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KREUZVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Die vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität nach 35 U.S.C. §119 der
japanischen Anmeldung Nr. 2017-012750 , eingereicht am 27. Januar 2017, in Anspruch, deren Offenbarung hiermit zur Bezugnahme ausdrücklich vollständig übernommen wird.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Härteprüfer und ein Härteprüfverfahren.
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Beschreibung der verwandten Technik
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Herkömmlicherweise ist ein Materialprüfer bekannt, bei dem ein Härteprüfer einen Eindruck bildet, indem er einen Eindringstab in eine Oberfläche einer Probe presst, wobei der Eindringstab an seinem vordersten Ende einen Eindringkörper aufweist. Dann misst der Härteprüfer unter Verwendung einer Verschiebungsmesseinrichtung eine Eindringtiefe (Verschiebungsbetrag des Eindringkörpers), wenn der Eindruck gebildet wird. Unter Verwendung einer Beziehung zwischen dem gemessenen Verschiebungsbetrag und einer Prüfkraft, die auf den Eindringkörper ausgeübt wird, misst der Härteprüfer einen Wert für eine Materialeigenschaft der Probe, wie etwa die Härte (siehe beispielsweise die
japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2013-019862 und das
japanische Patent Nr. 4942579 ). Bei einem Materialprüfverfahren (einem instrumentierten Druckversuch), wie etwa einem Nanoeindruck, der die Eindringtiefe des Eindringkörpers unter Verwendung des zuvor beschriebenen Härteprüfers bewertet, wird der Wert für die Materialeigenschaft berechnet, indem die Tiefe, auf die der Eindringkörper in die Probe gedrückt wird, dynamisch gemessen wird. Daher ist die Überwachung einer Spitzenform des Eindringkörpers wichtig, um das berechnete Ergebnis auf Grund einer Änderung der Spitzenform des Eindringkörpers, die durch Abrieb und dergleichen verursacht wird, nicht ungünstig zu beeinflussen.
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Bei der zuvor erwähnten herkömmlichen Technologie wurde die Anzahl der Prüfungen in einem System aufgezeichnet, das den Härteprüfer steuert, und ein Zeitpunkt zum Austauschen des Eindringkörpers war vollständig der Entscheidung des Benutzers überlassen. Wenn die aufgezeichnete Anzahl von Prüfungen beispielsweise einen vorbestimmten Sollwert überschreitet, erfolgt eine Bestimmung, dass der Eindringkörper ausgetauscht werden muss. Wenn die Prüfung dann mit einem Härtereferenzteil ausgeführt wird und eine Änderung (Anstieg) des Härtewerts bestätigt wird, wird der Eindringkörper ausgetauscht. Bei der herkömmlichen Technologie muss der Benutzer jedoch bestimmen, wann der Eindringkörper auszutauschen ist, wodurch zu viele Bemühungen verursacht werden. Da zudem ein Risiko besteht, dass jeder Benutzer eine andere Entscheidung treffen kann, ist das genaue Bestimmen des Zeitpunkts zum Austauschen des Eindringkörpers schwierig.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung stellt einen Härteprüfer und ein Härteprüfverfahren bereit, die eine größere Genauigkeit beim Bestimmen eines Zeitpunkts zum Austauschen eines Eindringkörpers und eine deutlich bessere Wartungsfähigkeit ermöglichen.
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Um dies zu erreichen, übt gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Härteprüfer eine vorbestimmte Prüfkraft auf einen Eindringkörper aus und bildet einen Eindruck, indem er den Eindringkörper in eine Oberfläche einer Probe presst. Der Härteprüfer umfasst eine Messvorrichtung, die einen Wert für eine Materialeigenschaft der Probe in Verbindung mit der Bildung eines Eindrucks misst; eine Erfassungsvorrichtung, die Messdaten erfasst, die mit dem Wert für die Materialeigenschaft der Probe verknüpft sind, die durch die Messvorrichtung gemessen wird; und eine Bestimmungsvorrichtung, die einen vorbestimmten Wert für die Materialeigenschaft basierend auf den Messdaten, die durch die Erfassungsvorrichtung erfasst werden, kumuliert und den Zeitpunkt zum Austauschen des Eindringkörpers basierend auf dem kumulierten Wert für die Materialeigenschaft bestimmt.
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Bei dem Härteprüfer gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung misst die Messvorrichtung eine Eindringtiefe, wenn der Eindruck gebildet wird, und misst den Wert für die Materialeigenschaft der Probe unter Verwendung einer Beziehung zwischen der Eindringtiefe und einer Prüfkraft, die auf den Eindringkörper ausgeübt wird. Die Bestimmungsvorrichtung berechnet eine mechanische Auslastung, die während des Eindrucks generiert wird, basierend auf den Messdaten, kumuliert die berechnete mechanische Auslastung für jeden Härtewert und bestimmt den Zeitpunkt zum Austauschen des Eindringkörpers basierend auf der kumulierten mechanischen Auslastung für jeden Härtewert.
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Der Härteprüfer gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist mit einem Anzeige-Controller versehen, der bewirkt, dass eine Anzeige eine Warnung anzeigt, um zum Austauschen des Eindringkörpers aufzufordern, wenn bestimmt wird, dass das Austauschen des Eindringkörpers notwendig ist.
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Wenn bei dem Härteprüfer gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Anzahl von Prüfungen (wie oft der Wert für die Materialeigenschaft der Probe gemessen wird) einen Sollwert überschreitet, bestimmt die Bestimmungsvorrichtung, dass der Eindringkörper ausgetauscht werden muss; und wenn die Anzahl von Prüfungen den Sollwert nicht überschreitet, bestimmt die Bestimmungsvorrichtung den Zeitpunkt zum Austauschen des Eindringkörpers basierend auf den Messdaten, die durch die Erfassungsvorrichtung erfasst werden.
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Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Härteprüfverfahren, bei dem der Härteprüfer die vorbestimmte Prüfkraft auf den Eindringkörper ausübt und den Eindruck bildet, indem er den Eindringkörper in die Oberfläche der Probe presst. Das Härteprüfverfahren umfasst einen Messprozess, der den Wert für die Materialeigenschaft der Probe in Verbindung mit der Bildung des Eindrucks misst; einen Erfassungsprozess, der die Messdaten erfasst, die mit dem Wert für die Materialeigenschaft der Probe verknüpft sind, die in dem Messprozess gemessen wird; und einen Bestimmungsprozess, der den Zeitpunkt zum Austauschen des Eindringkörpers basierend auf den Messdaten, die in dem Erfassungsprozess erfasst werden, bestimmt.
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Mit der vorliegenden Erfindung kann der Zeitpunkt zum Austauschen des Eindringkörpers genauer bestimmt werden, und die Wartungsfähigkeit kann deutlich verbessert werden.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird in der folgenden ausführlichen Beschreibung mit Bezug auf die notierte Vielzahl von Zeichnungen als nicht einschränkende Beispiele von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, in denen die gleichen Bezugszeichen in allen verschiedenen Ansichten der Zeichnungen ähnliche Teile darstellen, näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine Seitenansicht, die eine Gesamtkonfiguration eines Härteprüfers gemäß der vorliegenden Erfindung abbildet;
- 2 ein Blockdiagramm, das eine Steuerstruktur des Härteprüfers gemäß der vorliegenden Erfindung abbildet;
- 3A und 3B Querschnittsansichten eines Eindringkörpers von einer Seite aus gesehen;
- 4 eine beispielhafte Presskurve;
- 5 ein Ablaufschema, das die Arbeitsgänge des Härteprüfers gemäß einer Ausführungsform abbildet;
- 6 ein beispielhaftes Verfahren zum Berechnen einer mechanischen Auslastung, die während des Eindrucks generiert wird;
- 7 beispielhafte mechanische Auslastungen, die für jeden gemessenen Härtewert kumuliert werden; und
- 8 eine beispielhafte Führungskurve zum Austauschen eines Eindringkörpers.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die hier gezeigten Einzelheiten sind beispielhaft und dienen nur der erläuternden Diskussion der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und werden vorgelegt, um bereitzustellen, was als möglichst nützliche und leicht verständliche Beschreibung der Grundsätze und konzeptuellen Aspekte der vorliegenden Erfindung angesehen wird. In dieser Hinsicht wird nicht versucht, strukturelle Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ausführlicher als zum grundlegenden Verständnis der vorliegenden Erfindung notwendig zu zeigen, wobei die Beschreibung zusammen mit den Zeichnungen gesehen dem Fachmann nahebringt, wie die Formen der vorliegenden Erfindung in die Praxis umgesetzt werden können.
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Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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Beschreibung der Konfiguration
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Ein Härteprüfer 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein instrumentierter Eindruck-Härtetester, der in der Lage ist, eine Last (Prüf kraft), die auf einen Eindringkörper 3 ausgeübt wird, und einen Verschiebungsbetrag (Eindringtiefe) des Eindringkörpers 3 ständig zu überwachen. Wie in 1 und 2 gezeigt, umfasst der Härteprüfer 100 einen Prüferhauptkörper 1, an dem jede Komponente bereitgestellt wird, und einen Controller 10, der eine ganzheitliche Steuerung des Prüferhauptkörpers 1 ausführt.
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Der Prüferhauptkörper 1 umfasst als Eindruckbildungsmechanismus, einen XYZ-Objekttisch 2, der eine Probe S in den X-, Y- und Z-Richtungen verschiebt; einen Belastungshebel 4, der an einem Ende desselben einen Eindringkörper 3 aufweist, der einen Eindruck in der Probe S bildet; eine Belastungsvorrichtung 5, die eine vorbestimmte Last auf den Belastungshebel 4 ausübt; eine Verschiebungsmesseinrichtung 6, die einen Verschiebungsbetrag der Eindringkörper 3 detektiert; eine Bildaufnahmevorrichtung 7, die ein Bild mindestens des Eindrucks aufnimmt, der an einer Oberfläche der Probe S gebildet wird; eine Anzeigevorrichtung 8; und eine Konsole 9.
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Der XYZ-Objekttisch 2 ist konfiguriert, um sich in den X-, Y- und Z-Richtungen (d.h. in den waagerechten und senkrechten Richtungen) gemäß einem Steuersignal, das von dem Controller 10 eingegeben wird, zu verschieben. Die Probe S wird durch den XYZ-Objekttisch 2 vorwärts/rückwärts, nach links/rechts und nach oben/unten verschoben, um eine Position der Probe S im Verhältnis zu dem Eindringkörper 3 anzupassen. Zudem hält der XYZ-Objekttisch 2 die Probe S mit einem Probenhaltetisch 2a, so dass die Probe S, die auf seiner oberen Oberfläche liegt, während der Prüfmessung nicht verrutscht.
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Beispiele der Probe S umfassen DLC, Silikonkautschuk und Naturkautschuk. Insbesondere kann der Härteprüfer 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform Dünnschichten, wie etwa eine aufgedampfte Schicht, und Halbleitermaterialien; Oberflächenbehandlungsschichten; diverse Kunststoffarten; diverse Kautschukarten; brüchige Materialien, wie etwa Mikrofilamente, Glas und Keramik; Mikroelektronik; und dergleichen messen.
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Der Eindringkörper 3 wird derart bereitgestellt, dass er über dem XYZ-Objekttisch 2, auf dem die Probe S liegt, senkrecht verschiebbar ist. Eine vorbestimmte Last wird für den Eindringkörper 3 bereitgestellt, und ein unteres Ende (Spitze) eines Hauptkörpers 31 des Eindringkörpers wird senkrecht in eine obere Oberfläche (Prüffläche) der Probe S gepresst, wodurch der Eindruck in der oberen Oberfläche der Probe S gebildet wird.
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Wie in 3A und 3B gezeigt, ist der Eindringkörper 3 mit dem Hauptkörper 31 des Eindringkörpers, der von der Spitze aus in die Probe S gepresst wird; und einer Haltevorrichtung 32, in die der Hauptkörper 31 des Eindringkörpers gepresst wird und die den Hauptkörper 31 des Eindringkörpers hält, konfiguriert.
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Die Spitze des Hauptkörpers 31 des Eindringkörpers ist in einer Form gebildet, die durch einen von diversen Eindringkörpern vorgeschrieben ist, wie etwa ein Eindringkörper von Vickers, Berkovich, Rockwell, Knoop oder Brinell. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Berkovich-Eindringkörper als Hauptkörper 31 des Eindringkörpers verwendet. Der Berkovich-Eindringkörper ist ein dreiseitiger pyramidaler Diamant-Eindringkörper. Der Berkovich-Eindringkörper weist einen Flankenwinkel von 65,03° im Verhältnis zu einer Mittelachse des Eindringkörpers auf und weist das gleiche Flächenverhältnis des Eindringkörpers wie der Vickers-Eindringkörper im Verhältnis zur Richtung der Eindringtiefe auf. Mit der dreiseitigen Pyramide ist es im Vergleich zu einer vierseitigen Pyramide einfacher, die Spitze in einem Punkt zu konzentrieren (mit anderen Worten ist die Spitze leichter zu schärfen). Der Härteprüfer 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist eine Prüfvorrichtung, die eine winzige Eindringtiefe misst, und ein geringfügiger Unterschied der Form der Spitze des Eindringkörpers wirkt sich erheblich auf das Prüfergebnis aus. Daher wird bei der vorliegenden Ausführungsform der Berkovich-Eindringkörper (dreiseitiger pyramidaler Eindringkörper) verwendet. Ein derartiger Hauptkörper 31 des Eindringkörpers wird abnehmbar von der Haltevorrichtung 32 gehalten, indem der hintere Endabschnitt (obere Endabschnitt) des Hauptkörpers 31 des Eindringkörpers in die Haltevorrichtung 32 gepresst wird. Da der Hauptkörper 31 des Eindringkörpers im Verhältnis zur Haltevorrichtung 32 abnehmbar ist, ist es möglich, nur den Hauptkörper 31 des Eindringkörpers auszutauschen, falls sich beispielsweise die Spitze des Hauptkörpers 31 des Eindringkörpers abnutzt oder beschädigt wird.
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Die Haltevorrichtung 32 ist ein zylindrisches Element, das einen Innenraum aufweist, der den hinteren Endabschnitt des Hauptkörpers 31 des Eindringkörpers aufnehmen kann. Das hintere Ende des Hauptkörpers 31 des Eindringkörpers wird durch das untere Ende der Haltevorrichtung 32 gepresst. In einem Zustand, in dem der Hauptkörper 31 des Eindringkörpers durch die Haltevorrichtung 32 gehalten wird, ist der obere Endabschnitt der Haltevorrichtung 32 abnehmbar an einem Schaft 3a des Eindringkörpers beispielsweise durch eine Schraube fixiert.
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Der Belastungshebel 4 ist gebildet, um im Wesentlichen stabförmig zu sein. Der Belastungshebel 4 ist drehbar an einem in etwa mittleren Abschnitt desselben über einem Ständer anhand einer Kreuzfeder 4a fixiert. Der Eindringkörper 3 wird an einem ersten Ende des Belastungshebels 4 bereitgestellt, um die Probe S von oben frei zu berühren und sich davon zu trennen, wobei die Probe S auf dem Probenhaltetisch 2a liegt. Der Eindringkörper 3 presst auf die Oberfläche der Probe S, um den Eindruck darin zu bilden. Zudem wird an einem zweiten Ende des Belastungshebels 4 eine Kraftkompensationsspule 5a bereitgestellt, welche die Belastungsvorrichtung 5 konfiguriert.
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Die Belastungsvorrichtung 5 ist ein Kraftmotor und umfasst die Kraftkompensationsspule 5a, die an dem Belastungshebel 4 angebracht ist, und einen feststehenden Magneten 5b, der festgelegt ist, um der Kraftkompensationsspule 5a entgegenzuwirken. Die Belastungsvorrichtung 5 verwendet eine Antriebskraft, um den Belastungshebel 4 gemäß einem Steuersignal zu drehen, das von dem Controller 10 eingegeben wird. Die Antriebskraft ist eine Kraft, die durch elektromagnetische Induktion zwischen einem Magnetfeld, das in einem Spalt durch den feststehenden Magneten 5b erstellt wird, und einem elektrischen Strom, der in der Kraftkompensationsspule 5a fließt, die in dem Spalt positioniert ist, generiert. Durch Drehen des Belastungshebels 4 wird das Ende des Belastungshebels 4 auf der Seite des Eindringkörpers 3 nach unten verschoben, und der Eindringkörper 3 wird in die Probe S gepresst.
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Die Verschiebungsmesseinrichtung 6 ist ein Verschiebungssensor mit elektrostatischer Kapazität und ist mit einer bewegbaren Polplatte 6a, die am Ende des Belastungshebels 4 auf der Seite des Eindringkörpers 3 bereitgestellt wird, und einer feststehenden Polplatte 6b, die ortsfest ist, um der bewegbaren Polplatte 6a entgegenzuwirken, konfiguriert. Die Verschiebungsmesseinrichtung 6 detektiert eine Variation der elektrostatischen Kapazität zwischen der bewegbaren Polplatte 6a und der feststehenden Polplatte 6b, und detektiert dadurch den Verschiebungsbetrag, wenn der Eindringkörper 3 den Eindruck in der Probe S bildet (Eindringtiefe, wenn der Eindringkörper 3 in die Probe S gepresst wird). Ein Verschiebungssignal, das auf dem detektierten Verschiebungsbetrag basiert, wird dann an den Controller 10 ausgegeben. Des Weiteren wird der Verschiebungssensor mit elektrostatischer Kapazität als beispielhafte Verschiebungsmesseinrichtung 6 angeboten; die Verschiebungsmesseinrichtung 6 ist jedoch nicht darauf eingeschränkt und kann beispielsweise ein optischer Verschiebungssensor oder ein Wirbelstrom-Verschiebungssensor sein.
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Die Bildaufnahmevorrichtung 7 ist beispielsweise mit einer Kamera konfiguriert, und nimmt ein Bild des Eindrucks, der an der Oberfläche der Probe S durch den Eindringkörper 3 auf dem Probenhaltetisch 2a gebildet wird, beispielsweise gemäß einem Steuersignal, das von dem Controller 10 eingegeben wird, auf.
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Die Anzeigevorrichtung 8 ist beispielsweise ein Flüssigkristall-Anzeigefeld und führt einen Prozess aus, um das Bild der Oberfläche der Probe S, das durch die Bildaufnahmevorrichtung 7 aufgenommen wird, diverse Arten von Prüfergebnissen und dergleichen, gemäß einem Steuersignal, das von dem Controller 10 eingegeben wird, anzuzeigen.
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Die Konsole 9 ist beispielsweise eine Gruppe von Bedientasten, wie etwa auf einer Tastatur, und wenn die Konsole 9 die Arbeitsgänge von dem Benutzer empfängt, gibt die Konsole 9 ein Betriebssignal, das mit dem Arbeitsgang verknüpft ist, an den Controller 10 aus. Des Weiteren kann die Konsole 9 auch eine Zeigevorrichtung, wie etwa eine Maus oder einen Berührungsbildschirm, eine Fernsteuerung und andere Bedienvorrichtungen umfassen. Die Konsole 9 wird bedient, wenn der Benutzer eine Anweisung bereitstellt, die eingegeben wird, um eine Härteprüfung an der Probe S auszuführen, definiert die Prüfkraft (d.h. die Last), die auf den Eindringkörper 3 ausgeübt wird, und dergleichen.
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Der Controller 10 umfasst eine CPU 11, einen RAM 12 und einen Speicher 13. Über einen Systembus oder dergleichen ist der Controller 10 beispielsweise mit dem XYZ-Objekttisch 2, dem Eindringkörper 3, der Belastungsvorrichtung 5, der Verschiebungsmesseinrichtung 6, der Bildaufnahmevorrichtung 7, der Anzeigevorrichtung 8 und der Konsole 9 verbunden.
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Die CPU 11 führt diverse Steuerprozesse gemäß diversen Verarbeitungsprogrammen zur Verwendung in dem Härteprüfer aus, die in dem Speicher 13 gespeichert sind. Der RAM 12 umfasst eine Programmspeicherregion zum Entnehmen der Verarbeitungsprogramme, die durch die CPU 11 ausgeführt werden, und eine Datenspeicherregion, die Eingangsdaten, Verarbeitungsergebnisse, die generiert werden, wenn die Verarbeitungsprogramme ausgeführt werden, oder dergleichen speichert. Der Speicher 13 speichert ein Systemprogramm, das durch den Härteprüfer 100 ausführbar ist; diverse Arten von Verarbeitungsprogrammen, die durch das Systemprogramm ausführbar sind; Daten, die zu verwenden sind, wenn die diversen Arten von Verarbeitungsprogrammen ausgeführt werden; und Daten über Ergebnisse der diversen Prozesse, die durch die CPU 11 berechnet werden. Des Weiteren wird jedes Programm in dem Speicher 13 in der Form eines Programmcodes gespeichert, der durch den Computer lesbar ist.
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Wenn der Benutzer beispielsweise eine Anweisung bereitstellt, die in die Konsole 9 eingegeben wird, um eine Härteprüfung an der Probe S vorzunehmen, stellt die CPU 11 eine vorbestimmte Last für den Eindringkörper 3 bereit, presst den Eindringkörper 3 in die Oberfläche der Probe S, um einen Eindruck zu bilden, und misst eine Presskurve, die aus dem detektierten Verschiebungsbetrag des Eindringkörpers 3 (Eindringtiefe (h)) und der detektierten Prüfkraft (F), die während der Bildung des Eindrucks auf den Eindringkörper 3 ausgeübt wird (instrumentierter Druckversuch), besteht. Wie in 4 gezeigt, wird während der Bildung des Eindrucks die Presskurve erzielt, indem eine Last, die auf den Eindringkörper 3 ausgeübt wird, allmählich erhöht wird, bis sie eine definierte maximale Prüfkraft (Fmax) (Lasteinleitungsprozess) erreicht, und bei diesem Prozess wird eine Lasteinleitungskurve gemessen; und auch indem die Last, die auf den Eindringkörper 3 angewendet wird, allmählich verringert wird (Entlastungsprozess), nachdem die Last, die auf den Eindringkörper 3 angewendet wird, die maximale Prüfkraft erreicht hat, und bei diesem Prozess wird eine Entlastungskurve gemessen.
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Beschreibung der Arbeitsgänge
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Als Nächstes werden die Arbeitsgänge des Härteprüfers 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf das Ablaufschema aus 5 beschrieben. In 5 wird ein Beispiel beschrieben, bei dem eine Probe S, die eine einheitliche Härte an der Oberfläche und im Innern der Probe S aufweist (d.h. die Oberfläche ist nicht gehärtet), gemessen wird.
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Zuerst beginnt die CPU 11 des Controllers 10 eine Messung eines Werts für eine Materialeigenschaft der Probe S, wie etwa die Härte (Schritt S101: Messprozess). Bei der vorliegenden Ausführungsform beginnt die CPU 11 den instrumentierten Druckversuch, der die vorbestimmte Last für den Eindringkörper 3 bereitstellt, und presst den Eindringkörper 3 in die Oberfläche der Probe S, um den Eindruck zu bilden; und dadurch wird eine Presskurve gemessen, die aus dem detektierten Verschiebungsbetrag des Eindringkörpers 3 (Eindringtiefe (h)) und der detektierten Prüfkraft (F), die während der Bildung des Eindrucks auf den Eindringkörper 3 ausgeübt wird, besteht. Mit anderen Worten dient die CPU 11 bei der vorliegenden Erfindung als Messvorrichtung.
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Als Nächstes erfasst die CPU 11 die Messdaten, die mit den Werten für die Materialeigenschaften der Probe S verknüpft sind, für die eine Messung in Schritt S101 beginnt (Schritt S102: Erfassungsprozess). Insbesondere erfasst die CPU 11 die in 4 abgebildete Presskurve. Mit anderen Worten dient die CPU 11 bei der vorliegenden Erfindung als Erfassungsvorrichtung. Dann aktualisiert die CPU 11 die Anzahl der ausgeführten Härteprüfungen (instrumentierten Druckversuche) (Schritt S103). Insbesondere addiert die CPU 11 eins zu der Anzahl von Härteprüfungen. Die Anzahl der Härteprüfungen wird beispielsweise in dem Speicher 13 gespeichert.
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Als Nächstes analysiert die CPU 11 die Messdaten, die in Schritt S102 erfasst wurden (Schritt S104). Beispielsweise berechnet die CPU 11 eine mechanische Auslastung Wt, die während des Eindrucks generiert wird, basierend auf der Presskurve. Die mechanische Auslastung Wt, die während des Eindrucks generiert wird, ist die Summe einer Druckauslastung We, die durch eine elastische Verformung verursacht wird, und einer Druckauslastung Wp, die durch eine plastische Verformung (Wt = We + Wp) verursacht wird. Wp ist eine Fläche, die von einer gebogenen Linie umgegeben ist, die durch die Punkte B, G und J in 6 geht. We ist eine Fläche, die von einem Punkt H und einer gebogenen Linie, die durch die Punkte J und G geht, umgeben ist. Entsprechend ist Wt eine Fläche, die von dem Punkt H und einer gebogenen Linie, die durch die Punkte B und G geht, umgeben ist.
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Als Nächstes kumuliert die CPU 11 für jeden gemessenen Härtewert die mechanische Auslastung Wt, die während des Eindrucks generiert wird (Schritt S105). Bei diesem Beispiel ändert sich die mechanische Auslastung Wt, die während des Eindrucks generiert wird, gemäß der Prüfkraft oder der Härte der Probe S. Wenn beispielsweise die Härte der Proben S die gleiche ist, ist die mechanische Auslastung Wt, die während des Eindrucks generiert wird, proportional zur Prüfkraft. Wenn die Proben S jedoch unterschiedliche Härten aufweisen, ist je weicher die Probe S ist, desto größer die Tiefe des Eindrucks, und daher wird die mechanische Auslastung Wt, die während des Eindrucks generiert wird, ein großer Wert. Daher muss die mechanische Auslastung Wt, die während des Eindrucks generiert wird, als eine Kumulierung für den jeweiligen Härtewert überwacht werden. Das Überwachen der mechanischen Auslastung Wt, die derartig während des Eindrucks für jeden Härtewert generiert wird, ermöglicht es sicherzustellen, wie der Eindringkörper 3 verwendet wird. 7 bildet beispielhafte mechanische Auslastungen Wt ab, die für jeden gemessenen Härtewert HM kumuliert sind. Bei dem in 7 gezeigten Beispiel ist im Vergleich zu einem Fall, bei dem der Härtewert HM gleich 100 ist, die kumulierte mechanische Auslastung Wt größer, wenn der Härtewert HM gleich 200 ist, und die kumulierte mechanische Auslastung Wt ist kleiner, wenn der Härtewert HM gleich 300 ist.
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Als Nächstes bestimmt die CPU 11, ob die Anzahl der Prüfungen den Sollwert überschreitet oder nicht (Schritt S106). Der Sollwert kann je nach Bedarf durch den Benutzer eingestellt werden, doch die eingestellte Zeit wird bevorzugt auf einen Zeitpunkt eingestellt, an dem der Verschleiß an dem Eindringkörper 3 bemerkbar ist und die Messung behindert. Wenn bestimmt wird, dass die Anzahl von Prüfungen den Sollwert überschreitet (Schritt S106: JA), bestimmt die CPU 11, dass der Eindringkörper 3 ausgetauscht werden muss, und die CPU 11 fährt mit Schritt S108 fort. Wenn andererseits bestimmt wird, dass die Anzahl von Prüfungen den Sollwert nicht überschreitet (d.h. die Anzahl der Prüfungen auf oder unter dem Sollwert liegt) (Schritt S106: NEIN), bestimmt die CPU 11, dass eine vollständige Untersuchung, ob der Eindringkörper 3 ausgetauscht werden muss oder nicht, notwendig ist, und die CPU 11 fährt mit dem nächsten Schritt S107 fort.
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Dann bestimmt die CPU 11, ob die kumulierte mechanische Auslastung Wt für jeden Härtewert HM in Schritt S105 die Führungskurve (Führungskurve zum Austauschen eines Eindringkörpers) überschreitet, die den Zeitpunkt zum Austauschen des Eindringkörpers 3 angibt (Schritt S107: Bestimmungsprozess). Insbesondere wenn die kumulierte mechanische Auslastung Wt die Führungskurve zum Austauschen eines Eindringkörpers für mindestens einen Härtewert HM in der kumulierten mechanischen Auslastung Wt für jeden Härtewert HM überschreitet, bestimmt die CPU 11, dass die mechanische Auslastung Wt die Führungskurve zum Austauschen eines Eindringkörpers überschreitet. Mit anderen Worten dient die CPU 11 bei der vorliegenden Erfindung als Bestimmungsvorrichtung. 8 bildet eine beispielhafte Führungskurve zum Austauschen eines Eindringkörpers ab. 8 bildet ein Beispiel ab, bei dem, wenn der Härtewert HM 200 beträgt, die kumulierte mechanische Auslastung Wt eine Führungskurve zum Austauschen eines Eindringkörpers L1 überschreitet. Wenn bestimmt wird, dass die kumulierte mechanische Auslastung Wt die Führungskurve zum Austauschen eines Eindringkörpers L1 überschreitet (Schritt S107: JA), bestimmt die CPU 11, dass der Eindringkörper 3 ausgetauscht werden muss, und die CPU 11 fährt mit dem nächsten Schritt S108 fort. Wenn dagegen bestimmt wird, dass die kumulierte mechanische Auslastung Wt die Führungskurve zum Austauschen eines Eindringkörpers L1 nicht überschreitet (d.h. wenn bestimmt wird, dass sie auf oder unter der Führungskurve zum Austauschen eines Eindringkörpers L1 liegt) (Schritt S107: NEIN) , bestimmt die CPU 11, dass der Eindringkörper 3 nicht ausgetauscht werden muss, und die CPU 11 fährt mit Schritt S101 fort, um die Messung des Werts für die Materialeigenschaft erneut zu beginnen.
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Als Nächstes zeigt die CPU 11 an der Anzeigevorrichtung 8 eine Warnung an, um zum Austauschen des Eindringkörpers 3 aufzufordern (Eindringkörper-Austauschwarnung) (Schritt S108). Nun zeigt die CPU 11 auch einen Bildschirm (wie etwa Schaltflächen) an, an dem der Benutzer auswählen kann, ob der Austausch des Eindringkörpers 3 ausgeführt werden soll oder nicht.
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Als Nächstes bestimmt die CPU 11, ob der Eindringkörper 3 ausgetauscht werden soll oder nicht (Schritt S109). Insbesondere wenn ein Arbeitsgang (wie etwa das Betätigen der Austauschschaltfläche), der anweist, dass der Eindringkörper 3 auszutauschen ist, von dem Benutzer an dem Anzeigebildschirm der Eindringkörper-Austauschwarnung, die an der Anzeigevorrichtung 8 angezeigt wird, empfangen wird (Schritt S108), bestimmt die CPU 11, dass der Eindringkörper 3 auszutauschen ist. Mit anderen Worten dient die CPU 11 bei der vorliegenden Erfindung als Anzeige-Controller. Für den Fall, dass die CPU 11 bestimmt, dass der Eindringkörper 3 auszutauschen ist (Schritt S109: JA), fährt die CPU 11 mit dem nächsten Schritt S110 fort. Wenn die CPU 11 dagegen bestimmt, dass der Austausch des Eindringkörpers 3 nicht auszuführen ist (Schritt S109: NEIN), fährt die CPU 11 mit Schritt S101 fort, um die Messung des Werts für die Materialeigenschaft erneut zu beginnen.
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Als Nächstes führt die CPU 11 einen Prozess aus, um den Eindringkörper 3 auszutauschen (Eindringkörper-Austauschprozess) (Schritt S110). Der Eindringkörper-Austauschprozess umfasst zusätzlich zu dem Prozess des Austauschens des Eindringkörpers beispielsweise einen Prozess, um das Gewicht des Härteprüfers 100 zu korrigieren, und dergleichen. Des Weiteren kann der Eindringkörper 3 automatisch ausgetauscht werden oder kann durch den Benutzer manuell ausgetauscht werden.
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Als Nächstes setzt die CPU 11 das kumulierte Ergebnis der mechanischen Auslastung Wt zurück, die während des Eindrucks generiert wird (Schritt S111). Mit anderen Worten setzt die CPU 11 mit dem Austausch des Eindringkörpers 3 das kumulierte Ergebnis zurück, weil die kumulierte mechanische Auslastung Wt des Eindringkörpers 3 vor dem Austausch keine Bedeutung hat. Anschließend fährt die CPU 11 mit Schritt S101 fort und beginnt erneut die Messung des Werts für die Materialeigenschaft.
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Wirkung
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Wie zuvor erwähnt, umfasst der Härteprüfer 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Messvorrichtung (CPU 11), die den Wert für die Materialeigenschaft der Probe S in Verbindung mit der Bildung des Eindrucks misst, eine Erfassungsvorrichtung (CPU 11), welche die Messdaten erfasst, die mit dem Wert für die Materialeigenschaft der Probe S verknüpft sind, die von der Messvorrichtung gemessen wird, und eine Bestimmungsvorrichtung (CPU 11), die den vorbestimmten Wert für die Materialeigenschaft (mechanische Auslastung bei der vorliegenden Ausführungsform) basierend auf den Messdaten, die durch die Erfassungsvorrichtung erfasst werden, kumuliert und den Zeitpunkt zum Austauschen des Eindringkörpers 3 basierend auf dem kumulierten Wert für die Materialeigenschaft bestimmt. Daher ist es bei dem Härteprüfer 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch das Überwachen des Werts für die Materialeigenschaft der gemessenen Probe S möglich sicherzustellen, wie der Eindringkörper 3 verwendet wird, wodurch der Zeitpunkt zum Austauschen des Eindringkörpers 3 genauer bestimmt werden kann und eine deutlich verbesserte Wartungsfähigkeit ermöglicht wird.
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Insbesondere bei dem Härteprüfer 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform misst die Messvorrichtung die Eindringtiefe während der Bildung des Eindrucks und misst den Wert für die Materialeigenschaft der Probe S unter Verwendung der Beziehung zwischen der Eindringtiefe und der Prüfkraft, die auf den Eindringkörper 3 ausgeübt wird. Die Bestimmungsvorrichtung berechnet die mechanische Auslastung, die während des Eindrucks generiert wird, basierend auf den Messdaten, kumuliert die berechnete mechanische Auslastung für jeden Härtewert und bestimmt den Zeitpunkt zum Austauschen des Eindringkörpers 3 basierend auf der kumulierten mechanischen Auslastung für jeden Härtewert. Daher ist es bei dem Härteprüfer 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch das Überwachen der mechanischen Auslastung Wt, die während des Eindrucks für jeden Härtewert generiert wird, möglich sicherzustellen, wie der Eindringkörper 3 verwendet wird, wodurch der Zeitpunkt zum Austauschen des Eindringkörpers 3 genauer bestimmt werden kann und die Wartungsfähigkeit deutlich verbessert werden kann.
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Zudem umfasst der Härteprüfer 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform den Anzeige-Controller (CPU 11), um zu erlauben, dass die Warnung, um zum Austausch des Eindringkörpers 3 aufzufordern, an einer Anzeige (Anzeigevorrichtung 8) angezeigt wird, wenn die Bestimmungsvorrichtung bestimmt, dass der Eindringkörper 3 ausgetauscht werden muss. Daher kann bei dem Härteprüfer 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Warnung, um zum Austausch des Eindringkörpers 3 aufzufordern, an den Benutzer gesendet werden. Somit kann die endgültige Bestimmung, ob der Eindringkörper 3 auszutauschen ist oder nicht, dem Benutzer überlassen werden, wodurch ein flexibler Betrieb erreicht wird, der auf die Umstände des Gebrauchs des Benutzers reagiert.
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Wenn zudem bei dem Härteprüfer 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Anzahl von Prüfungen (wie oft der Wert für die Materialeigenschaft der Probe S gemessen wird) den Sollwert überschreitet, bestimmt die Bestimmungsvorrichtung, dass der Eindringkörper 3 ausgetauscht werden muss; und wenn die Anzahl von Prüfungen den Sollwert nicht überschreitet, bestimmt die Bestimmungsvorrichtung den Zeitpunkt zum Austauschen des Eindringkörpers 3 basierend auf den Messdaten, die durch die Erfassungsvorrichtung erfasst werden. Bei diesem Beispiel kann der Sollwert auf einen Zeitpunkt eingestellt werden, an dem der Verschleiß an dem Eindringkörper 3 bemerkbar ist und die Messung behindert. Daher kann der Härteprüfer 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine komplizierte Bestimmung unterlassen, welche die Führungskurve L1 zum Austauschen eines Eindringkörpers verwendet, wenn basierend auf der Anzahl von Prüfungen eine Bestimmung erfolgen kann, dass die Möglichkeit des Austauschs des Eindringkörpers 3 hoch ist, und daher kann der Prozess vereinfacht und beschleunigt werden.
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Vorstehend wurde eine konkrete Beschreibung basierend auf einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung angegeben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die zuvor beschriebene Ausführungsform eingeschränkt und kann geändert werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
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Beispielsweise wird bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform eine Beschreibung angegeben, bei der die mechanische Auslastung Wt als Beispiel für den Wert für die Materialeigenschaft dient, der verwendet wird, wenn der Zeitpunkt zum Austauschen des Eindringkörpers 3 bestimmt wird; die vorliegende Ausführungsform ist jedoch nicht darauf eingeschränkt. Anstelle der mechanischen Auslastung Wt kann beispielsweise ein Wert für eine andere Materialeigenschaft, wie etwa der Härtewert der Probe S, das Elastizitätsmodul oder dergleichen, verwendet werden. Zudem kann durch geeignetes Kombinieren der mechanischen Auslastung Wt, des Härtewerts der Probe S, des Elastizitätsmoduls oder dergleichen der Wert als Index verwendet werden, wenn der Zeitpunkt für den Austausch bestimmt wird. In diesem Fall kann angesichts des Prioritätsgrads, der den diversen Werten für die Materialeigenschaften zugeteilt wird, jeder der Werte für die Materialeigenschaften mit einem Koeffizienten multipliziert werden, um den Einfluss der Eigenschaften mit höheren Prioritäten zu verstärken.
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Zudem wird bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform ein instrumentierter Eindruck-Härteprüfer beschrieben, um den Härteprüfer 100 zu erläutern. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf eingeschränkt. Beispielsweise für den Fall, dass der Härtewert der Probe S als Messdaten verwendet wird, wenn der Zeitpunkt zum Austauschen des Eindringkörpers 3 bestimmt wird, können andere Härteprüfer, wie etwa ein Vickers-Härteprüfer, ein Knoop-Härteprüfer, ein Brinell-Härteprüfer und dergleichen, anstelle des instrumentierten Eindruck-Härteprüfers angewendet werden.
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Wenn zudem bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform bestimmt wird, dass der Austausch des Eindringkörpers 3 notwendig ist, wird die Warnung, um zum Austausch des Eindringkörpers 3 aufzufordern, an der Anzeigevorrichtung 8 in Schritt S108 aus 5 angezeigt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf eingeschränkt. Statt beispielsweise eine Anzeige der Warnung, um zum Austausch des Eindringkörpers 3 aufzufordern, an der Anzeigevorrichtung 8 auszuführen, kann durch das Bereitstellen eines Lautsprechers und dergleichen, der Ton ausgeben kann, die Warnung als Ton aus dem Lautsprecher ausgegeben werden. Alternativ kann der Ton aus dem Lautsprecher gleichzeitig mit dem Ausführen der Anzeige an der Anzeigevorrichtung 8 ausgegeben werden.
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Wenn zudem bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform der Wert, der für die Materialeigenschaft der Probe S gemessen wird (Anzahl von Prüfungen), den Sollwert in Schritt S106 aus 5 überschreitet, wird bestimmt, dass der Austausch des Eindringkörpers 3 notwendig ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf eingeschränkt. Beispielsweise kann der Prozess aus Schritt S107 (Prozess zum Bestimmen des Zeitpunkts zum Austauschen des Eindringkörpers 3 unter Verwendung der Führungskurve L1 zum Austauschen eines Eindringkörpers (siehe 8)) ständig ausgeführt werden, ohne Schritt S106 auszuführen, und unabhängig von der Anzahl von Prüfungen.
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Zudem können im Umfang der vorliegenden Erfindung, und ohne vom Wesentlichen derselben abzuweichen, auch geeignete Änderungen an den einzelnen Strukturen und Arbeitsgängen jeder Komponente, die den Härteprüfer konfiguriert, vorgenommen werden.
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Es sei zu beachten, dass die vorstehenden Beispiele nur zum Zweck der Erläuterung bereitgestellt wurden und keineswegs als die vorliegende Erfindung einschränkend anzusehen sind. Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich, dass der Wortlaut, der hier verwendet wurde, beschreibend und erläuternd statt einschränkend ist. Es können Änderungen im Bereich der beiliegenden Ansprüche vorgenommen werden, wie vorliegend angegeben und geändert, ohne Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung in ihren Aspekten zu verlassen. Obwohl die vorliegende Erfindung hier mit Bezug auf bestimmte Strukturen, Materialien und Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht dazu gedacht, auf die hier offenbarten Einzelheiten eingeschränkt zu sein; vielmehr deckt die vorliegende Erfindung alle funktionsmäßig äquivalenten Strukturen, Verfahren und Verwendungen ab, die im Umfang der beiliegenden Ansprüche liegen.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt, und diverse Varianten und Änderungen können möglich sein, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2017 [0001]
- JP 2013019862 [0003]
- JP 4942579 [0003]
