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Querverweis auf verwandte Anmeldungen
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der
Japanischen Anmeldung Nr. 2018-187836 , eingereicht am 3. Oktober 2018, deren Offenbarung hier ausdrücklich durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Härteprüfeinrichtung.
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Beschreibung des verwandten Gebiets
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Es ist bereits eine Härteprüfeinrichtung bekannt, die die Härte einer Probe misst, indem unter Verwendung eines Eindringkörpers eine vorgegebene Prüfkraft auf eine Oberfläche einer Probe (eines Werkstücks) aufgebracht wird, derart, dass eine Vertiefung gebildet wird. Zum Beispiel ist eine Rockwell-Härteprüfeinrichtung eine Prüfeinrichtung, die die Härte einer Probe misst, indem mit einem konischen Diamant-Eindringkörper oder einem Kugeleindringkörper eine vorgegebene Prüfkraft auf eine Oberfläche der Probe aufgebracht wird, derart, dass eine Vertiefung gebildet wird, und eine Drücktiefe des Eindringkörpers während der Bildung der Vertiefung gemessen wird (siehe z. B. die
Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-050189 ). Bei dieser Härteprüfeinrichtung wird die Prüfkraft erzeugt, indem ein Servomotor eine Auslegerblattfeder verformt. Insbesondere enthält die Härteprüfeinrichtung einen Prüfkraft-Erzeugungsmechanismus, der einen Betrag der Verformung der Auslegerblattfeder misst und den Betrag der Verformung mit einem Servomotor steuert, wobei z. B. ermöglicht wird, dass eine Prüfkraft im Bereich von 3 bis 187,5 kgf [29,43 bis 1838,75 N] erzeugt wird.
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Wenn jedoch versucht wird, mit der Härteprüfeinrichtung der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-050189 eine große Prüfkraft zu erzeugen, wird die Auslegerblattfeder erheblich verformt, und wenn dies auftritt, konzentriert sich die Belastung z. B. in einem arretierten Ende der Blattfeder und kann die Blattfeder beschädigen. Daher ist das Erhöhen eines dynamischen Bereichs der Prüfkraft bei dieser Härteprüfeinrichtung schwierig. Außerdem bewegt sich ein freies Ende der Blattfeder in einem Bogen, wenn die Auslegerblattfeder dieser Härteprüfeinrichtung verformt wird, und daher muss zu dem Prüfkraft-Erzeugungsmechanismus ein Mechanismus hinzugefügt werden, der Verschiebungen der Position des freien Endes der Blattfeder ausgleicht und die vorgegebene Prüfkraft auf vorteilhafte Weise überträgt, was umständlich ist.
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Außerdem können Beispiele für ein Federelement, bei dem die elastische Verformung eine geradlinige Bewegung anstelle einer bogenartigen Bewegung ist, eine Schraubenfeder enthalten, jedoch kann eine Schraubenfeder Reibung erzeugen, die aus Ausdehnung und Kompression der Schraubenfeder entsteht, und daher muss zu dem Prüfkraft-Erzeugungsmechanismus z. B. ein Mechanismus hinzugefügt werden, der die Reibung ausgleicht und die vorgegebene Prüfkraft auf vorteilhafte Weise überträgt, was umständlich ist.
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Im Hinblick auf das Obige und nach umfangreichen Untersuchungen durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung entwickelten die Erfinder eine Technologie, die durch eine elastische Verformung, bei der es unwahrscheinlich ist, dass Reibung erzeugt wird, und durch Verformung einer Feder durch eine geradlinige Bewegung eine hochgenaue Prüfkraft erzeugen kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Härteprüfeinrichtung, die eine Härteprüfung auf vorteilhafte Weise durchführen kann.
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Um die oben erwähnten Probleme zu lösen, ist die Erfindung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Härteprüfeinrichtung, die die Härte einer Probe misst, indem unter Verwendung eines Eindringkörpers eine vorgegebene Prüfkraft auf eine Oberfläche der Probe aufgebracht wird, derart, dass eine Vertiefung gebildet wird, wobei die Härteprüfeinrichtung Folgendes enthält: eine Probenbühne, auf der die Probe angeordnet ist; eine Eindringkörpersäule, die an einem fernen Ende mit dem Eindringkörper versehen ist; eine Lastausübungseinrichtung, die die Eindringkörpersäule geradlinig in Richtung der Probenbühne bewegt, derart, dass der Eindringkörper in die Oberfläche der Probe gedrückt wird; eine Prüfkraft-Erzeugungsfeder, die zwischen der Lastausübungseinrichtung und der Eindringkörpersäule eingeschoben ist; einen Federverlagerungsdetektor, der einen Betrag der Verlagerung der Prüfkraft-Erzeugungsfeder detektiert, der auftritt, wenn der Eindringkörper über die Eindringkörpersäule in die Probe gedrückt wird; und einen Eindringkörpersäulen-Verlagerungsdetektor, der einen Betrag der Verlagerung der Eindringkörpersäule detektiert, der auftritt, wenn der Eindringkörper in die Probe gedrückt wird. Die Prüfkraft-Erzeugungsfeder enthält ein Links/Rechts-Paar Durchgangslöcher, die derart gebildet sind, dass sie von einer Seitenfläche eines im Wesentlichen rechtwinkligen Metallblocks zu einer weiteren, gegenüberliegenden Seitenfläche des Blocks verlaufen, und einen Schlitz, der derart gebildet ist, dass er das Paar Durchgangslöcher verbindet. Die Prüfkraft-Erzeugungsfeder weist eine links/rechts-symmetrische Form auf. Die Eindringkörpersäule ist im Wesentlichen an einer Mitte einer Bodenfläche der Prüfkraft-Erzeugungsfeder arretiert, und die Lastausübungseinrichtung ist im Wesentlichen an einer Mitte einer Deckfläche der Prüfkraft-Erzeugungsfeder arretiert.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in der oben beschriebenen Härteprüfeinrichtung eine Rille, die dem Links/Rechts-Paar Durchgangslöcher folgt, in der Deckfläche und/oder der Bodenfläche der Prüfkraft-Erzeugungsfeder gebildet. Bei diesem Beispiel ist ein Abschnitt in der Deckfläche oder der Bodenfläche der Prüfkraft-Erzeugungsfeder, in dem die Rille gebildet ist, die dem Durchgangsloch folgt, dünnwandiger.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind in der oben beschriebenen Härteprüfeinrichtung mehrere im Wesentlichen brillenartige Durchgangslöcher, die jeweils durch das Links/Rechts-Paar Durchgangslöcher und den Schlitz konfiguriert sind, in einer vertikal gestapelten Anordnung an der Prüfkraft-Erzeugungsfeder vorgesehen. Ein Paar paralleler Durchgangslöcher, die derart gebildet sind, dass sie dem Links/Rechts-Paar Durchgangslöcher folgen, und ein Unterteilungsschlitz, der derart gebildet ist, dass er einen Bereich zur Außenseite des Paares paralleler Durchgangslöcher vertikal unterteilt, sind zwischen den im Wesentlichen brillenartigen Durchgangslöchern vorgesehen. Bei diesem Beispiel ist ein Abschnitt zwischen den im Wesentlichen brillenartigen Durchgangslöchern der Prüfkraft-Erzeugungsfeder, in dem das Paar paralleler Durchganglöcher derart gebildet ist, dass sie dem Paar Durchgangslöcher folgen, dünnwandiger. Die parallelen Durchgangslöcher und der Unterteilungsschlitz können außerdem Spalte mit identischen Abmessungen aufweisen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine hochgenaue Prüfkraft erzeugt werden und eine Härteprüfung kann auf vorteilhafte Weise durchgeführt werden.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird in der folgenden genauen Beschreibung unter Bezugnahme auf die erwähnten mehreren Zeichnungen mittels nicht einschränkender Beispiele für beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weiter beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen in den diversen Ansichten der Zeichnungen durchgehend gleichartige Komponenten darstellen; es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht, die eine Gesamtkonfiguration einer Härteprüfeinrichtung gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht;
- 2 ein Blockdiagramm einer Steuerstruktur der Härteprüfeinrichtung gemäß der Ausführungsform;
- 3A eine perspektivische Ansicht, die eine Prüfkraft-Erzeugungsfeder veranschaulicht, mit der die Härteprüfeinrichtung gemäß der Ausführungsform versehen ist; und
- 3B eine perspektivische Ansicht, die eine Grundstruktur der Prüfkraft-Erzeugungsfeder veranschaulicht.
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Genaue Beschreibung der Erfindung
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Die hier gezeigten Einzelheiten sind lediglich beispielhaft und dienen Zwecken einer veranschaulichenden Diskussion der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und werden zum Bereitstellen dessen, wovon geglaubt wird, dass es die nützlichste und am einfachsten zu verstehende Beschreibung der Prinzipien und konzeptionellen Aspekte der vorliegenden Erfindung ist, vorgestellt. In diesem Zusammenhang wird kein Versuch unternommen, strukturelle Einzelheiten der vorliegenden Erfindung in einer größeren Detailtiefe zu zeigen, als für das grundlegende Verständnis der vorliegenden Erfindung notwendig ist, wobei die Beschreibung zusammen mit den Zeichnungen dem Fachmann auf dem Gebiet ersichtlich macht, wie die Formen der vorliegenden Erfindung in der Praxis ausgeführt sein können.
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Im Folgenden wird eine Ausführungsform einer Härteprüfeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Einzelnen beschrieben. Diverse technisch bevorzugte Einschränkungen sind auf die unten beschriebene Ausführungsform angewendet, um die vorliegende Erfindung auszuführen, jedoch ist der Umfang der vorliegenden Erfindung weder durch die folgende Ausführungsform noch durch die veranschaulichten Beispiele eingeschränkt. Die Härteprüfeinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist eine Rockwell-Härteprüfeinrichtung, die die Härte einer Probe misst, indem mit einem Eindringkörper eine vorgegebene Prüfkraft auf eine Oberfläche der Probe aufgebracht wird, derart, dass eine Vertiefung gebildet wird.
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Wie in 1 und 2 veranschaulicht ist, ist eine Härteprüfeinrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform z. B. konfiguriert, eine Lastausübungseinrichtung (lastausübende Maschine oder Presse) 2, einen Aktor 3, der eine Betriebskraft auf die Lastausübungseinrichtung 2 ausübt und bewirkt, dass die Lastausübungseinrichtung 2 arbeitet (sich vertikal bewegt), eine Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4, die auf einer Seite der Bodenfläche der Lastausübungseinrichtung 2 vorgesehen ist, eine Eindringkörpersäule (Eindringkörperwelle) 6, die auf einer Seite einer Bodenfläche der Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 angeordnet ist und an einem fernen Endabschnitt eines Bodenendes der Eindringkörpersäule 6 mit einem Eindringkörper 61 versehen ist, einen Referenzabschnitt 7, der eine Referenzfläche aufweist, die verwendet wird, wenn ein Betrag der Verlagerung der Eindringkörpersäule 6 (Betrag der Durchdringung durch den Eindringkörper 61) detektiert wird, eine Probenbühne 8, die der Eindringkörpersäule 6 (dem Eindringkörper 61) gegenüberliegend angeordnet ist und wobei eine Probe S auf einer Deckfläche davon angeordnet ist, eine Steuereinrichtung 100, eine Konsole 110, eine Anzeige 120 und dergleichen zu enthalten. Diverse Betriebssteuerungen in der Härteprüfeinrichtung 1 werden durch die Steuereinrichtung 100 ausgeführt, die in 2 veranschaulicht ist.
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Die Lastausübungseinrichtung 2 ist mit einem Lastausübungseinrichtungs-Hauptkörper 21, einem vorstehenden Abschnitt 22, der von einer Seitenfläche des Lastausübungseinrichtungs-Hauptkörpers 21 vorsteht, einem Grundabschnitt 23, der an einer Bodenfläche des Lastausübungseinrichtungs-Hauptkörpers 21 und an einer Deckfläche der Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 befestigt ist, und dergleichen versehen. Außerdem ist ein Verbindungsmechanismus 24 an der Bodenseite des Lastausübungseinrichtungs-Hauptkörpers 21 der Lastausübungseinrichtung 2 vorgesehen, wobei der Verbindungsmechanismus 24 die Lastausübungseinrichtung 2 mit einem Referenzabschnitt-Haltelement 71 (dem Referenzabschnitt 7) verbindet.
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Der vorstehende Abschnitt 22 der Lastausübungseinrichtung 2 ist über ein bewegliches Stück 34 derart an einer Säulenwelle 33 des Aktors 3 befestigt, dass er sich vertikal bewegen kann. Der vorstehende Abschnitt 22 (die Lastausübungseinrichtung 2) bewegt sich aufgrund des drehenden Antreibens der Säulenwelle 33, das unten beschrieben ist, zusammen mit dem beweglichen Stück 34 vertikal. Insbesondere bewegt sich die Lastausübungseinrichtung 2 mit dem Betrieb des Aktors 3 mittels eines Mechanismus in der Art eines Kugelumlaufgewindes vertikal. Eine Führung 21a, die am Lastausübungseinrichtungs-Hauptkörper 21 vorgesehen ist, ist konfiguriert, auf einer senkrechten Schiene 1b, die an einem Prüfeinrichtungsgehäuse 1a vorgesehen ist, geführt zu werden, und die Lastausübungseinrichtung 2 bewegt sich geradlinig nach oben und nach unten.
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Der Aktor 3 ist mit einem Motor 31, der Säulenwelle 33, einem Steuerriemen 32, der sich zwischen der Säulenwelle 33 und einer Motorwelle 31a des Motors 31 spannt, und dergleichen versehen. Der Aktor 3 ist mit der Lastausübungseinrichtung 2 verbunden, indem die Säulenwelle 33 mit dem beweglichen Stück 34 am vorstehenden Abschnitt 22 befestigt ist.
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Der Motor 31 erzeugt einen Antrieb auf der Grundlage eines Antriebssteuersignals, das von der Steuereinrichtung 100 eingegeben wird. Die Motorwelle 31a des Motors 31 dreht sich aufgrund des Antriebs des Motors 31. Die Antriebskraft der Motorwelle 31a wird über den Steuerriemen 32 auf die Säulenwelle 33 übertragen, wobei bewirkt wird, dass sich die Säulenwelle 33 dreht. Aufgrund des drehenden Antriebs der Säulenwelle 33 verlagert sich das bewegliche Stück 34 vertikal. Auf diese Weise bewirkt der Aktor 3 auf der Grundlage des Antriebs des Motors 31, dass sich das bewegliche Stück 34 vertikal bewegt, bewirkt, dass seine Antriebskraft auf den vorstehenden Abschnitt 22 der Lastausübungseinrichtung 2 übertragen wird, der mit dem beweglichen Stück 34 verbunden ist, und bewirkt, dass sich die Lastausübungseinrichtung 2 vertikal bewegt. Außerdem verlagert die Lastausübungseinrichtung 2, die durch den Aktor 3 vertikal bewegt wird, die Eindringkörpersäule 6 geradlinig in Richtung der Probenbühne 8, derart, dass der Eindringkörper 61 in die Oberfläche der Probe S drückt.
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Die Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4, die eine Prüfkraft erzeugt, ist auf einer Bodenfläche des Grundabschnitts 23 der Lastausübungseinrichtung 2 angeordnet, und die Eindringkörpersäule 6 ist auf der Bodenfläche der Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 angeordnet. Das heißt, die Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 ist zwischen der Lastausübungseinrichtung 2 (dem Grundabschnitt 23) und der Eindringkörpersäule 6 eingeschoben. Die Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 drückt und verlagert die Eindringkörpersäule 6 mit der Verlagerung nach unten der Lastausübungseinrichtung 2 nach unten. Insbesondere überträgt die Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 einen Vorgang wie etwa die vertikale Bewegung der Lastausübungseinrichtung 2 auf die Eindringkörpersäule 6. Die Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 ist eine ringförmige Feder mit einer Form, die links/rechtssymmetrisch ist. Die spezifische Form und andere Einzelheiten der Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 werden unten beschrieben.
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Außerdem ist eine Skala 41 mit Skalenmarkierungen, die in einem vorgegebenen Intervall darin eingraviert sind, an einer Seitenfläche eines Bodenabschnitts der Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 vorgesehen. Außerdem ist ein Federverlagerungsdetektor 42 an einem Ende der Bodenfläche des Grundabschnitts 23 der Lastausübungseinrichtung 2 vorgesehen, wobei der Federverlagerungsdetektor 42 einen Betrag der Verlagerung (Betrag der Verformung) der Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 detektiert, der auftritt, wenn die Lastausübungseinrichtung 2 betätigt wird (sich vertikal bewegt). Der Federverlagerungsdetektor 42 ist z. B. ein linearer Codierer, der die Skalenmarkierungen der Skala 41, die an der Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 vorgesehen ist, auf optische Weise liest. Der Federverlagerungsdetektor 42 detektiert z. B. den Betrag der Verlagerung der Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4, der auftritt, wenn der Eindringkörper 61 mittels der Eidringkörpersäule 6 in die Probe S gedrückt wird, und gibt ein Federverlagerungssignal an die Steuereinrichtung 100 aus, das auf dem detektierten Betrag der Verlagerung basiert. Der Betrag der Verlagerung entspricht einer Drückkraft (Prüfkraft), mit der der Eindringkörper 61 in die Probe S drückt, oder einer Last, die auf die Probe S aufgebracht wird.
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Durch den Betrieb des Aktors 3 verlagert sich die Eindringkörpersäule 6 zusammen mit der Lastausübungseinrichtung 2 und der Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 in Richtung der Probe S, die auf der Probenbühne 8 angeordnet ist, die unter der Eindringkörpersäule 6 vorgesehen ist, und drückt den Eindringkörper 61 an ihrem fernen Ende mit einer vorgegebenen Prüfkraft gegen die Oberfläche der Probe S. Der Eindringkörper 61 drückt mit der vorgegebenen Prüfkraft gegen die Probe S, wodurch in der Oberfläche der Probe S eine Vertiefung gebildet wird. Ein konischer Diamant-Eindringkörper mit einem Spitzenwinkel von 120° oder ein Kugeleindringkörper (z. B. ein Eindringkörper mit einem Durchmesser von 1/16 Zoll, 1/8 Zoll. 1/4 Zoll oder 1/2 Zoll), die bei Rockwell-Härteprüfungen verwendet werden, können z. B. als der Eindringkörper 61 verwendet werden. Außerdem kann eine Skala 62 auf der Oberfläche der Eindringkörpersäule 6 einteilig ausgebildet sein, wobei die Skala 62 Skalenmarkierungen aufweist, die in einem vorgegebenen Intervall darin eingraviert sind.
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Ferner sind das Referenzabschnitt-Halteelement 71, das über den Verbindungsmechanismus 24, der am Lastausübungseinrichtungs-Hauptkörper 21 der Lastausübungseinrichtung 2 vorgesehen ist, verbunden ist, der Referenzabschnitt 7, der auf einer Seite der Bodenfläche des Referenzabschnitt-Haltelements 71 gehalten wird, und dergleichen unter der Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 vorgesehen. Der Referenzabschnitt 7 enthält eine Referenzfläche, die verwendet wird, wenn der Eindringkörpersäulen-Verlagerungsdetektor 63 (unten beschrieben) den Betrag der Verlagerung der Eindringkörpersäule 6 detektiert. Der Verbindungsmechanismus 24 ist durch eine Führungsschiene 24a, die auf der Seite des Lastausübungseinrichtungs-Hauptkörpers 21 angeordnet ist, und einen Führungsblock 24b, der auf der Seite des Referenzabschnitt-Haltelements71 angeordnet ist, konfiguriert. Der Führungsblock 24b ist derart angeordnet, dass er zu einer vertikalen Bewegung entlang der Führungsschiene 24a befähigt ist, die sich vertikal erstreckt. Die Führungsschiene 24a und der Führungsblock 24b konfigurieren das, was als eine „LM-Guide“ (eingetragenes Warenzeichen) bekannt ist, die eine geradlinige Bewegung führt, indem der Führungsblock 24b über die Führungsschiene 24a gleitet. Die spezifische Konfiguration der „LM-Guide“ (Führungsschiene 24a und Führungsblock 24b) ist eine herkömmlicherweise bekannte Technologie (z. B. die Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2011-012735) und ist daher nicht im Einzelnen beschrieben. Außerdem ist ein Regulator 25, der die Verlagerung nach unten des Führungsblocks 24b reguliert, an einem Bodenendabschnitt des Lastausübungseinrichtungs-Hauptkörpers 21 vorgesehen. Mit der oben erwähnten Konfiguration kann sich das Referenzabschnitt-Haltelement 71 (der Referenzabschnitt 7) entlang der Führungsschiene 24a vertikal verlagern.
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Der Referenzabschnitt 7 ist ein Element, das als eine Referenz der Positionierung des fernen Endes des Eindringkörpers 61, der am fernen Endabschnitt der Eindringkörpersäule 6 vorgesehen ist, in der vertikalen Richtung dient und ist auf der Seite der Bodenfläche des Referenzabschnitt-Haltelements 71 befestigt. Der Referenzabschnitt 7 ist in einer hohlen Form ausgebildet, die ermöglicht, dass die Eindringkörpersäule 6 (der Eindringkörper 61) durch den Referenzabschnitt 7 eingeführt wird. Eine Bodenfläche des Referenzabschnitts 7 ist derart gebildet, dass sie eine Fläche ist, die zur Eindringkörpersäule 6 senkrecht ist (eine horizontale Fläche). Indem der Referenzabschnitt 7 zusammen mit dem Referenzabschnitt-Haltelement 71 und der Lastausübungseinrichtung 2 nach unten verlagert wird, kann ein Zustand erreicht werden, in dem sich die Bodenfläche des Referenzabschnitts 7 in direktem Kontakt gegen die Oberfläche der Probe S befindet.
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Außerdem ist der Eindringkörpersäulen-Verlagerungsdetektor 63, der den Betrag der Verlagerung der Eindringkörpersäule 6 detektiert, an einer Seite der Deckfläche des Referenzabschnitt-Haltelements 71 vorgesehen. Der Eindringkörpersäulen-Verlagerungsdetektor 63 ist z. B. ein linearer Codierer, der die Skalenmarkierungen der Skala 62, die an der Oberfläche der Eindringkörpersäule 6 einteilig vorgesehen ist, auf optische Weise liest. Der Eindringkörpersäulen-Verlagerungsdetektor 63 detektiert den Betrag der Verlagerung der Eindringkörpersäule 6, der auftritt, wenn der Eindringkörper 61 in die Probe S gedrückt wird (das heißt, den Betrag der Durchdringung (die Drücktiefe) des Eindringkörpers 61, der in die Probe S gedrückt wird), und gibt ein Eindringkörpersäulen-Verlagerungssignal, das auf dem detektierten Betrag der Verlagerung basiert, an die Steuereinrichtung 100 aus.
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Außerdem kann der Eindringkörpersäulen-Verlagerungsdetektor 63 durch Durchführen eines Drückversuchs in einem Zustand, in dem sich die Bodenfläche des Referenzabschnitts 7 mit der Oberfläche der Probe S in direktem Kontakt befindet, unter Verwendung der Bodenfläche des Referenzabschnitts 7 (das heißt, der Oberfläche der Probe S) als eine Referenzfläche den Betrag der Verlagerung der Eindringkörpersäule 6 detektieren. Dementsprechend kann der Betrag der Durchdringung des Eindringkörpers 61 von der Oberfläche der Probe S mit dem Eindringkörpersäulen-Verlagerungsdetektor 63 detektiert werden, wobei ermöglicht wird, dass die Tiefe einer Vertiefung, die während der Prüfung gebildet wird, detektiert wird.
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Wie in 2 veranschaulicht ist, ist die Steuereinrichtung 100 konfiguriert, z. B. eine CPU 101, einen RAM 102 und einen Speicher 103 zu enthalten. Die Steuereinrichtung 100 führt eine Betriebssteuerung und dergleichen zur Durchführung einer vorgegebenen Härteprüfung durch, indem ein vorgegebenes Programm ausgeführt wird, das im Speicher 103 gespeichert ist. Die CPU 101 ruft ein Verarbeitungsprogramm oder dergleichen ab, das im Speicher 103 gespeichert ist, öffnet anschließend das Verarbeitungsprogramm im RAM 102 und führt es aus, wodurch die Gesamtsteuerung der Härteprüfeinrichtung 1 durchgeführt wird. Der RAM 102 öffnet das Verarbeitungsprogramm oder dergleichen, das durch die CPU 101 ausgeführt wird, in einem Programmspeicherbereich im RAM 102 und speichert in einem Datenspeicherbereich Eingangsdaten, Verarbeitungsergebnisse, die während der Ausführung des Verarbeitungsprogramms erzeugt werden, und dergleichen. Der Speicher 103 enthält z. B. ein Aufzeichnungsmedium (in den Zeichnungen nicht gezeigt), in dem ein Programm, Daten und dergleichen gespeichert sind. Das Aufzeichnungsmedium ist z. B. mit einem Halbleiterspeicher konfiguriert. Außerdem sind im Speicher 103 diverse Arten von Daten, diverse Arten von Verarbeitungsprogrammen und Daten, die durch Ablaufen der Programme verarbeitet werden, gespeichert, die ermöglichen, dass die CPU 101 die Gesamtsteuerung der Härteprüfeinrichtung 1 durchführt.
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Zum Beispiel vergleicht die CPU 101 das Federverlagerungssignal, das vom Federverlagerungsdetektor 42 eingegeben wird, mit voreingestellten Federverlagerungsdaten. Daraufhin gibt die CPU 101 ein Antriebssteuersignal, das das Antreiben des Aktors 3 (des Motors 31) steuert, an den Motor 31 aus, um die Lastausübungseinrichtung 2 derart zu verlagern, dass bewirkt wird, dass der Eindringkörper 61 mit der vorgegebenen Prüfkraft (Last) auf die Probe S wirkt.
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Außerdem berechnet die CPU 101 die Härte der Probe S auf der Grundlage des Eindringkörpersäulen-Verlagerungssignals, das vom Eindringkörpersäulen-Verlagerungsdetektor 63 eingegeben wird. Das heißt, die CPU 101 als eine Härteberechnungseinrichtung führt eine Rockwell-Härteprüfung durch, bei der die Härte der Probe S aus dem Betrag der Verlagerung der Eindringkörpersäule 6 (mit anderen Worten, dem Betrag der Durchdringung (der Vertiefungstiefe), um den der Eindringkörper 61 in die Probe S drückt), der durch den Eindringkörpersäulen-Verlagerungsdetektor 63 detektiert wird, berechnet wird.
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Die Konsole 110 ist mit einer Tastatur, einer Zeigeeinrichtung wie etwa einer Maus und dergleichen versehen. Die Konsole 110 empfängt eine Eingabebedienung durch einen Arbeiter (eine Bedienperson) während einer Härteprüfung. Außerdem wird ein vorgegebenes Bedienungssignal erzeugt, das der Eingabebedienung entspricht, und an die Steuereinrichtung 100 ausgegeben, wenn die Konsole 110 eine vorgegebene Eingabebedienung empfängt, die durch den Arbeiter durchgeführt wird.
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Die Anzeige 120 ist z. B. durch eine Anzeigeeinrichtung wie etwa eine LCD konfiguriert. Die Anzeige 120 zeigt z. B. Härteprüfungseinstellungen, die auf der Konsole 110 eingegeben werden, Ergebnisse der Härteprüfung und dergleichen an.
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Als nächstes wird die Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 der Härteprüfeinrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
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Wie in 1 und 3A veranschaulicht ist, ist die Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 z. B. eine ringförmige Feder, die Links/Rechts-Paare Durchgangslöcher 4a, wobei jedes Durchgangsloch 4a derart gebildet ist, dass es von einer Seitenfläche eines im Wesentlichen rechtwinkligen Metallblocks zu einer weiteren Seitenfläche auf einer Rückseite des Blocks verläuft, und einen Schlitz 4b, der derart gebildet ist, dass er jedes Paar Durchgangslöcher 4a verbindet, aufweist. Insbesondere sind drei im Wesentlichen brillenartige Durchgangslöcher (vertikal gestapelte Durchgangslöcher) 40, die jeweils durch ein Links/Rechts-Paar Durchgangslöcher 4a und einen Schlitz 4b konfiguriert sind, in einer vertikal gestapelten Anordnung an der Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 vorgesehen. Ein Paar paralleler Durchgangslöcher 4d, die derart gebildet sind, dass sie dem Links/Rechts-Paar Durchgangslöcher 4a folgen, und ein Unterteilungsschlitz 4e, der derart gebildet ist, dass er einen Bereich zur Außenseite des Paares paralleler Durchgangslöcher 4d vertikal unterteilt, sind zwischen den brillenartigen Durchgangslöchern 40 vorgesehen. Außerdem sind Rillen 4c, die dem Links/Rechts-Paar Durchgangslöcher 4a folgen, in der Deckfläche und der Bodenfläche der Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 vorgesehen.
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In der Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 ist das Metallmaterial in den Abschnitten, in denen das Durchgangsloch 4a, das parallele Durchgangsloch 4d und die Rille 4c vertikal gestapelt sind, dünnwandiger. Insbesondere ist das Metallmaterial zwischen dem Durchgangsloch 4a und dem parallelen Durchgangsloch 4d dünnwandiger und ist das Metallmaterial zwischen dem Durchgangsloch 4a und der Rille 4c dünnwandiger. Mit anderen Worten, die Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 weist eine Federstruktur auf, bei der die Abschnitte, in denen das Durchgangsloch 4a, das parallele Durchgangsloch 4d und die Rille 4c gebildet sind, dünnwandiger sowohl als die linke als auch die rechte Seite und als die Mitte der Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 sind.
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Ferner ist (der Grundabschnitt 23 der) die Lastausübungseinrichtung 2 im Wesentlichen an der Mitte (d. h. einer näherungsweise Mitte) der Deckfläche der Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 befestigt, und die Eindringkörpersäule 6 ist im Wesentlichen an der Mitte (d. h. einer näherungsweisen Mitte) der Bodenfläche der Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 arretiert (siehe 1). Außerdem ist die Lastausübungseinrichtung 2 (der Grundabschnitt 23) an einem dickwandigen Abschnitt im Wesentlichen in der Mitte der Deckfläche der Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 befestigt, und die Eindringkörpersäule 6 ist an einem dickwandigen Abschnitt im Wesentlichen in der Mitte der Bodenfläche der Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 arretiert. Mit dieser Verbindungsstruktur, wenn die Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 zwischen der Lastausübungseinrichtung 2 und der Eindringkörpersäule 6 eingeschoben ist, wird die Lastausübungseinrichtung 2 durch den Aktor 3 nach unten verlagert und verlagert die Eindringkörpersäule 6 geradlinig, derart, dass der Eindringkörper 61 in die Oberfläche der Probe S gedrückt wird, und die elastische Verformung, die während dieser geradlinigen Verlagerung auftritt, ist eine geradlinige Bewegung, wobei ermöglicht wird, dass die Prüfkraft auf vorteilhafte Weise erzeugt wird. Zum Beispiel kann in einer Härteprüfeinrichtung unter Verwendung einer herkömmlichen Technologie durch Verformen einer Auslegerblattfeder eine Prüfkraft im Bereich von 3 bis 187,5 kgf [29,42 bis 1838,75 N] erzeugt werden; eine Prüfkraft mit einem breiten dynamischen Bereich von 1 bis 250 kgf [9,81 bis 2452,5 N], der die herkömmliche Prüfkraft überschreitet, kann durch die Verformung in Form einer geradlinigen Bewegung der Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 erzeugt werden. Insbesondere wenn sich die Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4, die zwischen der Lastausübungseinrichtung 2 und der Eindringkörpersäule 6 eingeschoben ist, zwischen diesen Komponenten derart geradlinig bewegt, dass sie komprimiert wird (elastisch verformt wird), wird in der Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 keine Kraft außer der Prüfkraft (wie etwa Reibung) erzeugt, und daher kann die Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 die Prüfkraft mit einem hohen Maß an Genauigkeit erzeugen.
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In diesem Beispiel ist die Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4, die in 3A veranschaulicht ist, eine ringförmige Feder mit der Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4, die in 3B veranschaulicht ist, als der Grundstruktur. Die Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 aus 3B, die als die Grundstruktur dient, ist eine ringförmige Feder, die ein im Wesentlichen brillenartiges Durchgangsloch 40 aufweist, das durch ein Links/Rechts-Paar Durchgangslöcher 4a, wobei jedes Durchgangsloch 4a derart gebildet ist, dass es von einer Seitenfläche eines im Wesentlichen rechtwinkligen Metallblocks zu einer weiteren Seitenfläche auf der Rückseite des Blocks verläuft, und einen Schlitz 4b, der derart gebildet ist, dass er das Paar Durchgangslöcher 4a verbindet, konfiguriert ist, und die Rillen 4c, die dem Links/Rechts-Paar Durchgangslöcher 4a folgen, sind auf der Deckfläche und der Bodenfläche der Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 gebildet. Mit anderen Worten, in der vorliegenden Ausführungsform ist die ringförmige Feder darum entworfen, wie viele im Wesentlichen brillenartige Durchgangslöcher 40 die Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 aufweist, und wenn die Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 mit der Grundstruktur, die in 3B veranschaulicht ist, als eine ringförmige Feder mit einer Ein-Ebenen-Struktur behandelt wird, ist die Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4, die in 3A veranschaulicht ist, zu einer ringförmigen Feder mit einer Drei-Ebenen-Struktur äquivalent. Wenn ein Entwurf die Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 mit der Grundstruktur, die in 3B veranschaulicht ist, in viele Ebenen stapelt, sind die parallelen Durchgangslöcher 4d derart entworfen, dass sie den Abschnitten entsprechen, in denen die Rillen 4c einander zugewandt gestapelt sind.
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Mit der Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4, die derart entworfen ist, dass sie die ringförmige Feder mit der Grundstruktur (siehe 3B) auf diese Weise in mehreren Ebenen gestapelt aufweist, ist ein Entwurf möglich, bei dem die Federkonstante der Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 auf einfache Weise kalibriert werden kann. Wenn die Federkonstante der Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 mit der Ein-Ebenen-Struktur, die in 3B veranschaulicht ist, z. B. 100 kgf/mm [980,67 N/mm] ist, ist die Federkonstante der Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 mit der Drei-Ebenen-Struktur, die in 3A veranschaulicht ist, näherungsweise ein Drittel oder 30 kgf/mm [294,20 N]. Mit anderen Worten, die Federkonstante kann vermindert werden, wenn die Anzahl der Ebenen der ringförmigen Feder mit der Grundstruktur erhöht wird, und daher können Prüfkraft-Erzeugungsfedern 4, die diverse Anzahlen von Ebenen aufweisen (z. B. eine Zwei-Ebenen-Struktur oder eine Vier-Ebenen-Struktur) entworfen werden, um Prüfkraft-Erzeugungsfedern 4 mit diversen Federkonstanten zu erhalten.
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Außerdem können diverse Typen der Härteprüfeinrichtung 1 auf einfache Weise hergestellt werden, wenn eine Prüfvorrichtung entworfen wird, die mit Ausnahme der Abschnitte, in denen die Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 in der Härteprüfeinrichtung 1 eingebaut ist, genormt ist, und eine Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 mit der Anzahl von Ebenen, die eine Federkonstante in Übereinstimmung mit dem Kundenwunsch aufweist, in der Prüfvorrichtung eingebaut wird, um die Härteprüfeinrichtung 1 zu vervollständigen, und daher können die Herstellungskosten der Härteprüfeinrichtung 1 verringert werden.
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Mit der Härteprüfeinrichtung 1 unter Verwendung der Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 dieser Art kann eine Härteprüfung auf vorteilhafte Weise ausgeführt werden.
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Hier wird eine Prüfung, die durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurde, unter Bezugnahme auf eine Schraubenfeder, die konfiguriert ist, eine elastische Verformung aufzuweisen, die eine geradlinige Bewegung ist, beschrieben. Die Erfinder nahmen an, dass gleichartige Wirkungen erzielt werden könnten, wenn eine Schraubenfeder anstelle der Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 der Härteprüfeinrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eingebaut wäre, da die elastische Verformung der Schraubenfeder jedoch von der geradlinigen Bewegung abweichende Elemente enthält, kamen die Erfinder zu einer Schlussfolgerung, dass das Verwenden der Schraubenfeder anstelle der Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 gemäß der vorliegenden Ausführungsform keinen Nutzen ergibt. Insbesondere entdeckten die Erfinder, dass dann, wenn eine Schraubenfeder, die durch Wickeln eines Metalldrahtes gebildet ist, komprimiert wird, eine Torsionsverformung entlang einer Wicklungsrichtung des Metalldrahtes erzeugt wird und daher ein Mechanismus, um eine derartige Torsion abzuwenden, hinzugefügt werden müsste. Die Erfinder bestimmten, dass dies ein Nachteil ähnlich der Unannehmlichkeit wäre, einen Mechanismus, um eine Verschiebung der Position eines freien Endes einer Auslegerblattfeder auszugleichen, in einer Härteprüfeinrichtung gemäß herkömmlicher Technologie hinzufügen zu müssen. Außerdem gab es mit einer Schraubenfeder mit einer geringeren Anzahl von Umdrehungen und einer kleineren Schrittweite zwischen den Umdrehungen im Metalldraht nahezu kein Knicken, wenn die Schraubenfeder komprimiert wurde, jedoch trat eine Knickverformung auf, wenn eine Schraubenfeder mit einem bestimmten Längenmaß komprimiert wurde. Daher bestimmten die Erfinder, dass ein Mechanismus, um ein derartiges Knicken zu verhindern, hinzugefügt werden müsste. Auf diese Weise entdeckten die Erfinder, dass die Unannehmlichkeit vorliegt, einen Mechanismus, um Torsion abzuwenden, oder einen Mechanismus, um Knicken zu verhindern, hinzufügen zu müssen, wenn eine Schraubenfeder anstelle der Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 verwendet wird. Außerdem lernten die Erfinder ebenfalls, dass das Potential vorhanden ist, dass Reibung, die durch derartige Mechanismen erzeugt wird, die Genauigkeit der Prüfkraft beeinflusst, wenn ein Mechanismus, um Torsion abzuwenden, oder ein Mechanismus, um Knicken zu verhindern, hinzugefügt wird. Unter der Voraussetzung der Ergebnisse dieser Prüfungen folgerten die Erfinder, dass die Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine hochgenaue Prüfkraft erzeugen kann, die mit einer Schraubenfeder nicht erzielbar ist.
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Wie oben erwähnt ist, wird in der Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 gemäß der vorliegenden Ausführungsform keine Kraft (wie etwa Reibung) außer der Prüfkraft erzeugt, und die Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 kann eine hochgenaue Prüfkraft erzeugen. Daher kann eine Härteprüfung mit der Härteprüfeinrichtung 1 unter Verwendung der Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 auf vorteilhafte Weise durchgeführt werden.
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In der oben gegebenen Ausführungsform ist die Rille 4c jeweils auf der Deckfläche und der Bodenfläche der Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 gebildet. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf eingeschränkt. Ein Paar Rillen 4c kann lediglich auf der Deckfläche der Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 gebildet sein, oder ein Paar Rillen 4c kann lediglich auf der Bodenfläche der Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 gebildet sein. Außerdem kann die Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 keine darauf ausgebildete Rille 4c aufweisen.
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Ferner weisen in der obigen Ausführungsform die parallelen Durchgangslöcher 4d in der Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 einen Spalt auf, der in etwa dieselbe Größe wie jener der Durchgangslöcher 4a aufweist, und die parallelen Durchgangslöcher 4d weisen einen Spalt auf, der breiter als jener der Unterteilungsschlitze 4e ist. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf eingeschränkt. Zum Beispiel kann der Spalt der parallelen Durchgangslöcher 4d schmal sein oder kann derselbe wie die Unterteilungsschlitze 4e sein.
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Außerdem ist die obige Ausführungsform konfiguriert, die Skala 41 aufzuweisen, die auf der Seitenfläche des Bodenabschnitts der Prüfkraft-Erzeugungsfeder 4 vorgesehen ist, und den Federverlagerungsdetektor 42 aufzuweisen, der die Skalenmarkierungen der Skala 41 liest, der auf der Bodenfläche des Referenzabschnitts 23 der Lastausübungseinrichtung 2 vorgesehen ist. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf eingeschränkt. Die Skala 41 und der Federverlagerungsdetektor 42 können an jeder anderen Position angeordnet sein, an der die Skala 41 und der Federverlagerungsdetektor 42 geeignet funktionieren.
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Außerdem sind geeignete Modifikationen an anderen spezifischen, Einzelheiten der Struktur natürlich ebenfalls möglich.
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Es sei erwähnt, dass die voranstehenden Beispiele lediglich zum Zweck der Erklärung bereitgestellt worden sind und in keiner Weise als einschränkend für die vorliegende Erfindung ausgelegt werden sollen. Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden ist, versteht es sich, dass die Worte, die hier verwendet worden sind, Worte der Beschreibung und Veranschaulichung anstelle von Worten der Einschränkung sind. Änderungen können innerhalb des Geltungsbereichs der beigefügten Ansprüche wie aktuell angegeben und wie geändert vorgenommen werden, ohne vom Umfang und vom Erfindungsgeist der vorliegenden Erfindung in ihren Aspekten abzuweichen. Obwohl die vorliegende Erfindung hier unter Bezugnahme auf bestimmte Strukturen, Materialien und Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist nicht beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung auf die hier offenbarten Einzelheiten eingeschränkt ist, stattdessen erstreckt sich die vorliegende Erfindung auf alle funktional äquivalenten Strukturen, Verfahren und Verwendungen, so sie innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche liegen.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt, vielmehr können diverse Variationen und Modifikationen möglich sein, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2018187836 [0001]
- JP 2003050189 [0003]
