JP2010261819A - Thrust testing machine - Google Patents

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JP2010261819A JP2009113120A JP2009113120A JP2010261819A JP 2010261819 A JP2010261819 A JP 2010261819A JP 2009113120 A JP2009113120 A JP 2009113120A JP 2009113120 A JP2009113120 A JP 2009113120A JP 2010261819 A JP2010261819 A JP 2010261819A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lever type indentation test machine having a wide test force range for preventing measurement error caused by vibration from the outside without fail. <P>SOLUTION: This indentation test machine 100 has a constitution, including a first acceleration sensor 21, a second acceleration sensor 22 and an angular acceleration calculation section for detecting an angular acceleration of a base 2, when the base 2 is vibrated; a force motor driving section and a third force motor 15 for applying a force, corresponding to the angular acceleration of the base 2 to a load lever 3; and a drive signal generating section for generating a drive signal, based on the angular acceleration of the base 2 detected by the first acceleration sensor 21, the second acceleration sensor 22 and the angular acceleration calculating section so that the force applied from the third force motor 15 agrees with a force negating a torque applied from the base 2 to the load lever 3 pivoted with a lever support section 2d, when the base 2 is vibrated. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、押込み試験機に関する。   The present invention relates to an indentation testing machine.

従来、材料試験機として、先端に圧子を備える圧子軸を試料の表面に押し込んでくぼみを形成させ、押込み深さ（圧子の変位量）を変位計によって計測し、その変位量と圧子に負荷する荷重との関係から、試料の硬さ等の物性値を測定する押込み試験機が知られている。
そして、このような押込み試験機には、フォースモータが付与する駆動力で圧子軸を上下方向に直線駆動させて試料の表面にくぼみを形成する直動型の押込み試験機と、回動可能に軸支される荷重レバーの一端に圧子を備え、フォースモータが付与する駆動力で荷重レバーを回動させ、圧子を試料の表面に押し込んでくぼみを形成するレバー型の押込み試験機と、が存在する。 Conventionally, as a material testing machine, an indenter shaft with an indenter at the tip is pushed into the surface of the sample to form a recess, and the indentation depth (displacement amount of the indenter) is measured by a displacement meter, and the displacement amount and the indenter are loaded. An indentation tester that measures physical properties such as hardness of a sample is known from the relationship with the load.
Such an indentation tester includes a direct-acting indentation tester in which a depression is formed on the surface of the sample by linearly driving the indenter shaft in the vertical direction with the driving force applied by the force motor. There is a lever-type indentation tester equipped with an indenter at one end of a load lever that is pivotally supported, which rotates the load lever with the driving force applied by the force motor and pushes the indenter into the surface of the sample to form a recess. To do.

ここで、押込み試験機において、上記物性値を低測定力領域で正確に測定するためには、圧子の変位量をナノメートルオーダーで計測する必要がある。ところが、ナノメートルオーダーの計測領域においては、外部（例えば、押込み試験機を設置する床）の振動に起因して、圧子に負荷される荷重や圧子の変位量が変動してしまい、精確な計測を行うことが出来ないおそれがあった。   Here, in the indentation tester, in order to accurately measure the physical property values in the low measurement force region, it is necessary to measure the displacement amount of the indenter on the order of nanometers. However, in the measurement area of nanometer order, the load applied to the indenter and the displacement amount of the indenter fluctuate due to external vibration (for example, the floor where the indentation tester is installed), so accurate measurement is possible. There was a risk that it could not be performed.

そこで、直動型の押込み試験機として、例えば、圧子軸の移動の際、当該硬さ試験機の外部から圧子軸に作用する振動を検出する外力検出手段と、外力検出手段により検出された振動を打ち消すことにより所定の試験力が試料に負荷されるように、フォースモータの駆動を制御する外力調整制御手段と、を備えたものが知られている（特許文献１参照）。   Therefore, as a direct-acting indentation tester, for example, when the indenter shaft moves, external force detection means for detecting vibration acting on the indenter shaft from the outside of the hardness tester, and vibration detected by the external force detection means An external force adjustment control means for controlling the drive of a force motor is known so that a predetermined test force is applied to the sample by canceling out (see Patent Document 1).

特許第３８７５６４４号Japanese Patent No. 3875644

上記特許文献１に記載の押込み試験機によると、外力調整制御手段により、外部から圧子軸に作用する振動が外力検出手段によって検出された場合に、その振動が圧子軸の移動動作に与える影響を打ち消すように、フォースモータの駆動が制御されるので、外部から圧子軸に作用する振動が加わる場合であっても、その振動を打ち消すことで、圧子を介して試料に正確な試験力を負荷することができる。   According to the indentation tester described in Patent Document 1, when the external force adjustment control means detects externally acting vibration on the indenter shaft by the external force detection means, the influence of the vibration on the movement of the indenter shaft is affected. The force motor drive is controlled so that it cancels out. Even when vibrations acting on the indenter shaft are applied from the outside, the test force is applied to the sample through the indenter by canceling the vibrations. be able to.

しかしながら、レバー型の押込み試験機では、低測定力領域及びナノメートルオーダーの変位領域において、荷重レバーを含めた可動部の重心と支点の微細な位置ずれに起因する、外部の僅かな併進振動や回転振動によって、荷重レバーが回転運動して、上記荷重や圧子の変位量が変動し易いという問題があるが、上記特許文献１に記載の押込み試験機では、回転運動の影響については考慮されていない。   However, in the lever-type indentation tester, in the low measuring force region and the displacement region on the order of nanometers, slight translational vibrations or the like caused by the minute misalignment of the center of gravity and fulcrum of the movable part including the load lever Although there is a problem that the load lever rotates by rotation vibration and the displacement of the load and the indenter is likely to fluctuate, the indentation tester described in Patent Document 1 takes into consideration the effect of the rotation. Absent.

本発明の課題は、外部からの振動に起因する計測誤差を確実に防止でき、試験力範囲の広いレバー型の押込み試験機を提供することである。   An object of the present invention is to provide a lever-type indentation tester that can reliably prevent measurement errors caused by external vibrations and has a wide test force range.

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、回動可能に軸支される荷重レバーと、前記荷重レバーの一端側における下面に備えられる圧子と、前記荷重レバーの他端側に備えられ当該荷重レバーを回動させ、前記圧子に試験力を付与する荷重レバー駆動部と、前記荷重レバーを軸支するレバー支持部及び試料を載置する載置部を含んだ基台と、を有し、前記荷重レバーを前記荷重レバー駆動部により回動させ、前記圧子を前記載置部に載置された試料に押し付けた際の押し込み深さ量を測定する押込み試験機において、前記基台が振動する際の前記基台の角加速度を検出する角加速度検出手段と、前記荷重レバーに、前記基台の角加速度に応じた力を付与する力付与手段と、前記力付与手段の付与する力が、前記荷重レバーに及ぼすトルクを打ち消す力と一致するように、前記角加速度検出手段により検出された前記基台の角加速度に基づいて、前記力付与手段を駆動させる駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、を備える。   In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 1 includes a load lever that is pivotally supported, an indenter provided on a lower surface of one end side of the load lever, and a second end side of the load lever. A load lever driving unit that rotates the load lever and applies a test force to the indenter, a base that includes a lever support unit that pivotally supports the load lever and a mounting unit on which a sample is mounted; In the indentation tester for measuring the indentation depth when the load lever is rotated by the load lever drive unit and the indenter is pressed against the sample placed on the placement unit, Angular acceleration detecting means for detecting angular acceleration of the base when the base vibrates, force applying means for applying a force corresponding to the angular acceleration of the base to the load lever, and application of the force applying means Force acting on the load lever To match the force to cancel out the torque, and a driving signal generating means for generating a based on the base of the angular acceleration detected, the drive signal for driving said force providing means by said angular acceleration detecting means.

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の押込み試験機において、前記角加速度検出手段は、前記基台に所定距離離間して配置され、各々の位置における前記基台の振動による上下方向の加速度を計測する２つの加速度計を有し、前記２つの加速度計各々より計測される加速度の差分量から角加速度を検出することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the indentation tester according to the first aspect, the angular acceleration detecting means is arranged at a predetermined distance from the base, and is vertically moved by vibration of the base at each position. There are two accelerometers that measure the acceleration in the direction, and the angular acceleration is detected from the difference in acceleration measured by each of the two accelerometers.

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の押込み試験機において、前記力付与手段は、前記荷重レバーの他端側を上下動させるフォースモータを備え、前記駆動信号生成手段は、前記荷重レバーに及ぼすトルクを打ち消す力を前記フォースモータに発生させるための駆動信号を生成することを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the indentation tester according to the first or second aspect, the force applying unit includes a force motor that moves the other end side of the load lever up and down, and the drive signal generating unit includes: And generating a drive signal for causing the force motor to generate a force to cancel the torque exerted on the load lever.

請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の押込み試験機において、前記荷重レバー駆動部は、前記荷重レバーの他端側を上下動させるフォースモータを備え、前記フォースモータは、磁界を形成する磁界形成部と、前記磁界形成部に設けられ、試験力に応じた電流が供給される第１駆動コイル部と、を備え、前記力付与手段は、前記磁界形成部に設けられた第２駆動コイル部を備え、前記駆動信号生成手段は、前記荷重レバーに及ぼすトルクを打ち消す力を発生させる電流を前記第２駆動コイル部に供給するための駆動信号を生成することを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the indentation tester according to the first or second aspect, the load lever driving unit includes a force motor that moves the other end side of the load lever up and down. A magnetic field forming unit that forms a magnetic field; and a first drive coil unit that is provided in the magnetic field forming unit and that is supplied with a current corresponding to a test force. The force applying unit is provided in the magnetic field forming unit. A second drive coil unit, wherein the drive signal generation unit generates a drive signal for supplying the second drive coil unit with a current that generates a force that cancels the torque applied to the load lever. To do.

請求項５に記載の発明は、請求項１又は２に記載の押込み試験機において、前記力付与手段は、前記荷重レバー駆動部により構成され、前記駆動信号生成手段は、前記荷重レバーに及ぼすトルクを打ち消す力を加えた試験力を発生させるための駆動信号を生成することを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the indentation testing machine according to the first or second aspect, the force applying means is constituted by the load lever driving portion, and the drive signal generating means is a torque exerted on the load lever. A drive signal for generating a test force to which a force for canceling out is applied is generated.

請求項６に記載の発明は、回動可能に軸支される荷重レバーと、前記荷重レバーの一端側における下面に備えられる圧子と、前記荷重レバーの他端側に備えられ当該荷重レバーを回動させ、前記圧子を介して試料に試験力を付与する荷重レバー駆動部と、前記荷重レバーを軸支するレバー支持部を備えた基台と、を有し、前記荷重レバーを前記荷重レバー駆動部により回動させ、前記圧子を下方に配置された試料台に載置された試料に押し付けた際の押し込み深さ量を測定する押込み試験機における試験力付与方法において、前記基台が振動する際の前記基台の角加速度を検出する検出工程と、前記検出工程により検出された前記基台の角加速度に基づいて、前記荷重レバーに及ぼすトルクを打ち消す力を前記荷重レバーに付与する力付与工程と、を備えることを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a load lever that is pivotally supported, an indenter provided on a lower surface on one end side of the load lever, and a load lever provided on the other end side of the load lever. A load lever driving unit that moves the load lever to apply a test force to the sample via the indenter, and a base that includes a lever support unit that pivotally supports the load lever, and the load lever is driven by the load lever. In the test force application method in the indentation tester that measures the indentation depth when the indenter is pressed against the sample placed on the sample table disposed below, the base is vibrated. A detecting step for detecting the angular acceleration of the base at the time of applying the force, and applying a force for applying to the load lever a force to counteract the torque applied to the load lever based on the angular acceleration of the base detected by the detecting step Craft Characterized in that it comprises a and.

本発明によると、駆動信号生成手段により、角加速度検出手段によって検出された基台の角加速度に基づいて、力付与手段の付与する力が前記荷重レバーに及ぼすトルクを打ち消すための力に一致する駆動信号が生成され、力付与手段により、上記駆動信号に基づいて発生される力が荷重レバーに付与される。
つまり、力付与手段により上記トルクを打ち消すための力が荷重レバーに付与され、荷重レバーに対する基台（外部）の振動の影響を打ち消すことができるので、試験時の計測誤差が防止され、ナノメートルオーダーの計測領域においても外部からの振動の影響を受けること無く精確な計測を行うことが可能となる。
したがって、本発明は、外部からの振動に起因する計測誤差を確実に防止でき、試験力範囲の広いレバー型の押込み試験機であるといえる。 According to the present invention, based on the angular acceleration of the base detected by the angular acceleration detecting means, the driving signal generating means matches the force applied by the force applying means to cancel the torque exerted on the load lever. A drive signal is generated, and a force generated based on the drive signal is applied to the load lever by the force applying means.
In other words, force for canceling the torque is applied to the load lever by the force applying means, and the influence of the vibration of the base (external) on the load lever can be canceled, so that measurement errors during the test can be prevented, and nanometer Even in the order measurement area, accurate measurement can be performed without being affected by external vibration.
Therefore, the present invention can be said to be a lever-type indentation tester that can reliably prevent measurement errors due to external vibration and has a wide test force range.

本発明に係る押込み試験機を一部断面視した側面図である。It is the side view which carried out partial cross sectional view of the indentation testing machine concerning the present invention. 本発明に係る押込み試験機のレバー部分を示す上面図である。It is a top view which shows the lever part of the indentation tester based on this invention. 本発明に係る押込み試験機による角加速度の検出部分、荷重レバーへの力付与部分を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the detection part of the angular acceleration by the indentation testing machine which concerns on this invention, and the force provision part to a load lever. 本発明に係る押込み試験機の要部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the principal part structure of the indentation testing machine which concerns on this invention. 本発明に係る押込み試験機による計測誤差防止処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the measurement error prevention process by the indentation testing machine which concerns on this invention. 図１の押込み試験機に角加速度計を設けた状態を示す側面図である。It is a side view which shows the state which provided the angular accelerometer in the indentation testing machine of FIG. 図１の第１フォースモータのフォースコイルに、２つのコイル部分を設けた状態を示す側面図である。It is a side view which shows the state which provided the two coil parts in the force coil of the 1st force motor of FIG. 図３と異なる力付与部分を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the force provision part different from FIG. 本発明に係る別の押込み試験機の要部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the principal part structure of another indentation testing machine which concerns on this invention.

以下、図を参照して、本発明に係る押込み試験機について、詳細に説明する。
（実施形態１）
なお、本実施形態における押込み試験機１００は、圧子４に付与する試験力（荷重）と、圧子４の押込み深さとを連続してモニター可能なレバー型の計装化押込み試験機である。 Hereinafter, an indentation testing machine according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
The indentation tester 100 according to the present embodiment is a lever-type instrumented indentation tester that can continuously monitor the test force (load) applied to the indenter 4 and the indentation depth of the indenter 4.

押込み試験機１００は、例えば、図１〜図４に示すように、試料Ｓに試験力を付与する試験機本体１と、試験機本体１の各部を制御する制御部２００と、表示部３００と、操作部４００と、角加速度算出部５００（角加速度検出手段）と、駆動信号生成部６００（駆動信号生成手段）と、フォースモータ駆動部７００（力付与手段）と、等を備えて構成される。   For example, as shown in FIGS. 1 to 4, the indentation tester 100 includes a tester main body 1 that applies a test force to the sample S, a control unit 200 that controls each part of the tester main body 1, and a display unit 300. The operation unit 400, the angular acceleration calculation unit 500 (angular acceleration detection unit), the drive signal generation unit 600 (drive signal generation unit), the force motor drive unit 700 (force application unit), and the like. The

試験機本体１は、例えば、試料Ｓが載置される基台２と、基台２に回動可能に軸支される荷重レバー３と、荷重レバー３の一端側の下面に備えられる圧子４と、荷重レバー３の一端側の上面に備えられる変位センサ可動部５ａと、荷重レバー３の他端側に備えられる第１フォースモータ６（荷重レバー駆動部）と、基台２に回動可能に軸支される基準レバー７と、基準レバー７の一端側の下面に着脱可能に備えられるコンタクタ８と、基準レバー７の一端側下面とコンタクタ８の間に介装されるロードセル９と、基準レバー７の一端側の上面に備えられる変位センサ固定部５ｂと、基準レバー７の他端側に備えられる第２フォースモータ１０と、基準レバー７の他端側に当接するストッパ１２と、荷重レバー３の他端側に備えられ、第１フォースモータ６とレバー支持部２３の間に配置される第３フォースモータ１５（力付与手段）と、基台２の上面に配置される第１加速度センサ２１，第２加速度センサ２２（角加速度検出手段、加速度計）と、等を備える。   The testing machine main body 1 includes, for example, a base 2 on which the sample S is placed, a load lever 3 pivotally supported on the base 2, and an indenter 4 provided on the lower surface on one end side of the load lever 3. And a displacement sensor movable portion 5a provided on the upper surface on one end side of the load lever 3, a first force motor 6 (load lever driving portion) provided on the other end side of the load lever 3, and a base 2 that can be rotated. A reference lever 7 that is pivotally supported by the contact lever 8, a contactor 8 that is detachably provided on the lower surface of one end side of the reference lever 7, a load cell 9 that is interposed between the lower surface of one end side of the reference lever 7 and the contactor 8, and a reference Displacement sensor fixing portion 5b provided on the upper surface on one end side of lever 7, second force motor 10 provided on the other end side of reference lever 7, stopper 12 in contact with the other end side of reference lever 7, load lever 3 on the other end side of the first A third force motor 15 (force applying means) disposed between the motor 6 and the lever support portion 23, and a first acceleration sensor 21 and a second acceleration sensor 22 (angular acceleration detection means) disposed on the upper surface of the base 2 , Accelerometer), and the like.

基台２は、例えば、床上部に設置され、試料Ｓを載置する載置部２ａと、試料Ｓの位置調整のためのＸＹＺステージ２ｂと、外部振動を除振する除振台２ｃと、荷重レバー３及び基準レバー７を軸支するレバー支持部２ｄと、等を備える。そして、地盤の揺れ等に起因した床の振動により、床上部の基台２は、左右方向や上下方向に並進振動／回転振動する。   The base 2 is installed on the floor, for example, a placement unit 2a for placing the sample S, an XYZ stage 2b for adjusting the position of the sample S, a vibration isolation table 2c for removing external vibration, A lever support 2d that pivotally supports the load lever 3 and the reference lever 7, and the like. Then, due to floor vibration caused by ground shaking or the like, the base 2 at the top of the floor undergoes translational / rotational vibration in the left-right direction and the up-down direction.

載置部２ａは、荷重レバー３の回動によって圧子４が試料Ｓに押し付けられるように、圧子４の下方に試料Ｓを載置し、その試料Ｓが試験測定中にずれないように支持する。
ＸＹＺステージ２ｂは、上下方向、左右方向、前後方向に移動可能に構成されており、載置部２ａに載置された試料Ｓの位置を調整可能にする。
除振台２ｃは、基台２の下部に設けられ、外部（例えば、試験機本体１を設置する床）の振動による、基台２の上下方向の回転振動を緩和させる。ここで、後述の基台２の回転振動により作用するトルクを打ち消すための力が、第３フォースモータ１５により荷重レバー３に付与されるので、基台２に除振台２ｃを設けない構成とすることも可能である。しかし、除振台２ｃを設けることで、上記力が付与された場合でも除去しきれない回転振動の影響を、上述の除振台２ｃの作用によって排除することが可能となるので、一層正確な計測誤差の防止を図ることができる。 The placing portion 2a places the sample S below the indenter 4 so that the indenter 4 is pressed against the sample S by the rotation of the load lever 3, and supports the sample S so that it does not shift during the test measurement. .
The XYZ stage 2b is configured to be movable in the up-down direction, the left-right direction, and the front-rear direction, and allows the position of the sample S placed on the placement unit 2a to be adjusted.
The vibration isolation table 2c is provided in the lower part of the base 2, and relieves the vertical vibration of the base 2 due to external vibration (for example, the floor on which the testing machine main body 1 is installed). Here, since the force for canceling the torque acting by the rotational vibration of the base 2 described later is applied to the load lever 3 by the third force motor 15, the base 2 is not provided with the vibration isolation base 2c. It is also possible to do. However, by providing the vibration isolation table 2c, it is possible to eliminate the influence of rotational vibration that cannot be removed even when the above force is applied, by the action of the vibration isolation table 2c. Measurement errors can be prevented.

レバー支持部２ｄは、基台２の上面に備えられ、回動軸２ｅによって荷重レバー３を回動可能に軸支し、荷重レバー３とほぼ同じ軸心を有する回動軸２ｆによって基準レバー７を回動可能に軸支する。   The lever support portion 2 d is provided on the upper surface of the base 2, pivotally supports the load lever 3 by the pivot shaft 2 e, and is pivoted by the pivot shaft 2 f having substantially the same axis as the load lever 3. Is pivotally supported.

荷重レバー３は、試験機本体１の略中央部においてレバー支持部２ｄの回動軸２ｅによって回動可能に軸支されており、荷重レバー３の一端側の下面に圧子４を備えている。また、荷重レバー３の他端側の上面に第１フォースモータ６及び第３フォースモータ１５を備えている。さらに、荷重レバー３は、それぞれボルトに２つのナットを貫通させた、いわゆるダブルナット機構からなる重心調整部２ｇ，２ｈを備え、２つのナット同士を締緩させてボルトの遊び量を調整することにより、荷重レバー３の左右方向，上下方向の重心位置のずれの調整（荷重レバー３の支点に一致させること）を可能にしている。つまり、外部の振動による、基台２の左右方向や上下方向の並進振動が荷重レバー３に作用しても、重心調整部２ｇ，２ｈにより荷重レバー３の重心位置のずれを事前に調整しておくことで、荷重レバー３の試料Ｓ（基台２の載置部２ａ）に対する相対振動を打ち消すことができる。   The load lever 3 is pivotally supported by a pivot shaft 2e of the lever support portion 2d at a substantially central portion of the testing machine main body 1, and includes an indenter 4 on the lower surface on one end side of the load lever 3. Further, a first force motor 6 and a third force motor 15 are provided on the upper surface of the other end side of the load lever 3. Furthermore, the load lever 3 includes center-of-gravity adjusting portions 2g and 2h each having a so-called double nut mechanism in which two nuts are passed through the bolts, and the amount of play of the bolts is adjusted by tightening and loosening the two nuts. This makes it possible to adjust the shift of the center of gravity position in the left-right direction and the up-down direction of the load lever 3 (match with the fulcrum of the load lever 3). That is, even if translational vibration in the horizontal direction or vertical direction of the base 2 due to external vibration acts on the load lever 3, the center of gravity position of the load lever 3 is adjusted in advance by the center of gravity adjusting portions 2g and 2h. By placing, the relative vibration of the load lever 3 with respect to the sample S (the mounting portion 2a of the base 2) can be canceled out.

第１フォースモータ６は、例えば、フォースコイル６ａとマグネット６ｂとにより構成されており、マグネット６ｂがつくる磁界とフォースコイル６ａに流れる電流との電磁誘導に応じて発生する力を駆動力として用い、荷重レバー３を回動させて、荷重レバー３の一端側を押し下げたり、押し上げたりする。そして、第１フォースモータ６の駆動によって、荷重レバー３の一端側を押し下げるようにして、圧子４に荷重を負荷し、その圧子４を試料Ｓの表面に押し付ける試験力を付与することが可能になっている。   The first force motor 6 is constituted by, for example, a force coil 6a and a magnet 6b, and uses a force generated according to electromagnetic induction between a magnetic field generated by the magnet 6b and a current flowing through the force coil 6a as a driving force. The load lever 3 is rotated to push down or push up one end side of the load lever 3. Then, by driving the first force motor 6, one end side of the load lever 3 is pushed down so that a load is applied to the indenter 4 and a test force for pressing the indenter 4 against the surface of the sample S can be applied. It has become.

また、荷重レバー３の一端側の上面には変位センサ可動部５ａが備えられており、この変位センサ可動部５ａは、荷重レバー３によって押し上げられたり押し下げられたりする圧子４と連動して上下に移動する。   Further, a displacement sensor movable portion 5a is provided on the upper surface on one end side of the load lever 3, and this displacement sensor movable portion 5a is moved up and down in conjunction with the indenter 4 pushed up and pushed down by the load lever 3. Moving.

第３フォースモータ１５は、例えば、フォースコイル１５ａとマグネット１５ｂとにより構成されており、マグネット１５ｂがつくる磁界とフォースコイル１５ａに流れる電流との電磁誘導に応じて発生する力を駆動力として用い、荷重レバー３を回動させて、荷重レバー３の一端側を押し下げたり、押し上げたりする。そして、第３フォースモータ１５において、基台２が外部の振動に起因して上下方向に回転振動することで荷重レバー３に及ぼすトルクを打ち消すための力（駆動力）が、フォースモータ駆動部７００により発生される。そのため、第３フォースモータ１５より上記の力が荷重レバー３に作用することにより、試料Ｓ（基台２の載置部２ａ）に対する荷重レバー３の相対振動が極小となるので、基台２の回転振動に起因した試験時の計測誤差を防止することができる。   The third force motor 15 is composed of, for example, a force coil 15a and a magnet 15b, and uses a force generated according to electromagnetic induction between a magnetic field generated by the magnet 15b and a current flowing through the force coil 15a as a driving force. The load lever 3 is rotated to push down or push up one end side of the load lever 3. In the third force motor 15, the force (driving force) for canceling the torque exerted on the load lever 3 due to the base 2 rotating and vibrating in the vertical direction due to external vibration is the force motor driving unit 700. Generated by. Therefore, when the above force acts on the load lever 3 from the third force motor 15, the relative vibration of the load lever 3 with respect to the sample S (the mounting portion 2 a of the base 2) is minimized. Measurement errors at the time of testing due to rotational vibration can be prevented.

基準レバー７は、荷重レバー３とほぼ同じ軸心を有するようにレバー支持部２ｄの回動軸２ｆによって回動可能に軸支されており、基準レバー７の一端側の下面にロードセル９を備え、その下にコンタクタ８を着脱可能に備えている。また、基準レバー７の他端側の上面に第２フォースモータ１０を備えている。
なお、基準レバー７は、図２に示すように、上面視した際に、荷重レバー３の周囲を囲うように配されており、略枠形状を有している The reference lever 7 is pivotally supported by the rotation shaft 2f of the lever support portion 2d so as to have substantially the same axis as the load lever 3, and includes a load cell 9 on the lower surface on one end side of the reference lever 7. The contactor 8 is detachably provided below the contactor 8. In addition, a second force motor 10 is provided on the upper surface of the other end side of the reference lever 7.
As shown in FIG. 2, the reference lever 7 is arranged so as to surround the load lever 3 when viewed from above, and has a substantially frame shape.

第２フォースモータ１０は、例えば、フォースコイルとマグネットとにより構成されており、マグネットがつくる磁界とフォースコイルに流れる電流との電磁誘導に応じて発生する力を駆動力として用い、基準レバー７を回動させて、基準レバー７の一端側を押し下げたり、押し上げたりする。そして、試験時にこの第２フォースモータ１０の出力を調節するようにして、基準レバー７の駆動を調整することで、コンタクタ８を試料Ｓに押し付ける荷重を一定にすることが可能となる。   The second force motor 10 is composed of, for example, a force coil and a magnet, and a force generated according to electromagnetic induction between a magnetic field generated by the magnet and a current flowing through the force coil is used as a driving force, and the reference lever 7 is used. By rotating, one end side of the reference lever 7 is pushed down or pushed up. Then, the load for pressing the contactor 8 against the sample S can be made constant by adjusting the driving of the reference lever 7 so as to adjust the output of the second force motor 10 during the test.

また、基準レバー７の一端側の上面には、荷重レバー３の変位センサ可動部５ａが移動した際の変位量を検出する変位センサ固定部５ｂが備えられている。   Further, a displacement sensor fixing portion 5b for detecting a displacement amount when the displacement sensor movable portion 5a of the load lever 3 moves is provided on the upper surface on one end side of the reference lever 7.

変位センサ可動部５ａは、例えば、断面視略コ字形状を呈する電極板であり、変位センサ固定部５ｂは、略コ字形状を呈する変位センサ可動部５ａに挟まれるように離間して配される電極板である。そして、この変位センサ可動部５ａと変位センサ固定部５ｂとによって、圧子変位センサ５が構成される。
具体的には、圧子変位センサ５は、圧子４の移動量（変位量）を静電容量方式で計測するセンサであって、変位センサ可動部５ａと変位センサ固定部５ｂとの距離に応じて変化する電極板間の静電容量に基づき、圧子４の変位量を計測する。
つまり、圧子変位センサ５は、変位センサ固定部５ｂに対する変位センサ可動部５ａの変位を計測するようにして、圧子４の変位量を計測するようになっている。なお、圧子変位センサ５は、計測した圧子４の変位量に関するデータ（信号）を制御部２００に出力する。 The displacement sensor movable portion 5a is, for example, an electrode plate having a substantially U shape in a sectional view, and the displacement sensor fixing portion 5b is disposed so as to be sandwiched between the displacement sensor movable portions 5a having a substantially U shape. Electrode plate. The displacement sensor movable part 5a and the displacement sensor fixing part 5b constitute an indenter displacement sensor 5.
Specifically, the indenter displacement sensor 5 is a sensor that measures the movement amount (displacement amount) of the indenter 4 by an electrostatic capacitance method, and corresponds to the distance between the displacement sensor movable portion 5a and the displacement sensor fixing portion 5b. Based on the capacitance between the changing electrode plates, the displacement amount of the indenter 4 is measured.
That is, the indenter displacement sensor 5 measures the displacement of the indenter 4 by measuring the displacement of the displacement sensor movable portion 5a with respect to the displacement sensor fixing portion 5b. The indenter displacement sensor 5 outputs data (signal) related to the measured displacement amount of the indenter 4 to the control unit 200.

コンタクタ８は、基準レバー７の一端側の下面に備えられており、荷重レバー３の一端側の下面に備えられている圧子４の先端部の位置基準となる部材である。
ロードセル９は、基準レバー７の一端側の下面に備えられており、圧子４が押し下げられる際に当接する基準レバー７の一端により押圧される押し付け力を測定し、基準レバー７が試料Ｓに押し付けられる荷重を測定するセンサである。このロードセル９は、測定した荷重に関するデータ（信号）を制御部２００に出力する。
なお、コンタクタ８は、圧子４を試料Ｓに押し付ける測定手法によっては、荷重レバー３の移動の妨げになることなどがあるので、その場合に取り外すことができるように、コンタクタ８は、基準レバー７の一端側の下面に着脱可能に配設されている。 The contactor 8 is a member that is provided on the lower surface on one end side of the reference lever 7 and serves as a position reference for the tip of the indenter 4 provided on the lower surface on one end side of the load lever 3.
The load cell 9 is provided on the lower surface on one end side of the reference lever 7, measures the pressing force pressed by one end of the reference lever 7 that contacts when the indenter 4 is pushed down, and the reference lever 7 presses against the sample S. It is a sensor that measures the applied load. The load cell 9 outputs data (signal) related to the measured load to the control unit 200.
Note that the contactor 8 may hinder the movement of the load lever 3 depending on the measurement method for pressing the indenter 4 against the sample S. Therefore, the contactor 8 can be removed in that case so that the contactor 8 can be removed. It is arrange | positioned so that attachment or detachment is possible on the lower surface of one end side.

ストッパ１２は、基準レバー７の基準位置を規定するように、基準レバー７の他端側上面に当接する部材である。
このストッパ１２は、例えば、マイクロメータヘッドからなり、送りねじを回すことで高さ調整が可能となっている。つまり、ストッパ１２の高さ調整を行うことによって、ストッパ１２に当接する基準レバー７の回動角度を調節したり、ストッパ１２が基準レバー７に当接しないように調節したりすることができる。 The stopper 12 is a member that comes into contact with the upper surface of the other end of the reference lever 7 so as to define the reference position of the reference lever 7.
This stopper 12 consists of a micrometer head, for example, and height adjustment is possible by turning a feed screw. That is, by adjusting the height of the stopper 12, the rotation angle of the reference lever 7 that contacts the stopper 12 can be adjusted, or the stopper 12 can be adjusted so that it does not contact the reference lever 7.

第１加速度センサ２１，第２加速度センサ２２は、例えば、基台２の上面に所定距離Ｌだけ離間して設けられた加速度センサである。この第１加速度センサ２１，第２加速度センサ２２は、基台２が上下方向に回転振動した際に、各々の位置における基台２の振動による上下方向の加速度を計測する。そして、上記計測された加速度の信号は、図３に示すように、角加速度算出部５００に入力されるように構成されている。   The first acceleration sensor 21 and the second acceleration sensor 22 are, for example, acceleration sensors provided on the upper surface of the base 2 with a predetermined distance L apart. The first acceleration sensor 21 and the second acceleration sensor 22 measure the acceleration in the vertical direction due to the vibration of the base 2 at each position when the base 2 rotates and vibrates in the vertical direction. The measured acceleration signal is input to the angular acceleration calculation unit 500 as shown in FIG.

角加速度算出部５００は、例えば、図３に示すように、バッファ部５０１，５０２と、オフセット部５１１，５１２と、差動アンプ部５２０と、を含んで構成されるアナログ回路である。
この角加速度算出部５００は、第１加速度センサ２１，第２加速度センサ２２よりそれぞれ出力される加速度の信号を入力し、バッファ部５０１，５０２にて上記信号を安定に受け、オフセット部５１１，５１２にて上記信号の直流成分を除去する。さらに、角加速度算出部５００は、差動アンプ部５２０にて、オフセット部５１１，５１２より出力されるそれぞれの加速度の信号の差分量を算出することにより、基台２の上下方向の回転振動による角加速度を検出する。そして、上記検出した角加速度の信号は、駆動信号生成部６００に入力される。
なお、角加速度算出部５００により検出される角加速度の信号強度は、距離Ｌの大きさに依存する。 For example, as shown in FIG. 3, the angular acceleration calculation unit 500 is an analog circuit including buffer units 501 and 502, offset units 511 and 512, and a differential amplifier unit 520.
The angular acceleration calculation unit 500 receives acceleration signals output from the first acceleration sensor 21 and the second acceleration sensor 22, respectively, and receives the signals stably at the buffer units 501 and 502, and the offset units 511 and 512. To remove the DC component of the signal. Further, the angular acceleration calculation unit 500 uses the differential amplifier unit 520 to calculate the difference amounts of the respective acceleration signals output from the offset units 511 and 512, thereby causing the vertical vibration of the base 2 to rotate. Detect angular acceleration. The detected angular acceleration signal is input to the drive signal generation unit 600.
Note that the signal strength of the angular acceleration detected by the angular acceleration calculation unit 500 depends on the distance L.

駆動信号生成部６００は、例えば、図３に示すように、オフセット部６１０と、増幅部６２０と、を含んで構成されるアナログ回路である。
この駆動信号生成部６００は、角加速度算出部５００より入力される角加速度の信号を入力し、オフセット部６１０にて上記信号の直流成分を除去し、増幅部６２０にて、当該信号に所定の増幅等の処理を行って駆動信号を生成し、フォースモータ駆動部７００へ出力する。
ここで、駆動信号は、角加速度算出部５００より入力される角加速度に基づいて、第３フォースモータ１５の荷重レバー３に付与する力（上記入力された角加速度に荷重レバー３を含む可動部分の慣性モーメントを乗じたトルクより導出される力）が、基台２がレバー支持部２ｄに軸支された荷重レバー３に及ぼすトルクを打ち消す力に一致するように生成される。つまり、上記生成される駆動信号に基づいて、基台２の回転振動により荷重レバー３に作用するトルクが、第３フォースモータ１５が荷重レバー３に付与する力により打ち消されることで、基台２の回転振動による影響（試験時の計測誤差）を排除することができる。
具体的には、上記駆動信号は、圧子変位センサ５より制御部２００に出力される圧子の変位量に関する信号の振動振幅が極小となるように、又は、電子天秤等を用いて測定される圧子の荷重の変動が最小となるように定められる。 For example, as shown in FIG. 3, the drive signal generation unit 600 is an analog circuit including an offset unit 610 and an amplification unit 620.
The drive signal generation unit 600 receives an angular acceleration signal input from the angular acceleration calculation unit 500, removes a direct current component of the signal at the offset unit 610, and outputs a predetermined signal to the signal at the amplification unit 620. A process such as amplification is performed to generate a drive signal, which is output to the force motor drive unit 700.
Here, the drive signal is a force applied to the load lever 3 of the third force motor 15 based on the angular acceleration input from the angular acceleration calculation unit 500 (the movable part including the load lever 3 in the input angular acceleration). The force derived from the torque multiplied by the inertia moment) is generated so as to coincide with the force that counteracts the torque exerted on the load lever 3 pivotally supported by the base 2 on the lever support 2d. That is, based on the generated drive signal, the torque acting on the load lever 3 due to the rotational vibration of the base 2 is canceled by the force applied to the load lever 3 by the third force motor 15, so that the base 2 The influence (measurement error at the time of the test) due to the rotational vibration of can be eliminated.
Specifically, the drive signal is an indenter that is measured so that the vibration amplitude of the signal related to the displacement amount of the indenter output from the indenter displacement sensor 5 to the control unit 200 is minimized, or using an electronic balance or the like. It is determined so that the fluctuation of the load is minimized.

フォースモータ駆動部７００は、駆動信号生成部６００にて生成される駆動信号に応じた力に相当する電流（つまり、角加速度に荷重レバー３を含む可動部分の慣性モーメントを乗じたトルクより導出される力に相当する電流）を発生させて、第３フォースモータ１５がその力（駆動力）で駆動するように、第３フォースモータ１５に電流信号を出力する。さらに、フォースモータ駆動部７００は、図示しないハイパスフィルタにより上記電流信号の直流成分を除去し、第３フォースモータ１５を駆動させた場合に、第１フォースモータ６の付与する試験力に影響を及ぼさないように調整されている。また、フォースモータ駆動部７００は、外部による振動の振動数が変動しても、第３フォースモータ１５が正確な力を荷重レバー３に付与しうるように、第３フォースモータ１５を定電流駆動させる。   The force motor drive unit 700 is derived from a current corresponding to the force corresponding to the drive signal generated by the drive signal generation unit 600 (that is, the torque obtained by multiplying the angular acceleration by the moment of inertia of the movable part including the load lever 3). Current) is generated, and a current signal is output to the third force motor 15 so that the third force motor 15 is driven by the force (driving force). Furthermore, when the third force motor 15 is driven by removing the direct current component of the current signal by a high-pass filter (not shown), the force motor driving unit 700 affects the test force applied by the first force motor 6. It has been adjusted so that there is no. Further, the force motor driving unit 700 drives the third force motor 15 at a constant current so that the third force motor 15 can apply an accurate force to the load lever 3 even if the frequency of external vibration fluctuates. Let

表示部３００は、例えば、液晶表示パネルであって、制御部２００から入力される表示信号に従って、試験結果等、各種表示画面の表示処理を行う。   The display unit 300 is a liquid crystal display panel, for example, and performs display processing of various display screens such as test results according to a display signal input from the control unit 200.

操作部４００は、例えば、キーボードなどの操作キー群であって、ユーザにより操作されると、その操作に伴う操作信号を制御部２００に出力する。なお、操作部４００は、必要に応じてマウスやタッチパネルなどのポインティングデバイスや、リモートコントローラなど、その他の操作装置を備えるようにしてもよい。
そして、この操作部４００は、ユーザが試料Ｓの押込み試験時の指示入力を行う際に操作される。 The operation unit 400 is a group of operation keys such as a keyboard, for example, and outputs an operation signal associated with the operation to the control unit 200 when operated by a user. Note that the operation unit 400 may include other operation devices such as a pointing device such as a mouse and a touch panel, a remote controller, and the like as necessary.
The operation unit 400 is operated when the user inputs an instruction during the indentation test of the sample S.

制御部２００は、図４に示すように、ＣＰＵ２１０と、ＲＡＭ２２０と、記憶部２３０を備えている。そして、制御部２００は、システムバスなどを介して、ＸＹＺステージ２ｂ、圧子変位センサ５、ロードセル９、第１フォースモータ６、第２フォースモータ１０、表示部３００、操作部４００等と接続している。   As shown in FIG. 4, the control unit 200 includes a CPU 210, a RAM 220, and a storage unit 230. The control unit 200 is connected to the XYZ stage 2b, the indenter displacement sensor 5, the load cell 9, the first force motor 6, the second force motor 10, the display unit 300, the operation unit 400, and the like via a system bus. Yes.

ＣＰＵ２１０は、例えば、記憶部２３０に記憶される押込み試験機１００に備えられる各種機能を実行するための処理プログラムに従って、各種制御処理を行う。   CPU210 performs various control processing according to the processing program for performing the various functions with which the indentation testing machine 100 memorize | stored in the memory | storage part 230, for example.

ＲＡＭ２２０は、例えば、ＣＰＵ２１０によって実行される処理プログラムなどを展開するためのプログラム格納領域や、入力データや処理プログラムが実行される際に生じる処理結果などを格納するデータ格納領域などを備えている。   The RAM 220 includes, for example, a program storage area for developing a processing program executed by the CPU 210, a data storage area for storing processing results generated when the input data and the processing program are executed, and the like.

記憶部２３０は、例えば、押込み試験機１００で実行可能なシステムプログラムや、そのシステムプログラムで実行可能な各種処理プログラム、これら各種処理プログラムを実行する際に使用されるデータ、ＣＰＵ２１０によって演算処理された各種処理結果のデータなどを記憶する。なお、プログラムは、コンピュータが読み取り可能なプログラムコードの形で記憶部２３０に記憶されている。   The storage unit 230 is, for example, a system program that can be executed by the indentation tester 100, various processing programs that can be executed by the system program, data that is used when these various processing programs are executed, and arithmetic processing performed by the CPU 210. Stores data of various processing results. The program is stored in the storage unit 230 in the form of a computer readable program code.

（計測誤差防止処理）
次に、本発明に係る押込み試験機１００を用いた、外部の振動による計測誤差防止処理について、図５に示すフローチャートに基づき説明する。 (Measurement error prevention processing)
Next, measurement error prevention processing due to external vibration using the indentation tester 100 according to the present invention will be described based on the flowchart shown in FIG.

まず、床の振動により、基台２が上下方向に回転振動すると、第１加速度センサ２１，第２加速度センサ２２は、各々の位置における基台２の加速度を計測する。（ステップＳ１；検出工程）。
次いで、角加速度算出部５００は、ステップＳ１にて計測された加速度の信号が入力されると、各々の加速度の差分量より基台２の上下方向の回転振動による角加速度を算出する（ステップＳ２；検出工程）。 First, when the base 2 rotates and vibrates in the vertical direction due to floor vibration, the first acceleration sensor 21 and the second acceleration sensor 22 measure the acceleration of the base 2 at each position. (Step S1; detection step).
Next, when the acceleration signal measured in step S1 is input, the angular acceleration calculation unit 500 calculates the angular acceleration due to the vertical vibration of the base 2 from the difference amount of each acceleration (step S2). Detection step).

次いで、駆動信号生成部６００は、第３フォースモータ１５の荷重レバー３に付与する力が、基台２が荷重レバー３に及ぼすトルクを打ち消す力に一致するように、ステップＳ２にて算出された角加速度の信号に基づいて、第３フォースモータ１５の駆動信号を生成する（ステップＳ３；力付与工程）。   Next, the drive signal generation unit 600 is calculated in step S <b> 2 so that the force applied to the load lever 3 of the third force motor 15 matches the force that cancels the torque exerted on the load lever 3 by the base 2. Based on the angular acceleration signal, a drive signal for the third force motor 15 is generated (step S3; force applying step).

次いで、フォースモータ駆動部７００は、ステップＳ３にて生成された駆動信号に基づいて、角加速度に応じた力に相当する電流を発生させて、第３フォースモータ１５に電流信号を出力する。（ステップＳ４；力付与工程）。
そして、第３フォースモータ１５は、ステップＳ４にて発生された電流に応じた力を荷重レバー３に付与する（ステップＳ５；力付与工程）。 Next, the force motor drive unit 700 generates a current corresponding to a force corresponding to the angular acceleration based on the drive signal generated in step S <b> 3 and outputs a current signal to the third force motor 15. (Step S4; force application step).
Then, the third force motor 15 applies a force corresponding to the current generated in step S4 to the load lever 3 (step S5; force applying step).

以上のように、本実施形態における押込み試験機１００は、基台２が振動する際の基台２の角加速度を検出する第１加速度センサ２１，第２加速度センサ２２及び角加速度算出部５００と、荷重レバー３に、基台２の角加速度に応じた力を付与するフォースモータ駆動部７００及び第３フォースモータ１５と、第３フォースモータ１５の付与する力が、基台２が振動する際に、基台２がレバー支持部２ｄに軸支された荷重レバー３に及ぼすトルクを打ち消す力に一致するように、第１加速度センサ２１，第２加速度センサ２２及び角加速度算出部５００により検出された基台２の角加速度の信号に基づいて、第３フォースモータ１５を駆動させる駆動信号を生成する駆動信号生成部６００と、を備えて構成される。
つまり、第３フォースモータ１５により上記トルクを打ち消すための力が荷重レバー３に付与され、荷重レバー３に対する基台２の振動の影響を打ち消すことができるので、試験時の計測誤差が防止され、ナノメートルオーダーの計測領域においても外部からの振動の影響を受けること無く精確な計測を行うことが可能となる。
したがって、本発明は、外部からの振動に起因する計測誤差を確実に防止でき、低試験力領域での試験が可能となり、試験力範囲の広いレバー型の押込み試験機であるといえる。 As described above, the indentation tester 100 according to the present embodiment includes the first acceleration sensor 21, the second acceleration sensor 22, and the angular acceleration calculation unit 500 that detect the angular acceleration of the base 2 when the base 2 vibrates. When the base 2 vibrates due to the force applied to the load lever 3 by the force motor driving unit 700 and the third force motor 15 that apply a force corresponding to the angular acceleration of the base 2 and the third force motor 15. Furthermore, the first acceleration sensor 21, the second acceleration sensor 22, and the angular acceleration calculation unit 500 detect the base 2 so as to coincide with the force that cancels the torque exerted on the load lever 3 pivotally supported by the lever support 2d. And a drive signal generation unit 600 that generates a drive signal for driving the third force motor 15 based on the angular acceleration signal of the base 2.
That is, the force for canceling the torque is applied to the load lever 3 by the third force motor 15 and the influence of the vibration of the base 2 on the load lever 3 can be canceled, so that a measurement error during the test is prevented. Even in the nanometer order measurement region, accurate measurement can be performed without being affected by external vibration.
Therefore, it can be said that the present invention is a lever-type indentation tester that can reliably prevent measurement errors due to external vibration, enables a test in a low test force region, and has a wide test force range.

また、第１加速度センサ２１，第２加速度センサ２２は、基台２に距離Ｌだけ離間して配置され、各々の位置における基台２の振動による上下方向の加速度を計測し、角加速度算出部５００は、第１加速度センサ２１，第２加速度センサ２２各々より計測される加速度の差分量から角加速度を算出（検出）する。
つまり、基台２に公知な加速度センサを二台設置することで、容易に基台２の上下方向の回転振動による角加速度を検出することが可能となる。 In addition, the first acceleration sensor 21 and the second acceleration sensor 22 are arranged at a distance L from the base 2 and measure vertical acceleration due to vibration of the base 2 at each position, and an angular acceleration calculation unit 500 calculates (detects) angular acceleration from the difference in acceleration measured by each of the first acceleration sensor 21 and the second acceleration sensor 22.
That is, by installing two known acceleration sensors on the base 2, it is possible to easily detect the angular acceleration due to the vertical vibration of the base 2.

また、信号調整部６００にて調整された角加速度に応じた力に相当する電流がフォースモータ駆動部７００にて発生され、当該力は第１フォースモータ６と別体に設けられた第３フォースモータ１５により付与される。つまり、第３フォースモータ１５に換えて、上記の力を発生させるためのコイルを第１フォースモータ６内に（フォースコイル６ａと区別して）設けた場合に発生し得る、コイルのカップリングによる精度の低下が防止されるので、より精確な計測が可能になる。   In addition, a current corresponding to the force corresponding to the angular acceleration adjusted by the signal adjusting unit 600 is generated by the force motor driving unit 700, and the force is a third force provided separately from the first force motor 6. Applied by the motor 15. That is, the accuracy due to the coupling of the coil that can be generated when a coil for generating the above force is provided in the first force motor 6 (differentiated from the force coil 6a) instead of the third force motor 15. As a result, a more accurate measurement is possible.

（変形例１）
次に、上記実施形態の変形例１の押込み試験機１００ａについて、図６を用いて説明する。
角加速度検出手段は、上述のように、第１加速度センサ２１，第２加速度センサ２２より計測される加速度の差分量から検出するものに限られるものではなく、例えば、図６に示すように、角加速度計２１ａを基台２の上面に設け、基台２の上下方向の回転振動による角加速度を直接計測するものであってもよい。この場合、角加速度計２１ａより計測される角加速度の信号は、図３に示される角加速度算出部５００に入力されず、駆動信号生成部６００に入力されるように構成される。 (Modification 1)
Next, an indentation tester 100a according to Modification 1 of the above embodiment will be described with reference to FIG.
As described above, the angular acceleration detection means is not limited to that detected from the difference in acceleration measured by the first acceleration sensor 21 and the second acceleration sensor 22, and for example, as shown in FIG. An angular accelerometer 21 a may be provided on the upper surface of the base 2 to directly measure angular acceleration due to the vertical vibration of the base 2. In this case, the angular acceleration signal measured by the angular accelerometer 21 a is not input to the angular acceleration calculation unit 500 shown in FIG. 3 but is input to the drive signal generation unit 600.

以上、本変形例に係る押込み試験機１００ａによると、２つの加速度計を用いることなく単一の角加速度計を設置するだけで角加速度を検出することが可能となり、さらに、角加速度を算出するための回路も必要としないため、押込み試験機の構造を簡素化することが出来る。   As described above, according to the indentation tester 100a according to the present modification, it is possible to detect the angular acceleration only by installing a single angular accelerometer without using two accelerometers, and further calculate the angular acceleration. Therefore, the structure of the indentation tester can be simplified.

（実施形態２）
次に、実施形態２の押込み試験機１０１について、図７を用いて説明する。
実施形態１の押込み試験機１００では、基台２の回転振動により荷重レバー３に及ぼすトルクを打ち消すための力は、第３フォースモータ１５により荷重レバー３に付与されるように構成されているが、実施形態２の押込み試験機１０１では、第３フォースモータ１５を備えておらず、基台２の回転振動により荷重レバー３に及ぼすトルクを打ち消すための力は、第１フォースモータ６により付与される。
以下の実施形態２の押込み試験機１０１の説明においては、実施形態１の押込み試験機１００との相違点を中心に説明し、一致する構成には、同一の符号を付し、説明を省略する。 (Embodiment 2)
Next, the indentation tester 101 according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
In the indentation tester 100 of the first embodiment, the force for canceling the torque exerted on the load lever 3 by the rotational vibration of the base 2 is configured to be applied to the load lever 3 by the third force motor 15. In the indentation tester 101 of the second embodiment, the third force motor 15 is not provided, and the force for canceling the torque exerted on the load lever 3 by the rotational vibration of the base 2 is applied by the first force motor 6. The
In the following description of the indentation tester 101 of the second embodiment, differences from the indentation tester 100 of the first embodiment will be mainly described, and the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted. .

具体的には、図７に示すように、マグネット６ｂ（磁界形成部）と、マグネット６ｂの形成する磁界内に設けられるフォースコイル６ａと、を含んで構成される第１フォースモータ６（荷重レバー駆動部）において、フォースコイル６ａに、試験時の試験力に応じた電流が供給される第１コイル部６１ａ（第１駆動コイル部）と、基台２が荷重レバー３に及ぼすトルクを打ち消す力を発生させるための第２コイル部６１ｂ（力付与手段、第２駆動コイル部）と、を設ける。   Specifically, as shown in FIG. 7, a first force motor 6 (load lever) including a magnet 6b (magnetic field forming unit) and a force coil 6a provided in a magnetic field formed by the magnet 6b. In the drive unit), the first coil unit 61a (first drive coil unit) in which a current corresponding to the test force at the time of the test is supplied to the force coil 6a, and the force that cancels the torque exerted on the load lever 3 by the base 2 And a second coil part 61b (force applying means, second drive coil part) for generating the above.

そして、駆動信号生成部６００は、基台２が荷重レバー３に及ぼすトルクを打ち消す力を発生させる電流を、フォースコイル６ａの第２コイル部６１ｂに供給するための駆動信号を生成する。   The drive signal generation unit 600 generates a drive signal for supplying a current that generates a force that cancels the torque exerted on the load lever 3 by the base 2 to the second coil unit 61b of the force coil 6a.

つまり、上記のような構成により、フォースコイル６ａに、試験力を発生させる電流と、基台２の回転振動により荷重レバー３に及ぼすトルクを打ち消すための力を発生させる電流と、が合わせて流れる結果、当該電流に応じて第１フォースモータ６が荷重レバー３に付与する力は、基台２の回転振動による影響を排除した試験力となる。   That is, with the above-described configuration, a current for generating a test force and a current for generating a force for canceling the torque exerted on the load lever 3 by the rotational vibration of the base 2 flow in the force coil 6a. As a result, the force applied to the load lever 3 by the first force motor 6 according to the current is a test force that eliminates the influence of the rotational vibration of the base 2.

以上、本実施形態２に係る押込み試験機１０１によると、基台２の回転振動により荷重レバー３に及ぼすトルクを打ち消すための力を、試験力を発生させるための第１フォースモータ６により付与することができる。つまり、第３フォースモータ１５を別途設け無くて良いため、押込み試験機１０１の製造コストの増大を防ぐことが出来る。   As described above, according to the indentation tester 101 according to the second embodiment, the force for canceling the torque exerted on the load lever 3 by the rotational vibration of the base 2 is applied by the first force motor 6 for generating the test force. be able to. That is, since it is not necessary to provide the third force motor 15 separately, an increase in manufacturing cost of the indentation tester 101 can be prevented.

（実施形態３）
実施形態２では、第１フォースモータ６のフォースコイル６ａに、試験力を発生させるための第１コイル部６１ａと、荷重レバー３に及ぼすトルクを打ち消すための力を発生させるための第２コイル部６１ｂと、を別々に設けることで、基台２の回転振動による影響を排除した試験力を発生させている。一方、本実施形態３の押込み試験機１０２では、第１フォースモータ６（力付与手段、荷重レバー駆動部）において、一つのフォースコイルに上記試験力と荷重レバー３に及ぼすトルクを打ち消すための力とをあわせた力を発生させる。
以下の実施形態３の押込み試験機１０２の説明においては、実施形態１，２の押込み試験機１００，１０１との相違点を中心に説明し、一致する構成には、同一の符号を付し、説明を省略する。 (Embodiment 3)
In the second embodiment, the force coil 6a of the first force motor 6 has a first coil portion 61a for generating a test force and a second coil portion for generating a force for canceling the torque exerted on the load lever 3. By providing 61b separately, the test force which excluded the influence by the rotational vibration of the base 2 is generated. On the other hand, in the indentation testing machine 102 of the third embodiment, in the first force motor 6 (force applying means, load lever driving unit), a force for canceling the test force and the torque exerted on the load lever 3 on one force coil. Generates a combined force.
In the following description of the indentation tester 102 of the third embodiment, the difference from the indentation testers 100 and 101 of the first and second embodiments will be mainly described, and the same components are denoted by the same reference numerals, Description is omitted.

具体的には、図８に示すように、駆動信号生成部６００（駆動信号生成手段）の後段から第１フォースモータ６（力付与手段、荷重レバー駆動部）の前段にかけて、ハイパスフィルタ９００と、加算器１０００（駆動信号生成手段）と、ＤＡ変換器１１００と、第１フォースモータ駆動部１２００と、を設ける。   Specifically, as shown in FIG. 8, a high-pass filter 900 is provided from the rear stage of the drive signal generation unit 600 (drive signal generation unit) to the front stage of the first force motor 6 (force applying unit, load lever drive unit). An adder 1000 (drive signal generation means), a DA converter 1100, and a first force motor drive unit 1200 are provided.

そして、駆動信号生成部６００にて生成される駆動信号の直流成分をハイパスフィルタ９００にて除去した信号と、制御部２００より出力される試験力（第１フォースモータ６を介して荷重レバー３に付与する試験力）に応じた試験力駆動信号であり、ＤＡ変換器１１００によりアナログ信号に変換された信号と、を加算器１０００にて加算する。そして、第１フォースモータ駆動部１２００にて、当該加算した信号に応じた力（つまり、試験力に基台２の回転振動により荷重レバー３に及ぼすトルクを打ち消すための力を加算した力）に相当する電流を発生させて、第１フォースモータ６を当該電流で駆動する。   Then, a signal obtained by removing the direct current component of the drive signal generated by the drive signal generation unit 600 by the high-pass filter 900 and the test force output from the control unit 200 (the load lever 3 via the first force motor 6). The adder 1000 adds the test force drive signal corresponding to the test force to be applied) and the signal converted into the analog signal by the DA converter 1100. Then, in the first force motor driving unit 1200, a force corresponding to the added signal (that is, a force obtained by adding a force for canceling the torque exerted on the load lever 3 by the rotational vibration of the base 2 to the test force). A corresponding current is generated, and the first force motor 6 is driven with the current.

以上、本実施形態３に係る押込み試験機１０２によると、基台２の回転振動により荷重レバー３に及ぼすトルクを打ち消すための力を、試験力を発生させるための第１フォースモータ６により付与することができる。つまり、第３フォースモータ１５を別途設け無くて良いため、押込み試験機１０２の製造コストの増大を防ぐことが出来る。さらに、実施形態２の押込み試験機１０１と比較して、単体のフォースコイルにより上記試験力を発生させることができるので、一層押込み試験機１０２の構成を簡素化できる。   As described above, according to the indentation tester 102 according to the third embodiment, the force for canceling the torque exerted on the load lever 3 by the rotational vibration of the base 2 is applied by the first force motor 6 for generating the test force. be able to. That is, since it is not necessary to provide the third force motor 15 separately, an increase in the manufacturing cost of the indentation tester 102 can be prevented. Furthermore, since the test force can be generated by a single force coil as compared with the indentation tester 101 of the second embodiment, the configuration of the indentation tester 102 can be further simplified.

（実施形態４）
次に、実施形態４の押込み試験機１０３について、図９を用いて説明する。
実施形態３では、加算器１０００等を用いて、第１フォースモータ６に試験力と荷重レバー３に及ぼすトルクを打ち消すための力とをあわせた力を発生させているが、本実施形態４の押込み試験機１０３では、上記あわせた力を発生させるための駆動信号を制御部２００にて生成する。
以下の実施形態４の押込み試験機１０３の説明においては、実施形態１〜３の押込み試験機１００〜１０２との相違点を中心に説明し、一致する構成には、同一の符号を付し、説明を省略する。 (Embodiment 4)
Next, the indentation testing machine 103 of Embodiment 4 is demonstrated using FIG.
In the third embodiment, an adder 1000 or the like is used to generate a force that combines the test force and the force for canceling the torque exerted on the load lever 3 on the first force motor 6. In the indentation tester 103, the control unit 200 generates a drive signal for generating the combined force.
In the following description of the indentation tester 103 of the fourth embodiment, differences from the indentation testers 100 to 102 of the first to third embodiments will be mainly described, and the same configurations are denoted by the same reference numerals, Description is omitted.

具体的には、図９に示すように、記憶部２３０にＣＰＵ２１０の実行に係る処理プログラムとして、モータ駆動量調整プログラム２３０ａ（駆動信号生成手段）を記憶しておく。   Specifically, as shown in FIG. 9, a motor drive amount adjustment program 230a (drive signal generation means) is stored in the storage unit 230 as a processing program related to the execution of the CPU 210.

モータ駆動量調整プログラム２３０ａは、駆動信号生成部６００により生成された駆動信号に基づいて、荷重レバー３に及ぼすトルクを打ち消す力を加えた試験力を発生させるための駆動信号を生成する機能をＣＰＵ２１０に実行させるプログラムである。
具体的には、ＣＰＵ２１０がモータ駆動量調整プログラム２３０ａを実行すると、駆動信号生成部６００より入力される駆動信号と、操作部４００より指示入力される試験力（第１フォースモータ６を介して荷重レバー３に付与する試験力）に応じた試験力駆動信号とを加算する。そして、ＣＰＵ２１０が、上記加算した信号に応じた力を発生させる電流信号を、第１フォースモータ６のフォースコイル６ａに出力することで、第１フォースモータ６に発生する力を、基台２の回転振動による影響を排除した試験力とすることができる。
かかるモータ駆動量調整プログラム２３０ａを実行することにより、ＣＰＵ２１０は、駆動信号生成部６００とともに駆動信号生成手段として機能する。 The motor drive amount adjustment program 230a has a function of generating a drive signal for generating a test force in which a force to cancel the torque exerted on the load lever 3 is added based on the drive signal generated by the drive signal generation unit 600. This is a program to be executed.
Specifically, when the CPU 210 executes the motor drive amount adjustment program 230a, the drive signal input from the drive signal generation unit 600 and the test force input from the operation unit 400 (load via the first force motor 6). The test force drive signal corresponding to the test force applied to the lever 3 is added. Then, the CPU 210 outputs a current signal for generating a force corresponding to the added signal to the force coil 6a of the first force motor 6 so that the force generated in the first force motor 6 is It is possible to obtain a test force that eliminates the influence of rotational vibration.
By executing the motor drive amount adjustment program 230a, the CPU 210 functions as a drive signal generation unit together with the drive signal generation unit 600.

以上、本実施形態４に係る押込み試験機１０３によると、基台２の回転振動により荷重レバー３に及ぼすトルクを打ち消すための力を、試験力を発生させるための第１フォースモータ６により付与することができる。つまり、第３フォースモータ１５を別途設け無くて良いため、押込み試験機１０３の製造コストの増大を防ぐことが出来る。さらに、実施形態２の押込み試験機１０１と比較して、単体のフォースコイルにより上記試験力を発生させることができるので、一層押込み試験機１０３の構成を簡素化できる。   As described above, according to the indentation tester 103 according to the fourth embodiment, the force for canceling the torque exerted on the load lever 3 by the rotational vibration of the base 2 is applied by the first force motor 6 for generating the test force. be able to. That is, since it is not necessary to provide the third force motor 15 separately, an increase in manufacturing cost of the indentation tester 103 can be prevented. Furthermore, since the test force can be generated by a single force coil as compared with the indentation testing machine 101 of the second embodiment, the configuration of the indentation testing machine 103 can be further simplified.

なお、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。   In addition, it is needless to say that other specific detailed structures can be appropriately changed.

例えば、第１加速度センサ２１，第２加速度センサ２２に換えて、傾斜計を基台２の上面に所定距離離間して設け、計測される傾斜角の差分量から基台２の上下方向の回転振動による角加速度を算出するものであってもよい。   For example, instead of the first acceleration sensor 21 and the second acceleration sensor 22, an inclinometer is provided on the upper surface of the base 2 at a predetermined distance, and the vertical rotation of the base 2 is determined from the difference in the measured tilt angle. An angular acceleration due to vibration may be calculated.

また、駆動信号生成部６００としてアナログ回路を用いた構成を例示しているが、デジタル信号処理を実行する構成であってもよい。具体的には、例えば、角加速度算出部５００より出力される信号をＡＤ変換器によりデジタル信号に変換し、高速フーリエ変換（ＦＦＴ；Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）して角加速度の位相反転処理を施した後に逆フーリエ変換し、ＤＡ変換器によりアナログ信号に変換する構成である。   Further, although the configuration using an analog circuit as the drive signal generation unit 600 is illustrated, a configuration for executing digital signal processing may be used. Specifically, for example, after the signal output from the angular acceleration calculation unit 500 is converted into a digital signal by an AD converter, and after fast Fourier transform (FFT), the angular acceleration phase is inverted. The inverse Fourier transform is performed and the analog signal is converted by a DA converter.

１００ 押込み試験機
１ 試験機本体
２ 基台
２ｄ レバー支持部
３ 荷重レバー
４ 圧子
６ 第１フォースモータ（荷重レバー駆動部）
１５ 第３フォースモータ（力付与手段）
２１ 第１加速度センサ２１（角加速度検出手段、加速度計）
２２ 第２加速度センサ２２（角加速度検出手段、加速度計）
５００ 角加速度算出部（角加速度検出手段）
６００ 駆動信号生成部（駆動信号生成手段）
７００ フォースモータ駆動部（力付与手段）
Ｓ 試料
（第２実施形態）
１０１ 押込み試験機
６ａ フォースコイル
６ｂ マグネット（磁界形成部）
６１ａ 第１コイル部（第１駆動コイル部）
６１ｂ 第２コイル部６１ｂ（力付与手段、第２駆動コイル部）
（第３実施形態）
１０２ 押込み試験機
６ 第１フォースモータ（力付与手段、荷重レバー駆動部）
１０００ 加算器（駆動信号生成手段）
（第４実施形態）
１０３ 押込み試験機
６ 第１フォースモータ（力付与手段、荷重レバー駆動部）
２００ 制御部
２１０ ＣＰＵ（駆動信号生成手段）
２３０ 記憶部
２３０ａ モータ駆動量調整プログラム（駆動信号生成手段） DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Indentation tester 1 Test machine main body 2 Base 2d Lever support part 3 Load lever 4 Indenter 6 1st force motor (load lever drive part)
15 Third force motor (force applying means)
21 First acceleration sensor 21 (angular acceleration detection means, accelerometer)
22 Second acceleration sensor 22 (angular acceleration detection means, accelerometer)
500 Angular acceleration calculation unit (angular acceleration detection means)
600 Drive signal generator (drive signal generator)
700 Force motor drive (force applying means)
S sample (second embodiment)
101 Indentation testing machine 6a Force coil 6b Magnet (magnetic field forming part)
61a 1st coil part (1st drive coil part)
61b Second coil part 61b (force applying means, second drive coil part)
(Third embodiment)
102 Indentation tester 6 First force motor (force applying means, load lever drive unit)
1000 adder (drive signal generating means)
(Fourth embodiment)
103 indentation testing machine 6 first force motor (force applying means, load lever drive unit)
200 control unit 210 CPU (drive signal generating means)
230 storage unit 230a motor drive amount adjustment program (drive signal generation means)

Claims (6)

回動可能に軸支される荷重レバーと、前記荷重レバーの一端側における下面に備えられる圧子と、前記荷重レバーの他端側に備えられ当該荷重レバーを回動させ、前記圧子に試験力を付与する荷重レバー駆動部と、前記荷重レバーを軸支するレバー支持部及び試料を載置する載置部を含んだ基台と、を有し、前記荷重レバーを前記荷重レバー駆動部により回動させ、前記圧子を前記載置部に載置された試料に押し付けた際の押し込み深さ量を測定する押込み試験機において、
前記基台が振動する際の前記基台の角加速度を検出する角加速度検出手段と、
前記荷重レバーに、前記基台の角加速度に応じた力を付与する力付与手段と、
前記力付与手段の付与する力が、前記荷重レバーに及ぼすトルクを打ち消す力と一致するように、前記角加速度検出手段により検出された前記基台の角加速度に基づいて、前記力付与手段を駆動させる駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
を備えることを特徴とする押込み試験機。 A load lever that is pivotally supported, an indenter provided on the lower surface of one end of the load lever, a load lever provided on the other end of the load lever, and rotating the load lever to apply a test force to the indenter. A load lever driving unit to be applied, a lever support unit for supporting the load lever, and a base including a mounting unit for mounting a sample, and the load lever is rotated by the load lever driving unit. In the indentation testing machine for measuring the amount of indentation when the indenter is pressed against the sample placed on the placement unit,
Angular acceleration detection means for detecting angular acceleration of the base when the base vibrates;
Force applying means for applying a force corresponding to the angular acceleration of the base to the load lever;
The force applying means is driven based on the angular acceleration of the base detected by the angular acceleration detecting means so that the force applied by the force applying means coincides with the force that cancels the torque exerted on the load lever. Drive signal generating means for generating a drive signal to be caused;
An indentation testing machine comprising: 請求項１に記載の押込み試験機において、
前記角加速度検出手段は、前記基台に所定距離離間して配置され、各々の位置における前記基台の振動による上下方向の加速度を計測する２つの加速度計を有し、前記２つの加速度計各々より計測される加速度の差分量から角加速度を検出することを特徴とする押込み試験機。 In the indentation testing machine according to claim 1,
The angular acceleration detection means includes two accelerometers that are arranged at a predetermined distance from the base and measure vertical acceleration due to vibration of the base at each position, and each of the two accelerometers An indentation tester that detects angular acceleration from a difference amount of acceleration measured more. 請求項１又は２に記載の押込み試験機において、
前記力付与手段は、前記荷重レバーの他端側を上下動させるフォースモータを備え、
前記駆動信号生成手段は、前記荷重レバーに及ぼすトルクを打ち消す力を前記フォースモータに発生させるための駆動信号を生成することを特徴とする押込み試験機。 In the indentation testing machine according to claim 1 or 2,
The force applying means includes a force motor that moves the other end of the load lever up and down.
The indentation tester characterized in that the drive signal generating means generates a drive signal for causing the force motor to generate a force that cancels the torque exerted on the load lever. 請求項１又は２に記載の押込み試験機において、
前記荷重レバー駆動部は、前記荷重レバーの他端側を上下動させるフォースモータを備え、
前記フォースモータは、磁界を形成する磁界形成部と、前記磁界形成部に設けられ、試験力に応じた電流が供給される第１駆動コイル部と、を備え、
前記力付与手段は、前記磁界形成部に設けられた第２駆動コイル部を備え、
前記駆動信号生成手段は、前記荷重レバーに及ぼすトルクを打ち消す力を発生させる電流を前記第２駆動コイル部に供給するための駆動信号を生成することを特徴とする押込み試験機。 In the indentation testing machine according to claim 1 or 2,
The load lever drive unit includes a force motor that moves the other end of the load lever up and down.
The force motor includes a magnetic field forming unit that forms a magnetic field, and a first drive coil unit that is provided in the magnetic field forming unit and is supplied with a current according to a test force.
The force applying means includes a second drive coil unit provided in the magnetic field forming unit,
The indentation tester characterized in that the drive signal generating means generates a drive signal for supplying a current for generating a force for canceling a torque exerted on the load lever to the second drive coil unit. 請求項１又は２に記載の押込み試験機において、
前記力付与手段は、前記荷重レバー駆動部により構成され、
前記駆動信号生成手段は、前記荷重レバーに及ぼすトルクを打ち消す力を加えた試験力を発生させるための駆動信号を生成することを特徴とする押込み試験機。 In the indentation testing machine according to claim 1 or 2,
The force applying means is constituted by the load lever driving unit,
The indentation tester characterized in that the drive signal generating means generates a drive signal for generating a test force to which a force for canceling a torque exerted on the load lever is added. 回動可能に軸支される荷重レバーと、前記荷重レバーの一端側における下面に備えられる圧子と、前記荷重レバーの他端側に備えられ当該荷重レバーを回動させ、前記圧子を介して試料に試験力を付与する荷重レバー駆動部と、前記荷重レバーを軸支するレバー支持部を備えた基台と、を有し、前記荷重レバーを前記荷重レバー駆動部により回動させ、前記圧子を下方に配置された試料台に載置された試料に押し付けた際の押し込み深さ量を測定する押込み試験機における試験力付与方法において、
前記基台が振動する際の前記基台の角加速度を検出する検出工程と、
前記検出工程により検出された前記基台の角加速度に基づいて、前記荷重レバーに及ぼすトルクを打ち消す力を前記荷重レバーに付与する力付与工程と、を備えることを特徴とする押込み試験機における試験力付与方法。 A load lever that is pivotally supported, an indenter provided on the lower surface of one end of the load lever, and a sample provided via the indenter on the other end of the load lever. A load lever driving portion for applying a test force to the base, and a base having a lever supporting portion for pivotally supporting the load lever, the load lever is rotated by the load lever driving portion, and the indenter is In the test force application method in the indentation testing machine that measures the amount of indentation when pressed against the sample placed on the sample stage arranged below,
A detection step of detecting angular acceleration of the base when the base vibrates;
A force application step of applying to the load lever a force that counteracts the torque applied to the load lever based on the angular acceleration of the base detected by the detection step. How to give power.
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