JP2012047549A - 硬度試験機 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱の影響による試験力の変動を効果的に防止することが可能な硬度試験機を提供する。
【解決手段】 電磁コイルに流れる電流を制御することにより圧子による試験片への試験力を制御する硬度試験機において、電磁コイルに所定の電流を流すための制御抵抗４３を構成する４個の抵抗器４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄは、互いに並列に連結された状態で上下方向に配置されている。そして、これらの４個の抵抗器４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄの側方には、ファン５１が配設されている。このファン５１は、装置の稼働中は常に抵抗器４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄに向けて送風を実行することにより、抵抗器４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄを常時冷却する。
【選択図】 図４

Description

この発明は、試験片の硬度を測定する硬度試験機に関する。

このような硬度試験機としては、例えば、試験片のビッカース硬さやヌープ硬さなどを測定するビッカース硬度計等が知られている。このような硬度試験機においては、試験片に試験力を付与してその表面に圧痕を形成する圧子と、この圧子と対向配置されて試験片を載置する載置台と、試験片上の複数の計測点で圧痕を形成するために試験片を順次に移動するＸＹステージと、試験片を観察するための複数の対物レンズと、これらの対物レンズおよび圧子のうちいずれか一つを計測点と対向させるように切り換えるリボルバーとを備えている。そして、試験片に形成された圧痕は、対物レンズを透過して拡大された試験片像をオペレータが観察するための接眼レンズや、対物レンズにより拡大された試験片像を表示するためのモニタを利用して観察される。

このような硬度試験機においては、圧子により試験片に対して試験力を付与することにより圧痕を形成するために、圧子を一定の力で移動させるための負荷機構が設けられている。このような負荷機構としては、磁石と電磁コイルとを使用した電磁式のものが採用されている(特許文献１参照)。このような負荷機構においては、電磁コイルに流れる電流を制御することにより、圧子による試験片への試験力を制御することができる。

特開平１１−７２４２５号公報

このような硬度試験機においては、安定して試験を行うために、圧子により試験片を押圧する保持期間中の試験力の変動を抑える必要がある。しかしながら、硬度試験中に、電磁コイルに供給するための電流を発生させるための制御抵抗を備えた抵抗部が発熱することにより、制御抵抗の抵抗値が変化し、これに伴って、電磁コイルに供給される電流値が変化してしまう場合がある。このような場合においては、試験力が保持期間中に変動してしまうことになる。特に、試験力が１０グラム以下であるような低試験力の硬度試験を行う場合には、熱の影響による試験力の変動が硬度試験の精度に大きな影響を与えるという問題がある。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、熱の影響による試験力の変動を効果的に防止することが可能な硬度試験機を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、試験片を載置する載置台と、前記載置台に載置された試験片を加圧することにより圧痕を形成する圧子と、前記圧子に対して試験力を付与するための、磁石と電磁コイルとを有する電磁式の負荷機構とを備え、前記電磁コイルに流れる電流を制御することにより前記圧子による試験片への試験力を制御する硬度試験機において、前記電磁コイルに所定の電流を流すための制御抵抗と、前記制御抵抗に向けて送風を行うことにより前記制御抵抗を冷却する冷却機構とを備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記電磁コイルにおける前記制御抵抗とは逆側にその出力端子が接続されたオペアンプと、前記オペアンプの入力端子に接続された入力抵抗と、一端が前記電磁コイルと前記制御抵抗との間に接続され、他端が前記入力抵抗と前記オペアンプとの間に接続された帰還抵抗とを備えている。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記制御抵抗は、複数個の抵抗器が並列または直列に連結された構成を有するとともに、これら複数の抵抗器に向けて送風するファンを備えている。

請求項１および請求項２に記載の発明によれば、制御抵抗を冷却機構の作用で冷却することにより、熱の影響を防止して制御抵抗の抵抗値を一定に維持することができる。このため、試験力を一定に維持して正確な硬度試験を実行することが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、複数個の抵抗器が連結された構成を有することから、１個あたりの抵抗器の発熱量を低下させることができるとともに、制御抵抗全体の表面積を増加させて熱の影響を小さなものとすることが可能となる。

この発明に係る硬度試験機の概要図である。 圧子２１に対して試験力を付与するための負荷機構の概要図である。 電磁コイル３４への電流供給回路を示す回路図である。 制御抵抗４３の冷却機構を示す概要図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係る硬度試験機の概要図である。

この硬度試験機は、テーブル１１と、このテーブル１１上に配置され試験片１００を載置する載置台としてのＸＹステージ１２とを備える。ＸＹステージ１２は、試験片１００をＸ方向（図１における左右方向）およびＹ方向（図１における紙面に垂直な方向）に移動させるためのものである。このＸＹステージ１２には、試験片１００をＸ方向に移動させるためのマイクロメータ１３と、試験片１００をＹ方向に移動させるためのマイクロメータ１４とが付設されている。また、ＸＹステージ１２は、昇降ハンドル１５の作用により、昇降する構成となっている。

また、この硬度試験機は、試験片１００を観察するための接眼レンズ１６と、試験片１００を撮影するためのモニタ用カメラ１７と、試験片１００の拡大像を表示するための表示部１８と、試験片を加圧することにより圧痕を形成する圧子２１と、複数の対物レンズ２２、２３と、これらの圧子２１および対物レンズ２２、２３等を支持して回転するリボルバー２０とを備える。このリボルバー２０は、つまみ２６を操作することにより、鉛直方向を向く軸を中心に回転する。

図２は、圧子２１に対して試験力を付与するための負荷機構の概要図である。

この負荷機構は、軸３１を中心に揺動可能なレバー３２を備える。レバー３２の一端には、押圧部３５が配設されている。この押圧部３５は、レバー３２の揺動に伴って、圧子２１に連結した圧子軸３６の端部に付設された当接部３７を押圧する構成となっている。また、レバー３２の他端には、永久磁石３３が付設されている。この永久磁石３３の外部には、電磁コイル３４が配設されている。この永久磁石３３と電磁コイル３４とにより、ボイスコイルモータが構成される。このボイスコイルモータは、電磁式の負荷機構となり、電磁コイル３４に流れる電流を制御することにより、圧子２１による試験片１００への試験力を制御することが可能となる。なお、永久磁石３３のかわりに、電磁石を使用してもよい。

図３は、上述した電磁コイル３４への電流供給回路を示す回路図である。

上述した制御抵抗４３は、互いに並列に接続された４個の抵抗器４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄから構成される。また、この電流供給回路は、電磁コイル３４における制御抵抗４３とは逆側にその出力端子が接続されたオペアンプ４４を備える。このオペアンプ４４の入力端子と、この電力供給回路の入力端子４５との間には、入力抵抗４１が接続されている。また、この電力供給回路は、一端が電磁コイル３４と制御抵抗４３との間に接続され、他端が入力抵抗４１とオペアンプ４４のマイナス側の入力端子との間に接続された帰還抵抗４２を備える。

この電流供給回路においては、入力抵抗４１の抵抗値をＲ１（Ｒ１＞＞Ｒ３）、帰還抵抗４２の抵抗値をＲ２（Ｒ２＞＞Ｒ３）、制御抵抗４３の抵抗値（４個の抵抗器４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄの合成抵抗値）をＲ３とした場合、電磁コイル３４に流れる電流値Ｉは、下記の式で表される。

Ｉ＝―（Ｒ２／Ｒ１・Ｒ３）・Ｖ１
図４は、制御抵抗４３の冷却機構を示す概要図である。なお、図４(ａ)はその正面図であり、図４(ｂ)はその側面図である。

この図に示すように、制御抵抗４３を構成する４個の抵抗器４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄは、互いに並列に連結された状態で上下方向に配置されている。そして、これらの４個の抵抗器４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄの側方には、ファン５１が配設されている。このファン５１は、装置の稼働中は常に抵抗器４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄに向けて送風を実行することにより、抵抗器４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄを常時冷却している。このため、制御抵抗４３の温度を一定に維持することが可能となる。

このような構成を有する硬度試験機により試験片１００の硬度を測定する場合には、試験片１００をＸＹステージ１２上に載置する。そして、マイクロメータ１３、１４を操作して、試験片１００における測定領域を調整する。このときには、つまみ２６を操作してリボルバー２０を回転させることにより、拡大して観察するための対物レンズ２２、２３のいずれかを試験片１００と対向する位置に配置し、接眼レンズ１６または表示部１８により試験片１００の表面を観察しながらマイクロメータ１３、１４を操作して、試験片１００における測定領域を調整する。

次に、再度、つまみ２６を操作してリボルバー２０を回転させることにより、圧子２１をＸＹステージ１２上に載置された試験片１００と対向する位置に配置する。また、昇降ハンドル１５のを回転させることにより、ＸＹステージ１２を硬度測定に適した高さまで上昇させる。

この状態において、図２および図３に示す電磁コイル３４に電流を流し、レバー３２を揺動させることにより、圧子２１を試験片１００に向けて押圧する。このときの試験力は、電磁コイル３４に供給する電力を制御することで制御される。

このときには、電磁コイル３４に所定の電流を流すための制御抵抗が図４に示す冷却機構により冷却されている。このため、制御抵抗４３の温度を一定に維持することができ、電磁コイル３４に流れる電流値を一定に維持することが可能となる。従って、試験片１００に対する試験力を保持期間中において一定に維持することができ、正確な硬度試験を実行することが可能となる。

なお、この発明の発明者による実験では、試験力を１０グラムとし、圧子２１により試験片１００を押圧する保持期間を９９９秒とした場合、ファン５１を作動された状態で試験力を保持した場合には、その試験力の変動は０．０２グラムであった。これに対して、ファン５１を停止させた状態で試験力を保持した場合には、その試験力の変動は０．２７８グラムとなった。このため、試験片１００に対する試験力の安定性は、ファン５１による冷却を行った場合には、冷却を行わない場合に比べて、約１０倍程度改善されることになる。

圧子２１の試験片１００に対する押圧工程が完了すれば、次に、圧痕のサイズを測定する。この場合においては、つまみ２６を操作してリボルバー２０を回転させることにより、対物レンズ２２、２３のいずれか一方をＸＹステージ１２上に載置された試験片１００と対向する位置に配置する。これにより、接眼レンズ１６を使用して試験片１００の拡大像を観察することができるとともに、表示部１８にその拡大像を表示することができる。

そして、モニタ用カメラ１７により撮影した画像を画像処理すること等により、圧痕の形状を計測し、その形状と圧子２１の形状とから圧痕の大きさを算出することにより、試験片１００の硬度を測定することができる。

なお、上述した実施形態においては、制御抵抗４３を構成する４個の抵抗器４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄを互いに並列に連結しているが、これら４個の抵抗器４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄを互いに直列に連結してもよい。その場合には、直列された４つの抵抗の合成された抵抗値が上述のＲ３となるように、それぞれの抵抗器４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄの抵抗値を選ぶ必要がある。

１１ テーブル
１２ ＸＹステージ
１３ マイクロメータ
１４ マイクロメータ
１５ 昇降ハンドル
１６ 接眼レンズ
１７ モニタ用カメラ
１８ 表示部
２０ リボルバー
２１ 圧子
２２ 対物レンズ
２３ 対物レンズ
２６ つまみ
３１ 軸
３２ レバー
３３ 永久磁石
３４ 電磁コイル
４１ 入力抵抗
４２ 帰還抵抗
４３ 制御抵抗
４３ａ 抵抗器
４３ｂ 抵抗器
４３ｃ 抵抗器
４３ｄ 抵抗器
４４ オペアンプ
５１ ファン

Claims (3)

1. 試験片を載置する載置台と、前記載置台に載置された試験片を加圧することにより圧痕を形成する圧子と、前記圧子に対して試験力を付与するための、磁石と電磁コイルとを有する電磁式の負荷機構とを備え、前記電磁コイルに流れる電流を制御することにより前記圧子による試験片への試験力を制御する硬度試験機において、
   前記電磁コイルに所定の電流を流すための制御抵抗と、
   前記制御抵抗に向けて送風を行うことにより前記制御抵抗を冷却する冷却機構と、
   を備えたことを特徴とする硬度試験機。
2. 請求項１に記載の硬度試験機において、
   前記電磁コイルにおける前記制御抵抗とは逆側にその出力端子が接続されたオペアンプと、
   前記オペアンプの入力端子に接続された入力抵抗と、
   一端が前記電磁コイルと前記制御抵抗との間に接続され、他端が前記入力抵抗と前記オペアンプとの間に接続された帰還抵抗と、
   を備えた硬度試験機。
3. 請求項１または請求項２に記載の硬度試験機において、
   前記制御抵抗は、複数個の抵抗器が並列または直列に連結された構成を有するとともに、これら複数の抵抗器に向けて送風するファンを備える硬度試験機。
   

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