JP2015219092A - Scratch test machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、試験片表面のスクラッチ特性を求めるためのスクラッチ試験機に関する。 The present invention relates to a scratch testing machine for obtaining scratch characteristics of the surface of a test piece.
従来のスクラッチ試験機においては、基台の水平面上に載置した試験片の表面に対して鉛直方向の荷重を印加しながら水平方向に圧子を移動させてスクラッチ(引っかき傷)を形成していた(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。 In a conventional scratch testing machine, a scratch (scratch) is formed by moving an indenter in a horizontal direction while applying a vertical load to the surface of a test piece placed on a horizontal surface of a base. (For example, refer to Patent Document 1 and Patent Document 2).
また、いわゆる荷重増加型のスクラッチ試験機においては、圧子の先端から試験片表面に印加する荷重(押し込み荷重)を、当該圧子の水平移動距離(スクラッチ距離)に応じて連続的に増加させている。
ここに、試験片表面への押し込み荷重は、スクラッチ距離の増加に伴って直線的に増加すること(スクラッチ距離と押し込み荷重とが比例関係にあること)が理想的である。
In the so-called load increasing type scratch tester, the load (indentation load) applied from the tip of the indenter to the surface of the test piece is continuously increased according to the horizontal movement distance (scratch distance) of the indenter. .
Here, it is ideal that the indentation load on the surface of the test piece increases linearly as the scratch distance increases (the scratch distance and the indentation load are in a proportional relationship).
しかしながら、従来のスクラッチ試験機においては、次のような問題がある。
例えば、荷重増加型のスクラッチ試験機では、荷重発生装置によって発生する荷重のみが圧子を介して試験片表面に印加される必要がある。特に、圧子の移行開始時(試験開始時)には荷重発生装置によって発生する荷重が小さいため、それ以外の荷重が印加された場合には、試験結果に大きな影響を及ぼす。然るに、この圧子には、試験片表面に所定の荷重を印加するための装置(上記の荷重発生装置や荷重センサなど)が連結され、これらの装置は圧子の上側に位置しているため、このような装置の重量(自重)を荷重として試験片表面に印加させないように、その重量を相殺する機構(例えば、特許文献1の図4に示されるアッパーリンクアーム140およびカウンターウエイト160を備えたフローティング機構)が必要となる。この結果、試験機を構成する部品点数の増加、構造の複雑化などを招く。
However, the conventional scratch tester has the following problems.
For example, in a load increasing type scratch tester, only the load generated by the load generating device needs to be applied to the surface of the test piece via the indenter. In particular, since the load generated by the load generator is small at the start of indenter transition (at the start of the test), the test results are greatly affected when other loads are applied. However, the indenter is connected to a device for applying a predetermined load to the surface of the test piece (the load generating device and the load sensor described above), and these devices are located above the indenter. The weight (self-weight) of such a device is not applied to the surface of the test specimen as a load so that the weight is offset (for example, a floating equipped with the upper link arm 140 and the counterweight 160 shown in FIG. 4 of Patent Document 1) Mechanism) is required. As a result, the number of parts constituting the testing machine increases and the structure becomes complicated.
また、圧子に連結されている装置の重量を相殺する機構を操作することによっても、当該重量を確実に(過不足なく)相殺し、スクラッチ試験を行う際に試験片表面に印加される荷重を、荷重発生装置によって発生させた押し込み荷重だけにすることは極めて困難である。ここに、相殺するために生じさせた力が不足している場合には、試験開始時に設定されていない荷重が試験片表面に印加され、一方、相殺するために生じさせた力が過剰な場合には、試験開始時において圧子が試験片表面から離間し、試験中には押し込み荷重が設定値よりも小さくなってしまう。このような状態でスクラッチ試験を行った場合には、良好な結果は得られない。 In addition, by operating a mechanism that cancels the weight of the device connected to the indenter, the weight is surely canceled (without excess or shortage), and the load applied to the surface of the specimen when performing a scratch test can be reduced. It is extremely difficult to use only the indentation load generated by the load generator. Here, when the force generated to cancel is insufficient, a load not set at the start of the test is applied to the specimen surface, while the force generated to cancel is excessive. The indenter is separated from the surface of the test piece at the start of the test, and the indentation load becomes smaller than the set value during the test. When the scratch test is performed in such a state, good results cannot be obtained.
更に、従来の荷重増加型のスクラッチ試験機では、試験片表面に対する圧子の水平移動距離(スクラッチ距離)の増加に伴って試験片表面に印加される押し込み荷重が直線的に増加せず、このため、例えば、スクラッチ挙動が変化したときの押し込み荷重を、スクラッチ距離から直ちに求めることができない。 Furthermore, in the conventional load increasing type scratch tester, the indentation load applied to the surface of the test piece does not increase linearly as the horizontal movement distance (scratch distance) of the indenter with respect to the surface of the test piece increases. For example, the pushing load when the scratch behavior changes cannot be immediately obtained from the scratch distance.
本発明は以上のような事情に基いてなされたものである。
本発明の第1の目的は、従来の試験機において必須の構成要素であった、圧子に連結される装置の重量を相殺するための機構を必要としないスクラッチ試験機を提供することにある。
本発明の第2の目的は、スクラッチ距離に対する押し込み荷重の変化の直線性に優れたスクラッチ試験機を提供することにある。
The present invention has been made based on the above situation.
A first object of the present invention is to provide a scratch testing machine that does not require a mechanism for canceling the weight of a device connected to an indenter, which is an essential component in a conventional testing machine.
The second object of the present invention is to provide a scratch testing machine excellent in linearity of change in indentation load with respect to the scratch distance.
(1)本発明のスクラッチ試験機は、基台と、
前記基台の水平面上において試験片を鉛直方向(z方向) に起立させた状態で支持する支持台と、
前記支持台に支持された試験片の表面に押し込まれる圧子と、
前記支持台に支持された試験片の表面に前記圧子の先端を当接させ、更に押し込むために、前記圧子を、第1水平方向(y方向)の、前記支持台が位置する先端側に移動させる第1駆動機構と、
前記支持台に支持された試験片の表面にスクラッチを形成するために、前記支持台または前記圧子を、第1水平方向と直交する第2水平方向(x方向)に移動させる第2駆動機構と、
を備えてなることを特徴とする。
(1) A scratch testing machine of the present invention comprises a base,
A support base for supporting the test piece in a vertical direction (z direction) on the horizontal surface of the base;
An indenter pushed into the surface of the test piece supported by the support,
The indenter is brought into contact with the surface of the test piece supported by the support base, and the indenter is moved in the first horizontal direction (y direction) to the front end side where the support base is located in order to push further. A first drive mechanism
A second drive mechanism for moving the support table or the indenter in a second horizontal direction (x direction) perpendicular to the first horizontal direction in order to form a scratch on the surface of the test piece supported by the support table; ,
It is characterized by comprising.
このような構成のスクラッチ試験機によれば、圧子を第1水平方向の先端側に移動させるための第1駆動機構、並びに支持台または圧子を第2水平方向に移動させるための第2駆動機構の重量(自重)による荷重が、鉛直方向に起立させた状態で支持されている試験片の表面に対して印加されることはないので、第1駆動機構および第2駆動機構の重量を相殺するための機構などを必要としない。 According to the scratch testing machine having such a configuration, the first drive mechanism for moving the indenter toward the first horizontal end, and the second drive mechanism for moving the support base or the indenter in the second horizontal direction. Since the load due to the weight (self-weight) of the first drive mechanism is not applied to the surface of the test piece that is supported in the vertical direction, the weights of the first drive mechanism and the second drive mechanism are offset. No mechanism is required.
また、鉛直方向に起立した状態で支持されている試験片の表面に圧子の先端が当接しているときに、当該試験片の表面に第1駆動機構の重量(自重)による荷重が印加されることはないので、スクラッチ試験を行う際には、第1駆動機構によって発生させた押し込み荷重のみを試験片表面に印加することが可能になる。 In addition, when the tip of the indenter is in contact with the surface of the test piece that is supported in a vertically standing state, a load due to the weight (self-weight) of the first drive mechanism is applied to the surface of the test piece. Therefore, when performing the scratch test, only the indentation load generated by the first drive mechanism can be applied to the surface of the test piece.
更に、後述する実施例の結果からも明らかなように、このような構成を備えた荷重増加型のスクラッチ試験機は、スクラッチ距離(試験片表面と圧子との間の相対的な移動距離)に対する押し込み荷重(圧子によって試験片表面に印加される荷重)の変化の直線性に優れている。 Further, as is apparent from the results of Examples described later, the load increasing type scratch testing machine having such a configuration is used for the scratch distance (relative movement distance between the test piece surface and the indenter). Excellent in linearity of change of indentation load (load applied to the test piece surface by the indenter).
(2)本発明のスクラッチ試験機において、前記第1駆動機構は、前記基台に固定されたモータと、
前記モータに連結されて第1水平方向の先端側に延びるボールねじのねじ軸と、
前記ボールねじのナットとともに第1水平方向の先端側に移動する可動部と、
前記可動部の先端側において当該可動部に対して第1水平方向の後端側にスライド可能に装着され、その先端に圧子が取り付けられるスライド部と、
前記可動部と前記スライド部との間に介在して、前記可動部に対して前記スライド部が第1水平方向の後端側にスライドすることを抑制するよう第1水平方向に沿って配置されたコイルばねとを備えており、
前記第2駆動機構は、前記支持台を、前記第1駆動機構の可動部の移動と連動させて、第2水平方向に移動させるものであることを特徴とする。
(2) In the scratch testing machine of the present invention, the first drive mechanism includes a motor fixed to the base,
A screw shaft of a ball screw connected to the motor and extending to the first horizontal tip side;
A movable part that moves to the tip side in the first horizontal direction together with the nut of the ball screw;
A slide part that is slidably attached to the rear end side in the first horizontal direction relative to the movable part at the front end side of the movable part, and an indenter is attached to the front end;
Located between the movable portion and the slide portion, the slide portion is disposed along the first horizontal direction so as to prevent the slide portion from sliding toward the rear end side in the first horizontal direction with respect to the movable portion. Coil spring and
The second drive mechanism moves the support base in a second horizontal direction in conjunction with the movement of the movable portion of the first drive mechanism.
このような構成のスクラッチ試験機によれば、支持台に支持された試験片の表面に圧子の先端が当接するまでは、第1駆動機構を構成するボールねじ機構により、可動部およびスライド部が一体となって第1水平方向の先端側に移動する。
そして、支持台に支持された試験片の表面に圧子の先端が当接して、スライド部の第1水平方向の先端側への移動が制限された後にボールねじのねじ軸をさらに回転させると、コイルばねの付勢力に抗して、可動部に対してスライド部が第1水平方向の後端側にスライドすることにより、可動部のみが第1水平方向の先端側に移動する。
このとき、コイルばねが圧縮され、スライド部の先端に取り付けられた圧子の試験片の表面への押し込み荷重は、可動部の移動距離(ボールねじのねじ軸の回転数)の増加に伴って増加する。
According to the scratch testing machine having such a configuration, the movable part and the slide part are moved by the ball screw mechanism constituting the first drive mechanism until the tip of the indenter comes into contact with the surface of the test piece supported by the support base. Moves integrally to the front end side in the first horizontal direction.
Then, when the tip of the indenter comes into contact with the surface of the test piece supported by the support base, and the movement of the slide portion to the first horizontal direction is restricted, the screw shaft of the ball screw is further rotated. The sliding portion slides toward the rear end side in the first horizontal direction with respect to the movable portion against the biasing force of the coil spring, so that only the movable portion moves to the front end side in the first horizontal direction.
At this time, the coil spring is compressed, and the indentation load applied to the surface of the test piece of the indenter attached to the tip of the slide part increases as the moving distance of the movable part (the number of rotations of the screw shaft of the ball screw) increases. To do.
(3)上記(2)のスクラッチ試験機において、前記第1駆動機構は、
第1水平方向に延びるように前記基台の水平面上に固定された、前記可動部のガイドレールを備えているとともに、
2本の前記コイルばねが、前記圧子の中心軸を挟んで同一の水平面上に配置されていることが好ましい。
(3) In the scratch testing machine of (2), the first drive mechanism is
A guide rail for the movable part fixed on the horizontal surface of the base so as to extend in the first horizontal direction;
The two coil springs are preferably disposed on the same horizontal plane with the central axis of the indenter interposed therebetween.
このような構成のスクラッチ試験機によれば、試験中における圧子の先端を、第1水平方向の先端側に向けてリニアに移動させることができ、鉛直方向に起立させた状態で支持台に支持されている試験片の表面に、第1水平方向の押し込み荷重を確実に印加させることができる。 According to the scratch testing machine having such a configuration, the tip of the indenter during the test can be linearly moved toward the tip side in the first horizontal direction, and is supported on the support stand in a state where it is erected in the vertical direction. The first horizontal pushing load can be reliably applied to the surface of the test piece.
(4)上記(2)または(3)のスクラッチ試験機において、前記第1駆動機構は、前記可動部の移動範囲を制限するリミットセンサおよびリミットスイッチを備えていることが好ましい。 (4) In the scratch tester according to (2) or (3), it is preferable that the first drive mechanism includes a limit sensor and a limit switch that limit a moving range of the movable part.
(5)上記(2)〜(4)のスクラッチ試験機において、前記支持台に支持された試験片の表面に印加される前記圧子の押し込み荷重を計測する第1計測手段を備えていることが好ましい。 (5) In the scratch tester according to (2) to (4), the scratch tester includes first measuring means for measuring the indentation load applied to the surface of the test piece supported by the support base. preferable.
(6)上記(5)のスクラッチ試験機において、前記支持台に支持された試験片の表面に前記圧子の先端が当接した後における前記可動部の移動距離または前記ボールねじのねじ軸の回転数と、試験片の表面に印加される前記圧子の押し込み荷重の計測値との関係を測定し;この測定結果に基いて、所定の最大荷重に対応する前記可動部の移動距離または前記ねじ軸の回転数を求め;前記支持台が第2水平方向に移動して所定のスクラッチ距離(通常、試験終了時における支持台の位置)に達したときに所定の最大荷重が試験片に印加されるように、前記第1駆動機構および前記第2駆動機構を制御する手段を備えていることが好ましい。 (6) In the scratch testing machine of (5), the moving distance of the movable part or the rotation of the screw shaft of the ball screw after the tip of the indenter comes into contact with the surface of the test piece supported by the support base And the measured value of the indentation load applied to the surface of the test piece; based on the measurement result, the moving distance of the movable part corresponding to a predetermined maximum load or the screw shaft The predetermined maximum load is applied to the test piece when the support table moves in the second horizontal direction and reaches a predetermined scratch distance (usually the position of the support table at the end of the test). As described above, it is preferable to include means for controlling the first drive mechanism and the second drive mechanism.
このような構成のスクラッチ試験機によれば、所定のスクラッチ距離に到達したとき(試験終了時)の押し込み荷重を所定の最大荷重とすることができる。 According to the scratch testing machine having such a configuration, the pushing load when the predetermined scratch distance is reached (at the end of the test) can be set to the predetermined maximum load.
(7)上記(2)〜(6)のスクラッチ試験機において、前記第2駆動機構によって前記支持台とともに第2水平方向に移動する試験片と、前記圧子との間の摩擦力を計測する第2計測手段を備えてなることが好ましい。 (7) In the scratch tester according to (2) to (6), the second driving mechanism measures the frictional force between the test piece that moves in the second horizontal direction together with the support base and the indenter. It is preferable to include two measuring means.
このような構成のスクラッチ試験機によれば、試験片に印加される圧子の押し込み荷重と、圧子と試験片との摩擦力との関係を測定することができる。 According to the scratch testing machine having such a configuration, the relationship between the indentation load applied to the test piece and the frictional force between the indenter and the test piece can be measured.
本発明のスクラッチ試験機は、従来の試験機において必須の構成要素であった、圧子に連結される装置の重量を相殺するための機構を必要としない。
また、後述する実験結果から明らかなように、スクラッチ距離(試験片表面と圧子との間の相対的な第2水平方向の移動距離)に対する、試験片表面に印加される押し込み荷重の変化の直線性に優れている。
The scratch testing machine of the present invention does not require a mechanism for offsetting the weight of the device connected to the indenter, which is an essential component in the conventional testing machine.
Further, as is clear from the experimental results described later, the straight line of the change in the indentation load applied to the test piece surface with respect to the scratch distance (relative second horizontal movement distance between the test piece surface and the indenter). Excellent in properties.
<第1実施形態>
以下、本発明の一実施形態に係るスクラッチ試験機について図面を用いて説明する。
図1および図2に示すスクラッチ試験機100は、基台10と、この基台10の水平面上において試験片を鉛直方向(図1において矢印zで示す方向) に起立させた状態で支持する支持台20と、この支持台20に支持される試験片の表面に押し込まれる圧子30と、圧子30の先端を試験片の表面に当接させ、更に押し込むために、第1水平方向(図1および図2において矢印yで示す方向)の先端側に圧子30を移動させる第1駆動機構40と、支持台20に支持される試験片の表面にスクラッチを形成するために、支持台20を、第1駆動機構40の可動部の移動と連動させて、第2水平方向(図2において矢印xで示す方向)に移動させる第2駆動機構50とを備えている。
<First Embodiment>
Hereinafter, a scratch testing machine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The
この実施形態の試験機100を構成する基台10の水平面上には、支持台20、第1駆動機構40および第2駆動機構50が載置されている。
A
この実施形態の試験機100を構成する支持台20は、試験片を鉛直方向に起立させた状態で支持する。
この支持台20は、後述する第2駆動機構50の可動板531に着脱自在に装着されており、これにより、支持台20およびこれに支持されている試験片を第2水平方向に移動させることができる。
21は、支持台20を可動板531に着脱する際に使用するハンドルである。
支持台20の表面(試験片の支持面)には、試験片の四隅を当該表面に押さえつけるための4つのトグルクランプ22が設けられている。
The support table 20 constituting the
The
Four toggle clamps 22 for pressing the four corners of the test piece against the surface are provided on the surface of the support base 20 (the support surface of the test piece).
この実施形態の試験機100を構成する圧子30は、その先端が支持台20に支持されている試験片の表面に押し込まれることにより、試験片の表面に押し込み荷重を印加する。
圧子30の構成材料としては、特に限定されるものではなく、従来のスクラッチ試験機において使用されている材料をすべて使用することができる。
圧子30は、後述する第1駆動機構40のスライド部45の先端(圧子の取付部453)に取り付けられている。
The
The constituent material of the
The
この実施形態の試験機100を構成する第1駆動機構40は、支持台20に支持されている試験片の表面に圧子30の先端を当接させ、さらに圧子30の先端を試験片の表面に押し込むために、当該圧子30を、第1水平方向の先端側(支持台20が位置する側)に移動させるための機構である。
The
第1駆動機構40は、基台10に固定されたモータ411と、このモータ411に連結されて第1水平方向の先端側に延びるボールねじのねじ軸412と、このボールねじのナット431とともに第1水平方向に移動する可動部43と、この可動部43の先端側において当該可動部43に対して第1水平方向の後端側にスライド可能に装着され、その先端に圧子30が取り付けられているスライド部45と、可動部43とスライド部45との間に介在して、可動部43に対してスライド部45が第1水平方向の後端側にスライドすることを抑制するよう第1水平方向に沿って配置された2本のコイルばね47,47とを備えている。
The
図1および図2において、413は、第1水平方向に延びるように基台10の水平面上に固定された可動部のガイドレール、414は先端側のフォトセンサ、415は後端側のフォトセンサ、416は衝撃吸収ばねであり、モータ411、ボールねじのねじ軸412、可動部のガイドレール413、フォトセンサ414、フォトセンサ415および衝撃吸収ばね416は、それぞれ、基台10に対して位置固定されている。また、417は非常停止スイッチ、418は操作用のタッチパネルである。
1 and 2, 413 is a guide rail of a movable part fixed on the horizontal surface of the base 10 so as to extend in the first horizontal direction, 414 is a photosensor on the front end side, and 415 is a photosensor on the rear end side.
また、432は、スライド部45のスライドを可能にするために可動部43に形成されたスライドレール、433は、スライド部45が第1水平方向の先端側に移動することを制限することによって圧子30の押し込み量を規制するためのリミットスイッチ、434は、フォトセンサ414およびフォトセンサ415によって検知される被検知体である。被検知体434がフォトセンサ414に検知されたときに、当該被検知体434(可動部43)は先端側の限界位置に到達したことになる。
モータ411(ねじ軸412)の回転により、ボールねじのナット431、スライドレール432、リミットスイッチ433、被検知体434は、可動部43の構成要素として、一体的に第1水平方向の先端側に移動する。
Further,
The rotation of the motor 411 (screw shaft 412) causes the
また、451は、可動部43に形成されたスライドレール432に沿ってスライドするスライダ、452は、支持台20に支持される試験片の表面に印加される圧子30の押し込み荷重を計測するロードセル(第1計測手段)、453は、圧子30の取付部であり、試験片の表面に圧子30の先端が当接した後において可動部43を第1水平方向の先端側に移動させようとすると、スライダ451、ロードセル452および圧子の取付部453は、スライド部45の構成要素として、可動部43に対して第1水平方向の後端側にスライドする。
また、2本のコイルばね47,47は、可動部43とスライド部45との間に介在し、それぞれ、可動部43に対してスライド部45が第1水平方向の後端側にスライドするときに圧縮されて、スライド部45がスライドしようとする力に対抗する。
これらのコイルばね47,47により、可動部43に対するスライド部45のスライド量に応じて押し込み荷重を増加させることができる。また、2本のコイルばね47,47が圧子30の中心軸を挟んで同一水平面上に配置されていることにより、鉛直方向に起立した状態で支持されている試験片の表面に、第1水平方向(鉛直方向に起立した状態の試験片の表面に対して垂直方向)の押し込み荷重を確実に作用させることができる。
Further, the two
With these coil springs 47, the pushing load can be increased according to the slide amount of the
この実施形態の試験機100を構成する第2駆動機構50は、支持台20に支持されている試験片の表面にスクラッチを形成するために、この支持台20を、第1駆動機構40の可動部43の移動と連動させて、第2水平方向に移動させるための機構である。
In order to form a scratch on the surface of the test piece supported by the
第2駆動機構50は、基台10に固定されたロボットシリンダ511と、基台10に固定されて第2水平方向に延びる2本のスライドレール512,512と、ロボットシリンダ511のスライダに連結され、スライドレール512,512に沿って第2水平方向に移動する可動板531とを備えている。
可動板531に支持台20が装着されることにより、支持台20およびこれに支持されている試験片を第2水平方向に移動させることができる。
The
By mounting the
図1および図2において、532は、可動板531に対して支持台20を昇降させるためのノブであり、このノブ532を調節して支持台20を昇降させることにより、これに支持されている試験片の鉛直方向の位置(レベル)を変えることができるので、当該試験片に互いに平行な複数のスクラッチを形成する(複数回の試験を行う)ことができる。
In FIG. 1 and FIG. 2,
第2駆動機構50により、支持台20は、第1駆動機構40の可動部43の移動と連動して移動する。
すなわち、第2駆動機構50における可動板531の第2水平方向の移動と、第1駆動機構40における可動部43の第1水平方向の移動とは互いに連動している。
既述したように、圧子30による押し込み荷重は、可動部43の移動距離に応じて増加するため、可動板531の移動と可動部43の移動とを連動させることにより、圧子30による押し込み荷重を、可動板531(支持台20)の移動距離に応じて増加させることができる。
By the
That is, the second horizontal movement of the
As described above, the indentation load due to the
次に、この実施形態に係る試験機100を使用して行うスクラッチ試験の手順の一例を説明する。
Next, an example of the procedure of the scratch test performed using the
(1)試験片の装着工程:
第2駆動機構50の可動板531から支持台20を取り外し、この支持台20の表面(試験片の支持面)に試験片を載置し、その四隅をトグルクランプ21により押さえ付けて当該試験片を固定する。
このように、第2駆動機構50の可動板531から支持台20が着脱自在であることにより、可動板531から取り外された支持台20の表面に試験片を装着することができるので、試験片の装着時の作業性の向上を図ることができる。
(1) Test piece mounting process:
The
Thus, since the
(2)支持台の装着工程:
第2駆動機構50の可動板531に支持台20を取り付ける。これにより、支持台20により支持された試験片は、基台10の水平面上において鉛直方向に起立した状態となる。
(2) Support table mounting process:
The
(3)ティーチング工程:
スクラッチ試験に先立って、第1駆動機構40における可動部43の移動距離と、圧子30による試験片の表面への押し込み荷重の計測値との関係を測定し、この測定結果に基いて、所定の最大荷重に対応する可動部43の移動距離を求め、可動板531に装着されている支持台20が試験開始位置から第2水平方向に移動して試験終了位置に到達したときに印加される押し込み荷重が上記所定の最大荷重となるように第1駆動機構40および第2駆動機構50を制御する。
(3) Teaching process:
Prior to the scratch test, the relationship between the moving distance of the
第1駆動機構40における可動部43の移動距離と、圧子30による試験片への押し込み荷重の計測値との関係は、例えば、次のようにして測定する。なお、この測定は、第2駆動機構50を駆動させない(支持台20に支持されている試験片を第2水平方向に移動させない)で行う。
The relationship between the moving distance of the
図3Aに示すように、第1駆動機構40の可動部43が後端側(図面の右側)に位置している待機状態からモータ411によってボールねじのねじ軸412を回転させる。これにより、可動部43(ナット431)とスライド部45とが一体となって第1水平方向の先端側に移動し、図3Bに示すように、スライド部45の先端(取付部453)に取り付けられている圧子30の先端が、支持台(図3A〜図3Cにおいて図示省略)に支持されている試験片90の表面に当接する。
As shown in FIG. 3A, the
図3Bに示したような状態からボールねじのねじ軸412の回転を継続させると、圧子30の先端が試験片90の表面に当接されているために、スライド部45は、それ以上の移動が制限されるので、これを構成するスライダ451がスライドレール432に沿ってスライドすることで、可動部43に対して第1水平方向の後端側にスライドする。これにより、可動部43のみが第1水平方向の先端側に移動することになる。
If the rotation of the
なお、図3Cに示すように、可動部43のみが第1水平方向の先端側に移動している(可動部43に対してスライド部45が第1水平方向の後端側にスライドしている)ときには、コイルばね47,47に対して圧縮力が作用しているために、可動部43の移動距離(ねじ軸412の回転数)に応じて、圧子変位(圧子30の試験片90の表面に対する垂直変位)および押し込み荷重が増加する。ここに、押し込み荷重は、可動部43の移動距離の増加に伴って直線的に増加する。
As shown in FIG. 3C, only the
そこで、圧子30の先端を試験片90の表面に当接させた後における可動部43の移動距離と、押し込み荷重の計測値との関係として、例えば、両者の関係を示す直線の傾きを測定する。この傾きは、試験片90の材質・硬度等によって異なる。
また、この測定結果から、所定の最大荷重(例えば30N)を試験片表面に印加するために必要な可動部43の移動距離(あるいは、これに対応するボールねじのねじ軸412の回転数)を求める。
Therefore, as the relationship between the moving distance of the
Further, from this measurement result, the moving distance of the movable portion 43 (or the corresponding rotation speed of the
次いで、支持台20(第2駆動機構50の可動板531)が試験開始位置から試験終了位置まで移動する間に、第1駆動機構40の可動部43が必要な距離(上記測定結果から求められる最大荷重を印加するために必要な距離)を移動するよう、第1駆動機構40および第2駆動機構50を制御して、可動板531の移動と可動部43の移動との連動条件を設定する。
Next, while the support base 20 (the
上記のように、可動部43の移動距離と押し込み荷重の計測値との関係を測定し、所定の最大荷重に対応する可動部43の移動距離を求め、支持台20が試験終了位置に到達したときに所定の最大荷重が試験片の表面に印加されるよう第1駆動機構40および第2駆動機構50を制御して、可動板531の移動と可動部43の移動との連動条件を設定する一連のティーチング工程は、図示しない制御手段によって行われる。
As described above, the relationship between the moving distance of the
(4)スクラッチ試験:
ティーチング工程終了後、ボールねじのねじ軸412を逆回転させて可動部43およびスライド部45を第1水平方向の後端側に移動(退行)させて、圧子30の先端を試験片90の表面から5mm程度離間させた後、第2駆動機構50によって試験片90を第2水平方向に10mm程度移動させ、再度、ボールねじのねじ軸412を回転(正回転)させて可動部43およびスライド部45を第1水平方向の先端側に移動させ、図3Bに示すように、圧子30の先端を試験片90の表面に当接させる。
(4) Scratch test:
After completion of the teaching process, the
圧子30の先端を試験片90の表面に当接させた状態から、ねじ軸412の回転を継続させて可動部43(のみ)を第1水平方向の先端側に移動させるとともに、第2駆動機構50により、試験開始位置において支持台20を装着している可動板531を、第2水平方向に移動させることにより荷重増加方式によるスクラッチ試験を実施する。
ここに、第2駆動機構50の可動板531は、ティーチング工程で得られた連動条件下、第1水平方向に移動する第1駆動機構40の可動部43と連動しながら、第2水平方向に移動する。
これにより、支持台20を装着している可動板531が試験終了位置に到達したときには、支持台20によって支持されている試験片90の表面に所定の最大荷重(可動部43がこれに対応する距離を移動したことによる最大荷重)が印加される。
From the state in which the tip of the
Here, the
Thus, when the
なお、この実施形態の試験機100では、可動部43およびスライド部45を第2水平方向に移動させるのではなく、これらに比較して格段に軽量の支持台20を第2水平方向に移動させることによってスクラッチ試験を行うものであり、これにより、試験の省力化を図ることができるとともに、スライド部45に固定されているロードセル452が振動等に伴ってノイズを拾うことなどを回避することができるので、信頼性の高い試験結果を得ることができる。
In the
また、この実施形態の試験機100では、第1水平方向に延びるガイドレール413が基台10の水平面上に固定され、このガイドレール413に沿って可動部43が移動するとともに、2本のコイルばね47,47が圧子30の中心軸を挟んで同一の水平面上に配置されていることにより、圧子30の移動軌跡の直線性を十分に確保することができ、試験片90の表面に、第1水平方向(鉛直方向に起立した状態の試験片90の表面に対しては垂直方向)の押し込み荷重を確実に作用させることができる。
Further, in the
可動板531に装着されて第2水平方向に移動する支持台20の移動速度(スクラッチ速度)としては10〜400mm/sであることが好ましく、好適な一例を示せば100mm/sである。
また、試験開始位置から試験終了位置までの支持台20の移動距離(スクラッチ距離)としては50〜300mmであることが好ましく、好適な一例を示せば100mmである。
The moving speed (scratch speed) of the
Moreover, it is preferable that it is 50-300 mm as a moving distance (scratch distance) of the support stand 20 from a test start position to a test end position, and if it shows a suitable example, it is 100 mm.
この実施形態の試験機100によれば、第1駆動機構40および第2駆動機構50の重量(自重)による荷重が、鉛直方向に起立させた状態で支持されている試験片の表面に対して印加されることはないので、第1駆動機構40および第2駆動機構50の重量を相殺するための機構などを必要としない。
According to the
また、鉛直方向に起立した状態で支持されている試験片90の表面に圧子30の先端が当接しているときに、当該試験片90の表面に第1駆動機構40の重量による荷重が印加されることはないので、スクラッチ試験を行う際には、第1駆動機構40によって発生させた押し込み荷重(圧子30の先端を試験片90の表面に当接させた状態で、可動部43のみを、コイルばね47,47の付勢力に抗して第1水平方向の先端側に移動させることにより発生させた荷重)のみを試験片90の表面に印加することが可能になる。
また、試験片90の表面に第1駆動機構40の重量による荷重が印加されることがないので、スクラッチ試験の開始時において試験片90の表面に印加される押し込み荷重を十分に小さくすること(例えば、0.1〜1.0N程度にすること)も可能になる。
Further, when the tip of the
Further, since the load due to the weight of the
更に、この実施形態の試験機100は、試験開始位置から試験終了位置に至る支持台20の移動距離(スクラッチ距離)に対する試験片の表面に印加される押し込み荷重の変化の直線性に優れている。
Furthermore, the
図4(1)は、この実施形態の試験機100で測定された、試験開始位置から試験終了位置までの支持台20の移動距離(スクラッチ距離)と、試験片の表面に印加される押し込み荷重との関係を示すチャートである。
なお、この試験において、最大荷重の設定値を30N、スクラッチ距離を100mm、スクラッチ速度を100mm/sとした。
また、測定回数は5回とし、図4(1)は、その平均を図示したものである。
FIG. 4 (1) shows the movement distance (scratch distance) of the
In this test, the set value of the maximum load was 30 N, the scratch distance was 100 mm, and the scratch speed was 100 mm / s.
In addition, the number of times of measurement is 5 times, and FIG. 4 (1) shows the average.
他方、図4(2)は、特許文献1に記載された従来のスクラッチ試験機(基台の水平面上に載置した試験片の表面に対して鉛直方向の荷重を印加しながら水平方向に圧子を移動させてスクラッチ試験を行う試験機)において、上記と同じ試験片を使用して同様の試験条件で測定したスクラッチ距離と押し込み荷重との関係を示すチャートである。 On the other hand, FIG. 4 (2) shows a conventional scratch tester described in Patent Document 1 (indenter in the horizontal direction while applying a vertical load to the surface of the test piece placed on the horizontal surface of the base. Is a chart showing the relationship between the scratch distance and the indentation load measured under the same test conditions using the same test piece as described above.
<第2実施形態>
図5は、本発明のスクラッチ試験機の他の実施形態を示す平面図であり、同図において、図2と同一の符号で示したものは、第1実施形態の試験機100と同一の構成要素である。
Second Embodiment
FIG. 5 is a plan view showing another embodiment of the scratch testing machine of the present invention. In FIG. 5, the same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same configurations as those of the
図2に示す試験機200は、第2駆動機構50によって支持台20とともに第2水平方向に移動する試験片と、圧子30との摩擦力(第2水平方向の水平荷重)を計測するロードセル455(第2計測手段)を備えている。
この試験機200によれば、ロードセル452(第1計測手段)によって計測される押し込み荷重と、ロードセル455(第2計測手段)によって計測される摩擦力(第2水平方向の水平荷重)との関係を測定することができる。例えば、押し込み荷重を第2水平方向の水平荷重で除することでスクラッチ摩擦係数を算出することができる。
2 is a
According to the
以上、本発明のスクラッチ試験機の実施形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものでなく、種々の変更が可能である。
例えば、試験片の表面にスクラッチを形成するために、支持台を固定して、圧子を第2水平方向に移動させてもよい。
また、試験中に荷重を増加させずに、一定の荷重でスクラッチ試験を行うものであってもよい。
Although the embodiments of the scratch testing machine of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these, and various modifications are possible.
For example, in order to form a scratch on the surface of the test piece, the support base may be fixed and the indenter may be moved in the second horizontal direction.
Further, the scratch test may be performed with a constant load without increasing the load during the test.
100 スクラッチ試験機
10 基台
20 試験片の支持台
21 ハンドル
22 トグルクランプ
30 圧子
40 第1駆動機構
411 モータ
412 ボールねじのねじ軸
413 可動部のガイドレール
414 フォトセンサ
415 フォトセンサ
416 衝撃吸収ばね
417 第1駆動機構の非常停止スイッチ
418 操作用タッチパネル
43 可動部
431 ナット
432 スライドレール
433 リミットスイッチ
434 被検知体
45 スライド部
451 スライダ
452 ロードセル(第1計測手段)
453 圧子の取付部
47 コイルばね
50 第2駆動機構
511 ロボットシリンダ
512 スライドレール
531 可動板
532 支持台の昇降用ノブ
200 スクラッチ試験機
455 ロードセル(第2計測手段)
DESCRIPTION OF
453
Claims (7)
前記基台の水平面上において試験片を鉛直方向に起立させた状態で支持する支持台と、 前記支持台に支持された試験片の表面に押し込まれる圧子と、
前記支持台に支持された試験片の表面に前記圧子の先端を当接させ、更に押し込むために、前記圧子を、第1水平方向の前記支持台が位置する先端側に移動させる第1駆動機構と、
前記支持台に支持された試験片の表面にスクラッチを形成するために、前記支持台または前記圧子を、第1水平方向と直交する第2水平方向に移動させる第2駆動機構と、
を備えてなることを特徴とするスクラッチ試験機。 The base,
A support base that supports the test piece in a state in which the test piece is erected in the vertical direction on the horizontal plane of the base; an indenter that is pushed into the surface of the test piece supported by the support base;
A first drive mechanism that moves the indenter to the tip side where the support table in the first horizontal direction is located in order to bring the tip of the indenter into contact with the surface of the test piece supported by the support table and further push it in. When,
A second drive mechanism for moving the support table or the indenter in a second horizontal direction perpendicular to the first horizontal direction in order to form a scratch on the surface of the test piece supported by the support table;
A scratch testing machine characterized by comprising:
前記モータに連結されて第1水平方向の先端側に延びるボールねじのねじ軸と、
前記ボールねじのナットとともに第1水平方向の先端側に移動する可動部と、
前記可動部の先端側において当該可動部に対して第1水平方向の後端側にスライド可能に装着され、その先端に圧子が取り付けられるスライド部と、
前記可動部と前記スライド部との間に介在して、前記可動部に対して前記スライド部が第1水平方向の後端側にスライドすることを抑制するよう第1水平方向に沿って配置されたコイルばねとを備えており、
前記第2駆動機構は、前記支持台を、前記第1駆動機構の可動部の移動と連動させて、第2水平方向に移動させることを特徴とする請求項1に記載のスクラッチ試験機。 The first drive mechanism includes a motor fixed to the base;
A screw shaft of a ball screw connected to the motor and extending to the first horizontal tip side;
A movable part that moves to the tip side in the first horizontal direction together with the nut of the ball screw;
A slide part that is slidably attached to the rear end side in the first horizontal direction relative to the movable part at the front end side of the movable part, and an indenter is attached to the front end;
Located between the movable portion and the slide portion, the slide portion is disposed along the first horizontal direction so as to prevent the slide portion from sliding toward the rear end side in the first horizontal direction with respect to the movable portion. Coil spring and
2. The scratch tester according to claim 1, wherein the second drive mechanism moves the support base in a second horizontal direction in conjunction with movement of a movable portion of the first drive mechanism.
2本の前記コイルばねが、前記圧子の中心軸を挟んで同一の水平面上に配置されていることを特徴とする請求項2に記載のスクラッチ試験機。 The first drive mechanism includes a guide rail of the movable part fixed on the horizontal surface of the base so as to extend in the first horizontal direction,
The scratch testing machine according to claim 2, wherein the two coil springs are arranged on the same horizontal plane across the central axis of the indenter.
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