JP3875639B2 - 硬さ試験機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料表面にくぼみを形成させて当該試料の硬さを測定する硬さ試験機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、圧子によって、試料表面に荷重を負荷し、くぼみを形成することに基づいて、試料の硬さを測定する硬さ試験機として、例えば、図３に示される硬さ試験機５００が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図３に示されるように、硬さ試験機５００は、試料台５５５に載置された試料Ｓにくぼみを形成するための圧子５０１が先端部に設けられた圧子軸５０２を有する圧子軸ユニット５１０と、圧子軸５０２に所定の荷重を負荷するための荷重負荷機構部５３０と、が備えられている。
【０００４】
圧子軸ユニット５１０は、試料台５５５の上方に備えられており、試験機本体（図示略）に備えられた支持枠５０３と、支持枠５０３に立設された圧子軸支持部５０３ａに備えられた支持ばね５０４と、支持枠５０３に板ばね５０５及び戻しばね５０６とにより弾性支持されている運動板５０７と、支持枠５０３に上下動自在に備えられるとともに下端部５０８ａが運動板５０７の外端部５０７ｂに当接する押棒５０８と、上端部５０２ａが支持ばね５０４に取り付けられるとともに、当接部５０２ｂが運動板５０７の軸受部５０７ａに下方から支持される圧子軸５０２等により構成されている。
【０００５】
荷重負荷機構部５３０は、圧子軸ユニット５１０の上方に備えられた錘部５７０と、制御レバー５２０とにより構成されている。
制御レバー５２０は、略中央部が回動軸５２１によって試験機本体（図示略）に回動自在に軸支されており、制御レバー５２０の一端部５２０ａには圧子軸ユニット５１０の押棒５０８上端部を押し下げるための押圧部５２２が備えられ、また、他端部５２０ｂには、偏心カム５２３に転接するローラー５２４が取り付けられている。制御レバー５２０の一端部５２０ａは、回動軸５２１から圧子軸ユニット５１０の上方に延びて圧子軸５０２の上方を経て遠方側の押棒５０８上部の位置において、押棒５０８を押し下げるようになっている。また、制御レバー５２０の圧子軸５０２上方に対応する位置には、上下方向の孔５２０ｃが形成されている。
【０００６】
錘部５７０は、錘５７１と、錘部５７０中心部に上下方向に備えられる荷重軸５７２と、錘５７１を覆うケーシング５７３とにより構成されている。荷重軸５７２は下部において制御レバー５２０の孔５２０ｃを貫通して下方に延び、その下端部５７２ａが圧子軸５０２の上端部５０２ａと対向するように配設されている。符号５７４は荷重軸５７２に突設されたピンを示しており、ピン５７４は制御レバー５２０に上方から当接するようになっている。
【０００７】
上記の構成により、制御レバー５２０は、偏心カム５２３の回転によって回動して圧子軸ユニット５１０の押棒５０８を押し下げたり、または押し下げを解除したりするようになっており、押棒５０８を押し下げることにより、支持枠５０３（運動板５０７）を押し下げるようになっている。また、制御レバー５２０は、錘部５７０を下降させて圧子軸５０２に所定の荷重を負荷させるようになっている。
この硬さ試験機５００により硬さ試験を行う際には、硬さ試験機５００本体において圧子軸５０２の下方に備えられる試料台５５５に試料Ｓを載置し、偏心カム５２３の回転および錘部５７０の下降により、圧子軸５０２を下降させる。圧子５０１の先端が試料Ｓと当接する位置まで圧子軸５０２を下降させると、圧子軸５０２は運動板５０７の軸受部５０７ａから解放される。そして、錘部５７０が圧子軸５０２に所定荷重（錘５７１の重量；試験力、例えば、約９８ｍＮから２０Ｎ）を負荷させることにより、試料Ｓに圧子５０１によるくぼみを形成させる。くぼみ形成後、制御レバー５２０をくぼみ形成時とは逆方向に回動させることにより、支持枠５０３（運動板５０７）を上昇させ、それに伴って圧子軸５０２を上方に移動させて、試料Ｓから離れさせる。このようにして試料Ｓに形成させたくぼみを、顕微鏡（図示略）等で観察することなどにより、くぼみの大きさ等の計測を行い、試料Ｓの硬さを求める。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−１３２７２２号公報（第２図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１の場合、試料Ｓにくぼみを形成するための試験力は、硬さ試験機５００に備えられた錘部５７０により出力されるので、その試験力は錘部５７０の錘５７１の重量に基づく範囲で、各錘に基づき段階的に出力されるものであった。
【００１０】
本発明の課題は、硬さ試験機において、より広い範囲、様々な試験力による硬さ試験を可能にすることである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項１記載の発明は、
先端部に圧子（１）を有する圧子軸（２）と、
前記圧子軸をその軸方向に移動させて前記圧子を介して試料（Ｓ）に第１の試験力の範囲内の力を負荷する第１の荷重負荷機構部（例えば、フォースモータ１０）と、
前記圧子軸を押圧する押圧部材（例えば、荷重軸３１）を備え、前記押圧部材により前記圧子軸をその軸方向に移動させて前記圧子を介して試料に第２の試験力の範囲内の力を負荷する第２の荷重負荷機構部（例えば、フォースモータ３０）と、
を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項１記載の発明によれば、先端部に圧子を有する圧子軸を備える硬さ試験機において、第１の荷重負荷機構部が、その圧子軸をその軸方向に移動させることにより圧子を介して試料に第１の試験力の範囲内の力を負荷するとともに、第２の荷重負荷機構部が、押圧部材によりの圧子軸をその軸方向に移動させることにより圧子を介して試料に第２の試験力の範囲内の力を負荷する。つまり、硬さ試験機は、第１の荷重負荷機構部と第２の荷重負荷機構部とが、それぞれ圧子軸に対して負荷する力をあわせた力（試験力）によって硬さ試験を行うことができる。
よって、硬さ試験機は、その２つの荷重負荷機構部が出力するそれぞれの試験力（荷重力、駆動力）を組み合わせることによる、様々な力（試験力）で硬さ試験を行うことができる。
例えば、２つの荷重負荷機構部が、それぞれ同程度の試験力を出力可能である場合、それぞれ単独で用いられる場合に比べ、２つの荷重負荷機構部を組み合わせて出力する試験力は、およそ２倍の範囲の試験力を出力することが可能となり、より広い範囲の試験力によって硬さ試験を行うことができる。
また、例えば、２つの荷重負荷機構部のうち、一方の荷重負荷機構部が大きな試験力を出力することに適し、もう一方の荷重負荷機構部が小さな試験力を出力することに適するような場合、その２つの荷重負荷機構部を組み合わせて出力することにより、より変化に富んだ、幅広い範囲の試験力を出力することが可能となり、そのような広い範囲の試験力によって硬さ試験を行うことができる。
【００１３】
また、請求項１記載の発明は、
前記押圧部材は、前記圧子軸の軸方向に対して垂直な軸（例えば、回動軸５１）を中心として回動可能に軸支されるレバー（例えば、制御レバー５０）を備え、
前記第２の荷重負荷機構部は、前記レバーの一端部（５０ａ）に対し作用力を付与することにより、前記レバーの他端部（５０ｂ）が、前記圧子軸を押圧してその軸方向に第２の試験力を試料に負荷し、
前記第１の荷重負荷機構部及び前記第２の荷重負荷機構部は、フォースモータ（１０、３０）であることを特徴とする。
【００１４】
請求項１記載の発明によれば、第２の荷重負荷機構部が、圧子軸の軸方向に対して垂直な軸を中心として回動可能に軸支されるレバーの一端部に対し作用力を付与することにより、そのレバーの他端部が圧子軸に対し押圧力を付与する。つまり、硬さ試験機において、第２の荷重負荷機構部は、レバーを介して圧子軸を押圧し、その圧子軸の軸方向に第２の試験力を試料に負荷する。
よって、硬さ試験機において第２の荷重負荷機構部は、いわゆる「てこの原理」を利用し、小さな試験力であっても、より大きな押圧力としての試験力を圧子軸に付与することができる。
また、第１の荷重負荷機構部及び第２の荷重負荷機構部は、フォースモータであるので、フォースモータに供給する電流量に応じて、任意の駆動力を発生し、その駆動力に基づき圧子軸に様々な力（試験力）を負荷することができる。特に、フォースモータに供給する電流量を無段階に調整することにより、無段階の駆動力を出力し、圧子軸に無段階の力（試験力）を負荷することができる。
【００１５】
また、請求項１の発明は、前記圧子軸（２）の移動の際、前記レバー（例えば、制御レバー５０）が回動し当該レバーの重心が移動したことに伴い前記圧子軸に作用するモーメント力を打ち消すことにより前記所定の試験力が試料に負荷されるように、前記第１の荷重負荷機構部（例えば、フォースモータ１０）と、第２の荷重負荷機構部（例えば、フォースモータ３０）との少なくとも一方の駆動を制御するように構成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項１記載の発明によれば、レバーの重心がずれて、圧子軸にモーメント力を付与してしまう場合には、圧子軸に負荷する力を減らすように第１の荷重負荷機構部と第２の荷重負荷機構部との少なくとも一方を調整し、また圧子軸に付与するモーメント力を打ち消してしまう場合には、圧子軸に負荷する力を増やすように第１の荷重負荷機構部と第２の荷重負荷機構部との少なくとも一方を調整し、圧子軸に負荷する力を調整することにより、試料に対して実質の試験力のみ作用させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１、図２に基づいて説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１は、本実施形態である硬さ試験機の概略構成を側方から一部断面視した状態を示す説明図である。
硬さ試験機１００は、試料台１２０に載置された試料Ｓにくぼみを形成するための圧子１が先端部に設けられた圧子軸２を有する圧子軸ユニット１１０と、圧子軸２に所定の押圧力を付与するための押圧力付与機構部１３０と、が備えられている。
【００１８】
圧子軸ユニット１１０は、試料台１２０の上方に備えられており、試験機本体１０１に設けられた支持ばね３，３と、支持ばね３，３にそれぞれ上端側と下端側が弾性的に支持される圧子軸２と、圧子軸２をその軸方向に移動させることにより、圧子軸２にその軸方向の所定の力を負荷する第１の荷重負荷機構部としてのフォースモータ１０と、圧子軸２の変位量を検出する圧子軸変位検出部２０等により構成されている。
【００１９】
圧子１は、例えばビッカース、ヌープ圧子、ブリネル、ロックウェル等の、くぼみ形成による硬さ試験に用いられる圧子である。
【００２０】
支持ばね３，３は、一端が試験機本体１０１に固定され、試験機本体１０１から略水平方向に延出するように設けられた板ばねであり、その他端がそれぞれ圧子軸２の上端側と下端側に接続されて、圧子軸２を試料台１２０に対して垂直に支持している。そして支持ばね３は、後述するフォースモータ１０等によって圧子軸２が上下方向に移動される際に、圧子軸２が試料台１２０に対して垂直な姿勢を保つように撓む。
【００２１】
フォースモータ１０は、磁気回路構成部１２と、圧子軸２側に設けられた駆動コイル部１３とにより構成されている。フォースモータ１０は、磁気回路構成部１２において、磁石がギャップにつくる磁界と、ギャップの中に設置された駆動コイル部１３に流れる電流との電磁誘導により発生する力を駆動力として用い、その駆動力により圧子軸２をその軸方向に移動させることによって、圧子軸２に所定の力（荷重、第１の試験力）を負荷する。つまり、フォースモータ１０は、フォースモータ１０の駆動コイル部１３に供給される電流量に応じて、任意の駆動力を発生し、その駆動力に基づき圧子軸２に様々な試験力（第１の試験力の範囲内の力）を負荷することができる。
そして、フォースモータ１０は、駆動コイル部１３に流す電流量を無段階に調整することにより、無段階の力（駆動力）を出力し、圧子軸２に無段階の力（荷重、第１の試験力）を負荷することができる。
【００２２】
圧子軸変位検出部２０は、例えば、所定の間隔の目盛が刻まれて、圧子軸２に備えられたスケール２１と、そのスケール２１の目盛を光学的に読み取るリニアエンコーダ２２とからなり、圧子軸２が試料Ｓにくぼみを形成する際に移動した変位量（例えば、試料Ｓに圧子１が押し込まれた侵入量）を検出し、その検出した変位量に基づく圧子軸変位信号を図示しない制御部に出力する。
【００２３】
押圧力付与機構部１３０は、圧子軸ユニット１１０の上方に備えられた第２の荷重負荷機構部としてのフォースモータ３０と、フォースモータ３０の荷重軸３１を、試験機本体１０１に弾性的に支持する支持ばね４，４等により構成されている。
【００２４】
支持ばね４，４は、一端が試験機本体１０１に固定され、試験機本体１０１から略水平方向に延出するように設けられた板ばねであり、その他端がそれぞれ後述するフォースモータ３０の荷重軸３１の上端側と下端側に接続されて、荷重軸３１を、圧子軸２と同軸上に、試料台１２０に対して垂直に支持している。そして支持ばね４は、後述するフォースモータ３０によって荷重軸３１が上下方向に移動される際に、荷重軸３１が試料台１２０に対して垂直な姿勢を保つように撓む。
【００２５】
フォースモータ３０は、磁気回路構成部３２と、押圧部材としての荷重軸３１側に設けられた駆動コイル部３３とにより構成されている。フォースモータ３０は、磁気回路構成部３２において、磁石がギャップにつくる磁界と、ギャップの中に設置された駆動コイル部３３に流れる電流との電磁誘導により発生する力を駆動力として用い、その駆動力により荷重軸３１をその軸方向に移動させて、圧子軸２に対し押圧力を付与することにより、圧子軸２をその軸方向に移動させるように所定の力（第２の試験力）を負荷する。つまり、フォースモータ３０は、フォースモータ３０の駆動コイル部３３に供給される電流量に応じて、任意の駆動力を発生し、その駆動力に基づき圧子軸２に様々な試験力（第２の試験力の範囲内の力）を負荷することができる。
そして、フォースモータ３０は、駆動コイル部３３に流す電流量を無段階に調整することにより、無段階の駆動力を出力し、圧子軸２に無段階の力（荷重、第２の試験力）を負荷することができる。
【００２６】
また、図示しない制御部は、各種演算処理を行うＣＰＵと、制御、判断等各種処理用の各種プログラムが記憶、格納されたＲＯＭと、各種処理におけるワークメモリとして使用されるＲＡＭとで概略構成されている。そして、制御部は、システムバス及び駆動回路等を介して、フォースモータ１０、フォースモータ３０等に接続されている。
そして、制御部（図示略）は、図示しない操作部において硬さ試験を行う操作が行われたことに基づく試験動作信号が入力されたことに伴い、ＲＯＭに記憶された所定のプログラムを実行させることにより、所定の硬さ試験を行うため予め設定された所定の動作条件（例えば、圧子軸２の動作条件）に基づき、フォースモータ１０、フォースモータ３０の駆動コイル部１３、３３に、所定の試験力に応じた電流を供給し、フォースモータ１０、フォースモータ３０を動作させる制御を行う。
また、制御部（図示略）は、試料Ｓに形成されたくぼみに基づくデータやくぼみ形成時の試験力と、予め設定された硬さ試験に対応する硬さ算出式とに基づき試料Ｓの硬さの算出する制御を行う。
【００２７】
また、制御部（図示略）は、試料Ｓに対して実質の試験力のみ作用させるため、以下のような調整制御を行う。
【００２８】
例えば、制御部（図示略）は、圧子軸２（及び圧子１）が、その自重に基づき試料Ｓに付与する力分、圧子軸２に負荷する力を減らすように、フォースモータ１０、３０の駆動コイル部１３、３３に流す電流量を調整する自重調整制御を行う。つまり、制御部は、予め設定された圧子軸２（及び圧子１）の自重量（質量、重量）に基づき、駆動コイル部１３、３３に流す電流量を調整し、圧子軸２に負荷する力を調整することにより、試料Ｓに対して実質の試験力のみ作用させる制御を行う。
【００２９】
また、制御部（図示略）は、外部からの振動が圧子軸２に作用する影響を打ち消すように、フォースモータ１０、３０の駆動コイル部１３、３３に流す電流量を調整する振動調整制御を行う。つまり、制御部は、振動検出部（図示略）が検出した振動と、予め設定された振動条件に基づき、その振動により圧子軸２（圧子１）が試料Ｓに力を付与してしまう場合には、圧子軸２に負荷する力を減らすように駆動コイル部１３、３３に流す電流量を調整し、また試料Ｓに付与する力を打ち消してしまう場合には、圧子軸２に負荷する力を増やすように駆動コイル部１３、３３に流す電流量を調整し、圧子軸２に負荷する力を調整することにより、試料Ｓに対して実質の試験力のみ作用させる制御を行う。
【００３０】
また、制御部（図示略）は、圧子軸２が試料Ｓ（試料台１２０）方向に移動する際、その姿勢を保持するために撓んだ支持ばね３により、その移動方向と逆向きに作用する支持ばね３の反発力を打ち消す反発力調整制御を行う。つまり、制御部は、圧子軸変位検出部２０が検出した圧子軸変位信号に基づく圧子軸２の変位量と、予め設定された圧子軸２の変位量に対応し、支持ばね３が撓んだ際に発生する反発力を打ち消すため、圧子軸２に負荷する力を増やすように、駆動コイル部１３、３３に流す電流量を調整し、圧子軸２に負荷する力を調整することにより、試料Ｓに対して実質の試験力のみ作用させる制御を行う。
【００３１】
このように制御部（図示略）は、フォースモータ１０、フォースモータ３０の駆動コイル部１３、３３に流す電流量を調整することにより、圧子軸２に作用する外力などを打ち消すように、圧子軸２に負荷する力を調整し、圧子軸２（圧子１）が試料Ｓに対して実質の試験力のみ作用するように調整する。
【００３２】
次に、前述のように構成されている硬さ試験機１００の動作について説明する。
例えば、まず、操作部（図示略）において硬さ試験を行うための操作が行われたことに基づく試験動作信号が制御部（図示略）に入力されると、制御部は、フォースモータ１０、３０の駆動コイル部１３、３３に、所定の試験力に応じた電流を供給し、フォースモータ１０、３０を動作させる。なお、この際、制御部は、試料Ｓに対して実質の試験力のみ作用するように前述のような調整制御をあわせて行う。
【００３３】
フォースモータ１０は、圧子軸２をその軸方向下方に移動させることによって、荷重軸２に所定の力（第１の試験力）を負荷する。
また、フォースモータ３０は、荷重軸３１をその軸方向下方に移動させることによって、荷重軸３１の下端部３１ａが圧子軸２の上端部２ａを押し下げ、圧子軸２をその軸方向下方に移動させるように圧子軸２に対し押圧力を付与し、荷重軸２に所定の力（第２の試験力）を負荷する。
このように、フォースモータ１０により圧子軸２に負荷された所定の力（第１の試験力）と、フォースモータ３０により圧子軸２に負荷された所定の力（第２の試験力）とを合わせた力で圧子軸２を、その下方に配置された試料Ｓに向け移動させる。そして、圧子軸２に備えられた圧子１が試料Ｓに対して、その合わせた力である試験力によりくぼみを形成させる。
そして、硬さ試験機１００は、そのくぼみの形状（大きさ（所定位置間の長さ）、深さ）とその試験力に基づき、予め制御部のＲＯＭに設定、記憶された硬さ試験に対応する硬さ算出式により、試料Ｓの硬さの算出を行う。
【００３４】
このように、本実施の形態にかかる硬さ試験機１００は、圧子軸２を駆動させるためにフォースモータ（１０、３０）を使用しているので、フォースモータ（の駆動コイル部）に供給する電流量を無段階に調整することにより、圧子軸２は、フォースモータから無段階の試験力が付与される。よって、硬さ試験機１００は、フォースモータの出力範囲において、所望する任意の試験力（駆動力）によって硬さ試験を行うことができる。つまり、硬さ試験機１００は、より変化に富んだ、様々な試験力による硬さ試験を行うことができる。
【００３５】
また、フォースモータは、供給される電流量により出力する試験力（駆動力）を調整することができるので、圧子軸２に作用する外力などを打ち消すように、電流量を調整することにより試験力（駆動力）を調整し、圧子軸２（圧子１）が試料Ｓに対して実質の試験力のみ作用するようにすることで、硬さ試験機１００において、より正確な硬さ試験を行うことを可能にすることができる。
【００３６】
また、フォースモータに供給する電流量を調整することにより出力する試験力（駆動力）を調整することができるので、圧子軸２（圧子１）が試料Ｓへ向かって移動する移動速度や、圧子軸２に備えられた圧子１が試料Ｓに対して試験力を負荷する保持時間を選択、調整することができる。
【００３７】
また、硬さ試験機１００は、２つのフォースモータ（フォースモータ１０、フォースモータ３０）を使用することにより、フォースモータ１０に基づく試験力（駆動力）と、フォースモータ３０に基づく試験力（駆動力）とを合わせた力である試験力による硬さ試験を行うことができる。よって、硬さ試験機１００は、２つのフォースモータがそれぞれ出力する試験力（駆動力）を組み合わせた試験力によって硬さ試験を行うことができる。つまり、より広い範囲の様々な試験力による硬さ試験を行うことができる。
例えば、フォースモータ１０とフォースモータ３０とが、同程度の試験力（駆動力）を出力可能なフォースモータであった場合、それぞれ単独で使用する場合に比べ、２つのフォースモータを組み合わせて出力する試験力は、およそ２倍の範囲の試験力を出力することが可能になる。
また、一方のフォースモータが大きな試験力（駆動力）を出力することに適し、もう一方のフォースモータが小さな試験力（駆動力）を出力することに適するような場合、２つのフォースモータを組み合わせて出力することにより、より変化に富んだ、幅広い範囲の試験力を出力することが可能になる。
【００３８】
また、フォースモータ（３０、１０）において、その荷重軸（荷重軸３１、圧子軸２）に重量既知の分銅などの重りを作用させつつ、その重りとのバランスをとるように、フォースモータ（の駆動コイル部）に供給する電流量を調整することにより、電流量とフォースモータが出力する駆動力との相関関係を確認することができる。よって、硬さ試験機１００において、フォースモータが出力する駆動力（試験力）の校正を行うことができるので、より正確な硬さ試験を行うことを可能にすることができる。
【００３９】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明にかかる硬さ試験機の第２の実施の形態を、図２に基づき説明する。なお、第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
図２は、本実施形態である硬さ試験機の概略構成を側方から一部断面視した状態を示す説明図である。
硬さ試験機２００は、試料台１２０に載置された試料Ｓにくぼみを形成するための圧子１が先端部に設けられた圧子軸２を有する圧子軸ユニット１１０と、圧子軸２に所定の押圧力を付与するための押圧力付与機構部２３０と、が備えられている。
【００４０】
押圧力付与機構部２３０は、圧子軸ユニット１１０の上方に備えられた押圧部材のレバーとしての制御レバー５０と、制御レバー５０に作用力を付与する第２の荷重負荷機構部としてのフォースモータ３０等により構成されている。
【００４１】
制御レバー５０は、略中央部が回動軸５１によって試験機本体（図示略）に回動自在に軸支されている。制御レバー５０の一端部５０ａには、フォースモータ３０が取り付けられている。また、制御レバー５０の他端部５０ｂは、回動軸５１から圧子軸ユニット１１０の上方に延びて圧子軸２の上部に位置しており、その他端部５０ｂには圧子軸ユニット１１０の圧子軸２の上端部２ａを押し下げるための押圧部５２が備えられている。
【００４２】
フォースモータ３０は、磁気回路構成部３２において、磁石がギャップにつくる磁界と、ギャップの中に設置された駆動コイル部３３に流れる電流との電磁誘導により発生する力を駆動力として用い、その駆動力により荷重軸３１をその軸方向に移動させて、制御レバー５０の一端部５０ａに対し作用力を付与し、制御レバー５０を回動させる。そして、フォースモータ３０は、制御レバー５０の他端部５０ｂを下方に傾け、他端部５０ｂに備えられた押圧部５２により圧子軸２をその軸方向に押し下げる。
【００４３】
図示しない制御部は、図示しない操作部において硬さ試験を行う操作が行われたことに基づく試験動作信号が入力されたことに伴い、フォースモータ１０、フォースモータ３０の駆動コイル部１３、３３に、所定の試験力に応じた電流を供給し、フォースモータ１０、フォースモータ３０を動作させる制御を行う。
【００４４】
また、制御部（図示略）は、試料Ｓに対して実質の試験力のみ作用させるため、以下のような調整制御を行う。
例えば、制御部（図示略）は、制御レバー５０が傾いたことにより、その重心が移動したことによって、圧子軸２に作用する制御レバー５０の自重に基づく影響（力）を打ち消すように、フォースモータ１０、３０の駆動コイル部１３、３３に流す電流量を調整する重心調整制御を行う。つまり、制御部は、予め設定された制御レバー５０の傾き条件に基づき、その傾いたことにより制御レバー５０の重心がずれて、圧子軸２にモーメント力を付与してしまう場合には、圧子軸２に負荷する力を減らすように駆動コイル部１３、３３に流す電流量を調整し、また圧子軸２に付与するモーメント力を打ち消してしまう場合には、圧子軸２に負荷する力を増やすように駆動コイル部１３、３３に流す電流量を調整し、圧子軸２に負荷する力を調整することにより、試料Ｓに対して実質の試験力のみ作用させる制御を行う。
【００４５】
次に、前述のように構成されている硬さ試験機２００の動作について説明する。
例えば、まず、操作部（図示略）において硬さ試験を行うための操作が行われたことに基づく試験動作信号が制御部（図示略）に入力されると、制御部は、フォースモータ１０、３０の駆動コイル部１３、３３に、所定の試験力に応じた電流を供給し、フォースモータ１０、３０を動作させる。なお、この際、制御部は、試料Ｓに対して実質の試験力のみ作用するように前述のような調整制御をあわせて行う。
【００４６】
フォースモータ１０は、圧子軸２をその軸方向下方に移動させることによって、荷重軸２に所定の力（第１の試験力）を負荷する。
また、フォースモータ３０は、荷重軸３１をその軸方向に移動させることによって、制御レバー５０の一端部５０ａを上方に移動させるように、制御レバー５０を回動させる。そして、制御レバー５０の他端部５０ｂを下方に移動させることにより、その他端部５０ｂに備えられた押圧部５２が圧子軸２の上端部２ａを押し下げるように、圧子軸２にその軸方向の所定の力（第２の試験力）を負荷する。つまり、フォースモータ３０は、制御レバー５０を介して圧子軸２に対し押圧力を付与し、圧子軸２をその軸方向下方に移動させることによって荷重軸２に所定の試験力（第２の試験力）を負荷する。
このように、フォースモータ１０により圧子軸２に負荷された所定の試験力と、フォースモータ３０により制御レバー５０を介して圧子軸２に負荷された所定の試験力とを合わせた力で圧子軸２を、その下方に配置された試料Ｓに向け移動させる。そして、圧子軸２に備えられた圧子１が試料Ｓに対して、その合わせた力である試験力によりくぼみを形成させる。
そして、硬さ試験機２００は、そのくぼみの形状、或いは深さとその試験力に基づき、予め制御部のＲＯＭに設定、記憶された硬さ試験に対応する硬さ算出式により、試料Ｓの硬さの算出を行う。
【００４７】
このように、本実施の形態にかかる硬さ試験機２００は、圧子軸２を駆動させるために、２つのフォースモータ（フォースモータ１０、フォースモータ３０）を使用することにより、フォースモータ１０に基づく駆動力と、フォースモータ３０に基づく駆動力とを合わせた力である試験力による硬さ試験を行うことができる。よって、硬さ試験機２００は、２つのフォースモータがそれぞれ出力する駆動力を組み合わせた試験力（駆動力）によって硬さ試験を行うことができるので、より広い範囲の様々な試験力による硬さ試験を行うことができる。
特に、フォースモータ３０が出力する駆動力は、回動軸５１を中心に回動する制御レバー５０を介して圧子軸２に伝達されるので、いわゆる「てこの原理」を利用し、小さな試験力（駆動力）であってもより大きな試験力（押圧力）として圧子軸２に付与することができる。
【００４８】
このように本発明にかかる硬さ試験機１００、２００は、圧子軸２を駆動させるためにフォースモータ（１０、３０）を使用しているので、フォースモータ（の駆動コイル部）に供給する電流量を無段階に調整することにより、圧子軸２は、フォースモータから無段階の試験力が付与される。よって、硬さ試験機１００、２００は、フォースモータの出力範囲において無段階に調整可能な試験力に基づき、所望する任意の試験力（駆動力）によって硬さ試験を行うことができる。つまり、硬さ試験機１００、２００は、様々な試験力による硬さ試験を行うことができる。
【００４９】
また、フォースモータ（１０、３０）は、供給される電流量により出力する駆動力を調整することができるので、圧子軸２に作用する外力などを打ち消すように、電流量を調整することにより駆動力を調整し、圧子軸２（圧子１）が試料Ｓに対して実質の試験力のみ作用するようにすることで、硬さ試験機１００、２００において、より正確な硬さ試験を行うことを可能にすることができる。
【００５０】
また、硬さ試験機１００、２００は、２つのフォースモータ（フォースモータ１０、フォースモータ３０）を使用することにより、フォースモータ１０に基づく試験力と、フォースモータ３０に基づく試験力とを合わせた力である試験力による硬さ試験を行うことができる。よって、硬さ試験機１００、２００は、２つのフォースモータがそれぞれ出力する試験力（第１の試験力、第２の試験力）を組み合わせた試験力によって硬さ試験を行うことができ、より広い範囲の様々な試験力による硬さ試験を行うことができる。
【００５１】
なお、以上の実施の形態においては、荷重負荷機構部をフォースモータとした例により説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、荷重負荷機構部は、圧子軸に荷重を負荷することができるものであればよく、特に、無段階の荷重、試験力を負荷、作用させることが可能であるものが好ましい。
また、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。
【００５２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、硬さ試験機は、その２つの荷重負荷機構部が出力するそれぞれの試験力（第１の試験力、第２の試験力）を組み合わせることによる、様々な力（試験力）で硬さ試験を行うことができる。
例えば、２つの荷重負荷機構部が、それぞれ同程度の試験力を出力可能である場合、それぞれ単独で用いられる場合に比べ、２つの荷重負荷機構部を組み合わせて出力する試験力は、およそ２倍の範囲の試験力を出力することが可能となり、より広い範囲の試験力によって硬さ試験を行うことができる。
また、例えば、２つの荷重負荷機構部のうち、一方の荷重負荷機構部が大きな試験力を出力することに適し、もう一方の荷重負荷機構部が小さな試験力を出力することに適するような場合、その２つの荷重負荷機構部を組み合わせて出力することにより、より変化に富んだ、幅広い範囲の試験力を出力することが可能となり、そのような広い範囲の試験力によって硬さ試験を行うことができる。
【００５３】
請求項１記載の発明によれば、硬さ試験機において第２の荷重負荷機構部は、いわゆる「てこの原理」を利用し、その第２の荷重負荷機構部の駆動力を、より大きな押圧力としての試験力に変化させるなどして圧子軸に付与することができる。つまり、レバーにおける支点、作用点、力点を調整することにより、様々な押圧力（試験力）を圧子軸に付与することが可能となり、硬さ試験機は様々な試験力によって硬さ試験を行うことができる。
また、請求項１記載の発明によれば、硬さ試験機において第１の荷重負荷機構部及び第２の荷重負荷機構部をフォースモータとすることにより、フォースモータに供給する電流量に応じて、任意の駆動力を発生させ、その駆動力に基づき圧子軸に様々な試験力を負荷することができる。特に、フォースモータに供給する電流量を無段階に調整することにより、無段階の駆動力を出力し、圧子軸に無段階の試験力を負荷することができる。よって、硬さ試験機は、より広い範囲の試験力によって硬さ試験を行うことができる。
【００５４】
また、請求項１記載の発明によれば、レバーの重心がずれて、圧子軸にモーメント力を付与してしまう場合には、圧子軸に負荷する力を減らすように第１の荷重負荷機構部と第２の荷重負荷機構部との少なくとも一方を調整し、また圧子軸に付与するモーメント力を打ち消してしまう場合には、圧子軸に負荷する力を増やすように第１の荷重負荷機構部と第２の荷重負荷機構部との少なくとも一方を調整し、圧子軸に負荷する力を調整することにより、試料に対して実質の試験力のみ作用させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる硬さ試験機の第１の実施の形態における概略構成を側方から一部断面視した状態を示す説明図である。
【図２】本発明にかかる硬さ試験機の第２の実施の形態における概略構成を側方から一部断面視した状態を示す説明図である。
【図３】従来の硬さ試験機の要部概略を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 圧子
２ 圧子軸
１０ フォースモータ（第１の荷重負荷機構部）
２０ 圧子軸変位検出部
２２ リニアエンコーダ
３０ フォースモータ（第２の荷重負荷機構部）
３１ 荷重軸（押圧部材）
５０ 制御レバー（押圧部材、レバー）
５０ａ 一端部
５０ｂ 他端部
５１ 回動軸（軸）
１１０ 圧子軸ユニット
１３０、２３０ 押圧力付与機構部
１００、２００ 硬さ試験機
Ｓ 試料

Claims (1)

1. 先端部に圧子を有する圧子軸と、
   前記圧子軸をその軸方向に移動させて前記圧子を介して試料に第１の試験力の範囲内の力を負荷する第１の荷重負荷機構部と、
   前記圧子軸を押圧する押圧部材を備え、前記押圧部材により前記圧子軸をその軸方向に移動させて前記圧子を介して試料に第２の試験力の範囲内の力を負荷する第２の荷重負荷機構部と、
   を備え、
   前記押圧部材は、前記圧子軸の軸方向に対して垂直な軸を中心として回動可能に軸支されるレバーを備え、
   前記第２の荷重負荷機構部は、前記レバーの一端部に対し作用力を付与することにより、前記レバーの他端部が、前記圧子軸を押圧してその軸方向に第２の試験力を試料に負荷し、
   前記第１の荷重負荷機構部及び前記第２の荷重負荷機構部は、フォースモータであり、
   前記圧子軸の移動の際、前記レバーが回動し当該レバーの重心が移動したことに伴い前記圧子軸に作用するモーメント力を打ち消すことにより前記所定の試験力が試料に負荷されるように、前記第１の荷重負荷機構部と、第２の荷重負荷機構部との少なくとも一方の駆動を制御するように構成されていることを特徴とする硬さ試験機。

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