JP4054664B2 - ビッカース硬さ試験機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビッカース硬さ試験機に係り、特に、複数の対物レンズを切り替えて使用するビッカース硬さ試験機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のビッカース硬さ試験機１００を図１０〜１２に基づいて説明する。図１０は従来のビッカース硬さ試験機１００の正面図を示し、図１１はビッカース硬さ試験機１００の要部の側面に沿った断面図であり、図１２は圧痕が形成された試料を従来のビッカース硬さ試験機１００により観察した像を示す説明図である。
【０００３】
図１０に示すように、従来のビッカース硬さ試験機１００は、硬さ試験の対象物である試料Ｓを載置する試料台１０２と、この試料台１０２を昇降させる昇降機構１２１と、試料台１０２上の試料Ｓに対して圧痕の形成を行う圧痕形成手段１２３と、試料Ｓに向けて配置される第一と第二の対物レンズ１０５，１０６と、各対物レンズ１０５，１０６を保持すると共にこれらを選択的に試料台１０２上の試料Ｓに対する観察位置に位置決めするターレット１４０と、圧痕の測定を行う測定手段１３０と、圧痕Ｍの撮像を行うＣＣＤカメラ１５０と、上記各部を支持する装置フレーム１０３とを備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
上記ターレット１４０は、図１１に示すように、試料台１０２の上方において垂直方向を回転軸として回転自在にフレーム１０３に支持されている。このターレット１４０は、その回転軸を中心とする同一円周上で第一と第二の対物レンズ１０５，１０６及び圧痕形成手段１２３のダイヤモンド圧子１２４を支持している。
【０００５】
そして、この円周上の所定の一点の垂直下方が、試料台１０２上における試料Ｓの設置位置と一致するように設定されている。つまり、ターレット１４０の回転操作により上述の円周上の所定の一点（この点を観察位置とする）に第一と第二の対物レンズ１０５，１０６又はダイヤモンド圧子１２４を位置決めすることで、試料Ｓの圧痕観察を行ったり、圧痕形成を行ったりする。
【０００６】
圧痕形成手段１２３はダイヤモンド圧子１２４を上下方向に往復移動可能に支持している。かかる圧痕形成手段１２３をターレット１４０により観察位置に位置決めすると、その上方にある図示しない圧子押し付け機構によりダイヤモンド圧子１２４を所定の押し付け力で下方に押し付ける。これによりダイヤモンド圧子１２４の先端部が試料Ｓに押し付けられて圧痕が形成される。
【０００７】
各対物レンズ１０５，１０６はそれぞれレンズ鏡筒１０７，１０８に保持されている。そして、これらのレンズ鏡筒１０７，１０８はいずれもその内側上部にミラーを備えており、観察位置に位置決めされると、対物レンズ１０５，１０６の光軸を通過する光を装置フレーム１０３に支持された光路管１０９側に反射するようになっている。
【０００８】
光路管１０９の光入射側とは反対側の端部にはＣＣＤカメラ１５０が設けられており（図１１では図示略）、その途中には、測定手段１３０が設けられている。上記ＣＣＤカメラ１５０は、圧痕Ｍ及び測定線L1,L2の像を撮像し、装置外部の図示しない情報処理装置に撮像信号を出力し、情報処理装置は撮像信号に基づいてモニタ出力を行う。
【０００９】
測定手段１３０は、図１２に示すように、ＣＣＤカメラ１５０の視界内で測定線L1，L2の像を形成し、圧痕Ｍと共に撮像させる。また、これら測定線L1，L2の像はいずれも調節ツマミを操作して圧痕Ｍの像の両側で左右に移動させることができ、測定の際には、圧痕Ｍの像の左右の端部にそれぞれ測定線L1，L2の位置決めを行う。また、測定手段１３０は90[°]回転させることが可能であり、圧痕Ｍの像の上下の端部にそれぞれ測定線L1，L2の位置決めを行うこともできる。そして、各調節ツマミにはその操作量を検出するエンコーダが装備されており、検出した操作量を情報処理装置に出力する。
【００１０】
情報処理装置は、各エンコーダからの出力により各測定線L1，L2の位置を認識し、それらの間隔距離を算出する。これにより、圧痕Ｍの左右幅と上下幅を取得することができ、これらにより圧痕Ｍの面積を求め、圧痕形成の際のダイヤモンド圧子１２４の加圧量からビッカース硬さを算出する。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００２−３１０８６９号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、各対物レンズ１０５，１０６は、各レンズ鏡筒１０７，１０８を介してターレット１４０に同焦点となるように支持されている。つまり、いずれか一方の対物レンズの焦点合わせを行えばターレット１０４を回転させて他方の対物レンズを使用する際にも当該他方のレンズについても焦点が合ってしまうように図９のΔHの距離が設定されている。
しかしその場合、対物レンズ１０５と対物レンズ１０６とでは、それぞれの光学的筒長（対物レンズの後側焦点からCCDカメラの光学系の前側焦点までの距離）に差を生じることとなる。その結果、それぞれの対物レンズ１０５，１０６で同じ圧痕Ｍを撮像した場合に、CCDカメラにより撮像される圧痕Ｍの像の大きさが各対物レンズのレンズ倍率に比例した大きさにならなくなるという不都合があった。図１２の二点鎖線Ｍ‘は対物レンズのレンズ倍率に比例して表されるべき大きさを示し、実線は実際に撮像される大きさを示している。
【００１３】
このため、上記従来のビッカース硬さ試験機１００では、上記問題に対処するために、情報処理装置に補正プログラムを入力し、測定手段１３０により圧痕Ｍの幅を求める際に、各対物レンズのレンズ倍率に比例した大きさとなるように数値の修正を行っていた。
しかし、上記解決方法は情報処理段階で実行されるため、測定手段が測定線の位置情報を出力し、情報処理装置がそれを処理するいわゆるデジタル方式のビッカース硬さ試験機でなければ対処することはできなかった。このため、従来は、情報処理装置を有しておらず、視認により測定を行う形式の測定手段を有するいわゆるアナログ方式のビッカース硬さ試験機では、複数の対物レンズを有し、切り替え使用することができないという不都合があった。
また、上記理由により、複数種の対物レンズをビッカース硬さ試験機に搭載しようとすると、デジタル式の測定手段と情報処理装置が不可欠となり、装置コストが急に高くなるという不都合もあった。
また、情報処理段階で補正を行うビッカース硬さ試験機の場合には、かかる補正プログラムやその記憶手段或いはその入力手段が必要となり、かかる面からも装置の生産性の低下を招く、という不都合があった。
【００１４】
本発明は、情報処理に依らずに倍率の異なる複数の対物レンズごとの誤差を解消することを、その目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、圧痕（Ｍ）が形成された試料（Ｓ）を載置する試料台（２）と、試料に向けて配置される倍率が異なる複数の対物レンズ（５，１５）と、各対物レンズを保持すると共にこれらを選択的に試料台上の試料に対する観察位置に位置決めするレンズ保持手段（４）と、選択された対物レンズを介して試料の観察を行うための観察手段（９）と、試料の圧痕の大きさを測定する測定手段（３０）と、を備え、選択された対物レンズから観察手段までの間での光学的筒長を，光路を形成する部材（４２，４４）の伸縮により調節する筒長調節手段（５０）を有し、筒長調節手段５０は、いずれも光路を形成する部材であって，一方が他方の内側に挿入可能な二つの筒状体（４２，４４）と、二つの筒状体の互いに相対する周面間に設けられ，外側となる筒状体の回転操作により各筒状体をそれらの中心線方向に沿って相対的に移動させる移動機構（５５）とを有し、各対物レンズのレンズ倍率に比例した大きさの圧痕の像を観察手段で観察するための調節位置を示す指標（８１，８２，８３）を各対物レンズごとに備えている、という構成を採っている。
【００１６】
上記構成では、レンズ保持手段により対物レンズを選択し、試料台上の試料の圧痕を観察手段を介して観察し、測定手段により圧痕の大きさを測定する。かかる観察手段は、例えば、CCDカメラや接眼レンズであっても良い。また、測定手段は前述したデジタル式でもアナログ式でも良い。
さらに、レンズ保持手段により他の対物レンズに切り替えて同一の圧痕を測定する場合には、筒長調節手段により光路を形成する部材の伸縮を行い、所定の光学的筒長に調節する。なお、各対物レンズごとの光学的筒長を予め測定や計算により求め、筒長調節手段に各対物レンズごとの調節位置を記入しても良い。
【００１８】
また、上記構成では、光路を形成する部材として一方が他方に挿入可能な二つの筒状体により構成され、その伸縮は一方の筒状体の他方の筒状体への挿入量に応じて行われる。
また、伸縮による光学的筒長の調節は、外側の筒状体を回転させることにより移動機構が作用して両筒状体をその中心線方向に相対移動させることにより行われる。
さらに、上記構成では、光学的筒長の調節を行うに際して筒長調節手段を操作する場合に、選択した対物レンズに対応する指標に従って調節位置を決定すればよい。かかる指標は、予め測定や計算により求め、これを筒長調節手段に記入することで形成される。
【００１９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明と同様の構成を備えると共に、移動機構（５５）を、一方の筒状体（４４）に設けられた従動突起（５１）と、他方の筒状体（４２）に設けられた従動突起（５１）を案内するカム溝部（５２）とを有するカム機構（５５）とする、という構成を採っている。
【００２０】
上記構成では、請求項１記載の発明と同様の動作が行われると共に、光学的筒長の調節がいずれか一方の筒状体の回転操作により行われる。即ち、一方の筒状体を回転させると、従動突起はカム溝に対して相対的に当該カム溝に沿って移動することとなる。その結果、二つの筒状体は双方の中心線（各筒状体は一方が他方に挿入されているので双方の中心線は平行となる）に沿って相対的に移動し、二つの筒状体は伸縮によりその全体的な長さが変化することとなる。そして、これによって、光学的筒長の調節が行われる。
【００２１】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明と同様の構成を備えると共に、移動機構を、二つの筒状体の互いに相対する周面に設けた雄ネジ部と雌ネジ部とからなるネジ機構とする、という構成を採っている。
【００２２】
上記構成では、請求項１記載の発明と同様の動作が行われると共に、光学的筒長の調節がいずれか一方の筒状体の回転操作により行われる。即ち、一方の筒状体を回転させると、ネジ機構の作用により二つの筒状体は双方の中心線に沿って相対的に移動し、二つの筒状体は伸縮によりその全体的な長さが変化することとなる。そして、これによって、光学的筒長の調節が行われる。
【００２３】
請求項４記載の発明は、請求項１，２，又は３記載の発明と同様の構成を備えると共に、前記複数の対物レンズは、第一の対物レンズと第二の対物レンズを備え、
前記第二の対物レンズ用の指標は、前記第一の対物レンズを使用して測定した圧痕の測定結果と前記第二の対物レンズを使用して測定した前記圧痕の測定結果が各対物レンズの倍率に比例する前記筒状体の調節位置となっている、という構成を採っている。
【００２５】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明と同様の構成を備えると共に、対物レンズを二つ備え、筒長調節手段は、各対物レンズのレンズ倍率に比例した大きさの圧痕の像を観察手段で観察するための二つの調節位置の範囲でのみ操作を可能とする規制手段（５６，５７）を設ける、という構成を採っている。
【００２６】
上記構成では、請求項４記載の発明と同様の動作が行われると共に、光学的筒長の調節を行うに際して筒長調節手段を操作する場合に、規制手段により操作が規制される範囲の一端と他端とそれぞれ二つの対物レンズのレンズ倍率に比例した大きさの圧痕の像を観察手段で観察するための二つの調節位置に設定する。かかる位置設定は、予め測定や計算により求めれば良い。そして、選択した対物レンズに対応するいずれか一方の規制位置に従って操作位置を決定すればよい。
【００２７】
請求項６記載の発明は、請求項１，２，３，４又は５記載の発明と同様の構成を備えると共に、各対物レンズの選択に応じて、筒長調節手段を、各対物レンズのレンズ倍率に比例した大きさの圧痕の像を観察手段で観察するための調節位置に可動させる連動手段（７０）を備える、という構成を採っている。
【００２８】
上記構成では、請求項１，２，３，４又は５記載の発明と同様の動作が行われると共に、いずれかの対物レンズを選択すると、かかる選択動作に伴い、連動手段が筒長調節手段を可動させて当該対物レンズのレンズ倍率に比例した大きさの圧痕の像を観察手段で観察するための調節位置に調節する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
（実施形態の全体構成）
本発明の実施形態を図１乃至図５に基づいて説明する。図１は本実施形態たるビッカース硬さ試験機１０の正面図を示し、図２はビッカース硬さ試験機１０の試料台２の上方における部分の構成を装置の側面に沿った断面により一部を切り欠いて示した説明図を示している。
【００３０】
かかるビッカース硬さ試験機１０は、硬さ試験の対象物である試料Ｓを載置する試料台２と、この試料台２を前後左右上下の三方向に移動させて位置決めする試料台位置調節手段２０と、試料台２上の試料に対して圧痕Ｍ（図６参照）の形成を行う圧痕形成手段２３と、試料Ｓに向けて選択的に配置される倍率の異なる第一及び第二の対物レンズ５，１５と、各対物レンズ５，１５を保持すると共にこれらを選択的に試料台２上の試料Ｓに対する観察位置に位置決めするレンズ保持手段としてのターレット４と、測定線Ｌ１，Ｌ２（図１０参照）により圧痕Ｍの大きさを測定する測定手段３０と、選択された対物レンズ５（又は１５）を介して試料Ｓの観察を行うための観察手段としての接眼レンズ９と、選択された対物レンズ５（又は１５）から接眼レンズ９までの間での光学的筒長を光路を形成する部材の伸縮により調節する筒長調節手段５０と、上記各構成を支持する装置フレーム３とを備えている。
以下、ビッカース硬さ試験機１０の各部について詳細に説明する。
【００３１】
（試料台，試料台位置調節手段及び装置フレーム）
上記試料台２は、上面に試料Ｓを載置するための平滑面が形成されており、下面を試料台位置調節手段２０の昇降機構２１により支持されている。
一方、試料台位置調節手段２０は、試料台２を上下方向に自在に移動させる上記昇降機構２１と、左右方向に自在に移動させる左右移動機構２２と、前後方向に自在に移動させる前後移動機構（図示略）とを備えている。
昇降機構２１は当該試料台２の上下移動により位置決めを行うのみではなく、試料Ｓの圧痕Ｍの測定の際には選択された対物レンズ５（又は１５）との距離調節を行う焦点調節手段としても機能する。
また、左右移動機構２２と前後移動機構とは、いずれも試料台２に併設されており、試料Ｓを載置される上面部分を左右方向と前後方向（図１における紙面に垂直な方向）に移動させて試料Ｓの位置決めを行う。これらの移動機構はマイクロメータを使用しており、高い精度での位置決めを可能としている。
【００３２】
装置フレーム３は、前述した通り、ビッカース硬さ試験機１０の各構成を，直接的に支持し又は他の構成が介在して間接的に支持する据え置き型の枠体である。装置フレーム３の下部には前述した昇降機構２１を保持し、装置フレーム３が水平面上に据え置かれた状態（以下、各部の構成の説明で方向が示された場合には、特にことわりがある場合に除き装置フレーム３が水平面上に据え置かれた状態での方向を示しているものとする）で、昇降機構２１を介して支持された試料台２の上面部も水平となるように設定されている。
また、装置フレーム３は、図２に示すように、ちょうど試料台２の上方となる位置に垂直方向を軸として回転自在にターレット４を支持すると共に、さらにその前方（図１における紙面手前方向、図２における左方）側で測定手段３０を支持している。
【００３３】
（ターレット）
ターレット４は回転テーブルとなっており、その回転軸を中心とする同一円周上に圧痕形成手段２３のダイヤモンド圧子２４と第一の対物レンズ５と第二の対物レンズ１５とを支持している。必要に応じてターレット４を回転させることで、圧痕形成手段２３と第一の対物レンズ５と第二の対物レンズ１５と選択的に試料台２上にセットされた試料Ｓの真上となる位置（観察位置）に位置決めすることを可能としている。例えば、図２では、第一の対物レンズ５が観察位置に位置決めされているが、かかる状態から、上方から見て反時計方向に90度の角度でターレット４を回転させることによりダイヤモンド圧子２４が観察位置に位置決めされ、さらに90度ターレット４を回転させることにより第二の対物レンズ１５が観察位置に位置決めされる。
【００３４】
また、ターレット４は、各対物レンズ５，１５を、各鏡筒６，１６を介して試料台２上の試料Ｓに対して同焦点となるように支持されている。つまり、いずれか一方の対物レンズの焦点合わせを行えばターレット４を回転させて他方の対物レンズを使用する際にも当該他方のレンズについても焦点が合ってしまうように光軸方向に沿った位置設定がなされている。
【００３５】
（圧痕形成手段）
圧痕形成手段２３は、図２に示すように、その下端部が試料Ｓに押し付けられて正方形状の圧痕Ｍを形成するダイヤモンド圧子２４と、当該ダイヤモンド圧子２４をターレット４上で上下動可能に支持する圧子支持機構２５と、この圧子支持機構２５を介してダイヤモンド圧子２４を下降させ且つ所定の押し付け力で押し付ける押し付け機構（図示略）とを備えている。
上記押し付け機構は、ターレット４の回転により前述の観察位置に位置決めされたダイヤモンド圧子２４を下方に押し下げることが可能な配置で装置フレーム３の内部に装備されている。なお、この押し付け機構は、コイルにより動作するアクチュエータや錘により回動するアーム機構等その押し付け力が調節可能な機構が望ましい。
【００３６】
（対物レンズ周辺）
第一の対物レンズ５は、図２に示すように、鏡筒６に保持されている。この鏡筒６は下端部で第一の対物レンズ５を保持し、上端部の内側で反射ミラー７を備えている。鏡筒６は、自らの中心線と第一の対物レンズ５の光軸とが一致するように保持し、さらに反射ミラー７は光軸に沿った光を水平方向に反射する。そして、ターレット４上において、鏡筒６が観察位置に位置決めされると、反射ミラー７による光軸に沿った光の反射光が装置フレーム３に支持された光路管４０に入射するように、鏡筒６はターレット４に支持されている。
【００３７】
なお、光路管４０は一端部が装置フレーム３に支持され、他端部には接眼レンズ９が設けられ、その途中には装置フレーム３から接眼レンズ９に向かう方向に沿って筒長調節手段５０と測定手段３０とが順番に配設されている。そして、上記反射ミラー７に反射された第一の対物レンズ５の光軸通過光が、筒長調節手段５０と測定手段３０とを通過して接眼レンズ９の主点に到達する方向に進行するように反射ミラー７の設置角度が設定されている。
【００３８】
なお、第二の対物レンズ１５についても、第一の対物レンズ５と同様に、鏡筒１６に保持され、当該鏡筒１６内には光軸に沿った光を反射する反射ミラー（図示略）が設けられている。また、ターレット４により鏡筒１６が観察位置に位置決めされると、反射ミラーが第二の対物レンズの光軸通過光を、光路管４０を通って接眼レンズ９の主点に到達する方向に向けて反射する点も第一の対物レンズ５の場合と同様である。
【００３９】
（測定手段及び光路管）
測定手段３０及び光路管４０について図２，３，４に基づいて説明する。図３は光路管４０に沿って並んで支持される筒長調節手段５０，測定手段３０及び接眼レンズ９を示す斜視図であり、図４は測定手段３０の内部構造を示す分解斜視図である。
光路管４０は、いずれも同一中心線上となる第一〜三の筒体４１，４２，４３から構成される。第一の筒体４１は装置フレーム３と筒長調節手段５０との間に配設され、第二の筒体４２は筒長調節手段５０と測定手段３０との間に配設され、第三の筒体４３は測定手段３０と接眼レンズ９との間に配設される。そして、筒長調節手段５０の説明の際に詳述するが、第二の筒体４２は、光路を形成する部材であって筒長調節手段５０の一方の筒状体として機能する。
【００４０】
測定手段３０は、各対物レンズ５，１５を通過して反射ミラーにより反射された反射光が通過可能に構成されている。即ち、この測定手段３０は、反射光がその中央部を通過する筐体３２と、この筐体３２の内部において反射光の光路を挟んで両側にそれぞれ配置された測定線形成用の目盛板３３，３４と、各目盛板３３，３４を個別に位置調節するための調節ツマミ３７，３８と、各調節ツマミ３７，３８の回転操作により各目盛板３３，３４をそれぞれ移動させる支持軸３５，３６とを備えている。
【００４１】
筐体３２は内部中空の直方体形状を成しており、その長手方向を水平且つ光路と直交する方向に向けて第二の筒体４２に連結されている。かかる筐体３２は、その長手方向中間部で第二の筒体４２と連結されており、当該筐体３２を挟んで第二の筒体４２の向かい側には第三の筒体４３が連結されている。
【００４２】
各目盛板３３，３４は、図４に示すように、筐体３２の内部において、互いのその先端部を対向させた状態で、図示しないガイドにより、いずれもがその平板面の向きを一定に維持したまま筐体３２の長手方向に沿ってスライド可能に支持されている。また、各目盛板３３，３４の撮像ユニット５０側を向いた面の先端部には測定線が記入されている。
【００４３】
各支持軸３５，３６はそれぞれ一端部が調整ツマミ３７，３８と連結され、他端部は目盛板３３，３４と連結されている。また、各支持軸３５，３６の他端部がその中間部に至るまでネジ溝が形成され雄ネジ部を構成する。その一方、各目盛板３３，３４にはネジ穴が設けられ、それぞれ支持軸３５，３６の他端部の雄ネジ部が螺合するように挿入される。前述したように、各目盛板３３，３４はその平板面の向きを一定に維持したままスライド可能に筐体３２の内部で支持されているので、これら目盛板３３，３４に対して調節ツマミ３７，３８を介して支持軸３５，３６を回転させることにより、その回転中心線に沿って各目盛板３３，３４をそれぞれスライド移動させることが可能である。
【００４４】
このため、測定時おいて、接眼レンズ９により観察される圧痕Ｍに対して各目盛板３３，３４の先端部でこれを挟むようにそれぞれを位置決めし、各目盛板３３，３４の先端部の間隔を測定することで圧痕Ｍの横方向幅を測定することができる。各調節ツマミ３７，３８にはその回転操作量を認識するためのゲージが記されており、当該ゲージを読むことで各目盛板３３，３４の移動量を知ることができ、かかる移動量から各目盛板３３，３４の先端部の間隔を知ることが可能である。つまり、従来例で示した測定手段１３０と異なり、目盛板の移動量を信号出力するデジタル方式ではなく目視により測定を行うアナログ方式を採っている。
また、測定手段３０の筐体３２は、第二の筒体４２に対して90度の範囲で回転させることが可能であり、かかる回転によりその姿勢を水平状態から垂直状態に切り替えることができる。これにより、圧痕Ｍの横幅だけでなく、縦方向長さを測定することも可能である。
【００４５】
（接眼レンズ及び筒長調節手段）
次に、接眼レンズ９及び筒長調節手段５０について、図３，５に基づいて説明する。図５は筒長調節手段５０の一部の構成を水平面に沿って切り欠いた説明図である。
上記接眼レンズ９は、測定手段３０の筐体３２に一端部が連結された第三の筒体４３の他端部に支持されている。そして、各対物レンズ５，１５が観察位置にある場合においてその光軸通過光の反射ミラーによる反射光が接眼レンズ９の光軸を通過するように当該接眼レンズ９は第三の筒体４３に支持されている。
【００４６】
筒長調節手段５０は、前述したように、選択された対物レンズ５（又は１５）から接眼レンズ９までの間での光学的筒長を調節する機能を備えている。かかる光学的筒長を調節により変動させると、接眼レンズ９で観察される圧痕Ｍの像の大きさにも変動を生じる。つまり、各対物レンズ５，１５がターレット４上で同焦点となるように支持されていることによる光学的筒長の違いから生じる圧痕Ｍの大きさの変動をこの筒長調節手段５０により補正しようとするものである。
光学的筒長は、選択された対物レンズ５（又は１５）の後側焦点から接眼レンズの前側焦点までの光の経路に沿った距離であり、この範囲内のいずれか一部分を伸縮調節すれば光学的筒長全体について変動を生じるので、この筒長調節手段５０では、上記範囲内で光路を形成する部材である二つの筒状体としての第二の筒体４２と調節操作用筒体４４と合計長さを伸縮調節することとしている。
【００４７】
筒長調節手段５０は、一方が他方の内側に挿入可能な二つの筒状体としての第二の筒体４２及び調節操作用筒体４４と、これらの互いに相対する周面間に設けられ，外側となる調節操作用筒体４４の回転操作により第二の筒体４２をその中心線方向に沿って移動させる移動機構５５とを備えている。
【００４８】
上記調節操作用筒体４４は、第一の筒体４１の端部に設けられた連結用筒体４５に対して回転自在に連結されている。即ち、連結用筒体４５はその一端部に第一の筒体４１の先端部が挿入され、ネジ止めにより固定連結される。さらに、連結用筒体４５の他端部が調節操作用筒体４４の一端部に挿入されると共に連結用筒体４５と調節操作用筒体４４との間に軸受けが介挿され、連結用筒体４５に対して調節操作用筒体４４は回転自在に連結される。
そして、この調節操作用筒体４４の他端部には第二の筒体４２の一端部が挿入され、調節操作用筒体４４は第二の筒体４２に対しても回転自在とされている。
なお、調節操作用筒体４４は止めネジ４６，４７（図５では図示略、図２参照）により連結用筒体４５と第二の筒体４２に対して個別に回転不能に固定することができる。
【００４９】
移動機構５５は、調節操作用筒体４４の内周面上に突設された従動突起５１と、第二の筒体４２の一端部の外周面上に従動突起５１を所定方向に案内するカム溝を形成するカム溝部５２とを有する構成となっている。そして、このカム溝は、調節操作用筒体４４に回転力を加えることにより、従動突起５１を介して第二の筒体４２と調節操作用筒体４４との間で相互に中心線方向に移動させる方向に沿って形成されている。具体的には、カム溝は第二の筒体４２の外周面に沿って螺旋状に形成されている。
【００５０】
さらに、上記筒長調節手段５０は、図２に示すように、調節操作用筒体４４と連結用筒体４５とに、各対物レンズ５，１５のレンズ倍率に比例した大きさの圧痕Ｍの像を接眼レンズ９で観察させるための調節位置を示す指標としてのマーキングが付されている。かかるマーキングは連結用筒体４５の外周面上に付された基準線８１と調節操作用筒体４４外周面上に付された第一の対物レンズ５に対応する位置決め用の指示線８２（図２ではＡと表示）と、調節操作用筒体４４外周面上に付された第二の対物レンズ１５に対応する位置決め用の指示線８３（図２ではＢと表示）とからなる。つまり、ターレット４により第一の対物レンズ５を観察位置に選択したときには、基準線８１と第一の対物レンズ用の指示線８２とが一致するように調節操作用筒体４４の回転操作を行い、第二の対物レンズ１５を観察位置に選択したときには、基準線８１と第二の対物レンズ用の指示線８３とが一致するように調節操作用筒体４４の回転操作を行う。
【００５１】
上記第一の対物レンズ用の指示線８２は、通常形成されうる大きさの圧痕が第一の対物レンズ５を使用して観察した場合に、接眼レンズ９における視界に圧痕Ｍの像が入りきる範囲で任意の位置に設ければ良い。その一方で、第二の対物レンズ用の指示線８３は、第一の対物レンズ５を使用して測定した同一の圧痕Ｍの測定結果と第二の対物レンズ１５を使用して測定した圧痕Ｍの測定結果が各対物レンズの倍率に比例する調節操作用筒体４４の操作位置を測定試験や計算により予め求めた上で決定される。
【００５２】
（ビッカース硬さ試験機の動作説明）
上述の構成からなるビッカース硬さ試験機１０の動作を説明する。試料台２上に試料Ｓをセットし、ターレット４の回転操作により、圧痕形成手段２３を観察位置に位置決めする。そして、押し付け機構の駆動によりダイヤモンド圧子２４を所定の押し付け力で試料Ｓに押し付け、圧痕を形成する。
【００５３】
次に、ターレット４を操作して第一の対物レンズ５を観察位置に位置決めする。そして、筒長調節手段５０の止めネジ４６，４７を緩め、基準線８１と第一の対物レンズ用の指示線８２とが一致するように調節操作用筒体４４の回転操作を行い、所定の光学的筒長に調節する。そして、止めネジ４６，４７を締め付け、調節操作用筒体４４を固定する。さらに、測定手段３０の筐体３２が水平方向となるように姿勢を維持し、接眼レンズ９から圧痕Ｍを観察する。次に、測定は、測定手段３０の両調節ツマミ３７，３８により圧痕Ｍの左右に測定線L1，L2が揃うように位置合わせを行い、その際の両調節ツマミ３７，３８のゲージから両測定線L1，L2の間隔を読み、第一の対物レンズ５のレンズ倍率から実測幅を算出することにより行われる。また、測定手段３０の筐体３２を垂直方向となるように回転させて、同様の手順で圧痕Ｍの上下幅も求められる。そして、圧痕Ｍの左右幅と上下幅からその面積が求められ、ダイヤモンド圧子２４の加圧力で除算することでビッカース硬さが求められる。
【００５４】
次に、同一の圧痕Ｍについて第二の対物レンズ１５により観察し測定する場合を説明する。ターレット４により第二の対物レンズ１５を観察位置に位置決めする。そして、筒長調節手段５０の止めネジ４６，４７を緩め、基準線８１と第二の対物レンズ用の指示線８３とが一致するように調節操作用筒体４４の回転操作を行い、所定の光学的筒長に調節する。そして、調節操作用筒体４４を固定し、測定手段３０を水平状態として測定を行う。
このとき、筒長調節手段５０により光学的筒長が調整されているので、圧痕Ｍの左右に測定線L1，L2の位置合わせを行い、第二の対物レンズ１５のレンズ倍率から算出した実測幅は、第一の対物レンズ５で観察した場合の（第二対物レンズのレンズ倍率／第一の対物レンズのレンズ倍率）倍となる。また、圧痕Ｍの上下幅を測定した場合も同様である。
【００５５】
（ビッカース硬さ試験機の効果）
以上のように、上記ビッカース硬さ試験機1０では、筒長調節手段５０により光学的筒長の調節が可能であることから、複数の切り替え使用する異なる倍率の対物レンズ５，１５を同焦点でターレット４に支持させた状態であっても、光学的筒長の調節が可能となり、接眼レンズ９で観察される圧痕像の大きさは各レンズ倍率に比例したものとすることが可能となる。
その結果、従来の如く、測定結果を信号出力させて情報処理により補正する必要がなくなり、そのような信号出力可能なデジタル式の測定手段や情報処理装置自体を有することなく複数の異なる倍率の対物レンズを装備して切り替え使用することも可能となった。
【００５６】
また、筒長調節手段５０は、カム機構５５を備え、調節操作用筒体４４の回転操作により光学的筒長の調節を行うので、カム溝部５２の勾配によりより精度良く光学的筒長を調節することが可能となる。
また、調節操作用筒体４４及び連結用筒体４５の外周面上に所定の光学的筒長とする調節位置を示すマーキング８１，８２，８３が付されているので、光学的筒長の調節を迅速且つ正確に行うことが可能である。
【００５７】
（その他）
上記ビッカース硬さ試験機１０は、対物レンズが二種類のみなので、筒長調節手段５０の調節操作用筒体４４の回転操作について、第一の対物レンズ５と第二の対物レンズ１５とのそれぞれに対応する操作位置が決められれば良い。従って、図６に示すように、カム溝部５２内において従動突起５１は、規制手段としてのピン５６，５７によりその移動範囲を制限し、それぞれのピン５６，５７に当接して従動突起５１の移動が止められる二つの位置（図６中二点鎖線で表示）の一方を第一の対物レンズ５に好適な光学的筒長とし、他方を第二の対物レンズ１５に好適な光学的筒長とする構成としても良い。これにより、光学的筒長の調節に際して、調節操作用筒体４４の回転操作時において、各ピン５６，５７によって移動が規制される位置が適切な位置と認識することができ、迅速且つ正確な調節が可能となり、操作性の向上を図ることが可能となる。なお、この場合、マーキング８１，８２，８３に替えて、調節操作用筒体４４の外周面上に一方の回転方向に回転させると第一の対物レンズに好適であり、他方に回転させると第二の対物レンズに好適であることを示す矢印を付すとより望ましい。
【００５８】
また、90度の範囲の回転により水平方向と垂直方向の測定を切り替えられる測定手段３０を有するので、筒長調節手段５０の調節操作用筒体４４の回転操作行う際に、測定手段３０の姿勢が不安定となりやすいので、姿勢安定手段６０を設けても良い。
かかる姿勢安定手段６０は、装置フレーム３の前面であって測定手段３０よりも上方の位置において、上下移動可能なスライダ６１と、このスライダ６１に支持され、測定手段３０の筐体３２の上面に当接する安定板６２とを備えている。この安定板６２は下面が水平となる状態をいつも維持され、測定手段３０により圧痕の左右幅を測定する際には筐体３２の上面に当接して測定手段３０の回転の発生を規制する。また、安定板６２は、圧痕の上下幅を測定する際にはスライダ６１により上方に移動されてから90度回転した筐体３２の側面に当接して測定手段３０の回転の発生を規制する。そして、このように回転を規制された状態で安定して筒長調節手段５０による光学的筒長の調節が行われる。
【００５９】
また、筒長調節手段５０は、手動操作により光学的筒長の調節を行なっているが、図８に示すように、ターレット４により対物レンズ５，１５の切り替えが行われると、自動的に光学的筒長の調節を行う連動手段７０を新たに有する構成としても良い。
この連動手段７０は、回転量を外部からの信号により制御可能なステッピングモータ７１と、このステッピングモータ７１の回転に応じて筒長調節手段５０の調節操作用筒体４４を回転させるギヤ列７２と、第一の対物レンズ５の選択を検知する第一のマイクロスイッチ７３と、第二の対物レンズ１５の選択を検知する第二のマイクロスイッチ７４と、いずれかの対物レンズ５，１５の選択を検知すると各々に好適な光学的筒長となるようにステッピングモータ７１の回転量を制御して駆動させる制御経路７５とを備えている。
上記第一のマイクロスイッチ７３はターレット４に設けられ、第一の対物レンズ５が観察位置に位置決めされたときに閉じられるように配置される（例えば観察位置に突起を設けてターレット４の回転によりマイクロスイッチが突起に押されるように配置する）。また、同様に、第二のマイクロスイッチ７４もターレット４に設けられ、第二の対物レンズ１５が観察位置に位置決めされたときに閉じられるように配置される。
一方、制御回路７５は、調節操作用筒体４４を各対物レンズ５，１５に対応する所定位置に位置決めさせる回転量が予め記憶され、各マイクロスイッチ７３，７４の検知信号を受けると、各回転量に応じてステッピングモータ７１を駆動する動作制御を行う。
かかる構成により、ターレット４により対物レンズ５，１５のいずれかを選択する回転操作を行えば、自動的に調節操作用筒体４４が駆動されて所定の光学的筒長に調節が行われる。そして、これにより、ビッカース硬さ試験機１０に対する人為的操作量を低減し、より操作性の向上を図ることが可能となる。
【００６０】
また、上記ビッカース硬さ試験機１０では観察手段として接眼レンズを使用したが、これに限定するものではなく、図９に示すように、圧痕像を撮像し、撮像信号として出力する撮像手段であるＣＣＤカメラ９Ａをも設けても良い。かかる場合、圧痕Ｍの観察にはＣＣＤカメラ９Ａの出力する撮像信号を処理する情報処理装置と出力ディスプレイを要し、ディスプレイ出力される圧痕像の観察を行いながら測定を行うこととなる。この場合、筒長調節手段５０により装置の低コスト化による効果が低減するが、情報処理装置に補正プログラムを加え、これを記憶する記憶手段や入力手段を不要とすることができるので、装置の生産性の向上には貢献する。
【００６１】
また、上記筒長調節手段５０の移動機構としてはカム機構５５を採用しているが、第二の筒体４２の外周面上と調節操作用筒体４４の内周面上にそれぞれ雄ネジ部止めネジ部とを形成し、これ螺合させた結果、調節操作用筒体４４の回転操作により第二の筒体４２を中心正方向時移動せしめる構成としても良い。かかる構成も、調節操作用筒体の回転操作により光学的筒長の調節を実現することができ、また、回転操作量に対して微少量の中心線方向の変位を生じさせることができ、より精密に光学的筒長を調節することが可能である。
【００６２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明は、選択された対物レンズから観察手段までの間での光学的筒長を伸縮動作により調節する筒長調節手段を有するため、倍率が異なる複数の対物レンズに対して個別に光学的筒長の調節を行うことが可能である。このため、複数の対物レンズごとに圧痕の像をそのレンズ倍率に比例した大きさで観察することが可能となる。
【００６３】
また、測定手段をデジタル式に限定されることなく、また情報処理装置も不要とすることが可能となり、いわゆるアナログ式のビッカース硬さ試験機にも複数の対物レンズを装備することが可能となる。従って、複数対物レンズを備えるビッカース硬さ試験機を安価に提供することが可能となる。また、いわゆるデジタル式のビッカース硬さ試験機に複数の対物レンズを装備する場合であっても、補正プログラムやその記憶手段或いはその入力手段を不要とすることが可能となり、デジタル式のビッカース硬さ試験機の生産性の向上を図ることも可能である。
【００６４】
また、各対物レンズごとの光学的筒長の調節が光路を形成する二つの筒状体の伸縮による長さ調節という具体的且つ簡易な方法により実現させることが可能となる。また、かかる二つの筒状体の伸縮を一方の筒状体の回転操作により行うことができ、操作性の向上を図ることが可能となる。
さらに、光学的筒長の調節が光路を形成する二つの筒状体の伸縮により行う構成のため、従来のビッカース硬さ試験機の光路を形成する部材の交換とその移動機構の取り付けにより、本発明を実現することができ、従来のビッカース硬さ試験機を無駄なく活用することが可能である。
加えて、光学的筒長の調節を行うに際して筒長調節手段を操作する場合に、選択した対物レンズに対応する指標に従って操作位置を決定することができ、当該調節作業をより簡易，迅速且つ確実に行うことができ、操作性の向上を図ることが可能となる。
【００６５】
請求項２及び３記載の発明は、それぞれカム機構又はネジ機構を採用することにより、二つの筒状体の伸縮による長さ調節動作を具体的且つ簡易な方法により実現させることが可能となり、生産性の向上を図ることが可能となる。また、カム機構又はネジ機構であれば、その簡易な構造により伸縮動作を故障なく安定して確実に実行することができ、装置の信頼性の向上も図ることが可能となる。
【００６６】
請求項４記載の発明は、第二の対物レンズ用の指標は、第一の対物レンズを使用して測定した圧痕の測定結果と第二の対物レンズを使用して測定した圧痕の測定結果が各対物レンズの倍率に比例する筒状体の調節位置となっている。
【００６７】
請求項５記載の発明は、光学的筒長の調節を行うに際して筒長調節手段を操作する場合に、規制手段により操作範囲が規制される二つの内のいずれか一方の規制位置に従って操作位置を決定することができ、当該調節作業をより簡易，迅速且つ確実に行うことができ、さらなる操作性の向上を図ることが可能となる。
【００６８】
請求項６記載の発明は、連動手段により、対物レンズを選択するだけで、筒長調節手段を可動させて当該対物レンズのレンズ倍率に比例した大きさの圧痕の像を観察手段で観察するための調節位置に調節されるので、人為的な操作が低減され、さらなる操作性の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態としてのビッカース硬さ試験機の正面図である。
【図２】ビッカース硬さ試験機の試料台の上方における部分の構成を装置の側面に沿った断面により一部を切り欠いて示した説明図である。
【図３】光路管に沿って並んで支持される筒長調節手段，測定手段及び接眼レンズを示す斜視図である。
【図４】測定手段の内部構造を示す分解斜視図である。
【図５】筒長調節手段の一部の構成を水平面に沿って切り欠いた説明図である。
【図６】筒長調節手段のカム溝部にピンを設けた例を示す部分断面図である。
【図７】ビッカース硬さ試験機に姿勢安定手段を設けた例を示す説明図である。
【図８】ビッカース硬さ試験機に連動手段を設けた例を示す説明図である。
【図９】観察手段として接眼レンズに替えてＣＣＤカメラを装備した例を示す斜視図である。
【図１０】従来のビッカース硬さ試験機の正面図を示す。
【図１１】ビッカース硬さ試験機の要部の側面に沿った断面図である。
【図１２】圧痕が形成された試料を従来のビッカース硬さ試験機により観察した像を示す説明図である。
【符号の説明】
２ 試料台
４ ターレット（レンズ保持手段）
５ 第一の対物レンズ
９ 接眼レンズ（観察手段）
９Ａ ＣＣＤカメラ（観察手段）
１０ ビッカース硬さ試験機
１５ 第二の対物レンズ
３０ 測定手段
４２ 第二の筒体（一方の筒状体）
４４ 調節操作用筒体（他方の筒状体）
５０ 筒長調節手段
５１ 従動突起
５２ カム溝部
５５ カム機構（移動機構）
５６，５７ ピン（規制手段）
７０ 連動手段
８１，８２，８３ マーキング（指標）
Ｍ 圧痕
Ｌ１，Ｌ２ 測定線
Ｓ 試料

Claims (6)

1. 圧痕が形成された試料を載置する試料台と、
   前記試料に向けて配置される倍率が異なる複数の対物レンズと、
   前記各対物レンズを保持すると共にこれらを選択的に前記試料台上の試料に対する観察位置に位置決めするレンズ保持手段と、
   選択された前記対物レンズを介して前記試料の観察を行うための観察手段と、
   前記試料の圧痕の大きさを測定する測定手段と、を備え、
   前記選択された対物レンズから前記観察手段までの間での光学的筒長を，光路を形成する部材の伸縮により調節する筒長調節手段を有し、
   前記筒長調節手段は、
   一方が他方の内側に挿入可能な二つの筒状体と、前記二つの筒状体の互いに相対する周面間に設けられ，外側となる前記筒状体の回転操作により前記各筒状体をそれらの中心線方向に沿って相対的に移動させる移動機構とを有し、前記各対物レンズのレンズ倍率に比例した大きさの前記圧痕の像を前記観察手段で観察するための調節位置を前記各対物レンズごとに示す指標を備えていることを特徴とするビッカース硬さ試験機。
2. 前記移動機構は、一方の前記筒状体に設けられた従動突起と、他方の前記筒状体に設けられた従動突起を案内するカム溝部とを有するカム機構であることを特徴とする請求項１記載のビッカース硬さ試験機。
3. 前記移動機構は、前記二つの筒状体の互いに相対する周面に設けた雄ネジ部と雌ネジ部とからなるネジ機構であることを特徴とする請求項１記載のビッカース硬さ試験機。
4. 前記複数の対物レンズは、第一の対物レンズと第二の対物レンズを備え、
   前記第二の対物レンズ用の指標は、前記第一の対物レンズを使用して測定した圧痕の測定結果と前記第二の対物レンズを使用して測定した前記圧痕の測定結果が各対物レンズの倍率に比例する前記筒状体の調節位置となっていることを特徴とする請求項１，２，又は３記載のビッカース硬さ試験機。
5. 前記筒長調節手段は、前記各対物レンズのレンズ倍率に比例した大きさの前記圧痕の像を前記観察手段で観察するための二つの調節位置の範囲でのみ操作を可能とする規制手段を設けたことを特徴とする請求項４記載のビッカース硬さ試験機。
6. 前記各対物レンズの選択に応じて、前記筒長調節手段を、前記各対物レンズのレンズ倍率に比例した大きさの前記圧痕の像を前記観察手段で観察するための調節位置に可動させる連動手段を備えることを特徴とする請求項１，２，３，４又は５記載のビッカース硬さ試験機。

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