JP4250497B2 - 硬さ試験機 - Google Patents
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Description
このような硬さ試験機として、所定の荷重で圧子を試料に押しつけて形成した圧痕の大きさ(例えば、圧痕の所定点間の長さ(対角線の長さ))を計測し、硬さを算出するビッカース硬さ試験機が知られている(例えば、特許文献1参照。)。ビッカース硬さ試験機には、試料に圧痕を形成するための圧子、圧子により形成された圧痕をモニタに拡大表示させるための対物レンズが設けられている。この対物レンズは、圧痕のあらゆる大きさに対応できるよう、通常は複数設けられている。
ところで、日常的に同種の試料の硬さ試験を行っているユーザにとっては、その経験に基づいて試料の硬さを推定することは困難なことではない。そのため、ユーザは圧痕の大きさに関する情報に応じて最適な対物レンズを決定し、推定した試料の硬さに応じて圧子を試料に押し付ける試験力を経験的に設定し、硬さ試験を行っている。
試験機本体に回動自在に支持される荷重アームと、前記荷重アームに試験力を付与し、前記荷重アームを作動させるアーム作動部と、前記荷重アームから試験力が伝達された圧子により前記試料表面に形成された圧痕を表示部に拡大表示させるための複数の対物レンズと、を備え、前記圧痕に基づいて試料の硬さを測定する硬さ試験機であって、
前記荷重アームのアーム本体の一端部が試験機本体に軸支され、前記アーム本体の他端側は第1の他端部と第2の他端部との二股に分岐しており、
前記第1の他端部は、可撓性を有する板ばね状に形成されるとともに、前記アーム作動部が接続され、
前記アーム本体が回動することで、前記圧子を試料に押し込む際の第1の他端部と第2の他端部との開き量を検出するアーム変位検出部と、
前記アーム変位検出部が検出した開き量に基づくアーム変位信号と、予め設定された設定アーム変位データとの比較を行い、所定の試験力で圧子を試料に作用させるように前記荷重アームを回動させるため、前記アーム作動部の駆動を制御する制御部と、
ユーザが推定した試料の硬さを入力する推定硬さ入力手段と、前記圧痕の大きさに関する情報を入力する圧痕情報入力手段と、前記圧痕情報入力手段により入力された前記圧痕の大きさに関する情報に基づいて、前記圧痕の観察に用いる前記対物レンズを選択する対物レンズ選択手段と、前記推定硬さ入力手段により入力された試料の硬さと前記対物レンズ選択手段により選択された対物レンズの倍率とに基づいて、前記圧子を試料表面に押し込む試験力を算出する試験力算出手段と、を備えることを特徴とする。
ここで、圧痕の大きさに関する情報とは、例えば、比較的高倍率の対物レンズで圧痕を高精度に観察するのに必要な圧痕の大きさ、比較的低倍率の対物レンズで圧痕の内部を重点的に観察するのに必要な圧痕の大きさ等の情報をいう。
前記荷重アームのアーム本体の一端部が試験機本体に軸支され、前記アーム本体の他端側は第1の他端部と第2の他端部との二股に分岐しており、
前記第1の他端部は、可撓性を有する板ばね状に形成されるとともに、前記アーム作動部が接続され、
前記アーム本体が回動することで、前記圧子を試料に押し込む際の第1の他端部と第2の他端部との開き量を検出するアーム変位検出部と、
前記アーム変位検出部が検出した開き量に基づくアーム変位信号と、予め設定された設定アーム変位データとの比較を行い、所定の試験力で圧子を試料に作用させるように前記荷重アームを回動させるため、前記アーム作動部の駆動を制御する制御部と、
ユーザが推定した試料の硬さを入力する推定硬さ入力手段と、
ユーザが圧痕の観察に用いる対物レンズを選択するための対物レンズ選択手段と、
前記対物レンズ選択手段により選択された対物レンズの倍率を認識する認識手段と、
前記推定硬さ入力手段により入力された試料の硬さと前記認識手段により認識された対物レンズの倍率とに基づいて、前記圧子を試料表面に押し込む試験力を算出する試験力算出手段と、
を備えることを特徴とする。
これにより、ユーザは硬さ試験を行う試料の硬さを入力するだけで、観察に用いる対物レンズの倍率及び圧痕の形成に必要な試験力を硬さ試験機が選択及び算出する。よって、従来のように、ユーザが経験的に試験力を設定する必要がなくなり、ユーザが推定した試料の硬さに応じた正確な試験力を設定することができる。
これにより、ユーザは硬さ試験を行う試料の硬さを入力するとともに、圧痕の観察に用いる対物レンズの倍率を選択するだけで、圧痕の形成に必要な試験力を硬さ試験機が算出する。よって、従来のように、ユーザが経験的に試験力を設定する必要がなくなり、ユーザが推定した試料の硬さに応じた正確な試験力を設定することができる。
これにより、ユーザは硬さ試験を行う試料の硬さを入力するだけで、観察に用いる対物レンズ及び圧痕の形成に必要な試験力を硬さ試験機が選択及び算出する。よって、従来のように、ユーザが経験的に試験力を設定する必要がなくなり、ユーザが推定した試料の硬さに応じた正確な試験力を設定することができる。
(実施形態1)
図1〜図3に示されるように、硬さ試験機1は、各構成部材が配設される試験機本体2と、試験機本体2に回動自在に支持される荷重アーム3と、荷重アーム3に試験力を付与し、荷重アーム3を作動させる試験力付与手段としてのアーム作動部4と、荷重アーム3の下方の試験機本体2に回転自在に備えられた支持手段としてのターレット8と、このターレット8に取り付けられ、先端部に圧子5を備える圧子軸6と、ターレット8に取り付けられた対物レンズ7と、ターレット8に対向配置され、試料Sが載置される試料台9と、試料台9上の試料Sに形成された圧痕を撮像する撮像部10と、試料Sの硬さや圧痕の大きさに関する情報を入力する入力部15、圧痕が拡大表示される表示部16等により構成されている。なお、硬さ試験機1は、図3に示される制御部100により、各部の動作制御が行われる。
また、アーム本体31の下面側には、アーム本体31の下面と試験機本体2との間にコイルばね33aにより弾性支持される荷重軸33が備えられている。また、アーム本体31には、荷重アーム3(アーム本体31)が作動した際の、第1の他端部31bと第2の他端部31cとの開き量を検出するアーム変位検出部34が備えられている。
このように、アーム作動部4は、サーボモータ41の駆動に基づき固定治具44を上下動させて、固定治具44と接続しているアーム本体31の第1の他端部31bに、その駆動(駆動力)を伝達し、アーム本体31(荷重アーム3)を回動させる。なお、アーム作動部4が荷重アーム3を動作させる際、板ばね44aは撓む。
ターレット本体81には、圧子軸6と、対物レンズ7と、圧子軸6の変位量を検出する圧子軸変位検出部20とが備えられている。なお、圧子軸6は、圧子軸保持部61を介してターレット本体81に備えられている。ターレット本体81は、駆動手段としての駆動モータ83に接続されており、制御部100から駆動モータ83に電流が供給されることにより駆動モータ83が起動し、ターレット本体81が回転することによって、圧子軸6や対物レンズ7の配置が切り替えられる。
また、圧子軸6の下端部には圧子5が交換可能に備えられている。
そして、図1に示されるように、ターレット8(ターレット本体81)を回転させ、圧子軸6を荷重軸33に対応する配置に切り替えることにより、荷重アーム3の回動に伴い荷重軸33が下方へ移動する動作の作用力を圧子軸6に伝達可能となる。そして、圧子5を試料Sに押し当て、押し込むことが可能となる。
更に、制御部100は、入力部15により入力された試料Sの硬さと制御部100により選択された対物レンズ7とに基づいて、圧子5を試料S表面に押し込む試験力を算出する試験力算出手段として機能する。
また、制御部100は、圧痕の形成後に、圧子軸6を移動させるとともに、選択された所定の対物レンズ7を圧痕の上方に移動させるようにターレット8に接続された駆動モータ83を制御する駆動制御手段として機能する。
最初に、圧子軸6に圧子5を取り付け、試料台9に試料Sを載せ、ターレット8や試料台9の調整を行う。
次いで、ユーザは、硬さ試験を行う試料Sの硬さを推定し、その硬さを入力部15に入力する。また、ユーザは、圧痕の大きさに関する条件(圧痕を高精度で観察する、試料S内部を重点的に観察する等)を入力部15に入力する。すると、制御部100は、入力された圧痕の大きさに関する情報に基づいて圧痕の観察に最適な対物レンズ7を選択する。
次いで、制御部100は、入力された試料Sの硬さと選択された対物レンズ7の倍率とに基づいて、試験力を算出する。試験力の算出にあたっては、試料Sの硬さと対物レンズ7の倍率と試験力との関係を示す関係式、テーブル等を用いる。
次いで、試験力が算出されると、制御部100はアーム作動部4を駆動させることにより、荷重アーム3は下方へ回動し、荷重軸33を介して圧子軸6を下方へ移動させる。すると、圧子軸6の先端に取り付けられた圧子5は、算出された試験力で試料Sに押し込まれ、試料Sに略四角形状の圧痕が形成される。
次いで、制御部100は、駆動モータ83を制御することにより、ターレット8を回転させ、図2に示すような選択された対物レンズ7を圧痕観察のための位置、すなわち、対物レンズ7が撮像部10に対応する位置になるように切り替える。そして、撮像部10は、試料Sに形成された圧痕を撮像し、撮像した圧痕の画像データを制御部100に出力すると、制御部100は圧痕を表示部16に表示させる。
これにより、ユーザは硬さ試験を行う試料Sの硬さを入力するだけで、観察に用いる対物レンズ7及び圧痕の形成に必要な試験力を硬さ試験機1が選択及び算出する。よって、従来のように、ユーザが経験的に試験力を設定する必要がなくなり、ユーザが推定した試料Sの硬さに応じた正確な試験力を設定することができる。
また、表示部16は、制御部100により算出された試験力を表示するので、ユーザに試験力を視覚で伝達することができ、硬さ試験をやりやすくすることができ、試験力を記録する場合にも便利となる。
(実施形態2)
実施例2の硬さ試験機1aにおいては、入力部15は、ユーザが圧痕の観察に用いる対物レンズ7を選択するための対物レンズ選択手段として機能する。また、制御部100は、選択された対物レンズ7の倍率を認識する認識手段として機能する。更に、制御部100は、入力部15により入力された試料Sの硬さと制御部100により認識された対物レンズ7の倍率とに基づいて、圧子5を試料S表面に押し込む試験力を算出する試験力算出手段として機能する。
最初に、圧子軸6に圧子5を取り付け、試料台9に試料Sを載せ、ターレット8や試料台9の調整を行う。
次いで、ユーザは、硬さ試験を行う試料Sの硬さを推定し、その硬さを入力部15に入力する。また、ユーザは、圧痕の観察に用いる対物レンズ7の倍率を入力部15に入力する。すると、制御部100は、入力された対物レンズ7の倍率を認識し、入力された試料Sの硬さと認識した対物レンズ7の倍率とに基づいて、試験力を算出する。試験力の算出にあたっては、試料Sの硬さと対物レンズ7の倍率と試験力との関係を示す関係式、テーブル等を用いる。
次いで、試験力が算出されると、制御部100はアーム作動部4を駆動させることにより、荷重アーム3は下方へ回動し、荷重軸33を介して圧子軸6を下方へ移動させる。すると、圧子軸6の先端に取り付けられた圧子5は、算出された試験力で試料Sに押し込まれ、試料Sに略四角形状の圧痕が形成される。
次いで、制御部100は、駆動モータ83を制御することにより、ターレット8を回転させ、図2に示すような選択された対物レンズ7を圧痕観察のための位置、すなわち、対物レンズ7が撮像部10に対応する位置になるように切り替える。そして、撮像部10は、試料Sに形成された圧痕を撮像し、撮像した圧痕の画像データを制御部100に出力すると、制御部100は圧痕を表示部16に表示させる。
これにより、ユーザは硬さ試験を行う試料Sの硬さを入力するとともに、圧痕の観察に用いる対物レンズ7の倍率を選択するだけで、圧痕の形成に必要な試験力を硬さ試験機1aが算出する。よって、従来のように、ユーザが経験的に試験力を設定する必要がなくなり、ユーザが推定した試料Sの硬さに応じた正確な試験力を設定することができる。
また、表示部16は、制御部100により算出された試験力を表示するので、ユーザに試験力を視覚で伝達することができ、硬さ試験をやりやすくすることができ、試験力を記録する場合にも便利となる。
1a 硬さ試験機
4 アーム作動部(試験力付与手段)
5 圧子
7 対物レンズ
8 ターレット(支持手段)
15 入力部(推定硬さ入力手段、圧痕情報入力手段、対物レンズ選択手段)
16 表示部
83 駆動モータ(駆動手段)
100 制御部(対物レンズ選択手段、試験力算出手段、駆動制御手段、認識手段)
S 試料
Claims (4)
- 試験機本体に回動自在に支持される荷重アームと、前記荷重アームに試験力を付与し、前記荷重アームを作動させるアーム作動部と、前記荷重アームから試験力が伝達された圧子により前記試料表面に形成された圧痕を表示部に拡大表示させるための複数の対物レンズと、を備え、前記圧痕に基づいて試料の硬さを測定する硬さ試験機であって、
前記荷重アームのアーム本体の一端部が試験機本体に軸支され、前記アーム本体の他端側は第1の他端部と第2の他端部との二股に分岐しており、
前記第1の他端部は、可撓性を有する板ばね状に形成されるとともに、前記アーム作動部が接続され、
前記アーム本体が回動することで、前記圧子を試料に押し込む際の第1の他端部と第2の他端部との開き量を検出するアーム変位検出部と、
前記アーム変位検出部が検出した開き量に基づくアーム変位信号と、予め設定された設定アーム変位データとの比較を行い、所定の試験力で圧子を試料に作用させるように前記荷重アームを回動させるため、前記アーム作動部の駆動を制御する制御部と、
ユーザが推定した試料の硬さを入力する推定硬さ入力手段と、
前記圧痕の大きさに関する情報を入力する圧痕情報入力手段と、
前記圧痕情報入力手段により入力された前記圧痕の大きさに関する情報に基づいて、前記圧痕の観察に用いる前記対物レンズを選択する対物レンズ選択手段と、
前記推定硬さ入力手段により入力された試料の硬さと前記対物レンズ選択手段により選択された対物レンズの倍率とに基づいて、前記圧子を試料表面に押し込む試験力を算出する試験力算出手段と、
を備えることを特徴とする硬さ試験機。 - 試験機本体に回動自在に支持される荷重アームと、前記荷重アームに試験力を付与し、前記荷重アームを作動させるアーム作動部と、前記荷重アームから試験力が伝達された圧子により前記試料表面に形成された圧痕を表示部に拡大表示させるための複数の対物レンズと、を備え、前記圧痕に基づいて試料の硬さを測定する硬さ試験機であって、
前記荷重アームのアーム本体の一端部が試験機本体に軸支され、前記アーム本体の他端側は第1の他端部と第2の他端部との二股に分岐しており、
前記第1の他端部は、可撓性を有する板ばね状に形成されるとともに、前記アーム作動部が接続され、
前記アーム本体が回動することで、前記圧子を試料に押し込む際の第1の他端部と第2の他端部との開き量を検出するアーム変位検出部と、
前記アーム変位検出部が検出した開き量に基づくアーム変位信号と、予め設定された設定アーム変位データとの比較を行い、所定の試験力で圧子を試料に作用させるように前記荷重アームを回動させるため、前記アーム作動部の駆動を制御する制御部と、
ユーザが推定した試料の硬さを入力する推定硬さ入力手段と、
ユーザが圧痕の観察に用いる対物レンズを選択するための対物レンズ選択手段と、
前記対物レンズ選択手段により選択された対物レンズの倍率を認識する認識手段と、
前記推定硬さ入力手段により入力された試料の硬さと前記認識手段により認識された対物レンズの倍率とに基づいて、前記圧子を試料表面に押し込む試験力を算出する試験力算出手段と、
を備えることを特徴とする硬さ試験機。 - 前記表示部は、前記試験力算出手段により算出された前記試験力を表示することを特徴とする請求項1又は2に記載の硬さ試験機。
- 前記圧子と前記複数の対物レンズを支持する支持手段と、
前記圧子と前記複数の対物レンズとが移動可能となるように前記支持手段を駆動させる駆動手段と、
前記圧痕の形成後に、前記圧子を移動させるとともに、前記対物レンズ選択手段により選択された前記所定の対物レンズを前記圧痕の上方に移動させるように前記駆動手段を制御する駆動制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の硬さ試験機。
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