JP5002493B2 - 硬さ計 - Google Patents

Description

本発明は、金属等の硬いものではなく、ゴム、プラスチックス等の工業製品や、肌、筋肉、果実、食品などの医療、健康、食品産業において利用される硬さ測定器に関し、特に、押針を被測定物に当接させて測定を行う接触式の硬さ計に関するものである。

従来、押針を被測定物に当接させて押針の微小な変位を検出する硬さ計は、いくつかの方式が製品化されている。この種の微小硬さ計の中で、測定者が手で把持し手動で固定荷重を負荷して硬度を測定する硬さ計が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

この硬さ計は、主針バネによって下方に付勢されて被測定物に押し当てられる主針と、この主針の変位量を出力するエンコーダモジュールと、主針バネより弱い副筒バネによって下方に付勢されて被測定物に押し当てられ主針をガイドする副筒と、変位量を記憶するメモリ、及び、硬度をデジタル表示する表示部等を備えている。この硬さ計は、中心の主針に対して大径の副筒を設けているので、凹凸の激しい部位の測定に際しても正確な測定が出来る利点が示されている。

また、天秤式による硬さ計も開示されている（例えば、特許文献２参照。）。この硬さ計は、天秤式の負荷伝達レバーを回動させて、所定の荷重を自動的に被測定物に押圧し、変位量から被測定物の硬度を測定する硬さ計であり、正確な荷重を被測定物に押圧出来ることが示されている。

また、被測定物が青果類に限定されているが、青果類の種類に応じた所定の荷重を負荷する硬さ計が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。この硬さ計の概略を図１７に基づいて説明する。図１７において、５０は特許文献３で開示されている従来の硬さ計である。この硬さ計５０は、自励発振回路の発振周波数の変化で硬度を測定する方式を採用し、測定者が手で把持する本体部５１と、この本体部５１の内部に配設されるセンサユニット５２とを備えている。

このセンサユニット５２は、本体部５１に着脱自在に装着可能であり、被測定物の青果類の種類に応じて所定の荷重を備えたセンサユニット５２に交換し、青果類に適した荷重を負荷して硬度を測定することが出来る。すなわち、例えば、リンゴなどの硬質の青果類と、モモなどの軟質の青果類に応じて、バネ定数の異なるバネ部材（図示せず）が介装されたセンサユニット５２をそれぞれ予め用意しておき、測定すべき青果類の種類に応じて、これを選択して、本体部５１の内部に着脱自在に装着する。

また、他の実施例としてセンサユニット５２を本体部５１に固着し、青果物の種類に応じてセンサユニット５２に内蔵されるバネ部材（図示せず）の圧縮長さを調整してバネ圧力を調整し、所定の荷重で青果類の硬度を測定できる構成も示されている。

特開平１０−１７９５２４号公報（第４頁、第１図） 特開平５−３２２７３２号公報（第２頁、第２図） 特開２００４−３０１６９５号公報（第１１頁、第３図）

しかしながら、特許文献１の硬さ計は、被測定物に負荷する荷重が固定荷重であるので
、硬度が大きく異なる被測定物に対しては、測定が困難である。例えば、硬さ計の固定荷重が小さい場合は、軟質の被測定物の測定には適するが、硬質の被測定物の測定には不向きである。また反対に、硬さ計の固定荷重が大きい場合は、硬質の被測定物の測定には適するが、軟質の被測定物の測定には不向きである。

このために、固定荷重の異なる硬さ計を数種類用意し、被測定物の硬さレベルに応じて使い分ける必要があり、作業性が悪いと共に、多くの種類の硬さ計が必要という問題がある。また、さまざまな被測定物に対してどの硬さ計が適しているかの選択に、それなりの熟練度が必要となり、初心者には、使い勝手が悪く不便である。そして、被測定物に対して硬さ計の選択が異なると、測定結果に違いが生じる可能性があり、測定精度に問題がある。

また、特許文献２の硬さ計では、荷重は自動的に被測定物に負荷されるが、被測定物の硬さに応じて荷重を異ならせることは開示されていないので、硬さの異なる被測定物に対しては、特許文献１と同様な課題が存在している。

また、特許文献３の硬さ計では、被測定物の硬さに合わせて、所定のバネ定数（荷重負荷）を有するセンサユニットを交換しなければならず作業性が悪い。また、荷重負荷を調整できる実施例においても、測定者が被測定物の硬さを想定してバネ定数を選択して調整しなければならず、被測定物に最適な荷重が負荷されるとは限らない。また、測定に際して測定者による荷重の選択と、荷重調整操作が必要であり、測定を硬さ計に任せることが出来ない。また更に、被測定物が青果類に限定されており、適用範囲が狭いという問題がある。

本発明の目的は上記課題を解決し、様々な硬さの被測定物に対して硬さ測定を自動的に、且つ、高精度に行うことが出来る硬さ計を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の硬さ計は、下記記載の構成を採用する。

押針によって被測定物に荷重を負荷する荷重機構と、被測定物の変位量を検出する変位検出機構とを備えた硬さ計において、
被測定物に負荷する荷重領域を被測定物の硬さに応じて複数に区分した荷重負荷領域及び対応する荷重負荷領域に適する荷重テーブルを予め記憶する記憶部と、変位検出機構によって被測定物の変位量を検出し、この検出された変位量から被測定物の硬度を算出する演算部と、を備えた制御手段を有し、この制御手段は、荷重機構によって被測定物に所定の荷重を負荷し、この荷重と変位検出機構によって検出された被測定物の変位量から被測定物の硬さを予備的に測定して記憶部に記憶されている複数に区分された荷重負荷領域から被測定物に適した荷重負荷領域を選定し、更に、選定された荷重負荷領域に適した荷重テーブルを演算部によって決定する予備測定と、この予備測定で選定された荷重負荷領域に適する荷重テーブルに基づいて、被測定物に荷重を負荷し、被測定物の変位量を検出して被測定物の硬度を算出する本測定と、を有し、荷重テーブルは、押針が被測定物と非接触状態での荷重に対して変位する位置を表す電流／変位バイアステーブルと、測定のリミット値である最大変位量との交点である基点から対応する荷重負荷領域を横切るように延びる直線で表されることを特徴とする。

本発明の硬さ計により、様々な硬さの被測定物に対応した硬さ測定を１台の硬さ計で実現することが出来る。これにより、硬さの異なる被測定物に応じて硬さ計を交換したり、また、センサユニットを交換したりするなどの作業が不要であり、硬さ計に被測定物をセットするだけで、自動的に測定を行う硬さ計を提供することが出来る。

また、記憶部には、荷重負荷領域に適する荷重テーブルが予め記憶されており、予備測定は、荷重機構によって被測定物に所定の荷重を負荷し、この荷重と変位検出機構によって検出された被測定物の変位量から記憶部に記憶されている荷重負荷領域を選定し、本測定は、記憶部に予め記憶された荷重テーブルに基づいて、荷重機構によって被測定物に荷重を負荷し、被測定物の硬度を算出することが望ましい。

このように、荷重負荷領域に適した荷重テーブルを予め記憶部に記憶させておけば、予備測定のときに荷重テーブルを算出する必要がないため、プログラムを単純化でき、予備測定時間も短縮することができる。

また、予備測定は、荷重機構によって被測定物に所定の荷重を負荷し、この荷重と変位検出機構によって検出された被測定物の変位量から記憶部に記憶されている荷重負荷領域を選定し、更に、選定された荷重負荷領域に適した荷重テーブルを演算部によって決定し、本測定は、予備測定において決定された荷重テーブルに基づいて、荷重機構によって被測定物に荷重を負荷し、被測定物の硬度を算出することが望ましい。

このように、予備測定のときにその都度荷重テーブルを算出する場合には、より精度良く被測定物を測定する必要があるときに有効である。例えば、被測定物を測定する温度環境が大きく変化するような場合には、荷重機構から作られる荷重テーブルの基準テーブルが温度変化によって変化してしまうため、予備測定毎に測定時の荷重テーブルを作成して、この作成された荷重テーブルに基づいて本測定を行えば、より精度良く測定することができる。

また、荷重テーブルは、対応する荷重負荷領域を通過する区間に対応する変位量の変位幅である被測定物の硬さ測定範囲が略最大となるように決定されることが望ましい。

これにより、被測定物の硬さ測定範囲を広く確保できるので、様々な硬さの被測定物に対して、測定値の分解能が高く高精度な硬さ測定を行う硬さ計を提供することが出来る。

また、予備測定において、複数の荷重負荷領域の選定範囲が外れた場合は、押針の径を大又は小に変更する指示手段を備えることが望ましい。また、指示手段は表示部であり、荷重負荷領域または荷重テーブルを表示すると共に、被測定物の硬度を表示することが望ましい。

これにより、指示手段の指示に基づいて押針の径を変更することによって、測定の適用範囲が極めて広い硬さ計を提供することが出来る。また、測定者は選択された荷重負荷領域、または決定された荷重テーブルを知ることが出来ると共に、被測定物の硬度を直ちに知ることが出来、確実で迅速な硬さ測定を実現することが出来る。

上記の如く本発明によれば、被測定物に適した荷重負荷領域を選定する予備測定を行い、この予備測定で選定された荷重負荷領域に基づいた荷重を被測定物に負荷して本測定を行うので、様々な硬さの被測定物の硬さ測定を自動的に、且つ、高精度に行う硬さ計を提供することが出来る。

以下図１〜図１６を用いて本発明の実施の形態を詳述する。

［硬さ計の概略構成の説明：図１〜図３］
まず、本発明の硬さ計の概略構成を図１に基づいて説明する。図１において、１は本発明の一実施形態としての硬さ計である。２はプランジャであり、細長い略棒形状を有し、その一方の先端に押針３が保持され取り付けられている。押針３は先端が微小な略半球形状であり、後述する被測定物を押圧して硬さ測定が行われる。尚、押針３は被測定物の硬さに応じて、先端の径を変更するために交換可能な構成であることが好ましい。

また、４ａ、４ｂは一対の板バネであり、プランジャ２にそれぞれ結合される。５は測
定のために昇降する基台であり、板バネ４ａ、４ｂが結合し、板バネ４ａ、４ｂを介してプランジャ２を保持する。この基台５はステッピングモータ（以下、モータと略す。）９によって矢印Ｃの方向に昇降し、これにより、プランジャ２を押針軸線Ａに沿って移動することが出来る。

７は荷重機構としてのＶＣＭ（ボイスコイルモータ）であり、永久磁石７ａと可動コイル７ｂによって構成される。ＶＣＭ７の永久磁石７ａは基台５に取り付けられており、可動コイル７ｂは、プランジャ２の他方の先端に取り付けられている。この構造により、ＶＣＭ７の可動コイル７ｂにＶＣＭ電流Ｉｖを供給すると、プランジャ２に対して押針軸線Ａに沿って矢印Ｂの方向に電流値に比例した荷重が印加される。尚、荷重機構はＶＣＭに限定されず、電磁ソレノイドなどで構成しても良い。

また、８は変位検出機構としての差動トランスであり、基台５に保持されてプランジャ２に近接して配設され、プランジャ２の上下方向（押針軸線Ａ方向）の変位を検出し、変位信号Ｐ１を出力する。ここで、前述したように、プランジャ２の先端に押針３が保持されているので、差動トランス８が検出するプランジャ２の変位は、押針３の上下方向の変位である。尚、変位検出機構は差動トランスに限定されず、静電容量型検出器などで構成しても良い。

また、６は平面形状の測定台であり、押針３の下部に配設される。１０は被測定物であり、測定台６に置かれて、プランジャ２が降下することによって押針３が当接し、硬さ測定が行われる。尚、本発明の硬さ計に好適な被測定物１０は、ゴム、プラスチックス等の工業製品や、肌、筋肉、果実類、食品など、様々なものである。

また、２０は制御手段としての制御部であり、硬さ計１の動作全体を制御する。ここで、制御部２０は、前述の変位信号Ｐ１を入力し、ＶＣＭ７を駆動するＶＣＭ電流Ｉｖを出力する。また、制御部２０は、指示手段としての表示部３１に表示制御データＰ２を出力して測定した硬度情報などを表示し、また、操作部３２から操作信号Ｐ３を入力する。また、モータ駆動信号Ｐ４を出力してモータ９を駆動し、基台５を昇降する機能も有している。尚、制御部２０の詳細は後述する。

次に本発明の硬さ計の外観の一例を図２に基づいて説明する。図２において、硬さ計１は図１で示した硬さ計と同様であり、プランジャ２の先端に押針３が保持され取り付けられている。また、被測定物１０は測定台６に置かれて、プランジャ２が降下することによって押針３が被測定物１０に当接し、硬さ測定が行われる。また、硬さ計１の下部には表示部３１と操作部３２が配設され、表示部３１は測定結果の硬度等が表示され、操作部３２は測定開始スイッチや測定停止スイッチなどが配設されている。

次に図３に基づいて本発明の硬さ計１を制御する制御部２０の構成を説明する。図３において制御部２０は、汎用のマイクロコンピュータによって構成することが出来る。ここで、２１は変位入力部であり、差動トランス８からの変位信号Ｐ１を入力してインピーダンス変換を行い、変位変換信号Ｐ１´を出力する。２２はＡ／Ｄ変換回路であり、アナログ信号である変位変換信号Ｐ１´をデジタル信号に変換して変位データＰ５を出力する。

２３は制御部２０の中心となる演算部であり、変位データＰ５、操作信号Ｐ３を入力し、表示制御データＰ２、ＶＣＭ制御データＰ６、モータ制御データＰ７を出力する。この演算部２３は、被測定物１０の変位量である変位データＰ５から被測定物１０の硬度を算出するが、詳細な動作は後述する。

２４は記憶部としてのメモリであり、不揮発性メモリ等によって構成され、後述する複
数の荷重負荷領域等を記憶している。また、演算部２３とメモリ２４は、メモリバスＰ８によって繋がれ、データのリード／ライトが行われる。また、２５はＤ／Ａ変換回路であり、デジタル信号であるＶＣＭ制御データＰ６をアナログ信号に変換してＶＣＭ制御信号Ｐ９を出力する。

２６は電流供給部であり、定電流電源として動作し、ＶＣＭ制御信号Ｐ９を入力してＶＣＭ７にＶＣＭ電流Ｉｖを供給する。また、２７はモータ駆動部であり、モータ制御データＰ７を入力してモータ９を駆動するモータ駆動信号Ｐ４を出力する。

ここで、制御部２０は、操作部３２からの操作によって測定を開始し、差動トランス８からの変位信号Ｐ１を入力してモータ９とＶＣＭ７とを制御し、硬さ測定を実行するが、詳細な動作の説明は後述する。尚、制御部２０の構成は、マイクロコンピュータに限定されず、ゲートアレイ等によるカスタムＩＣで実現しても良い。

また、本実施形態では、モータ９を駆動し基台５を矢印Ｃの方向に降下させ押針３を被測定物１０に当接するようにしているが、測定ストロークが短くモータ９を必要としない場合には、ＶＣＭ７によってプランジャ２を降下させ押針３を被測定物１０に当接して、本発明の測定動作を実施することも可能である。

［硬さ計の概略動作の説明：図４］
次に、図４に基づいて、本発明の硬さ計による硬さ測定の基本的な概略動作を説明する。図４において、制御部２０は、ＶＣＭ７にＶＣＭ電流Ｉｖを供給し、プランジャ２に対して矢印Ｂの方向に所定の荷重を印加する（予圧の印加）。

これにより、プランジャ２は、矢印Ｂの方向に移動するが、プランジャ２は、一対の板バネ４ａ、４ｂによって基台５に保持されているので、プランジャ２に荷重が印加されることによって、板バネ４ａ、４ｂは、矢印Ｂの方向に撓むことになる。

ここで、破線で示す位置は、予圧が印加されないときの板バネ４ａ、４ｂの位置であり、予圧が印加された板バネ４ａ、４ｂ（実線で示す）は、Ｘｐの撓みが生じている。この板バネ４ａ、４ｂの撓み量Ｘｐは、プランジャ２に印加される荷重にほぼ比例する。そして、プランジャ２に印加される荷重と、板バネ４ａ、４ｂの撓みによる反力が均衡した位置でプランジャ２は停止し保持される。

そして、制御部２０は、ＶＣＭ７によってプランジャン２に所定の予圧を印加した状態で、モータ駆動信号Ｐ４によってモータ９を駆動し、基台５を矢印Ｃの方向にゆっくり降下させて、プランジャ２の先端に保持されている押針３を被測定物１０に近づける。

そして、制御部２０は、差動トランス８からの変位信号Ｐ１をモニターし、押針３が被測定物１０に当接してプランジャ２の位置が変化したならば、押針３が被測定物１０に当接したと判断して基台５の降下を停止する。次に制御部２０は、ＶＣＭ７へのＶＣＭ電流Ｉｖを調節して押針３の測定基点を決定し、その後、予備測定、本測定を行って被測定物１０の硬さを計測する。

［硬さ計の測定動作の説明：図５〜図１６］
次に、本発明の硬さ計の測定動作例を図５〜図１６のフローチャートとグラフ等によって詳細に説明する。尚、硬さ計１の構成は図１〜図３を参照する。まず図５に基づいて、硬さ計１による硬さ測定の全体動作の概略を説明する。

図５において、測定者（図示せず）が被測定物１０を測定台６にセットしてから操作部
３２の測定開始ボタン（図示せず）を操作すると、硬さ計１は測定を開始し、まず、電流／変位バイアステーブル（以降、Ｉ／Ｄバイアステーブルと略す。）を作成する（ステップＳＴ１０）。

ここで、電流とはＶＣＭ７に供給するＶＣＭ電流Ｉｖであり、変位とはＶＣＭ電流Ｉｖが供給されることによってＶＣＭ７が発生する荷重によるプランジャ２の変位量である。すなわち、ステップＳＴ１０は、ＶＣＭ電流Ｉｖの増加によって板バネ４ａ、４ｂに保持されてフリーの状態のプランジャ２が、どのように変位するかをテーブルとして作成するルーチンである。このＩ／Ｄバイアステーブルは、硬さ計１の基本特性であり、硬さ測定で参照される基準データとなるので、硬さ測定が行われる毎に作成され、更新される。

次に硬さ計１の制御部２０は、ステップＳＴ１０で作成したＩ／Ｄバイアステーブルを参照して、プランジャ２に印加する予圧のためのＶＣＭ電流Ｉｖを決定し、プランジャ２に所定の予圧を印加して板バネ４ａ、４ｂを撓ませる（ステップＳＴ２０）。これにより、プランジャ２には、測定開始当初から所定の予圧が印加されることになる。

次に制御部２０は、基台５を降下して押針３を被測定物１０に当接させるために、タッチＯＮ検出を行う（ステップＳＴ３０）。ここで、押針３が被測定物１０に当接することをタッチＯＮと呼ぶ。次に制御部２０は、被測定物１０に荷重を負荷して予備測定を行い、被測定物１０の硬さを予備的に確認して荷重負荷領域を選定する（ステップＳＴ４０）。

次に制御部２０は、本測定を開始する前に、Ｉ／Ｄバイアステーブル作成（ステップＳＴ１０）と予圧の印加（ステップＳＴ２０）とタッチＯＮ検出（ステップＳＴ３０）を再度実行する。

次に制御部２０は、予備測定によって被測定物１０の荷重負荷領域を予めメモリ２４に記憶されている複数の荷重負荷領域から選定し、選定された荷重負荷領域に適した荷重テーブルに基づいて荷重を負荷して本測定を行い、被測定物１０の硬さを測定し、測定結果を表示して測定を終了する（ステップＳＴ６０）。以上が、本発明の硬さ計の全体動作フローであり、以降、各動作フローを詳細に説明する。

次に、図６に基づいて、Ｉ／Ｄバイアステーブル作成ルーチン（ステップＳＴ１０〜ＳＴ１９）の詳細を説明する。尚、硬さ計１の構成は図１を参照し、制御部２０の構成は図３を参照とする。図６において、制御部２０の演算部２３は、メモリ２４からＩ／Ｄバイアステーブルを作成するための電流ステップ値Ｉｓｔを読み出して決定する。この電流ステップ値Ｉｓｔは限定されず、硬さ計１に適した値を設定する。また、ＶＣＭ７へ供給するＶＣＭ電流Ｉｖの電流値であるＶＣＭ制御データＰ６を初期化して零とする（ステップＳＴ１１）。

次に制御部２０の演算部２３は、ＶＣＭ制御データＰ６に電流ステップ値Ｉｓｔを加算する（ステップＳＴ１２）。ここで、ＶＣＭ制御データＰ６は初期化されて零であるので、電流ステップ値Ｉｓｔが加算されてＶＣＭ制御データＰ６の値は電流ステップ値Ｉｓｔとなる。以降、ステップＳＴ１２が実行される毎に、ＶＣＭ制御データＰ６は電流ステップ値Ｉｓｔが加算され増加する。

次に制御部２０の演算部２３は、電流値である加算されたＶＣＭ制御データＰ６をＤ／Ａ変換回路２５によってアナログ信号に変換してＶＣＭ制御信号Ｐ９を出力する（ステップＳＴ１３）。次に制御部２０の電流供給部２６は、ＶＣＭ制御信号Ｐ９を入力し、定電流のＶＣＭ電流ＩｖをＶＣＭ７に供給する（ステップＳＴ１４）。

次にＶＣＭ７は、ＶＣＭ電流Ｉｖが供給されることによって荷重を発生し、プランジャ２を矢印Ｂ方向に電流の増加分だけ僅かに移動させる（ステップＳＴ１５）。次に制御部２０は、差動トランス８からプランジャ２の変位情報である変位信号Ｐ１を変位入力部２１によって入力し、Ａ／Ｄ変換回路２２でデジタル値の変位データＰ５に変換する（ステップＳＴ１６）。

次に制御部２０の演算部２３は、ＶＣＭ７に供給した電流値（すなわちＶＣＭ制御データＰ６）と取得した変位データＰ５をＩ／Ｄバイアステーブルとしてメモリ２４に格納する（ステップＳＴ１７）。尚、変位信号Ｐ１はテーブルの精度を向上させるために複数回入力し、平均値を算出して変位データＰ５として格納することが好ましい。

次に制御部２０の演算部２３は、メモリ２４に記憶されているテーブル最大電流値とＶＣＭ制御データＰ６を比較し、ＶＣＭ制御データＰ６がＶＣＭ最大電流値を越えていれば肯定判定としてステップＳＴ１９へ進み、否定判定であればステップＳＴ１２に戻る（ステップＳＴ１８）。次に制御部２０は、ステップＳＴ１８が肯定判定であれば、ＶＣＭ制御データＰ６を初期値の零に戻し、ＶＣＭ７への電流供給を停止してプランジャ２を初期の位置に戻し、Ｉ／Ｄバイアステーブル作成ルーチンを終了する（ステップＳＴ１９）。

また、制御部２０はステップＳＴ１８が否定判定であれば、ステップＳＴ１２に戻り、ＶＣＭ制御データＰ６に電流ステップ値Ｉｓｔを再び加算する。その後、ステップＳＴ１２からステップＳＴ１８までを繰り返し実行し、ＶＣＭ電流Ｉｖを電流ステップ値Ｉｓｔ毎に増加してプランジャ２の変位を測定し、Ｉ／Ｄバイアステーブルが作成される。

次に、Ｉ／Ｄバイアステーブル作成ルーチンで作成されたＩ／Ｄバイアステーブルの一例を図７のグラフに示す。図７において、縦軸はＶＣＭ電流Ｉｖであり、プランジャ２には、この電流値に比例する荷重が印加される。また、横軸はプランジャ２の変位量Ｄである。ここで一点鎖線で示すＴは、作成されたＩ／Ｄバイアステーブルの一例であり、ＶＣＭ電流Ｉｖが電流ステップ値ＩｓｔによってＩｖ１、Ｉｖ２、Ｉｖ３、・・・と増加する。

そして、ＶＣＭ電流Ｉｖの増加に伴ってプランジャ２に印加される荷重が増加し、板バネ４ａ、４ｂが撓んで、プランジャ２の変位量Ｄは、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、・・・と増加する。そして、ＶＣＭ電流Ｉｖがテーブル最大電流値Ｉｔｍａｘまで増加すると、プランジャ２の変位量はテーブル最大変位Ｄｔｍａｘとなる。

すなわち、Ｉ／ＤバイアステーブルＴは、押針３が被測定物１０などに触れることが無く、完全にフリーな状態でＶＣＭ７の荷重に対して板バネ４ａ、４ｂの撓みによる反力が均衡する位置を表すものであり、硬さ測定で常に参照される基準データとなる。尚、このＩ／ＤバイアステーブルＴは、板バネ４ａ、４ｂのバネ定数が温度等によって変化するので、硬さ測定毎に繰り返し作成される。

次に図８に基づいて、プランジャ２に所定の予圧を印加するルーチン（ステップＳＴ２０〜ＳＴ２５）を説明する。ここで、予圧を印加する目的は、予圧によって板バネ４ａ、４ｂを撓ませることにより、外乱による影響を抑制して正確な硬さ測定を実現するためである。

図８において、制御部２０はプランジャ２に所定の予圧を印加するためにプランジャ２の変位量を決定し、その変位を得るために必要な電流値Ｉｖｐを先に作成したＩ／ＤバイアステーブルＴを参照して決定する（ステップＳＴ２１）。ここで、所定の予圧の大きさ
は、硬さ計１が設置されている環境で、到来するであろう外乱による想定荷重より大きい値とすることが好ましい。

次に制御部２０の演算部２３は、決定した電流値ＩｖｐをＶＣＭ制御データＰ６としてＤ／Ａ変換回路２５に出力し、Ｄ／Ａ変換回路２５は、デジタルデータをアナログ信号に変換してＶＣＭ制御信号Ｐ９を出力する（ステップＳＴ２２）。

次に制御部２０の電流供給部２６は、ＶＣＭ制御信号Ｐ９を入力し、定電流のＶＣＭ電流ＩｖをＶＣＭ７に供給する（ステップＳＴ２３）。ここで、ＶＣＭ７に供給されるＶＣＭ電流Ｉｖの電流値は、ステップＳＴ２１でＩ／ＤバイアステーブルＴから取得した電流値Ｉｖｐである。次にＶＣＭ７は、電流値Ｉｖｐが供給されることによって荷重を発生し、プランジャ２は所定の予圧が印加されて、矢印Ｂ（図４参照）の方向に移動する（ステップＳＴ２４）。

次にプランジャ２が移動することによって、プランジャ２に結合されている一対の板バネ４ａ、４ｂに撓みが発生し、プランジャ２は、この板バネ４ａ、４ｂの撓みによる反力とＶＣＭ７から印加されている予圧が均衡した位置で保持される（ステップＳＴ２５）。ここで、板バネ４ａ、４ｂの撓みは、例えば、図４で示した撓み量Ｘｐとなる。尚、ＶＣＭ７によって印加する予圧の大きさは、予想される外乱の大きさに応じて任意に設定して良いことは、もちろんである。

次に図９のフローチャートと図１０のグラフに基づいて、タッチＯＮ検出のルーチン（ステップＳＴ３０〜ＳＴ３９）を説明する。尚、図１０はタッチＯＮ検出における押針３の変位量Ｄ（Ｘ軸）とＶＣＭ電流Ｉｖ（Ｙ軸）の座標の推移を示す。

ここで、タッチＯＮ検出動作の前に、前述したＩ／Ｄバイアステーブル作成ルーチンと、予圧の印加が行われる。すなわち、図１０において、予圧の印加によってＶＣＭ７には電流値Ｉｖｐが供給され、それにより、板バネ４ａ、４ｂは撓みが発生し、プランジャ２の先端の押針３は変位量Ｄｐを有しており、そのときの押針３の座標は位置Ｓｐであるとする。ここで予圧による押針３の座標の位置Ｓｐは、Ｉ／ＤバイアステーブルＴに重なることは言うまでもない。

次に図９及び図１０において、制御部２０は、モータ駆動信号Ｐ４を出力してモータ９を駆動し、基台５をゆっくり降下させる（ステップＳＴ３１）。次に制御部２０は、差動トランス８から変位信号Ｐ１を入力し、Ａ／Ｄ変換回路２２によってデジタルデータである変位データＰ５に変換する（ステップＳＴ３２）。

次に制御部２０は、取得した変位データＰ５をメモリ２４に予め設定された変位量データと比較し、プランジャ２が規定以上に押し上がる方向（すなわち矢印Ｂと反対方向）に変位していないかを判定する（ステップＳＴ３３）。ここで、肯定判定であれば、プランジャ２に保持されている押針３が被測定物１０に当接した（すなわち、タッチＯＮした）と判断し、次のステップＳＴ３４へ進む。また、否定判定であれば、ステップＳＴ３１に戻り、タッチＯＮするまでステップＳＴ３１からステップＳＴ３３を繰り返し、基台５の降下を継続しながらタッチＯＮを検出する。

次に制御部２０は、ステップＳＴ３３で肯定判定（タッチＯＮ）がなされたならば、モータ駆動信号Ｐ４の出力を直ちに止めてモータ９の駆動を停止し、基台５の降下を停止する（ステップＳＴ３４）。

次に制御部２０は、再度、差動トランス８から変位信号Ｐ１を入力し、Ａ／Ｄ変換回路
２２によってデジタルデータである変位データＰ５に変換する（ステップＳＴ３５）。ここで、タッチＯＮしたときの押針３の座標は、ＶＣＭ電流は電流値Ｉｖｐで変化せず、変位量はタッチＯＮによってプランジャ２が押し上がる方向に移動するので変位量Ｄｏｎとなり、位置Ｓｏｎに移動する。

次に制御部２０は、メモリ２４に記憶されているＩ／ＤバイアステーブルＴを参照して変位量Ｄｏｎに対応する電流値Ｉｖｒを算出し、ＶＣＭ７に電流値Ｉｖｒを供給する（ステップＳＴ３６）。これにより、ＶＣＭ電流Ｉｖは減少するので押針３は変位量Ｄｒに移動し、押針３の座標は、位置ＳｒとなってＩ／ＤバイアステーブルＴに近づく。ここで、押針３の座標位置が、Ｉ／ＤバイアステーブルＴに近づくということは、押針３が被測定物１０に対して、荷重の負荷が零に近づいた状態でタッチＯＮしていることを意味する。

次に制御部２０は、再度、差動トランス８から変位信号Ｐ１を入力し、Ａ／Ｄ変換回路２２によってデジタルデータである変位データＰ５に変換する（ステップＳＴ３７）。次に制御部２０は、取得した変位データＰ５から押針３の新しい変位量Ｄｒを得て、押針３の座標である位置Ｓｒが記憶されているＩ／ＤバイアステーブルＴと一致しているかを判定する（ステップＳＴ３８）。ここで、肯定判定であれば、押針３の座標位置はＩ／ＤバイアステーブルＴ上に重なっているので、次のステップＳＴ３９へ進む。

また、ステップＳＴ３８が否定判定であれば、ステップＳＴ３６からステップＳＴ３８を繰り返し、Ｉ／ＤバイアステーブルＴを参照して変位量Ｄｒに対応する電流値Ｉｖｒを再度算出する。そして、算出した電流値ＩｖｒをＶＣＭ７に供給し、押針３の座標位置がＩ／ＤバイアステーブルＴ上に重なるまでＶＣＭ電流Ｉｖを繰り返し調整する。

次に制御部２０は、ステップＳＴ３８で肯定判定がなされたならば、押針３の座標位置はＩ／ＤバイアステーブルＴ上に重なったので、押針３は被測定物１０に対して、荷重がほぼ零で僅かに接したタッチＯＮ状態であるとして、この位置を測定基点Ｓ０と決定する（ステップＳＴ３９）。ここで、測定基点Ｓ０の座標位置は、変位量Ｄ０、ＶＣＭ電流Ｉｖ０とする。

［予備測定動作の説明：図１１］
次に図１１に基づいて、タッチＯＮ検出後に行われる予備測定動作のルーチン（ステップＳＴ４０〜ＳＴ４９）を説明する。この予備測定は被測定物の硬さを予備的に測定し、被測定物に適した荷重を負荷するための荷重負荷領域を選定するものである。

図１１において、制御部２０は予備測定の測定範囲を決めるために、測定基点Ｓ０の変位量Ｄ０とＶＣＭ電流Ｉｖ０に最大変化量を加算し、測定のリミット値である最大変位量ＤｍａｘとＶＣＭ最大電流値Ｉｖｍａｘを設定する（ステップＳＴ４１）。

次に制御部２０は、ＶＣＭ７に供給するＶＣＭ電流Ｉｖに所定の電流値を加算する（ステップＳＴ４２）。次に制御部２０の電流供給部２６は、加算されたＶＣＭ電流ＩｖをＶＣＭ７に供給する（ステップＳＴ４３）。

次にＶＣＭ７は、加算されたＶＣＭ電流Ｉｖが供給されることによって荷重の発生が増加し、プランジャ２の先端の押針３は、被測定物１０に対して増加した分の荷重を負荷する。これにより、被測定物１０は押針３に押圧されるので、被測定物１０の表面は押針３の荷重に応じて僅かに沈み込み、押針３は測定基点Ｓ０から僅かに移動する（ステップＳＴ４４）。

次に制御部２０は、差動トランス８からプランジャ２の変位情報である変位信号Ｐ１を
変位入力部２１によって入力し、Ａ／Ｄ変換回路２２でデジタル値の変位データＰ５に変換する（ステップＳＴ４５）。ここで取得された変位データＰ５は、押針３が被測定物１０に荷重を負荷したことによって変位した変位量Ｄである。そして、制御部２０は、取得した変位量ＤとＶＣＭ７に供給したＶＣＭ電流Ｉｖをメモリ２４に予備データとして記憶する。

次に制御部２０は、取得した押針３の変位量Ｄと最大変位量Ｄｍａｘと比較し、押針３の変位量Ｄが最大変位量Ｄｍａｘに達しているかを判定する（ステップＳＴ４６）。ここで、肯定判定であればステップＳＴ４８へ進み、否定判定であればステップＳＴ４７へ進む。

次に制御部２０は、ステップＳＴ４６で否定判定であれば、ＶＣＭ７に供給したＶＣＭ電流ＩｖとＶＣＭ最大電流値Ｉｖｍａｘとを比較し、ＶＣＭ電流ＩｖがＶＣＭ最大電流値Ｉｖｍａｘに達しているかを判定する（ステップＳＴ４７）。ここで、肯定判定であればステップＳＴ４８へ進み、否定判定であればステップＳＴ４２へ戻る。

次に制御部２０は、ステップＳＴ４７が否定判定であれば、ステップＳＴ４６、又はステップＳＴ４７の何れかで肯定判定が出るまでステップＳＴ４２からステップＳＴ４７を繰り返し、ＶＣＭ電流Ｉｖを増加させながら押針３の変位量Ｄを取得する。すなわち、ＶＣＭ電流Ｉｖが増加することにより、押針３は被測定物１０に対する荷重を増加し、被測定物１０の表面は、その硬さに応じて沈み込むことになる。

次に制御部２０は、ステップＳＴ４６、又はステップＳＴ４７の何れかで肯定判定がなされたならば、押針３の変位量Ｄ、又はＶＣＭ電流Ｉｖのどちらかがリミット値に達したので測定を終了する。そして、測定した変位量ＤとＶＣＭ電流Ｉｖの値から被測定物１０に適する荷重負荷領域を選定する（ステップＳＴ４８）。

次に制御部２０は、選定された荷重負荷領域を表示部３１で表示し、被測定物１０に適する特定の荷重負荷領域を測定者に示す（ステップＳＴ４９）。これにより、測定者は、どのランクの荷重負荷領域で硬さ測定（本測定）が実施されるかを知ることが出来る。

［荷重負荷領域の選定動作の説明：図１２〜図１３］
ここで、図１２と図１３に基づいて、荷重負荷領域の選定動作の具体例を説明する。図１２と図１３の縦軸はＶＣＭ電流Ｉｖであり、プランジャ２には、この電流値に比例する荷重が印加される。また、横軸はＶＣＭ電流Ｉｖによって変位する押針３の変位量Ｄである。ここで、図面上で横の破線Ｉｖｍａｘは、ＶＣＭ最大電流値であり、予備測定のＶＣＭ電流のリミット値である。また、図面上で縦の破線Ｄｍａｘは、最大変位量であり、予備測定の変位量のリミット値である。

また、Ｉ／ＤバイアステーブルＴは、この予備測定を行う直前に取得されたテーブルであり、押針３がフリーな状態でのＶＭＣ電流Ｉｖに対する変位量Ｄの特性を表している。また、測定基点Ｓ０は、同じく予備測定を行う直前にタッチＯＮ検出ルーチンによって取得された測定基点であり、予備測定は、この測定基点Ｓ０から開始される。

ここで、図１２の測定基点Ｓ０から延びる実線のＲ１は、予備測定ルーチンによって取得され、メモリ２４に記憶された予備データの一例である。すなわち、予備データＲ１は、測定基点Ｓ０からＶＣＭ電流Ｉｖの増加に従って押針３の変位量Ｄが増加した値をプロットしたものである。このとき、押針３は被測定物１０を押圧し、被測定物１０に荷重を負荷しているので、予備データＲ１は、押針３がフリーのときのデータであるＩ／ＤバイアステーブルＴと比較すると、ＶＣＭ電流Ｉｖに対する変位量Ｄが小さいのでグラフ上の
傾斜角度が急である。

ここで、予備データＲ１上のＲ１ｅｎｄは、予備測定の最後に取得した変位量ＤとＶＣＭ電流Ｉｖの座標位置であり、予備データＲ１の最終データである。すなわち、予備データＲ１での予備測定は、変位量Ｄが最大変位量Ｄｍａｘに達したことで終了し、このため、最終データＲ１ｅｎｄは、最大変位量Ｄｍａｘのライン上に位置する。

ここで、制御部２０の演算部２３は、予備データＲ１の最終データＲ１ｅｎｄと、メモリ２４に複数に区分して記憶されている荷重負荷領域とを比較し、特定の荷重負荷領域を選定する。たとえば、メモリ２４に記憶されている荷重負荷領域が、図１２で示すように破線で囲う領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃであるとする。すると演算部２３は、最終データＲ１ｅｎｄが領域Ａに含まれていることを演算によって認識し、被測定物１０に適した荷重負荷領域として領域Ａを選定する。

次に、図１３は被測定物１０の硬さが図１２の例より硬質である場合の予備測定動作を示している。図１３において、測定基点Ｓ０から延びる実線のＲ２は、予備測定ルーチンによって取得され、メモリ２４に記憶された予備データの一例である。この場合、被測定物１０の硬さが硬質であるので、予備データＲ２の傾斜角度は、予備データＲ１より傾きが大きい（すなわち、ＶＣＭ電流Ｉｖに対して変位量Ｄが小さい）。

そして、予備データＲ２での予備測定は、ＶＣＭ電流ＩｖがＶＣＭ最大電流Ｉｖｍａｘに達したことで終了し、このため、最終データＲ２ｅｎｄは、ＶＣＭ最大電流Ｉｖｍａｘのライン上に位置する。

ここで、制御部２０の演算部２３は、予備データＲ２の最終データＲ２ｅｎｄと、メモリ２４に複数に区分して記憶されている荷重負荷領域を比較し、特定の荷重負荷領域を選定する。たとえば、図１２と同様にメモリ２４に記憶されている荷重負荷領域が、領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃであるとする。すると演算部２３は、最終データＲ２ｅｎｄが領域Ｂに含まれることを演算によって認識し、被測定物１０に適した荷重負荷領域として領域Ｂを選定する。

このように、予備測定は被測定物１０の硬さを確認し、その被測定物１０に適した荷重負荷領域を選定することで、後述する本測定において、被測定物１０に適合した荷重による硬さ測定を実現し、様々な硬さの被測定物１０に対して高精度な測定を行う硬さ計を提供出来る。

また、図１２と図１３において、Ｚ１、Ｚ２は、測定外領域を示している。この測定外領域Ｚ１、Ｚ２は、被測定物１０の硬さが軟質過ぎるか、硬質過ぎるために、正確な測定が難しい領域である。すなわち、予備測定の結果、予備データが測定外領域Ｚ１に入った場合は、被測定物１０はＩ／ＤバイアステーブルＴに近い特性であって、軟質過ぎる特性である。また、予備測定の結果、測定外領域Ｚ２に入った場合は、被測定物１０の変位量Ｄは、ほとんど変化せず、硬質過ぎる特性である。

よって、予備測定の結果、予備データが測定外領域Ｚ１又はＺ２に入り、荷重負荷領域の選択範囲から外れた場合は、選択範囲から外れた旨を表示部３１で表示し、押針３の先端の径を変更すると良い。これにより、表示部の指示に基づいて押針の径を変更することによって、硬さ測定の適用範囲を広くすることが出来る。尚、選択範囲から外れた旨の指示手段としては、表示部３１以外にブザー等の音を使った指示でも良い。

たとえば、予備データが測定外領域Ｚ１に入った場合は、被測定物１０の硬さがかなり
軟質であるので、押針３の径を大きくして、被測定物１０に加わる圧力を減らすことで変位量が小さくなる。これにより、予備データの傾きが大きくなって荷重負荷領域の領域Ａなどに入り、正確な測定が出来るようにする。

また、予備データが測定外領域Ｚ２に入った場合は、被測定物の硬さがかなり硬質であるので、押針３の径を小さくして、被測定物１０に加わる圧力を増すことで変位量が大きくなる。これにより、予備データの傾きが小さくなって荷重負荷領域の領域Ｃなどに入り、正確な測定が出来るようにする。

［荷重テーブルの決定方法の説明：図１４］
次に、図１４に基づいて荷重テーブルの決定方法を説明する。図１４において、縦軸はＶＣＭ電流Ｉｖであり、横軸はＶＣＭ電流Ｉｖによって変位する押針３の変位量Ｄである。また、Ｉｖｍａｘ、Ｄｍａｘ、Ｉ／ＤバイアステーブルＴ、及び測定基点Ｓ０等は、前述したので説明は省略する。

ここで、予備測定のステップＳＴ４８の結果、荷重負荷領域の領域Ｂが選定されたとする。この領域Ｂに対応する荷重テーブルは、Ｉ／ＤバイアステーブルＴと最大変位量Ｄｍａｘの交点を荷重テーブル基点Ｋ０と定義し、その荷重テーブル基点Ｋ０を中心として、最大変位量Ｄｍａｘと測定基点Ｓ０の変位量Ｄ０の間で、且つ、Ｉ／ＤバイアステーブルＴよりＶＣＭ電流Ｉｖの大きい領域に放射状に延びる無数のラインを想定することが出来る。

ここで、荷重テーブル基点Ｋ０を最大変位量ＤｍａｘとＩ／ＤバイアステーブルＴの交点にする理由は、測定時の変位量Ｄは、最大変位量Ｄｍａｘ以下でなければ、被測定物１０を必要以上に変位させてしまうからである。また、Ｉ／ＤバイアステーブルＴは、被測定物１０に対する荷重が零のラインであり、零荷重より大きな荷重を負荷しなければ、硬さ測定を行うことが出来ないからである。

ここで、荷重テーブル基点Ｋ０から延びるＫ１、Ｋ２、Ｋ３の三つの荷重テーブルを想定して検討する。尚、荷重テーブルはＫ１、Ｋ２、Ｋ３に限定されないことはもちろんであるが、説明を分かりやすくするために代表的な荷重テーブルとしてＫ１、Ｋ２、Ｋ３を想定する。

ここで、荷重テーブルＫ１は、領域Ｂの上部付近を横切るテーブルであり、比較的大きな荷重を負荷して測定を行う荷重テーブルである。また、荷重テーブルＫ２は、領域Ｂの中部付近を横切るテーブルであり、中程度の荷重を負荷して測定を行う荷重テーブルである。また、荷重テーブルＫ３は、領域Ｂの下部付近を横切るテーブルであり、比較的小さな荷重を負荷して測定を行う荷重テーブルである。

ここで、荷重テーブルＫ１が領域Ｂを通過する区間は、Ｂ１１からＢ１２であり、この区間Ｂ１１―Ｂ１２を変位量Ｄの変位幅に置き換えると、図示するように変位幅Ｄｈ１となる。同様に、荷重テーブルＫ２が領域Ｂを通過する区間は、Ｂ２１からＢ２２であり、この区間Ｂ２１―Ｂ２２を変位量Ｄの変位幅に置き換えると、図示するように変位幅Ｄｈ２となる。また同様に、荷重テーブルＫ３が領域Ｂを通過する区間は、Ｂ３１からＢ３２であり、この区間Ｂ３１―Ｂ３２を変位量Ｄの変位幅に置き換えると、図示するように変位幅Ｄｈ３となる。

ここで、押針３の変位量Ｄは、被測定物１０の硬度値に換算されるので、変位幅Ｄｈ１、Ｄｈ２、Ｄｈ３のそれぞれの幅は、領域Ｂにおける硬度値の測定範囲に置き換えることが出来る。そして、三つの変位幅Ｄｈ１、Ｄｈ２、Ｄｈ３の幅を比較すると、荷重テーブ
ルＫ２による変位幅Ｄｈ２の幅が最も広い。

これは、荷重負荷領域で領域Ｂが選定された場合、荷重テーブルＫ２に基づいて荷重を負荷して硬さ測定するならば、最も測定範囲を広く確保できることを意味している。これにより、測定範囲が広い荷重テーブルＫ２に基づいて硬さ測定を行うと、領域Ｂの中で被測定物の硬さがばらついた場合、そのばらつき量を最も分解能が高く高精度に測定することが出来る。

たとえば、領域Ｂにおいて荷重テーブルＫ２に基づき荷重を負荷して硬さ測定を行うと、被測定物１０のばらつきは、変位幅Ｄｈ２の幅の中で表される。一方、領域Ｂにおいて荷重テーブルＫ３に基づき荷重を負荷して硬さ測定を行うと、被測定物１０のばらつきは、変位幅Ｄｈ３の中で表される。

よって、荷重テーブルＫ３による変位幅Ｄｈ３は、荷重テーブルＫ２による変位幅Ｄｈ２の半分程度しか無いので、荷重テーブルＫ３に基づいた測定値の分解能は、荷重テーブルＫ２に基づいた測定値の分解能の半分程度しかなく、荷重テーブルＫ３は測定精度が劣ることが理解できる。

以上のことから、選定された荷重負荷領域に基づいて、演算部２３が被測定物１０の硬さ測定範囲が最大となる荷重テーブルを算出し決定すれば、測定値の分解能を最も高くでき、高精度な硬さ測定を実現出来る。また、他の荷重負荷領域である領域Ａや領域Ｃが選定されたときも、同様の方法で荷重テーブルを決定すれば、どの荷重負荷領域においても分解能が最も高い高精度な硬さ測定を実現出来る。

［本測定動作の説明：図１５〜図１６］
次に図１５、図１６に基づいて、本発明の硬さ計の本測定の動作ルーチン（ステップＳＴ６０〜ＳＴ７０）を説明する。ここで、図１５は本測定のフローチャートであり、図１６は本測定における押針３の座標の推移を表している。

この本測定は、予備測定によって被測定物１０の荷重負荷領域を選定し、予めメモリ２４に記憶されている荷重負荷領域に適した荷重テーブルに基づいた荷重を負荷して被測定物１０の硬さを測定するものである。ここでの荷重テーブルは、前述したように測定範囲が最大となるようにしてメモリ２４に格納されている。尚、本測定を実行する前に、前述のＩ／Ｄバイアステーブル作成、予圧の印加、タッチＯＮ検出を実行するが、説明は重複するので省略する。

まず、予備測定において選定された荷重負荷領域に適する荷重テーブルをメモリ２４に格納されている荷重テーブルから決定する（ステップＳＴ６１）。ここで、説明上荷重テーブルＫ２に決定されたとする。次に、制御部２０は測定基点Ｓ０の変位量Ｄ０と荷重テーブルＫ２の交点である座標Ｋ２０に相当する荷重を負荷するために、荷重テーブルＫ２からＶＣＭ電流Ｉｖの電流値Ｉｋ２０を取得してＶＣＭ７に供給する（ステップＳＴ６２）。

次に、ＶＣＭ７に電流値Ｉｋ２０のＶＣＭ電流が供給されると、プランジャ２の先端に保持されている押針３は、電流値Ｉｋ２０に相当する荷重が負荷されるので、被測定物１０は、押針３によって押圧されて変形し始める（ステップＳＴ６３）。

次に制御部２０は、差動トランス８からプランジャ２の変位情報である変位信号Ｐ１を変位入力部２１によって入力し、Ａ／Ｄ変換回路２２でデジタル値の変位データＰ５に変換する（ステップＳＴ６４）。次に制御部２０は、変位データＰ５によって得た押針３の
変位量Ｄから、荷重テーブルＫ２を参照し、荷重テーブルＫ２に沿ったＶＣＭ電流Ｉｖの新しい電流値を取得してＶＣＭ７に供給する（ステップＳＴ６５）。

次に、ＶＣＭ７に荷重テーブルＫ２に沿ったＶＣＭ電流Ｉｖが供給されると、被測定物１０に対する押針３の荷重が調整されて、押針３は荷重テーブルＫ２のライン上で均衡する位置に近づくように移動する（ステップＳＴ６６）。次に制御部２０は、差動トランス８からプランジャ２の変位情報である変位信号Ｐ１を入力し、Ａ／Ｄ変換回路２２でデジタル値の変位データＰ５に変換して、押針３の最新の変位量Ｄを取得する（ステップＳＴ６７）。

次に制御部２０は、取得した押針３の変位量Ｄと、前回取得した押針３の変位量Ｄを比較し、変位量に変化がない、すなわち、押針３による荷重と被測定物１０の反発力が均衡して押針３の位置が停止したかを判定する（ステップＳＴ６８）。ここで、肯定判定であれば次のステップＳＴ６９へ進み、否定判定であればステップＳＴ６５へ戻り、ステップＳＴ６５からステップＳＴ６８を押針３による荷重と被測定物１０の反発力が均衡して押針３の位置が停止するまで繰り返し実行する。

すなわち、押針３が均衡するまで最新の変位量Ｄが取得され、この変位量Ｄから荷重テーブルＫ２を参照して荷重テーブルＫ２に沿ったＶＣＭ電流Ｉｖを取得し、ＶＣＭ７に供給する。これにより、押針３の座標位置は、荷重テーブルＫ２のライン上の押針３による荷重と被測定物１０の反発力が均衡する位置Ｋ２ｂａｌで停止する。

ここで、押針３の座標が測定基点Ｓ０から均衡する位置Ｋ２ｂａｌまで移動する軌跡の一例を矢印Ｅで示した。しかし、押針３の座標位置がどのような軌跡を通るかは、被測定物１０の特性等に依存するので限定されない。

次にステップＳＴ６８で肯定判定（均衡した）がなされたならば、制御部２０は、押針３が均衡した座標位置Ｋ２ｂａｌの変位量Ｄｂａｌを取得し、この変位量Ｄｂａｌから硬度値を算出する（ステップＳＴ６９）。

ここで、測定基点Ｓ０の変位量Ｄ０を硬度１００（最も硬質）とし、荷重テーブル基点Ｋ０の変位量Ｄｍａｘを硬度０（最も軟質）とし、この区間を１００等分した値によって変位量Ｄｂａｌを換算して硬度値を算出する。次に制御部２０は、算出した硬度値を被測定物１０の硬度として表示部３１に表示し、本測定を終了する（ステップＳＴ７０）。

尚、本実施例において、荷重負荷領域は三つに区分して説明したが、この数に限定されず任意で良い。また、選定された荷重負荷領域に対応する荷重テーブルは、被測定物の硬さ測定範囲が略最大であること以外は限定されず、本実施例で示した以外の荷重テーブルであっても良い。

本実施形態では、複数の荷重負荷領域に適した荷重テーブルを予めメモリ２４に記憶し、この記憶された荷重テーブルの中から選定された荷重負荷領域に適する荷重テーブルを本測定において決定して、この荷重テーブルに基づく荷重を付加する手法を説明した。

このように荷重テーブルをメモリに格納しておけば、予備測定のときに荷重テーブルを算出する必要がないため、プログラムを単純化でき、予備測定時間も短縮することができる。また、上述した測定範囲が最大となるような荷重テーブル以外の任意の荷重テーブルを格納しておき、選定された荷重負荷領域に対応して測定者が操作部３２を操作して任意に荷重テーブルを決定することもできる。

また、次の手法でも構わない。複数の荷重負荷領域に適した荷重テーブルを予めメモリ２４に記憶せずに、予備測定において、選定される荷重負荷領域から、測定範囲が最大となるように演算部２３によって予備測定毎に動的に演算され決定されるようにしても良い。

このように、予備測定のときにその都度荷重テーブルを算出する場合には、より精度良く被測定物を測定する必要があるときに有効である。例えば、被測定物を測定する温度環境が大きく変化するような場合には、荷重機構である板バネ４ａ、４ｂから作られる荷重テーブルの基準テーブル（Ｉ／ＤバイアステーブルＴ）が温度変化によって変化してしまうため、予備測定毎に測定時の荷重テーブルを作成して、この作成された荷重テーブルに基づいて本測定を行えば、より精度良く測定することができる。

以上のように本発明の硬さ計によれば、予備測定によって被測定物に適した荷重負荷領域を選定し、この選定された荷重負荷領域に対応した荷重テーブルに基づいた荷重を被測定物に負荷して本測定による硬さ測定を行うので、様々な硬さの被測定物に対応出来ると共に、測定値の分解能が高く高精度な硬さ計を提供できる。

また、硬さの異なる被測定物に応じて硬さ計を交換したり、また、センサユニットを交換したりするなどの作業が不要であり、硬さ計に被測定物をセットするだけで、自動的に測定を行う硬さ計を実現することが出来る。また、ゴム、プラスチックス等の工業製品や、肌、筋肉、果実、食品など、様々なものに利用でき、適用範囲が極めて広い高性能な硬さ計を提供することが出来る。

また、本実施形態では、被測定物に対して予備測定を行い、その後に本測定を行うように説明したが、測定する温度環境に大きな変化が無く、同じ材質、成分等で造られた被測定物であれば、その都度予備測定する必要はない。このような場合には、予備測定によって算出される荷重負荷領域や荷重テーブルは変化しないため、初回のみ予備測定をするだけでよく、次の測定からは、予備測定を省略できるので、トータルの測定時間を短縮することができる。

尚、本発明の実施形態で提示したブロック図やフローチャート等は、この構成や動作フローに限定されるものではなく、本発明の要旨を満たすものであれば、どのような構成や動作フローであっても良い。

本発明の硬さ計の概略構成を示すブロック図である。 本発明の硬さ計の外観斜視図である。 本発明の硬さ計の制御部の概略構成を示すブロック図である。 本発明の硬さ計の押針が被測定物に当接する動作を示す説明図である。 本発明の硬さ計の硬さ測定の全体の動作を示すフローチャートである。 本発明の硬さ計のＩ／Ｄバイアステーブルを作成するフローチャートである。 本発明の硬さ計のＩ／Ｄバイアステーブルの一例を示すグラフである。 本発明の硬さ計の予圧を印加する動作を示すフローチャートである。 本発明の硬さ計のタッチＯＮ検出動作を示すフローチャートである。 本発明の硬さ計のタッチＯＮ検出動作において押針の座標の推移の一例を示すグラフである。 本発明の硬さ計の予備測定動作を示すフローチャートである。 本発明の硬さ計の予備測定動作において荷重負荷領域の領域Ａが選定される一例を示すグラフである。 本発明の硬さ計の予備測定動作において荷重負荷領域の領域Ｂが選定される一例を示すグラフである。 本発明の硬さ計の予備測定動作において荷重テーブルが決定される一例を示すグラフである。 本発明の硬さ計の本測定動作を示すフローチャートである。 本発明の硬さ計の本測定動作の一例を示すグラフである。 従来の硬さ計の概略を示す説明図である。

符号の説明

１ 硬さ計
２ プランジャ
３ 押針
４ａ、４ｂ 板バネ
５ 基台
６ 測定台
７ ＶＣＭ
７ａ 永久磁石
７ｂ 可動コイル
８ 差動トランス
９ モータ
１０ 被測定物
２０ 制御部
２１ 変位入力部
２２ Ａ／Ｄ変換回路
２３ 演算部
２４ メモリ
２５ Ｄ／Ａ変換回路
２６ 電流供給部
２７ モータ駆動部
３１ 表示部
３２ 操作部
Ｐ１ 変位信号
Ｐ２ 表示制御データ
Ｐ３ 操作信号
Ｐ４ モータ駆動信号
Ｐ５ 変位データ
Ｐ６ ＶＣＭ制御データ
Ｐ７ モータ制御データ
Ｐ８ メモリバス
Ｐ９ ＶＣＭ制御信号
Ｄ 変位量
Ｉｖ ＶＣＭ電流
Ｋ０ 荷重テーブル基点
Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３ 荷重テーブル
Ｓ０ 測定基点
Ｔ Ｉ／Ｄバイアステーブル
Ｘｐ 撓み量

Claims (4)

1. 押針によって被測定物に荷重を負荷する荷重機構と、前記被測定物の変位量を検出する変位検出機構とを備えた硬さ計において、
   前記被測定物に負荷する荷重領域を前記被測定物の硬さに応じて複数に区分した荷重負荷領域及び対応する荷重負荷領域に適する荷重テーブルを予め記憶する記憶部と、
   前記変位検出機構によって前記被測定物の変位量を検出し、この検出された変位量から前記被測定物の硬度を算出する演算部と、を備えた制御手段を有し、
   この制御手段は、前記荷重機構によって前記被測定物に所定の荷重を負荷し、この荷重と前記変位検出機構によって検出された前記被測定物の変位量から前記被測定物の硬さを予備的に測定して前記記憶部に記憶されている複数に区分された前記荷重負荷領域から前記被測定物に適した荷重負荷領域を選定し、更に、選定された前記荷重負荷領域に適した荷重テーブルを前記演算部によって決定する予備測定と、
   この予備測定で選定された前記荷重負荷領域に適する荷重テーブルに基づいて、前記被測定物に荷重を負荷し、前記被測定物の変位量を検出して前記被測定物の硬度を算出する本測定と、を有し、前記荷重テーブルは、前記押針が前記被測定物と非接触状態での荷重に対して変位する位置を表す電流／変位バイアステーブルと、測定のリミット値である最大変位量との交点である基点から前記対応する荷重負荷領域を横切るように延びる直線で表されることを特徴とする硬さ計。
2. 前記荷重テーブルは、前記対応する荷重負荷領域を通過する区間に対応する変位量の変位幅である前記被測定物の硬さ測定範囲が略最大となるように決定されることを特徴とする請求項１に記載の硬さ計。
3. 前記予備測定において、前記複数の荷重負荷領域の選定範囲が外れた場合は、前記押針の径を大又は小に変更する指示手段を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の硬さ計。
4. 前記指示手段は表示部であり、前記荷重負荷領域または前記荷重テーブルを表示すると共に、前記被測定物の硬度を表示することを特徴とする請求項３に記載の硬さ計。

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