JP5073615B2 - 押込み深さ計測機構及び材料試験機 - Google Patents

Description

本発明は、押込み深さ計測機構及び材料試験機に関する。

従来、試料表面に圧子の先端を所定荷重で押し込む際の押込み深さ（圧子の変位量）を変位計によって測定し、その変位量と荷重の関係から、試料の硬さ等の物性値を測定する押込み深さ計測機構が知られている。
この押込み深さ計測機構により測定された押し込み深さは、加えられた荷重により生じる押込み深さ計測機構の構成部材の歪によって影響を受けることが問題であった。

そこで、圧子の周辺に、試料表面と接触する接触部が設けられた押込み深さ計測機構等が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。
上記特許文献１〜３記載の発明によると、接触部を深さ計測の基準として、その接触部をあらかじめ試料表面に接触させた状態から押し込み深さを計測できる。つまり、押込み深さ計測機構の構成部材が歪んだとしても、常に試料表面からの圧子の押込み深さを計測することができるので、上述の押込み深さ計測機構の構成部材の歪による計測結果への影響は、圧子軸に起因したもののみとなる。そして、通常、圧子軸の変形は無視できる程度に小さいため、歪による計測結果への影響を十分小さくすることが可能となる。
特開昭６３−２２３５３９号公報 実開平７−２０５４８号公報 特開２０００−２９２３３２号公報

しかしながら、上述のように接触部を設けたとしても、押込み深さ計測機構の押込み荷重が増加するに従って試料が傾斜していった場合、接触部の一部が試料表面と接触しなくなり、深さ計測の基準とする位置にずれが生じ、計測結果に誤差が生じるという問題や、試料の表面粗さが大きい場合や平面度が悪い場合、接触部全面が試料表面に接触しないことにより、深さ計測の基準が不安定となり、計測結果に誤差が生じるという問題があった。

本発明の課題は、押込み荷重により試料が傾斜したとしても、または、試料の表面粗さが大きい、あるいは平面度が悪い場合であっても、精確な計測結果を取得できる押込み深さ計測機構及び材料試験機を提供することにある。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
回動可能に軸支される荷重レバーと、この荷重レバーの一端側における下部に備えられた圧子と、前記荷重レバーの上部に備えられ前記圧子と連動する圧子連動部と、前記荷重レバーの他端側に備えられ当該荷重レバーを回動させる荷重レバー駆動部と、前記荷重レバーとほぼ同じ軸心を有するように回動可能に軸支される基準レバーと、この基準レバーの一端側における下部に備えられ前記圧子の先端部の位置基準となる圧子基準部と、前記圧子基準部の上部に備えられ前記圧子連動部の変位量を検出する圧子位置検出部と、前記圧子基準部を試料表面に当接させた状態から前記荷重レバーを回動させて、試料表面に当接させた前記圧子を前記試料に押し付けた際の押し込み深さ量を、前記圧子位置検出部が前記圧子連動部の変位量を検出することによって測定する測定手段と、を備えた押込み深さ計測機構において、
前記圧子基準部は、
前記圧子の先端部を中心とする同心円上に等間隔で配置され、試料表面に当接する複数の試料表面接触部を備え、
前記圧子の軸方向と直交する方向を中心軸として、前記圧子基準部を回動自在に支持する回動支持部を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の押込み深さ計測機構において、前記試料表面接触部は、前記回動支持部の中心軸及び前記圧子の軸の双方に直交する軸上に、等間隔で２つ配置されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１記載の押込み深さ計測機構において、前記回動支持部の前記中心軸及び前記圧子の軸の双方に直交する方向を中心軸として、前記圧子基準部を回動自在に支持する第２回動支持部を備え、前記試料表面接触部は、前記同心円上に等間隔で３つ配置されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１記載の押込み深さ計測機構において、前記回動支持部の上方に、当該回動支持部の前記中心軸と同一方向を中心軸として、前記圧子基準部を回動自在に支持する上回動支持部を備えることを特徴とする。

請求項５に記載の材料試験機は、請求項１〜４の何れか一項に記載の押込み深さ計測機構を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、測定手段による圧子の位置基準となる圧子基準部に、試料表面に当接する複数の試料表面接触部を備え、圧子の軸方向と直交する方向を中心軸として圧子基準部を回動自在に支持する回動支持部が設けられており、圧子を試料に押し付ける際に、試料表面が傾斜すると、その傾斜に応じて、複数の試料表面接触部が試料表面に当接する状態を保つように圧子基準部を傾斜させることができる。
したがって、押込み深さ計測機構の押込み荷重が増加するに従って試料が傾斜したとしても、それに追従して、圧子基準部も傾斜し、圧子基準部が試料表面に当接させた状態を保つことが出来るので、深さ計測の基準とする位置にずれが生じず、試料の傾斜による計測結果の誤差を防ぐことが出来る。さらに、試料表面へ接触する箇所（試料表面接触部）が複数設けられているので、試料の表面粗さが大きい場合や平面度が悪い場合であっても、深さ計測の基準を安定させることが出来る。
つまり、本発明にかかる押込み深さ計測機構は、押込み荷重により試料が傾斜したとしても、または、試料の表面粗さが大きい、あるいは平面度が悪い場合であっても、精確な計測結果を取得できる押込み深さ計測機構であるといえる。

以下、図を参照して、本発明に係る押込み深さ計測機構及び押込み試験機について、詳細に説明する。
なお、本実施形態における材料試験機としての押込み試験機１００は、圧子４に付与する試験力（荷重）と、圧子４の押込み深さとを連続してモニター可能な計装化押込み試験機である。
ここで、図１は、本発明に係る押込み試験機を一部断面視した側面図であり、図２は、本発明に係る押込み試験機のレバー部分を示す上面図であり、図３は、本発明に係る押込み試験機の要部構成を示すブロック図であり、図４は、本発明に係る押込み試験機の荷重レバーの一端側の構造の拡大図であり、（ａ）は図２のIV（ａ）−IV（ａ）断面図、（ｂ）は図２のIV（ｂ）−IV（ｂ）断面図、（ｃ）は荷重レバーの一端側の底面図である。
また、図４（ｃ）における、横方向をＸ軸方向、縦方向をＹ軸方向とする。

押込み試験機１００（材料試験機）は、図１〜図４に示すように、試料Ｓに試験力（荷重）を付与する押込み深さ計測機構１と、表示部３００と、操作部４００等を備えて構成されている。

押込み深さ計測機構１は、試料Ｓが載置される試料保持台２と、押込み試験機１００のベース部１０１に設けられた支持部３０に回動可能に軸支される荷重レバー３と、荷重レバー３の一端側の下部に備えられる圧子４と、荷重レバー３の一端側の上部に備えられ、上面視にて環状に形成された、圧子連動部としての変位センサ可動部５ａと、荷重レバー３の他端側に備えられる荷重レバー駆動部である第１フォースモータ６と、支持部３０に回動可能に軸支される基準レバー７と、基準レバー７の一端側の下部に着脱可能に備えられる圧子基準部であるコンタクタ８と、コンタクタ８を回動支持するジンバル機構部１３と、基準レバー７の一端側の上部に備えられ、上面視にて環状に形成された、圧子位置検出部としての変位センサ固定部５ｂと、基準レバー７の他端側に備えられる基準レバー駆動部である第２フォースモータ１０と、基準レバー７の他端側に当接するストッパ１２と、押込み深さ計測機構１の各部を制御する制御部２００と、等を備えている。

試料保持台２は、その上面に載置された試料Ｓを保持し、その試料Ｓが試験測定中にずれないように支持する。
この試料保持台２は、ＸＹＺステージ２ａによって上下方向、左右方向、前後方向に移動されて、圧子４に対する試料Ｓの位置を調整可能になっている。

荷重レバー３は、支持部３０において回動軸３ａによって回動可能に軸支されており、荷重レバー３の一端側の下部に圧子４を備えている。また、荷重レバー３の他端側の上部に第１フォースモータ６を備えている。

第１フォースモータ６は、例えば、フォースコイル６ａとマグネット６ｂとにより構成されており、マグネット６ｂがつくる磁界とフォースコイル６ａに流れる電流との電磁誘導に応じて発生する力を駆動力として用い、荷重レバー３を回動させて、荷重レバー３の一端側を押し下げたり、押し上げたりする。そして、第１フォースモータ６の駆動によって、荷重レバー３の一端側を押し下げるようにして、圧子４に荷重を負荷し、その圧子４を試料Ｓの表面に押し付けることが可能になっている。

また、荷重レバー３の一端側の上部には、変位センサ可動部５ａが備えられており、この変位センサ可動部５ａは、荷重レバー３によって押し上げられたり押し下げられたりする圧子４と連動して上下に移動する。

基準レバー７は、荷重レバー３とほぼ同じ軸心を有するように回動軸７ａによって回動可能に軸支されており、その一端側の下部にコンタクタ８を着脱可能に備えている。また、基準レバー７の他端側の上部に第２フォースモータ１０を備えている。
なお、基準レバー７は、図２に示すように、上面視した際に、荷重レバー３の周囲を囲うように配されており、略枠形状を有している。

第２フォースモータ１０は、例えば、フォースコイル１０ａとマグネット１０ｂとにより構成されており、マグネット１０ｂがつくる磁界とフォースコイル１０ａに流れる電流との電磁誘導に応じて発生する力を駆動力として用い、基準レバー７を回動させて、基準レバー７の一端側を押し下げたり、押し上げたりすることが出来る。

また、基準レバー７の一端側の上部には、荷重レバー３の変位センサ可動部５ａが移動した際の変位量を検出する変位センサ固定部５ｂが備えられている。

圧子変位センサ５は、電極板で構成された変位センサ可動部５ａと、変位センサ可動部５ａに挟まれるように離間して配される上下一対の電極板で構成された変位センサ固定部５ｂと、を備え、圧子４の移動量（変位量）を静電容量方式で計測するセンサであって、変位センサ可動部５ａと変位センサ固定部５ｂとの距離に応じて変化する電極板間の静電容量に基づき、圧子４の変位量を計測する。
つまり、圧子変位センサ５は、変位センサ固定部５ｂに対する変位センサ可動部５ａの変位を計測するようにして、圧子４の変位量を計測するようになっている。なお、圧子変位センサ５は、計測した圧子４の変位量に関するデータ（信号）を制御部２００に出力する。

コンタクタ８は、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、基準レバー７の一端側の下部に備えられており、荷重レバー３の一端側の下部に備えられている圧子４の先端部の上下方向の位置基準となる部材であり、中央部に圧子の先端部を挿通可能な孔を備え底面視においてドーナツ円形状を有している。コンタクタ８の下面部の孔部近傍には、下方に向けて突出した試料表面接触部８ａを備えている。
試料表面接触部８ａは、圧子４の先端部を中心とする同心円上に等間隔に３つ備えられており、この試料表面接触部８ａが試料Ｓの表面と当接するため、コンタクタ８が圧子４の先端部の位置基準となる。

ジンバル機構部１３は、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、コンタクタ８の外周を所定の隙間を有して囲むように配置された、底面視においてリング形状の第１リング部材１３ｌと、コンタクタ８と第１リング部材１３ｌを連結し、コンタクタ８を、Ｙ軸方向を中心軸として回動自在に支持する第２回動支持部１３ａ、１３ａと、第１リング部材１３ｌの外周を所定の隙間を有して囲むように配置され、上端部が基準レバー７に固定された底面視においてリング形状の第２リング部材１３ｍと、第１リング部材１３ｌと第２リング部材１３ｍを連結し、コンタクタ８を、Ｘ軸方向を中心軸として、回動自在に支持する第１回動支持部１３ｂ、１３ｂと、を備えて構成される。
第２回動支持部１３ａ、１３ａは、コンタクタ８の中心点である回動支点１３ｄを挟んでＹ軸方向に沿って設けられた一対のジンバル機構用の筐体と筐体内に配置された十字バネ等で構成されており、圧子４が負荷する荷重により、試料Ｓの表面がＹ軸方向を中心として所定角傾斜すると、それに追随してコンタクタ８を、Ｙ軸方向を中心軸として回動させることができる。
第１回動支持部１３ｂ、１３ｂは、回動支点１３ｄを挟んでＸ軸方向に沿って設けられた一対のジンバル機構用の筐体と筐体内に配置された十字バネ等で構成されており、圧子４が負荷する荷重により、試料Ｓの表面がＸ軸方向を中心として所定角傾斜すると、それに追随してコンタクタ８を、Ｘ軸方向を中心軸として回動させることができる。
したがって、荷重レバー３により圧子４が試料Ｓに荷重を負荷し、試料ＳがＹ軸方向、Ｘ軸方向のいずれを中心軸として傾斜したとしても、コンタクタ８の試料表面接触部８ａが、傾斜後の試料Ｓの表面に当接するように、第２回動支持部１３ａ、第１回動支持部１３ｂが、Ｙ軸方向、Ｘ軸方向を中心軸としてコンタクタ８を所定角度回動させるため、常に圧子４の先端部の位置基準であるコンタクタ８（試料表面接触部８ａ）が、試料Ｓの表面と接触した状態を保つことが出来る。

ストッパ１２は、基準レバー７の基準位置を規定するように、基準レバー７の他端側上面に当接する部材である。
このストッパ１２は、例えば、マイクロメータヘッドからなり、送りねじを回すことで高さ調整が可能となっている。つまり、ストッパ１２の高さ調整を行うことによって、ストッパ１２に当接する基準レバー７の回動角度を調節したり、ストッパ１２が基準レバー７に当接しないように調節したりすることができる。

制御部２００は、図３に示すように、ＣＰＵ２１０と、ＲＡＭ２２０と、記憶部２３０を備えている。そして、制御部２００は、システムバスなどを介して、ＸＹＺステージ２ａ、第１フォースモータ６、圧子変位センサ５、第２フォースモータ１０、表示部３００と、操作部４００等と接続している。

ＣＰＵ２１０は、例えば、記憶部２３０に記憶されている押込み試験機用の各種処理プログラムに従って、各種制御処理を行う。

ＲＡＭ２２０は、例えば、ＣＰＵ２１０によって実行される処理プログラムなどを展開するためのプログラム格納領域や、入力データや処理プログラムが実行される際に生じる処理結果などを格納するデータ格納領域などを備えている。

記憶部２３０は、例えば、押込み試験機１００で実行可能なシステムプログラムや、そのシステムプログラムで実行可能な各種処理プログラム、これら各種処理プログラムを実行する際に使用されるデータ、ＣＰＵ２１０によって演算処理された各種処理結果のデータなどを記憶する。なお、プログラムは、コンピュータが読み取り可能なプログラムコードの形で記憶部２３０に記憶されている。

具体的には、記憶部２３０は、例えば、試料表面基準測定プログラム２３２と、荷重調整プログラム２３３と、等を記憶している。

試料表面基準測定プログラム２３２は、圧子４の先端部とコンタクタ８を試料表面に当接させた状態から荷重レバー３を回動させて、その圧子４を試料Ｓに押し付けた際の押し込み深さ量を、変位センサ固定部５ｂと変位センサ可動部５ａとの間の静電容量の変化量を検出することによって測定する機能をＣＰＵ２１０に実現させるプログラムである。
つまり、ＣＰＵ２１０が試料表面基準測定プログラム２３２を実行することにより、第１フォースモータ６を駆動させて荷重レバー３を回動させ、その荷重レバー３に備えられている圧子４を試料Ｓに押し付けた際の押し込み深さ量を、圧子変位センサ５により計測される圧子４の変位量を検出することによって測定する測定手段として機能する。
具体的には、ストッパ１２を基準レバー７から離した配置に調節し、コンタクタ８が試料Ｓに当接した状態から圧子４を試料Ｓに押し付けて、その押し込み深さ量を測定する。

荷重調整プログラム２３３は、測定手段としてのＣＰＵ２１０が、押し込み深さ量を測定する間、コンタクタ８を試料Ｓに押し付ける荷重を一定に調整する機能をＣＰＵ２１０に実現させるプログラムである。
つまり、ＣＰＵ２１０が荷重調整プログラム２３３を実行することにより、第２フォースモータ１０の出力を調節するようにして、基準レバー７の駆動を調整し、コンタクタ８を試料Ｓに押し付ける荷重を一定に調整する。
具体的には、ＣＰＵ２１０は、基準レバー７がコンタクタ８を押し下げる際の押し付け力であって、コンタクタ８が試料Ｓに押し付けられる荷重が一定になるように、基準レバー７の駆動を調整し、コンタクタ８を試料Ｓに押し付ける際の荷重を一定に調整する。

表示部３００は、例えば、液晶表示パネル等であって、制御部２００から入力される表示信号に従って、試験結果等、各種表示画面の表示処理を行う。

操作部４００は、例えば、キーボードなどの操作キー群であって、ユーザにより操作されると、その操作に伴う操作信号を制御部２００に出力する。なお、操作部４００は、必要に応じてマウスやタッチパネルなどのポインティングデバイスや、リモートコントローラなど、その他の操作装置を備えるようにしてもよい。
そして、この操作部４００は、ユーザが試料Ｓの押込み試験を行う指示入力を行う際に操作される。

「変形例１」
図５は図４に示す荷重レバーの一端側の構造の変形例を示す拡大図であり、図６は、圧子が負荷する荷重により試料が傾斜した状態を説明する説明図である。
図５に示すように、ジンバル機構部１３に加え、ジンバル機構部１３の上部に、回動支点１４ｄを中心として、コンタクタ８を回動自在に支持する上ジンバル機構部１４を設け、コンタクタ８の回動支点を回動支点１３ｄ、１４ｄの上下２箇所としてもよい。
この上ジンバル機構部１４は、取付部１５により基準レバー７に取り付けられており、Ｙ軸方向を中心軸として回動自在に支持する第１上回動支持部１４ａ（上回動支持部）と、コンタクタ８をＸ軸方向を中心軸として、回動自在に支持する第２上回動支持部１４ｂ（上回動支持部）と、等を備えて構成される。
第１上回動支持部１４ａ、１４ａは、回動支点１４ｄを挟んでＹ軸方向に沿って設けられた一対のジンバル機構用の筐体と筐体内に配置された十字バネ等で構成されており、圧子４が負荷する荷重により、試料Ｓの表面がＹ軸方向を中心として所定角傾斜すると、それに追随してコンタクタ８を、Ｙ軸方向を中心軸として回動させることができる。
第２上回動支持部１４ｂ、１４ｂは、回動支点１４ｄを挟んでＸ軸方向に沿って設けられた一対のジンバル機構用の筐体と筐体内に配置された十字バネ等で構成されており、圧子４が負荷する荷重により、試料Ｓの表面がＸ軸方向を中心として所定角傾斜すると、それに追随してコンタクタ８を、Ｘ軸方向を中心軸として回動させることができる。

ここで、図６（ａ）（ｂ）に示されるように、コンタクタ８にジンバル機構部１３による回動支点１３ｄのみが備えられている場合、（ａ）の試料Ｓの表面が水平な状態から、（ｂ）のように、圧子４が試料Ｓに荷重を負荷し、試料Ｓが押し込まれ、かつ、傾斜したとする。この試料Ｓが傾斜した状態でさらに荷重が負荷されると、試料Ｓは傾斜面方向にも荷重を受け、試料Ｓが傾斜面方向へ移動する。そのため、たとえ複数の試料表面接触部８ａが、ジンバル機構部１３の回動によって試料Ｓの表面と当接することが出来たとしても、その当接位置は、もとの当接位置とはずれたものとなる。
一方で、図６（ｃ）（ｄ）に示されるように、回動支点１３ｄに加え、コンタクタ８に上ジンバル機構部１４による回動支点１４ｄが備えられている場合、（ｃ）の試料Ｓの表面が水平な状態から（ｄ）のように、圧子４が試料Ｓに荷重を負荷し、試料Ｓが押し込まれ、かつ、傾斜したとする。この場合も、（ｂ）と同様に試料Ｓが傾斜した状態で、さらに荷重が負荷されると、試料Ｓは傾斜面方向にも荷重を受け、試料Ｓが傾斜面方向へ移動するが、コンタクタ８のうち、回動支点１３ｄより上方の部分も回動支点１４ｄにより回動させることが出来る。そのため、試料Ｓの傾斜面方向への移動に応じて、ジンバル機構部１３及び上ジンバル機構部１４が回動するので、試料表面接触部８ａは（ｃ）での当接位置と同じ位置で当接することとなる。
つまり、図６（ａ）（ｂ）のように、回動支点１３ｄが一箇所のみ設けられている場合は、凸部の当接位置のずれや、当接位置のずれに起因した試料Ｓの表面粗さや平面度の影響等によって、圧子４の先端部の位置基準に誤差が生じるおそれがあるが、図６（ｃ）（ｄ）のように、回動支点１４ｄをさらに設けることにより、試料表面接触部８ａの当接位置にずれが生ずることが無いので、試料Ｓの傾斜による計測結果の誤差をより好適に防ぐことが出来る。

「変形例２」
図７は、図４に示すジンバル機構部１３及びコンタクタ８の変形例であり、（ａ）は側面を、（ｂ）は正面を、（ｃ）は底面を示す図である。
図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、ジンバル機構部１３は、第１回動支持部１３ｂを支持し、上端部が基準レバー７に固定された底面視においてロ字状のロ字状部材１３ｕと、コンタクタ８をＸ軸方向又はＹ軸方向の何れか一方を中心軸（図７（ｃ）では、Ｘ軸）として回動自在に支持する第１回動支持部１３ｂと、を含んで構成される。
この場合、荷重レバー３により圧子４が試料Ｓに荷重を負荷し、試料ＳがＸ軸方向を中心として傾斜したとしても、試料表面接触部８ａが、傾斜後の試料Ｓの表面に当接するように、回動支持部１３ｂが所定角度回転するため、常に圧子４の先端部の位置基準であるコンタクタ８が、試料Ｓの表面と接触した状態を保つことが出来る。一方、試料ＳがＹ軸方向を中心として傾斜した場合、試料表面接触部８ａは、その傾斜に影響を受けることが無いため、試料Ｓの表面に当接した状態を保つ。そのため、図７（ａ）〜（ｃ）に示すジンバル機構部１３及びコンタクタ８は、図４（ａ）〜（ｃ）に示すジンバル機構部１３及びコンタクタ８と同様の効果を発揮することが出来るといえる。
なお、図５に示す場合と同様に、図７（ａ）〜（ｃ）に示すジンバル機構部１３の回動支点１３ｄに加え、ジンバル機構部１３の上部にコンタクタ８を回動自在に支持する上ジンバル機構部１４を設け、コンタクタ８の回動支点を上下２箇所としても勿論よい。

以上のように、本発明に係る押込み深さ計測機構１は、荷重レバー３と、圧子４と、変位センサ可動部５ａと、第１フォースモータ６と、基準レバー７と、コンタクタ８と、変位センサ固定部５ｂと、を備え、試料表面基準測定プログラム２３２により押込み深さを計測する押込み深さ計測機構であって、コンタクタ８には試料Ｓの表面に当接する複数の試料表面接触部８ａが備えられており、そのコンタクタ８はジンバル機構部１３により回動自在に支持されている。
したがって、押込み深さ計測機構１の押込み荷重が増加するに従って試料Ｓが傾斜したとしても、それに追従して、コンタクタ８も傾斜し、コンタクタ８が試料Ｓの表面に当接させた状態を保つことが出来るので、深さ計測の基準位置にずれが生じず、試料Ｓの傾斜による計測結果の誤差を防ぐことが出来る。さらに、試料表面接触部８ａが複数設けられているので、試料Ｓの表面粗さが大きい場合や平面度が悪い場合であっても、深さ計測の基準を安定させることが出来る。
つまり、本発明にかかる押込み深さ計測機構は、押込み荷重により試料が傾斜したとしても、または、試料の表面粗さが大きい、あるいは平面度が悪い場合であっても、精確な計測結果を取得できる押込み深さ計測機構であるといえる。
つまり、本発明にかかる押込み深さ計測機構は、押込み荷重により試料が傾斜したとしても、精確な計測結果を取得できる押込み深さ計測機構であるといえる。

また、図７に示すように、試料表面接触部８ａは、ジンバル機構部１３の中心軸及び圧子４の軸の双方に直交する軸上に、等間隔で２つ配置されているので、試料Ｓがジンバル機構部１３の中心軸を中心に傾斜したとしても、ジンバル機構部１３の回動により、コンタクタ８の試料表面接触部８ａが試料Ｓの表面と当接した状態を保つことが出来、また、試料Ｓがジンバル機構部１３の中心軸と直交する方向を中心に傾斜したとしても、コンタクタ８の試料表面接触部８ａは影響を受けることが無いので、コンタクタ８が試料Ｓの表面と当接した状態を保つことが出来る。

また、図４に示すように、ジンバル機構部１３に、第１回動支持部１３ｂに加えて、第１回動支持部１３ｂの中心軸と直交する方向を中心軸として、コンタクタ８を回動自在に支持する第２回動支持部１３ａを設け、試料表面接触部８ａを同心円上に等間隔で３つ配置することで、試料Ｓの表面がＸ軸又はＹ軸方向の何れを中心軸として所定角傾斜しても、それに追随してコンタクタ８の試料表面接触部８ａ（凸部）をＸ軸又はＹ軸方向を中心に回動させることができるので、コンタクタ８が試料Ｓの表面と接触した状態を保つことが出来る。

また、図５に示すように、ジンバル機構部１３の上部にコンタクタ８を回動自在に支持する上ジンバル機構部１４を設け、コンタクタ８の回動支点を２箇所としたので、コンタクタ８の回動支点を１箇所とした場合と比べ、試料表面接触部８ａの当接位置にずれが生ずることが無く、当接位置のずれに起因した試料Ｓの表面粗さや平面度の影響等を受けることも無いため、試料Ｓの傾斜による計測結果の誤差をより好適に防ぐことが出来る。

なお、本発明は上記実施形態に限られるものではない。例えば、上記コンタクタ８及びジンバル機構部１３、上ジンバル機構部１４にかえて、図８に示すように、回動支点としての板ばね１５の下端部にコンタクタ８及び試料表面接触部８ａを、上端部に圧子基準部８ｂをコンタクタ８と別に設け、圧子４により試料Ｓに荷重が負荷されて試料Ｓの表面が変形しても、板ばね１５のたわみにより、試料表面接触部８ａが当接状態を保つようにしてもよい。また、板ばね１５にかえてベアリング等を用いたものであっても良い。

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。

本発明に係る押込み試験機を一部断面視した側面図である。 本発明に係る押込み試験機のレバー部分を示す上面図である。 本発明に係る押込み試験機の要部構成を示すブロック図である。 本発明に係る押込み試験機の荷重レバーの一端側の構造の拡大図であり、（ａ）は図２のIV（ａ）−IV（ａ）断面図、（ｂ）は図２のIV（ｂ）−IV（ｂ）断面図、（ｃ）は荷重レバーの一端側の底面図である。 図４に示す荷重レバーの一端側の構造の変形例を示す拡大図である。 圧子が負荷する荷重により試料が傾斜した状態を説明する説明図である。 図４に示すジンバル機構部１３及びコンタクタ８の変形例であり、（ａ）は側面を、（ｂ）は正面を、（ｃ）は底面を示す図である。 本発明に係るコンタクタ及びジンバル機構にかえて、板ばねを用いた場合を模式的に示す図である。

符号の説明

１ 押込み深さ計測機構
３ 荷重レバー
４ 圧子
５ 圧子変位センサ
５ａ 変位センサ可動部（圧子連動部）
５ｂ 変位センサ固定部（圧子位置検出部）
６ 第１フォースモータ（荷重レバー駆動部）
７ 基準レバー
８ コンタクタ（圧子基準部）
８ａ 試料表面接触部（凸部）
１０ 第２フォースモータ（基準レバー駆動部）
１３ ジンバル機構部
１３ａ 回動支持部（第２回動支持部）
１３ｂ 回動支持部（第１回動支持部）
１４ 上ジンバル機構部
１４ａ、ｂ 第１、第２上回動支持部（上回動支持部）
１００ 押込み試験機（材料試験機）
２００ 制御部
２１０ ＣＰＵ（測定手段）
２３０ 記憶部
２３２ 試料表面基準測定プログラム（測定手段）
Ｓ 試料

Claims (5)

1. 回動可能に軸支される荷重レバーと、この荷重レバーの一端側における下部に備えられた圧子と、前記荷重レバーの上部に備えられ前記圧子と連動する圧子連動部と、前記荷重レバーの他端側に備えられ当該荷重レバーを回動させる荷重レバー駆動部と、前記荷重レバーとほぼ同じ軸心を有するように回動可能に軸支される基準レバーと、この基準レバーの一端側における下部に備えられ前記圧子の先端部の位置基準となる圧子基準部と、前記圧子基準部の上部に備えられ前記圧子連動部の変位量を検出する圧子位置検出部と、前記圧子基準部を試料表面に当接させた状態から前記荷重レバーを回動させて、試料表面に当接させた前記圧子を前記試料に押し付けた際の押し込み深さ量を、前記圧子位置検出部が前記圧子連動部の変位量を検出することによって測定する測定手段と、を備えた押込み深さ計測機構において、
   前記圧子基準部は、
   前記圧子の先端部を中心とする同心円上に等間隔で配置され、試料表面に当接する複数の試料表面接触部を備え、
   前記圧子の軸方向と直交する方向を中心軸として、前記圧子基準部を回動自在に支持する回動支持部を備えることを特徴とする押込み深さ計測機構。
2. 請求項１記載の押込み深さ計測機構において、
   前記試料表面接触部は、前記回動支持部の中心軸及び前記圧子の軸の双方に直交する軸上に、等間隔で２つ配置されていることを特徴とする押込み深さ計測機構。
3. 請求項１記載の押込み深さ計測機構において、
   前記回動支持部の前記中心軸及び前記圧子の軸の双方に直交する方向を中心軸として、前記圧子基準部を回動自在に支持する第２回動支持部を備え、
   前記試料表面接触部は、前記同心円上に等間隔で３つ配置されていることを特徴とする押込み深さ計測機構。
4. 請求項１記載の押込み深さ計測機構において、
   前記回動支持部の上方に、当該回動支持部の前記中心軸と同一方向を中心軸として、前記圧子基準部を回動自在に支持する上回動支持部を備えることを特徴とする押込み深さ計測機構。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の押込み深さ計測機構を備えたことを特徴とする材料試験機。

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