JP6033702B2 - Hardness tester and constant pressure unit mechanism - Google Patents
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Description
本発明は、硬さ試験機、及び当該硬さ試験機に備えられる定圧ユニット機構に関する。 The present invention relates to a hardness tester and a constant pressure unit mechanism provided in the hardness tester.
従来、圧子を用いて試料の表面に試験力を負荷し、くぼみを形成させることによって試料の硬さを測定する硬さ試験機が知られている。
上記のような硬さ試験機として、所定の試験力で圧子を試料に押し付ける際に、圧子が試料に押し込まれて侵入する深さ(圧子が試料に形成するくぼみの深さ)を計測し、当該計測された押込み深さに基づいて硬さを算出するロックウェル硬さ試験機が知られている。
また、所定の試験力で圧子を試料に押し付けて形成したくぼみの対角線の長さを計測し、当該計測された対角線の長さに基づいて硬さを算出するビッカース硬さ試験機が知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a hardness tester that measures the hardness of a sample by applying a test force to the surface of the sample using an indenter and forming a recess is known.
As a hardness tester as described above, when the indenter is pressed against the sample with a predetermined test force, the depth at which the indenter is pushed into the sample and enters (the depth of the indentation formed on the sample by the indenter) is measured. A Rockwell hardness tester that calculates hardness based on the measured indentation depth is known.
Also known is a Vickers hardness tester that measures the length of a diagonal line of a depression formed by pressing an indenter against a sample with a predetermined test force, and calculates the hardness based on the measured diagonal length. Yes.
また、試験方法が異なる硬さ試験、即ち、押込み深さに基づいて硬さを算出する試験(例えば、ロックウェル硬さ試験)とくぼみの寸法に基づいて硬さを算出する試験(例えば、ビッカース硬さ試験)との両方を1台で行うことができる硬さ試験機が知られている(例えば、特許文献1、2参照)。
また、押込み深さに基づいて硬さを算出する試験であり、ISO14577に規定されている計装化押込み試験を精度よく行うことができる硬さ試験機が知られている(例えば、特許文献3参照)。
Also, hardness tests with different test methods, ie, a test for calculating hardness based on indentation depth (eg, Rockwell hardness test) and a test for calculating hardness based on indentation dimensions (eg, Vickers) A hardness tester capable of performing both of (hardness test) and a single machine is known (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
Also, a hardness tester that is a test for calculating the hardness based on the indentation depth and that can accurately perform the instrumented indentation test defined in ISO14577 is known (for example, Patent Document 3). reference).
しかしながら、上記した3つの試験を1台で行うことができる硬さ試験機は実現されていない。上記特許文献1、2記載の硬さ試験機において計装化押込み試験を行う場合、機枠ひずみや、機枠及び試料の温度ドリフトの影響を強く受けるため、精度よく試験を行うことができないという問題点がある。
一方、上記特許文献3記載の硬さ試験機において、形成されたくぼみの寸法を測定する装置を取り付けることで、計装化押込み試験を含む試験方法の異なる硬さ試験(例えば、計装化押込み試験とビッカース硬さ試験)を行うことはできるが、高価であるという問題点がある。
However, a hardness tester that can perform the above-described three tests with one unit has not been realized. When performing an instrumented indentation test in the hardness tester described in
On the other hand, in the hardness tester described in
本発明は、計装化押込み試験を含む試験方法の異なる硬さ試験を行うことができ、且つ安価である硬さ試験機、及び当該硬さ試験機に備えられる定圧ユニット機構を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a hardness tester that can perform hardness tests with different test methods including an instrumented indentation test and is inexpensive, and a constant pressure unit mechanism provided in the hardness tester. Objective.
請求項1に記載の発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、
圧子と、
前記圧子に試験力を負荷し、前記圧子を試料の表面に押し込む試験力負荷手段と、
前記試験力負荷手段により前記試料の表面に押し込まれた前記圧子の侵入量を検出する侵入量検出手段と、
前記試験力負荷手段により前記圧子が前記試料の表面に押し込まれて形成されたくぼみの寸法を検出するくぼみ寸法検出手段と、
前記侵入量検出手段により検出された前記圧子の侵入量に基づいて前記試料の硬さを算出する第1の硬さ算出手段と、
前記くぼみ寸法検出手段により検出された前記くぼみの寸法に基づいて前記試料の硬さを算出する第2の硬さ算出手段と、
前記侵入量検出手段が前記圧子の侵入量を検出する際の基準面を有する基準部と、
前記試料を保持可能な試料保持部を有し、前記基準部の基準面に前記試料又は前記試料保持部を定圧で押し付ける定圧ユニットと、
前記定圧ユニットを上下方向に移動させる上下装置と、を備え、
前記定圧ユニットは、
前記試料保持部の上方への移動を規制する上規制部を有し、前記試料保持部を上下方向に移動可能に支持する支持部と、
前記試料及び前記試料保持部を上方に付勢する弾性部材と、を備えるとともに、
前記上下装置により上方に移動されて前記基準部の基準面に前記試料又は前記試料保持部が押し付けられた際に、前記試料保持部と前記上規制部との間に上下方向の隙間が生じるように形成されていることを特徴とする。
The invention described in claim 1 has been made to achieve the above object,
With an indenter,
A test force loading means for applying a test force to the indenter and pushing the indenter into a surface of a sample;
An intrusion amount detecting means for detecting an intrusion amount of the indenter pushed into the surface of the sample by the test force loading means;
Indentation size detecting means for detecting the size of an indentation formed by pushing the indenter into the surface of the sample by the test force loading means;
First hardness calculation means for calculating the hardness of the sample based on the intrusion amount of the indenter detected by the intrusion amount detection means;
Second hardness calculating means for calculating the hardness of the sample based on the size of the recess detected by the recess size detecting means;
A reference portion having a reference surface when the intrusion amount detecting means detects the intrusion amount of the indenter;
A constant pressure unit having a sample holding part capable of holding the sample, and pressing the sample or the sample holding part at a constant pressure against a reference surface of the reference part;
An elevating device that moves the constant pressure unit in the up and down direction,
The constant pressure unit is
A support part that has an upper restricting part that restricts the upward movement of the sample holding part, and supports the sample holding part so as to be movable in the vertical direction;
An elastic member that urges the sample and the sample holding portion upward, and
When the sample or the sample holding part is pressed against the reference surface of the reference part by being moved upward by the lifting device, a vertical gap is generated between the sample holding part and the upper restricting part. It is characterized by being formed.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の硬さ試験機において、
前記試料保持部は、上面に前記試料を載置可能であり、
前記弾性部材は、前記試料保持部を下面側から付勢し、
前記基準部の基準面に前記試料が定圧で押し付けられることを特徴とする。
The invention according to
The sample holder is capable of placing the sample on the upper surface,
The elastic member urges the sample holder from the lower surface side,
The sample is pressed against the reference surface of the reference portion with a constant pressure.
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の硬さ試験機において、
前記試料保持部は、
前記試料を上下方向に移動可能に収納する収納部と、
前記収納部の上端に設けられ、前記試料の上方への移動を規制する試料規制部と、を有し、
前記弾性部材は、前記試料を下面側から付勢し、
前記基準部の基準面に前記試料が定圧で押し付けられることを特徴とする。
The invention according to
The sample holder is
A storage section for storing the sample movably in the vertical direction;
A sample restricting portion that is provided at an upper end of the storage portion and restricts the upward movement of the sample;
The elastic member urges the sample from the lower surface side,
The sample is pressed against the reference surface of the reference portion with a constant pressure.
請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の硬さ試験機において、
前記試料保持部は、
前記試料を上下方向に移動可能に収納する収納部と、
前記収納部の上端に設けられ、前記試料の上方への移動を規制する試料規制部と、を有し、
前記弾性部材は、前記試料を下面側から付勢し、
前記基準部の基準面に前記試料規制部が定圧で押し付けられることを特徴とする。
The invention according to
The sample holder is
A storage section for storing the sample movably in the vertical direction;
A sample restricting portion that is provided at an upper end of the storage portion and restricts the upward movement of the sample;
The elastic member urges the sample from the lower surface side,
The sample restricting portion is pressed against the reference surface of the reference portion with a constant pressure.
請求項5に記載の発明は、請求項1に記載の硬さ試験機において、
前記試料保持部は、上面に前記試料を載置可能であり、
前記弾性部材は、前記試料保持部を側方から支持して上方に付勢し、
前記基準部の基準面に前記試料が定圧で押し付けられることを特徴とする。
The invention according to
The sample holder is capable of placing the sample on the upper surface,
The elastic member supports the sample holder from the side and urges it upward,
The sample is pressed against the reference surface of the reference portion with a constant pressure.
請求項6に記載の発明は、定圧ユニット機構において、
圧子の侵入量を検出する際の基準面を有する基準部と、
試料を保持可能な試料保持部を有し、前記基準部の基準面に前記試料又は前記試料保持部を定圧で押し付ける定圧ユニットと、を備え、
前記定圧ユニットは、
前記試料保持部の上方への移動を規制する上規制部を有し、前記試料保持部を上下方向に移動可能に支持する支持部と、
前記試料及び前記試料保持部を上方に付勢する弾性部材と、を備えるとともに、
前記基準部の基準面に前記試料又は前記試料保持部が押し付けられた際に、前記試料保持部と前記上規制部との間に上下方向の隙間が生じるように形成されていることを特徴とする。
The invention according to
A reference portion having a reference surface for detecting the indentation amount of the indenter;
A sample holding unit capable of holding a sample, and a constant pressure unit that presses the sample or the sample holding unit to a reference surface of the reference unit with a constant pressure,
The constant pressure unit is
A support part that has an upper restricting part that restricts the upward movement of the sample holding part, and supports the sample holding part so as to be movable in the vertical direction;
An elastic member that urges the sample and the sample holding portion upward, and
When the sample or the sample holding part is pressed against the reference surface of the reference part, a vertical gap is formed between the sample holding part and the upper restricting part. To do.
本発明によれば、くぼみの寸法に基づいて硬さを算出する試験を行うことができる。また、押込み試験時に、試料又は試料保持部は基準部の基準面に押し付けられ、押込み深さ測定の基準が試料の表面となるので、機枠ひずみや機枠ひずみの非線形性、機枠のヒステリシスの影響を排除することができる。また、押込み試験時は、試料保持部と支持部の上規制部との間に隙間があり、弾性部材の剛性は試験機本体や基準部より十分小さいので、試料、試料保持部、試験機本体などの力の経路に関わる部分が温度変動により伸縮した場合であっても、基準部の基準面に試料を押し付ける力が定圧となり、押込み深さ測定の安定性を保つことができる。従って、計装化押込み試験を含む試験方法の異なる硬さ試験を行うことができ、且つ安価である硬さ試験機を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to perform a test for calculating the hardness based on the size of the recess. Also, during the indentation test, the sample or sample holder is pressed against the reference surface of the reference part, and the indentation depth measurement reference is the surface of the sample. The influence of can be eliminated. Also, during the indentation test, there is a gap between the sample holding part and the upper restriction part of the support part, and the rigidity of the elastic member is sufficiently smaller than the test machine body and the reference part, so the sample, sample holding part, test machine body Even when a portion related to a force path such as this is expanded or contracted due to temperature fluctuation, the force pressing the sample against the reference surface of the reference portion becomes a constant pressure, and the stability of the indentation depth measurement can be maintained. Therefore, it is possible to provide a hardness tester that can perform hardness tests with different test methods including an instrumented indentation test and is inexpensive.
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明において、図中のX方向を左右方向とし、Y方向を前後方向とし、Z方向を上下方向とする。また、X−Y面を水平面とする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the X direction in the figure is the left-right direction, the Y direction is the front-rear direction, and the Z direction is the up-down direction. The XY plane is a horizontal plane.
硬さ試験機1は、例えば、圧子4aの平面形状が矩形状に形成されたビッカース硬さ試験機であり、図1〜図4に示すように、荷重アーム2と、試験力発生部3と、先端部に圧子4aを備える圧子軸4と、対物レンズ5と、ターレット6と、圧子軸変位検出部7と、試料ステージ8と、ステージ昇降部9と、定圧ユニット10と、撮像部20と、等を備えて構成されている。なお、硬さ試験機1では、図3に示す制御部100により、各部の動作制御が行われる。
The hardness tester 1 is, for example, a Vickers hardness tester in which the planar shape of the
荷重アーム2は、前端部が回動軸21により硬さ試験機1の試験機本体1aに回動自在に軸支されている。荷重アーム2の下面側には、コイルばね等の弾性部材により弾性支持される荷重軸22が備えられている。
また、荷重アーム2の後端部には、荷重アーム2を作動させる電磁力を発生させる第1フォースモータ31が接続されている。荷重アーム2は、第1フォースモータ31の動作に伴い、回動軸21を中心として時計回り下方向に回動する。そして、この荷重アーム2の下方向への回動に伴って、荷重軸22を介して圧子軸4に所定の荷重が作用し、圧子軸4は軸下方向に移動する。そして、圧子軸4の先端部に備えられた圧子4aが、試料Sに対して所定の試験力で押し付けられる。
即ち、荷重アーム2は、圧子4aに所定の試験力を伝達する機能を有する。
The
A
That is, the
試験力発生部3は、荷重アーム2の後端部に設けられ、荷重アーム2を電磁力により回動させて圧子4aに所定の試験力(第1の試験力)を負荷する第1フォースモータ31と、圧子軸4の上端部に設けられ、圧子軸4を電磁力により軸下方向に移動させて圧子4aに所定の試験力(第1の試験力よりも小さい第2の試験力)を負荷する第2フォースモータ32と、を備えて構成される。
第1フォースモータ31及び第2フォースモータ32は、例えば、フォースコイルと、フォースコイルに対向するように固定された固定磁石と、等を備えて構成されている。第1フォースモータ31及び第2フォースモータ32は、制御部100から入力される制御信号に従って、固定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フォースコイルに流れる電流と、の電磁誘導により発生する力(電磁力)を発生させる。
そして、第1フォースモータ31は、発生させた電磁力により荷重アーム2を回動させて圧子4aに試験力を負荷し、圧子4aを試料Sの表面に押し込む。即ち、第1フォースモータ31は、本発明の試験力負荷手段として機能する。
The
The
Then, the
圧子軸4は、試験力発生部3の動作により、下方に設けられた試料台11上に載置された試料Sに向けて移動され、先端部に備えた圧子4aを試料Sの表面に所定の試験力で押し付ける。圧子4aが試料Sを所定の試験力で押圧することにより、試料Sの表面にくぼみが形成される。
圧子4aは、例えば、ビッカース用の四角錐圧子(対面角が136±0.5°)や、計装化押込み試験用の圧子などを使用することができ、使用目的に応じて適宜交換することができる。
The
As the
対物レンズ5は、撮像部20に付随するレンズ部であり、ターレット6の下面に保持されている。対物レンズ5は、図2に示すように、ターレット6(ターレット本体61)を回転させて対物レンズ5を撮像部20に対応する配置に切り替えた際に、撮像部20による試料Sの撮像を可能とする。
The
ターレット6は、下面に圧子軸4及び対物レンズ5を取り付け可能に構成され、回転軸6aにより試験機本体1aに回転自在に軸支されている。なお、圧子軸4は、圧子軸保持部41を介してターレット6に取り付けられるようになっている。そして、ターレット6が、回転軸6aを中心に回転することによって、圧子軸4及び対物レンズ5の何れか一つを試料Sの上方に配置可能なように構成されている。即ち、例えば、圧子軸4を試料Sの上方に配置することで試料Sの表面にくぼみを形成することができ、対物レンズ5を試料Sの上方に配置することで形成されたくぼみを観察することができるようになっている。
The
圧子軸保持部41は、圧子軸ベース41aと、圧子軸4に沿うように圧子軸ベース41a上に備えられた圧子軸ガイド41bと、圧子軸ガイド41bから水平方向に延出する板ばね41cと、を備えて構成されている。圧子軸4は、板ばね41cにより弾性支持され、試料台11の試料Sの載置面、特に、試料台11上に載置された試料Sの表面(上面)に対して垂直となるように備えられている。また、圧子軸ベース41aの下面には、圧子軸変位検出部7が圧子4aの侵入量を検出する際の基準面を有する基準部としての押込み深さ測定基準部71が取り付けられている。
そして、図1に示すように、ターレット6(ターレット本体61)を回転させて圧子軸4を荷重軸22に対応する配置に切り替えることにより、荷重アーム2の回動に伴い荷重軸22が下方へ移動する動作の作用力を圧子軸4に伝達することが可能となる。これにより、圧子4aを試料Sに押し当て、押し込むことが可能となる。
The indenter
1, the turret 6 (turret body 61) is rotated to switch the
また、圧子軸ベース41a上には、圧子軸4の変位量を検出する圧子軸変位検出部7が備えられている。
圧子軸変位検出部7は、例えば、所定の間隔の目盛が刻まれたスケールと、そのスケールの目盛を光学的に読み取るリニアエンコーダとからなり、圧子4aが試料Sに押し込まれる際の圧子軸4の変位量(即ち、試料Sに押し込まれた圧子4aの侵入量(押込み深さ))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制御部100に出力する。
即ち、圧子軸変位検出部7は、試料Sの表面に押し込まれた圧子4aの侵入量を検出する侵入量検出手段として機能する。
An indenter
The indenter shaft
In other words, the indenter
押込み深さ測定基準部71は、圧子軸ベース41aの下面に取り付けられており、圧子軸4の先端部に備えられた圧子4aの先端部の上下方向の位置基準となる部材である。また、押込み深さ測定基準部71は、中央部に圧子4aを挿通可能な孔部71aを備え、底面視においてドーナツ円形状を有している。また、押込み深さ測定基準部71の下面の孔部71a近傍には、下方に向けて突出した試料表面接触部71bが備えられている。この試料表面接触部71bの下面は、圧子軸4に垂直な面(水平面)となるように形成されている。そして、この試料表面接触部71bの下面が試料Sの表面に当接した状態で押込み試験を行うことで、当該試料表面接触部71bの下面(試料Sの表面)を基準面として圧子軸変位検出部7により圧子4aの侵入量を検出することができる。
なお、押込み深さ測定基準部71は、圧子4aの交換時やビッカース硬さ試験を行うとき等に取り外すことができるように、ねじ等により着脱可能に取り付けられている。
The indentation depth
The indentation depth
試料ステージ8は、ターレット6に対向するように配置され、上面に定圧ユニット10を載置可能に構成されている。試料ステージ8は、例えば、水平面上を移動可能なXYステージであり、制御部100が出力する制御信号に応じて駆動する駆動機構部(図示省略)により駆動され、定圧ユニット10を圧子4aの移動方向(上下方向)に垂直な方向(水平方向)に移動させる。なお、本実施形態では、例えば、ビッカース硬さ試験を行う際には、試料ステージ8上に定圧ユニット10を載置せず、試料ステージ8上に試料Sを直接載置することもある。
ステージ昇降部(上下装置)9は、試料ステージ8の下面側に設けられ、制御部100が出力する制御信号に応じて駆動され、試料ステージ8及び定圧ユニット10を上下方向に移動させる。
The
The stage lifting / lowering unit (up / down device) 9 is provided on the lower surface side of the
定圧ユニット10は、試料Sを保持可能な試料保持部としての試料台11と、試料台11を上下方向に移動可能に支持する試料保持部支持部としての定圧ユニットケース12と、試料台ガイド13と、試料Sを上方に付勢する弾性部材としての押さえばね14と、を備えて構成されている。
試料台11は、略角柱状の部材により形成され、上面に試料Sを載置することができるようになっている。また、試料台11は、下端部側に凹部11aが形成されている。
定圧ユニットケース12は、試料ステージ8の上面に載置され、転がりとして機能する試料台ガイド13を介して試料台11を上下方向に移動可能に側方から支持している。また、定圧ユニットケース12は、試料台11の凹部11aに収容された押さえばね14を介して試料台11を下面側から支持している。また、定圧ユニットケース12の上端部には、試料台11の上方への移動を規制する上規制部(試料保持部規制部)12aが設けられている。
押さえばね14は、試料台11に対して、上方から負荷される試験力よりも大きな力で、下面側から付勢している。なお、押さえばね14の剛性は、試験機本体1aや押込み深さ測定基準部71より十分小さいものとなっている。
即ち、定圧ユニット10は、通常時は、図1及び図2に示すように、押さえばね14の付勢力により、試料台11の肩部11bが定圧ユニットケース12の上規制部12aに押し付けられた状態となっている。また、定圧ユニット10は、ステージ昇降部9により試料Sを押込み深さ測定基準部71の試料表面接触部71bの下面に押し付けた際に、押さえばね14の付勢力により試料Sを定圧で押し付ける。
The
The
The constant
The holding
That is, in the
撮像部20は、顕微鏡部20aと、顕微鏡部20aに取り付けられたCCDカメラ20b(図3参照)と、試料Sの観察位置を照らす照明装置(図示省略)と、等を備えて構成されており、定圧ユニット10上の試料Sの表面に形成されたくぼみの撮像を行う。そして、撮像部20(CCDカメラ20b)は、撮像したくぼみの画像データを制御部100に出力する。
The
制御部100は、図3に示すように、CPU101と、RAM102と、記憶部103と、を備えて構成され、記憶部103に記憶された所定のプログラムが実行されることにより、所定の硬さ試験を行うための動作制御等を行う機能を有する。
CPU101は、記憶部103に格納された処理プログラム等を読み出して、RAM102に展開して実行することにより、硬さ試験機1全体の制御を行う。
RAM102は、CPU101により実行された処理プログラム等を、RAM102内のプログラム格納領域に展開するとともに、入力データや上記処理プログラムが実行される際に生じる処理結果等をデータ格納領域に格納する。
記憶部103は、例えば、プログラムやデータ等を記憶する記録媒体(図示省略)を有しており、この記録媒体は、半導体メモリ等で構成されている。また、記憶部103は、CPU101が硬さ試験機1全体を制御する機能を実現させるための各種データ、各種処理プログラム、これらプログラムの実行により処理されたデータ等を記憶する。
As shown in FIG. 3, the
The
The
The
例えば、CPU101は、所定の試験力(荷重)で圧子4aを試料Sに作用させるため、第1フォースモータ31及び第2フォースモータ32の駆動を制御する制御信号を第1フォースモータ31及び第2フォースモータ32に出力する。
For example, the
また、CPU101は、第1の硬さ算出手段として、圧子軸変位検出部7から入力された圧子軸変位信号に基づいて、試料Sの硬さを算出する。具体的には、この第1の硬さ算出手段は、試料Sに押し込まれた圧子4aの侵入量(押込み深さ)に基づいて、試料Sの硬さを測定する。
In addition, the
また、CPU101は、くぼみ寸法検出手段として、圧子4aが試料Sの表面に押し込まれて形成されたくぼみの寸法を検出する。具体的には、このくぼみ寸法検出手段は、撮像部20から入力されたくぼみの画像データに所定の画像処理を施すなどしてくぼみの画像データを解析し、くぼみの寸法を自動計測してくぼみの対角線の長さを算出する。
Further, the
また、CPU101は、第2の硬さ算出手段として、くぼみ寸法検出手段により検出されたくぼみの寸法に基づいて、試料Sの硬さを算出する。具体的には、この第2の硬さ算出手段は、圧子4aが試料Sの表面に押し込まれて形成されたくぼみの対角線の長さに基づいて、試料Sの硬さを測定する。
Further, the
次に、本実施形態に係る硬さ試験機1における硬さ試験を行う際の動作について説明する。
まず、計装化押込み試験時の動作について説明する。
Next, the operation | movement at the time of performing the hardness test in the hardness tester 1 which concerns on this embodiment is demonstrated.
First, the operation during the instrumentation indentation test will be described.
まず、圧子軸4に計装化押込み試験用の圧子4aを取り付け、圧子軸ベース41aの下面に、押込み深さ測定基準部71を取り付ける。
次に、定圧ユニット10を試料ステージ8の上面に取り付け、定圧ユニット10の試料台11上に試料Sを載置する。
次に、ターレット6を回転して対物レンズ5を試料Sの上方に配置させ、ステージ昇降部9を駆動させて焦点を合わせる。次いで、撮像部10により試料Sの表面を観察し、試料ステージ8を駆動させて所望の試験位置に配置させる。
次に、ターレット6を回転して圧子軸4を試料Sの上方(荷重軸22下)に配置させる(図1参照)。
次に、ステージ昇降部9を駆動させて上昇させ、試料Sを押込み深さ測定基準部71の試料表面接触部71bの下面(基準面)に押し当てる。これにより、試料Sが温度変動により伸縮した場合であっても、その伸縮分をステージ昇降部9の駆動量で自動的に調整することができるので、基準面に試料Sを押し付ける力を定圧とすることができる。そして、更にステージ昇降部9を駆動させて上昇させ、試料表面接触部71bにより上昇を制限される試料台11と、上昇する定圧ユニットケース12の上規制部12aと、の間に隙間P1を生じさせる(図4参照)。このとき、試料台11の上面と定圧ユニットケース12の上面とが略面一となるようになっている。即ち、定圧ユニット10は、ステージ昇降部9により上方に移動されて押込み深さ測定基準部71の試料表面接触部71bの下面に試料Sが押し付けられた際に、試料台11と上規制部12aとの間に上下方向の隙間P1が生じるように形成されている。
次に、制御部100により第1フォースモータ31を駆動させて、荷重アーム2を下方向へと回動させる。この荷重アーム2の下方向への回動に伴い、荷重軸22が押圧されて軸下方向へと移動し、荷重軸22と当接する圧子軸4が軸下方向へと移動する。そして、圧子軸4の先端部に備えられた圧子4aが、所定の試験力で試料Sに押し込まれる。また、試験力を微小に調整したい場合には、制御部100により第2フォースモータ32を駆動させて、圧子軸4に対して微小な試験力を負荷させる。
次に、圧子5が試料Sにくぼみを形成している際の圧子軸6の変位量(押込み深さ)が圧子軸変位検出部20により検出され、当該検出された変位量に基づく圧子軸変位信号が制御部100に出力される。そして、制御部100は、入力された圧子軸変位信号に基づいて、試料Sの硬さや様々な材料特性を算出する。
連続して押込み試験を行う場合は、ステージ昇降部9を駆動させて下降させ、押込み深さ測定基準部71と試料Sとの接触状態を解消する。
そして、ターレット6を回転して対物レンズ5を試料Sの上方に配置させ、ステージ昇降部9を駆動させて焦点を合わせる。次いで、撮像部10により試料Sの表面を観察し、試料ステージ8を駆動させて所望の試験位置に配置させる。以下、上記の処理を繰り返すことにより、所望する全ての試験位置において押込み試験が行われる。
First, an
Next, the
Next, the
Next, the
Next, the
Next, the
Next, a displacement amount (indentation depth) of the
When performing the indentation test continuously, the
Then, the
次に、ビッカース硬さ試験時の動作について説明する。
まず、圧子軸4にビッカース硬さ試験用の圧子4aを取り付ける。次いで、試料ステージ8上に試料Sを載置する。なお、ここでの説明では、試料ステージ8上に定圧ユニット10を載置せず、試料Sを直接載置するものとする。
次に、ターレット6を回転して対物レンズ5を試料Sの上方に配置させ、ステージ昇降部9を駆動させて焦点を合わせる。次いで、撮像部10により試料Sの表面を観察し、試料ステージ8を駆動させて所望の試験位置に配置させる。
次に、ターレット6を回転して圧子軸4を試料Sの上方(荷重軸22下)に配置させる。
次に、制御部100により第1フォースモータ31を駆動させて、荷重アーム2を下方向へと回動させる。この荷重アーム2の下方向への回動に伴い、荷重軸22が押圧されて軸下方向へと移動し、荷重軸22と当接する圧子軸4が軸下方向へと移動する。そして、圧子軸4の先端部に備えられた圧子4aが、所定の試験力で試料Sに押し込まれ、くぼみが形成される。また、試験力を微小に調整したい場合には、制御部100により第2フォースモータ32を駆動させて、圧子軸4に対して微小な試験力を負荷させる。
次に、ターレット6を回転して対物レンズ5を試料Sの上方に配置させ、ステージ昇降部9を駆動させて焦点を合わせる。次いで、撮像部10により試料Sの表面を撮像し、試料Sに形成されたくぼみの画像データを制御部100に出力する。そして、制御部100は、入力された画像データを解析し、ビッカース硬さ試験用の圧子4aにより形成された略四角形のくぼみの対角線の長さを算出し、算出された対角線の長さに基づいて試料Sの硬さを算出する。
Next, the operation during the Vickers hardness test will be described.
First, an
Next, the
Next, the
Next, the
Next, the
以上のように、本実施形態に係る硬さ試験機1は、圧子4aに試験力を負荷し、圧子4aを試料Sの表面に押し込む第1フォースモータ31と、第1フォースモータ31により試料Sの表面に押し込まれた圧子4aの侵入量を検出する圧子軸変位検出部7と、第1フォースモータ31により圧子4aが試料Sの表面に押し込まれて形成されたくぼみの寸法を検出するくぼみ寸法検出手段(CPU61)と、圧子軸変位検出部7により検出された圧子4aの侵入量に基づいて試料Sの硬さを算出する第1の硬さ算出手段(CPU61)と、くぼみ寸法検出手段により検出されたくぼみの寸法に基づいて試料Sの硬さを算出する第2の硬さ算出手段(CPU61)と、圧子軸変位検出部7が圧子4aの侵入量を検出する際の基準面を有する押込み深さ測定基準部71と、試料Sを保持可能な試料台11を有し、押込み深さ測定基準部71の基準面(試料表面接触部71bの下面)に試料Sを定圧で押し付ける定圧ユニット10と、定圧ユニット10を上下方向に移動させるステージ昇降部9と、を備える。また、硬さ試験機1は、定圧ユニット10は、試料台11の上方への移動を規制する上規制部12aを有し、試料台11を上下方向に移動可能に支持する定圧ユニットケース12と、試料Sを上方に付勢する押さえばね14と、を備えるとともに、ステージ昇降部9により上方に移動されて押込み深さ測定基準部71の基準面に試料Sが押し付けられた際に、試料台11と上規制部12aとの間に上下方向の隙間P1が生じるように形成されている。
従って、本実施形態に係る硬さ試験機1によれば、くぼみの長さに基づいて硬さを算出する試験(例えば、ビッカース硬さ試験)を行うことができる。また、押込み試験時に、試料Sは押込み深さ測定基準部71の基準面に押し付けられ、押込み深さ測定の基準が試料Sの表面となるので、機枠ひずみや機枠ひずみの非線形性、機枠のヒステリシスの影響を排除することができる。また、押込み試験時は、試料台11と定圧ユニットケース12の上規制部12aとの間に隙間P1があり、押さえばね14の剛性は試験機本体1aや押込み深さ測定基準部71より十分小さいので、試料S、試料台11、試験機本体1aなどの力の経路に関わる部分が温度変動により伸縮した場合であっても、押込み深さ測定基準部71の基準面に試料Sを押し付ける力が定圧となり、押込み深さ測定の安定性を保つことができる。従って、計装化押込み試験を含む試験方法の異なる硬さ試験を行うことができ、且つ安価である硬さ試験機を提供することができる。
As described above, the hardness tester 1 according to the present embodiment loads the test force on the
Therefore, according to the hardness testing machine 1 which concerns on this embodiment, the test (for example, Vickers hardness test) which calculates hardness based on the length of a hollow can be performed. In addition, during the indentation test, the sample S is pressed against the reference surface of the indentation depth
以上、本発明に係る実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。 As mentioned above, although concretely demonstrated based on embodiment which concerns on this invention, this invention is not limited to the said embodiment, It can change in the range which does not deviate from the summary.
(変形例1)
例えば、図5に示す例では、実施形態と比べ、試料Sの構成及び定圧ユニット10の構成が異なっている。なお、説明の簡略化のため、実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
具体的には、図5に示す例では、試料として樹脂材料S11の中に金属製の試料片S12が埋め込まれた樹脂埋め込み試料S1を使用している。なお、樹脂埋め込み試料S1は、試料片S12の水平方向の幅が、試料表面接触部71bの水平方向の幅以上となるように形成される。
変形例1に係る定圧ユニット10Aは、試料Sを保持可能な試料保持部としての試料ホルダ15と、定圧ユニットケース12と、試料台ガイド13と、押さえばね14と、を備えて構成されている。
試料ホルダ15は、樹脂埋め込み試料S1及び樹脂埋め込み試料S1の下面側に載置された押さえばね14を収納する収納部151を備えている。また、試料ホルダ15は、定圧ユニットケース12により試料台ガイド13を介して上下方向に移動可能に外方(側方)から支持されている。また、試料ホルダ15の収納部151の上端部には、定圧ユニットケース12により押さえばね14を介して下面側から支持される樹脂埋め込み試料S1の上面側を係止して上方への移動を規制する試料規制部15aが設けられている。
定圧ユニット10Aは、通常時は、図5に示すように、押さえばね14の付勢力により、樹脂埋め込み試料S1を介して、試料ホルダ15の肩部15bが定圧ユニットケース12の上規制部12aに押し付けられた状態となっている。そして、実施形態と同様、ステージ昇降部9を駆動させて上昇させ、樹脂埋め込み試料S1の試料片S12を押込み深さ測定基準部71の試料表面接触部71bの下面(基準面)に押し付け、試料表面接触部71bにより上昇を制限される試料ホルダ15と、上昇する定圧ユニットケース12と、の間に隙間P1を生じさせる。
(Modification 1)
For example, in the example illustrated in FIG. 5, the configuration of the sample S and the configuration of the
Specifically, in the example shown in FIG. 5, a resin-embedded sample S1 in which a metal sample piece S12 is embedded in a resin material S11 is used as a sample. The resin-embedded sample S1 is formed so that the horizontal width of the sample piece S12 is equal to or larger than the horizontal width of the sample
The
The
As shown in FIG. 5, the
以上のように、変形例1に係る硬さ試験機1の定圧ユニット10Aは、樹脂埋め込み試料S1の上方への移動を規制する試料規制部15aを有するとともに、樹脂埋め込み試料S1を側方から支持する試料ホルダ15と、樹脂埋め込み試料S1を下面側から上方に付勢する押さえばね14と、を備え、押込み深さ測定基準部71の基準面に樹脂埋め込み試料S1を定圧で押し付ける。従って、変形例1に係る硬さ試験機1によれば、温度変動で樹脂材料S11に伸縮が起こった場合であっても、押さえばね14の付勢力により樹脂埋め込み試料S1を上方に押し上げることができるので、押込み深さ測定基準部71の基準面に樹脂埋め込み試料S1を押し付ける力が定圧となり、押込み深さ測定の安定性を保つことができる。
As described above, the
(変形例2)
また、図6に示す例では、変形例1と比べ、押込み深さ測定基準部71の形状が異なっている。なお、説明の簡略化のため、実施形態及び変形例1と同様の構成については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
具体的には、変形例2に係る押込み深さ測定基準部72は、実施形態及び変形例1に係る押込み深さ測定基準部71の試料表面接触部71bと比べ、試料表面接触部72bの水平方向の幅が広くなるように形成されている。
従って、変形例2に係る硬さ試験機1で押込み試験を行う場合、試料表面接触部72bの下面(基準面)は、樹脂埋め込み試料S1の表面ではなく、試料ホルダ15の試料規制部15aと接触することとなる。即ち、変形例2に係る硬さ試験機1によれば、定圧ユニット10Aは、基準面に試料規制部15aを定圧で押し付けるので、基準面が樹脂埋め込み試料S1と直接接触することがなくなり、表面に凹凸のある樹脂埋め込み試料S1に対しても押込み試験を行うことが可能となる。
(Modification 2)
In the example shown in FIG. 6, the shape of the indentation depth
Specifically, the indentation depth
Therefore, when the indentation test is performed by the hardness tester 1 according to the modified example 2, the lower surface (reference surface) of the sample
(変形例3)
また、図7に示す例では、実施形態と比べ、定圧ユニット10の構成が異なっている。なお、説明の簡略化のため、実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
具体的には、変形例3に係る定圧ユニット10Bは、試料台11Bと、定圧ユニットケース12Bと、を備えて構成されている。
試料台11Bは、略矩形状の板状部材により形成され、上面に試料Sを載置することができるようになっている。また、試料台11Bの周端面には、下端から水平方向に突出した突部111Bが形成されている。
定圧ユニットケース12Bは、試料ステージ8上に載置される下端部121Bと、下端部121Bの上面に載置されるばね支持部122Bと、一端部がばね支持部122Bに固定され、他端部が試料台11Bに固定される弾性部材としてのダイヤフラムばね123Bと、ばね支持部122Bの上面に載置される上規制部124Bと、を備えて構成されている。ここで、ダイヤフラムばね123Bは、試料台11Bを側方から支持して上方に付勢するようになっている。
定圧ユニット10Bは、通常時は、図7(A)に示すように、ダイヤフラムばね123Bの付勢力により、試料台11Bの突部111Bが定圧ユニットケース12Bの上規制部124Bに押し付けられた状態となっている。そして、実施形態と同様、ステージ昇降部9を駆動させて上昇させ、図7(B)に示すように、試料Sを押込み深さ測定基準部71の試料表面接触部71bの下面(基準面)に押し付け、試料表面接触部71bにより上昇を制限される試料台11Bと、上昇する定圧ユニットケース12Bと、の間に隙間P2を生じさせる。
従って、変形例3に係る硬さ試験機1によれば、試料台11Bを側方から支持して上方に付勢するダイヤフラムばね123Bを備えるので、試料台11Bを下面側からではなく、側方から付勢することができることとなって、定圧ユニット10Bの高さを低くすることができる。
(Modification 3)
Moreover, in the example shown in FIG. 7, the structure of the
Specifically, the
The
The constant
As shown in FIG. 7A, the
Therefore, according to the hardness tester 1 according to the modified example 3, since the
(その他の変形例)
例えば、上記実施形態では、ビッカース硬さ試験を行う際に、試料ステージ8上に定圧ユニット10を載置せず、試料Sを直接載置する構成を例示して説明しているが、これに限定されるものではない。即ち、押込み深さ測定基準部71を圧子軸ベース41aの下面に取り付けるとともに、定圧ユニット10を試料ステージ8上に載置した状態で、ビッカース硬さ試験を行うことも可能である。即ち、ビッカース硬さ試験を行う場合、押込み深さ測定基準部71及び定圧ユニット10は、取り付けられていても取り付けられていなくてもよい。
(Other variations)
For example, in the above embodiment, when performing the Vickers hardness test, the configuration in which the sample S is directly placed without placing the
また、上記実施形態では、ビッカース硬さ試験を行うことができる硬さ試験機に、押込み深さ測定基準部71及び定圧ユニット10からなる定圧ユニット機構を取り付けることで、計装化押込み試験を行うことを可能としているが、これに限定されるものではない。例えば、計装化押込み試験を行うことができる硬さ試験機であって、圧子軸変位検出部7の位置が固定されているものに対して、定圧ユニット10を取り付けることで、押込み深さ測定の安定性を保つことができる。
即ち、押込み深さ測定基準部71及び定圧ユニット10からなる定圧ユニット機構は、ビッカース硬さ試験を行うことができる硬さ試験機に取り付けることもできるし、計装化押込み試験を行うことができる硬さ試験機であって、圧子軸変位検出部7の位置が固定されているものに対しても取り付けることができる。
Moreover, in the said embodiment, an instrumentation indentation test is performed by attaching the constant pressure unit mechanism which consists of the indentation depth measurement reference |
That is, the constant pressure unit mechanism including the indentation depth
また、上記実施形態では、試験力発生部3として、第1フォースモータ31を例示して、電磁力で試験力を制御できる機構に本発明を適用するようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、フォースモータの代わりに重錘を利用して、重量を調整することで試験力を切り替える機構に本発明を適用してもよい。
また、上記実施形態では、荷重アーム2を回動させて圧子4aに試験力を負荷する構成を例示して説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、荷重アーム2を設けずに、圧子軸4に直接試験力を負荷する構成に本発明を適用してもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the
Moreover, although the said embodiment demonstrated and demonstrated the structure which rotates the
その他、硬さ試験機を構成する各装置の細部構成及び各装置の細部動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。 In addition, the detailed configuration of each device constituting the hardness tester and the detailed operation of each device can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
1 硬さ試験機
1a 試験機本体
2 荷重アーム
21 回動軸
22 荷重軸
3 試験力発生部
31 第1フォースモータ(試験力負荷手段)
32 第2フォースモータ
4 圧子軸
4a 圧子
41 圧子軸保持部
41a 圧子軸ベース
41b 圧子軸ガイド
41c 板ばね
5 対物レンズ
6 ターレット
6a 回転軸
7 圧子軸変位検出部(侵入量検出手段)
71、72 押込み深さ測定基準部(基準部)
71a、72a 孔部
71b、72b 試料表面接触部
8 試料ステージ
9 ステージ昇降部(上下装置)
10、10A、10B 定圧ユニット
11、11B 試料台(試料保持部)
11a 凹部
11b、111B 肩部
12、12B 定圧ユニットケース(支持部)
12a、124B 上規制部
13 試料台ガイド
14 押さえばね(弾性部材)
121B 下端部
122B ばね支持部
123B ダイヤフラムばね(弾性部材)
15 試料ホルダ(試料保持部)
151 収納部
15a 試料規制部
15b 突部
20 撮像部
20a 顕微鏡部
20b CCDカメラ
100 制御部
101 CPU
102 RAM
103 記憶部
S 試料
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
32
71, 72 Indentation depth measurement reference part (reference part)
71a,
10, 10A, 10B
12a, 124B
15 Sample holder (sample holder)
151
102 RAM
103 Storage unit S Sample
Claims (6)
前記圧子に試験力を負荷し、前記圧子を試料の表面に押し込む試験力負荷手段と、
前記試験力負荷手段により前記試料の表面に押し込まれた前記圧子の侵入量を検出する侵入量検出手段と、
前記試験力負荷手段により前記圧子が前記試料の表面に押し込まれて形成されたくぼみの寸法を検出するくぼみ寸法検出手段と、
前記侵入量検出手段により検出された前記圧子の侵入量に基づいて前記試料の硬さを算出する第1の硬さ算出手段と、
前記くぼみ寸法検出手段により検出された前記くぼみの寸法に基づいて前記試料の硬さを算出する第2の硬さ算出手段と、
前記侵入量検出手段が前記圧子の侵入量を検出する際の基準面を有する基準部と、
前記試料を保持可能な試料保持部を有し、前記基準部の基準面に前記試料又は前記試料保持部を定圧で押し付ける定圧ユニットと、
前記定圧ユニットを上下方向に移動させる上下装置と、を備え、
前記定圧ユニットは、
前記試料保持部の上方への移動を規制する上規制部を有し、前記試料保持部を上下方向に移動可能に支持する支持部と、
前記試料及び前記試料保持部を上方に付勢する弾性部材と、を備えるとともに、
前記上下装置により上方に移動されて前記基準部の基準面に前記試料又は前記試料保持部が押し付けられた際に、前記試料保持部と前記上規制部との間に上下方向の隙間が生じるように形成されていることを特徴とする硬さ試験機。 With an indenter,
A test force loading means for applying a test force to the indenter and pushing the indenter into a surface of a sample;
An intrusion amount detecting means for detecting an intrusion amount of the indenter pushed into the surface of the sample by the test force loading means;
Indentation size detecting means for detecting the size of an indentation formed by pushing the indenter into the surface of the sample by the test force loading means;
First hardness calculation means for calculating the hardness of the sample based on the intrusion amount of the indenter detected by the intrusion amount detection means;
Second hardness calculating means for calculating the hardness of the sample based on the size of the recess detected by the recess size detecting means;
A reference portion having a reference surface when the intrusion amount detecting means detects the intrusion amount of the indenter;
A constant pressure unit having a sample holding part capable of holding the sample, and pressing the sample or the sample holding part at a constant pressure against a reference surface of the reference part;
An elevating device that moves the constant pressure unit in the up and down direction,
The constant pressure unit is
A support part that has an upper restricting part that restricts the upward movement of the sample holding part, and supports the sample holding part so as to be movable in the vertical direction;
An elastic member that urges the sample and the sample holding portion upward, and
When the sample or the sample holding part is pressed against the reference surface of the reference part by being moved upward by the lifting device, a vertical gap is generated between the sample holding part and the upper restricting part. A hardness tester characterized in that it is formed.
前記弾性部材は、前記試料保持部を下面側から付勢し、
前記基準部の基準面に前記試料が定圧で押し付けられることを特徴とする請求項1に記載の硬さ試験機。 The sample holder is capable of placing the sample on the upper surface,
The elastic member urges the sample holder from the lower surface side,
The hardness tester according to claim 1, wherein the sample is pressed against the reference surface of the reference portion at a constant pressure.
前記試料を上下方向に移動可能に収納する収納部と、
前記収納部の上端に設けられ、前記試料の上方への移動を規制する試料規制部と、を有し、
前記弾性部材は、前記試料を下面側から付勢し、
前記基準部の基準面に前記試料が定圧で押し付けられることを特徴とする請求項1に記載の硬さ試験機。 The sample holder is
A storage section for storing the sample movably in the vertical direction;
A sample restricting portion that is provided at an upper end of the storage portion and restricts the upward movement of the sample;
The elastic member urges the sample from the lower surface side,
The hardness tester according to claim 1, wherein the sample is pressed against the reference surface of the reference portion at a constant pressure.
前記試料を上下方向に移動可能に収納する収納部と、
前記収納部の上端に設けられ、前記試料の上方への移動を規制する試料規制部と、を有し、
前記弾性部材は、前記試料を下面側から付勢し、
前記基準部の基準面に前記試料規制部が定圧で押し付けられることを特徴とする請求項1に記載の硬さ試験機。 The sample holder is
A storage section for storing the sample movably in the vertical direction;
A sample restricting portion that is provided at an upper end of the storage portion and restricts the upward movement of the sample;
The elastic member urges the sample from the lower surface side,
The hardness tester according to claim 1, wherein the sample restricting portion is pressed against the reference surface of the reference portion with a constant pressure.
前記弾性部材は、前記試料保持部を側方から支持して上方に付勢し、
前記基準部の基準面に前記試料が定圧で押し付けられることを特徴とする請求項1に記載の硬さ試験機。 The sample holder is capable of placing the sample on the upper surface,
The elastic member supports the sample holder from the side and urges it upward,
The hardness tester according to claim 1, wherein the sample is pressed against the reference surface of the reference portion at a constant pressure.
試料を保持可能な試料保持部を有し、前記基準部の基準面に前記試料又は前記試料保持部を定圧で押し付ける定圧ユニットと、を備え、
前記定圧ユニットは、
前記試料保持部の上方への移動を規制する上規制部を有し、前記試料保持部を上下方向に移動可能に支持する支持部と、
前記試料及び前記試料保持部を上方に付勢する弾性部材と、を備えるとともに、
前記基準部の基準面に前記試料又は前記試料保持部が押し付けられた際に、前記試料保持部と前記上規制部との間に上下方向の隙間が生じるように形成されていることを特徴とする定圧ユニット機構。 A reference portion having a reference surface for detecting the indentation amount of the indenter;
A sample holding unit capable of holding a sample, and a constant pressure unit that presses the sample or the sample holding unit to a reference surface of the reference unit with a constant pressure,
The constant pressure unit is
A support part that has an upper restricting part that restricts the upward movement of the sample holding part, and supports the sample holding part so as to be movable in the vertical direction;
An elastic member that urges the sample and the sample holding portion upward, and
When the sample or the sample holding part is pressed against the reference surface of the reference part, a vertical gap is formed between the sample holding part and the upper restricting part. Constant pressure unit mechanism.
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