JP6248877B2

JP6248877B2 - 硬さ試験機

Info

Publication number: JP6248877B2
Application number: JP2014189632A
Authority: JP
Inventors: 和裕松下; 貴浩關
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2014-01-27
Filing date: 2014-09-18
Publication date: 2017-12-20
Anticipated expiration: 2034-09-18
Also published as: JP2015158478A

Description

この発明は、複数の圧子を備えた硬さ試験機に関する。

材料の硬さを評価するための試験として、ビッカース圧子を使用するビッカース硬さ試験（ＪＩＳＺ２２４４）や、ヌープ圧子を使用するヌープ硬さ試験（ＪＩＳＺ２２５１）がある。この２つの試験は、所定の試験力で圧子を試料に押し込んだときに形成されたくぼみの対角線長さからくぼみの大きさを測定し、試料の硬さを算出している。このため、この２つの試験は、圧子を試料に押し込む負荷機構や試料表面を観察する光学系などの機構に関して、同様のものを使用できる。したがって、ビッカース圧子とヌープ圧子をターレットに配置し、ターレットを回転させて試験に使用する圧子を切り替えることで、ビッカース硬さ試験とヌープ硬さ試験のいずれにも対応できる硬さ試験機が提案されている（特許文献１参照）。

このように２つの異なる圧子をターレットに配置できる硬さ試験機では、圧子を付け替えることなく異なる試験を行うことができる。一方で、いずれの圧子で試験を行う場合でも、予定した試験位置で試験を行うためには、圧子を試料に押し込んだときに形成されたくぼみの中心と、くぼみを観察する対物レンズの中心位置とが一致するように、基準となる第１の圧子に対して、倍率の異なる複数の対物レンズおよび第２の圧子の位置を調整する必要がある。しかしながら、このようなターレットにおける圧子間の位置調整をユーザ側で正確に行うことは容易ではない。このため、特許文献１の硬さ試験機では、予め記憶させた第１の圧子の中心位置と第２の圧子の中心位置のずれ量から、各圧子の中心位置を示すマークを表示させ、そのマークと対物レンズの中心位置とが一致するように試料を載置するＸＹステージを移動させる構成を採用し、圧子間のずれ量や圧子と対物レンズ間のずれ量を調整するようにしている。

特開２０１３−２０５０１８号公報

特許文献１の硬さ試験機では、ターレットでの第１の圧子に対する第２の圧子の位置調整は行われない。このため、圧子間のずれ量が大きいと、例えば、第１の圧子で試験を行った後、次の試験を第２の圧子で行ったときに、くぼみを自動読み取りさせるべくターレットを回転させて高倍率の対物レンズを試料に対向させても、くぼみが視野外となってしまうことがある。このような場合は、ＸＹステージを移動させてくぼみを探さなければならない。したがって、複数の圧子間の位置調整を行っておく必要があるが、この位置調整のための操作が煩雑となることが多い。

また、オペレータが複数の圧子間の位置調整を行うときに、ある１の圧子の位置に対して、他の圧子を動かす方向や移動量の把握が容易に行えない場合もある。このような場合には、必要以上に位置調整に時間がかかることとなる。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、複数の圧子間の位置調整を容易に行うことが可能な硬さ試験機を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、先端側に圧子が接続された圧子軸を有する複数の圧子ユニットと、複数の対物レンズと、前記複数の圧子ユニットと前記複数の対物レンズとが配設された回転部材と、を備え、試料に前記圧子を押し込むことにより形成されたくぼみのサイズに基づいて試料の硬さを計測する硬さ試験機であって、前記複数の圧子ユニットの少なくとも一つは、前記圧子軸の先端平面に前記圧子の試料への押し込み側とは逆側の端面を当接させた状態で当該圧子が固定部材により固定される圧子保持部材と、付勢力を前記圧子軸の径方向から前記圧子軸に与える向きで前記圧子保持部材に等間隔で配設され前記圧子保持部材の外側から操作される複数の付勢部材を有し、前記圧子保持部材を前記回転部材の回転軸に垂直な平面において移動させることにより、前記圧子軸の負荷方向に垂直な平面における前記圧子の位置を調整する位置調整機構と、を備え、前記圧子保持部材を、前記付勢部材の付勢力により前記圧子軸に係合させることにより前記圧子を前記回転部材に取り付けることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記複数の圧子ユニットは、前記回転部材に接続され、前記圧子軸の傾斜を調整する傾き調整機構を備える。

請求項３に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記付勢部材は、バネにより付勢された球体を備えるボールプランジャである。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の発明において、前記複数の対物レンズのいずれかにより拡大された試料表面を撮影する撮影手段と、前記撮影手段から入力された試料表面の画像を表示する表示部と、前記表示部に表示される前記画像における前記複数の対物レンズのいずれかの視野中心と前記圧子により試料表面に形成されたくぼみの中心との位置関係に基づいて、前記付勢部材の操作方向および操作量を前記表示部に表示する表示制御部をさらに備える。

請求項５に記載の発明は、先端側に第１圧子が接続された圧子軸を有する第１圧子ユニットと、先端側に前記第１圧子ユニットにおける第１圧子とは異なる第２圧子が接続された圧子軸を有する第２圧子ユニットと、複数の対物レンズと、前記第１圧子ユニット、前記第２圧子ユニットおよび前記複数の対物レンズとが配設された回転部材と、を備え、試料に前記圧子を押し込むことにより形成されたくぼみのサイズに基づいて前記試料の硬さを計測する硬さ試験機であって、前記第２圧子ユニットは、前記圧子軸の先端平面に前記第２圧子の前記試料への押し込み側とは逆側の端面を当接させた状態で当該第２圧子が固定部材により固定される圧子保持部材と、付勢力を前記圧子軸の径方向から前記圧子軸に与える向きで前記圧子保持部材に等間隔で配設され前記圧子保持部材の外側から操作される複数の付勢部材を有し、前記圧子保持部材を前記回転部材の回転軸に垂直な平面において移動させることにより、前記圧子軸の負荷方向に垂直な平面における前記第２圧子の位置を前記第１圧子の位置に対して調整する位置調整機構と、を備え、前記圧子保持部材を、前記付勢部材の付勢力により前記圧子軸に係合させることにより前記圧子を前記回転部材に取り付けることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記複数の対物レンズのいずれかにより拡大された試料表面を撮影する撮影手段と、前記撮影手段から入力された試料表面の画像を表示する表示部と、前記表示部に表示される前記画像における前記複数の対物レンズのいずれかの視野中心と前記第２圧子により試料表面に形成されたくぼみの中心との位置関係に基づいて、前記付勢部材の操作方向および操作量を前記表示部に表示する表示制御部と、をさらに備える。

請求項１から請求項６に記載の発明によれば、圧子軸の先端平面に圧子の試料への押し込み側とは逆側の端面を当接させた状態で当該圧子が固定部材により固定される圧子保持部材と、圧子保持部材に配設され、圧子保持部材を回転部材の回転軸に垂直な平面において移動させることにより、圧子軸の負荷方向に垂直な平面における圧子の位置を調整する位置調整機構とを備えることから、ユーザ側で圧子間の位置調整を容易に行うことが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、圧子軸の負荷方向に垂直な平面における圧子の位置を調整する位置調整機構とは別に圧子軸の傾斜を調整する傾き調整機構を備えることから、圧子の位置調整と圧子軸の傾き調整の相互の影響を低減することが可能となる。

請求項１および請求項３に記載の発明によれば、付勢力を利用することにより簡易な構成で圧子保持部材の圧子軸からの脱落を防止することができる。

請求項４および請求項６に記載の発明によれば、オペレータへの位置調整機構の操作に関する案内表示を表示部に表示させることから、オペレータが位置調整の操作を誤ることを防止し、圧子間の位置調整を容易かつ速やかに行うことが可能となる。

この発明の第１実施形態に係る硬さ試験機の正面概要図である。この発明に係る硬さ試験機の本体部１の右側面図である。ターレット４０に支持された圧子および対物レンズの配置を示す説明図である。圧子４１および圧子４７に対して試験力を付与するための負荷機構と、試験片に形成されたくぼみを観察するための光学系の概要図である。圧子４７の位置調整機構を説明する図である。圧子４１に対する圧子４７の位置調整を模式的に示す説明図である。この発明の第２実施形態に係る硬さ試験機の正面概要図である。表示部２１に表示されるオペレータへの位置調整機構の操作に関する案内表示の表示例を示す説明図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係る硬さ試験機の正面図である。また、図２は、この発明に係る硬さ試験機の本体部１の右側面図である。

この硬さ試験機は、本体部１に液晶ディスプレイなどのデジタル表示装置である表示部５５が接続された構成を有する。本体部１は、試料１００を載置するための載置台３２と、載置台３２の移動機構および入力表示部３９等から成る載置部５２と、圧子４１、対物レンズ４２、４３、ターレット４０および接眼レンズ３６等から成るくぼみ観察部５１と、載置部５２とくぼみ観察部５１を接続する接続部５３により構成されている。この接続部５３は、図２に示すように、側面視において略Ｃ型の形状を有する。そして、この接続部５３には、開口部５４が形成されている。

この載置部５２は、テーブル３１上部に配設された、試料１００を載置するための載置台３２を備える。載置台３２は、試料１００をＸ方向（図１における左右方向であり、図２における紙面に垂直な方向）およびＹ方向（図１における紙面に垂直な方向であり図２における左右方向）に移動させるためのものである。この載置台３２には、試料１００をＸ方向に移動させるためのマイクロメータ式のツマミ３３と、試料１００をＹ方向に移動させるためのマイクロメータ式のツマミ３４とが付設されている。この載置台３２はツマミ３３、３４を操作することにより移動する手動式のＸＹステージである。なお、載置台３２は電動式のＸＹステージであってもよい。また、載置台３２は、昇降ハンドル３５の作用により昇降する構成となっている。

テーブル３１の正面には、入力表示部３９が配設されている。この入力表示部３９は、タッチパネル式の液晶表示パネルから構成され、各種データを入力するための入力キーを表示するとともに、試験条件や計測結果などの各種データを表示する。この入力表示部３９は、入力手段および表示手段として機能する。

また、くぼみ観察部５１は、試料１００の表面の拡大画像を目視により観察するための接眼レンズ３６と、試料１００の表面の拡大画像を表示部５５に表示させるためのカメラ３７を備える。この接眼レンズ３６の側方には、接眼レンズ３６を利用して試料１００を観察する際に、ゲージを移動させるために使用される一対のツマミ３８が配設されている。カメラ３７は撮影した試料１００の表面をデジタル画像データとして表示部５５に出力する。

さらに、くぼみ観察部５１は、試料１００に一定の試験力で押し込まれる圧子４１、４７と、これらの圧子４１、４７に対して試験力を付与するための負荷機構と、複数の対物レンズ４２、４３と、これらの圧子４１および対物レンズ４２、４３等を支持して回転するターレット４０（図１参照）とを備える。このターレット４０は、ツマミ４６を操作することにより、鉛直方向を向く回転軸Ｃを中心に回転する。

上述した圧子４１は、例えば、試料１００に対してビッカース硬さ試験を実行するためのビッカース圧子であり、その先端は底辺が正方形の四角錐形状となっている。一方、上述した圧子４７は、例えば、試料１００に対してヌープ硬さ試験を実行するためのヌープ圧子であり、その先端は底辺が菱形の四角錐形状となっている。圧子４１と圧子４７の形状は上述と反対でもよい。なお、この硬さ試験機では、圧子４１、４７をその先端が球形のブリネル硬さ試験用のブリネル圧子に変更することも可能である。

図３は、ターレット４０に支持された対物レンズ等の配置を示す説明図である。

ターレット４０には、載置台３２上に載置された試料１００に押し込まれる圧子４１、４７が、後述する圧子ユニット９０をターレット４０に接続することにより配設されている。さらに、ターレット４０には、５倍の対物レンズ４２、１０倍の対物レンズ４３、４０倍の対物レンズ４４および１００倍の対物レンズ４５とが配設されている。これらの圧子４１、４７および対物レンズ４２、４３、４４、４５は、ターレット４０の回転軸Ｃを中心とした円上に配置されている。試料１００に形成されたくぼみのサイズにより、これらの対物レンズ４２、４３、４４、４５が選択的に使用される。なお、対物レンズ４２、４３、４４、４５の倍率および配設個数はこれに限定されるものではない。

図４は、圧子４１および圧子４７に対して試験力を付与するための負荷機構と、試料１００に形成されたくぼみを観察するための光学系の概要図である。なお、図４は、図３において一点鎖線で示す位置における断面を示している。

この硬さ試験機は、くぼみ観察部５１に圧子４１、４７の先端を試料１００に対して押し込むための試験力を圧子４１、４７に対して付与する負荷機構と、載置台３２上に載置された試料１００を照明するとともにくぼみを観察するための光学系とを備える。

図４に示すように、ターレット４０は、軸筒４８がベアリング４９を介して回転軸Ｃに接続されており、ツマミ４６を操作することにより、あるいは、図示を省略したモータの駆動により、鉛直方向を向く回転軸Ｃを中心に回転する。図４においては、ターレット４０の回転により圧子軸８６を介して圧子４７に試験力が与えられる場合、すなわち、圧子４７が図１に示す試料１００と対向する位置に配置されている場合を示している。圧子４１に対して試験力を付与する場合には、圧子４１が、図４に示す圧子４７の位置に配置される。

負荷機構は、水平方向を向く軸８１を中心に揺動可能なレバー８２を備える。レバー８２には、中空の押圧部８５が配設されている。この押圧部８５は、レバー８２の揺動に伴って、圧子４７に接続された圧子軸８６の端部に付設された当接部８７を押圧する構成となっている。また、レバー８２の一端には、このレバー８２の揺動に伴って移動する圧子軸８６の移動量を検出する差動トランス式の変位検出機構６０が接続されている。なお、この変位検出機構６０は、試料１００の表面の検出に使用される。すなわち、圧子４７を極めて小さい力で下降させたときの移動量を常に検出し、圧子４７の移動が停止したときに圧子４７の先端が試料１００の表面と当接したと判断している。

レバー８２の他端には、永久磁石８３が付設されている。この永久磁石８３の外部には、電磁コイル８４が配設されている。この永久磁石８３と電磁コイル８４とにより、ボイスコイルモータが構成される。このボイスコイルモータは、電磁式の負荷機構となり、電磁コイル８４に流れる電流を制御することにより、圧子軸８６の先端に配設された圧子４７による試料１００への試験力を制御することが可能となる。

圧子軸８６は、上下の板バネ６１を、板バネ支持部６２を介してターレット４０に接続したロバーバル構造により支持されており、負荷機構により与えられた試験力に応じて昇降可能となっている。なお、板バネ支持部６２はターレット４０に吊設されている。この板バネ支持部６２は、先端がターレット４０に当接するネジ部材６４を操作することにより、圧子軸８６の傾斜を調整する傾き調整部材として機能する。

圧子軸８６の先端は、板バネ６１および板バネ支持部６２を収容するケーシング６３を貫通しており、圧子ホルダ９１を介して圧子軸８６の先端に圧子４７が接続される。なお、負荷機構による試験力を伝達する当接部８７および圧子軸８６、圧子軸８６を支持する板バネ６１および板バネ支持部６２、圧子４７を圧子軸８６に接続する圧子ホルダ９１は、圧子ユニット９０を構成する。圧子軸８６の先端に圧子４１が配設される圧子ユニット９０も、同様の構成を有する。

光学系は、ＬＥＤ光源７１と、ＬＥＤ光源７１からの光を水平方向に導く光筒７２と、試料１００を上から照明するために光筒７２により導かれた光を押圧部８５の中空部に導光するとともに、試料１００の表面からの反射光をカメラ３７側に透過させるハーフミラー７３と、ハーフミラー７３を透過した試料１００の表面からの反射光を接眼レンズ３６およびカメラ３７に分割するハーフミラー７４とを備える。対物レンズ４２が図４における圧子軸８６の位置、すなわち試料１００に形成されたくぼみの観察位置に配置された場合には、試料１００の表面からの反射光が、対物レンズ４２、押圧部８５の中空部、ハーフミラー７３、７４を介して、接眼レンズ３６およびカメラ３７に入射する。これにより、接眼レンズ３６により試料１００の拡大像を観察することができるとともに、カメラ３７により撮影した拡大像を表示部５５に表示することができる。その他の対物レンズ４３、４４、４５がくぼみの観察位置に配置された場合も、対物レンズ４２による場合と同様である。

図５は、圧子４７の位置調整機構を説明する図である。図５（ａ）は、圧子ホルダ９１付近を拡大して示す斜視図である。図５（ｂ）は圧子ホルダ９１等の断面概要図である。

圧子４７は、圧子保持部材である圧子ホルダ９１によりターレット４０に配設される。この圧子ホルダ９１は、ターレット４０から延設された支持部材であるケーシング６３に形成された孔部を貫通する圧子軸８６に、後述するボールプランジャ９３を介して係合する。圧子ホルダ９１の内径は、圧子軸８６の外径よりやや大きい径となっている。すなわち、圧子ホルダ９１は、その内径と圧子軸８６との隙間の分だけ、ターレット４０の回転軸Ｃに垂直な平面において、すなわち、回転軸Ｃに垂直な平面内で移動可能となっている。

圧子ホルダ９１のケーシング６３側とは逆側の底部には、圧子４７の試料１００への押し込み側とは逆側端を挿入するための孔部が形成され、圧子ホルダ９１の側面には、圧子４７を圧子ホルダ９１に固定するための固定部材である固定ネジ９２が配設されている。図５（ｂ）に示すように、圧子軸８６の先端平面に、圧子４７の試料１００への押し込み側とは逆側の端面を当接させた状態で、固定ネジ９２で圧子ホルダ９１の側面を押圧することにより、圧子４７が圧子ホルダ９１に固定される。これにより、圧子４７が、圧子軸８６を介して伝達される試験力を受けることが可能な状態で圧子軸８６に接続される。

また、圧子ホルダ９１には、９０度の等間隔でボールプランジャ９３が４個螺合して配設されている。このボールプランジャ９３は、バネで付勢された球体を圧子軸８６に当接させることにより、付勢力を圧子軸８６の径方向から圧子軸８６に与える付勢部材である。ボールプランジャ９３は、バネのストローク範囲内であれば、対向する位置に配設されたボールプランジャ９３の一方を緩めた（圧子軸８６から離れる方向に操作した）場合でも、付勢力により圧子軸８６に対する保持力が維持できる。

このため、ボールプランジャ９３により負荷方向であるＺ方向での圧子ホルダ９１の位置が固定されるとともに、圧子ホルダ９１の圧子軸８６からの脱落が防止される。なお、付勢部材としては、圧子軸８６に対する保持力が維持できるものであれば、先端が球体でなくゴムなどであるバネ付押しネジや、バネが他の弾性部材で構成された押しネジなどを使用してもよい。また、この実施形態では、圧子ホルダ９１に、９０度の等間隔でボールプランジャ９３が４個配設されている例を示しているが、１２０度の等間隔でボールプランジャ９３を３個配設してもよい。

さらに、このボールプランジャ９３は、対向する位置に配設されたボールプランジャ９３を相互に操作することにより、圧子軸８６の負荷方向に垂直な平面における圧子４７の位置を調整する位置調整機構として機能する。上述したように、圧子４７は、圧子軸８６の先端平面に圧子４７の試料１００への押し込み側とは逆側の端面を当接させた状態であるとともに、圧子４７は圧子ホルダ９１に固定されている。

したがって、図５（ｂ）の対向する位置にあるボールプランジャ９３の一方を緩め、他方をねじ込むと、圧子ホルダ９１を図５（ｂ）に示すＸ方向（紙面左右方向）に移動させることができる。他の対向する位置に配設されたボールプランジャ９３を同様に操作すると、図５（ｂ）の紙面に垂直な方向に圧子ホルダ９１を移動させることができる。この圧子ホルダ９１の移動に伴い、圧子４７も試料１００への押し込み側とは逆側の端面が圧子軸８６の先端平面に当接した状態のまま同様に移動する。すなわち、圧子４７は圧子軸８６に当接しているだけで、圧子軸８６に固定されてはいないため、ボールプランジャ９３を操作することにより、圧子４７と圧子ホルダ９１とが一体的に移動する。このように、この実施形態では、ボールプランジャ９３により構成された位置調整機構により、圧子４７の圧子軸８６の負荷方向（Ｚ方向）に垂直な平面において、すなわち、圧子軸８６の負荷方向に垂直な平面内で、圧子４７の２方向の位置調整が可能である。

また、圧子ユニット９０において、圧子軸８６等が収容されているケーシング６３の外側の圧子ホルダ９１に位置調整機構を設けていることから、ボールプランジャ９３の操作がユーザ側から容易に行うことができ、ユーザ側で圧子間の位置調整を容易に行うことを可能としている。また、圧子軸８６の傾斜を調整する傾き調整機構と圧子４７の位置調整機構とを別に構成できることから、圧子軸８６の傾き調整が圧子４７の位置に影響を及ぼすことがなく、圧子４７の位置調整により圧子軸８６が傾斜することもない。

以上のような構成を有する硬さ試験機において、圧子４１により形成されたくぼみと、圧子４７により形成されたくぼみとが、くぼみ読取用の高倍率の対物レンズ（例えば、４０倍の対物レンズ４４）において、くぼみの計測が可能な視野内に形成されるように、圧子４１および圧子４７の相対的な位置を調整する手順について説明する。図６は、圧子４１に対する圧子４７の位置調整を模式的に示した説明図である。なお、図６（ａ）から（ｄ）の各矩形は、表示部５５に表示される対物レンズ４４の視野枠を示している。また、図６では、圧子４１（第１圧子）がビッカース試験用の圧子、圧子４７（第２圧子）がヌープ試験用の圧子である例を示している。

まず、圧子４１および圧子４７について、次のような手順で粗位置調整を行う。載置台３２の上の対物レンズ４４の視野中心の位置にピンを立て、圧子４１を負荷軸上にもってきた状態で圧子４１の先端とピンの先端との位置を傾き調整機構や位置調整機構を利用してオペレータが目視で合わせる。次にターレット４０を回転させて圧子４７を負荷軸上にもってきた状態で、圧子４７の先端がピンの先端の位置に合うように、圧子４１の場合と同様に圧子４７の位置調整をする。この粗位置調整により、例えば、圧子４１の軸心が対物レンズ４４の視野中心に合っている状態で、圧子４７によるくぼみも対物レンズ４４の視野内に入るようになる（図６（ｃ）参照）。なお、この粗位置調整は、くぼみの計測が可能なようにくぼみの全形状が対物レンズ４４の視野内に入ることを要求するほど高精度なものではない。

次に、圧子４１（第１圧子）を適当な試験力で試料１００に圧子４１を押し込む（図６（ａ）参照）。そして、この圧子４１を基準として、各対物レンズ４２、４３、４４、４５の視野中心を圧子４１によって試料１００に形成されたくぼみＶの中心に合わせる。なお、図６においては、対物レンズ４４の視野中心を十字破線で示している。各対物レンズ４２、４３、４４、４５は、ターレット４０における位置が調整できるように構成されており、順次試料１００に対向させて、各対物レンズ４２、４３、４４、４５の視野中心がくぼみＶの中心と合うように、対物レンズ４２、４３、４４、４５の位置を調整する（図６（ｂ）参照）。

次に、試料１００に圧子４７を対向させ、圧子４７を適当な試験力で試料１００に押し込んだ後に、くぼみ読取用の対物レンズ４４に切り替えて、圧子４７により形成されたくぼみＫ１の位置を確認する。図６（ｃ）に示す例では、くぼみＫ１の全体像が対物レンズ４４の視野内にないため、くぼみＫ１の計測ができずヌープ硬さを算出することができない。このような場合には、上述した圧子ホルダ９１に配設された４個のボールプランジャ９３を操作して、圧子４７の位置を、圧子４１により形成されるくぼみＶの中心にできるだけ一致するように調整する。すなわち、圧子４１、４７間の軸心を一致させるように調整する。

ボールプランジャ９３を操作することにより圧子４７の位置を移動させ後、再度、圧子４７を試料１００に押し込んで、形成されたくぼみＫ２の全体像が、対物レンズ４４の視野内にあるかどうかを確認する（図６（ｄ）参照）。圧子４７により形成されたくぼみＫ２の対物レンズ４４の視野枠での位置が、くぼみＫ２の計測が問題なく実行できる位置であれば、ボールプランジャ９３を操作して行う圧子４７の位置調整を終了する。なお、この図６（ｃ）、（ｄ）では、圧子４１、４７間の軸心を一致させる調整であることの説明の便宜上、試料１００の表面に圧子４１によるくぼみＶ、くぼみＫ１、くぼみＫ２が同一画面上に見えるかのごとく図示している。しかし、対物レンズ４４の視野中心は、圧子４１により形成されたくぼみＶの中心と一致するように先に調整されていることから、くぼみＫ１、Ｋ２を形成させるときには、圧子４１によるくぼみＶを形成させたものとは別の試料１００を用いて対物レンズ４４の視野中心に対して圧子４７のくぼみＫ１、Ｋ２の中心の位置との関係から、圧子４７の位置の調整状態を確認している。

図６を参照して説明した圧子４７の位置調整は、圧子４１または圧子４７を付け替えたときなど、圧子４１と圧子４７の相対的な位置関係にズレが生じたときに行えばよい。このように、圧子４１により形成されるくぼみと圧子４７により形成されるくぼみとが、くぼみの計測が可能な状態でくぼみ読取用の対物レンズ４４の同一視野内となるように、予め圧子４１の位置に対して圧子４７の位置を調整しておくことで、例えば、先にビッカース硬さ試験を行った後に、試料１００を入れ替えてヌープ硬さ試験を行う場合でも、ターレット４０を回転させて、試料１００に対向させる圧子を圧子４１から圧子４７に切り替えたときに、ヌープ硬さ試験用の圧子４７によるくぼみがくぼみ読取用の対物レンズ４４の視野外となることがない。このため、従来のように、くぼみの一部が視野外となったためにくぼみ全体を計測可能な位置に移動させる動作による中断がなく、圧子４７を押し込んでからくぼみの自動読取までの一連の動作を、スムーズに行うことができる。

上述した第１実施形態では、オペレータは、カメラ３７を介して表示部５５に表示される対物レンズ４４の視野枠でのくぼみＶ、Ｋ１、Ｋ２等の位置を確認しながら、各ボールプランジャ９３を操作しているが、カメラ３７および表示部５５はなくてもよい。カメラ３７および表示部５５がない場合には、オペレータは接眼レンズ３６を介して対物レンズ４４の視野枠でのくぼみＶ、Ｋ１、Ｋ２の位置を確認し、ボールプランジャ９３を操作することになる。なお、この第１実施形態では、カメラ３７と表示部５５を備えることで、オペレータが圧子４１、４７間の位置調整を行うときに、オペレータの視界が接眼レンズ３６に拘束されないため、ボールプランジャ９３の操作とくぼみＶ、Ｋ１、Ｋ２の位置の確認を容易に行うことができる。

図７は、この発明の第２実施形態に係る硬さ試験機の正面概要図である。なお、第１実施形態に係る硬さ試験機と同様の構成については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

この硬さ試験機は、本体部１と、表示部２１と入力部２２と筐体部２３からなるパーソナルコンピュータ２を備える。この硬さ試験機では、本体部１にパーソナルコンピュータ２を接続することで、表示部２１に、カメラ３７から入力された試料１００の表面の画像だけでなく、後述するオペレータへの位置調整機構の操作に関する案内表示を表示することが可能となっている。

表示部２１は、液晶ディスプレイなどのデジタル表示装置であり、表示部２１には、撮影手段としてのカメラ３７からパーソナルコンピュータ２に入力された試料１００の表面のデジタル画像データが表示される。筐体部２３には、ＲＡＭ、ＲＯＭなどの記憶装置やＣＰＵなどの演算装置が収容されており、筐体部２３は、この発明の表示制御部として機能する。

図８は、表示部２１に表示されるオペレータへの位置調整機構の操作に関する案内表示の表示例を示す説明図である。

図８に示す表示例では、カメラ３７から入力された試料１００の表面の画像を表示する画像表示領域２７と、オペレータに対して提供する圧子４７の位置調整に必要な情報を表示する操作案内表示領域２８とが設けられている。

対物レンズ４４により拡大された試料１００の表面の像は、カメラ３７により撮影された後にパーソナルコンピュータ２の筐体部２３に入力されると、表示部２１の画像表示領域２７にそのデジタル画像が表示される。図８の画像表示領域２７には、先に図６を参照して説明した、圧子４１の軸心に対する各対物レンズ４２、４３、４４、４５の位置調整が終わっている状態で、圧子４７を試料１００の表面に押し付けてくぼみＫ１を形成させた状態を示している。対物レンズ４４の視野中心からくぼみＫ１の中心までのＸ方向の距離ａとＹ方向の距離ｂは、画像データ上での両者間の距離と対物レンズ４４の拡大率や画像表示領域２７のＸ方向‐Ｙ方向の表示比率などから算出される。

操作案内表示領域２８には、図５に示すボールプランジャ９３の配置位置での圧子ホルダ９１の断面図を模式的に示し、各ボールプランジャ９３を締めるのか緩めるのかの操作方向を矢印で示すとともに、ボールプランジャ９３の操作量（回転量）をそれぞれ示している。ボールプランジャ９３は、外周部にねじ加工が施されており、そのねじ部分の寸法（ピッチ）は、ＪＩＳ（日本工業規格）などの規格で定められている。したがって、ねじ部分の寸法から圧子４７を移動させたい距離に応じたボールプランジャ９３の操作量（回転量）を、計算により求めることができる。

図８の表示例では、Ｘ方向に互いに対向するボールプランジャ９３の一方を１／ｍ回転締め、他方を１／ｍ回転緩めると、圧子軸８６に対して、圧子ホルダ９１が圧子４７とともにＸ方向に距離‐ａ移動し、Ｙ方向に互いに対向するボールプランジャ９３の一方を１／ｎ回転締め、他方を１／ｎ回転緩めると、圧子軸８６に対して、圧子ホルダ９１が圧子４７とともにＹ方向に距離‐ｂ移動することになる。なお、ｍ、ｎは整数であり、圧子４７を移動させたい距離に応じて定まる値となる。なお、ボールプランジャ９３の操作量の表示は、回転量を小数点表示することや、実際の距離（ｍｍ）を小数点表示するなど、他の表示態様であってもよい。

このように、この第２実施形態では、試料１００の表面の画像のみならず、各ボールプランジャ９３を締めるのか緩めるのかの操作方向に関する情報と、ボールプランジャ９３の操作量の情報とを、操作するボールプランジャ９３の位置に対応づけて案内することができる。オペレータは、表示部２１の操作案内表示領域２８に表示された情報に従って、各ボールプランジャ９３を操作する。これにより、オペレータは、ボールプランジャ９３の操作を誤ることがなく、速やかに圧子４７の軸心を対物レンズ４４視野中心と一致している圧子４１の軸心に近づけることが可能となる。

圧子４７の軸心が圧子４１の軸心に近づいたか否かの確認は、図６（ｄ）に示すように、再度、圧子４７を試料１００に押し込んで形成させ、画像表示領域２７に表示される画像上のくぼみＫ２の中心位置と対物レンズ４４の視野中心との位置関係をオペレータが目で確認することにより行う。

なお、上述した第２実施形態では、圧子保持部材である圧子ホルダ９１を移動させる方向であるボールプランジャ９３の操作方向と、圧子ホルダ９１の移動量に対応するボールプランジャ９３の操作量（回転量）の両方を表示部２１の操作案内表示領域２８に表示させているが、どちらか一方を表示させるようにしてもよい。

なお、上述した第１実施形態および第２実施形態では、圧子４１（第１圧子）の位置に対して圧子４７（第２圧子）の位置調整を行っているため、圧子４１を保持する圧子ホルダについては、ボールプランジャ９３を利用した位置調整機構が配設されていなくてもよい。また、圧子４１と圧子４７の圧子ホルダ９１が、ボールプランジャ９３を利用した位置調整機構が配設された同様のものであれば、圧子４１または圧子４７の交換頻度に応じて、一方の位置調整の基準となる第１圧子とし、他方を第１圧子に対して位置調整機構による位置調整を実行する第２圧子として扱えばよい。

また、上述した実施形態においては、ターレット４０に異なる２種類の圧子４１、４７を配設した例を示したが、ターレット４０に３つの圧子ユニット９０を接続して、３種類の異なる圧子を配設した場合でも、位置調整機構が配設された圧子ホルダ９１により各圧子を保持させることで、各圧子間の相互の位置関係を容易に調節することが可能である。

１本体部
２パーソナルコンピュータ
２１表示部
２２入力部
２３筐体部
２７画像表示領域
２８操作案内表示領域
３１テーブル
３２載置台
３３ツマミ
３４ツマミ
３５昇降ハンドル
３６接眼レンズ
３７カメラ
３９入力表示部
４０ターレット
４１圧子
４２対物レンズ
４３対物レンズ
４４対物レンズ
４５対物レンズ
４７圧子
５１くぼみ観察部
５２載置部
５３接続部
５４開口部
５５表示部
６０変位検出機構
６２板バネ支持部
６３ケーシング
８５押圧部
８６圧子軸
９０圧子ユニット
９１圧子ホルダ
９２固定ボルト
９３ボールプランジャ
１００試料
Ｃ回転軸

Claims

先端側に圧子が接続された圧子軸を有する複数の圧子ユニットと、複数の対物レンズと、前記複数の圧子ユニットと前記複数の対物レンズとが配設された回転部材と、を備え、試料に前記圧子を押し込むことにより形成されたくぼみのサイズに基づいて試料の硬さを計測する硬さ試験機であって、
前記複数の圧子ユニットの少なくとも一つは、
前記圧子軸の先端平面に前記圧子の試料への押し込み側とは逆側の端面を当接させた状態で当該圧子が固定部材により固定される圧子保持部材と、
付勢力を前記圧子軸の径方向から前記圧子軸に与える向きで前記圧子保持部材に等間隔で配設され前記圧子保持部材の外側から操作される複数の付勢部材を有し、前記圧子保持部材を前記回転部材の回転軸に垂直な平面において移動させることにより、前記圧子軸の負荷方向に垂直な平面における前記圧子の位置を調整する位置調整機構と、
を備え、
前記圧子保持部材を、前記付勢部材の付勢力により前記圧子軸に係合させることにより前記圧子を前記回転部材に取り付けることを特徴とする硬さ試験機。
請求項１に記載の硬さ試験機において、
前記複数の圧子ユニットは、前記回転部材に接続され、前記圧子軸の傾斜を調整する傾き調整機構を備える硬さ試験機。
請求項１に記載の硬さ試験機において、
前記付勢部材は、バネにより付勢された球体を備えるボールプランジャである硬さ試験機。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の硬さ試験機において、
前記複数の対物レンズのいずれかにより拡大された試料表面を撮影する撮影手段と、
前記撮影手段から入力された試料表面の画像を表示する表示部と、
前記表示部に表示される前記画像における前記複数の対物レンズのいずれかの視野中心と前記圧子により試料表面に形成されたくぼみの中心との位置関係に基づいて、前記付勢部材の操作方向および操作量を前記表示部に表示する表示制御部をさらに備える硬さ試験機。
先端側に第１圧子が接続された圧子軸を有する第１圧子ユニットと、先端側に前記第１圧子ユニットにおける第１圧子とは異なる第２圧子が接続された圧子軸を有する第２圧子ユニットと、複数の対物レンズと、前記第１圧子ユニット、前記第２圧子ユニットおよび前記複数の対物レンズとが配設された回転部材と、を備え、試料に前記第１圧子または前記第２圧子を押し込むことにより形成されたくぼみのサイズに基づいて前記試料の硬さを計測する硬さ試験機であって、
前記第２圧子ユニットは、
前記圧子軸の先端平面に前記第２圧子の前記試料への押し込み側とは逆側の端面を当接させた状態で当該第２圧子が固定部材により固定される圧子保持部材と、
付勢力を前記圧子軸の径方向から前記圧子軸に与える向きで前記圧子保持部材に等間隔で配設され前記圧子保持部材の外側から操作される複数の付勢部材を有し、前記圧子保持部材を前記回転部材の回転軸に垂直な平面において移動させることにより、前記圧子軸の負荷方向に垂直な平面における前記第２圧子の位置を前記第１圧子の位置に対して調整する位置調整機構と、
を備え、
前記圧子保持部材を、前記付勢部材の付勢力により前記圧子軸に係合させることにより前記圧子を前記回転部材に取り付けることを特徴とする硬さ試験機。
請求項５に記載の硬さ試験機において、
前記複数の対物レンズのいずれかにより拡大された試料表面を撮影する撮影手段と、
前記撮影手段から入力された試料表面の画像を表示する表示部と、
前記表示部に表示される前記画像における前記複数の対物レンズのいずれかの視野中心と前記第２圧子により試料表面に形成されたくぼみの中心との位置関係に基づいて、前記付勢部材の操作方向および操作量を前記表示部に表示する表示制御部と、
をさらに備える硬さ試験機。