JP2003130775A - 硬さ試験機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧子を試料に押し当てて試料の硬さを測定す
る硬さ試験機において、圧子、計測手段と試料の間隔の
調整を能率よく行なえるようにする。 【解決手段】圧子３２及び計測手段（対物レンズ３３、
３３、…）を備えたモニター部３に検知手段６を設置す
る。測定者が対物レンズ３３の焦点合わせ等のため、モ
ニター部３を手動操作で下降させる際、検知手段６が圧
子３２及び対物レンズ３３、３３、…と試料５の異常接
近もしくは接触を検知した場合、モニター部３は下降し
なくなるとともに、測定者に対して警告が発せられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、硬さ試験機に関
し、詳細には、微小硬さ試験機やビッカース硬さ試験機
のように、試料表面に形成されたくぼみの大きさから硬
さを計測する硬さ試験機に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４を参照して従来の硬さ試験機の構造
及びを用いた硬さ測定の手順を説明する。図４は従来の
ビッカース硬さを測定するための微小硬さ試験機（硬さ
試験機）１０１の概略を示す要部正面図である。硬さ試
験機１０１は、本体部２と、本体部２に上下自在に取り
付けられたモニター部３とを備えて形成される。

【０００３】本体部２は試料台５１と、図示しない操作
盤とを備えている。試料台５１は、本体部２に対して平
面方向に可動な形態で取り付けられており、試料台５１
の上面には硬さを測定する試料５、５、…が適宜数載置
される。試料台５１は測定者の操作及び図示しない制御
部１０による自動操作のいずれによっても作動し、試料
台５１上の試料５、５、…及び試料５上の硬さ測定位置
を選択するために適宜移動する。図示しない操作盤は、
測定者が硬さ試験機１０１の各構成要素を操作するため
のものである。

【０００４】モニター部３は図示しない昇降装置（変位
手段）４を介して本体部２に取り付けられており、試料
台５１に対する高さを上下自在に変える事ができる。昇
降装置４は図示しない制御部１０を介して上記操作盤と
接続しており、測定者による手動操作及び上記制御部１
０による自動操作のいずれによっても作動する。モニタ
ー部３にはターレット（回転体）３１が水平面上を回転
自在に取り付けられており、ターレット３１には圧子３
２及び対物レンズ（計測手段）３３、３３、…が同一円
周上に取り付けられている。ターレット３１は測定者の
操作により回転する。

【０００５】圧子３２は図示しない圧子取付台３４を介
してターレット３１に取り付けられる。圧子３２は正四
角錐型に形成されたダイヤモンドであり、モニター部３
の降下によって試料５表面に所定荷重で押し当てられ、
試料５表面上に圧痕を与える。対物レンズ３３、３３、
…は図示しない光学系やビデオ撮影装置等の観察手段と
着脱自在な状態で光学的に接続されており、上述のよう
にして形成された圧痕を解析するための拡大像を得る。

【０００６】硬さ試験機１０１を用いて試料５の硬さを
測定する手順を説明する。まず、硬さを測定する試料
５、５、…が適宜数試料台５１の上面に載置される。次
に、モニター部３の下降時に圧子３２が試料５表面の測
定位置に押し当てられるように、試料５の位置を、試料
台５１を本体部２上で水平方向に移動させることで調整
する。試料５の位置を調整した後、ターレット３１を回
転して試料５の測定位置に対物レンズ３３を設置する。
なお、ターレット３１には倍率の違う対物レンズ３３、
３３、…が備えられており、これらのなかから各々の測
定に適した対物レンズ３３が適宜選択、使用される。

【０００７】対物レンズ３３を設置した後、手動操作で
昇降装置４を動かして試料５表面と対物レンズ３３の間
隔を調整し、焦点合わせを行なう。焦点合わせ後、ター
レット３１を回転して硬さ測定位置に圧子３２を設置す
る。圧子３２を設置後、測定者は図示しない操作盤で圧
子３２が試料５に掛ける荷重、該荷重を掛ける時間を設
定した後、測定開始操作を行なう。測定開始操作によ
り、制御部１０による自動操作で昇降装置４が作動して
モニター部３が下降し、試料５表面に圧子３２を測定者
が設定した荷重と時間で押し当てる。押し当て後、モニ
ター部３を上昇させて試料５表面と圧子３２の間隔を押
し当て前の値に戻す。

【０００８】さらに、ターレット３１を回転して測定位
置に先に焦点合わせをした対物レンズ３３を設置して、
試料５表面に形成された圧痕を撮影する。測定者は得ら
れた圧痕の拡大像を解析し、該圧痕の対角線の長さから
圧痕の表面積を求め、試料５の測定位置における硬さの
値を、該表面積と試料５表面に掛けた荷重との比として
得る。さらに測定者は試料台５１を動かして試料５、
５、…における次の測定位置を圧子３２の位置にあわ
せ、引き続き硬さの測定を行なう。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の硬さ試験機１０
１を用いた硬さ測定では、試料５と圧子３２及び対物レ
ンズ３３の間隔を目視のみで監視して該間隔の調整を行
なっていた。この調整は試料５と圧子３２及び対物レン
ズ３３が異常に接近したり接触したりした状態でターレ
ット３１が回転したり、試料台５１が移動したりして試
料５、試料台５１、対物レンズ３３、圧子取付台３４等
の構成要素を破壊することがない様、細心の注意を要す
るので、多くの時間を要した。このため、従来の硬さ試
験機１０１を用いた硬さ測定では、数多くの試料５、
５、…もしくは測定位置において硬さ測定を行なう場合
に作業能率上障害となっていた。

【００１０】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であって、能率よくかつ確実に試料表面と圧子の隙間を
調整できる硬さ試験機を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、試料５表面に圧子３２を押
し当て、圧痕を形成させ、該圧痕を計測することで試料
５の硬さを測定する硬さ試験機１であって、前記試料５
を載置する試料台５１を備えた本体部２と、前記圧子３
２と、前記圧痕を計測するための計測手段（例えば対物
レンズ３３、３３、…）と、を備えたモニター部３と、
前記試料台５１と、前記モニター部３との間隔を変える
ための変位手段（例えば昇降装置４）と、前記本体部２
もしくは前記モニター部３に備えられ、前記圧子３２か
らほぼ所定方向かつ一定距離にある物体を検知するため
の検知手段６を備えることを特徴とする。

【００１２】請求項１記載の発明によれば、圧子に異常
接近もしくは接触しようとする試料等の物体を目視だけ
でなく自動的にも検知することができるので、圧子と試
料表面の間隔の調整を効率良く行なうことができる。ま
た、計測手段は圧子とともにモニター部に取り付けられ
ているので、検知手段に試料と圧子の間隔が分かれば試
料と計測手段の間隔も分かる。よって、計測手段の焦点
合わせを自動化することができ、硬さ測定の能率を更に
向上することができる。

【００１３】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、前記計測手段（例えば対物レン
ズ３３、３３、…）の前記試料５に対する距離合わせの
際に、前記検知手段６が物体を検知している状態では、
前記変位手段４が前記試料台５１と前記モニター部３と
の間隔を狭める方向へ作動することを禁止することを特
徴とする。

【００１４】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明に加えて、計測手段の焦点合わせの際、変
位手段の誤操作や暴走による回転体、試料台、計測手
段、圧子といった硬さ試験機の構成要素の破損を確実に
防ぐことができる。よって、計測者の目視のみで計測手
段の焦点合わせを行なう場合に比べ、安全に試料の硬さ
を測定することができる。

【００１５】請求項３記載の発明は、請求項１または２
に記載の硬さ試験機１において、前記圧子３２及び前記
計測手段３３、３３、…が、前記部モニター部３に対し
て回転自在に設置された回転体（例えばターレット３
１）を介して前記モニター部３に取り付けられていると
ともに、前記検知手段６が物体を検知している状態で
は、前記回転体３１の回転を禁止することを特徴とす
る。

【００１６】請求項３に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明に加えて、計測手段の焦点合わせや硬さ測
定の際、回転体の誤操作や暴走によって回転体、試料
台、計測手段、圧子といった硬さ試験機の構成要素の破
損を確実に防ぐことができる。よって、計測者が目視に
よる情報だけで硬さ試験機の操作を行なう場合に比べ
て、硬さ試験機の安全性を向上させることができる。

【００１７】請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の
いずれか記載の硬さ試験機１において、前記試料台５１
が前記本体部２上を水平方向に可動に設置されていると
ともに、前記検知手段６が物体を検知している状態で
は、前記試料台５１の移動を禁止することを特徴とす
る。

【００１８】請求項４に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明に加えて、計測手段の焦点合わせや硬さ測
定の際、試料台の誤操作や暴走によって回転体、試料
台、計測手段、圧子といった硬さ試験機の構成要素の破
損を確実に防ぐことができる。よって、計測者が目視に
よる情報だけで硬さ試験機の操作を行なう場合に比べ
て、硬さ試験機の安全性を向上させることができる。

【００１９】請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の
いずれか記載の硬さ試験機において、前記変位手段４を
測定者が操作している際に、前記検知手段６が物体を検
知している状態では、警報を発することを特徴とする。

【００２０】請求項５に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明と同様の効果を得るとともに、測定者は試
料台とモニター部との異常接近もしくは接触に容易に気
付くことができるので、硬さ試験機の操作を効率良く、
かつ安全に行なうことができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１〜３を参照して本発明に係る
硬さ試験機について説明する。図１は本発明に係る硬さ
試験機１の側面図であり、図２は本発明に係る硬さ試験
機１のモニター部３の底面図であり、図３は本発明にか
かる硬さ試験機１の用部構成を示すブロック図である。
本発明に係る硬さ試験機１は、本体部２と、本体部２に
上下自在に取り付けられたモニター部３と、制御部１０
とを備えて構成される。なお、本発明にかかる硬さ試験
機１の構成要素で、上述の従来の硬さ試験機１０１と共
通のものについては、同一の符号を付して詳細な説明を
省く。

【００２２】本発明に係る硬さ試験機１の制御部１０
は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ（ReadOnly Memory）、
ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）、昇降装置
制御機構、ターレット制御機構、試料台制御機構、画像
読取装置、表示装置、記憶装置等を備えて本体部２に備
えられ、昇降装置４、試料台５、検知手段６、ターレッ
ト３１等、硬さ試験機１を構成する各構成要素と接続さ
れている。制御部１０は上記各構成要素を制御したり、
硬さ試験に係る情報を処理したりする。

【００２３】また、本発明に係る硬さ試験機１のモニタ
ー部３には、検知手段６が備えられている。検知手段６
は投光部６１、受光部６２等を備えて構成され、圧子３
２及び対物レンズ３３、３３、…に異常接近もしくは接
触する物体を検知する。投光部６１は、受光部６２に向
けて、水平方向に所定幅を有するレーザー光Ｒを照射す
る。受光部６２は投光部６１から照射されたレーザー光
Ｒを受光する。投光部６１及び受光部６２は、該レーザ
ー光Ｒが圧子３２より所定距離だけ下側を通る高さに固
定される。さらに、投光部６１及び受光部６２の取り付
け位置はモニター部３を下降させた際に投光部６１及び
受光部６２が試料台５１等の本体部２側の構成要素と接
触しない位置に適宜決定される。ここで、対物レンズ３
３、３３、…は圧子３２とともにターレット３１に取り
付けられているので、圧子３２と試料５、試料台５１等
の本体部２側の構成要素との距離が分かれば、対物レン
ズ３３、３３、…と試料５、試料台５１等の本体部２側
の構成要素との距離も自明に分かる。よって、検知手段
６は対物レンズ３３、３３、…に異常接近若しくは接触
する物体も検知する。

【００２４】レーザー光Ｒの照射幅は、圧子３２、圧子
取付台３４、及び対物レンズ３３、３３、…の直径等に
応じて適宜決定される。また、レーザー光Ｒを照射する
高さは、本体部２側の構成要素である試料５、試料台５
１と、モニター部３側の構成要素である圧子３２、圧子
取付台３４、対物レンズ３３、３３、…とが互いに接触
しないとともに、ターレット３１の回転時及び試料台５
１の移動時においても上述の構成要素が互いに接触しな
いことを条件に適宜決定される。

【００２５】ここで、試料５と圧子３２の間隔の調整中
に、圧子３２もしくは対物レンズ３３に対して試料５等
の物体が所定距離よりも近くに接近した場合、投光部６
１から照射されて受光部６２に入射すべきレーザー光Ｒ
が遮断されることで、検知手段６によりこの物体が検知
される。

【００２６】検知手段６が物体を検知すると、検知手段
６から制御部１０に検知信号が送信される。制御部１０
は、検知手段６から送信された検知信号を受信すると、
昇降装置４への駆動電力の遮断、昇降装置４へのロック
掛け等の手段で昇降装置４のそれ以上の下降を禁止す
る。よって、検知手段６が物体を検知している状態で
は、測定者の操作に関係なく昇降装置４の下降は停止す
る。

【００２７】さらに、制御部１０は、ターレット３１を
回転するための電力の遮断、ターレット３１へのロック
掛け等の手段でターレット３１の回転を禁止する。よっ
て、検知手段６が物体を検知している状態では、測定者
の操作に関係なくターレット３１は回転しない。

【００２８】また、制御部１０は、試料台５１を水平移
動するための電力の遮断、試料台５１へのロック掛け等
の手段で試料台５１の水平移動を禁止する。よって、検
知手段６が物体を検知している状態では、測定者の操作
に関係なく試料台５１は水平移動しない。

【００２９】それに加えて、制御部１０は、警告手段７
に検知信号を送信して、測定者に対して物体の接近を知
らせる。警告手段７は、ブザーもしくは硬さ試験機１の
図示しない操作盤上に備えられた表示灯でもよいし、上
記操作盤上に備えられたディスプレー上での警告表示で
もよいし、上述の表示手段を適宜組み合わせてもよい。

【００３０】次に、本発明に係る硬さ試験機１を用いた
試料５、５、…の硬さ測定について述べる。まず、従来
の硬さ試験機１０１を用いた測定の場合と同様に、硬さ
を測定する試料５、５、…を適宜数試料台５１の上面に
載置する。次に、モニター部３の下降時に圧子３２が試
料５表面の測定位置に押し当てられるように試料５の位
置を、試料台５１を本体部２上で水平方向に移動させる
ことで調整する。試料５の位置を調整した後、ターレッ
ト３１を回転して試料５の測定位置に適切な倍率の対物
レンズ３３を設置する。

【００３１】対物レンズ３３を設置した後、昇降装置４
を作動させて試料５表面と対物レンズ３３の間隔を調整
し、焦点合わせを行なう。このとき、対物レンズ３３と
試料５の間隔は、測定者により、目視で監視されるとと
もに、上述の検知手段６によっても監視される。

【００３２】ここで、測定者が試料台５１に試料５を正
しく載置していなかったり、昇降装置４の操作に際し、
モニター部３を下降させすぎたりして試料５と対物レン
ズ３３が異常接近したり接触したりした場合には、試料
５もしくは試料台５１が検知手段６により検知される。
検知手段６が試料５もしくは試料台５１を検知すると、
検知手段６からの検知信号を受信した制御部１０が上述
のようにして作動する。これにより、昇降装置４による
モニター部３の下降が停止し、測定者に対して警報手段
７から警報が発せられる。それに加えてターレット３１
が回転しなくなるとともに、試料台５１が水平移動しな
くなる。

【００３３】試料５、試料台５１と圧子３２、対物レン
ズ３３の異常接近もしくは接触を知った測定者は、昇降
装置４を操作してモニター部３を上昇させ、異常接近も
しくは接触の状態を解除する。異常接近もしくは接触の
状態の解除により、警告手段７による警告は止まるとと
もに、昇降装置４、ターレット３１及び試料台５１は測
定者の操作通りに作動するようになる。異常接近もしく
は接触の状態の解除後、測定者は硬さ試験機１の状態に
応じ、必要があれば試料５の試料台５１に対する載置不
良を直すなど、安全な硬さ測定を妨げる要因を取り除い
た後に、再び昇降装置４を操作して対物レンズ３３の焦
点合わせをし直す。

【００３４】対物レンズ３３の焦点合わせを行なった
後、測定者は従来の硬さ試験機１０１の場合と同様にし
て試料５に荷重を掛ける条件を設定した後、試料５の硬
さ測定を昇降装置４の自動操作によって開始する。

【００３５】この様に、硬さ試験機１に検知手段６を設
置し、昇降装置４の測定者による手動操作時に圧子３２
及び対物レンズ３３、３３、…に試料５及び試料台５１
が異常接近もしくは接触した際にはこれを上記検知手段
６で検知し、モニター部３の下降を禁止するとともに、
測定者に警報を発することで、従来の硬さ試験機１０１
を用いた硬さ測定で、測定者の目視による情報のみで圧
子３２及び対物レンズ３３、３３、…と試料５、５、…
及び試料台５１との間隔調整作業を行なっていた場合に
比べて、効率良く該間隔調整作業を行なうことができ、
試料５、５、…の硬さ測定の能率を向上させることがで
きる。

【００３６】これに加えて、圧子３２及び対物レンズ３
３、３３、…と試料５及び試料台５１とが異常接近もし
くは接触することで、圧子３２、圧子取付台３４、対物
レンズ３３、３３、…、試料台５、５、…等の硬さ試験
機１の構成要素及び試料５、５、…が破損することを未
然かつ確実に防ぐことができるので、従来の硬さ試験機
１０１を用いた硬さ測定に比べて安全に試料５、５、…
の硬さ測定を行なうことができる。

【００３７】また、検知手段６が物体を検知している状
態ではターレット３１の回転を禁止することで、圧子３
２及び対物レンズ３３、３３、…に試料５及び試料台５
１が異常接近もしくは接触した際に、ターレット３１が
無理に回転することに伴なう硬さ試験機１の上記各構成
要素の破損を防ぐことができる。よって、より安全に試
料５、５、…の硬さ測定を行なうことができる。

【００３８】また、検知手段６の投光部６１が一定幅に
わたってレーザー光Ｒの照射を行ない、検知手段６が一
定幅の領域にある物体を検知するすることで、圧子３２
及び対物レンズ３３に異常接近もしくは接触する物体を
より確実に検知することができる。よって、圧子３２、
対物レンズ３３と試料５、試料台５１との間隔調整をよ
り効率的に行なうことができるとともに、圧子３２及び
対物レンズ３３、３３、…に試料５及び試料台５１が異
常接近もしくは接触した際の硬さ試験機１の上記各構成
要素の破損をより確実に防ぐことができる。よって、硬
さ試験機１による試料５、５、…の硬さ測定を一層能率
的かつ一層安全に行なうことができる。

【００３９】さらに、検知手段６が物体を検知している
状態では試料台５１の水平移動を禁止することで、圧子
３２及び対物レンズ３３、３３、…に試料５及び試料台
５１が異常接近もしくは接触した際に、試料台５１が無
理に水平移動することに伴なう硬さ試験機１の上記各構
成要素の破損を防ぐことができる。よって、より安全に
試料５、５、…の硬さ測定を行なうことができる。

【００４０】なお、本発明に係る硬さ試験機１は上述の
ビッカース硬さ試験機に限らない。試料に圧子を押し当
てて形成された圧痕の形状を解析して試料の硬さを測定
するものであればいかなる硬さ試験機でも良く、例えば
ブリネル硬さ、ヌープ硬さ、及びロックウェル硬さ等の
測定機であってもよい。

【００４１】なお、本発明にかかる硬さ試験機１の検知
手段６が物体を検知する高さの条件は、圧子３２及び対
物レンズ３３、３３、…に試料５及び試料台５１が異常
接近もしくは接触しないという条件の他に、対物レンズ
３３が試料５の表面に形成された圧痕の像を結べるとい
う条件を付与してもよい。これにより、対物レンズ３３
の焦点合わせを制御部１０の自動操作で行なえるので、
より効率的に試料５、５、…の硬さを測定することがで
きる。

【００４２】また、本発明に係る硬さ試験機１は圧子３
２及び対物レンズ３３、３３、…を備えたモニター部３
が昇降するものに限らない。例えば、モニター部３が本
体部２に対して固定されており、試料台５１が昇降装置
４により昇降する構造としてもよい。

【００４３】また、検知手段６が物体を検知する手段は
レーザー光Ｒに限らない。たとえば、物体の検知を超音
波等の波動を用いて行なってもよいし、検知手段６を機
械的接触により、物体を検知する構造としてもよい。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、計測者が目視による情
報のみで硬さ試験機の操作を行なう場合に比べて、圧子
を試料に押し当てて行なう硬さ測定を効率的に行なうこ
とができる。それに加えて、圧子、計測手段と試料等の
異常接近もしくは接触が原因となる硬さ試験機の各構成
要素及び試料の破損を未然かつ確実に防ぐことができる
ので、硬さ試験機の各構成要素を破損することなく、安
全に硬さ測定を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る硬さ試験機１の側面図である。

【図２】本発明に係る硬さ試験機１のモニター部３の底
面図である。

【図３】本発明に係る硬さ試験機１の要部ブロック図で
ある。

【図４】従来の硬さ試験機１０１の要部正面図である。

【符号の説明】

１、１０１ 硬さ試験機 ２ 本体部 ３ モニター部 ４ 昇降装置（変位手段） ５ 試料 ６ 検知手段 ７ 警報手段 １０ 制御部１０ ３１ ターレット（回転体） ３２ 圧子 ３３ 対物レンズ（計測手段） ５１ 試料台 ６１ 投光部 ６２ 受光部 Ｒ レーザー光

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料表面に圧子を押し当て、圧痕を形成さ
   せ、該圧痕を計測することで試料の硬さを測定する硬さ
   試験機であって、 前記試料を載置する試料台を備えた本体部と、 前記圧子と、前記圧痕を計測するための計測手段と、を
   備えたモニター部と、 前記試料台と、前記モニター部との間隔を変えるための
   変位手段と、 前記本体部もしくは前記モニター部に備えられ、前記圧
   子からほぼ所定方向かつ一定距離にある物体を検知する
   ための検知手段を備えた硬さ試験機。
2. 【請求項２】前記計測手段の前記試料に対する距離合わ
   せの際に、前記検知手段が物体を検知している状態で
   は、前記変位手段が前記試料台と前記モニター部との間
   隔を狭める方向へ作動することを禁止することを特徴と
   する請求項１に記載の硬さ試験機。
3. 【請求項３】前記圧子及び前記計測手段が、前記モニタ
   ー部に対して回転自在に設置された回転体を介して前記
   モニター部に取り付けられているとともに、前記検知手
   段が物体を検知している状態では、前記回転体の回転を
   禁止することを特徴とする請求項１または２に記載の硬
   さ試験機。
4. 【請求項４】前記試料台が前記本体部上を水平方向に可
   動に設置されているとともに、前記検知手段が物体を検
   知している状態では、前記試料台の移動を禁止すること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の硬さ試験
   機。
5. 【請求項５】前記変位手段を測定者が操作している際、
   前記検知手段が物体を検知している状態では、警報を発
   することを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載の硬
   さ試験機。