(57)【要約】【課題】外部からの振動に起因する計測誤差を確実に防止でき、試験力範囲の広いレバー型の押込み試験機を提供する。【解決手段】押込み試験機１００は、基台２が振動する際の基台２の角加速度を検出する第１加速度センサ２１，第２加速度センサ２２及び角加速度算出部と、荷重レバー３に、基台２の角加速度に応じた力を付与するフォースモータ駆動部及び第３フォースモータ１５と、第３フォースモータ１５の付与する力が、基台２が振動する際に、基台２がレバー支持部２ｄに軸支された荷重レバー３に及ぼすトルクを打ち消す力に一致するように、第１加速度センサ２１，第２加速度センサ２２及び角加速度算出部により検出された基台２の角加速度に基づいて駆動信号を生成する駆動信号生成部と、を備えて構成される。【選択図】図１
2010261819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回動可能に軸支される荷重レバーと、前記荷重レバーの一端側における下面に備えられる圧子と、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、前記圧子に試験力を付与する荷重レバー駆動部と、前記荷重レバーを軸支するレバー支持部及び試料を載置する載置部を含んだ基台と、を有し、前記荷重レバーを前記荷重レバー駆動部により回動させ、前記圧子を前記載置部に載置された試料に押し付けた際の押し込み深さ量を測定する押込み試験機において、
前記基台が振動する際の前記基台の角加速度を検出する角加速度検出手段と、
前記荷重レバーに、前記基台の角加速度に応じた力を付与する力付与手段と、
前記力付与手段の付与する力が、前記荷重レバーに及ぼすトルクを打ち消す力と一致するように、前記角加速度検出手段により検出された前記基台の角加速度に基づいて、前記力付与手段を駆動させる駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
を備えることを特徴とする押込み試験機。
【請求項２】
請求項１に記載の押込み試験機において、
前記角加速度検出手段は、前記基台に所定距離離間して配置され、各々の位置における前記基台の振動による上下方向の加速度を計測する２つの加速度計を有し、前記２つの加速度計各々より計測される加速度の差分量から角加速度を検出することを特徴とする押込み試験機。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の押込み試験機において、
前記力付与手段は、前記荷重レバーの他端側を上下動させるフォースモータを備え、
前記駆動信号生成手段は、前記荷重レバーに及ぼすトルクを打ち消す力を前記フォースモータに発生させるための駆動信号を生成することを特徴とする押込み試験機。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の押込み試験機において、
前記荷重レバー駆動部は、前記荷重レバーの他端側を上下動させるフォースモータを備え、
前記フォースモータは、磁界を形成する磁界形成部と、前記磁界形成部に設けられ、試験力に応じた電流が供給される第１駆動コイル部と、を備え、
前記力付与手段は、前記磁界形成部に設けられた第２駆動コイル部を備え、
前記駆動信号生成手段は、前記荷重レバーに及ぼすトルクを打ち消す力を発生させる電流を前記第２駆動コイル部に供給するための駆動信号を生成することを特徴とする押込み試験機。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の押込み試験機において、
前記力付与手段は、前記荷重レバー駆動部により構成され、
前記駆動信号生成手段は、前記荷重レバーに及ぼすトルクを打ち消す力を加えた試験力を発生させるための駆動信号を生成することを特徴とする押込み試験機。
【請求項６】
回動可能に軸支される荷重レバーと、前記荷重レバーの一端側における下面に備えられる圧子と、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、前記圧子を介して試料に試験力を付与する荷重レバー駆動部と、前記荷重レバーを軸支するレバー支持部を備えた基台と、を有し、前記荷重レバーを前記荷重レバー駆動部により回動させ、前記圧子を下方に配置された試料台に載置された試料に押し付けた際の押し込み深さ量を測定する押込み試験機における試験力付与方法において、
前記基台が振動する際の前記基台の角加速度を検出する検出工程と、
前記検出工程により検出された前記基台の角加速度に基づいて、前記荷重レバーに及ぼすトルクを打ち消す力を前記荷重レバーに付与する力付与工程と、を備えることを特徴とする押込み試験機における試験力付与方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、押込み試験機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、材料試験機として、先端に圧子を備える圧子軸を試料の表面に押し込んでくぼみを形成させ、押込み深さ（圧子の変位量）を変位計によって計測し、その変位量と圧子に負荷する荷重との関係から、試料の硬さ等の物性値を測定する押込み試験機が知られている。
そして、このような押込み試験機には、フォースモータが付与する駆動力で圧子軸を上下方向に直線駆動させて試料の表面にくぼみを形成する直動型の押込み試験機と、回動可能に軸支される荷重レバーの一端に圧子を備え、フォースモータが付与する駆動力で荷重レバーを回動させ、圧子を試料の表面に押し込んでくぼみを形成するレバー型の押込み試験機と、が存在する。
【０００３】
ここで、押込み試験機において、上記物性値を低測定力領域で正確に測定するためには、圧子の変位量をナノメートルオーダーで計測する必要がある。ところが、ナノメートルオーダーの計測領域においては、外部（例えば、押込み試験機を設置する床）の振動に起因して、圧子に負荷される荷重や圧子の変位量が変動してしまい、精確な計測を行うことが出来ないおそれがあった。
【０００４】
そこで、直動型の押込み試験機として、例えば、圧子軸の移動の際、当該硬さ試験機の外部から圧子軸に作用する振動を検出する外力検出手段と、外力検出手段により検出された振動を打ち消すことにより所定の試験力が試料に負荷されるように、フォースモータの駆動を制御する外力調整制御手段と、を備えたものが知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３８７５６４４号
【０００６】
上記特許文献１に記載の押込み試験機によると、外力調整制御手段により、外部から圧子軸に作用する振動が外力検出手段によって検出された場合に、その振動が圧子軸の移動動作に与える影響を打ち消すように、フォースモータの駆動が制御されるので、外部から圧子軸に作用する振動が加わる場合であっても、その振動を打ち消すことで、圧子を介して試料に正確な試験力を負荷することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、レバー型の押込み試験機では、低測定力領域及びナノメートルオーダーの変位領域において、荷重レバーを含めた可動部の重心と支点の微細な位置ずれに起因する、外部の僅かな併進振動や回転振動によって、荷重レバーが回転運動して、上記荷重や圧子の変位量が変動し易いという問題があるが、上記特許文献１に記載の押込み試験機では、回転運動の影響については考慮されていない。
【０００８】
本発明の課題は、外部からの振動に起因する計測誤差を確実に防止でき、試験力範囲の広いレバー型の押込み試験機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記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、前記荷重レバーの一端側における下面に備えられる圧子と、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、前記圧子に試験力を付与する荷重レバー駆動部と、前記荷重レバーを軸支するレバー支持部及び試料を載置する載置部を含んだ基台と、を有し、前記荷重レバーを前記荷重レバー駆動部により回動させ、前記圧子を前記載置部に載置された試料に押し付けた際の押し込み深さ量を測定する押込み試験機において、前記基台が振動する際の前記基台の角加速度を検出する角加速度検出手段と、前記荷重レバーに、前記基台の角加速度に応じた力を付与する力付与手段と、前記力付与手段の付与する力が、前記荷重レバーに及ぼすトルクを打ち消す力と一致するように、前記角加速度検出手段により検出された前記基台の角加速度に基づいて、前記力付与手段を駆動させる駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、を備える。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の押込み試験機において、前記角加速度検出手段は、前記基台に所定距離離間して配置され、各々の位置における前記基台の振動による上下方向の加速度を計測する２つの加速度計を有し、前記２つの加速度計各々より計測される加速度の差分量から角加速度を検出することを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の押込み試験機において、前記力付与手段は、前記荷重レバーの他端側を上下動させるフォースモータを備え、前記駆動信号生成手段は、前記荷重レバーに及ぼすトルクを打ち消す力を前記フォースモータに発生させるための駆動信号を生成することを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の押込み試験機において、前記荷重レバー駆動部は、前記荷重レバーの他端側を上下動させるフォースモータを備え、前記フォースモータは、磁界を形成する磁界形成部と、前記磁界形成部に設けられ、試験力に応じた電流が供給される第１駆動コイル部と、を備え、前記力付与手段は、前記磁界形成部に設けられた第２駆動コイル部を備え、前記駆動信号生成手段は、前記荷重レバーに及ぼすトルクを打ち消す力を発生させる電流を前記第２駆動コイル部に供給するための駆動信号を生成することを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１又は２に記載の押込み試験機において、前記力付与手段は、前記荷重レバー駆動部により構成され、前記駆動信号生成手段は、前記荷重レバーに及ぼすトルクを打ち消す力を加えた試験力を発生させるための駆動信号を生成することを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、回動可能に軸支される荷重レバーと、前記荷重レバーの一端側における下面に備えられる圧子と、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、前記圧子を介して試料に試験力を付与する荷重レバー駆動部と、前記荷重レバーを軸支するレバー支持部を備えた基台と、を有し、前記荷重レバーを前記荷重レバー駆動部により回動させ、前記圧子を下方に配置された試料台に載置された試料に押し付けた際の押し込み深さ量を測定する押込み試験機における試験力付与方法において、前記基台が振動する際の前記基台の角加速度を検出する検出工程と、前記検出工程により検出された前記基台の角加速度に基づいて、前記荷重レバーに及ぼすトルクを打ち消す力を前記荷重レバーに付与する力付与工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、駆動信号生成手段により、角加速度検出手段によって検出された基台の角加速度に基づいて、力付与手段の付与する力が前記荷重レバーに及ぼすトルクを打ち消すための力に一致する駆動信号が生成され、力付与手段により、上記駆動信号に基づいて発生される力が荷重レバーに付与される。
つまり、力付与手段により上記トルクを打ち消すための力が荷重レバーに付与され、荷重レバーに対する基台（外部）の振動の影響を打ち消すことができるので、試験時の計測誤差が防止され、ナノメートルオーダーの計測領域においても外部からの振動の影響を受けること無く精確な計測を行うことが可能となる。
したがって、本発明は、外部からの振動に起因する計測誤差を確実に防止でき、試験力範囲の広いレバー型の押込み試験機であるといえる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】本発明に係る押込み試験機による角加速度の検出部分、荷重レバーへの力付与部分を模式的に示す図である。
【図４】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。
【図５】本発明に係る押込み試験機による計測誤差防止処理を説明するためのフローチャートである。
【図６】図１の押込み試験機に角加速度計を設けた状態を示す側面図である。
【図７】図１の第１フォースモータのフォースコイルに、２つのコイル部分を設けた状態を示す側面図である。
【図８】図３と異なる力付与部分を模式的に示す図である。
【図９】本発明に係る別の押込み試験機の要部構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図を参照して、本発明に係る押込み試験機について、詳細に説明する。
（実施形態１）
なお、本実施形態における押込み試験機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レバー型の計装化押込み試験機である。
【００１８】
押込み試験機１００は、例えば、図１〜図４に示すように、試料Ｓに試験力を付与する試験機本体１と、試験機本体１の各部を制御する制御部２００と、表示部３００と、操作部４００と、角加速度算出部５００（角加速度検出手段）と、駆動信号生成部６００（駆動信号生成手段）と、フォースモータ駆動部７００（力付与手段）と、等を備えて構成される。
【００１９】
試験機本体１は、例えば、試料Ｓが載置される基台２と、基台２に回動可能に軸支される荷重レバー３と、荷重レバー３の一端側の下面に備えられる圧子４と、荷重レバー３の一端側の上面に備えられる変位センサ可動部５ａと、荷重レバー３の他端側に備えられる第１フォースモータ６（荷重レバー駆動部）と、基台２に回動可能に軸支される基準レバー７と、基準レバー７の一端側の下面に着脱可能に備えられるコンタクタ８と、基準レバー７の一端側下面とコンタクタ８の間に介装されるロードセル９と、基準レバー７の一端側の上面に備えられる変位センサ固定部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、荷重レバー３の他端側に備えられ、第１フォースモータ６とレバー支持部２３の間に配置される第３フォースモータ１５（力付与手段）と、基台２の上面に配置される第１加速度センサ２１，第２加速度センサ２２（角加速度検出手段、加速度計）と、等を備える。
【００２０】
基台２は、例えば、床上部に設置され、試料Ｓを載置する載置部２ａと、試料Ｓの位置調整のためのＸＹＺステージ２ｂと、外部振動を除振する除振台２ｃと、荷重レバー３及び基準レバー７を軸支するレバー支持部２ｄと、等を備える。そして、地盤の揺れ等に起因した床の振動により、床上部の基台２は、左右方向や上下方向に並進振動／回転振動する。
【００２１】
載置部２ａは、荷重レバー３の回動によって圧子４が試料Ｓに押し付けられるように、圧子４の下方に試料Ｓを載置し、その試料Ｓが試験測定中にずれないように支持する。
ＸＹＺステージ２ｂは、上下方向、左右方向、前後方向に移動可能に構成されており、載置部２ａに載置された試料Ｓの位置を調整可能にする。
除振台２ｃは、基台２の下部に設けられ、外部（例えば、試験機本体１を設置する床）の振動による、基台２の上下方向の回転振動を緩和させる。ここで、後述の基台２の回転振動により作用するトルクを打ち消すための力が、第３フォースモータ１５により荷重レバー３に付与されるので、基台２に除振台２ｃを設けない構成とすることも可能である。しかし、除振台２ｃを設けることで、上記力が付与された場合でも除去しきれない回転振動の影響を、上述の除振台２ｃの作用によって排除することが可能となるので、一層正確な計測誤差の防止を図ることができる。
【００２２】
レバー支持部２ｄは、基台２の上面に備えられ、回動軸２ｅによって荷重レバー３を回動可能に軸支し、荷重レバー３とほぼ同じ軸心を有する回動軸２ｆによって基準レバー７を回動可能に軸支する。
【００２３】
荷重レバー３は、試験機本体１の略中央部においてレバー支持部２ｄの回動軸２ｅによって回動可能に軸支されており、荷重レバー３の一端側の下面に圧子４を備えている。また、荷重レバー３の他端側の上面に第１フォースモータ６及び第３フォースモータ１５を備えている。さらに、荷重レバー３は、それぞれボルトに２つのナットを貫通させた、いわゆるダブルナット機構からなる重心調整部２ｇ，２ｈを備え、２つのナット同士を締緩させてボルトの遊び量を調整することにより、荷重レバー３の左右方向，上下方向の重心位置のずれの調整（荷重レバー３の支点に一致させること）を可能にしている。つまり、外部の振動による、基台２の左右方向や上下方向の並進振動が荷重レバー３に作用しても、重心調整部２ｇ，２ｈにより荷重レバー３の重心位置のずれを事前に調整しておくことで、荷重レバー３の試料Ｓ（基台２の載置部２ａ）に対する相対振動を打ち消すことができる。
【００２４】
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試験力を付与することが可能になっている。
【００２５】
また、荷重レバー３の一端側の上面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。
【００２６】
第３フォースモータ１５は、例えば、フォースコイル１５ａとマグネット１５ｂとにより構成されており、マグネット１５ｂがつくる磁界とフォースコイル１５ａ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３フォースモータ１５において、基台２が外部の振動に起因して上下方向に回転振動することで荷重レバー３に及ぼすトルクを打ち消すための力（駆動力）が、フォースモータ駆動部７００により発生される。そのため、第３フォースモータ１５より上記の力が荷重レバー３に作用することにより、試料Ｓ（基台２の載置部２ａ）に対する荷重レバー３の相対振動が極小となるので、基台２の回転振動に起因した試験時の計測誤差を防止することができる。
【００２７】
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レバー支持部２ｄの回動軸２ｆによって回動可能に軸支されており、基準レバー７の一端側の下面にロードセル９を備え、その下にコンタクタ８を着脱可能に備えている。また、基準レバー７の他端側の上面に第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
【００２８】
第２フォースモータ１０は、例えば、フォースコイルとマグネットとにより構成されており、マグネットがつくる磁界とフォースコイル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。そして、試験時にこの第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の駆動を調整することで、コンタクタ８を試料Ｓに押し付ける荷重を一定にすることが可能となる。
【００２９】
また、基準レバー７の一端側の上面には、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。
【００３０】
変位センサ可動部５ａは、例えば、断面視略コ字形状を呈する電極板であり、変位センサ固定部５ｂは、略コ字形状を呈する変位センサ可動部５ａに挟まれるように離間して配される電極板である。そして、この変位センサ可動部５ａと変位センサ固定部５ｂとによって、圧子変位センサ５が構成される。
具体的には、圧子変位センサ５は、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。
【００３１】
コンタクタ８は、基準レバー７の一端側の下面に備えられており、荷重レバー３の一端側の下面に備えられている圧子４の先端部の位置基準となる部材である。
ロードセル９は、基準レバー７の一端側の下面に備えられており、圧子４が押し下げられる際に当接する基準レバー７の一端により押圧される押し付け力を測定し、基準レバー７が試料Ｓに押し付けられる荷重を測定するセンサである。このロードセル９は、測定した荷重に関するデータ（信号）を制御部２００に出力する。
なお、コンタクタ８は、圧子４を試料Ｓに押し付ける測定手法によっては、荷重レバー３の移動の妨げになることなどがあるので、その場合に取り外すことができるように、コンタクタ８は、基準レバー７の一端側の下面に着脱可能に配設されている。
【００３２】
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。
【００３３】
第１加速度センサ２１，第２加速度センサ２２は、例えば、基台２の上面に所定距離Ｌだけ離間して設けられた加速度センサである。この第１加速度センサ２１，第２加速度センサ２２は、基台２が上下方向に回転振動した際に、各々の位置における基台２の振動による上下方向の加速度を計測する。そして、上記計測された加速度の信号は、図３に示すように、角加速度算出部５００に入力されるように構成されている。
【００３４】
角加速度算出部５００は、例えば、図３に示すように、バッファ部５０１，５０２と、オフセット部５１１，５１２と、差動アンプ部５２０と、を含んで構成されるアナログ回路である。
この角加速度算出部５００は、第１加速度センサ２１，第２加速度センサ２２よりそれぞれ出力される加速度の信号を入力し、バッファ部５０１，５０２にて上記信号を安定に受け、オフセット部５１１，５１２にて上記信号の直流成分を除去する。さらに、角加速度算出部５００は、差動アンプ部５２０にて、オフセット部５１１，５１２より出力されるそれぞれの加速度の信号の差分量を算出することにより、基台２の上下方向の回転振動による角加速度を検出する。そして、上記検出した角加速度の信号は、駆動信号生成部６００に入力される。
なお、角加速度算出部５００により検出される角加速度の信号強度は、距離Ｌの大きさに依存する。
【００３５】
駆動信号生成部６００は、例えば、図３に示すように、オフセット部６１０と、増幅部６２０と、を含んで構成されるアナログ回路である。
この駆動信号生成部６００は、角加速度算出部５００より入力される角加速度の信号を入力し、オフセット部６１０にて上記信号の直流成分を除去し、増幅部６２０にて、当該信号に所定の増幅等の処理を行って駆動信号を生成し、フォースモータ駆動部７００へ出力する。
ここで、駆動信号は、角加速度算出部５００より入力される角加速度に基づいて、第３フォースモータ１５の荷重レバー３に付与する力（上記入力された角加速度に荷重レバー３を含む可動部分の慣性モーメントを乗じたトルクより導出される力）が、基台２がレバー支持部２ｄに軸支された荷重レバー３に及ぼすトルクを打ち消す力に一致するように生成される。つまり、上記生成される駆動信号に基づいて、基台２の回転振動により荷重レバー３に作用するトルクが、第３フォースモータ１５が荷重レバー３に付与する力により打ち消されることで、基台２の回転振動による影響（試験時の計測誤差）を排除することができる。
具体的には、上記駆動信号は、圧子変位センサ５より制御部２００に出力される圧子の変位量に関する信号の振動振幅が極小となるように、又は、電子天秤等を用いて測定される圧子の荷重の変動が最小となるように定められる。
【００３６】
フォースモータ駆動部７００は、駆動信号生成部６００にて生成される駆動信号に応じた力に相当する電流（つまり、角加速度に荷重レバー３を含む可動部分の慣性モーメントを乗じたトルクより導出される力に相当する電流）を発生させて、第３フォースモータ１５がその力（駆動力）で駆動するように、第３フォースモータ１５に電流信号を出力する。さらに、フォースモータ駆動部７００は、図示しないハイパスフィルタにより上記電流信号の直流成分を除去し、第３フォースモータ１５を駆動させた場合に、第１フォースモータ６の付与する試験力に影響を及ぼさないように調整されている。また、フォースモータ駆動部７００は、外部による振動の振動数が変動しても、第３フォースモータ１５が正確な力を荷重レバー３に付与しうるように、第３フォースモータ１５を定電流駆動させる。
【００３７】
表示部３００は、例えば、液晶表示パネルであって、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。
【００３８】
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の押込み試験時の指示入力を行う際に操作される。
【００３９】
制御部２００は、図４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２ｂ、圧子変位センサ５、ロードセル９、第１フォースモータ６、第２フォースモータ１０、表示部３００、操作部４００等と接続している。
【００４０】
ＣＰＵ２１０は、例えば、記憶部２３０に記憶される押込み試験機１００に備えられる各種機能を実行するための処理プログラムに従って、各種制御処理を行う。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
（計測誤差防止処理）
次に、本発明に係る押込み試験機１００を用いた、外部の振動による計測誤差防止処理について、図５に示すフローチャートに基づき説明する。
【００４４】
まず、床の振動により、基台２が上下方向に回転振動すると、第１加速度センサ２１，第２加速度センサ２２は、各々の位置における基台２の加速度を計測する。（ステップＳ１；検出工程）。
次いで、角加速度算出部５００は、ステップＳ１にて計測された加速度の信号が入力されると、各々の加速度の差分量より基台２の上下方向の回転振動による角加速度を算出する（ステップＳ２；検出工程）。
【００４５】
次いで、駆動信号生成部６００は、第３フォースモータ１５の荷重レバー３に付与する力が、基台２が荷重レバー３に及ぼすトルクを打ち消す力に一致するように、ステップＳ２にて算出された角加速度の信号に基づいて、第３フォースモータ１５の駆動信号を生成する（ステップＳ３；力付与工程）。
【００４６】
次いで、フォースモータ駆動部７００は、ステップＳ３にて生成された駆動信号に基づいて、角加速度に応じた力に相当する電流を発生させて、第３フォースモータ１５に電流信号を出力する。（ステップＳ４；力付与工程）。
そして、第３フォースモータ１５は、ステップＳ４にて発生された電流に応じた力を荷重レバー３に付与する（ステップＳ５；力付与工程）。
【００４７】
以上のように、本実施形態における押込み試験機１００は、基台２が振動する際の基台２の角加速度を検出する第１加速度センサ２１，第２加速度センサ２２及び角加速度算出部５００と、荷重レバー３に、基台２の角加速度に応じた力を付与するフォースモータ駆動部７００及び第３フォースモータ１５と、第３フォースモータ１５の付与する力が、基台２が振動する際に、基台２がレバー支持部２ｄに軸支された荷重レバー３に及ぼすトルクを打ち消す力に一致するように、第１加速度センサ２１，第２加速度センサ２２及び角加速度算出部５００により検出された基台２の角加速度の信号に基づいて、第３フォースモータ１５を駆動させる駆動信号を生成する駆動信号生成部６００と、を備えて構成される。
つまり、第３フォースモータ１５により上記トルクを打ち消すための力が荷重レバー３に付与され、荷重レバー３に対する基台２の振動の影響を打ち消すことができるので、試験時の計測誤差が防止され、ナノメートルオーダーの計測領域においても外部からの振動の影響を受けること無く精確な計測を行うことが可能となる。
したがって、本発明は、外部からの振動に起因する計測誤差を確実に防止でき、低試験力領域での試験が可能となり、試験力範囲の広いレバー型の押込み試験機であるといえる。
【００４８】
また、第１加速度センサ２１，第２加速度センサ２２は、基台２に距離Ｌだけ離間して配置され、各々の位置における基台２の振動による上下方向の加速度を計測し、角加速度算出部５００は、第１加速度センサ２１，第２加速度センサ２２各々より計測される加速度の差分量から角加速度を算出（検出）する。
つまり、基台２に公知な加速度センサを二台設置することで、容易に基台２の上下方向の回転振動による角加速度を検出することが可能となる。
【００４９】
また、信号調整部６００にて調整された角加速度に応じた力に相当する電流がフォースモータ駆動部７００にて発生され、当該力は第１フォースモータ６と別体に設けられた第３フォースモータ１５により付与される。つまり、第３フォースモータ１５に換えて、上記の力を発生させるためのコイルを第１フォースモータ６内に（フォースコイル６ａと区別して）設けた場合に発生し得る、コイルのカップリングによる精度の低下が防止されるので、より精確な計測が可能になる。
【００５０】
（変形例１）
次に、上記実施形態の変形例１の押込み試験機１００ａについて、図６を用いて説明する。
角加速度検出手段は、上述のように、第１加速度センサ２１，第２加速度センサ２２より計測される加速度の差分量から検出するものに限られるものではなく、例えば、図６に示すように、角加速度計２１ａを基台２の上面に設け、基台２の上下方向の回転振動による角加速度を直接計測するものであってもよい。この場合、角加速度計２１ａより計測される角加速度の信号は、図３に示される角加速度算出部５００に入力されず、駆動信号生成部６００に入力されるように構成される。
【００５１】
以上、本変形例に係る押込み試験機１００ａによると、２つの加速度計を用いることなく単一の角加速度計を設置するだけで角加速度を検出することが可能となり、さらに、角加速度を算出するための回路も必要としないため、押込み試験機の構造を簡素化することが出来る。
【００５２】
（実施形態２）
次に、実施形態２の押込み試験機１０１について、図７を用いて説明する。
実施形態１の押込み試験機１００では、基台２の回転振動により荷重レバー３に及ぼすトルクを打ち消すための力は、第３フォースモータ１５により荷重レバー３に付与されるように構成されているが、実施形態２の押込み試験機１０１では、第３フォースモータ１５を備えておらず、基台２の回転振動により荷重レバー３に及ぼすトルクを打ち消すための力は、第１フォースモータ６により付与される。
以下の実施形態２の押込み試験機１０１の説明においては、実施形態１の押込み試験機１００との相違点を中心に説明し、一致する構成には、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５３】
具体的には、図７に示すように、マグネット６ｂ（磁界形成部）と、マグネット６ｂの形成する磁界内に設けられるフォースコイル６ａと、を含んで構成される第１フォースモータ６（荷重レバー駆動部）において、フォースコイル６ａに、試験時の試験力に応じた電流が供給される第１コイル部６１ａ（第１駆動コイル部）と、基台２が荷重レバー３に及ぼすトルクを打ち消す力を発生させるための第２コイル部６１ｂ（力付与手段、第２駆動コイル部）と、を設ける。
【００５４】
そして、駆動信号生成部６００は、基台２が荷重レバー３に及ぼすトルクを打ち消す力を発生させる電流を、フォースコイル６ａの第２コイル部６１ｂに供給するための駆動信号を生成する。
【００５５】
つまり、上記のような構成により、フォースコイル６ａに、試験力を発生させる電流と、基台２の回転振動により荷重レバー３に及ぼすトルクを打ち消すための力を発生させる電流と、が合わせて流れる結果、当該電流に応じて第１フォースモータ６が荷重レバー３に付与する力は、基台２の回転振動による影響を排除した試験力となる。
【００５６】
以上、本実施形態２に係る押込み試験機１０１によると、基台２の回転振動により荷重レバー３に及ぼすトルクを打ち消すための力を、試験力を発生させるための第１フォースモータ６により付与することができる。つまり、第３フォースモータ１５を別途設け無くて良いため、押込み試験機１０１の製造コストの増大を防ぐことが出来る。
【００５７】
（実施形態３）
実施形態２では、第１フォースモータ６のフォースコイル６ａに、試験力を発生させるための第１コイル部６１ａと、荷重レバー３に及ぼすトルクを打ち消すための力を発生させるための第２コイル部６１ｂと、を別々に設けることで、基台２の回転振動による影響を排除した試験力を発生させている。一方、本実施形態３の押込み試験機１０２では、第１フォースモータ６（力付与手段、荷重レバー駆動部）において、一つのフォースコイルに上記試験力と荷重レバー３に及ぼすトルクを打ち消すための力とをあわせた力を発生させる。
以下の実施形態３の押込み試験機１０２の説明においては、実施形態１，２の押込み試験機１００，１０１との相違点を中心に説明し、一致する構成には、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５８】
具体的には、図８に示すように、駆動信号生成部６００（駆動信号生成手段）の後段から第１フォースモータ６（力付与手段、荷重レバー駆動部）の前段にかけて、ハイパスフィルタ９００と、加算器１０００（駆動信号生成手段）と、ＤＡ変換器１１００と、第１フォースモータ駆動部１２００と、を設ける。
【００５９】
そして、駆動信号生成部６００にて生成される駆動信号の直流成分をハイパスフィルタ９００にて除去した信号と、制御部２００より出力される試験力（第１フォースモータ６を介して荷重レバー３に付与する試験力）に応じた試験力駆動信号であり、ＤＡ変換器１１００によりアナログ信号に変換された信号と、を加算器１０００にて加算する。そして、第１フォースモータ駆動部１２００にて、当該加算した信号に応じた力（つまり、試験力に基台２の回転振動により荷重レバー３に及ぼすトルクを打ち消すための力を加算した力）に相当する電流を発生させて、第１フォースモータ６を当該電流で駆動する。
【００６０】
以上、本実施形態３に係る押込み試験機１０２によると、基台２の回転振動により荷重レバー３に及ぼすトルクを打ち消すための力を、試験力を発生させるための第１フォースモータ６により付与することができる。つまり、第３フォースモータ１５を別途設け無くて良いため、押込み試験機１０２の製造コストの増大を防ぐことが出来る。さらに、実施形態２の押込み試験機１０１と比較して、単体のフォースコイルにより上記試験力を発生させることができるので、一層押込み試験機１０２の構成を簡素化できる。
【００６１】
（実施形態４）
次に、実施形態４の押込み試験機１０３について、図９を用いて説明する。
実施形態３では、加算器１０００等を用いて、第１フォースモータ６に試験力と荷重レバー３に及ぼすトルクを打ち消すための力とをあわせた力を発生させているが、本実施形態４の押込み試験機１０３では、上記あわせた力を発生させるための駆動信号を制御部２００にて生成する。
以下の実施形態４の押込み試験機１０３の説明においては、実施形態１〜３の押込み試験機１００〜１０２との相違点を中心に説明し、一致する構成には、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００６２】
具体的には、図９に示すように、記憶部２３０にＣＰＵ２１０の実行に係る処理プログラムとして、モータ駆動量調整プログラム２３０ａ（駆動信号生成手段）を記憶しておく。
【００６３】
モータ駆動量調整プログラム２３０ａは、駆動信号生成部６００により生成された駆動信号に基づいて、荷重レバー３に及ぼすトルクを打ち消す力を加えた試験力を発生させるための駆動信号を生成する機能をＣＰＵ２１０に実行させるプログラムである。
具体的には、ＣＰＵ２１０がモータ駆動量調整プログラム２３０ａを実行すると、駆動信号生成部６００より入力される駆動信号と、操作部４００より指示入力される試験力（第１フォースモータ６を介して荷重レバー３に付与する試験力）に応じた試験力駆動信号とを加算する。そして、ＣＰＵ２１０が、上記加算した信号に応じた力を発生させる電流信号を、第１フォースモータ６のフォースコイル６ａに出力することで、第１フォースモータ６に発生する力を、基台２の回転振動による影響を排除した試験力とすることができる。
かかるモータ駆動量調整プログラム２３０ａを実行することにより、ＣＰＵ２１０は、駆動信号生成部６００とともに駆動信号生成手段として機能する。
【００６４】
以上、本実施形態４に係る押込み試験機１０３によると、基台２の回転振動により荷重レバー３に及ぼすトルクを打ち消すための力を、試験力を発生させるための第１フォースモータ６により付与することができる。つまり、第３フォースモータ１５を別途設け無くて良いため、押込み試験機１０３の製造コストの増大を防ぐことが出来る。さらに、実施形態２の押込み試験機１０１と比較して、単体のフォースコイルにより上記試験力を発生させることができるので、一層押込み試験機１０３の構成を簡素化できる。
【００６５】
なお、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。
【００６６】
例えば、第１加速度センサ２１，第２加速度センサ２２に換えて、傾斜計を基台２の上面に所定距離離間して設け、計測される傾斜角の差分量から基台２の上下方向の回転振動による角加速度を算出するものであってもよい。
【００６７】
また、駆動信号生成部６００としてアナログ回路を用いた構成を例示しているが、デジタル信号処理を実行する構成であってもよい。具体的には、例えば、角加速度算出部５００より出力される信号をＡＤ変換器によりデジタル信号に変換し、高速フーリエ変換（ＦＦＴ；Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）して角加速度の位相反転処理を施した後に逆フーリエ変換し、ＤＡ変換器によりアナログ信号に変換する構成である。
【符号の説明】
【００６８】
１００    押込み試験機
１        試験機本体
２        基台
２ｄ      レバー支持部
３        荷重レバー
４        圧子
６        第１フォースモータ（荷重レバー駆動部）
１５      第３フォースモータ（力付与手段）
２１      第１加速度センサ２１（角加速度検出手段、加速度計）
２２      第２加速度センサ２２（角加速度検出手段、加速度計）
５００    角加速度算出部（角加速度検出手段）
６００    駆動信号生成部（駆動信号生成手段）
７００    フォースモータ駆動部（力付与手段）
Ｓ        試料
（第２実施形態）
１０１    押込み試験機
６ａ      フォースコイル
６ｂ      マグネット（磁界形成部）
６１ａ    第１コイル部（第１駆動コイル部）
６１ｂ    第２コイル部６１ｂ（力付与手段、第２駆動コイル部）
（第３実施形態）
１０２    押込み試験機
６        第１フォースモータ（力付与手段、荷重レバー駆動部）
１０００  加算器（駆動信号生成手段）
（第４実施形態）
１０３    押込み試験機
６        第１フォースモータ（力付与手段、荷重レバー駆動部）
２００    制御部
２１０    ＣＰＵ（駆動信号生成手段）
２３０    記憶部
２３０ａ  モータ駆動量調整プログラム（駆動信号生成手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010261819.tif 000009
【図８】
2010261819.tif 000010
【図９】
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