(57)【要約】【課題】簡易な構成で所望の試験力を発生させることが可能な硬さ試験機、及びくぼみ形成機構を提供する。【解決手段】試料Ｓの表面に圧子４により所定の試験力を負荷してくぼみを形成させ、当該くぼみの寸法を計測することにより、或いは当該くぼみ形成時の圧子４の押し込み深さを計測することにより試料の硬さを測定する硬さ試験機において、圧子４を介して試料Ｓに所定の試験力を負荷する重錘３と、重錘３を支持し、重錘３に働く重力を試験力として圧子４に伝達する荷重レバー２と、を備え、重錘３を荷重レバー２に沿ってスライド移動させて、試験力の大きさを切り換える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の表面に圧子により所定の試験力を負荷してくぼみを形成させ、当該くぼみの寸法を計測することにより、或いは当該くぼみ形成時の圧子の押し込み深さを計測することにより試料の硬さを測定する硬さ試験機において、
前記圧子を介して前記試料に前記所定の試験力を負荷する重錘と、
前記重錘を支持し、前記重錘に働く重力を前記試験力として前記圧子に伝達する荷重レバーと、
を備え、
前記重錘を前記荷重レバーに沿ってスライド移動させて、前記試験力の大きさを切り換えることを特徴とする硬さ試験機。
【請求項２】
前記重錘には、中空部が設けられ、
前記荷重レバーは、前記中空部を貫通して設けられ、前記重錘をスライド移動可能に支持することを特徴とする請求項１に記載の硬さ試験機。
【請求項３】
前記荷重レバーは、その上部に、前記重錘をスライド移動可能に支持することを特徴とする請求項１に記載の硬さ試験機。
【請求項４】
前記荷重レバーは、その下部に、前記重錘をスライド移動可能に支持することを特徴とする請求項１に記載の硬さ試験機。
【請求項５】
試料の表面に所定の試験力を負荷してくぼみを形成する圧子と、
前記圧子を介して前記試料に前記所定の試験力を負荷する重錘と、
前記重錘を支持し、前記重錘に働く重力を前記試験力として前記圧子に伝達する荷重レバーと、
を備え、
前記重錘を前記荷重レバーに沿ってスライド移動させて、前記試験力の大きさを切り換えることを特徴とするくぼみ形成機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硬さ試験機、及びくぼみ形成機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ビッカース硬さ試験機やロックウェル硬さ試験機など、平面形状が四角形形状の圧子や先端が円錐又は球形状などの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。例えば、レバー式の硬さ試験機の場合、重錘を利用して試料の表面に試験力が負荷される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ビッカース硬さ試験機やロックウェル硬さ試験機などにおいて、小さな重錘で大きな試験力を発生させるため、図５に示すような「てこの原理」を利用した荷重レバー機構を採用することが一般的である。具体的には、従来の硬さ試験機１０１では、図５に示すように、重錘部１０３に作用する重力により荷重レバー１０２が回動し、先端部に圧子１０４を備えた圧子軸１０４ａに所定の荷重が負荷される。そして、圧子軸１０４ａに負荷された荷重は圧子１０４に伝えられ、試料台１０５に載置された試料Ｓにくぼみを形成させるための試験力となる。重錘部１０３は、複数個の重錘１０３１、１０３２、１０３３、１０３４、１０３５と、複数個の重錘１０３１、１０３２、１０３３、１０３４、１０３５を鉛直方向に所定の間隔毎に配置可能な重錘支持軸１０３６と、複数個の重錘１０３１、１０３２、１０３３、１０３４、１０３５の下方に上下動可能に設けられた重錘受け１０３７と、を備えて構成されている。硬さ試験機１０１は、重錘受け１０３７を上下動させることにより、荷重レバー１０２にかかる複数個の重錘１０３１、１０３２、１０３３、１０３４、１０３５の重力を調整して試験力を切り替える。なお、試験力の段数は、ロックウェル硬さ試験の場合、１５０ｋｇ、１００ｋｇ、６０ｋｇの３段階が規定されており、ビッカース硬さ試験の場合、特に試験力が規定されていないので、適当な１０段階程度に区切られる。
【０００４】
ところで、ビッカース硬さ試験において、膜試料等に対して、一定の押込み深さで、即ち、くぼみの大きさを等しくして試験を行いたいという事例が存在する。また、ロックウェル硬さ試験において、４５ｋｇ、３０ｋｇ、１５ｋｇの試験力で行うロックウェルスーパーフィシャルや、低試験力ブリネル硬さ試験の試験力を追加する目的で、試験力の段数を増やした試験機も存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２２６８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ビッカース硬さ試験においては、試験力の段数が予め規定されているため、規定された試験力以外の試験力を発生させることができず、硬さが異なる膜試料に対して完全に等しい押込み深さでの試験を行うことが不可能である。
また、スーパーフィシャルやブリネルの試験力を発生させることが可能なロックウェル硬さ試験機の場合、上記の試験力を発生させるために重錘の数が増えることとなるため、機構的に複雑となり、試験機を小型化することができないという問題がある。
【０００７】
本発明は、簡易な構成で所望の試験力を発生させることが可能な硬さ試験機、及びくぼみ形成機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、
試料の表面に圧子により所定の試験力を負荷してくぼみを形成させ、当該くぼみの寸法を計測することにより、或いは当該くぼみ形成時の圧子の押し込み深さを計測することにより試料の硬さを測定する硬さ試験機において、
前記圧子を介して前記試料に前記所定の試験力を負荷する重錘と、
前記重錘を支持し、前記重錘に働く重力を前記試験力として前記圧子に伝達する荷重レバーと、
を備え、
前記重錘を前記荷重レバーに沿ってスライド移動させて、前記試験力の大きさを切り換えることを特徴とする。
【０００９】
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、
前記重錘には、中空部が設けられ、
前記荷重レバーは、前記中空部を貫通して設けられ、前記重錘をスライド移動可能に支持することを特徴とする。
【００１０】
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、
前記荷重レバーは、その上部に、前記重錘をスライド移動可能に支持することを特徴とする。
【００１１】
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、
前記荷重レバーは、その下部に、前記重錘をスライド移動可能に支持することを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、くぼみ形成機構において、
試料の表面に所定の試験力を負荷してくぼみを形成する圧子と、
前記圧子を介して前記試料に前記所定の試験力を負荷する重錘と、
前記重錘を支持し、前記重錘に働く重力を前記試験力として前記圧子に伝達する荷重レバーと、
を備え、
前記重錘を前記荷重レバーに沿ってスライド移動させて、前記試験力の大きさを切り換えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、規定された試験力以外の任意の試験力を発生させることができるので、硬さが異なる膜試料に対しても完全に等しい押込み深さでの試験を行うことができる。また、重錘の数を低減することができるので、試験機を小型化することができる。従って、簡易な構成で所望の試験力を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る硬さ試験機の全体構成を示す右側面図である。
【図２】変形例１に係る硬さ試験機の全体構成を示す右側面図である。
【図３】変形例２に係る硬さ試験機の全体構成を示す右側面図である。
【図４】変形例３に係るくぼみ形成機構の全体構成を示す右側面図である。
【図５】従来の硬さ試験機の全体構成を示す右側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
硬さ試験機１は、例えば、圧子４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に示すように、荷重レバー２と、重錘３と、圧子軸４ａの先端部に備えられた圧子４と、試料台５と、昇降機構部６と、を備えて構成されている。
【００１７】
荷重レバー２は、前端部が硬さ試験機１の試験機本体１ａに設けられた支点２ａにより回動自在に支持されている。また、荷重レバー２には、重錘３がスライド移動可能に支持されている。荷重レバー２は、重錘３の重力が下方向に作用することにより、時計回り下方向に回動する。そして、この荷重レバー２の下方向への回動に伴って、圧子軸４ａに所定の荷重が作用し、圧子軸４ａは軸下方向に移動する。即ち、荷重レバー２は、重錘３に働く重力を試験力として圧子４に伝達する。
【００１８】
重錘３は、荷重レバー２に沿ってスライド移動可能に支持され、圧子４を介して試料Ｓに所定の試験力を負荷することができる。重錘３には、上下方向中央部を貫通した中空部３ａが設けられており、この中空部３ａを荷重レバー２が貫通するようになっている。重錘３は、モータ（図示略）などの駆動手段により、荷重レバー２に沿ってスライド移動自在に構成されている。この重錘３を荷重レバー２に沿ってスライド移動させることにより、荷重レバー２にかかる重力を調整することで、試験力を切り替えることができる。本実施形態では、重錘３の位置を検出可能な位置センサ（図示略）を設けるようにし、予め重錘３の位置と試験力との関係を校正しておく。これにより、所望の試験力に対応する位置まで容易に重錘３を移動させることができるようになっている。
【００１９】
圧子軸４ａの先端部に備えられた圧子４は、荷重レバー２の回動による圧子軸４ａの軸下方向への移動に伴って、下方に設けられた試料台５上に載置された試料Ｓに向けて移動され、試料Ｓを所定の試験力で押圧する。圧子４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。なお、本実施形態では、圧子４として、ビッカース用の四角錐圧子（対面角が１３６±０．５°）を使用する。
試料台５は、上面に載置される試料Ｓを、試料固定部（図示略）で固定する。
昇降機構部６は、試料台５を上下方向に移動可能に構成されており、試料台５と圧子４との間の相対距離を変化させる。
【００２０】
次に、本実施形態に係る硬さ試験機１における硬さ試験方法について説明する。
まず、使用者は、試料台５の上面に試料Ｓを載置して固定し、昇降機構部６を昇降させて、試料台５と圧子４との間の相対距離を調整する。
次に、使用者は、モータを駆動させて、荷重レバー２上の所望の試験力に対応する位置まで所定の位置まで重錘３を移動させる。これにより、所望の試験力が圧子軸４ａに荷重され、試料Ｓに対して所望の試験力で圧子４が押圧されることとなる。
【００２１】
以上のように、本実施形態に係る硬さ試験機１は、圧子４を介して試料Ｓに所定の試験力を負荷する重錘３と、重錘３を支持し、重錘３に働く重力を試験力として圧子４に伝達する荷重レバー２と、を備え、重錘３を荷重レバー２に沿ってスライド移動させて、試験力の大きさを切り換える。特に、本実施形態に係る硬さ試験機１は、重錘３に中空部３ａが設けられ、荷重レバー２は、中空部３ａを貫通して設けられ、重錘３をスライド移動可能に支持する。
従って、本実施形態に係る硬さ試験機１によれば、規定された試験力以外の任意の試験力を発生させることができるので、硬さが異なる膜試料に対しても完全に等しい押込み深さでの試験を行うことができる。また、重錘３の数を低減することができるので、試験機を小型化することができる。
以上のように、本実施形態に係る硬さ試験機１によれば、簡易な構成で所望の試験力を発生させることが可能となる。
【００２２】
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。
【００２３】
（変形例１）
例えば、図２に示す例では、実施形態と比べ、重錘３の配置及び形状が異なっている。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２に示す例では、重錘３１は、荷重レバー２に沿ってスライド移動可能なスライド軸３１ａを介して荷重レバー２の上部に支持されている。即ち、重錘３１は、荷重レバー２に沿ってスライド移動可能に支持され、圧子４を介して試料Ｓに所定の試験力を負荷することができる。この重錘３１を荷重レバー２に沿ってスライド移動させることにより、荷重レバー２にかかる重力を調整することで、試験力を切り替えることができる。
以上のように、変形例１に係る硬さ試験機１によれば、荷重レバー２は、その上部に、重錘３１をスライド移動可能に支持するので、荷重レバー２下の空間を有効活用したり、或いは荷重レバー２下の空間の省スペース化を図ったりすることができる。
【００２４】
（変形例２）
また、図３に示す例では、変形例１と同様、実施形態と比べ、重錘３の配置及び形状が異なっている。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３に示す例では、重錘３２は、荷重レバー２に沿ってスライド移動可能なスライド軸３２ａを介して荷重レバー２の下部に支持されている。即ち、重錘３２は、荷重レバー２に沿ってスライド移動可能に支持され、圧子４を介して試料Ｓに所定の試験力を負荷することができる。この重錘３２を荷重レバー２に沿ってスライド移動させることにより、荷重レバー２にかかる重力を調整することで、試験力を切り替えることができる。
以上のように、変形例２に係る硬さ試験機１によれば、荷重レバー２は、その下部に、重錘３２をスライド移動可能に支持するので、荷重レバー２上の空間の省スペース化を図ることができる。
【００２５】
（変形例３）
また、図４に示す例では、実施形態と比べ、硬さ試験機１の下側の機構を設けない点が異なっている。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４に示すくぼみ形成機構１１は、例えば、圧子４の平面形状が矩形状に形成されたビッカースくぼみ形成機構であり、荷重レバー２と、重錘３と、圧子軸４ａの先端部に備えられた圧子４と、を備えて構成されている。即ち、くぼみ形成機構１１は、実施形態の硬さ試験機１と比べ、試料台５と、昇降機構部６と、を備えずにコンパクト化されている点で異なっている。
変形例３に係るくぼみ形成機構１１の場合、圧子４の下方に試料を載置する構成が必要となるが、例えば、圧延ロールの自動ラインや任意の架台等にこのくぼみ形成機構１１を取り付けることにより、硬さ試験を行うことが可能となる。
【００２６】
以上のように、変形例３に係るくぼみ形成機構１１は、試料の表面に所定の試験力を負荷してくぼみを形成する圧子４と、圧子４を介して試料に所定の試験力を負荷する重錘３と、重錘３を支持し、重錘３に働く重力を試験力として圧子４に伝達する荷重レバー２と、を備え、重錘３を荷重レバー２に沿ってスライド移動させて、試験力の大きさを切り換える。
従って、変形例３に係るくぼみ形成機構１１によれば、自動ラインや任意の架台に取り付けるだけで硬さ試験を行うことができるので、例えば、圧延ロールのように長大な試料に対しても、切り取り等の加工処理を行うことなく、硬さ試験を行うことができる。
【００２７】
（その他の変形例）
また、上記実施形態では、重錘３の位置を検出可能な位置センサを設けるようにし、モータなどの駆動手段により重錘３を所望の試験力に対応する位置までスライド移動させ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、荷重レバー２上に試験力に対応付けられた目盛を設けるようにし、重錘３を手動で移動させるように構成してもよい。この場合、位置センサやモータといった部品が不要となるため、さらに簡易な構成で所望の試験力を発生させることが可能となる。
また、上記実施形態では、一の重錘３をスライド移動させる構成を例示しているが、これに限定されるものではない。重錘３の数は任意であり、例えば、重錘３の重量を半分にして、二つの重錘３をスライド移動させるようにしてもよい。この構成によれば、一の重錘３をスライド移動させる場合と比べて、試験力を細かく調整することが可能である。
また、上記実施形態では、ビッカース硬さ試験機を例示して、試料Ｓの表面に圧子４により所定の試験力を負荷して形成させたくぼみの寸法を計測することにより試料の硬さを測定する硬さ試験機１に、本発明を適用しているが、これに限定されるものではない。例えば、くぼみ形成時の圧子４の押し込み深さを計測することにより試料の硬さを測定する硬さ試験機１に、本発明を適用するようにしてもよい。
【００２８】
その他、硬さ試験機１及びくぼみ形成機構１１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。
【符号の説明】
【００２９】
１  硬さ試験機
１ａ  試験機本体
２  荷重レバー
２ａ  支点
３  重錘
３ａ  中空部
３１  重錘
３１ａ  スライド軸
３２  重錘
３２ａ  スライド軸
４  圧子
４ａ  圧子軸
５  試料台
６  昇降機構部
１１  くぼみ形成機構
Ｓ  試料
【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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