(57)【要約】【課題】  圧痕を撮影するためのカメラを利用して圧子と試験片とをその側方から容易に観察することが可能な硬度試験機を提供する。【解決手段】  圧子２１を昇降させることにより試験片１００の表面に圧痕を形成する圧子昇降機構と、圧痕をその上方から観察するための対物レンズ２０と、圧痕を撮影するためのモニタ用カメラ１７と、圧子２１または対物レンズ２２のいずれか一方を試験片１００と対向する位置に移動させるリボルバー２０と、圧子２１と試験片１００とをその側方から観察するための観察用レンズ３１と、モニタ用カメラ１７が対物レンズ２２を介して圧痕をその上方から撮影するための第１の光路と、モニタ用カメラ１７が観察用レンズ３１を介して圧子２１および試験片１００をその側方から観察するための第２の光路とを選択的に形成する光路切替機構とを備える。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験片を載置する載置台と、
前記載置台を移動させる移動機構と、
圧子と、
前記圧子を昇降させることにより、前記載置台に載置された試験片に対して試験力を付与して、前記試験片の表面に圧痕を形成するための圧子昇降機構と、
前記試験片に形成された圧痕をその上方から観察するための対物レンズと、
前記対物レンズを介して前記圧痕を撮影するためのカメラと、
前記圧子と前記対物レンズとを支持して回転することにより、前記圧子または前記対物レンズのいずれか一方を、前記載置台に載置された試験片と対向する位置に移動させる回転部材と、
前記圧子と前記載置台に載置された試験片とをその側方から観察するための観察用レンズと、
前記回転部材の回転に伴って、前記カメラが前記対物レンズを介して前記圧痕をその上方から撮影するための第１の光路と、前記カメラが前記観察用レンズを介して前記圧子および前記試験片をその側方から観察するための第２の光路とを選択的に形成する光路切替機構と、
を備えたことを特徴とする硬度試験機。
【請求項２】
請求項1に記載の硬度試験機において、
前記光路切替機構は、
前記回転部材の回転に伴って、前記圧子が前記載置台に載置された試験片と対向する位置に移動したときに、前記試験片と前記カメラとの間に進入する移動反射部材と、
前記観察用レンズに入射した前記圧子および前記試験片からの反射光を、前記移動反射部材に向けて反射するための複数の固定反射部材とを備え、
前記第２光路は、前記圧子が前記載置台に載置された試験片と対向する位置に移動したときに、前記移動反射部材および前記複数の固定反射部材により形成される硬度試験機。
【請求項３】
請求項２に記載の硬度試験機において、
前記観察用レンズは、前記対物レンズが前記載置台に載置された試験片と対向する位置に移動したときに形成される、前記試験片から前記対物レンズを介して前記カメラに至る第１の光路と直行する方向に光軸を有し、
前記固定反射部材は、前記圧子が前記載置台に載置された試験片と対向する位置に移動したときに、前記観察用レンズに入射した前記圧子および前記試験片からの反射光を前記第１の光路と平行な方向に反射する第１の固定プリズムと、前記第１の固定プリズムにより反射された前記圧子および前記試験片からの反射光を前記第１の光路と直行する方向に反射する第２の固定プリズムとから構成されるとともに、
前記移動反射部材は、前記第２の固定プリズムにより反射された前記圧子および前記試験片からの反射光を、前記第１の光路に沿って前記カメラに入射させる方向に反射させる移動プリズムから構成される硬度試験機。
【請求項４】
請求項３に記載の硬度試験機において、
前記回転部材は、互いに倍率の異なる複数の対物レンズを支持して回転することにより、前記複数の対物レンズのうちの一つを、前記第１光路に対応する位置に選択的に移動させる硬度試験機。
【請求項５】
請求項３に記載の硬度試験機において、
前記圧子昇降機構はソレノイドを有し、電磁力により前記圧子を昇降させて前記載置台に載置された試験片に対して試験力を付与する硬度試験機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、試験片の硬度を測定する硬度試験機に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような硬度試験機としては、例えば、試験片のビッカース硬さやヌープ硬さなどを測定するビッカース硬度計等が知られている。このような硬度試験機においては、試験片に試験力をかけてその表面に圧痕を形成する圧子と、この圧子と対向配置されて試験片を載置する載置台と、試験片上の複数の計測点で圧痕を形成するために試験片を順次に移動するＸＹステージと、試験片を観察するための１０倍や５０倍程度の複数の対物レンズと、これらの対物レンズおよび圧子のうちいずれか一つを計測点と対向させるように切り換えるリボルバーとを備えている。そして、試験片に形成された圧痕は、対物レンズを透過して拡大された試験片像をオペレータが観察するための接眼レンズや、対物レンズにより拡大された試験片像を表示するためのモニタを利用して観察される。
【０００３】
このような硬度試験機においては、試験片に対して圧子により圧痕を形成し、この圧痕の深さにより試験片の硬度を測定することから、圧子により圧痕を形成する計測点を試験片上において設定する必要がある。この場合、リボルバーを回転して圧子と対物レンズとを切り換え、オペレータが接眼レンズや拡大されたモニタを観察するとともに、試験片の全体像を直接観察しながら、移動機構により試験片を移動して計測点の設定を行っている。
【０００４】
また、特許文献１には、リボルバーに試験片の像を試験片の側方に反射するためのミラーを設けるとともに、このミラーにより反射された試験片の反射像を撮像可能な位置にモニタ用カメラを設け、このモニタ用カメラにより撮像された試験片の反射像をモニタに表示する硬度計が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０９−１５１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、このような硬度試験機においては、試験直前において圧子と試験片とが極めて近接した高さ位置に配置される。このため、圧子と試験片との干渉を避けるため、圧子と試験片との状態を側方から観察することが好ましい。また、試験中においても、圧子と試験片との位置関係や、圧子による試験片の押圧状態を側方から観察することが好ましい。しかしながら、圧子と試験片とを目視により確認することは困難である。
【０００７】
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、簡易な構成でありながら、圧痕を撮影するためのカメラを利用して圧子と試験片とをその側方から容易に観察することが可能な硬度試験機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、試験片を載置する載置台と、前記載置台を移動させる移動機構と、圧子と、前記圧子を昇降させることにより、前記載置台に載置された試験片に対して試験力を付与して、前記試験片の表面に圧痕を形成するための圧子昇降機構と、前記試験片に形成された圧痕をその上方から観察するための対物レンズと、前記対物レンズを介して前記圧痕を撮影するためのカメラと、前記圧子と前記対物レンズとを支持して回転することにより、前記圧子または前記対物レンズのいずれか一方を、前記載置台に載置された試験片と対向する位置に移動させる回転部材と、前記圧子と前記載置台に載置された試験片とをその側方から観察するための観察用レンズと、前記回転部材の回転に伴って、前記カメラが前記対物レンズを介して前記圧痕をその上方から撮影するための第１の光路と、前記カメラが前記観察用レンズを介して前記圧子および前記試験片をその側方から観察するための第２の光路とを選択的に形成する光路切替機構とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記光路切替機構は、前記回転部材の回転に伴って、前記圧子が前記載置台に載置された試験片と対向する位置に移動したときに、前記試験片と前記カメラとの間に進入する移動反射部材と、前記観察用レンズに入射した前記圧子および前記試験片からの反射光を、前記移動反射部材に向けて反射するための複数の固定反射部材とを備え、前記第２光路は、前記圧子が前記載置台に載置された試験片と対向する位置に移動したときに、前記移動反射部材および前記複数の固定反射部材により形成される。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記観察用レンズは、前記対物レンズが前記載置台に載置された試験片と対向する位置に移動したときに形成される、前記試験片から前記対物レンズを介して前記カメラに至る第１の光路と直行する方向に光軸を有し、前記固定反射部材は、前記圧子が前記載置台に載置された試験片と対向する位置に移動したときに、前記観察用レンズに入射した前記圧子および前記試験片からの反射光を前記第１の光路と平行な方向に反射する第１の固定プリズムと、前記第１の固定プリズムにより反射された前記圧子および前記試験片からの反射光を前記第１の光路と直行する方向に反射する第２の固定プリズムとから構成されるとともに、前記移動反射部材は、前記第２の固定プリズムにより反射された前記圧子および前記試験片からの反射光を、前記第１の光路に沿って前記カメラに入射させる方向に反射させる移動プリズムから構成される。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記回転部材は、互いに倍率の異なる複数の対物レンズを支持して回転することにより、前記複数の対物レンズのうちの一つを、前記第１光路に対応する位置に選択的に移動させる。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記圧子昇降機構はソレノイドを有し、電磁力により前記圧子を昇降させて前記載置台に載置された試験片に対して試験力を付与する。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、圧痕を撮影するための第１の光路と試験片を観察するための第２の光路とを選択的に形成する光路切替機構の作用により、簡単な構成でありながら、圧痕を撮影するためのカメラを利用して圧子と試験片とをその側方から容易に観察することが可能となる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、移動反射部材と複数の固定反射部材との作用により、回転部材の回転に伴って第１光路と第２光路との切替を容易に実行することが可能となる。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、観察用レンズにより撮影した試験片からの反射光を、第１、第２の固定プリズムによって偏向した後、移動プリズムにより第１の光路に沿ってカメラに入射させることにより、回転部材の回転に伴って、圧子と試験片との側方からの画像をカメラに入射させることが可能となる。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、回転部材の回転に伴って、倍率の異なる複数の対物レンズの作用により、異なるサイズで圧痕を表示することが可能となる。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、ソレノイドの作用により圧子を昇降させ、所望の押圧力で圧痕を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明に係る硬度試験機の概要図である。
【図２】リボルバー２０付近の拡大図である。
【図３】リボルバー２０に支持された圧子２１等の配置を示す説明図である。
【図４】光路切替機構等を模式的に示す概要図である。
【図５】光路切替機構等を模式的に示す概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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、この発明に係る硬度試験機の概要図である。また、図２は、リボルバー２０付近の拡大図である。
【００２０】
この硬度試験機は、テーブル１１と、このテーブル１１上に配置され試験片１００を載置する載置台としてのＸＹステージ１２とを備える。ＸＹステージ１２は、試験片１００をＸ方向（図１における左右方向）およびＹ方向（図１における紙面に垂直な方向）に移動させるためのものである。このＸＹステージ１２には、試験片１００をＸ方向に移動させるためのマイクロメータ１３と、試験片１００をＹ方向に移動させるためのマイクロメータ１４とが付設されている。また、ＸＹステージ１２は、昇降ハンドル１５の作用により、昇降する構成となっている。
【００２１】
また、この硬度試験機は、試験片１００を観察するための接眼レンズ１６と、試験片１００を撮影するためのモニタ用カメラ１７と、試験片１００からの反射光を接眼レンズ１６およびモニタ用カメラ１７に入射させるためのハーフミラー３５と、試験片１００の拡大像を表示するための表示部１８と、後述する圧子２１および対物レンズ２２等を支持して回転する回転部材としてのリボルバー２０とを備える。このリボルバー２０は、つまみ２６を操作することにより、鉛直方向を向く軸を中心に回転する。さらに、この硬度試験機は、ＸＹステージ１２上に載置された試験片１００を照明するための、図示を省略した照明光学系を備える。
【００２２】
図３は、リボルバー２０に支持された圧子２１等の配置を示す説明図である。
【００２３】
リボルバー２０には、ＸＹステージ１２上に載置された試験片１００に圧痕を形成するための圧子２１と、５０倍の対物レンズ２２と、１０倍の対物レンズ２３と、試験片１００を原寸または拡大して観察するための対物レンズ２４とが配設されている。これらの圧子２１、対物レンズ２２、対物レンズ２３および対物レンズ２４は、リボルバー２０の回転に伴って、ＸＹステージ１２上に載置された試験片１００と対向する位置に移動する。なお、試験片１００を原寸または拡大して観察するための対物レンズ２４に換えて、試験片１００に対して圧子２１による圧痕と異なる形状の圧痕を形成するための他の圧子を配置してもよい。
【００２４】
次に、この発明の特徴部分である光路切替機構等の構成について説明する。図４および図５は、光路切替機構等を模式的に示す概要図である。なお、図４は、圧子２１がＸＹステージ１２上に載置された試験片１００と対向配置された状態を示し、図５は、対物レンズ２２がＸＹステージ１２上に載置された試験片１００と対向配置された状態を示している。
【００２５】
上述したリボルバー２０は回転軸２５を中心に回転する。そして、この回転軸２５には、移動反射部材としての移動プリズム３２が固定されている。この移動プリズム３２は、回転軸２５が回転することにより、リボルバー２０の回転と同期して移動する。そして、この移動プリズム３２は、リボルバー２０の回転に伴って、図４に示すＸＹステージ１２上に載置された試験片１００とモニタ用カメラ１７との間に進入した位置と、図５に示すＸＹステージ１２上に載置された試験片１００とモニタ用カメラ１７との間から退避した位置との間を移動可能となっている。
【００２６】
リボルバー２０の側方には、圧子２１とＸＹステージ１２上に載置された試験片１００とをその側方から観察するための観察用レンズ３１が配設されている。この観察用レンズ３１は、ＸＹステージ１２上に載置された試験片１００からモニタ用カメラ１７に向かう光路と直交する方向にその光軸を有する。この観察用レンズ３１の一端には、第１の固定プリズム３３が配設されている。また、この第１の固定プリズム３３および移動プリズム３２と対向する位置には、第２の固定プリズム３４が配設されている。
【００２７】
また、上述した軸２５の外周部におけるリボルバー２０の上方には、支持部材５０が固定されている。この支持部材５０におけるＸＹステージ１２上に載置された試験片１００とモニタ用カメラ１７との間の位置には、管状部材４３が配設されている。この管状部材４３は、図示しない電流供給装置に接続されるソレノイド４２を備えた負荷機構４１と連結されている。このため、この管状部材４３は、ソレノイド４２に供給するに電力を制御することにより昇降する。
【００２８】
リボルバー２０が回転して、圧子２１がＸＹステージ１２上に載置された試験片１００と対向する位置に配置されたときには、この圧子２１の上方に付設された負荷伝達軸４４は、管状部材４３の下方に配置される。このため、この圧子２１は負荷機構４１の作用により昇降するとともに、ソレノイド４２に供給する電力を制御することでＸＹステージ１２上に載置された試験片１００に対する試験力が制御される。
【００２９】
次に、上述した硬度試験機により試験片１００の硬度を測定する測定動作について説明する。
【００３０】
測定を行う場合には、試験片１００をＸＹステージ１２上に載置する。そして、マイクロメータ１３、１４を操作して、試験片１００における測定領域を調整する。このときには、図１および図２に示すつまみ２６を操作してリボルバー２０を回転させることにより、原寸または拡大して観察するための対物レンズ２４を試験片１００と対向する位置に配置し、接眼レンズ１６または表示部１８により試験片１００の表面を観察しながらマイクロメータ１３、１４を操作して、試験片１００における測定領域を調整すればよい。
【００３１】
次に、再度、つまみ２６を操作してリボルバー２０を回転させることにより、図４に示すように、圧子２１をＸＹステージ１２上に載置された試験片１００と対向する位置に配置する。
【００３２】
この状態においては、移動プリズム３２および第１、第２の固定プリズム３３、３４により、第２の光路が形成される。すなわち、観察用レンズ３１に入射した圧子２１および試験片１００からの反射光は、第１の固定プリズム３３の作用により、ＸＹステージ１２上に載置された試験片１００からモニタ用カメラ１７に向かう光路と平行な方向に反射される。そして、この反射光は、第２の固定プリズム３４の作用により、ＸＹステージ１２上に載置された試験片１００からモニタ用カメラ１７に向かう光路と直交する方向に反射され、移動プリズム３２に入射する。しかる後、この反射光は、ＸＹステージ１２上に載置された試験片１００からモニタ用カメラ１７に向かう光路とに沿ってモニタ用カメラ１７に入射する。このため、圧子２１および試験片１００を側面視した画像を、接眼レンズ１６および表示部１８に表示することが可能となる。
【００３３】
この状態で、昇降ハンドル１５の作用により、ＸＹステージ１２を硬度測定に適した高さまで上昇させる。このときには、圧子２１および試験片１００の側面から見た画像が接眼レンズ１６および表示部１８に表示される。このため、圧子２１と試験片１００との衝突等を防止することが可能となる。
【００３４】
そして、この状態において、負荷機構４１におけるソレノイド４２に電力を供給して、管状部材４３を介して圧子２１を試験片１００に向けて押圧する。このときの試験力は、ソレノイド４２に供給する電力を制御することで制御される。
【００３５】
このときにも、圧子２１および試験片１００の側面から見た画像が接眼レンズ１６を使用して観察でき、また、表示部１８に表示されることから、試験片１００に対する圧子２１の進入寸法を認識することが可能となる。このため、例えば、試験力と圧子２１による圧縮状態（試験力を負荷した状態での窪み深さ）を観察することも可能となる。このため、弾性力を有する試験片の試験等において、圧痕のサイズ以外のデータを得ることも可能となる。
【００３６】
圧子２１の試験片１００に対する押圧工程が完了すれば、次に、圧痕のサイズを測定する。この場合においては、つまみ２６を操作してリボルバー２０を回転させることにより、図５に示すように、５０倍の対物レンズ２２（あるいは１０倍の対物レンズ２３）をＸＹステージ１２上に載置された試験片１００と対向する位置に配置する。この状態においては、移動プリズム３２はＸＹステージ１２上に載置された試験片１００とモニタ用カメラ１７との間から退避した位置に移動しており、モニタ用カメラ１７が対物レンズ２２および管状部材４３の中空部を介して試験片１００に形成された圧痕をその上方から撮影するための第１の光路が形成される。
【００３７】
このときには、試験片１００の表面からの反射光は、対物レンズ２２およびハーフミラー３５を介して、接眼レンズ１６およびモニタ用カメラ１７に入射する。このため、接眼レンズ１６により試験片１００の拡大像を観察することができるとともに、表示部１８にその拡大像を表示することができる。そして、モニタ用カメラ１７により撮影した画像を画像処理すること等により、圧痕の形状を計測し、その形状と圧子２１の形状とから、圧痕の大きさを算出することにより、試験片１００の硬度を測定することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１１      テーブル
１２      ＸＹステージ
１３      マイクロメータ
１４      マイクロメータ
１５      昇降ハンドル
１６      接眼レンズ
１７      モニタ用カメラ
１８      表示部
２０      リボルバー
２１      圧子
２２      対物レンズ
２３      対物レンズ
２４      対物レンズ
２５      回転軸
２６      つまみ
３１      観察用レンズ
３２      移動プリズム
３３      第１の固定プリズム
３４      第２の固定プリズム
３５      ハーフミラー
４１      負荷機構
４２      ソレノイド
４３      管状部材
５０      支持部材
１００    試験片
【図１】
2011247842.tif 000003
【図２】
2011247842.tif 000004
【図３】
2011247842.tif 000005
【図４】
2011247842.tif 000006
【図５】
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