(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料表面に、圧子により圧痕を形成させることに基づいて試料の材料特性を測定する試験機に用いられる圧痕形成機構であって、
前記試料と前記圧子を接触させる際に、前記圧子と前記試料の一方を他方と同方向に移動制御する衝撃緩和手段を備え、
接触時の力積を減少することによって、前記試料と前記圧子の間に生じる衝撃を緩和することを特徴とする圧痕形成機構。
【請求項２】
前記衝撃緩和手段は、
前記試料が前記圧子に接触された場合に、前記圧子の基準位置からの変位に応じて、前記試料に与える所定の荷重を算出する荷重制御手段と、
前記荷重制御手段により算出された所定の荷重を前記試料に与えるように、前記圧子を前記試料と同方向に移動させる移動手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１記載の圧痕形成機構。
【請求項３】
前記衝撃緩和手段は、
前記圧子と前記試料の距離を検出する距離検出手段をさらに備え、
前記圧子と前記試料が所定距離接近した場合に、前記圧子と前記試料の一方を他方と同方向に所定速度で移動制御し、接触時の力積を減少することを特徴とする請求項１または２記載の圧痕形成機構。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の圧痕形成機構を備えたことを特徴とする硬さ試験機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧子により試料表面に荷重を負荷して圧痕を形成させることに基づいて試料の材料特性を評価する試験機に用いられる圧痕形成機構、及びこの圧痕形成機構を備えた硬さ試験機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、圧子により試料表面に荷重を負荷して圧痕を形成させることに基づいて、試料の材料特性を評価する試験機として硬さ試験が知られている。
この従来の硬さ試験機における荷重負荷機構としては、例えば、図８に示したものが知られている。
図８に示す硬さ試験機１００は、いわゆるロックウェル硬さ試験機といわれるもので、おもり１０１と、荷重アーム１０２と、カム１０３と、荷重軸１０４と、圧子軸１０５と、圧子１０６などからなる圧痕形成機構１１０を備えている。
この圧痕形成機構１１０によれば、所定のおもり１０１が前記荷重アーム１０２の先端に吊され、カム１０３の回転によって荷重アーム１０２が下がり、荷重軸１０４に所定の荷重が作用する。そして、この荷重軸１０４に作用した荷重は、圧子軸１０５を介して圧子１０６に伝達され、この圧子１０６が下方に移動することにより、試料台１０７に載置された試料に圧痕が形成されるようになっている。
【０００３】
ここで、上記硬さ試験機１００に代表される、おもりによる荷重負荷制御では、圧痕形成中の荷重が設定値通りに試料に作用しているかどうかを確認することが出来ないという問題点があった。
また、おもりで試料に力を加えるため、ダンパー等により力の負荷速度を遅くしないと、目標以上の力が発生するという、いわゆるオーバーシュートが発生する。また、ダンパーを用いたとしても小さなオーバーシュートを消すことは困難であるという問題があった。
【０００４】
この問題を解決するために、電気的に荷重負荷制御を行い、試料に加重を与える方法が考えられる。この電気的荷重負荷制御の場合、荷重アームは制御の都合上、剛性の高いものとなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、剛性の高い荷重アームを有する硬さ試験機においては、手動により試料を圧子と接触させる瞬間に試料に衝撃（ステップ状の力）が加わり易く、初試験力を越えた力が容易に試料に加えられる場合がある。
このような場合、試料の硬さ試験を適切に行えないという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、剛性の高い荷重アームを有する圧痕形成機構および硬さ試験機において圧子と試料を接触させる際の衝撃を緩和し、容易かつ正確に試料に初試験力を与えることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項１記載の発明は、例えば、図１〜５に示すように、試料表面に、圧子（３）により圧痕を形成させることに基づいて試料の材料特性を測定する試験機に用いられる圧痕形成機構（１０）であって、
前記試料と前記圧子を接触させる際に、前記圧子と前記試料の一方を他方と同方向に移動制御する衝撃緩和手段（６５：荷重アーム作動制御部、６１：サーボモータ）を備え、
接触時の力積を減少することによって、前記試料と前記圧子の間に生じる衝撃を緩和することを特徴としている。
【０００８】
請求項１記載の発明によれば、衝撃緩和手段を備えたため、前記試料と前記圧子の接触時に、前記圧子が前記試料に与える力積を減少することができる。即ち、前記圧子と前記試料が接触する際の衝撃が緩和されるため、接触時に初試験力を越えてしまうという問題を解消できる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、
請求項１記載の圧痕形成機構において、
前記衝撃緩和手段は、
前記試料が前記圧子に接触された場合に、前記圧子の基準位置からの変位に応じて、前記試料に与える所定の荷重を算出する荷重制御手段（６５：荷重アーム作動制御部）と、
前記荷重制御手段により算出された所定の荷重を前記試料に与えるように、前記圧子を前記試料と同方向に移動させる移動手段（６１：サーボモータ）と、
を備えたことを特徴としている。
【００１０】
請求項２記載の発明によれば、荷重制御手段と移動手段を備えたため、前記試料に圧子の基準位置からの変位に応じた荷重が与えられ、前記試料を手動により移動させる作業員は、従来と同様にハンドル等を操作するだけで、より適切に、試料に所定荷重を与えられる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、
請求項１または２記載の圧痕形成機構において、
前記衝撃緩和手段は、
前記圧子と前記試料の距離を検出する距離検出手段をさらに備え、
前記圧子と前記試料が所定距離接近した場合に、前記圧子と前記試料の一方を他方と同方向に所定速度で移動制御し、接触時の力積を減少することを特徴としている。
【００１２】
請求項３記載の発明によれば、距離検出手段を備えたため、前記試料と前記圧子が接触する直前に、一方を他方と同方向に移動させることができ、前記試料と前記圧子の接触の瞬間に、更に衝撃を緩和できる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載された圧痕形成機構を備えたことを特徴としている。
【００１４】
請求項４記載の発明によれば、請求項１〜３の何れかに記載の圧痕形成機構を備えたため、前記試料と前記圧子を接触させる際に、容易に初試験力を越えないように接触できるため、作業効率が向上する。また、接触時に初試験力を越えることがないため、硬さ試験の結果に対する信頼性が向上する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明に係る圧痕形成機構、及び硬さ試験機の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る硬さ試験機の要部構成を示す側面図であり、図２は、本発明の荷重アーム移動制御部の要部構成を示すブロック図であり、図３は、本発明に係る硬さ算出機構部の要部構成を示すブロック図である。
【００１６】
図１に示す硬さ試験機１は、試験機本体２と、前記試験機本体２に回動自在に支持され、自由端部に圧子３が取り付けられる荷重アーム４と、前記圧子３の下方の試験機本体２に設けられ、試料ｓを載置する試料台５と、前記荷重アーム４の下方に設けられ、前記荷重アーム４の自由端側を回動させ、試料表面に圧痕を形成させるための押圧力を作用させる力を付与する荷重アーム作動部６と、前記荷重アーム作動部６が作動した際に発生した力を前記荷重アーム４に伝達する板ばね７などにより構成された圧痕形成機構部１０を備えるともに、前記圧子３によって形成された圧痕の深さを測定するアーム位置センサ８と、このアーム位置センサ８による測定に基づいて硬さを算出する硬さ算出部９（図３参照）などにより構成された硬さ算出機構部２０を備えている。また、図示しないが、設定荷重を入力する荷重入力部も備えている。
【００１７】
前記試験機本体２は、その内部に前記荷重アーム作動部６と、荷重アーム作動部６の駆動源となる電装部２１などを備えている。
前記荷重アーム４は、試験機本体２に十字ばね或いは転がり軸受等により回動自在に支持されるとともに、自由端部には圧子３が着脱自在に取り付けられている。また、この荷重アーム４は、前記板ばね７と一体化されている。そして、荷重アーム４は、初期状態において、水平より所定量、下方向に回動された位置でサーボモータ６１によって維持されている。
前記板ばね７と前記荷重アーム４との間には、長手方向に沿って溝部７ａが設けられ、圧子３側のその先端は開口している。
【００１８】
試料台５は、その下面に角ネジ５１が設けられ、この角ネジ５１によって前記試験機本体２に上下動可能に取り付けられている。更に、試料ｓと圧子３が接触した際に自動的に試料台５が停止するオートブレーキ機構５２も備えている。
前記荷重アーム作動部６は、移動手段としてのサーボモータ６１と、ボールねじ６２と、前記ボールねじ６２の先端部に取り付けられ、前記板ばね７に固定される固定治具６３と、を備えている。従って、前記サーボモータ６１が駆動して前記ボールねじ６２が上下動することにより、前記板ばね７と一体化された荷重アーム４が回動するようになっている。
前記固定治具６３は、前記荷重アーム４と荷重アーム作動部６を接続するもので、荷重アーム４の回動運動と板ばね７の変形による板ばね７の軸と荷重アーム作動部６の軸のミスアラインメントを吸収する機能を有し、例えば、薄い板、ピアノ線等の線材、或いはナイフエッジと十字ばねの組み合わせ、ユニバーサルジョイント等を単独或いは併用して構成されている。
【００１９】
この荷重アーム４の作動制御は、前記荷重アーム４と前記板ばね７とに取り付けられ、ばね変形量を測定するばね変位量センサ６４と、このばね変位量センサ６４により測定したばね変形量を入力し、該ばね変形量に基づいて前記ボールねじ６２の作動制御を行う荷重制御手段としての荷重アーム作動制御部６５と、により行われる。
ばね変位量センサ６４は、例えば、ガラススケールを光学的に読み取る変位センサユニット（リニアスケール）からなり、前記ボールねじ６２の下方向への作動によって、板ばね７と荷重アーム４の溝部７ａの開き量からばね変位量を測定し、当該ばね変位量信号をＡ／Ｄ変換した後、荷重アーム作動制御部６５に出力する。
前記荷重アーム作動制御部６５は、図２に示すように、サーボゲイン演算回路６５１、自動荷重演算回路６５２、荷重制御回路６５３、サーボゲイン演算回路６５４、目標位置演算回路６５５、荷重アーム位置制御回路６５６、Ｄ／Ａ変換器６５７、サーボモータ駆動回路６５８、などを具備している。
【００２０】
サーボゲイン演算回路６５１は、作業員が圧子３と試料ｓを接触させ、初試験力を与える際に、Ａ／Ｄ変換されたばね変位量信号と、アーム位置信号とが入力される。そして、サーボゲイン演算回路６５１は、圧子３と試料ｓの接触時から、ばねにより徐々に荷重が加えられる状態をシミュレーションする制御、即ち、圧子３に試料ｓを接触させた後、基準位置からの変位に応じて徐々に圧子３から試料ｓに荷重が加わるように荷重アーム４の回動を制御（以下、ばね制御と言う。）するための値を算出する。
【００２１】
また、サーボゲイン演算回路６５１は、試料ｓに試験力を加える過程において、Ａ／Ｄ変換されたばね変位量信号と、アーム位置信号とが入力され、荷重の変化量と試料の変形量の変化からばね定数を算出して初期サーボゲイン（Gain）を決定する。
さらに、サーボゲイン演算回路６５１は、所定回数のフィードバックステップの間にエラー（Ｅｒｒ）の変化がない場合にはサーボゲインを増加させ、また、サーボゲインが所定値以上となったら、もとに戻す制御を行う。決定されたサーボゲインは、荷重制御回路６５２に出力される。
なお、サーボゲイン演算回路６５１には、演算結果を記憶するメモリ（図示省略）が設けられている。
【００２２】
自動荷重演算回路６５２は、アーム位置信号が入力され、ばね制御において試料に与える目標荷重を演算した結果あるいは予め設定された目標荷重を目標荷重信号として荷重制御回路６５３に出力する。
【００２３】
荷重制御回路６５３は、Ａ／Ｄ変換されたばね変位量信号と、自動荷重演算回路６５２から出力された目標荷重信号（サーボモータ指令データ）とを比較し、差分にあたる荷重制御信号にサーボゲイン演算回路６５１で算出したサーボゲインを付加してＤ／Ａ変換器６５７に出力する。
【００２４】
サーボゲイン演算回路６５４は、作業員が圧子３と試料ｓを接触させ、初試験力を与える際に、Ａ／Ｄ変換されたばね変位量信号と、アーム位置信号とが入力され、ばね制御を行うための値を算出しする。
目標位置演算回路６５５は、ばね変位量信号が入力され、ばね制御において荷重アーム４の目標位置を算出した結果あるいは予め設定された目標位置を目標位置信号として荷重アーム位置制御回路６５６に出力する。
荷重アーム位置制御回路６５６は、アーム位置センサからのアーム位置信号を入力し、このアーム位置信号と、目標位置信号とを比較し、差分にあたる位置制御信号にサーボゲインを付加してＤ／Ａ変換器６５７に出力する。
Ｄ／Ａ変換器６５７は、荷重制御信号、位置制御信号をＤ／Ａ変換してサーボモータ駆動回路６５８に出力する。
サーボモータ駆動回路６５８は、Ｄ／Ａ変換された荷重制御信号、位置制御信号を入力し、微分要素と積分要素を加味して電流増幅器６５８ａで増幅した後、サーボモータ６１に出力する。
【００２５】
前記アーム位置センサ８は、前記ばね変位量センサ６４と同様に、例えば、ガラススケールを光学的に読み取る変位センサユニット（リニアスケール）からなり、荷重アーム４の上下方向の移動量を測定する。
前記硬さ算出部９は、図３に示すように、増幅器９１、Ａ／Ｄ変換器９２、演算回路９３、出力回路９４などを具備している。
【００２６】
増幅器９１は、アーム位置センサ８により測定されたアーム位置信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換器９２に出力する。Ａ／Ｄ変換器９２は増幅されたアーム位置信号をＡ／Ｄ変換して演算回路９３に出力する。
演算回路９３は、Ａ／Ｄ変換されたアーム位置信号を内蔵された演算プログラムに従って演算して硬さを算出して出力回路９４に出力する。出力回路９４は、算出された硬さデータを所定の出力形式のデータに加工して硬さ試験機１に接続された出力装置１１に出力する。ここで、出力装置１１は、例えば、硬さデータを画面表示する表示装置、或いは硬さデータを紙に印字して出力する印刷装置等である。
【００２７】
そして、サーボモータ駆動回路６５８によって増幅された荷重制御信号又はアーム位置制御信号がサーボモータ６１に出力され、この荷重制御信号又はアーム位置制御信号に基づいてサーボモータ６１が駆動する。そして、このサーボモータ６１の駆動によりボールねじ６２が回転し、上方に作動する。その際、ボールねじ６２に取り付けられた板ばね７と、これと一体化された荷重アーム４が上方に軸回転しながら、荷重アーム４の自由端に取り付けられた圧子３が、作業員によって上昇された試料ｓと接触する。
このとき、板ばね７と荷重アーム４との間の溝部７ａの開き量がばね変位量信号としてばね変位量センサ６４によって計測され、このばね変位量信号が増幅されて、サーボゲイン演算回路６５１に出力される。
【００２８】
次に、上記硬さ試験機によるオートブレーキ制御動作について図４に示すフローチャートを用いて説明する。
まず、オートブレーキ処理が開始されると、ステップＳ１で荷重アーム４の初期化がなされる。即ち、中立位置を検出し、中立位置から所定量下方に荷重アーム４が回動する。
次いで、ステップＳ２では、ばね変位量センサ６４、アーム位置センサ８がリセットされ、荷重アーム４の制御を行うように初期設定がなされる。
次いで、ステップＳ３では、作業員により上昇された試料ｓが圧子３に接触した場合、ばね制御を開始する。
次いで、ステップＳ４では、現状態でのばね変位量センサ６４、アーム位置センサ８の読み取り値を入力する。
次いで、ステップＳ５では、荷重アーム位置制御回路６５６により、（１）式に基づいてエラー（Err）を生成し、
Err＝Gain×アーム位置                    （１）
当該エラーに基づくアーム位置制御信号をＤ／Ａ変換した後、サーボモータ駆動回路６５８を介してサーボモータ６１に出力する。
【００２９】
次に、ステップＳ６では、荷重アーム４の変位に伴い、ばね制御に基づく荷重に目標荷重を設定する。
次いで、ステップＳ７では、アーム位置センサ８で検出された位置が水平より所定量下方の位置（以下、オートブレーキ位置と言う。）であるか否かが判別され、オートブレーキ位置であると判別された場合には、ステップＳ８に移行してオートブレーキを作動（ｏｎ）させ、ブレーキがかかった時点での力で力制御への切り替えが行われた（ステップＳ９）後、ステップＳ１０に移行する。一方、ステップＳ５で、ばね変位量センサ６４で検出された位置が所定位置でないと判別された場合には、ステップＳ１０にそのまま移行する。ここで、荷重アーム４の所定位置は、当該位置から荷重アーム４に初試験力を与えた場合、試験力が適切な精度範囲となるような位置である。
【００３０】
ステップＳ１０では、ばね変位量センサ６４で検出された力値が精度チェックを行う力か否かが判別される。具体的には、力値が初期試験力の所定の割合よりも大きいか否かが判別され、大きいと判別された場合には、ステップＳ１１に移行するが、小さいと判別された場合には、ステップＳ１２に移行する。
ステップＳ１１に移行した場合、ここでは、荷重アーム４の位置が試験力精度を保証できる範囲内か否か判別する。即ち、荷重アームの水平位置からのずれが予め設定された試験力精度範囲以内かどうか判別する。そして、荷重アームの位置が試験力精度範囲内にない場合には、ステップＳ１３に移行してサーボモータ６１が停止して処理が停止する。
【００３１】
一方、荷重アーム４の位置が予め設定された試験力精度範囲以内にある場合には、ステップＳ１４で初試験力まで力を加えた後、ステップＳ１５で試験力まで加え、所定の時間経過後、ステップＳ１６で再び初試験力まで力を戻し、ステップＳ１７で硬さ値算出した後、当該硬さ値の表示を行う。
また、ステップＳ１０の結果、ステップＳ１２に移行した場合、ここではオートブレーキが作動中か否かが判別される。そして、オートブレーキ作動中でないと判別された場合には、ステップＳ４に移行し、ステップＳ４以降の処理が再び行われる。一方、オートブレーキが作動中であると判別された場合には、ステップＳ１８に移行する。
ステップＳ１８では、ブレーキ保持時間以内か否かが判別され、ブレーキ保持時間以内でないと判別された場合には、ステップＳ４に移行してステップＳ４以降の処理が再び行われる。一方、ブレーキ保持時間以内であると判別された場合には、ブレーキがオフされ（ステップＳ１９）、目標荷重を初期荷重に設定された（ステップＳ２０）後、ステップＳ４に移行し、ステップＳ４移行の処理が再び行われる。
【００３２】
ここで、ばね制御における荷重アーム４の動作について、図６を参照して説明する。
図６は、ばね制御における荷重アーム４の位置と試料ｓに加えられる荷重の関係を示す図である。この図６において、実線は試料ｓに与えられる荷重を示し、点線は、荷重アーム４の位置を示している。
【００３３】
図６において、初めに荷重アーム４は、所定位置（水平より所定量下方の位置）に維持され、圧子３に試料ｓは接触していない（時刻ｔ０）。そして、試料ｓが上昇され圧子３と接触する（時刻ｔ１）と、荷重アーム４は、圧子３を試料ｓと接触させた状態で上方に回動する。このとき、荷重アーム４が所定位置から変位するに従って、圧子３から試料ｓに与えられる荷重が増加する（時刻ｔ１→ｔ２）。そして、ステップＳ７において、荷重アーム４の位置が、オートブレーキ位置に達したと判別された場合、オートブレーキが作動され（時刻ｔ２）、このときの荷重を維持するように荷重アーム４が動作する。そして、ステップＳ９、ステップＳ１１およびステップＳ１４を経て、荷重アーム４が再び回動し（時刻ｔ３）、水平位置において、試料ｓに初試験力が与えられる（時刻ｔ４）。
【００３４】
以上のばね制御を行った場合、従来の荷重アーム４を固定させた状態で試料ｓと接触させる方法に比べ、圧子３と試料ｓの接触時の衝撃が緩和され、接触時に初試験力を越えてしまうという問題が解消され、例えば、スーパーフィッシャル型硬さ試験機のように、小さな試験力を試料に与える硬さ試験の場合、特に有効である。図７は、圧子と試料が接触する場合の試料に与えられる荷重を示す図であり、（ａ）は、従来の硬さ試験機の場合、（ｂ）は、硬さ試験機１の場合を示す図である。図７（ａ）において、圧子と試料が接触した瞬間（時刻ｔ１）には、試料に衝撃が与えられ、初試験力付近に達している。一方、図７（ｂ）において、圧子３と試料ｓが接触した瞬間（時刻ｔ１）には、試料ｓに衝撃が与えられず、徐々に試料ｓに荷重が与えられている。
【００３５】
次に、上記硬さ試験機による試験荷重制御動作について図５に示すフローチャートを用いて説明する。
まず、電源投入されると、ステップＳ２１で、各変数の初期化がなされる。具体的には、サーボゲイン（Gain）、エラー（Err）、アーム位置（DIFP）、荷重 （DIFF）等のそれぞれの値が初期化される。荷重入力部（図示省略）に目標荷重を入力する。
次いで、ステップＳ２２で、現状態のばね変位量（荷重）センサ６４およびアーム位置センサ８の値がサーボゲイン演算回路６５１に入力され、この値がサーボゲイン演算回路６５１に内蔵されたメモリ（図示省略）に記憶される（ステップＳ２３）。これは、次回のルーチンの荷重制御に使用するためである。
【００３６】
次いで、ステップＳ２４で、初期サーボゲイン決定のため、予め設定された予備試験荷重を試料に印加する。そして、そのときのアーム位置がサーボゲイン演算回路６５１に入力されると、（２）式により初期サーボゲインが決定される。
Gain＝Ａ×（DIFF−荷重値）／（DIFP−アーム位置）        （２）
ここで、Ａ：任意の定数である。
次いで、ステップＳ２５では、エラー、即ち、実荷重値と目標荷重値の差が（３）式によって算出される。
Err＝Gain×荷重値−TargetＦ                              （３）
そして、ステップＳ２６では、エラーが残ったままか否かが判別される。即ち、前回のフィードバックルーチンで求めた比較用エラー（Err1）と今回のエラー（Err ）との差分が「０」か否か判別し、「０」の場合には、ステップＳ２７に移行するが、「０」でない場合には、そのままステップＳ２８に移行する。
ここで、エラーが残った否かを判別する場合、所定回数（例えば、５回）のフィードバックルーチンでエラーの差分が連続して「０」となった場合に、エラーが残っていると判別してもよい。また、サーボゲインは、段階的に上げるようにしてもよい。
【００３７】
ステップＳ２７では、サーボゲインを所定値上げる処理を行った後、ステップＳ２８に移行する。
次いで、ステップＳ２８では、サーボゲインが許容上限値を越えたか否かを判別し、許容上限値を越えた場合には、ステップＳ２９に移行して、サーボゲインを所定値下げる処理を行った後、ステップＳ３０に移行する。一方、許容上限値を越えていない場合には、そのままステップＳ３０に移行する。
【００３８】
次いで、ステップＳ３０では、試験力を保持中か否かが判別され、試験力を保持中と判別された場合には、ステップＳ３１に移行するが、試験力保持中ではないと判別された場合には、ステップＳ３２に移行する。
ステップＳ３２に移行した場合には、目標の試験力になったか否かが判別され、目標の試験力となっていない場合には、ステップＳ２２に戻って再び処理を繰り返して行うが、目標の試験力となった場合には、ステップＳ３３でタイマーをスタートした後、ステップＳ２２に戻って、ステップＳ２２移行の処理を続行する。
一方、ステップＳ３０の判別の結果、ステップＳ３１に移行した場合、タイマーが保持時間となったか否かが判別され、保持時間となっていない場合には、ステップＳ２２に戻って処理を続行するが、保持時間となった場合には、試験荷重負荷、保持を終了する。
【００３９】
そして、前記試験荷重制御動作終了後、圧痕の押込み深さがアーム位置信号としてアーム位置センサ８によって測定され、このアーム位置信号は、増幅器９１により増幅され、Ａ／Ｄ変換器９２によりＡ／Ｄ変換され、演算回路９３に出力される。
次いで、演算回路９３により、Ａ／Ｄ変換されたアーム位置信号は内蔵された演算プログラムに従って演算されて硬さが算出される。算出された硬さデータは、出力回路９４を介して所定の出力装置１１から出力される。
【００４０】
以上説明した本発明に係る圧痕形成機構１０およびこの硬さ試験機１によれば、圧子３と試料ｓを接触させる際、接触の瞬間から荷重アーム４のばね制御を行う。即ち、圧子３に試料ｓを接触させた後、基準位置からの変位に応じて徐々に圧子３から試料ｓに荷重が加わるように荷重アーム４の回動を制御する。
【００４１】
したがって、圧子３に試料ｓを接触させる際に、試料ｓに衝撃を与えることなく、徐々に荷重を与えることができ、接触の瞬間に初試験力を越えた荷重を与えてしまうという問題が解消される。
【００４２】
また、荷重アーム４のばね制御に係る動作をサーボモータ６１等によって制御するため、種々のばね定数の動作をシミュレートすることができ、実際にばね等の弾性体を用いる場合に比べ、試料ｓの硬度等、諸条件に応じた適切なばね定数を容易に実現できる。
【００４３】
さらに、作業員は、試料台５を上昇させ、圧子３と試料ｓを接触させる際のハンドル等の操作を従来と同様の感覚で行うだけで、より適切な作業成果を上げることができるため、実質的な操作性の向上が実現できる。
【００４４】
なお、上記実施の形態においては、ばね制御を開始するタイミングを圧子３と試料ｓが接触した瞬間としたが、圧子３と試料ｓの距離を検出する距離検出手段（距離センサ等）を備え、圧子３と試料ｓが所定距離接近した時点で、荷重アーム４を適当な速度で回動させることとしてもよい。この場合、圧子３と試料ｓが接触した瞬間に生じる衝撃を更に緩和することが可能となる。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、衝撃緩和手段を備えたため、前記試料と前記圧子の接触時に、前記圧子が前記試料に与える力積を減少することができる。即ち、前記圧子と前記試料が接触する際の衝撃が緩和されるため、接触時に初試験力を越えてしまうという問題を解消できる。
【００４６】
請求項２記載の発明によれば、荷重制御手段と移動手段を備えたため、前記試料に圧子の基準位置からの変位に応じた荷重が与えられ、前記試料を手動により移動させる作業員は、従来と同様にハンドル等を操作するだけで、より適切に、試料に所定荷重を与えられる。
【００４７】
請求項３記載の発明によれば、距離検出手段を備えたため、前記試料と前記圧子が接触する直前に、一方を他方と同方向に移動させることができ、前記試料と前記圧子の接触の瞬間に、更に衝撃を緩和できる。
【００４８】
請求項４記載の発明によれば、請求項１〜３の何れかに記載の圧痕形成機構を備えたため、前記試料と前記圧子を接触させる際に、容易に初試験力を越えないように接触できるため、作業効率が向上する。また、接触時に初試験力を越えることがないため、硬さ試験の結果に対する信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る硬さ試験機の要部構成を示す側面図である。
【図２】本発明の荷重アーム移動制御部の要部構成を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る硬さ算出機構部の要部構成を示すブロック図である。
【図４】オートブレーキ制御動作を示すフローチャートである。
【図５】試験荷重制御動作を示すフローチャートである。
【図６】ばね制御における荷重アーム４の動作を説明する図である。
【図７】圧子と試料が接触する場合の試料に与えられる荷重を示す図であり、（ａ）は、従来の硬さ試験機の場合、（ｂ）は、硬さ試験機１の場合を示す図である。
【図８】従来の硬さ試験機の要部構成を示す側面図である。
【符号の説明】
１    硬さ試験機
２    本体部
３    圧子
４    荷重アーム
５    試料台
６    荷重アーム作動部
７    板ばね
８    アーム位置センサ
９    硬さ算出部
１０    圧痕形成機構部
１１    硬さ算出機構部
６１    サーボモータ
６２    ボールねじ
６４    ばね変位量センサ
６５    荷重アーム作動制御部
ｓ    試料
【図１】
0004299950.tif 000002
【図２】
0004299950.tif 000003
【図３】
0004299950.tif 000004
【図４】
0004299950.tif 000005
【図５】
0004299950.tif 000006
【図６】
0004299950.tif 000007
【図７】
0004299950.tif 000008
【図８】
0004299950.tif 000009