JP6679427B2 - 硬さ試験機 - Google Patents

Description

本発明は、硬さ試験機に関する。

従来、圧子を用いて試料（ワーク）の表面に所定の試験力を負荷し、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、ロックウェル硬さ試験機は、試料の表面にダイヤモンド円錐圧子又は球圧子により所定の試験力を負荷してくぼみを形成させ、当該くぼみ形成時の圧子の押込み深さを計測することにより、試料の硬さを測定している（例えば、特許文献１参照）。

図７に、上記のロックウェル硬さ試験機２００の一例を示す。ロックウェル硬さ試験機２００は、試験力発生ばね４の変位量を計測して試験力を調整しつつ、基準部７からの圧子６１の侵入量（押込み深さ）を計測し、その押込み深さから硬さを測定する。

特開２０１４−１５７０５０号公報

しかしながら、上記図７に示すロックウェル硬さ試験機２００の構成では、圧子軸６と試験力発生ばね４との連結部２０５が固定されているため、圧子軸６の先端部に備えられた圧子６１が試料Ｓの表面に接触した時点から試験力が発生する。即ち、ロックウェル硬さ試験機２００の構成では、図８に示すように、圧子６１が試料Ｓの表面に接触した時点から試験力が負荷されて試料Ｓに押し込まれるため、試料Ｓ表面の変位を計測することができないという課題がある。
また、ロックウェル硬さ試験機２００の構成では、試料Ｓ表面の変位を計測することができないため、試料Ｓ表面の座標を取得することができない。従って、ロックウェル硬さ試験機２００の構成では、試験位置への同定をカメラなどの撮像手段を用いて又は作業者の目視により行う必要があるため、作業者にとって手間が掛かるうえ、測定精度を十分に確保することができないという課題がある。

本発明は、測定精度を十分に確保しつつ、作業者の操作性を向上させることが可能な硬さ試験機を提供することを目的とする。

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、当該くぼみ形成時の圧子の押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、
前記圧子に試験力を負荷し、前記圧子を試料の表面に押し込む試験力負荷部と、
先端部に前記圧子を備える圧子軸と、
前記試験力負荷部と前記圧子軸とを連結し、前記試料の表面からの前記圧子に対する作用力に応じて、前記圧子軸が前記試験力負荷部に対して相対的に上方に移動するように構成された連結機構と、
前記圧子軸の変位量を検出する変位量検出部と、
前記変位量検出部が前記圧子軸の変位量を検出する際の基準面を有し、前記圧子が前記試料の表面に接触していない状態において前記基準面が前記圧子の先端よりも上方となるように配置された基準部と、
前記試験力負荷部により前記圧子が前記試料に押し込まれる際に前記変位量検出部により検出された前記圧子軸の変位量に基づいて前記試料の硬さを算出する硬さ算出部と、
前記試料を載置可能に構成され、水平方向に移動可能な試料ステージと、
前記試料ステージの水平方向の移動に伴い、前記変位量検出部により検出された前記圧子軸の変位量に基づいて、前記試料の表面の座標を取得する座標取得部と、
を備えることを特徴とする。

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、
前記連結機構は、
前記圧子軸の上面に設けられ、前記圧子軸よりも径が小さく形成された連結軸と、
前記試験力負荷部の下面側に設けられ、下面から上端部に向けて前記連結軸を挿通可能な挿通穴が形成された圧子軸支持部材と、
前記挿通穴の上端部に設けられ、前記連結軸の前記圧子軸支持部材に対する上方への相対的な移動を規制するストッパと、
前記挿通穴の上端部及び前記連結軸の上面に固定され、前記連結軸を下方に付勢する付勢部材と、
を備えることを特徴とする。

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、
前記連結機構は、
前記圧子軸の上面に設けられ、前記圧子軸よりも径が小さく形成された連結軸と、
前記試験力負荷部の下面側に設けられ、下面から上端部に向けて前記連結軸を挿通可能な挿通穴が形成された圧子軸支持部材と、
前記挿通穴の上端部に設けられ、前記連結軸の前記圧子軸支持部材に対する上方への相対的な移動を規制するストッパと、
前記連結軸の上端側に備えられたスライド部材の上下動をガイドするレール部材と、
を備えることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の硬さ試験機において、
前記座標取得部により取得された座標に基づいて、前記試料の表面の平面度を算出する平面度算出部を備えることを特徴とする。

本発明によれば、測定精度を十分に確保しつつ、作業者の操作性を向上させることができる。

本実施形態に係る硬さ試験機の全体構成を示す側面図である。 本実施形態に係る硬さ試験機の制御構造を示すブロック図である。 連結機構近傍の概略構成を示す図である。 試料台の試料ステージ上に球形状の試料を載置した様子の一例を示す図である。 図４の状態から試料ステージをＹ方向に移動させるとともに、荷重アームを下方に移動させた様子の一例を示す図である。 変形例に係る連結機構近傍の概略構成を示す図である。 従来技術に係る硬さ試験機の全体構成を示す側面図である。 図７の状態から荷重アームを下方に移動させた様子の一例を示す図である。

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１における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。

［１．構成の説明］
本実施形態に係る硬さ試験機１は、図１及び図２に示すように、荷重アーム２と、荷重アーム２に作用力を付与して荷重アーム２を作動（上下動）させるアーム作動部３と、荷重アーム２の下面側に備えられた試験力発生ばね４と、連結機構５を介して試験力発生ばね４と連結され、先端部に圧子６１を備える圧子軸６と、圧子軸６の変位量（圧子６１の侵入量）を検出する際の基準面を有する基準部７と、圧子軸６（圧子６１）と対向配置され、試料Ｓが載置される試料台８と、制御部１００と、操作部１１０と、表示部１２０と、を備えて構成されている。なお、硬さ試験機１では、図２に示す制御部１００により、各部の動作制御が行われる。

荷重アーム２は、基部２１と、基部２１の側面から突出するアーム部２２と、基部２１の下面側で基部２１よりも幅広に形成された底部２３と、底部２３の下面側一端部に備えられ、荷重アーム２と基準部７とを連結する略Ｌ字型のリンク部材２４と、を備えて構成されている。

アーム部２２は、固定治具３４によりアーム作動部３のコラム軸３３に上下動可能に固定されている。アーム部２２（荷重アーム２）は、コラム軸３３の回転駆動により、固定治具３４と連動して上下に移動する。即ち、荷重アーム２（アーム部２２）は、アーム作動部３の動作に伴い、上下動を行う。

また、アーム部２２の先端部には、アーム部２２（荷重アーム２）が作動（上下動）した際の変位量を検出するアーム変位検出部２２１が備えられている。
アーム変位検出部２２１は、例えば、アーム部２２の先端部と対向する位置に備えられたスケール２２２の目盛を光学的に読み取るリニアエンコーダである。アーム変位検出部２２１は、圧子６１を試料Ｓに押し込む際のアーム部２２の変位量を検出し、検出した変位量に基づくアーム部変位信号を制御部１００に出力する。

アーム作動部３は、モータ３１と、コラム軸３３と、モータ３１のモータ軸（図示省略）とコラム軸３３とに掛け渡されるタイミングベルト３２と、を備えて構成されている。なお、アーム作動部３は、コラム軸３３が固定治具３４によりアーム部２２に固定されることにより荷重アーム２に接続されている。

モータ３１は、制御部１００から入力された駆動制御信号に基づいて駆動する。モータ３１のモータ軸は、モータ３１の駆動により回転する。モータ軸の駆動力は、タイミングベルト３２を介してコラム軸３３に伝達され、コラム軸３３を回転させる。固定治具３４は、コラム軸３３の回転駆動により上下に移動する。
このように、アーム作動部３は、モータ３１の駆動に基づいて固定治具３４を上下動させ、固定治具３４と接続している荷重アーム２のアーム部２２にその駆動（駆動力）を伝達させて、荷重アーム２を上下動させる。

また、荷重アーム２の底部２３の下面側中央部には、試験力を発生させる試験力発生ばね４が備えられている。試験力発生ばね４の側面には、所定の間隔の目盛が刻まれたスケール４１が備えられている。また、試験力発生ばね４の下面側には、試験力発生ばね４と圧子軸６とを連結する連結機構５が備えられている。

試験力発生ばね４は、荷重アーム２の下方への移動に伴い、連結機構５及び圧子軸６を下方へと押圧し移動させる。そして、試験力発生ばね４は、荷重アーム２の駆動、動作を圧子軸６に伝達する。

また、荷重アーム２の底部２３の下面側他端部には、荷重アーム２が作動（上下動）した際の試験力発生ばね４の変形量を検出するばね変位検出部４２が備えられている。
ばね変位検出部４２は、例えば、試験力発生ばね４の側面に備えられたスケール４１の目盛を光学的に読み取るリニアエンコーダである。ばね変位検出部４２は、圧子軸６等を介して圧子６１を試料Ｓに押し込む際の試験力発生ばね４の変形量（変位量）を検出し、検出した変形量に基づくばね変位信号を制御部１００に出力する。なお、この変形量は、圧子６１が試料Ｓを押し込む押圧力（試験力）又は試料Ｓに加わる荷重に対応するようになっている。

連結機構５は、図３に示すように、圧子軸６の上面に設けられ、圧子軸６よりも径が小さく形成された連結軸５１と、試験力発生ばね４の下面側に設けられ、下面から上端部に向けて連結軸５１を挿通可能な挿通穴５２１が形成された圧子軸支持部材５２と、挿通穴５２１の上端部に設けられ、連結軸５１の圧子軸支持部材５２に対する上方への相対的な移動を規制するストッパ５３と、挿通穴５２１の上端部及び連結軸５１の上面に固定され、連結軸５１を下方に付勢する付勢部材５４と、を備えて構成されている。
連結機構５が上記の構成を備えることにより、圧子６１が試料Ｓの表面に接触した場合であっても、試料Ｓの表面からの圧子６１に対する作用力に応じて、圧子軸６が試験力発生ばね４に対して相対的に上方に移動するように構成されているので、連結軸５１の上端部がストッパ５３の下端部に接触するまでの間（図中Ｈ１の区間）、圧子６１の先端（試料Ｓの表面）に試験力が負荷されない（即ち、くぼみが形成されない）ようになっている。一方で、連結軸５１の上端部がストッパ５３の下端部に接触した場合、試験力発生ばね４により圧子６１の先端に試験力が負荷される。即ち、試験力発生ばね４は、本発明の試験力負荷部として機能する。

圧子軸６は、アーム作動部３の動作により、下方に設けられた試料台８上に載置された試料Ｓに向けて移動し、先端部に備えた圧子６１を試料Ｓの表面に所定の試験力で押し付ける。圧子６１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。また、圧子軸６の表面には、所定の間隔の目盛が刻まれたスケール６２が一体形成されている。
圧子６１は、例えば、ロックウェル用の先端角１２０°のダイヤモンド円錐圧子又は球圧子（例えば直径が１／１６インチ、１／８インチ、１／４インチ、１／２インチのもの）を使用する。

また、試験力発生ばね４の下方には、荷重アーム２の底部２３に備えられたリンク部材２４と連結され、圧子軸変位検出部６３が圧子軸６の変位量を検出する際の基準面を有する基準部７を保持する基準部保持部材７１が備えられている。
基準部保持部材７１の上端側には、リンク部材２４に沿って上下動可能に構成されたスライド部材２５が備えられている。このスライド部材２５とリンク部材２４とにより、リンク部材２４上をスライド部材２５がスライドすることで直線運動をガイドする、所謂ＬＭガイド（登録商標）が構成される。なお、ＬＭガイド（リンク部材２４及びスライド部材２５）の具体的な構造は、従来公知の技術（例えば、特開平８−３１３２１７等）を用いることができるため、詳細な説明は省略する。
また、リンク部材２４の下端部には、スライド部材２５の下方への移動を規制する規制部２４１が形成されている。
上記の構成により、基準部保持部材７１（基準部７）は、リンク部材２４に沿って上下動することができるようになっている。

基準部７は、基準部保持部材７１の下面側に取り付けられており、圧子軸６の先端部に備えられた圧子６１の先端部の上下方向の位置基準となる部材である。基準部７は、圧子軸６（圧子６１）を挿通可能な中空形状に形成されている。基準部７の下面は、圧子軸６に垂直な面（水平面）となるように形成されている。この基準部７の下面が試料Ｓの表面に当接した状態で押込み試験を行うことで、当該基準部７の下面（試料Ｓの表面）を基準面として圧子軸変位検出部６３により圧子軸６の変位量を検出することができる。
また、基準部７は、圧子６１が試料Ｓの表面に接触していない状態において基準面が圧子６１の先端よりも上方となるように配置されている。

また、基準部７の上面側には、圧子軸６の変位量を検出する圧子軸変位検出部６３が備えられている。
圧子軸変位検出部６３は、例えば、圧子軸６の表面に一体形成されたスケール６２の目盛を光学的に読み取るリニアエンコーダである。圧子６１が試料Ｓに押し込まれる際の圧子軸６の変位量（即ち、試料Ｓに押し込まれた圧子６１の侵入量（押込み深さ））を検出し、検出した変位量に基づく圧子軸変位信号を制御部１００に出力する。
即ち、圧子軸変位検出部６３は、本発明の変位量検出部として機能する。

試料台８は、試料Ｓが載置される試料ステージ８１と、試料ステージ８１の下面に設けられたステージ昇降部８２と、を備えて構成されている。
試料ステージ８１は、例えば、水平面上を移動可能なＸＹステージであり、制御部１００が出力する制御信号に応じて駆動する駆動機構部（図示省略）により駆動され、上面に載置された試料Ｓを圧子６１の移動方向（Ｚ方向）に垂直な方向（Ｘ、Ｙ方向）に移動させる。
ステージ昇降部８２は、試料ステージ８１の下面側に設けられ、制御部１００が出力する制御信号に応じて駆動する駆動機構部（図示省略）により駆動され、試料ステージ８１（試料Ｓ）を上下方向に移動させる。

制御部１００は、図２に示すように、ＣＰＵ１０１と、ＲＡＭ１０２と、記憶部１０３と、を備えて構成され、記憶部１０３に記憶された所定のプログラムが実行されることにより、所定の硬さ試験を行うための動作制御等を行う機能を有する。
ＣＰＵ１０１は、記憶部１０３に格納された処理プログラム等を読み出して、ＲＡＭ１０２に展開して実行することにより、硬さ試験機１全体の制御を行う。
ＲＡＭ１０２は、ＣＰＵ１０１により実行された処理プログラム等を、ＲＡＭ１０２内のプログラム格納領域に展開するとともに、入力データや上記処理プログラムが実行される際に生じる処理結果等をデータ格納領域に格納する。
記憶部１０３は、例えば、プログラムやデータ等を記憶する記録媒体（図示省略）を有しており、この記録媒体は、半導体メモリ等で構成されている。また、記憶部１０３は、ＣＰＵ１０１が硬さ試験機１全体を制御する機能を実現させるための各種データ、各種処理プログラム、これらプログラムの実行により処理されたデータ等を記憶する。

例えば、ＣＰＵ１０１は、ばね変位検出部４２から入力されたばね変位信号と予め設定された設定ばね変位データとの比較を行う。そして、ＣＰＵ１０１は、所定の試験力（荷重）で圧子６１を試料Ｓに作用させるように荷重アーム２を移動させるべく、アーム作動部３（モータ３１）の駆動を制御する駆動制御信号をモータ３１に出力する。

また、ＣＰＵ１０１は、圧子軸変位検出部６３から入力された圧子軸変位信号に基づいて、試料Ｓの硬さを算出する。即ち、ＣＰＵ１０１は、本発明の硬さ算出部として、圧子軸変位検出部６３により検出された圧子軸６の変位量（即ち、試料Ｓに圧子６１が押し込まれた侵入量（くぼみの深さ））から試料Ｓの硬さを測定する、ロックウェル硬さ試験に基づいて試料Ｓの硬さを算出する。

操作部１１０は、キーボード、マウス等のポインティングデバイスなどを備え、硬さ試験を行う際の作業者（オペレータ）による入力操作を受け付ける。そして、操作部１１０は、作業者による所定の入力操作を受け付けると、その入力操作に応じた所定の操作信号を生成して、制御部１００へと出力する。

表示部１２０は、例えば、ＬＣＤなどの表示装置により構成されている。表示部１２０は、操作部１１０において入力された硬さ試験の設定条件及び硬さ試験の結果等を表示する。

［２．動作の説明］
次に、本実施形態に係る硬さ試験機１の動作について、説明する。
まず、作業者は、試料台８の試料ステージ８１上に試料Ｓを載置する（図４参照）。なお、図４に示す例では、試料Ｓとして、球形状の試料を例示している。
次に、作業者は、操作部１１０を操作して、硬さ試験の各種設定条件（例えば、試料Ｓの材質、圧子６１により試料Ｓに負荷される試験力（Ｎ）、試料Ｓの硬さ測定位置（試験位置）等）を入力する。
次に、作業者は、操作部１１０を操作して、硬さ試験開始の指示操作（例えば、表示部１２０に表示された硬さ試験開始アイコンをマウス等でクリックする操作）を行う。
次に、制御部１００のＣＰＵ１０１は、アーム作動部３のモータ３１を制御して、荷重アーム２を下方に移動させ、圧子軸６の先端部に備えられた圧子６１を試料Ｓに接触させる。本実施形態では、硬さ試験機１は連結機構５を備えているので、試料Ｓの表面のＺ方向の高さに応じて、圧子６１の高さは上下動する。
次に、ＣＰＵ１０１は、試料ステージ８１をＸ、Ｙ方向に移動させることで、圧子６１により試料Ｓの表面を倣わせるとともに、圧子軸変位検出部６３により検出された圧子軸６のＺ方向の変位量を取得する（図５参照）。これにより、試料Ｓの表面のＺ方向の変位を検出することができるので、試料Ｓの表面のＸ、Ｙ、Ｚ方向の座標を取得することができる。即ち、ＣＰＵ１０１は、本発明の座標取得部として機能する。また、ＣＰＵ１０１は、試料Ｓの表面の座標を取得することができるので、当該座標に基づいて試料Ｓの表面の平面度を算出することもできる。即ち、ＣＰＵ１０１は、本発明の平面度算出部として機能する。
次に、ＣＰＵ１０１は、予め作業者により入力された試験位置（球形状の試料Ｓの場合は頂点位置）と、取得した試料Ｓ表面の座標と、に基づいて、試験位置の同定処理を行う。そして、ＣＰＵ１０１は、圧子６１により所定の試験力を負荷して試験位置にくぼみを形成させ、当該くぼみ形成時の圧子６１の押込み深さを計測することにより、試料の硬さを測定する。

なお、上記例では、圧子６１により試料Ｓの表面を倣わせることで、試料Ｓの表面の座標を取得す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、圧子６１により試料Ｓの表面を倣わせる代わりに、圧子６１によりタッチセンサ的に試料Ｓの表面の座標を取得するようにしてもよい。
具体的には、例えば、球形状の試料Ｓの場合、ＣＰＵ１０１は、試料ステージ８１をＸ、Ｙ方向に移動させつつ、荷重アーム２を下方に移動させることで、試料Ｓの任意の４点に圧子６１を接触させる。次いで、ＣＰＵ１０１は、上記の４点の各々において、試料ステージ８１の移動量からＸ、Ｙ方向の座標を取得するとともに、アーム変位検出部２２１により検出されたアーム部２２のＺ方向の変位量（即ち、圧子軸６のＺ方向の変位量）から試料Ｓの表面のＺ方向の座標を取得する。これにより、上記の４点の座標を取得することができる。この場合、アーム変位検出部２２１が、本発明の変位量検出部として機能する。そして、ＣＰＵ１０１は、上記の４点の座標に基づいて、試料Ｓの頂点位置を算出し、当該頂点位置に同定する処理を行って、硬さ試験を実施する。なお、試料Ｓの形状が円筒形状である場合には、試料Ｓ表面の任意の３点の座標を取得することで、試料Ｓの頂点位置を算出することが可能である。

また、球形状の所定の試料Ｓの頂点位置を基準位置（座標の原点）と定めることで、球形状の所定の試料Ｓを基準球として用いるようにしてもよい。即ち、硬さ試験を実施する際、試験対象の試料Ｓを載置する前に基準球を載置し、基準球の頂点位置に同定する処理を行った後、基準球の代わりに試験対象の試料Ｓを載置することで、基準球の頂点位置を基準位置とする硬さ試験を実施することができる。

［３．効果］
以上のように、本実施形態に係る硬さ試験機１は、圧子６１に試験力を負荷し、圧子６１を試料Ｓの表面に押し込む試験力負荷部（試験力発生ばね４）と、先端部に圧子６１を備える圧子軸６と、試験力負荷部と圧子軸６とを連結し、試料Ｓの表面からの圧子６１に対する作用力に応じて、圧子軸６が試験力負荷部に対して相対的に上方に移動するように構成された連結機構５と、圧子軸６の変位量を検出する変位量検出部（圧子軸変位検出部６３）と、変位量検出部が圧子軸６の変位量を検出する際の基準面を有し、圧子６１が試料Ｓの表面に接触していない状態において基準面が圧子６１の先端よりも上方となるように配置された基準部７と、試験力負荷部により圧子６１が試料Ｓに押し込まれる際に変位量検出部により検出された圧子軸６の変位量に基づいて試料Ｓの硬さを算出する硬さ算出部（ＣＰＵ１０１）と、試料Ｓを載置可能に構成され、水平方向に移動可能な試料ステージ８１と、試料ステージ８１の水平方向の移動に伴い、変位量検出部により検出された圧子軸６の変位量に基づいて、試料Ｓの表面の座標を取得する座標取得部（ＣＰＵ１０１）と、を備える。
従って、本実施形態に係る硬さ試験機１によれば、圧子６１が試料Ｓの表面に接触した場合であっても試験力が負荷されないので、試料Ｓ表面の変位を計測することができる。従って、試料Ｓ表面の座標を取得することができるので、撮像手段や目視に頼ることなく自動的に試験位置への同定処理を行うことができる。よって、硬さ試験における測定精度を十分に確保することができるとともに、作業者の負担を軽減して作業者の操作性を向上させることができる。

また、本実施形態に係る硬さ試験機１によれば、連結機構５は、圧子軸６の上面に設けられ、圧子軸６よりも径が小さく形成された連結軸５１と、試験力負荷部の下面側に設けられ、下面から上端部に向けて連結軸５１を挿通可能な挿通穴５２１が形成された圧子軸支持部材５２と、挿通穴５２１の上端部に設けられ、連結軸５１の圧子軸支持部材５２に対する上方への相対的な移動を規制するストッパ５３と、挿通穴５２１の上端部及び連結軸５１の上面に固定され、連結軸５１を下方に付勢する付勢部材５４と、を備える。
従って、本実施形態に係る硬さ試験機１によれば、簡易な構成で圧子軸６と試験力負荷部との相対的な位置関係を調整することができるので、コストの増大や装置の大型化を抑制しつつ、試料Ｓ表面の変位を計測することができる。

また、本実施形態に係る硬さ試験機１によれば、座標取得部により取得された座標に基づいて、試料Ｓの表面の平面度を算出する平面度算出部（ＣＰＵ１０１）を備える。
従って、本実施形態に係る硬さ試験機１によれば、試料Ｓ表面の平面度を考慮した硬さ試験を行うことができるので、より精度の高い試験結果を得ることができる。

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。

［４．変形例］
図６に、連結機構５の変形例（連結機構５Ａ）を示す。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。

連結機構５Ａは、圧子軸６の上面に設けられ、圧子軸６よりも径が小さく形成された連結軸５１Ａと、試験力発生ばね４の下面側に設けられ、下面から上端部に向けて連結軸５１Ａを挿通可能な挿通穴５２１Ａが形成された圧子軸支持部材５２Ａと、挿通穴５２１Ａの上端部に設けられ、連結軸５１Ａの圧子軸支持部材５２Ａに対する上方への相対的な移動を規制するストッパ５３Ａと、連結軸５１Ａの上端側に備えられたスライド部材５１１Ａの上下動をガイドするレール部材５４Ａと、を備えて構成されている。なお、スライド部材５１１Ａとレール部材５４Ａとにより、レール部材５４Ａ上をスライド部材５１１Ａがスライドすることで直線運動をガイドする、所謂ＬＭガイドが構成される。
また、挿通穴５２１Ａは、圧子軸支持部材５２Ａの下面側において、連結軸５１Ａのみを挿通可能な大きさに形成されており、スライド部材５１１Ａの下方への移動を規制する構成となっている。上記の構成により、連結軸５１Ａ（圧子軸６）は、レール部材５４Ａに沿って上下動することができるようになっている。

連結機構５Ａが上記の構成を備えることにより、圧子６１が試料Ｓの表面に接触した場合であっても、連結軸５１Ａの上端部がストッパ５３Ａの下端部に接触するまでの間（図中Ｈ２の区間）、圧子６１の先端（試料Ｓの表面）に試験力が負荷されない（即ち、くぼみが形成されない）ようになっている。

以上のように、変形例に係る硬さ試験機１によれば、連結機構５Ａは、圧子軸６の上面に設けられ、圧子軸６よりも径が小さく形成された連結軸５１Ａと、試験力負荷部の下面側に設けられ、下面から上端部に向けて連結軸５１Ａを挿通可能な挿通穴５２１Ａが形成された圧子軸支持部材５２Ａと、挿通穴５２１Ａの上端部に設けられ、連結軸５１Ａの圧子軸支持部材５２Ａに対する上方への相対的な移動を規制するストッパ５３Ａと、連結軸５１Ａの上端側に備えられたスライド部材５１１Ａの上下動をガイドするレール部材５４Ａと、を備える。
従って、変形例に係る硬さ試験機１によれば、簡易な構成で圧子軸６と試験力負荷部との相対的な位置関係を調整することができるので、コストの増大や装置の大型化を抑制しつつ、試料Ｓ表面の変位を計測することができる。

その他、硬さ試験機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。

１ 硬さ試験機
２ 荷重アーム
２１ 基部
２２ アーム部
２２１ アーム変位検出部（変位量検出部）
２２２ スケール
２３ 底部
２４ リンク部材
３ アーム作動部
４ 試験力発生ばね（試験力負荷部）
５ 連結機構
５１、５１Ａ 連結軸
５１１Ａ スライド部材
５２、５２Ａ 圧子軸支持部材
５２１、５２１Ａ 挿通穴
５３、５３Ａ ストッパ
５４ 付勢部材
５４Ａ レール部材
６ 圧子軸
６１ 圧子
６２ スケール
６３ 圧子軸変位検出部（変位量検出部）
７ 基準部
８ 試料台
８１ 試料ステージ
８２ ステージ昇降部
１００ 制御部
１０１ ＣＰＵ（硬さ算出部、座標取得部、平面度算出部）
１０２ ＲＡＭ
１０３ 記憶部
１１０ 操作部
１２０ 表示部

Claims (4)

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、当該くぼみ形成時の圧子の押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、
   前記圧子に試験力を負荷し、前記圧子を試料の表面に押し込む試験力負荷部と、
   先端部に前記圧子を備える圧子軸と、
   前記試験力負荷部と前記圧子軸とを連結し、前記試料の表面からの前記圧子に対する作用力に応じて、前記圧子軸が前記試験力負荷部に対して相対的に上方に移動するように構成された連結機構と、
   前記圧子軸の変位量を検出する変位量検出部と、
   前記変位量検出部が前記圧子軸の変位量を検出する際の基準面を有し、前記圧子が前記試料の表面に接触していない状態において前記基準面が前記圧子の先端よりも上方となるように配置された基準部と、
   前記試験力負荷部により前記圧子が前記試料に押し込まれる際に前記変位量検出部により検出された前記圧子軸の変位量に基づいて前記試料の硬さを算出する硬さ算出部と、
   前記試料を載置可能に構成され、水平方向に移動可能な試料ステージと、
   前記試料ステージの水平方向の移動に伴い、前記変位量検出部により検出された前記圧子軸の変位量に基づいて、前記試料の表面の座標を取得する座標取得部と、
   を備えることを特徴とする硬さ試験機。
2. 前記連結機構は、
   前記圧子軸の上面に設けられ、前記圧子軸よりも径が小さく形成された連結軸と、
   前記試験力負荷部の下面側に設けられ、下面から上端部に向けて前記連結軸を挿通可能な挿通穴が形成された圧子軸支持部材と、
   前記挿通穴の上端部に設けられ、前記連結軸の前記圧子軸支持部材に対する上方への相対的な移動を規制するストッパと、
   前記挿通穴の上端部及び前記連結軸の上面に固定され、前記連結軸を下方に付勢する付勢部材と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の硬さ試験機。
3. 前記連結機構は、
   前記圧子軸の上面に設けられ、前記圧子軸よりも径が小さく形成された連結軸と、
   前記試験力負荷部の下面側に設けられ、下面から上端部に向けて前記連結軸を挿通可能な挿通穴が形成された圧子軸支持部材と、
   前記挿通穴の上端部に設けられ、前記連結軸の前記圧子軸支持部材に対する上方への相対的な移動を規制するストッパと、
   前記連結軸の上端側に備えられたスライド部材の上下動をガイドするレール部材と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の硬さ試験機。
4. 前記座標取得部により取得された座標に基づいて、前記試料の表面の平面度を算出する平面度算出部を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の硬さ試験機。

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