[发明专利]测量装置

说明书

本发明提供一种将压头按压于材料表面来评价材料特性的测量装置，其中，该测量装置紧凑且能够利用弹簧的变形来高精度地控制大范围的力。测量装置(100)利用变形量越大弹簧常数越大的非线性弹簧(104)所产生的负荷将压头(105)按压于材料表面来评价材料特性。测量装置(100)包括：致动器(103)，其使非线性弹簧(104)变形；标尺(106)，其对使非线性弹簧(104)进行变形时的非线性弹簧(104)的变形量进行测量；以及控制部(110)，其保存用于使变形量和负荷相互换算的非线性弹簧特性数据，该控制部根据变形量和非线性弹簧特性数据来驱动致动器(103)，使负荷达到目标负荷。

技术领域

本发明涉及一种测量装置，特别是涉及一种利用弹簧的变形将压头按压于材料表面来评价材料特性的测量装置。

背景技术

以往，公知有一种通过将压头以预定的力按压于材料来测量材料的特性的测量装置。例如，公知有一种通过将压头按压于材料表面并形成压痕来测量材料的硬度的硬度试验机。另外，公知有一种通过将压头按压于材料表面并使材料断裂来测量材料的强度的强度试验机。

作为以往的测量装置的一个例子，存在专利文献1。在专利文献1中，记载有一种上述那样的硬度测量装置，该硬度测量装置包括用于防止超过规定值的负荷施加控制机构。

图1是表示以往的测量装置的典型构造的示意图。测量装置具有：载置台，其用于载置工件；框架，其向载置台的上方延伸；致动器，其支承于框架；弹簧，其一端接触于致动器且在另一端保持有压头；以及标尺，其对弹簧的变形进行测量。致动器和弹簧以两者的伸缩轴线一致的方式配置。当致动器伸长时，弹簧收缩，使压头按压于工件。标尺对此时的弹簧的变形量进行测量，将变形量乘以弹簧常数而计算出作用于工件的负荷。

弹簧通过以下的两个效果来控制作用于工件的负荷。

(1)将变形转换成力。

弹簧的形状的变化量(变形量)和负荷大致处于比例关系。因此，若控制致动器而使弹簧的变形量成为预定值，则能够对工件施加预定的负荷。因此，弹簧越柔软(每单位负荷的变形量越多)，负荷控制的精度越高。

(2)防止因工件的变形等而使力急剧变化。

即使在因作用于工件表面的负荷而使工件变形并且接触于压头的工件表面向离开压头的方向移动的情况下，弹簧也会变形而使压头追随表面。即，持续按压工件表面。此时，负荷根据弹簧的变形量而相应地增减，但不会急剧减少。另一方面，若为不具有弹簧且致动器直接施加负荷的构造，则在工件变形或移动的情况下压头无法追随工件，存在负荷急剧减少的情况。特别是，致动器难以追随工件的裂纹扩大等的不易预测的变形。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许3332362号

发明内容

发明要解决的问题

弹簧越柔软(弹簧常数越低)，测量装置的弹簧所发挥的上述效果(1)和效果(2)越高。另一方面，存在如下那样的问题，弹簧越柔软，为了得到期望的负荷而所需的变形量和致动器的行程越大。若弹簧的变形量、致动器的行程变大，则弹簧、致动器的体积变大，测量装置的体积也变大。而且，测量装置的设计的限制变大。另外，在工件断裂而使弹簧恢复最初的形状(自由长度)时，压头到达并弄伤载置台的可能性变大。另外，若弹簧的可变形量(行程)变大，则积蓄于弹簧的能量会变大，因此，工件断裂时破坏工件、载置台或碎片弄伤人、物的风险变高。因此，以往，需要对这些效果和问题点进行比较衡量并选择适当的弹簧硬度(弹簧常数)。