JP2001050882A - 改良されたバネ荷重機構を備えたゴム硬度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 可動部と固定部の機械的接触と摩擦をなく
し、押針先端が横方向に揺動しないゴム硬度計を提供し
ようとする。 【解決手段】 押針１５自体又は押針支持部材９又は１
０における押針先端から押針軸線に沿って第１及び第２
の距離だけ後退した二つの位置を前記バネ荷重機構によ
る第１及び第２の支持位置とする。このバネ荷重機構
は、主要部が長方形の板バネ１において、その両側辺に
沿い且つ平行して延びる対称配置された一対の長孔３を
有することにより、両側バネ部４と中央バネ部５を区分
してなる２枚の前記板バネ１ａ、１ｂを、前記第１及び
第２の支持位置の間隔に対応する間隔で平行に維持し、
各板バネの両側バネ部の各中間位置と、中央バネ部の中
間位置のいずれか一方を前記バネ荷重機構の基端部とし
てゴム硬度計本体の関連部１８に固定するとともに、他
方の中間位置を前記バネ荷重機構の自由端部として前記
押針の第１及び第２の支持位置の各々に接合したゴム硬
度計を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は改良されたバネ荷重
機構を備えたゴム硬度計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＪＩＳＫ６２５３等で規定されているゴ
ム硬度計（デュロメータ）において、硬さ測定値に対応
する押針変位を検出する手段としては、機械式のもので
はダイヤルゲージ機構を用いた変位拡大機構が一般的で
あり、電子式あるいはデジタル式のものでは、光学式リ
ニアゲージを用いたものが知られている（特開昭６０─
１０２５４０号公報、特開昭６１─４９４２号公報）。
またゴム硬度計のバネ荷重装置として片持ち梁状の板バ
ネ、あるいはループ状の板バネを用い、この板バネの表
面に歪ゲージを張りつけて板バネ表面の伸縮を検出する
ことで、押針の変位を検出する方式も公知である（特開
平１─２８４７３４号公報）。

【０００３】しかしながら、上記のようなダイヤルゲー
ジ機構や光学式リニアゲージを用いた方式では、機構部
分の摩擦や摩耗による変位検出誤差が発生し、片持ち梁
状の板バネやループ状の板バネを用いた方式においては
押針先端の横移動による誤差が発生するという問題があ
る。

【０００４】まず、ダイヤルゲージ機構を用いる方式で
は、変位検出用の可動部として一定方向に移動するスピ
ンドルと、このスピンドルを保持する軸受けが必要であ
り、さらにスピンドルの変位を拡大機構に伝達するため
のラック・ピニオン機構やその機構のための回り止めピ
ンなども必要である。これらはいずれも本体ケースなど
の固定部と摺動あるいは噛み合う形で接触し、作動時の
摩擦によりやがて摩耗するため、摩耗そのものによるガ
タツキ及び変位検出誤差だけでなく、汚損によって摩擦
力が著しく増大し、この摩擦力が原因となってスピンド
ルに連結された硬度計のバネ荷重装置の力が押針先端に
伝達されず、試料を変形させるべき押針先端の力に大き
な誤差を生じることになる。

【０００５】また、光学式リニアゲージを用いたもので
も、スピンドルの軸受けとともに、リニアゲージの移動
側ガラススケールを正しい位置に保持するための回り止
めピンが必要であり、これらも作動時に摩擦を生じて上
記と同様の誤差原因及び誤動作を招来することになる。

【０００６】一方、片持ち梁状の板バネ、あるいはルー
プ状の板バネに歪ゲージを張りつけて変位を測定する方
式では、固定部から押針先端までに軸受けや擦れ合い部
がなく、摩擦及び摩耗の問題は生じないが、いずれも押
針が固定部から中間を拘束されることなく、いわば吊り
下げられた構造であるため、先端はかなり自由に横方向
にも動いてしまう。このような動作状態はＪＩＳＫ６２
５３等で規定された硬度計としての本来の動きから外れ
るだけでなく、押針先端に僅かな横方向の力が働いても
板バネの表面に歪が生じ、歪ゲージはこれを押針先端の
上下方向の変位による歪と区別せずに変位として検出し
てしまう。

【０００７】また、片持ち梁状の板バネでは、押針先端
に垂直上向きの力だけが作用した場合でも、その先端は
円弧状に動くので、上下の動きと同時に横方向にも動
き、しかも押針の先端面は傾くことになる。このような
挙動もまた硬度計本来の動きから外れ、測定上の誤差と
なる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、押針
とそれに連結された可動部と固定部との間に機械的接触
及びそれに伴う摩擦がなく、しかも押針先端が横方向に
揺動することのないバネ荷重機構と変位検出機構を備え
たゴム硬度計を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のゴム硬度計は、押針の先端を垂直にゴム面
にあてがい、この押針を直接又は間接的に自由端部で支
持したバネ荷重機構の基端部を所定距離だけ前記ゴム面
に接近させたとき、前記押針の先端によりゴム面に生じ
た窪みの深さからゴム硬度を求めるようにしたゴム硬度
計において、前記押針自体又は押針支持部材の前記先端
から押針軸線に沿って後方に第１及び第２の距離だけ退
いた二つの位置を、前記バネ荷重機構の自由端部による
前記押針のための第１及び第２の支持位置とし、前記バ
ネ荷重機構は、主要部が長方形の板バネにおいて、その
板バネの両側辺に沿い且つ平行して延びる対称配置スリ
ットを形成する一対の長孔を有することにより両側バネ
部と中央バネ部を区分してなる２枚の前記板バネを、前
記押針のための第１及び第２の支持位置の間隔に対応す
る間隔で平行に維持し、各板バネの両側バネ部の各中間
位置と、中央バネ部の中間位置のいずれか一方を前記バ
ネ荷重機構の基端部としてゴム硬度計本体に関連固定す
るとともに、他方の中間位置を前記バネ荷重機構の自由
端部として前記押針のための第１及び第２の支持位置の
各々に接合したことを特徴とするものである。

【００１０】上記の構造において、各板バネの両側バネ
部又は中央バネ部の中間位置は、それらバネ部の両端に
対しては上下方向にのみ変位可能な板バネ素子となり、
両側バネ部と中央バネ部は互いに板バネ部分で連なって
いるため、バネ荷重機構の自由端部とした両側又は中央
バネ部の中間位置は、基端部である他方のバネ部の中間
位置に対し、結局、上下方向にのみ変位することが可能
となる。すなわち、前後左右の力に対しては、軸受けや
ガイド機構のような摺合的な位置保持手段を用いること
なく、２枚の組み合わされた板バネが強い剛性を持った
部材として働き、押針先端の前後左右方向の動きはほと
んど生じない。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明のバネ荷重機構に
用いる板バネの平面形状を示すもので、実質上短冊形の
細長板バネ片から形成された板バネ１には、その両側辺
２、２に沿って平行に延びる対称配置された一対の長孔
３を有する。この長孔３は両側バネ部４と中央バネ部５
を区分するスリットを形成する。側辺２、２の各中間位
置にはタブ６が連設され、これらのタブ周辺を３辺に含
めた板バネ１両側部の中間正方形領域の中心に取り付け
用の余裕孔７が形成される。中央バネ部５の中間位置に
も取り付け用の余裕孔８が形成される。結局、板バネ１
の形状は中央バネ部５の余裕孔８を中心として前後及び
左右対称に仕上げられている。

【００１２】図２は上記の板バネを２枚、バネ荷重機構
として押針に連結した構造を３面から見たものである。
この場合、板バネ１ａ及び１ｂは上下に間隔をおいて、
それらの両側バネ部、及び中央バネ部を対応するスペー
サにより保持される。これらのスペーサは、それぞれ両
側保持部材９及び中央保持部材１０の一部をなしてい
る。両側保持部材９は図２Ｃにおいて明らかな通り、上
部ヨーク９ａ、一対のスペーサ９ｂ、及び角座金９ｃか
らなっており、上部ヨーク９ａの両脚部と一対のスペー
サ９ｂの上端面との間に板バネ１ａの両側中間部を挟
み、さらに前記一対のスペーサ９ｂの下端面と角座金９
ｃとの間に板バネ１ｂの両側中間部を挟んだものであ
る。ヨーク９ａ両脚部の貫通ネジ孔及びスペーサ９ｂの
貫通余裕孔には、それぞれ上部取り付けボルト１１ａ及
び下部取り付けボルト１１ｂを、上方及び下方から挿入
して前述した板バネの余裕孔７（図１）を貫通せしめる
ことにより、これらの板バネ１ａ、１ｂを等間隔で平行
に保持したものである。

【００１３】中央保持部材１０は図２Ｂ及びＣにおいて
明らかな通り、上部座金１０ａ、中央スペーサ１０ｂ、
及び角形ナット１０ｃからなり、上部座金１０ａと中央
スペーサ１０ｂの上端面との間に板バネ１ａの中央部を
挟み、さらにスペーサ１０ｂの下端面と角形ナット１０
ｃとの間に板バネ１ｂの中央部を挟んだものである。ス
ペーサ１０ｂの貫通余裕孔と角形ナット１０ｃには、上
部座金１０ａを通じて上方より長ボルト１２を挿入する
ことにより、中央保持部材１０を板バネ１ａ、１ｂとと
もに固定する。図２Ｂからよく理解できる通り、角形ナ
ット１０ｃには両翼部が形成され、常時はその裏面（ナ
ット下端面）１０ｅが、同図において部分的に示した硬
度計ケーシングの下端軸孔部１３の内部孔縁に当接・支
持されるようになっている。

【００１４】角形ナット１０ｃの下方から突出した長ボ
ルト１２の比較的長い先端部には内周ネジを有する押針
用ジョイント管１４の上部が係合する。ジョイント管１
４は前述した下端軸孔部１３を遊通し、常時はその下端
部が硬度計ケーシングの最下端部（図示せず）にほぼ対
応した位置を占める。ジョイント管１４内において長ネ
ジ１２以下の内周ネジには、押針１５の本体ネジ部１５
ａが挿入・固定され、ジョイント管１４下端から露出し
た押針側のネジ部１５ａ先端には、ナット１６が係合し
てジョイント管１４との係合状態を締結する。かくし
て、中央保持部材１０、長ボルト１２、ジョイント管１
４及びナット１６は、一体となって押針１５の支持部材
を構成する。そして、中央保持部材１０における座金１
０ａ／スペーサ１０ｂ間の位置は、押針先端からその軸
方向に第１の距離だけ後退した板バネ１ａ自由端部によ
る押針のための第１の支持位置となり、スペーサ１０ｂ
／角形ナット１６間の位置は押針先端から軸方向に第２
の距離だけ後退した板バネ１ｂ自由端部による押針のた
めの第２の支持位置となる。

【００１５】上述した板バネ１ａ、１ｂと両側保持部材
９及びジョイント管１４を介して押針１５を保持した中
央保持部材１０からなるバネ荷重機構は、板バネ１ａ、
１ｂが平坦な定常状態において中央保持部材１０の角形
ナット１０ｃが硬度計ケーシングの下端軸孔部１３に当
接・支持され、同部材１０の下方移動、従って板バネの
中央バネ部５の下向き凸型の湾曲は生じない。しかしな
がら、押針１５が硬度計ケーシング、従って両側保持部
材９に対して上向きに加圧されたときは、図２Ｂに仮想
線で示すように、その加圧に任せて板バネ１ａ、１ｂに
おける中央バネ部５の上向き凸型の湾曲、従って押針１
５が相対的に持ち上げられることを妨げられるものでは
ない。この中央バネ部５の上向き凸型の湾曲は、両側バ
ネ部４との接続部である板バネ両端を持ち上げつつ生ず
るので、当該バネ部４は上向き凹型の湾曲を生ずるが、
各板バネ１ａ、１ｂの一面性及び上下配置の結果として
横方向の歪みは殆ど生じない。

【００１６】図３〜図５は前述したバネ荷重機構を収容
した硬度計ケーシングの上面、側面、横断面をそれぞれ
破断面又は半断面を合わせて示す図である。ケーシング
本体１７は、両側保持部材９の幅に対応する室内幅と深
さ、及び板バネ１ａ、１ｂの長さに対応する室内長さを
有する直方体の箱状をなし、上部取り付けボルト１１ａ
により両側保持部材のヨーク９ａ両脚部を保持した蓋１
８を被せ、これを側縁ボルト１９（図３）により固定保
持することにより、バネ荷重機構の全体を収容保持する
ものである。

【００１７】前述したケーシングの下端軸孔部１３は、
ケーシング本体の底板部１７ａの中央部から下方に突出
した大ボス部１７ｂの貫通ネジ孔２０に下方よりねじ込
まれる本体部と、そのねじ込み先端側において中央保持
部材１０の角形ナット１０ｃを支持する小ボス部１３
ａ、及びそのねじ込み後端側から前記大ボス部１７ｂの
厚みにほぼ対応する範囲において下方に突出する外径縮
小部１３ｂを有するネジブロックからなり、そのねじ込
み位置を調整することによって板バネ１ａ、１ｂにバイ
アス撓みを与え、押針１５にかかる初期荷重を設定する
ものである。但し、図４及び図５に示す状態は、中央保
持部材１０に支持された板バネ１ａ、１ｂの中央バネ部
５が、両側バネ部４、４と同一の水平面内に維持された
ゼロバイアス状態であり、押針１５への初期荷重はゼロ
である。

【００１８】外径縮小部１３ｂの外周と貫通ネジ孔２０
の内周（ネジ面）との間には十分な厚みの環状空間が形
成され、貫通ネジ孔２０の内周には中空部２１ａを有す
るプラグヘッド２１の先端部における外周ネジ２１ｂが
ネジ係合し、外径縮小部１３ｂの外周はプラグヘッド２
１の中空部２１ａを形成する内周面に余裕を持って対応
する。プラグヘッド２１の下端面部中央には、押針１５
及びネジ部１５ａの配置及び通過を許容する中央孔を有
し、ネジ部１５ａを締結したナット１６はプラグヘッド
２１の中空部２１ａ内に位置する。

【００１９】特に図３から明らかなとおり、例えば、板
バネ１ａの中央バネ部５において、長手方向の中間（バ
ネ荷重機構取り付け位置）よりも少しだけ右側に寄った
位置に歪ゲージ２２が張りつけられる。板バネの撓み量
と各表面の歪みはその位置ごとに比例するため、歪ゲー
ジ位置は撓み変位を生ずる限り何処でもよいことにな
り、前述のとおり２枚の板バネ１ａ、１ｂの平行維持作
用と相まって板バネ面方向の歪も殆ど生じないが、押針
１５先端に強い横方向の力が働いて板バネ表面に歪みが
生ずる恐れのあるときは、２個、４個又は６個等の歪ゲ
ージを板バネ上に前後左右対照的に配置すると、これら
の歪ゲージの出力の横方向成分が互いに相殺し、誤差へ
の影響を微小に抑えることができる。なお、変位測定手
段としては歪ゲージの外種々のものが存在するが、例え
ば、非接触の変位測定手段として渦電式センサがある。

【００２０】下側の板バネ１ｂには、スリット３が存在
する範囲内においてこの板バネに交差する上下２枚の架
橋板からなる位置調整自在なバネ定数調整機構２３が、
スリット内に位置するビス２４により板バネ１ｂを挟ん
で固定されるようになっている。バネ定数調整機構２３
が締結・固定されると、板バネはこの機構より外側では
撓まなくなり、その位置に応じて異なったバネ定数を発
揮することになる。図示しないが、図３及び図４に示す
硬度計の左側においても同様な調整機構を配置し、左右
対称的に調整すべきである。

【００２１】以上述べた実施例の硬度計は、被検ゴム
（図示せず）の表面に押針１５の先端を垂直にあてが
い、プラグヘッド２１の先端面が同ゴム面に当たるまで
押し下げられると、ゴム硬度、即ちゴム面の窪みにくさ
に応じて押針１５が相対的に持ち上げられ、図２で示し
たように板バネ１ａ、１ｂの撓みを生じ、その撓みに応
じた歪ゲージ２２の出力が適当な増幅回路において増幅
され、かつ適当な表示計においてゴム硬度として表示さ
れる。

【００２２】

【発明の効果】以上述べた通り、本発明によれば２枚の
板バネを主体とする改良されたバネ荷重機構を用い、可
動部と固定部との間の機械的接触とそれに伴う摩擦がな
く、かつ押針先端が横方向に揺動しないゴム硬度計を提
供するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のゴム硬度計に用いる板バネの平面形状
の一例を示す平面図である。

【図２】図１の板バネを２枚用いた本発明のバネ荷重機
構の実施例を示す平面図（Ａ）、縦断面（Ｂ）、及び一
部側面を含む中央横断面図（Ｃ）である。

【図３】本発明のバネ荷重機構を含むゴム硬度計の一部
破断及び断面を含む平面図である。

【図４】図３に示したゴム硬度計の一部破断及び縦断面
を含む側面図である。

【図５】左半部を図４のＡ−Ａ矢視断面とし、右半部を
図４のＢ−Ｂ矢視断面として示した断面図である。

【符号の説明】

１ 板バネ ３ 長孔 ４ 両側バネ部 ５ 中央バネ部 ６ タブ ７、８ 余裕孔 ９ 両側保持部材 １０ 中央保持部材 ９ａ 上部ヨーク ９ｂ スペーサ ９ｃ 角座金 １１ａ 上部取り付けボルト１１ａ １１ｂ 下部取り付けボルト１１ｂ １２ 長ボルト１２ １３ 下端軸孔部 １４ 押針用ジョイント管 １５ 押針 １６ ナット １７ ケーシング本体 １８ 蓋 ２１ プラグヘッド ２２ 歪ゲージ ２３ バネ定数調整機構

【手続補正書】

【提出日】平成１１年８月１７日（１９９９．８．１
７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 押針の先端を垂直にゴム面にあてがい、
   この押針を直接又は間接的に自由端部で支持したバネ荷
   重機構の基端部を所定距離だけ前記ゴム面に接近させた
   とき、前記押針の先端によりゴム面に生じた窪みの深さ
   からゴム硬度を求めるようにしたゴム硬度計において、
   前記押針自体又は押針支持部材の前記先端から押針軸線
   に沿って後方に第１及び第２の距離だけ退いた二つの位
   置を、前記バネ荷重機構の自由端部による前記押針のた
   めの第１及び第２の支持位置とし、前記バネ荷重機構
   は、主要部が長方形の板バネにおいて、その板バネの両
   側辺に沿い且つ平行して延びる対称配置スリットを形成
   する一対の長孔を有することにより両側バネ部と中央バ
   ネ部を区分してなる２枚の前記板バネを、前記押針のた
   めの第１及び第２の支持位置の間隔に対応する間隔で平
   行に維持し、各板バネの両側バネ部の各中間位置と、中
   央バネ部の中間位置のいずれか一方を前記バネ荷重機構
   の基端部としてゴム硬度計本体に関連固定するととも
   に、他方の中間位置を前記バネ荷重機構の自由端部とし
   て前記押針のための第１及び第２の支持位置の各々に接
   合したことを特徴とするゴム硬度計。