JP2002168747A - 硬さ試験機 - Google Patents

硬さ試験機

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JP2002168747A JP2000365367A JP2000365367A JP2002168747A JP 2002168747 A JP2002168747 A JP 2002168747A JP 2000365367 A JP2000365367 A JP 2000365367A JP 2000365367 A JP2000365367 A JP 2000365367A JP 2002168747 A JP2002168747 A JP 2002168747A
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知治 山田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の課題は、電磁ブレーキを使用して
いても、薄い試料等が効率良く試験できる硬さ試験機を
提供することである。 【解決手段】 電磁ブレーキを駆動させる駆動電流を供
給した後、逆方向の電流に切り換えて所定時間供給する
ことにより、電磁ブレーキの駆動により磁化された試料
台の磁力を脱磁する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電磁ブレーキを備
えた硬さ試験機に関わる。
【0002】
【従来の技術】ロックウェル硬さ試験機やブリネル硬さ
試験機は、試料に対し、予め定められた方法で荷重を負
荷することにより試料の硬さ特性を評価する試験機であ
る。上記硬さ試験機は、試料を載置する試料台と、この
試料台に載置された試料に上方から荷重を負荷する圧子
と、を備え、試料台を圧子方向に上昇させ、試料と圧子
とを接触させて試料台を一旦停止させる。そして、その
状態から所定の試験荷重を負荷するようになっており、
試料台の停止には電磁ブレーキが用いられている。
【0003】電磁ブレーキは、試料と圧子が接触して所
定の荷重が圧子にかかると、試料台下部に配置された電
磁石に電流が流れ、試料台の上昇動作にブレーキがかか
るものであり、この電磁ブレーキを用いると試料に荷重
をかける動作が正確に行われるという利点がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、試料台は機
械的強度や剛性が高いことが要求されるので、材料とし
て鉄などの磁性体が用いられる。従って、電磁ブレーキ
では電磁石を利用しているため、試料台が磁化され、試
料台上に載置された試料も磁化される。このことは、硬
さ試験の測定精度には影響のない程度であるが、薄い試
料や軽い試料のように磁石に吸引されやすい試料の試験
においては、試料の取り替え時に試料が試料台に貼り付
いてしまい、試料の取り替え操作が面倒となる。
【0005】本発明の課題は、上記事情に鑑みてなされ
たものであって、電磁ブレーキを使用していても、薄い
試料等が効率良く、また、磁化されると問題となる試料
を試験できる硬さ試験機を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項1記載の発明は、電磁ブレーキ(例えば、図
1の電磁ブレーキ9)を用いて試料台(例えば、図1の
試料台5)の昇降動作を制御する硬さ試験機(例えば、
図1のロックウェル硬さ試験機1)において、電流の流
れる方向を、所定のタイミングで反転させて前記電磁ブ
レーキに供給する電流供給手段(例えば、図1の制御部
10、電力変換装置11a)を備えていることを特徴と
している。
【0007】請求項1記載の発明によれば、電流供給手
段によって、電磁ブレーキに電流の流れる方向を、所定
のタイミングで反転させることにより、電磁ブレーキの
駆動により磁化された試料台に逆方向の磁力を与え、試
料台の磁力を脱磁し、薄い試料等の磁石に吸引されやす
い試料が試料台に貼り付きにくくなり、試料の取り替え
を効率よく行うことができる。ここで、所定のタイミン
グとは、例えば、電磁ブレーキをかけた直後、あるい
は、試料を交換する前でもよい。又、磁化されると問題
のある試験の場合のみ、手動で電流を反転させるように
しても良いし、手動で任意のタイミングを与えても良
い。
【0008】請求項2記載の発明は、請求項1記載の硬
さ試験機において、前記電流供給手段は、前記電磁ブレ
ーキを駆動させる駆動電流を供給した後、当該駆動電流
と逆方向の電流を、当該駆動電流より短い時間供給する
ことを特徴とする請求項1記載の硬さ試験機。
【0009】請求項2記載の発明によれば、電流供給手
段によって、電磁ブレーキを駆動させる駆動電流を供給
した後、当該駆動電流と逆方向の電流を、当該駆動電流
より短時間供給することを特徴としたため、当該駆動電
流の通電時間と同時間、もしくは、それ以上の時間の電
流の通電により、試料台が逆方向に磁化されるのを防
ぎ、電磁ブレーキの駆動により磁化された試料台を脱磁
し、薄い試料等の磁石に吸引されやすい試料が試料台に
貼り付きにくくし、試料の取り替えを効率よく、また磁
化されると問題となる試料を試験することができる。こ
こで、上記の電力供給手段のような、直前の電流と比較
して短くかつ逆方向の電流は複数回通電してもよく、こ
うすることにより、徐々に試料台の磁力が脱磁され、さ
らに、大きな脱磁効果が得られる。
【0010】請求項3記載の発明は、請求項2記載の発
明において、前記電流供給手段は、電磁ブレーキを駆動
するごとに、前記電磁ブレーキに流す電流方向を反転さ
せて供給するように構成されていることを特徴とする。
【0011】請求項3記載の発明によれば、電流供給手
段によって、電磁ブレーキを駆動するごとに、電磁ブレ
ーキに流す電流方向を反転させて供給するようしたた
め、電磁ブレーキに正逆方向の電流が均等に供給される
ようになり、電磁ブレーキによる試料台の磁化される極
性が一方向に偏ることがなくなり、より脱磁効果が得ら
れ、磁石に吸引されやすい試料が効率良く、また磁化さ
れると問題となる試料を試験することができる。
【0012】請求項4記載の発明は、電磁ブレーキを用
いて試料台の昇降動作を制御する硬さ試験機において、
前記電磁ブレーキによって磁化された試料台を脱磁する
高周波数の電圧を前記電磁ブレーキに印加する高周波電
圧印加手段を備えていることを特徴とする硬さ試験機。
【0013】請求項4記載の硬さ試験機よれば、高周波
数電圧印加手段によって、電磁ブレーキの駆動により磁
化された試料台を脱磁する高周波数の電圧を前記電磁ブ
レーキに印加する高周波電圧印加手段を備えているた
め、交流脱磁により、試料台の磁力を脱磁することがで
き、磁石に吸引されやすい試料の取り替え時における試
料の取り替えが容易になり、効率良く試験を行うことが
できる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。本発明を適用したロックウェル硬さ
試験機1は、例えば、図1、図2に示すように、本体部
としての試験機本体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を載置して昇降する試料台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8を備えるともに、前記試料台5の昇降を
停止する電磁ブレーキ9と、電磁ブレーキ9の作動を制
御する制御部10などにより構成されている。
【0015】前記試験機本体2は、その内部に荷重アー
ム作動部6と、電磁ブレーキ9の駆動源となる電装部1
1などを備えている。電装部11は、電力供給源となる
他に、サイクロコンバータやインバータ等の電力変換装
置11aを内蔵し、制御部10から送信される制御信号
に応じて供給する電力の変換と制御を行う。
【0016】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。更に、荷重アーム4には、荷重アーム
4と荷重バネ7の間の開き量から試料sに与えられる荷
重を測定する荷重センサ41と、試験機本体2と荷重ア
ーム4の間の開き量から荷重アーム4の変位を測定する
アーム位置センサ42が設けられている。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側の先端は開口している。
【0017】試料台5は、例えば、円形の板であり、試
料台5の裏面には、試料台支持用のネジ軸51が設けら
れている。試料台5は、このネジ軸51を試験機本体2
の下部に設けられた案内筒12に挿入することにより設
置される。
【0018】案内筒12の上部には、電磁ブレーキ9が
設けられ、電磁ブレーキ9は、ネジ軸51が挿入される
ナット9aと、ナット9a上部から水平に突出して設け
られたハンドル9bと、ナット9aと案内筒12の間に
設けられた電磁石9cなどから構成される。ナット9a
内部は、上記ネジ軸51のネジと嵌合するようなネジ穴
になっており、ハンドル9bを一方向に回転させること
により、試料台5を圧子3の方向に上昇させ、他方に回
転させることにより、試料台5を下降させることが出来
るようになっている。
【0019】ナット9aの下に設けられた電磁石9cは
電装部11と接続され、制御部10によって電磁石9c
に流れる電流が制御され、試料sに対して所定の作動荷
重がかけられると、電磁石9cに電流が流れ、上記ナッ
ト9aの回転運動をストップさせるようになっている。
また、制御部10によって、電磁石9aの脱磁または脱
磁が可能となるように、正方向の電流も逆方向の電流も
流すことができるようになっている。
【0020】前記荷重アーム作動部6は、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。
【0021】制御部10は、上述した荷重センサ41か
ら送信される現荷重値に応じて試料台5の下部に設けら
れた電磁ブレーキ9に供給する電圧および電流の制御を
行う。具体的には、予め設定された電磁ブレーキ9の作
動荷重値と荷重センサ41から送信される荷重値とを比
較し、荷重センサ41から送信される荷重値が作動荷重
値に達したときに、制御部10は、電磁ブレーキ9のス
イッチをONにし、電磁石9cに電流を流し、電磁石9
cの上部に設けられたナット9aの回転運動を停止させ
る。
【0022】また、制御部10は、上記電磁ブレーキ9
の使用による試料台5の磁化を防ぐために、2つの方法
を用いて試料台5の脱磁を行う。1つのめ方法は、電磁
石9cを流れる電流の方向を反転させる方法である。具
体的には、電磁ブレーキ9の駆動の後、電磁ブレーキ9
の駆動に用いられた電流と反対方向の電流を電磁ブレー
キ駆動時間より短く電磁石9cに流し、さらに、先に流
した電流の方向と反対に、かつ時間を短く電流を流すこ
とを複数回繰り返し(この複数回の電流を脱磁用電流と
呼ぶ)、電磁石9cによって磁化された試料台5の脱磁
を行う。さらに、ブレーキ動作ごとに電流の流れる方向
を反転させ、電磁ブレーキ9に正負の電流が同一の割合
でかけられるようにし、磁化する方法を一方向に偏らせ
ないという方法が複合的に用いられている。
【0023】例えば、図3に示すように、制御部10
は、電磁ブレーキ9の駆動用電流、試料台5の脱磁用電
流、荷重アーム4の操作用電流の方向を順に反転させ
る。すると、電磁ブレーキ9の駆動電流により磁化され
た試料台5は、脱磁用電流を流すことにより脱磁される
とともに、電磁ブレーキ9の駆動用電流は、ブレーキ動
作ごとに反転し、電磁ブレーキ9に正負の電流が同一の
割合でかけられるようになり、試料台5の脱磁効果を高
められる。
【0024】2つのめ方法は、電磁ブレーキ動作直後、
あるいは、試験の終了を行う前に、電磁石9cに高周波
数の電圧をかけ、試料台5を完全に脱磁させる方法であ
り、制御部10は、電装部11に内蔵された電力変換装
置11aに制御信号を送信し、電磁ブレーキ9に対し
て、図4(a)に示すような、一定の大きさの電圧を与
え、この電圧の周波数を徐々に上げていく。そして、図
4(b)に示すように電磁石9cのコイルに流れる電流
を徐々に減少させ、最終的に電磁石9c内のコイルを流
れる電流を完全になくすことで、試料台5を完全に脱磁
させる。
【0025】さらに、制御部10は、上述した電磁ブレ
ーキ9の制御のほかに、制御部10に内部の記憶装置に
記憶されたプログラムに従い、試験荷重の設定、荷重ア
ーム4の制御、試験結果の算出等の硬さ試験機1の動作
に関わる電気的な制御を行う。
【0026】次に、上述の構成におけるロックウェル硬
さ試験機1の試験動作について図5に示すフローチャー
トに従って説明する。まず、ロックウェル硬さ試験機1
のスイッチがONされ、入力部(図示省略)から初試験
荷重および試験荷重の入力がなされると、ステップS1
で荷重アーム4の初期化がなされる。すなわち、制御部
10は荷重アーム4の中立位置を検出し、荷重アーム4
が中立位置から所定量下方に回動するような力信号をサ
ーボモータ61に与え、この力により荷重アーム4を所
定の位置に据える。次いで、ステップS2では、荷重セ
ンサ41の値をリセットするとともに、入力された初試
験荷重から所定の値を引いて、電磁ブレーキ9を作動さ
せる荷重値(以下、オートブレーキ荷重と呼ぶ)を設定
する。
【0027】以上のように、荷重アーム4の位置が準備
され、制御部10のデータが初期化されると、ユーザ
は、試料台4下部に設けられたナット9aをハンドル9
bによって回転させ、試料台5を上昇させるとともに、
制御部10は、目標量をオートブレーキ荷重、制御量を
荷重センサ41の値として、試料台5を所定の位置に据
えるためのPID制御に移行する。つまり、制御部10
は、現時点での荷重センサ41の値およびアーム位置セ
ンサ42の値を図示しないA/D変換器によってデジタ
ルデータに変換後、制御部10に記憶し(ステップS
3)、ステップS4において、制御部10に記憶された
荷重センサ41の値とサーボモータ61から荷重バネ7
に与えた力の値からエラー値を計算してこのエラー値に
基づいてサーボモータ61への制御信号をD/A変換
し、図示しない駆動回路によって増幅した後、サーボモ
ータ61に出力する。
【0028】次に、ステップS5では、荷重センサ41
から検出される荷重値が電磁ブレーキ9を駆動させる荷
重値(オートブレーキ荷重)か否かが判別され、荷重値
が電磁ブレーキ作動する荷重でない場合(ステップS
5;NO)は、ステップS6に処理を移行するが、この
場合、ステップS10における力制御の切り変えがまだ
行われていないため、力値の制御チェックはNOになり
(ステップS6;NO)、ステップS7に移行する。次
いで、ステップS7とステップS8においても、電磁ブ
レーキ9のスイッチがONになっていないため、制御チ
ェックはNOになり、制御部の動作はステップS3に移
行することになり、ステップS3以降の処理が再度行わ
れる。
【0029】上記のように、ユーザによる試料台5の上
昇動作とともに、ステップS3〜ステップS8までのル
ープ処理を複数回繰り返し、試料台5が上昇され、試料
台5上の試料sと圧子3の間にオートブレーキ荷重がか
かると(ステップS5;YES)、電磁ブレーキ9はO
Nされ、制御部10は電磁ブレーキ9内の電磁石9cに
電流を流し、ユーザによるナット9aの回転操作をスト
ップさせる(ステップS9)。そして、ブレーキ保持時
間およびブレーキ電流反転時間のタイマーをセットし、
試料台5の位置を保持するための力の制御へ切り替える
(ステップS10)。
【0030】次に、力値が精度チェックを行う力でない
と判定され(ステップS6;NO)、電磁ブレーキ作動
中にステップS7に移行すると、制御部10によりブレ
ーキ作動中にブレーキ電流反転時間に達したか否かが判
定され、ブレーキ反転時間に達したと判定された場合
(ステップS7;YES)には、制御部は、まず、電磁
ブレーキ9内の電磁石9cに、電磁ブレーキ駆動電流を
流し、次に先に流した電流の方向と反対方向に、かつ短
く電流を流すことを複数回繰り返し(ステップS1
1)、電磁石9cによって磁化された試料台5を脱磁す
る。
【0031】一方、ブレーキ電流反転時間が終了したと
判定された場合(ステップS7;NO)には、ステップ
S8に移行して、制御部10により、ブレーキ保持時間
以内か否かが判別される。そして、電磁ブレーキ保持時
間以内であると判別されると(ステップS8;YE
S)、制御部10は、電磁ブレーキ9をオフにした後、
目標荷重として正確な初期荷重がかけられるような値を
設定し(ステップS12)、再び、ステップS3移行の
動作を繰り返して行う。
【0032】そして、この状態で、ステップS6に移行
すると、ステップS6の判定がYESとなって、ステッ
プS13に移行する。このステップS6において、制御
部10は、荷重センサ41が検出した値と、ステップS
12において設定された値とを比較し、荷重センサ41
から検出された値が精度チェックを行う範囲以内の値か
否かが判定される。そして、荷重センサ41から検出さ
れた値が精度チェックを行う値ならば(ステップS6;
YES)、アーム位置センサ42からアームの変位量を
検出して、荷重アーム4の位置が上昇しすぎていたり、
下降しすぎていたりすると(ステップS13;NO)、
サーボモータ61を停止して(ステップS14)、試験
を終了する。一方、荷重アーム4の位置が試験力精度範
囲内である場合(ステップS13;YES)、サーボモ
ータ61を駆動させ、荷重アーム4を所定の位置に移動
させ、試料sに初試験荷重を加え(ステップS15)、
その後、サーボモータ61を駆動させ、荷重アーム4を
下降させ、試料sに試験荷重をかける(ステップS1
6)、そして、荷重アーム4を上昇させて、試料sにか
かる荷重を初試験荷重に戻し(ステップS17)、荷重
アーム4の変位量に基づいて硬さ値を求め、その値を表
示部(図示省略)に表示する(ステップS18)。
【0033】そして、試験終了時には、電磁ブレーキ9
に対して、一定の大きさの電圧を与え、この電圧の周波
数を徐々に上げていく。そして、電磁石9cのコイルに
流れる電流を徐々に減少させ、最終的に電磁石9c内の
コイルを流れる電流を完全になくすことで、試料台5を
完全に脱磁させてもよい。
【0034】以上のように、本実施の形態におけるロッ
クウェル硬さ試験機1は、電磁ブレーキ9を駆動した後
に、先に流した電流の方向と反対に、かつ時間を短く電
流を流すことを複数回繰り返し、電磁ブレーキ9内の電
磁石9cの脱磁を行い、さらに、電磁ブレーキ9の作動
ごとに電流の方向を反転させ、電磁ブレーキ9に正負の
電流が同一の割合でかけられるようにさせ、試料台5の
磁化を防ぐことが出来る。
【0035】また、上記記載のロックウェル硬さ試験機
1は、試験終了時に、電磁ブレーキ9内の電磁石9cに
一定の大きさの電圧を与え、この電圧の周波数を徐々に
上げていき、電磁石9cのコイルに電流を流れないよう
にさせ、試料台5を完全に脱磁させる。
【0036】よって、本実施の形態におけるロックウェ
ル試験機1は、電磁石9c上部に設けられた試料台5の
磁化を防ぐことにより、薄い試料が試料台5に吸引され
ることを防止出来ることとなって、試料の取り替えが容
易となり、また、磁化されると問題になる試料の試験が
可能となる。
【0037】なお、本発明は前記実施形態に限定される
ものではなく、本発明の目的を達成する範囲での変形、
改良等は含まれるものとする。例えば、上記実施例は、
ロックウェル硬さ試験機としたが、ロックウェル硬さ試
験機に限定する必要はなく、試料台の上下動を制御する
機構を持つ硬さ試験機ならば、例えば、ブリネル試験機
やビッカーズ試験機にも適用される。
【0038】また、試料台の上昇操作を手動で行う必要
はなく、モータ等により自動で上昇させるようにしても
よい。
【0039】また、本実施例では、試料台上の試料に所
定の荷重がかかったときに、電磁ブレーキのスイッチを
ONにするとしたが、荷重による制御に限定される必要
はなく、例えば、圧子と試料の距離による制御を行い、
圧子と試料が所定距離接近した時点で電磁ブレーキをか
けてもよい、そうすることにより、圧子と試料が接触す
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。
【0040】
【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、電流供給
手段によって、電磁ブレーキに電流の流れる方向を、所
定のタイミングで反転させることにより、電磁ブレーキ
の駆動により磁化された試料台に逆方向の磁力を与え、
試料台の磁力を脱磁し、薄い試料等の磁石に吸引されや
すい試料が試料台に貼り付きにくくなり、試料の取り替
え効率よく行うことができるとともに、磁化されると問
題になる試料の試験が可能となる。
【0041】請求項2記載の発明によれば、電流供給手
段によって、電磁ブレーキを駆動させる駆動電流を供給
した後、当該駆動電流と逆方向の電流を、当該駆動電流
より短時間供給することを特徴としたため、当該駆動電
流の通電時間と同時間、もしくは、それ以上の時間の電
流の通電により、試料台が逆方向に磁化されるのを防
ぎ、電磁ブレーキの駆動により磁化された試料台を脱磁
し、薄い試料等の磁石に吸引されやすい試料が試料台に
貼り付きにくくし、試料の取り替えを効率よく、また磁
化されると問題となる試料を試験することができる。
【0042】請求項3記載の発明によれば、電流供給手
段によって、電磁ブレーキを駆動するごとに、電磁ブレ
ーキに流す電流方向を反転させて供給するようしたた
め、電磁ブレーキに正逆方向の電流が均等に供給される
ようになり、電磁ブレーキによる試料台の磁化が一方向
に偏ることがなくなり、磁石に吸引されやすい試料の取
り替え時における試料の取り替えが容易になり、効率良
く試験を行うことができるとともに、磁化されると問題
になる試料の試験が可能となる。
【0043】請求項4記載の硬さ試験機よれば、高周波
数電圧印加手段によって、電磁ブレーキの駆動により磁
化された試料台を脱磁する高周波数の電圧を前記電磁ブ
レーキに印加する高周波電圧印加手段を備えているた
め、交流脱磁により、試料台の磁力を脱磁することがで
き、磁石に吸引されやすい試料の取り替え時における試
料の取り替えが容易になり、効率良く試験を行うことが
できるとともに、磁化されると問題になる試料の試験が
可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の硬さ試験機の側断面図である。
【図2】電磁ブレーキの構成を示す側断面図である。
【図3】電磁ブレーキ駆動時に、電磁ブレーキにかけら
れる電圧の変化を示す図である。
【図4】試験終了時に、電磁ブレーキにかけられる電
圧、および電流の推移を示す図である。
【図5】電磁ブレーキの動作を説明するためのフローチ
ャートである。
【符号の説明】
1 ロックウェル硬さ試験機 2 本体部 5 試料台 51 軸ネジ 9 電磁ブレーキ 9a ナット 9b ハンドル 9c 電磁石 10 制御部 11 電装部 11a 電力変換装置

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電磁ブレーキを用いて試料台の昇降動作を
    制御する硬さ試験機において、 電流の流れる方向を、所定のタイミングで反転させて前
    記電磁ブレーキに供給する電流供給手段を備えているこ
    とを特徴とする硬さ試験機。
  2. 【請求項2】前記電流供給手段は、前記電磁ブレーキを
    駆動させる駆動電流を供給した後、当該駆動電流と逆方
    向の電流を、当該駆動電流より短い時間供給することを
    特徴とする請求項1記載の硬さ試験機。
  3. 【請求項3】前記電流供給手段は、電磁ブレーキを駆動
    するごとに、前記電磁ブレーキに流す電流方向を反転さ
    せて供給するように構成されていることを特徴とする請
    求項2記載の硬さ試験機。
  4. 【請求項4】電磁ブレーキを用いて試料台の昇降動作を
    制御する硬さ試験機において、 前記電磁ブレーキによって磁化された試料台を脱磁する
    高周波数の電圧を前記電磁ブレーキに印加する高周波電
    圧印加手段を備えていることを特徴とする硬さ試験機。
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