JP2005127785A - 硬さ試験機 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧子交換の際に、新たな圧子の位置調整が容易且つ安価にできる硬さ試験機を提供する。
【解決手段】 先端部側に圧子（２）を保持する圧子軸（３）と、圧子軸をその軸方向に移動させて圧子を介して試料に所定の試験力を負荷する荷重負荷機構部（６）を備える硬さ試験機であって、圧子軸の先端部に、圧子を取り付ける圧子取付面（４１）を有し、弾性変形する圧子取付部（４）と、圧子取付部を押圧することにより弾性変形させて圧子取付面を所望の傾斜角度で固定する押圧固定手段（例えば、押圧固定機構部５）と、を備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、試料表面にくぼみを形成させて、当該試料の硬さを測定する硬さ試験機に関する。

従来、例えば、四角錐形状の圧子によって、試料表面に荷重を負荷して、くぼみを形成することに基づいて、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、特許文献１）。

硬さ試験機は、例えば、試料にくぼみを形成するための圧子が先端部に設けられた圧子軸と、圧子軸を弾性的に支持する板ばねと、圧子軸に所定の試験力（荷重）を負荷する荷重負荷機構部と、試料を載置する載置面を有する試料台等を備えている。

そして硬さ試験においては、荷重負荷機構部によって圧子軸の軸方向に所定の試験力を負荷させて、圧子を試料に押し付けることによって、試料にくぼみを形成する。次いで、形成されたくぼみを顕微鏡等で観察することにより、くぼみの大きさ等の計測を行い、試料の硬さを測定する。

硬さ試験機は、一般的に圧子軸の圧子取付面をその軸線に対して直交するよう加工されるとともに、圧子の被取付面も圧子軸の軸線に対して直交するよう加工される。
即ち、例えば、四角錐形状の圧子の四つの圧子押付面と試料台の載置面との角度がほぼ一定となるように圧子を位置させることにより、圧子によって形成されるくぼみが歪まないように構成されている。

ところで、硬さ試験を繰り返し行うことにより、試料に押し付けられる圧子が磨耗する。磨耗した圧子を継続して使用すると、測定精度低下の原因となるので、圧子の交換が必要となる。
特開平１０−１３２７２２号公報

しかしながら、圧子軸に新たな圧子を単に取り付けただけでは、圧子の機差により四つの圧子押付面と試料台の載置面との角度が必ずしも一定とならないので、圧子交換後に硬さ試験を行った場合、新たな圧子によって形成されたくぼみが歪んでしまい、測定結果に誤差が生じることがある。従って、圧子の交換の際には、新たな圧子の四つの圧子押付面と試料台の載置面との角度がほぼ一定となるように圧子の位置を調整するため、圧子取付面や圧子の被取付面を再加工する必要があり、圧子の交換に時間を要し、コストもかかるという問題点があった。

そこで、本発明の課題は、圧子交換の際に、新たな圧子の位置調整が容易且つ安価にできる硬さ試験機を提供することである。

上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、図１に示すように、
先端部側に圧子（２）を保持する圧子軸（３）と、
前記圧子軸をその軸方向に移動させて前記圧子を介して試料に所定の試験力を負荷する荷重負荷機構部（６）を備える硬さ試験機であって、
前記圧子軸の先端部に、
前記圧子を取り付ける圧子取付面（４１）を有し、弾性変形する圧子取付部（４）と、
前記圧子取付部を押圧することにより弾性変形させて前記圧子取付面を所望の傾斜角度で固定する押圧固定手段（例えば、押圧固定機構部５）と、
を備えることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の硬さ試験機であって、
前記押圧固定手段は、
前記圧子取付部を側面から押圧する少なくとも３つの押圧部材（５２）と、
前記圧子軸に設けられるとともに、前記押圧部材を前記圧子取付部に向かって進退自在に支持する支持部材（５１）と、を備えることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の硬さ試験機であって、
前記圧子取付部は、棒ばねにより構成されていることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の硬さ試験機であって、
前記圧子取付部は、くびれ部（４２）を備えることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、圧子軸の先端部に圧子を取り付ける圧子取付面を有し、弾性変形する圧子取付部と、圧子取付部を押圧することにより弾性変形させて圧子取付面を所望の傾斜角度で固定する押圧固定手段とを備えるので、圧子取付面の傾斜角度を調整して固定することができる。従って、圧子交換の際に、圧子取付面や圧子の被取付面を再加工する必要がなく、新たな圧子の圧子押付面と試料台の載置面との角度がほぼ一定となるように圧子の位置を調整することが容易にできるので、圧子の交換を容易且つ安価に行うことができる。

請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様の効果が得られるのは無論のこと、特に、押圧固定手段は、圧子取付部を側面から押圧する押圧部材と、圧子軸に設けられるとともに、押圧部材を圧子取付部に向かって進退自在に支持する支持部材とを備えるので、圧子取付部に対する押圧部材の位置を調整することによって、圧子取付面の傾斜角度を調整して固定することができる。従って、圧子取付面を所望の傾斜角度で固定することがより容易にできる。

請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載の発明と同様の効果が得られるのは無論のこと、特に、圧子取付部は棒ばねにより構成されているので、押圧部材の押圧によって圧子取付部をより容易に弾性変形させることができる。

請求項４記載の発明によれば、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られるのは無論のこと、特に、圧子取付部はくびれ部を備えているので、くびれ部が弾性変形し易くなることとなって、圧子取付部における圧子取付面の傾斜角度の調整をより容易にさせることができる。

以下、図を参照して実施形態としての本発明に係る硬さ試験機を詳細に説明する。図１は、本発明に係る硬さ試験機の要部の断面側面図、図２は、図１の硬さ試験機のII−II部
断面図、図３は、図１の硬さ試験機における圧子交換後の要部の断面側面図、図４は図３の硬さ試験機のIV−IV部断面図である。

図１に示すように、硬さ試験機１は、先端部側に四角錐形状の圧子２を保持する圧子軸３と、圧子軸３の先端部に設けられ、圧子２を取り付ける圧子取付面４１を有する圧子取付部４と、圧子軸３に設けられている押圧固定手段としての押圧固定機構部５と、圧子軸３をその軸方向に移動可能に弾性支持する板ばね６と、圧子軸３に対してその軸方向に所定の力を負荷する荷重負荷機構部７と、試料Ｓを載置する載置面８１を有する試料台８等を備えている。

圧子取付部４は、棒ばねにより構成されており、押圧固定機構部５が固定されるくびれ部４２及びフランジ部４３と、下面部に圧子取付面４１が形成されている本体部４４とから構成される。この圧子取付部４は、側面から本体部４４に押圧力を付与させて、くびれ部４２が弾性変形させることにより、圧子取付面４１の傾斜角度を調整できるようになっている。

押圧固定機構部５は、図２に示すように、圧子取付部４に周設される支持部材５１、支持部材５１の内側に、圧子取付部４に向かって進退自在に設けられ、圧子取付部４を側面から押圧する押圧部材５２とから構成されている。

支持部材５１は、中央部に貫通孔ａを有する円盤状の固定部５１１と、固定部５１１の周縁部から下方に設けられる円筒状の側壁部５１２とから構成される。
固定部５１１の貫通孔ａの口径は、圧子軸３の径よりも小さく、且つ圧子取付部４のくびれ部４２の径より大きく形成されている。そして、くびれ部４２がこの貫通孔ａを貫通しているとともに、固定部５１１の上面部の一部がフランジ部４３の下面に固定されている。従って、圧子取付部４の本体部４４が、支持部材５１の側壁部５１２の内側で弾性変形可能に配置されることとなる。
また、支持部材５１の側壁部５１２には、圧子軸３の軸中心に対して直交する方向に備えられる孔部の内周面に雌ねじが形成されてなる雌ねじ部５１３が、等間隔で四つ設けられている。

押圧部材５２は、略円柱体状に形成され、その外周面に側壁部５１２の雌ねじ部５１３に螺合される雄ねじが形成されてなる雄ねじ部５２１と、半球体状に形成され、圧子取付部４の本体部４４と接触して押圧する押圧部５２２とから構成されており、組み付け時には側壁部５１２の内側に押圧部５２２が位置するように螺合される。そして、押圧部材５２の雄ねじ部５２１のねじ込み量を変えることによって、圧子取付部４に対する押圧部材５２の進退位置を調整できるようになっている。

より具体的には、雌ねじ部５１３に螺合されている雄ねじ部５２１のねじ込み量を大きくすると、押圧部材５２は圧子取付部４の本体部４４に向かって進行するので、圧子取付部４に対して進行方向に押圧力を付与できるようになっている。逆に、押圧部材５２の雄ねじ部５２１のねじ込み量を小さくすると、押圧部材５２は本体部４４から退行するので、圧子取付部４に対する押圧力の付与を解除できるようになっている。
また、押圧部５２２は、圧子取付部４の本体部４４を押圧することにより、圧子取付部４を固定するため、金属により構成されていることが好ましい。
なお、図２、図４に示すように、押圧部材として第一押圧部材５２ａ〜第四押圧部材５２ｄが支持部材５１に支持されているが、何れも同様の構成である。

板ばね６は、一端部が圧子軸３と固定されるとともに、他端部が試験機本体（図示省略）に固定され、圧子軸３を弾性支持している。この板ばね６は、圧子軸３に荷重が負荷された際に、その負荷に伴って圧子軸３を試料台８の載置面８１に対して直交方向に押し付けるように撓むようになっている。

荷重負荷機構部７は、例えば、フォースモータ等により構成されており、フォースモータが備える磁気回路構成部（図示省略）において、磁石（図示省略）がギャップにつくる磁束と、ギャップの中に配置された駆動コイル（図示省略）に供給される駆動電流との電磁誘導により発生する力を駆動力として用い、荷重負荷機構部７の荷重軸（図示省略）をその軸方向に移動させて、圧子軸３に所定の力を負荷するようになっている。

次に、上述のような構成の硬さ試験機１を用いて行う硬さ試験の一例を説明する。
先ず、試料台８の載置面８１に試料Ｓを載置し、操作部（図示省略）により、硬さ試験機１が、硬さ試験の動作を行うための操作を行う。この操作入力に基づいて、制御部（図示省略）が、荷重負荷機構部７の駆動コイル（図示省略）に所定の駆動電流を供給して駆動力を発生させる。そして、駆動コイルに駆動力が発生すると、その駆動力により圧子軸３をその軸方向に押圧して、移動させる。

この圧子軸３の移動に伴って、圧子軸３に固定されている板ばね６が撓む。圧子軸３は、板ばね６を変形させつつ下方へ移動し、圧子２を試料Ｓの表面に所定の力（荷重）で押し込み、くぼみを形成する。
このように圧子２が試料Ｓに形成したくぼみに基づいて、試料Ｓの硬さを測定する。

このとき、図２に示すように、圧子取付部４の本体部４４は、側面を第一押圧部材５２ａ〜第四押圧部材５２ｄによって押圧固定されており、四つの圧子押付面２ａと試料台８の載置面８１との角度がほぼ一定となっている。

図１に示す形態において、圧子２を備えた硬さ試験機１を繰り返し使用し、圧子２が磨耗した場合、測定精度維持のため、磨耗した圧子２の交換が必要となる。この場合、磨耗した圧子２を圧子取付面４１から取り外して、新たな圧子２０を圧子取付面４１に取り付ける。

次いで、図３、図４に示すように、取り付けられた新たな圧子２０の位置調整を行う。この圧子２０の位置調整は、圧子取付部４に対する第一押圧部材５２ａ〜第四押圧部材５２ｄの進退位置を調整することにより行う。

先ず、支持部材５１の雌ねじ部５１３に螺合され支持されている第二押圧部材５２ｂ〜第四押圧部材５２ｄのねじ込み量を小さくして、圧子取付部４の本体部４４から退行させて、本体部４４の押圧固定を解除する。次いで、第三押圧部材５２ｃと対向配置されている第一押圧部材５２ａのねじ込み量を大きくして、第一押圧部材５２ａを本体部４４に対して進行させて押圧して、その進行方向に対して押圧力を付与する。この押圧動作に伴って、本体部４４は第一押圧部材５２ａの押圧方向に弾性変形するので、圧子取付面４１が傾斜する。このとき、圧子２０の四つの圧子押付面２０ａと試料台８の載置面８１との角度がほぼ一定となるように、圧子取付面４１を傾斜させて、圧子２０の位置を調整する。

圧子２０の位置を調整した後、その圧子２０の位置を保った状態で、第二押圧部材５２ｂ〜第四押圧部材５２ｄのねじ込み量を大きくして、本体部４４をそれぞれ押圧させることによって、圧子取付部４を押圧固定する。このように圧子取付面４１は傾斜するものの、圧子取付部４を第一押圧部材５２ａ〜第四押圧部材５２ｄによって押圧固定しているので、圧子軸３に荷重を負荷しても圧子取付部４がさらに弾性変形することはない。

以上説明した本発明に係る硬さ試験機１によれば、圧子軸３の先端部に圧子２を取り付ける圧子取付面４１を有する圧子取付部４と、圧子取付部４を側面から押圧する第一押圧部材５２ａ〜第四押圧部材５２ｄと、第一押圧部材５２ａ〜第四押圧部材５２ｄを圧子取付部４に向かって進退自在に支持する支持部材５１と、を備えるので、第一押圧部材５２ａ〜第四押圧部材５２ｄの位置を調整して、圧子取付部４を押圧することにより弾性変形させて圧子取付部４の圧子取付面４１の傾斜角度を調整して、新たな圧子２０の四つの圧子押付面２０ａと試料台８の載置面８１との角度がほぼ一定となるように圧子２０の位置を調整することができる。従って、圧子２０の位置調整のために圧子取付面４１や圧子２０の被取付面を再加工をする必要がないので、圧子２０の交換を容易且つ安価に行うことができる。

また、圧子取付部４は、棒ばねにより構成され、支持部材５１との固定部分にくびれ部４２が形成されているので、くびれ部４２が弾性変形し易くなることとなって、第一押圧部材５２ａ〜第四押圧部材５２ｄの押圧によって圧子取付面４１をより容易に傾斜させることができる。

なお、本発明に係る硬さ試験機は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、押圧部材の数は四つに限定されるものではなく、圧子取付部の圧子取付面の角度調整が可能であればよく、少なくとも三つ以上あればよい。また、押圧部材もねじの螺合により支持部材に支持されている必要は無く、他の方法で支持するような構成としてもよい。圧子軸の圧子取付面の傾斜角度の調整の仕方も、上述の方法に限られるものではない。
また、本発明に係る硬さ試験機は、微小硬さ試験及びビッカ−ス硬さ試験に適用が可能である。

本発明に係る硬さ試験機の要部の断面側面図である。 図１の硬さ試験機のII−II部断面図である。 本発明に係る硬さ試験機の圧子交換後の要部の断面側面図である。 図３の硬さ試験機のIV−IV部断面図である。

符号の説明

１ 硬さ試験機
２ 圧子
２０ 圧子
３ 圧子軸
４ 圧子取付部
５ 押圧固定機構部（押圧固定手段）
７ 荷重負荷機構部
４１ 圧子取付面
４２ くびれ部
５１ 支持部材（押圧固定手段）
５２ 押圧部材（押圧固定手段）

Claims (4)

1. 先端部側に圧子を保持する圧子軸と、
   前記圧子軸をその軸方向に移動させて前記圧子を介して試料に所定の試験力を負荷する荷重負荷機構部と、
   を備える硬さ試験機であって、
   前記圧子軸の先端部に、
   前記圧子を取り付ける圧子取付面を有し、弾性変形する圧子取付部と、
   前記圧子取付部を押圧することにより弾性変形させて前記圧子取付面を所望の傾斜角度で固定する押圧固定手段と、
   を備えることを特徴とする硬さ試験機。
2. 前記押圧固定手段は、
   前記圧子取付部を側面から押圧する少なくとも３つの押圧部材と、
   前記圧子軸に設けられるとともに、前記押圧部材を前記圧子取付部に向かって進退自在に支持する支持部材と、
   を備えることを特徴とする請求項１記載の硬さ試験機。
3. 前記圧子取付部は、棒ばねにより構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の硬さ試験機。
4. 前記圧子取付部は、くびれ部を備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の硬さ試験機。

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