JP2007240418A - Hardness tester - Google Patents

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Tadashi Mitsuhashi
正 三ツ橋
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hardness tester capable of high precision measurement by imparting a little load for a soft measurement object. <P>SOLUTION: The hardness meter for measuring the hardness of the measurement object by detecting the relative positional change between the measurement object and pressed needle by abutting the press needle to the measurement object, and the hardness of the measurement object is obtained characteristically comprises: the loading mechanism holding the press needle with leaf spring; the movable mechanism for moving the load imparting mechanism; and the driving part of the movable mechanism constituted with the voice coil motor. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、金属材料等の硬いものではなく、ゴム、プラスチックス等の工業製品や例えば肌、筋肉、果実、食品等の医療、健康、食品産業において利用する硬さ測定器に関する。特に、押針を被測定物に当接させて測定を行なう接触式の硬さ計であって、押針を板バネによって保持した荷重付与機構を備え、更に荷重付与機構を移動するための可動機構を備えた硬さ計に関するものである。   The present invention relates to an industrial product such as rubber and plastics, not a hard material such as a metal material, and a hardness measuring instrument used in medical, health and food industries such as skin, muscle, fruit and food. In particular, it is a contact-type hardness tester that performs measurement by bringing a push needle into contact with an object to be measured, and includes a load applying mechanism in which the push needle is held by a leaf spring, and further movable for moving the load applying mechanism. The present invention relates to a hardness meter having a mechanism.

硬さ計の測定原理は、大別して変動荷重式と定荷重式があり、本発明は定荷重式に関する技術である。定荷重式は、先ず押針を被測定物に僅かに接触させ、この状態を初期位置として、その後初期状態時よりも大きな荷重を被測定物に加え、この時に移動した押針の沈み込み量を硬度とするものである。   The measurement principle of the hardness meter is roughly classified into a variable load type and a constant load type, and the present invention is a technique related to the constant load type. In the constant load type, the push needle is first brought into slight contact with the object to be measured, this state is set as the initial position, and then a larger load than that in the initial state is applied to the object to be measured. Is the hardness.

従来技術における触角装置の機構について図8を用いて説明する。ボイスコイルモータ202は継鉄220と、それに取付けられた磁石221とからなる磁気回路部、および可動部であるボイスコイル222から構成され、ボイスコイル222に通電した電流に対した磁気力が発生するようになっている。接触子201はボイスコイルモータ202の可動部に取付けられ、被測定物に所定の力で接するよう上下運動するようになっている。ボイスコイルモータ202の可動部は、2枚の板状バネ体による平行板バネ203により弾性支持され、ボイスコイルモータ202の発生力および接触子201が被測定物から受ける反力によって、該平行板バネ203が変位するようになっている。一方、ボイスコイルモータ202の固定子は、可動機構の可動部205に装着される。ハウジング206は、例えば専用のスタンドに装着される。平行板バネ203には、歪みゲージ209が張付けされ、平行板バネ203が変位して、たわみが生じると、その変位量が歪みゲージ209の出力により検地できるようになっている。可動機構の可動部205は、直流モータ214の回転軸に連結された送りネジ210に、ナット211において係合され、直流モータ214の回転により、大ストロークの移動が可能になっている。可動部205のナット部211の外側は、リニアベアリング212を介して、ハウジング206に固定されたガイド216に対し、摺動可能になっている。直流モータ214の軸には、角度エンコーダ215が取付けられ、直流モータ214の回転角を検知する。この回転角は送りネジ210による可動機構の可動部205の移動量に比例する。被測定物の寸法は、送りネジ210の移動量と平行板バネ203の変位量の和あるいは差から求める構造をしている。(例えば、特許文献1参照。)   The mechanism of the antenna device in the prior art will be described with reference to FIG. The voice coil motor 202 is composed of a magnetic circuit unit including a yoke 220 and a magnet 221 attached thereto, and a voice coil 222 which is a movable unit, and generates a magnetic force corresponding to a current supplied to the voice coil 222. It is like that. The contact 201 is attached to a movable part of the voice coil motor 202 and moves up and down so as to contact the object to be measured with a predetermined force. The movable part of the voice coil motor 202 is elastically supported by a parallel plate spring 203 formed of two plate springs, and the parallel plate is generated by the force generated by the voice coil motor 202 and the reaction force received by the contact 201 from the object to be measured. The spring 203 is displaced. On the other hand, the stator of the voice coil motor 202 is attached to the movable portion 205 of the movable mechanism. The housing 206 is attached to a dedicated stand, for example. A strain gauge 209 is attached to the parallel leaf spring 203, and when the parallel leaf spring 203 is displaced to bend, the displacement amount can be detected by the output of the strain gauge 209. A movable portion 205 of the movable mechanism is engaged with a feed screw 210 connected to a rotating shaft of the DC motor 214 at a nut 211, and a large stroke can be moved by the rotation of the DC motor 214. The outside of the nut portion 211 of the movable portion 205 is slidable with respect to a guide 216 fixed to the housing 206 via a linear bearing 212. An angle encoder 215 is attached to the shaft of the DC motor 214 and detects the rotation angle of the DC motor 214. This rotation angle is proportional to the amount of movement of the movable portion 205 of the movable mechanism by the feed screw 210. The dimension of the object to be measured is determined from the sum or difference of the amount of movement of the feed screw 210 and the amount of displacement of the parallel leaf spring 203. (For example, refer to Patent Document 1.)

特開昭60−119402号(第15頁、図2)JP-A-60-119402 (page 15, FIG. 2)

従来技術における硬さ計では、可動機構にボールネジに接続されたエンコーダ付の直流モータを用いているため、ステップ駆動による定常位置誤差が生じ、この誤差分が板バネの変形誤差となり、被測定物に加わる荷重に誤差を生じることになる。結果的に、可動機構の移動量に差異が生じ硬度値に誤差として現れる。   Since the hardness meter in the prior art uses a DC motor with an encoder connected to a ball screw as the movable mechanism, a steady position error due to step drive occurs, and this error becomes a deformation error of the leaf spring, and the object to be measured An error occurs in the load applied to the. As a result, a difference occurs in the amount of movement of the movable mechanism and appears as an error in the hardness value.

また、荷重付与機構において、片持ち梁状の平行板バネに押針を吊り下げた構造では、押針先端はその軸線方向に平行移動すると共に横方向にも動いてしまうため、測定上の誤差となる。   In addition, in the load application mechanism, when the push needle is suspended from a parallel plate spring in the form of a cantilever, the tip of the push needle moves in the axial direction and moves in the lateral direction. It becomes.

本発明の目的は上記従来技術の問題点を解決し、被測定物の測定面の面状態に影響されずに高精度の測定が可能な硬さ計を提供することである。   An object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art and to provide a hardness meter capable of measuring with high accuracy without being affected by the surface state of the measurement surface of the object to be measured.

上記の課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる硬さ計は、押針の先端を被測定物に接触させ押針と被測定物との相対的な位置変化を検出し検出された変位に基づき被測定物の硬さを求める硬さ計において、
荷重付与指令を受け荷重を発生する荷重発生部と、押針への荷重付与又は押針が被測定物に接することによって変形する板バネの変位量を検出するための第1の位置検出部とを有し指令された荷重が押針を介して被測定物に付与する荷重付与機構と、荷重付与機構を被測定物に対し近接又は遠離する方向に移動させる駆動部と荷重付与機構の移動量を検出するための第2の位置検出部とを有する可動機構とを備え、駆動部がボイスコイルモータを有することを特徴とする。
In order to solve the above problems and achieve the object, the hardness meter according to the present invention detects and detects a relative position change between the push needle and the measured object by bringing the tip of the push needle into contact with the measured object. In a hardness tester that determines the hardness of the object to be measured based on the measured displacement,
A load generation unit that generates a load in response to a load application command, and a first position detection unit that detects a displacement amount of a leaf spring that is deformed when the load is applied to the push needle or the push needle contacts the object to be measured; A load applying mechanism that applies a commanded load to the object to be measured via the push needle, a drive unit that moves the load applying mechanism in the direction of approaching or moving away from the object to be measured, and the amount of movement of the load applying mechanism And a movable mechanism having a second position detection unit for detecting the movement, and the drive unit has a voice coil motor.

この構成により、可動部の移動において定常位置誤差のない駆動が可能となり、板バネの変形によって生じる荷重誤差を極力小さくすることが出来るため、測定誤差の少ない高精度の硬さ計を提供することができる。   With this configuration, it is possible to drive the movable part without any stationary position error, and it is possible to minimize the load error caused by the deformation of the leaf spring. Therefore, it is possible to provide a highly accurate hardness meter with little measurement error. Can do.

また、荷重付与機構は、押針と、該押針を支持する支持部材と、該支持部材を押針軸線に沿って移動可能に保持する基台と、該基台を挟んで一定の間隔を設けて対向配置される一対の板バネと、該一対の板バネの間に配置され押針の変位を検出する第1の位置検出部とを備え、板バネは中央バネ部と該中央バネ部の両側に位置する両側バネ部とを有し、中央バネ部の中心点が支持部材に固定され、両側バネの中心点が基台にそれぞれ固定され、かつ一対の板バネは各々のバネ部の中心点を通る直線が互いに略90度をなすように配置され、押針が板バネを介して支持され、第1の位置検出部は、押針軸線上又はその近傍に位置すると共に、一対の板バネ間の略中央位置に設けられていることを特徴とするものである。   The load applying mechanism includes a push needle, a support member that supports the push needle, a base that holds the support member so as to be movable along the push needle axis, and a constant interval across the base. A pair of leaf springs disposed opposite to each other, and a first position detection portion disposed between the pair of leaf springs to detect displacement of the push needle, the leaf spring comprising a central spring portion and the central spring portion And a center point of the central spring part is fixed to the support member, a center point of the both side springs is fixed to the base, and a pair of leaf springs is provided for each spring part. The straight lines passing through the center point are arranged so as to form approximately 90 degrees with each other, the push needle is supported via a leaf spring, and the first position detector is located on or near the push needle axis, It is provided at a substantially central position between the leaf springs.

この構成により、押針の軸方向に対する垂直な横方向からの力に対しては、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、一対の板バネが強い剛性を持った部材として働き、押針先端の横方向の動きはほとんど生じることがない。更に、被測定物の押針の接触面の形状によって生じる横方向の力の作用に対する抗力は、少なくとも板バネの支持点がある4方向からの作用に対しては同一の抗力を備えていることになる。更に、押針が横方向の力を受けた場合に、押針やこれに連なるリンク部材は一対の板バネ間の中心位置を基点にして動かされるので、位置検出部を構成する能動部の横方向への変動は最小に抑えられる。その結果、測定誤差の少ない高精度の硬さ計を提供することができる。   With this configuration, the pair of leaf springs has strong rigidity against the force from the lateral direction perpendicular to the axial direction of the push needle without using a sliding position holding means such as a bearing or a guide mechanism. Acting as a member, there is almost no lateral movement of the tip of the push needle. Furthermore, the resistance against the action of the lateral force generated by the shape of the contact surface of the push needle of the object to be measured has at least the same resistance against the action from the four directions where the support points of the leaf springs are present. become. Further, when the push needle receives a lateral force, the push needle and the link member connected to the push needle are moved based on the center position between the pair of leaf springs. The variation in direction is minimized. As a result, it is possible to provide a highly accurate hardness meter with little measurement error.

そして、押針軸線方向に極めて小さな荷重から与えることができるので、正確で再現性のある測定結果を得ることができる。   And since it can give from a very small load to the needle axis direction, an accurate and reproducible measurement result can be obtained.

また、荷重付与機構に設けられた第一の位置検出部は、差動トランスまたはホール素子を有することを特徴とするものである。   The first position detection unit provided in the load applying mechanism includes a differential transformer or a Hall element.

この構成により、押針の軸線方向の変位量を直接的に求められるため、測定誤差の少ない高精度の硬さ計を提供することができる。   With this configuration, since the displacement amount of the push needle in the axial direction can be directly obtained, a highly accurate hardness meter with little measurement error can be provided.

また、駆動部は、被測定物に対して荷重が押針を介して付与されている状態において、板バネの変形が荷重付与前の初期状態を保つように荷重付与機構の被測定物に対する位置を制御することを特徴とするものである。   In addition, the drive unit is configured so that the load applying mechanism is positioned with respect to the measured object so that the deformation of the leaf spring maintains the initial state before applying the load in a state where the load is applied to the measured object via the push needle. It is characterized by controlling.

この構成により、板バネの変形によって生じる荷重誤差を極力小さくすることが出来るため、測定誤差の少ない高精度の硬さ計を提供することができる。   With this configuration, the load error caused by the deformation of the leaf spring can be minimized, so that a highly accurate hardness meter with little measurement error can be provided.

本発明によれば、押針の軸方向に対する垂直な横方向からの力に対しては、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、一対の板バネが強い剛性を持った部材として働き、押針先端の横方向の動きはほとんど生じることがなく、押針の軸方向には柔軟な動きを示す。この様な構成とした上で、荷重付与機構における板バネの変形が荷重印加前の初期状態と成るよう可動部を駆動用ボイスコイルモータによって制御することで、荷重用ボイスコイルモータに発生した荷重のみが被測定物に加わるため、荷重精度を向上することが出来る。その結果、測定誤差が少なく、高精度の測定が可能な硬さ計を提供することができる。   According to the present invention, a pair of leaf springs has a strong rigidity against a force from a lateral direction perpendicular to the axial direction of the push needle without using a sliding position holding means such as a bearing or a guide mechanism. It acts as a holding member, and there is almost no lateral movement of the tip of the push needle, and it shows a flexible movement in the axial direction of the push needle. With this configuration, the load generated in the load voice coil motor can be controlled by controlling the movable part with the drive voice coil motor so that the deformation of the leaf spring in the load applying mechanism is in the initial state before the load is applied. Since only the test object is added to the object to be measured, the load accuracy can be improved. As a result, it is possible to provide a hardness meter that can measure with high accuracy with little measurement error.

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる硬さ計の好適な実施形態を詳細に説明する。図1、図2は本発明の実施形態における硬さ計の構成を示す図である。図3、図4は本発明の実施形態における荷重付与機構に設けられるバネ支持部の構成を示す図である。図5は本発明の実施形態における硬さ計の構成及び動作を示す図である。図6、図7は本発明の実施形態における荷重付与機構に設けられる位置検出の構成を示す図である。なお、以下の実施形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   Exemplary embodiments of a hardness meter according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. 1 and 2 are diagrams showing a configuration of a hardness meter according to an embodiment of the present invention. 3 and 4 are views showing the configuration of the spring support portion provided in the load applying mechanism in the embodiment of the present invention. FIG. 5 is a diagram showing the configuration and operation of the hardness meter in the embodiment of the present invention. 6 and 7 are views showing a configuration of position detection provided in the load application mechanism in the embodiment of the present invention. Note that, in the following description of the embodiment and the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same components, and duplicate descriptions are omitted.

図1は本実施形態における硬さ計の分解斜視図である。図2は本実施形態における硬さ計の斜視図である。図1、図2に示すように、バネ支持部40には、押針1が支持部材2に固定され、リンク部材3を介して90°向きの異なる2枚の板バネ4a、4bによって支持され、板バネ4a、4bは支柱5を介して基台6に取り付けられ、2枚の板バネ4a,4bの間のリンク部材3上には板バネ4a、4bの変形量を検出するための第一の位置検出部7(図4参照)が取り付けられている。バネ支持部40上にはコイル20が取り付けられ、押針1に連動して動作するようになっている。バネ支持部40は、受け台22上に取り付けられる。
可動部60には、受け台21、22、23が設けられている。受け台21には、ヨーク25と磁石26が取り付けられたホルダ27がネジによって固定される。受け台22には、バネ支持部40の基台6がネジによって固定される。コイル20とヨーク25と磁石26によりボイスコイルモータ30が構成される。ボイスコイルモータ30は被測定物に対する荷重発生用として働く。バネ支持部40とボイスコイルモータ30によって荷重付与機構50を成す。
FIG. 1 is an exploded perspective view of a hardness meter in the present embodiment. FIG. 2 is a perspective view of the hardness meter in the present embodiment. As shown in FIGS. 1 and 2, the pusher needle 1 is fixed to the support member 2 on the spring support portion 40, and is supported by two leaf springs 4 a and 4 b having different 90 ° directions via the link member 3. The leaf springs 4a and 4b are attached to the base 6 through the support column 5, and a first member for detecting the deformation amount of the leaf springs 4a and 4b on the link member 3 between the two leaf springs 4a and 4b. One position detector 7 (see FIG. 4) is attached. The coil 20 is mounted on the spring support portion 40 and operates in conjunction with the push needle 1. The spring support portion 40 is attached on the cradle 22.
The movable part 60 is provided with cradles 21, 22, and 23. A holder 27 to which a yoke 25 and a magnet 26 are attached is fixed to the cradle 21 with screws. The base 6 of the spring support 40 is fixed to the cradle 22 with screws. The coil 20, the yoke 25, and the magnet 26 constitute a voice coil motor 30. The voice coil motor 30 serves to generate a load on the object to be measured. A load applying mechanism 50 is formed by the spring support 40 and the voice coil motor 30.

リニアベアリング51は、可動部60と固定部70の間に取り付けられ、可動部60はリニアベアリング51の案内に従って移動する。コイル52は可動部60に取り付けられ、ヨーク53と磁石54が取り付けられたホルダ55は固定部70にネジによって固定される。コイル52とヨーク53と磁石54によりボイスコイルモータ80が構成される。ボイスコイルモータ80によって可動部60を駆動させる。   The linear bearing 51 is attached between the movable part 60 and the fixed part 70, and the movable part 60 moves according to the guide of the linear bearing 51. The coil 52 is attached to the movable part 60, and the holder 55 to which the yoke 53 and the magnet 54 are attached is fixed to the fixing part 70 with screws. The coil 52, the yoke 53, and the magnet 54 constitute a voice coil motor 80. The movable part 60 is driven by the voice coil motor 80.

スリットが形成されたガラススケールを対向配置した受発光素子の間を通し、ガラススケールに連なるスピンドル91の移動量を検出する光学式の第二の位置検出部90が固定部にネジによって固定される。スピンドル91の先端部は受け台23と当接し、可動部60の位置を第二の位置検出部90によって検出する。   An optical second position detection unit 90 that detects the amount of movement of the spindle 91 connected to the glass scale is passed through between the light receiving and emitting elements disposed opposite to each other with a glass scale having a slit formed thereon, and is fixed to the fixing unit with a screw. . The tip of the spindle 91 is in contact with the cradle 23, and the position of the movable part 60 is detected by the second position detector 90.

この様にして、可動部60と、固定部70と、リニアベアリング51と、ボイスコイル
モータ80と、第二の位置検出部90によって可動機構100を成す。
固定部70が、図示していない被測定物を載せるためのテーブルを備えたスタンド台等に装着されて被測定物の硬さ計測が行われる。
In this way, the movable unit 60, the fixed unit 70, the linear bearing 51, the voice coil motor 80, and the second position detection unit 90 form the movable mechanism 100.
The fixing unit 70 is attached to a stand or the like having a table for placing a measurement object (not shown), and the hardness of the measurement object is measured.

次に、本実施形態の硬さ計における荷重付与機構に用いるバネ支持部の板バネの形状及び変形について図3を用いて説明する。なお、板バネ4aと板バネ4bとは同一形状であるため纏めて説明する。図3に示すように、板バネ4a、4bは、薄板で長方形を成しており、その長手方向に平行して延びる対称配置された一対の長孔12a、12bを有している。長孔12a、12bを境に3つに区分してなる中央バネ部8と両側バネ部9a、9bとが形成されている。中央バネ部8は一対の長孔12a、12bの間に設けられ、両側バネ部9aは長孔12aの外側に、両側バネ部9bは長孔12bの外側に設けられている。また、中心バネ部8の中心点10の位置に固定用の孔13が形成され、両側バネ部9a、9bの中心点11a、11bの位置には、それぞれ固定用の孔14a、14bが形成されている。   Next, the shape and deformation | transformation of the leaf | plate spring of the spring support part used for the load provision mechanism in the hardness meter of this embodiment are demonstrated using FIG. The leaf spring 4a and the leaf spring 4b have the same shape and will be described together. As shown in FIG. 3, the leaf springs 4a and 4b are thin plates and have a rectangular shape, and have a pair of symmetrically arranged long holes 12a and 12b extending in parallel with the longitudinal direction thereof. A central spring portion 8 and two side spring portions 9a and 9b, which are divided into three portions with the long holes 12a and 12b as boundaries, are formed. The central spring portion 8 is provided between the pair of long holes 12a and 12b, the double-side spring portions 9a are provided outside the long holes 12a, and the double-side spring portions 9b are provided outside the long holes 12b. Further, a fixing hole 13 is formed at the position of the center point 10 of the central spring portion 8, and fixing holes 14a and 14b are formed at the positions of the center points 11a and 11b of the spring portions 9a and 9b, respectively. ing.

次に、このように形成した板バネ4a、4bの変形状態について説明する。板バネ4a、4bの2つの両側バネ部9a、9bの中心点11a、11bを固定点とし、中央バネ部8の中心点10を可動点とし、中央バネ部8の中心点10に図3(b)に示すように矢印の方向の力を加えると一点鎖線で示したような変形が生じる。力が矢印Cの方向に加わる場合には、2つの両側バネ部9a、9bは中心点11a、11bを基点としてその長手方向の両端部の平面が矢印Cの方向に湾曲した形状となり、中央バネ部8はその長手方向の両端部の平面を基点として中心点10を頂点とする凸型に湾曲した形状となる。一方、力が矢印Dの方向に加わる場合には、2つの両側バネ部9a、9bは中心点11a、11bを基点としてその長手方向の両端部の平面が矢印Dの方向に湾曲した形状となり、中央バネ部8はその長手方向の両端部の平面を基点として中心点10を底点とする凹型に湾曲した形状となる。   Next, the deformation state of the leaf springs 4a and 4b formed in this way will be described. The center points 11a and 11b of the two side spring portions 9a and 9b of the leaf springs 4a and 4b are fixed points, the center point 10 of the center spring portion 8 is a movable point, and the center point 10 of the center spring portion 8 is shown in FIG. When a force in the direction of the arrow is applied as shown in b), deformation as shown by the alternate long and short dash line occurs. When a force is applied in the direction of arrow C, the two side spring portions 9a and 9b have a shape in which the planes at both end portions in the longitudinal direction are curved in the direction of arrow C with the center points 11a and 11b as the base points. The portion 8 has a shape curved in a convex shape with the plane at both ends in the longitudinal direction as a base point and the center point 10 as a vertex. On the other hand, when a force is applied in the direction of arrow D, the two side spring portions 9a and 9b have a shape in which the planes at both ends in the longitudinal direction are bent in the direction of arrow D with the center points 11a and 11b as the base points. The central spring portion 8 has a concave curved shape with the center point 10 as the base point with the planes at both ends in the longitudinal direction as the base point.

次に、本実施形態の硬さ計における荷重付与機構に用いるバネ支持部の構成について図4を用いて説明する。押針1と、押針1を保持する支持部材2と、支持部材2を押針軸線に沿って移動可能に保持する基台6と、基台6を挟んで一定の間隔を設けて対向配置される一対の板バネ4a、4bと、一対の板バネ4a、4bの間に配置され、押針1の変位を検出する第一の位置検出部7とを備えている。一対の板バネ4a、4bはそれぞれ中央バネ部8と中央バネ部8の両側に位置する両側バネ部9a、9bとを有し、中央バネ部8の中心点10(図3参照)がリンク部材3を介して支持部材2に固定され、両側バネ9a、9bの中心点11a、11b(図3参照)が支柱5を介して基台6にそれぞれ固定されている。さらに、この一対の板バネ4a、4bは各々のバネ部8、9a、9bの中心点10、11a、11bを通る直線A、Bが互いに略90度をなすように配置されている。   Next, the structure of the spring support part used for the load provision mechanism in the hardness meter of this embodiment is demonstrated using FIG. A push needle 1, a support member 2 that holds the push needle 1, a base 6 that holds the support member 2 so as to be movable along the push needle axis, and a fixed interval with the base 6 therebetween. A pair of leaf springs 4a and 4b, and a first position detector 7 that is disposed between the pair of leaf springs 4a and 4b and detects the displacement of the push needle 1. Each of the pair of leaf springs 4a and 4b has a center spring portion 8 and both side spring portions 9a and 9b located on both sides of the center spring portion 8, and the center point 10 (see FIG. 3) of the center spring portion 8 is a link member. The center points 11a and 11b (see FIG. 3) of the springs 9a and 9b are fixed to the base 6 via the support column 5, respectively. Further, the pair of leaf springs 4a and 4b are arranged such that the straight lines A and B passing through the center points 10, 11a and 11b of the respective spring portions 8, 9a and 9b form approximately 90 degrees.

次に、本実施形態の硬さ計の構成及び動作について図5を用いて説明する。図5に示すように、押針1が被測定物110に接していない状態において、ホール素子31の出力を図示していない回路部に取り込みを行い、この値を制御時の基準値とする。次に、コイル20に図示していない回路部より、荷重付与指令に基づいた電流が印加され、コイル20に連なる板バネ4a、4bや押針1等の一連の部材が矢印Eの方向に移動する。この時、磁石32がホール素子31側に近づきホール素子31の出力値が上昇する。次に、コイル52に図示していない回路部より、移動指令に基づいた電流が印加され、リニアベアリング51の案内に従い可動部60が矢印Fの方向に移動する。そして、押針1が被測定物110に接触し、更に押針1は押し進められ、ホール素子31の出力値が初期値と一致した所でコイル52への印加電流は保持され、可動部60を停止する。コイル52への移動指令は、ホール素子31の出力値を初期値に近づけようと働き、ホール素子31の出力値が初期値よりも高い場合にはコイル52への印加電流量を増し、押針1を被測定物側110
へと押し進め、逆に、ホール素子31の出力値が初期値よりも低い場合にはコイル52への印加電流量を減らし、押針1を被測定物110から引き離す方向に制御される。次に、コイル52に、図示していない回路部より、先の荷重付与指令時よりも大きな電流を印加し、押針1を被測定物側110へ向かって押し進める。この時に磁石32がホール素子31側に近づくためホール素子31の出力値が上昇する。そして、ホール素子31の出力値を初期値に戻そうとする方向の矢印Fの方向にコイル52への印加電流を増し、可動部60を移動させる。ホール素子31の出力値が初期値と一致した所でコイル52への印加電流は保持され、可動部60を停止する。この時の第二の位置検出部90(図2参照)のスピンドル91の移動量を被測定物110の硬度値とする。
Next, the configuration and operation of the hardness meter according to the present embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5, in a state where the push needle 1 is not in contact with the object to be measured 110, the output of the Hall element 31 is taken into a circuit unit (not shown), and this value is used as a reference value at the time of control. Next, a current based on a load application command is applied to the coil 20 from a circuit unit (not shown), and a series of members such as the leaf springs 4a and 4b and the push needle 1 connected to the coil 20 move in the direction of arrow E. To do. At this time, the magnet 32 approaches the Hall element 31 side and the output value of the Hall element 31 increases. Next, a current based on a movement command is applied to the coil 52 from a circuit unit (not shown), and the movable unit 60 moves in the direction of arrow F according to the guidance of the linear bearing 51. Then, the push needle 1 comes into contact with the object 110 to be measured, and the push needle 1 is further pushed forward. When the output value of the Hall element 31 coincides with the initial value, the applied current to the coil 52 is held, and the movable portion 60 is moved. Stop. The movement command to the coil 52 works to bring the output value of the Hall element 31 closer to the initial value, and when the output value of the Hall element 31 is higher than the initial value, the amount of current applied to the coil 52 is increased, 1 is the measured object side 110
On the contrary, when the output value of the Hall element 31 is lower than the initial value, the amount of current applied to the coil 52 is reduced, and the push needle 1 is controlled to be pulled away from the object 110 to be measured. Next, a larger current is applied to the coil 52 than from a circuit application (not shown), and the push needle 1 is pushed toward the measured object side 110. At this time, since the magnet 32 approaches the Hall element 31 side, the output value of the Hall element 31 increases. Then, the current applied to the coil 52 is increased in the direction of the arrow F in the direction of returning the output value of the Hall element 31 to the initial value, and the movable portion 60 is moved. When the output value of the Hall element 31 coincides with the initial value, the current applied to the coil 52 is held, and the movable part 60 is stopped. The amount of movement of the spindle 91 of the second position detector 90 (see FIG. 2) at this time is taken as the hardness value of the object 110 to be measured.

図6は本発明の硬さ計の荷重付与機構に用いられる第一の位置検出部の構成を示す断面図である。図6に示すように、第一の位置検出部7は、ホール素子31と磁石32と磁石保持部材33とを備えている。ホール素子31は、基台6の板バネ4aと対向する平面に、直接または基板34を介して取り付けられている。また、磁石保持部材33はリンク部材3に固定されており、磁石保持部材33には、円筒状の磁石32が固定されている。磁石32は、その円筒中心軸がリンク部材3の軸線方向と平行を成す向きで、かつ磁石32の円筒中心とホール素子31の検出部中心が揃う位置に配置されている。さらに、磁石32のホール素子31側の端面と、ホール素子31の端面(モールド面)とは一定の間隙を持たせて対向配置されている。   FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a first position detection unit used in the load application mechanism of the hardness meter of the present invention. As shown in FIG. 6, the first position detection unit 7 includes a hall element 31, a magnet 32, and a magnet holding member 33. The hall element 31 is attached to a plane facing the plate spring 4 a of the base 6 directly or via a substrate 34. The magnet holding member 33 is fixed to the link member 3, and the cylindrical magnet 32 is fixed to the magnet holding member 33. The magnet 32 is arranged in such a direction that its cylindrical central axis is parallel to the axial direction of the link member 3 and the cylindrical center of the magnet 32 and the detection unit center of the hall element 31 are aligned. Furthermore, the end surface of the magnet 32 on the Hall element 31 side and the end surface (mold surface) of the Hall element 31 are arranged to face each other with a certain gap.

このように構成された第一の位置検出部7によれば、押針1がその軸線方向に移動することにより、磁石32とホール素子31の間の隙間の距離が変化し、隙間に対する磁束密度の変化によってホール出力電圧が変化する。この変化によって、押針1の変位量を直接的に検出することができる。その結果、測定誤差のない高精度の硬さ計を提供することができる。   According to the first position detector 7 configured in this manner, the distance between the magnet 32 and the Hall element 31 changes as the push needle 1 moves in the axial direction, and the magnetic flux density with respect to the gap is changed. The Hall output voltage changes due to the change of. By this change, the displacement amount of the push needle 1 can be directly detected. As a result, it is possible to provide a highly accurate hardness meter free from measurement errors.

図7は本発明の硬さ計の荷重付与機構に用いられる第一の位置検出部の他の実施形態の構成を示す断面図である。図7に示すように、位検出器7は、一方の板バネ4aと他方の板バネ4bとから略等しい距離に設けられており、第一の位置検出部7の外筒部43は基台6の中心に形成された孔45に接着によって取り付けられている。外筒部43には、差動トランスを形成する2つのコイル44aが内蔵されている。一方、磁性材料のコア44bは、コア支持部材46とコア固定部材47の間に配置されている。コア44bと、コア支持部材46と、コア固定部材47とによってリンク部材3が構成され、コア44bは押針1の動きに連動して動作する。   FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of another embodiment of the first position detection unit used in the load application mechanism of the hardness meter of the present invention. As shown in FIG. 7, the position detector 7 is provided at an approximately equal distance from one leaf spring 4a and the other leaf spring 4b, and the outer cylinder portion 43 of the first position detector 7 is a base. 6 is attached to a hole 45 formed in the center of the adhesive 6 by adhesion. The outer cylinder portion 43 incorporates two coils 44a forming a differential transformer. On the other hand, the magnetic material core 44 b is disposed between the core support member 46 and the core fixing member 47. The link member 3 is configured by the core 44b, the core support member 46, and the core fixing member 47, and the core 44b operates in conjunction with the movement of the push needle 1.

差動トランスの2つのコイル44aには、図示しない回路部より交流電圧が印加された励磁状態でコア44bが移動すると、2つのコイル44aのリアクタンスが変化して、コア44bの移動量に応じた出力電圧が得られる。この変化によって、押針1の変位量を直接的に検出することができる。   When the core 44b moves to the two coils 44a of the differential transformer in an excited state in which an AC voltage is applied from a circuit unit (not shown), the reactance of the two coils 44a changes, corresponding to the amount of movement of the core 44b. An output voltage is obtained. By this change, the displacement amount of the push needle 1 can be directly detected.

更に、押針1が横方向の力を受けた場合に、押針1やこれに連なるリンク部材3は板バネ4a、4b間の略等しい距離の位置を基点にして動かされるので、第一の位置検出部7を構成するコア44bの上下方向の変動を抑えることができる。その結果、測定誤差の少ない高精度の硬さ計を提供することができる。   Further, when the push needle 1 receives a lateral force, the push needle 1 and the link member 3 connected to the push needle 1 are moved based on the positions of substantially equal distances between the leaf springs 4a and 4b. The fluctuation in the vertical direction of the core 44b constituting the position detection unit 7 can be suppressed. As a result, it is possible to provide a highly accurate hardness meter with little measurement error.

本発明の硬さ計を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the hardness meter of this invention. 本発明の硬さ計を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the hardness meter of this invention. 本発明の硬さ計の荷重付与機構に用いられるバネ形状及び変形状態を示す2面図である。It is a 2nd page figure which shows the spring shape used for the load provision mechanism of the hardness meter of this invention, and a deformation | transformation state. 本発明の硬さ計の荷重付与機構に用いられるバネ支持部の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the spring support part used for the load provision mechanism of the hardness meter of this invention. 本発明の硬さ計の構成及び動作を示す側面図である。It is a side view which shows the structure and operation | movement of a hardness meter of this invention. 本発明の硬さ計の荷重付与機構に用いられる第一の位置検出部の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the 1st position detection part used for the load provision mechanism of the hardness meter of this invention. 本発明の硬さ計の荷重付与機構に用いられる第一の位置検出部の他の実施形態の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of other embodiment of the 1st position detection part used for the load provision mechanism of the hardness meter of this invention. 従来技術の硬さ計を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the hardness meter of a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

1 押針
2 支持部材
3 リンク部材
4a、4b 板バネ
5 支柱
6 基台
7 第一の位置検出部
8 中央バネ部
9a、9b 両側バネ部
10、11a、11b 中心点
12a、12b 長孔
13、14a、14b、45 孔
20、44a、52 コイル
21、22、23 受け台
25、53 ヨーク
26、32、54 磁石
27、55 ホルダ
30、80 ボイスコイルモータ
31 ホール素子
33 磁石保持部材
34 基板
40 バネ支持部
43 外筒部
44b コア
46 コア支持部材
47 コア固定部材
50 荷重付与機構
51 リニアベアリング
60 可動部
70 固定部
90 第二の位置検出部
91 スピンドル
100 可動機構
110 被測定物


DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Push needle 2 Support member 3 Link member 4a, 4b Leaf spring 5 Strut 6 Base 7 First position detection part 8 Central spring part 9a, 9b Both-side spring part 10, 11a, 11b Center point 12a, 12b Long hole 13, 14a, 14b, 45 Hole 20, 44a, 52 Coil 21, 22, 23 Receiving base 25, 53 Yoke 26, 32, 54 Magnet 27, 55 Holder 30, 80 Voice coil motor 31 Hall element 33 Magnet holding member 34 Substrate 40 Spring Support part 43 Outer cylinder part 44b Core 46 Core support member 47 Core fixing member 50 Load applying mechanism 51 Linear bearing 60 Movable part 70 Fixed part 90 Second position detection part 91 Spindle 100 Movable mechanism 110 Device under test


Claims (4)

押針の先端を被測定物に接触させ前記押針と被測定物との相対的な位置変化を検出し検出された変位に基づき被測定物の硬さを求める硬さ計において、
荷重付与指令を受け荷重を発生する荷重発生部と、押針への荷重付与又は押針が被測定物に接することによって変形する板バネの変位量を検出するための第1の位置検出部とを有し指令された荷重が押針を介して被測定物に付与する荷重付与機構と、前記荷重付与機構を被測定物に対し近接又は遠離する方向に移動させる駆動部と前記荷重付与機構の移動量を検出するための第2の位置検出部とを有する可動機構とを備え、前記駆動部がボイスコイルモータを有することを特徴とする硬さ計。
In a hardness meter that determines the hardness of the object to be measured based on the detected displacement by contacting the tip of the push needle with the object to be measured and detecting a relative position change between the push needle and the object to be measured.
A load generation unit that generates a load in response to a load application command, and a first position detection unit that detects a displacement amount of a leaf spring that is deformed when the load is applied to the push needle or the push needle contacts the object to be measured; A load applying mechanism that applies a commanded load to the object to be measured via the push needle, a drive unit that moves the load applying mechanism in a direction toward or away from the object to be measured, and the load applying mechanism. A hardness meter, comprising: a movable mechanism having a second position detection unit for detecting a movement amount, wherein the driving unit has a voice coil motor.
前記荷重付与機構は、押針と、該押針を支持する支持部材と、該支持部材を押針軸線に沿って移動可能に保持する基台と、該基台を挟んで一定の間隔を設けて対向配置される一対の板バネと、該一対の板バネの間に配置され押針の変位を検出する第1の位置検出部とを備え、前記板バネは中央バネ部と該中央バネ部の両側に位置する両側バネ部とを有し、前記中央バネ部の中心点が前記支持部材に固定され、前記両側バネの中心点が前記基台にそれぞれ固定され、かつ前記一対の板バネは各々のバネ部の中心点を通る直線が互いに略90度をなすように配置され、前記押針が前記板バネを介して支持され、前記第1の位置検出部は、前記押針軸線上又はその近傍に位置すると共に、前記一対の板バネ間の略中央位置に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の硬さ計。   The load applying mechanism includes a push needle, a support member that supports the push needle, a base that holds the support member so as to be movable along the push needle axis, and a fixed interval across the base. A pair of leaf springs disposed opposite to each other, and a first position detector disposed between the pair of leaf springs to detect displacement of the push needle, the leaf spring comprising a central spring portion and the central spring portion And a center point of the central spring part is fixed to the support member, a center point of the both side springs is fixed to the base, and the pair of leaf springs is The straight lines passing through the center points of the respective spring portions are arranged so as to form approximately 90 degrees with each other, the push needle is supported via the leaf spring, and the first position detector is located on the push needle axis or It is located in the vicinity thereof and is provided at a substantially central position between the pair of leaf springs. Hardness tester according to claim 1,. 前記第1の位置検出部は、差動トランスまたはホール素子を有することを特徴とする請求項1または2に記載の硬さ計。   The hardness meter according to claim 1, wherein the first position detection unit includes a differential transformer or a Hall element. 前記駆動部は、被測定物に対して荷重が押針を介して付与されている状態において、前記板バネの変形が荷重付与前の初期状態を保つように前記荷重付与機構の被測定物に対する位置を制御することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の硬さ計。

In the state where the load is applied to the object to be measured via the push needle, the drive unit applies the load applying mechanism to the object to be measured so that the deformation of the leaf spring maintains the initial state before the load is applied. The hardness meter according to any one of claims 1 to 3, wherein the position is controlled.

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