JP2009250758A - 硬度測定面の水平出し治具及び硬度測定面の水平出し方法 - Google Patents

Abstract

【課題】全方向への角度調整が自由自在にでき、取り扱いが容易である硬度測定面の水平出し治具及び、時間や労力をかけずに、容易に真の水平面を出すことができる硬度測定面の水平出し方法を提供する。
【解決手段】横長円柱状の固定軸１と、その上部に一体的に固定されたサンプル台２と、内側に固定軸１の円柱面に面接触する凹状円弧面３aを備え、底面にこれに対して垂直方向の突状円弧面３bを備えた左右一対の固定板3と、これらの固定板3を固定軸1に向かって加圧する固定軸把持手段5を備えた固定台４とからなる水平出し治具である。この冶具を加圧スタンプの支持面に載せ、固定軸把持手段５を半固定状態として加圧面を下降させて試験片Wの表面を押圧することにより、水平出しを行なう。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属材料等の硬度測定を行う際に、試験片の硬度測定面を硬度試験機に水平にセットするために用いられる、硬度測定面の水平出し治具及び硬度測定面の水平出し方法に関するものである。

金属材料の硬さ試験には、一般に、ＪＩＳ規格で定められたビッカース硬さ試験の試験方法（ＪＩＳ Ｚ ２２４４）が採用されている。ビッカース硬さ試験は、正四角すいのダイヤモンド圧子を、試験片の表面に押し込み、その試験力（Ｆ）を解除した後、表面に残ったくぼみの対角線長さ（ｄ_１、ｄ_２）を測定するものである。

ビッカース硬さは、試験力を、底面が正方形で頂点の角度が圧子と同じ角すいであると仮定した窪みの表面積で割って得られる値に比例し、以下の式で求められる。
ビッカース硬さ＝定数×（試験力／くぼみの表面積）＝０．０１２×｛（２Ｆｓｉｎ１３６°／２）｝／ｄ^２
ここで、１３６°は正四角すいの圧子の対面角度であり、Ｆは試験力（Ｎ）、ｄは対角線長さｄ_１、ｄ_２の平均値（ｍｍ）をそれぞれ意味している。

したがって、上記式による換算精度を担保するために上記ＪＩＳでは、対角線長さｄ_１、ｄ_２の差が５％以内であることが求められる。対角線長さｄ_１、ｄ_２の差を５％以内とするためには、ダイヤモンド圧子を試験片の表面に垂直に押し込むことが必要となり、試験片の硬度測定面の正確な水平出しが求められる。硬度測定面の水平出し手段として、従来は目測により試験片の表面に傾きの有無を観察しながら試験片の下部に薄い鉄片等を挟んで傾きを修正する方法や、試験片を再研磨して水平面を確保する方法が用いられていたが、何れの方法によっても、目測及び手作業による微調整で水平出しするため、時間や労力がかかる問題や、時間や労力をかけてもなお、真の水平面を出すことは困難であるという問題があった。

なお特許文献１には、マイクロビッカース硬さ試験用の極薄試料を、加圧空気圧によって試料支持台に固定する方法が開示されている。また特許文献２には、フィルム状の試料を試料台に試料押えバンドにより固定する方法が開示されている。しかしこれらはフィルム状の試料を対象とするものであって、金属材料から切り出された試験片のように厚みがあるものではない。厚みのある試験片はフィルムとは異なり試験片の硬度測定面とその反対面との平行が担保されていないため、これらの特許文献１，２に示されるように単に試験片を試料台に密着させれば水平が出るというものではない。
特開平１０−６８６８８号公報 特開２００４−２８６１４号公報

本発明の目的は、前記問題を解決し、全方向への角度調整が自由自在にでき、取り扱いが容易である硬度測定面の水平出し治具及び、時間や労力をかけずに、容易に真の水平面を出すことができる硬度測定面の水平出し方法を提供することである。なお、一般に水平とは重力の方向と直角に交わった方向をいうが、硬度試験機はダイヤモンド圧子を上下方向に移動させて試験片に押し込むように設置されるのが普通であるため、本発明でいう水平とは、このダイヤモンド圧子の押し込み方向に対して垂直な方向を意味するものとする。

上記課題を解決するためになされた本発明の硬度測定面の水平出し治具は、請求項１に記載のとおり、横長円柱状の固定軸と、この固定軸の上部に一体的に固定されたサンプル台と、内側にこの固定軸の円柱面に面接触する凹状円弧面を備え、底面にこの凹状円弧面に対して垂直方向の突状円弧面を備えた左右一対の固定板と、これら一対の固定板を固定軸に向かって加圧する固定軸把持手段を備えた固定台とからなることを特徴とするものである。なお請求項２に記載のように、固定台は平面状の底部上面および底部下面を持つことが好ましい。

また上記課題を解決するためになされた本発明の硬度測定面の水平出し方法は、請求項１に記載の硬度測定面の水平出し治具を用いた硬度測定面の水平出し方法であって、硬度測定用の試験片をサンプル台に固定する工程と、固定台を支持面に対して平行を維持しつつ昇降可能な加圧面を備えた加圧スタンプの支持面に載せ、固定軸把持手段を半固定状態として加圧面を試験片表面に下降させて押圧することにより、サンプル台を互いに垂直な２軸方向に揺動させて固定台の載置面と試験片表面とを水平にする水平出し工程と、水平出しされた状態で固定軸把持手段を締め付けて固定台に対してサンプル台を固定する工程とからなることを特徴とするものである。

なお請求項４に記載のように、端面が平行に加工された押し込みリングを試験片上面に被せ、押し込みリングの表面に加圧スタンプの加圧面を接触させて押圧することが好ましい。

請求項１に記載の硬度測定面の水平出し治具は、サンプル台と一体となった横長円柱状の固定軸を、固定軸の円柱面に面接触する凹状円弧面を備え、底面にこの凹状円弧面に対して垂直方向の突状円弧面を備えた左右一対の固定板によって挟み、固定台の固定軸把持手段によって固定できるようにしたものである。このため固定軸把持手段を半固定状態としておけば、サンプル台を互いに垂直な２軸方向に揺動させることができる。

このため、硬度測定用の試験片をサンプル台に固定したうえ、固定台を加圧スタンプの支持面に載せ、固定軸把持手段を半固定状態として加圧面を試験片表面に下降させて押圧すれば、試験片表面は互いに垂直な２軸方向に揺動し、試験片表面を水平にすることができる。この状態で固定軸把持手段を締め付けて固定台に対してサンプル台を固定し、そのまま硬度試験機にセットすればよい。

本発明によれば、固定軸の円柱面と固定板の凹状円弧面とは面接触しており、また固定板は固定台の固定軸把持手段によって固定される。このためサンプル台の強固な固定が可能であり、試験片に試験力を加えた際の安定度が向上し、試験片のずれ等に起因する問題が回避できる。

また本発明の硬度測定面の水平出し方法によれば、固定台を支持面に対して平行を維持しつつ昇降可能な加圧面を備えた加圧スタンプの支持面に載せ、固定軸把持手段を半固定状態として加圧面を試験片表面に下降させて押圧することにより、試験片表面の目測に頼らない正確な水平出しと、その後の水平面の固定を、短時間で、機械的に行う事が可能となる。さらに請求項４に記載のように、端面が平行に加工された押し込みリングを試験片上面に被せ、押し込みリングの表面に加圧スタンプの加圧面を接触させて押圧するようにすれば、加圧スタンプの加圧面と試験片が直接接触して試験片の表面に傷をつける問題が回避できる。

以下に本発明の実施形態を示す。
図１は本発明の水平出し治具の実施形態を示す斜視図であり、図２は固定台を除いた部分の分解図である。図１において、１は横長円柱状の固定軸、２はこの固定軸１の上方に固定軸１と一体的に設けられたサンプル台、３は固定軸１の円柱面を両側から挟むための左右一対の固定板、４はこれら一対の固定板３，３を固定軸１に向かって加圧する固定軸把持手段５を備えた固定台である。これらは、製品強度の観点から鋼製や真鍮製であることが好ましい。

図２に示すように、サンプル台２は試験片載置面２ａとその両側に立設された２つの平行な側壁２ｂ、２ｃからなり、２つの側壁２ｂ、２ｃの間の空間に試験片Wが載置される構造を有している。また、一方の側壁２cには、試験片固定用ネジ６が備えられている。本実施形態のサンプル台２は、固定軸１の頂上部で、その円柱軸と平行に、かつ固定軸１の長手方向全幅にわたって設けられた接合部２dにより、固定軸１に接合一体化されている。

固定板３は図２、図３に示すように固定軸１の両側面に配置されたもので、内側にこの固定軸１の円柱面に面接触する凹状円弧面３aを備え、底面にこの凹状円弧面３aに対して垂直方向の突状円弧面3ｂを備えている。凹状円弧面３aはサンプル台２を左右方向の傾きを生み出すことができる。また突状円弧面3ｂは例えば半径４５mmの円弧面であって、固定板３の両端を上下に動かすことにより、サンプル台２の前後方向の傾きを生み出すことができる。

すなわち、固定軸１の回転運動が生み出す左右方向の傾きと、固定板３、３の両端の上下運動が生み出す前後方向の傾きとによって、サンプル台２は、３６０度自由に傾斜させることが可能となる。なお、１aは固定軸１の端面に取り付けられた平板であり、固定軸１が固定板３、３の端面から軸線方向にずれないように規制している。

固定台４は、図４に示すように床面４aと、その両側に垂直に配置された２つの側壁４b,4ｃを備え、床面４a上に固定板３、３に挟まれた固定軸１を載せるようになっている。一方の側壁４ｃには固定板３，３を固定軸１に向かって加圧する固定軸把持手段５であるネジが設けられている。なお、この実施形態では固定台４は底部上面である床面４aと底部下面がともに平面状となっているが、床面４aには固定板３の突状円弧面3ｂに対応する凹状円弧面を形成することも可能である。

以上の構造により、本発明の硬度測定面の水平出し治具は、固定板３、３が作り出す前傾・後傾の動きと、固定軸１が作り出す左右に傾斜する動きとを同時に作りだす事ができ、サンプル台２に乗せた試験片Wの自由自在な角度調整を可能にしている。

次に本発明にかかる硬度測定面の水平出し方法を説明する。
本発明の硬度測定面の水平出し方法は、上記した水平出し治具を用いて行なわれるもので、最初に固定軸１と固定板３、３とを組み合わせて固定台４の上にセットする。なお、初回使用時に組み立てた水平出し治具は、以後そのまま分解せずに使用すると便利である。

次に、図１に示すように、組み立てた水平出し治具のサンプル台２上に試験片Wを乗せて、サンプル台２の側壁２cに設けられた試験片固定ネジ6で試験片Wを固定する。ここで用いる試験片Wは、例えば樹脂に埋め込まれた金属片や、母材から切り出された金属片等である。試験片Wの形状は、円柱形状、立方体形状、直方体形状のいずれでもよい。なお、試験片Wの形状が円柱形状の場合に、試験片を安定的に固定するための構造として、サンプル台の、試験片固定ネジ６と対面する位置に、固定板係止用のV溝２eを設けておくことが好ましい。

次に、図５に示すように水平出し治具を加圧スタンプ７の支持面８に載せる。加圧スタンプ７は支持面８に対して垂直方向に昇降可能な加圧ヘッド９を備えたもので、加圧ヘッド９の下面である加圧面９aは支持面８に対して厳密な平行を維持しつつ昇降可能となっている。固定台４の固定軸把持手段５を半固定状態とし、加圧ヘッド９を下降させて加圧面９aを試験片Wの表面に密着させて押圧すると、サンプル台２は互いに垂直な２軸方向に揺動し、加圧スタンプ７の支持面８と試験片Wの表面とは平行になり、水平出しが行なわれる。

この状態で固定台４の固定軸把持手段５を強く締めれば、水平出し治具の固定板３、３に圧力が加わり、更に、固定板３、３から固定軸1に圧力が加わり、水平出し治具全体を固定することができる。従ってこの水平出し治具全体を硬度試験機にそのままセットして測定を行なえば、ダイヤモンド圧子を試験片の表面に垂直に押し込むことが可能となる。このとき試験片Wに荷重が加わるが、強固に固定されているために試験片Wが傾斜することはない。

なお、図６に示すように、固定台４に載せられた試験片Wを加圧スタンプ７に載せて水平を出しする工程において、端面が平行に加工された押し込みリング１０を試験片Wの上面に被せ、押し込みリング１０の表面に加圧スタンプ７の加圧面９aを接触させて押圧する方法を取ることができる。

このような押し込みリング１０を使用することにより、試験片Wの表面が加圧スタンプ７の加圧面９aと直接接触して、試験片表面に傷が生じることを回避できる。また、加圧スタンプ７の加圧面９aと上記押し込みリング１０の接触面の面積を対比して、圧力を加える加圧面９aよりも、圧力を受けるリングの接触面積を大きくした構造とすることで、水平出し操作時の安定性を向上させることができる。

したがって、本発明の硬度測定面の水平出し方法によれば、目測によらない正確な水平出しと、その後の水平面の固定作業を、短時間で、安定的かつ機械的に行う事が可能となり、作業性が著しく向上する。

なお、例えばサンプル台２を球面座を利用して支持した場合にも３６０度自由な傾斜角運動が可能となるが、この場合には、水平出し後の球体の固定力が問題となる。具体的には、例えば、固定板に穴をあけて球体を両側面から挟み込んで穴の溝で固定した場合には、球体と固定板が線接触となり、接触面が小さいため固定力が弱いという問題がある。また、固定板にＶ溝を交差させ、交差でできた角で球体を固定した場合には、球体と固定板が点接触となり、前記同様に接触面が小さいため、固定力が弱いという問題がある。

硬度試験の際には、試験片に対して大きな試験力が加わるため、水平面が強固に固定されていることが必要となる。したがってサンプル台２を球面座で固定した構造とすることは好ましくない。これに対して本発明では、固定板３、３の凹状円弧面３aを、円柱状の固定軸１の円柱面と面接触させることにより、強い固定力を得ることができる。本発明ではこの構造により、試験片に試験力を加えた際の安定度を向上させ、試験片のずれ等に起因する問題を回避することができる。

本発明の水平出し治具の実施形態を示す斜視図である。 本発明の水平出し治具の固定台を除いた部分の分解斜視図である。 固定板の斜視図である。 固定台の斜視図である。 使用状態の説明図である。 押し込みリングを用いた場合の使用状態の説明図である。

符号の説明

W 試験片
１ 固定軸
１a 固定板係止部
２ サンプル台
２a 試験片載置面
２b 側壁
２c 側壁
２d 接合部
２e V溝
３ 固定板
３a 凹状円弧面
３ｂ 突状円弧面
４ 固定台
５ 固定軸把持手段
６ 試験片固定用ネジ
７ 加圧スタンプ
８ 支持面
９ 加圧ヘッド
９a 加圧面
１０ 押し込みリング

Claims (4)

1. 横長円柱状の固定軸と、
   この固定軸の上部に一体的に固定されたサンプル台と、
   内側にこの固定軸の円柱面に面接触する凹状円弧面を備え、底面にこの凹状円弧面に対して垂直方向の突状円弧面を備えた左右一対の固定板と、
   これら一対の固定板を固定軸に向かって加圧する固定軸把持手段を備えた固定台と
   からなることを特徴とする硬度測定面の水平出し治具。
2. 固定台が平面状の底部上面および底部下面を持つことを特徴とする請求項１記載の硬度測定面の水平出し治具。
3. 請求項１に記載の硬度測定面の水平出し治具を用いた硬度測定面の水平出し方法であって、
   硬度測定用の試験片をサンプル台に固定する工程と、
   固定台を支持面に対して平行を維持しつつ昇降可能な加圧面を備えた加圧スタンプの支持面に載せ、固定軸把持手段を半固定状態として加圧面を試験片表面に下降させて押圧することにより、サンプル台を互いに垂直な２軸方向に揺動させて固定台の載置面と試験片表面とを水平にする水平出し工程と、
   水平出しされた状態で固定軸把持手段を締め付けて固定台に対してサンプル台を固定する工程と、
   からなることを特徴とする硬度測定面の水平出し方法。
4. 端面が平行に加工された押し込みリングを試験片上面に被せ、押し込みリングの表面に加圧スタンプの加圧面を接触させて押圧することを特徴とする請求項３記載の硬度測定面の水平出し方法。

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