JP2010071929A - 硬度計 - Google Patents

Abstract

【課題】スピンドルが横方向に揺動することがなく、正確な硬度を測定することができ、しかも、板バネの設計に自由度があり、このため、硬度計の装置全体の設計も自由度があり、コンパクトな設計にすることが可能な硬度計を提供する。
【解決手段】 スピンドルと、スピンドルを支持する板バネ部材とを備え、スピンドルの先端部分を被測定物に押圧することによって、被測定物の硬度を測定するように構成した硬度計であって、板バネ部材が、硬度計本体部側に固定された枠部と、枠部に連結され、スピンドルを支持する板バネ部とを備え、枠部が、板バネ部よりも剛性が大きいことを特徴とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、例えば、ゴムなどの弾性体、プラスチック、食品、青果物などの軟質の材料から構成される被測定物の硬度を測定するための硬度計に関する。

従来、このような被測定物の硬度を測定するための硬度計として、様々な構造の硬度計が提案されている。
例えば、特許文献１（特開昭５１−８９８７号公報）では、押圧針であるスピンドルの先端部を、被測定物に対して押圧するとともに、このスピンドルを支持する板バネを、２枚一定間隔離間して配置して、この板バネの押し込み変位を、例えば、歪ゲージなどで検出して、被測定物の硬度を測定する硬度計が用いられている。この場合、板バネは、同心円状で不連続なスリットが形成されている。

また、特許文献２（特開２００３−１６１６８４号公報）には、スピンドルを支持する縦長のスリットが形成された板バネを、２枚一定間隔離間して、しかも、片持ち状態で配置する構成が開示されている。

そして、上記の特許文献１の硬度計では、スピンドルが、吊り下げられた状態で支持されており、特許文献２の硬度計では、片持ち状態のスピンドルが上下方向に移動する際に、円弧状に移動するので、いずれも、スピンドルが横方向に揺動することとなり、正確な硬度を測定することができないことになる。

このため、特許文献３（特許第４０６４０１１号公報）では、このような横方向の揺動を防止するために、図１４に示したような構造の板バネ１００を、２枚一定間隔離間して平行に配置する構造が開示されている。

すなわち、特許文献３の板バネ１００は、図１４に示したように、略長方形の板バネ１００に、長手方向に延びる一対の長孔形状のスリット１０２を形成して、中央バネ部１０４と、両側バネ部１０６ａ、１０６ｂを形成している。

そして、この両側バネ部１０６ａ、１０６ｂの長手方向の中央位置に、枠体取り付け孔１０８ａ、１０８ｂを形成して、硬度計本体にネジなどで固定するようにするとともに、中央バネ部１０４の長手方向の中央位置にスピンドル固定孔１１０を形成して、スピンドルを固定するようにしている。

さらに、特許文献４（米国特許第５０６７３４６号公報）には、上記の特許文献３の構成の板バネを、複数枚、平面的に相互に直交するように配置して、横方向の揺動をさらに防止するようにした構成が開示されている。
特開昭５１−８９８７号公報 特開２００３−１６１６８４号公報 特許第４０６４０１１号公報 米国特許第５０６７３４６号公報

しかしながら、このような特許文献３、特許文献４の板バネ１００では、板バネ１００全体が、弾性を有する比較的剛性の小さいバネ材料から構成されているので、両側バネ部
１０６ａ、１０６ｂの枠体取り付け孔１０８ａ、１０８ｂと、スピンドル固定孔１１０の位置とが、図１４の点線Ａで示したような一直線上にある場合には、スピンドル固定孔１１０から枠体取り付け孔１０８ａ、１０８ｂまでの長さが実質的なバネ長さとなるので、点線Ｂで示したように双方の実質的なバネ長さが等しくなり、スピンドルを垂直に上下方向に移動することができる。

これに対して、図１５に示したように、両側バネ部１０６ａ、１０６ｂの枠体取り付け孔１０８ａ、１０８ｂと、スピンドル固定孔１１０との位置が、一直線上にない場合には、図１５の点線Ｃ、Ｄで示したように、実質的なバネ長さが相違することになるので、スピンドルを垂直に上下方向に移動することができなくなって、横方向にスピンドルが揺動してしまい、正確な硬度を測定することができないことになる。

このため、特許文献３、特許文献４の板バネ１００では、両側バネ部１０６ａ、１０６ｂの枠体取り付け孔１０８ａ、１０８ｂの位置がスピンドル固定孔１１０からの長さで固定されるので、板バネ１００の設計に自由度がなく、このため、硬度計の装置全体の設計も自由度がなく、コンパクトな設計にすることも困難であった。特に、特許文献４のような複数枚の板バネ１００を、平面的に相互に直交するように配置する構成では、硬度計の装置全体の設計も自由度がなく、硬度計の装置が大型化することになっていた。

本発明は、このような現状に鑑み、スピンドルが横方向に揺動することがなく、正確な硬度を測定することができ、しかも、板バネの設計に自由度があり、このため、硬度計の装置全体の設計も自由度があり、コンパクトな設計にすることが可能な硬度計を提供することを目的とする。

本発明は、前述したような従来技術における課題及び目的を達成するために発明されたものであって、本発明の硬度計は、
スピンドルと、
前記スピンドルを支持する板バネ部材とを備え、
前記スピンドルの先端部分を被測定物に押圧することによって、被測定物の硬度を測定するように構成した硬度計であって、
前記板バネ部材が、
硬度計本体部側に固定された枠部と、
前記枠部に連結され、スピンドルを支持する板バネ部とを備え、
前記枠部が、板バネ部よりも剛性が大きいことを特徴とする。

このように構成することによって、硬度計本体部側に固定された枠部が、枠部に連結され、スピンドルを支持する板バネ部よりも剛性が大きいので、スピンドル先端を被測定物に押圧した際にも、枠部が撓むことがないので、枠部はバネとして機能しないので、実質的なバネ長さが、剛性の大きい枠部の板バネ部の連結部から、板バネ部のスピンドルの支持部までの長さになる。

従って、枠部の硬度計本体部側への固定位置が、枠部のどこの位置にあったとしても、この枠部の硬度計本体部側への固定位置に影響されることなく、常に実質的なバネ長さが一定になり、スピンドル先端を被測定物に押圧した際にも、スピンドルが横方向に揺動することがなく、正確な硬度を測定することができる。

しかも、枠部の硬度計本体部側への固定位置を、枠部のいかなる位置にも配置することができるので、板バネ部材の設計、バネ定数の設定に自由度があり、このため、硬度計の装置全体の設計も自由度があり、コンパクトな設計にすることが可能な硬度計を提供する
ことができる。

また、本発明の硬度計は、前記枠部が、板バネ部よりも剛性が大きい材料から構成されていることを特徴とする。
このように、枠部が、板バネ部よりも剛性が大きい材料から構成するだけで良いので、板バネ部材を一体的に構成することができ、簡単な構造で、コストも低減でき、便利である。

また、本発明の硬度計は、前記枠部が、板バネ部よりも剛性が大きい材料からなる補強部材を、枠部に装着することによって構成されていることを特徴とする。
このように構成することによって、板バネ部材全体をバネ材料から構成できるので、板バネ部材を一体的に構成することができ、しかも、板バネ部よりも剛性が大きい材料からなる補強部材を選択して板バネ部に装着するだけで良いので、簡単な構造で、コストも低減でき、便利である。

また、本発明の硬度計は、前記板バネ部に、スリットが形成されていることを特徴とする。
このように板バネ部に、スリットが形成されているので、このスリットによって、板バネ部がバネ部として機能し易くなり、正確な硬度を測定することができる。

また、本発明の硬度計は、前記板バネ部に、開口部が形成されていることを特徴とする。
このように構成することによって、板バネ部に、開口部が形成されているので、この開口部によって、板バネ部がバネ部として機能し易くなり、正確な硬度を測定することができるとともに、板バネ部材の材料の使用を低減することができ、コストも低減できる。

また、本発明の硬度計は、前記板バネ部が、平面視で蛇腹形状に形成されていることを特徴とする。
このように構成することによって、板バネ部が、平面視で蛇腹形状に形成されているので、この蛇腹形状部分によって、板バネ部がバネ部として機能し易くなり、正確な硬度を測定することができる。

また、本発明の硬度計は、
前記枠部が、一対の離間した枠部材を備え、
前記一対の枠部材の間に、板バネ部と枠部材とを連結する連結基端部を備え、
前記連結基端部が、板バネ部の一部を構成することを特徴とする。

このように構成することによって、一対の枠部材の間の板バネ部と枠部材とを連結する連結基端部が、板バネ部の一部を構成するので、板バネ部が広がり、実質的なバネ長さが長くなり、板バネ部がバネ部として機能し易くなり、正確な硬度を測定することができる。

また、本発明の硬度計は、前記連結基端部が、平面視で蛇腹形状に形成されていることを特徴とする。
このように構成することによって、連結基端部が、平面視で蛇腹形状に形成されているので、この蛇腹形状部分によって、板バネ部がバネ部として機能し易くなり、正確な硬度を測定することができる。

また、本発明の硬度計は、前記板バネ部材が、一定間隔離間して複数枚設けられていることを特徴とする。
このように構成することによって、板バネ部材が、一定間隔離間して複数枚設けられているので、複数枚の板バネ部材によって、スピンドルが支持されていることになるので、スピンドル先端を被測定物に押圧した際にも、スピンドルが横方向に揺動することがなく、正確な硬度を測定することができる。

また、本発明の硬度計は、前記複数枚の板バネ部材が、相互に平面的に角度が合致した状態で設けられていることを特徴とする。
このように構成することによって、複数枚の板バネ部材が、相互に平面的に角度が合致した状態で設けられているので、複数枚の板バネ部材によって、スピンドル先端を被測定物に押圧した際にも、スピンドルが横方向に揺動することがなく、正確な硬度を測定することができる。

また、本発明の硬度計は、前記複数枚の板バネ部材が、相互に平面的に角度をずらした状態で設けられていることを特徴とする。
このように構成することによって、複数枚の板バネ部材が、相互に平面的に角度をずらした状態で設けられているので、複数枚の板バネ部材によって、スピンドルが横方向に拘束されることになるので、スピンドル先端を被測定物に押圧した際にも、スピンドルが横方向に揺動することがなく、正確な硬度を測定することができる。

また、本発明の硬度計は、前記複数枚の板バネ部材が、相互に平面的に角度が合致した状態と、相互に平面的に角度をずらした状態とが混在して設けられていることを特徴とする。

このように構成することによって、複数枚の板バネ部材が、相互に平面的に角度が合致した状態と、相互に平面的に角度をずらした状態とが混在して設けられているので、複数枚の板バネ部材によって、スピンドルが横方向に拘束されることになるので、スピンドル先端を被測定物に押圧した際にも、スピンドルが横方向に揺動することがなく、正確な硬度を測定することができる。

本発明によれば、硬度計本体部側に固定された枠部が、枠部に連結され、スピンドルを支持する板バネ部よりも剛性が大きいので、スピンドル先端を被測定物に押圧した際にも、枠部が撓むことがないので、枠部はバネとして機能しないので、実質的なバネ長さが、剛性の大きい枠部の板バネ部の連結部から、板バネ部のスピンドルの支持部までの長さになる。

従って、枠部の硬度計本体部側への固定位置が、枠部のどこの位置にあったとしても、この枠部の硬度計本体部側への固定位置に影響されることなく、常に実質的なバネ長さが一定になり、スピンドル先端を被測定物に押圧した際にも、スピンドルが横方向に揺動することがなく、正確な硬度を測定することができる。

また、枠部の剛性が大きいため、たとえ、枠部の硬度計本体部側への固定位置がずれるなどして、その位置関係が多少ずれたとしても、正確な硬度を測定することができる。従って、板バネ部材の加工精度も多少精密でなくても良く、また、板バネ部の開口部の大きさの自由度も広がるという効果もある。

しかも、枠部の硬度計本体部側への固定位置を、枠部のいかなる位置にも配置することができるので、板バネの設計に自由度があり、このため、硬度計の装置全体の設計も自由度があり、コンパクトな設計にすることが可能な硬度計を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態（実施例）を図面に基づいてより詳細に説明する。

図１は、本発明の硬度計に用いる板バネ部材の平面図である。
図１において、符号１０は、本発明の硬度計に用いる板バネ部材を示している。
図１に示したように、板バネ部材１０は、全体で略長方形の板形状であって、枠形状の枠部１２を備えている。この枠部１２は、一対の長手方向の枠部１４、１６と、一対の短手方向の枠部１８、２０とを備えている。

そして、この短手方向の枠部１８、２０の中央位置に、長手方向に延びる板バネ部２２が延設するように連結されている。この板バネ部２２と、対の長手方向の枠部１４、１６との間には、スリット２４、２６が形成されている。

このように板バネ部２２に、スリット２４、２６が形成されているので、このスリット２４、２６によって、板バネ部２２がバネ部として機能し易くなり、正確な硬度を測定することができる。

この板バネ部２２の中央位置に、後述するスピンドル８０を支持する、すなわち、スピンドル８０の先端に装着されたプランジャー８４を固定して支持するスピンドル固定孔２８が形成されている。

また、長手方向の枠部１４、１６には、枠体取り付け孔３０、３２が形成されており、これらの枠体取り付け孔３０、３２に、硬度計本体にネジなどで固定するようにするように構成されている。

板バネ部２２は、スピンドル８０を可動させるバネ性とスピンドル８０を支持する剛性とを兼ね備え、枠部１４、１６は、板バネ部２２をバネとして機能させるべく、固定部としての働きを成すように、板バネ部２２よりも剛性が大きい。すなわち、枠部１２は、板バネ部２２よりも剛性が大きい材料から構成されている。

なお、「剛性が大きい」とは、スピンドル先端を被測定物に押圧した際に、板バネ部２２のみが撓み、枠部１２は撓まないで剛性を維持した状態であることを言い、板バネ部２２の材質、厚さを考慮して、枠部１２の材質、厚さを選択すれば良いことを意味するものである。

従って、例えば、板バネ部２２を、ＳＵＳ３０４などのステンレス鋼からなる金属製のバネ部材から構成した場合には、枠部１２を、この金属製の板バネ部２２より剛性の大きい、炭素鋼などの、金属から構成することができる。また、板バネ部２２を、例えば、ポリプロピレンなどの合成樹脂から作製して、枠部１２を、この合成樹脂の板バネ部２２より剛性の大きい、金属から構成することができる。

さらに、板バネ部２２を、例えば、ポリカーボネートなどの合成樹脂から作製して、枠部１２を、この合成樹脂の板バネ部２２より剛性の大きい、ポリエステルやポリエチレン、複合材料である繊維強化プラスチックなどの合成樹脂から構成することができる。

また、板バネ部２２と枠部１２とを同じ材料から構成して、枠部１２の厚さを、板バネ部２２の厚さよりも大きくして、枠部１２を、板バネ部２２よりも剛性が大きいものとすることもできる。もちろん、板バネ部２２と枠部１２とを同じ材料で構成して、枠部１２の厚さを、板バネ部２２の厚さよりも大きくして、枠部１２の剛性を大きくしてもよい。

なお、以上説明した「剛性が大きい」についての説明は、以下の実施例においても同様である。
このように構成することによって、硬度計本体部側に固定された枠部１２は、枠部１２に連結される、後述するスピンドル８０を支持する板バネ部２２よりも剛性が大きいので、スピンドル先端を被測定物に押圧した際にも、枠部１２が撓むことがない。枠部１２はバネとして機能しないので、実質的なバネ長さが、図１の点線Ｅで示したように、剛性の大きい枠部１２の板バネ部２２の連結部２２ａから、板バネ部２２のスピンドルの支持部であるスピンドル固定孔２８までの長さになる。

従って、枠部１２の硬度計本体部側への固定位置である枠体取り付け孔３０、３２が、従来のように、図１の点線Ｆで示したように、枠体取り付け孔３０、３２と、スピンドル固定孔２８とが一直線上にある必要がなく、枠部１２のどこの位置にあったとしても、この枠部１２の硬度計本体部側への固定位置である枠体取り付け孔３０、３２に影響されることなく、常に実質的なバネ長さが一定になり、スピンドル先端を被測定物に押圧した際にも、スピンドルが横方向に揺動することがなく、正確な硬度を測定することができる。

なお、もちろん、図１の点線Ｆで示したように、枠体取り付け孔３０、３２と、スピンドル固定孔２８とが一直線上にあっても良い。
従って、枠部１２の硬度計本体部側への固定位置である枠体取り付け孔３０、３２を、枠部１２のいかなる位置にも配置することができるので、板バネ部材１０の設計、バネ定数の設定に自由度があり、このため、硬度計の装置全体の設計も自由度があり、コンパクトな設計にすることが可能な硬度計を提供することができる。

なお、この実施例では、板バネ部材１０は、全体で略長方形の板形状としたが、この形状に限定されるものではなく、例えば、正方形状、楕円形状、円形形状など適宜選択することができる（以下の実施例においても同様である。）。

図２は、本発明の硬度計に用いる板バネ部材の別の実施例の平面図である。
この実施例の板バネ部材１０は、図１に示した板バネ部材１０と基本的には同様な構成であり、同一の構成部材には、同一の参照番号を付して、その詳細な説明を省略する。

この実施例の板バネ部材１０では、一対の離間した長手方向の枠部１４、１６を備えており、この一対の枠部１４、１６の間に、板バネ部２２とこれらの枠部材４、１６とを連結する連結基端部３４、３６を備えている。そして、これらの連結基端部３４、３６が、板バネ部２２の一部を構成している。

このように構成することによって、一対の枠部１４、１６の間の板バネ部２２と、これらの枠部材４、１６とを連結する連結基端部３４、３６が、板バネ部２２の一部を構成するので、板バネ部が広がり、図２の点線Ｇで示したように、実質的なバネ長さが長くなり、板バネ部２２がバネ部として機能し易くなり、正確な硬度を測定することができる。

図３は、本発明の硬度計に用いる板バネ部材の別の実施例の斜視図である。
この実施例の板バネ部材１０は、図１に示した板バネ部材１０と基本的には同様な構成であり、同一の構成部材には、同一の参照番号を付して、その詳細な説明を省略する。

この実施例の板バネ部材１０では、板バネ部２２が、短手方向の枠部１８、２０の四隅からそれぞれ延設された、平面視で蛇腹形状の蛇腹形状部４６、４８を有している。
そして、これらの蛇腹形状部４６、４８の中央位置から、中央の板バネ部２２ｂが形成されている。

このように構成することによって、板バネ部２２が、平面視で蛇腹形状に形成されているので、この蛇腹形状部４６、４８によって、板バネ部２２がバネ部として機能し易くなり、正確な硬度を測定することができる。

なお、図３に示した実施例では、板バネ部２２と蛇腹形状部４６、４８とが同じ幅を有している例を示したが、もちろん異なる幅であってもかまわない。

図４は、本発明の硬度計に用いる板バネ部材の別の実施例の斜視図である。
この実施例の板バネ部材１０は、図２、図３に示した板バネ部材１０と基本的には同様な構成であり、同一の構成部材には、同一の参照番号を付して、その詳細な説明を省略する。

この実施例の板バネ部材１０では、実施例２の板バネ部材１０と同様に、一対の離間した長手方向の枠部１４、１６を備えており、この一対の枠部１４、１６の間に、板バネ部２２とこれらの枠部材４、１６とを連結する連結基端部３４、３６を備えている。そして、これらの連結基端部３４、３６が、板バネ部２２の一部を構成している。

このように構成することによって、一対の枠部１４、１６の間の板バネ部２２と、これらの枠部材４、１６とを連結する連結基端部３４、３６が、板バネ部２２の一部を構成するので、板バネ部が広がり、実質的なバネ長さが長くなり、板バネ部２２がバネ部として機能し易くなり、正確な硬度を測定することができる。

図５は、本発明の硬度計に用いる板バネ部材の別の実施例の斜視図である。
この実施例の板バネ部材１０は、図２に示した板バネ部材１０と基本的には同様な構成であり、同一の構成部材には、同一の参照番号を付して、その詳細な説明を省略する。

この実施例の板バネ部材１０では、実施例２の板バネ部材１０と同様に、一対の離間した長手方向の枠部１４、１６を備えており、この一対の枠部１４、１６の間に、板バネ部２２とこれらの枠部材４、１６とを連結する連結基端部３４、３６を備えている。そして、これらの連結基端部３４、３６が、板バネ部２２の一部を構成している。

また、この実施例の板バネ部材１０では、板バネ部２２が、長手方向の枠部１４、１６の四隅からそれぞれ延設された、平面視で蛇腹形状の蛇腹形状部４０、４２を有している。

そして、これらの蛇腹形状部４０、４２の中央位置から、中央の板バネ部２２ｃが形成されている。
そして、この中央の板バネ部２２ｃは、略菱形形状であって、その内部に、縦横方向にリブ２２ｄ、２２ｅで連結されており、これにより、複数の開口部４４が形成されている。

このように構成することによって、板バネ部２２がバネ部として機能し易くなり、正確な硬度を測定することができるとともに、板バネ部材１０の材料の使用を低減することができ、コストも低減できる。

また、このように縦横方向にリブ２２ｄ、２２ｅが形成され、しかも略菱形形状であるので、スピンドル先端を被測定物に押圧した際にも、スピンドルが横方向に揺動することがなく、垂直方向に板バネ部２２ｃが均等に撓むことになり、正確な硬度を測定することができる。

なお、この実施例では、図５に示したように、枠体取り付け孔３０、３２と、スピンドル固定孔２８とが一直線上にあるように示したが、枠体取り付け孔３０、３２と、スピンドル固定孔２８とが一直線上にある必要はない。

すなわち、この場合でも、枠体取り付け孔３０、３２が、枠部１４、１６のどこの位置にあったとしても、この枠部１４、１６の硬度計本体部側への固定位置である枠体取り付け孔３０、３２に影響されることなく、常に実質的なバネ長さが一定になり、スピンドル先端を被測定物に押圧した際にも、スピンドルが横方向に揺動することがなく、正確な硬度を測定することができる。

以上の実施例で説明した板バネ部材１０を本発明の硬度計に用いた実施例について、以下に説明する。
なお、この実施例では、説明の便宜上、実施例５で示した板バネ部材１０を用いた硬度計について説明する。

図６は、本発明の硬度計の実施例の斜視図、図７は、図６の硬度計の荷重センサー部の斜め上方から見た部分斜視図、図８は、図６の硬度計の荷重センサー部の斜め下方から見た部分斜視図、図９は、図７の主要部の斜視図、図１０は、図７の主要部の斜視図、図１１は、図６の硬度計の概略図、図１２は、本発明の硬度計の動作原理を示す差動トランスの位置とＶＣＭ出力の関係を示すグラフ、図１３は、本発明の硬度計の測定動作（定荷重測定時）を行う際の差動トランスの位置（Ｌ）とＶＣＭ出力（Ｖ）の関係を示すグラフである。

図６において、符号５０は、全体で本発明の硬度計を示している。なお、図６では、説明の便宜上、外装部材を取り外した状態で示している。
図６に示したように、本発明の硬度計５０は、基台５２を備えており、その前面には、操作ボタン５３、測定結果を表示する、例えば、液晶表示装置からなる表示パネル５６が形成されている。

また、基台５２には、支柱部５４が立設されており、この支柱部５４に形成した案内レール５５に沿って、上下に移動可能に、荷重センサー部６０が設けられている。
この荷重センサー部６０の基端部には、支柱部５４に設けられたステッピングモーター６２に連結され、回転する送りネジ部６４と螺合するネジ送り台６６が形成されている。

このステッピングモーター６２の駆動によって、送りネジ部６４が回転して、ネジ送り台６６が、案内レール５５に沿って上下に移動することによって、荷重センサー部６０が上下動するように構成されている。

そして、図６〜図８、図１１に示したように、荷重センサー部６０の先端のフレーム枠６８の上フレーム枠７０には、その下方に、荷重を発生させるためのボイスコイルモーター（ＶＣＭ）（以下、「ＶＣＭ」と言う）７２が固定されている。

また、図７〜図１０に示したように、フレーム枠６８の左右の側部フレーム７４の間には、図５の実施例５に示した２枚の板バネ部材１０が、上下に一定間隔離間して、かつ、
相互に平面的に角度をずらした状態で、この実施例では、相互に直交する方向に位置するように固定されている。

このように構成することによって、板バネ部材１０が、一定間隔離間して、相互に平面的に角度をずらした状態で複数枚設けられているので、複数枚の板バネ部材によって、スピンドル８０が支持されていることになるので、スピンドル８０の先端に取り付けられたプランジャー８４を被測定物に押圧した際にも、スピンドル８０が横方向に揺動することがなく、正確な硬度を測定することができる。

なお、この場合、図示しないが、板バネ部材１０には、後述するように四隅に枠体取り付け孔３０、３２が形成されている点で、図５の実施例５に示した板バネ部材１０と相違する。

すなわち、図９、図１０に示したように、これらの板バネ部材１０は、板バネ部材１０よりも剛性が大きい材料から構成される固定用補強部材７６を、枠部１４、１６に装着して、固定用補強部材７６の四隅に形成した固定用孔と、板バネ部材１０の四隅に形成した枠体取り付け孔３０、３２を介して、固定用ネジ７８によって、左右の側部フレーム７４の間に固定されている。

図９、図１０に示した実施例では、２枚の固定用補強部材７６は、上下の板バネ部材１０のそれぞれ外側から装着している。つまり、配置関係でいえば、上から、１つ目の固定用補強部材７６、１つ目の板バネ部材１０、２つ目の板バネ部材１０、２つ目の固定用補強部材７６の順に配置してある。

なお、この場合、固定用補強部材７６は、板バネ部材１０の長手方向の枠部１４、１６に隙間なく重ね合わせることによって、枠部１４、１６の板バネ部２２よりも剛性が大きくなるように構成されている。また、固定用補強部材７６は、板バネ部材１０の蛇腹形状部４０、４２とは一定間隔離間しており、この蛇腹形状部４０、４２のバネとしての機能を阻害しないように構成されている。

また、この実施例では、２枚の固定用補強部材７６は、上下の板バネ部材１０では、逆方向に向くように配置されている。しかし、２枚の固定用補強部材７６を同じ向きに配置することももちろん可能である。すなわち、上から、１つ目の固定用補強部材７６、１つ目の板バネ部材１０、２つ目の固定用補強部材７６、２つ目の板バネ部材１０の順に配置することもできる。

この場合は、２つ目の板バネ部材１０のさらに下側から別の固定用補強部材７６を隙間なく重ね合わせてもよい。さらに、もちろん、上から、１つ目の板バネ部材１０、１つ目の固定用補強部材７６、２つ目の板バネ部材１０、２つ目の固定用補強部材７６の順に配置してもかまわない。

なお、この実施例は、実施例５で示した板バネ部材１０を用いた例で説明しているが、もちろん、板バネ部材１０は、実施例１から実施例４で示したものを用いてもかまわない。

固定用補強部材７６は、板バネ部材１０の長手方向の枠部１４、１６に隙間なく重ね合わせることによって、枠部１４、１６の板バネ部２２よりも剛性が大きくなるように構成されているので、板バネ部２２と枠部１４、１６との剛性が同じ板バネ部材１０を用い、この板バネ部材１０に固定用補強部材７６を隙間なく重ねることで、枠部１２を板バネ部２２よりも剛性が大きいものとすることもできるのである。

一方、これらの板バネ部材１０のスピンドル固定孔２８には、スピンドル８０が固定されている。そして、このスピンドル８０の下方の先端部分にプランジャー８４が、固定ネジ８６によって、脱着自在に交換可能に固定されている。また、図９、図１０に示したように、スピンドル８０の上端部分には、ＶＣＭ７２の作用によって、上下に移動するコイル８８が固定されている。なお、コイル８８は、図９、図１０に示す実施例では、ボビンのみの構成として図示しているが、実際には導電性の細線を巻回している。

従って、スピンドル８０は、これらの板バネ部材１０によって、吊り下げられた状態で支持されている状態となっている。
そして、図７、図８に示したように、スピンドル８０には、これらの板バネ部材１０の中間位置に位置を測定するために、被測定部となるコア９０が付設されているとともに、図８に示したように、左右の側部フレーム７４の間には、このコア９０の位置を検出するための差動トランス９２が固定されている。

また、図６に示したように、基台５２上には、スピンドル８０の下方に位置に、被測定物Ｈを載置するための載置台９４が設けられている。
このように構成される本発明の硬度計５０を用いて、被測定物Ｈを測定する方法について、以下に説明する。

なお、被測定物Ｈとしては、例えば、ゴムなどの弾性体、プラスチック、食品、青果物などの軟質の材料から構成される被測定物であれば、特に限定されるものではない。
例えば、日本工業規格「ＪＩＳ Ｋ６２５３ 加硫ゴム及び熱可塑性ゴムの硬さ試験」に規定された測定方法などによって、国際規格に基づく国際ゴム硬さ（ＩＲＨＤ（International Rubber Hardness Degree））を測定することができる。

１．動作原理
図１２のグラフに示したように、下記の式のように、プランジャー８２の移動に応じて生じる板バネ部材１０の抗力Ｆｓに対して、それ相応の荷重Ｆｖ１をＶＣＭ７２により発生させる。

ＦＶ１＝ＦＳ
但し、Ｆｖ１は、バイアス荷重、Ｆｓは、板バネ抗力である。
また、スピンドル８０の位置の変化に対する板バネ部材１０の抗力Ｆｓを打ち消すようにＶＣＭ７２の推力を制御する。

そして、下記の式のように、スピンドル８０に、負荷荷重Ｆｖ２をＶＣＭ７２により重畳させる。
Ｆｖ１＋Ｆｖ２＝Ｆｓ＋Ｆｗ
Ｆｖ２＝ＦＷ
但し、Ｆｖ２は、負荷荷重、Ｆｗは、被測定物Ｈの抗力である。

この時のプランジャー８４の移動量ｄから（下記の式参照）、被測定物Ｈの硬度値を求めるようになっている。
ｄ＝Ｆｖ２／（Ｅ×ｒ）
但し、Ｅは、被測定物Ｈのヤング率、ｒは、プランジャー８４のプランジャー係数である。

２．動作フロー
動作としては、「基点合わせ」を行った後に「測定」を実施する。
（２−１）基点合わせ動作
（１）ステッピングモーター６２の駆動によって、送りネジ部６４が回転させて、ネジ送り台６６を、下方に移動させすることによって、荷重センサー部６０を下げ、スピンドル８０の先端のプランジャー８４が、被測定物Ｈに接触した時点でステッピングモーター６２を停止させ、この状態を基点とする。
（２−２）測定動作（定荷重測定時）（図１３のグラフ参照）
（１）上記の基点の状態から、図１３に示したように、ＶＣＭ７２に一次荷重分の電圧Ｖ１を重畳させる。これ以降、プランジャー８４の移動に伴って、差動トランス出力に相関した電圧Ｖ１をＶＣＭ７２に印加し続け、平行に配置した板バネ部材１０の抗力を打消しながら荷重を印加するように作用させる。
（２）規定時間経過後に差動トランス出力を取得し、図１３に示したように、硬度測長のＬ１とする。
（３）図１３に示したように、ＶＣＭ７２に二次荷重分の電圧Ｖ２を重畳させる。これ以降、プランジャー８４の移動に伴って、差動トランス出力に相関した電圧Ｖ２をＶＣＭ７２に印加し続け、平行に配置した板バネ部材１０の抗力を打消しながら荷重を印加するように作用させる。
（４）規定時間経過後に差動トランス出力を取得し、図１３に示したように、硬度測長のＬ２とする。そして、この硬度測長のＬ２と、上記の硬度測長のＬ１とから、移動量Ｌ２−Ｌ１によって、硬度値を求める。

なお、上記の実施例では、２枚の板バネ部材１０を一定間隔離間して配置した構成を示したが、もちろん、この板バネ部材１０を３枚以上配置することも可能であり、また、従来のように１枚の板バネ部材１０を配置することも可能である。

また、この実施例では、複数枚の板バネ部材１０が、上下に一定間隔離間して、相互に平面的に角度をずらした状態で、相互に直交する方向に位置するように固定したが、この角度は、特に限定されるものではない。

また、もちろん、従来のように、複数枚の板バネ部材１０が、相互に平面的に角度が合致した状態で設けられていてもよい。
さらに、図示しないが、複数枚の板バネ部材１０が、相互に平面的に角度が合致した状態と、相互に平面的に角度をずらした状態とが混在して設けられていても良い。

このように構成することによって、複数枚の板バネ部材１０が、相互に平面的に角度が合致した状態と、相互に平面的に角度をずらした状態とが混在して設けられているので、複数枚の板バネ部材によって、スピンドル８０が横方向に拘束されることになるので、スピンドル８０の先端のプランジャー８４を被測定物に押圧した際にも、スピンドルが横方向に揺動することがなく、正確な硬度を測定することができる。

なお、上記実施例では、スピンドル８０（先端のプランジャー８４）をステッピングモーター６２の駆動によって、被測定物に対して離接する方向に移動可能な構成としたが、スピンドル８０を移動不能として、測定物Ｈを載置するための載置台９４を上下動するようにすることも可能であり、さらには、スピンドル８０、載置台９４を相互に離接する方向に移動可能とすることも可能である。

以上、本発明の好ましい実施の態様を説明してきたが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、上記実施例では、硬度計を、縦置きタイプのものに適用した硬度計について説明したが、横置きタイプの硬度計に適用することも可能であるなど本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

本発明の硬度計は、スピンドルが横方向に揺動することがなく、正確な硬度を測定することができ、しかも、板バネの設計に自由度があり、このため、硬度計の装置全体の設計も自由度があり、コンパクトな設計にすることが可能である。

図１は、本発明の硬度計に用いる板バネ部材の平面図である。 図２は、本発明の硬度計に用いる板バネ部材の別の実施例の平面図である。 図３は、本発明の硬度計に用いる板バネ部材の別の実施例の斜視図である。 図４は、本発明の硬度計に用いる板バネ部材の別の実施例の斜視図である。 図５は、本発明の硬度計に用いる板バネ部材の別の実施例の斜視図である。 図６は、本発明の硬度計の実施例の斜視図である。 図７は、図６の硬度計の荷重センサー部の斜め上方から見た部分斜視図である。 図８は、図６の硬度計の荷重センサー部の斜め下方から見た部分斜視図である。 図９は、図７の主要部の斜視図である。 図１０は、図７の主要部の斜視図である。 図１１は、図６の硬度計の概略図である。 図１２は、本発明の硬度計の動作原理を示す差動トランスの位置とＶＣＭ出力の関係を示すグラフである。 図１３は、本発明の硬度計の測定動作（定荷重測定時）を行う際の差動トランスの位置（Ｌ）とＶＣＭ出力（Ｖ）の関係を示すグラフである。 図１４は、従来の硬度計に用いる板バネ部材の平面図である。 図１５は、従来の硬度計に用いる板バネ部材の平面図である。

符号の説明

１０ 板バネ部材
１２ 枠部
１４、１６ 枠部
１８、２０ 枠部
２２ 板バネ部
２２ａ 連結部
２２ｂ 板バネ部
２２ｃ 板バネ部
２２ｄ リブ
２４ スリット
２８ スピンドル固定孔
３０、３２ 枠体取り付け孔
３４、３６ 連結基端部
４０、４２ 蛇腹形状部
４４ 開口部
４６、４８ 蛇腹形状部
５０ 硬度計
５２ 基台
５３ 操作ボタン
５４ 支柱部
５５ 案内レール
５６ 表示パネル
６０ 荷重センサー部
６２ ステッピングモーター
６４ ネジ部
６６ ネジ送り台
６８ フレーム枠
７０ 上フレーム枠
７２ ボイスコイルモーター（ＶＣＭ）
７４ 側部フレーム
７６ 固定用補強部材
７８ 固定用ネジ
８０ スピンドル
８４ プランジャー
８６ 固定ネジ
８８ コイル
９０ コア
９２ 差動トランス
９４ 載置台
１００ 板バネ
１０２ スリット
１０４ 中央バネ部
１０６ 両側バネ部
１０８ 枠体取り付け孔

Claims (12)

1. スピンドルと、
   前記スピンドルを支持する板バネ部材とを備え、
   前記スピンドルの先端部分を被測定物に押圧することによって、被測定物の硬度を測定するように構成した硬度計であって、
   前記板バネ部材が、
   硬度計本体部側に固定された枠部と、
   前記枠部に連結され、スピンドルを支持する板バネ部とを備え、
   前記枠部が、板バネ部よりも剛性が大きいことを特徴とする硬度計。
2. 前記枠部が、板バネ部よりも剛性が大きい材料から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の硬度計。
3. 前記枠部が、板バネ部よりも剛性が大きい材料からなる補強部材を、枠部に装着することによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の硬度計。
4. 前記板バネ部に、スリットが形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の硬度計。
5. 前記板バネ部に、開口部が形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の硬度計。
6. 前記板バネ部が、平面視で蛇腹形状に形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の硬度計。
7. 前記枠部が、一対の離間した枠部材を備え、
   前記一対の枠部材の間に、板バネ部と枠部材とを連結する連結基端部を備え、
   前記連結基端部が、板バネ部の一部を構成することを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の硬度計。
8. 前記連結基端部が、平面視で蛇腹形状に形成されていることを特徴とする請求項７に記載の硬度計。
9. 前記板バネ部材が、一定間隔離間して複数枚設けられていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の硬度計。
10. 前記複数枚の板バネ部材が、相互に平面的に角度が合致した状態で設けられていることを特徴とする請求項９に記載の硬度計。
11. 前記複数枚の板バネ部材が、相互に平面的に角度をずらした状態で設けられていることを特徴とする請求項９に記載の硬度計。
12. 前記複数枚の板バネ部材が、相互に平面的に角度が合致した状態と、相互に平面的に角度をずらした状態とが混在して設けられていることを特徴とする請求項９に記載の硬度計。

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