JP2671097B2 - 硬度計の荷重制御機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、硬度計の荷重機構に関
し、特に荷重の負荷およびその解除を制御するための機
構の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、硬度計特に微小硬さ試験機で
は、荷重の負荷およびその解除の操作に際しては、荷重
軸下端の圧子を試料面に対し直角に進退させることが必
要とされており、特にピッカース硬さやヌープ硬さの計
測を行なう場合は試験機の荷重軸の上下動中圧子の運動
が一定の軌跡をとり、その軌跡に対して直交方向の捩れ
を生じさせないようにすることにより、圧子により付さ
れる試料面の圧痕形状の崩れを防止して正確なくぼみが
つけられることが強く要請される。このような目的のた
め、従来特公昭55-7535号公報に記載の硬度計の荷重制
御機構が提案されている。

【０００３】ここで、この従来例の概要を図６（正断面
図）により説明すると、図６において符号111は荷重軸
を示していて、荷重軸111はその下端に圧子112をそな
え、その上端部がほぼ水平な板ばねとしての荷重軸支持
ばね113を介し硬度計本体110に上下動可能に支持される
と共に、その中間部の円錐形膨大部分111ａを揺動板114
の先端部における円錐受としての荷重軸支持部材115で
支持されている。さらに、微小の荷重負荷を行なえるよ
うに荷重軸111の上端がこれと同軸的に伸縮し得るコイ
ル状の補償ばね116を介して本体110に支持されている。

【０００４】揺動体114の基端部は、ほぼ水平な板ばね
としての揺動用ばね117を介して本体110に取り付けられ
ており、これにより揺動板114は鉛直面内で円滑に揺動
できるようになっている。そして揺動板114の中間部は
戻しばね118を介して本体110に支持されている。また揺
動板114の先端部には、上端が円錐状に尖った接触子119
が固定されていて、この接触子119に下端を点接触して
竪方向に配設された荷重制御用押棒120が、その上端部
におけるストッパ部121の上部円錐面を、本体110に固定
された初期位置決め部材122の円錐形ストッパ受穴122ａ
により上方から係合されるように構成され、このように
して硬度測定時における押棒120の降下開始前の初期位
置が決められるようになっている。

【０００５】すなわち押棒120の上端部におけるストッ
パ部121は、戻しばね118の吊り上げ力により、ストッパ
受穴122ａに圧接されうるようになっていて、これによ
り揺動板114は不使用時に安定した姿勢に保たれる。さ
らに押棒120の上端に点接触する荷重制御部材123が、押
棒120と同軸的に上下動できるように本体110の案内孔11
0ａに摺動可能に支承されている。なお圧子112の下方に
は、試料124を載置するための試料台125が設けられる。
また荷重軸111の膨大部分111ａ上には、必要に応じて重
錘126を着脱自在に付加できるようになっている。

【０００６】上述の構成により、硬度測定時には荷重制
御部材123が適宜の手段で降下せしめられ、これに伴っ
て押棒120が降下してゆくと、揺動板114はその基端部を
支持する揺動用ばね117の撓曲および戻しばね118の伸長
と共に下方へ揺動し、したがって荷重軸111も下方へ降
下してゆくことになる。このようにして圧子112が試料1
24に当接してから、なおも荷重制御部材123を降下させ
てゆくと、揺動板114の荷重軸支持部材115は荷重軸111
の膨大部分111ａより下方へ離れてしまい、これにより
試料124には荷重軸111の自重またはこれに重錘126の重
さを付加したものから補償ばね116の上方へのばね力を
差し引いた荷重が負荷されるようになる。

【０００７】ついで上記の負荷を解除するには、荷重制
御部材123を上方へ戻せばよく、これにより圧子112は主
として戻しばね118の作用で図６に示す位置に戻され
る。かくて圧子112により試料124に付された圧痕が計測
され、これにより試料124の硬度が測定されるのであ
り、この装置では、上述のごとく荷重の制御が押棒120
を介して行なわれ、しかもこの押棒120の下端が揺動板1
14の接触子119に点接触すると共に、押棒120の上端部で
は押棒120の降下に伴ってストッパ部121が初期位置決め
部材122のストッパ受穴122ａから離脱してしまう。

【０００８】したがって、荷重制御部材123を介して押
棒120が接触子119に作用する力の方向は、接触子119の
接触点と、荷重制御部材123と押棒120の接触点とを通る
方向となる。そしてこの力の方向に変化があったとして
も、それは荷重制御部材123の上下方向の動きに直角な
方向のわずかなばらつきで対応でき、このことにより荷
重制御部材123を介して押棒20が接触子119に作用する力
の方向の変化の影響を少なくすることができ、その結果
上記力の方向の変化が圧子112の動きに及ぼす悪影響を
大幅に軽減できて、ほとんど歪のない圧痕を得られる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な従来の硬度計の荷重制御機構では、押棒120が１本の
棒で構成されているため、負荷機構（従来例の重錘126
がこれに相当する）として例えば電磁力式のものが用い
られて負荷機構が大型化した場合、これを回避するよう
に押棒を配設しなければならず、その結果必然的に押棒
中心が、図４（図４については後に詳述する）の符号Ｏ
₃で示す位置から荷重軸中心Ｏ₂より離れた符号Ｏ₀で示
す位置となってしまって、大型化してしまうという問題
点がある。本発明はこのような問題点の解決をはかろう
とするもので、従来例における押棒を枠体に形成してこ
の枠体の内部に負荷機構を収納させる構成とすることに
より、装置の全体をコンパクトに保ちながら大型の負荷
機構の装備を可能にした、硬度計の荷重制御機構を提供
することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明の硬度計の荷重制御機構は、支持枠21と、同
支持枠21の中心部に突設された取付軸に回転可能に取り
付けられた回転枠23と、揺動バネ20を介して基端部を上
記回転枠23に支持される揺動板16とをそなえ、同揺動板
16の先端部に荷重軸支持部材15が設けられて、同荷重軸
支持部材15で接触支持されるように竪方向に配設された
荷重軸９がその下端に圧子14をそなえ、同荷重軸９の上
端に先端部を取り付けられるとともに基端部を上記回転
枠23に取り付けられて上記荷重軸９を昇降可能に支持す
る支えばね22とをそなえた硬度計の荷重機構において、
上記回転枠に取り付けられ上記荷重軸に試験負荷を付与
可能な負荷機構と、上記揺動板16の先端部に取り付けら
れた接触子12と、上記支持枠21に上下動可能に取り付け
られた荷重制御軸１とをそなえ、側面視ほぼ四辺形の荷
重制御用枠体が上記回転枠に竪方向移動を可能に取り付
けられ、同枠体が、上記負荷機構を回避して上記回転枠
に竪方向移動を可能に配設される一対の縦枠材26，28と
同各縦枠材の上下端部をそれぞれ連結する上部枠材３お
よび下部枠材10とで構成されるとともに、上記上部枠材
３の中央部に上記荷重制御軸１の下端部と点接触可能な
接触子体２が取り付けられ、さらに上記下部枠材10の中
央部を貫通して取り付けられるとともに下端部を上記接
触子12に点接触可能でしかも上端部を上記回転枠23の下
面に当接可能なストッパ11が配設されていることを特徴
としている。

【００１１】

【作用】上述の本発明の硬度計の荷重制御機構では、下
端に圧子をそなえた荷重軸を支持する揺動板が、接触子
を介して点接触する竪方向へ移動可能な荷重制御用枠体
により駆動制御され、かつこの枠体が、ストッパの上端
部が回転枠の下面に当接することにより決定された初期
位置から、降下開始に伴いストッパの上端部が回転枠の
下面から離脱して、枠体の上部枠材と点接触する荷重制
御軸により同軸的に押圧駆動されるので、荷重制御軸に
よる制御力に水平成分が含まれるようなことがあって
も、該水平成分が圧子の動きに対して及ぼす悪影響を十
分軽減することかできる。また、枠体を構成する２本の
縦枠材が、いずれも負荷機構を回避して回転体に竪方向
移動を可能に配設されているため、負荷機構と枠体の縦
枠材との干渉についての考慮をはらうことなく大型の負
荷機構の装着が可能となる。

【００１２】

【実施例】以下、図面により本発明の一実施例としての
硬度計の荷重制御機構について説明すると、図１はその
要部を断面で示す正面図、図２は図１のＡ−Ａ矢視断面
図、図３は図２のＢ矢視部の拡大図、図４はその模式平
面図、図５はその上部枠材の平面図である。

【００１３】図１において、符号21は硬度計の本体を構
成する支持枠を示していて、この支持枠21は中空円盤状
に形成され、その中心部に突設された取付軸21ａの下端
部に、ほぼ円板状の回転枠23がナット24により回転可能
に取り付けられている。回転枠23に、揺動ばね20を介し
て基端部を支持されるようにして揺動板10が支持され、
この揺動板16の先端部に円錐受けとしての荷重支持部材
15が取り付けられている。符号18は戻しばねを示してい
る。符号９は、下端に圧子14をそなえた荷重軸を示して
いて、荷重軸９の上端部がほぼ水平な板ばねとしての荷
重軸支えばね22を介して回転枠23に上下動可能に支持さ
れるとともに、その中間部の円錐形膨大部分９ａを荷重
支持部材15で支持されている。

【００１４】符号30は荷重軸９に試験荷重を付与するた
めに回転枠23に取り付けられた電磁式負荷機構を示して
いて、この負荷機構30は、回転枠23上に取り付けられた
ケーシング兼用の磁極材６，磁極材６の内部に配設され
た磁極材７およびマグネット８ならびに荷重軸９に取り
付けられたコイル５とで構成され、荷重軸９が磁極材
６，７およびマグネット８を貫通して配設されている。
符号４はコイル５取り付け用フランジを示している。揺
動板16の先端部には、上端が円錐状に尖った接触子12が
取り付けられている。

【００１５】一方支持枠21に荷重制御軸１が上下動可能
に取り付けられていて、この荷重制御軸１と接触子12と
の間に回転枠23に竪方向移動に保持された荷重制御用枠
体29が介設されている。荷重制御用枠体29は、図２に示
すように、負荷機構の磁極材６を回避するようにして回
転枠23に竪方向への移動を可能に配設された一対の縦枠
材26，28と、各縦枠材26，28の上下端部を連結する上部
枠材３および下部部材10とにより構成されている。そし
て、各縦枠材26，28にそれぞれ振れ止め片25，27が取り
付けられている。この振れ止め片25，27は、枠体29が上
死点にあるとき円錐形の頂部部分が回転枠23の底面に形
成された円錐受けと僅かなすき間をあけて対向するよう
に配設されて縦枠材26，28の振れ止め作用を行なうもの
である。

【００１６】上部枠体３および下部枠体10は、いずれも
図５に示すような円弧状の平面形状に形成されていて、
上部枠体３の中央部に、荷重制御軸１の下端部と点接触
可能な接触子体２が取り付けられている。一方下部枠体
10の中央部を貫通してストッパ11が取り付けられてい
る。ストッパ11の下端部は接触子12に点接触可能であ
り、また上端部の円錐面11ａは回転枠23の下面に形成さ
れた円錐受23ａに、戻しばね18の吊り上げ力により圧接
されるようになっていて、これにより揺動板16は不使用
時に安定した姿勢に保たれるとともに、硬度測定時にお
ける枠体29の降下開始前の初期位置が決められるように
なっている。

【００１７】なお、荷重制御軸１が枠体29と同軸的に上
下動できるように支持枠21に形成された案内孔（図示せ
ず）に摺動可能に支承されており、また圧子14の下方に
は、試料13を載置するための試料台31が設けられてい
る。なお、図中の符号Ｏ₁は支持枠21の中心部に突設さ
れた取付軸21ａ軸心を、符号Ｏ₂は荷重軸９の軸心を、
符号Ｏ₃は荷重制御軸１の軸心を、符号Ｏ₄，Ｏ₅は縦枠
材26，28の各軸心を、符号Ｏ₇，Ｏ₈は試料13に形成され
た圧痕を計測するために回転枠23に取り付けられた計測
器（図示せず）の対物レンズの配置位置をそれぞれ示し
ている。上述の構成により、硬度測定の準備として、ま
ずコイル５に所定の電流を流して負荷を付与しておく。
これにより、荷重軸９，圧子14，フランジ４およびコイ
ル５の自重と電磁力との合計が試験荷重となり、これが
支持部材15に支持されることになる。

【００１８】硬度測定時には、荷重制御軸１を矢印Ｘ方
向へ適宜の手段で降下させると、これに伴って枠体29を
降下し、接触子12が押されてストッパ11が回転枠23の下
面から離れ、揺動板16がその基端部を支持する揺動ばね
20の撓曲および戻しばね18の伸長と共に下方へ揺動し、
したがって荷重軸９も下方へ降下してゆく。このように
して圧子14を試料13に当接させてから、なおも荷重制御
軸１を降下させてゆくと、揺動板16の荷重支持部材15が
荷重軸９の膨大部分９ａより下方へ離れてしまい、上述
の試験荷重が試料13に負荷されるようになる。除荷時は
荷重制御軸１を上方へ戻せばよく、これにより圧子14は
主として戻しばね18の作用で図１に示す位置に戻され
る。このようにして、圧子14により試料13に圧痕が付さ
れ、その圧痕を計測することにより試料13の硬度が測定
される。

【００１９】本装置では、上述のごとく荷重の制御が枠
体29を介して行なわれ、しかもこの枠体29の下端が揺動
板16の接触子12に点接触すると共に、枠体29の降下に伴
ってストッパが初期位置から離脱してしまうので、荷重
制御軸１の枠体29に対する制御力の方向に変化があった
としても、その変化には枠体29が揺動板16の接触子12に
点接触する部分が対応して上記制御力の横方向分力を小
さくすることができるため、圧子14の動きに及ぼす悪影
響を大幅に軽減して、ほとんど歪のない圧痕を得られる
利点がある。

【００２０】なお前述の実施例では、揺動板16の先端部
に固定された接触子12が、上端の尖った円錐形状に形成
されているが、これを円錐形凹面としての受面を持った
接触子で置換して、ストッパ11の尖った下端を点接触に
より支持するようにしてもよい。また本装置では、荷重
制御軸１の動きを揺動板16に伝える枠体29が、負荷機構
30を構成するケーシング兼用の磁極材６を回避するよう
に配設されているため、負荷機構30として大形のものの
採用が可能となり、硬度計の外形寸法として従来のもの
とほぼ同じ寸法でありながら、複雑な負荷機構を装備さ
せることが可能となる。

【００２１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の硬度計の
荷重制御機構によれば、次のような効果ないし利点が得
られる。 (1) 下端に圧子を持った荷重軸を支持する揺動板が、接
触子を介して点接触する竪方向の荷重制御用枠体により
駆動制御され、しかも、この枠体がストッパ受により位
置決めされた初期位置から、降下開始に伴いストッパ受
より離脱して、枠体の上端に点接触する荷重制御軸で同
軸的に押圧駆動されるので、荷重制御軸による制御力の
方向に変化があったとしても、その変化には枠体が揺動
板の接触子と点接触する部分が対応して、上記制御力の
横方向分力を小さくすることができるため、試料に歪の
ない圧痕を形成することが可能となって、微小荷重によ
る微小試料の硬度測定に際しても、高い測定制度が得ら
れる。 (2) 荷重制御用枠体を構成する縦枠材が、試験負荷を付
与する負荷機構を回避して配設されているため、荷重軸
を荷重制御軸に接近させて配置することができるほか、
外形寸法を大形化することなく複雑な負荷機構の装備が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としての硬度計の荷重制御機
構の要部を断面で示す正面図。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視断面図。

【図３】図２のＢ矢視部の拡大図。

【図４】同模式平面図。

【図５】同上部枠材の平面図。

【図６】従来の硬度計の荷重制御機構の要部を断面で示
す正面図。

【符号の説明】

１ 荷重制御軸 ２ 接触子体 ３ 上部枠材 ４ フランジ ５ コイル ６ ケーシング兼用の磁極材 ７ 磁極材 ８ マグネット ９ 荷重軸 10 下部枠材 11 ストッパ 12 接触子 13 試料 14 圧子 15 荷重支持部材 16 揺動板 17 フック 18 戻しばね 19 フック 20 揺動ばね 21 硬度計の本体を構成する支持枠 22 支えばね 23 回転枠 24 ナット 25，27 振れ止め片 26，28 縦枠材 29 荷重制御用枠体 30 負荷機構 31 試料台

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 支持枠21と、同支持枠21の中心部に突設
   された取付軸に回転可能に取り付けられた回転枠23と、
   揺動バネ20を介して基端部を上記回転枠23に支持される
   揺動板16とをそなえ、同揺動板16の先端部に荷重軸支持
   部材15が設けられて、同荷重軸支持部材15で接触支持さ
   れるように竪方向に配設された荷重軸９がその下端に圧
   子14をそなえ、同荷重軸９の上端に先端部を取り付けら
   れるとともに基端部を上記回転枠23に取り付けられて上
   記荷重軸９を昇降可能に支持する支えばね22とをそなえ
   た硬度計の荷重機構において、上記回転枠に取り付けら
   れ上記荷重軸に試験負荷を付与可能な負荷機構と、上記
   揺動板16の先端部に取り付けられた接触子12と、上記支
   持枠21に上下動可能に取り付けられた荷重制御軸１とを
   そなえ、側面視ほぼ四辺形の荷重制御用枠体が上記回転
   枠に竪方向移動を可能に取り付けられ、同枠体が、上記
   負荷機構を回避して上記回転枠に竪方向移動を可能に配
   設される一対の縦枠材26，28と同各縦枠材の上下端部を
   それぞれ連結する上部枠材３および下部枠材10とで構成
   されるとともに、上記上部枠材３の中央部に上記荷重制
   御軸１の下端部と点接触可能な接触子体２が取り付けら
   れ、さらに上記下部枠材10の中央部を貫通して取り付け
   られるとともに下端部を上記接触子12に点接触可能でし
   かも上端部を上記回転枠23の下面に当接可能なストッパ
   11が配設されていることを特徴とする、硬度計の荷重制
   御機構。