JP3553490B2

JP3553490B2 - 硬さ試験機

Info

Publication number: JP3553490B2
Application number: JP2000365367A
Authority: JP
Inventors: 勝川添; 知治山田; 充小田
Original assignee: 株式会社アカシ
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2020-11-30
Also published as: JP2002168747A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁ブレーキを備えた硬さ試験機に関わる。
【０００２】
【従来の技術】
ロックウェル硬さ試験機やブリネル硬さ試験機は、試料に対し、予め定められた方法で荷重を負荷することにより試料の硬さ特性を評価する試験機である。
上記硬さ試験機は、試料を載置する試料台と、この試料台に載置された試料に上方から荷重を負荷する圧子と、を備え、試料台を圧子方向に上昇させ、試料と圧子とを接触させて試料台を一旦停止させる。そして、その状態から所定の試験荷重を負荷するようになっており、試料台の停止には電磁ブレーキが用いられている。
【０００３】
電磁ブレーキは、試料と圧子が接触して所定の荷重が圧子にかかると、試料台下部に配置された電磁石に電流が流れ、試料台の上昇動作にブレーキがかかるものであり、この電磁ブレーキを用いると試料に荷重をかける動作が正確に行われるという利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、試料台は機械的強度や剛性が高いことが要求されるので、材料として鉄などの磁性体が用いられる。従って、電磁ブレーキでは電磁石を利用しているため、試料台が磁化され、試料台上に載置された試料も磁化される。
このことは、硬さ試験の測定精度には影響のない程度であるが、薄い試料や軽い試料のように磁石に吸引されやすい試料の試験においては、試料の取り替え時に試料が試料台に貼り付いてしまい、試料の取り替え操作が面倒となる。
【０００５】
本発明の課題は、上記事情に鑑みてなされたものであって、電磁ブレーキを使用していても、薄い試料等が効率良く、また、磁化されると問題となる試料を試験できる硬さ試験機を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、
請求項１記載の発明は、電磁ブレーキ（例えば、図１の電磁ブレーキ９）を用いて試料台（例えば、図１の試料台５）の昇降動作を制御する硬さ試験機（例えば、図１のロックウェル硬さ試験機１）において、
前記電磁ブレーキを駆動させる駆動電流を供給した後、当該駆動電流と逆方向の電流を、当該駆動電流より短い時間供給する電流供給手段（例えば、図１の制御部１０、電力変換装置１１ａ）を備えていることを特徴としている。
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、電流供給手段によって、電磁ブレーキを駆動させる駆動電流を供給した後、当該駆動電流と逆方向の電流を、当該駆動電流より短時間供給することを特徴としたため、当該駆動電流の通電時間と同時間、もしくは、それ以上の時間の電流の通電により、試料台が逆方向に磁化されるのを防ぎ、電磁ブレーキの駆動により磁化された試料台を脱磁し、薄い試料等の磁石に吸引されやすい試料が試料台に貼り付きにくくし、試料の取り替えを効率よく、また磁化されると問題となる試料を試験することができる。
ここで、上記の電力供給手段のような、直前の電流と比較して短くかつ逆方向の電流は複数回通電してもよく、こうすることにより、徐々に試料台の磁力が脱磁され、さらに、大きな脱磁効果が得られる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
前記電流供給手段は、電磁ブレーキを駆動するごとに、前記電磁ブレーキに流す電流方向を反転させて供給するように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明によれば、電流供給手段によって、電磁ブレーキを駆動するごとに、電磁ブレーキに流す電流方向を反転させて供給するようしたため、電磁ブレーキに正逆方向の電流が均等に供給されるようになり、電磁ブレーキによる試料台の磁化される極性が一方向に偏ることがなくなり、より脱磁効果が得られ、磁石に吸引されやすい試料が効率良く、また磁化されると問題となる試料を試験することができる。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、
前記電流供給手段は、前記電磁ブレーキを駆動させる駆動電流を、ブレーキ動作ごとに電流の流れる方向を反転させて供給することを特徴としている。
【００１１】
請求項３記載の発明によれば、電流供給手段によって、電磁ブレーキを駆動させる駆動電流が、ブレーキ動作ごとに電流の流れる方向が反転されて供給されるので、電磁ブレーキの駆動により磁化された試料台に逆方向の磁力を与え、試料台の磁力を脱磁し、薄い試料等の磁石に吸引されやすい試料が試料台に貼り付きにくくなり、試料の取り替えを効率よく行うことができる。
【００１２】
請求項４記載の発明は、電磁ブレーキを用いて試料台の昇降動作を制御する硬さ試験機において、
前記電磁ブレーキによって磁化された試料台を脱磁する高周波数の電圧を前記電磁ブレーキに印加する高周波電圧印加手段を備えていることを特徴とする硬さ試験機。
【００１３】
請求項４記載の硬さ試験機よれば、高周波数電圧印加手段によって、電磁ブレーキの駆動により磁化された試料台を脱磁する高周波数の電圧を前記電磁ブレーキに印加する高周波電圧印加手段を備えているため、交流脱磁により、試料台の磁力を脱磁することができ、磁石に吸引されやすい試料の取り替え時における試料の取り替えが容易になり、効率良く試験を行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
本発明を適用したロックウェル硬さ試験機１は、例えば、図１、図２に示すように、本体部としての試験機本体２と、前記試験機本体２に回動自在に支持され、自由端部に圧子３が取り付けられる荷重アーム４と、前記圧子３の下方の試験機本体２に設けられ、試料ｓを載置して昇降する試料台５と、前記荷重アーム４の下方に設けられ、前記荷重アーム４の自由端側を回動させ、試料表面に圧痕を形成させるための押圧力を作用させる力を付与する荷重アーム作動部６と、前記荷重アーム作動部６が作動した際に発生した力を前記荷重アーム４に伝達する板ばね７などにより構成された圧痕形成機構部８を備えるともに、前記試料台５の昇降を停止する電磁ブレーキ９と、電磁ブレーキ９の作動を制御する制御部１０などにより構成されている。
【００１５】
前記試験機本体２は、その内部に荷重アーム作動部６と、電磁ブレーキ９の駆動源となる電装部１１などを備えている。電装部１１は、電力供給源となる他に、サイクロコンバータやインバータ等の電力変換装置１１ａを内蔵し、制御部１０から送信される制御信号に応じて供給する電力の変換と制御を行う。
【００１６】
前記荷重アーム４は、試験機本体２に十字ばね或いは転がり軸受等により回動自在に支持されるとともに、自由端部には圧子３が着脱自在に取り付けられている。また、この荷重アーム４は、前記板ばね７と一体化されている。
更に、荷重アーム４には、荷重アーム４と荷重バネ７の間の開き量から試料ｓに与えられる荷重を測定する荷重センサ４１と、試験機本体２と荷重アーム４の間の開き量から荷重アーム４の変位を測定するアーム位置センサ４２が設けられている。
前記板ばね７と前記荷重アーム４との間には、長手方向に沿って溝部７ａが設けられ、圧子３側の先端は開口している。
【００１７】
試料台５は、例えば、円形の板であり、試料台５の裏面には、試料台支持用のネジ軸５１が設けられている。
試料台５は、このネジ軸５１を試験機本体２の下部に設けられた案内筒１２に挿入することにより設置される。
【００１８】
案内筒１２の上部には、電磁ブレーキ９が設けられ、電磁ブレーキ９は、ネジ軸５１が挿入されるナット９ａと、ナット９ａ上部から水平に突出して設けられたハンドル９ｂと、ナット９ａと案内筒１２の間に設けられた電磁石９ｃなどから構成される。
ナット９ａ内部は、上記ネジ軸５１のネジと嵌合するようなネジ穴になっており、ハンドル９ｂを一方向に回転させることにより、試料台５を圧子３の方向に上昇させ、他方に回転させることにより、試料台５を下降させることが出来るようになっている。
【００１９】
ナット９ａの下に設けられた電磁石９ｃは電装部１１と接続され、制御部１０によって電磁石９ｃに流れる電流が制御され、試料ｓに対して所定の作動荷重がかけられると、電磁石９ｃに電流が流れ、上記ナット９ａの回転運動をストップさせるようになっている。
また、制御部１０によって、電磁石９ａの脱磁または脱磁が可能となるように、正方向の電流も逆方向の電流も流すことができるようになっている。
【００２０】
前記荷重アーム作動部６は、サーボモータ６１と、ボールねじ６２と、前記ボールねじ６２の先端部に取り付けられ、前記板ばね７に固定される固定治具６３と、を備えている。従って、前記サーボモータ６１が駆動して前記ボールねじ６２が上下動することにより、前記板ばね７と一体化された荷重アーム４が回動するようになっている。
【００２１】
制御部１０は、上述した荷重センサ４１から送信される現荷重値に応じて試料台５の下部に設けられた電磁ブレーキ９に供給する電圧および電流の制御を行う。
具体的には、予め設定された電磁ブレーキ９の作動荷重値と荷重センサ４１から送信される荷重値とを比較し、荷重センサ４１から送信される荷重値が作動荷重値に達したときに、制御部１０は、電磁ブレーキ９のスイッチをＯＮにし、電磁石９ｃに電流を流し、電磁石９ｃの上部に設けられたナット９ａの回転運動を停止させる。
【００２２】
また、制御部１０は、上記電磁ブレーキ９の使用による試料台５の磁化を防ぐために、２つの方法を用いて試料台５の脱磁を行う。
１つのめ方法は、電磁石９ｃを流れる電流の方向を反転させる方法である。
具体的には、電磁ブレーキ９の駆動の後、電磁ブレーキ９の駆動に用いられた電流と反対方向の電流を電磁ブレーキ駆動時間より短く電磁石９ｃに流し、さらに、先に流した電流の方向と反対に、かつ時間を短く電流を流すことを複数回繰り返し（この複数回の電流を脱磁用電流と呼ぶ）、電磁石９ｃによって磁化された試料台５の脱磁を行う。
さらに、ブレーキ動作ごとに電流の流れる方向を反転させ、電磁ブレーキ９に正負の電流が同一の割合でかけられるようにし、磁化する方法を一方向に偏らせないという方法が複合的に用いられている。
【００２３】
例えば、図３に示すように、制御部１０は、電磁ブレーキ９の駆動用電流、試料台５の脱磁用電流、荷重アーム４の操作用電流の方向を順に反転させる。すると、電磁ブレーキ９の駆動電流により磁化された試料台５は、脱磁用電流を流すことにより脱磁されるとともに、電磁ブレーキ９の駆動用電流は、ブレーキ動作ごとに反転し、電磁ブレーキ９に正負の電流が同一の割合でかけられるようになり、試料台５の脱磁効果を高められる。
【００２４】
２つのめ方法は、電磁ブレーキ動作直後、あるいは、試験の終了を行う前に、電磁石９ｃに高周波数の電圧をかけ、試料台５を完全に脱磁させる方法であり、制御部１０は、電装部１１に内蔵された電力変換装置１１ａに制御信号を送信し、電磁ブレーキ９に対して、図４（ａ）に示すような、一定の大きさの電圧を与え、この電圧の周波数を徐々に上げていく。そして、図４（ｂ）に示すように電磁石９ｃのコイルに流れる電流を徐々に減少させ、最終的に電磁石９ｃ内のコイルを流れる電流を完全になくすことで、試料台５を完全に脱磁させる。
【００２５】
さらに、制御部１０は、上述した電磁ブレーキ９の制御のほかに、制御部１０に内部の記憶装置に記憶されたプログラムに従い、試験荷重の設定、荷重アーム４の制御、試験結果の算出等の硬さ試験機１の動作に関わる電気的な制御を行う。
【００２６】
次に、上述の構成におけるロックウェル硬さ試験機１の試験動作について図５に示すフローチャートに従って説明する。
まず、ロックウェル硬さ試験機１のスイッチがＯＮされ、入力部（図示省略）から初試験荷重および試験荷重の入力がなされると、ステップＳ１で荷重アーム４の初期化がなされる。すなわち、制御部１０は荷重アーム４の中立位置を検出し、荷重アーム４が中立位置から所定量下方に回動するような力信号をサーボモータ６１に与え、この力により荷重アーム４を所定の位置に据える。
次いで、ステップＳ２では、荷重センサ４１の値をリセットするとともに、入力された初試験荷重から所定の値を引いて、電磁ブレーキ９を作動させる荷重値（以下、オートブレーキ荷重と呼ぶ）を設定する。
【００２７】
以上のように、荷重アーム４の位置が準備され、制御部１０のデータが初期化されると、ユーザは、試料台４下部に設けられたナット９ａをハンドル９ｂによって回転させ、試料台５を上昇させるとともに、制御部１０は、目標量をオートブレーキ荷重、制御量を荷重センサ４１の値として、試料台５を所定の位置に据えるためのＰＩＤ制御に移行する。
つまり、制御部１０は、現時点での荷重センサ４１の値およびアーム位置センサ４２の値を図示しないＡ／Ｄ変換器によってデジタルデータに変換後、制御部１０に記憶し（ステップＳ３）、ステップＳ４において、制御部１０に記憶された荷重センサ４１の値とサーボモータ６１から荷重バネ７に与えた力の値からエラー値を計算してこのエラー値に基づいてサーボモータ６１への制御信号をＤ／Ａ変換し、図示しない駆動回路によって増幅した後、サーボモータ６１に出力する。
【００２８】
次に、ステップＳ５では、荷重センサ４１から検出される荷重値が電磁ブレーキ９を駆動させる荷重値（オートブレーキ荷重）か否かが判別され、荷重値が電磁ブレーキ作動する荷重でない場合（ステップＳ５；ＮＯ）は、ステップＳ６に処理を移行するが、この場合、ステップＳ１０における力制御の切り変えがまだ行われていないため、力値の制御チェックはＮＯになり（ステップＳ６；ＮＯ）、ステップＳ７に移行する。次いで、ステップＳ７とステップＳ８においても、電磁ブレーキ９のスイッチがＯＮになっていないため、制御チェックはＮＯになり、制御部の動作はステップＳ３に移行することになり、ステップＳ３以降の処理が再度行われる。
【００２９】
上記のように、ユーザによる試料台５の上昇動作とともに、ステップＳ３〜ステップＳ８までのループ処理を複数回繰り返し、試料台５が上昇され、試料台５上の試料ｓと圧子３の間にオートブレーキ荷重がかかると（ステップＳ５；ＹＥＳ）、電磁ブレーキ９はＯＮされ、制御部１０は電磁ブレーキ９内の電磁石９ｃに電流を流し、ユーザによるナット９ａの回転操作をストップさせる（ステップＳ９）。そして、ブレーキ保持時間およびブレーキ電流反転時間のタイマーをセットし、試料台５の位置を保持するための力の制御へ切り替える（ステップＳ１０）。
【００３０】
次に、力値が精度チェックを行う力でないと判定され（ステップＳ６；ＮＯ）、電磁ブレーキ作動中にステップＳ７に移行すると、制御部１０によりブレーキ作動中にブレーキ電流反転時間に達したか否かが判定され、ブレーキ反転時間に達したと判定された場合（ステップＳ７；ＹＥＳ）には、制御部は、まず、電磁ブレーキ９内の電磁石９ｃに、電磁ブレーキ駆動電流を流し、次に先に流した電流の方向と反対方向に、かつ短く電流を流すことを複数回繰り返し（ステップＳ１１）、電磁石９ｃによって磁化された試料台５を脱磁する。
【００３１】
一方、ブレーキ電流反転時間が終了したと判定された場合（ステップＳ７；ＮＯ）には、ステップＳ８に移行して、制御部１０により、ブレーキ保持時間以内か否かが判別される。そして、電磁ブレーキ保持時間以内であると判別されると（ステップＳ８；ＹＥＳ）、制御部１０は、電磁ブレーキ９をオフにした後、目標荷重として正確な初期荷重がかけられるような値を設定し（ステップＳ１２）、再び、ステップＳ３移行の動作を繰り返して行う。
【００３２】
そして、この状態で、ステップＳ６に移行すると、ステップＳ６の判定がＹＥＳとなって、ステップＳ１３に移行する。
このステップＳ６において、制御部１０は、荷重センサ４１が検出した値と、ステップＳ１２において設定された値とを比較し、荷重センサ４１から検出された値が精度チェックを行う範囲以内の値か否かが判定される。そして、荷重センサ４１から検出された値が精度チェックを行う値ならば（ステップＳ６；ＹＥＳ）、アーム位置センサ４２からアームの変位量を検出して、荷重アーム４の位置が上昇しすぎていたり、下降しすぎていたりすると（ステップＳ１３；ＮＯ）、サーボモータ６１を停止して（ステップＳ１４）、試験を終了する。
一方、荷重アーム４の位置が試験力精度範囲内である場合（ステップＳ１３；ＹＥＳ）、サーボモータ６１を駆動させ、荷重アーム４を所定の位置に移動させ、試料ｓに初試験荷重を加え（ステップＳ１５）、その後、サーボモータ６１を駆動させ、荷重アーム４を下降させ、試料ｓに試験荷重をかける（ステップＳ１６）、そして、荷重アーム４を上昇させて、試料ｓにかかる荷重を初試験荷重に戻し（ステップＳ１７）、荷重アーム４の変位量に基づいて硬さ値を求め、その値を表示部（図示省略）に表示する（ステップＳ１８）。
【００３３】
そして、試験終了時には、電磁ブレーキ９に対して、一定の大きさの電圧を与え、この電圧の周波数を徐々に上げていく。そして、電磁石９ｃのコイルに流れる電流を徐々に減少させ、最終的に電磁石９ｃ内のコイルを流れる電流を完全になくすことで、試料台５を完全に脱磁させてもよい。
【００３４】
以上のように、本実施の形態におけるロックウェル硬さ試験機１は、電磁ブレーキ９を駆動した後に、先に流した電流の方向と反対に、かつ時間を短く電流を流すことを複数回繰り返し、電磁ブレーキ９内の電磁石９ｃの脱磁を行い、さらに、電磁ブレーキ９の作動ごとに電流の方向を反転させ、電磁ブレーキ９に正負の電流が同一の割合でかけられるようにさせ、試料台５の磁化を防ぐことが出来る。
【００３５】
また、上記記載のロックウェル硬さ試験機１は、試験終了時に、電磁ブレーキ９内の電磁石９ｃに一定の大きさの電圧を与え、この電圧の周波数を徐々に上げていき、電磁石９ｃのコイルに電流を流れないようにさせ、試料台５を完全に脱磁させる。
【００３６】
よって、本実施の形態におけるロックウェル試験機１は、電磁石９ｃ上部に設けられた試料台５の磁化を防ぐことにより、薄い試料が試料台５に吸引されることを防止出来ることとなって、試料の取り替えが容易となり、また、磁化されると問題になる試料の試験が可能となる。
【００３７】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成する範囲での変形、改良等は含まれるものとする。
例えば、上記実施例は、ロックウェル硬さ試験機としたが、ロックウェル硬さ試験機に限定する必要はなく、試料台の上下動を制御する機構を持つ硬さ試験機ならば、例えば、ブリネル試験機やビッカーズ試験機にも適用される。
【００３８】
また、試料台の上昇操作を手動で行う必要はなく、モータ等により自動で上昇させるようにしてもよい。
【００３９】
また、本実施例では、試料台上の試料に所定の荷重がかかったときに、電磁ブレーキのスイッチをＯＮにするとしたが、荷重による制御に限定される必要はなく、例えば、圧子と試料の距離による制御を行い、圧子と試料が所定距離接近した時点で電磁ブレーキをかけてもよい、そうすることにより、圧子と試料が接触する際の衝撃が緩和されるため、接触時に初試験力を越えてしまうという問題を解消できる。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、電流供給手段によって、電磁ブレーキを駆動させる駆動電流を供給した後、当該駆動電流と逆方向の電流を、当該駆動電流より短時間供給することを特徴としたため、当該駆動電流の通電時間と同時間、もしくは、それ以上の時間の電流の通電により、試料台が逆方向に磁化されるのを防ぎ、電磁ブレーキの駆動により磁化された試料台を脱磁し、薄い試料等の磁石に吸引されやすい試料が試料台に貼り付きにくくし、試料の取り替えを効率よく、また磁化されると問題となる試料を試験することができる。
【００４１】
請求項２記載の発明によれば、電流供給手段によって、電磁ブレーキを駆動するごとに、電磁ブレーキに流す電流方向を反転させて供給するようしたため、電磁ブレーキに正逆方向の電流が均等に供給されるようになり、電磁ブレーキによる試料台の磁化が一方向に偏ることがなくなり、磁石に吸引されやすい試料の取り替え時における試料の取り替えが容易になり、効率良く試験を行うことができるとともに、磁化されると問題になる試料の試験が可能となる。
【００４２】
請求項３記載の発明によれば、電流供給手段によって、電磁ブレーキを駆動させる駆動電流が、ブレーキ動作ごとに電流の流れる方向が反転されて供給されるので、電磁ブレーキの駆動により磁化された試料台に逆方向の磁力を与え、試料台の磁力を脱磁し、薄い試料等の磁石に吸引されやすい試料が試料台に貼り付きにくくなり、試料の取り替えを効率よく行うことができる。
【００４３】
請求項４記載の硬さ試験機よれば、高周波数電圧印加手段によって、電磁ブレーキの駆動により磁化された試料台を脱磁する高周波数の電圧を前記電磁ブレーキに印加する高周波電圧印加手段を備えているため、交流脱磁により、試料台の磁力を脱磁することができ、磁石に吸引されやすい試料の取り替え時における試料の取り替えが容易になり、効率良く試験を行うことができるとともに、磁化されると問題になる試料の試験が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の硬さ試験機の側断面図である。
【図２】電磁ブレーキの構成を示す側断面図である。
【図３】電磁ブレーキ駆動時に、電磁ブレーキにかけられる電圧の変化を示す図である。
【図４】試験終了時に、電磁ブレーキにかけられる電圧、および電流の推移を示す図である。
【図５】電磁ブレーキの動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１ロックウェル硬さ試験機
２本体部
５試料台
５１軸ネジ
９電磁ブレーキ
９ａナット
９ｂハンドル
９ｃ電磁石
１０制御部
１１電装部
１１ａ電力変換装置

Claims

電磁ブレーキを用いて試料台の昇降動作を制御する硬さ試験機において、
前記電磁ブレーキを駆動させる駆動電流を供給した後、当該駆動電流と逆方向の電流を、当該駆動電流より短い時間供給する電流供給手段を備えていることを特徴とする硬さ試験機。
前記電流供給手段は、電磁ブレーキを駆動するごとに、前記電磁ブレーキに流す電流方向を反転させて供給するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の硬さ試験機。
前記電流供給手段は、前記電磁ブレーキを駆動させる駆動電流を、ブレーキ動作ごとに電流の流れる方向を反転させて供給することを特徴とする請求項１又は２に記載の硬さ試験機。
電磁ブレーキを用いて試料台の昇降動作を制御する硬さ試験機において、
前記電磁ブレーキによって磁化された試料台を脱磁する高周波数の電圧を前記電磁ブレーキに印加する高周波電圧印加手段を備えていることを特徴とする硬さ試験機。