JP3750232B2

JP3750232B2 - 硬度計

Info

Publication number: JP3750232B2
Application number: JP31026196A
Authority: JP
Inventors: 豊一前田; 靖則山本
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1996-11-21
Filing date: 1996-11-21
Publication date: 2006-03-01
Anticipated expiration: 2016-11-21
Also published as: JPH10153538A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、硬度計に関し、とくに所望とする荷重を任意に設定可能な硬度計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧子に所定の荷重を負荷して試験片に圧痕を形成し、この圧痕の形状から試験片の硬度を計測する硬度計が知られている。このような硬度計においては、例えば実公平５−４５９６４号公報に記載されているように、試験機本体内部に、断面が略コ字状の複数の重りを大きい重りの内側に小さい重りを順次重ねた状態で装填し、このように装填された複数の重りの下方に重りの半径方向に接近、離接可能な一対の受け板を設け、この受け板を移動することにより使用する重りを選択して圧子に負荷される試験荷重を調整する。このような硬度計によれば、受け板の位置を単に調節するだけで、複数の重りの組合せにより定められる種々の試験荷重が得られるため、試験時の操作性を向上させることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記実公平５−４５９６４号公報に記載された硬度計のように、試験機本体内部に重りが装填されていると、装填された複数の重りの組合せにより定められる荷重のみしか選択できないため、例えば、複数の重りの組合せにより定められる荷重の中間の荷重により試験を行いたいような場合には対応できない。このような場合に、試験機本体内部の重りの種類を変更することが考えられるが、重りは略コ字状をなして複数個重ねられており、また圧子に負荷を伝達するための機構とも連結されているため、その変更は容易ではない。
【０００４】
本発明の目的は、容易に任意の試験荷重を設定することができる硬度計を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
一実施の形態を示す図１〜３を参照して説明すると、請求項１の発明の硬度計は、試料を負荷する圧子３０と、複数の重り１５を収容する本体９と、複数の重り１５を切り換えて圧子３０を介して試料に第１の荷重を負荷する第１の負荷機構９Ｃと、本体９外において、圧子３０を介して試料に第２の荷重を負荷するための重りＷを取り付け取り外し可能な第２の負荷機構２５ｃとを備えたことを特徴とする。
請求項２の発明の硬度計は、第２の負荷機構２５ｃに取り付けられる重りＷの荷重を検出する検出手段をさらに備えたことを特徴とする。
【０００６】
請求項１の発明によれば、第２の負荷機構２５ｃは本体外に備えられており、かつ重りＷを取り付け取り外し可能であるため、本体９内部に備えられた複数の重り１５に加えて、第２の負荷機構２５ｃに重りＷを取り付けることにより、複数の重り１５により定められる組合せ以外の荷重を設定して圧子３０を負荷することができる。
請求項２の発明によれば、第２の負荷機構２５ｃに取り付けられる重りＷの重量が検出手段により検出される。
【０００７】
なお、本発明の構成を説明する上記課題を解決するための手段の項では、本発明を分かり易くするために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が実施の形態に限定されるものではない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る硬度計の構成を示す図、図２は図１のＩ−Ｉ線断面図、図３は図２のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図１に示すように、本実施の形態に係る硬度計１は、試料台２を昇降する昇降ハンドル３を備えた基台５と、基台５に立設された支柱７により支持される計測部９からなる。試料台２にはＸＹステージ１０が取り付けられており、ＸＹステージ１０はマイクロメータヘッド８Ａ，８Ｂにより図１における前後左右に移動可能とされている。試験片はこのＸＹステージ１０上に載置される。
【０００９】
図２および図３に示すように、計測部９は荷重装置９Ａと光学装置９Ｂとを備える。荷重装置９Ａは、８個の重り１５ａ，１５ｂ……１５ｈ（以下単に重り１５ということもある）を備えている。重り１５は下方に開口する円筒形状に形成されており、その上面の中心位置には貫通孔１６が形成されている。そして、大きい重りの内側に順次小さい重りが嵌合した状態で互いに重ね合わされている。重ねられた重り１５に形成された貫通孔１６には中空軸２０が挿入されている。中空軸２０の上端部および下端部近傍の外周部にはフランジ状突起２１，２２が形成されており、フランジ状突起２２は最も内側の重り１５ｈの内側に係合している。また、中空軸２０の下端部には中空軸２０の長軸方向の寸法を調節するための伸縮筒２３が螺着されている。
【００１０】
中空軸２０の下端部は、荷重伝達軸２５の上端フランジ部２５ｂ上にあり、負荷時には荷重伝達軸２５上に載置されるようになっている。荷重伝達軸２５は負荷ケース２７に形成されたガイド孔２８に摺動自在に嵌合しており、下端部には円錐状の尖端部２５ａが形成されている。また、その中間部には、後述するようにして、種々の重量の重りＷを載置するための載置台２５ｃが取り付けられている。
【００１１】
本体ケース９ａ側の下面には、中空の支持軸４３が取り付けられており、支持軸４３には側面から見た形状が略コ字状の負荷ケース２７が取り付けられている。負荷ケース２７はその中央部に軸受孔４０が形成されており、軸受孔４０に設けられた軸受４１により負荷ケース２７は支持軸４３に水平面内において所定角度範囲で回転自在に支持されている。また、負荷ケース２７には軸３６により回動アーム３７が枢着されている。
【００１２】
荷重伝達軸２５の下方には、圧子３０を保持する圧子ホルダ２９が設けられている。圧子ホルダ２９は負荷ケース２７に設けられた支点３２によって上下に回動可能に支持されたレバー３３の一端部に取り付けられている。レバー３３の他端部には、ピン３４が紙面に垂直方向に延在するように突設されており、負荷ケース２７に設けられた回動アーム３７がピン３４に当接するようになっている。
【００１３】
負荷ケース２７の下面側には圧子ホルダ２９と同心円上でかつ圧子ホルダ２９を挟む位置に計測用対物レンズ４５および観察用対物レンズ４６（対物レンズ４６のみ図示）が設けられており、負荷ケース２７を支持軸４３の周りに回転させることにより、両レンズ４５，４６は図３における圧子ホルダ２９の位置、すなわち中空軸２０の真下にある試験位置に位置せしめられる。なお、負荷ケース２７にはその回転位置を検出するためのマイクロスイッチ３５が設けられている。
【００１４】
上記支持軸４３は、本体ケース９ａ内の枠５０に固定されておりその中空部には荷重加除装置９Ｃの伝達軸５２が摺動自在に嵌合している。伝達軸５２はばね５３により上方に付勢されている。また、伝達軸５２の下端部にはボールが取り付けられ、このボールが回動アーム３７上面に当接するようになっている。さらに、伝達軸５２の上端部には下端部と同様にボールが取り付けられており、この上端部に側面から見た形状が略カギ形の回動体５５の先端部が当接している。回動体５５は、起き上がり部５５ａと水平部５５ｂとを有し、軸５６により回動自在に支持されている。回動体５５の起き上がり部５５ａの背面には偏心カム５７が当接している。
【００１５】
偏心カム５７は軸受５９によって支承された回転軸６０に取り付けられている。回転軸６０には一対の回転板６２が取り付けられており、回転板６２には回転軸６０に対して偏心した位置に爪６３が突設されている。回転軸６０にはプーリとベルト６５とを介してモータ６７の回転動力が伝達される。回転軸６０が回転して偏心カム５７の長径部が回動体５５の起き上がり部５５ａを押圧すると、回動体５５が回動してその水平部５５ｂが伝達軸５２を下方に押し下げる。これにより、回動アーム３７が下方に回動してレバー３３の後端部を押圧するため、レバー３３が支点３２を中心として回動し、圧子ホルダ２９が持ち上げられる。一方、偏心カム５７の短径部が回動体５５に当接した状態では、圧子ホルダ２９は下降した状態にある。
【００１６】
重り１５の上方には重りカバー６９が設けられ、重りカバー６９の上方には中空軸２０の上端部が突出するとともに、中空軸２０を挟むようにして一対の軸７０が並設されている。軸７０は回動自在に支持されており、その略中間部に中空軸２０の上側フランジ状突起２１に下側から係合する係合部材７１が設けられている。軸７０の後端部には回転板６２の爪６３が当接するアーム７３が設けられるとともに、軸７０の係合部材７１が中空軸２０のフランジ状突起２１に係合しないように軸７０を互いに離す方向に付勢するばね７４が設けられている。
【００１７】
回転軸６０が回転して回転板６２の爪６３がアーム７３を押圧すると、軸７０がばね７４の付勢力に抗して回転し、係合部材７１が中空軸２０のフランジ状突起２１に係合してこれを押し上げる。このため、常時は荷重伝達軸２５上に載置された状態となっている中空軸２０が、重り１５を吊り上げながら上方へ移動する。したがって圧子３０が負荷されなくなる。軸７０、係合部材７１、アーム７３、ばね７４などは、重り１５の付加機能を一時停止する荷重吊り上げ装置９Ｄを構成する。
【００１８】
なお、回転板６２と偏心カム５７とは共通の回転軸６０に取り付けられているため、荷重加除装置９Ｃと荷重吊り上げ装置９Ｄとは互いに連動し、圧子３０が持ち上げられるときは重り１５も同時に吊り上げられる。
【００１９】
荷重装置９Ａには、圧子３０に負荷される荷重の大きさを切り換えるための荷重切換装置９Ｅが設けられている。荷重切換装置９Ｅは互いに重ねられた重り１５の下側において荷重を支持する一対の受け板７７を備える。受け板７７は、中央部に重り１５の外周に沿うように湾曲状切欠部７８が形成され、両端部はナット部材８０に固定されている。ナット部材８０は両端部に互いに逆方向のねじが刻設された一対のねじ棒８１に螺合している。駆動モータ８３からベルト８４を介して伝達される回転動力によりねじ棒８１が同時に同方向へ回転すると、これに螺合するナット部材８０が移動するため、一対の受け板７７が駆動モータ８３の回転方向に応じて離接する。一対の受け板７７が互いに接近する方向すなわち中空軸２０に向かって移動すると、中空軸２０が下降したときに受け板７７によって支持される重り１５の数が多くなり、圧子３０に負荷される荷重値が小さくなる。逆に受け板７７が互いに離れる方向に移動すると、中央部に位置する重り１５が支持されなくなるため、圧子３０に作用する荷重が大きくなる。受け板７７が最外部まで移動するとすべての重り１５がフリーとなり圧子３０に最大の荷重（例えば２０００ｇｆ）が負荷される。一方、受け板７７が最も接近した状態ではすべての重り１５が受け板７７により支持されるため、荷重伝達軸２５には中空軸２０の重量のみが負荷される。すなわち、中空軸２０自体が一つの重りとして作用する。また、圧子ホルダ２９、荷重伝達軸２５、レバー３３なども重りとして作用する。この場合、中空軸２０の重量と圧子ホルダ２９などの重量の総和は最小の重り１５ｈの重量よりも軽くすることが好ましい。なお、本実施の形態においては、荷重レンジが５〜２０００ｇｆの範囲において１１段階で切換可能とされる。
【００２０】
なお、ねじ棒８１は駆動モータ８３により駆動されるが、ねじ棒８１に接続されるつまみを設け、手動によりねじ棒８１を回転して荷重を切り換えてもよい。
【００２１】
次いで、光学装置９Ｂについて説明する。本装置には、観察時の光路となるパイプ９０が設けられており、パイプ９０の後端部には光源となるランプ９１が設けられている。パイプ９０の前端部にはハーフミラー９３が取り付けられ、その上方にプリズム９５が配置されている。プリズム９５の前端部は接眼レンズ９７が取り付けられた計測器９８の光路筒９９に臨んでいる。ランプ９１からの照明光は光軸Ｌに沿ってパイプ９０、ハーフミラー９３内を通過し、中空軸２０内の光軸Ｍに沿って試験片表面に導かれる。一方、試験片表面からの反射光は対物レンズ４５，４６から中空軸２０の光軸Ｍを経てハーフミラー９３を通過してプリズム９５へ至る。そしてプリズム９５において曲折されて光軸Ｓに沿って接眼レンズ９７に導かれる。
【００２２】
次いで、本実施の形態の動作について説明する。
まず試験片を試料台２のＸＹステージ１０に固定し、ハンドル３を操作してその上下位置を調節するとともに、マイクロメータヘッド８Ａ，８Ｂを操作して圧痕を形成する試験位置を選択する。この際、観察用対物レンズ４６を中空軸２０の直下に位置せしめておく。
試験位置を設定した後、負荷ケース２７を回転して圧子３０を試験位置上にセットする。この際、予め荷重加除装置９Ｃを操作して偏心カム５７の長径部により回動体５５を下方に回動させ、伝達軸５２を押し下げて圧子３０を試験片表面から持ち上げておく。荷重加除装置９Ｃと荷重吊り上げ装置９Ｄとは互いに連動するようになっているため、この状態では中空軸２０が上方へ移動して重り１５を支持する。
【００２３】
次いで、荷重切換装置９Ｅを駆動して圧子３０に負荷される荷重が所望の値となるようにする。本実施の形態においては、ねじ棒８１を駆動して受け板７７の位置を変更することにより１１段階の荷重値を変更可能であるとともに、荷重伝達軸２５に形成された載置台２５ｃに種々の荷重の重りＷを載置することにより、さらに細かい荷重の設定を行うことが可能である。すなわち、本体ケース９ａ内に予め設けられた重り１５により定められる１１段階の荷重値の中間の荷重を圧子３０に作用させたい場合などにおいて、本体ケース９ａの外側に設けられた載置台２５ｃにこの中間の荷重となる重りＷを作業者が載置することにより、所望とする荷重の設定を行うことができる。重りＷは例えば図４に示す形状である。
【００２４】
このようにして荷重を設定した後、荷重加除装置９Ｃと荷重吊り上げ装置９Ｄとを解除状態とすることにより、重り１５および重りＷの荷重が中空軸２０および荷重伝達軸２５を介して圧子ホルダ２９の尖端部２５ａに伝えられ、圧子３０を試験片表面に押し込み、圧痕を形成する。
圧痕を形成した後、再度荷重加除装置９Ｃと荷重吊り上げ装置９Ｄとを操作して圧子３０、重り１５および載置台２５ｃに載置された重りＷを持ち上げ、負荷ケース２７を回転させて対物レンズ４６を圧痕が形成された位置に移動し、接眼レンズ９７により圧痕の像を観察しながら、計測器９８により圧痕の大きさを計測する。
【００２５】
このように、本実施の形態においては、複数の重り１５により設定される各段階の荷重に加えて載置台２５ｃに重りＷを載置するようにしたため、重りＷの数あるいは重量を調節することにより、各段階の中間の荷重を任意に設定することができる。また、荷重を設定するためには、装置本体の設計変更することなく単に載置台２５ｃを設けるのみでよいため、装置の設計変更が容易なものとなる。
【００２６】
なお、上記実施の形態においては、載置台２５ｃに載置される重りＷの重量を検出する検出装置を設け、この検出結果および重り１５の重量に基づいて試験片の硬度計算を行ってもよい。すなわち、図５に示すように、ＣＰＵなどからなる制御回路１０１には重りＷの重量を検出する検出装置１０２と、重り１５の重量を指示する指示入力部１０３と、各種の数値、試験条件などを表示する表示部１０４とが接続されている。制御回路１０１は検出された重りＷの重量と、指示入力装置１０３から指示された重り１５による重量とを加算して負荷荷重を求める。そして、この負荷荷重を用いて硬度計算を行う。検出装置１０２としては例えば載置台２５ｃ上にロードセルを設けて構成することができる。
【００２７】
以上の実施の形態と請求項との対応において、荷重加除装置９Ｃが第１の負荷機構を、載置台２５ｃが第２の負荷機構を構成する。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、請求項１の発明によれば、本体外に重りを取り付け取り外し可能な第２の負荷機構を設けたため、本体内部に備えられた複数の重りにより定められる組合せ以外の任意の荷重を容易に設定して圧子を負荷することができる。
請求項２の発明によれば、第２の負荷機構に取り付けられる重りの重量を検出する検出手段を設けたため、検出手段の検出結果および複数の重りにより定められる重量に基づいて試験片の硬度計算を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る硬度計の構成を示す図
【図２】図１のＩ−Ｉ線断面図
【図３】図２のＩＩ−ＩＩ線断面図
【図４】追加する重りの平面図
【図５】硬度計における硬度計算を行う電気回路のブロック図
【符号の説明】
１硬度計
９計測部
９Ａ荷重装置
９Ｂ光学装置
９Ｃ荷重加除装置
９Ｄ荷重吊り上げ装置
９Ｅ荷重切換装置
１５，Ｗ重り
２５荷重伝達軸
２５ｃ第２の負荷機構
１０１制御回路
１０２検出装置

Claims

試料を負荷する圧子と、
複数の重りを収容する本体と、
前記複数の重りを切り換えて前記圧子を介して試料に第１の荷重を負荷する第１の負荷機構と、
前記本体外において、前記圧子を介して試料に第２の荷重を負荷するための重りを取り付け取り外し可能な第２の負荷機構とを備えたことを特徴とする硬度計。
前記第２の負荷機構に取り付けられる重りの重量を検出する検出手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の硬度計。