JP4328450B2

JP4328450B2 - 硬さ試験機

Info

Publication number: JP4328450B2
Application number: JP2000143663A
Authority: JP
Inventors: 浩孝林; 岳明飯田
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2000-05-16
Filing date: 2000-05-16
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2020-05-16
Also published as: JP2001324433A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧子により試料表面に試験力を負荷して圧痕を形成させることに基づいて、試料の材料特性を評価する硬さ試験機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、圧子により試料表面に試験力を負荷して圧痕を形成させることに基づいて、試料の材料特性を評価する試験機として硬さ試験機が知られている。
この従来の硬さ試験機としては、例えば、図５に示したものが知られている。図５に示す硬さ試験機１００は、いわゆるロックウェル硬さ試験機といわれるもので、おもり１０１と、荷重レバー１０２と、カム１０３と、荷重軸１０４と、圧子軸１０５と、圧子１０６等を備えている。
【０００３】
このロックウェル硬さ試験機では、所定のおもり１０１が荷重レバー１０２の先端に吊され、カム１０３の回転によって荷重レバー１０２が下がる。そして、荷重軸１０４に所定の試験力が作用し、圧子軸１０５を介して圧子１０６に伝達される。
この圧子１０６が下方に移動して、所定の試験力が一定の時間（試験力保持時間）試料表面に負荷されることにより、試料表面に圧痕が形成される。形成された圧痕の形状を測定し、この測定結果に基づいて試料の硬さ値が求められる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の硬さ試験機では、カムの回転速度が一定であることを利用して、既存のデータから試験力保持時間を設定しておき、カムの所定の位置をセンサで感知し、感知してからの時間を測定することで試験力保持時間としていた。
従って、圧子先端から試料表面までの距離に違いがある場合は、正確な試験力保持時間を確保することができなかった。
【０００５】
また、硬さの硬い試料と軟らかい試料とでは、試験力が完全に試料に加わるまでの時間に差があるため、同一の試験力保持時間で硬さ試験を行っても実際には硬い試料に比べて軟らかい試料の方が、試験力保持時間が短くなってしまうという問題があった。
圧子先端から試料表面までの距離に違いがある場合や、試料の硬さに違いがある場合、設定した試験力保持時間に対して、例えば３秒以上の差が出ることがあった。
【０００６】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであって、試験力が完全に試料へ加わった瞬間の感知、及び、試験力が試料から除かれた瞬間の感知をすることにより、正確な試験力保持時間を確保する硬さ試験機を提供することを目的とする。
【０００７】
【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、圧子により試料表面に所定の試験力を負荷して圧痕を形成させることに基づいて、試料の材料特性を測定する硬さ試験機において、前記所定の試験力が完全に試料へ負荷される時を感知して力負荷信号を送信する力負荷感知手段（例えば、制御軸センサ９）と、
前記力負荷感知手段からの力負荷信号を受信して、力負荷信号を受信した時から所定の時間を測定し、この所定の時間が経過した時、試料への所定の試験力の負荷を解除する制御手段（例えば、ＣＰＵ２１）と、
上下動可能に構成され、前記試料に所定の試験力を負荷するための押圧力を、前記圧子に伝達する力伝達手段（例えば、荷重レバー２）と、を備え、
前記力負荷感知手段は、
前記力伝達手段の下降が停止した時を感知して前記力負荷信号を送信することを特徴としている。
【０００８】
請求項１記載の発明によれば、力負荷感知手段は、前記所定の試験力が完全に試料へ負荷される時を、力伝達手段の下降が停止することにより感知して力負荷信号を送信し、制御手段はこの力負荷信号を受信して、力負荷信号を受信した時から所定の時間を測定し、この所定の時間が経過した時、試料への所定の試験力の負荷を解除する。従って、圧子先端から試料表面までの距離に違いがある場合や、試料の硬さに違いがある場合でも、試験力が試料へ完全に負荷される瞬間を感知できるので、試験力保持の開始の条件を常に同じにすることができ、正確な試験力保持時間を確保することができる。ゆえに、設定した保持時間の誤差を、０．５秒から１秒以内に抑えることができる。
【０００９】
ここで、硬さ試験機としては、ロックウェル硬さ試験機、ビッカース硬さ試験機等である。力負荷感知手段は、例えば、フォトセンサ、変位センサ、レーザーセンサ等であるが、これに限らず、所定の試験力が完全に試料へ負荷される時を感知して、感知信号を送信できるものであればよい。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の硬さ試験機において、
前記力負荷感知手段は、
前記力伝達手段に設けられ、当該力伝達手段の上下動に伴って連動する連動手段（例えば、荷重レバーシャッタ８）と、
前記力伝達手段とは別個に設けられ、前記力伝達手段の上下動に伴って連動するとともに、前記力伝達手段の下降が停止した場合に、前記力伝達手段から離れて下降可能な制御軸（例えば、制御軸４）と、
前記制御軸に取付けられた連動感知手段（例えば、制御軸センサ９）と、を備え
前記連動感知手段は、
下降が停止した前記連動手段が、さらに下降する前記制御軸に取り付けられた当該連動感知手段から外れることを感知することを特徴としている。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、
連動感知手段は、力伝達手段とは別個に設けられた制御軸に取付けられるので、連動感知手段を試験機に取付けることによる試験力の誤差の発生を防止できる。
また、試験力が試料へ完全に負荷された瞬間と、試験力が試料から除かれた瞬間とを感知できるので、試験力をより正確な保持時間だけ試料に対して負荷することができる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の硬さ試験機において、
前記連動手段は、前記連動感知手段に近接した位置に設けられ、
前記力伝達手段は、前記制御軸の上方に位置し、一端におもりが吊るされ、他端が回動自在に支持される荷重レバーを備え、
前記制御軸と前記荷重レバーの他端との間に、前記圧子が下端に取り付けられた圧子軸を備え、
前記荷重レバーの回動により当該荷重レバーが下降して前記圧子軸を押圧することを特徴としている。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、
連動手段は連動感知手段に近接した位置に取付けられるので、荷重レバーの高さ方向の調整が容易にできる。
さらに、連動手段、及び連動感知手段は、市販の硬さ試験機に取付けることができるので、低コストで、正確な試験力保持時間を確保することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明に係る硬さ試験機の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る硬さ試験機１の要部構成を示す側面図であり、図２は、硬さ試験機１の制御部を示すブロック図である。
図１に示す硬さ試験機１は、図示しない試験機本体と、試験機本体に回動可能に支持され、試料Ｓに所定の試験力を負荷するための押圧力を、圧子７に伝達する力伝達手段としての荷重レバー２と、荷重レバー２の一端に吊されるおもり３と、荷重レバー２を上下動させる制御軸４と、荷重レバー２の下側に位置して荷重レバー２の上下動に伴い上下動し、試験力を圧子７に伝達する荷重軸５及び圧子軸６と、圧子軸６の下端に取付けられた圧子７と、荷重レバー２に取付けられ、荷重レバー２の動きに伴って動く連動手段としての荷重レバーシャッタ８と、制御軸４に取付けられ、荷重レバーシャッタ８の動きによって試験力が完全に試料へ負荷された瞬間の感知、及び、試験力が試料から除かれた瞬間の感知をする連動感知手段としての制御軸センサ９と、試験機本体に取り付けられた試料台１０等を備えている。連動手段としての荷重レバーシャッタ８と、連動感知手段としての制御軸センサ９とが、力負荷感知手段を構成する。
【００１５】
また、硬さ試験機1は、制御手段としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）２１、ＲＯＭ（Read Only Memory）２２、ＲＡＭ（Random Access Memory）２３等によって構成される制御部２０を備えており、各部と制御軸センサ９、駆動手段２４とはバス２５によって連結されている。
【００１６】
試験機本体には、制御軸４に連結したカム１１と、カム１１に連結され、制御軸４を介して荷重レバー２を上下動するための駆動手段２４である図示しないモータが設けられている。モータは、設定保持時間の間、回転を停止してカム１１の回転を停止させる。
荷重レバー２は、一端側で試験機本体に回転軸１２によって回動自在に支持され、他端の下方には所定のおもり３が設けられている。
【００１７】
また、図１に示すように、おもり３と回転軸１２との間の荷重レバー２の下方には、制御軸４が位置している。制御軸４は、カム１１を介して図示しないモータに連結されており、カム１１がモータによって回転することにより上下動する。そして、この制御軸４の上下動を介して荷重レバー２が上下動する。
【００１８】
荷重レバー２の回転軸１２の内側下方には荷重軸５が設けられ、その下側に圧子軸６が設けられている。圧子軸６の下端には、圧子７が取り付けられている。そして、荷重軸５及び圧子軸６もまた、制御軸４を介した荷重レバー２の上下動とともに上下動する。
荷重レバー２が下降することによって圧子軸６に取り付けられた圧子７が下降し、試料台１０上に載置された試料Ｓと圧子７が接触する。さらに制御軸４、及び荷重レバー２、荷重軸５、圧子軸６が下降することにより、圧子７が試料Ｓへ押し付けられる。
【００１９】
おもり３の荷重、つまり、所定の試験力は、荷重レバー２、荷重軸５、圧子軸６を介して圧子７へ伝達され、試料Ｓへ負荷される。
所定の試験力が完全に試料Ｓへ負荷された時、荷重レバー２、荷重軸５、及び圧子軸６の下降が停止する。そして、圧子７を試料表面に所定の時間押し付けることによって、設定した試験力を所定の時間試料表面に負荷し、試料表面に圧痕を形成する。
所定の時間が経過した後、カム１１がモータによって回転して制御軸４が上昇し、それとともに、荷重レバー２、荷重軸５、圧子軸６も上昇する。圧子７は、圧子軸６の上昇に伴って上昇し、試料表面から離れる。
【００２０】
荷重レバーシャッタ８は、荷重レバー２の下側であって、制御軸４に近接した位置に取付けられ、荷重レバー２の上下動に連動する。
また、制御軸センサ９は、フォトセンサであって、制御軸４の上方に取付けられ、制御軸４の上下動とともに上下動する。この制御軸センサ９は、荷重レバーシャッタ８が制御軸センサ９から外れた瞬間と、荷重レバーシャッタ８が制御軸センサ９に重なった瞬間を感知してＣＰＵ２１へ感知信号を送信する。
【００２１】
この荷重レバーシャッタ８と、制御軸センサ９の動作を詳しく説明する。
圧痕を試料表面に形成する時には、上記のように所定の試験力が完全に試料Ｓへ負荷された時、荷重レバー２、荷重軸５及び圧子軸６の下降が停止する。しかし、モータは回転し続けるので制御軸４はさらに下降しようとする。従って、図３に示すように、下降の止まった荷重レバー２に取付けられた荷重レバーシャッタ８が、さらに下降する制御軸４に取付けられた制御軸センサ９から外れる。制御軸センサ９は、この荷重レバーシャッタ８が制御軸センサ９から外れる瞬間を、試験力が完全に試料表面へ負荷された瞬間として感知して、力負荷信号をＣＰＵ２１へ送信する。
【００２２】
また、圧子７を介して試料Ｓに試験力を負荷する設定保持時間が経過後、制御軸センサ９が制御軸４とともに上昇し、制御軸センサ９は、制御軸センサ９と荷重レバーシャッタ８が重なる瞬間を、試験力が試料Ｓから除かれた瞬間として感知して、力除荷信号をＣＰＵ２１へ送信する。その後、荷重レバー２、荷重軸５、圧子軸６が制御軸４の上昇に伴って上昇する。圧子７は、圧子軸６とともに上昇して試料表面から遠ざかり、圧痕の形成が終了する。
試料台１０は、試験機本体に対し上下ハンドル（図示省略）によって上下移動可能であって、試料台１０上に試料Ｓを載置する。
【００２３】
ＣＰＵ２１は、ＲＯＭ２２に記憶される各種システムプログラムを読み出して実行し、各部を駆動制御する。
具体的には、制御軸センサ９からの力負荷信号を受信した時、モータの回転を、設定された保持時間の間停止させる。設定保持時間が経過後、モータの回転を開始させ、制御軸センサ９からの力除荷信号を受信する。また、力負荷信号を受信した時から力除荷信号を受信した時まで、つまり、試験力が完全に試料表面へ負荷された瞬間から、試験力が試料から除かれた瞬間までを試験力保持時間として算出する。
【００２４】
ＲＡＭ２３は、ＣＰＵ２１によって実行される各種プログラム、及び、これらのプログラムに係るデータを一時的に記憶する。例えば、試料Ｓに負荷する試験力や、モータの回転を停止して、圧子７を介した試料Ｓへの試験力の負荷を保持するための設定保持時間等を記憶する。
【００２５】
次に硬さ試験機１の使用方法、動作を、図４に基づいて説明する。
まず、試料Ｓを硬さ試験機１の試料台１０の上へ載置する（ステップＳ１）。そして、図示しないスタートスイッチを押して、圧痕形成工程を開始する（ステップＳ２）。
スタートスイッチを押すと、モータが回転し、モータに連結したカム１１が回転する（ステップＳ３）。カム１１の回転によって、制御軸４が下降し始め、制御軸４の上方に位置する荷重レバー２と、荷重レバー２の下方に位置する荷重軸５及び圧子軸６が下降する（ステップＳ４）。また、制御軸４に取付けられた制御軸センサ９と、荷重レバー２に取付けられた荷重レバーシャッタ８も同様に下降する。
【００２６】
圧子軸６が下降して、圧子軸６の下端に取付けられた圧子７の先端は試料Ｓの表面に接触する（ステップＳ５）。さらに荷重レバー２が下降して、圧子７が試料Ｓに押込まれ、所定の試験力が完全に試料Ｓに負荷されると、圧子７はそれ以上試料Ｓに押込まれないので下方向の動きが止まり、荷重レバー２の下降も停止する。従って、荷重レバーシャッタ８の下方向の動きが止まる。
【００２７】
一方、モータは回転し続けているため、制御軸４と制御軸センサ９はさらに下降する。このため、制御軸センサ９が荷重レバーシャッタ８から外れる（ステップＳ６）。制御軸センサ９は、この制御軸センサ９から荷重レバーシャッタ８が外れた瞬間を、試験力が完全に試料Ｓへ負荷された瞬間として感知し、ＣＰＵ２１へ力負荷信号を送信する。
【００２８】
ＣＰＵ２１が力負荷信号を受信すると、設定保持時間の間、モータの回転が停止され、カム１１の回転が停止する。そして、圧子７を介して、試料表面へ所定の試験力が設定保持時間負荷される（ステップＳ７）。
設定保持時間が終了すると、再びモータが回転し、カム１１が回転する（ステップＳ８）。カム１１の回転によって制御軸４が上昇する（ステップＳ９）。
【００２９】
制御軸センサ９は、制御軸４とともに上昇して、荷重レバーシャッタ８と重なる瞬間を試験力が試料Ｓから除かれた瞬間として感知し、ＣＰＵ２１へ力除荷信号を送信する（ステップＳ１０）。そして、荷重レバー２、荷重軸５、圧子軸６が制御軸４を介して上昇する（ステップＳ１１）。圧子軸６の下端の圧子７も圧子軸６とともに上昇する。荷重レバー２が元の位置に戻ると、モータの回転は停止し、圧痕の形成は終了する。
【００３０】
ＣＰＵ２１は、力負荷信号を受信してから力除荷信号を受信するまでの時間を試験力保持時間として算出する。そして、圧子７によって試料表面に形成された圧痕の形状を、所定の方法に基づいて測定し、この測定結果に基づいて試料の硬さを算出する。
【００３１】
以上説明した本発明に係る硬さ試験機１によれば、制御軸センサ９が制御軸４に取付けられ、荷重レバーシャッタ８が荷重レバー２に取付けられているので、制御軸センサ９は、制御軸センサ９から荷重レバーシャッタ８が外れた瞬間と、制御軸センサ９が荷重レバーシャッタ８に重なった瞬間を感知できる。従って、圧子７の先端から試料表面までの距離に違いがある場合や、試料Ｓの硬さに違いがある場合でも、試験力が試料Ｓへ完全に負荷される瞬間を感知できるので、試験力保持の開始の条件を常に同じにすることができ、正確な試験力保持時間を確保することができる。
【００３２】
また、制御軸センサ９は、荷重レバー２とは独立に上下動可能な制御軸４に取付けられるので、制御軸センサ９を硬さ試験機１に取付けることによる試験力の誤差の発生を防止できる。また、荷重レバーシャッタ８は制御軸センサ９に近接した位置であって、前記荷重レバー２の下側に取付けられるので、荷重レバー２の高さ方向の調整が容易にできる。
さらに、荷重レバーシャッタ８、及び制御軸センサ９は、市販の硬さ試験機に取付けることができるので、低コストで、正確な試験力保持時間を確保することができる。
【００３３】
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。明らかに本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能であることはもちろんである。
例えば、上記説明した実施の形態では、連動手段としての荷重レバーシャッタ８と、連動感知手段としての制御軸センサ９とが力負荷感知手段を構成するとしたが、力負荷感知手段として変位センサ、またはレーザーセンサを用いても良い。
この場合、例えば変位センサは、荷重レバー２の動きを感知できる位置に取付けられれば良い。そして、所定の試験力が完全に試料Ｓに負荷されて、圧子７の下方向の動きが止まり、荷重レバー２の下降が停止した時を感知して、ＣＰＵ２１へ力負荷信号を送信しても良い。
【００３４】
また、力負荷感知手段を取付ける位置も上記実施の形態に限定されず、荷重レバー２の下側であって、かつ荷重軸５の上方や、圧子軸など、所定の試験力が完全に試料Ｓへ負荷された瞬間を感知できる位置であればどこでも良い。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、力負荷感知手段は、圧子先端から試料表面までの距離に違いがある場合や、試料の硬さに違いがある場合でも、試験力が試料へ完全に負荷された瞬間を感知できるので、試験力保持の開始の条件を常に同じにすることができ、正確な試験力保持時間を確保することができる。ゆえに、設定した保持時間の誤差を、０．５秒から１秒以内に抑えることができる。
【００３６】
請求項２記載の発明によれば、
連動感知手段は、力伝達手段とは別個に設けられた制御軸に取付けられるので、前記連動感知手段を試験機に取付けることによる試験力の誤差の発生を防止できる。
また、試験力が試料へ完全に負荷された瞬間と、試験力が試料から除かれた瞬間とを感知できるので、試験力をより正確な保持時間だけ試料に対して負荷することができる。
【００３７】
請求項３記載の発明によれば、
連動手段は連動感知手段に近接した位置に取付けられるので、荷重レバーの高さ方向の調整が容易にできる。
さらに、連動手段、及び連動感知手段は、市販の硬さ試験機に取付けることができるので、低コストで、正確な試験力保持時間を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る硬さ試験機の要部構成を示す側面図である。
【図２】本発明に係る硬さ試験機の制御部を示すブロック図である。
【図３】図１に示す硬さ試験機の荷重レバーシャッタが制御軸センサから外れた様子を示す側面図である。
【図４】本発明に係る硬さ試験機の動作を示すフローチャートである。
【図５】従来の硬さ試験機の要部構成を示す側面図である。
【符号の説明】
１硬さ試験機
２荷重レバー
３おもり
４制御軸
５荷重軸
６圧子軸
７圧子
８荷重レバーシャッタ
９制御軸センサ
１０試料台
１１カム
２０制御部
Ｓ試料

Claims

圧子により試料表面に所定の試験力を負荷して圧痕を形成させることに基づいて、試料の材料特性を測定する硬さ試験機において、
前記所定の試験力が完全に試料へ負荷された時を感知して力負荷信号を送信する力負荷感知手段と、
前記力負荷感知手段からの力負荷信号を受信して、力負荷信号を受信した時から所定の時間を測定し、この所定の時間が経過した時、試料への所定の試験力の負荷を解除する制御手段と、
上下動可能に構成され、前記試料に所定の試験力を負荷するための押圧力を、前記圧子に伝達する力伝達手段と、を備え、
前記力負荷感知手段は、
前記力伝達手段の下降が停止した時を感知して前記力負荷信号を送信することを特徴とする硬さ試験機。
前記力負荷感知手段は、
前記力伝達手段に設けられ、当該力伝達手段の上下動に伴って連動する連動手段と、
前記力伝達手段とは別個に設けられ、前記力伝達手段の上下動に伴って連動するとともに、前記力伝達手段の下降が停止した場合に、前記力伝達手段から離れて下降可能な制御軸と、
前記制御軸に取付けられた連動感知手段と、を備え
前記連動感知手段は、
下降が停止した前記連動手段が、さらに下降する前記制御軸に取り付けられた当該連動感知手段から外れることを感知することを特徴とする請求項１記載の硬さ試験機。
前記連動手段は、前記連動感知手段に近接した位置に設けられ、
前記力伝達手段は、前記制御軸の上方に位置し、一端におもりが吊され、他端が回動自在に支持される荷重レバーを備え、
前記制御軸と前記荷重レバーの他端との間に、前記圧子が下端に取り付けられた圧子軸を備え、
前記荷重レバーの回動により当該荷重レバーが下降して前記圧子軸を押圧することを特徴とする請求項２記載の硬さ試験機。