JP4750314B2

JP4750314B2 - 圧痕形成機構および硬さ試験機

Info

Publication number: JP4750314B2
Application number: JP2001182095A
Authority: JP
Inventors: 文比古輿水; 英明松谷
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2001-06-15
Filing date: 2001-06-15
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2021-06-15
Also published as: JP2003004613A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、昇降自在に配設される圧子を押圧させて試料表面に圧痕を形成させる圧痕形成機構および硬さ試験機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、試料の特性を評価する試験機が知られている。これらの試験機として、例えばロックウェル硬さ試験機やブリネル硬さ試験機等の硬さ試験機がある。
【０００３】
これら硬さ試験機では、例えば圧子の下方に備えられる試料台に試料を載置させ、下降させた圧子を試料表面に押圧させることにより試料表面に所定の試験力を付与して圧痕を形成する。
ところで、試料と圧子との位置関係が、所望の位置に圧痕を形成させる正しい配置になっているか否かは、圧子を試料表面の近傍まで下降させて初めて目視によって判断できる。そして正しい配置になっていないと、圧子を再び上昇させて試料を設置し直す。その後、再び圧子を試料表面の近傍まで下降させて正しい配置となっているか否かを確認する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような作業を、試料と圧子とが正しい配置となるまでくり返し行うと、多くの手間がかかり迅速な測定に支障をきたす。特に、手で持ちきれないような重量物を試料とする場合には、試料を設置し直す作業にかかる負担は極めて大きくなってしまう。
【０００５】
本発明の課題は、試料表面に圧痕を形成させる位置を一度で確実に決めることができる圧痕形成装置および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】
以上の課題を解決するため、請求項１記載の発明は、例えば、図１、２に示すように、
昇降自在に配設される圧子２ｃを押圧させて試料表面Ｑに圧痕を形成させる圧痕形成機構２であって、
下降させた前記圧子の先端が前記試料表面に接触する位置を認識するための指標を該試料表面に形成させる指標形成手段（例えば、光源２１）を備え、
前記指標形成手段は、前記圧子が移動する方向と略平行に前記試料表面を照光し、該試料表面の照光された部分を前記指標として表示させる照光手段（例えば、光源２１）であり、且つ、前記圧子が下端に設けられてなる圧子軸の外周面と略同心円状に配設される支持部材（例えば、指示部材２０）により支持されており、
前記指標は、各光源によって前記試料表面の照光された部分を辿ることにより所定の図形（例えば、リング状）が形成される照光パターンＰであり、
該照光パターンの図形の中心と、前記圧子の先端が試料表面に接触する位置とが対応するように設定されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、指標形成手段によって試料表面に形成される指標から、圧子を下降させた時にその先端が接触する位置を認識できる。これにより作業者は、圧子を試料表面から遠ざけた状態で、この指標に基づいて試料表面に圧痕を形成させる位置を一度で確実に決めることができる。
また、照光手段によって形成される指標に基づいて、試料表面に圧痕を形成させる位置を一度で確実に決めることができる。また、照光手段によって試料表面を照らすことにより指標を形成させるので、この指標を消した後の試料表面には何ら痕跡が残らない。
また、複数の光源によって試料表面に照光パターンが表示される。この照光パターンによって示される図形の中心は、圧子の先端が接触する位置に対応している。従って作業者は、照光パターンの図形の中心を視覚的に把握し、試料の圧痕を形成させるべき位置が照光パターンの図形の中心となるように位置合わせすることで、試料の位置決めがより容易となる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、例えば、図１、２に示すように、昇降自在に配設される圧子２ｃを押圧させて試料表面Ｑに圧痕を形成させる圧痕形成機構２であって、
下降させた前記圧子の先端が前記試料表面に接触する位置を認識するための指標を該試料表面に形成させる指標形成手段（例えば、光源２１）を備え、
前記指標形成手段は、前記圧子が移動する方向と略平行に前記試料表面を照光し、該試料表面の照光された部分を前記指標として表示させる照光手段（例えば、光源２１）であり、
前記指標は、各光源によって前記試料表面の照光された部分を辿ることにより所定の図形（例えば、リング状）が形成される照光パターンＰであり、
該照光パターンの図形の中心と、前記圧子の先端が試料表面に接触する位置とが対応するように設定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、請求項１と同様の効果を奏することができる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の圧痕形成機構において、例えば、図１、２に示すように、
前記複数の光源は、前記圧子を囲むようにリング状に配設されており、
該リングの中心は、前記圧子の先端が移動する方向の軸線上にあることを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２と同様の効果を奏することができると共に、圧子の先端が接触する位置を中心とするリング状の指標が試料表面に形成される。また指標がリング状に形成されるので、その中心を視覚的に把握することも容易である。そしてこのリング状の指標の中心が、圧痕を形成させるべき位置となるように試料を位置合わせすることで、試料の位置決めがより容易となる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、例えば、図１に示すように、請求項１〜３のいずれか一つに記載の圧痕形成機構を備える硬さ試験機１であることを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか一つと同様の効果を奏することができると共に、試料表面に圧痕を形成させる位置を一度で確実に決めることができる硬さ試験機が得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図１、２を参照して、本発明の実施の形態の硬さ試験機１を詳細に説明する。
この硬さ試験機１は、手作業により持ち運びできないような重量物である試料Ｓの硬さを測定するものであり、図１に模式的に示すように、作業台１０と、この作業台１０の上面から垂直に起立する柱材１１ａに水平に支持される板状のアーム１１と、このアーム１１に上下動可能に支持される圧痕形成機構２とから概略構成される。
この圧痕形成機構２は、アーム１１の一側面に上下動自在に配設される支持部２ａと、この支持部２ａの下端から垂直下方に延在する圧子軸２ｂと、この圧子軸２ｂの下端から下方に突出する圧子２ｃとを備える。また、圧痕形成機構２には、硬さ試験機１の一連の動作を制御する図示しない制御部が接続されている。
【００１７】
そして圧子軸２ｂには、図２にその要部を拡大して示すように、リング状の支持部材２０が固定的に設けられている。この支持部材２０は、そのリング状の内面から圧子軸２ｂの外周面に至る複数本のスポーク状部材２０ａによって、圧子軸２ｂに固定されている。この支持部材２０は圧子軸２ｂの外周面と略同心円状に配設されると共に、この支持部材２０の中心は圧子２ｃの先端を通る垂線上にある。
この支持部材２０には、発光ダイオード（light emitting diode：ＬＥＤ）やレーザビーム等からなる多数の光源（指標形成手段、照光手段）２１が支持されている。これら光源２１は支持部材２０のリングに沿って互いに等間隔に離間している。それぞれの光源２１は、ある程度離れていても光が届き、その垂直下方を明瞭に照光できるものが選択されている。これにより圧子２ｃの下方に試料Ｓを配置すると、その試料表面Ｑにはそれぞれの光源２１によって照光された部分２１ａを辿ってなるリング状の照光パターン（指標）Ｐ（点線により図示）が表示される。
【００１８】
この硬さ試験機１を使用して以下の通りにして試料Ｓの硬さを測定する。
始めに、試料Ｓを作業台１０に載置させるために、圧痕形成機構２を上昇させて圧子２ｃと作業台１０の上面との間に充分な間隔を空けておく。
次いで、図示しない天井クレーン等により重量物である試料Ｓを作業台１０上で圧子２ｃの下方に載置させる。
ここで光源２１を照光させて試料Ｓの表面Ｑに照光パターンＰを表示させる。各光源２１によって照光された部分２１ａから試料表面Ｑにリング状の照光パターンＰが表示される。そして、試料表面Ｑの圧痕を形成すべき位置（図２に測定位置Ａとして図示）が照光パターンＰの中心となるように、試料Ｓを作業台１０上で微調整して位置合わせする。こうして圧痕を形成する位置を一度で確実に位置決めできる。
【００１９】
この状態で圧痕形成機構２を下降させると、リング状の照光パターンＰの中心である測定位置Ａに圧子２１が正確に接触する。さらに圧痕形成機構２を下降させ、圧子２ｃを試料表面Ｑに押圧させて所定の試験力を付与することにより、測定位置Ａに圧痕を形成させる。こうして圧痕を形成する過程で、硬さ試験機１に備えられる図示しない制御部は、試料Ｓに侵入する圧子２ｃの深さを所定条件で取得し、予め定められた算出式に基づいて試料Ｓの硬さを評価する。
【００２０】
また、同一の試料Ｓの異なる箇所で硬さを測定するには、再び圧子２ｃを遠ざけて試料表面Ｑに照光パターンＰを表示させる。次いで、この照光パターンＰに基づいて試料Ｓの位置を調整し、既に形成された圧痕を避けるように試料を位置決めする。このように、既に多数の圧痕が形成されている試料表面Ｑにおいても、未だ圧痕が形成されていない箇所を選んで新たな圧痕を形成できる。
【００２１】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
例えば、指標形成手段の具体的な構成およびこの指標形成手段によって表示される照光パターンＰは適宜に変形可能であることは勿論である。
本実施の形態では、指標形成手段として多数の光源２１により照光されてなる照光パターンＰを表示するように構成したが、１つのスポット照明のみから指標を表示させる構成としても良い。この場合には、前記スポット照明の位置が圧子２ｃの先端から水平に離間する距離（以下「補正距離」と称す）を予め把握しておく。これにより作業者はスポット照明によって照光される指標から前記補正距離だけずれた位置に圧子２ｃの先端が下降することを認識できる。また、このようなスポット照明を複数箇所に配設しても良い。この場合には、これらスポット照明によって照光される複数の部分によって、作業者は圧子２ｃの先端が下降する位置をより正確に認識できる。
【００２２】
また、本実施の形態では、照光パターンＰをリング状に表示させたが、圧子２ｃの先端が試料表面Ｑに下降する位置が認識できれば、矩形状、多角形状の指標を表示させても良い。これらの場合にも、圧痕を形成すべき位置がこれらの指標の中心となるように、試料Ｓを位置合わせして作業台１０に載置すれば良い。
【００２３】
また、本実施の形態では、リング状の支持部材２０は圧子軸２ｂに固定的に配設したが、アーム１１等の機枠に固定的に配設しても良い。この場合には、圧子２ｃの周辺が昇降する時にリング状の支持部材２０と干渉しないように、例えば、リング状の支持部材２０の内径を圧子軸２ｂの外径より大きく構成する。
さらに、本実施の形態では、リング状の支持部材２０によって各光源２１を同一面上に配設したが、それぞれの光源２１を異なる高さに配設しても試料表面Ｑにはリング状の照光パターンＰが表示される。即ち、それぞれの光源２１が設けられる位置の試料表面Ｑへの正射影が照光パターンとなる。例えば、圧子軸２ｂの外周面から異なる高さで水平に延在する支持棒を各光源２１に対応して配設すると共に、これら支持棒に各光源２１を支持させる。
【００２４】
さらに、各光源２１の下方に各光源２１から届く光を反射・集光させ、圧子２ｃの下降する位置そのものが照光されるように構成しても良い。例えば、各光源２１からの光を圧子２ｃが試料表面Ｑに下降する位置に向かう方向に反射させるミラーと、このミラーにより反射された光を集光するレンズとをそれぞれ所定の高さに設け、これらミラーおよびレンズを、試料表面Ｑの圧子２ｃが下降する位置そのものを照光できるように配設する。この場合には、試料Ｓの位置決めがさらに容易となる。
【００２５】
また、本実施の形態では、手作業により持ち運びできないような大型の試料Ｓの硬さを測定する硬さ試験機１に適用したが、ロックウェル硬さ試験機、ブリネル硬さ試験機等の従来の硬さ試験機にも適用可能であることは勿論である。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、適宜に変更可能であることは勿論である。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、指標形成手段によって試料表面に形成される指標に基づいて、圧子を試料表面から遠ざけた状態で、試料表面に圧痕を形成させる位置を一度で確実に決めることができる。
また、照光手段によって形成される指標に基づいて、試料表面に圧痕を形成させる位置を一度で確実に決めることができる。
また、照光パターンの図形の中心を把握し、この中心が試料の圧痕を形成させるべき位置となるように位置合わせすることで、試料の位置決めがより容易となる。
【００２７】
請求項２記載の発明によれば、請求項１と同様の効果を奏することができる。
【００２９】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２と同様の効果を奏することができると共に、圧痕を形成させるべき位置が、試料表面に表示されるリング状の指標の中心となるように位置合わせすることで、試料の位置決めがより容易となる。
【００３０】
請求項４記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか一つと同様の効果を奏することができると共に、試料表面に圧痕を形成させる位置を正確に決めることができる硬さ試験機が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した一実施の形態の硬さ試験機１を示す図である。
【図２】図１の照光パターンＰが表示される様子を示す図である。
【符号の説明】
１硬さ試験機
２圧痕形成機構
１２ｃ圧子
２１光源（指標形成手段、照光手段）
Ｐ照光パターン（指標）
Ｓ試料

Claims

昇降自在に配設される圧子を押圧させて試料表面に圧痕を形成させる圧痕形成機構であって、
下降させた前記圧子の先端が前記試料表面に接触する位置を認識するための指標を該試料表面に形成させる指標形成手段を備え、
前記指標形成手段は、前記圧子が移動する方向と略平行に前記試料表面を照光し、該試料表面の照光された部分を前記指標として形成させる照光手段であり、且つ、前記圧子が下端に設けられてなる圧子軸の外周面と略同心円状に配設される支持部材により支持されており、
前記照光手段は、前記試料表面をそれぞれ照光する複数の光源を備え、
前記指標は、各光源によって前記試料表面の照光された部分を辿ることにより所定の図形が形成される照光パターンであり、
該照光パターンの図形の中心と、前記圧子の先端が試料表面に接触する位置とが対応するように設定されていることを特徴とする圧痕形成機構。
昇降自在に配設される圧子を押圧させて試料表面に圧痕を形成させる圧痕形成機構であって、
下降させた前記圧子の先端が前記試料表面に接触する位置を認識するための指標を該試料表面に形成させる指標形成手段を備え、
前記指標形成手段は、前記圧子が移動する方向と略平行に前記試料表面を照光し、該試料表面の照光された部分を前記指標として形成させる照光手段であり、
前記照光手段は、前記試料表面をそれぞれ照光する複数の光源を備え、
前記指標は、各光源によって前記試料表面の照光された部分を辿ることにより所定の図形が形成される照光パターンであり、
該照光パターンの図形の中心と、前記圧子の先端が試料表面に接触する位置とが対応するように設定されていることを特徴とする圧痕形成機構。
請求項１又は２に記載の圧痕形成機構において、
前記複数の光源は、前記圧子を囲むようにリング状に配設されており、
該リングの中心は、前記圧子の先端が移動する方向の軸線上にあることを特徴とする圧痕形成機構。
請求項１〜３のいずれか一つに記載の圧痕形成機構を備えることを特徴とする硬さ試験機。