JPH048738B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、金属材料の硬度を測定する硬度計
に関するものである。

〔従来技術〕

従来知られている硬度計は、被測定物に圧痕を
つけ、その縦横の径を測定し、その平均径を算出
して硬度計と対照するものであつたから、圧痕を
つける面の仕上加工が必要である他、くぼみの周
囲の盛り上がりによる誤差とかルーペによる目測
時の個人差による誤差等を生じ易い、といつた欠
点があつた。

そこで、本発明者は、さきに、特開昭59−
197834号公報に開示されているような鋳物材料試
験機を開発した。そして、この鋳物材料試験機で
は、一対の硬さ試験球を対向状に配置し、この一
対の硬さ試験球の間に試験片を挟んで、それを所
定の圧力でもつて挟圧したときにおける、一対の
硬さ試験球間の距離の変化を測定することで、試
験片の硬度を測定することを提案した。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記特開昭59−197834号公報に
開示されている試験機では、試験片を一定の圧力
でもつて挟圧したとき、試験片に不確定な弾性変
形が起ると、硬度を測定できなかつた。したがつ
て、この試験機では、所定の厚さの試験片でしか
硬度を測定できない、といつた問題がなお残つて
いた。

そこで、この発明は、試験片の厚さが不特定で
も、つまり被測定物が任意の厚さであつても、ま
た、被測定物が、それに硬度測定のための荷重を
加えたとき不確定な弾性変形を起すようなもので
あつても、全く支障なく、被測定物に加えた荷重
の変化に対応する圧痕深さの変化を測定すること
によつて、被測定物の硬度を知ることができる、
硬度計を提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明の硬度計は、その上に被測定物４を載
せるための受台３と、その下端部に試験球８を支
持している試験球支持体２が、両者間に被測定物
４を位置させるための適宜の空間を与えて対向状
に配置されており、上記受台３と試験球支持体２
間の間隔は可変で、両者間には、試験球支持体２
に支持された試験球８を受台３上に載置された被
測定物４に対して圧入するための加圧手段（油圧
シリンダ５）が配設されている。試験球支持体２
には摺動体１０が上下動自在に支持されていて、
この摺動体は、ばね１４又は重錘によつて常時下
向きに附勢されており、この附勢は、係止装置に
よつて摺動体１０の下端縁１０ｄが前記試験球８
の下端面８ａよりも若干下に位置する所定の最降
下位置に係止されている。試験球支持体２に対す
る摺動体１０の相対的な移動量を測定してそれを
被測定物４の硬度として表示部１６に表示する、
摺動体の移動量測定装置２０を設けてあり、この
摺動体の移動量測定装置２０には、試験球８の被
測定物４に対する荷重が所定の予圧荷重P₁に達
した以後の、試験球８に対する摺動体１０の相対
的な移動量が、被測定物４の硬度として表示部１
６に表示されるようになつている。

〔作用〕

上記の技術的手段は次のように作用する。

受台３の上に被測定物４を載置した上、試験球
支持体２に支持された試験球８を受台３上に載置
された被測定物４に対して圧入するための加圧手
段（油圧シリンダ５）を使用して、試験球支持体
２を降下させるか又は受台３を上昇させることに
より、相対的に受台３と試験球８間の距離を縮め
て、被測定物４の硬度測定部に試験球８を当てよ
うとすると、その下部に試験球８を支持している
試験球支持体２には、摺動体１０が、試験球支持
体２に対して相対的に上下動自在に支持されてお
り、この摺動体１０は常時下向きに附勢されてお
り、この附勢は係止装置によつて摺動体１０の下
端縁１０ｄが前記試験球８の下端面８ａよりも若
干下に位置する所定の最降下位置に係止されてい
るので、試験球８が被測定物４の硬度測定部に接
触する以前に、先づ、上記摺動体１０の下端縁１
０ｄが被測定物４の表面に接触し、しかる後摺動
体１０の下向きの附勢に抗して摺動体１０が試験
球支持体２に対して相対的に上昇せしめられる
と、初めて、試験球８が被測定物４の表面に接触
せしめられることになる。そして、試験球８が被
測定物４の表面に接触した後も、引き続いて前記
加圧手段により、試験球支持体２と受台３間の距
離を縮めると、今度は試験球８が被測定物４の測
定部に圧入されることになる。

また、この発明の硬度計では、摺動体１０に与
えられている下向きの附勢を適当に設定しておく
と、摺動体１０の下端縁１０ｄが被測定物４の表
面に接した以後の時点において、該下端縁１０ｄ
が確実に被測定物４の表面に密着された状態を得
ることができる。したがつて、試験球８が被測定
物４に圧入されたときにおける、試験球支持体２
に対する摺動体１０の相対的な移動量は、正確
に、被測定物４に圧入された試験球８の被測定物
４表面からの圧入深さに相当することになる。

そして、この発明の硬度計には、上記試験球支
持体２に対する摺動体１０の相対的な移動量を測
定する摺動体の移動量測定装置２０を設けてあつ
て、上記移動量が、被測定物４の硬度として表示
部に表示されるようになつているのであるが、こ
の摺動体の移動量測定装置２０は、それが、試験
球８の被測定物４に対する圧入荷重が所定の予圧
荷重P₁に達した以後の試験球８に対する摺動体
１０の相対的な移動量を、被測定物の硬度として
該表示部に表示するようになつているので、この
予圧荷重P₁を、この予圧荷重P₁を加えたときに
おいて、被測定物４の表面の粗面及び又は被測定
資料が鋳物の場合には表面の硬度異常層が試験球
８によつて押し漬される程度の適当な荷重（例え
ば100〜1000Kg程度）に設定しておくと、試験球
８が被測定物４の粗面を押し潰した以後の時点に
おいて被測定物４に加えられた測定荷重P₂によ
つて、被測定物４に圧入された試験球８の圧入量
のみを、前記摺動体１０の試験球支持体２に対す
る相対的な移動量h₂として計測し、それを前記表
示部１６に被測定物４の硬度として表示せしめる
ことができる。

このようにして、上記表示部１６には、試験球
８が被測定物４の粗面を押し潰した後、被測定物
４に圧入された試験球の圧入量が、この発明の硬
度計の表示部１６に硬度として表示されることに
なるのであるが、この圧入量は、被測定物４の硬
度の変化に対応して連続的に変化するから、上記
この表示部１６に、ブリネル硬度が夫々異なる多
数の標準資料を実測して得た圧入深さを、ブリネ
ル硬度値に置換してプロツトした目盛りを用いる
と、この表示部１６において、被測定物４のブリ
ネル硬度に非常に近い近似値（実用上全く支障が
ない程近い値）を直読することができる。

〔実施例〕

実施例を第１〜８図について説明すると、この
実施例の硬度計は、第２，３図に示してあるよう
に、試験球支持体２が機枠１に固定して支持され
ており、受台３が機枠に対して上下動自在に支持
されていて、受台３の上に載置された被測定物４
に対して試験球４を圧入するための手段は、機枠
１と試験球支持体２間に配設した油圧シリンダ５
でもつて構成されている。なお、第２，３図にお
いて、６，６は弾性体からなるばね式の補助受台
で、これらの補助受台６は被測定物４の重心の真
下位置近傍において、被測定物４の下面を弾性的
に支承せしめるためのものである。

この実施例の硬度計は、ペダル７を有す足踏み
式の油圧ポンプ９によつて発生された油圧を前記
油圧シリンダ５に供給することで受台３を上昇さ
せ、補助受台６，６によつてその自重を支えられ
た被測定物４に受台３と試験球８間で挟圧を加
え、被測定物４の表面に試験球８を圧入せしめる
ようになつているのであるが、この実施例の受台
３は、第４，５図に示してある如く、その上端部
に凹球面３ａを備えた受台本体３ｂと、この凹球
面３ａに嵌合する半球面３ｃを介して受台本体３
ｂの上に回転自在に支承された、半球面３ｃを有
する球面受金３ｄでもつて構成されている。

また、この実施例の試験球支持体２は、大径部
２ａと小径部２ｂを備えていて、大径部２ａに続
くその基板２ｃ部分を、機枠１の下面に固着され
ており、この試験球支持体２に対して相対的に上
下動自在な摺動体１０は、試験球支持体２の大径
部２ａに摺動自在に嵌合する大径の筒体１０ａ
と、試験球支持体の小径部２ｂに摺動自在に嵌合
する小径の筒体１０ｂとからなり、大径の筒体１
０ａの下端部に小径の筒体１０ｂの上端部を螺着
して一体化されている。そして、上記試験球支持
体２の下端部に試験球８が支持されているのであ
るが、この実施例の摺動体１０の小径の筒体１０
ｂの下端部には、若干テーパーを付与してあつ
て、試験球８は、この摺動体１０の下端部近傍に
内装したシール用のウレタンゴム１１でもつて、
試験球支持体２の下端部に常時圧着せしめられて
いる。

試験球支持体２の大径部２ａには、横孔１２を
あけてあり、この横孔１２に通したピン１３を摺
動体１０に固定してあつて、摺動体１０は、この
ピン１３が横孔１２内を上下に変位しうる範囲に
おいてのみ、試験球支持体２に対して相対的に上
下動自在であるが、摺動体１０は、その外周面に
形成してある鍔状の部分１０ｃと試験球支持体２
の基板２ｃ部分との間に介接したばね１４でもつ
て（約70Kg程度の圧力でもつて）、常時下向きに
附勢されており、この附勢を、上記横孔１２に係
合するピン１３でもつて最降下位置に係止されて
いる。なお、１５はばね１４の外側をカバーして
いるゴムカバーである。

そして、上記摺動体１０は、それが最降下位置
に達した状態では、その下端縁１０ｄが試験球８
の下端面８ａよりも若干下に位置せしめられてお
り、受台３を上昇させて受台３と摺動体１０間に
位置された被測定物４を両者間でもつて挟圧する
と、先づ、摺動体１０の下端縁１０ｄが被測定物
４の表面に接し、それが前記附勢に等しい荷重
（約70Kg）でもつて被測定物４の表面に圧接せし
められると、初めて、摺動体１０が前記附勢に抗
して上方に移動せしめられ、試験球８が被測定物
４の表面に接し、前記附勢を越えて試験球支持体
２と受台３間に加えられた挟圧荷重によつて、試
験球８が被測定物４の表面に圧入されると、その
圧入量に相当する量だけ、摺動体１０が試験球支
持体２に対して相対的に上向きに移動する。

この発明の硬度計は、このときの摺動体の移動
量を測定して、それを表示部１６に被測定物４の
硬度として表示するようになつているので、次
に、この時作動する摺動体の移動量測定装置２０
について説明すると、第１，４，５図において、
試験球支持体２には、その上端面から前記横抗１
２に達する縦孔１７を形成してあつて、この縦孔
１７内に、その下端部が前記ピン１２に接するロ
ツド１８を上下動自在に支持せしめて挿通してあ
る。このロツド１８は、機枠１に形成してある孔
１９内を貫通してその上方へと延びており、この
ロツド１８の上端部には、レバン２１の基部近く
の下面を接触せしめてあり、このレバー２１の自
由端の上面には、他のロツド２２の下端を接触せ
しめてあつて、前記摺動体１０が上下に移動する
と、その移動量が拡大して上記ロツド２２に伝達
せしめられるようになつている。２３は、このロ
ツド２２の移動量を表示部１６に表示するための
伝動係に挿入したクラツチで、このクラツチ２３
は、上下動自在に支持されたロツド２２に固定さ
れたコ字形のベルト取付枠２４と、このベルト取
付枠２４にその上下の端部を止着して上下方向に
張設されたスチール製のベルト２５と、このベル
ト２５の一側面にベルト２５との間に僅小の間隔
を与えて対設された伝動輪２６と、このベルト２
５の他側面に接離自在に対設された押圧転子２７
とでもつて構成されていて、転子２７でもつてベ
ルト２５を押し、ベルト２５を伝動転２６に接触
させると、クラツチ２３が入つてベルト２５の上
下方向の移動量が伝動輪２６に伝達せしめられる
ようになつている。転子２７をベルト２５から離
間せしめた位置に保つと、クラツチが切れた状態
に保たれるようになつているのであるが、上記転
子２７は、その基端部を機枠１上の適所に枢支２
８されて揺動自在なレバー２９の自由端に軸支さ
れており、このレバー２９には、レバー２９を押
して転子２７をベルト２５に圧接せしめるための
押しばね３０と、機枠１に枢支３１された押し戻
しレバー３２を対設してある。押し戻しレバー３
２は、機枠１との間に配設された圧力調整可能な
押しばね３３でもつて、上記レバー２９を前記押
しばね３０に抗して転子２７がスチールベルト２
５から離間せしめられる位置へと常時附勢されて
おり、この押し戻しレバー３２には、それを押し
ばね３３に抗してレバー２９に対する不作用位置
へと選択的に変位させるためのアクチエータ３５
を対設してある。そして、アクチエータ３５は、
この実施例のものでは、前記油圧シリンダ５によ
つて被測定物４に加えられる試験球８の荷重が予
圧荷重P₁（約500Kg）に達すると、押し戻しレバ
ー３２がレバー２９に対する不作用位置へと変位
せしめられて、クラツチ２３が入るようになつて
いる。なお、第１図において３６，３７，３８は
測定荷重プリセツトバルブ、３９は荷重計であ
る。

この実施例の摺動体の移動量測定装置２０で
は、クラツチ２３が入るとベルト２５の上動量が
伝動輪２６に伝えられ、それが連動輪４０，４
１，４２，４３を介して指針４４に増巾して伝達
されるようになつているのである。なお、第１図
において４５は指針４４をスタート位置に附勢し
ているばねであり、４６はロツド２２の回り止め
用角材、４７は、連動輪４１，４２の軸４８を上
向きに附勢して支持しているリセツトハンドル
（図示せず）付の軸受枠である。

上記のようにして、指針４４に伝えられる摺動
体１０の上向きの移動量は、第６図に示してある
ような表示部１６の目盛盤１６ａによつてこれを
読みとることができるのであるが、この目盛盤１
６ａには、摺動体１０の移動量が、被測定物４に
圧入された試験球８の圧痕深さと、試験球８に測
定荷重P₂（前記70Kgの附勢を越えて試験球支持体
１０と受台３間に加えられた挟圧荷重）が、1.5
トン、３トン又は５トンであるときのブリネル硬
度近似値が表示されている。

この実施例の硬度計は上記のような構成である
から、摺動体１０と受台３間に被測定物４を挟ん
で、先づ両者間に70Kgの荷重を加えると、被測定
物４が鋳物であつても、該被測定物４の表面（粗
面）の脆弱な凹凸は、摺動体１０の下端縁１０ｄ
によつて押し潰され、この摺動体１０の下端縁１
０ｄは、この被測定物４の仮想の理想面４ａに密
着せしめられて後初めて、試験球８が被測定物４
の表面に接触せしめられる。そして摺動体１０
は、試験球８が被測定物４に接触した以後の状態
においては、試験球８に前記予圧荷重P₁（約500
Kg）を加えても、ばね１４が撓むだけで、それを
下向きに附勢しているほぼ一定の圧（約70Kg）で
もつて、被測定物４の表面に圧着された状態のま
まに保たれる。

そして、被測定物４に対して試験球８を上記予
圧荷重P₁（約500Kg）でもつて押しつけると（第
８図）、測定物４の表面は、この予圧荷重P₁によ
つて矯正され、そこに硬度異常層が存在した場合
には、それを破壊される。したがつて、前記クラ
ツチ２３が入るアクチエータ３５の作動時点を、
例えば試験球８にこの予圧荷重P₁が加えられて
からしばらくたつた例えば２秒位経過した時点に
設定しておくと共に、このクラツチ２３が入つて
から試験球８に測定荷重P₂（例えば1.5トン、３ト
ン又は５トン）を加えるようにしておくと、第８
図の時間軸グラフに示してあるように、予圧荷重
P₁（約500Kg）を加えたときの試験球８の圧入深
さh₁を指針４４に伝えることなく、予圧荷重P₁を
越えて測定荷重P₂が加えられたときの摺動体１
０の移動量、つまりクラツチ２３が作動した以後
の摺動体１０の移動量h₂のみを指針４４に伝え
て、該移動量h₂を、表示部１６において、目盛板
１６ａ上にブリネル硬度の近似値として読み取る
ことができる。

なお、上記実施例においては、被測定物４が鋳
物であつても測定誤差が生じないようにするため
に、摺動体１０をばね１４でもつて下向きに附勢
してある例を示したが、被測定物４の測定面が仕
上げ加工されている場合には、摺動体１０は、そ
の自重のみ又はそれに付加された適当な重さの重
錘（図示せず）によつて常時下向きに附勢されて
いてもよい。

また、上記実施例においては、試験球支持体２
に支持された試験球８を被測定物４に圧入するた
めの加圧手段が、機枠１と受台３間に配設した油
圧シリンダ５である側を示したが、他の実施例に
おいては、反対に、受台が機枠に固定して支持さ
れており、試験球支持体が機枠に対して上下自在
に支持されていて、受台上に載置された被測定物
に対して試験球支持体に支持された試験球を圧入
するための加圧手段が、機枠と試験球支持体間と
の配設した油圧シリンダであつてもよい（図示せ
ず）。

〔効果〕

この発明は次のような優れた効果を有する。

この発明の硬度計を構成している前記摺動体の
移動量測定装置は、試験球の被測定物に対する圧
入荷重が所定の予圧荷重に達した以後の摺動体に
対する試験球の相対的な移動量を測定して、それ
を硬度計の表示部に被測定物の硬度として表示す
るものであるから、この予圧荷重を適当に設定し
ておくと、被測定物が表面加工をしてない鋳物で
あつても、被測定物のブリネル硬度値に非常に近
い硬度値を、被測定物に測定荷重をかけつけたと
きにおいて、直ちに表示部に表示せしめ、それを
直読することができる。

また、この発明の硬度計は、被測定物が黒皮又
はスラブのままであつても、それを表面加工した
ときの表面の硬度を次のようにして測定すること
ができる。すなわち、多数ある被測定物の最初の
一個について表面加工前と表面加工後の硬度を測
定し、その間に硬度差があつた場合にはそれを修
正値と定め、残る被測定物の全個数についての測
定は、これを黒皮またはスラブのまま行つて、得
た測定値に上記修正値を加味すると、各被測定物
についての表面加工後の硬度を推測することがで
きる。

JISでは、被測定物に対する測定荷重の加圧時
間を30秒と定義されているが、本発明の硬度計は
上記のような構成であるから、測定荷重の加圧時
間の経過に伴う硬度表示の変化を表示部に連続的
に表示せしめることができる。したがつて本発明
の硬度計は、多数ある被測定物の最初の１個につ
いてのみ30秒間加圧後の硬度を読み、そのとき、
併せて時間の経過に対応する硬度表示の趨勢を読
み取つておくならば、残る被測定物の全個数につ
いての測定は、時間の変化に対応する硬度表示の
変化量を修正値として使用することで、１回あた
り数秒程度の加圧時間でもつて硬度を予測測定す
ることができる。何故なら、第８図の時間軸グラ
フに示してあるように、測定荷重加圧後３秒程度
で、30秒加圧後の圧痕深さの約99％位まで到達す
るからである。

この発明の硬度計は、被測定物の表面に圧痕を
つけて、その圧痕深さを摺動体の移動量として測
定することにより被測定物の硬度を測定するもで
あるから、被測定物の厚さが不特定であつても、
つまり被測定物が任意の厚さであつても、また、
被測定物がそれに硬度測定のための荷重を加えた
ときにおいて不確定な弾性変形を起すものであつ
ても、全く支障なくその硬度を測定することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る硬度計の１実施例を示
した全体の構成図、第２図は硬度計の正面図第３
図は同側面図、第４，５図は硬度の測定部位を示
した縦断正面図で、第４図には加圧前の状態を示
し、第５図には加圧後の状態を示してある。第６
図は目盛盤の正面図、第７図は試験球による圧痕
深さの説明図、第８図は圧痕深さの時間軸グラフ
である。 ２……試験球支持体、３……受台、４……被測
定物、５……油圧シリンダ（加圧手段）、８……
試験球、１０……摺動体、１６……表示部、２０
……摺動体の移動量測定装置、２３……クラツ
チ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ その上に被測定物を載せるための受台と、そ
   の下端部に試験球を支持している試験球支持体
   が、両者間に被測定物を位置させるための適宜の
   空間を与えて対向状に配置されていること、上記
   受台と試験球支持体間の間隔は可変で、両者間に
   は、試験球支持体に支持された試験球を受台上に
   載置された被測定物に対して圧入するための加圧
   手段が配設されていること、試験球支持体には摺
   動体が上下動自在に支持されていて、この摺動体
   は、ばね又は重錘によつて常時下向きに附勢され
   ており、この附勢は、係止装置によつて摺動体の
   下端縁が前記試験球の下端面よりも若干下に位置
   する所定の最降下位置に係止されていること、及
   び、試験球支持体に対する摺動体の相対的な移動
   量を測定してそれを被測定物の硬度として表示部
   に表示する、摺動体の移動量測定装置が設けられ
   ており、この摺動体の移動量測定装置が、試験球
   の被測定物に対する圧入荷重が所定の予圧荷重に
   達した以後の試験球に対する摺動体の相対的な移
   動量を被測定物の硬度として該表示部に表示する
   手段をそなえていること、を特徴とする硬度計。 ２ 前記摺動体の移動量測定装置に、試験球の被
   測定物に対する圧入荷重が所定の予圧荷重に達す
   ると入るクラツチが付設されていて、該摺動体の
   移動量測定装置が、上記クラツチが入つた以後の
   摺動体の試験球に対する移動量を硬度としてその
   表示部に表示するものである、特許請求の範囲第
   １項に記載の硬度計。 ３ 前記受台が、その上端部に凹球面を備えた受
   台本体と、この凹球面に嵌合する半球面を介して
   受台本体の上に回転体の上に回転自在に支承され
   た球面受台とでもつて構成されている、特許請求
   の範囲第１項又は第２項に記載の硬度計。 ４ 試験球支持体が機枠に固定して支持されてお
   り、受台が機枠に対して上下動自在に支持されて
   いて、受台上に載置された被測定物に対して試験
   球を圧入するための前記加圧手段が、機枠と受台
   間に配設した油圧シリンダである、特許請求の範
   囲第１項〜３項の何れか一つの項に記載の硬度
   計。 ５ 受台が機枠に固定して支持されており、試験
   球支持体が機枠に対して上下動自在に支持されて
   いて、受台上に載置された被測定物に対して試験
   球を圧入するための前記加圧手段が、機枠と試験
   球支持体間に配設した油圧シリンダである、特許
   請求の範囲第１〜３項の何れか一つの項に記載の
   硬度計。 ６ 前記摺動体が、前記試験球支持体の下部に外
   嵌めされた筒体でもつて構成されていて、前記試
   験球が、この筒体の内側において試験球支持体の
   下端部に支持されている、特許請求の範囲第１〜
   ５項の何れか一つの項に記載の硬度計。 ７ 前記摺動体が、自重によつて下向きに附勢さ
   れている、特許請求の範囲第１〜５項の何れか一
   つの項に記載の硬度計。 ８ 前記摺動体が、試験球支持体と摺動体間に配
   設したばねによつて下向きに附勢されている、特
   許請求の範囲第１〜５項の何れか一つの項に記載
   の硬度計。