JPH07113598B2 - 微小硬度計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は金属材料等の硬度を測定する微小硬度計に関す
る。

［従来の技術］ 圧子と該圧子に荷重を負荷する荷重装置と、試験片の供
試表面を観察する光学装置とをそなえた微小硬度計があ
る。荷重装置は、複数個の重錘を適宜選択して圧子に負
荷するようになっている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記従来の微小硬度計では、重錘を負荷軸上に直接載置
する直接荷重方式を採用する場合に、重錘が光学装置の
観察用光学系の光路の邪魔になるので、光軸をリレーし
て迂回させなければならず、しかも試片表面を照射する
照射光学系を別に設けておかなければならないので、光
学装置の構造が複雑化するという問題点があった。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するため、本発明は次のような構成を
採用した。

すなわち、本発明にかかる微小硬度計は、圧子と、該圧
子に荷重を負荷する荷重装置と、試片の供試表面を観察
する光学装置とをそなえ、前記荷重装置の負荷用重錘は
中央部に貫通孔が設けられ、前記光学装置は、接眼レン
ズと対物レンズを結ぶ光軸が通過する中空軸と、該中空
軸に光源からの照射光を光路となるパイプとをそなえ、
かつ前記中空軸は前記重錘の貫通孔に挿通されているこ
とを特徴としている。

［作用］ 光学装置の接眼レンズと対物レンズを結ぶ光軸が重錘を
貫通する中空軸の内側を通るので、光路を迂回させなく
てもよい。また、光源からの照射光は前後方向のパイプ
を通って重錘の貫通孔の位置まで導かれ、そこから中空
軸を通って下方へ導かれる。

［実施例］ 以下、図面にあらわされた実施例について説明する。

この微小硬度計１は、試料台２を昇降する昇降ハンドル
３が設けられた基台５と、該基台に立設されたコラム７
によって支持される計測部９からなる。試料台２にはマ
イクロメータヘッド8,8′によって前後左右に移動する
ステージ10が取り付けられており、試料はこのステージ
10に装着される。

計測部９には荷重装置Ａと光学装置Ｂとが設けられてい
る。

荷重装置Ａは、大小複数の重錘15（15a,15b,…）をそな
えている。重錘15は、下に開口する円筒形に形成され、
芯部には通孔16が穿設されており、大きい重錘の内側に
順次小さな重錘が嵌合した状態で互いに重ね合わされて
いる。

重ね合わされた椀状の重錘15,15,…の芯部の通孔16には
中空軸20が挿通されている。中空軸20の外周部には上下
２個所にフランジ状突起21,22が形成されており、下端
部には寸法調節用の伸縮筒23が螺着されている。中空軸
20の下側の突起22は最も内側の重錘15hの内側に係合し
ている。

図示例では重錘は円筒形をなしているが、これを角筒形
としてもよい。また、重錘を一定の幅を有するコ字形枠
体とし、これを重ね合わせることができるようにするこ
ともできる。この場合にも中央部に通孔16を穿設するこ
とはできる。

中空軸20の下端部は荷重伝達軸25の上端フランジ部25a
上にあって、負荷時には荷重伝達軸25に載置されるよう
になっている。この荷重伝達軸25は、負荷ケース27に設
けたガイド孔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。

荷重伝達軸25の下側には圧子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
た支点32よって上下に回動可能に支持されたレバー33の
一方の先端部に取り付けられており、レバー33の反対側
の端部にはピン34が横向きに突設されている。このピン
34には負荷ケース27に軸36で枢着された回動アーム37が
当接するようになっている。

側面視概略コ字形の負荷ケース27は、その中央部に設け
た軸受孔40の軸受41,41で支承される本体ケース9a側の
支持軸43によって水平面内で所定角度範囲で回転自在に
支持されている。負荷ケース27の下面側には前記圧子ホ
ルダ29と同心円上でかつ圧子ホルダを挟む位置に計測用
対物レンズ45と観察用対物レンズ46が設けられており、
負荷ケース27を回転させることにより両レンズ45,46を
図の圧子ホルダの位置すなわち中空軸20の直下部の試験
位置に位置させることができるようになっている。な
お、負荷ケース27には、その位置を検出するマイクロス
イッチ35が設けられている。

前記支持軸43は芯部に貫通孔を有する中空の軸として形
成され、本体ケース9a内の機枠50に取り付けられてい
る。支持軸43の貫通孔には荷重加除装置Ｃの伝達軸52が
摺動自在に嵌合しており、該伝達軸52はバネ53によって
上向きに付勢されている。伝達軸52の下端部にはボール
が嵌着され、該ボールが前記回動アーム37上面に当接す
るようになっている。

伝達軸52は上端にも下端部と同様なボールが嵌着されて
おり、該上端部に側面視カギ形の回動体55の先端部が当
接している。回動体55は軸56によって回動自在に枢支さ
れており、その起上り部55aの背面に偏心カム57が当接
している。

偏心カム57は軸受59,59′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１対の回転板62,6
2′が取り付けられており、該回転板には回転軸に対し
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を介してモータ67の回転
動力が伝えられる。回転軸60が回転して偏心カム57の長
径部が回動体55の起上り部を押圧すると該回動体が回動
し、その水平部55bが伝達軸52を下向きに押し下げる。
このため回動アーム37が下向きに回動してレバー33の後
端部を押圧するので、レバー33が支点32を中心に回動
し、圧子ホルダ29が持ち上げられる。偏心カム57の短径
部が回動体55に当接している状態では圧子ホルダ29が下
降した状態となる。

重錘15の上方には重錘カバー69が設けられ、該重錘カバ
ーの上方には前記中空軸20の上端部が突出するととも
に、該中空軸を挟むようにして１対の軸70,70′が並設
されている。軸70,70′は回動自在に支持されており、
その中間部における前記中空パイプ20の両側部に該中空
パイプの上部突起21に下側から係合する係合部材71がそ
れぞれ設けられている。軸70,70′の後端部には前記回
転板62,62′の爪63が当接するアーム73が設けられると
ともに、軸70,70′をその係合部材71が中空軸20の上部
突起21に係合しない下向きの状態となるよう付勢するバ
ネ74が設けられている。回転軸60が回転し、回転板62,6
2′の爪63,63がアーム73,73をそれぞれ押圧すると、軸7
0,70′がバネ74,74の張力に抗して回転し、係合部材71
が中空軸20の上部突起21に係合してこれを押し上げるの
で、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が重錘群を吊り上げながら上動する。このた
め圧子に荷重が付加されなくなるのである。上記軸70,7
0′、係合部材71、アーム73、バネ74等は、重錘の負荷
機能を一時停止する荷重吊上げ装置Ｄを構成する。

なお、回転板62,62′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ので、上記荷重加除装置Ｃと荷重
吊上げ装置Ｄとは互いに連動し、圧子30が持ち上げられ
るときは重錘も同時に吊り上げられる。

この荷重装置Ａには圧子30に付加される荷重の大きさを
切り換えるための荷重切換え装置Ｅが設けられている。
荷重切換え装置Ｅは互いに重ね合わされた荷重群15,…
の下側で前後通して荷重を支持する１対の受板77,77を
そなえている。受板77は、中央部に円筒形の荷重15の外
周に沿うような湾曲状切欠部78が形成され、両端部なナ
ット部材80,80に固定されている。ナット部材80,80は、
中央部を境として両側に互いに逆方向のねじが刻設され
た１対のねじ棒81,81に螺合している。駆動モータ83か
らベルト84,84′を介して伝達される回転動力により両
ねじ棒81,81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、１対の受板77,77
がモータ83の回転方向に応じて互いに接近する方向また
は互いに離反する方向に移動する。１対の受板77,77が
互いに接近する方向すなわち荷重を吊る中空軸20に向っ
て移動すると、中空軸20が下降したときに受板77,77に
よって支持される重錘の数が多くなり、圧子30に負荷さ
れる荷重値が小さくなる。逆に受板77,77が互いに離れ
る方向に移動すると、中央部に位置する重錘が支持され
なくなるため、圧子30に加わる荷重が大きくなる。受板
77,77が最外部まで移動するとすべての重錘がフリーと
なり圧子30に最大の荷重（例えば2000grf）が負荷され
る。また、受板77,77が最も接近した状態では最小の重
錘15hに至るまですべての重錘が受板によって支持され
るので、荷重伝達軸25には中空軸20の重量のみが負荷さ
れることになる。すなわち、中空軸20自体が一つの重錘
として作用するようになっている。また、圧子30には圧
子ホルダ29、荷重伝達軸25、レバー33等の重量も加えら
れるので、これらも別個に設けた重錘の一つを構成する
ことになる。この場合、中空軸20の重量と圧子ホルダ29
等の重量の総和は最小の重錘15hの重量よりも軽くして
おくのが好ましい。例えば、最小の試験荷重を5gとする
と、圧子ホルダ29、荷重伝達軸25、レバー33等の荷重を
5g、中空軸20の重量を5gとすればよい。中空軸20には重
錘群の重量が加わるのでこれを支持するに充分な強度が
必要である。従って、中空軸20を軽合金等で製作してお
くのが好ましい。この荷重装置では、例えば荷重レンジ
が５〜2000grfで11段切換えとすることも可能である。

なお、荷重切換え用のねじ棒81,81は、モータの動力の
かわりにツマミを設け人手で回わすようにしてもよい。

つぎに、光学装置Ｂについて説明する。この微小硬度計
にには光路となるパイプ90が前後方向に設けられてお
り、その後端部に光源となるランプ91が設けられてい
る。荷重装置Ａの上部を通るパイプ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の後路筒99に臨んでいる。

前記ハーフミラー93の直下部には中空軸20が位置してお
り、対物レンズ45,46への光軸が中空軸20内を通るよう
になっている。光源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に沿って試片表面に導かれる。また、試片表面からの
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を通過しプリズム95へ至る。そして曲
折されて光軸Ｓに沿って接眼レンズ97に導かれる。

この微小硬度計の使用法について説明すれば、先ず供試
体である試験片を試料台２のステージ10に固定し、ハン
ドル３で上下位置を調節するとともに、マイクロメータ
ヘッド8,8′を操作して供試個所を選択する。このと
き、観察用対物レンズ46を中空軸20の直下部に位置させ
ておく。

供試個所を決定したら負荷ケース27を回わして圧子30を
中空軸20直下部の試験位置にセットする。このとき予め
荷重加除装置Ｃを操作して偏心カム57の長径部で回動体
55を下向きに回動させ、伝達軸52を押し下げて圧子を試
験片表面から持ち上げておく。荷重加除装置Ｃと荷重吊
り上げ装置Ｄとは互いに連動するようになっているの
で、この状態では中空軸20が上動し、重錘群を吊り上げ
支持する。

つぎに、荷重切換装置Ｅを駆動して圧子に負荷される荷
重が所望の荷重となるようにする。しかるのち荷重加除
装置Ｃと荷重吊上げ装置Ｄを解除状態とすれば、重錘1
5,…の荷重が中空軸20、荷重伝達軸25を介して圧子ホル
ダ29の着力点（25aの点）に伝えられ、圧子30を供試面
に押し込む。

圧子の押込みが終了すれば、再度荷重加除装置Ｃと荷重
吊上げ装置Ｄを操作して圧子30と重錘15,…を持ち上
げ、負荷ケース27を回転させて対物レンズ46を試験位置
に位置させ、接眼レンズ97で圧痕の像を観測しながら計
測器98で圧痕の大きさを計測する。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明にかかる微小硬
度計は、接眼レンズと対物レンズを結ぶ光軸が重錘に設
けた貫通孔に挿通された中空軸を通るので、光路を迂回
させる必要がなく、しかも別に設けた光源からの照射光
がパイプを通って上記中空軸の位置に導かれるので、直
接負荷方式を採用しても光学装置の構造を簡素化するこ
とができるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例をあらわす微小硬度計の外観
図、第２図はその側面断面図、第３図はその圧子ホルダ
の断面図、第４図は計測部の平面図、第５図はその正面
図である。 １……微小硬度計、９……計測部、15…重錘 20……中空軸、25……荷重伝達軸、29……圧子ホルダ 30……圧子、33……レバー、45,46……対物レンズ 97……接眼レンズ、Ａ……荷重装置、Ｂ……光学装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧子と、該圧子に荷重を負荷する荷重装置
   と、試片の供試表面を観察する光学装置とをそなえ、前
   記荷重装置の負荷用重錘は中央部に貫通孔が設けられ、
   前記光学装置は、接眼レンズと対物レンズを結ぶ光軸が
   通過する中空軸と、該中空軸に光源からの照射光を導く
   光路となるパイプとをそなえ、かつ前記中空軸は前記重
   錘の貫通孔に挿通されていることを特徴とする微小硬度
   計。