JPH083463B2 - 硬度測定器用駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、硬度測定器用駆動装置に関し、特に被制御
試料片を固定配置したベース部材を有する構造体と、測
定器自体を含む可動装置とを有し、測定過程に際し被制
御試料片にまず接近させられてから測定負荷を加えられ
るようになっている形式の測定器用駆動装置に関する。

［先行技術の記載］ 以上のような硬度測定器においては、測定器が、被制
御試料片へ急速にしかして付加力なく前進し、次いでゆ
っくりと、しかしながらかなりの力で試料片に押し圧さ
れるよにされて信頼性ある測定がなされることが好まし
い。

所定負荷が一度加えられると、測定器は、停止され
て、試料片の構成材料に依存した所定の時間この負荷状
態下で圧力状態に放置される。

この種の硬度測定装置は、油圧装置により作動され、
かつ構造が非常に複雑であり、依って不便であった。

例えば、これらの測定器では、上述のような取扱をす
ることは困難で、測定器を時間ゼロで瞬時的に停止させ
ると、駆動手段の慣性により誤測定がなされる。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、非常に簡単な設計で、しかして信頼性ある
測定が可能の硬度試験測定器用の駆動装置を提供するも
のである。

［問題を解決する手段］ 上述したような形式の硬度測定器用の、本発明による
駆動装置は、モータ手段と可動手段との間に同一方向に
延在する螺子を有する２本の同軸螺子部材が設けられ、
この螺子部材の一方は、大ピッチ螺子部材であり、他方
は、小ピッチ螺子部材であり、両螺子は部材は、同一の
モータ手段で動作し、しかしてこれらの螺子部材は、試
験測定時、最初に大ピッチ螺子が動作して測定器を急速
に被制御試料片に向けて移動せしめ、次いで小ピッチ螺
子部材が、ゆっくりとしかして強力に測定器を移動せし
め、測定器が開始位置に戻るためには、以上の逆の段階
がとられることを特徴とするものである。

本発明の好適実施例によれば、２本の螺子部材は、互
いに一体的で他方の延長上に配置され、しかして螺子部
材は、それぞれナットと係合し、小ピッチ螺子部材と係
合するナットは、モータ手段により駆動されるが、大ピ
ッチ螺子部材と係合するナットは、測定器の可動部分に
取り付けられている。

本発明の他の実施例によれば、２本の同軸螺子部材
は、互いに内側に配置され、小ピッチ螺子部材は、モー
タ手段により駆動されるが、大ピッチ螺子部材は、測定
器の可動部分に取り付けられたナットと係合するように
なっている。

本発明に使用されるモータ手段としては、ブレーキ付
またはブレーキなしのモータ減速機、シンクロモータ等
を用いることができる。本発明の構成の一つの長所は、
モータの速度を変更することなく、測定器の並進運動に
二つの速度を取り得ることがあり、依って小さなトルク
でもってかなりの力を制御下の試料片に加えることがで
きることである。

また別の長所として、モータの停止がその慣性のため
に瞬時的でない場合に、停止一が不正確であって、依っ
て伝達負荷が不正確となっても、小ピッチ螺子部材が、
非常に小さな螺子ピッチを持たせ得るために問題となら
ないことである、 本発明の上記および他の特徴は、添付図を参照して説
明する下記の本発明の非限定的一実施例の詳細により明
確になされる。

［実施例の説明］ 第１図を参照するに、本発明の好適実施例による駆動
装置を有する硬度測定器が、参照番号１により総称して
示されている。この測定器は、垂直方向位置が通常の使
用位置に対応する理由で垂直軸を含むように示されてい
るが、後述するように、測定器を他の別の状態に配置す
るようにすることもできる。

第１図には、本発明の基本的構成を含む理由で、測定
器１の上部が概略的に示されている。

測定器１は、被試験試料片が固定される下側ベース
（本図には図示せず）上の固定構造体と、固定構造体に
可動的に装着され、測定機器を含む装置とで構成されて
いる。

第１図において、測定器の固定構造体は、垂直ガイド
２、ガイド２の頂部に設けた水平板３、第２水平板４、
ならびに板４から延在し、モータ手段６を頂部に配置さ
れた垂直支柱５とを含むものであり、しかしてモータ手
段としては、例えば、モータ減速機あるいはシンクロモ
ータなどが挙げられる。依って構成要素2,3,4,5,6の全
ては、互いに剛的に錠止されている。

測定器１の可動装置は、僅かな摩擦でガイド２に沿っ
て垂直方向に滑動可能で、以下に詳細に説明するナット
９を頂部に有する水平アーム８を有するのスライダ７
と、その下側の測定器10自体とを含むものである。測定
器自体は、本発明の具体的な構成用件でないので、その
上部のみが示されている。依って、全ての構成要素7,8,
9,10は、互いに剛的に錠止されている。測定器の軸に一
致する軸を有するナット９には、第ピッチ螺子部材11が
係合している。ナット９の有効長さ、すなわちその内螺
子部12の長さは、一条螺子の場合においては、螺子部材
11の螺子ピッチと少なくとも等しいことが好ましい。軸
方向上方でかつ大ピッチ螺子11に固定されて、ナット14
と係合し、頂部に作動上のルーズ状態を防止するため
の、ストッパ15を有する小ピッチ螺子部材13が配置され
ている。ストッパ15は、装置の動作上では具体的な役割
をなすものでなく、螺子部材13がナット14から完全に分
離するような最も好ましくない状態が生じたときに可動
装置7,8,9,10が落下することを防止する安全手段の役割
をなすものである。

ナット14は、金属リング16の手段により、ボールベア
リング18のインナーレースすなわちリング17に剛的に錠
止されている。このボールベアリング18は、軸方向負荷
を支持するようにしたものであり、そのアウタレース19
は、板３に形成されたリップ20に乗っている。３本の螺
子21（その一つのみを第１図において断面図で示す）
が、板４を貫通し、ベアリングのアウタレース19の上面
に当っている。このためベアリング18は、軸方向に移動
することが防止されているが、定位置で錠止されている
のではなく、側方に少し移動することができると共に、
自動芯出し作用を有することとなる。

ナット14の頂部には、カップ形状の二つの径方向に対
向する切欠22（第１図、第２図および第３図にその一つ
のみ示す）が形成されている。この切欠22は、リング24
の底部から延在する二つの対応の突起23を受けるように
なっている。このリング24は、その頂部に底部突起23に
関して90度に配置された別の二つの突起25を有し、この
突起25は、モータ26の軸28に剛的に錠止されたは部27の
底部の対応切欠26（第１図参照）に嵌合している。

各形成配置された以上の構成素子は、実際に良く起こ
り得る互いに正確に整合していない場合であっても、軸
28の回転運動をナット14に伝達する継手手段を構成し得
るるものである。

上述の構成に明らかであるように、ナット14は、回転
可能であるが、軸方向に移動することが不可能であり、
僅かにその側方に移動することのみが許容されている。
すなわち、このナット14は、本装置の固定構造体2,3,4,
5,6の一部と見なすことができる。

本発明の硬度測定器用の駆動装置の動作を詳述する前
に、螺子部材11,13が、同一の螺子方向であり、例え
ば、双方とも右螺子であり、大ピッチ螺子部材11とその
関連のナット９は、第４図と第５図に図示の後述する特
別の螺子形状であることか有利である。

第３図ならびに第４図を参照するに、螺旋螺子29の上
側形状50は、螺子部材11の軸に垂直の平面に関して僅か
に斜めとされ、螺旋螺子29の下側形状31は、上記平面に
対して大きく傾いている。

ナット９は、自体に切り込まれた平坦な底部の雌螺旋
螺子32を有し、この螺旋螺子32は、頂部において、螺子
部材11の螺旋螺子29の上側形状30に適合する形状33を有
し、底部において、螺旋螺子29の下側形状31に干渉する
様にされた形状34を有する。

前述のとおり、螺子部材11は側方にある程度移動する
から、螺子部材11を中心位置に保持する目的を持って螺
子部材11に縮小径の第２螺旋螺子が形成されているが、
この第２螺旋螺子の外形形状36に対して、詳説するナッ
トの内側円筒面35上で形状33,34は終端する。

第３図ならび第４図と比較して理解できるように、ナ
ット９は、螺子部材11に対して僅かなエンドプレイがあ
る。よって、第４図において、ナット９が、その自重お
よびスライダ７ならびにこれに取り付けられた測定器10
の重量とで、螺子部材11に関して下方に作用した時に、
ナット９は、その形状33により螺子部材11の螺子形状30
に充分作用する。この状態下で、これら部分の間での低
摩擦（潤滑油の存在による）と螺子螺旋の急傾斜のため
に、螺子部材は、自己停止手段がない。言い替えれば、
第４図において、ナット９が、螺子部材11を移動しない
ようにして（そして装置の作動時に生じた逆転状態でな
く）螺子に関して回転し得るモーメントを仮定するとし
て、ナット９は、螺子部材11の周りを重力作用のみによ
り回転し得る傾向がある。

他方において、ナット９が上方項に作用する時は（第
５図）、前述ナット９の形状34は、螺子部材11の傾斜形
状と干渉し、その結果として、自己停止作用が得られ
る。もっと詳細に言えば、上述の仮定が正しいものとし
て、軸方向上方の力がナット９に掛かると、ナットは、
いずれの場合にも螺子部材11状に錠止した状態にとどめ
られ、依って前進させるためには、ナットを回転してや
る必要がある。

さて本発明の硬度測定器の駆動装置の作動について、
第１図から第５図を参照して説明する。

第１図から第４図は、上死点、すなわち測定サイクル
の開始状態にある装置の可動部分を示すものである。こ
の位置において、測定器の固定構造体のベース（垂直方
向下方に降下するものと仮定する）には、被制御試料片
が固定配置されており、上述可動装置の一部である測定
器10が上昇した位置に保持され、依って被制御試料片の
表面から隔置した位置に保持されている。この状態で、
小ピッチ螺子ナット14は、そのストローク端にあり、そ
の下部で、螺子部材13の径より大なる径の大ピッチ螺子
部材11上の上側肩部37に当っている。

この状況下では、前述した理由により、螺子部材11
は、自己停止作用を有さず、依って対応ナット９ならび
これに取り付けられた部材の重量で、僅かな回転を生じ
る傾向となり、依ってナットは、そのストローク端位置
に保持されることとなる。

測定器をその下側から観察したときに、そしてその軸
方向に沿って、すなわち矢印Ｆで示される方向に沿って
（これは全ての図に関して言えることある）に観察した
とき見られるごとくの回転方向を有する傾向がある。

さて第１図と第４図に示す位置において、上述の事項
を考慮して、螺子部材11は、時計方向に回転する傾向を
する。いずれの場合にも、モータ減速機の摩擦自体、あ
るいはシンクロモータ６を使用する場合の永久磁石によ
り生じる効果は、駆動軸28を回転状態にすることを防止
するに充分なものとなる。

測定がなされると、駆動軸28は、一定速度で時計方向
に回転し、依ってナット14が駆動され、継手24を介して
回転状態に入る。最初にナット14と共に大ピッチ螺子部
材が回転する。なぜならすでに述べたように、螺子部材
11は、ナット14に対して衝接関係に保持されているから
である。

螺子部材11の回転は、ナットならびにスライダ７の取
り付けられた、選定器10を含む装置全体下方に高速に回
転する。測定器が10が降下して、被制御試料片の表面に
乗る位置となると（第２図および第３図参照）、ナット
９は、これが乗っていた、螺子部材11の形状30の接触状
態から離れて、形状34を螺子部材11の傾斜形状31と干渉
接触する状態にもたらすと共にその位置に錠止させる
（第５図参照）。

同時に、螺子部材11および対応のナット９は、互いに
錠止されて、依ってナット14は、関連の小ピッチ螺子部
材13の周りに回転をし続け、依って大ピッチ螺子部材11
の肩部37からナット14は離れる（第３図および第５図参
照）。

従ってこの段階で、螺子部材11に剛的に錠止された小
ピッチ螺子部材13が、装置全体を低速でしかしてかなり
の力で下方に押しつける。

周知の方法で、測定器からの停止信号が、モータ手段
６に印加されると、当該モータは停止し、測定器10は、
試料片材料の種類に依存する、規定の負荷で適性に設定
した時間で、被制御試料片に押圧されている。一測定サ
イクルが終了すると、モータ６は反時計方向に回転す
る。この段階で、ナット14は、小ピッチ螺子部材13の周
りに回転して、第３図の位置から第２図の位置へと通過
して、そのストローク端位置に位置し、この段階におい
て、回転がナット９の乗っている形状30上の第ピッチ螺
子部材11に伝達される。この結果、測定器10を含む可動
装置全体は、第１図と第４図に示す上死点位置まで上昇
し、この位置でモータ手段６は停止する。

非常に特別な場合であるが、測定を効果的にするため
に、測定器を水平方向に作動するように、あるいは底部
が頂部に向けて動くようになさなければならないような
場合にも、被制御試料片の表面に向けた可動装置全体を
移動せしめる重力に代わる動作手段を使用するのであれ
ば、この場合にも本発明の装置は使用できるものであ
る。例えば、スプリング手段を、測定装置１の可動装置
と固定構造体との間で作用させるべく配置してもよい。
特に、このスプリング手段は、ナット９の周りに巻き付
けた螺旋式圧縮スプリングを使用し得るものであり、こ
れにより可動装置の肩部38に作用すると共に、固定構造
体の板３の下面に対して反作用する（第１図参照）。

第６図、第７図および第８図は、本発明の硬度測定器
１の可動装置用の駆動手段の改良実施例である。

これらの図において、第１図から第５図に図示の同様
の素子、あるいは同様の機能を有する素子には、同じ参
照番号を付してある。

改良実施例によれば、特に小ピッチ螺子部材13は、大
ピッチ螺子部材11内に同軸に導入され、螺子部材11と一
体とされたナット14に螺子係合するものである。大ピッ
チナット９は、同じであり、その形状ならびに大ピッチ
螺子部材11の形状も第４図ならびに第５図に図示のもの
と同様である。この場合、小ピッチ螺子部材13は、モー
タ手段６により直接回転され、依って第１図から第５図
の実施例のナット14と同じ働きをする。螺子部材13上の
ストッパ15は、この場合においては、この螺子部材の最
下端に設けられている。当該装置の作動は、第１図から
第５図の関して説明したものと同様である。依ってその
説明は以下に短的に行うこととする。

第６図に図示の位置は、サイクルの開始の上死点位置
に相当する。モータ６すなわち小ピッチ螺子部材13の時
計方向の回転により、最初に、小ピッチナット14と大ピ
ッチ螺子部材11（共に一体のものである）が回転駆動さ
れ、結果として、大ピッチナット９が第７図に図示の位
置まで下方に移動する。この状態で、測定器は、被制御
試料片の表面に乗り、依って第ピッチナット９は、上方
に作用し大ピッチ螺子部材11上で錠止されている。モー
タ手段がさらに回転を続けると、螺子部材13もナット14
（これは螺子部材11と一体である）内で回転し、依って
ナットを可動装置全体と共に減速速度で、第８図に示す
位置まで下方に移動せしめる。測定器の休止位置までの
復帰は、モータ手段６の回転方向を逆にすることによ
り、同様に行われ、依って測定器は、第８図の位置から
第７図の位置へ、そして上死点位置に相当する第６図の
位置へと移動する。

現実において、上述の実施例に加えて、その他の等価
の実施例も提供し得るものであり、これら実施例も本願
発明の範囲となるものである。

大ピッチ螺子部材11およびナット９で与えた具体的形
状は、螺子部材が、ナットが一方向にのみ作用し、他の
方向に作用しない場合にのみ瞬時に停止するように選定
したものである。これにより同様な効果を得られる別の
補助的手段の依存性を回避している。しかしてこのよう
な補助的手段も本発明の範囲に属するものである。

依って、例えば、大ピッチ螺子部材11およびナット９
は、厳密に従来の形状のものとすることができ、すなわ
ち例えば、小ピッチ螺子部材13およびナット14のような
ものとすることができる。但し、これは例えば、ダブテ
ール継手などの、ナット14（第１図から第５図）あるい
は螺子部材13（第６図から第８図）がそのストローク端
位置をそれぞれ占めるようにするような継手を使用する
場合に限る。このような継手手段は、測定サイクルの最
初の段階で、大ピッチ螺子部材11を回転駆動させること
ができ、その後、継手の分離に際し、小ピッチ螺子部材
13を動さしうるものである。

本発明を硬度測定器に適用する上での説明を具体的に
したが、本発明の装置は、その他の機械、装置あるいは
測定器など、構成部品が最初に実質的力を有さずに高速
で移動し、次ぎにかなりの力で低速で移動するような機
器にも適用できることは明らかである。

本発明は、以上に添付図を参照して説明した、実施例
に限定されるものでなく、本発明の概念ならびに範囲以
内で、その詳細な構成に関して、当業者により様々な変
形を加え得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の好適実施例の駆動装置を示す中央断
面図を示し、装置が、概略図で上部のみ示す硬度試験測
定器上に配置された状態を示す図。 第２図および第３図は、第１図の測定器の可動装置を駆
動する装置の測定サイクルでの異なる位置での断面図を
示す図。 第４図および第５図は、第１図、第２図および第３図に
示した駆動装置の構成部品を、第１図および第２図に図
示の位置に相当して、それぞれ拡大して示す図。 第６図から第８図は、本発明の改良実施例による構成部
品である、測定器の可動装置用駆動装置の構成部品を、
測定装置の三つの異なる位置で、断面図で示す図。 2,3,4,5,6……固定構造体、7,8,9,10……可動装置、６
……モータ手段、10……測定器、11,13……大および小
ピッチ螺子部材

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被制御試料片が確実に配置されたベース部
   材上の固定構造体2,3,4,5,6と、測定機器10自体を含む
   可動装置7,8,9,10とを有する形式の硬度測定器用の駆動
   装置において、該可動装置は、測定過程においてモータ
   手段６により駆動され、よってまず前記被制御試料片へ
   移動せしめられ、次いで測定負荷を課せられるようにな
   っている硬度測定器用駆動装置において、螺子山の巻方
   向が同じ２本の同軸螺子部材11,13が、前記モータ６手
   段と前記可動装置7,8,9,10との間に設けられ、前記螺子
   部材の一方は、大ピッチ螺子部材11であり他方の螺子部
   材は、小ピッチ螺子部材13であり、両螺子部材は、前記
   モータ手段６により駆動され、しかして両螺子部材11,1
   3は、測定過程におて、前記大ピッチ螺子部材11が作用
   して前記測定器10を前記被制御試料片まで移動せしめ、
   次ぎに前記小ピッチ螺子部材（13）が作用して、前記測
   定器10を低速でしかして強力に前進する様にさせ、かつ
   前記測定器が、その開始位置に復帰するに際しては、以
   上と逆のステップが取られるようになっていることを特
   徴とする硬度測定器器用の駆動装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲の第１項に記載の装置にお
   いて、前記両螺子部材11,13は、互いに内側に設けら
   れ、前記小ピッチ螺子部材13は、前記モータ手段６に駆
   動せしめられ、前記大ピッチ螺子11と一体のナット14と
   係合し、該大ピッチ螺子部材11は、前記可動装置7,8,9,
   10に剛的に錠止されたナット９に係合している装置。
3. 【請求項３】特許請求の範囲の第１項に記載の装置にお
   いて、前記両部材11,13は、互い錠止され、かつ互いの
   延長上に配置され、該両螺子部材は、各関連のナット9,
   14にそれぞれ係合し、ナット14は、前記モータ手段６に
   より駆動される前記小ピッチ螺子部材13と協同し、さら
   に前記第ピッチ螺子部材14と協同するナット９は、前記
   可動装置7,8,9,10に剛的に錠止されている装置。
4. 【請求項４】特許請求の範囲の第２項または第３項に記
   載の装置において、前記大ピッチ螺子部材11ならびに前
   記関連のナット９は、該ナット９の一方の方向軸駆動力
   を瞬時に停止させるが、他方の方向の軸方向駆動力は、
   瞬時停止をさせないような螺子形状を有している装置。
5. 【請求項５】特許請求の範囲の第４項に記載の装置にお
   いて、前記第ピッチ螺子部材11は、頂部においてその螺
   子軸に直行する平面に対して僅かに傾斜するようにされ
   た形状30で、しかして底部においてその該平面に対して
   急な傾斜をした形状31とされた急傾斜の螺旋螺子29を有
   しており、前記ナット９は、前記関連の螺子部材の螺子
   形状30に精密にフィットする内螺子形状を有し、前記傾
   斜螺子形状31と干渉する形状を有するようになってとい
   る装置。
6. 【請求項６】特許請求の範囲の第５項に記載の装置にお
   いて、前記第ピッチ螺子部材11は、前記螺旋螺子29に関
   して縮径された第２の螺旋螺子36を有しており、該ナッ
   ト９は、前記螺旋螺子36の形状に当る円筒径内面を有す
   るようになっている装置。
7. 【請求項７】特許請求の範囲の第２項または第３項に記
   載の装置において、スプリング手段が、測定器の前記可
   動装置7,8,9,10と固定構造体2,3,4,5,6との間で作用す
   るように設けられている装置。
8. 【請求項８】特許請求の範囲の第２項または第３項に記
   載の装置において、離接可能継手が、前記小ピッチ螺子
   部材13と前記大ピッチ螺子部材11との間または前記小ピ
   ッチナット14と大ピッチ螺子部材11との間に設けられ、
   前記モータ手段６の回転時前記両螺子部材の動作を制御
   し得るようになっている装置。
9. 【請求項９】特許請求の範囲の第２項または第３項に記
   載の装置において、前記小ピッチ螺子部材（13）あるい
   は前記小ピッチナット（14）は、前記固定構造体（2,3,
   4,5,6）の軸方向で錠止されたボールベアリング（18）
   により軸方向に支持されている装置。
10. 【請求項１０】特許請求の範囲の第９項に記載の装置に
    おいて、接合手段24が設けられ、しくして該接合手段
    は、前記小ピッチ螺子部材13および前記小ピッチナット
    14が互いに整合関係にない場合においても、これら部材
    に前記駆動軸28の回転を伝達し得るようになっている装
    置。
11. 【請求項１１】特許請求の範囲の第１項から第10項まで
    のいずれかの一項に記載の装置において、前記小ピッチ
    螺子部材13の自由端に、停止手段15が設けられるように
    なっている装置。
12. 【請求項１２】特許請求の範囲の第１項から第11項まで
    のいずれか一項に記載の装置において、前記モータ手段
    ６は、モータ減速機、シンクロモータあるいは同様のも
    のとなっている装置。
13. 【請求項１３】特許請求の範囲の第12項に記載の装置に
    おいて、前記モータ手段６は、一定速度で動作するよう
    になっている装置。
14. 【請求項１４】固定構造体と、初期に小さな力で早い運
    動をし、かなりの力でゆっくりした動きをする可動部材
    とを含む機械において、特許請求の範囲の第１項あるい
    は、第１項に従属する特許請求の範囲の第２項から第13
    項のいずれか一項に記載の、前記可動部材を駆動する手
    段、ならびに等しく走行するが異なるピッチの螺子を有
    し、モータ手段６により駆動される２本の同軸螺子部材
    とを用いる構成の機械。