JPS5815730B2 - 押込み硬さ測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、試料に圧子を押込んで該試料の硬さを測定す
る装置に関し、特にビッカース硬さやブリネル硬さの自
動測定に用いて好適の押込み硬さ測定装置に関する。

従来、ビッカース硬さやブリネル硬さを測定するには、
試料上の圧痕の寸法を顕微鏡等で測定してから、この寸
法に基づいて各硬さを求めることが行なわれている。

しかしながら、このような従来の測定手段では寸法読取
り等の測定を人に頼っているため、正確な変位測定ひい
ては正確な硬度測定が行なえないという問題点がある。

本発明は、このような問題点を解決しようとするもので
、硬度測定において直接の誤差原因となる寸法読取り操
作等を人に頼らず、自動的に行なえるようにすると共に
、駆動系が測定系に影響を及ぼさないようにして寸法読
取り操作等を正確に行なえるようにした押込み硬さ測定
装置を提供することを目的とする。

このため、本発明の押込み硬さ測定装置は、本体に対し
上下動可能に支持された外枠部材と、同外枠部材の第１
の円錐受部に支持されると共に下端が試料表面に当接し
うる内枠部材と、下部を上記外枠部材の第２の円錐受部
に支持されると共に上部を板ばねを介し上記内枠部材に
支持された圧子軸と、下端を上記圧子軸の上端面と対向
して配設されると共に下部を上記外枠部材の第３の円錐
受部に支持された荷重軸と、同荷重軸を介し上記圧子軸
へ試験荷重を負荷すべく上記の外枠部材と荷重軸との間
に介装された荷重はねとをそなえると共に、上記の内枠
部材と圧子軸との相対変位を計測しうる変位検出機構を
そなえ、上記外枠部材の下降および上昇により、上記荷
重ばねのはね力を上記圧子軸にそれぞれ負荷および除荷
させるべく上記外枠部材の上部に被駆動部が設けられる
と共に上記圧子軸の圧子がその無負荷時に上記内枠部材
の下端よりもやや上方へ引込むように配設されたことを
特徴としている。

さらに、本発明の押込み硬さ測定装置は、基準荷重負荷
状態および試験荷重負荷状態をそれぞれ検出しうる負荷
状態検出機構をそなえたことを特徴としている。

以下、図面により本発明の一実施例としての押込み硬さ
測定装置について説明すると、第１図はその縦断面図、
第２図はその硬さ表示系を説明するためのブロック図で
ある。

第１図に示すように、外枠部材１は、その上部および下
部がそれぞれ本体２付きの第１および第２の案内部３，
４で上下方向に摺動可能に案内されている。

さらに、この外枠部材１は、外枠本体６と、この外枠本
体６に対し着脱自在に螺合される荷重ばねユニット本体
７と、この荷重はねユニット本体Ｉの収容スペースを確
保する数本の柱体８を介し外枠本体６の上方でこれに連
結されている被駆動部９とで構成されている。

また、この外枠部材１を構成する外枠本体６には、この
外枠本体６と電気的に絶縁された第１−の円錐受部１０
が設けられており、この円錐受部１０に内枠部材１１が
その被受部１１ａを介し支持されるようになっている。

さらに、内枠部材１１は、その上部を板ばね取付用金具
１１′および板ばね５を介し本体２に上下動可能に支持
されている。

そして、内枠部材１１の下端は本体２の試料台１２上に
載置された試料１３の表面に対向するように配設されて
おり、内枠部材１１の下降により、その下端が試料１３
の表面に当接するようになっている。

また、内枠部材１１の鉛直中心軸線に沿うように圧子軸
１４が配設されており、この圧子軸１４の下部は、３個
以上のボール１５を介して外枠部材１の電気的に絶縁さ
れた第２の円錐受部１６に点接触支持されるようになっ
ている。

さらに圧子軸１４はその上部を板ばね１７および金具１
１′を介し上下動可能に内枠部材１１に支持されている
。

ところで、下端を圧子軸１４の上端面に対向されて荷重
軸１８が配設されており、この荷重軸１Ｂは、その上部
が荷重はねユニット本体Ｉの案内部γａで上下方向に摺
動可能に案内されていて更にその下部がこれに取付けら
れたばね受１９を介し外枠部材１を構成する荷重ばねユ
ニット本体７における電気的に絶縁された第３の円錐受
部２０に支持されている。

さらに、荷重軸１８付きのばね受１９と荷重ばねユニッ
ト本体７との間には、荷重軸１８を介し圧子軸１４へ試
験荷重を負荷しうる荷重ばね２１が介装されている。

このようにして荷重ばねユニット本体７．荷重軸１８．
この荷重ｉ１８を支持する外枠部材１の第３の円錐受部
２０および荷重ばね２１で荷重ばねユニツｌ−Ｕが構成
されている。

なお、このユニツｌ−Ｕは、ユニット本体７が外枠部材
１に螺合されていることから、この外枠部材１に対し着
脱可能に設けられていることになる。

したがって、荷重ばね２１のばね力の異なる数種のユニ
ツｌ−Ｕを用意しておけば、用途に応じて適宜のものを
選択して外枠本体６に取付けることができる。

ところで、圧子軸１４の中間部には、長穴部１４ａが形
成されており、この長穴部１４ａ内には、内枠部材１１
に固定支持された変位検出器の固定筒部２２と、この固
定筒部２２内に上下動可能に配設された可動部２３とが
、圧子軸１４と同軸的に配設されている。

したがって、これらの固定筒部２２と可動部２３とは、
両部間の相対変位から圧子軸１４下端に設けられた圧子
１４ｂの内枠部材１１に対する押込み量を検出する差動
トランスのごとき検出機構２４とともに、内枠部材１１
と圧子軸１４との相対変位を計測しうる変位検出機構り
を構成している。

なお、検出機構２４は、固定筒部２２内に巻回された１
次および２次コイルと、可動部２３付の磁性体製コアと
で構成されている。

また、圧子軸１４付きボール１５と外枠部材１の電気的
に絶縁された第２の円錐受部１６とで、基準荷重負荷状
態検出用スイッチＳ１が構成されている。

さらに荷重軸１８のばね受１９と、外枠部材１の電気的
に絶縁された第３の円錐受部２０とで、試験荷重負荷状
態検出用スイッチＳ２が構成されており、これによりス
イッチＳ１と８２とで基準荷重負荷状態および試験荷重
負荷状態をそれぞれ検出しうる負荷状態検出機構りが構
成されている。

さらに、外枠部材１の電気的に絶縁された第１の円錐受
部１０と、内枠部材１１の被受部１１ａとで、外枠部材
昇降速度切替用スイッチＳ３が構成されており、したが
ってこのスイッチＳ３で、内枠部材１１の下端が試料表
面１３ａに接触したことや試料表面１３ａから離れたこ
とを検知することができ、したがってこのときを境にし
て外枠部材１の昇降速度を切替えることができる。

なお、外枠部材１．内枠部材１１．荷重軸１８とそのば
ね受１９．第１〜第３の円錐受部１０゜１６．２０等は
それぞれ金属のごとき良電導体でつくられており、第１
〜第３の円錐受部１０゜１６．２０以外の部材は筐体ア
ースされている。

したがって、内枠部材１１が第２′７）円錐受部１６か
ら離れると、スイッチＳ１が閉から開の状態となり、荷
重軸１８が第３の円錐受部２０から離れると、スイッチ
Ｓ２も閉から開の状態になり、後述のごとく、基準およ
び試験負荷状態を検出で□きるのであって、更に内枠部
材１１が第１の円錐受部１０から離れると、スイッチＳ
３が閉から開の状態になり、後述のごとく、外枠部材１
の下降速度を減じることができるのである。

ところで、被駆動部９の上端面にはカム２５が・当接し
ており、このカム２５が回転すると、外枠部材１が下降
したり上昇したりするようになっていて、これにより荷
重ばね２１のばね力を圧子軸１４にそれぞれ負荷および
除荷させることができるようこなっている。

・ また、圧子軸１４の圧子１４ｂはその無負荷時に内
枠部材１１の下端よりもやや上方へ引込むように配設さ
れている。

なお、第１図中、符号２６は外枠本体６と内枠部材１１
との間に介装されて内枠部材１１を下方１へ押圧する押
えばね、２７は内枠部材１１と圧子軸１４との間に介装
されて圧子軸１４の自重を相殺する方向に作用する補助
ばね、２８は本体２付きの被駆動部案内部材２９と被駆
動部９との間に介装されて外枠部材１を自動復帰させる
ための復ン帰ばねをそれぞれ示している。

さらに、この被駆動部案内部材２９には、前述の第１の
案内部３のほかに、被駆動部９をガイド棒３０を介し上
下動可能に案内するガイド溝３１が形成されている。

また、第１図中、符号１０ａ、１６ａ、２０ａはそれぞ
れ電気絶縁部材を示しており、符号１０ｂ、１６ｂ、２
０ｂはそれぞれリード線を示している。

本発明の押込み硬さ測定装置は、上述のごとく構成され
ているので、試料１３の硬さを測定するには、まずカム
２５を回転させて被駆動部９を下方へ押圧すると、外枠
部材１が復帰ばね２８に抗して下降し、これに伴って内
枠部材１１．圧子軸１４および荷重軸１８が一体となっ
て下降してゆく。

このようにして、外枠部材１が下降してゆくと、まず内
枠部材１１の下端が試料１３の表面に当接し、内枠部材
１１が第１の円錐受部１０から離れて、スイッチＳ３が
開となり、このスイッチＳ３が開となったことによる信
号を図示しないカム駆動制御器が受けて、カム２５の回
転速度を落とすことにより、外枠部材１の下降速度が減
じられる３このように下降速度が切替えられることによ
り、外枠部材１がゆっくり下降してゆくと、無負荷時に
内枠部材１１の下端よりもやや上方へ引込んでいた圧子
１４ｂが試料１３の表面１３ａに当接しこれにより圧子
軸１４が第２の円錐受部１６から離れて、スイッチＳ１
が開となり、その結果試料１３に基準（予備）荷重が負
荷されたことが検出される。

このときの基準荷重は、次の１〜３に示す力の総和とし
て、試料１３に負荷されている。

（１）圧子軸１４の自重による力と、圧子軸１４に直接
取付けられている部品（例えば圧子１４ｂ）の自重によ
る力 （２）変位検出機構Ｄ（２２，２３，２４）の測定力（
内部ばね圧により可動部２３を介して作用する力） （３）ばね２７が圧子軸１４に及はす力（この場合は圧
子軸１４を引き上げる力として作用している。

）さらに、カム２５を回わすことにより、外枠部材１が
下降してゆくと、圧子軸１４の相対的上昇により荷重軸
１８の下端面が圧子軸１４の上端面に当接し、これによ
り荷重軸１８のばね受１９が第３の円錐受部２０から離
れて、スイッチＳ２が開となり、これにより試料１３に
試験荷重が負荷されたことが検出される。

その後、更にカム２５を回転させてゆくと、外枠部材１
は復帰ばね２８の作用により上昇し、この上昇につれて
、外枠部材１は、最初に第３の円錐受部２０を介し荷重
軸１８を支持し、ついで第２の円錐受部１６を介し圧子
軸１４を支持し、最後に第１の円錐受部１０を介し内枠
部材１１を支持してゆく。

その際、スイッチＳ２．Ｓｌ、Ｓ３も順次閉じてゆくよ
うになっており、スイッチＳ３が閉じると、カム２５が
速く回転せしめられ、これにより外枠部材１の上昇が速
やかに行なわれる。

次に、外枠部材１の下降および上昇の間に出力される変
位検出機構りからの相対変位信号Ｘに基づいて試料１３
の硬さを表示しうろことについて説明する。

第２図に示すごとく、変位検出機構りからの相対変位信
号Ｘは、演算器３２へ入力されるようになっており、更
にこの演算器３２へは、スイッチＳ１．Ｓｌからの負゛
荷状態検出信号が適宜の遅延回路３３．３４を介して入
力されるようになっている。

この演算器３２は、アナログ・ディジタル変換器や適宜
のメモリーや相対変位信号Ｘに基づいて硬さに対応する
信号Ｈを出力しうる演算処理部等をそなえており、この
演算処理部はスイッチＳｌ。

Ｓｌからの信号により演算の制御が行なわれるようにな
っている。

なお、スイッチＳｌ 、Ｓｌと演算器３２との間に、そ
れぞれ遅延回路３３，３４を設けたのは、スイッチＳ１
．Ｓ２作動直後にスイッチが外乱により再閉することな
どがあっても、誤動作を起こさないようにするためであ
る。

ところで、外枠部材１の下降開始から時間ｔ１後に、内
枠部材１１が第１の円錐受部１０から離れたとすると、
このときスイッチＳ３が開くため、この開いたことによ
る制御信号が前述のカム駆動制御器へ伝送されて、カム
２５の回転速度が落される。

このようにカム２５の回転速度が落されることにより、
外枠部材１の下降速度も減ぜられ、この時間ｔ１後は徐
々に外枠部材１が下降してゆくが、時間ｔ２後に、圧子
１４ａが試料表面１３ａに当接すると、圧子軸１４が第
２の円錐受部１６から離れて試料１３に基準荷重がかか
る。

このようにして圧子軸１４が第２の円錐受部から離れる
と、スイッチＳ１が開くため、この開いたことによる制
御信号が遅延回路３３で一定時間だけ遅延せしめられて
から演算器３２へ伝送されこのときの相対変位Ｘ。

がこの演算器３２で記憶される。

更に外枠部材１が下降してゆくと、時間ｔ３後に、荷重
軸１８が第３の円錐受部２０から離れ、試料１３に試験
荷重がかかる。

このときスイッチＳ２が開くため、この開いたことによ
る匍脚信号が遅延回路３４で一定時間だけ遅延せしめら
れてから演算器３２へ伝送されて、このときの相対変位
ｘ１ が演算器３２で記憶される。

なお、スイッチＳ１の開による信号で演算を開始し、ス
イッチＳ２の開による信号で演算を終了するようにして
もよい。

このようにして試料１３に試験荷重が負荷されると、演
算器３２で記憶してから演算するものも直接演算するも
のも、いずれの場合も相対変位Ｘ Ｉ Ｘ ｏ な
る情報を得ることができ、この情報に基づいて試料１３
の硬さを求める演算が行なわれ、硬さ情報を有する信号
Ｈは表示器３５にて試料１３の硬さとして表示されるこ
とになる。

このようにして硬さ表示が行なわれると、その後は外枠
部材１の上昇により時間ｔ４ でスイッチＳ２が閉じ、
時間ｔ５ でスイッチＳ１が閉じ、時間ｔ６ でスイッ
チＳ３が閉じて外枠部材１が速やかに上昇せしめられ、
時間ｔ７ で外枠部材１は測定開始前の状態に戻る。

このとき、演算器３２もリセットされるが、演算器３２
にホールド回路を付設しておけば、表示器３５に、依然
として試料１３の硬さが表示されることになる。

以上詳述したように、本発明の押込み硬さ測定装置によ
れば、外枠部材１の下降および上昇だけで試料１３に試
験荷重をかけることができるほか被駆動部９を介して駆
動される外枠部材１を含む外側の、駆動系が、圧子軸１
４を含む内側の測定系に影響を及ぼさないように構成さ
れているので、測定精度を大幅に向上できる利点がある
。

また、本発明の押込み硬さ測定装置によれば、基準衝重
負荷状態および試験荷重負荷状態をそれぞれ検出しうる
負荷状態検出機構りが設けられているので、硬さ測定の
自動化を容易に実現でき、これにより測定精度の向上を
はかりながら、測定時間を大幅に短縮できる利点がある
。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例としての押込み硬さ測定装置を示
すもので、第１図はその縦断面図、第２図はその硬さ表
示系を説明するためのブロック図である。 １・・・・・外枠部材、２・・・・・・本体、３，４・
・・−・案内部、５・・・・・板ばね、６・・・・・・
外枠本体、７・・・・・・荷重ばねユニット本体、７ａ
・・・・・・案内部、８・・・・・・柱体、９・・・・
・被駆動部、１０・・・・・・第１の円錐受部、１０ａ
・・・・・・電気絶縁部材、１０ ｂ−、−０，リード
線、１１・・・・・・内枠部材、１１ａ・・・・・・被
受部、１１′・・・・・・板ばね取付用金具、１２・・
・・・・試料台、１３・・・・・−試料、１３ａ・・・
・・・試料表面、１４・・・・・・圧子軸、１４ａ・・
・・・・長穴部、１４ｂ・・・・・・圧子、１５・・・
・・・ボール、１６・・・“・第２の円錐受部、１６ａ
・・・・・・電気絶縁部材、１６ｂ・・・・・・リード
線、１７・・・・・・板ばね、１８・・・・・・荷重軸
、１９・・・・・・ばね受、２０・・・・・・第３の円
錐受部、２０ａ・・・・電気絶縁部材、２０ｂ・・・・
・・リード線、２１・・・・・・荷重ばね、２２・・・
・・・固定筒部、２３・・・・・・可動部、２４・・・
・・・圧子押込み量検出機構、２５・・・・・・カム、
２６〜２８・・・・・−ばね、２９・・・・・・被駆動
部案内部材、３０・・・・・・ガイド棒、３１・・・・
・、ガイド溝、３２・・・・・・演算器、３３、３４−
０．−０遅延回路、３５・・・・・・表示器、Ｕ・・・
・・・荷重ばねユニット、Ｄ・・・・・・変位検出機構
、Ｌ・・・・・・負荷状態検出機構、Ｓｌ・・・・・・
基準荷重負荷状態検出用スイッチ、Ｓ２、・、２．・試
験荷重負荷状態検出用スイッチ、Ｓ３・・・・・・外枠
部材昇降速度切替用スイッチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 本体に対し上下動可能に支持された外枠部材と、同
   外枠部材の第１の円錐受部に支持されると共に下端が試
   料表面に当接しうる内枠部材と、下部を上記外枠部材の
   第２の円錐受部に支持されると共に上部を板ばねを介し
   上記内枠部材に支持された圧子軸と、下端を上記圧子軸
   の上端面と対向して躬設されると共に下部を上記外枠部
   材の第３の円錐受部に支持された荷重軸と、同荷重軸を
   介し上記圧子軸へ試験荷重を負荷すべく上記の外枠部材
   と荷重軸との間に介装された荷重ばねとをそなえると共
   に、上記の内枠部材と圧子軸との相対変位を計測しうる
   変位検出機構をそなえ、上記外枠部材の下降および上昇
   により、上記荷重ばねのばね力を上記圧子軸にそれぞれ
   負荷および除荷させるべく、上記外枠部材の上部に被駆
   動部が設けられると共に、上記圧子軸の圧子がその無負
   荷時に上記内枠部材の下端よりもやや上方へ引込むよう
   に配設されたことを特徴とする、押込み硬さ測定装置。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の押込み硬さ測定装置
   において、上記変位検出機構が、上記内枠部材に固定支
   持された固定筒部と、同固定筒部内に上下動可能に配設
   された可動部と、上記の固定筒部と可動部との相対変位
   から上記圧子の押込み量を検出する検出機構とから成り
   、上記の固定筒部と可動部とが上記圧子軸と同軸的に配
   設された押込み硬さ測定装置。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載の押込み硬さ測定装置
   において、上記内枠部材と上記外枠部材の電気的に絶縁
   された第１の円錐受部とで、上記外枠部材の昇降速度を
   切替制御するための昇降速度切替用スイッチが構成され
   た押込み硬さ湧流装置。 ４ 特許請求の範囲第１項に記載の押込み硬さ測定装置
   において、上記荷重軸と、これを支持する上記外枠部材
   の第３の円錐受部と、上記荷重ばねとから成る荷重ばね
   ユニットが、上記外枠部材に対し着脱可能に設けられた
   押込み硬さ測定装置。 ５ 本体に対し上下動可能に支持された外枠部材と、同
   外枠部材の第１の円錐受部に支持されると共に下端が試
   料表面に当接しうる内枠部材と、下部を上記外枠部材の
   第２の円錐受部に支持されると共に上部を板ばねを介し
   上記内枠部材に支持された圧子軸と、下端を上記圧子軸
   の上端面と対向して配設されると共に下部を上記外枠部
   材の第３の円錐受部に支持された荷重軸と、同荷重軸を
   介し上記圧子軸へ試験荷重を負荷すべく上記の外枠部材
   と荷重軸との間に介装された荷重ばねとをそなえると共
   に、上記の内枠部材と圧子軸との相対変位を計測しうる
   変位検出機構と、基準荷重負荷状態および試験荷重負荷
   状態をそれぞれ検出しうる負荷状態検出機構とをそなえ
   、上記外枠部材の下降および上昇により、上記荷重ばね
   のばね力を上記圧子軸にそれぞれ負荷および除荷させる
   べく、上記外枠部材の上部に被駆動部が設けられると共
   に、上記圧子軸の圧子がその無負荷時に上記内枠部材の
   下端よりもやや上方へ引込むように配設されたことを特
   徴とする、押込み硬さ測定装置。 ６ 特許請求の範囲第５項に記載の押込み硬さ測定装置
   において、上記負荷状態検出機構が、上記圧子軸と上記
   外枠部材の電気的に絶縁された第２の円錐受部とから成
   る基準荷重負荷状態検出用スイッチと、上記荷重軸と上
   記外枠部材の電気的に絶縁された第３の円錐受部とから
   成る試験荷重負荷状態検出用スイッチとで構成された押
   込み硬さ測定装置。