JPS60102540A

JPS60102540A - デジタル硬さ計

Info

Publication number: JPS60102540A
Application number: JP20985483A
Authority: JP
Inventors: Kenhachi Mihashi; 健八三橋; Kohei Akashi; 明石　好平
Original assignee: KOBUNSHI KEIKI KK; Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: KOBUNSHI KEIKI KK; Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 1983-11-10
Filing date: 1983-11-10
Publication date: 1985-06-06
Also published as: JPH0257260B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、ゴム等の弾性体の硬度を測定するスプリング
式硬さ針の改良に関し、特に弾性体の応力緩和現象を考
慮して弾性体の硬さを自動的に読み取り、その測定値を
デジタル表示することができるデジタル式硬さ針に関す
る。

〔従来例〕

従来、ＪＩＳ　Ｋ６３０１第５．２項に記載される従来
のスプリング式ゴム硬さ計は、被測定試料に押釦を押し
付け、被測定試料の反力による押針の上下方向の動きを
ランクとピニオン機構により回転量に変換し、アナログ
ゲージ盤上の指示針の動きよりゲージ盤上の目盛を読み
取るアナログ方式が取られていた。

さらに、最近では特公昭５５−２０１９１号公報、特開
昭５６−１５３２３５号公報にてデジタル方式のゴム硬
さ計が、押針の上下方向の移動量を差動トランスにより
電気信号に変換する方法で報告されていたり、また、特
開昭５７−１８４９４９号公報や特開昭５８−９０４４
号公報では可変抵抗器により電気信号に変換する方法、
さらに特開昭５８−７２０３２号公報ではロータリーエ
ンコーダを使用して電気信号に変換する方法が報告され
ているが、これらはいずれも問題点を有しており現在で
は問題を有したまま使用されているが、まだ一般に実用
化されていない状態である。

ところで、すでに国内には数万台のゴム硬さ剖が販売さ
れているが、そのほとんどがランクとピニオン機構によ
るアナログ方式である。この方式の特徴は小型で持ぢ運
びが容易であり、且つ安価であるという点であるが、そ
の反面、測定精度が悪く測定結果が時間とともに変化し
、目視による測定では正確な記録ができない問題があっ
た。　これは押針の上下移動を回転運動に変換する上に
小型であるため充分な回転量が得られず、また変換部分
にガタを生し易いために測定精度に問題が生じるためで
あり、機構」二やむを得ないことであった。

したがって、この変換方式を利用して上下移動を回転運
動に変換しなければならないロータリーエンコーダ方式
では、この変換する部分で測定精度に問題を生じ、その
後コンピュータ等をいかに駆使して解析しても被測定試
料の硬さを正６Ｗに測定したごとにはならず、従来の問
題を解決したごとにはならないのである。

一方、可変抵抗器によりデジタルに変換する方法は、押
針の上下移動量を抵抗器に接触させてその変化量を電気
信号に変換させる方法であるが、この方法では押釦のわ
ずかな」二下移動量を接触による摩擦で正確に検出でき
ないだけでなく、検出した電気抵抗はアナログ値であり
、それをアナログ／デジタル変換しなくてはデジタル計
にはならず、そのため硬さ計の構成部品が多くなり、測
定精度が悪いのみならず大型で高価な硬さ計になるとい
う大きな問題を有している。

また、差動トランス方式はすでに実用化されているが、
電気量をアナログ／デジタル変換する必要があり、可変
抵抗器方式と同様に硬さ計そのものが大型で高価になる
という問題を有しているのである。そして、これら大型
の硬さ針は電力を必要とする所から電池による電源没入
ができないので、どこにでも持ち運びができるというわ
りにはいかす、さらに電源変動や電気ノイズを受けやす
くなる別種の問題点も有している。

（発明の目的〕そこで本発明の目的は、前記従来のデジタル式硬さ８１
の有する種々の問題点を解消し、押針の上下移動量をそ
のままリニアエンコーダを使用して検出するごとにより
高精度の硬さ測定値やさらには試料の分散度も得られ、
また、小型で持ち運び可能な全く新規な優れたデジタル
式硬さ計を提供することである。

前記目的を達成する本発明のデジタル式硬さＢ１は、弾
性部材を利用して柔軟な材料の硬度を測定する硬さｎｌ
において、その押針の移動量を検出するりニアエンコー
ダを設け、このリニアエンコーダは、前記押針に連動す
る移動スリット板と、これに対向する位置に取り付けら
れた固定スリット板と、これらを挟んで対向する位置に
設けられた発光素子と受光素子とから構成して、前記移
動スリット板の移動による遮光度合の変化を電気信号に
変換して検出できるようにし、さらに前記リニアエンコ
ーダには、前記電気信号をパルス化して前記押針の移動
量をデジタル表示可能な制御回路を接続したことを特徴
としている。

〔実ｈ’？例〕

以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図および第２図は本発明デジタル式硬さ計の一実施
例の正面図及び側面図である。硬さ針本体１は前面にデ
ジタル硬さ表示器２を持つ表示操作部３があり、その背
後にリニアエンコーダ４が取イ１けである。このリニア
エンコーダ４を」二下に貫通ずる状態でスピンドル５が
取付けられている。スピンドル５は上下に移動し、その
上端は荷重スプリング６の下端に接触している。荷重ス
プリング６の上端は硬さ針本体■にねじ込まれた調整ネ
ジ７に接触し、調整ネジ７により荷重スプリング６の強
さを調整することによって、１１８に６３０１規格に適
するようになっている。（第２図ではコイルばねを用い
ているが、板ばねを用いることもできる。）また、スピ
ンドル５の下端には押針８が、これもＪＩＳ　Ｋ６３０
１規格に通ずる寸法で取（＝Ｊけられ、その先端は硬さ
針本体１に固定された加圧脚９の下面、即ぢ加圧面１０
より突出している。

以、ｌ二の構造において硬さ針本体ｌを加圧面ＩＯが被
測定試料面に接するように押し当てると押針８およびス
ピンドル５は荷重スプリング６の作用により試料の反力
、即ち試料の硬さに応じて加圧面１０にＲＬＬで上方に
変位するので、この移動量を読め取ることで、この移動
量と硬さの関係を換算して試料の硬さを測定することが
できる。リニアエンコーダ４には前記移動量をデジタル
信号とし“Ｃ取出すための機構、回路が組込まれており
、このデジタル信号は表示操作部３に組込まれた回路で
処理され、硬さ表示器２にＪＩＳ　Ｋ６３０１第５．２
項に記載されるスプリング式硬さ値として表示される。

第３図および第４図はデジタル式硬さ針に用いられるリ
ニアエンコーダの構造図である。リニアエンコーダ４は
、スピンドル５に固定され、スピンド”ル５の軸方向に
直線運動する可動スリット板１１と、リニアエンコーダ
４本体に固定された固定スリット板１２と、可動スリｙ
　Ｉ・板１１と固定スリット板１２の前後に置いた２組
の発光素子１３．１３′　と、受光素子１４．１４°　
と、電圧比較器１５により構成されている。スリット板
１１．１２は透明な板に細い一定間隔の不透明な線が印
刷されノこもので、スピンドル５の上下によって可動ス
リット板１１と固定スリット板１２の線同士が重な、っ
たり、全く重なり合ゎながったりするようになゲＣいる
。そして、前記線同士の重なり合いの程度による明暗の
変化を受光素子１４．１４’により近似正弦波２５の電
気信号に変換して取り出した後、さらに電圧比較器１５
で矩形波２６に波形整形する。

前記スリットの線の間隔は、硬さ値を０．０５度中位で
読みとる場合、０．００１２５　ａｍ　Ｘ　４＝０．０
０５１ピツチとすることが必要であり、この矩形波の数
を１１数することによりスピンドル５の移動量をｉｌＬ
？ｕｌｌすることができるのである。またスピンドル５
の移動方向を認識するために素子１３゜１４からなる組
と素子１３°、１４”からなる組とはある程度距離を離
して位置させ、その出方位相が互いに９０度異なるよう
に、一方の組の素子間に挟まれたどぢらかのスリット板
の線を他方の素子間の前の同じスリット板の線とずらせ
ておく。このずれにより、素子１３．１４の組から人相
、素子１３’　、　１４’　の組からばＢ相の、瓦いに
位相が９０度異なった信号を出力することにより移動方
向の判別が可能となる。

第５図はスピントール５の移動方向を判別する回路の動
作手順を示す波形図である。リニアエンコーダ４からは
９０度位相のずれた２つの信号（Ａ相およびＩ３相）が
出力される。スピンドル５を上昇させたときと降下させ
たときの波形を第５図（１１に示す。

次に微分回路を用いて第５図（２）に示ずＡ相の立上り
タイミングパルス八を及びＡ相の立下りタイミングパル
ス八ｔを作る。第５図（３）にタイミングパルスＡｔと
Ｂ相との論理積＾ｔＸＢ・・・■と、タイミングパルス
へ（とＢ相との論Ｉ里積へｔＸＢ・・・■を示ず。ごの
論理積■、■の両信号をＲＳフリソブフＵツブの人力と
するとその出力は第５図（４）のようになるので、スピ
ンドル５の上昇降下の方向を判別することができる。

また、論理積■、■の論理和をとると、第５図（５）に
示す計数用パルスを取り出すことができる。

さらにＩ３相の反転を用いて第５図（２）のＡｔ、Ａｔ
と合成すれば、２倍のパルス力゛（得られる。またこの
２倍のパルスとＢ相の立上がり、立下がりパルスとＡ相
及びＡ相の反転を用いて得られた２倍パルスとを合成す
れば４倍パルスが得られる。

第６図は第１図に示した実施例の回路系統図である。第
６図に示すようにリニアエンコーダ４から出力する変位
信号は表示１榮作部３において方向判別回路１６、可逆
カウンタ１７、時間制御回路１８、表示器制御回路１９
を経て硬さ表示Ｎ２で表示される。方向判別回路１６で
はリニアエンコーダ４からのＡ相、Ｂ相の２つの信号を
入力してスピンドル５の」−昇、降下の判別信勺と４３
１セでスピンドル５の変位、即ら移動量に比例した数の
パルスを出力して次の可逆カウンタ１７へ送る。可逆カ
ウンタ１７ではこのパルス数を計数してスピンドル５の
移動量を例えば２進数の形で出力するとともに、方向判
別信号に応じて計数出力借りを増加あるいは減少させる
。時間制御回路Ｉ８は被測定試料の硬さ測定において通
常みられる応力緩和現象、ずなわら硬さ針本体１を試料
に押しシトＣた直後に最高値を示した後、硬さ値が徐々
に低下し最終的にはほぼ安定した値となる現象に幻し、
前記最高値を保持するピークボールド回路と、どの時期
の値を被測定試料の硬さ値とするかを決める回路とを有
し、たとえば最高値を指示したり、又は何秒後かを設定
し、設定時間経過後に硬さ表示器２の表示がその時の値
を保持するよう動作するものである。

この場合、時間Ｆ？設定゛器２０であらかしめ設定時間
を入力し“ζおくと、硬さの最高値が得られた後、設定
時間経過時の硬さ値を保持し表示することができる。

表示器制御ｌＬ！１路１９は時間制御回路１８からの硬
さデータ信号（例えば２進数のデータ信号）を表示器で
表示できる形に変換するものでこれにはデコーダ、マル
チプレクサ等が含まれる。

硬さ表示器２は例えば３〜４桁の７セグメン］・発光ダ
イオード（ＬＥＤ）（あるいは液晶〔ＬＣＤ））数字表
示器で構成される。なお、この表示器は先に述べた時間
信号設定器２０の人力信号表示器として、また後述する
合否判定基準設定器２２の入力信号表示器としても切換
え”Ｃ使用される。

表示操作部３にはこの他に測定した硬さ値があらかじめ
設定された許容範囲内に含まれているか否かを判断する
合否判定回路２１がある。これは測定した硬さ値と、あ
らかじめ合否判定基準設定器２２に入力された基準硬さ
値との比較を行い、その結果を合否判定表示器２３へ出
力するものである。この場合、基準硬さ値には」二限、
下限および上下限のそれぞれを目的に応じて設定するこ
とができる。合否判定表示器２３の一例とし“Ｃは、測
定結果が許容範囲の上限、あるいは下限を越えた場合に
、それぞれ別個に点灯するり、　ｌ”：　ｌ）を設ける
ような手段を用いても良い。

さらに表示操作部３には測定結果を外部のデータ処理装
置（例えばプリンタ、マイクロコンピュータ等）へ送り
出す機能を持たせることもできる。この場合、必要に応
じ信号変換器２４により、・例えば測定結果を２進化１
０進数ＣＢＣＤ）に変換することによって汎用性を持た
せると良い。

なお、第６図の時間制御回路１８以降は図のようにバー
ドウｒ−？で構成することもできるが、マイクロコンビ
エータを用いたソフトウェアで構成することも可能であ
る。

表示操作部３は、本発明の硬さ酎より離し、外部のデー
タ処理装置と組み合わせて外部機能として保有してもよ
い。その場合、外部のデータ処理結果と同時に硬さ値を
得ることができる利点がある。さらに、表示操作部３を
本体から離す場合は、第６図のリニアエンコーダ４以外
のすべてを外部機能として保有することになる。

以上のような本発明のデジタル式硬さ計を使用し°Ｃ押
針の」二下移動量をそのままリニアエンコーダにより検
出すれば、上下移動を回転運動に変換する機構がなくな
り、そのため各部品のガタや摩擦の影響がなくなって高
精度な測定結果を得ることができる。

特に、リニアエンコーダのスリットにガラスを使用し、
ガラスにクロームを蒸着してスケールを作製した場合等
では、１μｍ程度の変位まで光学的に検出できるので、
極めて誤差の少ない粘度の１ｒｌｉい変位の検出が可能
になる。

このような高精度リニアエンコーダと荷重スプリングを
使用し、測定時の条件（例えば試料への押し力、温度等
）を一定にする手段を用いれば、従来硬さ値の最少単位
として±１度をアナログ値から読み取っていたのが、±
０．０５度の硬さ値までデジタル値として正確に得るこ
とができ、２０倍まで精度を上げることができる。もら
イ）ん目的によって精度を±０．１度まで（第１図の実
ｈｉ例）下げるのは容易である。

〔発明の効果〕

以上のように本発明のデジタル式硬さ針では、従来の硬
さ計では得られなかった高精度で試料の硬さを測定する
ことにより硬さ針の用途が広がり、例えば被測定試料が
加硫ゴムの場合、試料の加硫状態の分布や混合されてい
る配合剤の分散状態を調べることが可能となる。

また、リニアエンコーダによるパルス信号をそのままデ
ジタル値としてカウントできることから、Ａｌ１）コン
バータなどの電気的変換手段を必要としないし、さらに
前述した機械的変換手段を使用しないことから本発明の
硬さ１１本体は小型で軽く持ら運びが容易であるという
効果と、さらに、電池式であることから電気的ノイズに
より測定結果に異富が生じる心配がなく、従来のデジタ
ル式硬さ計の問題点を解決した大きな効果もある。

また、ＪＩＳ　Ｋ６３０１には測定時の押し荷重がｌｋ
［ｆになるよ・）に記載されており、本発明のデジタル
式硬さｎｌにおい°ζも自重が１　ｋｇになるように調
整すれば測定値の個人誤差がなくなる等、１’ｆｆ度の
利点が得られる。その他、電気信号として得られた硬さ
測定結果をピークボールドしたり、一定時間経過後の硬
さ値を表示したり、基準硬さ値との比較において合否を
判定する機能は本発明のデジタル式硬さ計を工場内等で
使用する場合、デジタル値のために読み取りやすい等の
効果とともに有効に利用される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のデジタル式硬さ計の一実施例の正面図
、第２図は第１図のデジタル式硬さ針の一部破断側面図
、第３図は本発明のリニアエンコーダの内部構成を示す
縦断面図、第４図は第４図のリニアエンコーダの横断面
図、第５図は本発明のデジタル式硬さ計に用いられる方
向判別回路の動作波形図、第６図は本発明のデジタル式
硬さ計の構成を示すブロック図である。 ■・・・硬さ針本体、２・・・表示器、３・・・操作部
、４・・・リニアエンコーダ、５・・・スピンドル、６
・・・荷重スプリング、７・・・調整ネジ、８・・・押
針、９・・・加圧脚、１０・・・加圧面、１１・・・可
動スリット板、Ｉ２・・・固定スリット板、Ｉ３．１３
’　・・・発光素子、１４．１４’　・・・受光素子、
１５・・・電圧比較器、１６・・・方向判別回路、１７
・・・可逆カウンタ、１８・・・時間制御回路、１９・
・・表示器制御回路、２０・・・時間信号設定器、２１
由合否判定回路、２２・・・合否判定基準設定器、２３
・・・合否判定表示器。

Claims

【特許請求の範囲】

弾性部月を利用して柔軟な材料の硬度を測定する硬さ計
において、その押針の移動量を検出するりニアエンコー
ダを設け、このリニアエンコーダは、前記押針に連動す
る移動スリット板と、これに対向する位置に取り付けら
れた固定スリン］・坂と、これらを挟んで対向する位置
に設ＬＪられた発光素子と受光素子とから構成して、０
；１記移動スリット板の移動による遮光度合の変化を電
気信号に変換して検出できるようにし、さらに前記リニ
アエンコーダには、前記電気信号をパルス化して前記押
針の移動量をデジタル表示可能なｉｌｉ制御回路を接続
したことを特徴とするデジタル式硬さ計。