JPS6236168B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、材料の表面硬さ測定装置に係り、一
定形状の圧子と所定の荷重を印加し、被測定物に
押込みによつて生じたくぼみ深さを自動検出し、
電気的演算処理により、自動的に硬さ測定、表示
印字を行なう装置に関するものである。 押込み硬さ測定装置には、ビツカース、ブリネ
ル硬さのように、被測定物に圧子を押込んで、除
重後の永久くぼみの表面積を測定するもの（第一
の方法）と、ブリネル硬さのように、基準荷重と
試験荷重とを用いて、荷重中の圧子の侵入量を計
測するもの（第２の方法）と、引掻き硬度のよう
に、一定荷重下の被測定物の表面を引掻き、でき
た溝幅を測定するもの（第３の方法）などがあ
る。しかし、いずれも試験荷重が大きく、ごく表
面層の分析あるいはプラスチツクのような粘弾性
的な性質をもつ材料又は、透明体のような反射光
が少ない材料の硬さ測定には不向きであつた。す
なわち、金属に比べて、弾性的な性質をもつ材料
では、測定中の加圧時間、および除重後の時間に
影響が大きく、硬さの値が異なり、圧子の押込み
時間を十分吟味する必要があつたり、くぼみの境
界が明瞭でない。又、盛り上がりのどこを測定す
るかなど、測定者の感覚的な判断に頼つたり、測
定値の人的誤差やばらつきが大きく、再現性も悪
い。又、圧子軸により被測定面に明瞭な圧痕をつ
け得る材料に限られていた。而して、近年では上
記欠点を自動化によつて改善する装置が開発され
つつある。 その一つの方法は、人的誤差を改善するものと
して、圧子により被測定物の表面につけた圧痕を
イメージセンサによる光電的に検出する方法、テ
レビカメラで撮影して映像信号を電気的処理する
方法がある。第２の方法は、圧子を有する荷重軸
の変位を差動トランスあるいは磁気スケール等で
検出してパルス信号を発生させ、荷重軸の移動量
を検出してデイジタル表示するものが試みられて
いる。しかし、前者は被測定物は圧痕が明瞭な材
料に限られたり、精度が得られない不具合があ
る。後者は、圧子が降下して被測定物の表面に接
触した瞬間の検出が不完全で、特にプラスチツク
成形品では、厚さが小さく、表面積も小さい小形
のものの微小荷重での硬さ測定では精度が得られ
ず不向きである。たとえば、熱可塑性樹脂におけ
る成形加工されたプラスチツクはその形状、ゲー
ト位置、表面、内部が必ずしも均一でない。内外
部の局部の硬さを測定し、その数値が異なるとき
の構造又は特性値の推定が必要となる。又、熱硬
化性樹脂における架橋又は重合促進状態の硬度を
測定することによつて架橋度の低下又はエージン
グによる老下または劣化を測定する際に用いる。
上記の被測定物の表面は必ずしも平担でないため
明瞭な圧痕が得られず、圧痕の表面積を測定する
ことが不可能である。そこで本発明は上記の問題
を解決すると共に被測定物の材質、表面状態に左
右されず高信頼、高精度の硬さ測定装置を提供す
ることを目的とする。 上記目的を達成するため、本発明は水平かつ上
下平行に一端支持された平行バネによつて水平方
向の運動を拘束し、上下動のみ可能に支持された
可動端に被測定物截物台を配設し、被測定物に上
方より当接する圧子軸の変位を検出する第１の検
出手段と、前記平行バネの可動端の変位を検出す
る第２の検出手段とからなり、前記圧子軸が被測
定物の表面に接触の瞬間をとらえ得るように構成
したことを特徴とする。 以下、本発明の一実施例を図面に従つて詳細に
説明する。第１図において、硬さ装定装置の圧子
軸１の変位を検出する該軸１に接合された鉄心２
および一次コイル３、二次コイル４，５からなる
第１の検出手段である差動トランス型変位計４０
を装備し、平行スペース６によつて上下平行に配
設した平行バネ７，８の一端は固定端９によつて
固定支持され、他端は可動端とし、平行バネ７，
８によつて水平方向の運動を拘束し、上下動のみ
可能に支持され、かつ荷重―上下動の変位の再現
性を有している。この可動端は被測定物１０の載
物台１１および可動端軸１２の変位を検出する該
軸１２に接合された鉄心１３および一次コイル１
４、および二次コイル１５，１６からなる第２の
検出手段である差動トランス型変位計４１を装備
している。従つて圧子軸１（荷重機構を図示せ
ず）が降下して被測定物１０の表面に接触すると
同時に平行バネ７，８が変位し、上記可動端を降
下させ、圧子軸１は該圧子軸の負荷と平行バネの
バネ力とが釣り合うまで降下する。 第２図は本発明の硬さ測定装置の計測システム
の概要図である。差動トランス型変位計４０のア
ナログ出力は、前置増幅器２１を経て、波形整形
２２で整形される。一方差動トランス型変位計４
１のアナログ出力は、前置増幅器２３を経て、波
形整形２４で整形され、アナログコンパレータ２
５とサンプルアンドホールド器２６に入り、圧子
軸１が降下して被測定物１０の表面に接触すると
同時に差動トランス型変位計４１のアナログ出力
と基準電圧２７との比較をアナログコンパレータ
２５で行なわれ、トリガー信号を作り、接触開始
の検出信号２８が発生する。差動トランス型変位
計４０の波形整形２２のアナログ出力は、ピーク
値ホールド器２９とサンプルアンドホールド器３
０に入り、前記アナログコンパレータ２５のトリ
ガー出力２８によつて、被測定物１０に圧子軸１
が接触したのちの圧子軸１の降下量として演算器
３１で処理される。ピーク値ホールド器２９の出
力は演算器３１およびサンプルアンドホールド器
２６に入り、可動端軸１の全ストローク値の信号
として演算器３１に入る。演算器３１では圧子軸
１が被測定物１０に侵入する深さの演算が行なわ
れる。演算器３１の出力は硬度変換器３２によつ
て荷重定数３３（印加中の荷重値）および圧子先
端定数３４（例えば、ビツカース硬さでは1.854
である）を入力情報として硬度の変換が行なわれ
る。すなわち、ビツカース硬さＨ_vでは圧子形状
136゜の四角錐を用い、 Ｈ_v＝２ｐ／ｄ^２sinａ／２＝1.854×ｐ／ｄ^２、 ここで、ａは圧子形状（角度）、ｐは荷重、ｄ
は対角線の長さ、ただし、ｄは圧痕深さの約７倍
として計算される。 第３図は、本発明の他の実施例の測定システム
図である。プラスチツクのように粘弾性的な性質
をもつ材料の硬さ測定に有効なシステムである。
圧子軸１が被測定物１０の表面に接触と同時に出
るトリガー信号２８は硬さ情報の呼び出し指命の
入力信号となり、該硬さ情報の呼び出し指命の出
力は演算器３７の計測トリガーとなつて圧子軸１
が被測定物１０の表面に接触した瞬間から最大降
下まで経過時間を因子として圧痕深さを硬さ情報
の呼び出し指令に応じて演算させたり、最大降下
後の時間経過による圧痕回復量又は侵入増加量の
測定を行ない、硬度変換し記録させるものであ
る。 以上のように本発明の硬さ測定装置によれば、
圧子軸１が被測定物１０の表面に接触と同時にア
ナログコンパレータ２５からのトリガー信号によ
つて接触した瞬間をとらえ、被測定物１０の圧痕
深さ、又は硬さ情報の呼び出し指令に応じた圧痕
深さを演算することによつて、材料表面の硬度の
分析および硬さ測定の自動化を図ることができ、
その上、測定者の感覚的な判断に頼つたり、測定
値の人的誤差やばらつきがない。さらに、圧子軸
により被測定面の明瞭な圧痕をつけ得ない材料の
硬さ測定に効果がある。勿論、他の種々の材料の
硬さ測定を行なうこともできる。又、従来の硬さ
測定装置の機構上の改造せずにそのまま利用でき
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の硬さ測定装置の概略を示す縦
断面図、第２図および第３図は本発明の硬さ測定
装置の測定システムを示すブロツク図である。 １…圧子軸、６…平行スペーサ、７，８…平行
バネ、９…固定端、１０…被測定物、１１…載物
台、１２…可動端軸、３１…演算器、３２…硬度
変換器、３３…荷重定数、３４…圧子先端定数、
３５…表示器、３６…硬さ情報の呼び出し指命、
３７…演算器、４０，４１…差動トランス型変位
計。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧子軸の変位を検出する変位検出手段と、板
   ばねとから構成した押し込み硬さ測定装置におい
   て、前記圧子軸の変位を検出する第１の検出手段
   と、該第１の検出手段と上下方向に対向する第２
   の検出手段と、前記第１の検出手段と第２の検出
   手段との間に水平かつ上下平行に一端支持された
   平行バネの可動端を配設し、該可動端の前記第１
   の検出手段側に被測定物載物台を設け、かつ前記
   第２の検出手段側に鉄心からなる可動端軸を設け
   たことを特徴とする硬さ測定装置。