JPS6243129B2

JPS6243129B2 -

Info

Publication number: JPS6243129B2
Application number: JP9638983A
Authority: JP
Inventors: Shozo Iwasaki
Original assignee: Akashi Seisakusho KK
Current assignee: Akashi Seisakusho KK
Priority date: 1983-05-31
Filing date: 1983-05-31
Publication date: 1987-09-11
Also published as: JPS59221638A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、荷重軸下端の圧子の試料への侵入深
さによつて硬さの測定を行なう硬度計に関し、特
に試料を試料受台上へ押え付け、試料を固定して
から試料の硬さを測定できるようにした試料固定
式硬度計に関する。

従来より、試料への圧子の侵入量の計測に誤差
が生じないように、試料を試料受台上へ押え付け
て、試料を固定してから、試料に予備荷重および
本荷重を順次かけてゆく試料固定式硬度計が提案
されている。

しかしながら、従来のこの種の試料固定式硬度
計では、荷重負荷機構を複数組必要とし、これに
より試料の押し付けから予備荷重を経て試験荷重
の負荷に至るまでの操作が、荷重負荷機構相互の
負荷タイミングなどの関係で複雑になるという問
題点がある。

また、変位検出機構や荷重検出機構が複雑であ
るため、コスト高を招くという問題点もある。

本発明は、これらの問題点を解決しようとする
もので、硬度計本体に沿い上下方向に駆動される
ビームを下降および上昇させてゆくだけで、試料
の押し付けから予備荷重および試験荷重の負荷に
至るまでの一連の操作およびその逆の一連の操作
を行なえるようにするとともに、２枚の板ばねを
用いることにより予備荷重と試験荷重とを正確に
負荷できるようにした、試料固定式硬度計を提供
することを目的とする。

このため、本発明の試料固定式硬度計は、試料
受台の上方において、硬度計本体に沿い上下方向
に駆動されるビームと、同ビームの支持部に上方
から支持されて同ビームとの間で相対的に上下動
可能に設けられた筒状の試料押え付け部材と、同
試料押え付け部材に支持されこれと同軸的に且つ
この試料押え付け部材から独立して上下動可能に
設けられた荷重軸とをそなえるとともに、上記の
荷重軸および試料押え付け部材のうちの一方にこ
れらの中心軸線に沿うように一体に取り付けられ
た変位検出器と、他方に一体に取り付けられ上記
変位検出器に接触する接触部材とをそなえ、上記
荷重軸を介して予備荷重と試験荷重とを負荷すべ
く、上記ビームに沿い上下２段に配設されて上記
荷重軸の上端部を押圧しうる一対の板ばねが設け
られ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試
料固定式硬度計について説明すると、第１図はそ
の正面図、第２図は第１図の部を拡大して示す
部分図、第３図は第１図の−矢視線から見た
拡大断面図、第４図はそのビームを案内する機構
を説明するための部分斜視図、第５図はその圧子
近傍の拡大図、第６図はその動作タイミング図、
第７図はその計測系を示すブロツク図である。

第１図に示すように、ベツド１上には剛固に門
型の支持枠３が立設されており、これらのベツド
１や支持枠３で硬度計本体Ｈが構成される。

また、ベツド１上には、試料受台２が設けられ
ており、この試料受台２上に、試料１３が載置さ
れるようになつている。

さらに、支持枠３の両内側部には、上下方向に
延在するねじ軸４が設けられており、これらのね
じ軸４はベツド１内に設けられた減速機構を介し
クラツチ付きモータ１０２（第７図参照）によつ
て同方向に同期回転せしめられるようになつてい
る。

そして、これらのねじ軸４には、第４図に示す
ごとく、案内片３０付きのナツト２９が螺合して
おり、各案内片３０は支持枠３の案内溝３ａに嵌
合されていて、これらの案内片３０相互間には、
ビームとしての支持板５が一対装架されている。

これによりこれらの支持板５は一体となつて、
試料受台２の上方において、硬度計本体Ｈに沿い
上下方向に駆動される。

ところで、第３図に示すごとく、支持板５，５
間には、案内部材２８が設けられており、この案
内部材２８の上下に貫通した案内部には、筒状の
試料押え付け部材２７が上下方向に移動可能に嵌
装されている。

そしてこの試料押え付け部材２７の上端には、
連結板２６がボルト等によつて固定されており、
連結板２６の下面が案内部材２８の上端支持部２
８ａに支持されている。これにより試料押え付け
部材２７は連結板２６を介して上方から支持板５
付きの案内部材２８に支持されていることにな
る。

なお、試料押え付け部材２７の下部には、所定
の長さを有する筒状の試料押え付け部１５がボル
ト等によつて固定されている。

試料押え付け部材２７内には、これと同軸的に
荷重軸１９が嵌装されており、この荷重軸１９の
中間部には円錐状膨大受部１９ａが形成されてい
て、この受部１９ａ下側のフランジ状ばね受面
と、試料押え付け部１５のばね受面との間には、
荷重軸１９を上方へ付勢するばね１８が介装され
ている。

そして、このばね１８によつて荷重軸１９の受
部１９ａは下方から試料押え付け部材２７のスト
ツパ部２７ａに当接せしめられ、これにより荷重
軸１９は上方への移動を規制されながら試料押え
付け部材２７に支持されるようになつている。し
たがつてばね１８に抗して荷重軸１９を押し下げ
ることにより、荷重軸１９を試料押え付け部材２
７から独立して下降させることができる。なお押
し下げ力を緩めると、ばね１８の付勢によつて、
荷重軸１９は上昇する。

また、荷重軸１９の下端には、第３，５図に示
すごとく、圧子１４が試料押え付け部１５内に入
り込んだ状態で装着されている。

試料押え付け部材２７付きの連結板２６には、
４本の連結棒２５を介して変位計支持材２４が取
り付けられており、さらにこの変位計支持材２４
を介して、変位計（変位検出器）９が取り付けら
れている。そして、この変位計９は試料押え付け
部材２７の中心軸線に沿うように配設される。

また、荷重軸１９の上端には、連結板２０が取
り付けられており、この連結板２０には、４本の
連結棒２５を介して連結板２０と同形状の連結板
２２が取り付けられており、この連結板２２に、
変位計９に下方から接触する接触片（接触部材）
２３が設けられている。

支持板５，５間には、その長手方向に沿い第１
板ばね１１ａおよび第２板ばね１１ｂが上下２段
に亘り配設されている。そしてこれらの板ばね１
１ａ，１１ｂはその両端部が第１，４図に示すご
とく３本の軸６ａ，６ｂ，６ｃに狭持されるよう
にして支持板５に支持されている。

また、第１〜４図に示すごとく、支持板５，５
間には、一対の板ばね１１ａ，１１ｂのうち板ば
ね（第２板ばね１１ｂ）の中間部（中央部）を下
方から支持する支持棒３１が介装されており、こ
の支持棒３１は支持板５に形成された長穴５ａに
沿い案内されるように配設されている。

さらに、支持棒３１が第２板ばね１１ｂの中央
部をやや持ち上げた状態で第２板ばね１１ｂを支
持できるように、支持棒３１は長穴５ａに嵌め込
まれた枕部材３２に支持されている。これにより
第２板ばね１１ｂに予備変形が与えられる。

なお、第１板ばね１１ａは予備荷重負荷用に使
用され、試験荷重は、第１板ばね１１ａと第２板
ばね１１ｂとで与えられる。

したがつて第１板ばね１１ａのばね定数は、第
２板ばね１１ｂのそれよりも、小さく設定されて
いる。

ところで、第１板ばね１１ａの長手方向中央部
の下側には、荷重軸１９上端に面しかつ荷重軸１
９の中心軸線に沿うように、ロードセル（荷重検
出器）１０が取り付けられている。これによりこ
のロードセル１０は、支持板５に第１板ばね１１
ａを介して弾性的に支持されていることになり、
更に支持板５の下降に伴いロードセル１０が荷重
軸１９に当接して荷重が伝達されると、このロー
ドセル１０により予備荷重状態から試験荷重状態
へ至る負荷荷重を検出できるようになつている。

試料押え付け部材２７の下部には、円錐状膨大
受部２７ｂが形成されており、この受部２７ｂ上
には、同じく円錐状受面を有する試料押え付け板
（押え付け中間部材）１２が設けられている。

また、両支持板５の外側面には、それぞれ対向
する左右一対のＬ型レバー７が枢着されており、
左右レバー７の長アーム部間には、収縮ばね８が
介装されている。（第１図参照）さらに、支持板５をはさんで対向する左および
右のレバー７の短アーム部間には、ローラー１６
付きの軸１７が装架されており、この軸１７のロ
ーラー１６が押え付け板１２上に当接している。

これによりばね８による付勢力を、レバー７に
より拡大して、押え付け板１２へ伝達することが
できる。

なお、支持板５には、ばね８による収縮により
レバー７が所定姿勢よりも更にばね８の収縮方向
に回動するのを防止するために、ストツパピン３
３が突設されており、これによりレバー７を介し
押え付け板１２へ伝達されるばね８による付勢力
を所定値以上に保持できる。

ところで、変位計９およびロードセル１０から
の検出信号は、第７図に示すごとく、インターフ
エース１００を介して、ねじ軸４の駆動用モータ
ー１０２やクラツチのための制御部１０１や、試
料のブリネル硬さHBを演算し、表示し更に記録
する演算・表示・記録部１０３へ送られるように
なつている。

そして、モータ制御部１０１は、変位および荷
重の各検出信号を受けて測定変位や荷重に応じ、
モーター１０２や図示しないクラツチを制御する
ことにより、第６図に示すような荷重Ｆ、変位ｘ
および押し付け力ｆの各特性Ａ，Ｂ，Ｃを実現す
る。

また、演算・表示・記録部１０３は、変位ｘに
対応する検出信号を受けて、これに基づき次式を
演算して試料のブリネル硬さHBを計算し、更に
その結果を表示、記録する。

HB＝（Ａ／Δｘ）＋Ｂここで、Δｘ（mm）は本硬度計の一連の操作に
よつて得られる前後２回の予備荷重負荷時におけ
る圧子１４の変位ｘの差である。

また、Ａ，Ｂは実験により得られる定数で、例
えば予備荷重を300Kgｆ、試験荷重を3000Kgｆ、
圧子１４の直径を10mmとすると、Ａ≒47，Ｂ≒66
なる定数となる。

上述の構成により、試料のブリネル硬さHBを
測定するには、まず試料受台２上に、所望の試料
１３を載置する。

その後は、第６図に示すタイミング図にしたが
つてモーター１０２の回転状態（クラツチの接断
状態を含む）を制御しながらこれを駆動してゆ
く。まず時間t₀〜t₁の間は、モーター１０２をは
やく回して、支持板５を高速で下降させてゆく。
その後時間t₁になつたところ、すなわち試料押え
付け部１５の下端が試料１３の表面近くになつた
ところで、モーター１０２の速度をおとす。これ
により、支持板５が低速で下降してゆく。

そして時間t₂時点で、試料押え付け部１５の下
端が試料１３の表面に当接する。これによつて試
料押え付け部材２７付きの連結板２６が案内部材
２８から離れるため、ばね８による付勢力がレバ
ー７により拡大されて押え付け板１２および試料
押え付け部１５を介して試料表面にかかり、時間
t₃になると完全に拡大されたばね付勢力が試料１
３にかかる。これにより試料１３の裏面の凹凸が
つぶれて試料１３が固定される。

なお時間t₂の時点で、押し付け力ｆが急に立上
がるのは、ストツパピン３３によつて、ばね８に
よる付勢力が所定値よりも小さくならないように
構成されているからであり、これにより所望の押
し付け力（この実施例では1700Kgｆ）を短時間の
うちにかけることができる。

さらに支持板５が下がつてゆくと、時間t₄でロ
ードセル１０が荷重軸１９に当接し、その後徐々
に荷重軸１９が下がつてゆく。このとき荷重軸１
９の姿勢保持はロードセル１０によつて行なわれ
ている。そして圧子１４が試料表面を押して時間
T₅で予備荷重がかかつた状態となる。

このとき、モーター１０２を一旦停止させて、
予備荷重状態を保持したまま、変位計９のゼロセ
ツトを行なう。

この状態では、第２板ばね１１ｂによる付勢力
は作用しておらず、第１板ばね１１ａによる付勢
力や荷重軸１９の重量等が、荷重軸１９および圧
子１４を介し試料表面に作用している。

上記のゼロセツト完了後（時間t₆時点）は、再
度モーター１０２を低速駆動させて、支持板５を
下降させてゆく。これにより試料１３に荷重がか
かつてゆくと同時に、変位計９の出力も変わつて
ゆく。そして時間t₇を経て時間t₈のとき、試験荷
重がかかつた状態となる。

この状態では、第１板ばね１１ａの付勢力や荷
重軸１９の重量等に加えて第２板ばね１１ｂによ
る付勢力も作用する。

なお、時間t₇の時点で、荷重Ｆが急に立上がる
のは、支持棒３１によつて第２板ばね１１ｂに予
備変形が与えられているからであり、これにより
所望の試験荷重を短時間のうちにかけることがで
きる。

この状態で、試料押し付け力の合計は、予備荷
重時と試料荷重時との姿勢変化が硬さ測定上許容
される程度となるように極力大きな荷重となるよ
うに設定されている。

そして、このときモーターを再度一旦停止させ
て、試験荷重状態を保持し、その後モーター１０
２を逆方向に低速駆動させて、支持板５を上昇さ
せてゆくことにより、時間t₉，t₁₀を経て時間t₁₁で
再度予備荷重がかかつた状態となる。

このとき、モーター１０２を一旦停止させて、
予備荷重状態を保持したまま、変位計９によつて
変位ｘを検出する。

なおこの状態では、前述のごとく、第２板ばね
１１ｂによる付勢力は作用していないが、試料１
３の塑性変形により、前後２回の予備荷重時にお
ける圧子１４の変位に差が生じている。そしてこ
の変位差Δｘ（実際は第１回目の予備荷重状態で
変位計９のゼロセツトを行なつているので、第２
回目の予備荷重時の変位がこの変位差に相当す
る。）に基づき、前記のHB＝（Ａ／Δｘ）＋Ｂとな
る式の演算が行なわれ、この演算結果に基づき、
ブリネル硬さHBが表示・記録されることにな
る。

なお、演算終了後の所望の時間t₁₂で、モータ
ー１０２が更に高速で回転せしめられる。

これにより、まずロードセル１０が離れるとと
もに、変位計９が接触片２３から離れ（時間t₁₃
時点）、最後に時間t₁₄時点で、試料押え付け部１
５の下端が試料１３から離れはじめ、時間t₁₅時
点で、試料押え付け部１５が試料１３から完全に
離れる。

そして、時間t₁₆時点で、モーター１０２を停
止させることにより、硬さ測定操作が完了する
が、以上の操作はすべて自動で行なわれる。

また、変位計９を荷重軸１９側に一体に取り付
け、接触片２３を試料押え付け部材２７側に一体
に取り付けてもよい。

以上詳述したように、本発明の試料固定式硬度
計によれば、次のような効果ないし利点が得られ
る。

(1) 試料の押え付け、予備荷重負荷および試験荷
重負荷の操作がビームを下降させてゆくだけで
実現でき、操作の単純化をはかれるため、自動
化も容易である。

(2) ビームに沿い上下２段に一対の板ばねが配設
されているので、これらの板ばねのうち下方の
ものでまず予備荷重をかけ、ついで上方のもの
も加えて試験荷重をかけることができ、これに
より予備荷重および試験荷重の双方をそれぞれ
正確に負荷することができる。

(3) 予備荷重状態から一旦試験荷重をかけたのち
に再度予備荷重状態に戻し、前後の予備荷重状
態間の相対変位に基づいて硬さ測定が行なわれ
るので、変位検出系の予備荷重時と試験荷重時
との歪量に起因する誤差分がキヤンセルされ、
測定精度をあげることができる。

(4) 変位検出器が、試料押え付け部材および荷重
軸の中心軸線に沿つて配設されるように、硬度
計内に組み込まれているので、簡素な構成で、
相対変位を高い精度で検出することができる。

(5) 大型の試料にも容易に適用でき、またブリネ
ル硬さの測定にも容易に適用できる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例としての試料固定式硬度
計を示すもので、第１図はその正面図、第２図は
第１図の部を拡大して示す部分図、第３図は第
１図の−矢視線から見た拡大断面図、第４図
はそのビームを案内する機構を説明するための部
分斜視図、第５図はその圧子近傍の拡大図、第６
図はその動作タイミング図、第７図はその計測系
を示すブロツク図である。１……ベツド、２……試料受台、３……支持
枠、３ａ……案内溝、４……ねじ軸、５……ビー
ムとしての支持板、５ａ……長穴、６ａ，６ｂ，
６ｃ……軸、７……レバー、８……ばね、９……
変位検出器としての変位計、１０……荷重検出器
としてのロードセル、１１ａ，１１ｂ……板ば
ね、１２……押え付け中間部材としての押え付け
板、１３……試料、１４……圧子、１５……試料
押え付け部、１６……ローラー、１７……軸、１
８……ばね、１９……荷重軸、１９ａ……受部、
２０……連結板、２１……連結棒、２２……連結
板、２３……接触部材としての接触片、２４……
変位計支持材、２５……連結棒、２６……連結
板、２７……試料押え付け部材、２７ａ，２７ｂ
……受部、２８……案内部材、２８ａ……支持
部、２９……ナツト、３０……案内片、３１……
支持棒、３２……枕部材、３３……ストツパピ
ン、１００……インターフエース、１０１……制
御部、１０２……モーター、１０３……演算・表
示・記録部、Ｈ……硬度計本体。

Claims

【特許請求の範囲】１試料受台の上方において、硬度計本体に沿い
上下方向に駆動されるビームと、同ビームの支持
部に上方から支持されて同ビームとの間で相対的
に上下動可能に設けられた筒状の試料押え付け部
材と、同試料押え付け部材に支持されこれと同軸
的に且つこの試料押え付け部材から独立して上下
動可能に設けられた荷重軸とをそなえるととも
に、上記の荷重軸および試料押え付け部材のうち
の一方にこれらの中心軸線に沿うように一体に取
り付けられた変位検出器と、他方に一体に取り付
けられ上記変位検出器に接触する接触部材とをそ
なえ、上記荷重軸を介して予備荷重と試験荷重と
を負荷すべく、上記ビームに沿い上下２段に配設
されて上記荷重軸の上端部を押圧しうる一対の板
ばねが設けられたことを特徴とする、試料固定式
硬度計。２上記試料押え付け部材の下部に円錐状受部が
形成されるとともに、同受部に上方から押え付け
中間部材が設けられ、且つ上記ビームに枢着され
たＬ型レバーと、これを付勢するばねとが設けら
れて、同ばねによる付勢力が上記レバーにより拡
大されて上記押え付け中間部材へ伝達されるよう
に構成された、特許請求の範囲第１項に記載の試
料固定式硬度計。３上記レバーを介し上記押え付け中間部材へ伝
達される上記ばねによる付勢力を所定値以上に保
持すべく、上記レバーの回動を規制するストツパ
ピンが設けられた、特許請求の範囲第２項に記載
の試料固定式硬度計。４上記荷重軸を上方へ付勢するばねが上記の荷
重軸と試料押え付け部材との間に介装されるとと
もに、上記荷重軸の中間部に、上記試料押え付け
部材のストツパ部に下方から当接して同荷重軸の
上方への移動を規制すべく、円錐状受部が形成さ
れた、特許請求の範囲第１項に記載の試料固定式
硬度計。５上記一対の板ばねのうち上方の板ばねに予備
変形を付与すべく、上記上方の板ばねの中間部を
やや持ち上げるように上記上方の板ばねを下方か
ら支持する支持棒が上記ビームに設けられて、同
支持棒が、その上方への移動を許容せしめられる
べく、上記ビームに形成された長穴に沿い案内さ
れるように配設された、特許請求の範囲第１項に
記載の試料固定式硬度計。６上記変位検出器からの検出信号によつて得ら
れる前後２回の予備荷重負荷時における変位の差
Δｘに基づき、次式から試料のブリネル硬さHB
を演算する演算器が設けられた、特許請求の範囲
第１項に記載の試料固定式硬度計。 HB＝（Ａ／Δｘ）＋ＢここでＡ，Ｂは実験により得られる定数。