JP2000105182A - 押し込み式硬さ試験機における初試験力設定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロックウェル硬さ試験における初試験力の負
荷の高精度化をはかる。 【解決手段】 試料Ｔに圧子15による所定の初試験力を
若干下回る荷重がかかるまで試料台モータ26の正回転で
試料台22を上昇してモータ26を停止した後、モータ30を
駆動して荷重レバー11を介して圧子15を試料Ｔに押し付
けて初試験力を設定する際、荷重センサ50で検出された
圧子15の押し付け力をモータ30の制御部60にフィードバ
ックすることにより、高精度の初試験力の設定を可能に
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、押し込み式硬さ試
験機に関し、特にその初試験力負荷方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ロックウェル硬さ試験機による
硬さ試験は、ダイヤモンドあるいは鋼球製の圧子を試料
に押し込み、初試験力状態での圧子の押し込み深さと試
験力状態での圧子の押し込み深さとの差から当該試料の
ロックウェル硬さを算出している。

【０００３】すなわち、図４のフローチャートに示すよ
うに、硬さ試験機の荷重レバーを中立位置に設定（ステ
ップＣ₁）してから試料台を上昇させて試料台上の試料
を圧子に押し付けて同試料に初試験力Ｆ₀を加える（ス
テップＣ₂）。なお、試料台は、硬さ試験機の機枠に圧
子と同軸上に上下動可能に支持された試料台軸としての
角ねじ軸の上端部に取り付けられており、角ねじ軸を上
下方向に移動することにより上下動できるようになって
いる。角ねじ軸の上下動は、試料台上下動機構としての
試料台モータで角ねじ軸に螺合するとともに機枠に回転
可能に支持された回転ブッシュを正逆回転することによ
り、行なえるようになっている。なお、試料台上下動機
構として、回転ブッシュを手動で回転するようにした手
動式のものも知られている。

【０００４】この状態（試料に初試験力Ｆ₀を加えた状
態）に保持（ステップＣ₃）した後、圧子に押付け力を
徐々に負荷（ステップＣ₄）して最終的に試験力Ｆ₁で圧
子を試料に押し付け（ステップＣ₅）、その後圧子から
試験力Ｆ₁を取り除いて（ステップＣ₆）初試験力の状態
に戻し（ステップＣ₇）、このときの圧子の試料に対す
る押し込み深さｈ₁を測定する（ステップＣ₈）。

【０００５】そして、ステップＣ₃における圧子の試料
に対する押し込み深さｈ₁とステップＣ₇における同様の
深さｈ₀との差│ｈ₀−ｈ₁│に基づきロックウェル硬さ
ＨＲＣ（Ｃスケールの場合）を算出する。

【０００６】ステップＣ₈による押し込み深さの測定の
後、試料台モータを駆動して試料台を下降し、試料から
初試験力を取り除く（ステップＣ₉）。ここで、試料に
対して上記初試験力を負荷する操作は、試料台上下動機
構を手動操作することにより行なわれている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来は試料に対する初
試験力（通常約９８.０７Ｎ）の負荷は、図５のフロー
チャートに示すように、試料に加えられる負荷を荷重セ
ンサで読み取りながら手動で試料台上下動機構を操作し
て行なわれる。すなわち、従来の手動操作で初試験力を
試料に負荷する方式では、試料に初荷重をかけるべく試
料台を上昇させる（ステップＤ₁）のであるが、このと
き、荷重センサで検出される負荷が所定の初試験力に達
した時点で試料台モータ（あるいは手動回転操作：以下
同様）の運転を停止すると同時にオートブレーキをかけ
て試料台を停止させるとオーバーシュートするおそれが
ある。したがって、通常は、オーバーシュートを見込ん
で、負荷が初試験力の８５〜９０％に達した時点（ステ
ップＤ₂）で試料台モータの運転停止の操作とオートブ
レーキをかける操作（ステップＤ₃）とを行なって試料
台を停止（ロック）（ステップＤ₄）させている。

【０００８】したがって、従来の手動操作方式では、所
定の初試験力を正確に試料にかけることができず、さら
に試料台を上昇させる速度によって初試験力にばらつき
が発生する等の課題がある。本発明は、このような問題
点を解決しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、機枠と、同機
枠に基端部を軸支されるとともに先端部に圧子を取り付
けられた荷重レバーと、上記機枠に取り付けられ上記荷
重レバーに試験荷重を付与可能なモータと、上記機枠に
上下動可能に取り付けられ試料を載置可能な試料台を上
端部に設けられた試料台軸と、同試料台軸を上下動させ
るべく上記機枠に取り付けられた試料台上下動機構とを
そなえ、上記圧子による上記試料に対する初試験力と試
験力とでの押し込み深さの差に基づいて当該試料の硬さ
試験を行なうようにした押し込み式硬さ試験機におい
て、上記試料に所定の初試験力を若干下回る荷重がかか
るまで上記試料台上下動機構で上記試料台を上昇させた
後、同試料台上下動機構を停止するとともに上記モータ
を駆動して上記荷重レバーを介して上記圧子を上記試料
に押し付けることにより上記初試験力の設定を行なうよ
うにして課題解決の手段としている。

【００１０】また、上記荷重レバーに荷重センサを設け
同荷重センサで検出された上記圧子による上記試料に対
する押し込み荷重をフィードバックする制御回路によ
り、上記モータの制御を行なうようにして課題解決の手
段としている。

【００１１】上述の本発明の押し込み式硬さ試験機にお
ける初試験力設定方法では、試料台上下動機構により軸
を正回転して試料台を上昇させ、同試料台上に載置され
た試料に所定の初試験力を若干下回る荷重（力：初試験
力−α）をかけた後、モータを駆動し荷重レバーを引き
下ろして圧子を試料に押し付けることで所定の初試験力
をかけるようにしたため、正確な初試験力の設定が可能
となる。

【００１２】また、モータの制御回路は、圧子による試
料に対する押し込み荷重をフィードバックする構成とな
ているため、オーバーシュートさせることなく、高精度
に初試験力を設定できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面により本発明の一実施
形態としての押し込み式硬さ試験機における初試験力設
定方法について説明すると、図１はその方法の実施に適
した装置の一例を示す模式構成図、図２はその初試験力
の設定手順を示すフローチャート、図３はその制御部の
構成を示すブロック図である。

【００１４】図１において、符号10は硬さ試験機の機枠
を示しており、この機枠10の左上端部に、荷重レバー11
がその基端部を水平配置の十字ばね12により揺動可能に
支持されて配設されている。

【００１５】荷重レバー11の下側に、荷重レバー11と平
行に延在する荷重ばねレバー14がその基端部（左端部）
を荷重レバー11の基端部付近に一体的に取り付けられて
配設されている。荷重レバー11は剛性に富み、後述の試
験力が荷重ばねレバー14に作用しても（弾性）変形を起
こすおそれがないような形状・寸法に形成されている。

【００１６】一方、荷重ばねレバー14は機能的には板ば
ねと類似し、荷重レバー11よりも弱い剛性となってお
り、後述の試験力が荷重ばねレバー14に作用したとき微
小の（弾性）変形を生じるように設定されている。

【００１７】なお、荷重レバー11と荷重ばねレバー14と
を二又状の一体構造物に形成し、その基端部を十字ばね
12で機枠10に揺動可能に取り付けるようにしてもよい。
荷重レバー11は荷重ばねレバー14よりも長く形成されて
いてその先端部（右端部）下面に圧子15が取り付けられ
ている。

【００１８】符号13は機枠10と荷重ばねレバー14の下面
との間に介設されたコイルばねを示しており、このコイ
ルばね13は荷重ばねレバー14に試験力が作用していない
とき荷重レバー11を中立位置（図１に示すような十字ば
ね12の中心と圧子15の先端とが水平線ａ−ａ上に位置す
る状態）に保持する作用を行なう。

【００１９】機枠10には、さらに中立位置における圧子
15と同じ軸ｂ−ｂ上に試料支持装置20が設けられてい
る。この試料支持装置20は試料台軸としての角ねじ軸2
1，角ねじ軸21の上端部に取り付けられた試料台22，角
ねじ軸21をロック可能なオートブレーキ（電磁ブレー
キ）23のほか、試料台上下動機構としての試料台モータ
26，角ねじ軸21に螺合してモータ26の回転で角ねじ軸21
を上下動させる回転ブッシュ25および歯車装置24で構成
されていて、この構成により試料台モータ26を正逆回転
して試料台22を軸線ｂに沿って上下動できるようになっ
ている。なお、この試料支持装置20は従来のものと同じ
構成である。なお、試料台モータ26に代え手動操作で回
転ブッシュ25を回転し試料台22を上下動できる機構によ
り、試料台上下動機構を構成してもよい。

【００２０】符号30は機枠10に取り付けられたモータを
示しており、このモータ30は試験力を荷重ばねレバー14
にかけることができるようになっている。すなわちモー
タ30の回転軸30ａにボールねじ接手31が取り付けられ、
さらにボールねじ接手31の上端部に押圧体32が水平軸33
で揺動可能に接続されている。押圧体32には荷重ばねレ
バー14の上面に係接する押圧片32ａが設けられていて、
モータ30で押圧体32を下方に移動させることにより荷重
ばねレバー14を図１における時計方向に回転させ荷重レ
バー11，圧子15を介して試料台22上に載置した試料Ｔに
試験力をかけることができる構成となっている。

【００２１】機枠10の右上端部に圧子15の押し込み深さ
計測用のセンサ（押し込み深さセンサ）40が取り付けら
れている。すなわち、押し込み深さセンサ40はそのボデ
ー底面を機枠10に固着されて配設されるとともに、計測
子40ａの先端部（上端部）が常時荷重レバー11の下面に
当接するようになっている。符号41は押し込み深さセン
サ40の信号取出し用リード線を示している。

【００２２】また、荷重レバー11に、圧子15により試料
台22上の試料Ｔにかけられる試験力検出用のセンサ（荷
重センサ）50が取り付けられている。すなわち荷重セン
サ50は下向きにボデー側面を荷重レバー11に固着され、
計測子50ａの先端部（下端部）が荷重ばねレバー14の上
面に当接するようになっている。符号51は荷重センサ50
の信号取出し用リード線を示している。

【００２３】押し込み深さセンサ40および荷重センサ50
の各検出値は、それぞれリード線41，51を介して制御部
60に送られる。

【００２４】制御部60は、図２に示すように押し込み深
さセンサ40の信号Ａを入力されＭＰＵ63の入力装置とし
ての第１カウンタ61，荷重センサ50の信号Ｂを入力され
ＭＰＵ63の入力装置としての第２カウンタ62，ＭＰＵ63
の出力装置としてのＤ／Ａ変換器64，１ビットオープン
コレクタ65のほか、ＲＯＭ66，ＲＡＭ67，表示・入力部
68，時計69などをそなえて構成されている。

【００２５】Ｄ／Ａ変換器64の出力信号Ｃはモータドラ
イバ70に入力され、また１ビットオープンコレクタ65の
出力信号Ｄはオートブレーキ23の制御に用いられる。
上述の構成において、初試験力Ｆ₀の負荷は図３のフロ
ーチャートに示す手順で行なわれる。

【００２６】すなわち荷重レバー11を中立位置に設定し
た後、試料台モータ26を回転して（あるいは手動操作
で：以下同様）試料台22を上昇させる（ステップ
Ａ₁）。

【００２７】試料台22の上昇にしたがって、試料台22上
の試料Ｔは圧子15に押し付けられる。この押付け力は試
料台22の上昇とともに増加し、その値（荷重）は荷重セ
ンサ50で検出される。すなわち上記の押付けにより荷重
レバー11は十字ばね12を中心に反時計方向に回動させら
れるが、荷重ばねレバー14は押圧体32で反時計方向への
回動を阻止されているため、荷重レバー11の反時計方向
回動により荷重ばねレバー14は弾性変形を起こし、その
変形量が荷重センサ50により、試料Ｔへの圧子15の押付
け力として検出される。

【００２８】そして、荷重が所定の初試験力Ｆ₀よりも
若干量βだけ低い値に達する（ステップＡ₂）と、試料
台モータ26の運転停止とオートブレーキ23の作動とが行
なわれて、試料台22はロックされる（ステップＡ₃）。
ロックは数秒後に解除する。

【００２９】次いで、モータ30を正回転させて押圧体32
を引き下ろす。この動作により荷重ばねレバー14と共に
荷重レバー11が十字ばね12を中心として時計方向に回動
し、試料Ｔに対する押付け力が増加する（ステップ
Ａ₄）。モータ30の回転は、押付け力（荷重）が初試験
力Ｆ₀に達するまで行なわれ、押付け力が初試験力Ｆ₀に
達したことが荷重センサ50で検出される（ステップ
Ａ₅：ＹＥＳ）と、モータ30は停止する（ステップ
Ａ₆）。

【００３０】上述のステップＡ₁→Ａ₆が、（ステップＡ
₁の手動操作の場合のほかは）信号Ａ，Ｂに基づく制御
部60の動作により自動的に行なわれることは言うまでも
ない。

【００３１】このようにして、この実施形態では試料Ｔ
に初試験力Ｆ₀をかける際、試料Ｔにかけられている荷
重を常時検出し、その検出値を所定の初試験力と比較し
ながらモータ30を回転制御して所定の初試験力Ｆ₀の設
定を行なう方式、つまり試料Ｔにかけられている荷重を
フィードバックしてモータ30の回転制御が行なわれる構
成であるため、高精度に初試験力Ｆ₀を試料に加えるこ
とが可能となる。

【００３２】試料Ｔに初試験力Ｆ₀を加えた後、図４の
ステップＣ₃〜Ｃ₉を順次実行することで、硬さ試験を行
なうことができる。

【００３３】この実施形態では、荷重追加（ステップＣ
₄）はモータ30をさらに正回転することにより行なわ
れ、ステップＣ₆，Ｃ₉はモータ30を逆回転することによ
り行なわれる。

【００３４】また押し込み深さの測定（ステップＣ₈）
は、ステップＣ₅における押し込み深さセンサ40の検出
値がｈ₁に相当し、ステップＣ₇における押し込み深さセ
ンサ40の検出値がｈ₀に相当するから、押し込み深さセ
ンサ40の上記両検出値の差がＭＰＵ63で算出されるとと
もに、その算出値をロックウェル硬さに変換する演算も
ＭＰＵ63で行なわれ、表示部68にロックウェル硬さが表
示される。

【００３５】なお初試験力を加えるステップＣ₂から試
験終了（ステップＣ₁₀）に至る一連の操作が、制御部60
による自動操作で行なわれることは言うまでもない。

【００３６】このように、この実施形態によれば、ロッ
クウェル硬さ試験において、初試験力を高精度で試料に
かけることができ、さらに初試験力の負荷に続く一連の
硬さ試験を完全自動化することが可能となる。

【００３７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の押し込み
式硬さ試験機における初試験力設定方法によれば次のよ
うな効果が得られる。 (1) 試料台を上昇させ、同試料台上に載置された試料に
所定の初試験力を若干下回る荷重（力）をかけた後、モ
ータを駆動し荷重レバーを揺動して圧子を試料に押し付
けることで所定の初試験力をかけるようにしたため、正
確な初試験力の設定が可能となる。 (2) モータは、圧子による試料に対する押し込み荷重が
フィードバックされる制御回路により制御されるため、
オーバーシュートさせることなく、高精度に初試験力を
設定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に適した装置の一例を示す模式構
成図。

【図２】同装置の制御部の構成を示すブロック図。

【図３】同初試験力の設定手順を示すフローチャート。

【図４】従来のロックウェル硬さ試験の手順を示すフロ
ーチャート。

【図５】同初試験力の設定手順を示すフローチャート。

【符号の説明】

10 機枠 11 荷重レバー 12 十字ばね 13 コイルばね 14 荷重ばねレバー 15 圧子 20 試料支持装置 21 試料台軸としての角ねじ軸 22 試料台 23 オートブレーキ 24 歯車装置 25 回転ブッシュ 26 試料台モータ 30 モータ 30ａ モータの回転軸 31 ボールねじ接手 32 押圧体 32ａ 押圧片 33 水平軸 40 押し込み深さセンサ 40ａ 押し込み深さセンサの計測子 50 荷重センサ 50ａ 荷重センサの計測子 60 制御部 61 入力装置としての第１カウンタ 62 入力装置としての第２カウンタ 63 ＭＰＵ 64 Ｄ／Ａ変換器 65 １ビットオープンコレクタ 66 ＲＯＭ 67 ＲＡＭ 68 表示入力部 69 時計 70 モータドライバ Ｆ₀ 初試験力 Ｆ₁ 試験力

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機枠と、同機枠に基端部を軸支されると
   ともに先端部に圧子を取り付けられた荷重レバーと、上
   記機枠に取り付けられ上記荷重レバーに試験荷重を付与
   可能なモータと、上記機枠に上下動可能に取り付けられ
   試料を載置可能な試料台を上端部に設けられた試料台軸
   と、同試料台軸を上下動させるべく上記機枠に取り付け
   られた試料台上下動機構とをそなえ、上記圧子による上
   記試料に対する初試験力と試験力とでの押し込み深さの
   差に基づいて当該試料の硬さ試験を行なうようにした押
   し込み式硬さ試験機において、上記試料に所定の初試験
   力を若干下回る荷重がかかるまで上記試料台上下動機構
   により上記試料台を上記試料台軸と共に上昇させた後、
   同試料台上下動機構を停止するとともにブレーキで上記
   試料台軸をロックしてから上記モータを駆動して上記荷
   重レバーを介して上記圧子を上記試料に押し付けること
   により上記初試験力の設定を行なうようにしたことを特
   徴とする、押し込み式硬さ試験機における初試験力設定
   方法。
2. 【請求項２】 上記荷重レバーに荷重センサが設けられ
   同荷重センサで検出された上記圧子による上記試料に対
   する押し込み荷重がフィードバックされる制御回路によ
   り、上記モータの制御を行なうようにしたことを特徴と
   する、請求項１に記載の押し込み式硬さ試験機における
   初試験力設定方法。