(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンマを試料に衝突させ、衝突前後のハンマの速度比から上記試料の硬さ試験を行なうリバウンド式硬さ試験機における硬さ試験方法において、上記ハンマの往復動経路の、上記試料から距離ｘ２だけ離れた第１ハンマ速度計測点よりも上記試料寄りに距離ｘ１接近した第２ハンマ速度計測点における上記ハンマの衝突行程の速度ｖ１および反撥行程の速度ｖ１′ならびに上記距離ｘ１に基づいて、試料の硬さＨを［数１］式により算出することを特徴とする、リバウンド式硬さ試験機における硬さ試験方法。
【数１】
0003722324.tif 000020
ただし、αはハンマに作用する加速度を示す。
【請求項２】
上記ハンマに作用する加速度αを、上記第１ハンマ速度計測点における上記ハンマの衝突行程の速度ｖ０および上記第２ハンマ速度計測点における上記ハンマの衝突行程の速度ｖ１ならびに上記距離ｘ１に基づいて、［数２］式により算出することを特徴とする、請求項１に記載のリバウンド式硬さ試験機における硬さ試験方法。
【数２】
0003722324.tif 000021
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハンマを試料に衝突させてその衝突の前後の速度比から当該試料の硬さを計測するようにしたリバウンド式硬さ試験機における硬さ試験方法に関し、特に、ハンマの衝突直前および衝突直後のハンマの速度を計測することなく上記硬さ計測が行なえるようにした、リバウンド式硬さ試験機における硬さ試験方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、試料の硬さ計測において、ハンマを試料に衝突させ、その衝突直前のハンマ速度と衝突直後のハンマ速度との比に基づいて、試料の硬さを計測するようにしたものは、リバウンド式硬さ試験機と呼ばれて一般の使用に供されている。
【０００３】
このリバウンド式硬さ試験機においては、図２に示すように、ハンマ１を試料２に衝突直前速度ｖ２で衝突させ、そのハンマ１が衝突直後速度ｖ２′で跳ね返ったとするとき、試料２の硬さＨを［数３］式のように定義する。
【数３】
0003722324.tif 000002
ｋ ：係数
この場合、ハンマ１の運動中の摩擦および空気抵抗は無視する。すなわち、ハンマ１には、発射後は、重力以外の外力は作用しないものとする。したがって、ハンマ１が水平方向にのみ運動する場合には、その加速度は０となる。しかしながら、通常は試験機を傾けるので、ハンマ１に作用する加速度は、計測の都度、異なると考えなければならない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、実際の硬さ試験において、ハンマの衝突直前速度ｖ２、すなわちハンマが試料に衝突するときの速度、およびハンマの衝突直後速度ｖ２′、すなわちハンマが試料から跳ね返った直後の速度を正確に測定するのは難しい。そのために、従来は、近似値として衝突点に近い位置におけるハンマの衝突速度と反撥速度とを計測し、この近似値に基づいて硬さ試験を行なっていた。しかしながら、そのような硬さ試験方法では、得られた硬さＨが必ずしも正確ではないという問題点がある。
【０００５】
本発明は、このような問題点を解決しようとするもので、ハンマの衝突直前速度ｖ２およびハンマの衝突直後速度ｖ２′を測定しなくても、リバウンド式硬さ計測機による正確な硬さ計測が行なわれるようにした、リバウンド式硬さ試験機における硬さ試験方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ハンマを試料に衝突させ、衝突前後のハンマの速度比から上記試料の硬さ試験を行なうリバウンド式硬さ試験機により硬さを計測する際に、上記ハンマの往復動経路の、上記試料から距離ｘ２だけ離れた第１ハンマ速度計測点よりも上記試料寄りに距離ｘ１接近した第２ハンマ速度計測点における上記ハンマの衝突行程の速度ｖ１および反撥行程の速度ｖ１′ならびに上記距離ｘ１に基づいて、試料の硬さＨを［数４］式により算出して課題解決の手段としている。
【数４】
0003722324.tif 000003
ただし、αはハンマに作用する加速度を示す。
【０００７】
さらに、上記加速度αを、上記第１ハンマ速度計測点における上記ハンマの衝突行程の速度ｖ０および上記第２ハンマ速度計測点における上記ハンマの衝突行程の速度ｖ１ならびに上記距離ｘ１に基づいて、［数５］式により算出して課題解決の手段としている。
【数５】
0003722324.tif 000004
【０００８】
本発明のリバウンド式硬さ試験機における硬さ試験方法によれば、
(1) 試料のハンマ衝突面から離れたハンマ速度計測点においてハンマ速度ｖ１，ｖ１′を計測して硬さＨを求めるようにしたので、ハンマの衝突直前速度および衝突直後速度を計測することなくリバウンド式硬さ試験機を用いた硬さ試験を行なうことが可能となり、しかも、それらの速度ｖ１，ｖ１′の計測は簡単で、その測定値の精度が極めて高いことから、測定精度を向上させることができる。
(2) ハンマに作用する加速度を簡単に算出できるため、試験機を鉛直方向に対して傾けなければならない場合にも、ハンマに作用する加速度を補正計算することによって測定精度を大幅に向上させることができる。
【０００９】
【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リバウンド式硬さ試験機における硬さ試験方法について説明する。図１はその原理を示す模式図である。
【００１０】
図１において、符号11は第１ハンマ速度計測点（以下「第１計測点」という）を、符号12は第２ハンマ速度計測点（以下「第２計測点」という）を、それぞれ示している。
ここで、第２計測点12は第１計測点11よりも距離ｘ１だけ下方に位置し、また試料２は第２計測点12よりも下方に置かれており、第１計測点11と試料２との間の距離がｘ２であるとする。すなわち、第２計測点12は、第１計測点11よりも試料２寄りに距離ｘ１接近した位置にある。
【００１１】
ここで、
ｖ０：第１計測点11におけるハンマ１の衝突行程の速度
ｖ ：ｔ秒後のハンマ１の衝突行程の速度
ｖ１：第２計測点12におけるハンマ１の衝突行程の速度
とし、ハンマ１に作用する加速度αとすると、［数６］式が成立する。
【数６】
ｖ＝αｔ＋ｖ０
【００１２】
したがって、ｔ秒後のハンマ１の変位ｘ（第１計測点11からの変位）は［数７］式となる。
【数７】
0003722324.tif 000005
ｔ＝０のときｘ＝０であるから、ｃ＝０となり、［数７］式は［数８］式となる。
【数８】
0003722324.tif 000006
【００１３】
ここで、ハンマ１がｘ１だけ下方に変位する間（このときハンマ１の速度はｖ１となっている）の時間をｔ１とすると、［数６］式，［数８］式はそれぞれ［数９］，［数１０］式となる。
【数９】
0003722324.tif 000007
【数１０】
0003722324.tif 000008
【００１４】
［数９］式を［数１０］式に代入して［数１１］式が得られる。
【数１１】
0003722324.tif 000009
したがって、加速度αは［数１２］式となる。
【数１２】
0003722324.tif 000010
【００１５】
ここで、ｘ１，ｖ１，ｖ０は、いずれも既知の値、あるいは実測値である。
次に、ハンマ１が試料２に衝突するときの速度ｖ２を、図１を参照しながら算出する。
【００１６】
ハンマ１が試料２に衝突するまで（ｘ＝ｘ２）の時間をｔ２とし、そのときの速度（衝突速度）をｖ２とすると、［数６］式から［数１３］式が成立し、［数８］式から［数１４］が成立する。
【数１３】
ｖ２＝αｔ２＋ｖ０
【数１４】
0003722324.tif 000011
【００１７】
［数１４］式を変形して［数１５］式が得られる。
【数１５】
0003722324.tif 000012
［数１５］式を［数１３］式に代入し、さらに［数１１］式を代入すると［数１６］式となる。
【数１６】
ｖ２＝ ± √（ｖ０２＋２αｘ２）
＝ ± √｛ｖ１２＋２α（ｘ２−ｘ１）｝
【００１８】
ここで、ｖ０２＋２αｘ２＜０は虚数根であり、負の加速度によりハンマ１が試料２に到達しない状態であり、そのような事態は想定する必要はなく、また［数１６］式の正負は等加速度運動の放物線運動を考える場合に必要なものであり、ここでは正の場合だけを考えればよい。こうして、［数１６］式に［数１２］を代入すると［数１７］式が得られる。
【数１７】
0003722324.tif 000013
【００１９】
さらに、ハンマ１が試料２（の表面）から跳ね返った直後の（ｘ＝ｘ２における）速度ｖ２′を算出する。
ハンマ１が試料２から跳ね返って第２計測点12に到達したときの速度をｖ１′，ハンマ１が跳ね返った瞬間の時間ｔ′を０，第２計測点11に到達したときの時間ｔ′＝ｔ３とし、ｘ２−ｘ１＝−ｘ３とする（跳ね返った後は運動方向が逆になるのでｘをマイナスとする）と、［数１８］式，［数１９］式が成立する。
【数１８】
ｖ１′＝αｔ３−ｖ２′
【数１９】
0003722324.tif 000014
【００２０】
［数１９］式から［数２０］式が得られる。
【数２０】
0003722324.tif 000015
【００２１】
［数２０］式を［数１８］式に代入して［数２１］式が得られる。
【数２１】
ｖ２′＝ ± √（ｖ１′２−２αｘ３）
【００２２】
硬さＨは［数３］式で定義されているから、［数１６］式と［数２１］式とから、硬さＨを［数２２］式により算出することができる。
【数２２】
0003722324.tif 000016
【００２３】
［数２２］式を用いることにより、計測の難しいハンマの衝突直前速度ｖ２およびハンマの衝突直後速度ｖ２′を計測しなくても、リバウンド式硬さ試験機による試料の硬さ計測を行なうことが可能となる。
そしてこの場合、加速度αは、第１計測点11および第２計測点12におけるハンマの速度ｖ１，ｖ０（計測値）ならびに第１計測点11と第２計測点12との間の距離ｘ１（実測値）に基づいて、［数１２］式で算出することができる。
なお、ハンマ１が鉛直落下の場合、加速度αは、［数１２］式を用いるまでもなく重力加速度に等しい値となる。
また、試験機が鉛直方向に対して傾いている場合、重力加速度を試験機の傾斜角度に応じて補正することでも算出することができる。
【００２４】
次に、実測例を示す。
【実測例１】
試験機を水平からわずかに下方に傾けて設置してハンマを発射し、試料の試験面に対して垂直に衝突させた。そして、ｘ１＝２５mm，ｘ２＝３５mmに設定してハンマの速度を計測したところ、実測値ｖ０＝０．５m/s，ｖ１＝０.５２m/s，ｖ１′＝０.３m/sが得られた。この場合、加速度αは、［数１２］式から
【数２３】
0003722324.tif 000017
となる。したがって、衝突直前，直後の速度比として、［数２２］式により、
【数２４】
0003722324.tif 000018
が得られる。
【００２５】
ｖ１，ｖ１′を近似値とした従来の算出方法によれば、上記速度比ｖ１′／ｖ１は０.５７６９となり、本実施形態の場合に対して２.８９％の誤差のあることが分かる。
【００２６】
【比較例】
試験機を下向き４５°としたとき、ハンマの加速度αは、
【数２５】
α＝ｇ／sinθ＝９.８０６６５ ÷ √２＝６.９３４３m/s２
となる。
前記の実測例１と同じく実測値がｖ１＝０.５２m/s、ｖ１′＝０.３m/sの場合、衝突直前・直後の速度比として、［数２２］式により
【数２６】
0003722324.tif 000019
が得られる。したがって、加速度の補正計算をしなければ、従来の算出方法では２９．６％もの大きな誤差が生じることになる。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明のリバウンド式硬さ試験機における硬さ試験方法によれば、次のような効果ないし利点が得られる。
(1) 試料のハンマ衝突面から離れたハンマ速度計測点でハンマ速度ｖ１，ｖ１′を計測し、それに基づいて硬さを求めるようにしたため、ハンマの衝突直前速度および衝突直後速度を計測することなく、リバウンド式硬さ試験機を用いた硬さ試験を行なうことができ、しかも、速度ｖ１，ｖ１′の計測は簡単で、その測定値の精度が極めて高いことから、測定精度を向上させることができる。
(2) ハンマに作用する加速度を簡単に算出できるため、試験機が鉛直方向に対して傾いている場合にも、ハンマに作用する加速度を補正計算することによって測定精度を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態としてのリバウンド式硬さ試験機における硬さ試験方法の原理を説明するための模式図。
【図２】  リバウンド式硬さ試験機における硬さの定義を説明するための模式図。
【符号の説明】
１  ハンマ
２  試料
11  第１ハンマ速度計測点
12  第２ハンマ速度計測点
ｘ１  第１ハンマ速度計測点と第２ハンマ速度計測点との距離
ｘ２  第１ハンマ速度計測点と試料との距離
ｖ０  第１ハンマ速度計測点におけるハンマの衝突行程の速度
ｖ１  第２ハンマ速度計測点におけるハンマの衝突行程の速度
ｖ１′  第２ハンマ速度計測点におけるハンマの反撥行程の速度
ｖ２  ハンマの衝突直前速度
ｖ２′  ハンマの衝突直後速度
α  ハンマに作用する加速度
【図１】
0003722324.tif 000022
【図２】
0003722324.tif 000023