(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部と、力測定装置と、圧子と、電子回路基板と、デジタルディスプレイと、磁気チャックと、力適用及び圧痕深さ測定装置とを含む携帯型デジタル表示式硬さ試験機であって、力適用及び圧痕深さ測定装置が、ハンドホイール（９）と、回転エンコーダ（３３）と、微動ナット（１４）及び微動ねじ（１３）からなる微動ねじ対とを含み、微動ナット（１４）が、支持部（３２）に設けられ、微動ねじ（１３）が、微動ナット（１４）と螺合接続し、微動ねじ（１３）の一端が、ハンドホイール（９）と接続され、一方で他端が力測定装置と接続され、回転エンコーダ（３３）が、支持部（３２）上に設けられ、回転エンコーダの回転シャフト（１２）と、微動ねじ（１３）とが同期して回転し、圧子（２４）が、ハンドホイール１９の回転を介して軸方向に上下動する力測定装置及び微動ねじ（１３）とともに、力測定装置上に設けられ、支持部（３２）の一側又は両側が、試験試料（２６）を吸引するための磁気チャック（３）を具備し、電子回路基板（２７）が磁気チャック（３）の上に配設され、デジタルディスプレイ（５）が支持部（３２）又は磁気チャック（３）上に設けられ、回転エンコーダ（３３）と、デジタルディスプレイ（５）と、力測定装置内の力センサとが、電子回路基板（２７）にそれぞれ電気接続され、微動ねじ（１３）の変位が回転エンコーダ（３３）によって測定される、携帯型デジタル表示式硬さ試験機。
【請求項２】
微動ねじ（１３）の一端が、スリーブ（１０）を介してハンドホイール（９）と接続され、一方で微動ねじ（１３）の一端がキー溝に対して開かれ、キー溝が第３のキー（３５）を内部に具備し、微動ねじ（１３）が第３のキー（３５）を介してスリーブ（１０）と同期して回転し、回転エンコーダの回転シャフト（１２）が、スリーブ（１０）を介して微動ねじ（１３）と接続され微動ねじ（１３）と同期して回転する、請求項１記載の携帯型デジタル表示式硬さ試験機。
【請求項３】
スリーブ（１０）の一端がハンドホイール（９）の内部穴に固定して接続され、一方で他端が回転エンコーダの回転シャフト（１２）のセンタ穴に挿入され、微動ねじ（１３）がスリーブ（１０）内に配置され、スリーブ（１０）の外部の表面が第１の軸方向溝によって軸方向に開かれ、回転エンコーダの回転シャフト（１２）の上端が第２のキー（３４）を備え、回転エンコーダの回転シャフト（１２）が第２のキー（３４）を介してスリーブ（１０）と接続され、第２のキー（３４）が微動ねじ（１３）の移動中に第１の軸方向溝内をスライドする、請求項２記載の携帯型デジタル表示式硬さ試験機。
【請求項４】
支持部（３２）が軸方向に沿った穴によって内側に開かれ、微動ナット（１４）が支持部（３２）の穴に設けられ、微動ナット（１４）の一端が円錐おねじを備え、複数の第２の軸方向溝が周縁に沿って円錐おねじ上に均一にあり、円錐おねじが微動ねじ対の締まり嵌めの程度を調整するための円錐ナット（１１）と螺合接続している、請求項１又は２記載の携帯型デジタル表示式硬さ試験機。
【請求項５】
力測定装置が、スライドブシュ（２８）と、力センサ（２１）と、力センサシート（２２）とを含み、スライドブシュ（２８）の一端が微動ねじ（１３）の他端と接続され、スライドブシュ（２８）の他端が力センサ（２１）の一端と接続され、力センサシート（２２）が力センサ（２１）の他端の底部に設けられ、圧子（２４）が力センサシート（２２）の下端に接続される、請求項１記載の携帯型デジタル表示式硬さ試験機。
【請求項６】
力センサシート（２２）が照明回路基板（２３）を備え、照明回路基板（２３）が圧子（２４）の上に配置されＬＥＤライト（２５）を備える、請求項５記載の携帯型デジタル表示式硬さ試験機。
【請求項７】
スライドブシュ（２８）の一端が、押さえキャップ（３１）及び２つのセミリング（３０）を介して微動ねじ（１３）の他端と接続され、鉄球（２９）が、微動ねじ（１３）の他端の端面と、スライドブシュ（２８）との間に配置され、スライドブシュ（２８）の外部の表面が周縁に沿った第３の軸方向溝に対して開かれ、微動ナット（１４）が第１のキー（１６）とともに設けられ、第１のキー（１６）が第３の軸方向溝内をスライドする、請求項５又は６記載の携帯型デジタル表示式硬さ試験機。
【請求項８】
スライドブシュ（２８）と、力センサ（２１）と、力センサシート（２２）と、圧子（２４）と、微動ねじ（１３）と、微動ナット（１４）と、回転エンコーダの回転シャフト（１２）と、ハンドホイール（９）と、支持部（３２）の軸方向穴とが同軸である、請求項５又は６記載の携帯型デジタル表示式硬さ試験機。
【請求項９】
硬さ試験機がハンドル（４）を備え、ハンドル（４）が接続プレート（１５）を介して、支持部（３２）の両側に設けられるか、又は磁気チャック（３）に設けられる、請求項１記載の携帯型デジタル表示式硬さ試験機。
【請求項１０】
磁気チャック（３）が、永久磁石を包含するステータ（１９）と、永久磁石を包含するロータ（２０）と、磁気スイッチレバー（１）と、カム（２）とを含み、ロータ（２０）がステータ（１９）内に設けられ、カム（２）がロータ（２０）のロータシャフト（１８）上に設けられ、磁気スイッチレバー（１）がカム（２）上の穴を介してロータシャフト（１８）と接続され、カム（２）が磁気スイッチレバー（１）とともに回転する、請求項１又は９記載の携帯型デジタル表示式硬さ試験機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料硬さ試験計器に関し、特に携帯型デジタル表示式硬さ試験機に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ほとんどの従来の硬さ試験機は、静的に圧力を加え、その後圧痕を測定する方式を採用しており、この点で、ロックウェル（Ｒｏｃｋｗｅｌｌ）硬さ試験機は、圧痕の深さを測定して、硬さ値を直接表示し、ブリネル（Ｂｒｉｎｅｌｌ）硬さ試験機は、圧痕の直径を測定して、テーブルを照合するか又は硬さ値を計算し、ビッカース（Ｖｉｃｋｅｒｓ）硬さ試験機は、圧痕の対角線長さを測定して、テーブルを照合するか又は硬さ値を計算する。それらは卓上型であり、検査室内で中型又は小型の部品を試験するためのみに用いられることができる。生産拠点で生産された多数の部品については、試料を製作するか又は抜き出して、その後検査室に送って硬さを試験しなければならない。したがって、それらの硬さ試験機は、低い作業効率を有し、生産拠点でリアルタイムに部品の硬さをモニタすることができない。リーブ（Ｌｅｅｂ）硬さ試験機は、迅速で使いやすいが、低い精度と劣った信頼性を有しており、サンプリングが可能ではなく、工作物本体の硬さ、特に、ボイラ、圧力容器、及び圧力管のような主要部材の溶接継ぎ手の硬さを試験しなければならない場合に採用される。リーブ硬さ試験機によって得られた試験結果は、ロックウェル、ブリネル、又はビッカース硬さ値に変換される。リーブ硬さ試験機は、ロックウェル、ブリネル、及びビッカース硬さ試験とは異なる動的アプリケーションの反発試験法を採用しており、変換された硬さ値は、かなり大きな誤差を有する。
【０００３】
プラントは、ロックウェル、ブリネル、及びビッカース試験方式を採用している携帯型デジタル表示式硬さ試験機に対する切迫した必要性を有している。この硬さ試験機は、携帯性、簡易な操作、読み取りやすさ、高効率及び高精度を特徴とし、好ましくはスマートで、ゼロ点を自動較正すること及び測定値を自動修正することが可能である。
【０００４】
１９５１年３月６日開示の米国特許公開番号第２，５４４，２０５号は、ハンドホイール、微動ナット、微動ねじ、ドラムホイール、Ｕ字型エラストマ、硬さ表示ゲージ、圧子及びハンドルから構成される携帯型ロックウェル硬さ試験機について記載している。ハンドホイールは試験荷重を加え、微動ナット及び微動ねじは、ドラムホイールとともに圧痕の深さを測定し、Ｕ字型エラストマ及び硬さインジケータゲージは、ともに試験荷重の測定を実現し、硬さ値は、ドラムホイール上で読み取られる。
【０００５】
１９４９年４月５日開示の米国特許公開番号第２，４６６，５６７号、１９６８年６月２５日開示の米国特許公開番号第３，３８９，５９７号、及び１９４８年９月７日開示の米国特許公開番号第２，４４８，６４５号は、類似の方式を採用している携帯型ロックウェル硬さ試験機についてそれぞれ記載している。
【０００６】
上記の特許は、主に中型及び小型サイズの部品の測定に適用される。図４に示されるような、チェーン型の硬さ試験機（公開番号第３，３８９，５９７号）は、大型の円筒型部材、たとえば鋼管及びシャフトを測定することができるが、操作が非常に面倒であり、通常は二人の人間が、一人が試験体を保持し、一人がチェーンを取り付けて、協力して実行させる。ドラムホイール上の硬さ計は、読み取り線を有する透明な拡大レンズを通して読み取られる。ロックウェル硬さ単位に対応する各スケールは、圧痕深さデルタ値２μｍを表す。増幅レンズとドラムホイールとの間の距離に起因して、操作者は、異なる視野の視野角における異なる硬さ読み取り値を得ることがある。前述の試験機はすべて、面倒な操作、低効率、読み取り誤差、大型の工作物の試験に関する失敗又は不都合等の問題を有する。
【０００７】
中国実用新案特許公開番号第２０１３２２７０９Ｙ号及び出願番号２００８２０２３１９２１．９号は、２００９年１０月７日付けで携帯型硬さ試験機を開示している。この実用新案特許によれば、硬さ試験機は、２つの磁気チャックを介して、試験試料の表面上に固定される。硬さ試験機は、微動ナット、微動ねじ及び読み取りドラムホイールからなる圧痕深さ測定ユニットを有する。Ｕ字型の弾性フレーム及び表示ゲージは、協働して試験荷重を示し、その後読み取りドラムホイールから硬さ値が読み取られる。この実用新案特許では、硬さ表示システムは、固定されたスケールインジケータドラムと、回転読み取りスケールドラムホイールとを一体化する構造を備える。上述の米国特許と比較すると、そのようなマイクロメータに類似しているドラムホイール読み取り構造は、圧痕深さ測定精度及び硬さ値読み取り精度を向上させ、人為的な読み取り誤差を低減させる。しかし、この実用新案特許は、依然として以下の不利点を有する。
【０００８】
ａ．複雑な操作及び低効率：全試験工程は、工作物を吸着することと、インジケータゲージのスケールをゼロに設定することと、初期試験荷重を加えることと、読み取りドラムホイールをゼロに設定することと、総試験荷重を加えることと、試験荷重を維持することと、試験荷重を初期試験荷重まで低減させることと、ドラムホイール上で硬さ値を読み取ることと、全ての試験荷重を取り除くこととを含む。
【０００９】
ｂ．面倒な読み取り、低い読み取り精度、及び操作者の読み取り誤差：ドラムホイールを慎重に操作して、ドラムホイール上のスケールによって表された硬さ値を読み取ることを要求される。
【００１０】
ｃ．変位測定及び力測定の低分解能、低精度、及び操作者の読み取り誤差。
【００１１】
ｄ．硬さ値較正の失敗：計器が用いられるとき、一度Ｕ字型エラストマがわずかな変形を起こすか、又はインジケータゲージが衝撃を受けると、硬さ読み取り値が誤差を有するため、測定誤差が生じる。そのような状況では、インジケータゲージは、較正のために製造者に戻されなければならず、ユーザが計器を較正することができない。
【００１２】
ｅ．ブリネル硬さ試験の低効率及び操作者の読み取り誤差：計器は、試験試料上で圧痕を付けることのみができ、その後ユーザは、読み取り用顕微鏡で圧痕直径を読み取り、テーブルを照合してブリネル硬さ値を得ることを要求される。１回の試験を完了するためには、数分がかかる。
【００１３】
中国実用新案特許公開番号第１５５６３８７Ａ号、出願番号第２００４１００１２６２１．８号は、２００４年１２月２２日付で、携帯型デジタル表示式磁気硬さ試験機を開示している。この実用新案特許は、すべての主要部品を内包するケース構造を採用している。試験荷重を加えるためにウォーム・ギア構造を採用し、力を加えるためのメインシャフトが、圧痕深さを測定するための変位センサを具備し、３つの力センサが採用されて、それら３つの力センサの出力の合計が試験荷重を表し、コンピュータが、電子回路を介してセンサから信号を受け取った後、硬さ値を計算して表示する。この実用新案特許もまた、以下の不利点を有する。
【００１４】
ａ．複雑な構造、重い重量、及び非携帯性。
【００１５】
ｂ．面倒な操作及び非実用性。この実用新案特許に係る計器に関し、両側のロッキングハンドホイールは、試験する前にその都度ケースラックを緩めて降ろし、その後ロックして、試験の間両方の手で操作して力を加え、再度ラックを緩めて支持し、その後試験完了時にラックを固定することが必要とされる。そのような複雑な作業方法は、操作者にとって非常に受け入れがたい。
【００１６】
ｃ．３つの力センサが採用され、結果としてコストが高くなる。
【００１７】
ｄ．ブリネル硬さ及びビッカース硬さ試験のための特殊な技術的ソリューションが必要とされる。実際、ブリネル硬さ及びビッカース硬さの試験は、力測定精度、及び圧痕深さ測定精度、解像度、及び繰り返し精度の面において、計器に関する高い要求を有する。通常、一般的な変位センサは、対応する要求を満たすことに困難がある。
【００１８】
中国規格ＧＢ／Ｔ２４５２３-２００９は、高度なブリネル硬さ試験：金属材料のための迅速な圧痕（ブリネル）硬さ試験方法を規定している。これは、ブリネル硬さ試験の深さ測定であり、さらにビッカース硬さ試験に適用可能である。この方式は、以下のとおりである。
【００１９】
一定の直径を有する超硬球に、一定の試験荷重（初期試験荷重及び作用試験荷重を含む）を加えて、試験試料の表面に球を押し付け、調整された時間を維持し、作用試験荷重を解放し、初期試験荷重を条件とした作用試験荷重を加える前及び解放後の圧子位置の相違値（深さ値）を測定する。複数のブリネル硬さ標準片の対応する深さ値を測定し、ブリネル硬さ値及び深さ値による一定の試験条件における圧痕深さとブリネル硬さとの相関曲線を得る。硬さを測定するとき、硬さ試験機によって測定された深さ値を、圧痕深さとブリネル硬さとの相関曲線と対照して照合し、この材料のブリネル硬さ値を得る。
【００２０】
従来のブリネル硬さ試験方法と比較して、この方法は、重要な技術的進歩である。ブリネル硬さの迅速な試験及び直接読み取りを実現することができ、１００年以上の使用の歴史を有する光学顕微鏡に対する必要性がなく、人為的な誤差を回避し、生産中の大量の製品の現場における迅速なブリネル硬さ試験の問題を解決し、また工場内の大量の製品のオンラインでの自動的な硬さ試験をも実現することができる。
【００２１】
深さ測定ブリネル硬さ及びビッカース硬さ試験は、新しい手法であり、いくつかの海外の卓上機によってのみ採用されている。携帯型硬さ試験機ではまだ見られていない。主な技術的困難は、携帯型硬さ試験機の簡易で、軽量かつ小型の構造、限られた内的空間、及び一般的な高精度変位センサの設置にある。加えて、携帯型硬さ試験機の高精度変位センサを設置することは、経済的ではない。
【００２２】
関連する規格の規定によれば、ブリネル硬さ測定スコープは８〜６５０ＨＢＷであり、硬さブリネル硬さ試験機の一般的なスケールは、球が２．５ｍｍ及び力が１８７．５ｋｇであり、硬さ値６５０ＨＢＷを有する試験試料に関しては、最少圧痕深さはわずか０．０３６５ｍｍである。
【００２３】
携帯型ビッカース硬さ試験機の主要な点は、大型工作物、たとえば金型及びシャフト上の窒化層の硬さの性格な測定である。従来技術では、大型工作物上の窒化層の硬さの正確な試験は難題であったが、これは窒化層が、厚さ０．１〜０．４ｍｍ及び硬さ１，０００ＨＶ５超と薄くしかし硬いものであり、大きな試験荷重を加えることができないためである。１，０００ＨＶ５の窒化層に対しては、５ｋｇの試験荷重が使用され、圧痕深さはわずか０．０１４３ｍｍである。深さ測定は、圧痕深さの差異を対象としているため、この数値は小さい。
【００２４】
携帯型硬さ試験機で高精度かつ高分解能の変位測定を実現することは、ブリネル及びビッカース硬さ試験を行うための要点である。誘電性変位トランスデューサ及び格子変位トランスデューサは、通常は硬さ試験機の分野で採用され、上述の要件を満たすことに困難がある。したがって、深さ測定ブリネル及びビッカース硬さ試験方法は、携帯型硬さ試験機にはまだ適用されていない。
【００２５】
携帯型硬さ試験機でそのような方法が実現されると、主要な大型工業部品の本体硬さの正確な試験が可能になり、関連製品の品質管理が進歩する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明の目的は、携帯型デジタル表示式硬さ試験機を提供することである。本硬さ試験機は、携帯性、簡易な構造、操作及び読み取りにおける利便性、及び高精度を特徴とし、高精度、スマートな試験、自動ゼロ較正及び自動測定値較正を実現することができる。ロックウェル硬さを試験し、ブリネル硬さ及びビッカース硬さの現場での迅速な試験を、深さ測定を介して実現し、現在一般的である低精度なリーブ硬さ試験機に取って代わることができる。
【００２７】
本発明の目的は、以下の技術的スキームによって実現される。
【００２８】
本発明は、支持部と、力測定装置と、圧子と、電子回路基板と、デジタルディスプレイと、磁気チャックと、力適用及び圧痕深さ測定装置とを含む。力適用及び圧痕深さ測定装置は、ハンドホイールと、回転エンコーダと、微動ナット及び微動ねじからなる微動ねじ対とを含み、微動ナットは支持部に設けられ、微動ねじは微動ナットと螺合接続し、微動ねじの一端はハンドホイールと接続され、一方で他端は力測定装置と接続される。回転エンコーダは、支持部上に設けられる。回転エンコーダの回転シャフトと、微動ねじとは、同期して回転する。圧子は、ハンドホイールの回転を介して軸方向に上下動する力測定装置及び微動ねじとともに、力測定装置上に設けられる。支持部の一側又は両側は、試験試料を吸引するための磁気チャックを具備する。電子回路基板は、磁気チャックの上に配設される。デジタルディスプレイは、支持部又は磁気チャック上に設けられる。回転エンコーダと、デジタルディスプレイと、力測定装置内の力センサとは、電子回路基板にそれぞれ電気接続される。微動ねじの変位は、回転エンコーダによって測定される。
【００２９】
ここで、微動ねじの一端はスリーブを介してハンドホイールと接続され、一方で微動ねじの他端はキー溝に対して開かれ、キー溝は第３のキーを内部に具備し、微動ねじは、第３のキーを介してスリーブと同期して回転する。回転エンコーダの回転シャフトは、スリーブを介して微動ねじと接続され、微動ねじと同期して回転する。スリーブの一端はハンドホイールの内部穴に固定され、一方で他端は回転エンコーダの回転シャフトのセンタ穴に挿入され、微動ねじはスリーブ内に配置される。スリーブの外部の表面は、第１の軸方向溝によって軸方向に開かれる。回転エンコーダの回転シャフトの上端は、第２のキーを備える。回転エンコーダの回転シャフトは、第２のキーを介してスリーブと接続される。第２のキーは、微動ねじの移動中に第１の軸方向溝内をスライドする。支持部は、軸方向に沿った穴によって内側に開かれる。微動ナットは、支持部の穴に設けられる。微動ナットの一端は、円錐おねじを備える。複数の第２の軸方向溝は、周縁に沿って円錐おねじ上に均一に分散される。円錐おねじは、微動ねじ対の締まり嵌めの程度を調整するための円錐ナットと螺合接続している。力測定装置は、スライドブシュと、力センサと、力センサシートとを含み、スライドブシュの一端は微動ねじの他端と接続され、スライドブシュの他端は力センサの一端と接続され、力センサシートは力センサの他端の底部に設けられる。圧子は、力センサシートの下端に接続される。力センサシートは、照明回路基板を備える。照明回路基板は、圧子の上に配置されＬＥＤライトを備える。スライドブシュの一端は、押さえキャップ及び２つのセミリングを介して微動ねじの他端と接続され、鉄球は、微動ねじの他端の端面と、スライドブシュとの間に配置される。スライドブシュの外部の表面は、周縁に沿った第３の軸方向溝によって開かれる。第１のキーは、微動ナット上に設けられ第３の軸方向溝内をスライドする。スライドブシュと、力センサと、力センサシートと、圧子と、微動ねじと、微動ナットと、回転エンコーダの回転シャフトと、ハンドホイールと、支持部の軸方向穴とは、同軸である。本硬さ試験機は、ハンドルを備える。ハンドルは、接続板を介して支持部の両側に設けられるか、又は磁気チャックに設けられる。磁気チャックは、永久磁石を包含するステータと、永久磁石を包含するロータと、磁気スイッチレバーと、カムとを含み、ロータはステータ内に設けられ、カムはロータのロータシャフト上に設けられ、磁気スイッチレバーはカム上の穴を介してロータシャフトと接続され、カムは磁気スイッチレバーとともに回転する。
【００３０】
本発明は、以下の利点及び有用な効果を有する。
【００３１】
１．本発明の硬さ試験機は第１に、微動ナット、微動ねじ及び回転エンコーダの組み合わせを圧痕深さ測定装置として用い、高分解能かつ高精度の圧痕深さ測定を実現し、経済性を考慮している。
【００３２】
２．本発明は第１に、深さ測定を介した携帯型硬さ試験機での迅速なブリネル硬さ及びビッカース硬さ試験を実現し、直接表示を実現し、これにより大型工作物の現場での迅速で正確な試験が可能になる。本発明を用いて、プラント拠点で多数の工作物を１つずつ試験することができ、低精度のリーブ硬さ試験機に取って代わることができる。
【００３３】
３．本発明は、簡易な構造で、軽量、簡便かつ携帯型である。
【００３４】
４．本発明は、簡易な試験操作を実現する。操作者は、力を加えること、力を保持すること、力を解放すること及び読み取りを含むいくつかの簡易な操作によって、数秒〜数十秒で試験を完了させることができる。
【００３５】
５．本発明は、開始後力の値のゼロ点を自動較正し、センサ及び電子回路の温度の変移及び時間の変移によって生じる誤差を回避する。
【００３６】
６．本発明は、硬さ標準片を介して計器の測定値を修正することができ、それによって計器は、長時間の使用後も引き続き高精度を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の外部構造の概略図である。
【図２】図１の右側の図である。
【図３】本発明の内部構造の概略図である。
【図４】本発明の電気的な電子ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
添付の図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。
【００３９】
図１〜３に示されるように、本発明は、支持部３２と、力測定装置と、圧子２４と、電子回路基板２７と、デジタルディスプレイ５と、磁気チャック３と、加圧及び圧痕深さ測定装置とを含み、加圧及び圧痕深さ測定装置は、ハンドホイール９と、回転エンコーダ３３と、スリーブ１０と、微動ナット１４及び微動ねじ１３からなる微動ねじ対とを含む。測定装置は、スライドブシュ２８と、力センサ２１と、力センサシート２２とを含む。
【００４０】
支持部３２は主ブラケットであり、丸穴とともに軸方向に沿って内側に開かれている。微動ナット１４は支持部３２の丸穴内に設けられる。微動ねじ１３は、微動ナット１４内に微動ナット１４と螺合接続して配置される。微動ねじ１３の一端（上端）はスリーブ１０と接続される。スリーブ１０は、ハンドホイール９の内部穴に固定され、微動ねじ１３の一端は、キー溝に対して開かれている。キー溝は、内部に第３のキー３５を具備している。微動ねじ１３は、第３のキー３５を介してハンドホイール１０及びハンドホイール９と同期して回転し続ける。微動ねじ１３の一端部は、止めねじ８によって留め付けられ、微動ねじ１３の他端（下端）は、スライドブシュ２８を介して力センサ２１と接続される。微動ナット１４の一端（上端）は、スリーブ１０と微動ねじ１３との間に配置され、微動ナット１４の一端は円錐おねじを備える。複数の第２の軸方向溝（本実施形態では３つ）は、周縁に沿って円錐おねじ上に均一に分散される。円錐おねじは、円錐ナット１１と螺合接続している。微動ねじ対の隙間嵌めは、円錐ナット１１を介して調整されることができる。
【００４１】
回転エンコーダ３３は、支持部３２上に設けられる。回転エンコーダの回転シャフト１２は、微動ねじ対と同軸である。スリーブ１０の一端は、ハンドホイール９の内部穴に固定接続され、他端は、回転エンコーダの回転シャフト１２のセンタ穴内に挿入される。スリーブ１０の外部の表面は、第１の溝とともに軸方向に開かれる。回転エンコーダの回転シャフト１２の上端は、第２のキー３４を備える。回転エンコーダの回転シャフト１２は、第２のキー３４を介してスリーブ１０と接続される。第２のキー３４は、微動ねじ１３の移動中、第１の軸方向溝内をスライドすることができる。回転エンコーダの回転シャフト１２は、スリーブ１０を介して微動ねじ１３と接続され、微動ねじ１３と同期して回転する。
【００４２】
ハンドホイール９が回転されているとき、回転エンコーダの回転シャフト１２、スリーブ１０及び微動ねじ１３は同期して回転し、微動ねじ１３は軸方向に上下動する。ハンドホイール９が回転する周期ごとに、微動ねじ１３はねじのピッチによって軸方向に動く。回転エンコーダ３３は、この変位を数千スケールに分割し、測定回路３６を介してＣＰＵ回路３７に信号を送信して、圧痕深さの正確な測定を実現する。本実施形態では、１つのねじピッチは０．５ｍｍである。ロックウェル硬さを試験するプロセスでは、回転エンコーダの回転シャフト１２は、回転周期ごとに５，０００スケールを出力することができ、各スケールは０．１μｍの変位を表し、０．０５ロックウェル（Ｒｏｃｋｗｅｌｌ）硬さ単位に相当する。本深さ測定を採用してブリネル硬さ及びビッカース硬さを試験する場合、回転エンコーダの回転シャフト１２は、周波数分割技術を用いて、回転周期ごとに１０，０００スケールを出力することができ、各スケールは０．０５μｍの変位を表し、ブリネル硬さＨＢＷ２．５／１８７．５スケールに対する最少圧痕深さ１／７３０（焼き入れ鋼の硬さ値は６５０ＨＢＷ）に相当し、ビッカース硬さＨＶ５スケールに対する最少圧痕深さ１／２８０（窒化層の硬さ値は１，０００ＨＶ５）に相当する。関連規格ＧＢ／Ｔ２３０．２、ＧＢ／Ｔ２３１．２及びＧＢ／Ｔ４３４０の要件を満たすことができる。
【００４３】
スライドブシュ２８の一端（上端）は、押さえキャップ３１及び２つのセミリング３０を介して微動ねじ１３の他端（下端）と接続され、スライドブシュ２８の他端（下端）は、力センサ２１の一端（上端）と螺合接続している。力センサ２２は、力センサ２１の他端（下端）の底部に設けられる。圧子２４は、力センサシート２２の下端に接続される。圧子２４は、ボール圧子又はダイヤモンド圧子であってもよい。鉄球２９は、微動ねじ１３の他端とスライドブシュ２８との間に配置され、微動ねじ１３の他端の端面は、鉄球２９に適合され、鉄球２９と突き合せられた球面のくぼみを備える。スライドブシュ２８の外部の表面は、周縁に沿って第３の軸方向溝に対して開かれている。微動ナット１４は、第１のキー１６とともに設けられる。第１のキー１６は、第３の軸方向溝内をスライドする。スライドブシュ２８は、第１のキー１６の案内によって、微動ナット１４内を軸方向にのみ移動し、力測定装置及び圧子２４全体の回転を回避する。鉄球２９は、微動ねじ１３が回転するとき、スライドブシュ２８及び第１のキー１６上の横向きに作用する力を効果的に取り除くことができる。照明回路基板２３は、力センサシート２２の下に設けられる。照明回路基板２３は、ＬＥＤライト２５を備える。試験中、操作者が試験ポイントを好都合に選択して、全試験プロセスを観察するように、ＬＥＤライト２５は試験領域を照らすことができる。
【００４４】
本発明では、スライドブシュ２８、力センサ２１、力センサシート２２、圧子２４、微動ねじ１３、微動ナット１４、回転エンコーダの回転シャフト１２、ハンドホイール９、スリーブ１０及び支持部３２の軸方向の丸穴は、全て同軸である。本発明のハンドホイール９は、電気モータに置き換えられることができる。モータの出力シャフトは、スリーブ１０と接続され、モータはスリーブ１０、微動ねじ１３、及び回転エンコーダの回転シャフト１２を駆動させて回転させる。
【００４５】
デジタルディスプレイ５は、支持部３２の前面に設けられる。デジタルディスプレイ５は、ディスプレイスクリーン６及びキー７を含み、ディスプレイスクリーン６は、支持部３２に対して傾けられ、操作中の観察が容易になる。また、デジタルディスプレイ５は、磁気チャック３の上に設けられることもできる。電子回路基板２７は、磁気チャック３の上に設けられる。回転エンコーダ３３、デジタルディスプレイ５、照明回路基板２３及び力センサ２１は、それぞれ電子回路基板２７と電気接続される。
【００４６】
電子回路基板２７は、測定回路３６、ＣＰＵ回路３７及び電源回路３８を含む。測定回路３６の入力部は、回転エンコーダ３３及び力センサ２１に接続され、一方で出力部はＣＰＵ回路３７に接続され、これはデジタルディスプレイ５とさらに接続される。力センサ２１及び回転エンコーダ３３は、測定回路３６を介してＣＰＵ回路３７に力信号及び変位信号をそれぞれ送信する。ＣＰＵ回路３７が力信号及び変位信号を処理した後、デジタルディスプレイ５は、試験荷重値と、測定された硬さ値とを表示する。電子回路基板２７は、力値に対して自動的にゼロ較正することができる。試験機が電源投入された後、ＣＰＵ回路３７は、力センサ２１のゼロ出力信号を自動的に収集し、力を加えた時に力センサ２１の出力信号をゼロ値まで減少させた後、デジタルディスプレイ５上に力値を表示する。
【００４７】
本発明は、ハンドル４をさらに備える。ハンドル４は、接続プレート１５を介して支持部３２の２つの側部に設けられるか、又は磁気チャック３上に設けられて、硬さ試験機を持ち上げるのを容易にする。
【００４８】
磁気チャック３は、永久磁石を包含するステータ１９、永久磁石を包含するロータ２０、磁気スイッチレバー１及びカム２を含み、ロータ２０は、ステータ１９内に設けられ、カム２は、ロータ２０のロータシャフト１８上に設けられ、磁気スイッチレバー１は、カム２上の穴を介して、ロータシャフト１８と接続される。磁気吸引部３は、磁気スイッチレバー１を引くことによって試験試料２６を吸引又は解放することができ、カム２は、磁気スイッチレバー１とともに回転することができる。磁気スイッチレバー１が引かれ、磁気チャック３を制御して試験試料２６を解放するとき、鋼／又は鉄の金属試験試料２６は、少量の残留磁気に起因して磁気チャック３とともに吸引されることがある。そのような状況では、磁気スイッチレバー１は、カム２が磁気チャック３の底面の外に突出するまで継続的に引かれることができ、その後試験試料２６及び磁気チャック３は、レバー操作の結果によって分離されることができる。
【００４９】
実施形態では、２つの磁気チャック３が採用され、支持部３２の２つの側部に対称的に設けられる。１つの磁気チャックを用いて、小型の工作物を試験することができ、３つの磁気チャックを用いて、丸管の直角の溶接継ぎ手を試験することができる。
【００５０】
深さ測定ブリネル硬さ試験規格ＧＢ／Ｔ２４５２３−２００９の要件によれば、試験機は、一連のブリネル硬さ標準片を納入前に試験することが必要とされ、試験された硬さ値は試験機に入力されて、硬さ−圧痕深さ曲線を確立しなければならない。深さ測定を採用してビッカース硬さを試験する場合、同じ作業がさらになされなければならない。
【００５１】
本発明の作用原理は以下のとおりである。
【００５２】
本発明を試験試料２６上に置き、試験試料２６を吸い取るために、磁気チャック３が引き付けられるように磁気スイッチレバー１を引く；ハンドホイール９を回転させて、スリーブ１０と、微動ねじ１３と、回転エンコーダの回転シャフト１２とを同期して回転駆動させ、その後微動ねじ１３が、力センサ２１、力センサシート２２及び圧子２４を押し、鉄球２９及びスライドブシュ２８を介して試験試料２６に向かって下方に移動させる；圧子２４が試験試料２６と接触しているとき、圧子２４の上端は、ハンドホイール９の継続的な回転とともに試験試料の中に押し込まれて、試験試料２６の表面上に圧力痕を生成する。試験中、力センサ２１は、圧子２４上の試験荷重をリアルタイムで監視し、ＣＰＵ回路３７に信号を送信する。試験荷重が規定の初期試験荷重値に到達すると、ＣＰＵ回路３７は、この時点での圧痕深さ値を記録し、継続的に力を加えて総試験荷重値に到達し、力を加えることを停止してから規定時間の間保持する。ＣＰＵ回路３７は、ハンドホイール９を反回転させて、試験荷重が既定の初期試験荷重値まで低減されると、この時点での圧力痕深さ値を記録して処理を行い、初期試験荷重の作用による、総試験荷重を加える前と加えた後の圧痕深さの差異を計算し、ディスプレイスクリーン６上に試験試料２６上の硬さ値を表示する。試験が完了した後、磁気スイッチレバー１を押して、磁気チャック３が試験試料２６から分離するようにする。全試験を完了するために、わずか数秒又は数十秒しかかからない。
【００５３】
本発明の最も好ましい実施形態では、試験操作プロセスは以下のステップに簡略化することができる。
【００５４】
試験試料を吸引し、総試験荷重を加え、試験荷重を保持し、総試験荷重を解放し、硬さ値を読み取り、試験試料を解放する。
【符号の説明】
【００５５】
１  磁気スイッチレバー
２  カム
３  磁気チャック
４  ハンドル
５  デジタルディスプレイ
６  ディスプレイスクリーン
７  キー
８  止めねじ
９  ハンドホイール
１０  スリーブ
１１  円錐ナット
１２  回転エンコーダの回転シャフト
１３  微動ねじ
１４  微動ナット
１５  接続プレート
１６  第１のキー
１７  バッテリパック
１８  ロータシャフト
１９  ステータ
２０  ロータ
２１  力センサ
２２  力センサシート
２３  照明回路基板
２４  圧子
２５  ＬＥＤライト
２６  試験試料
２７  電子回路基板
２８  スライドブシュ
２９  鉄球
３０  セミリング
３１  押さえキャップ
３２  支持部
３３  回転エンコーダ
３４  第２のキー
３５  第３のキー
３６  測定回路
３７  ＣＰＵ回路
３８  電源回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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