(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
球状の圧子を保持するホルダと、
前記ホルダに保持された前記圧子を該ホルダから試料に向けて射出する射出機構と、
前記圧子が前記試料に衝突する前の該圧子の速度である衝突速度、および前記圧子が前記試料から跳ね返った後の該圧子の速度である反発速度を測定する速度測定部と、
前記衝突速度に対する前記反発速度の比である反発係数を計算する演算部と、を備え、
前記ホルダの前端は、該ホルダの軸線と平行に延びるスリットが形成されることにより、複数の分割部から構成されており、
前記ホルダは、前記圧子の外周面を前記複数の分割部で保持することを特徴とする反発係数測定機。
【請求項２】
前記ホルダは、筒形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の反発係数測定機。
【請求項３】
球状の圧子を保持するホルダと、
前記ホルダに保持された前記圧子を該ホルダから試料に向けて射出する射出機構と、
前記圧子が前記試料に衝突する前の該圧子の速度である衝突速度、および前記圧子が前記試料から跳ね返った後の該圧子の速度である反発速度を測定する速度測定部と、
前記衝突速度に対する前記反発速度の比である反発係数を計算する演算部と、を備え、
前記射出機構は、
貫通孔が形成された内筒と、
前記内筒の外周面に摺動自在に支持される内周面を有する外筒と、
前記貫通孔内を移動可能な圧子押出部材と、
前記外筒と前記圧子押出部材との間に配置され、前記外筒の移動によって収縮して前記圧子押出部材に付勢力を加える付勢ばねと、を備え、
前記外筒は、前記圧子押出部材の外面に形成された溝に係合可能な発射レバーを有することを特徴とする反発係数測定機。
【請求項４】
前記圧子押出部材は、前記ホルダに保持された前記圧子に衝突するストライカであることを特徴とする請求項３に記載の反発係数測定機。
【請求項５】
前記圧子押出部材は、前記ホルダに保持された前記圧子に空気圧を与えるピストンロッドであることを特徴とする請求項３に記載の反発係数測定機。
【請求項６】
前記速度測定部は、
前記貫通孔に接続された圧子通路を有する速度測定本体と、
前記圧子通路に沿って配列された第１通過センサおよび第２通過センサと、を備えることを特徴とする請求項３に記載の反発係数測定機。
【請求項７】
前記第１通過センサおよび第２通過センサは、光センサであることを特徴とする請求項６に記載の反発係数測定機。
【請求項８】
前記速度測定部は、第３通過センサをさらに備えており、
前記第１通過センサ、前記第２通過センサ、および前記第３通過センサは、前記圧子通路に沿って配列されており、
前記演算部は、前記第１通過センサと前記第２通過センサとの間を通過する前記圧子の速度と、前記第２通過センサと前記第３通過センサとの間を通過する前記圧子の速度とから、前記圧子の加速度を算出し、さらに前記圧子が前記試料に衝突する瞬間の衝突速度と、前記圧子が前記試料から跳ね返った瞬間の反発速度を算出することを特徴とする請求項６に記載の反発係数測定機。
【請求項９】
前記第１通過センサ、第２通過センサ、および第３通過センサは、光センサであることを特徴とする請求項８に記載の反発係数測定機。
【請求項１０】
前記速度測定部は、
前記貫通孔に接続された圧子通路を有する速度測定本体と、
前記演算部に配置された第１通過センサおよび第２通過センサと、を備え、
前記第１通過センサは、第１投光部および第１受光部を有する光センサであり、
前記第２通過センサは、第２投光部および第２受光部を有する光センサであり、
前記第１投光部は、第１光ファイバーを介して前記圧子通路内部に光を照射し、前記第１受光部は、第２光ファイバーを介して前記圧子通路内部に照射された光を受け取り、
前記第２投光部は、第３光ファイバーを介して前記圧子通路内部に光を照射し、前記第２受光部は、第４光ファイバーを介して前記圧子通路内部に照射された光を受け取ることを特徴とする請求項３に記載の反発係数測定機。
【請求項１１】
前記速度測定部は、
前記貫通孔に接続された圧子通路を有する速度測定本体と、
前記圧子通路に配置された第１通過センサと、を備え、
前記演算部は、前記第１通過センサにおける前記圧子の検知開始時点と、前記第１通過センサにおける前記圧子の検知終了時点を検知し、
前記演算部は、前記圧子の直径を前記検知開始時点と前記検知終了時点との間の時間で除算することにより、前記衝突速度および前記反発速度を計算することを特徴とする請求項３に記載の反発係数測定機。
【請求項１２】
前記速度測定部は、前記貫通孔に接続された圧子通路を有する速度測定本体を備え、
前記速度測定本体には、前記速度測定部が前記試料に接触するときに前記圧子通路の開口を開き、前記速度測定部が前記試料から離れるときに前記圧子通路の開口を閉じるシャッター機構が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の反発係数測定機。
【請求項１３】
前記シャッター機構は、
前記圧子通路の開口に配置された扉と、
前記速度測定本体から先端が突出する開閉棒と、
前記開閉棒の動きを前記扉の開閉動作に変換するリンク機構と、を備えることを特徴とする請求項１２に記載の反発係数測定機。
【請求項１４】
前記速度測定部は、前記貫通孔に接続された圧子通路を有する速度測定本体を備え、
前記速度測定本体の前端に、前記圧子通路に接続された蓋貫通孔を有する蓋が固定され、
前記蓋貫通孔は、前記圧子の直径の０．２倍よりも大きく、かつ前記圧子の直径よりも小さい直径を有することを特徴とする請求項３に記載の反発係数測定機。
【請求項１５】
前記蓋貫通孔の壁面は、曲面状に構成されており、
前記壁面の曲率半径は、前記圧子の曲率半径よりも大きいことを特徴とする請求項１４に記載の反発係数測定機。
【請求項１６】
前記速度測定本体には、該速度測定本体の側面から前記圧子通路まで延びる空気抜き孔が形成されていることを特徴とする請求項１４または１５に記載の反発係数測定機。
【請求項１７】
前記圧子通路は、前記圧子の直径の１．４倍以上の直径を有することを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか一項に記載の反発係数測定機。
【請求項１８】
前記速度測定部は、前記貫通孔に接続された圧子通路を有する速度測定本体を備え、
前記外筒と前記ホルダとを連結する連結機構がさらに設けられ、
前記外筒が前記速度測定部に向かって移動するときに、前記ホルダは、前記圧子通路内を前進して、前記圧子通路内にある前記圧子を保持することを特徴とする請求項３に記載の反発係数測定機。
【請求項１９】
前記圧子は、セラミックから構成されることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の反発係数測定機。
【請求項２０】
前記圧子は、アルミナから構成された軸受用ボールであることを特徴とする請求項１９に記載の反発係数測定機。
【請求項２１】
前記圧子の直径は、０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項１乃至２０のいずれか一項に記載の反発係数測定機。
【請求項２２】
球状の圧子を保持するホルダと、
前記ホルダに保持された前記圧子を該ホルダから試料に向けて射出する射出機構と、
前記圧子が前記試料に衝突する前の該圧子の速度である衝突速度、および前記圧子が前記試料から跳ね返った後の該圧子の速度である反発速度を測定する速度測定部と、
前記衝突速度に対する前記反発速度の比に基づいて前記試料の硬さを決定する演算部と、を備え、
前記ホルダの前端は、該ホルダの軸線と平行に延びるスリットが形成されることにより、複数の分割部から構成されており、
前記ホルダは、前記圧子の外周面を前記複数の分割部で保持することを特徴とする硬さ測定機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料の硬さを評価する指標として用いられる反発係数を測定する反発係数測定機に関する。さらに、本発明は、試料の硬さを測定する硬さ測定機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、試料、特に金属材料の硬さを測定するために、反発硬さ試験が用いられている。反発硬さ試験では、一般に、ダイアモンドなどの硬質材料からなる圧子と、該圧子が固定される圧子支持体とから構成される衝突体を試料の表面に衝突させ、試料から跳ね返された衝突体の反発高さ、または反発速度を計測することにより、試料の硬さを測定する。このような反発硬さ試験は、例えば、ショア硬さ試験およびリープ硬さ試験である。
【０００３】
ＪＩＳ（日本工業規格）にも規定されている反発硬さ試験であるショア硬さ試験は、衝突体であるハンマーを所定の高さ（落下高さ）から試料に自由落下させ、試料から跳ね返ったハンマーの最高到達点である反発高さを測定する硬さ試験方法である（非特許文献１参照）。ショア硬さ試験では、ハンマーが衝突体であり、ハンマーには圧子と、該圧子が固定される圧子支持体が含まれる。ショア硬さは、ハンマーの落下高さに対する反発高さの比に所定の比例定数を乗算することで得られる。
【０００４】
リープ硬さ試験は、衝突体であるインパクトボディをばねにより試料に向けて射出して、インパクトボディが試料に衝突する前の衝突速度と、試料に衝突して、跳ね返ったときのインパクトボディの反発速度（すなわち、インパクトボディの衝突後の速度）を測定する硬さ試験方法である（特許文献１参照）。リープ硬さ試験では、インパクトボディが衝突体であり、インパクトボディには圧子と、該圧子が固定される圧子支持体が含まれる。リープ硬さ試験では、衝突体であるインパクトボディの衝突速度に対する、インパクトボディの反発速度が反発係数として測定される。リープ硬さは、この反発係数に所定の比例定数を乗算することで得られる。
【０００５】
ショア硬さ試験およびリープ硬さ試験に代表される反発硬さ試験は、ロックウエル硬さ試験およびビッカース硬さ試験などの押込み硬さ試験と比較して、簡単に素早く硬さ試験を実行することができるという利点を有する。さらに、反発硬さ試験の試験機は、押し込み硬さ試験の試験機と比較して、構造が簡単であり、携帯性に優れるという利点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第４０３４６０３号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】ＪＩＳ  Ｂ  ７７２７：２０００  「ショア硬さ試験−試験機の検証」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ショア硬さ試験で用いられるハンマーの質量、およびリープ硬さ試験で用いられるインパクトボディの質量は、比較的大きい。例えば、Ｄ型ショア硬さ試験機のハンマーの質量は３６．２ｇであり、リープ硬さ試験機のインパクトボディの質量は５．４５ｇである。このようなハンマーまたはインパクトボディを用いて、小さく軽量である試料の硬さを計測する場合、この試料が有する本来の硬さ値よりも低い硬さ値しか得られないことがあった。
【０００９】
この理由は、小さく軽量である試料に衝突する衝突体（すなわち、圧子および圧子支持体を含むハンマーやインパクトボディ）の運動エネルギーが試料の塑性変形や弾性変形のみならず、試料の振動等にも消費されてしまい、本来計測されるべき反発高さまたは反発速度よりも小さい反発高さまたは反発速度が計測されてしまうことによる。この現象、すなわち、衝突体の運動エネルギーが試料の振動等に消費された結果、本来計測されるべき反発高さまたは反発速度よりも小さい反発高さまたは反発速度が測定される現象を、本明細書では、「質量効果」と称する。
【００１０】
試料の硬さを測定する際に質量効果が発生すると、正確な試料の硬さが得られないため、ショア硬さ試験で４ｋｇ以下の試料の硬さを測定するときは、十分に大きな質量を有する専用の鋼製アンビルに試料を強固に固定して試験を行わなければならない。リープ硬さ試験では、専用のアンビルが用意されていない。したがって、リープ硬さ試験で小さく軽い試料の硬さを計測する際には、使用者が、十分に大きな質量を有する適切な台を用意して、この台に専用のペーストを用いて試料を強固に固定する必要がある。すなわち、従来の反発硬さ試験機で正確な硬さを測定するためには、試験を行う試料の大きさや質量に制約があった。
【００１１】
ショア硬さ試験は、ハンマーを所定の落下高さから自由落下させて試料に衝突させた後の反発高さを測定する必要があるため、ショア硬さ試験の試験方向は鉛直方向に限られる。一方で、リープ硬さ試験は、インパクトボディをばねによって試料に向けて射出して、インパクトボディが試料に衝突する前の衝突速度に対する、インパクトボディの反発速度の比である反発係数を測定する。したがって、リープ硬さ試験では、自由な方向で反発係数、および該反発係数に基づいた硬さを測定することが可能である。
【００１２】
リープ硬さ試験のように、ばねによって衝突体を射出して試料の反発係数を測定し、この反発係数を試料の硬さを評価する指標として用いる硬さ試験方法であれば、試験機を自由な方向に向けて硬さ試験を実行することができる。しかしながら、リープ硬さ試験であっても、硬さを測定するべき試料が小さく軽量である場合には、質量効果が発生してしまう。したがって、質量効果を小さくすることができ、かつ自由な方向に試験を行うことができる反発係数測定機および硬さ測定機が求められている。
【００１３】
本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、質量効果を小さくすることが可能であり、かつ自由な方向に試験を行うことができる反発係数測定機および硬さ測定機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、球状の圧子を保持するホルダと、前記ホルダに保持された前記圧子を該ホルダから試料に向けて射出する射出機構と、前記圧子が前記試料に衝突する前の該圧子の速度である衝突速度、および前記圧子が前記試料から跳ね返った後の該圧子の速度である反発速度を測定する速度測定部と、前記衝突速度に対する前記反発速度の比である反発係数を計算する演算部と、を備え、前記ホルダの前端は、該ホルダの軸線と平行に延びるスリットが形成されることにより、複数の分割部から構成されており、前記ホルダは、前記圧子の外周面を前記複数の分割部で保持することを特徴とする反発係数測定機である。
【００１５】
本発明の好ましい態様は、前記ホルダは、筒形状を有していることを特徴とする。
本発明の他の態様は、球状の圧子を保持するホルダと、前記ホルダに保持された前記圧子を該ホルダから試料に向けて射出する射出機構と、前記圧子が前記試料に衝突する前の該圧子の速度である衝突速度、および前記圧子が前記試料から跳ね返った後の該圧子の速度である反発速度を測定する速度測定部と、前記衝突速度に対する前記反発速度の比である反発係数を計算する演算部と、を備え、前記射出機構は、貫通孔が形成された内筒と、前記内筒の外周面に摺動自在に支持される内周面を有する外筒と、前記貫通孔内を移動可能な圧子押出部材と、前記外筒と前記圧子押出部材との間に配置され、前記外筒の移動によって収縮して前記圧子押出部材に付勢力を加える付勢ばねと、を備え、前記外筒は、前記圧子押出部材の外面に形成された溝に係合可能な発射レバーを有することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記圧子押出部材は、前記ホルダに保持された前記圧子に衝突するストライカであることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記圧子押出部材は、前記ホルダに保持された前記圧子に空気圧を与えるピストンロッドであることを特徴とする。
【００１６】
本発明の好ましい態様は、前記速度測定部は、前記貫通孔に接続された圧子通路を有する速度測定本体と、前記圧子通路に沿って配列された第１通過センサおよび第２通過センサと、を備えることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１通過センサおよび第２通過センサは、光センサであることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記速度測定部は、第３通過センサをさらに備えており、前記第１通過センサ、前記第２通過センサ、および前記第３通過センサは、前記圧子通路に沿って配列されており、前記演算部は、前記第１通過センサと前記第２通過センサとの間を通過する前記圧子の速度と、前記第２通過センサと前記第３通過センサとの間を通過する前記圧子の速度とから、前記圧子の加速度を算出し、さらに前記圧子が前記試料に衝突する瞬間の衝突速度と、前記圧子が前記試料から跳ね返った瞬間の反発速度を算出することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１通過センサ、第２通過センサ、および第３通過センサは、光センサであることを特徴とする。
【００１７】
本発明の好ましい態様は、前記速度測定部は、前記貫通孔に接続された圧子通路を有する速度測定本体と、前記演算部に配置された第１通過センサおよび第２通過センサと、を備え、前記第１通過センサは、第１投光部および第１受光部を有する光センサであり、前記第２通過センサは、第２投光部および第２受光部を有する光センサであり、前記第１投光部は、第１光ファイバーを介して前記圧子通路内部に光を照射し、前記第１受光部は、第２光ファイバーを介して前記圧子通路内部に照射された光を受け取り、前記第２投光部は、第３光ファイバーを介して前記圧子通路内部に光を照射し、前記第２受光部は、第４光ファイバーを介して前記圧子通路内部に照射された光を受け取ることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記速度測定部は、前記貫通孔に接続された圧子通路を有する速度測定本体と、前記圧子通路に配置された第１通過センサと、を備え、前記演算部は、前記第１通過センサにおける前記圧子の検知開始時点と、前記第１通過センサにおける前記圧子の検知終了時点を検知し、前記演算部は、前記圧子の直径を前記検知開始時点と前記検知終了時点との間の時間で除算することにより、前記衝突速度および前記反発速度を計算することを特徴とする。
【００１８】
本発明の好ましい態様は、前記速度測定部は、前記貫通孔に接続された圧子通路を有する速度測定本体を備え、前記速度測定本体には、前記速度測定部が前記試料に接触するときに前記圧子通路の開口を開き、前記速度測定部が前記試料から離れるときに前記圧子通路の開口を閉じるシャッター機構が設けられていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記シャッター機構は、前記圧子通路の開口に配置された扉と、前記速度測定本体から先端が突出する開閉棒と、前記開閉棒の動きを前記扉の開閉動作に変換するリンク機構と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
本発明の好ましい態様は、前記速度測定部は、前記貫通孔に接続された圧子通路を有する速度測定本体を備え、前記速度測定本体の前端に、前記圧子通路に接続された蓋貫通孔を有する蓋が固定され、前記蓋貫通孔は、前記圧子の直径の０．２倍よりも大きく、かつ前記圧子の直径よりも小さい直径を有することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記蓋貫通孔の壁面は、曲面状に構成されており、前記壁面の曲率半径は、前記圧子の曲率半径よりも大きいことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記速度測定本体には、該速度測定本体の側面から前記圧子通路まで延びる空気抜き孔が形成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記圧子通路は、前記圧子の直径の１．４倍以上の直径を有することを特徴とする。
【００２０】
本発明の好ましい態様は、前記速度測定部は、前記貫通孔に接続された圧子通路を有する速度測定本体を備え、前記外筒と前記ホルダとを連結する連結機構がさらに設けられ、前記外筒が前記速度測定部に向かって移動するときに、前記ホルダは、前記圧子通路内を前進して、前記圧子通路内にある前記圧子を保持することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記圧子は、セラミックから構成されることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記圧子は、アルミナから構成された軸受用ボールであることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記圧子の直径は、０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲にあることを特徴とする。
【００２１】
本発明のさらに他の態様は、球状の圧子を保持するホルダと、前記ホルダに保持された前記圧子を該ホルダから試料に向けて射出する射出機構と、前記圧子が前記試料に衝突する前の該圧子の速度である衝突速度、および前記圧子が前記試料から跳ね返った後の該圧子の速度である反発速度を測定する速度測定部と、前記衝突速度に対する前記反発速度の比に基づいて前記試料の硬さを決定する演算部と、を備え、前記ホルダの前端は、該ホルダの軸線と平行に延びるスリットが形成されることにより、複数の分割部から構成されており、前記ホルダは、前記圧子の外周面を前記複数の分割部で保持することを特徴とする硬さ測定機である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の反発係数測定機によれば、反発係数を測定するために試料に衝突させる衝突体（物体）は、球状の圧子のみである。すなわち、試料に衝突させる衝突体は、例えば、ショア硬さ試験のハンマーやリープ硬さ試験のインパクトボディとは相違して、圧子が固定される圧子支持体を含まない。その結果、試料に衝突させる衝突体（物体）の質量を大幅に低減できるので、反発係数を測定する際に発生する質量効果が大幅に低減され、試料の反発係数を正確に測定することができる。また、球状の圧子はホルダに保持され、射出機構により該ホルダから試料に向けて射出される。したがって、圧子を射出する方向に制限がないので、自由な方向に試験を行うことができる。
さらに、本発明の硬さ測定機によれば、硬さを測定するために試料に衝突させる衝突体（物体）は、球状の圧子のみである。その結果、試料に衝突させる衝突体（物体）の質量を大幅に低減できるので、硬さを測定する際に発生する質量効果が大幅に低減され、試料の硬さを正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る反発係数測定機の概略断面図である。
【図２】図２（ａ）は、ホルダの前端の拡大側面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図３】発射レバーのフックとストライカの溝との係合を解除したときに、付勢ばねの復元力によってストライカが前方に押し出された状態を示す概略断面図である。
【図４】第１光センサの電気回路の構成を示す概略図である。
【図５】圧子が第１光センサを通過してから、第２光センサを通過するまでの通過時間を計測する方法を説明するための概略図である。
【図６】反発係数を測定した後の圧子がホルダに再び保持される様子を示す概略図である。
【図７】シャッター機構が設けられた速度測定本体の一例を示した概略断面図である。
【図８】図８（ａ）は、図７のＤ線矢視図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＦ−Ｆ線断面図であり、図８（ｃ）は、図８（ｂ）のＧ−Ｇ線断面図である。
【図９】図９（ａ）は、図７のＥ線矢視図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＨ−Ｈ線断面図である。
【図１０】リンク機構により、第１扉および第２扉が互いに離間して、圧子通路の開口が開かれた状態を示す模式図である。
【図１１】リンク機構により、第１扉および第２扉が互いに当接して、圧子通路の開口が閉じられた状態を示す模式図である。
【図１２】別の実施形態に係る速度測定部を示す概略図である。
【図１３】圧子が試料に衝突する瞬間の衝突速度、および圧子が試料から跳ね返った瞬間の反発速度を計算により求める方法の説明図である。
【図１４】さらに別の実施形態に係る速度測定部を示す概略図である。
【図１５】別の実施形態に係る反発係数測定機の概略断面図である。
【図１６】発射レバーのフックとピストンロッドの溝との係合を解除したときに、付勢ばねの復元力によってピストンロッドが前方に押し出された状態を示す概略断面図である。
【図１７】実験に用いた基準片の上面図である。
【図１８】図１８（ａ）は、鋼製アンビルに固定された基準片を反発係数測定機で測定したときの反発係数を示すグラフであり、図１８（ｂ）は、木製アンビルに固定された基準片を反発係数測定機で測定したときの反発係数を示すグラフである。
【図１９】図１９（ａ）は、鋼製アンビルに固定された基準片をＤ型ショア硬さ試験機で測定したときのショア硬さを示すグラフであり、図１９（ｂ）は、木製アンビルに固定された基準片をＤ型ショア硬さ試験機で測定したときのショア硬さを示すグラフである。
【図２０】図２０（ａ）は、鋼製アンビルに固定された基準片をリープ硬さ試験機で測定したときのリープ硬さを示すグラフであり、図２０（ｂ）は、木製アンビルに固定された基準片をリープ硬さ試験機で測定したときのリープ硬さを示すグラフである。
【図２１】図２１（ａ）は、速度測定本体の前端に固定された蓋の一例を示す断面図であり、図２１（ｂ）は、図２１（ａ）のＩ線矢視図である。
【図２２】圧子が試料の表面に衝突する衝突点Ｓの分布の一例を示す模式図である。
【図２３】速度測定本体の前端に固定された蓋の変形例を示す断面図である。
【図２４】速度測定本体の前端に固定された蓋の別の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る反発係数測定機１の概略断面図である。なお、説明の便宜上、本明細書では、図１に示された矢印Ａ方向を前方、矢印Ｂ方向を後方と定義する。
【００２５】
図１に示される反発係数測定機１は、球状の圧子２を保持するホルダ３と、ホルダ３に保持された圧子２を該ホルダ３から試料８に向けて射出する射出機構５と、圧子２が試料８に衝突する前の該圧子２の速度である衝突速度、および圧子２が試料８に衝突して跳ね返った後の該圧子２の反発速度を測定する速度測定部６と、衝突速度に対する反発速度の比である反発係数を計算する演算部７と、を備える。演算部７は、該演算部７が計算した反発係数を表示する表示部１０ａを有する表示器１０の内部に配置されている。
【００２６】
図１に示されるホルダ３は、円筒形状を有している。ホルダ３の前端は、図２（ａ）および図２（ｂ）に示されるように、ホルダ３の軸線と平行に延びるスリット３ｂが形成されることにより、複数の分割部３ａから構成されている。図示した例では、ホルダ３の前端は、４つのスリット３ｂにより、４つの分割部３ａから構成されている。ホルダ３の前端を、３つ以下の分割部３ａから構成してもよいし、５つ以上の分割部３ａから構成してもよい。ホルダ３の内周面の直径は、球状の圧子２の直径よりも僅かに小さく設定されており、ホルダ３の前端を圧子２に押し付けたときに、分割部３ａがホルダ３の外周方向に僅かに広がり、圧子２の外周面が複数の分割部３ａによって保持される。
【００２７】
ホルダ３の形状は、円筒形状に限られず、筒形状であればよい。例えば、ホルダ３は、四角筒形状、五角筒形状などの多角筒形状であってもよい。ホルダ３が筒形状の場合でも、ホルダ３の先端には、ホルダ３の軸線と平行に延びるスリットが形成され、ホルダ３の先端は、複数の分割部から構成される。筒形状を有するホルダ３の前端を圧子２に押し付けたときに、分割部がホルダ３の外方向に僅かに広がり、圧子２の外周面が複数の分割部によって保持される。
【００２８】
図１に示されるように、本実施形態の射出機構５は、貫通孔１３ａが形成された内筒１３と、内筒１３の外周面１３ｂに摺動自在に支持される内周面１２ａを有する外筒１２と、貫通孔１３ａ内を移動可能なストライカ１５と、前記外筒１２とストライカ１５との間に配置され、外筒１２の移動によって収縮して圧子押出部材１５に付勢力を加える付勢ばね１６とを備える。さらに、図１に示される射出機構５は、貫通孔１３ａ内でのストライカ１５の移動を制限するストッパ２０を備える。図示はしないが、ストッパ２０を省略してもよい。例えば、付勢ばね１６の前端をストライカ１５に固定すれば、貫通孔１３ａ内におけるストライカ１５の前方への移動を制限することができる。貫通孔１３ａの壁面は、内筒１３の内周面である。ストライカ１５は、後述するように、付勢ばね１６の復元力によってホルダ３に保持された圧子２に衝突する圧子押圧部材を構成する。
【００２９】
本実施形態のストライカ１５は、棒形状を有する。より具体的には、このストライカ１５は、円柱状のストライカ本体１５ａと、ストライカ本体１５ａの直径よりも大きい直径を有する、円柱状の本体支持部１５ｂと、を有する。ストライカ本体１５ａの後端が本体支持部１５ｂの前端に埋設されることにより、ストライカ本体１５ａは、本体支持部１５ｂに固定される。ストライカ本体１５ａの中心軸線は、本体支持部１５ｂの中心軸線と一致する。本実施形態のストライカ本体１５ａは、本体支持部１５ｂと別部材から構成されているが、ストライカ本体１５ａと本体支持部１５ｂとが一体的に形成されてもよい。例えば、円柱状の部材に研削加工を施すことにより、ストライカ本体１５ａをストライカ１５に形成することができる。
【００３０】
付勢ばね１６の前端は、本体支持部１５ｂに形成されたガイド孔１５ｃに挿入される。ガイド孔１５ｃは、本体支持部１５ｂの後端から前端に向かって延び、ガイド孔１５ｃの中心軸線は、本体支持部１５ｂの中心軸線に一致する。外筒１２の後端には、該外筒１２の開口を塞ぐプラグ１８が固定されており、プラグ１８に付勢ばね１６の後端が支持されている。本実施形態のプラグ１８は、円柱形状を有しており、該プラグ１８の外周面にはねじが形成されている。外筒１２の後端に形成された開口は、プラグ１８に形成されたねじが螺合するねじ孔として構成されており、プラグ１８のねじを該ねじ孔に係合させることで、プラグ１８が外筒１２に固定される。プラグ１８を回転させることにより、プラグ１８を外筒１２に対して前進または後進させることができる。その結果、付勢ばね１６の長さを容易に変更することができるので、付勢ばね１６がストライカ１５に加える付勢力を容易に変更することができる。
【００３１】
このような構成で、付勢ばね１６は、外筒１２とストライカ１５との間に配置される。付勢ばね１６は、外筒１２の移動によって収縮されて、ストライカ１５に付勢力を加えることができる。この付勢ばね１６の収縮動作については、後述する。図１に示されるように、付勢ばね１６が縮められた状態のときに、付勢ばね１６は、ストライカ１５を射出機構５の前方に向けて移動させる付勢力を該ストライカ１５に加えている。このストライカ１５の位置がストライカ１５の発射位置である。
【００３２】
ストライカ１５の本体支持部１５ｂの外面には、ストライカ１５の周方向に沿って延びる環状の溝１５ｄが形成されている。溝１５ｄは、ストライカ１５の本体支持部１５ｂの外面の一部に形成されていてもよい。ストライカ１５が図１に示される発射位置にあるとき、溝１５ｄに係合自在なフック１４ａを有する発射レバー１４が外筒１１の外面に固定されている。発射レバー１４は貫通孔を有しており、この貫通孔に、外筒１１の外面から径方向外側に伸びるブラケット（図示せず）に固定された回動軸１７が挿入されている。したがって、発射レバー１４は、回動軸１７を中心として回動自在に外筒１２に固定される。図１に示されるように、外筒１２には、該外筒１２の側面を貫通する貫通孔１２ｂが形成されており、内筒１３には、該内筒１３の側面を貫通し、内筒１３の長手方向に沿って延びる第１長孔１３ｅが形成されている。発射レバー１４のフック１４ａは、外筒１２の貫通孔１２ｂと、内筒１３の第１長孔１３ｅを通って、ストライカ１５の溝１５ｄに係合する。
【００３３】
図３は、発射レバー１４のフック１４ａとストライカ１５の溝１５ｄとの係合を解除したときに、付勢ばね１６の復元力によってストライカ１５が射出機構５の前方に押し出された状態を示す概略断面図である。図３に示されるように、射出機構５の前方に押し出されたストライカ１５は、内筒１３の内周面に固定された、円筒形状を有するストッパ２０に衝突し、これにより、ストライカ１５の移動が制限される。より具体的には、ストッパ２０の後端に、ストライカ１５の本体支持部１５ｂの前端が衝突することで、ストライカ１５の前方への移動が制限される。ストライカ１５が図１に示される発射位置から、図３に示されるストッパ２０に衝突する衝突位置まで移動する間に、ストライカ本体１５ａの前端がホルダ３の前端に保持された圧子２に衝突し、該圧子２だけがホルダ３から試料８に向けて射出される。図３に示されるように、ストライカ１５が射出機構５の前方に発射された状態では、発射レバー１４のフック１４ａは、外筒１２の側面に形成された貫通孔１２ｂと、内筒１３の側面に形成された第１長孔１３ｅとを通って、ストライカ１５の外面に接触している。
【００３４】
上述したように、付勢ばね１６の後端を支持するプラグ１８を外筒１２に対して前進または後進させることにより、付勢ばね１６の長さを調整することができる。したがって、付勢ばね１６がストライカ１５に加える付勢力を調整することができるので、ストライカ１５の衝突によって射出される圧子２の衝突速度を調整することができる。異なる試料の反発係数を比較するときに、圧子２の材料および圧子２の衝突速度は一定であることが好ましい。本実施形態の反発係数測定機１では、圧子２の衝突速度を容易に調整することができる。
【００３５】
上述した実施形態のストライカ１５は、棒形状を有しているが、ストライカ１５の形状は、棒形状に限定されない。ホルダ３に保持された圧子２に衝突し、圧子２をホルダ３から試料８に向けて射出することができれば、ストライカ１５の形状は任意である。
【００３６】
射出機構５の前端、より具体的には内筒１３の前端には、ストライカ１５によって射出された圧子２が試料８に衝突する前の該圧子２の速度である衝突速度と、圧子２が試料８に衝突して跳ね返った後の該圧子２の反発速度を計測する速度測定部６が固定されている。本実施形態の速度測定部６は、内筒１３の前端に取り付けられ、圧子２が通過する圧子通路２３ａが形成された速度測定本体２３と、圧子通路２３ａに沿って配列された第１通過センサ２４および第２通過センサ２５と、を備える。圧子通路２３ａは、内筒１３の貫通孔１３ａに接続される。第１通過センサ２４および第２通過センサ２５は、圧子通路２３ａに沿って配列されており、第１通過センサ２４は、第２通過センサ２５よりも速度測定本体２３の前方に位置する。「通過センサ」とは、物体の通過を検知することができるセンサの総称である。この通過センサは、例えば、光センサまたは磁気センサを含む。
【００３７】
本実施形態の第１通過センサ２４は、圧子通路２３ａ内に光を照射する第１投光部２４ａ、および第１投光部２４ａから照射された光を受け取る第１受光部２４ｂを有する光センサである。本実施形態の第２通過センサ２５は、圧子通路２３ａ内に光を照射する第２投光部２５ａ、および第２投光部２５ａから照射された光を受け取る第２受光部２５ｂを有する光センサである。以下では、第１通過センサ２４および第２通過センサ２５が光センサである実施形態について説明する。
【００３８】
本実施形態の第１投光部２４ａおよび第２投光部２５ａには、発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられ、第１受光部２４ｂおよび第２受光部２５ｂには、フォトダイオードが用いられている。第１投光部２４ａからの光は、圧子通路２３ａの壁面に配置された投光スリット（図示せず）を通して圧子通路２３ａ内に照射され、第１受光部２４ｂは、圧子通路２３ａの壁面に配置された受光スリット（図示せず）を通った光を受け取る。同様に、第２投光部２５ａからの光は、圧子通路２３ａの壁面に配置された投光スリット（図示せず）を通して圧子通路２３ａ内に照射され、第２受光部２５ｂは、圧子通路２３ａの壁面に配置された受光スリット（図示せず）を通った光を受け取る。本実施形態では、第１光センサ２４の第１投光部２４ａと第１受光部２４ｂとは、速度測定本体２３の前端から１０ｍｍの位置に配置され、第２光センサ２５の第２投光部２５ａと第２受光部２５ｂとは、速度測定本体２３の前端から２０ｍｍの位置に配置されている。
【００３９】
第１光センサ２４は、第１投光部２４ａから照射された光が圧子２の通過によって遮られたことを第１受光部２４ｂが検知し、これにより、圧子２が第１光センサ２４を通過したことを検知する。同様に、第２光センサ２５は、第２投光部２５ａから照射された光が圧子２の通過によって遮られたことを第２受光部２５ｂが検知し、これにより、圧子２が第２光センサ２５を通過したことを検知する。演算部７は、圧子２が第１光センサ２４を通過してから、第２光センサ２５を通過するまでの通過時間を計測している。第１光センサ２４と第２光センサ２５との間の距離は予め決定されている（本実施形態では１０ｍｍ）。したがって、演算部７は、圧子２が第２光センサ２５を通過してから、第１光センサ２４を通過するまでの通過時間と、第１光センサ２４と第２光センサ２５との間の距離とから圧子２の衝突速度を計算することができる。同様に、演算部７は、圧子２が第１光センサ２４を通過してから、第２光センサ２５を通過するまでの通過時間と、第１光センサ２４と第２光センサ２５との間の距離とから圧子２の反発速度を計算することができる。
【００４０】
図４は、第１光センサ２４の電気回路の構成を示す概略図である。以下、図４を用いて、第１光センサ２４の電気回路の構成を説明する。第２光センサ２５の電気回路の構成は、第１光センサ２４の電気回路の構成と同一であるため、その重複する説明を省略する。
【００４１】
図４に示されるように、フォトダイオードである第１受光部２４ｂには、逆バイアス電位Ｖｒが加えられている。第１受光部２４ｂは、ＬＥＤである第１投光部２４ａからの光を受け取ることにより、電流を発生させることができる。第１受光部２４ｂから発生した電流は、第１オペアンプ３０の負入力端子３０ｂに入力される。第１オペアンプ３０の正入力端子３０ａには、電圧ＶＡが入力される。第１オペアンプ３０の出力端子３０ｃからは、第１受光部２４ｂから発生した電流が電圧ＶＡを基準として変換抵抗３５により変換された電圧Ｖｏｐａが出力される（電流電圧変換）。
【００４２】
第１オペアンプ３０から出力された電圧Ｖｏｐａは、第２オペアンプ３１の負入力端子３１ｂに遅延回路３２を経て入力される。第２オペアンプ３１の正入力端子３１ａには、予め定められたベース電圧Ｖｄｅｔが入力される。第２オペアンプ３１は、負入力端子３１ｂに入力された電圧Ｖｏｐａと、正入力端子３１ａに入力されたベース電圧Ｖｄｅｔとの差分である電圧Ｖｏｐｂを、該第２オペアンプ３１の出力端子３１ｃから出力する。第２オペアンプ３１の出力端子３１ｃから出力された電圧Ｖｏｐｂは、変換抵抗３６によって電流に変換され、この電流が第１発光部２４ａに加えられる。
【００４３】
図４に示されるように、第１オペアンプ３０の出力端子から出力された電圧Ｖｏｐａは、コンパレータ３８の正入力端子３８ａに入力される。コンパレータ３８の負入力端子３８ｂには、予め設定されたしきい値である電圧Ｖｃｍｐが入力される。コンパレータ３８は、正入力端子３８ａに入力された電圧Ｖｏｐａと、負入力端子３８ｂに入力された電圧Ｖｃｍｐとを比較する。コンパレータ３８は、電圧Ｖｏｐａが電圧Ｖｃｍｐよりも大きいときに、コンパレータ３８の出力端子３８ｃから信号ＶＳを出力する。信号ＶＳは、演算部７に入力される。
【００４４】
図４に示す回路構成によれば、圧子２の通過によって第１投光部２４ａからの光が遮れていないときは、第１オペアンプ３０から出力される電圧Ｖｏｐａが予め設定されたベース電圧Ｖｄｅｔに常に収束するように、第１投光部２４ａの発光量を自動で調整することができる。すなわち、図４に示す電気回路は、フォトダイオードである第１受光部２４ｂの出力電流が一定になるように、該第１受光部２４ｂの出力電流に応じて、ＬＥＤである第１投光部２４ａの発光量を自動で変更させるフィードバック回路を含んでいる。
【００４５】
ＬＥＤである第１投光部２４ａから照射された光を受け取る、フォトダイオードである第１受光部２４ｂは、圧子２の通過によって第１投光部２４ａからの光が遮られていないときは、常に一定の電流を出力するのが好ましい。しかしながら、ＬＥＤの発光量は、該ＬＥＤが配置されている環境（例えば、気温および湿度など）によって異なる。同様に、フォトダイオードが出力する電流は、該フォトダイオードが配置されている環境（例えば、気温および湿度など）によって異なる。さらに、ＬＥＤには個体差が存在するので、同一の電流を、同一の構造を有する異なるＬＥＤに流した場合、各ＬＥＤの発光量は異なる。同様に、フォトダイオードには個体差が存在するので、同一の構造を有する異なるフォトダイオードが同一の光量を受け取ったときに、各フォトダイオードが出力する電流は異なる。
【００４６】
したがって、図４に示される電気回路を用いない場合、オペアンプ３０が出力する電圧Ｖｏｐａは、反発係数測定機１が用いられる環境によって変動するため、正確な反発係数を測定することができないおそれがある。正確な反発係数を測定するためには、第１投光部２４ａの発光量および／または第１受光部２４ｂの出力電流を、測定毎に調整する必要がある。同様に、図４に示される電気回路を用いない場合、異なる反発係数測定機１のオペアンプ３０が出力する電圧Ｖｏｐａは、各反発係数測定機１で異なるため、正確な反発係数を測定することができないおそれがある。正確な反発係数を測定するためには、第１投光部２４ａの発光量および／または第１受光部２４ｂの出力電流を、各反発係数測定機１で調整する必要がある。
【００４７】
図４に示される電気回路を用いた場合、第１オペアンプ３０から出力される電圧Ｖｏｐａが予め設定されたベース電圧Ｖｄｅｔに常に収束するように、第１投光部２４ａの発光量を自動で調整することができる。したがって、第１投光部２４ａの発光量および／または第１受光部２４ｂの出力電流を、測定毎に調整する必要がない。同様に、第１投光部２４ａの発光量および／または第１受光部２４ｂの出力電流を、各反発係数測定機１で調整する必要がない。第２光センサ２５の電気回路の構成も、第１光センサ２４の電気回路の構成と同一の構成を有するので、第２光センサ２５でも同一の利点が得られる。
【００４８】
図５は、圧子２が第１光センサ２４を通過してから、第２光センサ２５を通過するまでの通過時間Ｔ１を計測する方法を説明するための概略図である。すなわち、図５は、試料８に衝突して跳ね返った圧子２の反発速度を測定する方法を説明するための概略図である。図５の上段には、時間経過と共に変化する、第１光センサ２４の第１オペアンプ３０の出力電圧Ｖｏｐａおよびコンパレータ３８から出力される信号ＶＳを表すグラフが示される。図５の下段には、時間経過と共に変化する、第２光センサ２５の第１オペアンプ３０の出力電圧Ｖｏｐａおよびコンパレータ３８から出力される信号ＶＳを表すグラフが示される。
【００４９】
試料８に衝突して跳ね返った圧子２は、第１光センサ２４の配置位置まで移動する。圧子２が第１光センサ２４の第１投光部２４ａが発する光を遮って、第１受光部２４ｂが受け取る光量が減少すると、第１オペアンプ３０の出力電圧Ｖｏｐａは上昇する。圧子２が第１光センサ２４を通過するにしたがって、第１受光部２４ｂが発する光が遮られる量は、徐々に減少していき、その後徐々に上昇する。したがって、第１受光部２４ｂが受け取る光量は、徐々に減少した後で徐々に上昇するので、第１オペアンプ３０の出力電圧Ｖｏｐａは、図５の上段に示されるような凸波形を有する波ＳＡを描く。上述したように、第１オペアンプ３０の出力電圧Ｖｏｐａは、コンパレータ３８（図４参照）に入力され、しきい値である電圧Ｖｃｍｐと比較される。第１オペアンプ３０の出力電圧Ｖｏｐａが電圧Ｖｃｍｐよりも大きい場合に、コンパレータ３８は、信号ＶＳを出力する。第１オペアンプ３０の出力電圧Ｖｏｐａがしきい値電圧Ｖｃｍｐよりも小さい場合、コンパレータ３８は、信号ＶＳの出力を停止する。その結果、演算部７には、凸波形を有する波ＳＡがコンパレータ３８によって変換された矩形波ＲＡが入力される。
【００５０】
演算部７は、コンパレータ３８からの信号ＶＳが出力された時点Ｔａ、および信号ＶＳの出力が停止した時点Ｔｂを検知する。すなわち、時点Ｔａは、演算部７が第１光センサ２４における圧子２の通過の検知を開始した検知開始時点であり、時点Ｔｂは、演算部７が第１光センサ２４における圧子２の通過の検知を終了した検知終了時点である。さらに、演算部７は、時点Ｔａを検知してから時点Ｔｂを検知するまでの時間Ｔｃを半分に除算した時点Ｔｄを計算する。時間Ｔｃは、演算部７が第１光センサ２４における圧子２の通過を検知している時間に相当する。
【００５１】
圧子２はさらに移動して、第２光センサ２５の配置位置まで移動する。圧子２が第２光センサ２５の第２投光部２５ａが発する光を遮って、第２受光部２５ｂが受け取る光量が減少すると、第１オペアンプ３０の出力電圧Ｖｏｐａは上昇する。圧子２が第２光センサ２５を通過するにしたがって、第２受光部２５ｂが発する光が遮られる量は、徐々に減少していき、その後徐々に上昇する。したがって、第２受光部２５ｂが受け取る光量は、徐々に減少した後で徐々に上昇するので、第１オペアンプ３０の出力電圧Ｖｏｐａは、図５の下段に示されるような凸波形を有する波ＳＢを描く。上述したように、第１オペアンプ３０の出力電圧Ｖｏｐａは、コンパレータ３８（図４参照）に入力され、しきい値である電圧Ｖｃｍｐと比較される。第１オペアンプ３０の出力電圧Ｖｏｐａが電圧Ｖｃｍｐよりも大きい場合に、コンパレータ３８は、信号ＶＳを出力する。第１オペアンプ３０の出力電圧Ｖｏｐａが電圧Ｖｃｍｐよりも小さい場合、コンパレータ３８は、信号ＶＳの出力を停止する。その結果、演算部７には、凸波形を有する波ＳＢがコンパレータ３８によって変換された矩形波ＲＢが入力される。
【００５２】
演算部７は、コンパレータ３８からの信号ＶＳが出力された時点Ｔｅ、および信号ＶＳの出力が停止した時点Ｔｆを検知する。すなわち、時点Ｔｅは、演算部７が第２光センサ２５における圧子２の通過の検知を開始した検知開始時点であり、時点Ｔｆは、演算部７が第２光センサ２５における圧子２の通過の検知を終了した検知終了時点である。さらに、演算部７は、時点Ｔｅを検知してから時点Ｔｆを検知するまでの時間Ｔｇを半分に除算した時点Ｔｈを計算する。時間Ｔｇは、演算部７が第２光センサ２５における圧子２の通過を検知している時間に相当する。
【００５３】
演算部７は、時点Ｔｄと時点Ｔｈの間の時間を、圧子２が第１光センサ２４を通過してから、第２光センサ２５を通過するまでの通過時間Ｔ１と決定する。さらに、演算部７は、第１光センサ２４と第２光センサ２５の間の距離を、通過時間Ｔ１で除算することにより、圧子２の反発速度を計算する。
【００５４】
本実施形態では、時点Ｔｄと時点Ｔｈの間の時間を、圧子２が第１光センサ２４を通過してから、第２光センサ２５を通過するまでの通過時間Ｔ１として用いる。時点Ｔｄと時点Ｔｈの間の時間を通過時間Ｔ１として用いた場合、例えば、時点Ｔａと時点Ｔｅの間の時間を通過時間として用いる場合と比較して、通過時間Ｔ１の測定誤差を小さくすることが可能であり、より正確な反発速度を計算することができる。
【００５５】
圧子２の衝突速度は、同様の方法を利用して、演算部７によって計算される。すなわち、圧子２が第２光センサ２５を通過してから、第１光センサ２４を通過するまでの通過時間を演算部７が決定することにより、該演算部７によって衝突速度が計算される。演算部７は、さらに、衝突速度に対する反発速度の比である反発係数を計算する。
【００５６】
図示はしないが、第２光センサ２５を省略し、第１光センサ２４のみを用いて、圧子２の衝突速度と反発速度を演算部７が計算してもよい。例えば、演算部７が圧子２の直径を図５における時点Ｔａ（すなわち、第１光センサ２４における圧子２の検知開始時点）と時点Ｔｂ（すなわち、第１光センサ２４における圧子２の検知終了時点）との間の時間Ｔｃで除算することにより、演算部７は、圧子２の反発速度を計算してもよい。同様に、演算部７は、第１光センサ２４のみを用いて圧子２の衝突速度を計算することができる。
【００５７】
このように、第１光センサ２４のみを用いて、圧子２の反発速度および衝突速度を測定する場合、速度測定本体２３の大きさを小さくすることができる。さらに、第１光センサ２４を試料８の表面に近接して配置することができるので、正確な反発係数を測定することができる。
【００５８】
図１に示されるように、ホルダ３は、内筒１３の前端から後端に向かって挿入されている。外筒１２には、該外筒１２の径方向外側に突出する外筒フランジ部１２ｃが形成され、内筒１３には、該内筒１３の径方向外側に突出する内筒フランジ部１３ｃが形成されている。ホルダ３の外周面には、ホルダフランジ部材４０が固定されている。ホルダフランジ部材４０は、ホルダ３の後端における外周面に固定される円筒状の固定部４０ａと、固定部４０ａからホルダ３の径方向外側に突出する突出フランジ部４０ｂとを有する。内筒１３には、該内筒１３の側面を貫通し、内筒１３の長手方向に沿って延びる第２長孔１３ｄが形成されており、ホルダフランジ部材４０の突出フランジ部４０ｂは、第２長孔１３ｄを通って、内筒１３の外周面よりも外側に突出している。
【００５９】
反発係数測定機１は、内筒フランジ部１３ｃと外筒フランジ部１２ｃとの間に配置される第１戻しばね４３を有し、第１戻しばね４３は、内筒フランジ部１３ｃを外筒フランジ部１２ｃから離間する方向に付勢する。さらに、反発係数測定機１は、突出フランジ部４０ｂと外筒フランジ部１２ｃとの間に配置される第２戻しばね４４を有し、第２戻しばね４４は、突出フランジ部４０ｂを外筒フランジ部１２ｃから離間する方向に付勢する。外筒フランジ部１２ｃには、突出フランジ部４０ｂに形成された第１貫通孔４０ｃを通って該突出フランジ部４０ｂを貫通するまで延びる第１ガイド棒４６が固定される。第１ガイド棒４６は、第２戻しばね４４の内部を通って延びており、該第１ガイド棒４６には、第２戻しばね４４の付勢力により、突出フランジ部４０ｂが外筒フランジ部１２ｃから離間する方向に移動することを制限する留め具４８が固定されている。内筒フランジ部１３ｃには、突出フランジ部４０ｂに形成された第２貫通孔４０ｄを通って該突出フランジ部４０ｂを貫通するまで延びる第２ガイド棒４７が固定される。
【００６０】
外筒１２の外筒フランジ部１２ｃ、第１ガイド棒４６、第２戻しばね４４、ホルダフランジ部材４０、および留め具４８は、ホルダ３を外筒１２に連結する連結機構３９を構成する。
【００６１】
図６は、反発係数を測定した後の圧子２をホルダ３に再び保持させる様子を示す概略図である。図６に示されるように、圧子２をホルダ３に再び保持させるために、作業者は、第１戻しばね４３の付勢力に抗して、発射レバー１４のフック１４ａがストライカ１５の外面に形成された溝１５ｄに係合するまで、外筒１２を内筒１３に向けて押し込む。このとき、連結機構３９によって外筒１２に連結されたホルダ３は、速度測定部６の圧子通路２３ａ内を前進する。ホルダフランジ部材４０の突出フランジ部４０ｂは、内筒１２の側面に形成された第２長孔１３ｄに沿って移動できるので、ホルダフランジ部材４０も、反発係数測定機１の前方に向かって移動することができる。ホルダ３に固定されたホルダフランジ部材４０は、第２戻しばね４４によって付勢力を加えられているので、ホルダ３は、該ホルダ３と外筒１２との間の距離を維持したまま、反発係数測定機１の前方に向かって移動する。反発係数測定機１の前方に向かって移動するホルダ３は、速度測定部６の速度測定本体２３に形成された圧子通路２３ａ内を前進して、圧子通路２３ａの前端まで達し、その結果、圧子２はホルダ３の先端で保持される。
【００６２】
ストライカ１５は、ストッパ２０によって反発係数測定機１の前方に向かう移動が制限されているので、外筒１２を内筒１３に押し込んだときに、ストライカ１５は移動できない一方で、付勢ばね１６が収縮される。外筒１２に固定された発射レバー１４のフック１４ａは、内筒１２の側面に形成された第１長孔１３ｅに沿って移動し、ストライカ１５の外面に形成された溝１５ｄに係合する。外筒１２を内筒１３に向けて押し込む押圧力を解除すると、第１戻りばね４３の付勢力によって、外筒１２が反発係数測定機１の後方に向かって移動する。このとき、フック１４ａが係合するストライカ１５も後方に移動して、ストライカ１５は、図１に示される発射位置に待機する。
【００６３】
外筒１２を内筒１３に押し込むときに、ホルダ３は、第１ガイド棒４６によって案内される。同様に、外筒１２を内筒１３に押し込むときに、ホルダ３は、第２ガイド棒４７によって案内される。したがって、外筒１２および内筒１３に対するホルダ３の回転が阻止される。
【００６４】
このような構成によれば、外筒１２を内筒１３に対して押し込むだけの簡単な操作で、圧子２をホルダ３に再び保持させることができる。したがって、連続して反発係数を測定するときに、作業者の負担を軽減することができる。
【００６５】
本実施形態の反発係数測定機１によれば、反発係数を測定するために試料８に衝突させる衝突体（物体）は、球状の圧子２のみである。すなわち、試料８に衝突させる衝突体は、例えば、ショア硬さ試験のハンマーやリープ硬さ試験のインパクトボディとは相違して、圧子２が固定される圧子支持体を含まない。その結果、試料に衝突させる衝突体（物体）の質量を大幅に低減できるので、反発係数を測定する際に発生する質量効果が大幅に低減され、試料の反発係数を正確に測定することができる。また、球状の圧子２はホルダ３に保持され、射出機構５により該ホルダ３から試料８に向けて射出される。したがって、圧子２を射出する方向に制限がないので、自由な方向に試験を行うことができる。さらに、本実施形態の反発係数測定機１によれば、プラグ１８を外筒１２に対して前進または後進させることにより、圧子２の衝突速度を容易に調整することができる。
【００６６】
質量効果が大幅に低減でき、かつ自由な方向に試験を行える本実施形態の反発係数測定機１によれば、様々な試料８の反発係数を測定することができる。例えば、金属材料の反発係数だけでなく、チョコレートや鰹節のような食品、あるいはセラミック、大理石、ガラスなどの非金属材料の反発係数を測定することができる。さらに、試料８に衝突させる衝突体は球状の圧子２のみであり、衝突体の体積が非常に小さい。したがって、衝突体が有する熱容量が小さい。また、試料８に圧子２が接触する時間は一瞬である。その結果、試験に起因する試料８の表面温度の変化量を大幅に抑制することができるので、高温、または低温の試料８の反発係数を正確に測定することができる。
【００６７】
さらに、本実施形態の反発係数測定機１では、圧子２の直径に応じて、ホルダ３の大きさおよびストライカ本体１５ａの直径などを適宜選定することにより、様々な直径を有する圧子２を使用することができる。したがって、非常に小さな直径を有する圧子２を本実施形態の反発係数測定機１で用いることができるので、質量効果をさらに低減することができる。
【００６８】
試験時に発生する質量効果を低減する観点から、できるだけ小さい直径を有する圧子２を用いるのが好ましい。一方で、表面に微小な凹凸が形成された試料８の反発係数を測定するときに、試料８からの圧子２の跳ね返り方向が、射出機構５からの圧子２の射出方向に対して大きく逸れて（傾いて）しまう場合がある。この理由は、試料８の表面に形成された凹凸の大きさに対して圧子２の直径が小さすぎるためである。したがって、質量効果の発生を抑制しながら、圧子２の跳ね返り方向を安定させるためには、圧子２の直径は５ｍｍ以下であるのが好ましい。
【００６９】
圧子２の直径が小さくなるにつれて、反発係数を測定する作業者の負担が増加する。例えば、非常に小さい直径を有する圧子２を用いる場合、作業者が圧子２を紛失しやすくなる。したがって、作業効率の観点から、圧子２の直径は０．５ｍｍ以上であるのが好ましい。さらに、反発係数を測定する前に、圧子２の破損および／または欠損を確実に確認するために、圧子２の直径は、２ｍｍ以上の直径を有するのがより好ましい。すなわち、圧子２の直径の範囲は、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下が好ましく、２ｍｍ以上５ｍｍ以下がより好ましい。
【００７０】
本実施形態の反発係数測定機１の速度測定部６は、光センサ２４，２５を用いて圧子２の衝突速度および反発速度を測定する。したがって、圧子２の材質に制限はなく、例えば、圧子２は、超硬合金などの金属材料から構成されてもよいし、セラミックおよびダイアモンドなどの非金属材料から構成されてもよい。好ましくは、圧子２は、セラミックであるアルミナから構成された軸受用ボールである。アルミナから構成された軸受用ボールは、高い真球度を有するので、反発係数測定機１は、正確な反発係数を高い再現性で測定することができる。アルミナから構成された軸受用ボールは、安価であり、かつ容易に市場で入手することができる。
【００７１】
速度測定部６の速度測定本体２３に、速度測定部６が試料８に接触するときに速度測定本体２３の圧子通路２３ａの開口を開き、速度測定部６が試料８から離れるときに速度測定本体２３の圧子通路２３ａの開口を閉じるシャッター機構５０をさらに設けてもよい。図７は、シャッター機構５０が設けられた速度測定本体２３の一例を示した概略断面図である。図７に示されるように、本実施形態のシャッター機構５０は、圧子通路２３ａの開口に配置された扉５１と、速度測定本体２３から先端が突出する開閉棒５４と、開閉棒５４の動きを扉５１の開閉動作に変換するリンク機構５５とを備える。本実施形態の速度測定本体２３は、圧子通路２３ａが形成され、扉５１が配置される第１部材２３ｂと、開閉棒５４が配置される第２部材２３ｃとで構成される。
【００７２】
図８（ａ）は、図７のＤ線矢視図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＦ−Ｆ線断面図であり、図８（ｃ）は、図８（ｂ）のＧ−Ｇ線断面図である。図８（ａ）に示されるように、本実施形態の扉５１は、速度測定本体２３の圧子通路２３ａの開口をリンク機構５５によって開閉する第１扉５１ａと第２扉５１ｂとを有する。リンク機構５５については、後述する。第１扉５１ａおよび第２扉５１ｂが互いに当接するときに、圧子通路２３ａの開口が閉じられ、第１扉５１ａおよび第２扉５１ｂが互いに離間するときに、圧子通路２３ａの開口が開かれる。図８（ａ）は、第１扉５１ａおよび第２扉５１ｂが互いに当接して、圧子通路２３ａの開口が閉じられている状態を示している。
【００７３】
図８（ａ）および図８（ｂ）に示されるように、第１扉５１ａの側面には、第１円弧面５２ａを有する第１開閉ガイド５２が固定され、第２扉５１ｂには、第２円弧面５３ａを有する第２開閉ガイド５３が固定される。第１開閉ガイド５２の第１円弧面５２ａと、第２開閉ガイド５３の第２円弧面５３ａとは、互いに対向している。第１開閉ガイド５２は、第１開閉軸５６を介して第１部材２３ｂに回動自在に固定される。すなわち、第１開閉ガイド５２は、第１開閉軸５６まわりに回動することができ、その結果、第１開閉ガイド５２に固定された第１扉５１ａが第１開閉軸５６まわりに回動することができる。第２開閉ガイド５３は、第２開閉軸５７を介して第１部材２３ｂに回動自在に固定される。すなわち、第２開閉ガイド５３は、第２開閉軸５７まわりに回動することができ、その結果、第２開閉ガイド５３に固定された第２扉５１ｂが第２開閉軸５７まわりに回動することができる。
【００７４】
図８（ｂ）および図８（ｃ）に示されるように、第１扉５１ａの中央領域には、円弧状の第１スロープ面５１ｄが形成された第１収容部５１ｃ（図８（ｂ）参照）が形成されている。図８（ｃ）に仮想線（一点鎖線）で描かれた第２扉５１ｂの中央領域にも、円弧状の第２スロープ面５１ｅが形成された第２収容部５１ｆが形成されている。第１扉５１ａと第２扉５１ｂとが互いに当接しているとき、第１収容部５１ｃと第２収容部５１ｆとで構成される内部空間に圧子２を収容しておくことができる。
【００７５】
図９（ａ）は、図７のＥ線矢視図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＨ−Ｈ線断面図である。図９（ａ）に示されるように、開閉棒５４の後端には、開閉ばね５８の一端が固定されており、開閉ばね５８の他端は、第２部材２３ｃに固定されている。この状態で、開閉棒５４の前端は、第２部材２３ｃの前端よりも前方に突出している。図９（ａ）および図９（ｂ）に示されるように、開閉棒５４の側面には、円柱状の第１突起５４ａおよび第２突起５４ｂが形成されており、第１突起５４ａは、第２突起５４ｂよりも開閉棒５４の前方に位置する。第１突起５４ａおよび第２突起５４ｂは、第１部材２３ｂに向かって、開閉棒５４の側面から突出する。
【００７６】
シャッター機構５０のリンク機構５５は、第１開閉ガイド５２、第２開閉ガイド５３、開閉棒５４に形成された第１突起５４ａおよび第２突起５４ｂ、および開閉ばね５８により構成される。図１０は、リンク機構５５により、第１扉５１ａおよび第２扉５１ｂが互いに離間する方向に回動して、圧子通路２３ａの開口が開かれた状態を示す模式図である。図１１は、リンク機構５５により、第１扉５１ａおよび第２扉５１ｂが互いに当接して、圧子通路２３ａの開口が閉じられた状態を示す模式図である。
【００７７】
図１０に示されるように、速度測定部６の速度測定本体２３を試料８の表面に接触させたとき、開閉棒５４は、開閉ばね５８の付勢力に抗して、該開閉棒５４の先端が速度測定本体２３の内部に収容されるまで押し込まれる。このとき、開閉棒５４に形成された第１突起５４ａが第１開閉ガイド５２の第１円弧面５２ａと、第２開閉ガイド５３の第２円弧面５３ａとに接触し、第１扉５１ａおよび第２扉５１ｂが互いに離間する方向に、第１開閉ガイド５２および第２開閉ガイド５３を第１開閉軸５６および第２開閉軸５７まわりにそれぞれ回動させる。その結果、速度測定本体２３の圧子通路２３ａの開口が開いて、圧子２を材料８の表面に衝突させることができる。
【００７８】
図１１に示されるように、速度測定部６の速度測定本体２３を試料８の表面から離間させたとき、開閉棒５４は、開閉ばね５８の復元力により、該開閉棒５４の先端が速度測定本体２３の前端から突出するまで前進する。このとき、開閉棒５４に形成された第２突起５４ｂが第１開閉ガイド５３の第１円弧面５２ａと、第二開閉ガイド５３の第２円弧面５３ａとに接触し、第１扉５１ａおよび第２扉５１ｂが互いに当接する方向に、第１開閉ガイド５２および第２開閉ガイド５３を第１開閉軸５６および第２開閉軸５７まわりにそれぞれ回動させる。その結果、速度測定本体２３の圧子通路２３ａの開口が閉じて、第１収容部５１ｃと第２収容部５１ｆとで構成される内部空間に圧子２が収容される（図８（ｃ）参照）。このとき、圧子２は、第１収容部５１ｃに形成された第１スロープ面５１ｄと、第２収容部５１ｆに形成された第２スロープ面５１ｅとに案内されるので、圧子２が第１扉５１ａと第２扉５１ｂとに挟まれることが防止される。
【００７９】
本実施形態のシャッター機構５０によれば、試料８に速度測定本体２３を接触させたときにだけ、圧子通路２３ａの開口が開かれる。一方で、速度測定本体２３を試料８から離間させたときは、圧子通路２３ａの開口が閉じられる。したがって、射出機構５から射出された圧子２の紛失を効果的に防止することができるので、作業者の負担を軽減することができる。
【００８０】
図１２は、別の実施形態に係る速度測定部６を示す概略図である。図１２に示される速度測定部６は、上述した第１通過センサ２４および第２通過センサ２５に加えて、第３通過センサ２６を有する。上述したように、「通過センサ」とは、物体の通過を検知することができるセンサの総称であり、この通過センサは、例えば、光センサまたは磁気センサを含む。以下では、第１通過センサ２４、第２通過センサ２５、および第３通過センサ２６が光センサである実施形態について説明する。
【００８１】
第１光センサ２４、第２光センサ２５、および第３光センサ２６は、圧子通路２３ａに沿って配列されており、第１光センサ２４は、第２光センサ２５および第３光センサ２６よりも速度測定本体２３の前方に位置し、第２光センサ２５は、第３光センサ２６よりも速度測定本体２３の前方に位置する。
【００８２】
第３光センサ２６は、第１光センサ２４および第２光センサ２５と同一の構成を有する。すなわち、第３光センサ２６は、圧子通路２３ａ内に光を照射する第３投光部２６ａ、および第３投光部２６ａから照射された光を受け取る第３受光部２６ｂを有し、第３投光部２６ａはＬＥＤであり、第３受光部２６ｂはフォトダイオードである。第３光センサ２６の電気回路の構成は、図４を用いて説明された第１光センサ２４の電気回路の構成と同一である。すなわち、第３光センサ２６の電気回路に設けられた第１オペアンプ３０から出力される電圧Ｖｏｐａが予め設定されたベース電圧Ｖｄｅｔに常に収束するように、第３投光部２６ａの発光量が自動で調整される。
【００８３】
これまで説明してきた実施形態に係る反発係数測定機１は、自由な方向に向けて試験を行うことができる。例えば、圧子２を上向きに射出することもできるし、下向きに射出することもできる。圧子２が射出される方向が異なる場合、圧子２には異なる方向の重力が作用する。したがって、圧子２の射出方向によって、測定された反発係数に微小な誤差が生じるおそれがある。特に、圧子２の衝突速度および反発速度が遅い場合、重力の影響が大きくなる。したがって、圧子２が試料８の表面に衝突する瞬間の圧子２の速度を衝突速度として用い、圧子２が試料８の表面から跳ね返った瞬間の圧子２の速度を反発速度として用いて、反発係数を計算するのが好ましい。以下、図１３を用いて、圧子２が試料８に衝突する瞬間の圧子２の衝突速度、および圧子２が試料８から跳ね返った瞬間の圧子２の反発速度を計算により求める方法を説明する。
【００８４】
図１３は、圧子２が試料８の表面に衝突する瞬間の該圧子２の衝突速度、および圧子２が試料８から跳ね返った瞬間の反発速度を計算により求める方法の説明図である。図１３において、点Ｐｓは試料８の表面を表し、点Ｐ１は第１光センサ２４の位置を表し、点Ｐ２は第２光センサ２５の位置を表し、点Ｐ３は第３光センサ２６の位置を表す。以下では、圧子２が点Ｐ３、点Ｐ２、点Ｐ１をこの順に通過して点Ｐｓに到達する瞬間の、該圧子２の衝突速度を計算する方法が説明される。
【００８５】
点Ｐ３（すなわち、第３光センサ２６）を通過する圧子２の速度をｖ３、点Ｐ２（すなわち、第２光センサ２５）を通過する圧子２の速度をｖ２、点Ｐ１（すなわち、第１光センサ２４）を通過する圧子２の速度をｖ１とし、圧子２が点Ｐｓ（すなわち、試料８の表面）に到達する瞬間の速度をｖｓとする。さらに、点Ｐ３と点Ｐ２との間の平均速度をｖ２３とし、点Ｐ２と点Ｐ１との間の平均速度をｖ１２とし、点Ｐ３と点Ｐ１との間の平均速度をｖ１３とする。点Ｐ３から点Ｐ２までの距離はＬ２３であり、点Ｐ２から点Ｐ１までの距離はＬ１２であり、点Ｐ３から点Ｐ１までの距離はＬ１３であり、点Ｐ３から点Ｐｓまでの距離はＬｓである。制御部７は、図５を参照して説明された方法で、圧子２が点Ｐ３を通過してから点Ｐ２を通過するまでの時間Ｔ２３、圧子２が点Ｐ２を通過してから点Ｐ１を通過するまでの時間Ｔ１２、および圧子２が点Ｐ３を通過してから点Ｐ１を通過するまでの時間Ｔ１３を測定する。
【００８６】
点Ｐ３と点Ｐ２との間の平均速度ｖ２３は、制御部７が計測した時間Ｔ２３と既知であるＬ２３から以下の式（１）により計算することができる。
ｖ２３＝Ｌ２３／Ｔ２３      ・・・（１）
同様に、平均速度ｖ１２は、以下の式（２）により計算することができ、平均速度ｖ１３は、以下の式（３）により計算することができる。
ｖ１２＝Ｌ１２／Ｔ１２      ・・・（２）
ｖ１３＝Ｌ１３／Ｔ１３      ・・・（３）
【００８７】
圧子２が加速度αの等加速度運動をしていると仮定すると、速度ｖ２３、速度ｖ２、および速度ｖ３には以下の式（４）の関係が成り立つ。
ｖ２３＝（ｖ２＋ｖ３）／２      ・・・（４）
同様に、速度ｖ１２、速度ｖ１、および速度ｖ２には以下の式（５）の関係が成り立ち、速度ｖ１３、速度ｖ１、および速度ｖ３には以下の式（６）の関係が成り立つ。
ｖ１２＝（ｖ１＋ｖ２）／２      ・・・（５）
ｖ１３＝（ｖ１＋ｖ３）／２      ・・・（６）
式（４）、式（５）、および式（６）から、以下の式（７）、式（８）、および式（９）が得られる。
ｖ１＝−ｖ２３＋ｖ１２＋ｖ１３      ・・・（７）
ｖ２＝ｖ２３＋ｖ１２−ｖ１３      ・・・（８）
ｖ３＝ｖ２３−ｖ１２＋ｖ１３      ・・・（９）
【００８８】
圧子２の加速度αは、以下の式（１０）から求めることができる。
α＝（ｖ１−ｖ３）／Ｔ１３      ・・・（１０）
演算部７は、上述した計算式（１），（２），（３）によって、速度ｖ２３，速度ｖ１２，速度ｖ１３を得ているので、演算部７は、式（７）、式（８）、および式（９）により速度ｖ１、速度ｖ２、および速度ｖ３を計算することが可能である。その結果、演算部７は、式（１０）から圧子２の加速度αを計算することができる。
【００８９】
圧子２が加速度αで等加速度運動をしていると仮定した場合、点Ｐｓ（すなわち、試料８の表面）に衝突する瞬間の圧子２の衝突速度ｖｓは、以下の式（１１）または式（１２）から求めることができる。
ｖｓ＝（ｖ３２＋２Ｌｓ・α）１／２      ・・・（１１）
ｖｓ＝ｖ３・（１＋（（ｖ１／ｖ３）２−１）（Ｌｓ／Ｌ１３）））１／２ 
・・・（１２）
上述したように、演算部７は、計算により速度ｖ３、速度ｖ２、速度ｖ１、および加速度αを得ており、距離Ｌｓおよび距離Ｌ１３は既知であるため、演算部７は、圧子２が試料８の表面に衝突する瞬間の衝突速度ｖｓを計算することができる。
【００９０】
次に、圧子２が試料８の表面から跳ね返った瞬間の反発速度を計算により求める方法を、図１３を用いて説明する。図１３において、点Ｐｓは試料８の表面を表し、点Ｐ１は第１光センサ２４の位置を表し、点Ｐ２は第２光センサ２５の位置を表し、点Ｐ３は第３光センサ２６の位置を表す。試料８の表面（すなわち点Ｐｓ）から跳ね返った圧子２は、点Ｐ１、点Ｐ２、点Ｐ３をこの順に通過する。
【００９１】
点Ｐｓから跳ね返った圧子２が点Ｐ１（すなわち、第１光センサ２４）を通過するときの速度をｖ１’とし、点Ｐｓから跳ね返った圧子２が点Ｐ２（すなわち、第２光センサ２５）を通過するときの速度をｖ２’とし、点Ｐｓから跳ね返った圧子２が点Ｐ３（すなわち、第３光センサ２６）を通過するときの速度をｖ３’とする。さらに、点Ｐ１と点Ｐ２との間の平均速度をｖ１２’とし、点Ｐ２と点Ｐ３との間の平均速度をｖ２３’とし、点Ｐ１と点Ｐ３との間の平均速度をｖ１３’とする。点Ｐ１から点Ｐ２までの距離はＬ１２であり、点Ｐ２から点Ｐ３までの距離はＬ２３であり、点Ｐ１から点Ｐ３までの距離はＬ１３であり、点Ｐｓから点Ｐ３までの距離はＬｓである。制御部７は、図５を参照して説明された方法で、点Ｐｓから跳ね返った圧子２が点Ｐ１から点Ｐ２を通過するまでの時間Ｔ１２’、点Ｐｓから跳ね返った圧子２が点Ｐ２から点Ｐ３を通過するまでの時間Ｔ２３’、および点Ｐｓから跳ね返った圧子２が点Ｐ１から点Ｐ３を通過するまでの時間Ｔ１３’を測定する。
【００９２】
点Ｐ１と点Ｐ２との間の平均速度ｖ１２’は、制御部７が計測した時間Ｔ１２’と既知であるＬ１２から以下の式（１３）により計算することができる。
ｖ１２’＝Ｌ１２／Ｔ１２’      ・・・（１３）
同様に、平均速度ｖ２３’は、以下の式（１４）により計算することができ、平均速度ｖ１３’は、以下の式（１５）により計算することができる。
ｖ２３’＝Ｌ２３／Ｔ２３’      ・・・（１４）
ｖ１３’＝Ｌ１３／Ｔ１３’      ・・・（１５）
【００９３】
圧子２が加速度α’の等加速度運動をしていると仮定すると、速度ｖ１２’、速度ｖ１’、および速度ｖ２’には以下の式（１６）の関係が成り立つ。
ｖ１２’＝（ｖ１’＋ｖ２’）／２      ・・・（１６）
同様に、速度ｖ２３’、速度ｖ２’、および速度ｖ３’には以下の式（１７）の関係が成り立ち、速度ｖ１３’、速度ｖ１’、および速度ｖ３’には以下の式（１８）の関係が成り立つ。
ｖ２３’＝（ｖ２’＋ｖ３’）／２      ・・・（１７）
ｖ１３’＝（ｖ１’＋ｖ３’）／２      ・・・（１８）
式（１６）、式（１７）、および式（１８）から、以下の式（１９）、式（２０）、および式（２１）が得られる。
ｖ１’＝−ｖ２３’＋ｖ１２’＋ｖ１３’      ・・・（１９）
ｖ２’＝ｖ２３’＋ｖ１２’−ｖ１３’      ・・・（２０）
ｖ３’＝ｖ２３’−ｖ１２’＋ｖ１３’      ・・・（２１）
【００９４】
圧子２の加速度α’は、以下の式（２２）から求めることができる。
α＝（ｖ３’−ｖ１’）／Ｔ１３’      ・・・（２２）
演算部７は、上述した計算式（１３），（１４），（１５）によって、速度ｖ１２’，速度ｖ２３’，速度ｖ１３’を得ているので、演算部７は、式（１９）、式（２０）、および式（２１）により速度ｖ１’、速度ｖ２’、および速度ｖ３’を計算することが可能である。その結果、演算部７は、式（２２）から、点Ｐｓから跳ね返った圧子２の加速度α’を計算することができる。
【００９５】
圧子２が加速度α’で等加速度運動をしていると仮定した場合、点Ｐｓ（すなわち、試料８の表面）から跳ね返った瞬間の圧子２の反発速度ｖｓ’は、以下の式（２３）または式（２４）から求めることができる。
ｖｓ’＝（ｖ１’２＋２Ｌｓ・α）１／２      ・・・（２３）
ｖｓ’＝ｖ１’・（１＋（（ｖ３’／ｖ１’）２−１）・
（（Ｌ１３−Ｌｓ）／Ｌ１３））１／２      ・・・（２４）
上述したように、演算部７は、計算により速度ｖ１’、速度ｖ２’、速度ｖ３’、および加速度α’を得ており、距離Ｌｓおよび距離Ｌ１３は既知であるため、演算部７は、圧子２が試料８の表面から跳ね返った瞬間の反発速度ｖｓ’を計算することができる。
【００９６】
このように、演算部７は、圧子２が試料８に衝突する瞬間の圧子２の衝突速度ｖｓ、および圧子２が試料８の表面から跳ね返った瞬間の圧子２の反発速度ｖｓ’を計算により求めることができる。圧子２が試料８に衝突する瞬間の圧子２の衝突速度ｖｓ、および圧子２が試料８の表面から跳ね返った瞬間の圧子２の反発速度ｖｓ’に基づいて、演算部７が反発係数を計算した場合、演算部７は、重力が圧子２に与える影響が排除された反発係数を得ることができる。
【００９７】
図１４は、さらに別の実施形態に係る速度測定部６を示す概略図である。図１４に示される速度測定部６の第１光センサ２４の第１投光部２４ａおよび第１受光部２４ｂと、第２光センサ２５の第２投光部２５ａおよび第２受光部２５ｂは、演算部７の内部に配置される。すなわち、第１光センサ２４および第２光センサは、演算部７に配置されている。速度測定本体２３には、該速度測定本体２３の側面から圧子通路２３ａの壁面まで延びる４つの貫通孔２３ｄ，２３ｅ，２３ｆ，２３ｇが形成される。図１４では、貫通孔２３ｄ，２３ｆのみが示されているが、貫通孔２３ｅは、貫通孔２３ｄに対向する位置に形成されており、貫通孔２３ｇは、貫通孔２３ｆに対向する位置に形成されている。
【００９８】
貫通孔２３ｄには、第１投光部２４ａから延びる第１光ファイバー６０が嵌装され、第１投光部２４ａが発した光は、第１光ファイバー６０を通って、圧子通路２３ａの内部に照射される。貫通孔２３ｅには、第１受光部２４ｂから延びる第２光ファイバー６１が嵌装され、第１投光部２４ａから照射された光は、第２光ファイバー６１を通って第１受光部２４ｂに受け取られる。すなわち、第１光センサ２４の第１投光部２４ａは、第１光ファイバー６０を介して圧子通路２３ａ内部に光を照射し、第１光センサ２４の第１受光部２４ｂは、第２光ファイバー６１を介して圧子通路２３ａ内部に照射された光を受け取る。同様に、貫通孔２３ｆには、第２投光部２５ａから延びる第３光ファイバー６２が嵌装され、第２投光部２５ａが発した光は、第３光ファイバー６２を通って、圧子通路２３ａの内部に照射される。貫通孔２３ｇには、第２受光部２５ｂから延びる第４光ファイバー６３が嵌装され、第２投光部２５ａから照射された光は、第４光ファイバー６３を通って第２受光部２５ｂに受け取られる。すなわち、第２光センサ２５の第２投光部２５ａは、第３光ファイバー６２を介して圧子通路２３ａ内部に光を照射し、第２光センサ２５の第２受光部２５ｂは、第４光ファイバー６３を介して圧子通路２３ａ内部に照射された光を受け取る。
【００９９】
図１４に示されるような構成によれば、速度測定本体２３の大きさを小さくすることができる。したがって、速度測定本体２３を小さな隙間に挿入することができる。例えば、図１４に示されるように、歯車６５の隣接する２つの歯６５ａ、６５ａ間に形成された歯底面６５ｂの反発係数を測定することができる。
【０１００】
図１５は、別の実施形態に係る反発係数測定機１の概略断面図である。図１５に示される反発係数測定機１では、図１に示されるストライカ１５に代えて、圧子押出部材としてピストンロッド１９が用いられる。ピストンロッド１９は、ホルダ３に保持された圧子２に空気圧を与え、この空気圧の作用により圧子２をホルダ３から材料８に向けて射出する。ピストンロッド１９が用いられている以外の、本実施形態の反発係数測定機１の構成は、これまで説明してきた反発係数測定機１の構成と同一であるため、その重複する説明を省略する。
【０１０１】
ピストンロッド１９は、円柱状のロッド本体１９ａと、ロッド本体１９ａの直径よりも大きい直径を有する、円柱状のロッド支持部１９ｂと、ロッド本体１９ａの前端に固定された円板形状のピストンヘッド１９ｅと、を有する。ロッド本体１９ａの後端がロッド支持部１９ｂの前端に埋設されることにより、ロッド本体１９ａは、ロッド支持部１９ｂに固定される。ロッド本体１９ａの中心軸線は、本体支持部１５ｂの中心軸線と一致する。ピストンヘッド１９ｅの外周面は、内筒１３の内周面と摺動する。ピストンヘッド１９ｅの中心軸線は、ロッド本体１９ａの中心軸線と一致する。
【０１０２】
付勢ばね１６の前端は、ロッド支持部１９ｂに形成されたガイド孔１９ｃに挿入される。ガイド孔１９ｃは、ロッド支持部１９ｂの後端から前端に向かって延び、ガイド孔１９ｃの中心軸線は、ロッド支持部１９ｂの中心軸線に一致する。外筒１２の後端には、該外筒１２の開口を塞ぐプラグ１８が固定されており、プラグ１８に付勢ばね１６の後端が支持されている。本実施形態のプラグ１８は、円柱形状を有しており、該プラグ１８の外周面にはねじが形成されている。外筒１２の後端に形成された開口は、プラグ１８に形成されたねじが螺合するねじ孔として構成されており、プラグ１８のねじを該ねじ孔に係合させることで、プラグ１８が外筒１２に固定される。プラグ１８を回転させることにより、プラグ１８を外筒１２に対して前進または後進させることができる。その結果、付勢ばね１６の長さを容易に変更することができるので、付勢ばね１６がピストンロッド１９に加える付勢力を容易に変更することができる。
【０１０３】
このような構成で、付勢ばね１６は、外筒１２とピストンロッド１９との間に配置される。図６を参照して説明されたように、付勢ばね１６は、外筒１２の移動によって収縮されて、ピストンロッド１９に付勢力を加えることができる。図１５に示されるように、付勢ばね１６が収縮された状態のときに、付勢ばね１６は、ピストンロッド１９を射出機構５の前方に向けて移動させる付勢力を該ピストンロッド１９に加えている。このピストンロッド１９の位置がピストンロッド１９の発射位置である。
【０１０４】
ピストンロッド１９のロッド支持部１９ｂの外面には、ロッド支持部１９ｂの周方向に沿って延びる環状の溝１９ｄが形成されている。溝１９ｄは、ピストンロッド１９のロッド支持部１９ｂの外面の一部に形成されていてもよい。ピストンロッド１９が図１５に示される発射位置にあるとき、溝１９ｄに係合自在なフック１４ａを有する発射レバー１４が外筒１２の外面に固定されている。発射レバー１４は貫通孔を有しており、この貫通孔に、外筒１２の外周面から径方向外側に伸びるブラケット（図示せず）に固定された回動軸１７が挿入されている。したがって、発射レバー１４は、回動軸１７を中心として回動自在に外筒１２に固定される。図１５に示されるように、外筒１２には、該外筒１２の側面を貫通する貫通孔１２ｃが形成されており、内筒１３には、該内筒１３の側面を貫通し、内筒１３の長手方向に沿って延びる第１長孔１３ｅが形成されている。発射レバー１４のフック１４ａは、外筒１２の貫通孔１２ｃと、内筒１３の第１長孔１３ｅを通って、ピストンロッド１９の溝１９ｄに係合する。
【０１０５】
図１６は、発射レバー１４のフック１４ａとピストンロッド１９の溝１９ｄとの係合を解除したときに、付勢ばね１６の復元力によってピストンロッド１９が射出機構５の前方に押し出された状態を示す概略断面図である。図１６に示されるように、射出機構５の前方に押し出されたピストンロッド１９は、内筒１３の内周面に固定された、円筒形状を有するストッパ２０に衝突し、これにより、ピストンロッド１９の移動が制限される。より具体的には、ストッパ２０の後端に、ピストンロッド１９のピストンヘッド１９ｅの前面が衝突することで、ピストンロッド１９の前方への移動が制限される。ピストンロッド１９が図１５に示される発射位置から、図１６に示されるストッパ２０に衝突する衝突位置まで移動する間に、ピストンヘッド１９ｅは、該ピストンヘッド１９ｅから圧子２まで延びている空間に存在する空気を圧縮する。圧縮された空気圧がホルダ３の前端に保持された圧子２に作用し、該空気圧によって、圧子２が試料８に向けて発射される。ピストンヘッド１９ｅは、ストッパ２０により移動が制限されるので、ピストンロッド１９は、圧子２に接触しない。このように、圧子２に作用する空気圧で、圧子２を試料８に向けて射出してもよい。
【０１０６】
上述したように、付勢ばね１６の後端を支持するプラグ１８を外筒１２に対して前進または後進させることにより、付勢ばね１６の長さを調整することができる。したがって、付勢ばね１６がピストンロッド１９に加える付勢力を調整することができるので、ピストンロッド１９によって圧縮された空気によって射出される圧子２の衝突速度を調整することができる。異なる試料の反発係数を比較するときに、圧子２の材料および圧子２の衝突速度は一定であることが好ましい。本実施形態の反発係数測定機１では、圧子２の衝突速度を容易に調整することができる。
【０１０７】
図１に示される反発係数測定機１を用いて測定された反発係数に質量効果の影響がないことを確認するための実験を行った。実験に用いた試料は、円柱形状を有するショア硬さ試験の基準片であり、公称硬さがショア硬さ９０、ショア硬さ６０、およびショア硬さ３０である３つの基準片を用いた。これら基準片を５．７ｋｇの質量を有する鋼製アンビルに固定した場合の反発係数と、０．１２ｋｇの質量を有する木製アンビルに固定した場合の反発係数を測定した。図１７は、実験に用いた基準片の上面図であり、図１７に示される５つの測定点Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄ，Ｐｅで反発係数を測定している。測定点Ｐｃは、基準片の中央部に位置しており、測定点Ｐａと測定点Ｐｅは、基準片の外周部に位置している。測定点Ｐｂは、測定点Ｐａと測定点Ｐｃの間に位置しており、測定点Ｐｄは、測定点Ｐｃと測定点Ｐｅの間に位置している。比較例として、同一の測定点Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄ，Ｐｅに対して、Ｄ型ショア硬さ試験と、リープ硬さ試験を行った。
【０１０８】
実験で用いられた圧子２は、２ｍｍの直径を有するアルミナ製の軸受用ボールである。圧子２の質量は０．０５５ｇであった。圧子２は鉛直方向下向きに射出された。第１光センサ２４および第２光センサ２５を用いて計測される、圧子２の衝突速度が１０ｍ／ｓとなるように、付勢ばね１６の長さが調整された。付勢ばね１６の長さは、プラグ１８を外筒１２に対して前進または後進させることにより調整することができる。
【０１０９】
図１８（ａ）は、鋼製アンビルに固定された基準片を反発係数測定機１で測定したときの反発係数を示すグラフであり、図１８（ｂ）は、木製アンビルに固定された基準片を反発係数測定機１で測定したときの反発係数を示すグラフである。図１８（ａ）および図１８（ｂ）に示されるように、本実施形態の反発速度計測機１で測定された反発係数は、鋼製アンビルに基準片を固定した場合と木製アンビルに基準片を固定した場合に差がなく、質量効果の影響を受けていないことが確認された。また、５つの測定ポイントＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄ，Ｐｅの全てで、同一の反発係数が測定されることが確認できた。
【０１１０】
図１９（ａ）は、鋼製アンビルに固定された基準片をＤ型ショア硬さ試験機で測定したときのショア硬さを示すグラフであり、図１９（ｂ）は、木製アンビルに固定された基準片をＤ型ショア硬さ試験機で測定したときのショア硬さを示すグラフである。Ｄ型ショア硬さ試験では、ダイアモンド製圧子と、該圧子が先端に固定された圧子支持体を含むハンマーを所定の落下高さから基準片に落下させて、該ハンマーが跳ね返ったときの反発高さを計測する。ショア硬さは、落下高さに対する反発高さの比に所定の比例定数を乗算することにより得られる。Ｄ型ショア硬さ試験で用いられるハンマーの質量は、３６．２ｇ（圧子の質量が含まれる）であり、落下高さは１９ｍｍであった。
【０１１１】
図１９（ａ）に示されるように、基準片を鋼製アンビルに固定した場合は、基準片の公称ショア硬さと同一のショア硬さが計測された。一方で、図１９（ｂ）に示されるように、木製アンビルに基準片を固定した場合は、測定されたショア硬さは、明確に公称ショア硬さよりも小さく、ハンマーによる質量効果が、計測されたショア硬さに影響を与えていることが確認された。また、測定されたショア硬さが、中央部の測定点から周縁部の測定点に向かって徐々に小さくなる現象が確認された。
【０１１２】
図２０（ａ）は、鋼製アンビルに固定された基準片をリープ硬さ試験機で測定したときのリープ硬さを示すグラフであり、図２０（ｂ）は、木製アンビルに固定された基準片をリープ硬さ試験機で測定したときのリープ硬さを示すグラフである。リープ硬さ試験は、圧子と、該圧子が先端に固定された圧子支持体を含むインパクボディをばねにより試料に向けて射出して、インパクトボディが試料に衝突する前の衝突速度と、試料に衝突して、跳ね返ったときのインパクトボディの反発速度を測定する硬さ試験方法である。リープ硬さ試験では、インパクトボディが試料に衝突する前の衝突速度に対する、インパクトボディの反発速度が反発係数として測定され、リープ硬さは、この反発係数に所定の比例定数を乗算することで得られる。リープ硬さ試験で用いられるインパクトボディの質量は、５．４５ｇ（圧子の質量が含まれる）であり、インパクトボディが試料に衝突する前の衝突速度は、２．１ｍ／ｓであった。
【０１１３】
図２０（ａ）および図２０（ｂ）に示されるように、木製アンビルに固定された基準片のリープ硬さは、鋼製アンビルに固定された基準片のリープ硬さよりも小さい。したがって、リープ硬さ試験でも、インパクトボディによる質量効果が測定される硬さに影響を与えることが確認された。また、測定されたリープ硬さが、中央部の測定点から周縁部の測定点に向かって徐々に小さくなる現象が確認された。
【０１１４】
図７乃至図１１を参照して説明されたシャッター機構５０の代わりに、速度測定部６の速度測定本体２３の前端に蓋を固定し、該蓋が速度測定本体２３に形成された圧子通路２３ａに接続される蓋貫通孔を有していてもよい。図２１（ａ）は、速度測定本体２３の前端に固定された蓋７０の一例を示す断面図であり、図２１（ｂ）は、図２１（ａ）のＩ線矢視図である。蓋７０以外の本実施形態の構成は、上述した実施形態の構成と同一であるため、その重複する記載を省略する。
【０１１５】
図２１（ａ）に示されるように、速度測定本体２３の前端に固定される蓋７０は、速度測定本体２３の圧子通路２３ａに接続される蓋貫通孔７１を有している。蓋貫通孔７１は、蓋７０の前面７０ａから後面７０ｂまで延びる円筒形状を有している。すなわち、本実施形態の蓋貫通孔７１の直径Ｄは、前面７０ａから後面７０ｂまで一定である。蓋貫通孔７１の中心軸線は、圧子通路２３ａの中心軸線に一致する。さらに、蓋貫通孔７１は、圧子２の直径ｄよりも小さい直径Ｄを有する（すなわち、Ｄ＜ｄ）。したがって、圧子２は蓋貫通孔７１を完全に通過することできないので、蓋７０によって、圧子２が反発係数測定機１の外部に飛び出すことが防止される。
【０１１６】
蓋７０の前面７０ａを試料８の表面に接触させた状態で圧子２を射出機構５から射出すると、圧子２が試料８の表面に衝突する衝突点は、蓋貫通孔７１の中心軸線と試料８の表面との交点からわずかにずれることがある。図２２は、圧子２が試料８の表面に衝突する衝突点Ｓの分布の一例を示す模式図である。図２２に示されるように、射出機構５から射出された圧子２が試料８の表面に衝突する衝突点Ｓは、蓋貫通孔７１の中心軸線と試料８の表面との交点Ｘを中心とした半径Ｒｓの円内にある。この半径Ｒｓの大きさは、圧子２の直径ｄの０．１倍よりも小さいことが実験により確認された。したがって、蓋貫通孔７１が少なくとも圧子２の直径ｄの０．２倍よりも大きい直径Ｄを有する（すなわち、０．２ｄ＜Ｄ）場合に、射出機構５から射出された圧子２が蓋７０に衝突せずに試料８の表面に衝突することができる。
【０１１７】
蓋貫通孔７１は、圧子２が反発係数測定機１から飛び出さないように、圧子２の直径ｄよりも小さい直径Ｄを有する。一方で、射出機構５から射出された圧子２が蓋７０に衝突すると、蓋７０が変形してしまうことがある。したがって、射出機構５から射出された圧子２が蓋７０に衝突することを確実に防止するために、蓋貫通孔７１は、圧子２の直径ｄよりも小さい範囲内で、できる限り大きい直径Ｄを有するのが好ましい。蓋貫通孔７１の直径Ｄは、好ましくは、圧子２の直径ｄの０．５倍以上であり、さらに好ましくは圧子２の直径ｄの０．７倍以上であり、さらに好ましくは圧子２の直径ｄの０．９倍以上である。
【０１１８】
図２１（ｂ）に示されるように、蓋７０は、３つのねじ（固定具）７３により速度測定本体２３に固定される。ねじ７３を速度測定本体２３に形成されたねじ孔（図示せず）に係合させることにより、蓋７０が速度測定本体２３に固定される。ねじ７３は、該ねじ７３が蓋７０の前面７０ａから突出しないように速度測定本体２３に形成されたねじ孔にねじ込まれる。これにより、蓋７０の前面７０ａを試料８の表面に直接接触させることができる。ねじ７３の数は、３つよりも少なくてもよいし、多くてもよい。蓋７０を速度測定本体２３に固定させる固定具として、ねじ７３に代えて、六角ボルトを用いてもよい。
【０１１９】
蓋貫通孔７１によって、圧子２の一部が蓋７０を通過することが許容されるが、圧子２の全体は蓋７０を通過することができない。このような蓋貫通孔７１を有する蓋７０は、上述したシャッター機構５０よりも簡易な構成であるため、シャッター機構５０よりも安価に製造することができる。その結果、反発係数測定機１の製作コストを低減することができる。さらに、蓋貫通孔７１の直径Ｄが圧子２の直径ｄよりも小さいので、射出機構５から射出された圧子２が速度測定本体２３の外部に飛び出すことが確実に防止される。その結果、蓋７０の前面７０ａが試料８の表面に接触していない状態で圧子２を射出機構５から射出した場合に、反発係数測定器１の付近にいる作業者に圧子２が衝突することがない。したがって、作業者の安全性を高めることができる。さらに、圧子２の紛失を効果的に防止することができるので、作業者の負担を軽減することができる。
【０１２０】
図２１（ａ）に示されるように、速度測定本体２３は、該速度測定本体２３の側面から圧子通路２３ａまで延びる空気抜き孔７５を有していてもよい。空気抜き孔７５を速度測定本体２３に設けることにより、圧子通路２３ａを通過する圧子２によって該圧子通路２３ａ内の空気が圧縮されることが防止される。射出機構５から射出された圧子２によって圧子通路２３ａ内の空気が圧縮されると、圧子２の衝突速度が減少し、圧子２の反発速度が増加するおそれがある。空気抜き孔７５を速度測定本体２３に設けることにより、圧子通路２３ａを、速度測定本体２３の外部と連通させることができる。空気抜き孔７５は、好ましくは、速度測定本体２３の前端に近い位置に設けられる。したがって、圧子通路２３ａを通過する圧子２によって、圧子通路２３ａ内の空気が圧縮されないので、試料８のより正確な反発係数を測定することができる。本実施形態では、２つの空気抜き孔７５が速度測定本体２３に形成されているが、空気抜き孔７５の数は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。
【０１２１】
空気抜き孔７５の断面形状を任意に決定することができる。例えば、空気抜き孔７５は、円形の断面形状を有してもよいし、矩形の断面形状を有してもよい。空気抜き孔７５の大きさは、好ましくは、圧子２の大きさよりも小さい。この場合、圧子２が空気抜き孔７５を通って速度測定本体１の外部に飛び出すことが防止される。
【０１２２】
図２３は、速度測定本体２３の前端に固定された蓋７０の変形例を示す断面図である。図２３に示される実施形態では、蓋７０の蓋貫通孔７１の壁面７１ａは、曲面状に構成される。蓋貫通孔７１の壁面７１ａの曲率半径ｒｃは、蓋７０の前面７０ａから後面７０ｂまで一定であり、かつ圧子２の外面の曲率半径ｒｄよりも大きい。圧子２は球形状を有するので、圧子２の外面の曲率半径ｒｄは圧子２の半径（＝ｄ／２）と同一である。
【０１２３】
蓋貫通孔７１の壁面７１ａが一定の曲率半径ｒｃを有する曲面により構成されるので、蓋貫通孔７１の直径Ｄは、蓋７０の後面７０ｂから前面７０ａに向かって徐々に減少する。したがって、蓋貫通孔７１の最小直径Ｄｍｉｎは、蓋７０の前面７０ａに開口した蓋貫通孔７１の直径である。蓋貫通孔７１の最小直径Ｄｍｉｎは、圧子２の直径ｄよりも小さい。したがって、圧子２は蓋貫通孔７１を完全に通過することできないので、蓋７０によって、圧子２が反発係数測定機１の外部に飛び出すことが防止される。さらに、蓋貫通孔７１の最小直径Ｄｍｉｎは、圧子２の直径ｄの少なくとも０．２倍以上である。したがって、射出機構５から射出された圧子２が蓋７０に衝突せずに試料８の表面に衝突することができる。このような曲面状の壁面７１ａによって、射出機構５から射出された圧子２が蓋７０に衝突することが効果的に防止される。
【０１２４】
射出機構５から射出された圧子２が蓋７０に衝突することを確実に防止するために、蓋貫通孔７１の最小直径Ｄｍｉｎは、好ましくは、圧子２の直径ｄの０．５倍以上であり、さらに好ましくは圧子２の直径ｄの０．７倍以上であり、さらに好ましくは圧子２の直径ｄの０．９倍以上である。
【０１２５】
図２４は、速度測定本体２３の前端に固定された蓋７０の別の変形例を示す断面図である。図２４に示される実施形態では、速度測定本体２３の前端に円筒部２３ｈが形成され、圧子通路２３ａは、円筒部２３ｈの前端まで延びる。蓋７０は、円筒部２３ｈが嵌め込まれる円筒状の段差部７０ｃを有する。本実施形態の蓋貫通孔７１は、円筒形状を有しているが、図２３に示されるように、蓋貫通孔７１の壁面７１ａが一定の曲率半径ｒｃを有する曲面により構成されてもよい。速度測定本体２３の円筒部２３ｈに、蓋７０の段差部７０ｃを嵌め込むことにより、蓋貫通孔７１の中心軸線を圧子通路２３ａの中心軸線に容易に一致させることができる。
【０１２６】
本実施形態では、空気抜き孔７５は、蓋７０の側面から圧子通路２３ａまで延びている。この空気抜き孔７５は、速度測定本体２３の円筒部２３ｈを貫通している。図２３に示されるように、空気抜き孔７５は、蓋７０の側面から円筒部２３ｈを貫通して、圧子通路２３ａまで延びてもよい。
【０１２７】
図２１に示される蓋７０が速度測定本体２３の前端に固定された反発係数測定機１を用いて、反発係数を測定する実験を行った。実験に用いた試料は、円柱形状を有するショア硬さ試験の基準片であり、公称硬さがショア硬さ９５、ショア硬さ８０、およびショア硬さ３０である３つの基準片を用いた。さらに、同じ反発係数測定機１を用いて、円柱形状を有するロックウエル硬さ試験の基準片の反発係数も測定した。実験では、圧子２の直径ｄに対する圧子通路２３ａの直径ｄａ（図２１参照）の比を変更して、圧子通路２３ａの直径ｄａと圧子２の直径ｄの関係が反発係数の測定結果に及ぼす影響も評価した。なお、シャッター機構５０が速度測定本体２３に設けられた反発係数測定機１を用いて同じ基準片の反発係数を測定し、得られた測定結果を基準値とした。
【０１２８】
第１の実験で用いられた圧子２は、アルミナ製の軸受用ボールであり、圧子２の直径ｄは３ｍｍである。蓋貫通孔７１の直径Ｄは２．８ｍｍである。したがって、蓋貫通孔７１は、圧子２の直径ｄの０．９３倍である直径Ｄを有する。圧子通路２３ａの直径ｄａは５ｍｍである。したがって、圧子通路２３ａは、圧子２の直径ｄの１．６７倍の直径ｄａを有する。圧子２の衝突速度が１０ｍ／ｓとなるように、付勢ばね１６の長さが調整された。
【０１２９】
第２の実験で用いられた圧子２は、アルミナ製の軸受用ボールであり、圧子２の直径ｄは３ｍｍである。蓋貫通孔７１の直径Ｄは２．８ｍｍである。したがって、蓋貫通孔７１は、圧子２の直径ｄの０．９３倍である直径Ｄを有する。圧子通路２３ａの直径ｄａは４ｍｍである。したがって、圧子通路２３ａは、圧子２の直径ｄの１．３３倍の直径ｄａを有する。圧子２の衝突速度が１０ｍ／ｓとなるように、付勢ばね１６の長さが調整された。
【０１３０】
第３の実験で用いられた圧子２は、アルミナ製の軸受用ボールであり、圧子２の直径ｄは５ｍｍである。蓋貫通孔７１の直径Ｄは４．７ｍｍである。したがって、蓋貫通孔７１は、圧子２の直径ｄの０．９４倍である直径Ｄを有する。圧子通路２３ａの直径ｄａは７ｍｍである。したがって、圧子通路２３ａは、圧子２の直径ｄの１．４倍の直径ｄａを有する。圧子２の衝突速度が１０ｍ／ｓとなるように、付勢ばね１６の長さが調整された。
【０１３１】
第１の実験、第２の実験、および第３の実験で得られた反発係数を比較するための基準値を得るために、シャッター機構５０が速度測定本体２３に設けられた反発係数測定機１を用いて同じ基準片の反発係数を測定した。基準値を得るための実験で用いられた圧子２は、アルミナ製の軸受用ボールであり、圧子２の直径ｄは３ｍｍである。圧子通路２３ａの直径ｄａは５ｍｍである。したがって、圧子通路２３ａは、圧子２の直径ｄの１．６７倍の直径ｄａを有する。圧子２の衝突速度が１０ｍ／ｓとなるように、付勢ばね１６の長さが調整された。
【０１３２】
第１の実験、第２の実験、および第３の実験で得られた反発係数と基準値として計測された反発係数が表１に示される。表１に示される反発係数および基準値は、試料の異なる位置で測定された７つの反発係数の平均値である。
【０１３３】
【表１】
0006624564.tif 000002
【０１３４】
表１から明らかなように、第１の実験、第２の実験、および第３の実験で得られた反発係数は、基準値として測定された反発係数とほぼ同一である。したがって、蓋７０が速度測定本体２３の前端に固定された反発係数測定機１は、従来の反発硬さ試験機で発生する質量効果の影響を受けずに、反発係数を測定することができる。また、第１の実験の結果と第３の実験の結果から、直径ｄが異なる圧子２を用いても、圧子２の衝突速度を一定にすれば、同一の反発係数が得られることが確認された。
【０１３５】
第２の実験で得られた反発係数は、第１の実験で得られた反発係数および第３の実験で得られた反発係数よりもわずかに低い。一方で、第１の実験で得られた反発係数と第３の実験で得られた反発係数は、基準値と同一である。この理由は、圧子通路２３ａの壁面と圧子２の外面とが近すぎるためであると考えられる。したがって、より正確な反発係数を得るために、圧子通路２３ａは、圧子２の直径ｄの１．４倍以上の直径ｄａを有するのが好ましい。シャッター機構５０が速度測定本体２３に設けられた反発係数測定機１の場合も、圧子通路２３ａは、圧子２の直径ｄの１．４倍以上の直径ｄａを有するのが好ましい。
【０１３６】
このように、上述した実施形態に係る反発係数測定機１によれば、従来の反発硬さ試験機で発生する質量効果の影響を受けずに、反発係数を測定することができる。また、上述した実施形態に係る反発係数測定機１によれば、圧子２がホルダ３に保持されるので、圧子２を射出する方向に制限がなく、その結果、質量効果の影響を受けずに自由な方向に試験を行うことができる。
【０１３７】
上述した実施形態に係る反発係数測定機１を硬さ測定機として使用することができる。すなわち、硬さ測定機は、球状の圧子２を保持するホルダ３と、ホルダ３に保持された圧子２を該ホルダ３から試料８に向けて射出する射出機構５と、圧子２が試料８に衝突する前の該圧子２の速度である衝突速度、および圧子２が試料８から跳ね返った後の該圧子２の速度である反発速度を測定する速度測定部６と、を備える。さらに、硬さ測定機は、演算部７を有し、該演算部７は、圧子２の衝突速度に対する、圧子２の反発速度の比（すなわち、上述した反発係数に相当する）に基づいて試料８の硬さを決定する。
【０１３８】
この硬さ測定機では、上述したように、ホルダ３に保持された圧子２が、射出機構５により該ホルダ３から試料に向けて射出される。速度測定部６は、圧子２が試料８に衝突する前の該圧子２の速度である衝突速度と、圧子２が試料８から跳ね返った後の該圧子２の反発速度とを測定する。さらに、演算部７は、圧子２の衝突速度に対する、圧子２の反発速度の比に基づいて試料８の硬さを決定する。例えば、演算部７は、圧子２の衝突速度に対する圧子２の反発速度の比に所定の比例定数（例えば、１００または１０００）を乗算することにより試料８の硬さを決定する。
【０１３９】
この硬さ測定機で試料８の硬さを測定する場合、圧子２が試料８に衝突する前の該圧子２の速度である衝突速度を一定に制御し、かつ同じ材料で作られた圧子２を使用することで、異なる試料８が有する硬さを比較することができる。圧子２の衝突速度は、上述したように、プラグ１８を外筒１２に対して前進または後進させることにより、容易に調整することができる。
【０１４０】
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。
【符号の説明】
【０１４１】
１    反発係数測定機
２    圧子
３    ホルダ
５    射出機構
６    速度測定部
７    演算部
８    試料
１０    表示器
１２    外筒
１３    内筒
１４    発射レバー
１５    ストライカ（圧子押圧部材）
１６    付勢ばね
１７    回動軸
１８    プラグ
１９    ピストンロッド（圧子押圧部材）
２０    ストッパ
２３    速度測定本体
２４    第１通過センサ
２５    第２通過センサ
２６    第３通過センサ
３０    第１オペアンプ
３１    第２オペアンプ
３５    変換抵抗
３６    変換抵抗
３８    コンパレータ
４０    ホルダフランジ部材
４３    第１戻しばね
４４    第２戻しばね
４６    第１ガイド棒
４７    第２ガイド棒
４８    留め具
５０    シャッター機構
５１    扉
５２    第１開閉ガイド
５３    第２開閉ガイド
５４    開閉棒
５５    リンク機構
５６    第１開閉軸
５７    第２開閉軸
５８    開閉ばね
６０    第１光ファイバー
６１    第２光ファイバー
６２    第３光ファイバー
６３    第４光ファイバー
７０    蓋
７１    蓋貫通孔
７３    ねじ（固定具）
７５    空気抜き孔
【図１】
0006624564.tif 000003
【図２】
0006624564.tif 000004
【図３】
0006624564.tif 000005
【図４】
0006624564.tif 000006
【図５】
0006624564.tif 000007
【図６】
0006624564.tif 000008
【図７】
0006624564.tif 000009
【図８】
0006624564.tif 000010
【図９】
0006624564.tif 000011
【図１０】
0006624564.tif 000012
【図１１】
0006624564.tif 000013
【図１２】
0006624564.tif 000014
【図１３】
0006624564.tif 000015
【図１４】
0006624564.tif 000016
【図１５】
0006624564.tif 000017
【図１６】
0006624564.tif 000018
【図１７】
0006624564.tif 000019
【図１８】
0006624564.tif 000020
【図１９】
0006624564.tif 000021
【図２０】
0006624564.tif 000022
【図２１】
0006624564.tif 000023
【図２２】
0006624564.tif 000024
【図２３】
0006624564.tif 000025
【図２４】
0006624564.tif 000026