(57)【特許請求の範囲】
【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。
【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。
【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21，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Ａ1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Ｃ4）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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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