(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
押針の先端を垂直にゴム面にあてがい、この押針を直接又は間接的に自由端部で支持したバネ荷重機構の基端部を所定距離だけ前記ゴム面に接近させたとき、前記押針の先端によりゴム面に生じた窪みの深さからゴム硬度を求めるようにしたゴム硬度計において、
前記押針自体又は押針支持部材の前記先端から押針軸線に沿って後方に第１及び第２の距離だけ退いた二つの位置を、前記バネ荷重機構の自由端部による前記押針のための第１及び第２の支持位置とし、
前記バネ荷重機構は、主要部が長方形の板バネにおいて、その板バネの両側辺に沿い且つ平行して延びる対称配置スリットを形成する一対の長孔を有することにより両側バネ部と中央バネ部を区分してなる２枚の前記板バネを、前記押針のための第１及び第２の支持位置の間隔に対応する間隔で平行に維持し、各板バネの両側バネ部の各中間位置と、中央バネ部の中間位置のいずれか一方を前記バネ荷重機構の基端部としてゴム硬度計本体に関連固定するとともに、他方の中間位置を前記バネ荷重機構の自由端部として前記押針のための第１及び第２の支持位置の各々に接合したことを特徴とするゴム硬度計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は改良されたバネ荷重機構を備えたゴム硬度計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＪＩＳＫ６２５３等で規定されているゴム硬度計（デュロメータ）において、硬さ測定値に対応する押針変位を検出する手段としては、機械式のものではダイヤルゲージ機構を用いた変位拡大機構が一般的であり、電子式あるいはデジタル式のものでは、光学式リニアゲージを用いたものが知られている（特開昭６０─１０２５４０号公報、特開昭６１─４９４２号公報）。またゴム硬度計のバネ荷重装置として片持ち梁状の板バネ、あるいはループ状の板バネを用い、この板バネの表面に歪ゲージを張りつけて板バネ表面の伸縮を検出することで、押針の変位を検出する方式も公知である（特開平１─２８４７３４号公報）。
【０００３】
しかしながら、上記のようなダイヤルゲージ機構や光学式リニアゲージを用いた方式では、機構部分の摩擦や摩耗による変位検出誤差が発生し、片持ち梁状の板バネやループ状の板バネを用いた方式においては押針先端の横移動による誤差が発生するという問題がある。
【０００４】
まず、ダイヤルゲージ機構を用いる方式では、変位検出用の可動部として一定方向に移動するスピンドルと、このスピンドルを保持する軸受けが必要であり、さらにスピンドルの変位を拡大機構に伝達するためのラック・ピニオン機構やその機構のための回り止めピンなども必要である。これらはいずれも本体ケースなどの固定部と摺動あるいは噛み合う形で接触し、作動時の摩擦によりやがて摩耗するため、摩耗そのものによるガタツキ及び変位検出誤差だけでなく、汚損によって摩擦力が著しく増大し、この摩擦力が原因となってスピンドルに連結された硬度計のバネ荷重装置の力が押針先端に伝達されず、試料を変形させるべき押針先端の力に大きな誤差を生じることになる。
【０００５】
また、光学式リニアゲージを用いたものでも、スピンドルの軸受けとともに、リニアゲージの移動側ガラススケールを正しい位置に保持するための回り止めピンが必要であり、これらも作動時に摩擦を生じて上記と同様の誤差原因及び誤動作を招来することになる。
【０００６】
一方、片持ち梁状の板バネ、あるいはループ状の板バネに歪ゲージを張りつけて変位を測定する方式では、固定部から押針先端までに軸受けや擦れ合い部がなく、摩擦及び摩耗の問題は生じないが、いずれも押針が固定部から中間を拘束されることなく、いわば吊り下げられた構造であるため、先端はかなり自由に横方向にも動いてしまう。このような動作状態はＪＩＳＫ６２５３等で規定された硬度計としての本来の動きから外れるだけでなく、押針先端に僅かな横方向の力が働いても板バネの表面に歪が生じ、歪ゲージはこれを押針先端の上下方向の変位による歪と区別せずに変位として検出してしまう。
【０００７】
また、片持ち梁状の板バネでは、押針先端に垂直上向きの力だけが作用した場合でも、その先端は円弧状に動くので、上下の動きと同時に横方向にも動き、しかも押針の先端面は傾くことになる。このような挙動もまた硬度計本来の動きから外れ、測定上の誤差となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、押針とそれに連結された可動部と固定部との間に機械的接触及びそれに伴う摩擦がなく、しかも押針先端が横方向に揺動することのないバネ荷重機構と変位検出機構を備えたゴム硬度計を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のゴム硬度計は、押針の先端を垂直にゴム面にあてがい、この押針を直接又は間接的に自由端部で支持したバネ荷重機構の基端部を所定距離だけ前記ゴム面に接近させたとき、前記押針の先端によりゴム面に生じた窪みの深さからゴム硬度を求めるようにしたゴム硬度計において、
前記押針自体又は押針支持部材の前記先端から押針軸線に沿って後方に第１及び第２の距離だけ退いた二つの位置を、前記バネ荷重機構の自由端部による前記押針のための第１及び第２の支持位置とし、
前記バネ荷重機構は、主要部が長方形の板バネにおいて、その板バネの両側辺に沿い且つ平行して延びる対称配置スリットを形成する一対の長孔を有することにより両側バネ部と中央バネ部を区分してなる２枚の前記板バネを、前記押針のための第１及び第２の支持位置の間隔に対応する間隔で平行に維持し、各板バネの両側バネ部の各中間位置と、中央バネ部の中間位置のいずれか一方を前記バネ荷重機構の基端部としてゴム硬度計本体に関連固定するとともに、他方の中間位置を前記バネ荷重機構の自由端部として前記押針のための第１及び第２の支持位置の各々に接合したことを特徴とするものである。
【００１０】
上記の構造において、各板バネの両側バネ部又は中央バネ部の中間位置は、それらバネ部の両端に対しては上下方向にのみ変位可能な板バネ素子となり、両側バネ部と中央バネ部は互いに板バネ部分で連なっているため、バネ荷重機構の自由端部とした両側又は中央バネ部の中間位置は、基端部である他方のバネ部の中間位置に対し、結局、上下方向にのみ変位することが可能となる。すなわち、前後左右の力に対しては、軸受けやガイド機構のような摺合的な位置保持手段を用いることなく、２枚の組み合わされた板バネが強い剛性を持った部材として働き、押針先端の前後左右方向の動きはほとんど生じない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のバネ荷重機構に用いる板バネの平面形状を示すもので、実質上短冊形の細長板バネ片から形成された板バネ１には、その両側辺２、２に沿って平行に延びる対称配置された一対の長孔３を有する。この長孔３は両側バネ部４と中央バネ部５を区分するスリットを形成する。側辺２、２の各中間位置にはタブ６が連設され、これらのタブ周辺を３辺に含めた板バネ１両側部の中間正方形領域の中心に取り付け用の余裕孔７が形成される。中央バネ部５の中間位置にも取り付け用の余裕孔８が形成される。結局、板バネ１の形状は中央バネ部５の余裕孔８を中心として前後及び左右対称に仕上げられている。
【００１２】
図２は上記の板バネを２枚、バネ荷重機構として押針に連結した構造を３面から見たものである。この場合、板バネ１ａ及び１ｂは上下に間隔をおいて、それらの両側バネ部、及び中央バネ部を対応するスペーサにより保持される。これらのスペーサは、それぞれ両側保持部材９及び中央保持部材１０の一部をなしている。両側保持部材９は図２Ｃにおいて明らかな通り、上部ヨーク９ａ、一対のスペーサ９ｂ、及び角座金９ｃからなっており、上部ヨーク９ａの両脚部と一対のスペーサ９ｂの上端面との間に板バネ１ａの両側中間部を挟み、さらに前記一対のスペーサ９ｂの下端面と角座金９ｃとの間に板バネ１ｂの両側中間部を挟んだものである。ヨーク９ａ両脚部の貫通ネジ孔及びスペーサ９ｂの貫通余裕孔には、それぞれ上部取り付けボルト１１ａ及び下部取り付けボルト１１ｂを、上方及び下方から挿入して前述した板バネの余裕孔７（図１）を貫通せしめることにより、これらの板バネ１ａ、１ｂを等間隔で平行に保持したものである。
【００１３】
中央保持部材１０は図２Ｂ及びＣにおいて明らかな通り、上部座金１０ａ、中央スペーサ１０ｂ、及び角形ナット１０ｃからなり、上部座金１０ａと中央スペーサ１０ｂの上端面との間に板バネ１ａの中央部を挟み、さらにスペーサ１０ｂの下端面と角形ナット１０ｃとの間に板バネ１ｂの中央部を挟んだものである。スペーサ１０ｂの貫通余裕孔と角形ナット１０ｃには、上部座金１０ａを通じて上方より長ボルト１２を挿入することにより、中央保持部材１０を板バネ１ａ、１ｂとともに固定する。図２Ｂからよく理解できる通り、角形ナット１０ｃには両翼部が形成され、常時はその裏面（ナット下端面）１０ｅが、同図において部分的に示した硬度計ケーシングの下端軸孔部１３の内部孔縁に当接・支持されるようになっている。
【００１４】
角形ナット１０ｃの下方から突出した長ボルト１２の比較的長い先端部には内周ネジを有する押針用ジョイント管１４の上部が係合する。ジョイント管１４は前述した下端軸孔部１３を遊通し、常時はその下端部が硬度計ケーシングの最下端部（図示せず）にほぼ対応した位置を占める。ジョイント管１４内において長ネジ１２以下の内周ネジには、押針１５の本体ネジ部１５ａが挿入・固定され、ジョイント管１４下端から露出した押針側のネジ部１５ａ先端には、ナット１６が係合してジョイント管１４との係合状態を締結する。かくして、中央保持部材１０、長ボルト１２、ジョイント管１４及びナット１６は、一体となって押針１５の支持部材を構成する。そして、中央保持部材１０における座金１０ａ／スペーサ１０ｂ間の位置は、押針先端からその軸方向に第１の距離だけ後退した板バネ１ａ自由端部による押針のための第１の支持位置となり、スペーサ１０ｂ／角形ナット１６間の位置は押針先端から軸方向に第２の距離だけ後退した板バネ１ｂ自由端部による押針のための第２の支持位置となる。
【００１５】
上述した板バネ１ａ、１ｂと両側保持部材９及びジョイント管１４を介して押針１５を保持した中央保持部材１０からなるバネ荷重機構は、板バネ１ａ、１ｂが平坦な定常状態において中央保持部材１０の角形ナット１０ｃが硬度計ケーシングの下端軸孔部１３に当接・支持され、同部材１０の下方移動、従って板バネの中央バネ部５の下向き凸型の湾曲は生じない。しかしながら、押針１５が硬度計ケーシング、従って両側保持部材９に対して上向きに加圧されたときは、図２Ｂに仮想線で示すように、その加圧に任せて板バネ１ａ、１ｂにおける中央バネ部５の上向き凸型の湾曲、従って押針１５が相対的に持ち上げられることを妨げられるものではない。この中央バネ部５の上向き凸型の湾曲は、両側バネ部４との接続部である板バネ両端を持ち上げつつ生ずるので、当該バネ部４は上向き凹型の湾曲を生ずるが、各板バネ１ａ、１ｂの一面性及び上下配置の結果として横方向の歪みは殆ど生じない。
【００１６】
図３〜図５は前述したバネ荷重機構を収容した硬度計ケーシングの上面、側面、横断面をそれぞれ破断面又は半断面を合わせて示す図である。ケーシング本体１７は、両側保持部材９の幅に対応する室内幅と深さ、及び板バネ１ａ、１ｂの長さに対応する室内長さを有する直方体の箱状をなし、上部取り付けボルト１１ａにより両側保持部材のヨーク９ａ両脚部を保持した蓋１８を被せ、これを側縁ボルト１９（図３）により固定保持することにより、バネ荷重機構の全体を収容保持するものである。
【００１７】
前述したケーシングの下端軸孔部１３は、ケーシング本体の底板部１７ａの中央部から下方に突出した大ボス部１７ｂの貫通ネジ孔２０に下方よりねじ込まれる本体部と、そのねじ込み先端側において中央保持部材１０の角形ナット１０ｃを支持する小ボス部１３ａ、及びそのねじ込み後端側から前記大ボス部１７ｂの厚みにほぼ対応する範囲において下方に突出する外径縮小部１３ｂを有するネジブロックからなり、そのねじ込み位置を調整することによって板バネ１ａ、１ｂにバイアス撓みを与え、押針１５にかかる初期荷重を設定するものである。但し、図４及び図５に示す状態は、中央保持部材１０に支持された板バネ１ａ、１ｂの中央バネ部５が、両側バネ部４、４と同一の水平面内に維持されたゼロバイアス状態であり、押針１５への初期荷重はゼロである。
【００１８】
外径縮小部１３ｂの外周と貫通ネジ孔２０の内周（ネジ面）との間には十分な厚みの環状空間が形成され、貫通ネジ孔２０の内周には中空部２１ａを有するプラグヘッド２１の先端部における外周ネジ２１ｂがネジ係合し、外径縮小部１３ｂの外周はプラグヘッド２１の中空部２１ａを形成する内周面に余裕を持って対応する。プラグヘッド２１の下端面部中央には、押針１５及びネジ部１５ａの配置及び通過を許容する中央孔を有し、ネジ部１５ａを締結したナット１６はプラグヘッド２１の中空部２１ａ内に位置する。
【００１９】
特に図３から明らかなとおり、例えば、板バネ１ａの中央バネ部５において、長手方向の中間（バネ荷重機構取り付け位置）よりも少しだけ右側に寄った位置に歪ゲージ２２が張りつけられる。板バネの撓み量と各表面の歪みはその位置ごとに比例するため、歪ゲージ位置は撓み変位を生ずる限り何処でもよいことになり、前述のとおり２枚の板バネ１ａ、１ｂの平行維持作用と相まって板バネ面方向の歪も殆ど生じないが、押針１５先端に強い横方向の力が働いて板バネ表面に歪みが生ずる恐れのあるときは、２個、４個又は６個等の歪ゲージを板バネ上に前後左右対照的に配置すると、これらの歪ゲージの出力の横方向成分が互いに相殺し、誤差への影響を微小に抑えることができる。なお、変位測定手段としては歪ゲージの外種々のものが存在するが、例えば、非接触の変位測定手段として渦電式センサがある。
【００２０】
下側の板バネ１ｂには、スリット３が存在する範囲内においてこの板バネに交差する上下２枚の架橋板からなる位置調整自在なバネ定数調整機構２３が、スリット内に位置するビス２４により板バネ１ｂを挟んで固定されるようになっている。バネ定数調整機構２３が締結・固定されると、板バネはこの機構より外側では撓まなくなり、その位置に応じて異なったバネ定数を発揮することになる。図示しないが、図３及び図４に示す硬度計の左側においても同様な調整機構を配置し、左右対称的に調整すべきである。
【００２１】
以上述べた実施例の硬度計は、被検ゴム（図示せず）の表面に押針１５の先端を垂直にあてがい、プラグヘッド２１の先端面が同ゴム面に当たるまで押し下げられると、ゴム硬度、即ちゴム面の窪みにくさに応じて押針１５が相対的に持ち上げられ、図２で示したように板バネ１ａ、１ｂの撓みを生じ、その撓みに応じた歪ゲージ２２の出力が適当な増幅回路において増幅され、かつ適当な表示計においてゴム硬度として表示される。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べた通り、本発明によれば２枚の板バネを主体とする改良されたバネ荷重機構を用い、可動部と固定部との間の機械的接触とそれに伴う摩擦がなく、かつ押針先端が横方向に揺動しないゴム硬度計を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のゴム硬度計に用いる板バネの平面形状の一例を示す平面図である。
【図２】図１の板バネを２枚用いた本発明のバネ荷重機構の実施例を示す平面図（Ａ）、縦断面（Ｂ）、及び一部側面を含む中央横断面図（Ｃ）である。
【図３】本発明のバネ荷重機構を含むゴム硬度計の一部破断及び断面を含む平面図である。
【図４】図３に示したゴム硬度計の一部破断及び縦断面を含む側面図である。
【図５】左半部を図４のＡ−Ａ矢視断面とし、右半部を図４のＢ−Ｂ矢視断面として示した断面図である。
【符号の説明】
１  板バネ
３  長孔
４  両側バネ部
５  中央バネ部
６  タブ
７、８  余裕孔
９  両側保持部材
１０  中央保持部材
９ａ  上部ヨーク
９ｂ  スペーサ
９ｃ  角座金
１１ａ  上部取り付けボルト１１ａ
１１ｂ  下部取り付けボルト１１ｂ
１２  長ボルト１２
１３  下端軸孔部
１４  押針用ジョイント管
１５  押針
１６  ナット
１７  ケーシング本体
１８  蓋
２１  プラグヘッド
２２  歪ゲージ
２３  バネ定数調整機構
【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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