JPH04166743A - 硬さ検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、圧電素子の自励発振を利用した硬さ検出素子
を備えた硬さ検出器に関する。

［背景技術］ 圧電素子の自励発振を利用した硬さセンサの従来例を第
１３図に示す。この硬さセンサ１は、発振子２と振動検
出子３とからなっている。発振子２は、圧電セラミック
ヌ等からなる圧電基板４の両主面に上面電極５と下面電
極θな形成された厚み長さ振動モード（振動による変位
方向を両矢印で示す。〕の圧電素子７の先端面に略三角
形板状をしたベークライトや樹脂、金属製などの振動板
８の後端面を接着剤によって接着したものである。

一方、振動検出子３は、厚み長さ振動モード（振動によ
る変位方向を両矢印で示すａ）を有する圧電セラミック
ヌ等の圧電基板９の両主面にそれぞれ上面電極ｌＯと下
面電極１１を形成したものである。この振動検出子３は
、発振子２と変位方向（あるいは各圧電基板４．９の分
極方向）を一致させるようにして発振子２の上面に載置
され、下面電極１１を発振子２の上面電極５と電気的に
導通させるようにして発振子２の上面に接着剤等で固定
されている。

次に、この硬さセンサ１を動作させるための回路ブロッ
ク図を第１４図に示す。発振子２の上面電極５（及び振
動検出子の下面電極１１）は接地されており、振動検出
子３の上面電極１０は増幅器１２の入力端子１３に接続
され、増幅器１２の出力端子１４は発振子２の下面電極
６に接続されており、発振子２と振動検出子３と増幅器
１２とによって自励発振回路が構成されている。従って
、発振子２の上面及び下面電極５．６を介して圧電素子
７にトリガー電圧のようなスタート信号を印加すると、
圧電素子７は逆圧電効果によって微少変位する。この微
少変位によって圧電素子７の上面に固着されている振動
検出子３も変位を起こし、振動検出子３の圧電効果によ
ってその上面及び下面電極１０．１１間に電圧が誘起さ
れる。この誘起電圧は増幅器１２で増幅された後、再び
発振子２にフィードバックされ、これによって発振子２
が持続的に振動を始め、自動発振が成立する。

このようにして自動発振している発振子２の振動板８の
先端を硬さを検出しようとする被検出物体１５に接触さ
せると、被検出物体１５の硬さに応じてその発振周波数
が変化する。この発振周波数の変化を検出するため、増
幅器１２の出力端子１４には、周波数カウント回路１６
、周波数差−電圧変換回路１７及び表示器１８が接続さ
れている。しかして、上記のように被検出物体１５に接
触することによって発振周波数を変化させられた自動発
振は、振動検出子３で検出され、増幅器１２で増幅され
た後、周波数カウント回路１６によってその発振周波数
をカウントされる。ついで、周波数差−電圧変換回路１
７は、被検出物体１５に接触していない時の発振周波数
のカウント値と被検出物体１５に接触した時の発振周波
数のカウント値との差を電圧出力に変換して計量化し、
これを硬度値として表示器１８へ出力し、表示器１８に
表示させている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のように硬さセンサを被検出物体に接触させた時の
自励発振周波数の変化を読み取ることにより被検出物体
の硬さを測定することができるが。

硬さセンナの発振周波数はただ被検出物体の硬さによっ
て変化するのみならず、硬さセンサと被検出物体との接
触圧力によっても発振周波数が変化する。

このため、正確に硬さを測定しようとすれば、硬さセン
サの被検出物体への接触圧力が一定となるよう、接触圧
力を測定しながら硬さセンサにより硬度の測定を行なわ
ねばならなかった。

本発明は、叙上の従来例の欠点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、被検出物体への接触圧
力を測定することなく、一定の接触圧力で被検出物体に
接触させることができ、正確に被検出物体の硬度を測定
することができる硬さ検出器を提供することにある。

口課題を解決するための手段］ 本発明の硬さ検出器は、圧電素子を有する発振子を自動
発振させ、該発振子を被検出物体に接触させたときに物
体の硬さに応じて変化する発振周波数を検出することに
より当該物体の硬さを検出する硬さ検出素子を備えた硬
さ検出器 であって、中空のケース内に前記硬さ検出素子をヌライ
ド自在に保持させ、硬さ検出素子の被検出物体との接触
部を前記ケースの開口から突出させると共に弾性体によ
って硬さ検出素子を前記突出方向へ弾発付勢し、弾性体
の弾発力に抗して前記接触部をケース内へ押入できるよ
うにしたことを特徴としている。

この硬さ検出器には、硬さ検出素子をケース内で回り止
めするための手段を設けてもよい。

また、ケースの開口を覆うように、ケースに柔軟性もし
くは弾性を有するカバーを設けてもよい。

［作用］　　　　　　　　　　１ 本発明の硬さ検出器にあっては、硬さ検出素子の接触部
を被検出物体の表面に接触させ、接触部をケース内に押
し込むようにしてケースの前端を被検出物体の表面に当
接させれば、弾性体が常に一定長さだけ押し縮められ、
あるいは引き延され、硬さ検出素子に一定の押圧力が与
えられる。したがって、硬さ検出素子の接触部をいつも
同じ接触圧力で被検出物体に接触させることができる。

この結果、接触圧力を測定することなく一定の接触圧力
を得ることができ、硬さ検出器の使用の仕方を簡単にす
ることができると共に硬度の検出精度も向上する。

さらに、ケース内で硬さ検圧素子の回り止めをすること
により、硬さ検出素子をスムーズにケース内へ押込める
ようになり、硬さ検出素子に滑らかに接触圧力を加える
ことができる。しかも、硬さ検出素子が回転しないので
、コードが捩れたり、切れたりしにくくなる。

また、カバーでケースの開口を覆うことにより、防水構
造もしくは防塵構造とすることができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を添付図に基づいて詳述する・ 第１図に第一の実施例の硬さ検出器３１を断面図で示す
。これは略円筒状の中空ケース３２内に硬さ検出素子３
３をスライド自在に保持させ、コイルバネのような弾性
体３４により、て硬さ検出素子３３を突出方向へ弾性的
に付勢させたものである。

硬さ検出素子３３は、第１１図及び第１２図に示すよう
に、ハウジング２０内に、硬さセンサ１を収納状態で固
定したものである。ハウジング２０は、両端が開口した
円筒状や角筒状等の筒形をしており、一端からは硬さセ
ンサ１の振動板８のみをハウジング２０から突出させで
ある。また、他端からは硬さセンサ１に接続された信号
取り出し用のコード３８が引と出されている。ハウジン
グ２０内面の中央部には、水平な支持台２１が設けられ
ており、支持台２１と対向してハウジング２０にはネジ
２２を貫通させてあり、ネジ２２を締め付けて支持台２
１とネジ２２の先端との間に硬さセンサ１を強固に挟持
している。硬さセンサ１は、例えば第１３図の従来例の
硬さセンサと同様な構造を有するものであり、振動の節
となる圧電素子７の中心部でハウジング２Ｑ内面の支持
台２１とネジ２２との間に挟まれて固定されている。

ケース３２内には前記硬さ検出素子３３が収容されてお
り、ケース３２の一端に設けられた開口３５からは硬さ
検出素子３３の接触部３６（硬さセンサ１の振動板８〕
が突出させられており、ケー２３２の他端に設けられた
通孔３７からは硬さセンサ１のコード３８が引出されて
いる。また、硬さ検出素子３３の後端とケース３２の端
面板３２ｂとの間には圧縮コイルバネのような弾性体３
４が挿入されており、この弾性体３４のバネ力によって
接触部３６が開口３５から弾性的に突出させられており
、同時に開口３５の縁のケース端面板３２ａがストッパ
となって硬さ検出素子３３の抜は止めをしている。この
ようにして、ケース３２内の硬さ検出素子３３は、接触
部３６を押されると弾性体３４を押し縮めて後退し、接
触部３６が開口３５よりも奥に押込まれるようになって
いる。

しかして、この硬さ検出器３１によって例えばゴム材料
や樹脂材料等の被検出物体１５の硬さを検出する場合に
は、第２図に示すように、ケース３２を保持して硬さ検
出素子３３の接触部３６を被検出物体１５の表面に接触
させ、ケース端面板３２ａを被検出物体１５の表面に押
し付け、その状態で被検出物体１５の硬度を測定する。

こうすれば、ケース３２内の硬さ検出素子３３は、接触
部３６の開口３５からの突出長Ｓだけ後退し、弾性体３
４をＳだけ押し縮める。この結果、弾性体３４のバネ定
数をｋＪ第１図のように接触部３θが非接触の時の弾性
力をｆ。とすれば、接触部３６の被検出物体１５への接
触力ｆは、 ｆ＝ｆｏ＋ｋｓ　　（一定値） となる。したがって、接触部３６の被検出物体１５への
接触圧力を測定することなく、一定の接触圧力で接触部
３θを被検出物体１５に接触させることかできるように
なり、硬さ検出器３１の使用方法を簡単にし、測定精度
も向上させることができる。

第３図に示すものは第二の実施例の硬さ検出器４１であ
って、圧縮コイルバネのような弾性体３４内に硬さ検出
素子３３を挿入して硬さ検出素子３３の外周部を巻くよ
うに弾性体３４を配置してあり、硬さ検出素子３３の前
端部に設けたフランジ４２とケース３２内面の後部に設
けた突部４３とに弾性体の両端を係止させである。

この実施例の硬さ検出器４１も第一の実施例と同様な方
法で使用されるものであるが、この実施例では硬さ検出
素子３３と弾性体３４が重複するように配置されている
ので、ケース３２の長さを短くすることができ、硬さ検
出器４１を小型化することができる。

尚、この実施例では、弾性体３４の全長を硬さ検出素子
３３と重複させているが、弾性体３４の一部分のみを硬
さ検出素子３３と重複させてもよい。

第４図及び第５図は第三の実施例の硬さ検出器５１であ
って、硬さ検出素子３３の外周面に突起５２を設けてあ
り、ケース３２の内周面には突起５２と対向させて軸方
向に延びたガイド＃ｌｌｌ５３を設けてあり、硬さ検出
素子３３の突起５２をガイド満５３内に摺動自在に嵌め
合わせである。

しかして、この実施例では突起５２がガイド溝５３で真
っ直ぐにガイドされるので、硬さ検出素子３３がケース
３２内で後退する時、硬さ検出素子３３が回転すること
なく真っ直ぐに後退させられ、硬さ検出素子３３の動き
をスムーズにすることができる。また、ケース３２内で
硬さ検出素子３３が回転しないので、コード３８が捩れ
たり、断線したりする恐れがない。

また、第６図に示すものは第四の実施例の硬さ検出器５
６である。第三の実施例におけるガイド溝５３は、ケー
ス３２の内周面から外周面へ貫通しない溝であったが、
この実施例のようにケース３２に長孔状のガイド孔５７
を穿孔してもよい。

なお、第三及び第四の実施例においては、突起５２、ガ
イド１ｌ１１５３もしくはガイド孔５７は複数箇所に設
けてもよい。

第７図に第五の実施例を示す。この硬さ検出器６１は、
ケース３２内に硬さ検出素子３３をヌライド自在に収容
させ、コイルバネのような弾性体３４で硬さ検出素子３
３を突出方向へ付勢させ、さらに接触部３ｅ及び開口３
５を覆うようにしてケースの前面に弾性もしくは柔軟性
を有するゴムシートやビニールシート等のカバー６２を
被せ、カバー６２の全周をケース３２の前面外周部に固
着させたものである。

この硬さ検出器６１では、ケース３２の開口３５がカバ
ー６２によって覆われているので、内部に水やほこりが
侵入しに＜＜、防水及び防塵構造の硬さ検出器６１を製
作でとる。なお、カバー６２の材料としては、センサ出
力に影響を与えることが少ないものを選べばよい。

第８図（ａ）　（ｂ）に示すものは本発明の第六の実施
例である。この硬さ検出器７１では、弾性もしくは柔軟
性を有するゴムシートやビニールシート等からなる環状
のカバー７２の外周部全周をケース３２の開口側の端部
に固着させ、カバー７２の内周から接触部３６を露出さ
せるようにしてカバー７２の内周部全周を硬さ検出素子
３３の前面に固着させである。

したがって、この実施例も防水及び防塵構造となってお
り、カバー７２によってケース３２と硬さ検出素子３３
との間の隙間７３を水密的に塞ぐことができ、内部に水
やほこりが侵入するのを防止できる。しかも、接触部３
６はカバー７２によって覆われておらず、露出している
ので、硬さ検出時に被検出物体１５と接触部３６との間
にカバー７２が介在せず、カバー７２の硬度によってセ
ンサ出力に影響を与えたり、硬度測定の精度を低下させ
たりする恐れかない。また、カバー材料の選択に対する
制約も少なくなる。

なお、この実施例に用いる硬さ検出素子は、第１１図の
ように硬さセンサをネジでハウジング内に固定したもの
でなく、ハウジングと硬さセンサの間にシリコンゴムの
ような柔軟な材料を充填させた防水型の硬さ検出素子（
図示せず〕が望ましい。

第９図は、第８図（ａ）　（ｂ）の実施例の変形例（第
七の実施例）であって、カバー８２を十分な弾性な有す
るゴムなどの弾性材料によって形成し、カバー８２の弾
性によってケース３２内の硬さ検出素子３３の接触部３
６を突出付勢させるようにした硬さ検出器８１である。

すなわち、第１０図に示すように、接触部３６を被検出
物体１５の表面に押し付けると、カバー８２が引ぎ伸ば
されて硬さ検出素子３３の接触部３６が一定の接触圧力
で被検出物体１５の表面に押し付けられる。

したがって、この実施例では、カバー８２が防水及び防
塵の機能と、接触部３６を突出付勢させる弾性体の機能
とを兼ねており、部材利用の合理化が図られている。さ
らに、カバー８２が弾性体となっているので、弾性体と
してコイルスプリングのような弾性体を用いている第８
図（ａ）　（ｂ）の実施例と比べると、非常に小型化さ
れる。

本発明は、上記実施例以外にも種々の実施例が可能であ
って、図示しないが、第１３図のような硬さセンサをそ
のまま硬さ検出素子としてケース内に収容させて弾性体
で突出付勢させてもよい。

また、付勢手段として用いられる弾性体としては、コイ
ルスプリングやゴム等の弾性シートを示したが、これら
に限らず、例えば板バネ、金属や樹脂等の加工によって
弾性機能を持たせたもの、柔軟な樹脂やゴムの塊（充填
物）なども使用可能である。

［発明の効果］ 本発明によれば、接触圧力を測定することなく、硬さ検
出素子の接触部ないつも同じ接触圧力で被検出物体に接
触させることができ、硬さ検出器の使い方を簡単にでき
ると共に硬度の検出精度も向上させることができる。

さらに、ケース内で硬さ検出素子の回り止めをすること
により、硬さ検出素子をスムーズにケース内へ押込める
ようになり、測定時の使用感を良好にできる。しかも、
硬さ検出素子が回転しないので、コードが捩れたり、切
れたりしにくくなる。

また、カバーでケースの開口を覆うことにより、防水構
造もしくは防塵構造とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例を示す断面図、第２図は
同上実施例の硬さ測定時の状態を示す断面図、第３図は
本発明の第二の実施例を示す断面図、第４図は本発明の
第三の実施例を示す断面図、第５図は第４図のＸ−Ｘ線
でケースを断面した時の正面図、第６図は本発明の第四
の実施例を示す一部破断した正面図、第７図は本発明の
第五の実施例を示す断面図、第８図（ａＨｂ）は本発明
の第六の実施例を示す正面図及び断面図、第９図は本発
明の第七の実施例を示す断面図、第１０図は同上の硬さ
測定時の状態を示す断面図、第１１図及び第１２図は硬
さ検出素子の構造を示す断面図及び外観斜視図、第１３
図は従来例の硬さセンサを示す斜視図、第１４図は硬さ
センサの回路ブロック図である。 ２・・・発振子 ３・・・振動検出子 ３２・・・ケース ３３・・・硬さ検出素子 ３４・・・コイルスプリングのような弾性体３６・・・
接触部 ８２・・・カバー（弾性体） 特許出願人　　オムロン株式会社 代理人　弁理士　中　野　雅　房

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電素子を有する発振子を自励発振させ、該発振
   子を被検出物体に接触させたときに物体の硬さに応じて
   変化する発振周波数を検出することにより当該物体の硬
   さを検出する硬さ検出素子を備えた硬さ検出器であって
   、 中空のケース内に前記硬さ検出素子をスライド自在に保
   持させ、硬さ検出素子の被検出物体との接触部を前記ケ
   ースの開口から突出させると共に弾性体によって硬さ検
   出素子を前記突出方向へ弾発付勢し、弾性体の弾発力に
   抗して前記接触部をケース内へ押入できるようにしたこ
   とを特徴とする硬さ検出器。
2. （２）前記硬さ検出素子をケース内で回り止めするため
   の手段を備えた請求項１に記載の硬さ検出器。
3. （３）前記ケースの開口を覆うように、ケースに柔軟性
   もしくは弾性を有するカバーを設けたことを特徴とする
   請求項１又は２に記載の硬さ検出器。