JPH06313752A - 軟質材用硬度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 構造を単純化すると共に軟質材の硬度測定の
精度を高くする。 【構成】 被測定面４に押しつけて応力を検知する測定
端子５を囲繞する加圧部材６と、加圧部材６及び測定端
子５を軸方向移動自在に保持すると共に弾設している硬
度計本体７と、被測定面４に加圧部材６を所定押圧した
際ホールド信号を出す信号発信器８と、被測定面４に加
圧部材６と測定端子５とを所定押圧した際ホールド信号
発信時に測定端子５の受けている応力を測定するロード
セル９とを具備することで、上記目的を達成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、生体の局部的硬度や電
子機器用軟質材、建築用材、家具、衣料、食品等の硬さ
を客観的に測定する軟質材用硬度計に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、ゴムおよびプラスチックなどの軟
質材に対する硬度試験には、加硫ゴム物理試験方法（Ｊ
ＩＳ Ｋ ６３０１）およびプラスチックのデュロメー
ター硬さ試験方法（ＪＩＳ Ｋ ７２１５）が適用され
ている。これらの試験方法に用いられる試験機は、被測
定面に加圧面を接触させたとき、その加圧面の中心穴か
らばね圧力によって突き出ている押針が被測定面の弾力
によって押し戻される距離を、定量的な硬度とする方式
をとっている。

【０００３】また、これらの試験方法による硬度計は、
例えば、図６に示すように、被側定面ａ上に、硬度計本
体ｂ内においてバネｃで常に突出傾向にある測定端子ｄ
をガイド部ｅにより弾接し、この測定端子ｄに関連した
ラックｆやピニオンｇなどの伝動部片を介して指示計ｈ
によりゴム硬度Ｈを測定するものである。つまり上記測
定端子ｄの径を約１mmとし、初荷重55ｇ（Ｈ＝０）、ス
トローク2.54mm、終荷重855 ｇ（Ｈ＝100 ）、バネｃの
バネ定数3.15Kg／cmとしたとき、Ｈ＝100 ×（Ｌ−Ｘ）
／Ｌで求められる（表１参照）。（但し Ｌ：ストロー
ク Ｘ：被測定面ａに押し込まれている長さ）

【０００４】

【表１】 そして、上記硬度計を垂直に保持し、測定端子ｄが被測
定面ａに対して垂直になるように測定端子ｄを接触さ
せ、直ちに上記硬度計でアナログ的に読みとることにな
っている。

【０００５】ＪＩＳ規格はこのように簡単なものであっ
て、試験方法、試験機共に規定条件が極めて少なく、試
験方法も試験者によって大きくバラついてしまい、とて
も正確で客観性の高い、また再現度の高い試験結果はえ
られないという不都合があった。

【０００６】上記のような不都合な点を解消するものと
して、特公昭55-38621号公報、特公昭56-50575号公
報が知られている。これら、の公知例は、いずれも
軟質材の被測定面に接触する測定端子とこれを囲繞する
加圧部材とがあり、これら測定端子と加圧部材とはいず
れもバネにより硬度計本体に支持され、これら測定端子
と加圧部材とを被測定面に押圧し、これら測定端子と加
圧部材との押圧力を電気的に取り出し、かつ押圧による
測定端子と加圧部材との相対位置変化を電気的に取り出
して、最終的に測定が容易で測定ブレのない高精度の硬
度を読み取ろうとするものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
、の公知例では、いずれも押圧力と共に測定端子と
加圧部材との相対位置変化が必須条件となるため、デー
タ処理が複雑となり、同時に測定誤差の範囲が大きくな
ってしまう。つまり、軟質プラスチック用硬度計（ＪＩ
Ｓ Ｋ ７２１５ Ａ形）では、表２のように１度は、
測定端子のストローク2.54mm（0.1 インチ）を100 等分
したもので、従って、１度は100 分の2.54mm（1000分の
１インチ）の測定端子の移動量となっている。このた
め、許容誤差は±１度（荷重換算±８ｇ）となってしま
っている。

【０００８】

【表２】 そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、
構成を単純化すると共に測定精度の高い軟質材用硬度計
を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の軟質材用硬度計は、表２の横軸の荷重量を
圧力検知器、例えばロードセルを用いて検出することを
基本とし、これは一般的なロードセルが（±0.2 ％）の
精度を有しており、上記の硬度計に使用した場合、単に
表２の縦軸の代りに横軸の数値を測定するだけで、大幅
に検出精度が向上することを利用したもので、被測定面
に押しつけて応力を検知する測定端子と、該測定端子を
囲繞する加圧部材と、該加圧部材及び前記測定端子を軸
方向移動自在に保持すると共に弾設している硬度計本体
と、前記被測定面に前記加圧部材を所定押圧した際ホー
ルド信号を出す信号発信器と、前記被測定面に前記加圧
部材と共に前記測定端子を所定押圧した際、前記ホール
ド信号発信時に前記測定端子の受けている応力を測定す
る圧力検知器とを具備してなるものである。

【００１０】また、前記測定端子は硬度計本体に着脱自
在であり、更に、前記硬度計本体に弾設した測定端子及
び加圧部材は弾性力を変更可能にしたものである。

【００１１】

【作用】上記構成になる軟質材用硬度計によれば、硬度
計本体を手指で持って、被測定面に測定端子及び加圧部
材を押しつけて行くと、これらは硬度計本体に弾設され
ているから、圧縮されて行き所定押圧に達すると、すな
わち、被測定面の自然な平面が近似的に得られると、信
号発信器を作動させホールド信号を出すと共にその時の
測定端子の受けている応力を圧力検知器により測定し、
この測定値から被測定面の硬度を算出する。

【００１２】また、測定端子は硬度計本体に着脱自在で
あるから、被測定面の性状に合せた測定端子を選択して
硬度計本体に取り付け得る。更に、硬度計本体に測定端
子及び加圧部材を弾性力を変更自在に弾設してあるか
ら、被測定面の性状に合せた弾性力とすることで測定範
囲を広げ得る。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１〜５に基づいて
詳述する。図１は本発明の軟質材用硬度計の一部を断面
した平面図、図２は本発明の軟質材用硬度計を構成する
硬度計部の断面図、図３は本発明の軟質材用硬度計を構
成する表示部の平面図、図４は表示部の側面図である。
図において、１は本発明の軟質材用硬度計を示し、この
軟質材用硬度計１は、硬度計部２と、これに電気的に接
続している表示部３とからなる。この硬度計部２は、被
測定面４に押しつけて応力を検知する測定端子５と、該
測定端子５を囲繞する加圧部材６と、該加圧部材６及び
前記測定端子５を軸方向移動自在に保持すると共に弾設
している硬度計本体７と、前記被測定面４に前記加圧部
材６を所定押圧した際ホールド信号を出す信号発信器８
と、前記被測定面４に前記加圧部材６と共に前記測定端
子５を所定押圧した際、前記ホールド信号発信時に測定
端子５の受けている応力を測定するロードセル９（圧力
検知器）と、からなる。

【００１４】前記測定端子５は、前記硬度計本体７内に
固定リング10を介して固定されたスライドパイプ11内を
スライドするスピンドル12の一端に先端面13ａが曲面を
なしたプローブ13を着脱可能に螺着してある。なお、こ
のプローブ13は被測定面４により種々の形状のものが用
意されている。

【００１５】そして、このスピンドル12の他端と硬度計
本体７内に設けられた前記ロードセル９との間にはプロ
ーブ用スプリング14が介在して、スピンドル12をプロー
ブ13側に付勢している。すなわち、スピンドル12の他端
にはスプリング止め15が設けられ、更にロードセル９の
端面にもスプリング止め16が設けられ、これらスプリン
グ止め15、16の間に前述のプローブ用スプリング14が嵌
められて、外れないようになっている。また、スピンド
ル12にはストッパーリング17が固定されており、このス
トッパーリング17が前述の固定リング10に当接すること
により、プローブ用スプリング14によりプローブ13が所
定距離以上突出しないようになっている。なお、このプ
ローブ用スプリング14は種々の弾性力のものが用意さ
れ、取り換え出来るようになっている。

【００１６】前記加圧部材６は、前記硬度計本体７内の
前記スライドパイプ11外をスライドする加圧リングホル
ダー20にシャフト21を複数本固定して、これらのシャフ
ト21は硬度計本体７を貫通しており、これらシャフト21
の外に出ている一端に加圧リング22を固定してなる。

【００１７】そして、この加圧リングホルダー20の他端
と前記固定リング10との間には加圧リング用スプリング
23が介在して、加圧リングホルダー20を加圧リング22側
に付勢している。すなわち、加圧リングホルダー20の他
端にはスプリング止め24が設けられ、更に固定リング10
の端面にもスプリング止め25が設けられ、これらスプリ
ング止め24、25の間に前述の加圧リング用スプリング23
が嵌められ、外れないようになっている。なお、加圧リ
ング22は、加圧リングホルダー20が前記硬度計本体７の
加圧リング22側の内端面に当接することにより、所定距
離以上突出しないようになっている。また、加圧リング
用スプリング23もプローブ用スプリング14と同様に種々
の弾性力のものが用意され、取り換えできるようになっ
ている。

【００１８】前記硬度計本体７は、円筒形をなし、人の
手指にて握り易い形状になっており、そのプローブ13の
反対側の外端面には後述の電動式定圧荷重機50を取り付
けることのできるねじ穴26が掘られている。

【００１９】前記信号発信器８は、前記固定リング10に
取り付けられたリミットスイッチ30と、前記加圧部材６
のシャフト21に螺着され、リミットスイッチ30を作動さ
せるスタット31とからなり、被測定面４にプローブ13及
び加圧リング22をプローブ用スプリング14及び加圧リン
グ用スプリング23のばね力に抗して押え付けて硬度を測
定する際、リミットスイッチ30にスタット31が当たるこ
とによりリミットスイッチ30をオンさせ、表示ホールド
信号として取り出すものである。

【００２０】なお、この信号発信器８は、被測定面２が
曲面である際、加圧リング22を加圧リング用スプリング
23のばね力により、プローブ13の周囲の被測定面４を一
定圧力まで押し込み、仮の基準面として、加圧リング22
によるひずみを排除した位置を検出し、その時点を前述
の表示ホールド信号として取り出すものである。すなわ
ち、前記ロードセル９は、プローブ13により検出した荷
重をスピンドル12、プローブ用スプリング14を介して測
定するもので、表１、２に示す横軸の荷重を出すもので
ある。ロードセル９は、一般的に±0.2 ％の精度を有す
るから、表２の例では、822 ｇ×±0.2 ％＝±1.64ｇの
精度となり、±1.64g ／８ｇ≒±0.21度の精度となり、
一般的な硬度計の精度（±１度）より向上する。なお、
本実施例ではロードセルを用いたが、圧力を検出できる
ものであれば、これに限定しない。

【００２１】前記表示部３は、リミットスイッチ30及び
ロードセル９から情報を得て硬度を表示するもので、そ
の表示単位はKg、ｇまたはＮを用いる。また、硬さをば
ねの長さの変化あるいは度として表現する場合は、荷重
と長さの比であるばね定数に基づき演算して、後述のデ
ジタル表示面42に表示する。表示部３は、前記硬度計部
２からのコード32を入力端子40により受け入れ接続して
いる。そして、この表示部３は、デジタル式フォースケ
ージであり、ケース41の表面にデジタル表示面42があ
り、その下に電源スイッチ43及びデジタル表示のオンオ
フを行なうクリアー／ホールドスイッチ44がある。更
に、クリアー／ホールドスイッチ44の下にゼロスイッチ
45があり、デジタル表示のゼロリセットを行う。なお、
ケース41の側面には充電用ＡＣアダプターを接続するた
めのＡＣアダプターシャンク46及びアナログ信号、デジ
タル信号を出力するための出力コネクター47がある。こ
の出力コネクター47にレコーダ、パソコンを接続するこ
とによりデータ記録及びデータ処理も可能になる。

【００２２】次に上記構成になる軟質材用硬度計１の使
用方法について説明する。まず、被測定面４の測定目的
により、軟質材用硬度計１における硬度計部２の測定端
子５及び加圧部材６のプローブ用スプリング14及び加圧
リング用スプリング23を選択して適切なものにし、更に
プローブ13の形状も適切なものを選択する。次に、信号
発信器８のスタット31を調整して、加圧リング22による
ひずみを排除した仮の基準面を定める。そして、表示部
３の電源スイッチ43をオンして定常状態にし、クリアー
／ホールドスイッチ44をオンする。被測定面４に硬度計
部２の先端にある測定端子５のプローブ13及び加圧部材
６の加圧リング22を当てて押して行くと、これらプロー
ブ13及び加圧リング22は、スピンドル12及び加圧リング
ホルダー20を介してプローブ用スプリング14及び加圧リ
ング用スプリング23のばね力に抗して、図２中右側に移
動して行き、加圧リングホルダー20に取り付けた信号発
信器８のスタット31がリミットスイッチ30に当りオンさ
せ、リミットスイッチ30からホールド信号を出すと共
に、その時プローブ23の受けている応力は、スピンドル
12及びプローブ用スプリング14を介してロードセル９に
より測定されて、その情報が表示部３に送られ、演算さ
れてデジタル表示面42上に上記被測定面４の硬度が表示
される。

【００２３】図５は電動式定圧荷重機を示すもので、こ
れは更に精度の高い軟質材の測定が必要な場合に、本発
明の軟質材用硬度計１と共に使用するものである。この
電動式定圧荷重機50は、測定台51上に立設した支柱52に
横方向に上板53、下板54が取り付けられており、これら
上板53、下板54間にねじ55ａを刻設している荷重棒55が
設けられており、更にこれら上板53、下板54間を枠56が
上下移動自在に貫通しており、この枠56上には分鋼57が
取り付けられる。そして、上、下板53、54の間に荷重棒
55に螺合するが枠56には固定している移動アーム58が設
けられ、この荷重棒55にはプーリー59が取り付けられ、
このプーリー59とモータ60に取り付けられたプーリー61
との間にベルト62が掛けられている。なお、モータ60は
前記下板54に設置されている。

【００２４】以上のように構成された電動式定圧荷重機
50の枠56の下端56ａに本発明の軟質材用硬度計１の硬度
計部２が取り付けられる。すなわち、硬度計部２のネジ
穴26に下端56ａのネジを螺着する。

【００２５】この電動式定圧荷重機50を使用し、すなわ
ち、測定台51上に被試験物を載せ、モータ60を一定速度
で回転させ、プーリー59をベルト62で回転させて荷重棒
55を回転させる。この結果、荷重棒55のねじ55ａとかみ
合う移動アーム58が下動することによって枠56が下降す
るので、硬度計部２は一定速度で被試験物の被測定面４
と接触して更に押圧されるので、同一材料に対して同一
条件でもって硬度試験を行うことができる。従って、精
度の高い軟質材の測定値が得られる。

【００２６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の軟質材用
硬度計によれば、硬度計本体を手指で持って、被測定面
に測定端子及び加圧部材を押しつけて行くと、これらは
硬度計本体に弾設されているから、圧縮されて行き所定
押圧に達すると、すなわち、被測定面の自然な平面が近
似的に得られると、信号発信器を作動させホールド信号
を出すと共にその時の測定端子の受けている応力を圧力
検知器により測定し、この測定値から被測定面の硬度を
算出する。従って、構成が単純化するから、軽量化、小
型化が図れ、ひいては低コストのものが作れ、しかも測
定精度の高いものとなる。

【００２７】また、測定端子は硬度計本体に着脱自在で
あるから、被測定面の性状に合せた測定端子を選択して
硬度計本体に取り付け得る。従って、その分、測定範囲
が広がり、いろいろな被測定面を測定することができ
る。

【００２８】更に、硬度計本体に測定端子及び加圧部材
を弾性力を変更自在に弾設してあるから、被測定面の性
状に合せた弾性力とすることで、測定範囲を広げ得ると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の軟質材用硬度計の一部を断面した平面
図。

【図２】本発明の軟質材用硬度計を構成する硬度計部の
断面図。

【図３】本発明の軟質材用硬度計を構成する表示部の平
面図。

【図４】表示部の側面図。

【図５】本発明の硬度計部を組み込んだ電動式定圧荷重
機を示す側面図。

【図６】従来の硬度計を示す断面図。

【符号の説明】

１ 軟質材用硬度計 ２ 硬度計部 ３ 表示部 ４、ａ 被側定
面 ５、ｄ 測定端子 ６ 加圧部材 ７、ｂ 硬度計本体 ８ 信号発信器 ９ ロードセル（圧力検知器）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定面に押しつけて応力を検知する測
   定端子と、該測定端子を囲繞する加圧部材と、該加圧部
   材及び前記測定端子を軸方向移動自在に保持すると共に
   弾設している硬度計本体と、前記被測定面に前記加圧部
   材を所定押圧した際ホールド信号を出す信号発信器と、
   前記被測定面に前記加圧部材と共に前記測定端子を所定
   押圧した際、前記ホールド信号発信時に前記測定端子の
   受けている応力を測定する圧力検知器とを具備してなる
   ことを特徴とする軟質材用硬度計。
2. 【請求項２】 前記測定端子は硬度計本体に着脱自在で
   ある請求項１記載の軟質材用硬度計。
3. 【請求項３】 前記硬度計本体に弾設した測定端子及び
   加圧部材は弾性力を変更可能にした請求項１又は２記載
   の軟質材用硬度計。