JPH0797073B2 - 微小硬度計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は金属材料等の硬度を測定する微小硬度計に関す
る。

［従来の技術］ 圧子と該圧子に荷重を負荷する荷重装置と、試験片の供
試表面を観察する光学装置とをそなえた微小硬度計があ
る。荷重装置は、複数個の重錘を適宜選択して圧子に負
荷するようになっている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記従来の微小硬度計は、試験条件に応じて重錘を人手
で交換し負荷を与えていたが、試験荷重の変更のため重
錘を交換する場合は、試片に荷重が負荷されていない状
態であることが必要であり、しかも試片に荷重を負荷す
るときは試験条件に応じた荷重が選定された後でなけれ
ばならないので、これら一連の操作に多大の注意力と忍
耐力が必要であるという問題点があった。このため、試
験荷重の変更作業は、かなりの疲労を伴なう作業となっ
ていた。

この発明は、上記試験荷重の変更に伴う作業の煩雑さを
緩和し、操作性にすぐれた硬度計を提供することを目的
としている。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するため、本発明は次のような微小硬
度計を提供する。

すなわち、本発明にかかる微小硬度計は、圧子と、該圧
子に重錘の荷重を負荷する荷重装置と、試片表面を観察
する光学装置とをそなえた微小硬度計において、試片上
から圧子を持ち上げる荷重加除装置と、圧子持上げ時に
該荷重加除装置と連動し試片表面観察用の貫通穴を設け
た中空軸を介して重錘を吊り上げ負荷機能を停止する荷
重吊上げ装置とを設けるとともに、圧子と光学装置の対
物レンズとを同一の切換部材に設けたことを特徴として
いる。

［作用］ 圧子に対する負荷が終了すると荷重加除装置を操作して
圧子を供試表面から持ち上げるが、このとき該荷重加除
装置と連動して荷重吊上げ装置が作動し重錘の負荷機能
を停止するので、重錘の選択が容易である。また、圧子
と光学装置の対物レンズとを同一の切換部材に設けてい
るので、圧子の押し込みが終了すれば、再度荷重加除装
置と荷重吊上げ装置を操作して重錘を持ち上げ、切換部
材により圧子と対物レンズを切り換えることにより、光
学装置によって直ちに圧痕を観測しながらその大きさを
計測することができる。

［実施例］ 以下、図面にあらわされた実施例について説明する。

この微小硬度計１は、試料台２を昇降する昇降ハンドル
３が設けられた基台５と、該基台に立設されたコラム７
によって支持される計測部９からなる。試料台２にはマ
イクロメータヘッド８、８′によって前後左右に移動す
るステージ10が取り付けられており、試料はこのステー
ジ10に装着される。

計測部９には荷重装置Ａと光学装置Ｂとが設けられてい
る。

荷重装置Ａは、大小複数の重錘15（15a,15b,…）をそな
えている。重錘15は、下に開口する円筒計に形成され、
芯部には通孔16が穿設されており、大きい重錘の内側に
順次小さな重錘が嵌合した状態で互いに重ね合わされて
いる。

重ね合わされた椀状の重錘15,15,…の芯部の通孔16には
中空軸20が挿通されている。中空軸20の外周部には上下
２個所にフランジ状突起21,22が形成されており、下端
部には寸法調節用の伸縮筒23が螺着されている。中空軸
20の下側の突起22は最も内側の重錘15hの内側に係合し
ている。

図示例では重錘は円筒形をなしているが、これを角筒形
としてもよい。また、重錘を一定の幅を有するコ字形枠
体とし、これを重ね合わせることができるようにするこ
ともできる。この場合にも中央部に通孔16を穿設するこ
とはできる。

中空軸20の下端部は荷重伝達軸25の上端フランジ部25a
上にあって、負荷時には荷重伝達軸25に載置されるよう
になっている。この荷重伝達軸25は、負荷ケース27に設
けたガイド孔28に摺動自在に嵌合しており、下端部には
円錐状の尖端部25aが形成されている。

荷重伝達軸25の下側には圧子30を保持する圧子ホルダ29
が設けられている。圧子ホルダ29は負荷ケース27に設け
た支点32によって上下に回動可能に支持されたレバー33
の一方の先端部に取り付けられており、レバー33の反対
側の端部にはピン34が横向きに突設されている。このピ
ン34には負荷ケース27に軸36で枢着された回動アーム37
が当接するようになっている。

側面視概略コ字形の負荷ケース27は、その中央部に設け
た軸受孔40の軸受41,41で支承される本体ケース9a側の
支持軸43によって水平面内で所定角度範囲で回転自在に
支持されている。負荷ケース27の下面側には前記圧子ホ
ルダ29と同心円上でかつ圧子ホルダを挟む位置に計測用
対物レンズ45と観察用対物レンズ46が設けられており、
負荷ケース27を回転させることにより両レンズ45,46を
図の圧子ホルダの位置すなわち中空軸20の直下部の試験
位置に位置させることができるようになっている。な
お、負荷ケース27には、その位置を検出するマイクロス
イッチ35が設けられている。

前記支持軸43は芯部に貫通孔を有する中空の軸として形
成され、本体ケース9a内の機枠50に取り付けられてい
る。支持軸43の貫通孔には荷重加除装置Ｃの伝達軸52が
摺動自在に嵌合しており、該伝達軸52はバネ53によって
上向きに付勢されている。伝達軸52の下端部にはボール
が嵌着され、該ボールが前記回動アーム37上面に当接す
るようになっている。

伝達軸52は上端にも下端部と同様なボールが嵌着されて
おり、該上端部に側面視カギ形の回動体55の先端部が当
接している。回動体55は軸56によって回動自在に枢支さ
れており、その起上り部55aの背面に偏心カム57が当接
している。

偏心カム57は軸受59,59′によって支承された回転軸60
に取り付けられている。回転軸60には１対の回転板62,6
2′が取り付けられており、該回転板には回転軸に対し
偏心した位置に爪63が突設されている。

回転軸60にはプーリとベルト65を介してモータ67の回転
動力が伝えられる。回転軸60が回転して偏心カム57の長
径部が回動体55を起上り部を押圧すると該回動体が回動
し、その水平部55bが伝達軸52を下向きに押し下げる。
このため回動アーム37が下向きに回動してレバー33の後
端部を押圧するので、レバー33が支点32を中心に回動
し、圧子ホルダ29が持ち上げられる。偏心カム57の短径
部が回動体55に当接している状態では圧子ホルダ29が下
降した状態となる。

重錘15の上方には重錘カバー69が設けられ、該重錘カバ
ーの上方には前記中空軸20の上端部が突出するととも
に、該中空軸を挟むようにして１対の軸70,70′が並設
されている。軸70,70′は回動自在に支持されており、
その中間部における前記中空パイプ20の両側部に該中空
パイプの上部突起21に下側から係合する係合部材71がそ
れぞれ設けられている。軸70,70′の後端部には前記回
転板62,62′の爪63が当接するアーム73が設けられると
ともに、軸70,70′をその係合部材71が中空軸20の上部
突起21に係合しない下向きの状態となるよう付勢するバ
ネ74が設けられている。回転軸60が回転し、回転板62,6
2′の爪63,63がアーム73,73をそれぞれ押圧すると、軸7
0,70′がバネ74,74の張力に抗して回転し、係合部材71
が中空軸20の上部突起21に係合してこれを押し上げるの
で、常時は荷重伝達軸25上に載置された状態となってい
る中空軸20が重錘群を吊り上げながら上動する。このた
め圧子に荷重が負荷されなくなるのである。上記軸70,7
0′、係合部材71、アーム73、バネ74等は、重錘の負荷
機能を一時停止する荷重吊上げ装置Ｄを構成する。

なお、回転板62,62′と偏心カム57とは共通の回転軸60
に取り付けられているので、上記荷重加除装置Ｃと荷重
吊上げ装置Ｄとは互いに連動し、圧子30が持ち上げられ
るときは重錘も同時に吊り上げられる。

この荷重装置Ａには圧子30に負荷される荷重の大きさを
切り換えるための荷重切換え装置Ｅが設けられている。
荷重切換え装置Ｅは互いに重ね合わされた荷重群15,…
の下側で前後動して荷重を支持する１対の受板77,77を
そなえている。受板77は、中央部に円筒形の荷重15の外
周に沿うような湾曲状切欠部78が形成され、両端部はナ
ット部材80,80に固定されている。ナット部材80,80は、
中央部を境として両側に互いに逆方向のねじが刻設され
た１対のねじ棒81,81に螺合している。駆動モータ83か
らベルト84,84′を介して伝達される回転動力により両
ねじ棒81,81が同時に同方向へ回転すると、これに螺合
するナット部材80,…が移動するため、１対の受板77,77
がモータ83の回転方向に応じて互いに接近する方向また
は互いに離反する方向に移動する。１対の受板77,77が
互いに接近する方向すなわち荷重を吊る中空軸20に向っ
て移動すると、中空軸20が下降したときに受板77,77に
よって支持される重錘の数が多くなり、圧子30に負荷さ
れる荷重値が小さくなる。逆に受板77,77が互いに離れ
る方向に移動すると、中央部に位置する重錘が支持され
なくなるため、圧子30に加わる荷重が大きくなる。受板
77,77が最外部まで移動するとすべての重錘がフリーと
なり圧子30に最大の荷重（例えば2000grf）が負荷され
る。また、受板77,77が最も接近した状態では最小の重
錘15hに至るまですべての重錘が受板によって支持され
るので、荷重伝達軸25には中空軸20の重量のみが負荷さ
れることになる。すなわち、中空軸20自体が一つの重錘
として作用するようになっている。また、圧子30には圧
子ホルダ29、荷重伝達軸25、レバー33等の重量も加えら
れるので、これらも別個に設けた重錘の一つを構成する
ことになる。この場合、中空軸20の重量と圧子ホルダ29
等の重量の総和は最小の重錘15hの重量よりも軽くして
おくのが好ましい。例えば、最小の試験荷重を5gとする
と、圧子ホルダ29、荷重伝達軸25、レバー33等の荷重を
5g、中空軸20の重量を5gとすればよい。中空軸20には重
錘群の重量が加わるのでこれを支持するに充分な強度が
必要である。従って、中空軸20を軽合金等で製作してお
くのが好ましい。この荷重装置では、例えば荷重レンジ
が５〜2000grfで11段切換えとすることも可能である。

なお、荷重切換え用のねじ棒81,81はモータの動力のか
わりにツマミを設け人手で回わすようにしてもよい。

つぎに、光学装置Ｂについて説明する。この微小硬度計
には光路となるパイプ90が前後方向に設けられており、
その後端部に光源となるランプ91が設けられている。荷
重装置Ａの上部を通るパイプ90の前端部にはハーフミラ
ー93が取り付けられ、その上方にプリズム95が配置され
ている。プリズム95の前端部は接眼レンズ97が取り付け
られた計測器98の光路筒99に臨んでいる。

前記ハーフミラー93の直下部には中空軸20が位置してお
り、対物レンズ45,46への光軸が中空軸20内を通るよう
になっている。光源91からの照明光は光軸Ｌに沿ってパ
イプ90、ハーフミラー93内を通過し、中空軸20内の光軸
Ｍに沿って試片表面に導かれる。また、試片表面からの
反射光は対物レンズ45（46）から中空軸20の光軸Ｍを経
て、ハーフミラー93を通過しプリズム95へ至る。そして
曲折されて光軸95に沿って接眼レンズ97に導かれる。

この微小硬度計の使用法について説明すれば、先ず供試
体である試験片を試料台２のステージ10に固定し、ハン
ドル３で上下位置を調節するとともに、マイクロメータ
ヘッド8,8′を操作して供試個所を選択する。このと
き、観察用対物レンズ46を中空軸20の直下部に位置させ
ておく。

供試個所を決定したら負荷ケース27を回わして圧子30を
中空軸20直下部の試験位置にセットする。このとき予め
荷重加除装置Ｃを操作して偏心カム57の長径部で回動体
55を下向きに回動させ、伝達軸52を押し下げて圧子を試
験片表面から持ち上げておく。荷重加除装置Ｃと荷重吊
り上げ装置Ｄとは互いに連動するようになっているの
で、この状態では中空軸20が上動し、重錐群を吊り上げ
支持する。

つぎに、荷重切換装置Ｅを駆動して圧子に負荷される荷
重が所望の荷重となるようにする。しかるのち荷重加除
装置Ｃと加重吊上げ装置Ｄを解除状態とすれば、重錐1
5,…の荷重が中空軸20、荷重伝達軸25を介して圧子ホル
ダ29の着力点（25aの点）に伝えられ、圧子30を供試面
に押し込む。

圧込の押込みが終了すれば、再度荷重加除装置Ｃと荷重
吊上げ装置Ｄを操作して圧子30と重錐15,…を持ち上
げ、負荷ケース27を回転させて対物レンズ46を試験位置
に位置させ、接眼レンズ97で圧痕の像を観測しながら計
測器98で圧痕の大きさを計測する。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明にかかる微小硬
度計は、負荷終了時に圧子を供試表面から持ち上げる荷
重加除装置と連動して重錘を吊り上げ、重錘の負荷機能
を一時的に停止する荷重吊上げ装置が設けられているの
で、試験荷重変更時の作業が容易になるとともに、作業
ミスが生じにくいものとなった。また、圧子と光学装置
の対物レンズとを同一の切換部材に設けているので、圧
子の押し込みが終了すれば、再度荷重加除装置と荷重吊
上げ装置を操作して重錘を持ち上げ、切換部材により圧
子と対物レンズを切り換えることにより、光学装置によ
って直ちに圧痕を観測しながらその大きさを計測するこ
とができるようになった。このようにして、試験荷重の
変更に伴う作業の煩雑さを緩和し、荷重負荷と試片上の
圧痕観測及び計測という操作の切り換えを容易にして操
作性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例をあらわす微小硬度計の外観
図、第２図はその側面断面図、第３図はその圧子ホルダ
の断面図、第４図は計測部の平面図、第５図はその正面
図である。 １……微小硬度計、９……計測部、15……重錘 20……中空軸、25……荷重伝達軸、29……圧子ホルダ 30……圧子、33……レバー、45,46……対物レンズ 97……接眼レンズ、Ａ……荷重装置、Ｂ……光学装置 Ｃ……荷重加除装置、Ｄ……荷重吊上げ装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧子と、該圧子に重錘の荷重を負荷する荷
   重装置と、試片表面を観察する光学装置とをそなえた微
   小硬度計において、試片上から圧子を持ち上げる荷重加
   除装置と、圧子持上げ時に該荷重加除装置と連動し試片
   表面観察用の貫通穴を設けた中空軸を介して重錘を吊り
   上げ負荷機能を停止する荷重吊上げ装置とを設けるとと
   もに、前記圧子と前記光学装置の対物レンズとを同一の
   切換部材に設けたことを特徴とする微小硬度計。