JP5008083B2 - 硬さ試験機用アンビル - Google Patents

Description

本発明は、試料に圧子を押し付けて当該試料の硬さ測定を行う形式の硬さ試験機に関し、特に押し込み深さを測定する硬さ試験機、たとえば、ロックウエル硬さ試験機等に用いられる試料を載置するアンビルに関するものである。

ロックウェル硬さ試験は、１９１９年に米国で発明された金属の硬さ試験法である。他の硬さ試験法に比べ、測定時間がきわめて短く、操作も簡便であるため、現在、各種製造業を中心に世界中でもっとも広く用いられている。また、その試験方法はISO, JIS, ASTM, ENなど、各国の工業規格に取り入れられている。
この試験法の特徴は、他の硬さ試験法がくぼみの大きさを顕微鏡により測定するという時間のかかる作業を必要とするのに対し、ロックウェル硬さでは圧子の押込み深さから求められるよう、硬さ値の計算方法を定義しているためである。

一方で、押込み深さの測定には試験機や試験片（試料ともいう。以下同じ。）の弾性変形の影響が顕著に表れるため、試験機の剛性を高めると同時に、試験片と支持台 (アンビル) を隙間なく接触させるなどの注意が必要である。
通常は、平坦に加工されたフラットアンビル (市販のものでは直径60から70 mm程度のものが多い) の上に試験片を置いて試験を行うが、試料底面の平面度が悪く、アンビル面との間に隙間を生じるような場合には、図５に示すスポットアンビル２０と呼ばれる接触面２１の小さなアンビル (直径12 mm程度が多い) を使用し、試料底面とアンビル面２が密着させることが推奨されている。しかし、接触面が小さくなると試料が安定しないため、試料を手で保持しながら試験を行うなどの技能が要求される。このことが逆に測定誤差を生じる原因にもなるため、スポットアンビルの使用を敬遠するユーザーも少なくない。

スポットアンビルを用いたものとしては、スポットアンビルに接触させずに試料を移動させることができるようにした発明（特許文献１参照）、および、長尺試料を試料搬送台に載置したまま硬さ測定を行えるようにした発明（特許文献２参照）が知られている。
特開平８−６８７３８号公報 特開平１０−２５３５１３号公報

従来のスポットアンビルは測定者が試験片を手で保持しながら試験を行うため、測定者の技能によって測定結果にばらつきを生じていた。
一方、本願の出願人は、ロックウェル硬さの標準維持・供給を行っており「硬さ基準片」と呼ばれる金属のブロックを標準物質として硬さ標準値をユーザーにトランスファしている。硬さ基準片の底面は平坦に加工されているが、試験条件によっては測定力を付加することによって基準片に反り変形を生じ、アンビルと基準片底面に隙間を生じる場合がある。このような条件では、スポットアンビルの使用が望ましいため、試料を安定に支持しながら小さな接触面で試験が行えるスポットアンビルが切望されていた。

本発明は、測定者が手を添えなくても測定が行える試料支持機構をスポットアンビルに取り付けることにより、測定のばらつきを小さくすることができる硬さ試験機用アンビルを提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため本発明の硬さ試験機用アンビルは、試料に圧子を押し付けて当該試料の硬さ測定を行う形式の硬さ試験機の圧子の直下に上下動可能に設けられるアンビルにおいて、円筒形の本体部と該本体部より小さな径の試料載置面が本体部から突出してなる形状を持つスポットアンビルと、該スポットアンビルの本体部外周に螺合してスポットアンビルに対して上下動自在な試料支持台を設けることを特徴としている。
また、本発明の硬さ試験機用アンビルは、支持台を傾斜させることなく上下動を可能とするため、スポットアンビルの本体部の外周面と試料支持台の内周面との間に案内面を形成することを特徴としている。

本発明の硬さ試験機用アンビルは、以下のような優れた効果を奏する。
（１）ユーザーレベルでは、ロックウェル硬さ測定の精度が向上 (ばらつきが低下) するため、製品の品質保証の信頼度を向上できる。
（２）校正・試験機関および国家標準レベルでは、おもにロックウェル硬さBスケールなどの非鉄金属で作られた硬さ基準片の校正において、その不確かさを低減できる。

以下、図面を参照して、本発明の硬さ試験機用アンビルの実施の形態について詳細に説明するが、本発明は、これに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加えうるものである。

図１は、本発明に係るアンビルが硬さ試験機に装着された状態を示す斜視図である。また、図２は、本発明に係る硬さ試験機用アンビルの正面断面図、図３は、スポットアンビルの正面図、図４は、試料支持台の正面断面図である。

図１において、硬さ試験機の本体１に、アンビル２の駆動機構としてのナット３が回転可能に取り付けられるとともに、ナット３に螺合しナット３の回転によって上下方向に移動可能なアンビル２の基軸としての角ネジ部材４が取り付けられている。なお角ネジ部材４は硬さ試験機の本体１に装着された圧子１６の直下に設けられている。

アンビル２は、図２に示すように、円筒形の本体６と該本体６より小さな径の試料載置面７が本体６から上方に突出してなる形状を持つスポットアンビル５と、該スポットアンビル５の本体外周に螺合してスポットアンビル５に対して上下動自在なリング型の試料支持台８とから構成される。

スポットアンビル５は、図３に示すように、大径の本体６と該本体６に連続して上側に形成された中径の案内面１３−１、やや小径のねじ１１形成面および一番小径の試料載置面７と、本体６に連続して下側に形成された小径の下部円筒部９とから形成されている。
本明細書において、スポットアンビルの本体部とは、大径の本体６と該本体６に連続して上側に形成された中径の案内面１３−１、やや小径のねじ１１形成面とを指している。
スポットアンビル５の本体６の下方に突出する小径の下部円筒部９が角ネジ部材４の嵌合穴１０に嵌合し、スポットアンビル５が角ネジ部材４に支持されるようになっている。

試料支持台８は、図４に示すように、リング型をしており、内周上部にスポットアンビル５のねじ１１に螺合するねじ１２形成面が形成され、内周下部にスポットアンビル５の案内面１３−１と係合する案内面１３−２が形成されている。試料支持台８は、スポットアンビル５にねじ１１および１２で螺合することによりスポットアンビル５に対して上下動自在になっている。また、案内面１３−２と直交する位置に、外周面から貫通して雌ねじ穴１４が複数設けられ、該雌ねじ穴１４に固定ねじ１５（図１参照）が螺入される。

一般に、ロックウェル硬さ試験機のアンビルは測定力 (Bスケールで100 kgf) によって変形してはならないため、前記スポットアンビル５は焼入れ鋼等、十分な硬さを持った材質で制作する 。試作品では工具鋼SKS3を焼入れ焼戻し処理をして使用した。
一方、試料支持台８には試験力が作用しないため機械的強度は要求されない 。試作品はステンレス鋼 SUS316で製作した。

後述の通り、スポットアンビル５の本体６の上部外周に形成されるねじ１１は試料載置面７と試料支持台８の段差を精密に設定するため、ピッチの細かい細目ねじを使用する。試料支持台８がスポットアンビル５に対して移動する際、がたつきにより試料支持台８の上面が傾斜することを避けるため、スポットアンビル５と試料支持台８の間には、図２に示すように、案内面１３が設定されている。 この案内面１３は、上記したスポットアンビル５の案内面１３−１と試料支持台８の案内面１３−２からなる。
これら案内面１３−１と１３−２とのはめあいを必要最小限の隙間に設定することにより、スムースな回転を維持しながらも試料支持台８の傾斜を防いでいる 。試作品では案内面の直径６０ｍｍに対し隙間が１０〜５９μｍの隙間ばめであり、案内面１３の長さは約１０ｍｍであるので、試料支持台８の傾きの公差は３′〜２０′である。

試料支持台８の上面とスポットアンビル５の試料載置面７が一致するように試料支持台８の高さを調節し、この状態で試料支持台８とスポットアンビル５の試料載置面７を同時に研磨する。このときのねじ１１および１２のかみ合い位置をスポットアンビル５の本体６外周面と試料支持台８外周面とにマーク１３（図１参照）しておき、スポットアンビル５の試料載置面７と試料支持台８の上面の段差がゼロの基準位置とする。
試料支持台８の上面とスポットアンビル５の試料載置面７が一致した状態で硬さ試験を行う場合は、基準位置において、固定ねじ１５を雌ねじ穴１４にねじ込んで固定ねじ１５の先端をスポットアンビル５の案内面１３−１に押し込み試料支持台８をスポットアンビル５に固定する。

試料支持台８を使わず、スポットアンビル５単独で使用する場合にはスポットアンビル５の試料載置面７が試料支持台８の上面より突出していなければならないので、ねじ１１および１２のかみ合い位置をずらすことによって相対的にスポットアンビル５の試料載置面７が突き出た状態にする。この状態で固定ねじ１５をねじ込んで試料支持台８をスポットアンビル５に固定する。
突出量 (スポットアンビル５の試料載置面７と試料支持台８の上面との段差) は、試料支持台８のスポットアンビル５に対する回転角度とねじ１１および１２のピッチから求めることができる。そのため数十μm程度の微少な段差を設定することが可能である。このように段差が小さい場合には、試料を試料支持台８に置いた状態と試験力を負荷した状態との、試料の姿勢変化が小さいため、試料を手で保持していなくても適正な硬さ試験を行うことができる。

試料に圧子を押し付けて当該試料の硬さ測定を行う形式の硬さ試験機に関し、特に押し込み深さを測定する硬さ試験機、たとえば、ロックウエル硬さ試験機は金属、機械分野の製造業において、おもに製品検査、品質保証などの目的で多く使用されている。本発明により、より正確な測定が簡便に行えるようになるため、製品としての実用性は高い。また、硬さ試験機や硬さ基準片の校正を行う事業者においては、本発明が最高測定能力の向上に直接寄与するため、ニーズは高い。

本発明に係るアンビルが硬さ試験機に装着された状態を示す斜視図である。 本発明に係るアンビルの正面断面図である。 本発明に係るスポットアンビルの正面図である。 本発明に係る試料支持台の正面断面図である。 従来のスポットアンビルを示す斜視図である。

符号の説明

１ 硬さ試験機の本体
２ アンビル
３ ナット
４ 角ネジ部材
５ スポットアンビル
６ 本体
７ 試料載置面
８ 試料支持台
９ 下部円筒部
１０ 嵌合穴
１１ ねじ
１２ ねじ
１３ 案内面
１４ 雌ねじ穴
１５ 固定ねじ
１６ 圧子

Claims (2)

1. 試料に圧子を押し付けて当該試料の硬さ測定を行う形式の硬さ試験機の圧子の直下に上下動可能に設けられるアンビルにおいて、当該アンビルは、スポットアンビルと試料支持台とから構成され、
   前記スポットアンビルは、大径の本体と、該本体に連続して上側に形成された中径の案内面、やや小径の細目ねじ形成面、及び、一番小径の試料載置面を備え、
   前記試料支持台は、リング型をしており、その内周上部に前記スポットアンビルの細目ねじ形成面のねじと螺合する細目ねじ形成面を形成し、内周下部には、試料支持台を傾斜させることなく上下動可能とするために、前記スポットアンビルの案内面に係合する案内面を形成し、
   前記試料支持台を前記スポットアンビルに螺合させ、かつ、前記案内面同士を係合させるとともに、試料支持台の上面とスポットアンビルの試料載置面の高さが一致するとき、すなわち段差ゼロのときのかみ合い位置を基準位置として示すマークをスポットアンビルの本体外周面と試料支持台外周面に設け、当該マークにより試料支持台の上面とスポットアンビルの試料載置面との段差を精密に設定できるようにしたことを特徴とする硬さ試験機用アンビル。
2. 前記試料支持台には、試料支持台の案内面と直交する位置に、外周面から貫通して雌ねじ穴が設けられ、該雌ねじ穴に固定ねじが螺入されていることを特徴とする請求項１記載の硬さ試験機用アンビル。

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