JP2011174708A - 硬さ計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
従来の硬さ計測装置では、やわらかいスポンジなどの硬さの測定には機能が不十分なた
め、財団法人化学物質評価研究機構などへ測定を依頼する方法が取られていた。しかし、
この方法では、測定結果が送られてくるまでに日数が掛かり、費用も必要となる。
【解決手段】
測定しようとする物体の硬さに応じて受ける圧力で電圧を変位させる圧力―電気信号出
力回路を有し、電気信号出力回路より取り出された電気信号をデジタル信号に変換してデ
ジタルにて表示する構造とし、測定による個人差を無くすことができ、又、電気信号出力
回路及び、電気信号変換回路の電源として、計測装置内に電池を装備しているため、外部
からの電源が不要となり、よって、小型軽量、片手で持ち運び可能なハンディ化を実現し
たことで、下向きによる測定のみならず、垂直面の測定、あるいは上向きによる測定も容
易に行える計測装置とすることができた。
【選択図】 図３

Description

本発明は、物体の持つ硬さを電気信号として出力する圧力―電気信号出力回路を備えた
硬さ計測装置に関し、更に詳しくは、小型軽量化の実現と、反発力の微細な材料からやや
強い反発力の材料の計測においても測定を可能とする機構を備えた硬さ計測装置に関する
ものである。

物体の持つ反発力を測定する硬さ計は幾つかの提案がなされている。例えば、特開２０
０６−６５５６４号公報に記載の「硬さ計」などがあるが、しかしそれらは、やわらかい
スポンジなどの硬さの測定には機能が不十分で、やわらかいスポンジなどの精度が必要な
測定を現場で行おうとしても、容易にはできない。

特開２００６−６５５６４号公報

本発明は、このような問題点を解決し、やわらかいスポンジなどの材質の物から比較的
硬い材質の物の硬さの測定を、現場で短時間にすみやかに、しかも、高精度に行うことが
でき、なおかつ、小型軽量で、移動も容易な、しかも測定結果をデジタルにて表示する機
構を備えた計測装置を得る。

上記の目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の硬さ検出装置は、そのセンサー
部となるロードセル１を取り付け台２にロードセル取り付けビス３で固定して、そのロー
ドセル１の中心に位置する荷重検出部１ａからロードセル１の垂直方向に延びる線上に重
なる様に先端に圧力検出補助板５を取り付けた圧力検出伝達棒４を置いて、その線上から
外れることなく、又、スライドさせることが可能な隙間を設けた保持具６で保持し、そし
て、その保持具６はホルダー７に固定し、更に、そのホルダー７を圧力検出伝達棒４に沿
って取り付け台２まで延長し、取り付け台２に固定し（図２）、これら、ロードセル１、
取り付け台２、ロードセル取り付けビス３、圧力検出伝達棒４、圧力検出補助板５、保持
具６、ホルダー７で構成されたことを特徴とする検出装置。

請求項２に記載の硬さ計測装置は、計測装置本体９内で検出装置８を移動させて、その
先端に位置する圧力検出補助板５、及び、圧力検出伝達棒４を外に突出させて被計測物２
５を押さえることで測定を行おうとする、一方、測定を行わない時は、構造上、衝突、及
び、落下等に対して機械的に弱く、変形することが予想される圧力検出補助板５、及び、
圧力検出伝達棒４を保護する目的で、計測装置本体９内に収納する機構を持ち合わせた計
測装置とすることができた。

請求項３に記載の硬さ計測装置は、硬さの違う被計測物２５に対して、その反発力を測
定する方法として、被計測物２５に圧力検出補助板５、及び、圧力検出伝達棒４を一定距
離押しこみ、その反発力を圧力変位として取り出し、その圧力変位を電気信号に変換して
その値を読み取る機構とする場合、計測装置本体９から圧力検出補助板５、及び、圧力検
出伝達棒４の突き出る距離を一定にすることが必要で、その方法として、計測装置本体９
内を移動する検出装置８の移動する先に送りストッパー１０を設け、検出装置８をその送
りストッパー１０に当て、検出装置８の動きを止めることで、圧力検出補助板５、及び、
圧力検出伝達棒４の動きも止まり、圧力検出補助板５、及び、圧力検出伝達棒４が突き出
る距離を一定の値に設定することができ、同じ条件で測定を行う構造を持つ計測装置とす
ることができた。

請求項４に記載の硬さ計測装置は、計測装置本体９内の送りストッパー１０と検出装置
８のホルダー７との間に調整板１２を装着することで、計測装置本体９内を移動する検出
装置８のホルダー７が送りストッパー１０の前に装着した調整板１２に当たり、調整板１
２の厚みの分、送りストッパー１０の手前で止まることにより、ホルダー７に連動する圧
力検出補助板５、及び、圧力検出伝達棒４が計測装置本体９から外部に突出する距離も調
整板１２の厚みの分だけ短くなり、深く押し込むことが困難な硬い被計測物に対しても短
い距離を押し込むことで測定を可能とし、結果、やわらかい材質から硬い材質の幅広い被
計測物の測定を可能とする計測装置とすることができた。

請求項５に記載の硬さ計測装置は、検出装置８を計測装置本体９内で本体軸方向に移動
させるための動力源が必要となるが、本装置ではその動力源を、計測装置本体９を持つ手
の握る力を連絡棒１５から得て、なお且つ、その連絡棒１５が検出装置８と接する部位に
スプリング１６を挿入して、握ったときの衝撃、及び、調整板１２の厚みを吸収する機構
を備えた計測装置とすることができた。

請求項６に記載の硬さ計測装置は、圧力検出補助板５、及び、圧力検出伝達棒４を計測
装置本体９から突出させて測定を行うが、測定時、圧力検出補助板５、及び、圧力検出伝
達棒４を被計測物２５に押し込む距離を一定に、且、安定させることが求められる、そこ
で、その圧力検出補助板５、及び、圧力検出伝達棒４が突出するその周辺の本体は、圧力
検出伝達棒４に対して垂直な平面にして、その平面１４を被計測物２５に接触させること
で、測定に際し平面１４と被計測物２５の接する面を基準面、すなわちこの面を零として、
その面から圧力検出補助板５、及び、圧力検出伝達棒４を一定距離押し込み、その時受け
る反発力を圧力検出補助板５から圧力検出伝達棒３を経てロードセル１に伝えて、ロード
セル１で電気信号として取り出し、その電気信号を硬さの値に変換して、デジタル表示す
ることにより、計測による個人差を無くすことができ、それゆえ、精度のある測定が可能
となり、そして、その測定方法も、下向きによる測定のみならず、垂直面の測定、あるい
は上向きによる測定も容易に行うことができ、測定場所、測定方法を選ばない計測装置と
することができた。

請求項７に記載の硬さ計測装置は、被計測物２５を平面１４に固定板２１で押さえて固
定し、動かないようにして測定を行うことで安定した測定を行うことができる計測装置と
することができた。
尚、被計測物２５を平面１４に固定板２１で押さえる事が困難な場合、固定板２１を外
して平面１４のみを被計測物２５に接触させて測定することも可能としている。

請求項８に記載の硬さ計測装置は、本体表面に被計測物が接触する個所に接触スイッチ
２４ａを装備して、測定に際し本体表面に被計測物が接触した時にスイッチが入る機構と
したもので、電源の切り忘れが無いように配慮した回路とすることも可能とすることを特
徴とする硬さ計測装置とすることができた。

請求項９に記載の硬さ計測装置は、検出装置８が送りストッパー１０まで達し測定が開
始可能な位置に到達した時に、送りスイッチ２４ｂがＯＮする場所に送りスイッチ２４ｂ
を取り付けて、測定時、連絡棒レバー１５ｂを握ると、連絡棒１５、加圧バネ１６、検出
装置８を経て、送りスイッチ２４ｂがＯＮする機構としたもので、検出装置８が測定可能
な位置に到達した時に、スイッチが入る機構としたことを特徴とする計測装置とすること
ができた。
この回路は前記と同じ電源スイッチとすることが可能な回路で、電源の切り忘れが無い
ように配慮した回路で、接触スイッチ２４ａと送りスイッチ２４ｂを直列に接続して、両
方のスイッチがＯＮして初めてロードセル１と制御基盤１７に電源が供給され計測を開始
する回路とすることも可能である。

請求項１０に記載の硬さ計測装置は、取り出された電気信号は硬さに比例した電圧では
あるが、そのまま表示したのでは硬さの表示にはならない。そこで制御基盤１７で被計測
物２５の硬さの値に信号変換してデジタルにて表示する機構を有することを特徴とする計
測装置とすることができた。

請求項１１に記載の硬さ計測装置は、ロードセル１及び、制御基盤１７の電源として、
計測装置本体９内に電池１８を装備し、この電池１８から電源の供給を受けているため、
外部からの電源が不要となり、よって、小型軽量、片手で持ち運び可能な硬さ計測装置と
することができた。

本発明の硬さ計によれば、次のような効果ないし利点が得られる。
１ やわらかいスポンジなどの材質の物から比較的硬い材質の物の硬さの測定を、現場
で短時間にすみやかに、しかも、高精度に行うことができる。
２ 測定器本体の内部に電源である電池を内蔵しているため、小型軽量で、片手で持ち
運びができ、置き場所をとらない計測装置とすることができた。
３ 電気信号出力回路で得られた測定結果を、電気信号変換回路で硬さの値に信号
変換し、得られた値をデジタルにて表示しているので、読み取りによる個人差が発
生しない。
４ 測定器本体の送りストッパーとホルダーの間に調整板を挿入して、被計測物に押し
こむ距離を短くすることで、硬い材質の被測定物の硬さの測定を可能とした。
５ 計測装置本体の平面に固定板で被計測物を挟み固定し、動かないようにして測定を
行うことで安定した測定を行うことができる計測装置とすることができた。

ロードセル１の斜視図。 検出装置８の断面図。 計測装置９のカバーを外した内部及び、外装の斜視図。

図１、及び、図２において、ロードセル１を取り付け台２にロードセル取り付けビス３
で固定して、そのロードセル１の中心に位置する荷重検出部１ａからロードセル１の垂直
方向に延びる線上に重なる様に先端に圧力検出補助板５を取り付けた圧力検出伝達棒４を
置いて、その線上から外れることなく、又、スライドさせることが可能な隙間を設けた保
持具６で保持し、そして、その保持具６はホルダー７に固定し、更に、そのホルダー７を
圧力検出伝達棒４に沿って取り付け台２まで延長し、取り付け台２に固定した部品を検出
装置８とする。

図３において、計測装置本体９の連絡棒レバー１５ｂは、そのほぼ中央に連絡棒支点１
５ａを持つ連絡棒１５の一部で、連絡棒レバー１５ｂを握ったとき、加えた力は、連絡棒
支点１５ａにより反転して、前方へと向けられる、そして、加圧バネ１６を経て、検出装
置８の後部に伝わり検出装置回転止め２６の働きにより、検出装置８は回転する事無く、
前方へ押しやる力となる。

図３において、上記の力が働いた場合検出装置８は、計測装置本体９の中をがたつくこ
と無く、前後に移動できる隙間を設けた中を押され前に移動して、やがて、検出装置８は
送りストッパー１０に当たり、その動きを止める。

このとき、圧力検出補助板５、及び、圧力検出伝達棒４は、計測装置本体９の前面より
突出するが、その突き出る距離は、ホルダー７の長さ、送りストッパー１０の位置、圧力
検出伝達棒４の長さで決定される。
ここで、ホルダー７の長さ、送りストッパー１０の位置、圧力検出伝達棒４の長さを設
定することで圧力検出補助板５及び、圧力検出伝達棒４が計測装置本体９から突き出す距
離を一定とすることができる。

又、送りストッパー１０の手前に調整板１２を装着して、送りストッパーと検出装置８
のホルダー７の間に挿入して、調整板の厚みの分ホルダー７を手前で止めることにより、
ホルダー７に連動する圧力検知伝達棒４、及び、圧力検知補助板５が突き出す距離を短く
することで、深く挿入することが困難な硬い被計測物２５に対しても測定を可能とするが、
その際、検出装置８からの出力電圧に対して実行していた変換率は変える必要がある。そ
こで、計測装置本体９の外部表面に切り替えスイッチを取り付けて調整板１２をスライド
させた時に合わせて切り替えるか、あるいは、調整板１２をスライドさせた時、調整板１
２に連動して作動するスイッチを装備して、そのスイッチのＯＮ，ＯＦＦで制御基盤１７
の変換率の切り替えを行う。

ここで、圧力検出補助板５、及び、圧力検出伝達棒４を被計測物２５に押し込む距離を
一定に、且、安定させるために、圧力検出補助板５、及び、圧力検出伝達棒４が突出する
その周辺の本体は、圧力検出伝達棒４に対して垂直な平面にして、その平面１４を被計測
物２５に接触させることで、測定に際し平面１４と被計測物２５の接する面を基準面、す
なわちこの面を零として、その面から圧力検出補助板５、及び、圧力検出伝達棒４を一定
距離押し込み、その時受ける反発力を圧力検出補助板５から圧力検出伝達棒３を経てロー
ドセル１に伝えて、ロードセル１で電気信号として取り出し、その電気信号を硬さの値に
変換して、デジタルにて表示することにより、計測による個人差を無くすことができ、そ
れゆえ、精度のある測定が可能となる、

そして、平面１４に接触させた被計測物２５を、固定板２１を取り付けたスライド可能
な固定板取り付け棒２２をスライドさせて、固定板２１で被計測物２５を平面１４の方に
引き寄せて固定して、更に、固定板取り付け棒止めネジ２３を締めてその状態を保持しつ
つ測定を行おうとする。

この時、接触スイッチ２４ａが被計測物２５に押されてＯＮし、又、連絡棒レバー１５
ｂを握ると、連絡棒レバー１５、加圧バネ１６、検出装置８を経て、送りスイッチ２４ｂ
もＯＮする。この接触スイッチ２４ａと送りスイッチ２４ｂ両方のスイッチがＯＮするこ
とで初めてロードセル１と制御基盤１７に電源が供給され計測が行われる。
ただし、被計測物２５を平面１４と固定板２１で挟むことが困難な場合、固定板取り付
け棒止めネジ２３を緩めて、固定板２１、及び、固定板取り付け棒２２を外して、平面１
４を押しあてて測定を行うことも可能である。
以上が測定時の形態である。

測定を行わない、待機する形態は、連絡棒１５の連絡棒レバー１５ｂを握る力を徐々に
緩めていくと、検出装置８が送りストッパー１０から離れると同時に接触スイッチ２４ａ、
及び、送りスイッチ２４ｂがＯＦＦし，電源が切れ、そして、検出装置８が後ろへ移動し
て、やがて、圧力検出補助板５及び、圧力検出伝達棒４が計測装置本体９の中に収納され
て、検出装置８が戻りスットパー１１に当たり止まる。
このとき、計測装置本体９がいかなる状態にあっても、計測装置本体９に収納された圧
力検出補助板５及び、圧力検出伝達棒４の先端が外部に出ることの無いように留め置く必
要がある。

そこで、収納された圧力検出補助板５及び、圧力検出伝達棒４の先端が外部に出ること
の無いように留め置く方法として、まず、検出装置戻し押しバネ１９を検出装置８の前方
と計測装置本体９の間に入れて、検出装置８を後方に押しやる方法か、あるいは、検出装
置戻し引きバネ２０を検出装置８の後方と計測装置本体９の間に入れて、検出装置８を後
方に引き戻すいずれかの方法がある。

尚、使用するロードセル１として、ロードセル荷重検出部１ａにネジ加工を施した機種
を使用して、ロードセル１と圧力検出伝達棒４との接続が容易に行えるタイプとした。

上記ロードセル１より発生するアナログ信号電圧は、０ボルトから最大約１ミリボルト
の硬さに比例した電圧を発生するが、この０ボルトから最大約１ミリボルトの電圧値をそ
のまま表示したのでは硬さの表示とはならない、そこで発生した０ボルトから最大約１ミ
リボルトの発生した電圧を硬さとしての表示に変換する必要がある。
そこで、ロードセル１から発生した電圧を制御基盤１７の電子回路で硬さ表示のデジタ
ル信号に変換して、制御基盤１７の上面にある表示パネルに表示し、計測装置本体９開口
部より被計測物２５の硬さとして表示し、読み取ることができ、又、デジタルにて表示す
ることにより読み違えによる個人差を無くすことができる。

次に、ロードセル１、及び、制御基盤１７の電源であるが、外部からの電源を使用する
のではなく、計測装置本体９内に電池１８を装備し、電源を供給することで、小型軽量で、
片手で持ち運び可能なハンディー化を実現、測定する人、測定場所、測定方向を選ばない
計測装置とすることができた。

１ ロードセル
１ａ ロードセル荷重検出部
２ 取り付け台
３ ロードセル取り付けネジ
４ 圧力検出伝達棒
５ 圧力検出補助板
６ 保持具
７ ホルダー
８ 検出装置
９ 計測装置本体
１０ 送りストッパー
１１ 戻りストッパー
１２ 調整板
１３ 調整板固定ネジ
１４ 平面
１５ 連絡棒
１５ａ 連絡棒支点
１５ｂ 連絡棒レバー
１６ 加圧バネ
１７ 制御基盤
１８ 電池
１９ 検出装置戻し押しバネ
２０ 検出装置戻し引きバネ
２１ 固定板
２２ 固定板取り付け棒
２３ 固定板取り付け棒固定ネジ
２４ａ 接触スイッチ
２４ｂ 送りスイッチ
２５ 被計測物
２６ 検出装置回転止め

Claims (11)

1. ロードセル１を取り付け台２に固定して、そのロードセル１の荷重検出部１ａから垂直
   方向に延びる線上に、その先端に圧力検出補助板５を装着することも可能な圧力検出伝達
   棒４を保持具６で保持し、その保持具６をホルダー７に固定、更に、そのホルダー７は圧
   力検出伝達棒４に沿って取り付け台２まで延長し、取り付け台２に固定して構成された検
   出装置。
2. 請求項１記載の検出装置８で構成された硬さ計測装置において、測定時、検出装置８を
   移動させて、圧力検出補助板５、及び、圧力検出伝達棒４を計測装置本体９より外に突出
   させて測定を行う、一方、測定を行わない時は、圧力検出補助板５、及び、圧力検出伝達
   棒４を計測装置本体９の中に収納して圧力検出補助板５、及び、圧力検出伝達棒４を保護
   する構造を持つことを特徴とする計測装置。
3. 請求項１記載の検出装置８で構成された硬さ計測装置において、測定時、検出装置８を
   計測装置本体９の外に向かって移動する際、圧力検出補助板５、及び、圧力検出伝達棒４
   が計測装置本体９より外に突き出る距離を一定にするため、本体内に送りストッパー１０
   を設け、検出装置８をその送りストッパー１０に当てることにより、検出装置８の移動を
   停止させ、圧力検出補助板５、及び、圧力検出伝達棒４の突き出る距離を一定の値にする
   構造を持つことを特徴とする計測装置。
4. 請求項２及び、請求項３記載の硬さ計測装置において、計測装置本体９内の送りストッ
   パー１０と検出装置８の間に調整板１２を挿入して、測定時、検出装置８の移動する距離
   を短く、すなわち、圧力検出補助板５、及び、圧力検出伝達棒４の突き出る距離を短くし
   て、深く押し込むことが困難な硬い被計測物２５に対しても測定を可能としたことを特徴
   とする計測装置。
5. 請求項２及び、請求項３及び、請求項４記載の硬さ計測装置において、検出装置８を計
   測装置本体９内で本体軸方向に移動させる動力源として、計測装置本体９を持つ手の握る
   力を連絡棒１５から得て、なお且つ、その連絡棒１５と、検出装置８が接する部位にスプ
   リング１６を挿入して、握ったときの衝撃および、調整板１２の厚みを吸収する機構を備
   えた事を特徴とする計測装置。
6. 請求項２及び、請求項３記載の硬さ計測装置において、被計測物２５に接触する本体部
   分を平面とし、圧力検出伝達棒４はその平面１４の中央に垂直に設置し、測定時は、突出
   した圧力検出伝達棒４とその周囲の平面１４を被計測物２５に接触させた状態で計測する
   ことを特徴とする硬さ計測装置。
7. 請求項６記載の硬さ計測装置において、計測装置本体９から、平面１４、及び、圧力検
   出伝達棒４，及び、圧力検出補助板５よりさらに外側に突出した固定板２１を動かして、
   平面１４との間に被計測物２５を挟み、動かないように固定して計測することを特徴とす
   る硬さ計測装置。
8. 硬さ計測装置において、本体表面に接触スイッチを装備して、被計測物が計測装置本体
   に接触した時に接触スイッチがＯＮして計測を実行する機構を有することを特徴とする硬
   さ計測装置。
9. 請求項２及び、請求項３記載の硬さ計測装置において、測定時、ホルダー８が最前部に
   達し測定が可能となった状態の時に、送りスイッチ２４ｂがＯＮして計測を実行する機構
   を有することを特徴とする硬さ計測装置。
10. 被計測物の硬さの計測において、ロードセルから取り出された電気信号を硬さとして表
    わす信号に変換することのできる機能を備えた制御基盤を有し、デジタルにて表示するこ
    とを特徴とする硬さ計測装置。
11. 被計測物の硬さ計測装置において、装置内の電気部品の電源の供給を電池にて行うこと
    で外部電源を不要としたことを特徴とする硬さ計測装置。

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