JP2008180669A

JP2008180669A - 硬さ試験機

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Publication number: JP2008180669A
Application number: JP2007015940A
Authority: JP
Inventors: Kenji Sawa; 健司澤
Original assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date: 2007-01-26
Filing date: 2007-01-26
Publication date: 2008-08-07
Anticipated expiration: 2027-01-26
Also published as: JP4902371B2

Abstract

【課題】硬さが未知の試料に対しても捨て押し（予備試験）を行うことなく、好適な大きさのくぼみを形成することができる硬さ試験機を提供することである。
【解決手段】押し込み深さ計測手段（圧子軸変位検出部２０）によって、試験力付与手段（フォースモータ１０、フォースモータ３０）により付与された試験力によるくぼみ形成時に、圧子１が試料表面に押し込まれた押し込み深さを計測し、設定手段（ＣＰＵ２０１、設定プログラム２０３ｂ）によって、試験力付与手段により付与された試験力と押し込み深さ計測手段により計測された押し込み深さとにより、圧子１の幾何学的形状と圧子１の押し込み深さとの関係から推定されるくぼみの寸法が予め設定された大きさとなるように最大試験力を設定し、制御手段（ＣＰＵ２０１、制御プログラム２０３ｄ）によって、試験力付与手段に、設定手段により設定された最大試験力を付与させる制御を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、硬さ試験機に関する。

従来から、圧子によって、試料表面に荷重を負荷し、くぼみを形成することに基づいて、試料の硬さを評価、測定する硬さ試験機が使用されており、硬さを評価、測定するに際して当該くぼみが適当な大きさとなるように試験力を決定する必要がある。
ところで、日常的に同種の試料の硬さ試験を行っているユーザにとっては、その試験に基づいて試料の硬さを推定することは困難なことではなく、ユーザが硬さ試験を行う試料の硬さを入力するだけで、観察に用いる対物レンズの倍率及びくぼみの形成に必要な試験力を選択及び算出する硬さ試験機が知られている（特許文献１参照）。
特開２００５−１１４６１３号公報

しかしながら、上記従来技術の場合、過去に試験を行ったことのある種類の試料については、ユーザによる経験から、好適に硬さ試験を行うことができるが、ユーザが試験を行ったことのない、硬さが未知の試料に対して試験を行う場合には、最適な大きさのくぼみを形成するために、圧子によって試料表面にどれだけの荷重を負荷すればよいかわからず、捨て押し（予備試験）を行う必要があった。

本発明の課題は、硬さが未知の試料に対しても捨て押し（予備試験）を行うことなく、好適な大きさのくぼみを形成することができる硬さ試験機を提供することである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
試料表面に圧子を押し込むことにより形成されたくぼみの大きさに基づいて硬さを測定する硬さ試験機において、
圧子に試験力を付与する試験力付与手段と、
前記試験力付与手段により付与された試験力によるくぼみ形成時に、前記圧子が前記試料表面に押し込まれた押し込み深さを計測する押し込み深さ計測手段と、
前記くぼみ形成時に、前記試験力付与手段により付与された試験力と前記押し込み深さ計測手段により計測された押し込み深さとにより、前記圧子の幾何学的形状と前記圧子の押し込み深さとの関係から推定されるくぼみ寸法が予め設定されたくぼみ寸法となるように最大試験力を設定する設定手段と、
前記試験力付与手段に、前記設定手段により設定された最大試験力を付与させる制御を行う制御手段と、
を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の硬さ試験機において、
ユーザが所望する前記くぼみ寸法を入力するくぼみ寸法入力手段と、
前記圧子の幾何学的形状と前記圧子の押し込み深さとの関係から推定されるくぼみ寸法が前記くぼみ寸法入力手段により入力されたくぼみ寸法となる前記圧子の押し込み深さを算出する押し込み深さ算出手段と、を備え、
前記設定手段は、前記押し込み深さ算出手段により算出された押し込み深さとなる試験力を設定することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、
請求項２に記載の硬さ試験機において、
前記圧子を押し込む前記試料表面の範囲に関する情報を入力する押し込み範囲情報入力手段と、
前記くぼみ寸法入力手段により入力されたくぼみ寸法が、前記押し込み範囲情報入力手段により入力された前記圧子を押し込む前記試料表面の範囲を超える場合、当該くぼみ寸法を、前記圧子を押し込む前記試料表面の範囲内の所定のくぼみ寸法に修正するくぼみ寸法修正手段と、
を備えることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、
試料表面に圧子を押し込むことにより形成されたくぼみの大きさに基づいて硬さを測定する硬さ試験機において、
前記圧子を押し込む前記試料表面の範囲に関する情報を入力する押し込み範囲情報入力手段と、
前記圧子に試験力を付与する試験力付与手段と、
前記試験力付与手段により付与された試験力によるくぼみ形成時に、前記圧子が前記試料表面に押し込まれた押し込み深さを計測する押し込み深さ計測手段と、
前記くぼみ形成時に、前記試験力付与手段により付与された試験力と前記押し込み深さ計測手段により計測された押し込み深さとにより、前記圧子の幾何学的形状と前記圧子の押し込み深さとの関係から推定されるくぼみ寸法が前記押し込み範囲情報入力手段により入力された前記試料表面の範囲で最大となる前記圧子の押し込み深さを算出する押し込み深さ算出手段と、
前記押し込み深さ算出手段により算出された押し込み深さとなる最大試験力を設定する設定手段と、
前記試験力付与手段に、前記設定手段により設定された最大試験力を付与させる制御を行う制御手段と、
を備えることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、
請求項１〜４の何れか一項に記載の硬さ試験機において、
前記制御手段は、
前記圧子が前記試料表面に接触してから前記設定手段により設定された最大試験力に達するまでの所要時間を制御することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、試験力付与手段によって、圧子に試験力を付与することができ、押し込み深さ計測手段によって、試験力付与手段により付与された試験力によるくぼみ形成時に、圧子が試料表面に押し込まれた押し込み深さを計測することができ、設定手段によって、くぼみ形成時に、試験力付与手段により付与された試験力と押し込み深さ計測手段により計測された押し込み深さとにより、圧子の幾何学的形状と圧子の押し込み深さとの関係から推定されるくぼみ寸法が予め設定されたくぼみ寸法となるように最大試験力を設定することができ、制御手段によって、試験力付与手段に、設定手段により設定された最大試験力を付与させる制御を行うことができる。
従って、硬さが未知の試料に対しても捨て押し（予備試験）を行うことなく、好適な大きさのくぼみを形成することができ、試験時間の短縮化を図ることができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、くぼみ寸法入力手段によって、ユーザが所望するくぼみ寸法を入力することができ、押し込み深さ算出手段によって、圧子の幾何学的形状と圧子の押し込み深さとの関係から推定されるくぼみ寸法がくぼみ寸法入力手段により入力されたくぼみ寸法となる圧子の押し込み深さを算出することができ、設定手段によって、押し込み深さ算出手段により算出された押し込み深さとなる試験力を設定することができる。
従って、ユーザが所望するくぼみ寸法に基づき、硬さを測定することができることとなり、より好適な大きさのくぼみを形成することができるとともに、より好適な測定を行うことができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、押し込み範囲情報入力手段によって、圧子を押し込む試料表面の範囲に関する情報を入力することができ、くぼみ寸法入力手段により入力されたくぼみ寸法が、押し込み範囲情報入力手段により入力された圧子を押し込む試料表面の範囲を超える場合、くぼみ寸法修正手段によって、当該くぼみ寸法を、圧子を押し込む試料表面の範囲内の所定のくぼみ寸法に修正することができる。
従って、試験したい箇所が局所的な箇所で、捨て押し（予備試験）を行うことができない場合であっても、当該箇所に応じた適当な大きさのくぼみを形成することができることとなり、硬さが未知の試料に対しても、試験力設定を誤ることによる試験失敗を好適に防止することができる。

請求項４に記載の発明によれば、押し込み範囲情報入力手段によって、圧子を押し込む試料表面の範囲に関する情報を入力することができ、試験力付与手段によって、圧子に試験力を付与することができ、押し込み深さ計測手段によって、試験力付与手段により付与された試験力によるくぼみ形成時に、圧子が試料表面に押し込まれた押し込み深さを計測することができ、押し込み深さ算出手段によって、くぼみ形成時に、試験力付与手段により付与された試験力と押し込み深さ計測手段により計測された押し込み深さとにより、圧子の幾何学的形状と圧子の押し込み深さとの関係から推定されるくぼみ寸法が押し込み範囲情報入力手段により入力された試料表面の範囲で最大となる圧子の押し込み深さを算出することができ、設定手段によって、押し込み深さ算出手段により算出された押し込み深さとなる最大試験力を設定することができ、制御手段によって、試験力付与手段に、設定手段により設定された最大試験力を付与させる制御を行うことができる。
従って、試験したい箇所が局所的な箇所で、捨て押し（予備試験）を行うことができない場合であっても、当該箇所に応じた適当な大きさのくぼみを形成することができることとなり、硬さが未知の試料に対しても、試験力設定を誤ることによる試験失敗を好適に防止することができる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項１〜４の何れか一項に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、制御手段によって、圧子が試料表面に接触してから設定手段により設定された最大試験力に達するまでの所要時間を制御することができる。
従って、圧子の押し込み途中において、圧子の押し込み速度を可変とすることにより、最大試験力に達するまでの所要時間を、例えば、ＪＩＳ規格に準拠した所要時間としたり、また、ユーザの所望する試験条件により硬さ試験を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を図１から図５に基づいて説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本実施形態である硬さ試験機の概略構成を側方から一部断面視した状態を示す説明図である。図２は、同硬さ試験機の要部構成を示すブロック図である。
図１に示されるように、硬さ試験機１００は、試料台１２０に載置された試料Ｓにくぼみを形成するための圧子１が先端部に設けられた圧子軸２を有する圧子軸ユニット１１０と、圧子軸２に所定の押圧力を付与するための押圧力付与機構部１３０と、くぼみ寸法に関する情報や圧子１を押し込む試料Ｓ表面の範囲に関する情報を入力する入力部１４０と、くぼみが拡大表示される表示部１５０等により構成されている。なお、硬さ試験機１００は、図２に示される制御部２００により、各部の動作制御が行われる。

圧子軸ユニット１１０は、試料台１２０の上方に備えられており、試験機本体１０１に設けられた弾性支持部材としての支持ばね３，３と、支持ばね３，３にそれぞれ上端側と下端側が弾性的に支持される圧子軸２と、圧子軸２をその軸方向に移動させることにより、圧子軸２にその軸方向の所定の力を負荷するフォースモータ１０と、圧子軸２の変位量を検出する圧子軸変位検出部２０等により構成されている。

圧子１は、例えばビッカース、ヌープ圧子、ブリネル等の、くぼみ形成による硬さ試験に用いられる圧子である。

支持ばね３，３は、一端が試験機本体１０１に固定され、試験機本体１０１から略水平方向に延出するように設けられた板ばねであり、その他端がそれぞれ圧子軸２の上端側と下端側に接続されて、圧子軸２を試料台１２０に対して垂直に弾性的に支持している。そして支持ばね３は、後述するフォースモータ１０等によって圧子軸２が上下方向に移動される際に、圧子軸２が試料台１２０に対して垂直な姿勢を保つように撓み、変形する。

フォースモータ１０は、磁気回路構成部１２と、圧子軸２側に設けられた駆動コイル部１３とにより構成されている。フォースモータ１０は、磁気回路構成部１２において、磁石がギャップにつくる磁界と、ギャップの中に設置された駆動コイル部１３に流れる電流との電磁誘導により力を発生する。フォースモータ１０は、その力を駆動力として用い、圧子軸２をその軸方向に移動させて、圧子軸２に備えられた圧子１を介して試料Ｓに所定の試験力を負荷する。
つまり、フォースモータ１０は、フォースモータ１０の駆動コイル部１３に供給される電流量に応じて、任意の駆動力を発生し、その駆動力に基づき圧子軸２を移動させて試料Ｓに様々な試験力を負荷することができる。そして、フォースモータ１０は、駆動コイル部１３に流す電流量を無段階に調整することにより、無段階の駆動力を出力し、試料Ｓに無段階の試験力を負荷することができる。
このフォースモータ１０の駆動コイル部１３へ供給される電流は、後述する制御部２００により制御されている。そして、所定の試験力に応じて予め定められた電流量（や電流の向き）に基づき、フォースモータ１０は駆動力を発生し、圧子軸２を移動させて試料Ｓに所定の試験力を負荷する。
これにより、フォースモータ１０は、試験力付与手段として機能する。

圧子軸変位検出部２０は、例えば、所定の間隔の目盛が刻まれて、圧子軸２に備えられたスケール２１と、そのスケール２１の目盛を光学的に読み取るリニアエンコーダ２２とからなり、圧子軸２が試料Ｓにくぼみを形成する際に移動した変位量（例えば、試料Ｓに圧子１が押し込まれた侵入量）を検出し、その検出した変位量に基づく圧子軸変位信号を制御部２００に出力する。
これにより、圧子軸変位検出部２０は、押し込み深さ計測手段として機能する。

押圧力付与機構部１３０は、圧子軸ユニット１１０の上方に備えられた制御レバー５０と、制御レバー５０に作用力を付与するフォースモータ３０等により構成されている。

制御レバー５０は、略中央部が回動軸５１によって試験機本体（図示略）に回動自在に軸支されている。制御レバー５０の一端部５０ａには、フォースモータ３０が取り付けられている。また、制御レバー５０の他端部５０ｂは、回動軸５１から圧子軸ユニット１１０の上方に延びて圧子軸２の上部に位置しており、その他端部５０ｂには圧子軸ユニット１１０の圧子軸２の上端部２ａを押し下げるための押圧部５２が備えられている。

フォースモータ３０は、磁気回路構成部３２において、磁石がギャップにつくる磁界と、ギャップの中に設置された駆動コイル部３３に流れる電流との電磁誘導により発生する力を駆動力として用い、その駆動力により荷重軸３１をその軸方向に移動させて、制御レバー５０の一端部５０ａに対し作用力を付与し、制御レバー５０を回動させる。そして、フォースモータ３０は、制御レバー５０の他端部５０ｂを下方に傾け、他端部５０ｂに備えられた押圧部５２により圧子軸２をその軸方向に押し下げる。
これにより、フォースモータ３０は、試験力付与手段として機能する。

入力部１４０は、例えば、カーソルキー、文字／数字キー、各種機能キーなどから構成され、ユーザのキー操作に伴う押下信号を制御部２００に出力する。また、入力部１４０は、必要に応じてマウスやタッチパネルなどのポインティングデバイスなど、その他の入力装置を備えるものとしても良い。なお、本発明における入力部１４０は、ユーザが所望するくぼみ寸法として、例えば、くぼみの対角線の長さデータ等を入力する際に使用される。これにより、入力部１４０は、くぼみ寸法入力手段として機能する。
また、例えば、後述する表示部１５０に圧子１を押し込む試料Ｓ表面の画像とともに、入力部１４０の操作により移動可能なカーソルを表示させ、入力部１４０は、圧子１を押し込む試料Ｓ表面の範囲を指定する際に使用される。これにより、入力部１４０は、押し込み範囲情報入力手段として機能する。

表示部１５０は、例えば、液晶モニタ等から構成されており、本発明における表示部１５０は、撮像したくぼみの画像を表示する。また、表示部１５０は、例えば、圧子１を押し込む試料Ｓ表面の画像とともに、圧子１を押し込む試料Ｓ表面の範囲を指定する際に使用される移動可能なカーソルを表示する。これにより、表示部１５０は、押し込み範囲情報入力手段として機能する。

制御部２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１，ＲＡＭ（Random Access Memory）２０２，記憶部２０３等を備えて構成され、記憶部２０３に記憶された所定のプログラムが実行されることにより、所定の硬さ試験を行うため予め設定された所定の動作条件（各硬さ試験用の動作条件）に基づくくぼみ形成のための各部の動作制御を行う機能を有する。

ＣＰＵ２０１は、記憶部２０３に格納された処理プログラム等を読み出して、ＲＡＭ２０２に展開して実行することにより、硬さ試験機１００全体の制御を行う。

ＲＡＭ２０２は、ＣＰＵ２０１により実行された処理プログラム等を、ＲＡＭ２０２内のプログラム格納領域に展開するとともに、入力データや上記処理プログラムが実行される際に生じる処理結果等をデータ格納領域に格納する。

記憶部２０３は、例えば、プログラムやデータ等が予め記憶されている記録媒体（図示省略）を有しており、この記録媒体は、例えば、半導体メモリ等で構成されている。また、記憶部２０３は、ＣＰＵ２０１が硬さ試験機１００全体を制御する機能を実現させるための各種データ，各種処理プログラム，これらプログラムの実行により処理されたデータ等を記憶する。より具体的には、記憶部２０３は、例えば、図２に示すように、押し込み深さ算出プログラム２０３ａ、設定プログラム２０３ｂ、くぼみ寸法修正プログラム２０３ｃ、制御プログラム２０３ｄ等を格納している。

押し込み深さ算出プログラム２０３ａは、ＣＰＵ２０１に、圧子１の幾何学的形状と圧子１の押し込み深さとの関係から推定されるくぼみ寸法が、入力部１４０により入力されたユーザが所望するくぼみ寸法となる圧子１の押し込み深さを算出する機能を実現させるプログラムである。
すなわち、例えば、図３に示すように、ビッカース硬さ試験機に用いられる対面角１３６°の正四角錐である圧子の場合、ＣＰＵ２０１は、押し込み深さ算出プログラム２０３ａを実行することにより、ユーザ所望のくぼみ寸法として底辺の対角線の長さｄが入力部１４０により入力されると、それに相当する押し込み深さｈを算出する。
ＣＰＵ２０１は、かかる押し込み深さ算出プログラム２０３ａを実行することで、押し込み深さ算出手段として機能する。

設定プログラム２０３ｂは、ＣＰＵ２０１に、くぼみ形成時に、フォースモータ１０、及びフォースモータ３０により付与された試験力と圧子軸変位検出部２０により計測された押し込み深さとにより、圧子１の幾何学的形状と圧子１の押し込み深さとの関係から推定されるくぼみ寸法が予め設定されたくぼみ寸法となる最大試験力を設定する機能を実現させるプログラムである。
具体的には、例えば、図４に示すように、ＣＰＵ２０１が設定プログラム２０３ｂを実行することにより、フォースモータ１０、及びフォースモータ３０により試験力を徐々に増加させる際、圧子軸変位検出部２０により計測中の押し込み深さとフォースモータ１０、及びフォースモータ３０により付与される試験力との関係から、ＣＰＵ２０１が押し込み深さ算出プログラム２０３ａを実行することにより算出された押し込み深さとなる際の試験力を予測し、当該試験力を最大試験力として設定する。
ＣＰＵ２０１は、かかる設定プログラム２０３ａを実行することで、設定手段として機能する。

くぼみ寸法修正プログラム２０３ｃは、入力部１４０により入力されたくぼみ寸法が不適切である場合、所定のくぼみ寸法に修正する機能を実現させるプログラムである。
具体的には、ＣＰＵ２０１は、くぼみ寸法修正プログラム２０３ｃを実行することによって、入力部１４０により入力されたユーザ所望のくぼみ寸法が、入力部１４０により入力された圧子１を押し込む試料Ｓ表面の範囲に関する情報に基づき、圧子１を押し込む試料Ｓ表面の範囲を超える場合、当該くぼみ寸法を、圧子１を押し込む試料Ｓ表面の範囲内の所定のくぼみ寸法に修正する。
より具体的には、例えば、ユーザが入力部１４０により所望のくぼみ寸法として対角線の長さ０．１ｍｍを入力するとともに、入力部１４０により圧子１を押し込む試料Ｓ表面に関する情報として試料Ｓの表面積０．０８×０．０６ｍｍ^２を入力した場合、かかる試験条件下では、試料Ｓ表面に形成されるくぼみの大きさが、試験したい箇所をはみ出してしまうので、ＣＰＵ２０１は、くぼみ寸法修正プログラム２０３ｃを実行することによって、例えば、当該試料Ｓの表面積内に収まる最大くぼみ寸法を算出し、当該最大くぼみ寸法に所定の係数ｎ（ｎ＜１）を乗じた値のくぼみ寸法に修正を行う。
ＣＰＵ２０１は、かかるくぼみ寸法修正プログラム２０３ｃを実行することで、くぼみ寸法修正手段として機能する。

制御プログラム２０３ｄは、フォースモータ１０、及びフォースモータ３０に、所定の試験力を付与させる制御を行う機能を実現させるプログラムである。
具体的には、ＣＰＵ２０１は、制御プログラム２０３ｄを実行することによって、フォースモータ１０、及びフォースモータ３０に、ＣＰＵ２０１が設定プログラム２０３ｂを実行することにより設定された最大試験力を付与させるとともに、くぼみ形成時において、圧子軸変位検出部２０により計測される押し込み深さにより、ＣＰＵ２０１が押し込み深さ算出プログラム２０３ａを実行することにより算出された押し込み深さに到達するまでの時間を予測して、圧子１が試料Ｓ表面に接触してから所定時間内に当該最大試験力に達するようにフォースモータ１０、及びフォースモータ３０による試験力の付与速度を制御する。
より具体的には、例えば、ＪＩＳ規格に準拠したビッカース硬さ試験（ＪＩＳＺ２２４４）を行う場合、ＣＰＵ７１が設定プログラム７３ｂを実行することにより設定された最大試験力が２９．４Ｎを超えるときには、当該最大試験力に達するまでの所要時間が２〜８秒となるように、一方、最大試験力が２９．４２Ｎ以下となるときには、当該最大試験力に達するまでの所要時間が１０秒以下となるように、フォースモータ１０、及びフォースモータ３０による試験力の付与速度を可変して制御を行う。
ＣＰＵ２０１は、かかる制御プログラム２０３ｄを実行することで、制御手段として機能する。

次に、第１の実施形態における硬さ試験機１００を用いた硬さ試験におけるくぼみ形成方法ついて説明する。
最初に、圧子軸２に圧子１を取り付け、試料台１２０に試料Ｓを載せ、試料台１２０の調整を行う。
次いで、ユーザは、所望のくぼみ寸法を入力部１４０に入力する。また、ユーザは、圧子１を押し込む試料Ｓ表面の範囲に関する情報を入力部１４０に入力する。このとき、ＣＰＵ２０１は、くぼみ寸法修正プログラム２０３ｃを実行することによって、入力部１４０により入力された当該くぼみ寸法が、入力部１４０により入力された圧子１を押し込む試料Ｓ表面の範囲を超える場合、当該くぼみ寸法を、圧子１を押し込む試料Ｓ表面の範囲内の所定のくぼみ寸法に修正する。
次いで、ＣＰＵ２０１は、押し込み深さ算出プログラム２０３ａを実行することによって、圧子１の幾何学的形状と圧子１の押し込み深さとの関係から推定されるくぼみ寸法が、入力部１４０により入力されたくぼみ寸法となる圧子１の押し込み深さを算出する。
次いで、押し込み深さが算出されると、ＣＰＵ２０１は、設定プログラム２０３ｂを実行することによって、くぼみ形成時に、フォースモータ１０、及びフォースモータ３０により付与された試験力と圧子軸変位検出部２０により計測された押し込み深さとにより、圧子１の幾何学的形状と圧子１の押し込み深さとの関係から推定されるくぼみ寸法が、入力部１４０により入力されたくぼみ寸法となるように最大試験力を設定する。
次いで、ＣＰＵ２０１は、制御プログラム２０３ｄを実行することによって、設定プログラム２０３ｂの実行により設定された最大試験力を付与させる制御を行うとともに、圧子１が試料Ｓ表面に接触してから所定時間内に設定プログラム２０３ｂの実行により設定された最大試験力に達するようにフォースモータ１０、及びフォースモータ３０による試験力を制御する。すると、圧子軸２の先端に取り付けられた圧子１は、設定された最大試験力で試料Ｓに押し込まれ、試料Ｓにくぼみが形成される。

本発明に係る第１の実施形態における硬さ試験機１００によれば、フォースモータ１０、及びフォースモータ３０によって、圧子１に試験力を付与することができ、圧子軸変位検出部２０によって、フォースモータ１０、及びフォースモータ３０により付与された試験力によるくぼみ形成時に、圧子１が試料Ｓ表面に押し込まれた押し込み深さを計測することができ、ＣＰＵ２０１が、設定プログラム２０３ｂを実行することによって、くぼみ形成時に、フォースモータ１０、及びフォースモータ３０により付与された試験力と圧子軸変位検出部２０により計測された押し込み深さとにより、圧子１の幾何学的形状と圧子１の押し込み深さとの関係から推定されるくぼみの寸法が予め設定されたくぼみ寸法となるように最大試験力を設定することができ、制御プログラム２０３ｄを実行することによって、フォースモータ１０、及びフォースモータ３０に、設定プログラム２０３ｂの実行により設定された最大試験力を付与させる制御を行うことができる。
従って、硬さが未知の試料に対しても捨て押し（予備試験）を行うことなく、好適な大きさのくぼみを形成することができ、試験時間の短縮化を図ることができる。
また、入力部１４０によって、ユーザが所望するくぼみ寸法を入力することができ、ＣＰＵ２０１が、押し込み深さ算出プログラム２０３ａを実行することによって、圧子１の幾何学的形状と圧子１の押し込み深さとの関係から推定されるくぼみの寸法が入力部１４０により入力されたくぼみ寸法となる圧子１の押し込み深さを算出することができ、設定プログラム２０３ｂの実行によって、押し込み深さ算出プログラム２０３ａの実行により算出された押し込み深さとなる試験力を設定することができる。
従って、ユーザが所望するくぼみ寸法に基づき、硬さを測定することができることとなり、より好適な大きさのくぼみを形成することができるとともに、より好適な測定を行うことができる。
また、入力部１４０によって、圧子１を押し込む試料Ｓ表面の範囲に関する情報を入力することができ、入力部１４０により入力されたくぼみ寸法が、入力部１４０により入力された圧子１を押し込む試料Ｓ表面の範囲を超える場合、ＣＰＵ２０１が、くぼみ寸法修正プログラム２０３ｃを実行することによって、当該くぼみ寸法を、圧子１を押し込む試料Ｓ表面の範囲内の所定のくぼみ寸法に修正することができる。
従って、試験したい箇所が局所的な箇所で、捨て押し（予備試験）を行うことができない場合であっても、当該箇所に応じた適当な大きさのくぼみを形成することができることとなり、硬さが未知の試料に対しても、試験力設定を誤ることによる試験失敗を好適に防止することができる。
また、ＣＰＵ２０１が、制御プログラム２０３ｄを実行することによって、圧子１が試料Ｓ表面に接触してから設定プログラム２０３ｂの実行により設定された最大試験力に達するまでの所要時間を制御することができる。
従って、圧子の押し込み途中において、圧子の押し込み速度を可変とすることにより、最大試験力に達するまでの所要時間を、ＪＩＳ規格に準拠した所要時間としたり、また、ユーザの所望する試験条件により硬さ試験を行うことができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明に係る硬さ試験機の第２に実施形態を、図１、及び５に基づき説明する。なお、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。

制御部３００は、図５に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１，ＲＡＭ（Random Access Memory）２０２，記憶部３０３等を備えて構成され、記憶部３０３に記憶された所定のプログラムが実行されることにより、所定の硬さ試験を行うため予め設定された所定の動作条件（各硬さ試験用の動作条件）に基づくくぼみ形成のための各部の動作制御を行う機能を有する。

記憶部３０３は、例えば、プログラムやデータ等が予め記憶されている記録媒体（図示省略）を有しており、この記録媒体は、例えば、半導体メモリ等で構成されている。また、記憶部３０３は、ＣＰＵ２０１が硬さ試験機１００全体を制御する機能を実現させるための各種データ，各種処理プログラム，これらプログラムの実行により処理されたデータ等を記憶する。より具体的には、記憶部３０３は、例えば、図５に示すように、押し込み深さ算出プログラム３０３ａ、設定プログラム３０３ｂ、制御プログラム３０３ｃ等を格納している。

押し込み深さ算出プログラム３０３ａは、ＣＰＵ２０１に、圧子１の幾何学的形状と圧子１の押し込み深さとの関係から推定されるくぼみ寸法が、入力部１４０により入力された圧子１を押し込む試料Ｓ表面の範囲で最大となる圧子１の押し込み深さを算出する機能を実現させるプログラムである。
具体的には、例えば、図３に示すように、ビッカース硬さ試験機に用いられる対面角１３６°の正四角錐である圧子の場合、圧子１を押し込む試料Ｓ表面の範囲情報が入力部１４０により入力され、くぼみ形成時に、ＣＰＵ２０１が、押し込み深さ算出プログラム３０３ａを実行することにより、圧子１の幾何学的形状と圧子１の押し込み深さとの関係から推定されるくぼみ寸法（対角線の長さｄ）が、入力部１４０により入力された圧子１を押し込む試料Ｓ表面の範囲情報に基づく範囲で最大となる圧子１の押し込み深さｈを算出する。
ＣＰＵ２０１は、かかる押し込み深さ算出プログラム３０３ａを実行することで、押し込み深さ算出手段として機能する。

設定プログラム３０３ｂは、ＣＰＵ２０１に、押し込み深さ算出プログラム３０３ａの実行により算出された押し込み深さとなる最大試験力を設定する機能を実現させるプログラムである。
具体的には、例えば、図４に示すように、ＣＰＵ２０１が設定プログラム３０３ｂを実行することにより、フォースモータ１０、及びフォースモータ３０により試験力を徐々に増加させる際、圧子軸変位検出部２０により計測中の押し込み深さとフォースモータ１０、及びフォースモータ３０により付与される試験力との関係から、ＣＰＵ２０１が押し込み深さ算出プログラム３０３ａを実行することにより算出された押し込み深さとなる際の試験力を予測し、当該試験力を最大試験力として設定する。
ＣＰＵ２０１は、かかる設定プログラム３０３ｂを実行することで、設定手段として機能する。

制御プログラム３０３ｃは、フォースモータ１０、及びフォースモータ３０に、所定の試験力を付与させる制御を行う機能を実現させるプログラムである。
具体的には、ＣＰＵ２０１は、制御プログラム３０３ｃを実行することによって、フォースモータ１０、及びフォースモータ３０に、ＣＰＵ２０１が設定プログラム３０３ｂを実行することにより設定された最大試験力を付与させるとともに、くぼみ形成時において、圧子軸変位検出部２０により計測される押し込み深さにより、ＣＰＵ２０１が押し込み深さ算出プログラム３０３ａを実行することにより算出された押し込み深さに到達するまでの時間を予測して、圧子１が試料Ｓ表面に接触してから所定時間内に当該最大試験力に達するようにフォースモータ１０、及びフォースモータ３０による試験力の付与速度を制御する。
より具体的には、例えば、ＪＩＳ規格に準拠したビッカース硬さ試験（ＪＩＳＺ２２４４）を行う場合、ＣＰＵ２０１が設定プログラム３０３ｂを実行することにより設定された最大試験力が２９．４Ｎを超えるときには、当該最大試験力に達するまでの所要時間が２〜８秒となるように、一方、最大試験力が２９．４２Ｎ以下となるときには、当該最大試験力に達するまでの所要時間が１０秒以下となるように、フォースモータ１０、及びフォースモータ３０による試験力の付与速度を可変して制御を行う。
ＣＰＵ２０１は、かかる制御プログラム３０３ｃを実行することで、制御手段として機能する。

次に、第２の実施形態における硬さ試験機１００を用いた硬さ試験におけるくぼみ形成方法ついて説明する。
最初に、圧子軸２に圧子１を取り付け、試料台１２０に試料Ｓを載せ、試料台１２０の調整を行う。
次いで、ユーザは、圧子１を押し込む試料Ｓ表面の範囲に関する情報を入力部１４０に入力する。
次いで、ＣＰＵ２０１は、押し込み深さ算出プログラム３０３ａを実行することによって、圧子１の幾何学的形状と圧子１の押し込み深さとの関係から推定されるくぼみ寸法が、入力部１４０により入力された圧子１を押し込む試料Ｓ表面の範囲で最大となる圧子１の押し込み深さを算出する。
次いで、押し込み深さが算出されると、ＣＰＵ２０１は、設定プログラム３０３ｂを実行することによって、くぼみ形成時に、フォースモータ１０、及びフォースモータ３０により付与された試験力と圧子軸変位検出部２０により計測された押し込み深さとにより、圧子１の幾何学的形状と圧子１の押し込み深さとの関係から推定されるくぼみ寸法が、入力部１４０により入力されたくぼみ寸法となるように最大試験力を設定する。
次いで、ＣＰＵ２０１は、制御プログラム３０３ｃを実行することによって、設定プログラム３０３ｂの実行により設定された最大試験力を付与させる制御を行うとともに、圧子１が試料Ｓ表面に接触してから所定時間内に設定プログラム３０３ｂの実行により設定された最大試験力に達するようにフォースモータ１０、及びフォースモータ３０による試験力を制御する。すると、圧子軸２の先端に取り付けられた圧子１は、設定された最大試験力で試料Ｓに押し込まれ、試料Ｓにくぼみが形成される。

本発明に係る第２の実施形態における硬さ試験機１によれば、入力部１４０によって、圧子１を押し込む試料Ｓ表面の範囲に関する情報を入力することができ、フォースモータ１０、及びフォースモータ３０によって、圧子１に試験力を付与することができ、圧子軸変位検出部２０によって、フォースモータ１０、及びフォースモータ３０により付与された試験力によるくぼみ形成時に、圧子１が試料Ｓ表面に押し込まれた押し込み深さを計測することができ、ＣＰＵ２０１が、押し込み深さ算出プログラム３０３ａを実行することによって、くぼみ形成時に、フォースモータ１０、及びフォースモータ３０により付与された試験力と圧子軸変位検出部２０により計測された押し込み深さとにより、圧子の幾何学的形状と圧子の押し込み深さとの関係から推定されるくぼみ寸法が入力部１４０により入力された試料Ｓ表面の範囲で最大となる圧子１の押し込み深さを算出することができ、設定プログラム３０３ｂを実行することによって、押し込み深さ算出プログラム３０３ａの実行により算出された押し込み深さとなる最大試験力を設定することができ、制御プログラム３０３ｃを実行することによって、フォースモータ１０、及びフォースモータ３０に、設定プログラム３０３ｂの実行により設定された最大試験力を付与させる制御を行うことができる。
従って、試験したい箇所が局所的な箇所で、捨て押し（予備試験）を行うことができない場合であっても、当該箇所に応じた適当な大きさのくぼみを形成することができることとなり、硬さが未知の試料に対しても、試験力設定を誤ることによる試験失敗を好適に防止することができる。
また、ＣＰＵ２０１が、制御プログラム３０３ｃを実行することによって、圧子１が試料Ｓ表面に接触してから設定プログラム３０３ｂの実行により設定された最大試験力に達するまでの所要時間を制御することができる。
従って、圧子の押し込み途中において、圧子の押し込み速度を可変とすることにより、最大試験力に達するまでの所要時間を、ＪＩＳ規格に準拠した所要時間としたり、また、ユーザの所望する試験条件により硬さ試験を行うことができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、硬さ試験機は、くぼみ観察型の硬さ試験機であればよく、ビッカース硬さ試験機、ブリネル硬さ試験機、ヌープ硬さ試験機等に利用することができる。また、押し込み範囲情報入力手段は、上記実施の形態においては、表示部１５０に表示された、圧子１を押し込む試料Ｓの表面の画像データに基づき、ユーザが入力部１４０により、当該表示部１５０に表示されたカーソルで当該試料Ｓ表面の押し込み範囲情報を入力するような構成としたが、例えば、制御部２００は、画像処理手段を備え、圧子１を押し込む試料Ｓの表面の画像データに基づき、試料Ｓのエッジを判別して、自動的に押し込み範囲を指定するものでも良いし、これを兼ね備えたものであっても良い。その他、本発明は、発明の要旨を逸脱しない範囲内で自由に変更、改良が可能である。

本発明に係る硬さ試験機の概略断面図である。本発明に係る第１の実施形態における硬さ試験機の概略構成を示すブロック図である。本発明に係る硬さ試験機における圧子の幾何学的形状と圧子の押し込み深さの関係を示す図である。本発明に係る硬さ試験機におけるくぼみ形成時の圧子の押し込み深さと試験力との関係を示す図である。本発明に係る第２の実施形態における硬さ試験機の概略構成を示すブロック図である。

符号の説明

１００硬さ試験機
１圧子
１０フォースモータ（試験力付与手段）
２０圧子軸変位検出部（押し込み深さ計測手段）
３０フォースモータ（試験力付与手段）
１４０入力部（くぼみ寸法入力手段、押し込み範囲情報入力手段）
１５０表示部（押し込み範囲情報入力手段）
２００制御部
２０１ＣＰＵ（押し込み深さ算出手段、設定手段、くぼみ寸法修正手段、制御手段）
２０３記憶部
２０３ａ押し込み深さ算出プログラム（押し込み深さ算出手段）
２０３ｂ設定プログラム（設定手段）
２０３ｃくぼみ寸法修正プログラム（くぼみ寸法修正手段）
２０３ｄ制御プログラム（制御手段）
３００制御部
３０３記憶部
３０３ａ押し込み深さ算出プログラム（押し込み深さ算出手段）
３０３ｂ設定プログラム（設定手段）
３０３ｃ制御プログラム（制御手段）
Ｓ試料

Claims

試料表面に圧子を押し込むことにより形成されたくぼみの大きさに基づいて硬さを測定する硬さ試験機において、
圧子に試験力を付与する試験力付与手段と、
前記試験力付与手段により付与された試験力によるくぼみ形成時に、前記圧子が前記試料表面に押し込まれた押し込み深さを計測する押し込み深さ計測手段と、
前記くぼみ形成時に、前記試験力付与手段により付与された試験力と前記押し込み深さ計測手段により計測された押し込み深さとにより、前記圧子の幾何学的形状と前記圧子の押し込み深さとの関係から推定されるくぼみ寸法が予め設定されたくぼみ寸法となるように最大試験力を設定する設定手段と、
前記試験力付与手段に、前記設定手段により設定された最大試験力を付与させる制御を行う制御手段と、
を備えることを特徴とする硬さ試験機。
ユーザが所望する前記くぼみ寸法を入力するくぼみ寸法入力手段と、
前記圧子の幾何学的形状と前記圧子の押し込み深さとの関係から推定されるくぼみ寸法が前記くぼみ寸法入力手段により入力されたくぼみ寸法となる前記圧子の押し込み深さを算出する押し込み深さ算出手段と、を備え、
前記設定手段は、前記押し込み深さ算出手段により算出された押し込み深さとなる最大試験力を設定することを特徴とする請求項１に記載の硬さ試験機。
前記圧子を押し込む前記試料表面の範囲に関する情報を入力する押し込み範囲情報入力手段と、
前記くぼみ寸法入力手段により入力されたくぼみ寸法が、前記押し込み範囲情報入力手段により入力された前記圧子を押し込む前記試料表面の範囲を超える場合、当該くぼみ寸法を、前記圧子を押し込む前記試料表面の範囲内の所定のくぼみ寸法に修正するくぼみ寸法修正手段と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載の硬さ試験機。
試料表面に圧子を押し込むことにより形成されたくぼみの大きさに基づいて硬さを測定する硬さ試験機において、
前記圧子を押し込む前記試料表面の範囲に関する情報を入力する押し込み範囲情報入力手段と、
前記圧子に試験力を付与する試験力付与手段と、
前記試験力付与手段により付与された試験力によるくぼみ形成時に、前記圧子が前記試料表面に押し込まれた押し込み深さを計測する押し込み深さ計測手段と、
前記くぼみ形成時に、前記試験力付与手段により付与された試験力と前記押し込み深さ計測手段により計測された押し込み深さとにより、前記圧子の幾何学的形状と前記圧子の押し込み深さとの関係から推定されるくぼみ寸法が前記押し込み範囲情報入力手段により入力された前記試料表面の範囲で最大となる前記圧子の押し込み深さを算出する押し込み深さ算出手段と、
前記押し込み深さ算出手段により算出された押し込み深さとなる最大試験力を設定する設定手段と、
前記試験力付与手段に、前記設定手段により設定された最大試験力を付与させる制御を行う制御手段と、
を備えることを特徴とする硬さ試験機。
前記制御手段は、
前記圧子が前記試料表面に接触してから前記設定手段により設定された最大試験力に達するまでの所要時間を制御することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の硬さ試験機。