JP2009156688A

JP2009156688A - 押込み試験機及び押込み試験方法

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Publication number: JP2009156688A
Application number: JP2007334489A
Authority: JP
Inventors: Kenji Sawa; 健司澤; Eiji Furuta; 英二古田
Original assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date: 2007-12-26
Filing date: 2007-12-26
Publication date: 2009-07-16
Anticipated expiration: 2027-12-26
Also published as: CN101470061B; CN101470061A; JP5017081B2; EP2075566A3; EP2075566B1; EP2075566A2; US20090165538A1; US8074497B2

Abstract

【課題】適正な機枠歪量を取得可能にして、より正確な測定を可能にする押込み試験機及び押込み試験方法を実現する。
【解決手段】圧子４を備える荷重レバー３と、圧子４の位置基準となるコンタクタ８を備えて荷重レバー３と連動する基準レバー７を備える押込み試験機１００において、圧子４とコンタクタ８を試料表面に当接させた状態から荷重レバー３を回動させて、試料表面基準測定手法に応じた圧子４の変位量に相当する第１の押し込み深さ量を測定し、また、圧子基準部を取り外して基準レバーをストッパに当接させた状態から荷重レバー３を回動させて、機枠基準測定手法に応じた圧子４の変位量に相当する第２の押し込み深さ量を測定し、その測定によって得られた第２の押し込み深さ量から第１の押し込み深さ量を減算することによって、機枠歪量を取得することを可能にした。
【選択図】図１

Description

本発明は、押込み試験機及び押込み試験方法に関する。

従来、材料試験機として、先端に圧子を備える圧子軸を試料の表面に押し込んでくぼみを形成させることによって、試料の硬さ等の物性値を測定する押込み試験機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

例えば、押込み試験機は、試料表面に圧子の先端を所定荷重で押し込む際の押込み深さ（圧子の変位量）を変位計によって測定し、その変位量と荷重の関係から、試料の硬さ等の物性値を測定するようになっている。
この押込み試験機により測定された押し込み深さには、押込み試験機が試料に負荷した荷重によって試験機自体の機枠が歪んだ機枠歪量も含まれてしまっているので、その機枠歪量を排除する補正を行うことが、例えば、ＩＳＯ１４５７７などの規格により規定されている。
特開２００４−１２１７８号公報

しかしながら、例えば、ＩＳＯ１４５７７に紹介されている手法は、除荷初期勾配の逆数であるコンプライアンス及び曲線から算出される接触面積の平方根の逆数はゼロを通る一次式で表されるという原理に基づいた補正手法であり、試験結果から得られる試料の剛性から機枠歪量を推測するものであるので、補正された値にその推測方法に起因する誤差が含まれてしまうことがあるという問題があった。
また、特許文献１の押込み試験機は、機枠歪みを第１の変位計で、圧子押込み深さを第２の変位計で計測するようにしているため、複数の変位計を必要としていた。

本発明の目的は、適正な機枠歪量を取得可能にして、より正確な測定を可能にする押込み試験機及び押込み試験方法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、押込み試験機であって、
回動可能に軸支される荷重レバーと、その荷重レバーの一端側における、その下面に備えられる圧子と、その上面に備えられ前記圧子と連動する圧子連動部と、前記荷重レバーの他端側に備えられ当該荷重レバーを回動させる荷重レバー駆動部と、
前記荷重レバーとほぼ同じ軸心を有するように回動可能に軸支される基準レバーと、その基準レバーの一端側における、その下面に備えられ前記圧子の先端部の位置基準となる圧子基準部と、その上面に備えられ前記圧子連動部の変位量を検出する圧子位置検出部と、前記基準レバーの他端側に備えられ当該基準レバーを回動させる基準レバー駆動部と、
前記圧子基準部が試料表面に対する所定位置となるように、前記基準レバーを停止させるストッパと、
を備え、
前記圧子基準部を試料表面に当接させた状態から前記荷重レバーを回動させて、試料表面に当接させた前記圧子を前記試料に押し付けた際の第１の押し込み深さ量を、前記圧子位置検出部が前記圧子連動部の変位量を検出することによって測定する試料表面基準測定手段と、
前記基準レバーをストッパに当接させ、前記圧子基準部を試料表面から離間させた状態から前記荷重レバーを回動させて、試料表面に当接させた前記圧子を前記試料に押し付けた際の第２の押し込み深さ量を測定する機枠基準測定手段と、
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に記載の押込み試験機において、
前記圧子基準部は、前記基準レバーの下面に着脱可能に備えられていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の押込み試験機において、
前記試料表面基準測定手段が、前記第１の押し込み深さ量を測定する間、前記圧子基準部を前記試料に押し付ける荷重を一定に調整する荷重調整手段を備えることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、
請求項１〜３の何れかに記載の押込み試験機における押込み試験方法であって、
前記機枠基準測定手段により測定された第２の押し込み深さ量から、前記試料表面基準測定手段により測定された第１の押し込み深さ量を減算することによって、当該押込み試験機の機枠歪量を取得する機枠歪量取得工程と、
前記機枠歪量取得工程において、前記圧子を前記試料に押し付ける荷重毎の機枠歪量を取得して、荷重と機枠歪量との相関関数を取得する相関関数取得工程と、
前記相関関数取得工程において取得された前記相関関数に基づき、前記機枠基準測定手段により測定された任意の荷重における第２の押し込み深さ量から、その押し込み深さ量測定時の荷重に対応する機枠歪量を減算して、補正された押し込み深さ量を取得する補正押込み深さ量取得工程と、
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４に記載の押込み試験方法において、
前記機枠歪量取得工程において前記機枠歪量を取得する際、前記押込み試験機に、前記試料を塑性変形させずに弾性変形させる補正用圧子を配設し、その補正用圧子を試料に押し付けることで、前記機枠基準測定手段における前記レバー位置検出部が検出した前記基準レバーの変位量から、前記試料表面基準測定手段における前記圧子位置検出部が検出した前記圧子連動部の変位量を減算することによって、当該押込み試験の機枠歪量を取得することを特徴とする。

本発明によれば、押込み試験機は、圧子を備える荷重レバーと、圧子の位置基準となる圧子基準部を備えて荷重レバーと連動する基準レバーを備えており、圧子基準部を試料表面に当接させた状態から荷重レバーを回動させて、圧子を試料に押し付けることで、試料表面基準測定手法に応じた圧子の変位量に相当する第１の押し込み深さ量を測定することと、基準レバーをストッパに当接させた状態から荷重レバーを回動させて、圧子を試料に押し付けることで、機枠基準測定手法に応じた圧子の変位量に相当する第２の押し込み深さ量を測定することができる。そして、機枠基準測定手法に応じた圧子の変位量（第２の押し込み深さ量）から、試料表面基準測定手法に応じた圧子の変位量（第１の押し込み深さ量）を減算することによって、機枠歪量を取得することが可能である。
そして、例えば、様々な荷重で圧子を試料に押し付けた際の、荷重毎の機枠歪量を取得することによって、荷重と機枠歪量との相関関数を取得することができるので、その相関関数に基づき任意の荷重に対する機枠歪量を取得することが可能になる。
従って、任意の荷重において第２の押し込み深さ量を測定する場合に、相関関数からその押し込み深さ量測定時の任意の荷重に対応する機枠歪量を取得し、任意の荷重において測定された第２の押し込み深さ量に相当する圧子の変位量から、取得された機枠歪量を減算することによって、補正された押し込み深さ量を算出して取得することができる。

このように、この押込み試験機による押込み試験方法によって、機枠基準測定手法に応じた圧子の変位量（第２の押し込み深さ量）から、試料表面基準測定手法に応じた圧子の変位量（第１の押し込み深さ量）を減算することで、適正な機枠歪量を取得することができ、また、得られた相関関数に基づき任意の荷重に対する適正な機枠歪量を取得することが可能になる。
そして、その補正された押し込み深さ量を取得するようにして、機枠歪量の影響を排除した押し込み深さ量の測定を行うことが可能になるので、より正確に試料の硬さなどの物性値の測定を行うことが可能になる。

以下、図を参照して、本発明に係る押込み試験機及び押込み試験方法について、詳細に説明する。
なお、本実施形態における押込み試験機１００は、圧子４に付与する試験力（荷重）と、圧子４の押込み深さとを連続してモニター可能な計装化押込み試験機である。

押込み試験機１００は、図１〜図３に示すように、試料Ｓに試験力（荷重）を付与する試験機本体１と、試験機本体１の各部を制御する制御部２００と、表示部３００と、操作部４００等を備えて構成されている。

試験機本体１は、試料Ｓが載置される試料保持台２と、試験機本体１に回動可能に軸支される荷重レバー３と、荷重レバー３の一端側の下面に備えられる圧子４と、荷重レバー３の一端側の上面に備えられる圧子連動部としての変位センサ可動部５ａと、荷重レバー３の他端側に備えられる荷重レバー駆動部である第１フォースモータ６と、試験機本体１に回動可能に軸支される基準レバー７と、基準レバー７の一端側の下面に着脱可能に備えられる圧子基準部であるコンタクタ８と、基準レバー７の一端側下面とコンタクタ８の間に介装されるロードセル９と、基準レバー７の一端側の上面に備えられる圧子位置検出部としての変位センサ固定部５ｂと、基準レバー７の他端側に備えられる基準レバー駆動部である第２フォースモータ１０と、基準レバー７が回動した際の変位量を検出するレバー位置検出部であるエンコーダ１１と、基準レバー７の他端側に当接するストッパ１２等を備えている。

試料保持台２は、その上面に載置された試料Ｓを保持し、その試料Ｓが試験測定中にずれないように支持する。
この試料保持台２は、ＸＹＺステージ２ａによって上下左右に移動されて、圧子４に対する試料Ｓの位置を調整可能になっている。

荷重レバー３は、試験機本体１の略中央部において回動軸３ａによって回動可能に軸支されており、荷重レバー３の一端側の下面に圧子４を備えている。また、荷重レバー３の他端側の上面に第１フォースモータ６を備えている。

第１フォースモータ６は、例えば、フォースコイルとマグネットとにより構成されており、マグネットがつくる磁界とフォースコイルに流れる電流との電磁誘導に応じて発生する力を駆動力として用い、荷重レバー３を回動させて、荷重レバー３の一端側を押し下げたり、押し上げたりする。そして、第１フォースモータ６の駆動によって、荷重レバー３の一端側を押し下げるようにして、圧子４に荷重を負荷し、その圧子４を試料Ｓの表面に押し付けることが可能になっている。

また、荷重レバー３の一端側の上面には変位センサ可動部５ａが備えられており、この変位センサ可動部５ａは、荷重レバー３によって押し上げられたり押し下げられたりする圧子４と連動して上下に移動する。

基準レバー７は、荷重レバー３とほぼ同じ軸心を有するように回動軸７ａによって回動可能に軸支されており、基準レバー７の一端側の下面にロードセル９を備え、その下にコンタクタ８を着脱可能に備えている。また、基準レバー７の他端側の上面に第２フォースモータ１０を備えている。
なお、基準レバー７は、図２に示すように、上面視した際に、荷重レバー３の周囲を囲うように配されており、略枠形状を有している

第２フォースモータ１０は、例えば、フォースコイルとマグネットとにより構成されており、マグネットがつくる磁界とフォースコイルに流れる電流との電磁誘導に応じて発生する力を駆動力として用い、基準レバー７を回動させて、基準レバー７の一端側を押し下げたり、押し上げたりする。

また、基準レバー７の一端側の上面には、荷重レバー３の変位センサ可動部５ａが移動した際の変位量を検出する変位センサ固定部５ｂが備えられている。

例えば、変位センサ可動部５ａは、断面視略コ字形状を呈する電極板であり、変位センサ固定部５ｂは、略コ字形状を呈する変位センサ可動部５ａに挟まれるように離間して配される電極板である。そして、この変位センサ可動部５ａと変位センサ固定部５ｂとによって、圧子変位センサ５が構成される。
具体的には、圧子変位センサ５は、圧子４の移動量（変位量）を静電容量方式で計測するセンサであって、変位センサ可動部５ａと変位センサ固定部５ｂとの距離に応じて変化する電極板間の静電容量に基づき、圧子４の変位量を計測する。
つまり、圧子変位センサ５は、変位センサ固定部５ｂに対する変位センサ可動部５ａの変位を計測するようにして、圧子４の変位量を計測するようになっている。なお、圧子変位センサ５は、計測した圧子４の変位量に関するデータ（信号）を制御部２００に出力する。

コンタクタ８は、基準レバー７の一端側の下面に備えられており、荷重レバー３の一端側の下面に備えられている圧子４の先端部の位置基準となる部材である。
ロードセル９は、基準レバー７の一端側の下面に備えられており、圧子４が押し下げられる際に当接する基準レバー７の一端により押圧される押し付け力を測定し、基準レバー７が試料Ｓに押し付けられる荷重を測定するセンサである。このロードセル９は、測定した荷重に関するデータ（信号）を制御部２００に出力する。
なお、コンタクタ８は、圧子４を試料Ｓに押し付ける測定手法によっては、荷重レバー３の移動の妨げになることなどがあるので、その場合に取り外すことができるように、コンタクタ８は、基準レバー７の一端側の下面に着脱可能に配設されている。

エンコーダ１１は、基準レバー７が回動した際の変位量を検出するセンサである。このエンコーダ１１は、ロードセル９を用いない場合において、試験力が負荷され試料が沈み込むことによる支点７ａのねじり剛性による押し付け力の減少を補正するためのものである。
つまり、エンコーダ１１は、コンタクタ８が試料表面に当接した状態での基準レバー７の回転角を検出するようにして、試験力が負荷され試料が沈み込むことによる支点７ａのねじり剛性による押し付け力の減少を補正できるようにしている。なお、エンコーダ１１は、検出した基準レバー７の回転角に応じた基準レバー７の変位量に関するデータ（信号）を制御部２００に出力する。

ストッパ１２は、基準レバー７の基準位置を規定するように、基準レバー７の他端側上面に当接する部材である。
このストッパ１２は、例えば、マイクロメータヘッドからなり、送りねじを回すことで高さ調整が可能となっている。つまり、ストッパ１２の高さ調整を行うことによって、ストッパ１２に当接する基準レバー７の回動角度を調節したり、ストッパ１２が基準レバー７に当接しないように調節したりすることができる。

表示部３００は、例えば、液晶表示パネルであって、制御部２００から入力される表示信号に従って、試験結果等、各種表示画面の表示処理を行う。

操作部４００は、例えば、キーボードなどの操作キー群であって、ユーザにより操作されると、その操作に伴う操作信号を制御部２００に出力する。なお、操作部４００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や、リモートコントローラなど、その他の操作装置を備えるようにしてもよい。
そして、この操作部４００は、ユーザが試料Ｓの押込み試験を行う指示入力を行う際に操作される。

制御部２００は、図３に示すように、ＣＰＵ２１０と、ＲＡＭ２２０と、記憶部２３０を備えている。そして、制御部２００は、システムバスなどを介して、ＸＹＺステージ２ａ、第１フォースモータ６、圧子変位センサ５、第２フォースモータ１０、エンコーダ１１、表示部３００、操作部４００等と接続している。

ＣＰＵ２１０は、例えば、記憶部２３０に記憶されている押込み試験機用の各種処理プログラムに従って、各種制御処理を行う。

ＲＡＭ２２０は、例えば、ＣＰＵ２１０によって実行される処理プログラムなどを展開するためのプログラム格納領域や、入力データや処理プログラムが実行される際に生じる処理結果などを格納するデータ格納領域などを備えている。

記憶部２３０は、例えば、押込み試験機１００で実行可能なシステムプログラムや、そのシステムプログラムで実行可能な各種処理プログラム、これら各種処理プログラムを実行する際に使用されるデータ、ＣＰＵ２１０によって演算処理された各種処理結果のデータなどを記憶する。なお、プログラムは、コンピュータが読み取り可能なプログラムコードの形で記憶部２３０に記憶されている。

具体的には、記憶部２３０は、例えば、試料表面基準測定プログラム２３２と、荷重調整プログラム２３３と、機枠基準測定プログラム２３４と、機枠歪量取得プログラム２３５と、相関関数取得プログラム２３６と、補正押込み深さ量取得プログラム２３７等を記憶している。

試料表面基準測定プログラム２３２は、圧子４の先端部とコンタクタ８を試料表面に当接させた状態から荷重レバー３を回動させて、その圧子４を試料Ｓに押し付けた際の第１の押し込み深さ量を、変位センサ固定部５ｂが変位センサ可動部５ａの変位量を検出することによって測定する機能をＣＰＵ２１０に実現させるプログラムである。
つまり、ＣＰＵ２１０が試料表面基準測定プログラム２３２を実行することにより、第１フォースモータ６を駆動させて荷重レバー３を回動させ、その荷重レバー３に備えられている圧子４を試料Ｓに押し付けた際の第１の押し込み深さ量を、圧子変位センサ５により計測される圧子４の変位量を検出することによって測定する試料表面基準測定手段として機能する。
具体的には、図４（ａ）に示すように、ストッパ１２を基準レバー７から離した配置に調節し、コンタクタ８が試料Ｓに当接した状態から圧子４を試料Ｓに押し付けて、その押し込み深さ量を測定する。
なお、試料表面基準測定手段としてのＣＰＵ２１０が、圧子４の先端部とコンタクタ８を試料表面に当接させた状態から荷重レバー３を回動させて、その圧子４を試料Ｓに押し付けた際に第１の押し込み深さ量を計測する手法は、圧子４の変位の基準を試料Ｓの表面にする試料表面基準型の測定手法に相当するので、この試料表面基準測定手段としてのＣＰＵ２１０により測定された第１の押し込み深さ量に相当する圧子４の変位量には、機枠歪量が含まれていない。
また、圧子４を試料Ｓに向けて下降させた際に、圧子４が試料Ｓに接触する前と、接触した後では下降変位量が異なり、その下降変位量が変化したポイントが圧子４と試料Ｓの接触点であるので、その接触点以降の変位量が押し込み深さ量として計測される。

荷重調整プログラム２３３は、試料表面基準測定手段としてのＣＰＵ２１０が、第１の押し込み深さ量を測定する間、コンタクタ８を試料Ｓに押し付ける荷重を一定に調整する機能をＣＰＵ２１０に実現させるプログラムである。
つまり、ＣＰＵ２１０が荷重調整プログラム２３３を実行することにより、第２フォースモータ１０の出力を調節するようにして、基準レバー７の駆動を調整し、コンタクタ８を試料Ｓに押し付ける荷重を一定に調整する荷重調整手段として機能する。
具体的には、荷重調整手段としてのＣＰＵ２１０は、ロードセル９により測定される、基準レバー７がコンタクタ８を押し下げる際の押し付け力であって、コンタクタ８が試料Ｓに押し付けられる荷重が一定になるように、基準レバー７の回動を調整し、コンタクタ８を試料Ｓに押し付ける際の荷重を一定に調整する。

機枠基準測定プログラム２３４は、圧子基準部であるコンタクタ８を取り外し、基準レバー７をストッパ１２に当接させた状態から、荷重レバー３を回動させて、圧子４を試料Ｓに押し付けた際の第２の押し込み深さ量を測定する機能をＣＰＵ２１０に実現させるプログラムである。
つまり、ＣＰＵ２１０が機枠基準測定プログラム２３４を実行することにより、第１フォースモータ６と第２フォースモータ１０を駆動させて、荷重レバー３を回動させ、荷重レバー３に備えられている圧子４を試料Ｓに押し付けた際の第２の押し込み深さ量を、圧子変位センサ５により計測される圧子４の変位量を検出することによって測定する機枠基準測定手段として機能する。
具体的には、図４（ｂ）に示すように、ストッパ１２が基準レバー７に当接する配置に調節し、コンタクタ８を試料Ｓの表面から離間させた状態から圧子４を試料Ｓに押し付けて、その押し込み深さ量を測定する。なお、この図４（ｂ）においては、コンタクタ８と試料Ｓの距離間隔を示すために、コンタクタ８が取り付けられている状態を図示して説明している。コンタクタ８を取り外した状態であっても、ストッパ１２や基準レバー７の配置はこの図と同様となる。
なお、機枠基準測定手段としてのＣＰＵ２１０が、コンタクタ８を取り外し、基準レバー７をストッパ１２に当接させた状態から荷重レバー３を回動させた際の変位量は圧子４の変位量に相当する。そして、この機枠基準測定手段としてのＣＰＵ２１０による第２の押し込み深さ量を計測する手法は、機枠歪量が含まれてしまっている。

機枠歪量取得プログラム２３５は、機枠基準測定手段としてのＣＰＵ２１０により測定された第２の押し込み深さ量から、試料表面基準測定手段としてのＣＰＵ２１０により測定された第１の押し込み深さ量を減算することによって、押込み試験機１００の機枠歪量を取得する機能をＣＰＵ２１０に実現させるプログラムである。
つまり、ＣＰＵ２１０が機枠歪量取得プログラム２３５を実行することにより、機枠基準測定手段としてのＣＰＵ２１０により測定された第２の押し込み深さ量に相当し、機枠歪量が含まれている圧子４の変位量から、試料表面基準測定手段としてのＣＰＵ２１０により測定された第１の押し込み深さ量に相当し、機枠歪量が含まれていない圧子４の変位量を減算する処理を行うことで、押込み試験機１００の機枠歪量を取得する機枠歪量取得手段として機能する。
なお、機枠歪量取得手段としてのＣＰＵ２１０が取得した機枠歪量に関するデータは、ＲＡＭ２２０や、所定のメモリ（例えば、半導体メモリ、ＥＥＰＲＯＭ）に記憶される。

相関関数取得プログラム２３６は、機枠歪量取得手段としてのＣＰＵ２１０により取得された機枠歪量であって、様々な荷重で圧子４を試料Ｓに押し付けた際の、荷重毎の機枠歪量を取得して、荷重と機枠歪量との相関関数を取得する機能をＣＰＵ２１０に実現させるプログラムである。
つまり、ＣＰＵ２１０が相関関数取得プログラム２３６を実行することにより、様々な荷重で圧子４を試料Ｓに押し付けた際の、荷重に対する機枠歪量をグラフにプロットするようにして（図５参照）、荷重と機枠歪量との相関関数を取得する相関関数取得手段として機能する。
なお、相関関数取得手段としてのＣＰＵ２１０が取得した相関関数に関するデータは、ＲＡＭ２２０や、所定のメモリ（例えば、半導体メモリ、ＥＥＰＲＯＭ）に記憶される。

補正押込み深さ量取得プログラム２３７は、相関関数取得手段としてのＣＰＵ２１０により取得された相関関数に基づき、機枠基準測定手段としてのＣＰＵ２１０により測定された任意の荷重における第２の押し込み深さ量から、その押し込み深さ量測定時の荷重に対応する機枠歪量を減算して、補正された押し込み深さ量を取得する機能をＣＰＵ２１０に実現させるプログラムである。
つまり、ＣＰＵ２１０が補正押込み深さ量取得プログラム２３７を実行することによって、相関関数取得手段としてのＣＰＵ２１０により取得された相関関数に基づき、機枠基準測定手段としてのＣＰＵ２１０による第２の押し込み深さ量の測定時の荷重に対応する機枠歪量を得て、その第２の押し込み深さ量から機枠歪量を減算することで、補正された押し込み深さ量を取得する補正押込み深さ量取得手段として機能する。

次に、本発明に係る押込み試験機１００による押込み試験方法について、図６に示すフローチャートに基づき説明する。

まず、押込み試験機１００の試料保持台２に載置された試料Ｓの表面に、圧子４の先端部とコンタクタ８が接触する位置まで、荷重レバー３と基準レバー７を回動させ、更に、荷重レバー３のみを回動させることで圧子４を試料Ｓに押し付け、その圧子４を押し付けた際の第１の押し込み深さ量である、試料表面基準測定手法に応じた圧子４の変位量を、圧子変位センサ５によって検出する（ステップＳ１；試料表面基準測定工程）。
つまり、コンタクタ８が試料Ｓの表面に当接した状態で動かない基準レバー７に備えられている圧子変位センサ５の変位センサ固定部５ｂが、回動する荷重レバー３に備えられている変位センサ可動部５ａの変位を計測することで、ＣＰＵ２１０が、圧子４の変位量を測定するようになっている。
なお、ステップＳ１においては、様々な荷重で圧子４を試料Ｓに押し付けた際の第１の押し込み深さ量である圧子４の変位量を測定し、その荷重に対応付けて試料表面基準測定手法に応じた圧子４の変位量を所定のメモリに記憶するようになっている。

次いで、基準レバー７からコンタクタ８を取り外した状態で、試料保持台２に載置された試料Ｓに対して、基準レバーをストッパに当接させた状態から荷重レバー３を回動させて、圧子４を試料Ｓに押し付けた際の第２の押し込み深さ量である、機枠基準測定手法に応じた圧子４の変位量を、圧子変位センサ５によって検出する（ステップＳ２；機枠基準測定工程）。
なお、ステップＳ２においては、様々な荷重で圧子４を試料Ｓに押し付けた際の第２の押し込み深さ量である圧子４の変位量を測定し、その荷重に対応付けて機枠基準測定手法に応じた圧子４の変位量を所定のメモリに記憶するようになっている。

そして、ＣＰＵ２１０は、機枠基準測定手法に応じてＣＰＵ２１０により測定された第２の押し込み深さ量に相当する圧子４の変位量から、試料表面基準測定手法に応じてＣＰＵ２１０により測定された第１の押し込み深さ量に相当する圧子４の変位量を減算することによって、押込み試験機１００の機枠歪量を取得する（ステップＳ３；機枠歪量取得工程）。
なお、ここでは、ステップＳ１とステップＳ２において測定して得られた様々な荷重に対応する第１の押し込み深さ量と第２の押し込み深さ量に基づき、様々な荷重毎の機枠歪量を算出して取得するようになっている。

次いで、ＣＰＵ２１０は、取得した荷重毎の機枠歪量を荷重に対してグラフにプロットするようにして（図５参照）、荷重と機枠歪量との相関関数を取得する（ステップＳ４；相関関数取得工程）。
この荷重と機枠歪量との相関関数を取得することによって、任意の荷重に対する機枠歪量を取得することが可能になる。

次いで、ＣＰＵ２１０は、任意の荷重において第２の押し込み深さ量に相当する圧子４の変位量を測定し、その任意の荷重に対応する機枠歪量をステップＳ４において得られた相関関数から求めて、測定された機枠基準測定手法における圧子４の変位量から機枠歪量を減算することで、補正された押し込み深さ量を算出し取得する（ステップＳ５；補正押し込み深さ量取得工程）。
なお、ＣＰＵ２１０によって取得された、補正された押し込み深さ量は、測定結果として表示部３００に表示される。

以上のように、本発明に係る押込み試験機１００は、荷重レバー３と基準レバー７を備え、試料表面基準測定手法に応じた圧子４の変位量（第１の押し込み深さ量）と、機枠基準測定手法に応じた圧子４の変位量（第２の押し込み深さ量）とを測定することができるので、各変位量の差分（「第２の押し込み深さ量」−「第１の押し込み深さ量」）を算出することによって、押込み試験機１００の機枠歪量を求めることができる。
そして、様々な荷重で圧子４を試料Ｓに押し付けた際の、荷重毎の機枠歪量を取得し、荷重と機枠歪量との相関関数を取得することによって、その相関関数に基づき任意の荷重に対する機枠歪量を取得することが可能になる。そして、任意の荷重において測定された第２の押し込み深さ量に相当する圧子４の変位量から、その押し込み深さ量測定時の荷重に対応する機枠歪量を減算することによって、補正された押し込み深さ量を算出して取得することができる。

このように、この押込み試験機１００による押込み試験方法によって、機枠基準測定手法に応じた圧子４の変位量（第２の押し込み深さ量）から試料表面基準測定手法に応じた圧子４の変位量（第１の押し込み深さ量）を減算することで、適正な機枠歪量を取得することができ、また、得られた相関関数に基づき任意の荷重に対する適正な機枠歪量を取得することが可能になる。
従って、この押込み試験機１００による押込み試験方法によって、適正な機枠歪量を取得することが可能になり、その適正な機枠歪量に基づき、補正された押し込み深さ量を取得することができる。そして、その補正された押し込み深さ量を取得するようにして、機枠歪量の影響を排除した押し込み深さ量の測定を行うことが可能になるので、より正確に試料Ｓの硬さなどの物性値の測定を行うことが可能になる。

なお、本発明は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、図７に示すように、押込み試験機１００の圧子として、試料Ｓを塑性変形させずに弾性変形させることを可能にする補正用圧子４ａを配設するようにしてもよい。
この補正用圧子４ａとしては、例えば、図７に示すように、先端部の曲率が大きな球面形状を有する圧子を用いることができる。
このように、試料Ｓを弾性変形させる補正用圧子４ａを用いて、試料Ｓの弾性変形域での押し込み試験を行う場合、図８に示すように、試料Ｓが塑性変形してしまうことによる荷重負荷時と荷重除荷時の測定ぶれの影響を排除することができるので、機枠基準の変位量から試料表面基準の変位量の差分を算出することによって、より正確な機枠歪量を取得することができ、より正確に試料Ｓの測定を行うことが可能になる。

また、以上の実施の形態において、機枠基準測定プログラム２３４は、圧子基準部であるコンタクタ８を取り外し、基準レバー７をストッパ１２に当接させた状態から、荷重レバー３を回動させて、圧子４を試料Ｓに押し付けた際の第２の押し込み深さ量を測定する機能をＣＰＵ２１０に実現させるプログラムであるとし、機枠基準測定手段としてのＣＰＵ２１０は、コンタクタ８を取り外した状態で、圧子４を試料Ｓに押し付けた際の第２の押し込み深さ量を測定するとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、コンタクタ８を基準レバー７に取り付けたままの状態で、その基準レバー７をストッパ１２に当接させた状態から荷重レバー３を回動させた際の第２の押し込み深さ量を測定する手法による試験を実行するようにしてもよい。
なお、コンタクタ８を取り外さない手法での第２の押込み深さ量の測定は、コンタクタ８が試料表面に当接しない状態（位置）に基準レバー７をストッパ１２に当接させた状態から荷重レバー３を回動させて、圧子４を試料Ｓに押し付けることで行われる。

また、以上の実施の形態においては、基準レバーの押付け荷重の調整手段としてロードセル９を用いる手法とエンコーダを用いる方法を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
また、例えば、支点をナイフエッジとして、基準レバー７のＸＹ方向の重心を回転中心に一致させておくことによって、基準レバー７の姿勢が変わって押し付け力が一定となるようにしてもよい。この方法では、支点にばねを用いていないので、ねじり剛性による押し付け力の変化がない。

また、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

本発明に係る押込み試験機を一部断面視した側面図である。押込み試験機のレバー部分を示す上面図である。本発明に係る押込み試験機の要部構成を示すブロック図である。押込み試験機の要部拡大図であり、試料表面基準測定時の配置（ａ）と、機枠基準測定時の配置（ｂ）を示している。荷重と機枠歪量の相関関数の一例を示す説明図である。本発明に係る押込み試験機による押込み試験方法に関する主要工程を示すフローチャートである。補正用圧子を示す側面図（ａ）と、補正用圧子の先端部分の拡大図（ｂ）である。試料の弾性変形域で押し込み試験を行い、荷重負荷時と荷重除荷時の測定ぶれの影響を排除した場合の機枠歪量に関する説明図である。

符号の説明

１試験機本体
２試料保持台
３荷重レバー
４圧子
５圧子変位センサ
５ａ変位センサ可動部（圧子連動部）
５ｂ変位センサ固定部（圧子位置検出部）
６第１フォースモータ（荷重レバー駆動部）
７基準レバー
８コンタクタ（圧子基準部）
９ロードセル
１０第２フォースモータ（基準レバー駆動部）
１１エンコーダ
１２ストッパ
１００押込み試験機
２００制御部
２１０ＣＰＵ（試料表面基準測定手段、荷重調整手段、機枠基準測定手段、機枠歪量取得手段、相関関数取得手段、補正押込み深さ量取得手段）
２２０ＲＡＭ
２３０記憶部
２３２試料表面基準測定プログラム
２３３荷重調整プログラム
２３４機枠基準測定プログラム
２３５機枠歪量取得プログラム
２３６相関関数取得プログラム
２３７補正押込み深さ量取得プログラム
３００表示部
４００操作部
Ｓ試料
４ａ補正用圧子

Claims

回動可能に軸支される荷重レバーと、その荷重レバーの一端側における、その下面に備えられる圧子と、その上面に備えられ前記圧子と連動する圧子連動部と、前記荷重レバーの他端側に備えられ当該荷重レバーを回動させる荷重レバー駆動部と、
前記荷重レバーとほぼ同じ軸心を有するように回動可能に軸支される基準レバーと、その基準レバーの一端側における、その下面に備えられ前記圧子の先端部の位置基準となる圧子基準部と、その上面に備えられ前記圧子連動部の変位量を検出する圧子位置検出部と、前記基準レバーの他端側に備えられ当該基準レバーを回動させる基準レバー駆動部と、
前記圧子基準部が試料表面に対する所定位置となるように、前記基準レバーを停止させるストッパと、
を備え、
前記圧子基準部を試料表面に当接させた状態から前記荷重レバーを回動させて、試料表面に当接させた前記圧子を前記試料に押し付けた際の第１の押し込み深さ量を、前記圧子位置検出部が前記圧子連動部の変位量を検出することによって測定する試料表面基準測定手段と、
前記基準レバーをストッパに当接させ、前記圧子基準部を試料表面から離間させた状態から前記荷重レバーを回動させて、試料表面に当接させた前記圧子を前記試料に押し付けた際の第２の押し込み深さ量を測定する機枠基準測定手段と、
を備えることを特徴とする押込み試験機。
前記圧子基準部は、前記基準レバーの下面に着脱可能に備えられていることを特徴とする請求項１に記載の押込み試験機。
前記試料表面基準測定手段が、前記第１の押し込み深さ量を測定する間、前記圧子基準部を前記試料に押し付ける荷重を一定に調整する荷重調整手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の押込み試験機。
請求項１〜３の何れかに記載の押込み試験機における押込み試験方法であって、
前記機枠基準測定手段により測定された第２の押し込み深さ量から、前記試料表面基準測定手段により測定された第１の押し込み深さ量を減算することによって、当該押込み試験機の機枠歪量を取得する機枠歪量取得工程と、
前記機枠歪量取得工程において、前記圧子を前記試料に押し付ける荷重毎の機枠歪量を取得して、荷重と機枠歪量との相関関数を取得する相関関数取得工程と、
前記相関関数取得工程において取得された前記相関関数に基づき、前記機枠基準測定手段により測定された任意の荷重における第２の押し込み深さ量から、その押し込み深さ量測定時の荷重に対応する機枠歪量を減算して、補正された押し込み深さ量を取得する補正押込み深さ量取得工程と、
を備えることを特徴とする押込み試験方法。
前記機枠歪量取得工程において前記機枠歪量を取得する際、前記押込み試験機に、前記試料を弾性変形させる補正用圧子を配設し、その補正用圧子を試料に押し付けることで、前記機枠基準測定手段における前記レバー位置検出部が検出した前記基準レバーの変位量から、前記試料表面基準測定手段における前記圧子位置検出部が検出した前記圧子連動部の変位量を減算することによって、当該押込み試験の機枠歪量を取得することを特徴とする請求項４に記載の押込み試験方法。