JP2018119900A

JP2018119900A - 硬さ試験機及び硬さ試験方法

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Publication number: JP2018119900A
Application number: JP2017012750A
Authority: JP
Inventors: 正治辻井; Masaharu Tsujii; 聡子森; Satoko Mori; 貴幸山田; Takayuki Yamada
Original assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date: 2017-01-27
Filing date: 2017-01-27
Publication date: 2018-08-02
Anticipated expiration: 2037-01-27
Also published as: US20180217040A1; JP6836408B2; DE102018200839A1; US10495557B2; CN108362591A

Abstract

【課題】圧子交換時期の判断をより正確に行えるようにして、メンテナンス性を格段に向上させることが可能な硬さ試験機及び硬さ試験方法を提供する。【解決手段】くぼみの形成に伴い、試料Ｓの材料特性値を測定する測定手段（ＣＰＵ１１）と、測定手段により測定された試料Ｓの材料特性値に係る測定データを取得する取得手段（ＣＰＵ１１）と、取得手段により取得された測定データに基づいて所定の材料特性値を累積し、累積された材料特性値に基づいて圧子３の交換時期を判断する判断手段（ＣＰＵ１１）と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、硬さ試験機及び硬さ試験方法に関する。

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、当該くぼみ形成時の押込み深さ（圧子の変位量）を変位計によって計測し、その変位量と圧子に負荷する試験力との関係から、試料の硬さ等の材料特性値を測定する硬さ試験機が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
上記の硬さ試験機を利用して、ナノインデンテーションなどの圧子の押込み深さを評価する材料試験方法（計装化押込み試験）では、圧子が試料に押し込まれた深さを動的に計測することで上記の材料特性値を算出するため、摩耗等による圧子の先端形状の変化が算出結果に悪影響を及ぼさぬよう、圧子の先端形状の管理が重要である。

特開２０１３−０１９８６２号公報特許４９４２５７９号公報

ところで、上記従来の技術では、硬さ試験機を制御するシステム側で試験回数を記録するようにし、圧子の交換時期は全てユーザーの判断に委ねていた。例えば、記録された試験回数が所定の設定値を超えた場合は圧子交換時期と判断するようにし、更に硬さ基準片で試験を実施して硬さ値の変化（増加）が確認された場合に、圧子の交換を実施していた。
しかしながら、上記従来の技術では、圧子交換時期の判断をユーザーが行う必要があるため、手間が生じていた。また、ユーザーごとに異なる判断が行われるおそれがあるため、圧子交換時期の判断を正確に行うことが難しいという課題があった。

本発明は、圧子交換時期の判断をより正確に行えるようにして、メンテナンス性を格段に向上させることが可能な硬さ試験機及び硬さ試験方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、
圧子に所定の試験力を負荷して試料の表面に押し込んでくぼみを形成する硬さ試験機において、
前記くぼみの形成に伴い、前記試料の材料特性値を測定する測定手段と、
前記測定手段により測定された前記試料の材料特性値に係る測定データを取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された測定データに基づいて所定の前記材料特性値を累積し、前記累積された材料特性値に基づいて前記圧子の交換時期を判断する判断手段と、
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、
前記測定手段は、前記くぼみ形成時の押込み深さを計測し、その押込み深さと前記圧子に負荷する試験力との関係から、前記試料の材料特性値を測定し、
前記判断手段は、前記測定データに基づいて押込み中に生じる機械的仕事量を算出し、前記算出された機械的仕事量を硬さ値ごとに累積し、前記硬さ値ごとに累積された機械的仕事量に基づいて前記圧子の交換時期を判断す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に記載の硬さ試験機において、
前記判断手段により前記圧子の交換時期であると判断された場合に、前記圧子の交換を促す旨の警告を表示手段に表示させる表示制御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のいずれか一項に記載の硬さ試験機において、
前記判断手段は、前記試料の材料特性値を測定する回数である試験回数が設定値を超えている場合に、前記圧子の交換時期であると判断し、前記試験回数が設定値を超えていない場合に、前記取得手段により取得された測定データに基づいて前記圧子の交換時期を判断することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、
圧子に所定の試験力を負荷して試料の表面に押し込んでくぼみを形成する硬さ試験機の硬さ試験方法において、
前記くぼみの形成に伴い、前記試料の材料特性値を測定する測定工程と、
前記測定工程で測定された前記試料の材料特性値に係る測定データを取得する取得工程と、
前記取得工程で取得された測定データに基づいて、前記圧子の交換時期を判断する判断工程と、
を含む硬さ試験方法である。

本発明によれば、圧子交換時期の判断をより正確に行うことが可能となり、メンテナンス性を格段に向上させることができる。

本発明に係る硬さ試験機の全体構成を示す側面図である。本発明に係る硬さ試験機の制御構造を示すブロック図である。圧子を側方からみた断面図である。押込み曲線の一例を示す図である。本実施形態に係る硬さ試験機の動作を示すフローチャートである。押込み中に生じる機械的仕事量の算出方法の一例を示す図である。測定された硬さ値ごとに累積された機械的仕事量の一例を示す図である。圧子交換目安曲線の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

［１．構成の説明］
本実施形態に係る硬さ試験機１００は、圧子３に負荷する荷重（試験力）と圧子３の変位量（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。
硬さ試験機１００は、図１及び図２に示すように、各構成部材が配設される試験機本体１と、試験機本体１を統括的に制御する制御部１０と、を備えて構成されている。

試験機本体１は、くぼみ形成機構として、試料ＳをＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させるＸＹＺステージ２と、試料Ｓにくぼみを形成する圧子３を一端に有する荷重レバー４と、荷重レバー４に所定の荷重を負荷する荷重負荷部５と、圧子３の変位量を検出する変位計６と、試料Ｓの表面に形成されたくぼみ等を撮影する撮影部７と、表示部８と、操作部９と、を備えて構成されている。

ＸＹＺステージ２は、制御部１０から入力される制御信号に従って、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向（すなわち、水平方向及び垂直方向）に移動するよう構成されている。試料Ｓは、ＸＹＺステージ２によって前後左右及び上下に移動されて、圧子３に対する位置が調整されるようになっている。
また、ＸＹＺステージ２は、試験測定中に上面に載置された試料Ｓがずれないように、試料保持台２ａにより試料Ｓを保持している。

試料Ｓとしては、例えば、ＤＬＣ、シリコンゴム、天然ゴム等を用いることができる。すなわち、本実施形態に係る硬さ試験機１００は、蒸着膜、半導体材料などの薄膜、表面処理層、各種プラスチック、各種ゴム、微細繊維、ガラス、セラミックスなどの脆性材料、微小電子部品等に対して測定を行うことができる。

圧子３は、試料Ｓの載置されるＸＹＺステージ２の上方に上下移動可能に備えられている。圧子３は、所定の荷重が負荷されて、試料Ｓの上面（試験面）に対して垂直に圧子本体３１の下端部（先端部）が押し込まれ、その際に、当該試料Ｓの上面にくぼみを形成するものである。

圧子３は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、先端部から試料Ｓに押し込まれる圧子本体３１と、圧子本体３１が圧入されて当該圧子本体３１を保持する保持部３２と、を備えて構成されている。

圧子本体３１は、その先端部が、例えば、ビッカース、ベルコビッチ、ロックウェル、ヌープ、ブリネル等の各種圧子の規定の形状に形成されている。本実施形態では、圧子本体３１として、ベルコビッチ圧子を用いている。ベルコビッチ圧子は、三角錐ダイヤモンド圧子である。ベルコビッチ圧子は、圧子中心軸に対する面角が６５．０３°となっており、押込み深さ方向に対する圧子表面積の比がビッカース圧子と等しくなっている。三角錐は、四角錐に比べ、先端を１点に集中させやすい（すなわち、尖らせやすい）という特徴を有している。本実施形態に係る硬さ試験機１００は、微小な押込み深さを測定する試験機であり、圧子先端の僅かな形状の差が試験結果に大きく影響を及ぼすことから、本実施形態では三角錐圧子であるベルコビッチ圧子を用いるようにしている。
かかる圧子本体３１は、その後端部（上端部）が保持部３２に圧入されることで、保持部３２に着脱可能に保持される。圧子本体３１は、保持部３２に対して着脱可能であるため、圧子本体３１の先端が摩耗や破損した場合などに、圧子本体３１のみを交換することができる。

保持部３２は、その内部に圧子本体３１の後端部を収容可能な空間を有する筒状部材である。保持部３２は、その下端部から圧子本体３１の後端部が圧入される。
保持部３２の上端部は、圧子本体３１が保持部３２に保持された状態において、ネジなどにより圧子軸３ａに着脱可能に固定される。

荷重レバー４は、略棒状に形成されており、中央部付近が十字バネ４ａを介して台座上に回動可能に固定されている。
荷重レバー４の一端には、試料保持台２ａ上に載置された試料Ｓの上方から試料Ｓに対して接離自在に設けられ、試料Ｓの表面に押し付けて試料Ｓの表面にくぼみを形成する圧子３が設けられている。
また、荷重レバー４の他端には、荷重負荷部５を構成するフォースコイル５ａが設けられている。

荷重負荷部５は、フォースモータであり、荷重レバー４に取り付けられたフォースコイル５ａと、フォースコイル５ａに対向するように固定された固定磁石５ｂと、を備えて構成されている。
荷重負荷部５は、制御部１０から入力される制御信号に従って、固定磁石５ｂがギャップにつくる磁界と、ギャップの中に設置されたフォースコイル５ａ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、荷重レバー４を回動させる。これにより、荷重レバー４の圧子３側の端部が下方に移動して、圧子３が試料Ｓに押し込まれることになる。

変位計６は、静電容量式変位センサであり、荷重レバー４の圧子３側の端部に設けられた可動極板６ａと、可動極板６ａと対向するように固定された固定極板６ｂと、を備えて構成されている。
変位計６は、可動極板６ａと固定極板６ｂとの間の静電容量の変化を検出することによって、圧子３が試料Ｓにくぼみを形成する際に移動した変位量（圧子３を試料Ｓに押し込んだ際の押込み深さ）を検出し、この検出した変位量に基づく変位信号を制御部１０に出力する。
なお、変位計６として、静電容量式変位センサを例示したが、これに限定されるものではなく、例えば、光学式変位センサやうず電流式変位センサであってもよい。

撮影部７は、カメラ等を備えて構成され、制御部１０から入力される制御信号に従って、例えば、試料保持台２ａ上において、圧子３により試料Ｓの表面に形成されたくぼみ等を撮影する。

表示部（表示手段）８は、例えば、液晶表示パネルであり、制御部１０から入力される制御信号に従って、撮影部７により撮影された試料Ｓの表面画像や各種試験結果等を表示する処理を行う。

操作部９は、例えば、キーボードなどの操作キー群であって、ユーザーによる操作を受け付けると、その操作に伴う操作信号を制御部１０に出力する。なお、操作部９は、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。
この操作部９は、ユーザーが試料Ｓの硬さ試験を行う指示入力を行う際や、圧子３に負荷する試験力、すなわち、荷重を設定する際などに操作される。

制御部１０は、ＣＰＵ１１と、ＲＡＭ１２と、記憶部１３と、を備えて構成され、システムバスなどを介して、ＸＹＺステージ２、圧子３、荷重負荷部５、変位計６、撮影部７、表示部８、操作部９等と接続されている。

ＣＰＵ１１は、記憶部１３に記憶されている硬さ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。
ＲＡＭ１２は、ＣＰＵ１１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１３は、硬さ試験機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、ＣＰＵ１１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、各プログラムは、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１３に記憶されている。

例えば、ＣＰＵ１１は、ユーザーが操作部９に対して試料Ｓの硬さ試験を行う指示入力を行うと、圧子３に所定の荷重を負荷し、試料Ｓの表面に押込んでくぼみを形成し、かかるくぼみの形成時の圧子３の変位量（押込み深さ（ｈ））と圧子３に負荷された試験力（Ｆ）とを検出した押込み曲線を計測する（計装化押込み試験）。押込み曲線は、図４に示すように、くぼみの形成時において、設定した最大試験力（Ｆｍａｘ）に到達するまで圧子３に負荷する荷重を漸増させ（荷重負荷工程）、その工程にて荷重負荷曲線を計測するとともに、圧子３に負荷された荷重が最大試験力に到達した後、圧子３に負荷する荷重を漸減させ（荷重除荷工程）、その工程にて荷重除荷曲線を計測することで得られるものである。

［２．動作の説明］
次に、本実施形態に係る硬さ試験機１００の動作について、図５のフローチャートを参照して説明する。なお、図５では、表面と内部の硬さが均一である（すなわち、表面硬化していない）試料Ｓの測定を行う場合を例示して説明する。

まず、制御部１０のＣＰＵ１１は、試料Ｓの硬さ等の材料特性値の測定を開始する（ステップＳ１０１：測定工程）。本実施形態では、圧子３に所定の荷重を負荷し、試料Ｓの表面に押込んでくぼみを形成し、かかるくぼみの形成時の圧子３の変位量（押込み深さ（ｈ））と圧子３に負荷された試験力（Ｆ）とを検出した押込み曲線を計測する計装化押込み試験を開始する。すなわち、ＣＰＵ１１は、本発明の測定手段として機能する。

次に、ＣＰＵ１１は、ステップＳ１０１で測定を開始した試料Ｓの材料特性値に係る測定データを取得する（ステップＳ１０２：取得工程）。具体的には、ＣＰＵ１１は、図４に示す押込み曲線を取得する。すなわち、ＣＰＵ１１は、本発明の取得手段として機能する。
次に、ＣＰＵ１１は、硬さ試験（計装化押込み試験）の試験回数を更新する（ステップＳ１０３）。具体的には、ＣＰＵ１１は、硬さ試験の試験回数に１を加算する。硬さ試験の試験回数は、例えば、記憶部１３に記憶される。

次に、ＣＰＵ１１は、ステップＳ１０２で取得した測定データを解析する（ステップＳ１０４）。例えば、ＣＰＵ１１は、押込み曲線に基づいて、押込み中に生じる機械的仕事量Ｗｔを算出する。押込み中に生じる機械的仕事量Ｗｔは、弾性変形による押込み仕事量Ｗｅと塑性変形による押込み仕事量Ｗｐの和（Ｗｔ＝Ｗｅ＋Ｗｐ）となっている。Ｗｐは、図６の点Ｂ、Ｇ、Ｊを通る曲線で囲まれた部分の面積である。Ｗｅは、図６の点Ｊ、Ｇを通る曲線と点Ｈで囲まれた部分の面積である。したがって、Ｗｔは、点Ｂ、Ｇを通る曲線と点Ｈで囲まれた部分の面積となる。

次に、ＣＰＵ１１は、測定された硬さ値ごとに、押込み中に生じる機械的仕事量Ｗｔを累積する（ステップＳ１０５）。ここで、押込み中に生じる機械的仕事量Ｗｔは、試験力や試料Ｓの硬さに応じて変化する。例えば、試料Ｓの硬さが同一であれば、押込み中に生じる機械的仕事量Ｗｔは試験力に比例する。しかしながら、硬さが異なる試料Ｓでは、柔らかい試料Ｓほど押込み深さが増加するため、押込み中に生じる機械的仕事量Ｗｔは大きな値となる。したがって、押込み中に生じる機械的仕事量Ｗｔは、硬さ値ごとの累積として管理する必要が生じる。このように、押込み中に生じる機械的仕事量Ｗｔを硬さ値ごとに管理することで、圧子３がどのような使われ方をしたのかを確認することができる。図７に、測定された硬さ値ＨＭごとに累積された機械的仕事量Ｗｔの一例を示す。図７に示す例では、硬さ値ＨＭが１００の場合と比べ、硬さ値ＨＭが２００の場合は累積された機械的仕事量Ｗｔが大きく、硬さ値ＨＭが３００の場合は累積された機械的仕事量Ｗｔが小さくなっている。

次に、ＣＰＵ１１は、試験回数が設定値を超えているか否かを判定する（ステップＳ１０６）。設定値は、ユーザーにより適宜任意に設定可能であるが、圧子３の損耗が目立って測定に支障が生じるタイミングに設定されることが好ましい。
ＣＰＵ１１は、試験回数が設定値を超えていると判定した場合（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、圧子３を交換する必要があると判断し、ステップＳ１０８へと移行する。
一方、ＣＰＵ１１は、試験回数が設定値を超えていない、すなわち、試験回数が設定値以下であると判定した場合（ステップＳ１０６：ＮＯ）、圧子３を交換する必要があるか否か精査する必要があると判断し、次のステップＳ１０７へと移行する。

次に、ＣＰＵ１１は、ステップＳ１０５で硬さ値ＨＭごとに累積された機械的仕事量Ｗｔが、圧子３の交換時期の目安を示す曲線（圧子交換目安曲線）を超えているか否かを判定する（ステップＳ１０７：判断工程）。具体的には、ＣＰＵ１１は、硬さ値ＨＭごとに累積された機械的仕事量Ｗｔのうち、少なくとも１つの硬さ値ＨＭにおいて、累積された機械的仕事量Ｗｔが圧子交換目安曲線を超えている場合に、圧子交換目安曲線を超えていると判定する。すなわち、ＣＰＵ１１は、本発明の判断手段として機能する。図８に、圧子交換目安曲線の一例を示す。図８では、硬さ値ＨＭが２００の場合に、累積された機械的仕事量Ｗｔが圧子交換目安曲線Ｌ１を超えている例が示されている。
ＣＰＵ１１は、累積された機械的仕事量Ｗｔが圧子交換目安曲線Ｌ１を超えていると判定した場合（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）、圧子３を交換する必要があると判断し、次のステップＳ１０８へと移行する。
一方、ＣＰＵ１１は、累積された機械的仕事量Ｗｔが圧子交換目安曲線Ｌ１を超えていない、すなわち、圧子交換目安曲線Ｌ１以下であると判定した場合（ステップＳ１０７：ＮＯ）、圧子３を交換する必要がないと判断し、ステップＳ１０１へと移行して再度材料特性値の測定を開始する。

次に、ＣＰＵ１１は、圧子３の交換を促す旨の警告（圧子交換警告）を表示部８に表示させる（ステップＳ１０８）。このとき、ＣＰＵ１１は、圧子３の交換を行うか否かをユーザーが選択できるような画面（ボタン等）を併せて表示させる。

次に、ＣＰＵ１１は、圧子３の交換を行うか否かを判定する（ステップＳ１０９）。具体的には、ＣＰＵ１１は、ステップＳ１０８で表示部８に表示させた圧子交換警告の表示画面において、ユーザーにより圧子３の交換を行う旨の操作（例えば、交換ボタンの押下操作等）を受け付けた場合に、圧子３の交換を行うと判定する。すなわち、ＣＰＵ１１は、本発明の表示制御手段として機能する。
ＣＰＵ１１は、圧子３の交換を行うと判定した場合（ステップＳ１０９：ＹＥＳ）、次のステップＳ１１０へと移行する。
一方、ＣＰＵ１１は、圧子３の交換を行わないと判定した場合（ステップＳ１０９：ＹＥＳ）、ステップＳ１０１へと移行して、再度材料特性値の測定を開始する。

次に、ＣＰＵ１１は、圧子３を交換する処理（圧子交換処理）を実行する（ステップＳ１１０）。圧子交換処理は、例えば、圧子３を交換する処理の他、硬さ試験機１００の重量を補正する処理等も含まれる。なお、圧子３の交換は自動的に行うようにしてもよいし、ユーザーにより手動で行うようにしてもよい。

次に、ＣＰＵ１１は、押込み中に生じる機械的仕事量Ｗｔの累積結果をリセットする（ステップＳ１１１）。すなわち、ＣＰＵ１１は、圧子３の交換に伴い、交換前の圧子３における機械的仕事量Ｗｔの累積が無意味なものとなったため、累積結果をリセットする。その後、ＣＰＵ１１は、ステップＳ１０１へと移行して、再度材料特性値の測定を開始する。

［３．効果］
以上のように、本実施形態に係る硬さ試験機１００は、くぼみの形成に伴い、試料Ｓの材料特性値を測定する測定手段（ＣＰＵ１１）と、測定手段により測定された試料Ｓの材料特性値に係る測定データを取得する取得手段（ＣＰＵ１１）と、取得手段により取得された測定データに基づいて所定の材料特性値（実施形態では機械的仕事量）を累積し、累積された材料特性値に基づいて圧子３の交換時期を判断する判断手段（ＣＰＵ１１）と、を備える。
したがって、本実施形態に係る硬さ試験機１００によれば、測定された試料Ｓの材料特性値を管理することで圧子３がどのような使われ方をしたのかを確認することができるので、圧子交換時期の判断をより正確に行うことが可能となり、メンテナンス性を格段に向上させることができる。

特に、本実施形態に係る硬さ試験機１００によれば、測定手段は、くぼみ形成時の押込み深さを計測し、その押込み深さと圧子３に負荷する試験力との関係から、試料Ｓの材料特性値を測定し、判断手段は、測定データに基づいて押込み中に生じる機械的仕事量を算出し、算出された機械的仕事量を硬さ値ごとに累積し、硬さ値ごとに累積された機械的仕事量に基づいて圧子３の交換時期を判断する。
したがって、本実施形態に係る硬さ試験機１００によれば、押込み中に生じる機械的仕事量Ｗｔを硬さ値ごとに管理することで、圧子３がどのような使われ方をしたのかを確認することができるので、圧子交換時期の判断をより正確に行うことが可能となり、メンテナンス性を格段に向上させることができる。

また、本実施形態に係る硬さ試験機１００は、判断手段により圧子３の交換時期であると判断された場合に、圧子３の交換を促す旨の警告を表示手段（表示部８）に表示させる表示制御手段（ＣＰＵ１１）を備える。
したがって、本実施形態に係る硬さ試験機１００によれば、圧子３の交換を促す旨の警告をユーザーに報知することができるので、圧子３の交換を行うか否かの最終的な判断をユーザーに委ねることが可能となり、ユーザーの利用状況に応じた臨機応変な運用を実現することができる。

また、本実施形態に係る硬さ試験機１００によれば、判断手段は、試料Ｓの材料特性値を測定する回数である試験回数が設定値を超えている場合に、圧子３の交換時期であると判断し、試験回数が設定値を超えていない場合に、取得手段により取得された測定データに基づいて圧子３の交換時期を判断する。ここで、設定値は、圧子３の損耗が目立って測定に支障が生じるタイミングに設定される。
したがって、本実施形態に係る硬さ試験機１００によれば、試験回数から圧子３の交換時期である可能性が高いと判断できる場合に圧子交換目安曲線Ｌ１を用いた複雑な判断を省略することができるので、処理を簡略化して高速化することができる。

以上、本発明に係る実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

例えば、上記実施形態では、圧子３の交換時期を判断する際に用いる材料特性値として、機械的仕事量Ｗｔを例示して説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、機械的仕事量Ｗｔの代わりに、試料Ｓの硬さ値やヤング率等の、他の材料特性値を用いるようにしてもよい。また、機械的仕事量Ｗｔや試料Ｓの硬さ値、ヤング率等を適宜組み合わせて、交換時期を判断する際の指標として用いるようにしてもよい。この場合、各材料特性値の優先度を鑑みて、優先順位の高いものほど影響力を強められるよう、各材料特性値に係数を掛けるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、硬さ試験機１００として、計装化押込み試験機を例示して説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、圧子３の交換時期を判断する際に用いる測定データとして、試料Ｓの硬さ値を用いるような場合であれば、計装化押込み試験機の代わりに、ビッカース硬さ試験機やヌープ硬さ試験機、ブリネル硬さ試験機等の、他の硬さ試験機に適用するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、図５のステップＳ１０８において、圧子３の交換時期であると判断された場合に、圧子３の交換を促す旨の警告を表示部８に表示させるようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、音声を出力可能なスピーカー等を備えるようにして、圧子３の交換を促す旨の警告を表示部８に表示させる代わりに、スピーカーから音声出力させるようにしてもよい。或いは、表示部８に表示させると同時に、スピーカーから音声出力させるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、図５のステップＳ１０６において、試料Ｓの材料特性値を測定する回数（試験回数）が設定値を超えている場合に、圧子３の交換時期であると判断するようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、ステップＳ１０６の処理を行わないようにして、試験回数にかかわらず、常時ステップＳ１０７の処理（圧子交換目安曲線Ｌ１（図８参照）を用いて圧子３の交換時期を判断する処理）を行わせるようにしてもよい。

その他、硬さ試験機を構成する各装置の細部構成及び各装置の細部動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。

１００硬さ試験機
１試験機本体
２ＸＹＺステージ
２ａ試料保持台
３圧子
３１圧子本体
３２保持部
３ａ圧子軸
４荷重レバー
４ａ十字バネ
５荷重負荷部
５ａフォースコイル
５ｂ固定磁石
６変位計
６ａ可動極板
６ｂ固定極板
７撮影部
８表示部（表示手段）
９操作部
１０制御部
１１ＣＰＵ（測定手段、取得手段、判断手段、表示制御手段）
１２ＲＡＭ
１３記憶部
Ｓ試料

Claims

圧子に所定の試験力を負荷して試料の表面に押し込んでくぼみを形成する硬さ試験機において、
前記くぼみの形成に伴い、前記試料の材料特性値を測定する測定手段と、
前記測定手段により測定された前記試料の材料特性値に係る測定データを取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された測定データに基づいて所定の前記材料特性値を累積し、前記累積された材料特性値に基づいて前記圧子の交換時期を判断する判断手段と、
を備えることを特徴とする硬さ試験機。
前記測定手段は、前記くぼみ形成時の押込み深さを計測し、その押込み深さと前記圧子に負荷する試験力との関係から、前記試料の材料特性値を測定し、
前記判断手段は、前記測定データに基づいて押込み中に生じる機械的仕事量を算出し、前記算出された機械的仕事量を硬さ値ごとに累積し、前記硬さ値ごとに累積された機械的仕事量に基づいて前記圧子の交換時期を判断することを特徴とする請求項１に記載の硬さ試験機。
前記判断手段により前記圧子の交換時期であると判断された場合に、前記圧子の交換を促す旨の警告を表示手段に表示させる表示制御手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の硬さ試験機。
前記判断手段は、前記試料の材料特性値を測定する回数である試験回数が設定値を超えている場合に、前記圧子の交換時期であると判断し、前記試験回数が設定値を超えていない場合に、前記取得手段により取得された測定データに基づいて前記圧子の交換時期を判断することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の硬さ試験機。
圧子に所定の試験力を負荷して試料の表面に押し込んでくぼみを形成する硬さ試験機の硬さ試験方法において、
前記くぼみの形成に伴い、前記試料の材料特性値を測定する測定工程と、
前記測定工程で測定された前記試料の材料特性値に係る測定データを取得する取得工程と、
前記取得工程で取得された測定データに基づいて、前記圧子の交換時期を判断する判断工程と、
を含む硬さ試験方法。