JP4687589B2 - 硬度測定装置および硬度測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧痕の押し込み深さに基づいて硬度を計測する硬度測定装置および硬度測定方法に関する。

従来より、三角錐や四角錐形状のビッカース圧子の押し込みにより試料の表面に圧痕を形成し、この圧痕の押し込み深さから圧痕の投影面積を算出し、投影面積と圧痕形成時の荷重とから硬度を求める手法が知られている（例えば特許文献１参照）。この手法によれば、圧痕の対角線長さを直接計測する必要がないため、十分な対角線長さが得られない微少の圧痕を形成した場合でも、硬度測定が可能である。

ところで、圧子は、通常は設計値通りの理想的な形状とはならず、圧子の先端が局所的に丸みを帯びていたり、圧子先端の対稜角が設計値から微少量ずれていたりする。したがって、圧痕の深さから投影面積を算出する場合、圧子の形状に応じた補正が必要である。この点に関し、弾性率が既知の試料に対して予め圧痕の深さが異なる８通りの押し込み試験を行い、これらの試験結果を用いて圧子の形状に応じた補正式を演算し、この補正式により投影面積の補正を行う手法が知られている（例えば非特許文献１参照）。

特開平９−２１０８９１号公報 Oliver.W.C and Pharr.G.M ,An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments ,J.Mater.Res.Vol7,No6,June1992,pp1564-1583

しかしながら、圧痕の深さを所定範囲内で変化させる試験を行って補正式を算出した場合、その範囲内については補正の精度が保たれるが、範囲外では補正の精度が悪い。

本発明による硬度測定装置は、試料に圧子を負荷する負荷手段と、負荷手段により負荷される試験力を検出する試験力検出手段と、試料への圧子の押し込み深さを検出する深さ検出手段と、圧子の押し込みにより形成された試料表面上の圧痕の投影面積を補正する補正手段と、投影面積の補正値に基づき試料の硬度を評価する評価手段とを備え、補正手段が、予め基準となる試料に対し、押し込み深さを複数通りに変えて行った複数回の負荷除荷試験により得られた試験力と押し込み深さとの関係に基づき、最小の押し込み深さと最大の押し込み深さの間の第１の押し込み深さ範囲に対応した第１の補正関数を算出するとともに、最大の押し込み深さより大きい第２の押し込み深さ範囲に対応した第２の補正関数を算出し、評価用試料に対して負荷手段により圧子を負荷したときの押し込み深さが、第１の押し込み範囲内のときは、第１の補正関数により投影面積を補正し、第２の押し込み範囲内のときは、第２の補正関数により投影面積を補正することを特徴とする。
基準となる試料に対して行った負荷除荷試験結果に基づき、最小の押し込み深さにおける投影面積の補正値と理想形状の圧子を想定した場合の理想投影面積との比である第１の投影面積比、および最大の押し込み深さにおける投影面積の補正値と理想投影面積との比である第２の投影面積比をそれぞれ算出し、押し込み深さが第２の押し込み深さ範囲内のときは、その圧子の押し込み深さに応じた理想投影面積に第２の投影面積比を乗じた値を補正値とし、押し込み深さが最小の押し込み深さより小さい第３の押し込み深さ範囲内のときは、その圧子の押し込み深さに応じた理想投影面積に第１の投影面積比を乗じた値を補正値とすることもできる。
圧子の先端を三角錐または四角錐のビッカース形状としたとき、第１の補正関数を、以下の式で表すこともできる。
Ａｐ＝α×ｈｃ²＋Ｃ１×ｈｃ＋Ｃ２×ｈｃ^(1/2)＋Ｃ３×ｈｃ^(1/4)＋Ｃ４×ｈｃ^(1/8)
＋Ｃ５×ｈｃ^(1/16)＋Ｃ６×ｈｃ^(1/32)＋Ｃ７×ｈｃ^(1/64)＋Ｃ８×ｈｃ^(1/128)
なお、ｈｃ＝ｈａ−0.75×（ｈａ−ｈｒ）
但し、Ａｐ；投影面積の補正値
α；圧子の形状に対応した定数
Ｃ１〜Ｃ８；計算により求める定数
ｈａ；負荷除荷試験を行ったときの押し込み深さ
ｈｒ；負荷除荷試験により得られる除荷曲線に対して近似直線を引いたときの近似直線と試験力０の軸線との交点。
本発明による硬度測定方法は、予め基準となる試料に対し、圧子の押し込み深さを複数通りに変えて複数回の負荷除荷試験を行う第１の負荷除荷試験工程と、第１の負荷除荷試験工程で得られた試験力と押し込み深さとの関係に基づき、最小の押し込み深さと最大の押し込み深さの間の第１の押し込み深さ範囲に対応した第１の補正関数、最小の押し込み深さより小さい第２の押し込み深さ範囲に対応した第２の補正関数、および前記最大の押し込み深さより大きい第３の押し込み深さ範囲に対応した第３の補正関数をそれぞれ算出する算出工程と、評価用試料に対し、負荷除荷試験を行う第２の負荷除荷試験工程と、第２の負荷除荷試験工程における圧子の押し込み深さが、第１の押し込み範囲内のときは、第１の補正関数により試料表面上の圧痕の投影面積を補正し、第２の押し込み範囲内のときは、第２の補正関数により投影面積を補正し、第３の押し込み範囲内のときは、第３の補正関数により投影面積を補正する補正工程と、投影面積の補正値に基づき試料の硬度を評価する評価工程とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、圧子の押し込み深さに応じて異なる補正関数により投影面積を補正するので、試料の深さ方向全範囲にわたって精度よく硬度を測定することができる。

以下、図１〜図５を参照して本発明による硬度測定装置の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る硬度測定装置の構成を示すブロック図である。この硬度測定装置は、ビッカース硬度計を構成し、硬度測定部１は、ダイヤモンド圧子１０１と、圧子１０１をＺ方向（鉛直方向）に昇降させる昇降用アクチュエータ１０２と、ステージ上に設置された試料を、ステージの移動によりＸＹ方向（水平方向）に移動させるステージ用アクチュエータ１０３と、圧子１０１の押し込み荷重（試験力）を検出する荷重計２と、圧子１０１の押し込み位置（押し込み深さ）を検出する位置検出センサ３とを有する。圧子１０１は三角錐形状であり、先端の対稜角θ（図４）は１１５°に形成されている。

ＣＰＵ１０には、荷重計２と位置検出センサ３からの信号、メモリ４に記憶された各種設定値、およびユーザが操作指令を入力する各種スイッチなどの入力部６からの信号が入力される。これらの信号に基づき、ＣＰＵ１０はメモリ４に記憶された所定のプログラムを実行する。

補正式演算部１１では、弾性率とポアソン比が既知である基準となる試料ＴＰ０の圧子押し込み試験を行って、圧子１０１の押し込み深さと圧痕の投影面積との関係を表す補正式を算出する。硬度算出部１２では、硬度評価用試料ＴＰ１の硬度試験を行い、補正式演算部１１で算出された補正式を用いて圧子の押し込み深さから投影面積を算出する。この補正投影面積に基づいて硬度を算出し、その結果を表示装置５に出力する。

補正式演算部１１における処理について説明する。図２は、補正式演算部１１における処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、弾性率とポアソン比が既知である基準試料ＴＰ０（例えばガラス）をステージ上にセットした後に、ユーザが入力部６の操作により補正式演算指令を入力するとスタートする。なお、メモリ４には、基準試料ＴＰ０の弾性率Ｅsとポアソン比Ｖs、および圧子１０１のポアソン比Ｖiと弾性率Ｅiが予め記憶されている。

まず、ステップＳ１１で、昇降用アクチュエータ１０２を駆動して圧子１０１を降下し、試料ＴＰ０の表面に圧子１０１の先端を押し付け、圧痕を形成する。ここでは、所定の押し込み試験力Ｆａまで試験力を徐々に増加した後に、試験力が０となるまで徐々に試験力を減少させる、いわゆる負荷除荷試験を行って圧痕を形成する。負荷除荷試験により得られた試験力Ｆと押し込み深さｈとの関係（負荷除荷曲線ｆ）を図３に示す。図中、ｈａは、試験力をＦａまで増加させたときの押し込み深さであり、Ｌは除荷時の負荷除荷曲線ｆを最小二乗法で近似した近似直線、ｈｒは直線Ｌと試験力０の軸線との交点である。図３の負荷除荷曲線ｆは、荷重計２と位置検出センサ３からの信号により導出できる。

ステップＳ１２では、負荷除荷試験によって形成された圧痕の投影面積Ａｐ、すなわち水平面内の圧痕の面積を算出する。除荷時の直線Ｌの傾きＳと、圧痕の投影面積Ａｐとの間には次式(I)の関係が成立する。なお、式(I)において、Ｅ＊は複合弾性率であり、試料ＴＰ０のポアソン比Ｖsと弾性率Ｅs、および圧子１０１のポアソン比Ｖiと弾性率Ｅiを用いて次式(II)で表される。
Ｓ＝ｄＦ／ｄｈ＝２×Ｅ^*×√（Ａｐ／π） (I)
１／Ｅ^*＝（１−Ｖs²）／Ｅs＋（１−Ｖｉ²）／Ｅｉ (II)
試料ＴＰ０のポアソン比Ｖsと弾性率Ｅsおよび圧子１０１のポアソン比Ｖiと弾性率Ｅiは予めメモリ４に記憶されているので、上式(II)により複合弾性率Ｅ^*を求める。この複合弾性率Ｅ^*と負荷除荷試験により求まる除荷時の直線Ｌの傾きＳとを(I)式に代入し、(I)式を逆算することで投影面積Ａｐを算出できる。

ステップＳ１３では、負荷除荷試験により得られた押し込み深さｈａと深さｈｒを次式(III)に代入し、接触深さｈｃを算出する。接触深さｈｃは、後述の補正式(IV)で用いる変数である。
ｈｃ＝ｈａ−0.75×（ｈａ−ｈｒ） (III)
このようにしてステップＳ２，ステップＳ３では、所定の試験力Ｆａに対応する投影面積Ａｐおよび接触深さｈｃをそれぞれ算出する。

ステップＳ１４では、試験力Ｆａを８通りに変えて負荷除荷試験を行ったか否かを判定する。ステップＳ１４が否定されると、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、ステージ用アクチュエータ１０３を駆動してステージを所定量だけ水平移動し、圧子１０１の直下方に圧痕が存在しないように試料ＴＰ０の位置をずらす。次いで、ステップＳ１１に戻って、以前とは異なる大きさの試験力Ｆａを負荷して同様に負荷除荷試験を行う。

ステップＳ１１〜ステップＳ１５は、８通りの試験力Ｆａ１〜Ｆａ８による負荷除荷試験が行われるまで繰り返される。これにより８通りの負荷除荷曲線ｆ１〜ｆ８を取得し、この負荷除荷曲線ｆ１〜ｆ８を用いて、各試験力Ｆａ１〜Ｆａ８に対応する投影面積Ａｐ１〜Ａｐ８および接触深さｈｃ１〜ｈｃ８をそれぞれ算出する。

ステップＳ１６では、負荷除荷試験により得られた投影面積Ａｐ１〜Ａｐ８および接触深さｈｃ１〜ｈｃ８を、それぞれ次式(IV)のＡｐ，ｈｃに代入する。
Ａｐ＝23.96×ｈｃ²＋Ｃ１×ｈｃ＋Ｃ２×ｈｃ^(1/2)＋Ｃ３×ｈｃ^(1/4)＋Ｃ４×ｈｃ^(1/8)
Ｃ５×ｈｃ^(1/16)＋Ｃ６×ｈｃ^(1/32)＋Ｃ７×ｈｃ^(1/64)＋Ｃ８×ｈｃ^(1/128) (IV)
ここで、Ｃ１〜Ｃ８は未知の定数であり、投影面積Ａｐ１〜Ａｐ８と接触深さｈｃ１〜ｈｃ８をそれぞれ代入して得られる８つの式を連立させて解くことで、各定数Ｃ１〜Ｃ８を求める。上述した式(IV)に定数Ｃ１〜Ｃ８を代入したものを、補正式(IV)としてメモリ６に記憶する。

上記補正式(IV)は、接触深さｈｃから実際の圧子形状に対応した投影面積Ａｐを算出するための補正式であり、一般にオリバーの式として知られている。この式(IV)の第１項は、圧子１０１の先端を理想形状としたときの投影面積（理想投影面積Ａｐｓ）に相当し、理想投影面積Ａｐｓは次式で表される。
Ａｐｓ＝23.96×ｈｃ² (V)
理想形状とは、図４に点線で示すように圧子１０１の先端が設計値通りのものを言うが、圧子先端を厳密に理想形状とすることは困難であり、現実には図４の実線に示すように圧子先端が丸みを帯びていたり、対稜角θが１１５°からずれていたりする。この点を考慮して、後述の硬度評価の際には、上式(IV)により投影面積Ａｐを補正する。

ステップＳ１７では、各負荷除荷曲線ｆ１〜ｆ８により得られた接触深さｈｃ１〜ｈｃ８の最大値ｈｍａｘおよび最小値ｈｍｉｎをメモリ６に記憶する。例えば１回目〜８回目にかけて試験力Ｆａを徐々に増加させて負荷除荷試験を行った場合には、１回目の負荷除荷試験による押し込み深さ（接触深さｈｃ）が最小値ｈｍｉｎ、８回目の負荷除荷試験による押し込み深さ（接触深さｈｃ）が最大値ｈｍａｘとなる。

ステップＳ１８では、算出した接触深さｈｍｉｎ，ｈｍａｘを補正式(IV)に代入し、補正投影面積Ａｐｍｉｎ，Ａｐｍａｘを算出するとともに、補正式(V)にも代入し、理想投影面積Ａｐｓｍｉｎ，Ａｐｓｍａｘを算出する。そして、算出した補正投影面積Ａｐｍｉｎ，Ａｐｍａｘを理想投影面積Ａｐｓｍｉｎ，Ａｐｓｍａｘでそれぞれ除算して投影面積比ｋｍｉｎ（＝Ａｐｍｉｎ／Ａｐｓｍｉｎ），ｋｍａｘ（＝Ａｐｍａｘ／Ａｐｓｍａｘ）を算出し、これをメモリ６に記憶する。以上により、補正式演算部１１における処理を終了する。

次に、硬度評価部１２における処理について説明する。図５は、硬度評価部１２における処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、弾性率とポアソン比が未知である硬度評価用試料ＴＰ１をステージ上にセットした後に、ユーザが入力部６の操作により硬度評価指令を入力するとスタートする。

まず、ステップＳ２１で、試料ＴＰ１の表面に圧子１０１を押し付け、負荷除荷試験を行い、試料ＴＰ１の負荷除荷曲線ｆを取得する。この際の試験力Ｆａは、試料ＴＰ１の種類、厚さ等を考慮して決定される。ステップＳ２２では、負荷除荷曲線ｆにより得られた押し込み深さｈｃと深さｈｒ（図３参照）を上式(III)に代入し、接触深さｈｃを算出する。ステップＳ２３では、算出した接触深さｈｃを上式(V)に代入し、理想投影面積Ａｐｓを算出する。

ステップＳ２４では、ステップＳ２２で求めた接触深さｈｃと上述した最小値ｈｍａｘ，最大値ｈｍａｘ（ステップＳ１７）との大小を判定する。接触深さｈｃが最小値ｈｍａｘより小さいと判定されるとステップＳ２５に進み、上述した投影面積比ｋｍｉｎ（ステップＳ１８）に、ステップＳ２３で求めた理想投影面積Ａｐｓを乗じて、補正投影面積Ａｐを算出する。接触深さｈｃが最小値ｈｍｉｎ以上かつ最大値ｈｍａｘ以下と判定されるとステップＳ２６に進み、ステップＳ２２で求めた接触深さｈｃを上式(IV)に代入し、補正投影面積Ａｐを算出する。接触深さｈｃが最大値ｈｍａｘより大きいと判定されるとステップＳ２７に進み、上述した投影面積比ｋｍａｘ（ステップＳ１８）に理想投影面積Ａｐｓを乗じて補正投影面積Ａｐを算出する。

ステップＳ２８では、補正投影面積Ａｐと負荷除荷試験時の試験力Ｆａとに基づいて試料ＴＰ１の硬度を算出する。ステップＳ２９では、補正投影面積Ａｐと試料ＴＰ１の負荷除荷試験により得られた直線Ｌの傾きＳを上式(I)に代入し、複合弾性率Ｅ＊を算出する。さらに算出した複合弾性率Ｅ^*と、圧子１０１のポアソン比Ｖiおよび弾性率Ｅiを、上式(II)に代入し、試料ＴＰ１の材料特性を表す物性値（１−Ｖs２）／Ｅsを算出する。ステップＳ３０では、以上の処理により得られた算出結果を表示装置５に出力し、一連の処理を終了する。

本発明の実施の形態に係る硬度評価方法による試験手順をまとめると次のようになる。
（１）弾性率とポアソン比が既知の試料ＴＰ０に対し、試験力Ｆａを８通りに変化させて負荷除荷試験を行う（ステップＳ１１；第１の負荷除荷試験工程）。
（２）各負荷除荷試験により得られた近似直線Ｌの傾きＳ、押し込み深さｈａ、および深さｈｒを上式(I)，(III)にそれぞれ代入し、８通りの投影面積Ａｐ１〜Ａｐ８および接触深さｈｃ１〜ｈｃ８を求める（ステップＳ１２，ステップＳ１３）。
（３）上記投影面積Ａｐ１〜Ａｐ８と接触深さｈｃ１〜ｈｃ８を式(IV)に代入し、式(IV)の定数Ｃ１〜Ｃ８を算出し、圧子１０１の形状に応じた投影面積Ａｐの補正式(IV)を算出する（ステップＳ１６；算出工程）。
（４）８通りの負荷除荷試験のうち、最大の押し込み深さｈｍａｘに対応した補正投影面積Ａｐと理想投影面気Ａｐｓとの比ｋｍａｘ、および最小の押し込み深さｈｍｉｎに対応した補正投影面積Ａｐと理想投影面積Ａｐｓとの比ｋｍｉｎをそれぞれ算出する（ステップＳ１８；算出工程）。

（５）弾性率とポアソン比が未知の硬度評価用試料ＴＰ１に対し、所定の試験力Ｆａを負荷して負荷除荷試験を１回だけ行う（ステップＳ２１；第２の負荷除荷試験工程）。
（６）負荷除荷試験により得られた押し込み深さｈａと深さｈｒを上式(III)に代入し、接触深さｈｃを求めるとともに、上式(V)により接触深さｈｃに対応した理想投影面積Ａｐｓを求める（ステップＳ２２，ステップＳ２３）。
（７）接触深さｈｃに応じた補正式を選択し、補正投影面積Ａｐを算出する。すなわち接触深さがｈｍｉｎ≦ｈｃ≦ｈｍａｘのときは補正式(IV)により補正投影面積Ａｐを算出する。一方、ｈｃ＜ｈｍｉｎまたはｈｃ＞ｈｍａｘのときは、それぞれ補正係数が一定であるとして、理想投影面積Ａｐｓに投影面積比ｋｍｉｎまたはｋｍａｘをそれぞれ乗じて補正投影面積Ａｐを算出する（ステップＳ２５〜ステップＳ２７；補正工程）。
（８）補正投影面積Ａｐと試験力Ｆａとに基づいて試料Ｔｐ１の硬度を算出し、さらに弾性率Ｅｓとポアソン比Ｖｓで表される物性値を算出する（ステップＳ２８，ステップＳ２９；評価工程）。

本実施の形態によれば、圧子１０１の接触深さｈｃを３つの範囲に分けて、各範囲毎に異なる補正式を設定して投影面積Ａｐを補正するようにしたので（ステップＳ２５〜ステップＳ２７）、接触深さｈｃの全範囲について精度よく投影面積を補正できる。すなわち上記補正式(IV)は、一定範囲（ｈｍｉｎ≦ｈｃ≦ｈｍａｘ）の接触深さｈｃに基づいて算出した式であるから、接触深さｈｃがこの範囲内であれば、補正式(IV)により投影面積Ａｐを精度よく補正できる。一方、接触深さｈｃが上記範囲外のときは、補正式(IV)は多次元の式であるため、補正式(IV)により補正したのでは補正投影面積Ａｐの変化量が大きくなり、実際の投影面積Ａｐから大きく乖離する場合がある。

この点を考慮して、本実施の形態では、最小の押し込み深さｈｍｉｎの下での実際の投影面積と理想投影面積との比ｋｍｉｎ、および最大の押し込み深さｈｍａｘの下での実際の投影面積と理想投影面積との比ｋｍａｘをそれぞれ算出し、ｈｃが最小押し込み深さｈｍｉｎより小さいときは、投影面積を一定の投影面積比ｋｍｉｎにより補正し、ｈｃが最大押し込み深さｈｍａｘより大きいときは、一定の投影面積比ｋｍａｘにより補正する。

この場合、図４に示すように、ｈｃが最大値ｈｍａｘより大きいときは、実際の投影面積と理想投影面積とのずれΔＡは、主に圧子先端の対稜角θの誤差が原因と考えられる。したがって、実際の投影面積は理想投影面積に対して一定の割合でずれるため、投影面積比ｋｍａｘを乗じることで投影面積を精度よく補正できる。

なお、上記実施の形態では、(IV)式に示した補正式を用いて、ｈｃが所定範囲内（ｈｍｉｎ≦ｈｃ≦ｈｍａｘ；第１の押し込み深さ範囲）のときの投影面積を補正するようにしたが、押し込み深さをパラメータとした他の補正関数（第１の補正関数）を用いることもできる。したがって、異なる試験力Ｆａを負荷した８通りの負荷除荷試験を行う必要があるとは限らない。また、ｈｃが最大押し込み深さｈｍａｘより大きい範囲（第２の押し込み深さ範囲）では、投影面積比ｋｍａｘ（第２の投影面積比）に理想投影面積Ａｐｓを乗じたものを補正式として設定したが、押し込み深さをパラメータとした他の補正関数（第２の補正関数）を用いることもできる。さらに、押し込み深さｈａが最小押し込み深さｈｍｉｎより小さい範囲（第３の押し込み深さ範囲）では、投影面積比ｋｍｉｎ（第１の投影面積比）に理想投影面積Ａｐｓを乗じたものを補正式として設定したが、押し込み深さをパラメータとした他の補正関数を用いることもできる。すなわち補正手段としてのＣＰＵ１０における処理は上述したものに限らない。

負荷手段としての昇降用アクチュエータ１０２は、電磁式アクチュエータ等、種々のものを用いることができる。試験力検出手段としての荷重計２は、ロードセル等種々のものを用いることができる。電磁力により試験力を負荷するものにあっては、電流値を検出することで試験力を検出することができる。深さ検出手段としての位置検出センサ３は、差動トランス式のセンサ等、種々のものを用いることができる。補正投影面積Ａｐを用いて硬度評価するのであれば、評価手段としてのＣＰＵ１０の処理はいかなるものでもよい。圧子１０１を三角錐形状としたが、圧子形状はこれに限らず、四角錐形状でもよい。入力部６からの指令によりアクチュエータ１０２，１０３を自動的に駆動して試験を行うようにしたが、アクチュエータ１０２，１０３を手動操作により駆動して試験を行うようにしてもよい。すなわち本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の硬度計測装置に限定されない。

本発明の実施の形態に係る硬度測定装置の構成を示すブロック図。 図１の補正式演算部における処理の一例を示すフローチャート。 負荷除荷曲線の一例を示す図。 圧子の先端形状を拡大して示す図。 図１の硬度評価部における処理の一例を示すフローチャート。

符号の説明

２ 荷重計
３ 位置検出センサ
１０ ＣＰＵ
１１ 補正式演算部
１２ 硬度評価部
１０１ 圧子
１０２ 昇降用アクチュエータ

Claims (4)

1. 試料に圧子を負荷する負荷手段と、
   前記負荷手段により負荷される試験力を検出する試験力検出手段と、
   前記試料への圧子の押し込み深さを検出する深さ検出手段と、
   圧子の押し込みにより形成された試料表面上の圧痕の投影面積を補正する補正手段と、
   前記投影面積の補正値に基づき試料の硬度を評価する評価手段とを備え、
   前記補正手段は、
   予め基準となる試料に対し、押し込み深さを複数通りに変えて行った複数回の負荷除荷試験により得られた試験力と押し込み深さとの関係に基づき、最小の押し込み深さと最大の押し込み深さの間の第１の押し込み深さ範囲に対応した第１の補正関数を算出するとともに、前記最大の押し込み深さより大きい第２の押し込み深さ範囲に対応した第２の補正関数を算出し、
   評価用試料に対して前記負荷手段により圧子を負荷したときの押し込み深さが、前記第１の押し込み深さ範囲内のときは、前記第１の補正関数により前記投影面積を補正し、前記第２の押し込み深さ範囲内のときは、前記第２の補正関数により前記投影面積を補正することを特徴とする硬度測定装置。
2. 請求項１に記載の硬度測定装置において、
   前記補正手段は、前記基準となる試料に対して行った負荷除荷試験結果に基づき、前記最小の押し込み深さにおける前記投影面積の補正値と理想形状の圧子を想定した場合の理想投影面積との比である第１の投影面積比、および前記最大の押し込み深さにおける前記投影面積の補正値と理想投影面積との比である第２の投影面積比をそれぞれ算出し、
   前記押し込み深さが前記第２の押し込み範囲内のときは、その圧子の押し込み深さに応じた理想投影面積に前記第２の投影面積比を乗じた値を補正値とし、
   前記押し込み深さが前記最小の押し込み深さより小さい第３の押し込み範囲内のときは、その圧子の押し込み深さに応じた理想投影面積に前記第１の投影面積比を乗じた値を補正値とすることを特徴とする硬度測定装置。
3. 請求項１または２に記載の硬度測定装置において、
   圧子の先端を三角錐または四角錐形状としたとき、前記第１の補正関数は、以下の式で表されることを特徴とする硬度測定装置。
   Ａｐ＝α×ｈｃ²＋Ｃ１×ｈｃ＋Ｃ２×ｈｃ^(1/2)＋Ｃ３×ｈｃ^(1/4)＋Ｃ４×ｈｃ^(1/8)
   ＋Ｃ５×ｈｃ^(1/16)＋Ｃ６×ｈｃ^(1/32)＋Ｃ７×ｈｃ^(1/64)＋Ｃ８×ｈｃ^(1/128)
   なお、ｈｃ＝ｈａ−0.75×（ｈａ−ｈｒ）
   但し、Ａｐ；投影面積の補正値
   α；圧子の形状に対応した定数
   Ｃ１〜Ｃ８；計算により求める定数
   ｈａ；負荷除荷試験を行ったときの押し込み深さ
   ｈｒ；負荷除荷試験により得られる除荷曲線に対して近似直線を引いたときの近似直線と試験力０の軸線との交点。
4. 予め基準となる試料に対し、圧子の押し込み深さを複数通りに変えて複数回の負荷除荷試験を行う第１の負荷除荷試験工程と、
   前記第１の負荷除荷試験工程で得られた試験力と押し込み深さとの関係に基づき、最小の押し込み深さと最大の押し込み深さの間の第１の押し込み深さ範囲に対応した第１の補正関数、および前記最大の押し込み深さより大きい第２の押し込み深さ範囲に対応した第２の補正関数をそれぞれ算出する算出工程と、
   評価用試料に対し、負荷除荷試験を行う第２の負荷除荷試験工程と、
   前記第２の負荷除荷試験工程における圧子の押し込み深さが、前記第１の押し込み範囲内のときは、前記第１の補正関数により試料表面上の圧痕の投影面積を補正し、前記第２の押し込み範囲内のときは、前記第２の補正関数により投影面積を補正する補正工程と、
   前記投影面積の補正値に基づき試料の硬度を評価する評価工程とを備えることを特徴とする硬度測定方法。
   

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