JP5466030B2 - 硬さ試験方法及び硬さ試験機 - Google Patents

Description

本発明は、硬さ試験方法及び硬さ試験機に関する。

従来、試料の表面に所定の荷重を負荷した圧子を押込んで形成されたくぼみに基づいて試料の硬さを評価するビッカース硬さ試験が知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。
このビッカース硬さ試験は金属材料の評価を対象としてきたが、最近ではセラミックスや樹脂材料等の様々な材質に適用されている。

ビッカース硬さ試験により形成されるくぼみは永久的に変化しないことが前提となっているが、材料によっては試験後に形成されるくぼみの寸法が時間とともに小さくなるように変化するものがある。
この挙動は、樹脂材料などに多くみられるものであって、材料特性を評価する上で重要な情報である。

特開２００５−１５６４１３号公報 特開２００７−１８３１０８号公報

しかしながら、従来、ビッカース硬さ試験において、くぼみ寸法の時間依存性を評価することは行われていなかった。このため、詳細な材料特性を把握することができず、例えば材料開発の場面において、使用用途に対して必ずしも適した材料開発がなされない場合があった。

本発明の課題は、より詳細な材料特性を把握することのできる硬さ試験方法及び硬さ試験機を提供することである。

前記課題を解決するために、
請求項１に記載の発明は、
試料台に載置した試料の表面に、所定の荷重を負荷した圧子を押込んでくぼみを形成する硬さ試験方法において、
押込み試験終了時点から、前記試料の表面に形成された１つのくぼみに対して所定の時間間隔毎にくぼみ寸法を測定する寸法測定工程と、
前記寸法測定工程により測定したくぼみ寸法を用いて、くぼみの大きさの時間による変化率を算出する変化率算出工程と、
を有することを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の硬さ試験方法において、
前記寸法測定工程は、
くぼみの映像を撮影する撮影部により、１つのくぼみに対して所定の時間間隔毎に所定回数撮影を行って画像データを取得する撮影工程と、
前記撮影工程により取得された画像データの各々から、くぼみ寸法を取得する寸法取得工程と、
を有することを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の硬さ試験方法において、
前記寸法測定工程は、
くぼみの映像を撮影する撮影部により、１つのくぼみに対して動画撮影を行って動画画像データを取得する動画撮影工程と、
前記動画撮影工程により取得された動画画像データから、所定の時間間隔毎の画像データを抽出する画像データ抽出工程と、
前記画像データ抽出工程により抽出された画像データの各々から、くぼみ寸法を取得する寸法取得工程と、
を有することを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の硬さ試験方法において、
前記試料台を、所定の温度で加熱した状態で硬さ試験を行うことを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、
試料台に載置した試料の表面に、所定の荷重を負荷した圧子を押込んでくぼみを形成する硬さ試験機において、
押込み試験終了時点から、前記試料の表面に形成された１つのくぼみに対して所定の時間間隔毎にくぼみ寸法を測定する寸法測定手段と、
前記寸法測定手段により測定したくぼみ寸法を用いて、くぼみの大きさの時間による変化率を算出する変化率算出手段と、
を備えることを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の硬さ試験機において、
前記寸法測定手段は、
くぼみの映像を撮影する撮影手段と、
前記撮影手段が、１つのくぼみに対して所定の時間間隔毎に所定回数撮影を行って画像データを取得するよう制御する撮影制御手段と、
前記撮影手段により取得された画像データの各々から、くぼみ寸法を取得する寸法取得手段と、
を備えることを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の硬さ試験機において、
前記寸法測定手段は、
くぼみの映像を撮影する撮影手段と、
前記撮影手段が、１つのくぼみに対して動画撮影を行って動画画像データを取得するよう制御する動画撮影制御手段と、
前記撮影手段により取得された動画画像データから、所定の時間間隔毎の画像データを抽出する画像データ抽出手段と、
前記画像データ抽出手段により抽出された画像データの各々から、くぼみ寸法を取得する寸法取得手段と、
を備えることを特徴とする。

また、請求項８に記載の発明は、請求項５〜７の何れか一項に記載の硬さ試験機において、
前記試料台を加熱する加熱手段と、
前記試料台における前記試料近傍の温度を検出する温度センサと、
前記温度センサの検出温度に基づいて、前記加熱手段を制御して前記試料台の温度を制御する温度制御手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、１つのくぼみに対して所定の時間間隔毎にくぼみ寸法を測定し、測定したくぼみ寸法を用いて、くぼみの大きさの時間による変化率を算出することで、くぼみ寸法の経時変化（時間依存性）を評価することができる。
従って、くぼみ寸法の時間依存性を考慮した硬さの評価ができることとなり、試料のより詳細な材料特性を把握することができる。

本発明の硬さ試験機を示す模式図である。 第１実施形態の硬さ試験機の制御構成を示すブロック図である。 くぼみの変化を示す模式図である。 時間に対するくぼみ面積の変化を示す図である。 第１実施形態の硬さ試験方法を説明するためのフローチャートである。 第１実施形態の変形例の硬さ試験機の制御構成を示すブロック図である。 ビッカース硬さと加熱温度との関係を示す図である。 第２実施形態の硬さ試験機の制御構成を示すブロック図である。 第２実施形態の硬さ試験方法を説明するためのフローチャートである。

以下、図を参照して、本発明に係る硬さ試験機及び硬さ試験方法について、詳細に説明する。

［第１実施形態］
本実施形態における硬さ試験機１００には、例えば、図１及び図２に示すように、制御部１０と、各構成部材が配設される硬さ試験機本体１と、が備えられており、この試験機本体１は、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（試験力）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、設定部９と、などを備えて構成される。

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（即ち、水平方向及び垂直方向）に移動するよう構成されており、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（試料台）２ａにより試料Ｓを保持している。

圧子３は、例えば、ダイヤモンド製の、ビッカース用の四角錐圧子（対面角が１３６±０．５°）を使用することができる。かかる圧子３は、所定の荷重が負荷されて試料Ｓの表面に押込まれた際に、当該試料Ｓの表面に、図３に示すような、四角形状のくぼみ（圧痕）を形成する。

荷重レバー４は、例えば、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、例えば、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、などを備えて構成される。
荷重負荷部５は、例えば、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側の端部は下方に傾き、圧子３は試料Ｓに押し込まれることになる。

変位計６は、例えば、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、などを備えて構成される。
変位計６は、例えば、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）を検出する。そして、変位計６は、検出した変位量のデータを制御部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良い。

撮影部７は、例えば、デジタルカメラ等を備え、撮影手段として、制御部１０から入力される制御信号に従って、例えば、圧子３により試料Ｓの表面に形成されたくぼみの映像等を撮影する。
具体的に、撮影部７は、試料Ｓの表面に形成された１つのくぼみに対して、所定の時間間隔にて所定回数撮影を行う。そして、撮影部７は、撮影した画像データを制御部１０に出力する。

表示部８は、例えば液晶表示パネルであって、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、各種試験結果等の表示処理を行う。

設定部９は、例えば、キーボードなどの操作キー群であって、ユーザにより操作されると、その操作に伴う操作信号を制御部１０に出力する。なお、設定部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。
この設定部９は、ユーザが試料Ｓの硬さ試験を行う指示入力を行う際、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。
また、設定部９は、１つのくぼみに対する撮影枚数や、個々の撮影の間の時間間隔を設定する際、などに操作される。

制御部１０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)１１と、ＲＡＭ(Random Access Memory)１２と、記憶部１３と、等を備えて構成され、システムバスなどを介して、ＸＹＺステージ２と、荷重負荷部５と、変位計６と、撮影部７と、表示部８と、設定部９と、等と接続されている。

ＣＰＵ１１は、例えば、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、例えば、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、例えば、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、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。

具体的には、記憶部１３には、例えば、撮影制御プログラム１３１と、画像データ記憶部１３２と、寸法取得プログラム１３３と、変化率算出プログラム１３４と、等が格納されている。

撮影制御プログラム１３１は、例えば、撮影部７が、１つのくぼみに対して所定の時間間隔毎に所定回数撮影を行って画像データを取得するよう制御する機能を、ＣＰＵ１１に実現させるプログラムである。
具体的には、ＣＰＵ１１は、撮影制御プログラム１３１を実行することによって、押込み試験後、撮影部７により、予め設定された時間間隔（例えば、１０秒毎）で、予め設定された回数（例えば、６回）１つのくぼみを撮影する。なお、撮影の時間間隔及び撮影回数は、設定部９を用いてユーザが任意で設定しておく。
図３は、撮影部７により撮影されるくぼみの映像を示す模式図であって、押込み試験後、１０秒毎に６回、１つのくぼみを撮影した際に撮影されるくぼみ映像の一例である。図３では、くぼみの外形（対角線の長さ）が時間の経過に伴って、徐々に小さくなっていく例を示している。
ＣＰＵ１１は、かかる撮影制御プログラム１３１を実行することによって、撮影制御手段として機能する。

画像データ記憶部１３２は、撮影部７の撮影により取得されたくぼみの画像データを格納する。
具体的には、画像データ記憶部１３２には、画像データが、どのくぼみに対して何番目に撮影されたものであるか識別可能となるように、識別可能なファイル名が付与されて格納されている。

寸法取得プログラム１３３は、例えば、撮影部７により取得された画像データの各々から、くぼみ寸法を取得する機能を、ＣＰＵ１１に実現させるプログラムである。
具体的に、ＣＰＵ１１は、くぼみの画像データを多値階調にデジタル化し、このくぼみの多値デジタル画像に対し最適なしきい値を検出し、このしきい値を用いて２値画像を求め、その２値画像に対して２次元のノイズ除去処理を行なって傷や汚れの影響を選択的に低下させる。
そして、ＣＰＵ１１は、くぼみ４辺の画面内の概略位置を検出し、この概略位置よりくぼみ境界点を検出して、この境界点を４本の多次曲線に回帰し、これら４本の多次曲線の交点をくぼみ頂点と推定し、それら４つの頂点の座標上の位置から互いに交差する２本の対角線長さ（くぼみ寸法）を取得する。
ＣＰＵ１１は、画像データ記憶部１３２に格納された１つのくぼみの画像データの各々について、上記処理を行って、画像データ毎にくぼみ寸法を算出する。
ＣＰＵ１１は、かかる寸法取得プログラム１３３を実行することによって、寸法取得手段として機能する。

なお、本実施形態においては、撮影部７と、ＣＰＵ１１と、撮影制御プログラム１３１と、寸法取得プログラム１３３と、等により、１つのくぼみに対して所定の時間間隔毎にくぼみ寸法を測定する寸法測定手段が構成されることとなる。

変化率算出プログラム１３４は、前記寸法測定手段により測定したくぼみ寸法を用いて、くぼみの大きさの時間による変化率を算出する機能を、ＣＰＵ１１に実現させるプログラムである。
具体的には、ＣＰＵ１１は、寸法取得プログラム１３３の実行によって得られたくぼみ寸法（互いに交差する２本の対角線長さ）を演算して、くぼみ面積（くぼみの大きさ）（Ａ）を算出する。
そして、ＣＰＵ１１は、算出したくぼみ面積（Ａ）及び押込み試験終了時点からの経過時間（ｔ）を用いて、くぼみの大きさの時間による変化率（ΔＡ／Δｔ）を算出する。
図４は、くぼみ面積と経過時間の関係を示した一例であり、縦軸がくぼみ面積、横軸が経過時間である。
ＣＰＵ１１は、かかる変化率算出プログラム１３４を実行することによって、変化率算出手段として機能する。

次に、硬さ試験機１００による硬さ試験方法について図５を用いて説明する。

まず、ユーザが試料Ｓの硬さ試験を行う指示を行うと（図５：ＳＴＡＲＴ）、ステップＳ１１（寸法測定工程、撮影工程）において、ＣＰＵ１１は、押込み試験後、予め設定された所定時間が経過したか否かを判断し、所定時間が経過していない場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、かかるステップＳ１１の処理を繰り返す。
一方、所定時間が経過した場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、続くステップＳ１２（寸法測定工程、撮影工程）において、ＣＰＵ１１は、撮影部７により、くぼみの映像の撮影を行って画像データを取得する。なお、取得された画像データは画像データ記憶部１３２に格納される。
次いで、ステップＳ１３（寸法測定工程、撮影工程）において、ＣＰＵ１１は、予め設定された所定回数の撮影が終わっているか、即ち、予め設定された全撮影が終了しているか否かを判断し、終了していない場合（ステップＳ１３：ＮＯ）、前記したステップＳ１１に戻って、以降の処理を繰り返す。
一方、全測定が終了していると判断した場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、続くステップＳ１４（寸法測定工程、寸法取得工程）において、ＣＰＵ１１は、画像データ記憶部１３２に格納された画像データの各々から、くぼみ寸法を取得する。
次いで、ステップＳ１５（変化率算出工程）において、ＣＰＵ１１は、寸法測定工程により測定したくぼみ寸法を用いてくぼみ面積を算出し、くぼみの大きさの時間による変化率を算出して、本処理を終了する（図５：ＥＮＤ）。

以上のように、本実施形態における硬さ試験機１００及び硬さ試験方法によれば、１つのくぼみに対して所定の時間間隔毎にくぼみ寸法を測定し、測定したくぼみ寸法を用いて、くぼみの大きさの時間による変化率を算出することで、くぼみ寸法の経時変化（時間依存性）を評価することができる。
従って、刻一刻と変化していくくぼみ寸法の時間依存性を考慮した硬さの評価ができることとなり、試料が塑性的な性質を有しているのか、或いは弾性性質と塑性性質の両方の特性を有しているのか等の、試料の詳細な材料特性を把握することができる。
このため、例えば材料開発において、使用用途に対してより適した材料の開発行うための評価手法として活用することが可能となる。

また、本実施形態における硬さ試験機１００及び硬さ試験方法によれば、くぼみの映像を撮影する撮影部７により、１つのくぼみに対して所定の時間間隔毎に所定回数撮影を行って画像データを取得し、取得された画像データの各々から、くぼみ寸法を取得する構成となっている。
よって、１つのくぼみを所定の時間間隔毎に自動で撮影して、くぼみ寸法を自動で測定できるため、測定作業を容易にすることができる。

なお、上記実施形態においては、撮影部７と、ＣＰＵ１１と、撮影制御プログラム１３１と、寸法取得プログラム１３３と、等により、１つのくぼみに対して所定の時間間隔毎にくぼみ寸法を測定する寸法測定手段が構成されることとして説明したが、この寸法測定手段は、ユーザによる手動操作であっても良い。
この場合、ユーザは、所定時間間隔毎に肉眼によりくぼみの対角線長さを計測することにより、くぼみ寸法を測定すればよい。

（変形例）
次に、第１実施形態の変形例について図６を参照して説明する。
変形例の基本的構成は第１実施形態と同様であるが、変形例の硬さ試験機１００ａは、試料保持台２ａを、所定の温度で加熱した状態で硬さ試験を行うことが可能な構成となっている。

具体的に、硬さ試験機１００ａのＸＹＺステージ２には、試料保持台２ａを加熱する加熱部（加熱手段）２ｂと、試料保持台２ａにおける試料Ｓ近傍の温度を検出する温度センサ２ｃと、等が備えられている。
加熱部２ｂは、例えば、ヒーター等を備え、制御部１０ａから入力される制御信号に従って、試料保持台２ａを加熱する。
温度センサ２ｃは、例えば、制御部１０ａから入力される制御信号に従って、試料保持台２ａに載置された試料Ｓの近傍の温度を検出し、この検出した温度に関するデータを制御部１０ａに出力する。

また、硬さ試験機１００ａの制御部１０ａは、ＣＰＵ１１ａ、ＲＡＭ１２ａ、記憶部１３ａ、等を備えて構成されており、記憶部１３ａには、第１実施形態と同様の撮影制御プログラム１３１、画像データ記憶部１３２、寸法取得プログラム１３３、変化率算出プログラム１３４の他、温度制御プログラム１３５が格納されている。

この温度制御プログラム１３５は、例えば、温度センサ２ｃの検出温度に基づいて加熱部２ｂを制御して試料保持台２ａの温度を制御する機能を、ＣＰＵ１１ａに実現させるプログラムである。
具体的には、ＣＰＵ１１ａは、温度センサ２ｃに所定の制御信号を入力することによって、試料Ｓ近傍の温度を検出させて、当該検出した温度に関するデータを出力させるとともに、この検出した温度に関するデータに基づいて、加熱部２ｂに所定の制御信号を入力することによって、試料保持台２ａを加熱させる。
ＣＰＵ１１ａは、かかる温度制御プログラム１３１を実行することによって、温度制御手段として機能する。

ここで、図７に、ＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）、ＰＰ（polypropylene）、ＰＩ（polyimide）に対するビッカース硬さと温度の関係を示す。図７においては、縦軸がビッカース硬さ、横軸が加熱温度である。
図７から、ＰＥＴ、ＰＰについては、温度が高くなるとビッカース硬さが小さくなり、ＰＩについては、温度に因らずほぼ一定のビッカース硬さであることがわかる。
また、ＰＥＴとＰＰを比較すると、ＰＰは温度が上昇するにつれてほぼ一定の割合で硬さが減少しているのに対し、ＰＥＴは８０℃付近から急激に柔らかくなることがわかる。この現象は、ＰＰのガラス転移温度は−１３℃付近であって、試験温度範囲が全域に亘ってガラス転移温度以上であるのに対し、ＰＥＴのガラス転移温度は８７℃付近であって、試験温度範囲がガラス転移温度をまたがる為、ガラス転移温度以下と以上で大きく性質が異なることによると考えられる。即ち、ビッカース硬さと温度の関係から、ガラス転移点が推定できることとなる。
また、図示は省略するが、くぼみの形状はガラス転移温度を境に大きく変化するため、くぼみ像を観察するだけでもその材料がどのような状態であるか推定することができる。
このように、ＰＥＴ、ＰＰ、ＰＩなどの樹脂材料は、温度によって異なる挙動を示すため、試料を加熱した状態でくぼみ寸法の時間依存性を評価することは特に有効であるといえる。

以上のように、本変形例における硬さ試験機１００ａ及び硬さ試験方法によれば、試料保持台２ａを、所定の温度で加熱した状態で硬さ試験を行うことのできる構成となっている。よって、異なる温度条件におけるくぼみ寸法の時間依存性を評価することができ、試料のより詳細な材料特性を取得することができる。

なお、ＸＹＺステージ２に、加熱部の他に冷却部も設け、この冷却部と加熱部により温度制御を行う構成としても良い。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について第１実施形態と異なる点を中心に説明する。なお、同じ箇所には第１実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の硬さ試験機２００は、図８に示すように、制御部２０を備えている。
制御部２０は、ＣＰＵ２１と、ＲＡＭ２２と、記憶部２３と、等を備えて構成され、システムバスなどを介して、ＸＹＺステージ２と、荷重負荷部５と、変位計６と、撮影部７と、表示部８と、設定部９と、等と接続されている。

ＣＰＵ２１は、例えば、記憶部２３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。

ＲＡＭ３２は、例えば、ＣＰＵ２１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２３は、例えば、硬さ試験機２００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、ＣＰＵ２１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２３に記憶されている。

具体的には、記憶部２３には、例えば、動画撮影制御プログラム２３１、画像データ記憶部２３２、画像データ抽出プログラム２３３、寸法取得プログラム２３４、変化率算出プログラム１３４、等が格納されている。

動画撮影制御プログラム２３１は、例えば、撮影部７が、１つのくぼみに対して動画撮影を行って動画画像データを取得するよう制御する機能を、ＣＰＵ２１に実現させるプログラムである。
具体的に、ＣＰＵ２１は、設定部９を介してユーザにより動画モードでの撮影が設定された場合、撮影部７により、所定時間の間、１つのくぼみの動画撮影を行って動画画像データを取得し、画像データ記憶部２３２に格納する。
ＣＰＵ１１は、かかる動画撮影制御プログラム２３１を実行することによって、動画撮影制御手段として機能する。

画像データ記憶部２３２は、撮影部７により取得されたくぼみの動画画像データを格納する。

画像データ抽出プログラム２３３は、例えば、撮影部７により取得された動画画像データから、所定の時間間隔毎の画像データを抽出する機能を、ＣＰＵ２１に実現させるプログラムである。
具体的に、ＣＰＵ１１は、画像データ記憶部２３２に格納された動画画像データから、例えば、撮影開始時刻から１０秒後、２０秒後、３０秒後、４０秒後、５０秒後、６０秒後、の６枚の画像データを抽出する。
ＣＰＵ１１は、かかる画像データ抽出プログラム２３３を実行することによって、画像データ抽出手段として機能する。

寸法取得プログラム２３４は、例えば、画像データ抽出プログラム２３３の実行により抽出された画像データの各々から、くぼみ寸法を取得する機能を、ＣＰＵ２１に実現させるプログラムである。
この寸法取得プログラム２３４は、第１実施形態における寸法取得プログラム１３３と同様の処理を実行するためのプログラムである。
即ち、ＣＰＵ２１は、寸法取得プログラム２３４を実行することによって、画像データ抽出プログラム２３３の実行により抽出された画像データ毎にくぼみ寸法を算出する。
ＣＰＵ２１は、かかる寸法取得プログラム２３４を実行することによって、寸法取得手段として機能する。

なお、本実施形態においては、撮影部７と、ＣＰＵ２１と、動画撮影制御プログラム２３１と、画像データ抽出プログラム２３３と、寸法取得プログラム２３４と、等により、１つのくぼみに対して所定の時間間隔毎にくぼみ寸法を測定する寸法測定手段が構成されることとなる。

次に、硬さ試験機２００による硬さ試験方法について図９を用いて説明する。

まず、ユーザが試料Ｓの硬さ試験を行う指示を行うと（図９：ＳＴＡＲＴ）、ステップＳ２１（寸法測定工程、動画撮影工程）において、ＣＰＵ２１は、撮影部７により、１つのくぼみに対して動画撮影を行って動画画像データを取得する。なお、取得された動画画像データは画像データ記憶部２３２に格納される。
次に、ステップＳ２２（寸法測定工程、画像データ抽出工程）において、ＣＰＵ２１は、画像データ記憶部２３２に格納された動画画像データから、所定の時間間隔毎の画像データを抽出する。
次に、ステップＳ２３（寸法測定工程、寸法取得工程）において、ＣＰＵ２１は、抽出された画像データの各々から、くぼみ寸法を取得する。
次に、ステップＳ２４（変化率算出工程）において、ＣＰＵ２１は、寸法測定工程により測定したくぼみ寸法を用いてくぼみ面積を算出し、くぼみの大きさの時間による変化率を算出して、本処理を終了する（図９：ＥＮＤ）。

以上のように、本実施形態における硬さ試験機２００及び硬さ試験方法によれば、１つのくぼみに対して所定の時間間隔毎にくぼみ寸法を測定し、測定したくぼみ寸法を用いて、くぼみの大きさの時間による変化率を算出することで、くぼみ寸法の経時変化（時間依存性）を評価することができる。
従って、刻一刻と変化していくくぼみ寸法の時間依存性を考慮した硬さの評価ができることとなり、試料が塑性的な性質を有しているのか、或いは弾性性質と塑性性質の両方の特性を有しているのか等の、試料の詳細な材料特性を把握することができる。
このため、例えば材料開発において、使用用途に対してより適した材料を開発行うための評価手法として活用することが可能となる。

また、本実施形態における硬さ試験機２００及び硬さ試験方法によれば、くぼみの映像を撮影する撮影部７により、１つのくぼみに対して動画撮影を行って動画画像データを取得し、取得された動画画像データから所定の時間間隔毎の画像データを抽出し、この抽出された画像データの各々から、くぼみ寸法を取得する構成となっている。
よって、１つのくぼみを自動で動画撮影して、くぼみ寸法を自動で測定できるため、測定作業を容易にすることができる。
また、取得された動画画像データから画像データを抽出する所定の時間間隔を任意に設定できるので、例えば、くぼみ寸法の変化が予測できない材料でも、再度試験を行う必要がなく何度も任意の箇所の画像データを抽出できるので、より詳細な材料特性を把握することができる。

なお、第２実施形態の硬さ試験機２００に、第１実施形態の変形例で説明した加熱部２ｂ、温度センサ２ｃ、温度制御プログラム１３５、等を付加する構成としても良いのは勿論である。

また、本発明は、上記した実施の形態に限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記第１実施形態、第２実施形態においては、くぼみ面積を算出し、これを用いて時間による変化率を求めることとして説明しているが、くぼみ面積の代わりにビッカース硬さを用いて変化率を求めることとしても良い。

また、上記第１実施形態、第２実施形態においては、圧子３として四角錐状の圧子を例示して説明したが、硬さの相似則が得られる錐形状を有するものであれば圧子の形状はこれに限定されず、例えば、バーコビッチ用の三角錐圧子（圧子軸と面のなす角が６５．０３°、または６５．２７°）、円錐圧子（頂角が１２０±０．３５°等）、及びヌープ用の菱形錐（対菱角が１７２°３０’、１３０°）等を使用することができる。なお、硬さの相似則を成立させるためには、それぞれの錐形状は、先端を球面形状に仕上げず、実用限度において、できるだけ鋭く尖らせることが好ましい。

また、硬さ試験機の構成は、一方の端部に圧子軸を有し、もう一方の端部に電磁力を発生させるフォースコイルを有する荷重レバーを備えて構成される硬さ試験機等であっても良い。

また、上記第１及び第２実施形態は、それぞれ、くぼみの映像を静止画で撮影する場合と、動画で撮影する場合とを例示した実施形態であるが、静止画及び動画の両方が撮影可能であって、ユーザが任意で撮影モードを選択する構成であってもよい。

１００、１００ａ 硬さ試験機
１ 試験機本体
２ ＸＹＺステージ
２ａ 試料保持台（試料台）
２ｂ 加熱部（加熱手段）
２ｃ 温度センサ
３ 圧子
７ 撮影部（撮影手段、寸法測定手段）
１０、１０ａ 制御部
１１、１１ａ ＣＰＵ（寸法測定手段）
１３ 記憶部
１３１ 撮影制御プログラム（撮影制御手段、寸法測定手段）
１３３ 寸法取得プログラム（寸法取得手段、寸法測定手段）
１３４ 変化率算出プログラム（変化率算出手段）
１３５ 温度制御プログラム（温度制御手段）
Ｓ 試料
２００ 硬さ試験機
７ 撮影部（撮影手段、寸法測定手段）
２０ 制御部
２１ ＣＰＵ（寸法測定手段）
２３ 記憶部
２３１ 動画撮影制御プログラム（動画撮影制御手段、寸法測定手段）
２３３ 画像データ抽出プログラム（画像データ抽出手段、寸法測定手段）
２３４ 寸法取得プログラム（寸法取得手段、寸法測定手段）

Claims (8)

1. 試料台に載置した試料の表面に、所定の荷重を負荷した圧子を押込んでくぼみを形成する硬さ試験方法において、
   押込み試験終了時点から、前記試料の表面に形成された１つのくぼみに対して所定の時間間隔毎にくぼみ寸法を測定する寸法測定工程と、
   前記寸法測定工程により測定したくぼみ寸法を用いて、くぼみの大きさの時間による変化率を算出する変化率算出工程と、
   を有することを特徴とする硬さ試験方法。
2. 前記寸法測定工程は、
   くぼみの映像を撮影する撮影部により、１つのくぼみに対して所定の時間間隔毎に所定回数撮影を行って画像データを取得する撮影工程と、
   前記撮影工程により取得された画像データの各々から、くぼみ寸法を取得する寸法取得工程と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の硬さ試験方法。
3. 前記寸法測定工程は、
   くぼみの映像を撮影する撮影部により、１つのくぼみに対して動画撮影を行って動画画像データを取得する動画撮影工程と、
   前記動画撮影工程により取得された動画画像データから、所定の時間間隔毎の画像データを抽出する画像データ抽出工程と、
   前記画像データ抽出工程により抽出された画像データの各々から、くぼみ寸法を取得する寸法取得工程と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の硬さ試験方法。
4. 前記試料台を、所定の温度で加熱した状態で硬さ試験を行うことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の硬さ試験方法。
5. 試料台に載置した試料の表面に、所定の荷重を負荷した圧子を押込んでくぼみを形成する硬さ試験機において、
   押込み試験終了時点から、前記試料の表面に形成された１つのくぼみに対して所定の時間間隔毎にくぼみ寸法を測定する寸法測定手段と、
   前記寸法測定手段により測定したくぼみ寸法を用いて、くぼみの大きさの時間による変化率を算出する変化率算出手段と、
   を備えることを特徴とする硬さ試験機。
6. 前記寸法測定手段は、
   くぼみの映像を撮影する撮影手段と、
   前記撮影手段が、１つのくぼみに対して所定の時間間隔毎に所定回数撮影を行って画像データを取得するよう制御する撮影制御手段と、
   前記撮影手段により取得された画像データの各々から、くぼみ寸法を取得する寸法取得手段と、
   を備えることを特徴とする請求項５に記載の硬さ試験機。
7. 前記寸法測定手段は、
   くぼみの映像を撮影する撮影手段と、
   前記撮影手段が、１つのくぼみに対して動画撮影を行って動画画像データを取得するよう制御する動画撮影制御手段と、
   前記撮影手段により取得された動画画像データから、所定の時間間隔毎の画像データを抽出する画像データ抽出手段と、
   前記画像データ抽出手段により抽出された画像データの各々から、くぼみ寸法を取得する寸法取得手段と、
   を備えることを特徴とする請求項５に記載の硬さ試験機。
8. 前記試料台を加熱する加熱手段と、
   前記試料台における前記試料近傍の温度を検出する温度センサと、
   前記温度センサの検出温度に基づいて、前記加熱手段を制御して前記試料台の温度を制御する温度制御手段と、
   を備えることを特徴とする請求項５〜７の何れか一項に記載の硬さ試験機。

Images