JP6264313B2 - 硬さ試験機 - Google Patents

Description

この発明は、試験片の硬さを測定する硬さ試験機に関する。

硬さ試験機は、試験片を載置して位置決めするステージと、試験片の表面にくぼみを形成するための圧子と、試験位置において圧子を試験片に押し付けることにより圧子に試験力を付与する負荷機構と、試験片の表面に形成されたくぼみを観察するための対物レンズと、対物レンズおよび圧子の何れか一つを試験位置と対向させるように切り替えるターレットとを備えている。そして、試験片の表面に形成されたくぼみの大きさを計測し、そのくぼみの大きさに基づいて試験片の硬さを求める構成となっている（特許文献１参照）。

また、硬さ試験機では、コンピュータ制御により、試験片を載置するステージのＸＹ方向およびＺ方向の移動や、圧子と対物レンズの位置を切り替えるターレットの回転などを自動で行うものが提案されている（特許文献２参照）。このような硬さ試験機では、試験片に複数の試験位置を設定し、圧子を試験片に押し付ける動作と、試験片の表面に形成されたくぼみの読み取りとを、設定した複数の試験位置について全自動で行うことが可能となっている。

特開平９−１５１２８号公報 特開２０１４−１８１９８３号公報

ところで、試験片に複数の試験位置を設定して、それらの試験位置に対する試験を連続して自動で行う場合、最初の試験位置に対して圧子を押し込む動作を開始してから、最後の試験位置に形成されたくぼみの読み取りを終了するまでの総試験時間は、設定した試験位置の数に応じて長くなる。複数の試験位置に対して自動で試験が行われている間は、ユーザーが硬さ試験機を操作する必要がない。このため、硬さ試験機で試験を実行させている間は、ユーザーはその時間を、他の作業を行うために振り当てることができる。

従来は、硬さ試験機での試験が終了するまでの残り時間や終了予定時刻を、試験の進捗状況（設定した試験位置数に対してどれだけの試験位置について試験が終了しているか）を試験の途中でユーザーが確認することにより予測していた。すなわち、試験が終了していない残りの試験位置数、過去の試験の経験則、装置の動作性能などから、おおよその残り試験時間をユーザー側が独自に予測していた。一方で、試験片上に設定された試験位置の数が同じであったとしても、実際に試験にかかる時間は同じにはならない。これは、それらの試験位置の配置パターンの違いにより次の試験位置を圧子と対向させるためのステージ移動にかかる時間に差があったり、圧子の押し込みとくぼみ計測との手順の違いにより、ターレットを回転させる回数に差があったりするためである。そして、ユーザーが予測した試験終了までの時間と実際の試験終了までの時間との差が大きくなると、次の試験のスケジュールやその他の作業スケジュールなどに変動が生じ、作業効率が低下する場合もある。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、試験が終了するまでの残り時間または試験終了予定時刻をユーザーに正確に提示することが可能な硬さ試験機を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、試験片を載置するステージと、前記ステージをＸＹ方向に移動させる水平移動機構と、前記ステージをＺ方向に移動させる昇降機構と、圧子を前記試験片の表面に押し付けることにより前記圧子に試験力を付与する負荷機構と、前記圧子と、前記試験片を観察するための倍率の異なる複数の対物レンズとが配置された切替部材を移動させることにより、前記圧子または前記対物レンズのいずれかを前記試験片と対向する位置に配置する切替機構と、前記試験片上に試験位置を設定する試験位置設定部と、前記試験位置設定部により設定された複数の試験位置に対する試験を連続して実行させるために、前記水平移動機構、前記昇降機構、前記負荷機構および前記切替機構の動作を制御する動作制御部と、を有する制御装置と、前記対物レンズを介して取得した画像を表示する表示部と、を備えた硬さ試験機において、前記制御装置は、試験中に、前記試験位置設定部により設定された複数の試験位置のうち試験が終了した試験位置について実際に試験に要した時間に基づいて、残りの試験位置について試験が終了するまでの残り時間を計算する時間算出部と、前記残り時間を前記表示部に表示、および／または、前記残り時間および現在時刻に基づいて得られる試験終了予定時刻を前記表示部に表示する表示制御部と、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、前記試験位置設定部は、複数の試験位置を、選択された所定の試験パターン、前記試験片において分割された所定の領域、または、所定の試験位置数ごとにグループ化して設定し、前記時間算出部は、各グループ内の各試験位置に対する試験が終了するごとに、グループ単位で実際に試験に要した時間とグループ内の試験位置数から求めた１試験位置あたりの試験時間に基づいて前記残り時間を計算する。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の硬さ試験機において、前記時間算出部は、所定の数の試験位置に対する試験が終了するごとに、前記所定の数の試験位置について実際に試験に要した時間と前記所定の数から求めた１試験位置あたりの試験時間に基づいて前記残り時間を計算する。

請求項１から請求項３に記載の発明によれば、試験の途中で、それまでに試験が行われた試験位置における実際にかかった試験時間に基づいて、残りの試験位置についての試験が終了するまでの時間を計算することから、硬さ試験機のユーザーに、試験が終了するまでの残り時間または試験終了予定時刻を正確に提示することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、時間算出部は、グループ内の各試験位置に対する試験が終了するごとに、グループ単位で実際に試験に要した時間とグループ内の試験位置数から求めた１試験位置当たりの試験時間に基づいて、残り時間を計算することから、設定した複数の試験位置をグルーブごとに圧子２１の押し込みを連続して行った後に、くぼみのサイズを読み取る一括試験方式を採用した場合に、試験が終了するまでの残り時間の更新をグループ単位で行うことができる。このため、ユーザーは、試験の進捗とともに試験が終了するまでの残り時間または試験終了予定時刻を正確に知ることができる。

請求項３に記載の発明によれば、時間算出部は、所定の数の試験位置に対する試験が終了するごとに、所定の数の試験位置について実際に試験に要した時間と所定の数から求めた１試験位置あたりの試験時間に基づいて残り時間を計算することから、くぼみを形成させてからくぼみサイズを読み取るまでに時間がかかると、くぼみの形状が変化する（元に戻ろうとする）ために、１の試験位置への圧子２１の押し込みが終わった直後にくぼみのサイズを読み取る逐次試験方式を採用する場合でも、試験が終了するまでの残り時間の更新を行うことができる。

この発明に係る硬さ試験機の概要図である。 ステージ１２を昇降する昇降機構の概要図である。 ステージ１２に固定具７０が配設された状態を示す斜視図である。 固定具７０の各固定部７５に試料１０を固定した状態を示す平面図である。 ターレット２０に支持された対物レンズ等の配置を示す説明図である。 圧子１９および圧子２１に対して試験力を付与するための負荷機構と、試験片１００に形成されたくぼみを観察するための光学系の概要図である。 圧子２１により試験片１００にくぼみを形成する様子を模式的に示す説明図である。 試験片１００に形成されたくぼみを示す平面図である。 この発明に係る硬さ試験機の主要な制御系を示すブロック図である。 表示部５５への表示態様の一例を示す図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係る硬さ試験機の概要図である。図２は、ステージ１２を昇降する昇降機構の概要図である。

この硬さ試験機は、テーブル１１と、このテーブル１１上に配置され試験片１００を載置するステージ１２とを備える。ステージ１２は、試験片１００をＸ方向（図１における左右方向）およびＹ方向（図１における紙面に垂直な方向）に移動させ、このＸＹ平面上において試験片１００を位置決めするためのものである。このステージ１２には、ステージ１２をＸ方向に水平移動させるためのモータ１３と、ステージ１２をＹ方向に移動させるためのモータ１４とが付設されている。このモータ１３およびモータ１４はこの発明の水平移動機構を構成する。

ステージ１２は、図２に示す昇降機構の作用により、上下方向（Ｚ方向）に移動する。すなわち、ステージ１２を支持する支持部５１は、その側面にラック５３が形成された昇降部材５２により支持されている。この昇降部材５２におけるラック５３は、モータ１５の駆動により回転するピニオン５４と噛合している。このため、ステージ１２は、モータ１５の駆動により昇降する。

また、この硬さ試験機は、試験片１００を目視により観察するための接眼レンズ１６と、試験片１００を撮影するためのカメラ１７と、圧子２１および対物レンズ２３、２４等を支持して回転する切替部材としてのターレット２０とを備える。このターレット２０は、つまみ２６を操作することにより、あるいは、後述するモータ３０の駆動により、鉛直方向を向く軸を中心に回転する。また、この硬さ試験機は、入力部および表示部としても機能するタッチパネル式の液晶表示部５９を備える。なお、モータ３０およびターレット２０は、この発明の切替機構を構成する。

図３は、ステージ１２に固定具７０が配設された状態を示す斜視図である。図４は、固定具７０の各固定部７５に試料１０を固定した状態を示す平面図である。

微小寸法の試験片１００に試験を行うときには、試験片１００の硬さに影響を及ぼさない方法で試験片１００を樹脂モールドしたものを試料１０とし、表面を材料の特性に適した研磨法により研磨して被検査面としている。この硬さ試験機では、試験片１００を樹脂モールドした円柱状の試料１０の外形に応じた４個の固定部７５を形成した固定具７０をステージ１２上にボルトにより固設することにより、複数の試験片１００に対して、連続した自動試験を行うことができる。なお、図４では、歯車の一部である鋼製の同一形状の試験片１００を各々保持させた試料１０を固定部７５に固定した様子を示している。

固定具７０は、４個の孔部が設けられた上板部材７１と、固定具７０をステージ１２上に固定するためのボルト孔が設けられた下板部材７２と、下板部材７２と上板部材７１を接続する柱部材７３と、試料１０の高さに応じて、試料１０を下から支える押さえネジ部７６とを備える。各固定部７５は、上板部材７１の孔部と、下板部材７２に配設された押さえネジ部７６により構成される。

なお、図３および図４に示す固定具７０は、複数の試験片１００をステージ１２上に配置するときに使用される固定具の一例であり、試験片１００の調製の態様により、固定具は適宜変更される。

図５は、ターレット２０に支持された対物レンズ等の配置を示す説明図である。

ターレット２０には、ステージ１２上に載置された試験片１００に押し込まれる圧子１９、２１と、２倍の対物レンズ２２、５倍の対物レンズ２３、４０倍の対物レンズ２４および５０倍の対物レンズ２５とが配設されている。これらの圧子１９、２１および対物レンズ２２、２３、２４、２５は、ターレット２０の回転中心Ｃを中心とした円上に配置されている。なお、対物レンズ２２、２３、２４、２５の倍率および配設個数はこれに限定されるものではない。

再度、図１を参照して、この硬さ試験機は、試験片１００の表面の像を表示するための液晶モニタ等の表示部５５と、各種のデータを入力するための入力手段として機能するキーボード５７およびマウス５８と、本体５６とから構成されるパーソナルコンピュータ５０を備える。そして、このパーソナルコンピュータ５０は、本体５６内にＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等の記憶装置と論理演算を実行するＣＰＵを備える。

図６は、圧子１９および圧子２１に対して試験力を付与するための負荷機構と、試験片１００に形成されたくぼみを観察するための光学系の概要図である。なお、図６は、図５において一点鎖線で示す位置における断面を示している。

この硬さ試験機は、圧子１９、２１の先端を試験片１００に対して押し込むための試験力を圧子１９、２１に対して付与する負荷機構と、ステージ１２上に載置された試験片１００を照明するとともにくぼみを観察するための光学系とを備える。

ターレット２０は、軸筒２７がベアリング２９を介して回転軸２８に接続されており、つまみ２６を操作することにより、あるいは、後述するモータ３０の駆動により、鉛直方向を向く回転軸２８を中心に回転する。図５においては、ターレット２０の回転により負荷伝達軸３６を介して圧子２１に試験力が与えられる場合、すなわち、圧子２１が試験片１００と対向する位置に配置されている場合を示している。圧子１９に対して試験力を付与する場合には、圧子１９が、図５に示す圧子２１の位置に配置される。

負荷機構は、水平方向を向く軸３１を中心に揺動可能なレバー３２を備える。レバー３２の一端には、中空の押圧部３５が配設されている。この押圧部３５は、レバー３２の揺動に伴って、圧子２１に連結した負荷伝達軸３６の端部に付設された当接部３７を押圧する構成となっている。また、レバー３２の他端には、永久磁石３３が付設されている。この永久磁石３３の外部には、電磁コイル３４が配設されている。この永久磁石３３と電磁コイル３４とにより、ボイスコイルモータが構成される。このボイスコイルモータは、電磁式の負荷機構となり、電磁コイル３４に流れる電流を制御することにより、負荷伝達軸３６の先端に配設された圧子２１による試験片１００への試験力を制御することが可能となる。

負荷伝達軸３６は、上下の板バネ６１が支持部材６２を介してターレット２０の軸筒２７に固定されたロバーバル構造により支持されており、負荷機構により与えられた試験力に応じて昇降可能となっている。負荷伝達軸３６には、この負荷伝達軸３６の移動量を検出する差動トランス式の変位検出器６０が接続されている。この変位検出器６０は、支持部材６３を介してターレット２０の軸筒２７に接続され、ターレット２０の回転により負荷伝達軸３６と同期して移動する。なお、この変位検出器６０は、試験片１００の表面の検出に使用される。すなわち、圧子２１を極めて小さい力で下降させたときの移動量を常に検出し、圧子２１の移動が停止したときに圧子２１が試験片１００の表面と当接したと判断している。

光学系は、ＬＥＤ光源４１と、ＬＥＤ光源４１からの光を水平方向に導く光筒４２と、試験片１００を上から照明するために光筒４２により導かれた光を押圧部３５の中空部に導光するとともに、試験片１００の表面およびその周辺領域からの反射光をカメラ１７側に透過させるハーフミラー４３と、ハーフミラー４３を透過した試験片１００の表面からの反射光を接眼レンズ１６およびカメラ１７に分割するハーフミラー４４とを備える。対物レンズ２２が図４における負荷伝達軸３６の位置、すなわち試験片１００に形成されたくぼみの観察位置に配置された場合には、試験片１００の表面からの反射光が、対物レンズ２２、押圧部３５の中空部、ハーフミラー４３、４４を介して、接眼レンズ１６およびカメラ１７に入射する。これにより、接眼レンズ１６により試験片１００の拡大像を観察できるとともに、カメラ１７により撮影した拡大像をパーソナルコンピュータ５０における表示部５５に表示することができる。その他の対物レンズ２３、２４、２５がくぼみの観察位置に配置された場合も、対物レンズ２２による場合と同様である。

図７は、圧子２１により試験片１００にくぼみを形成する様子を模式的に示す説明図であり、図８は、試験片１００に形成されたくぼみを示す平面図である。

圧子１９、２１のうち、圧子２１は、硬さ試験としてのビッカース硬さ試験を実行するためのものであり、その先端は四角錐形状となっている。この圧子２１は、図７に示すように、図５に示す負荷機構の作用により試験片１００の表面に深さｈだけ押し込まれる。そして、その試験力を解除し、図１に示すターレット２０を回転させて所望の倍率の対物レンズ（例えば、対物レンズ２４）を試験片１００と対向する位置に移動させる。対物レンズ２４、カメラ１７を介して得られた試験片１００の表面に形成されたくぼみの画像から、くぼみの対角線長さｄ［ｄ＝（ｄｘ＋ｄｙ）／２］を測定する（図８参照）。ビッカース硬さは、試験力を、底面が正方形で頂点の角度が圧子２１と同じ角錐であると仮定したくぼみの表面積で割って得られる値に比例する。そして、くぼみの対角線長さｄ（ｍｍ：ミリメートル）から求められたくぼみの表面積と試験力から、ビッカース硬さが算出される。

ここで、試験力をＦ（Ｎ：ニュートン)とした場合に、ビッカース硬さＨＶは、下記の式（１）で表される。

ＨＶ ＝ ０．１８９１（Ｆ／ｄ^２ ） ・・・・・（１）

なお、圧子１９、２１のうち、他方の圧子１９としては、例えば、ヌープ硬さ試験に使用される底面が菱形のピラミッド型の圧子が使用される。

図９は、この発明に係る硬さ試験機の主要な制御系を示すブロック図である。

この硬さ試験機は、試験機本体内に試験機の動作を制御する試験機制御部８０を備える。この試験機制御部８０は、上述したカメラ１７、液晶表示部５９、ＬＥＤ光源４１、変位検出器６０、電磁コイル３４、パーソナルコンピュータ５０の本体５６、ターレット２０を回転させるためのモータ３０およびステージ１２をＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させるためのモータ１３、１４、１５と接続されている。さらに、この試験機制御部８０は、硬さ試験機を動作させるための各種情報を記憶する記憶部８１と接続されている。

パーソナルコンピュータ５０は、複数の試験位置に対する試験を連続して実行させるための各種機能を備えるこの発明の制御装置として機能し、本体５６内に、制御部９０と記憶部９６を備える。そして、制御部９０は機能的構成として、試験位置設定部９１と、動作制御部９２と、時間算出部９３と、表示制御部９５とを備える。

試験位置設定部９１は、試験片１００の表面に複数の試験位置を設定する。動作制御部９２は、試験位置設定部９１により設定された複数の試験位置の座標に基づき、ステージ１２の水平移動機構および昇降機構の制御量、圧子１９または２１を試験片１００に押し付ける負荷機構の制御量、および、圧子１９、２１、対物レンズ２２、２３、２４、２５のいずれかを試験片１００に対向配置する切替機構の制御量を算出し、各機構の動作を制御する。時間算出部９３は、試験が開始されてから試験が終了するまでの試験の所要時間を計算し、試験中には、試験が終了した試験位置について実際に試験に要した時間に基づいて、残りの試験位置について試験が終了するまでの残りの試験時間を再計算する。表示制御部９５は、時間算出部９３の算出結果に基づいて、試験の残り時間および／または試験終了予定時刻を表示部５５に表示させる。

記憶部９６は、試験位置設定部９１により試験位置を設定するときに利用される試験パターンや、設定された各試験位置の座標等の各種情報を記憶する。なお、試験パターンは、試験位置間の距離などのいくつかのパラメータにより規定されたものであり、表示部５５の画面上に示される複数の試験位置を、各試験位置の位置関係を維持した状態で１つの操作対象として取り扱うことが可能なものである。例えば、オペレータが試験片１００の外縁から所定の距離の位置に所定の間隔で複数の試験位置を設定する試験パターンを選択すると、試験位置設定部９１は、低倍率の対物レンズ２２を介して取得した試験片１００の形状に合わせて、複数の試験位置を自動的に設定する。

次に、以上のような構成を有する硬さ試験機を使用して、硬さ試験を行う場合の、試験時間の計算、残り時間および試験終了予定時刻の表示部５５への表示について、図４に示す同一形状の試験片１００を各々保持させた試料１０をステージ１２上の固定具７０の各固定部７５に固定して、連続してビッカース硬さ試験を行うときを例に説明する。

まず、ターレット２０を回転させて、低倍率の対物レンズ２２を試料１０と対向する位置に移動させ、対物レンズ２２を介して取得された画像を、表示部５５に表示させるとともに、パーソナルコンピュータ５０により試験片１００の形状を読み取る。次に、オペレータがキーボード５７およびマウス５８を利用して表示部５５に表示された１の試験片１００に対して圧子２１を押し込んで硬さを計測すべき試験位置を設定する。

この硬さ試験機では、試験位置の設定は、試験片１００上の任意の位置を１点１点オペレータが指定する方法と、予め記憶部９６に記憶させていた試験パターンを呼び出して、試験片１００上の所定の領域に適用する方法とによって実行することができる。

図４の試験片１００は歯車の一部であり、歯車は互いに噛み合う歯面の耐摩耗性を確保するために焼入れが行われる。試験位置とこれに対応する試験力等の試験条件は、焼入れによる硬化層深さに応じて、試験片１００内の位置によって異なる。このため、この硬さ試験機では、複数の試験位置がパターン化された試験パターン（例えば、試験片１００の外縁に沿って試験位置を設定するパターンと、試験片１００の内側に向かって直線状に試験位置を設定するパターン）を、予めパーソナルコンピュータ５０の記憶装置（例えばＲＯＭ）または試験機制御部８０に接続された記憶部８１に記憶させている。そして、所望の試験パターンをオペレータが入力手段を介して選択することにより、複数の試験位置を試験片１００に設定できるようにしている。試験パターンは、試験片１００の材質や形状に応じて複数用意されており、このような試験パターンの試験片１００への適用は、オペレータのマウス５８等を用いた所望の試験パターンを選択する信号の入力を受けて、試験片１００の端縁からの距離やくぼみ中心間の距離等、試験規格に定められた条件を充足する位置を試験位置として設定するプログラムの実行により実現される。

また、図４に示す同一形状の４つの試験片１００に試験位置を設定する場合、例えば、１つの試験片１００上の任意の位置を１点１点オペレータが指定して設定した複数の試験位置を試験パターンとして一旦記憶部９６に記憶させ、他の３つの試験片１００に試験位置を設定するときには、先に記憶させた試験パターンを適用することで、複数の試験位置を一括して設定することもできる。

このようにして各試験片１００上に設定された複数の試験位置の座標情報は、記憶部９６に記憶される。そして、記憶部９６に記憶された情報は、動作制御部９２において、ステージ１２の水平移動機構、昇降機構およびターレット２０の切替機構の各機構の制御量の算出に利用される。

ステージ１２上に載置された全ての試験片１００の全ての試験位置の設定が完了すると、動作制御部９２により全ての試験位置に対して順次試験を実行していくためのステージ１２の水平移動機構、昇降機構およびターレット２０の切替機構の各機構の制御量が算出され試験機制御部８０に送信される。そして、試験機制御部８０は、モータ３０を駆動してターレット２０を回転させ、圧子２１を試験片１００の表面に対向配置させるとともに、モータ１３およびモータ１４を駆動して設定された試験位置と圧子２１の負荷軸の軸心が一致するように、ステージ１２を水平移動させる。そして、ステージ１２の移動が完了すると、試験機制御部８０は、負荷機構を制御することにより、所定の試験力で圧子２１を試験片１００の表面に押し付ける。

また、試験片１００の表面へのくぼみの形成が終わると、表示部５５に表示される画像の視野範囲を、くぼみの計測に適した視野範囲に切り替えるため、試験機制御部８０は、モータ３０を駆動してターレット２０を回転させることにより、対物レンズ２４を試験片１００の表面に対向する位置に移動させ、モータ１５を駆動してステージ１２を昇降させることでオートフォーカスを実行する。試験機制御部８０は、対物レンズ２４を介して得られた画像を用いて、くぼみの対角線長さｄを計測し、ビッカース硬さを算出する（図８参照）。

図１０は、表示部５５への表示態様の一例を示す図である。図１０（ａ）は、試験終了までの残り時間を表示し、図１０（ｂ）は、試験予定終了時刻を表示している。なお、試験終了までの残り時間と試験予定終了時刻を同時に表示してもよい。

試験が開始されると、時間算出部９３において所要時間が計算される。この所要時間とは、試験が開始されて、設定された全ての試験位置についてくぼみのサイズの読込が終了するまでの総試験時間である。試験開始時に算出される試験時間（所要時間）は、１試験位置当たりのおおよその必要時間（例えば３０秒）に、設定した試験位置数（例えば１０００）を乗算することにより算出される。時間算出部９３の算出結果である時間は、図１０（ａ）に示すように、試験終了までの残り時間としてそのまま表示されるか、または、図１０（ｂ）に示すように、パーソナルコンピュータ５０が有する時計機能から取得された現在時刻に算出された試験時間を加算して得られる試験終了予定時刻として表示される。なお、図１０（ａ）に示すように時間を表示する場合には、パーソナルコンピュータ５０の本体５６が有する時計機能と連動させて、時間をカウントダウンさせる。

試験中においては、設定された複数の試験位置のうち試験が終了した試験位置について実際に試験に要した時間がカウントされており、この実際に試験に要した時間に基づいて、時間算出部９３において、試験が終了するまでの残り時間が再計算される。この再計算は、試験開始時に試験時間の計算に用いた１試験位置あたりの試験時間を、実際に試験に要した時間に基づいて得られた１試験位置あたりの試験時間に変更した後に、その変更された１試験あたりの試験時間に残りの試験位置数を乗算することにより行われる。表示制御部９５は、時間算出部９３の再計算結果に基づいて、表示部５５に表示させる試験終了までの残り時間、または、試験終了予定時刻を更新する。

また、この硬さ試験機では、複数の試験位置に対して連続して試験を行うときの圧子２１の押し込みとくぼみ計測の手順を、次の２つの方法から選択できるようになっている。第１の方法は、１の試験位置への圧子２１の押し込みが終わった直後に、くぼみのサイズを読み取る逐次試験方式である。第２の方法は、設定した複数の試験位置をいくつかの単位に分け（グループ化）、グルーブごとに圧子２１の押し込みを連続して行った後に、くぼみのサイズを読み取る一括試験方式である。

圧子２１の押し込みとくぼみ計測の手順として、第１の方法が選択されているときには、時間算出部９３は、所定の数の試験位置に対する試験が終了するごとに、所定の数の試験位置について実際に試験に要した時間と所定の数から求めた１試験位置当たりの試験時間に基づいて、残り時間を再計算する。所定の数は１以上の任意の数であり、例えば、所定の数が１の場合は、ある試験位置に対して負荷機構を動作させて圧子２１への荷重負荷が開始されたときから、次の試験位置に対して負荷機構を動作させて圧子２１への荷重負荷が開始されるまでの時間を、１試験位置当たりの試験時間とし、残り時間の再計算を１試験位置ごとに繰り返し実行する。また、例えば、所定の数が１０の場合は、ある試験位置に対して負荷機構を動作させて圧子２１への荷重負荷が開始されたときから、１１番目の試験位置に対して負荷機構を動作させて圧子２１への荷重負荷が開始されるまでの時間を試験位置の数１０で除した時間（平均試験時間）を、１試験位置当たりの試験時間として、残り時間の再計算を１０試験位置ごとに繰り返し実行する。

圧子２１の押し込みとくぼみ計測の手順として、第２の方法が選択されているときには、グループ単位で試験が進行していくことから、時間算出部９３は、グループ内の各試験位置に対する試験が終了するごとに、グループ単位で実際に試験に要した時間とグループ内の試験位置数から求めた１試験位置当たりの試験時間に基づいて、残り時間を再計算する。例えば、あるグループの最初の試験位置に対して負荷機構を動作させて圧子２１への荷重負荷が開始されたときから、次のグループの最初の試験位置に対して負荷機構を動作させて圧子２１への荷重負荷が開始されるまでの時間を１グループの試験に要した時間とし、この１グループに要した時間をグループ内の試験位置数で除した時間（平均試験時間）を記憶部９６に記憶させ、次のグループの最初の試験位置への圧子２１への荷重負荷が開始されたときに、時間算出部９３において記憶させた平均試験時間を用いて残り時間を再計算させる。

なお、上述した例では、１グループの試験に要した時間を、圧子２１に対して負荷機構を動作させるタイミングに合わせてカウントしているが、例えば、対物レンズ２４と圧子２１の位置を入れ替えるためにターレット２０を回転させる切替機構の動作のタイミングでカウントしてもよい。また、この第２の方法は、第１の方法に比べて、ターレット２０の切替回数が少ない分、総試験時間を短くすることができる。このため、圧子２１の押し込みから読み取りまでに時間が経過しても、くぼみの形状に変化を生じない塑性変形する材料の試験では、第２の方法が選択されることが多い。

試験片１００に設定される複数の試験位置のグループ化は、対物レンズ２２により取得された表示部５５の画面上に表示される試験片１００の画像上に示される複数の試験位置のうち、試験パターンを適用した範囲を利用して行うことができる。例えば、図４に示すように同一形状の試験片１００の１つに設定した複数の試験位置を試験パターンとして記憶させた後に、他の３つの試験片１００に記憶させた試験パターンを適用している場合は、設定された複数の試験位置は試験片１００ごとにグループ化され、４つのグループが作成されることになる。

図４に示す例では、固定具７０の４個の固定部７５に全て同一形状の試験片１００を保持する試料１０を固定した例を示しているが、試験片１００の形状がすべて異なっていてもよい。試験片１００の少なくとも一部が同一形状であれば、その同一形状部分について、試験パターンを利用して複数の試験位置を容易に設定することが可能である。すなわち、同一形状部分について先に設定された複数の試験位置を試験パターンとして記憶させておき、他の試験片１００の同一形状部分にそれぞれ適用すればよい。この場合には、オペレータがマウス５８などを使用して画定した表示部５５の画面上の領域内で複数の試験位置を設定する。このようにオペレータが任意の領域を作成した後に、その領域に、例えば、複数の試験パターンを設定していた場合には、その任意の所定の領域ごとに試験位置をグループ化してもよい。

また、試験位置の設定に試験パターンを利用しない場合でも、全ての試験位置を設定した後に、それらの試験位置を、試験位置設定時に表示部５５に表示させた試験片１００の画像を分割した所定の領域ごとに、あるいは、所定の数（例えば５０の試験位置）ごとに、試験片１００への圧子２１の押し込みとくぼみの読込を一括して行うためのグループに分けてもよい。

なお、図１０（ａ）および図１０（ｂ）の表示例においては、試験終了までの残り時間や試験終了予定時刻とともに、現在の試験の状況を、圧子２１を試験片１００に押し込んでいる「負荷中」と、くぼみのサイズを計測する「読取中」との文字表示で示している。このように、試験終了までの残り時間や終了予定時刻は、試験の状況や試験の進捗を示す他の情報とともに表示されてもよい。また、図１０に示す表示例では、対物レンズから取得された試験片１００やくぼみの画像とは別のウィンドウに試験終了までの残り時間や終了予定時刻を表示する例を示したが、試験片１００やくぼみの画像を表示するウィンドウに表示領域を設けて表示させてもよい。少なくとも残り時間と試験終了予定時刻のいずれか一方が表示部５５に表示されればよく、例えば、表示制御部９５に表示切替機能を持たせて、図１０（ａ）のような時間の表示と、図１０（ｂ）のような時刻の表示とを、オペレータの選択により相互に切り替えるようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、時間算出部９３における試験の開始から終了までの総試験時間（所要時間）の計算は、試験開始時に行い、表示制御部９５による表示部５５への表示も試験開始時に行っているが、これらは、試験を開始する前の試験条件設定時に行うようにしてもよい。さらに、上述した実施形態では、試験開始時に、時間算出部９３において所要時間を計算させ、表示制御部９５の作用によりこの所要時間を表示部５５に表示させるようにしているが、所要時間の計算と表示は省略してもよい。すなわち、最初のグループや所定の数の試験位置について試験が終了した時点（試験進行の早い段階）で、時間算出部９３において試験の残り時間を計算させ、残り時間および／または試験終了予定時刻を表示部５５に表示させるようにしてもよい。

上述したように、この発明に係る硬さ試験機においては、複数の試験位置を設定して連続して試験を行うときに、試験中にそれまでの試験に要した時間から試験終了までの時間を計算させている。このため、この発明に係る硬さ試験機では、複数の試験片１００に対して試験を行うときの、表示部５５に表示させる試験終了までの時間または試験終了予定時刻を正確にユーザー側に提示することが可能となる。これにより、ユーザーはより効率的な試験を行うことができる。

１１ テーブル
１２ ステージ
１３ モータ
１４ モータ
１５ モータ
１６ 接眼レンズ
１７ カメラ
１９ 圧子
２０ ターレット
２１ 圧子
２２ 対物レンズ
２３ 対物レンズ
２４ 対物レンズ
２５ 対物レンズ
２６ つまみ
２７ 軸筒
２８ 回転軸
２９ ベアリング
３０ モータ
３１ 軸
３２ レバー
３３ 永久磁石
３４ 電磁コイル
３５ 押圧部
３６ 負荷伝達軸
３８ ネジ
４１ ＬＥＤ光源
４２ 光筒
４３ ハーフミラー
４４ ハーフミラー
５０ コンピュータ
５３ ラック
５４ ピニオン
５５ 表示部
５６ 本体
５７ キーボード
５８ マウス
５９ 液晶表示部
６０ 変位検出器
６１ 板バネ
６２ 支持部材
６３ 支持部材
７０ 固定具
７１ 上板部材
７２ 下板部材
７３ 柱部材
７５ 固定部
７６ 押さえネジ部
８０ 試験機制御部
８１ 記憶部
９０ 制御部
９１ 試験位置設定部
９２ 動作制御部
９３ 時間算出部
９５ 表示制御部
９６ 記憶部
１００ 試験片

Claims (3)

1. 試験片を載置するステージと、
   前記ステージをＸＹ方向に移動させる水平移動機構と、
   前記ステージをＺ方向に移動させる昇降機構と、
   圧子を前記試験片の表面に押し付けることにより前記圧子に試験力を付与する負荷機構と、
   前記圧子と、前記試験片を観察するための倍率の異なる複数の対物レンズとが配置された切替部材を移動させることにより、前記圧子または前記対物レンズのいずれかを前記試験片と対向する位置に配置する切替機構と、
   前記試験片上に試験位置を設定する試験位置設定部と、前記試験位置設定部により設定された複数の試験位置に対する試験を連続して実行させるために、前記水平移動機構、前記昇降機構、前記負荷機構および前記切替機構の動作を制御する動作制御部と、を有する制御装置と、
   前記対物レンズを介して取得した画像を表示する表示部と、
   を備えた硬さ試験機において、
   前記制御装置は、
   試験中に、前記試験位置設定部により設定された複数の試験位置のうち試験が終了した試験位置について実際に試験に要した時間に基づいて、残りの試験位置について試験が終了するまでの残り時間を計算する時間算出部と、
   前記残り時間を前記表示部に表示、および／または、前記残り時間および現在時刻に基づいて得られる試験終了予定時刻を前記表示部に表示する表示制御部と、
   を備えることを特徴とする硬さ試験機。
2. 請求項１に記載の硬さ試験機において、
   前記試験位置設定部は、複数の試験位置を、選択された所定の試験パターン、前記試験片において分割された所定の領域、または、所定の試験位置数ごとにグループ化して設定し、
   前記時間算出部は、各グループ内の各試験位置に対する試験が終了するごとに、グループ単位で実際に試験に要した時間とグループ内の試験位置数から求めた１試験位置あたりの試験時間に基づいて前記残り時間を計算する硬さ試験機。
3. 請求項１に記載の硬さ試験機において、
   前記時間算出部は、所定の数の試験位置に対する試験が終了するごとに、前記所定の数の試験位置について実際に試験に要した時間と前記所定の数から求めた１試験位置あたりの試験時間に基づいて前記残り時間を計算する硬さ試験機。

Images