JPH01237431A - 変位測定方式硬度計における硬度測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は変位測定方式硬度計における硬度測定方法に
係り、更に詳細には、圧子を所定の荷重で試料に押し付
け、生じた窪みの深さの程度によって比較する硬度計で
、特に薄膜試料等低荷重での測定において顕著な効果を
発揮する変位測定方式硬度計における硬度測定方法に関
する。

（従来の技術） 従来、例えば変位測定方式の硬度計において、薄膜等の
測定を行なうと圧子が膜を貫通したり、下地の影響を受
は易くなることから、低荷重で測定を行なう必要があっ
た。

即ち、一般に、試料の硬さＨは、押込み荷重Ｐと押込み
深ざＤの測定値から、次式で求められる。

Ｈ−α・Ｐ／Ｄ２　　・・・・・・（１）ここで、αは
圧子形状による定数である。

また、同一材料（同−硬さ）におけるＰとＤの関係は、
ＰｃＣＤ２となり、圧子を一定速度で動かし試料へ接触
させ、最終押付は荷重に到達し、停止するまでの過程を
Ｐ、Ｄおよび時間Ｔとの関係で表すと第５図のごとくな
る。

第５図より理解されるように、押付は荷重当りの試料の
変化量は、圧子の試料接触時が最も大きく、押し込んで
行くに従って小さくなる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、第５図の状態で押込み深さＤを精度良く
測定するためには、圧子が試料表面に接した瞬間を精度
良く検出することが必須条件となり、この検出誤差が硬
さ検出精度に大きな影響を与えることとなる。

一般には、荷重Ｐの変化により、表面検出を行なうこと
になるが、極めてわずかな荷重変化を検出しなければな
らず、圧子を試料に押付け、荷重を増大させてゆく際、
当然、動的荷重となるので、ある瞬間での測定では機械
系の振動等の影響が含まれ精度の良い測定が困難となる
。

特に薄膜試料等低荷重での測定が必須条件となる変位測
定方式の硬度計では、試料の窪み量も非常に小さくなり
、測定誤差の硬さに及ぼす影響も大ぎくなるという問題
があった。

そこで、この発明の目的は、上述した課題に鑑み創案さ
れたものであって、従来使用されている硬度泪の構成あ
るいは精度を変えることなく、測定精度向」：を図っ１
ｃ変位測定方式硬度計における硬度測定方法を提供する
ことにある。

「発明の構成」 （課題を解決するＩζめの手段） 上記目的を達成づるために、この発明は、圧子の試料へ
の侵入深さから、モの試料の硬度を測定する変位測定方
式硬度計により、試料の硬度を測定する際、圧子を試料
に接触させてがら圧子の最終負荷までの荷重負荷過程途
上で少くとも１回一定時間停止させて試料の硬度を測定
する変位測定方式硬度計における硬度測定方法である。

（作用） 前述の構成により、変位測定方式の硬度計にて、試料に
硬度計の圧子を押し付は硬度を測定する際、最終負荷ま
での途中段階で少なくとも１回一定時間停止させて、こ
の停止時にて硬度を測定するようにしたものである。

このため、停止時に計測するので測定精度の向上を図る
ことができる。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。

第１図には変位測定方式の硬度計と、その制御装置の構
成が概念的に例示しである。例えば、タレットディスク
ＴＤ上に載置した試料Ｗの穴Ｈの側面硬度を測定する場
合、変位測定方式の硬度計１は試料Ｗ上に載せられる。

その硬度計１は、具体的な構成の詳細な説明は省略する
が、硬度計１の構成は、リニアアクチュエータ３により
スライド機構５を介して検出棒７の先端に設けた例えば
ダイヤモンドのごとき圧子９を、前記穴Ｈの側面に当接
押圧して測定する構成である。なお、前記検出棒７の途
中には半導体歪みゲージ１１が設けられ、更に、検出棒
７の基部には微少変位計１３が当接しである。

上述した変位測定方式の硬度計１を制御するための制御
装置１５が硬度計１に接続されて設けられている。

より詳細には、第１図に示されているように、制御装置
１５の中央処理装置（以下、ｃＰＵという。）１７には
、サーボコントローラ１つを介して前記リニアアクチュ
エータ３が、および変位計コン１〜ローラ２１を介して
前記微少変位計１３が接続されている。さらに、ＣＰＵ
１７にはＡ／Ｄ変換器２３を介して歪みゲージアンプ２
５と温度センサアンプ２７が接続されている。その歪み
ゲージアンプ２５と温度センザアンプ２７には前記半導
体歪みゲージ１１が接続されている。

前記ＣＰＵ１７には、定数αなどを予め設定づるための
設定部２９．予め種々のデータを求めてファイルしてお
くデータベース３１．測定した硬度を表示するための表
示ユニット３３および測定した硬度をプリントアウトす
るプリンタユニット３５が接続されている。

また、前記ＣＰＵ１７には、最終荷重までの途中段階（
最終段階を含む）の２点間（停止時）における荷重と変
位差より、押込み荷重Ｐと押込み深さＤおよび硬度Ｈの
関係を求める第１演算処理手段３７と第２演算処理手段
３９が接続されている。

ここで、本実施例における基本的な着眼点を説明すると
、一般に荷重検出センサの較正は、ある一定値以上の荷
重が作用した状態の方が、零点付近よりも容易で精度も
高いと云われている。

このことより、従来、試料Ｗの硬さＨを求めるのに、Ｈ
−α・Ｐ／Ｄ２という式より求めていたが、試料表面検
出を行なわなくても、最終荷重までの途中段階（最終荷
重を含む）の２点間において、荷重と変位差がわかれば
、Ｐ、　［１，Ｈの関係が求められる。

また、上述した測定点を多くとり、最小二乗法等の統８
１的手法を用いれば、更に測定硬度値の精度を向上させ
ることができる。

従って、圧子９を試料Ｗに押付け、荷重を増大させてゆ
く場合、当然、動的荷重となるので、ある瞬間での測定
では機械系の振動等の影響が含まれるので、Ｐ、Ｄ値の
測定においては、一定時間停止させ、停止時で測定する
ことによって、測定精度を向上させ０るようにしたもの
である。

この着眼点に基づく具体的な構成を説明すると、第２図
および第３図を参照するに、第２図には、荷重負荷パタ
ーン（制御パターン）が示され、第３図には、荷重と試
料の窪み変位との関係が示されている。

第２図において、Ｐ＋　、Ｐ２は圧子９の押付荷重、ｊ
Ｏ、ｊｌ　、ｊ２　、ｔ３　、ｔ４はそれぞれ圧子負荷
動作開始後の時間を示し、ｔｌとｔ２およびｔ３と１４
間の時間Ｔ＋　、Ｔ２は停止状態を示している。第３図
において、Ｄｌと０２は試料Ｗの窪み変位をそれぞれの
状態に応じた形で示し、Ｄｔにて硬度検出がなされる。

なお、ｄｌ、ｄ２は位置検出点を示す。

次に、第４図に示したフローチャートを基にして、硬度
測定の動作を説明する。第４図において、ステップＳ１
で硬度計１を作動さぜ押付動作を開始し、ステップＳ２
において検出棒１１により荷重Ｐを検出し、荷重ＰがＰ
＝Ｏ（ｔ　＝ｔ　ｏ　）であるかどうかを判断し、Ｐ＝
ＯであればステップＳ１の手前に戻る。Ｐ＝Ｏでなけれ
ばステップＳ３に進み押付は動作を継続させる。すなわ
ち、リニアアクチュエータ３を作動させて、圧子９を試
料　　２Ｗに押付は動作を続ける。

ステップ＄４で荷重ＰがＰ＝Ｐ＋　　（ｔ　＝ｉ　＋　
）であるかどうかを判断し、Ｐ＝Ｐ＋でなければスー７
゛− テップＳ３の手前に戻り、押付は動作をさらに続ける。

荷重ＰがＰ−Ｐ＋であると判断されると、ステップＳ５
では荷重ＰがＰ＝Ｐ’＋の時点でＴ１時間（ｔ２−ｔ＋
）保持させる。

ステップＳ６で荷重ＰがＰ＝Ｐ１時における位置ｄ１を
微少変位計１３で測定する。あるいは、微少変位計１３
を零点補正する。ステップＳ７でざらに圧子９の負荷動
作を続け、ステップＳ８で荷重ＰがＰ＝Ｐ２　　（ｔ’
＝ｊ３　＞になったかどうかを判断する。

荷重ＰがＰ＝Ｐ２になっていないと判断されると、ステ
ップＳ７の手前に戻りさらに押付は動作を続ける。荷重
ＰがＰ＝Ｐ２になったと判断されると、ステップＳ９で
圧子９の動作を止め１２時間保持させる。この１２時間
保持させた状態でステップ＄１０において、微少変位計
１３により位置ｄ２を検出する。

ステップＳ１１でまず第１演韓処理手段３７で変位量Ｄ
２は、Ｄｔ　＝ｄ　２−６１で求められる。

さらに、硬度Ｈ−α・Ｐ／Ｄ２の式より、Ｐ＋／ＤＩ　
＝Ｐ２／　（ＤＩ　＋Ｄ２　）２が成り立つから、Ｄｌ
の変位量が演韓処理される。

さらに、第２演算処理手段３９で、Ｈ＝α・Ｐ／Ｄ２の
式に、α、Ｐ２　、Ｄｔ　、Ｄｔの値を入れることによ
り、Ｈ−α・Ｐ２　／　（ＤＩ　十Ｄ２　）２から、試
料Ｗの硬度Ｈが正確で確実に精度よく測定することがで
きる。

上述した如く、荷重検出や、変位検出器自体の精度や硬
度計の構成部品をほとんど変えることなく、簡単な制御
手段を追加することにより、精度よい硬度測定を可能と
することができる。

なお、本実施例にては、最終荷重Ｐ２までの間に一度し
か圧子１３の停止を行なっていないが、同様の制御方法
で多数回の停止を行なうことにより、より精度の高い測
定が可能となり、また、上述した実施例に限定されるこ
となく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変
更を加え得ることは勿論である。

［発明の効果］ 以上のごとき実施例の説明から構成される装置に、要す
るにこの発明は、圧子の試料への侵入深さから、その試
料の硬度を求める変位測定方式の硬度計で硬度を測定す
る際、圧子の最終負荷までの荷重負荷過程途上で少なく
とも１回一定時間停止するようにして硬度を測定するこ
とにより、特に薄膜試料等低荷重での測定において、測
定精度の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図はこの発明の一実施例を示づ変位測定
方式硬度計における硬度測定方法を示し、第１図は変位
測定方式の硬度計の概略構成と制御装置を概念的に例示
した説明図であり、第２図は荷重負荷パターンを示した
説明図、第３図は荷重と試料の窪み変位との関係を示し
た説明図、第４図は制御フローチャートである。 第５図は従来例の荷重負荷パターンを示した説明図であ
る。 １・・・変位測定方式の硬度計 ９・・・圧子 １５・・・制御装置 ３７．３９・・・第１．第２演算処理手段代理人　弁理
士　　三　好　保　男 ＣＬ　　　　　　　　　Ｑ− ・泄− １　・促軸　　　１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　圧子の試料への侵入深さから、その試料の硬度を測定
   する変位測定方式硬度計により試料の硬度を測定する際
   、圧子を試料に接触させてから圧子の最終負荷までの荷
   重負荷過程途上で少くとも１回一定時間停止させて試料
   の硬度を測定することを特徴とする変位測定方式硬度計
   における硬度測定方法。