(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬さ試験機における制御部によって行われる硬さ試験方法において、
所定の環境下において、検証用試料に対して、所定の荷重を負荷した圧子を押込んでくぼみを形成し、当該くぼみの形成時の前記圧子の変位量と前記圧子に負荷された試験力とを検出した押込み履歴線を同一条件で複数回計測する第１計測工程と、
前記第１計測工程により得られた複数の押込み履歴線の荷重負荷時に形成された荷重負荷履歴線に基づき、荷重負荷履歴線のばらつきの許容範囲を設定する設定工程と、
実際の使用環境下において、前記検証用試料に対して、前記第１計測工程と同一条件で押込み履歴線を計測する第２計測工程と、
前記第２計測工程により計測された押込み履歴線の荷重負荷履歴線が、前記設定工程により設定された荷重負荷履歴線のばらつきの許容範囲に入るか否かを判断する判断工程と、
を有することを特徴とする硬さ試験方法。
【請求項２】
前記圧子は、錐形圧子であり、
前記設定工程は、
前記複数の押込み履歴線の荷重負荷履歴線を二次関数でフィッテングして傾きの値が最大及び最小となる２つの曲線を選択し、当該選択した２つの曲線の間を、荷重負荷履歴線のばらつきの許容範囲として設定することを特徴とする請求項１に記載の硬さ試験方法。
【請求項３】
前記選択した２つの曲線の傾きの値に安全係数を掛けて、荷重負荷履歴線のばらつきの許容範囲を設定することを特徴とする請求項２に記載の硬さ試験方法。
【請求項４】
前記圧子は、錐形圧子であり、
前記設定工程は、
前記複数の押込み履歴線の荷重負荷履歴線を二次関数でフィッテングして相関係数を算出し、当該算出した相関係数の最小値以上を、荷重負荷履歴線のばらつきの許容範囲として設定することを特徴とする請求項１に記載の硬さ試験方法。
【請求項５】
前記算出した相関係数の最小値に安全係数を掛けて、荷重負荷履歴線のばらつきの許容範囲を設定することを特徴とする請求項４に記載の硬さ試験方法。
【請求項６】
前記第２計測工程により計測した押込み履歴線に基づいて、前記実際の使用環境における外乱の種類を推定する推定工程を更に有することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の硬さ試験方法。
【請求項７】
前記検証用試料は、銅、アルミニウム、又は金であることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の硬さ試験方法。
【請求項８】
コンピュータを、
所定の環境下において、検証用試料に対して、所定の荷重を負荷した圧子を押込んでくぼみを形成し、当該くぼみの形成時の前記圧子の変位量と前記圧子に負荷された試験力とを検出した押込み履歴線を同一条件で複数回計測する第１計測手段、
前記第１計測手段により得られた複数の押込み履歴線の荷重負荷時に形成された荷重負荷履歴線に基づき、荷重負荷履歴線のばらつきの許容範囲を設定する設定手段、
実際の使用環境下において、前記検証用試料に対して、前記第１計測手段と同一条件で押込み履歴線を計測する第２計測手段、
前記第２計測手段により計測された押込み履歴線の荷重負荷履歴線が、前記設定手段により設定された荷重負荷履歴線のばらつきの許容範囲に入るか否かを判断する判断手段、
として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硬さ試験方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、材料試験機として、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過程において、試験力（圧子に負荷される力）と、押込み深さ（圧子の変位量）とを連続して計測し、得られた押込み曲線を解析することにより、材料の機械的性質を求める計装化押込み試験（ナノインデンテーション試験）と称される試験方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような計装化押込み試験は、外乱の影響をどれだけ受けずに、微小押し込み深さで試験できるかが、試験機の性能を評価する上で重要であり、例えば、フューズドシリカ（石英ガラス）を用いて性能評価試験が行われることが多い。
しかしながら、石英ガラスは、微小押込み範囲において弾性変形に富んでいるため外乱の影響を受けにくく、この石英ガラスを用いた性能評価試験の結果が実際の設定環境に適用できない場合がある。
そこで、一般に、計装化押込み試験機における設置環境の検証方法として、床振動の計測が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−４７４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、計装化押込み試験では床振動の影響だけでなく、設置室の騒音や空調などによる風も影響することがある。また、床振動についても、振動の周波数によって、その影響度が大きく異なるので、振動計が示す数値だけでは判断できない。
従って、例えば、圧子の検査や床振動の計測などの出来得ることを行った上で実験を行い、得られた試験結果の妥当性は経験値に基づいて判断しているのが現状である。
【０００６】
本発明の課題は、設置環境の影響を定量的に検証することのできる硬さ試験方法及びプログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、
請求項１に記載の発明は、
硬さ試験機における制御部によって行われる硬さ試験方法において、
所定の環境下において、検証用試料に対して、所定の荷重を負荷した圧子を押込んでくぼみを形成し、当該くぼみの形成時の前記圧子の変位量と前記圧子に負荷された試験力とを検出した押込み履歴線を同一条件で複数回計測する第１計測工程と、
前記第１計測工程により得られた複数の押込み履歴線の荷重負荷時に形成された荷重負荷履歴線に基づき、荷重負荷履歴線のばらつきの許容範囲を設定する設定工程と、
実際の使用環境下において、前記検証用試料に対して、前記第１計測工程と同一条件で押込み履歴線を計測する第２計測工程と、
前記第２計測工程により計測された押込み履歴線の荷重負荷履歴線が、前記設定工程により設定された荷重負荷履歴線のばらつきの許容範囲に入るか否かを判断する判断工程と、
を有することを特徴とする。
【０００８】
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、
前記圧子は、錐形圧子であり、
前記設定工程は、
前記複数の押込み履歴線の荷重負荷履歴線を二次関数でフィッテングして傾きの値が最大及び最小となる２つの曲線を選択し、当該選択した２つの曲線の間を、荷重負荷履歴線のばらつきの許容範囲として設定することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の硬さ試験方法において、
前記選択した２つの曲線の傾きの値に安全係数を掛けて、荷重負荷履歴線のばらつきの許容範囲を設定することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４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、
前記圧子は、錐形圧子であり、
前記設定工程は、
前記複数の押込み履歴線の荷重負荷履歴線を二次関数でフィッテングして相関係数を算出し、当該算出した相関係数の最小値以上を、荷重負荷履歴線のばらつきの許容範囲として設定することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の硬さ試験方法において、
前記算出した相関係数の最小値に安全係数を掛けて、荷重負荷履歴線のばらつきの許容範囲を設定することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れか一項に記載の硬さ試験方法において、
前記第２計測工程により計測した押込み履歴線に基づいて、前記実際の使用環境における外乱の種類を推定する推定工程を更に有することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１〜６の何れか一項に記載の硬さ試験方法において、
前記検証用試料は、銅、アルミニウム、又は金であることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項８に記載の発明は、
コンピュータを、
所定の環境下において、検証用試料に対して、所定の荷重を負荷した圧子を押込んでくぼみを形成し、当該くぼみの形成時の前記圧子の変位量と前記圧子に負荷された試験力とを検出した押込み履歴線を同一条件で複数回計測する第１計測手段、
前記第１計測手段により得られた複数の押込み履歴線の荷重負荷時に形成された荷重負荷履歴線に基づき、荷重負荷履歴線のばらつきの許容範囲を設定する設定手段、
実際の使用環境下において、前記検証用試料に対して、前記第１計測手段と同一条件で押込み履歴線を計測する第２計測手段、
前記第２計測手段により計測された押込み履歴線の荷重負荷履歴線が、前記設定手段により設定された荷重負荷履歴線のばらつきの許容範囲に入るか否かを判断する判断手段、
として機能させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、硬さ試験方法は、所定の環境下において、検証用試料に対して同一条件で複数回、所定の荷重を負荷した圧子を押込んでくぼみを形成し、当該くぼみの形成時の前記圧子の変位量と前記圧子に負荷された試験力とを検出して複数の押込み履歴線を計測する第１計測工程と、第１計測工程により得られた複数の押込み履歴線の荷重負荷時に形成された荷重負荷履歴線に基づき、荷重負荷履歴線のばらつきの許容範囲を設定する設定工程と、実際の使用環境下において、検証用試料に対して、第１計測工程と同一条件で押込み履歴線を計測する第２計測工程と、第２計測工程により計測された押込み履歴線の荷重負荷履歴線が、設定工程により設定された荷重負荷履歴線のばらつきの許容範囲に入るか否かを判断する判断工程と、を有している。
このため、所定の環境下で検証用試料に対して測定を行って荷重負荷履歴線のばらつきの許容範囲を設定した後、実際の使用環境下で検証用試料に対して同一の測定を行って、得られた荷重負荷履歴線が、設定された許容範囲に入るか否かで、実際の使用環境について外乱の影響が大きいか否かが判断できることなる。
よって、設置環境の影響を、定量的に検証することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の硬さ試験機を示す模式図である。
【図２】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。
【図３】（ａ）は、第１計測工程により計測された押込み履歴線を示す一例であり、（ｂ）は、設定工程により設定された許容範囲を示す一例である。
【図４】（ａ）は、実際の使用環境下で計測された荷重負荷履歴線が許容範囲内となった一例であり、（ｂ）は、実際の使用環境下で計測された荷重負荷履歴線が許容範囲外となった一例である。
【図５】（ａ）は、押込み途中で急激に変位が変化している押込み履歴線の一例であり、（ｂ）は、全体として大きな変位が現れている押込み履歴線の一例であり、（ｃ）は、揺らぎが見られる押込み履歴線の一例である。
【図６】本発明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。
【図７】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。
【図８】（ａ）は、第１計測工程により計測された押込み履歴線を示す一例であり、（ｂ）は、設定工程により設定された許容範囲を示す一例である。
【図９】（ａ）は、実際の使用環境下で計測された荷重負荷履歴線が許容範囲内となった一例であり、（ｂ）は実際の使用環境下で計測された荷重負荷履歴線が、許容範囲外となった一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図を参照して、本発明に係る硬さ試験方法について、詳細に説明する。
なお、本発明の硬さ試験方法は、硬さ試験を実施するにあたって、硬さ試験機の設置環境（実際の使用環境）について、外乱の影響が大きいか否かを検証するために実施されるものであり、本発明の硬さ試験機は、この硬さ試験方法に用いるための機能を備えた硬さ試験機である。
【００１８】
＜第１実施形態＞
本実施形態における硬さ試験機１００は、圧子３に付与する試験力と圧子３の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（付与）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、などを備えて構成される。
【００１９】
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２ａにより試料Ｓを保持している。
ここで、試料Ｓは、本実施形態の硬さ試験方法に好適に用いられる検証用試料であって、例えば、銅、アルミニウム、金などの塑性変形し易い金属材料が利用される。
【００２０】
圧子３は、例えば、ビッカース用の四角錐圧子（対面角が１３６±０．５°）、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°）等の錐形圧子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の表面にくぼみ（圧痕）を形成する
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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良い。
【００２４】
撮影部７は、例えばカメラ等を備え、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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、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。
【００２７】
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、操作部９と、等と接続されている。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
具体的には、記憶部１３には、例えば、第１計測プログラム１３１、設定プログラム１３２、第２計測プログラム１３３、判断プログラム１３４、推定プログラム１３５、等が格納されている。
【００３２】
第１計測プログラム１３１は、例えば、所定の環境下において、試料Ｓに対して、所定の荷重を負荷した圧子３を押込んでくぼみを形成し、当該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履歴線（押込み曲線）を同一条件で複数回計測する機能を、ＣＰＵ１１に実現させるプログラムである。
【００３３】
ここで、所定の環境とは、例えば、ドアの開閉や、機械の作動音、落下音など突発的な振動、声など数１００Ｈｚオーダーの比較的高周波の外乱、風などの比較的低周波の外乱、などの測定を妨害する各種の外乱が略加わらない、理想に近い環境である。
ユーザは、このような所定の環境に硬さ試験機１００を設置し、計測を実行する。
ＣＰＵ１１は、ユーザが操作部９に対して試料Ｓの硬さ試験を行う指示入力を行うと、これに応じて、第１計測プログラム１３１を実行し、所定の環境で、試料Ｓに対して計装化押込み試験を実行し、試験力（Ｆ）−押込み深さ（ｈ）曲線（押込み曲線）の計測を行うようになっている（第１計測工程）。この第１計測工程での計装化押込み試験は、同一の試験条件で複数回行われる。また、設置環境の影響が確認しやすいように、押込み深さ（ｈ）は、できるだけ小さい値とすることが好ましく、例えば、１００ｎｍ以下とすることが好ましい。なお、試験回数は、予めユーザにより設定される。
図３（ａ）は、この第１計測工程により計測された押込み曲線を示す一例である。
【００３４】
なお、１回毎の試験力（Ｆ）−押込み深さ（ｈ）曲線（押込み曲線）の計測は、具体的には、以下の処理が実施される。
先ず、ＣＰＵ１１は、試料保持台２ａ上に試料Ｓが載置された後、操作部９から測定を行うよう指示する操作信号が入力されると、この試料Ｓに所定の試験力を与えるよう、荷重負荷部５を制御する。そして、ＣＰＵ１１は、くぼみ形成時における圧子３の試料Ｓへの押込み深さ（ｈ）［ｎｍ］と、くぼみ形成時における試験力（Ｆ）［ｍＮ］と、を連続的に計測し、試験力（Ｆ）−押込み深さ（ｈ）曲線を測定する。
【００３５】
より具体的には、試料Ｓが試料保持台２ａ上に載置され、操作信号が入力されると、ＣＰＵ１１は、荷重負荷部５に制御信号を出力し、荷重負荷部５の固定磁石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を回動させることにより、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にくぼみを形成させる。
くぼみの形成時においては、設定した最大試験力に到達するまで圧子３に負荷する荷重を漸増させていく（荷重負荷工程）。この荷重負荷工程では、図３（ａ）の荷重負荷履歴線（荷重負荷曲線）に示すように、圧子３に負荷する試験力を増加させることで、圧子３の試料Ｓへの押込み深さも増加する。なお、圧子３が錐形圧子であるため、荷重負荷履歴線は二次曲線となっている。
次いで、ＣＰＵ１１は、圧子３に負荷された荷重が最大試験力に到達したと判断すると、駆動コイルへの電流の供給量を制御して荷重負荷部５を動作させ、圧子３に負荷する荷重を漸減させる（荷重除荷工程）。なお、この荷重除荷工程では、図３（ａ）の荷重除荷曲線に示すように、圧子３に負荷する試験力を減少させることで、圧子３の試料Ｓへの押込深さも減少する。
【００３６】
ＣＰＵ１１は、かかる第１計測プログラム１３１を実行することによって、第１計測手段として機能する。
【００３７】
設定プログラム１３２は、例えば、第１計測プログラム１３１の実行により得られた複数の押込み履歴線（押込み曲線）の荷重負荷時に形成された荷重負荷履歴線（荷重負荷曲線）に基づき、荷重負荷履歴線（荷重負荷曲線）のばらつきの許容範囲を設定する機能を、ＣＰＵ１１に実現させるプログラムである。
具体的に、先ず、ＣＰＵ１１は、第１計測プログラム１３１の実行により得られた複数の押込み履歴線の荷重負荷履歴線の形状を把握する。本実施形態においては、荷重負荷履歴線が二次曲線であるとの把握がなされる。
次に、ＣＰＵ１１は、この第１計測プログラム１３１の実行により得られた複数の押込み曲線の荷重負荷曲線を二次関数でフィッテングして傾きの値が最大及び最小となる２つの曲線を選択し、当該選択した２つの曲線の間を、荷重負荷曲線のばらつきの許容範囲として設定するようになっている（設定工程）。
ここで、荷重負荷曲線のばらつきの許容範囲とは、検証用試料である試料Ｓに対して、前記した第１計測工程と同一の試験条件で計測を行った場合に許容される測定誤差範囲を規定する範囲である。即ち、硬さ試験機１００の設置環境を変えて試料Ｓに対して前記第１計測工程と同一の試験条件で計測を行った場合に、この許容範囲内に荷重負荷曲線がおさまれば、その設置環境は、所定の環境に近く、外乱の影響が少ないと判断できることとなる。
なお、このとき、上記したような荷重負荷曲線への二次関数のフィッテングにより選択した２つの曲線の傾きの値に安全係数を掛けて、荷重負荷曲線のばらつきの許容範囲を設定することとしても良い。
例えば、最大の傾きの値×２、最小の傾きの値×１／２と演算を行い、許容範囲の設定がなされる。なお、安全係数は、ユーザにより予め設定された値が使用される。
このようにすることで、設定される許容範囲にある程度の余裕を持たせることができ、想定外の測定誤差を吸収することができるようになっている。
図３（ｂ）は、この設定工程により設定された許容範囲を示す一例である。
ＣＰＵ１１は、かかる設定プログラム１３２を実行することによって、設定手段として機能する。
【００３８】
第２計測プログラム１３３は、例えば、実際の使用環境下において、試料Ｓに対して、第１計測プログラム１３１と（第１計測工程と）と同一条件で押込み履歴線（押込み曲線）を計測する機能を、ＣＰＵ１１に実現させるプログラムである。
ここで、実際の使用環境とは、実際の硬さ試験機１００の設置環境である。実際の使用環境は、理想に近い所定の環境と比較して、各種の外乱が加わりやすい環境であるといえる。
ユーザは、第１計測工程を行った所定の環境から、このような実際の使用環境に硬さ試験機１００を移動し、計測を実行する。
ＣＰＵ１１は、ユーザが操作部９に対して試料Ｓの硬さ試験を行う指示入力を行うと、これに応じて、第２計測プログラム１３３を実行し、上述の第１計測プログラム１３１の実行時と同様の制御を行って、実際の使用環境で、押込み曲線を計測するようになっている（第２計測工程）。
図４（ａ）（ｂ）は、その結果得られる押込み曲線の荷重負荷曲線を示す一例である。図４（ａ）は、荷重負荷曲線が許容範囲内に入っている一例を示し、図４（ｂ）は、荷重負荷曲線が許容範囲外となった一例を示すものである。
ＣＰＵ１１は、かかる第２計測プログラム１３３を実行することによって、第２計測手段として機能する。
【００３９】
判断プログラム１３４は、例えば、第２計測プログラム１３３の実行により計測された押込み履歴線（押込み曲線）の荷重負荷履歴線（荷重負荷曲線）が、設定プログラム１３２により設定された荷重負荷履歴線（荷重負荷曲線）のばらつきの許容範囲に入るか否かを判断する機能を、ＣＰＵ１１に実現させるプログラムである。
具体的に、ＣＰＵ１１は、実際の使用環境下で計測した荷重負荷曲線の一部或いは全部が、設定された許容範囲に入るか否かを判断するようになっている（判断工程）。
そして、ＣＰＵ１１は、例えば、表示部８にメッセージなどを表示させて、その判断結果をユーザに報知する。
ユーザは、その判断結果に応じて、実際の使用環境について外乱の影響が多いか少ないかを認識することができる。即ち、実際の使用環境下で計測した荷重負荷曲線の全体が許容範囲に入っている場合には、外乱の影響が少ないと認識し、一部でも許容範囲に入っていない場合には、何らかの外乱が影響したと認識することができる。
ＣＰＵ１１は、かかる判断プログラム１３４を実行することによって、判断手段として機能する。
【００４０】
推定プログラム１３５は、例えば、第２計測プログラム１３３の実行により計測した押込み曲線（押込み履歴線）に基づいて、実際の使用環境における外乱の種類を推定する機能を、ＣＰＵ１１に実現させるプログラムである。
具体的に、ＣＰＵ１１は、例えば、第２計測工程により計測した押込み曲線の形状（押込み曲線の挙動）を、予め記憶された外乱の種類と照らし合わせ、外乱の種類を推定するようになっている（推定工程）。
なお、この推定工程は、上記判断工程の結果、外乱の影響が多いと判断された場合だけでなく、外乱の影響が少ないと判断された場合でも実行することができる。
即ち、外乱の影響の大小に関わらず、押込み曲線の形状が乱れた場合には、その設置環境での外乱の種類を推定することができる。
例えば、図５（ａ）に示すように、押込み途中で急激に変位が変化している押込み曲線の場合は、ドアの開閉や、機械の作動音、落下音など突発的な振動が生じた（変位制御型試験機の場合は荷重が変化した）と推定する。
また、図５（ｂ）に示すように、変位が大きく現れている押込み曲線の場合は、声など数１００Ｈｚオーダーの曲線の揺らぎとしては現れない比較的高周波の外乱が定常的に生じていると推定する。
また、図５（ｃ）に示すように、揺らぎが見られる押込み曲線の場合は、風などにより、比較的低周波の外乱が試験機を定常的に揺らしていると推定する。
ＣＰＵ１１は、かかる推定プログラム１３５を実行することによって、推定手段として機能する。
【００４１】
図６は、硬さ試験機１００による硬さ試験方法を示すフローチャートである。
なお、下記ステップＳ１及びステップＳ２は、硬さ試験機１００を所定の環境に設置した状態で行なわれ、ステップＳ３〜ステップＳ５は、硬さ試験機１００を実際の使用環境に移動した状態で行われる。
【００４２】
まず、ステップＳ１において、ＣＰＵ１１は、操作部９の操作に応じて、第１計測プログラム１３１を実行して、所定の環境下で、試料Ｓに対して、複数の押込み曲線を計測する（第１計測工程）。
次いで、ステップＳ２において、ＣＰＵ１１は、設定プログラム１３２を実行して、第１計測工程により得られた複数の押込み曲線の荷重負荷曲線に基づき、荷重負荷曲線のばらつきの許容範囲を設定する（設定工程）。
【００４３】
次いで、ステップＳ３において、ＣＰＵ１１は、第２計測プログラム１３３を実行して、実際の使用環境下において、試料Ｓに対して、第１計測工程と同一条件で押込み曲線を計測する（第２計測工程）。
次いで、ステップＳ４において、ＣＰＵ１１は、判断プログラム１３４を実行して、第２計測工程により計測された押込み曲線の荷重負荷曲線が、設定工程により設定された許容範囲に入っているか否か判断する（判断工程）。
ついで、ステップＳ５において、ＣＰＵ１１は、外乱の種類を推定し（推定工程）、本処理を終了する。
【００４４】
以上のように、本実施形態の硬さ試験方法によれば、所定の環境下において、試料Ｓに対して同一条件で複数回、押込み曲線を計測する第１計測工程（ステップＳ１）と、第１計測工程により得られた複数の押込み曲線の荷重負荷曲線に基づき、荷重負荷曲線のばらつきの許容範囲を設定する設定工程（ステップＳ２）と、実際の使用環境下において、試料Ｓに対して、第１計測工程と同一条件で押込み曲線を計測する第２計測工程（ステップＳ３）と、第２計測工程により計測された押込み曲線の荷重負荷曲線が、設定工程により設定された荷重負荷曲線のばらつきの許容範囲に入るか否かを判断する判断工程（ステップＳ４）と、を有している。
このため、所定の環境下で試料Ｓに対して測定を行って荷重負荷曲線のばらつきの許容範囲を設定した後、実際の使用環境下で同一の試料Ｓに対して同一の測定を行って、得られた荷重負荷曲線が、設定された許容範囲に入るか否かで、実際の使用環境について外乱の影響が大きいか否かが判断できることなる。
よって、例えば、床振動の計測などだけでは判別できない設置環境の影響を、定量的に検証することができる。
【００４５】
また、本実施形態の硬さ試験方法によれば、圧子３は、錐形圧子であり、設定工程（ステップＳ２）では、複数の押込み曲線の荷重負荷曲線を二次関数でフィッテングして傾きの値が最大及び最小となる２つの曲線を選択し、当該選択した２つの曲線の間を、荷重負荷曲線のばらつきの許容範囲として設定するようになっている。
このため、第１計測工程により得た傾きの値が最大及び最小の２つの荷重負荷曲線から、実際の使用環境下での試験時に参照される、荷重負荷曲線のばらつきの許容範囲が設定されることとなる。
【００４６】
また、本実施形態の硬さ試験方法によれば、選択した２つの曲線の傾きの値に安全係数を掛けて、荷重負荷曲線のばらつきの許容範囲を設定するようになっている。
このため、設定される許容範囲にある程度の余裕を持たせることができ、実際の使用環境での想定外の測定誤差を吸収することができる。
【００４７】
また、本実施形態の硬さ試験方法によれば、第２計測工程（ステップＳ３）により計測した押込み曲線に基づいて、実際の使用環境における外乱の種類を推定する推定工程（ステップＳ５）を更に有している。
このため、実際の使用環境で計測された押込み曲線の挙動から、どのような外乱を受けているか推測することができ、ユーザが、その外乱を低減するための対策を立てるのが容易になる。
【００４８】
また、本実施形態の硬さ試験方法によれば、試料Ｓは、銅、アルミニウム、又は金である。
このため、塑性変形し易く外乱の影響が押込み曲線に現れ易い試料Ｓを用いて計測が行われることとなり、より確実な検証結果を得ることができる。
【００４９】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
第２実施形態は、設定工程Ｓ２における、荷重負荷曲線のばらつきの許容範囲の設定の仕方が第１実施形態と異なるものであるため、この点を中心に説明する。
なお、第１実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００５０】
本実施形態の硬さ試験機２００は、図７に示すように、制御部１０Ａを備えている。
制御部１０Ａは、ＣＰＵ１１Ａと、ＲＡＭ１２Ａと、記憶部１３Ａと、等を備えて構成されている。
【００５１】
ＣＰＵ１１Ａは、例えば、記憶部１３Ａ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。
ＲＡＭ１２Ａは、例えば、ＣＰＵ１１Ａ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。
【００５２】
記憶部１３Ａには、例えば、第１計測プログラム１３１、設定プログラム１３２Ａ、第２計測プログラム１３３、判断プログラム１３４、推定プログラム１３５、等が格納されている。
【００５３】
設定プログラム１３２Ａは、例えば、第１計測プログラム１３１の実行により得られた複数の押込み履歴線（押込み曲線）の荷重負荷履歴線（荷重負荷曲線）に基づき、荷重負荷履歴線（荷重負荷曲線）のばらつきの許容範囲を設定する機能を、ＣＰＵ１１Ａに実現させるプログラムである。
具体的に、先ず、ＣＰＵ１１Ａは、第１計測プログラム１３１の実行により得られた複数の押込み履歴線の荷重負荷履歴線の形状を把握する。本実施形態においては、荷重負荷履歴線が二次曲線であるとの把握がなされる。
次に、ＣＰＵ１１Ａは、第１計測プログラム１３１の実行により得られた複数の押込み曲線（図８（ａ）参照）の荷重負荷曲線を二次関数でフィッテングして相関係数（ｒ）を算出し、当該算出した相関係数（ｒ）の最小値以上を、荷重負荷曲線のばらつきの許容範囲として設定するようになっている（図８（ｂ）参照）（設定工程）。
例えば、図８（ｂ）に示すように、３つの荷重負荷曲線の相関係数（ｒ）が、それぞれ、０．９９９、０．９９６．０．９９８であった場合、許容範囲を、ｒ＞０．９９０と設定することができる。
なお、このとき、算出した相関係数の最小値に安全係数を掛けて、荷重負荷曲線のばらつきの許容範囲を設定することとしても良い。例えば、相関係数の最小値×１／２と演算を行い、許容範囲の設定がされる。なお、安全係数はユーザにより予め登録されている。
ＣＰＵ１１Ａは、かかる設定プログラム１３２Ａを実行することによって、設定手段として機能する。
【００５４】
図９（ａ）（ｂ）は、上記設定工程の後、第２計測工程を行った場合に得られた押込み曲線を示す一例である。図９（ａ）は、荷重負荷曲線が許容範囲内に入っている一例を示し、図９（ｂ）は、荷重負荷曲線が許容範囲外となった一例を示すものである。
第１実施形態と同様に、荷重負荷曲線が許容範囲に入っている場合、外乱の影響が少ないと判断され、荷重負荷曲線が許容範囲外となった場合は、外乱の影響が多いと判断される。
【００５５】
以上のように、本実施形態によれば、圧子３は、錐形圧子であり、設定工程（ステップＳ２）では、複数の押込み曲線の荷重負荷曲線を二次関数でフィッテングして相関係数を算出し、当該算出した相関係数の最小値以上を、荷重負荷曲線のばらつきの許容範囲として設定するようになっている。
このため、所定の環境下で行った試験により得た複数の荷重負荷曲線から求めた相関係数に基づいて、実際の使用環境下での試験時に参照される、押込み曲線のばらつきの許容範囲が設定されることとなる。
【００５６】
なお、上記した第１及び第２実施形態においては、判断工程（ステップＳ４）及び推定工程（ステップＳ５）は、ＣＰＵ１１又はＣＰＵ１１Ａが実行することとして説明しているが、ユーザが行うこととしても良い。
【００５７】
また、上記した第１及び第２実施形態において、第１計測工程（ステップＳ１）及び設定工程（ステップＳ２）は、硬さ試験機の製造者により、当該硬さ試験機の工場出荷前に実行され、設定した許容範囲を硬さ試験機に記憶させておくこととしても良い。
この場合、実際に硬さ試験を行うユーザは、硬さ試験機を実際の使用場所に設置した状態で、第２計測工程（ステップＳ３）から推定工程（ステップＳ５）を実行し、その結果に応じて実際の使用場所における外乱の影響及び外乱の種類を検証することとなる。
【００５８】
また、上記した第１及び第２実施形態においては、圧子３として錐形（円錐や角錐）圧子を用い、荷重負荷履歴線が二次曲線となった場合を例示して説明したが、圧子３としては、これ以外にも、例えば、球圧子や平面圧子等を使用することも可能である。この場合、押込み履歴線の荷重負荷履歴線に合った形状の関数でフィッテングを行って、荷重負荷履歴線のばらつきの許容範囲を設定すれば良い。
【符号の説明】
【００５９】
１  試験機本体
２  ステージ
２ａ  試料保持台
３  圧子
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
９  操作部
１０、１０Ａ  制御部
１１、１１Ａ  ＲＡＭ
１３、１３Ａ  記憶部
１３１  第１計測プログラム（第１計測手段）
１３２、１３２Ａ  設定プログラム（設定手段）
１３３  第２計測プログラム（第２計測手段）
１３４  判断プログラム（判断手段）
１３５  推定プログラム（推定手段）
Ｓ  試料（検証用試料）
１００、２００  硬さ試験機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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