(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧子に所定の試験力を負荷して試料の表面に押し込んでくぼみを形成する硬さ試験機において、
前記圧子は、当該圧子固有の圧子情報を記憶する圧子記憶部を備え、
前記圧子を着脱可能に取り付ける圧子取付部と、
前記圧子取付部に取り付けられた前記圧子の前記圧子情報を前記圧子記憶部から取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された前記圧子情報を用いて所定の演算を行い、硬さを算出する硬さ算出手段と、
を備え、
前記圧子情報には、前記所定の演算において前記圧子の形状を理想形状に補正するための補正パラメータと、前記圧子の使用回数とが含まれ、
前記硬さ算出手段は、前記取得手段により取得された前記補正パラメータを前記圧子の使用回数により更新して用いて前記所定の演算を行うことを特徴とする硬さ試験機。
【請求項２】
前記圧子は、圧子本体と、前記圧子本体を保持する保持部と、を備え、
前記圧子記憶部は、前記保持部に内蔵されることを特徴とする請求項１に記載の硬さ試験機。
【請求項３】
前記圧子情報には、当該圧子の種類が含まれ、
前記圧子の種類と、硬さを算出する演算式とを対応づけて記憶する演算式記憶部を備え、
前記硬さ算出手段は、前記取得手段により取得された前記圧子の種類に応じて、前記演算式記憶部から演算式を選択して前記所定の演算を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の硬さ試験機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硬さ試験機に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料の表面に圧子を押し込んでくぼみを形成し、そのくぼみの形成時の圧子の押し込み深さを連続して計測することにより、各種の材料特性値を算出できる硬さ試験機が知られている。
このような硬さ試験機では、圧子の押し込み深さを連続して計測するため、各種の材料特性値の算出において使用された圧子の先端形状補正は必須であるが、従来、圧子に刻印された番号を頼りに、ユーザが圧子の形状を識別し、その圧子の補正値を計算及び入力し、演算が実行されていた。
【０００３】
硬さ試験機においては、使用する圧子を確実且つ容易に識別することを目的として、圧子に当該圧子を識別可能とする識別部を備え、圧子取付部に圧子を取り付けた際に、識別部から識別情報を取得して圧子を識別する硬さ試験機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−７１４１５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、上記特許文献１の硬さ試験機は、圧子を自動的に識別可能とするだけである。従って、既に補正値が設定されている規定の硬さ試験機以外で当該圧子を用いて硬さ試験を実行しようとすると、やはり、圧子の先端形状補正のための補正値をユーザが手動で入力しなければならず、手間のかかるものであった。
【０００６】
本発明の課題は、着脱可能な圧子を用いた硬さ試験機において、圧子を取り換えて使用する際のユーザの操作性を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
圧子に所定の試験力を負荷して試料の表面に押し込んでくぼみを形成する硬さ試験機において、
前記圧子は、当該圧子固有の圧子情報を記憶する圧子記憶部を備え、
前記圧子を着脱可能に取り付ける圧子取付部と、
前記圧子取付部に取り付けられた前記圧子の前記圧子情報を前記圧子記憶部から取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された前記圧子情報を用いて所定の演算を行い、硬さを算出する硬さ算出手段と、
を備え、
前記圧子情報には、前記所定の演算において前記圧子の形状を理想形状に補正するための補正パラメータと、前記圧子の使用回数とが含まれ、
前記硬さ算出手段は、前記取得手段により取得された前記補正パラメータを前記圧子の使用回数により更新して用いて前記所定の演算を行うことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の硬さ試験機において、
前記圧子は、圧子本体と、前記圧子本体を保持する保持部と、を備え、前記圧子記憶部は、前記保持部に内蔵されることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の硬さ試験機において、
前記圧子情報には、当該圧子の種類が含まれ、
前記圧子の種類と、硬さを算出する演算式とを対応づけて記憶する演算式記憶部を備え、
前記硬さ算出手段は、前記取得手段により取得された前記圧子の種類に応じて、前記演算式記憶部から演算式を選択して前記所定の演算を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、着脱可能な圧子を用いた硬さ試験機において、圧子を取り換えて使用する際のユーザの操作性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明における硬さ試験機を示す模式図である。
【図２】図１の硬さ試験機の制御構成を示すブロック図である。
【図３】図１の硬さ試験機に取り付けられた圧子の側方からの断面図の一例である。
【図４】補正パラメータテーブルの一例である。
【図５】押込み曲線の一例である。
【図６】硬さ試験機における硬さ試験の処理を示すフローチャートである。
【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機について、詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明における硬さ試験機を示す模式図である。図２は、図１の硬さ試験機の制御構成を示すブロック図である。
本実施形態における硬さ試験機１００は、圧子３に負荷する荷重（試験力）と、圧子３の変位量（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。
【００１９】
硬さ試験機１００には、例えば、図１及び図２に示すように、各構成部材が配設される硬さ試験機本体１と、硬さ試験機本体１を統括的に制御する制御部１０と、などが備えられている。
【００２０】
試験機本体１は、くぼみ形成機構として、試料ＳをＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させるＸＹＺステージ（試料台）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、操作部９と、などを備えて構成される。
【００２１】
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。
【００２２】
圧子３は、試料Ｓの載置されるＸＹＺステージ２の上方に上下移動可能に備えられている。圧子３は、所定の荷重が負荷されて、試料Ｓの上面に対して垂直にその圧子本体３１が押し込まれ、その際に、当該試料Ｓの上面にくぼみを形成するものである。
【００２３】
図３（ａ）（ｂ）は、硬さ試験機１００に取り付けられた圧子３の側方からの断面図の一例である。
例えば、図３（ａ）に示すように、圧子３は、試料Ｓに押し込まれる圧子本体３１と、圧子本体３１が圧入されて当該圧子本体３１を保持する保持部３２と、保持部３２に内臓された圧子記憶部３３と、を備える。
【００２４】
圧子本体３１は、その先端部（下端部）が、例えば、ビッカース、ベルコビッチ、ロックウェル、ヌープ、ブリネル等の各種圧子の規定の形状に形成されている。図３（ａ）は、圧子本体３１の先端が角錐形状に形成された例である。
かかる圧子本体３１は、その後端部（上端部）が保持部３２に圧入されることで、保持部３２に着脱可能に保持される。圧子本体３１が保持部３２に対して着脱可能であるため、圧子本体３１の先端が摩耗や破損した場合などに、圧子本体３１のみ交換することができる。
【００２５】
保持部３２は、その内部に圧子本体３１の後端部を収容可能な空間を有する筒状部材であって、保持部３２の下端部から、圧子本体３１の後端部が圧入される。
圧子本体３１が保持部３２に保持された状態において、保持部３２の上端部は、例えばネジなどにより圧子軸（圧子取付部）３ａに着脱可能に固定される。こうして、圧子３（保持部３２）が圧子軸３ａに取り付けられると、保持部３２の上端部に設けられた接続端子と、圧子軸３ａに設けられた接続端子とが電気的に接続され、圧子情報（後述）の受け渡しが可能となる。
【００２６】
圧子記憶部３３は、例えば、不揮発性メモリにより構成される。
圧子記憶部３３には、例えば、圧子の種類、補正パラメータなどの、その圧子固有の圧子情報が記憶されている。
ここで、圧子の種類とは、その圧子３の種類を示し、例えば、ビッカース、ベルコビッチ、ロックウェル、ヌープ、ブリネル等の硬さ試験に用いられる各種の圧子の何れであるかを特定する。
また、補正パラメータとは、硬さ算出の演算を行う場合に、圧子３の形状（圧子本体３１の先端部の形状）を理想形状に補正するための補正値である。理想形状とは、圧子本体３１の先端形状が設計値通りのものを言う。一般に、圧子本体３１の先端形状を厳密に理想形状（設計値通り）とすることは困難であり、実際には、圧子本体３１の先端は丸みを帯びていたり、対稜角がずれていたりするため、後述の硬さ算出の演算を行う際には、その圧子３に固有の補正パラメータを用いて、圧子３の表面積（Ａｓ）や、接触投影面積（Ａｐ）を補正する。
【００２７】
図４は、補正パラメータの一例を示すテーブルＴである。
図４の例では、テーブルＴには、最大押込み深さから算出した圧子３の表面積（Ａｓ）を算出するための演算（後述の式（２））に用いられる補正パラメータＪ１〜Ｊ８、最大押込み時における圧子３と試料Ｓの接触投影面積（Ａｐ）を算出するための演算（後述の式（４）（５））に用いられる補正パラメータＪ１〜Ｊ８が記憶されている。
このような補正パラメータは、各圧子３ごとに、予めユーザにより計算され、圧子記憶部３３に記憶される。
【００２８】
図１及び図２に戻って、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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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、圧子３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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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、取得プログラム１３１、計測プログラム１３２、硬さ算出プログラム１３３、演算式記憶部１３４、等が記憶されている。
【００３７】
取得プログラム１３１は、例えば、圧子３の圧子記憶部３３に記憶された圧子情報を取得する取得する機能を、ＣＰＵ１１に実現させるプログラムである。
具体的には、ＣＰＵ１１は、圧子３が硬さ試験機１００に取り付けられると（電気的に接続されると）、取得プログラム１３１を実行し、圧子３の圧子記憶部３３から、圧子情報として、圧子の種類、補正パラメータ（Ｊ１〜Ｊ８）等を取得する。
ＣＰＵ１１は、かかる取得プログラム１３１を実行することにより、取得手段として機能している。
【００３８】
計測プログラム１３２は、例えば、圧子３に所定の荷重を負荷し、試料Ｓの表面に押込んでくぼみを形成し、かかる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。
具体的には、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ＣＰＵ１１は計測プログラム１３２を実行し、試料Ｓに対して計装化押込み試験を実行して、押込み曲線の計測を実行する。
図５は、押込み曲線の一例である。
押込み曲線は、くぼみの形成時において、設定した最大試験力（Ｆmax）に到達するまで圧子３に負荷する荷重を漸増させ（荷重負荷工程）、その工程にて荷重負荷曲線を計測すると共に、圧子３に負荷された荷重が最大試験力に到達した後、圧子３に負荷する荷重を漸減させ（荷重除荷工程）、その工程にて荷重除荷曲線を計測することで得られるものである。
【００３９】
硬さ算出プログラム１３３は、例えば、取得された圧子情報を用いて所定の演算を行い、硬さを算出する機能を、ＣＰＵ１１に実現させるプログラムである。
具体的には、ＣＰＵ１１は、上記取得プログラム１３１の実行により取得された圧子情報に含まれる圧子の種類に応じて、演算式記憶部１３４から演算式を選択する。そして、ＣＰＵ１１は、選択した演算式に、取得された圧子情報に含まれる補正パラメータ（Ｊ１〜Ｊ８）を当てはめて演算を行い、硬さを算出する。
ＣＰＵ１１は、かかる硬さ算出プログラム１３３を実行することにより、硬さ算出手段として機能している。
【００４０】
演算式記憶部１３４は、例えば、圧子の種類と、硬さを算出する演算式とを対応づけて記憶している。
【００４１】
具体的には、例えば、マルテンス硬さ（ＨＭ）を算出する場合、ベルコビッチ圧子及びビッカース圧子に対して、下記式（１）（２）にて示される演算式が対応づけられて、記憶されている。
【００４２】
【数１】
0006615561.tif 000002
【数２】
0006615561.tif 000003
【００４３】
ここで、Ｆｍａｘ（Ｎ）は、最大試験力である。また、Ａｓ（ｈｍａｘ）は、最大押込み深さから算出した圧子の表面積である。また、Ｊ１〜Ｊ８は、補正パラメータである。
【００４４】
また、例えば、押込み硬さ（ＨＩＴ）を算出する場合、ベルコビッチ圧子に対して、下記式（３）（４）にて示される演算式が対応づけられ、ビッカース圧子に対して、下記式（３）（５）にて示される演算式が対応づけられて、記憶されている。
【００４５】
【数３】
0006615561.tif 000004
【数４】
0006615561.tif 000005
【数５】
0006615561.tif 000006
【００４６】
ここで、Ｆｍａｘ（Ｎ）は、最大試験力である。また、Ａｐ（ｈｃ）は、最大押込み時における圧子と試料の接触投影面積である。また、Ｊ１〜Ｊ８は、補正パラメータである。
【００４７】
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。
【００４８】
先ず、ユーザが硬さ試験機１００の圧子軸３ａに圧子３を取り付けると、圧子３と圧子軸３ａの接続端子が電気的に接続される（ステップＳ１）。
【００４９】
すると、ＣＰＵ１１は、取得プログラム１３１を実行し、圧子３の圧子記憶部３３に記憶された圧子情報（圧子の種類、補正パラメータ（Ｊ１〜Ｊ８））を取得する（ステップＳ２）。
【００５０】
次に、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、ＣＰＵ１１は、計測プログラム１３２を実行し、試料Ｓの表面に押込んでくぼみを形成し、押込み曲線を計測する（ステップＳ３）。
なお、ユーザの指示入力には、硬さ試験の種類（例えば、マルテンス硬さ（ＨＭ）や押込み硬さ（ＨＩＴ））の指定が含まれ、この指示入力に応じて、その硬さ試験に応じた試験条件が設定される。
【００５１】
次に、ＣＰＵ１１は、硬さ算出プログラム１３３を実行し、取得した圧子情報（圧子の種類）に応じて演算式を選択し、選択した演算式に、取得した圧子情報（補正パラメータ（Ｊ１〜Ｊ８））を当てはめて演算を行い、硬さを算出する（ステップＳ４）。
【００５２】
以上、本実施形態によれば、圧子３に所定の試験力を負荷して試料Ｓの表面に押し込んでくぼみを形成する硬さ試験機１００において、圧子３は、当該圧子固有の圧子情報を記憶する圧子記憶部３３を備え、圧子軸３ａに着脱可能に取り付けられ、ＣＰＵ１１は、圧子軸３ａに取り付けられた圧子３の圧子情報を圧子記憶部３３から取得し、取得された圧子情報を用いて所定の演算を行い、硬さを算出する。
このため、硬さ試験においては、取り付けられた圧子３の圧子情報が読み出されて、その圧子情報を用いて硬さ算出の演算が行われるので、異なる硬さ試験機本体１に圧子３を取り付けて使用した場合にも、その変更後の試験機本体１に圧子３に関する圧子情報を登録する作業を行うことなく、硬さ試験を実施することができる。
従って、着脱可能な圧子３を用いた硬さ試験機１００において、圧子３を取り換えて使用する際のユーザの操作性を向上させることができる。
【００５３】
また、本実施形態によれば、圧子３は、圧子本体３１と、圧子本体３１を保持する保持部３２と、を備え、圧子記憶部３３は、保持部３２に内蔵される。
このため、先端部の摩耗や破損が発生した際には、圧子３の一部である圧子本体３１のみを交換すればよいため、低コスト化を図ることができる。
【００５４】
また、本実施形態によれば、圧子情報には、所定の演算において圧子３の形状を理想形状に補正するための補正パラメータが含まれ、ＣＰＵ１１は、取得された補正パラメータを用いて所定の演算を行う。
このため、使用する試験機本体１を変更した場合であっても、その変更後の試験機本体１に複雑な補正値を登録する作業を行うことなく、硬さ試験を実施することができる。
【００５５】
また、本実施形態によれば、圧子情報には、当該圧子３の種類が含まれ、圧子３の種類と、硬さを算出する演算式とを対応づけて記憶する演算式記憶部１３４を備え、ＣＰＵ１１は、取得された圧子３の種類に応じて、演算式記憶部１３４から演算式を選択して所定の演算を行う。
このため、圧子の種類に応じた演算を実行することができる。
【００５６】
なお、上記実施形態においては、ビッカース硬さ試験機を例示して説明したが、本発明を適用可能な硬さ試験機としては、これ以外にも例えばロックウェル硬さ試験機などであっても良い。
また、圧子情報に、圧子の種類や補正パラメータ以外にも、例えば、その圧子３の使用頻度を示す使用回数などを含むこととし、その使用回数に応じて、補正パラメータを更新するなどの構成としても良い。
【００５７】
また、上記実施形態においては、演算式が、硬さ試験機１００の記憶部１３に記憶されている構成を例示して説明したが、圧子記憶部３３に記憶されていても良い。
【００５８】
また、上記実施形態においては、圧子３は、圧子本体３１と、保持部３２と、を備えた構成を例示して説明したが、圧子本体３１と保持部３２が一体となった構成であっても良い。
【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
３１  圧子本体
３２  保持部
３３  圧子記憶部
３ａ  圧子軸（圧子取付部）
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  制御部
１１  ＣＰＵ
１２  ＲＡＭ
１３  記憶部
１３１  取得プログラム（取得手段）
１３２  計測プログラム
１３３  硬さ算出プログラム（硬さ算出手段）
１３４  演算式記憶部
１００  硬さ試験機
Ｓ  試料
Ｔ  テーブル
【図１】
0006615561.tif 000007
【図２】
0006615561.tif 000008
【図３】
0006615561.tif 000009
【図４】
0006615561.tif 000010
【図５】
0006615561.tif 000011
【図６】
0006615561.tif 000012