(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビッカース硬さ試験機において、圧子と、同圧子に所定の試験力Ｆを付与する試験力制御部と、同試験機の機械的・電気的コントロールを行なうマイクロコンピュータとをそなえ、同マイクロコンピュータに［数４］式が格納されるとともに、試料の厚さｈおよび想定される上記試料のビッカース硬さＨＶの入力をうけて、上記試験力Ｆを演算可能なプログラムが上記マイクロコンピュータに格納されていることを特徴とする、試験力自動演算式硬さ試験機。
【数４】
0003871164.tif 000014
【請求項２】
ヌープ硬さ試験機において、圧子と、同圧子に所定の試験力Ｆを付与する試験力制御部と、同試験機の機械的・電気的コントロールを行なうマイクロコンピュータとをそなえ、同マイクロコンピュータに［数８］式が格納されるとともに、試料の厚さｈおよび想定される上記試料のヌープ硬さＨＫの入力をうけて、上記試験力Ｆを演算可能なプログラムが上記マイクロコンピュータに格納されていることを特徴とする、試験力自動演算式硬さ試験機。
【数８】
0003871164.tif 000015
【請求項３】
上記試験力として、上記［数４］式により演算される数値のうちの最大値のものが算出されるように上記プログラムを構成したことを特徴とする、請求項１に記載の試験力自動演算式硬さ試験機。
【請求項４】
上記試験力として、上記［数８］式により演算される数値のうちの最大値のものが算出されるように上記プログラムを構成したことを特徴とする、請求項２に記載の試験力自動演算式硬さ試験機。
【請求項５】
上記マイクロコンピュータで演算された上記試験力が、当該硬さ試験機の設定可能な範囲外であるとき、試験不可能を表示する表示手段が設けられていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の試験力自動演算式硬さ試験機。
【請求項６】
上記試験不可能の表示が、上記硬さ試験機にそなえられた表示器で行なわれるように構成されていることを特徴とする、請求項５に記載の試験力自動演算式硬さ試験機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビッカース硬さ試験やヌープ硬さ試験のように、試料（表面）に圧子を押し付け、そのとき試料に形成されたくぼみの対角線長に基づいて当該試料の硬さを計測する形式の硬さ試験機（以下「押込み型硬さ試験機」と称する）に関し、特にフィルムのように試料厚さの薄い材料の硬さ試験の際の適正な試験力を自動的に演算できるようにした、試験力自動演算式硬さ試験機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４において、符号10はビッカース硬さ試験機の本体を示しており、この本体10には、試料台１と、ダイヤモンド製の四角錐の圧子２および対物レンズ５をそなえたレボルバー４とが設けられている。
【０００３】
圧子２の試料Ｓの表面への押し込みは、マイクロコンピュータ20の出力装置としての試験力制御部13の指令を受けて、マイクロコンピュータ20で設定された試験力が圧子２に付加されて下降することにより、なされるようになっている。
【０００４】
試料Ｓの表面にくぼみが付与された後、レボルバー４の切替えにより圧子２の位置に対物レンズ５が入れ替わり、ＣＣＤカメラ６によって試料Ｓの表面のくぼみの光学画像が、例えば４００倍くらいに拡大される。
【０００５】
ＣＣＤカメラ６の検出信号は、Ａ／Ｄ変換器11によって濃淡階調段数が２５６段（８ビット）のディジタル信号に変換されてから、画像メモリ21に格納される。
マイクロコンピュータ20には、画像メモリ21のほか演算装置23，主記憶装置22，制御装置24がそなえられている。
【０００６】
演算装置23では主記憶装置22に格納されている制御プログラムにしたがって、硬度計全体の機械的・電気的動きのコントロールや、硬度演算に必要な信号処理，計算処理などが行なわれる。
符号29はＣＲＴ表示器を示しており、この表示器の画面に画像メモリ21に記憶されているくぼみ画像や、設定・入力情報が表示される。
【０００７】
上述のビッカース硬さ試験機のような押込み型硬さ試験機では、試料の厚さが所定厚さ以上ないと、試料の表面の硬さと内部の硬さとが異なっている場合等において、正確な硬さ測定を行なうことができない。したがって、ＪＩＳでは最小厚さが規定されている。
【０００８】
すなわち、図５(ａ),(ｂ)に示すようにビッカース硬さ試験機でビッカース硬さ測定を行なう場合、ＪＩＳ規格では、［数１］式に示すように、試料Ｓの厚さｈは、くぼみＤの対角線長さｄの平均値の１.５倍以上必要であると定めている。
【数１】
0003871164.tif 000002
【０００９】
符号２は圧子を示している。
一方、ビッカース硬度ＨＶは、［数２］式で表される。
【数２】
0003871164.tif 000003
ただし、Ｆ：試験力（単位：ニュートン）
0003871164.tif 000004
【００１０】
そこで、従来は、試料の厚さ（膜厚）および大凡の硬さが推定できるとき、［数２］式を変形した［数３］式で試験力を設定している。
【数３】
0003871164.tif 000005
【００１１】
ヌープ硬さ測定を行なう場合、試料Ｓの厚さｈは、［数５］式に示すように、くぼみＤの対角線長の長い方の長さ（対角線長）ｄの０.３倍以上必要であると定めている。
【数５】
ｈ≧０.３ｄ
【００１２】
一方、ヌープ硬さＨＫは［数６］式で表される。
【数６】
0003871164.tif 000006
ただし、Ｆ：試験力（単位：ニュートン）
【００１３】
そこで従来は、試料の厚さ（膜厚）および大凡の硬さが推定できるとき、［数６］式を変形した［数７］式で試験力を設定している。
【数７】
0003871164.tif 000007
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来は、硬さ試験の都度、ユーザーが試験力を電卓等を用いて［数３］式や［数７］式に基づいて計算したり、あるいは図６（ビッカース硬さ試験の場合の試料の硬さと試験力に対する試料の最小厚さとの関係を示す表：ＪＩＳ Ｚ ２２４４−１９９２）または図７（ヌープ硬さ試験の場合の同様の表：ＪＩＳ Ｚ ２２５１−１９９２）を用いたりして算出し、それを試験機に内蔵の試験力制御部に当該硬さ試験の試験力として設定しているが、試験力の算出が複雑であり、手間がかかるという問題点がある。
【００１５】
本発明は、従来技術におけるこのような問題点を解決しようとするもので、当該試験における適正な試験力を、硬さ試験機に内蔵したマイクロコンピュータで自動的に演算できるようにした、試験力自動演算式硬さ試験機を提供しようとするものである。
【００１６】
すなわち、本発明は、ビッカース硬さ試験において、［数１］式と［数３］式とから［数４］式を得、［数４］式を試験機に内蔵のマイクロコンピュータに格納させておき、硬さ試験時に、試料の厚さ（膜厚）ｈ（ミリメートル）と、想定される硬さＨＶ（経験値）とを入力して、当該試験に適した試験力Ｆ（ニュートン）を自動的に演算し、演算された試験力でビッカース硬さ試験が行なえるようにしようとするものである。
【数４】
0003871164.tif 000008
【００１７】
またヌープ硬さ試験において、［数５］式と［数７］式とから［数８］式を算出し、［数８］式を試験機に内蔵のマイクロコンピュータに格納しておき、硬さ試験時に、試料厚さ（膜厚）ｈ（ミリメートル）と、想定されるヌープ硬さＨＫ（経験値）とを入力して、当該試験に適した試験力Ｆ（ニュートン）を自動的に演算し、その演算された試験力でヌープ硬さ試験が行なえるようにしようとするものである。
【数８】
0003871164.tif 000009
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、圧子と、同圧子に所定の試験力Ｆを付与する試験力制御部と、同試験機の機械的・電気的コントロールを行なうマイクロコンピュータとをそなえたビッカース硬さ試験機において、同マイクロコンピュータに［数４］式を格納しておくとともに、試料の厚さｈおよび想定されるビッカース硬さＨＶの入力をうけて、上記試験力を演算可能なプログラムを上記マイクロコンピュータに格納して課題解決の手段としている。
【数４】
0003871164.tif 000010
【００１９】
また本発明は、圧子と、同圧子に所定の試験力Ｆを付与する試験力制御部と、同試験機の機械的・電気的コントロールを行なうマイクロコンピュータとをそなえたヌープ硬さ試験機において、同マイクロコンピュータに［数８］式を格納しておくとともに、試料の厚さｈおよび想定される上記試料の硬さＨＶの入力をうけて、上記試験力Ｆを演算可能なプログラムを上記マイクロコンピュータに格納して課題解決の手段としている。
【数８】
0003871164.tif 000011
【００２０】
さらに、本発明は、上記試験力として、上記［数４］式により演算される数値のうちの最大値のものが算出されるように上記プログラムを構成して課題解決の手段としている。
【００２１】
また、本発明は、上記試験力として、上記［数８］式により演算される数値のうちの最大値のものが算出されるように上記プログラムを構成して課題解決の手段としている。
【００２２】
さらにまた、本発明は、上記マイクロコンピュータで演算された上記試験力が当該硬さ試験機の設定可能な範囲外であるとき、試験不可能を表示する表示手段を設けて課題解決の手段としている。
【００２３】
また、本発明は、上記試験不可能の表示が、上記硬さ試験機にそなえられた表示器で行なわれるように構成して課題解決の手段としている。
【００２４】
本発明では、硬さ試験機に内蔵のマイクロコンピュータに、試料の厚さｈおよび想定されるビッカース硬さＨＶあるいはヌープ硬さＨＫを入力することにより、自動的に当該試験に適した試験力が自動的に演算されるため、試験力の算出が簡単となる。
【００２５】
また、試験力として、［数４］式または［数８］式により演算される数値のうち最大値のものが算出されるので、硬さ試験の精度が向上する。
【００２６】
さらに、当該試験機による硬さ試験が不可能な場合、その旨の表示が硬さ試験に先立ってなされるため、硬さ試験を効率良く実施することができる。
また、上記表示が硬さ試験機にそなえられた表示器で行なわれるため、別個に表示器を設ける必要がなく、コスト面で有利である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の一実施形態としての試験力自動演算式硬さ試験機を主としてビッカース硬さ試験機を例にして説明すると、図１はその模式構成図、図２はそのマイクロコンピュータにおける演算手順を示すフローチャート、図３はその変形例を示す模式構成図である。
なお図１，３中図４と同じ符号はほぼ同一の部材を示している。
【００２８】
この実施形態のビッカース硬さ試験機も、図４に示した硬さ試験機と同様に、本体10をそなえ、この本体10には、試料台１と、ダイヤモンド製の四角錐の圧子２および対物レンズ５をそなえたレボルバー４とが設けられている。
【００２９】
圧子２の試料Ｓの表面への押し込みは、マイクロコンピュータ20の出力装置としての試験力制御部13の指令を受けて、マイクロコンピュータ20で設定された試験力が圧子軸に付加されて圧子２を下降することにより、なされるようになっている。
【００３０】
試料Ｓの表面にくぼみが付与された後、レボルバー４の切替えにより圧子２の位置に対物レンズ５が入れ替わり、ＣＣＤカメラ６によって試料Ｓの表面のくぼみの光学画像が、例えば４００倍くらいに拡大される。
ＣＣＤカメラ６の検出信号は、Ａ／Ｄ変換器11によって濃淡階調段数が２５６段（８ビット）のディジタル信号に変換されてから、画像メモリ21に格納される。
【００３１】
マイクロコンピュータ20には、画像メモリ21のほか、演算装置23，主記憶装置22，制御装置24がそなえられている。
演算装置23では主記憶装置22に格納されている制御プログラムにしたがって、硬度計全体の機械的・電気的動きのコントロールや、硬度演算に必要な信号処理，計算処理などが行なわれる。
【００３２】
符号30は操作パネルを示しており、この操作パネル30には表示器31，操作装置32がそなえられている。表示器としては、ＣＲＴ表示器のほかＬＥＤ式のものやＬＣＤ（液晶表示盤）などが用いられる。そして表示器に、（画像メモリ21に記憶されているくぼみ画像や）、設定・入力情報などの情報が表示される。
【００３３】
この実施形態の試験力自動演算式硬さ試験機では、さらに主記憶装置21に予め［数４］式が入力（格納）されている。［数４］式の入力は操作装置32を介して行なわれる。すなわち操作装置32を介して、試料Ｓの厚さｈ，想定される試料のビッカース硬さＨＶに関する情報（信号）がマイクロコンピュータ20に入力され、そして［数４］式に基づいてマイクロコンピュータ20において当該硬さ試験における適性試験力の演算が行なわれる。
【数４】
0003871164.tif 000012
【００３４】
なおヌープ硬さ試験の場合、上述の［数４］式に代えて［数８］式が主記憶装置21に予め入力（格納）され、またビッカース硬さＨＶに代えてヌープ硬さＨＫに関する情報がマイクロコンピュータ20に入力され、［数８］式により適性試験力の演算が行なわれる。
【数８】
0003871164.tif 000013
【００３５】
図２はこの演算手順を示すフローチャートである。すなわち、硬さ試験に先立って、試験機の操作装置32を操作して、試料の厚さｈをマイクロコンピュータ20に入力する（ステップＡ1）。
【００３６】
マイクロコンピュータ20において、その膜厚が、当該試験機がその膜厚の試料を計測できる能力をそなえているかどうかの判断が行なわれる（ステップＡ2）。ここで、試験機の能力（試験可能範囲）は、当該試験機の製造段階で設定されていて、入力された膜厚がその範囲外のときは試験不可能として、その旨の表示が表示器31になされる。なお試験可能な場合、その旨を表示するようにしてもよい。
【００３７】
ステップＡ2における判断結果が「ＹＥＳ」の場合、想定されるビッカース硬さ（ＨＶ）を操作装置32を操作して、マイクロコンピュータ20に入力する（ヌープ硬さ試験の場合はヌープ硬さＨＫを入力する）（ステップＡ3）と、マイクロコンピュータ20において［数４］式または［数８］式から適正な試験力Ｆが演算され（ステップＡ4）、試験力が設定される（ステップＡ6）。ステップＡ6の前段階で演算された試験力Ｆが当該試験機の能力範囲内かどうかの比較が行なわれ、範囲外のとき、試験不可能の表示が表示器31になされる（ステップＡ5）。なお演算された試験力Ｆが当該試験機の能力範囲内のとき、試験可能を表示するようにしてもよい。
【００３８】
一般に、ビッカース硬さ試験やヌープ硬さ試験では、試験力は大きければ大きいほど試験精度が向上するとされている。したがって、この実施形態ではマイクロコンピュータ20において演算される数値（試験力）のうちの最大値のものが算出されるようにプログラムが構成されている。
【００３９】
ステップＡ6で試験力の自動設定は終了するが、試料台１に試料Ｓを載置しておくとき、ステップＡ6に引き続いて試料の硬さ試験を行なうことができる。
すなわち、ステップＡ6で設定された試験力Ｆが試験力制御部13を介して圧子２に加えられ硬さ試験を開始するステップＡ7をプログラムに組み込んでおくとき、試験力の自動設定に続いて硬さ試験を行なうことができる。
なお、硬さ試験の結果は、試験機にそなえられている表示器31に表示される。
【００４０】
図４に示した変形例では、硬さ試験機の本体10に接眼レンズ７が設けられていて、対物レンズ５で捕らえられた試料Ｓの表面のくぼみの寸法を直接計測できるようになっている。
【００４１】
この変形例の装置は、図１に示した装置からＣＣＤカメラ、Ａ／Ｄ変換器などが取り外されている（その分低コストとなる）が、マイクロコンピュータ20，操作盤30は図１の装置と同様に設けられていて、同様の操作で試験力の自動演算が行われる点は図１の装置と同様である。
なお表示器31にくぼみ形状の表示は行なえない。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の試験力自動演算式硬さ試験機によれば次のような効果が得られる。
(1) 硬さ試験機に内蔵のマイクロコンピュータに、試料の厚さｈおよび想定されるビッカース硬さＨＶあるいはヌープ硬さＨＫを入力することにより、当該試験に適した試験力が自動的に演算されるため、試験力の算出が簡単となる。
(2) 試験力として、［数４］式あるいは［数８］式より演算される数値のうち最大値のものが算出されるので、押込み型硬さ試験機の精度が向上する。
(3) 当該試験機による硬さ試験が不可能な場合、その旨の表示が硬さ試験に先立ってなされるため、硬さ試験を効率良く実施できる。
(4) 上記表示が硬さ試験機にそなえられた表示器で行なわれるため、別個に表示器を設ける必要がなく、コスト面で有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態としての試験力自動演算式硬さ試験機を示す模式構成図。
【図２】  同マイクロコンピュータにおける演算手順を示すフローチャート。
【図３】  同変形例を示す模式構成図。
【図４】  従来の試験力自動演算式硬さ試験機を示す模式構成図。
【図５】  (ａ)押込み型硬さ試験機の原理を示す模式図。
(ｂ)同くぼみの形状を示す平面図。
【図６】  ビッカース硬さ試験において、試料の硬さと試験力に対する試料の最小厚さとの関係を規定したグラフ。
【図７】  ヌープ硬さ試験において、試料の硬さと試験力に対する試料の最小厚さとの関係を規定したグラフ。
【符号の説明】
１  試料台
２  圧子
４  レボルバー
５  対物レンズ
６  ＣＣＤカメラ
10  硬さ試験機の本体
11  Ａ／Ｄ変換器
12  操作装置
13  試験力制御部
20  マイクロコンピュ−タ
21  画像メモリ
22  主記憶装置
23  演算装置
24  制御装置
31  表示器
Ｄ  くぼみ
ｄ1，ｄ2  くぼみの対角線寸法
Ｓ  試料
【図１】
0003871164.tif 000016
【図２】
0003871164.tif 000017
【図３】
0003871164.tif 000018
【図４】
0003871164.tif 000019
【図５】
0003871164.tif 000020
【図６】
0003871164.tif 000021
【図７】
0003871164.tif 000022