(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御部を備え、荷重が負荷された圧子を加熱又は冷却された試料の表面に押し付けてくぼみを形成する押込み試験機における試験管理方法において、
所定の基準片を試料として用いて、複数の温度環境下での試験結果を測定する基準片測定ステップと、
前記制御部が、当該試験結果に基づいて、温度環境による試験誤差を算出する算出ステップと、
前記制御部が、当該試験誤差が所定の範囲内にあるか否かを判断する判断ステップと、
を備えることを特徴とする押込み試験機における試験管理方法。
【請求項２】
制御部を備え、荷重が負荷された圧子を加熱又は冷却された試料の表面に押し付けてくぼみを形成する押込み試験機における試験管理方法において、
所定の基準片を試料として用いて、複数の温度環境下での試験結果を測定する基準片測定ステップと、
前記制御部が、当該試験結果に基づいて、温度環境による試験誤差を算出する算出ステップと、
前記制御部が、当該試験誤差に基づいて、前記基準片以外の試料における試験結果を補正する補正ステップと、
を備えることを特徴とする押込み試験機における試験管理方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の押込み試験機における試験管理方法において、
前記基準片は、石英ガラス、単結晶石英、セラミックス、単結晶アルミナ及び低熱膨張合金のうちの何れかによって形成されていることを特徴とする押込み試験機における試験管理方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の押込み試験機における試験管理方法において、
前記押込み試験機は、前記試料を加熱冷却する加熱冷却機構が取り付けられた計装化押込み試験機又はロックウェル硬さ試験機であることを特徴とする押込み試験機における試験管理方法。
【請求項５】
荷重が負荷された圧子を加熱又は冷却された試料の表面に押し付けてくぼみを形成する押込み試験機において、
所定の基準片を試料として用いて、複数の温度環境下での試験結果を測定する基準片測定手段と、
当該試験結果に基づいて、試料の温度に対する当該押込み試験機全体の熱膨張に伴う試験誤差を算出する算出手段と、
当該試験誤差が所定の範囲内にあるか否かを判断する判断手段と、
を備えることを特徴とする押込み試験機。
【請求項６】
荷重が負荷された圧子を加熱又は冷却された試料の表面に押し付けてくぼみを形成する押込み試験機において、
所定の基準片を試料として用いて、複数の温度環境下での試験結果を測定する基準片測定手段と、
当該試験結果に基づいて、試料の温度に対する当該押込み試験機全体の熱膨張に伴う試験誤差を算出する算出手段と、
当該試験誤差に基づいて、前記基準片以外の試料における試験結果を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする押込み試験機。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の押込み試験機において、
前記基準片は、石英ガラス、単結晶石英、セラミックス、単結晶アルミナ及び低熱膨張合金のうちの何れかによって形成されていることを特徴とする押込み試験機。
【請求項８】
請求項５〜７の何れか一項に記載の押込み試験機において、
当該押込み試験機は、前記試料を加熱冷却する加熱冷却機構が取り付けられた計装化押込み試験機又はロックウェル硬さ試験機であることを特徴とする押込み試験機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、押込み試験機における試験管理方法及び押込み試験機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、材料試験機として、例えば、試料表面に圧子軸を押込んでくぼみを形成させることによって、材料の硬さ等の物性値を測定する押込み試験機が知られている。具体的には、例えば、押込み試験機は、試料表面に圧子軸の先端を押込んだ際の押込み深さ（圧子軸の変位量）を変位計によって測定し、その測定した押込み深さと、試料表面に圧子軸を押込んだ際の試験力（負荷荷重）と、の関係を求めて、試料の硬さ等の物性値を測定するようになっている。
【０００３】
ところで、現在、様々な機械や構造物において、プラスチックや薄膜材料は不可欠な構成素材となっている。最近では、これらの材料を高温環境で用いることが多く、材料開発や評価の一助として、高温での材料特性を把握したいという要求が増加している。
一方、ビッカースなどの押込み硬さ試験の一種で、その押込み過程において、試験力と押込み深さとを逐一計測し、得られた試験力−押込み深さ曲線を解析することによって材料の様々な機械的性質を求める計装化押込み試験は、プラスチックや薄膜材料の評価として最適で、試験方法の標準化に向けての研究も推進されており、市場での認知度も増加してきた。特に、押込み深さの小さいものは、ナノインデンテーションや超微小硬さ試験などと称され、薄膜の評価法として注目されている。
上記のような要求に対応するために、計装化押込み試験機には、例えば、試料台を加熱する試料台ヒータ（試料加熱装置）が取り付けられ、試料台ヒータにより試料台を加熱することによって、試料台に載置された試料が加熱されるようになっている。
【０００４】
計装化押込み試験機に限らず、試料台ヒータが取り付けられた押込み試験機においては、試料の硬さ等の測定中に、加熱された試料に接触することによって、或いは、加熱された試料台が試料台近傍の空気を加熱することによって、圧子軸も加熱されて熱膨張してしまう。また、高温雰囲気の影響により押込み試験機構成部材（試験機フレーム等）も熱膨張してしまう。このように圧子軸や押込み試験機構成部材が熱膨張すると、正確な押込み深さの値（測定値）が得られないという問題がある。
【０００５】
そこで、例えば、圧子軸と、圧子軸が中央に取り付けられた両持ち梁と、両持ち梁を支持する両持ち梁用支持部と、を有する押込み試験機において、押込み試験機構成部材である両持ち梁及び両持ち梁用支持部のうちの少なくとも一方が熱膨張係数の小さい材料（具体的には、スーパーインバー）によって形成されている押込み試験機（例えば、特許文献１参照）等が提案されている。
【０００６】
また、例えば、試料を保持する保持部（試料台）及び試料を加熱する加熱部（試料台ヒータ）と圧子部分とを不活性ガス雰囲気中で収容する伸縮性容器と、試料に荷重負荷を与える負荷機構及びその負荷を計測する負荷計測手段と負荷による試料への圧子の押込み量を計測する変位計とを収容する容器と、を導入部で連結することによって、試料を加熱する試料台ヒータの熱源から負荷機構や変位計への熱伝導や熱対流による熱的影響を低減して、押込み深さの値（測定値）への熱的影響を小さくする手法（例えば、特許文献２参照）等も提案されている。
【特許文献１】特開２００４−１２１７８号公報
【特許文献２】特開２００２−１８１６７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、圧子軸を熱膨張係数の小さい材料で形成したり、特許文献１のように押込み試験機構成部材を熱膨張係数の小さい材料で形成したりしても、少なからず熱膨張してしまう。さらに、その熱膨張の程度が明らかでないため、測定値が信頼できるか否かを判断することができない。
また、特許文献２のように、試料台、試料台ヒータ及び圧子と、負荷機構、負荷計測手段及び変位計と、を別個の容器に収容しても、試料台や圧子（圧子軸）の熱膨張は抑えられない。さらに、その熱膨張の程度が明らかでないため、測定値が信頼できるか否かを判断することができない。
【０００８】
本発明の課題は、押込み試験機による測定値の信頼性を確保するための押込み試験機における試験管理方法と、測定値の信頼性を確保できる押込み試験機と、を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
制御部を備え、荷重が負荷された圧子を加熱又は冷却された試料の表面に押し付けてくぼみを形成する押込み試験機における試験管理方法において、
所定の基準片を試料として用いて、複数の温度環境下での試験結果を測定する基準片測定ステップと、
前記制御部が、当該試験結果に基づいて、温度環境による試験誤差を算出する算出ステップと、
前記制御部が、当該試験誤差が所定の範囲内にあるか否かを判断する判断ステップと、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、
制御部を備え、荷重が負荷された圧子を加熱又は冷却された試料の表面に押し付けてくぼみを形成する押込み試験機における試験管理方法において、
所定の基準片を試料として用いて、複数の温度環境下での試験結果を測定する基準片測定ステップと、
前記制御部が、当該試験結果に基づいて、温度環境による試験誤差を算出する算出ステップと、
前記制御部が、当該試験誤差に基づいて、前記基準片以外の試料における試験結果を補正する補正ステップと、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、
請求項１又は２に記載の押込み試験機における試験管理方法において、
前記基準片は、石英ガラス、単結晶石英、セラミックス、単結晶アルミナ及び低熱膨張合金のうちの何れかによって形成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、
請求項１〜３の何れか一項に記載の押込み試験機における試験管理方法において、
前記押込み試験機は、前記試料を加熱冷却する加熱冷却機構が取り付けられた計装化押込み試験機又はロックウェル硬さ試験機であることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、
荷重が負荷された圧子を加熱又は冷却された試料の表面に押し付けてくぼみを形成する押込み試験機において、
所定の基準片を試料として用いて、複数の温度環境下での試験結果を測定する基準片測定手段と、
当該試験結果に基づいて、試料の温度に対する当該押込み試験機全体の熱膨張に伴う試験誤差を算出する算出手段と、
当該試験誤差が所定の範囲内にあるか否かを判断する判断手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、
荷重が負荷された圧子を加熱又は冷却された試料の表面に押し付けてくぼみを形成する押込み試験機において、
所定の基準片を試料として用いて、複数の温度環境下での試験結果を測定する基準片測定手段と、
当該試験結果に基づいて、試料の温度に対する当該押込み試験機全体の熱膨張に伴う試験誤差を算出する算出手段と、
当該試験誤差に基づいて、前記基準片以外の試料における試験結果を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、
請求項５又は６に記載の押込み試験機において、
前記基準片は、石英ガラス、単結晶石英、セラミックス、単結晶アルミナ及び低熱膨張合金のうちの何れかによって形成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、
請求項５〜７の何れか一項に記載の押込み試験機において、
当該押込み試験機は、前記試料を加熱冷却する加熱冷却機構が取り付けられた計装化押込み試験機又はロックウェル硬さ試験機であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１若しくは５に記載の発明によれば、所定の基準片を試料として用いて、複数の温度環境下での試験結果を測定し、当該試験結果に基づいて、温度環境による試験誤差（試料の温度に対する押込み試験機全体の熱膨張に伴う試験誤差）を算出し、当該試験誤差が所定の範囲内にあるか否かを判断するようになっている。
したがって、基準片を用いて、温度環境による試験誤差が所定の範囲内にあるか否かを検査することができるため、押込み試験機による、高温試料又は低温試料に対する測定値の信頼性を確保することができる。
【００１８】
請求項２若しくは６に記載の発明によれば、所定の基準片を試料として用いて、複数の温度環境下での試験結果を測定し、当該試験結果に基づいて、温度環境による試験誤差（試料の温度に対する押込み試験機全体の熱膨張に伴う試験誤差）を算出し、当該試験誤差に基づいて、基準片以外の試料における試験結果を補正するようになっている。
したがって、温度環境による試験誤差を考慮して、試料における試験結果を補正することができるため、押込み試験機による、高温試料又は低温試料に対する測定値の信頼性を確保することができる。
【００１９】
請求項３若しくは７に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明若しくは請求項５又は６に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、基準片は、石英ガラス、単結晶石英、セラミックス、単結晶アルミナ及び低熱膨張合金のうちの何れかによって形成されている。
したがって、基準片は、押込み試験機１００全体の熱膨張の度合いと比較して、熱膨張の度合いが無視できるほど小さいため、正確な温度環境による試験誤差（試料の温度に対する押込み試験機全体の熱膨張に伴う試験誤差）を測定することができる。
【００２０】
請求項４若しくは８に記載の発明によれば、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明若しくは請求項５〜６の何れか一項に記載の発明と同様に効果が得られることは無論のこと、押込み試験機は、試料を加熱冷却する加熱冷却機構が取り付けられた計装化押込み試験機又はロックウェル硬さ試験機である。
したがって、基準片を用いて、温度環境による試験誤差が所定の範囲内にあるか否かを検査したり、温度環境による試験誤差を考慮して、試料における試験結果を補正したりすることによって、押込み深さを計測する押込み試験機（計装化押込み試験機又はロックウェル硬さ試験機）による、高温試料又は低温試料に対する測定値の信頼性を確保することができて、好都合である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、発明の範囲は、図示例に限定されない。
【００２２】
［押込み試験機の全体構成］
本発明の押込み試験機１００は、例えば、制御部２００を備え、荷重が負荷された圧子４を加熱又は冷却された試料Ｓの表面に押し付けてくぼみを形成する試験機である。
具体的には、押込み試験機１００は、試料Ｓを加熱冷却する加熱冷却機構としての加熱冷却装置３が取り付けられた計装化押込み試験機である。
【００２３】
より具体的には、押込み試験機１００には、例えば、図１及び図２に示すように、制御部２００と、各構成部材が配設される試験機本体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を加熱又は冷却する加熱冷却装置３と、試料Ｓにくぼみを形成する圧子４を一端に有する荷重レバー５と、荷重レバー５に所定の押圧力を付与する押圧力付与部６と、圧子４の変位量を検出する圧子変位検出部７と、加熱冷却装置３から負荷機構（荷重レバー５など）や圧子変位検出部７への熱的影響を低減する熱遮蔽部８と、表示部３００と、操作部４００と、などを備えて構成される。
【００２４】
（ＸＹＺステージ）
ＸＹＺステージ２は、例えば、制御部２００から入力される制御信号に従って、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向（すなわち、水平方向及び垂直方向）に移動するよう構成されている。ＸＹＺステージ２上には加熱冷却装置３が載置されており、ＸＹＺステージ２は、加熱冷却装置３をＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動させることによって、加熱冷却装置３上に載置された試料ＳをＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動させる。
【００２５】
（加熱冷却装置）
加熱冷却装置３は、ＸＹＺステージ２上に載置されており、例えば、制御部２００から入力される制御信号に従って、加熱冷却装置３上に載置された試料Ｓを加熱又は冷却するよう構成されている。
試料Ｓを加熱又は冷却する際、制御部２００は、例えば、加熱冷却装置３に通電するようになっている。具体的には、例えば、加熱冷却装置３における試料Ｓの近傍には温度センサ３１が設けられており、この温度センサ３１が検出した温度に基づいて、制御部２００は、加熱冷却装置３が試料Ｓを適度な温度で加熱又は冷却するように通電を制御する。
【００２６】
（荷重レバー）
荷重レバー５は、例えば、略棒状に形成されており、中央部付近を十字バネ５ａを介して台座上に固定されている。
荷重レバー５の一端には、加熱冷却装置３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４が設けられている。
また、荷重レバー５の他端には、押圧力付与部６を構成するフォースコイル６ａが設けられている。
【００２７】
（押圧力付与部）
押圧力付与部６は、例えば、フォースモータであり、荷重レバー５に取り付けられたフォースコイル６ａと、フォースコイル６ａに対向するように固定された固定磁石６ｂと、などを備えて構成される。
押圧力付与部６は、例えば、制御部２００から入力される制御信号に従って、固定磁石６ｂ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６ａ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５を回動させる。これにより、荷重レバー５の圧子４側の端部は下方に傾き、圧子４は試料Ｓに押し込まれることになる。
【００２８】
（圧子変位検出部）
圧子変位検出部７は、例えば、静電容量式変位センサであり、荷重レバー５の圧子４側の端部に設けられた可動極板７ａと、可動極板７ａと対向するように固定された固定極板７ｂと、などを備えて構成される。
圧子変位検出部７は、例えば、可動極板７ａと固定極板７ｂとの間の静電容量の変化を検出することによって、圧子４が試料Ｓにくぼみを形成する際に移動した変位量（圧子４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２００に出力する。
なお、圧子変位検出部７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。
【００２９】
（熱遮蔽部）
熱遮蔽部８は、加熱冷却装置３から負荷機構（荷重レバー５など）や圧子変位検出部７への熱伝導や熱対流による熱的影響を低減するために設けられており、例えば、加熱冷却装置３と荷重レバー５との間に配置されている。
【００３０】
（表示部）
表示部３００は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）パネル等から構成され、制御部２００から入力される表示信号に従って所与の表示処理を行う。
【００３１】
（操作部）
操作部４００は、例えば、操作キー等から構成され、ユーザにより操作されると、当該操作に伴う操作信号を制御部２００に出力する。また、操作部４００は、必要に応じて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ものとしても良い。
【００３２】
具体的には、操作部４００は、例えば、ユーザが、基準データを記憶するよう指示する際に操作される。
また、操作部４００は、例えば、ユーザが、押込み試験機１００のメンテナンスを行うよう指示する際に操作される。
また、操作部４００は、例えば、ユーザが、基準片以外の試料Ｓを用いた押込み試験を行うよう指示する際に操作される。この際、ユーザは、操作部４００を操作して、ユーザ所望の試料温度も指示するようになっている。
【００３３】
（制御部）
制御部２００は、例えば、押込み試験機１００の各部を制御したり押込み試験機１００による試料Ｓの材料特性の評価を管理したりする。
具体的には、制御部２００は、例えば、図２に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１０と、ＲＡＭ（Random Access Memory）２２０と、記憶部２３０と、などを備えて構成される。そして、制御部２００は、システムバス及び駆動回路等を介して、ＸＹＺステージ２や、加熱冷却装置３、押圧力付与部６、圧子変位検出部７、表示部３００、操作部４００などと接続している。
【００３４】
ＣＰＵ２１０は、例えば、記憶部２３０に記憶された押込み試験機１００用の各種処理プログラムに従って各種の制御動作を行う。
【００３５】
ＲＡＭ２２０は、例えば、ＣＰＵ２１０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、入力データや上記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る。
【００３６】
記憶部２３０は、例えば、押込み試験機１００で実行可能なシステムプログラム、当該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、ＣＰＵ２１０によって演算処理された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２３０に記憶されている。
【００３７】
具体的には、記憶部２３０は、例えば、基準データ記憶ファイル２３１と、基準片測定プログラム２３２と、算出プログラム２３３と、判断プログラム２３４と、測定プログラム２３５と、補正プログラム２３６と、などを記憶している。
【００３８】
基準データ記憶ファイル２３１は、例えば、算出プログラム２３３を実行したＣＰＵ２１０によって作成された基準データ（押込み試験機１００全体の熱膨張の度合いを示すデータ（後述））を記憶する。
【００３９】
基準片測定プログラム２３２は、例えば、所定の基準片を試料Ｓとして用いて、複数の温度環境下での試験結果を測定する機能を、ＣＰＵ２１０に実現させる。
【００４０】
ここで、基準片は、例えば、押込み試験機１００全体の熱膨張の度合いと比較して、熱膨張の度合いが無視できるほど小さい材料で形成されていることが好ましく、例えば、石英ガラス、単結晶石英、セラミックス、単結晶アルミナ及び低熱膨張合金のうちの何れかによって形成されていることがより好ましく、硬度が比較的低い石英ガラス及び単結晶石英のうちの何れかによって形成されていることが最も好ましい。
【００４１】
具体的には、ＣＰＵ２１０は、例えば、操作部４００から、基準データを記憶するよう指示する操作信号が入力されると、或いは、押込み試験機１００のメンテナンスを行うよう指示する操作信号が入力されると、基準片を用いた押込み試験を行うため予め設定された所定の動作条件（例えば、加熱冷却装置３や押圧力付与部６の動作条件）に基づいて、加熱冷却装置３上に載置された基準片が所定の試料温度となるよう、加熱冷却装置３を制御するとともに、加熱冷却装置３上に載置された基準片に所定の試験力を与えるよう、押圧力付与部６を制御する。そして、ＣＰＵ２１０は、例えば、くぼみ形成時における圧子４の試料Ｓへの押込み深さと、くぼみ形成時における試験力と、を逐一計測して、試験力−押込み深さ曲線を測定する。
【００４２】
より具体的に、試験力−押込み深さ曲線を測定するための、押込み試験機１００による基準片に対する押込み試験方法について説明する。
まず、基準片をＸＹＺステージ２上に載置された加熱冷却装置３上に載置する。
【００４３】
次いで、ＣＰＵ２１０は、加熱冷却装置３によって、基準片を加熱又は冷却する。このとき、ＣＰＵ２１０は、温度センサ３１が検知した温度に基づいて、加熱冷却装置３による加熱又は冷却を制御する。
【００４４】
次いで、ＣＰＵ２１０は、押圧力付与部６のフォースコイル６ａに所定の試験力に応じた電流を供給して、押圧力付与部６を動作させる。
これにより、押圧力付与部６は、荷重レバー５に所定の力を付与し、荷重レバー５を時計回りに回動させ、圧子４を試料Ｓの上方から試料Ｓの表面に対して押し付けて、試料Ｓの表面にくぼみを形成させる。
【００４５】
くぼみの形成時においては、荷重レバー５を時計回りに回動させることで、設定した最大試験力に到達するまで圧子４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）の試験力−押込み深さ曲線に示すように、圧子４に負荷する試験力を増加させることで、圧子４の試料Ｓへの押込深さも増加する。
【００４６】
次いで、ＣＰＵ２１０は、圧子４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、圧子４に負荷させる荷重を漸減させるために、フォースコイル６ａへの電流の供給量を制御して、押圧力付与部６を動作させ、荷重レバー５の荷重を除荷する。これにより、圧子４に負荷された荷重は漸減されることとなる（荷重除荷工程）。
この荷重除荷工程では、図３（ａ）の試験力−押込み深さ曲線に示すように、圧子４に負荷する試験力を減少させることで、圧子４の試料Ｓへの押込深さも減少する。
このような方法で、押込み試験機１００による基準片に対する押込み試験を行うことができる。
【００４７】
そして、ＣＰＵ２１０は、上述した基準片に対する押込み試験を複数の温度環境下で行って、複数の温度環境下での試験結果、すなわち、複数の温度環境下での試験力−押込み深さ曲線を測定する。ここで、複数の温度環境下とは、例えば、室温と、室温より高い温度及び／又は室温より低い温度と、における環境下である。
ＣＰＵ２１０は、かかる基準片測定プログラム２３２を実行することによって、基準片測定手段として機能する。
【００４８】
算出プログラム２３３は、例えば、基準片測定プログラム２３２を実行したＣＰＵ２１０により測定された試験結果に基づいて、温度環境による試験誤差、すなわち試料Ｓ（基準片）の温度に対する押込み試験機１００全体の熱膨張に伴う試験誤差を算出する機能を、ＣＰＵ２１０に実現させる。
【００４９】
具体的には、ＣＰＵ２１０は、例えば、基準片測定プログラム２３２を実行したＣＰＵ２１０により測定された試験結果に基づいて、押込み試験機１００全体の熱膨張に伴う試験誤差を算出して、押込み試験機１００全体の熱膨張の度合いを示すデータを作成する。
【００５０】
より具体的には、ＣＰＵ２１０は、複数の温度環境下での試験力−押込み深さ曲線に基づいて、試験誤差、すなわち最大押込み深さの室温との差（Δ）を求める。
ここで、最大押込み深さとは、例えば、図３（ａ）に示すように、試験力が最大のときの押込み深さ、すなわち、荷重除荷工程に切り替るときの押込み深さのことである。例えば、図４（ａ）に示すように、室温での試験力−押込み深さ曲線を実線で示し、室温より高い温度Ｔ１での試験力−押込み深さ曲線を破線で示すと、Ｔ１における最大押込み深さの室温との差（Δ）は、Δ１になる。また、例えば、図４（ｂ）に示すように、室温での試験力−押込み深さ曲線を実線で示し、室温より高い温度Ｔ２（例えば、Ｔ２＞Ｔ１）での試験力−押込み深さ曲線を一点鎖線で示すと、Ｔ２における最大押込み深さの室温との差（Δ）はΔ２になる。
【００５１】
次いで、ＣＰＵ２１０は、例えば、図５に示すように、各温度について最大押込み深さの室温との差（Δ）をプロットして、押込み試験機１００全体の熱膨張の度合いを示すデータを作成する。そして、ＣＰＵ２１０は、操作部４００から基準データを記憶するよう指示する操作信号が入力されて、押込み試験機１００全体の熱膨張の度合いを示すデータを作成した場合は、このデータを基準データとして、基準データ記憶ファイル２３１に記憶させる。
【００５２】
なお、図５では室温から室温より高い温度までの各温度について最大押込み深さの室温との差（Δ）をプロットして作成した押込み試験機１００全体での熱膨張の度合いを示すデータを示したが、押込み試験機１００全体の熱膨張の度合いを示すデータは、室温より低い温度から室温までの各温度について最大押込み深さの室温との差（Δ）をプロットして作成したデータであっても良いし、室温より低い温度から高い温度までの各温度について最大押し込み深さの室温との差（Δ）をプロットして作成したデータであっても良い。
また、試験誤差を、最大押込み深さ（ｈ２）の室温との差（Δ）としたが、これに限ることはなく、試験誤差は、試験力−押込み深さ曲線から得られるパラメータの室温との差であれば任意である。試験力−押込み深さ曲線から得られるパラメータとしては、例えば、図３（ｂ）に示すｈ１や、ｈ３、ｈｒ、傾きＣ（＝ｄ(ｈ２−ｈｒ)／ｄＦ）などが挙げられる。また、試験力−押込み深さ曲線から得られるパラメータとしては、例えば、規格（ＩＳＯ１４５７７）で規定されているパラメータ（マルテンス硬さ（ＨＭ：弾性変形と塑性変形を合わせた変形に対する硬さ（最大押込み深さから算出）、ＨＭＳ：弾性変形と塑性変形を合わせた変形に対する硬さ（負荷曲線（試験力−押込み深さ曲線）から算出））、押込み硬さ（ＨＩＴ：塑性変形に対する硬さ（従来のビッカースと相関がある））、押込みクリープ（ＣＩＴ：全変形量に占めるクリープ変形量の割合）、押込み係数（ＥＩＴ：弾性係数（縦弾性係数、すなわち、ヤング率と相関がある））、押込み仕事率（ηＩＴ：押込み過程における全機械的仕事量に占める弾性変形の割合）等）や、押込み試験機１００が独自で採用しているパラメータ、ユーザが独自で採用しているパラメータなどが挙げられる。
また、図５では押込み試験機１００全体の熱膨張の度合いを示すデータを直線（一次式）で近似して示したが、押込み試験機１全体の熱膨張の度合いを示すデータは、例えば、曲線（二次式）で近似して示しても良い。
【００５３】
また、押込み試験機１００全体の熱膨張の度合いを示すデータにエラーバーを付けたものを、押込み試験機１００全体の熱膨張の度合いを示すデータとしても良い。
具体的には、ＣＰＵ２１０は、例えば、基準片測定プログラム２３２を実行して、上述した基準片に対する押込み試験を同一の温度に対して繰り返し行うことによって各温度での試験力−押込み深さ曲線を複数測定する。そして、ＣＰＵ２１０は、例えば、算出プログラム２３３を実行して、これらの試験力−押込み深さ曲線に基づいて各温度における最大押込み深さのばらつき（ｄ）の大きさを求めて、例えば、図６に示すように、各温度について最大押込み深さのばらつき（ｄ）の大きさをプロットして、ばらつきデータを作成する。次いで、ＣＰＵ２１０は、例えば、図７に示すように、各温度について最大押込み深さの室温との差（Δ）の平均値をプロットして作成した押込み試験機１００全体の熱膨張の度合いを示すデータに、最大押込み深さのばらつきの大きさ（図６）を示すエラーバーを付けて、これを押込み試験機１００全体の熱膨張の度合いを示すデータとする。
【００５４】
このようにして作成された押込み試験機１００全体の熱膨張の度合いを示すデータは、基準片が全く熱膨張しないことを前提として、押込み試験機１００全体の熱膨張の度合いをユーザに提示するために使用することができる。
【００５５】
また、押込み試験機１００全体の熱膨張の度合いを示すデータは、予め基準データ記憶ファイル２３１に記憶されたものと、操作部４００から押込み試験機のメンテナンスを行うよう指示する操作信号が入力されて作成されたものと、を比較することによって、押込み試験機１００のメンテナンスの指標として使用することができる。
ＣＰＵ２１０は、かかる算出プログラム２３３を実行することによって、算出手段として機能する。
【００５６】
判断プログラム２３４は、例えば、算出プログラム２３３を実行したＣＰＵ２１０により算出された試験誤差が所定の範囲内にあるか否かを判断する機能を、ＣＰＵ２１０に実現させる。
【００５７】
具体的には、ＣＰＵ２１０は、例えば、予め基準データ記憶ファイル２３１に記憶された基準データ（押込み試験機１００全体の熱膨張の度合いを示すデータ）と、操作部４００から押込み試験機１００のメンテナンスを行うよう指示する操作信号が入力されて作成された押込み試験機１００全体の熱膨張の度合いを示すデータと、を比較することによって、試料Ｓ（基準片）の温度に対する押込み試験機１００全体の熱膨張に伴う試験誤差が所定の範囲内にあるか否かを判断する。
そして、ＣＰＵ２１０は、例えば、その判断結果を、表示部３００に表示させる。
【００５８】
より具体的には、ＣＰＵ２１０は、例えば、予め基準データ記憶ファイル２３１に記憶された基準データ（押込み試験機１００全体の熱膨張の度合いを示すデータ）に基づいて所定の範囲を決定し、操作部４００から押込み試験機１００のメンテナンスを行うよう指示する操作信号が入力されて作成された押込み試験機１００全体の熱膨張の度合いを示すデータが、当該決定した所定の範囲内にあるか否かを判断する。
ここで、所定の範囲内は、例えば、図８の斜線で示す範囲内のように、予め基準データ記憶ファイル２３１に記憶された基準データ（押込み試験機１００全体の熱膨張の度合いを示すデータ（例えば、図５））に対して±数％の範囲内であっても良いし、例えば、予め基準データ記憶ファイル２３１に記憶された基準データ（押込み試験機１００全体の熱膨張の度合いを示すデータ（例えば、図７））のエラーバーの範囲内であっても良い。
ＣＰＵ２１０は、かかる判断プログラム２３４を実行することによって、判断手段として機能する。
【００５９】
測定プログラム２３５は、例えば、基準片以外の試料Ｓの試験結果を測定する機能を、ＣＰＵ２１０に実現させる。
【００６０】
具体的には、ＣＰＵ２１０は、例えば、操作部４００から、基準片以外の試料Ｓを用いた押込み試験を行うよう指示する操作信号が入力されると、基準片以外の試料Ｓを用いた押込み試験を行うため予め設定された所定の動作条件（例えば、加熱冷却装置３や押圧力付与部６の動作条件）に基づいて、加熱冷却装置３上に載置された試料Ｓがユーザ所望の試料温度となるよう、加熱冷却装置３を制御するとともに、加熱冷却装置３上に載置された試料Ｓに所定の試験力を与えるよう、押圧力付与部６を制御する。そして、ＣＰＵ２１０は、例えば、くぼみ形成時における圧子４の試料Ｓへの押込み深さと、くぼみ形成時における試験力と、を逐一計測して、試験力−押込み深さ曲線を測定する。
【００６１】
なお、試験力−押込み深さ曲線を測定するための、押込み試験機１００による基準片以外の試料Ｓに対する押込み試験方法については、加熱冷却装置３上に載置する試料Ｓが基準片以外の試料Ｓである点及び試料Ｓの温度をユーザ所望の試料温度とする点以外は、上述した押込み試験機１００による基準片に対する押込み試験方法と同じであるため、詳細な説明は省略する。
【００６２】
補正プログラム２３６は、例えば、算出プログラム２３３を実行したＣＰＵ２１０により算出された試験誤差に基づいて、測定プログラム２３５を実行したＣＰＵ２１０により測定された基準片以外の試料Ｓにおける試験結果を補正する機能を、ＣＰＵ２１０に実現させる。
【００６３】
具体的には、ＣＰＵ２１０は、例えば、予め基準データ記憶ファイル２３１に記憶された基準データ（押込み試験機１００全体の熱膨張の度合いを示すデータ）に基づいて、測定プログラム２３５を実行したＣＰＵ２１０により測定された基準片以外の試料Ｓにおける試験力−押込み深さ曲線を補正する。
そして、ＣＰＵ２１０は、例えば、その補正結果を、表示部３００に表示させる。
【００６４】
ここで、基準片以外の試料Ｓにおける試験力−押込み深さ曲線の補正は、予め基準データ記憶ファイル２３１に記憶された基準データが、押込み試験機１００全体の熱膨張の度合いのみを示すデータであるということを前提として行われる。
基準片は熱膨張の度合いが小さいので、基準片の高温（低温）での硬さは室温での硬さと実質上差がなく、基準片のみの試験力−押込み深さ曲線の形は温度が変化しても変化しない。しかしながら、押込み試験機１００全体は温度の影響を受けるため、この影響に起因して、基準片を用いた押込み試験により得た試験力−押込み深さ曲線の形は温度が変化すると変化する。したがって、予め基準データ記憶ファイル２３１に記憶された基準データは、押込み試験機１００全体の熱膨張の度合いのみを示すデータとなり、この基準データを用いて、基準片以外の試料Ｓにおける試験力−押込み深さ曲線の補正を行うこととする。
【００６５】
より具体的には、ＣＰＵ２１０は、例えば、予め基準データ記憶ファイル２３１に記憶された基準データ（押込み試験機１００全体の熱膨張の度合いを示すデータ）から、押込み試験機１００全体の熱膨張の度合いを取得する。次いで、ＣＰＵ２１０は、例えば、基準片以外の試料Ｓに対するくぼみ形成時における圧子４の試料Ｓへの押込深さから、取得した度合いを減算して、基準片以外の試料Ｓにおける試験力−押込み深さ曲線を補正する。
また、ＣＰＵ２１０は、例えば、補正された試験力−押込み深さ曲線と、予め設定された押込み試験に対応する硬さ算出式と、に基づいて、試料Ｓの硬さを算出する。
ＣＰＵ２１０は、かかる補正プログラム２３６を実行することによって、補正手段として機能する。
【００６６】
［押込み試験機における試験管理方法］
本発明の押込み試験機１００における試験管理方法について、図９〜図１１のフローチャートを参照して説明する。
【００６７】
＜基準データ記憶処理＞
押込み試験機１００による基準データの記憶に関する処理について、図９のフローチャートを参照して説明する。
【００６８】
まず、ＣＰＵ２１０は、ユーザによる操作部４００の操作によって、基準データを記憶するよう指示されたか否かを判断する（ステップＳ１）。
【００６９】
ステップＳ１で、基準データを記憶するよう指示されていないと判断すると（ステップＳ１；Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ１の処理を繰り返して行う。
【００７０】
一方、ステップＳ１で、基準データを記憶するよう指示されたと判断すると（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、基準片測定プログラム２３２を実行して、基準片を試料Ｓとして用いて、複数の温度環境下での試験結果を測定する（ステップＳ２（基準片測定ステップ））。すなわち、ＣＰＵ２１０は、基準片を試料Ｓとして用いて、複数の温度環境下での試験力−押込み深さ曲線を測定する。
【００７１】
次いで、ＣＰＵ２１０は、算出プログラム２３３を実行して、当該測定された試験結果に基づいて、温度環境による試験誤差（すなわち、試料Ｓ（基準片）の温度に対する押込み試験機１００全体の熱膨張に伴う試験誤差）を算出して（ステップＳ３（算出ステップ））、押込み試験機１００全体の熱膨張の度合いを示すデータを作成し（ステップＳ４）、当該作成されたデータを表示部３００に表示させるとともに（ステップＳ５）、基準データ記憶ファイル２３１に記憶させて（ステップＳ６）、本処理を終了する。
【００７２】
＜メンテナンス処理＞
押込み試験機１００によるメンテナンスに関する処理について、図１０のフローチャートを参照して説明する。
【００７３】
まず、ＣＰＵ２１０は、ユーザによる操作部４００の操作によって、押込み試験機１００のメンテナンスを行うよう指示されたか否かを判断する（ステップＳ１１）。
【００７４】
ステップＳ１１で、押込み試験機１００のメンテナンスを行うよう指示されていないと判断すると（ステップＳ１１；Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ１１の処理を繰り返して行う。
【００７５】
一方、ステップＳ１１で、押込み試験機１００のメンテナンスを行うよう指示されたと判断すると（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、基準片測定プログラム２３２を実行して、基準片を試料Ｓとして用いて、複数の温度環境下での試験結果を測定する（ステップＳ１２（基準片測定ステップ））。すなわち、ＣＰＵ２１０は、基準片を試料Ｓとして用いて、複数の温度環境下での試験力−押込み深さ曲線を測定する。
【００７６】
次いで、ＣＰＵ２１０は、算出プログラム２３３を実行して、当該測定された試験結果に基づいて、温度環境による試験誤差（すなわち、試料Ｓ（基準片）の温度に対する押込み試験機１００全体の熱膨張に伴う試験誤差）を算出して（ステップＳ１３（算出ステップ））、押込み試験機１００全体の熱膨張の度合いを示すデータを作成する（ステップＳ１４）。
【００７７】
次いで、ＣＰＵ２１０は、判断プログラム２３４を実行して、当該作成された押込み試験機１００全体の熱膨張の度合いを示すデータと、予め基準データ記憶ファイル２３１に記憶された基準データ（押込み試験機１全体の熱膨張の度合いを示すデータ）と、を比較して、温度環境による試験誤差が所定の範囲内にあるか否かを判断し（ステップＳ１５（判断ステップ））、当該判断結果を表示部３００に表示させて（ステップＳ１６）、本処理を終了する。
【００７８】
＜押込み試験処理＞
押込み試験機１００による押込み試験に関する処理について、図１１のフローチャートを参照して説明する。
【００７９】
まず、ＣＰＵ２１０は、ユーザによる操作部４００の操作によって、基準片以外の試料Ｓを用いた押込み試験を行うよう指示されたか否かを判断する（ステップＳ２１）。
【００８０】
ステップＳ１１で、基準片以外の試料Ｓを用いた押込み試験を行うよう指示されていないと判断すると（ステップＳ２１；Ｎｏ）、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ２１の処理を繰り返して行う。
【００８１】
一方、ステップＳ２１で、基準片以外の試料Ｓを用いた押込み試験を行うよう指示されたと判断すると（ステップＳ２１；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２１０は、測定プログラム２３５を実行して、基準片以外の試料Ｓを用いて、ユーザ所望の温度環境下での試験結果を測定する（ステップＳ２２）。すなわち、ＣＰＵ２１０は、基準片以外の試料Ｓを用いて、ユーザ所望の温度環境下での試験力−押込み深さ曲線を測定する。
【００８２】
次いで、ＣＰＵ２１０は、補正プログラム２３６を実行して、予め基準データ記憶ファイル２３１に記憶された基準データ（押込み試験１００全体の熱膨張の度合いを示すデータ）に基づいて、当該測定された試験結果を補正し（ステップＳ２３（補正ステップ））、当該補正された試験結果を表示部３００に表示させて（ステップＳ２４）、本処理を終了する。
【００８３】
以上説明した本発明の硬さ試験機１００における試験管理方法及び硬さ試験機１００によれば、所定の基準片を試料Ｓとして用いて、複数の温度環境下での試験結果を測定し、当該試験結果に基づいて、温度環境による試験誤差（試料Ｓ（基準片）の温度に対する押込み試験機１００全体の熱膨張に伴う試験誤差）を算出し、当該試験誤差が所定の範囲内にあるか否かを判断するようになっている。
したがって、基準片を用いて、温度環境による試験誤差が所定の範囲内にあるか否かを検査することができるため、押込み試験機１００による、高温試料Ｓ又は低温試料Ｓに対する測定値の信頼性を確保することができる。
【００８４】
また、本発明の硬さ試験機１００における試験管理方法及び硬さ試験機１００によれば、所定の基準片を試料Ｓとして用いて、複数の温度環境下での試験結果を測定し、当該試験結果に基づいて、温度環境による試験誤差（試料Ｓ（基準片）の温度に対する押込み試験機１００全体の熱膨張に伴う試験誤差）を算出し、当該試験誤差に基づいて、基準片以外の試料Ｓにおける試験結果を補正するようになっている。
したがって、温度環境による試験誤差を考慮して、基準片以外の試料Ｓにおける試験結果を補正することができるため、押込み試験機１００による、高温試料Ｓ又は低温試料Ｓに対する測定値の信頼性を確保することができる。
【００８５】
また、本発明の硬さ試験機１００における試験管理方法及び硬さ試験機１００によれば、基準片は、石英ガラス、単結晶石英、セラミックス、単結晶アルミナ及び低熱膨張合金のうちの何れかによって形成されている。
したがって、基準片は、押込み試験機１００全体の熱膨張の度合いと比較して、熱膨張の度合いが無視できるほど小さいため、正確な温度環境による試験誤差（試料の温度に対する押込み試験機１００全体の熱膨張に伴う試験誤差）を測定することができる。
【００８６】
また、本発明の硬さ試験機１００における試験管理方法及び硬さ試験機１００によれば、押込み試験機１００は、試料Ｓを加熱冷却する加熱冷却機構が取り付けられた計装化押込み試験機である。
例えば、計装化押込み試験機においては圧子４の試料Ｓへの押込み深さを計測するが、この押込み深さは、圧子４先端の形状や試験力−押込み深さ曲線の原点検出精度、試験機の剛性の影響などに大きく左右され、押込み深さを個別に校正することは難しいが、基準片を用いて、温度環境による試験誤差が所定の範囲内にあるか否かを検査したり、温度環境による試験誤差を考慮して、試料Ｓにおける試験結果を補正したりすることによって、押込み深さを計測する押込み試験機１００（計装化押込み試験機）による、高温試料Ｓ又は低温試料Ｓに対する測定値の信頼性を確保することができて、好都合である。
【００８７】
なお、本発明は、上記した実施の形態のものに限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００８８】
押込み試験機１００は、試料Ｓを加熱冷却する加熱冷却機構が取り付けられたロックウェル硬さ試験機であっても良い。
ロックウェル硬さ試験機においては圧子４の試料Ｓへの押込み深さを計測するが、この押込み深さは、圧子４先端の形状に大きく左右するため、基準試験機及び基準圧子で値付けされた基準片を測定値のトレーサビリティの拠所としている。したがって、本発明のように、基準片を用いて、温度環境による試験誤差が所定の範囲内にあるか否かを検査したり、温度環境による試験誤差を考慮して、試料Ｓにおける試験結果を補正したりすることによって、ロックウェル硬さ試験機による、高温試料Ｓ又は低温試料Ｓに対する測定値の信頼性を確保することができて、好都合である。
【００８９】
硬さ試験機１００によって試験誤差が所定の範囲内にあるか否かを判断するようにしたが、試験誤差が所定の範囲内にあるか否かは、ユーザが判断しても良い。
この場合、ユーザは、例えば、表示部３００に表示された、予め基準データ記憶ファイル２３１に記憶された基準データ（押込み試験機１００全体の熱膨張の度合いを示すデータ）と、操作部４００から押込み試験機のメンテナンスを行うよう指示する操作信号が入力されて作成された押込み試験機１００全体の熱膨張の度合いを示すデータと、を比較することによって、試験誤差が所定の範囲内にあるか否かを判断することになる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明にかかる押込み試験機の一部を断面表示した側面図である。
【図２】図１の押込み試験機の要部構成を示すブロック図である。
【図３】本発明にかかる押込み試験機により押込み試験を行った際の試験力と押込み深さとの関係を示す図である。
【図４】試験誤差（最大押込み深さの室温との差）を説明するための図である。
【図５】押込み試験機全体の熱膨張の度合いを示すデータを示す図である。
【図６】最大押込み深さのばらつきの割合又は大きさに関するばらつきデータを示す図である。
【図７】エラーバーの付いた、押込み試験機全体の熱膨張の度合いを示すデータを示す図である。
【図８】所定の範囲内を説明するための図である。
【図９】押込み試験機による基準データの記憶に関する処理を説明するためのフローチャートである。
【図１０】押込み試験機によるメンテナンスに関する処理を説明するためのフローチャートである。
【図１１】押込み試験機による押込み試験に関する処理を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００９１】
４  圧子
１００  押込み試験機
２００  制御部
２１０  ＣＰＵ（基準片測定手段、算出手段、判断手段、補正手段）
２３２  基準片測定プログラム（基準片測定手段）
２３３  算出プログラム（算出手段）
２３４  判断プログラム（判断手段）
２３６  補正プログラム（補正手段）
Ｓ  試料
【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】
0004942579.tif 000009
【図９】
0004942579.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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