JP6067426B2 - 硬さ試験機 - Google Patents

Description

本発明は、硬さ試験機に関する。

従来、材料試験機として、先端に圧子を備える圧子軸を試料の表面に押し込んでくぼみを形成させ、当該くぼみ形成時の押込み深さ（圧子の変位量）を変位計によって計測し、その変位量と圧子に負荷する試験力との関係から、試料の硬さ等の物性値を測定する硬さ試験機が知られている。

上記の硬さ試験機として、例えば、圧子に試験力を負荷する機構に電磁力（フォースモータ）を採用することで、任意の試験力を選択できるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。試験力を負荷する機構に電磁力を採用する場合、レバー方式が採用されるため、圧子が試料に押し込まれた際、電磁力を発生させる試験力負荷手段においてコイルと磁石の相対位置が変化して磁束密度が低下し、試験力が低下する。従って、従来の硬さ試験機は、コイルと磁石の相対位置が変化することによる試験力の低下に対応すべく、試験力の補正機能を組み込んでいる。

特許第４９４２５７９号公報

しかしながら、上記従来の硬さ試験機において、試験力を発生させる際には、コイルに電流を流すこととなるため、試験力負荷手段の発熱を回避することはできない。試験力負荷手段の磁石が発熱した場合、磁束密度が低下するため、試験力が低下する。特に、大試験力（例えば、０．３〜２ｋｇｆ）を発生させる場合、コイルに大電流（例えば、０．１９５〜１．３Ａ）を流すこととなるため、試験力負荷手段の発熱がより過大なものとなり、試験力が大きく低下するという問題が生じる。

本発明は、試験力負荷手段の発熱に伴う試験力の低下に対応して、試験力の高精度化を実現可能な硬さ試験機を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、
試料の表面に圧子により試験力を負荷してくぼみを形成させ、当該くぼみ形成時の圧子の押込み深さを計測することにより試料の硬さを測定する硬さ試験機において、
磁界に配置された駆動コイル部に電流を流すことによって生じた電磁力により試験力を発生して前記圧子に負荷し、前記圧子を前記試料の表面に押し込む試験力負荷手段と、
前記試験力負荷手段の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段により検出された温度に基づいて、前記試験力負荷手段により発生させる試験力を補正する試験力補正手段と、
上面に載置された前記試料に対して前記圧子により負荷された試験力を測定する試験力測定手段と、
前記試験力負荷手段により発生させた試験力と、前記試験力測定手段により測定された試験力の測定値と、前記温度検出手段により検出された温度と、に基づいて作成された試験力補正テーブルを記憶する記憶手段と、
前記試験力測定手段を上下方向に移動させる上下装置と、
前記試験力負荷手段により前記試料の表面に押し込まれた前記圧子の侵入量を検出する侵入量検出手段と、
前記試験力負荷手段により前記圧子が前記試料の表面に押し込まれた後、前記侵入量検出手段により検出された前記圧子の侵入量に基づいて、前記上下装置により前記圧子が前記試料に接触した位置の高さを調整させ、前記圧子が前記試料に接触した位置の高さが所定の基準位置にあるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により所定の基準位置にあると判定された場合に、前記試験力測定手段により前記試料に対して負荷された試験力を測定させるとともに、前記温度検出手段により前記試験力負荷手段の温度を検出させる測定制御手段と、
前記測定制御手段の制御により測定された試験力の測定値及び検出された温度に基づいて、前記試験力補正テーブルを作成するテーブル作成手段と、
を備え、
前記試験力補正手段は、前記記憶手段に記憶された試験力補正テーブルに基づいて、前記試験力負荷手段により発生させる試験力を補正することを特徴とする。

本発明によれば、試験力負荷手段の発熱に伴う試験力の低下に対応して試験力を補正することができるので、試験力の高精度化を実現することができる。

本実施形態に係る硬さ試験機の全体構成を示す右側面図である。 本実施形態に係る硬さ試験機の制御構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る硬さ試験機の試験力補正処理を示すフローチャートである。 本実施形態に係る硬さ試験機の試験力補正テーブル作成処理を示すフローチャートである。 試験力補正テーブルの一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明において、図中のＸ方向を左右方向とし、Ｙ方向を前後方向とし、Ｚ方向を上下方向とする。また、Ｘ−Ｙ面を水平面とする。

本実施形態に係る硬さ試験機１００は、図１及び図２に示すように、各構成部材が配設される試験機本体１０と、試験機本体１０を統括的に制御する制御部２００と、等を備えて構成されている。

試験機本体１０は、上面に載置された試料Ｓに対して負荷された試験力を測定する試験力測定手段としての電子天秤１と、電子天秤１をＸ、Ｙ方向に移動可能なＸＹステージ２と、電子天秤１をＺ方向に移動可能な上下装置としてのステージ昇降部３と、電子天秤１上に載置された試料Ｓにくぼみを形成する圧子４が下端に設けられた圧子軸５を備える圧子軸ユニット６と、圧子軸５に所定の押圧力を負荷する押圧力負荷装置７と、圧子軸５及び対物レンズ９の何れか一つを試料Ｓの上方に配置可能なターレット８と、ターレット８の下面に保持された対物レンズ９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２０と、表示部３０と、操作部４０と、等を備えて構成される。

電子天秤１は、上面に試料Ｓを載置可能に構成され、圧子４により試料Ｓに負荷された試験力を測定し、測定した試験力に基づく信号を制御部２００に出力する。
ＸＹステージ２は、上面に電子天秤１を載置可能に構成されている。ＸＹステージ２は、制御部２００から入力される制御信号に従って、Ｘ、Ｙ方向（水平方向）に移動するよう構成されており、上面に載置された電子天秤１をＸ、Ｙ方向に移動させることができるようになっている。
ステージ昇降部３は、ＸＹステージ２の下面側に設けられ、制御部２００から入力される制御信号に従って、ＸＹステージ２及び電子天秤１をＺ方向（上下方向）に移動させる。また、ステージ昇降部３は、試験機本体１０の下方で前方に張り出した基礎部１１の上面に設けられている。
即ち、試料Ｓは、ＸＹステージ２によってＸ、Ｙ方向に移動され、ステージ昇降部３によってＺ方向に移動されて、圧子４又は対物レンズ９に対する位置が調整されるようになっている。

圧子軸ユニット６は、試験機本体１０の上方で前方に張り出したアーム部１２に設けられている。圧子軸ユニット６は、アーム部１２の固定部１３に設けられた支持ばね６１，６１と、支持ばね６１，６１にそれぞれ上端側と下端側が弾性支持された圧子軸５と、試験力を発生して圧子軸５を軸方向に移動させることにより、圧子軸５に試験力を負荷する第１フォースモータ６２と、圧子軸５の変位量を検出する圧子軸変位検出部６３と、等を備えて構成されている。
圧子軸５の下端には、電子天秤１の上面に載置された試料Ｓの上方から押し付けて試料Ｓの表面にくぼみを形成する圧子４が設けられている。

支持ばね６１，６１は、一端が固定部１３に固定され、固定部１３から略水平方向に延出するように設けられた板ばねであり、他端がそれぞれ圧子軸５の上端側と下端側に接続されて、圧子軸５を電子天秤１に対して垂直に支持している。そして、支持ばね６１，６１は、第１フォースモータ６２等によって圧子軸５が上下方向に移動する際に、圧子軸５が電子天秤１に対して垂直な姿勢を保持するように撓むようになっている。

第１フォースモータ６２は、磁気回路構成部６２ａと、圧子軸５側に設けられた駆動コイル部６２ｂと、温度センサ６２ｃと、を備えて構成されている。第１フォースモータ６２は、制御部２００から入力される制御信号に従って、磁気回路構成部６２ａにおいて磁石がギャップにつくる磁界と、ギャップの中に設置された駆動コイル部６２ｂに流れる電流と、の電磁誘導により発生する力（電磁力）を駆動力として用い、圧子軸５を軸方向に移動させることによって、圧子軸５（圧子４）に試験力を負荷する。即ち、第１フォースモータ６２は、第１フォースモータ６２の駆動コイル部６２ｂに供給される電流量に応じて任意の駆動力を発生し、その駆動力に基づいて圧子軸５に様々な試験力を負荷することができる。そして、圧子軸５に試験力が負荷されることにより、圧子軸５の下端に設けられた圧子４が試料Ｓの表面に押し込まれることとなる。第１フォースモータ６２は、例えば、１０ｇｆ（ＬＯＷ）〜３０ｇｆ（ＨＩＧＨ）の範囲で試験力を負荷することができる。また、温度センサ６２ｃは、磁気回路構成部６２ａに設けられた磁石の近傍に設けられており、第１フォースモータ６２の温度を検出する。そして、温度センサ６２ｃは、検出した温度に基づく信号を制御部２００に出力する。
即ち、第１フォースモータ６２は、磁界に配置された駆動コイル部６２ｂに電流を流すことによって生じた電磁力により試験力を発生して圧子４に負荷し、圧子４を試料Ｓの表面に押し込む試験力負荷手段として機能する。
また、温度センサ６２ｃは、第１フォースモータ６２の温度を検出する温度検出手段として機能する。

圧子軸変位検出部６３は、所定の間隔の目盛が刻まれて圧子軸５に備えられたスケール５１と、スケール５１の目盛を光学的に読み取るリニアエンコーダ５２と、を備えて構成され、圧子４が試料Ｓに押し込まれる際の圧子軸５の変位量（即ち、試料Ｓに押し込まれた圧子４の侵入量（押込み深さ））を検出し、検出した変位量に基づく圧子軸変位信号を制御部２００に出力する。なお、本実施形態では、予め圧子４が試料Ｓに対して最も効率的に試験力を伝えることができる位置を基準位置として設定している。基準位置は、具体的には、スケール５１の目盛が１ｍｍの位置に設定されている。
即ち、圧子軸変位検出部６３は、試料Ｓの表面に押し込まれた圧子４の侵入量を検出する侵入量検出手段として機能する。

押圧力負荷装置７は、圧子軸ユニット６の上方に備えられた制御レバー７１と、試験力を発生して制御レバー７１を回動させることにより、圧子軸５に試験力を負荷する第２フォースモータ７２と、等を備えて構成されている。

制御レバー７１は、略中央部が回動軸７１ｃによってアーム部１２に回動自在に軸支されている。制御レバー７１の後端部７１ａには、第２フォースモータ７２が取り付けられている。また、制御レバー７１の前端部７１ｂは、回動軸７１ｃから圧子軸ユニット６の方向に延出して圧子軸５の上部に位置しており、その他端部７１ｂには、圧子軸５の上端部５ａを押し下げるための押圧部７１ｄが備えられている。

第２フォースモータ７２は、磁気回路構成部７２ａと、駆動コイル部７２ｂと、温度センサ７２ｃと、を備えて構成されている。第２フォースモータ７２は、磁気回路構成部７２ａにおいて磁石がギャップにつくる磁界と、ギャップの中に設置された駆動コイル部７２ｂに流れる電流と、の電磁誘導により発生する力（電磁力）を駆動力として用い、荷重軸７２ｃを軸方向に移動させ、制御レバー７１の一端部７１ａに作用力を負荷し、制御レバー７１を回動させる。これにより、制御レバー７１の他端部７１ｂは下方に移動して、他端部７１ｂに備えられた押圧部７１ｄにより圧子軸５を軸方向に押し下げる。圧子軸５を軸方向に移動させることによって、圧子軸５（圧子４）に試験力を負荷する。そして、圧子軸５に試験力が負荷されることにより、圧子軸５の下端に設けられた圧子４が試料Ｓの表面に押し込まれることとなる。第２フォースモータ７２は、例えば、３１ｇｆ（ＬＯＷ）〜２００ｇｆ（ＨＩＧＨ）の範囲、又は２０１ｇｆ（ＬＯＷ）〜２０００ｇｆ（ＨＩＧＨ）の範囲で試験力を負荷することができる。また、温度センサ７２ｃは、磁気回路構成部７２ａに設けられた磁石の近傍に設けられており、第２フォースモータ７２の温度を検出する。そして、温度センサ７２ｃは、検出した温度に基づく信号を制御部２００に出力する。
即ち、第２フォースモータ７２は、磁界に配置された駆動コイル部７２ｂに電流を流すことによって生じた電磁力により試験力を発生して圧子４に負荷し、圧子４を試料Ｓの表面に押し込む試験力負荷手段として機能する。
また、温度センサ７２ｃは、第２フォースモータ７２の温度を検出する温度検出手段として機能する。

ターレット８は、ターレット本体８ａと、ターレット本体８ａをアーム部１２に回転自在に軸支する回転軸８ｂと、等を備えて構成されており、ターレット本体８ａを回転させることによって、圧子軸５及び対物レンズ９の何れか一つを試料Ｓの上方に配置可能なように構成されている。即ち、例えば、圧子軸５を試料Ｓの上方に配置することで試料Ｓの表面にくぼみを形成することができ、対物レンズ９を試料Ｓの上方に配置することで形成されたくぼみを観察することができるようになっている。

対物レンズ９は、撮影部２０の顕微鏡部２０ａに付随するレンズ部であり、ターレット８の下面に保持されている。対物レンズ９は、ターレット８（ターレット本体８ａ）を回転させて対物レンズ９を撮影部２０に対応する配置に切り替えた際に、撮影部２０による試料Ｓの撮像を可能とする。

撮影部２０は、顕微鏡部２０ａと、顕微鏡部２０ａに取り付けられたＣＣＤカメラ（図示略）と、試料Ｓの観察位置を照らす照明装置（図示省略）と、等を備えて構成されており、試料Ｓの表面に形成されたくぼみの撮像を行う。そして、撮影部２０は、撮像したくぼみの画像データを制御部２００に出力する。

表示部３０は、例えば、液晶表示パネルであって、制御部２００から入力される制御信号に従って、撮影部２０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。具体的には、表示部３０には、試験力を調整するための試験力調整ボタン、電子天秤１の測定値、及び圧子軸変位検出部６３の測定値などが表示される。

操作部４０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２００に出力する。なお、操作部４０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４０は、ユーザが試料Ｓの硬さ試験を行う指示入力（測定開始指示）を行う場合の他、圧子４に負荷する試験力を設定する場合などに操作される。

制御部２００は、図２に示すように、ＣＰＵ２０１と、ＲＡＭ２０２と、記憶部２０３と、を備えて構成され、記憶部２０３に記憶された所定のプログラムが実行されることにより、所定の硬さ試験を行うための動作制御等を行う機能を有する。また、制御部２００は、システムバス及び駆動回路等を介して、電子天秤１、ＸＹステージ２、ステージ昇降部３、圧子軸ユニット６、押圧力負荷装置７、撮影部２０、表示部３０、操作部４０等に接続されている。

ＣＰＵ２０１は、記憶部２０３に格納された処理プログラム等を読み出して、ＲＡＭ２０２に展開して実行することにより、硬さ試験機１００全体の制御を行う。
ＲＡＭ２０２は、ＣＰＵ２０１により実行された処理プログラム等を、ＲＡＭ２０２内のプログラム格納領域に展開するとともに、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等をデータ格納領域に格納する。
記憶部２０３は、例えば、プログラムやデータ等を記憶する記録媒体（図示省略）を有しており、この記録媒体は、半導体メモリ等で構成されている。また、記憶部２０３は、ＣＰＵ２０１が硬さ試験機１００全体を制御する機能を実現させるための各種データ、各種処理プログラム、これらプログラムの実行により処理されたデータ等を記憶する。
また、記憶部（記憶手段）２０３は、第１フォースモータ６２又は第２フォースモータ７２により発生させた試験力と、電子天秤１により測定された試験力の測定値と、温度センサ６２ｃ又は温度センサ７２ｃにより検出された温度と、に基づいて作成された試験力補正テーブルＴを記憶する。

例えば、ＣＰＵ２０１は、操作部４０において硬さ試験を行う操作が行われたことに基づく試験動作信号が入力されたことに伴い、記憶部２０３に記憶された所定のプログラムを実行させることにより、所定の硬さ試験を行うために予め設定された所定の動作条件（例えば、圧子軸５の動作条件）に基づいて、第１フォースモータ６２及び第２フォースモータ７２の各駆動コイル部６２ｂ、７２ｂに所定の試験力に応じた電流を供給し、第１フォースモータ６２及び第２フォースモータ７２を動作させる制御を行う。
また、ＣＰＵ２０１は、圧子軸変位検出部６３から入力された圧子軸変位信号に基づいて、試料Ｓの硬さを算出する。具体的には、ＣＰＵ２０１は、試料Ｓに押し込まれた圧子４の侵入量（押込み深さ）に基づいて、試料Ｓの硬さを測定する。

また、ＣＰＵ２０１は、試験力補正手段として、温度センサ６２ｃ又は温度センサ７２ｃにより検出された温度に基づいて、第１フォースモータ６２又は第２フォースモータ７２により発生させる試験力を補正する。具体的には、ＣＰＵ２０１は、記憶部２０３に記憶された試験力補正テーブルＴに基づいて、第１フォースモータ６２又は第２フォースモータ７２により発生させる試験力を補正する。

次に、本実施形態に係る硬さ試験機１００の試験力補正処理について、図３のフローチャートを参照して説明する。
まず、ＸＹステージ２上に試料Ｓを固定する（ステップＳ１）。具体的には、ユーザは、ＸＹステージ２の上面に試料Ｓを載置して固定する。なお、当該試験力補正処理においては、ＸＹステージ２の上面に電子天秤１を載置せず、ＸＹステージ２の上面に直接試料Ｓを載置して固定するようになっている。

次に、試料Ｓの表面に焦点を合わせる（ステップＳ２）。具体的には、まず、ＣＰＵ２０１は、ターレット本体８ａの回転により対物レンズ９が試料Ｓの上方に配置された状態で、試料Ｓの表面の所定領域が対物レンズ９の真下に位置するようにＸＹステージ２を移動させる。そして、ＣＰＵ２０１は、撮影部２０により撮像された画像データに基づいてステージ昇降部３を昇降させ、試料Ｓの表面に対する焦点合わせを行う。

次に、試料Ｓに対するアプローチを行う（ステップＳ３）。具体的には、ＣＰＵ２０１は、ターレット本体８ａの回転により圧子４が試料Ｓの上方に配置された状態で、圧子４を下降させて試料Ｓに対するアプローチを行わせ、圧子４を試料Ｓの表面に接触させる。

次に、温度センサ６２ｃ、７２ｃの測定値を取得する（ステップＳ４）。具体的には、ＣＰＵ２０１は、所定の試験力を発生させた第１フォースモータ６２又は第２フォースモータ７２の温度センサ６２ｃ又は温度センサ７２ｃの測定値を取得する。

次に、試験力補正テーブルＴを参照して発生させる試験力を補正する（ステップＳ５）。具体的には、ＣＰＵ２０１は、ステップＳ４で温度センサ６２ｃ又は温度センサ７２ｃにより検出された温度と、第１フォースモータ６２又は第２フォースモータ７２により発生させたい試験力と、に基づいて、記憶部２０３に記憶された試験力補正テーブルＴを参照して、第１フォースモータ６２又は第２フォースモータ７２により発生させる試験力を補正する。
即ち、ＣＰＵ２０１は、温度センサ６２ｃ又は温度センサ７２ｃにより検出された温度に基づいて、第１フォースモータ６２又は第２フォースモータ７２により発生させる試験力を補正する試験力補正手段として機能する。
なお、試験力補正テーブルＴを作成する方法については、図４に後述し、作成される試験力補正テーブルＴの一例については、図５に後述する。

次に、補正後の試験力を発生させる（ステップＳ６）。具体的には、ＣＰＵ２０１は、第１フォースモータ６２又は第２フォースモータ７２を制御して試験力（ステップＳ５で補正された試験力）を発生させ、圧子軸５に試験力を負荷する。そして、圧子軸５の下端に設けられた圧子４により、試料Ｓに対して試験力が負荷される。

次に、試験時間が終了したか否かを判定する（ステップＳ７）。具体的には、ＣＰＵ２０１は、ステップＳ６で試験力を発生させてから所定の時間が経過したか否かを判定する。所定の時間が経過したと判定した場合は、試験時間が終了したと判定し（ステップＳ７：ＹＥＳ）、当該試験力補正処理を終了する。一方、所定の時間が経過していないと判定した場合は、試験時間が終了していないと判定し（ステップＳ７：ＮＯ）、ステップＳ４へと移行して、再度温度センサ６２ｃ、７２ｃの測定値を取得する。以下、試験時間が終了するまで、ステップＳ４からステップＳ７の処理を繰り返す。
本実施形態では、当該試験力補正処理を終了した（ステップＳ７：ＹＥＳ）後、試料Ｓの硬さ値を算出することとなる。

次に、本実施形態に係る硬さ試験機１００の試験力補正テーブル作成処理について、図４のフローチャートを参照して説明する。
まず、電子天秤１上に試料Ｓを固定する（ステップＳ１０１）。具体的には、ユーザは、ＸＹステージ２の上面に電子天秤１を載置した後、電子天秤１の上面に試料Ｓを載置して固定する。

次に、試料Ｓの表面に焦点を合わせる（ステップＳ１０２）。具体的には、まず、ＣＰＵ２０１は、ターレット本体８ａの回転により対物レンズ９が試料Ｓの上方に配置された状態で、試料Ｓの表面の所定領域が対物レンズ９の真下に位置するようにＸＹステージ２を移動させる。そして、ＣＰＵ２０１は、撮影部２０により撮像された画像データに基づいてステージ昇降部３を昇降させ、試料Ｓの表面に対する焦点合わせを行う。

次に、試料Ｓに対するアプローチを行う（ステップＳ１０３）。具体的には、ＣＰＵ２０１は、ターレット本体８ａの回転により圧子４が試料Ｓの上方に配置された状態で、圧子４を下降させて試料Ｓに対するアプローチを行わせ、圧子４を試料Ｓの表面に接触させる。

次に、試料接触位置の高さ確認を行う（ステップＳ１０４及びステップＳ１０５）。具体的には、まず、ＣＰＵ２０１は、ステップＳ１０３での試料Ｓに対するアプローチが完了したときの試料接触位置の高さを検出するために、圧子軸変位検出部６３のスケール５１の目盛をリニアエンコーダ５２により読み取らせ、読み取られたスケール５１の目盛が１ｍｍの位置（基準位置）にあるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。スケール５１の目盛が１ｍｍの位置にあると判定した場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）は、ステップＳ１０６へと移行する。一方、スケール５１の目盛が１ｍｍの位置にないと判定した場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）は、表示部３０にエラー表示させる。そして、ＣＰＵ２０１は、ステージ昇降部３を昇降させて、試料接触位置の高さを調整する（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０５の高さ調整が完了すると、ステップＳ１０４へと移行し、再度試料接触位置の高さ確認を行う。

次に、所定の試験力を発生させる（ステップＳ１０６）。具体的には、ＣＰＵ２０１は、第１フォースモータ６２又は第２フォースモータ７２を制御して所定の試験力を発生させ、圧子軸５に所定の試験力を負荷する。そして、圧子軸５の下端に設けられた圧子４により、試料Ｓに対して試験力が負荷される。

次に、試料接触位置の高さ確認を行う（ステップＳ１０７及びステップＳ１０８）。具体的には、まず、ＣＰＵ２０１は、ステップＳ１０６での試料Ｓに対して所定の試験力が負荷されたときの試料接触位置の高さを検出するために、圧子軸変位検出部６３のスケール５１の目盛をリニアエンコーダ５２により読み取らせ、読み取られたスケール５１の目盛が所定の基準位置、即ち、１ｍｍの位置にあるか否かを判定する（ステップＳ１０７）。スケール５１の目盛が１ｍｍの位置にあると判定した場合（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）は、ステップＳ１０９へと移行する。一方、スケール５１の目盛が１ｍｍの位置にないと判定した場合（ステップＳ１０７：ＮＯ）は、表示部３０にエラー表示させる。そして、ＣＰＵ２０１は、ステージ昇降部３を昇降させて、試料接触位置の高さを調整する（ステップＳ１０８）。ステップＳ１０８の高さ調整が完了すると、ステップＳ１０７へと移行し、再度試料接触位置の高さ確認を行う。
即ち、ＣＰＵ２０１は、第１フォースモータ６２又は第２フォースモータ７２により圧子４が試料Ｓの表面に押し込まれた後、圧子軸変位検出部６３により検出された圧子４の侵入量に基づいて、ステージ昇降部３により圧子４が試料Ｓに接触した位置の高さを調整させ、圧子４が試料Ｓに接触した位置の高さが所定の基準位置にあるか否かを判定する判定手段として機能する。

次に、電子天秤１及び温度センサ６２ｃ、７２ｃの測定値を取得する（ステップＳ１０９）。具体的には、ＣＰＵ２０１は、スケール５１の目盛が１ｍｍの位置にある場合の電子天秤１の測定値を取得するとともに、ステップＳ１０６で所定の試験力を発生させた第１フォースモータ６２又は第２フォースモータ７２の温度センサ６２ｃ又は温度センサ７２ｃの測定値を取得する。なお、本実施形態では、このステップＳ１０９の時点においても、ステップＳ１０６で発生させた試験力が試料Ｓに対して負荷され続けている。
即ち、ＣＰＵ２０１は、判定手段により所定の基準位置にあると判定された場合（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）に、電子天秤１により試料Ｓに対して負荷された試験力を測定させるとともに、温度センサ６２ｃ又は温度センサ７２ｃにより第１フォースモータ６２又は第２フォースモータ７２の温度を検出させる測定制御手段として機能する。

次に、磁束密度の低下特性を計測できたか否かを判定する（ステップＳ１１０）。具体的には、ＣＰＵ２０１は、所定時間内に、ステップＳ１０６で発生させた所定の試験力とステップＳ１０９で取得された電子天秤１の測定値とから、磁石の発熱に伴う磁束密度の低下特性を計測できたか否かを判定する。磁束密度の低下特性を計測できたと判定した場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）は、ステップＳ１１１へと移行する。一方、磁束密度の低下特性を計測できていないと判定した場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）は、表示部３０にエラー表示させる。そして、ステップＳ１０７へと移行し、再度試料接触位置の高さ確認を行う。なお、磁束密度の低下特性を計測できていないと判定される場合としては、例えば、電子天秤１の測定値が取得されていなかった場合や、電子天秤１の測定値がステップＳ１０６で発生させた所定の試験力よりも大きな値となっている場合等が挙げられる。

次に、試験力補正テーブルＴを作成する（ステップＳ１１１）。具体的には、ＣＰＵ２０１は、ステップＳ１１０で計測された磁束密度の低下特性とステップＳ１０９で取得された温度センサ６２ｃ又は温度センサ７２ｃの測定値とから、試験力補正テーブルＴを作成する。ここで、一例として、ステップＳ１０６で発生させた所定の試験力がＮ［ｋｇｆ］の時に作成される試験力補正テーブルＴについて、図５に示す。図５に示す例では、例えば、温度が２２℃のときは試験力が２％減少することから、減少する２％分の試験力を追加して発生させればよいことがわかる。このように、ステップＳ１１１で試験力補正テーブルＴを作成することにより、所定の試験力を発生させた場合に、当該所定の試験力を発生させた第１フォースモータ６２又は第２フォースモータ７２の温度に対応して、低下した試験力を補正することができる。ステップＳ１１１で作成された試験力補正テーブルＴは、記憶部２０３に記憶される。
即ち、ＣＰＵ２０１は、測定制御手段の制御（ステップＳ１０９）により測定された試験力の測定値及び検出された温度に基づいて、試験力補正テーブルＴを作成するテーブル作成手段として機能する。

次に、所望する全ての試験力において試験力補正テーブルＴを作成したか否かを判定する（ステップＳ１１２）。具体的には、ユーザは、ステップＳ１１１で作成された試験力補正テーブルＴを表示部３０に表示させる等して、所望する全ての試験力において試験力補正テーブルＴが作成されたか否かを判定する。全ての試験力において試験力補正テーブルＴが作成されたと判定した場合（ステップＳ１１２：ＹＥＳ）は、圧子４を待機位置に移動させて（ステップＳ１１３）、処理を終了する。一方、少なくとも所望する一の試験力において試験力補正テーブルＴが作成されていないと判定した場合（ステップＳ１１２：ＮＯ）は、ステップＳ１０６へと移行し、所定の試験力（試験力補正テーブルＴが未だ作成されていない試験力）を発生させる。

以上のように、本実施形態に係る硬さ試験機１００は、磁界に配置された駆動コイル部７２ｂに電流を流すことによって生じた電磁力により試験力を発生して圧子４に負荷し、圧子４を試料Ｓの表面に押し込む試験力負荷手段（第１フォースモータ６２、第２フォースモータ７２）と、試験力負荷手段の温度を検出する温度検出手段（温度センサ６２ｃ、温度センサ７２ｃ）と、温度検出手段により検出された温度に基づいて、試験力負荷手段により発生させる試験力を補正する試験力補正手段（ＣＰＵ２０１）と、を備える。
従って、本実施形態に係る硬さ試験機１００によれば、試験力負荷手段の発熱に伴う試験力の低下に対応して試験力を補正することができるので、試験力の高精度化を実現することができる。

また、本実施形態に係る硬さ試験機１００は、上面に載置された試料Ｓに対して圧子４により負荷された試験力を測定する試験力測定手段（電子天秤１）と、試験力負荷手段により発生させた試験力と、試験力測定手段により測定された試験力の測定値と、温度検出手段により検出された温度と、に基づいて作成された試験力補正テーブルＴを記憶する記憶手段（記憶部２０３）と、を備え、試験力補正手段は、記憶手段に記憶された試験力補正テーブルＴに基づいて、試験力負荷手段により発生させる試験力を補正する。
従って、本実施形態に係る硬さ試験機１００によれば、試験力負荷手段の温度を検出しさえすれば、即座に試験力を補正することができるので、容易に試験力の高精度化を実現することができる。

また、本実施形態に係る硬さ試験機１００は、試験力測定手段を上下方向に移動させる上下装置（ステージ昇降部３）と、試験力負荷手段により試料Ｓの表面に押し込まれた圧子４の侵入量を検出する侵入量検出手段（圧子軸変位検出部６３）と、試験力負荷手段により圧子４が試料Ｓの表面に押し込まれた後、侵入量検出手段により検出された圧子４の侵入量に基づいて、ステージ昇降部３により圧子４が試料Ｓに接触した位置の高さを調整させ、圧子４が試料Ｓに接触した位置の高さが所定の基準位置にあるか否かを判定する判定手段（ＣＰＵ２０１）と、判定手段により所定の基準位置にあると判定された場合に、試験力測定手段により試料Ｓに対して負荷された試験力を測定させるとともに、温度検出手段により試験力負荷手段の温度を検出させる測定制御手段（ＣＰＵ２０１）と、測定制御手段の制御により測定された試験力の測定値及び検出された温度に基づいて、試験力補正テーブルＴを作成するテーブル作成手段（ＣＰＵ２０１）と、を備える。
従って、本実施形態に係る硬さ試験機１００によれば、圧子４が試料Ｓに接触した位置の高さが、所定の基準位置、即ち、圧子４が試料Ｓに対して最も効率的に試験力を伝えることができる位置にある場合に、試験力補正テーブルＴを作成するので、試験力負荷手段の発熱に伴う試験力の低下を最小限に留めることができ、試験力の補正量を最小限に留めることができる。

以上、本発明に係る実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

例えば、上記実施形態では、試料接触位置の高さ調整を行う際（図４のステップＳ１０５、ステップＳ１０８）に、ステージ昇降部３を自動で昇降させるようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、ステージ昇降部３を手動で移動可能に構成し、ユーザにより手動で高さを調整させるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、試料接触位置の高さ確認を行う際に、読み取られたスケール５１の目盛が１ｍｍの位置（基準位置）にないと判定した場合（図４のステップＳ１０４、ステップＳ１０７でＮＯ）、表示部３０にエラー表示させるようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、音声を出力可能なスピーカ等を備えるようにして、表示部３０にエラー表示させる代わりに、警告音を出力させるようにしてもよい。或いは、表示部３０にエラー表示させると同時に、警告音を出力させるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、所定時間内に磁束密度の低下特性を計測できていないと判定した場合（図４のステップＳ１１０でＮＯ）、表示部３０にエラー表示させるようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、表示部３０にエラー表示させる代わりに警告音を出力させるようにしてもよいし、表示部３０にエラー表示させると同時に警告音を出力させるようにしてもよい。
また、表示部３０にエラー表示させた後、ステップＳ１０７へと移行させて再度試料接触位置の高さ確認を行わせるようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、ステップＳ１０６へと移行させて再度所定の試験力を発生させるようにしてもよいし、ステップＳ１０３へと移行させて再度試料Ｓに対するアプローチを行わせるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、試験力負荷手段として、第１フォースモータ６２及び第２フォースモータ７２の２つのフォースモータを備えるようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、第１フォースモータ６２又は第２フォースモータ７２のいずれか一のフォースモータのみを備えるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、図４に示した試験力補正テーブル作成処理により、試験力補正テーブルＴを作成するようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、複数の硬さ試験機１００から統計的に得られた磁束密度の低下特性に基づいて、汎用的な試験力補正テーブルＴを予め作成して、記憶部２０３に記憶させるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、試験力補正テーブルＴを作成し、当該試験力補正テーブルＴを参照して、試験力を補正させるようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、複数の硬さ試験機１００から統計的に得られた磁束密度の低下特性に基づいて、温度と試験力の低下との関係を示す所定の計算式等を導出して、当該導出された計算式等に基づいて、試験力を補正させるようにしてもよい。

その他、硬さ試験機１００を構成する各装置の細部構成及び各装置の細部動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。

１００ 硬さ試験機
１０ 試験機本体
１１ 基礎部
１２ アーム部
１３ 固定部
１ 電子天秤（試験力測定手段）
２ ＸＹステージ
３ ステージ昇降部（上下装置）
４ 圧子
５ 圧子軸
５１ スケール
５２ リニアエンコーダ
６ 圧子軸ユニット
６１ 支持ばね
６２ 第１フォースモータ（試験力負荷手段）
６２ｂ 駆動コイル部
６２ｃ 温度センサ（温度検出手段）
６３ 圧子軸変位検出部（侵入量検出手段）
７ 押圧力負荷装置
７１ 制御レバー
７２ 第２フォースモータ（試験力負荷手段）
７２ｂ 駆動コイル部
７２ｃ 温度センサ（温度検出手段）
８ ターレット
９ 対物レンズ
２０ 撮影部
３０ 表示部
４０ 操作部
２００ 制御部
２０１ ＣＰＵ（試験力補正手段、判定手段、測定制御手段、テーブル作成手段）
２０２ ＲＡＭ
２０３ 記憶部（記憶手段）
Ｓ 試料
Ｔ 試験力補正テーブル

Claims (1)

1. 試料の表面に圧子により試験力を負荷してくぼみを形成させ、当該くぼみ形成時の圧子の押込み深さを計測することにより試料の硬さを測定する硬さ試験機において、
   磁界に配置された駆動コイル部に電流を流すことによって生じた電磁力により試験力を発生して前記圧子に負荷し、前記圧子を前記試料の表面に押し込む試験力負荷手段と、
   前記試験力負荷手段の温度を検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段により検出された温度に基づいて、前記試験力負荷手段により発生させる試験力を補正する試験力補正手段と、
   上面に載置された前記試料に対して前記圧子により負荷された試験力を測定する試験力測定手段と、
   前記試験力負荷手段により発生させた試験力と、前記試験力測定手段により測定された試験力の測定値と、前記温度検出手段により検出された温度と、に基づいて作成された試験力補正テーブルを記憶する記憶手段と、
   前記試験力測定手段を上下方向に移動させる上下装置と、
   前記試験力負荷手段により前記試料の表面に押し込まれた前記圧子の侵入量を検出する侵入量検出手段と、
   前記試験力負荷手段により前記圧子が前記試料の表面に押し込まれた後、前記侵入量検出手段により検出された前記圧子の侵入量に基づいて、前記上下装置により前記圧子が前記試料に接触した位置の高さを調整させ、前記圧子が前記試料に接触した位置の高さが所定の基準位置にあるか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段により所定の基準位置にあると判定された場合に、前記試験力測定手段により前記試料に対して負荷された試験力を測定させるとともに、前記温度検出手段により前記試験力負荷手段の温度を検出させる測定制御手段と、
   前記測定制御手段の制御により測定された試験力の測定値及び検出された温度に基づいて、前記試験力補正テーブルを作成するテーブル作成手段と、
   を備え、
   前記試験力補正手段は、前記記憶手段に記憶された試験力補正テーブルに基づいて、前記試験力負荷手段により発生させる試験力を補正することを特徴とする硬さ試験機。

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