JP2017053665A - 硬さ試験機 - Google Patents

Abstract

【課題】 有効硬化層深さまたは全硬化層深さを測定する場合に、必要かつ十分な試験点数において硬さ試験を実行し得る硬さ試験機を提供する。
【解決手段】 圧子を試験片に押し付け、圧痕を形成する。次に、圧痕の画像を撮影する。そして、圧痕の対角線のサイズに基づいて試験片硬さを判定する。次に、判定された試験片の硬さと予め設定された設定値とを比較する。試験片の硬さが予め設定された硬さより大きかったときには、圧痕形成およびサイズ測定を繰り返す。そして、試験片の硬さが予め設定された硬さ以下となれば、測定動作を終了する。
【選択図】 図９

Description

この発明は、試験片の硬さを測定する硬さ試験機に関する。

硬さ試験機は、試験片をＸＹ方向に移動させるＸＹステージと、試験片の表面に圧痕を形成するための圧子と、この圧子を試験片の表面に押し付けるための負荷機構と、試験片の表面に形成された圧痕のサイズを観察するための対物レンズやＣＣＤカメラを備えた観察機構と、圧子と対物レンズとを支持して回転することにより圧子または対物レンズを試験位置と対向配置するためのターレットと、を備える。そして、観察機構により観察した圧痕のサイズに基づいて試験片の硬さを判定する構成となっている。

特許文献１には、負荷機構により圧子を試験片の表面に押し付ける押し付け工程と、観察機構により試験片の表面に形成された圧痕のサイズを観察する観察工程と、観察された圧痕のサイズから試験片の硬さを判定する判定工程とを、連続して自動的に実行する硬さ試験機が開示されている。

また、特許文献２には、硬化層深さ評価を実行する場合において、試料形状データ上に予め試験位置をプログラミングする硬さ試験機が開示されている。

特開２０１５−５９７５６号公報 特開２０１４−１２６４１７号公報

焼入れ鋼材の表面硬化処理がなされた材料の硬さ試験に関し、ＪＩＳ（日本工業規格） Ｇ ０５５７においては、「鋼の浸炭硬化層深さ測定方法」が規定されており、ＪＩＳ Ｇ ０５５９においては、「鋼の炎焼入及び高周波焼入硬化層深さ測定方法」が規定されている。このような硬化層深さ測定においては、試料としての試験片の表面（焼入れ面）から内部に向かって複数点の硬さ試験を行い、硬さ推移曲線を作成する。そして、「有効硬化層深さ」を測定するときには、試験片の表面から予め指定された硬さとなる位置までの距離が計測される。また、「全硬化層深さ」を測定するときには、試験片の表面から硬化層と生地との硬さが区別できなくなる位置までの距離が計測される。

このような有効硬化層深さや全硬化層深さを、負荷機構により圧子を試験片の表面に押し付ける押し付け工程と、観察機構により試験片の表面に形成された圧痕のサイズを観察する観察工程と、観察された圧痕のサイズから試験片の硬さを判定する判定工程とを、複数の試験点に対して連続して自動的に実行する硬さ試験機により測定する場合においては、試験点数の設定が困難であり、また、試験点数の設定に熟練を要するという問題が生ずる。すなわち、試験点数を多く設定した場合においては、本来不要な試験点に対しても硬さ試験が行われることになり、試験効率が悪化する。一方、試験点数を少なく設定した場合には、必要な試験点の硬さ試験が行われないことになり、再度、追加の硬さ試験を実行する必要が生ずる。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、有効硬化層深さまたは全硬化層深さを測定する場合に、必要かつ十分な試験点数において硬さ試験を実行し得る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、試験片をＸＹ方向に移動させるＸＹステージと、前記試験片の表面に圧痕を形成するための圧子と、前記圧子を前記試験片の表面に押し付けるための負荷機構と、前記試験片の表面に形成された圧痕のサイズを観察する観察機構と、前記観察機構により観察した圧痕のサイズに基づいて前記試験片の硬さを判定する硬さ判定部と、前記負荷機構により前記圧子を前記試験片の表面に押し付ける押し付け工程と、前記観察機構により前記試験片の表面に形成された圧痕のサイズを観察する観察工程と、前記硬さ判定部により前記試験片の硬さを判定する判定工程とからなる硬さ測定動作を、前記試験片をＸＹ方向に移動させながら複数回繰り返して実行させる制御部と、を備える硬さ試験機において、前記制御部は、前記硬さ判定部により判定した前記試験片の硬さが、予め設定された設定値以下となったときに、前記硬さ測定動作を終了させることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、試験片をＸＹ方向に移動させるＸＹステージと、試験片の表面に圧痕を形成するための圧子と、前記圧子を前記試験片の表面に押し付けるための負荷機構と、前記試験片の表面に形成された圧痕のサイズを観察する観察機構と、前記観察機構により観察した圧痕のサイズに基づいて前記試験片の硬さを判定する硬さ判定部と、前記負荷機構により前記圧子を試験片の表面に押し付ける押し付け工程と、前記観察機構により前記試験片の表面に形成された圧痕のサイズを観察する観察工程と、前記硬さ判定部により前記試験片の硬さを判定する判定工程とからなる硬さ測定動作を、前記試験片をＸＹ方向に移動させながら複数回繰り返して実行させる制御部と、を備える硬さ試験機において、前記制御部は、前記硬さ判定部により判定した前記試験片の硬さと、前記硬さ判定部により前回に判定した前記試験片の硬さとの差が、予め設定された設定値以下となったときに、前記硬さ測定動作を終了させることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の硬さ試験機において、前記制御部は、前記硬さ判定部により判定した前記試験片の硬さと、前記硬さ判定部により前回に判定した前記試験片の硬さとの差が、予め設定された設定値以下となる現象が予め設定された回数だけ連続して発生したときに、前記硬さ測定動作を終了させる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の硬さ試験機において、前記制御部は、前記圧子を前記試験片の表面に１回押し付け、前記試験片の表面に形成された圧痕のサイズを１回観察し、前記試験片の硬さを１回判定する硬さ測定動作を、複数回繰り返して実行させる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の硬さ試験機において、前記制御部は、前記圧子を前記試験片の表面に複数回押し付け、前記試験片の表面に形成された圧痕のサイズを複数回観察して硬さを判定する硬さ測定動作を、複数回繰り返して実行させる。

請求項１に記載の発明によれば、必要かつ十分な試験点数において、有効硬化層深さを測定するための硬さ試験を実行することができる。このため、有効硬化層深さの測定を効率的に実行することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、必要かつ十分な試験点数において、全硬化層深さを測定するための硬さ試験を実行することができる。このため、全硬化層深さの測定を効率的に実行することが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、全硬化層深さを測定するための硬さ試験をより正確に実行することが可能となる。

請求項４に記載の発明によれば、圧子の押し付けと、圧痕のサイズの観察と、硬さの判定とを、必要かつ十分な試験点数において実行することが可能となる。

請求項５に記載の発明によれば、圧子の押し付けを連続して実行することにより、圧子および観察機構の移動回数を削減することが可能となる。

この発明に係る硬さ試験機の概要図である。 ＸＹステージ１２付近の概要斜視図である。 ＸＹステージ１２を昇降する昇降機構の概要図である。 ターレット２０に支持された対物レンズ等の配置を示す説明図である。 圧子１９および圧子２１に対して試験力を付与するための負荷機構と、試験片１００に形成された圧痕を観察するための観察機構の概要図である。 圧子２１により試験片１００に圧痕を形成する様子を説明する模式図である。 試験片１００に形成された圧痕を示す平面図である。 この発明に係る硬さ試験機の主要な制御系を示すブロック図である。 この発明の第１実施形態に係る硬さ試験機により有効硬化層深さを測定する測定動作を示すフローチャートである。 試験点の位置と試験片１００の硬さとの関係を示すグラフである。 この発明の第２実施形態に係る硬さ試験機により有効硬化層深さを測定する測定動作を示すフローチャートである。 この発明の第３実施形態に係る硬さ試験機により全硬化層深さを測定する測定動作を示すフローチャートである。 この発明の第４実施形態に係る硬さ試験機により全硬化層深さを測定する測定動作を示すフローチャートである。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係る硬さ試験機の概要図である。また、図２は、ＸＹステージ１２付近の概要斜視図である。さらに、図３は、ＸＹステージ１２を昇降する昇降機構の概要図である。

この硬さ試験機は、テーブル１１と、このテーブル１１上に配置され試験片を保持してＸＹ方向に移動させるＸＹステージ１２とを備える。ＸＹステージ１２は、試験片をＸ方向（図１における左右方向）およびＹ方向（図１における紙面に垂直な方向）に移動させ、このＸＹ平面上において試験片を位置決めするためのものである。図２に示すように、このＸＹステージ１２には、ＸＹステージ１２をＸ方向に水平移動させるためのモータ１３と、ＸＹステージ１２をＹ方向に移動させるためのモータ１４とを有する移動機構が付設されている。

このＸＹステージ１２は、図３に示す昇降機構の作用により、上下方向（Ｚ方向）に移動する構成となっている。すなわち、ＸＹステージ１２を支持する支持部５１は、その側面にラック５３が形成された昇降部材５２により支持されている。この昇降部材５２におけるラック５３は、モータ１５の駆動により回転するピニオン５４と噛合している。このため、ＸＹステージ１２は、モータ１５の駆動により昇降する。

図１に示すように、この硬さ試験機は、試験片を目視により観察するための接眼レンズ１６と、試験片を撮影するためのカメラ１７と、圧子２１および対物レンズ２３、２４等を支持して回転するターレット２０とを備える。このターレット２０は、つまみ２６を操作することにより、あるいは、後述するモータ３０の駆動により、鉛直方向を向く軸を中心に回転する。また、この硬さ試験機は、入力部および表示部としても機能するタッチパネル式の液晶表示部５９を備える。

図４は、ターレット２０に支持された対物レンズ等の配置を示す説明図である。

ターレット２０には、ＸＹステージ１２上に載置された試験片に押し込まれる圧子１９、２１と、２倍の対物レンズ２２、５倍の対物レンズ２３、４０倍の対物レンズ２４および５０倍の対物レンズ２５とが配設されている。これらの圧子１９、２１および対物レンズ２２、２３、２４、２５は、ターレット２０の回転中心Ｃを中心とした円上に配置されている。なお、圧子１９、２１の配設個数や、対物レンズ２２、２３、２４、２５の倍率および配設個数はこれに限定されるものではない。

再度、図１を参照して、この材料試験機は、試験片の表面の像を表示するための液晶モニタ等の表示部５５と、各種のデータを入力するための入力手段として機能するキーボード５７およびマウス５８と、本体５６とから構成されるコンピュータ５０と接続されている。このコンピュータ５０は、本体５６内にＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶装置と論理演算を実行するＣＰＵを備える。

図５は、圧子１９および圧子２１に対して試験力を付与するための負荷機構と、試験片に形成された圧痕を観察するための観察機構の概要図である。なお、図５は、図４において一点鎖線で示す位置における断面を示している。

この硬さ試験機は、圧子１９、２１の先端を試験片に対して押し込むための試験力を圧子１９、２１に対して付与する負荷機構と、ＸＹステージ１２上に載置された試験片を照明するとともに圧痕を観察するための光学系とを備える。

図５に示すように、ターレット２０は、軸筒２７がベアリング２９を介して回転軸２８に接続されており、つまみ２６を操作することにより、あるいは、後述するモータ３０の駆動により、鉛直方向を向く回転軸２８を中心に回転する。図５においては、ターレット２０の回転により負荷伝達軸３６を介して圧子２１に試験力が与えられる場合、すなわち、圧子２１が試験片と対向する位置に配置されている場合を示している。圧子１９に対して試験力を付与する場合には、圧子１９が、図５に示す圧子２１の位置に配置される。

負荷機構は、水平方向を向く軸３１を中心に揺動可能なレバー３２を備える。レバー３２の一端には、中空の押圧部３５が配設されている。この押圧部３５は、レバー３２の揺動に伴って、圧子２１に連結した負荷伝達軸３６の端部に付設された当接部３７を押圧する構成となっている。また、レバー３２の他端には、永久磁石３３が付設されている。この永久磁石３３の外部には、電磁コイル３４が配設されている。この永久磁石３３と電磁コイル３４とにより、ボイスコイルモータが構成される。このボイスコイルモータは、電磁式の負荷機構となり、電磁コイル３４に流れる電流を制御することにより、負荷伝達軸３６の先端に配設された圧子２１による試験片への試験力を制御することが可能となる。なお、この時の試験力は、段階的に変化させることができる構成となっている。

負荷伝達軸３６は、上下の板バネ６１が支持部材６２を介してターレット２０の軸筒２７に固定されたロバーバル構造により支持されており、負荷機構により与えられた試験力に応じて昇降可能となっている。負荷伝達軸３６には、この負荷伝達軸３６の移動量を検出する差動トランス式の変位検出器６０が接続されている。この変位検出器６０は、支持部材６３を介してターレット２０の軸筒２７に接続され、ターレット２０の回転により負荷伝達軸３６と同期して移動する。

観察機構は、ＬＥＤ光源４１と、ＬＥＤ光源４１からの光を水平方向に導く光筒４２と、試験片を上から照明するために光筒４２により導かれた光を押圧部３５の中空部に導光するとともに、試験片の表面からの反射光をカメラ１７側に透過させるハーフミラー４３と、ハーフミラー４３を透過した試験片の表面からの反射光を接眼レンズ１６およびカメラ１７に分割するハーフミラー４４とを備える。対物レンズ２２が図５における負荷伝達軸３６の位置、すなわち試験片に形成された圧痕の観察位置に配置された場合には、試験片の表面からの反射光が、対物レンズ２２、押圧部３５の中空部、ハーフミラー４３、４４を介して、接眼レンズ１６およびカメラ１７に入射する。これにより、接眼レンズ１６により試験片の拡大像を観察できるとともに、カメラ１７により撮影した拡大像をコンピュータ５０における表示部５５に表示することができる。その他の対物レンズ２３、２４、２５が圧痕の観察位置に配置された場合も、対物レンズ２２による場合と同様である。

図６は、圧子２１により試験片１００に圧痕を形成する様子を模式的に示す説明図であり、図７は、試験片１００に形成された圧痕を示す平面図である。なお、これらの図は、ビッカース硬さ試験を行う場合のものである。

圧子１９、２１のうち、圧子２１は、硬さ試験としてのビッカース硬さ試験を実行するためのものであり、その先端は四角錐形状となっている。この圧子２１は、図６に示すように、図５に示す負荷機構の作用により試験片１００の表面に深さｈだけ押し込まれる。そして、その試験力を解除し、図１に示すターレット２０を回転させて所望の倍率の対物レンズを試験片１００と対向する位置に移動させる。対物レンズ、カメラ１７を介して得られた試験片１００の表面に形成された圧痕の画像から、圧痕の対角線長さｄ［ｄ＝（ｄｘ＋ｄｙ）／２］を測定する（図７参照）。ビッカース硬さは、試験力を、底面が正方形で頂点の角度が圧子２１と同じ角錐であると仮定した圧痕の表面積で割って得られる値に比例する。そして、圧痕の対角線長さｄ（ｍｍ：ミリメートル）から求められた圧痕の表面積と試験力から、ビッカース硬さが算出される。

ここで、試験力をＦ（Ｎ：ニュートン）とした場合に、ビッカース硬さＨＶは、下記の式で表される。

ＨＶ ＝ ０．１８９１（Ｆ／ｄ^２ ）
なお、圧子１９、２１のうち、他方の圧子１９としては、例えば、ヌープ硬さ試験に使用される底面が菱形のピラミッド型の圧子が使用される。

図８は、この発明に係る硬さ試験機の主要な制御系を示すブロック図である。

この硬さ試験機は、装置全体を制御する制御部８０を備える。この制御部８０は、上述したカメラ１７、液晶表示部５９、ＬＥＤ光源４１、変位検出器６０、電磁コイル３４、コンピュータ５０、ターレット２０を回転させるためのモータ３０およびＸＹステージ１２をＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させるためのモータ１３、１４、１５と接続されている。さらに、この制御部８０は、後述する各種の設定値や硬さ試験を実行すべき試験点の位置情報を含む、硬さ試験機を動作させるための各種情報を記憶する記憶部８１と接続されている。

また、この制御部８０は、カメラ１７により撮影した画像を画像処理するための画像処理部８２と、画像処理部８２で画像処理することにより測定した圧痕の対角線長さｄから試験片１００の硬さを算出し判定するための硬さ判定部８３とを備える。なお、この制御部８０を、コンピュータ５０内に構成してもよい。

以上のような構成を有する硬さ試験機を利用して硬さ試験を行う場合には、最初に、ＸＹステージ１２をＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させて試験片１００を位置決めするとともに、モータ３０の駆動によりターレット２０を回転させて、圧子１９または圧子２１を試験片１００と対向する試験位置に移動させる。そして、図５に示す負荷機構により、圧子１９または圧子２１を試験片１００に押し付ける。これにより、試験片１００に必要な圧痕が形成されれば、モータ３０の駆動によりターレット２０を回転させて、対物レンズ２２、２３、２４、２５のうちの一つを試験片１００における圧痕と対向する位置に移動させる。この時には、対物レンズ２２、２３、２４、２５のうち、圧痕のサイズに対応した対物レンズが圧痕と対向する位置に配置される。制御部８０における画像処理部８２は、対物レンズ２２、２３、２４、２５を介してカメラ１７により撮影された圧痕の画像を画像処理する。そして、制御部８０における硬さ判定部８３は、画像処理後の圧痕の画像から、圧痕の対角線長さｄを測定することにより、試験片１００の硬さを算出し判定する。

次に、以上のような構成を有する硬さ試験機により、有効硬化層深さを測定する測定動作について説明する。図９は、この発明の第１実施形態に係る硬さ試験機により有効硬化層深さを測定する測定動作を示すフローチャートである。なお、この第１実施形態に係る硬さ試験機により有効硬化層深さを測定するときには、試験片の硬さが予め設定された設定値以下となったときに、硬さ測定動作を終了する構成を採用している。

この硬さ試験機により有効硬化層深さを測定するときには、予め、連続して硬さ試験を行うべき試験点の位置と、硬さ測定動作を終了するときの硬さの設定値とを設定しておく。この設定値は、例えば、コンピュータ５０におけるキーボード５７やマウス５８を使用して設定され、図８に示す記憶部８１に記憶される。なお、試験点は、試験片１００の表面（焼入れ面）から内部に向かって複数の点が設定される。

以上の準備工程が終了すれば、硬さ試験を開始する。このときには、最初に、ＸＹステージ１２をＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させることにより、試験片１００を、予め設定された試験点が圧子１９または圧子２１と対向するように位置決めする（ステップＳ１１）。そして、圧子１９または圧子２１を試験片１００に押し付け、圧痕を形成する（ステップＳ１２）。次に、ターレット２０を回転させ、この圧痕の画像を、対物レンズ２２、２３、２４、２５を介してカメラ１７により撮影する（ステップＳ１３）。そして、この画像を画像処理部８２において画像処理した後、硬さ判定部８３により圧痕の対角線のサイズに基づいて試験片１００の硬さを判定する（ステップＳ１４）。

次に、判定された試験片１００の硬さと予め設定された設定値とを比較する（ステップＳ１５）。試験片１００の硬さが予め設定された硬さより大きかったときには、ステップＳ１１に戻って以上の工程を繰り返す。そして、試験片１００の硬さが予め設定された硬さ以下となれば、測定動作を終了する（ステップＳ１６）。なお、この硬さの設定値は、鋼の有効硬化層深さの場合、例えば、５５０ＨＶである。

このような構成を採用することにより、硬さ試験機により有効硬化層深さを測定する場合において、必要かつ十分な試験点数において、有効硬化層深さを測定するための硬さ試験を実行することができる。このため、有効硬化層深さの測定を効率的に実行することが可能となる。

なお、上述したように試験片１００を順次移動させながら、その位置における試験片の硬さを測定する構成を採用する場合においては、試験の経過とともに試験片１００の位置とその位置での試験片１００の硬度との関係を認識することができる。このため、これらの関係をグラフとして表示することが可能となる。

図１０は、このような試験点の位置と試験片１００の硬さとの関係を示すグラフである。

このグラフは、例えば、コンピュータ５０における表示部５５や、タッチパネル式の液晶表示部５９に表示される。オペレータは、このグラフを確認することにより、リアルタイムで硬さを認識することが可能となる。

次に、以上のような構成を有する硬さ試験機による硬化層深さ測定の他の実施形態に係る測定動作について説明する。図１１は、この発明の第２実施形態に係る硬さ試験機により有効硬化層深さを測定する測定動作を示すフローチャートである。なお、この第２実施形態に係る硬さ試験機により有効硬化層深さを測定するときにも、試験片の硬さが予め設定された設定値以下となったときに、硬さ測定動作を終了する構成を採用している。そして、この第２実施形態においては、試験片１００への圧痕の形成を予め設定した回数だけ連続して実行した後、形成された圧痕の観察を連続して実行する構成を採用している。

この第２実施形態において有効硬化層深さを測定するときには、予め、連続して硬さ試験を行うべき試験点の位置と、硬さ測定動作を終了するときの硬さの設定値と、連続して圧痕の形成および観察を実行する回数Ｎ（例えば数回から１０回）とを設定しておく。この設定値は、例えば、コンピュータ５０におけるキーボード５７やマウス５８を使用して設定され、図８に示す記憶部８１に記憶される。なお、試験点は、試験片１００の表面（焼入れ面）から内部に向かって複数の点が設定される。

以上の準備工程が終了すれば、硬さ試験を開始する。このときには、最初に、予め設定した連続して圧痕の形成および観察を実行する設定回数Ｎを読み込む（ステップＳ２１）。また、ＸＹステージ１２をＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させることにより、試験片１００を、予め設定された試験点が圧子１９または圧子２１と対向するように位置決めする（ステップＳ２２）。そして、圧子１９または圧子２１を試験片１００に押し付け、圧痕を形成する（ステップＳ２３）。この試験片１００の位置決めと圧痕の形成とを、設定回数Ｎとなるまで繰り返して実行する（ステップＳ２４）。

次に、圧痕を撮影する。このときには、ターレット２０を回転させて対物レンズ２２、２３、２４、２５を観察位置に配置するとともに、ＸＹステージ１２をＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させることにより、試験片１００を、複数の圧痕のうち最初の圧痕が対物レンズ２２、２３、２４、２５と対向するように順次位置決めする（ステップＳ２５）。そして、圧痕の画像を、対物レンズ２２、２３、２４、２５を介してカメラ１７により撮影する（ステップＳ２６）。

次に、圧痕の画像を画像処理部８２において画像処理した後、硬さ判定部８３により圧痕の対角線のサイズに基づいて試験片１００の硬さを算出し判定する（ステップＳ２７）。そして、判定された試験片１００の硬さと予め設定された設定値とを比較する（ステップＳ２８）。試験片１００の硬さが予め設定された硬さより大きかったときには、比較動作が設定回数Ｎに到達したか否かを判定する（ステップＳ２９）そして、到達していない場合には、Ｓ２５に戻り、試験片１００の位置決めと、圧痕の撮影と、硬さの判定とを繰り返す。一方、試験片１００の硬さが予め設定された硬さ以下となれば、測定動作を終了する（ステップＳ３０）。そして、試験片１００の硬さが予め設定された硬さ以下となることなく試験片１００の位置決めと、撮影と、硬さの判定と、設定値との比較とを設定回数Ｎだけ繰り返した後には（ステップＳ２９）、ステップＳ２２に戻り、上記の動作を繰り返す。

このような構成を採用することにより、硬さ試験機により有効硬化層深さを測定する場合において、必要かつ十分な試験点数において、有効硬化層深さを測定するための硬さ試験を実行することができる。このため、有効硬化層深さの測定を効率的に実行することが可能となる。また、圧痕の形成を連続して実行することにより、ターレット２０の回転回数を削減することが可能となる。

次に、上述した硬さ試験機により、全硬化層深さを測定する測定動作について説明する。図１２は、この発明の３実施形態に係る硬さ試験機により全硬化層深さを測定する測定動作を示すフローチャートである。なお、この第３実施形態に係る硬さ試験機により全硬化層深さを測定するときには、判定された試験片の硬さと前回の測定時に判定された試験片の硬さとの差が、予め設定された設定値以下となったときに、硬さ測定動作を終了する構成を採用している。

この硬さ試験機により有効硬化層深さを測定するときには、予め、連続して硬さ試験を行うべき試験点の位置と、硬さ測定動作を終了するときの硬さの差の設定値とを設定しておく。この設定値は、例えば、コンピュータ５０におけるキーボード５７やマウス５８を使用して設定され、図８に示す記憶部８１に記憶される。なお、試験点は、試験片１００の表面（焼入れ面）から内部に向かって複数の点が設定される。

以上の準備工程が終了すれば、硬さ試験を開始する。このときには、最初に、ＸＹステージ１２をＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させることにより、試験片１００を、予め設定された試験点が圧子１９または圧子２１と対向するように位置決めする（ステップＳ４１）。そして、圧子１９または圧子２１を試験片１００に押し付け、圧痕を形成する（ステップＳ４２）。次に、ターレット２０を回転させ、この圧痕の画像を、対物レンズ２２、２３、２４、２５を介してカメラ１７により撮影する（ステップＳ４３）。そして、この画像を画像処理部８２において画像処理した後、硬さ判定部８３により圧痕の対角線のサイズに基づいて試験片１００の硬さを算出し判定する（ステップＳ４４）。２点の測定点について硬さの判定が終了していない場合には、ステップＳ４１〜ステップＳ４４を繰り返す（ステップＳ４５）。

２点以上の測定点について硬さの判定が完了している場合には（ステップＳ４５）、判定された試験片１００の硬さと前回判定した試験片１００の硬さとの差を演算する（ステップＳ４６）。そして、この硬さの差と予め設定された設定値とを比較する（ステップＳ４７）。この硬さの差が予め設定された設定値より大きかったときには、ステップＳ４１に戻って以上の工程を繰り返す。そして、硬さの差が予め設定された設定値以下となれば、測定動作を終了する（ステップＳ４８）。

このような構成を採用することにより、硬さ試験機により全硬化層深さを測定する場合において、必要かつ十分な試験点数において、全硬化層深さを測定するための硬さ試験を実行することができる。このため、全硬化層深さの測定を効率的に実行することが可能となる。

次に、全硬化層深さ測定の他の実施形態に係る測定動作について説明する。図１３は、この発明の第４実施形態に係る硬さ試験機により全硬化層深さを測定する測定動作を示すフローチャートである。なお、この第４実施形態に係る硬さ試験機により全硬化層深さを測定するときにも、判定された試験片の硬さと前回の測定時に判定された試験片の硬さとの差が、予め設定された設定値以下となったときに、硬さ測定動作を終了する構成を採用している。そして、この第４実施形態においては、試験片１００への圧痕の形成を予め設定した回数だけ連続して実行した後、形成された圧痕の観察を連続して実行する構成を採用している。

この硬さ試験機により全硬化層深さを測定するときには、予め、連続して硬さ試験を行うべき試験点の位置と、硬さ測定動作を終了するときの硬さの差の設定値と、連続して圧痕の形成および観察を実行する回数Ｎ（例えば数回から１０回）とを設定しておく。この設定値は、例えば、コンピュータ５０におけるキーボード５７やマウス５８を使用して設定され、図８に示す記憶部８１に記憶される。なお、試験点は、試験片１００の表面（焼入れ面）から内部に向かって複数の点が設定される。

以上の準備工程が終了すれば、硬さ試験を開始する。このときには、最初に、予め設定した連続して圧痕の形成および観察を実行する設定回数を読み込む（ステップＳ５１）。また、ＸＹステージ１２をＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させることにより、試験片１００を、予め設定された試験点が圧子１９または圧子２１と対向するように位置決めする（ステップＳ５２）。そして、圧子１９または圧子２１を試験片１００に押し付け、圧痕を形成する（ステップＳ５３）。この試験片１００の位置決めと圧痕の形成とを、設定回数Ｎとなるまで繰り返して実行する（ステップＳ５４）。

次に、圧痕を撮影する。このときには、ターレット２０を回転させて対物レンズ２２、２３、２４、２５を観察位置に配置するとともに、ＸＹステージ１２をＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させることにより、試験片１００を、複数の圧痕のうち最初の圧痕が対物レンズ２２、２３、２４、２５と対向するように順次位置決めする（ステップＳ５５）。そして、圧痕の画像を、対物レンズ２２、２３、２４、２５を介してカメラ１７により撮影する（ステップＳ５６）。

次に、圧痕の画像を画像処理部８２において画像処理した後、硬さ判定部８３により圧痕の対角線のサイズに基づいて試験片１００の硬さを演算して判定する（ステップＳ５７）。そして、判定された試験片１００の硬さと前回判定した試験片１００の硬さとの差を演算する（ステップＳ５８）。但し、最初の硬さの判定時だけは、差の演算を行うべき硬度がないことから、この演算は行われない。そして、演算された硬さの差と予め設定された設定値とを比較する（ステップＳ５９）。この硬さの差が予め設定された設定値より大きかったときには、比較動作が設定回数に到達したか否かを判定する（ステップＳ６０）そして、到達していない場合には、ステップＳ５５に戻り、試験片の位置決めと、圧痕の撮影と、硬さの判定と、差の演算とを繰り返す。一方、硬さの差が予め設定された設定値以下となれば、測定動作を終了する（ステップＳ６１）。そして、硬さの差が予め設定された設定値以下となることなく試験片１００の位置決めと、撮影と、硬さの判定と、差の演算と、設定値との比較とを設定回数Ｎだけ繰り返した後には（ステップＳ６０）、ステップＳ５２に戻り、上記の動作を繰り返す。

このような構成を採用することにより、硬さ試験機により全硬化層深さを測定する場合において、必要かつ十分な試験点数において、全硬化層深さを測定するための硬さ試験を実行することができる。このため、全硬化層深さの測定を効率的に実行することが可能となる。また、圧痕の形成を連続して実行することにより、ターレット２０の回転回数を削減することが可能となる。

次に、全硬化層深さ測定のさらに他の実施形態に係る測定動作について説明する。

上述した第３、第４実施形態においては、全硬化層深さを測定するにあたり、判定された試験片の硬さと前回の測定時に判定された試験片の硬さとの差が、予め設定された設定値以下となったときに、硬さ測定動作を終了する構成を採用している。一方、この第５実施形態に係る測定動作においては、上述した硬さ試験機において、硬さ判定部８３により判定した試験片１００の硬さと、硬さ判定部８３により前回に判定した試験片１００の硬さとの差が、予め設定された設定値以下となる現象が予め設定された回数Ｍ（例えば３回）だけ連続して発生したときに、硬さ測定動作を終了させる構成を採用している。

すなわち、この実施形態を採用する場合、図１２に示す第３実施形態においては、判定された試験片１００の硬さ前回判定した試験片１００の硬さとの差を演算する（ステップＳ４６）場合において、硬さ判定部８３により判定した試験片１００の硬さと、硬さ判定部８３により前回に判定した試験片１００の硬さとの差が、予め設定された設定値以下となる現象が予め設定された回数Ｍ連続して発生した場合に、測定動作を終了する。また、この実施形態を採用する場合、図１３に示す第４実施形態においても、判定された試験片１００の硬さ前回判定した試験片１００の硬さとの差を演算する（ステップＳ５８）場合において、硬さ判定部８３により判定した試験片１００の硬さと、硬さ判定部８３により前回に判定した試験片１００の硬さとの差が、予め設定された設定値以下となる現象が予め設定された回数Ｍ連続して発生した場合に、測定動作を終了する。このような構成を採用した場合においては、全硬化層深さを測定するための硬さ試験をより正確に実行することが可能となる。

なお、上述した第１、第２実施形態においては試験片１００に対して有効硬化層深さ測定を行う場合について説明し、第３、第４、第５実施形態においては試験片１００に対して全硬化層深さを測定する場合について説明した。しかしながら、有効硬化層深さを測定した後に、引き続き、全硬化層深さを測定するようにしてもよい。

１１ テーブル
１２ ＸＹステージ
１３ モータ
１４ モータ
１５ モータ
１７ カメラ
１９ 圧子
２０ ターレット
２１ 圧子
２２ 対物レンズ
２３ 対物レンズ
２４ 対物レンズ
２５ 対物レンズ
３０ モータ
３１ 軸
３２ レバー
３３ 永久磁石
３４ 電磁コイル
３５ 押圧部
４１ ＬＥＤ光源
５０ コンピュータ
５３ ラック
５４ ピニオン
５５ 表示部
５６ 本体
５７ キーボード
５８ マウス
５９ 液晶表示部
６０ 変位検出器
８０ 制御部
８１ 記憶部
８２ 画像処理部
８３ 硬さ判定部
１００ 試験片

Claims (5)

1. 試験片をＸＹ方向に移動させるＸＹステージと、
   前記試験片の表面に圧痕を形成するための圧子と、
   前記圧子を前記試験片の表面に押し付けるための負荷機構と、
   前記試験片の表面に形成された圧痕のサイズを観察する観察機構と、
   前記観察機構により観察した圧痕のサイズに基づいて前記試験片の硬さを判定する硬さ判定部と、
   前記負荷機構により前記圧子を前記試験片の表面に押し付ける押し付け工程と、前記観察機構により前記試験片の表面に形成された圧痕のサイズを観察する観察工程と、前記硬さ判定部により前記試験片の硬さを判定する判定工程とからなる硬さ測定動作を、前記試験片をＸＹ方向に移動させながら複数回繰り返して実行させる制御部と、
   を備える硬さ試験機において、
   前記制御部は、前記硬さ判定部により判定した前記試験片の硬さが、予め設定された設定値以下となったときに、前記硬さ測定動作を終了させることを特徴とする硬さ試験機。
2. 試験片をＸＹ方向に移動させるＸＹステージと、
   試験片の表面に圧痕を形成するための圧子と、
   前記圧子を前記試験片の表面に押し付けるための負荷機構と、
   前記試験片の表面に形成された圧痕のサイズを観察する観察機構と、
   前記観察機構により観察した圧痕のサイズに基づいて前記試験片の硬さを判定する硬さ判定部と、
   前記負荷機構により前記圧子を試験片の表面に押し付ける押し付け工程と、前記観察機構により前記試験片の表面に形成された圧痕のサイズを観察する観察工程と、前記硬さ判定部により前記試験片の硬さを判定する判定工程とからなる硬さ測定動作を、前記試験片をＸＹ方向に移動させながら複数回繰り返して実行させる制御部と、
   を備える硬さ試験機において、
   前記制御部は、前記硬さ判定部により判定した前記試験片の硬さと、前記硬さ判定部により前回に判定した前記試験片の硬さとの差が、予め設定された設定値以下となったときに、前記硬さ測定動作を終了させることを特徴とする硬さ試験機。
3. 請求項２に記載の硬さ試験機において、
   前記制御部は、前記硬さ判定部により判定した前記試験片の硬さと、前記硬さ判定部により前回に判定した前記試験片の硬さとの差が、予め設定された設定値以下となる現象が予め設定された回数だけ連続して発生したときに、前記硬さ測定動作を終了させる硬さ試験機。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の硬さ試験機において、
   前記制御部は、前記圧子を前記試験片の表面に１回押し付け、前記試験片の表面に形成された圧痕のサイズを１回観察し、前記試験片の硬さを１回判定する硬さ測定動作を、複数回繰り返して実行させる硬さ試験機。
5. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の硬さ試験機において、
   前記制御部は、前記圧子を前記試験片の表面に複数回押し付け、前記試験片の表面に形成された圧痕のサイズを複数回観察して硬さを判定する硬さ測定動作を、複数回繰り返して実行させる硬さ試験機。
   

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