CN101825535B - 破坏强度测定装置及破坏强度测定方法 - Google Patents

Abstract

提供一种破坏强度测定装置，即使在易碎的测定对象物向小型化和薄型化发展的情况下也能够高精度地测定测定对象物的破坏强度。破坏强度测定装置(1)具有载置测定对象物(13)的载物台(2)、对测定对象物(13)施加荷重的荷重施加装置(升降装置)(33)、连结在荷重施加装置(33)上并用来顶压测定对象物(13)的顶压件(14)、检测测定对象物(13)破坏时测定对象物(13)的变化的传感器(12)、以及测定传感器(12)检测到测定对象物(13)破坏时的变化时由顶压件(14)施加的荷重的荷重检测部(32)；传感器(12)是检测测定对象物(13)自身变化的传感器；在荷重施加装置(33)与顶压件(14)之间插入有弹性体(弹簧)(21、22)。

Description

破坏强度测定装置及破坏强度测定方法

技术领域

本发明涉及用来测定例如叠层陶瓷电子零件之类的测定对象物的破坏强度的破坏强度测定装置及破坏强度测定方法。

背景技术

近年来，手机之类的电子器械正在向小型化发展，因此，也装载在电子器械内的陶瓷电子零件等也非常需要小型化或薄型化。近年来，人们开发了例如平面形状为1.0mm×0.5mm而高度为0.3mm以下的非常薄而小型的陶瓷电子零件。

可是，陶瓷电子零件具有在陶瓷坯体的外表面和/或内部形成了电极的结构。在向薄型化进展时，陶瓷坯体就要很薄。因此，将陶瓷电子零件安装在安装基板上时的机械冲击有可能使陶瓷坯体产生裂缝，或者使陶瓷坯体破碎。

因此，有必要预先测定陶瓷电子零件的抗折强度，并根据测定的抗折强度降低安装时的冲击；或者为了耐受安装时的冲击而提高陶瓷电子零件自身的强度。所以，需要更加准确地测定陶瓷电子零件的抗折强度。

以往，人们已经提出了各种各样的装置，作为测定易碎材料的抗折强度的装置。例如，在下述的专利文献1中就展示有测定作为药剂的药片试件的抗折强度的装置。

如图11所示，在该抗折强度的装置101中，支撑台103支撑住药片102。支撑台103在上面具有两个支撑突起103a、103b，该支撑突起103a、103b支撑住药片102。同时，为了从药片102的上方施予负荷，而使冲头104降下来。冲头104在支撑突起103a、103b之间的中央区域顶接在药片102上，从而对药片102施加三点弯曲负荷。把药片102破碎时冲头104所施予的荷重值取作抗折强度。

为了检测出由冲头104所施加的荷重，以往，一般是把测力传感器连结在冲头等的顶压部分上，用测力传感器检测荷重。

另一方面，图12是表示原来的抗折强度测定装置的其他例的示意正面图。这里，在抗折强度测定装置111中，测定对象物113被置放在载物台112上。从测定对象物113的上方顶触顶压件114，并施加荷重。荷重施加器115连接在顶压件114上，该荷重施加器115还具有检测从顶压件114输出的荷重的测力传感器。在荷重施加器115中，变位传感器连接在测力传感器上。在顶压件114产生了变位的情况下，由变位传感器检测其变位量。

由顶压件114施加荷重，把测定对象物113向下方顶压，此时，在某个阶段测定对象物113破碎。因此，顶压件114就从测定对象物113的上方急剧地下降一定距离而达到下方某一位置。从此时的顶压件114的变位量、以及预先求出的变位量与由顶压件114施加的荷重的关系，能够高精度地求得测定对象物破碎时的荷重，并取该荷重值作为抗折强度。

【专利文献1】特开2001-343311号公报

人们认为，采用图11或图12所示的抗折强度测定装置111，就能够根据测定对象物113破碎时顶压件114向下方的急剧的变位量准确地求出抗折强度。

但是，如前面所描述的那样，随着陶瓷电子零件的小型化和薄型化，在由顶压件114施加荷重的情况下，作为测定对象物113的陶瓷电子零件会瞬间破碎。因此，破碎时的荷重施加速度的梯度过于陡峭，即使测定了同样状态的陶瓷电子零件的情况下，测定结果也存在很大离散。

另外，采用图11或图12所示的原来的抗折强度测定装置，由于根据测定对象物113破碎后顶压件114的变位量来推定破碎瞬间的荷重，所以不能准确地测出测定对象物113实际破碎瞬间所施加的荷重。

因此，很难在推进小型化和薄型化时改善陶瓷电子零件的安装条件并高精度且可靠地变更零件强度设计。

发明内容

本发明的目的在于消除上述现有技术的缺点而提供一种破坏强度测定装置，即使在测定对象物小型化或薄型化特别是薄型化而变得易破碎的情况下，也能够高精度地测出测定对象物的强度。

按照本发明，提供一种破坏强度测定装置，具备用来对测定对象物施加荷重的荷重施加装置、用来载置所述测定对象物的载物台、由荷重施加装置施加的荷重来顶压所述测定对象物的顶压件、检测对所述测定对象物施加荷重而使测定对象物破坏时的该测定对象物的变化的传感器、以及测定所述传感器检测到所述测定对象物破坏时的所述变化时由荷重施加装置施加给顶压件的荷重的荷重测定装置；所述传感器是检测所述测定对象物自身的变化的传感器，而且该破坏强度测定装置还具备插入在所述荷重施加装置与所述顶压件之间的弹性体。

按照本发明的破坏强度测定装置的某个特定的方案，上述传感器是AE传感器。这种情况下，能够非接触式地高精度检测出测定对象物自身的变化。

按照本发明的破坏强度测定装置的其他特定的方案，所述载物台具有基座构件和被配置在所述基座构件上且在上面载置所述测定对象物的支撑部；在所述支撑部的下表面形成有通孔；底板在该通孔的周围支撑住所述支撑部，所述AE传感器的检测部在该通孔内被连接在所述支撑部的下表面。该情况下，AE传感器能够更高精度地检测出测定对象物的变化，而且在支撑部的下表面的外周部能够更稳定地把支撑部支撑在底板上。因此，能够更加高精度地测定破坏强度。

最好还具备配置在所述基座构件与所述支撑部之间而用来抑制振动传递的缓冲件。这种情况下，由缓冲件缓和来自外部的振动或冲击等，能够更加高精度地测出测定对象物的破坏强度。

按照本发明的破坏强度测定装置的另外的其他特定的方案，所述传感器被收纳在所述载物台的所述基座构件内。这种情况下，能够实现破坏强度测定装置的小型化。

本发明的破坏强度测定方法是用按照本发明构成的破坏强度测定装置来测定测定对象物的破坏强度的方法，该方法包含如下工序：把所述测定对象物载置在所述载物台上；由所述荷重施加装置施加荷重，并由所述顶压件顶压测定对象物；由检测所述测定对象物的变化的传感器检测所述测定对象物因荷重的施加而破坏时的变化，并测定检测到所述测定对象物破坏时的变化时所述荷重施加装置施加给顶压件的荷重。

按照本发明的破坏强度测定装置及破坏强度测定方法，由于用传感器检测测定对象物破坏时的测定对象物的变化，也就是通过测定对象物自身的变化来高精度地检测出测定对象物的破坏时刻，所以能够高精度地测定在测定对象物破坏的瞬间由顶压件所施加的荷重。因此，即使在测定对象物小型化，特别是薄型化、非常易破碎的情况下，也能够高精度地测出测定对象物的破坏强度。此外，由于荷重施加装置和顶压件之间插有弹性体，所以所施加荷重的上升速度就比较平稳，能防止测定对象物瞬时破碎。另外，不需要伺服电机等的高精度升降装置或高采样频率的高精度测量装置等，因此可以提供造价低廉而构造简单的破坏强度测定装置。

附图说明

图1是本发明的一种实施方式的破坏强度测定装置的正面图。

图2是本发明的一种实施方式的破坏强度测定装置的侧面图。

图3是本发明的一种实施方式的破坏强度测定装置的主要部分的局部正面图。

图4(a)和(b)分别是作为用本发明的一种实施方式的破坏强度测定装置测定的测定对象物的陶瓷电子零件的正面图和平面图。

图5(a)和(b)分别是用来说明本发明的破坏强度测定装置的变形例中的顶压件的形状的示意正面图和平面图。

图6是本发明的一种实施方式的破坏强度测定装置的支撑部的结构的示意正面图。

图7是本发明的一种实施方式的破坏强度测定装置的测力传感器的结构示意图。

图8是构成收纳于测力传感器内的变形测量仪的桥式电路的一个示例。

图9是从测力传感器输出的电流经运算放大器增幅后再输入到示波镜的框图。

图10是一个程序的示意曲线图，该程序用示波镜监测从测力传感器输入的电流和从AE传感器输入的电流，捕捉AE传感器侧电流产生变化的瞬间，并将此时的测力传感器侧的电流值换算成荷重，例如将其值显示为荷重F。

图11是现有技术的抗折强度测定装置的正面图。

图12是用来说明现有技术的抗折强度测定装置的其他例的示意正面图。

【符号的说明】

1…破坏强度测定装置

2…载物台

3…基座构件

4…支撑部

4a…凹部

5…底板

6…筒状构件

6a…法兰

6b…台座

6c…通孔

7…螺栓

11…缓冲件

12…AE传感器

13…测定对象物

14…顶压件

15…顶压销

16…顶压销

16a…圆锥部

17…第一架板

18…固定螺丝

19…第二架板

19a、19b…通孔

20…轴

21、22…弹簧

23…筒状垫片

24…螺栓

25…螺母

31…测力传感器

31a…测力传感器主体

31b…变形测量仪

32…荷重检测器

33…升降装置

34…叠层陶瓷电子零件

35…陶瓷坯体

36、37…外部电极

41…桥式电路

42…运算放大器

43…示波镜

44…运算放大器

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的具体实施方式，来清楚描述本发明。

图1是本发明的一种实施方式的破坏强度测定装置的局部断面正面图，图2是其侧面图。

破坏强度测定装置1具有用来载置测定对象物的载物台2。载物台2具有基座构件3和被支撑在基座构件3上的支撑部4。基座构件3具有由刚体构成的底板5和同样由刚体构成的筒状构件6。底板5是被载置在地面等上的部分。在筒状构件6的下端设置有法兰6a，在该法兰6a上用螺栓7、7把筒状构件6固定在底板5上。

在筒状构件6内配置有支撑部4和AE传感器12。更具体地说，如图6所示，支撑部4具有开在上表面的凹部4a；支撑部4由金属等刚性材料构成；支撑部4被收纳在固定设置在基座构件3的上述筒状构件6内的台座6b内。台座6b形成在筒状构件6内，具有开向上方的有底的开口部。

在台座6b的底面上配置有缓冲件11，在本实施方式中，采用氨基甲酸乙酯树脂片作为缓冲件11。当然，并不限定于氨基甲酸乙酯树脂片，只要能够抑制配置在缓冲件11上的支撑部4与台座6b之间的振动的传递，可以用适宜的弹性材料来形成缓冲件11。

在台座6b中，在底面的中央处形成有通孔6c，AE传感器12被配置在该通孔6c内。即，AE传感器12被收纳在基座构件3内。位于AE传感器12的上端的检测面12a顶接在支撑部4的下面。

AE传感器12是众所周知的发声传感器，即，用压电谐振子构成AE传感器12，能够瞬间测定配置在支撑部4内部的后述的测定对象物13破坏时的声波。即，能够使用AE传感器12瞬间检测到测定对象物自身破坏时的变化。

在本实施方式中，采用了AE传感器12，但是在本发明中只要是能够瞬时检测出测定对象物的破坏时刻，也可以采用例如检测电流变化的传感器。作为通过检测这样的电流变化能够检测出破坏时刻的传感器，例如有这样一种传感器，即，在载物台上形成一对电极凸台，把测定对象物跨置在这对电极凸台上，在这对电极凸台之间加电压，然后用电流计检测漏电流。由于在测定对象物破坏时电流计上的电流值变化，所以能够瞬时检测出测定对象物的破坏时刻。

在本发明中，虽不限定使用上述声音或电流的传感器作为检测上述测定对象物破坏时刻的传感器，但是无论如何都必须要用传感器检测出测定对象物13的自身破坏时的变化不是顶压件的变化。

返回到图1，在被配置在上述支撑部4内的测定对象物13上配置有顶压件14，如图3放大表示的那样，顶压件14具有筒状的主体15和从主体15的下端向下方延伸设置的顶压销16。顶压销16在前端设置有圆锥部16a，越往前端直径越小，呈锥状。用顶压销16的前端顶压测定对象物13。

在顶压件主体的上端开口内周面上形成有阴螺纹。顶压件14被固定在第一架板17的下面。将固定螺丝18经设置在第一架板17上的通孔拧到上述顶压件的主体15的阴螺纹中来进行固定。

另一方面，在第一架板17的上方配置有第二架板19，其面对第一架板17。在第二架板19上，在设置上述顶压件14的区域更外侧即其外周缘附近形成有通孔19a、19b；在第二架板19的通孔19a、19b中插入有筒状衬垫23、23，螺栓24和螺母25将该筒状衬垫23固定在架板19上，轴20、20可上下移动地穿过筒状衬垫23、23。轴20、20的下端被固定在第一架板17上，轴20、20穿过通孔19a、19b，并向上方延伸。在架板17、19之间，弹簧21、22分别外套在轴20、20上，弹簧21、22将对第一架板17施加相对于第二架板19向下方的弹性力。

再返回到图1和图2，在第二架板19的上方，配置有荷重检测部32，其中内装有用来检测顶压件14对测定对象物13施加的荷重的测力传感器31。在荷重检测部32的上方连结着作为荷重施加装置的升降装置33。

升降装置33能使其更下方的部分即荷重检测部32以及连结在荷重检测部32上的第二架板19一体地升降。因此，在第二架板19下降时，随之，第一架板17和顶压件14也就下降。

当然，由于弹簧21、22在架板17、19之间套在上述轴20、20外面，所以顶压件14对测定对象物13施加的荷重施加速度就平稳地上升。因此，能够防止测定对象物13瞬间破碎。

本实施方式使用上述弹簧21、22作为用来使这种荷重施加速度上升平稳的弹性体，但是也可以使用弹簧以外的合适的弹性体。即，只要是在顶压件与荷重检测部32之间插入适宜的弹性体，能使顶压件14对测定对象物13施加的荷重施加速度平稳地上升就可以。

下面说明本实施方式的破坏强度测定装置的测定方法及动作。

在本实施方式中，测定图4(a)和(b)所示的叠层陶瓷电子零件34的破坏强度。叠层陶瓷电子零件34具有陶瓷坯体35和外部电极36、37。由于陶瓷坯体35由陶瓷构成，所以容易脆性破坏。对于叠层陶瓷电子零件34来说，随着陶瓷坯体35的厚度减薄，顶压件14的顶压力就很容易使其破碎。

在本实施方式中，首先把上述叠层陶瓷电子零件34载置于基座构件3中的台座6b上的支撑部4内。在这种状态下，驱动支撑部4下方的AE传感器12，AE传感器12向支撑部4侧发射预定的声波，并测定从测定对象物13返回的声波，由声波的变化检测出测定对象物13的变化。

然后，驱动升降装置33，经由荷重检测部32使第二架板19下降。一旦第二架板19下降，弹簧21、22就被压缩，然后，第一架板17承受弹簧21、22的弹性力作用向下方移动。结果，从顶压件14的顶压销16的前端对测定对象物13平稳地施加荷重。

升降装置33使其持续下降时，由顶压件14施加的荷重就逐渐升高，而测定对象物13被破坏。破坏的瞬间能够用AE传感器12的输出即刻检测出，用测力传感器31检测破坏时刻的荷重，作为测定对象物13的破坏强度。

以下具体说明上述检测的流程。

图7是上述测力传感器31的示意图。当升降装置施加荷重时，S字形状的测力传感器主体31a就产生变形。装在测力传感器主体31a内的变形测量仪31b亦随之变形，其电阻值发生变化。

变形测量仪31b的电阻值变化可用例如图8所示的桥式电路41来测出。即，一旦变形测量仪31b的电阻值发生变化，从桥式电路41获取的输出电流就发生变化。

如图9的框图所示，从测力传感器31按上述地输出的输出电流，通过运算放大器42增幅后，输入到示波镜43。另一方面，AE传感器12检测声音，并输出与所检测到的声音相对应的输出电流。该输出电流通过运算放大器44增幅后，输入到示波器43。示波器43监测从测力传感器31输入的上述输出电流、以及从AE传感器12输入的上述输出电流。图10是显示对从测力传感器31输入的电流以及从AE传感器12输入的电流的监测结果的曲线图。捕捉其中从AE传感器12输入的电流值产生变化的时刻，将此时从测力传感器31输入的电流值换算为荷重。将该换算所得的值例如记作荷重F。

可以使用例如日本美蓓亚公司(ミネベア株式会社)生产的U3B1系列产品作为测力传感器31。而运算放大器42、44，则可以使用例如新光电子株式会社生产的DAS-406型产品。示波镜43则可以使用例如Tektronix公司生产的MSO4104型产品。此外AE传感器12可以使用例如株式会社NF回路设计公司生产的AE-TESTER9501型产品。

如果采用本实施方式的破坏强度测定装置1，如上所述，能够通过AE传感器12的输出电流瞬时检测出测定对象物13的破坏时刻。即，能够用测定对象物13自身的变化，高精度地检测出测定对象物13的破坏时刻，所以与现有技术的抗折强度测定相比，可以高精度地检测出测定对象物的破坏强度。

另外，在上述实施方式中，弹簧21、22被配置在架板17、19之间，这就能够使顶压件14对测定对象物13施加的荷重施加速度上升平稳。因此，测定对象物13不易在顶压件14对测定对象物13开始施加荷重的瞬间就发生误破坏。这样，就能够更高精度地测到测定对象物13的破坏强度。

再者，由于上述缓冲件11被配置在支撑部4与台座6b之间，所以不受来自周围的振动等的影响，能够高精度地检测出测定对象物13的破坏时刻。

上述实施方式把顶压件14的顶压销16的前端做成圆锥部16a，但是也可以像图5(a)和(b)所示的变形例那样，把圆锥台15b设置在顶压销15的前端，从圆锥台15b的前端设置比圆锥台15b直径更小的突出部15c。

总之，在顶压销15上，通过减小顶接测定对象物13的部分的面积，就能够适应测定对象物13的小型化。

本申请的发明人测定了长1.0mm×宽0.5mm×厚0.2mm的叠层陶瓷电容器的破坏强度。为进行比较，除了未设置上述AE传感器12、缓冲件11和弹簧21、22之外，准备了与上述相同构成的、相当于现有技术例的比较例的破坏强度测定装置。使用实施方式的和比较例的破坏强度测定装置测定了达到破坏强度的荷重值及其离散。

结果，在某试料群中，比较例中，平均荷重为2.08N，荷重值的离散σ为1.18；而在上述实施方式中，平均荷重为6.61N，荷重值的离散σ为0.86。在其他试料群中，比较例中，平均荷重为2.29N，荷重值的离散σ为0.95；而采用上述实施方式的装置，测得的平均荷重为7.15N，荷重值的离散σ为0.62。

由此可知，按照本实施方式，能够高精度地测定很小型的叠层陶瓷电子零件的破坏强度。

本发明不限于用来测定叠层陶瓷电子零件的破坏强度，可以广泛地用于各种各样的易破碎的测定对象物的破坏强度的测定。

Claims (5)

1.一种破坏强度测定装置，具备：用来对测定对象物施加荷重的荷重施加装置、用来载置所述测定对象物的载物台、由所述荷重施加装置施加的荷重来顶压所述测定对象物的顶压件、检测对所述测定对象物施加荷重而使测定对象物破坏时的该测定对象物的变化的传感器、以及测定所述传感器检测到所述测定对象物破坏时的所述变化时由荷重施加装置施加给顶压件的荷重的荷重测定装置；

所述传感器是检测所述测定对象物自身的变化的传感器且为AE传感器，而且该破坏强度测定装置还具备插入在所述荷重施加装置与所述顶压件之间的弹性体；

所述载物台具有基座构件、和被配置在所述基座构件上且在其上面载置所述测定对象物的支撑部；所述支撑部被收纳在固定设置在基座构件的筒状构件内的台座内，在台座中，在底面的中央处形成有通孔；所述传感器位于所述通孔内。

2.根据权利要求1所述的破坏强度测定装置，其特征在于：所述AE传感器的检测部在该通孔内被连接在所述支撑部的下面。

3.根据权利要求2所述的破坏强度测定装置，其特征在于：还具备配置在所述基座构件与所述支撑部之间的缓冲件。

4.根据权利要求2或3所述的破坏强度测定装置，其特征在于：所述传感器被收纳在所述载物台的所述基座构件内。

5.一种用权利要求1～4任一项所述的破坏强度测定装置来测定测定对象物的破坏强度的方法，包含如下工序：

把所述测定对象物载置在所述载物台上；

由所述荷重施加装置施加荷重，并由所述顶压件顶压测定对象物；

由检测所述测定对象物的变化的传感器，检测所述测定对象物因荷重的施加而破坏时的变化，并测定检测到所述测定对象物破坏时的变化时所述荷重施加装置施加给顶压件的荷重。

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