JP2023006809A - 試験装置及び試験片の厚みの算出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の試験片の強度を測定する際でも正確に強度を測定することを可能とすること。【解決手段】試験装置１は、試験片を支持する一対の長尺支持部材１１を有した支持ユニット１０と、試験片を押圧する圧子２４と、圧子２４を移動させる移動ユニット２１と、圧子２４のＺ軸方向の位置を検出する圧子位置検出ユニット４０と、試験片を圧子２４が押圧する荷重を計測する荷重計測器２３と、制御ユニット１００とを備え、制御ユニット１００は、下端が長尺支持部材１１の支持突起の上端と同一平面に位置する圧子２４の基準位置３０３を記憶する基準位置記憶部１０１と、試験片に当接した圧子２４の位置を検出する当接位置検出部１０２と、当接位置検出部１０２で検出された圧子２４の位置と基準位置３０３とから試験片の厚みを算出する厚み算出部１０３と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、試験片を破壊する試験装置及び試験片の厚みの算出方法に関する。

近年、自動車等に搭載される車載用電子機器を構成する半導体デバイスチップを中心に、半導体デバイスチップのトレーサビリティ（追跡可能性）の重要性が謳われはじめている。即ち、半導体デバイスチップ毎にＩＤ（identification）情報を付与しておくことで、電子機器に組み込まれた半導体デバイスチップに不具合が生じた際には、その半導体デバイスチップに施された加工やその半導体デバイスチップの特性を参照可能とすることが求められている。

このような半導体デバイスチップのトレーサビリティの実現のためには、ダミーウェーハの抗折強度等の特性ではなく、製品となった半導体デバイスチップが存在していたウェーハそのものの特性を記録しておく必要がある。そこで、ウェーハから個々に個片化された半導体デバイスチップ等の試験片の強度を測定する試験装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０２１－４８２７９号公報

特許文献１等に示された試験装置において、圧子で試験片を押圧して破壊すると試験片の破片や粉屑が飛散する。これらの異物が試験片を支持する支持部上に残存した状態で次の試験片が支持部上に載置された場合や、圧子の先端に屑が付着してしまうと正確な強度を測定できないという問題がある。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の試験片の強度を測定する際でも正確に強度を測定することを可能とする試験装置及び試験片の厚みの算出方法を提供することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の試験装置は、試験装置であって、所定の間隔を有して配設され、試験片の下面を支持する一対の支持部を有した支持ユニットと、該支持ユニットより上方且つ一対の該支持部の間に配置され該支持ユニットで支持された試験片を押圧する圧子と、一対の該支持部で支持された試験片に対して該圧子を相対的に近接移動させる移動ユニットと、該移動ユニットで移動された該圧子の位置を検出する圧子位置検出ユニットと、一対の該支持部で支持された試験片を該圧子が押圧する荷重を計測する荷重計測器と、少なくとも該移動ユニットを制御するコントローラと、を備え、該コントローラは、該圧子の下端が支持部の上端と同一平面に位置する場合の該圧子の位置を基準位置として記憶する基準位置記憶部と、一対の該支持部で支持された試験片に該圧子が接触しない位置から該圧子を試験片に対して近接移動させ該荷重計測器の計測値が変化したタイミングを該圧子が試験片に当接したタイミングとして検知するとともに試験片に当接した該圧子の位置を検出する当接位置検出部と、該当接位置検出部で検出された該圧子の位置と該基準位置記憶部で記憶された該基準位置とから該圧子が当接した試験片の厚みを算出する厚み算出部と、を有することを特徴とする。

前記試験装置において、該コントローラは、試験片の厚みの設計値を記憶する厚み記憶部と、試験片の厚みばらつきの許容範囲を記憶する許容範囲記憶部と、該厚み記憶部で記憶された厚みと該厚み算出部で算出された厚みとの差が該許容範囲記憶部で記憶された該許容範囲を超えた際に異常と判断する異常判断部と、を有しても良い。

本発明の試験片の厚みの算出方法は、所定の間隔を有して配設されかつ試験片の下面を支持する一対の支持部の上端と、一対の支持部に下面が支持された試験片を押圧する圧子の下端とが同一平面に位置する場合の圧子の位置を基準位置とし、一対の該支持部で支持された試験片に接触しない位置から近接移動された圧子が該試験片を押圧する荷重を計測する荷重計測器の計測値が変化したタイミングを該圧子が試験片に当接したタイミングとして検知して、該試験片に当接した該圧子の位置を検出し、該試験片に当接した該圧子の位置と該基準位置とから該圧子が当接した該試験片の厚みを算出することを特徴とする。

本発明は、複数の試験片の強度を測定する際でも正確に強度を測定することを可能とするという効果を奏する。

図１は、実施形態１に係る試験装置の構成例を示す斜視図である。 図２は、図１に示された試験装置の測定対象の試験片を模式的に示す斜視図である。 図３は、図２に示された試験片が製造されるウェーハを模式的に示す斜視図である。 図４は、図１に示された試験装置の要部の正面図である。 図５は、図１に示された試験装置の荷重計測器の計測結果を模式的に示す図である。 図６は、図１に示された試験装置のコントローラの基準位置記憶部が基準位置を記憶する状態の要部の正面図である。 図７は、図１に示された試験装置の試験動作の流れを示すフローチャートである。 図８は、図１に示された試験装置の支持ユニットの支持突起で裏面が支持された試験片に圧子を近接移動させる状態の要部の正面図である。 図９は、図８に示された試験装置の圧子と試験片などを示す正面図である。 図１０は、図９に示された試験片が破壊された状態を示す正面図である。 図１１は、実施形態１の変形例に係る試験装置の試験動作の流れを示すフローチャートである。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

〔実施形態１〕
本発明の実施形態１に係る試験装置を図面に基づいて説明する。図１は、実施形態１に係る試験装置の構成例を示す斜視図である。図２は、図１に示された試験装置の測定対象の試験片を模式的に示す斜視図である。図３は、図２に示された試験片が製造されるウェーハを模式的に示す斜視図である。

実施形態１に係る図１に示す試験装置１は、図２に示された試験片２００を破壊して、試験片２００の強度である抗折強度σを測定する装置である。図２に示された試験片２００は、基板２０１と、基板２０１の表面２０２に形成されたデバイス２０３とを備える、所謂、半導体デバイスチップである。図２に示された試験片２００は、図３に示すウェーハ２０４から個々に分割されて製造される。なお、試験片２００とウェーハ２０４の同一部分には、同一符号を付して説明する。

（ウェーハ）
実施形態１では、ウェーハ２０４は、シリコン、サファイア、ガリウムなどを基板２０１とする円板状の半導体ウェーハや光デバイスウェーハ等のウェーハである。ウェーハ２０４は、基板２０１の表面２０２に格子状に形成された複数の分割予定ライン２０５によって格子状に区画された領域にデバイス２０３が形成されている。実施形態１において、ウェーハ２０４は、外周縁に環状フレーム２０６が装着された粘着テープ２０７が表面２０２の裏側の裏面２０８（下面に相当）に貼着されて、環状フレーム２０６に支持されている。また、ウェーハ２０４は、分割予定ライン２０５に沿って個々の試験片２００に個片化されている。

なお、実施形態１では、試験片２００は、基板２０１の表面２０２にデバイス２０３が形成されているが、本発明では、試験装置１がウェーハ２０４を個々の試験片２００に分割する所謂後工程の加工条件の妥当性を評価するために用いられる場合には、表面２０２にデバイス２０３が形成されていなくても良い。

（試験装置）
次に試験装置１を説明する。図４は、図１に示された試験装置の要部の正面図である。図５は、図１に示された試験装置の荷重計測器の計測結果を模式的に示す図である。図６は、図１に示された試験装置のコントローラの基準位置記憶部が基準位置を記憶する状態の要部の正面図である。

試験装置１は、図１に示すように、装置本体２と、下部容器３と、支持ユニット１０と、押圧ユニット２０と、破片排出ユニット３０と、圧子位置検出ユニット４０と、コントローラである制御ユニット１００とを備える。下部容器３は、装置本体２上に配置され、上側に開口４が形成された箱状に形成されている。

支持ユニット１０は、試験片２００の裏面２０８を支持するものである。支持ユニット１０は、下部容器３内に収容されている。支持ユニット１０は、図１及び図４に示すように、試験片２００を支持する一対の長尺支持部材１１と、長尺支持部材１１それぞれの水平方向と平行なＸ軸方向における位置と一対の長尺支持部材１１間の間隔１２（図４に示す）とを変更する支持部材移動機構１３とを備える。一対の長尺支持部材１１は、互いにＸ軸方向に所定の間隔１２を有して配設されている。長尺支持部材１１は、それぞれ、直方体上の支持部本体１４と、支持部本体１４に設けられた支持突起１５とを有している。

一対の長尺支持部材１１の支持部本体１４は、互いにＸ軸方向に間隔をあけて配置され、互いの間に間隔１２が設けられている。支持部本体１４は、上面が水平方向と平行である。

支持突起１５は、支持部本体１４それぞれの上面の互いに隣接する縁部から上方に向かって突出して形成されている。即ち、支持突起１５は、支持ユニット１０に一対設けられ、これら一対の支持突起１５は、Ｘ軸方向に所定の間隔Ｌを有して配設されている。なお、一対の支持突起１５間の間隔Ｌは、支持突起１５の上端１５１間の間隔である。実施形態１では、支持突起１５は、水平方向と平行でかつＸ軸方向に対して直交するＹ軸方向に直線状に延びて、支持部本体１４の前述した縁部の全長に亘って配置されている。支持突起１５の上面のＸ軸方向の断面形状は、上方に凸の曲面に形成され、Ｙ軸方向の全長に亘って同形状に形成されている。支持突起１５は、上端１５１に試験片２００の裏面２０８が載置されて、試験片２００の裏面２０８を支持する。

支持部材移動機構１３は、各長尺支持部材１１をＸ軸方向に移動させるものであって、装置本体２に固定された固定板１６に回転自在に設けられたボールねじと、ボールねじを回転するモータと、各長尺支持部材１１をＸ軸方向に移動自在に支持するガイドレールとを備える。

押圧ユニット２０は、支持ユニット１０の一対の支持突起１５に裏面２０８が支持された試験片２００を圧子２４で押圧し、試験片２００の押圧時に押圧ユニット２０にかかる荷重を測定するとともに、支持ユニット１０に支持された試験片２００を押圧して破壊するものである。押圧ユニット２０は、下部容器３の上方に設けられている。

押圧ユニット２０は、図１及び図４に示すように、移動ユニット２１と、移動基台２２と、圧子２４と、荷重計測器２３とを備える。

移動ユニット２１は、支持ユニット１０の一対の支持突起１５で裏面２０８が支持された試験片２００に対して、圧子２４を相対的にＺ軸方向に近接移動させるものである。なお、Ｚ軸方向は、Ｘ軸方向とＹ軸方向に対して直交する方向である。移動ユニット２１は、装置本体２から上方に延びて装置本体２に固定された支持板２１１と、支持板２１１に軸心回りに回転自在に支持されたボールねじ２１２と、ボールねじ２１２を軸心回りに回転するモータ２１３と、移動基台２２をＺ軸方向に移動自在に支持するガイドレール２１４とを備える。

支持板２１１、ボールねじ２１２及びガイドレール２１４の長手方向は、Ｚ軸方向と平行である。ボールねじ２１２は、移動基台２２に設けられたねじ孔に螺合している。ガイドレール２１４は、支持板２１１に取り付けられている。移動ユニット２１は、モータ２１３がボールねじ２１２を軸心回りに回転することで、移動基台２２を介して圧子２４をＺ軸方向に移動する。

実施形態１では、移動ユニット２１は、圧子２４が支持ユニット１０から離間した図４に示すＺ軸方向の原点位置３００から支持ユニット１０に近接する方向にＺ軸方向に沿って移動基台２２を介して圧子２４を移動する。なお、原点位置３００では、圧子２４は、支持ユニット１０の支持突起１５で裏面２０８が支持された試験片２００から離間する。

移動基台２２は、直方体状に形成され、下面側に下方に延びた円筒状の第１支持部材２２１が接続されており、第１支持部材２２１の下端側にロードセル等で構成される荷重計測器２３が固定されている。荷重計測器２３は、支持ユニット１０の一対の長尺支持部材１１の支持突起１５で裏面２０８が支持された試験片２００を圧子２４が押圧する荷重を計測し、計測結果を制御ユニット１００に出力する。

荷重計測器２３が計測する荷重は、押圧ユニット２０が原点位置３００から圧子２４を支持ユニット１０の支持突起１５で裏面２０８が支持された試験片２００に近接させる際に、図５に示すように、圧子２４が試験片２００に接触するまではセロ（Ｎ）である。なお、図５の横軸は、左端を原点位置３００とした押圧ユニット２０の圧子２４のＺ軸方向の位置を示し、右端に向かうにしたがって徐々に圧子２４が支持ユニット１０寄りの位置に位置することを示している。図５の縦軸は、荷重計測器２３が計測した荷重（Ｎ）を示している。また、本明細書では、圧子２４のＺ軸方向の位置とは、圧子２４の下端２４１のＺ軸方向の位置を示している。

荷重計測器２３が計測する荷重は、押圧ユニット２０が原点位置３００から圧子２４を支持ユニット１０の支持突起１５で裏面２０８が支持された試験片２００に近接させる際に、圧子２４が試験片２００に接触する位置３０１に位置付けられると、ゼロよりも所定値以上高い値４０１まで一気に増加する。荷重計測器２３が計測する荷重は、圧子２４が試験片２００に接触した位置よりも更に支持ユニット１０に近接させると、前述した値４０１から圧子２４の移動に伴なって徐々に増加する。荷重計測器２３が計測する荷重は、支持ユニット１０の一対の支持突起１５で裏面２０８が支持された試験片２００が破壊された位置３０２に圧子２４が位置すると、最大値４０２からゼロ（Ｎ）になる。荷重計測器２３によって測定された荷重の最大値４０２は、試験片２００の抗折強度σに対応する。

荷重計測器２３の下側には、円筒状の第２支持部材２２２を介して挟持部材２２３が取り付けられている。挟持部材２２３は、正面視で略門型形状に形成されており、互いに対向する一対の挟持面２２４間に支持ユニット１０の支持突起１５で裏面２０８が支持された試験片２００を押圧する圧子２４が固定されている。

圧子２４は、支持ユニット１０の一対の長尺支持部材１１間の間隔１２より上方でかつ一対の長尺支持部材１１の支持突起１５の上端１５１のＸ軸方向の間隔Ｌの中央に配置され、支持ユニット１０の一対の支持突起１５で裏面２０８が支持された試験片２００を押圧するものである。圧子２４は、支持ユニット１０の支持突起１５と平行に伸張し、下方に向かうにしたがって幅が狭くなる先細りの板状に形成され、下端が下側に凸の曲面に形成されている。なお、本発明では、圧子２４の形状は、これに限定されない。圧子２４は、下端２４１がＹ軸方向と平行に挟持部材２２３により支持され、下端２４１が支持ユニット１０の一対の支持突起１５間の中央の上方に配置される。

また、移動基台２２の両側面には、板状に形成された一対の接続部材２２５が取り付けられている。接続部材２２５は、移動基台２２の側面から下方に向かって延び、下端が挟持部材２２３の下端よりも下方に配置されている。

また、押圧ユニット２０は、図１に示すように、上部容器２５と、エアー供給ユニット２６とを備える。上部容器２５は、接続部材２２５の下端に取り付けられ、下方に開口部を有して、支持ユニット１０の一対の長尺支持部材１１を収容可能な箱状に形成されている。また、上部容器２５は、挟持部材２２３の下方に配置され、圧子２４を通すことが可能な圧子挿入孔２５１が設けられている。

上部容器２５は、例えば透明な材質（ガラス、プラスチック等）により構成されている。また、上部容器２５は、開口４を通して下部容器３内に侵入可能な大きさに形成されている。このために、移動ユニット２１によって押圧ユニット２０が下方に移動されると、上部容器２５は、下部容器３に挿入され、支持ユニット１０の上側を覆う。

エアー供給ユニット２６は、圧子２４の下端部にエアーを吹き付けるものである。エアー供給ユニット２６は、圧子２４に向かってエアーを噴射するノズル２６１と、ノズル２６１に開閉弁２６２を介してエアーを供給するエアー供給源２６３とを備える。

ノズル２６１は、パイプ状に形成され、上部容器２５のノズル挿入穴内に通されて、先端が上部容器２５内の圧子２４の下端２４１に対向する。エアー供給ユニット２６は、ノズル２６１からエアーを圧子２４の下端部に吹き付けて、圧子２４の下端２４１、支持突起１５の上面等に付着した異物を除去する。

破片排出ユニット３０は、下部容器３の内部に存在する試験片２００の破片２０９（図１０に示す）を排出するものである。破片排出ユニット３０は、試験片２００の破片２０９を排出するための経路を構成する破片排出路３１１と、破片排出路３１１に開閉弁３１２を介して接続した吸引源３１３とを備える。

破片排出路３１１は、一端が下部容器３の底部を貫通した破片排出口に接続し、他端が開閉弁３１２を介して吸引源３１３に接続されている。

破片排出ユニット３０は、開閉弁３１２が開いて、吸引源３１３が破片排出路３１１を吸引することで、破片２０９を下部容器３外に排出する。

圧子位置検出ユニット４０は、移動ユニット２１で支持された圧子２４のＺ軸方向の位置を検出するものである。実施形態１において、圧子位置検出ユニット４０は、支持板２１１に取り付けられかつＺ軸方向と平行なリニアスケール４１と、移動基台２２に取り付けられリニアスケール４１のメモリを読み取って圧子２４のＺ軸方向の位置を検出する読み取りヘッド４２とを備えている。圧子位置検出ユニット４０は、検出結果を制御ユニット１００に出力する。

制御ユニット１００は、試験装置１の上述した各ユニットをそれぞれ制御して、各試験片２００に対する試験動作を試験装置１に実施させるものである。即ち、制御ユニット１００は、少なくとも移動ユニット２１を制御する。制御ユニット１００は、ＣＰＵ（central processing unit）のようなマイクロプロセッサを有する演算処理装置と、ＲＯＭ（read only memory）又はＲＡＭ（random access memory）のようなメモリを有する記憶装置と、入出力インターフェース装置とを有するコンピュータである。制御ユニット１００の演算処理装置は、記憶装置に記憶されているコンピュータプログラムに従って演算処理を実施して、試験装置１を制御するための制御信号を、入出力インターフェース装置を介して試験装置１の上述した各ユニットに出力する。

また、制御ユニット１００は、試験動作の状態や画像などを表示する表示画面を有する表示手段である表示ユニット１１０と、制御ユニット１００に接続されかつオペレータが試験装置１の制御ユニット１００に情報などを入力する際に用いる入力手段であるタッチパネル１２０と、報知ユニット１１２とが接続されている。即ち、試験装置１は、表示ユニット１１０と、タッチパネル１２０と、報知ユニット１３０とを備える。

表示ユニット１１０は、液晶表示装置などにより構成される。タッチパネル１２０は、表示ユニット１１０の表示画面に重ねられる。報知ユニット１３０は、光を発ししてオペレータに報知するライト１３１と、オペレータに音を発して報知するスピーカ１３２とを備える。また、報知ユニット１３０は、表示ユニット１１０にオペレータに報知する画像を表示する。

また、制御ユニット１００は、図１に示すように、基準位置記憶部１０１と、当接位置検出部１０２と、厚み算出部１０３と、厚み記憶部１０４と、許容範囲記憶部１０５と、異常判断部１０６と、抗折強度値算出部１０７と、測定データ記憶部１０８と、を備える。

基準位置記憶部１０１は、圧子２４の下端２４１が支持突起１５の上端１５１と同一平面に位置する場合の圧子２４のＺ軸方向の位置を基準位置３０３として記憶するものである。基準位置記憶部１０１は、図６に示すように、支持ユニット１０の一対の支持突起１５で厚み２２６が予め定められた検査チップ２２０を支持し、移動ユニット２１で原点位置３００から圧子２４を検査チップ２２０に向けてＺ軸方向に近接移動させる。基準位置記憶部１０１は、荷重計測器２３が計測した荷重がゼロから所定値を超えた値になると圧子２４の下端２４１が検査チップ２２０に接触したことを検出し、圧子２４の下端２４１が検査チップ２２０に接触した時の圧子位置検出ユニット４０が検出した圧子２４のＺ軸方向の位置と、検査チップ２２０の厚み２２６とから基準位置３０３を算出し、算出した基準位置３０３を記憶する。こうして、本発明では、基準位置３０３は、圧子２４の下端２４１と支持突起１５の上端１５１とが同一平面上に位置する時の圧子２４のＺ軸方向の位置である。

当接位置検出部１０２は、一対の支持突起１５で裏面２０８が支持された試験片２００に圧子２４が接触しない位置から圧子２４を試験片２００に対して近接移動させ、荷重計測器２３の計測した値が変化したタイミングを圧子２４が試験片２００に当接したタイミングとして検知するとともに、試験片２００に当接した圧子２４のＺ軸方向の位置を検出するものである。当接位置検出部１０２は、支持ユニット１０の一対の支持突起１５で試験片２００の裏面２０８を支持し、移動ユニット２１で原点位置３００から圧子２４を検査チップ２２０に向けてＺ軸方向に近接移動させる。当接位置検出部１０２は、荷重計測器２３が計測した荷重がゼロから所定値を超えた値４０１になると圧子２４の下端が検査チップ２２０に接触したことを検出し、圧子２４の下端２４１が検査チップ２２０に接触した時の圧子位置検出ユニット４０が検出した圧子２４のＺ軸方向の位置を試験片２００に当接した圧子２４のＺ軸方向の位置として検出する。

厚み算出部１０３は、当接位置検出部１０２で検出された圧子２４の位置と基準位置記憶部１０１で記憶された基準位置３０３とから圧子２４が当接した試験片２００の厚みｈ（図２に示す）を算出するものである。厚み算出部１０３は、当接位置検出部１０２で検出された試験片２００に当接した圧子２４のＺ軸方向の位置と基準位置３０３とのＺ軸方向の距離を試験片２００の厚みｈとして算出する。

厚み記憶部１０４は、試験片２００の厚みｈの設計値を記憶するものである。厚み記憶部１０４は、タッチパネル１２０等から入力された試験片２００の厚みｈの設計値を記憶する。許容範囲記憶部１０５は、試験片２００の厚みｈのばらつきの許容範囲を記憶するものである。許容範囲記憶部１０５は、タッチパネル１２０等から入力された試験片２００の厚みｈの設計値からの許容されるばらつきの許容範囲を記憶する。

異常判断部１０６は、厚み記憶部１０４で記憶された厚みｈの設計値と厚み算出部１０３で算出された試験片２００の厚みｈとの差が許容範囲記憶部１０５で記憶された許容範囲を超えた際に異常と判断するものである。異常判断部１０６は、厚み記憶部１０４で記憶された厚みｈの設計値と厚み算出部１０３で算出された試験片２００の厚みｈとの差を算出し、算出した差が許容範囲記憶部１０５で記憶された許容範囲を超えているか否かを判断する。異常判断部１０６は、前述した差が許容範囲記憶部１０５で記憶された許容範囲を超えていない（即ち、差が許容範囲以下である）と判断すると、試験片２００が正常であると判断する。異常判断部１０６は、前述した差が許容範囲記憶部１０５で記憶された許容範囲を超えたと判断すると、試験片２００が異常であると判断する。

抗折強度値算出部１０７は、試験片２００の抗折強度σを算出するものである。一対の支持突起１５の上端１５１間のＸ軸方向の間隔をＬ（ｍｍ）とし、試験片２００を破壊した時の荷重の最大値４０２をＷ（Ｎ）とし、試験片２００のＹ軸方向の幅をｂとし、厚み算出部１０３が検出した試験片２００の厚みをｈ（ｍｍ）とすると、以下の式１を用いて抗折強度σを算出する。

測定データ記憶部１０８は、抗折強度値算出部１０７が算出した抗折強度σと、試験片２００の情報（例えば、ＩＤ情報）とを１対１で対応付けて記憶する。

なお、基準位置記憶部１０１の機能は、演算処理装置が記憶装置に記憶されているコンピュータプログラムに従って演算処理を実施し、基準位置３０３を記憶装置が記憶することにより実現される。当接位置検出部１０２、厚み算出部１０３、異常判断部１０６及び抗折強度値算出部１０７の機能は、演算処理装置が記憶装置に記憶されているコンピュータプログラムに従って演算処理を実施することにより実現される。厚み記憶部１０４、許容範囲記憶部１０５及び測定データ記憶部１０８の機能は、記憶装置により実現される。

（試験片の厚みの算出方法）
次に、本明細書は、実施形態１に係る試験装置１の試験動作を図面に基づいて説明する。実施形態１に係る試験装置１の試験動作は、試験片２００の抗折強度σを測定する方法であって、試験片２００の厚みｈを測定する試験片２００の厚みｈの算出方法でもある。図７は、図１に示された試験装置の試験動作の流れを示すフローチャートである。図８は、図１に示された試験装置の支持ユニットの支持突起で裏面が支持された試験片に圧子を近接移動させる状態の要部の正面図である。図９は、図８に示された試験装置の圧子と試験片などを示す正面図である。図１０は、図９に示された試験片が破壊された状態を示す正面図である。

前述した構成の試験装置１は、オペレータ等がタッチパネル１２０を操作するなどして入力した、試験条件など制御ユニット１００が受け付けて記憶する。なお、試験条件は、基準位置３０３、試験片２００の厚みｈの設計値、試験片２００の厚みｈの許容範囲、試験片２００の幅ｂ、一対の支持突起１５の上端１５１間の間隔Ｌ等が含まれる。試験装置１は、制御ユニット１００がオペレータの試験動作の開始指示を受け付けると、試験動作を開始する。

試験動作では、試験装置１は、制御ユニット１００が、開閉弁２６２，３１２を閉じ、移動ユニット２１を制御して、圧子２４を原点位置３００に位置付け、支持部材移動機構１３を制御して一対の長尺支持部材１１のＸ軸方向における位置を調整するとともに、長尺支持部材１１間の間隔１２を試験条件の一対の支持突起１５の上端１５１間の間隔Ｌを満たす間隔にする。試験動作では、試験装置１は、図示しない搬送ユニットにより支持ユニット１０の一対の支持突起１５上に試験片２００の裏面２０８が載置される。

実施形態１において、試験動作では、試験装置１は、制御ユニット１００の当接位置検出部１０２が移動ユニット２１を制御して、圧子２４を支持ユニット１０の一対の支持突起１５で裏面２０８が支持された試験片２００に近接移動を開始する（ステップ５０１）。すると、上部容器２５等が圧子２４とともに試験片２００に近接移動を開始し、下部容器３内に侵入し、上部容器２５が一対の長尺支持部材１１の上側を覆う。

また、試験動作では、試験装置１は、圧子２４の近接移動を開始した後、圧子２４が試験片２００に当接すると、制御ユニット１００の当接位置検出部１０２が試験片２００に当接した圧子２４のＺ軸方向の位置を検出する（ステップ５０２）。試験動作では、試験装置１は、圧子２４が試験片２００に当接したのちも更に圧子２４等を移動ユニット２１で近接移動させて試験片２００を圧子２４により押圧する。また、試験動作では、試験装置１は、制御ユニット１００の当接位置検出部１０２が試験片２００に当接した圧子２４のＺ軸方向の位置を検出した後、厚み算出部１０３が、圧子２４が当接した支持突起１５で裏面２０８が支持された試験片２００の厚みｈを算出する（ステップ５０３）。

試験動作では、試験装置１は、制御ユニット１００の異常判断部１０６が、支持ユニット１０の一対の支持突起１５で裏面２０８が支持された試験片２００が異常か否かを判断する（ステップ５０４）。試験動作では、試験装置１は、制御ユニット１００の異常判断部１０６が、支持ユニット１０の一対の支持突起１５で裏面２０８が支持された試験片２００が異常であると判断する（ステップ５０４：Ｙｅｓ）と、報知ユニット１３０を動作させて、オペレータに試験片２００が異常であると報知するとともに、試験動作を停止（ステップ５０５）して(即ち、試験片２００を破壊すること、抗折強度値算出部１０７が抗折強度σを算出すること及び算出した抗折強度σを測定データ記憶部１０８が記憶することなく)、試験動作を終了する。

試験動作では、試験装置１は、制御ユニット１００の異常判断部１０６が、支持ユニット１０の一対の支持突起１５で裏面２０８が支持された試験片２００が異常ではないと判断する（ステップ５０４：Ｎｏ）と、圧子２４等を更に近接移動させて、試験片２００を圧子２４により更に押圧し、試験片２００を撓ませ、図１０に示すように、試験片２００を破壊する。試験片２００が破壊されると、荷重計測器２３が計測する荷重が最大値４０２からゼロになる。

荷重計測器２３が計測する荷重が最大値４０２からゼロになると、試験装置１は、制御ユニット１００の抗折強度値算出部１０７が破壊した試験片２００の抗折強度σを算出し、測定データ記憶部１０８に算出した抗折強度σと試験片２００の情報とを１対１で対応付けて記憶（ステップ５０６）して、試験動作を終了する。

こうして、試験装置１の試験片２００を破壊して、試験片２００の抗折強度σを算出する試験動作は、一対の支持突起１５の上端１５１と、一対の支持突起１５に裏面２０８が支持された試験片２００を押圧する圧子２４の下端２４１とが同一平面に位置する場合の圧子２４の位置を基準位置３０３とし、一対の支持突起１５で支持された試験片２００に接触しない位置から近接移動された圧子２４が試験片２００を押圧する荷重を計測する荷重計測器２３の計測値が変化したタイミングを圧子２４が試験片２００に当接したタイミングを検知して、試験片２００に当接した圧子２４の位置を検出し、試験片２００に当接した圧子２４の位置と基準位置３０３とから圧子２４が当接した試験片２００の厚みｈを算出することとなる。また、試験装置１は、試験片２００の一対の支持突起１５及び圧子２４を用いた３点曲げ試験を行い、この３点曲げ試験により、試験片２００の抗折強度σを算出する。

なお、圧子２４によって試験片２００を押圧すると、圧子２４に異物（試験片２００の破片２０９等）が付着することがある。この破片２０９等の異物は試験の精度に影響を与えることがあるため、除去されることが好ましい。実施形態１では、試験装置１は、試験動作の終了後、開閉弁２６２を開いて、エアー供給ユニット２６によって圧子２４にエアーを吹き付け、圧子２４に付着した異物を除去する。なお、本発明では、エアー供給ユニット２６を用いて圧子２４等から異物を除去するタイミングに制限はない。例えば、異物の除去は、一の試験片２００の試験が完了した後、次の試験片２００の試験が行われるまでの間に、必要に応じて実施される。

試験片２００の試験やエアー供給ユニット２６による異物の除去を繰り返すと、下部容器３の内部には試験片２００の破片２０９が蓄積される。そこで、実施形態１では、試験装置１は、破片排出ユニット３０を用いて下部容器３の内部に蓄積された破片２０９を回収する。試験装置１は、破片排出ユニット３０を用いると、下部容器３の開口４の内部を手作業で清掃することなく、破片２０９を素早く除去できる。

人の目視による破片２０９等の異物が支持突起１５等に付着しているか否かを確認することが困難であり、加工点回りにオペレータがアクセスしなければ確認ができず、確認にも時間がかかる。また、カメラで撮像して取得した撮像画像をもとに、支持突起１５等に破片２０９等の異物が付着しているか否かを確認しようとすると、高解像度カメラが必要となり、圧子２４や長尺支持部材１１の上の異物の付着を検知しようとすると、様々な角度で複数のカメラを配設することが必要になってしまう。

しかしながら、実施形態１に係る試験装置１及び試験片の厚みの算出方法は、荷重計測器２３の計測値である荷重が変化したタイミングを圧子２４が試験片２００に当接したタイミングとして当接位置検出部１０２が検知し、当接位置検出部１０２が試験片２００に当接した圧子２４のＺ軸方向の位置を検出する。そして、実施形態１に係る試験装置１及び試験片の厚みの算出方法は、試験片２００に当接した圧子２４のＺ軸方向の位置と、基準位置記憶部１０１で記憶された基準位置３０３とから圧子２４が当接した試験片２００の厚みｈを算出する厚み算出部１０３を有する。

このために、実施形態１に係る試験装置１及び試験片の厚みの算出方法は、オペレータやカメラで撮像して取得した撮像画像などで確認することもなく、厚み算出部１０３が算出した圧子２４が当接した試験片２００の厚みｈに基づいて、支持突起１５や圧子２４と試験片２００との間に破片２０９等の異物を挟み込んでいるか否かなどの破壊した試験片２００が異常か否かを判断することができる。その結果、実施形態１に係る試験装置１及び試験片の厚みの算出方法は、複数の試験片２００の抗折強度σを測定する際でも容易でかつ正確に抗折強度σを測定することを可能とするという効果を奏する。

また、実施形態１に係る試験装置１及び試験片の厚みの算出方法は、異常判断部１０６が、厚み記憶部１０４で記憶された厚みｈの設計値と厚み算出部１０３で算出された試験片２００の厚みｈとの差が許容範囲記憶部１０５で記憶された許容範囲を超えた際に破壊した試験片２００が異常と判断するので、正常な試験片２００のみの抗折強度σを算出することとなる。

〔変形例〕
本発明の実施形態１の変形例に係る試験装置を図面に基いて説明する。図１１は、実施形態１の変形例に係る試験装置の試験動作の流れを示すフローチャートである。なお、図１１は、実施形態１と同一部分に同一符号を付して説明を省略する。

変形例に係る試験装置１は、試験動作では、制御ユニット１００の異常判断部１０６が、支持ユニット１０の一対の支持突起１５で裏面２０８が支持された試験片２００が異常であると判断する（ステップ５０４：Ｙｅｓ）と、圧子２４等を更に近接移動させて、試験片２００を圧子２４により更に押圧し、試験片２００を撓ませ、試験片２００を破壊する。

変形例に係る試験装置１は、試験動作では、制御ユニット１００の抗折強度値算出部１０７が破壊した試験片２００の抗折強度σを算出し、測定データ記憶部１０８に算出した抗折強度σと試験片２００の情報と試験片２００の厚みｈが異常であったことを示す情報とを１対１で対応付けて記憶（ステップ５０７）して、試験動作を終了する。

実施形態１の変形例に係る試験装置１及び試験片の厚みの算出方法は、当接位置検出部１０２が試験片２００に当接した圧子２４のＺ軸方向の位置を検出し、試験片２００に当接した圧子２４のＺ軸方向の位置と、基準位置記憶部１０１で記憶された基準位置３０３とから圧子２４が当接した試験片２００の厚みｈを算出する厚み算出部１０３を有するので、実施形態１と同様に、複数の試験片２００の抗折強度σを測定する際でも容易でかつ正確に抗折強度σを測定することを可能とするという効果を奏する。

また、変形例に係る試験装置１及び試験片の厚みの算出方法は、制御ユニット１００の異常判断部１０６が支持ユニット１０の一対の支持突起１５で裏面２０８が支持された試験片２００が異常であると判断しても、試験片２００を破壊して、試験片２００の抗折強度σを算出し、測定データ記憶部１０８に算出した抗折強度σと試験片２００の情報と試験片２００の厚みｈが異常であったことを示す情報とを１対１で対応付けて記憶する。その結果、変形例に係る試験装置１及び試験片の厚みの算出方法は、正常又は異常な試験片２００の抗折強度σを把握することができる。

また、本発明の試験装置１及び試験片の厚みの算出方法は、変形例では、ステップ５０７において、制御ユニット１００の抗折強度値算出部１０７が破壊した試験片２００の抗折強度σを算出しなくても良く、制御ユニット１００の抗折強度値算出部１０７が破壊した試験片２００の抗折強度σを算出しても、測定データ記憶部１０８に算出した抗折強度σと試験片２００の情報と試験片２００の厚みｈが異常であったことを示す情報とを１対１で対応付けて記憶しなくても良い。

なお、本発明は、上記実施形態等に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。なお、前述した実施形態等では、試験装置１は、支持ユニット１０の一対の支持突起１５で試験片２００の表面２０２を支持しても良い。

１ 試験装置
１０ 支持ユニット
１１ 長尺支持部材
１２ 間隔
１５ 支持突起（支持部）
２１ 移動ユニット
２３ 荷重計測器
２４ 圧子
４０ 圧子位置検出ユニット
１００ 制御ユニット（コントローラ）
１０１ 基準位置記憶部
１０２ 当接位置検出部
１０３ 厚み算出部
１０４ 厚み記憶部
１０５ 許容範囲記憶部
１０６ 異常判断部
１５１ 上端
２４１ 下端
２００ 試験片
２０８ 裏面（下面）
３０３ 基準位置
Ｌ 間隔
ｈ 厚み

Claims (3)

1. 試験装置であって、
   所定の間隔を有して配設され、試験片の下面を支持する一対の支持部を有した支持ユニットと、
   該支持ユニットより上方且つ一対の該支持部の間に配置され該支持ユニットで支持された試験片を押圧する圧子と、
   一対の該支持部で支持された試験片に対して該圧子を相対的に近接移動させる移動ユニットと、
   該移動ユニットで移動された該圧子の位置を検出する圧子位置検出ユニットと、
   一対の該支持部で支持された試験片を該圧子が押圧する荷重を計測する荷重計測器と、
   少なくとも該移動ユニットを制御するコントローラと、を備え、
   該コントローラは、該圧子の下端が支持部の上端と同一平面に位置する場合の該圧子の位置を基準位置として記憶する基準位置記憶部と、
   一対の該支持部で支持された試験片に該圧子が接触しない位置から該圧子を試験片に対して近接移動させ該荷重計測器の計測値が変化したタイミングを該圧子が試験片に当接したタイミングとして検知するとともに試験片に当接した該圧子の位置を検出する当接位置検出部と、
   該当接位置検出部で検出された該圧子の位置と該基準位置記憶部で記憶された該基準位置とから該圧子が当接した試験片の厚みを算出する厚み算出部と、を有する、試験装置。
2. 該コントローラは、試験片の厚みの設計値を記憶する厚み記憶部と、
   試験片の厚みばらつきの許容範囲を記憶する許容範囲記憶部と、該厚み記憶部で記憶された厚みと該厚み算出部で算出された厚みとの差が該許容範囲記憶部で記憶された該許容範囲を超えた際に異常と判断する異常判断部と、を有した、請求項１に記載の試験装置。
3. 所定の間隔を有して配設されかつ試験片の下面を支持する一対の支持部の上端と、一対の支持部に下面が支持された試験片を押圧する圧子の下端とが同一平面に位置する場合の圧子の位置を基準位置とし、
   一対の該支持部で支持された試験片に接触しない位置から近接移動された圧子が該試験片を押圧する荷重を計測する荷重計測器の計測値が変化したタイミングを該圧子が試験片に当接したタイミングとして検知して、該試験片に当接した該圧子の位置を検出し、
   該試験片に当接した該圧子の位置と該基準位置とから該圧子が当接した該試験片の厚みを算出する、試験片の厚みの算出方法。

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