JP5865328B2 - 薄板加振装置 - Google Patents

Description

本発明は、薄板形状の測定対象物を支持する薄板支持部材を備えた薄板加振装置に関するものである。

従来から、半導体基板等の薄板形状の測定対象物に振動を与えて、発生した音を解析することによってクラック（欠陥）を検知する技術がある。その一例として、測定対象物となるセルに振動を与え、振動の状態から測定対象物のクラックを判断する薄板の非破壊欠陥検出装置がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−３１５７４３号公報（実施例１等）

特許文献１に記載されている薄板の非破壊欠陥検出装置においては、測定対象物（薄板Ｗ）を支持部材（突起部１ａ〜１ｄ）で保持した状態で、測定対象物に直接振動を与え、測定対象物のクラックの有無に基づく音響解析からクラックを検知するようにしている。そして、与えた振動を減衰させず、かつ測定対象物を破損させないように、硬度が柔らかい部材（例えば、スポンジや、硬度がショアＡ値３０〜４０度のシリコンゴム等の弾性部材）で形成されていて、先端の面積を小さくし、測定対象物と支持部材との接触面積が十分に小さくなるように、支持部材を形成している。

しかしながら、特許文献１に記載されているように支持部材を構成すると、振動による磨耗が容易に起き、短時間で先端が削れて測定対象物と支持部材との接触面積が大きくなってしまう。そのため、特許文献１に記載されているような技術には、試験の精度の維持が難しいと共に、測定対象物の汚損を促すようになるといった課題がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、測定対象物の振動を抑制することなく、また測定対象物を傷つけることなく、磨耗耐性に優れる薄板支持部材を備えた薄板加振装置を提供することを目的とするものである。

本発明に係る薄板支持部材は、先端に位置する平面円形状の薄板接触部と、基端に位置する平面円形状の土台部と、前記薄板接触部と前記土台部との間に位置する平面円形状の中間部と、を有し、前記薄板接触部、前記土台部、及び前記中間部は、単一素材で一体形成され、前記平面円形状の面積が、前記土台部、前記中間部、前記薄板接触部の順に縮小されており、前記中間部は、前記平面円形状の面積が異なる複数段で構成されており、前記中間部のそれぞれの高さが、前記薄板接触部の高さ以下に形成されており、前記薄板接触部の高さは前記土台部の高さ以下に形成されており、薄板形状の測定対象物を支持する薄板支持部材と、前記薄板支持部材が設置される支持部材設置部と、前記薄板支持部材に支持された測定対象物に向かって音波を放射し、前記測定対象物を振動させる加振部と、を備えたものである。

本発明に係る薄板加振装置は、上記の薄板支持部材と、前記薄板支持部材が設置される支持部材設置部と、前記薄板支持部材に支持された測定対象物に向かって音波を放射し、前記測定対象物を振動させる加振部と、を備えたものである。

本発明に係る薄板支持部材によれば、測定対象物の振動を抑制せず、測定対象物を傷つけず、磨耗耐性が向上できる。

本発明に係る薄板加振装置によれば、上記の薄板支持部材を備えているので、長期間安定的に測定対象物を加振することが可能になる。

本発明の実施の形態に係る薄板支持部材、及び、薄板支持部材を備えた薄板加振装置の構成を概略的に示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る薄板支持部材の上面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施の形態に係る薄板支持部材に、測定対象物により上方から押さえつける力がかかった際の力の移動を記載した模式図である。 本発明の実施の形態に係る薄板支持部材に、測定対象物により横方向に力がかかった際の力の移動を記載した模式図である。 本発明の実施の形態に係る薄板加振装置の支持手段及び位置決定部の全体構成の概略を示す上面図である。 本発明の実施の形態に係る薄板加振装置の支持台をセットした状態の全体構成の概略を示す側面図である。 本発明の実施の形態に係る薄板加振装置の支持台をセットした状態の全体構成の概略を示す正面図である。 本発明の実施の形態に係る薄板加振装置の支持台をセットした状態の全体構成の概略を示す上面図である。 本発明の実施の形態に係る薄板加振装置の支持台をセットする前の状態の全体構成の概略を示す上面図である。

以下、本発明に係る薄板支持部材及び薄板加振装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

図１は、本発明の実施の形態に係る薄板支持部材１００、及び、薄板支持部材１００を備えた薄板加振装置２００の構成を概略的に示す概略構成図である。以下、図１を参照しながら、薄板支持部材１００及び薄板加振装置２００の構成について説明する。なお、薄板加振装置２００は、薄板支持部材１００で支持された測定対象物１を加振して、測定対象物１から発生する音の解析によって測定対象物１の状態を検査する薄板検査装置として利用される。

［薄板加振装置２００の全体構成］
薄板加振装置２００は、少なくとも、薄板である測定対象物１に対して超音波を放射する超音波発生部２０、測定対象物１を固定させずに設置させる支持手段３０、測定対象物１を支持手段３０に支持する際に測定対象物１の支持位置を決定する位置決定部４０によって構成されている。なお、図１では、薄板加振装置２００が薄板検査装置として利用されている状態を示しているので、薄板加振装置２００はクラック有無判断部５０を備えている。クラック有無判断部５０は、超音波発生部２０によって加振された測定対象物１から発生する音を検出して解析するものである。

超音波発生部２０は、少なくとも、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電素子１０ａが設けられた振動部１０、その振動部１０の一端側（紙面下側）に取り付けられ、円錐台形状に構成されたホーン１１、そのホーン１１の一端側（紙面下側）に固着され、金属板（剛体）で構成された振動板１２、及び、振動部１０の圧電素子１０ａにパルス電圧を印加する発振部１３によって構成されている。なお、超音波発生部２０は、本発明の「加振部」に相当する。

支持手段３０は、少なくとも、先端で測定対象物１を固定させずに支持する薄板支持部材１００と、この薄板支持部材１００が設置される棒状の支持部材設置部３２と、で構成されている。

位置決定部４０は、支持手段３０によって測定対象物１を支持する際に、測定対象物１の載置位置の決定を補助する機能を有している。たとえば、棒状部材又は壁部を、予め決定されている測定対象物１の載置位置の外側のうち少なくとも２箇所に設置し、それらに囲まれた範囲に測定対象物１の載置を促すことで、測定者は測定対象物１を予め決定されている載置位置に載置することができる。

クラック有無判断部５０は、超音波発生部２０から照射される超音波により支持手段３０に支持された測定対象物１が振動することによって発生する音を検出する音検出装置５１、及び、その音検出装置５１によって検出された音の音響エネルギーを解析する音響エネルギー解析部５２によって構成されている。なお、クラック有無判断部５０は、本発明の「検知部」に相当する。

（測定対象物１）
測定対象物１は、薄板加振装置２００の構成ではないが被検体であるのでここで詳しく説明しておく。測定対象物１は、たとえばシリコン基板あるいは太陽電池用セル等の半導体ウェハ基板、又は、金属材料等の薄い板状のもの、つまり薄板であるとする。また、測定対象物１の平面形状を特に限定するものではなく、たとえば平面形状が四角形状であってもよく、円形状であってもよい。この測定対象物１は、振動板１２と音検出装置５１との間の空気層において、振動板１２におけるホーン１１が設置された面とは反対側の面に対向するように、支持手段３０における薄板支持部材１００の上に固定されずに載置される。

なお、測定対象物１は、大きい物だと４ｍｍ程度の反りを有する場合があり、この反りが薄板支持部材１００の磨耗を助長する。

そして、測定対象物１は、振動板１２から放射される超音波を受けて振動することになる。なお、測定対象物１は、測定対象物１の振動を抑制しないような位置（たとえば、測定対象物１の外周側近辺）で薄板支持部材１００に載置されるとよい。

（超音波発生部２０）
振動部１０は、１５ｋＨｚ〜４５ｋＨｚ帯域内に共振周波数ｆ０を有する圧電素子１０ａを挟み込んで備えており、その圧電素子１０ａで発生した振動を伝播する金属（剛体）によって形成されている。

圧電素子１０ａは、正電極端子及び負電極端子を介して発振部１３に接続され、その発振部１３から印加されるパルス電圧によって振動する。このとき、圧電素子１０ａは、発振部１３から共振周波数ｆ０近傍のパルス電圧が印加されることによって、共振周波数ｆ０近傍にピークを有する振動を発振する。

ホーン１１は、圧電素子１０ａを備えた振動部１０から発生する振動の振幅を増幅する機能を有している。このホーン１１は、上下両端面が開口され、内部に振動部１０から発振された振動を増幅して振動板１２に伝播させる音響通路が形成されている。そして、ホーン１１は、振動部１０と振動板１２との間に挟持されている。また、ホーン１１は、略円錐台形状に構成され、振動部１０側から振動板１２に向けて徐々に縮径されているのが好ましい。

ホーン１１の形状には、円錐台形状以外にも、例えばステップ型、指数型等の形状が一般的に存在するが、円錐台形状とし、振動部１０側から振動板１２に向けて徐々に縮径する方が、圧電素子１０ａとの周波数ずれを少なくすることができ、振動板１２の振動の仕方を制御しやすい。

振動板１２は、金属板（剛体）によって構成され、ホーン１１の両端の開口部のうち、振動部１０側に固定された一方の開口部の反対側の開口部にネジ止め又は接着等によって固着されている。また、振動板１２は、振動部１０から発生する振動の振動エネルギーがホーン１１を介して伝播され、振動部１０の振動と共振して強力な共振波を発生する。すなわち、振動板１２は、振動部１０の圧電素子１０ａが共振周波数ｆ０で振動することによって、同様に共振周波数ｆ０によって共振するように構成されている。
なお、正確には圧電素子１０ａの共振周波数ｆ０と振動板１２の共振周波数ｆ０については、振動板１２の接合方法やホーン１１の形状により０．１ｋＨｚ程度のずれが生じる場合があるが、測定上に影響はなく、誤差としてよい。

発振部１３は、圧電素子１０ａに接続され、圧電素子１０ａに共振周波数ｆ０近傍のパルス電圧を印加する機能を有している。

振動板１２は、振動によってその両面（ホーン１１側の面及びその反対側の面）の全体から超音波の音響流を放射する。振動板１２を、振動部１０から発生する高周波数の振動の「腹」の部分に当たるように固着すれば、振動板１２が特定の振動モードで振動することになり、振動板１２と測定対象物１との間には、空気の疎密を繰り返す定在波による音響流が発生することになる。また、この振動板１２の平面の面積である板面積は、測定対象物１の板面積と同等以上であるものとする。これによって、振動板１２の振動によって、測定対象物１全体に縦波を主とする均一な振動による音波を与えることができ、測定対象物１の形状及び支持手段３０の設置位置に関わらず、測定対象物１のクラックの有無の検知について安定した測定が可能となる。

なお、図１で示されるように、振動部１０と振動板１２との間にホーン１１が設置される構成としているが、これに限定されるものではなく、ホーン１１を設けず、振動板１２を振動部１０に直接取り付けるものとしてもよい。たとえば、振動板１２を密度が小さく弾性の高い素材であるアルミ等の軽量な素材によって構成し、さらに、圧電素子１０ａが、発振部１３からより高電圧なパルス電圧を印加されることによって、ホーン１１を設けなくても高周波数の音波を放射することが可能であり、ホーン１１が必ずしも必要というわけではない。

（支持手段３０）
支持手段３０は、上述したように、薄板支持部材１００と、支持部材設置部３２と、で構成されている。図２は、薄板支持部材１００の上面図である。図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。図１に図２及び図３を加えて、支持手段３０について説明する。

薄板支持部材１００は、小さな面積の先端で測定対象物１と接触し、測定対象物１を固定させずに支持するものである。このように、測定対象物１と薄板支持部材１００との接触面積を小さくすることで、振動板１２から放射される超音波によって測定対象物１の振動に対する支持手段３０の影響を小さくしている。

薄板支持部材１００の構成材料としては、硬度が３０°程度であることが望ましく、これを満たす素材であるＳＢＲ（スチレン・ブタジエンゴム）といった合成ゴムやＮＲ（天然ゴム）がよい。硬度が４０°以上である場合、振動により、測定対象物１と薄板支持部材１００が接触する際に、測定対象物１を傷つけてしまう場合がある。また、測定対象物１を超音波によって振動させる必要があるため、振動を吸収低減しすぎない必要があり、ゲル等の柔らかい素材も不適合となる。また、バネ等を用いた場合は、バネそのものが超音波の影響を受けて励振し、音を発生するため、これも望ましくない。

つまり、測定対象物１と薄板支持部材１００との接触面積を小さくし、硬度を一定とすることで、測定対象物１の振動を抑制しないようにすると共に、測定対象物１と薄板支持部材１００の接触による音の発生を抑制しているのである。しかし、硬度が３０°では柔らかく、また、ＳＢＲやＮＲといった素材は摩擦係数が高いため、徐々に磨耗し、測定対象物１を連続的に多数測定するのが困難である。従って、磨耗に対する対策が必要となる。

ここで、薄板支持部材１００の磨耗を抑制するための構造について図２、図３を用いて説明する。図２及び図３に示すように、薄板支持部材１００は、多段式に、単一の素材で一体成形されている。具体的には、薄板支持部材１００は、紙面下側から土台部１０１、第一振動緩衝部１０２、第二振動緩衝部１０３、薄板接触部１０４に積層されて構成されている。図２に示すように、土台部１０１、第一振動緩衝部１０２、第二振動緩衝部１０３、及び、薄板接触部１０４は、それぞれ円筒形状であり、土台部１０１から薄板接触部１０４までの平面円形状の中心が同一となるように形成されている。

そして、土台部１０１から順に外径が小さくなっている。つまり、平面円形状の面積が、土台部１０１、第一振動緩衝部１０２、第二振動緩衝部１０３、薄板接触部１０４の順に縮小されている。そのため、側面視した状態において、薄板支持部材１００は、階段状になっている。

薄板接触部１０４は、薄板支持部材１００の先端に位置し、測定対象物１が載置されるものである。
土台部１０１は、薄板支持部材１００の基端に位置し、支持部材設置部３２に載置され、薄板支持部材１００の土台となるものである。
第一振動緩衝部１０２及び第二振動緩衝部１０３は、薄板接触部１０４と土台部１０１との間に位置し、薄板接触部１０４に加わった力が伝達されるものである。
なお、第一振動緩衝部１０２及び第二振動緩衝部１０３は、本発明の「中間部」に相当する。
また、薄板支持部材１００の先端とは測定対象物１側の端部のことを意味し、薄板支持部材１００の基端とは支持部材設置部３２側の端部のことを意味している。

また、図３に示すように、土台部１０１の高さはΔｈ１、第一振動緩衝部１０２の高さはΔｈ２、第二振動緩衝部１０３の高さはΔｈ３、薄板接触部１０４の高さはΔｈ４となっている。そして、それぞれの高さは、Δｈ４≧Δｈ１≧Δｈ２、Δｈ３となるように構成されている。

薄板接触部１０４の先端は角をとり、図３に示すように、曲率半径Ｒの弧を描くように曲面に形成される。ここで、曲率半径Ｒは、測定対象となる測定対象物１の反りの曲率半径Ｒ’と同一の値としている。上述したように、測定対象物１は、大きい物だと４ｍｍ程度の反りを有する場合がある。そこで、薄板接触部１０４の先端を曲率半径Ｒを有するように成形することで、薄板接触部１０４の磨耗の助長を抑制できる。なお、曲率半径Ｒが曲率半径Ｒ’と同一の値であることが好ましいが、曲率半径Ｒと曲率半径Ｒ’とが完全に一致している必要なく、多少のズレがあってもよい。
また、薄板接触部１０４の先端の測定対象物１と接触する箇所を含む、弧を描く箇所には、薄板接触部１０４の構成材料よりも高い硬度及び高い潤滑性のうちの少なくとも一方を満たす素材の薄板接触部強化材１０４ａがコーティングされている。薄板接触部強化材１０４ａの構成材料については、後述する。

なお、土台部１０１、第一振動緩衝部１０２、第二振動緩衝部１０３、及び、薄板接触部１０４が、それぞれ円筒形状である場合を例に説明したが、内部に空間を有していない中実の円柱形状であってもよい。つまり、土台部１０１、第一振動緩衝部１０２、第二振動緩衝部１０３、及び、薄板接触部１０４は、平面形状が円形状であればよい。ただし、平面形状が完全な真円である必要はなく、若干の誤差があってもよい。

支持部材設置部３２は、測定対象物１の外側から内側に向かって測定対象物１と略平行となるように延設された部分を有している。支持部材設置部３２の測定対象物１の外周外側に延びている一端はたとえば支持台６０に固定されている。そして、支持部材設置部３２の他端側に薄板支持部材１００が設置されている。支持台６０には、後述するように取っ手６１が取り付けられている。

支持部材設置部３２を備えることによって、測定対象物１を可能な限り露出させることを可能にしている。すなわち、支持部材設置部３２は、測定対象物１の下面部分の露出を多くすることを可能にし、測定対象物１の下側空間を広くでき、支持部材設置部３２から生じるノイズの影響を非常に小さくすることができる。また、支持部材設置部３２は、薄板支持部材１００とともに、測定対象物１の振動を抑制しないようにしているのである。

また、支持部材設置部３２の構成材料としては、たとえば、金属材料や樹脂材料、木材等が考えられる。ただし、振動板１２から放射される超音波によって支持部材設置部３２が振動してしまうと、測定対象物１の振動に影響を与えるだけでなく、雑音が発生することにもなってしまう。そこで、振動板１２から放射される超音波の影響を受けやすい材料で支持部材設置部３２を構成した場合には、任意の振動低減部材を支持部材設置部３２に巻くようにするとよい。

さらに、支持部材設置部３２は、薄板支持部材１００の個数に応じて設置個数を決定するとよい。加えて、薄板支持部材１００は、測定対象物１の大きさや平面形状にもよるが、測定対象物１を下側から支持するために少なくとも２つ以上備えているのが望ましい。そのため、支持部材設置部３２もそれ以上の数が必要となる。なお、支持部材設置部３２は、先端側に薄板支持部材１００を設置するとともに、測定対象物１を支持できるような形状であればよく、長さや太さ、断面形状等を特に限定するものではない。また、支持部材設置部３２を、まっすぐなものに限定するものではなく、途中で曲げるようにしてあってもよい。

（位置決定部４０）
位置決定部４０は、上述したように、予め決定されている測定対象物１の載置位置の外周のうち少なくとも２箇所に設置された棒状部材又は壁部で構成されている。なお、測定対象物１を検査する際に、測定対象物１が位置決定部４０に接触してしまうと、測定対象物１の振動が抑制されてしまうことに留意しなければならない。そこで、位置決定部４０は、測定対象物１の設置範囲よりも外側に設けるようにしている。

（クラック有無判断部５０）
音検出装置５１は、例えば、マイクロホン、音センサー、超音波センサー、又はこれらのいずれかを組み合わせたものによって構成され、振動板１２から放射される超音波によって振動する測定対象物１から発生する音を検出するものである。この音検出装置５１によって検出された音情報は、音響エネルギー解析部５２に送信される。

なお、図１で示されるように、音検出装置５１は、１つだけ備えられる構成としているが、これに限定されるものではなく、複数備えられる構成としてもよい。このように音検出装置５１が複数備えられることによって、音検出装置５１を１個設ける場合よりも、測定対象物１におけるクラックの検知範囲が広範囲となり、さらに、測定対象物１に発生したクラックの位置を決定できる等、クラック検知精度を向上させることができる。また、それぞれ感度の異なる音検出装置５１を複数設けるものとしてもよく、この場合、測定対象物１に存在するクラックの大きさを、ある程度把握することができる。

音響エネルギー解析部５２は、音検出装置５１から受信した測定対象物１からの音情報に基づいて、その音の音響エネルギーを解析するものである。このとき、音響エネルギー解析部５２は、たとえばその音情報に対してＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理を実施し、その音の音圧レベルを周波数の関数に変換することによって、その音の音響エネルギーを解析し、測定対象物１におけるクラックの有無を検知する。この音響エネルギー解析部５２による測定対象物１におけるクラックの検知動作の詳細は、後述する。

なお、この音響エネルギー解析部５２によってクラックの有無を検知する場合、その検知結果を報知する報知手段を設けてもよい。

［薄板支持部材１００の効果］
図４は、薄板支持部材１００に、測定対象物１により上方から押さえつける力がかかった際の力の移動を記載した模式図である。図５は、薄板支持部材１００に、測定対象物１により横方向に力がかかった際の力の移動を記載した模式図である。図４及び図５を用いて、薄板支持部材１００の効果の詳細を説明する。

まず、上方から下方に向けて力がかかった場合について図４を参照しながら説明する。図４に記載の通り、薄板支持部材１００に上方から力がかかった場合、第一振動緩衝部１０２、第二振動緩衝部１０３が、大きくたわみ、振動を吸収しつつ、反発する。このとき、薄板支持部材１００は、土台部１０１に向かって径が徐々に大きくなっていくことにより、上方からの力を上手く側面方向に逃がすことができる。特に、第一振動緩衝部１０２及び第二振動緩衝部１０３は土台部１０１と比較して高さが低く（Δｈ１≧Δｈ２、Δｈ３）、形状が変わりやすいと共に、土台部１０１は他の構成部よりも厚く形成されている（Δｈ４≧Δｈ１≧Δｈ２、Δｈ３）。そのため、力を受け止めて、逃がせない力を上方に反発力として跳ね返すことができる。

上方から受けた力を均等に下方全体に逃がすために、上述したように、第一振動緩衝部１０２及び第二振動緩衝部１０３は径が異なる同心円の円筒形状で、且つ、薄板接触部１０４は第二振動緩衝部１０３の中心に位置するように形成されているとよい。

また、上述したように、薄板接触部１０４の曲率半径Ｒは測定対象物１の曲率半径Ｒ’と同様であるとよい。このようにすることで、薄板接触部１０４と測定対象物１は点では無く、面で接触することになる。そのため、接触部分で、上方からの力を横方向へ分散させずに、下方向へと伝えることができる。

従って、上記のような構成で薄板支持部材１００を構成することで、上方向からの力を左右にぶらすことなく下方に伝播させることができる。そのため、測定対象物１の横ブレを押さえ、薄板接触部１０４の磨耗を抑えることができる。

次に、左右方向から力がかかった場合について図５を参照しながら説明する。図５に記載の通り、薄板支持部材１００に横方向から力がかかった場合、力がかかる方向に歪みを生ずる。薄板接触部１０４の歪みが小さい場合、力を上手く逃がすことができず、測定対象物１に対して反発する方向となるため、磨耗が激しくなってしまう。

ただし、土台部１０１の高さΔｈ１を薄板接触部１０４の高さΔｈ４よりも長く形成してしまうと、歪みが大きくなりすぎ、横に向かって薄板支持部材１００の全体が倒れたり、薄板接触部１０４が折れ曲がったりして、測定対象物１と振動板１２との距離関係が大きく変動して測定精度に影響を与えることになってしまう。そのため、Δｈ１≦Δｈ４で有る必要がある。

また、上述したように、薄板接触部１０４の先端には、薄板接触部強化材１０４ａが塗工されている。薄板接触部強化材１０４ａは、例えばフッ素又はシリコンで構成するとよい。薄板接触部１０４の先端を薄板接触部強化材１０４ａでコーティングすることで、薄板接触部１０４の先端のみ硬度を高め、滑りをよくするのにも効果的である。フッ素及びシリコンは、ＳＢＲやＮＲに容易に塗工することが可能である。また、フッ素及びシリコンは、ＳＢＲやＮＲよりも摩擦係数が低く、測定対象物１によってかかった力を受け流すことができる。さらに、薄板接触部強化材１０４ａにより部分的に硬度もあげることができ、全体としての柔らかさを保ったまま、摩擦に対する耐性を高めることができる。

以上より、薄板支持部材１００を用いることで、薄板加振装置２００は薄板支持部材１００の磨耗劣化を意識することなく、長時間安定して検査を行うことができることになる。特に、薄板支持部材１００を多段式にて構成することで、測定対象物１からかかる力を効率よく分散させ、磨耗を抑制することに寄与している。なお、本実施の形態においては、薄板支持部材１００を４段構成としたが、振動緩衝部を１段構成としても効果を発揮する。従って、薄板支持部材１００は、３段以上の構成であれば、上記のような効果が得られる。

［支持手段３０及び位置決定部４０の具体的な構成］
図６は、支持手段３０及び位置決定部４０の全体構成の概略を示す上面図である。図６に基づいて、支持手段３０及び位置決定部４０の具体的な構成について説明する。なお、図６では、便宜的に測定対象物１の設置位置を破線で表している。また、ここでは詳述しないが、支持台６０の一対の側面にはレール駆動部６２が設けられ、後述するレール部７２ａと協働することで支持台６０はスライド移動可能になっている。なお、レール駆動部６２としては、たとえばタイヤ等が好ましい。タイヤを設けておけば、レール部７２ａ側から伝達される振動をタイヤで吸収することができ、測定対象物１に余計な振動を伝達させないようにできる。

図６に示すように、支持手段３０及び位置決定部４０は、支持台６０に支持されている。支持台６０は、上面視した状態において四角形状（たとえば、正方形や長方形等）となっている。支持台６０の中央側に開口部６０ａが形成されており、測定対象物１がセットされていない状態においては振動板１２と音検出装置５１とが開口部６０ａ及び後述の開口部７２ｂを介して連通するようになっている。また、支持台６０の一側面（紙面右側の側面）には、取っ手６１が設置されている。この取っ手６１は、支持台６０を引き出したり、押し込んだりする際に利用されるものである。なお、支持台６０の上面視した形状を四角形状に限定するものではなく、角部が曲面を有していてもよい。

図６では、支持手段３０を構成する支持部材設置部３２が支持台６０の四隅に設けられている状態を例に示している。支持部材設置部３２は、一端が支持台６０の四隅の一部に、他端が支持台６０の中心側に、それぞれ位置するようになっている。上述したように、支持部材設置部３２の他端側には、薄板支持部材１００が設置されている。なお、図６では支持部材設置部３２が支持台６０の四隅に設けられている状態を例に示しているが、設置個数を特に限定するものではない。また、図６では支持部材設置部３２が支持台６０の対角線上に設置されている状態を例に示しているが、これも一例であり、支持部材設置部３２の取り付け位置及び取り付け角度を特に限定するものではない。

図６では、位置決定部４０が測定対象物１の４側面の中間部に位置するように４箇所に設けられている状態を例に示している。位置決定部４０は、一端が支持台６０の４つの側面側の一部に、他端が測定対象物１の４側面の中間部に、それぞれ位置するようになっている。なお、図６では、位置決定部４０の他端側を棒状部材で構成されている状態を例に示しているが、これに限定するものではないことは上述した通りである。

［薄板加振装置２００の全体的な構成及び動作］
図７は、薄板加振装置２００の支持台６０をセットした状態の全体構成の概略を示す側面図である。図８は、薄板加振装置２００の支持台６０をセットした状態の全体構成の概略を示す正面図である。図９は、薄板加振装置２００の支持台６０をセットした状態の全体構成の概略を示す上面図である。図１０は、薄板加振装置２００の支持台６０をセットする前の状態の全体構成の概略を示す上面図である。図７〜図１０に基づいて、薄板加振装置２００の全体的な構成及び作用について説明する。

図７及び図８に示すように、薄板加振装置２００の機械的な構成は台部７０を介して１つにまとまるようになっている。台部７０は、超音波発生部２０の一部を固定する加振部固定部７１と、支持手段３０及び位置決定部４０を支持台６０を介してスライド可能に支持するセット部７２と、クラック有無判断部５０の一部を固定する検知部固定部７３と、を有している。なお、薄板加振装置２００の電気的な構成（発振部１３、音響エネルギー解析部５２）は、接続線を介して台部７０とは別に設置してもよい。

すなわち、薄板加振装置２００は、超音波発生部２０の一部が前後左右に動かないように固定し、上面視した状態において支持台６０を超音波発生部２０と重ならない位置にスライド移動させるように構成されている。このようにすることによって、超音波発生部２０の位置を固定したままの状態で支持台６０を介して測定対象物１の出し入れができるので、超音波発生部２０と測定対象物１との位置関係が変化してしまうことを抑制することができる。よって、薄板加振装置２００の検知精度のバラつきを低減することが可能になっている。

加振部固定部７１は、一端側に振動部１０が取り付けられる支持棒７１ａと、支持棒７１ａの他端側を固定する支持棒固定部７１ｂと、で構成されている。支持棒７１ａ及び支持棒固定部７１ｂは、超音波発生部２０と支持棒固定部７１ｂとの間に介在し、超音波発生部２０（特に振動部１０）を加振部固定部７１に固定するものである。なお、支持棒固定部７１ｂの下端は、台部７０の上面の一部に固定されている。

セット部７２は、台部７０の上面の一部を支持台６０がスライド可能にセットできるように機能させたものである。セット部７２は、レール部７２ａが台部７０の側面側に一対設けられている。このレール部７２ａを介して、支持台６０がスライド移動可能になっている。また、セット部７２として機能させる台部７０の上壁面には開口部７２ｂが形成されている。すなわち、レール部７２ａは、開口部７２ｂの外周側に一対設けられており、セットされた支持台６０が開口部７２ｂを跨ぐようになっている。

検知部固定部７３は、音検出装置５１が収容される空間部７３ａと、一端側に音検出装置５１が取り付けられる支持棒７３ｂと、支持棒７３ｂの他端側を固定する支持棒固定部７３ｃと、で構成されている。支持棒７３ｂは、クラック有無判断部５０と支持棒固定部７３ｃとの間に介在し、クラック有無判断部５０（特に音検出装置５１）を検知部固定部７３に固定するものである。なお、支持棒固定部７３ｃの下端は、台部７０の空間部７３ａの一部内壁面に固定されている。

薄板加振装置２００で測定対象物１を検査する場合、まず支持台６０をスライド移動させて引き出す。なお、支持台６０には、上述したようにレール駆動部６２が設けられており、レール駆動部６２とレール部７２ａによって、支持台６０がスライド移動可能になっている。支持台６０の引き出しは、ユーザーが取っ手６１を介して直接行なってもよく、スイッチなどが操作された際に機械的に行なってもよい。また、ここでは、支持台６０の引き出し方向と、押し込み方向とが真逆になる場合を例に説明するが、これに限定するものではない。たとえば、薄板加振装置２００を製造ラインの一部に取り入れるような場合を想定し、引き出す方向と、押し込む方向とを同一方向にしてもよい。具体的には、支持台６０を一方から押し込み、その延長方向に支持台６０を引き出すようにしてもよい。

支持台６０が引き出されたら、測定対象物１を支持台６０にセットする。このとき、使用者は、位置決定部４０によって測定対象物１の設置位置を容易に決定することができる。つまり、位置決定部４０によって拘束されている範囲に測定対象物１を載置するだけで、測定対象物１が測定に適した位置に設置されることになるのである。位置決定部４０を設けたことによって、毎回、略同じ位置に測定対象物１を設置することができるとともに、測定中における測定対象物１の位置ずれを抑制することもできる。従って、測定対象物１の位置ずれ（設置時及び測定時）を大幅に抑制することができ、位置ずれが生じることによる検知精度の低下を抑制できる。

ただし、位置決定部４０が測定対象物１に接触すると測定対象物１の振動を抑制してしまうので、位置決定部４０を設置範囲よりも外側に設けるようにしている。こうすることによって、位置決定部４０と測定対象物１とを接触させずに、測定対象物１の設置を決定することができる。よって、位置決定部４０によって測定対象物１の振動が抑制されることがなく、安定した測定が実現できる。

また、このとき、測定対象物１は、薄板支持部材１００上に設置されていることになる。測定対象物１と、薄板支持部材１００との接触面積を減らすことができ、測定対象物１の振動の抑制を低減できる。よって、測定対象物１の重量や硬さによる振動の変化を効率的に抑制することが可能になる。さらに、薄板支持部材１００は、支持部材設置部３２に設置されているので、測定対象物１を薄板支持部材１００のみで支持することができ、測定対象物１の露出面積の拡大を実現している。こうすることによって、測定対象物１の露出面積を可能な限り広くでき、測定対象物１の超音波発生部２０からの影響を受けやすくし、測定対象物１を振動しやすくしている。

測定対象物１を設置したら、支持台６０を押し込む。このとき、支持台６０のセット位置が不完全であると、検知精度が悪化してしまう。そこで、支持台６０のセットされた位置を検知する支持台検知部を備え、支持台６０が所定の位置にセットされた場合にのみ検査が行えるようにしておくとよい。支持台検知部としては、たとえばタクトスイッチ等を適用することができる。このような支持台検知部を、支持台６０の進行方向先端部、又は支持台６０の進行方向先端部と対向する台部７０の所定位置に設け、支持台６０がセットされた際に支持台検知部から何らかの情報が報知されるようにしておくとよい。支持台６０のセット位置を正確に把握することで、測定対象物１の位置のバラつきを低減することができる。なお、支持台６０と台部７０との接触箇所にはゴムシートなどの振動低減部材等を設けておくとよい。

支持台６０が正確にセットされた状態で、測定対象物１の検査が開始される。検査が終了したら、支持台６０を再度引き出し、次の測定対象物１を設置し上記動作を繰り返せばよい。

上記実施の形態では、超音波発生部２０が上、クラック有無判断部５０が下に設置されている状態を例に示しているが、これらが逆の位置関係になってもよい。つまり、測定対象物１を挟んで、超音波発生部２０とクラック有無判断部５０とが対向していればよい。

［薄板加振装置２００の効果］
薄板加振装置２００によれば、振動板１２の振動によって、測定対象物１全体に縦波を主とする均一な振動による音波を与えることができ、測定対象物１の振動状態を一定に保ち、測定対象物１のクラックの有無の検知について安定した測定を可能とすることが可能になる。つまり、測定対象物１と薄板支持部材１００との接触面積を小さくし、支持手段３０の影響を小さくすることで、測定対象物１の振動状態を一定に保ち、測定対象物１を安定的に振動させることができ、測定対象物１のクラックの有無の検知について安定して測定することが可能になる。また、薄板加振装置２００によれば、薄板支持部材１００を備えているので、薄板支持部材１００の磨耗劣化を意識することなく、長時間安定して検査を行うことができることになる。

なお、上記の構成のように、超音波発生部２０の振動板１２から超音波を測定対象物１に向けて放射するものとしたが、必ずしも超音波を用いる必要はなく、測定対象物１全体に縦波を主とする均一な振動を与えることができる音波を放射できるものとすれば、測定対象物１のクラックの有無の検知は可能である。ただし、振動板１２から放射する音波を超音波とすることによって、人間の聴覚で感じ取れることはなく、使用者に不快感を与えることがない。

１ 測定対象物、１０ 振動部、１０ａ 圧電素子、１１ ホーン、１２ 振動板、１３ 発振部、２０ 超音波発生部、３０ 支持手段、３２ 支持部材設置部、４０ 位置決定部、５０ クラック有無判断部、５１ 音検出装置、５２ 音響エネルギー解析部、６０ 支持台、６０ａ 開口部、６１ 取っ手、６２ レール駆動部、７０ 台部、７１ 加振部固定部、７１ａ 支持棒、７１ｂ 支持棒固定部、７２ セット部、７２ａ レール部、７２ｂ 開口部、７３ 検知部固定部、７３ａ 空間部、７３ｂ 支持棒、７３ｃ 支持棒固定部、１００ 薄板支持部材、１０１ 土台部、１０２ 第一振動緩衝部、１０３ 第二振動緩衝部、１０４ 薄板接触部、１０４ａ 薄板接触部強化材、２００ 薄板加振装置。

Claims (6)

1. 先端に位置する平面円形状の薄板接触部と、
   基端に位置する平面円形状の土台部と、
   前記薄板接触部と前記土台部との間に位置する平面円形状の中間部と、を有し、
   前記薄板接触部、前記土台部、及び前記中間部は、単一素材で一体形成され、前記平面円形状の面積が、前記土台部、前記中間部、前記薄板接触部の順に縮小されており、
   前記中間部は、前記平面円形状の面積が異なる複数段で構成されており、
   前記中間部のそれぞれの高さが、前記薄板接触部の高さ以下に形成されており、前記薄板接触部の高さは前記土台部の高さ以下に形成されており、薄板形状の測定対象物を支持する薄板支持部材と、
   前記薄板支持部材が設置される支持部材設置部と、
   前記薄板支持部材に支持された測定対象物に向かって音波を放射し、前記測定対象物を振動させる加振部と、を備えた
   ことを特徴とする薄板加振装置。
2. 前記薄板接触部の先端は曲面とされており、
   前記曲面の曲率半径は、
   前記測定対象物の反りの曲率半径と同等に成形されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の薄板加振装置。
3. 前記薄板接触部、前記土台部、及び前記中間部は、
   前記平面円形状が同心円となるように積層されて一体成形されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の薄板加振装置。
4. 前記薄板接触部の先端は、
   前記薄板接触部の構成材料よりも高い硬度及び高い潤滑性のうちの少なくとも一方を満たす素材でコーティングされている
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の薄板加振装置。
5. 前記測定対象物が振動することによって発生する音を検出し、その音情報に基づいて、前記測定対象物のクラックの有無を検知する検知部を備えた
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の薄板加振装置。
6. 前記単一素材は、合成ゴム又は天然ゴムである
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の薄板加振装置。

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