KR20200134146A - 측정 장치 - Google Patents

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KR20200134146A KR1020200050713A KR20200050713A KR20200134146A KR 20200134146 A KR20200134146 A KR 20200134146A KR 1020200050713 A KR1020200050713 A KR 1020200050713A KR 20200050713 A KR20200050713 A KR 20200050713A KR 20200134146 A KR20200134146 A KR 20200134146A
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요시노부 사이토
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가부시기가이샤 디스코
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Abstract

(과제) 시험편의 항절 강도를 간이하게 취득하는 것을 가능하게 하는 측정 장치를 제공한다.
(해결수단) 시험편의 항절 강도를 측정하는 측정 장치로서, 서로 이격된 상태로 배치되고, 시험편의 하면측을 지지하는 제 1 지지부와 제 2 지지부를 갖는 지지 수단과, 지지 수단보다 상방이며, 또한, 제 1 지지부와 제 2 지지부 사이의 영역과 중첩되는 위치에 배치되고, 시험편을 가압하는 압자와, 지지 수단에 의해 지지된 시험편에 대해 압자를 상대적으로 접근 및 이격시키는 이동 수단과, 압자가 지지 수단에 의해 지지된 시험편을 가압할 때에 압자에 가해지는 하중을 계측하는 하중 계측 수단과, 시험편의 두께 및 폭과, 제 1 지지부와 제 2 지지부의 간격과, 하중 계측 수단에 의해 계측된 하중의 최대값에 기초하여, 시험편의 항절 강도를 산출하는 산출부를 갖는 제어 수단을 구비한다.

Description

측정 장치{MEASURING APPARATUS}
본 발명은 시험편의 항절 강도를 측정하는 측정 장치에 관한 것이다.
IC (Integrated Circuit), LSI (Large Scale Integration) 등의 디바이스가 형성된 반도체 웨이퍼를 분할함으로써, 디바이스를 각각 구비하는 복수의 디바이스 칩이 제조된다. 이 디바이스 칩은, 휴대전화나 퍼스널컴퓨터로 대표되는 여러 가지 전자 기기에 내장된다.
반도체 웨이퍼의 분할에는, 예를 들어, 반도체 웨이퍼를 유지하는 척 테이블과, 반도체 웨이퍼를 절삭하는 환상의 절삭 블레이드가 장착되는 절삭 유닛을 구비하는 절삭 장치가 사용된다. 절삭 블레이드를 회전시켜 반도체 웨이퍼에 절입 (切入) 시킴으로써, 반도체 웨이퍼가 절삭되어, 복수의 디바이스 칩으로 분할된다.
또, 최근에는, 전자 기기의 소형화, 박형화에 수반하여, 디바이스 칩에도 박형화가 요구되고 있다. 그래서, 분할 전의 반도체 웨이퍼를 연삭하여 박화 (薄化) 하는 수법이 이용되고 있다. 반도체 웨이퍼의 연삭에는, 예를 들어, 반도체 웨이퍼를 유지하는 척 테이블과, 반도체 웨이퍼를 연삭하는 연삭 지석을 구비하는 연삭 휠이 장착되는 연삭 유닛을 구비하는 연삭 장치가 사용된다.
상기 절삭 장치나 연삭 장치를 사용하여 반도체 웨이퍼를 가공하면, 반도체 웨이퍼에는 가공 변형 (절삭 변형, 연삭 변형 등) 이 형성되는 경우가 있다. 이 가공 변형이 반도체 웨이퍼의 분할에 의해 얻어진 디바이스 칩에 잔존하면, 디바이스 칩의 강도가 저하되어, 디바이스 칩이 파손되기 쉬워진다. 그 때문에, 반도체 웨이퍼의 가공 조건은, 디바이스 칩의 강도가 일정 이상으로 유지되도록 설정된다.
디바이스 칩의 강도는, 예를 들어, 디바이스 칩을 시험편으로서 사용한 3 점 굽힘 시험에 의해 측정된다. 3 점 굽힘 시험에서는, 시험편의 양단을 지지한 상태에서, 시험편의 중앙부를 압자 (壓子) 에 의해 가압하고, 그 때에 압자에 가해지는 하중을 계측한다. 그리고, 계측된 하중에 기초하여 시험편의 항절 강도 (굽힘 강도) 가 산출된다. 특허문헌 1 에는, 시험편의 강도를 측정하기 위한 측정 장치 (기계적 강도 측정 장치) 가 개시되어 있다.
일본 공개특허공보 평9-229838호
시험편의 강도의 평가에 측정 장치를 사용하는 경우에는, 시험편을 압자로 가압했을 때에 압자에 가해지는 하중이 측정 장치에 의해 측정된다. 그리고, 시험편의 강도를 평가하는 작업자는, 측정 장치로부터 출력된 하중의 값과, 측정 조건 (시험편의 사이즈, 시험편을 지지하는 지지 부재의 치수 등) 에 기초하여, 시험편의 항절 강도를 산출한다. 이와 같이 하여 산출된 항절 강도에 기초하여, 시험편의 강도가 평가된다.
항절 강도에 기초하여 시험편의 강도를 평가하는 경우, 작업자는, 시험편의 사이즈나 지지 부재의 치수의 확인, 측정 장치에 의해 측정된 하중의 값의 추출, 항절 강도의 산출 등의 작업을 실시할 필요가 있다. 그 때문에, 시험편의 항절 강도의 취득에는 수고와 시간이 든다. 특히, 다수의 시험편의 항절 강도를 취득하는 경우에는, 상기 작업을 시험편마다 개별적으로 실시할 필요가 있어, 시험편의 강도를 평가하는 공정이 보다 번잡해진다.
본 발명은 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 시험편의 항절 강도를 간이하게 취득하는 것을 가능하게 하는 측정 장치의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 시험편의 항절 강도를 측정하는 측정 장치로서, 서로 이격된 상태로 배치되고, 그 시험편의 하면측을 지지하는 제 1 지지부와 제 2 지지부를 갖는 지지 수단과, 그 지지 수단보다 상방이며, 또한, 그 제 1 지지부와 그 제 2 지지부 사이의 영역과 중첩되는 위치에 배치되고, 그 시험편을 가압하는 압자와, 그 지지 수단에 의해 지지된 그 시험편에 대해 그 압자를 상대적으로 접근 및 이격시키는 이동 수단과, 그 압자가 그 지지 수단에 의해 지지된 그 시험편을 가압할 때에 그 압자에 가해지는 하중을 계측하는 하중 계측 수단과, 그 시험편의 두께 및 폭과, 그 제 1 지지부와 그 제 2 지지부의 간격과, 그 하중 계측 수단에 의해 계측된 하중의 최대값에 기초하여, 그 시험편의 항절 강도를 산출하는 산출부를 갖는 제어 수단을 구비하는 측정 장치가 제공된다.
또한, 바람직하게는, 그 측정 장치는, 그 제 1 지지부와 그 제 2 지지부를 서로 접근 및 이격시켜, 그 제 1 지지부와 그 제 2 지지부의 간격을 조정하는 지지부 이동 수단을 추가로 구비한다. 또, 바람직하게는, 그 측정 장치는, 그 시험편을 촬상하는 촬상 수단을 추가로 구비하고, 그 제어 수단은, 그 촬상 수단에 의해 취득된 그 시험편의 화상에 기초하여 그 시험편의 두께와 폭을 검출하는 검출부를 추가로 갖는다.
또, 본 발명의 일 양태에 의하면, 시험편의 항절 강도를 측정하는 측정 장치로서, 그 시험편의 하면측을 지지하는 지지면과, 그 지지면에서 노출되는 개구를 갖는 지지 수단과, 그 지지 수단보다 상방이며, 또한, 그 개구와 중첩되는 위치에 배치되고, 그 개구에 삽입 가능한 구상 (球狀) 의 압자와, 그 지지 수단에 의해 지지된 그 시험편에 대해 그 압자를 상대적으로 접근 및 이격시키는 이동 수단과, 그 압자가 그 지지 수단에 의해 지지된 그 시험편을 가압할 때에 그 압자에 가해지는 하중을 계측하는 하중 계측 수단과, 그 시험편의 사이즈와, 그 개구의 사이즈와, 그 압자의 사이즈와, 그 하중 계측 수단에 의해 계측된 하중의 최대값에 기초하여, 그 시험편의 항절 강도를 산출하는 산출부를 갖는 제어 수단을 구비하는 측정 장치가 제공된다.
본 발명의 일 양태에 관련된 측정 장치는, 압자가 시험편을 가압할 때에 압자에 가해지는 하중을 하중 계측 수단에 의해 계측하고, 하중 계측 수단에 의해 계측된 하중에 기초하여 시험편의 항절 강도를 제어부에 의해 산출한다. 이로써, 시험편의 항절 강도가 측정 장치에 의해 자동으로 산출되어, 시험편의 항절 강도를 간이하게 취득할 수 있다.
도 1 은, 측정 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2 는, 지지 유닛을 나타내는 사시도이다.
도 3 은, 가압 유닛을 나타내는 사시도이다.
도 4 는, 촬상 유닛 및 이동 기구를 나타내는 사시도이다.
도 5 는, 시험편이 지지 유닛에 의해 지지된 상태의 측정 장치를 나타내는 단면도이다.
도 6 은, 시험편이 1 쌍의 지지부와 접촉한 상태의 측정 장치를 나타내는 단면도이다.
도 7 은, 시험편이 파괴된 상태의 측정 장치를 나타내는 단면도이다.
도 8 은, 구 (球) 항절 시험에 의해 시험편의 항절 강도를 측정하는 측정 장치를 나타내는 사시도이다.
도 9 는, 항절 강도의 측정 조건을 나타내는 모식도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 양태에 관련된 실시형태를 설명한다. 먼저, 본 실시형태에 관련된 측정 장치의 구성예에 대해 설명한다. 도 1 은, 시험편의 항절 강도 (굽힘 강도) 를 측정하는 측정 장치 (2) 를 나타내는 사시도이다.
측정 장치 (2) 에 의해, 디바이스 칩 등의 시험편의 항절 강도 (굽힘 강도) 가 측정된다. 디바이스 칩은, 예를 들어, 서로 교차하도록 배열된 복수의 분할 예정 라인 (스트리트) 에 의해 구획된 각 영역에 각각 IC (Integrated Circuit), LSI (Large Scale Integration) 등의 디바이스가 형성된 실리콘 웨이퍼를, 분할 예정 라인을 따라 분할함으로써 제조된다.
단, 측정 장치 (2) 에 의해 항절 강도가 측정되는 시험편의 종류, 재질, 형상, 구조, 크기 등에 제한은 없다. 예를 들어 시험편은, 표면측에 디바이스가 형성되어 있지 않고, 이면측이 소정의 조건에서 연삭 또는 연마된 웨이퍼를 분할함으로써 제조된, 시험용의 칩이어도 된다. 이와 같은 칩의 항절 강도를 측정 장치 (2) 에 의해 측정한 결과는, 반도체 웨이퍼의 가공 조건의 선정 등에 이용할 수 있다. 또, 시험편은, 실리콘 이외의 반도체 (SiC, GaAs, InP, GaN 등), 사파이어, 유리, 세라믹스, 수지, 금속 등의 재료로 이루어지는 웨이퍼를 분할하여 얻어지는 칩이어도 된다.
측정 장치 (2) 는, 직방체상으로 형성된 상자형의 하부 용기 (수용부) (4) 를 구비한다. 하부 용기 (4) 에는, 하부 용기 (4) 의 상면 (4a) 측에서 상방을 향해 개구되는 직방체상의 개구부 (4b) 가 형성되어 있다. 이 개구부 (4b) 의 내부에는, 측정 장치 (2) 에 의해 강도가 측정되는 시험편을 지지하는 지지 유닛 (지지 수단) (6) 이 형성되어 있다.
도 2 는, 지지 유닛 (6) 을 나타내는 사시도이다. 지지 유닛 (6) 은, 시험편을 지지하는 1 쌍의 지지대 (8) 를 구비한다. 1 쌍의 지지대 (8) 는 각각 직방체상으로 형성되고, 1 쌍의 지지대 (8) 의 사이에 간극 (10) 이 형성되도록 서로 이격된 상태로 배치되어 있다. 또, 1 쌍의 지지대 (8) 는, 그 상면 (8a) 의 길이 방향이 X 축 방향 (제 1 수평 방향, 전후 방향) 을 따르도록 배치되어 있다. 이 1 쌍의 지지대 (8) 상에, 항절 강도가 측정되는 시험편이 배치된다 (도 5 등의 시험편 (11) 참조).
1 쌍의 지지대 (8) 의 상면 (8a) 측에는 각각, 상면 (8a) 으로부터 상방으로 돌출되어 시험편의 하면측을 지지하는 기둥상 (봉상) 의 지지부 (8b) 가 형성되어 있다. 1 쌍의 지지부 (8b) (제 1 지지부 및 제 2 지지부) 는, 예를 들어 스테인리스 강재 등의 금속으로 이루어지고, 지지대 (8) 의 간극 (10) 측의 단부에 배치되어 있다. 또, 1 쌍의 지지부 (8b) 는, 그 길이 방향이 X 축 방향을 따르도록 배치되어 있고, 간극 (10) 을 사이에 두고 서로 이격되어 있다. 또한, 도 2 에서는, 1 쌍의 지지부 (8b) 의 상면이 곡면상으로 형성되어 있는 예를 나타내고 있다.
또, 1 쌍의 지지대 (8) 의 상면 (8a) 측에는 각각, 지지부 (8b) 보다 유연한 재질 (고무 스펀지 등) 로 이루어지는 판상의 접촉 부재 (12) 가 형성되어 있다. 1 쌍의 접촉 부재 (12) 는, 평면에서 보아 사각 형상으로 형성되고, 1 쌍의 지지부 (8b) 의 양측에 형성되어 있다. 즉, 접촉 부재 (12) 는 각각 지지부 (8b) 의 간극 (10) 과는 반대측에 배치되어 있고, 1 쌍의 지지부 (8b) 는 1 쌍의 접촉 부재 (12) 의 사이에 배치되어 있다.
접촉 부재 (12) 의 상면은, 시험편의 하면측과 접촉하여 시험편을 지지하는 접촉면 (12a) 을 구성한다. 또한, 접촉 부재 (12) 는, 접촉면 (12a) 이 지지부 (8b) 의 상단보다 상방 (예를 들어, 지지부 (8b) 의 상단으로부터 1 ㎜ 정도 상방) 에 배치되도록 형성되어 있다. 그 때문에, 시험편을 1 쌍의 지지대 (8) 상에 배치하면, 시험편의 하면측은 지지부 (8b) 와는 접촉하지 않고, 접촉 부재 (12) 의 접촉면 (12a) 과 접촉한다. 또한, 지지부 (8b) 및 접촉 부재 (12) 와 시험편의 접촉 양태의 상세에 대해서는 후술한다 (도 5, 도 6, 도 7 참조).
1 쌍의 지지대 (8) 의 후방측에는, 1 쌍의 지지대 (8) 를 각각 X 축 방향과 수직인 Y 축 방향 (제 2 수평 방향, 좌우 방향) 을 따라 이동시키는 지지부 이동 기구 (지지부 이동 수단) (14) 가 형성되어 있다. 지지부 이동 기구 (14) 는, 직방체상의 지지 구조 (16) 를 구비하고, 지지 구조 (16) 의 전면측 (표면측) 에는 1 쌍의 가이드 레일 (18) 이 Y 축 방향을 따라 소정의 간격으로 고정되어 있다.
1 쌍의 가이드 레일 (18) 의 사이에는, 1 쌍의 가이드 레일 (18) 과 대체로 평행하게 배치된 1 쌍의 볼 나사 (20) 가 형성되어 있다. 1 쌍의 볼 나사 (20) 의 일단부에는 각각, 볼 나사 (20) 를 회전시키는 펄스 모터 (22) 가 연결되어 있다.
또한, 지지부 이동 기구 (14) 는, 지지대 (8) 의 후면측에 각각 고정되는 1 쌍의 이동 플레이트 (24) 를 구비한다. 1 쌍의 이동 플레이트 (24) 는 각각, 지지 구조 (16) 의 전면측에 형성된 1 쌍의 가이드 레일 (18) 에 슬라이드 가능하게 장착되어 있다.
1 쌍의 이동 플레이트 (24) 의 후면측 (이면측) 에는 각각, 너트부 (도시 생략) 가 형성되어 있다. 1 쌍의 이동 플레이트 (24) 의 일방에 형성된 너트부는 1 쌍의 볼 나사 (20) 의 일방에 나사 결합되고, 1 쌍의 이동 플레이트 (24) 의 타방에 형성된 너트부는 1 쌍의 볼 나사 (20) 의 타방에 나사 결합되어 있다.
펄스 모터 (22) 에 의해 볼 나사 (20) 를 회전시키면, 볼 나사 (20) 에 나사 결합된 이동 플레이트 (24) 가 가이드 레일 (18) 을 따라 Y 축 방향으로 이동하고, 1 쌍의 지지대 (8) 각각의 Y 축 방향에 있어서의 위치가 제어된다. 이와 같이, 지지부 이동 기구 (14) 는, 1 쌍의 지지부 (8b) 를 서로 접근 및 이격시켜, 1 쌍의 지지부 (8b) 의 간격 및 간극 (10) 의 폭을 조정한다.
또한, 도 1 에 나타내는 하부 용기 (4) 및 개구부 (4b) 의 형상, 크기 등에 제한은 없으며, 지지 유닛 (6) 및 지지부 이동 기구 (14) 의 형상, 크기 등에 따라 적절히 변경된다.
하부 용기 (4) 의 상방에는, 가압 유닛 (가압 수단) (26) 이 형성되어 있다. 가압 유닛 (26) 은, 지지 유닛 (6) 에 의해 지지된 시험편을 가압함과 함께, 시험편의 가압시에 가압 유닛 (26) 에 가해지는 하중을 측정한다.
도 3 은, 가압 유닛 (26) 을 나타내는 사시도이다. 가압 유닛 (26) 은, 이동 기구 (이동 수단) (40) 에 접속된 이동 기대 (基臺) (28) 를 구비한다. 이동 기대 (28) 에는, 이동 기대 (28) 의 하면으로부터 하방을 향해 배치된 원통상의 제 1 지지 부재 (30) 가 접속되어 있고, 제 1 지지 부재 (30) 의 하단측에는, 로드 셀 등으로 이루어지는 하중 계측기 (하중 계측 수단) (32) 가 고정되어 있다.
하중 계측기 (32) 의 하단측에는, 원통상의 제 2 지지 부재 (34) 를 개재하여 협지 (挾持) 부재 (36) 가 접속되어 있다. 협지 부재 (36) 는, 정면에서 보아 대략 문형 (門型) 형상으로 형성되어 있고, 서로 대향하는 1 쌍의 협지면 (36a) 을 구비한다. 이 1 쌍의 협지면 (36a) 의 사이에는, 지지 유닛 (6) (도 1 참조) 에 의해 지지된 시험편을 가압하는 압자 (38) 가 고정되어 있다.
압자 (38) 의 선단부 (하단부) 는, 하방을 향해 폭이 좁아지는 테이퍼 형상으로 형성되어 있다. 즉, 압자 (38) 의 선단부의 양 측면은 연직 방향에 대해 경사져 있다. 또, 압자 (38) 의 선단 (하단) 은 둥그스름한 형상 (R 형상) 으로 형성되어 있다 (도 5 참조). 단, 압자 (38) 의 형상은 상기에 한정되지 않는다.
또, 압자 (38) 는, 그 하단이 X 축 방향을 따르도록 협지 부재 (36) 에 의해 협지되어 있다. 즉, 압자 (38) 의 하단과, 지지 유닛 (6) 이 구비하는 1 쌍의 지지부 (8b) (도 2 참조) 는, 서로 대체로 평행하게 배치되어 있다.
또, 가압 유닛 (26) 의 후방측 (이면측) 에는, 가압 유닛 (26) 을 Z 축 방향 (연직 방향, 상하 방향) 을 따라 이동시키는 이동 기구 (40) 가 형성되어 있다. 이동 기구 (40) 는, 직방체상의 지지 구조 (42) 를 구비하고, 지지 구조 (42) 의 전면측 (표면측) 에는, 1 쌍의 가이드 레일 (44) 이 Z 축 방향을 따라 소정의 간격으로 고정되어 있다.
1 쌍의 가이드 레일 (44) 의 사이에는, 1 쌍의 가이드 레일 (44) 과 대체로 평행하게 배치된 볼 나사 (46) 가 형성되어 있다. 볼 나사 (46) 의 일단부에는, 볼 나사 (46) 를 회전시키는 펄스 모터 (48) 가 연결되어 있다.
가압 유닛 (26) 의 이동 기대 (28) 의 후면측 (이면측) 은, 1 쌍의 가이드 레일 (44) 에 슬라이드 가능하게 장착되어 있다. 또, 이동 기대 (28) 의 후면측에는 너트부 (도시 생략) 가 형성되어 있고, 이 너트부는 볼 나사 (46) 에 나사 결합되어 있다.
펄스 모터 (48) 에 의해 볼 나사 (46) 를 회전시키면, 이동 기대 (28) 가 가이드 레일 (44) 을 따라 Z 축 방향으로 이동한다. 이로써, 가압 유닛 (26) 의 Z 축 방향에 있어서의 위치가 제어된다. 그리고, 이동 기구 (40) 에 의해 가압 유닛 (26) 을 Z 축 방향을 따라 이동시킴으로써, 지지 유닛 (6) (도 1 참조) 에 의해 지지된 시험편에 대해 압자 (38) 가 상대적으로 접근 및 이격된다.
또, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 이동 기대 (28) 의 양 측면에는, 판상으로 형성된 1 쌍의 접속 부재 (50) 가 고정되어 있다. 접속 부재 (50) 는, 이동 기대 (28) 의 측면으로부터 하방을 향해 형성되어 있고, 접속 부재 (50) 의 하단은 협지 부재 (36) 의 하단보다 하방에 배치되어 있다.
1 쌍의 접속 부재 (50) 의 하단부에는, 압자 (38) 측을 향해 돌출되는 1 쌍의 상부 용기 지지부 (50a) 가 형성되어 있다. 이 1 쌍의 상부 용기 지지부 (50a) 의 사이에는, 압자 (38) 의 선단부를 덮는 직방체상의 상부 용기 (커버) (52) 가 고정되어 있다. 상부 용기 (52) 는, 하부 용기 (4) 의 상방에 배치되어 있고, 상부 용기 (52) 의 양 측면은 1 쌍의 상부 용기 지지부 (50a) 에 의해 지지되어 있다.
상부 용기 (52) 는, 예를 들어 투명한 재질 (유리, 플라스틱 등) 로 이루어지고, 상자형으로 형성되어 있다. 상부 용기 (52) 에는, 상부 용기 (52) 의 하면 (52a) 측에서 하방을 향해 개구되는 직방체상의 개구부 (52b) (도 5 참조) 가 형성되어 있다. 또, 상부 용기 (52) 의 상면 (52c) 측에는 압자 삽입 구멍 (52d) 이 형성되어 있고, 이 압자 삽입 구멍 (52d) 에는 압자 (38) 의 선단부가 삽입되어 있다. 그 때문에, 압자 (38) 의 선단부는 상부 용기 (52) 에 의해 덮여 있다. 또한, 도 1 에서는, 상부 용기 (52) 에 의해 덮인 압자 (38) 의 일부를 파선으로 나타내고 있다.
상부 용기 (52) 는, 하부 용기 (4) 의 개구부 (4b) 에 삽입 가능한 크기로 형성되어 있고, 평면에서 보아 하부 용기 (4) 의 개구부 (4b) 의 내측에 배치되어 있다. 또, 상부 용기 (52) 의 개구부 (52b) (도 5 참조) 는, 지지 유닛 (6) 을 수용 가능한 크기로 형성되어 있다. 그 때문에, 이동 기구 (40) 에 의해 가압 유닛 (26) 을 하방으로 이동시키면, 상부 용기 (52) 가 하부 용기 (4) 의 개구부 (4b) 에 삽입되고, 지지 유닛 (6) 의 상측이 상부 용기 (52) 에 의해 덮인다.
또, 상부 용기 (52) 의 측벽 (52e) 에는, 노즐 삽입 구멍 (52f) 이 형성되어 있다. 이 노즐 삽입 구멍 (52f) 에는, 압자 (38) 의 선단부에 에어를 분사하는 에어 공급 유닛 (에어 공급 수단) (54) 이 접속된다.
에어 공급 유닛 (54) 은, 압자 (38) 를 향해 에어를 분사하는 노즐 (56) 을 구비한다. 노즐 (56) 의 일단측은 노즐 삽입 구멍 (52f) 을 개재하여 상부 용기 (52) 의 내부에 삽입되고, 노즐 (56) 의 타단측은 밸브 (58) 를 개재하여 에어 공급원 (60) 에 접속되어 있다. 또, 노즐 (56) 의 일단측의 선단 (56a) (도 5 참조) 은, 압자 (38) 의 선단부의 측면을 향해 개구되어 있다.
에어 공급원 (60) 으로부터 밸브 (58) 및 노즐 (56) 을 개재하여 압자 (38) 의 선단부의 측면에 에어를 분사하면, 압자 (38) 의 선단부 등에 부착된 이물질이 제거된다. 또한, 에어 공급 유닛 (54) 의 동작의 상세에 대해서는 후술한다.
또, 하부 용기 (4) 의 바닥부에는, 하부 용기 (4) 의 개구부 (4b) 의 바닥으로부터 하부 용기 (4) 의 하면 (바닥면) (4c) 으로 관통하는 파편 배출구 (4d) 가 형성되어 있다. 이 파편 배출구 (4d) 에는, 하부 용기 (4) 의 내부에 존재하는 시험편의 파편을 배출하는 파편 배출 유닛 (파편 배출 수단) (62) 이 접속되어 있다.
파편 배출 유닛 (62) 은, 시험편의 파편을 배출하기 위한 경로를 구성하는 파편 배출로 (64) 를 구비한다. 파편 배출로 (64) 의 일단측은 파편 배출구 (4d) 에 접속되고, 파편 배출로 (64) 의 타단측은 밸브 (66) 를 개재하여 흡인원 (68) 에 접속되어 있다.
또, 파편 배출로 (64) 중에는, 시험편의 파편을 회수하는 파편 회수부 (70) 가 형성되어 있다. 파편 회수부 (70) 는, 필터 등에 의해 구성되어 있고, 파편 배출로 (64) 를 통과하는 시험편의 파편을 포획한다. 밸브 (66) 를 열면, 하부 용기 (4) 의 개구부 (4b) 의 내부로 산란되는 시험편의 파편이 파편 배출구 (4d) 로부터 흡인되어, 파편 회수부 (70) 에서 회수된다. 또한, 파편 배출 유닛 (62) 의 동작의 상세에 대해서는 후술한다.
또, 하부 용기 (4) 의 후방에는, 카메라 등에 의해 구성되는 촬상 유닛 (촬상 수단) (72) 이 형성되어 있다. 촬상 유닛 (72) 은, 지지 유닛 (6) 에 의해 지지된 시험편, 압자 (38) 등을 후방으로부터 촬상한다. 또, 촬상 유닛 (72) 은, 촬상 유닛 (72) 을 X 축 방향을 따라 이동시키는 이동 기구 (이동 수단) (74) 에 접속되어 있다.
도 4 는, 촬상 유닛 (72) 및 이동 기구 (74) 를 나타내는 사시도이다. 이동 기구 (74) 는, 평면에서 보아 사각 형상으로 형성된 판상의 지지 플레이트 (76) 를 구비하고 있고, 지지 플레이트 (76) 의 상면측 (표면측) 에는 1 쌍의 가이드 레일 (78) 이 X 축 방향을 따라 소정의 간격으로 고정되어 있다.
1 쌍의 가이드 레일 (78) 의 사이에는, 1 쌍의 가이드 레일 (78) 과 대체로 평행하게 배치된 볼 나사 (80) 가 형성되어 있다. 또, 볼 나사 (80) 의 일단부에는, 볼 나사 (80) 를 회전시키는 펄스 모터 (82) 가 연결되어 있다.
1 쌍의 가이드 레일 (78) 에는, 평면에서 보아 사각 형상으로 형성된 판상의 이동 플레이트 (84) 가 슬라이드 가능하게 장착되어 있다. 이동 플레이트 (84) 의 하면측 (이면측) 에는 너트부 (도시 생략) 가 형성되어 있고, 이 너트부는 볼 나사 (80) 에 나사 결합되어 있다. 또, 이동 플레이트 (84) 의 상면측 (표면측) 에는, 촬상 유닛 (72) 이 고정되어 있다.
펄스 모터 (82) 에 의해 볼 나사 (80) 를 회전시키면, 이동 플레이트 (84) 가 가이드 레일 (78) 을 따라 X 축 방향으로 이동한다. 이로써, 촬상 유닛 (72) 의 X 축 방향에 있어서의 위치가 제어된다. 그리고, 이동 기구 (74) 에 의해 촬상 유닛 (72) 을 X 축 방향을 따라 이동시키면, 지지 유닛 (6) (도 1 참조) 에 의해 지지된 시험편 및 압자 (38) 에 대해, 촬상 유닛 (72) 이 상대적으로 접근 및 이격된다.
또, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 하부 용기 (4) 의 전방에는, 촬상 유닛 (72) 을 향해 광을 조사하는 광원 (86) 이 형성되어 있다. 광원 (86) 으로부터 광을 조사하면서, 촬상 유닛 (72) 으로 시험편이나 압자 (38) 의 선단부를 촬상함으로써, 예를 들어, 시험편의 사이즈, 시험편이 압자 (38) 에 의해 가압되어 있는 모습, 압자 (38) 의 선단부의 상태 (이물질 부착의 유무, 결손의 유무 등) 가 확인된다. 또한, 촬상 유닛 (72) 에 의한 촬상이 충분히 밝은 환경하에서 실시되는 경우에는, 광원 (86) 을 생략해도 된다.
또한, 하부 용기 (4) 의 측방에는, 카메라 등에 의해 구성되는 촬상 유닛 (촬상 수단) (88) 이 형성되어 있다. 촬상 유닛 (88) 은, 지지 유닛 (6) 에 의해 지지된 시험편, 압자 (38) 등을 측방으로부터 촬상한다. 또, 촬상 유닛 (88) 은, 촬상 유닛 (88) 을 Y 축 방향을 따라 이동시키는 이동 기구 (이동 수단) (90) 에 접속되어 있다. 또한, 촬상 유닛 (88), 이동 기구 (90) 의 구성은 각각, 촬상 유닛 (72), 이동 기구 (74) 와 동일하다.
또, 측정 장치 (2) 는, 시험편의 강도의 측정에 관한 각종 정보를 표시하는 표시부 (표시 수단) (92) 를 구비한다. 표시부 (92) 는, 예를 들어 사용자 인터페이스로서 기능하는 터치 패널식의 모니터에 의해 구성된다. 이 경우, 측정 장치 (2) 의 오퍼레이터는, 그 모니터를 사용하여 측정 장치 (2) 에 측정 조건 등의 정보를 입력할 수 있다.
또한, 측정 장치 (2) 는, 측정 장치 (2) 를 구성하는 각 구성 요소 (지지부 이동 기구 (14), 하중 계측기 (32), 이동 기구 (40), 에어 공급 유닛 (54), 파편 배출 유닛 (62), 촬상 유닛 (72), 이동 기구 (74), 광원 (86), 촬상 유닛 (88), 이동 기구 (90), 표시부 (92) 등) 에 접속된 제어부 (제어 수단) (100) 를 구비한다. 제어부 (100) 는, 예를 들어 컴퓨터 등에 의해 구성되고, 측정 장치 (2) 의 각 구성 요소의 동작을 제어한다.
또, 지지 유닛 (6) 에 의해 지지된 시험편을 압자 (38) 로 가압했을 때에 압자 (38) 에 가해지는 하중 (Z 축 방향의 힘) 이, 하중 계측기 (32) 에 의해 계측되고, 제어부 (100) 에 입력된다. 그리고, 제어부 (100) 는, 입력된 하중에 기초하여, 시험편의 항절 강도를 산출한다. 또한, 항절 강도의 산출시에 있어서의 제어부 (100) 의 동작의 상세에 대해서는 후술한다.
상기 측정 장치 (2) 에 의해, 시험편의 3 점 굽힘 시험이 실시됨과 함께, 시험편의 항절 강도가 자동으로 산출된다. 이하, 측정 장치 (2) 의 구체적인 동작예에 대해 설명한다.
측정 장치 (2) 로 시험편의 항절 강도를 측정할 때에는, 먼저, 지지부 이동 기구 (14) (도 2 참조) 에 의해 1 쌍의 지지대 (8) 의 Y 축 방향에 있어서의 위치가 조정된다. 1 쌍의 지지대 (8) 의 위치는, 1 쌍의 지지부 (8b) 의 간격이 소정의 값이 되도록 조정된다.
다음으로, 1 쌍의 지지대 (8) 상에 시험편 (11) 이 반송된다. 도 5 는, 시험편 (11) 이 지지 유닛 (6) 에 의해 지지된 상태의 측정 장치 (2) 를 나타내는 단면도이다. 시험편 (11) 은, 양 단부가 1 쌍의 지지대 (8) 에 의해 지지되고, 중앙부가 간극 (10) 과 중첩되도록 배치된다. 또, 압자 (38) 는, 1 쌍의 지지부 (8b) 의 상방이며, 또한, 1 쌍의 지지부 (8b) 의 사이의 영역 (간극 (10)) 과 중첩되는 위치에 배치되어 있다.
또한, 시험편 (11) 을 1 쌍의 지지대 (8) 상에 배치할 때에, 시험편 (11) 의 하면측이 지지부 (8b) 와 접촉하면, 배치시의 충격에 의해 시험편 (11) 의 하면측이 손상되는 경우가 있다. 이 경우, 시험편 (11) 의 항절 강도가 변화되어, 복수의 시험편 (11) 의 항절 강도를 동일한 조건에서 측정하는 것이 곤란해지는 경우가 있다.
그러나, 측정 장치 (2) 에서는, 지지대 (8) 의 상면 (8a) 측에 유연한 재료로 이루어지는 접촉 부재 (12) 가 형성되어 있고, 접촉 부재 (12) 의 접촉면 (12a) 은 지지부 (8b) 의 상단보다 상방에 위치한다. 그 때문에, 시험편 (11) 을 1 쌍의 지지대 (8) 상에 배치하면, 시험편 (11) 은 지지부 (8b) 에 접촉하지 않고 접촉 부재 (12) 의 접촉면 (12a) 과 접촉하여, 접촉면 (12a) 에서 지지된다. 이로써, 시험편 (11) 을 배치할 때에 시험편 (11) 의 하면측이 지지부 (8b) 와 접촉하여 손상되는 것을 방지할 수 있고, 시험편 (11) 의 강도의 변화가 방지된다.
다음으로, 지지 유닛 (6) 에 의해 지지된 시험편 (11) 의 사이즈가 검출된다. 시험편 (11) 의 사이즈는, 도 1 에 나타내는 제어부 (100) 에 의해 검출된다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 제어부 (100) 는, 시험편 (11) 의 사이즈를 검출하는 검출부 (102) 와, 제어부 (100) 에 의한 처리에 사용되는 각종 데이터를 기억하는 기억부 (104) 를 구비한다.
예를 들어 검출부 (102) 는, 촬상 유닛 (88) 에 의해 취득된 시험편 (11) 의 화상에 기초하여, 시험편 (11) 의 사이즈를 검출한다. 구체적으로는, 먼저, 촬상 유닛 (88) 으로 시험편 (11) 을 측방으로부터 촬상함으로써, 시험편 (11) 의 화상이 취득된다. 이 화상에는, 시험편 (11) 의 측면 (X 축 방향 및 Z 축 방향과 평행한 면) 이 표시된다. 촬상 유닛 (88) 에 의해 취득된 화상은, 제어부 (100) 에 출력되고, 기억부 (104) 에 기억된다.
그리고, 검출부 (102) 는, 예를 들어 시험편 (11) 의 화상에 에지 검출 등의 화상 처리를 실시함으로써, 시험편 (11) 의 사이즈 (두께, 폭 등) 를 검출한다. 또한, 시험편 (11) 의 폭은, 1 쌍의 지지부 (8b) (도 2 참조) 의 길이 방향 (X 축 방향) 에 있어서의 시험편 (11) 의 길이에 상당한다.
구체적으로는, 검출부 (102) 는, 시험편 (11) 의 화상의 농담에 기초하여, 시험편 (11) 의 상단, 하단, 전단, 후단의 좌표를 특정한다. 그리고, 상단의 좌표와 하단의 좌표의 차분으로부터 시험편 (11) 의 두께를 산출함과 함께, 전단의 좌표와 후단의 좌표의 차분으로부터 시험편 (11) 의 폭을 산출한다. 검출부 (102) 에 의해 검출된 시험편 (11) 의 두께 및 폭은, 기억부 (104) 에 기억된다.
또한, 시험편 (11) 의 사이즈의 검출 방법에 제한은 없다. 예를 들어, 시험편 (11) 을 지지 유닛 (6) 상에 반송할 때, 시험편 (11) 의 반송 경로의 도중에 형성된 다른 촬상 유닛 (촬상 수단) 에 의해 시험편 (11) 을 촬상해도 된다. 이 경우, 검출부 (102) 는, 그 촬상 유닛에 의해 취득된 화상에 기초하여 시험편 (11) 의 사이즈를 검출한다. 또, 시험편 (11) 의 사이즈는, 미리 다른 방법으로 측정되어, 그 값이 기억부 (104) 에 기억되어 있어도 된다. 이 경우에는, 검출부 (102) 에 의한 시험편 (11) 의 사이즈의 검출을 생략할 수 있다.
다음으로, 이동 기구 (40) 에 의해 가압 유닛 (26) 을 하강시킨다. 가압 유닛 (26) 을 하강시켜 가면, 압자 (38) 의 선단이 시험편 (11) 의 상면측에 접촉하고 (도 6 참조), 시험편 (11) 이 압자 (38) 에 의해 하방을 향해 가압된다. 또, 압자 (38) 로 시험편 (11) 을 가압했을 때에 압자 (38) 에 가해지는 하중이, 하중 계측기 (32) (도 1 참조) 에 의해 계측된다. 하중 계측기 (32) 에 의해 계측된 하중의 값은, 제어부 (100) 에 출력되고, 기억부 (104) 에 기억된다.
가압 유닛 (26) 을 더욱 하강시키면, 시험편 (11) 이 압자 (38) 에 의해 더욱 가압되어, 시험편 (11) 을 지지하는 접촉 부재 (12) 가 변형됨과 함께 시험편 (11) 이 휜다. 그 결과, 시험편 (11) 의 하면측이 지지대 (8) 의 지지부 (8b) 와 접촉한다. 또한, 이 때, 접촉 부재 (12) 의 유연성이나 시험편 (11) 의 강성에 따라서는, 접촉 부재 (12) 의 변형만이 발생하고 시험편 (11) 의 휨이 발생하지 않는 경우도 있다.
도 6 은, 시험편 (11) 이 1 쌍의 지지부 (8b) 와 접촉한 상태의 측정 장치 (2) 를 나타내는 단면도이다. 시험편 (11) 이 1 쌍의 지지부 (8b) 와 접촉하면, 시험편 (11) 이 1 쌍의 지지부 (8b) 에 의해 지지되고, 시험편 (11) 을 가압하는 압자 (38) 에 가해지는 하중이 증대된다.
가압 유닛 (26) 을 더욱 하강시키면, 시험편 (11) 은 1 쌍의 지지부 (8b) 에 의해 지지된 상태에서 압자 (38) 에 의해 더욱 가압되어, 시험편 (11) 에 휨이 발생한다. 그리고, 압자 (38) 로부터 시험편 (11) 에 부여되는 가압력이 소정의 값을 초과하면, 시험편 (11) 이 파괴된다.
도 7 은, 시험편 (11) 이 파괴된 상태의 측정 장치 (2) 를 나타내는 단면도이다. 시험편 (11) 이 파괴되면, 하중 계측기 (32) (도 1 참조) 에 의해 계측되는 하중이 최대값에서 제로로 감소한다. 그 때문에, 하중 계측기 (32) 에 의해 계측된 하중값의 변화로부터, 시험편 (11) 이 파괴된 타이밍을 검출할 수 있다. 또, 하중 계측기 (32) 에 의해 계측된 하중의 최대값 (시험편 (11) 이 파손되었을 때에 계측된 하중값) 이, 시험편 (11) 의 강도에 대응한다.
여기서, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 제어부 (100) 는, 시험편 (11) 의 항절 강도를 산출하는 산출부 (106) 를 구비한다. 산출부 (106) 는, 시험편 (11) 의 사이즈와, 1 쌍의 지지부 (8b) 의 간격과, 하중 계측기 (32) 에 의해 계측된 하중에 기초하여, 시험편 (11) 의 항절 강도를 산출한다. 또한, 1 쌍의 지지부 (8b) 의 간격은, 시험편 (11) 을 지지하는 1 쌍의 지지부 (8b) 의 상단 간의 거리에 상당한다.
시험편 (11) 의 항절 강도 (σ) 는, 시험편 (11) 을 가압하는 압자 (38) 에 가해지는 하중의 최대값을 W [N], 1 쌍의 지지부 (8b) 의 간격을 L [㎜], 시험편 (11) 의 두께를 h [㎜], 시험편 (11) 의 폭을 b [㎜] 로 하면, σ ＝ 3WL/2bh2 로 나타내어진다. 검출부 (102) 는, 이 식에 기초하여 시험편 (11) 의 항절 강도 (σ) 를 산출한다.
또한, 시험편 (11) 의 두께 (h) 및 폭 (b) 은, 예를 들어 검출부 (102) 에 의해 검출되고, 기억부 (104) 에 기억되어 있다. 또, 하중의 최대값 (W) 은, 시험편 (11) 이 압자 (38) 의 가압에 의해 파손되었을 때에 하중 계측기 (32) 에 의해 계측된 하중에 상당하며, 기억부 (104) 에 기억되어 있다. 또한, 1 쌍의 지지부 (8b) 의 간격 (L) 은, 미리 측정되고, 기억부 (104) 에 기억되어 있다. 그리고, 검출부 (102) 는, 기억부 (104) 에 기억된 이들 값을 사용하여, 시험편 (11) 의 항절 강도 (σ) 를 산출한다.
또한, 1 쌍의 지지부 (8b) 의 간격 (L) 의 취득 방법에 제한은 없다. 예를 들어, 지지부 이동 기구 (14) (도 2 참조) 에는, 1 쌍의 지지부 (8b) 의 위치를 나타내는 좌표값이 부여된 스케일과, 스케일의 좌표값을 판독하는 판독 헤드를 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 판독 헤드로 스케일의 좌표값을 판독함으로써, 1 쌍의 지지부 (8b) 의 Y 축 방향에 있어서의 좌표가 취득된다. 그리고, 1 쌍의 지지부 (8b) 의 좌표의 차분으로부터 1 쌍의 지지부 (8b) 의 간격 (L) 이 산출된다.
또, 시험편 (11) 의 항절 강도의 측정은, 1 쌍의 지지부 (8b) 를 미리 설정된 소정의 위치에 고정시킨 상태에서 실시해도 된다. 이 경우, 1 쌍의 지지부 (8b) 의 간격 (L) 은, 고정값으로서 미리 기억부 (104) 에 기억된다.
산출부 (106) 에 의해 산출된 시험편 (11) 의 항절 강도는, 예를 들어 표시부 (92) 에 표시된다. 이로써, 측정 장치 (2) 의 오퍼레이터는 시험편 (11) 의 항절 강도를 확인할 수 있다. 또, 산출된 항절 강도는, 측정 장치 (2) 의 외부에 출력되어도 된다.
상기와 같이, 본 실시형태에 관련된 측정 장치 (2) 는, 시험편 (11) 의 사이즈와, 1 쌍의 지지부 (8b) 의 간격과, 하중 계측기 (32) 에 의해 계측된 하중에 기초하여, 시험편 (11) 의 항절 강도를 산출하는 제어부 (100) 를 구비하고 있고, 시험편 (11) 의 항절 강도를 자동으로 산출할 수 있다. 이로써, 작업자가 항절 강도를 수동으로 산출하는 작업이 불필요해져, 시험편 (11) 의 항절 강도를 간이하게 취득 가능해진다.
또한, 시험편 (11) 의 항절 강도를 측정할 때에, 도 7 에 나타내는 바와 같이 시험편 (11) 이 파괴되면, 시험편 (11) 의 파편 (11a) 이 비산된다. 그러나, 측정 장치 (2) 에서는, 시험편 (11) 이 압자 (38) 에 의해 가압될 때, 상부 용기 (52) 가 시험편 (11) 및 지지 유닛 (6) 의 상측을 덮도록 위치 부여된다. 그 결과, 시험편 (11) 의 파편 (11a) 이 측정 장치 (2) 의 외부로 비산되는 것이 방지된다.
이와 같이, 상부 용기 (52) 에 의해 파편 (11a) 의 비산이 방지되기 때문에, 시험편 (11) 의 항절 강도를 측정할 때, 측정 장치 (2) 의 오퍼레이터는 고글 등의 보호구의 착용을 생략할 수 있다. 이로써, 보호구의 착용에 의한 측정 장치 (2) 의 구성 요소 (압자 (38) 등) 나 시험편 (11) 의 시인성의 저하가 방지된다.
또, 압자 (38) 에 의해 시험편 (11) 을 가압하면, 압자 (38) 에 이물질 (시험편 (11) 의 파편 (11a) 등) 이 부착되는 경우가 있다. 이 이물질은 시험의 정밀도에 영향을 미치는 경우가 있기 때문에, 제거되는 것이 바람직하다. 그래서, 시험편 (11) 의 시험을 실시한 후에는, 에어 공급 유닛 (54) 에 의해 압자 (38) 에 에어를 분사하여, 압자 (38) 에 부착된 이물질을 제거하는 것이 바람직하다.
구체적으로는, 에어 공급 유닛 (54) 의 밸브 (58) 를 열고, 에어 공급원 (60) 으로부터 공급된 에어를 노즐 (56) 의 선단 (56a) 으로부터 압자 (38) 의 선단부의 측면을 향해 분사한다. 이로써, 압자 (38) 의 선단부에 부착된 이물질이 날려, 제거된다. 또한, 에어 공급 유닛 (54) 을 사용하여 이물질을 제거하는 타이밍에 제한은 없다. 예를 들어, 이물질의 제거는, 하나의 시험편 (11) 의 시험이 완료된 후, 다음의 시험편 (11) 의 시험이 실시될 때까지의 동안에, 필요에 따라 실시된다.
또, 압자 (38) 의 선단부를 향해 분사된 에어는, 상부 용기 (52) 의 내부를 유동하고, 1 쌍의 지지대 (8) 상에도 분사된다. 그 결과, 지지부 (8b) 나 접촉 부재 (12) 의 접촉면 (12a) 에 부착된 이물질 (시험편 (11) 의 파편 (11a) 등) 이 에어에 의해 날려 제거된다. 이로써, 다음의 시험을 실시할 때, 시험편 (11) 의 하면측에 이물질이 접촉하여 시험편 (11) 이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 노즐 (56) 의 선단 (56a) 이 지지대 (8) 의 상면 (8a) 을 향해 배치되어 있으면, 노즐 (56) 로부터 분사된 에어가 지지대 (8) 의 상면 (8a) 측에 강하게 분사된다. 이 경우, 지지부 (8b) 나 접촉 부재 (12) 에 부착된 이물질이, 에어에 의해 날려 상부 용기 (52) 의 내부에서 떠오른 후, 다시 지지부 (8b) 나 접촉 부재 (12) 에 부착되는 경우가 있다. 따라서, 이물질이 지지대 (8) 의 상면 (8a) 측으로부터 적절히 제거되기 어렵다.
그 때문에, 노즐 (56) 의 선단 (56a) 은, 도 7 에 나타내는 바와 같이 압자 (38) 의 선단부의 측면을 향해 배치되는 것이 바람직하다. 이로써, 지지대 (8) 의 상면 (8a) 에 분사되는 에어의 기세가 적당히 약해지고, 이물질이 지지대 (8) 의 상면 (8a) 측으로부터 적절히 제거된다.
시험편 (11) 의 시험이나 에어 공급 유닛 (54) 에 의한 이물질의 제거를 반복하면, 하부 용기 (4) (도 1 참조) 의 내부에는 시험편 (11) 의 파편 (11a) 이 축적된다. 이 경우에는, 파편 배출 유닛 (62) (도 1 참조) 을 사용하여 하부 용기 (4) 의 내부에 축적된 파편 (11a) 을 회수하는 것이 바람직하다.
구체적으로는, 파편 배출 유닛 (62) 의 밸브 (66) 를 열고, 하부 용기 (4) 의 개구부 (4b) 의 바닥에 형성된 파편 배출구 (4d) 로부터 개구부 (4b) 의 내부에 축적된 파편 (11a) 을 흡인한다. 흡인된 파편 (11a) 은, 파편 배출로 (64) 를 통과하여, 파편 회수부 (70) 에서 회수된다. 이와 같이, 파편 배출 유닛 (62) 을 사용하면, 하부 용기 (4) 의 개구부 (4b) 의 내부를 수작업으로 청소하지 않고, 파편 (11a) 을 재빠르게 제거할 수 있다.
여기서, 측정 장치 (2) 에서는, 상부 용기 (52) 가 하부 용기 (4) 의 개구부 (4b) 보다 작게 형성되어 있고, 또, 상부 용기 (52) 에는 압자 (38) 가 삽입되는 압자 삽입 구멍 (52d) 등이 형성되어 있다. 그 때문에, 상부 용기 (52) 를 하부 용기 (4) 를 향해 하강시켜도, 하부 용기 (4) 의 개구부 (4b) 는 상부 용기 (52) 에 의해 밀폐되지 않는다. 이로써, 파편 배출구 (4d) 로부터 시험편 (11) 의 파편 (11a) 을 흡인할 때, 개구부 (4b) 에 외기가 용이하게 유입되어, 시험편 (11) 의 파편 (11a) 의 흡인을 원활하게 실시할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 3 점 굽힘 시험에 의해 시험편 (11) 의 항절 강도가 측정되는 예에 대해 설명하였다. 단, 본 발명의 일 양태에 관련된 측정 장치는, 구 항절 시험이나 4 점 굽힘 시험에 의해 시험편 (11) 의 항절 강도를 측정해도 된다.
도 8 은, 구 항절 시험에 의해 시험편 (11) 의 항절 강도를 측정하는 측정 장치 (110) 를 나타내는 사시도이다. 도 8 에 나타내는 측정 장치 (110) 는, 지지 유닛 (6) (도 1 참조) 대신에 지지부 (지지 수단) (112) 를 구비하고, 협지 부재 (36) 및 압자 (38) 대신에 제 3 지지 부재 (114) 및 압자 (116) 를 구비하는 점에 있어서, 측정 장치 (2) 와 상이하다. 또한, 측정 장치 (110) 를 구성하는 다른 구성 요소는, 도 1 에 나타내는 측정 장치 (2) 와 동일하다. 단, 도 8 에서는, 가압 유닛 (26), 이동 기구 (40), 촬상 유닛 (72), 제어부 (100), 지지부 (112) 이외의 구성 요소의 도시를 생략하고 있다.
지지부 (112) 는, 시험편 (11) (도 5 등 참조) 을 지지하는 판상의 부재 (지지 부재) 이고, 가압 유닛 (26) 의 하방에 배치되어 있다. 예를 들어 지지부 (112) 는, 스테인리스 강재 등의 금속으로 이루어지고, 평면에서 보아 사각 형상으로 형성된다. 지지부 (112) 의 상면은, 시험편 (11) 의 하면측을 지지하는 지지면 (112a) 을 구성한다. 또, 지지부 (112) 의 중앙에는, 상단측이 지지면 (112a) 에서 노출되는 원기둥상의 개구 (112b) 가 형성되어 있다. 예를 들어 개구 (112b) 는, 지지부 (112) 를 상하로 관통하도록 형성된다. 또한, 지지면 (112a) 에서 시험편 (11) 을 지지 가능하면, 지지부 (112) 의 형상에 제한은 없다.
또, 가압 유닛 (26) 이 구비하는 제 2 지지 부재 (34) 의 하단측에는, 기둥상의 제 3 지지 부재 (114) 가 고정되어 있다. 그리고, 제 3 지지 부재 (114) 의 하단부에는, 구상의 압자 (116) 가 고정되어 있다. 측정 장치 (110) 는, 지지부 (112) 에 의해 지지된 시험편 (11) 을 압자 (116) 로 가압함으로써, 시험편 (11) 의 강도를 측정한다.
또한, 지지부 (112) 의 개구 (112b) 는, 그 직경이 압자 (116) 의 직경보다 커지도록 형성되어 있고, 압자 (116) 는 개구 (112b) 에 삽입 가능하게 되어 있다. 또, 압자 (116) 는, 지지부 (112) 보다 상방이며, 또한, 지지부 (112) 의 개구 (112b) 와 중첩되는 위치에 배치되어 있다.
측정 장치 (110) 를 사용하여 시험편 (11) 의 항절 강도를 측정할 때에는, 먼저, 시험편 (11) 을 지지부 (112) 의 지지면 (112a) 상에 배치한다. 시험편 (11) 은, 지지부 (112) 의 개구 (112b) 의 상단측을 덮도록 배치된다.
다음으로, 이동 기구 (40) 에 의해 가압 유닛 (26) 을 하방으로 이동시키고, 압자 (116) 를 시험편 (11) 측을 향해 이동시킨다. 이로써, 압자 (116) 가 시험편 (11) 과 접촉하여, 시험편 (11) 이 휜다 (도 6 참조). 압자 (116) 를 더욱 시험편 (11) 측을 향해 이동시키면, 시험편 (11) 이 파괴된다 (도 7 참조). 또, 압자 (116) 가 시험편 (11) 을 가압할 때에 압자 (116) 에 가해지는 하중이, 하중 계측기 (32) 에 의해 계측된다.
그리고, 제어부 (100) 가 구비하는 산출부 (106) 는, 시험편 (11) 의 사이즈와, 지지부 (112) 의 개구 (112b) 의 사이즈와, 압자 (116) 의 사이즈와, 하중 계측기 (32) 에 의해 계측된 하중에 기초하여, 시험편 (11) 의 항절 강도를 산출한다. 또한, 시험편 (11), 개구 (112b), 및 압자 (116) 의 사이즈는, 미리 기억부 (104) 에 기억되어 있다.
예를 들어, 시험편 (11) 이 원반상인 경우에는, 시험편 (11) 의 두께와, 시험편 (11) 의 반경이, 시험편 (11) 의 사이즈로서 기억부 (104) 에 기억된다. 또, 시험편 (11) 이 평면에서 보아 정방 형상인 경우에는, 시험편 (11) 의 두께와, 시험편 (11) 의 폭의 1/2 에 상당하는 길이가, 시험편 (11) 의 사이즈로서 기억부 (104) 에 기억된다. 또, 개구 (112b) 의 반경과, 압자 (116) 의 반경이, 각각 개구 (112b), 압자 (116) 의 사이즈로서 기억부 (104) 에 기억된다.
또한, 시험편 (11), 지지부 (112) 의 개구 (112b), 압자 (116) 의 사이즈의 취득 방법에 제한은 없다. 예를 들어 측정 장치 (110) 는, 촬상 유닛 (72) 에 의해 시험편 (11) 및 지지부 (112) 를 촬상하고, 이 촬상에 의해 얻어진 화상에 기초하여, 검출부 (102) 에서 시험편 (11), 개구 (112b), 및 압자 (116) 의 사이즈를 검출해도 된다. 또, 시험편 (11), 지지부 (112) 의 개구 (112b), 및 압자 (116) 의 사이즈는, 미리 다른 방법으로 측정되고, 기억부 (104) 에 기억되어 있어도 된다.
도 9 는, 항절 강도의 측정 조건을 나타내는 모식도이다. 구 항절 시험에 있어서는, 시험편 (11) 의 항절 강도 (σ) 는 이하의 식 (1) 로 나타낸다.
Figure pat00001
또한, 식 (1) 에 있어서의 a1 은, 시험편 (11) 에 접촉하는 압자 (116) 의 접촉 반경이고, 접촉 반경 (a1) 은 이하의 식 (2) 로 나타낸다.
Figure pat00002
또, 식 (1) 및 식 (2) 에 있어서, W 는 시험편 (11) 을 가압하는 압자 (116) 에 가해지는 하중의 최대값 [N], r 은 압자 (116) 의 반경 [㎜], h 는 시험편 (11) 의 두께 [㎜], a 는 지지부 (112) 의 개구 (112b) 의 반경 [㎜], a0 은 시험편 (11) 의 반경 [㎜], ν1 은 시험편 (11) 의 푸아송비, ν2 는 압자 (116) 의 푸아송비, ε1 은 시험편 (11) 의 영률 [㎫], ε2 는 압자 (116) 의 영률 [㎫] 을 나타낸다.
시험편 (11) 의 두께 (h) 및 반경 (a0) 과 압자 (116) 의 반경 (r) 은, 예를 들어 검출부 (102) 에 의해 검출되고, 기억부 (104) 에 기억되어 있다. 또, 하중의 최대값 (W) 은, 시험편 (11) 이 압자 (116) 의 가압에 의해 파손되었을 때에 하중 계측기 (32) 에 의해 계측된 하중에 상당하며, 기억부 (104) 에 기억되어 있다. 또, 항절 강도의 산출에 사용되는 그 밖의 파라미터 (ν1, ν2, ε1, ε2) 는 각각 기억부 (104) 에 미리 기억되어 있다.
그리고, 산출부 (106) 는, 기억부 (104) 에 기억된 이들 값을 사용하여, 식 (1) 및 식 (2) 에 기초하여 시험편 (11) 의 항절 강도 (σ) 를 산출한다. 이와 같이, 측정 장치 (110) 는, 구 항절 시험의 결과에 기초하여 시험편 (11) 의 항절 강도를 자동으로 산출할 수 있다.
그 외에, 상기 실시형태에 관련된 구조, 방법 등은, 본 발명의 목적 범위를 일탈하지 않는 한 적절히 변경하여 실시할 수 있다.
11 : 시험편
11a : 파편
2 : 측정 장치
4 : 하부 용기 (수용부)
4a : 상면
4b : 개구부
4c : 하면 (바닥면)
4d : 파편 배출구
6 : 지지 유닛 (지지 수단)
8 : 지지대
8a : 상면
8b : 지지부
10 : 간극
12 : 접촉 부재
12a : 접촉면
14 : 지지부 이동 기구 (지지부 이동 수단)
16 : 지지 구조
18 : 가이드 레일
20 : 볼 나사
22 : 펄스 모터
24 : 이동 플레이트
26 : 가압 유닛 (가압 수단)
28 : 이동 기대
30 : 제 1 지지 부재
32 : 하중 계측기 (하중 계측 수단)
34 : 제 2 지지 부재
36 : 협지 부재
36a : 협지면
38 : 압자
40 : 이동 기구 (이동 수단)
42 : 지지 구조
44 : 가이드 레일
46 : 볼 나사
48 : 펄스 모터
50 : 접속 부재
50a : 상부 용기 지지부
52 : 상부 용기 (커버)
52a : 하면
52b : 개구부
52c : 상면
52d : 압자 삽입 구멍
52e : 측벽
52f : 노즐 삽입 구멍
54 : 에어 공급 유닛 (에어 공급 수단)
56 : 노즐
56a : 선단
58 : 밸브
60 : 에어 공급원
62 : 파편 배출 유닛 (파편 배출 수단)
64 : 파편 배출로
66 : 밸브
68 : 흡인원
70 : 파편 회수부
72 : 촬상 유닛 (촬상 수단)
74 : 이동 기구 (이동 수단)
76 : 지지 플레이트
78 : 가이드 레일
80 : 볼 나사
82 : 펄스 모터
84 : 이동 플레이트
86 : 광원
88 : 촬상 유닛 (촬상 수단)
90 : 이동 기구 (이동 수단)
92 : 표시부 (표시 수단)
100 : 제어부 (제어 수단)
102 : 검출부
104 : 기억부
106 : 산출부
110 : 측정 장치
112 : 지지부 (지지 수단)
112a : 지지면
112b : 개구
114 : 제 3 지지 부재
116 : 압자

Claims (4)

  1. 시험편의 항절 강도를 측정하는 측정 장치로서,
    서로 이격된 상태로 배치되고, 그 시험편의 하면측을 지지하는 제 1 지지부와 제 2 지지부를 갖는 지지 수단과,
    그 지지 수단보다 상방이며, 또한, 그 제 1 지지부와 그 제 2 지지부 사이의 영역과 중첩되는 위치에 배치되고, 그 시험편을 가압하는 압자와,
    그 지지 수단에 의해 지지된 그 시험편에 대해 그 압자를 상대적으로 접근 및 이격시키는 이동 수단과,
    그 압자가 그 지지 수단에 의해 지지된 그 시험편을 가압할 때에 그 압자에 가해지는 하중을 계측하는 하중 계측 수단과,
    그 시험편의 두께 및 폭과, 그 제 1 지지부와 그 제 2 지지부의 간격과, 그 하중 계측 수단에 의해 계측된 하중의 최대값에 기초하여, 그 시험편의 항절 강도를 산출하는 산출부를 갖는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    그 제 1 지지부와 그 제 2 지지부를 서로 접근 및 이격시켜, 그 제 1 지지부와 그 제 2 지지부의 간격을 조정하는 지지부 이동 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    그 시험편을 촬상하는 촬상 수단을 추가로 구비하고,
    그 제어 수단은, 그 촬상 수단에 의해 취득된 그 시험편의 화상에 기초하여 그 시험편의 두께와 폭을 검출하는 검출부를 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
  4. 시험편의 항절 강도를 측정하는 측정 장치로서,
    그 시험편의 하면측을 지지하는 지지면과, 그 지지면에서 노출되는 개구를 갖는 지지 수단과,
    그 지지 수단보다 상방이며, 또한, 그 개구와 중첩되는 위치에 배치되고, 그 개구에 삽입 가능한 구상의 압자와,
    그 지지 수단에 의해 지지된 그 시험편에 대해 그 압자를 상대적으로 접근 및 이격시키는 이동 수단과,
    그 압자가 그 지지 수단에 의해 지지된 그 시험편을 가압할 때에 그 압자에 가해지는 하중을 계측하는 하중 계측 수단과,
    그 시험편의 사이즈와, 그 개구의 사이즈와, 그 압자의 사이즈와, 그 하중 계측 수단에 의해 계측된 하중의 최대값에 기초하여, 그 시험편의 항절 강도를 산출하는 산출부를 갖는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 측정 장치.
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