TW202044449A - 測定裝置 - Google Patents

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Abstract

[課題]提供可簡易取得試片的抗折強度的測定裝置。 [解決手段]本發明之測定裝置係測定試片的抗折強度的測定裝置，其具備：支持手段，其係具有：在彼此分離的狀態下作配置，支持試片的下表面側的第1支持部及第2支持部；壓頭，其係被配置在比支持手段更為上方，而且與第1支持部與第2支持部之間的區域相重疊的位置，按壓試片；移動手段，其係對被支持手段所支持的試片，使壓頭相對接近及分離；荷重計測手段，其係計測當壓頭按壓被支持手段所支持的試片時施加於壓頭的荷重；及控制手段，其係具有：根據試片的厚度及寬度、第1支持部與第2支持部的間隔、及藉由荷重計測手段被計測到的荷重的最大值，算出試片的抗折強度的算出部。

Description

測定裝置
本發明係關於測定試片的抗折強度的測定裝置。
藉由將形成有IC(Integrated Circuit，積體電路)、LSI(Large Scale Integration，大型積體電路)等元件的半導體晶圓進行分割，製造分別具備元件的複數元件晶片。該元件晶片係被內置於行動電話或個人電腦所代表的各種電子機器。
在半導體晶圓的分割係使用例如具備：保持半導體晶圓的吸盤平台、及裝設切削半導體晶圓的環狀切削刀的切削單元的切削裝置。藉由使切削刀旋轉而切入至半導體晶圓，半導體晶圓被切削，且被分割為複數元件晶片。
此外，近年來，伴隨電子機器的小型化、薄型化，在元件晶片亦圖求薄型化。因此，使用研削分割前的半導體晶圓而薄化的手法。在半導體晶圓的研削係使用例如具備：保持半導體晶圓的吸盤平台、及裝設具備研削半導體晶圓的研削砥石的研削輪的研削單元的研削裝置。
若使用上述切削裝置或研削裝置來將半導體晶圓加工，在半導體晶圓係有形成加工應變(切削應變、研削應變等)的情形。若該加工應變殘留在藉由半導體晶圓的分割而得的元件晶片，元件晶片的強度會降低，且元件晶片容易破損。因此，半導體晶圓的加工條件係設定為元件晶片的強度被維持為一定以上。
元件晶片的強度係藉由例如使用元件晶片作為試片的3點彎曲試驗來測定。在3點彎曲試驗中，係在支持試片的兩端的狀態下，藉由壓頭來按壓試片的中央部，且計測此時施加於壓頭的荷重。接著，根據所被計測到的荷重，算出試片的抗折強度(彎曲強度)。在專利文獻1係揭示用以測定試片的強度的測定裝置(機械式強度測定裝置)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平9-229838號公報
(發明所欲解決之問題)
若在試片的強度的評估使用測定裝置，藉由測定裝置測定以壓頭按壓試片時施加於壓頭的荷重。接著，評估試片的強度的作業者係根據由測定裝置被輸出的荷重的值、與測定條件(試片的尺寸、支持試片的支持構件的尺寸等)，算出試片的抗折強度。根據如上所示所算出的抗折強度，評估試片的強度。
若根據抗折強度來評估試片的強度，作業者係必須進行：試片的尺寸或支持構件的尺寸的確認、藉由測定裝置被測定到的荷重的值的抽出、抗折強度的算出等作業。因此，試片的抗折強度的取得會耗費勞力與時間。尤其，若取得多數試片的抗折強度，必須按每個試片個別地實施上述作業，評估試片的強度的工程變得更為繁雜。
本發明係鑑於該問題而完成者，目的在提供可簡易取得試片的抗折強度的測定裝置。 (解決問題之技術手段)
藉由本發明之一態樣，提供一種測定裝置，其係測定試片的抗折強度的測定裝置，其具備：支持手段，其係具有：在彼此分離的狀態下作配置，支持該試片的下表面側的第1支持部及第2支持部；壓頭，其係被配置在比該支持手段更為上方，而且與該第1支持部與該第2支持部之間的區域相重疊的位置，按壓該試片；移動手段，其係對被該支持手段所支持的該試片，使該壓頭相對接近及分離；荷重計測手段，其係計測當該壓頭按壓被該支持手段所支持的該試片時施加於該壓頭的荷重；及控制手段，其係具有：根據該試片的厚度及寬度、該第1支持部與該第2支持部的間隔、及藉由該荷重計測手段被計測到的荷重的最大值，算出該試片的抗折強度的算出部。
其中，較佳為該測定裝置係另外具備：支持部移動手段，其係使該第1支持部與該第2支持部彼此接近及分離，調整該第1支持部與該第2支持部的間隔。此外，較佳為該測定裝置係另外具備：攝像手段，其係對該試片進行攝像，該控制手段係另外具有：檢測部，其係根據藉由該攝像手段所取得的該試片的畫像，檢測該試片的厚度與寬度。
此外，藉由本發明之一態樣，提供一種測定裝置，其係測定試片的抗折強度的測定裝置，其具備：支持手段，其係具有：支持該試片的下表面側的支持面、及在該支持面露出的開口；球狀的壓頭，其係被配置在比該支持手段更為上方，而且與該開口相重疊的位置，且可插入在該開口；移動手段，其係對被該支持手段所支持的該試片，使該壓頭相對接近及分離；荷重計測手段，其係計測當該壓頭按壓被該支持手段所支持的該試片時施加於該壓頭的荷重；及控制手段，其係具有：根據該試片的尺寸、該開口的尺寸、該壓頭的尺寸、及藉由該荷重計測手段被計測到的荷重的最大值，算出該試片的抗折強度的算出部。 (發明之效果)
本發明之一態樣之測定裝置係藉由荷重計測手段來計測壓頭按壓試片時施加於壓頭的荷重，且根據藉由荷重計測手段被計測到的荷重，藉由控制部來算出試片的抗折強度。藉此，藉由測定裝置，自動算出試片的抗折強度，可簡易取得試片的抗折強度。
以下參照所附圖示，說明本發明之一態樣之實施形態。首先，說明本實施形態之測定裝置的構成例。圖1係顯示測定試片的抗折強度(彎曲強度)的測定裝置2的斜視圖。
藉由測定裝置2，測定元件晶片等試片的抗折強度(彎曲強度)。元件晶片係例如藉由將在藉由配列成彼此交叉的複數分割預定線(切割道(street))所區劃的各區域分別形成有IC(Integrated Circuit，積體電路)、LSI(Large Scale Integration，大型積體電路)等元件的矽晶圓，沿著分割預定線進行分割來製造。
但是，藉由測定裝置2測定抗折強度的試片的種類、材質、形狀、構造、大小等並無限制。例如試片亦可為藉由將在表面側未形成有元件而背面側以預定的條件予以研削或研磨的晶圓進行分割所製造的試驗用的晶片。藉由測定裝置2來測定如上所示之晶片的抗折強度的結果係可利用在半導體晶圓的加工條件的選定等。此外，試片亦可為將由矽以外的半導體(SiC、GaAs、InP、GaN等)、藍寶石、玻璃、陶瓷、樹脂、金屬等材料而成的晶圓進行分割而得的晶片。
測定裝置2係具備形成為長方體狀的箱型的下部容器(收容部)4。在下部容器4係形成有在下部容器4的上表面4a側朝向上方形成開口的長方體狀的開口部4b。在該開口部4b的內部係設有支持藉由測定裝置2測定強度的試片的支持單元(支持手段)6。
圖2係顯示支持單元6的斜視圖。支持單元6係具備支持試片的一對支持台8。一對支持台8係分別形成為長方體狀，在以在一對支持台8之間設置間隙10的方式彼此分離的狀態下作配置。此外，一對支持台8係配置成其上表面8a的長邊方向沿著X軸方向(第1水平方向、前後方向)。在該一對支持台8上配置測定抗折強度的試片(參照圖5等的試片11)。
在一對支持台8的上表面8a側係分別形成有由上表面8a朝上方突出而支持試片的下表面側的柱狀(棒狀)的支持部8b。一對支持部8b(第1支持部及第2支持部)係由例如不銹鋼材等金屬而成，配置在支持台8的間隙10側的端部。此外，一對支持部8b係配置成其長度方向沿著X軸方向，夾著間隙10而彼此分離。其中，在圖2中係顯示一對支持部8b的上表面形成為曲面狀之例。
此外，在一對支持台8的上表面8a側係分別設有以比支持部8b更為柔軟的材質(橡膠海綿等)而成的板狀的接觸構件12。一對接觸構件12係平面視下形成為矩形狀，設在一對支持部8b的兩側。亦即，接觸構件12係分別配置在與支持部8b的間隙10為相反側，一對支持部8b係配置在一對接觸構件12之間。
接觸構件12的上表面係與試片的下表面側相接觸而構成支持試片的接觸面12a。其中，接觸構件12係設置成接觸面12a被配置在比支持部8b的上端更為上方(例如，離支持部8b的上端為1mm左右上方)。因此，若將試片配置在一對支持台8上，試片的下表面側並未與支持部8b接觸，而與接觸構件12的接觸面12a接觸。其中，支持部8b及接觸構件12與試片的接觸態樣容後詳述(參照圖5、圖6、圖7)。
在一對支持台8的後方側係設有使一對支持台8分別沿著與X軸方向呈垂直的Y軸方向(第2水平方向、左右方向)移動的支持部移動機構(支持部移動手段)14。支持部移動機構14係具備長方體狀的支持構造16，在支持構造16的前面側(表面側)係沿著Y軸方向以預定的間隔固定有一對導軌18。
在一對導軌18之間係設有與一對導軌18大概平行配置的一對滾珠螺桿20。在一對滾珠螺桿20的一端部係分別連結有使滾珠螺桿20旋轉的脈衝馬達22。
此外，支持部移動機構14係具備：分別固定在支持台8的後面側的一對移動板24。一對移動板24係分別裝設成可在設在支持構造16的前面側的一對導軌18滑動。
在一對移動板24的後面側(背面側)係分別設有螺帽部(未圖示)。設在一對移動板24的其中一方的螺帽部係被螺合在一對滾珠螺桿20的其中一方，設在一對移動板24的另一方的螺帽部係被螺合在一對滾珠螺桿20的另一方。
若藉由脈衝馬達22使滾珠螺桿20旋轉，被螺合在滾珠螺桿20的移動板24沿著導軌18以Y軸方向移動，控制一對支持台8各個的Y軸方向中的位置。如上所示，支持部移動機構14係使一對支持部8b彼此接近及分離，調整一對支持部8b的間隔及間隙10的寬度。
其中，圖1所示之下部容器4及開口部4b的形狀、大小等並無限制，按照支持單元6及支持部移動機構14的形狀、大小等而適當變更。
在下部容器4的上方係設有按壓單元(按壓手段)26。按壓單元26係按壓被支持單元6所支持的試片，並且測定試片按壓時施加於按壓單元26的荷重。
圖3係顯示按壓單元26的斜視圖。按壓單元26係具備連接於移動機構(移動手段)40的移動基台28。在移動基台28係連接有由移動基台28的下表面朝向下方所配置的圓筒狀的第1支持構件30，在第1支持構件30的下端側係固定有由荷重計等而成的荷重計測器(荷重計測手段)32。
在荷重計測器32的下端側係透過圓筒狀的第2支持構件34而連接有夾持構件36。夾持構件36係正面視下形成為大致門型形狀，具備彼此相對向的一對夾持面36a。在該一對夾持面36a之間係固定有按壓被支持單元6(參照圖1)所支持的試片的壓頭38。
壓頭38的前端部(下端部)係形成為寬度朝向下方變窄之尖細的形狀。亦即，壓頭38的前端部的兩側面係相對鉛直方向呈傾斜。此外，壓頭38的前端(下端)係形成為帶圓的形狀(R形狀)(參照圖5)。但是，壓頭38的形狀並非限定於上述。
此外，壓頭38係以其下端沿著X軸方向的方式藉由夾持構件36予以夾持。亦即，壓頭38的下端、與支持單元6所具備的一對支持部8b(參照圖2)係配置成彼此大概平行。
此外，在按壓單元26的後方側(背面側)係設有使按壓單元26沿著Z軸方向(鉛直方向、上下方向)移動的移動機構40。移動機構40係具備長方體狀的支持構造42，在支持構造42的前面側(表面側)係沿著Z軸方向以預定的間隔固定有一對導軌44。
在一對導軌44之間係設有與一對導軌44大概平行配置的滾珠螺桿46。在滾珠螺桿46的一端部係連結有使滾珠螺桿46旋轉的脈衝馬達48。
按壓單元26的移動基台28的後面側(背面側)係裝設成可在一對導軌44滑動。此外，在移動基台28的後面側係設有螺帽部(未圖示)，該螺帽部係被螺合在滾珠螺桿46。
若藉由脈衝馬達48使滾珠螺桿46旋轉，移動基台28沿著導軌44以Z軸方向移動。藉此，控制按壓單元26的Z軸方向中的位置。接著，藉由移動機構40使按壓單元26沿著Z軸方向移動，藉此對被支持單元6(參照圖1)所支持的試片，壓頭38相對進行接近及分離。
此外，如圖1所示，在移動基台28的兩側面係固定有形成為板狀的一對連接構件50。連接構件50係由移動基台28的側面朝向下方而設，連接構件50的下端係配置在比夾持構件36的下端更為下方。
在一對連接構件50的下端部係形成有朝向壓頭38側突出的一對上部容器支持部50a。在該一對上部容器支持部50a之間係固定有覆蓋壓頭38的前端部的長方體狀的上部容器(蓋件)52。上部容器52係配置在下部容器4的上方，上部容器52的兩側面係藉由一對上部容器支持部50a予以支持。
上部容器52係例如由透明材質(玻璃、塑膠等)而成，形成為箱型。在上部容器52係形成有在上部容器52的下表面52a側朝向下方形成開口的長方體狀的開口部52b(參照圖5)。此外，在上部容器52的上表面52c側係形成有壓頭插入孔52d，在該壓頭插入孔52d係插入有壓頭38的前端部。因此，壓頭38的前端部係藉由上部容器52予以覆蓋。其中，在圖1中，以虛線表示被上部容器52所覆蓋的壓頭38的一部分。
上部容器52係形成為可插入在下部容器4的開口部4b的大小，平面視下被配置在下部容器4的開口部4b的內側。此外，上部容器52的開口部52b(參照圖5)係形成為可收容支持單元6的大小。因此，若藉由移動機構40使按壓單元26朝下方移動，上部容器52被插入在下部容器4的開口部4b，支持單元6的上側被上部容器52所覆蓋。
此外，在上部容器52的側壁52e係設有噴嘴插入孔52f。在該噴嘴插入孔52f係連接對壓頭38的前端部噴吹空氣的空氣供給單元(空氣供給手段)54。
空氣供給單元54係具備朝向壓頭38噴射空氣的噴嘴56。噴嘴56的一端側係透過噴嘴插入孔52f而被插入至上部容器52的內部，噴嘴56的另一端側係透過閥58而連接於空氣供給源60。此外，噴嘴56的一端側的前端56a(參照圖5)係朝向壓頭38的前端部的側面形成有開口。
若由空氣供給源60透過閥58及噴嘴56而對壓頭38的前端部的側面噴吹空氣時，附著在壓頭38的前端部等的異物即被去除。其中，空氣供給單元54的動作容後詳述。
此外，在下部容器4的底部係形成有由下部容器4的開口部4b之底貫穿至下部容器4的下表面(底面)4c的碎片排出口4d。在該碎片排出口4d係連接有排出存在於下部容器4的內部的試片的碎片的碎片排出單元(碎片排出手段)62。
碎片排出單元62係具備構成用以排出試片的碎片的路徑的碎片排出路64。碎片排出路64的一端側係連接於碎片排出口4d，碎片排出路64的另一端側係透過閥66而連接於吸引源68。
此外，在碎片排出路64中係設有回收試片的碎片的碎片回收部70。碎片回收部70係藉由過濾器等所構成，捕獲通過碎片排出路64的試片的碎片。若打開閥66，散亂在下部容器4的開口部4b的內部的試片碎片由碎片排出口4d被吸引，且在碎片回收部70被回收。其中，碎片排出單元62的動作容後詳述。
此外，在下部容器4的後方係設有藉由攝影機等所構成的攝像單元(攝像手段)72。攝像單元72係由後方對被支持單元6所支持的試片、壓頭38等進行攝像。此外，攝像單元72係連接於使攝像單元72沿著X軸方向移動的移動機構(移動手段)74。
圖4係顯示攝像單元72及移動機構74的斜視圖。移動機構74係具備有平面視下形成為矩形狀的板狀的支持板76，在支持板76的上表面側(表面側)係沿著X軸方向以預定的間隔固定有一對導軌78。
在一對導軌78之間係設有與一對導軌78大概平行配置的滾珠螺桿80。此外，在滾珠螺桿80的一端部係連結有使滾珠螺桿80旋轉的脈衝馬達82。
在一對導軌78係可滑動地裝設有平面視下形成為矩形狀的板狀的移動板84。在移動板84的下表面側(背面側)係設有螺帽部(未圖示)，該螺帽部係被螺合在滾珠螺桿80。此外，在移動板84的上表面側(表面側)係固定有攝像單元72。
若藉由脈衝馬達82使滾珠螺桿80旋轉，移動板84沿著導軌78以X軸方向移動。藉此，控制攝像單元72的X軸方向中的位置。接著，若藉由移動機構74使攝像單元72沿著X軸方向移動，對被支持單元6(參照圖1)所支持的試片及壓頭38，攝像單元72相對進行接近及分離。
此外，如圖1所示，在下部容器4的前方係設有朝向攝像單元72照射光的光源86。一邊由光源86照射光，一邊以攝像單元72對試片或壓頭38的前端部進行攝像，藉此確認例如試片的尺寸、以壓頭38按壓試片的樣子、壓頭38的前端部的狀態(有無異物附著、有無破片等)。其中，若藉由攝像單元72所為之攝像在十分明亮的環境下進行，亦可省略光源86。
此外，在下部容器4的側方係設有藉由攝影機等所構成的攝像單元(攝像手段)88。攝像單元88係由側方對被支持單元6所支持的試片、壓頭38等進行攝像。此外，攝像單元88係連接於使攝像單元88沿著Y軸方向移動的移動機構(移動手段)90。其中，攝像單元88、移動機構90的構成係分別與攝像單元72、移動機構74相同。
此外，測定裝置2係具備顯示關於試片的強度的測定的各種資訊的顯示部(顯示手段)92。顯示部92係藉由例如作為使用者介面來發揮功能的觸控面板式的監測器所構成。此時，測定裝置2的操作員係可使用該監測器而對測定裝置2輸入測定條件等資訊。
此外，測定裝置2係具備：與構成測定裝置2的各構成要素(支持部移動機構14、荷重計測器32、移動機構40、空氣供給單元54、碎片排出單元62、攝像單元72、移動機構74、光源86、攝像單元88、移動機構90、顯示部92等)相連接的控制部(控制手段)100。控制部100係藉由例如電腦等所構成，且控制測定裝置2的各構成要素的動作。
此外，以壓頭38按壓被支持單元6所支持的試片時施加於壓頭38的荷重(Z軸方向之力)藉由荷重計測器32予以計測，且被輸入至控制部100。接著，控制部100係根據所被輸入的荷重，算出試片的抗折強度。其中，算出抗折強度時的控制部100的動作容後詳述。
藉由上述測定裝置2，進行試片的3點彎曲試驗，並且自動算出試片的抗折強度。以下說明測定裝置2的具體動作例。
當以測定裝置2測定試片的抗折強度時，首先，藉由支持部移動機構14(參照圖2)，調整一對支持台8的Y軸方向中的位置。一對支持台8的位置係被調整為一對支持部8b的間隔成為預定的值。
接著，試片11被搬送至一對支持台8上。圖5係顯示試片11被支持單元6所支持的狀態的測定裝置2的剖面圖。試片11係藉由一對支持台8支持兩端部，且被配置成中央部與間隙10相重疊。此外，壓頭38係被配置在一對支持部8b的上方，而且與一對支持部8b之間的區域(間隙10)相重疊的位置。
其中，當將試片11配置在一對支持台8上時，若試片11的下表面側與支持部8b相接觸，因配置時的衝撞而有試片11的下表面側損傷的情形。此時，試片11的抗折強度改變，有難以以同一條件測定複數試片11的抗折強度的情形。
但是，在測定裝置2中，係在支持台8的上表面8a側設有由柔軟的材料而成的接觸構件12，接觸構件12的接觸面12a係位於比支持部8b的上端更為上方。因此，若將試片11配置在一對支持台8上，試片11並不會接觸支持部8b而與接觸構件12的接觸面12a相接觸，且在接觸面12a予以支持。藉此，可防止配置試片11時試片11的下表面側與支持部8b相接觸而損傷，防止試片11的強度變化。
接著，檢測被支持單元6所支持的試片11的尺寸。試片11的尺寸係藉由圖1所示之控制部100予以檢測。如圖1所示，控制部100係具備：檢測試片11的尺寸的檢測部102；及記憶被使用在藉由控制部100所為之處理的各種資料的記憶部104。
例如檢測部102係根據藉由攝像單元88所取得的試片11的畫像，檢測試片11的尺寸。具體而言，首先，藉由以攝像單元88由側方對試片11進行攝像，取得試片11的畫像。在該畫像係顯示試片11的側面(與X軸方向及Z軸方向呈平行的面)。藉由攝像單元88所取得的畫像係被輸出至控制部100，且被記憶在記憶部104。
接著，檢測部102係對例如試片11的畫像施行邊緣檢測等畫像處理，藉此檢測試片11的尺寸(厚度、寬度等)。其中，試片11的寬度係相當於一對支持部8b(參照圖2)的長度方向(X軸方向)中的試片11的長度。
具體而言，檢測部102係根據試片11的畫像的濃淡，特定試片11的上端、下端、前端、後端的座標。接著，由上端的座標與下端的座標的差分，算出試片11的厚度，並且由前端的座標與後端的座標的差分，算出試片11的寬度。藉由檢測部102被檢測到的試片11的厚度及寬度係被記憶在記憶部104。
其中，試片11的尺寸的檢測方法並無限制。例如，當將試片11搬送至支持單元6上時，亦可藉由設在試片11的搬送路徑的途中的其他攝像單元(攝像手段)，對試片11進行攝像。此時，檢測部102係根據藉由該攝像單元所取得的畫像來檢測試片11的尺寸。此外，試片11的尺寸亦可預先以其他方法測定，其值被記憶在記憶部104。此時，可省略藉由檢測部102所為之試片11的尺寸的檢測。
接著，藉由移動機構40使按壓單元26下降。若使按壓單元26下降，壓頭38的前端接觸試片11的上表面側(參照圖6)，試片11被壓頭38朝向下方按壓。此外，以壓頭38按壓試片11時施加於壓頭38的荷重藉由荷重計測器32(參照圖1)予以計測。藉由荷重計測器32被計測到的荷重的值係被輸出至控制部100，且被記憶在記憶部104。
若使按壓單元26更加下降，試片11被壓頭38更加按壓，支持試片11的接觸構件12變形，並且試片11撓曲。結果，試片11的下表面側與支持台8的支持部8b相接觸。其中，此時，依接觸構件12的柔軟性或試片11的剛性，亦有僅發生接觸構件12的變形而未發生試片11的撓曲的情形。
圖6係顯示試片11與一對支持部8b相接觸的狀態的測定裝置2的剖面圖。若試片11與一對支持部8b相接觸，試片11被一對支持部8b所支持，施加於按壓試片11的壓頭38的荷重增大。
若使按壓單元26更加下降，試片11係在以一對支持部8b予以支持的狀態下被壓頭38更加按壓，在試片11發生撓曲。接著，若由壓頭38被賦予至試片11的按壓力超過預定的值，試片11即被破壞。
圖7係顯示試片11被破壞後的狀態的測定裝置2的剖面圖。若試片11被破壞，藉由荷重計測器32(參照圖1)所計測的荷重由最大值減少至零。因此，可由藉由荷重計測器32被計測到的荷重值的變化，檢測試片11被破壞的時序。此外，藉由荷重計測器32被計測到的荷重的最大值(試片11破損時被計測到的荷重值)對應試片11的強度。
在此，如圖1所示，控制部100係具備算出試片11的抗折強度的算出部106。算出部106係根據試片11的尺寸、一對支持部8b的間隔、及藉由荷重計測器32被計測到的荷重，算出試片11的抗折強度。其中，一對支持部8b的間隔係相當於支持試片11的一對支持部8b的上端間的距離。
試片11的抗折強度σ係若將施加於按壓試片11的壓頭38的荷重的最大值設為W[N]、一對支持部8b的間隔設為L[mm]、試片11的厚度設為h[mm]、試片11的寬度設為b[mm]，係以σ=3WL/2bh2 表示。檢測部102係根據該式來算出試片11的抗折強度σ。
其中，試片11的厚度h及寬度b係例如藉由檢測部102予以檢測，且被記憶在記憶部104。此外，荷重的最大值W係相當於試片11因壓頭38按壓而破損時藉由荷重計測器32被計測到的荷重，且被記憶在記憶部104。此外，一對支持部8b的間隔L係被預先測定，且被記憶在記憶部104。接著，檢測部102係使用被記憶在記憶部104的該等值，算出試片11的抗折強度σ。
其中，一對支持部8b的間隔L的取得方法並無限制。例如，在支持部移動機構14(參照圖2)亦可具備有：標註有表示一對支持部8b的位置的座標值的標度、及讀取標度的座標值的讀取頭。此時，藉由以讀取頭讀取標度的座標值，取得一對支持部8b的Y軸方向中的座標。接著，由一對支持部8b的座標的差分算出一對支持部8b的間隔L。
此外，試片11的抗折強度的測定亦可在將一對支持部8b固定在預先設定的預定的位置的狀態下實施。此時，一對支持部8b的間隔L係形成為固定值而預先被記憶在記憶部104。
藉由算出部106所算出的試片11的抗折強度係例如顯示在顯示部92。藉此，測定裝置2的操作員係可確認試片11的抗折強度。此外，所被算出的抗折強度亦可被輸出至測定裝置2的外部。
如上所述，本實施形態之測定裝置2係具備有：根據試片11的尺寸、一對支持部8b的間隔、及藉由荷重計測器32被計測到的荷重，算出試片11的抗折強度的控制部100，可自動算出試片11的抗折強度。藉此，作業者不需要以手動算出抗折強度的作業，可簡易取得試片11的抗折強度。
其中，測定試片11的抗折強度時，如圖7所示，若試片11被破壞，試片11的碎片11a會飛散。但是，在測定裝置2中，當試片11被壓頭38按壓時，以上部容器52覆蓋試片11及支持單元6的上側的方式被定位。結果，防止試片11的碎片11a飛散至測定裝置2的外部。
如上所示，由於藉由上部容器52來防止碎片11a飛散，因此測定試片11的抗折強度時，測定裝置2的操作員係可省略穿戴護目鏡等保護具。藉此，防止因穿戴保護具所致之測定裝置2的構成要素(壓頭38等)或試片11的視認性降低。
此外，若藉由壓頭38來按壓試片11，有異物(試片11的碎片11a等)附著在壓頭38的情形。該異物係有對試驗的精度造成影響的情形，因此以被去除為佳。因此，進行試片11的試驗之後，較佳為藉由空氣供給單元54對壓頭38噴吹空氣，來去除附著在壓頭38的異物。
具體而言，打開空氣供給單元54的閥58，由噴嘴56的前端56a朝向壓頭38的前端部的側面噴射由空氣供給源60被供給的空氣。藉此，附著在壓頭38的前端部的異物被吹飛而被去除。其中，使用空氣供給單元54來去除異物的時序並沒有限制。例如，異物的去除係在一試片11的試驗完成之後，至進行接下來的試片11的試驗之間，視需要來實施。
此外，朝向壓頭38的前端部被噴射的空氣係在上部容器52的內部流動，且亦被噴吹在一對支持台8上。結果，附著在支持部8b或接觸構件12的接觸面12a的異物(試片11的碎片11a等)被空氣吹飛而被去除。藉此，進行接下來的試驗時，可防止因異物接觸試片11的下表面側而試片11損傷的情形。
其中，若朝向支持台8的上表面8a配置噴嘴56的前端56a，由噴嘴56被噴射的空氣強力噴吹在支持台8的上表面8a側。此時，附著在支持部8b或接觸構件12的異物被空氣吹飛而在上部容器52的內部飛揚之後，有再度附著在支持部8b或接觸構件12的情形。因此，異物不易由支持台8的上表面8a側被適當地去除。
因此，噴嘴56的前端56a較佳為如圖7所示，朝向壓頭38的前端部的側面作配置。藉此，被噴吹在支持台8的上表面8a的空氣氣勢被適度減弱，異物由支持台8的上表面8a側被適當地去除。
若反覆試片11的試驗或藉由空氣供給單元54所為之異物的去除，在下部容器4(參照圖1)的內部係蓄積試片11的碎片11a。此時，以使用碎片排出單元62(參照圖1)來回收被蓄積在下部容器4的內部的碎片11a為佳。
具體而言，打開碎片排出單元62的閥66，由被設在下部容器4的開口部4b之底的碎片排出口4d，吸引被蓄積在開口部4b的內部的碎片11a。被吸引的碎片11a係通過碎片排出路64，且在碎片回收部70被回收。如上所示，若使用碎片排出單元62，無須以手工作業清掃下部容器4的開口部4b的內部，即可迅速去除碎片11a。
在此，在測定裝置2中，上部容器52形成為小於下部容器4的開口部4b，此外，在上部容器52係形成有插入壓頭38的壓頭插入孔52d等。因此，即使使上部容器52朝向下部容器4下降，下部容器4的開口部4b亦未被上部容器52所密閉。藉此，當由碎片排出口4d吸引試片11的碎片11a時，外部空氣容易被取入至開口部4b，可平順地進行試片11的碎片11a的吸引。
其中，在上述之實施形態中，係說明藉由3點彎曲試驗來測定試片11的抗折強度之例。但是，本發明之一態樣之測定裝置亦可藉由球抗折試驗或4點彎曲試驗來測定試片11的抗折強度。
圖8係顯示藉由球抗折試驗來測定試片11的抗折強度的測定裝置110的斜視圖。圖8所示之測定裝置110係具備支持部(支持手段)112來取代支持單元6(參照圖1)，且具備第3支持構件114及壓頭116來取代夾持構件36及壓頭38，此點與測定裝置2不同。其中，構成測定裝置110的其他構成要素係與圖1所示之測定裝置2相同。但是，在圖8中，係省略按壓單元26、移動機構40、攝像單元72、控制部100、支持部112以外的構成要素的圖示。
支持部112係支持試片11(參照圖5等)的板狀構件(支持構件)，被配置在按壓單元26的下方。例如支持部112係不銹鋼材等金屬，平面視下形成為矩形狀。支持部112的上表面係構成支持試片11的下表面側的支持面112a。此外，在支持部112的中央係形成有上端側在支持面112a露出的圓柱狀的開口112b。例如開口112b係形成為上下貫穿支持部112。其中，若可在支持面112a支持試片11，在支持部112並未限制形狀。
此外，在按壓單元26所具備的第2支持構件34的下端側係固定有柱狀的第3支持構件114。接著，在第3支持構件114的下端部係固定有球狀的壓頭116。測定裝置110係以壓頭116按壓在支持部112被支持的試片11，藉此測定試片11的強度。
其中，支持部112的開口112b係形成為其直徑大於壓頭116的直徑，壓頭116係成為可插入在開口112b。此外，壓頭116係配置在比支持部112更為上方，而且與支持部112的開口112b相重疊的位置。
使用測定裝置110來測定試片11的抗折強度時，首先，將試片11配置在支持部112的支持面112a上。試片11係配置成覆蓋支持部112的開口112b的上端側。
接著，以移動機構40使按壓單元26朝下方移動，使壓頭116朝向試片11側移動。藉此，壓頭116與試片11接觸，試片11撓曲(參照圖6)。若使壓頭116更加朝向試片11側移動，試片11即被破壞(參照圖7)。此外，壓頭116按壓試片11時施加於壓頭116的荷重藉由荷重計測器32予以計測。
接著，控制部100所具備的算出部106係根據試片11的尺寸、支持部112的開口112b的尺寸、壓頭116的尺寸、及藉由荷重計測器32被計測到的荷重，算出試片11的抗折強度。其中，試片11、開口112b、及壓頭116的尺寸係預先被記憶在記憶部104。
例如，若試片11為圓盤狀，試片11的厚度、與試片11的半徑形成為試片11的尺寸而被記憶在記憶部104。此外，若試片11平面視下為正方形狀，試片11的厚度、與相當於試片11的寬度的1/2的長度形成為試片11的尺寸而被記憶在記憶部104。此外，開口112b的半徑、與壓頭116的半徑分別形成為開口112b、壓頭116的尺寸而被記憶在記憶部104。
其中，試片11、支持部112的開口112b、壓頭116的尺寸的取得方法並無限制。例如測定裝置110亦可藉由攝像單元72對試片11及支持部112進行攝像，根據藉由該攝像所得的畫像，在檢測部102檢測試片11、開口112b、及壓頭116的尺寸。此外，試片11、支持部112的開口112b、及壓頭116的尺寸亦可預先以其他方法測定，且記憶在記憶部104。
圖9係顯示抗折強度的測定條件的模式圖。在球抗折試驗中，試片11的抗折強度σ係以下式(1)表示。
Figure 02_image001
其中，數式(1)中的a1 係接觸試片11的壓頭116的接觸半徑，接觸半徑a1 係以下式(2)表示。
Figure 02_image003
此外，在數式(1)及數式(2)中，W係表示施加於按壓試片11的壓頭116的荷重的最大值[N]，r係表示壓頭116的半徑[mm]，h係表示試片11的厚度[mm]，a係表示支持部112的開口112b的半徑[mm]，a0 係表示試片11的半徑[mm]，ν1 係表示試片11的蒲松比(Poisson’s ratio)，ν2 係表示壓頭116的蒲松比，ε1 係表示試片11的楊氏模數[MPa]，ε2 係表示壓頭116的楊氏模數[MPa]。
試片11的厚度h及半徑a0 、與壓頭116的半徑r係例如藉由檢測部102予以檢測，且被記憶在記憶部104。此外，荷重的最大值W係相當於當試片11因壓頭116的按壓而破損時藉由荷重計測器32被計測到的荷重，且被記憶在記憶部104。此外，被使用在算出抗折強度的其他參數(ν1 、ν2 、ε1 、ε2 )係分別被預先記憶在記憶部104。
接著，算出部106係使用被記憶在記憶部104的該等值，根據數式(1)及數式(2)，算出試片11的抗折強度σ。如上所示，測定裝置110係可根據球抗折試驗的結果，自動算出試片11的抗折強度。
其他，上述實施形態之構造、方法等只要未脫離本發明之目的的範圍，可適當變更來實施。
11:試片 11a:碎片 2:測定裝置 4:下部容器(收容部) 4a:上表面 4b:開口部 4c:下表面(底面) 4d:碎片排出口 6:支持單元(支持手段) 8:支持台 8a:上表面 8b:支持部 10:間隙 12:接觸構件 12a:接觸面 14:支持部移動機構(支持部移動手段) 16:支持構造 18:導軌 20:滾珠螺桿 22:脈衝馬達 24:移動板 26:按壓單元(按壓手段) 28:移動基台 30:第1支持構件 32:荷重計測器(荷重計測手段) 34:第2支持構件 36:夾持構件 36a:夾持面 38:壓頭 40:移動機構(移動手段) 42:支持構造 44:導軌 46:滾珠螺桿 48:脈衝馬達 50:連接構件 50a:上部容器支持部 52:上部容器(蓋件) 52a:下表面 52b:開口部 52c:上表面 52d:壓頭插入孔 52e:側壁 52f:噴嘴插入孔 54:空氣供給單元(空氣供給手段) 56:噴嘴 56a:前端 58:閥 60:空氣供給源 62:碎片排出單元(碎片排出手段) 64:碎片排出路 66:閥 68:吸引源 70:碎片回收部 72:攝像單元(攝像手段) 74:移動機構(移動手段) 76:支持板 78:導軌 80:滾珠螺桿 82:脈衝馬達 84:移動板 86:光源 88:攝像單元(攝像手段) 90:移動機構(移動手段) 92:顯示部(顯示手段) 100:控制部(控制手段) 102:檢測部 104:記憶部 106:算出部 110:測定裝置 112:支持部(支持手段) 112a:支持面 112b:開口 114:第3支持構件 116:壓頭
[圖1]係顯示測定裝置的斜視圖。 [圖2]係顯示支持單元的斜視圖。 [圖3]係顯示按壓單元的斜視圖。 [圖4]係顯示攝像單元及移動機構的斜視圖。 [圖5]係顯示試片藉由支持單元被支持的狀態的測定裝置的剖面圖。 [圖6]係顯示試片與一對支持部相接觸的狀態的測定裝置的剖面圖。 [圖7]係顯示試片被破壞後的狀態的測定裝置的剖面圖。 [圖8]係顯示藉由球抗折試驗來測定試片的抗折強度的測定裝置的斜視圖。 [圖9]係顯示抗折強度的測定條件的模式圖。
2:測定裝置
4:下部容器(收容部)
4a:上表面
4b:開口部
4c:下表面(底面)
4d:碎片排出口
6:支持單元(支持手段)
14:支持部移動機構(支持部移動手段)
26:按壓單元(按壓手段)
28:移動基台
30:第1支持構件
32:荷重計測器(荷重計測手段)
34:第2支持構件
36:夾持構件
36a:夾持面
38:壓頭
40:移動機構(移動手段)
42:支持構造
44:導軌
46:滾珠螺桿
48:脈衝馬達
50:連接構件
50a:上部容器支持部
52:上部容器(蓋件)
52a:下表面
52c:上表面
52d:壓頭插入孔
52e:側壁
52f:噴嘴插入孔
54:空氣供給單元(空氣供給手段)
56:噴嘴
58:閥
60:空氣供給源
62:碎片排出單元(碎片排出手段)
64:碎片排出路
66:閥
68:吸引源
70:碎片回收部
72:攝像單元(攝像手段)
74:移動機構(移動手段)
86:光源
88:攝像單元(攝像手段)
90:移動機構(移動手段)
92:顯示部(顯示手段)
100:控制部(控制手段)
102:檢測部
104:記憶部
106:算出部

Claims (4)

  1. 一種測定裝置，其係測定試片的抗折強度的測定裝置，其特徵為： 具備： 支持手段，其係具有：在彼此分離的狀態下作配置，支持該試片的下表面側的第1支持部及第2支持部； 壓頭，其係被配置在比該支持手段更為上方，而且與該第1支持部與該第2支持部之間的區域相重疊的位置，按壓該試片； 移動手段，其係對被該支持手段所支持的該試片，使該壓頭相對接近及分離； 荷重計測手段，其係計測當該壓頭按壓被該支持手段所支持的該試片時施加於該壓頭的荷重；及 控制手段，其係具有：根據該試片的厚度及寬度、該第1支持部與該第2支持部的間隔、及藉由該荷重計測手段被計測到的荷重的最大值，算出該試片的抗折強度的算出部。
  2. 如請求項1之測定裝置，其中，另外具備：支持部移動手段，其係使該第1支持部與該第2支持部彼此接近及分離，調整該第1支持部與該第2支持部的間隔。
  3. 如請求項1或2之測定裝置，其中，另外具備：攝像手段，其係對該試片進行攝像， 該控制手段係另外具有：檢測部，其係根據藉由該攝像手段所取得的該試片的畫像，檢測該試片的厚度與寬度。
  4. 一種測定裝置，其係測定試片的抗折強度的測定裝置，其特徵為： 具備： 支持手段，其係具有：支持該試片的下表面側的支持面、及在該支持面露出的開口； 球狀的壓頭，其係被配置在比該支持手段更為上方，而且與該開口相重疊的位置，且可插入在該開口； 移動手段，其係對被該支持手段所支持的該試片，使該壓頭相對接近及分離； 荷重計測手段，其係計測當該壓頭按壓被該支持手段所支持的該試片時施加於該壓頭的荷重；及 控制手段，其係具有：根據該試片的尺寸、該開口的尺寸、該壓頭的尺寸、及藉由該荷重計測手段被計測到的荷重的最大值，算出該試片的抗折強度的算出部。
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