TWI422821B - Determination of breaking strength and determination of breaking strength - Google Patents

Description

破壞強度測定裝置及破壞強度測定方法

本發明係關於一種例如用以對積層陶瓷電子零件等測定對象物之破壞強度進行測定之破壞強度測定裝置及破壞強度測定方法。

近年來，行動電話等電子機器之小型化正在發展。因此，搭載於電子機器之陶瓷電子零件等中亦強烈地要求小型化或薄型化。近年來，開發有例如平面形狀為1.0mm×0.5mm、且高度為0.3mm以下之類的非常薄之小型陶瓷電子零件。

然而，陶瓷電子零件具有於陶瓷素體之外表面及/或內部形成有電極之結構。若薄型化發展，則陶瓷素體將變薄。因此存在如下情形：由於將陶瓷電子零件安裝至安裝基板上時之機械性衝擊，而於陶瓷素體上產生裂痕，或陶瓷素體破裂。

因此，產生如下需要：預先測定陶瓷電子零件之抗彎強度，根據所測定之抗彎強度而降低安裝時之衝擊，或提高陶瓷電子零件本身之強度，以使其可對抗安裝時之衝擊。由此，期望更準確地測定陶瓷電子零件之抗彎強度。

先前，作為對容易破裂的材料之抗彎強度進行測定之裝置，提出有各種裝置。例如，於下述專利文獻1中揭示有一種對作為藥劑之錠劑狀試樣之抗彎強度進行測定之裝置。

如圖11所示，該抗彎強度測定裝置101中，錠劑102由支持台103支持著。於支持台103之上表面具有兩個支持突起103a、103b。藉由該等支持突起103a、103b而支持錠劑102。並且，為了自錠劑102之上方施加負荷，而使打孔機104下降。打孔機104在支持突起103a、103b之間的中央區域與錠劑102相抵接。因此，對錠劑102施加有三點彎曲負荷。將錠劑102彎折時藉由打孔機104而施加之荷重值作為抗彎強度。

再者，對藉由上述打孔機104而施加之荷重進行檢測時，先前，一般而言係將荷重計與打孔機等之推壓部分連接，藉由荷重計而檢測荷重。

另一方面，圖12係表示先前之抗彎強度測定裝置之其他例之模式性前視圖。此處，在抗彎強度測定裝置111中，於平台112上載置有測定對象物113。自測定對象物113之上方將推壓器114抵接，並施加荷重。於推壓器114上連接有荷重施加部115。該荷重施加部115亦具有對出自推壓器114之荷重進行檢測之荷重計。又，於荷重施加部115中，於荷重計上連接有位移感測器。並且，於推壓器114發生位移之情形時，其位移量可藉由位移感測器而偵測。

若一面藉由推壓器114而施加荷重，一面將測定對象物113向下方壓入，則測定對象物113將於某階段破裂。因此，推壓器114將自測定對象物113之上表面起急速地下降至固定距離的下方位置為止。可根據此時的推壓器114之位移量、預先求出之位移量及自推壓器114所施加之荷重的關係，而高精度地求出測定對象物破裂時之荷重。將該荷重之值作為抗彎強度。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2001-343311號公報

於圖11或圖12所示之抗彎強度測定裝置111中，可基於測定對象物113破裂時之朝向推壓器114下方之急遽的位移量而準確地求出抗彎強度。

然而，如上所述，若陶瓷電子零件之小型化及薄型化發展，則於藉由推壓器114而施加荷重之情形時，作為測定對象物113之陶瓷電子零件將瞬時破裂。因此，存在如下問題：破裂時之荷重施加速度之梯度變得過於陡峭，即便在對相同規格之陶瓷電子零件進行測定時，測定結果亦有較大偏差。

又，如圖11或圖12所示之先前之抗彎強度測定裝置係基於測定對象物113破裂後之推壓器114之位移而推算破裂瞬間之荷重，因此，實際上無法準確地測定在測定對象物113破壞瞬間所施加之荷重。

由此，非常難以高精度地且確實地對小型化及薄型化發展之陶瓷電子零件進行安裝條件之改善、或零件強度設計之變更。

本發明之目的在於提供一種破壞強度測定裝置，其消除上述先前技術之缺點，即便在測定對象物之小型化或薄型化、尤其是薄型化發展，而使測定對象物變得容易破裂之情形時，亦可高精度地對測定對象物之強度進行測定。

根據本發明，可提供一種破壞強度測定裝置，其包括：荷重施加裝置，其係用以對測定對象物施加荷重；平台，其係用以載置上述測定對象物；推壓器，其藉由自上述荷重施加裝置所施加之荷重而推壓上述測定對象物；感測器，其在藉由對上述測定對象物施加荷重而使測定對象物破壞時，對該測定對象物之變化進行偵測；及荷重測定裝置，其在上述感測器偵測到上述測定對象物破壞時之上述變化時，對荷重施加裝置施加至推壓器之荷重進行測定；上述感測器係對上述測定對象物本身之變化進行偵測之感測器，且該破壞強度測定裝置進而包括插入至上述荷重施加裝置與上述推壓器之間的彈性體。

於本發明之破壞強度測定裝置之某指定態樣中，上述感測器為AE(Acoustic Emission，聲發射)感測器，於此情形時，可非接觸地高精度地對測定對象物本身之變化進行檢測。

於本發明之破壞強度測定裝置之其他指定態樣中，上述平台具有基底構件及支持部，該支持部配置於上述基底構件上、且於該支持部之上表面載置有上述測定對象物，於上述支持部之下表面形成有貫通孔，在該貫通孔之周圍，上述支持部由底板支持，上述AE感測器之檢測部在該貫通孔內連接於上述支持部之下表面。於此情形時，可藉由AE感測器而進一步高精度地對測定對象物之變化進行檢測。又，在支持部之下表面的外周部，支持部由底板穩定地支持。因此，可進一步高精度地對破壞強度進行測定。

較好的是進而具備緩衝材，其配置於上述基底構件與上述支持構件之間，且抑制振動之傳遞。於此情形時，藉由緩衝材而緩和由於來自外部之振動或衝擊等所造成的影響，可進一步高精度地對測定對象物之破壞強度進行測定。

於本發明之破壞強度測定裝置之進而其他指定態樣中，於上述平台之上述基底構件內收納有上述感測器，於此情形時，可謀求破壞強度測定裝置之小型化。

本發明之破壞強度測定方法係對使用了依據本發明而構成之破壞強度測定裝置的測定對象物之破壞強度進行測定之方法，其包括如下步驟：將上述測定對象物載置於上述平台；自上述荷重施加裝置施加荷重，藉由上述推壓器而推壓測定對象物；及藉由對上述測定對象物之變化進行偵測之感測器，而對上述測定對象物由於荷重之施加而破壞時之變化進行偵測，並在偵測到該測定對象物破壞時之變化時，對由上述荷重施加裝置施加至推壓器之荷重進行測定。

根據本發明之破壞強度測定裝置及破壞強度測定方法，可利用感測器對測定對象物破壞時之測定對象物之變化進行偵測，即，可藉由測定對象物本身之變化而高精度地對測定對象物之破壞地點進行檢測，因此，變得可高精度地對在測定對象物破壞的瞬間由推壓器所施加之荷重進行測定。由此，即便在測定對象物小型化尤其是薄型化而非常容易破裂之情形時，亦可高精度地對測定對象物之破壞強度進行測定。又，由於荷重施加裝置與推壓器之間插入有彈性體，因此荷重施加速度之上升變得平穩，可防止測定對象物瞬時破裂。進而，伺服馬達等高精度之升降裝置、或抽樣頻率較高之高精度之測量裝置變得不必要，從而可提供一種廉價且結構簡單之抗彎強度測定裝置。

以下，一面參照圖式，一面藉由說明本發明之具體性的實施形態而明確本發明。

圖1係本發明之一實施形態之破壞強度測定裝置之部分剖面前視圖，圖2係其側視圖。

破壞強度測定裝置1具有用以載置測定對象物之平台2。平台2具有基底構件3、及由基底構件3支持之支持部4。更具體而言，基底構件3具有包括剛體之板5、以及同樣包括剛體之筒狀構件6。板5係載置於地板上等之部分。並且，於筒狀構件6之下端設置有凸緣部6a。於該凸緣部6a中，筒狀構件6藉由螺釘7、7而固定於板5。

於筒狀構件6內配置有支持部4及AE感測器12。如圖6所示，更具體而言，支持部4具有於上表面開放之凹部4a。支持部4包含金屬等剛性材料。支持部4收納於基座6b中，該基座6b係固定地設置於基底構件3之上述筒狀構件6內。基座6b形成於筒狀部6內，且具有於上方開放之有底之開口部。

於基座6b之底面配置有緩衝材11。於本實施形態中，使用胺酯樹脂薄板作為緩衝材11。但並不限定於胺酯樹脂薄板，只要可抑制配置於緩衝材11上之支持部4與基座6b之間的振動之傳遞，則可藉由適當的彈性材料而形成緩衝材11。

於基座6b中，於底面中央形成有貫通孔6c。AE感測器12位於該貫通孔6c內。即，AE感測器12收納於基底構件3內。位於AE感測器12之上端之檢測面12a與支持部4之下表面相抵接。

AE感測器12係眾所周知之聲發射感測器。即，AE感測器12係使用壓電共振器而構成，且可瞬時地對配置於支持部4的內部之下述測定對象物13破壞時之音波進行測定。即，可藉由使用AE感測器12，而瞬時地對測定對象物本身破壞時之變化進行偵測。

再者，於本實施形態中使用了AE感測器12，但在本發明中，只要可瞬時地對測定對象物之破壞時間點進行檢測，則亦可使用例如檢測電流的變化之感測器。作為該種可藉由檢測電流之變化而對破壞時間點進行檢測之感測器，可列舉如下之感測器：於平台上形成一對電極焊盤，以橫跨該一對電極焊盤之方式而載置測定對象物，對一對電極焊盤之間施加電壓，並利用電流計來檢測洩漏電流。若測定對象物破壞，則電流計中之電流值發生變化，因此可瞬時地對測定對象物之破壞時間點進行檢測。

再者，於本發明中，作為對上述測定對象物之破壞時間點進行檢測之感測器，並不限定於上述使用聲音或電流者，總之，需要利用感測器，並非對推壓器、而是對測定對象物13本身破壞時之變化進行檢測。

返回至圖1，在配置於上述支持部4內之測定對象物13上，配置有推壓器14。如圖3中放大所示，推壓器14具有：筒狀之本體15、及以自本體15之下端向下方延伸之方式而設置的推壓銷16。於推壓銷16之前端，以直徑隨著向前端前進而減小之方式而安裝錐，設置有圓錐部16a。由圓錐部16a之前端推壓測定對象物13。

於推壓器本體之上端開口內周面形成有內螺紋。推壓器14係固定於第1板17之下表面。固定係藉由如下方式而進行：經由設置於第1板17上之貫通孔，而將固定螺紋18旋入至上述推壓器之本體15之內螺紋。

另一方面，於第1板17之上方以與第1板17對向之方式而配置有第2板19。於第2板19中，於較設置有上述推壓器14之區域更外側，即於外周緣附近，形成有貫通孔19a、19b。於第2板19之貫通孔19a、19b中插入有筒狀間隔件23、23，該筒狀間隔件23藉由螺釘24及螺母25而固定於板19。軸20、20以可於筒狀間隔件23、23中上下移動之方式而插通。軸20、20之下端固定於第1板17。軸20、20插通於貫通孔19a、19b中，並向上方延伸。並且，在板17、19之間，於軸20、20外插有彈簧21、22。彈簧21、22係以相對於第2板19而對第1板17向下方施力之方式設定。

返回至圖1及圖2，於第2板19之上方配置有內藏有荷重單元31之荷重檢測部32，該荷重單元31係用以測定由推壓器14所施加至測定對象物13之荷重。又，於荷重檢測部32之上方連結有作為荷重施加裝置之升降裝置33。

升降裝置33使較升降裝置33更下方之部分即荷重檢測部32、及與荷重檢測部32連結之第2板19一體地升降。因此，若使第2板19下降，則伴隨於此，第1板17及推壓器14亦會下降。

然而，在板17、19之間，於上述軸20、20上外插有彈簧21、22，因此自推壓器14施加至測定對象物13之荷重施加速度之上升變得平穩。由此，可防止測定對象物13瞬時破裂。

再者，本實施形態係使用上述彈簧21、22作為用以使該種荷重施加速度之上升平穩之彈性體，但亦可使用除彈簧以外之適當的彈性體。即，只要可使自推壓器14施加至測定對象物13之荷重的荷重施加速度之上升變得平穩，則可在推壓器與荷重檢測部32之間插入適當的彈性體。

其次，說明本實施形態之破壞強度測定裝置之規格方法及動作。

於本實施形態中，對圖4(a)及(b)所示之積層陶瓷電子零件34之破壞強度進行測定。積層陶瓷電子零件34具有陶瓷素體35、及外部電極36、37。由於陶瓷素體35係由陶瓷所構成，因此容易脆性破壞。又，於積層陶瓷電子零件34中，若陶瓷素體35之厚度變薄，則伴隨於此，變得容易因推壓器14所產生之推壓力而破裂。

於本實施形態中，首先，將上述積層陶瓷電子零件34載置於配置在基底構件3中之基座6b上之支持部4內。於此狀態下，驅動支持部4之下方的AE感測器12。AE感測器12向支持部4側發射特定之音波，並對自測定對象物13返回而來之音波進行測定，由音波之變化而對測定對象物13之變化進行檢測。

其次，驅動升降裝置33，介隔荷重檢測部32而使第2板19下降。若第2板19下降，則彈簧21、22受到壓縮，之後，第1板17受到彈簧21、22之施力而向第1板17之下方移動。其結果，荷重平穩地自推壓器14之推壓銷16之前端施加至測定對象物13。

若藉由升降裝置33而持續下降，則自推壓器14所施加之荷重逐漸增高，測定對象物13將破壞。破壞之瞬間可藉由AE感測器12之輸出而立刻進行檢測。藉由荷重單元31檢測破壞時間點之荷重，並將其作為測定對象物13之破壞強度。

以下，更具體地對上述測定之流程進行說明。

圖7係表示上述荷重計31之模式圖。若藉由升降裝置施加荷重，則S字形狀之荷重計本體31a變形，其結果為，內藏之應變計31b變形，其電阻值變化。

應變計31b之電阻值變化，可用如圖8所示之橋接電路41測出。亦即，應變計31b之電阻值若有變化，則自橋接電路41所汲出之輸出電流即變化。

如圖9之方塊圖所示，由荷重計31如上述般輸出之輸出電流，以運算放大器42放大，並被輸入至示波器43。另一方面，利用AE感測器12偵測聲音，AE感測器12輸出與偵測到之聲音相應之輸出電流。該輸出電流以運算放大器44放大，並被輸入至示波器43。藉由示波器43監測由荷重計31輸入之上述輸出電流以及由AE感測器12輸入之上述輸出電流。圖10之圖表顯示監測由荷重計31輸入之電流及由AE感測器12輸入之電流的結果。捕捉由AE感測器12輸入之電流值發生變化之時間點，將此時由荷重計31所輸入之電流值轉換為荷重。將該轉換後之值設為例如荷重F。

再者，作為荷重計31，例如可使用Minebea股份有限公司所製造之U3B1系列。又，作為運算放大器42、44，例如可使用新光電子股份有限公司製造之DAS-406。又，作為示波器43，例如可使用Tektronix公司製造之MSO4104。又，作為AE感測器12，可使用NF CORPORATION電路設計組製造之AE TESTER9501。

若使用本實施形態之破壞強度測定裝置1，則如上所述，可由AE感測器12之輸出而瞬時地檢測測定對象物13之破壞時間點。即，可藉由測定對象物13本身之變化而高精度地檢測測定對象物13之破壞時間點，因此與先前之抗彎強度測定相比，可高精度地對測定對象物之破壞強度進行檢測。

另外，於上述實施形態中，彈簧21、22係配置於板17、19之間，自推壓器14施加至測定對象物13之荷重的施加速度之上升變得平穩。因此，不易在藉由推壓器14開始對測定對象物13施加荷重之瞬間誤使測定對象物13破壞。由此，可進一步高精度地對測定對象物13之破壞強度進行測定。

進而，上述緩衝材11係配置於支持部4與基座6b之間，因此不會受到來自周圍之振動等影響，而可高精度地對測定對象物13之破壞時間點進行檢測。

再者，上述實施形態係將推壓器14之推壓銷16之前端作為圓錐部16a，但亦可如圖5(a)及(b)所示之變形例般形成如下形狀：於推壓銷15之前端設置圓錐台15b，自圓錐台15b之前端起設置較圓錐台15b更小徑之突出部15c。

總之，於推壓銷15中，可藉由減小與測定對象物13抵接之部分的面積，而可應對測定對象物13之小型化。

本申請案發明者對長度1.0mm×寬度0.5mm×厚度0.2mm之積層陶瓷電容器之破壞強度進行了測定。為了進行比較，而準備了相當於先前例之作為比較例的破壞強度測定裝置，其除未設置上述AE感測器12、緩衝材11及彈簧21、22之外，與上述同樣地構成。使用實施形態及比較例之破壞強度測定裝置，對達到破壞強度之荷重值及其偏差進行測定。

其結果，某試樣群之比較例中，平均荷重為2.08N，且荷重值之偏差σ為1.18，相對於此，上述實施形態中，平均荷重值為6.61N，且荷重值之偏差σ為0.86。又，其他試樣群之比較例中，平均荷重為2.29N，且荷重值之偏差σ為0.95，相對於此，根據上述實施形態，平均荷重為7.15N，且荷重值之偏差σ為0.62。

因此可知：可根據本實施形態而高精度地對非常小型之積層陶瓷電子零件之破壞強度進行測定。

再者，本發明並不限定於對積層陶瓷電子零件之破壞強度進行測定之用途，可廣泛用於對各種容易破裂的測定對象物之破壞強度之測定。

1．．．破壞強度測定裝置

2．．．平台

3．．．基底構件

4．．．支持部

4a．．．凹部

5．．．板

6．．．筒狀構件

6a．．．凸緣部

6b．．．基座

6c．．．貫通孔

7．．．螺釘

11．．．緩衝材

12．．．AE感測器

13．．．測定對象物

14．．．推壓器

15．．．推壓銷

16．．．推壓銷

16a．．．圓錐部

17．．．第1板

18．．．固定螺紋

19．．．第2板

19a、19b．．．貫通孔

20．．．軸

21、22．．．彈簧

23．．．筒狀間隔件

24．．．螺釘

25．．．螺母

31．．．荷重計

31a．．．荷重計本體

31b．．．應變計

32．．．荷重檢測部

33．．．升降裝置

34．．．積層陶瓷電子零件

35．．．陶瓷素體

36、37．．．外部電極

41．．．橋接電路

42．．．運算放大器

43．．．示波器

44．．．運算放大器

圖1係本發明之一實施形態之破壞強度測定裝置之前視圖。

圖2係本發明之一實施形態之破壞強度測定裝置之側視圖。

圖3係表示本發明之一實施形態之破壞強度測定裝置之主要部分之部分前視圖。

圖4(a)及(b)係表示作為利用本發明之一實施形態之破壞強度測定裝置進行測定之測定對象物的陶瓷電子零件之前視圖及平面圖。

圖5(a)及(b)係用以說明本發明之破壞強度測定裝置之變形例之推壓器的形狀之模式性前視圖及平面圖。

圖6係用以表示本發明之一實施形態之破壞強度測定裝置之支持部的結構之模式性前視圖。

圖7係表示本發明之一實施形態之破壞強度測定裝置之荷重計的結構之模式圖。

圖8係構成內藏於荷重計中之應變計之橋接電路之一例。

圖9係利用運算放大器將自荷重計輸出之電流放大，並輸入至示波器之方塊圖。

圖10係利用示波器來監控自荷重計輸入之電流、及自AE感測器輸入之電流，捕捉AE感測器側之電流值發生變化之時間點，將此時之荷重計側之電流值轉換為荷重，例如顯示荷重F及值的程式之模式圖表。

圖11係表示先前之抗彎強度測定裝置之前視圖。

圖12係用以說明先前之抗彎強度測定裝置之其他例之模式性前視圖。

1．．．破壞強度測定裝置

2．．．平台

3．．．基底構件

4．．．支持部

5．．．板

6．．．筒狀構件

6a．．．凸緣部

6b．．．基座

7．．．螺釘

11．．．緩衝材

12．．．AE感測器

12a．．．檢測面

13．．．測定對象物

14．．．推壓器

15．．．推壓銷

17．．．第1板

18．．．固定螺紋

19．．．第2板

19a、19b．．．貫通孔

20．．．軸

21、22．．．彈簧

31．．．荷重計

32．．．荷重檢測部

33．．．升降裝置

Claims (7)

1. 一種破壞強度測定裝置，其包括：荷重施加裝置，其係用以對測定對象物施加荷重；平台，其係用以載置上述測定對象物；推壓器，其藉由自上述荷重施加裝置所施加之荷重而推壓上述測定對象物；感測器，其係偵測在由對上述測定對象物施加荷重而使測定對象物遭破壞時之該測定對象物變化；及荷重測定裝置，其在上述感測器偵測到上述測定對象物遭破壞時之上述變化時，測定由荷重施加裝置施加至推壓器之荷重；上述感測器係對上述測定對象物本身之變化進行偵測之感測器，且該破壞強度測定裝置進而包括插入至上述荷重施加裝置與上述推壓器之間的彈性體。
2. 如請求項1之破壞強度測定裝置，其中上述感測器為AE感測器。
3. 如請求項1或2之破壞強度測定裝置，其中上述平台具有基底構件及支持部，該支持部配置於上述基底構件上、且於該支持部之上表面載置有上述測定對象物，於上述支持部之下表面形成有貫通孔，在該貫通孔之周圍，上述支持部由底板支持，上述感測器之檢測部在該貫通孔內與上述支持部之下表面連接。
4. 如請求項3之破壞強度測定裝置，其中進而包括配置於 上述基底構件與上述支持構件之間的緩衝材。
5. 如請求項3之破壞強度測定裝置，其中於上述平台之上述基底構件內收納有上述感測器。
6. 如請求項4之破壞強度測定裝置，其中於上述平台之上述基底構件內收納有上述感測器。
7. 一種破壞強度測定方法，其係使用如請求項1至6中任一項之破壞強度測定裝置對測定對象物的破壞強度進行測定之方法，其包括如下步驟：將上述測定對象物載置於上述平台；自上述荷重施加裝置施加荷重，藉由上述推壓器而推壓測定對象物；及藉由對上述測定對象物之變化進行偵測之感測器，而對上述測定對象物因施加荷重而遭破壞時之變化進行偵測，並在偵測到該測定對象物遭破壞時之變化時，測定由上述荷重施加裝置施加至推壓器之荷重。