JP2023180131A - 試験装置及び計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】試験片によらず高精度な計測を可能とする試験装置及び測定方法を提供すること。【解決手段】試験装置１は、試験片を支持する支持ユニット１０と、試験片を押圧する圧子２４と、圧子２４の下端が試験片に接触しない退避位置から圧子２４を試験片に対して近接する方向に向かって等速移動させて圧子２４で試験片を押圧して破壊する移動ユニット２１と、圧子２４が試験片を押圧する荷重を計測するロードセル２３と、少なくとも移動ユニット２１を制御する制御ユニット１００と、圧子２４の移動距離を検出する圧子移動量検出ユニット４０を備える。制御ユニット１００は、試験片の破壊が検出された場合に、試験片の破壊が検出される直前の荷重値が計測された後の圧子２４の移動距離を荷重値に換算し、直前の荷重値に加算することで試験片の破壊時の荷重値を算出する。【選択図】図１

Description

本発明は、試験装置及び計測方法に関する。

半導体チップの強度を測定する手法として一般的にＳＥＭＩ（Semiconductor Equipment and Materials International）規格Ｇ３６－０３０３で既定される３点曲げ試験が広く利用され、この試験を行うために試験装置が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０２０－０９４８３３号公報

特許文献１等に示された試験装置は、試験片となる半導体チップを圧子で押圧し破壊する。試験装置は、圧子が試験片を押圧する荷重を測定するロードセルを備え、試験片が破壊された際の荷重値をもとに抗折強度を算出する。

一般に、計測可能荷重値が小さいロードセルと比べて計測可能荷重値が大きいロードセルは、荷重値の分解能が低くなる。低荷重で破壊できる試験片に対して高荷重用のロードセルを使用すると細かい計測ができずに正確な計測が難しい。そこで、低荷重で破壊できる試験片用の試験装置と、破壊に高荷重が必要な試験片用の試験装置とを分け、それぞれ提供している。

しかし、一台の試験装置で破壊に高荷重が必要な試験片と低荷重で破壊できる試験片の両方を試験したいとの要望がある。破壊する試験片に応じてロードセルを交換するのは手間である。

本発明の目的は、試験片によらず高精度な計測を可能とする試験装置及び測定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、試験片の下面側を支持する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、該圧子の先端が該支持ユニットで支持された試験片に接触しない退避位置から該圧子を該支持ユニットで支持された試験片に対して近接する方向に向かって等速移動させて該圧子で試験片を押圧して破壊する移動ユニットと、該圧子が該支持ユニットで支持された試験片を押圧する荷重を計測するロードセルと、少なくとも該移動ユニットを制御するコントローラと、を備えた試験装置であって、該移動ユニットで移動される該圧子の移動量を検出する圧子移動量検出ユニットを備え、該ロードセルは所定の分解能で該圧子が試験片を押圧する荷重を計測し、該コントローラは、該圧子が該退避位置から該近接する方向に移動する間に該ロードセルで荷重が検出されることで該圧子の試験片への当接を検知するとともに、該圧子の試験片への当接を検出した後に、該ロードセルの計測値が上昇から下降に転じることで試験片の破壊を検出し、該ロードセルの該分解能の間で該試験片の破壊が検出された場合に、該試験片の破壊が検出される直前の荷重値が計測された後の該圧子の移動量を荷重値に換算し、該直前の荷重値に加算することで試験片の破壊時の荷重値を算出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、該試験片の破壊が検出される直前の荷重値が計測された後の該圧子の移動量を最終移動量とし、試験片の破壊を検知する前に該ロードセルで第１の荷重値が計測されてから第２の荷重値が計測される間の該圧子の移動量に対する該最終移動量の割合を、該第１の荷重値と該第２の荷重値との差に乗じた荷重値を、該試験片の破壊が検出される直前の荷重値に加えて試験片の破壊時の荷重値を算出しても良い。

本発明の計測方法は、圧子を試験片の上面から離間した退避位置から該試験片に対して近接する方向に向かって等速移動させて、該圧子で該試験片を押圧し破壊して、該試験片の強度を測定する計測方法であって、該圧子が該退避位置から該近接する方向に移動する間に、ロードセルで該圧子が該試験片を押圧する荷重を計測することで該圧子の試験片への当接を検知するとともに、該圧子の試験片への当接を検出した後に、該ロードセルの計測値が上昇から下降に転じることで該試験片の破壊を検出し、該試験片の破壊が検出された場合に、該試験片の破壊が検出される直前の荷重値が計測された後の該圧子の移動量を荷重値に換算し、該直前の荷重値に加算することで試験片の破壊時の荷重値を算出することを特徴とする。

前記計測方法において、該試験片の破壊が検出される直前の荷重値が計測された後の該圧子の移動量を最終移動量とし、該試験片の破壊を検知する前に該ロードセルで第１の荷重値が計測されてから第２の荷重値が計測される間の該圧子の移動量に対する該最終移動量の割合を、該第１の荷重値と該第２の荷重値との差に乗じた荷重値を、該試験片の破壊が検出される直前の荷重値に加えて試験片の破壊時の荷重値を算出しても良い。

本発明は、試験片によらず高精度な計測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退避位置の圧子と試験片などを模式的に示す正面図である。 図５は、図４に示された試験片に圧子が当接した状態を模式的に示す正面図である。 図６は、図４に示された試験片が破壊された状態を模式的に示す正面図である。 図７は、図１に示された試験装置のロードセルの圧子の下端が試験片に接触してからの計測結果を模式的に示す図である。 図８は、図１に示された試験装置のロードセルの計測結果及び圧子移動量検出ユニットの検出結果を模式的に示す図である。 図９は、実施形態１の変形例に係る試験装置の構成例の要部の斜視図である。

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、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退避位置の圧子と試験片などを模式的に示す正面図である。図５は、図４に示された試験片に圧子が当接した状態を模式的に示す正面図である。図６は、図４に示された試験片が破壊された状態を模式的に示す正面図である。図７は、図１に示された試験装置のロードセルの圧子の下端が試験片に接触してからの計測結果を模式的に示す図である。図８は、図１に示された試験装置のロードセルの計測結果及び圧子移動量検出ユニットの検出結果を模式的に示す図である。

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、圧子移動量検出ユニット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、図４、図５及び図６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とを変更する支持部材移動機構１３（図１のみに示す）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（支持部に相当）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側を支持する。

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にかかる荷重を計測するとともに、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に示すように、移動ユニット２１と、移動基台２２と、圧子２４と、ロードセル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、図４に示す圧子２４の先端である下端２４１が支持ユニット１０で支持された試験片２００に接触しない退避位置から圧子２４を支持ユニット１０で支持された試験片２００に対してＺ軸方向に沿って近接する方向に向かって等速移動させて、圧子２４で試験片２００を押圧して破壊するユニットでもある。なお、退避位置は、圧子２４の下端２４１が支持ユニット１０で支持された試験片２００の上面である表面から所定の間隔をあけた位置である。

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２３が固定されている。ロードセル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が押圧する荷重の値（以下、荷重値と記す）を計測し、計測結果を制御ユニット１００に出力する。

ロードセル２３が計測する荷重値は、押圧ユニット２０が退避位置から圧子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に接触するまではゼロ（Ｎ）である。

ロードセル２３が計測する荷重値は、押圧ユニット２０が退避位置から圧子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が図５に示すように試験片２００に当接すると、ゼロから増加する。ロードセル２３が計測する荷重値は、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、圧子２４の移動に伴なって徐々に増加する。ロードセル２３が計測する荷重値は、圧子２４が図６に示すように支持ユニット１０の一対の支持突起１５で裏面２０８が支持された試験片２００を破壊すると、最大値Ｐ３（図７に示し、以下、破壊時の荷重値Ｐ３と記す）からゼロ（Ｎ）になる。破壊時の荷重値Ｐ３は、試験片２００の抗折強度σに対応する。

なお、図７の横軸は、圧子２４の下端２４１が支持ユニット１０で支持された試験片２００に当接してからの圧子２４の移動距離（移動量に相当）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７の縦軸は、圧子２４の下端２４１が支持ユニット１０で支持された試験片２００に当接してからのロードセル２３が計測した荷重値（Ｎ）を示している。

このように、ロードセル２３が計測する荷重値は、図７に示すように、圧子２４の下端２４１が支持ユニット１０で支持された試験片２００に当接した位置から試験片２００が破壊されるまで圧子２４の移動距離と比例して増加する。また、ロードセル２３が制御ユニット１００に出力する荷重値は、０と１とからなる所定（例えば２５６）の桁数の所謂デジタル信号である。このために、ロードセル２３が制御ユニット１００に出力する荷重値は、所定の分解能ΔＰ（図７及び図８に示す）おきの荷重値を示すこととなる。即ち、ロードセル２３は、所定の分解能ΔＰで圧子２４が試験片２００を押圧する荷重値を計測する。

なお、図８の縦軸は、圧子２４の下端２４１が支持ユニット１０で支持された試験片２００に当接してからのロードセル２３が計測した荷重値（Ｎ）及び圧子移動量検出ユニット４０が検出した圧子２４の移動距離を示している。図８の横軸は、経過時間を示している。

ロードセル２３の下側には、図１に示すように、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６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。

圧子移動量検出ユニット４０は、移動ユニット２１で支持された圧子２４のＺ軸方向の退避位置からの移動量である移動距離を検出するものである。実施形態１では、圧子移動量検出ユニット４０は、圧子２４の移動距離を制御ユニット１００に出力する所謂エンコーダである。実施形態１では、圧子移動量検出ユニット４０が制御ユニット１００に出力する移動距離は、０と１とからなる所定（例えば２５６）の桁数の所謂デジタル信号である。

即ち、圧子移動量検出ユニット４０は、所定の第２の分解能Δｄで圧子２４の移動距離を検出する。なお、実施形態１では、圧子２４の下端２４１が試験片２００に当接してから圧子移動量検出ユニット４０は、ロードセル２３が分解能ΔＰで計測した荷重値を出力する間に複数（実施形態１では、７つ）の検出結果即ち移動距離を制御ユニット１００に出力する。このために、圧子２４の下端２４１が試験片２００に当接してから圧子２４が支持ユニット１０に近付いて試験片２００を押圧する際のロードセル２３の荷重の分解能ΔＰよりも圧子移動量検出ユニット４０の移動距離の第２の分解能Δｄが細かい。

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と、報知ユニットとが接続されている。即ち、試験装置１は、表示ユニットと、タッチパネルと、報知ユニットとを備える。

表示ユニットは、液晶表示装置などにより構成される。タッチパネルは、表示ユニットの表示画面に重ねられる。報知ユニットは、光を発ししてオペレータに報知するパトライト（登録商標）と、オペレータに音を発して報知するスピーカとを備える。また、報知ユニットは、表示ユニット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、荷重値算出部１０１を備える。荷重値算出部１０１は、圧子２４が退避位置から試験片２００に近接する方向に移動する間にロードセル２３でゼロを超える荷重値が検出されることで圧子２４の試験片２００への当接を検知するとともに、圧子２４の試験片２００への当接を検出した後に、ロードセル２３の計測値である荷重値が上昇から下降に転じることで試験片２００の破壊を検出する。また、荷重値算出部１０１は、ロードセル２３の分解能ΔＰの間で試験片２００の破壊が検出された場合に、試験片２００の破壊が検出される直前の荷重値Ｐ２（図７及び図８に示す）が計測された後の圧子２４の移動距離ｄ２（図７及び図８に示す）を荷重値に換算し、換算した荷重値を直前の荷重値Ｐ２に加算することで試験片２００の破壊時の荷重値Ｐ３を算出するものである。

荷重値算出部１０１は、圧子２４が退避位置から試験片２００に近接する方向に移動する間にロードセル２３の計測した荷重値と、圧子移動量検出ユニット４０の検出した移動量とを取得し、各々を取得した時刻と紐付けて記憶する。荷重値算出部１０１は、ロードセル２３の計測した最新の荷重値がゼロよりも大きくなると、圧子２４の試験片２００への当接を検知する。荷重値算出部１０１は、圧子２４の試験片２００への当接を検知した後に、ロードセル２３の計測した最新の荷重値が直前の荷重値を下回ると、試験片２００の破壊を検出する。

荷重値算出部１０１は、試験片２００の破壊を検出すると、試験片２００の破壊が検出される直前の荷重値Ｐ２が計測された時点から試験片２００の破壊を検出するまでの間の圧子２４の移動距離ｄ２（図７に示す）を算出する。なお、直前の荷重値Ｐ２は、第２の荷重値に相当する。移動距離ｄ２は、試験片２００の破壊が検出される直前の荷重値Ｐ２が計測された後の圧子２４の移動量と、最終移動量とに相当し、実施形態１では、図８に示すように、直前の荷重値Ｐ２が計測された時点から試験片２００の破壊を検出するまでの間の圧子移動量検出ユニット４０が出力した移動距離の差である。

荷重値算出部１０１は、直前の荷重値Ｐ２が計測された時点とこの直前の荷重値Ｐ２の一つ前に計測された荷重値Ｐ１（図７に示す）との間の圧子２４の移動距離ｄ１（図７及び図８に示す）を算出する。なお、荷重値Ｐ１は、第１の荷重値に相当する。移動距離ｄ１は、試験片２００の破壊を検知する前にロードセル２３で第１の荷重値である荷重値Ｐ１が計測されてから第２の荷重値である直前の荷重値Ｐ２が計測される間の圧子２４の移動量に相当し、実施形態１では、第１の荷重値である荷重値Ｐ１が計測されてから第２の荷重値である直前の荷重値Ｐ２が計測される間の圧子移動量検出ユニット４０が出力した移動距離の差である。

荷重値算出部１０１は、以下の式１を用いて、試験片２００の破壊時の荷重値Ｐ３を算出する。

荷重値算出部１０１は、式１を用いて、試験片２００の破壊時の荷重値Ｐ３を算出することで、移動距離ｄ１に対する最終移動量である移動距離ｄ２に対する割合、即ち、（ｄ２／ｄ１）を算出し、（ｄ２／ｄ１）を分解能ΔＰ（第１の荷重値と第２の荷重値との差に相当）に乗算して（即ち乗じて）、移動距離ｄ２を荷重値（（ｄ２／ｄ１）×Δｐ）に換算する。荷重値算出部１０１は、式１を用いて、試験片２００の破壊時の荷重値Ｐ３を算出することで、移動距離ｄ２が換算された荷重値（（ｄ２／ｄ１）×Δｐ）を試験片２００が破壊される直前の荷重値Ｐ２に加算することで（即ち、加えて）、試験片２００の破壊時の荷重値Ｐ３を算出する。なお、図８は、移動距離ｄ１間に圧子移動量検出ユニット４０が８回検出結果を出力し、移動距離ｄ２間に圧子移動量検出ユニット４０が４回検出結果を出力する場合を示している。

制御ユニット１００は、試験片２００の抗折強度σを算出するものである。制御ユニット１００は、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の破壊時の荷重値Ｐ３をＷ（Ｎ）とし、試験片２００のＹ軸方向の幅をｂとし、試験片２００の厚みをｈ（ｍｍ）とすると、以下の式２を用いて抗折強度σを算出する。

制御ユニット１００は、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、荷重値算出部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することにより実現される。

（計測方法）
次に、実施形態１に係る計測方法を図面に基づいて説明する。実施形態１に係る計測方法は、試験片２００の破壊時の荷重値Ｐ３を算出する方法であって、圧子２４を試験片２００の上面である表面から離間した退避位置から試験片２００に対して近接する方向に向かって等速移動させて、圧子２４で試験片２００を押圧し破壊して、試験片２００の抗折強度σを測定する方法でもある。実施形態１に係る計測方法は、試験装置１の試験動作でもある。

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、退避位置、退避位置からの圧子２４の試験片２００に近接する方向の移動速度、試験片２００の厚みｈ、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、試験動作即ち計測方法を開始する。

計測方法では、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を退避位置に位置付け、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。計測方法では、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、計測方法では、試験装置１は、制御ユニット１００が移動ユニット２１を制御して、圧子２４を図４に示す退避位置から支持ユニット１０の一対の支持突起１５で裏面２０８が支持された試験片２００に近接する方向の移動を開始する。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、計測方法では、試験装置１は、圧子２４の試験片２００に近接する方向の移動を開始した後、制御ユニット１００の荷重値算出部１０１が、ロードセル２３で荷重が検出することで、図５に示す圧子２４の試験片２００への当接を検知する。計測方法では、試験装置１は、圧子２４が試験片２００に当接した後も更に圧子２４等を移動ユニット２１で近接する方向に移動させて試験片２００を圧子２４により押圧する。

圧子２４の移動とともに、ロードセル２３が計測する荷重値が上昇する。試験動作では、試験装置１は、制御ユニット１００が、圧子２４等を更に近接する方向に移動させて、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６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、ロードセル２３が計測する荷重値が上昇から下降に転じて、荷重値算出部１０１が試験片２００の破壊を検出する。

試験片２００の破壊を検出すると、試験装置１は、制御ユニット１００の荷重値算出部１０１が前述した式１を用いて試験片２００の破壊時の荷重値Ｐ３を算出するとともに、制御ユニット１００が式２を用いて破壊した試験片２００の抗折強度σを算出し、算出した抗折強度σと試験片２００の情報とを１対１で対応付けて記憶して、計測方法を終了する。こうして、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。

このように、実施形態１に係る計測方法は、制御ユニット１００の荷重値算出部１０１が式１を用いて試験片２００の破壊時の荷重値Ｐ３を算出することで、圧子２４が退避位置から近接する方向に移動する間にロードセル２３で荷重値が検出されることで圧子２４の試験片２００への当接を検知するとともに、圧子２４の試験片２００への当接を検出した後に、ロードセル２３の計測値である荷重値が上昇から下降に転じることで試験片２００の破壊を検出する。また、実施形態１に係る計測方法は、制御ユニット１００の荷重値算出部１０１が式１を用いて試験片２００の破壊時の荷重値Ｐ３を算出することで、試験片２００の破壊が検出された場合に、試験片２００の破壊が検出される直前の荷重値Ｐ２が計測された後の圧子２４の移動距離ｄ２を荷重値に換算し、換算した荷重値を直前の荷重値Ｐ２に加算することで試験片２００の破壊時の荷重値Ｐ３を算出する。

また、実施形態１に係る計測方法は、制御ユニット１００の荷重値算出部１０１が式１を用いて試験片２００の破壊時の荷重値Ｐ３を算出することで、移動距離ｄ１に対する最終移動量である移動距離ｄ２に対する割合、即ち、（ｄ２／ｄ１）を算出し、（ｄ２／ｄ１）を分解能ΔＰ（第１の荷重値と第２の荷重値との差に相当）に乗算して（即ち乗じて）、移動距離ｄ２を荷重値（（ｄ２／ｄ１）×Δｐ）に換算する。実施形態１に係る計測方法は、制御ユニット１００の荷重値算出部１０１が式１を用いて試験片２００の破壊時の荷重値Ｐ３を算出することで、移動距離ｄ２が換算された荷重値（（ｄ２／ｄ１）×Δｐ）を試験片２００が破壊される直前の荷重値Ｐ２に加算することで（即ち、加えて）、試験片２００の破壊時の荷重値Ｐ３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。

以上説明した実施形態１に係る試験装置１及び計測方法は、制御ユニット１００が試験片２００の破壊が検出される直前の荷重値Ｐ２が計測された時点から試験片２００の破壊を検出するまでの間の圧子２４の移動距離ｄ２を荷重値に換算し、直前の荷重値Ｐ２に加算することで試験片２００の破壊時の荷重値Ｐ３を算出するので、圧子移動量検出ユニット４０で検出された圧子２４の移動距離ｄ２をロードセル２３の分解能ΔＰ以下の荷重値に換算することとなる。その結果、実施形態１に係る試験装置１及び計測方法は、ロードセル２３の分解能ΔＰ以下の精度で破壊時の荷重値Ｐ３を算出することができ、試験片２００によらず高精度な計測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及び計測方法は、制御ユニット１００が式１を用いて試験片２００の破壊時の荷重値Ｐ３を算出するので、ロードセル２３の分解能ΔＰ以下の精度で破壊時の荷重値Ｐ３を算出することができる。

〔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９は、実施形態１の変形例に係る試験装置の構成例の要部の斜視図である。なお、図９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、図９に示すように、圧子移動量検出ユニット４０－２が、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。圧子移動量検出ユニット４０は、検出結果を制御ユニット１００に出力する。なお、変形例においても、圧子移動量検出ユニット４０－２の第２の分解能Δｄは、ロードセル２３の分解能ΔＰよりも細かい。

実施形態１の変形例に係る試験装置１は、制御ユニット１００が試験片２００の破壊が検出される直前の荷重値Ｐ２が計測された時点から試験片２００の破壊を検出するまでの間の圧子２４の移動距離ｄ２を荷重値に換算し、直前の荷重値Ｐ２に加算することで試験片２００の破壊時の荷重値Ｐ３を算出するので、実施形態１と同様に、ロードセル２３の分解能ΔＰ以下の精度で破壊時の荷重値Ｐ３を算出することができ、試験片２００によらず高精度な計測を可能とすることができる。

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。例えば、本発明では、圧子移動量検出ユニット４０は、サーボモータであるモータ２１３のエンコーダであって、所定の移動距離毎にパルス状の信号を制御ユニット１００に出力するものでも良い。この場合、圧子移動量検出ユニット４０が制御ユニット１００に出力するパルス状の信号は、圧子２４の移動距離が所定の第２の分解能Δｄおきになるたびに制御ユニット１００に出力される。なお、この場合も、圧子２４の下端２４１が試験片２００に当接してから圧子２４が支持ユニット１０に近付いて試験片２００を押圧する際のロードセル２３の荷重の分解能ΔＰよりも圧子移動量検出ユニット４０の移動距離の第２の分解能Δｄが細かい。また、本発明では、式１を用いて、試験片２００の破壊時の荷重値Ｐ３を算出すればよく、式２を用いて抗折強度σを算出しなくても良い。

１ 試験装置
１０ 支持ユニット
１５ 支持突起（支持部）
２１ 移動ユニット
２３ ロードセル
２４ 圧子
４０，４０－２ 圧子移動量検出ユニット
１００ 制御ユニット（コントローラ）
２４１ 下端（先端）
２００ 試験片
２０８ 裏面（下面）
ｄ２ 移動距離（移動量、最終移動量）
Ｐ１ 荷重値（第１の荷重値）
Ｐ２ 直前の荷重値（第２の荷重値）
Ｐ３ 破壊時の荷重値
ΔＰ 分解能（差）

Claims (4)

1. 試験片の下面側を支持する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、該圧子の先端が該支持ユニットで支持された試験片に接触しない退避位置から該圧子を該支持ユニットで支持された試験片に対して近接する方向に向かって等速移動させて該圧子で試験片を押圧して破壊する移動ユニットと、該圧子が該支持ユニットで支持された試験片を押圧する荷重を計測するロードセルと、少なくとも該移動ユニットを制御するコントローラと、を備えた試験装置であって、
   該移動ユニットで移動される該圧子の移動量を検出する圧子移動量検出ユニットを備え、
   該ロードセルは所定の分解能で該圧子が試験片を押圧する荷重を計測し、
   該コントローラは、該圧子が該退避位置から該近接する方向に移動する間に該ロードセルで荷重が検出されることで該圧子の試験片への当接を検知するとともに、該圧子の試験片への当接を検出した後に、該ロードセルの計測値が上昇から下降に転じることで試験片の破壊を検出し、
   該ロードセルの該分解能の間で該試験片の破壊が検出された場合に、該試験片の破壊が検出される直前の荷重値が計測された後の該圧子の移動量を荷重値に換算し、該直前の荷重値に加算することで試験片の破壊時の荷重値を算出する、試験装置。
2. 該コントローラは、
   該試験片の破壊が検出される直前の荷重値が計測された後の該圧子の移動量を最終移動量とし、
   試験片の破壊を検知する前に該ロードセルで第１の荷重値が計測されてから第２の荷重値が計測される間の該圧子の移動量に対する該最終移動量の割合を、該第１の荷重値と該第２の荷重値との差に乗じた荷重値を、該試験片の破壊が検出される直前の荷重値に加えて試験片の破壊時の荷重値を算出する、請求項１に記載の試験装置。
3. 圧子を試験片の上面から離間した退避位置から該試験片に対して近接する方向に向かって等速移動させて、該圧子で該試験片を押圧し破壊して、該試験片の強度を測定する計測方法であって、
   該圧子が該退避位置から該近接する方向に移動する間に、ロードセルで該圧子が該試験片を押圧する荷重を計測することで該圧子の試験片への当接を検知するとともに、該圧子の試験片への当接を検出した後に、該ロードセルの計測値が上昇から下降に転じることで該試験片の破壊を検出し、
   該試験片の破壊が検出された場合に、該試験片の破壊が検出される直前の荷重値が計測された後の該圧子の移動量を荷重値に換算し、該直前の荷重値に加算することで試験片の破壊時の荷重値を算出する、計測方法。
4. 該試験片の破壊が検出される直前の荷重値が計測された後の該圧子の移動量を最終移動量とし、
   該試験片の破壊を検知する前に該ロードセルで第１の荷重値が計測されてから第２の荷重値が計測される間の該圧子の移動量に対する該最終移動量の割合を、該第１の荷重値と該第２の荷重値との差に乗じた荷重値を、該試験片の破壊が検出される直前の荷重値に加えて試験片の破壊時の荷重値を算出する、請求項３に記載の計測方法。

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