JP2000131220A

JP2000131220A - 多孔質部材の気孔率評価方法および装置

Info

Publication number: JP2000131220A
Application number: JP30553898A
Authority: JP
Inventors: Mineo Nomoto; 峰生野本; Yukio Uto; 幸雄宇都
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-10-27
Filing date: 1998-10-27
Publication date: 2000-05-12

Abstract

(57)【要約】【課題】多孔質部材の気孔率を、非接触で高速かつ高
感度に測定し、評価する装置を提供すること。【解決手段】多孔質部材に赤外線を照射して、赤外線
が多孔質部材を透過する方向から赤外線透過光を検出
し、これにより赤外線透過率を計測し、また、多孔質部
材の板厚を計測し、気孔率と板厚が既知の材料から予め
求めた気孔率と板厚と赤外線透過率との関係を用いて、
多孔質部材の気孔率を高精度に測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックスなど
の多孔質部材の気孔率の評価方法および評価装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の多孔質部材の気孔率検査方法とし
ては、特開平９−８９７５０号公報、特開平８−１８９
９２３号公報、特開平７−２６０７５０号公報、特開平
８−１４５６５３号公報に開示されている技術が挙げら
れる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した先
願公報に開示された技術について考察してみると、ま
ず、前記特開平９−８９７５０号公報に開示された技術
は、導電性多孔質部材に好適な評価方法であるが、セラ
ミックスなどの絶縁部材には適用が困難である。

【０００４】また、前記特開平８−１８９９２３号公報
に開示された技術は、固体材料の超音波の単位伝搬時間
を計測するものであるが、計測対象物に送受信用の超音
波センサを接触させることが不可欠であるので、超音波
センサの被検体への接触により、被検体が損傷したり、
被検体が柔らかい物では変形したりする虞がある上、計
測時間の増大を招くという問題がある。

【０００５】また、前記特開平７−２６０７５０号公報
に開示された技術は、被検体を水などの超音波伝達媒体
に浸漬させる必要があり、吸湿を嫌う材料に用いると破
壊検査となり、例えばセラミックスのグリーンシートな
どには適用が困難である。

【０００６】また、特開平８−１４５６５３号公報に開
示された技術は、円筒物を長手方向に切断して気孔率を
計測するため破壊検査となり、被検物が高価である場合
や硬度が大きい材料では評価方法が高価になる。

【０００７】さらにまた、これらの従来技術では、気孔
率の計測を非接触、非破壊で、かつ、インラインで高速
に実現することは困難である。

【０００８】本発明の第１の目的は、セラミックス等の
多孔質の絶縁部材の気孔率を、被検体に変形や損傷を与
えることなく、非接触で計測する方法および装置を提供
することにある。本発明の第２の目的は、シート状のセ
ラミックス多孔質の気孔率を、被検体に変形や損傷を与
えることなく、非接触で高速にインライン計測する方法
および装置を提供するにある。

【０００９】本発明の第３の目的は、円筒部を有してい
る管状のセラミックス多孔質の気孔率を、被検体に変形
や損傷を与えることなく、非接触で高速に計測する方法
および装置を提供するにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記した第１の目的は、
多孔質部材に例えば波長２〜１０μｍの赤外線を照射し
て、照射された赤外線が多孔質部材を透過する方向から
赤外線透過光を検出し、また、多孔質部材の厚みを計測
して、気孔率と板厚が既知の多孔質材料から予め求めた
気孔率と板厚と赤外線透過率との関係を用いて、計測し
た赤外線透過光強度および厚みから、被検体の多孔質部
材の気孔率を推定することで達成され、また、前記第２
の目的は、連続送りまたは間欠送りされるシート状多孔
質部材に赤外線を照射し、照射された赤外線がシート状
多孔質部材を透過する方向から赤外線透過光を検出し、
また、シート状多孔質部材の板厚を計測して、気孔率と
板厚が既知の多孔質材料から予め求めた気孔率と板厚と
赤外線透過率との関係を用いて、計測した赤外線透過光
強度および板厚から、被検体のシート状多孔質部材の気
孔率を、シート状多孔質部材が連続送りまたは間欠送り
される状態で推定することで達成され、また、前記第３
の目的は、管状多孔質部材と赤外線照射・検出系とを相
対回転させながら赤外線を照射し、照射された赤外線が
管状多孔質部材を透過する方向から赤外線透過光を検出
し、また、管状多孔質部材の厚みを計測して、気孔率と
板厚が既知の多孔質材料から予め求めた気孔率と板厚と
赤外線透過率との関係を用いて、計測した赤外線透過光
強度および厚みから、被検体の管状多孔質部材の気孔率
を推定することで、達成される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
１〜図１０を用いて説明する。図１は、本発明の第１実
施形態に係る多孔質部材の気孔率評価装置の概要を示す
図である。なお、本実施形態および以降の各実施形態に
おいては、被検体たる多孔質部材としてセラミックスを
例に挙げるが、本発明の対象となる多孔質部材（多孔質
材料）はこれに限定されるものではない。

【００１２】図１において、１は被検体としてのセラミ
ックス、２はセラミックス１を透過照明する赤外線光
源、３は、セラミックス１を透過した透過光を検出し、
検出した検出光量を電圧に光電変換する赤外線検出部、
４は、赤外線検出部３の出力信号を適宜に変換処理する
センサ出力処理部、５はマイクロコンピュータ、６はデ
ィスク記憶媒体や半導体メモリ等の記憶手段、７はプリ
ンタである。

【００１３】また、マイクロコンピュータ５内におい
て、５ａは、センサ出力処理部４の出力から赤外線の透
過率を算出し、これを赤外線照射位置（透過光検出位
置）の座標データと対応付けて格納する実測透過率算出
・格納部、５ｂは、計測したセラミックス（被検体）１
の板厚データを座標データと対応付けて格納する実測板
厚値格納部、５ｃは、セラミック種別毎にケーススタデ
ィして予め求めた赤外線透過率と板厚と気孔率との関係
データを格納した赤外線透過率／板厚／気孔率変換テー
ブル、５ｄは、各計測位置毎の実測透過率算出・格納部
５ａの実測透過率と実測板厚値格納部５ｂの実測板厚値
とに基づき、赤外線透過率／板厚／気孔率変換テーブル
５ｃの内容を参照して、気孔率を算出して推定する気孔
率算出部である。ここで、赤外線透過率／板厚／気孔率
変換テーブル５ｃには、気孔率と板厚が既知の多孔質材
料（ここではセラミックス）について、予め赤外線透過
率の計測を行った結果に基づいて作成したデータ（板厚
と赤外線透過率の相関関係データおよび赤外線透過率と
気孔率の相関関係データ）が格納されており、被検体た
るセラミックス１の赤外線透過率と板厚とが判明すれ
ば、この赤外線透過率／板厚／気孔率変換テーブル５ｃ
を参照することにより、被検体たるセラミックス１の気
孔率が推定できるようになっている。

【００１４】図１に示す構成において、セラミックス１
と、赤外線光源２および赤外線検出部３とは、相対的に
移動可能なようになっており、セラミックス１上の赤外
線照射位置を順次変えることによって得た、赤外線検出
部３からのセラミックス１上の走査位置に応じた電圧変
化は、センサ出力処理部４によって適宜に変換処理さ
れ、デジタル信号の形でマイクロコンピュータ５に入力
される。マイクロコンピュータ５の実測透過率算出・格
納部５ａでは、センサ出力処理部４から入力されたデー
タに基づいて赤外線透過率を算出し、これを赤外線照射
位置（透過光検出位置）の座標データと関連付けて所定
の記憶エリアに格納する。気孔率算出部５ｄは、実測透
過率算出・格納部５ａおよび実測板厚値格納部５ｂか
ら、各計測位置毎の実測透過率と実測板厚値とを取り出
し、この取り出したデータに基づき、赤外線透過率／板
厚／気孔率変換テーブル５ｃの内容を参照して、気孔率
を算出して推定する。そして、求められた気孔率は、記
憶手段６やプリンタ７に出力される。

【００１５】なお、本実施形態では、セラミックス（被
検体）１の板厚を、別途予め計測して実測板厚値格納部
５ｂに取り込むようにしているが、赤外線の照射・透過
光検出と並行して、セラミックス（被検体）１の板厚計
測を行うことも可能である。

【００１６】ここで、セラミックスについてその性状の
概略について述べる。図１に示すように、セラミックス
１は、アルミナ等のガラス結晶粒１ａと、気孔１ｂと、
バインダ１ｃと呼ばれる有機結合物と、析出物等とで構
成されている。セラミックス１に入射した光は、表面で
の反射やガラスの結晶粒界１ｄや結晶粒壁面１ｅ等での
反射、屈折（複屈折）を繰り返して、セラミックス内部
に光線束が拡散していくため、光の透過率は、気孔率や
セラミックス材料固有の結晶粒界に依存する。すなわ
ち、気孔率を０にして、粒界物質をなくすことで、透明
な結晶が得られる。また、一部の光は、セラミックスを
構成している原子や不純物、結晶構造に起因して特定波
長の光が吸収されるため、セラミックスを構成する物質
に応じて透過波長光の強度は異なる。

【００１７】図２は、代表的なガラスの石英（Ｓｉ
Ｏ₂）と、熱線吸収ガラスと、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ３）
とにおける、波長と透過率との関係を示したものであ
り、特にアルミナ（Ａｌ₂Ｏ３）の場合は、気孔率が０
であっても赤外線波長領域に透過率が大きくなってい
る。しかし、セラミックスの場合には、光学的な透過特
性や反射特性が異なる物質が混在しているため、図２の
ような透過率特性にはならない。

【００１８】図３は、発明者らが実験で見出したセラミ
ックスの透過率特性である。実験に用いた被検体は、ア
ルミナ（Ａｌ₂Ｏ３）、リチュームアルミネート（Ｌｉ
ＡｌＯ₂）、バインダーで構成された、気孔率が４８％
のセラミックスである。図４は、図３と同様の組成のセ
ラミックスで、気孔率が５８％の透過率特性を示す。な
お、図３、図４のいずれのセラミックスも、板厚は０．
２８ｍｍである。

【００１９】図３、図４に示すように、いずれも波長
５．３ｍの赤外線領域で最大透過率を示し、気孔率４
８％のセラミックスでは最大透過率が２．５％、気孔率
が５８％のセラミックスでは最大透過率が０．３％であ
った。すなわち、厚みが同じで気孔率が異なる図３、図
４のセラミックスでは光透過率が異なり、光透過率から
気孔率を推定することができる。

【００２０】発明者らの実験では、セラミックスを構成
する材料により異なるが、セラミックスでは赤外線領域
に透過率が大きくなる波長が存在することを見出してお
り、赤外線での透過特性を評価することで、気孔率を推
定することができる。また、セラミックスに光を照射す
る場合、セラミックス表面（図１のＡ面）に斜方から照
射すると、結晶粒界１ｄや結晶粒壁面１ｅの反射や屈折
の影響が大きく、また、見かけ上の厚みも増加するた
め、光透過率が低下する。このため透過光量を確保する
ためには、セラミックス表面（図１のＡ面）に９０°±
１５°以内の入射角で光（赤外線）を照射することが望
ましい。

【００２１】ここで、赤外線光源２のレーザとしては、
ＣＯレーザやＣＯ₂レーザ、あるいはマルチモード出力
の波長可変レーザーを用いると、高輝度の照明が可能に
なる。また、赤外線検出部３としては、ＩｎＡｓ（イン
ジューム・ヒ素）光起電力素子、ＩｎＳｂ（インジュー
ム・アンチモン）光起電力素子を用いた赤外線検出部と
すると、赤外線領域での検出感度が高く、透過光量が少
なくても検出可能となる。

【００２２】図５は、セラミックスの厚みと光透過率と
の関係を示している。同図は、それぞれ組成の異なるセ
ラミックス３種について気孔率が一定の場合の、セラミ
ックスの板厚と赤外線透過率との関係を示したもので、
気孔率が４８％のセラミックスＡ、気孔率が４５％のセ
ラミックスＢ、気孔率が４２％のセラミックスＣのそれ
ぞれの板厚に対する赤外線透過率を示した。図５に示す
とおり、いずれの気孔率であっても、板厚が薄くなると
透過率が大きくなり、板厚が厚くなると透過率は小さく
なる。これは、当然のことであるが、板厚が厚くなる
と、結晶粒界や結晶粒壁面等での反射、屈折（複屈折）
の回数が増加し、光エネルギーの減衰量が増加するた
め、透過率が小さくなるからである。

【００２３】図６は、図５のセラミックスＡ，Ｂ，Ｃの
板厚がそれぞれｔ_A，ｔ_B，ｔ_Cで、波長がそれぞれλ
_A，λ_B，λ_Cの場合の、気孔率に対する赤外線透過率
を示したものである。図６に示すように、気孔率が小さ
くなると赤外線透過率が大きくなり、気孔率が大きくな
ると赤外線透過率は小さくなる。これは、気孔率が小さ
くなると粒界物質が少なくなり、結晶粒界や結晶粒壁面
等での反射、屈折（複屈折）の回数が減少して透光性が
増加するため、透過率が増大するためと考えられる。

【００２４】以上、図５、図６の特性から明らかなよう
に、セラミックスの板厚と赤外線透過率との関係、およ
び、赤外線透過率と気孔率との関係が既知であれば、実
測板厚値と実測透過率とから気孔率が推定できることが
分かる（なおここで、セラミックス種別に応じて、測定
波長はそれぞれ適正な波長に設定されている）。

【００２５】上述した図５の板厚−赤外線透過率の特性
線データおよび図６の気孔率−赤外線透過率の特性線デ
ータは、前記赤外線透過率／板厚／気孔率変換テーブル
５ｃに格納されている。

【００２６】図７は、本発明の第２実施形態に係る気孔
率評価装置の概要を示す図であり、同図において、先の
実施形態と同一の均等な構成要素には同一符号を付し、
その説明は重複を避けるため割愛する（これは、以下の
各実施形態においても同様である）。ここで、本実施形
態は、ドクターブレード法などで製造され、連続送りま
たは間欠送りされるシート状セラミックスのグリーンシ
ート状態での、気孔率評価への適用例である。

【００２７】図７において、１１は、連続送りまたは間
欠送りされる被検体としての帯状のセラミックスグリー
ンシート（以下、シートと称す）、１２は、シート１１
を図示Ｙ方向に搬送するため、適宜駆動源によって回転
駆動されるローラ、１３は、ローラ１２によって移送さ
れるシート１１の送り量を検出する送り測長手段、１４
は、送り測長手段１３の出力を適宜に変換処理して、シ
ート１１のＹ方向移動量に基づくＹ方向位置座標データ
を出力する座標測長部、１５は、シート１１を透過照明
するライン型の赤外線光源、１６は、シート１１を透過
した光を赤外線検出部に導く検出レンズ、１７は、検出
した検出光量を電圧に変換するライン型の赤外線検出部
（以下、ラインセンサと称す）、１８は、ラインセンサ
１７の出力信号を適宜に変換処理するセンサ出力処理
部、１９は、シート１１の厚さ方向変位を計測する厚さ
変位検出センサ（以下、変位センサと称す）、２０は、
変位センサ１９の出力を適宜に変換処理して実測板厚信
号として出力するセンサ出力処理部、２１は、シート１
１上の透過赤外線の検出位置座標データを生成し出力す
る光検出位置座標生成部、２２は、変位センサ１９によ
る板厚検出位置座標データを生成し出力する板厚検出位
置座標生成部である。

【００２８】図７に示す構成において、被検体であるシ
ート１１は、回転するローラ１２によってＹ方向に連続
送り（または間欠送り）され、ローラ１２の外周または
シート１１表面に接するように設けられた送り測長手段
１３により、シート１１の送り量が測定される。座標測
長部１４は、シート１１のＹ方向移動量に基づくＹ方向
位置座標データを生成し、これを光検出位置座標生成部
２１および板厚検出位置座標生成部２２に出力する。

【００２９】シート１１は、ローラ１２と接触している
面側から赤外線光源１５により透過照明され、シート１
１を透過した光は、検出レンズ１６を介してラインセン
サ１７に導かれ、ラインセンサ１７によって、透過光が
シート１１上の走査位置に応じた電圧変化として検出さ
れる。ラインセンサ１７の出力は、センサ出力処理部１
８によって適宜に変換処理され、デジタル信号の形でマ
イクロコンピュータ５の実測透過率算出・格納部５ａに
入力される。この際、シート１１上の走査位置に応じた
透過光検出出力は、走査位置の座標データと対応付け
て、実測透過率算出・格納部５ａに入力される。すなわ
ち、光検出位置座標生成部２１では、座標測長部１４よ
り到来するＹ方向位置座標データと所定のＹ方向基準座
標データとにより、現在検出中のＹ方向座標データを作
成すると共に、ラインセンサ１７による透過光量検出の
走査クロックタイミングに基づくラインセンサＸ方向走
査位置信号により、現在検出中のＸ方向座標データを作
成して、実測透過率算出・格納部５ａに出力し、上記の
透過光検出出力と座標データとの対応付けがとられるよ
うにする。

【００３０】また、変位センサ１９は、ローラ１２によ
り移送されるシート１１表面の変位を計測し、この変位
センサ１９の出力は、センサ出力処理部２０によって適
宜に変換処理され、デジタル信号の形で実測板厚データ
がマイクロコンピュータ５の実測板厚値格納部５ｂに入
力される。変位センサ１９としては、検出素子にＰＳＤ
などを用いた、例えば特開平５−２９４２０号公報で開
示されている三角測量方式のものを採用すればよく、こ
の場合、シート１１の厚みは、ローラ１２の偏心量や機
械的な加工誤差による高さ変動を予め計測しておき、ロ
ーラ１２表面の変位量とシート１１表面の変位量との差
から、シート１１の厚みを精度よく計測することができ
る。また、変位センサ１９を矢印Ｘ方向に移動すれば
（その移動手段は図示せず）、シート１１の送り速度が
遅い場合には、ＸＹ平面の２次元領域のシート厚みが測
定できる（なお、変位センサ１９の光走査をＸ方向に行
うようにしてもよい）。そして、センサ出力処理部２０
からの実測板厚データも、その計測位置の座標データと
対応付けて、実測板厚値格納部５ｂに入力される。すな
わち、板厚検出位置座標生成部２２では、座標測長部１
４より到来するＹ方向位置座標データと所定のＹ方向基
準座標データとにより、現在厚み計測中のＹ方向座標デ
ータを作成すると共に、変位センサ１９による走査が矢
印Ｘ方向に行われる場合には、変位センサＸ方向走査信
号により、現在厚み計測中のＸ方向座標データを作成し
て、実測板厚値格納部５ｂに出力し、上記の実測板厚デ
ータと座標データとの対応がとられるようにする。

【００３１】なお、光検出位置座標生成部２１の機能を
センサ出力処理部１８に具備させ、板厚検出位置座標生
成部２２の機能をセンサ出力処理部２０に具備させても
よく、あるいは、光検出位置座標生成部２１の機能およ
び板厚検出位置座標生成部２２の機能を、マイクロコン
ピュータ５にもたせるようにしてもよい。

【００３２】なおまた、変位センサとして複数の検出部
をライン状に並べたライン型の変位センサを用いるよう
にしてもよい。

【００３３】マイクロコンピュータ５の実測透過率算出
・格納部５ａは、センサ出力処理部８から入力されたデ
ータに基づいて赤外線透過率を算出し、これを光検出位
置の座標データと関連付けて所定の記憶エリアに格納す
る。また、実測板厚値格納部５ｂは、センサ出力処理部
２０から入力された実測板厚データを、厚さ検出位置の
座標データと関連付けて所定の記憶エリアに格納する。
気孔率算出部５ｄは、実測透過率算出・格納部５ａおよ
び実測板厚値格納部５ｂから、各計測位置毎の実測透過
率と実測板厚値とを取り出し、この取り出したデータに
基づき、赤外線透過率／板厚／気孔率変換テーブル５ｃ
の内容を参照して、気孔率を算出して推定する。かよう
に本実施形態においては、シート１１を連続送りまたは
間欠送りしている状態で、リアルタイムに気孔率の算出
が行われる。そして、求められた気孔率は、直ちに、記
憶手段６やプリンタ７に出力される。

【００３４】本実施形態においては、このようにシート
（セラミックスグリーンシート）１１を連続送りまたは
間欠送りしている状態で、シート１１の全面の気孔率を
リアルタイムにかつインラインで高精度に推定すること
ができる。よって、連続的に生産されるシート状の多孔
質部材の気孔率をインラインで評価できるので、例え
ば、電子回路基板用セラミックスのグリーンシートや燃
料電池の電解質板に用いられるセラミックス板用グリー
ンシートの気孔率を、連続生産中に推定して品質を評価
できるため、セラミックス基板として均一な気孔率の部
分を選択的に使用したり、気孔率にばらつきのある部分
を製品となる前に排除できる。

【００３５】図８は、本発明の第３実施形態に係る気孔
率評価装置の概要を示す図である。本実施形態も、第２
実施形態と同様に、連続送りまたは間欠送りされる帯状
のセラミックスグリーンシート（シート１１）を被検体
とする場合の適用例である。

【００３６】図８において、３１は、赤外線を図示Ｘ方
向（シート１１の移送方向と直交する水平方向）に照射
する赤外線光源、３２は、赤外線光源３１から水平に照
射された光を上方に反射させ、シート１１を下面から透
過照明するためのミラー、３３は、シート１１を透過し
た光を赤外線検出部に導く集光レンズ、３４は、集光レ
ンズ３３を介して検出した検出光の光量を電圧に変換す
る赤外線検出部、３５は、ミラー３２を図示Ｘ方向に移
送するための、ネジ／ナット回転−直線運動変換メカニ
ズムよりなる送り機構、３６は、集光レンズ３３および
赤外線検出部３４をＸ方向に移送するための、ネジ／ナ
ット回転−直線運動変換メカニズムよりなる送り機構、
３７は、送り機構３５および３６を同期駆動するための
連結ベルト、３８は、ミラー３２、集光レンズ３３、赤
外線検出部３４を、Ｘ方向に駆動するためのモータであ
る。また、３９は、赤外線検出部３４の出力信号を適宜
に変換処理するセンサ出力処理部、４０は、シート１１
上の透過赤外線の検出位置座標を生成し出力する光検出
位置座標生成部である。

【００３７】図８に示す構成において、シート１１は回
転するローラ１２によってＹ方向に連続送りまたは間欠
送りされ、送り測長手段１３によりシート１１の送り量
が測定される。座標測長部１４は、シート１１のＹ方向
移動量に基づくＹ方向位置座標データを生成し、これを
光検出位置座標生成部２１および板厚検出位置座標生成
部２２に出力する。

【００３８】シート１１は、赤外線光源３１から照射さ
れた光によりミラー３２を介して透過照明され、シート
１１を透過した光は、集光レンズ３３を介して赤外線検
出部３４に導かれ、赤外線検出部３４によって、透過光
がシート１１上の走査位置に応じた電圧変化として検出
される。赤外線検出部３４の出力は、センサ出力処理部
３９によって適宜に変換処理され、デジタル信号の形で
マイクロコンピュータ５の実測透過率算出・格納部５ａ
に入力される。この際、シート１１上の走査位置に応じ
た透過光検出出力は、走査位置の座標データと対応付け
て、実測透過率算出・格納部５ａに入力される。すなわ
ち、光検出位置座標生成部２１では、座標測長部１４よ
り到来するＹ方向位置座標データと、所定のＹ方向基準
座標データとにより、現在検出中のＹ方向座標データを
作成すると共に、送り機構３５、３６用の図示せぬ駆動
回路からの送り制御信号に基づく赤外線検出部Ｘ方向送
り信号により、現在検出中のＸ方向座標データを作成し
て、実測透過率算出・格納部５ａに出力し、上記の透過
光検出出力と座標データとの対応付けがとられるように
する。

【００３９】また、変位センサ１９の出力は、センサ出
力処理部２０によって適宜に変換処理され、デジタル信
号の形で実測板厚データがマイクロコンピュータ５の実
測板厚値格納部５ｂに入力される。そして、センサ出力
処理部２０からの実測板厚データも、その計測位置の座
標データと対応付けて、実測板厚値格納部５ｂに入力さ
れる。すなわち、板厚検出位置座標生成部２２では、座
標測長部１４より到来するＹ方向位置座標データと所定
のＹ方向基準座標データとにより、現在厚み計測中のＹ
方向座標データを作成すると共に、変位センサ１９によ
る走査が矢印Ｘ方向に行われる場合には、変位センサＸ
方向走査信号により、現在厚み計測中のＸ方向座標デー
タを作成して、実測板厚値格納部５ｂに出力し、上記の
実測板厚データと座標データとの対応がとられるように
する。

【００４０】ここで、本実施形態では、赤外線光源３１
に光エネルギーの大きい赤外線レーザを用い、また、赤
外線検出部３４に高感度な赤外線検出器を用いるように
しており、赤外線光源３１のレーザーに、波長５．２〜
６ｍのＣＯレーザーを用い、赤外線検出器部３４に、波
長５〜５．５ｍにピーク感度を持つＩｎＳｂ（インジ
ューム・アンチモン）光起電力素子を用いて、高輝度か
つ高感度の赤外線検出系を実現している。このように構
成することで、赤外線透過率の小さい多孔質部材につい
ても、高感度に赤外線を検出することができて、高精度
な気孔率測定を実現できる。

【００４１】本実施形態においても、前記第２実施形態
と同様に、連続的に生産されるシート状の多孔質部材の
気孔率をインラインで評価できるので、例えば、電子回
路基板用セラミックスのグリーンシートや燃料電池の電
解質板に用いられるセラミックス板用グリーンシートの
気孔率を、連続生産中に推定して品質を評価できるた
め、セラミックス基板として均一な気孔率の部分を選択
的に使用したり、気孔率にばらつきのある部分を製品と
なる前に排除できる。

【００４２】図９は、本発明の第４実施形態に係る気孔
率評価装置の概要を示す図であり、本実施形態は、円筒
状のセラミックス管を被検体とした場合の適用例であ
る。

【００４３】図９において、５１は被検体としての円筒
状のセラミックス管、５２は、中心開口を有し、セラミ
ックス管５１を保持する回転可能な被検体ホルダー、５
３は、プーリ５４、ベルト５５を介して、被検体ホルダ
ー５２を回転駆動するモータ、５６は、セラミックス管
５１を透過照明するための光源となる赤外線光源、５７
は、被検体ホルダー５２の中心開口を通してセラミック
ス管５１の内部に挿入された、図示上下に移動可能な中
空のミラーホルダー、５８は、赤外線光源５６から図示
上方に照射された光を水平方向に反射させ、セラミック
ス管５１を内部から透過照明するためのミラー、５９
は、セラミックス管５１を透過した光を赤外線検出部に
導く集光レンズ、６０は、集光レンズ５９を介して検出
した検出光の光量を電圧に変換する赤外線検出部、６２
は、集光レンズ５９、赤外線検出部６０、ミラーホルダ
ー５７を搭載し、セラミックス管５１の軸心と平行な方
向に移動可能な検出系ホルダー、６３は、検出系ホルダ
ー６２を駆動するモータ、６４および６５は、モータ６
３の回転運動を直線運動に変換して検出系ホルダー６２
に伝達するためのネジおよびナット、６６は、赤外線検
出部６０の出力信号を適宜に変換処理するセンサ出力処
理部、６７は、セラミックス管５１上の透過赤外線の検
出位置座標を生成し出力する光検出位置座標生成部であ
る。

【００４４】本実施形態においては、赤外線透過検査に
先立ち、適宜の厚み計測手法によってセラミックス管５
１の少なくとも円筒部全面の厚み（板厚）が計測され、
実測板厚値格納部５ｂには、計測した板厚データが座標
データと共に予め格納されているものとする。

【００４５】図９に示す構成において、赤外線透過検査
に際しては、モータ５３によって被検体ホルダー５２を
回転駆動してセラミックス管５１を回転させ、また、モ
ータ６３によって検出系ホルダー６２をステップ送りし
て、ミラーホルダー５７に取り付けたミラー５８、集光
レンズ５９、赤外線検出部６０を１ステップづつ直線方
向に移送する。そして、赤外線光源５６から照射された
光をミラー５８によって反射させて、セラミックス管５
１を内面側から照射し、セラミックス管５１を透過した
光を集光レンズ５９を介して赤外線検出部６０で検出す
る。赤外線検出部６０の出力は、センサ出力処理部６６
によって適宜に変換処理され、デジタル信号の形でマイ
クロコンピュータ５の実測透過率算出・格納部５ａに入
力される。この際、セラミックス管５１上の走査位置に
応じた透過光検出出力は、走査位置の座標データと対応
付けて、実測透過率算出・格納部５ａに入力される。す
なわち、光検出位置座標生成部６７では、モータ５３の
駆動制御系から到来するセラミックス管５１の回転位置
信号と、モータ６３の回転制御系から到来する赤外線検
出部６０の送り信号とにより、セラミックス管５１上の
位置座標データを作成して、これを実測透過率算出・格
納部５ａに出力し、上記の透過光検出出力と座標データ
との対応付けがとられるようにする。

【００４６】マイクロコンピュータ５の実測透過率算出
・格納部５ａは、センサ出力処理部６６から入力された
データに基づいて赤外線透過率を算出し、これを光検出
位置の座標データと関連付けて所定の記憶エリアに格納
する。気孔率算出部５ｄは、実測透過率算出・格納部５
ａおよび実測板厚値格納部５ｂから、各計測位置毎の実
測透過率と実測板厚値とを取り出し、この取り出したデ
ータに基づき、赤外線透過率／板厚／気孔率変換テーブ
ル５ｃの内容を参照して、気孔率を算出して推定する。
そして、求められた気孔率は、直ちに、記憶手段６やプ
リンタ７に出力される。このように、本実施形態におい
ても、赤外線透過光の検出と略同時に気孔率の推定が行
われる。

【００４７】本実施形態においては、このようにセラミ
ックス管５１の円筒部全面の気孔率を、非接触で高速に
検出できる。本実施形態が適用される多孔質管状部材と
しては、例えば、ナトリウム−硫黄電池のβアルミナ管
や燃料電池などの電解質板があり、かような被検体の気
孔率の変動や不均一による、クラックの発生や電池品質
の低下などを、部品レベルの上流工程で推定・把握で
き、以って、品質の向上を図ることができる。

【００４８】なお、本実施形態においては、赤外線照射
・検出系に対してセラミックス管５１を回転させるよう
にしているが、セラミックス管５１に対して赤外線照射
・検出系の方を回転させるようにしても差し支えない。
なおまた、本実施形態においては、セラミックス管５１
に対して赤外線照射・検出系をセラミックス管５１の軸
心と平行な方向に移送するようにしているが、赤外線照
射・検出系に対してセラミックス管５１の方を移送する
ようにしても差し支えない。なおまた、透過光の検出と
並行して、厚みの測定を行うようにしてもよい。

【００４９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、セラミッ
クス等の多孔質部材の気孔率を非接触で自動計測できる
ので、安定した確実な気孔率評価を行うことができる。
すなわち、本発明においては、赤外線透過光による光透
過率から気孔率を推定するため、シート状に連続送りさ
れるセラミックス用グリーンシートや、円筒状セラミッ
クス管の気孔率を高速かつ高精度に計測することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る多孔質部材の気孔
率評価装置の概要を示す説明図である。

【図２】ガラス材料における透過光の波長と光透過率と
の関係を示す説明図である。

【図３】実験による気孔率４８％のセラミックスにおけ
る透過光の波長と光透過率との関係を示す説明図であ
る。

【図４】実験による気孔率５８％のセラミックスにおけ
る透過光の波長と光透過率との関係を示す説明図であ
る。

【図５】セラミックスの板厚と赤外線透過率との関係を
示す説明図である。

【図６】セラミックスの気孔率と赤外線透過率との関係
を示す説明図である。

【図７】本発明の第２実施形態に係る多孔質部材の気孔
率評価装置の概要を示す説明図である。

【図８】本発明の第３実施形態に係る多孔質部材の気孔
率評価装置の概要を示す説明図である。

【図９】本発明の第４実施形態に係る多孔質部材の気孔
率評価装置の概要を示す説明図である。

【符号の説明】

１被検体としてのセラミックス２赤外線光源３赤外線検出部４センサ出力処理部５マイクロコンピュータ５ａ実測透過率算出・格納部５ｂ実測板厚値格納部５ｃ赤外線透過率／板厚／気孔率変換テーブル５ｄ気孔率算出部６記憶手段７プリンタ１１被検体としてのセラミックスグリーンシート１２ローラ１３送り測長手段１４座標測長部１５ライン型の赤外線光源１６検出レンズ１７ライン型の赤外線検出部１８センサ出力処理部１９厚さ変位検出センサ２０センサ出力処理部２１光検出位置座標生成部２２板厚検出位置座標生成部３１赤外線光源３２ミラー３３集光レンズ３４赤外線検出部３５送り機構３６送り機構３７連結ベルト３８モータ３９センサ出力処理部４０光検出位置座標生成部５１被検体としての円筒状のセラミックス管５２被検体ホルダー５３モータ５４プーリ５５ベルト５６赤外線光源５７ミラーホルダー５８ミラー５９集光レンズ６０赤外線検出部６２検出系ホルダー６３モータ６４ネジ６５ナット６６センサ出力処理部６７光検出位置座標生成部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多孔質部材に赤外線を照射し、該照射さ
れた赤外線が上記多孔質部材を透過する方向から赤外線
透過光を検出し、また、上記多孔質部材の厚みを計測して、気孔率と板厚が既知の多孔質材料から予め求めた気孔率
と板厚と赤外線透過率との関係を用いて、上記多孔質部材の気孔率を推定することを特徴とする多
孔質部材の気孔率評価方法。
【請求項２】請求項１記載において、前記多孔質部材の赤外線透過光の検出と、前記多孔質部
材の厚みの計測とを、並行して行うことを特徴とする多
孔質部材の気孔率評価方法。
【請求項３】連続送りまたは間欠送りされるシート状
多孔質部材に赤外線を照射し、該照射された赤外線が上
記シート状多孔質部材を透過する方向から赤外線透過光
を検出し、また、上記シート状多孔質部材の板厚を計測して、気孔率と板厚が既知の多孔質材料から予め求めた気孔率
と板厚と赤外線透過率との関係を用いて、上記シート状多孔質部材の気孔率を、上記シート状多孔
質部材が連続送りまたは間欠送りされる状態で、推定す
ることを特徴とする多孔質部材の気孔率評価方法。
【請求項４】請求項３記載において、前記シート状多孔質部材の送り方向を横切る方向にライ
ン状に赤外線を照射し、赤外線透過光をライン状の赤外
線検出手段によって検出することを特徴とする多孔質部
材の気孔率評価方法。
【請求項５】請求項３記載において、前記シート状多孔質部材の送り方向を横切る方向に、赤
外線照射・検出系を移送することを特徴とする多孔質部
材の気孔率評価方法。
【請求項６】請求項３記載において、前記シート状多孔質部材の赤外線透過光の検出と、前記
シート状多孔質部材の厚みの計測とを、並行して行うこ
とを特徴とする多孔質部材の気孔率評価方法。
【請求項７】請求項３記載において、前記シート状多孔質部材の送り方向を横切る方向に、前
記シート状多孔質部材の厚み計測手段による厚み計測走
査を行わせることを特徴とする多孔質部材の気孔率評価
方法。
【請求項８】管状多孔質部材と赤外線照射・検出系と
を上記管状多孔質部材の軸心回りに相対回転させなが
ら、上記管状多孔質部材に赤外線を照射し、上記照射さ
れた赤外線が上記管状多孔質部材を透過する方向から赤
外線透過光を検出し、また、上記管状多孔質部材の厚みを計測して、気孔率と板厚が既知の多孔質材料から予め求めた気孔率
と板厚と赤外線透過率との関係を用いて、上記管状多孔質部材の気孔率を推定することを特徴とす
る多孔質部材の気孔率評価方法。
【請求項９】管状多孔質部材をその軸心回りに回転さ
せながら、上記管状多孔質部材の曲率半径の小さい管内
側から赤外線を照射し、該照射された赤外線が上記管状
多孔質部材を透過する方向（上記管状多孔質部材の曲率
半径の大きい管外側）から赤外線透過光を検出し、また、上記管状多孔質部材の厚みを計測し、気孔率と板厚が既知の多孔質材料から予め求めた気孔率
と板厚と赤外線透過率との関係を用いて、上記管状多孔質部材の気孔率を推定することを特徴とす
る多孔質部材の気孔率評価方法。
【請求項１０】請求項８または９記載において、前記管状多孔質部材と赤外線照射・検出系とを、前記管
状多孔質部材の軸心と平行な方向に相対的に移送するこ
とを特徴とする多孔質部材の気孔率評価方法。
【請求項１１】請求項１０記載において、前記管状多孔質部材と赤外線照射・検出系とが、前記管
状多孔質部材の軸心と平行な方向に相対的に移送される
状態で、気孔率を推定することを特徴とする多孔質部材
の気孔率評価方法。
【請求項１２】請求項１乃至１１の何れか１つに記載
において、前記多孔質部材に照射する赤外線の波長が１μｍ〜１０
μｍであることを特徴とする多孔質部材の気孔率評価方
法。
【請求項１３】請求項１乃至１２の何れか１つに記載
において、前記多孔質部材に赤外線を照射する入射角は、多孔質部
材の表面に対して９０°±１５°以内であることを特徴
とする多孔質部材の気孔率評価方法。
【請求項１４】請求項１乃至１３の何れか１つに記載
において、前記多孔質部材には、波長５．２〜６μｍの炭酸ガスレ
ーザにより赤外線を照射し、赤外線検出には、ＩｎＡｓ
（インジューム・ヒ素）あるいはＩｎＳｂ（インジュー
ム・アンチモン）光起電力素子を用いることを特徴とす
る多孔質部材の気孔率評価方法。
【請求項１５】多孔質部材に赤外線を照射する赤外線
照射手段と、該赤外線照射手段により照射された赤外線が上記多孔質
部材を透過する方向から赤外線透過光を検出する赤外線
検出手段と、上記多孔質部材の厚みを計測する厚み計測手段と、検出した赤外線の光透過率と計測した厚みとに基づき、
気孔率と板厚が既知の多孔質材料から予め求めた気孔率
と板厚と赤外線透過率との関係から、上記多孔質部材の
気孔率を自動演算する演算手段と、を具備したことを特
徴とする多孔質部材の気孔率評価装置。
【請求項１６】連続送りまたは間欠送りされるシート
状多孔質部材に赤外線を照射する赤外線照射手段と、該赤外線照射手段により照射された赤外線が上記シート
状多孔質部材を透過する方向から赤外線透過光を検出す
る赤外線検出手段と、上記シート状多孔質部材の板厚を計測する板厚計測手段
と、検出した赤外線の光透過率と計測した厚みとに基づき、
気孔率と板厚が既知の多孔質材料から予め求めた気孔率
と板厚と赤外線透過率との関係から、上記シート状多孔
質部材の気孔率を自動演算する演算手段と、を具備した
ことを特徴とする多孔質部材の気孔率評価装置。
【請求項１７】管状多孔質部材に赤外線を照射する赤
外線照射手段と、上記赤外線照射手段により照射された赤外線が上記管状
多孔質部材を透過する方向から赤外線透過光を検出する
赤外線検出手段と、上記管状多孔質部材と赤外線照射・検出系とを、上記管
状多孔質部材の軸心回りに相対回転させる手段と、上記管状多孔質部材の厚みを計測する厚み計測手段と、検出した赤外線の光透過率と計測した厚みとに基づき、
気孔率と板厚が既知の多孔質材料から予め求めた気孔率
と板厚と赤外線透過率との関係から、上記管状多孔質部
材の気孔率を自動演算する演算手段と、を具備したこと
を特徴とする多孔質部材の気孔率評価装置。
【請求項１８】管状多孔質部材をその軸心回りに回転
させる手段と、上記管状多孔質部材の曲率半径の小さい管内側から赤外
線を照射する赤外線照射手段と、該赤外線照射手段により照射された赤外線が上記管状多
孔質部材を透過する方向（上記管状多孔質部材の曲率半
径の大きい管外側）から赤外線透過光を検出する赤外線
検出手段と、上記管状多孔質部材の厚みを計測する厚み計測手段と、検出した赤外線の光透過率と計測した厚みとに基づき、
気孔率と板厚が既知の多孔質材料から予め求めた気孔率
と板厚と赤外線透過率との関係から、上記管状多孔質部
材の気孔率を自動演算する演算手段と、を具備したこと
を特徴とする多孔質部材の気孔率評価装置。
【請求項１９】請求項１７または１８記載において、前記管状多孔質部材と赤外線照射・検出系とを、前記管
状多孔質部材の軸心と平行な方向に相対的に移送する手
段を、具備したことを多孔質部材の気孔率評価装置。
【請求項２０】請求項１５乃至１９の何れか１つに記
載において、前記赤外線照射手段は、前記多孔質部材に波長５．２〜
６μｍの炭酸ガスレーザ赤外線を照射する手段であり、
前記赤外線検出手段は、赤外線をＩｎＡｓ（インジュー
ム・ヒ素）あるいはＩｎＳｂ（インジューム・アンチモ
ン）光起電力素子を用いて検出する手段であることを特
徴とする多孔質部材の気孔率評価装置。