JP2003207472A - セラミックハニカム構造体表面のクラック検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セラミックハニカム構造体の表面、特に端面
に発生する微細なクラックを確実に検出する方法を提供
する。 【解決手段】 隔壁により仕切られた多数のセルを有す
るセラミック製ハニカム構造体に温度勾配を発生させ、
セルが開口する端面の表面温度分布を測定し、得られた
温度分布からセル配置に伴う特有の周期的温度変化分を
取り除き、その後の温度分布にクラックの特徴を強調す
る選択処理を行ってクラックを顕在化させることを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック表面の
クラック検出方法に関し、特にセラミックハニカム構造
体のセルが開口する端部表面に発生したクラックを検出
するのに好適な検出方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】セラミックハニカム構造体は、単位体積
当たりの表面積が大きく取れることから、内燃機関の排
ガス浄化用触媒担体、および微粒子浄化用フィルター、
各種燃焼ガスの脱臭用フィルターなどろ過フィルターと
して採用されている。これらの触媒担体やフィルターで
は、ハニカム構造体のセル壁表面に触媒をコーティング
し易くするため、或いはセル壁自体にフィルター機能を
付与するため、一般的には多孔質セラミックス材料が使
用されている。このセラミック製ハニカム構造体は、原
料となるセラミック粉末とバインダー等の成形材料、造
孔剤、水等を混合、混練し、格子状スリットを有する口
金から押し出し成形し、乾燥・焼成を経て製造される。
従って、成形時に密度が不均一であったり、乾燥・焼成
時に温度むらがあったりするとクラックが発生すること
がある。クラックがあると、フィルターとして十分作用
しなくなるだけでなく、極端な場合、組み付け時の外力
や実使用中の振動ためクラックが進展し、ハニカム構造
体が破壊してしまうこともある。このような破壊につな
がるような重大なクラックは、多くが表面に発生する。

【０００３】一般的なセラミック体表面のクラック検査
は目視による方法である。通常、直接的或いは実体顕微
鏡等の拡大装置を介して見ることで行うが、さらに外表
面に液体を塗り発色剤を添加するカラーチェック法や蛍
光探傷法を利用することも行われる。また、熱画像をも
とに検出する方法もある。これは、クラックによって表
面に生じた空隙部は、クラックのない表面中実部とは熱
伝導率が異なることを利用した方法である。即ち、被検
査表面に適当な温度勾配を与えると、温度の高い部分か
ら低い部分に熱流束が生じるが、その途中にクラックが
あると熱流束が妨げられ、一般に空隙部の方が熱伝導率
が低いためクラック部分の温度が周辺部より高くなり、
これを、赤外線放射カメラ等の温度測定手段により熱画
像として捉えることによりクラックを検出するものであ
る。また、音を利用した打音法がある。これは、正常な
ものは金属音がするのに対して、クラックの存在するも
のは音が濁ることを利用したものである。また、Ｘ線を
照射して撮影する方法やガスを通してガスのリークを検
出する方法もある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ハニカム構造体表面に
発生するクラックで、ある程度以上の大きさのものは明
らかに有害であるが、目視等で容易に検出でき見逃す恐
れはほとんどない。それに対し、開口幅の狭い微細なク
ラックは、見逃したとしても必ずしも問題を引き起こす
とは限らないが、いつクラックが拡大し破壊に至るよう
になるかわからない潜在的危険要因であり、製造段階で
信頼性高く検出することが切望されている。特に、セル
が開口するハニカム構造体の端面に発生する微細なクラ
ックは、セル端部の格子状の隔壁の中から見つけ出す必
要があり、検出を難しくしている。これに対し、従来の
目視検査では、拡大装置を介して見てもそのままでは微
細な表面クラックを確実に判別することは難く、また、
外表面に液体を塗り、クラックを発色あるいは蛍光を発
するようにしても、多孔質材料の微細な孔にも液体が浸
透してしまい、クラックとの区別が難いという問題があ
る。また、熱画像による方法は、多孔質セラミックはも
ともとの熱伝導率が低く空隙部との熱伝導率差が小さい
ため、クラックで生じる温度変化も非常に小さく、微弱
な温度変化を熱画像上で識別することは難しい。また、
前述したようにハニカム構造体端面では、セラミック部
と空隙部が交互に存在する格子状の構造であるため、こ
れに伴う熱変化がノイズとなり、クラックの微弱な温度
変化を益々判別し難くしている。また、打音法では、目
視で容易に検出できないような微細なクラックに対して
は音が変化せず対応できない。同様に、Ｘ線照射法やガ
スリーク法も微細なクラックに対しては信頼性が低い。
従って本発明の目的は、セラミックハニカム構造体の表
面、特に端面に発生する微細なクラックを確実に検出す
る方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明はセラミックハニ
カム構造体表面のクラックを検出する方法であって、隔
壁により仕切られた多数のセルを有するセラミック製ハ
ニカム構造体に温度勾配を発生させ、表面温度分布を測
定し、得られた温度分布にクラックの特徴を強調する選
択処理を行ってクラックを顕在化させることを特徴とし
ている。また、本発明はセラミックハニカム構造体の端
面のクラックを検出する方法であって、隔壁により仕切
られた多数のセルを有するセラミック製ハニカム構造体
に温度勾配を発生させ、セルが開口する端面の表面温度
分布を測定し、得られた温度分布からセル配置に伴う特
有の周期的温度変化分を取り除き、その後の温度分布に
クラックの特徴を強調する選択処理を行ってクラックを
顕在化させることを特徴としている。

【０００６】本発明においては、表面温度測定を、波長
が３〜５μｍの赤外線を用いて行うことが好ましい。ま
た、表面の温度変化率を１秒当たり０．３℃以上として
表面温度を測定することが好ましい。また、表面温度測
定を、温度測定手段の測定軸とハニカム構造体のセル流
路方向軸との成す角度が５度以上４５度以下の範囲で行
うことが好ましい。また、本発明は、内燃機関の排ガス
浄化用触媒担体や微粒子浄化用フィルター、各種燃焼ガ
スの脱臭用フィルターなどろ過フィルターとして用いら
れる多孔質セラミックス材料で形成されているセラミッ
クハニカム構造体を対象とすることができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明を実施
例に基づき詳細に説明する。図１は、本実施例における
概略装置構成を示したものである。本発明では、検査対
象となるハニカム構造体１に温度勾配を与える必要があ
る。そのためには、ハニカム構造体１を加熱あるいは冷
却し、その加熱過程あるいは冷却過程にて観察を行えば
よい。本実施例では、図示しない熱処理炉から取り出し
た約２００℃のハニカム構造体１を、支持台６に載せ
る。対象としたハニカム構造体１は、外形φ１８０ｍ
ｍ、高さ２００ｍｍ、セルピッチ２．５ｍｍ、セル壁厚
さ０．５ｍｍの排ガス微粒子浄化用フィルターである。
支持台６は通常の室内にあり、ハニカム構造体１を自然
冷却される。そのときの、端面２の表面温度を赤外線放
射カメラ３で撮像し、得られた熱画像を画像処理装置４
に送る。

【０００８】赤外線放射カメラ３の好ましい設置位置に
ついて図２、３を用いて説明する。図２は、赤外線放射
カメラ３の中心軸３１と、セルの流路方向軸２１との関
係を示したものである。端面２に発生したクラック９に
よる微弱な温度変化を捉えるためには、端面２から生じ
る赤外線８１を捉える必要がある。しかし、赤外線放射
カメラ３の中心軸３１とセルの流路方向軸２１の成す角
度７が小さいと、セル内部から放射される赤外線８２も
同時に捉えてしまうため、クラック９により生じる表面
部の微弱な温度変化が埋もれて検出が困難となってしま
う。

【０００９】図３は、クラック９により生じた空隙部か
ら放射される赤外線を捉えるための説明図である。上述
したようにクラック９と周辺部との微弱な温度変化は、
クラックによって生じた空隙部での熱伝導率と、クラッ
クのない中実部との熱伝導率の差異により生じるが、さ
らにクラック９の空隙部から放射される赤外線８３によ
る効果も加わることで、より大きな温度変化として捉え
ることができる。しかし、クラック９は端面２に垂直方
向に深さを持つため、赤外線放射カメラ３の中心軸３１
とセルの流路方向軸２１の成す角度７が大きすぎると、
クラック９の空隙部から放射される赤外線８３を捉える
ことができなくなり検出感度が低下してしまう。

【００１０】以上の問題に対し、クラック９を検出する
ための赤外線放射カメラ３の設置条件を鋭意検討した結
果、本発明者らは、赤外線放射カメラ３の中心軸３１と
セルの流路方向軸２１の成す角が５度以上にて良好な検
出が可能であることを見出した。また、上記角度が４５
度以上になると、図３をもとに説明した理由により検出
感度が低下するため、上記角度は４５度以下が望ましい
ことも見出した。しかし、赤外線放射カメラ３を適切に
配置しても、クラック９に発生する周囲とは異なる温度
変化は微弱であり、さらに格子状のセル配置に起因する
周期的な温度変化が全体に存在するため、赤外放射カメ
ラ３から得られた熱画像からそのままでクラック９を認
識することは困難である。従って、クラックの認識が可
能となるような熱画像処理方法を開発することが重要と
なる。

【００１１】図４、５、６は、画像処理によりクラック
を識別する方法に関する一実施例を示したものである。
図５、６は、図４においてハニカム構造体１の端面２に
あるクラック９を横切る線上の温度分布１００を示し
たものである。この温度分布１００には、セル配置に起
因する周期的な温度変化に、クラック９に起因する温度
変化９１が乗っている。温度が高い部分がセルの隔壁部
であり、低い部分がセルの開口部である。クラック９に
起因する温度変化９１は、セル隔壁部分に表れる。クラ
ックのない正常な端面では隔壁による周期的な温度変化
だけを示すことから、後述する画像処理で、まず、周期
的な温度変化を除去する処理を施し、クラック部の温度
変化９２を残した図６に示す温度変化１０１を得る。次
いで、クラック特有の周囲とは異なる温度変化状況に着
目した選択的強調処理を施し、クラック部の温度変化９
２を、周囲のノイズによる温度変化に対して温度変化９
３となるような十分強調した温度変化１０２を得る。こ
の温度変化１０２を基にしたクラック抽出画像を表示装
置５に表示することで、目視でも確実にクラックを認識
することができる。当然ながら、このデータを用いれ
ば、自動判定することも可能である。

【００１２】画像処理に関して、まず、正常部の周期的
な温度変化を取り除く処理方法について説明する。この
処理には、自己相関や窓フーリエ変換、ウエーブレット
変換、カルマンフィルター等の手法を用いることができ
る。ハニカム構造体は、成形工程や、乾燥・焼成工程で
歪が発生するため、ハニカム格子形状は場所により微妙
に異なる。しかし、一部の狭い領域のみに限定すればハ
ニカム格子形状はほぼ均一と見なすことができる。そこ
で上記手法を用い、ある一部の狭い領域内での周期的な
温度変化を求め、それを差し引くことによりその部分で
のハニカム格子による周期的な温度変化を取り除くこと
ができる。これをハニカム端面全体に行えばよい。この
周期的な温度変化を、隣接部の観測された値そのものと
する方法が自己相関法であり、また観測値から連続関数
を基底とする級数列や数式モデルで近似的に現す方法が
窓フーリエ変換、ウエーブレット変換法やカルマンフィ
ルターである。均一と見なす範囲は、差し引いて残る誤
差１１１がクラックによる温度変化９２よりも小さくな
る範囲で、できるだけ広い範囲を採用すればよい。

【００１３】次に、クラック部を選択的に強調する処理
について説明する。この選択的強調処理方法として、エ
ネルギーやコントラスト等の集中度を調べる方法を用い
ることができる。これは、微弱な温度変化（コントラス
ト）でも、広い範囲で見れば温度の高い／低い領域が比
較的集中しているということや、温度の高い／低い領域
に向かって温度勾配が集中しているという特徴を用いる
ものである。また、クラック９は線状に形成されている
という特徴を用いることもできる。その方法として、線
分抽出フィルターや領域拡張法等を用いることが好適で
ある。さらに、集中度法と線分抽出法を組合わせること
で、表面傷やハニカム格子歪によるノイズがほとんど除
かれた、クラックだけの画像を表示させることができ
る。

【００１４】また、赤外線放射カメラ３で熱画像を撮像
する場合、波長が８〜１３μｍ程度の長波長を用いるの
がよいと言われているが、本実施例では、波長が３〜５
μｍ程度の短波長を用いる方が、クラックによる温度変
化９１を温度分布１００上に明確に捉えることができる
ことがわかった。図７は、赤外線放射カメラ３で短波長
で撮像した熱画像（ａ）に、周期的な温度変化を取り除
く方法として自己相関法を用い、クラック部のみの選択
的な強調方法として線分抽出フィルターを用いて画像処
理を行った後のクラック抽出画像（ｂ）の例を示したも
のであり、画像処理を施すことで明らかにクラック９の
識別が容易になることが分かる。なお、上述した画像処
理手法は一例であり、上記以外の手法でも適宜用いるこ
とができる。また、本実施例では、ハニカム構造体の端
面に生ずるクラックの検出について説明したが、連続し
た面からなる側面に生ずるクラックについても同じ技術
思想を適用することで検出できることは言うまでもな
い。この場合は、上述した正常部の周期的な温度変化を
取り除く処理を行う必要はない。

【００１５】本発明では、ハニカム構造体１の端面２に
温度勾配があることが必要であるが、温度変化率が小さ
いとクラック部に生じる温度変化が小さくなるため、本
発明者達は鋭意検討を重ね、少なくとも１秒当たり０．
３℃以上が必要で、さらに１秒当たり０．５℃以上が好
ましいことを見出した。温度変化率の上限は、検査対象
のハニカム構造体がヒートショックで破損したり、変形
しないような値であればよいが、対象品が成形品である
か焼成品であるか、また材質などによっても異なるの
で、対象品に合わせて、適宜設定すればよい。図８は、
本発明における別の温度変化を与える方法を示したもの
である。この場合、常温状態にあるハニカム構造体１に
熱風発生器１１から熱風を流すことによって加熱し、そ
の加熱過程での温度変化を利用したり、あるいは、高温
状態にあるハニカム構造体１に送風機１１から冷風を流
すことで冷却し、その冷却過程での温度変化を利用する
ことも可能である。また、雰囲気による加熱・冷却方法
に限らず、例えばフラッシュランプや赤外線ランプ等に
よる放射加熱方法を用いてもよい。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、セラミックハニカム構
造体の表面に存在する微細なクラックを顕在化して表示
することができるので、目視であっても、また自動判定
であっても確度高く検出することができる。特に、セル
が開口している端面におけるクラックであっても検出す
ることができる。また、ろ過フィルターに用いられるよ
うな多孔質のセラミック材であっても、表面クラックを
検出することができる。また、焼成工程で炉等から取り
出したハニカム構造体を、自然冷却する過程で検査を行
うと、特別な検査時間を必要としないので、生産効率の
向上に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を説明するための装置構成例を示す図

【図２】本発明におけるハニカム構造体の熱画像撮像方
向を示す第一の図

【図３】本発明におけるハニカム構造体の熱画像撮像方
向を示す第二の図

【図４】クラック部を抽出する方法を説明する図

【図５】クラックを有する端面の温度分布を示す図

【図６】上記分布図から端面の周期的温度変化部分を除
去した後の温度分布を示す図

【図７】生の熱画像と画像処理を行った後の画面におけ
るクラックの一例を示す図

【図８】本発明における別の装置構成例を示す図

【符号の説明】

１ ハニカム構造体 ２ ハニカム構造体端面 ２１ セルの流路方向軸 ３ 赤外線放射カメラ ３１ カメラ中心軸 ４ 画像処理装置 ５ 表示装置 ６ 支持台 ７ 観察角度 ８１、８２、８３ 赤外線 ９ クラック ９１、９２、９３ クラック部の温度変化 １００、１０１、１０２ 温度変化 １１ 熱風あるいは冷風送風機

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 隔壁により仕切られた多数のセルを有す
   るセラミック製ハニカム構造体に温度勾配を発生させ、
   表面温度分布を測定し、得られた温度分布にクラックの
   特徴を強調する選択処理を行ってクラックを顕在化させ
   ることを特徴とするセラミックハニカム構造体表面のク
   ラック検出方法。
2. 【請求項２】 隔壁により仕切られた多数のセルを有す
   るセラミック製ハニカム構造体に温度勾配を発生させ、
   セルが開口する端面の表面温度分布を測定し、得られた
   温度分布からセル配置に伴う特有の周期的温度変化分を
   取り除き、その後の温度分布にクラックの特徴を強調す
   る選択処理を行ってクラックを顕在化させることを特徴
   とするセラミックハニカム構造体表面のクラック検出方
   法。
3. 【請求項３】 表面温度測定を、波長が３〜５μｍの赤
   外線を用いて行う請求項１又は２記載のセラミックハニ
   カム構造体表面のクラック検出方法。
4. 【請求項４】 表面の温度変化率を１秒当たり０．３℃
   以上として表面温度を測定する請求項１、２又は３記載
   のセラミックハニカム構造体表面のクラック検出方法。
5. 【請求項５】 表面温度測定を、温度測定手段の測定軸
   とハニカム構造体のセル流路方向軸との成す角度が５度
   以上４５度以下の範囲で行う請求項２、３又は４記載の
   セラミックハニカム構造体表面のクラック検出方法。
6. 【請求項６】 セラミックハニカム構造体は、触媒担体
   やフィルターとして用いられるような多孔質材で形成さ
   れている請求項１乃至５のいずれか記載のセラミックハ
   ニカム構造体表面のクラック検出方法。