JPH02169193A - ファインセラミックスの加工方法及びこの加工方法によって得られた放射線透過試験用の透過度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明ｊ、ｔ、　ＡＱ２０３．ＳｒＣ，Ｓｉ３Ｎ４，１
ｒ０２などの非金属無機材料の焼結体であるファインセ
ラミックスを穿孔するための加工方法、及びこの方法に
よって得られた放射線透過試験用の透過度計に関するも
のである。

［従来の技術］ 放射線を用いることによる産業製品の品質検査は、現在
産業界で広く用いられている。主として、被検体中の欠
陥の有無を確認するために利用されている。

ｆ５５図は放射線を用いて、被検体の透視ｔｌｉ像を形
成させるための概略説明図てあり、図中、５は放射線源
、６は被検体、７は放射線検出体、８はＭｌ、射線源５
からの放射線である。第５図において、放射ＭＡ源５か
ら放射された放射線８は被検体６を透過し、放射線検出
体７で被検体６の透視画像を形成する。この透視画像の
コントラストは、被検体６での放射線の吸収量の変化に
応じたものである。この吸収量は、被検体６の組成、密
度。

放射線の透過厚みによって定まる。被検体６中の欠陥は
放射線の吸収量か被検体自身のそれと異なるため、透視
画像にコントラスト差を生じる。従って、放射線透過試
験での検出欠陥はこの透視画像から被検体の形状、内部
構造・！１成から予想されるコントラスト差以外の不連
続なコントラスト差として表示される。

透視画像の画質は放射線源のエネルギー値、被検体の材
質・形状、検出系の放射線検出特性などに影響を受け、
それらは透視画像のコントラストや分解部を左右する。

コントラストと分解能が良いほど画質は良くなり、欠陥
検出感度は向上する。従って、放射線透視試験に必要と
される欠陥検出感度を保つために得られた透視画像の画
質が適切であるかどうかを評価することが重要である。

そこで、いろいろな条件で撮影された透視画像の画質を
それ自身で判断ができるように、ＡＳＴＭ　（アメリカ
材料試験協会）ＪＩＳ等の規格などでは各種透過度計を
被検体に重ねて一緒に透視させている。つまり、その透
過度計か透視画像上でどのように観察できるかを判定す
ることによって透視画像自身の画質を評価している。第
３図にその代表的な透過度計の形状の１例を示す。

第３図（ａ）は、ＪＩＳ規格Ｚ３１０４で定められてい
る針金形透過度計を示す図であり、第３図（ｂ）は、Ａ
ＳＴＭ規格Ｅ規格２で定められている有孔層透過度計を
示す図である。それぞれの透過度計の材質は被検体のそ
れと似かよったもので作られ、透視画像のコントラスト
や分解部か評価できるように、モデルパターンとして第
３図（ａ）では線径がいろいろ変化したものを、第３図
（ｂ）では平板に直径をかえた穴を、それぞれ用いてい
る。これらのモデルパターンでどのサイズまでが透視画
像上で観察できるかを判定することによって透視画像の
画質評価を行い、透視画像の画質保証を行っている。

以上のような放射線透過試験をファインセラミックス中
の欠陥検出に適用する場合にいくつかの問題か生ずる。

おもな問題としては、ファインセラミックスで検出すべ
き欠陥が１０〜１００１程度の大きさの異物、クラック
、空孔なとであり、従来の材料で問題になるものに比べ
数十から数百力の−と非常に小さいため、従来の放射線
透過試験で行われていた被検体と放射線検出体を密着さ
せる方法では欠陥検出感度が低く、第４図に示すように
被検体６を放射！ｉ源５に近付けて親画像を拡大投影す
る方法（以下、拡大投影法と称す）を適用することが必
要で、そのために従来の透過度計では、透視画像の画質
保証ができないという問題が発生する。つまり第４図に
おいて、放射線源５と被検体６との距離なａ、被検体６
と放射線検出体７との距離なりとすると、拡大投影法で
の拡大率［（ａ　＋　ｂ　）／ａ　］は数十から二百倍
程度で、微小欠陥をミリ程度の大きさまでに拡大して欠
陥検出感度を向上させている。従って、従来の透過度計
ではすべてのモデルパターンか明瞭にＩＩＪＩ察でき、
拡大投影法での画質を保証するにはモデルパターンのサ
イズが大きすぎ、例えば有孔層透過度計では孔径が１０
〜１０ｈｍであるような小さなパターンサイズの透過度
計が必要である。さらに、拡大投影法ではその原理から
れかるように放射線源の大きさｄをできるだけ小さくし
ないと透視画像にボケが生じ、分解部ならびにコントラ
ストの低下を招くので、試験時に用いた放射線源の大き
さによるボケの影響が問題にならない程度の拡大率に設
定されていたかどうかを、なんらかの方法で保証するこ
とが重要である。

このようにファインセラミックスの放射線透過試験にお
いて得られた透視画像の画質を評価するには、従来の透
過度計にくらべ、より小さなモデルパターンを持つもの
を適用する必要があるがこのような微細なパターンを難
加工性のファインセラミックスで製作することは容易で
はなく、適用可能な加工方法としてレーザによる加工が
考えられる。レーザ加工でファインセラミックス板表面
に円形あるいはスリット状の所望形状の微細な開孔部を
製作するにはレーザビームを適切な光学レンズ系を用い
てビームを集光させて加工すればよいが、その時の表面
上あるいは貫通した開孔部の直径またはスリット幅はほ
とんどレーザビームの直径ならびに出力によって定まり
、微細な加工を施すにはこれらを精度よくル制御し、安
定させることが必要である。さらに、それら形状の深さ
や貫通厚みを大きくするとレンズ系の収差や集光の焦点
位置の移動などの影響によりそれらの表面開孔部のサイ
ズが大きくなってしまい、この傾向は開孔部の大きさを
小さくすればするほど顕著になる。例えば、上屋らによ
る文献「レーザ誘起熱化学反応を利用したセラミックス
の加工」精密工学会誌Ｖｏｌ、　５４．　Ｎ、、　５．
　Ｐ２Ｏ３−９０８（１９８８）でのデータでは、　１
００μｍ、、以上の深さの穴を穿孔する場合、その穴の
直径は１００１以上になってしまう。

［発明が解決しようとする課題］ ファインセラミックスの放射線透過試験において得られ
た透視画像の画質を評価するには、従来の透過度計にく
らべ、より小さなモデルパターンを持つものを適用しな
ければならないという課題がある。さらに、そのような
微細なパターンを難加工性のファインセラミックスで製
作することは容易ではなく、レーザによる微細加工が考
えられるが、数十μｍの微細なパターンのため充分な寸
法精度を再現性よく加工することは容易ではないという
問題がある。

この発明は、かかる課題を解決するためになされたもの
で、レーザによって微細なパターンのための寸法精度を
再現性よく加工することのできるファインセラミックス
の加工方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を解決するためにこの発明は、ファインセラ
ミックスの加工方法として、レーザビームの一部だけを
透過させる円形あるいはスリット状の所望形状の開口部
を有する金属薄膜のマスクパターンをレーザビームの透
過性材料に形成し、前記集光されたレーザビームを前記
マスクパターンを介して、前記ファインセラミックス板
に照射し、直径またはスリット幅が１００ｈ以下の形状
で穿孔するものてあり、さらに、この方法を用いて、フ
ァインセラミックス板に円形あるいはスリット状の所望
形状の開孔部の直径またはスリット幅か１００ｈ以下の
所望の形状に穿孔した放射線透過試験用の透過度計を得
るものである。

［作用］ 本発明によれば、ファインセラミックス板表面に円形あ
るいはスリット状の所望形状の微細な開孔部を必要とす
る場合にはレーザビームを適切な光学レンズ系を用いて
ビームを集光させて加工すればよいが、その時の表面上
あるいは貫通した開孔部の直径またはスリット幅はほと
んどレーザビームの直径ならびに出力によって定まり、
微細な加工を施すにはこれらを粘度よく制御しなければ
ならない、しかし１円形あるいはスリット状の所望形状
の開孔部の直径またはスリット幅が１００μｍ以下の所
望の形状で、深さが直径またはスリット幅の１０倍以上
の場合にはレンズ系の収差や集光の焦点位ｔの移動など
の影響により、それらの深さを深くするとそれらの表面
開孔部のサイズが大きくなってしまい、さらに、通常パ
ルス光で加工を行うためレーザビームのモードや出力を
精度よく安定させることは容易ではない。従って、ファ
インセラミックス板表面を加工できるような充分な強度
をもってレーザビームを微小領域に集光させて、円形あ
るいはスリット状の所望形状の開孔部の直径またはスリ
ット幅か１００１１Ｍ以下の所望の形状に穿孔すること
は難しい。そこで、第１図に示すようにレーザビームの
一部分だけを透過させるような円形あるいはスリット状
のマスクパターンを作り、このマスクパターンをセラミ
ックス板表面におき、望みの直径の穴やスリットを再現
性よく作る。

マスクパターンは、石英ガラスあるいは加工に用いるレ
ーザビームの透過度のよい材料上にレーザビームの反射
率が高い金属ＦＪ膜を蒸着、メツキあるいはスパッタリ
ングなどにより一様に形成し、その後、それら金属簿膜
の一部を取り除いてレーザど−ムを透過させるのに必要
な微小なウィンドウを形成するためにフォトリングラフ
ィ技術でエツチング処理を施して製作する。このような
金ａＱ膜の例としてはＡｕ、Ｃｕ、ＡＨ，Ａｇなどがあ
る。

また、用いるレーザビームの波長はそれら金属での反射
が良好な波長帯域であることが必要であり、０．６ｔｔ
、以上の範囲である。また、このような波長帯域で透過
度の良好なマスクパターン基板材料として、石英ガラス
以外にパイレックスガラス。

サファイア、ソツ化カルシウム、酸化チタン及び一般光
学用ガラスなどがある。

本発明によると、例えば板厚１　ａｓ以下のファインセ
ラミックスに直径１０ｈの穴を開けたマスクパターンを
用いてレーザビームで穿孔すると直径１５　ｇ−＝の穴
を開けることがてきる。かくして、ファインセラミック
スに１０μｍ〜１００）ｔ、の任意の穴またはスリット
を穿孔することができる。

次に拡大投影法での透視画像上の半影の大きさは、第４
図に示すように幾何学的な計算で得られた拡大率（ａ＋
ｂ）／ａに放射線源の大きさを川けた（ａ＋ｂ）ｄ／ａ
になり、拡大率を大きくずればする程放射線源を小さく
しないと透視画像上ての半影が増え、分解部が低下する
。そのため、用いている放射ｋＱＳの大きさと拡大率に
よる半影の大きさかファインセラミックス中の検出すべ
き欠陥サイズに比べて適切であるかどうかを評価する必
要がある。従って、放射線源拡大投影法で必要となる透
過度計のモデルパターンのサイズは一般に問題となると
考えられている欠陥サイズと同程度の１０〜ｌＯｈｍで
あることが必要である。そこで、上記のマスクパターン
を用いて板厚１□以下のファインセラミックス板に開孔
部の直径またはスリット幅がｌＯ〜１０に、の円形ある
いはスリット状の所望形状を貫通させ、その加工された
ファインセラミックス板を被試験材と重ねて放射線透過
試験の拡大投影法を行うことにより、得られた透視画像
の画質をそのパターンを観察することにより評価できる
。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例を示す図で、ｌは石英ガラス
、２は金属薄膜、３はセラミックス、４はこのセラミッ
クス３に穿設された貫通穴である。

第１図において、マスクパターンとしての石英ガラス１
上に金を用いて直ｆ１２５Ｉｉｍの円形のウィンドウを
形成した金属薄膜２を板厚５００Ｍ、のＳｉｃからなる
セラミックス３上に鐙き、波長１１−０ｂ。

出力１００ψのＹＡＧレーザによるレーザビームをマス
クパターンをとおしてセラミックス上に照射した。これ
により直径２８μｍの貫通穴４を作ることができた。

また、他の実施例では、マスクパターンとし石英ガラス
１上に銀を用いて直径１０μｍの円形のウィンドウを形
成した金属薄膜を板厚５［１ｈ、のアルミナからなるセ
ラミックス３上におき、波長０．８１Ｌ、。

出力５０Ｗのアレキサンドライトレーザによるレーザビ
ームをマスクパターンをとおしてセラミ・ンクス上に照
射した。これにより直径１５μｍの貫通穴４を作ること
がてきた。

第２図は本発明の加工方法を用いて作成した放射線透過
試験の透過度計の一例を示す図である。

拡大投影法によるファインセラミックス放射線透過試験
用透過度計として板ｙ１．５００μｍｓのＳｉｃに第２
図に示す形状のものを製作した。

［発明の効果］ 以上、説明したように、本発明の方法によればファイン
セラミックスの穿孔は寸法再現性良く製作することがで
き、この方法によって得られた透過度を用いて透視画像
の画質を評価でき、放射線透過試験の信頼性を向上させ
ることがてきる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるマスクパターンを用い
てレーザ加工を行う概略説Ｉｌ１図、第２図は本発明の
方法を用いて作成した透過度計の一例を示す図、第３図
（ａ）はＪＩＳ規格Ｚ：１Ｉ０４で定められている針金
形透過度計を示す図、第３図（ｂ）はＡＳＴＭ規格Ｅ１
４２で定められている有孔形透過度計を示す図、第４図
は被検体を放射線源に近付けて透視画像を拡大投影する
拡大投影法を説明するための図、第５図は放射線を用し
）で被検体の透視画像を形成させるための概略説明図で
ある。 図中。 １：石英ガラス　　　　２：金属薄膜 ３：セラミウクス　　　４：貫通穴 ５：放射線源　　　　　６：被検体 ７：放射線検出体　　　８：放射線

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）レーザビームを光学系レンズを用いてファインセ
   ラミックス板の表面上に集光し、前記ファインセラミッ
   クス板に微小径の孔を穿孔するファインセラミックスの
   加工方法において、前記レーザビームの一部だけを透過
   させる円形あるいはスリット状の形状の開孔部を有する
   金属薄膜のマスクパターンをレーザビームの透過性材料
   上に形成し、前記集光されたレーザビームを前記マスク
   パターンを介して、前記ファインセラミックス板に照射
   し、直径またはスリット幅が１００μｍ以下の形状で穿
   孔することを特徴とするファインセラミックスの加工方
   法。
2. （２）板厚が１０００μｍ以下のファインセラミックス
   板に、請求項（１）の加工方法で得られた直径が１０μ
   ｍ乃至１００μｍの複数個の円形開孔部を有することを
   特徴とする放射線透過試験用の透過度計。
3. （３）板厚が１０００μｍ以下のファインセラミックス
   板に、請求項（１）の加工方法で得られたスリット幅が
   １０μｍ乃至１００μｍでかつ長さが５０００μｍ以下
   の複数本の開孔部を有することを特徴とする放射線透過
   試験用の透過度計。