JPWO2020039850A1 - 接合界面の評価方法および接合界面の評価装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1乃至図5は、本発明の実施の形態の接合界面の評価方法および接合界面の評価装置を示している。
図1に示すように、本発明の実施の形態の接合界面の評価装置10は、材料1a,1b同士の接合界面2の接合状態を評価するための接合界面の評価装置10であって、探触子11と解析評価手段12とを有している。
探触子11などの送信手段の入射面積が小さいほど、横波の入射効率が相対的に高くなることを確認する実験を行った。まず、パルスレーザーにより縦波および横波を発生させる実験を行った。実験では、音速が5500m/s、厚みが20mmのガラス板を用い、ガラス板の端面の1点にパルスレーザーを照射して熱膨張を発生させ、縦波を発生させた。発生した波がガラス板中を伝搬する様子を、光弾性可視化法で観察した。レーザー照射から3秒後の伝搬の様子を、図2に示す。図2に示すように、縦波だけでなく、横波、ヘッドウェーブ、表面波(SSCWなど)の波面が認められる。このことから、点音源や線音源のように入射面積が小さい場合には、横波の入射効率が相対的に高くなり、試料表面から縦波と横波が入射しやすくなるため、反射信号および透過信号の計測により、接合状態の評価が可能になるといえる。
縦波と横波とを利用した場合の効果について検討するため、材料1a,1b同士をスポット溶接した接合界面2に対して、縦波の透過信号および横波の透過信号の測定を行った。測定は、図5(A)に示すように、スポット溶接部にナゲットが形成され、その周囲にコロナボンドが形成されている構造、および、図5(B)に示すように、スポット溶接部にナゲットが形成されず、全てコロナボンド構造の模擬材料に対して行った。測定には、非特許文献1に示す、超音波を利用した水浸映像法を使用した。
2 接合界面
10 接合界面の評価装置
11 探触子
12 解析評価手段
1、p.575−582
発明の概要
発明が解決しようとする課題
[0007]
しかしながら、特許文献3および4に記載のような縦波バースト超音波を利用した方法では、接合状態を正確に評価することができるキッシングボンドやコロナボンドは極めて限定的であるという課題があった。
[0008]
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、キッシングボンドやコロナボンドのような未接合部の接合状態を正確に評価することができる接合界面の評価方法および接合界面の評価装置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
[0009]
本発明者は、従来の超音波計測に用いられる縦波は粗密波であり、界面を押し付けながら伝搬するのに対し、横波はせん断波で不連続部の検出性に優れ、超音波探傷における標準法として多用されていることに着目し、横波を用いた計測に着眼した。従来、固体内への横波超音波の入射方法として、特殊な横波圧電素子を粘度の高い接触媒質を介して垂直入射する方法か、くさびを使って縦波を斜角入射することで横波を入射する方法がとられているが、接合界面に垂直に、特殊な素子や接触媒質を使わず、簡便に横波を入射する方法は存在せず、計測は困難であった。そこで、本発明者は、固体内に向かって超音波を微小領域に入射した時、地震波動同様、縦波と横波とが円弧状に同時に発生する点に着目して、本発明に至った。
[0010]
すなわち、本発明に係る接合界面の評価方法は、材料同士の接合界面の接合状態を評価する接合界面の評価方法であって、前記接合界面に対してほぼ垂直方向に、超音波の縦波と横波とを同時に送信する送信工程と、前記送信工程で送信した前記縦波の、前記接合界面で反射した反射信号および/または前記接合界面を透過した透過信号と、前記送信工程で送信した前記横波の、前記接合界面で反射した反射信号および/または前記接合界面を透過した透過信号とを受信する受信工程と、前記受信工程で受信した信号のうち、前記縦波の前記透過信号の所定の物理量と前記横波の前記反射信号の所定の物理量、前記縦波の前記反射信号の所定の物理量と前記横波の前記透過信号の所定の物理量、または、前記縦波の前記反射信号の所定の物理量と前記横波の前記反射信号の所定の物理量とを利用して、前記接合界面の接合状態を評価する評価工程とを、有することを特徴とする
。
[0011]
本発明に係る接合界面の評価装置は、材料同士の接合界面の接合状態を評価するための接合界面の評価装置であって、前記接合界面に対してほぼ垂直方向に、超音波の縦波と横波とを同時に送信可能に設けられた送信手段と、前記送信手段から送信した前記縦波の、前記接合界面で反射した反射信号および/または前記接合界面を透過した透過信号と、前記送信手段から送信した前記横波の、前記接合界面で反射した反射信号および/または前記接合界面を透過した透過信号とを受信可能に設けられた受信手段と、前記受信手段で受信した信号のうち、前記縦波の前記透過信号の所定の物理量と前記横波の前記反射信号の所定の物理量、前記縦波の前記反射信号の所定の物理量と前記横波の前記透過信号の所定の物理量、または、前記縦波の前記反射信号の所定の物理量と前記横波の前記反射信号の所定の物理量とを利用して、前記接合界面の接合状態を評価するよう構成された解析評価手段とを、有することを特徴とする。
[0012]
[0013]
本発明に係る接合界面の評価方法は、本発明に係る接合界面の評価装置により好適に実施される。本発明に係る接合界面の評価方法および接合界面の評価装置は、接合界面に対してほぼ垂直方向に、超音波の横波、または、縦波と横波とを送信することにより、以下のようにして、接合界面の接合状態
Claims (14)
- 材料同士の接合界面の接合状態を評価する接合界面の評価方法であって、
前記接合界面に対してほぼ垂直方向に、超音波の横波を送信する送信工程と、
前記送信工程で送信した前記横波の、前記接合界面で反射した反射信号および/または前記接合界面を透過した透過信号を受信する受信工程と、
前記受信工程で受信した前記横波の前記反射信号および/または前記透過信号の所定の物理量に基づいて、前記接合界面の接合状態を評価する評価工程とを、
有することを特徴とする接合界面の評価方法。 - 前記送信工程は、超音波の縦波と前記横波とを同時に送信し、
前記受信工程は、前記送信工程で送信した前記縦波の、前記接合界面で反射した反射信号および/または前記接合界面を透過した透過信号も受信し、
前記評価工程は、前記受信工程で受信した信号のうち、少なくとも前記縦波の前記反射信号または前記透過信号の前記物理量と、前記横波の前記反射信号または前記透過信号の前記物理量とを利用して、前記接合界面の接合状態を評価することを
特徴とする接合界面の評価方法。 - 前記受信工程は、少なくとも前記縦波および前記横波の前記透過信号を受信し、
前記評価工程は、前記受信工程で受信した前記縦波の前記透過信号の前記物理量と、前記横波の前記透過信号の前記物理量との差または比に基づいて、前記接合界面の接合状態を評価することを
特徴とする請求項2記載の接合界面の評価方法。 - 前記送信工程は、探触子から前記縦波および前記横波を送信し、
前記受信工程は、前記反射信号および/または前記透過信号を前記探触子で受信することを
特徴とする請求項2または3記載の接合界面の評価方法。 - 前記送信工程は、複数の探触子から、それぞれ前記縦波および前記横波を送信し、
前記受信工程は、各探触子の前記反射信号および/または前記透過信号を、各探触子で受信することを
特徴とする請求項2または3記載の接合界面の評価方法。 - 前記探触子は、径が10mm以下であることを特徴とする請求項4または5記載の接合界面の評価方法。
- 前記物理量は、前記反射信号または前記透過信号の波形、振幅またはスペクトラムであり、
前記評価工程は、前記接合界面の接合状態として、前記接合界面の接合面積、界面の開口または接合強度を評価することを
特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の接合界面の評価方法。 - 材料同士の接合界面の接合状態を評価するための接合界面の評価装置であって、
前記接合界面に対してほぼ垂直方向に、超音波の横波を送信可能に設けられた送信手段と、
前記送信手段から送信した前記横波の、前記接合界面で反射した反射信号および/または前記接合界面を透過した透過信号を受信可能に設けられた受信手段と、
前記受信手段で受信した前記横波の前記反射信号および/または前記透過信号の所定の物理量に基づいて、前記接合界面の接合状態を評価するよう構成された解析評価手段とを、
有することを特徴とする接合界面の評価装置。 - 前記送信手段は、超音波の縦波と前記横波とを同時に送信可能に設けられ、
前記受信手段は、前記送信手段から送信した前記縦波の、前記接合界面で反射した反射信号および/または前記接合界面を透過した透過信号も受信可能に設けられ、
前記解析評価手段は、前記受信手段で受信した信号のうち、少なくとも前記縦波の前記反射信号または前記透過信号の前記物理量と、前記横波の前記反射信号または前記透過信号の前記物理量とを利用して、前記接合界面の接合状態を評価するよう構成されていることを
特徴とする接合界面の評価装置。 - 前記受信手段は、少なくとも前記縦波および前記横波の前記透過信号を受信するよう構成されており、
前記解析評価手段は、前記受信手段で受信した前記縦波の前記透過信号の前記物理量と、前記横波の前記透過信号の前記物理量との差または比に基づいて、前記接合界面の接合状態を評価するよう構成されていることを
特徴とする請求項9記載の接合界面の評価装置。 - 超音波を送信可能かつ受信可能に設けられた一つの探触子を有し、
前記送信手段は、前記探触子から前記縦波および前記横波を送信するよう構成されており、
前記受信手段は、前記探触子で前記反射信号および/または前記透過信号を受信するよう構成されていることを
特徴とする請求項9または10記載の接合界面の評価装置。 - 超音波を送信可能かつ受信可能に設けられた複数の探触子を有し、
前記送信手段は、各探触子から、それぞれ前記縦波および前記横波を送信するよう構成されており、
前記受信手段は、各探触子の前記反射信号および/または前記透過信号を、各探触子で受信するよう構成されていることを
特徴とする請求項9または10記載の接合界面の評価装置。 - 前記探触子は、径が10mm以下であることを特徴とする請求項11または12記載の接合界面の評価装置。
- 前記物理量は、前記反射信号または前記透過信号の波形、振幅またはスペクトラムであり、
前記解析評価手段は、前記接合界面の接合状態として、前記接合界面の接合面積、界面の開口または接合強度を評価するよう構成されていることを
特徴とする請求項8乃至13のいずれか1項に記載の接合界面の評価装置。
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