(57)【要約】【課題】  本発明は、進展途中の亀裂であっても確実に検出できる割れ検出方法を提供することを目的とする。【解決手段】  少なくとも、内部に積み重ねた硬脆材料を所定荷重で加圧しながら接合して形成する被検査物の破損検出方法は、硬脆材料の加圧を含む該被検査物を所定荷重まで徐々に加圧する手順と、前記加圧する手順において加圧荷重を計測する手順と、加圧時間に対する前記加圧荷重の変化率を求める手順と、前記加圧荷重の前記変化率が所定値以上になった場合に、内部の硬脆材料が破損したと判断する手順とを具備することを特徴とする。【選択図】      図１
2006030140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、内部に積み重ねた硬脆材料を所定荷重で加圧しながら接合して形成する被検査物の破損検出方法において、
該被検査物を所定荷重まで徐々に加圧する手順であって、硬脆材料の加圧を含む手順と、
前記加圧する手順において加圧荷重を計測する手順と、
加圧時間に対する前記加圧荷重の変化率を求める手順と、
前記加圧荷重の前記変化率が所定値以上になった場合に、内部の硬脆材料が破損したと判断する手順と、
を具備することを特徴とする破損検出方法。
【請求項２】
前記内部の硬脆材料の破損は、割れや亀裂の発生であることを特徴とする請求項１に記載の破損検出方法。
【請求項３】
前記破損検出方法は前記被検査物の製造過程において実施されることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の破損検出方法。
【請求項４】
前記硬脆材料はセラミックスであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の破損検出方法。
【請求項５】
前記被検査物はガスセンサであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の破損検出方法。
【請求項６】
前記被検査物は酸素センサであることを特徴とする請求項５に記載の破損検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、破損検出方法に係わり、特別には、硬脆材料の組付け中に内部で発生する硬脆材料の亀裂および割れ等を簡単に検出することのできる破損検出方法に係わり、より特別には酸素センサ等の各種センサにおける硬脆材料の亀裂および割れ等を簡単に検出することのできる破損検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車においては、エンジンを効率良く稼働させる観点から燃焼状態を監視するため、排ガス系において酸素センサを設置して酸素濃度を計測している。この様な酸素センサ等のガスセンサにおいては、そのセンサ部には、例えば防熱材料としてセラミックス等の硬脆材料が使用される。硬脆材料は層状で接合されて組立られるので、この組立時にセンサに加圧荷重がかけられる。この加圧等により硬脆材料に亀裂や割れが発生すると、この様なセンサは不良品として排除する必要がある。このため、酸素センサには亀裂及び割れ検査が行われる。
【０００３】
一般的な酸素センサ９９の構成を図２に示す。酸素センサ９９は、ハウジング１００と、ハウジング１００内に収容されるセンサ部１０６とを具備する。センサ部１０６は、インシュレータＡ１０１及びインシュレータＢ１０３に囲まれるようにハウジング１００内に収容される。ハウジング１００の上部には、カバー１０７が設けられ、センサ部１０６をカバ−すると共に、気体を通過させる。ハウジング１００の下部にはカバーダスト１０５が設けられ、センサの下部を覆って保護している。ハウジング１００とインシュレータＡ１０１との間には、フロートパッキン１０２が具備されており、また皿バネ１０４によりインシュレータＢ１０３とインシュレータＡ１０１を下から押圧して、ガスの漏れを防止している。酸素センサ９９の組立の際、ハウジング１００に、図１において上から下方向に荷重をかけて、インシュレータＡとＢを接合し、カバーダスト１０５をハウジング１００に溶接することにより組み立てられる。インシュレータＡ及びインシュレータＢは、例えばセラミックス等の硬脆材料により形成されている。従って、この接合組立の際に、亀裂又は割れが発生する可能性がある。
【０００４】
この様な、特にはインシュレータＡ及びＢにおいて発生する割れ等の検出装置及び方法の従来例を図５に示す。従来例の破損検出装置５０は圧力計測式であり、被検査物の気密性を検査することにより割れ等の有無を検査する。従来例の破損検出装置５０においては先ず、酸素センサ９９等の被検査物１０を、テーブル５８上にセットする。次に、被検査物１０の気密をチェックしたい箇所をカバー５７で密閉し、ブースタ５６を使って被検査物１０を気体で加圧する。被検査物１０が酸素センサ９９である場合には、図５に示されるように、ハウジング１００を下からテーブル５８で支持しながら、ハウジング１００を上からカバー５７で押さえつけて、カバー５７内を密閉する。所定の圧力までの加圧が完了するとバルブ５５を閉じ、圧力センサ５４と計測部５３にて圧力を計測し、演算処理部５２にて一定の時間間隔における圧力の変化量を演算子洩れ量に変換する。その洩れ量を判定部５１にて基準値と比較して、基準値を超えた場合は気密不良と判断する。
【０００５】
この様に、従来の一般的な破損検出方法は、圧力気体による漏れチェックで亀裂や割れの有無をチェックしていた。この様な従来の方法では、気密を保持している箇所に亀裂ある場合、即ち酸素センサ９９ではフロートパッキン１０２のある部分まで亀裂が達していれば、気体の漏れが発生して亀裂があることを検出できるが、気密保持箇所以外に亀裂が発生した場合には、気体の漏れは生じないので、亀裂は検出できない。亀裂が検出できないまま酸素センサ９９が使用されると、気密保持箇所以外の亀裂は、使用中の振動や熱等により亀裂が更に進展し、その亀裂が気密保持部まで到達するとセンサの特性が発揮できなくなる。すなわち実機の使用中にセンサの故障が発生する。
【０００６】
このように、従来の方法ではすでに亀裂や割れが発生して気密性が失われたものについては確実な検出が可能であったが、進展途中の亀裂については気体の漏れが発生せず検出できないという問題があった。更に、進展途中の亀裂は使用中の振動等で亀裂が更に進展し、亀裂が貫通して気密が悪くなり、例えば酸素センサ等の本体の特性が発揮できなくなるという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みなされたもので、進展途中の亀裂であっても確実に検出できる破損検出方法を提供することを目的とする。
本発明のその他の目的は、亀裂の発生場所にかかわらず、亀裂等を確実に検出できる破損検出方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１の形態では、上述した目的を達成するために、少なくとも、内部に積み重ねた硬脆材料を所定荷重で加圧しながら接合して形成する被検査物の破損検出方法は、該被検査物を所定荷重まで徐々に加圧する手順であって、硬脆材料の加圧を含む手順と、前記加圧する手順において加圧荷重を計測する手順と、加圧時間に対する前記加圧荷重の変化率を求める手順と、前記加圧荷重の前記変化率が所定値以上になった場合に、内部の硬脆材料が破損したと判断する手順とを具備することを特徴とする。
【０００９】
この様に構成することにより、特に、所定荷重まで加圧する過程において、加圧荷重を計測し、加圧荷重の変化率を求め、加圧荷重の変化率が所定値以上になることを検出することにより、加圧中の亀裂の発生、亀裂の進展、割れの発生等を確実に検出できるようになる。従って、進展途中の亀裂であっても確実に検出できる割れ検出方法を提供できる。また、亀裂等の発生場所に係わらず、亀裂等を確実に検出できる。
【００１０】
本発明の請求項２の形態では、上記請求項１の形態において、前記内部の硬脆材料の破損は、割れや亀裂の発生であることを特徴とする。
本形態によれば、本発明の検出対象の破損の内容をより具体化する。
【００１１】
本発明の請求項３の形態では、上記請求項１又は２のいずれかの形態において、前記破損検出方法は前記被検査物の製造過程において実施されることを特徴とする。
本形態によれば、被検査物の製造の際に併行してそれの破損検査を実施できるので、時間効率が良く、更に設備面においても製造設備の一部を検査設備として利用出来るため設備効率も良く、その結果コスト的にも利点がある。
【００１２】
本発明の請求項４の形態では、上記請求項１から３の形態のいずれか一項において、前記硬脆材料はセラミックスであることを特徴とする。
本形態によれば、被検査物の具備する硬脆材料をより具体化する。
【００１３】
本発明の請求項５の形態では、上記請求項１から４の形態のいずれか一項において、前記被検査物はガスセンサであることを特徴とする。
本形態によれば、被検査物をより具体化する。
【００１４】
また、本発明の請求項６の形態では、上記請求項５において、前記被検査物は酸素センサであることを特徴とする。
本形態によれば、被検査物を更により具体化する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態の破損検出装置及び破損検出方法を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る破損検出装置１の図解的説明図を示す。
本実施の形態の破損検出装置１は、被検査物１０を加圧する（荷重をかける）加圧部２と、被検査物１０にかかる荷重を計測する荷重センサ３と、荷重センサの出力を取り込む計測部４と、荷重の変化を計算する演算処理部５と、計算された荷重変化率と基準値とを比較、判定する判定部６とを具備する。ここで、被検査物１０は前に説明した酸素センサ９９である。酸素センサ９９である被検査物１０は、組立の一手順としてハウジング１００を加圧部２により加圧され（荷重をかられ）接合されるが、本実施の形態において、この加圧手順において被検査物１０の割れ（破損）検査が実施される。このように、本実施の形態の破損検出方法は、前に説明した従来の破損検出方法の様な圧力方式とは異なる加圧（荷重）方式である。
【００１６】
本実施の形態において、加圧部２は、加圧部駆動モータ７により駆動されて、上下動することにより被検査物１０を加圧する。従って、加圧部２は、減速機構を具備しており、更にボールねじ機構等の、加圧部駆動モータ７の回転運動を直線往復動に変換する機構を具備する。加圧部駆動モータ７は、被検査物１０を適当な変化率で加圧するように、加圧制御部８により制御される。加圧制御部８は、予めプログラムされた制御手順プログラムを具備して、それに従って加圧部駆動モータ７を制御しても良い。
【００１７】
上記構成にて本実施の形態における発明の作動を説明する。
まず、被検査物１０を破損検出装置１のテーブル上にセットする。次に、被検査物１０に対して、加圧部２で除々に荷重を増加させながら所定荷重まで加圧する。加圧中の荷重を荷重センサ３と計測部４で計測し、一定間隔で荷重の変化率を演算処理部５で計算する。次に、判定部６にて計算した荷重変化率を基準値と比較し、基準値を超えた場合に割れ有りと判断する。
【００１８】
本実施の形態の破損検出装置１により、上記の作動手順で破損検査した場合の検出結果を図３に図解的に示す。この検査例は、被検査物１０に亀裂がある場合の典型的なものである。被検査物１０に一定の変化率で加圧部２により荷重を増加させると、ある荷重に達すると荷重は急激に減少する。これは、被検査物１０に亀裂が発生又は存在することにより、ある荷重をかけられた時に、被検査物１０の一部が変位することにより生じる。この図３に示される急激な荷重の減少は、亀裂の存在を示す明確なサインである。この様に、荷重をかける時に亀裂又は割れが発生すると、荷重が急激に減少するので、荷重の変化率を見ると亀裂の発生の有無が確実に判定できる。亀裂が発生し途中で止まった場合でも変化率で見ると検出可能になる。
【００１９】
図３は、本発明による破損検出方法の亀裂検出演算式を説明するグラフである。
本発明の破損検出方法における荷重変化量は、次の算式で計算される。
ｄＰ＝Ｐn-1 −Ｐn
ここで、Ｐn-1はn-1回目の荷重計測値であり、Ｐnはｎ回目の荷重計測値である。
ｄＰ＞  Ｐｓ：基準値
である場合に、即ち荷重の変化量が、基準値を超えた場合に割れ（又は亀裂）と判断する。この検出方法の判断基準については、図３に示すような荷重の急激な減少点の存在の検出であることが、図３を見ると良く分かる。
【００２０】
以下に実際のテスト例について説明する。図４（Ａ）及び４（Ｂ）に、酸素センサに関する割れ発生テストの結果を示しており、図４（Ａ）は割れが存在する場合のテスト結果であり、図４（Ｂ）は割れが存在しない場合のテスト結果である。図４（Ａ）及び（Ｂ）における縦軸は、共に酸素センサにかけられた荷重を示しており、図に示されるように、縦軸の単位は力であり、１目盛り巾当たり２ｋＮである。横軸の単位は、時間であり、１目盛り巾当たり５０ｍｓである。テストにおいて、被検査体である酸素センサに荷重をかけ、荷重を徐々に増加させた場合の荷重変化を計測した。図４Ｂに示す割れの存在しない酸素センサに関しては、荷重は時間経過と共に右上がりで増大している。一方、図４（Ａ）は割れの存在する酸素センサであり、割れの存在により、グラフの中央付近で荷重が急激に減少する地点が示される。今回のテストにおいて、基準値（Ｐｓ）は０．３ｋＮ／１ｍｓとした。図４（Ａ）において、ｄＰ＞基準値（Ｐｓ＝０．３ｋＮ／１ｍｓ）となった部分が発生したので、割れが存在すると判断された。
【００２１】
上記の如く、本発明による破損検出方法により、酸素センサの割れ等の破損の発生を検出可能であることがテストにより確認された。上記のテストにおいて使用した基準値の値はあくまで一例であって、酸素センサのタイプ等によって異なる。また、検査対象となる装置によっても異なることが理解されるべきである。酸素センサは組立において荷重をかけられるので、本発明の破損検出方法は、酸素センサの組立作業の一貫として、作業中に実施可能である。従って、上記テストが酸素センサ組立作業に併行して行われたとすると、組立中に上記テストにより、割れの発生が検出可能であることが分かる。
【００２２】
次に上記実施の形態の効果及び作用について説明する。本発明の上記の実施の形態の破損検出方法及び装置により以下の効果が期待できる。
・上記手段を採用したことにより、即ち、特に、所定荷重まで加圧する過程において、加圧荷重を計測し、加圧荷重の変化率を求め、加圧荷重の変化率が所定値以上になることを検出することにより、加圧中の亀裂の発生、亀裂の進展、割れの発生等を確実に検出できるようになる。
・上記作用が功奏し、即ち、所定荷重まで加圧する過程において、加圧荷重を計測し、加圧荷重の変化率を求め、加圧荷重の変化率が所定値以上になることを検出することにより、進展途中の亀裂であっても確実に検出できる割れ検出方法を提供できる。
【００２３】
上記において記載した、あるいは添付図面に示した実施の形態において、被検査物１０は酸素センサとして説明されたが、本発明はこれに限定されず、酸素センサ以外のガスセンサであっても良く、またガスセンサ以外のものであっても良い。
【００２４】
上記の実施の形態において、具体的に述べられた破損検出装置は一例であって、本発明はこれに限定されず、記載されない構成部品、センサ、制御装置等が該装置に追加されても良く、更に当業者に既知の装置等により該装置の一部が置換されても良い。
【００２５】
上記の実施の形態は本発明の一例であり、本発明は、該実施の形態により制限されるものではなく、請求項に記載される事項によってのみ規定されており、上記以外の実施の形態も実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明の１つの実施の形態に係る割れ検出装置１の図解的説明図を示す。
【図２】図２は一般的な酸素センサ９９の構成をに示す。
【図３】図３は、本実施の形態の破損検出装置１による破損検出方法による亀裂検出演算式を説明するグラフである。
【図４】図４は、酸素センサに関する割れ発生テストの結果を示しており、図４（Ａ）は割れが存在する場合のテスト結果であり、図４（Ｂ）は割れが存在しない場合のテストである。
【図５】図５は、特にはインシュレータＡ及びＢにおいて発生する割れ等の検出装置及び方法の従来例を示す。
【符号の説明】
【００２７】
１    破損検出装置
２    加圧部
３    荷重センサ
４    計測部
５    演算処理部
６    判定部
７    加圧部駆動モータ
８    加圧制御部
１０    被検査物
【図１】
2006030140.tif 000003
【図２】
2006030140.tif 000004
【図３】
2006030140.tif 000005
【図４】
2006030140.tif 000006
【図５】
2006030140.tif 000007