(57)【要約】【課題】セラミックス材料の機械加工後の表面近傍部に発生する微細欠陥を簡単且つ高精度に検出することができ、加工現場でも容易に検査することができるセラミックス表層域欠陥の検出方法と、このような欠陥検出に用いる検出装置を提供する。【解決手段】セラミックス材料Ｓの表面近傍部に存在する欠陥Ｃを光学顕微鏡により検出するに際して、照明光Ｌを観察視野Ｆに照射することなく、観察視野Ｆの外周域に照射し、照射部から材料Ｓの内部に散乱して伝播される内部散乱光Ｌｄを背景光として欠陥Ｃの像を把握する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス材料の表面を光学顕微鏡により観察し、表面近傍部に存在する欠陥を検出するに際して、観察視野への照明光の直接照射を防止しながら照明光を観察視野の隣接域に照射し、照射部から材料内部に散乱して伝播される内部散乱光による上記欠陥の像を検出することを特徴とするセラミックス表層域欠陥の検出方法。
【請求項２】
光学顕微鏡と、該光学顕微鏡の対物レンズの周辺部に配設されて光学顕微鏡による観察視野の隣接域に照明光を照射する照明手段と、照明光の観察視野への直接照射を防止する遮蔽手段を備えたことを特徴とするセラミックス表層域欠陥の検出装置。
【請求項３】
照明光の光量を調節する照明強度調整手段を備えていることを特徴とする請求項２に記載のセラミックス表層域欠陥の検出装置。
【請求項４】
照明手段がリングファイバー照明具であることを特徴とする請求項２又は３に記載のセラミックス表層域欠陥の検出装置。
【請求項５】
光学顕微鏡の対物レンズの周辺部に取付けられて光学顕微鏡による観察視野の隣接域に照明光を照射する照明手段と、照明光の観察視野への直接照射を防止する遮蔽手段を備えたことを特徴とするセラミックス表層域欠陥の検出用アタッチメント。
【請求項６】
照明光の光量を調節する照明強度調整手段を備えていることを特徴とする請求項５に記載のセラミックス表層域欠陥の検出用アタッチメント。
【請求項７】
照明手段がリングファイバー照明具であることを特徴とする請求項５又は６に記載のセラミックス表層域欠陥の検出用アタッチメント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックス材料の探傷技術に係わり、特にセラミックス材料の表面域に存在する微小な欠陥、例えば研削加工などの機械加工を施した表面の近傍位置に時として発生し、当該セラミックス材料の強度・信頼性に影響を及ぼす加工欠陥を顕微鏡によって検出するための検出方法と、これに用いるセラミックス表層域欠陥の光学検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、セラミックス材料の強度信頼性は、当該材料の内部、特に材料表面域に存在する微小な欠陥の量やその形態と密接な関係がある。
一方、セラミックス材料を各種機械部品、機械部材として用いる場合には、所要部位に研削加工などの機械加工を施すことになるが、この機械加工の条件によっては、加工表面の近傍位置（表面から２０〜３０μｍ以内の位置）に加工欠陥（研削亀裂、表面直下亀裂など）が発生してしまうことがある。
【０００３】
このようなセラミックス材料表層域における欠陥の有無や欠陥分布の把握手段、すなわち表層域欠陥の検査方法としては、これまでに種々の方法が提案されており、これら方法のうち、光学顕微鏡観察による検査が最も簡便な表面検査手法として広く行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光学顕微鏡を用いた表面観察による検査方法においては、試料の照明方式によって検査対象物の寸法や形状などに制限があり、簡便ではあるものの、検出能力や信頼性にそれぞれ限界があって、必ずしも優れた検査方法とは言えず、試料の板厚や表面状態に係わりなく、簡便且つ高精度に表面欠陥を検出することができる検査方法や装置の開発が課題となっていた。
【０００５】
すなわち、照明光を試料の観察面の裏側から照射する透過照明の場合には、金属材料のような不透光物質と一体化された複合材料には適用できず、またセラミックス材料のみからなるものであっても、試料の厚さが限定され、厚肉部品には適用することができなかった。
【０００６】
一方、照明光を観察面と同じ側から照射する反射照明の場合には、図７に示すように、試料Ｓの表面からの照明光Ｌの散乱光が極めて多くなることから、試料Ｓの表面近くに微細亀裂Ｃがあったとしても、当該亀裂界面からの反射光や散乱光が多くの表面散乱光の中に紛れてしまうことから、照射光の加工表面の研削による凹凸と表面欠陥との識別が困難であるとか、表面下に埋もれたような欠陥を検出することができないという問題点があった。
【０００７】
本発明は、従来のセラミックス材料表面の検査、観察方法における上記課題を解消すべくなされたものであって、検出精度に優れ、加工現場でも簡単に検査することができ、例えば加工条件を選定する度毎に欠陥の発生状況をチェックすることによって、加工条件の良し悪しをその場で判定することができるようなセラミックス表層域欠陥の検出方法と、このような欠陥検出に用いる検出装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のセラミックス表層域欠陥の検出方法においては、セラミックス材料の表面を光学顕微鏡により観察し、表面近傍部に存在する欠陥を検出するに際して、観察視野への照明光の直接照射を防止しながら照明光を観察視野の隣接域に照射し、照射部から材料内部に散乱して伝播される内部散乱光による上記欠陥の像を検出する構成としており、セラミックス表層域欠陥の検出方法におけるこのような構成を上記課題を解決するための手段としたことを特徴としている。
【０００９】
本発明のセラミックス表層域欠陥の検出装置は、光学顕微鏡と、該光学顕微鏡の対物レンズの周辺部に配設されて光学顕微鏡による観察視野の隣接域に照明光を照射する照明手段と、照明光の観察視野への直接照射を防止する遮蔽手段を備えた構成としたことを特徴としている。
【００１０】
そして、本発明のセラミックス表層域欠陥の検出用アタッチメントは、既存の光学顕微鏡に取付けることによって、上記表層欠陥の検出を可能にするものであって、光学顕微鏡の対物レンズの周辺部に取付けられて光学顕微鏡による観察視野の隣接域に照明光を照射する照明手段と、照明光の観察視野への直接照射を防止する遮蔽手段を備えた構成としたことを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のセラミックス表層域欠陥の検出方法及び装置について詳細に説明する。
【００１２】
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明による欠陥検出方法の原理を説明するものであって、本発明方法においては、　図１（ａ）に示すように、観察用の照明光Ｌを観察面の側から照射するものの、表層部欠陥を検出しようとするセラミックス材試料Ｓの観察視野Ｆの外周部隣接域に照射し、照明光Ｌが観察視野Ｆには直接当たらないようにしている。そのため、観察用の光学顕微鏡の対物レンズ１０ａの周囲に円筒状の遮蔽リング１２を取付けて、観察視野Ｆを照明光Ｌから遮蔽するようにしている。この遮蔽リング１２としては、観察時の焦点調整の障害とならないように、例えば黒い紙や布、不織布、軟質樹脂シート，フィルム、ゴム、エラストマー材シートなど、柔軟性材料からなるものをカーテン状に取付けることが望ましい。なお、剛性材料からなるものを遮蔽リングとして用いる場合には、対物レンズ１０ａに直接取付けることなく、レンズ１０ａの上下動から独立した状態に取付けるようにすることが好ましい。
【００１３】
観察視野Ｆの外周部に照射された照明光Ｌは、図１（ａ）に示すように、照射部からセラミックス材の内部に伝播し、試料Ｓの内部に散乱光Ｌｄが生じる。
したがって、この試料内部からの散乱光Ｌｄを背景光として、表面側から顕微鏡観察することによって、図１（ｂ）に示すように、表層域に微細亀裂Ｃがあれば、この亀裂Ｃの界面において生じる反射によって、透過光Ｌｔの光量に低下Ｄ生じることから、試料Ｓの表層部の欠陥分布に対応したコントラスト像が得られ、欠陥の有無やその分布が容易に識別されることになる。
【００１４】
すなわち、本発明のセラミックス表層域欠陥の検出方法においては、照明光Ｌを観察視野Ｆに当てることなく、その外周域に照射するようにしていることから、観察面側からの照明でありながら、透過照明と同様の照明効果が得られ、試料Ｓの板厚が大きい場合でも、また裏面側に不透光材料が接合されているような場合であっても、試料Ｓの表層域に存在する欠陥を容易、且つ高精度に検出することができ、例えば、セラミックス材の加工現場においても加工面を簡単に検査することができ、製品の品質管理や加工条件の判定に用いることができる。
【００１５】
欠陥の検出像は、肉眼で観察するだけでなく、例えばＣＣＤカメラなどを用いて電気信号に変換することによって、大型のディスプレイ装置に表示したり、画像データとして保存したり、さらには画像処理装置を用いて加工品質の定量把握に利用したりすることも可能である。
【００１６】
このようなセラミックス表層域欠陥の検出は、光学顕微鏡と、この光学顕微鏡による観察視野の隣接域に照明光を照射する照明手段と、照明光の観察視野への直接照射を防止する遮蔽手段を備えた検出装置を用いることによって容易に実施することができる。
【００１７】
また、既存の光学顕微鏡に、光学顕微鏡による観察視野の隣接域に照明光を照射する照明手段と、照明光の観察視野への直接照射を防止する遮蔽手段を備えたアタッチメントを取付けることによっても、本発明のセラミックス表層域欠陥検出方法を容易に実施することができる。
【００１８】
これら検出装置やアタッチメントには、例えば照明用電源装置などに、照明強度調整手段を設けたり、あるいは低電圧光源装置の場合にはフィルターなど出射光量の調整機構などの照明強度調整手段を設けたりして、欠陥像が最も鮮明に把握できるように、セラミックス材試料の種類、表層域欠陥の発生位置や大きさなどに応じて、照明光の光量を調節できるようにすることが望ましい。
【００１９】
また、照明手段としては特に限定されないが、例えばリングファイバー照明具を好適に用いることができる。なお、照明手段による照明光の散逸を防ぎ、照明効果を高める観点から、当該照明手段の周囲を適当なカバー材で覆うことも必要に応じて望ましい。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
【００２１】
図２は、本発明のセラミックス表層域欠陥検出に用いる装置の一例を示すものであって、当該検出装置１は、光学顕微鏡１０と、この光学顕微鏡１０の対物レンズ１０ａの外周部に取付けられたリングファイバー照明具１１（照明手段）と、対物レンズ１０ａの周りに取付けられた円筒状の遮蔽リング１２（遮蔽手段）を備えている。
【００２２】
リングファイバー照明具１１には、供給電流を増減することができ、照明強度調整手段としても機能する照明用電源装置１３が連結されており、当該電源装置１３からの電流供給によって、光量調整された照明光Ｌをセラミックス材試料Ｓの表面であって上記遮蔽リング１２の外側部分、すなわち観察視野Ｆの隣接域に照射することができるようになっている。
【００２３】
遮蔽リング１２は、光学顕微鏡による焦点調整（ピント合わせ）に伴う対物レンズ１０ａの上下動によって試料Ｓに当接したとしても、セラミックス材からなる試料Ｓが破損したり、傷付いたりしないように、黒く着色した紙製のものであって、照明具１１による照明光Ｌが試料Ｓの観察視野Ｆ内に直接照射されないようにしている。
【００２４】
また、当該検出装置１においては、照明具１１の周りに、アルミニウムホイル製のカバー１４を取付け、照明光Ｌの光量損失をできるだけ防止するようにしている。なお、カバー１４の素材としては、上記のみならず、例えば蒸着処理を施した軟質樹脂やエラストマー材などからなるものを用いることができる。
【００２５】
図３は、上記検出装置１を用いて、アルミナ材の研削面を観察した結果を示すものであって、研削面の近傍部に存在する欠陥が薄い影として視認することができる。
【００２６】
これに対し、図４は、比較のために、上記検出装置１から遮蔽リング１２を取り外した状態での観察結果、すなわち通常の反射照明によって同一試料を観察した結果を示すものである。この場合、上記図３における欠陥発生部分に対応する位置に白く見える反射像が認められなくはないものの、無数にある他の白色部分と混然一体となっていることから、どれが欠陥なのかを識別することは極めて困難な状態と言える。
【００２７】
次に、上記検出装置１によって観察された影状の検出部分を切断することによって、検出像が実際に欠陥であるかどうかを確認した。
すなわち、図５（ａ）に示すように（図５（ｂ）は、図５（ａ）の拡大像である）、試料表面に位置決め用のマークを施し、図６（ａ）に示す位置をＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ　Ｉｏｎ　Ｂｅａｍ）によって切断し、その切断面を、図６（ａ）中に示す矢印方向から電子顕微鏡によって観察した。
【００２８】
図６（ｂ）は、その観察結果を示すものであって、切断面には実際に亀裂が発生していることが確認されると共に、検出装置１によって検出された像の輪郭寸法がＦＩＢ断面における表層域亀裂の寸法とほぼ一致することが判明し、このようなセラミックス材の表層域に発生する微小亀裂の検出に本発明の検出方法が有効であることが確認された。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のセラミックス表層域欠陥の検出方法においては、セラミックス材料の表面近傍部に存在する欠陥を光学顕微鏡により検出するに際して、照明光を観察視野内に照射することなく、観察視野の外周域に照射するようにしていることから、表層域の微細欠陥を試料内部からの散乱光を背景光として観察することができ、観察面側からの照明でありながら、透過照明と同様の照明効果によって、板厚寸法が大きい試料や不透光材料との複合材からなる試料であっても、表層域に存在する微小欠陥を容易、且つ高精度に検出することができるという極めて優れた効果がもたらされる。
【００３０】
また、本発明のセラミックス表層域欠陥の検出装置は、光学顕微鏡と、照明光のを観察視野外に照射する照明手段と、照明光の観察視野への照射を防止する遮蔽手段を備えたものであるから、上記欠陥検出方法に好適に適用することができ、本発明のセラミックス表層域欠陥の検出用アタッチメントは、上記照明手段と、上記遮蔽手段を備えたものであるから、手持ちの光学顕微鏡に当該アタッチメントを取付けるだけで、本発明のセラミックス表層域欠陥検出方法を実施することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は本発明のセラミックス表層域欠陥の検出方法の原理を示す説明図である。
【図２】本発明のセラミックス表層域欠陥の検出装置の一例を示す概略図である。
【図３】本発明のセラミックス表層域欠陥の検出方法による表層部欠陥の検出結果の一例を示す顕微鏡写真である。
【図４】図３に示した試料面の従来の反射照明による観察結果を示す顕微鏡写真である。
【図５】（ａ）　本発明のセラミックス表層域欠陥の検出方法による欠陥検出像の他の例を示す顕微鏡写真である。（ｂ）　図５（ａ）に示した欠陥検出像の拡大顕微鏡写真である。
【図６】（ａ）　図５に示した試料の切断位置を示す顕微鏡写真である。（ｂ）　図６（ａ）に示した位置における切断面の電子顕微鏡写真である。
【図７】従来の反射照明による表層域欠陥の観察状況を示す概略説明図である。
【符号の説明】
１　セラミックス表層域欠陥の検出装置
１０　光学顕微鏡
１０ａ　対物レンズ
１１　リングファイバー照明具（照明手段）
１２　遮蔽リング（遮蔽手段）
１３　照明用電源装置（照明強度調整手段）
Ｃ　　微細亀裂（表層域欠陥）
Ｆ　　　観察視野
Ｓ　　試料（セラミックス材料）
Ｌ　　照明光
Ｌｄ　内部散乱光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004093441.tif 000008
【図７】
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