(57)【要約】  【課題】  積層金型の接合境界面の接合強度を短時間に非破壊で評価することを可能にする積層金型の検査方法を提供する。  【解決手段】  本発明による複数の板部材を積層してなる積層金型の検査方法は、板部材（１１，１２，１３）が接合された境界面（Ａ，Ｂ）に略平行な一方の金型表面から金型本体内部へ超音波（Ｉ０）を照射し、金型本体内部からの反射波（Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３）    を、金型表面において受信する。受信された反射波のピーク強度を検出し、このピーク強度に基づいて境界面での接合強度を評価する。  【選択図】  図１
2007232551.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の板部材を積層してなる積層金型の検査方法において、
板部材が接合された境界面に略平行な一方の金型表面から金型本体内部へ超音波を照射するステップと、
金型本体内部からの反射波を前記金型表面および／または前記金型裏面において受信するステップと、
前記受信された反射波のピーク強度を検出するステップと、
このピーク強度に基づいて境界面での接合強度を評価するステップと
を有することを特徴とする積層金型の検査方法。
【請求項２】
前記評価するステップでは、
超音波が前記境界面，前記金型表面，前記金型裏面の少なくとも１つにて反射されて前記金型表面において検出されるまでの総合距離、および／または、前記境界面，前記金型表面，前記金型裏面の少なくとも１つにて反射されて前記金型離面において検出されるまでの総合距離に相当する時間経過時の反射波のピーク強度を用いて、前記境界面での反射率および／または吸収率を推定し、
前記境界面における反射率が小さいほど前記板部材の境界面における接合強度が大きいとの評価をし、前記境界面における吸収率が小さいほど前記板部材の境界面における接合強度が大きいと判断する、
ことを特徴とする請求項１に記載の積層金型の検査方法。
【請求項３】
前記評価するステップでは、
前記境界面での吸収率を用いて前記板部材の境界面における接合強度を評価した結果、接合強度が大きいと判断したときは、前記境界面での吸収率を用いて前記板部材の境界面における接合強度を評価することを特徴とする請求項２に記載の積層金型の検査方法。
【請求項４】
前記評価するステップでは、
超音波が前記境界面，前記金型表面，前記金型裏面の少なくとも１つにて反射されて前記金型表面において検出されるまでの総合距離、および／または、前記境界面，前記金型表面，前記金型裏面の少なくとも１つにて反射されて前記金型離面において検出されるまでの総合距離に相当する時間経過時の反射波のピーク強度が、所定値以下である場合に、その境界面における接合強度が大きいと判定するステップを含むことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の積層金型の検査方法。
【請求項５】
前記評価するステップでは、対応する境界面で、母材強度の所定％以上の抗折力が得られていると判定するステップを含むことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の積層金型の検査方法。
【請求項６】
複数の板部材を積層してなる積層金型の検査装置において、
前記各板部材が接合された境界面に略平行な一方の金型表面から金型本体内部へ超音波を照射する超音波発生装置と、
金型本体内部からの反射波を前記金型表面および／または前記金型裏面において受信する超音波受信装置と、
前記受信された反射波のピーク強度から前記境界面での反射率、吸収率の少なくとも一方を検出する反射率・吸収率算出装置と、
前記板部材の材質情報、流路情報を少なくとも含むデータが登録されたデータベースと、
少なくとも、前記板部材の枚数、板厚、またはさらに各板の板厚が異なる場合の重ね順についてのサンプル情報、および、前記データベースに登録された前記データを取得して、前記各板部材の前記各境界面での接合強度を評価する評価装置と、
を備えたことを特徴とする積層金型の検査装置。
【請求項７】
さらに、前記板部材の枚数に対応した、ピーク強度と前記反射率および／または前記吸収率との関係を表す連立方程式を記憶したテーブルを備え、
前記反射率・吸収率算出装置は、前記テーブルに記憶された連立方程式により前記反射率および／または前記吸収率を算出する、
ことを特徴とする請求項６に記載の積層金型の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数の金属板または複数の金属板を積層してなる積層金型を検査する検査方法および検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
板金プレス金型、樹脂成形金型などに使用される積層金型は、特許文献１に示されたような方法で製造される。すなわち、３次元ＣＡＤデータから金属板の厚さ毎のスライスデータによりレーザで切断した金属板をベースプレート上に基準ピンを基準に順次積層し、加圧装置の下部板上に積層された積層ブロックを置いて側枠で固定し、球状物体（セラミック球、鋼球あるいはクロム合金球等）によって積層ブロックを埋め込み、球状物体の上面を平らにならして加圧板をセット後、上部板を固定して加圧ボルトを均等に締め付けて静水圧的に加圧して加熱炉に入れ、真空状態で加熱して拡散接合により金属板を結合し、結合後形状部段差をＮＣ加工で除去する。
【０００３】
このような積層金型を射出成形、ダイカスト成形に使用するには、積層した複数の板を拡散接合などにより一体化する必要がある。また、成形時の充填圧力に耐えうる接合強度が必要となる。また、積層金型には、図１５に示すような冷却媒体の流路を内部に形成することにより、金型使用時の温度制御を可能にし、サイクルタイムの短縮、不良成形品の低減を実現した物がある。図１５１において、積層金型１１０は、複数の板部材１２１，１２２、１２３、１２４、．．．が積層されており、その内部に、流路１３１、１３２、１３３が形成されている。なお、図１５は、積層金型を、未加工の積層ブロックとして示している。このような場合、内部に形成された流路のために、その近傍における接合強度の低下が特に懸念される。  
【特許文献１】特許公開２００５−９５９１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような積層金型の接合強度の評価方法としては、引張試験があるが、金型の評価対象個所から試験片を切り出す必要がある。このような引張試験は、多数の試験片の作成および試験にかなりの時間を必要とし、製品としての積層金型から試験片を切り出すことを必要とするため、その評価方法として実用的ではない。
【０００５】
本発明の目的は、積層金型、ならびに金属と非金属との複合積層金型の接合境界面の接合強度を短時間に非破壊で評価することを可能にする積層金型の検査方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では、接合強度の弱い接合境界面がある、すなわち金型本体内部に空気や酸化皮膜のような異なる媒質が存在している場合、そこからの大きな反射波のピーク強度が検出される。なお、本発明で使用される超音波は縦波であってもよいし、横波であってもよい。
【０００７】
超音波が金型表面と境界面との往復にかかる時間に相当する時間経過時の反射波の色々な境界面からの反射波が重なり合っているので分離する必要があり、計算式を使い各境界での反射率を求め、ピーク強度が、しきい値以下である場合に、その境界面における接合強度が大きいと判定する。板部材の厚さがわかっているので、超音波が板部材中を伝播する速度から、超音波が金型表面と境界面との往復にかかる時間がわかる。その時点での反射波のピーク強度が小さい場合、各境界での反射率の大小によって、対応する境界面での接合強度の大小を判定する。しかし、接合強度がある所定値（しきい値）以上の場合は各境界での反射率がほぼ０となる、ここで、しきい値とは、対応する境界面で、母材強度の約５０％以上の抗折力が得られる場合である。
【０００８】
本発明では、境界面での反射波が観測されないくらいに接合されている場合には、板部材が接合された境界面に略平行な一方の金型表面から金型本体内部へ超音波を照射するステップと、金型本体内部からの反射波を、金型表面において受信するステップと、超音波が金型表面と境界面（金型部材の裏面）との間の複数回の往復についての反射波のピーク強度から、超音波の減衰率を算出するステップとにより、この減衰率に基づいて境界面での接合強度を評価することもできる。
【０００９】
このような構成とすることにより、接合強度の弱い接合境界面がある、すなわち金型本体内部に空気や酸化皮膜のような異なる媒質が存在している場合、超音波が大きく減衰し、大きな減衰率が算出される。そして、減衰率の大小によって境界面における接合強度の大小を判定する。しきい値より大きい場合に、その境界面における接合強度が小さいと判定する。
ここで、しきい値は、母材について測定した減衰率であり、減衰率が、しきい値より大きい場合に、対応する境界面で、母材強度の４０％以下の抗折力になっていると判定する。
【００１０】
すなわち、本発明の積層金型の検査方法は（１）から（５）を要旨とする。
（１）
複数の板部材を積層してなる積層金型の検査方法において、
板部材が接合された境界面に略平行な一方の金型表面から金型本体内部へ超音波を照射するステップと、
金型本体内部からの反射波を前記金型表面および／または前記金型裏面において受信するステップと、
前記受信された反射波のピーク強度を検出するステップと、
このピーク強度に基づいて境界面での接合強度を評価するステップと
を有することを特徴とする積層金型の検査方法。
【００１１】
（２）
前記評価するステップでは、
超音波が前記境界面，前記金型表面，前記金型裏面の少なくとも１つにて反射されて前記金型表面において検出されるまでの総合距離、および／または、前記境界面，前記金型表面，前記金型裏面の少なくとも１つにて反射されて前記金型離面において検出されるまでの総合距離に相当する時間経過時の反射波のピーク強度を用いて、前記境界面での反射率および／または吸収率を推定し、
前記境界面における反射率が小さいほど前記板部材の境界面における接合強度が大きいとの評価をし、前記境界面における吸収率が小さいほど前記板部材の境界面における接合強度が大きいと判断する、
ことを特徴とする（１）に記載の積層金型の検査方法。
【００１２】
（３）
前記評価するステップでは、
前記境界面での吸収率を用いて前記板部材の境界面における接合強度を評価した結果、接合強度が大きいと判断したときは、前記境界面での吸収率を用いて前記板部材の境界面における接合強度を評価することを特徴とする（２）に記載の積層金型の検査方法。
【００１３】
（４）
前記評価するステップでは、
超音波が前記境界面，前記金型表面，前記金型裏面の少なくとも１つにて反射されて前記金型表面において検出されるまでの総合距離、および／または、前記境界面，前記金型表面，前記金型裏面の少なくとも１つにて反射されて前記金型離面において検出されるまでの総合距離に相当する時間経過時の反射波のピーク強度が、所定値以下である場合に、その境界面における接合強度が大きいと判定するステップを含むことを特徴とする（１）から（３）の何れかに記載の積層金型の検査方法。
【００１４】
（５）
前記評価するステップでは、対応する境界面で、母材強度の所定％以上の抗折力が得られていると判定するステップを含むことを特徴とする（１）から（４）の何れかに記載の積層金型の検査方法。
すなわち、本発明の積層金型の検査方法は（６）および（７）を要旨とする。
【００１５】
（６）
複数の板部材を積層してなる積層金型の検査装置において、
前記各板部材が接合された境界面に略平行な一方の金型表面から金型本体内部へ超音波を照射する超音波発生装置と、
金型本体内部からの反射波を前記金型表面および／または前記金型裏面において受信する超音波受信装置と、
前記受信された反射波のピーク強度から前記境界面での反射率、吸収率の少なくとも一方を検出する反射率・吸収率算出装置と、
前記板部材の材質情報、流路情報を少なくとも含むデータが登録されたデータベースと、
少なくとも、前記板部材の枚数、板厚、またはさらに各板の板厚が異なる場合の重ね順についてのサンプル情報、および、前記データベースに登録された前記データを取得して、前記各板部材の前記各境界面での接合強度を評価する評価装置と、
を備えたことを特徴とする積層金型の検査装置。
【００１６】
（７）
さらに、前記板部材の枚数に対応した、ピーク強度と前記反射率および／または前記吸収率との関係を表す連立方程式を記憶したテーブルを備え、
前記反射率・吸収率算出装置は、前記テーブルに記憶された連立方程式により前記反射率および／または前記吸収率を算出する、
ことを特徴とする（６）に記載の積層金型の検査装置。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、積層金型の接合境界面の接合強度を短時間に非破壊で評価することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施形態を図面により説明する。
図１は積層金型の検査装置の基本構成を示す。この検査装置は本発明の検査方法の実施にも使用される。図１において積層金型の検査装置７は、超音波発生装置７１と、超音波受信装置７２と、反射率・吸収率算出装置と７３、データベース７４と、評価装置７５と、関数テーブル７６とからなる。
【００１９】
超音波発生装置は、各板部材が接合された境界面に略平行な一方の金型表面から金型本体内部へ超音波を照射する。超音波受信装置７２は、金型本体内部からの反射波を金型表面および／または金型裏面において受信する。反射率・吸収率算出装置７３は、受信された反射波のピーク強度から境界面での反射率、吸収率の少なくとも一方を検出する。具体的には、反射率・吸収率算出装置は、テーブルに記憶された連立方程式により反射率および／または吸収率を算出する。
【００２０】
データベース７４には、板部材の材質情報、流路情報を少なくとも含むデータが登録されている。評価装置７５は、少なくとも、板部材の枚数、板厚、またはさらに各板の板厚が異なる場合の重ね順についてのサンプル情報、および、データベースに登録されたデータを取得して、各板部材の各境界面での接合強度を評価する。関数テーブル７６は、板部材の枚数に対応した、ピーク強度と反射率および／または吸収率との関係を表す連立方程式を記憶している。
【００２１】
本発明の実施形態を詳細に説明するに先立って、その基礎となる原理を説明する。
媒質の音響インピーダンスは、媒質の密度×音速で定義される。音響インピーダンスが異なる２つ以上の媒質を超音波が伝播する場合、その境界面で超音波の反射が生じる。空気の音響インピーダンスは、金属の音響インピーダンスに比べ、非常に小さい。このような音響インピーダンスの差が大きい２つの媒質の境界面、たとえば金属と空気の境界面では、反射率は約１であり、超音波は全反射する。
【００２２】
図２を参照して、複数の板部材を接合してなる積層金型の非破壊検査の原理を説明する。非破壊検査は、積層金型１にトランスデューサ２からの超音波を入射し、その反射波を観測することにより行なわれる。積層金型１は、複数の積層板１１、１２、１３を積層し、その境界面Ａ、Ｂを接合して形成される。積層金型１の一方の表面１４に、トランスデューサ２が取り付けられており、トランスデューサ２は、金型表面から積層板の板厚方向に超音波を照射し、その反射波を受信する。トランスデューサ２は、ピエゾ素子（圧電素子）の電圧印加を素子変形に変換する特性を利用して超音波を照射し、その反射波を受信して電圧信号に逆変換して、反射波を検出する。
【００２３】
すべての積層板１１、１２、１３の板厚が等しい場合、板厚の２倍の距離を伝播する時間を周期として、反射波Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３・・・が観測される。板部材をｎ枚積層した場合の反射波は、次式で表される。
【数１】
2007232551.tif 000003
【００２４】
ｎ枚積層したときの未知数は、Ｉ０，α０，α１・・αｎ−１のｎ＋１個であるから、反射波Ｏ１〜Ｏｎ−１のピーク強度を測定することにより、各境界での反射率α０〜αｎ−１が求められる。
そこで、本発明者は、この各境界での反射率がその接合度合いとどのような関係にあるかを検討した。試料として、２２枚の軟鋼板を積層して、拡散接合したものを使用した。その接合強度は、接合境界面に楔を打ち付けると接合境界面で破壊する程度である。この接合強度を故意に小さくした拡散接合材に縦超音波を照射した際に、境界面で反射が起きるかを調べた。図３に、この試験結果を示す。
【００２５】
図３に示すように、入射波Ｉ０，反射波Ｏ１，Ｏ２・・・が観測される。反射波ＯＢは、積層された接合材の底面からの反射波である。接合材の底面は、軟鋼と空気との境界面であるから、超音波が全反射する。超音波入射時点ｔ０から反射波ＯＢ到達時点ｔＢまで  の時間は、トランスデューサ２から照射された超音波が接合材中を伝播して、その底面で反射され、トランスデューサ２に到達するまでに要する時間である。図３からわかるように、超音波入射時点ｔ０から反射波ＯＢ到達時点ｔＢまでの間に、境界の数に等しいピークが観測される。これは、境界面の接合強度が不十分なため、境界面で超音波が反射されていると考えられる。
【００２６】
次に、接合強度が高い場合の評価について説明する。１００×１００×１５ｍｍのＳＫＤ１１材を２枚接合した接合サンプルに縦波超音波を照射し、接合強度と反射波形との関係を調べた。接合強度の評価には、図４に示すように、２４×８×４ｍｍの試験片３０を切り出し、三点曲げ試験により抗折力（曲げ強度）を求めた。三点曲げ試験として、試験片３０を２０ｍｍ間隔の２箇所の支点３１、３２で支えて試験片の真中の荷重点３３を押して、力とたわみ量の関係を測定した。この場合には、破断するまで変形させて破断に要する力を求める抗折試験を行なった。また、試験片の材料ＳＫＤ１１は、冷間金型用鋼のひとつに分類され、自動車部品やデジタル家電や精密機器部品等を製造するプレス金型や射出成形金型には、冷間ダイス鋼ＳＫＤ１１（１．５％Ｃ−１２Ｃｒ）系が使用される。
【００２７】
図５は、２枚の板材を積層した接合サンプルに超音波を照射した場合の入射波と反射波との関係を示す図である。板材４１、４２からなる接合サンプルに超音波を照射した場合、入射波Ｉ０に対する反射波Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３，Ｏ４は、図示のようになる。反射波Ｏ１は、接合サンプルの上表面４３から入射された超音波が板材４１中を伝播し境界面４４で反射されて上表面４３に到達する反射波である。反射波Ｏ２は、おもに、底面４５で反射されて上表面４３に到達する反射波であり、反射波Ｏ３は、おもに、境界面４４で３度反射され、上表面４３と境界面４４との間を３往復した反射波であり、また、反射波Ｏ４は、おもに、境界面４４で４度反射され、上表面４３と境界面４４との間を４往復した反射波であるが、いずれも、いろいろな経路を辿った波の重なりである。
【００２８】
図６は、図５に示した２枚の板材を積層した接合サンプルに超音波を実際に照射した場合の観測結果を、横軸に時間、縦軸にトランスデューサ２からの電圧で表す超音波応答として示す。接合サンプルとして、その接合強度が高いものを使用した。この場合には、図６からわかるように、反射波Ｏ２およびＯ４のピークが観測され、反射波Ｏ２のピークは比較的大きく、反射波Ｏ４のピークは、後述する伝播による減衰のため比較的小さい。一方、反射波Ｏ１，Ｏ３は、そのピークが明確なものとはならなかった。すなわち、底面４５からの反射波のみが観測され、境界面４４での反射波は観測されなかった。
【００２９】
次に、接合条件を変えて、同様の実験を行なった結果を、表１に示す。
【表１】
2007232551.tif 000004
表１に示すように、抗折力の異なる９個の接合サンプルに超音波を照射した結果、サンプル番号５および６の接合サンプルについてのみ、明確なピークの反射波Ｏ１，Ｏ３が観測された。すなわち、抗折力が低いサンプル番号５および６の接合サンプルを除いて、母材強度の５０％以上の抗折力が得られているサンプル（サンプル番号１，２，３，４，７，８，９）については、反射波Ｏ１，Ｏ３の明確なピークが見られなかった。ここで、母材強度とは、接合面の無い２４×８×４ｍｍのＳＫＤ１１試験片の抗折力であり、７．９０ｋＮであった。反射波Ｏ１，Ｏ３の明確なピークが観測されたサンプルのうち最も抗折力が大きいサンプル番号６の抗折力は、３．１６ｋＮであり、これは母材強度の４０％に対応する。数１を用いて境界での反射率を求めた結果、図３．８となった。５０％以下については、連続的に強度の大小を評価できるが、それ以上は反射率がほぼ０であり、評価が困難に成る。
【表２】
2007232551.tif 000005
【００３０】
図７は、接合境界での反射が無視できるほど小さい時に、入射された超音波が上表面６３と底面６５との間を往復する際の反射波およびその減衰を示す概念図である。接合サンプルに入射された縦波超音波が、接合境界面６４を通過する際に、超音波の吸収が起きる。入射波Ｉ０は、図示のように上表面６３と底面６５との間の往復にかかる時間を周期として、上表面６３に到達する反射波Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３，Ｏ４として観測される。超音波は、媒体を伝播する際に減衰するので、反射波Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３，Ｏ４のピークは、その順に小さくなるが、伝播の途中に異なる媒体が存在する場合、すなわち接合境界面６４の強度が低い場合にもさらに減衰する。また、一般に媒体中の減衰は無視出来るほど小さい。
【００３１】
母材強度の５０％以上の抗折力を持つ接合サンプルの接合強度を評価するため超音波の減衰に着目した。高い抗折力をもつ接合サンプルにおいては図７に示すように接合境界面での反射がほとんど見られない。また、超音波は底面では全反射し、表面では反射と透過が生じる。表面で透過した超音波はトランスデューサによって観測されるため、底面との往復に要する時間を周期とする応答が見られる。このとき、超音波強度の減衰は、媒体を伝播する際に生じ、また伝播する途中に接合境界面が存在する場合もその箇所で不連続に減衰すると考える。そのため、底面との往復をする際の減衰及び境界面を通過する際の吸収による減衰は、図７中の底面からの反射波Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３，Ｏ４Ｏ１…の強度に影響する。したがって、接合強度は反射波波Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３，Ｏ４…の減衰に反映すると考えられる。超音波が底面との往復をする際の超音波強度の減衰は、ｅ−λｖｔ  （ｔ：伝播時間、ｖ：超音波の伝播速度）で表すことができ、減衰はλ（減衰率）に依存する。したがって、観測される底面からの反射波は以下の数２で表せる。
【数２】
2007232551.tif 000006
【００３２】
無垢の板材に超音波を照射し、図７に示すように底面からの反射波Ｏｎ（ｎ＝１，２，３・・・）を用いて超音波が媒体を伝播する際の減衰、および表面での反射率α０を測定した。底面からの反射波は以下に示す数３で表せる。
【数３】
2007232551.tif 000007
【００３３】
図８に示すように板厚の異なるサンプルに超音波を照射することで超音波の伝播距離のみを変化させることができる。伝播距離と伝播時間は比例関係にあるため、伝播時間と底面からの第一反射波強度の関係を求めることで、超音波が底面との往復をする際の減衰および減衰率λが求められる。そこで、板厚２５ｍｍ、５０ｍｍ、９３ｍｍのＳＫＤ１１を１１００℃まで昇温し、６ＭＰａの加圧状態を１２０分間加圧保持した無垢の母材サンプルを製作した。入射波の強度測定は困難であるため、底面からの第一反射波Ｏ１の強度を１とし、第二反射Ｏ２および第三反射波Ｏ３の比を求めた。
【００３４】
図９に無垢の母材サンプルの超音波応答を示す。母材の板厚が異なるためそれぞれ超音波の伝播時間は異なるが、板厚２５ｍｍの第二反射波および第三反射波の超音波強度は、板厚５０ｍｍ、９３ｍｍと同程度の強度である。つまり、いずれの母材サンプルにおいても観測される超音波強度は同程度であるため、媒体中を伝播する際は、ほとんど減衰しないといえる。実際、数３を用いて母材板厚２５ｍｍ、５０ｍｍについてＯ１に対するＯ２の割合の値からλを計算するとλ＝−０．２であった。本実験では数３中のｖｔｉの値が小さいため、ｅ−λｖｔに代入するとほとんど１に近い。したがって無垢の母材では、超音波は底面では全反射し、表面では透過および反射を繰り返すのみで、材料の内部では減衰は生じないといえる。表面で透過する超音波はトランスデューサによって観測されることから、表面での反射率α０は数３より以下の関係式で導くことができる。
【数４】
2007232551.tif 000008
【００３５】
そこで、板厚２５ｍｍ、５０ｍｍ、９３ｍｍの超音波応答結果から反射率α０を求め、その平均を反射率α０とした。その結果、表面での反射率α０は約０．３３であった。
【００３６】
次に表１に示す接合サンプルを用いて境界面を通過する際の吸収による減衰を測定した。接合サンプルは接合強度が異なるため、境界面を通過する際の吸収による減衰に違いが生じ、観測される超音波応答は異なると考える。そこで、図７に示すように超音波が底面との間を往復する際の反射波を用いて、境界面での吸収による減衰を用いた接合強度評価を試みた。
【００３７】
同じ板厚の２枚の板を接合したサンプルを用いた場合の吸収による減衰の影響を受ける底面からの反射波は以下に示す式で表すことができる。
【数５】
2007232551.tif 000009
【００３８】
図１０に境界面での吸収率と抗折力の関係を示す。図１０より、抗折力が大きくなると超音波が接合境界面を通過する際の吸収率が小さくなっていることがわかる。反射率が小さく、母材との強度比が５０％以上では接合強度の違いが検出できなかったが、本方法では１００％までの変化が検出できる。したがって、超音波が接合境界面を通過する際の吸収による減衰によって、接合強度の高い積層金型の接合強度を厳密に評価できる。ただし、本方法の場合は、各境界面ごとの接合強度の評価は行なえない。全境界面の接合強度の平均値が測定される。
【００３９】
上記の実験で接合強度の低い接合サンプルでは、接合サンプル内の測定位置によって超音波の反射強度にばらつきがみられた。そこで、測定位置による減衰率の違いを明確にするため、前節に用いた接合サンプルの中で最も接合強度の低い接合サンプルを用いて実験を行なった。この接合サンプルとは表１に示す接合サンプルである。この接合サンプルの角から中心にかけて図１１に示す対角線上の点で板厚方向に超音波を照射し、各照射位置での反射率に変化がみられるか観測した。
【００４０】
接合サンプルの接合面内の反射率の分布を図１１に示す。図１１より、接合サンプルの角から中心に向けて反射率が大きくなっていることがわかる。このことから、接合サンプルの端部では接合強度は高く、中心に向かうにつれ接合強度が低くなっているといえる。そこで同じ位置から三点曲げ試験片を切り出し、抗折力を測定した。その結果を同じ図１１に示した。抗折力と反射率の変化には強い相関が見られる。
【００４１】
このように、接合サンプルの端部と中心部で反射率が異なる。原因として、接合時の加圧力の分布の違いが考えられる。これは、図１２に示すように接合サンプルを挟む上下の平板状の治具が変形し、中心部と端部で接合圧力に違いが生じたためであると考えられる。以上より、本方法を用いて接合面内の接合強度分布を測定できることが明らかになった。
【００４２】
以下、図１３を参照して、接合境界面の反射率を考慮した本発明の一実施形態による積層金型の検査方法を説明する。ステップ１０１において、板部材（図４中の１１，１２，１３）が接合された境界面（図１中の境界面Ａ，Ｂ）に略平行な一方の金型表面（図５中の１４）に取り付けられたトランスデューサ２から金型１本体内部へ縦波超音波を照射する。ステップ１０２において、金型本体１内部からの反射波を、トランスデューサ２で受信する。次に、ステップ１０３において、境界面からの反射波のピーク強度を、トランスデューサ２からの電圧のピーク強度として検出する。板材の厚さがわかっているので、板材中の超音波の伝播速度から、境界面からの反射波の金型表面への到達時点がわかる。
【００４３】
図５および図６の例では、反射波Ｏ１の上表面４３への到達時点ｔ１、反射波Ｏ３の上表面４３への到達時点ｔ３におけるピーク強度を検出する。ステップ１０４において、境界面におけるピーク強度が、しきい値以下である場合、境界面の接合強度が所定値以上であると判定する。図５および図６に示した例では、境界面におけるピーク強度が、しきい値以下である場合、母材強度の５０％以上の抗折力を有する境界面の接合強度であると判定する。このしきい値以下とは、図６に示されたように、ピークが明確でない、すなわち有意なピークが観測されないことをいう。
【００４４】
図１４は、接合境界面での超音波の減衰を考慮した本発明の別の一実施形態による積層金型の検査方法を説明する。ステップ２０１において、板部材（図４中の１１，１２，１３）が接合された境界面（図２中の境界面Ａ，Ｂ）に略平行な一方の金型表面（図５中の１４）に取り付けられたトランスデューサ２から金型１本体内部へ縦波超音波を照射する。ステップ２０２において、金型本体１内部からの反射波を、トランスデューサ２で受信する。次に、ステップ２０３において、金型表面１４と底面１６との間を往復し金型表面１４に到達する反射波のピーク強度を複数回の反射について検出する。ステップ２０４において、検出されたピーク強度の包絡線から、上述の式（２）を使用して、積層金型の減衰率を得る。ステップ２０５において、減衰率がしきい値以下である場合、境界面の接合強度が所定値以上であると判定する。この減衰率のしきい値は、母材について測定した減衰率であり、母材の減衰率に比べて大きい減衰率が測定された場合、その境界面の接合強度は、母材強度の５０％より小さい抗折力を有すると判定される。本発明の方法により、減衰率の大小で接合強度の大小が母材強度に近いところまで判断することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の積層金型の検査装置の一例を示すブロック図である。
【図２】本発明が基づく超音波による積層金型の非破壊検査の原理を示す図である。
【図３】本発明が基づく超音波による検査で、接合境界面の接合強度が十分でない場合に観測された超音波応答を示す図である。
【図４】３点曲げ試験の概略を示す図である。
【図５】板材を２枚積層した場合の超音波反射を示す概念図である。
【図６】本発明が基づく超音波による検査法で測定した接合強度が高い接合サンプルについての超音波応答を示す図である。
【図７】超音波照射による積層金型の表面と底面との間を往復する反射波を示す概念図である。積層が図３の波動の減衰を模擬する要素をシフトレジスタで実現するための構成図である。
【図８】板厚の異なる無垢の母材に超音波の入射波から反射波応答の結果を示す概念図である。
【図９】無垢の母材サンプルの超音波応答を示す図である。
【図１０】本発明が基づく超音波による測定された、超音波の吸収率と拮抗力の関係を示す図である。
【図１１】表１のの接合サンプルの角から中心にかけての対角線上の点で板厚方向に超音波を照射し、各照射位置での反射率と拮抗率との関係を示す図である。
【図１２】接合サンプルを挟む上下の平板状の治具が変形し、接合時の加圧力の分布の違いが発生する原因を示す概念図である。
【図１３】接合境界面の反射率を考慮した本発明の一実施形態による積層金型の検査方法を示すフローチャートである。
【図１４】接合境界面での超音波の減衰を考慮した本発明の別の一実施形態による積層金型の検査方法を示すフローチャートである。
【図１５】内部に流路を設けた積層金型を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  積層金型
２  トランスデューサ
１１，１２，１３    積層板
３０  試験片
３１，３２  支点
３３  荷重点
４１，４２  板材
４３  上表面
４４  境界面
４５  底面
６３  上表面
６４  接合境界面
６５  底面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図４】
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【図１１】
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【図１２】
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