(57)【要約】【課題】樹脂または誘電体からなる成型品中の導電性異物を検出する非破壊検査装置および非破壊検査方法であって、アルミニウムなどの軽金属からなる金属異物の有無を正確に検知することが可能な非破壊検査装置および非破壊検査方法を提供する。【解決手段】非破壊検査装置は、検査体４中の導電性異物を検出する非破壊検査装置であって、検査体４に対して該検査体４を構成する樹脂または誘電体を透過する電磁波を照射する発振アンテナ２と、検査体４に照射された電磁波の透過量を測定する受信アンテナ６と、検査体４に対する電磁波の照射量と該電磁波の透過量とに基づいて、検査体４中における導電性異物の有無を判定する信号処理装置７とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂または誘電体からなる成型品中の導電性異物を検出する非破壊検査装置であって、
前記成型品に対して前記樹脂または前記誘電体を透過する電磁波を照射する照射手段と、
前記成型品に照射された前記電磁波の透過量を測定する透過量測定手段と、
前記成型品に対する前記電磁波の照射量と該電磁波の透過量とに基づいて、前記成型品中における前記導電性異物の有無を判定する判定手段とを備えた、非破壊検査装置。
【請求項２】
前記照射手段と前記透過量測定手段とは、前記成型品を挟んで対向するように設けられる、請求項１に記載の非破壊検査装置。
【請求項３】
樹脂または誘電体からなる成型品中の導電性異物を検出する非破壊検査装置であって、
前記成型品に対して前記樹脂または前記誘電体を透過する電磁波を照射する照射手段と、
前記成型品に照射された前記電磁波の反射量を測定する反射量測定手段と、
前記成型品に対する前記電磁波の照射量と該電磁波の反射量とに基づいて、前記成型品中における前記導電性異物の有無を判定する判定手段とを備えた、非破壊検査装置。
【請求項４】
前記照射手段と前記反射量測定手段とは、前記成型品に対して同じ側であって、互いに鏡面反射の位置関係となるように設けられる、請求項３に記載の非破壊検査装置。
【請求項５】
前記照射手段は、アレイ状に複数配置されている、請求項１から請求項４のいずれかに記載の非破壊検査装置。
【請求項６】
前記成型品において発光した可視光を検出可能な発光検出器をさらに備えた、請求項１から請求項５のいずれかに記載の非破壊検査装置。
【請求項７】
前記成型品に対して照射する前記電磁波の周波数が１００ＭＨｚ以上１ＧＨｚ以下である、請求項１から請求項６のいずれかに記載の非破壊検査装置。
【請求項８】
樹脂または誘電体からなる成型品中の導電性異物を検出する非破壊検査方法であって、
前記成型品に対して前記樹脂または前記誘電体を透過する電磁波を照射するステップと、
前記成型品に照射された前記電磁波の透過量を測定するステップと、
前記成型品に対する前記電磁波の照射量と該電磁波の透過量とに基づいて、前記成型品中における前記導電性異物の有無を判定するステップとを備えた、非破壊検査方法。
【請求項９】
樹脂または誘電体からなる成型品中の導電性異物を検出する非破壊検査方法であって、
前記成型品に対して前記樹脂または前記誘電体を透過する電磁波を照射するステップと、
前記成型品に照射された前記電磁波の反射量を測定するステップと、
前記成型品に対する前記電磁波の照射量と該電磁波の反射量とに基づいて、前記成型品中における前記導電性異物の有無を判定するステップとを備えた、非破壊検査方法。
【請求項１０】
前記成型品に対して照射する前記電磁波の周波数が１００ＭＨｚ以上１ＧＨｚ以下である、請求項８または請求項９に記載の非破壊検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非破壊検査装置および非破壊検査方法に関し、特に、樹脂成型品または誘電体成型品に含まれる金属異物を検出するための非破壊検査装置および非破壊検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、樹脂成型品や誘電体成型品に対する要求性能は非常に高くなっており、たとえば１ｍｍを下回る厚みに数ｋｖの電圧が印加されても安定して絶縁性を保つことができるシートも市販されるようになっている。このような高い電気絶縁性を確保するためには、材料の均質性はもとより、内部に含まれる導電性異物、特に金属異物を極力除去することが重要となる。
【０００３】
樹脂成型品の中の金属異物は、光学的に透明な樹脂の場合には、目視検査で見出すことが可能である。他方、光学的に不透明な樹脂に対しては、一般にＸ線透視により検出が行なわれる。Ｘ線透視は、周知の通り、物質のＸ線吸収率の違いを像コントラストとして示すものであり、たとえば鉄や銅といった遷移金属が主成分の異物が樹脂中に存在した場合には、明瞭にその形が影として観察される。しかしながら、たとえばアルミニウムなどの軽金属は、樹脂成分とＸ線吸収率が近いため、このような金属が異物として含まれている場合には、異物と樹脂マトリクスの間のコントラスト差が小さくなる。また、樹脂には無機充填材が含まれることが多く、その場合には、さらに異物と樹脂マトリクスとのコントラスト差が小さくなり、異物検出は困難となる。
【０００４】
均質物質の中の異物検出方法として、超音波を利用するものも知られている。これは、物質の密度差に起因した超音波伝播速度の違いを利用するもので、樹脂中のボイド（空孔）や建物構造材中の亀裂の観察などに用いられている。しかしながら、超音波顕微鏡は、超音波パルスを水の中で観察対象に照射することから、検査体を水に浸漬させることが前提となる。また、超音波顕微鏡は、単一プローブ下で試料を走査させることにより像を形成することから、観察視野には制限がある。このため、いわゆる製品検査に超音波を適用することは困難である。
【０００５】
ところで、特開２００２−６２３６３号公報（特許文献１）では、ミリ波を利用して製品内部の状態（添付紙の有無）を検査する方法が記載されている。
【０００６】
また、特開平８−９９３１８号公報（特許文献２）では、廃棄プラスチック製品の処理装置において、廃棄プラスチック製品に対して所定の波長を持つ電磁波を照射することが記載されている。この電磁波は、プラスチック材は透過し、金属材には吸収される特性があり、照射範囲にある金属材は加熱され、この熱影響を受けた金属材周辺のプラスチック材は溶融するとされている。
【特許文献１】特開２００２−６２３６３号公報
【特許文献２】特開平８−９９３１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１，２に記載の発明は、樹脂成型品または誘電体成型品に含まれる金属異物を検出するための本願発明とは、原理、目的、作用を全く異にするものである。
【０００８】
樹脂成型品または誘電体成型品に含まれる金属異物（特に軽金属）を、非破壊状態でどのように検出するか、ということについては、これまで十分な検討がなされていない。
【０００９】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、樹脂または誘電体からなる成型品中の導電性異物を検出する非破壊検査装置および非破壊検査方法であって、アルミニウムなどの軽金属からなる金属異物の有無を正確に検知することが可能な非破壊検査装置および非破壊検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る非破壊検査装置は、１つの局面では、樹脂または誘電体からなる成型品中の導電性異物を検出する非破壊検査装置であって、成型品に対して樹脂または誘電体を透過する電磁波を照射する照射手段と、成型品に照射された電磁波の透過量を測定する透過量測定手段と、成型品に対する電磁波の照射量と該電磁波の透過量とに基づいて、成型品中における導電性異物の有無を判定する判定手段とを備える。
【００１１】
本発明に係る非破壊検査装置は、他の局面では、樹脂または誘電体からなる成型品中の導電性異物を検出する非破壊検査装置であって、成型品に対して樹脂または誘電体を透過する電磁波を照射する照射手段と、成型品に照射された電磁波の反射量を測定する反射量測定手段と、成型品に対する電磁波の照射量と該電磁波の反射量とに基づいて、成型品中における導電性異物の有無を判定する判定手段とを備える。
【００１２】
本発明に係る非破壊検査方法は、１つの局面では、樹脂または誘電体からなる成型品中の導電性異物を検出する非破壊検査方法であって、成型品に対して樹脂または誘電体を透過する電磁波を照射するステップと、成型品に照射された電磁波の透過量を測定するステップと、成型品に対する電磁波の照射量と該電磁波の透過量とに基づいて、成型品中における導電性異物の有無を判定するステップとを備える。
【００１３】
本発明に係る非破壊検査方法は、他の局面では、樹脂または誘電体からなる成型品中の導電性異物を検出する非破壊検査方法であって、成型品に対して樹脂または誘電体を透過する電磁波を照射するステップと、成型品に照射された電磁波の反射量を測定するステップと、成型品に対する電磁波の照射量と該電磁波の反射量とに基づいて、成型品中における導電性異物の有無を判定するステップとを備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、アルミニウムなどの軽金属からなる金属異物であっても、その有無を正確に検知することが可能な非破壊検査装置および非破壊検査方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
【００１６】
なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下に複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の構成を適宜組合わせることは、当初から予定されている。
【００１７】
（実施の形態１，２に係る非破壊検査装置および非破壊検査方法の原理）
まず最初に、後述する実施の形態１，２に係る非破壊検査装置および非破壊検査方法の原理について説明する。
【００１８】
実施の形態１に係る非破壊検査装置は、検査体である成型品を挟んで、電磁波（特にマイクロ波）を発振するための発振アンテナと、該電磁波を受信する受信アンテナとが設けられることを特徴とするものである。ここでは、成型品におけるマイクロ波の透過量に基づいて異物の有無を判定している。
【００１９】
実施の形態２に係る非破壊検査装置は、上記発振アンテナと受信アンテナとが、検査体に対して同じ側で互いに鏡面反射の位置関係に設けられることを特徴とするものである。ここでは、成型品におけるマイクロ波の反射量に基づいて異物の有無を判定している。
【００２０】
いずれの場合も、マイクロ波発振アンテナおよび受信アンテナをアレイ状に配置することにより、広い面積を有する成型品中の金属異物を、高い感度と位置分解能で検出することが可能になる。
【００２１】
一般に、電磁波の中で周波数が３００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚ（波長：１ｍ〜１ｍｍ）のものは、「マイクロ波」と呼ばれ、その中でも３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚのものは、波長が数ｍｍであることから、特にミリ波と呼ばれる。マイクロ波は、金属では反射され、誘電損失が小さい物質は透過し、誘電損失が大きい物質では吸収される。マイクロ波を吸収した物質は発熱する。誘電損失は、周波数および温度に依存するが、たとえば、電子レンジで一般的に用いられる２．４５ＧＨｚのマイクロ波では、石英、アルミナ、テフロン（登録商標）、エポキシ樹脂またはガラスといった材料の誘電損失の値は０．１以下程度であり、マイクロ波は材料中に数十ｃｍ〜数ｍ浸入するのに対し、水の誘電損失は約８であり、浸入深さは１ｃｍとなる。これが、電子レンジによってプラスチック容器や陶磁器中の食品が加熱される原理である。食品を金属容器に入れた場合は、金属容器でマイクロ波が反射されるため、食品が加熱されないばかりか、金属容器の表面でアークが発生する。１０μｍ厚の各種金属箔に対する、マイクロ波の損失（反射損失／吸収損失）として、下記の表１に示す値が知られている。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
表１に示すように、マイクロ波の周波数が高くなると、金属においても吸収損失が大きくなり、加熱されやすくなる。実際、ミリ波により金属を加熱する加熱装置というものも市販されている。さらに、表１に示すように、アルミニウムは、他の金属（表１の例ではステンレスおよび銅）に対して、同じ波長の電磁波に対する反射損失が相対的に大きい。したがって、数十μｍ程度〜数ｃｍの厚さの樹脂成型品に対して、１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚのマイクロ波を照射すれば、成型品のマトリクス部分では、該マイクロ波がほぼ完全に透過するのに対し、アルミニウムからなる異物部分では、該マイクロ波が効率良く反射され、透過信号強度が低下するということが分かる。また、信号照射側から見れば、アルミニウム異物部分では反射信号が増大することになる。アルミニウム製の異物は、上述したように、Ｘ線透視ではその検出が極めて困難であり、光学的に不透明な樹脂では目視で捉えることも不可能であるが、後述する実施の形態１，２によれば、透過信号、反射信号のいずれを測定する場合においても、アルミニウム異物の存在に伴って当該信号強度が変化するので、異物の存在を検出することが可能になる。また、アルミニウム以外であっても、成型品中に金属異物が存在すれば、照射されたマイクロ波の透過量は減少し、反射量は増大することから、アルミニウムの場合と同じく、当該異物の検出が可能である。
【００２４】
なお、上述の通り、成型品にミリ波を照射すると、金属異物部分での吸収損失が相対的に大きくなるため、発熱が大きくなり、場合によっては樹脂マトリクスを焼損する恐れがある。したがって、後述する実施の形態１，２では、１ＧＨｚ以下の周波数の電磁波を用いている。また、物理的な限界により、波長よりも小さいものを見分けることはできないため、センチメートルレベルの波長の電磁波を用いて樹脂成型物中のサブミリレベルの異物を検出する場合には、複数のプローブと検出器を用いた測定が必要である。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る非破壊検査装置の構成を示した図である。図１を参照して、発振アンテナ２から発生したパルス状または連続のマイクロ波１は、ミラー３により平行化され、検査台５に設置された検査体４に照射される。発振アンテナ２は、点光源と見なされ、そこから発生するマイクロ波は、立体角π方向に発散するため、その強度は光源からの距離の二乗に反比例して弱くなるが、ミラー３を用いることにより、一定の面積に一定強度のマイクロ波を照射することができる。
【００２６】
なお、図１の例では、１つの発振アンテナ２のみを記しているが、発振アンテナ２をアレイ状に配し、それに対応したミラー３を用いれば、マイクロ波の帯を形成することも可能である。この結果、検査効率が向上する。
【００２７】
ここで用いられるマイクロ波は、前述した通り、樹脂や誘電体材料に対して透過率が高く、金属材料に対して反射率が高い１００ＭＨｚ（より好ましくは数百ＭＨｚ）〜１ＧＨｚの周波数を有することが望ましい。また、検査台５は、マイクロ波の伝搬方向に対して垂直二軸方向に検査体４を移動することができるようになっており、更に、前述のマイクロ波の透過率がほぼ１００％となるように、ポリエチレンなどの材質を用いることが望ましい。
【００２８】
マイクロ波１は、樹脂成型体または誘電体成型体である検査体４を透過して、検査台５の下方に設置された受信アンテナ６およびそれに接続された信号処理装置７にてその強度が検出される。一方で、検査体４の内部に金属異物が存在すると、その部分に侵入したマイクロ波は反射されて透過しないため、マイクロ波受信強度が減少する。なお、受信アンテナ６についても、発振アンテナ２側がアレイ状に配される場合には、同じようにアレイ状に配することにより、一対一での信号検出が可能となる。また、受信側にもミラー３Ａを配置することにより、アンテナの受信可能な領域とマイクロ波ビームの広がりを等しくすることが可能となる。
【００２９】
ここで、１つの発振アンテナ２がカバーする検査体の面積を５ｍｍ×５ｍｍと設定した場合、その中に０．５ｍｍ×０．５ｍｍの金属異物が存在すると、異物がない場合に比べて１％だけ信号強度が減少する。検査体４の厚みのばらつきに起因した透過率のばらつきやマイクロ波の信号強度のばらつきを考慮すると、異物の存在に起因した有意の信号強度変化として捉えるためには、１％程度の強度変化は必要であり、したがって、１つの発振アンテナ２がカバーする検査体の面積によって、検出される異物の大きさが規定される。また、入射するマイクロ波の強度をモニタするためのモニタ受信アンテナ８を、発振アンテナ２と検査体４の間に随時挿入することにより、信号強度のばらつきを補正できる機構を設けることが望ましい。実際の検査においては、モニタ信号と透過信号とを交互に検出し、信号処理装置７によって透過信号強度を常に補正することにより、より信頼性の高い検査が可能となる。
【００３０】
検査台５は、マイクロ波の伝搬方向に対して垂直な二軸方向に移動可能である。したがって、マイクロ波１を検査体４の任意の位置に照射することが可能である。信号処理装置７に検査体位置の情報をインプットすることにより、検査体４の全体に亘って異物検査が可能となる。信号処理装置７は、マイクロ波１の透過の状態に応じて、異物の有無を判断する。
【００３１】
このように，マイクロ波の送信アンテナ（発振アンテナ２）と受信アンテナ６とを対向配置させ，その間に検査体４を配置することで，樹脂成型物または誘電体成型物に含まれる金属異物、特にアルミニウムなどの軽金属異物を精度良く検出することができる。
【００３２】
なお、マイクロ波伝搬経路に金属異物が存在すると、アークが発生する。検査体４が光学的に透明なものであれば、アーク発生に伴う可視光を検出することによっても、異物の存在を検知することできる。そこで、本実施の形態では、上記のアーク光を捉えることが可能な可視光検出器９が設けられている。
【００３３】
上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係る非破壊検査装置は、検査体４中の導電性異物を検出する非破壊検査装置であって、図１に示すように、検査体４に対して該検査体４を構成する樹脂または誘電体を透過する電磁波を照射する「照射手段」としての発振アンテナ２と、検査体４に照射された電磁波の透過量を測定する「透過量測定手段」としての受信アンテナ６と、検査体４に対する電磁波の照射量と該電磁波の透過量とに基づいて、検査体４中における導電性異物の有無を判定する「判定手段」としての信号処理装置７とを備える。
【００３４】
また、本実施の形態に係る非破壊検査方法は、検査体４中の導電性異物を検出する非破壊検査方法であって、図２に示すように、検査体４に対して該検査体４を構成する樹脂または誘電体を透過する電磁波を照射するステップ（Ｓ１１）と、検査体４に照射された電磁波の透過量を測定するステップ（Ｓ１２）と、検査体４に対する電磁波の照射量と該電磁波の透過量とに基づいて、検査体４中における導電性異物の有無を判定するステップ（Ｓ１３）とを備える。
【００３５】
（実施の形態２）
図３は、実施の形態２に係る非破壊検査装置の構成を示した図である。図３を参照して、本実施の形態に係る非破壊検査装置は、実施の形態１に係る非破壊検査装置の変形例であって、発振アンテナ２と受信アンテナ６とが、検査体４に対して同じ側に設けられていることを特徴とする。
【００３６】
上述したように、金属異物はマイクロ波を反射することから、その検出方法としては、実施の形態１のように、透過率の減衰量を捉える方法の他に、反射強度の増大量を捉える方法が考えられる。
【００３７】
図３に示すように、本実施の形態に係る非破壊検査装置においては、発振アンテナ２と受信アンテナ６とは、発振アンテナ２からのマイクロ波１が、検査体４で鏡面反射した後、受信アンテナ６に向かって進むような位置関係で配置される。
【００３８】
マイクロ波１は，ミラー３で平行化されることから、迷光成分によるバックグラウンドの増加を抑制することができる。信号強度の補正は、実施の形態１と同じく、モニタ受信アンテナ８をマイクロ波伝搬経路に挿入することで実施される。
【００３９】
本実施の形態によれば，ミラー３で平行化されたマイクロ波１の検査体４上での投影は、マイクロ波１と検査体４とのなす角度の余弦の関係をもって拡がる。一方で、この配置によれば、検査体４の中に含まれる金属異物によって散乱反射されたマイクロ波１を、受信アンテナ６で検出することになるが、その殆どがマイクロ波を透過する検査体４からの反射信号であることから、透過信号における微小な減衰を検出する方法に比べて、更に感度が向上する。たとえば、検査体４からの散乱によるバックグラウンドとしての受信信号強度が、入射信号強度に対して１％程度であると見込まれる場合、入射強度に対して０．２％程度の反射があれば、通常の信号検出回路であれば、十分に有意な信号として捉えることが可能である。すなわち、異物を検出する位置分解能は、実施の形態１の方が優れるが、検出感度は本実施の形態の方が優れる。また、図３では受信アンテナ６を１方向のみに配置しているが、マイクロ波照射位置に対して立体角π、すなわち半球を満たす領域で受信できるように配置すれば、反射信号の検出感度は格段に向上し、異物の検出感度も高くなる。この場合、アンテナ配置が複雑になり、検出の位置分解能は低下するが、反射マイクロ波の検出感度を高くすることが容易になり、異物検出率を高くすることができる。
【００４０】
上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係る非破壊検査装置は、検査体４中の導電性異物を検出する非破壊検査装置であって、図３に示すように、検査体４に対して該検査体４を構成する樹脂または誘電体を透過する電磁波を照射する「照射手段」としての発振アンテナ２と、検査体４に照射された電磁波の反射量を測定する「反射量測定手段」としての受信アンテナ６と、検査体４に対する電磁波の照射量と該電磁波の反射量とに基づいて、検査体４中における導電性異物の有無を判定する「判定手段」としての信号処理装置７とを備える。
【００４１】
また、本実施の形態に係る非破壊検査方法は、検査体４中の導電性異物を検出する非破壊検査方法であって、図４に示すように、検査体４に対して該検査体４を構成する樹脂または誘電体を透過する電磁波を照射するステップ（Ｓ２１）と、検査体４に照射された電磁波の反射量を測定するステップ（Ｓ２２）と、検査体４に対する電磁波の照射量と該電磁波の反射量とに基づいて、検査体４中における導電性異物の有無を判定するステップ（Ｓ２３）とを備える。
【００４２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る非破壊検査装置の構成を示した図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る非破壊検査方法を説明するフロー図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る非破壊検査装置の構成を示した図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る非破壊検査方法を説明するフロー図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  マイクロ波、２  発振アンテナ、３，３Ａ  ミラー、４  検査体、５  検査台、６  受信アンテナ、７  信号処理装置、８  モニタ受信アンテナ、９  可視光検出器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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