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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-01-15
(45)【発行日】2024-01-23
(54)【発明の名称】接着層評価システム及び接着層評価方法
(51)【国際特許分類】
G01N 29/12 20060101AFI20240116BHJP
G01N 29/44 20060101ALI20240116BHJP
【ＦＩ】
G01N29/12
G01N29/44
【請求項の数】
12
(21)【出願番号】P 2019222750
(22)【出願日】2019-12-10
(65)【公開番号】P2021039082
(43)【公開日】2021-03-11
【審査請求日】2022-07-11
(31)【優先権主張番号】P 2019159852
(32)【優先日】2019-09-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 日本非破壊検査協会 超音波部門 第２６回超音波による非破壊評価シンポジウム 開催日 平成３１年１月３１日
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２８年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業総合開発機構、次世代構造部材創製・加工技術開発委託事業、「高レート設計・製造技術開発」、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(73)【特許権者】
【識別番号】000006208
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】504132272
【氏名又は名称】国立大学法人京都大学
(73)【特許権者】
【識別番号】593006630
【氏名又は名称】学校法人立命館
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】加茂 宗太
(72)【発明者】
【氏名】▲高▼木 清嘉
(72)【発明者】
【氏名】松田 直樹
(72)【発明者】
【氏名】森 直樹
【審査官】田中 洋介
(56)【参考文献】
【文献】特開平０９－００５３０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】Naoki Mori, 外２名，Effect of interfacial adhesion on the ultrasonic interaction with adhesive joints: A theoretical study using spring-type interfaces，The Journal of the Acoustical Society of America，米国，Acoustical Society of America，2019年06月18日，第１４５巻第６号，第３５４１頁～第３５５０頁，https://pubs.aip.org/asa/jasa/article/145/6/3541/940296/Effect-of-interfacial-adhesion-on-the-ultrasonic?searchresult=1
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｎ ２９／００ー２９／５２
ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
接着層を有する評価対象物において弾性波を発生させる弾性波発生装置と、前記評価対象物からの前記弾性波を検出する弾性波検出装置と、
前記評価対象物の前記接着層に関するパラメータを評価する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記弾性波検出装置により検出した前記弾性波の周波数特性の実測値と、前記評価対象物に関する理論モデルに基づいて算出される前記弾性波の周波数特性の理論値と、を比較し、比較結果に基づいて前記接着層に関するパラメータを評価し、
前記弾性波発生装置は、前記評価対象物において超音波を発生させ、前記評価対象物へ向けて前記超音波を照射する超音波照射装置であり、
前記弾性波検出装置は、前記評価対象物で前記超音波が反射される反射波を検出する超音波検出装置であり、
前記超音波照射装置及び前記超音波検出装置は、前記評価対象物の前記超音波が反射される側に設けられ、
前記制御装置は、前記実測値の前記周波数特性となるノッチ周波数に、前記理論値の前記周波数特性となるノッチ周波数を、前記理論モデルにおける前記接着層に関するパラメータを変化させて合わせ込むことで、前記接着層に関するパラメータを導出し、導出した前記接着層に関するパラメータが、健全な接着を形成している時の前記接着に関するパラメータよりも下回っている場合、前記接着層は弱接着を有すると評価する接着層評価システム。
【請求項2】
前記制御装置は、前記評価対象物の代わりに配置された反射体によって反射された前記超音波である参照波と、前記超音波検出装置により検出した前記超音波とに基づいて、前記超音波の周波数特性の実測値を解析する請求項１に記載の接着層評価システム。
【請求項3】
接着層を有する評価対象物において弾性波を発生させる弾性波発生装置と、
前記評価対象物からの前記弾性波を検出する弾性波検出装置と、
前記評価対象物の前記接着層に関するパラメータを評価する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記弾性波検出装置により検出した前記弾性波の周波数特性の実測値と、前記評価対象物に関する理論モデルに基づいて算出される前記弾性波の周波数特性の理論値と、を比較し、比較結果に基づいて前記接着層に関するパラメータを評価し、
前記弾性波発生装置は、前記評価対象物において超音波を発生させ、前記評価対象物へ向けて前記超音波を照射する超音波照射装置であり、
前記弾性波検出装置は、前記超音波が前記評価対象物を透過した透過波を検出する超音波検出装置であり、
前記超音波照射装置及び前記超音波検出装置は、前記評価対象物を挟んで両側に設けられ、
前記制御装置は、前記実測値の前記周波数特性となるピーク周波数に、前記理論値の前記周波数特性となるピーク周波数を、前記理論モデルにおける前記接着層に関するパラメータを変化させて合わせ込むことで、前記接着層に関するパラメータを導出し、導出した前記接着層に関するパラメータが、健全な接着を形成している時の前記接着に関するパラメータよりも下回っている場合、前記接着層は弱接着を有すると評価する接着層評価システム。
【請求項4】
前記制御装置は、前記評価対象物を配置せずに検出した前記超音波である参照波と、前記超音波検出装置により検出した前記超音波とに基づいて、前記超音波の周波数特性の実測値を解析する請求項３に記載の接着層評価システム。
【請求項5】
前記評価対象物は、前記接着層と、前記接着層により接着される被着体と、を有し、前記超音波照射装置は、前記接着層の界面に対して前記超音波を垂直方向に照射し、
前記評価対象物に関する理論モデルは、前記接着層をスプリング界面で前記被着体に結合した理論モデルであり、
前記スプリング界面は、前記垂直方向における成分の剛性が設定されており、
前記制御装置は、剛性マトリックス法を用いて前記理論モデルに基づく前記超音波の周波数特性の理論値を算出する請求項１から４のいずれか１項に記載の接着層評価システム。
【請求項6】
前記評価対象物は、前記接着層と、前記接着層により接着される被着体と、を有し、前記超音波照射装置は、前記接着層の界面に直交する垂直方向に対して傾斜する傾斜方向に前記超音波を照射し、
前記評価対象物に関する理論モデルは、前記接着層をスプリング界面で前記被着体に結合した理論モデルであり、
前記スプリング界面は、前記垂直方向における成分の剛性と、前記界面の面内方向における成分の剛性とが設定されており、
前記制御装置は、剛性マトリックス法を用いて前記理論モデルに基づく前記超音波の周波数特性の理論値を算出する請求項１から４のいずれか１項に記載の接着層評価システム。
【請求項7】
前記評価対象物は、前記接着層を介して２つの前記被着体が接着され、前記理論モデルは、一方の前記被着体と前記接着層との間を第１のスプリング界面で結合し、他方の前記被着体と前記接着層との間を第２のスプリング界面で結合し、
前記第１のスプリング界面及び前記第２のスプリング界面の少なくとも一方において設定される剛性は、健全な接着であるとされる剛性として設定される請求項５または６に記載の接着層評価システム。
【請求項8】
接着層を有する評価対象物において弾性波を発生させる弾性波発生装置と、
前記評価対象物からの前記弾性波を検出する弾性波検出装置と、
前記評価対象物の前記接着層に関するパラメータを評価する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記弾性波検出装置により検出した前記弾性波の周波数特性の実測値と、前記評価対象物に関する理論モデルに基づいて算出される前記弾性波の周波数特性の理論値と、を比較し、比較結果に基づいて前記接着層に関するパラメータを評価し、
前記弾性波発生装置は、前記評価対象物において超音波を発生させ、前記評価対象物へ向けて前記超音波を照射する超音波照射装置であり、
前記弾性波検出装置は、前記評価対象物で前記超音波が反射される反射波を検出する超音波検出装置であり、
前記超音波照射装置及び前記超音波検出装置は、前記評価対象物の前記超音波が反射される側に設けられ、
前記評価対象物は、前記接着層と、前記接着層により接着される被着体と、を有し、
前記超音波照射装置は、前記接着層の界面に対して前記超音波を垂直方向に照射し、
前記評価対象物に関する理論モデルは、前記接着層をスプリング界面で前記被着体に結合した理論モデルであり、
前記スプリング界面は、前記垂直方向における成分の剛性が設定されており、
前記制御装置は、剛性マトリックス法を用いて前記理論モデルに基づく前記超音波の周波数特性の理論値を算出する接着層評価システム。
【請求項9】
接着層を有する評価対象物において弾性波を発生させる弾性波発生装置と、
前記評価対象物からの前記弾性波を検出する弾性波検出装置と、
前記評価対象物の前記接着層に関するパラメータを評価する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記弾性波検出装置により検出した前記弾性波の周波数特性の実測値と、前記評価対象物に関する理論モデルに基づいて算出される前記弾性波の周波数特性の理論値と、を比較し、比較結果に基づいて前記接着層に関するパラメータを評価し、
前記弾性波発生装置は、前記評価対象物において超音波を発生させ、前記評価対象物へ向けて前記超音波を照射する超音波照射装置であり、
前記弾性波検出装置は、前記超音波が前記評価対象物を透過した透過波を検出する超音波検出装置であり、
前記超音波照射装置及び前記超音波検出装置は、前記評価対象物を挟んで両側に設けられ、
前記評価対象物は、前記接着層と、前記接着層により接着される被着体と、を有し、
前記超音波照射装置は、前記接着層の界面に対して前記超音波を垂直方向に照射し、
前記評価対象物に関する理論モデルは、前記接着層をスプリング界面で前記被着体に結合した理論モデルであり、
前記スプリング界面は、前記垂直方向における成分の剛性が設定されており、
前記制御装置は、剛性マトリックス法を用いて前記理論モデルに基づく前記超音波の周波数特性の理論値を算出する接着層評価システム。
【請求項10】
接着層を有する評価対象物において弾性波を発生させる弾性波発生装置と、
前記評価対象物からの前記弾性波を検出する弾性波検出装置と、
前記評価対象物の前記接着層に関するパラメータを評価する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記弾性波検出装置により検出した前記弾性波の周波数特性の実測値と、前記評価対象物に関する理論モデルに基づいて算出される前記弾性波の周波数特性の理論値と、を比較し、比較結果に基づいて前記接着層に関するパラメータを評価し、
前記弾性波発生装置は、前記評価対象物において超音波を発生させ、前記評価対象物へ向けて前記超音波を照射する超音波照射装置であり、
前記弾性波検出装置は、前記評価対象物で前記超音波が反射される反射波を検出する超音波検出装置であり、
前記超音波照射装置及び前記超音波検出装置は、前記評価対象物の前記超音波が反射される側に設けられ、
前記評価対象物は、前記接着層と、前記接着層により接着される被着体と、を有し、
前記超音波照射装置は、前記接着層の界面に直交する垂直方向に対して傾斜する傾斜方向に前記超音波を照射し、
前記評価対象物に関する理論モデルは、前記接着層をスプリング界面で前記被着体に結合した理論モデルであり、
前記スプリング界面は、前記垂直方向における成分の剛性と、前記界面の面内方向における成分の剛性とが設定されており、
前記制御装置は、剛性マトリックス法を用いて前記理論モデルに基づく前記超音波の周波数特性の理論値を算出する接着層評価システム。
【請求項11】
接着層を有する評価対象物において弾性波を発生させる弾性波発生装置と、
前記評価対象物からの前記弾性波を検出する弾性波検出装置と、
前記評価対象物の前記接着層に関するパラメータを評価する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記弾性波検出装置により検出した前記弾性波の周波数特性の実測値と、前記評価対象物に関する理論モデルに基づいて算出される前記弾性波の周波数特性の理論値と、を比較し、比較結果に基づいて前記接着層に関するパラメータを評価し、
前記弾性波発生装置は、前記評価対象物において超音波を発生させ、前記評価対象物へ向けて前記超音波を照射する超音波照射装置であり、
前記弾性波検出装置は、前記超音波が前記評価対象物を透過した透過波を検出する超音波検出装置であり、
前記超音波照射装置及び前記超音波検出装置は、前記評価対象物を挟んで両側に設けられ、
前記評価対象物は、前記接着層と、前記接着層により接着される被着体と、を有し、
前記超音波照射装置は、前記接着層の界面に直交する垂直方向に対して傾斜する傾斜方向に前記超音波を照射し、
前記評価対象物に関する理論モデルは、前記接着層をスプリング界面で前記被着体に結合した理論モデルであり、
前記スプリング界面は、前記垂直方向における成分の剛性と、前記界面の面内方向における成分の剛性とが設定されており、
前記制御装置は、剛性マトリックス法を用いて前記理論モデルに基づく前記超音波の周波数特性の理論値を算出する接着層評価システム。
【請求項12】
接着層を有する評価対象物からの弾性波を検出するステップと、検出した前記弾性波の周波数特性の実測値と、前記評価対象物に関する理論モデルに基づいて算出される前記弾性波の周波数特性の理論値と、を比較し、比較結果に基づいて前記接着層に関するパラメータを評価するステップと、を備え、
前記パラメータを評価するステップは、
検出した前記弾性波と、前記弾性波を補正するための参照波とをそれぞれ周波数解析して周波数特性を算出するステップと、
前記周波数解析によって得られた前記弾性波と前記参照波とのスペクトルの強度比に基づいて、前記周波数特性である弾性体係数の実測値を算出するステップと、
算出した前記弾性体係数の実測値と、理論モデルに基づいて算出される前記弾性体係数の理論値とを比較して、前記評価対象物の前記接着層に関するパラメータを評価するステップと、を有する接着層評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、接着層評価システム及び接着層評価方法に関する。
【背景技術】
【0002】
接着層を有する試料に超音波を照射して、照射した超音波が接着層で反射した反射波を検出して、検出した反射波の時間波形に基づいて、接着層における接着不良を検出する技術が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１５－１２５００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１の技術は、試料等の評価対象物を破壊することなく、接着層における接着不良、すなわち、評価対象物における接着層を挟む２枚の被着体の間の空隙を検出することができる。しかしながら、２枚の被着体の間に空隙を有さないものの、その接着強度が弱い弱接着を検出することができないという問題があった。また、従来の弱接着を検出する技術は、いずれも評価対象物の破壊を伴うものであったため、評価対象物を破壊することなく弱接着を検出することができないという問題があった。
【0005】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、評価対象物を破壊することなく、接着層を適切に評価することができる接着層評価システム及び接着層評価方法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】
【0006】
本発明の接着層評価システムは、接着層を有する評価対象物において弾性波を発生させる弾性波発生装置と、前記評価対象物からの前記弾性波を検出する弾性波検出装置と、前記評価対象物の前記接着層に関するパラメータを評価する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記弾性波検出装置により検出した前記弾性波の周波数特性の実測値と、前記評価対象物に関する理論モデルに基づいて算出される前記弾性波の周波数特性の理論値と、を比較し、比較結果に基づいて前記接着層に関するパラメータを評価する。
【0007】
本発明の接着層評価方法は、接着層を有する評価対象物からの弾性波を検出するステップと、検出した前記弾性波の周波数特性の実測値と、前記評価対象物に関する理論モデルに基づいて算出される前記弾性波の周波数特性の理論値と、を比較し、比較結果に基づいて前記接着層に関するパラメータを評価するステップと、を備える。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、評価対象物を破壊することなく、接着層を適切に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。
【0011】
［実施形態１］
図１は、実施形態１に係る接着層評価システムの具体的な構成例を示す図である。接着層評価システム１０は、被着体１Ｂと被着体１Ｃとを接着する接着層１Ａを有する評価対象物１からの弾性波を検出して、評価対象物１の接着層１Ａに関するパラメータを評価する装置である。
図１は、実施形態１に係る接着層評価システムの具体的な構成例を示す図である。接着層評価システム１０は、被着体１Ｂと被着体１Ｃとを接着する接着層１Ａを有する評価対象物１からの弾性波を検出して、評価対象物１の接着層１Ａに関するパラメータを評価する装置である。
【0012】
具体的に、実施形態１の接着層評価システム１０は、評価対象物１へ向けて弾性波としての超音波を照射し、評価対象物１から反射された超音波を検出して、接着層１Ａに関するパラメータを評価している。接着層１Ａに関するパラメータは、接着層１Ａの界面に関するパラメータ（以下、界面パラメータともいう）と、接着層１Ａの形状に関するパラメータ（以下、形状パラメータともいう）と、接着層１Ａの物性に関するパラメータ（以下、物性パラメータともいう）と、を含む。界面パラメータとしては、例えば、接着層１Ａの界面剛性であり、接着層評価システム１０は、界面パラメータに基づいて、接着層１Ａが弱接着（Weak Bond、ＷＢ）であるか否かを評価している。また、形状パラメータとしては、例えば、接着層厚であり、接着層評価システム１０は、形状パラメータに基づいて、接着層１Ａの厚みを評価している。さらに、物性パラメータとしては、例えば、接着層１Ａの音速、質量密度及び弾性率等であり、接着層評価システム１０は、物性パラメータに基づいて、接着層１Ａの物性を評価している。なお、実施形態１では、接着層１Ａに関するパラメータとして、界面剛性（弱接着であるか否か）を評価する場合について説明するが、上記のように、接着層１Ａに関するパラメータとして、接着層厚を評価してもよいし、界面剛性及び接着層厚の両方を評価してもよいし、界面剛性及び接着層厚以外のパラメータを評価してもよく、特に限定されない。
【0013】
評価対象物１は、接着層１Ａと、接着層１Ａを介して接着された２つの被着体１Ｂ，１Ｃを含む。実施形態１では、被着体１Ｂ及び被着体１Ｃが共にアルミニウム片であり、接着層１Ａが高温耐性に優れた接着フィルムである。なお、接着層１Ａ、被着体１Ｂ及び被着体１Ｃは、特に限定されず、いかなる種類の接着層１Ａ及び被着体１Ｂ，１Ｃによって形成された形態であってもよい。
【0014】
接着層評価システム１０は、図１に示すように、超音波照射装置１１と、超音波検出装置１２と、設置部１４と、水槽２０と、制御装置３０と、を備える。
【0015】
超音波照射装置１１は、照射波１１Ｂとして、例えば一般的な超音波探傷で使用される１０ＭＨｚの超音波を照射しており、超音波を照射する照射面１１Ａを有する。超音波検出装置１２は、超音波である反射波１２Ｂを検出する検出面１２Ａを有する。本実施形態では、超音波照射装置１１と超音波検出装置１２とは、一体となって超音波探触子１３を構成しており、さらに、超音波探触子１３を構成する超音波照射装置１１の照射面１１Ａと超音波検出装置１２の検出面１２Ａとが一体となっていてもよい。また、超音波照射装置１１と超音波検出装置１２とは、一体となって超音波探触子１３を構成する形態に限定されず、別々に設けられていてもよい。
【0016】
設置部１４は、評価対象物１を設置する部位であり、評価対象物１を固定する図示しない固定部材や、評価対象物１を嵌め込む図示しない窪み等が適宜設けられている。設置部１４は、超音波照射装置１１の照射面１１Ａと対向する位置に設けられている。また、設置部１４は、超音波検出装置１２の検出面１２Ａと対向する位置に設けられている。このため、超音波探触子１３（超音波照射装置１１及び超音波検出装置１２）は、評価対象物１の超音波が反射される側に設けられる。また、設置部１４は、評価対象物１の接着層１Ａの界面に対して、超音波が垂直方向に照射されるように、また、超音波が垂直方向に反射されるように、評価対象物１を設置している。このため、実施形態１では、照射波１１Ｂの入射角度と反射波１２Ｂの射出角度とは、評価対象物１の接着層１Ａの接着界面に対して、いずれも０度となっている。
【0017】
水槽２０は、超音波を伝達する媒体の一例である水２１を貯留する。水槽２０は、例えば、矩形状のケースが用いられる。本実施形態では、超音波照射装置１１の照射面１１Ａと、超音波検出装置１２の検出面１２Ａと、設置部１４とが、水槽２０の内側の水２１の貯留領域内に設けられており、超音波照射装置１１の照射面１１Ａとは反対側の一部分と、超音波検出装置１２の検出面１２Ａとは反対側の一部分と、制御装置３０とが、水槽２０の外側に設けられている。なお、水槽２０は、この形態に限定されず、少なくとも超音波照射装置１１の照射面１１Ａ及び超音波検出装置１２の検出面１２Ａを含む照射波１１Ｂの経路及び反射波１２Ｂの経路を、内側の水２１の貯留領域内に設けていれば、どのような形態であってもよい。
【0018】
接着層評価システム１０は、超音波照射装置１１、超音波検出装置１２、設置部１４及び水槽２０が以上のような配置をしている。このため、超音波照射装置１１の照射面１１Ａから照射波１１Ｂが照射される。すると、照射波１１Ｂは、水槽２０に貯留された水２１を媒介として、評価対象物１に照射される。照射波１１Ｂは、評価対象物１において一部が反射して反射波１２Ｂとなり、反射波１２Ｂは、超音波検出装置１２へ向かって伝播する。このため、超音波検出装置１２の検出面１２Ａは、反射波１２Ｂを検出する。
【0019】
また、接着層評価システム１０では、超音波照射装置１１の照射面１１Ａと、超音波検出装置１２の検出面１２Ａと、設置部１４に設置される評価対象物１の接着層１Ａと、が、互いに平行になるように配設されている。つまり、接着層評価システム１０では、評価対象物１の接着層１Ａの界面に対して、超音波が垂直方向に照射されるように、また、超音波が垂直方向に反射されるように、評価対象物１が配置されている。このため、接着層評価システム１０は、超音波照射装置１１の照射面１１Ａから、接着層１Ａに対して垂直方向に照射波１１Ｂを照射する。また、接着層評価システム１０は、評価対象物１からの反射波１２Ｂが、照射波１１Ｂと真逆の方向に伝播し、超音波検出装置１２の検出面１２Ａで反射波１２Ｂを検出する。
【0020】
制御装置３０は、接着層評価システム１０を制御するコンピュータシステムを含む。図１に示すように、制御装置３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなマイクロプロセッサを含む処理部３１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）又はストレージのような不揮発性メモリ及びＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性メモリを含む記憶部３２と、信号及びデータを入出力可能な入出力回路を含む入出力インターフェース３３と、を有する。
【0021】
制御装置３０の処理部３１は、図１に示すように、超音波照射制御部３４と、超音波検出制御部３５と、検出波評価部３６と、を有する。超音波照射制御部３４、超音波検出制御部３５及び検出波評価部３６は、いずれも、処理部３１が、接着層１Ａを評価するための接着層評価プログラムを実行することにより、実現される機能部である。制御装置３０の処理部３１の詳細な機能、すなわち、超音波照射制御部３４、超音波検出制御部３５及び検出波評価部３６の詳細な機能は、各部の構成の詳細な説明の箇所に加えて、後述する実施形態に係る接着層評価方法の詳細な説明の箇所でも説明する。
【0022】
超音波照射制御部３４は、超音波照射装置１１を制御して、超音波照射装置１１に照射面１１Ａから照射波１１Ｂを照射させる。
【0023】
超音波検出制御部３５は、超音波検出装置１２を制御して、超音波検出装置１２に検出面１２Ａで反射波１２Ｂを検出させる。超音波検出制御部３５は、実施形態１では、超音波検出装置１２に、設置部１４に設置された接着層１Ａを有する評価対象物１によって反射された超音波である反射波を検出させる。また、超音波検出制御部３５は、実施形態１では、超音波検出装置１２に、設置部１４に評価対象物１の代わりに設置したリフレクタ（反射体）によって反射された超音波である参照波を検出させてもよい。
【0024】
検出波評価部３６は、超音波検出制御部３５が超音波検出装置１２に検出させた反射波の実測値と、評価対象物１に関する理論モデルに基づいて算出される反射波の理論値とを比較して、評価対象物１の接着層１Ａが健全な接着（完璧な接着（Perfect Bond、ＰＢ）と考える）を形成しているか否か、すなわち、評価対象物１の接着層１Ａが弱接着を有するか否かを評価する。
【0025】
ここで、評価対象物１に関する理論モデルとは、評価対象物１をモデル化した解析モデルのことである。検出波評価部３６は、評価対象物１に関する理論モデルとして、接着層１Ａをスプリング界面で結合した理論モデルを採用し、剛性マトリックス法を用いて算出処理をすることが好ましい。
【0026】
また、健全な接着とは、例えば、評価対象物１を複数作製して所定の破壊試験を実施して得られた接着強度が上位５％に含まれる場合に接着層１Ａが形成している接着を言うこととする。
【0027】
検出波評価部３６は、周波数解析部３７と、係数算出部３８と、係数比較部３９と、を有する。周波数解析部３７、係数算出部３８及び係数比較部３９は、いずれも、検出波評価部３６と同様に、処理部３１が、接着層１Ａを評価するための接着層評価プログラムを実行することにより、実現される機能部である。検出波評価部３６の詳細な機能、すなわち、周波数解析部３７、係数算出部３８及び係数比較部３９の詳細な機能は、各部の構成の詳細な説明の箇所に加えて、後述する実施形態に係る接着層評価方法の詳細な説明の箇所でも説明する。
【0028】
周波数解析部３７は、反射波１２Ｂと、反射体によって反射された超音波である参照波とをそれぞれ周波数解析する。周波数解析部３７は、より詳細には、時間関数である反射波１２Ｂと参照波とのそれぞれについて、高速フーリエ変換を施すことで、振幅スペクトルを取得する。
【0029】
係数算出部３８は、周波数解析部３７によって得られた反射波１２Ｂと参照波との振幅スペクトルから、反射波１２Ｂと参照波との振幅スペクトルの強度比を算出し、この強度比に基づいて、周波数特性としての反射係数Ｒの実測値を算出する。係数算出部３８は、より詳細には、周波数ｆごとに、反射波１２Ｂの振幅スペクトルの強度から参照波の振幅スペクトルの強度を除すことにより、反射係数Ｒの実測値の周波数関数を取得する。なお、反射係数Ｒは、その性質上、超音波が全く透過しない時（超音波が全て反射する時）に１をとり、超音波が完全に透過する時（超音波が全く反射しない時）に０を取り、０以上１以下の値を取る係数である。なお、反射係数Ｒは、理論上においては、１以下となるが、実測上においては、１以上の値を取り得る。
【0030】
係数比較部３９は、係数算出部３８が算出した反射係数Ｒの実測値と、理論モデルに基づいて算出される反射係数Ｒの理論値とを比較して、接着層１Ａが弱接着を有するか否かを評価する。
【0031】
係数比較部３９は、具体的に、検出される超音波が反射波１２Ｂであることから、係数算出部３８が算出した反射係数Ｒの実測値が極小となる周波数ｆと、接着層１Ａが弱接着を有さずに健全な接着をしていると仮定をした場合の理論モデルに基づいて算出される反射係数Ｒの理論値が極小となる周波数ｆとを比較して、それらが所定の誤差の範囲内で一致する場合に、接着層１Ａは弱接着を有さない旨の評価をし、それらが所定の誤差を超えた有意差を有する場合に、接着層１Ａは弱接着を有する旨の評価をする。
【0032】
また、以下において、反射係数Ｒの実測値の周波数関数及び反射係数Ｒの理論値の周波数関数の双方について、その値が極小となる周波数ｆのことを、ノッチ周波数と称する。反射係数Ｒの実測値の周波数関数及び反射係数Ｒの理論値の周波数関数の双方とも、ノッチ周波数は、一般に複数存在する。
【0033】
ここで、反射係数Ｒの実測値の周波数関数と反射係数Ｒの理論値の周波数関数とを比較及び対照する際に、反射係数Ｒのノッチ周波数を用いる理由は、評価対象物１において実際に起こり得る超音波の吸収及び散乱を完全に考慮しないことで計算容量を低減した理論モデルを用いているため、反射係数Ｒの絶対値自体には実測値と理論値との間で所定の誤差を超えて差異が生じ得るが、反射係数Ｒのノッチ周波数については実測値と理論値との間で所定の誤差を超えて差異が生じないことによる。
【0034】
反射係数Ｒの実測値のノッチ周波数は、その一部が、接着層１Ａの界面パラメータに依らず一定であり、その他の一部が、接着層１Ａの界面パラメータに依って一対一の関係で変化する傾向を有する。また、反射係数Ｒの理論値のノッチ周波数は、接着層１Ａに関する界面パラメータに対して、反射係数Ｒの実測値のノッチ周波数が接着層１Ａの界面パラメータに対して示す傾向と同様の傾向を有する。これに鑑み、反射係数Ｒについて生じ得る所定の誤差は、接着層１Ａの界面パラメータに依らず一定となるノッチ周波数において生じ得る差異に基づいて、予め適切に設定することができる。ここで、接着層１Ａに関する界面パラメータとは、スプリング界面で結合した理論モデルを採用した場合におけるスプリング界面のパラメータであり、接着層１Ａの接着強度を定量的に評価するものとなっている。なお、実施形態１では、接着層１Ａに関するパラメータとして、界面パラメータを適用したが、接着層１Ａの接着層厚を評価する場合、接着層１Ａの接着層厚に関する形状パラメータを適用してもよい。この場合、理論モデルにおいて、接着層厚ｈａｄに関する形状パラメータを採用する（設定する）。また、接着層１Ａに関するパラメータとして、上記した界面パラメータ、形状パラメータ及び物性パラメータの全てを適用してもよい。この場合、物性パラメータとしては、例えば、接着層１Ａの音速、接着層１Ａの質量密度、接着層１Ａの弾性率に関するパラメータを採用し、理論モデルに適用する。
【0035】
また、係数比較部３９は、係数算出部３８が算出した反射係数Ｒの実測値におけるノッチ周波数ｆが、理論モデルに基づいて算出される反射係数Ｒの理論値におけるノッチ周波数ｆと所定の誤差の範囲内で一致する時の、理論モデルにおける接着層１Ａに関するパラメータのパラメータ値を、評価に供した評価対象物１の接着層１Ａに関するパラメータのパラメータ値として算出する。
【0036】
また、係数比較部３９は、上記を合わせてより効率的に処理をすることができ、反射係数Ｒの実測値のノッチ周波数に、理論モデルにおける接着層１Ａに関するパラメータを変化させて反射係数Ｒの理論値のノッチ周波数を合わせ込むことで、接着層１Ａに関するパラメータを導出し、接着層１Ａに関するパラメータが、健全な接着を形成している時の接着層１Ａに関するパラメータよりも下回っている場合、接着層１Ａは弱接着を有すると評価することができる。
【0037】
制御装置３０の記憶部３２は、制御装置３０の処理部３１で用いられる種々のデータを記憶している。制御装置３０の記憶部３２は、具体的には、評価対象物１に関するデータである接着層１Ａ、被着体１Ｂ及び被着体１Ｃの材料及び厚み等の形状に関するデータ、超音波照射制御部３４によって用いられる超音波照射装置１１による照射波１１Ｂの超音波の周波数及び接着層１Ａの垂線に対する照射条件に関するデータ、超音波検出制御部３５によって用いられる超音波検出装置１２による反射波１２Ｂの検出条件に関するデータ、検出波評価部３６の周波数解析部３７によって用いられる高速フーリエ変換処理に関するデータ、検出波評価部３６の係数算出部３８によって用いられる反射係数Ｒの実測値の周波数関数の導出処理に関するデータ、検出波評価部３６の係数比較部３９によって用いられる理論モデルに関するデータ、及び、検出波評価部３６の係数比較部３９によって用いられる反射係数Ｒの実測値と反射係数Ｒの理論値との比較処理に関するデータ等を記憶している。なお、接着層１Ａ、被着体１Ｂ及び被着体１Ｃの厚み等の形状に関するデータは、接着層１Ａに関するパラメータとして算出してもよい。
【0038】
また、制御装置３０の記憶部３２は、制御装置３０の処理部３１で取得される種々のデータを記憶することができる。制御装置３０の記憶部３２は、具体的には、超音波検出制御部３５によって取得される超音波検出装置１２による反射波１２Ｂの検出データ及び参照波の測定データ、検出波評価部３６の周波数解析部３７によって取得される反射波１２Ｂの周波数関数のデータ及び参照波の周波数関数のデータ、検出波評価部３６の係数算出部３８によって取得される反射係数Ｒの実測値の周波数関数のデータ、検出波評価部３６の係数比較部３９によって算出される反射係数Ｒの理論値の周波数関数のデータ、及び、検出波評価部３６の係数比較部３９によって算出される評価対象物１の接着層１Ａに関するパラメータ等を記憶することができる。
【0039】
制御装置３０の入出力インターフェース３３には、超音波照射装置１１及び超音波検出装置１２によって構成される超音波探触子１３が接続される。制御装置３０は、入出力インターフェース３３を介して、超音波照射装置１１及び超音波検出装置１２を含む超音波探触子１３を制御するとともに、超音波検出装置１２による反射波１２Ｂの検出データを取得する。また、制御装置３０の入出力インターフェース３３には、不図示の入力装置が接続されていてもよい。制御装置３０は、入出力インターフェース３３を介して、処理部３１の処理に使用する種々の情報の入力を当該入力装置から受け付けることができる。また、制御装置３０の入出力インターフェース３３には、不図示の表示装置が接続されていてもよい。処理部３１の処理によって得られた種々の情報を出力して、文字、画像、動画等により、当該表示装置に表示させることができる。
【0040】
次に、図２を参照して、接着層評価システム１０による接着層評価方法について説明する。図２は、実施形態１に係る接着層評価方法のフローチャートである。接着層評価システム１０によって実行される実施形態に係る接着層評価方法について、接着層評価システム１０の処理部３１における超音波照射制御部３４と、超音波検出制御部３５と、検出波評価部３６の詳細な機能、並びに、検出波評価部３６における周波数解析部３７、係数算出部３８及び係数比較部３９の詳細な機能と併せて、以下に説明する。
【0041】
実施形態１に係る接着層評価方法は、図２に示すように、反射波検出ステップＳ１１と、参照波検出ステップＳ１２と、検出波評価ステップＳ１３と、を有する。
【0042】
反射波検出ステップＳ１１は、接着層１Ａを有する評価対象物１に超音波を照射し、評価対象物１において反射した超音波である反射波１２Ｂの実測値を検出するステップである。
【0043】
反射波検出ステップＳ１１では、具体的には、まず、図１に示すように、接着層１Ａを有する評価対象物１を設置部１４に設置した状態を形成する。反射波検出ステップＳ１１では、次に、この状態下で、超音波照射制御部３４が超音波照射装置１１を制御して、超音波照射装置１１に照射面１１Ａから、設置部１４に設置した評価対象物１に向けて、照射波１１Ｂを照射させる。そして、反射波検出ステップＳ１１では、超音波検出制御部３５が超音波検出装置１２を制御して、超音波検出装置１２に検出面１２Ａで反射波１２Ｂを検出させる。これにより、反射波検出ステップＳ１１では、超音波検出制御部３５が、超音波検出装置１２に、接着層１Ａを有する評価対象物１の反射波１２Ｂの実測値を検出させる。
【0044】
参照波検出ステップＳ１２は、評価対象物１の代わりに設置した反射体から反射される超音波である参照波の実測値を検出するステップである。
【0045】
参照波検出ステップＳ１２では、具体的には、まず、評価対象物１の代わりに反射体を設置部１４に設置した状態を形成する。参照波検出ステップＳ１２では、参照波検出ステップＳ１２では、次に、この状態下で、超音波照射制御部３４が超音波照射装置１１を制御して、超音波照射装置１１に照射面１１Ａから、設置部１４に設置した反射体に向けて、照射波１１Ｂを照射させる。そして、参照波検出ステップＳ１２では、超音波検出制御部３５が超音波検出装置１２を制御して、超音波検出装置１２に検出面１２Ａで反射波１２Ｂを検出させる。これにより、参照波検出ステップＳ１２では、超音波検出制御部３５が、超音波検出装置１２に、反射体から反射される超音波である参照波の実測値を検出させる。
【0046】
なお、参照波検出ステップＳ１２は、以前に、超音波照射装置１１及び超音波検出装置１２の位置関係並びに水槽２０に貯留された水２１等が等しい条件下で、参照波の実測値を検出している場合、実施を省略して、以前に検出した参照波の実測値を再び使用に供してもよい。
【0047】
検出波評価ステップＳ１３は、反射波検出ステップＳ１１で検出した反射波１２Ｂの実測値と評価対象物１に関する理論モデルに基づいて算出される反射波１２Ｂの理論値とを比較して、接着層１Ａが弱接着を有するか否かを評価するステップである。検出波評価ステップＳ１３は、より詳細には、図２に示すように、周波数解析ステップＳ２１と、反射係数算出ステップＳ２２と、反射係数比較ステップＳ２３と、弱接着有無判定ステップＳ２４と、弱接着パラメータ算出ステップＳ２５と、を有する。
【0048】
周波数解析ステップＳ２１は、反射波検出ステップＳ１１で得られた反射波１２Ｂと、今回または以前の参照波検出ステップＳ１２で得られた参照波とをそれぞれ周波数解析するステップである。
【0049】
周波数解析ステップＳ２１では、具体的には、周波数解析部３７が、時間関数である反射波１２Ｂと参照波とのそれぞれについて、高速フーリエ変換を施すことで、振幅スペクトルの強度の周波数関数を取得するステップである。
【0050】
反射係数算出ステップＳ２２は、周波数解析ステップＳ２１で得られた反射波１２Ｂと参照波との振幅スペクトルの強度比に基づいて、評価対象物１から反射された反射波１２Ｂに関するパラメータである反射係数Ｒの実測値を算出するステップである。
【0051】
反射係数算出ステップＳ２２では、具体的には、係数算出部３８が、周波数ｆごとに、反射波１２Ｂの振幅スペクトルの強度から参照波の振幅スペクトルの強度を除すことにより、反射係数Ｒの実測値の周波数関数を取得する。
【0052】
図３は、図２の検出波評価ステップを説明するグラフの一例である。図３のグラフは、横軸が周波数ｆ［単位；ＭＨｚ］、縦軸が反射係数Ｒの２次元グラフである。図３のグラフは、参照波の振幅スペクトルの強度を除したときの反射波１２Ｂの反射係数Ｒの実測値である。反射係数算出ステップＳ２２では、係数算出部３８が、例えば、図３において実線で示す反射係数Ｒの実測値の周波数関数曲線４１を取得する。
【0053】
反射係数比較ステップＳ２３は、反射係数算出ステップＳ２２で算出した反射係数Ｒの実測値と、理論モデルに基づいて算出される反射係数Ｒの理論値とを比較して、接着層１Ａが弱接着を有するか否かを評価するステップである。
【0054】
【0055】
反射係数比較ステップＳ２３で係数比較部３９が用いる理論モデルでは、評価対象物１は、図４に示すように、被着体１Ｂと接着層１Ａとの界面にスプリング界面（第１のスプリング界面）１Ｄが設けられ、接着層１Ａと被着体１Ｃとの界面にスプリング界面（第２のスプリング界面）１Ｅが設けられ、接着層１Ａを２箇所のスプリング界面１Ｄ，１Ｅで結合したものとしている。この理論モデルでは、スプリング界面１Ｄにおける接着界面剛性をバネ定数ＫＮ１［単位；ＭＰａ／ｎｍ］によって設定し、スプリング界面１Ｅにおける接着界面剛性をバネ定数ＫＮ２［単位；ＭＰａ／ｎｍ］によって設定している。なお、これらのバネ定数ＫＮ１，ＫＮ２は、その値が接着界面剛性そのものを表すという性質を持つパラメータである。また、バネ定数ＫＮ１，ＫＮ２は、スプリング界面１Ｄ，１Ｅにおける接着界面剛性が、垂直方向における成分の剛性となるように設定されている。実施形態１では、このような理論モデルを採用しているので、超音波の反射波１２Ｂについて、実際に弱接着の要因が発生しやすい接着層１Ａの両面に界面応力を設定して剛性解析する実施形態１にとって妥当性の高い計算手法を用いて、接着層１Ａが弱接着を有するか否かを評価することができるため、現実に即した理論モデル及び計算手法に裏付けがなされた弱接着の検出を実行することができる。
【0056】
また、反射係数比較ステップＳ２３では、実際の接着層１Ａを有する評価対象物１が剥離破壊をする際に、接着層１Ａと被着体１Ｂとの界面または接着層１Ａと被着体１Ｃとの界面で破壊する場合が多いことを考慮して、係数比較部３９が、バネ定数ＫＮ１，ＫＮ２のうち一方のバネ定数ＫＮ１は健全な接着を形成しており、他方のバネ定数ＫＮ２は健全な接着または弱接着を形成しているものとして、この理論モデルを用いている。つまり、一方のバネ定数ＫＮ１は、健全な接着であるとされるバネ定数として設定され、固定された値となる一方で、他方のバネ定数ＫＮ２は、健全な接着または弱接着であるとされるバネ定数として設定され、可変する値となる。なお、本発明では、理論モデルにおけるバネ定数ＫＮ１，ＫＮ２の扱い方はこの方法に限定されず、例えば、バネ定数ＫＮ１，ＫＮ２のうち他方のバネ定数ＫＮ２は健全な接着を形成しており、一方のバネ定数ＫＮ１は健全な接着または弱接着を形成しているものとして取り扱ってもよいし、バネ定数ＫＮ１，ＫＮ２とが共に同じ値であり、かつ、共に健全な接着または弱接着を形成しているものとして取り扱ってもよい。
【0057】
また、理論モデルにおけるバネ定数ＫＮ１，ＫＮ２等の設け方は上記した方法に限定されず、評価対象物１の性質に応じて適宜扱い方を変更してもよい。例えば、被着体１Ｂと接着層１Ａとの界面、及び、接着層１Ａと被着体１Ｃとの界面のいずれか一方のみにスプリング界面を設け、接着層１Ａを１箇所のスプリング界面で結合した理論モデルを用いてもよい。
【0058】
反射係数比較ステップＳ２３では、まず、係数比較部３９が、上記した理論モデルに入力するための接着層１Ａ、被着体１Ｂ及び被着体１Ｃの密度及び厚みの情報、超音波照射装置１１による照射波１１Ｂの超音波の周波数の情報を、記憶部３２より取得する。
【0059】
次に、反射係数比較ステップＳ２３では、係数比較部３９が、接着層１Ａ、被着体１Ｂ及び被着体１Ｃの密度及び厚みの情報と、照射波１１Ｂの超音波の周波数の情報を上記した理論モデルに入力して、剛性マトリックス法を用いて、バネ定数ＫＮ１，ＫＮ２と周波数ｆと反射係数Ｒとの間で成立する関係式を導出する。
【0060】
そして、反射係数比較ステップＳ２３では、係数比較部３９が、理論モデルを用いて導出したバネ定数ＫＮ１，ＫＮ２と周波数ｆと反射係数Ｒとの間で成立する関係式を用いて、バネ定数ＫＮ１に健全な接着を形成している場合の値を入力して固定し、予め設定した範囲内で周波数ｆを逐次代入し、０以上バネ定数ＫＮ１の設定値以下の範囲内でバネ定数ＫＮ２を逐次代入することで、予め設定した範囲内の周波数ｆごと、かつ、０以上バネ定数ＫＮ１の設定値以下の範囲内のバネ定数ＫＮ２ごとの反射係数Ｒの理論値を算出する。
【0061】
ここで、健全な接着を形成している場合のバネ定数ＫＮ１の値は、バネ定数ＫＮ１，ＫＮ２が等しいとして、別の強度試験等から健全な接着を形成していると考えられる評価対象物１についての反射係数Ｒの実測値の周波数関数と、反射係数Ｒのノッチ周波数が一致する反射係数Ｒの理論値の周波数関数を算出する際のバネ定数ＫＮ１，ＫＮ２の値を採用することが好ましい。
【0062】
図５は、理論モデルを用いて算出された反射係数Ｒの理論値の一例を示すグラフである。図５のグラフは、横軸が周波数ｆ［単位；ＭＨｚ］、縦軸がバネ定数ＫＮ２、濃淡が反射係数Ｒ［単位；ＭＰａ／ｎｍ］の３次元グラフである。図５において、任意のバネ定数ＫＮ２を選択して横軸に平行に切断して現れる断面が、反射係数Ｒの実測値の周波数関数曲線４１と比較可能な横軸が周波数ｆ［単位；Ｈｚ］であり縦軸が反射係数Ｒである２次元グラフとなる。反射係数比較ステップＳ２３では、係数比較部３９が、図５の３次元グラフに示すような各バネ定数ＫＮ２における反射係数Ｒの理論値の周波数関数の束を取得する。
【0063】
反射係数比較ステップＳ２３では、係数比較部３９が、反射係数算出ステップＳ２２で取得した反射係数Ｒの実測値の周波数関数と、反射係数比較ステップＳ２３におけるここまでの処理の中で取得した各バネ定数ＫＮ２における反射係数Ｒの理論値の周波数関数の束のうち、健全な接着を形成しておりバネ定数ＫＮ２がバネ定数ＫＮ１と等しいとした場合の反射係数Ｒの理論値の周波数関数とを比較する。反射係数比較ステップＳ２３では、そして、係数比較部３９が、これらの２つの周波数関数の反射係数Ｒの複数のノッチ周波数がいずれも所定の誤差の範囲内で一致する場合に、接着層１Ａが弱接着を有さない旨の評価をし、これらの２つの周波数関数の反射係数Ｒのノッチ周波数が所定の誤差を超えた有意差を有する場合に、接着層１Ａが弱接着を有する旨の評価をする。
【0064】
反射係数比較ステップＳ２３では、係数比較部３９が、例えば、反射係数算出ステップＳ２２で係数算出部３８が図３の反射係数Ｒの実測値の周波数関数曲線４１を取得した場合、図３の反射係数Ｒの実測値の周波数関数曲線４１と、健全な接着を形成しておりバネ定数ＫＮ２がバネ定数ＫＮ１と等しいとした場合の図３において破線で示す反射係数Ｒの理論値の周波数関数曲線４２との間で複数のノッチ周波数がいずれも所定の誤差の範囲内で一致するので、図３で反射波１２Ｂを検出する際に使用した評価対象物１の接着層１Ａが弱接着を有さない旨の評価をする。
【0065】
弱接着有無判定ステップＳ２４は、係数比較部３９が、反射係数比較ステップＳ２３において接着層１Ａが弱接着を有さない旨の評価をした図３の場合、弱接着で無いと判定して（弱接着有無判定ステップＳ２４でＮｏ）、弱接着パラメータ算出ステップＳ２５を実行せずに実施形態１に係る接着層評価方法を終了させる。一方で、弱接着有無判定ステップＳ２４は、係数比較部３９が、反射係数比較ステップＳ２３において接着層１Ａが弱接着を有する旨の評価をした場合、弱接着で有ると判定して（弱接着有無判定ステップＳ２４でＹｅｓ）、弱接着パラメータ算出ステップＳ２５へ処理を進めるステップである。
【0066】
弱接着パラメータ算出ステップＳ２５は、接着層１Ａが有する弱接着に関するパラメータを算出するステップである。弱接着パラメータ算出ステップＳ２５では、具体的には、係数比較部３９が、反射係数算出ステップＳ２２で取得した反射係数Ｒの実測値の周波数関数におけるノッチ周波数と、反射係数比較ステップＳ２３で取得した反射係数Ｒの理論値の周波数関数における複数のノッチ周波数とがいずれも所定の誤算の範囲内で一致する際のバネ定数ＫＮ２の値を、評価に供した評価対象物１の接着層１Ａに関するパラメータとして算出する。
【0067】
反射係数算出ステップＳ２２で取得した反射係数Ｒの実測値の周波数関数におけるノッチ周波数は、図５に示すように、実施形態１で説明している理論モデルを使用する場合、その一部が、バネ定数ＫＮ２の値に依存して変化している。また、バネ定数ＫＮ２の値に依存してノッチ周波数が変化するピークについて、図５に示すように、バネ定数ＫＮ２の値とノッチ周波数とは一対一の関係にあることがわかる。このため、弱接着パラメータ算出ステップＳ２５では、係数比較部３９が、反射係数Ｒの実測値の周波数関数におけるノッチ周波数に基づいて、反射係数算出ステップＳ２２で取得した反射係数Ｒの実測値の周波数関数を用いて、バネ定数ＫＮ２の値を一意に算出することができる。
【0068】
弱接着パラメータ算出ステップＳ２５では、係数比較部３９が、弱接着と評価された反射係数Ｒの実測値における周波数関数曲線のノッチ周波数に、反射係数Ｒの理論値における周波数関数曲線のノッチ周波数を、バネ定数ＫＮ２を変化させて合わせ込む。これにより、弱接着パラメータ算出ステップＳ２５では、弱接着と評価された反射係数Ｒの実測値における周波数関数曲線のノッチ周波数と、反射係数Ｒの理論値における周波数関数曲線のノッチ周波数とが、バネ定数ＫＮ２のバネ定数ＫＮ１に対する比が所定の比率となったときに、複数のノッチ周波数がいずれも所定の誤差の範囲内で一致する。弱接着パラメータ算出ステップＳ２５では、反射係数Ｒの実測値における周波数関数曲線のノッチ周波数と、反射係数Ｒの理論値における周波数関数曲線のノッチ周波数とが、所定の誤差の範囲内で一致したときのバネ定数ＫＮ２のバネ定数ＫＮ１に対する所定の比率を、健全な接着を基準としたときの弱接着の接着強度であるとして算出する。
【0069】
なお、実施形態１では、上記のように、接着層１Ａの弱接着を評価した後に、弱接着である場合に、接着層１Ａに関するパラメータを取得したが、この構成に限定されない。反射係数比較ステップＳ２３について、実質的に、上記した弱接着有無判定ステップＳ２４及び弱接着パラメータ算出ステップＳ２５の処理を含む形で、効率的な処理を実行することができる。この場合、反射係数比較ステップＳ２３では、係数比較部３９が、具体的には、反射係数Ｒの実測値のノッチ周波数に、理論モデルにおける接着層１Ａに関するパラメータであるバネ定数ＫＮ２を変化させることで反射係数Ｒの理論値のノッチ周波数を合わせ込むことで、接着層１Ａに関するパラメータであるバネ定数ＫＮ２を導出し、接着層１Ａに関するパラメータであるバネ定数ＫＮ２が、健全な接着を形成している時の接着に関するパラメータであるバネ定数ＫＮ１よりも下回っている場合、接着層１Ａは弱接着を有すると評価することができる。
【0070】
また、反射波検出ステップＳ１１、参照波検出ステップＳ１２及び検出波評価ステップＳ１３を有する実施形態に係る接着層評価方法を、評価対象物１の接着層１Ａの面内方向の複数の位置で実施することで、接着層１Ａにおける弱接着の有無の面内方向の分布、並びに、接着層１Ａにおける接着強度の面内方向の分布を算出することができる。
【0071】
以上のように、実施形態１によれば、超音波の反射波１２Ｂを使用して、接着層１Ａが弱接着を有するか否かを評価することができるので、評価対象物１を破壊することなく弱接着を検出することができる。つまり、評価対象物１の片側から超音波探触子１３を用いて、反射波１２Ｂとなる超音波を検出することで、弱接着を検出することができる。
【0072】
また、実施形態１によれば、反射波１２Ｂと参照波とをそれぞれ周波数解析して得られた反射波１２Ｂと参照波との振幅スペクトルの強度比に基づいて反射係数Ｒの実測値を算出し、この反射係数Ｒの実測値を理論モデルに基づいて算出される反射係数Ｒの理論値とを比較して、接着層１Ａが弱接着を有するか否かを評価する。このため、超音波の反射波１２Ｂについて、接着層１Ａの接着性を顕著に表す係数を用いるので、接着層１Ａが弱接着を有するか否かを高い精度で評価することができる。
【0073】
また、実施形態１によれば、検出波評価部３６が、反射係数Ｒの実測値のノッチ周波数に、理論モデルにおける接着層１Ａに関するパラメータであるバネ定数ＫＮ２を変化させることで、反射係数Ｒの理論値のノッチ周波数を合わせ込む。これにより、接着層１Ａに関するパラメータであるバネ定数ＫＮ２を導出し、バネ定数ＫＮ２が、健全な接着を形成している時の接着に関するパラメータであるバネ定数ＫＮ１よりも下回っている場合、接着層１Ａは弱接着を有すると評価することができる。このため、接着層１Ａが弱接着を有するか否かをより高い精度で効率よく評価することができる。
【0074】
また、実施形態１によれば、評価対象物１に関する理論モデルとして、接着層１Ａを２箇所のスプリング界面１Ｄ，１Ｅで結合した理論モデルを採用して、剛性マトリックス法を用いて、反射係数Ｒの理論値等を算出処理する。このため、超音波の反射波１２Ｂについて、実際に弱接着の要因が発生しやすい界面に界面応力を設定して剛性解析する妥当性の高い理論モデル及び計算手法を用いて、接着層１Ａが弱接着を有するか否かを評価することができるので、現実に即した理論モデル及び計算手法に裏付けがなされた弱接着の検出を実行することができる。
【0075】
なお、実施形態１では、超音波照射装置１１及び超音波検出装置１２として、超音波を評価対象物１へ向けて照射すると共に、評価対象物１から反射された超音波を検出する超音波探触子１３を用いたが、これに限定されない。例えば、評価対象物１を励起させ、評価対象物から発生した弾性波を検出するものであってもよい。評価対象物１を励起させる装置として、例えば、超音波トランスデューサ、レーザーまたはＥＭＡＴ等を用いた音場・弾性波動場、電磁波または電場・磁場等による電磁場により、評価対象物１を励起させる装置であってもよい。
【0076】
また、実施形態１では、接着層１Ａに関するパラメータとして、バネ定数ＫＮ１，ＫＮ２に基づく接着界面剛性を算出したが、理論モデルにおいて接着層の厚さｈａｄも接着層１Ａに関するパラメータとして組み込むことで、同様の方法を用いて、接着層厚ｈａｄを算出することも可能である。同様に、接着層１Ａに関するパラメータとして、上記した界面剛性の界面パラメータ、接着層厚ｈａｄの形状パラメータの他、物性パラメータを組み込むことで、同様の方法を用いて、物性パラメータを算出することも可能である。
【0077】
また、実施形態１では、周波数特性として、ノッチ周波数の振幅スペクトルを適用したが、特に限定されない。超音波検出装置１２により検出された反射波１２Ｂの周波数特性の実測値と、理論モデルを用いて算出された反射波１２Ｂの周波数特性の理論値と合わせ込んで、接着層１Ａに関するパラメータの評価が可能であれば、何れの周波数特性を適用してもよい。
【0078】
［実施形態２］
次に、図６を参照して、実施形態２に係る接着層評価システム５０及び接着層評価方法について説明する。なお、実施形態２では、重複した記載を避けるべく、実施形態１と異なる部分について説明し、実施形態１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図６は、実施形態２に係る接着層評価システムの具体的な構成例を示す図である。
次に、図６を参照して、実施形態２に係る接着層評価システム５０及び接着層評価方法について説明する。なお、実施形態２では、重複した記載を避けるべく、実施形態１と異なる部分について説明し、実施形態１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図６は、実施形態２に係る接着層評価システムの具体的な構成例を示す図である。
【0079】
実施形態２の接着層評価システム５０は、実施形態１の超音波照射装置１１及び超音波検出装置１２をそれぞれ別体とし、評価対象物１を挟んで、評価対象物１の両側に配置されている。つまり、超音波照射装置１１と超音波検出装置１２との間には、評価対象物１を設置する設置部１４が位置している。
【0080】
接着層評価システム５０は、超音波照射装置１１、超音波検出装置１２、設置部１４及び水槽２０が以上のような配置をしている。このため、超音波照射装置１１の照射面１１Ａから照射波１１Ｂが照射される。すると、照射波１１Ｂは、水槽２０に貯留された水２１を媒介として、評価対象物１に照射される。照射波１１Ｂは、評価対象物１を透過して透過波１２Ｃとなり、透過波１２Ｃは、超音波検出装置１２へ向かって伝播する。このため、超音波検出装置１２の検出面１２Ａは、透過波１２Ｃを検出する。
【0081】
また、接着層評価システム５０では、超音波照射装置１１の照射面１１Ａと、超音波検出装置１２の検出面１２Ａと、設置部１４に設置される評価対象物１の接着層１Ａと、が、互いに平行になるように配設されている。つまり、接着層評価システム５０では、評価対象物１の接着層１Ａの界面に対して、超音波が垂直方向に照射されるように、また、超音波が垂直方向に透過されるように、評価対象物１が配置されている。このため、接着層評価システム５０は、超音波照射装置１１の照射面１１Ａから、接着層１Ａに対して垂直方向に照射波１１Ｂを照射する。また、接着層評価システム５０は、評価対象物１を透過する透過波１２Ｃが、照射波１１Ｂと同じ方向に伝播し、超音波検出装置１２の検出面１２Ａで透過波１２Ｃを検出する。つまり、照射波１１Ｂの入射角度と透過波１２Ｃの出射角度とは、評価対象物１の接着層１Ａの接着界面に対して、いずれも０度となっている。
【0082】
制御装置３０の係数算出部３８は、検出される超音波が透過波１２Ｃであることから、透過波１２Ｃの周波数特性としての透過係数Ｔの実測値を算出する。係数算出部３８は、より詳細には、周波数ｆごとに、透過波１２Ｃの振幅スペクトルの強度から参照波の振幅スペクトルの強度を除すことにより、透過係数Ｔの実測値の周波数関数を取得する。なお、透過係数Ｔは、その性質上、超音波が全く透過しない時に０をとり、超音波が完全に透過する時に１を取り、０以上１以下の値を取る係数である。なお、透過係数Ｔは、理論上においては、１以下となるが、実測上においては、１以上の値を取り得る。
【0083】
制御装置３０の係数比較部３９は、係数算出部３８が算出した透過係数Ｔの実測値が極大となる周波数ｆと、接着層１Ａが弱接着を有さずに健全な接着をしていると仮定をした場合の理論モデルに基づいて算出される透過係数Ｔの理論値が極大となる周波数ｆとを比較して、それらが所定の誤差の範囲内で一致する場合に、接着層１Ａは弱接着を有さない旨の評価をし、それらが所定の誤差を超えた有意差を有する場合に、接着層１Ａは弱接着を有する旨の評価をする。つまり、透過係数Ｔの実測値の周波数関数及び透過係数Ｔの理論値の周波数関数の双方について、その値が極大となる周波数ｆのことを、ピーク周波数としている。
【0084】
なお、実施形態２の接着層評価システム５０を用いた接着層評価方法では、実施形態１の接着層評価方法における反射係数Ｒのノッチ周波数を、透過係数Ｔのピーク周波数に読み替えても成立する。つまり、透過係数Ｔの実測値の周波数関数におけるピーク周波数と、バネ定数ＫＮ２がバネ定数ＫＮ１と等しいとした場合の透過係数Ｔの理論値の周波数関数における複数のピーク周波数とがいずれも所定の誤算の範囲内で一致する場合に、接着層１Ａが弱接着を有さない旨の評価をする。一方で、透過係数Ｔの実測値の周波数関数におけるピーク周波数と、バネ定数ＫＮ２がバネ定数ＫＮ１と等しいとした場合の透過係数Ｔの理論値の周波数関数における複数のピーク周波数とが所定の誤差を超えた有意差を有する場合に、接着層１Ａが弱接着を有する旨の評価をする。
【0085】
以上のように、実施形態２によれば、超音波の透過波１２Ｃを使用して、接着層１Ａが弱接着を有するか否かを評価することができるので、評価対象物１を破壊することなく弱接着を検出することができる。
【0086】
［実施形態３］
次に、図７及び図８を参照して、実施形態３に係る接着層評価システム６０及び接着層評価方法について説明する。なお、実施形態３でも、重複した記載を避けるべく、実施形態１及び２と異なる部分について説明し、実施形態１及び２と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図７は、実施形態３に係る接着層評価システムの具体的な構成例を示す図である。図８は、実施形態３に係る理論モデルの一例を示す説明図である。
次に、図７及び図８を参照して、実施形態３に係る接着層評価システム６０及び接着層評価方法について説明する。なお、実施形態３でも、重複した記載を避けるべく、実施形態１及び２と異なる部分について説明し、実施形態１及び２と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図７は、実施形態３に係る接着層評価システムの具体的な構成例を示す図である。図８は、実施形態３に係る理論モデルの一例を示す説明図である。
【0087】
実施形態３の接着層評価システム６０は、実施形態１の超音波照射装置１１及び超音波検出装置１２をそれぞれ別体とし、評価対象物１の接着層１Ａの接着界面に対して、所定の傾斜角度をもって超音波を照射する斜角入射を行っている。つまり、超音波照射装置１１及び超音波検出装置１２は、評価対象物１の超音波が反射される側に設けられる。また、超音波照射装置１１は、評価対象物１の接着層１Ａの接着界面に対して、所定の入射角度で照射波１１Ｂを照射する。超音波検出装置１２は、所定の反射角度で反射した反射波１２Ｂを検出する。
【0088】
接着層評価システム６０は、超音波照射装置１１、超音波検出装置１２、設置部１４及び水槽２０が以上のような配置をしている。このため、超音波照射装置１１の照射面１１Ａから照射波１１Ｂが照射される。すると、照射波１１Ｂは、水槽２０に貯留された水２１を媒介として、評価対象物１に照射される。照射波１１Ｂは、評価対象物１において一部が反射して反射波１２Ｂとなり、反射波１２Ｂは、超音波検出装置１２へ向かって伝播する。このため、超音波検出装置１２の検出面１２Ａは、反射波１２Ｂを検出する。
【0089】
また、接着層評価システム６０では、超音波照射装置１１の照射面１１Ａが、設置部１４に設置される評価対象物１の接着層１Ａの界面に対して、傾斜するように配設され、超音波検出装置１２の検出面１２Ａが、設置部１４に設置される評価対象物１の接着層１Ａの界面に対して、傾斜するように配設されている。つまり、接着層評価システム６０では、評価対象物１の接着層１Ａの接着界面に対して、超音波が垂直方向に対して傾斜する傾斜方向に照射されるように、また、超音波が傾斜方向に反射されるように、評価対象物１が配置されている。このため、接着層評価システム６０は、超音波照射装置１１の照射面１１Ａから、接着層１Ａに対して傾斜方向に照射波１１Ｂを照射する。また、接着層評価システム６０は、評価対象物１から反射した反射波１２Ｂが、垂直方向に対して照射波１１Ｂと対称となる傾斜方向に伝播し、超音波検出装置１２の検出面１２Ａで反射波１２Ｂを検出する。
【0090】
制御装置３０の係数比較部３９は、検出される超音波が傾斜方向となる反射波１２Ｂであることから、反射係数比較ステップＳ２３で使用する反射係数Ｒの理論値を算出する際に用いる理論モデルは、図８に示すものが用いられる。
【0091】
図８に示す理論モデルでは、評価対象物１は、被着体１Ｂと接着層１Ａとの界面にスプリング界面１Ｄが設けられ、接着層１Ａと被着体１Ｃとの界面にスプリング界面１Ｅが設けられ、接着層１Ａを２箇所のスプリング界面１Ｄ，１Ｅで結合したものとしている。この理論モデルでは、スプリング界面１Ｄにおける接着界面剛性をバネ定数ＫＮ１［単位；ＭＰａ／ｎｍ］及びバネ定数ＫＴ１［単位；ＭＰａ／ｎｍ］によって設定し、スプリング界面１Ｅにおける接着界面剛性をバネ定数ＫＮ２［単位；ＭＰａ／ｎｍ］及びバネ定数ＫＴ２［単位；ＭＰａ／ｎｍ］によって設定している。バネ定数ＫＮ１，ＫＮ２は、スプリング界面１Ｄ，１Ｅにおける接着界面剛性が、垂直方向における成分の剛性となるように設定されている。バネ定数ＫＴ１，ＫＴ２は、スプリング界面１Ｄ，１Ｅにおける接着界面剛性が、垂直方向に直交する接着界面の面内方向における成分の剛性となるように設定されている。
【0092】
なお、実施形態３の接着層評価システム６０を用いた接着層評価方法では、実施形態１の理論モデルに代えて、実施形態３の理論モデルを用いることで成立する。つまり、実施形態３の理論モデルを用いて算出される反射係数Ｒは、垂直方向における成分の剛性のバネ定数ＫＮ２と、面内方向における成分の剛性のバネ定数ＫＴ２とを考慮できる。このため、接着層１Ａの垂直方向における接着界面剛性だけでなく、面内方向（せん断方向）における接着界面剛性を評価することができる。
【0093】
以上のように、実施形態３によれば、接着層１Ａの界面における垂直方向と面内方向とにおいて弱接着を有するか否かを評価することができるので、評価対象物１を破壊することなく弱接着を検出することができる。
【0094】
［実施形態４］
次に、図９を参照して、実施形態４に係る接着層評価システム７０及び接着層評価方法について説明する。なお、実施形態４では、重複した記載を避けるべく、実施形態２と異なる部分について説明し、実施形態２と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図９は、実施形態４に係る接着層評価システムの具体的な構成例を示す図である。
次に、図９を参照して、実施形態４に係る接着層評価システム７０及び接着層評価方法について説明する。なお、実施形態４では、重複した記載を避けるべく、実施形態２と異なる部分について説明し、実施形態２と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図９は、実施形態４に係る接着層評価システムの具体的な構成例を示す図である。
【0095】
実施形態４の接着層評価システム７０は、実施形態２の超音波照射装置１１と超音波検出装置１２との間に配置された評価対象物１の接着層１Ａの接着界面に対して、所定の傾斜角度をもって超音波を照射する斜角入射を行っている。つまり、設置部１４に設置された評価対象物１は、照射波１１Ｂの照射方向に対して、傾斜するように配置されている。このため、超音波照射装置１１は、評価対象物１の接着層１Ａの接着界面に対して、所定の入射角度で照射波１１Ｂを照射する。超音波検出装置１２は、所定の出射角度で透過した透過波１２Ｃを検出する。
【0096】
また、接着層評価システム７０では、設置部１４に設置される評価対象物１の接着層１Ａの界面が、超音波照射装置１１の照射面１１Ａに対して、傾斜するように配置されるとともに、超音波検出装置１２の検出面１２Ａに対して、傾斜するように配置される。なお、超音波照射装置１１の照射面１１Ａと、超音波検出装置１２の検出面１２Ａとは、互いに平行になるように配設されている。このとき、超音波は評価対象物１中において屈折することから、屈折する分だけ、超音波照射装置１１の照射面１１Ａと、超音波検出装置１２の検出面１２Ａとの位置が異なるものとなっている。つまり、接着層評価システム７０では、評価対象物１の接着層１Ａの界面に対して、超音波が垂直方向に対して傾斜する傾斜方向に照射されるように、また、超音波が傾斜方向に透過するように、評価対象物１が配置されている。このため、接着層評価システム７０は、超音波照射装置１１の照射面１１Ａから、接着層１Ａに対して傾斜方向に照射波１１Ｂを照射する。また、接着層評価システム７０は、評価対象物１を透過した透過波１２Ｃが、垂直方向に対して傾斜する傾斜方向に出射し、超音波検出装置１２の検出面１２Ａで透過波１２Ｃを検出する。
【0097】
制御装置３０の係数比較部３９は、検出される超音波が傾斜方向となる透過波１２Ｃであることから、実施形態２と同様に、透過係数Ｔの実測値が極大となるピーク周波数が用いられ、また、反射係数比較ステップＳ２３で使用する透過係数Ｔの理論値を算出する際に用いる理論モデルは、実施形態３と同様に、図８に示すものが用いられる。
【0098】
なお、実施形態４の接着層評価システム７０を用いた接着層評価方法では、実施形態２のピーク周波数と、実施形態３の図８の理論モデルとを用いて、実施形態１と同様のステップを実行することで、接着層１Ａに関するパラメータを評価することができる。
【0099】
以上のように、実施形態４によれば、超音波の透過波１２Ｃを使用して、接着層１Ａの界面における垂直方向と面内方向とにおいて弱接着を有するか否かを評価することができるので、評価対象物１を破壊することなく弱接着を検出することができる。
【0100】
なお、実施形態１から４では、超音波として、反射波１２Ｂまたは透過波１２Ｃを用いたが、評価対象物１から発生する散乱波を用いてもよい。
【符号の説明】
【0101】
１ 評価対象物
１Ａ 接着層
１Ｂ，１Ｃ 被着体
１Ｄ，１Ｅ スプリング界面
１０ 接着層評価システム
１１ 超音波照射装置
１１Ａ 照射面
１１Ｂ 照射波
１２ 超音波検出装置
１２Ａ 検出面
１２Ｂ 反射波
１２Ｃ 透過波
１３ 超音波探触子
１４ 設置部
２０ 水槽
２１ 水
３０ 制御装置
３１ 処理部
３２ 記憶部
３３ 入出力インターフェース
３４ 超音波照射制御部
３５ 超音波検出制御部
３６ 検出波評価部
３７ 周波数解析部
３８ 係数算出部
３９ 係数比較部
４１ 実測値の周波数関数曲線
４２ 理論値の周波数関数曲線
５０ 接着層評価システム
６０ 接着層評価システム
７０ 接着層評価システム
１Ａ 接着層
１Ｂ，１Ｃ 被着体
１Ｄ，１Ｅ スプリング界面
１０ 接着層評価システム
１１ 超音波照射装置
１１Ａ 照射面
１１Ｂ 照射波
１２ 超音波検出装置
１２Ａ 検出面
１２Ｂ 反射波
１２Ｃ 透過波
１３ 超音波探触子
１４ 設置部
２０ 水槽
２１ 水
３０ 制御装置
３１ 処理部
３２ 記憶部
３３ 入出力インターフェース
３４ 超音波照射制御部
３５ 超音波検出制御部
３６ 検出波評価部
３７ 周波数解析部
３８ 係数算出部
３９ 係数比較部
４１ 実測値の周波数関数曲線
４２ 理論値の周波数関数曲線
５０ 接着層評価システム
６０ 接着層評価システム
７０ 接着層評価システム
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】