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公開番号2025079609
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-22
出願番号2023192396
出願日2023-11-10
発明の名称チップ型耐熱音響センサ及びその製造方法
出願人国立大学法人熊本大学
代理人個人
主分類G01N 29/14 20060101AFI20250515BHJP(測定;試験)
要約【課題】金型で成形した成形物に発生する不良を検知するチップ型耐熱音響センサ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の一態様は、金型11の外表面に配置して音響信号を検出するチップ型耐熱音響センサ15において、前記チップ型耐熱音響センサは、金属製チップ13と圧電膜12と電極膜21を有し、前記金属製チップ13と、その一方面に前記圧電膜12と前記電極膜21を積層した積層膜によって一体型のチップ型耐熱音響センサ15を形作り、前記金属製チップ13の他方面は前記金型11の外表面と接触するものであり、前記圧電膜12は、前記金型11内の被検体の内部に検出用の音響信号を前記金属製チップ13及び前記金型11を通して供給し、その音響信号の反射信号を前記金型11及び前記金属製チップ13を通して検出するものであるチップ型耐熱音響センサである。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
金型の外表面に配置して音響信号を検出するチップ型耐熱音響センサにおいて、
前記チップ型耐熱音響センサは、金属製チップと圧電膜と電極膜を有し、
前記金属製チップと、その一方面に前記圧電膜と前記電極膜を積層した積層膜によって一体型のチップ型耐熱音響センサを形作り、前記金属製チップの他方面は前記金型の外表面と接触するものであり、
前記圧電膜は、前記金型内の被検体の内部に検出用の音響信号を前記金属製チップ及び前記金型を通して供給し、その音響信号の反射信号を前記金型及び前記金属製チップを通して検出するものであることを特徴とするチップ型耐熱音響センサ。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
金型の外表面に配置して音響信号を検出するチップ型耐熱音響センサにおいて、
前記チップ型耐熱音響センサは、金属製チップと圧電膜と電極膜を有し、
前記金属製チップと、その一方面に前記圧電膜と前記電極膜を積層した積層膜によって一体型のチップ型耐熱音響センサを形作り、前記金属製チップの他方面は前記金型の外表面と接触するものであり、
前記圧電膜は、前記金型内の被検体の内部から発生または内部で散乱される音響信号を前記金型及び前記金属製チップを通して検出するものであることを特徴とするチップ型耐熱音響センサ。
【請求項３】
金型の外表面に配置して音響信号を検出するチップ型耐熱音響センサにおいて、
前記チップ型耐熱音響センサは、固体カプラントと金属製チップと圧電膜と電極膜を有し、
前記固体カプラントの一方面は前記金型の外表面と接触し、前記固体カプラントの他方面は前記金属製チップの一方面と接触し、前記金属製チップの他方面に前記圧電膜と前記電極膜を積層して一体型のチップ型耐熱音響センサを形作ったものであり、
前記固体カプラントの耐力又は硬さは、前記金属製チップの耐力又は硬さ以下であり、
前記圧電膜は、前記金型内の被検体の内部に検出用の音響信号を前記金属製チップ、前記固体カプラント及び前記金型を通して供給し、その音響信号の反射信号を前記金型、前記固体カプラント及び前記金属製チップを通して検出するものであることを特徴とするチップ型耐熱音響センサ。
【請求項４】
金型の外表面に配置して音響信号を検出するチップ型耐熱音響センサにおいて、
前記チップ型耐熱音響センサは、固体カプラントと金属製チップと圧電膜と電極膜を有し、
前記固体カプラントの一方面は前記金型の外表面と接触し、前記固体カプラントの他方面は前記金属製チップの一方面と接触し、前記金属製チップの他方面に前記圧電膜と前記電極膜を積層して一体型のチップ型耐熱音響センサを形作ったものであり、
前記固体カプラントの耐力又は硬さは、前記金属製チップの耐力又は硬さ以下であり、
前記圧電膜は、前記金型内の被検体の内部から発生または内部で散乱される音響信号を前記金型、前記固体カプラント及び前記金属製チップを通して検出するものであることを特徴とするチップ型耐熱音響センサ。
【請求項５】
請求項１又は２において、
前記金属製チップは、前記金型の音響インピーダンスに対して±１０％以内の音響インピーダンスを有することを特徴とするチップ型耐熱音響センサ。
【請求項６】
請求項３又は４において、
前記固体カプラントは、前記金属製チップの音響インピーダンスと前記金型の音響インピーダンスの相乗平均値の±１５％以内の音響インピーダンスを有することを特徴とするチップ型耐熱音響センサ。
【請求項７】
請求項１又は２において、
前記チップ型耐熱音響センサを前記金型に取り付ける際、前記金属製チップを前記金型に押さえつける圧力は、１０ＭＰａ以上であることを特徴とするチップ型耐熱音響センサ。
【請求項８】
請求項１又は２において、
前記チップ型耐熱音響センサを前記金型に取り付ける際、前記金属製チップが前記金型と接触する前記金型の接触面の表面粗さは、面粗度がＳａ０．１５μｍ以下であることを特徴とするチップ型耐熱音響センサ。
【請求項９】
請求項３又は４において、
前記固体カプラントが接触する前記金型の外表面と前記金属製チップの表面は、Ｓａ０．５μｍ以下の面粗度を有し、０．０２ｍｍ以下の平面度を有することを特徴とするチップ型耐熱音響センサ。
【請求項１０】
請求項１から４のいずれか一項において、
前記圧電膜は、チタン酸ビスマス（Ｂｉ
４
Ｔｉ
３
Ｏ
１２
）あるいはニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ
３
）を含むことを特徴とするチップ型耐熱音響センサ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、チップ型耐熱音響センサ及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
溶融した金属等の材料を金型に注入し、金型内で固化されて所望の形状を有する成形物を得る技術がある。また、加熱した金属等の材料を金型に挿入し、金型で押出等の加工がされて所望の形状を有する成形物を得る技術がある。これらの技術において、成形物に発生する不良を加工中や金型から成形物を取り出す前に検知することが求められている。例えば、成形物に発生する不良としては、溶融した材料が金型内に隙間なく充填されていない成形不良、金型内で固化される際に成形物に発生するボイドや亀裂等の不良が考えられる。
【０００３】
そこで、金型に音響センサを取り付けた状態で、その金型に溶融した金属等の材料を注入し、その材料が金型内で固化される際、又は、その金型に加熱した金属等の材料を挿入し、金型で押出等の加工がされる際、内部で発生または散乱される音響信号を音響センサによって検出することで、成形物に発生する不良を検出することが可能となると考えられる。また、検出用の音響信号を金型内に伝搬させ、金型内の溶融材料、加工中の材料又は成形物から反射した音響信号を音響センサによって検出することで、成形物に発生する不良を検出することが可能となると考えられる。これに関連する技術が特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１２－２３３８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の種々の態様は、金型で成形した成形物に発生する不良を検知するチップ型耐熱音響センサ及びその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下に本発明の種々の態様について説明する。
［１］金型の外表面に配置して音響信号を検出するチップ型耐熱音響センサにおいて、
前記チップ型耐熱音響センサは、金属製チップと圧電膜と電極膜を有し、
前記金属製チップと、その一方面に前記圧電膜と前記電極膜を積層した積層膜によって一体型のチップ型耐熱音響センサを形作り、前記金属製チップの他方面は前記金型の外表面と接触するものであり、
前記圧電膜は、前記金型内の被検体の内部に検出用の音響信号を前記金属製チップ及び前記金型を通して供給し、その音響信号の反射信号を前記金型及び前記金属製チップを通して検出するものであることを特徴とするチップ型耐熱音響センサ。
【０００７】
［２］金型の外表面に配置して音響信号を検出するチップ型耐熱音響センサにおいて、
前記チップ型耐熱音響センサは、金属製チップと圧電膜と電極膜を有し、
前記金属製チップと、その一方面に前記圧電膜と前記電極膜を積層した積層膜によって一体型のチップ型耐熱音響センサを形作り、前記金属製チップの他方面は前記金型の外表面と接触するものであり、
前記圧電膜は、前記金型内の被検体の内部から発生または内部で散乱される音響信号を前記金型及び前記金属製チップを通して検出するものであることを特徴とするチップ型耐熱音響センサ。
【０００８】
［３］金型の外表面に配置して音響信号を検出するチップ型耐熱音響センサにおいて、
前記チップ型耐熱音響センサは、固体カプラントと金属製チップと圧電膜と電極膜を有し、
前記固体カプラントの一方面は前記金型の外表面と接触し、前記固体カプラントの他方面は前記金属製チップの一方面と接触し、前記金属製チップの他方面に前記圧電膜と前記電極膜を積層して一体型のチップ型耐熱音響センサを形作ったものであり、
前記固体カプラントの耐力又は硬さは、前記金属製チップの耐力又は硬さ以下であり、
前記圧電膜は、前記金型内の被検体の内部に検出用の音響信号を前記金属製チップ、前記固体カプラント及び前記金型を通して供給し、その音響信号の反射信号を前記金型、前記固体カプラント及び前記金属製チップを通して検出するものであることを特徴とするチップ型耐熱音響センサ。
【０００９】
［４］金型の外表面に配置して音響信号を検出するチップ型耐熱音響センサにおいて、
前記チップ型耐熱音響センサは、固体カプラントと金属製チップと圧電膜と電極膜を有し、
前記固体カプラントの一方面は前記金型の外表面と接触し、前記固体カプラントの他方面は前記金属製チップの一方面と接触し、前記金属製チップの他方面に前記圧電膜と前記電極膜を積層して一体型のチップ型耐熱音響センサを形作ったものであり、
前記固体カプラントの耐力又は硬さは、前記金属製チップの耐力又は硬さ以下であり、
前記圧電膜は、前記金型内の被検体の内部から発生または内部で散乱される音響信号を前記金型、前記固体カプラント及び前記金属製チップを通して検出するものであることを特徴とするチップ型耐熱音響センサ。
【００１０】
［５］上記［１］又は［２］において、
前記金属製チップは、前記金型の音響インピーダンスに対して±１０％以内の音響インピーダンスを有することを特徴とするチップ型耐熱音響センサ。
（【００１１】以降は省略されています）

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