JPS5855830A - 表面応力測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は＃１うろう製品、陶磁器製品等表面「ニガラス
質釉薬の飾石れた製品の表面応力を非破壊的に測定し得
る表面応力測定装置の改良Ｃ二関する。

上記の製品は表面を強化するために基体の表面（二釉薬
な被着させている。しかしながらこの基体と釉薬との間
ｉ二はわずかではあるが熱膨張差があり、これを全く無
視することは出来ないのでなるべく近似されることが行
なわれているが同−Ｃユすることは現在の技術では不可
能で若干の差が生ずることは避けられない。特５：上記
釉薬の焼付時の面に平行表方向に応力が生ずる。この応
力の絶対値は膨張差の大小に比例し、応力が圧縮力かあ
るいは張力かは釉薬と基体との熱膨張の差の大きさによ
って決定する。

釉薬の表面応力が張力であると、釉薬は自発的Ｃ二きれ
つを生ずるか、あるいは経時的にきれつを生ずるか、あ
るいは外力や衝撃によってきれつを生じやすく、実使用
上に不都合であるかあるいは商品価値を失ってしまう。

表面応力が大きな圧縮力であると、釉薬層は自発的なは
がれを起しやすい。

表面応力が適当な大きさの圧縮力であると、＃１つろう
または陶磁器製品は、機械的にも化学的にも強く、製造
時の歩留り向上と使用時の耐久性向上という望ましい効
果がある〇 従って、製造ｇ−当っては、釉薬が適当な大きさの圧縮
力Ｃ二なるよう（二、基体と釉薬とを組合わせに特に注
意はらって行なわれている。

しかしながら上記においても多少の差を生じるのでこの
製造工程の管理が必要であり、この管理を非破壊的ζ二
行なえるように発明者は先に表面化測定感度を史に向上
させるべく検討を重ねたものである。すなわち上記表面
応カ計はその感度（精度）として１呻／−程度を有して
おり、これはほうろう、工業用あるいは工業用の一部Ｃ
ユ用いられる陶磁器等の狭面応力が５〜２０に４／−程
度範囲の大きな応力がある場合Ｃ二は有効に適用出来る
が例えば測定精度がｏ、ｉｂ／−を要求される高級食器
＠においては、測定困難となる場合がある。

本発明は上記の測定精度を十分Ｃユ保持できるようＣ二
したもので被測定物の表面を平行Ｃ二走行するレーザビ
ームを励起し、このビームを取り出しこの射出ビームＣ
二生ずる光弾性的ビーム路の差の測定をセナルモン補正
器の原理を用いて精度を向上させた表面応力測定装置を
提供する。

第１図は本発明表面応力測定装置の原理的説明図であっ
て基体（１）の表面Ｉ：釉薬層（２）が形成されている
。この釉薬層の表面（８１ｉｊがなりの粗面となってい
る。この釉薬層の表面には、この屑より屈折率の高い光
学ガラス製の入射プリズム（４）及び透光板（５）を挾
んで入射プリズム（４）と同特性を有する射出プリズム
（６）が夫々付設されている。また上記各プリズム（４
）及び（６）の下面と上記釉薬層（２）の表面（組との
わずかなすき間Ｃ二は上記プリズムと屈折率を近似させ
た液体（７）が注入しである。この液体（７）は、光学
的接触を助けるため（−用いられる。

上記Ｃ二おいて予め集光されたレーザビーム（８１ｔｉ
偏光板（第１図１′−は図示せず。第２図３２ｂで示す
。）によってすで６−直線偏光に表っておりほぼ釉薬層
表面（１１１で焦点を結びかつ入射点（ｊ）ｃおける垂
線翰に対し全反射臨界角（ψ０）をなすように投射され
る。

そして偏光面は入射面に対し４５°の角度をなすよう６
二なっている。また釉薬層（２）内≦二人射されたビー
ムの一部はこの表面（８）の弦に沿って伝播されてビー
ム＋１２１　Ｑ８１等となって進行し、再び表面（８）
の各射出点５４１（２））から射出ビーム（至）（ロ）
となって放射される。

例えば上記釉薬層（２）内部１：応力があり、その応力
は表面（８）からの深さＣ二はよらないと近似できる条
件で考えた場合、上記入射ビーム（８）の直線偏光は釉
薬層（２）内に入射後その表面に平行及び垂直方向Ｃそ
れぞれ振動する２つの直線偏光成分にわかれて進み、応
力による光弾性効果ｉ二より２つの成分量Ｃ−ビームの
光路差が生ずることになる。この光路差をＲとすれば光
弾性の公式（二より釉薬層の光弾性定数をＣとすればＦ
を応力として釉薬層内のビーム（２）冨二生ずる光路差
（Ｒ）　＝　ｃ　ｙ　ｘ（入射点（９）と射出点に）と
の距離）。

釉薬層内のビーム（至）に生ずる光路差（Ｒ）　＝　ｏ
　ｖ　ｘ（入射点（９）と射出点（ロ）との距ＩＩ）で
ある。これ等の光路差（Ｒ）は、それぞれ射出光（至）
（１’Ｆ）Ｃ保存されて光弾性的手段で測定される。

この測定によって上記ビーム（２）及びα糧の間での光
路差（Ｒ）の差は、ｃｙｘ［（入射点（９）と射出点（
至）の距離）−（入射点（９）と射出点に）の距離）〕
である。入射点（９）と射出点（ロ）及び（至）との間
の距離が釉薬層の表面（８）の曲率半径ｌ二比較して十
分ｌ二手さければ上記式の中括弧内は射出点に）と射出
点（至）の間の距離は等しいと近似できる。

従って 上記ビーム（２）及びαＢ）の間での光路差只の差キ０
ＦＸ（射出点（２）邸）の距離）が成立し、Ｆが算出で
きること５二なる。

本発明は五記原理に基づき、光路差の測定をセナルモン
補整器を利用して完成させたもので、以下その実施例を
第２図を参照して詳細に説明する。

基板−は全体を支持する支持台であって固定された足他
１）と、水平調整が行なえる可動足（転）とが付設され
ている。

上記基板（社）の一部に固定されたプリズム支持枠−は
中央に遮光板−を背にして入射プリズム（７）及び射出
プリズム■）が保持されている。なお上記各フリスム例
（財））は直角三角形を呈し、斜面をビームが通過する
ようになり、かつ直角短辺が被測定物に当接する測定面
となるよう構成される。投射ｐ“構ｃｎは支持体□□□
）とレーザ光源−１と調量可能な第２反射プリズム■）
とから成り、レーザ光源−は支持体ζ二平行に固定され
第１反射プリズム−は、支持子ｉ８］）を介して上記支
持体＠）に固定されている。また上記レーザ光源−の一
部ｆ二はレーザビームを射出する射出部−が設けてあり
、この射出部−内にはレーザビームを光学的５二集光す
る凸レンズ−Ａ及び偏光板−Ｂが付設されている。更Ｃ
第１反射プリズム例は直角三角形の直角面を上記射出部
−に対向せしめその斜面（二よって上記レーザビームを
反射変換するようになっている。なおｌ［ｉ８１はレー
ザ光源の傾斜調整金具で調整ねじｅ＠Ｃ二よって上記支
持体（至）の傾斜が自由に変えられるよう１″−表って
いる。１８５）は上記支持体例の一部Ｉ：固定された固
定子で上記基板−の一部に回動自在Ｃ−枢着され支点−
を中心１：支持体鄭）は傾斜角度が調整出来る。

ｍｌは第２反射プリズム−を固定したプリズム固定体で
基板−の一部ｆ二回動自在ｇ二枢着されその一部Ｉ：Ｆ
ｉ、棒体から成る可動伝達素子−）が固定されこの素子
は長い棒でその自由端は基１帽二沿って配設されると共
に変心されて回動する変心カム閣の外表面Ｉ：液接触て
上下Ｃ二変化するようｉ二なっている。々お変心カム閣
は基板−の一部５二回動自在Ｃ二固定されている。なお
上記可動伝達素子−は変心カム閣を回転することによっ
て矢印方向に移動（上下動）シ、第１反射プリズム■を
微調整することが出来るよう＄二なっている。−）は顕
微鏡であってその先端は上記基板−の一部Ｃ回動自在Ｃ
枢着されると共Ｃ二この開口部は上記射出プリズムｍ）
の斜面（二正対するようになっている。この顕微鏡閣内
には対物レンズ−・偏光板−と四分の一波長板鯛及び接
眼レンズ鵠が組込まれている。この場合四分の一波長板
一）と検光板−）〔下記で説明〕とは、偏光板１３２１
Ｂと共に光弾性学でのセナルモン補整器を形成するよう
に光学的軸を一致して配置し組み込まれている。なお必
要があれば上記対物レンズ圏により実像の生ずる位置に
尺度−を介在してもよい。また接眼レンズ−に対向して
角度目盛板−が付設されると共に検光板ＷＩ）が回転自
在に固定され、史に顕歇鏡間の傾斜角度を調整する調整
機構部；を付設して表面応力測定装置間ｉ′−構成して
成る。

次弧二測定操作について第２図乃至第４図を参照して説
明する。

第３図は接眼レンズ１４４１により被検面Ａ（第２図番
二手す釉薬層）の実像を観察した状況を示すものであり
、図面ｉ二おける下方の暗部（３１１）は遮光板−の照
像である。またこの照像の辿縁（３１２）から射出光に
よって形成される光条（３１３）は細い帯状を呈する。

なお光の進行方向は矢印（３１４）で示され、また尺度
間が付設されている場合には目盛（３１５）が写し出さ
れる。釉薬層表面Ａ上の実長はこの目盛（３１５）を用
いて測定することが出来るし、校正することによって随
時決定するのに便利である。

すなわち、第２図に示すようＣニレーザ光源−から放射
されたレーザビーム（８）は集光レンズ１３２１　Ａ　
Ｉ−よって集光されると共に偏光板−Ｂによって偏光さ
れ反射プリズム（１１０１に射突して反射され、る。こ
の反射ビームは第２反射プリズム−に進行しここで更（
＝反射されて入射プリズム傾Ｃ二人射する。そしてこの
入射プリズムリ）を通過したレーザビームは光学的接触
をよくするための液体を通り被測定物Ｂの釉薬層表面Ａ
に当達し、この釉薬層内を第１図に示すと同様に進行し
てその一部は射出プリズム□内を通過し顕微鏡−）の対
物レンズ馳−四分の一波長板一一接眼しンズＮを経て検
光板−）より上記の第３図に示す通り検出することが出
来る。

釉、薬層Ａに応力がない場合には検光板に）を回転する
と光条（３１３）は、その全体の明るさが一様に変化し
て明るく光ったり、暗くηつたりする。

一方釉薬層Ａ　Ｃ応力が生じた場合には、検光ＩＩｉ、
ｗ）を回転すると、第４図に示すように光条（３１３）
の一部に極小にくびれた部分（３１６）が観測出来る。

また検光板の回転角は、角度目盛板−Ｃ二側まれた目盛
を用いて読み取ることによって算出される。

すなわち暗部（３１１）は上記検光板（転）の回転θ（
ＳＬ二より移動する○この暗部（３１１）の移動を測定
することにより応力の測定を下記のように計算すること
が出来る。

なお上記説明では、四分の一波長板の前後に偏光板ｇｚ
　Ｂ　Ｍを用いたが、使用ビーム、例えば、レーザビー
ムの中に偏光成分があるもの直二ついては１個の偏光板
でセナルモンの補整器を構成することも可能である。

上記検光板ｑ）の回転θ６＝応じ、暗部（３１１）がＡ
ｍだけ移動したとすると、セナルモン法での公知の式菖
二より、移動距離の両端Ｃ二おける光路差の差はである
から、これが（、ＦＸ（移動距離）（二等しいことがわ
かり、Ｆを算出することができる。たとえばＨｅ　−Ｈ
ｅレーザーの光（波長６３３ｎｍ）を使い、検光板−が
３°回転したとき、暗部が０．５　ｆｆｉ移動したとし
、釉薬の光弾性常数を２．　ｓ　（ｎｍ／”）／（Ｖ−
）とすれば、光路差の差は ３゜ ６３３ｎｍ　Ｘ　−−＝　１０．６　ｎｍ８００ 従って１０．６　ｎｍ＝　２．５　（ｎｍ／ｍ）／（Ｋ
ｆ／ｅＩｉ）ＸＦＸｏ、５” からＦ　＝　Ｂ、５ｔ４／ａｉ　＝　０．０８５麺／−
となり、非常Ｃ：低い応力をも検出しつることがわかる
。

本発明表面応力測定装置−は上記のように構成すること
Ｃ＝よって次のような作用効果を奏するものである。

レーザ光源を用い、この光源から放射されるレーザビー
ムを被測定物の表面付近をこの表面ご一平行に走るビー
ムを励起し、このビームを射出させると共Ｃ二この射出
ビームに生ずる光弾性的光路差を、上記ビームの通路シ
ー設けた偏光板９３２１Ｂと四分の一波長板とで成るセ
ナルモンの補整器を構成することにより、検光板にその
像を極めて感度よく写し出すことが出来る。

このよう（二高感度で写し出された映倫は検光板を回転
すること≦二よって被測定物の表面の応力を容易Ｃ−劇
定出来、これを角度目盛板で読みとり、セナルモン法で
計算することによってその応力が算出される。

以上のようＣ二被測定物の表面を本発明装置の入射プリ
ズム傾１及び射出プリズム−の底面２二当接するのみで
測定物をＷＬ壊することなくその個々の応力を測定する
ことが出来るから、例えば高感度で表示される映像を映
像センサーと併用すればその測建物例えば高級ガラスの
製造工程（二取り付けて工程の品質管理ｉ二利用するこ
とが可能となり、高品質のガラス生産が出来る。

また光源から放出されるレーザビームは、反射プリズム
１３１Ｊｌ　ｌ＆＃　ｌ二よって調整することが出来、
これも１ｉ１ｉ１贅も変心カム等の回転により自由Ｃ＝
シかも微調整が可能である。すなわち長い棒体とした可
動伝達素子１８９１と変心カム菊との相乗によりこの先
端に付設された反射プリズムａ９１を極めて微細（二調
整することか出来る。

上記では、入射および射出プリズムと透光板は一体２二
なった実施例を用いたが、これらがたがい直二離れて構
成されていても、効果は同じである。

レーザー光の入射の光学系にも、また光の入射角度や顕
微鏡の傾角の調整と 固定の機構Ｃ二も、上記説明と異なるものを使用できる
。また、顕微鏡の対物レンズ、対眼レンズ、四分の一波
長板、検光板の配列順序も、セナルモンの補整器の働き
を崩さす１：数種の変形を与えうるものである。また、
はうろうや陶磁器製品が曲面を持つことが多いので、上
記の利点はさらＣ二強まる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明ｐ面応力測定装置の原理を説明するため
の説明図、第２図は本発明表面応力測定装置を用いて表
面応゛力を測定している状態を示す側面図、第３図及び
第４図は第３図の測定状態を検光板（−て検出し、これ
を拡大して示す夫々の顕微鏡拡大図である。 （２）ト・・基板　（転）１・・・プリズム支持枠　−
・・・遮光板ａ！５）・・・入射プリズム　＠Ｊ・・・
射出プリズム翰・・・レーザ光源　に））・・・第１反
射プリズムｕＢ、１４ｇ１・・・偏光板　−・・・調整
ねじ−・・・＠２反射プリズム　…・・・可動伝達素子
閤・・・ｆｉｇ整変心カム　□□□・・・対物レンズ−
・・・四分の一波長板　■・・・接眼レンズ−・・・角
度目盛板　−ｊ・・・検光板代理人　弁理士　　則　近
　憲　佑 （ほか１名） 第　　１　図 第２図 第　　３　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザ光源及びこの光源からのレーザビームを集光する
   光学系及び偏光板を有するビーム投射機構と、この投射
   機構から放射されるレーザビームの通路≦二付設されて
   その射出方向を変換する１個またはＯＬ数個の反射プリ
   ズムと、この反射プリズムによって変換された上記レー
   ザビームを受けてこのビームな被測定物Ｃ二対し一定角
   度に入射調整する入射プリズムと、この入射プリズムに
   近接して梶付設し上記被測定物からの反射ビームを検出
   する射出プリズムと、この射出プリズムＣ二対向［７こ
   の反射ビームを入射する内部６二四分の一波長板を収納
   した顕微欽とさらＩ：前記四分の一波長板よりも光源側
   から遠い部分（ユもう一つの偏光板とを具備し、上記複
   数個の偏光板と四分の一波長板とを用いてセナルモンの
   補整器を構成する表面応力１１１１定装置。