(57)【要約】【課題】  試験片内に光を照射し、その透過光を検出することにより、透過光の光量変化から試験片の破断を検知する装置において、試験片が撓んでも誤った検知を行うことなく常に正確な破断検知を行うことのできる破断検知装置を提供する。【解決手段】  試験片１０内に光を照射する照射系４０の一部または全部と、試験片１０を経た透過光を検出する検出系５０の一部または全部を、試験片１０の破断予想位置を挟んでその両側に装着することにより、試験片１０の撓みに係わらず当該試験片１０における前記照射系４０および検出系５０の装着面と、照射系４０および検出系５０との位置関係を一定に維持する。【選択図】図１
2014240803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性材料からなる試験片に荷重を加えて破断に至らしめる試験に際し、その試験片の破断を検知するための装置であって、
光源とその光源からの光を試験片の内部に導く光学系とを有してなる照射系と、光検出器とその光検出器に試験片内を通過した光を導く光学系とを有してなる検出系と、上記光検出器の出力を取り込んでその変化から試験片の破断の発生を判定する判定手段とを備え、上記照射系の全部もしくは一部、および、上記検出系の全部もしくは一部が、試験片の破断予測位置を挟んでその両側に、それぞれ照射側装着機構および検出側装着機構を介して当該試験片に装着される、破断検知装置。
【請求項２】
上記照射系は、光源と、その光源からの光を所要の光束に成形して試験片内へと導く成形光学系とを含み、その光源および成形光学系が上記照射側装着機構により試験片に装着され、上記光源は、可撓性を有する電気配線により装置の固定部位に配置された光源制御回路に接続されている、請求項１に記載の破断検知装置。
【請求項３】
上記照射系は、光源と、入射光を所要の光束に成形して試験片内へと導く成形光学系と、一方のファイバ端が上記光源に、他方のファイバ端が上記成形光学系に向けてそれぞれ開口して上記光源からの光を当該成形光学系へと導く可撓性を有する光ファイバとを含み、その光ファイバの上記他方のファイバ端と上記成形光学系とが上記照射側装着機構により試験片に装着される、請求項１に記載の破断検知装置。
【請求項４】
上記検出系は、光検出器と、試験片を通過した光を集光してその光検出器へと導く集光光学系とを含み、その光検出器および集光光学系が上記検出側装着機構により試験片に装着され、上記光検出器は可撓性を有する電気配線により装置の固定部位に配置された検出器制御回路に接続されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の破断検知装置。
【請求項５】
上記検出系は、光検出器と、試験片を通過した光を集光する集光光学系と、一方のファイバ端が上記集光光学系に、他方のファイバ端が上記光検出器に向けてそれぞれ開口して上記集光光学系により集光された光を当該光検出器へと導く可撓性を有する光ファイバとを含み、その光ファイバの上記一方のファイバ端と上記集光光学系とが上記検出側装着機構により試験片に装着される、請求項１から３のいずれか１項に記載の破断検知装置。
【請求項６】
上記照射側装着機構および検出側装着機構の少なくとも一方が、
（ａ）試験片を挟み込んで照射系もしくは検出系の試験片への被装着部を装着するバイス機構もしくはクリップ機構、
（ｂ）試験片に対して吸盤を吸着させることにより照射系もしくは検出系の試験片への被装着部を装着する機構、
（ｃ）試験片に固定した磁性体もしくは磁石に対して、磁力を用いて照射系もしくは検出系の試験片への被装着部を吸引する機構、および、
（ｄ）両面テープを用いて照射系もしくは検出系の試験片への被装着部を接着する機構、のいずれかを含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の破断検知装置。
【請求項７】
上記照射側装着機構および検出側装着機構の少なくとも一方の内部に、照射系もしくは検出系の試験片への被装着部を、当該試験片の破断時の衝撃および破断に伴い生じた異物の混入から防護するための衝撃吸収・異物混入防止機構が設けられている、請求項１から６のいずれか１項に記載の破断検知装置。
【請求項８】
上記照射側装着機構および検出側装着機構の少なくとも一方の外側に、当該装着機構並びに上記照射系もしくは検出系の試験片への被装着部を覆うように緩衝材が設けられている、請求項請求項１から７のいずれか１項に記載の破断検知装置。
【請求項９】
上記照射側装着機構および検出側装着機構の少なくとも一方に、試験片の破断時に当該装着機構並びに照射系もしくは検出系の試験片への被装着部が落下することを防止して装置の固定部分に保持するための保持機構が設けられている、請求項１から８のいずれか１項に記載の破断検知装置。
【請求項１０】
上記保持機構は、試験片の破断に際しての上記装着機構並びに照射系もしくは検出系の試験片への被装着部の移動を緩やかに制約するための緩衝機構を有している、請求項９に記載の破断検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透光性材料の破断をその初期段階で正確に検知することのできる破断検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、脆性材料の強度試験としては日本工業規格ＪＩＳ Ｒ １６０１に規定されているような３点または４点曲げ試験が行われている。このような試験において、最大曲げ応力を正確に測定するためには、試験片が破断する瞬間を正確に検知することが必要である。
【０００３】
試験片の破断を検知する手法としては、従来、試験片に加わっている荷重（試験力）の急激な変化を捉える方法のほか、アコースティックエミッションを用いる方法（例えば特許文献１参照）、あるいは試験片の表面に導体からなる薄膜を形成して、その導通状況から破断を検知する方法（例えば特許文献２参照）などが用いられていた。しかしながら、これらの従来の方法は、以下に示すような問題があった。
【０００４】
すなわち、試験力の急激な変化を捉える方法は、クラック発生等の破断の初期段階では試験力の変化が少ないため、破断の開始時点を正確に捉えることは困難である。また、アコースティックエミッションを用いる方法では、破断の初期段階で生じる音響が微弱であることから、これを増幅するアンプや試験片の破損に伴う音響とそれ以外の雑音等とを弁別するためのＦＦＴアナライザ等の高価な機器が必要であるばかりでなく、試験片内を伝搬する音響速度の制約から、破断検知時点と実際の破断時点との間に数十μｓから数十ｍｓオーダーの遅れが生じるという問題もある。
【０００５】
また、試験片に導体薄膜を形成してその導通遮断を検知して試験片の破断を検知する方法では、試験に先立ち試験片に導体薄膜パターンを形成する準備が必要であって手間がかかるとともに、そのための真空蒸着装置などの設備も必要になるという問題がある。
【０００６】
このような問題を解決するため、出願人は、ガラスやセラミックスなどの透光性材料の強度試験に際し、試験片内に光を照射するとともに、試験片を透過した光を光センサで検出し、試験片の破断時にその初期段階で生じるクラックによる光透過量の変化を捉えることで、破断の発生をその初期段階で速やかに検知する技術を提案している（特許文献３参照）。
【０００７】
図２０、図２１は従来の材料試験機による３点曲げ試験において、上記の光を照射してその透過光の変化から試験片の破断検知を行う破断検知手法を適用する際の説明図であって、図２０は装置の全体構成を示す概略図であり、図２１は図２０における試験片近傍の拡大斜視図である。
【０００８】
図２０に示すように、材料試験機１００は、テーブル１０１上に２本の鉛直のねじ棹１０２，１０２を回動自在に支持し、これらのねじ棹１０２，１０２にナットを介してクロスヘッド１０３を支持した構造を有し、負荷機構１０４の駆動により各ねじ棹１０２，１０２を回動させることにより、クロスヘッド１０３が上下動するように構成されている。
【０００９】
３点曲げ試験のセッティングにおいては、テーブル１０１上に支持台１０５を配置するとともに、その上面に２本の支持体１０６を配置し、その上に試験片１０を載せた状態で、その試験片１０の上方からアンビル（加圧体）１０７で荷重（試験力）Ｗを加え、試験片１０が破断したときの最大曲げ応力を測定する。なお、荷重Ｗの大きさはアンビル１０７の基端部が固定されたロードセル１０８によって刻々と測定される。
【００１０】
このような試験において、図２１に示すように、試験片１０の一方の端面の近傍に光源部（照射系）１２０を配置するとともに、他方の端面の近傍に光検出部（検出系）１３０を配置して、光源部１２０からの光Ｌを試験片１０の一方の端面からその内側に向けて照射し、試験片１０内を経た透過光Ｔを他方の端面側に配置した光検出部１３０により検出する。試験片１０が破断することによりクラックが生じると試験片１０の透過率が変化し、光検出部１３０により検出される光量が減少する。光検出部１３０により検出される光量を例えばあらかじめ設定しているしきい値と比較することにより、破断の発生を正確かつ速やかに検知することができる。このような正確な破断検知信号は、上記の試験において高速度カメラなどを使用して破壊の進展状況を観察する場合の、高速度カメラのトリガ入力信号としても利用することができる。
【００１１】
なお、光源部１２０からの光Ｌは試験片１０の端面に垂直に入射する必要はなく、試験片１０の上面と下面で反射しながら他端面に導かれた光を検出できればよい。また、この試験片内を透過した光の光量変化から破断を検知する技術は、上記のような曲げ試験のみならず、引張試験等にも採用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００１−１９４３４６号公報
【特許文献２】特開２００７−２２５５１９号公報
【特許文献３】特開２０１２−２５１９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、上述のように特許文献３に開示されている技術により、ガラスやセラミックスのような透光性を有する脆性材料の破断を正確にその初期段階で検知することができるが、ある種のガラス等の試験にあっては、荷重を加えることによって試験片が大きく撓み、試験片が破断に至る以前に試験片の端面が光源部からの光軸から外れてしまうか、もしくは試験片の端面から出射した透過光の光軸が試験片の変形前の光束から外れてしまい、その時点で光検出部の受光部に透過光が入射しなくなり、誤った検知を行ってしまうという問題が生じる。
【００１４】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、試験片が破断に至るまでに大きく撓んでも、誤った検知を行うことなく、常に正確な破断検知を行うことのできる破断検知装置の提供をその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の好ましい実施形態による破断検知装置は、透光性材料からなる試験片に荷重を加えて破断に至らしめる試験に際し、その試験片の破断を検知するための装置であって、光源とその光源からの光を試験片の内部に導く光学系とを有してなる照射系と、光検出器とその光検出器に試験片内を通過した光を導く光学系とを有してなる検出系と、上記光検出器の出力を取り込んでその変化から試験片の破断の発生を判定する判定手段を備え、上記照射系の全部もしくは一部、および、上記検出系の全部もしくは一部が、試験片の破断予測位置を挟んでその両側に、それぞれ照射側装着機構および検出側装着機構を介して当該試験片に装着される。なお、「破断予測位置」とは、負荷により試験片が破断することが予想される位置を指し、要は、照射系の試験片への装着位置と、検出系の試験片への装着位置との間で試験片が破断されることが必要であり、これらの装着位置は試験片の破断予測位置を両側から挟む位置としなければならない。
【００１６】
本実施形態では、試験片内に光を照射する照射系と、試験片内を透過した光を検出する検出系とを、それぞれ試験片に装着することで、試験片に撓みが生じても当該試験片の光導入部と照射系との位置関係、試験片の光導出部と検出系との位置関係を一定に維持することを可能とした。すなわち、照射系の一部もしくは全部と、検出系の一部もしくは全部を、それぞれの装着機構を介して試験片に装着する。これにより、試験片の撓みの大きさに係わらず、照射系と検出系は試験片に対して当初の装着位置に留まり、照射系から試験片内に導入される光量を一定とし、試験片を透過した光を確実に検出系で検出することが可能となる。
【００１７】
好ましい実施形態においては、上記照射系は、光源と、その光源からの光を所要の光束に成形して試験片内へと導く成形光学系とを含み、その光源および成形光学系が上記照射側装着機構により試験片に装着され、上記光源は、可撓性を有する電気配線により装置の固定部位に配置された光源制御回路に接続されている。
【００１８】
別の好ましい実施形態においては、上記に代えて、上記照射系は、光源と、入射光を所要の光束に成形して試験片内へと導く成形光学系と、一方のファイバ端が上記光源に、他方のファイバ端が上記成形光学系に向けてそれぞれ開口して上記光源からの光を当該成形光学系へと導く可撓性を有する光ファイバとを含み、その光ファイバの上記他方のファイバ端と上記成形光学系とが上記照射側装着機構により試験片に装着される。
【００１９】
好ましい実施形態において、検出系は、光検出器と、試験片を通過した光を集光してその光検出器へと導く集光光学系とによって構成し、その光検出器および集光光学系が上記検出側装着機構により試験片に装着され、上記光検出器は可撓性を有する電気配線により装置の固定部位に配置された検出器制御回路に接続されている。
【００２０】
別の好ましい実施形態においては、検出系についても上記に代えて、光検出器と、試験片を通過した光を集光する集光光学系と、一方のファイバ端が上記集光光学系に、他方のファイバ端が上記光検出器に向けてそれぞれ開口して上記集光光学系により集光された光を当該光検出器へと導く可撓性を有する光ファイバとによって構成し、その光ファイバの上記一方のファイバ端と上記集光光学系が上記検出側装着機構により試験片に装着される。
【００２１】
別の好ましい実施形態において、上記照射側装着機構および検出側装着機構の少なくとも一方として、（ａ）試験片を挟み込んで照射系もしくは検出系の試験片への被装着部を装着するバイス機構もしくはクリップ機構、または、（ｂ）試験片に対して吸盤を吸着させることにより照射系もしくは検出系の試験片への被装着部を装着する機構、または、（ｃ）試験片に固定した磁性体もしくは磁石に対して、磁力を用いて照射系もしくは検出系の試験片への被装着部を吸引する機構、または、（ｄ）両面テープを用いて照射系もしくは検出系の試験片への被装着部を接着する機構を採用することができる。
【００２２】
ここで、試験片に装着された照射系および検出系には、試験片の破断により以下に示すような損傷要因が生じる。
１．試験片の破断に伴う衝撃波により、試験片が直接照射系および検出系に衝突し、その光学系を損傷する。
２．試験片の破断時に発生する破片が異物となり、照射系および検出系の光学系に傷を与える、あるいは、その異物が光学系に付着し、破断検知能力を低下させる。
３．試験片の破断後に照射側装着機構および検出側装着機構が、これらにより試験片に装着されている照射系の一部または全部、あるいは検出系の一部または全部とともに落下し、試験機の筐体等に衝突して損傷する。
【００２３】
この課題を解決するため、別の好ましい実施形態においては、上記照射側装着機構および検出側装着機構の少なくとも一方の内部に、照射系もしくは検出系の試験片への被装着部を、当該試験片の破断時の衝撃および破断に伴い生じた異物の混入から防護するための衝撃吸収・異物混入防止機構が設けられている。
【００２４】
さらに別の好ましい実施形態においては、上記照射側装着機構および検出側装着機構の少なくとも一方の外側に、当該装着機構並びに上記照射系もしくは検出系の試験片への被装着部を覆うように緩衝材が設けられている。
【００２５】
別の好ましい実施形態においては、上記照射側装着機構および検出側装着機構の少なくとも一方に、試験片の破断時に当該装着機構並びに照射系もしくは検出系の試験片への被装着部が落下することを防止して装置の固定部分に保持するための保持機構が設けられている。
【００２６】
上記の保持機構として、試験片の破断に際しての上記装着機構並びに照射系もしくは検出系の試験片への被装着部の移動を緩やかに制約するための緩衝機構を有している構成を好適に採用することができる。
【００２７】
試験片の破断により、試験片への装着により支持されていた照射側装着機構と照射系の被装着部、および、検出側装着機構と検出系の被装着部は、その支持を失うことになるが、好ましい発明では、これらの照射系および検出系における装着機構や被装着部を、装置の固定部分に保持する保持機構を設けてその落下を防止し、これらが損傷することを抑制している。この保持機構は、試験片の破断により装着機構等が落下しはじめたときにバネつきワイヤ等で吊り下げる機構のほか、装着機構等が落下を含めて急激に移動しようとしたときにその動きを緩やかに制約する緩衝機構を含むものとすることで、試験片の破断により照射系や検出系の試験片への被装着部が激しく移動してその光学系等を損傷してしまうという可能性を可及的に少なくしている。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、ガラスやセラミックス等の透光性を有する脆性材料の強度試験において、試験片の内部に向けて光を照射するとともに、試験片を透過した光を光検出器で検出し、その光検出器の出力に基づいて試験片の破断時に生じるクラックによる光透過率の低下を捉えて破断を検知するので、破断の初期段階においてその発生を遅延なく正確に捉えることができ、しかも、試験片に対する光の照射系および試験片を透過した光の検出系の一部または全部を試験片に装着しているから、試験片が破断に至るまでに大きく撓んでも、照射系からの光が逸脱することなく確実に試験片内に照射され、かつ、試験片を透過した光も検出系により確実に検出されるので、誤った破断検知を行うおそれがなく、信頼性の高い破断検知装置が得られる。
【００２９】
また、試験片に装着されている照射系および検出系の一部または全部は、試験片の破断による衝撃波に起因する試験片との衝突によるダメージを受けるが、このダメージは、装着機構内部に設けた衝撃吸収機構により、また、これらの試験片に装着されている照射系および検出系に対する外部からの衝撃力の作用によるダメージについては、外周を覆う緩衝材によって、それぞれ緩和することができる。
【００３０】
さらに、試験片に装着されている照射系および検出系が、試験片の破断時にその支えを失って落下してしまうことを防止して装置に保持する保持機構、およびそれに伴って急激に加わる制動力による衝撃を緩和する機構を設けることにより、試験片に装着されている照射系および検出系に作用するダメージをより一層低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明を曲げ試験での試験片の破断検知に用いた際の実施例を示す概念図。
【図２】図１の構成における照射系の詳細と、試験片への装着構造を示す模式図。
【図３】図１の構成における検出系の詳細と、試験片への装着構造を示す模式図。
【図４】本発明の他の実施例を示す図１同様の概念図。
【図５】図４の構成における照射系の詳細と、試験片への装着構造を示す模式図。
【図６】図４の構成における検出系の詳細と、試験片への装着構造を示す模式図。
【図７】光ファイバを用いて試験片の上面または下面から光を導入する方式を用いた照射系とその試験片への装着構造の説明図。
【図８】検出系とその装着構造を示す図７同様の説明図。
【図９】装着機構の他実施例としてクリップを用いた例を示す説明図。
【図１０】照射系または検出系の試験片への被装着部にブロックを用い、その装着機構としてクリップを用いた例を示す説明図。
【図１１】図９の他実施例を示す説明図。
【図１２】図９のさらに他の実施例を示す説明図。
【図１３】装着機構として吸盤を用いた例を示す説明図。
【図１４】装着機構としてマグネットを用いた例の説明図。
【図１５】装着機構として両面テープを用いた例の説明図。
【図１６】装着機構の内部に設ける保護機構を示す説明図。
【図１７】試験片の破断時における試験片被装着部の落下ダメージを低減する構成例を示す説明図。
【図１８】試験片の破断時における試験片被装着部の保持機構を示す説明図。
【図１９】保持機構の他実施例を示す説明図。
【図２０】従来の材料試験機を用いて試験片の破断検知を行う際の全体的な概略構成図。
【図２１】図２０における試験片近傍の拡大斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明を曲げ試験における試験片の破断検知に適用した際の実施形態を示す概念図であり、この例においては、試験片１０は前記図２０に示した材料試験機を用いた３点曲げ試験に供され、図１では荷重により試験片１０が撓んだ状態で示している。
【００３３】
この図１の例では、試験片１０の一方の端面に、後述する光源と成形光学系とからなる照射系４０が、試験片１０の他方の端面には、同じく後述する集光光学系と光検出器とからなる検出系５０が、それぞれ装着機構（図示せず）によって装着されている。照射系４０の光源は光源制御回路６０に対して可撓性を有する電気配線６１によって接続され、また、検出系５０の光検出器は検出器制御回路７０に対して同じく可撓性を有する電気配線７１によって接続されている。
【００３４】
以上の構成によると、試験片１０に大きな撓みが生じてその端面が変位しても、照射系４０および検出系５０がそれに追随して変位して、試験片１０の端面に対して一定の位置関係を維持するので、照射系４０から試験片１０内に照射される光は一定光量を維持し、また、試験片１０を経た透過光も確実に集光されて光検出器（図示せず）により検出される。また、照射系４０の光源と光源制御回路６０との間、および検出系５０の光検出器と検出器制御回路７０との間は可撓性を有する電気配線６１または７１によって接続されているので、試験片１０の両端面が変位しても制御に差し障りは生じない。
【００３５】
次に、以上の図１の構成における照射系４０と検出系５０の詳細と、試験片１０への装着構造の例について説明する。
【００３６】
図２は照射系４０側の説明図である。この例における照射系４０は、レーザヘッド４２を有してなる光源４１と、その光源４１からの光を平行光束に成形する成形光学系としてのコリメータレンズ４３によって構成され、コリメータレンズ４３と光源４１とは光学系固定治具４４により位置合わせを行って相互に固定し、その光学系固定治具４４に一端側が固定されたバイス４５によって、試験片１０を上下から挟み込むことにより、照射系４０を試験片１０に装着している。すなわち、この例ではバイス４５を照射側装着機構として用い、試験片１０の一端側に照射系４０を装着している。
【００３７】
図３は検出系５０側の説明図である。この例における検出系５０は、試験片１０を経た透過光を平行光に変換するコリメータレンズ５１およびその平行光を集光する集光レンズ５２とからなる集光光学系と、その集光レンズ５２により集光された光を受光する光検出器５３、およびコリメータレンズ５１と集光レンズ５２の間に配置され、背景光を除去して透過光のみを集光レンズ５２に導くための波長選択フィルタ５４によって構成されている。コリメータレンズ５１と集光レンズ５２および光検出器５３は光学系固定治具５５によって位置合わせされ、その光学系固定治具５５に一端側が固定されたバイス５６によって試験片１０を上下から挟み込むことにより、検出系５０を試験片１０の他端側に装着している。すなわち、この例ではバイス５６を検出側装着機構として用い、試験片１０の他端側に検出系５０を装着している。
【００３８】
次に、本発明の他の実施形態について述べる。図４にその概念図を示す。
この図４の例も、曲げ試験における試験片の破断検知に本発明を適用した例であって、試験片１０は曲げ荷重の負荷により撓んだ状態で示している。
【００３９】
この図４の例では、照射系４０は光源４１と、後述する成形光学系と、これらの間を接続する光ファイバ４８によって構成されている。光ファイバ４８は可撓性を有し、一方のファイバ端を光源４１に向け、他方のファイバ端を成形光学系に向けてそれぞれ開口することにより、光源４１からの光を成形光学系に導く。これらの照射系４０のうち、成形光学系および光ファイバ４８の他方のファイバ端とが試験片１０の一方の端面に装着されている。光源４１は例えば試験機の固定部分に固定され、電気配線６１によって光源制御回路６０に接続されている。
【００４０】
また、検出系５０は光検出器５３と、後述する集光光学系と、これらの間を接続する光ファイバ５８によって構成されている。この光ファイバ５８も可撓性を有し、その一方のファイバ端を集光光学系に向け、他方のファイバ端を光検出器５３に向けてそれぞれ開口することによって、集光光学系により集光された光を光検出器５３へと導く。これらの検出系５０のうち、集光光学系および光ファイバ５８の他方のファイバ端とが試験片１０の他方の端面に装着されている。光検出器５３は例えば試験機の固定部分に固定され、電気配線７１によって検出器制御回路７０に接続されている。
【００４１】
この図４の例でも、試験片１０に大きな撓みが生じてその端面が変位しても、試験片１０に対して光を成形して照射する成形光学系とそれに向けて光源４１からの光を導く光ファイバ４８のファイバ端、および、試験片１０を透過した光を集光する集光光学系と、集光された光を光検出器５３に向けて導く光ファイバ５８のファイバ端が試験片１０の両端面に装着されているので、その位置関係は維持されることになり、先の例と同様に試験片１０内に照射される光は一定に保たれ、かつ、試験片１０を透過した光の検出条件も変化することがない。
【００４２】
次に、図４の構成における照射系４０と検出系５０の試験片１０への被装着部の詳細構造の例について説明する。
【００４３】
図５は照射系４０側の説明図である。光ファイバ４８のファイバ端はＦＣレセプタクル４９が装着されており、そのＦＣレセプタクル４９には成形光学系としてのコリメータレンズ４３が内蔵されている。このコリメータレンズ４３によって光ファイバ４８により導かれた光は平行光に変換され、試験片１０内に向けて照射される。そして、ＦＣレセプタクル４９にはバイス４５の一端側が固定されており、そのバイス４５によって試験片１０を上下から挟み込むことにより、光ファイバ４８のファイバ端とコリメータレンズ４３とが試験片１０の一方の端面に装着されている。すなわち、この例ではバイス４５を照射側装着機構として用い、試験片１０の一端側に照射系４０の一部を装着している。
【００４４】
図６は検出系５０側の説明図である。試験片１０を透過した光はコリメータレンズ５１により平行光に変換された後、波長選択フィルタ５４を介して集光レンズ５２によって集光され、光ファイバ５８のファイバ端に入射する。光ファイバ５８のファイバ端には上記と同様のＦＣレセプタクル５９が装着されており、コリメータレンズ５１、波長選択フィルタ５４および集光レンズ５２はこのＦＣレセプタクル５９に内蔵されている。そして、このＦＣレセプタクル５９にはバイス５６の一端側が固定されており、そのバイス５６によって試験片１０を上下から挟み込むことによって、光ファイバ５８のファイバ端と集光光学系とが試験片１０の他方の端面に装着されている。すなわち、この例ではバイス５６を検出側装着機構として用い、試験片１０の他端側に検出系５０の一部を装着している。
【００４５】
光ファイバを用いた構成においては、試験片１０に対する装着構造として以下に例示するプリズムを用いて試験片１０の上面または下面から光を導出入する構造を採用することもできる。
【００４６】
図７は照射側の説明図である。この例では、試験片１０の上面にプリズム２４１、セルフォック（登録商標）レンズ２４２が内包されたブロック２４３が固定されている。セルフォックレンズ２４２の一端には光ファイバ４８が突き当てられている。光ファイバ４８からの光Ｌを、セルフォックレンズ２４２を通じてコリメートし、プリズム２４１を介して試験片１０内に導入する。なお、光学的整合性を確保するため、プリズム２４１と試験片１０との間には屈折率整合材２４４を介在させている。なお、ブロック２４３は必ずしも試験片１０の上面に固定する必要はなく、試験片１０の下面に固定しても同様の機能を果たすことができる。
【００４７】
図８は検出側の説明図である。この例において、試験片１０の上面にプリズム２５１、集光レンズモジュール２５２を内包するブロック２５３を固定し、試験片１０を透過した光Ｔをプリズム２５１、集光レンズモジュール２５２を介して光ファイバ５８に導入する。ここで、集光レンズモジュール２５２とは、プリズム２５１と光ファイバ５８を結合し、かつ、内部に固定された集光レンズ２５４の作用により、プリズム２５１を通った光を集光して光ファイバ５８に入射させる素子のことを指す。また、この検出側にも、図７と同様に、プリズム２５１と試験片１０の間に屈折率整合材２５５を介在させて光学的整合性を確保している。
【００４８】
以上の各実施形態においては、照射系および検出系の試験片への装着機構としてバイスを用いた例を示したが、この明細書で言うバイスは、ねじの締め付けによる圧力を保持力として利用した固定治具全般を指す。なお、照射系および検出系の試験片への装着機構としては他の様々な機構が考えられ、以下にその装着機構の他の例について説明する。
【００４９】
まず、バネの圧力を利用した装着機構について説明する。この明細書において、バネの圧力を保持力として利用する装着機構を「クリップ」と称する。
【００５０】
試験片１０の端面から光を照射し、同じく端面から透過光を取り出す構造では、図９に示す構造が考えられる。この図９において、３１０で示される光学系とは、図１〜３に示した照射系および検出系を持つものは、光源４１とコリメータレンズ４３からなる照射光学系４０、もしくは、集光レンズ５２と光検出器５３からなる検出光学系５０を表し、図４〜６に示した照射系および検出系を持つものは、光ファイバ４８の試験片１０への導入側ファイバ端とコリメータレンズ４３からなる照射光学系４０、もしくは、集光レンズ５２と光ファイバ５８の試験片１０からの導出側ファイバ端とからなる検出光学系５０を表している。また、図９において信号線３１１とは、図１では電気配線６１，７１を、図４では光ファイバ４８，５８を指しており、このことは、後述する図１０〜１６における「光学系」および「信号線（光ファイバ）」についても同様である。
【００５１】
この図９の例では、光学系３１０を内蔵し、信号線３１１を接続したクリップ３１２で試験片１０を挟むことにより、試験片１０に光学系３１０を装着している。クリップ３１２のホールド部分には滑り止め３１３が固着されている。このようなクリップ３１２を用いた装着機構を採用することにより、前述のバイスを用いる場合のような装着時のねじ閉めなどの手間を省略でき、光学系３１０の試験片１０への着脱が容易となる。特に、試験片を交換して繰り返し試験を行う際の作業効率の向上が期待される。
【００５２】
また、プリズム等の光学系を内包したブロックを試験片の上面もしくは下面から光を導出入する構造を採用する場合には、図１０に示す構造を採用することができる。すなわち、試験片１０の上面または下面にブロック３２０をあてがい、そのブロック３２０をクリップ３２２で試験片１０とともに挟み込むことで装着する。クリップ３２２のホールド部分に滑り止め３２３を固定することは先の例と同じであり、また、クリップ３２２には光ファイバ３２１を接続している。この場合も、試験片１０への着脱の作業効率の向上効果については図９の例と同様である。
【００５３】
図１１に他の構造のクリップを用いた例を示す。この例は、光学系３３０が固定され、かつ、信号線３３１が接続された固定治具３３２の一端側を開口させ、その開口部分の下面もしくは上面に略Ｕ字形の板バネ３３３を固定し、その板バネ３３３と固定治具３３２の本体部分との間に試験片１０を差し込むことにより、板バネ３３３の弾性力で試験片１０を挟み込むように装着する構造を採用している。なお、３３４は滑り止めである。この構造によると、比較的単純な構造であるためメンテナンスが容易で、しかも、衝撃等が加わっても故障が生じにくいという利点がある。
【００５４】
図１２にさらに他の構造のクリップを用いた例を示す。この例はクレンメル３４３を用いた構造のクリップを採用している。クレンメルとは、例えば顕微鏡のプレパラートを固定する際などに用いられる押さえバネのことであり、光学系３４０を固定し、信号線３４１を接続した固定治具３４２に、板バネを屈曲させてなるクレンメル３４３の一端を片持ち状に固定し、その自由端側と固定治具３４２の本体部分との間に試験片１０を差し込むことによって装着している。なお、３４４は滑り止めである。この例においても、図１１の例と同様に単純な構造のためメンテナンスが容易であるという利点がある。
【００５５】
次に、照射系および検出系の試験片への装着機構として、ねじやバネの圧力による保持力以外の保持力を利用した装着機構について述べる。
図１３は吸盤の吸着力を利用した装着構造の例を示している。光学系３５０を固定し、信号線３５１を接続した固定治具３５２に吸盤３５３を固定し、その吸盤３５３を試験片１０上面または下面に吸着させる。この構造によると、着脱の容易さに加え、試験片１０との接触部分に弾性を有するため、試験片１０の破断時に生じる衝撃波が固定治具３５２および光学系３５０に伝播しにくいという利点がある。
【００５６】
図１４はマグネットを用いた装着機構の例である。すなわち、光学系３６０を固定し、信号線３６１を接続した固定治具３６２にマグネット３６３を固定するとともに、試験片１０にもマグネット３６４を固定し、これらのマグネット３６３と３６４との吸引力により試験片１０に対して光学系３６０を装着する構造である。この例の特徴は、まず、マグネットによる接合であるため着脱が容易であり、また、試験片１０の破断により固定治具３６２にマグネットの保持力を越えた力が作用した際に、マグネット３６３，３６４が分離し、試験片１０からの過剰な力が固定治具３６２に及んで損傷させることを防止することができる。なお、このマグネットを用いた装着構造は、プリズムを用いて試験片の上面もしくは下面から光を導出入する方式にも適用することができる。
【００５７】
図１５は両面テープを用いた装着機構の例である。光学系３７０を固定し、信号線３７１を接続した固定治具３７２と試験片１０との接触面に両面テープ３７３を介在させ、両面テープ３７３の接着力で両者を固定している。市販されている多数の両面テープの中にも、上記の用途に十分な接着力を有し、かつ、剥離が比較的簡単な製品が流通している。例として、ニチバン株式会社製のポスター用両面テープ（商品名；ＮＷＴＢ−Ｍ１）が挙げられる。この製品は合成ゴム素材でできており、接着面に垂直方向に引き伸ばすことで容易に剥離することができ、しかも接着面に糊が残らないという特徴を持つ。このような両面テープを用いることにより、極めて簡単な装着機構となり得る。
【００５８】
さて、以上は照射系および検出系の試験片への装着構造についての例を示したが、試験片の破断に伴う照射系および検出系への損傷や、異物の混入・付着を防止する方法について、以下に説明する。
【００５９】
試験片の破断時に生じ得る照射系および検出系への影響については前記の通りであり、このような光学系の損傷等の問題は、以下に示す例の一つもしくは複数を採用することにより回避が可能である。
【００６０】
図１６は光学系および試験片への装着機構の内部に設ける保護機構を例示している。この例は、照射系および検出系への影響のうち、破断時の衝撃波で試験片が衝突したり破片が衝突したり、あるいは異物として付着して検知能力を低下させたりする問題を回避するためのものである。すなわち、図１６の例は図１１に示した板バネ３３３の圧力で固定治具３３２を試験片１０に装着する構造を基本とするものであって、光学系４１０を固定し、信号線４１１を接続した固定治具４１２に設けた開口部分に略Ｕ字形の板バネ４１３を配し、その圧力により試験片１０を固定治具４１２の本体部分に押し付ける構造のものに対し、以下の対策を講じている。まず、光学系４１０の前面に窓ガラス４１４、その表面に保護シール４１５を設ける。また、固定治具４１２と試験片１０との接触面には衝撃吸収パッド４１６を介在させている。
【００６１】
以上の構造において、窓ガラス４１４は、破断時の衝撃波により試験片１０が直接光学系４１０に接触することを防ぐものである。しかし、窓ガラス４１４単体のみでは、試験片１０が窓ガラス４１４に接触して傷をつけた場合に、正確な光の照射および検出が不可能になるおそれがある。これを防ぐために、窓ガラス４１４の表面に、使用する光に対して透明かつ光入射軸方向に多層構造を持ち、複数回の剥離が可能であるような保護シール４１５を貼付する。これにより破断時に試験片１０が保護シール４１５に衝突して傷をつけた場合でも、保護シール４１５を剥離することによって再び照射系および検出系として使用が可能となる。
【００６２】
また、衝撃吸収パッド４１６は、破断時の衝撃波が直接固定治具４１２に伝播し、光学系４１０が損傷することを防ぐ効果を有すると同時に、試験片１０と固定治具４１２間の滑り止めとしても機能する。
【００６３】
次に、試験片の破断時に光学系が落下することによるダメージを低減するための対策、およびそれに伴って急激に発生する制動力による衝撃を軽減する機構について述べる。
【００６４】
図１７の例は、照射系４２０の試験片１０への被装着部と、検出系４２１の試験片１０への被装着部の周囲を、それぞれの装着機構を含めて衝撃吸収緩衝材４２２で覆い、試験片１０の破断後の落下の衝撃を緩和するものである。
【００６５】
図１８に示す保持機構は、照射系４３０の試験片１０への被装着部と、検出系４３１の試験片１０への被装着部をバネつきワイヤ４３２，４３３で吊るし、試験片１０の破断後の落下を防止するものである。すなわち、試験機に支柱４３４，４３５を設け、これらの支柱４３４，４３５の頂部から照射系４３０および検出系４３０の試験片１０への被装着部の上方にそれぞれ梁４３６，４３７を伸ばし、これらの梁４３６，４３７にそれぞれワイヤ４３２，４３３の基端部を固定し、それぞれの先端部を照射系４３０、検出系４３１の試験片１０への被装着部に固定することによってこれらを保持している。これにより、照射系４３０、検出系４３１の落下が防止されることから、両者の一部である信号線４３８，４３９（電気配線もしくは光ファイバ）も保護されることになる。
【００６６】
図１９に示す例も、図１８同様に照射系および検出系の保持機構を設けることによって落下を防止するものである。図１９は試験片１０が破断した直後の状態を示しており、図中の矢印は照射系４４０および検出系４４１の試験片１０へ被装着部が、試験片１０の端面から分離していることを表している。この例における保持機構は、光学系側（照射系４４０、検出系４４１の試験片１０への被装着部）に設けられるジョイント４４２，４４３と、試験機側に設けられるスライドジョイント４４４，４４５と、これらを繋ぐアーム４４６，４４７によって構成され、これらの各保持機構により照射系４４０および検出系４４１の試験片１０への被装着部を保持している。各ジョイントにはダンパ機構が内蔵されており、ジョイント部が急激に回転する場合には大きな抵抗が生じ、変位を抑える機能を有している。これにより、試験片１０の破断直後に、試験片１０が激しく変動して照射系４４０および検出系４４１が勢いよく分離するような場合でも、ジョイント部によりそのエネルギが吸収され、照射系４４０および検出系４４１への衝撃を抑えることができる。
【符号の説明】
【００６７】
１０  試験片
４０  照射系
４１  光源
４２  レーザヘッド
４３  コリメータレンズ
４４  照射光学系固定治具
４５  バイス（照射側装着機構）
４８  光ファイバ
４９  ＦＣレセプタクル
５０  検出系
５１  コリメータレンズ
５２  集光レンズ
５３  光検出器
５４  波長選択フィルタ
５５  検出光学系固定治具
５６  バイス（検出側装着機構）
５８  光ファイバ
５９  ＦＣレセプタクル
６０  光源制御回路
６１  電気配線
７０  検出器制御回路
７１  電気配線
２４１  プリズム
２４２  セルフォックレンズ
２４３  ブロック
２４４  屈折率整合材
２５１  プリズム
２５２  集光レンズモジュール
２５３  ブロック
３１０  光学系
３１１  信号線
３１２，３２２  クリップ
３３２  固定治具
３３３  板バネ
３４３  クレンメル
３５３  吸盤
３６３，３６４  マグネット
３７３  両面テープ
４１４  窓ガラス
４１５  保護シール
４１６  衝撃吸収パッド
４２２  衝撃吸収緩衝材
４３２，４３３  バネつきワイヤ
４４２，４４３  ジョイント
４４４，４４５  スライドジョイント
４４６，４４７  アーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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