(57)【要約】【課題】接合部材が剥離したときに光ファイバセンサによって検出される光学的特性に大きな変化が見られるようにすることで検査精度を飛躍的に向上することができる接着部の剥離検査方法を提供する。【解決手段】複数の部材１６，１７を接合する接着剤１８の内部に光ファイバセンサ１２を埋め込み、光ファイバセンサ１２に光源１１からの光を入射したときの光ファイバセンサ１２からの光学特性に基づき接着部２０の剥離を検出する剥離検査方法であって、光ファイバセンサ１２を接着剤１８の内部に埋め込むときに、光ファイバセンサ１２に圧縮ひずみを加えた状態で埋め込む。【選択図】  図１
2004317436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の部材を接合する接着剤の内部に光ファイバセンサを埋め込み、前記光ファイバセンサに光源からの光を入射したときの前記光ファイバセンサからの光学特性に基づき接着部の剥離を検出する剥離検査方法であって、
前記光ファイバセンサを前記接着剤の内部に埋め込むときに、前記光ファイバセンサに圧縮ひずみを加えた状態で埋め込むことを特徴とする接着部の剥離検査方法。
【請求項２】
前記圧縮ひずみは、複数の部材を接合する前記接着剤として熱硬化性接着剤を用いて室温より高温で硬化接着し、室温に戻すことにより前記光ファイバセンサに加えられることを特徴とする請求項１記載の接着部の剥離検査方法。
【請求項３】
複数の部材を接合する接着剤の内部に光ファイバセンサを埋め込み、前記光ファイバセンサに光源からの光を入射したときの前記光ファイバセンサからの光学特性に基づき接着部の剥離を検出する剥離検査方法であって、
前記部材側から所定の負荷を付与したときの前記光学特性の変化から前記接着部の剥離を検査することを特徴とする接着部の剥離検査方法。
【請求項４】
前記所定の負荷は、前記接着剤によって接合された前記複数の部材からなる接合部材を弾性変形させる外力であることを特徴とする請求項３記載の接着部の剥離検査方法。
【請求項５】
前記光ファイバセンサは光ファイバグレーティングセンサであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の接着部の剥離検査方法。
【請求項６】
前記光源は広帯域光源であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の接着部の剥離検査方法。
【請求項７】
前記光学特性は反射光特性であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の接着部の剥離検査方法。
【請求項８】
前記光学特性は透過光特性であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の接着部の剥離検査方法。
【請求項９】
前記接着剤は、常温硬化接着剤であることを特徴とする請求項３〜８のいずれか１項に記載の接着部の剥離検査方法。
【請求項１０】
前記反射光特性は、反射スペクトル特性であることを特徴とする請求項７または９記載の接着部の剥離検査方法。
【請求項１１】
前記反射光特性は、所定の波長の反射光強度特性であることを特徴とする請求項７または９記載の接着部の剥離検査方法。
【請求項１２】
前記透過光特性は、透過スペクトル特性であることを特徴とする請求項８または９記載の接着部の剥離検査方法。
【請求項１３】
前記透過光特性は、所定の波長の透過光強度特性であることを特徴とする請求項８または９記載の接着部の剥離検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、接着部の剥離検査方法に関し、特に、光ファイバセンサを用いた接着部の剥離検査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、接着部の健全性の検査では、目視や超音波探傷で接着部の微細な亀裂の有無を調べている。しかし、熟練の検査者が目視で検査を行っても、見落としのない検査は困難であり、検査工数も多くなる。また、各種のセンサを用いて接着部の健全性を評価する試みもなされているが、判定の難しさや検査精度の問題から実用に適さない。このような問題を解決するため、光ファイバセンサのセンサ部を、接合部材の接着部に埋め込んだり、接合部（接着部）近傍に接着して接合部材の接合状態を計測する技術が考えられている。これは、光ファイバセンサのセンサ部に生じるひずみによる光学的特性の変化を利用する技術である。光ファイバセンサを用いた計測時には、複数の部材を接合するときの接着剤内部に光ファイバセンサのセンサ部を取り付け固定し、光ファイバセンサの光入射側から広帯域光源からの光を入射して、センサ部からの反射光や透過光の変化を観測している。この観測によって、接合部材の接合状態が分かる。
【０００３】
このような測定を行うための方法は、例えば、下記の特許文献１に開示されている。その方法では、接合継手の近くに変換手段、例えば光ファイバセンサを配置し、接合された材料と接着剤との間の負荷変移特性を表すパラメータを、加えた負荷に応じて記録できるように接合継手に対して変換手段を配置する。そして、接合継手の組立後に、基準負荷を加えた下での接合された材料との間の負荷変移特性を表す基準パラメータを記録し、続けて、点検の負荷を加えた下での接合された材料と接着剤との間の負荷変移特性を表すパラメータを記録する。それによって、基準パラメータと続けて得られたパラメータとを比較して接合の完全性を測定する。
【０００４】
また、下記特許文献２の剥離検査方法では、まず、接着された複数の部材の各々に光ファイバセンサを固定する。そして、光ファイバセンサの各々の一端から光パルスを入力し、入力された光パルスに対して各光ファイバセンサで生じる散乱光の光学的特性の変化から各光ファイバセンサに生じるひずみを測定する。この測定した各光ファイバセンサのひずみの差に基づいて各部材の接触面における剥離の発生を検出するというものである。
【０００５】
さらに、光ファイバセンサによる精密計測技術の解説が非特許文献１に記載されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−１０１２５５号公報
【特許文献２】
特開２００１−２１３８４公報
【非特許文献１】
石川真二著、応用物理、第６９巻、第６号（２０００）、６４８頁−６５４頁
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１の方法の場合、接合の完全性を調べるためには点検のための負荷を加える必要があった。また、上記特許文献２の方法の場合、剥離による歪みが大きくないときは検出が困難である。光ファイバセンサのセンサ部は周囲の歪みを波長変化として検出できるが、特許文献１でのように光ファイバセンサのセンサ部を、複数の部材を接着するとき、室温で硬化する接着剤を用いて接着し、その接着剤内に埋め込んだとき、剥離が起きても歪みの変化は大きくないので、負荷を加えない場合、波長変化も大きくない。例えば、光ファイバセンサが光ファイバグレーティングセンサの場合の検出データを図１９に示す。図１９（ａ）は、接合部材の剥離が生じていないときの光ファイバセンサから検出される反射スペクトルである。横軸は光の波長であり、縦軸は検出光の光強度である。このとき、波長λ１にピークＰ１０を持つ反射スペクトルが観測される。これは、グレーティングの間隔の２倍が波長λ１の整数倍になっており、グレーティングからの反射光が波長λ１に対するとき強め合うために波長λ１にピークを持つ反射スペクトルとなって観測される。
【０００８】
一方、図１９（ｂ）は、接合部材の剥離が生じているときの光ファイバセンサから検出される反射スペクトルである。波長λ１の近くの波長λ２の位置に小さなピークＰ１１が見られるが、すぐに判別できるほどのピーク間のスプリットは見られない。これは、剥離が生じても、光ファイバのグレーティングに生じるひずみが小さく、グレーティングの間隔が大きく変化しないためである。このように、剥離が起きても歪みの変化は大きくないので波長変化も大きくない。また、光ファイバは、温度が変化すると熱膨張の影響でグレーティングの間隔が変化するため、温度変化で反射スペクトルのピークの位置の変化が生じてしまい、剥離が起こらなくても温度が変化することによりピークが変化し、剥離かどうかの区別もしにくくなり、温度の影響も無視できなくなってしまう。
【０００９】
本発明の目的は、上記問題を解決するため、接合部材が剥離したときに光ファイバセンサによって検出される光学的特性に大きな変化が見られるようにすることで検査精度を飛躍的に向上することができる接着部の剥離検査方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係る接着部の剥離検査方法は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。
【００１１】
第１の接着部の剥離検査方法（請求項１に対応）は、複数の部材を接合する接着剤の内部に光ファイバセンサを埋め込み、光ファイバセンサに光源からの光を入射したときの光ファイバセンサからの光学特性に基づき接着部の剥離を検出する剥離検査方法であって、光ファイバセンサを接着剤の内部に埋め込むときに、光ファイバセンサに圧縮ひずみを加えた状態で埋め込むことで特徴づけられる。
【００１２】
第１の接着部の剥離検査方法によれば、複数の部材を接合する接着剤の内部に光ファイバセンサを埋め込み、光ファイバセンサに光源からの光を入射したときの光ファイバセンサからの光学特性に基づき接着部の剥離を検出する剥離検査方法であって、光ファイバセンサを接着剤の内部に埋め込むときに、光ファイバセンサに圧縮ひずみを加えた状態で埋め込むため、接合部材の剥離が起こった場合、光ファイバセンサは圧縮ひずみがなくなる部分が生じ、それにより、センサ部が圧縮ひずみがあるときよりも長くなり、光学特性に大きな変化が生じる。その光学特性を観測することにより、接着部の剥離を精度良く検出することができる。したがって、剥離か否かを正確に判定可能なことから、実際剥離していないにもかかわらず剥離と判定して無駄な構造物の分解作業などのケースは皆無となり、すなわち、構造物の整備コストを削減し、逆に剥離しているにもかかわらず剥離していないと判定してしまい構造物の崩壊などの最悪のケースを招くことはなく構造物の安全性の向上が期待できる。
【００１３】
第２の接着部の剥離検査方法（請求項２に対応）は、上記の構成において、好ましくは圧縮ひずみは、複数の部材を接合する接着剤として熱硬化性接着剤を用いて室温より高温で硬化接着し、室温に戻すことにより光ファイバセンサに加えられることで特徴づけられる。
【００１４】
第２の接着部の剥離検査方法によれば、圧縮ひずみは、複数の部材を接合する接着剤として熱硬化性接着剤を用いて室温より高温で硬化接着し、室温に戻すことにより、接着剤と光ファイバセンサの熱膨張差により生じる熱応力によって光ファイバセンサに加えられるため、センサ部に大きな圧縮ひずみを与えることができるので、接合部材が剥離した場合に、圧縮ひずみが少なくなるか、または、なくなる部分が生じ、そのとき、センサ部のひずみに変化が生じ、それにより、光学的特性に大きな変化が生じる。それにより、精度良く剥離を検出することができる。
【００１５】
第３の接着部の剥離検査方法（請求項３に対応）は、複数の部材を接合する接着剤の内部に光ファイバセンサを埋め込み、光ファイバセンサに光源からの光を入射したときの光ファイバセンサからの光学特性に基づき接着部の剥離を検出する剥離検査方法であって、部材側から所定の負荷を付与したときの光学特性の変化から接着部の剥離を検査することで特徴づけられる。
【００１６】
第３の接着部の剥離検査方法によれば、複数の部材を接合する接着剤の内部に光ファイバセンサを埋め込み、光ファイバセンサに光源からの光を入射したときの光ファイバセンサからの光学特性に基づき接着部の剥離を検出する剥離検査方法であって、部材側から所定の負荷を付与したときの光学特性の変化から接着部の剥離を検査するため、部材側から付与する所定の負荷により、接合部材が剥離しているとき、センサ部のひずみが変化し、光学的特性も大きく変化する。その光学特性を観測することにより、接着部の剥離を精度良く検出することができる。したがって、剥離か否かを正確に判定可能なことから、実際剥離していないにもかかわらず剥離と判定して無駄な構造物の分解作業などのケースは皆無となり、すなわち、構造物の整備コストを削減し、逆に剥離しているにもかかわらず剥離していないと判定してしまい構造物の崩壊などの最悪のケースを招くことはなく構造物の安全性の向上が期待できる。
【００１７】
第４の接着部の剥離検査方法（請求項４に対応）は、上記の構成において、好ましくは所定の負荷は、接着剤によって接合された複数の部材からなる接合部材を弾性変形させる外力であることで特徴づけられる。
【００１８】
第４の接着部の剥離検査方法によれば、所定の負荷は、接着剤によって接合された複数の部材からなる接合部材を弾性変形させる外力であるため、接合部材が剥離しているとき、接合部材の剛性が小さくなり外力を加えたときに接合部材が剥離していないときに比べて大きく弾性変形するので、センサ部のひずみが大きく変化し、光学的特性も大きく変化する。その光学特性を観測することにより、接着部の剥離を精度良く検出することができる。
【００１９】
第５の接着部の剥離検査方法（請求項５に対応）は、上記の構成において、好ましくは光ファイバセンサは光ファイバグレーティングセンサであることで特徴づけられる。
【００２０】
第５の接着部の剥離検査方法によれば、光ファイバセンサは光ファイバグレーティングセンサであるため、センサ部のひずみとしてグレーティングの間隔の変化が生じるので、グレーティングの光学特性に変化が生じ、その光学特性を観測することにより、接着部の剥離を精度良く検出することができる。
【００２１】
第６の接着部の剥離検査方法（請求項６に対応）は、上記の構成において、好ましくは光源は広帯域光源であることで特徴づけられる。
【００２２】
第６の接着部の剥離検査方法によれば、光源は広帯域光源であるため、広範囲の波長範囲の光学的特性を観測することができるので、光学的特性の変化を観測を容易にし、精度良く剥離を検出することができる。
【００２３】
第７の接着部の剥離検査方法（請求項７に対応）は、上記の構成において、好ましくは光学特性は反射光特性であることで特徴づけられる。
【００２４】
第７の接着部の剥離検査方法によれば、光学特性は反射光特性であるため、その反射光特性を観測することにより、接着部の剥離を精度良く検出することができる。
【００２５】
第８の接着部の剥離検査方法（請求項８に対応）は、上記の構成において、好ましくは光学特性は透過光特性であることで特徴づけられる。
【００２６】
第８の接着部の剥離検査方法によれば、光学特性は透過光特性であるため、その透過光特性を観測することにより、接着部の剥離を精度良く検出することができる。
【００２７】
第９の接着部の剥離検査方法（請求項９に対応）は、上記の構成において、好ましくは接着剤は、常温硬化接着剤であることで特徴づけられる。
【００２８】
第９の接着部の剥離検査方法によれば、接着剤は、常温硬化接着剤であるため、容易に複数の部材を接着し、接着剤内部に光ファイバセンサを埋め込むことができる。
【００２９】
第１０の接着部の剥離検査方法（請求項１０に対応）は、上記の構成において、好ましくは反射光特性は、反射スペクトル特性であることで特徴づけられる。
【００３０】
第１０の接着部の剥離検査方法によれば、反射光特性は、反射スペクトル特性であるため、反射スペクトルの変化を観測することにより、精度良く剥離を検査することができる。
【００３１】
第１１の接着部の剥離検査方法（請求項１１に対応）は、上記の構成において、好ましくは反射光特性は、所定の波長の反射光強度特性であることで特徴づけられる。
【００３２】
第１１の接着部の剥離検査方法によれば、反射光特性は、所定の波長の反射光強度特性であるため、所定の波長に感度を有する光検出器を用いればよいので、簡単な光学系で精度良く剥離を検査することができる。
【００３３】
第１２の接着部の剥離検査方法（請求項１２に対応）は、上記の構成において、好ましくは透過光特性は、透過スペクトル特性であることで特徴づけられる。
【００３４】
第１２の接着部の剥離検査方法によれば、透過光特性は、透過スペクトル特性であるため、透過スペクトルの変化を観測することにより、精度良く剥離を検査することができる。
【００３５】
第１３の接着部の剥離検査方法（請求項１３に対応）は、上記の構成において、好ましくは透過光特性は、所定の波長の透過光強度特性であることで特徴づけられる。
【００３６】
第１３の接着部の剥離検査方法によれば、透過光特性は、所定の波長の透過光強度特性であるため、所定の波長に感度を有する光検出器を用いればよいので、簡単な光学系で精度良く剥離を検査することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００３８】
実施形態で説明される構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また、数値および各構成の組成（材質）については例示にすぎない。従って本発明は、以下に説明される実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【００３９】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る接着部の剥離検査方法で用いる測定系の基本構成図である。測定系１０は、光源１１と光ファイバセンサ１２と光検出部１３とから構成される。
【００４０】
光源１１は、広帯域の光を光ファイバセンサ１２の入射側の端面に照射する装置であり、光ファイバセンサ１２で検出できる波長の光を含んだ領域の波長の光を発光する光源である。光源１１は、例えば、スーパールミネッセンスダイオード（ＳＬＤ）、ハロゲンランプあるいはタングステンランプなどの広帯域の連続スペクトルを持つ光源である。
【００４１】
光ファイバセンサ１２は、センサ部１４とカップラ１２ａを有し、光源１１からの光をセンサ部１４に導入し、そのセンサ部１４からの反射光をカップラ１２ａを介して検出する。光ファイバセンサは、例えば、光ファイバグレーティングセンサを用いる。以下では、光ファイバグレーティングセンサを用いた例で説明する。光ファイバの先端１５は光源１１に接続され、センサ部１４は部材１６，１７を接合するときの接着剤１８の内部に埋め込む。また、先端１９は光検出部１３に接続される。
【００４２】
図２は、接着剤１８にセンサ部１４を埋め込んである部材１６と部材１７の接着部２０の斜視図であり、図３は、接着部２０の拡大断面図である。接着部２０のうち、センサ部を埋め込む部分は、亀裂剥離が生じやすい接合部（接着部）２０の接着剤１８の外側と露出した表面付近である。例えば、センサ部１４の光入射側のグレーティングの端から接合部の接着剤１８の外側と露出した表面までの距離を０〜５ｍｍとなるようにセンサ部は埋め込まれる。このような測定系１０は、部材１６，１７と接着部２０によって形成された接合部材の剥離が生じたかどうかの測定を行うときに用いるものであり、実際には、航空機などを製造する際に用いられる部材の接合部（接着部）の接着剤内部に埋め込まれる。図２と図３は、実験に用いた系であり、接着部２０の例であり、部材１６と部材１７に接着剤１８を塗布し、その接着剤１８内部に、光ファイバーセンサ１２のセンサ部１４が埋め込まれている。
【００４３】
また、光ファイバセンサを埋め込むときには、部材１６，１７を接合する接着剤１８として熱硬化性接着剤を用いて室温より高温で硬化接着し、室温に戻す。そのとき、接着剤と光ファイバセンサの熱膨張差により、センサ部１４に圧縮ひずみが生じるようにしている。
【００４４】
図１に示す光検出部１３は、センサ部１４からの反射光の反射スペクトルを得るための光スペクトルアナライザが用いられる。
【００４５】
次に、本発明の剥離検出方法の測定系１０による測定の原理を図４を用いて説明する。
【００４６】
図４は、ファイバグレーティングの模式図である。光ファイバセンサとして用いられるファイバグレーティング１４はファイバコア部２１に光の波長オーダーの周期を書き込んだもので、コア２１を伝搬する前進と後退モード間の結合を用いることで、所定の波長の光を反射させる機能をもつ。結合する波長λＢは、伝搬モードの実効屈折率ｎＥＦＦと屈折率周期Λを用いて（１）式で示される。
【００４７】
【数１】
2004317436.tif 000003
【００４８】
反射率Ｒは屈折率変化量Δｎ、グレーティング長Ｌ、伝搬光のコア部への閉じ込め率ηｃを用いて、（２）式で求められる。
【００４９】
【数２】
2004317436.tif 000004
【００５０】
例えば、１．５５μｍ帯波長多重伝送の波長分離に用いられるファイバグレーティングの場合、周期Λ約０．５μｍ、長さＬ＝１０ｍｍ、と約２０，０００層の屈折率周期が書き込まれたものとなり、非常に急峻な反射特性が図５に示すように形成される。
【００５１】
このようなグレーティングに圧縮ひずみが加わると屈折率周期Λが図６で示すようにΛｃとなり短くなり、（１）式にしたがって結合するλＢは短くなり、すなわち反射光の波長は短くなる。一方、圧縮ひずみが少なくなると、屈折率周期Λは、ひずみのない状態の周期に近い部分も生じ、その部分からの反射光の波長は、長くなり、図７に示すように、長波長側にも反射ピークＰ２が生じる。剥離が生じると、剥離した部分では、圧縮ひずみが少なくなるか、なくなり、図７で示すような長波長側にも反射ピークが生じた反射スペクトルになる。
【００５２】
以上の原理に基づいて、測定系１０により反射スペクトルを観測することにより接着剤内部または外部、外側面の剥離を検出することができる。
【００５３】
次に、図８，９を用いて図１で示した測定系１０を用いた第１実施形態の実施例について説明する。
【００５４】
【実施例１】
図８は、２５０℃熱硬化接着剤でセンサ部１４を埋め込んだときの剥離する前の、反射スペクトルである。横軸は、波長であり、縦軸は、光強度である。このときには、接着剤と光ファイバセンサの熱膨張差による熱応力によってセンサ部に圧縮ひずみが生じ、１５５４ｎｍ付近にピークが見られる。図１０のように拡大レンズ２２で観察しながら部材１６，１７に負荷を加えていく。そして、剥離が生じるまで、スペクトルはほとんど変化せず、剥離が生じたとき、負荷をゼロにする。そのときのスペクトルを図９に示す。スペクトルは剥離が生じると大きく変化し、１５５５ｎｍにもピークＰ３が生じる。これは、圧縮ひずみがなくなった部分がセンサ部１４に生じたことに起因するものと考えられる。
【００５５】
以上の測定により、剥離が生じたときには、長波長側にもピークが生じるようになるので、そのピークを観測することにより剥離を検出することができる。
【００５６】
上記の測定系を航空機胴体部の接着部の状態をモニタするために用いることにより、反射スペクトルを測定することによって、接着部が剥離していない場合は、反射スペクトルのピークは短波長側に１つあり、接着部が剥離した場合には、反射スペクトルのピークが短波長側に加えて長波長側にももう１つ現れるため、そのピークが生じたか否かによって、接着部が剥離しているか否かを正確に判断できる。
【００５７】
なお、上記の測定系において、光検出器１３として光スペクトルアナライザを用いて反射スペクトルを測定するようにしたが、ある特定の波長に感度を有するフォトダイオードなどで、その波長の光強度を検出するようにし、例えば、剥離したときに生じる１５５５ｎｍの波長に感度を有するフォトダイオードを用いてその検出値をモニタすることにより、その強度が増加することによって剥離を検知するようにしても良い。
【００５８】
図１１は、本発明の第２の実施形態に係る接着部の剥離検査方法で用いる測定系の基本構成図である。測定系３０は、光源１１と光ファイバセンサ３１と光検出部１３とから構成される。
【００５９】
光源１１と光検出器１３は、第１の実施形態と同様であるので同じ符号を付し説明も省略する。
【００６０】
光ファイバセンサ３１は、センサ部３２を有し、光源１１からの光をセンサ部３２に導入し、そのセンサ部からの透過光を検出する。光ファイバーの一方の先端は光源１１に接続され、センサ部３２は部材１６，１７を接合するときの接着剤１８の内部に埋め込む。
【００６１】
第１の実施形態と同様、光ファイバグレーティングセンサを複数の部材を接合する接着材として熱硬化性接着剤を用いて室温より高温で硬化接着し、室温に戻す。そのとき、接着剤と光ファイバセンサの熱膨張差により、センサ部に圧縮ひずみが生じるようにしている。
【００６２】
図１１に示す光検出部１２は、センサ部３２からの透過光の透過スペクトルを得るための光スペクトルアナライザが用いられる。
【００６３】
次に、本発明の剥離検出方法の測定系３０による測定の原理を説明する。
【００６４】
ファイバグレーティング３２はファイバ３１の中間に形成された以外は第１の実施形態と同様であり、ファイバコア部に光の波長オーダーの周期を書き込んだもので、コアを伝搬する前進と後退モード間の結合を用いることで、所定の波長の光を反射させる機能をもつ。結合する波長λＢは、伝搬モードの実効屈折率ｎＥＦＦと屈折率周期Λを用いて（１）式で示される。
【００６５】
反射率Ｒは屈折率変化量Δｎ、グレーティング長Ｌ、伝搬光のコア部への閉じ込め率ηｃを用いて、（２）式で求められる。
【００６６】
例えば、１．５５μｍ帯波長多重伝送の波長分離に用いられる光ファイバグレーティングセンサの場合、周期Λ＝約０．５μｍ、長さＬ＝１０ｍｍ、と約２０，０００層の屈折率周期が書き込まれたものとなり、非常に急峻な透過特性が図１２に示すように形成される。
【００６７】
このようなグレーティングに圧縮ひずみが加わると屈折率周期Λが図６で示すようにΛｃとなり短くなり、（１）式にしたがって反射光の波長は短くなる。一方、圧縮ひずみが少なくなると、屈折率周期Λは、圧縮ひずみがない場合に近い部分も生じ、その部分からの反射光の波長は、長くなり、図１３に示すように、長波長側にも透過ディップＤ２が生じる。剥離が生じると、剥離した部分では、圧縮ひずみが少なくなるか、なくなり、長波長側にも透過ディップが生じる。
【００６８】
以上の原理に基づいて、上記の測定系により透過スペクトルを観測することにより接着部の剥離を検出することができる。
【００６９】
上記の測定系を航空機胴体部の接着部の状態をモニタするために用いることにより、透過スペクトルを測定することによって、接着部が剥離していない場合は、透過スペクトルのディップは短波長側に１つあり、接着部が剥離した場合には、透過スペクトルのディップが短波長側に加えて長波長側にももう１つ現れるため、そのディップが生じたか否かによって、接着部が剥離しているか否かを正確に判断できる。
【００７０】
なお、上記の測定系において、光検出器として光スペクトルアナライザを用いて透過スペクトルを測定するようにしたが、ある特定の波長に感度を有するフォトダイオードなどで、その波長の光強度を検出するようにし、例えば、剥離したときに生じる１５５５ｎｍの波長に感度を有するフォトダイオードを用いてその検出値をモニタすることにより、その強度が減少することによって剥離を検知するようにしても良い。
【００７１】
次に、本発明の第３の実施形態を説明する。測定系は、第１の実施形態で説明した構成と同様であるが、この実施形態においては、部材側から所定の負荷を付与したときの光学特性の変化から接着部の剥離を検査する。そして、所定の負荷として、接着剤によって接合された複数の部材からなる接合部材を弾性変形させる外力を加える。図１４（ａ）で示すように部材１６，１７に引っ張りの負荷として外力Ｆをかけたり、また、図１４（ｂ）で示すような部材１６’，１７’が接合された接合部材では、接合部材の端部Ａ，Ｂに引っ張りの負荷として外力Ｆ２を加える。さらに、図１４（ｃ）で示すような部材１６’’，１７’’が接合された接合部材では、接合部材の３点Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３に外力Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５を加え曲げの負荷をかける。測定系の構成の説明は、省略する。
【００７２】
次に、本発明の第３の実施形態に係る剥離検出方法の測定の原理を説明する。測定系は図１で示したものと同様である。
【００７３】
ファイバグレーティングはファイバコア部に光の波長オーダーの周期を書き込んだもので、コアを伝搬する前進と後退モード間の結合を用いることで、所定の波長の光を反射させる機能をもつ。結合する波長λＢは、伝搬モードの実効屈折率ｎＥＦＦと屈折率周期Λを用いて（１）式で示される。
【００７４】
反射率Ｒは屈折率変化量Δｎ、グレーティング長Ｌ、伝搬光のコア部への閉じ込め率ηｃを用いて、（２）式で求められる。
【００７５】
このようなグレーティングに圧縮ひずみが加わると屈折率周期Λが図６で示すようにΛｃとなり短くなり、反射波長は短くなる。一方、圧縮ひずみが少なくなると、屈折率周期Λは、ひずみがない場合に近い部分も生じ、その部分からの反射波長は、長くなり、図７に示すように、長波長側にも反射ピークＰ２が生じる。剥離が生じると、剥離した部分では、圧縮ひずみが少なくなるか、またはなくなる。そして、負荷を部材１６，１７に加えることにより、図１４に示すように、光ファイバセンサのセンサ部に引っ張りひずみが生じるために、図６で示したグレーティング間隔λよりさらに長くなる。このとき、接着部の剛性は接着が剥離して板厚が変化することによって大きく低下する。図１４（ｄ）には、接合部材の接着が剥離した部分と、接着が剥離していない部分での曲げ剛さを示す。部材１６’’と部材１７’’の厚さをｈ、幅をｂとすると、接着が剥離していない部分での曲げ剛さ（部材の曲げにくさを表す値）ＥＩは、ＥＩ＝Ｅｂ（２ｈ）３／１２（ここで、Ｅは部材の縦弾性係数、Ｉは断面二次モーメントである。）と表され、接着の剥離している部分での曲げ剛さＥＩは、ＥＩ＝Ｅｂｈ３／１２で表される。このとき、接着の剥離した部分での曲げ剛さＥＩは、接着の剥離した部分の曲げ剛さＥＩの１／８となる。このとき剛性Ｃも剥離した部分では、剥離していない部分に比べて小さくなる。剛性Ｃは、Ｃ＝Ｐ／Ｕと表される。ここで、Ｐは荷重、Ｕは歪みを表す。それゆえ、剛性Ｃが小さくなると剥離が生じている部分と剥離が生じていない部分と同一の荷重Ｐをかけても、歪みＵは、剥離が生じている部分の方が、剥離が生じていない部分よりも大きな歪みを発生する。よって、ファイバセンサのセンサ部は、剥離が生じている場合、剥離が生じていない場合に比べて大きく歪み、図７で示したよりさらに長波長側に反射スペクトルのピークが生じるようになる。
【００７６】
以上の原理に基づいて、上記の測定系において負荷を部材に加えたときの反射スペクトルのピークを観測することにより、接着部の剥離を確実に検出することができる。
【００７７】
次に、第３実施形態の実施例について説明する。
【００７８】
【実施例２】
本実施例では、２５０℃熱硬化接着剤でセンサ部を埋め込んだときの剥離する前の、反射スペクトルである図８のとおりで第１の実施形態で説明したとおりであり、横軸は、波長であり、縦軸は、光強度である。このときには、１５５４ｎｍ付近にピークが見られる。図１０のように拡大レンズで観察しながら負荷を加えていく。そして、剥離が生じるまで、スペクトルはほとんど変化せず、剥離が生じたとき、負荷をゼロにする。そのときのスペクトルは図９に示したとおりである。スペクトルは剥離が生じると大きく変化し、１５５５ｎｍにもピークが生じる。これは、圧縮ひずみがなくなった部分がセンサに生じたことに起因するものと考えられる。さらに、約１０ｋｇ重の負荷を加えたとき、図１５に示すような反射スペクトルとなり、さらに、ピークは長波長側にシフトしピークＰ３として現れる。
【００７９】
以上の測定により、剥離が生じたときには、より長波長側にピークが生じるようになるので、そのピークを観測することにより剥離を検出することができる。
【００８０】
【実施例３】
本実施例においては、図１６は、室温硬化接着剤でセンサ部を埋め込んだときの剥離する前の、反射スペクトルである。横軸は、波長であり、縦軸は、光強度である。このときには、１５５４ｎｍ付近にピークが見られる。図１０のように拡大レンズで観察しながら負荷を加えていく。そして、剥離が生じるまで、スペクトルはほとんど変化せず、剥離が生じたとき、負荷をゼロにする。そのときのスペクトルを図１７に示す。スペクトルは剥離が生じてもあまり変化しない。これは、接着剤を室温で硬化するために高温で硬化する接着剤に比べて圧縮ひずみが少ないことに起因するものと考えられる。図１８で示すように負荷をさらに加えたときの反射スペクトルを示す。このとき、長波長側にピークＰ４が生じる。
【００８１】
以上の測定により、剥離が生じ、負荷を加えたときには、長波長側にもピークが生じるようになるので、そのピークを観測することにより剥離を検出することができる。この応用として、航空機胴体部の接着部の状態をモニターする場合、胴体部製造時での反射特性と、実運航後に地上で胴体部内に与圧を付与した状態での反射特性を測定・比較すれば、剥離しているか否かを正確に判断できる。
【００８２】
なお、上記の測定系において、光検出器として光スペクトルアナライザを用いて反射スペクトルを測定するようにしたが、ある特定の波長に感度を有するフォトダイオードなどで、その波長の光強度を検出するようにし、例えば、剥離したときに負荷を加えることによって生じるピークの波長に感度を有するフォトダイオードを用いてその検出値をモニタすることにより、その強度が増加することによって剥離を検知するようにしても良い。
【００８３】
次に、本発明の第４の実施形態を説明する。第４の実施形態は測定系３０の構成を用いて、部材１６，１７に負荷を加えたときの透過光特性を観測する。この実施形態においては、部材側から所定の負荷を付与したときの光学特性の変化から接着部の剥離を検査する。そして、所定の負荷として、接着剤によって接合された複数の部材からなる接合部材を弾性変形させる外力を加える。図１４（ａ）で示すように部材１６，１７に引っ張りの負荷として外力Ｆをかけたり、また、図１４（ｂ）で示すような部材１６’，１７’が接合された接合部材では、接合部材の端部Ａ，Ｂに引っ張りの負荷として外力Ｆ２を加える。さらに、図１４（ｃ）で示すような部材１６’’，１７’’が接合された接合部材では、接合部材の３点Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３に外力Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５を加え曲げの負荷をかける。測定系の構成は、図１１で示した第２の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００８４】
次に、本発明の剥離検出方法の測定の原理を説明する。
【００８５】
ファイバグレーティングはファイバコア部に光の波長オーダーの周期を書き込んだもので、コアを伝搬する前進と後退モード間の結合を用いることで、所定の波長の光を反射させる機能をもつ。結合する波長λＢは、伝搬モードの実効屈折率ｎＥＦＦと屈折率周期Λを用いて（１）式で示される。
【００８６】
反射率Ｒは屈折率変化量Δｎ、グレーティング長Ｌ、伝搬光のコア部への閉じ込め率ηｃを用いて、（２）式で求められる。
【００８７】
このようなグレーティングに圧縮ひずみが加わると屈折率周期Λが図６で示すようにΛｃとなり短くなり、反射光の波長は短くなる。一方、圧縮ひずみが少なくなると、屈折率周期Λは、ひずみのない場合に近い部分も生じ、その部分からの反射光の波長は、長くなり、図７に示すように、長波長側にも反射ピークが生じる。剥離が生じると、剥離した部分では、圧縮ひずみが少なくなるか、なくなる。さらに負荷を加える。このとき、接着部の剛性は接着が剥離して板厚が変化することによって大きく低下する。図１４（ｄ）には、接合部材の接着が剥離した部分と、接着が剥離していない部分での曲げ剛さを示す。部材１６’’と部材１７’’の厚さをｈ、幅をｂとすると、接着が剥離していない部分での曲げ剛さ（部材の曲げにくさを表す値）ＥＩは、ＥＩ＝Ｅｂ（２ｈ）３／１２（ここで、Ｅは部材の弾性係数、Ｉは断面二次モーメントである。）と表され、接着の剥離している部分での曲げ剛さＥＩは、ＥＩ＝Ｅｂｈ３／１２で表される。このとき、接着の剥離した部分での曲げ剛さＥＩは、接着の剥離した部分の曲げ剛さＥＩの１／８となる。このとき剛性Ｃも剥離した部分では、剥離していない部分に比べて小さくなる。剛性Ｃは、Ｃ＝Ｐ／Ｕと表される。ここで、Ｐは荷重、Ｕは歪みを表す。それゆえ、剛性Ｃが小さくなると剥離が生じている部分と剥離が生じていない部分と同一の荷重Ｐをかけても、歪みＵは、剥離が生じている部分の方が、剥離が生じていない部分よりも大きな歪みを発生する。よって、ファイバセンサのセンサ部は、剥離が生じている場合、剥離が生じていない場合に比べて大きく歪み、図１４で示したと同様に、グレーティングに引っ張りひずみが入り、グレーティングの間隔が長くなり、その結果、長波長側にディップを持つ透過特性が生じる。また、室温硬化接着剤を用いたときも、負荷を部材に加えることにより、剥離が生じているときには、グレーティングのひずみを大きくし、長波長側にディップを持つ特性が得られ、それを観測することにより、接着部の剥離を検出することができる。
【００８８】
以上の原理に基づいて、部材に負荷を加えたときの透過スペクトルの変化を観測することにより接着部の剥離を検出することができる。この応用として、航空機胴体部の接着部の状態をモニターする場合、胴体部製造時での透過特性と、実運航後に地上で胴体部内に与圧を付与した状態での透過特性を測定・比較すれば、剥離しているか否かを正確に判断できる。
【００８９】
なお、上記の測定系において、光検出器として光スペクトルアナライザを用いて透過スペクトルを測定するようにしたが、ある特定の波長に感度を有するフォトダイオードなどで、その波長の光強度を検出するようにし、例えば、剥離したときに負荷を加えることによって生じるディップの波長に感度を有するフォトダイオードを用いてその検出値をモニタすることにより、その強度が減少することによって剥離を検知するようにしても良い。
【００９０】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、次の効果を奏する。
【００９１】
複数の部材を接合する接着材の内部に光ファイバセンサを埋め込み、光ファイバセンサに光源からの光を入射したときの光ファイバセンサからの光学特性に基づき接着剤の内部の剥離を検出する剥離検査方法であって、光ファイバセンサを接着材の内部に埋め込むときに、光ファイバセンサに圧縮ひずみを加えた状態で埋め込むため、接合部材の剥離が起こった場合、光ファイバセンサは圧縮ひずみがなくなる部分が生じ、それにより、センサ部が圧縮ひずみがあるときよりも長くなり、光学特性に大きな変化が生じる。その光学特性を観測することにより、接着部の剥離を精度良く検出することができる。したがって、剥離か否かを正確に判定可能なことから、実際剥離していないにもかかわらず剥離と判定して無駄な構造物の分解作業などのケースは皆無となり、すなわち、構造物の整備コストを削減し、逆に剥離しているにもかかわらず剥離していないと判定してしまい構造物の崩壊などの最悪のケースを招くことはなく構造物の安全性の向上が期待できる。
【００９２】
光ファイバセンサを複数の部材を接合する接着剤の内部に埋め込み、光ファイバセンサに光源からの光を入射したときの光ファイバセンサからの光学特性に基づき接着部の剥離を検出する剥離検査方法であって、部材側から所定の負荷を付与したときの光学特性の変化から接着部の剥離を検査するため、部材側から付与する所定の負荷により、接合部材が剥離しているとき、センサ部のひずみが変化し、光学的特性も大きく変化する。その光学特性を観測することにより、接着部の剥離を精度良く検出することができる。したがって、剥離か否かを正確に判定可能なことから、実際剥離していないにもかかわらず剥離と判定して無駄な構造物の分解作業などのケースは皆無となり、すなわち、構造物の整備コストを削減し、逆に剥離しているにもかかわらず剥離していないと判定してしまい構造物の崩壊などの最悪のケースを招くことはなく構造物の安全性の向上が期待できる。
【００９３】
この応用として、航空機胴体部の接着部の状態をモニタする場合、胴体部製造時での光学的特性と、実運航後に地上で胴体部内に与圧を付与した状態での光学的特性を測定・比較すれば、剥離しているか否かを正確に判断できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る接着材内部の剥離検査方法で用いる測定系の基本構成図である。
【図２】接着剤にセンサ部を埋め込んである接着部の斜視図である。
【図３】接着剤にセンサ部を埋め込んである接着部の拡大断面図である。
【図４】ファイバグレーティングの模式図である。
【図５】ファイバグレーティングからの反射特性を示すグラフである。
【図６】圧縮ひずみが加わったときのグレーティングの模式図である。
【図７】接着部に剥離が生じたときのファイバグレーティングからの反射特性を示すグラフである。
【図８】２５０℃熱硬化接着剤でセンサ部を埋め込んだときの剥離する前の反射スペクトルである。
【図９】２５０℃熱硬化接着剤でセンサ部を埋め込んだときの剥離した後の反射スペクトルである。
【図１０】部材に負荷を加えていくときに拡大レンズで観察する様子を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る接着部の剥離検査方法で用いる測定系の基本構成図である。
【図１２】ファイバグレーティングからの透過特性を示すグラフである。
【図１３】接着部に剥離が生じたときのファイバグレーティングからの透過特性を示すグラフである。
【図１４】部材に負荷をかけたときの様子を示す模式図であり、（ａ）は引っ張りの負荷、（ｂ）は引っ張りの負荷、（ｃ）は曲げの負荷を加えたときの様子を示し、（ｄ）は接合部材の接着が剥離した部分と、接着が剥離していない部分での曲げ剛さを示す図である。
【図１５】剥離が生じているときに負荷を加えたときの反射スペクトルである。
【図１６】室温硬化接着剤でセンサ部を埋め込んだときの剥離する前の反射スペクトルである。
【図１７】室温硬化接着剤でセンサ部を埋め込んだときの剥離が生じているときで無負荷のときの反射スペクトルである。
【図１８】室温硬化接着剤でセンサ部を埋め込んだときの剥離が生じているときで負荷を加えているときの反射スペクトルである。
【図１９】光ファイバセンサから検出される反射スペクトルであり、（ａ）は接合部材の剥離が生じていないときの反射スペクトルであり、（ｂ）は接合部材の剥離が生じているときの反射スペクトルである。
【符号の説明】
１０          測定系
１１          光源
１２          光ファイバセンサ
１３          光検出部
１４          センサ部
１５          先端
１６，１７    部材
１８          接着剤
１９          先端
２０          接着部
２１          ファイバコア部
２２          拡大レンズ
【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】
2004317436.tif 000019
【図１６】
2004317436.tif 000020
【図１７】
2004317436.tif 000021
【図１８】
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【図１９】
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