JPS6097226A - 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】 本発明は応力測定装置に関し、より詳細にはガラス製品
あるいはプラスチック等の透明性物質から成シかつ光弾
性を有する被測定物体の応力を測定する装置の改良に関
する。

光弾性効果を応用した従来の応力測定装置のうち、取り
扱い方法が比較的簡単なものを第１図に示す。この応力
測定装置では、光源（１１からの光は集光レンズ（２）
ヲ介して偏光板（３）に入射し、この偏光板（３）から
得られる偏光はガラス製の試料台（４）を介して対物レ
ンズ（５）に入射する。この対物レンズ（５）は顕微鏡
筒（６）の下端に取シ付けられておシ、この対物レンズ
（５）に入射した上記偏光は上記顕微鏡時（６）内を通
って位相差発生手段としての水晶＃　（７）に入射し、
この水晶楔（７）を通過することにより互いに振動方向
が直交しかつ位相差を有する２つの偏光に分かれる。上
記水晶楔（７）を通過した上記２つの偏光は上記偏光板
（３）とは直交に配置されている検光板（８）を通過す
ることによル再び１つの偏光となった後、接眼レンズ（
９）αｌｌｌを介して細孔（１１１に到達する。

次に上述の応力測定装置による応力の測定方法を説明す
る。まず第１図に示す状態で細孔−から水晶＊　（７）
を観察する。この時、上記水晶楔（力の上には、第２Ａ
図に示すように、干渉縞（１２１が観察される。この干
渉縞（ｌりは、偏光板（３）により得られた偏光が水晶
楔（力を通過することによって得られる互いに振動方向
が直交しかつ位相差を有する既述の２つの偏光の検光板
（８）を通過する成分間の干渉によシ生ずるものである
。次にマイクロメータ（１３）を動かすことにより水晶
楔（７）を水平移動させて、第２Ｂ〜に示すように、干
渉縞（１つを標線板（１４）　（第１図）に設けられて
いる互いに平行な２本の標線（ＩＱの間に位置させ、こ
の状態においてマイクロメータ（１３の目盛りを読み取
る。以下において、この目盛りを１回目の目盛りと称す
る。次に試料台（４）の上に複屈折性を有する応力を測
定すべき被測定物体α〔（一点鎖線で示す）を載置する
。この後再び細孔（１１）から水晶楔（力を観察する。

この時、上記干渉縞（１４は被測定物体（ＩＱの内部応
力によって上記水晶楔（力の上を移動し、例えば第２０
図に示すようになる。次に再びマイクロメータａ■を動
かすことにより水晶楔（力を水平移動させて、第２Ｄ図
に示すように、被測定物体（１（ｉ）の応力を測定した
い部分を標線［５）の間に位置させる。次にこの状態に
おいてマイクロメータ（＋３）の目盛りを読み取った後
、この２回目の目盛力と既に読み取った１回目の目盛力
との差をめる。次に、被測定物体（１６）の載置状態を
水平方向に±９０°の範囲で変えて上述と同様な操作を
し、この時のマイクロメータ（１３）の目盛りと上述の
１回目の目盛フとの読みの差が最大になる方向をめれば
、この方向及びこの方向に垂直な方向が主応力σ１、σ
２の方向を与える。また主応力差σ１−σ２は上記読み
の差の最大値から、後述の関係式（３）を用いることｌ
こよ請求めることができる。

なお上述の応力測定装置によって主応力差σ１−σ２を
める方法は次の原理に基づく。

まず、第１図において、光源（１）からの光が偏光板（
３）を通過することによって得られる偏光は、）’　＝
　Ａｓ１ｎ　（２πｔ　／　Ｔ　）　（１）で表される
。ここでＮは振幅、Ｔは周期、ｔは時間を表す変数であ
る。被測定物体（【０を試料台（４）の上に載置してい
ない状態において水晶楔（７）に入射した上記偏光ｙは
、この水晶！　＋７）を通過することによって互いに振
動方向が直交しかつ位相差δを有する２つの偏光に分か
れる。これらの２つの偏光が検光板（８）を通過するこ
とによシ得られる偏光の強度■は、 Ｉ　＝　Ａ２５ｉｎ２２θ５ｉｎ２（δ／２）　（２）
で表される。ここでθは偏光板（３）の振動面の方向と
水晶楔（７）から出た２つの偏光のうちの１′）とがな
す角度を表す。上記（２）式における位相差δは、第６
図に示す水晶楔（力の厚さｄに比例しており、さらにこ
の厚−ｇｄは水晶楔（力の矢印入方向の位置座標Ｘの関
数であるから、θを固定した場合、（２）弐μ工がＸの
関数として変化することを示す。上記（２）式において
δ／２＝ｎπ　（ｎ：整数）の時にはＩ＝０となり、こ
の関係を満たすＸにおいて水晶楔（７）の上にＩ＝０を
示す黒い干渉縞Ｃ１りが観察される（第２Ａ図）。この
状態において、試料台（４）の上に被測定物体（［６）
を載置すると、この被測定物体ＱＱの応力状態に応じて
上記位相差δが変化し、この結果干渉縞α２が水晶楔（
力士を移動する（第２Ｃ図）。この移動する距離ｌを測
定すれば、次に示す（３）式を用いて主応力差σ１−σ
２をめることができる。

ａ１ａ２＝＝（ｌＸＫ）／（ｔＸｏ）　（３ＪここでＫ
は水晶楔（７）によって決まる定数、ｔは被測定物体（
１０の厚さ、Ｃは光弾性定数でめる。

以上に述べた従来の応力測定装置においては、既述のよ
うに、マイクロメータＵを動かしては目盛りを読み増る
という操作を何回も繰シ返す必要がらるので、測定操作
が簡便でない。また測定すべき応力の大きさに応じて最
適の楔角（第６図のφ）を有する水晶楔に交換する場合
には、応力測定装置を分解しなければならず不便である
。

本発明は、上述の問題にかんがみ、被測定物体の主応力
差を簡易かつ迅速に測定することかできると共に安価に
構成することができる応力測定装置を提供することを目
的とする。

即ち、本発明に係る応力測定装置は、光源からの光を偏
光手段に入射させて得られる偏光を複屈折性物質から成
る位相差発生手段に入射させ、この位相差発生手段から
得られる互いに振動方向がることｆこより生じる干渉縞
が、複屈折性を有する応力を測定すべ＠被測定物体を上
記偏光手段と上記位相差発生手段との間Ｊこ挿入するこ
とによシ移動する距離を距離測定手段によって測定し、
この測定値から上記被測定物体の応力をめるようにした
応力測定装置において、上記距離測定手段を目盛シから
構成し、この目盛りの像と上記被測定物体から出る上記
干渉縞を同時に直接観察または投影してこの干渉縞の上
記移動する距離を上記目盛やで読み取るようにしている
。このように構成することによって、被測定物体の主応
力差を簡易かつ迅速に測定することができると共ｌこ応
力測定装置を安価に構成することができる。

以下本発明に係る応力測定装置の一実施例につき図面を
参照しながら説明する。

第４図及び第５図ｔこ示すように、応力測定装置は投影
部＋２１１と検出部Ｃ２とから成っていて、これらの投
影部ＣＤ及び検出部（２７Ｊは、一対の支持部材２３＋
　（２４１を介して連結部材（２５１によって互いｌこ
連結されている。なお連結部材（２５）は、ネジ（２６
１ｆ２７）によって支持部材（ハ）（財）に取シ付けら
れている。

投影部（２１）は八角柱状の外形を有する６つの中空部
材（２８１翻（至）から成り、これらの中空部材ｆ２８
）（２９）　（３０）は、支持部材（２３）の一端にネ
ジ０１）によって取りつけられている支持板（３１こ対
してネジ（３３）〜（至）によって同軸上に取り付けら
れている。中空部材（２８）の内部には電池Ｃ１７）（
３８１が収容されていて、これらの電池Ｃ１７）（至）
の両端は電極（３ｃｊＶ（４０１と接触している。なお
電極顛は、中空部材−の内壁にはめこまれている′１１
１．他支持板（４υに取カ付けられている。これらの電
極Ｃ３１（４０）のうち−ｉＷ、極Ｃ３１はリード線（
４りによってスイッチ（４階の一端（４５ａ）に接続さ
れていて、また電極如）は光源としての豆電球（４４）
及びソケット（４５）　’ＩＥ−介してリード＃　（４
６）によってスイッチ（４３１の他端（４３ｂ）に接続
されている。なお中空部材（２槌の一端には、絶縁材料
から成る蓋（４ηがネジ（４団１こよって取り付けられ
ている。

また上記ソケット（４９は中空部材−の側板（２９ａ）
の中心に設けられている貫通孔（２９ｂ）にはめ込まれ
ている。そしてこのソケット（４５に豆［ｆｆ（４４）
が取り付けられている。またこの中空部材−の内部には
豆電球（４４）を取り囲むようにして集光板（５〔がリ
ング６υによって取っ付けられている。なお上記リング
ｔ５１）は、外周面に形成されているネジ（５１ａ）を
上記中空部材−の内周面の一部に形成されているネジ（
２９ｃ）にねじ込むことによって上記中空部材θ９）ｔ
こ取フ付けられていて、このねじ込み量を変えることに
よって上記中空部材（２１に対して中心軸〜方向に移動
し得るようになっている。

また中空部材（至）の内部には集光レンズ５２がリング
ｔ５３）　Ｃ５４１の間にはさまれることによって取）
付けられている。なおこれらのリング曽（ロ）は、それ
ぞれの外周曲に形成されているネジ（５３ａ）　（５４
ａ）を上記中空部材間の内周面に形成されているネジ（
６０ａ）にねじ込むことによって上記中空部材側に取フ
付けられていて、このねじ込み量を変えることによって
上記中空部材（ト）に対して中心軸〜方向に移動し得る
ようになっている。！、た中空部材（至）の右端には、
リング５５１に取フ付けられている偏光板間がネジ６７
）＃こよって取り外し自在ｌこ締め付は固定されている
。なお偏光板（５ｅの集光レンズ７５２側の面には光の
拡散板としてのすりガラス鏝が接着されている。

一方、検出部（２２１の左端のリング（５９には、この
リングｒ５ｇ）とこのリング（５ｇＩｉこはめ込まれて
いるリングのυとの間にはさまれることによって、目盛
板−が取り付けられている。この目盛板（６Ｑ＋は、第
６図に示すように、ガラス板（６りの表面に距離測定手
段としての目盛り　（ｉ３１を細かく（例えば０．５　
ｕ間隔で）刻み込んだものである。そしてこの目盛板−
の−面には位相差発生手段としての水晶楔ｆ６４１が接
着されている。なお上記リング６優は、リング−の一端
の内周面（６５ａ）に沿って、このリングβωに対して
中心軸Ｍの回りに回転自在に取シ付けられている。

また上記リング（６ωの内部には、集光レンズ鏝が、突
出部（６５ｂ）とリング１７）との間にはさまれること
によって取カ付けられている。なお上記リングのηは、
外周面に形成されているネジ（６７りをリング費の内周
面に形成されているネジ（６５ｃ）にねじ込むことによ
って上記リングｌωに取り付けられていて、このねじ込
み量を変えることによってこのリング（へ）に対して中
心軸〜方向に移動し得るようになっている。゛ さらに上記リング（６ωはネジ１８１によって八角柱状
の外形を有する中空部材１９１に取り付けられている。

なおこの中空部材−はネジσ３１こよって支持板συに
取）付けられ、この支持板（ｉ’ｌ）はネジσＱによっ
て支持部材（財）に取り付けられている。また上記中空
部材ｌ８９）の右側面には円筒σ湧がそのフランジ部（
７６ａ）をネジ（７（イ）によって中空部材（６９）に
ねじ止めすることによって取フ付けられている。上記円
筒ｆ７３）の左端の内部には、リング同が取り付けられ
、このリング（７７１には検光手段としての検光板υｅ
が取）付けらｎている。そしてこのリング同の外周面に
はネジ穴（７７ａ）が形成されていて、ツマミ（７槌の
先端に形成されているネジ（７８ａ）が円筒徹の外周面
に形成されている開口ｌ−７５ｂ）を通してこのネジ穴
（７７りにねじ込み固定されることによって、ツマミσ
印がリングｆｆ７１１こ取り付けられている。なお開口
（７３ｂ）は円ｆ＊ｔ７３の外周面に沿って長く延びる
ように形成されていて、中心軸Ｍに対して約２０＠の角
度を張っている。またこの円筒（７３１の右側には、ネ
ジσ匂によって円筒■が締め付は固定されている。そし
てこの円筒ＢＣＪの左側部分の内部には、リング（８１
３（８２）の間にはさまれることによって拡大レンズ（
ハ）が取り付けられている。なおこれらのリング町）＠
２は、それぞれの外周面に形成されているネジ（８１ａ
）（８２ａ）を上記円筒−の内周面に形成されているネ
ジ（８０ａ）にねじ込むことによって上記円筒ｓ０に取
フ付けられていて、このねじ込み量を変えることによっ
て上記円筒−に対して中心軸編方向に移動し得るようｌ
こなっている。さらに上記円筒−の右側には一端を閉じ
られた円筒（財）がネジ（ハ）によって締め付は固定さ
れている。なおこの円ｍｇ３ａの側板（８４ａ）には細
孔（８４ｂ）が形成されている。

次ｌこ上述のように構成てれた応力測定装置によって被
測定物体としてのガラス板の周辺部の主応力差を測定す
る方法につき説明する。なおガラス板の周辺部における
主応力は、このガラス板の縁と平行な方向及びこれに垂
直な方向にそれぞれ存在するのが通常であるので、主応
力がこれらの方向に存在することは既知であるとする。

第４図及び第５図において、まずスイッチ（４３をオン
して豆電球（４４）を点燈させる。次に連結部材（ハ）
を手で握って、被測定物体としてのガラス板端（一点鎖
線で示す）が投影部（２Ｉ）と検出部（２々との間に位
置するようにする。次に細孔（８４ｂ）から水晶楔（財
）を観察しながら、リング醐をリング−の左端の内周面
（，６５ａ　）に沿って中心軸〜の回フに回転させるこ
とによって水晶楔（財）を目盛仮り〔と共に回転させ、
水晶１ｉｄ（６４）の長手方向（第６図の矢印Ｂ方向）
をガラス板（ハ）の縁（８６ａ）に平行に合わせる。な
おこの際、目盛板６０）の目盛フ關とは垂直に刻まれて
いる線０９）（第６図）を用いると合わせ易い。次にネ
ジ（５ηをゆるめ穴状態でリングｌ５５）を回して偏光
板６ｅを中心細編の回りに回転させる。この時、偏光板
（至）及び検光板（７６１のそれぞれの振動面が互いに
直交すると、第７図に示すように、視野内の水晶楔−の
上に黒い干渉縞（８？）が観察される。この第７図から
明らかなように、ガラス板（８Ｑがない部分に観察され
る干渉縞（８７ａ）は目盛板（６０）に刻まれている目
盛Ｄ　１３１のうちの目盛り０の線（６３ａ）の上に位
置しているが、ガラス板端の部分に観察される干渉縞（
８７ｂ）はこのガラス板端の内部応力１こ応じて上記目
盛り０の線（６５ａ）から移動している。なお水晶楔（
６勺は、被測定物体を投影部（２１）と検出部シｚとの
間に挿入しない状態において、干渉縞ｇ３Ｔ）が目盛板
（６０）の目盛力０の線（６５ａ）上に位置するように
目盛板（６０）に対して予め接着しである。次に干渉縞
（８７ｂ）の目盛りＯの、１ｉｔ（６３ａ）からの移動
量を目盛ｆｉ　ｆｉａｌによって読み取る。例えば、目
盛り關の間隔が０．５ＩｌｉＩでろる場合には、Ｃで示
す位置における干渉縞（８７ｂ）の目盛力０の線（６６
ａ）からの移動量４１は１冨真となる、。このようにし
て、目盛フ０の線（６３ａ）に沿って干渉縞（８７ｂ）
の移動量を測定し、この測定値を既述の（３）式の４に
代入することによって上記目盛シ０の線（６３ａ）に沿
っての主応力差σ１−σ２をめることができる。なお干
渉縞（８７ｂ）が移動する向きは、主応力差σ１−σ２
の符号によって互いに異なる。

なおガラス板（８６）の縁（８６ａ）に垂直な方向の主
応力（σ２とする）は縁（８６ａ）に平行な方向の主応
力（σ１とする）ｌこ比べて非常に小さいので、既述の
（３）式においてσ２≧０とすれば σに（ｌＸｉ（）／（ｔＸｏ）　（４）となシ、この（
４）式から主応力σ１をめることができる。

上述の実施例においては、主応力σ１、σ２の方向が既
知であるとしたが、一般に主応力σ１、σ２の方向が知
られていない場合にけ、測定したい場所に目盛板６０）
の中心（第６図のＤ）を合わせ、リング（５９）を回転
させることによって水晶！Ｈの角度を種橿に変えては上
述の測定を繰り返すことによって干渉縞＠ηの移動量が
最大になる方向を探し出せばよい。この移動量最大の方
向及びこの方向に垂直な方向が主応力の方向である。

上述の実施例においては、第６図に示すように、０．５
Ｈ間隔で目盛りＩｄか刻まれている目盛板−に水晶楔−
を接着することによって目１１湯を水晶楔（財）と一体
に結合し、しかも上記接着の際、被測定物体を投影部ｔ
２Ｄと検出部（社）との間に挿入しない状態において干
渉縞ｇ３でが目盛板Ｈの目盛り０の線（６５ａ）上に位
置するようにしているので、干渉縞（８ηの移動量を直
読することかできる。従って、被測定物体の主応力差を
極めて迅速に測定することができる。また測定に必要な
操作は、リングｉ５！Ｉｌｌを回転させることによつ気
目盛板−及び水晶楔（財）を回転させることだけでめる
ので、測定操作が極めて簡易である。さらに、ネジ（６
印を締め付けたりゆるめたりすることによって、リング
６ωを中空部材−に対して着脱自在に取っ付けているの
で、測定すべき主応力差の大きさに応じて最適な楔角を
有する水晶楔−に交換する際の手間が殆どいらない。

のみならず、干渉縞（８７）が移動する距離を測定する
ための距離測定手段を、マイクロメータに比べて極めて
安価な目盛板（ｉｏ）に刻まれた目盛ｂａによって構成
しているので、応力測定装置を安価に構成することがで
きる。

なお上述の実施例の応力測定装置は全要約３０Ｃ１１゜
重さ約２　ｋｇ程度であって、極めて小形かつ軽量であ
るので、片手でも容易に持ち運びできて便利である。

本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本
発明の技術的思想に基づく種々の変形が可能でるる。例
えば、上述の実施例においては目盛りお３か刻まれてい
る目盛板のＯ）に水晶撲（財）を接着しているが、他の
方法によって目Ｇ！０１６３と水晶楔βａとを直接的に
一体結合させてもよいことは勿論、これら両者を間接的
に一体結合させてもよい。また目盛カーの間隔も上述の
実施例の値に限定されるもの′Ｃはな“・さら溌上述の
実施例１こおいては′電池（３７）（ト）によって豆電
球（４４）を点燈させているが、豆電球（４４）を点燈
させるための電源を応力測定装置の外部に設けてもよい
。このようにすれば、応力測定装置の重さをさらに軽く
することかできる。

また上述の実施例においては、目盛板−に設けられてい
る目盛Ｊ　［３の像と被測定物体から出る干渉縞（８７
りを開口（［：１４ｂ）から同時に直接観察しているが
、例えば開口（８４ｂ）から出る光を所定のレンズ系に
通すことによって目盛フ關及び干渉縞（８７ｂ）をスク
リーンに拡大投影してもよい。さらにＴＶモニター上に
上記目盛Ｄ　ｉ３１及び干渉縞（８７ｂ）を映してもよ
い。

以上述べたように、本発明に係る応力測定装置によれば
、距離測定手段を目盛シによって構成し、この目盛夛の
像と被測定物体から出る干渉縞を同時に直接観察または
投影してこの干渉縞の移動する距離を上記目盛りで読み
取るようにしているので、主応力差を簡易かつ迅速に測
定することができると共に、応力測定装置を安価に構成
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の応力測定装置の止面図、第２Ａ図〜第２
Ｄ図は従来の応力測定装置ｆこよる応力の測定方法を説
明するための水晶楔部分の平面図、第６図は水晶楔の斜
視図、第４図及び第５図は本発明に係る応力測定装置の
縦断面図及び斜視図、第６図は本発明に係る応力測定装
置においてそれぞれ用いる目盛板及び水晶楔が互いに接
着された状態でリングに取り付けられている状態を示す
平面図、第７図は本発明に係る応力測定装置をこよる応
力の測定方法を説明するための水晶楔部分の平面図であ
る。 なお図面ｌこ用いた符号において、 （１）・・・・・・・・・・・・光源 （２肋クー・・・・・・集光レンズ （３）Ｃ５ｆｉｌ・・・・・・・・・偏光板（偏光手段
〕（７１（Ｂ４１・・・・・・・・・水晶楔（位相差発
生手段）＋８Ｘ７６）・・・・・・・・・検光板（検光
手段）住謔η・・・・・・・・・干渉縞 （１３１・・・・・・・・・・・・マイクロメータ（距
離測定手段）（１６）・・・・・・・・・・・・被測定
物体Ｃ（７）Ｃ（８）・・・・・・・・・電池（４３１
・・・・・・・・・・・・スイッチ（４４Ｊ・・・・・
・・・・・・・豆電球（光源）（６０）・・・・・曲・
・・目盛板 −・・・・・・・・・・・・目盛り（距離測定手段）峙
・・・・・・・・・・・・拡大レンズ（８Ｑ・・・・・
・・・・・・・ガラス板（被測定物体）でめる。 代理人　土産　勝 〃　常　包　芳　男 〃　杉浦俊貴 第１図 １ 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光源からの光を偏光手段に入射させて得られる偏光を複
   屈折性物質から成る位相差発生手段に入射させ、この位
   相差発生手段から得られる互いに振動方向か直交しかつ
   位相差を有する２つの偏光性を有する応力を測定すべき
   被測定物体を上記偏光手段と上記位相差発生手段との間
   に挿入することにより移動する距離を距離測定手段によ
   って測定し、この測定値から上記被測定物体の応力をめ
   るようにした応力測定装置において、上記距離測定手段
   を目盛りから構成し、この目盛りの像と上記被測定物体
   から出る上記干渉縞を同時に直接観察−１：′ｆｃは投
   影してこの干渉縞の上記移動する距離を上記目盛りで読
   み取るようにしたことを特徴とする応力測定装置。