硬化状態測定装置および硬化状態測定方法
【課題】好適に接着剤の硬化状態を測定することのできる装置を提供する。
【解決手段】硬化状態測定装置のプローブ１８は、先端面２６ａから測定光を出射する第２光ファイバ２６と、第２光ファイバ２６の先端面２６ａに取り外し可能に連結され、光出射面を接着剤３６に接触させた状態で接着剤３６に測定光を照射する導光部材３４と、導光部材３４の光出射面と接着剤３６との界面から導光部材３４に戻った反射光を検出する検出器とを備える。
【解決手段】硬化状態測定装置のプローブ１８は、先端面２６ａから測定光を出射する第２光ファイバ２６と、第２光ファイバ２６の先端面２６ａに取り外し可能に連結され、光出射面を接着剤３６に接触させた状態で接着剤３６に測定光を照射する導光部材３４と、導光部材３４の光出射面と接着剤３６との界面から導光部材３４に戻った反射光を検出する検出器とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接着剤の硬化状態を測定するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光学機器や電子機器の組立工程において、エポキシ系接着剤などの接着剤が用いられている。このような接着剤を使用する生産工程においては、（１）接着剤が固まる温度と時間を把握し、固定の条件を決定すること、（２）接着剤のロットが変わったときに、規定の温度・時間条件で想定通り固まるかの確認をすること、（３）接着剤長期保管時に、規定の温度・時間で想定通り固まるかの確認をすること、等の目的で、接着剤の硬化度を測定する必要がある。
【０００３】
接着剤の硬化度を測定する方法としては、（１）ＦＴ−ＩＲ法（例えば特許文献１参照）、（２）ＤＳＣ法（例えば特許文献２参照）、（３）微小硬度計により硬化度を測定する方法（例えば特許文献３参照）などが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２４８４３１号公報
【特許文献２】特開平２−２２９７４１号公報
【特許文献３】特開平３−１０５２３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＦＴ−ＩＲ法は温度と時間の条件を変えた多くのサンプルを作製し、それら全てを測定する必要があるため、時間と手間が多くかかる。また、測定装置も高価である。また、ＤＳＣ法は、試料調整・測定に時間がかかり、温度と硬化時間の関係を知ることはできない。また、微小硬度計による方法は、温度と時間を変えた多くのサンプルを作製し、それら全てを測定する必要があるため、時間と手間が多くかかる。また、測定結果を定量化し難いという問題がある。
【０００６】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、好適に接着剤の硬化状態を測定することのできる装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の硬化状態測定装置は、接着剤の硬化状態を測定するための硬化状態測定装置であって、先端面から光を出射する光ファイバと、光ファイバに取り外し可能に連結された導光部材であって、光出射面を接着剤に接触させた状態で接着剤に光を照射する導光部材と、導光部材の光出射面と接着剤との界面から導光部材に戻った光を検出する検出器とを備える。
【０００８】
導光部材は、光ファイバの先端面に連結された光ファイバ片を備えてもよい。
【０００９】
導光部材は、光ファイバから入射した光を平行光として出射するよう形成されたレンズを備えてもよい。
【００１０】
導光部材は、光ファイバから入射した光が光出射面上に焦点を結ぶよう形成されたレンズを備えてもよい。
【００１１】
導光部材は、光出射面を接着剤に接触させた状態で、入射した光を接着剤に照射する導光体であって、硬化前の接着剤と略同じ屈折率を有する材料で形成された導光体を備えてもよい。
【００１２】
導光部材は、光ファイバと導光体との間に設けられたレンズをさらに備えてもよい。
【００１３】
導光部材からの出射光量に対する検出器での検出光量の割合から、接着剤の屈折率を算出する屈折率算出部をさらに備えてもよい。
【００１４】
屈折率算出部によって算出された屈折率の時間変化を記録する記録部をさらに備えてもよい。
【００１５】
光ファイバは、シングルモード光ファイバであってもよい。
【００１６】
導光部材は、接着剤を保持するための接着剤保持部を有してもよい。
【００１７】
本発明の別の態様は、硬化状態測定方法である。この方法は、接着剤の硬化状態を測定するための硬化状態測定方法であって、光ファイバの先端面を接着剤に接触させるステップと、光ファイバの先端面から接着剤に光を出射するステップと、光ファイバの先端面と接着剤との界面から光ファイバに戻った光を検出するステップと、硬化状態測定後、光ファイバの新たな先端面を形成するステップとを備える。
【００１８】
先端面を形成するステップは、光ファイバをカットするステップと、カットにより形成された新たな先端面を研磨するステップとを備えてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、好適に接着剤の硬化状態を測定することのできる装置および方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る硬化状態測定装置を説明するための図である。
【図２】プローブの構造を説明するための図である。
【図３】コンピュータの機能ブロックを示す図である。
【図４】屈折率の時間変化の一例を示す図である。
【図５】プローブの変形例を示す図である。
【図６】プローブの別の変形例を示す図である。
【図７】プローブのさらに別の変形例を示す図である。
【図８】プローブのさらに別の変形例を示す図である。
【図９】図９（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態に係る硬化状態測定方法を説明するための図である。
【図１０】本発明の別の実施形態に係る硬化状態測定方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態に係る接着剤の硬化状態測定装置について説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態に係る硬化状態測定装置を説明するための図である。図１に示すように、硬化状態測定装置１０は、レーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）１２と、レーザダイオード１２を駆動するためのＬＤ駆動回路１４と、光分波器１６と、プローブ１８と、検出器２０と、レーザダイオード１２と光分波器１６とを接続する第１光ファイバ２４と、光分波器１６とプローブ１８とを接続する第２光ファイバ２６と、光分波器１６と検出器２０とを接続する第３光ファイバ２８と、検出器２０に接続されたコンピュータ２２とを備える。硬化状態測定装置１０は、ガラス板３９上に置かれた接着剤３６の硬化状態を測定するための装置である。
【００２３】
レーザダイオード１２は、接着剤３６に照射するための測定光を出射するものであり、例えば発光中心波長が１５５０ｎｍのレーザダイオードを用いることができる。レーザダイオード１２が出射する測定光のパワーは、ＬＤ駆動回路１４により制御される。
【００２４】
レーザダイオード１２から出射された測定光は、第１光ファイバ２４を通って光分波器１６に入力される。第１光ファイバ２４としては、シングルモード光ファイバが好適に用いられる。
【００２５】
光分波器１６は、第１光ファイバ２４から入力した光を第２光ファイバ２６に出力し、第２光ファイバ２６から入力した光を第３光ファイバ２８に出力する機能を有する。従って、レーザダイオード１２から第１光ファイバ２４を介して光分波器１６に入力した測定光は、第２光ファイバ２６を伝搬し、第２光ファイバ２６の先端に設けられたプローブ１８から出射される。第２光ファイバ２６としては、第１光ファイバ２４と同様に、シングルモード光ファイバが好適に用いられる。
【００２６】
図２は、プローブの構造を説明するための図である。図２に示すように、プローブ１８は、第２光ファイバ２６の先端部に設けられたキャピラリ３０と、キャピラリ３０の前方に設けられた導光部材３４と、キャピラリ３０と導光部材３４とを連結する割スリーブ３１とを備える。
【００２７】
キャピラリ３０は、中心に微小な貫通孔が設けられた円柱状部材であり、該貫通孔には第２光ファイバ２６が挿通されている。第２光ファイバ２６の先端面２６ａは、導光部材３４との連結点で反射した光が第２光ファイバ２６に戻るのを抑制するために、第２光ファイバ２６の軸に対して傾斜面とされている。またキャピラリ３０の先端面は、第２光ファイバ２６の先端面２６ａと面一となるように傾斜面とされている。
【００２８】
導光部材３４は、光ファイバ片３２と、キャピラリ片３３とを備える。光ファイバ片３２としては、シングルモード光ファイバが好適に用いられる。この場合、結合効率の観点より光ファイバ片３２には第２光ファイバ２６と同じ光ファイバを使用することが好ましい。キャピラリ片３３は、中心に微小な貫通孔が設けられた円柱状部材であり、該貫通孔には光ファイバ片３２が挿通される。第２光ファイバ２６の先端面２６ａと連結される光ファイバ片３２の第１端面３２ａは、第２光ファイバ２６の先端面２６ａに対応して傾斜面とされている。また、キャピラリ３０の先端面と対向するキャピラリ片３３の第１端面は、光ファイバ片３２の第１端面３２ａと面一となるように傾斜面とされている。また、光ファイバ片３２の第２端面３２ｂとキャピラリ片３３の第２端面は、光ファイバ片３２の軸と垂直状に面一に形成されている。
【００２９】
キャピラリ３０とキャピラリ片３３は、割スリーブ３１内に挿入される。この割スリーブ３１により、光ファイバ片３２は、第２光ファイバ２６に取り外し可能に連結される。連結状態において、第２光ファイバ２６の先端面２６ａと光ファイバ片３２の第１端面３２ａは当接しており、第２光ファイバ２６の先端面２６ａから出射された測定光は、光ファイバ片３２の第１端面３２ａからファイバ内に入射し、反対側の第２端面３２ｂから出射される。
【００３０】
接着剤３６の硬化状態を測定する場合、プローブ１８は、光ファイバ片３２の第２端面３２ｂが接着剤３６に接触するように配置される。この状態で光ファイバ片３２の第２端面３２ｂから接着剤３６に測定光が照射される。この測定光は、接着剤３６と光ファイバ片３２の第２端面３２ｂとの界面で反射した後、再び第２端面３２ｂから光ファイバ片３２のコアに入射する。接着剤３６と第２端面３２ｂとの界面から光ファイバ片３２に戻った反射光は、第２光ファイバ２６を介して光分波器１６に入力される。
【００３１】
なお、接着剤３６が置かれたガラス板３９は、光ファイバ片３２の第２端面３２ｂに対して角度付けされることが好ましい。これは、接着剤３６を透過してガラス板３９で反射した光が、光ファイバ片３２に戻るのを防ぐためである。
【００３２】
図１に戻り、光分波器１６は、第２光ファイバ２６から入力した反射光を第３光ファイバ２８に出力する。第３光ファイバ２８としては、第１光ファイバ２４および第２光ファイバ２６と同様に、シングルモード光ファイバが好適に用いられる。
【００３３】
検出器２０は、第３光ファイバ２８から入力された反射光の光量を検出し、コンピュータ２２に出力する。検出器２０としては、フォトダイオードなどが好適に用いられる。
【００３４】
図３は、コンピュータの機能ブロックを示す。図３に示すように、コンピュータ２２は、反射率算出部４０と、屈折率算出部４５と、屈折率記録部４６とを備える。なお、本明細書において示される各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵをはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。
【００３５】
反射率算出部４０には、検出器２０で検出された反射光の光量が入力される。また、反射率算出部４０には、光ファイバ片３２の第２端面３２ｂからの出射光量（測定光の光量）が入力される。この出射光量は、レーザダイオード１２の駆動電流から求めてもよい。また、測定前に予め第２端面３２ｂからの出射光量を測定しておいてもよい。
【００３６】
反射率算出部４０は、光ファイバ片３２の第２端面３２ｂからの出射光量Ｉ１に対する検出器２０で検出された検出光量Ｉ２の割合、すなわち、接着剤３６と第２光ファイバ２６の先端面２６ａとの界面での反射率ＢＲを算出する。反射率ＢＲの算出式を下記の（１）式に示す。
【数１】
【００３７】
屈折率算出部４５は、反射率算出部４０にて算出された反射率ＢＲに基づいて、接着剤３６の屈折率ｎを算出する。接着剤３６の屈折率ｎの算出式を下記の（２）式に示す。（２）式は、フレネルの反射公式を変形することにより導出できる。
【数２】
（２）式において、ｎ’は、第２光ファイバ２６のコアの屈折率である。
【００３８】
屈折率記録部４６は、屈折率算出部４５によって算出された屈折率の時間変化を記録する。屈折率記録部４６は、記録した屈折率の時間変化を紙媒体に出力してもよいし、ディスプレイに表示してもよい。この屈折率の時間変化を得ることにより、接着剤３６の硬化状態を知ることができる。
【００３９】
図４は、屈折率の時間変化の一例を示す。図４は、接着剤として、Epoxy Technology社の接着剤エポテック３５３ＮＤ（以下、接着剤１）を用いた場合に得られる屈折率の時間変化を示している。図４において、縦軸は屈折率、横軸は硬化開始からの時間（分）である。接着剤１の標準硬化条件は、８０℃−３０分、１００℃−１０分、１２０℃−５分、１５０℃−１分である。
【００４０】
図２に示すように接着剤３６に対してプローブ１８を配置した後、プローブ１８および接着剤３６を所定温度に昇温した炉に入れ、経時的な屈折率の変化を測定した。図４において、曲線４１は、炉温度＝８０℃のときの屈折率の時間変化を表す。また、曲線４２は、炉温度＝９０℃のときの屈折率の時間変化を表す。また、曲線４３は、炉温度＝１００℃のときの屈折率の時間変化を表す。また、曲線４４は、炉温度＝１２０℃のときの屈折率の時間変化を表す。なお、第１〜第３光ファイバおよび光ファイバ片は、シングルモード光ファイバであり、コアの屈折率ｎ’は１．４６としている。
【００４１】
図４において、各曲線４１〜４４は、一旦屈折率が低下した後、時間の経過とともに屈折率が上昇し、ある時間を過ぎると屈折率が一定となっている。硬化開始から屈折率が一定となるまでの時間は、各曲線ごとに異なっている。屈折率が一定となった時点で接着剤１の硬化度を測定したところ、所定の硬化度に達していた。従って、硬化開始から屈折率が一定となるまでの時間を、接着剤１の硬化完了時間と判断することができる。図４から求められる硬化完了時間は、上述した標準硬化条件とほぼ一致している。
【００４２】
以上のように、本実施形態に係る硬化状態測定装置１０によれば、接着剤の屈折率の時間変化を測定することにより、接着剤の硬化完了時間を精度よく測定することができる。また、硬化状態測定装置１０によれば、接着剤の硬化状態の時間変化を測定することができるので、例えば接着剤が約５０％硬化するのにどれぐらい時間の要するかといった情報を得ることができる。
【００４３】
また、本実施形態に係る硬化状態測定装置１０は、以下のような利点を有する。仮に第２光ファイバ２６の先端面２６ａを直接接着剤３６に接触させて硬化状態を測定した場合、接着剤３６の硬化により先端面２６ａと接着剤３６が接着されるので、測定後に別の接着剤の硬化状態を測定する場合には、第２光ファイバ２６ごと交換する必要がある。しかしながら、本実施形態においては、接着剤３６に接着した導光部材３４をプローブ１８から取り外すことができるので、別の接着剤の硬化状態を測定する場合には導光部材３４だけを交換すればよい。従って、本実施形態に係る硬化状態測定装置１０によれば、安価且つ簡易に複数の接着剤の硬化状態を測定できる。
【００４４】
上述したように、導光部材３４に用いる光ファイバ片３２としては、シングルモード光ファイバを用いることが好ましい。シングルモード光ファイバは、コア径が１０μｍ以下と小さいため、光ファイバ片３２の第２端面３２ｂと接着剤３６との界面で反射した光以外の光（一旦接着剤３６内部に入って乱反射した光など）がコアに入りにくい。従って、安定して接着剤３６の屈折率を測定できる。
【００４５】
図５は、プローブの変形例を示す。本変形例に係るプローブ１８は、接着剤３６を保持するための接着剤保持部３８をさらに備える点が図２に示すプローブと異なる。この接着剤保持部３８は、キャピラリ片３３の先端部に挿入された筒状のガラスパイプ３５と、ガラスパイプ３５の先端部に設けられたガラス板３７とを備える。
【００４６】
キャピラリ片３３は、ガラスパイプ３５の全長の中途まで挿入されている。そして、ガラスパイプ３５の内壁面、キャピラリ片３３の先端面、および光ファイバ片３２の第２端面３２ｂにより、接着剤３６を保持するための空間（「接着剤保持空間」と呼ぶ）４７が形成されている。ガラス板３７は、接着剤保持空間４７の開口面を塞ぐように設けられ、接着剤保持空間４７内に接着剤３６を封入する。
【００４７】
本変形例においては、接着剤保持空間４７内に接着剤３６が充填される。従って、光ファイバ片３２の第２端面３２ｂと接着剤３６とが接触する。この状態で光ファイバ片３２の第２端面３２ｂから接着剤３６に測定光が照射される。この測定光は、接着剤３６と第２端面３２ｂとの界面から光ファイバ片３２に戻り、第２光ファイバ２６を介して光分波器１６に入力される。
【００４８】
本変形例によれば、接着剤３６をプローブ１８に保持したまま測定を行うことができるので、プローブ１８の取扱いが容易になる。
【００４９】
図６は、プローブの別の変形例を示す。図６に示すプローブ１８は、第２光ファイバ２６からの測定光を接着剤３６に導く導光部材としてレンズ５０を備える点が、図２に示すプローブと異なる。レンズ５０は、入射面が第２光ファイバ２６の先端面２６ａに当接するように配置されている。レンズ５０の入射面は、キャピラリ３０の先端面および第２光ファイバ２６の先端面２６ａに対応して傾斜面とされている。
【００５０】
レンズ５０は、第２光ファイバ２６の先端面２６ａから入射した測定光を平行光として出射するよう形成されている。レンズ５０から出射された平行光は、レンズ５０と接着剤３６との界面からレンズ５０に戻った後、第２光ファイバ２６を介して検出器２０に入力される。
【００５１】
本変形例においても、接着剤３６に接着したレンズ５０をプローブ１８から取り外すことができるので、別の接着剤の硬化状態を測定する場合にはレンズ５０だけを交換すればよい。これにより、安価且つ簡易に複数の接着剤の硬化状態を測定できる。
【００５２】
図７は、プローブのさらに別の変形例を示す。図７に示すプローブ１８は、第２光ファイバ２６からの測定光を接着剤３６に導く導光部材としてレンズ５１を備える点が、図２に示すプローブと異なる。レンズ５１は、入射面が第２光ファイバ２６の先端面２６ａに当接するように配置されている。レンズ５１の入射面は、キャピラリ３０の先端面および第２光ファイバ２６の先端面２６ａに対応して傾斜面とされている。
【００５３】
レンズ５１は、第２光ファイバ２６の先端面２６ａから入射した測定光が光出射面上に焦点を結ぶよう形成されている。レンズ５１から出射された測定光は、レンズ５１と接着剤３６との界面からレンズ５１に戻った後、第２光ファイバ２６を介して検出器２０に入力される。
【００５４】
本変形例においても、接着剤３６に接着したレンズ５１をプローブ１８から取り外すことができるので、別の接着剤の硬化状態を測定する場合にはレンズ５１だけを交換すればよい。これにより、安価且つ簡易に複数の接着剤の硬化状態を測定できる。
【００５５】
図８は、プローブのさらに別の変形例を示す。図８に示すプローブ１８は、第２光ファイバ２６からの測定光を接着剤３６に導く導光部材として、レンズ５２および導光体５４を備える点が、図２に示すプローブと異なる。
【００５６】
レンズ５２は、入射面が第２光ファイバ２６の先端面２６ａに当接するように配置されている。レンズ５２とキャピラリ３０は、割スリーブ３１により接続されている。レンズ５２の入射面は、キャピラリ３０の先端面および第２光ファイバ２６の先端面２６ａに対応して傾斜面とされている。レンズ５２は、第２光ファイバ２６の先端面２６ａから入射した光を平行光にする。レンズ５２は、図８に示すように第２光ファイバ２６の先端面２６ａから入射した測定光を導光体５４の光出射面から平行光として出射するよう形成されている。
【００５７】
導光体５４は、入射面がレンズ５２の光出射面に当接するように配置されている。この導光体５４は、ロッド状に形成された導光体であり、割スリーブ５３によりレンズ５２に取り外し可能に連結されている。反射を防止するために、レンズ５２と導光体５４の接続面は傾斜面とされている。この導光体５４は、硬化前の接着剤３６と略同じ屈折率を有する材料で形成されている。接着剤３６の硬化状態を測定する場合、導光体５４の光出射面が接着剤３６に接触され、この状態でレンズ５２から入射した光が接着剤３６に照射される。接着剤３６の硬化前では、導光体５４の屈折率と接着剤３６の屈折率は略同じであるので、導光体５４と接着剤３６の界面から第２光ファイバ２６に戻る反射光は殆ど存在しない。しかしながら、接着剤３６が硬化して屈折率が変化すると、導光体５４と接着剤３６の界面から第２光ファイバ２６に戻る反射光が発生する。従って、この反射光を検出することで、接着剤３６の硬化状態を精度よく検出できる。
【００５８】
本変形例においては、接着剤３６に接着した導光体５４をプローブ１８から取り外すことができるので、別の接着剤の硬化状態を測定する場合には導光体５４だけを交換すればよい。これにより、さらに安価且つ簡易に複数の接着剤の硬化状態を測定できる。
【００５９】
図９（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態に係る硬化状態測定方法を説明するための図である。本方法においては、まず、図９（ａ）に示すように、第２光ファイバ２６の先端面２６ａを接着剤３６に接触させ、その状態で第２光ファイバ２６の先端面２６ａから接着剤３６に測定光を光を出射する。その後、検出器２０を用いて、第２光ファイバ２６の先端面２６ａと接着剤３６との界面から第２光ファイバ２６に戻った光を検出する。接着剤３６の硬化状態測定後、接着剤３６と接着した第２光ファイバ２６の先端部をファイバカッタ等を用いてカットする。そして、新たに形成された第２光ファイバ２６の先端面２６ｂを研磨し、次の測定に備える。
【００６０】
本硬化状態測定方法によれば、接着剤と接着した第２光ファイバ２６の先端部を硬化状態測定後に切り落とすことにより、別の接着剤の硬化状態を測定するための新たな先端面を形成することができる。本方法によれば、導光部材などの光学素子が不要となるので、さらに安価に接着剤の硬化状態を測定できる。
【００６１】
図１０は、本発明の別の実施形態に係る硬化状態測定方法を説明するための図である。まず、本方法においては、図１０に示すように、先端面２６ａと反対側の端部にコネクタ５５が設けられてた第２光ファイバ２６を用いる。コネクタ５５は、光分波器１６に直接接続されてもよいし、光分波器１６に接続された中継用光ファイバに接続されてもよい。
【００６２】
本方法においては、まず、図１０に示すように第２光ファイバ２６の先端面２６ａを接着剤３６に接触させ、その状態で第２光ファイバ２６の先端面２６ａから接着剤３６に測定光を光を出射する。その後、検出器２０を用いて、第２光ファイバ２６の先端面２６ａと接着剤３６との界面から第２光ファイバ２６に戻った光を検出する。接着剤３６の硬化状態測定後、接着剤３６と接着した第２光ファイバ２６を光分波器１６から取り外す。そして、別の第２光ファイバを光分波器１６に接続し、次の測定に備える。
【００６３】
本硬化状態測定方法によれば、接着剤と接着した第２光ファイバ２６全体を交換することにより、図９で説明した方法よりも簡易に接着剤の硬化状態を測定できる。
【００６４】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００６５】
例えば、レーザダイオードを１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚ程度の周波数で点滅させ、その周波数の成分の反射光のみを検出するようにしてもよい。例えば、検出器にロックイン回路を設け、レーザダイオード１２の点滅と同期を取って反射光を検出する。外乱光に影響されずに、より高感度な測定が可能となる。
【００６６】
また、レーザダイオードの出射する測定光の一部をモニタし、測定光の光量変動の影響で検出光量が変動する分を相殺してもよい。この場合、より高精度な屈折率測定が可能となる。
【００６７】
また、上述の実施形態では、光源としてレーザダイオード（ＬＤ）を用いたが、光源として発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）が用いられてもよい。
【００６８】
また、上述の実施形態では、屈折率の時間変化を得ることにより、接着剤の硬化状態を測定したが、導光部材と接着剤との界面から光ファイバに戻った光の時間変化を得ることにより、接着剤の硬化状態を測定することも可能である。
【００６９】
また、上述の実施形態では、本発明を接着剤の硬化状態測定装置に利用したが、本発明は、体積収縮を伴う反応の経過測定にも利用可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１０ 硬化状態測定装置、 １２ レーザダイオード、 １４ ＬＤ駆動回路、 １６ 光分波器、 １８ プローブ、 ２０ 検出器、 ２２ コンピュータ、 ２４ 第１光ファイバ、 ２６ 第２光ファイバ、 ２８ 第３光ファイバ、 ３０ キャピラリ、 ３１ 割スリーブ、 ３２ 光ファイバ片、 ３３ キャピラリ片、 ３４ 導光部材、 ３５ ガラスパイプ、 ３６ 接着剤、 ３８ 接着剤保持部、 ３９ ガラス板、 ４０ 反射率算出部、 ４５ 屈折率算出部、４６ 屈折率記録部、 ５０，５１，５２ レンズ、 ５３ 割スリーブ、 ５４ 導光体、 ５５ コネクタ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接着剤の硬化状態を測定するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光学機器や電子機器の組立工程において、エポキシ系接着剤などの接着剤が用いられている。このような接着剤を使用する生産工程においては、（１）接着剤が固まる温度と時間を把握し、固定の条件を決定すること、（２）接着剤のロットが変わったときに、規定の温度・時間条件で想定通り固まるかの確認をすること、（３）接着剤長期保管時に、規定の温度・時間で想定通り固まるかの確認をすること、等の目的で、接着剤の硬化度を測定する必要がある。
【０００３】
接着剤の硬化度を測定する方法としては、（１）ＦＴ−ＩＲ法（例えば特許文献１参照）、（２）ＤＳＣ法（例えば特許文献２参照）、（３）微小硬度計により硬化度を測定する方法（例えば特許文献３参照）などが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２４８４３１号公報
【特許文献２】特開平２−２２９７４１号公報
【特許文献３】特開平３−１０５２３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＦＴ−ＩＲ法は温度と時間の条件を変えた多くのサンプルを作製し、それら全てを測定する必要があるため、時間と手間が多くかかる。また、測定装置も高価である。また、ＤＳＣ法は、試料調整・測定に時間がかかり、温度と硬化時間の関係を知ることはできない。また、微小硬度計による方法は、温度と時間を変えた多くのサンプルを作製し、それら全てを測定する必要があるため、時間と手間が多くかかる。また、測定結果を定量化し難いという問題がある。
【０００６】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、好適に接着剤の硬化状態を測定することのできる装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の硬化状態測定装置は、接着剤の硬化状態を測定するための硬化状態測定装置であって、先端面から光を出射する光ファイバと、光ファイバに取り外し可能に連結された導光部材であって、光出射面を接着剤に接触させた状態で接着剤に光を照射する導光部材と、導光部材の光出射面と接着剤との界面から導光部材に戻った光を検出する検出器とを備える。
【０００８】
導光部材は、光ファイバの先端面に連結された光ファイバ片を備えてもよい。
【０００９】
導光部材は、光ファイバから入射した光を平行光として出射するよう形成されたレンズを備えてもよい。
【００１０】
導光部材は、光ファイバから入射した光が光出射面上に焦点を結ぶよう形成されたレンズを備えてもよい。
【００１１】
導光部材は、光出射面を接着剤に接触させた状態で、入射した光を接着剤に照射する導光体であって、硬化前の接着剤と略同じ屈折率を有する材料で形成された導光体を備えてもよい。
【００１２】
導光部材は、光ファイバと導光体との間に設けられたレンズをさらに備えてもよい。
【００１３】
導光部材からの出射光量に対する検出器での検出光量の割合から、接着剤の屈折率を算出する屈折率算出部をさらに備えてもよい。
【００１４】
屈折率算出部によって算出された屈折率の時間変化を記録する記録部をさらに備えてもよい。
【００１５】
光ファイバは、シングルモード光ファイバであってもよい。
【００１６】
導光部材は、接着剤を保持するための接着剤保持部を有してもよい。
【００１７】
本発明の別の態様は、硬化状態測定方法である。この方法は、接着剤の硬化状態を測定するための硬化状態測定方法であって、光ファイバの先端面を接着剤に接触させるステップと、光ファイバの先端面から接着剤に光を出射するステップと、光ファイバの先端面と接着剤との界面から光ファイバに戻った光を検出するステップと、硬化状態測定後、光ファイバの新たな先端面を形成するステップとを備える。
【００１８】
先端面を形成するステップは、光ファイバをカットするステップと、カットにより形成された新たな先端面を研磨するステップとを備えてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、好適に接着剤の硬化状態を測定することのできる装置および方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る硬化状態測定装置を説明するための図である。
【図２】プローブの構造を説明するための図である。
【図３】コンピュータの機能ブロックを示す図である。
【図４】屈折率の時間変化の一例を示す図である。
【図５】プローブの変形例を示す図である。
【図６】プローブの別の変形例を示す図である。
【図７】プローブのさらに別の変形例を示す図である。
【図８】プローブのさらに別の変形例を示す図である。
【図９】図９（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態に係る硬化状態測定方法を説明するための図である。
【図１０】本発明の別の実施形態に係る硬化状態測定方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態に係る接着剤の硬化状態測定装置について説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態に係る硬化状態測定装置を説明するための図である。図１に示すように、硬化状態測定装置１０は、レーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）１２と、レーザダイオード１２を駆動するためのＬＤ駆動回路１４と、光分波器１６と、プローブ１８と、検出器２０と、レーザダイオード１２と光分波器１６とを接続する第１光ファイバ２４と、光分波器１６とプローブ１８とを接続する第２光ファイバ２６と、光分波器１６と検出器２０とを接続する第３光ファイバ２８と、検出器２０に接続されたコンピュータ２２とを備える。硬化状態測定装置１０は、ガラス板３９上に置かれた接着剤３６の硬化状態を測定するための装置である。
【００２３】
レーザダイオード１２は、接着剤３６に照射するための測定光を出射するものであり、例えば発光中心波長が１５５０ｎｍのレーザダイオードを用いることができる。レーザダイオード１２が出射する測定光のパワーは、ＬＤ駆動回路１４により制御される。
【００２４】
レーザダイオード１２から出射された測定光は、第１光ファイバ２４を通って光分波器１６に入力される。第１光ファイバ２４としては、シングルモード光ファイバが好適に用いられる。
【００２５】
光分波器１６は、第１光ファイバ２４から入力した光を第２光ファイバ２６に出力し、第２光ファイバ２６から入力した光を第３光ファイバ２８に出力する機能を有する。従って、レーザダイオード１２から第１光ファイバ２４を介して光分波器１６に入力した測定光は、第２光ファイバ２６を伝搬し、第２光ファイバ２６の先端に設けられたプローブ１８から出射される。第２光ファイバ２６としては、第１光ファイバ２４と同様に、シングルモード光ファイバが好適に用いられる。
【００２６】
図２は、プローブの構造を説明するための図である。図２に示すように、プローブ１８は、第２光ファイバ２６の先端部に設けられたキャピラリ３０と、キャピラリ３０の前方に設けられた導光部材３４と、キャピラリ３０と導光部材３４とを連結する割スリーブ３１とを備える。
【００２７】
キャピラリ３０は、中心に微小な貫通孔が設けられた円柱状部材であり、該貫通孔には第２光ファイバ２６が挿通されている。第２光ファイバ２６の先端面２６ａは、導光部材３４との連結点で反射した光が第２光ファイバ２６に戻るのを抑制するために、第２光ファイバ２６の軸に対して傾斜面とされている。またキャピラリ３０の先端面は、第２光ファイバ２６の先端面２６ａと面一となるように傾斜面とされている。
【００２８】
導光部材３４は、光ファイバ片３２と、キャピラリ片３３とを備える。光ファイバ片３２としては、シングルモード光ファイバが好適に用いられる。この場合、結合効率の観点より光ファイバ片３２には第２光ファイバ２６と同じ光ファイバを使用することが好ましい。キャピラリ片３３は、中心に微小な貫通孔が設けられた円柱状部材であり、該貫通孔には光ファイバ片３２が挿通される。第２光ファイバ２６の先端面２６ａと連結される光ファイバ片３２の第１端面３２ａは、第２光ファイバ２６の先端面２６ａに対応して傾斜面とされている。また、キャピラリ３０の先端面と対向するキャピラリ片３３の第１端面は、光ファイバ片３２の第１端面３２ａと面一となるように傾斜面とされている。また、光ファイバ片３２の第２端面３２ｂとキャピラリ片３３の第２端面は、光ファイバ片３２の軸と垂直状に面一に形成されている。
【００２９】
キャピラリ３０とキャピラリ片３３は、割スリーブ３１内に挿入される。この割スリーブ３１により、光ファイバ片３２は、第２光ファイバ２６に取り外し可能に連結される。連結状態において、第２光ファイバ２６の先端面２６ａと光ファイバ片３２の第１端面３２ａは当接しており、第２光ファイバ２６の先端面２６ａから出射された測定光は、光ファイバ片３２の第１端面３２ａからファイバ内に入射し、反対側の第２端面３２ｂから出射される。
【００３０】
接着剤３６の硬化状態を測定する場合、プローブ１８は、光ファイバ片３２の第２端面３２ｂが接着剤３６に接触するように配置される。この状態で光ファイバ片３２の第２端面３２ｂから接着剤３６に測定光が照射される。この測定光は、接着剤３６と光ファイバ片３２の第２端面３２ｂとの界面で反射した後、再び第２端面３２ｂから光ファイバ片３２のコアに入射する。接着剤３６と第２端面３２ｂとの界面から光ファイバ片３２に戻った反射光は、第２光ファイバ２６を介して光分波器１６に入力される。
【００３１】
なお、接着剤３６が置かれたガラス板３９は、光ファイバ片３２の第２端面３２ｂに対して角度付けされることが好ましい。これは、接着剤３６を透過してガラス板３９で反射した光が、光ファイバ片３２に戻るのを防ぐためである。
【００３２】
図１に戻り、光分波器１６は、第２光ファイバ２６から入力した反射光を第３光ファイバ２８に出力する。第３光ファイバ２８としては、第１光ファイバ２４および第２光ファイバ２６と同様に、シングルモード光ファイバが好適に用いられる。
【００３３】
検出器２０は、第３光ファイバ２８から入力された反射光の光量を検出し、コンピュータ２２に出力する。検出器２０としては、フォトダイオードなどが好適に用いられる。
【００３４】
図３は、コンピュータの機能ブロックを示す。図３に示すように、コンピュータ２２は、反射率算出部４０と、屈折率算出部４５と、屈折率記録部４６とを備える。なお、本明細書において示される各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵをはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。
【００３５】
反射率算出部４０には、検出器２０で検出された反射光の光量が入力される。また、反射率算出部４０には、光ファイバ片３２の第２端面３２ｂからの出射光量（測定光の光量）が入力される。この出射光量は、レーザダイオード１２の駆動電流から求めてもよい。また、測定前に予め第２端面３２ｂからの出射光量を測定しておいてもよい。
【００３６】
反射率算出部４０は、光ファイバ片３２の第２端面３２ｂからの出射光量Ｉ１に対する検出器２０で検出された検出光量Ｉ２の割合、すなわち、接着剤３６と第２光ファイバ２６の先端面２６ａとの界面での反射率ＢＲを算出する。反射率ＢＲの算出式を下記の（１）式に示す。
【数１】
【００３７】
屈折率算出部４５は、反射率算出部４０にて算出された反射率ＢＲに基づいて、接着剤３６の屈折率ｎを算出する。接着剤３６の屈折率ｎの算出式を下記の（２）式に示す。（２）式は、フレネルの反射公式を変形することにより導出できる。
【数２】
（２）式において、ｎ’は、第２光ファイバ２６のコアの屈折率である。
【００３８】
屈折率記録部４６は、屈折率算出部４５によって算出された屈折率の時間変化を記録する。屈折率記録部４６は、記録した屈折率の時間変化を紙媒体に出力してもよいし、ディスプレイに表示してもよい。この屈折率の時間変化を得ることにより、接着剤３６の硬化状態を知ることができる。
【００３９】
図４は、屈折率の時間変化の一例を示す。図４は、接着剤として、Epoxy Technology社の接着剤エポテック３５３ＮＤ（以下、接着剤１）を用いた場合に得られる屈折率の時間変化を示している。図４において、縦軸は屈折率、横軸は硬化開始からの時間（分）である。接着剤１の標準硬化条件は、８０℃−３０分、１００℃−１０分、１２０℃−５分、１５０℃−１分である。
【００４０】
図２に示すように接着剤３６に対してプローブ１８を配置した後、プローブ１８および接着剤３６を所定温度に昇温した炉に入れ、経時的な屈折率の変化を測定した。図４において、曲線４１は、炉温度＝８０℃のときの屈折率の時間変化を表す。また、曲線４２は、炉温度＝９０℃のときの屈折率の時間変化を表す。また、曲線４３は、炉温度＝１００℃のときの屈折率の時間変化を表す。また、曲線４４は、炉温度＝１２０℃のときの屈折率の時間変化を表す。なお、第１〜第３光ファイバおよび光ファイバ片は、シングルモード光ファイバであり、コアの屈折率ｎ’は１．４６としている。
【００４１】
図４において、各曲線４１〜４４は、一旦屈折率が低下した後、時間の経過とともに屈折率が上昇し、ある時間を過ぎると屈折率が一定となっている。硬化開始から屈折率が一定となるまでの時間は、各曲線ごとに異なっている。屈折率が一定となった時点で接着剤１の硬化度を測定したところ、所定の硬化度に達していた。従って、硬化開始から屈折率が一定となるまでの時間を、接着剤１の硬化完了時間と判断することができる。図４から求められる硬化完了時間は、上述した標準硬化条件とほぼ一致している。
【００４２】
以上のように、本実施形態に係る硬化状態測定装置１０によれば、接着剤の屈折率の時間変化を測定することにより、接着剤の硬化完了時間を精度よく測定することができる。また、硬化状態測定装置１０によれば、接着剤の硬化状態の時間変化を測定することができるので、例えば接着剤が約５０％硬化するのにどれぐらい時間の要するかといった情報を得ることができる。
【００４３】
また、本実施形態に係る硬化状態測定装置１０は、以下のような利点を有する。仮に第２光ファイバ２６の先端面２６ａを直接接着剤３６に接触させて硬化状態を測定した場合、接着剤３６の硬化により先端面２６ａと接着剤３６が接着されるので、測定後に別の接着剤の硬化状態を測定する場合には、第２光ファイバ２６ごと交換する必要がある。しかしながら、本実施形態においては、接着剤３６に接着した導光部材３４をプローブ１８から取り外すことができるので、別の接着剤の硬化状態を測定する場合には導光部材３４だけを交換すればよい。従って、本実施形態に係る硬化状態測定装置１０によれば、安価且つ簡易に複数の接着剤の硬化状態を測定できる。
【００４４】
上述したように、導光部材３４に用いる光ファイバ片３２としては、シングルモード光ファイバを用いることが好ましい。シングルモード光ファイバは、コア径が１０μｍ以下と小さいため、光ファイバ片３２の第２端面３２ｂと接着剤３６との界面で反射した光以外の光（一旦接着剤３６内部に入って乱反射した光など）がコアに入りにくい。従って、安定して接着剤３６の屈折率を測定できる。
【００４５】
図５は、プローブの変形例を示す。本変形例に係るプローブ１８は、接着剤３６を保持するための接着剤保持部３８をさらに備える点が図２に示すプローブと異なる。この接着剤保持部３８は、キャピラリ片３３の先端部に挿入された筒状のガラスパイプ３５と、ガラスパイプ３５の先端部に設けられたガラス板３７とを備える。
【００４６】
キャピラリ片３３は、ガラスパイプ３５の全長の中途まで挿入されている。そして、ガラスパイプ３５の内壁面、キャピラリ片３３の先端面、および光ファイバ片３２の第２端面３２ｂにより、接着剤３６を保持するための空間（「接着剤保持空間」と呼ぶ）４７が形成されている。ガラス板３７は、接着剤保持空間４７の開口面を塞ぐように設けられ、接着剤保持空間４７内に接着剤３６を封入する。
【００４７】
本変形例においては、接着剤保持空間４７内に接着剤３６が充填される。従って、光ファイバ片３２の第２端面３２ｂと接着剤３６とが接触する。この状態で光ファイバ片３２の第２端面３２ｂから接着剤３６に測定光が照射される。この測定光は、接着剤３６と第２端面３２ｂとの界面から光ファイバ片３２に戻り、第２光ファイバ２６を介して光分波器１６に入力される。
【００４８】
本変形例によれば、接着剤３６をプローブ１８に保持したまま測定を行うことができるので、プローブ１８の取扱いが容易になる。
【００４９】
図６は、プローブの別の変形例を示す。図６に示すプローブ１８は、第２光ファイバ２６からの測定光を接着剤３６に導く導光部材としてレンズ５０を備える点が、図２に示すプローブと異なる。レンズ５０は、入射面が第２光ファイバ２６の先端面２６ａに当接するように配置されている。レンズ５０の入射面は、キャピラリ３０の先端面および第２光ファイバ２６の先端面２６ａに対応して傾斜面とされている。
【００５０】
レンズ５０は、第２光ファイバ２６の先端面２６ａから入射した測定光を平行光として出射するよう形成されている。レンズ５０から出射された平行光は、レンズ５０と接着剤３６との界面からレンズ５０に戻った後、第２光ファイバ２６を介して検出器２０に入力される。
【００５１】
本変形例においても、接着剤３６に接着したレンズ５０をプローブ１８から取り外すことができるので、別の接着剤の硬化状態を測定する場合にはレンズ５０だけを交換すればよい。これにより、安価且つ簡易に複数の接着剤の硬化状態を測定できる。
【００５２】
図７は、プローブのさらに別の変形例を示す。図７に示すプローブ１８は、第２光ファイバ２６からの測定光を接着剤３６に導く導光部材としてレンズ５１を備える点が、図２に示すプローブと異なる。レンズ５１は、入射面が第２光ファイバ２６の先端面２６ａに当接するように配置されている。レンズ５１の入射面は、キャピラリ３０の先端面および第２光ファイバ２６の先端面２６ａに対応して傾斜面とされている。
【００５３】
レンズ５１は、第２光ファイバ２６の先端面２６ａから入射した測定光が光出射面上に焦点を結ぶよう形成されている。レンズ５１から出射された測定光は、レンズ５１と接着剤３６との界面からレンズ５１に戻った後、第２光ファイバ２６を介して検出器２０に入力される。
【００５４】
本変形例においても、接着剤３６に接着したレンズ５１をプローブ１８から取り外すことができるので、別の接着剤の硬化状態を測定する場合にはレンズ５１だけを交換すればよい。これにより、安価且つ簡易に複数の接着剤の硬化状態を測定できる。
【００５５】
図８は、プローブのさらに別の変形例を示す。図８に示すプローブ１８は、第２光ファイバ２６からの測定光を接着剤３６に導く導光部材として、レンズ５２および導光体５４を備える点が、図２に示すプローブと異なる。
【００５６】
レンズ５２は、入射面が第２光ファイバ２６の先端面２６ａに当接するように配置されている。レンズ５２とキャピラリ３０は、割スリーブ３１により接続されている。レンズ５２の入射面は、キャピラリ３０の先端面および第２光ファイバ２６の先端面２６ａに対応して傾斜面とされている。レンズ５２は、第２光ファイバ２６の先端面２６ａから入射した光を平行光にする。レンズ５２は、図８に示すように第２光ファイバ２６の先端面２６ａから入射した測定光を導光体５４の光出射面から平行光として出射するよう形成されている。
【００５７】
導光体５４は、入射面がレンズ５２の光出射面に当接するように配置されている。この導光体５４は、ロッド状に形成された導光体であり、割スリーブ５３によりレンズ５２に取り外し可能に連結されている。反射を防止するために、レンズ５２と導光体５４の接続面は傾斜面とされている。この導光体５４は、硬化前の接着剤３６と略同じ屈折率を有する材料で形成されている。接着剤３６の硬化状態を測定する場合、導光体５４の光出射面が接着剤３６に接触され、この状態でレンズ５２から入射した光が接着剤３６に照射される。接着剤３６の硬化前では、導光体５４の屈折率と接着剤３６の屈折率は略同じであるので、導光体５４と接着剤３６の界面から第２光ファイバ２６に戻る反射光は殆ど存在しない。しかしながら、接着剤３６が硬化して屈折率が変化すると、導光体５４と接着剤３６の界面から第２光ファイバ２６に戻る反射光が発生する。従って、この反射光を検出することで、接着剤３６の硬化状態を精度よく検出できる。
【００５８】
本変形例においては、接着剤３６に接着した導光体５４をプローブ１８から取り外すことができるので、別の接着剤の硬化状態を測定する場合には導光体５４だけを交換すればよい。これにより、さらに安価且つ簡易に複数の接着剤の硬化状態を測定できる。
【００５９】
図９（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態に係る硬化状態測定方法を説明するための図である。本方法においては、まず、図９（ａ）に示すように、第２光ファイバ２６の先端面２６ａを接着剤３６に接触させ、その状態で第２光ファイバ２６の先端面２６ａから接着剤３６に測定光を光を出射する。その後、検出器２０を用いて、第２光ファイバ２６の先端面２６ａと接着剤３６との界面から第２光ファイバ２６に戻った光を検出する。接着剤３６の硬化状態測定後、接着剤３６と接着した第２光ファイバ２６の先端部をファイバカッタ等を用いてカットする。そして、新たに形成された第２光ファイバ２６の先端面２６ｂを研磨し、次の測定に備える。
【００６０】
本硬化状態測定方法によれば、接着剤と接着した第２光ファイバ２６の先端部を硬化状態測定後に切り落とすことにより、別の接着剤の硬化状態を測定するための新たな先端面を形成することができる。本方法によれば、導光部材などの光学素子が不要となるので、さらに安価に接着剤の硬化状態を測定できる。
【００６１】
図１０は、本発明の別の実施形態に係る硬化状態測定方法を説明するための図である。まず、本方法においては、図１０に示すように、先端面２６ａと反対側の端部にコネクタ５５が設けられてた第２光ファイバ２６を用いる。コネクタ５５は、光分波器１６に直接接続されてもよいし、光分波器１６に接続された中継用光ファイバに接続されてもよい。
【００６２】
本方法においては、まず、図１０に示すように第２光ファイバ２６の先端面２６ａを接着剤３６に接触させ、その状態で第２光ファイバ２６の先端面２６ａから接着剤３６に測定光を光を出射する。その後、検出器２０を用いて、第２光ファイバ２６の先端面２６ａと接着剤３６との界面から第２光ファイバ２６に戻った光を検出する。接着剤３６の硬化状態測定後、接着剤３６と接着した第２光ファイバ２６を光分波器１６から取り外す。そして、別の第２光ファイバを光分波器１６に接続し、次の測定に備える。
【００６３】
本硬化状態測定方法によれば、接着剤と接着した第２光ファイバ２６全体を交換することにより、図９で説明した方法よりも簡易に接着剤の硬化状態を測定できる。
【００６４】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００６５】
例えば、レーザダイオードを１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚ程度の周波数で点滅させ、その周波数の成分の反射光のみを検出するようにしてもよい。例えば、検出器にロックイン回路を設け、レーザダイオード１２の点滅と同期を取って反射光を検出する。外乱光に影響されずに、より高感度な測定が可能となる。
【００６６】
また、レーザダイオードの出射する測定光の一部をモニタし、測定光の光量変動の影響で検出光量が変動する分を相殺してもよい。この場合、より高精度な屈折率測定が可能となる。
【００６７】
また、上述の実施形態では、光源としてレーザダイオード（ＬＤ）を用いたが、光源として発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）が用いられてもよい。
【００６８】
また、上述の実施形態では、屈折率の時間変化を得ることにより、接着剤の硬化状態を測定したが、導光部材と接着剤との界面から光ファイバに戻った光の時間変化を得ることにより、接着剤の硬化状態を測定することも可能である。
【００６９】
また、上述の実施形態では、本発明を接着剤の硬化状態測定装置に利用したが、本発明は、体積収縮を伴う反応の経過測定にも利用可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１０ 硬化状態測定装置、 １２ レーザダイオード、 １４ ＬＤ駆動回路、 １６ 光分波器、 １８ プローブ、 ２０ 検出器、 ２２ コンピュータ、 ２４ 第１光ファイバ、 ２６ 第２光ファイバ、 ２８ 第３光ファイバ、 ３０ キャピラリ、 ３１ 割スリーブ、 ３２ 光ファイバ片、 ３３ キャピラリ片、 ３４ 導光部材、 ３５ ガラスパイプ、 ３６ 接着剤、 ３８ 接着剤保持部、 ３９ ガラス板、 ４０ 反射率算出部、 ４５ 屈折率算出部、４６ 屈折率記録部、 ５０，５１，５２ レンズ、 ５３ 割スリーブ、 ５４ 導光体、 ５５ コネクタ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接着剤の硬化状態を測定するための硬化状態測定装置であって、
先端面から光を出射する光ファイバと、
前記光ファイバに取り外し可能に連結された導光部材であって、光出射面を前記接着剤に接触させた状態で前記接着剤に光を照射する導光部材と、
前記導光部材の光出射面と前記接着剤との界面から前記導光部材に戻った光を検出する検出器と、
を備えることを特徴とする硬化状態測定装置。
【請求項２】
前記導光部材は、前記光ファイバの先端面に連結された光ファイバ片を備えることを特徴とする請求項１に記載の硬化状態測定装置。
【請求項３】
前記導光部材は、前記光ファイバから入射した光を平行光として出射するよう形成されたレンズを備えることを特徴とする請求項１に記載の硬化状態測定装置。
【請求項４】
前記導光部材は、前記光ファイバから入射した光が光出射面上に焦点を結ぶよう形成されたレンズを備えることを特徴とする請求項１に記載の硬化状態測定装置。
【請求項５】
前記導光部材は、光出射面を前記接着剤に接触させた状態で、入射した光を前記接着剤に照射する導光体であって、硬化前の前記接着剤と略同じ屈折率を有する材料で形成された導光体を備えることを特徴とする請求項１に記載の硬化状態測定装置。
【請求項６】
前記導光部材は、前記光ファイバと前記導光体との間に設けられたレンズをさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の硬化状態測定装置。
【請求項７】
前記導光部材からの出射光量に対する前記検出器での検出光量の割合から、前記接着剤の屈折率を算出する屈折率算出部をさらに備えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の硬化状態測定装置。
【請求項８】
前記屈折率算出部によって算出された屈折率の時間変化を記録する記録部をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の硬化状態測定装置。
【請求項９】
前記光ファイバは、シングルモード光ファイバであることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の硬化状態測定装置。
【請求項１０】
前記導光部材は、前記接着剤を保持するための接着剤保持部を有することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の硬化状態測定装置。
【請求項１１】
接着剤の硬化状態を測定するための硬化状態測定方法であって、
光ファイバの先端面を前記接着剤に接触させるステップと、
光ファイバの先端面から前記接着剤に光を出射するステップと、
前記光ファイバの先端面と前記接着剤との界面から前記光ファイバに戻った光を検出するステップと、
硬化状態測定後、前記光ファイバの新たな先端面を形成するステップと、
を備えることを特徴とする硬化状態測定方法。
【請求項１２】
前記先端面を形成するステップは、
前記光ファイバをカットするステップと、
カットにより形成された新たな先端面を研磨するステップと、
を備えることを特徴とする請求項１１に記載の硬化状態測定方法。
【請求項１】
接着剤の硬化状態を測定するための硬化状態測定装置であって、
先端面から光を出射する光ファイバと、
前記光ファイバに取り外し可能に連結された導光部材であって、光出射面を前記接着剤に接触させた状態で前記接着剤に光を照射する導光部材と、
前記導光部材の光出射面と前記接着剤との界面から前記導光部材に戻った光を検出する検出器と、
を備えることを特徴とする硬化状態測定装置。
【請求項２】
前記導光部材は、前記光ファイバの先端面に連結された光ファイバ片を備えることを特徴とする請求項１に記載の硬化状態測定装置。
【請求項３】
前記導光部材は、前記光ファイバから入射した光を平行光として出射するよう形成されたレンズを備えることを特徴とする請求項１に記載の硬化状態測定装置。
【請求項４】
前記導光部材は、前記光ファイバから入射した光が光出射面上に焦点を結ぶよう形成されたレンズを備えることを特徴とする請求項１に記載の硬化状態測定装置。
【請求項５】
前記導光部材は、光出射面を前記接着剤に接触させた状態で、入射した光を前記接着剤に照射する導光体であって、硬化前の前記接着剤と略同じ屈折率を有する材料で形成された導光体を備えることを特徴とする請求項１に記載の硬化状態測定装置。
【請求項６】
前記導光部材は、前記光ファイバと前記導光体との間に設けられたレンズをさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の硬化状態測定装置。
【請求項７】
前記導光部材からの出射光量に対する前記検出器での検出光量の割合から、前記接着剤の屈折率を算出する屈折率算出部をさらに備えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の硬化状態測定装置。
【請求項８】
前記屈折率算出部によって算出された屈折率の時間変化を記録する記録部をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の硬化状態測定装置。
【請求項９】
前記光ファイバは、シングルモード光ファイバであることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の硬化状態測定装置。
【請求項１０】
前記導光部材は、前記接着剤を保持するための接着剤保持部を有することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の硬化状態測定装置。
【請求項１１】
接着剤の硬化状態を測定するための硬化状態測定方法であって、
光ファイバの先端面を前記接着剤に接触させるステップと、
光ファイバの先端面から前記接着剤に光を出射するステップと、
前記光ファイバの先端面と前記接着剤との界面から前記光ファイバに戻った光を検出するステップと、
硬化状態測定後、前記光ファイバの新たな先端面を形成するステップと、
を備えることを特徴とする硬化状態測定方法。
【請求項１２】
前記先端面を形成するステップは、
前記光ファイバをカットするステップと、
カットにより形成された新たな先端面を研磨するステップと、
を備えることを特徴とする請求項１１に記載の硬化状態測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−７６８１（Ｐ２０１３−７６８１Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４１１２７（Ｐ２０１１−１４１１２７）
【出願日】平成２３年６月２４日（２０１１．６．２４）
【出願人】（０００００４００８）日本板硝子株式会社 (853)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２４日（２０１１．６．２４）
【出願人】（０００００４００８）日本板硝子株式会社 (853)
【Ｆターム（参考）】
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