JP2003279760A - ファイバ型ブラッググレーティング素子及びその製造方法 - Google Patents
ファイバ型ブラッググレーティング素子及びその製造方法Info
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Abstract
熱硬化性樹脂フィルム4a、4bで挟持してその間に熱
可塑性樹脂5を充填してFBG素子を形成する。この時
熱硬化性樹脂フィルム4a上にファイバガイド部6を設
けても良い。また、ブラッググレーティング書き込み部
3の両端部を接着剤により固定した補強部を設けても良
い。このようなFBG素子を製造する場合、熱硬化性樹
脂フィルム4aと内側に熱可塑性樹脂層4cを設けた熱
硬化性樹脂フィルム4bによりブラッググレーティング
書き込み部3を挟持して押圧、加熱することにより熱可
塑性樹脂層4cを溶融して熱硬化性樹脂フィルム間に熱
可塑性樹脂5として充填する。 【効果】 本発明によれば、極めて短時間にFBG素子
を製造することができ、また特性の安定した高強度で高
信頼性を有するFBG素子を提供することができる。
Description
グレーティング素子及びその製造方法に係り、特に歪や
温度、水位等の検出に適したファイバブラッググレーテ
ィング素子及びその製造方法に関する。
が活発に行われてきており、この中で様々な光デバイス
が提案されてきている。この光デバイスの一種であるフ
ァイバ型ブラッググレーティング素子(Fiber B
ragg Grating素子、以下「FBG素子」と
いう)は歪や温度あるいは水位等の検出を行う光センサ
としての適用が期待されている。
を照射するなどして書き込まれたブラッググレーティン
グのピッチが歪や温度によって変化すると、その変化に
応じてブラッググレーティングを透過する光のスペクト
ルあるいは反射する光のピーク波長が変化する現象を利
用するものである。
からなる被覆を施した光ファイバ心線の前記被覆樹脂を
除去して、光ファイバの一部、長さ約1〜10cm程度
を露出させ、この露出部分に紫外線やレーザ光を照射し
てコアにブラッググレーティングを書き込み、その後前
記露出部分をポリイミド樹脂、フッ素樹脂等の耐熱性が
高く高弾性係数を有する熱硬化性樹脂により再被覆して
用いられていた。再被覆樹脂として熱硬化性の樹脂を用
いるとFBG素子としての耐熱性に優れ、また高弾性係
数を有する樹脂を用いると外部からの応力がブラッググ
レーティング書き込み部に伝わりやすく、従って信号伝
達性が向上するため高温下においても信頼性の高い検出
が可能になるためである。
グを書き込んだ部分を対向する耐熱性に優れた樹脂フィ
ルムでサンドイッチ状に挟み、その間に接着剤を充填し
て固定するフィルム型の素子も開発されている。このよ
うなフィルム型FBG素子は施行現場における取り扱い
性が優れているという効果を有している。
な従来の技術には、次のような解決すべき課題があっ
た。即ち、ブラッググレーティング書き込み部を再被覆
しただけのFBG素子は施行現場での取り扱い性に難点
があり、必要以上に慎重に作業を行わなければならなか
った。
が優れているためによく用いられているが、耐熱性樹脂
フィルム間に常温硬化型の液状の接着剤を充填して固定
しており、樹脂フィルムでブラッググレーティング書き
込み部を挟み込む際に液状の接着剤を手作業で塗布して
いるために接着剤層の厚さにばらつきが生じ、結果とし
て接着剤が硬化した後残留歪がばらつき、特性が安定し
ないという問題があった。
硬化型の液状の接着剤を使用しているために、製造工程
に時間がかかり、さらに機械化が困難であるために製造
コストがなかなか低減できないという問題もあった。
たFBG素子を提供するものであり、また接着剤を使用
しないために製造工程を効率化できるFBG素子の製造
方法を提供するものである。
するため次の構成を採用する。 〈構成1〉光ファイバの被覆樹脂の一部を所定の長さだ
け除去した部分のコアにブラッググレーティングを書き
込んだブラッググレーティング書き込み部を有するファ
イバ型ブラッググレーティング素子であって、上記ブラ
ッググレーティング書き込み部は対向する熱硬化性樹脂
フィルムで挟持され、上記対向する熱硬化性樹脂フィル
ム間が熱可塑性樹脂により充填されていることを特徴と
するファイバ型ブラッググレーティング素子。
き込み部は、対向する熱硬化性樹脂フィルムの一方のフ
ィルム上に設けられた上記熱硬化性樹脂フィルムの幅方
向に所定の間隔だけ離間して設けられた複数のファイバ
ガイド部の上記離間部に配置されていることを特徴とす
る構成1記載のファイバ型ブラッググレーティング素
子。
膜からなることを特徴とする構成2記載のファイバ型ブ
ラッググレーティング素子。
き込み部の両端部に接着剤による補強部が設けられてい
ることを特徴とする構成1から構成3までのいずれかの
構成に記載のファイバ型ブラッググレーティング素子。
熱性樹脂フィルムであることを特徴とする構成1から構
成4までのいずれかの構成に記載のファイバ型ブラッグ
グレーティング素子。
リイミド樹脂フィルムであることを特徴とする構成5記
載のファイバ型ブラッググレーティング素子。
き込み部は高弾性係数の樹脂により再被覆されているこ
とを特徴とする構成1から構成6までのいずれかの構成
に記載のファイバ型ブラッググレーティング素子。
所定の長さだけ除去した部分のコアにブラッググレーテ
ィングを書き込んだブラッググレーティング書き込み部
を有するファイバ型ブラッググレーティング素子の製造
方法であって、上記ブラッググレーティング書き込み部
を対向する熱硬化性樹脂フィルムで挟む際に、上記対向
する熱硬化性樹脂フィルムのうち少なくとも一方の熱硬
化性樹脂フィルムに上記ブラッググレーティング書き込
み部側に熱可塑性樹脂フィルムが積層されたものを用い
て挟み、次いで上記対向する熱硬化性樹脂フィルム同士
を押圧して上記ブラッググレーティング書き込み部を挟
持した後上記ブラッググレーティング書き込み部を加熱
して上記熱可塑性樹脂フィルムを上記対向する熱硬化性
樹脂フィルム間に溶融充填させることを特徴とするファ
イバ型ブラッググレーティング素子の製造方法。
き込み部を対向する熱硬化性樹脂フィルムの一方のフィ
ルム上に設けられた上記熱硬化性樹脂フィルムの幅方向
に所定の間隔だけ離間する複数のファイバガイド部の上
記離間部に配置した後、上記ブラッググレーティング書
き込み部を上記対向する熱硬化性樹脂フィルムで挟持す
ることを特徴とする構成8記載のファイバ型ブラッググ
レーティング素子の製造方法。
薄膜からなることを特徴とする構成9記載のファイバ型
ブラッググレーティング素子の製造方法。
書き込み部の両端に接着剤による補強を施した後上記対
向する熱硬化性樹脂フィルムで挟持することを特徴とす
る構成8から構成10までのいずれかの構成に記載のフ
ァイバ型ブラッググレーティング素子の製造方法。
耐熱性樹脂フィルムであることを特徴とする構成8から
構成11までのいずれかの構成に記載のファイバ型ブラ
ッググレーティング素子の製造方法。
ポリイミド樹脂フィルムであることを特徴とする構成1
2記載のファイバ型ブラッググレーティング素子の製造
方法。
書き込み部は高弾性係数の樹脂により再被覆されている
ことを特徴とする構成8から構成13までのいずれかの
構成に記載のファイバ型ブラッググレーティング素子の
製造方法。
て具体例を用いて説明する。なお、これから説明する各
図において同一個所は同一番号で表すこととする。
を示した図である。図1(a)はその側面図であり、図
1(b)はX−Xで切断した(a)の矢印方向から見た
横断面図である。図1において、本発明のFBG素子は
光ファイバ心線1の被覆樹脂の一部、約30cmを除去
して光ファイバが露出された部分のコアの長手方向の一
部にブラッググレーティング2が書き込まれ、ブラッグ
グレーティング書き込み部3が形成されている。耐熱性
のある樹脂としては例えばポリイミド樹脂やフッ素樹脂
が挙げられる。このブラッググレーティング書き込み部
3は対向する熱硬化性樹脂フィルム4a、4bにより挟
持され、熱硬化性樹脂フィルム4a、4bの間に熱可塑
性樹脂5が充填されブラッググレーティング書き込み部
3が固定されている。
したようにポリイミド樹脂からなるフィルムやフッ素樹
脂からなるフィルムが挙げられるが熱可塑性樹脂との接
着性を考慮するとポリイミド樹脂からなるフィルムを用
いることが好ましい。
態を示した図である。図2(a)はその側面図であり、
図2(b)はX−Xで切断した(a)の矢印方向から見
た横断面図である。図2において、図1と同様にして形
成したブラッググレーティング書き込み部3は熱硬化性
樹脂フィルム4a、4bにより挟持され、熱可塑性樹脂
5が充填されているが、本実施の形態においては、熱硬
化性樹脂フィルム4a、4bの一方のフィルム4a上に
ファイバガイド部6が設けられている。このファイバガ
イド部6は熱硬化性樹脂フィルム4aの幅方向に所定の
間隔だけ離間して設けられている。そしてこの離間した
箇所にブラッググレーティング書き込み部3を配置し、
熱硬化性樹脂フィルム4a、4bにより挟持して、その
間に熱可塑性樹脂5を充填して固定している。
ググレーティング書き込み部3の外径より若干大きい間
隔だけ離間して設ければよい。このようにするとブラッ
ググレーティング書き込み部3を熱硬化性樹脂フィルム
4a上に配置する場合に位置決めが容易になるためであ
る。従って、間隔があまり広すぎてはガイドの役目を果
たさず、ブラッググレーティング書き込み部3の外径よ
り狭くては離間部の間にブラッググレーティング書き込
み部が収納できず位置が不安定になる。なお、ファイバ
ガイド部6は多数設けてもよい。この場合には複数のブ
ラッググレーティング書き込み部3を並列に熱硬化性樹
脂フィルム4a上に配置することができる。
は金属薄膜により構成することが好ましい。これはブラ
ッググレーティング書き込み部の外径が125〜200
μm程度であるためにガイドとしては125〜500μ
m程度の幅でよく、従ってフレキシブルプリント基板
(FPC)を作成する技術を応用して行えば金属薄膜に
よるファイバガイド部を作成することができるためであ
る。FPCを作成する技術を応用する場合、ファイバガ
イド部の金属としては銅を用いることが好ましい。これ
は安定した技術として確立されているために低コストで
作成できからである。
イバガイド部を銅からなる薄膜で作成する場合には、実
質的には熱硬化性樹脂フィルム上に銅の薄膜をパターニ
ングして作成する。そして、熱硬化性樹脂フィルム上に
銅の薄膜をパターニングして作成する際に、FBG素子
の中央位置や製品名等を同時にパターニングして作成す
れば製造工程の効率化や製品識別の容易性などの効果も
併せて得ることができる。
をパターニングした例を示した平面図である。図3にお
いて、銅の薄膜のパターニングは光ファイバ心線1を配
置するためのガイドとしての役割を果たすファイバガイ
ド部6の他にブラッググレーティング書き込み部3の中
央位置を示す位置表示部7、7や製品識別部8等が示さ
れている。なお、これらのパターニングは必要に応じて
種々のものを設ければよく、本実施の形態に限定される
ものではない。
み部3を樹脂で再被覆することなく直接熱硬化性樹脂フ
ィルムで挟持してその間に熱可塑性樹脂を充填すると、
外部からの応力がブラッググレーティング書き込み部に
伝わりやすく、歪の伝達感度が敏感になり、センサとし
ての機能が向上するという効果を有している。
3は光ファイバの表面が露出しているために取扱中に傷
が付く虞もないではない。そのような懸念に対処するた
めにブラッググレーティング書き込み部3に樹脂を再被
覆してもよい。この場合に用いられる樹脂は耐熱性のあ
る高弾性係数を有するポリイミド樹脂やフッ素樹脂等の
熱硬化性樹脂が好ましい。これは高温下での使用を保証
するとともに高弾性係数を有する樹脂を用いると歪の伝
達感度が一般的に光ファイバの被覆に用いられる緩衝性
のある紫外線硬化型樹脂に比べると高くなるため、セン
サとしての機能に優れているからである。
に他の実施の形態を示した図である。図4において、ブ
ラッググレーティング書き込み部3は高弾性係数を有す
る熱硬化性樹脂であるポリイミド樹脂により被覆され、
再被覆樹脂層9が設けられている。そして熱硬化性樹脂
であるポリイミド樹脂フィルム4a、4bにより挟持、
固定され、ポリイミド樹脂フィルム4a、4bの間に熱
可塑性樹脂5が充填されている。
ある。図5において、ブラッググレーティング書き込み
部3はその両端部が光ファイバ心線1に跨って接着剤に
より固定されており、補強部10が構成されている。補
強部を設けることによりポリイミド樹脂フィルム4a、
4bの張り合わせ部をさらに強固にすることができ、F
BG素子としての強度が向上し、結果として高強度セン
サとしての信頼性が高い素子を実現することができる。
て説明する。図6は本発明のFBG素子の製造方法の一
実施の形態である。図6において、(a)は光ファイバ
心線1に形成されたブラッググレーティング書き込み部
3を熱硬化性樹脂であるポリイミド樹脂フィルム4a上
に配置して、上部からポリイミド樹脂フィルム4bで覆
い挟持するところを示している。この時、ポリイミド樹
脂フィルム4bとしてその内側、即ちブラッググレーテ
ィング書き込み部3に対向する側に熱可塑性樹脂からな
る層4cが設けられた樹脂フィルムを用いる。そしてこ
れらの対向するポリイミド樹脂フィルム同士をプレス機
11により矢印方向へ押圧して密着させつつ熱可塑性樹
脂の溶融温度以上の温度に図示しない加熱器により加熱
する。このようにすると(b)に示すように対向するポ
リイミド樹脂4a、4b間に熱可塑性樹脂層4cが溶融
し充満する。その後加熱を終了させ、温度を常温まで戻
すとブラッググレーティング書き込み部3はポリイミド
樹脂フィルム4a、4b間に熱可塑性樹脂5により強固
に固定される。
温硬化型の接着剤によりブラッググレーティング書き込
み部と熱硬化性樹脂フィルムとを接着していた場合に比
べて極めて短時間にFBG素子を製造することができ
る。また、熱可塑性樹脂層4cの厚さを一定にしておけ
ば、常に一定量の熱可塑性樹脂が熱硬化性樹脂フィルム
間に充填されることになり、手作業で接着剤を塗布して
いた従来の方法に比べるとFBG素子毎の特性のばらつ
きをなくすことができ、非常に特性の安定したFBG素
子を製造することができる。
実施の形態を説明する。図7は本発明のFBG素子の製
造方法の他の実施の形態である。図7の実施の形態は、
熱硬化性樹脂であるポリイミド樹脂フィルム4a上にブ
ラッググレーティング書き込み部3が配置され、その両
端部に接着剤による補強部を設ける場合の製造方法であ
る。まず(a)で示すように、ブラッググレーティング
書き込み部3の両端部に光ファイバ心線1の被覆部に跨
って熱硬化型樹脂からなる補強用の接着剤12が塗布さ
れる。そしてポリイミド樹脂フィルム4a及び内側に熱
可塑性樹脂層4cが設けられているポリイミド樹脂フィ
ルム4bでブラッググレーティング書き込み部3を覆い
挟持する。その後両端部にテーパのついたプレス機13
によりポリイミド樹脂フィルム4a、4bを矢印方向に
押圧して加熱し、ポリイミド樹脂フィルム4a、4b間
に熱可塑性樹脂5を充満させるとともに接着剤を硬化さ
せる。この後加熱を終了させ常温まで戻すと、(b)で
示すようにブラッググレーティング書き込み部3の両端
部のポリイミド樹脂フィルム4bがテーパ状になったF
BG素子ができる。このようにすると接着剤がブラッグ
グレーティング書き込み部3の端部及び光ファイバ心線
1の被覆部まで充分に行き渡り強固に固定されたブラッ
ググレーティング書き込み部の補強部10を形成するこ
とができ、ポリイミド樹脂フィルム4a、4bの張り合
わせ部の強度をさらに補強することができるので高強度
のFBG素子を製造することができる。
ブラッググレーティング書き込み部の外周に高弾性係数
の熱硬化性樹脂による再被覆樹脂層が設けられたFBG
素子にももちろん適用できる。この時、図7で示した補
強部を設けた場合にはブラッググレーティング書き込み
部両端部での再被覆樹脂層の剥がれを防止するという効
果も有することになる。
ググレーティング書き込み部を熱硬化性樹脂フィルムで
挟持してその間に熱可塑性樹脂を充満させFBG素子を
構成する場合、熱硬化性樹脂フィルムの一方に熱可塑性
樹脂層を設け、加熱により熱可塑性樹脂を溶融させるの
で、一定量の熱可塑性樹脂で熱硬化性樹脂フィルム間を
充填させることができ、特性のばらつきのないFBG素
子を提供することができるとともに極めて短時間にFB
G素子を製造することができる。また、ブラッググレー
ティング書き込み部の位置決めのためにファイバガイド
部を設けたので作業効率が向上できる。さらに、ブラッ
ググレーティング書き込み部の両端部に接着剤による補
強部を設けたので高強度の信頼性の高いFBG素子を提
供することができる。
断面と横断面図である。
縦断面と横断面図である。
ングした例を示した平面図である。
示した縦断面図である。
示した縦断面図である。
を示した縦断面図である。
態を示した縦断面図である。
Claims (14)
- 【請求項1】 光ファイバの被覆樹脂の一部を所定の長
さだけ除去した部分のコアにブラッググレーティングを
書き込んだブラッググレーティング書き込み部を有する
ファイバ型ブラッググレーティング素子であって、前記
ブラッググレーティング書き込み部は対向する熱硬化性
樹脂フィルムで挟持され、前記対向する熱硬化性樹脂フ
ィルム間が熱可塑性樹脂により充填されていることを特
徴とするファイバ型ブラッググレーティング素子。 - 【請求項2】 前記ブラッググレーティング書き込み部
は、対向する熱硬化性樹脂フィルムの一方のフィルム上
に設けられた前記熱硬化性樹脂フィルムの幅方向に所定
の間隔だけ離間して設けられた複数のファイバガイド部
の前記離間部に配置されていることを特徴とする請求項
1記載のファイバ型ブラッググレーティング素子。 - 【請求項3】 前記ファイバガイド部は金属薄膜からな
ることを特徴とする請求項2記載のファイバ型ブラッグ
グレーティング素子。 - 【請求項4】 前記ブラッググレーティング書き込み部
の両端部に接着剤による補強部が設けられていることを
特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかの請求
項に記載のファイバ型ブラッググレーティング素子。 - 【請求項5】 前記熱硬化性樹脂フィルムは耐熱性樹脂
フィルムであることを特徴とする請求項1から請求項4
までのいずれかの請求項に記載のファイバ型ブラッググ
レーティング素子。 - 【請求項6】 前記熱硬化性樹脂フィルムはポリイミド
樹脂フィルムであることを特徴とする請求項5記載のフ
ァイバ型ブラッググレーティング素子。 - 【請求項7】 前記ブラッググレーティング書き込み部
は高弾性係数の樹脂により再被覆されていることを特徴
とする請求項1から請求項6までのいずれかの請求項に
記載のファイバ型ブラッググレーティング素子。 - 【請求項8】 光ファイバの被覆樹脂の一部を所定の長
さだけ除去した部分のコアにブラッググレーティングを
書き込んだブラッググレーティング書き込み部を有する
ファイバ型ブラッググレーティング素子の製造方法であ
って、前記ブラッググレーティング書き込み部を対向す
る熱硬化性樹脂フィルムで挟む際に、前記対向する熱硬
化性樹脂フィルムのうち少なくとも一方の熱硬化性樹脂
フィルムに前記ブラッググレーティング書き込み部側に
熱可塑性樹脂フィルムが積層されたものを用いて挟み、
次いで前記対向する熱硬化性樹脂フィルム同士を押圧し
て前記ブラッググレーティング書き込み部を挟持した後
前記ブラッググレーティング書き込み部を加熱して前記
熱可塑性樹脂フィルムを前記対向する熱硬化性樹脂フィ
ルム間に溶融充填させることを特徴とするファイバ型ブ
ラッググレーティング素子の製造方法。 - 【請求項9】 前記ブラッググレーティング書き込み部
を対向する熱硬化性樹脂フィルムの一方のフィルム上に
設けられた前記熱硬化性樹脂フィルムの幅方向に所定の
間隔だけ離間する複数のファイバガイド部の前記離間部
に配置した後、前記ブラッググレーティング書き込み部
を前記対向する熱硬化性樹脂フィルムで挟持することを
特徴とする請求項8記載のファイバ型ブラッググレーテ
ィング素子の製造方法。 - 【請求項10】 前記ファイバガイド部は金属薄膜から
なることを特徴とする請求項9記載のファイバ型ブラッ
ググレーティング素子の製造方法。 - 【請求項11】 前記ブラッググレーティング書き込み
部の両端に接着剤による補強を施した後前記対向する熱
硬化性樹脂フィルムで挟持することを特徴とする請求項
8から請求項10までのいずれかの請求項に記載のファ
イバ型ブラッググレーティング素子の製造方法。 - 【請求項12】 前記熱硬化性樹脂フィルムは耐熱性樹
脂フィルムであることを特徴とする請求項8から請求項
11までのいずれかの請求項に記載のファイバ型ブラッ
ググレーティング素子の製造方法。 - 【請求項13】 前記熱硬化性樹脂フィルムはポリイミ
ド樹脂フィルムであることを特徴とする請求項12記載
のファイバ型ブラッググレーティング素子の製造方法。 - 【請求項14】 前記ブラッググレーティング書き込み
部は高弾性係数の樹脂により再被覆されていることを特
徴とする請求項8から請求項13までのいずれかの請求
項に記載のファイバ型ブラッググレーティング素子の製
造方法。
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