JP2004125846A

JP2004125846A - 光ファイバコイル、光ファイバセンサ及びその製造方法

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Publication number: JP2004125846A
Application number: JP2002285589A
Authority: JP
Inventors: Masanori Nonomura; 野々村　雅徳; Tatsuo Yamaguchi; 山口　辰男; Tomio Minase; 皆瀬　十三夫; Asuka Nakayama; 中山　明日香
Original assignee: Totoku Electric Co Ltd
Current assignee: Totoku Electric Co Ltd
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】高温環境下において使用可能な光ファイバセンサを提供する。
【解決手段】ポリイミド被覆を形成した光ファイバを不活性雰囲気中で熱処理して炭素薄膜を形成した光ファイバ素線を渦巻き形状に巻き、その形状を金属スパッタ及び高温半田で固定した光ファイバコイル（１０）を、ケース下蓋（１３０）とケース上蓋（１３１）とで挟み、セラミック樹脂（１４０）で封止する。
【効果】例えばレーザドップラ振動計（Ｆｉｂｅｒ　Ｌａｓｅｒ　Ｄｏｐｐｅｒ　Ｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ）のセンサとして使用すれば、エンジンの振動の計測を好適に行える。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバコイル、光ファイバセンサ及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、高温環境下において使用できる光ファイバコイルおよび光ファイバセンサ、及び、その光ファイバセンサを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ファイバを渦巻き形状に巻いた光ファイバコイルを用いて、音響，振動，回転成分または温度を測定する技術が知られている。
光ファイバコイルを用いて音響，振動を測定する技術は、「沖テクニカルレビュー，２００２年１月／第１８９号　Ｖｏｌ．６９　Ｎｏ．１　第８０頁〜第８３頁」に記載されている。
また、光ファイバコイルを用いて回転成分を測定する技術は、「地動の回転成分を観測する新しい地震計の開発，地震地核変動開発センター　武尾　実，２０００年１０月１８日／地震研究所ホームページ」に記載されている。
また、光ファイバコイルを用いて温度を測定する技術は、「光ファイバ温度分布計測システムによる光ファイバポイントプローブ，株式会社ＯＣＣ　開発事業部／２００１年５月／ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｔｓ−ｏｃｃ．ｃｏｍ」に記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術で用いられている光ファイバコイルでは、ＵＶ硬化型アクリレート樹脂被覆を形成した光ファイバを渦巻き形状に巻いていた。
しかし、ＵＶ硬化型アクリレート樹脂被覆は、耐熱性に劣るため、高温環境下において使用できない問題点があった。
そこで、本発明の目的は、高温環境下において使用できる光ファイバコイル、光ファイバセンサ及びその製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
第１の観点では、本発明は、ＵＶ硬化型シリコン樹脂被覆を形成した光ファイバを渦巻き形状に巻き、その形状を接着剤で固定したことを特徴とする光ファイバコイルを提供する。
上記第１の観点による光ファイバコイルでは、耐熱性に優れたＵＶ硬化型シリコン樹脂被覆を形成した光ファイバを用いるため、高温環境下（１５０℃以下）において使用できる。また、形状を固定するのに接着剤を用いるため、作業が簡単になる。
【０００５】
第２の観点では、本発明は、ポリイミド被覆を形成した光ファイバを渦巻き形状に巻き、その形状を接着剤で固定したことを特徴とする光ファイバコイルを提供する。
上記第２の観点による光ファイバコイルでは、耐熱性に優れたポリイミド被覆を形成した光ファイバを用いるため、高温環境下（２５０℃以下）において使用できる。また、形状を固定するのに接着剤を用いるため、作業が簡単になる。
【０００６】
第３の観点では、本発明は、ポリイミド被覆および炭素薄膜を形成した光ファイバを渦巻き形状に巻き、その形状を接着剤で固定したことを特徴とする光ファイバコイルを提供する。
上記第３の観点による光ファイバコイルでは、耐熱性に優れたポリイミド被覆および炭素薄膜を形成した光ファイバを用いるため、高温環境下（５００℃以下）において使用できる。さらに、形状を固定するのに接着剤を用いるため、作業が簡単になる。
【０００７】
第４の観点では、本発明は、ポリイミド被覆および無電解メッキ層を形成した光ファイバを渦巻き形状に巻き、その形状を高温半田で固定したことを特徴とする光ファイバコイルを提供する。
上記第４の観点による光ファイバコイルでは、耐熱性に優れたポリイミド被覆を形成した光ファイバを用いると共に高温半田で形状を固定したため、高温環境下において使用できる。
【０００８】
第５の観点では、本発明は、ポリイミド被覆および炭素薄膜を形成した光ファイバを渦巻き形状に巻き、その形状を金属スパッタ及び高温半田で固定したことを特徴とする光ファイバコイルを提供する。
上記第５の観点による光ファイバコイルでは、耐熱性に優れたポリイミド被覆および炭素薄膜を形成した光ファイバを用いると共に高温半田で形状を固定したため、高温環境下において使用できる。
【０００９】
第６の観点では、本発明は、上記構成の光ファイバコイルをケースに収容し、温度による線膨張係数が小さいプラスチック樹脂で封止したことを特徴とする光ファイバセンサを提供する。
上記第６の観点による光ファイバコイルでは、上記構成の光ファイバコイルをケースに入れて封止したため、保管，運搬，設置等の取り扱いが容易になる。
【００１０】
第７の観点では、本発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の光ファイバコイルをケースに収容し、セラミック樹脂で封止したことを特徴とする光ファイバセンサを提供する。
上記第７の観点による光ファイバコイルでは、上記構成の光ファイバコイルをケースに入れて封止したため、保管，運搬，設置等の取り扱いが容易になる。また、セラミック樹脂を用いるため、プラスチック樹脂を用いる場合より高温環境下において使用できる。
【００１１】
第８の観点では、本発明は、ポリイミド被覆を形成した光ファイバを不活性雰囲気中で熱処理して炭素薄膜を形成し、次いで炭素薄膜を形成した光ファイバを渦巻き形状に巻き、その形状を瞬間接着剤で接着して固定し、ケースに収容し、温度による線膨張係数が小さいプラスチック樹脂またはセラミック樹脂を充填して封止することを特徴とする光ファイバセンサの製造方法を提供する。
上記第８の観点による光ファイバコイルでは、高温環境下において使用できる光ファイバセンサを好適に製造できる。
【００１２】
第９の観点では、本発明は、ポリイミド被覆を形成した光ファイバを不活性雰囲気中で熱処理して炭素薄膜を形成し、次いで炭素薄膜を形成した光ファイバを渦巻き形状に巻き、その形状を金属スパッタリングおよび高温半田付けにより固定し、ケースに収容し、温度による線膨張係数が小さいプラスチック樹脂またはセラミック樹脂を充填して封止することを特徴とする光ファイバセンサの製造方法を提供する。
上記第９の観点による光ファイバコイルでは、高温環境下において使用できる光ファイバセンサを好適に製造できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【００１４】
図１は、本発明に係る光ファイバコイルを示す平面図である。
この光ファイバコイル１０は、光ファイバ素線１１を渦巻き形状に巻き、その形状を固定し、両端にフェルールＦ，Ｆを取り付けた構成である。
【００１５】
図２は、本発明に係る光ファイバセンサを示す斜視図である。
この光ファイバセンサ１００は、光ファイバコイル１０をコイル固定板１１０に載せ、スペーサ１２０を介在させて、ケース下蓋１３０とケース上蓋１３１とで挟んで一体化し、温度による線膨張係数が小さいプラスチック樹脂またはセラミック樹脂１４０で内部空間を封止した構成である。
なお、ケース外形サイズは、例えば３０ｍｍ×３０ｍｍ×２ｍｍである。
【００１６】
−第１の実施形態−
図３は、第１の実施形態に係る図１のＡ−Ａ’端面図である。
この光ファイバ素線１１Ａは、光ファイバ１にＵＶ硬化型シリコン樹脂被覆２を形成したものである。
渦巻き形状に巻いた光ファイバ素線１１Ａは、その形状を瞬間接着剤３で固定されている。
【００１７】
図４は、第１の実施形態に係る光ファイバセンサ１００の製造方法を示すフロー図である。
ステップＡ１では、ＵＶ硬化型シリコン樹脂被覆２を形成した光ファイバ１１Ａを治具の上で渦巻き形状に巻く。
ステップＡ２では、渦巻き形状に巻いた光ファイバ素線１１Ａの形状を例えばアロンα（商品名）の如き瞬間接着剤３で固定し、光ファイバコイル１０とする。
ステップＡ３では、光ファイバコイル１０をコイル固定板１１０に載せる。
ステップＡ４では、光ファイバコイル１０を載せたコイル固定板１１０を、ケース下蓋１３０，スペーサ１２０，ケース上蓋１３１で囲み、ネジで一体化する。
ステップＡ５では、ケース内部空間に例えばエポテック３５４（商品名）の如き温度による線膨張係数が小さいプラスチック樹脂またはセラムエースＳＡ６５００（商品名）の如きセラミック樹脂１４０を充填する。
【００１８】
−第２の実施形態−
図５は、第２の実施形態に係る図１のＡ−Ａ’端面図である。
この光ファイバ素線１１Ｂは、光ファイバ１にポリイミド被覆４を形成したものである。
渦巻き形状に巻いた光ファイバ素線１１Ｂは、その形状を瞬間接着剤３で固定されている。
【００１９】
図６は、第２の実施形態に係る光ファイバセンサ１００の製造方法を示すフロー図である。
ステップＢ１では、ポリイミド被覆４を形成した光ファイバ１１Ｂを治具の上で渦巻き形状に巻く。
ステップＢ２では、渦巻き形状に巻いた光ファイバ素線１１Ｂの形状を瞬間接着剤３で固定し、光ファイバコイル１０とする。
ステップＢ３では、光ファイバコイル１０をコイル固定板１１０に載せる。
ステップＢ４では、光ファイバコイル１０を載せたコイル固定板１１０を、ケース下蓋１３０，スペーサ１２０，ケース上蓋１３１で囲み、ネジで一体化する。
ステップＢ５では、ケース内部空間に温度による線膨張係数が小さいプラスチック樹脂またはセラミック樹脂１４０を充填する。
【００２０】
−第３の実施形態−
図７は、第３の実施形態に係る図１のＡ−Ａ’端面図である。
この光ファイバ素線１１Ｃは、光ファイバ１にポリイミド被覆４を形成し、さらに炭素薄膜４ａを形成したものである。
渦巻き形状に巻いた光ファイバ素線１１Ｃは、その形状を瞬間接着剤３で固定されている。
【００２１】
図８は、第３の実施形態に係る光ファイバセンサ１００の製造方法を示すフロー図である。
ステップＣ０では、ポリイミド被覆４を形成した光ファイバ１１Ｃを例えば窒素ガスやアルゴンガス雰囲気の如き不活性雰囲気中で５００℃〜７００℃で熱処理し、炭素薄膜４ａを形成する。
ステップＣ１では、炭素薄膜４ａを形成した光ファイバ１１Ｃを治具の上で渦巻き形状に巻く。
ステップＣ２では、渦巻き形状に巻いた光ファイバ素線１１Ｃの形状を瞬間接着剤３で固定し、光ファイバコイル１０とする。
ステップＣ３では、光ファイバコイル１０をコイル固定板１１０に載せる。
ステップＣ４では、光ファイバコイル１０を載せたコイル固定板１１０を、ケース下蓋１３０，スペーサ１２０，ケース上蓋１３１で囲み、ネジで一体化する。
ステップＣ５では、ケース内部空間に温度による線膨張係数が小さいプラスチック樹脂またはセラミック樹脂１４０を充填する。
【００２２】
−第４の実施形態−
図９は、第４の実施形態に係る図１のＡ−Ａ’端面図である。
この光ファイバ素線１１Ｄは、光ファイバ１にポリイミド被覆４を形成し、さらに無電解メッキ層５を形成したものである。
渦巻き形状に巻いた光ファイバ素線１１Ｄは、その形状を高温半田６で固定されている。
【００２３】
図１０は、第４の実施形態に係る光ファイバセンサ１００の製造方法を示すフロー図である。
ステップＤ０では、ポリイミド被覆４を形成した光ファイバ１１Ｄに例えば無電解ニッケルメッキを施し、無電解メッキ層５を形成する。
ステップＤ１では、無電解メッキ層５を形成した光ファイバ１１Ｄを治具の上で渦巻き形状に巻く。
ステップＤ２では、渦巻き形状に巻いた光ファイバ素線１１Ｄの形状を例えばＡｕ−Ｓｎの如き高温半田６で固定し、光ファイバコイル１０とする。
ステップＤ３では、光ファイバコイル１０をコイル固定板１１０に載せる。
ステップＤ４では、光ファイバコイル１０を載せたコイル固定板１１０を、ケース下蓋１３０，スペーサ１２０，ケース上蓋１３１で囲み、ネジで一体化する。
ステップＤ５では、ケース内部空間に温度による線膨張係数が小さいプラスチック樹脂またはセラミック樹脂１４０を充填する。
【００２４】
−第５の実施形態−
図１１は、第５の実施形態に係る図１のＡ−Ａ’端面図である。
この光ファイバ素線１１Ｃは、光ファイバ１にポリイミド被覆４を形成し、さらに炭素薄膜４ａを形成したものである。
渦巻き形状に巻いた光ファイバ素線１１Ｃは、その形状を金属スパッタ７で仮固定され、さらに高温半田６で固定されている。
【００２５】
図１２は、第５の実施形態に係る光ファイバセンサ１００の製造方法を示すフロー図である。
ステップＥ０では、ポリイミド被覆４を形成した光ファイバ１１Ｃを不活性雰囲気中で熱処理し、炭素薄膜４ａを形成する。
ステップＥ１では、炭素薄膜４ａを形成した光ファイバ１１Ｃを治具の上で渦巻き形状に巻く。
ステップＥ２では、渦巻き形状に巻いた光ファイバ素線１１Ｃの形状を例えばニッケル，金の順に金属スパッタリングを施して仮固定し、次いで高温半田付けして固定し、光ファイバコイル１０とする。
ステップＥ３では、光ファイバコイル１０をコイル固定板１１０に載せる。
ステップＥ４では、光ファイバコイル１０を載せたコイル固定板１１０を、ケース下蓋１３０，スペーサ１２０，ケース上蓋１３１で囲み、ネジで一体化する。
ステップＥ５では、ケース内部空間に温度による線膨張係数が小さいプラスチック樹脂またはセラミック樹脂１４０を充填する。
【００２６】
−他の実施形態−
（１）渦巻き形状を１層にしてもよく、多層にしてもよい。
（２）光ファイバを密接して巻いてもよく、少し間隔を空けて巻いてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の光ファイバコイルおよび光ファイバセンサによれば、耐熱性があるため、高温環境下において使用可能となる。そこで、例えば光ファイバ・レーザドップラ振動計（Ｆｉｂｅｒ　Ｌａｓｅｒ　Ｄｏｐｐｅｒ　Ｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ）のセンサとして使用すれば、例えばエンジンの振動の計測を好適に行えるようになる。
また、本発明の光ファイバセンサの製造方法によれば、高温環境下において使用可能な光ファイバセンサを好適に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる光ファイバコイルを示す平面図である。
【図２】本発明にかかる光ファイバセンサを示す斜視図である。
【図３】第１の実施形態における図１のＡ−Ａ’端面図である。
【図４】第１の実施形態にかかる光ファイバセンサの製造方法を示すフロー図である。
【図５】第２の実施形態における図１のＡ−Ａ’端面図である。
【図６】第２の実施形態にかかる光ファイバセンサの製造方法を示すフロー図である。
【図７】第３の実施形態における図１のＡ−Ａ’端面図である。
【図８】第３の実施形態にかかる光ファイバセンサの製造方法を示すフロー図である。
【図９】第４の実施形態における図１のＡ−Ａ’端面図である。
【図１０】第４の実施形態にかかる光ファイバセンサの製造方法を示すフロー図である。
【図１１】第５の実施形態における図１のＡ−Ａ’端面図である。
【図１２】第５の実施形態にかかる光ファイバセンサの製造方法を示すフロー図である。
【符号の説明】
１　　　　　光ファイバ
２　　　　　ＵＶ硬化型シリコン樹脂被覆
３　　　　　瞬間接着剤
４　　　　　ポリイミド被覆
４ａ　　　　炭素薄膜
５　　　　　無電解メッキ層
６　　　　　高温半田
７　　　　　金属スパッタ
１０　　　　光ファイバコイル
１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ　　　光ファイバ素線
１００　　　光ファイバセンサ
１３０　　　ケース下蓋
１３１　　　ケース上蓋
１４０　　　プラスチック樹脂またはセラミック樹脂

Claims

ＵＶ硬化型シリコン樹脂被覆を形成した光ファイバを渦巻き形状に巻き、その形状を接着剤で固定したことを特徴とする光ファイバコイル。
ポリイミド被覆を形成した光ファイバを渦巻き形状に巻き、その形状を接着剤で固定したことを特徴とする光ファイバコイル。
ポリイミド被覆および炭素薄膜を形成した光ファイバを渦巻き形状に巻き、その形状を接着剤で固定したことを特徴とする光ファイバコイル。
ポリイミド被覆および無電解メッキ層を形成した光ファイバを渦巻き形状に巻き、その形状を高温半田で固定したことを特徴とする光ファイバコイル。
ポリイミド被覆および炭素薄膜を形成した光ファイバを渦巻き形状に巻き、その形状を金属スパッタ及び高温半田で固定したことを特徴とする光ファイバコイル。
請求項１から請求項５のいずれかに記載の光ファイバコイルをケースに収容し、温度による線膨張係数が小さいプラスチック樹脂で封止したことを特徴とする光ファイバセンサ。
請求項１から請求項５のいずれかに記載の光ファイバコイルをケースに収容し、セラミック樹脂で封止したことを特徴とする光ファイバセンサ。
ポリイミド被覆を形成した光ファイバを不活性雰囲気中で熱処理して炭素薄膜を形成し、次いで炭素薄膜を形成した光ファイバを渦巻き形状に巻き、その形状を瞬間接着剤で接着して固定し、ケースに収容し、温度による線膨張係数が小さいプラスチック樹脂またはセラミック樹脂を充填して封止することを特徴とする光ファイバセンサの製造方法。
ポリイミド被覆を形成した光ファイバを不活性雰囲気中で熱処理して炭素薄膜を形成し、次いで炭素薄膜を形成した光ファイバを渦巻き形状に巻き、その形状を金属スパッタリングおよび高温半田付けにより固定し、ケースに収容し、温度による線膨張係数が小さいプラスチック樹脂またはセラミック樹脂を充填して封止することを特徴とする光ファイバセンサの製造方法。