JP4881011B2 - 衝撃検知光ファイバセンサの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、衝撃による応力を光ファイバの光伝送特性に変換して衝撃を検知するための衝撃検知光ファイバセンサの製造方法に係り、作業性を向上する衝撃検知光ファイバセンサの製造方法に関する。
衝撃検知光ファイバセンサとして、例えば、Ｕ字折り返しもしくは直線状に伸ばした耐熱性プラスチック光ファイバ（以下、ＨＰＯＦと称す）の直線部に角型形状の打ち抜き穴を有する応力集中板を設置し、それら（ＨＰＯＦと応力集中板）の外周にゴム材を一定の幅と厚みで成型したものがある。
従来の衝撃検知光ファイバセンサの製造組立方法は、応力集中板に鉄丸棒を沿わせてゴム材を押し出すことにより、応力集中板と鉄丸棒の外周をゴム材で覆い、そのゴム材をプレスにて四角形状の断面に成型し、その断面から鉄丸棒を引き抜いてゴム材内部を長手方向に貫通する空洞を形成した後、二次架橋を行ってゴム材を固化し、長手方向の片端より空洞にエアーを注入すると共に他端よりＨＰＯＦを所定の位置まで挿入するという方法である。
鉄丸棒引き抜き後のゴム材内へのＨＰＯＦ挿入に関しては、エアーを注入するという作業が煩わしく、また、空洞にＨＰＯＦを挿入するという作業には長時間を要し、作業性が悪いという課題があった。
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、作業性を向上する衝撃検知光ファイバセンサの製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するために本発明は、光ファイバと、応力集中板と、前記光ファイバ及び前記応力集中板の外周にモールド成型したモールド成型部とからなり、前記モールド成型部の上面に衝撃の力が加わると、前記光ファイバが前記応力集中板に押し付けられる衝撃検知光ファイバセンサの製造方法において、
前記モールド成型部に、光ファイバ挿入穴と、前記モールド成型部の上面から前記光ファイバ挿入穴まで連通する前記光ファイバを前記光ファイバ挿入穴に挿入するための挿入用スリットと、を形成する工程と、
前記光ファイバを前記挿入用スリットから前記光ファイバ挿入穴に挿入する工程と、
前記光ファイバを前記光ファイバ挿入穴に挿入後、前記光ファイバ挿入穴と前記挿入用スリットに充填材を充填する工程と、
を含むことで、
前記光ファイバを前記応力集中板と前記充填材との間に狭設するものである。
前記モールド成型部に、光ファイバ挿入穴と、前記モールド成型部の上面から前記光ファイバ挿入穴まで連通する前記光ファイバを前記光ファイバ挿入穴に挿入するための挿入用スリットと、を形成する工程と、
前記光ファイバを前記挿入用スリットから前記光ファイバ挿入穴に挿入する工程と、
前記光ファイバを前記光ファイバ挿入穴に挿入後、前記光ファイバ挿入穴と前記挿入用スリットに充填材を充填する工程と、
を含むことで、
前記光ファイバを前記応力集中板と前記充填材との間に狭設するものである。
前記光ファイバ挿入穴と前記挿入用スリットは断面略鍵穴形状に形成されてもよい。
また、本発明は、光ファイバと、応力集中板と、前記光ファイバ及び前記応力集中板の外周にモールド成型したモールド成型部とからなり、前記モールド成型部の上面に衝撃の力が加わると、前記光ファイバが前記応力集中板に押し付けられる衝撃検知光ファイバセンサの製造方法において、
モールド材を押出成型する工程と、
光ファイバ挿入穴及び挿入用スリット形状の突起を設けたプレス成型用金型を用い、前記モールド材をプレス成型して前記モールド成型部を形成するとともに、光ファイバ挿入穴及び前記モールド成型部の上面から前記光ファイバ挿入穴まで連通する挿入用スリットを形成する工程と、
前記光ファイバを、前記光ファイバ挿入穴に前記挿入用スリットから挿入する工程と、 前記光ファイバを前記光ファイバ挿入穴に挿入後、前記光ファイバ挿入穴と前記挿入用スリットに充填材を充填する工程と、
を含むことで、
前記光ファイバを前記応力集中板と前記充填材との間に狭設するものである。
モールド材を押出成型する工程と、
光ファイバ挿入穴及び挿入用スリット形状の突起を設けたプレス成型用金型を用い、前記モールド材をプレス成型して前記モールド成型部を形成するとともに、光ファイバ挿入穴及び前記モールド成型部の上面から前記光ファイバ挿入穴まで連通する挿入用スリットを形成する工程と、
前記光ファイバを、前記光ファイバ挿入穴に前記挿入用スリットから挿入する工程と、 前記光ファイバを前記光ファイバ挿入穴に挿入後、前記光ファイバ挿入穴と前記挿入用スリットに充填材を充填する工程と、
を含むことで、
前記光ファイバを前記応力集中板と前記充填材との間に狭設するものである。
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
（１）作業性を向上することができる。
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
本発明の衝撃検知光ファイバセンサの製造方法を図１により説明する。
図１（ａ）に示す応力集中板５の外周に、図１（ｂ）に示すようにモールド材７ａを押出成型する。ただし、本発明は応力集中板５が無い場合にも適用可能である。
次いで、図１（ｃ）に示すように、モールド材７ａをプレス成型用金型下蓋５１に装着する。このプレス成型用金型下蓋５１に対して光ファイバ挿入穴８と挿入用スリット９の形状（図では断面略鍵穴形状）をした突起５２を有するプレス成型用金型上蓋５３を臨ませる。
図１（ｄ）に示すように、プレス成型用金型上蓋５３をプレス成型用金型下蓋５１に合わせた後、図１（ｅ）に示すように、プレス成型用金型上蓋５３を後退させると、モールド材７ａに光ファイバ挿入穴８及び挿入用スリット９をプレス成型したモールド材７を得る。
次に、図１（ｆ）に示すように、挿入用スリット９に光ファイバ１を臨ませ、図１（ｇ）に示すように、挿入用スリット９を通して光ファイバ１を光ファイバ挿入穴８に挿入する。
最後に、図１（ｈ）に示すように、挿入用スリット９に充填材１０を充填する。
このように、本発明によれば、モールド成型体に挿入用スリットを形成し、光ファイバを挿入用スリットを通して光ファイバ挿入穴に挿入しているので、衝撃検知光ファイバセンサの製造時間を大幅に短縮することができる。
また、プレス成型用金型上蓋５３に断面略鍵穴形状の突起５２を設けてプレスすることにより本発明の光ファイバ挿入穴８及び挿入用スリット９を成型することが可能である。
次に、衝撃検知光ファイバセンサの構成部材を説明する。
図２（ａ）に示されるように、ＨＰＯＦ１は、中心をなすコア部２１に架橋アクリル樹脂を使用し、そのコア部２１の外周を覆うクラッド部２２にコア部２１より屈折率の低いフッ素系材料を使用して構成される。
図２（ｂ）に示されるように、モールド成型部７は、応力集中板５を覆うと共にＨＰＯＦ１が配置される場所が光ファイバ挿入穴８になっているものである。モールド成型部７の断面輪郭は、応用用途によって適宜に決めてよいが、ここでは四角形としてある。応力集中板５は、モールド成型部７の底部に偏って位置している。光ファイバ挿入穴８は、図２（ａ）のＨＰＯＦ１がちょうど嵌るような適宜な内径の円筒状空間１１を有し、その円筒状空間１１の一側が欠如して挿入用スリット９となっている。挿入用スリット９の両縁においてモールド成型体に肉厚があるため、挿入用スリット９は光ファイバ挿入穴８に隣接する四角柱状空間を形成している。モールド成型部７の材料は、応力集中板５よりも柔らかい材料であるゴム材（例えば、シリコーンゴム）などが用いられる。
モールド成型部７は、光ファイバ挿入穴８及び挿入用スリット９の断面形状を略鍵穴状に形成するとよい。挿入用スリット９から挿入したＨＰＯＦ１を光ファイバ挿入穴８に保持することができ、かつＨＰＯＦ１を光ファイバ挿入穴８の位置に位置決めすることができる。
図２（ｃ）に示すように、挿入用スリット９の開口幅を光ファイバ挿入穴８の径とほぼ同じにすることにより、挿入用スリット９及び光ファイバ挿入穴８を断面略Ｕ字形に形成してもよい。
応力集中板５は、少なくともＨＰＯＦ１よりも硬い（応力変形しにくい）材料からなり、ＨＰＯＦ１の長手方向に沿った帯状の部材であり、図には示さないが長手方向に適宜間隔で角型形状に打ち抜いた穴を有する。この穴は、後述するマイクロベンド効果を効果的に起こす働きを有する。応力集中板５は、例えば、硬質性のプラスチックまたは黄銅、ステンレス鋼などの金属で形成される。
図３は、衝撃検知光ファイバセンサの使用状態を示している。光ファイバ（ここでは、ＨＰＯＦ）１の一端に光源（ここでは、ＬＥＤ；発光ダイオード）２が接続されており、そのＬＥＤ２には図示しない制御器との間で電気信号を伝送するメタル信号線３が接続されている。ＨＰＯＦ１は、衝撃を検知したい場所あるいは対象物に添えてＵ字状に折り返してもしくは直線状に伸ばして布設される。ＨＰＯＦ１の反対端には、受光器（ここではＰＤ；フォトダイオード）４が接続されており、そのＰＤ４には図示しない制御器との間で電気信号を伝送するメタル信号線３が接続されている。
衝撃検知の原理は、ＨＰＯＦ１が衝撃によって歪むとマイクロベンド効果により光伝送特性に変化が起きてＬＥＤ２から送信される信号とＰＤ４で受信され信号との間に光強度の差異が生じるので、この差異を制御器で解析して衝撃を検知するというものである。光強度の変化波形から衝突物を識別することも考えられている。
この種の衝撃検知光ファイバセンサの利点は、まず、センサとしてのＨＰＯＦ１が布設されている環境において電磁ノイズが顕著であっても、ＨＰＯＦ１が電磁ノイズの影響を受けないことである。そして、ＨＰＯＦ１自体がメタル信号線に比して伝送損失の少ない信号伝送用部材であるから、センサとしてのＨＰＯＦ１布設箇所から電磁ノイズが届きにくい遠隔場所までの伝送路としてＨＰＯＦ１を布設することができるので、ＬＥＤ２、ＰＤ４、メタル信号線３に電磁ノイズの影響が及ばないようにできることである。また、ＬＥＤ２、ＰＤ４、メタル信号線３は、後述する衝撃検知部６には属さないので、空間に露出させておく必要がなく、電磁ノイズを遮蔽するための遮蔽物で囲うことも可能である。
本発明の衝撃検知光ファイバセンサによる衝撃検知の動作を図４及び図５により説明する。
図４に示されるように、モールド成型部７に上から衝撃が加わると、その衝撃による力がＨＰＯＦ１を押し下げようとする。衝撃による力は長手方向にある程度の長さにわたって加わるものとする。しかし、ＨＰＯＦ１の下にＨＰＯＦ１よりも硬い応力集中板５があり、その応力集中板５には適宜間隔で穴１２が開いている。このため、ＨＰＯＦ１は、応力集中板５の肉があるところ（以下、平面部１３と呼ぶ）では下に押し下げられることがなく、穴１２のところだけが穴１２に陥没するようにして下に押し下げられる。よって、図示されているように、ＨＰＯＦ１は、各々の穴１２の両縁において曲げが生じることになる。このように、複数箇所で確実に曲げ歪みが生じるので、マイクロベンド効果を効果的に起こすことができ、衝撃に起因する伝送損失の増加をよく生じさせることができる。
応力集中板５の平面部１３に位置する断面での歪みの様子は次のようになる。
図５（ａ）に示されるように、モールド成型部７に衝撃が加わっていないときは、モールド成型部７は製造時と同じく厚みも幅も自然な状態であり、ＨＰＯＦ１も断面が円状の自然状態を保っている。
図５（ｂ）に示されるように、モールド成型部７に上から衝撃の力が加わると、モールド成型部７は厚みが薄くなる。この衝撃による力はＨＰＯＦ１にも及び、ＨＰＯＦ１を応力集中板５の平面部１３に押しつけるので、ＨＰＯＦ１は上下方向に径が縮み、横方向に径が広がるように断面が変形する。これにより圧縮歪みによる伝送損失の増加が生じる。
図３の受光器（ＰＤ）４が受光する光量が衝撃によって変化するときの時間波形を図６に示す。衝撃を印加する以前は光源（ＬＥＤ）２からＨＰＯＦ１に入射した光はマイクロベンド効果による減衰が無く受光器に出射するので、一定光量が検出できる。しかし、衝撃を印加した瞬間に光量が激減する。その後、衝撃による力が除去されると、モールド成型部７やＨＰＯＦ１に残留している歪みが徐々になくなり、それに伴って光量が徐々に回復する。
１ 光ファイバ（ＨＰＯＦ）
５ 応力集中板
７ モールド成型部
８ 光ファイバ挿入穴
９ 挿入用スリット
１０ 充填材
５ 応力集中板
７ モールド成型部
８ 光ファイバ挿入穴
９ 挿入用スリット
１０ 充填材
Claims (3)
- 光ファイバと、応力集中板と、前記光ファイバ及び前記応力集中板の外周にモールド成型したモールド成型部とからなり、前記モールド成型部の上面に衝撃の力が加わると、前記光ファイバが前記応力集中板に押し付けられる衝撃検知光ファイバセンサの製造方法において、
前記モールド成型部に、光ファイバ挿入穴と、前記モールド成型部の上面から前記光ファイバ挿入穴まで連通する前記光ファイバを前記光ファイバ挿入穴に挿入するための挿入用スリットと、を形成する工程と、
前記光ファイバを前記挿入用スリットから前記光ファイバ挿入穴に挿入する工程と、
前記光ファイバを前記光ファイバ挿入穴に挿入後、前記光ファイバ挿入穴と前記挿入用スリットに充填材を充填する工程と、
を含むことで、
前記光ファイバを前記応力集中板と前記充填材との間に狭設することを特徴とする衝撃検知光ファイバセンサの製造方法。 - 前記光ファイバ挿入穴と前記挿入用スリットは断面略鍵穴形状に形成されることを特徴とする請求項１記載の衝撃検知光ファイバセンサの製造方法。
- 光ファイバと、応力集中板と、前記光ファイバ及び前記応力集中板の外周にモールド成型したモールド成型部とからなり、前記モールド成型部の上面に衝撃の力が加わると、前記光ファイバが前記応力集中板に押し付けられる衝撃検知光ファイバセンサの製造方法において、
モールド材を押出成型する工程と、
光ファイバ挿入穴及び挿入用スリット形状の突起を設けたプレス成型用金型を用い、前記モールド材をプレス成型して前記モールド成型部を形成するとともに、光ファイバ挿入穴及び前記モールド成型部の上面から前記光ファイバ挿入穴まで連通する挿入用スリットを形成する工程と、
前記光ファイバを、前記光ファイバ挿入穴に前記挿入用スリットから挿入する工程と、 前記光ファイバを前記光ファイバ挿入穴に挿入後、前記光ファイバ挿入穴と前記挿入用スリットに充填材を充填する工程と、
を含むことで、
前記光ファイバを前記応力集中板と前記充填材との間に狭設することを特徴とする衝撃検知光ファイバセンサの製造方法。
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