JPH01173834A - 液体検知センサの製造方法 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、光ファイバを利用した液体検知センサであっ
て、特に、厳しい温度環境下において水のように光ファ
イバ材料より屈折率が低い液体の検出に使用するのに好
適なセンサに関する。

〈従来の技術〉 従来、光ファイバを利用した液体検知センサとしては、
第５図に示すように、光ファイバ１０を湾曲させるとと
もに、その湾曲個所で光ファイバ１゜の一部をカットし
て液体接触用の界面２゜を形成したものがある。光ファ
イバ１゜の一端には、発光素子が取り付けられ、他端に
は受光素子が取り付けられる。

上記液体検知センサにおいて、界面２゜に液体が付着し
ていないと、光ファイバ１゜の内部光の大部分は、界面
２゜の内側で全反射し、はとんど外部に漏洩しないが、
界面２゜に液体が付着すると、該界面２゜からの光の漏
洩量が増大し、この光の漏洩量の変化で、液体の存在が
検出される。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところで、従来の液体検知センサにおいて、光ファイバ
１０の曲率半径が大きいと、水のように光ファイバ材料
より屈折率が低い液体に対しては、光の漏洩量の変化が
少なく、該液体の検出が難しいが、光ファイバ１０の曲
率半径が小さいと、曲げ損失等の初期損失が増大するも
のの、水のような光ファイバ材料より屈折率が低い液体
の付着に対して敏感になる。

これは、小径に湾曲された光ファイバ１゜では、その湾
曲個所に形成された接触用の界面２゜に対して、光ファ
イバ１゜の内部光が臨界角に近い角度で入射するためで
、このように、内部光が臨界角に近い角度で界面２゜に
入射することで、界面２゜に水が付着した場合に、該付
着個所から内部光の一部が外部に漏洩放射される。これ
に対して、光ファイバ１゜の湾曲径が大きく、内部光が
臨界角よりかなり大きな角度で界面２゜に入射するよう
になっていると、内部光のほとんどが界面２゜の内側で
全反射され、界面２゜に水が付着しても、光の漏洩が生
じない。

したがって、水のように光ファイバ材料より屈折率が低
い液体を検出する場合、光ファイバを小径に湾曲させ、
この部分で高次モードの発生を多くする必要があるが、
光ファイバを小径に湾曲させた状態でその湾曲個所をカ
ットして接触用界面を形成するのは、光ファイバが折れ
やすく、極めて難しい加工である。

これに対しては、光ファイバに樹脂を注型して固定する
ことも考えられるが、小径に湾曲した光ファイバを単に
樹脂ブロックの内部に埋設しただけでは、厳しい温度条
件のもとで使用した場合、光ファイバ材料と樹脂との膨
張率の違いから、光ファイバが折損するおそれがある。

本件発明者が、上記のような液体検知センサについて、
ヒートサイクル下における信頼性の実験を行ったところ
、別表のような結果を得た。

この実験結果からも分かるように、光ファイバ外径の１
００倍以下の曲率半径で湾曲した光ファイバに対しては
、これに単に樹脂を注型しただけでは、光ファイバの折
損が発生するので、このような光ファイバを備えた液体
検知センサは、厳しい温度環境のもとでは、使用できな
い。

以下、次頁 （別表）ヒートサイクル下の光ファイバの折損曲率半径
　１　　コア径／外径（μｍ）（ｍｍ）　　　ｌ　　　
１００／１５０　　１　４００／６００２０　　　１　
　　折れる　　１　折れる２２　　１　　折れない　１
　折れる ６０　　１　　折れない　１　折れる ９０　　　１　　　折れない　１　折れない１００１　
　　折れない　１　折れない５００１　　　折れない　
１　折れない（実験では、上記のように径の異なる２種
の光ファイバをそれぞれ注型樹脂で固定し、光ファイバ
外径１５０μｍの光ファイバについては外径から約３０
μｍ１光ファイバ外径６００μｍのものについては約１
１０μｍ切削し、−３０℃〜＋６０℃のヒートサイクル
下において、折損の有無を調べた。） 以下、次頁 本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであって、
厳しい温度環境下において水のように光ファイバ材料よ
り屈折率が低い液体の検出に好適な液体検知センサが得
られるようにすることを目的とする。

く問題点を解決するための手段〉 本発明は、上記の目的を達成するために、光ファイバを
加熱しっつ該光ファイバ外径の１００倍以下の小半径に
湾曲させる工程と、この湾曲状の光ファイバに樹脂を注
型して該光ファイバを樹脂ブロックの内部に埋設する工
程と、光ファイバの湾曲外径側に当たる前記樹脂ブロッ
クの一面を光ファイバのコアに達するまで切削研磨して
該切削研磨面に液体接触用の界面となるコア露出面を形
成する工程とを含んで液体検知センサの製造方法を構成
した。

く作用〉 上記の各工程によれば、小径に湾曲した光ファイバが樹
脂ブロックの内部に埋設され、光ファイバの湾曲外径側
に液体接触用の界面となるコア露出面が形成された液体
検知センサが得られる。

この液体検知センサでは、光ファイバが加熱により湾曲
加工された上で、樹脂ブロックの内部に埋設されている
から、ヒートサイクルによる膨張収縮作用を受けても折
損しない。

また、この液体検知センサでは、接触用の界面に水のよ
うに光ファイバ材料より屈折率が低い液体が付着すると
、界面からの内部光の漏洩量が増大し、この漏洩量の増
大で液体の付着が検出される。

〈実施例〉 以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図は本発明の製造方法により得られる液体検知セン
サの縦断面図である。

図に示すように、本発明の製造方法により得られる液体
検知センサは、光ファイバ心線１と、この光ファイバ心
線１に注型されて形成されたエポキシ樹脂等の樹脂ブロ
ック２とからなる。

光ファイバ心線ｌは、周知のように、中心側のコアｌａ
と、このコアｌａより屈折率が低い外側のクラッド１ｂ
とからなる光ファイバｌｃを、樹脂のような被覆材１ｄ
で被覆したものである。この光ファイバ心線１は、その
中途部で被覆材１ｄが除去されており、この中途部が小
さな曲率半径で円弧状に湾曲した形で樹脂ブロック２の
内部に埋設されている。光ファイバの屈曲曲率半径Ｒは
、光ファイバｌｃの外径ｒの１００倍以下に設定されて
いる。

そして、樹脂ブロック２の各表面のうち、光ファイバ心
線ｌの湾曲外径側に当たる面（図において上面）が、内
部の光ファイバｌｃに向けて切削研磨され、この切削研
磨面で、光ファイバｌｃが切削研磨されてコアｌａが露
出し、このコアｌａの露出面が液体接触用の界面３とな
っている。

なお、図示省略したが、光ファイバ心線ｌの一端には発
光ダイオードのような発光素子が取り付けられ、他端に
は受光素子が取り付けられる。

次に上記構成の液体検知センサの製造方法を説明する。

■第１工程： まず第２図に示すように、中途部で被覆材１ｄが除去さ
れている光ファイバ心線ｌを用意する。

■第２工程； 次いで、第３図に示すように、この光ファイバ心線１の
光ファイバＩＣ露出部分を加熱しつつ所定の曲率半径Ｒ
に湾曲させる。この光ファイバ心線ｌの屈曲曲率半径Ｒ
は、光ファイバ外径ｒの１００倍以下である。

■第３工程： 湾曲状の光ファイバ心線１に樹脂を注型して、第４図に
示すように、該光ファイバ心線ｌを樹脂ブロック２の内
部に埋設する。

■第４工程； 第４図に仮想線りで示すように、樹脂ブロック２の各表
面のうち、光ファイバｌの湾曲外径側に当たる面をコア
１ａに達するまで切削研磨する。

これによって、該切削研磨面に液体接触用の界面３とな
るコア露出面が形成され、第１図に示した液体検知セン
サが得られる。

上記の構成において、接触用の界面３であるコアｌａの
露出面に液体が付着していない状態では、光ファイバ心
線ｌの内部を進む光の大部分は、界面３の内側で全反射
し、はとんど外部に漏洩しないが、界面３に液体が付着
すると、内部光が界面３から外部に漏洩したり、コアｌ
ａと付着液体とからなる複合光路を損失のある状態で進
む。このようにして、界面３に液体が付着した場合とし
ない場合とで光の伝送量が変化し、この変化により液体
の有無が検出される。

この場合、接触用の界面３は、小径に湾曲した光ファイ
バ心線ｌの一部をカットすることにより形成されている
から、界面３と光ファイバ心線ｌの長手方向中心線との
なす角度はかなり大きく、そのため、界面３に対する内
部光の入射角は臨界角に近い角度になっている。

ここで、界面３に、水のように光ファイバ材料より屈折
率が低い液体が付着したとき、光ファイバＩＣの湾曲部
分での高次モードの発生が多いため、内部光の光路が外
側に変向しやすく、光の漏洩が生じたり、伝送損失を生
じたりする。このように、界面３に水が付着するか否か
で、光の伝送量が変化し、この変化により、液体の有無
が検出される。

ここで、樹脂ブロック２の内部の光ファイバ心線ｌは、
埋設する以前に熱加工により予め湾曲されているから、
埋設後に外部から熱変化を受けても、折損することがな
い。

〈発明の効果〉 以上のように、本発明によれば、光ファイバの曲率半径
が小さいから、水のような光ファイバ材料より屈折率が
低い液体の存在を検出することができるばかりでなく、
光ファイバは樹脂に注型固定されているから、接触用の
界面の加工が容易であり、しかも、光ファイバを小径に
湾曲させているにもかかわらず、熱変化により折損する
ことがなく、したがって、厳しい温度環境下において水
のように光ファイバ材料より屈折率が低い液体の検出に
適する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の一実施例に係り、第１図
は本発明の製造方法により得られる液体検知センサの縦
断面図、第２図ないし第４図は製造方法の各工程を示す
説明図である。第５図は従来例の縦断面図である。 ｌ・・・光ファイバ心線、２・・・樹脂ブロック、３・
・・液体接触用の界面、Ｒ・・・曲率半径、ｒ・・・光
ファイバ外径。 出願人　　三菱電線工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ファイバを加熱しつつ該光ファイバ外径の１０
   ０倍以下の小半径に湾曲させる工程と、この湾曲状の光
   ファイバに樹脂を注型して該光ファイバを樹脂ブロック
   の内部に埋設する工程と、光ファイバの湾曲外径側に当
   たる前記樹脂ブロックの一面を光ファイバのコアに達す
   るまで切削研磨して該切削研磨面に液体接触用の界面と
   なるコア露出面を形成する工程とを含むことを特徴とす
   る液体検知センサの製造方法。