JPH0687090B2

JPH0687090B2 - 金属管被覆型光導杆

Info

Publication number: JPH0687090B2
Application number: JP1023284A
Authority: JP
Inventors: 善春井上; 隆治森岡
Original assignee: ホーヤ株式会社
Priority date: 1989-01-31
Filing date: 1989-01-31
Publication date: 1994-11-02
Anticipated expiration: 2009-11-02
Also published as: JPH02203303A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、金属管によって被覆された光ファイバを備え
た金属管被覆型光導杆、特に光ファイバセンサ、ライト
ガイド、イメージガイド等に使用するのに好適な金属管
被覆型光導杆に関する。

〔従来の技術〕

光ファイバを用いた光導杆には、公知のごとく、光ファ
イバセンサ、ライトガイド、イメージガイド等があり、
一般にこれらの光導杆は、光ファイバと、これを保護す
るための被覆管からなっている。そして光ファイバや被
覆管の材質は、光導杆が使用される環境に応じて選択さ
れ、光導杆が炉内、反応槽内等の高温環境下で使用され
る場合は、光ファイバにはガラスが用いられ、その被覆
管には金属が用いられる。

例えば、光ファイバにSiO₂-PbO-Na₂O系ガラス、その被
覆管にステンレスを用いた場合、それぞれの耐熱温度は
約400℃と約900℃であるが、熱はステンレス製被覆管を
通って直ちに光ファイバに達するため、前記構成からな
る光導杆の耐熱温度は光ファイバの材料であるガラスの
耐熱温度よりも高くならない。

一般に、ガラスの耐熱温度はステンレスの耐熱温度より
かなり低いので、耐熱性が要求される光導杆の耐熱温度
はガラスの耐熱温度によって決まることが多い。

従来、400℃以下の比較的に温度の低い熱処理炉内の処
理物品の監視には、前述のガラス製光ファイバにステン
レス製被覆管で被覆した光ファイバセンサが用いられ
る。この光ファイバセンサの使用例を第７図に示す。

反射型光ファイバセンサ101は、ステンレス管102内に投
光用光ファイバ束103と受光用光ファイバ束104が一緒に
挿入されたものであり、この両光ファイバ束103,104の
先端部は口金105に収められ、ステンレス管102の先端部
106にかしめによって固定されている。更に光ファイバ
束は、ステンレス管102の先端部106と反対側の端部に取
付けられたコネクタ107によって、投光用光ファイバ束1
03と受光用光ファイバ束104とに分けられている。そし
て、コクタ107内の投光用光ファイバ束103および受光用
光ファイバ束104の端面108,109は、図示していない発光
ダイオードおよびフォトダイオードに接している。

この反射型光ファイバセンサ101を用いて、熱処理炉110
内の移動コンベヤ111上を連続的に流れる処理物品112の
有無を監視するには、先ず、反射型光ファイバセンサ10
1の先端部を熱処理炉110の炉壁113に設けられた細孔114
を通して処理物品112の近傍まで挿入する。その際、反
射型光ファイバセンサ101はステンレス管102の先端部分
を曲げておくことにより、所望の適切な監視位置にセッ
トされ、そして発光ダイオードからの光を投光用光ファ
イバ束103から処理物品112に照射し、反射光を受光用光
ファイバ束104で受光し、フォトダイオードで検知する
ことにより、処理物品112の有無を確認する。

なお、前記熱処理炉110内の温度が反射型光ファイバセ
ンサ101の耐熱温度を超える場合には、当然のことなが
ら反射型光ファイバセンサ101を熱処理炉110内にそのま
ま挿入できない。この場合は、熱処理炉110内に挿入さ
れる反射型光ファイバセンサ101の先端部を水冷ジャケ
ット内に収め、冷却する必要がある。

また、前述のように熱処理炉内の処理物品の監視を反射
型光ファイバセンサで行うと同時に、処理物品の有無に
応じて熱処理温度を制御したい場合は、反射型光ファイ
バセンサとは別に、熱電対を処理物品の近傍まで挿入
し、この熱電対で処理物品の近傍の温度を検知し、制御
する。

また、高温の反応槽内の反応物質をサンプリングするに
は、反応槽の外側から遠隔操作できる、イメージガイド
およびライトガイド付マジックハンドが用いられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述のように、熱処理炉内、反応槽内等の高温環境下で
使用される光導杆は、光ファイバの材質としてガラス、
その被覆管の材質として金属が用いられる。そして、こ
のような光導杆の耐熱温度は、金属に比べて耐熱温度が
低いガラスの耐熱温度で決まる。

近年、光導杆の用途が広がり、より高温で使用できる光
導杆が望まれているが、ガラスの耐熱温度があまり高く
ないため、光導杆の耐熱温度を上げることができないと
いう問題点があった。

また、光導杆を高温環境下で使用すると、光ファイバを
収めた被覆管の熱膨張により、口金が緩み、外れ易いと
いう問題点があった。

また、ガラスの耐熱温度以上の高温環境下で光導杆を使
用する場合には、光導杆を水冷ジャケットで覆う必要が
あり、太く、複雑になり、かつ曲げられないという問題
点があった。

また、前述のように、光導杆（反射型光ファイバセン
サ）による監視と、熱電対による温度制御を同時に行う
場合、光導杆と熱電対を別々に配置しなければならず、
光導杆、熱電対をそれぞれ適切な位置に配置する作業が
わずらわしいという問題点があった。

また、高温の反応槽内の反応物質や炉内の高温物質をサ
ンプリングするために使われるイメージガイドおよびラ
イトガイド付マジックハンドは、装置が大きく、高価で
あるという問題点があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので
あり、第１の目的は、光ファイバの耐熱温度より高い温
度で使用でき、可撓性のある金属管被覆型光導杆を提供
することであり、第２の目的は、光導杆と熱電対相互の
位置決めをする必要のない、熱電対を組み込んだ、耐熱
性および可撓性のある金属管被覆型光導杆を提供するこ
とであり、第３の目的は、高温の反応槽内の反応物質や
炉内の高温物質をサンプリングすることのできる、コン
パクトで安価なマニピュレータ付の、耐熱性および可撓
性のある金属管被覆型光導杆を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明の金属管被覆型光導
杆は、可撓性金属製外管と、該外管内に収容された少な
くとも１本以上の可撓性金属製内管と、該内管の少なく
とも１本以上に収容された光ファイバとを具備し、該光
ファイバを収容した内管の一端部または両端部が縮径さ
れており、かつ前記外管と内管の間の隙間に、両端部が
焼結材料、中間が粉末材料からなる断熱材が充填されて
いる。

また、本発明のもう一つの金属管被覆型光導杆は、可撓
性金属製外管と、該外管内に収容された少なくとも１本
以上の可撓性金属製内管と、該内管の少なくとも１本以
上に収容された少なくとも１本以上の可撓性金属製小管
と、該小管内に収容された光ファイバとを具備し、該光
ファイバを収容した小管の一端部または両端部が縮径さ
れており、かつ前記外管と内管の間の隙間に、両端部が
焼結材料、中間が粉末材料からなる断熱材が充填されて
いる。

ここで、断熱材はMgO,SiO₂またはAl₂O₃とすることが望
ましい。

更に、内管に熱電対を配置することが望ましい。

［実施例］次に、第1a図と第1b図を参照して本発明の第１実施例を
詳細に説明する。

本実施例の金属管被覆型光導杆21は、外管22と、その内
側に収められた内管23と、この内管23内に収められた光
ファイバ束24とからなっている。

光ファイバ束24は、内管23の縮径部6a,6bにおいて緊密
に保持されている。

前記外管22の寸法は、外径3.0mm、肉厚0.2mmであり、外
管22内に収められた内管23の寸法は、外径1.6mm、肉厚
0.15mmである。内管23内に収められた光ファイバ束24
は、径が50μｍの光ファイバ300本からなり、バンドル
径は1.0mmである。この光ファイバ束24は、内管23が縮
径部6a,6bにおいて内径1.3mmから1.0mmに縮径されるこ
とにより、内管23内で緊密に保持されている。

また、外管22と内管の材質は共に、焼なまししたステン
レスであり、耐熱温度は約900℃である。また、光ファ
イバ束24の材質は、SiO₂-PbO-Na₂O系ガラスであり、耐
熱温度は約400℃である。

本実施例の金属管被覆型光導杆21は、ライトガイド、透
過型光ファイバセンサ等に使用することができ、ライト
ガイドとして高温の炉内で使用することができる。

本実施例の金属管被覆型光導杆21は更に、外管22と内管
23が共に、焼なまししたステンレスからなっているの
で、耐熱性が高く、かつ可撓性がある。また、光ファイ
バ束24の先端部が内管23の縮径部6a,6bによって保持さ
れているため、高温環境下で内管23が熱膨張しても、光
ファイバ束24が内管23から外れることがない。

外管22と内管23の間の隙間には、耐火性の断熱材25a,25
b,25cが充填されている。この場合、両端部の断熱材25
a,25cは焼結MgOであり、中間の断熱材25bは粉末MgOから
なっている。この断熱材25a,25b,25cの作用により、本
実施例の金属管被覆型光導杆21は光ファイバ束24の耐熱
温度よりも高温の環境下で使用することができる。

次に、第2a図と第2b図に示した本発明の第２実施例につ
いて説明する。

本実施例の金属管被覆型光導杆41は、外管42と、その内
側に設けられた２本の内管43a,43bと、内管43a内に収め
られた光ファイバ束44とからなっている。内管43aの両
端部は第２実施例と同様に縮径され、光ファイバ束44を
緊密に保持している。空の他の内管43bは冷却用の空気
や水等が流通する。外管42と内管43a,43bの間の隙間に
は、断熱材45a,45b,45cが充填されている。両端部の断
熱材45a,45cは焼結MgOであり、中間の断熱材45bは粉末M
gOである。

外管42内における内管43a,43bの配置は、内管43aと43b
が互いに接し、内管43aと外管42の間隔と、内管43bと外
管42の間隔が互いに同一になるように行われている。

外管42の寸法は、外径4.0mm、肉厚0.2mm、内管43a,43b
の寸法は、外径1.6mm、肉厚0.15mmであり、内管43aに収
められた光ファイバ束44は、第１実施例の光ファイバ束
４と同様のものであり、内管43aの両端部の縮径部の寸
法も第１実施例のものと同じである。

また、外管42と内管43a,43bの材質も第１実施例のもの
と同じである。

本実施例の金属管被覆型光導杆41は、光ファイバ束44が
第１実施例と同様なものであるので、ライトガイド、透
過型光ファイバセンサ等に使用することができ、空の内
管43bに空気や水等を光ファイバ束44の冷却のために流
せば、光導杆41を光ファイバ束44の耐熱温度よりも高温
の環境下で使用することができる。また、本実施例にお
いても外管42と内管43a,43bに焼なましのステンレスを
使用しているので、光導杆41は可撓性がある。

第３図は本発明の第５実施例による金属管被覆型光導杆
61の端面を示している。

本実施例の金属管被覆型光導杆61は、外管62と、その中
に収められた４本の内管63a,63b,63c,63dと、内管43a,6
3bの中に収められた光ファイバ束64a,64bとからなって
いる。なお、空の内管63c,63dは例えば一方が空気や水
を流すための冷却用として、他方がマニピュレータ配置
用として使用される。前記内管63a,63bの両端部は第５
実施例と同様に縮径され、外管62の両端部も第５実施例
と同様に縮径されている。また、外管62と内管63a,63b,
63c,63dの間の隙間には断熱材65が充填されている。

本実施例の金属管被覆型光導杆61は、外管62内に、光フ
ァイバ束64a,64bを収めた２本の内管63a,63bと、空の２
本の内管63c,63dを配置したので、例えば光ファイバ束6
4a,64bを収めた２本の内管63a,63bのうちの１本を、イ
メージガイドとして使用し、他の１本をライトガイドと
して使用することができ、更に空の２本の内管63c,63d
のうちの１本を冷却用とし、もう１本にマニピュレータ
を設ければ、高耐熱性のマニピュレータ付ファイバスコ
ープとして使用することができる。

第４図は本発明の第４実施例による金属管被覆型光導杆
71の端面を示している。

本実施例の金属管被覆型光導杆71は、外管72と、その内
側に収められた３本の内管73a,73b,73cと、内管73a内に
収められた小管74a,74bと、この小管74a,74b内に収めら
れた光ファイバ束75a,75bとからなっている。小管74a,7
4bはその両端部において縮径されている。光ファイバ束
75a,75bは、それぞれ小管74a,74bの両端の縮径部におい
て緊密に保持されている。外管72と内管73a,73b,73cの
間の隙間と、内管73aと小管74a,74bの間の隙間にはそれ
ぞれ断熱材76が充填されている。また、内管73b,73cは
空の内管である。

本実施例の金属管被覆型光導杆71は、第３実施例の光導
杆61と同様の使い方もできるが、ファイバ束75a,75bを
収めた２本の小管74a,74bを内蔵する内管73aを、反射型
光ファイバセンサとして使用してもよい。

第５図は本発明の第５実施例による金属管被覆型光導杆
81の端面を示している。

本実施例の金属管被覆型光導杆81は、外管82と、その中
に収められた内管83と、その中に収められた小管84と、
その中に収められた光ファイバ束85とからなっている。
小管84はその両端部において縮径されている。光ファイ
バ束85は、小管84の両端の縮径部において緊密に保持さ
れている。外管82と内管83の間の隙間内には断熱材86が
充填され、内管83と小管84との相互固定は、ステンレス
製ロッド（パイプでもよい）87a,87b,87cによって行わ
れている。

なお、内管83と小管84の間の隙間には、光ファイバ束85
を冷却するための空気や水を流すことができる。

本実施例の金属管被覆型光導杆81は、第１実施例の場合
と同じ使い方ができ、更に、第１実施例よりも、断熱材
86の層を備えている分だけ一層高温の環境下で使用でき
る。

第６図は本発明の第６実施例による金属管被覆型光導杆
91の端面を示している。

本実施例の金属管被覆型光導杆91は、外管92と、その内
側に収められた７本の内管93a,93b,93c,93d,93e,93f,93
gと、内管93a〜93f内に収められた光ファイバ束94a,94
b,94c,94d,94e,94fとからなっている。内管93a,93b,93
c,93d,93e,93fはその両端部において縮径されている。
光ファイバ束94a,94b,94c,94d,94e,94fは、それぞれ内
管93a,93b,93c,93d,93e,93fの両端の縮径部において緊
密に保持されている。外管92と内管93a〜93gの間の隙間
には断熱材95が充填されている。また、内管93gは空で
あり、光ファイバ束冷却用の空気や水を流すことができ
る。

本実施例の金属管被覆型光導杆91は、断熱材95と冷却用
内管93gを備えているので、高温の環境下で使用するこ
とができると同時に、光ファイバ束94a〜94fを収めた６
本の内管93a〜93fを有しているので、複数の機器に信号
を送ることができる。

以上、本発明の実施例について述べたが、本発明は前述
の実施例に限定されるものではない。例えば、前述の実
施例において、光ファイバ束に替えて、１本または数本
の光ファイバを用いて光信号の受発信に用いてもよい。

また、本発明の金属管被覆型光導杆をライトガイドや光
ファイバセンサとして使用しているが、光ファイバ束を
イメージファイバに代えれば、ファイバスコープとして
使用することができる。

また、必要に応じて、光ファイバ束の収められた内管と
空の内管の数を増やしてもよい。

また、本発明の実施例の金属管被覆型光導杆の空の内管
は、吸引下として使用することができ、その場合、反応
槽等からサンプルを採取することができる。

更に、空の内管を外管から突出させれば、空の内管によ
って反応槽等からサンプルを採取するとき、光ファイバ
束の端面を濡らさずにすむ。

また、外管と内管の外径、肉厚も必要に応じて変えるこ
とができ、外管と内管の材質はステンレス以外の可撓性
のある他の金属、例えば銅、真鍮等を用いることができ
る。

また、断熱材は耐火、断熱性のあるものであればMgO以
外のものでもよく、例えばAl₂O₃、SiO₂等のセラミック
スの粉末でもよい。

また、前述の実施例における外管の外側に、１層以上の
金属管被覆を行ってもよい。

更に、前述の実施例における外管または内管の縮径は、
引き抜き加工によって行うことができる。

また、外管内に複数の内管が収められている場合、それ
ぞれが占める内管の位置関係は、実施例に限定されるも
のではない。

［発明の効果］以上説明したように、本発明の金属被覆型光導杆は、外
管内に内管を収め、内管内に光ファイバを収める構造と
し、外管と内管の間の隙間に、両端部が焼結材料、中間
が粉末材料からなる断熱材を充填したため、断熱材の作
用により、光ファイバ束の耐熱温度よりも高温の環境下
で使用することができる。また、断熱材として、外管と
内管の間の隙間の両端部に焼結材料のものを用い、中間
に粉末材料のものを用いているため、両端部の焼結部材
の断熱材部分が粉末材料を保持する蓋の役割を果たすの
で、断熱材が外に洩れず、さらに、中間が粉末材料であ
るので、可撓性に優れている。

また、光ファイバの先端部が内管の縮径部によって保持
されているため、高温環境下で使用しても、前記光ファ
イバの先端部が内管から外れることがない。

また、空の内管に熱電対を配置したため、ライトガイド
や光ファイバセンサと熱電対を一体で動かすことがで
き、作業性がよく、温度測定が容易な金属管被覆型光導
杆が得られた。

更に、空の内管にマニピュレータを配置したため、処理
物品や反応物質のサンプリングを、大きく、高価なマジ
ックハンドを用いることなく、簡単にできるようになっ
た。

更に、外管と内管に可撓性のある金属を使用しているの
で、金属管被覆型光導杆を、所望の適切な位置にセット
するため自在に曲げることができる。

【図面の簡単な説明】

第1a図は本発明の第１実施例による金属管被覆型光導杆
の、第1b図のII a-II a線二沿った線断面図、第1b図は
第1a図に示した光導杆の左側面図、第2a図は本発明の第
２実施例による金属管被覆型光導杆の、第2b図のII a-I
I a線二沿った線断面図、第2b図は第2a図に示した光導
杆の左側面図、第３図は本発明の第３実施例による金属
管被覆型光導杆の側面図、第４図は本発明の第４実施例
による金属管被覆型光導杆の側面図、第５図は本発明の
第５実施例による金属管被覆型光導杆の側面図、第６図
は本発明の第６実施例による金属管被覆型光導杆の側面
図、第７図は従来の金属管被覆型光導杆の使用例を示す
縦断面図である。 21,41,61,71,81,91……金属管被覆型光導杆、22,42,62,
82,92……外管、23,43a,43b,63a,63b,63c,63d,73a,73b,
73c,83,93a,93b,93c,93d,93e,93f,93g……内管、24,44,
64a,64b,75a,75b,85,94a,94b,94c,94d,94e,94f……光フ
ァイバ束、6a,6b……縮径部、7a,7b,7c,87a,87b,87c…
…ロッド、8a……内管の左端、8b……内管の右端、9a…
…外管の左端、9b……外管の右端、10……コネクタの右
端、11……隙間、12……空気取入口、25a,25b,25c,35a,
35b,45a,45b,45c,55,65,76,86,95……断熱材、36……内
管の左端部、37……内管の右端部、74a,74b,84……小管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】可撓性金属製外管と、該外管内に収容され
た少なくとも１本以上の可撓性金属製内管と、該内管の
少なくとも１本以上に収容された光ファイバとを具備
し、該光ファイバを収容した内管の一端部または両端部
が縮径されており、かつ前記外管と内管の間の隙間に、
両端部が焼結材料、中間が粉末材料からなる断熱材が充
填されていることを特徴とする金属管被覆型光導杆。
【請求項２】可撓性金属製外管と、該外管内に収容され
た少なくとも１本以上の可撓性金属製内管と、該内管の
少なくとも１本以上に収容された少なくとも１本以上の
可撓性金属製小管と、該小管内に収容された光ファイバ
とを具備し、該光ファイバを収容した小管の一端部また
は両端部が縮径されており、かつ前記外管と内管の間の
隙間に、両端部が焼結材料、中間が粉末材料からなる断
熱材が充填されていることを特徴とする金属管被覆型光
導杆。
【請求項３】断熱材がMgO,SiO₂またはAl₂O₃からなるこ
とを特徴とする、請求項１または請求項２記載の金属管
被覆光導杆。
【請求項４】内管内に熱電対を配置したことを特徴とす
る、請求項１または請求項２記載の金属管被覆光導杆。