JPH07120628A - 温度検知装置及びこれに用いる光ファイバの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 この発明は、従来のように半導体温度センサ
を複数個配列する必要がなく、しかも光ファイバの後方
散乱光といった微弱光や色（波長）変化などを検出する
ための複雑，高価な装置を用いることなく、簡易な構成
により線状長尺物の異常温度の検知を行えるようにする
ことを目的とする。 【構成】 光ファイバ１のコア部１ａに、温度上昇によ
り特定波長の光に対して光吸収が変化し易い色に変色す
る感温変色材を分散し、光源からの光を光ファイバ１に
入射し、受光部により出射光を受光して出射光強度に応
じた受光信号を出力するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、線状長尺物の温度検
知に適用される温度検知装置及びこれに用いる光ファイ
バの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】被検知体の温度を検知する温度検知装置
として種々の構成のものが開発されているが、被検知体
が線状長尺物の場合、半導体温度センサなどのいわゆる
集中定数型の温度センサにより線状長尺物の温度をその
長手方向に亘って検知するには、複数個の温度センサを
線状長尺物に沿って配列しなければならず、温度センサ
を多数必要とし、各温度センサの出力を処理する回路も
複雑になるため、全体的な構成が複雑化すると共に、ノ
イズの影響を受けて誤動作を生じ易いという不都合があ
った。

【０００３】そこで従来、線状長尺物の温度検知に好適
な温度検知装置として、光ファイバを用いた分布定数型
の温度検知装置が提案されており、これは線状長尺物の
温度上昇に伴う光ファイバの温度上昇による後方散乱光
の変化を検出して線状長尺物の異常温度等を検知するも
のであるが、この場合光ファイバの後方散乱光がそもそ
も微弱であるため、その変化を検出するには複雑，高価
な構成の検出手段が必要になる。

【０００４】一方、同様に光ファイバを用いた温度検知
装置に、実公昭６２−３７６１号公報に記載のように、
温度により変色する感温発色層を光ファイバのコアの外
周に設けることが行われている。

【０００５】この種の感温発色層をコア外周に設けた光
ファイバでは、線状長尺物の温度上昇に伴う感温発色層
の発色，変色により光ファイバ自体の色が変化するた
め、この色変化の有無を人間の視覚により判断して線状
長尺物の異常温度を検知するものが多いが、常時人間が
監視しなければならず、光ファイバの色変化の有無を判
断するにはある程度の熟練を要することから、非常に手
間がかかり、しかも色変化の検出も確実性に欠けるとい
う不都合がある。

【０００６】このような不都合を解消するために、コア
外周に感温発色層を設けた光ファイバに白色光を入射
し、発色した感温発色層による特定波長の光吸収等の減
衰作用により、光ファイバからの出射光の波長変化を受
光部により自動的に検出することが考えられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、光ファイバの
出射光の波長変化を自動検出するには受光部に分光器な
どからなる検出手段が必要となり、やはり全体構成の複
雑化を招き高価になり、出射光の変色範囲が狭く波長変
化がわずかである場合には、精度よくこの変化を検出す
ることができないという問題がある。

【０００８】そこでこの発明は、上記のような問題点を
解消するためになされたもので、従来のように半導体温
度センサを複数個配列する必要がなく、しかも光ファイ
バの後方散乱光といった微弱光や色（波長）変化などを
検出するための複雑，高価な装置を用いることなく、簡
易な構成により線状長尺物の異常温度の検知を行えるよ
うにすることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
る温度検知装置は、温度上昇により特定波長の光に対し
て光吸収が変化し易い色に変化する感温変色材を分散し
たコア部及びこのコア部の外周に設けられたクラッド部
を有し線状長尺物に沿って配設される光ファイバと、前
記光ファイバの光入射端に設けられ前記光ファイバに光
を入射する光源と、前記光ファイバの光出射端に設けら
れ前記光ファイバの出射光強度に応じた受光信号を出力
する受光部とを備えたことを特徴としている。

【００１０】また、請求項２記載のように、コア部とク
ラッド部との間に感温変色材からなる変色層を有する光
ファイバを用いることも効果的である。

【００１１】このとき、この変色層を有する光ファイバ
の製造方法として、中空パイプ内にコア材を流し込み、
前記コア材の硬化後前記中空パイプから硬化した前記コ
ア材を取り出してコア部を形成し、前記コア部の外周に
感温変色材を含むコア材からなる変色層を形成し、前記
変色層の外周にクラッド部を形成するのが好ましい。

【００１２】また、クラッド部としての樹脂チューブ内
に前記樹脂チューブより屈折率の大きいコア材に感温変
色材を混入したものを流し込んで変色層を形成する第１
の工程と、前記第１の工程の後前記樹脂チューブ内に前
記コア材を流し込んでコアを形成する第２の工程とを含
むことも有効である。

【００１３】

【作用】請求項１記載の構成においては、線状長尺物の
温度上昇により光ファイバの温度も上昇すると、コア部
に分散した感温変色材が光源からの光の特定波長に対し
て光吸収が変化し易い色に変化し、光源からの光がコア
部を通過する際に、変色した感温変色材による特定波長
の光の吸収の度合が変色前と比べて変化するため、光フ
ァイバの出射光強度が変化して受光部の受光信号が変化
し、この変化から線状長尺物の異常温度等が検出され
る。

【００１４】このとき、例えば光源として赤色光を用い
たときに、温度上昇により感温変色材の色が無色から赤
色を吸収する緑色に変化すると、感温変色材の変色後に
おける光ファイバの出射光強度は変色前よりも減衰され
る。

【００１５】また、請求項２記載の構成においては、光
源からの光が光ファイバ内を全反射しながら進行する際
に変色した変色層による特定波長の光の吸収の度合が変
色前と比べて変化する。

【００１６】

【実施例】図１はこの発明の一実施例の要部の概略図、
図２は全体の構成の概略図である。

【００１７】全体構成を示す図２において、１は図示さ
れていない電線等の線状長尺物に沿って配設される光フ
ァイバ、２は光ファイバ１の光入射端に設けられ白色光
或いは単色光を光ファイバ１に入射する光源、３はフォ
トダイオード，フォトトランジスタ等の受光素子からな
る受光部であり、光ファイバ１の光出射端に設けられ、
出射光強度に応じた受光信号を出力する。

【００１８】このとき、光源２を単色光光源とする場合
には、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ等の発光素子を用いれば
よい。

【００１９】そして、光ファイバ１は詳細には図１に示
すように構成されており、温度上昇により光源２からの
光の特定波長に対して光吸収が変化し易い色に変色する
感温変色材が混入されたコア部１ａと、このコア部１ａ
の外周に設けられたクラッド部１ｂと、このクラッド部
１ｂの外周に設けられたシース１ｃとからなる。

【００２０】このとき、コア部１ａに感温変色材を分散
させる手法として、コア部１ａの母材となるシリコーン
内に感温変色材を分散させておき、これをクラッド部１
ｂとなる樹脂チューブ或いはガラス管等の内部に注入す
ればよく、他の手法として光ファイバ１を射出成形によ
り作製する場合には、コア部１ａの母材となる樹脂等に
感温変色材を混入しておき、感温変色材の組成が破壊さ
れない程度の温度（≦２００℃）で成形するようにして
もよい。

【００２１】ところで、光源２からの光と感温変色材と
の組合わせは例えば表１に示すものが望ましく、光源２
には白色光のほか赤色光，緑色光，黄色光などの単色光
を用いるとよく、感温変色材としては、表１に示すよう
に高温になることによって発色，変色，消色するものが
好ましい。

【００２２】

【表１】

【００２３】そして表１は、各色の入射光を使用した状
態で感温変色材の色が変化（例えば無色から赤色へ変
化）したときの、変色前，変色後における出射光の色と
出射光量とを示しており、特に出射光量は変色前を基準
としたときの変色後の光量変化を表わし、例えば“緑色
小”とは緑色成分の光量が変化前より減少することを示
し、“緑色大”とは緑色成分の光量が変化前より増加す
ることを示している。

【００２４】なお、表１中の変化前とは常温時、変色後
とは例えば６０℃以上の高温時の状態をそれぞれ表わし
ている。

【００２５】また、光ファイバ１のコア部１ａに分散さ
せる感温変色材の材料は光源２との関係で変色前後で光
吸収が変化する材料を選択すればよく、例えば光源２に
赤色光を用いたときには、その波長域において通常吸収
のない無色や赤色等から赤色光が吸収される緑色や黒色
その他の色に可逆的に変化するものが望ましく、具体的
には表２に示す材料を用いればよく、表２に示す如く高
温になることによって無色から赤色に変色するものとし
て、ＰＳＤ−Ｒ（フルオラン系ロイコ化合物）と没食子
酸ラウリルとトルエンとを用いればよいが、特に表２に
示す材質に限定されるものではない。

【００２６】

【表２】

【００２７】そして、このような感温変色材をコア部１
ａに分散させた光ファイバ１を３０ｍｍに亘って常温か
ら約６０〜７０℃に温度上昇させ、パワーメータを用い
て光ファイバ１の変色前後の出射光の強度を測定し比較
したところ、表３の“コア分散型“の欄に示すようにな
り、出射光強度の変化量（ｄＢ）は、赤色から緑色に変
色する感温変色材を使用した場合には、１．０（ｄ
Ｂ）、無色から緑色に変色する感温変色材を使用した場
合には１．２（ｄＢ）となり、この結果からも受光部３
としてフォトダイオードやフォトトランジスタ等の受光
素子を用いても十分に光強度の変化を検出することが可
能であることがわかる。

【００２８】

【表３】

【００２９】従って、上記実施例によれば、従来のよう
に半導体温度センサを複数個配列する必要がなく、しか
も光ファイバの後方散乱光といった微弱光や色（波長）
変化などを検出するための複雑，高価な装置を用いるこ
となく、簡易な構成により電線等の線状長尺物のどの位
置で温度上昇があっても異常温度を検知することがで
き、電磁ノイズの多い環境下や爆発のおそれのある環境
下においても使用することが可能である。

【００３０】なお、他の実施例として、図３に示すよう
に光ファイバとしてプラスチック光ファイバ５を用い、
このプラスチック光ファイバ５のコア部のうち温度検知
すべき範囲に応じた長さＬの部分にだけ上記した感温変
色材を分散させてもよく、この場合図２に示すものに比
べ必要でない部分での温度上昇を検知することがないと
いう利点がある。

【００３１】さらに、他の実施例として、図１に示す光
ファイバ１に代わり、図４に示すように、コア部６ａの
外周に上記した材料の感温変色材からなる変色層６ｂを
設け、この変色層６ｂの外周にクラッド部６ｃ及びシー
ス６ｄを順次に設けて成る光ファイバ６を用いてもよ
く、このような構成の光ファイバ６を用いた場合、光フ
ァイバ６内を進行する光が変色層６ｂによって反射され
る際に、変色後の変色層６ｂによる吸収の度合が変色前
と変化して出射光強度が変化し、実験の結果、表３の
“コア外周型“の欄に示すように図１に示す“コア分散
型”とほぼ同等の変化量（ｄＢ）となり、図１に示す場
合と同様の効果を得ることができる。

【００３２】ところで、変色層６ｂを形成する場合、第
１の工程として、例えば内径が２ｍｍ，外径が３ｍｍの
フッ素系樹脂からなるクラッド部６ｃとしての樹脂チュ
ーブ内にシリンジを用いて感温変色材を含むシリコーン
を流し込んで変色層６ｂを形成し、続く第２の工程とし
て、樹脂チューブ内にシリンジを用いてシリコーンを流
し込んでコア部６ａを形成すればよい。

【００３３】このとき、第１の工程において樹脂チュー
ブ内に流し込んだ感温変色材を含むシリコーンＡは、図
５(a) に示すようにチューブの内壁面で摩擦を受けて先
に進みにくくなり、第２の工程において流し込んだシリ
コーンＢは、図５(b) に示すように先に流し込んだシリ
コーンＡの中心部を円滑に進み、結果として図４に示す
構造が得られる。

【００３４】但し、上記した第１の工程，第２の工程で
は、同じシリコーンを流し込むため、シリコーンの硬化
後感温変色材を含まないシリコーンＢと含むシリコーン
Ａとの境界は生じない。

【００３５】さらに、変色層６ｂを形成する他の方法と
して、ガラス管や塩化ビニルパイプ等の中空パイプ内に
シリコーンなどのコア材を流し込み、このコア材が硬化
した後中空パイプから硬化したコア材を取り出してコア
部６ａを形成し、コア部６ａの外周に感温変色材を含む
コア材からなる変色層６ｂを形成し、その後変色層６ｂ
の外周にクラッド部６ｃを形成するようにしてもよい。

【００３６】また、図３に示すプラスチック光ファイバ
５に代わり、図４に示す構成と同様、コア部とクラッド
部との間に感温変色材からなる変色層を有するプラスチ
ック光ファイバを用いてもよいのは勿論である。

【００３７】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の温度検知
装置によれば、光源からの光が感温変色材を分散したコ
ア部を通過する際に、変色した感温変色材による特定波
長の光の吸収の度合が変色前と比べて変化し、光ファイ
バの出射光強度が変化して受光部の受光信号が変化し、
この変化から線状長尺物の異常温度等を検出できるた
め、従来のように半導体温度センサを複数個配列する必
要がなく、しかも光ファイバの後方散乱光といった微弱
光や色（波長）変化などを検出するための複雑，高価な
装置を用いることなく、簡易な構成により線状長尺物の
異常温度を検知することができ、電磁ノイズの多い環境
下や爆発のおそれのある環境下においても使用すること
が可能である。

【００３８】また、請求項２記載のように、光ファイバ
のコア部とクラッド部との間に感温変色材からなる変色
層を設けると、光ファイバ内を進行する光源からの光が
変色層によって反射される際に、変色後の変色層による
吸収の度合が変化して出射光強度が変化するため、請求
項１記載の構成の場合と同等の効果を得ることができ、
請求項４又は５記載の方法により、このようにコア部と
クラッド部との間に変色層を有する光ファイバを製造す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の要部の概略図である。

【図２】一実施例の全体の概略図である。

【図３】他の実施例の全体の概略図である。

【図４】さらに他の実施例の要部の概略図である。

【図５】図４の動作説明図である。

【符号の説明】

１，６ 光ファイバ １ａ，６ａ コア部 １ｂ，６ｃ クラッド部 ５ プラスチック光ファイバ ６ｂ 変色層

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 温度上昇により特定波長の光に対して光
   吸収が変化し易い色に変化する感温変色材を分散したコ
   ア部及びこのコア部の外周に設けられたクラッド部を有
   し線状長尺物に沿って配設される光ファイバと、前記光
   ファイバの光入射端に設けられ前記光ファイバに光を入
   射する光源と、前記光ファイバの光出射端に設けられ前
   記光ファイバの出射光強度に応じた受光信号を出力する
   受光部とを備えたことを特徴とする温度検知装置。
2. 【請求項２】 コア部，このコア部の外周に設けられ温
   度上昇により特定波長に対して光吸収が変化し易い色に
   変化する感温変色材からなる変色層及びこの変色層の外
   周に設けられたクラッド部を有し線状長尺物に沿って配
   設される光ファイバと、前記光ファイバの光入射端に設
   けられ前記光ファイバに光を入射する光源と、前記光フ
   ァイバの光出射端に設けられ前記光ファイバの出射光強
   度に応じた受光信号を出力する受光部とを備えたことを
   特徴とする温度検知装置。
3. 【請求項３】 前記光源が単色光光源であることを特徴
   とする請求項１又は２記載の温度検知装置。
4. 【請求項４】 中空パイプ内にコア材を流し込み、前記
   コア材の硬化後前記中空パイプから硬化した前記コア材
   を取り出してコア部を形成し、前記コア部の外周に感温
   変色材を含むコア材からなる変色層を形成し、前記変色
   層の外周にクラッド部を形成することを特徴とする温度
   検知装置に用いる光ファイバの製造方法。
5. 【請求項５】 クラッド部としての樹脂チューブ内に前
   記樹脂チューブより屈折率の大きいコア材に感温変色材
   を混入したものを流し込んで変色層を形成する第１の工
   程と、前記第１の工程の後前記樹脂チューブ内に前記コ
   ア材を流し込んでコアを形成する第２の工程とを含むこ
   とを特徴とする温度検知装置に用いる光ファイバの製造
   方法。