JPH0968618A - 光ファイバセンサおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マイクロベンディングによる光損失および複
屈折を防止でき、優れた測定精度を長期間維持できる光
ファイバセンサおよびその製造方法を提供する。 【解決手段】 光ファイバ３の周囲に硬化性の樹脂から
成るコーティング部５を形成した光ファイバセンサにお
いて、光ファイバ３を、コーティング部の垂直断面内の
中心軸４より上方にずらして配置している。この光ファ
イバセンサを巻枠に巻回した場合、光ファイバ３の断面
には必ず引張力が働くことになるので光ファイバ３は変
形し難くなり、光ファイバ３のマイクロベンディングは
起こり難くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、導体に流れる電流
や電圧等の物理量を光を用いて計測する光ファイバセン
サおよびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、光を利用した電力系統用電流測
定装置は、鉛ガラスや石英ガラスのブロックや光ファイ
バをセンサとして備えており、このセンサを導体に極く
近接して配置し、これに直線偏光の光を通過させ、導体
に流れる被測定電流によって生じるファラデー効果の施
光角を測定としている。

【０００３】このような測定装置の従来例としては、図
８および図９に示すような特願平６−１０７３号公報記
載の光学ガラス製のブロック形あるいは光ファイバ形の
電流測定装置などが知られている。図８は従来の電流測
定装置の斜視図、図９は図８に示した電流測定装置の構
成図である。なお、この電流計測装置における電流計測
時の動作に関しては、特願平６−１０７３号にて示され
ているため、ここでは割愛する。

【０００４】図８に示すように、ＧＩＳタンク１の外側
にはセンシングファイバ部１１が導体２の回りを取り囲
むように配置されている。センシングファイバ部１１か
らは送光用ファイバ１２と受光用ファイバ１３が出てお
り、各々光源１４（レーザーダイオードもしくはスーパ
ールミネセントダイオード）及び検出器１５（図９では
１５ａ，１５ｂ）と接続されている。さらに検出器１５
には信号検出回路１６および出力端子１７が順次接続さ
れている。なお、１８は光源・光検出器部である。

【０００５】図９はセンシングファイバ部１１の詳しい
構成を示している。この図において、２３が光ファイバ
であり、この光ファイバ２３は巻枠２６に巻回してお
り、反射材２４を有している。また、光ファイバ２３は
ホルダ２２により結合光学箱１９に接続されている。結
合光学箱１９内にはレンズ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２
０ｄ、偏光子２１ａ，２１ｂ，２１ｃ、およびビームス
プリッタ２５ａ，２５ｂが設置されている。

【０００６】ところで、光ファイバの周囲には、通常、
補強や耐環境性向上を目的として、アクリル樹脂、ポリ
アミド樹脂やポリイミド樹脂などから成るコーティング
部が形成されている。更に、光ファイバセンサはセンサ
の巻枠に対し、エポキシ樹脂やアクリル樹脂などを主成
分とする接着剤によって保護、固定されているのが一般
的である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記コーティング部の
材料である樹脂は、その熱膨張率が２０×１０^-6／℃〜
１００×１０^-6／℃であり、光ファイバの材質である石
英ガラスの熱膨張率である０．７×１０^-6／℃と比べる
と著しく大きい。このため、温度変化があると光ファイ
バセンサには熱応力が発生することになる。特に、接着
剤によってセンサの巻枠等に光ファイバを固定する場
合、その直径が０．１ｍｍ〜０．２ｍｍである光ファイ
バと、接着剤の断面積とを比較した場合、光ファイバは
著しく細いため、光ファイバには大きな熱応力が発生す
る。

【０００８】また、実際に製造されるセンサは巨視的に
見てその構造上の非対称性は免れない。この非対称性
と、前述した熱応力が要因となって、光ファイバの断面
（より具体的には光の透過する部分つまりコア部）で
は、場所により発生する応力が不均一となる。この場所
による応力の不均一さのために実際の光ファイバでは、
発生する熱応力に非常に大きなアンバランスが生じる。

【０００９】［光ファイバセンサを長期間使用すること
により生じる問題点］その結果、光ファイバセンサを長
期間使用していると、光ファイバが変形することにな
る。しかも、センサの巻枠に光ファイバセンサを固定し
ている場合、光ファイバおよびコーティング部に対して
常に圧縮力がかかることになり、光ファイバの変形を進
めることになる。光ファイバの変形が進むと、光ファイ
バにマイクロベンディングが発生し、光損失および複屈
折（光ファイバの偏光特性の劣化）が増大するといった
不具合が起きる。これにより、光ファイバセンサの測定
精度が低下するおそれがあった。

【００１０】［複屈折のメカニズム］ここで、複屈折の
メカニズムについてさらに詳しく述べると次のようにな
る。すなわち、光は電界と磁界が対に成って進むが、
今、電界の強さをＸ軸とＹ軸の２つの偏光面（ベクト
ル）として表現する。通常の光を偏光素子に通すと、一
つの偏光面（ベクトル）を持つ光（これを直線偏光と呼
ぶ）となる。この偏光面（ベクトル）をＸ軸と仮定し、
この光を、外部から力を加えたガラスなどの光学素子に
入射させると、光学素子から出てくる光はＹ軸方向にも
偏光面（ベクトル）を持つようになる。これは、光学素
子中の光の進行速度は素子の光の屈折率により変化し、
その屈折率は通過する素子断面の最大主応力と最小主応
力の差（以下、この差を主応力差と呼ぶ）によって変化
するからである。この主応力差の増大が複屈折の増大
（偏光特性の劣化）に他ならない。

【００１１】［複屈折の抑制手段としてのシリコンゴ
ム］そこで複屈折の増大を抑えるためには、前記の主応
力差を下げることが有効であるが、その方法の一つに、
光ファイバをコーティングするコーティング部に、ヤン
グ率の小さなシリコンゴムを用いることが提案されてい
る。シリコンゴムは、耐熱性および耐低温性に優れてお
り、長期間使用しても熱による劣化が生じ難く、−４０
℃の低温から１８０℃の高温まで、温度の変化によるヤ
ング率の変化が小さいといった長所がある。

【００１２】［コーティング部の材料であるシリコンゴ
ムにおける問題点］しかし、このような優れたシリコン
ゴムでコーティングした光ファイバを実際、長期間試験
してみると、光源からの光が減衰し、条件によってはま
ったく光が通過しないといった事態が生じることもあ
る。また、同じシリコンゴムと言われる材料であって
も、その詳細な配合により、物性は大きく異なってく
る。例えば、室温で硬化するシリコンゴムの物性は、加
熱硬化形のシリコンゴムのそれに比べて大きくばらつく
ことが知られている。ここでいう物性とは、密度、ヤン
グ率、熱膨張率、接着強さ、成形収縮率などのことであ
る。更に、室温硬化形のシリコンゴムでも、表面と内部
といった場所による差や材料ロットによって、その物性
が大きく異なることがある。

【００１３】そこで従来より、コーティング部となる樹
脂材料として優れた材料を選定し、且つ、その機械的物
性値を最適な値に規定した光ファイバセンサが求められ
ている。さらに、コーティング部を製造するための部材
（後述する注型用型材）における材料に関しても、改良
を加えることが待たれている。

【００１４】［光ファイバセンサを製造する際に生じる
問題点］ところで、光ファイバのコーティング部は樹脂
材料を注型用型材に流し込んで成形するが、成形後にコ
ーティング部を注型用型材から取出し、室温まで冷却す
ると、樹脂材料に熱収縮および成形収縮が起きるため、
その寸法は注型用型材の寸法より小さくなる。このよう
な収縮の影響を受けて光ファイバが変形し、光ファイバ
にマイクロベンディングが発生するおそれがあった。

【００１５】以上述べたように、従来の光ファイバセン
サにおいては、長期間使用している場合や製造する際
に、光ファイバの変形により光ファイバにマイクロベン
ディングが発生し、光損失および複屈折が増大して測定
精度の低下を招くおそれがあった。また、光ファイバの
コーティング部となる樹脂に優れた材料を選定し、且
つ、その機械的物性値を最適な値に規定することが重要
な課題となっている。

【００１６】本発明は、このような課題を解決するため
に提案されたものであり、その主たる目的は、マイクロ
ベンディングによる光損失および複屈折を防止でき、優
れた測定精度を長期間維持できる光ファイバセンサおよ
びその製造方法を提供することにある。

【００１７】また、本発明の他の目的は、光ファイバの
コーティング部となる樹脂に優れた材料を選定し、且
つ、その機械的物性値を最適な値に規定した光ファイバ
センサを提供することである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、光ファイバの周囲に硬化性の樹
脂から成るコーティング部を形成した光ファイバセンサ
において、前記光ファイバを、前記コーティング部の垂
直断面内の中心より上方にずらして配置したことを特徴
とする。

【００１９】このような構成を有する請求項１の発明の
作用について説明する。すなわち、本発明の光ファイバ
センサを円筒状などの巻枠の溝に巻回した場合、このセ
ンサには曲げ応力が発生する。このとき、センサの垂直
断面の中心より上半分つまり外周側は引張応力となり、
下半分は圧縮応力となる。本発明においては、光ファイ
バの位置がコーティング部の垂直断面内の中心より上方
にずれて配置されているので、光ファイバの断面には必
ず引張力が働くことになる。そのため、光ファイバは変
形し難くなり、光ファイバのマイクロベンディングは起
こり難くなる。したがって、マイクロベンディングによ
る光損失および複屈折を防止することができる。

【００２０】請求項２の発明は、前記コーティング部
を、室温付近のヤング率が０．１〜１００ＭＰａのシリ
コンゴムあるいはシリコンゲルから構成したことを特徴
とするとするものである。

【００２１】このような請求項２の発明では、低いヤン
グ率を持つコーティング部により光ファイバをコーティ
ングすることにより、光ファイバの主応力差を下げ、複
屈折の増大を防止することができる。

【００２２】請求項３の発明は、光ファイバセンサの製
造方法であって、断面形状が凹形の凹溝を有する注型用
型材に第１の樹脂を流し込んで第１のコーティング部を
形成し、その後、前記凹溝内に光ファイバを置き、続い
て、前記凹溝に第２の樹脂を流し込んで第２のコーティ
ング部を形成したことを特徴としている。

【００２３】以上のような請求項３の発明においては、
凹溝を有する第１のコーティング部をあらかじめ形成し
ておき、成形収縮および熱収縮が済んでから、凹溝内に
光ファイバを置くことができる。そのため、光ファイバ
に成形収縮および熱収縮の影響が出ることがない。ま
た、凹溝に第２の樹脂を流し込んで第２のコーティング
部を形成する際、この第２の樹脂が収縮するが、第２の
コーティング部の断面積は第１のコーティング部の断面
積に比べて十分に小さいため、その収縮力は凹溝側の第
１の樹脂に分散され、光ファイバに加わる力は極く僅か
となる。このような２工程から製造される光ファイバ
は、ほとんど変形することがなく、光ファイバのマイク
ロベンディングが起こらない。

【００２４】請求項４の発明は、請求項３記載の製造方
法によって製造される光ファイバセンサであって、前記
第１のコーティング部を、室温付近のヤング率が１〜１
０００ＭＰａのシリコンゴムから構成し、前記第２のコ
ーティング部を、室温付近のヤング率が０．１〜１００
ＭＰａのシリコンゴムあるいはシリコンゲルから構成し
たことを特徴とする。

【００２５】この請求項４の発明では、あらかじめ成形
する凹溝を有する第１のコーティング部となるシリコン
ゴムのヤング率を、凹溝に流し込む第２のコーティング
部となるシリコンゴムより大きくしたので、光ファイバ
を変形させるためには大きな応力が必要となる。そのた
め、光ファイバは変形し難くなる。また、光ファイバに
直接、接する第２のコーティング部は低いヤング率を持
つため、光ファイバに発生する複屈折を抑制することが
できる。

【００２６】請求項５の発明は、光ファイバの周囲に硬
化性の樹脂から成るコーティング部を形成した光ファイ
バセンサにおいて、前記光ファイバの周囲に、この光フ
ァイバの熱膨脹率と同じ熱膨脹率を持つガラスファイバ
を備えたことを特徴とする。

【００２７】このような請求項５の発明において、ガラ
スファイバの熱膨張率は光ファイバのそれと同じである
ため、樹脂から成るコーティング部の成形収縮と熱収縮
を緩和することができ、光ファイバに収縮力が及び難く
なって、光ファイバのマイクロベンディングを抑制する
ことが可能である。

【００２８】請求項６の発明は、前記ガラスファイバの
周囲に形成される樹脂を、室温付近のヤング率が０．１
〜１００ＭＰａのシリコンゴムあるいはシリコンゲルか
ら構成したことを特徴とする。

【００２９】このような請求項６の発明では、樹脂材料
の種類の選定とヤング率の最適値を実験により決めたこ
とにより、請求項５の作用をより有効に働かせることが
できる。

【００３０】請求項７の発明は、前記シリコンゴムにシ
リカ粉末を重量比で５０ｗｔ％〜４００ｗｔ％を混練し
たことを特徴とする。

【００３１】このような請求項７の発明において、シリ
コンゴム中に添加したシリカ粉末の一つ一つは、光ファ
イバのガラスとほぼ同じヤング率と熱膨張率を有してい
る。このため、シリカ粉末を添加した後の巨視的なシリ
コンゴムのヤング率と熱膨張率は低くなると言える。と
ころが、微視的に見た場合、直接光ファイバに接してい
るのは、ヤング率の低いシリコンゴムであるということ
と、シリコンゴムの場所によるヤング率の違いがシリカ
粉末の均一分散のために緩和されるということから、光
ファイバの複屈折の増加を防止できる。

【００３２】請求項８の発明は、光ファイバセンサの製
造方法であって、断面形状が凹形の凹溝を有し、且つ注
型する樹脂の熱膨張率より大きい熱膨張率を持つ注型用
型材に対し、第１の樹脂を流し込んで第１のコーティン
グ部を形成し、前記第１の樹脂の硬化後、前記第１のコ
ーティング部を前記注型用型材から取出す前に、前記凹
溝に光ファイバを置き、続いて、前記凹溝に第２の樹脂
を流し込んで第２のコーティング部を形成したことを特
徴とするものである。

【００３３】このような請求項８の発明において、注型
する樹脂の熱膨張率より大きい熱膨張率を持つ注型用型
材を加熱すると、この注型用型材は室温時の長さより長
くなる。この状態のままで第１の樹脂を注型し、硬化
後、室温まで冷却すると、注型用型材は第１の樹脂より
熱膨張率が大きいので、第１の樹脂より短くなっている
ことになる。従って、第１のコーティング部には圧縮力
が作用しており、第１のコーティング部を注型用型材か
ら取り出す前に凹溝に置かれた光ファイバにも圧縮力が
作用している。そして、凹溝に第２の樹脂を流し込んで
第２のコーティング部を形成した後、注型用型材型から
光ファイバセンサを取出すと、注型用型材から加わって
いた光ファイバに対する圧縮力が開放され、光ファイバ
を伸ばす方向の力が作用する。そのため、光ファイバは
変形し難くなり、光ファイバのマイクロベンディングは
起こり難くなる。したがって、マイクロベンディングに
よる光損失および複屈折を防止することができる。

【００３４】請求項９の発明は、前記注型用型材の材料
としてフッ素樹脂、フッ素ゴム、あるいはシリコンゴム
を使用することを特徴としている。

【００３５】このような請求項９の発明においては、請
求項８の発明を有効に機能させるために使用する注型用
型材の材料を規定したことにより、請求項８の作用をよ
り有効に働かせることができる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
から図７を用いて具体的に説明する。なお、本発明の実
施の形態は、図８および図９において説明した従来の電
流測定装置に適用されるものである。

【００３７】［第１の実施の形態］…図１〜図３ （構成）第１の実施の形態は、請求項１および２を含む
ものであり、図１は第１の実施の形態を巻枠に巻回した
巻枠の巻方向の断面を拡大して示したもので、センサ内
の応力方向を示した断面図、図２は第１の実施の形態を
巻枠に巻回した直径方向の断面図、図３は第１の実施の
形態の断面図である。

【００３８】図３に示すように、光ファイバ３の周囲に
はシリコンゴムからなるコーティング部５が形成されて
いる。このとき、光ファイバ３の位置は、長手方向に対
し垂直断面でのコーティング部５の中心軸４ではなく、
光ファイバ３の中心で０．５ｍｍ上方に偏心させて配置
されている。なお、光ファイバ３の偏心は、図示しない
押出し成形機のニップルと呼ばれる中心型とダイスと呼
ばれる周囲型の位置関係を同芯位置にするのではなく、
両者の位置関係をずらすことで容易に実現できることが
実験により確認されている。

【００３９】（作用効果）第１の実施の形態の作用は次
の通りである。すなわち、第１の実施の形態の光ファイ
バセンサを円筒状の巻枠２６に巻回すると、図１に応力
の向きを矢印で示したように、コーティング部５の中心
軸４を境にして上半分には引張力３２が発生し、下半分
には圧縮力３３が発生する。つまり、第１の実施の形態
では光ファイバ３の位置がコーティング部５の中心軸４
より上方にずれて配置されているので、光ファイバ３の
断面には必ず引張力３２が働いている。

【００４０】そのため、光ファイバ３は変形し難く、光
ファイバ３のマイクロベンディングは起こり難い。した
がって、マイクロベンディングによる光損失および複屈
折を防止することができる。これにより、第１の実施の
形態は優れた測定精度を長期間維持することができる。

【００４１】［第２の実施の形態］…図４ （構成）次に、請求項３記載の製造方法によって製造さ
れ、請求項４記載の樹脂材料から構成される第２の実施
の形態について、図４の断面図を用いて説明する。

【００４２】第２の実施の形態の光ファイバセンサは次
のようにして製造される。まず、図示しない押出し成形
機に、抜きの形状が凹形を有するダイスと呼ばれる押出
し用の周囲型をセットする。次に図示しない押出し成形
機に、硬化後の室温付近のヤング率が１００ＭＰａであ
る第１のシリコンゴム５０を投入し、所定の温度に加熱
した後、第１のシリコンゴム５０をダイスより大気中に
押し出す。その後、１５０℃で１時間加熱した後、第１
のシリコンゴム５０を硬化させる（ゴムの場合、この工
程を、加硫あるいは架橋とも言うが、以下、統一して硬
化と言う）。第１のシリコンゴム５０が硬化したことに
より第１のコーティング部が形成される。

【００４３】押し出された第１のシリコンゴム５０の上
面には断面形状が凹形の凹溝８が形成されている。この
凹溝８に光ファイバ３を落とし込み、その中に室温で硬
化し、硬化後の室温付近のヤング率が３ＭＰａの第２の
シリコンゴム７を流し込む。その後、大気中に３日間放
置して硬化させる。第２のシリコンゴム７が硬化したこ
とにより第２のコーティング部が形成される。

【００４４】（作用効果）以上のような製造方法におい
ては、凹溝８を有する第１のシリコンゴム５０をあらか
じめ形成しておき、成形収縮および熱収縮が済んでか
ら、凹溝８内に光ファイバ３を置くので、光ファイバ３
に成形収縮および熱収縮の影響が出ない。なお、この第
１のシリコンゴム５０は加熱硬化形であるため、長期耐
熱性に優れ、且つ物性値の変化が少ないと言う利点があ
る。

【００４５】また、凹溝８に第２のシリコンゴム７を流
し込んだ後、これが硬化すると、第２のシリコンゴム７
は当然収縮するが、室温硬化であるため高温による熱膨
脹が除かれることに加えて、その断面積が第１のシリコ
ンゴム５０のそれに比べて非常に小さいので、その収縮
力は凹溝８側の第１のシリコンゴム５０に分散される。
そのため、光ファイバ３に加わる力は極く僅かで済む。
さらに、室温硬化形であるシリコンゴム７は加熱硬化形
のシリコンゴムに比べて物性にばらつきがあるが、第２
の実施の形態では使用量が極めて少ないため、その欠点
が光ファイバ３の特性に影響することがない。

【００４６】しかも、第２の実施の形態においては、大
きな第１のシリコンゴム５０のヤング率を１００ＭＰ
ａ、小さな第２のシリコンゴム７のヤング率を３ＭＰａ
としているため、光ファイバ３を変形させるには大きな
応力が必要となり、その分、光ファイバは変形し難くな
る。したがって、光ファイバのマイクロベンディングは
起こり難いという作用がある。また、光ファイバ３に対
し直接、接する第２のシリコンゴム７のヤング率を低く
しているので、主応力差を小さくすることができ、光フ
ァイバに発生する複屈折を抑制することが可能である。

【００４７】以上のように２段階の工程から製造される
第２の実施の形態の光ファイバセンサは、光ファイバ３
がほとんど変形することがなく、光ファイバ３のマイク
ロベンディングが起こることがない。したがって、光フ
ァイバセンサの製造時において、マイクロベンディング
による光損失および複屈折を防止することができる。

【００４８】［第３の実施の形態］…図５ （構成）続いて、請求項５記載の製造方法によって製造
され、請求項６記載の樹脂材料から構成される第３の実
施の形態について、図５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）を用い
て説明する。

【００４９】第３の実施の形態の光ファイバセンサは次
のようにして製造される。まず、下型９を用意し、その
深さの約半分の位置まで、直径が５０μｍのガラスファ
イバ１０を敷き詰める（図５（Ａ）参照）。その後、光
ファイバ３をその上に置く（図５（Ｂ）参照）。更に、
その上に直径が５０μｍのガラスファイバ６を敷き詰め
る（図５（Ｃ）参照）。その後、室温付近のヤング率が
０．５ＭＰａで、硬化前の液状時の粘度が２５℃で１Ｐ
ａＳ（パスカル秒）の加熱硬化形シリコンゴム（図示せ
ず）を下型９内に流し込む。これを乾燥炉にて１３０℃
で５時間加熱して硬化させ、下型９から取り出す。

【００５０】（作用効果）以上のような第３の実施の形
態において、ガラスファイバ６，１０の熱膨張率は光フ
ァイバ３のそれと同じであるため、ガラスファイバ６，
１０周囲の加熱硬化形シリコンゴム（図示せず）におけ
る成形収縮と熱収縮を緩和することができる。したがっ
て、光ファイバに収縮力が及び難く、光ファイバのマイ
クロベンディングを抑制することができる。また、光フ
ァイバ３に対し直接、接するシリコンゴムのヤング率を
低くしているので、主応力差を小さくでき、光ファイバ
に発生する複屈折を抑制することができる。さらに、こ
のシリコンゴムは加熱硬化形を用いているので、長期耐
熱性に優れ、且つ物性値の変化が少ない。

【００５１】［第４の実施の形態］…図６ （構成）次に、請求項７記載の発明を含む第４の実施の
形態について、図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）を用いて説
明する。

【００５２】第４の実施の形態の光ファイバセンサは次
のようして製造される。まず、室温付近のヤング率が
０．５ＭＰａで、硬化前の液状時の粘度が２５℃で１Ｐ
ａＳの加熱硬化形シリコンゴムにシリカ粉末をゴムとの
重量パーセントで２００％を入れ良く攪拌する。このシ
リカ入りシリコンゴム２８を下型２７の深さの約半分ま
で流し込む（図６（Ａ）参照）。これを乾燥炉にて、１
３０℃で１時間加熱して固化させる。その後、その上に
光ファイバ３を置く（図６（Ｂ）参照）。更に、先ほど
のシリカ入りシリコンゴム２８を下型２７の上部まで流
し込む（図６（Ｃ）参照）。これを乾燥炉にて、１３０
℃で５時間加熱して硬化させ、その後、型から取出す。

【００５３】（作用効果）以上のような構成を有する第
４の実施の形態では、シリコンゴム２８中に添加したシ
リカ粉末自身が、光ファイバ３とほぼ同じヤング率と熱
膨張率を有するため、添加後の巨視的なシリコンゴム２
８のヤング率と熱膨張率は低くなるものの、直接光ファ
イバ３に接着するのはシリコンゴム２８であり、しか
も、シリコンゴム２８の場所によるヤング率の変化が緩
和されるといった利点から、光ファイバ３における主応
力差が小さくなり、複屈折の増加を防止できるという作
用効果を導くことができる。

【００５４】［第５の実施の形態］…図７ （構成）続いて、請求項８および９記載の発明を含む第
５の実施の形態について、図７（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）
を用いて説明する。

【００５５】第５の実施の形態の光ファイバセンサは次
のようして製造される。まず、ＰＦＡ樹脂（テトラフル
オロエチレン・パーアルキルエーテル共重合体）を凹形
の溝を有する下型３０に加工する。次に凸形を有する上
型２９をＰＦＡ樹脂で同様に加工する。これらを乾燥炉
に入れ１３０℃に加熱する。１３０℃になったことを確
認したら、下型３０に硬化後の室温付近のヤング率が３
ＭＰａで、熱（線）膨張率が８０×１０^-6％℃の加熱硬
化形シリコンゴム３１を流し込む（図７（Ａ）参照）。
これに上型２９の凸部を内側にして被せる。これを１３
０℃で１時間加熱してシリコンゴム３１を固化させる。
その後、上型２９のみを取外す（図７（Ｂ）参照）。シ
リコンゴム３１に出来た溝に光ファイバ３を入れ、更
に、その溝に先程下型３０に流し込んだシリコンゴム３
１と同じ種類のシリコンゴム３１を流し込み乾燥炉で１
３０℃で５時間加熱硬化させる（図７（Ｃ）参照）。最
後に、下型３０から取出す。

【００５６】（作用効果）第５の実施の形態において、
下型３０に使用したＰＦＡ樹脂の熱膨張率は１５０×１
０^-6％℃であり、シリコンゴム３１の熱膨張率８０×１
０^-6％℃より約２倍近くも大きい。そのため、下型３０
を加熱した状態でシリコンゴム３１を注型・硬化し、こ
れを室温まで冷却した場合、下型３０はシリコンゴム３
１より短くなっている。つまり冷却後は下型３０の大き
な熱収縮のためにシリコンゴム３１は圧縮されていた
が、下型３０から取出すことでその圧縮から開放され、
シリコンゴム３１は伸びる。このため、光ファイバ３に
は引張力が作用し、圧縮力による光ファイバ３の変形が
生じ難く、光ファイバ３のマイクロベンディングは起こ
らなくなる。

【００５７】［他の実施の形態］なお、本発明は以上の
ような実施の形態に限定されるものではない。例えば、
上記の実施の形態における樹脂材料はいずれもシリコン
ゴムで説明したが、シリコンゲルであっても良く、さら
にはヤング率が実施の形態に示した範囲で、実使用時の
温度範囲が−２０℃から１００℃と仮定するならば、そ
れに併せてガラス転移温度が−２０℃以下あるいは１０
０℃以上の材料であっても、同様の効果をもたらすこと
ができる。ここで、ガラス転移温度とは材料の線膨張率
が急激に変化する温度を示すもの物性値であり、この温
度を実使用温度領域から外すことが肝要である。

【００５８】また、上記実施の形態では、製造方法を押
出し成形と注型で、また、センサの形を丸あるいは四角
で説明しているが、他の方法においても条件を合せるこ
とが可能であれば、同様の効果をもたらすことは言うま
でもない。

【００５９】さらに、請求項５の発明を含む第３の実施
の形態では、シリコンゴムの注入を下型の半分まで流し
込んだ後、固化させてその上に光ファイバを置き、更
に、シリコンゴムを流し込む３工程で説明したが、この
変形例として、下型にあらかじめ光ファイバをセットす
る事が可能で有れば、光ファイバをセットした後、１工
程でシリコンゴムを流込み硬化させるという製造方法で
あっても、同様の効果を持つことができる。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
マイクロベンディングによる光損失および複屈折を防止
でき、優れた測定精度を長期間維持できる光ファイバセ
ンサおよびその製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を巻枠に巻回した巻
枠の巻方向の断面を拡大して示したもので、センサ内の
応力方向を示した断面図。

【図２】第１の実施の形態を巻枠に巻回した直径方向の
断面図。

【図３】第１の実施の形態の断面図。

【図４】本発明の第２の実施の形態の断面図。

【図５】本発明の第３の実施の形態の構造と作業工程を
示した断面図。

【図６】本発明の第４の実施の形態の構造と作業工程を
示した断面図。

【図７】本発明の第５の実施の形態の構造と作業工程を
示した断面図。

【図８】従来の電流測定装置の斜視図。

【図９】図８に示した電流測定装置の構成図。

【符号の説明】

１…ＧＩＳタンク ２…導体 ３…光ファイバ ４軸…中心 ５…コーティング部 ５０…第１のシリコンゴム ６，１０…ガラスファイバ ７…第２のシリコンゴム ８…溝 ９，２７，３０…下型 １１…センシングファイバ部 １２…送光用ファイバ １３…受光用ファイバ １４…光源 １５…検出器 １６…信号検出回路 １７…出力端子 １８…光源・光検出器部 １９…結合光学箱 ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ…レンズ ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ…偏光子 ２２…ホルダ ２３…光ファイバ ２５ａ，２５ｂ…ビームスプリッタ ２６…巻枠 ２８…シリカ入りシリコンゴム ２９…上型 ３１…加熱硬化形シリコンゴム ３２…引張力 ３３…圧縮力

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 齋藤 実 神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 玉川 徹 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ファイバの周囲に硬化性の樹脂から成
   るコーティング部を形成した光ファイバセンサにおい
   て、 前記光ファイバを、前記コーティング部の垂直断面内の
   中心より上方にずらして配置したことを特徴とする光フ
   ァイバセンサ。
2. 【請求項２】 前記コーティング部を、室温付近におけ
   るヤング率が０．１〜１００ＭＰａであるシリコンゴム
   あるいはシリコンゲルから構成したことを特徴とする請
   求項１記載の光ファイバセンサ。
3. 【請求項３】 断面形状が凹形の凹溝を有する注型用型
   材に第１の樹脂を流し込んで第１のコーティング部を形
   成し、 その後、前記凹溝内に光ファイバを置き、 続いて、前記凹溝に第２の樹脂を流し込んで第２のコー
   ティング部を形成したことを特徴とする光ファイバセン
   サの製造方法。
4. 【請求項４】 請求項３記載の製造方法によって製造さ
   れる光ファイバセンサであって、 前記第１のコーティング部を、室温付近のヤング率が１
   〜１０００ＭＰａのシリコンゴムから構成し、 前記第２のコーティング部を、室温付近のヤング率が
   ０．１〜１００ＭＰａのシリコンゴムあるいはシリコン
   ゲルから構成したことを特徴とする光ファイバセンサ。
5. 【請求項５】 光ファイバの周囲に硬化性の樹脂から成
   るコーティング部を形成した光ファイバセンサにおい
   て、 前記光ファイバの周囲に、この光ファイバの熱膨脹率と
   同じ熱膨脹率を持つガラスファイバを備えたことを特徴
   とする光ファイバセンサ。
6. 【請求項６】 前記ガラスファイバの周囲に形成される
   樹脂を、室温付近のヤング率が０．１〜１００ＭＰａの
   シリコンゴムあるいはシリコンゲルから構成したことを
   特徴とする請求項５記載の光ファイバセンサ。
7. 【請求項７】 前記シリコンゴムにシリカ粉末を重量比
   で５０ｗｔ％〜４００ｗｔ％を混練したことを特徴とす
   る請求項２、４または６記載の光ファイバセンサ。
8. 【請求項８】 断面形状が凹形の凹溝を有し、且つ注型
   する樹脂の熱膨張率より大きい熱膨張率を持つ注型用型
   材に対し、第１の樹脂を流し込んで第１のコーティング
   部を形成し、 前記第１の樹脂の硬化後、前記第１のコーティング部を
   前記注型用型材から取り出す前に、前記凹溝に光ファイ
   バを置き、 続いて、前記凹溝に第２の樹脂を流し込んで第２のコー
   ティング部を形成したことを特徴とする光ファイバセン
   サの製造方法。
9. 【請求項９】 前記注型用型材の材料としてフッ素樹
   脂、フッ素ゴム、あるいはシリコンゴムを使用すること
   を特徴とする請求項８記載の光ファイバセンサの製造方
   法。