(57)【要約】【課題】  大きな圧力が加わった場合にも破損しない光ファイバ圧力センサを提供する。【解決手段】  変形によって光伝送特性が変化する光ファイバ１の周囲に、互いに外径が異なる複数種類の線状体４Ａ，４Ｂを巻き付けたので、外圧が大きくなるとその外圧が分散される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変形によって光伝送特性が変化する光ファイバの周囲に、互いに外径が異なる複数種類の線状体を巻き付けたことを特徴とする光ファイバ圧力センサ。
【請求項２】
上記複数種類の線状体を、互いに断面形状が異なるようにしたことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ圧力センサ。
【請求項３】
上記光ファイバの周囲に上記複数種類の線状体を巻き付けたもののさらに外周を樹脂で被覆したことを特徴とする請求項１又は２記載の光ファイバ圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変形によって光伝送特性が変化する光ファイバの性質を利用して圧力を検出する光ファイバ圧力センサに係り、大きな圧力が加わった場合にも破損しない光ファイバ圧力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種機械装置、自動車などにおいては、圧力（押圧力）を検出するものとしてマイクロスイッチ、テープ状スイッチなどの機械的可動接点を有するスイッチが広く用いられている。また、一対の電極間に導電ゴムを介装した加圧導電スイッチも提案されている（特許文献１）。このような圧力スイッチでは、屋外、水中で使用する場合、あるいは水がかかった場合、電極、接点が酸化して性能が低下する上に、絶縁不良が生じるという問題があった。また、水の影響を防ぐために防水加工を施すとスイッチの構造が複雑になり大型化してしまう。さらに、従来の圧力スイッチでは、電磁誘導の影響を受けたり、接点からのスパーク発生のおそれがあった。
【０００３】
一方、このような従来の圧力スイッチの欠点を解消しようとして、弾性を有する光ファイバの長手方向に線状体を所定のピッチで巻き付け、この光ファイバの一端に光源を、他端に受光体を設けた加圧センサが提案されている（特許文献２）。
【０００４】
また、線状体の周囲に光ファイバを巻き付けた外圧センサも提案されている（特許文献３）。
【０００５】
以下、光ファイバの性質を利用した圧力センサを光ファイバ圧力センサという。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−１４３９１３号公報
【特許文献２】特開平７−１９０８７２号公報
【特許文献３】特許第２９５９８８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２の光ファイバ圧力センサは、大きな圧力が加わった場合に、線状体に力が集中するため、光ファイバに局所的に大きな力が加わり、光ファイバが破損することがあった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、大きな圧力が加わった場合にも破損しない光ファイバ圧力センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明は、変形によって光伝送特性が変化する光ファイバの周囲に、互いに外径が異なる複数種類の線状体を巻き付けたものである。
【００１０】
上記複数種類の線状体を、互いに断面形状が異なるようにしてもよい。
【００１１】
上記光ファイバの周囲に上記複数種類の線状体を巻き付けたもののさらに外周を樹脂で被覆してもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００１３】
（１）大きな圧力が加わった場合にも破損しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。
【００１５】
図１に示されるように、本発明に係る光ファイバ圧力センサは、外部から与えられた圧力によって変形する（つまり、弾性を有する）と共にその変形によって光伝送特性が変化する光ファイバ１と、その光ファイバ１の片端に接続されたＬＥＤ、ＬＤなどの光源２と、光ファイバ１の反対端に接続されたＰＤなどの受光器３と、光ファイバ１の外周にそれぞれ螺旋状に巻き付けられた２種類の線状体４Ａ，４Ｂとからなる。線状体４Ａと線状体４Ｂとは、互いに外径が異なる。図示例では、線状体４Ａのほうが線状体４Ｂよりも径が太い。線状体４Ａと線状体４Ｂは、互いに同じピッチで、巻き位置を半ピッチずらせて巻き付けられている。光ファイバ１を長手方向にたどると、線状体４Ａと線状体４Ｂが交互に配置されていることになる。
【００１６】
図２に示されるように、光ファイバ１は、コア６とそのコア６の周囲を覆うクラッド７とからなる。コア６及びクラッド７は、それぞれ圧力が加わったときに変形する樹脂からなる。
【００１７】
光源２及び受光器３は公知のものを使用すればよいので、詳しい説明は省略する。
【００１８】
線状体４Ａ，４Ｂは、いずれもコア６及びクラッド７と同程度かそれ以上の硬度（硬さ）を有することが望ましく、材料としては樹脂、金属などがある。
【００１９】
この光ファイバ圧力センサの動作を説明する。
【００２０】
図３に示されるように、本発明の光ファイバ圧力センサは、設置基体５内に設置される。設置基体５は、外圧を受けるための板状部材５Ａとその外圧の反力を得るための板状部材５Ｂとを向かい合わせたものである。板状部材５Ａ，５Ｂは、線状体４Ａ，４Ｂよりも硬さが強い（変形しにくい）材料からなる。これら板状部材５Ａ，５Ｂ間に光ファイバ圧力センサを挟むように設置することにより、板状部材５Ａの直下には少なくとも線状体４Ａ，４Ｂがそれぞれ１本以上存在することになる。
【００２１】
なお、板状部材５Ａ，５Ｂは、線状体４Ａ，４Ｂの巻きピッチより長く、また、線状体４Ａ，４Ｂと同程度かそれ以上の硬度を有することが望ましい。
【００２２】
このとき、板状部材５Ａが受けた外圧は、板状部材５Ａに接している線状体４Ａ，４Ｂに伝わり、これら線状体４Ａ，４Ｂから力を受けた光ファイバ１が図３のように変形することになる。
【００２３】
しかし、線状体４Ａのほうが線状体４Ｂよりも径が太いので、図３の状態の直前では、板状部材５Ａにはまず線状体４Ａのみが接する。このとき、板状部材５Ａからの力は線状体４Ａのみに伝わり、光ファイバ１は線状体４Ａに接している部分が主として変形することになる。
【００２４】
外力がさらに強くなると、光ファイバ１が変形したことによって線状体４Ａが光ファイバ１に沈み込むので、線状体４Ｂが板状部材５Ａに接する。これ以降は、板状部材５Ａからの力は線状体４Ａ，４Ｂの両方に伝わり、光ファイバ１は線状体４Ａに接している部分だけでなく、線状体４Ｂに接している部分も変形することになる。
【００２５】
この結果、光ファイバ１は、板状部材５Ａが受けた外圧をそれぞれ１本以上の線状体４Ａ，４Ｂに接する箇所に分散して受けることになる。よって、光ファイバ１が線状体４Ａ，４Ｂから力を受けている一箇所当たりの力は、抑制され低下する。
【００２６】
特許文献２の技術では、大きな圧力が加わると光ファイバに局所的に大きな力が加わり、光ファイバが破損することがあったが、本発明では、板状部材５Ａに大きな圧力が加わったときにはその力が光ファイバ１に分散して加わるので、破損を回避することができる。
【００２７】
板状部材５Ａに大きな圧力が加わったとき、前述のように光ファイバ１が線状体４Ａ，４Ｂから力を受けている一箇所当たりの力は抑制されるが、その一方で、光ファイバ１に圧力が加わる箇所の数が増加する。光源２から一定の光を光ファイバ１に入射して受光器３で受光すると、光ファイバ１に加わった箇所ごとに圧力に応じて光伝送損失が増大するので、圧力が加わる箇所の数が増加したことにより、受光量は低下する。
【００２８】
この光ファイバ圧力センサにおける荷重（板状部材５Ａが受けた外圧）と光伝送損失との関係を図４に示す。図示のように、全体的には荷重が大きくなるにつれて光伝送損失が増加するが、荷重が小さいときに比べて荷重がある程度大きくなると、光伝送損失の増加が緩やかになっている。
【００２９】
特許文献２（段落００２４，２５）によれば、均一径の線状体を光ファイバに巻き付けた場合、その巻き付けピッチとセンサ感度との間には相関がある。してみると、もし、力の分散だけを目的として均一径の線状体の巻き付けピッチを例えば２倍にしたとすると、センサ感度が著しく低下してしまうことが分かる。その点、本発明は、互いに外径が異なる線状体４Ａ，４Ｂを巻き付けたので、太いほうの線状体４Ａを感度が最適なピッチで巻き付けておけば、外圧が小さいときには線状体４Ａのみが作用することで、微小な外圧をも高い感度で検出することができ、外圧が大きくなったときにだけに前述した力の分散の効果を得ることができる。
【００３０】
図４の特性は、光ファイバ圧力センサの各部材の構造や材質が同じであれば、再現される特性であり、荷重と光伝送損失との一方を決めれば、他方は一意的に決まる。従って、この特性を予め求めておくことにより、未知の荷重が加わったときに、光伝送損失から荷重を知ることができる。
【００３１】
次に、本発明の他の実施の形態を説明する。
【００３２】
図２の形態では、いずれも断面形状が円形で互いに径が異なる線状体４Ａ，４Ｂを光ファイバ１の中心から対称な位置に配した。つまり、図１で見ると、線状体４Ａ，４Ｂは互いのピッチの中間位置に巻かれている。しかし、図５（ａ）に示されるように、断面形状が円形で径の太い線状体４Ａの近傍に断面形状が円形で径の細い線状体４Ｂを配してもよく、前述と同様の効果を得ることができる。
【００３３】
図５（ｂ）のように径の太いほうの線状体４Ａの断面形状を楕円形にした場合、図５（ｃ）のように径の太いほうの線状体４Ａの断面形状を長円形にした場合、あるいは図５（ｄ）のように径の太いほうの線状体４Ａの断面形状を長方形にした場合も、光ファイバ１の径方向に高さの違いが現れるので、前述と同様の効果を得ることができる。このように、太いほうの線状体４Ａの断面形状は任意に選ぶことができる。一方、図示しなかったが、径が細いほうの線状体４Ｂについても、楕円形、長円形、長方形など任意の形状を選ぶことができる。
【００３４】
図６（ａ）〜図６（ｃ）に示した形態は、図２の光ファイバ圧力センサの外周にゴム等の樹脂８をモールドすることにより、光ファイバ１及び線状体４Ａ，４Ｂを覆ったものである。図６（ａ）では樹脂８の断面形状が長方形、図６（ｂ）では樹脂８の断面形状が円形、図６（ｃ）では樹脂８の断面形状が台形となっている。いずれの場合も、外圧が上下方向から加わった場合に、光ファイバ１だけにでなく樹脂８にも力が加わり、光ファイバ１の特定箇所のみに力が集中することを防ぐことができるので、大きな圧力による光ファイバ１の破損を回避できる。この形態に使用する光ファイバ圧力センサが図５（ａ）〜図５（ｄ）に示したものであってもよいのはもちろんである。
【００３５】
上記実施の形態では、互いに外径が異なる複数種類の線状体として２種類の線状体４Ａ，４Ｂを用いたが、３種類以上を用いても本発明を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態を示す光ファイバ圧力センサの側面図である。
【図２】図１の光ファイバ圧力センサのＡ−Ａ’断面図である。
【図３】本発明の光ファイバ圧力センサに圧力が加わった状態を示す光ファイバ圧力センサの側面図である。
【図４】本発明の光ファイバ圧力センサにおける荷重と光伝送損失との関係を示す特性図である。
【図５】本発明の他の実施形態を示す光ファイバ圧力センサの断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態を示す光ファイバ圧力センサの断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  光ファイバ
４Ａ  径が太い線状体
４Ｂ  径が細い線状体
８  樹脂
【図１】
2006208021.tif 000003
【図２】
2006208021.tif 000004
【図３】
2006208021.tif 000005
【図４】
2006208021.tif 000006
【図５】
2006208021.tif 000007
【図６】
2006208021.tif 000008