(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリズム形状の検出端、該検出端に接続された送信用および受信用光ファイバ、および該光ファイバとプリズムとを密閉する樹脂からなるケース材を含む光ファイバ液面センサにおいて、該ケース材を内層および外層の樹脂層で少なくとも２層に構成するとともにそれらの界面を空隙境界面とし、この空隙境界面で該外層の樹脂層を透過してきた水蒸気等のガスを結露させるようにしたことを特徴とする光ファイバ液面センサ。
【請求項２】
該ケース材の外層が耐薬品性・耐熱性樹脂層である請求項１に記載の光ファイバ液面センサ。
【請求項３】
該内層および外層の樹脂層が共にフッ素樹脂層である請求項１または２に記載の光ファイバ液面センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐薬品性や耐熱性と共にガス遮断性の要求される医療用用途、あるいは工業用化学薬品処理用途に適した光ファイバ液面センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、光ファイバ液面センサにおいて、該光ファイバおよびプリズム状検出端を保護するケース材として、耐薬品性と耐熱性に優れたフッ素樹脂が多用されている（例えば、特開平７−９２００４号公報参照）。ところが、このケース材は肉厚の薄いフッ素樹脂チューブの単層であるため、オートクレーブによる洗浄の場合等、２気圧から３気圧の高温・高圧の水蒸気が印加された環境下では、高温・高圧の水蒸気がケース材を透過してしまい、内部の光ファイバ上に水滴となって付着することが判明した。その結果、該水滴が、光ファイバの屈折率特性を変え、あるいは該ファイバの伝送特性すなわち透過損失量を増大させるという問題を惹起するに至る。特に、光ファイバがガラスファイバの場合は、それが水滴に長期間曝されると、ファイバ内部に水分が吸着されてファイバそのものが変質して極端に透過損失量が大きくなるので、センサ自体が使用不能になるという深刻な問題を抱えている。
【０００３】
一方、上記フッ素樹脂チューブを内層および外層に配し、その際、該内層と外層との界面に、接着剤や耐熱性樹脂を充填して両層を一体的に強化してなる２重（２層）構造のケース材も知られている（例えば、特開平７−１５９２２２号公報の
【００１８】、【００５９】参照）。しかし、この公報には、該ケース材について、水蒸気等のガス遮断機能という視点からの問題提起は何等なされておらず、ましてやその解決手段についても何等教示されていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の課題は、上記の問題点を解消するとともに、耐薬品性や耐熱性のみならず水蒸気等のガス遮断性にも優れた光ファイバ液面センサを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記の内層および外層の界面を空気が存在する空隙境界面とし、この空隙境界面で水蒸気等のガスの結露を促進させることに注目した結果、従来の問題を解消できることを究明した。
【０００６】
かくして、本発明によれば、光ファイバおよびプリズム形状の検出端、該検出端に接続された送信用および受信用光ファイバ、および該光ファイバとプリズムとを密閉する樹脂からなるケース材を含む光ファイバ液面センサにおいて、内層および外層の樹脂層で少なくとも２層に構成するとともにそれらの界面を空隙境界面とし、この空隙境界面で該外層の樹脂層を透過してきた水蒸気等のガスを結露させるようにしたことを特徴とする光ファイバ液面センサが提供される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、ケース材をフッ素樹脂からなる２層構造のケース材を採用した場合について、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の光ファイバ液面センサの一例を示す縦断面図である。
図１において、（１）は光ファイバ液面センサで、そのケース材はフッ素樹脂からなる外層（２）およびフッ素樹脂からなる内層（３）の２層のフッ素樹脂層から構成され、尚且つそれらの界面は空隙境界面（Ｓ）に形成されている。（４）はプリズム形状の検出部で、外層（２）と一体成形されている。（５）は送信用光ファイバ、（６）は受信用光ファイバ、（７）は送信用光ファイバおよび受信用光ファイバを固定するための光ファイバ固定部材、（８）は光ファイバセンサを機器に取付けるための取付フランジである。
【０００８】
本発明で特徴的なことは、上記の空隙境界面（Ｓ）で水蒸気等のガスを遮断することにある。この結果、センサ内部の送受信用光ファイバ（５）、（６）の表面に水滴が付着することがないので、光ファイバ特にガラス光ファイバの特性劣化すなわち透過損失量の増大を防止できる。さらに詳細には、高温・高圧の水蒸気が外層（２）のフッ素樹脂を透過すると、この水蒸気は、内層（３）との空隙境界面（Ｓ）で結露して液体の水となる。このとき、水の分子は水蒸気の分子よりもかなり大きくなるので、この結露水は内層（３）のフッ素樹脂を透過することができなくなる。したがって、センサ内部の光ファイバ（５）、（６）には水滴は一切付着することがないので、水分による光ファイバの特性劣化が防止される。
【０００９】
ここで、外層（２）および内層（３）に使用する樹脂としては、耐薬品性・耐熱性フッ素樹脂が好ましく、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン（ＦＥＰ）、四フッ化エチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）及びクロロトリフルオロエチレン樹脂（ＰＣＴＦＥ）が好ましく、その中でも、ＰＦＡが加工性や耐薬品性の点から特に好ましい。
このとき、外層（２）と内層（３）には、光ファイバ液面センサの仕様・用途に応じて、上記した同一種類のフッ素樹脂あるいは互いに別のフッ素樹脂を適宜配すればよい。ただし、外層（２）に使用する樹脂は薬品に直接曝されるので、耐熱性だけでなく耐薬品に優れた樹脂を選定する必要がある。これに対して、内層（３）に使用する樹脂は必ずしも、耐薬品性に優れた樹脂を選定する必要はなく、より安価な耐熱性樹脂を使用して、コストダウンを図ってもよい。さらに、外層（２）の厚さは、十分な水蒸気等のガス遮断性および十分な機械的強度を確保するため、０．１ｍｍ以上、特に０．３ｍｍ以上とすることが望ましい。一方、内層（３）の厚さは、十分な水蒸気等のガス遮断性を確保するため、０．１ｍｍ以上、特に０．３ｍｍ以上とすることが望ましい。
【００１０】
なお、上記の実施例では２層構造のケース材を示したが、層構造を３層以上にすれば、それだけ空隙境界面（Ｓ）が増加するので、より十分なガス遮断性が確保できることは容易に理解されよう。ただし、実用的見地からは４層が限界である。
【００１１】
また、送受信用光ファイバ（５）、（６）としては、プラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）やガラスファイバ等の各種の光ファイバから適宜選択可能であるが、十分な耐熱性、高品質の伝送特性を確保するためには、いわゆる多成分ガラスによって代表されるガラスファイバが望ましい。
ファイバの外径は、素線径５０μｍ〜１００μｍのガラスファイバを集束させたもので、光ファイバ液面センサの仕様・用途により異なるが、通常０．５ｍｍ〜１ｍｍの範囲から選択すればよい。
【００１２】
なお、光ファイバ固定部材（７）、センサ取付フランジ（８）の部材については、耐熱性のある部材、例えばガラス、耐熱樹脂、金属等の中から適宜選択すればよい。この場合、センサ取付フランジ（８）は最外層の樹脂と一体成形してよい。
【００１３】
つぎに、本発明の光ファイバ液面センサの製造方法について説明する。まず、プリズム形状の検出端（４）がフッ素樹脂で一体成形された外層（２）の成形体を得、この成形体の上方側開放端から、その内面に内層（３）のフッ素樹脂チユーブを挿入する。その後、予め光ファイバ固定部材（７）に固定された、送受信用光ファイバ（５）、（６）を内層（３）の内側に挿入して、該センサが完成となる。ここで、プリズム形状の検出端（４）と送受信用光ファイバ（５）、（６）とを強固に密着させるため、光ファイバ固定部材（７）と該検出端（４）とを耐熱性接着剤にて接着するか、あるいは、光ファイバ固定部材（７）と該検出端（４）との接合部を熱融着することが望ましい。
【００１４】
本発明の光ファイバ液面センサの具体例を図１の場合について示すと、全長１２００ｍｍとし、その際、外層（２）は内径５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのＰＦＡ樹脂層で、また、内層（３）は、外径４．６ｍｍ、厚さ０．３ｍｍのＰＦＡ樹脂層で構成した。このとき、外層（２）と内層（３）との界面に形成された空隙境界面（Ｓ）の幅は０．２ｍｍである。このケース材の内部に、送信用および受信用ファイバ（５）、（６）として外径が１ｍｍの多成分ガラスファイバを固着して液面センサを作成した。
【００１５】
一方、比較例として、上記実施例において、ケース材を厚さ０．８ｍｍのＰＦＡ樹脂の単層で構成する以外は同様の操作を繰り返した。
【００１６】
つぎに、これらの液面センサを温度１３５℃、２気圧のオートクレーブ内に１００時間放置し、ガス遮断性の比較を行った。この結果、比較例の光ファイバ液面センサの内部や光ファイバ表面には、かなりの水滴が付着し、該ファイバが断線劣化していたことから、単層のケース材ではガス遮断性が実質的に無いことが確認された。
これに対して、本発明の光ファイバ液面センサでは、光ファイバ表面には何ら水滴もなく、またファイバ異常も発生しておらず、十分にガス遮断性があることが確認できた。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、光ファイバを密閉するケース材内に空隙境界面（Ｓ）を設けることで、ガス遮断性を確保するようにしたので、光ファイバへの水滴や化学薬品などの付着がなくなリ、その結果、透過損失の問題を克服できるという格別顕著な効果が奏される。また、本発明の光ファイバ液面センサは、オートクレーブによる洗浄の場合のみならず、密閉されたタンク内で高圧蒸気の化学薬品に曝されるような場合にもその特性とするガス遮断性を十分に発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の光ファイバ液面センサの縦断面図である。
【符号の説明】
１    光ファイバ液面センサ
２    外層
３    内層
４    プリズム形状の検出端
５    送信用光ファイバ
６    受信用光ファイバ
７    光ファイバ固定部材
８    センサ取付フランジ
Ｓ    空隙境界面
【図１】
0003872697.tif 000002