(57)【要約】【課題】曲げや圧縮により光の伝送損失が発生しやすい衝撃検知光ファイバセンサを提供する。【解決手段】光ファイバ２の外周に、互いに弾性が異なる第１の線状体３と第２の線状体４が撚り合わされている。例えば、第１の線状体３は発泡シリコーンゴム紐、第２の線状体４はソリッドシリコーンゴム紐である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバと、
弾性を有する第１の線状体と、
上記第１の線状体と異なる弾性を有する第２の線状体とを備え、
上記第１の線状体が発泡部材からなり、
上記光ファイバの外周に、上記第１及び第２の線状体が撚り合わされていることを特徴とする衝撃検知光ファイバセンサ。
【請求項２】
上記第１の線状体と上記第２の線状体をそれぞれ複数本有し、これら第１の線状体と第２の線状体が１本ずつ交互に配置されていることを特徴とする請求項１記載の衝撃検知光ファイバセンサ。
【請求項３】
上記第１の線状体と上記第２の線状体をそれぞれ複数本有し、これら複数本の第１の線状体が連続して隣接し、複数本の第２の線状体が連続して隣接していることを特徴とする請求項１記載の衝撃検知光ファイバセンサ。
【請求項４】
上記第１の線状体の硬度と上記第２の線状体の硬度との差が２０以上であることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の衝撃検知光ファイバセンサ。
【請求項５】
上記第２の線状体が非発泡部材からなることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の衝撃検知光ファイバセンサ。
【請求項６】
上記第１の線状体を構成する発泡部材が発泡シリコーンゴムであることを特徴とする請求項５記載の衝撃検知光ファイバセンサ。
【請求項７】
上記第２の線状体を構成する非発泡部材がソリッドゴムであることを特徴とする請求項５又は６記載の衝撃検知光ファイバセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、曲げや圧縮により光の伝送損失が発生しやすい衝撃検知光ファイバセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の衝撃センサにおいて、電気式のセンサでは、圧力センサ、加速度センサ、あるいは歪みゲージを用いて、衝撃による圧力、加速度、あるいは歪みを検知する方法が一般的である。
【０００３】
光ファイバ方式のセンサは、石英ガラス又はプラスチック材質の光ファイバへ、圧力、加速度、歪み等の衝撃を印加して、これらの衝撃に起因して光ファイバを透過する光に生じる曲げ損失や圧縮損失による光量変化を検出することで、衝撃による圧力、加速度、歪み等の衝撃を検知する。
【０００４】
光ファイバ方式のセンサで一般的に考えられるのは、軟質円筒の周囲に螺旋状に光ファイバを巻き付けておき、衝撃によって軟質円筒が変形した際に生じる光ファイバの曲げ半径小径化に伴う光の損失増加により、衝撃を検知する方法である。
【０００５】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２６３７０号公報
【特許文献２】特開平５−２４９３５２号公報
【特許文献３】特表２００２−５３１８１２号公報
【特許文献４】特開２００４−２３３３４５号公報
【特許文献５】特公平６−４８２２０号公報
【特許文献６】特表２００６−５００２８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述の電気式のセンサでは、電気信号により衝撃を検知するため、センサ自身が電磁ノイズに弱く、検出したい信号とノイズとの識別が困難であるという問題がある。
【０００８】
電気式のセンサでは、検出信号を伝送するにあたり、伝送路が外部からの電磁ノイズを受けやすく、このノイズによる影響が無視できないという問題がある。
【０００９】
電気式のセンサでは、伝送路における伝送損失が大きいという問題がある。
【００１０】
石英ガラス光ファイバを用いた光ファイバ方式のセンサでは、ノイズによる影響はないが、石英ガラス光ファイバに対する曲げ及び圧縮により、石英ガラス光ファイバが機械的強度の劣化を起こして、衝撃印加時に石英ガラス光ファイバが切断する可能性があるという問題がある。
【００１１】
プラスチック材質の光ファイバ（以下、合成樹脂光ファイバ）を用いた光ファイバ方式のセンサでは、曲げや圧縮により切断する可能性は低いが、合成樹脂光ファイバの剛性が強いため、曲げや圧縮により光の伝送損失が発生しにくく、センサの精度に欠けるという問題がある。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、曲げや圧縮により光の伝送損失が発生しやすい衝撃検知光ファイバ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】
【００１３】
上記目的を達成するために本発明は、光ファイバと、弾性を有する第１の線状体と、上記第１の線状体と異なる弾性を有する第２の線状体とを備え、上記第１の線状体が発泡部材からなり、上記光ファイバの外周に、上記第１及び第２の線状体が撚り合わされているものである。
【００１４】
上記第１の線状体と上記第２の線状体をそれぞれ複数本有し、これら第１の線状体と第２の線状体が１本ずつ交互に配置されていてもよい。
【００１５】
上記第１の線状体と上記第２の線状体をそれぞれ複数本有し、これら複数本の第１の線状体が連続して隣接し、複数本の第２の線状体が連続して隣接していてもよい。
【００１６】
上記第１の線状体の硬度と上記第２の線状体の硬度との差が２０以上であってもよい。
【００１７】
上記第２の線状体が非発泡部材からなってもよい。
【００１８】
上記第１の線状体を構成する発泡部材が発泡シリコーンゴムであってもよい。
【００１９】
上記第２の線状体を構成する非発泡部材がソリッドゴムであってもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００２１】
（１）曲げや圧縮により光の伝送損失が発生しやすい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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。
【００２３】
図１に示されるように、本発明に係る衝撃検知光ファイバセンサ１は、光ファイバ２の外周に、互いに弾性が異なる第１の線状体３と第２の線状体４が撚り合わされているものである。
【００２４】
光ファイバ２は、屈折率の高いコア５と、そのコア５の周囲に設けられたコア５よりも屈折率の低いクラッド６とが合成樹脂で形成された合成樹脂光ファイバ２である。コア５は、架橋アクリル樹脂（熱硬化アクリル樹脂）、シリコーン樹脂等のコア材からなる。クラッド６は、フッ素樹脂等のクラッド材からなる。本実施形態では、コア５は架橋アクリル樹脂からなる。
【００２５】
本実施形態では、コア径がφ１．５ｍｍ、クラッド径がφ２．２ｍｍである。
【００２６】
第１の線状体３の硬度と第２の線状体４の硬度との差は、２０以上（第１の線状体３が硬度小とする）であることが好ましい。また、第１の線状体３が発泡シリコーンゴム等の発泡部材からなり、第２の線状体４がソリッドゴム等の非発泡部材からなることが好ましい。
【００２７】
本実施形態では、第１の線状体３は、ゴム硬度１５の発泡シリコーンゴム紐であり、第１の線状体３の外径はφ１．４ｍｍである。第２の線状体４は、ゴム硬度７０のソリッドシリコーンゴム紐であり、第２の線状体４の外径はφ１．４ｍｍである。
【００２８】
第１の線状体３と第２の線状体４はそれぞれ複数本とし、これら複数本の第１の線状体３が連続して隣接し、複数本の第２の線状体４が連続して隣接するとよい。
【００２９】
本実施形態では、第１の線状体３と第２の線状体４はそれぞれ４本である。すなわち、上記発泡シリコーンゴム紐とソリッドシリコーンゴム紐とを４本ずつ連続して並べ、これら８本のゴム紐を光ファイバ２の外周に巻き付けてある。巻き付け周期は、例えば、４０ｍｍである。
【００３０】
巻き付けられた８本のゴム紐の外周に、これらゴム紐がばらけないように厚さ５μｍのＰＥＴテープ７が巻き付けられている。
【００３１】
図２に、本発明の衝撃検知光ファイバセンサの使用状態を示す。
【００３２】
衝撃検知光ファイバセンサ１の一端では、衝撃検知光ファイバセンサ１中の光ファイバ２に光源２１が接続され、反対端では光ファイバ２に受光器２２が接続される。光源２１は、例えば、波長６５０ｎｍのＬＥＤである。受光器２２は、例えば、フォトダイオードである。ここでは、衝撃検知光ファイバセンサ１の長手方向適宜な場所に、圧子２３を設置してこの圧子２３より衝撃検知光ファイバセンサ１に衝撃を印加するものとする。
【００３３】
衝撃検知の動作を図３により説明する。
【００３４】
衝撃検知光ファイバセンサ１に圧子２３から荷重（衝撃）が加わると、光ファイバ２のクラッド６にはクラッド２の外周に当たっているゴム紐（第１、第２の線状体３，４）を介して圧力が加わり、コア５にはこれに応じた圧力が加わる。このとき、ゴム紐の弾性あるいは硬さに応じてクラッド６に加わる圧力が異なる。つまり、第１の線状体３からクラッド６に加わる圧力と第２の線状体４からクラッド６に加わる圧力とが異なる。
【００３５】
クラッド６に加わる圧力の差異に応じてコア５に加わる圧力にも差異が生じ、コア５にはその圧力の差異に起因する微小な曲げ変形が生じる。この微小な曲げ変形によって光透過損失が生じる。光透過損失は、受光器２２が受光する信号から求めることができる。この光透過損失の大きさを荷重の大きさに換算することができるので、荷重検知センサ（衝撃検知センサ）が構成できる。
【００３６】
荷重が除去されると、ゴム紐（第１、第２の線状体３，４）はゴム弾性により、変形した部分が元に戻り、コア５の変形も元に戻る。よって、光透過損失が変形前の光透過損失に戻る。
【００３７】
本発明の衝撃検知光ファイバセンサ１によれば、光ファイバ２に光を透過させて該光ファイバ２が受けた変形による光透過損失の変化を検出することで衝撃を検知する際に、光ファイバ２の外周に弾性が大きく硬度か小さい発泡シリコーンゴム紐（第１の線状体３）と弾性が小さく硬度が大きいソリッドシリコーンゴム紐（第２の線状体４）を撚り合わせたので、光ファイバ２の剛性が強いために曲げや圧縮により光の伝送損失が発生しにくいという従来の問題が解決され、曲げや圧縮により光の伝送損失が発生しやすくなる。
【００３８】
詳しく述べると、光ファイバ２の外周に撚り合わされた発泡及びソリッドのゴム紐は、光ファイバ２の側面に圧力を加えるために機能する。このとき、光ファイバ２の側面に精度良く、効率的に凹凸の形状を形成するために、ゴム紐が撚り合わされている。
【００３９】
ゴム紐（第１、第２の線状体３，４）は、応力が開放されると変形した部分が元に戻る必要があり、ゴム紐としてはゴム弾性のあるゴムや熱可塑性エラストマーなどが望ましい。
【００４０】
ところで、発泡ゴムは、ソリッドゴムでは実現が難しい低硬度で大変形可能なゴムである。発泡ゴムは、応力を受けた際に、より小さな力で変形することができ、実質上、ソリッドゴムに比べ硬度を低下させることができる。発泡ゴムは、低硬度のゴムとして望ましい。
【００４１】
この発泡ゴムの紐とソリッドゴムの紐とを組み合わせて用いることで本発明が実現される。すなわち、本発明者らは、次のような現象を見出した。ゴム硬度の異なる軟硬２種類、好ましくは硬度が２０以上差がある発泡ゴムとソリッドゴムを組み合わせて用いると、硬いソリッドゴムで押された光ファイバ側面は大きく変形し、軟らかい発泡ゴムで押された光ファイバ側面は小さく変形する。この結果、光ファイバ２に発生する曲げ変形は、仮に硬度が均一な、あるいは弾性が均一なゴムで押された場合と比較して大きくなり、応力による光伝送損失の変化も大きくなる。
【００４２】
また、本発明の衝撃検知光ファイバセンサ１を広い温度領域で使用する場合、ゴムとしては低温から高温までの範囲で弾性率（硬度）特性の変化の少ないゴム、言い換えると、温度に対する硬さの依存性が小さいゴムがよく、具体的には、シリコーンゴムを用いるのがよい。これにより、応力・光損失変化特性が低温から高温まで安定したセンサを実現できる。
【００４３】
本発明の他の実施形態（変形例）を図４に示す。
【００４４】
図４に示した衝撃検知光ファイバセンサ４１は、光ファイバ２の外周に、互いに弾性が異なる第１の線状体３と第２の線状体４が撚り合わされているものである。光ファイバ２の材質、寸法、第１、第２の線状体３，４の材質、性状、寸法は図１のものと同じであるが、ここでは、第１の線状体３と第２の線状体４をそれぞれ複数本有し、これら第１の線状体３と第２の線状体４が１本ずつ交互に配置されている。
【００４５】
本実施形態では、第１の線状体３と第２の線状体４はそれぞれ４本である。すなわち、第１の線状体３である発泡シリコーンゴム紐と第２の線状体４であるソリッドシリコーンゴム紐とを４本ずつ交互に並べ、これら８本のゴム紐を光ファイバ２の外周に巻き付けてある。巻き付け周期は、例えば、４０ｍｍである。
【００４６】
衝撃検知光ファイバセンサ４１を図２、図３と同様にして衝撃検知に用いると、硬いソリッドゴムで押された光ファイバ２の側面は大きく変形し、軟らかい発泡ゴムで押された光ファイバ２の側面は小さく変形するので、曲げや圧縮により光の伝送損失が発生しやすくなる。
【実施例】
【００４７】
表１に示した諸条件により、本発明と構造が同じ衝撃検知光ファイバセンサを作製し、図１の構造を有する実施例１〜５、比較例１〜２、図４の構造を有する実施例６とした。条件は、ゴム紐の種類（材料）と径、第１の線状体の種類（性状）と硬度、第２の線状体の種類（性状）と硬度であり、その結果得られた硬度差、各温度における感度を示す。発泡ゴムの硬度は、ＳＲＩＳ  ０１０１による値を表し、ソリッドゴムの硬度はＪＩＳ  Ｋ６２５３のデュロメータタイプＡによる値である。センサの感度は、長さ１ｍの衝撃検知光ファイバセンサの中心部の１００ｍｍ領域に１ＫＮの加重が印加された時に生じる光透過損失で定義する。測定は、図２に示すように衝撃検知光ファイバセンサ１の片端から光源２１により波長６６０ｎｍのＬＥＤ光を入射し、他端から出射した光を受光器２２としてパワーメータで受光して行った。
【００４８】
【表１】
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【００４９】
表１に示されるように、実施例１〜６は、第１の線状体３に発泡ゴムを用い、第２の線状体４にソリッドゴムを用い、硬度差が２０°以上である。一方、比較例１は、第１の線状体３も第２の線状体４も発泡ゴムであり、硬度差は０である。比較例２は、第１の線状体３も第２の線状体４もソリッドゴムであり、硬度差は０である。
【００５０】
各例の各温度における感度を見ると、実施例１〜６はいずれの温度でも感度が高いが、比較例１〜２はいずれの温度でも感度が低い。この結果により、本発明の衝撃検知光ファイバセンサは、曲げや圧縮により光の伝送損失が発生しやすく、しかも、広範な温度範囲においてその性能を安定的に維持できることが立証された。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態を示す衝撃検知光ファイバセンサの横断面及び側面図である。
【図２】衝撃検知光ファイバセンサを用いた衝撃検知装置の構成図である。
【図３】衝撃検知光ファイバセンサを用いた衝撃検知装置（衝撃印加時）の構成図である。
【図４】本発明の他の実施形態を示す衝撃検知光ファイバセンサの横断面及び側面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  衝撃検知光ファイバセンサ
２  光ファイバ
３  第１の線状体
４  第２の線状体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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