光ファイバセンサー
【課題】低出射光角度を有するとともに、曲げによる光ロスが小さい光ファイバセンサーを得る。
【解決手段】屈折率の高い透明な芯樹脂からなる７本以上１００００本以下の芯繊維、各々の該芯繊維の周りを取り囲み該芯樹脂の屈折率よりも低い屈折率を有する透明な第１鞘樹脂からなる第１鞘層、及び各々の該第１鞘層の外側を取り囲み該第１鞘樹脂より屈折率が低い第２鞘樹脂に着色物質を分散させた第２鞘樹脂組成物からなる第２鞘層が一まとめの繊維状になるように複合紡糸法によって製造された長さが５０ｃｍ以上５ｍ以下である１本以上の多芯プラスチック光ファイバ、発光素子、並びに受光素子からなることを特徴とする光ファイバセンサー。
【解決手段】屈折率の高い透明な芯樹脂からなる７本以上１００００本以下の芯繊維、各々の該芯繊維の周りを取り囲み該芯樹脂の屈折率よりも低い屈折率を有する透明な第１鞘樹脂からなる第１鞘層、及び各々の該第１鞘層の外側を取り囲み該第１鞘樹脂より屈折率が低い第２鞘樹脂に着色物質を分散させた第２鞘樹脂組成物からなる第２鞘層が一まとめの繊維状になるように複合紡糸法によって製造された長さが５０ｃｍ以上５ｍ以下である１本以上の多芯プラスチック光ファイバ、発光素子、並びに受光素子からなることを特徴とする光ファイバセンサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は物体の有無や大きさなどを検出する光ファイバ式の光電スイッチなどに使用する光ファイバセンサーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバセンサーは光ファイバ式の光電スイッチなどに使用されているものであり、発光素子、例えば発光ダイオードと、受光素子、例えばフォトダイオードと、その間の光の通路となる１本以上の光ファイバからなるものである。タイプとしては、発光素子と光ファイバとの間、光ファイバと受光素子の間、または光ファイバと光ファイバの間の光の通路となっている空間において物体が光を遮ることで物体を検知する透過型と物体から反射する光を捕らえて物体を検知する反射型とがある。用途は、ＦＡやＯＡなどにおける物体検出や位置検出に使用する。
【０００３】
従来、光ファイバセンサーに使用する多芯プラスチック光ファイバとしては、屈折率の高い透明な芯樹脂からなる、個々の芯の直径が５ミクロン乃至５０ミクロンであり、少なくとも５００個以上の芯樹脂の島とそれを取り囲む屈折率の低い鞘樹脂からなる海島構造体、あるいは芯樹脂とそれを取り囲む屈折率の低い鞘樹脂が同心円構造の島とし、その周りを第３の樹脂で充満した海島構造体として一纏めにした、断面が円状の多芯光ファイバが提案されていた（特許文献１参照）。特許文献１記載の発明は、発光素子と光ファイバとの相対位置のずれなどにより出射光の出射角に対する強度分布が変化するために使用範囲が限定されるという問題を解決したものである。
【０００４】
また、ファイバＮＡが小さく高速通信が可能で、かつ曲げによる光ロスが小さいプラスチック多芯光ファイバとしては、透明な芯樹脂からなる複数本の芯樹脂とその各々の芯樹脂を取り囲む芯樹脂のよりも低い屈折率の樹脂からなる第１鞘樹脂と、第１鞘を取り囲む、第１鞘より屈折率の低い樹脂からなる第２鞘からなる光信号伝送用多芯プラスチック光ファイバが提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
また、伝送画像が明るく解像度の優れたプラスチック多芯光ファイバとしては、直径２〜７０μの芯−鞘構造を有する１００〜３００００個のプラスチック製島部が海部に最密充填構造配列に配置されたプラスチック系マルチフィラメント型光ファイバであり、海成分が遮光特性を備えており、鞘部の厚さが１．５μｍ以下であり、かつファイバ長さ１ｍにおける漏光画素の最大漏光相対値が１０％以下であることを特徴とするプラスチック系マルチ光ファイバが提案されている（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平５−４０１８０号公報
【特許文献２】国際公開第９８／３５２４７号パンフレット
【特許文献３】特開平４−１５８３０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の特許文献１記載の発明においては、出射光角度に対する光強度分布が単純な強度分布を持つ光ファイバセンサーを実現するために個々の芯の直径を５ミクロン乃至５０ミクロンと非常に小さくした多芯プラスチック光ファイバを使用することが提案されている。しかしながら、レンズでこの光ファイバセンサーの出射光を絞らなくてよいように出射光角度を小さくすることを目的としてファイバＮＡを小さく設定した場合には、多芯プラスチック光ファイバ部の曲げによる光ロスが無視できなくなるという問題があることが判明した。
本発明は、低出射光角度を有するとともに曲げによる光ロスが少ない光ファイバセンサーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上記課題を解決するために特許文献２記載の屈折率が段階的に異なる二重の鞘で囲まれた芯を有する多芯プラスチック光ファイバを利用することを考えたが、うまく行かなかった。
即ち、上記多芯プラスチック光ファイバに入射した光は、ファイバの中を進行するにつれ、最初は、あたかも、芯と第２鞘層からなる光ファイバであるかのごとく、ファイバ軸に対し比較的大きな角度で進行する光もより小さな角度で進行する光も伝播させていくが、ファイバ内の伝搬距離が長くなるにつれ、ついには芯と第１鞘層からなる光ファイバであるかのようにファイバ軸に対してより小さな角度で伝播する光と化していくものと考えられる。
【０００８】
即ち、比較的大きな角度で芯に入射した光は、芯と第１鞘層との境界面を貫通して行き、第１鞘層と第２鞘層との境界面で全反射しながら光ファイバ内を進行して行く。しかしながら、通常の多芯プラスチック光ファイバにおいて第１鞘層を構成するフッ素樹脂は芯繊維を構成するポリメチルメタクリレート系樹脂ほどの光透過性はないので、比較的大きな角度で芯に入射した光は、反射の繰り返しのうちに減衰して消失するか、或は何らかの反射角度の変化により、芯と第１鞘層との境界面で全反射して行く有益な光に変換されるものと考えられる。
【０００９】
これに対して、光ファイバ部の長さが５０ｃｍ以上５ｍ以下程度であり、伝搬距離の短い光ファイバセンサーにおいては、比較的大きな角度で芯に入射した光が十分に減衰しないまま残るので出射光角度が大きいまま維持されると考えられる。
そこで、本発明者は、短い伝搬距離であっても比較的大きな角度で芯に入射した光を十分に減衰させることができればよいと考え、第２鞘樹脂に着色物質を分散させた第２鞘樹脂組成物とするとの着想に基づき検討した結果、本発明の多芯プラスチック光ファイバと発光素子と受光素子からなる光ファイバセンサーに想到した。
【００１０】
即ち、本発明は、屈折率の高い透明な芯樹脂からなる７本以上１００００本以下の芯繊維、各々の該芯繊維の周りを取り囲み該芯樹脂の屈折率よりも低い屈折率を有する透明な第１鞘樹脂からなる第１鞘層、及び各々の各第１鞘層の外側を取り囲み該第１鞘樹脂より屈折率が低い第２鞘樹脂に着色物質を分散させた第２鞘樹脂組成物からなる第２鞘層が一まとめの繊維状になるように複合紡糸法によって製造された長さが５０ｃｍ以上５ｍ以下である１本以上の多芯プラスチック光ファイバ、発光素子、並びに受光素子からなることを特徴とする光ファイバセンサーである。
【００１１】
本発明の光ファイバセンサーは、ナトリウムのＤ線を用いて２０℃で測定した芯樹脂、第１鞘樹脂、及び第２鞘樹脂の屈折率をそれぞれｎCORE、ｎCLAD1、及びｎCLAD2とし、ファイバＮＡを（ｎC0RE2−ｎCLAD12）0.5で定義した時に、多芯プラスチック光ファイバのファイバＮＡが０．１１以上０．４５以下であり、かつ、第１鞘樹脂の屈折率と第２鞘樹脂の屈折率とが０．１５≧ｎCLAD1−ｎCLAD2≧０．０２なる関係式を満たすものであることが好ましい。
また、着色物質がカーボンブラックであり、第２鞘樹脂組成物に対するカーボンブラックの含有量が０．１重量％〜２．０重量％であることがより好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光ファイバセンサーは、低出射光角度を有するとともに曲げによる光ロスが小さいという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、屈折率の高い透明な芯樹脂からなる７本以上１００００本以下の芯繊維、各々の該芯繊維の周りを取り囲み該芯樹脂の屈折率よりも低い屈折率を有する透明な第１鞘樹脂からなる第１鞘層、及び各々の該第１鞘層の外側を取り囲み該第１鞘樹脂より屈折率が低い第２鞘樹脂に着色物質を分散させた第２鞘樹脂組成物からなる第２鞘層が一まとめの繊維状になるように複合紡糸法によって製造された長さが５０ｃｍ以上５ｍ以下である多芯プラスチック光ファイバ、発光素子、並びに受光素子からなることを特徴とする光ファイバセンサーである。
なお、上記第２鞘層は、第２鞘層同士がくっついて海部になっている構成を含むものとする。すなわち、多芯プラスチック光ファイバの断面において、芯繊維と第１鞘層からなる島部に対して該第２鞘層が海部となる配置であっても、芯繊維と第１鞘層と第２鞘層からなる島部に対して、別の樹脂が海部となる配置であってもよい。
【００１４】
本発明において使用される多芯プラスチック光ファイバの断面の直径は、０．１ｍｍ〜３ｍｍ程度であり、通常は０．３ｍｍ〜１．５ｍｍ程度である。断面における芯の数としては、最低７個で円形配置が可能となり好ましい。断面における芯の最大数については、多芯プラスチック光ファイバの製造の容易さから１００００個以内が好ましい。より好ましくは１９個〜１０００個である。芯の直径は５μｍ〜５００μｍが好ましい。より好ましくは６０μｍ〜２００μｍである。また、第１鞘層の厚みは０．８〜３．０μｍが好ましい。
【００１５】
本発明に使用する多芯プラスチック光ファイバの芯樹脂としては、各種の透明樹脂が使用できる。特に好ましい樹脂としてはポリメチルメタクリレート系の樹脂が使用できる。例えばメチルメタクリレート単独重合体や、メチルメタクリレートを５０重量％以上含んだ共重合体で、共重合可能な成分として、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチルなどのアクリル酸エステル類、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸シクロヘキシルなどのメタクリル酸エステル類、イソプロピルマレイミドのようなマレイミド類、アクリル酸、メタクリル酸、スチレンなどがあり、これらの中から一種以上適宜選択して共重合させることができる。その他好ましい樹脂として、スチレン系樹脂が使用できる。例えばスチレン単独重合体やスチレン−メチルメタクリレート共重合体などである。その他好ましい樹脂として、ポリカーボネート系樹脂が使用できる。ポリカーボネート系樹脂は耐熱性が高いこと、及び吸湿性が低いという特徴を有する。
【００１６】
次に芯と第１鞘樹脂の関係について述べる。屈折率は、ナトリウムのＤ線を用いて２０℃で測定する。芯樹脂、第１鞘樹脂、及び第２鞘樹脂の屈折率をそれぞれ、ｎCORE、ｎCLAD1、及びｎCLAD2としたとき、多芯プラスチック光ファイバのファイバＮＡ（開口数）は次式で規定される。
ファイバＮＡ＝（ｎCORE2−ｎCLAD12）0.5
【００１７】
本発明においてはファイバＮＡの値としては０．１〜０．６５程度を対象としているが、本発明の効果はファイバＮＡが低ければ低いほど、そして第１鞘層と第２鞘層の屈折率の差が大きいほど大きい。それらが特に顕著になるのはファイバＮＡが０．１１以上０．４５以下であり、かつ０．１５>ｎCLAD1−ｎCLAD2≧０．０２の多芯プラスチック光ファイバである。特許文献１記載の単一鞘の多芯プラスチック光ファイバにおいては、ファイバＮＡが０．２のように低い場合、光ファイバを曲げた時の光量ロスが大きくなるが、本発明の２層鞘構造の多芯プラスチック光ファイバにすれば、曲げた時の光量ロスの抑制に対して著しい効果を上げることができる。
【００１８】
さて第１鞘樹脂として具体的に例をあげれば、芯樹脂がポリメチルメタクリレート系の樹脂の場合であれば、フルオロアルキルメタクリレート系樹脂やビニリデンフロライド系樹脂やビニリデンフロライド系樹脂とメタクリレート系樹脂を混合したアロイなどである。特にフルオロアルキルメタクリレート系樹脂は結晶性がなく好ましい。フルオロアルキルメタクリレートとしては次式の化合物である。
【００１９】
【化１】
【００２０】
上式において、ｎは１または２、 ｍは１〜１１までの整数、Ｘ はＨまたはＦである。これらで示されるフルオロアルキルメタクリレートの１種類以上と、他の共重合可能なフルオロアルキルアクリレートやアルキルメタクリレートやアルキルアクリレートなどとの共重合体がフルオロアルキルメタクリレート系樹脂として好適である。
【００２１】
さらに具体的に例をあげれば、フルオロアルキルメタクリレートとしては、トリフロオロエチルメタクリレート（以下、「３ＦＭＡ」ともいう。）、テトラフルオロプロピルメタクリレート（以下、「４ＦＭＡ」ともいう。）、ペンタフルオロプロピルメタクリレート、ヘプタデカフルオロデシルメタクリレート（以下、「１７ＦＭＡ」ともいう。）、オクタフルオロペンチルメタクリレートなどがあり、フッ化アクリレートモノマーとしては，トリフルオロエチルアクリレート、テトラフルオロプロピルアクリレート、オクタフルオロペンチルアクリレートなどがある。
【００２２】
そしてこれらの低屈折率成分であるフッ素系モノマーの他に、高屈折率成分として、メチルメタクリレート（以下、「ＭＭＡ」ともいう。）やエチルメタクリレートなどのメタクリレートモノマーやメチルアクリレートやエチルアクリレート、ブチルアクリレートなどのアクリレートモノマー、メタクリル酸やアクリル酸などとのいろいろな組合せによる共重合体が挙げられる。
【００２３】
ビニリデンフロライド系樹脂として例を挙げれば、ビニリデンフロライドとヘキサフロロアセトンの共重合体、或いはこれらの２元成分にさらに、トリフロロエチレンやテトラフロロエチレンを加えた３元以上の共重合体。さらに、ビニリデンフロライドとヘキサフロロプロペンの共重合体、或いはこれらの２元成分にさらに、トリフロロエチレンやテトラフロロエチレンを加えた３元以上の共重合体、さらにビニリデンフロライドとテトラフロロエチレンの２元共重合体がある。これらの中でも、特に、ビニリデンフロライド８０モル％とテトラフロロエチレン２０モル％からなる共重合体が好ましい。その他、ビニリデンフロライドとトリフロロエチレンの２元共重合体などがある。
そしてさらにこれらのビニリデンフロライド系樹脂とメタクリレート系樹脂を混合したアロイを使用すると良い。メタクリレート系の樹脂としては、メチルメタクリレートやエチルメタクリレートの単独重合体や、或いは、これらを主体とする共重合体であり、これらにメチルメタクリレートやブチルアクリレートなどのアルキルアクリレートやアルキルメタクリレートなどを共重合しても良い。
【００２４】
また、ファイバＮＡが０．２５よりも低い場合の第１鞘樹脂としては、メチルメタクリレートとブチルアクリレートの共重合体のようにフッ素成分を含まぬ樹脂も可能である。さて第１鞘樹脂は、ファイバＮＡを調整するために屈折率が調整選択されるが、さらに第１鞘層は、光の反射層というだけではなく、光透過層としての機能もある程度は必要であり、透明性がより高い方が好ましく、その理由からフルオロアルキルメタクリレート系の樹脂やビニリデンフロライド系樹脂とメタクリレート系樹脂の混合体で透明度の高いものがより好ましい。
【００２５】
第２鞘樹脂は、第１鞘樹脂より屈折率が低い樹脂である必要がある。この屈折率は低ければ低いほど、本発明には適している。第２鞘樹脂としては、第１鞘樹脂と同様なフルオロアルキルメタクリレート系樹脂やビニリデンフロライド系樹脂が好ましく、より好ましくはビニリデンフロライド系樹脂である。その理由は、ビニリデンフロライド系樹脂は、可撓性があり、機械的に強度があり、さらに第１鞘樹脂がフルオロアルキルメタクリレート系樹脂やビニリデンフロライド系樹脂とメタクリレート系樹脂の混合物の場合には、それらとよく接着して機械的にも強固な多芯プラスチック光ファイバが得られるからである。
【００２６】
それらのビニリデンフロライド系樹脂は、ビニリデンフロライドとテトラフロロエチレンの共重合体、ビニリデンフロライドとヘキサフロロプロペンの共重合体、ビニリデンフロライドとヘキサフロロアセトンの共重合体、ビニリデンフロライドとトリフロロエチレンの共重合体、ビニリデンフロライドとトリフロロエチレンとヘキサフロロアセトンの共重合体、ビニリデンフロライドとテトラフロロエチレンとヘキサフロロアセトンの共重合体、ビニリデンフロライドとトリフロロエチレンとヘキサフロロアセトンの共重合体、ビニリデンフロライドとテトラフロロエチレンとヘキサフロロプロペンの共重合体などをあげることができる。
【００２７】
第２鞘樹脂組成物においては、第２鞘樹脂に着色物質を含有させる。着色物質の適切な含有量は、後述する出射角が小さくなるように定めるが、ファイバ長が短いほど含有量を大きくすることが好ましい。具体的に着色物質としてカーボンブラックを使用した場合、第２鞘樹脂組成物に占める割合は、第１鞘層と第２鞘層の境界面で一部の光を反射させるために０．１重量％以上２．０重量％以下が好ましく、０．５重量％以上１．５重量％以下がより好ましい。カーボンブラックが２．０重量％以下であると曲げによる光ロスが小さく、０．１重量％以上であると出射光角度が十分に小さくなる。
上述の樹脂を用いて複合紡糸を行うことによって、多芯プラスチック光ファイバを製造することができる。多芯プラスチック光ファイバの外形は、押出延伸によって円になり、また延伸比を変化させることにより外径及び各々の芯径は、細くすることができる。
【００２８】
得られた多芯プラスチック光ファイバ断面の一例の模式図を図１に示す。図１において第２鞘樹脂は海部を構成しているが、第２鞘樹脂が第２鞘層を構成し、別の樹脂からなる海部を有するものであってもよい。また、多芯プラスチック光ファイバは、上述のように芯繊維と第１鞘層と第２鞘層または海部からなる多芯プラスチック光ファイバ裸線であってもよいし、該裸線をポリエチレン等の保護層で被覆した多芯プラスチック光ファイバケーブルであってもよい。
本発明の光ファイバセンサーは、上述した多芯プラスチック光ファイバ、発光素子、及び受光素子からなる。発光素子としてはＬＥＤが好ましく、受光素子としてはフォトダイオードが好ましい。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明を実施例と比較例により説明する。
［実施例１］
芯樹脂として、屈折率ｎcore １．４９２のポリメチルメタクリレート樹脂でメルトフローインデックスが２３０℃、荷重３．８Ｋｇ、オリフィスの直径２ｍｍ、長さ８ｍｍの条件で、１． ５ｇ／１０分であるものを用いた。なお、実施例及び比較例記載の各樹脂において、メルトフローインデックスは上記と同条件を用いて測定した。
第１鞘樹脂として、１７ＦＭＡ４５重量％、４ＦＭＡ２０重量％、及びＭＭＡ３５重量％をキャスト重合した共重合体であって、メルトフローインデックスが３５ｇ／１０分、屈折率が１．４２８の樹脂を用いた。
【００３０】
第２鞘樹脂組成物として、ビニリデンフロライド８０モル％とテトラフロロエチレン２０モル％の共重合体で、メルトフローインデックスが３０ｇ／１０分、屈折率は１．４０２の第２鞘樹脂にカーボンブラックを０．７重量％分散させたものを用いた。
複合紡糸ダイとしては、３７芯を有し、各々の芯繊維を第１鞘層と第２鞘層とが二層に被覆する構造のダイスを用いた。この複合紡糸ダイに、芯樹脂と第１鞘樹脂と第２鞘樹脂組成物の容積の比率が８０対１０対１０になるように供給し、ダイから排出されるストランドを収束し、２倍に延伸して、直径０．５ｍｍの２鞘多芯プラスチック光ファイバ裸線を製造した。この多芯プラスチック光ファイバのファイバＮＡは０．４３である。さらにこの裸線を黒色ポリエチレンで被覆し、直径１．５ｍｍの２鞘多芯プラスチック光ファイバケーブルを得た。
【００３１】
次にこの多芯プラスチック光ファイバケーブルを３ｍの長さに切り取り、波長が６５０ｎｍでＬＮＡが０．６以上のＬＥＤ光（ＨＡＫＴＲＯＮＩＣＳ社ｐｈｏｔｏｍ２０５）を入射せしめ、上記多芯プラスチック光ファイバケーブルを通して出射される光量の該ケーブルの曲げによる変化を測定したところ、０．１ｄBであった。光量変化測定方法は以下のとおりである。
図２のように、ｐｈｏｔｏｍ２０５と上記多芯プラスチック光ファイバケーブルを接続し、該ケーブルにＬＥＤ光を入射し、フォトダイオード（ＰＤ）で光量を測定する。まずファイバに曲率半径２ｃｍ未満の屈曲を与えない状態で測定した時の光量を０ｄＢとし、次にファイバ全長の中央部分を曲率半径２ｍｍで９０°折り曲げた光量を測定し、両者の差を曲げによる光量変化とする。
【００３２】
次に、上記３ｍ多芯プラスチック光ファイバケーブルに、波長が６５０ｎｍでＬＮＡが０．６以上のＬＥＤ光（ＨＡＫＴＲＯＮＩＣＳ社ｐｈｏｔｏｍ２０５）を入射せしめ、上記多芯プラスチック光ファイバケーブルを通して出射される出射光角度を測定したところ、５２°であった。この値は、（ｎC0RE2−ｎCLAD22）0.5で定義される芯と第２鞘のＮＡ＝０．５１より計算される出射光角度６１°に対して十分小さく、ファイバＮＡ＝０．４３より計算される出射光角度５１°とほぼ同程度になっている。出射光角度の測定方法は以下のとおりである。
図３のように、ｐｈｏｔｏｍ２０５と上記多芯プラスチック光ファイバケーブルを接続し、該ケーブルにＬＥＤ光を入射し、ファイバ端から１０ｍｍ離れたところのスクリーン上に写る光のスポット径を定規を用いて目視で測定し、出射光角度を求める。
【００３３】
［比較例１］
実施例１において、第２鞘樹脂組成物としてカーボンブラックを分散させない第２鞘樹脂を使用した以外は同一条件で直径０．５ｍｍの２鞘多芯プラスチック光ファイバ裸線を製造した。この多芯光ファイバのファイバＮＡは、０．４３である。（ｎC0RE2−ｎCLAD22）0.5で定義される芯と第２鞘の屈折率から求めたＮＡは０．５１である。さらにこの裸線に黒色ポリエチレンで被覆し、１．５ｍｍの２重鞘構造多芯プラスチック光ファイバケーブルを得た。
【００３４】
次にこの多芯プラスチック光ファイバケーブルを３ｍの長さに切り取り、波長が６５０ｎｍでＬＮＡが０．６以上のＬＥＤ光（ＨＡＫＴＲＯＮＩＣＳ社ｐｈｏｔｏｍ２０５）を入射せしめ、曲げによる光量変化と出射光角度を測定した。光量変化は０．１ｄＢ、出射光角度は６１°、すなわち芯と第２鞘のＮＡ＝０．５１より計算される出射光角度と同一であった。
【００３５】
［実施例２］
芯樹脂として、屈折率ｎcore１．４９２のポリメチルメタクリレート樹脂でメルトフローインデックスが１．５ｇ／１０分であるものを用いた。
第１鞘樹脂として、１７ＦＭＡ１４重量％、４ＦＭＡ６重量％、３ＦＭＡ６重量％、及びＭＭＡ７４重量％をキャスト重合した共重合体であって、メルトフローインデックスが３１ｇ／１０分、 屈折率が１．４７の樹脂を用いた。
第２鞘樹脂組成物として、ビニリデンフロライド８０モル％とテトラフロロエチレン２０モル％の共重合体であって、メルトフローインデックスが３０ｇ／１０分、屈折率は１．４０２の第２鞘樹脂にカーボンブラックを１．２重量％分散させたものを用いた。
【００３６】
複合紡糸ダイとしては、３７芯を有し、各々の芯繊維を第１鞘層と第２鞘層とが二層に被覆する構造のダイスを用いた。この複合紡糸ダイに、芯樹脂と第１鞘樹脂と第２鞘樹脂組成物の容積の比率が８０対１０対１０になるように供給し、ダイから排出されるストランドを収束し、２倍に延伸して、直径１．２ｍｍの２鞘多芯プラスチック光ファイバ裸線を製造した。この多芯プラスチック光ファイバのファイバＮＡは、０．２６である。さらにこの裸線を黒色ポリエチレンで被覆し、直径２．２ｍｍの２鞘多芯プラスチック光ファイバケーブルを得た。
【００３７】
次にこの多芯プラスチック光ファイバケーブルを１ｍの長さに切り取り波長が６５０ｎｍでＬＮＡが０．６以上のＬＥＤ光（ＨＡＫＴＲＯＮＩＣＳ社ｐｈｏｔｏｍ２０５）を入射せしめ、曲げによる光量変化と出射光角度を測定した。光量変化は０．２ｄＢ、出射光角度は３７°であった。
【００３８】
［比較例２］
実施例２において、多芯プラスチック光ファイバケーブルを２０ｃｍの長さに切り取った以外は同一条件で、波長が６５０ｎｍでＬＮＡが０．６以上のＬＥＤ光（ＨＡＫＴＲＯＮＩＣＳ社ｐｈｏｔｏｍ２０５）を入射せしめ、曲げによる光量変化と出射光角度を測定した。光量変化は０．６ｄＢ、出射光角度は５２°であった。
【００３９】
［比較例３］
芯樹脂として屈折率ｎcore１．４９２のポリメチルメタクリレート樹脂でメルトフローインデックスが１．５ｇ／１０分であるものを用いた。
第１鞘樹脂として、１７ＦＭＡ１４重量％、４ＦＭＡ６重量％、３ＦＭＡ６重量％、ＭＭＡ７４重量％をキャスト重合して、メルトフローインデックスが３１ｇ／１０分、屈折率が１．４７を用いた。
複合紡糸ダイとしては、２１７芯を有し、各々の芯繊維を第１鞘層が被覆する構造のダイスを用いた。この複合紡糸ダイに、芯樹脂と第１鞘樹脂の容積の比率が８０対２０になるように供給し、ダイから排出されるストランドを収束し、２倍に延伸して、直径１．０ｍｍの多芯プラスチック光ファイバ裸線を製造した。この多芯プラスチック光ファイバのファイバＮＡは、０．２６である。さらにこの裸線を黒色ポリエチレンで被覆し、直径２．２ｍｍの１鞘多芯プラスチック光ファイバケーブルを得た。
【００４０】
次にこの多芯プラスチック光ファイバケーブルを３ｍの長さに切り取り、波長が６５０ｎｍでＬＮＡが０．６以上のＬＥＤ光（ＨＡＫＴＲＯＮＩＣＳ社ｐｈｏｔｏｍ２０５）を入射せしめ、曲げによる光量変化と出射光角度を測定した。光量変化は６．６ｄＢ、出射光角度は３０°であった。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の光ファイバセンサーは、光ファイバ式の光電スイッチなどの光センサーとして好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明で使用される多芯プラスチック光ファイバの一例の断面の模式図である。
【図２】曲げによる多芯プラスチック光ファイバの光量変化測定方法を説明する模式図である。
【図３】多芯プラスチック光ファイバの出射光角度の測定方法を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 芯繊維
２ 第１鞘層
３ 海部
４ 多芯プラスチック光ファイバ
５ 曲率半径２ｍｍの９０°曲げ部分
６ スクリーン上のスポット
７ 出射光角度
【技術分野】
【０００１】
本発明は物体の有無や大きさなどを検出する光ファイバ式の光電スイッチなどに使用する光ファイバセンサーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバセンサーは光ファイバ式の光電スイッチなどに使用されているものであり、発光素子、例えば発光ダイオードと、受光素子、例えばフォトダイオードと、その間の光の通路となる１本以上の光ファイバからなるものである。タイプとしては、発光素子と光ファイバとの間、光ファイバと受光素子の間、または光ファイバと光ファイバの間の光の通路となっている空間において物体が光を遮ることで物体を検知する透過型と物体から反射する光を捕らえて物体を検知する反射型とがある。用途は、ＦＡやＯＡなどにおける物体検出や位置検出に使用する。
【０００３】
従来、光ファイバセンサーに使用する多芯プラスチック光ファイバとしては、屈折率の高い透明な芯樹脂からなる、個々の芯の直径が５ミクロン乃至５０ミクロンであり、少なくとも５００個以上の芯樹脂の島とそれを取り囲む屈折率の低い鞘樹脂からなる海島構造体、あるいは芯樹脂とそれを取り囲む屈折率の低い鞘樹脂が同心円構造の島とし、その周りを第３の樹脂で充満した海島構造体として一纏めにした、断面が円状の多芯光ファイバが提案されていた（特許文献１参照）。特許文献１記載の発明は、発光素子と光ファイバとの相対位置のずれなどにより出射光の出射角に対する強度分布が変化するために使用範囲が限定されるという問題を解決したものである。
【０００４】
また、ファイバＮＡが小さく高速通信が可能で、かつ曲げによる光ロスが小さいプラスチック多芯光ファイバとしては、透明な芯樹脂からなる複数本の芯樹脂とその各々の芯樹脂を取り囲む芯樹脂のよりも低い屈折率の樹脂からなる第１鞘樹脂と、第１鞘を取り囲む、第１鞘より屈折率の低い樹脂からなる第２鞘からなる光信号伝送用多芯プラスチック光ファイバが提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
また、伝送画像が明るく解像度の優れたプラスチック多芯光ファイバとしては、直径２〜７０μの芯−鞘構造を有する１００〜３００００個のプラスチック製島部が海部に最密充填構造配列に配置されたプラスチック系マルチフィラメント型光ファイバであり、海成分が遮光特性を備えており、鞘部の厚さが１．５μｍ以下であり、かつファイバ長さ１ｍにおける漏光画素の最大漏光相対値が１０％以下であることを特徴とするプラスチック系マルチ光ファイバが提案されている（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平５−４０１８０号公報
【特許文献２】国際公開第９８／３５２４７号パンフレット
【特許文献３】特開平４−１５８３０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の特許文献１記載の発明においては、出射光角度に対する光強度分布が単純な強度分布を持つ光ファイバセンサーを実現するために個々の芯の直径を５ミクロン乃至５０ミクロンと非常に小さくした多芯プラスチック光ファイバを使用することが提案されている。しかしながら、レンズでこの光ファイバセンサーの出射光を絞らなくてよいように出射光角度を小さくすることを目的としてファイバＮＡを小さく設定した場合には、多芯プラスチック光ファイバ部の曲げによる光ロスが無視できなくなるという問題があることが判明した。
本発明は、低出射光角度を有するとともに曲げによる光ロスが少ない光ファイバセンサーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上記課題を解決するために特許文献２記載の屈折率が段階的に異なる二重の鞘で囲まれた芯を有する多芯プラスチック光ファイバを利用することを考えたが、うまく行かなかった。
即ち、上記多芯プラスチック光ファイバに入射した光は、ファイバの中を進行するにつれ、最初は、あたかも、芯と第２鞘層からなる光ファイバであるかのごとく、ファイバ軸に対し比較的大きな角度で進行する光もより小さな角度で進行する光も伝播させていくが、ファイバ内の伝搬距離が長くなるにつれ、ついには芯と第１鞘層からなる光ファイバであるかのようにファイバ軸に対してより小さな角度で伝播する光と化していくものと考えられる。
【０００８】
即ち、比較的大きな角度で芯に入射した光は、芯と第１鞘層との境界面を貫通して行き、第１鞘層と第２鞘層との境界面で全反射しながら光ファイバ内を進行して行く。しかしながら、通常の多芯プラスチック光ファイバにおいて第１鞘層を構成するフッ素樹脂は芯繊維を構成するポリメチルメタクリレート系樹脂ほどの光透過性はないので、比較的大きな角度で芯に入射した光は、反射の繰り返しのうちに減衰して消失するか、或は何らかの反射角度の変化により、芯と第１鞘層との境界面で全反射して行く有益な光に変換されるものと考えられる。
【０００９】
これに対して、光ファイバ部の長さが５０ｃｍ以上５ｍ以下程度であり、伝搬距離の短い光ファイバセンサーにおいては、比較的大きな角度で芯に入射した光が十分に減衰しないまま残るので出射光角度が大きいまま維持されると考えられる。
そこで、本発明者は、短い伝搬距離であっても比較的大きな角度で芯に入射した光を十分に減衰させることができればよいと考え、第２鞘樹脂に着色物質を分散させた第２鞘樹脂組成物とするとの着想に基づき検討した結果、本発明の多芯プラスチック光ファイバと発光素子と受光素子からなる光ファイバセンサーに想到した。
【００１０】
即ち、本発明は、屈折率の高い透明な芯樹脂からなる７本以上１００００本以下の芯繊維、各々の該芯繊維の周りを取り囲み該芯樹脂の屈折率よりも低い屈折率を有する透明な第１鞘樹脂からなる第１鞘層、及び各々の各第１鞘層の外側を取り囲み該第１鞘樹脂より屈折率が低い第２鞘樹脂に着色物質を分散させた第２鞘樹脂組成物からなる第２鞘層が一まとめの繊維状になるように複合紡糸法によって製造された長さが５０ｃｍ以上５ｍ以下である１本以上の多芯プラスチック光ファイバ、発光素子、並びに受光素子からなることを特徴とする光ファイバセンサーである。
【００１１】
本発明の光ファイバセンサーは、ナトリウムのＤ線を用いて２０℃で測定した芯樹脂、第１鞘樹脂、及び第２鞘樹脂の屈折率をそれぞれｎCORE、ｎCLAD1、及びｎCLAD2とし、ファイバＮＡを（ｎC0RE2−ｎCLAD12）0.5で定義した時に、多芯プラスチック光ファイバのファイバＮＡが０．１１以上０．４５以下であり、かつ、第１鞘樹脂の屈折率と第２鞘樹脂の屈折率とが０．１５≧ｎCLAD1−ｎCLAD2≧０．０２なる関係式を満たすものであることが好ましい。
また、着色物質がカーボンブラックであり、第２鞘樹脂組成物に対するカーボンブラックの含有量が０．１重量％〜２．０重量％であることがより好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光ファイバセンサーは、低出射光角度を有するとともに曲げによる光ロスが小さいという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、屈折率の高い透明な芯樹脂からなる７本以上１００００本以下の芯繊維、各々の該芯繊維の周りを取り囲み該芯樹脂の屈折率よりも低い屈折率を有する透明な第１鞘樹脂からなる第１鞘層、及び各々の該第１鞘層の外側を取り囲み該第１鞘樹脂より屈折率が低い第２鞘樹脂に着色物質を分散させた第２鞘樹脂組成物からなる第２鞘層が一まとめの繊維状になるように複合紡糸法によって製造された長さが５０ｃｍ以上５ｍ以下である多芯プラスチック光ファイバ、発光素子、並びに受光素子からなることを特徴とする光ファイバセンサーである。
なお、上記第２鞘層は、第２鞘層同士がくっついて海部になっている構成を含むものとする。すなわち、多芯プラスチック光ファイバの断面において、芯繊維と第１鞘層からなる島部に対して該第２鞘層が海部となる配置であっても、芯繊維と第１鞘層と第２鞘層からなる島部に対して、別の樹脂が海部となる配置であってもよい。
【００１４】
本発明において使用される多芯プラスチック光ファイバの断面の直径は、０．１ｍｍ〜３ｍｍ程度であり、通常は０．３ｍｍ〜１．５ｍｍ程度である。断面における芯の数としては、最低７個で円形配置が可能となり好ましい。断面における芯の最大数については、多芯プラスチック光ファイバの製造の容易さから１００００個以内が好ましい。より好ましくは１９個〜１０００個である。芯の直径は５μｍ〜５００μｍが好ましい。より好ましくは６０μｍ〜２００μｍである。また、第１鞘層の厚みは０．８〜３．０μｍが好ましい。
【００１５】
本発明に使用する多芯プラスチック光ファイバの芯樹脂としては、各種の透明樹脂が使用できる。特に好ましい樹脂としてはポリメチルメタクリレート系の樹脂が使用できる。例えばメチルメタクリレート単独重合体や、メチルメタクリレートを５０重量％以上含んだ共重合体で、共重合可能な成分として、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチルなどのアクリル酸エステル類、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸シクロヘキシルなどのメタクリル酸エステル類、イソプロピルマレイミドのようなマレイミド類、アクリル酸、メタクリル酸、スチレンなどがあり、これらの中から一種以上適宜選択して共重合させることができる。その他好ましい樹脂として、スチレン系樹脂が使用できる。例えばスチレン単独重合体やスチレン−メチルメタクリレート共重合体などである。その他好ましい樹脂として、ポリカーボネート系樹脂が使用できる。ポリカーボネート系樹脂は耐熱性が高いこと、及び吸湿性が低いという特徴を有する。
【００１６】
次に芯と第１鞘樹脂の関係について述べる。屈折率は、ナトリウムのＤ線を用いて２０℃で測定する。芯樹脂、第１鞘樹脂、及び第２鞘樹脂の屈折率をそれぞれ、ｎCORE、ｎCLAD1、及びｎCLAD2としたとき、多芯プラスチック光ファイバのファイバＮＡ（開口数）は次式で規定される。
ファイバＮＡ＝（ｎCORE2−ｎCLAD12）0.5
【００１７】
本発明においてはファイバＮＡの値としては０．１〜０．６５程度を対象としているが、本発明の効果はファイバＮＡが低ければ低いほど、そして第１鞘層と第２鞘層の屈折率の差が大きいほど大きい。それらが特に顕著になるのはファイバＮＡが０．１１以上０．４５以下であり、かつ０．１５>ｎCLAD1−ｎCLAD2≧０．０２の多芯プラスチック光ファイバである。特許文献１記載の単一鞘の多芯プラスチック光ファイバにおいては、ファイバＮＡが０．２のように低い場合、光ファイバを曲げた時の光量ロスが大きくなるが、本発明の２層鞘構造の多芯プラスチック光ファイバにすれば、曲げた時の光量ロスの抑制に対して著しい効果を上げることができる。
【００１８】
さて第１鞘樹脂として具体的に例をあげれば、芯樹脂がポリメチルメタクリレート系の樹脂の場合であれば、フルオロアルキルメタクリレート系樹脂やビニリデンフロライド系樹脂やビニリデンフロライド系樹脂とメタクリレート系樹脂を混合したアロイなどである。特にフルオロアルキルメタクリレート系樹脂は結晶性がなく好ましい。フルオロアルキルメタクリレートとしては次式の化合物である。
【００１９】
【化１】
【００２０】
上式において、ｎは１または２、 ｍは１〜１１までの整数、Ｘ はＨまたはＦである。これらで示されるフルオロアルキルメタクリレートの１種類以上と、他の共重合可能なフルオロアルキルアクリレートやアルキルメタクリレートやアルキルアクリレートなどとの共重合体がフルオロアルキルメタクリレート系樹脂として好適である。
【００２１】
さらに具体的に例をあげれば、フルオロアルキルメタクリレートとしては、トリフロオロエチルメタクリレート（以下、「３ＦＭＡ」ともいう。）、テトラフルオロプロピルメタクリレート（以下、「４ＦＭＡ」ともいう。）、ペンタフルオロプロピルメタクリレート、ヘプタデカフルオロデシルメタクリレート（以下、「１７ＦＭＡ」ともいう。）、オクタフルオロペンチルメタクリレートなどがあり、フッ化アクリレートモノマーとしては，トリフルオロエチルアクリレート、テトラフルオロプロピルアクリレート、オクタフルオロペンチルアクリレートなどがある。
【００２２】
そしてこれらの低屈折率成分であるフッ素系モノマーの他に、高屈折率成分として、メチルメタクリレート（以下、「ＭＭＡ」ともいう。）やエチルメタクリレートなどのメタクリレートモノマーやメチルアクリレートやエチルアクリレート、ブチルアクリレートなどのアクリレートモノマー、メタクリル酸やアクリル酸などとのいろいろな組合せによる共重合体が挙げられる。
【００２３】
ビニリデンフロライド系樹脂として例を挙げれば、ビニリデンフロライドとヘキサフロロアセトンの共重合体、或いはこれらの２元成分にさらに、トリフロロエチレンやテトラフロロエチレンを加えた３元以上の共重合体。さらに、ビニリデンフロライドとヘキサフロロプロペンの共重合体、或いはこれらの２元成分にさらに、トリフロロエチレンやテトラフロロエチレンを加えた３元以上の共重合体、さらにビニリデンフロライドとテトラフロロエチレンの２元共重合体がある。これらの中でも、特に、ビニリデンフロライド８０モル％とテトラフロロエチレン２０モル％からなる共重合体が好ましい。その他、ビニリデンフロライドとトリフロロエチレンの２元共重合体などがある。
そしてさらにこれらのビニリデンフロライド系樹脂とメタクリレート系樹脂を混合したアロイを使用すると良い。メタクリレート系の樹脂としては、メチルメタクリレートやエチルメタクリレートの単独重合体や、或いは、これらを主体とする共重合体であり、これらにメチルメタクリレートやブチルアクリレートなどのアルキルアクリレートやアルキルメタクリレートなどを共重合しても良い。
【００２４】
また、ファイバＮＡが０．２５よりも低い場合の第１鞘樹脂としては、メチルメタクリレートとブチルアクリレートの共重合体のようにフッ素成分を含まぬ樹脂も可能である。さて第１鞘樹脂は、ファイバＮＡを調整するために屈折率が調整選択されるが、さらに第１鞘層は、光の反射層というだけではなく、光透過層としての機能もある程度は必要であり、透明性がより高い方が好ましく、その理由からフルオロアルキルメタクリレート系の樹脂やビニリデンフロライド系樹脂とメタクリレート系樹脂の混合体で透明度の高いものがより好ましい。
【００２５】
第２鞘樹脂は、第１鞘樹脂より屈折率が低い樹脂である必要がある。この屈折率は低ければ低いほど、本発明には適している。第２鞘樹脂としては、第１鞘樹脂と同様なフルオロアルキルメタクリレート系樹脂やビニリデンフロライド系樹脂が好ましく、より好ましくはビニリデンフロライド系樹脂である。その理由は、ビニリデンフロライド系樹脂は、可撓性があり、機械的に強度があり、さらに第１鞘樹脂がフルオロアルキルメタクリレート系樹脂やビニリデンフロライド系樹脂とメタクリレート系樹脂の混合物の場合には、それらとよく接着して機械的にも強固な多芯プラスチック光ファイバが得られるからである。
【００２６】
それらのビニリデンフロライド系樹脂は、ビニリデンフロライドとテトラフロロエチレンの共重合体、ビニリデンフロライドとヘキサフロロプロペンの共重合体、ビニリデンフロライドとヘキサフロロアセトンの共重合体、ビニリデンフロライドとトリフロロエチレンの共重合体、ビニリデンフロライドとトリフロロエチレンとヘキサフロロアセトンの共重合体、ビニリデンフロライドとテトラフロロエチレンとヘキサフロロアセトンの共重合体、ビニリデンフロライドとトリフロロエチレンとヘキサフロロアセトンの共重合体、ビニリデンフロライドとテトラフロロエチレンとヘキサフロロプロペンの共重合体などをあげることができる。
【００２７】
第２鞘樹脂組成物においては、第２鞘樹脂に着色物質を含有させる。着色物質の適切な含有量は、後述する出射角が小さくなるように定めるが、ファイバ長が短いほど含有量を大きくすることが好ましい。具体的に着色物質としてカーボンブラックを使用した場合、第２鞘樹脂組成物に占める割合は、第１鞘層と第２鞘層の境界面で一部の光を反射させるために０．１重量％以上２．０重量％以下が好ましく、０．５重量％以上１．５重量％以下がより好ましい。カーボンブラックが２．０重量％以下であると曲げによる光ロスが小さく、０．１重量％以上であると出射光角度が十分に小さくなる。
上述の樹脂を用いて複合紡糸を行うことによって、多芯プラスチック光ファイバを製造することができる。多芯プラスチック光ファイバの外形は、押出延伸によって円になり、また延伸比を変化させることにより外径及び各々の芯径は、細くすることができる。
【００２８】
得られた多芯プラスチック光ファイバ断面の一例の模式図を図１に示す。図１において第２鞘樹脂は海部を構成しているが、第２鞘樹脂が第２鞘層を構成し、別の樹脂からなる海部を有するものであってもよい。また、多芯プラスチック光ファイバは、上述のように芯繊維と第１鞘層と第２鞘層または海部からなる多芯プラスチック光ファイバ裸線であってもよいし、該裸線をポリエチレン等の保護層で被覆した多芯プラスチック光ファイバケーブルであってもよい。
本発明の光ファイバセンサーは、上述した多芯プラスチック光ファイバ、発光素子、及び受光素子からなる。発光素子としてはＬＥＤが好ましく、受光素子としてはフォトダイオードが好ましい。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明を実施例と比較例により説明する。
［実施例１］
芯樹脂として、屈折率ｎcore １．４９２のポリメチルメタクリレート樹脂でメルトフローインデックスが２３０℃、荷重３．８Ｋｇ、オリフィスの直径２ｍｍ、長さ８ｍｍの条件で、１． ５ｇ／１０分であるものを用いた。なお、実施例及び比較例記載の各樹脂において、メルトフローインデックスは上記と同条件を用いて測定した。
第１鞘樹脂として、１７ＦＭＡ４５重量％、４ＦＭＡ２０重量％、及びＭＭＡ３５重量％をキャスト重合した共重合体であって、メルトフローインデックスが３５ｇ／１０分、屈折率が１．４２８の樹脂を用いた。
【００３０】
第２鞘樹脂組成物として、ビニリデンフロライド８０モル％とテトラフロロエチレン２０モル％の共重合体で、メルトフローインデックスが３０ｇ／１０分、屈折率は１．４０２の第２鞘樹脂にカーボンブラックを０．７重量％分散させたものを用いた。
複合紡糸ダイとしては、３７芯を有し、各々の芯繊維を第１鞘層と第２鞘層とが二層に被覆する構造のダイスを用いた。この複合紡糸ダイに、芯樹脂と第１鞘樹脂と第２鞘樹脂組成物の容積の比率が８０対１０対１０になるように供給し、ダイから排出されるストランドを収束し、２倍に延伸して、直径０．５ｍｍの２鞘多芯プラスチック光ファイバ裸線を製造した。この多芯プラスチック光ファイバのファイバＮＡは０．４３である。さらにこの裸線を黒色ポリエチレンで被覆し、直径１．５ｍｍの２鞘多芯プラスチック光ファイバケーブルを得た。
【００３１】
次にこの多芯プラスチック光ファイバケーブルを３ｍの長さに切り取り、波長が６５０ｎｍでＬＮＡが０．６以上のＬＥＤ光（ＨＡＫＴＲＯＮＩＣＳ社ｐｈｏｔｏｍ２０５）を入射せしめ、上記多芯プラスチック光ファイバケーブルを通して出射される光量の該ケーブルの曲げによる変化を測定したところ、０．１ｄBであった。光量変化測定方法は以下のとおりである。
図２のように、ｐｈｏｔｏｍ２０５と上記多芯プラスチック光ファイバケーブルを接続し、該ケーブルにＬＥＤ光を入射し、フォトダイオード（ＰＤ）で光量を測定する。まずファイバに曲率半径２ｃｍ未満の屈曲を与えない状態で測定した時の光量を０ｄＢとし、次にファイバ全長の中央部分を曲率半径２ｍｍで９０°折り曲げた光量を測定し、両者の差を曲げによる光量変化とする。
【００３２】
次に、上記３ｍ多芯プラスチック光ファイバケーブルに、波長が６５０ｎｍでＬＮＡが０．６以上のＬＥＤ光（ＨＡＫＴＲＯＮＩＣＳ社ｐｈｏｔｏｍ２０５）を入射せしめ、上記多芯プラスチック光ファイバケーブルを通して出射される出射光角度を測定したところ、５２°であった。この値は、（ｎC0RE2−ｎCLAD22）0.5で定義される芯と第２鞘のＮＡ＝０．５１より計算される出射光角度６１°に対して十分小さく、ファイバＮＡ＝０．４３より計算される出射光角度５１°とほぼ同程度になっている。出射光角度の測定方法は以下のとおりである。
図３のように、ｐｈｏｔｏｍ２０５と上記多芯プラスチック光ファイバケーブルを接続し、該ケーブルにＬＥＤ光を入射し、ファイバ端から１０ｍｍ離れたところのスクリーン上に写る光のスポット径を定規を用いて目視で測定し、出射光角度を求める。
【００３３】
［比較例１］
実施例１において、第２鞘樹脂組成物としてカーボンブラックを分散させない第２鞘樹脂を使用した以外は同一条件で直径０．５ｍｍの２鞘多芯プラスチック光ファイバ裸線を製造した。この多芯光ファイバのファイバＮＡは、０．４３である。（ｎC0RE2−ｎCLAD22）0.5で定義される芯と第２鞘の屈折率から求めたＮＡは０．５１である。さらにこの裸線に黒色ポリエチレンで被覆し、１．５ｍｍの２重鞘構造多芯プラスチック光ファイバケーブルを得た。
【００３４】
次にこの多芯プラスチック光ファイバケーブルを３ｍの長さに切り取り、波長が６５０ｎｍでＬＮＡが０．６以上のＬＥＤ光（ＨＡＫＴＲＯＮＩＣＳ社ｐｈｏｔｏｍ２０５）を入射せしめ、曲げによる光量変化と出射光角度を測定した。光量変化は０．１ｄＢ、出射光角度は６１°、すなわち芯と第２鞘のＮＡ＝０．５１より計算される出射光角度と同一であった。
【００３５】
［実施例２］
芯樹脂として、屈折率ｎcore１．４９２のポリメチルメタクリレート樹脂でメルトフローインデックスが１．５ｇ／１０分であるものを用いた。
第１鞘樹脂として、１７ＦＭＡ１４重量％、４ＦＭＡ６重量％、３ＦＭＡ６重量％、及びＭＭＡ７４重量％をキャスト重合した共重合体であって、メルトフローインデックスが３１ｇ／１０分、 屈折率が１．４７の樹脂を用いた。
第２鞘樹脂組成物として、ビニリデンフロライド８０モル％とテトラフロロエチレン２０モル％の共重合体であって、メルトフローインデックスが３０ｇ／１０分、屈折率は１．４０２の第２鞘樹脂にカーボンブラックを１．２重量％分散させたものを用いた。
【００３６】
複合紡糸ダイとしては、３７芯を有し、各々の芯繊維を第１鞘層と第２鞘層とが二層に被覆する構造のダイスを用いた。この複合紡糸ダイに、芯樹脂と第１鞘樹脂と第２鞘樹脂組成物の容積の比率が８０対１０対１０になるように供給し、ダイから排出されるストランドを収束し、２倍に延伸して、直径１．２ｍｍの２鞘多芯プラスチック光ファイバ裸線を製造した。この多芯プラスチック光ファイバのファイバＮＡは、０．２６である。さらにこの裸線を黒色ポリエチレンで被覆し、直径２．２ｍｍの２鞘多芯プラスチック光ファイバケーブルを得た。
【００３７】
次にこの多芯プラスチック光ファイバケーブルを１ｍの長さに切り取り波長が６５０ｎｍでＬＮＡが０．６以上のＬＥＤ光（ＨＡＫＴＲＯＮＩＣＳ社ｐｈｏｔｏｍ２０５）を入射せしめ、曲げによる光量変化と出射光角度を測定した。光量変化は０．２ｄＢ、出射光角度は３７°であった。
【００３８】
［比較例２］
実施例２において、多芯プラスチック光ファイバケーブルを２０ｃｍの長さに切り取った以外は同一条件で、波長が６５０ｎｍでＬＮＡが０．６以上のＬＥＤ光（ＨＡＫＴＲＯＮＩＣＳ社ｐｈｏｔｏｍ２０５）を入射せしめ、曲げによる光量変化と出射光角度を測定した。光量変化は０．６ｄＢ、出射光角度は５２°であった。
【００３９】
［比較例３］
芯樹脂として屈折率ｎcore１．４９２のポリメチルメタクリレート樹脂でメルトフローインデックスが１．５ｇ／１０分であるものを用いた。
第１鞘樹脂として、１７ＦＭＡ１４重量％、４ＦＭＡ６重量％、３ＦＭＡ６重量％、ＭＭＡ７４重量％をキャスト重合して、メルトフローインデックスが３１ｇ／１０分、屈折率が１．４７を用いた。
複合紡糸ダイとしては、２１７芯を有し、各々の芯繊維を第１鞘層が被覆する構造のダイスを用いた。この複合紡糸ダイに、芯樹脂と第１鞘樹脂の容積の比率が８０対２０になるように供給し、ダイから排出されるストランドを収束し、２倍に延伸して、直径１．０ｍｍの多芯プラスチック光ファイバ裸線を製造した。この多芯プラスチック光ファイバのファイバＮＡは、０．２６である。さらにこの裸線を黒色ポリエチレンで被覆し、直径２．２ｍｍの１鞘多芯プラスチック光ファイバケーブルを得た。
【００４０】
次にこの多芯プラスチック光ファイバケーブルを３ｍの長さに切り取り、波長が６５０ｎｍでＬＮＡが０．６以上のＬＥＤ光（ＨＡＫＴＲＯＮＩＣＳ社ｐｈｏｔｏｍ２０５）を入射せしめ、曲げによる光量変化と出射光角度を測定した。光量変化は６．６ｄＢ、出射光角度は３０°であった。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の光ファイバセンサーは、光ファイバ式の光電スイッチなどの光センサーとして好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明で使用される多芯プラスチック光ファイバの一例の断面の模式図である。
【図２】曲げによる多芯プラスチック光ファイバの光量変化測定方法を説明する模式図である。
【図３】多芯プラスチック光ファイバの出射光角度の測定方法を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 芯繊維
２ 第１鞘層
３ 海部
４ 多芯プラスチック光ファイバ
５ 曲率半径２ｍｍの９０°曲げ部分
６ スクリーン上のスポット
７ 出射光角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率の高い透明な芯樹脂からなる７本以上１００００本以下の芯繊維、各々の該芯繊維の周りを取り囲み該芯樹脂の屈折率よりも低い屈折率を有する透明な第１鞘樹脂からなる第１鞘層、及び各々の該第１鞘層の外側を取り囲み該第１鞘樹脂より屈折率が低い第２鞘樹脂に着色物質を分散させた第２鞘樹脂組成物からなる第２鞘層が一まとめの繊維状になるように複合紡糸法によって製造された長さが５０ｃｍ以上５ｍ以下である１本以上の多芯プラスチック光ファイバ、発光素子、並びに受光素子からなることを特徴とする光ファイバセンサー。
【請求項２】
ナトリウムのＤ線を用いて２０℃で測定した芯樹脂、第１鞘樹脂、及び第２鞘樹脂の屈折率をそれぞれｎCORE、ｎCLAD1、及びｎCLAD2とし、ファイバＮＡを（ｎC0RE2−ｎCLAD12）0.5で定義した時に、多芯プラスチック光ファイバのファイバＮＡが０．１１以上０．４５以下であり、かつ、第１鞘樹脂の屈折率と第２鞘樹脂の屈折率とが０．１５≧ｎCLAD1−ｎCLAD2≧０．０２なる関係式を満たす請求項１記載の光ファイバセンサー。
【請求項３】
着色物質がカーボンブラックであり、第２鞘樹脂組成物に対するカーボンブラックの含有量が０．１重量％〜２．０重量％である請求項１〜２のいずれかに記載の光ファイバセンサー。
【請求項１】
屈折率の高い透明な芯樹脂からなる７本以上１００００本以下の芯繊維、各々の該芯繊維の周りを取り囲み該芯樹脂の屈折率よりも低い屈折率を有する透明な第１鞘樹脂からなる第１鞘層、及び各々の該第１鞘層の外側を取り囲み該第１鞘樹脂より屈折率が低い第２鞘樹脂に着色物質を分散させた第２鞘樹脂組成物からなる第２鞘層が一まとめの繊維状になるように複合紡糸法によって製造された長さが５０ｃｍ以上５ｍ以下である１本以上の多芯プラスチック光ファイバ、発光素子、並びに受光素子からなることを特徴とする光ファイバセンサー。
【請求項２】
ナトリウムのＤ線を用いて２０℃で測定した芯樹脂、第１鞘樹脂、及び第２鞘樹脂の屈折率をそれぞれｎCORE、ｎCLAD1、及びｎCLAD2とし、ファイバＮＡを（ｎC0RE2−ｎCLAD12）0.5で定義した時に、多芯プラスチック光ファイバのファイバＮＡが０．１１以上０．４５以下であり、かつ、第１鞘樹脂の屈折率と第２鞘樹脂の屈折率とが０．１５≧ｎCLAD1−ｎCLAD2≧０．０２なる関係式を満たす請求項１記載の光ファイバセンサー。
【請求項３】
着色物質がカーボンブラックであり、第２鞘樹脂組成物に対するカーボンブラックの含有量が０．１重量％〜２．０重量％である請求項１〜２のいずれかに記載の光ファイバセンサー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−１０９３００（Ｐ２００９−１０９３００Ａ）
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２８０９３６（Ｐ２００７−２８０９３６）
【出願日】平成１９年１０月２９日（２００７．１０．２９）
【出願人】（３０３０４６２７７）旭化成エレクトロニクス株式会社 (840)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月２９日（２００７．１０．２９）
【出願人】（３０３０４６２７７）旭化成エレクトロニクス株式会社 (840)
【Ｆターム（参考）】
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