JPH07301571A - 感温装置及び光伝搬路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 発光素子10と受光素子20との間に配された光
ファイバが石英、ガラス又は高分子材料からなる透明な
円柱状のコア部分２と、このコア部分の外周囲に接して
設けられ、コア部分２よりも屈折率の低い高分子材料か
らなる円筒状のクラッド部分３とによって構成されてい
る温度センサ又は温度ヒューズにおいて、例えば 150〜
200 ℃以上に周囲温度が上昇することによる温度上昇で
軟化若しくは溶融する物質が上記のコア部分２及び／又
はクラッド部分３に用いる高分子材料からなっているこ
と。 【効果】 広範囲の領域中の少なくとも１箇所における
温度上昇を非常に簡便でかつ安価に検知できる感温装
置、及びこれに用いる光伝搬路を提供することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は感温装置（特に温度セン
サ又は温度ヒューズ）及び光伝搬路（特に光ファイバ）
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、光ファイバを用いた光ファイバ温
度センサによるセンシング技術が発達している。光ファ
イバを用いて温度を測定する方法としては、光路長の変
化、複屈折変化、黒体放射、レイリー散乱等の現象を測
定する方法や、光ファイバの先端にその特性が温度に依
存する螢光物質を取り付ける方法が知られている。

【０００３】これらのセンシング技術のうち、温度変化
によるファイバ光路長の変化は、光干渉により精密に測
定できる。また、複屈折変化は、２つの偏光したモード
の位相定数の差を光干渉等により検出できる。しかしな
がら、これらの方法はいずれも、装置が高価であり、よ
ほど特殊な環境下でないと使用されない。

【０００４】黒体放射を測定する方法は、耐熱性ファイ
バの先端に耐熱金属をスパッタし、黒体放射部を形成す
るものであるが、高温火炎内部の温度測定等に用途が限
られる。

【０００５】レイリー散乱の温度変化を利用する方法
は、ファイバの長手方向の温度の検出が可能であるが、
レイリー散乱による後方散乱光強度は微弱であり、ＯＴ
ＤＲ（Ｏptical Ｔime Ｄomain Ｒefrectometry）によ
る特殊な検出法が必要である。

【０００６】光ファイバの先端にその特性が温度に依存
する螢光物質を取り付ける方法としては、ルミネセンス
波長に温度依存性のあるガリウム砒素結晶を用いる方
法、螢光物質の螢光強度の自由誘導減衰時間の温度依存
性を利用する方法が実用化されている。しかしながら、
これらの方法では、ファイバの長手方向の温度を検出す
ることはできない。

【０００７】その他の温度検知の方法としては、バイメ
タル、温度ヒューズ、放射温度計等が知られている。バ
イメタルは、複数種の熱膨張率の異なる金属、合金等を
貼り合わせ、温度変化によって生じる変形を利用して電
気的接点の開閉を行うものである。また、温度ヒューズ
は、比較的低融点の金属、合金等を用い、温度上昇によ
ってこれら金属、合金が融解して電気回路が遮断される
ことを利用するものである。しかしながら、これらの方
法では、センサが設置された極く近傍の温度変化しか検
出できないため、広い空間での温度上昇を検知するため
には、多くのセンサを配置する必要がある。

【０００８】放射温度計は、熱源から発生する熱線を電
磁波として検出するものであるが、装置自体が高価であ
るため、理科学的研究等や、非常に高温のために測定者
が近付けないような特殊な用途で使用されているにすぎ
ない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、広範
囲の領域中の少なくとも１箇所における温度上昇を非常
に簡便でかつ安価に検知できる感温装置、及びこれに用
いる光伝搬路を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、光伝搬
路（特に光ファイバ）と、この光伝搬路の一方側及び他
方側にそれぞれ設けられた発光素子及び受光素子とを有
し、前記光伝搬路が所定温度（特に、検知されるべき周
囲温度：通常は 150〜200 ℃程度）以上で軟化若しくは
溶融する物質を少なくとも一部に含んでいる感温装置に
係るものである。

【００１１】本発明の感温装置によれば、光伝搬路（特
に、光ファイバの長手方向）の少なくとも１箇所で発生
した温度上昇によって、光伝搬路を構成する物質の少な
くとも１部が軟化若しくは溶融するようにしているの
で、光伝搬路の少なくとも１箇所で熱変形又は切断（溶
断）が起きることになる。このため、発光素子から発生
して光伝搬路中を伝搬し、受光素子により検出される光
の強度が、温度上昇前と比べて著しく減少或いは遮断さ
れ、これを利用して、上記温度上昇を非常に簡便かつ低
コストに検知するものである。

【００１２】従って、この感温装置によって、周囲温度
上昇の原因となる機器や素子への電源電圧の供給を遮断
する等、種々の制御を簡便、迅速かつ正確に行うことが
できる。

【００１３】このように、本発明の感温装置は、発光素
子と受光素子との間において光伝搬路の少なくとも１箇
所での温度上昇を検知する温度センサ又は温度ヒューズ
として構成することができる。

【００１４】従って、本発明に基づく温度センサは、温
度上昇によって光ファイバ部分等の光伝搬路が不可逆な
変形を起こすものであり、異常温度の検出は１回だけで
ある（即ち、再度使用する場合には光ファイバ部分等の
光伝搬路の交換が必要である）。しかし、記述した従来
技術では、異常発熱の箇所が特定できない場合には、多
数の温度センサを配置する必要があったが、本発明に基
づく場合は、１本の光伝搬路により広範囲の検知ができ
る特徴があり、例えば自動車、航空機、船舶や電気機器
内部の異常温度上昇を検出して電源を遮断する用途や、
火災発生の検知等の用途に特に適している。

【００１５】異常発熱を検知する方法としては、温度上
昇の他に、発熱により発生する煙を検出する方法や、電
源回路への負荷の変化により検出する方法が考えられ
る。しかしながら、煙の検出は、発熱部が燃焼するに至
る過程で発生するものであるため、早期の検出が原理的
に難しい。また、電源回路の負荷の変化は、電気機器毎
に異なっており、各々の機器毎に回路設計を行う必要が
ある。

【００１６】これらと比較すると、本発明による装置で
は、早期の検出が容易にでき、全ての電気機器に容易に
対応できる。そして、光ファイバを使用すれば、使用さ
れる環境、ホコリ等により検出感度の劣化等への影響が
なく、長期間に亘って安定した性能を発揮できる特徴が
ある。

【００１７】光ファイバに使用する材料も、例えば高分
子材料から適当なものを選択できるため、検出設定温度
の範囲も容易に変えることができる。更に、オンオフの
検出で済むため、通信用光ファイバで要求されるような
寸法精度は必要なく、装飾照明用のもので足りるため、
非常に安価である。

【００１８】本発明の感温装置の光伝搬路として好適に
使用される光ファイバは、光通信で使用されるような変
調された光の伝送を目的とするものではなく、所定温度
で少なくとも一部が軟化若しくは溶融する感温素子とし
て構成すべく、以下のような種々の構造を有していてよ
い。

【００１９】例えば、光ファイバは、透明材料からなる
円柱状のコア部分と、このコア部分の周囲に接しかつこ
のコア部分よりも屈折率の低い材料からなるクラッド部
分とによって構成される。

【００２０】この場合、光ファイバのコア部分が石英及
びガラスのうちから選ばれる光学的に透明な無機物から
なり、光ファイバのクラッド部分が前記コア部分よりも
屈折率の低い高分子材料からなっていたり、或いは、光
ファイバのコア部分が１種類の若しくは複数種類を混合
した高分子材料からなり、光ファイバのクラッド部分が
前記コア部分よりも屈折率の低い１種類の若しくは複数
種類を混合した高分子材料からなっていてよい。

【００２１】また、光ファイバのクラッド部分の周囲に
接して、光ファイバを保護するための金属又は高分子材
料を含む層が設けられていたり、或いは、光ファイバの
クラッド部分の周囲に接して、光反射機能を有する金属
又は誘電体を含む層（更には、この光反射機能を有する
層の周囲に接して、光ファイバを保護するための層）が
設けられていてよい。

【００２２】また、光ファイバのコア部分が石英及びガ
ラスのうちから選ばれる光学的に透明な無機物からな
り、このコア部分の周囲に接して、光反射機能を有する
金属又は誘電体を含む層が設けられていたり、或いは、
光ファイバのコア部分が１種類の若しくは複数種類を混
合した高分子材料からなり、このコア部分の周囲に接し
て、光反射機能を有する金属又は誘電体を含む層が設け
られていてよい。

【００２３】この場合、光反射機能を有する層の周囲に
接して、光ファイバを保護するための層が設けられてい
てよい。

【００２４】本発明の感温装置においては、所定温度で
軟化若しくは溶融する物質が、感温位置に対応して光伝
搬路の長さ方向において局部的に含まれていてよい。こ
の場合、上記物質を複数箇所に含有させると、最初に熱
変形若しくは溶断した箇所を検出する（即ち、温度上昇
位置を特定する）ことができる。

【００２５】また、光伝搬路に光を入射させる発光素子
は、コヒーレント光源及びインコヒーレント光源のうち
から選ばれた１種類若しくは複数種類からなり、かつ、
光伝搬路へ入射する光が連続光又は断続光であってよ
い。

【００２６】この場合、所定温度以上で軟化若しくは溶
融する物質が軟化若しくは溶融した位置からの反射光を
光伝搬路中で発光素子側に導き、ここで検出することが
できる。

【００２７】また、光伝搬路からの光を検出する受光素
子は、光伝搬路への入射光と同じ波長で光学的に表示す
る機能を有する受光素子、光伝搬路への入射光と異なっ
た波長へ変換する機能を有する受光素子、及び、光信号
を電気信号に変換する機能を有する受光素子のうちから
選ばれた１個又は複数個からなっていてよい。

【００２８】なお、上記した光ファイバに感熱染料又は
螢光染料を含有させると、感熱作用を更に向上させ、ま
た温度上昇位置を視覚的に認識することができて都合が
よい。

【００２９】また、光ファイバは単芯で用いてもよい
が、熱変形温度が異なる複数種の光ファイバを束ねて光
伝搬路を形成すると、更に感温性能に変化性又は自由度
をもたせることができる。

【００３０】また、光ファイバを支持体に支持しておく
と、熱変形若しくは溶断した光ファイバを容易に回収す
ることができる。

【００３１】本発明はまた、上記した感温装置に使用す
る上記の光伝搬路、特に光ファイバも提供するものであ
る。

【００３２】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００３３】まず、図１〜図６について、本発明に基づ
く光ファイバ温度センサ（又は温度ヒューズ）に使用可
能な各種の光ファイバの主要部をそれぞれに示す。

【００３４】図１に示す例による光ファイバ１は、石
英、ガラス又は高分子材料からなる透明な円柱状のコア
部分２と、このコア部分の外周囲に接して設けられ、コ
ア部分２よりも屈折率の低い高分子材料からなる円筒状
のクラッド部分３とによって構成されている。

【００３５】この光ファイバ１においては、本発明に基
いて、例えば 150〜200 ℃以上に周囲温度が上昇するこ
とによる温度上昇で軟化若しくは溶融する物質が、上記
のコア部分２及び／又はクラッド部分３に用いる高分子
材料からなっている。

【００３６】この場合、コア部分２が石英及びガラスの
うちから選ばれる光学的に透明な無機物からなり、クラ
ッド部分３がコア部分２よりも屈折率の低い高分子材料
からなっていてよい。或いは、コア部分２が１種類の若
しくは複数種類を混合した高分子材料からなり、クラッ
ド部分３がコア部分２よりも屈折率の低い１種類の若し
くは複数種類を混合した高分子材料からなっていてよ
く、また、クラッド部分３はコア部分２よりも屈折率の
低いガラス等の無機物からなっていてもよい。

【００３７】これらのいずれの構造でも、周囲温度の上
昇による温度上昇で上記の高分子材料が軟化若しくは溶
融し、これによって光ファイバに熱変形又は溶断が生じ
るため、発光素子から光ファイバへ入射して光ファイバ
中を伝搬し、受光素子に入る光の検出強度が温度上昇前
に比べて著しく減少したり、或いは検出されない程度に
光が遮断されることになる。この現象は、以下の他の例
でも同様である。

【００３８】ここで、使用される光ファイバ１の典型的
なサイズ（以下の他の例でも同様）はコア部分２が石英
製又はガラス製では、その直径は10〜500 μｍ、プラス
チック（高分子材料）製ではその直径は 480〜1200μｍ
程度であり、またクラッド部分３の直径はコア部分２が
石英或いはガラス製では 100〜300 μｍ、コア部分２が
プラスチック（高分子材料）製ではコア径よりも10〜30
μｍ大きいものが使用される。但し、この光ファイバ
は、変調された光信号の伝送が目的ではないので、特に
それらの値に限られるものではない。但し、変調された
光信号を発光素子から光ファイバ１に入射させてもよ
く、またこの場合は、光通信機能を持つ光ファイバ１と
して使用することもできる。

【００３９】図２に示す例による光ファイバ11では、図
１の構造において、クラッド部分３の外周囲に接して、
光ファイバを保護するための金属又は高分子材料を含む
保護層４が設けられている。

【００４０】この保護層４に代えて、光反射機能を有す
る金属又は誘電体を含む光反射層が設けられてもよい。
この場合は、光反射層によるファイバ内での光反射で、
光ファイバ中の光の伝搬効率を良くすることができる。

【００４１】また、この光反射層の外周囲に接して、光
ファイバを保護する保護層を更に設けてよい。

【００４２】図３に示す例による光ファイバ21では、コ
ア部分２が石英及びガラスのうちから選ばれる光学的に
透明な無機物からなり、このコア部分２の外周囲に接し
て、光反射機能を有する金属又は誘電体を含む光反射層
５が設けられている。

【００４３】この場合、光反射層５は、金属又は誘電体
粉を高分子材料等のバインダに分散させた層からなって
いてよい。

【００４４】図４に示す例による光ファイバ31では、コ
ア部分２が１種類の若しくは複数種類を混合した高分子
材料からなり、このコア部分２の外周囲に接して光反射
機能を有する金属又は誘電体を含む光反射層６が設けら
れている。

【００４５】この場合、光反射層６は、金属又は誘電体
膜、或いは、金属又は誘電体粉を高分子材料等のバイン
ダに分散した層からなっていてよい。

【００４６】図５に示す例による光ファイバ41は、図３
又は図４に示した構造において、光反射機能を有する層
５又は６の外周囲に接して、光ファイバを保護するため
の保護層７が設けられている。

【００４７】以上に例示した光ファイバは、温度上昇に
よってその少なくとも一部分が軟化若しくは溶融するも
のであって、このために高分子材料からなる層を光ファ
イバの長手方向において連続して設けている。

【００４８】図６に示す例による光ファイバ51は、以上
の例とは異なり、温度上昇によって軟化若しくは溶融す
る層を光ファイバの長手方向において間欠的に設けたも
のである。即ち、例えば図１で述べた如き高分子材料か
らなるクラッド部分３を間欠的に複数箇所に設け、他の
クラッド部分13は通常のガラスによって形成している。

【００４９】このようにクラッド部分３を間欠的に設け
ると、各位置を温度上昇の原因となる複数の機器や素子
の位置にそれぞれ対応させておくことにより、いずれか
の機器又は素子の異常による温度上昇をいずれかのクラ
ッド部分３で検知できることになるため、異常動作をし
た（或いは温度上昇した）機器又は素子の位置を検知で
きることになる。

【００５０】図６の如き構造は、図２〜図５に示した各
光ファイバにおいても同様に採用することができる。

【００５１】本発明に基づく光ファイバは、温度上昇に
よって生じる、受光素子における光強度の極めて大きな
変化を利用するために、光ファイバの断面形状は特に円
形である必要はなく、楕円形、さらに三角形、四角形等
の多角形であっても構わない。

【００５２】上記した各光ファイバにおいて、コア部分
等に使用される、所定温度で軟化若しくは溶融する高分
子材料としては、その使用温度に応じて広範囲の融点範
囲を示す各種ポリマーの中から、好適なものを選択する
ことができる。特に、その使用温度として、 150〜200
℃程度又はそれ以上で溶融するポリマーを使用すること
が実用的である。

【００５３】こうしたポリマーは、例えば、Ｐolymer
Ｈandbook(３rd Ｅd. John Wiley＆ Sons, 1989）の
VI／96〜136 頁に記載された多くの高分子化合物の中か
ら選択したポリマーを使用できるが、勿論、そこに記載
された範囲に限定されるものではない。

【００５４】使用可能なポリマーとしては、ポリメチル
メタクリレート、テトラフルオロエチレン−フッ化ビニ
リデン共重合体、フルオロアルキルメタクリレート系ポ
リマー、テフロンＡＦ1600、テフロンＡＦ2400、ポリカ
ーボネート、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニリデン、ア
セチルブチルセルロース、ポリフッ化ビニリデン、ポリ
アセタール、ポリ−α−エチルアクリロニトリル、ポリ
アミノジヘキサメチレンスベリン酸アミド、ポリ−22−
アミノドコサン酸、ポリ−17−アミノヘプトアデカノイ
ック酸、ポリ−Ｎ−ブチル−２−メチルアミノホルミル
酸、ポリ−７−アミノチオエナンチック酸、ポリ−３，
３’−ジメトキシカルボジイミン、ポリ−２−メチルオ
キシド、ポリ−２−ブテンサルファイド、ポリ−４，
４’−ブチリデンジフェニレンカーボネート、ポリ−
１，４−シクロヘキシレンジカルボキシレート、ポリ−
１，４−シクロヘキシレンジメチレンイソフタレート、
ポリシクロプロピレンジメチレンイソフタルアミド、ポ
リデカメチレン−２，６−ピリジンジカルボキシアミ
ド、ポリ−１−エトキシ−２−メトキシエチレン、ポリ
−Ｎ−アセチルアミン、ポリ−１−ヘキサデセン、ポリ
ヘキサメチレン−４，４’−ジベンゾエート、ポリメチ
ルエステル、ポリプロピレンオキサレート、ポリ−３−
フェノキシ−ｐ−メトキシプロピレンオキシド、ポリ−
α−ｐ−イソプロピルスチレン、ポリスチレンスルホ
ン、ポリ−ｐ−キシレンジチオイソフタレート等が挙げ
られる。

【００５５】また、上記の各光ファイバの光反射層に使
用可能な金属としては、金、銀、銅、アルミニウム、ク
ロム等、及びこれらの合金等が挙げられる。誘電体とし
ては、二酸化チタン、硫化亜鉛、氷晶石等が挙げられ
る。

【００５６】また、こうした金属又は誘電体粉を分散さ
せるバインダとしては、上記したポリマーが使用可能で
ある。

【００５７】また、保護層の構成材料としては、ポリ塩
化ビニル等が挙げられる。

【００５８】以上に例示した各光ファイバをはじめ、本
発明に基づく光ファイバは温度センサ又は温度ヒューズ
として、例えば図７〜図９に示す如くに使用することが
できる。

【００５９】図７（Ａ）に示す例では、所定の機器23と
この電源８との間に接続された発光素子10と受光素子20
との間に、上記した光ファイバ11、21、31又は41を配
し、通常は発光素子10からの出射光を光ファイバを通し
て受光素子20へ入射させ、その光強度に応じた出力を受
光素子20から制御回路22に供給し、これを受けて所定の
機器23（例えば自動車や電気機器の内部機器であるディ
スプレイや偏向コイル部）を作動させる。

【００６０】図７（Ｂ）に示す例では、上記と同様に発
光素子10からの出射光を受光素子20で検知し、これによ
る受光素子20の出力を機器（又は素子）23の電源18の制
御回路32に供給している。

【００６１】これらの図７（Ａ）及び（Ｂ）のいずれの
場合でも、光ファイバ11、21、31又は41と発光素子10及
び受光素子20とからなる温度センサ（又は温度ヒュー
ズ）30を検知対象である機器23の近傍位置若しくは機器
23の温度上昇を感知できる位置に配し、機器23の動作中
に生じるその温度上昇（光ファイバの周囲温度の上昇）
を光ファイバで検知し、電源８（又は18）の遮断等の制
御を行うことができる。

【００６２】これを例えば図７（Ａ）に対応する図８で
説明すると、機器23の異常動作による自己発熱24で周囲
温度が例えば 150〜200 ℃又はそれ以上に上昇し、他の
機器や回路への悪影響や火災等の危険が生じようとする
場合、その周囲温度の上昇によって光ファイバ11、21、
31又は41を構成する高分子材料（上記したクラッド部分
３やコア部分２等の構成材料）の少なくとも一部が軟化
若しくは溶融する。

【００６３】この結果、光ファイバの少なくとも１箇所
で熱変形又は溶断25が生じるため、発光素子10から光フ
ァイバへ入射して光ファイバ中を伝搬し、受光素子20に
入る光の検出強度が温度上昇前に比べて著しく減少した
り、或いは検出されない程度に光が遮断されることにな
る。

【００６４】このようにして受光素子20の出力が著しく
減少若しくはゼロとなることから、機器23として例えば
自動車、航空機、船舶や電気機器の内部機器の異常な温
度上昇を検出して電源８（又は18）を遮断することがで
きる。或いは、その温度上昇の検知による火災発生の防
止等の用途に特に適したものとなる。

【００６５】従って、本発明に基づく温度センサは、温
度上昇によって光ファイバ部分が不可逆な変形を起こす
ものであり、異常温度の検出は１回だけである（即ち、
再度使用する場合には光ファイバ部分の交換が必要であ
る）。しかし、記述した従来技術では、異常発熱の箇所
が特定できない場合には、多数の温度センサを配置する
必要があったが、本発明に基づく場合は、１本の光ファ
イバにより、その長手方向のいずれの位置でも温度上昇
を検知でき、広範囲の検知ができる特徴がある。

【００６６】また、温度上昇の早期の検出が容易にで
き、全ての電気機器に容易に対応できる。そして、光フ
ァイバを使用することによって、使用される環境、ホコ
リ等による検出感度の劣化等がなく、長期間に亘って安
定した性能を発揮できる特徴がある。

【００６７】光ファイバに使用する材料も、例えば高分
子材料から適当なものを選択できるため、検出設定温度
の範囲も容易に変えることができる。更に、オンオフの
検出で済むため、通信用光ファイバで要求されるような
寸法精度は必要なく、装飾照明用のもので足りるため、
非常に安価である。

【００６８】図９に示す例では、図６に示した光ファイ
バ51を使用した温度センサ40の周囲において、複数箇所
に配した上記のクラッド部分３のそれぞれに対応した位
置に異なる機器（又は素子）23Ａ、23Ｂ、23Ｃを配置
し、これらを共通の電源８、発光素子10、光ファイバ5
1、受光素子20、制御回路22を介して制御している。

【００６９】そして、複数の機器のうち、例えば機器23
Ｂ（他の機器23Ａ、23Ｃでも同様）が異常動作で発熱し
た場合、これによる温度上昇で対応するクラッド部分３
が軟化若しくは溶断を生じ、上述したと同様にこの機器
への電源８を遮断することができる。

【００７０】しかも、機器23Ａ、23Ｂ、23Ｃの位置は予
め決められて判っているので、溶断25を生じた溶断面か
らの入射光42からの反射光43を発光素子10の側で検出す
ることにより、その光強度と検出所要時間を読み取るこ
とによって溶断した位置、即ち異常動作を生じた機器23
Ｂの位置を迅速に検知することができる。こうした検出
は、市販の測定素子を使用すれば容易に行うことができ
る。

【００７１】このように、光ファイバ51の長手方向にお
いて異常な温度上昇を生じた位置を判別でき、異常動作
を起こした機器の位置又はその種別を迅速に認識するこ
とができる。

【００７２】上記した温度センサ（又は温度ヒューズ）
に使用する発光素子10としては、コヒーレント光源（半
導体レーザ、ガスレーザ等）（誘電放出光：スペクトル
幅小）若しくはインコヒーレント光源（白熱灯、アーク
ランプ等）（自然放出光：スペクトル幅大）のうちから
選ばれた１種類若しくは複数種類を使用でき、また、連
続光若しくは断続光の双方ともそれぞれ使用できる。断
続光の場合は、発光素子の寿命を長くできる。

【００７３】また、受光素子20としては、ガラス又は光
散乱体等、入射光と同じ波長で光学的に表示する機能を
もつ受光素子と、螢光体のように入射光と異なった波長
へ変換する機能を持つ受光素子と、光電子増倍管、光電
管、フォトダイオード、パイロ素子、熱電対等、光信号
を電気信号に変換する機能をもつ受光素子とのうち、１
つ若しくは複数個を用いることが可能である。

【００７４】発光素子10と受光素子20との配置は特に制
限はなく、空間的に離れた位置であっても、また発光素
子10と受光素子20とが隣接して配置されていても構わな
い。

【００７５】本発明に基づく光ファイバは、視覚による
認識、又は感温特性を高めるため、クラッド部分やコア
部分等に、例えばフルオレセイン、ローダミン、クマリ
ン、ジフェニルアントラセン等の螢光染料或いはクリス
タル・バイオレット、ラクトン（ＣＶＬ）、フルオラン
系、スピロピラン系等の染料又は染料中間体とビスフェ
ノールＡ等のフェノール化合物や有機・無機酸類との組
み合わせ等の感熱染料を含有していてもよい。

【００７６】また、光ファイバは、上記した各例のよう
に単芯で用いられる他、図10に示すように、それぞれ熱
変形温度の異なる数種の光ファイバ１Ａ、１Ｂ、１Ｃを
束ね、ファイバ束61として用いても構わない。この場合
は、感温特性に変化性や自由度をもたせ、その特性の制
御を行い易い。即ち、複数の光ファイバによって、温度
上昇を段階的に検出し、これに応じた受光量を得、例え
ば図７（Ｂ）において電源電圧を弱めるといった使い方
を行うことができる。

【００７７】或いは、１つの光ファイバ束61のみによっ
て、例えばすべての光ファイバ１Ａ、１Ｂ、１Ｃが溶断
されてはじめて電源を遮断したり、各光ファイバを図９
に示した如き複数の機器用としてそれぞれ使用し、１つ
の機器について電源を遮断しても他の機器については光
ファイバが正常であって動作状態を保持させる等のよう
に使用することができる。

【００７８】図11（Ａ）は、上述の例えば図１の光ファ
イバ１を熱的に安定な金属や合金等からなる支持体70に
支持させた例を示す。これによって、図11（Ｂ）のよう
に、上述した温度上昇時に熱変形或いは断線した光ファ
イバ１が垂れ下がることはなく、その回収を容易に行う
ことができる。

【００７９】次に、本発明の実施例を具体例によって更
に詳細に説明する。

【００８０】具体例１ 石英製で直径が 200μｍのコア部分と、これに接して直
径 230μｍに形成されたテトラフルオロエチレン−フッ
化ビニリデンコポリマーからなるクラッド層とからなる
長さ 100ｍの光ファイバを使用した。発光素子としては
波長 630nmの発光ダイオードを用いた。

【００８１】この光ファイバの１箇所にニクロム線を巻
き付けて 300℃に加熱したところ、発光素子が取り付け
られた側とは反対側に出てくる光が見えなくなった。発
光素子とは反対側の端にシリコンフォトダイオードを取
り付けたところ、ニクロム線による加熱により、光電流
量が著しく減少する変化が認められた。

【００８２】クラッド層の部分をフルオロアルキルメタ
クリレート系ポリマー、テフロンＡＦ1600又はテフロン
ＡＦ2400とした光ファイバをそれぞれ用いても、同様の
結果を得た。

【００８３】具体例２ 石英製で直径が 400μｍのコア部分と、これに接して形
成され、アルミニウム粉を分散したポリメチルメタクリ
レートからなる光反射層とにより構成された長さ30ｍの
光ファイバを使用した。発光素子としては波長 630nmの
発光ダイオードを用いた。

【００８４】光ファイバの１箇所にニクロム線を巻き付
けて 300℃に加熱したところ、発光素子が取り付けられ
た側とは反対側に出てくる光が見えなくなった。発光素
子とは反対側の端にシリコンフォトダイオードを取り付
けたところ、ニクロム線による加熱により、光電流量が
著しく減少する変化が認められた。

【００８５】具体例３ ポリメチルメタクリレートからなる直径が 980μｍのコ
ア部分と、これに接して具体例１と同じフッ素系ポリマ
ーからなる外径1000μｍのクラッド層とによって構成さ
れた長さ50ｍの光ファイバを使用した。発光素子として
は波長 630nmの発光ダイオードを用いた。

【００８６】光ファイバの１箇所にニクロム線を巻き付
けて 200℃に加熱したところ、発光素子が取り付けられ
た側とは反対側に出てくる光が見えなくなった。発光素
子とは反対側の端にシリコンフォトダイオードを取り付
けたところ、ニクロム線による加熱により、光電流量が
著しく減少する変化が認められた。これらの変化は 100
℃以下では起きなかった。

【００８７】具体例４ ポリカーボネートからなる直径が 980μｍのコア部分
と、これに接して具体例１と同じフッ素系ポリマーから
なる外径1000μｍのクラッド層とによって構成された長
さ50ｍの光ファイバを用いた。発光素子としては波長 7
80nmの半導体レーザを用いた。

【００８８】光ファイバの１箇所にニクロム線を巻き付
けて 250℃に加熱したところ、発光素子が取り付けられ
た側とは反対側に出てくる光が見えなくなった。発光素
子とは反対側の端にシリコンフォトダイオードを取り付
けたところ、ニクロム線による加熱により、光電流量が
著しく減少する変化が認められた。これらの変化は 100
℃以下では起きなかった。

【００８９】具体例５ 具体例４において、光ファイバをデューティ50％、１KH
z でパルス駆動して、シリコンフォトダイオードの光電
流をオシロスコープで観測した。ニクロム線による加熱
により、１KHz の周期の光電流を示すオシログラムの振
幅が減少後に信号が零レベルとなり、本発明のセンサの
動作を確認できた。

【００９０】具体例６ ポリメチルメタクリレートからなる直径が 980μｍのコ
ア部分と、これに接して形成された厚さ 200nmのアルミ
ニウム反射層とにより構成された長さ10ｍの光ファイバ
を用いた。発光素子としては波長 630nmの発光ダイオー
ドを用いた。

【００９１】光ファイバの１箇所にニクロム線を巻き付
けて 200℃に加熱したところ、発光素子が取り付けられ
た側とは反対側に出てくる光が見えなくなった。発光素
子とは反対側の端にシリコンフォトダイオードを取り付
けたところ、ニクロム線による加熱により、光電流量が
著しく減少する変化が認められた。これらの変化は 100
℃以下では起きなかった。

【００９２】具体例７ 石英からなる直径が 200μｍのコア部分と、これに接し
て形成され、フッ素系ポリマー（デュポン社製のテフロ
ンＡＦ１６００）からなる厚さ20μｍのクラッド層とに
より構成された長さ10ｍの光ファイバを用いた。発光素
子としては波長630nmの発光ダイオードを用いた。

【００９３】光ファイバの１箇所にニクロム線を巻き付
けて 300℃に加熱したところ、発光素子と反対側に出て
くる光が見えなくなった。

【００９４】具体例８ ポリカーボネートからなる 900μｍのコア部分と、これ
に接して形成され、アルミニウム粉末をポリメチルメタ
クリレートに分散した厚さ 200nmの反射層とにより構成
された長さ10ｍの光ファイバを用いた。発光素子として
は 780nmの発光ダイオードを用いた。

【００９５】光ファイバの１箇所に 150℃に加熱した発
熱体を接触させたところ、発光素子と反対側の端に装置
したフォトダイオードの出力電流が減少した。

【００９６】以上、本発明の実施例を説明したが、上述
の実施例は本発明の技術的思想に基いて更に変形が可能
である。

【００９７】例えば、上述した所定温度以上で軟化若し
くは溶融する物質は、上述した高分子材料の中から選択
し、その１種又は２種以上の組み合わせを使用するのが
よいが、これに限らず、他の種々の材料を使用してよ
い。また、その物質を設ける位置は様々に変化させてよ
い。

【００９８】また、光ファイバの各構成層の材質や厚み
等も変化させてよいし、発光素子や受光素子との位置関
係、温度センサの取付け位置等も目的に応じて種々変更
できる。

【００９９】

【発明の作用効果】本発明は上述した如く、光伝搬路
（特に光ファイバ）と、この光伝搬路の一方側及び他方
側にそれぞれ設けられた発光素子及び受光素子とを有
し、前記光伝搬路が所定温度（特に、検知されるべき周
囲温度）以上で軟化若しくは溶融する物質を少なくとも
一部に含んでいる感温装置としているので、光伝搬路の
少なくとも１箇所で発生した温度上昇によって、光伝搬
路を構成する物質の少なくとも１部が軟化若しくは溶融
し、光伝搬路の少なくとも１箇所で熱変形又は切断（溶
断）が起きることになる。このため、発光素子から発生
して光伝搬路中を伝搬し、受光素子により検出される光
の強度が、温度上昇前と比べて著しく減少或いは遮断さ
れ、これを利用して、周囲温度上昇の原因となる機器や
素子への電源電圧の供給を遮断する等、種々の制御を簡
便、迅速かつ正確に行うことができる。

【０１００】従って、本発明は、１本の光伝搬路により
広範囲の検知ができる特徴があり、例えば自動車、航空
機、船舶や電気機器内部の異常温度上昇を検出して電源
を遮断する用途や、火災発生の検知等の用途に特に適し
ている。しかも、光伝搬路に使用する材料も、例えば高
分子材料から適当なものを選択できるため、検出設定温
度の範囲でも容易に変えることができる。更に、オンオ
フの検出で済むため、通信用光ファイバで要求されるよ
うな寸法精度は必要なく、装飾照明用のもので足りるた
め、非常に安価である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による光ファイバの要部の拡大
断面図である。

【図２】本発明の他の実施例による光ファイバの要部の
拡大断面図である。

【図３】本発明の他の実施例による光ファイバの要部の
拡大断面図である。

【図４】本発明の他の実施例による光ファイバの要部の
拡大断面図である。

【図５】本発明の他の実施例による光ファイバの要部の
拡大断面図である。

【図６】本発明の他の実施例による光ファイバの要部の
拡大断面図である。

【図７】本発明に基づく温度センサ（又は温度ヒュー
ズ）の使用状態を示す概略図である。

【図８】同使用時において温度上昇を検知したときの概
略図である。

【図９】本発明に基づく他の温度センサ（又は温度ヒュ
ーズ）の使用時において温度上昇を検知したときの概略
図である。

【図10】本発明の他の実施例による光ファイバの要部の
拡大断面図である。

【図11】本発明の更に他の実施例による光ファイバとそ
の使用時の要部の拡大断面図である。

【符号の説明】

１、11、31、41、51・・・光ファイバ ２・・・コア部分 ３、13・・・クラッド部分 ４、７・・・保護層 ５、６・・・光反射層 ８、18・・・電源 10・・・発光素子 20・・・受光素子 22、32・・・制御回路 23・・・機器又は素子（検知対象） 30、40・・・温度センサ（又は温度ヒューズ）

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光伝搬路と、この光伝搬路の一方側及び
   他方側にそれぞれ設けられた発光素子及び受光素子とを
   有し、前記光伝搬路が所定温度以上で軟化若しくは溶融
   する物質を少なくとも一部に含んでいる感温装置。
2. 【請求項２】 所定温度が、検知されるべき周囲温度で
   ある、請求項１に記載した感温装置。
3. 【請求項３】 発光素子と受光素子との間において光伝
   搬路の少なくとも１箇所での温度上昇を検知する温度セ
   ンサ又は温度ヒューズとして構成された、請求項１又は
   ２に記載した感温装置。
4. 【請求項４】 光伝搬路が光ファイバからなっている、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載した感温装置。
5. 【請求項５】 光ファイバが、透明材料からなる円柱状
   のコア部分と、このコア部分の周囲に接しかつ、このコ
   ア部分よりも屈折率の低い材料からなるクラッド部分と
   によって構成されている、請求項４に記載した感温装
   置。
6. 【請求項６】 光ファイバのコア部分が石英及びガラス
   のうちから選ばれる光学的に透明な無機物からなり、光
   ファイバのクラッド部分が前記コア部分よりも屈折率の
   低い高分子材料からなる、請求項５に記載した感温装
   置。
7. 【請求項７】 光ファイバのコア部分が１種類の若しく
   は複数種類を混合した高分子材料からなり、光ファイバ
   のクラッド部分が前記コア部分よりも屈折率の低い１種
   類の若しくは複数種類を混合した高分子材料からなる、
   請求項５に記載した感温装置。
8. 【請求項８】 光ファイバのクラッド部分の周囲に接し
   て、光ファイバを保護するための金属又は高分子材料を
   含む層が設けられている、請求項６又は７に記載した感
   温装置。
9. 【請求項９】 光ファイバのクラッド部分の周囲に接し
   て、光反射機能を有する金属又は誘電体を含む層が設け
   られている、請求項６又は７に記載した感温装置。
10. 【請求項10】 光反射機能を有する層の周囲に接して、
    光ファイバを保護するための層が設けられている、請求
    項９に記載した感温装置。
11. 【請求項11】 光ファイバのコア部分が石英及びガラス
    のうちから選ばれる光学的に透明な無機物からなり、こ
    のコア部分の周囲に接して、光反射機能を有する金属又
    は誘電体を含む層が設けられている、請求項４に記載し
    た感温装置。
12. 【請求項12】 光ファイバのコア部分が１種類の若しく
    は複数種類を混合した高分子材料からなり、このコア部
    分の周囲に接して、光反射機能を有する金属又は誘電体
    を含む層が設けられている、請求項４に記載した感温装
    置。
13. 【請求項13】 光反射機能を有する層の周囲に接して、
    光ファイバを保護するための層が設けられている、請求
    項11又は12に記載した感温装置。
14. 【請求項14】 所定温度で軟化若しくは溶融する物質
    が、感温位置に対応して光伝搬路の長手方向において局
    部的に含まれている、請求項１〜13のいずれか１項に記
    載した感温装置。
15. 【請求項15】 発光素子が、コヒーレント光源及びイン
    コヒーレント光源のうちから選ばれた１種類若しくは複
    数種類からなり、かつ、光伝搬路へ入射する光が連続光
    又は断続光である、請求項１に記載した感温装置。
16. 【請求項16】 所定温度以上で軟化若しくは溶融する物
    質が軟化若しくは溶融した位置からの反射光を光伝搬路
    中で発光素子側に導き、ここで検出する、請求項15に記
    載した感温装置。
17. 【請求項17】 受光素子が、光伝搬路への入射光と同じ
    波長で光学的に表示する機能を有する受光素子、光伝搬
    路への入射光と異なった波長へ変換する機能を有する受
    光素子、及び、光信号を電気信号に変換する機能を有す
    る受光素子のうちから選ばれた１個又は複数個からな
    る、請求項１に記載した感温装置。
18. 【請求項18】 光ファイバが感熱染料又は螢光染料を含
    有している、請求項４〜13のいずれか１項に記載した感
    温装置。
19. 【請求項19】 熱変形温度が異なる複数種の光ファイバ
    が束ねられて光伝搬路が形成されている、請求項４〜13
    及び18のいずれか１項に記載した感温装置。
20. 【請求項20】 光ファイバが支持体に支持されている、
    請求項４〜13、18及び19のいずれか１項に記載した感温
    装置。
21. 【請求項21】 請求項１〜20のいずれか１項に記載した
    光伝搬路。