本日は無錫日環センサー科技有限公司が、光ファイバーセンサーの「光ファイバーの曲げ半径」がどれくらいか、また急な曲げがどうなるのかをご紹介します。

光ファイバーセンサーは産業検査において広く使用されており、その核心的な利点の一つに、光ファイバー自体が柔軟で曲げられるため、狭い空間内でも柔軟に配線できる点があります。しかし、「曲げ可能」ということは「自由に曲げる」という意味ではありません。各光ファイバーには最小曲げ半径という制限があります。急な曲げを行うと、軽度の場合では信号減衰や検出の不安定さが生じ、重い場合には光ファイバーが折れたり、センサーが破損したりする可能性があります。

一、何が「最小曲げ半径」なのか？

最小曲げ半径とは、光ファイバーが顕著な光損失や物理的損傷を引き起こさない範囲で、できるだけ曲げられる最小の半径のことです。この半径は通常、光ファイバーの中心軸から曲げ部分までの最短距離で測定され、単位はミリメートル（mm）です。

異なる光ファイバーの材質や構造によって、最小曲げ半径は異なります。

プラスチック製光ファイバーは柔軟性が高いため、許容される曲げ半径は比較的小さくなります。一方、ガラス製光ファイバー（ケイ素ファイバー）は脆く、曲げに対して敏感であるため、より大きな曲げ半径が求められます。

オムロン（Omron）の光ファイバーセンサーを例に挙げると、製品マニュアルには明確に記載されています。光ファイバーケーブルの曲げ半径は20mm以上であるべきです。直角での曲げ場合、定格検出距離を維持するために推奨される最小曲げ半径は25mmです。たとえ最も鋭い直角曲げでも10mmの半径で行うことが可能ですが、それにより検出距離が短くなる可能性があります。

一般的な光ファイバーホップラインについては、標準的な推奨値は静的曲げ半径≥20mm、動的曲げ半径≥40mmです。つまり、固定設置後の（静的）状態と、使用中に繰り返し曲げられる（動的）状態では、曲げ半径に対する要求が異なります。特に動的使用時には、曲げ半径はさらに大きくすべきです。

二、急な曲げがどうなるのか？

1. 光信号の減衰、検出距離の短縮

光ファイバーの伝送原理は全反射（全内反射）です。光は芯材と外層の界面で連続的に反射して前進します。光ファイバーが曲げられると、曲げ部分での入射角が変化し、臨界角よりも小さくなるため、完全に反射されず、界面を透過して消滅場（ディテリア）を形成し、光エネルギーが損失されます。曲げ半径が小さいほど、損失が大きくなります。

産業用光ファイバーセンサーの場合、このような損失の直接的な結果として、受信側に到達する光信号が弱まり、センサーの検出距離が短縮されたり、微小物体の検出能力が低下したりします。オムロンは明確に指摘しています。10mmの半径での急な曲げは物理的に可能ですが、検出距離が短くなることを招きます。

2. シグナルの不安定化、測定結果の信頼性の低下

光ファイバーの曲げ半径が臨界値に近づき、またはそれを下回ると、光損失が著しく増加します。計測型光ファイバーセンサーの場合、光信号の変動は測定精度と安定性に直接影響を与えます。光ファイバーの曲げは損失を生じさせ、センサーの信号強度を低下させ、極端な場合はセンサー信号が完全に消失することさえあります。

3. 光ファイバーの破断、完全な廃棄

光ファイバー自体はガラスまたはプラスチックの繊維であり、過度な曲げや繰り返しの曲げにより内部が破断することがあります。一度破断すると、光信号は全く通過できなくなり、センサーは完全に機能しなくなり、ファイバー端子の交換のみが可能な状態になります。特に注意が必要なのは、ファイバーのプラグの根元部が曲げによる損傷を受けやすい部位であり、ここに曲げストレスを加えないように注意してください。

三、正しい配線の実用的なルール

1. 最小曲げ半径を覚えておいてください

産業用光ファイバーセンサーの曲げ半径は通常20mm以上であるべきです。直角曲げの場合は25mm以上が推奨されます。センサーから15mm以内の範囲では、ファイバー端子の曲げは避けるべきです。

2. 最初の曲げと最後の曲げが特に重要です

アンプの出口から始めて、最初の曲げポイントはアンプから少なくとも20mm離れた位置に設置する必要があります。センサーヘッド付近の最後の曲げポイントも同様に少なくとも20mm以上とします。この2箇所は光ファイバーに最も大きな応力が集中する場所です。

3. 禁止行為

・光ファイバーケーブルを強引に引き伸ばすのは禁止  

・光ファイバーケーブルを踏みつける、または重い物を載せるのは禁止  

・許容される曲げ半径を超えて過度に曲げるのは禁止  

・光ファイバーの端部（プラグの根元）を曲げるのは禁止  

・光ファイバーアクセサリーに1kg以上、あるいは3kg以上の力を加えるのは禁止（光ファイバーは細いため特に注意が必要）

4. 固定および保護

・ナイロン製の結束バンドやワイヤークリップで光ファイバーケーブルを固定すること  

・光ファイバーを圧迫するU字型結束バンドの使用は避けること  

・振動の大きい環境では、光ファイバーを輪状に巻いて振動を吸収すること

四、異なる光ファイバー種類の参考値

光ファイバー種類 最小曲げ半径（参考） 説明  

産業用光ファイバーセンサー（汎用） ≥20mm 欧ムロンなどの主流ブランド基準  

直角曲げ ≥25mm 定格検出距離を維持するための推奨値  

光ファイバーホップケーブル（静的） ≥20mm 固定設置後  

光ファイバーホップケーブル（動的） ≥40mm 繰り返し曲げ使用中  

耐曲げ性光ファイバー 1mmまで可能 特殊設計により損失<0.2dB

まとめ

光ファイバーセンサーの曲げ半径は随意に扱うべきではないパラメータです。20mmは多くの産業用光ファイバーセンサーの最低基準であり、この値を下回ると光信号の減衰が生じ、検出距離が短縮されます。さらにこれを大きく下回ると、光ファイバーが直接折れてしまう可能性があります。配線の黄金のルールは、「光ファイバーに十分な曲げ空間を確保し、曲げは緩やかに、引っ張りは軽く、根元はしっかりと保護すること」です。

日環センシングは全シリーズの光ファイバーセンサーおよび光ファイバーアクセサリーに対応しており、標準型、耐曲げ型など多様な光ファイバーケーブルオプションを提供し、さまざまな配線環境のニーズに対応しています。専門的な光ファイバーセンサーソリューションをご希望の方は、ぜひ日環センシングをフォローしてください。