もしそれをデバイス内に曲げて固定した場合、1年後に「疲労」で切れてしまいますか？
光ファイバーが機器内部で長期間固定され、曲がった状態が維持される場合、「静的疲労」（Static Fatigue、別名応力腐食）により、数ヶ月または1年後に自然断裂する可能性が確かに存在します。
断裂するかどうかは、主に光ファイバーの曲げ半径、クラッド外径、および環境の湿度と温度に依存します。
一、 物理的メカニズム：静的疲労と応力腐食
二酸化ケイ素（ \text{SiO}_2 ）を基盤とする石英光ファイバーは、物理的特性上、脆性材料に分類されます。その破断メカニズムは以下の通りです。
-
曲げによる引張応力の分布：
光ファイバーが曲げられると、曲げの外側は引張応力を受け、内側は圧縮応力を受けます。光ファイバーのクラッド半径を r （標準的な 125\ \mu\text{m} 外径光ファイバーの場合、r = 62.5\ \mu\text{m} ）、曲げ半径を R とすると、光ファイバー表面の最大引張ひずみ \epsilon は次のように近似できます。\epsilon \approx \frac{r}{R}曲げ半径 R が小さいほど、表面にかかる張応力（引張ひずみ）は大きくなります。
-
微小亀裂の進展（応力腐食）：
石英光ファイバーの表面には、製造プロセス中に避けられない亜ミクロンレベルの微視的な欠陥や亀裂が存在します。持続的な張応力下では、空気中の水分（ \text{H}_2\text{O} ）が亀裂先端に侵入し、ケイ素-酸素結合の切断を触媒します。\text{Si-O-Si} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{Si-OH}このプロセスは応力腐食と呼ばれます。時間とともに、亀裂は半径方向にゆっくりと亜臨界進展（Slow Crack Growth）します。亀裂の深さが臨界サイズに達すると、残りの断面積では張応力に耐えきれなくなり、光ファイバーは突発的な脆性破壊を起こします。
二、 曲げ半径と寿命に関する工学的指標
工学的実践において、光ファイバーの長期的な静的曲げには、安全曲げ半径の規定を遵守する必要があります。
-
標準シングルモード光ファイバー（例：ITU-T G.652.D）：
- 長期静的曲げ半径の推奨： R \ge 30\ \text{mm}
- 短期的曲げ限界： R \ge 15\ \text{mm}
- 通常の G.652D 光ファイバーを 10\ \text{mm} や 5\ \text{mm} 未満の半径で長期間固定した場合、数ヶ月から1年間の応力腐食の蓄積により、破断確率は非常に高くなります。
-
耐屈曲性 / 曲げ不感応光ファイバー（例：ITU-T G.657 シリーズ）：
- G.657 仕様光ファイバー（例：G.657.A2 または G.657.B3）は、屈折率プロファイルを最適化し、機械的スクリーニング応力要件を強化することで、小曲げ半径下での光マクロベンディング損失と長期静的応力損傷を大幅に低減し、よりコンパクトな長期曲げ固定を可能にします（一部の仕様では 7.5\ \text{mm} またはそれ以下の曲げ半径をサポート）。
三、 関連する公式製品仕様
狭いスペースや、より小さな曲げ半径での固定が必要な機器内部の配線やセンシングアプリケーションでは、通常、異なる曲げ等級の公式標準光ファイバーが選択されます。
四、 工学的推奨事項
- 曲げ半径の評価：固定箇所の実際の曲げ半径 R を確認してください。 R \ge 30\ \text{mm} の場合、通常の光ファイバーは長期的に安定して動作できます。 R < 15\ \text{mm} の場合、G.657 仕様に準拠した曲げ不感応光ファイバーを使用する必要があります。
- ねじれと局所的な応力集中を避ける：光ファイバーを固定する際は、面内曲げのみを受けるようにし、ねじれ（Torsion）や固定クランプの鋭利なエッジによる圧迫を厳禁してください。これにより、局所的な引張応力集中による静的疲労破壊の加速を防ぎます。