JP2006008468A - 被覆光ファイバの製造方法およびその製造方法で作製された被覆光ファイバならびにバンドルライトガイド - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は水素雰囲気中で処理しなくても、優れた紫外線伝送特性を有する被覆光ファイバの製造方法を提供することであり、更には、光ファイバ外径（Ｃ１）が大きい被覆光ファイバ、Ｃ１／Ｃ２（Ｃ２：コア径）の大きい被覆光ファイバの製造方法およびその製造方法で作製された被覆光ファイバならびにそれを使用したバンドルライトガイドを提供することを課題とする。
【解決手段】少なくともコアと該コアの外周にクラッドを有する光ファイバの外周に、溶融したアルミニウムまたはその合金を被覆し凝固させてなる被覆層を有する被覆光ファイバの製造方法において、該被覆層を形成した後、被覆層の外周にさらに保護層を設けずに５０℃〜４５０℃で、０．５時間以上の熱処理を施したことを特徴とする被覆光ファイバの製造方法で解決できる。
【選択図】 図３

Description

本発明は波長１７０〜３５０ｎｍの紫外線を伝送する光ファイバ、特に、Ｎ２エキシマレーザー（波長；３３７ｎｍ）、ＸｅＣｌエキシマレーザー（波長；３０８ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザー（波長；２４８ｎｍ）、ＫｒＣｌエキシマレーザー（波長；２２２ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（波長；１９３ｎｍ）、Ｘｅ_２エキシマレーザー（波長；１７２ｎｍ）、Ｎｄ：ＹＡＧ第４高調波レーザー（波長；２６５ｎｍ）、Ｎｄ：ＹＡＧ第５高調波レーザー（波長；２１２ｎｍ）等といったエネルギー密度の高いレーザー光および重水素ランプなどによる紫外線を好適に伝送することができる光ファイバの製造方法およびその製造方法で作製された光ファイバならびにそれを使用したバンドルライトガイドに関する。

従来から、上記した用途に使用される光ファイバとしては、シリカガラスを主体成分とするコア・クラッドの構造を有し、クラッドがコアよりも屈折率が低い光ファイバが使用されている。しかし、酸化ゲルマニウムなどをドープしたシリカガラスをコアとする光ファイバに紫外線を伝送すると、欠陥が生じるが故に吸収が大きくなり透過率が著しく減少してしまうので、紫外線伝送用光ファイバとしては不適切であることが知られている。

一方、ＯＨ基および／またはＦ（フッ素）を含有するシリカガラスをコアとして用いる光ファイバは耐放射線性に優れることが示された（特許文献１）。このため、純石英をコア部とし、フッ素ドープしたシリカガラスをクラッド部とする「純石英コア光ファイバ」が紫外線伝送用光ファイバとして用いられ始めた。しかし、該純石英コア光ファイバであっても、エネルギーレベルが高い紫外線（放射線）、特にＫｒＦエキシマレーザーまたはＡｒＦエキシマレーザーを照射、伝送する際には、光エネルギー（ｈν）が作用して、該光ファイバのガラス中で下記式（１）にしたがってラジカルが発生してしまい、透過率が低下することが知られている。

Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ＋ｈν → Ｓｉ^*＋^*Ｏ−Ｓｉ ・・・（１）

上記透過率の低下を軽減する方法として、光ファイバを水素含有雰囲気に曝して、水素分子を光ファイバ中に取り込むことによって、光ファイバ中の欠陥と水素分子とを反応させて、光ファイバの分子構造上の欠陥を埋めて、紫外域に吸収を持たない結合（例；Ｓｉ−ＯＨやＳｉ−Ｈ）に変換できることが提案された（特許文献２〜５）。

しかし、上記水素はＯＨ基などとして安定な状態で存在するのではなく、ほとんどは、水素分子（以下、「水素」という）として存在するため、経時変化により水素濃度が低下すると、紫外線照射により生成した欠陥によって紫外線を吸収してしまうこと、それ故、上記方法は光ファイバの透過率低下を抑制することにほとんど寄与しないことが、最近になって判ってきた。

さらに、研究開発が進められた結果、紫外線を光ファイバに入射しながら水素雰囲気中で昇温したり、水素雰囲気中で昇温した状態の光ファイバに放射線を照射する発明（特許文献６および７）がなされたり、また、光ファイバの外周に金属を被覆して高温高圧下で水素処理を施す発明（特許文献８）がなされている。

しかし、このような製造方法による場合、水素雰囲気中での処理が必須となるので製造工程が複雑になる。そのため、新たな設備が必要になり、得られる光ファイバ、さらにはそれを用いた製品（バンドルライトガイド等）のコストが嵩むという問題があった。

また、近年、様々な用途に応じて光ファイバ外径（Ｃ１）が異なった光ファイバや光ファイバ外径（Ｃ１）とコア径（Ｃ２）との比（Ｃ１／Ｃ２）が異なった光ファイバが生産され始めてきた。そこで種々の光ファイバに対しても、被覆光ファイバとした製品が要求され始めた。

しかしながら、光ファイバ外径（Ｃ１）が大きい被覆光ファイバやＣ１／Ｃ２が大きい被覆光ファイバに対しては、従来技術では安定した紫外線伝送特性が得られないという問題があった。また、従来技術にあるように、膨大な設備（水素雰囲気中での熱処理）が必要なので製品コストが嵩むという問題もあった。

特開平５−１４７９６６号公報 特開昭６０−９０８５３号公報 特開平６−３４８３０号公報 特開平６−５６４５７号公報 特開平１２−２２６２２３号公報 特開平１２−８６２７２号公報 特開平１２−８６２７３号公報 特開平９−３０９７４２号公報

本発明の課題は水素雰囲気中で処理しなくても、優れた紫外線伝送特性を有する被覆光ファイバの製造方法を提供することであり、更には、光ファイバ外径（Ｃ１）が大きい被覆光ファイバ、Ｃ１／Ｃ２の大きい被覆光ファイバの製造方法およびその製造方法で作製された被覆光ファイバならびにそれを使用したバンドルライトガイドを提供することを課題とする。

上記課題は、
（１）少なくともコアと該コアの外周にクラッドを有する光ファイバの外周に、溶融したアルミニウムまたはその合金を被覆し凝固させてなる被覆層を有する被覆光ファイバの製造方法において、該被覆層を形成した後、被覆層の外周にさらに保護層を設けずに５０℃〜４５０℃で、０．５時間以上の熱処理を施したことを特徴とする被覆光ファイバの製造方法。
（２）少なくともコアと該コアの外周にクラッドを有する光ファイバであって、該光ファイバの外周に、溶融したアルミニウムまたはその合金を被覆し凝固させてなる被覆層を有する被覆光ファイバの製造方法において、被覆層の外周にさらに保護層を設けた後に、５０℃〜３００℃で、０．５時間以上の熱処理を施したことを特徴とする被覆光ファイバの製造方法。
（３）さらに、前記クラッドの外周にサポートガラス層が形成されている光ファイバであることを特徴とする（１）または（２）に記載の被覆光ファイバの製造方法。
（４）前記光ファイバの外径（Ｃ１）が２００μｍ〜１０００μｍであることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の被覆光ファイバの製造方法。
（５）前記光ファイバの外径（Ｃ１）と前記コアの直径（Ｃ２）との比（Ｃ１／Ｃ２）が、１．０５〜１０であることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の被覆光ファイバの製造方法。
（６）前記コアが少なくともＯＨ基および／またはＦを合計で１００〜５０００ｐｐｍ含有し、かつ、１２ｍＪ／ｃｍ^２のＡｒＦエキシマレーザーを常温、常圧下で１０^７ショット照射したときに下記（Ａ）または（Ｂ）の要件を充足するシリカガラスからなることを特徴する（１）〜（５）のいずれかに記載の被覆光ファイバの製造方法。
（Ａ）Ｅ’センターが生成せず、かつ、ＮＢＯＨＣが生成しない、
（Ｂ）Ｅ’センターが生成し、かつ、ＮＢＯＨＣが生成する、
（７）（１）〜（６）のいずれかの製造方法で作成された被覆光ファイバ。
（８）（７）に記載の被覆光ファイバを複数本使用してなるバンドルライトガイド。
で解決することができる。

本発明の発明者等は、光ファイバ外周に溶融したアルミニウムまたはその合金を被覆させて凝固させて被覆層を形成させた被覆光ファイバが、紫外線伝送特性を有する原因について以下のような見解を持っている。
一般的に光ファイバに紫外線を伝送させるとコアに新たな欠陥が発生するので、経時変化で紫外伝送特性が低下する。しかし、従来技術にもあるようにコア中に水素が存在すると、紫外線伝送により発生した欠陥を消滅させるという作用効果がある。

そこで溶融したアルミニウムまたはその合金を被覆させて凝固させ被覆層を形成させた被覆光ファイバでは、溶融アルミニウム（またはその合金）の冷却凝固する際に放出する水素がコアに拡散供給されるので、上述したように紫外線伝送特性が発現すると推測している。
従って、被覆層を設ける製造条件（例えば、線引き条件、溶融アルミニウムの状態）が少しでも異なると、その影響で水素の拡散供給量が変わってしまい、つまりは、紫外線伝送特性が安定しない（特に長期的に紫外線伝送特性が安定しない）と推測した。

具体的には、特に次の（あ）、（い）に記載する２つのタイプの光ファイバに対しては、以下のような効果があると推測している。
（あ）光ファイバ外径（Ｃ１）が大きくなると、コア中に充分かつ均一に水素を拡散供給し難くなり、例えば、クラッド近傍のコアには水素が拡散供給されているが、コア中心部には水素が拡散供給されていないといった不均一性がある光ファイバ。
（い）また、後述する光ファイバ外径（Ｃ１）とコア外径（Ｃ２）との比（Ｃ１／Ｃ２）が大きい（つまりは、クラッドまたはクラットおよびサポートガラス層の厚さが大きい）光ファイバの場合は、サポートガラス層および／またはクラッドまでは水素が拡散供給されているが、コアには水素が充分かつ均一に拡散供給されていな光ファイバ。

そこで、被覆層が形成された被覆光ファイバを特定の熱処理条件（保護層なしの場合、熱処理温度：５０℃〜４５０℃、熱処理時間：０．５時間以上、保護層ありの場合、熱処理温度：５０℃〜３００℃、熱処理時間：０．５時間以上）で熱処理を施すことで、コアとクラッド界面近傍に存在する水素、および／または、コア外周（クラッドやクラッドの外周に設けたサポートガラス層）に存在する水素をコアへ充分かつ均一に拡散供給させているものと推測した。その結果、紫外線伝送特性が向上し、長期的に安定した紫外線伝送特性を発現するものと考えている。

さらに、上記した熱処理は、被覆層の外周にさらに後述する保護層を形成させた後にでも実施できるので、バンドルファイバような製品に使用される被覆光ファイバにとって特に有効であると考えている。

本発明の被覆光ファイバは、コア／クラッド、または、コア／クラッド／サポートガラス層の構造を有する光ファイバ母材を加熱、線引きして光ファイバとする点では、従来の光ファイバの製造工程と同様であり、線引き後の光ファイバに溶融したアルミニウムまたはその合金を被覆凝固してなる被覆層を形成させた後に後述する熱処理を行うことに特徴がある。

本発明の被覆光ファイバを製造するために使用する光ファイバ母材はコア／クラッドの構造またはコア／クラッド／サポートガラス層の構造を有するシリカガラスである。例えば、図１（ａ）、図１（ｂ）に本発明で用いる光ファイバ母材の断面を模式的に示す。光ファイバ母材１はコア１１とその外周のクラッド１２を有する構造（図１（ａ））。コア１１、クラッド１２、の外周にさらにサポートガラス層１３を有する構造（図１（ｂ））が挙げられる。本発明に使用される光ファイバ母材１は、後述する線引き工程にて光ファイバとなるが、上記した構造に変化はなくほぼ相似している。

本発明に使用される光ファイバ母材１のコア１１、クラッド１２には、公知のシリカガラスからなる材料を適用でき、後述する光ファイバの外周に被覆層を形成させた後の熱処理によって、コアへの水素の拡散供給できれば良く、さらに好ましいコアとしては、水素を保持しやすいシリカガラスを適用すれば良い。具体的には、（１）少なくともＯＨ基および／またはＦ（フッ素）を合計で１００〜５０００ｐｐｍ含有するもので、かつ、（２）１２ｍＪ／ｃｍ^２のＡｒＦエキシマレーザーを常温、常圧下で１０^７ショット照射したときに生じる次の２つの欠陥、すなわちＥ’センターおよびＮＢＯＨＣ（非架橋酸素ホール中心；non-bridging oxygen hole center）の生成が以下の２態様のどちらかである場合が好ましい。第１の態様はＥ’センターが生成せず、かつ、ＮＢＯＨＣが生成しない態様である。第２の態様はＥ’センターが生成し、かつ、ＮＢＯＨＣが生成する態様の光ファイバ母材が挙げられる。

第１の態様のシリカガラスからなるコア１１を有する光ファイバ母材１は、紫外線に対する耐性がガラス構造的に強いことにより、一方、第２の態様のシリカガラスからなるコア１１を有する光ファイバ母材１は、紫外線照射によって発生した欠陥が、水素により消滅しやすいガラス構造になっていることにより、優れた光ファイバ母材であるものと本発明者らは推察している。

光ファイバ母材１のコア１１中のＯＨ基の含有量はＦＴ−ＩＲ法（フーリエ変換赤外分光法）で求めることができる。具体的には、赤外分光光度計により前記コア１１を測定し、J. P. Wiliams et. al., Ceramic Bulletin, 55(5), pp. 524, 1976記載の方法にしたがって、波長２．７μｍにおける吸収ピークからＯＨ基の含有量を求めることができる。この方法によってＯＨ基を検出できないとき、コア１１は「ＯＨ基を含有しない」とする。

光ファイバ母材１のコア１１中のＦの含有量はイオン選択性電極分析法で求めることができる。具体的には日本化学会誌、1972(2), pp.350に記載の方法で行う。すなわち、測定試料を無水炭酸ナトリウムとともに加熱融解して得られる融液に、濃度約３５％の濃塩酸と水とを体積比１：１で混合した水溶液を加えて試料液とする。フッ化物イオン選択性電極および比較電極（ラジオメータトレーディング社製、Ｎｏ．９４５−２２０およびＮｏ．９４５−４６８）を用いて、ラジオメータにより前記試料液の起電力を測定する。フッ化物イオン標準溶液を用いて予め求めた検量線を用いて、前記起電力からコア１１のＦの含有量を求める。この方法でＦを検出できない場合に、コア１１は「Ｆを含有しない」とする。

光ファイバ母材１のコア１１に含有されるＯＨ基およびＦの含有量の制御は公知である。例えば、光ファイバ母材の製造方法として知られる直接法やＶＡＤ法などでは、四塩化珪素などといった珪素化合物、酸素および水素を原料とするが、その原料として、四フッ化珪素などといったフッ素化合物をさらに量を規定して加えることによって、得られる光ファイバ母材のＯＨ基およびＦの含有量を制御することができる。

上述の「１２ｍＪ／ｃｍ^２のＡｒＦエキシマレーザーを常温、常圧下で１０^７ショット照射したとき」とは、波長１９３ｎｍの電磁波を、約２５℃、約１ａｔｍ、５０Ｈｚで、１０７ショット照射することを意味する。このようにＡｒＦエキシマレーザーを照射することの技術的意義は、前述の２つの欠陥の生成の有無を感度よく検出するために、欠陥を生じ易くすることである。したがって、欠陥の生成の有無の検査結果が変わらない程度の実使用上の条件の修正は、本発明の実施の範囲内である。

上記各欠陥について説明する。Ｅ’センターは不対電子を有する欠陥の一種であり、図４に示すような化学構造を有するものである。一般的には、Ｅ’センターは、波長２１５ｎｍをピークとする高エネルギーの紫外線によって光ファイバ中のケイ素と酸素との結合が切断されて生成すると考えられている。一方、ＮＢＯＨＣはホールを有する欠陥の一種であり、図５に示すような化学構造を有するものである。

本発明においては、Ｅ’センターおよびＮＢＯＨＣの生成の有無は、上述した電磁波（ＡｒＦエキシマレーザー）照射の１日後のＥＳＲ（電子スピン共鳴法）測定によって判定される。ＥＳＲ測定の詳細な条件は当業者であれば適宜設定できる。上記両欠陥の存在を示すピークは３４１０〜３５１０ガウスの磁場領域に現れるので、その領域を含む磁場領域を掃引するように測定する。ＥＳＲの測定により得られるＥＳＲスペクトルからＥ’センターおよびＮＢＯＨＣの各々に起因するピークを求める具体的手段も公知である。Ｅ’センターに起因するピークのピーク強度の値（２回積分することにより得られる）が１×１０^１３ｓｐｉｎｓ／ｇ以上であればＥ’センターが生成していると判定し、さもなくば、Ｅ’センターが生成していないと判定する。ＮＢＯＨＣに起因するピークのピーク強度の値（２回積分することにより得られる）が１×１０^１４ｓｐｉｎｓ／ｇ以上であればＮＢＯＨＣが生成していると判定し、さもなくば、ＮＢＯＨＣが生成していないと判定する。そのような測定ができる装置としては、例えば、ＥＳＰ−３００Ｅ（ＢＲＵＫＥＲ社製）等が挙げられる。

「１２ｍＪ／ｃｍ^２のＡｒＦエキシマレーザーを常温、常圧下で照射したときにＥ’センターが生成せず、かつ、ＮＢＯＨＣが生成しないシリカガラス」（上記第１の態様）は、例えば、直接法においてシリカガラスがＳｉＯ_２よりも酸素過剰になるようにする（ＳｉＯ_２＋ｘにおいてｘを、０＜ｘ＜１とする）ことによって得られる。

上述の「１２ｍＪ／ｃｍ^２のＡｒＦエキシマレーザーを常温、常圧下で照射したときにＥ’センターが生成し、かつＮＢＯＨＣが生成するシリカガラス」（上記第２の態様）は、例えば、直接法においてシリカガラスがＳｉＯ_２よりも酸素過剰になるようにし、さらに、６００〜１５００℃で酸加熱処理をして、還元性欠陥を低減させることにより得られる。
なお、クラッド１２はコア１１の外周に形成されていて、前記コア１１よりも屈折率の低いシリカガラスからなる。本発明に用いる光ファイバ母材１（特にコア１１の材料）としては、ゲルマニウム、リン、ホウ素、金属等を意図的にドープしていない、純石英ガラスが好ましい。具体的には、後述するＯＨ基および／またはＦ（フッ素）以外の不純物が好ましくは１００ｐｐｂ以下、より好ましくは１０ｐｐｂ以下であるシリカガラスを用いる。

本発明に用いる光ファイバ母材１で、上述したコア１１の外周にクラッド１２が設けられている。クラッド１２はコア１１よりも屈折率が低いシリカガラスであればよい。屈折率をコア１１よりも低くする手段としては、クラッド１２となる部分のシリカガラスに屈折率を小さくする元素（例；フッ素、ホウ素）を公知の製法、装置を用いてドープする方法等が挙げられる。

本発明に用いる光ファイバ母材１で、上述したコア１１、クラッド１２の外周にさらにサポートガラス層１３が設けられれている態様がある。サポートガラス層は、公知のガラス材料からなるものであれば良く、例えば、シリカガラス等を適用すれば良い。サポートガラス層は、後述するバンドルライトガイド等に使用する際、光ファイバ端面を研磨したりするので、作業性を向上させるために光ファイバ径を太くする。研磨を均一に行うためにコア、クラッドと同等の硬さを有する。光学的なダメージをコアやクラッドから保護するために設けられている。

本発明において用いる光ファイバ母材１は、上述したコア１１、クラッド１２の要件を備えることの他は公知の光ファイバ母材と同様であってもよい。光ファイバ母材１は、例えば、化学的に合成した合成シリカガラスや天然の石英粉末を溶融した溶融シリカガラスから製造してもよい。中でも、不純物含有量が少ない合成シリカガラスを用いることが好ましい。合成シリカガラスは公知の方法で製造することができ、該製造方法としては、具体的には、ＶＡＤ法、ＭＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、ＯＶＤ法、直接法等が挙げられる。

上述した光ファイバ母材を後述する製造方法で加熱線引きして、光ファイバとし、溶融アルミニウム（またはその合金）を被覆凝固させて、被覆光ファイバとする。ここで、光ファイバ外径（Ｃ１）は、２００μｍ〜１０００μｍの場合に本発明の効果が顕著に得られる。２００μｍより小さい光ファイバの場合、後述する熱処理の必要性は低く、１０００μｍより大きい光ファイバの場合、溶融アルミニウム（またはその合金）を光ファイバの外周に被覆することが困難な傾向にある。
また、光ファイバ外径（Ｃ１）と光ファイバのコア径（Ｃ２）との比（Ｃ１／Ｃ２）が１．０５〜１０．０、特には、５〜１０の光ファイバ（クラッドおよびクラット＋サポートガラス層の厚さが大きい光ファイバ）に効果的である。

光ファイバ母材１を線引きして光ファイバを得る方法は従来公知の方法でよく、その一例は後述する。但し、本発明の光ファイバは、その外周に溶融したアルミニウムまたはその合金が凝固してなる被覆層をさらに有する点に特徴付けられる。アルミニウムまたはその合金を溶融させる手段は公知の手段によることができ、例えば、高周波誘導加熱、抵抗加熱等が例示される。一般的に、溶融は大気中または好ましくは水素含有雰囲気中で行われる。その理由は、アルミニウムまたはその合金に付着していた湿分や、大気中からの湿分から水素を得ることができ、溶融状態から凝固する際に光ファイバへ水素が供給されるからである。

なお、アルミニウムまたはその合金の被覆としては、それらが溶融したものを被覆した後に凝固させる手段のほかに、例えば、蒸着、スパッタリング等の手段によってもなされる。しかし、溶融したアルミニウムまたはその合金を被覆した後に凝固させて得られた被覆層の膜厚を断面観察等によって測定すると、通常５μｍ以上（通常、５〜５０μｍ）であり、他の手段（蒸着、スパッタリング等）によって得た膜（通常、膜厚は１μｍ以下）よりもずっと厚い。

上記被覆層のアルミニウムまたはその合金は公知のものであってよい。合金の場合におけるアルミニウム以外の成分としては、珪素、マグネシウム、銅またはそれらの組合わせ等が例示されるがそれらに限定されない。シリカガラスとの濡れ性および融点等の観点からはアルミニウムの含有量が８０重量％以上である共晶系合金が好ましく、純度９９．９％以上のアルミニウムがより好ましい。そのようなアルミニウムまたはその合金としては、例えば、国際合金記号で示される１０３５、１０４０、１０４５、１０５０、１０５０Ａ、１０６０、１０６５、１０７０、１０７０Ａ、１０８０、１０８０Ａ、１０８５、１０９０、１０９８、１１００、１１１０、１２００、１２００Ａ、１１２０、１２３０、１１３５、１２３５、１４３５、１１４５、１３４５、１４４５、１１５０、１３５０（１８）、１３５０Ａ、１４５０、１２６０、１１７０、１３７０、１１７５、１２７５、１１８０、１１８５、１２８５、１３８５、１１８８、１１９０、１１９３、１１９８、１１９９等が挙げられる。

光ファイバの外周のアルミニウムの被覆は、光ファイバの水素を保持し得る厚さであればよく、好ましくは１０〜８０μｍ、より好ましくは２０〜４０μｍの厚さである。当該被覆が１０μｍより薄いと水素ドープの寄与が小さく、８０μｍより厚いと製造した光ファイバの可撓性が低くなる傾向にある。

次に、光ファイバ母材から本発明の光ファイバを製造する方法の一例を図面を参照しながら説明する。図２は光ファイバ母材から被覆光ファイバを製造する方法を模式的に示す図である。この製造方法は、光ファイバ母材１を加熱し、線引きする工程Ａと溶融アルミニウム２（以下、純度９９．９％のアルミニウムを用いた場合を例にとって説明するが、特にこの例に限定されない。）を被覆する工程Ｂに大別される。工程Ａにおいて光ファイバ母材１を加熱する温度は、通常、約２０００〜約２４００℃程度であり、例えば、外径７０〜２０００μｍの光ファイバ３を製造する場合には上記温度で線引き速度０．１〜１０００ｍ／分にて線引きすることができる。加熱はヒーター４等を用いて行うことができる。次いで、工程Ｂでは、溶融アルミニウム２を保持し、かつ、ダイスを兼ねたダイス槽５で溶融アルミニウム２を被覆して形状を整える。ダイス槽５内の溶融アルミニウム２の温度は、溶融可能な温度であればよく、好ましくは６７０〜８００℃である。当該温度が６７０℃より低いと溶融アルミニウム２の膜厚が安定せずに被覆後の被覆光ファイバ６の強度等の特性が長手方向でばらつく傾向にある。ダイス槽５内の溶融アルミニウム２の温度が８００℃より高いと光ファイバ３が溶融アルミニウム２との反応によって劣化する傾向にある。ダイス槽５内の溶融アルミニウム２の温度管理は、例えば、熱電対７を浸漬して温度測定器８でモニターしたり、非接触型の温度センサー等（図示せず）で温度を測定したりしながら、ヒーター９等を用いて温度を調節するなどの方法がある。

光ファイバ３の外周の溶融アルミニウム２はボビン（図示せず）に巻き取られるまで、もしくは後述する保護層を被覆する（工程Ｃ）までに冷却されて凝固すればよい。このとき、冷却手段や冷却速度は特に限定はないが、製造効率を低下させない程度のゆっくりした冷却速度であることが好ましい。

光ファイバの外周の溶融アルミニウムは上述の工程で、被覆層１０として光ファイバの外周に形成され被覆光ファイバＡとなる。また、さらに被覆層の外周に保護層を被覆する工程（工程Ｃ）が連続的または、一端ボビンに巻回された後に行われ、保護層付き被覆光ファイバＢとなる。図８にその工程を示す。保護層は後述するバンドルライトガイド等に使用する被覆光ファイバ同士が擦れ合う際の擦り傷の発生やその他の外的（外傷、熱による）な損傷、劣化から被覆光ファイバを保護するために設けられるものである。保護層は、被覆層の外周に１層または複数層形成すればよく、使用用途に応じて適宜決定すればよい。保護層の厚さは、使用環境によって適宜決定すればよく、耐外傷性と可撓性とのバランスやその他（耐熱性など）とを考慮すればよい。具体的は、５μｍ〜５００μｍであることが好ましく、より好ましくは、１０μｍ〜２００μｍである。５μｍより小さいと耐外傷性が充分ではなくなる傾向にあり、５００μｍより大きいと可撓性が低下する傾向にある。

保護層として使用される材料としては、被覆層の外周直上に形成させる保護層（１次保護層）としては、柔軟性、耐熱性がある樹脂製のものが好ましく、中でも紫外線硬化型樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂が好ましい。
また、保護層を複数層形成させる場合、上述した１次保護層の外周に耐外傷性、耐熱性、抗菌性を有するナイロン、ＰＥＥＫ、ＰＦＡを被覆すればよい。

このようにして得られる本発明の光ファイバの長手方向に垂直な断面の態様は、図３に示すとおり、コア１１／クラッド１２／被覆層３１の構造のもの（図３（ａ））、コア１１／クラッド１２／サポートガラス層１３／被覆層３１のもの、コア１１／クラッド１２／被覆層３１／保護層３２のもの、コア１１／クラッド１２／サポートガラス層１３／被覆層３１／保護層３２のものが挙げられる。また、保護層を有するものの中には、複数層の保護層からなる態様のもの（図示せず）が挙げられる。

ボビンに巻き取られた被覆光ファイバ１４は、例えば、熱処理炉へ搬入されて所定の熱処理条件で熱処理される（バッチ式熱処理）。炉中の雰囲気は特に限定する必要はなく、特には大気圧下で大気中がコストの面、管理の面で好ましい。熱処理条件の熱処理温度は、保護層を有しない場合、５０〜４５０℃であり、コア以外（クラッドおよび／またはサポートガラス層）に存在する水素をコアに拡散供給しつつ、ガラス（クラッドまたはガラスサポート層）と被覆層との界面反応を起さない点で、１５０℃〜３５０℃が好ましく、より好ましくは、２００℃〜３００℃である。
また、保護層を有する場合は、保護層を変質させない点で５０℃〜３００℃であり、より好ましくは、５０℃〜２５０℃である。、さらには、５０℃〜１３５℃である。
熱処理温度が５０℃未満であると、クラッドおよび／またはサポートガラス層に残存している水素をコア中に安定して拡散させることが困難となる傾向にあり、保護層を有しない場合、４５０℃を超えると水素はコア中に拡散供給されるが、被覆層と光ファイバとの界面で化学反応が起こりやすくなる傾向にある。
また、保護層を有する場合、３００℃より高いと保護層が熱劣化をする傾向になる。具体的には、紫外線硬化型樹脂では、１４０℃、シリコーン樹脂では、１８０℃、ナイロンでは、１００℃、ＰＦＡでは２６０℃、ポリイミドでは３００℃）熱劣化する傾向になる。

一方、熱処理時間は、保護層の有無に関わらず０．５時間以上であれば良く、生産性の点で０．５時間〜１００時間が好ましく、より好ましくは、５時間〜５０時間である。熱処理時間が０．５時間未満であると、クラッドおよび／またはサポートガラス層に残存している水素をコア中に拡散供給させることができず、所望の紫外線伝送特性が成り難い傾向になる。

また、ボビンの巻き取られた形態で熱処理する場合、ボビン内周と外周に巻回された光ファイバによっては、与えられる熱量が異なる場合があるので、そういった長手方向（ボビンの内周、外周）での差異を低減させるために、例えば、昇温速度を１０℃／時間〜５００℃／時間にしたり、同じく降温速度を５００℃／時間〜１０℃／時間にすれば良い。

また、上記した熱処理方法の他にも、例えばボビンに巻き取る前に管状炉に被覆光ファイバを通過させて、クラッドおよび／またはサポートガラス層中に残存する水素をコア中に拡散供給させても良い。その時の線引き速度等は、上記したバッチ式熱処理と同等の効果が得られるように決定すれば良い。

本発明の製造方法で作製された被覆光ファイバまたは保護層付き被覆光ファイバ（以下、「バンドルライトガイド用光ファイバ」という）を所望の長さに切断して、複数本を束ねることにより、本発明のバンドルライトガイドを製造することができる。例えばバンドルライトガイドの場合、上記のバンドルライトガイド用光ファイバを用いること以外は、バンドルライトガイドの形状、製造方法に特に制限されない。以下、図６、図７を参照して、本発明のバンドルライトガイドについて説明する。

図６のように、通常のバンドルライトガイドでは、バンドルライトガイド用光ファイバは可撓管６１に収納される。これは、バンドルライトガイドの運搬・使用時等に被覆光ファイバを束ねるためであり、かつ、バンドルライトガイド用光ファイバ７３が損傷するのを防止するためである。使用環境に応じて、耐熱性、堅牢性を考慮すると、可撓管６１は、ＪＩＳ Ｇ ３４４６に記載のステンレス鋼、具体的にはＳＵＳ３０４合金、ＳＵＳ３１６合金等や、ＡＳＴＭ−Ｆ１５に記載のコバール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）、具体的には、Ｆｅ−２９ｗｔ％Ｎｉ−１７ｗｔ％Ｃｏ合金等が挙げられる。中でも熱膨張係数が硬質ガラス（光ファイバ）やセラミックスと同等であるコバールが好ましい。また、バンドルライトガイドの使用目的に応じて、他の材料のものを適宜選択して使用することもできる。

また、図７に示すようにバンドルライトガイド用光ファイバ７３の少なくとも一端は、接着剤７４を用いてスリーブ７１に固定すれば良いが、使用環境（例えば高温下）によっては、耐熱性を有する接着剤を適用すれば良い。スリーブ７１は、通常、バンドルライトガイド用光ファイバ７３の末端を保護することにより、損傷を防ぎ、バンドルライトガイドを他の装置等と接続する際に、接続を容易にかつ確実にすることができれば制限はなく、使用環境が高温下である場合は、スリーブ７１の材料としては、耐熱性材料が用いられる。ここで、耐熱性材料とは、２００℃〜３００℃の高温下でも、強度低下が起こらない材料をいい、具体的には、ステンレス（ＳＵＳ３０４合金、ＳＵＳ３１６合金等）、コバール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ合金）アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等の金属材料や、セラミックス等を適用することができる。その中でも、堅牢性、コスト、作業性、延性等の点からスリーブ３の材料としては、金属材料を用いることが好ましく、さらに好ましい材料として、耐酸化性、耐熱性が優れている点で、ステンレス、コバールがより好ましい。

接着剤７４は、公知の接着剤を適用すれば良く、例えば、弾性接着剤、熱硬化性樹脂系接着剤、エラストマー系接着剤、熱可塑性樹脂系接着剤、瞬間接着剤、無期系接着剤などが適用されるが、耐熱性および硬化後も弾性を有する点で、弾性系接着剤が好ましく、弾性を有していることで、振動および熱の膨張の差による歪を弾性系接着剤が吸収・緩和してくれる。具体的には、主成分に変成シリコーンポリマーや特殊シリコーン変性ポリマー等が配合された接着剤が適用される。

以下、実施例および比較例をもって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの記載により何ら限定されるものではない。直接法によって得た各種の光ファイバ母材について上述のようにＯＨ量、Ｆ量、常磁性欠陥量を測定した（表１、２）。また、光ファイバ母材の屈折率はプリフォームアナライザーにより測定し、クラッドの屈折率がコアの屈折率よりも０．０１３小さい値であった。また、サポートガラス層をＳＧ層として表中に表記した。

表中にある「欠陥種類（コア）」とは、１２ｍＪ／ｃｍ^２のＡｒＦエキシマレーザーを常温、常圧下で１０^７ショット照射したときに生成する欠陥の種類を示し、その検出方法は上述したとおりである。

これらの光ファイバ母材を２１５０℃に加熱し、１〜６０ｍ／分の線引き速度で線引きし、さらに、純度９９．９９％の溶融したアルミニウム（表１の実施例１〜９では「溶融Ａｌ」と表記する。）を被覆した。また、実施例１０にはＡｌ−０．５ｗｔ％Ｍｇのアルミニウム合金（表１の実施例１０では、「Ａｌ合金」と表記する。）を被覆し、被覆光ファイバを得た。
また、比較例１には、紫外線硬化型樹脂（表中には「ＵＶ樹脂」と表記）、比較例３には、シリコーン樹脂（１次被覆層、厚さ２００μｍ）として形成後、ナイロン（２次被覆層、厚さ３００μｍ）（表中には「シリコーン＋ナイロン」と表記）を被覆した複数層の被覆層、比較例５には、ポリイミド樹脂（表中には「ポリイミド」と表記）からなる被覆層を形成させた。

引続いて、保護層を形成させた実施例２、実施例７、実施例９、比較例２、比較例６には紫外線硬化型樹脂（表中には「ＵＶ樹脂」と表記）、実施例３にはシリコーン樹脂（１次保護層、厚さ２００μｍ）として形成後、ナイロン（２次保護層、厚さ３００μｍ）を被覆した複数層からなる保護層（表中には「シリコーン＋ナイロン」と表記）、実施例４にはポリイミド樹脂（表中には「ポリイミド」と表記）、実施例６には、シリコーン樹脂（表中には「シリコーン」と表記）を被覆した。

［得られた光ファイバの評価］
得られた光ファイバのコア中の水素分子含有量はV. S. Khotimchenko et al., J. Appl.Spectrospec., 46(1987) 632-635に記載の方法に準じて行った。得られた光ファイバの耐紫外線特性は、重水素ランプによる紫外光（２１５ｎｍ）を導光させて、その出射光を瞬間マルチ測光システムで測定して透過率を算出することにより評価した。１０時間導光後の透過率が初期の透過率の７０％以上である場合を耐紫外線特性あり（○）と評価し、７０％未満である場合を耐紫外線特性なし（×）と評価した。ここで、重水素ランプは浜松ホトニクス製の重水素ランプ（Ｄ２ランプ）、光源用電源はＣ３１５０、ハウジングはＭＣ−９６２Ａ、ランプはＬ１３１４（窓材質：溶融石英）を使用し、１５０Ｗ（照射光パワー：２１５ｎｍにおいて０．２１ｍＪ／ｃｍ^２）の照射を行った。瞬間マルチ測光システムは大塚電子（株）製瞬間分光測定器ＭＣＰＤ−１１００を用いた。

光ファイバ外径（Ｃ１）、コア径（Ｃ２）、および光ファイバ外径（Ｃ１）と光ファイバのコア径（Ｃ２）との比（Ｃ１／Ｃ２）は、被覆光ファイバを長手方向に対して垂直に切断した面を研磨して、キーエンス製の拡大顕微鏡（倍率２００倍〜５００倍（被覆光ファイバの太さによって、適宜倍率を変更した））にて測定して算出した。また、その他の被覆層の厚さ、保護層の厚さも同様にして測定した。

実施例、比較例にて製造した各光ファイバ（あるいはその母材）の諸パラメータおよび諸特性の結果を表１および表２に示す。

本発明で用いる光ファイバ母材の断面を模式的に示す図である。 光ファイバ母材から被覆光ファイバを製造する方法を模式的に示す図である。 本発明の被覆光ファイバ、保護層付き被覆光ファイバの長手方向に垂直な断面図である。 常磁性欠陥のＥ’センターを模式的に示す図である。 常磁性欠陥のＮＢＯＨＣを模式的に示す図である。 バンドルライトガイドを模式的な構造を示す図である。 バンドルライトガイドのスリーブ近傍の断面構造を模式的に示す図である。 保護層を形成させる工程（工程Ｃ）を示す略図である。

符号の説明

１ 光ファイバ母材
２、６ 溶融アルミニウム
３ 光ファイバ
４、９ ヒーター
５、５１ ダイス槽
７ 熱電対
８ 温度測定器
１０、３１ 被覆層
１１ コア
１２ クラッド
１３ サポートガラス層
１４ 保護層用材料
１５、３２ 保護層
Ａ 被覆光ファイバ
Ｂ 保護層付き被覆光ファイバ
Ｙ、Ｚ 次工程への進行方向
４０ Ｅ’センター
４１ 不対電子
４２、５３ Ｓｉ原子
４３、５４ 化学結合
４４、５５ 酸素原子
５０ ＮＢＯＨＣ
５２ ホール
６１、７５ 可撓管
６２、７１ スリーブ
７３ バンドルライトガイド用光ファイバ
７４ 接着剤

Claims (8)

1. 少なくともコアと該コアの外周にクラッドを有する光ファイバの外周に、溶融したアルミニウムまたはその合金を被覆し凝固させてなる被覆層を有する被覆光ファイバの製造方法において、該被覆層を形成した後、被覆層の外周にさらに保護層を設けずに５０℃〜４５０℃で、０．５時間以上の熱処理を施したことを特徴とする被覆光ファイバの製造方法。
2. 少なくともコアと該コアの外周にクラッドを有する光ファイバであって、該光ファイバの外周に、溶融したアルミニウムまたはその合金を被覆し凝固させてなる被覆層を有する被覆光ファイバの製造方法において、被覆層の外周にさらに保護層を設けた後に、５０℃〜３００℃で、０．５時間以上の熱処理を施したことを特徴とする被覆光ファイバの製造方法。
3. さらに、前記クラッドの外周にサポートガラス層が形成されている光ファイバであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の被覆光ファイバの製造方法。
4. 前記光ファイバの外径（Ｃ１）が２００μｍ〜１０００μｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の被覆光ファイバの製造方法。
5. 前記光ファイバの外径（Ｃ１）と前記コアの直径（Ｃ２）との比（Ｃ１／Ｃ２）が、１．０５〜１０であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の被覆光ファイバの製造方法。
6. 前記コアが少なくともＯＨ基および／またはＦを合計で１００〜５０００ｐｐｍ含有し、かつ、１２ｍＪ／ｃｍ^２のＡｒＦエキシマレーザーを常温、常圧下で１０^７ショット照射したときに下記（Ａ）または（Ｂ）の要件を充足するシリカガラスからなることを特徴する請求項１〜５のいずれかに記載の被覆光ファイバの製造方法。
   （Ａ）Ｅ’センターが生成せず、かつ、ＮＢＯＨＣが生成しない、
   （Ｂ）Ｅ’センターが生成し、かつ、ＮＢＯＨＣが生成する、
7. 請求項１〜請求項６のいずれかの製造方法で作成された被覆光ファイバ。
8. 請求項７に記載の被覆光ファイバを複数本使用してなるバンドルライトガイド。
   

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