JP3927060B2 - 耐熱・高強度光ファイバの構造及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信などに使用する光ファイバの新規の構造と、その製造方法に関するものであり、特に耐熱・高強度で光損失の少ないなどの高性能な光ファイバの構造と、その製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ファイバ３は、概略図１に示すように、コア部１とクラッド部２から構成され、これを通常は光ファイバ素線と呼ばれており、クラッドにはコアよりも低い屈折率のものを使用することによって、図２のようにコア部１内を光が全反射を繰り返しながら光速で伝わっていくものであり、シリカガラス、多成分系ガラス、プラスチックを材料に使用した光ファイバ３がある。
【０００３】
光ファイバ素線は、ＪＩＳ規格に規定されていて、例えば石英系マルチモード光ファイバ素線Ｃ−６８３２：１９９９、多成分系マルチモード光ファイバ素線Ｃ−６８３３：１９９９、プラスチッククラッドマルチモード光ファイバ素線Ｃ−６８３４：１９９９、石英系シングルモード光ファイバ素線Ｃ−６８３５：１９９９、全プラスチックマルチモード光ファイバ素線Ｃ−６８３７：１９９９などがあり、コア径が７μｍ，８μｍ，９μｍ，９．３μｍ，１０．５μｍ，５０μｍ，６２．５μｍ，８５μｍ，１００μｍ，２００μｍ，４８５μｍ，７３５μｍ，９８０μｍなどがあり、そしてクラッド外径が、１２５μｍ，１４０μｍ，２２０μｍ，２３０μｍ，２５０μｍ，３００μｍ，３８０μｍ，５００μｍ，７５０μｍ，１０００μｍのものなど多くの種類があり、また中心がコア部が、石英系、多成分系ガラスでクラッド部にプラスチックを使用しているものがある。
【０００４】
これらの光ファイバ素線は、一般にクラッドにコアよりも低い屈折率の透明素材のものを使用している構成のために、強く曲げると光損失する問題があり、また、前記のいずれの光ファイバ素線も通常は被覆、抗張力体、シースなどの素材にプラスチックを使用した心線を基本にして使用しているために、弾性強度などの機械的強度に乏しく、特に衝撃力などの外力のかかる部分に使用すると、ファイバの折れという致命的な不良を発生したり、耐熱性が著しく弱く、近年自動車、飛行機、船などに、光ファイバを採用しようとしているが、振動や高温などの厳しい環境の部分に全く使用できないなどの致命的な問題があった。
【０００５】
これらの問題点の解決策として、本発明者が特願２００１−２７８９０６号公法と、特願２００１−２９００１６号公法において前記光ファイバ素線または、光ファイバのコア部に直接に電鋳によってニッケルなどの金属を析出する方法を提案しているが、シリカ、ガラス、プラスチックを使用している光ファイバには通電性に乏しいために、面倒な通電処理を必要とすることや、電鋳に時間を要することなどから生産性が低く、コストアップになる問題があり、また例えば図３に示すように耐熱性などの必要な部分だけ電鋳が必要になるケースもあり、図３は光ファイバ３の表面に悪条件区域Ａの部分だけに電鋳部４を部分的に設けた場合の側面概略構成図であるが、このように光ファイバ表面に部分的に電鋳によって金属を析出することは、著しく手間取り実質的に製造が不可能になるなどの問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上に鑑み、各種光ファイバの耐熱性と機械的強度などを著しく向上させ、極めて厳しい条件下においても問題を発生しないことを主な課題とし、また光ファイバの耐熱性などの要求される部分だけを、部分的に金属管で覆うことを可能とすることや、更に必要により曲げても光損失の発生をゼロにすることを可能にすることや、加えて光ファイバに直接電鋳する場合に、面倒な通電処理を必要とすることや、電鋳に時間を要することなどから生産性が低く、コストアップになることなどを根本的に解決することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために、光ファイバにおいて、コアとクラッドを有する光ファイバ素線またはコア部だけ線（この様な線は市場に無いため、以後、本発明においては、これを光ファイバコア線と述べる）または樹脂を被覆した光ファイバ心線であってもよく、これらの光ファイバの直径寸法より僅かに大きく、出来るだけ正確な同心度などの寸法精度で孔を開けた、耐熱性の要求されるエリアの部分を十分にカバーするに足りる、長さ寸法の長い金属管を電鋳法などの方法によって製造し、この金属管の孔に前記光ファイバ素線または光ファイバコア線などを通して保持する手段や、更に必要により冷却または加温などの温調機能を有する手段などをを採用した。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を更に詳しく説明すると、光ファイバにおいて、コアとクラッドを有する光ファイバ素線またはコア部だけの光ファイバコア線、または場合によっては樹脂被覆した光ファイバ心線の直径寸法より僅かに大きく、出来るだけ正確な同心度で孔を開けた耐熱性の要求されるエリアの部分を十分にカバーするに足りる、長さ寸法の長い金属管を電鋳法などによって製造し、この金属管の孔に前記光ファイバ素線または光ファイバコア線または光ファイバ心線を通して保持する手段を採用するが、このような金属管を製造するには、本発明者が特開２００１−２２８３６３号公報、特開２００１−１５２３８３号公報などで提案している線材を母型に使用する鋳法による方法や、通常の金属管の製管方法である例えば株式会社日本特殊管製作所において、１９６０年以来実用化している芯引抽伸（プラグドロー）法などの従来の製管方法によるものでもよいが、寸法精度、表面粗度などの面で、電鋳法による方法が適性が高い。
【０００９】
本発明に係る電鋳法によって金属管を生産する場合には、本発明者が以前に出願している特開２００１−２２８３６３号公報に記載されている回転電鋳の方法を採用するのが適性があり、図４は、この設備の一例で概略の構成を示す平面図であるが、保持治具５、プラス電極６、マイナス電極８、電鋳槽１０、保持治具自転用駆動モータ１１、ベルト１２、積算電流計１３、滑車１４、治具固定用構造体１５で構成されており、電鋳槽１０中に電鋳液３を入れ、加温し、濾過し、撹拌した状態で、プラス電極６と個々の保持治具５の全てに、マイナス電極８と積算電流計１３を連結して、よく管理した状態で直流電流を流し、保持治具回転用駆動モータ１１の回転をベルト１２で滑車１４を介して治具固定用構造体１５の保持治具５に伝達して保持治具５を自転させて電鋳し、一定の積算電流値なったら電流を切る構成としている。
【００１０】
図５は、前記実施例の保持治具５付近の詳細を示す概略の側面構成図であるが、治具固定用構造体１５、保持棒１６、フリー回転部１７、ベルト受車１８、ベルト１２、電気絶縁部１９、マイナス電極バネ２０、連結部２１、保持治具５、バネ７、線材９、クリップ２２で構成されており、円形の治具固定用構造体１５に保持棒１６が溶接されており、フリー回転部１７で空回りさせ、ベルト１２の回転をベルト受車１８に伝達して回転し電気絶縁部１９、連結部２１を介して保持治具５を自転させ、保持治具５は、クリップ２２とバネ７で光ファイバ９を張った状態で保持し、電鋳液面２３を図４に示すような位置にして、マイナス電極バネ２０と圧接して電気絶縁部１９の下側にマイナス電流を流して電鋳を実施する。
【００１１】
電鋳液は、例えばニッケル又はその合金、鉄又はその合金、銅又はその合金、コバルト又はその合金、タングステン合金、微粒子分散金属などの電鋳金属が採用可能であり、スルファミン酸ニツケル、塩化ニッケル、硫酸ニッケル、スルファミン酸第一鉄、ホウフッ化第一鉄、ピロリン酸胴、硫酸銅、ホウフッ化銅、ケイフッ化銅、チタンフッ化銅、アルカノールスルフォン酸銅、硫酸コバルト、タングステン酸ナトリウムなどの水溶液を主成分とする水溶液などが使用でき、これらのうち特にスルファミン酸ニッケルを主成分とする浴が、電鋳のやり易さ、硬度などの物性の多様性、出来上がったものの化学的安定性、溶接の容易性などの面で適しており、そして、電鋳液は、濾過精度０．１〜５μｍ程度のフィルターで高速濾過し、また加温して±３℃程度の適性温度範囲に温度コントロールし、また時々、活性炭処理をして有機不純物を除去する。
【００１２】
プラス電極６は、ニッケル、鉄、銅、コバルトなどから選定され、板状、球状のものを適宜使用する。球状のものを使用する場合は、チタン製バスケットに入れ、ポリエステル製の布袋で覆って使用すればよい。そして円形の治具固定用構造体１５の中心にプラス電極６を配して、保持治具５の全てと等間隔の位置にするのが、電鋳速度が一定になり、ほぼ同時間で電鋳が終了することから望ましいが、プラス電極６の位置は、この位置に限定されず、例えば電鋳槽１０の外壁に沿ってプラス電極６を複数箇所に配した構成にしてもよいし、治具固定用構造体１５も必ずしも円形でなく例えば楕円形であってもよい。
【００１３】
線材９は、一般には一本で実施するが、場合によっては２本または、それ以上の複数本を使用する多心タイプであってもよく、鉄またはその合金、アルミニウムまたはその合金、銅またはその合金などの金属線または細棒、及びこの金属線または細棒の上に薄いハンダメッキをしたもの、及びナイロン、ポリエステルなどのプラスチック線または細棒から適宜選択使用されるが、このうちプラスチックの場合は、表面に導電性の付与のためニッケル、銀などの無電解メッキなどが必要となり、線材９は、太さと真円度と直線性、表面粗度に高い精度が要求され、ダイスによる押し出し、伸線、センタレス加工などによる方法などにより製造することができる。
【００１４】
選択する線材９の種類により、電鋳品の中心にある線材９を引き抜くか、押し出すか、薬品で溶解するかが決定されるが、一般には薬品に溶解しにくく、引っ張り強度の高いものは、引き抜き、または押し出しを利用し、薬品に溶解しやすいものは、溶解を利用する。例えば鉄、銅またはその合金の線材の場合は、離型処理し、電鋳して棒状にした後、線材を引き抜けばよく、上記した無電解メッキしたプラスチックのの線材の場合には、同様の方法で引き抜けばよい。これらのうち特にＳＵＳ線、燐青銅線、ベリ銅線、チタン合金線、形状記憶合金線などで引張強度が高く、かつ伸び率が高く、例えば１０パーセント以上の線材を使用することによってた著しく長く引き抜くことが可能となり、特にプラスチック光ファイバ線（ＰＯＦ）の場合には、５００〜１０００μｍ程度の太さの線を使用するケースが多いが、こり場合には線材が太いために、引っ張り強度が高く、線材の抜けが非常に良好となって著しく長い金属管を製造することが容易になる。
【００１５】
上記のような装置で回転電鋳を実施するが、電鋳は、直流電流を１〜１０Ａ／ｄｍ^２程度の電流密度で実施し、棒状で長さ２０〜１００ｃｍで、太さ０．４〜２．５ｍｍφ程度の任意のものを製造し、耐熱性、物理的強度などの特に要求される部分だけに、２０〜１００ｃｍ程度の長さで通常は使用するが、但し長さ、太さについては、これに限定されず、例えば電鋳槽の深さを深くすることや自動連続光ファイバ供給装置などによって、更に著しく長いものなどを製造可能であり、そして電鋳を実施するには、始めは低電流で開始し、徐々に電流を高めていき、保持治具５ごとに所定の析出量（太さ）になる積算電流量に達した時点で、自動的に整流器からの電流が切れるように正確にコンピュータ管理する構成とすることが望ましく、流した電流量に太さは比例する関係から太さの管理が正確にでき、また前記のような精度の高い回転電鋳方法を採用することによって偏肉を極めて少なくでき、すなわち、極めて良好な同心度などの精度が得られことから、加工を殆ど必要としないので、コネクタ接続することも可能となる。
【００１６】
また、本発明における具体的な実施形態としては、例えば図６に示すように光ファイバ３の極高温または極低温の悪条件区域Ａの付近に金属管２６を光ファイバ３の外側に設けるが、その際に複数の高温または低温の悪条件区域Ａが有れば、その数だけ部分的に金属管２６を付設固着すればよく、先端には、例えばフランジ２５と通常使用している短いフェルール２４を設ける構成であってもよく、そして必要によっては、冷却液や加温液をポンプで循環する液による調温方法や空気による空気調温などによる温調部分２７を一部分にレーザー溶接などの方法によって密着固定して設ける構成を採用し、一般にニッケル、銅などの金属管２６を使用することによって、これら金属管２６の熱伝導性の良好な性質を利用して、邪魔にならない隅の方の一か所などを利用した温調によって、適性温度範囲を保つことが極めて容易に可能となり、高温環境または低温環境での極めて厳しい環境下における使用時の問題点を根本的に解決することができる。
【００１７】
図７は、本発明における、先端のコネクタ部分の構成の一例を示す側断面図であるが、光ファイバ３を金属管２６の孔に通してから、先端に通常のフェルール２４の長さより少し長く光ファイバ３を出した状態で光ファイバ３と金属管２６を接着剤などで固定し、フランジ２５付きのジルコニア製、金属製などのフェルール２４の中心の孔に光ファイバ３を入れて、そしてフランジ２５の後部の孔に金属管２６を挿入し、接着剤などで接着固定する方法を採用すればよい。
【００１８】
また、図８に示すように通常のフェルール２４を使用しないで、電鋳などの方法によって製造した寸法精度のよい金属管２６に光ファイバを挿入固定してから、フランジ２５を溶接などの方法で固定し、先端部を研磨して仕上げる方法を採用することもできる。
【００１９】
本発明において、電鋳法を採用する場合は、図９（ａ）に示すように光ファイバのコア１とクラッド２の外側に金属管を形成した構成であり、従来の外側にプラスチックを使用する場合に比較して著しく機械的強度と耐熱性などの性質を向上でき、図８（ｂ）に示すようにコア１に直接金属管を形成した場合には、曲げなどによる光の損失を全くゼロにすることも可能となる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、光ファイバにおいて、コアとクラッドを有する光ファイバ素線またはコア部だけ光ファイバコア線または光ファイバ心線の直径寸法より僅かに大きく、出来るだけ正確な同心度などの孔位置に開けた、耐熱性の要求されるエリアの部分を十分にカバーするに足りる、長さ寸法の長い金属管を電鋳法などの方法によって製造し、この金属管の孔に前記光ファイバ素線または光ファイバコア線または光ファイバ心線を通して保持する手段を採用し、更に必要により冷却または加温などの温調機能を有する手段を採用することによって、光ファイバの耐熱性と機械的強度などを著しく向上させ、高温、振動などの極めて厳しい条件下においても問題を発生しないようにすることが可能となりまた、光ファイバの耐熱性などの要求される部分だけを、部分的に金属管で覆うことを可能とし、更に光フアイバコア線に金属管を通すことによって、強く曲げても光損失の発生をゼロにすることを可能にすることや、更に加えて光ファイバに直接電鋳する場合の通電処理を必要とすることや、電鋳に時間を要することなどから生産性が低く、コストアップになることなどの問題点を根本的に解決することができるという多大な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ファイバの一般的な構造を示す拡大断面図と側面図である。
【図２】光ファイバのコア内を光が伝わっていく時の状態を示す図である。
【図３】光ファイバの表面に悪条件区域Ａの部分だけに電鋳部４を部分的に設けた場合の側面概略構成図である。
【図４】本発明に係る金属管を製造するための回転電鋳装置の一例で概略の構成を示す平面図である。
【図５】本発明に係る回転電鋳装置の保持治具５付近の詳細を示す概略の側面構成図である。
【図６】本発明に係る高温または低温の悪条件区域Ａの付近に金属管２６を光ファイバ３の外側に設ける構成の一例を示す概略の構成図である。
【図７】本発明に係る製品において、先端のコネクタ部分の構成の一例を示す側断面図である。
【図８】本発明に係る製品において、先端のコネクタ部分の構成の一例で、フェルールを使用しない構成を示す側断面図である。
【図９】本発明に係る光アァイバ素線、または光アァイバコア線の外側の金属管２６を形成した構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ コア部 ２ クラッド部
３ 光ファイバ ４ 電鋳部
５ 保持治具 ６ プラス電極
７ バネ ８ マイナス電極
９ 線材 １０ 電鋳槽
１１ 保持治具自転用駆動モータ １２ ベルト
１３ 積算電流計 １４ 滑車
１５ 治具固定用構造体 １６ 保持棒
１７ フリー回転部 １８ ベルト受車
１９ 電気絶縁部 ２０ マイナス電極バネ
２１ 連結部 ２２ クリップ
２３ 電鋳液面 ２４ フェルール
２５ フランジ ２６ 金属管

Claims (4)

1. シリカガラス、多成分ガラスまたはプラスチックを原料とする光ファイバにおいて、一箇所または複数箇所のエリアの部分で十分にカバーするに足りる長さで、前記光ファイバの直径寸法より大きい孔を開けた金属管２６の孔に前記光ファイバを通して固定する手段を採用し、フランジを前記金属管２６に取り付け、前記の光ファイバを通した金属管２６において、先端部とは反対の他端部に金属管の温度を調整する温調部分２７を設ける構成を採用することを特徴とする光ファイバのための構造物。
2. 前記の光ファイバにコアだけの光ファイバコア線を使用することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバのための構造物。
3. 前記の光ファイバにコアとクラッドのみからなる光ファイバ素線を使用することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバのための構造物。
4. 前記の光ファイバにコアとクラッドおよび被覆からなる光ファイバ心線を使用することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバのための構造物。

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