JP5401226B2

JP5401226B2 - 金属被覆光ファイバおよびその製造方法

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Publication number: JP5401226B2
Application number: JP2009212963A
Authority: JP
Inventors: 真司藤田
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2009-09-15
Filing date: 2009-09-15
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2029-09-15
Also published as: JP2011064746A

Description

本発明は、耐水素特性に優れた金属被覆光ファイバおよびその製造方法に関する。

光ファイバの伝送損失の要因の１つとして、水酸基（ＯＨ基）による光の吸収がある。この水酸基は、光ファイバ内に含まれる非架橋酸素ホールセンター（Ｎｏｎｂｒｉｄｇｉｎｇｏｘｙｇｅｎｈｏｌｅｃｅｎｔｅｒ）などの欠陥と水素が結合して生成するものである。例えば、光ファイバケーブルを海底などに敷設した場合、光ファイバ中に水素が拡散してきて損失が増加するが、この水素に対する耐性は耐水素特性と呼ばれ、水素試験と呼ばれる試験で調べることができる。水素試験は、例えば、光ファイバを水素雰囲気中に約４０時間放置し、放置前後で測定した損失値を比較することにより行われる。このような水素試験により、耐水素特性の悪い光ファイバは、１．３８μｍでのＯＨ吸収ピークが大きく増加し、１．５２μｍに吸収ピークが現れることが知られている。

そこで、光ファイバに対する水素の侵入を防止するために、光ファイバを金属被覆した金属被覆光ファイバが提案されている。
金属被覆光ファイバとしては、ガラスファイバ上に、カーボン被覆層と金属被覆層とが順次設けられたもの（例えば、特許文献１参照）や、光ファイバ上にカーボン被膜を設けたカーボン被覆光ファイバ上に、無電解めっきによる金属被膜と電解めっきによる金属被膜が順に設けられたもの（例えば、特許文献２参照）が開示されている。

特開平０２−１６６４１０号公報特開平０３−０８８７４７号公報

しかしながら、従来の金属被覆光ファイバは、光ファイバに対する水素の侵入を防止する効果が十分でないため、改良が望まれていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、光ファイバに対する水素の侵入を防止する効果に優れた金属被覆光ファイバおよびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の金属被覆光ファイバは、光ファイバと、該光ファイバの外周を被覆する第一めっき層、第二めっき層および第三めっき層が順に重ねられて配されてなる金属被膜とを備えた金属被覆光ファイバであって、前記第一めっき層が無電解銅、前記第二めっき層が電解銅、前記第三めっき層がアモルファスニッケルであり、さらに、前記第三めっき層の外周を被覆する保護層が設けられ、該保護層はカーボンからなるスパッタ膜であることを特徴とする。

前記第三めっき層はニッケル−リンからなり、リンの含有率が８質量％以上であることが好ましい。

前記第三めっき層はニッケル−ホウ素めっきからなり、ホウ素の含有率が３質量％以上であることが好ましい。

本発明の金属被覆光ファイバの製造方法は、光ファイバの外周に、無電解銅めっきにより第一めっき層を形成する工程と、前記第一めっき層の外周に、電解銅めっきにより第二めっき層を形成する工程と、前記第二めっき層の外周に、無電解ニッケルめっきにより第三めっき層を形成する工程と、を備えることを特徴とする。

前記第三めっき層の外周を被覆するように、スパッタによりカーボンからなるスパッタ膜から構成される保護層を形成する工程を備えることが好ましい。

本発明の金属被覆光ファイバによれば、最外層をなす第三めっき層がアモルファスニッケルからなるので、その使用温度において、第三めっき層は緻密な層をなしているから、水素透過性が低く、水素透過防止の効果に優れている。

本発明の金属被覆光ファイバの第一の実施形態を示す概略断面図である。本発明の金属被覆光ファイバの第二の実施形態を示す概略断面図である。本発明の実施例で得られた金属被覆光ファイバのＸ線回折図形を示す図である。本発明の比較例で得られた金属被覆光ファイバのＸ線回折図形を示す図である。

本発明の金属被覆光ファイバの実施の形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。

（１）第一の実施形態
図１は、本発明の金属被覆光ファイバの第一の実施形態を示す概略断面図である。
この実施形態の金属被覆光ファイバ１０は、光ファイバ１１と、光ファイバ１１の外周を被覆する第一めっき層１２、第二めっき層１３および第三めっき層１４が順に重ねられて配されてなる金属被膜１５とから概略構成されている。

すなわち、金属被覆光ファイバ１０では、光ファイバ１１の外周を被覆する第一めっき層１２が設けられ、第一めっき層１２の外周を被覆する第二めっき層１３が設けられ、さらに、第二めっき層１３の外周を被覆する第三めっき層１４が設けられている。

光ファイバ１１としては、例えば、コアおよびコアを取り巻くクラッドからなる光ファイバ裸線、光ファイバ裸線および光ファイバ裸線の周りに設けられた樹脂被膜から構成される光ファイバ素線、あるいは、光ファイバ素線および光ファイバ素線の周りにさらに設けられた樹脂被膜から構成される光ファイバ芯線が用いられる。

第一めっき層１２は、無電解めっきにより形成された無電解銅（Ｃｕ）から構成されている。
第一めっき層１２は、第二めっき層１３の下地となるとともに、水素透過を防止するために設けられた層である。

第一めっき層１２の厚みは、０．０１μｍ以上、１μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．１μｍ以上、０．５μｍ以下である。
第一めっき層１２の厚みが０．０１μｍ未満では、第一めっき層１２上に、電解めっきにより第二めっき層１３を形成できないことがある。一方、第一めっき層１２の厚みが１μｍを超えると、第一めっき層１２の形成に時間がかかり過ぎて、コストが増加する。

第二めっき層１３は、電解めっきにより形成された電解銅（Ｃｕ）から構成されている。
第二めっき層１３は、第三めっき層１４の下地となるとともに、水素透過を防止するために設けられた層である。

第二めっき層１３の厚みは、５μｍ以上、１００μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１５μｍ以上、４０μｍ以下である。
第二めっき層１３の厚みが５μｍ未満では、第二めっき層１３上に、無電解めっきにより第三めっき層１４を形成できないことがある。一方、第二めっき層１３の厚みが１００μｍを超えると、第二めっき層１３の形成に時間がかかり過ぎて、コストが増加する。

第三めっき層１４は、無電解めっきにより形成されたニッケル−リン（Ｎｉ−Ｐ）、または、無電解めっきにより形成されたニッケル−ホウ素（Ｎｉ−Ｂ）から構成されるアモルファスニッケルからなる層である。
ここで、アモルファスニッケルとは、金属被覆光ファイバ１０の使用温度範囲（０℃〜３００℃）において、アモルファス状態をなしているニッケルのことである。

第三めっき層１４がニッケル−リンからなる場合、リンの含有率が８質量％以上であることが好ましく、より好ましくは１０質量％以上、１５質量％以下である。
ニッケル−リンからなる第三めっき層１４におけるリンの含有率が８質量％未満では、第三めっき層１４が上記の使用温度範囲においてアモルファス状態をなさなくなり、水素透過防止の効果が十分に得られないおそれがある。

第三めっき層１４がニッケル−ホウ素からなる場合、ホウ素の含有率が３質量％以上であることが好ましく、より好ましくは７質量％以上、１２質量％以下である。
ニッケル−ホウ素からなる第三めっき層１４におけるリンの含有率が３質量％未満では、第三めっき層１４が上記の使用温度範囲においてアモルファス状態をなさなくなり、水素透過防止の効果が十分に得られないおそれがある。

第三めっき層１４の厚みは、１μｍ以上、５０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは５μｍ以上、２０μｍ以下であり、実用的には５μｍ以上、１０μｍ以下である。
第三めっき層１４の厚みが１μｍ未満では、水素透過防止の効果が得られないおそれがある。一方、第三めっき層１４の厚みが５０μｍを超えると、第三めっき層１４の形成に時間がかかり過ぎて、コストが増加する。

この金属被覆光ファイバ１０を製造するには、まず、無電解めっきにより、光ファイバ１１の外周に第一めっき層１２を形成する。
具体的には、還元剤としてホルマリンが添加された無電解銅めっき浴薬液を用い、この薬液温度を２９℃〜３５℃に保持して、所定の膜厚の第一めっき層１２が形成されるまで、この薬液に光ファイバ１１を浸漬する。

次いで、電解めっきにより、第一めっき層１２の外周に第二めっき層１３を形成する。
具体的には、青化銅浴薬液またはピロリン酸銅浴薬液を用い、第一めっき層１２が形成された光ファイバ１１が陰極となるように、この薬液に、この光ファイバ１１を浸漬し、この薬液温度を１７℃〜２７℃に保持し、所定の膜厚の第二めっき層１３が形成されるまで、１Ｖ〜４Ｖの電圧を印加し、陰極電流密度を０．５〜３．０Ａ／ｄｍ^２とする。

次いで、無電解めっきにより、第二めっき層１３の外周に第三めっき層１４を形成する。
具体的には、ニッケル−リンからなる第三めっき層１４を形成する場合、還元剤として次亜リン酸が添加された無電解ニッケル−リンめっき浴薬液を用い、この薬液温度を８０℃〜９０℃に保持して、所定の膜厚の第三めっき層１４が形成されるまで、この薬液に第二めっき層１３が形成された光ファイバ１１を浸漬する。
また、ニッケル−ホウ素からなる第三めっき層１４を形成する場合、還元剤としてジメチルアミンボランが添加された無電解ニッケル−ホウ素めっき浴薬液を用い、この薬液温度を５０℃〜７０℃に保持して、所定の膜厚の第三めっき層１４が形成されるまで、この薬液に第二めっき層１３が形成された光ファイバ１１を浸漬する。

この金属被覆光ファイバ１０は、最外層をなす第三めっき層１４がアモルファスニッケルからなるので、その使用温度において、第三めっき層１４はきめの細かい（緻密な）層をなしているから、水素透過性が低く、水素透過防止の効果に優れている。
なお、結晶性のニッケルはきめの粗い層を形成するため、水素透過性が高く、水素透過防止の効果に劣る。

（２）第二の実施形態
図２は、本発明の金属被覆光ファイバの第二の実施形態を示す概略断面図である。
図２において、図１に示した第一の実施形態の構成要素と同じ構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。
この実施形態の金属被覆光ファイバ２０が、上述の第一の実施形態の金属被覆光ファイバ１０と異なる点は、第三めっき層１４の外周を被覆する保護層１６が設けられている点である。

保護層１６は、電解めっきなどにより形成された金からなるめっき膜（以下、「金めっき膜」という。）、あるいは、スパッタにより形成されたカーボンからなるスパッタ膜（以下、「カーボンスパッタ膜」という。）から構成されている。

保護層１６が金めっき膜から構成されている場合、その保護層１６は金属被覆光ファイバ２０の耐食性を高めるために設けられた層である。
この場合、保護層１６の厚みは、０．０５μｍ以上、１μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．５μｍ以上、０．１μｍ以下である。
保護層１６の厚みが０．０５μｍ未満では、保護層１６を設けたことによって耐食性が向上しないことがある。一方、保護層１６の厚みが１μｍを超えても、耐食性の向上の効果がそれまで以上に向上しないことがある。

保護層１６がカーボンスパッタ膜から構成されている場合、その保護層１６は金属被覆光ファイバ２０の耐水素特性をさらに高めるために設けられた層である。
この場合、保護層１６の厚みは、０．０５μｍ以上、１μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．１μｍ以上、０．５μｍ以下である。
保護層１６の厚みが０．０５μｍ未満では、保護層１６を設けたことによって耐水素特性が向上しないことがある。一方、保護層１６の厚みが１μｍを超えても、耐食性の向上の効果がそれまで以上に向上しないことがある。

以下、実施例および比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

「実施例」
還元剤としてホルマリンが添加された無電解銅めっき浴薬液を用い、この薬液温度を３０℃に保持して、この薬液に光ファイバ素線を浸漬し、無電解めっきにより、上記の光ファイバ素線の外周に、厚みが０．５μｍであり、無電解銅からなる第一めっき層を形成した。
次いで、青化銅浴薬液を用い、第一めっき層が形成された光ファイバ素線が陰極となるように、この薬液に、この光ファイバ素線を浸漬し、この薬液温度を２５℃に保持し、陰極電流密度を１．０Ａ／ｄｍ_２とし、電解めっきにより、第一めっき層の外周に、厚みが４０μｍであり、電解銅からなる第二めっき層を形成した。
次いで、還元剤として次亜リン酸が添加された無電解ニッケル−リンめっき浴薬液を用い、この薬液温度を９０℃に保持して、この薬液に第二めっき層が形成された光ファイバ素線を浸漬し、無電解めっきにより、第二めっき層の外周に、厚みが５μｍであり、ニッケル−リンからなる第三めっき層を形成し、実施例の金属被覆光ファイバを得た。
得られた金属被覆光ファイバの第三めっき層を、Ｘ線回折により評価した。結果を図３に示す。この図３から、この実施例の金属被覆光ファイバの第三めっき層は、アモルファス状態であることが確認された。
また、得られた金属被覆光ファイバを、６０℃、１００気圧、１００％水素雰囲気中に７日間曝露した後、以下の方法により、この金属被覆光ファイバに対する水素の侵入の有無を確認した。
金属被覆光ファイバを、重水素（Ｄ２）ランプ（波長２００ｎｍ）で劣化させ、金属被覆光ファイバのＥ´センター（≡Ｓｉ・）に起因する２１５ｎｍの劣化特性を評価した。
この評価方法は、光ファイバ中に水素が存在した状態で紫外光を照射すると、Ｅ´センター（≡Ｓｉ・）に水素が一時的に結合し、２１５ｎｍの吸収が抑制されることを用いた評価方法である。
すなわち、光ファイバ中に水素が侵入していると、光ファイバ中に水素が侵入していない場合に比べて、光ファイバの劣化速度が低下することになる。この劣化速度を測定することにより、光ファイバ中の水素の有無を測定した。
その結果、この金属被覆光ファイバには、水素の侵入が確認されなかった。

「比較例」
ニッケル−リンからなる第三めっき層を形成しなかった以外は実施例と同様にして、比較例の金属被覆光ファイバを得た。
得られた金属被覆光ファイバについて、実施例と同様にして、水素の侵入の有無を確認した。
その結果、この金属被覆光ファイバには、水素の侵入が確認された。

また、実施例で得られた金属被覆光ファイバについて、Ｘ線回折装置を用いてＸ線回折図形を得た。得られたＸ線回折図形を図３に示す。
同様にして、比較例で得られた金属被覆光ファイバについて、Ｘ線回折装置を用いてＸ線回折図形を得た。得られたＸ線回折図形を図４に示す。
まず、図４のグラフを見ると、結晶化した銅（Ｃｕ）に起因する非常にシャープなピークが見られる。
図３のグラフと図４のグラフを比較すると、図３のグラフにおけるシャープなピークは、図４のグラフと同様に、銅（Ｃｕ）に起因するものである。そして、図３において、このシャープなピークを除くと、ブロードな山なりのピークが残る。このブロードなピークがアモルファス状態のニッケル（Ｎｉ）に起因するものであり、実施例の金属被覆光ファイバは、最外層に、ニッケル−ホウ素からなる層が形成されていることが確認された。

１０，２０・・・金属被覆光ファイバ、１１・・・光ファイバ、１２・・・第一めっき層、１３・・・第二めっき層、１４・・・第三めっき層、１５・・・金属被膜、１６・・・保護層。

Claims

光ファイバと、該光ファイバの外周を被覆する第一めっき層、第二めっき層および第三めっき層が順に重ねられて配されてなる金属被膜とを備えた金属被覆光ファイバであって、
前記第一めっき層が無電解銅、前記第二めっき層が電解銅、前記第三めっき層がアモルファスニッケルであり、
さらに、前記第三めっき層の外周を被覆する保護層が設けられ、該保護層はカーボンからなるスパッタ膜であることを特徴とする金属被覆光ファイバ。
前記第三めっき層はニッケル−リンからなり、リンの含有率が８質量％以上であることを特徴とする請求項１に記載の金属被覆光ファイバ。
前記第三めっき層はニッケル−ホウ素めっきからなり、ホウ素の含有率が３質量％以上であることを特徴とする請求項１に記載の金属被覆光ファイバ。
光ファイバの外周に、無電解銅めっきにより第一めっき層を形成する工程と、
前記第一めっき層の外周に、電解銅めっきにより第二めっき層を形成する工程と、
前記第二めっき層の外周に、無電解ニッケルめっきにより第三めっき層を形成する工程と、
を備えることを特徴とする金属被覆光ファイバの製造方法。
前記第三めっき層の外周を被覆するように、スパッタによりカーボンからなるスパッタ膜から構成される保護層を形成する工程を備えることを特徴とする請求項４に記載の金属被覆光ファイバの製造方法。