JPH01286933A - 光ファイバ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高強度にして、長期的な強度低下の少ない光フ
ァイバ及びその製造方法に関するものである。

〔従来、の技術〕

石英系光ファイバでは引張り応力を付加した状態で放置
しておくと、長時間後に破断するという欠点（疲労と呼
ばれる）がある。そこで、石英ガラスより熱膨張係数が
小さく、薄いガラス層を最外層として形成し、伝送特性
を劣化させることなく、光ファイバ表面に熱膨張係数の
差より生じる圧縮応力を働かせ、強度の向上と疲労の抑
制を図４うとする光ファイバ構造が従来より提案されて
いる。

第・６図は従来の表面圧縮層を形成した光ファイバの一
例の断面図であり、ｌはｓｔ　Ｏｘ　−Ｔｉ　Ｏｓガラ
スからなる最外層、２は石英ガラス・クラブド層、３は
Ｓｔ　Ｏｘ　　Ｇｅ　Ｏｘガラス・コアである。このフ
ァイバではＴｌ　ＯｘはＳ１０．より蒸気圧が高く、光
ファイバの紡糸時にＴｉ　Ｏｘが蒸発するために目的と
する表面の圧縮応力がさ８はど大きくならないという問
題がある。さらに、ニス・エム・オウ（Ｓ、Ｍ、Ｏｈ、
Ｐ、Ｈ，Ｐｒｅｄｌｅｕ　ａｎｄ　Ｘ、Ｇ、Ｇｌａｖａ
ｓ、Ｏｐｔ。

Ｌｅｆｔ、　Ｊ　（１９８２）　２４１．）等によれば
、第４図の光ファイバでは、強度は約０．３０Ｐａ増加
したにすぎず、疲労も僅かしか抑制されないことが報告
されている。同報告では、このクラッド層の最外層を石
英ガラスより熱膨張係数の大きなボロンを含有した石英
ガラスとし、その外側に５ｉｎｓ〜Ｔｉ　Ｏｘガラス層
を設けた例が示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、後者のボロン含有石英クラッドとＳｉ　
Ｏｘ　　Ｔｉ　Ｏｘガラス最外層としたものも、その効
果は十分に大きなものではない。また、ガラスの最高強
度は破壊じん性値と密接な関係があるが、ｓｉ　Ｏｓ　
　Ｔｌ　Ｏｘガラス層の破壊じん性値は石英ガラスより
低いため、第６図の光２アイバの最高強度は向上しない
という欠点がある。

本発明の目的は、上記のような疲労が抑制された高強度
の石英系光ファイバ及びその製造方法を提供することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは石英系光ファイバのガラスの最外層部分の
シラノール基をメチル化することが疲労抑制に著しく効
果があることを見出した。

本発明は石英系光ファイバにおいて、ガラス層の最外層
がメチル基を育してなる光ファイバを提供するものであ
る。

本発明の該光ファイバは、石英系光ファイバ用の透明ガ
ラスプリフォームを、塩素又は塩素化合物ガスをふ（む
雰囲気中で加熱して脱水処理し、次に該透明ガラスプリ
フォームの表面をメチル化した後紡糸することにより製
造できる。

また本発明の該光ファイバは石英系ガラス光ファイバ用
の透明ガラスプリフォームを溶融・紡糸して光ファイバ
とし、次に該光ファイバの表面をＣＶＤ法によりメチル
化することにより製造できる。

上記のいずれの方法においても、メチル化の原料として
ジメチルジクロルシランを用いることは本発明の特に好
ましい実施態様である。

〔作用〕

石英ガラスの疲労は周囲の雰囲気の影響を受けることが
知られている。これは、雰囲気の水分が石英ガラス表面
に吸着・反応し、微小な割れ目の成長を助けるためであ
る。

従来の光ファイバでは、製造時の加工に用いる酸水素炎
に由来する水が光ファイバ表面に付いており、また被覆
樹脂中の水分が、光ファイバ表面に残ったシラノール基
と ■ −０−Ｈ ／１＼　　　　　　　　　／１＼ 上記（り式のように反応し、表面の水分が更に増加する
可能性もあった。

本発明の光ファイバは表面のシラノール基をメチルシリ
ル化することにより、次の（２）式のようにメチル基置
換され、最外層がメチル化された状態になる。

従って、ガラス表面は疏水性となり、最早、周囲の水が
吸着や反応することはなくなり、表面エネルギーの低下
を防ぎ表面欠陥の成長を妨げるので、従来品にみられた
割れ目の成長は抑制され、疲労が抑えられる。なお、メ
チル化にあたっては、プリフォームＩＣ１！等の塩素又
は塩素化合物ガス雰囲気中で加熱して脱水処理し、表面
に（２）式のようにシラノール基が出た状態にしておく
。又は、紡糸直後の、表面に過剰の１１，０が無い光フ
ァイバを利用する。

本発明においてはメチル化剤としてジメチルジクロルシ
ランを用いているが、これは入手が容易である上に蒸気
圧も高く、メチル化反応を容易に行えるからであり、そ
の他のメチル−クロルシランを用いてもよい。また同様
に表面を簡単にメチル化できる処理法によってもよい。

本発明の具体的なメチル化の方法については、以下の実
施例で詳述する。

〔実施例〕

実施例１ 通常のＶＡＤ法（気相軸付法）により、中心部（コア）
の組成がＧｅ　Ｏ＊添加石英（ＧｅＯオーＳｉへ）から
なり、周辺部（クラッド）の組成が石英（Ｓｉ　Ｏｓ　
）である多孔質ガラス母材を作製した。サイズは外径２
００ｗφ、長さ１０００■！１重量６ｋｇであった。こ
れを加熱により透明ガラス化して、外径８０鰭φ、長さ
５００■ｌ、コア径５ｆｆｉ１１１コアの組成がＧｅ　
Ｏｓ　５重量％−８ＩＯｔ９５重量％である透明ガラス
体を得た。この透明ガラス体を外径６０ｍｍφ、長さ９
００閤ｌに延伸した後、表面のシラノール基をメチル基
に置換した。

置換は、第ｔａの加熱容器１内の雰囲気をＮ。

雰囲気としておき、この中に支持体２で支持された透明
ガラス体３を図示のように挿入して保持しておき、次に
雰囲気９をＮ！９５容量％、Ｃ１ｔ５容量％に切り換え
て、１０００℃に加熱して、ガラス表面に吸着している
）＋１０をまず取り除く。この結果、ガラス表面は前記
（２）式左辺のように、シラノール基−Ｓｉ　−０−Ｈ
がむき出しの状態になる。次に容器内の温度を４００℃
まで下げ、容器内雰囲気をＳｉ　ＣＩｌｚ　（ＣＨｓ　
）！及びＮ２からなる雰囲気に切換え、シラノール基を
メチルシリル化し、表面がメチル化されたガラスとする
。同図中４及び６はＮ、供給源、５はＣ！、供給源、７
はＳｉ　Ｃｌ　１（ＣＨｓ　）を供給源、８は雰囲気ガ
ス導入部である。

以上により得られた表面のシラノール基をメチル基に置
換した透明ガラス体を、別の加熱炉中で２０００℃に加
熱して溶融・紡糸し、直径１２５．１１１１のファイバ
とした。なお該ファイバ上には紫外線硬化性アクリル樹
脂を被覆して、外径２５０戸の光ファイバ（本発明品、
Δ）を得た。

比較例１として、実施例１におけるシラノール基のメチ
ル基置換工程のみを省略し、他は全く同じ条件で製造し
た従来品ファイバＢを作製し、両ファイバＡ、Ｈについ
てその強度特性と疲労特性を調べた。なお両ファイバ共
に、波長１．３／Ｊでの伝送損失は０．３５ｄＢ／ｌｕ
ａであった。

第２図はファイバＡとＢの引張り強度（ＧＰａ）のワイ
ブル分布く破壊確率％）を比較して示したものであるが
、本発明品ファイバΔ（白丸印）の傾きはファイバＢ（
黒丸印）に比べ大きく、割れ目の拡大が少ないことがわ
かる。なお測定ファイバ長０．２ｍ、測定環境２５℃、
湿度６０％、引張速度５００　ｍｍ／＋Ｉｎである。

第３図はファイバΔ、Ｂの静疲労特性（２５℃、湿度６
０％）を示すもので、負荷応力（ＧＰａ）が同じ場合、
本発明品ファイバＡ（実線）では従来品ファイバＢ（破
線）より２桁以上寿命（破断までの時間（＋ｉｎ）で表
す）が延びた。

実施例２ 通常のＶＡＤ法（気相軸付法）により、中心部（コア）
の組成がＧｅ　Ｏｔ添加石英（Ｇｅ　Ｏｓ　−８１０ｍ
）からなり、周辺部（クラッド）の組成が石英（Ｓｉ　
Ｏｔ　）である多孔質ガラス母材を作製した。

サイズは外径２００　ｍｍφ、長さ１０００■ｌ。

重量６ｋｇであった。これを加熱により透明ガラス化し
て、外径８０關φ、長さ５００ｍ１．コア径５　ｍ　、
コアの組成がＧｅ　Ｏｔ　５重量％−８ＩＯＩ９５重量
％である透明ガラス体を得た。この透明ガラス体を外径
６０■φ、長さ９００ｍｍＡに延伸し、光ファイバプリ
フォームとした。以下の工程は第４図により説明する。

上記で得られた光ファイバプリフォームＩＪを線引炉ａ
で溶融・紡糸して、直径１２５−の光ファイバー２とし
た。線引炉ａを出たファイバー２は、その直下（光ファ
イバプリフォーム１１のネックダウン部２３からの距離
Ｌ＝３０ａａ）の反応炉すに入れた。ヒーター３を備え
た反応炉すには反応管１５（内径１５！ＩＩＩ、長さ５
００ｍ）がセットされており、反応管１５の下部にはシ
ールガス人口１６と原料人口１７があり、上部にはシー
ルガス入口１９と原料出口１８があり、また下部に冷却
用ガス人口２５、上部に冷却用ガス出口２６をもつ石英
製冷却用ジャケット１４により冷却もできるようになっ
ている。２０．２１゜２２は仕切り板である。原料入口
１７へはバブラー２４から、原料ＳｉＣｌ　！（ＣＨＩ
）１を送りこんだ。キャリアーガスは）ｌｅ５００　ｃ
ｃ／ｗｉｎで、バブラー２４の温度は５０℃であった。

反応炉すは４５０℃に温度調整しておき、この中を１５
０ｔｎ／ｗｉｎの速度Ｍでファイバを通過させた。次に
該ファイバを外径測定装置Ｃでファイバ径Ｒを測定し、
冷却装置ｄを通過せしめた後、樹脂コーティング用のダ
イスｅを通し、本発明の光ファイバ素線Ｃを得た。

実施例１で得た光ファイバ素線Ｂ（従来品）と本′１８
施例でｉｌＩた素線Ｃ（本発明品）について、ゲージ長
２００ＩＩＩ１１．歪速度５〜１００％／ｍｉｎで引張
試験を行い、破断確率５０％の破断強度を各歪み速瓜に
対してブルソトシたところ、第５図に素線Ｂのものを実
線すで素線Ｃのものを実線Ｃで示す結果を得た。このグ
ラフより、疲労し難さを示す［ｎ値」を求めると、Ｂに
対して２５、Ｃに対して１５０であり、本発明品のＣは
従来品のＢに対して格段に疲労し難いものとなっていた
。

以上の結果から明らかなように、従来品に比し本発明の
光ファイバは最低強度、寿命に著しい改善がある。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のガラスの最外層をメチル
基に置換した構造のガラス光ファイバとすれば疲労を抑
制するの−で、伝送特性を劣化させず、高強度でかつ長
期信頼性に優れた光ファイバを得ることができ、光ファ
イバが適用されるシステムの性能、信頼性を向上させる
と共に、従来ファイバよりも耐久性が高くなるという利
点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光ファイバの製造における表面シラノ
ール基のメチル化処理工程を説明する概略図、第２図及
び第３図は本発明ファイバＡと従来品Ｂとの、引張強度
のワイブル分布曲線及び静疲労特性を夫々比較して示す
図表である。第４図は本発明の光ファイバ製造の別の実
施態様を説明する概略図、第５図は実施例２で得られた
本発明ファイバＣと従来ファイバＢの引張試験を行い、
破断確率５０％の破断強度を各歪み速度に対してプロッ
トした結果を示した図表である。第６図は従来の表面月
：縮層を形成した光ファイバの・例の断面図である。 １は加熱容器、２は支持体、３は透明ガラス体、４及び
６は■、供給源、５はＣＩ２．供給源、７はジメチルジ
クロルシラン供給源、８は°）゛？囲気ガス導入部、Ｉ
Ｉは光ファイバプリフォーム、１２はファイバ、＋３は
ヒータ、１／ｌは冷却用ジャケット、１５は反応管、１
６及び１９はシールガス入口、１７は原料入口、１８は
原料出口、２０．２１及び２２は仕切り板、２３はネッ
クダウン部、２４はバブラー、２５は冷却ガス人１ニ１
．２６は冷却ガス１１冒１、ａは線引炉、ｂは反応炉、
Ｃは外径測定装置、ｄは冷却装置、ｅはダイス、Ｖは線
速、ｌくはファイバ外径を表す。 代理人　弁理１：　内　１１　　　明 代理人　弁理士　萩　原　亮　− 代理人　弁理士　安　西　篤　夫 代理人　弁理１：　ｆ　石　利　子 嘉１図 第２図 引張り弓１厘（Ｇと） 第３図 負伺応力（Ｇ逼） 第４図 五速度 ＝６図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）石英系光ファイバにおいて、ガラス層の最外層が
   メチル基を有してなる光ファイバ。
2. （２）石英系光ファイバ用の透明ガラスプリフォームを
   、塩素又は塩素化合物ガスを含む雰囲気中で加熱して脱
   水処理し、次に該透明ガラスプリフォームの表面をメチ
   ル化した後紡糸することを特徴とするガラス層の最外層
   がメチル基を有してなる光ファイバの製造方法。
3. （３）石英系ガラス光ファイバ用の透明ガラスプリフォ
   ームを溶融・紡糸して光ファイバとし、次に該光ファイ
   バの表面をＣＶＤ法によりメチル化することを特徴とす
   るガラス層の最外層がメチル基を有してなる光ファイバ
   の製造方法。
4. （４）メチル化の原料としてジメチルジクロルシランを
   用いることを特徴とする請求項（２）又は（３）に記載
   されるガラス層の最外層がメチル基を有してなる光ファ
   イバの製造方法。