JPH02289450A - 光ファイバ - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、炭素被膜を形成した光ファイバに関し、原
料化合物が異なる複数の炭素被膜を形成することにより
、耐水素特性と機械的強度とを大幅に向上せしめるよう
にしたものである。

［従来技術とその課題］ 石英系光ファイバは、水素と接触するとファイバ内に拡
散した水素分子の分子振動に起因する吸収損失が増大し
、さらにドーパントとして含有されているＰ　１０　ｓ
、Ｇ　ｅｏ　＊、Ｂ、０３などが水素と反応しＯＨ基と
してファイバガラス内に取り込まれるため、ＯＨ基の吸
収による伝送損失も増大してしまう問題があった。

このような弊害に対処するため、水素吸収能を有する液
体の組成物を光ケーブル内に充填する方法（特願昭６１
−２５１８０８号）などが考えられているが、その効果
が不十分であるうえ、構造が複雑となって経済的にも問
題がある。

ところで、最近ＣＶＤ法によって光ファイバ表面に炭素
被膜を形成し、これによって光ファイバの耐水素特性を
向上させうろことが発表されている。この方法は、紡糸
炉で紡糸された光ファイバ裸線を熱ＣＶＤ反応炉内に挿
通すると共に、炭化水素化合物を供給し、炭化水素化合
物を熱分解させて光ファイバ裸線表面に炭素被膜を析出
させるものである。

ところで炭化水素化合物は熱分解してＣＨラジカルとＨ
ラジカルとを発生するが、ＣＨラジカルは光ファイバ裸
線表面に炭素被膜を形成する一方で、Ｈラジカルは光フ
ァイバ裸線表面の５ｉ−０基と反応し、５ｉ−ＯＨ（シ
ラノール）基を生成するため、光ファイバ裸線表面の傷
が侵食され、得られた光ファイバの機械的強度を低下す
るという不都合がある。

このような問題に対処して、原料化合物として分子内の
水素原子の一部または全部をハロゲン元素に置換したハ
ロゲン化炭化水素を用いると、熱分解によってＣＨラジ
カル、Ｈラジカルのほかにハロゲンラジカルが生成する
。このハロゲンラジカルは、反応性の高いものであるの
でＨラジカルが５ｉ−０基と反応する前にＨラジカルを
捕捉してハロゲン化水素となるので、光ファイバ裸線表
面にシラノール基が生成されることがなくなり光ファイ
バの機械的強度の低下を防止することができる。

ところが、このようなハロゲン化炭化水素を熱分解して
得られる炭素被膜の緻密性は低く、水素分子を透過しや
すいので、炭素被膜が形成されていない光ファイバに比
較して耐水素特性が若干向上するものの、実用に十分な
耐水素特性が得られないという不都合があった。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであ
って、耐水素特性と機械的強度とを具備し、実用に適し
た光ファイバを提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは鋭意研究の結果、原料となる炭化水素化合
物の種類によって、先ファイバの機械的強度および耐水
素特性が著しく異なることを見出し、本発明に至った。

この発明の光ファイバは、光ファイバ裸線表面に、分子
内の水素原子の半数以上をハロゲン原子に置換したハロ
ゲン化炭化水素を熱分解させて第１の炭素被膜を形成し
、この第１の炭素被膜表面に、分子内の水素原子の半数
未満をハロゲン原子に置換したハロゲン化炭化水素を熱
分解させて第２の炭素被膜を形成してなることを解決手
段とした。

［作用］ 分子内の水素原子の半数以上をハロゲン原子に置換した
ハロゲン化炭化水素化合物を熱分解して第１の炭素被膜
としたので、熱分解時に発生するＨラジカルが光ファイ
バ裸線表面の傷を侵食することがなく、機械的強度の高
い光ファイバを得ることができる。

また第１の炭素被膜表面に、分子内の水素原子の半数未
満をハロゲン原子に置換したハロゲン化炭化水素を熱分
解して第２の炭素被膜としたので、緻密な構造の炭素被
膜を形成することができ、耐゛水素特性に優れた光ファ
イバを得ることができる。

以下、この発明の詳細な説明する。

第１図はこの発明の光ファイバの一例を示したもので、
図中符号１は光ファイバ裸線である。この光ファイバ裸
線１は石英系ガラス、多成分系ガラスなどのガラスから
なるものである。この光ファイバ裸線１上には内層とな
る第１の炭素被膜２が設けられている。この第１の炭素
被膜２上にはさらに外層となる第２の炭素被膜３が設け
られている。

内層となる第１の炭素被膜２は、分子内の水素原子の半
数以上をハロゲン原子に置換したハロゲン化炭化水素を
、また外層となる第２の炭素被膜３は、分子内の水素原
子の半数未満をハロゲン原子に置換したハロゲン化炭化
水素を、それぞれ熱分解して得られたものである。そし
てこれらのハロゲン化炭化水素は、その炭素被膜形成速
度の観点から、いずれも炭素数１５以下のものか望まし
い。炭素数が１６以上であると、原料化合物が炭素化す
る分解速度が非常に遅くなるため好ましくない。また炭
化水素化合物の水素原子を置換するハロゲン原子として
は、毒性などの取り扱いの観点から塩素原子が好ましい
。

第１の炭素被膜２を形成するハロゲン化炭化水素として
は、たとえばＣＣ４，、ＣＨＣ（、、ＣＦ、、ＣＨＦ、
、Ｃ，Ｃｆｆ、、Ｃ，ＨＣＣ，、Ｃ、Ｈ、Ｃ１２，、Ｃ
７Ｆ　ｅ、　Ｃ！　ＨＦ　ｓ、Ｃ、Ｈ、Ｆ　４、Ｃ，Ｈ
，ＣＱ５、Ｃ，Ｈ３Ｆ３、ｃｔ＋、ｃｃｔ、ＣＨ，Ｆ、
などを好適に用いることができ、第２の炭素被膜３を形
成するハロゲン化炭化水素としては、たとえばＣＨ４，
ＣＨ，ＣＱ。

ＣＨ，Ｆ、Ｃ２Ｈ，、ｃ、Ｈ，＋Ｊ、Ｃ１Ｈ４Ｃｆｆ、
、Ｃ。

Ｈ６ＦＳＣ，Ｈ，Ｆ、などを好適に用いることができる
。

上記のように、光ファイバ裸線１表面に内層となる第１
の炭素被膜２を形成する原料化合物として、分子内の水
素原子の半数以上がハロゲン原子に置換された炭化水素
化合物を用いると、熱分解時にＣＨラジカル、Ｈラジカ
ルのほかにハロゲンラジカルが発生し、このハロゲンラ
ジカルが光ファイバ裸線１表面でシラノール基を生成す
るＨラジカルを捕捉するので、先ファイバ裸線ｌが侵食
されることがなくなり、高強度の光ファイバを得ること
ができる。そして内層となる第１の炭素被膜２は、多数
のハロゲン原子によって水素原子が置換された炭化水素
化合物を熱分解して得られたものであるので、その表面
には微細孔が多数存在し、水素透過阻止能は低いものと
なるので、この第１の炭素被膜２上に緻密な構造の第２
の炭素被膜３を外層として形成することによって、十分
な耐水素特性を得るようにする。第２の炭素被膜３は、
原料化合物として、分子内の水素原子の半数未満がハロ
ゲン原子によって置換された炭化水素を用いたものであ
るので、その生成時に光ファイバ裸線１と接触してシラ
ノール基を発生させるＨラジカルを多く発生させるが、
光ファイバ裸線１表面には既に第１の炭素被膜２が形成
されているので、光ファイバ裸線１は侵食を受けること
はない。そして分子内の水素原子の半数未満がハロゲン
原子によって置換された炭化水素を熱分解すると、置換
されたハロゲン原子が少ないので、第１の炭素被膜２上
に緻密な構造の第２の炭素被膜３を形成することができ
る。そして第２の炭素被膜３は、緻密な構造をしたもの
であるので、水素透過阻止能が高くなり、その結果とし
て機械的強度と耐水素特性とに優れた光ファイバとする
ことができる。

このような光ファイバを製造するには、第２図に示した
ような製造装置を好適に用いることができる。符号ｌで
示される光ファイバ裸線１は、光ファイバ母材（図示せ
ず）を光ファイバ紡糸炉４内で加熱紡糸したもので、光
ファイバ裸線１は紡糸されると共に、光ファイバ紡糸炉
４の下段に設けられたＣＶＤ反応炉５内へ供給されるよ
うになっている。このＣＶＤ反応炉５は２個の反応炉６
．６を直列にかつ気密を保つように接続してなるもので
あって、それぞれの反応炉６．６は、その内部にてＣＶ
Ｄ反応を進行させて光ファイバ裸線１表面に第１の炭素
被膜２と第２の炭素被膜３とを順次形成する該略円筒状
の反応管７．７と、この反応管７．７を加熱する発熱体
８．８．とから構成されている。各反応管７．７の上部
には、原料化合物を供給する原料化合物供給管９．９が
、下部には未反応ガス等を排気する排気管１Ｏ１１０が
それぞれ取り付けられている。反応管７．７とそれを加
熱する発熱体８．８とは、加熱温度等によって適宜選択
することができ、抵抗加熱炉、誘導加熱炉、赤外線加熱
炉等を用いることができるほか、発熱体８．８には高周
波またはマイクロ波を用いてプラズマを発生させて原料
化合物をイオン分解させるようなものをも用いることが
できる。またこのＣＶＤ反応炉５の上部および下部には
、それぞれシールガス供給管１１．１１が取り付けられ
ており、このシールガス供給管ｌｌ、１１よりヘリウム
、窒素等の不活性ガスをＣＶＤ反応炉５内へ供給して内
部の気密を保てるようになっている。

さらにこのＣＶＤ反応炉５の下段には、樹脂液塗布装置
１２と硬化装置１３とが連続して設けられており、上記
ＣＶＤ反応炉５内で光ファイバ裸線１表面に形成された
内外２層の炭素被膜上、に保護被覆層が形成できるよう
になっている。

このような製造装置を用いて、この発明の光ファイバを
製造するには、以下の工程による。

光ファイバ母材を光ファイバ紡糸炉４内で加熱紡糸する
と共に、光ファイバ紡糸炉４の下段に順次設けられたＣ
ＶＤ反応炉５の反応管６．６、樹脂液塗布装置１２、硬
化装置１３内へ挿通し、これらの中心軸上を所定の線速
で走行するように供給する。ついで発熱体８．８を発熱
させて各反応管７．７内を所定温度に加熱すると共に、
シールガス供給管１１．１１からはＣＶＤ反応炉５内へ
シールガスを、また各原料供給管９．９からは各反応管
７．７内へ第１の炭素被膜２と第２の炭素被膜３とを形
成する各原料化合物を、それぞれ供給する。原料化合物
供給管９より上段の反応管７へ供給する原料化合物は、
分子内の水素原子の半数以上をハロゲン原子に置換した
ハロゲン化炭化水素であり、また下段の反応管７へ供給
する原料化合物は、分子内の水素原子の半数未満をハロ
ゲン原子に置換したハロゲン化炭化水素である。これら
原料化合物は、ガス状態にして供給するほか、不活性ガ
スによって希釈したもの等を用いることができ、供給速
度は原料化合物の種類および加熱温度等によって適宜選
択されるが、通常は０．２〜１　、　Ｏ０，／分程度が
好適である。また発熱体８．８の加熱温度としては上記
原料化合物の種類によって適宜選択されるが、５００〜
１２００℃が好適である。加熱温度を５００″Ｃ以下に
すると原料化合物の熱分解が進行せず、また１２００°
Ｃ以上にすると副生成物の煤が多量に発生すると共に、
光ファイバ裸線１表面に形成される炭素被膜の構造が黒
鉛構造に近（なり、脆くなるので好ましくない。さらに
副生成物の煤の発生を防止する目的で、加熱温度は原料
化合物の熱分解温度よりもごく僅かに低温にしてお（こ
とが好ましい。このようにして第１の炭素被膜２および
第２の炭素被膜３とがそれぞれ形成された光ファイバを
ＣＶＤ反応炉６の下段に設けられた樹脂液塗布装置１２
内へ導入し、ついで樹脂液を硬化させる硬化装置１３内
へ挿通する。樹脂液塗布装置１２内へ挿通された光ファ
イバは、保護被覆層を形成するための紫外線硬化型樹脂
あるいは熱硬化型樹脂等が塗布され、ついで塗布された
樹脂液に好適な硬化条件を有する硬化装置１３内で硬化
されて保護被覆層が形成される。

［実施例］ （実施例１） 光ファイバ母材から光ファイバ裸線を紡糸する紡糸炉の
下段に、直径５０ｍｍ、長さ５０　ｏ　ｍｍの赤外線加
熱炉を２個直列に接続して、第２図に示したと同様の光
ファイバの製造装置とした。この光ファイバの製造装置
の上段に、紡糸装置を設置して、ここにＧｅ０１がドー
プ剤として含浸されたコア部を有する外径３０ｍｍの光
ファイバ母材を設置した。この光ファイバ母材を２００
０℃に加熱し、２０ｍ／分の紡糸速度で外径１２５μｌ
の単一モードファイバに紡糸しつつ、この紡糸されたフ
ァイバを上記製造装置内に挿通した。この時、ＣＶＤ反
応炉内は１２００°Ｃに加熱し、約５　ｖｏ１％にアル
コンガスで希釈した１、１．１１−リクロロエタンガス
を上段の原料化合物供給管より３１２／分の流量で上段
の反応管内へ供給し、排気管を−４ｍｍＨ２Ｏの排気圧
で排気し、上記光ファイバ裸線表面に第１の炭素被膜を
形成した。さらに連続して、下段の原料化合物供給管か
ら約５ｖｏ１％にアルゴンガスで希釈した１、２ジクロ
ロエタンガスを１３００　’Ｃに加熱された下段の反応
管内に３Ｃ／分の流量で供給し、排気管を一１ＩＩＩＩ
ＩＩＨ６Ｏの排気圧で排気し、第１の炭素被膜上に第２
の炭素被膜を形成した。さらにウレタンアクリレート樹
脂液（ヤング率７０　ｋｇ／　ｍｍ”、伸び６０％）が
封入されたＵＶ樹脂コート用ダイスポット内に、第１お
よび第２の炭素被膜が形成された光ファイバを挿通して
樹脂液と塗布し、ＵＶランプに上りこの樹脂液を硬化さ
せて保護被膜として外径が３００μｍの先ファイバとし
た。

（実施例２） 第１の炭素被膜を形成する原料化合物を１．１２．２テ
トラクロロエタンとした以外は実施例１と全く同様にし
て光ファイバを製造した。

（実施例３） 第２の炭素被膜を形成する原料化合物をクロロベンゼン
とした以外は実施例１と全く同様にして光ファイバを製
造した。

（実施例４） 第１の炭素被膜を形成する原料化合物をテトラクロロエ
チレンとした以外は実施例１と全く同様にして光ファイ
バを製造した。

（比較例１） 第１の炭素被膜を形成する原料化合物を１，２ジクロロ
エタンとした以外は実施例１と全く同様にして光ファイ
バを製造した。

（比較例２） 第２の炭素被膜を形成する原料化合物を１，１゜１トリ
クロロエタンとした以外は実施例１と全（同様にして光
ファイバを製造した。

（比較例３） 第１の炭素被膜を形成する原料化合物をジクロロエタン
とし、第２の炭素被膜を形成する原料化合物を１．１．
１１リクロロエタンとした以外は実施例１と全く同様に
して光ファイバを製造した。

（比較例４） 第１の炭素被膜を形成する原料化合物をクロロベンゼン
とし、第２の炭素被膜を形成する原料化合物を１．１．
２．２テトラクロロエタンとした以外は実施例１と全（
同様にして光ファイバを製造した。

（試験例１） 実施例１〜４および比較例１〜４で得られた各光ファイ
バをそれぞれ長さｌｋａの束状にし、波長１．２４μｍ
における光伝送損失を測定した。その後、各光ファイバ
を温度８０°Ｃ１水素分圧１　ａｔｍの密閉容器内に１
００時間放置し、水素による吸収損失の増加量を測定し
て、比較した。この結果を第１表に示した。

（試験例２） 実施例１〜４および比較例１〜４で得られた各光ファイ
バをそれぞれ２０本ずつ用意し、ゲージ長３１１％歪速
度３０　ａｍ／分の条件下で引っ張り破断確率と引っ張
り強度のワイブルプロットを行い、５０％破断確率での
引っ張り強度を測定した。この結果を第１表に併せて示
した。

以下、余白 第１表 未満をハロゲン原子に置換したハロゲン化炭化水素を熱
分解させて第２の炭素被膜を形成してなるものであるの
で、２層の炭素被膜構造により、機械的強度と耐水素特
性とを合わせ持つものとなり、実用に適したものとなる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の光ファイバの一例を示した該略断面
図、第２図は第１図に示した光ファイバを製造するのに
好適に用いられる製造装置の一例を示した該略構成図で
ある。 第１表より、実施例１ないし４の光ファイバは、耐水素
特性と機械的強度とを合わせ持つ、実用に適したもので
あることが確認できた。 ［発明の効果］ 以上説明したように、この発明の光ファイバは、光ファ
イバ裸線表面に、分子内の水素原子の半数以上をハロゲ
ン原子に置換したハロゲン化炭化水素を熱分解させて第
１の炭素被膜を形成し、この第１の炭素被膜表面に、分
子内の水素原子の半数１・・・光ファイバ裸線、 ２・・・第１の炭素被膜、 ３・・・第２の炭素被膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光ファイバ裸線表面に、分子内の水素原子の半数以上を
   ハロゲン原子に置換したハロゲン化炭化水素を熱分解さ
   せて第１の炭素被膜を形成し、この第１の炭素被膜表面
   に、分子内の水素原子の半数未満をハロゲン原子に置換
   したハロゲン化炭化水素を熱分解させて第２の炭素被膜
   を形成してなる光ファイバ