JPH0273315A - 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］ この発明は、炭素被膜を形成した光ファイバに関し、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
的強度を大幅に向上せしめるようにしたものである。

［従来の技術］ 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Ｐ２Ｏ５、Ｇ
　ｅｏ　２、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、Ｏ１ｌ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
状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か、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。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、炭素被膜の水素透過阻止能力はその膜厚
に比例して向上するが、炭素被膜の膜厚を大きくすると
、ピンポールが形成され易く、クラックの成長を助長し
、さらには炭素被膜の剥離を招くので、実用に充分耐え
うる水素透過阻止能力を発揮できろ膜厚を有ずろ炭素被
覆ファイバを得るには至っていない。

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、充分な水素透過阻止能力を発揮し得る膜厚を有
し、かつピンホール等のない膜質の良好な炭素被膜が形
成され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］ この発明の請求項１記載の光ファイバは、光ファイバ２
！ｌ！線表面に第１の炭素被膜からなる内層を設す、こ
の内層表面に第２の炭素被膜からなる外層を設けてなる
ことをその解決手段とし、請求項２記載の光ファイバは
第１の炭素被膜が芳香族炭化水素またはハロゲン化され
た芳香族炭化水素を熱分解させて得られたしのであり、
第２の炭素被膜が脂肪族炭化水素またはハロゲン化され
た脂肪族炭化水素を熱分解させて得られたしのであるこ
とを解決手段とした。

［作用コ 光ファイバ課線表面に第１の炭素被膜からなる内層を設
け、この内層表面に第２の炭素被膜からなる外層を設け
ると、実用に充分耐えうる水素透過阻止能力を有する膜
厚の炭素被膜が得られる。

さらにこの光ファイバにあっては、第１の炭素被膜から
なる内層表面に第２の炭素被膜からなる外層を設けたも
のであるので、第１の炭素被膜と第２の炭素被膜との膜
厚の和と等しい膜厚を単一の炭素被膜により形成した光
ファイバに比較して、ピンホール等の発生を減少さ仕る
ことができる。

よって実用に充分耐えうる水素透過阻止能力を存する膜
厚の炭素被膜が得られると共に、光ファイバの機械的強
度を格段に向上せしめることができる。

また請求項２記載の光ファイバにあっては、第１の炭素
被膜と第２の炭素被膜を形成する原料を限定することに
より第１の炭素被膜と第２の炭素被膜との弾性率を異な
らしめる。そして弾性率の低い軟質の炭素被膜で光ファ
イバ表面にかかる歪応力を吸収し、弾性率の高い硬質の
炭素被膜で水素の透過を高効率で防止することができる
ので、耐水素特性と機械的強度とを大幅に向上せしめる
ことかできる。

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すもので、図
中符号ｌは光ファイバ裸線である。この光ファイバ裸線
ｌ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上には第１の炭素
被膜からなる内層２が設けられている。この内層２上に
はさらに第２の炭素被膜からなる外層３が設けられてい
る。

この第１の炭素被膜からなる内層２と第２の炭素被膜か
らなる外層３のそれぞれの膜厚は０，６μｍ未満であり
、かつ内層２の膜厚と外層３の膜厚の和が０．１μｍ以
上であることが好ましい。内層２の膜厚と外層３の膜厚
の和が０．１μｍ未満であると、充分な水素透過阻止能
力が得られずに、先ファイバ裸線ｌ内に水素が透過し、
光ファイバの伝送損失を増加させるので好ましくない。

内層２および外層３のそれぞれの膜厚を０．６μｍ以上
にすると、ピンホール等が形成された不良箇所からクラ
ックが生じ、光ファイバ裸線ｌからの剥離を招くので好
ましくない。

このように第１の炭素被膜からなる内層２と第２の炭素
被膜からなる外層３とを形成すると、内層２となる第１
の炭素被膜を形成した際に微細なピンホールが形成され
ても、内層２上にさらに外層３となる第２の炭素被膜を
形成するので、内層２に形成されたピンホールが成長す
ることがないので、良好な膜質を有し、かつ充分な水素
透過阻止能力を有する炭素被膜を得ることができる。ま
た膜厚の大きな被覆層を形成することができるので、伝
送損失が低いばかりでなく、機械的強度の良好な光ファ
イバとすることができる。

また光ファイバの用途により、第２の炭素被膜からなる
外層３の表面にさらに第３、第４の炭素被膜を形成して
も良く、さらには種々の樹脂被膜を形成すれば、より高
い機械的強度と水素透過阻正能力とを得ることができろ
。

内層２および外層３を構成する第１および第２の炭素被
膜の原料化合物としては、炭化水素またはハロゲン炭化
水素を用いることができ、その炭素被膜形成速度の観点
から、いずれも炭素数１５以下のらのが望ましく、特に
炭素数が２である塩素化された脂肪族炭化水素は炭素被
膜析出速度が速いため所定の膜厚を得るまでの接触時間
を短くすることができ、光ファイバの紡糸速度を向上さ
せることかできるので好適である。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、原料化合物を気相化し分解することにより炭
素をファイバ裸線１表面に析出させろＣＶＤ法が＋り用
できなくなり、光ファイバの紡糸工程に連続して、内層
２と外層３とからなる２層の炭素被膜の被覆工程を行う
ことが困難となる。炭化水素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を
用いたしのが好ましい。またアルコール類、ケトン類、
エステル類などの酸素原子をその構造中に何した炭素化
合物は、分解によって炭素化する効率が非常に低いとと
もに、煤状物質が形成され易いので、用いることができ
ない。

また第１の炭素被膜を形成するのに用いる原料化合物と
第２の炭素被膜を形成するのに用いる原料化合物とは、
同一であっても異っていてら良いのは、言うまでもない
。

この発明の請求項２記載の光ファイバにあ−ては、内層
２となる第１の炭素被膜と外層３となる第２の炭素被膜
との弾性率を異ならしめることにより、光ファイバの機
械的強度を向上させることができる。

すなわち請求項２記載の光ファイバにあっては、内層２
となる第１の炭素被膜を外層３となる第２の炭素被膜よ
りも軟質に（弾性率を小さく）すると、弾性率の小さな
第１の炭素被膜が光ファイバにかかる応力を吸収すると
共に、炭素被膜を形成する際に光ファイバ裸線１表面の
収縮応力を緩和し、光ファイバ裸線Ｉの内部歪を吸収で
きるので、光ファイバの機械的強度を向上させることが
可能である。そして硬質の外Ｂ３で外部から光ファイバ
にかかる応力を阻止ずろことできるので、より高い機械
的強度を実現することができる。

光ファイバ裸線１表面に形成される炭素被膜の弾性率は
、炭素被膜の原料、被膜形成時の熱分解温度等、種々条
件により異ならせることができるが、この発明の請求項
２記載の光ファイバにあっては、原料を限定することに
より容易に弾性率の異なる炭素被膜を得ることができる
。

すなわち第１の炭素被膜を芳香族炭化水素またはハロゲ
ン化された芳香族炭化水素を熱分解して得られたものと
し、第２の炭素被膜を脂肪族炭化水素またはハロゲン化
された脂肪族炭化水素を熱分解させて得られたものとす
ることにより、内層２と外層３とを形成する炭素被膜の
弾性率を異ならせることができる。

芳香族炭化水素またはハロゲン化された芳香族炭化水素
を熱分解して得られる第１の炭素被膜は、脂肪族炭化水
素またはハロゲン化された脂肪族炭化水素を熱分解して
得られろ第２の炭素被膜に比べて軟質、すなわち弾性率
が小さいので、炭素被膜形成時に生じる収縮を緩和し、
光ファイバ裸線ｌの内部歪を吸収するとともに、外部か
ら光ファイバにかかる応力をし吸収するので、光ファイ
バの機械的強度を向上させることができる。

また脂肪族炭化水素またはハロゲン化された脂肪族炭化
水素を熱分解して得られる第２の炭素被膜は、芳香族炭
化水素またはハロゲン化された芳香族炭化水素を熱分解
して得られる第１の炭素被膜に比べて硬質であるが、構
造が緻密であるので非常に高い水素透過阻止能力を示し
、先ファイバの伝送損失の低減に多いに寄与している。

よってこの発明の請求項２紀載の光ファイバでは、炭素
被膜形成時の収縮を内層２となる軟質の第１の炭素被膜
力！緩和し、光ファイバ裸線ｌの内部歪を吸収すると共
に、外部から水素が光ファイバ内に侵入するのを、緻密
な構造を有することにより高い水素透過阻止能力を示す
硬質の第２の炭素被膜からなる外層３が防止することが
できるので、光伝送損失が低く、かつ機械的強度の高い
優れた光ファイバを得ることができる。

内層２を構成する第１の炭素被膜の原料化合物としては
、芳香族炭化水素またはハロゲン化された芳香族炭化水
素を用い、これを例示すればトルエン、キシレン、クロ
ロベンゼン、スヂレンなどの芳香族炭化水素のほか、こ
れら化合物のベンゼン環の水素原子を他の炭化水素基ま
たは塩素原子で置換した炭素数１５以下の化合物および
その混合気体、中でもハロゲン原子として塩素原子を用
いたものが最も好適である。外層３を構成する第２の炭
素被膜の原料化合物としては、種々の脂肪族炭化水素の
ほか、テトラフルオロメタン、ジクロルメタン、ジクロ
ルエタン、ジクロルエチレン、トリクロルエタン、ブロ
ムメクンなどのハロゲン化された脂肪族炭化水素を挙げ
ることができるが、これらのうち炭素数が２で、かつハ
ロゲン原子として塩素原子を用いた１、１ジクロロエタ
ン、１゜２ジクロロエタン、シス１，２ジクロロエチレ
ン、トランス１．２ジクロロエチレン、１．１．１　ト
リクロロエチレン、ｌ　ｌ　２トリクロロエタンお上び
その混合気体等が最ら好適である。

これらの熱分解温度としては、上記原料化合物か炭素化
する温度であり、すな、わち内層２を構成するのに最も
好適な芳香族炭化水素またはハロゲン化された芳香族炭
化水素にあっては概ね９００〜１１００℃であり、外層
３を構成するのに最も好適な炭素数２のハロゲン炭化水
素にあっては概ね５００〜９００℃の範囲である。これ
らの温度範囲以下の分解温度では、原料化合物の熱分解
が起こらなく、またこの温度範囲以上であると、原料化
合物が分解されて炭素化する際の構造が黒鉛構造になり
、形成された炭素被膜が脆くなり、光ファイバに歪が生
じ、伝送損失の増加や機械的強度の低下を招くので共に
好ましくないばかりでなく、光ファイバ裸線ｌを構成す
る石英の徐冷点が１１７０℃付近にあることから、紡糸
された石英ファイバが再び加熱され、結晶構造の変化を
起こし、ファイバ表面に作用していた収縮応力が解放さ
れるため弾性力が低下するので非常に脆くなる。

熱分解の方法としては、内層２および外層３を構成する
原料化合物を効率良く加熱可能な装置であれば良いが、
一般には抵抗加熱炉、誘導加熱炉、赤外線加熱炉等を用
いることができ、原料化合物をガス状に気化させた後、
窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスで希釈した原
料化合物ガスを光ファイバ裸線ｌと共に加熱炉内に導入
する方法のほか、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、イオン分解する方法などが挙げられ
る。

脂肪族炭化水素またはハロゲン化された脂肪族炭化水素
を原料とした炭素被膜と、芳香族炭化水素またはハロゲ
ン化された芳香族炭化水素を原料とした炭素被膜との弾
性率および水素透過阻止能力の違いは以下の理由による
。

芳香族炭化水素またはハロゲン化された芳香族炭化水素
を熱分解することによって得られた炭素被膜は、六員環
構造が規則的に配列されて、黒鉛構造に似た結晶性が比
較的高いものとなり、その結果、弾性率が１〜８ＧＰａ
程度と柔らかくなる。

これに対して脂肪族炭化水素またはハロゲン化された脂
肪族炭化水素を熱分解することによって得られた炭素被
膜は緻密な構造のアモルファス部分の多いものとなるの
で、弾性率がｌＯ〜１５０Ｐａ程度と硬いものとなる。

緻密な構造をしていれば水素の侵入を防止することがで
きるので、黒鉛構造に似た規則正しく層状に並んだ結晶
部分を多く有する弾性率の低い炭素被膜よりも、アモル
ファス部分を多く有する硬い炭素被膜の方が優れるので
、脂肪族炭化水素またはハロゲン化された脂肪族炭化水
素を熱分解して得られた炭素被膜の方が水素透過阻止能
力が高いためである。

［実施例コ （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装置
内に、肉径４０ｍｍの石英管を通した抵抗加熱炉を２台
直列に取り付けた。次にこの紡糸装置内に、Ｇｅ０ｔが
ドープ剤として含浸されたコア部を有する外径３０ｍｍ
の単一モード光ファイバ用母材を設置した。この光ファ
イバ母材を２０００℃に加熱して、３０ｍ／分の紡糸速
度で外径１２５μｍの単一モード光ファイバに紡糸する
とともに、上記上段抵抗加熱炉内を１０００℃に加熱し
つつ、原料化合物として約５〜・ｏ１％にアルゴンガス
で希釈したベンセン蒸気を約０．５Ｃ／分の流量で供給
して紡糸された光ファイバ裸線に内層となる炭素彼１［
１を形成した。

ついで下段抵抗加熱炉内を７００℃に加熱しつつ、原料
化合物として約３ｖｏ１％にアルゴンガスで希釈したト
ランス１．２ジクロロエチレン蒸気を約０２Ｑ／分の流
量で供給し、先に形成した内層の表面に外層となる炭素
被膜を形成した。

この上−）にして光ファイバ課線表面上に得られた内外
２層からなる炭素被膜の膜厚は、ファイバ長さｌｋｍに
わたってＯｌ〜０．３μｍで均一・であることをｉｔＸ
子顕微鏡により確認した。

（実施例２） を膜抵抗加熱炉内で、内層となる炭素被膜を形成する原
料化合物として約１０ｖｏ１％にアルゴンガスで希釈し
たモノクロロベンゼン、蒸気を用い、下段抵抗加熱炉内
で外層となる炭素被膜を形成する原料として約５ｖｏ１
％にアルゴンガスで希釈した１、１．１　トリクロロエ
タンを用いた以外は実施例１と全く同様にして内外２層
からなる炭素被膜が形成された光ファイバを製造した。

光ファイバ課線表面上に得られた内外２層からなる炭素
被膜の膜厚はファイバ長１ｋｍにわたって０．２〜０６
４μｍと均一であることを電子顕微鏡により確認した。

（実施例３） 上段抵抗加熱炉内を１１００°Ｃに加熱しつつ、原料化
合物として約３ｖｏ１％にアルゴンガスで希釈したｌ・
ルエン蒸気を約０．１／分の流量で（」（給して紡糸さ
れた光ファイバ裸線に内層となる炭素被膜を形成し、つ
いで下段抵抗加熱炉内を８０００Ｃに加熱しつつ、原料
化合物として約５ｖｏ１％にアルゴンガスで希釈した１
、２ノクロロエタン囚気を約０３Ｑ／分の流量で供給し
、先に形成した内層の表面に外層となる炭素被膜を形成
した以外は全〈実施例１と同様にして内外２層の炭素被
膜が形成された光ファイバを得た。

（実施例４） ヤング率５０　ｋｇ／　ｍＩｎ”、伸び１０％のウレタ
ンアクリレート樹脂液を封入したダイスポット内に、実
施例１で製造された光ファイバを線速度６０ｍ／分で通
過させてウレタンアクリレート樹脂液を炭素被膜上に塗
布したのち、紫外線硬化装置内にて上記樹脂液を硬化さ
せて外径が約２５０μｍの光ファイバを製造した。

（実施例５） 上段抵抗加熱炉内を７００℃に加熱しつつ、原料化合物
として約３ｖｏ１％にアルゴンガスで希釈したトランス
１．２ノクロロエチレン蒸気を約０゜１／分の流量で供
給して紡糸された光ファイバ裸線に内層となる炭素被膜
を形成し、ついで下段抵抗加熱炉内を１０００°Ｃに加
熱しつつ、原料化合物として約５ｖｏ１％にアルゴンガ
スで希釈したベンゼン蒸気を約０．５ｆｆ／分の流量で
供給し、先に形成した内層の表面に外層となる炭素被膜
を形成した以外は全〈実施例Ｉと同様にして内外２層の
炭素被膜が形成された光ファイバを得た。

（比較例６） ＧｅＯｘがドープ剤として含浸されたコア部を有する外
径３０　ｍｍの単一モード光ファイバ用母材を設置した
。この光ファイバ母材を２０００°Ｃに加熱して、３０
ｍ／分の紡糸速度で外径１２５μｍの単一モート光ファ
イバを紡糸した。

（比較例７） 光ファイバ母材から光ファイバ裸線を紡糸する紡糸装置
内に、内径４０ｍｍの石英管を通した抵抗加熱炉を直列
に取り付けた。次にこの紡糸装置内に、Ｇ　ｅ　Ｏ！が
ドープ剤として含浸されたコア部を有する外径３０ｍｍ
の単一モード光ファイバ用母材を設置した。この光ファ
イバ母材を２０００°Ｃに加熱して、３０ｍ／分の紡糸
速度で外径１２５μｍの単一モード光ファイバに紡糸す
るとともに、上記抵抗加熱炉内を１０００°Ｃに加熱し
つつ、原料化合物として約５ｖｏ１％にアルゴンガスで
希釈したベンゼン蒸気を約０．５ρ／分の流ｍで供給し
て紡糸された光ファイバ裸線に単一の炭素被膜を形成し
た。

（比較例８） 光ファイバ母材から光ファイバ裸線を紡糸する紡糸装置
内に、内径４０ｍｍの石英管を通した抵抗加熱炉を直列
に取り付けた。次にこの紡糸装置内に、Ｇｅｍ、がドー
プ剤として含浸されたコア部を何する外径３０ｍｍの単
一モード光ファイバ用母材を設置した。この光ファイバ
母材を２０００℃に加熱して、３０ｍ／分の紡糸速度で
外径１２５μｍの弔−モード光ファイバに紡糸するとと
もに、上記抵抗加熱炉内を７００℃に加熱しつつ、原料
化合物として約３　ｖｏ１％にアルゴンガスで希釈した
トランス１．２ノクロロエチレン蒸気を約０，２ａ／分
のｔＭ、ｒｆｌで供給して紡糸された光ファイバ裸線に
中−の炭素被膜を形成した。

上記実施例！ないし比較例８で得られた各光ファイバを
それぞれ５００ｍ取り出し、１．２４μｍ波長帯および
１．３９μｍ波長帯の各波長帯における光伝送１０失を
測定した。この後、各光ファイバを、温度１００℃、水
素分圧が１　ａｔｍの密閉容器内に２００時間放置し、
１．２４μｍ波長帯およびｌ。

３９μｍ波長帯の各光伝送波長特性を測定し、水素によ
る伝送損失の増加型を比較し、この結果を第１表に示し
た。

さらに上記実施例Ｉないし比較例８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３０ｃｍ、
歪速度１０％／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） 以上の実験結果より、内層と外層とからなる２層の炭素
被膜を何ずろ実ｊＩ＠例１ないし実施例５の光ファイバ
は、その表面に炭素被膜を有さない比較例６あるいは単
一の炭素被膜のみを有する比較例７および８に比へて、
いずれも水素の透過による伝送損失の増加箪が少な（、
かつ機械的強度の高い、実用に際してバランスのとれた
光ファイバであることが確認された。

また特に、内層か芳香族炭化水素またはハロゲン化され
た芳香族炭化水素を熱分解させて得られた炭素被膜から
なり、外層か脂肪族炭化水素またはハロゲン化された脂
肪族炭化水素を熱分解させて得られｒコ炭素被膜からな
る２層の被膜層を何する実在例１ないし４の光ファイバ
は、光伝送損失の増大が少なく、破断強度の高い優れた
しのであることか確認できたと共に、実施例４の光ファ
イバのように、その表面に樹脂被膜を形成すると、光伝
送損失の増大の防止および機械的強度の向上をより一層
図ることが可能なことが確認できた。

［発明の効果］ 以」ユ説明したように、この発明の請求項１記載の先フ
ァイバは、光ファイバ課線表面に第１の炭素被膜からな
る内層を設け、この内層表面に第２の炭素被膜からなる
外層を設けてなる乙のであるので、単一の炭素被膜が形
成された光ファイバに比較１５て、炭素被膜の膜厚を大
きくしてもピンホール等の発生を減少させることができ
るので、クラック等の無い良質の炭素被膜を得ることが
できろ。良質の炭素被膜の膜厚を充分に大きくすること
が可能となるので、得られた先ファイバは機械的強度か
高く、かつ水素透過による光伝送損失が少ないものとな
る。

またこの発明の請求項２記載の光ファイバにあっては、
第１の炭素被膜と第２の炭素被膜との弾性率を異ならし
めることにより、弾性率の低い軟質の炭素被膜で先ファ
イバにかかる歪応力を吸収し、弾性率の高い硬質の炭素
被膜で水素の透過を高効率で防止することができるので
、耐水素特性と機械的強度とを大幅に向上せしめること
ができる。

そして内層となる第１の炭素被膜が芳香族炭化水素また
はハロゲン化された芳香族炭化水素を熱分解さけて得ら
れたしのであり、外層となる第２の炭素被膜が脂肪族炭
化水素またはハロゲン化された脂肪族炭化水素を熱分解
させて得られたしのであるので、第１の炭素被膜が水素
透過阻止能に加えて外部応力を吸収する緩衝層として作
用し、かつ第２の炭素被膜が高い水素透過阻止能力を示
すものであるので、さらに機械的強度が高く、かつ水素
透過による光伝送損失の少ない優れた光ファイバとなる
。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の光ファイバの概略断面図である。 ｌ・・・光ファイバ裸線、 ２・・内層、 ３・・・外層。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ファイバ裸線表面に第１の炭素被膜からなる内
   層を設け、この内層表面に第２の炭素被膜からなる外層
   を設けてなる光ファイバ
2. （２）第１の炭素被膜が芳香族炭化水素またはハロゲン
   化された芳香族炭化水素を熱分解させて得られたもので
   あり、第２の炭素被膜が脂肪族炭化水素またはハロゲン
   化された脂肪族炭化水素を熱分解させて得られたもので
   ある請求項１記載の光ファイバ