JPH05246741A - カーボンコート光ファイバのリコート方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 光ファイバ表面にカーボン膜被覆を有するカ
ーボンコート光ファイバ４の石英ファイバ露出部１０
に、カーボン膜をリコートする方法において、カーボン
膜リコートに先立ち、上記石英ファイバ露出部１０を、
１０^-1Torr以下の減圧下で加熱する。 【効果】 カーボンコート光ファイバの機械的強度を低
下させたり、伝送損失を増加させたりする要因となる光
ファイバの露出部分をなくし、信頼性に富むカーボンコ
ート光ファイバを得ることができる。また減圧加熱によ
って、露出した石英ファイバ裸線の表面の吸着水分を除
去する前処理を行なっているので、水分吸着下での加熱
過程で形成されるシラノールによる強度低下や、石英フ
ァイバ裸線表面に内存する水分の応力腐食促進による疲
労特性低下が防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カーボンコート光ファ
イバの石英ファイバ裸線が露出した部位に、カーボン膜
をリコートする方法に関し、特にカーボンコート光ファ
イバの石英ファイバ露出部の表面に吸着した水分を除去
した後に、上記石英ファイバ露出部へカーボン膜をリコ
ートする方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に光ファイバとしては、石英ガラス
系の光ファイバ裸線に合成樹脂等の有機材料による被覆
が施されたものが用いられている。この有機材料による
被覆は、上記石英ファイバ裸線に外部環境中の塵、埃あ
るいは異物等が衝突して傷が発生し、光ファイバの破断
強度が低下するのを防ぐためのものである。ところが、
この有機材料による被覆では、外部環境中の水蒸気や、
さらに分子が小さい水素分子の石英ファイバ裸線への拡
散を防止することができない。そして応力がかかる状態
で光ファイバに水分が付着すると、疲労現象が生じ、経
時的に機械強度が低下する。また、石英ファイバ裸線の
ガラス中に水素が拡散することによって、水素分子の分
子振動に起因する吸収損失が増大したり、光ファイバ中
にドープ剤として含有されているＰ₂Ｏ₅、ＧｅＯ₂、Ｂ₂
Ｏ₃等と反応してＯＨ基が生成され、このＯＨ基に起因
する吸収損失が増大したりするという問題があった。

【０００３】このような問題を解決するために、図３に
示すようにコア１ａおよびクラッド１ｂからなる石英フ
ァイバ裸線１の表面に数１００〜１０００オングストロ
ームの厚さのカーボン膜２を形成し、さらにその上に有
機材料による樹脂膜３を形成したカーボンコート光ファ
イバ４が提案されている。

【０００４】ところで、光通信の長距離伝送の要求に伴
い、長大な光ファイバが不可欠となっているが、光ファ
イバの長さは有限で、これを布設する場合には、有限の
長さの光ファイバを接続して用いなければならない。こ
のような接続方法としては、コネクタ方式、融着接続等
種々の方法があるが、一般に永久接続として、光ファイ
バを突き合わせてアーク放電中で溶融して接続する融着
接続法が用いられている。

【０００５】上述融着接続法をカーボンコート光ファイ
バ４に適用するには、このカーボンコート光ファイバ４
の端部の樹脂膜３を除去し、その端部同士をつき合わせ
てアーク放電により融着するが、この放電によって加熱
される過程でカーボン膜２が燃焼、消失し、融着接続部
で石英ファイバ裸線１が露出された状態となる。また光
ファイバのコア１ａを調心するために、ある程度カーボ
ン膜２を剥す必要がある。

【０００６】このように加熱融着の際に露出された石英
ファイバ裸線１の部分は、上述したように、水蒸気の石
英ファイバ内拡散にともなう疲労現象や、水素分子拡散
に伴う吸収損失の増大が発生する懸念がある。また融着
接続時にカーボン膜燃焼による燃焼かすが生成し、これ
が石英ファイバ裸線１を傷つける恐れがある。さらに加
熱融着の際は、光ファイバは充分に加熱されるため、外
部環境中の水分が付着し易くなる。そして石英ファイバ
裸線１に水分が付着したり、水素雰囲気下に曝されたり
すると、接続部において破断強度が低下する、あるいは
伝送損失が増大する等の問題があった。

【０００７】上記問題点を解決するためカーボンコート
光ファイバ石英ファイバ露出部を新たに加熱炉内での熱
ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、あるいはカーボン含有ガスの
火炎等でカーボン膜をリコートする方法が提案されてい
る（特開平２ー８７１０６号公報）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
カーボン膜リコート方法では、リコートする際の熱によ
り光ファイバがダメージを受け、光ファイバ強度の低下
および疲労特性の低下という新たな問題が発生した。

【０００９】このような光ファイバの強度の低下及び疲
労特性の低下は、石英ファイバ露出部にカーボン膜をリ
コートする前に、露出した石英ファイバ裸線表面に吸着
した水分によるものと考えられる。すなわち光ファイバ
の強度低下は、水分が吸着した石英ファイバ裸線の表面
を再加熱するときにシラノールが形成され、このシラノ
ールが石英ファイバ裸線表面の小さな傷を成長させるこ
とによって生じると考えられる。また光ファイバの疲労
特性低下は、カーボン膜をリコートする前にファイバ表
面に吸着している水分が、カーボン膜リコートの後も内
存し、この内存水分が応力腐食を促進させるためと考え
られる。以上のことより、融着接続部の強度および疲労
特性を向上させるためには、カーボン膜リコートの前
に、石英ファイバ表面に吸着した水分を十分に除去する
必要がある。

【００１０】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、カーボンコート光ファイバの石英ファイバ露出部の
表面の吸着水分を除去する前処理を行なった後に、カー
ボン膜を石英ファイバ露出部へリコートする方法を提供
するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のカーボン膜リコ
ート方法は、１０^-1Torr以下の減圧下で、加熱処理を行
なった後に、石英ファイバ露出部へカーボン膜をリコー
トすることを前記課題の解決手段とした。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を詳しく説明する。図１は本発
明のリコート方法を実施するために好適に用いられる装
置の一例を示す概略構成図である。この装置は炭酸ガス
レーザ発振器５と、反応容器６から概略構成されてい
る。図２は反応容器６の斜視図であって、（ａ）は反応
容器本体６ａ、（ｂ）は反応容器蓋部６ｂをそれぞれ示
した図である。

【００１３】炭酸ガスレーザ発振器５より放射された炭
酸ガスレーザ光７は、反射鏡８に当たって方向が変えら
れ、続いて集光レンズ９にて集光されてビームとなり反
応容器６に照射される。反応容器６は本体６ａ、蓋部６
ｂからなり、蓋部６ｂの中央にはレーザビーム透過用の
窓６ｃが設けられている。カーボンコート光ファイバ４
はそのリコート部位１０が窓６ｃの下方に位置するよう
に、反応容器６を貫通して配され、この反応容器６を貫
通する部分に形成された溝６ｄにおいて固定されてい
る。溝６ｄには、反応容器６内の気密状態が保持される
ように、適宜の封止手段が設けられている。また反応容
器６には、リコート部位１０にカーボン含有原料ガスを
供給する原料供給管１１、および排気管１２が設けられ
ている。この原料供給管１１はその先端のノズルが、反
応容器６に固定されたカーボンコート光ファイバ４のリ
コート部位１０の近傍に位置するように設けられてい
る。またこの装置において、集光レンズ９およびレーザ
ビーム透過用の窓６ｃはＺｎＳｅを用いて作成されたも
のが好ましい。以上炭酸ガスレーザ光を輻射型の熱源と
して用いる装置の一例について説明したが、本発明にお
ける熱源としては炭酸ガスレーザに規定されるものでは
なく、アーク放電、マイクロヒータ、レーザ加熱等が広
く使用できる。

【００１４】この装置を用いて石英ファイバ裸線が露出
した部位１０にカーボン膜をリコートするには、まずカ
ーボンコート光ファイバ４を反応容器６の溝６ｄに固定
する。このとき、リコート部位１０は反応容器６の窓６
ｃの下方で、かつ原料供給管１１のノズル正面に配置す
る。

【００１５】次いで、露出した石英ファイバ裸線の表面
に吸着した水分を除去するための前処理を以下のように
行なう。まず反応容器６内の気圧が１０^-1Torr以下、好
ましくは１０^-2〜１０^-3Torrになるまで、排気管１２よ
り反応容器６内の脱気を行なう。このような減圧状態
で、炭酸ガスレーザ光７を用いてリコート部位１０を加
熱する。発振器５から炭酸ガスレーザ光７を発生させ、
このレーザ光７が反応容器６内のリコート部位１０上に
焦点を結ぶように反射鏡８、集光レンズ９を配置する。
ここで、レーザパワーと焦点は、リコート部位１０の表
面温度が３００〜８００℃となるように調整する。さら
に、加熱時にレーザ光７の照射がリコート部位１０の全
域に渡るように、反応容器６をカーボンコート光ファイ
バ４の長手方向にトラバースさせる。このトラバースの
速度は３〜９mm／ｍｉｎとするのが好ましい。

【００１６】続いて、カーボン膜リコート処理を以下の
ように行なう。原料供給管１１よりカーボン含有化合物
のガスを５０〜２００cc/分、窒素ガスを４００〜１８
００cc/分の流量で供給する。ここで原料となるカーボ
ン含有化合物ガスとしては、例えばアセチレン、エチレ
ン、ベンゼン、プロパン等の炭化水素化合物、あるいは
ジクロロエタン、トリクロロエタン、ジクロルメタン等
の塩素を含有する炭化水素化合物、およびこれらの混合
物特にＮ₂、Ａr、Ｈe等の不活性ガスとの混合物が用い
られるが、いずれも分解温度の低い化合物が好ましい。

【００１７】反応容器６内が原料ガス雰囲気になった
後、炭酸ガスレーザ光７を用いてリコート部位１０を加
熱する。発振器５から炭酸ガスレーザ光７を発生させ、
このレーザ光７が反応容器６内のリコート部位１０上に
焦点を結ぶように反射鏡８、集光レンズ９を配置する。
このときの加熱温度はカーボン含有原料ガスの熱分解温
度に応じて適宜選択するのが好ましい。そしてこのとき
レーザ光７の照射がリコート部位１０の全域に渡るよう
に、反応容器６をカーボンコート光ファイバ４の長手方
向にトラバースさせる。このトラバースの速度は３〜９
mm／ｍｉｎとするのが好ましい。このようにして、加熱
された部位で熱ＣＶＤが行われ、ここにカーボン膜をリ
コートすることができる。また、この方法でカーボン膜
がリコートされる光ファイバとしては、カーボンコート
光ファイバの融着接続部の石英ファイバ露出部のみでな
く、局部的にカーボン膜がコートされていない部分を有
する光ファイバにも適用できる。

【００１８】以上説明したカーボン膜リコート方法は、
カーボン含有原料ガスを噴射するとともに、輻射型の熱
源を用いて加熱することにより、この部位の光ファイバ
の表面上に熱ＣＶＤによってカーボン膜をリコートする
ものである。そして、反応容器６内を先に減圧し、つい
でリコート部位に直接カーボン含有原料ガスを噴射する
ことによって、リコート部位の周囲を局部的に無酸素状
態とすることができ、容易に必要原料ガス濃度を得るこ
とができるものである。

【００１９】（実施例１）上述の装置を用いて、融着接
続によって接続部の石英ファイバ裸線が露出したカーボ
ンコート光ファイバに対して、カーボン膜のリコートを
行った。熱源としてはＲＦ電源内蔵型ウェーブガイドＣ
Ｏ₂レーザ５（金門電気製 ＬＭ−４型；最大出力５
Ｗ、定格出力４Ｗ、パルス変調信号ＤＣ１２Ｖ）を用い
た。まずカーボンコート光ファイバ４を反応容器６に固
定した。このとき、リコート部位１０が窓６ｃの下方
で、かつ原料供給管１１の正面に位置するように固定し
た。

【００２０】次いで、反応容器６内の減圧を行い、内気
圧が１０^-1Torr以下になった状態で、炭酸ガスレーザ発
振器５を起動し、出力を１ｗに設定して、炭酸ガスレー
ザ光７を発生させた。このレーザ光７を反射鏡８で反射
させ、ＺｎＳｅ製集光レンズ９で反応容器６内のリコー
ト部位１０上に焦点を結ぶように集光し、リコート部位
１０の加熱温度が５００℃となるようにした。そして反
応容器６をカーボンコート光ファイバ４の長手方向に６
mm／ｍｉｎの速度でトラバースさせ、リコート部位１０
全体が加熱されるようにした。

【００２１】その後原料供給管１１から１０容量％のジ
クロルエタンを含有する窒素ガスを毎分１リットルの流
量で導入した。このとき排気管１２のバルブを調整し
て、反応容器６内が１・５mmＨ₂Ｏの加圧状態になるよ
うにした。反応容器６内の圧力が安定した後、再びレー
ザ光７を１ｗの出力で照射し、反応容器６を６mm/分の
速度で移動させて、リコート部位１０にカーボン膜をリ
コートさせた。さらにこのカーボン膜をリコートした部
位に、ＵＶ樹脂リコート装置を用いてハード材を被覆径
２５０μｍにリコートし、カーボンコート光ファイバ４
を得た。得られたファイバをスパン長２５０mm、歪速度
１mm/分で各２０本ずつ引張試験を行なった。５０％破
断確率における破断強度Ｆ₅₀を表１に示す。

【００２２】（比較例１）本発明のカーボン膜リコート
処理前の減圧加熱処理を行なわずに、融着接続部にカー
ボン膜をリコートした。リコートの方法および引張試験
は実施例１と同様に行なった。その結果を併せて表１に
示す。

【表１】 表１で示したように、実施例１で得られた、石英ファイ
バ露出部表面の吸着水分を除去する前処理の後、カーボ
ン膜をリコートした光ファイバにおいては、破断強度の
低下がみられず、リコート前の破断強度と同等の破断強
度を示した。これに対して、上記前処理を行なわずにカ
ーボン膜をリコートした比較例１の光ファイバにおいて
は、大幅な破断強度の低下がみられた。この結果より、
本発明の方法で、融着接続部の破断強度の低下を防止で
きることが確認できた。

【００２３】（実施例２）本発明のカーボン膜リコート
前の減圧加熱処理において、減圧時の圧力を１×１
０^-0、３×１０^-1、１×１０^-1、３×１０^-2、１×１０
^-2Torrと変化させた。その他は実施例１と同様に行なっ
た。その結果を図４において白丸で示す。図４において
点線はリコート前の破断強度を表わす。 （比較例２）本発明のカーボン膜リコート前の減圧加熱
処理において加熱処理を行なわずに減圧処理のみを行な
った他は、実施例２と同様に行なった。その結果を図４
において黒丸で示す。

【００２４】図４で示したように、実施例２において、
カーボン膜リコート前に、反応容器内を１０^-1Torr以下
まで減圧して加熱処理を行なった場合に、リコート前の
破断強度と同等の破断強度が得られた。これに対して、
比較例２で得られたカーボン膜リコート前に減圧処理の
みを行なったものでは、比較例２のすべての圧力範囲
で、融着接続部の破断強度の低下がみられた。この結果
より、融着接続部にカーボン膜をリコートする前に、１
０^-1Torr以下まで減圧し、かつこの状態で加熱を加える
ことが、融着接続部の破断強度低下を防止するために必
要であることが示された。

【００２５】（実施例３）本発明のカーボン膜リコート
前の減圧加熱処理の加熱温度を２００，３００，４０
０，６００，８００，１０００，１１００℃と変化させ
た。このとき反応容器内の圧力はすべて１０^-2Torrとし
た。その他は実施例１と同様に行なった。その結果を図
５において白丸で示す。図５において点線はリコート前
の強度を表わす。 （比較例３）本発明のカーボン膜リコート前の減圧加熱
処理に代えて、減圧処理を行なわずに加熱処理のみを行
なった。その他は、実施例３と同様に行なった。その結
果を図５において黒丸で示す。

【００２６】図５で示したように、実施例３において、
カーボン膜リコート前に、減圧下で３００〜８００℃の
温度範囲で加熱した場合に、リコート前の破断強度と同
等の破断強度が得られた。これに対して、比較例３で得
られた、カーボン膜リコート前に加熱処理のみを行なっ
たものでは、比較例３のすべての加熱温度範囲で、融着
接続部の破断強度の低下がみられた。この結果より、融
着接続部にカーボン膜をリコートする前に、減圧処理を
併用しながら、加熱温度を３００〜８００℃の範囲で加
熱することが、融着接続部の破断強度低下を防止するた
めに必要であることが示された。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明のカーボン膜
リコート方法は、１０^-1Torr以下の減圧下で、加熱処理
を行なった後に、石英ファイバ露出部に、新たにカーボ
ン膜被覆を施すものである。したがって、カーボンコー
ト光ファイバの機械的強度を低下させる要因となる光フ
ァイバの露出部分をなくし、信頼性に富むカーボンコー
ト光ファイバを得ることができる。

【００２８】さらにカーボン膜リコート前に１０^-1Torr
以下の減圧下での加熱という前処理を行なって、露出し
た石英ファイバ裸線の表面の吸着水分を除去しているの
で、水分吸着下での加熱過程で形成されるシラノールに
よる強度低下や、石英ファイバ裸線表面に内存する水分
の応力腐食促進による疲労特性低下が防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のカーボン膜リコート方法に好適に用
いられる装置の概略構成図である。

【図２】 反応容器の（ａ）本体、（ｂ）蓋部の斜視図
である。

【図３】 カーボンコート光ファイバの斜視図である。

【図４】 実施例２と比較例２とで得られた前処理にお
ける減圧度合と、融着接続部の破断強度との関係を示す
グラフである。

【図５】 実施例３と比較例３とで得られた前処理にお
ける加熱温度と、融着接続部の破断強度との関係を示す
グラフである。

【符号の説明】

１…石英ファイバ裸線、１ａ…コア、１ｂ…クラッド ２…カーボン膜、３…樹脂膜、４…カーボンコート光フ
ァイバ（樹脂膜被覆） ５…レーザ発振器 ６…反応容器、６ａ…反応容器本体、６ｂ…反応容器蓋
部 ６ｃ…レーザ光透過用窓、６ｄ…溝 ７…レーザ光、８…反射鏡、９…集光レンズ １０…リコート部位（石英ファイバ露出部） １１…原料供給管、１２…排気管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大橋 圭二 千葉県佐倉市六崎1440番地 藤倉電線株式 会社佐倉工場内 (72)発明者 荒木 真治 千葉県佐倉市六崎1440番地 藤倉電線株式 会社佐倉工場内 (72)発明者 吉澤 信幸 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ファイバ表面にカーボン膜被覆を有す
   るカーボンコート光ファイバの石英ファイバ露出部に、
   カーボン膜をリコートする方法において、１０^-1Torr以
   下の減圧下で、加熱処理を行なった後に、この石英ファ
   イバ露出部分に、新たにカーボン膜被覆を施すことを特
   徴とする光ファイバのカーボン膜リコート方法。