JPH0646251B2 - 光フアイバ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「技術分野」 本発明は、長寿命、低損失を実現しうる光ファイバの構
造に関する。

「従来の技術およびその問題点」 光ファイバとして通常用いられているものは、光ファイ
バ裸線上に、シリコーンなどの有機高分子化合物からな
る被覆層が設けられてなる有機コート光ファイバであ
る。

ところが、この有機コート光ファイバの被覆層は水素等
のガスの透過量が多く、被覆層を透過した水素によりＯ
Ｈ基による吸収が増大したり、被覆層の有機材料に起因
する水素により同様に吸収が増大したりして、光ファイ
バの伝送損失の増加を招く問題がある。

この問題に対処しうる光ファイバとして、光ファイバ裸
線にアルミニウム、インジウム、ニッケルなどの金属か
らなる被覆層を形成した金属コート光ファイバがある。
この金属コート光ファイバでは、金属被覆層によりガス
の透過が阻止されるので、上記問題に対処できる。

ところが、この金属コート光ファイバにあっては、硬質
の金属被覆層により覆われるので、マイクロベンディン
グによる伝送損失が大きい不都合がある。

このため、光ファイバ裸線上に結晶性のカーボンを被覆
することが提案されているが、このものにあっては、結
晶性カーボンの伸びが最大１％程度と光ファイバ裸線に
比べて小さいので、光ファイバに張力が加わるとファイ
バ裸線から被覆層が剥離する恐れがある。

「問題点を解決するための手段」 そこで、本発明にあっては、光ファイバ裸線上に高分子
状カーボンと有機高分子体との共重合体よりなる被覆層
を形成することにより上記問題の解決を図った。

「作用」 このような構成の光ファイバにあっては、被覆層の高分
子状カーボンによって水素の透過が阻止されると共に、
被覆層をなす共重合体に含まれる水素が極めて少ないの
で、水素による光ファイバの伝送損失の増加が防止され
る。また、被覆層は、有機高分子体によって可撓性およ
び良好な伸びを有するものになるので、光ファイバ裸線
からの被覆層の剥離が防止される。

「実施例」 以下、図面を参照して本発明を詳しく説明する。

第１図および第２図は、この発明の光ファイバの一実施
例を示すもので、図中符号１は石英ガラスなどからなる
光ファイバ裸線である。この光ファイバ裸線上には被覆
層２が形成されている。この被覆層２は、高分子状カー
ボンと有機高分子体との共重合体によって形成されたも
のである。この共重合体、通常の有機高分子体に比較し
て極端に水素原子の不足した組成を有しており、高度に
架橋構造が発達した炭素マトリックスから構成されてい
る。この共重合体は、例えば第２図に示すように、結晶
性カーボン３…、アモルファスカーボン４…などの高分
子状カーボンの部分とハイドロカーボン５…の部分がラ
ンダムに結合た構造を有していると思われる。

この被覆層２を形成する共重合体としては、共重合体を
形成する元素のうち、炭素（Ｃ）が原子比で６０〜９０
％程度含まれているものが好適に用いられる。Ｃが９０
％を越えると、被覆層２は伸びの少ないものになるの
で、光ファイバ裸線１から剥離し易くなる。また、６０
％未満になると、被覆層２は水素の透過を充分阻止し得
ないものになり、光ファイバの伝送損失の増加を防止し
得ない。このような共重合体からなる被覆層２の厚さ
は、０．０５〜１μｍ程度に形成されることが望まし
い。０．０５未満では、被覆層としての機能が十分でな
く、１μｍを越えても被覆層としての保護効果の増大が
もはや望めず、不経済である。被覆層２をなす共重合体
として最も好適なものとして、モノマーとしての有機ガ
スおよびハロゲン化炭素をプラズマ重合させて得られる
共重合体が挙げられるが、これに限らず種々のものを利
用できる。プラズマ重合法によれば被覆層２を比較的低
温で形成できるので、被覆時光ファイバ裸線１に与える
ヒートショックが少ない点で望ましい。上記有機ガスと
しては、メタン、エタン、プロパン等の飽和炭化水素、
エチレン、プロピレン等の不飽和炭化水素などの他、ア
クリル酸エステル、メタアクリル酸エステル、スチレ
ン、クロロベンゼン等の種々のガス化し得る有機化合物
が用いられる。また、上記ハロゲン化炭素としては、四
フッ化炭素(CF₄)、四塩化炭素(CCl₄)などが好適に用い
られる。

次に、この発明の光ファイバを製造する方法の一例を説
明する。

第３図は、本発明の光ファイバを製造するのに好適な製
造装置の一例を示すものである。この製造装置は、概
略、紡糸炉部６と重合炉部７と差動排気装置８とから構
成されている。

紡糸炉部６は、炉体９内にドーナツ状の抵抗発熱体１０
が収容されてなるもので、抵抗発熱体１０の中心には光
ファイバ母材１１が取り付けられている。この紡糸炉部
６の下部には、第１スリット１３を介して重合炉部７の
炉体１４が接続されている。この第１スリット１３に
は、紡糸炉部６で紡糸された光ファイバ裸線１が下方の
重合炉部７に移送されるのに必要なだけの開口（光ファ
イバ裸線１の径が１００〜１６０μｍ程度の時、約１〜
３mm）が形成されており、紡糸炉部６と重合炉部７のそ
れぞれの雰囲気がここで実質的に仕切られ、互いに混合
しないようになっている。

重合炉部７は、炉体１４内の上部にプラズマを発生させ
るための高周波コイル１５が収容され、炉体１４の下部
が重合室７ａとされた構造となっている。また、炉体１
４には原料ガス導入管１６および真空排気管１７が設け
られている。高周波コイル１５は、外部に設置された高
周波発振装置１８に接続されている。また、炉体１４の
下部には、第２スリット１９を介して差動排気装置８が
接続されている。第２スリット１９は、上記第１スリッ
ト１３と同様の構造であって、重合炉部７と差動排気装
置８との雰囲気を区分するものである。

差動排気装置８は、真空排気管２０、２１、２２を有す
る３ケの減圧室２３、２４、２５が連続して設けられた
ものである。これら減圧室２３、２４、２５間のそれぞ
れの境壁部には光ファイバ裸線１が通るに必要なだけの
開口（径１〜３mm）が形成されており、最下方の減圧室
２５は、この開口を経て大気に連通している。これら減
圧室２３、２４、２５により重合炉部７内を所望の減圧
雰囲気とすることが可能となる。

そして、これら紡糸炉部６、重合炉部７および差動排気
装置８の上下方向の中心軸線はすべて一致せしめられ、
紡糸炉部６で紡糸された光ファイバ裸線１はこの中心軸
線上を下方に走行し、第１スリット１３、高周波コイル
１５の中心部、第２スリット１９を通り、最下方の減圧
室２５の開口を経て外部に導出され、図示しない巻取リ
ールに巻き取られるようになっている。

この装置を用いて光ファイバを製造するには、まず、紡
糸炉部６において抵抗発熱体１０に通電し、光ファイバ
母材１１を加熱し、常法により溶融紡糸し、光ファイバ
裸線１を得る。この時、紡糸炉部６内はArガスなどの圧
力０．１Torr程度の雰囲気とされる。光ファイバ裸線１
は、ついで第１スリット１３を通り、重合炉部７に導入
される。

重合炉部７内には、有機ガスやハロゲン化炭素等の光フ
ァイバの被覆層２を形成する共重合体の原料の重合性モ
ノマーガスを、Ar等のキャリヤーガスと共に原料ガス導
入管１６から送給する。重合炉部７内の重合性モノマー
ガスの圧力は、０．０１〜１０Torr程度に保たれる。

この重合炉部７内では高周波コイル１５からの高周波電
力により、プラズマが発生せしめられており、このプラ
ズマにより重合性モノマーガスが重合され、光ファイバ
裸線１上に被覆層２を形成する。高周波コイル１５に印
加される電力は、３０〜３０００Ｗ程度とされ、その周
波数は約１〜２０ＭＨｚとされる。

光ファイバ裸線１に形成される被覆層２の厚さは、モノ
マー濃度、光ファイバ裸線１の走行速度などによって変
化する。

このように重合炉部７で被覆層２が形成された光ファイ
バ裸線１は第２のスリット１９を通り、減圧室２３、２
４、２５を経て外部に導出され、巻取リールに巻き取ら
れる。

「実験例１」 第３図に示した装置を用いて本発明の光ファイバを試作
し、その引張強度と、水素雰囲気中での伝送損失の変化
を調べた。

製造装置の仕様を次に示す。

高周波発振装置１８…出力２０ＫＷ 周波数３．４ＭＨｚ 高周波コイル１５…コイル径１００mm 巻き数１０ターン 重合炉部７の重合室７ａ…内径８０mm 全長８００mm 重合炉部７に原料モノマーガスとしてＣＨ_４とＣＦ_４を
４：１の比で導入し、キャリヤーガスとしてArガスを導
入し、３ＫＷの出力でプラズマを発生させた。重合炉部
７内の圧力は１０mmＨｇであった。紡糸炉部６で速度１
m/minで紡糸された光ファイバ裸線１をこの重合炉部７
に導き、被覆層２を形成した。得られた被覆層２をなす
共重合体の組成は、原子比で Ｃ：Ｈ：Ｆ＝１：０．１２：０．０１であった。

被覆層２が形成された、光ファイバ裸線１上にさらに紫
外線硬化型エポキシアクリレート樹脂を被覆した。

得られた光ファイバは、裸線１の外径が１２５μｍ、被
覆層２の厚さが５００オングストローム、エポキシアク
リレート樹脂被覆外径が４２０μｍであった。

この光ファイバの引張強度を測定したところ、平均３．
５GPaであった。これに対して、光ファイバ裸線１にイ
オンプラズマ重合で結晶性カーボンのみを被覆し被覆層
２とした点が異なる光ファイバの引張強度を調べたとこ
ろ、このものは平均１．５GPaであり、本発明の光ファ
イバが引張強度に優れていることが確認できた。

ついで、試作した本発明の光ファイバを１５０゜Cの水
素雰囲気下に放置して、波長１．３μｍにおける伝送損
失の変化を調べたところ、１２０時間放置後も損失の増
加はみられず、本発明の光ファイバは水素が透過し難
く、寿命の長いものであることを確認できた。

「実験例２」 実験例１と同様に、第３図に示した装置を用いて本発明
の光ファイバを試作し、その引張強度と、水素雰囲気中
での伝送損失の変化を調べた。

重合炉部７に原料モノマーガスとしてＣＨ_４とＣＣｌ_４
を４：１の比で導入し、キャリヤーガスとしてArガスを
導入し、２．８ＫＷの出力でプラズマを発生させた。重
合炉部７内の圧力は１０mmHgであった。紡糸炉部６で速
度１m/minで紡糸された光ファイバ裸線１をこの重合炉
部７に導き、被覆層２を形成した。得られた被覆層２を
なす共重合体の組成は、原子比で Ｃ：Ｈ：Cl＝１：０．６：０．０１ であり有機物の多い組成となっていた。

被覆層２が形成された、光ファイバ裸線１上にさらに紫
外線硬化型エポキシアクリレート樹脂を被覆した。

得られた光ファイバは、裸線１の外径が１２５μｍ、被
覆層２の厚さが６００オングストローム、エポキシアク
リレート樹脂被覆外径が４２０μｍであった。

この光ファイバの引張強度を測定したところ、平均４．
８GPaであった。

ついで、試作した本発明の光ファイバを１５０゜Cの水
素雰囲気下で、波長１．３μｍにおける伝送損失の変化
を調べたところ、１２０時間放置後も損失の増加はみら
れなかった。

「実験例３」 実験例１と同様に、本発明の光ファイバを試作し、その
引張強度と、水素雰囲気中での伝送損失の変化を調べ
た。

原料モノマーガスとしてＣＨ_４とＣＣｌ_４を１０：１の
比で導入し、キャリヤーガスとしてArガスを導入し、２
０ＫＷの出力でプラズマを発生させた。重合炉部７内の
圧力は１０mmHgであった。紡糸炉部６で速度１m/minで
紡糸された光ファイバ裸線１をこの重合炉部７に導き、
被覆層２を形成した。得られた被覆層２をなす共重合体
の組成は、原子比で Ｃ：Ｈ：Ｃｌ＝１：１．２６：０．０１であった。

被覆層２が形成された、光ファイバ裸線１上にさらに紫
外線硬化型エポキシアクリレート樹脂を被覆した。

得られた光ファイバは、裸線１の外径が１２５μｍ、被
覆層２の厚さが７００オングストローム、エポキシアク
リレート樹脂被覆外径が４２０μｍであった。

この光ファイバの引張強度を測定したところ、平均４．
９GPaであった。

ついで、試作した本発明の光ファイバを１５０゜Cの水
素雰囲気下で、波長１．３μｍにおける伝送損失の変化
を調べたところ、１２０時間放置後１．２dB/kmの損失
増加がみられた。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明の光ファイバは、光ファイ
バ裸線上に形成された被覆層が高分子状カーボンと有機
高分子体との共重合体よりなるものなので、被覆層は可
撓性と適度な伸縮性を有すると共に、水素含有量が少な
くかつ水素等の透過を阻止し得るものになる。従って、
本発明の光ファイバは、マイクロベンディング損失およ
び水素による伝送損失の増加が少なく、また張力が加わ
っても被覆層が剥離することがない引張強度に優れたも
のとなる。よって本発明の光ファイバは低損失で長寿命
のものになる。

また、被覆層をなす共重合体が、モノマーとしての有機
ガスおよびハロゲン化炭素をプラズマ重合したものであ
る光ファイバにあっては、被覆層を低温で形成できるの
で、被覆層を形成する際、光ファイバ裸線に与えるヒー
トショックが少なく、品質の優れた光ファイバとなる利
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一実施例を示す断面図、
第２図は本発明の光ファイバの被覆層をなす共重合体の
一例を示す構造式、第３図は本発明の光ファイバの製造
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。 １……光ファイバ裸線、２……被覆層、３……結晶性カ
ーボン、４……アモルファスカーボン、５……ハイドロ
カーボン。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光ファイバ裸線上に高分子状カーボンと有
   機高分子体との共重合体よりなる被覆層が形成されてな
   る光ファイバ。
2. 【請求項２】上記共重合体が、モノマーとしての有機ガ
   スおよびハロゲン化炭素をプラズマ重合させたものであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光ファ
   イバ。