JPH061625A - 石英系光ファイバの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高度の機械的特性、水分の透過阻止能を確保
して、長期信頼性を満足させることのできる石英系光フ
ァイバの製造方法を提供とする。 【構成】 線引き後の光ファイバ外周面に無機被覆層４
を形成し、その後、無機被覆層４に化合エネルギを照射
して、光ファイバ３と無機被覆層４との間にこれらの化
合物層５を形成する。 【効果】 光ファイバ１と無機被覆層４との間に化合物
層５を形成するから、機械的特性、伝送特性、水分の透
過阻止能を含めた長期信頼性を満足させることのできる
石英系光ファイバが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は通信、光学の分野で用い
られる石英系の光ファイバを製造するための方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】石英系の光ファイバ、たとえば、光通信
に用いられる光ファイバの場合、長期間にわたる使用に
おいて機械的特性、伝送特性が経時変化（劣化）するた
めに、通信システムの信頼性を損なわせることがある。

【０００３】このような経時劣化が生じるのは、光ファ
イバ製造時、接続時の取り扱いにおいて光ファイバ表面
に微小傷がつき、これが水分を含む環境下に長期間布設
されたとき、周囲の水分、布設時の張力が微小傷に作用
し、これを成長させるからである。特に、高温多湿の環
境下においては、前記微小傷に対する水分の作用が顕著
になるので、光ファイバの強度劣化がより進行し、他に
も、水素分子が光ファイバのコア付近にまで侵入したと
き、波長１．２４μｍ付近に吸収ピークがあらわれるの
で、この波長域での伝送特性が低下する。

【０００４】その対策として、カーボン被膜のごときハ
ーメチック被膜を光ファイバの外周面に形成し、ハーメ
チック被膜の上から樹脂被覆することが行なわれてい
る。ハーメチック被膜は、高密度の組成をもち、樹脂被
膜にはみられない高度の非透過性を有するので、その範
囲内において光ファイバの信頼性を保証する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般に、ハーメチック
被膜については、つぎのようなことが指摘されている。
その一つは、ハーメチック被膜が脆い性質のものである
ために、光ファイバ接続に際して樹脂被覆層が取り除か
れたとき、その被膜表面が傷つきやすくなることであ
る。他の一つは、石英系光ファイバとハーメチック被膜
との材質が異なるためにこれらの相対密着力が弱く、ハ
ーメチック被膜が光ファイバから剥離しやすいことであ
る。さらに、他の一つは、緻密な原子配列のグラファイ
ト結晶を多く含むカーボン被膜の場合、被膜破断に至る
伸び歪が光ファイバよりも小さいために、通常の樹脂被
覆光ファイバと比べ初期強度が低下することである。そ
れゆえ、ハーメチック被膜をもつ光ファイバは、樹脂被
覆のみの光ファイバと比べて取り扱いが容易でなく、光
ファイバの端末処理、接続作業中における破断事故がか
えって多発する。

【０００６】本発明はこのような技術的課題に鑑み、高
度の機械的特性、水分の透過阻止能を確保して、長期信
頼性を満足させることのできる石英系光ファイバの製造
方法を提供しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る石英系光フ
ァイバの製造方法は、所期の目的を達成するために、石
英系の光ファイバ母材を加熱延伸手段により線引きして
光ファイバをつくり、その線引き後、光ファイバの外周
面を無機材料で被覆して、光ファイバの外周面に無機被
覆層を形成し、その形成後、無機被覆層に化合エネルギ
を照射して、光ファイバと無機被覆層との間にこれらの
化合物層を形成することを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明方法によるとき、石英系光ファイバの外
周面に無機被覆層（ハーメチック層）を形成するだけで
なく、該各光ファイバ、無機被覆層に、イオンビーム、
レーザビーム、電子線ビームなどのエネルギを照射して
これらの間に化合物層を生成し、この化合物層を介して
光ファイバと無機被覆層とを化合（一体化）している。
このようにして形成された無機被覆層は、脆性破壊に対
する抵抗が大きいために靭性が高く、表面傷を負いがた
く、しかも、組織が緻密であるために水分の透過阻止能
にも優れる。特に、光ファイバと無機被覆層とは、これ
らの化合物層を介して一体化されているために両者の剥
離が起こりがたい。このような無機被覆層をもつ光ファ
イバには、これの取り扱い中あるいは布設後において、
表面傷、破断、水素分子の侵入など、有害な事態を惹き
起こすことがなく、長期間にわたり、安定した機械的特
性、伝送特性を発揮する。

【０００９】

【実施例】本発明に係る石英系光ファイバの製造方法に
ついて、図示の実施例を参照して説明する。図１に例示
した光ファイバ製造手段の場合、光ファイバ用の線引装
置１１と、無機材料コーティング用の一次被覆装置２１
と、化合エネルギ照射装置４１、樹脂コーティング用の
二次被覆装置５１と、樹脂硬化装置６１と、光ファイバ
用の巻取装置７１とがタンデムに配置されている。

【００１０】光ファイバ用の線引装置１１は、光ファイ
バ母材７を昇降自在に支持するための昇降機（図示せ
ず）と、電気ヒータからなるリング状の線引炉１２とが
組み合わされたものであり、線引炉１２の下位には、リ
ング状をなす非接触式の外径測定器１３が配置されてい
る。

【００１１】光ファイバ母材７としては、コア用ガラス
とクラッド用ガラスとを備えた周知の石英系が用いられ
る。

【００１２】無機材料コーティング用の一次被覆装置２
１としては、熱ＣＶＤ装置、スパッタ装置、プラズマ装
置など、任意のものが採用されるが、図に例示された一
次被覆装置２１はカーボン成膜用の熱ＣＶＤ装置からな
る。すなわち、図示例の一次被覆装置２１は、純カーボ
ンからなるＣＶＤ用の反応管２２と、電気ヒータからな
るリング状の加熱炉２７と、原料ガス供給系２８とが組
み合わされたものである。ＣＶＤ用の反応管２２は、こ
れの上面、下面に入口２３と出口２４とを有するととも
に、その上部外周にガス導入口２５、その下部外周にガ
ス排出口２６がそれぞれ形成されており、かつ、反応管
２２の外周には加熱炉２７が備えつけられている。ちな
みに、反応管２２内には、カーボン成膜用の原料ガスと
して、アセチレン（Ｃ₂ Ｈ₂ ）のごとき炭化水素系の原
料ガスと、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎ₂ のごとき希釈ガスとの混合
ガスをガス導入口２５から供給する。一次被覆装置２１
は、たとえば、前記の熱ＣＶＤ装置、スパッタ装置、プ
ラズマ装置のうちから所定仕様のものを採用することに
より、非晶質カーボンのみ、または、グラファイト結晶
のみを成膜することができる。これら以外にも、一次被
覆装置２１は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍ
ｏ、Ｗなどを含む炭素物系、ケイ化物系、ホウ化物系、
チッ化物系の薄膜、アルミナ、ムライト、ゼオライト、
マグネシア、サイアロンなどを含む薄膜をつくることが
できる。

【００１３】化合エネルギ照射装置４１は、たとえば、
所定の化合エネルギを発生させるための手段と、その化
合エネルギをターゲットに向けて照射するための手段と
を備えている。具体的には、アルゴンのごとき不活性ガ
スイオンの照射装置、エキシマレーザ照射装置、電子ビ
ーム照射装置などが、化合エネルギ照射装置４１として
採用される。

【００１４】樹脂コーティング用の二次被覆装置５１
は、ダイス型のコーティング器からなり、このコーティ
ング器内には、熱可塑性、常温硬化性、熱硬化性、紫外
線硬化性など、これらいずれかの性質をもつ合成樹脂が
液状の状態で収容されている。

【００１５】樹脂硬化装置６１は、二次被覆装置５１に
おいて採用される樹脂の材質に基づき選定されるたとえ
ば、熱硬化性樹脂用の硬化装置は加熱手段を備え、紫外
線硬化性樹脂用の硬化装置は紫外線照射手段を備えてい
る。熱可塑性樹脂、常温硬化性樹脂などの場合は、この
ような硬化装置を特に必要としない。

【００１６】光ファイバ用の巻取装置７１は、モータを
介して電動回転するものからなり、これには、図示しな
い被覆光ファイバの巻取ボビンが取り外し可能に装着さ
れるようになっている。

【００１７】本発明方法において作製される被覆光ファ
イバは、図２に例示するように、コア１、クラッド２を
有する石英系の光ファイバ３が無機被覆層４により一次
被覆され、かつ、クラッド２と無機被覆層４とがこれら
の化合物層５を介して一体化されており、さらに、無機
被覆層４の外周が樹脂被覆層６により二次被覆されたも
のである。

【００１８】本発明方法において、図１の手段を介して
図２に示す被覆光ファイバを作製するとき、以下のよう
になる。

【００１９】はじめ、石英系の光ファイバ母材７を線引
装置１１の線引炉１２内に低速挿入し、その線引炉１２
内で軟化した母材７の下端を高速で引き取ることによ
り、光ファイバ３をつくる。こうして線引きされた光フ
ァイバ３は、外径測定器１３を経由した後、一次被覆装
置２１の反応管２２内に進入する。

【００２０】一次被覆装置２１において、炭化水素系原
料（Ｃ₂ Ｈ₂ ）、希釈ガス（Ｈｅ）などの各ガスは、配
管３３からガス導入口２５を経て高温の反応管２２内に
送りこまれる。上記各ガスが導入された反応管２２内で
は、これら各ガスの熱酸化反応によりグラファイト結晶
の微粒子、アモルファスカーボンの微粒子が生成され、
これらカーボン微粒子が光ファイバ３の外周面に付着す
るので、光ファイバ３の外周面には、図２で述べた無機
被覆層４が形成される。一次被覆装置２１において、グ
ラファイト結晶の微粒子のみ、または、アモルファスカ
ーボンの微粒子のみを生成するとき、そのような成分の
原料ガスを反応管２２内に導入して、前記と同様の反応
を行なえばよい。無機被覆層４により一次被覆された後
の光ファイバ３は、つぎの化合エネルギ照射装置４１に
至る。

【００２１】化合エネルギ照射装置４１は、これから無
機被覆層４に向けて、たとえば、アルゴンイオンビーム
を照射する。かかる化合エネルギを受けた無機被覆層４
は、これの分子が励起されて光ファイバ３のクラッド２
と化合する。すなわち、クラッド（ケイ素）２の一部と
無機被覆層（例：カーボン）４とがＳｉ−Ｃ結合して図
２の化合物層５を形成する。この化合物層５の場合、こ
れの一部がダイヤモンド様の結晶構造を呈しているの
で、硬度がきわめて高い。一次被覆光ファイバ３は、ク
ラッド２と無機被覆層４との間に化合物層５が形成され
た後、樹脂コーティング用の二次被覆装置５１へ進入す
る。

【００２２】二次被覆装置（ダイス型のコーティング
器）５１は、一例として、これの内部に紫外線硬化性の
液状樹脂を収容している。したがって、一次被覆後の光
ファイバ３が、二次被覆装置５１内を通過したとき、無
機被覆層４の外周面には、図２で述べた樹脂被覆層６が
ＵＶ樹脂により形成される。樹脂被覆層６は、二次被覆
装置５１のつぎに配置された樹脂硬化装置６１から紫外
線の照射を受けて硬化される。

【００２３】こうして一次被覆、二次被覆された後の光
ファイバ３は、巻取装置７１を介して巻き取られる。

【００２４】本発明方法による光ファイバ（具体例）、
従来の光ファイバ（比較例１、２）について、これら機
械的特性を評価したところ、図３に示す結果が得られ
た。具体例のサンプルは、光ファイバが外径１２５μｍ
φの石英系、無機被覆層が膜厚２００Åのグラファイト
結晶製、樹脂被覆層が外径４００μｍφのＵＶ樹脂製で
あり、光ファイバ（クラッドの一部）と無機被覆層とが
化合して化合物層を形成している。比較例１のサンプル
は、光ファイバ（クラッドの一部）と無機被覆層とが化
合していない点、すなわち、化合物層が形成されていな
い点を除き、具体例のサンプルと同じ仕様である。比較
例２のサンプルは、化合物層を含む無機被覆層が形成さ
れていない点を除き、具体例のサンプルと同じ仕様であ
る。各例のサンプル長は、いずれも４０ｃｍであり、そ
の中間部において１０ｃｍ長だけ樹脂被覆が取り除かれ
ている。評価のための測定に際しては、光ファイバの樹
脂被覆のない部分に、４００粒度のアルミニウム粉末を
落下させつつ、光ファイバに引張荷重をかけてこれに２
％の引張歪を与えた。

【００２５】図３を参照して明らかなように、具体例の
光ファイバは、強度分布が良好で低強度部も少なく、破
断確率５０％のレベルにおいて破断強度が２．２ＧＰａ
を越えている。それに対し、比較例１、２の光ファイバ
は、強度分布が広く、破断確率５０％のレベルにおける
破断強度が、具体例のものをかなり下回っている。

【００２６】具体例の光ファイバについて、その無機被
覆層を電子線回折とラマン分光分析とで構造分析したと
ころ、グラファイト微結晶の存在が確認され、Ｓｉ−Ｃ
結合による化合物層の存在も認められた。具体例の光フ
ァイバは、このような化合物層を含む無機被覆層が形成
されているために機械的特性が改善され、前記評価測定
試験において外傷を受けなかったといえる。

【００２７】

【発明の効果】本発明によるときは、線引き後の光ファ
イバ外周面に無機被覆層を形成し、その後、無機被覆層
に化合エネルギを照射して、光ファイバと無機被覆層と
の間にこれらを化学的に一体化するための化合物層を形
成するから、伝送特性、水分の透過阻止能はもちろんの
こと、機械的特性をも含めた長期信頼性を満足させるこ
とのできる石英系光ファイバが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の一実施例を略示した断面図であ
る。

【図２】本発明方法の一実施例において製造された光フ
ァイバの断面図である。

【図３】光ファイバの機械的特性を評価するための測定
結果を示した説明図である。

【符号の説明】

３ 石英系光ファイバ ４ 無機被覆層 ５ 化合物層 ７ 石英系光ファイバ母材 １１ 光ファイバ用の線引装置 １２ 線引炉 ２１ 一次被覆装置 ２２ 反応管 ２７ 加熱炉 ４１ 化合エネルギ照射装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 石英系の光ファイバ母材を加熱延伸手段
   により線引きして光ファイバをつくり、その線引き後、
   光ファイバの外周面を無機材料で被覆して、光ファイバ
   の外周面に無機被覆層を形成し、その形成後、無機被覆
   層に化合エネルギを照射して、光ファイバと無機被覆層
   との間にこれらの化合物層を形成することを特徴とする
   石英系光ファイバの製造方法。