(57)【要約】      （修正有）【課題】製造が容易な被覆層を備えたメタルコート光ファイバを提供する。【解決手段】メタルコート光ファイバ１０は、ゲルマニウム等の屈折率を高めるドーパントがドープされた石英で形成されたコア１１ａとフッ素等の屈折率を低めるドーパントがドープされた石英で形成されたクラッド１１ｂから成る光ファイバ１１と、その外周面を被覆するように設けられたメタル層１２と、それを被覆するように設けられた被覆層１３とを備える。被覆層１３は、メタル層１２上に電着塗装された樹脂層で構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバと、該光ファイバの外周面を被覆するように設けられたメタル層と、該メタル層を被覆するように設けられた被覆層と、を備えたメタルコート光ファイバであって、
上記被覆層は、上記メタル層上に電着塗装された樹脂層で構成されているメタルコート光ファイバ。
【請求項２】
請求項１に記載されたメタルコート光ファイバにおいて、
上記被覆層がポリイミド系樹脂で形成されているメタルコート光ファイバ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載されたメタルコート光ファイバにおいて、
上記被覆層が単一層で構成されているメタルコート光ファイバ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載されたメタルコート光ファイバにおいて、
上記被覆層の厚さが２〜１００μｍであるメタルコート光ファイバ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載されたメタルコート光ファイバにおいて、
上記光ファイバは、相対的に屈折率の高いコアと該コアを被覆するように設けられた相対的に屈折率の低いクラッドとを有し、該コアに水素がドープされているメタルコート光ファイバ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載されたメタルコート光ファイバにおいて、
上記メタル層がアルミニウム又はアルミニウム合金で形成されているメタルコート光ファイバ。
【請求項７】
光ファイバの外周面を被覆するようにメタル層を設けた後、そのメタル層上に樹脂を電着塗装することにより被覆層を形成するメタルコート光ファイバの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はメタルコート光ファイバ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
紫外線伝送用途や耐熱用途では、光ファイバの外周面をアルミニウムのメタル層で被覆したメタルコート光ファイバが用いられる（例えば特許文献１及び２参照）。
【０００３】
また、特許文献３〜５には、分子中に電荷付与基としてアニオン性基を有すると共に分子骨格中にシロキサン結合を有するブロック共重合ポリイミド樹脂で形成された被覆層で導体線を被覆した絶縁電線及びその製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−３０９７４２号公報
【特許文献２】特開２００６−８４６８号公報
【特許文献３】特開２００５−１７４５６１号公報
【特許文献４】ＷＯ２００８／１３９９９０
【特許文献５】ＷＯ２００８／１３９９９１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、製造が容易な被覆層を備えたメタルコート光ファイバを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、光ファイバと、該光ファイバの外周面を被覆するように設けられたメタル層と、該メタル層を被覆するように設けられた被覆層と、を備えたメタルコート光ファイバであって、上記被覆層は、上記メタル層上に電着塗装された樹脂層で構成されている。
【０００７】
本発明は、光ファイバの外周面を被覆するようにメタル層を設けた後、そのメタル層上に樹脂を電着塗装することにより被覆層を形成するメタルコート光ファイバの製造方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、光ファイバの外周面を被覆するように設けたメタル層上に樹脂を電着塗装することにより被覆層を形成することで容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係るメタルコート光ファイバの斜視図である。
【図２】線引き工程を示す説明図である。
【図３】電着塗装工程を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
図１は本実施形態に係るメタルコート光ファイバ１０を示す。本実施形態に係るメタルコート光ファイバ１０は、例えば、複数本が集められてバンドルとされ、紫外線伝送用途、加熱雰囲気下や放射能雰囲気下で使用する用途等で使用されるものである。本実施形態に係るメタルコート光ファイバ１０は、特に、波長１７０〜３５０ｎｍの紫外線、具体的には、Ｎ2エキシマレーザー（波長；３３７ｎｍ）、ＸｅＣｌエキシマレーザー（波長；３０８ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザー（波長；２４８ｎｍ）、ＫｒＣｌエキシマレーザー（波長；２２２ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（波長；１９３ｎｍ）、Ｘｅ2エキシマレーザー（波長；１７２ｎｍ）、Ｎｄ：ＹＡＧ第４高調波レーザー（波長；２６５ｎｍ）、Ｎｄ：ＹＡＧ第５高調波レーザー（波長；２１２ｎｍ）といったエネルギー密度の高いレーザー光や重水素ランプなどによる紫外線の伝送に好適である。本実施形態に係るメタルコート光ファイバ１０は、断面形状が円形に形成されており、外径が例えば１００〜１５００ｍｍである。
【００１２】
本実施形態に係るメタルコート光ファイバ１０は、光ファイバ１１と、その外周面を被覆するように設けられたメタル層１２と、それをさらに被覆するように設けられた被覆層１３とを備えている。
【００１３】
光ファイバ１１は、石英で形成されており、ファイバ中心に設けられた相対的に屈折率の高いコア１１ａとそれを被覆するように設けられた相対的に屈折率の低いクラッド１１ｂとの２層構造を有する。光ファイバ１１は、断面形状が円形に形成されており、ファイバ径が例えば１００〜１２００ｍｍである。コア１１ａは、断面外郭形状が円形に形成されており、コア径が例えば５０〜１０００μｍである。クラッド１１ｂの厚さは例えば２０〜５００μｍである。なお、光ファイバ１１は、コア１１ａが偏心して設けられていてもよく、また、コア１１ａの断面外郭形状が楕円や矩形等の非円形に形成されていてもよい。さらに、光ファイバ１１は、クラッド１１ｂを被覆するように設けられたサポート層を有していてもよい。
【００１４】
光ファイバ１１は、コア１１ａが、ゲルマニウム（Ｇｅ）等の屈折率を高めるドーパントがドープされた石英で形成され、クラッド１１ｂが、フッ素（Ｆ）等の屈折率を低めるドーパントがドープされた石英又は屈折率を変化させるドーパントがドープされていない、従って、純粋石英（ＳｉＯ2）と同一の屈折率を有する石英で形成された構成であってもよく、また、コア１１ａが、屈折率を変化させるドーパントがドープされていない石英で形成され、クラッド１１ｂが、フッ素（Ｆ）やホウ素（Ｂ）等の屈折率を低めるドーパントがドープされた石英で形成された構成であってもよい。
【００１５】
本実施形態に係るメタルコート光ファイバ１０が紫外線伝送用途で用いられる場合、耐紫外線劣化性を高める観点からは、光ファイバ１１は、コア１１ａに水素がドープされていることが好ましく、また、水素を保持しやすくする観点からコア１１ａにＯＨ基及び／又はフッ素（Ｆ）が合計で１００〜５０００ｐｐｍ含まれていることが好ましい。
【００１６】
メタル層１２を形成する金属材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉛（Ｐｂ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）等が挙げられる。メタル層１２は、単一種の金属で形成されていてもよく、また、２種以上の金属の合金で形成されていてもよい。これらのうち、低融点であって光ファイバ１１の被覆加工が容易であるという観点から、アルミニウム及びアルミニウム合金が好ましい。メタル層１２は、単一層で構成されていてもよく、また、複数層が積層されて構成されていてもよい。光ファイバ１１に水素がドープされている場合、このメタル層１２によってドープされた水素の散逸が抑制される。メタル層１２の厚さは例えば１〜２０μｍである。
【００１７】
被覆層１３は、メタル層１２上に電着塗装された樹脂層で構成されている。被覆層がメタル層上にディップ塗装された樹脂層である場合、被覆層とメタル層とは物理的に密着しているのみであるが、本実施形態に係るメタルコート光ファイバ１０のように、被覆層１３がメタル層１２上に電着塗装された樹脂層である場合、被覆層１３とメタル層１２とは反応を伴って密着することとなるので、ディップ塗装の場合と比較して、それらの間の高い密着性を得ることができる。
【００１８】
被覆層１３を形成する樹脂としては、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、エポキシ・アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂等が挙げられる。被覆層１３を形成する樹脂は、電着塗装のためのカチオン性又はアニオン性の電荷付与基を有していてもよい。被覆層１３は、単一種の樹脂で形成されていてもよく、また、２種以上の樹脂がブレンドされて形成されていてもよい。これらのうち、高い耐熱性を得ることができるという観点から、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂のポリイミド系樹脂が好ましい。メタルコート光ファイバ１０は、紫外線伝送用途の一つであるレーザーガイド等のように、曲げや捻りを受けながら使用される場合が多いために可撓性が要求される。従って、可撓性に優れるメタルコート光ファイバ１０を得ることができるという観点からは、被覆層１３を形成する樹脂として、特に、特開２００５−１７４５６１号公報、ＷＯ２００８／１３９９９０、及びＷＯ２００８／１３９９９１に開示された分子中に電荷付与基としてアニオン性基を有すると共に分子骨格中にシロキサン結合を有するブロック共重合ポリイミド樹脂（以下「ポリイミド樹脂Ａ」という。）が好ましい。
【００１９】
被覆層１３には、電着塗装で用いられる塗料に配合される電荷付与剤、酸化防止剤、着色剤等が含まれていてもよい。被覆層１３は、単一層で構成されていてもよく、また、複数層が積層されて構成されていてもよいが、１回の電着塗装で被覆層１３が形成されることから前者が好ましい。この被覆層１３によって耐外傷性が高められることとなる。被覆層１３の厚さは２〜１００μｍであることが好ましく、１０〜３０μｍであることがより好ましい。
【００２０】
次に、本実施形態に係るメタルコート光ファイバ１０の製造方法について図２及び３に基づいて説明する。
【００２１】
まず、光ファイバ母材１１’を作製する。光ファイバ母材１１’の作製方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、ＭＣＶＤ法、ＶＡＤ法、ＯＶＤ法が挙げられる。なお、光ファイバ１１に水素をドープする場合、光ファイバ母材１１’の段階で水素をドープしておいてもよい。
【００２２】
続いて、図２に示すように、光ファイバ母材１１’を線引装置２０にセットし、光ファイバ母材１１’を線引炉２１で加熱して光ファイバ１１を線引きすると共に、線引きした光ファイバ１１を、ヒータ２２ａ付のダイスを兼ねた溶融メタル槽２２に通し、槽内の溶融メタルＭを表面に付着させてメタル層１２を形成して被覆し、それを冷却して図示しないボビンに巻き取る（線引工程）。なお、光ファイバ１１に水素をドープする場合、溶融メタル槽２２内で水素をバブリング等することにより光ファイバ１１に水素をドープしてもよい。
【００２３】
この線引工程において、光ファイバ母材１１’を加熱する線引炉２１の設定温度は例えば２０００〜２２００℃である。線引速度は例えば１〜１００ｍ／分である。溶融メタル槽２２内の溶融メタルＭの温度は、例えば溶融アルミニウムの場合、７００〜８００℃である。冷却手段は、特に限定されるものではなく、冷却器に通してもよく、また、ボビンに巻き取られるまでのファイバ経路における空冷でもよい。
【００２４】
そして、メタル層１２で被覆した光ファイバ１１を巻いたボビンを電着塗装装置３０にセットし、図３に示すように、ボビンから引き出した光ファイバ１１を、上下方向に延びるファイバ経路に設けられた第１の電極３１（陽極）にメタル層１２を接触させ、第２の電極３２（陰極）が浸漬されるように電着塗料Ｌが入れられた電着バス３３に通すと共に、第１及び第２の電極３１，３２間に電圧を印加してメタル層１２上に電着塗装により樹脂被膜を形成し、それを乾燥炉３４及び焼付炉３５の順に通して乾燥及び焼付を行うことにより樹脂層からなる被覆層１３を形成してメタルコート光ファイバ１０とした後、冷却して図示しないボビンに巻き取る（電着塗装工程）。なお、光ファイバ１１に水素をドープする場合、線引工程後で且つこの電着塗装工程前において、高温及び高圧の水素ガス雰囲気下で光ファイバ１１に水素をドープしてもよい。
【００２５】
この電着塗装工程において、電着塗料Ｌとしては、被覆層１３の厚さのコントロールが容易であり、且つ１〜２μｍの薄肉被覆から１００μｍ以上の厚肉被覆まで同一塗料で厚さ制御可能であることから、被覆層１３を形成する樹脂のサスペンジョン型電着塗料が好適に用いられる。ここで、「サスペンジョン型電着塗料」とは、粒径分析装置（例えば大塚電子株式会社製  型番：ＥＬＳ−Ｚ２)を用いて電気泳動法光散乱法（レーザードップラー法）により測定した樹脂の粒子径の結果をキュムラント解析法で解析して得た樹脂の平均粒子径が０．１〜１０μｍで且つその標準偏差が０．１〜８μｍであるものをいう。
【００２６】
電着塗料Ｌとしてのサスペンジョン型電着塗料における樹脂の平均粒子径は、例えば０．０１〜１０μｍであり、被覆層１３を形成する樹脂がポリイミド樹脂Ａである場合、クーロン効率の制御及び耐電圧性能の維持のバランスの観点から２〜１００μｍであることが好ましく、１０〜３０μｍであることがより好ましい。
【００２７】
サスペンジョン型電着塗料における固形分濃度は、例えば１〜１５質量％であり、被覆層１３を形成する樹脂がポリイミド樹脂Ａである場合、ピンホールの生成が抑制されて均一な被覆層１３を形成する観点から５〜１０質量％であることが好ましく、７〜８質量％であることがより好ましい。
【００２８】
サスペンジョン型電着塗料の固有相対粘度は、例えば０．５〜３０ｍＰａｓであり、被覆層１３を形成する樹脂がポリイミド樹脂Ａである場合、被覆層１３を３０μｍ以上の厚肉に形成できると共に均一な膜厚に形成できるという観点から０．５〜１５ｍＰａｓであることが好ましく、０．５〜１０ｍＰａｓであることがより好ましい。なお、固有対数粘度は、Ｂ型粘度計（例えば東機産業社製）を用いて測定することができる。
【００２９】
サスペンジョン型電着塗料には、単独では帯電しにくい樹脂の場合、カチオン性又はアニオン性を付与する電荷付与剤が添加されていてもよい。また、サスペンジョン型電着塗料には、必要に応じて、酸化防止剤、着色剤等が配合されていてもよい。
【００３０】
サスペンジョン型電着塗料は、例えば、ＷＯ２００８／１３９９９０、及びＷＯ２００８／１３９９９１に開示された方法により調製することができる。
【００３１】
第１及び第２の電極３１，３２間への印加電圧は、例えば、直流電圧で０．５〜２００Ｖであり、５〜１００Ｖであることが好ましい。ファイバ搬送速度は、電圧印加時間（電着時間）が０．５〜１８０秒（好ましくは１秒〜６０秒）となるように設定され、具体的には例えば３〜５０ｍ／分である。電着塗料Ｌの温度は５〜４０℃であることが好ましく、１０〜３５℃であることがより好ましい。なお、このとき、電着バス３３内において、帯電した樹脂が光ファイバ１１を被覆するメタル層１２に引きつけられて樹脂被膜を形成する。
【００３２】
乾燥炉３４の設定温度及び乾燥時間は６０〜１００℃で３〜２０分とすることが好ましく、８０〜１００℃で５〜２０分とすることがより好ましい。焼付炉３５の設定温度及び焼付時間は例えば１００〜４００℃で１０秒〜２０分である。なお、このとき、乾燥炉３４及び焼付炉３５において、樹脂被膜の水分が揮発して樹脂の粒子が溶融・融合することにより樹脂層からなる被覆層１３が形成される。
【００３３】
冷却手段は、特に限定されるものではなく、冷却器に通してもよく、また、ボビンに巻き取られるまでのファイバ経路における空冷でもよい。
【００３４】
ところで、ディッピングにより光ファイバを樹脂層で被覆する場合、１回のディッピング操作で形成することができる樹脂層の厚さはせいぜい数μｍ程度であり、例えば１０〜３０μｍの被覆層を形成するためには複数回のディッピング操作を繰り返さざるを得ない。そして、ディッピング操作を複数回繰り返すと、光ファイバに対して、その回数に比例した曲げ変形履歴及び熱履歴を付与することとなり、事前に光ファイバに水素をドープしている場合には、水素の散逸を促進する虞がある。しかしながら、本実施形態に係るメタルコート光ファイバ１０の製造方法のような電着塗装の場合、１回のみの電着塗装操作でも、被覆層１３を構成するのに十分に厚肉の樹脂層を形成することが可能であり、従って、光ファイバ１１に対し、徒に多くの曲げ変形履歴及び熱履歴を付与することが回避され、事前に光ファイバ１１に水素をドープしている場合には、水素の散逸を抑制することができる。被覆層１３を形成する場合、複数回の電着塗装操作を繰り返して複数の樹脂層を積層してもよいが、かかる観点からは、１回のみの電着塗装操作で単一層の被覆層１３を形成することが好ましい。
【００３５】
光ファイバ１１に水素をドープする場合、電着塗装工程後において、高温及び高圧の水素ガス雰囲気下で光ファイバ１１に水素をドープしてもよい。この場合には、被覆層１３は耐熱性の高いポリイミド系樹脂であることが好ましい。
【００３６】
なお、光ファイバ１１に水素をドープする場合、水素のドープの後、クラッド１１ｂに含まれる水素をコア１１ａに拡散供給するための熱処理を施すことが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明はメタルコート光ファイバ及びその製造方法について有用である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  メタルコート光ファイバ
１１  光ファイバ
１１’  光ファイバ母材
１１ａ  コア
１１ｂ  クラッド
１２  メタル層
１３  被覆層
２０  線引装置
２１  線引炉
２２  溶融メタル槽
２２ａ  ヒータ
３０  電着塗装装置
３１  第１の電極
３２  第２の電極
３３  電着バス
３４  乾燥炉
３５  焼付炉
【図１】
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【図２】
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【図３】
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