(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリカガラス、多成分ガラスなどのセラミック系光ファイバにおいて、当該光ファイバ素線または光ファイバコア線に金属の通電層３を形成した後、その上層に電鋳法によって、電鋳金属層４を形成した電鋳光ファイバ５において、当該電鋳金属層４に比較的柔らかい材質の金属を、均一で正確に管理された薄めの厚みで形成して使用し、
当該通電層３は、数十オングストロームから数十ミクロンの厚さのアルミニウムあるいはニッケル、銅から構成され、
電鋳槽１０と、
当該電鋳槽１０に満たされた電鋳液２９と、
電鋳液２９中にありプラス通電され、２〜１０個の菅状で左右に分離されて絶縁された金属陽極３１と、
前記金属陽極３１のそれぞれに接続され、プラス通電するプラス電極バネ端子２６と、
前記通電層３が形成された前記光ファイバ素線または光ファイバコア線をマイナスに通電するマイナス電極バネ端子２７と
を備える電鋳装置で、
前記光ファイバ素線または光ファイバコア線を、前記複数の金属陽極３１の中心付近に一定速度で通し、
前記複数の金属陽極３１をそれぞれ回転させ、
前記複数の金属陽極３１に対して、始めは低い電流値で開始し、
順次、電流値を高くし、
当該電鋳金属層４を形成する
ことを特徴とする耐熱および高強度の光ファイバの製造方法。
【請求項２】
電鋳金属層４にニッケル、銅、スズ、鉛などでビッカース硬度２０〜３５０程度の範囲の電鋳金属を採用することを特徴とする請求項１記載の耐熱および高強度の光ファイバの製造方法。
【請求項３】
電鋳金属層４に０．０１ｍｍ〜０．４ｍｍ程度で均一な厚みの電鋳金属を形成することを特徴とする請求項１または２記載の耐熱および高強度の光ファイバの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信などに使用するセラミック系光ファイバの新規の構造とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、セラミック系の光ファイバは、概略図１に示すように、コア部１とクラッド部２から構成され、これを一般には光ファイバ素線と呼んでおり、クラッドにはコアよりも低い屈折率のものを使用することによって、図２のように透明なコア部１内を光が全反射を繰り返しながら光速で伝わっていくものであり、シリカガラス、多成分系ガラスを材料に使用した光ファイバがある。
【０００３】
光ファイバ素線は、ＪＩＳ規格に規定されていて、例えば石英系マルチモード光ファイバ素線Ｃ−６８３２：１９９９、多成分系マルチモード光ファイバ素線Ｃ−６８３３：１９９９、石英系シングルモード光ファイバ素線Ｃ−６８３５：１９９９、などがあり、コア径が７μｍ，８μｍ，９μｍ，９．３μｍ，１０．５μｍ，５０μｍ，６２．５μｍなどがあり、そしてクラッド外径が、１２５μｍ，１４０μｍ，２２０μｍ，２３０μｍ，２５０μｍのものなど多くの種類がある。
【０００４】
これらのセラミック系の光ファイバ素線は、いずれもクラッドにコアよりも低い屈折率の透明素材のものを使用する構成を利用しているために、強く曲げると光損失する問題があり、また使用しているシリカ、多成分系ガラスは硬くて脆いという基本的な性質を有するために曲げ、衝撃が著しく弱く、また表面に傷が付くと、場合によっては、ここを基点にして環境変化で経時的に自然に折れるなどの重大な問題があり、また水が存在すると更に弱くなるために、これらの対策として光ファイバ素線の補強の目的でプラスチックをコーティングして心線とし、更に抗張力体、シースなどで補強しているが、この補強材料にいずれもプラスチックを使用しているために、弾性強度や曲げなどの機械的強度に乏しく、特に衝撃力や部分的な曲げ力などの外力のかかる部分で使用したりすると、ファイバの折れという致命的な不良を発生するなどで、家庭内での使用に問題があり、また耐熱性が著しく弱く、自動車などの高熱で振動のあるような厳しい条件下では、全く使用できないなどの問題があった。
【０００５】
これらの解決策として本発明者が特願２００１−２９００９６号公報などで光ファイバ素線、または光ファイバコア線に極めて長い状態で、直接に連続的に電鋳する方法が提案されているが、当該特許においては、電鋳金属の硬さ、厚さなどの限定がないが、例えば石英系、多成分系などのセラミック光ファイバを使用する場合に、硬くて、伸びの少ない、線膨脹係数の大きい電鋳金属を極めて厚く析出させた場合などに、極低温の時に光ファイバを締め付ける大きな応力によって、光ファイバが折れる致命的な不良を発生するなどの問題を発生することがあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上に鑑み、光ファイバに電鋳することによって耐熱性を向上させると同時に、単独で強度を持たせる目的で、硬い金属によって厚く電鋳した場合などに、低温時に線膨脹係数の差による光ファイバを締め付ける大きな応力によって、光ファイバが折れる致命的な問題点を解決することや、衝撃や曲げなどの物理的に大きな力がかかっても、光ファイバが折れる問題を解決し、家庭内や自動車や航空機などの高温環境などの極めて厳しい条件下でも使用可能で、そして必要により強く曲げた時などによる光の損失を全くゼロにすることを可能にすることや、更に太さと同心度を正確に管理されたセラミック系光ファイバを容易に、安価に供給する方法を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために、セラミック系の光ファイバ素線、または光ファイバのコア部（現状の市場には、この様な線が無いため以下「光ファイバコア線」と仮称する）に直接に一層または複数層の電鋳法による金属層を析出して補強するが、その際に析出する金属に比較的柔らかい材質を採用することや、当該金属の厚みをあまり厚くしないなどで、温度低下時の締め付け応力を緩和する手段を採用して光ファイバの折れという致命的不良の発生を完全に防止し、更に回転電鋳の採用などによって電鋳金属の厚さの均一性を向上して電鋳部分と光ファイバ部分の同心度を良好にして、フェルールの孔に電鋳光ファイバを、そのままの状態で挿入して使用することも可能にし、また場合によっては電鋳光ファイバ素線またはコア線の太さより、やや太い孔の開いたＳＵＳ製や樹脂製などの強度のある管に間隙を設けて収納する手段を採用することによって引張力や衝撃力による折れ防止と耐熱性や電気絶縁性などを付与する手段などを採用し、そして更に光ファイバコア線に直接電鋳する方法を採用することによって強く曲げた時などによる光の損失を全くゼロにすることなども可能とした。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を更に詳しく説明すると、光ファイバの素線、コア線に直接に電鋳法で金属を析出するには、いずれも表面に通電性が乏しく、通電化処理を必要とするが、その方法には、公知である乾式法と湿式法のいずれでも採用できる。
【０００９】
乾式法は、例えば真空蒸着、スパッタリング、イオン化プレーティング法などによって数十オングストローム〜数十μｍ程度の厚さで、比較的柔らかいアルミニウム、ニッケル、銅などの金属を析出する方法を採用でき、湿式法は銀鏡反応、銅、ニッケルなどの無電解メッキ、或いは導電塗料による塗装などが採用でき、この場合光ファイバの回りの全面に電鋳が成されるために付着性が乏しくても剥離などの不具合を発生しにくい現象が有るために、どの方法を採用してもよいメリットがあるが、特に乾式法のスパッタリングによる方法が付着性が良好なことから、厚みを著しく薄くすることが可能なことや短時間で製造できることなどから経済的で、また付き回り性の良好なことから通電性の均一化と、それに伴う電鋳膜厚の均一性などの面で好適であり、この方法は、例えば図３に示すようにスパッタリング槽４１内をまず高真空状態にしてから、アルゴンガスなどの不活性ガスを適度に導入して管理状態にし、高圧電流を流して、高密度プラズマによって発生したイオンで成膜したい金属を叩くことによって非常に高いエネルギーを持った金属原子が被塗物表面に定着し、高品位の金属膜を形成するもので、ターゲット（成膜する金属板）を向かい合わせに配置し、その中間に被塗物を通過せせて成膜する、対向ターゲット４２の一対またはそれ以上の複数対の対向ターゲット４２による両面同時成膜法で、長く巻いた光ファイバ９をスパッタリング槽内に導入して、自動回転する回転ドラム４３で連動してゆっくり巻き取りながら、極めて長い光ファイバ９に単層または複数層の通電性の高い金属を連続的にスパッタリングする方法が特に適性があり、対向ターゲット４２の長さと、その区間の通過時間によって膜厚を正確に制御することができる。
【００１０】
本発明において、光ファイバ素線および光ファイバコア線に直接電鋳する場合は、図４（ａ）（ｂ）に示すように光ファイバのクラッド部２およびコア部１の外側に通電性の良好なニッケルなどの金属を、例えば対向ターゲットによる両面同時成膜法によるスパッタリング法など５０〜２００オングストローム程度の極薄膜の通電層３を形成してから、電鋳によって電鋳金属層４を形成させ、電鋳光ファイバ５を製造する。
【００１１】
まず通電層３をスパッタリング法などによって形成するが、その際に使用する金属はニッケル、アルミニウム、ズズ、銅などの通電性のよい金属が使用可能であるが、軟質の化学的安定性の高い金属が望ましく、特にニッケルが適性がある。
【００１２】
その後工程で電鋳を実施して電鋳金属層４を形成するが、この電鋳は、セラミック系光ファイバの引っ張り強度、衝撃強度などの強度が著しく低くて容易に折れる致命的不良を防止することなどを主目的とするが、電鋳金属は化学的安定性が高く、比較的柔らかい例えばビッカース硬度でいえば２０〜３５０程度の範囲のもので、特に望ましくは２００程度が適性が高く、線膨張係数の小さいなどの性質を有する金属を採用するのが望ましいが、特に硬化剤などの入れないニッケル、銅、スズ、鉛などが適性があり、特にニッケルが望ましい。
【００１３】
図５は、本発明に係る電鋳装置の実施例の概略構成図であるが、光ファイバ９、光ファイバ受滑車２５、プラス電極バネ端子２６、マイナス電極バネ端子２７、プラス電極回転用モータ２８、ベルト１２、電鋳槽１０、電鋳液２９、構造体３０、金属陽極３１、フィルターポンプ３２で構成されており、電鋳槽１０中に電鋳液２９を入れ、加温し、濾過し、撹拌した状態の中に導電処理された光ファイバ９を光ファイバ受滑車２５で受けて電鋳槽１０の電鋳液２９中に浸漬し、プラス電極バネ端子２６によってプラス通電されているニッケルなどの金属陽極３１の孔３３の中心付近を通って、右から左の方向へ一定速度で移動させ、マイナス電極バネ端子２７によって光ファイバ９がマイナスに通電されている。そして金属陽極３１は、プラス電極回転用モータ２８とベルト１２によって光ファイバ９を中心に回転する構成となっている。
【００１４】
金属陽極３１は、光ファイバ９を中心に配置して菅状の金属陽極３１を回転しながら電鋳する構成とするのが電鋳部の肉厚が一定になり、非常に正確な同心度が得られることから望ましいが、場合によっては回転しなくても問題無い場合もあり得るし、また金属陽極３１を２〜１０程度に菅状で左右に分離電機絶縁して、それぞれにプラス電極バネ端子２６を接続することによって、始めは低い電流値で開始し、順次電流値を高くする方法を採用することも可能であり、この方法を採用することによって状態の良い理想的な電鋳を可能にする。
【００１５】
そして撹拌は一般的な空気、プロペラ、超音波、超振動などの撹拌が採用できるが、図５に示すようにフィルターポンプ３２などのポンプで液流を金属陽極３１の中心の光ファィバ９の付近に流す方法が、撹拌の効果、装置の簡素性などの面で望ましい方法である。
【００１６】
電鋳膜厚管理は、非常に重要であるが、定電流装置を使用して電流値を精度よく一定にして、光ファイバ９の移動速度を調整して電鋳時間を正確に管理して、積算電流値を管理することによって極めて正確な寸法管理が容易にできるが、本発明においては、電鋳の厚さは、あまり厚くすると、低温度下において、光ファイバを強く締め付ける応力によって光ファイバが折れる現象を発生することがあるため、この現象を防止する手段として、電鋳厚さは０．０１ｍｍ〜０．４ｍｍ程度が適当であり、特に０．１ｍｍ程度の厚さが、電鋳時間が短いことや、同心度が得やすいことや、光ファイバを締め付ける応力が小さくなることなどから適性が高いが、本発明においては厚みについては特に限定されるものではなく、また積算電流値を正確に管理することによって、出来た電鋳光ファイバの太さを正確に管理することも可能となる。
【００１７】
本発明における金属陽極３１を回転する場合の回転速度は、２０〜１０００ｒｐｍ程度で、回転速度を上げるほど電鋳厚の均一性が得られることから、電鋳部と光ファイバ部の同心度を著しく良好にできるなど品質向上を図ることができ、そして電鋳は、直流電流を１〜２０Ａ／ｄｍ２程度の電流密度で実施する。
【００１８】
本発明においては、この様に製造した電鋳光ファイバ５をこのままで使用してもよいが、場合によっては、次に示すような種々の方法を採用でき、例えば図６に示すように、電鋳光ファイバ５を隙間７を設けて金属管６の中に収納して使用してもよく、ここで使用する金属管６は、容易に潰すことが出来ない程度の剛性を有し、部分的に大きな力が加わっても内側の電鋳光ファイバ５に全く異常の発生しない程度の高い物理的強度を有することが望ましく、市販の引き抜き法（ドローイング法）で製造したＳＵＳ管やリン青銅管が特に適性があり、板を出発材料に使用し、丸めて溶接してからドローイング法によって徐々に細い管にしていく一般にセミシームレス法と言われる注射針などを大量生産する方法などを採用するのが、コスト面から有利である。
【００１９】
また図６の場合には、電線と併用することがあって、電気絶縁性で問題になることがあるために図７に示すように、金属管６の外側に、耐熱性や難燃または不燃性や断熱性などを有する樹脂被膜層を密着して設け、場合によっては発泡耐熱樹脂を設ける方法や、耐熱性を有する電気絶縁の繊維織層を隙間を開けて設ける方法などによる電気や熱との絶縁層８を設ける構成を採用してもよい。
【００２０】
また図８に示すように電鋳光ファイバ５を隙間７を設けて樹脂管１１の中に収納する構成であってもよく、この場合に使用する樹脂管１１には、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレンなどの汎用からポリエステルなどのエンジニアリングプラスチックまで、また軟質のものから硬質のものまで等、任意の物理化学的性能を有する樹脂を選定可能であるが、剛性、強度、難燃性、耐熱性、断熱性などを狙って選定すればよい。
【００２１】
また図９に示すように、電鋳光ファイバ５に直接樹脂被膜層を密着して設ける方法や、耐熱性の繊維織層を隙間を開けて設ける方法などによる電気や熱との絶縁層８を設ける方法を採用してもよく、絶縁層８を樹脂被膜層を密着して設ける場合には、耐熱性や難燃または不燃性や断熱性の樹脂が望ましく、特に発泡樹脂を使用するのが望ましい。
【００２２】
この様に製造した耐熱、高強度光ファイバを使用する際には、図１０はその一実施例であるが、フランジに圧入したフェルール８の孔に電鋳光ファイバ５を挿入してから、隙間７を有する金属管６と共に、エポキシ系接着剤などで接着固定した状態で使用すればよく、また本発明の方法によれば電鋳光ファイバとその外側の電鋳部の同心度が極めて良好で、太さの管理も正確に可能なことから、電鋳部を除去しなくても容易に通常のフェルールによるコネクタ接続が容易にできる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、セラミック系の光ファイバ素線、または光ファイバコア線に直接に一層または複数層の電鋳法による金属層を析出して折れに対する強度を向上させるが、その際に必要により析出する金属に比較的柔らかい材質を採用することや、当該金属の厚みをあまり厚くしないなどで、温度低下時の締め付け応力を緩和する手段を採用して、冷熱サイクル下の光ファイバの折れという致命的不良の発生を完全に防止し、回転電鋳の採用などによって電鋳金属の厚さの均一性と太さの精度を向上し、また電鋳部分と光ファイバ部分の同心度を良好にできることから後工程の電鋳光ファィバを、そのままの状態でフェルールに挿入してコネクタ接続することを可能にし、更に場合によっては電鋳光ファイバ線の太さより、やや太い孔の開いた金属や樹脂の管に、曲げる時に発生する金属管の潰れ現象などに対して十分な間隙を設けて収納する手段を採用したことなどによって衝撃力や曲げや引っ張りなどの大きな力が加わった時の光ファイバの折れを確実に防止でき、また、光ファイバコア線に直接電鋳する場合には、大きく曲げた時の光の損失を全くゼロにすることが可能となり、また耐熱性が良好なことから、屋内使用や自動車内などでの使用が可能となるなどの多大な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ファイバの一般的な構造を示す拡大断面図と側面図である。
【図２】光ファイバのコア１内を光が伝わっていく時の状態を示す図である。
【図３】本発明に係る対向ターゲットスパッタリング法で長い光ファイバに直接スパッタリングする時の概略の構成を示す平面図である。
【図４】本発明に係る光ファイバ素線またはコア線の表面に通電層３と電鋳金属層４を形成した状態を示す拡大断面図である。
【図５】本発明に係る光ファイバの連続電鋳装置の一例を示す側面構成図である。
【図６】本発明に係る電鋳光ファイバ５を隙間７を設けて金属管６の中に収納して使用する状態を示す拡大側面断面図である。
【図７】本発明に係る電鋳光ファイバ５を隙間７を設けて金属管６の中に収納して使用する際に、金属管６の外側に絶縁層８を形成した状態を示す拡大側面断面図である。
【図８】本発明に係る電鋳光ファイバ５を隙間７を設けて樹脂管１１の中に収納して使用する状態を示す拡大側面断面図である。
【図９】本発明に係る電鋳光ファイバ５に直接に絶縁層８を形成した状態を示す拡大側面断面図である。
【図１０】本発明に係るフェルール１３の孔に電鋳光ファイバ５を挿入してから、金属管６と共に、エポキシ系接着剤などで接着固定した状態を示す拡大側断面図である。
【符号の説明】
１    コア部                        ２    クラッド部
３    通電層                        ４    電鋳金属層
５    電鋳光ファイバ                ６    金属管
７    隙間                          ８    絶縁層
９    光ファイバ                    １０  電鋳槽
１１  樹脂管                        １２  ベルト
１３  フェルール                    ２５  光ファイバ受滑車
２６  プラス電極バネ端子            ２７  マイナス電極バネ端子
２８  プラス電極回転用モータ        ２９  電鋳液
３０  構造体                        ３１  金属陽極
３２  フィルターポンプ              ３３  孔
４１  スパッタリング槽              ４２  対向ターゲット
４３  回転ドラム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003981591.tif 000008
【図８】
0003981591.tif 000009
【図９】
0003981591.tif 000010
【図１０】
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