JPH04234709A - ガラスファイバコイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば光ファイバジャ
イロや光ファイバアンプ等に使用される光ファイバコイ
ルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、光ファイバコイルは石英系光ファ
イバをボビンの外周に螺旋状に巻きつけて製作されてい
る。これらの光ファイバコイルに使用される石英系光フ
ァイバは伝送ロスが小さく、可撓性にも優れるものの、
一定以上の応力が作用している状態では静疲労による破
断が生じる。これは脆性材料である石英ガラスに存在す
る微視的な亀裂が、応力を掛け続けることにより時間と
共に大きくなってついには破断に至るものである。例え
ば螺旋径が３０ｍｍ程度の光ファイバコイルの場合、曲
げにより同ファイバの表面に約０．４％の歪みが生じ、
この歪みにより石英ガラス自体が破断する。このため、
螺旋径３０ｍｍ程度の小径のコイルにすることは信頼性
の面で問題があり、長期間品質保証することは難しかっ
た。

【０００３】そのため、従来は光ファイバの外表面に疲
労特性の優れたアモルファスカ−ボン等が被覆されてい
るハ−メチックコ−トファイバを用いて静疲労特性を向
上せしめ、前記信頼性の問題を凌いできた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしハ−メチックコ
−トファイバを使用しても前記光ファイバ自体に生じる
歪みそのものは何ら緩和されない。むしろカ−ボンを被
覆するプロセスのバラツキから応力に対して脆弱な部分
が生じ易く、その部分からハ−メチックコ−トファイバ
が破断してしまうという問題があった。

【０００５】

【発明の目的】本発明の目的は曲げにより生じる光ファ
イバ自体の歪みを除去して破断に対する信頼性の高い光
ファイバコイルを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】一般に石英ガラス塊状体
（バルク）の変形に伴う歪みは、石英ガラスの歪み点（
摂氏９００度）以上に加熱しないと除去することができ
ないとされている。しかし石英系光ファイバ等の場合に
はコア部やクラッド層にゲルマニウム等のド−パントが
添加されているので、前記歪み点以上の温度に加熱する
と同ド−パントが揮発したり拡散したりして屈折分布率
が変化する虞れがある。そのため、石英系光ファイバを
前記歪み点以上に加熱することはできない。そこで本件
発明者らは前記歪み点以下での変形に伴う歪みについて
鋭意研究を重ねた結果、細径線状体である光ファイバで
は摂氏６００度程度でも曲げによる変形に伴う歪みが除
去されることを見出した。これは光ファイバは石英ガラ
スバルクに比べて単位体積当りの表面積が大きいためで
はないかと推測される。更にこの事実に基づいて実験を
重ねた結果、光ファイバを螺旋状態に曲げて適度の時間
その状態に保持し、前記歪み点以下の温度に加熱するこ
とにより、曲げによって生じる歪みを除去して曲りぐせ
をつけることができることをも見出した。本発明はこれ
らの知見に基づいて開発されたものである。

【０００７】即ち、本発明の光ファイバコイルは、図１
のように石英ガラスファイバを螺旋状に巻き、その状態
に所定時間保持しつつ同ファイバをその石英ガラスの歪
み点以下の温度で加熱して曲りぐせをつけたことを特徴
とするものである。

【０００８】

【作用】本発明の光ファイバコイルでは、図１のように
使用される光ファイバＦをその歪み点以下の温度で加熱
して予め曲がりぐせを付けてあるため、曲げに伴う歪み
が小さく或は同歪みが除去されており、石英ガラスの静
疲労による破断は起こりにくい。

【０００８】

【実施例】

【実験例１】図１に本発明の光ファイバコイルの実験例
の製作の概要を示す。まず図１ａのように、半径：Ｒ０
　＝３１ｍｍの石英製のマンドレルに、外径：ｄ＝１２
５μｍの石英系光ファイバＦを螺旋状に巻きつけた。こ
の光ファイバＦにはコア部の比屈折率差：Δ＝０．３５
％、モ−ドフィ−ルド径：φ＝９μｍのシングルモ−ド
光ファイバの被覆層を剥離して使用した。そして図１ａ
のようにマンドレルＭに巻きつけた光ファイバＦを摂氏
５５０度、摂氏６００度、摂氏６５０度、摂氏７００度
、摂氏７５０度の恒温槽内に収容し、所定時間：ｔ（ｈ
）経過した後、恒温槽から取出し、光ファイバＦを前記
マンドレルＭから取外した。それにより図１ｂのように
曲率半径がＲｍｍになった光ファイバコイルの残留歪み
Ｓ（ｔ）は、同光ファイバＦの初期歪みをＳ０　とすれ
ば数１の■式のように表わされる。

【０００９】

【数１】

【００１０】一方、図２に示すようなスプリング等の弾
性体Ｅとダッシュポット等の緩衝体Ａとから構成される
マックスウエル要素では、歪みの時間変化は通常、数２
の■式のように表わされる。

【００１１】

【数２】

【００１２】この■式に基づいて前記実験例のデ−タを
、縦軸がｌｎ｛Ｓ（ｔ）／Ｓ０　｝、横軸がｔとして図
３にプロットした。同図からも明らかなように実験例の
デ−タは前記■式に従うことが分かる。

【００１３】また、緩和時間：τの温度依存性はアレニ
ウス型の式、数３の■式で表わされる。

【００１４】

【数３】

【００１５】前記■式に基づいて実験例のデ−タを、縦
軸がｌｎ（τ）、横軸が１／Ｔの図４にプロットすると
、各デ−タが一つの直線上に並ぶことが分かる。この直
線の傾きと切片とを求めて一次関数化し、これを数４の
ように前記■式を対数化して一次関数化したものと比較
して、同■式の定数：ｋと、活性化エネルギ：ΔＨとを
求めた。

【００１６】

【数４】

【００１７】数４の■式から明らかなように約２５ｋｃ
ａｌ／ｍｏｌというかなり小さな活性化エネルギが認め
られた。また、■式より歪み変化の温度・時間依存性を
推定することができる。従って、前記■式及び■式から
所望する曲率半径Ｒの光ファイバコイルを得るためには
、半径が幾らのマンドレルＭを用いて、摂氏何度で何時
間保持すればよいかが算出される。

【００１８】

【実験例２】外径が１２５μｍの光ファイバに銅製被覆
層約３０μｍを被覆して（この被覆は例えば特願昭６４
−８５１２７号に記載されるような電気メッキ法により
行う）金属被覆光ファイバを得た。次に、この金属被覆
光ファイバ約２０ｍを直径１５ｍｍの石英製マンドレル
に４００回巻付け、その状態で摂氏７００度の恒温槽中
に１２時間収容してから取出し、螺旋径約３０ｍｍの光
ファイバコイルを得た。この結果は前記数４の■式によ
く合致している。そしてこの光ファイバコイルを摂氏８
０度温水中で６０日間の静疲労試験を行ったところ、光
ファイバの破断や螺旋径の変化は起こらず、良好な信頼
性と特性とが確認された。

【００１９】なお、本発明の光ファイバコイルは単にコ
イルとして使用するに留まらず、これを応用して光ファ
イバカ−ルコ−ドを得る場合にも同様にして使用するこ
とができる。また、本発明のガラスファイバコイルは光
ファイバ以外のガラスファイバにも同様にして適用する
ことができ、例えばガスクロマトグラフィに使用される
カラムの螺旋キャピラリチュ−ブや、石英ガラスからな
るガラススプリング等にも適用でき、特に用途が限定さ
れるものではない。

【００２０】

【発明の効果】本発明のガラスファイバコイルは以下の
ような効果がある。 ａ．曲げにより生じるガラスファイバの歪みそのものが
除去されているので、石英ガラスの静疲労による破断は
起こらず、信頼性の高いガラスファイバコイルを提供す
ることが可能となる。特に、光ファイバコイルに使用す
る場合は石英ガラス中に添加されているド−パントが揮
発したり拡散したりする虞れがなく、光ファイバの屈折
分布率等の特性が損なわれることがないので、その有用
性は極めて大きいものとなる。 ｂ．歪み取りが行われた温度以下では曲りぐせは除去さ
れないので、例えばガラススプリング等では従来使用で
きなかった高温域でもその形状は変化することがなく、
使用条件が大幅に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】同図ａは本発明のガラスファイバコイルの製造
過程の一例を示す説明図、同図ｂは同ガラスファイバコ
イルの曲りぐせの説明図である。

【図２】マックスウエル要素の説明図である。

【図３】本発明のガラスファイバコイルの実験例におけ
る残留歪みの変化を表わす説明図である。

【図４】本発明のガラスファイバコイルの実験例におけ
る緩和時間の温度・時間依存性を表わす説明図である。

【符号の説明】

Ｆはガラスファイバ（光ファイバ） Ｍはマンドレル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　石英ガラスファイバを螺旋状に巻き、
   その状態に所定時間保持しつつ同ファイバをその石英ガ
   ラスの歪み点以下の温度で加熱して曲りぐせをつけたこ
   とを特徴とするガラスファイバコイル。