JPH06300944A - 高耐熱性光ファイバ及びその製造方法並びに光温度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】高強度、高耐熱性を実現する。 【構成】コア１とクラッド２からなる光ファイバの外周
に、カーボン被膜３、カーボン被膜３の外周に下地金属
層４、その外周に下地金属層４よりも厚く形成された金
属層５を設けた金属被覆光ファイバ１１を形成する。こ
の金属被覆光ファイバ１１の最外層には、これを保護す
るための金属管６が設けられる。これにより、外力に対
して十分強度をもち、また高い温度でも内部応力の増加
がなく伝送損失の増大を防ぐことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高耐熱性光ファイバ及び
その製造方法並びに光温度センサに係り、特に強度と耐
熱性を改善したものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の耐熱性光ファイバとしては金属被
覆光ファイバが知られており、光ファイバの外周にカー
ボン被膜を設けて耐水素性を向上し、さらにカーボン被
膜の上に金属膜を設けて耐疲労特性を向上したもの（特
開平２−３０８２０８号）や、光ファイバの外周に同じ
く耐水素性向上のカーボン被膜を設け、さらに無電解め
っきで金属膜を設け、この無電解めっきで形成した金属
膜を利用して効率よく必要な厚さの金属膜を電解めっき
により設けたもの（特開平３−８８７４７号）等があ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来例はいず
れも、光ファイバにカーボン被膜を形成しているので、
光ファイバの耐水素性を向上させることができ、また、
カーボン被膜の上に金属層を形成しているので、強度と
耐熱性を向上させることができる。

【０００４】しかし、光ファイバの最外周に設けた金属
被覆は、光ファイバ上にめっきした薄い金属層に過ぎな
いため、次の様な欠点があった。

【０００５】（１）金強度や耐熱性を向上させることが
きるといっても、めっき厚に応じた強度や耐熱性が得ら
れるに過ぎない。このため、この金属被覆光ファイバを
５００〜６００℃といった高温度の雰囲気下で使用する
場合には、コア、クラッドに生じる熱応力を有効に抑え
ることができず、高温時の光ファイバの伝送損失の増大
を招いていた。

【０００６】（２）金属被覆を構成している金属が、鉄
系、コバルト系等の金属化合物や、ニッケル、銅、銀等
で構成され、これらの金属は高温での弾性率が石英より
も大きいため、高温下において光ファイバに引張応力が
加わり、伝送損失の増加を招いていた。

【０００７】（３）また、外部から力が加わるところに
用いると、その力が金属層の許容値を越えた場合には、
光ファイバに内部応力が発生し、伝送損失が増大した
り、光ファイバが破断したりするという問題があった。

【０００８】（４）そして、この金属被覆光ファイバを
温度センサとして温度分布計測システムに用いた場合に
は、光ファイバ沿いの温度は最高でも５００℃を測定す
ることができなかった。

【０００９】本発明の目的は、上述した従来技術の欠点
を解消して、高温雰囲気下での使用に十分耐え、外力に
対しても十分強度の高い高耐熱性光ファイバを提供する
ことにある。また、本発明の目的は、高強度及び高耐熱
性のある光ファイバを容易に製造することが可能な高耐
熱性光ファイバの製造方法を提供することにある。ま
た、本発明の目的は、より高い温度を測定することが可
能な光温度センサを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の耐熱性光ファイ
バは、光を伝送するコアとそれよりも屈折率の低いクラ
ッドとからなる光ファイバ上に、順次カーボン被膜、下
地金属層、下地金属層よりも厚い金属層を設け、その外
方に金属シースを有しているものである。

【００１１】この場合において、下地金属層や、下地金
属層よりも厚く形成された金属層を金で構成したり、金
属シースをステンレス鋼またはチタン合金で構成したり
することが好ましい。また、金属シースは金属管で構成
することができ、このとき金属管と光ファイバとの間に
スペースが生じてもよい。金属シースは金属テープで構
成することも出来る。すなわち、金属テープを金属被覆
光ファイバの周囲に巻いたり、光ファイバの軸方向に縦
添えした後、溶接したりして金属シースとすることもで
きる。

【００１２】本発明の耐熱性光ファイバの製造方法は、
光を伝送するコアとそれよりも屈折率が低いクラッドと
からなる光ファイバのプリフォームを加熱溶融により紡
糸し、紡糸直後にカーボン被膜を形成した後、下地の金
属層、下地金属層よりも厚い金属層を順次形成して金属
被覆光ファイバを作り、これを金属シースとなる金属管
に挿入するようにしたものである。

【００１３】この場合において、紡糸直後に形成される
カーボン被膜を化学蒸着法で形成したり、下地金属層を
真空蒸着あるいは、一方の電極をカーボン被膜とする電
気めっきで形成したり、特に下地金属層を電気めっきに
より形成する際には、カーボン被覆の電気抵抗を考慮し
て電気めっきの電極間を３０ｃｍ以下に設定したり、下
地金属層よりも厚く形成する金属層を一方の電極を下地
金属層とする電気めっきで形成したりすることが好まし
い。

【００１４】本発明の光温度センサは、光ファイバに光
を入射し、その後方散乱光の強度から光ファイバに沿っ
た温度分布を測定する光温度センサにおいて、光ファイ
バに上述した高耐熱性光ファイバを用いるようにしたも
のである。

【００１５】

【作用】金属被覆光ファイバを金属シースで保護する
と、金属層に比して光ファイバを保護する強度が向上す
るため、外力に対する光ファイバの破断を低減できる。
また、カーボン被膜の上に形成した金属層により、金属
シースから受ける内力に対する強度をもたせることがで
きる。

【００１６】また、本発明の耐熱性光ファイバは金属層
で被覆されているため、コア、クラッドに生じる熱応力
を押えることができる。特に、金属層を金で構成した場
合には、ニッケルを用いた通常めっき層に比して、熱応
力を一層押えることが出来る。本発明により得られる耐
熱性光ファイバは高温でも使用できるために、高温測定
用の光温度センサに用いることができる。

【００１７】また、カーボン被膜の厚さをある一定値以
上とした上で、一方の電極をカーボン被覆とする電極間
を３０ｃｍ以下と短く設定して電気抵抗をできるだけ低
く抑える、電気めっきでも下地金属めっき層を比較的容
易に形成することができる。また、カーボン被膜に厚い
金属層を電気めっきで形成する場合、カーボンの電気抵
抗が大きいため、電気めっきが困難となるが、まず真空
蒸着により下地金属層を形成すれば、この下地金属が利
用できるため、下地金属よりも厚い金属層を電気めっき
で容易に形成することができる。

【００１８】また、金属被覆光ファイバに金属シースを
施す場合、金属被覆光ファイバを金属管に順次挿入して
格納するようにすれば、金属テープを金属被覆光ファイ
バの周囲に巻いたり、光ファイバの軸方向に縦添えした
後、溶接して管状としたりする場合に比して、遥かに作
業性が向上する。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図１は本
実施例の耐熱性光ファイバの断面図を示す。光ファイバ
は、光を伝送するコア１とそれよりも屈折率が低いクラ
ッド２とから構成される。この光ファイバの外周に耐水
素性をもたせるために、気密層として緻密なカーボン被
膜３が設けられる。カーボン被膜３の外周には、耐熱性
と強度を向上するために金からなる下地金属層４及び金
属層５が設けられる。金属層５は下地金属層４よりも厚
く形成してある。このようにして、金属被覆光ファイバ
１１が構成される。この金属被覆光ファイバ１１は、そ
の最外周に、外力から保護するためのステンレス製また
はチタン合金製の金属管６を有する。なお、実施例では
金属管６と金属被覆光ファイバ１１との間に断熱効果を
もつスペース１２がある。このスペース１２は耐熱性を
有する介在物等で埋められていてもよい。

【００２０】金属被覆光ファイバ１１を金属管６で保護
すると、薄い金属層４、５に比して金属被覆光ファイバ
１１を保護する強度が遥かに向上するため、外力に対す
る光ファイバ１１の破断を極端に低減できる。また、カ
ーボン被膜３の上に形成した金属層４、５により、金属
管６との接触等から受ける内力に対向する強度をもたせ
ることができる。

【００２１】また、本実施例の耐熱性光ファイバは金属
層４、５で被覆されているため、高温においてもコア
１、クラッド２に生じる熱応力を押えることができ、高
温時の光ファイバ１１の伝送損失の増大を防ぐことがで
きる。これにより高温でも使用できる耐熱性光ファイバ
を得ることができる。特に、金属層４、５を金で構成し
た場合には、比較的めっき形成が容易で経済的なニッケ
ルを用いる通常めっき層に比して、上述した有効性は一
層向上する。本実施例により得られる耐熱性光ファイバ
は高温でも使用できるために、高温測定用の光温度セン
サに用いることができる。

【００２２】次に、このような最外周に金属管を有する
耐熱性光ファイバの製造方法を、実施例１と実施例２で
説明した上で比較例に言及し、最後に実施例３でこの耐
熱性光ファイバを用いた光温度センサの実施例について
説明しよう。

【００２３】［実施例１］光を伝送するコアと、それよ
りも屈折率が低いクラッドとからなる光ファイバのプリ
フォームを、加熱溶融により外径が１２５μｍになるよ
うに紡糸する。紡糸直後にＣＶＤ法によりカーボン被膜
を形成した。このときのカーボン被膜の表面抵抗は２０
ｋΩよりもかなり小さくなるように厚く形成した。

【００２４】その後、カーボン被膜の外周に蒸着により
金の下地金属層を約０．０５μｍの厚さに形成した。更
にその外周に、下地金属層を一方の電極とした電気めっ
きにより、３μｍの厚さの金の金属層を形成した。

【００２５】そして、このように外周にカーボン被膜、
２層の金属層を形成した金属被覆光ファイバを、管壁の
厚さが０．２ｍｍのステンレス製の金属管に挿入した。
かくして、金属層よりも遥かに厚い金属管をシースとす
る耐熱性光ファイバを得た。このようにして得られた光
ファイバは伝送損失が０．５ｄＢ／ｋｍ（波長１．３μ
ｍ）であり、これを高温槽に入れたところ、６００℃ま
で伝送損失の増加が見られなかった。

【００２６】［実施例２］実施例１と異なる点は、カー
ボン被膜の抵抗が大きい点である。すなわち、実施例１
と同様に外径が１２５μｍの光ファイバを紡糸した後、
カーボン被膜を表面抵抗が２０ｋΩと非常に高抵抗にな
るように薄く形成した。その外周に金の下地金属層を施
すために、カーボン被膜を一方の電極とする電気めっき
を行った。このとき電気めっき用電極間を２０ｃｍと非
常に小さく設定した。これにより金の下地金属層を０．
０５μｍ以上の厚さに形成した。さらに、その外周に下
地金属層を一方の電極とする電気めっきにより、下地金
属層よりも厚くなるように、３μｍの厚さの金の金属層
を形成した。そして、出来上がった金属被覆光ファイバ
を、管壁の厚さが０．２ｍｍのステンレス製の金属管内
に挿入して、耐熱性光ファイバを得た。

【００２７】このようにして得られた光ファイバも実施
例１と同様の特性を有していた。

【００２８】［比較例］実施例１、２と異なる点は、下
地金属層、金属層ともに材料をニッケルとした点であ
る。すなわち、実施例１と同様に外径が１２５μｍの光
ファイバを紡糸して、カーボン被膜を形成し、その外周
に電気めっきでニッケルの下地金属層を約０．１μｍの
厚さに形成し、その外周に電気めっき３μｍの厚さのニ
ッケルの金属層を形成し、そして、それを管壁の厚さが
０．２ｍｍのステンレス製の金属管に挿入し耐熱性光フ
ァイバを得た。

【００２９】このようにして得られた光ファイバは初期
の伝送損失が０．５ｄＢ／ｋｍ（波長１．３μｍ）であ
ったが、これを高温槽に入れたところ、６００℃で伝送
損失が１０ｄＢ／ｋｍ以上の増加が見られた。

【００３０】［実施例３］光温度センサは、レーザ光源
７と、このレーザ光源７から出るレーザ光を入射される
光ファイバ８と、光ファイバ８の各位置から入射側に戻
ってくる後方散乱光を受光する後方散乱光受光部９と、
受光部９からの信号を処理して各位置での温度を表示す
る温度処理部１０とから構成される。この光温度センサ
を構成する光ファイバ８に、実施例１及び２で得られた
耐熱性光ファイバを用いた。

【００３１】その結果、耐熱性光ファイバ沿いの温度分
布を６００℃までの範囲で測定することができた。

【００３２】

【発明の効果】

（１）請求項１に記載の発明によれば、光ファイバをカ
ーボン被膜、２層の金属層に加えてさらに外方を金属シ
ースで覆うようにしたので、金属シースにより外力に対
する強度向上が図れて光ファイバの破断を有効に防止で
きる上、金属シース及び金属層により高い温度でも内部
応力の増加が無く、これにともなう伝送損失の増大を有
効に防くことができる。

【００３３】（２）請求項２に記載の発明によれば、下
地金属層を金で構成して耐熱性を向上するようにしたの
で、高温下での伝送損失の増加を一層有効に防止するこ
とができる。

【００３４】（３）請求項３に記載の発明によれば、下
地金属層よりも厚く形成した金属層を金で構成したの
で、高温下でも伝送損失の増加を一層有効に防止するこ
とができる。

【００３５】（４）請求項４に記載の発明によれば、金
属シースをステンレス鋼またはチタン合金で構成したの
で、機械的強度と耐熱性を一層高めることができる。

【００３６】（５）請求項５に記載の発明によれば、金
属被膜光ファイバを金属管内に単に挿入するだけで最外
層に金属シースを形成するようにしたので、製造が容易
である。

【００３７】（６）請求項６に記載の発明によれば、カ
ーボン被膜を化学蒸着法により形成するようにしたの
で、均一蒸着ができる。

【００３８】（７）請求項７に記載の発明によれば、下
地金属層を電気めっきにより形成するようにしたので、
めっき厚の管理が容易である。

【００３９】（８）請求項８に記載の発明によれば、下
地金属層を電気めっきにより形成する際、電気めっきの
電極間を３０ｃｍ以下に設定したので、カーボン被膜の
電気抵抗が大きくても、その分を補償でき、電気めっき
が容易になる。

【００４０】（９）請求項９に記載の発明によれば、下
地金属層を真空蒸着により形成するようにしたので、カ
ーボン被覆を一方の電極とする電気めっきに比して下地
金属層の形成が容易である。

【００４１】（１０）請求項１０に記載の発明によれ
ば、下地金属層を形成した上で、下地金属層よりも厚い
金属層を、下地金属層を一方の電極とする電気めっきで
形成するようにしたので、カーボン被膜上に直接厚い金
属層を形成する場合に比して、金属層の厚い層が容易に
形成できる。

【００４２】（１１）請求項１１に記載の発明によれ
ば、温度分布を測定する光温度センサに請求項１〜４の
耐熱性光ファイバを用いるようにしたので、高温度まで
の測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高耐熱性光ファイバの実施例による断
面図。

【図２】本発明の光温度センサの実施例による構成図。

【符号の説明】

１ コア ２ クラッド ３ カーボン被覆 ４ 下地金属層 ５ 金属層 ６ 金属管 ７ 光源 ８ 耐熱性光ファイバ ９ 後方散乱光受光部 １０ 温度処理部 １１ 金属被覆光ファイバ １２ スペース

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光を伝送するコアとそれよりも屈折率の低
   いクラッドとからなる光ファイバ上に、順次カーボン被
   膜、下地金属層、下地金属層よりも厚い金属層を設け、
   その外方に金属シースを有していることを特徴とする高
   耐熱性光ファイバ。
2. 【請求項２】上記下地金属層が金で構成されている請求
   項１に記載の高耐熱性光ファイバ。
3. 【請求項３】上記下地金属層よりも厚く形成された金属
   層が金で構成されている請求項１または２に記載の高耐
   熱性光ファイバ。
4. 【請求項４】上記金属シースがステンレス鋼またはチタ
   ン合金で構成されている請求項１ないし３のいずれかに
   記載の高耐熱性光ファイバ。
5. 【請求項５】光を伝送するコアとそれよりも屈折率が低
   いクラッドとからなる光ファイバのプリフォームを加熱
   溶融により紡糸し、紡糸直後にカーボン被膜を形成した
   後、下地の金属層、下地金属層よりも厚い金属層を順次
   形成し、これを金属管に挿入したことを特徴とする高耐
   熱性光ファイバの製造方法。
6. 【請求項６】上記紡糸直後に形成されるカーボン被膜が
   化学蒸着法により形成される請求項５に記載の高耐熱性
   光ファイバの製造方法。
7. 【請求項７】上記下地金属層が電気めっきにより形成さ
   れる請求項５に記載の高耐熱性光ファイバの製造方法。
8. 【請求項８】上記下地金属層を電気めっきにより形成す
   る際、一方の電極をカーボン被膜とする電気めっきの電
   極間を３０ｃｍ以下に設定した請求項７に記載の高耐熱
   性光ファイバの製造方法。
9. 【請求項９】上記下地金属層が真空蒸着により形成され
   る請求項５または６に記載の高耐熱性光ファイバの製造
   方法。
10. 【請求項１０】上記下地金属層よりも厚く形成された金
    属層を、一方の電極を下地金属層とした電気めっきによ
    り形成した請求項５ないし９のいずれかに記載の高耐熱
    性光ファイバの製造方法。
11. 【請求項１１】光ファイバに光を入射し、その後方散乱
    光の強度から光ファイバに沿った温度分布を測定する光
    温度センサにおいて、上記光ファイバに請求項１ないし
    ４のいずれかに記載の高耐熱性光ファイバを用いたこと
    を特徴とする光温度センサ。