JPH03284709A - 計測用光ファイバ - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は光ファイバに関するものである。

［従来の技術］ 光ファイバは長距離伝送等のように通信用に使われてい
る他、計測分野にも使用されている。

最近−本の光ファイバを用いて局部的な温度分布をかな
りの精度で測定することが可能となっている。この光フ
ァイバには伝送用光ファイバと同様にプラスチックを施
しである。したかって、温度計測においては、用途に応
じて紫外線硬化樹脂、シリコーン、ポリイミドといった
ポリマや、アルミニウム、ニッケル等の金属。

カーボン、窒化ケイ素、窒化ホウ素等のセラミックが被
覆されている。このうち、セラミックは延性に乏しいの
で極く薄膜に施され、光ファイバに有害な水や水素の透
過を阻止する目的を果す。しかし薄膜のため保護効果は
ないので、通常それらの外周にプラスチックを被覆した
形で供給される。

まな、金属は腐食しやすいので環境によってはその外周
にプラスチックを被覆して使用する場合もある。

［発明が解決しようとする課題］ 光ファイバを温度計測用として使用する場合には、用途
によっては高温に暴露されることがあるる。このような
場合、プラスチックではポリイミド、金属ではアルミニ
ウムが用いられる傾向にあったが、ポリイミドの場合に
は不活性雰囲気でも長期使用においては３００℃程度が
限度であり、アルミニウムにおいてもガラスとの線膨張
差による剥離等を考慮すると３５０℃程度が限界である
と考えられる。したがって、４００℃以上の温度を長期
間にわたって計測するような場合には、コーティングの
劣化等に伴って光ファイバが折損する可能性があった。

最近ラダーポリマ、ポリボロシロキサン等の耐熱ポリマ
が提案されているものの、短期間の使用に耐えたとして
も、長期間の暴露を受けると側鎖の有機基の揮散によっ
て脆くなり、保護効果が失われる傾向にある。

したがって長期間にわたって高温に暴露されても使用で
きる光ファイバが提供できれば、単に温度測定ばかりで
なく、高温における磁界、電界。

速度、角速度、化学物質１画像等の計測が可能になり工
業上の寄与は極めて大きいものと考える。

本発明の目的は、前記した従来の欠点を解消し、高温の
雰囲気でも使用できる計測用光ファイバを提供すること
にある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の計測用光ファイバは、光ファイバを金属管内に
挿入し、かつ管内に少なくとも無機分子を骨格に有する
物質の混和物を充填した後、加熱処理によってセラミッ
ク化もしくは半セラミック化した構成のものである。

上記金属管は、ステンレス鋼、チタン、ニッケル、アル
ミニウム、＃Ｉの中から選んだ材質から構成することか
できる。

また、上記無機分子を骨格に有する物質の混和物は、ポ
リシキロサン、ポリボロシロキサン、オルガノポリシル
セスキオキサン、ポリシラン、ポリチタネートの中がら
選んだ材質を主体とすることができる。

［作用コ 金属パイプの内部に光ファイバを配置した＃ｌ造に、無
機分子を骨格に有する物質の混和物を充填し、適当な方
法によって、セラミック化もしくは半セラミック化し光
ファイバを固定することによって、計測用光ファイバの
耐熱性が大巾に向上する。

即ち、従来ポリイミドを被覆した光ファイバは高温にお
いてポリイミドが熱劣化もしくは酸化劣化を受けて脆く
なって保護機能を失うため、機械強度を著しく低減して
しまう、そのため、空気中では２５０℃、不活性雰囲気
中でも精々３５０　’Ｃで使用できなきなる。これに対
して本発明の光ファイバは、金属管で保護されているう
え、管内を耐熱性にすぐれたセラミック化された充填物
で固定されているので、４００℃以上の雰囲気でも使用
可能である６ 光ファイバとしては、石英ガラス系の光ファイバが好適
であるが、高温で使用できる組成のものであれは多成分
ガラスであっても一向に差し支えない。また光ファイバ
は一心の場合ばかりでなく、２心以上からなるバンドル
やイメージガイドを含む。

本発明の計測用光ファイバを製造するにあたっては、プ
ロセス中でファイバの折損を防ぐため、あらかじめ通常
に用いられるコーティングを施してもよい。またプロセ
ス中で水素等の発生による損失増を防ぐためカーボン、
窒化ホウ素、窒化ケイ素や金属等のハーメティックコー
ティングを施しておいてもよい。

これらの予備的なコーティングは、最終段階でそのまま
残存してもよいし、化学反応によって別の物質に変化し
てもよいし、揮散しても差し支えない、化学反応によっ
て別の物質に変化する例としては、シリコンが高温の熱
処理によって有機基が揮散してセラミック化するような
場合とが、ポリイミドが同様の熱処理を受けて炭化層を
形成するような場合とか、金属が充填物と反応するよう
な場合が該当する。

本発明の金属管としては、ステンレス鋼、チタン、銅、
アルミニウム、ニッケル等が該当するが、これらに限ら
れるものではなく、単体１合金の如何に拘らず本発明に
包含される。また複数の金属または合金の層からなる場
合も含まれる。

本発明の充填物としては粉末であっても、粉体と液体の
混和物であっても、場合によっては液状物質であっても
差し支えない。具体例を次に記述する。

粉末の例として、石英、アルミナ、カーボン等の無機粉
末の表面をオルガノポリシルオキサン（ラダーポリマ）
やポリボロシロキサン等の無機ポリマで処理したものが
あげられる。これらの表面層は高温の熱処理によってセ
ラミック化するので、これらがバインダの役割を果して
粉体を一体化させることができる。

粉体と液体の混和物としては石英、アルミナ。

カーボン等の無機粉末を、例えばシリコーン油のような
液状バインダに分散させたものがあげられる。これらの
混和物は高温の熱処理によってバインダの有機基が揮散
し、バインダがセラミック化して一体化する。

液状物質の例としては、ポリジメチルシラン。

ポリジフェニルシラン、ラダーポリシラン、オクタシュ
ラキュパン等のポリシランが該当する。これらの前駆体
であるモノマは液体であるので、モノマ段階で金属パイ
プ内に注入してもよいし、硬化する前には加熱によって
液状になるため容易に注入できる。同様に、上述したオ
ルガノポリシルセスキオキサンやポリボロシロキサンも
、硬化前には液状物質となるので、容易に注入可能であ
る。

光ファイバとセラミック層は、接着してもよいし、ある
いは接着しなくてもよい、セラミック層は熱伝導の点で
気孔のない程有利であるが、温度計測の精度に支障にな
らない程度に気孔を含んでいても差し支えない。

［実施例］ 以下本発明を具体的実施例により説明する。

実施例１ 計測用石英ガラス系光フアイバ母材を線引炉によって外
径１２５μｍに紡糸した後、外周にアモルファスカーホ
ンを熱ＣＶＤ法によって被覆（厚さ０．１μｌ）Ｌ、さ
らに、その外周にポリイミド（東し株式会社製トレニー
ス２０００）を厚さ２０μｌになるように被覆し、５０
０℃に設定した電気炉を通過させ硬化した。この被覆光
ファイバを外径０．９１＋１　。

厚さ０．１＋ｕｇのステンレス鋼管内に挿入した。この
管内には溶融石英粉を添加したシリコーン油混和物（２
５℃における粘度＝　１００ｐｏｉｓｅ）を充填した。

次に管内に窒素ガスを流入させて完全に不活性雰囲気に
なるように保持した後、窒素ガス雰囲気の電気炉に管の
状態で挿入し、次の温度プロファイルで加熱した（４０
０°Ｃ，１０ｈ保持→３℃／ｎｉｎ、昇温→６００℃、
４８ｈ保持）、このようにして得られた光ファイバを約
４００°Ｃの雰囲気中に１ケ月放置した結果、正常に作
動することを確認した。

実施例２ 計測用石英ガラス系光フアイバ母材を線引炉によって外
径１２５μｍに紡糸した後、外周にポリジメチルシロキ
サンを外径４００μｍになるように被覆し、５００℃に
設定した電気炉を通過させ硬化した。被覆ファイバを外
径０．９ｎｌ、厚さ０．１１１１１１のステンレス鋼管
内に挿入した。この管内には石英粉末を３０％（重量）
含むポリボロシロキサンを加熱しながら充填した。その
後、次の温度プロファイルによって加熱した。４００℃
、１０ｈ保持−３℃／ｎｉｎ。

昇温→６００℃、４８ｈ保持させた。このようにして得
られた光ファイバを、約５００℃の雰囲気中に約１ケ月
放置した結果、正常に作動することを確認した。

実施例３ 計測用石英ガラス光ファイバ母材を線引炉によって外径
１２５μｍに紡糸した後、外周にオルガノポリシルセス
キオキサンを厚さ５μｍになるように被覆し、５００℃
に設定した電気炉を通過させ硬化させた。その後被覆光
ファイバを外径０．９　ｎｎ。

厚さ０．１１ｉのチタン管内に挿入した。この管内には
、アルミナ粉末を５０％（重量）含むオルカノボリシル
セスキオキサンを、加熱しながら充填した。

その後、次の温度プロファイルによって加熱した（４０
０℃、１０ｈ保持→３℃／１ｎ、昇温→６００℃、４８
ｈ保持）、このようにして得れた光ファイバを約５００
℃の雰囲気中に約１ケ月放置した結果、正常に作動−す
ることを確認した。

実施例４ 計測用石英ガラス光ファイバ母材を線引炉によって外径
１２５μｍに紡糸した後、外周にウレタンアクリレート
系紫外線硬化材Ｄｅｓｏｌｉｔｅ　９５０Ｙ１００（日
本合成ゴム株式会社製）を外径２５０μｍになるように
被覆し、紫外線硬化装置（ランプ強度８０Ｗ／ｃｌ）で
光照射し硬化させた０次に被覆光ファイバを外径０．９
ｍｍ、厚さ０．１１１１のステンレス鋼管内に挿入した
。この管内にはカーボンを３０％添加したポリジフェニ
ルシランを挿入した。その後、次の温度プロファイルで
加熱した（４００℃、１０ｈ保持−３℃／ｌｌ１ｎ、昇
温→６００℃、４８ｈ保持）、このようにして得られた
光ファイバを約４００℃の雰囲気中に１ケ月放置した結
果、正常に作動することを確認した。

実施例５ 計測用石英ガラス光ファイバ母材を線引炉によって外径
１２５μＩに紡糸した後、外周に溶融アルミニウムを厚
さ２０μ−被覆した０次に、被覆光ファイバを外径０．
９１１１１．厚さＯ，ｔａｍのステンレス鋼管内に挿入
した。この管内にはアルミニウム粉を５０％（重量）添
加したシリコーン油混和物を充填した。その後、次の温
度プロファイルで加熱した（　３００℃、１０ｈ保持→
５℃／ｍｉｎ、昇温−？５００℃。

４８ｈ保持）、このようにして得られた光ファイバを約
４００℃の雰囲気中に１ケ月放置した結果、正常作動す
ることを確認した。

比較例１ 計測用石英用光フアイバ母材を線引炉によって外径１２
５μ曙に紡糸した後、外周にポリイミドを厚さ２０μｍ
被覆し、５００℃に設定した電気炉を通過させ硬化した
。この被覆光ファイバを約４００℃の不活性ガス雰囲気
中に放置した結果、約１週間後にファイバが折損した。

比較例２ 比較例１の被覆光ファイバを外径０．９１１．厚さｏ、
ｉｎｉのステンレス鋼管内に挿入した。この光フアイバ
挿入金属管を約４００℃の不活性ガス雰囲気中に放置し
た結果、約２週間後にファイバが折損した。

比較例３ 比較例２の金属管内に石英粉を添加した炭化水素油混和
物を充填した。このようにして得られた光ファイバを約
４００℃の不活性ガス雰囲気に放置した結果、炭化水素
油の急激な熱分解が起って、生成した水素ガスが光ファ
イバへ拡散して光ファイバの伝送損失が大巾に増大する
と共に、約１週間後にファイバの折損が認められた。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明の計測用光ファイバは金属管
で保護されているうえ、管内を耐熱性にすぐれたセラミ
ック化された充填物で固定されているので、長期間にわ
たって４００℃以上といった高温の雰囲気に晒される用
途でも使用可能である。

従って、単に温度測定ばかりでなく、高温における磁界
、電界、速度、角速度、化学物質１画像等の計測が可能
になり、工業上の寄与は極めて大きいものとなる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光ファイバを金属管内に挿入し、かつ管内に少なく
   とも無機分子を骨格に有する物質の混和物を充填した後
   、加熱処理によってセラミック化もしくは半セラミック
   化したことを特徴とする計測用光ファイバ。 ２、上記金属管が、ステンレス鋼、チタン、ニッケル、
   アルミニウム、銅の中から選んだ材質から構成されてい
   ることを特徴とする請求項１記載の計測用光ファイバ。 ３、上記無機分子を骨格に有する物質の混和物が、ポリ
   シキロサン、ポリボロシロキサン、オルガノポリゾルセ
   スキオキサン、ポリシラン、ポリチタネートの中から選
   んだ材質を主体とすることを特徴とする請求項１記載の
   計測用光ファイバ。