光ファイバ及び油井用センサ
【課題】光の初期透過性、耐熱性及び水素遮断性に優れ、良好な光学特性を有し、油井用センサへの適用に好適な光ファイバの提供。
【解決手段】純粋石英からなるコアの表面に、フッ素原子が添加された石英からなるクラッド、ポリイミド樹脂層及び金属層の順に積層されてなることを特徴とする光ファイバ；かかる光ファイバを備えたことを特徴とする油井用センサ。
【解決手段】純粋石英からなるコアの表面に、フッ素原子が添加された石英からなるクラッド、ポリイミド樹脂層及び金属層の順に積層されてなることを特徴とする光ファイバ；かかる光ファイバを備えたことを特徴とする油井用センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油井における環境センシング用として好適な、光の初期透過性、耐熱性及び水素遮断性に優れる光ファイバ、及び該光ファイバを備えた油井用センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
人が直接立ち入ることが困難な厳しい環境で、その情報を取得するためには、通常、その環境に適したセンサを使用する必要がある。このような厳しい環境の一例としては、油井が挙げられる。油井とは、原油の採掘時に使用する井戸のことを指す。油井では、高温で且つ高圧の水素ガスが発生する。そのため、油井用センサには、このような厳しい環境下でも、高精度に安定して測定可能な性能が求められる。
一方で、環境センシング用のセンサとしては、これまで電気的なセンサが適用されてきたが、安価に製造でき、安全で且つ高精度な測定が可能な光ファイバを使用したセンサ（光ファイバセンサ）の適用が強く望まれるようになってきている。
【０００３】
油井用センサに使用される光ファイバは、上記のような厳しい環境下でも高精度に安定して測定できるように、光の伝送損失の増加を顕著に抑制することが必要である。そのためには、光ファイバが、十分な光の初期透過性、耐熱性及び水素遮断性を有することが必要となる。図４は、油井用センサの使用方法を説明するための概略図である。ここでは、センサの使用環境が最も厳しいと考えられる、海底下に存在する石油貯留層の探索時を例に挙げて説明する。ただし、油井用センサの使用環境がこれに限定されないことは言うまでも無い。なお、図４では、判り易くするために、光ファイバを実際よりも大きい寸法で強調表示している。
ここに示す石油貯留層は、海底下の複数の地層（地層Ａ、Ｂ及びＣ）に囲まれた領域に存在し、このような海底下の石油貯留層を探索する場合には、海上プラットフォームから光ファイバセンサを海中に下ろし、地層中の掘削部に挿通し、先端部を石油貯留層に到達させる。光ファイバセンサは、海中では高い水圧に曝され、石油貯留層とその付近では高温で且つ高圧の水素ガスに曝される。また、使用場所にもよるが、光ファイバセンサは少なくとも１〜５ｋｍ程度の極めて長い長さが必要とされる。
【０００４】
このように、油井用センサには、厳しい環境に曝された場合でも、全長に渡って光の伝送損失の増加を極めて低いレベルに抑制することが必要となる。このような性能の有無を評価する際には、例えば、ＳＥＡＦＯＭ（Ｓｕｂｓｅａ Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ）で定められている「Ｃｌａｓｓ Ｅ」（１００％Ｈ２、６９気圧、１７７℃）の条件を評価基準とすると良い。油井用センサは、この条件で１．５５μｍの使用波長帯における光の伝送損失が、３〜４ｄＢ／ｋｍ以下となる性能が望まれる。
【０００５】
これに対して、これまでに環境センシングに適用できる光ファイバとしては、例えば、ガラスファイバ表面に金属層を形成した金属コート光ファイバ（特許文献１参照）等が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６０−１４１８６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載の光ファイバは、水素遮断性に優れるものの、ガラスファイバを直接金属層で被覆しているので、ガラスと金属のヤング率の差によって生じるマイクロベンド（微小な曲がり）に起因して、光の伝送損失が増加し、光の初期透過性が低下してしまうという問題点があった。
また、環境センシングに適用できる光ファイバとしては、上記のもの以外にも、例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ）が添加された石英からなるコア（以下、Ｇｅ添加石英コアと略記する）と石英クラッドとを備え、該クラッドをカーボン層で被覆し、該カーボン層を耐熱性樹脂であるポリイミド樹脂で被覆した光ファイバ等も開示されている。しかし、このような光ファイバは、例えば、１気圧、１８０℃のような低圧高温の水素存在下では、カーボン層により水素ガスの光ファイバ内への進入を抑制できるものの、油井でのように７０気圧程度の高圧の水素存在下では、水素ガスの進入を十分に抑制できない。そして、水素ガスが光ファイバのＧｅ添加石英コア中に進入すると、水素自体による光の伝送損失の増加が生じるだけでなく、一部の水素がＧｅ添加石英コア中の欠陥部と不可逆的に化学反応して、光の伝送損失の増加が生じてしまうという問題点があった。
このように、従来の環境センシング用の光ファイバには、油井でのように高温で且つ高圧の水素ガス存在下で十分実用に耐え得るものが無いのが実情であった。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光の初期透過性、耐熱性及び水素遮断性に優れ、良好な光学特性を有し、油井用センサへの適用に好適な光ファイバを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、
本発明は、純粋石英からなるコアの表面に、フッ素原子が添加された石英からなるクラッド、ポリイミド樹脂層及び金属層の順に積層されてなることを特徴とする光ファイバを提供する。
本発明の光ファイバは、前記ポリイミド樹脂層の厚さが４〜２５μｍであることが好ましい。
本発明の光ファイバは、前記金属層の厚さが１０〜６０μｍであることが好ましい。
本発明の光ファイバは、前記コアの外径が６〜１１μｍであり、且つ、前記クラッドの外径が１１０〜１３０μｍであることが好ましい。
本発明の光ファイバは、前記コア中の水酸基の含有量が１．２ｐｐｍ以下であり、且つ、前記コアとクラッドとの間の比屈折率差が０．２〜０．５％であることが好ましい。
本発明の光ファイバは、前記金属層の材質が、銅、ニッケル又はアルミニウムであることが好ましい。
また、本発明は、上記本発明の光ファイバを備えたことを特徴とする油井用センサを提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光の初期透過性、耐熱性及び水素遮断性に優れ、良好な光学特性を有する光ファイバを提供でき、油井のような厳しい環境下でも、安全且つ高精度に安定して測定できるセンサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】試験例１における光ファイバの光の伝送損失の測定結果を示すグラフである。
【図２】試験例２における光ファイバの光の伝送損失の測定結果を示すグラフである。
【図３】試験例３における光ファイバの光の伝送損失の測定結果を示すグラフである。
【図４】油井用センサの使用方法を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の光ファイバは、純粋石英からなるコア（以下、純粋石英コアと略記することがある）の表面に、フッ素原子が添加された石英からなるクラッド（以下、Ｆ添加石英クラッドと略記することがある）、ポリイミド樹脂層及び金属層の順に積層されてなることを特徴とする。
以下、本発明について詳細に説明する。
【００１３】
＜純粋石英コア、Ｆ添加石英クラッド＞
本発明は、純粋石英コアを採用する。これにより、コア中に反応性が高い欠陥部がほとんど存在しない。これに対して、Ｇｅ添加石英コア等、ドーパントが添加された石英コアでは、ドーパントの添加に伴って、コア中に反応性が高い欠陥部が生じてしまう。このような欠陥部は、例えば、水素ガスと不可逆的に化学反応することで、光の伝送損失の原因となる反応部を形成してしまう。
一方、本発明の光ファイバは、後述するようにコア中への水素ガスの進入を抑制する水素遮断性に優れる。仮に微量の水素ガスがコア中に進入したとしても、前記欠陥部がほとんど存在しないので、コア中での水素ガスの化学反応が抑制される。
また、コア中の水素ガスは、光ファイバから抜けるように随時拡散していく。したがって、光の伝送損失の増加原因となる水素ガス自体と前記反応部が、共にコア中にほとんど存在しない状態を維持できるの。よって、本発明の光ファイバは光の初期透過性が高く、使用時の伝送損失の増加が抑制され、光学特性が良好で、高精度なセンシング能を有するものである。
【００１４】
コア中に存在する水酸基は、光の伝送損失の増加原因となる。したがって、本発明においては、純粋石英コア中の水酸基の含有量は、光ファイバの中心軸方向に対して略垂直な径方向断面において、１．２ｐｐｍ以下であることが好ましく、０．６ｐｐｍ以下であることがより好ましい。なお、純粋石英コア中の水酸基の含有量は、赤外吸収スペクトルから求めることが出来る。
【００１５】
純粋石英コアの外径（コア径）は、所望の光学特性が得られるように適宜調整すれば良い。例えば、本発明の光ファイバをシングルモード動作させる場合には、７〜１１μｍであることが好ましく、マルチモード動作させる場合には、クラッドの外径（クラッド径）が１２５μｍ程度である場合には、４０〜７０μｍであることが好ましい。
【００１６】
本発明は、Ｆ添加石英クラッドを採用する。
Ｆ添加石英クラッドのフッ素原子（Ｆ）の含有量は、光ファイバの前記径方向断面において１．２〜２．２質量％であることが好ましく、１．６質量％程度であることがより好ましい。このような範囲とすることで、一層良好な光学特性が得られる。
【００１７】
前記Ｆ添加石英クラッドの外径は、純粋石英コアの外径に応じて適宜調整すれば良い。例えば、本発明の光ファイバをシングルモード動作させる場合には、１１０〜１３０μｍであることが好ましく、１２４〜１２６μｍであることがより好ましい。
一方、本発明の光ファイバをマルチモード動作させる場合には、コア径が５０〜６２．５μｍであることが好ましい。
【００１８】
純粋石英コアとＦ添加石英クラッドとの間の比屈折率差（Δ）は、０．２〜０．５％であることが好ましい。このような範囲とすることで、一層良好な光学特性が得られる。なお、ここで比屈折率差「Δ」（％）とは、純粋石英コアの屈折率をｎｃｏｒｅ、Ｆ添加石英クラッドの屈折率をｎｃｌａｄとした場合、下記一般式（１）で表される数値である。
Δ（％）＝（ｎｃｏｒｅ−ｎｃｌａｄ）／ｎｃｏｒｅ×１００ ・・・（１）
ｎｃｏｒｅ及びｎｃｌａｄは、公知の方法で調整できる。例えば、ｎｃｌａｄであれば、クラッド中のＦの添加量で調整できる。
なお、比屈折率差（Δ）は、プリフォームアナライザなどの装置を使用して測定できる。
【００１９】
＜ポリイミド樹脂層＞
前記ポリイミド樹脂層は、Ｆ添加石英クラッドを被覆して、光ファイバに耐熱性を付与するものである。例えば、紫外線硬化性樹脂、シリコーン樹脂や、通常の通信用光ファイバの被覆で使用されるアクリレート系樹脂では、耐熱性が不十分であり、１００℃を超えるような高温環境下では使用できない。一方、ポリイミド樹脂であれば、その種類を適宜選択することで、例えば、３００℃程度まで耐熱性を有するものも選択でき、優れた耐熱性を光ファイバに付与できる。
ポリイミド樹脂層は、公知のものから適宜選択すれば良く、特に限定されない。好ましいものとして具体的には、日立化成デュポンマイクロシステムズ社製のＰＩ２５２５等が例示できる。
【００２０】
ポリイミド樹脂層の厚さは、目的に応じて適宜選択すれば良いが、４〜２５μｍであることが好ましく、１０〜２０μｍであることがより好ましい。４μｍ以上とすることで光ファイバの耐熱性を一層向上させることができる。一方、２５μｍ以下とすることで光ファイバを細径化できるので、実装時の取り扱い性や他のモジュールとの接続性が向上する。さらにセンサ等の小型化も可能である。
なお、ポリイミド樹脂層の厚さは、ポリイミド樹脂被覆された光ファイバの断面を、光学顕微鏡で観察することで測定できる。
【００２１】
＜金属層＞
前記金属層は、前記ポリイミド樹脂層を被覆して、光ファイバに水素遮断性を付与する。これにより、高温で且つ高圧の水素ガスが存在する条件下でも、前記ポリイミド樹脂層よりも内側への水素ガスの侵入が抑制され、純粋石英コア中にはほとんど水素ガスが到達しない。そして、金属種を適宜選択することで、例えば、１００気圧程度まで水素ガスを遮断でき、優れた水素遮断性を光ファイバに付与できる。これに対して、例えば、カーボン層では、７０気圧程度の高圧の水素存在下では、水素を十分に遮断できない。
また、金属層は、ポリイミド樹脂層を介してＦ添加石英クラッド上に積層されているので、例えば、石英ガラスと金属のヤング率の差に起因するマイクロベンド（微小な曲がり）の発生が抑制され、光の初期透過性の低下が抑制される。
【００２２】
前記金属層の材質は、使用環境下での耐熱性と水素遮断性を有するものであれば特に限定されないが、銅、ニッケル又はアルミニウムが好ましい。また、メッキで形成できるものが好ましい。
金属層の厚さは、目的に応じて適宜選択すれば良い。例えば、１０〜６０μｍであることが好ましく、３０〜５０μｍであることがより好ましい。１０μｍ以上とすることで光ファイバの水素遮断性を一層向上させることができ、６０μｍ以下とすることで光ファイバを細径化できるので、実装時の取り扱い性や他のモジュールとの接続性が向上し、さらにセンサ等を小型化できる。
なお、金属層の厚さは、金属被覆された光ファイバをマイクロメータで挟んで測定する。
【００２３】
＜光ファイバの製造方法＞
本発明の光ファイバは、例えば、以下の方法で製造できる。すなわち、ＭＣＶＤ法（ＭＣＶＤ：Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＶＡＤ法（ＶＡＤ：Ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅ Ａｘｉａｌ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の公知の方法で光ファイバ母材を作製した後、これを紡糸する。次いで、その外周上にポリイミド樹脂層と金属層を順次積層すれば良い。
ポリイミド樹脂層は公知の方法で積層すれば良く、例えば、Ｆ添加石英クラッドの外周上に樹脂の原料を塗布した後、これを加熱硬化させれば良い。
金属層は、例えば、ポリイミド樹脂層で被覆した光ファイバの表面に、金属メッキの手法で積層すれば良い。この金属層積層工程は、無電解メッキ工程と電解メッキ工程の二工程からなる。まず、無電解メッキ工程にて、メッキ液中の金属イオンを化学的に還元析出させ、ポリイミド樹脂層の上に薄い金属被膜を形成する。その後、さらに電解メッキ工程にて金属塩の水溶液から電気化学的にポリイミド樹脂層表面に金属を還元析出させ、順次積層する。このように製造することで、金属層表面にホール等の形状異常を生じることなく、厚さが６０μm以下程度の薄い金属層を一層均一な厚さで形成でき、細径化された光ファイバを高精度に作製できる。
【００２４】
本発明の光ファイバは、光の初期透過性が高く、初期の光の伝送損失を１．５５μmの使用波長帯で１ｄＢ／ｋｍ以下に抑制でき、より適した構成を選択することで０．２ｄＢ／ｋｍ以下に抑制することも可能である。
また、高温で且つ高圧の水素ガス存在下でも、使用時の光の伝送損失の増加を顕著に抑制でき、例えば、ＳＥＡＦＯＭ、「Ｃｌａｓｓ Ｅ」（１００％Ｈ２、６９気圧、１７７℃）の条件で、１．５５μｍの使用波長帯における光の伝送損失を、３ｄＢ／ｋｍ以下に抑制でき、より適した構成を選択することで１ｄＢ／ｋｍ以下に抑制することも可能である。
本発明の光ファイバは、このような優れた光透過性を有しており、１〜５ｋｍといった極めて長い長さで使用しても、使用時の光の伝送損失を僅かな量に抑制でき、しかも優れた耐熱性を有するので、特に油井用センサへ適用するのに好適である。
これに対して従来の光ファイバは、たとえ環境センシング用であっても、高温で且つ高圧の水素ガス存在下での使用を想定したものではなく、このような環境下での光の伝送損失を十分に抑制できるものではなく、まして通常は、数ｃｍ〜数ｍ程度の極めて短い長さで使用するものである。
【００２５】
＜油井用センサ＞
本発明の油井用センサは、上記本発明の光ファイバを備えたことを特徴とする。そして、優れた光透過性と耐熱性を有するものである。
【実施例】
【００２６】
以下、具体的実施例により、本発明についてより詳細に説明する。ただし、本発明は、以下に示す実施例に、何ら限定されるものではない。
【００２７】
実施例で作成した光ファイバに関する各種測定は、以下の方法で行った。
＜ポリイミド樹脂層の厚さの測定方法＞
ポリイミド樹脂層の厚さは、ポリイミド樹脂被覆された光ファイバの断面を光学顕微鏡で観察して測定した。
＜金属層の厚さの測定方法＞
金属層の厚さは、金属被覆された光ファイバをマイクロメータで挟んで測定した。
＜水酸基含有量の測定方法＞
石英ガラス中の水酸基含有量は、赤外吸収スペクトルから求めた。
＜比屈折率差Δの測定方法＞
比屈折率差Δは、プリフォームアナライザなどの装置を使用して測定した。
【００２８】
作製した光ファイバについて、光学特性、耐熱性、水素遮断性、取り扱い性、モジュールとの接続性を、下記評価基準に従って評価した。
＜評価方法＞
（光学特性）
◎・・・特に優れる（初期；１００％Ｈ２、１００ａｔｍ、６０℃の条件で７日間水素ローディング直後；水素ローディング後３０日後、のそれぞれの光の伝送損失が１．５５μｍで１ｄＢ／ｋｍ以下である。）
○・・・優れる（前記と同じ条件で、それぞれの光の伝送損失が１．５５μｍで１ｄＢ／ｋｍより大きく且つ３ｄＢ／ｋｍ未満である。）
×・・・劣る（前記と同じ条件で、それぞれの光の伝送損失が１．５５μｍで３ｄＢ／ｋｍ以上である。）
（耐熱性）
◎・・・特に優れる（３００℃で３０日のエージング後、短尺引張試験（ＩＥＣ６０７９３−２−５０準拠）での強度が３ＧＰａ以上である。）
○・・・優れる（前記と同じ条件での強度が、２ＧＰａより大きく且つ３ＧＰａ未満である。）
×・・・劣る（前記と同じ条件での強度が、２ＧＰａ以下である。）
（水素遮断性）
高圧水素；
◎・・・特に優れる（１００％Ｈ２、１００ａｔｍ、６０℃の条件で７日間水素ローディング直後の光の伝送損失の増加量が、１．５５μｍで３ｄＢ／ｋｍ以下である。）
○・・・優れる（前記と同じ条件で、光の伝送損失の増加量が１．５５μｍで３ｄＢ／ｋｍより大きく且つ１０ｄＢ／ｋｍ未満である。）
×・・・劣る（前記と同じ条件で、光の伝送損失の増加量が１．５５μｍで１０ｄＢ／ｋｍ以上である。）
低圧水素；
◎・・・特に優れる（１００％Ｈ２、１００ａｔｍ、６０℃の条件で７日間水素ローディング直後の光の伝送損失の増加量が、１．５５μｍで３ｄＢ／ｋｍ以下である。）
○・・・優れる（前記と同じ条件で、光の伝送損失の増加量が１．５５μｍで３ｄＢ／ｋｍより大きく且つ１０ｄＢ／ｋｍ未満である。）
×・・・劣る（前記と同じ条件で、光の伝送損失の増加量が１．５５μｍで１０ｄＢ／ｋｍ以上である。）
（取り扱い性）
◎・・・特に優れる（ファイバを直径２０ｍｍΦのマンドレルに１０回巻き付けた時の光の伝送損失が、１．５５μｍで３．０ｄＢ以下である。）
○・・・優れる
×・・・劣る
（接続性）
◎・・・特に優れる（通常の通信用光ファイバの直径１２５μｍを基準とし、直径が１２５μｍ±０．８μｍの範囲内である。）
○・・・優れる
×・・・劣る
【００２９】
［実施例１］
＜光ファイバ母材の作製＞
純粋石英コア（外径９μｍ）の外周上に、フッ素原子が１．６質量％添加されたＦ添加石英クラッド（外径１２５μｍ）が積層され、該クラッドの外周上に厚さが１５μｍのポリイミド樹脂層が積層され、該ポリイミド樹脂層の外周上に厚さが４０μｍの銅層が積層された光ファイバを作製した。
なお、純粋石英コア／Ｆ添加石英クラッドは、以下の方法で作製した。ＶＡＤ法により、シリカスートを作製した。このシリカスートを、ヘリウムガス４Ｌ、塩素ガス１６０ｍＬ、１０００℃の雰囲気下で脱水し、ヘリウムガス４Ｌ、１４５０℃の雰囲気下でガラス化した。そして、このガラスを延伸し、シリカスートを外付けした。
その後、ヘリウムガス４Ｌ、塩素ガス１６０ｍＬ、１０００℃の雰囲気下で脱水し、さらにヘリウムガス４Ｌ、ＳｉＦ４ガス２２０ｍＬ、１３５０℃の雰囲気下でガラス化した。この外付けをコア／クラッド比が所望の倍率になるまで行い、コアとクラッドとの間の比屈折率差（Δ）が０．４％である光ファイバ母材を得た。
【００３０】
＜ポリイミド樹脂層の形成＞
前記光ファイバ母材の紡糸中に、ポリイミド樹脂ＰＩ２５２５（日立化成デュポンマイクロシステムズ社製）をクラッド上に塗布し、これを加熱することで、クラッド上にポリイミド樹脂層を積層した。
【００３１】
＜銅層の形成＞
得られたポリイミド樹脂被覆光ファイバを、長手方向に沿って少しずつ、無電解メッキ液、水及び電解メッキ液にこの順で順次浸漬することで、ポリイミド樹脂層上に銅層を積層して、本発明の光ファイバとした。
なお、この銅層積層工程は、例えば、無電解メッキ工程と電解メッキ工程の二工程からなる。まず、無電解メッキ工程にてメッキ液中の金属イオンを化学的に還元析出させ、ポリイミド樹脂層上に薄い金属被膜を形成し、その後、さらに電解メッキ工程にて金属塩の水溶液から電気化学的にポリイミド樹脂層表面に金属を還元析出させた。
【００３２】
作製した光ファイバは、表１に示すように、コア中の水酸基の含有量が０．６ｐｐｍであり、比屈折率差Δが０．４％であり、波長１．５μｍ付近でシングルモード動作をするものである。
【００３３】
作製した光ファイバについて、光学特性、耐熱性、水素遮断性、取り扱い性、モジュールとの接続性を上記方法により評価した。評価結果を表１に示す。
【００３４】
［実施例２〜１２、比較例１〜１０］
表１に示すような材質、パラメータ及び物性の光ファイバを、実施例１と同様の方法で作製し、評価した。評価結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】
［試験例１］
実施例１で作製した、長さ１ｋｍの光ファイバについて、光の伝送損失を測定した（ａ：初期値）。
次いで、この光ファイバを耐圧性容器内に密封し、該容器内を水素ガスで置換して（１００％Ｈ２ガス）、該容器内の圧力を１００気圧、温度を６０℃として７日間この状態を維持し、水素ローディングを行った。
次いで、前記容器内より光ファイバを取り出し、直ちに上記と同様に光の伝送損失を測定した（ｂ：水素ローディング直後）。さらに、容器外に光ファイバを３０日間静置して、同様に光の伝送損失を測定した（ｃ：水素ローディング後３０日）。測定結果を図１に示す。
図１から明らかなように、水素ローディング直後でも光の伝送損失は増加せず、また３０日後の伝送損失は、水素ローディング前とほぼ同程度にまで低下していた。これは、金属層によって純粋石英コア中への水素の侵入がほとんど遮断されたこと、さらに、純粋石英コア中への微量の水素の侵入があったとしても、３０日間静置している間に、純粋石英コア中からほとんどの水素が抜けたことを意味する。そしてこの傾向は、１．５５μm（１５５０ｎｍ）付近での使用波長帯で、特に顕著であった。
【００３７】
［試験例２］
比較例１０で作製した、長さ１ｋｍの光ファイバについて、光の伝送損失を試験例１の場合と同様に測定した（ａ：初期値、ｂ：水素ローディング直後、ｃ：水素ローディング後３０日）。測定結果を図２に示す。
図２から明らかなように、水素ローディング直後は、光の伝送損失が一時的に増加したが、３０日後の伝送損失は、水素ローディング前とほぼ同程度にまで低下していた。これは、純粋石英コア中への水素の侵入があったとしても、３０日間静置している間に、純粋石英コア中からほとんどの水素が抜けたこと、さらに純粋石英コア中には、欠陥部がほとんど形成されていないことを意味する。そしてこの傾向は、１．５５μm（１５５０ｎｍ）付近での使用波長帯で、特に顕著であった。
【００３８】
［試験例３］
比較例９で作製した、長さ１ｋｍの光ファイバについて、光の伝送損失を試験例１の場合と同様に測定した（ａ：初期値、ｂ：水素ローディング直後、ｃ：水素ローディング後３０日）。測定結果を図３に示す。
【００３９】
図３から明らかなように、試験例３の光ファイバでは、水素ローディング直後に、Ｇｅ添加石英コア中に進入した水素の影響で光の伝送損失が増加し、３０日後の伝送損失もほとんど低下せず、水素ローディング前よりも高い水準であった。これは、Ｇｅ添加石英コア中に欠陥部が存在し、該欠陥部と水素ガスとが化学反応してしまったことを意味する。そしてこの傾向は、１．５５μm（１５５０ｎｍ）付近での使用波長帯で、特に顕著であった。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、高温で且つ高圧の水素ガスが存在する環境において使用するセンサとして利用可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油井における環境センシング用として好適な、光の初期透過性、耐熱性及び水素遮断性に優れる光ファイバ、及び該光ファイバを備えた油井用センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
人が直接立ち入ることが困難な厳しい環境で、その情報を取得するためには、通常、その環境に適したセンサを使用する必要がある。このような厳しい環境の一例としては、油井が挙げられる。油井とは、原油の採掘時に使用する井戸のことを指す。油井では、高温で且つ高圧の水素ガスが発生する。そのため、油井用センサには、このような厳しい環境下でも、高精度に安定して測定可能な性能が求められる。
一方で、環境センシング用のセンサとしては、これまで電気的なセンサが適用されてきたが、安価に製造でき、安全で且つ高精度な測定が可能な光ファイバを使用したセンサ（光ファイバセンサ）の適用が強く望まれるようになってきている。
【０００３】
油井用センサに使用される光ファイバは、上記のような厳しい環境下でも高精度に安定して測定できるように、光の伝送損失の増加を顕著に抑制することが必要である。そのためには、光ファイバが、十分な光の初期透過性、耐熱性及び水素遮断性を有することが必要となる。図４は、油井用センサの使用方法を説明するための概略図である。ここでは、センサの使用環境が最も厳しいと考えられる、海底下に存在する石油貯留層の探索時を例に挙げて説明する。ただし、油井用センサの使用環境がこれに限定されないことは言うまでも無い。なお、図４では、判り易くするために、光ファイバを実際よりも大きい寸法で強調表示している。
ここに示す石油貯留層は、海底下の複数の地層（地層Ａ、Ｂ及びＣ）に囲まれた領域に存在し、このような海底下の石油貯留層を探索する場合には、海上プラットフォームから光ファイバセンサを海中に下ろし、地層中の掘削部に挿通し、先端部を石油貯留層に到達させる。光ファイバセンサは、海中では高い水圧に曝され、石油貯留層とその付近では高温で且つ高圧の水素ガスに曝される。また、使用場所にもよるが、光ファイバセンサは少なくとも１〜５ｋｍ程度の極めて長い長さが必要とされる。
【０００４】
このように、油井用センサには、厳しい環境に曝された場合でも、全長に渡って光の伝送損失の増加を極めて低いレベルに抑制することが必要となる。このような性能の有無を評価する際には、例えば、ＳＥＡＦＯＭ（Ｓｕｂｓｅａ Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ）で定められている「Ｃｌａｓｓ Ｅ」（１００％Ｈ２、６９気圧、１７７℃）の条件を評価基準とすると良い。油井用センサは、この条件で１．５５μｍの使用波長帯における光の伝送損失が、３〜４ｄＢ／ｋｍ以下となる性能が望まれる。
【０００５】
これに対して、これまでに環境センシングに適用できる光ファイバとしては、例えば、ガラスファイバ表面に金属層を形成した金属コート光ファイバ（特許文献１参照）等が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６０−１４１８６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載の光ファイバは、水素遮断性に優れるものの、ガラスファイバを直接金属層で被覆しているので、ガラスと金属のヤング率の差によって生じるマイクロベンド（微小な曲がり）に起因して、光の伝送損失が増加し、光の初期透過性が低下してしまうという問題点があった。
また、環境センシングに適用できる光ファイバとしては、上記のもの以外にも、例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ）が添加された石英からなるコア（以下、Ｇｅ添加石英コアと略記する）と石英クラッドとを備え、該クラッドをカーボン層で被覆し、該カーボン層を耐熱性樹脂であるポリイミド樹脂で被覆した光ファイバ等も開示されている。しかし、このような光ファイバは、例えば、１気圧、１８０℃のような低圧高温の水素存在下では、カーボン層により水素ガスの光ファイバ内への進入を抑制できるものの、油井でのように７０気圧程度の高圧の水素存在下では、水素ガスの進入を十分に抑制できない。そして、水素ガスが光ファイバのＧｅ添加石英コア中に進入すると、水素自体による光の伝送損失の増加が生じるだけでなく、一部の水素がＧｅ添加石英コア中の欠陥部と不可逆的に化学反応して、光の伝送損失の増加が生じてしまうという問題点があった。
このように、従来の環境センシング用の光ファイバには、油井でのように高温で且つ高圧の水素ガス存在下で十分実用に耐え得るものが無いのが実情であった。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光の初期透過性、耐熱性及び水素遮断性に優れ、良好な光学特性を有し、油井用センサへの適用に好適な光ファイバを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、
本発明は、純粋石英からなるコアの表面に、フッ素原子が添加された石英からなるクラッド、ポリイミド樹脂層及び金属層の順に積層されてなることを特徴とする光ファイバを提供する。
本発明の光ファイバは、前記ポリイミド樹脂層の厚さが４〜２５μｍであることが好ましい。
本発明の光ファイバは、前記金属層の厚さが１０〜６０μｍであることが好ましい。
本発明の光ファイバは、前記コアの外径が６〜１１μｍであり、且つ、前記クラッドの外径が１１０〜１３０μｍであることが好ましい。
本発明の光ファイバは、前記コア中の水酸基の含有量が１．２ｐｐｍ以下であり、且つ、前記コアとクラッドとの間の比屈折率差が０．２〜０．５％であることが好ましい。
本発明の光ファイバは、前記金属層の材質が、銅、ニッケル又はアルミニウムであることが好ましい。
また、本発明は、上記本発明の光ファイバを備えたことを特徴とする油井用センサを提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光の初期透過性、耐熱性及び水素遮断性に優れ、良好な光学特性を有する光ファイバを提供でき、油井のような厳しい環境下でも、安全且つ高精度に安定して測定できるセンサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】試験例１における光ファイバの光の伝送損失の測定結果を示すグラフである。
【図２】試験例２における光ファイバの光の伝送損失の測定結果を示すグラフである。
【図３】試験例３における光ファイバの光の伝送損失の測定結果を示すグラフである。
【図４】油井用センサの使用方法を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の光ファイバは、純粋石英からなるコア（以下、純粋石英コアと略記することがある）の表面に、フッ素原子が添加された石英からなるクラッド（以下、Ｆ添加石英クラッドと略記することがある）、ポリイミド樹脂層及び金属層の順に積層されてなることを特徴とする。
以下、本発明について詳細に説明する。
【００１３】
＜純粋石英コア、Ｆ添加石英クラッド＞
本発明は、純粋石英コアを採用する。これにより、コア中に反応性が高い欠陥部がほとんど存在しない。これに対して、Ｇｅ添加石英コア等、ドーパントが添加された石英コアでは、ドーパントの添加に伴って、コア中に反応性が高い欠陥部が生じてしまう。このような欠陥部は、例えば、水素ガスと不可逆的に化学反応することで、光の伝送損失の原因となる反応部を形成してしまう。
一方、本発明の光ファイバは、後述するようにコア中への水素ガスの進入を抑制する水素遮断性に優れる。仮に微量の水素ガスがコア中に進入したとしても、前記欠陥部がほとんど存在しないので、コア中での水素ガスの化学反応が抑制される。
また、コア中の水素ガスは、光ファイバから抜けるように随時拡散していく。したがって、光の伝送損失の増加原因となる水素ガス自体と前記反応部が、共にコア中にほとんど存在しない状態を維持できるの。よって、本発明の光ファイバは光の初期透過性が高く、使用時の伝送損失の増加が抑制され、光学特性が良好で、高精度なセンシング能を有するものである。
【００１４】
コア中に存在する水酸基は、光の伝送損失の増加原因となる。したがって、本発明においては、純粋石英コア中の水酸基の含有量は、光ファイバの中心軸方向に対して略垂直な径方向断面において、１．２ｐｐｍ以下であることが好ましく、０．６ｐｐｍ以下であることがより好ましい。なお、純粋石英コア中の水酸基の含有量は、赤外吸収スペクトルから求めることが出来る。
【００１５】
純粋石英コアの外径（コア径）は、所望の光学特性が得られるように適宜調整すれば良い。例えば、本発明の光ファイバをシングルモード動作させる場合には、７〜１１μｍであることが好ましく、マルチモード動作させる場合には、クラッドの外径（クラッド径）が１２５μｍ程度である場合には、４０〜７０μｍであることが好ましい。
【００１６】
本発明は、Ｆ添加石英クラッドを採用する。
Ｆ添加石英クラッドのフッ素原子（Ｆ）の含有量は、光ファイバの前記径方向断面において１．２〜２．２質量％であることが好ましく、１．６質量％程度であることがより好ましい。このような範囲とすることで、一層良好な光学特性が得られる。
【００１７】
前記Ｆ添加石英クラッドの外径は、純粋石英コアの外径に応じて適宜調整すれば良い。例えば、本発明の光ファイバをシングルモード動作させる場合には、１１０〜１３０μｍであることが好ましく、１２４〜１２６μｍであることがより好ましい。
一方、本発明の光ファイバをマルチモード動作させる場合には、コア径が５０〜６２．５μｍであることが好ましい。
【００１８】
純粋石英コアとＦ添加石英クラッドとの間の比屈折率差（Δ）は、０．２〜０．５％であることが好ましい。このような範囲とすることで、一層良好な光学特性が得られる。なお、ここで比屈折率差「Δ」（％）とは、純粋石英コアの屈折率をｎｃｏｒｅ、Ｆ添加石英クラッドの屈折率をｎｃｌａｄとした場合、下記一般式（１）で表される数値である。
Δ（％）＝（ｎｃｏｒｅ−ｎｃｌａｄ）／ｎｃｏｒｅ×１００ ・・・（１）
ｎｃｏｒｅ及びｎｃｌａｄは、公知の方法で調整できる。例えば、ｎｃｌａｄであれば、クラッド中のＦの添加量で調整できる。
なお、比屈折率差（Δ）は、プリフォームアナライザなどの装置を使用して測定できる。
【００１９】
＜ポリイミド樹脂層＞
前記ポリイミド樹脂層は、Ｆ添加石英クラッドを被覆して、光ファイバに耐熱性を付与するものである。例えば、紫外線硬化性樹脂、シリコーン樹脂や、通常の通信用光ファイバの被覆で使用されるアクリレート系樹脂では、耐熱性が不十分であり、１００℃を超えるような高温環境下では使用できない。一方、ポリイミド樹脂であれば、その種類を適宜選択することで、例えば、３００℃程度まで耐熱性を有するものも選択でき、優れた耐熱性を光ファイバに付与できる。
ポリイミド樹脂層は、公知のものから適宜選択すれば良く、特に限定されない。好ましいものとして具体的には、日立化成デュポンマイクロシステムズ社製のＰＩ２５２５等が例示できる。
【００２０】
ポリイミド樹脂層の厚さは、目的に応じて適宜選択すれば良いが、４〜２５μｍであることが好ましく、１０〜２０μｍであることがより好ましい。４μｍ以上とすることで光ファイバの耐熱性を一層向上させることができる。一方、２５μｍ以下とすることで光ファイバを細径化できるので、実装時の取り扱い性や他のモジュールとの接続性が向上する。さらにセンサ等の小型化も可能である。
なお、ポリイミド樹脂層の厚さは、ポリイミド樹脂被覆された光ファイバの断面を、光学顕微鏡で観察することで測定できる。
【００２１】
＜金属層＞
前記金属層は、前記ポリイミド樹脂層を被覆して、光ファイバに水素遮断性を付与する。これにより、高温で且つ高圧の水素ガスが存在する条件下でも、前記ポリイミド樹脂層よりも内側への水素ガスの侵入が抑制され、純粋石英コア中にはほとんど水素ガスが到達しない。そして、金属種を適宜選択することで、例えば、１００気圧程度まで水素ガスを遮断でき、優れた水素遮断性を光ファイバに付与できる。これに対して、例えば、カーボン層では、７０気圧程度の高圧の水素存在下では、水素を十分に遮断できない。
また、金属層は、ポリイミド樹脂層を介してＦ添加石英クラッド上に積層されているので、例えば、石英ガラスと金属のヤング率の差に起因するマイクロベンド（微小な曲がり）の発生が抑制され、光の初期透過性の低下が抑制される。
【００２２】
前記金属層の材質は、使用環境下での耐熱性と水素遮断性を有するものであれば特に限定されないが、銅、ニッケル又はアルミニウムが好ましい。また、メッキで形成できるものが好ましい。
金属層の厚さは、目的に応じて適宜選択すれば良い。例えば、１０〜６０μｍであることが好ましく、３０〜５０μｍであることがより好ましい。１０μｍ以上とすることで光ファイバの水素遮断性を一層向上させることができ、６０μｍ以下とすることで光ファイバを細径化できるので、実装時の取り扱い性や他のモジュールとの接続性が向上し、さらにセンサ等を小型化できる。
なお、金属層の厚さは、金属被覆された光ファイバをマイクロメータで挟んで測定する。
【００２３】
＜光ファイバの製造方法＞
本発明の光ファイバは、例えば、以下の方法で製造できる。すなわち、ＭＣＶＤ法（ＭＣＶＤ：Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＶＡＤ法（ＶＡＤ：Ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅ Ａｘｉａｌ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の公知の方法で光ファイバ母材を作製した後、これを紡糸する。次いで、その外周上にポリイミド樹脂層と金属層を順次積層すれば良い。
ポリイミド樹脂層は公知の方法で積層すれば良く、例えば、Ｆ添加石英クラッドの外周上に樹脂の原料を塗布した後、これを加熱硬化させれば良い。
金属層は、例えば、ポリイミド樹脂層で被覆した光ファイバの表面に、金属メッキの手法で積層すれば良い。この金属層積層工程は、無電解メッキ工程と電解メッキ工程の二工程からなる。まず、無電解メッキ工程にて、メッキ液中の金属イオンを化学的に還元析出させ、ポリイミド樹脂層の上に薄い金属被膜を形成する。その後、さらに電解メッキ工程にて金属塩の水溶液から電気化学的にポリイミド樹脂層表面に金属を還元析出させ、順次積層する。このように製造することで、金属層表面にホール等の形状異常を生じることなく、厚さが６０μm以下程度の薄い金属層を一層均一な厚さで形成でき、細径化された光ファイバを高精度に作製できる。
【００２４】
本発明の光ファイバは、光の初期透過性が高く、初期の光の伝送損失を１．５５μmの使用波長帯で１ｄＢ／ｋｍ以下に抑制でき、より適した構成を選択することで０．２ｄＢ／ｋｍ以下に抑制することも可能である。
また、高温で且つ高圧の水素ガス存在下でも、使用時の光の伝送損失の増加を顕著に抑制でき、例えば、ＳＥＡＦＯＭ、「Ｃｌａｓｓ Ｅ」（１００％Ｈ２、６９気圧、１７７℃）の条件で、１．５５μｍの使用波長帯における光の伝送損失を、３ｄＢ／ｋｍ以下に抑制でき、より適した構成を選択することで１ｄＢ／ｋｍ以下に抑制することも可能である。
本発明の光ファイバは、このような優れた光透過性を有しており、１〜５ｋｍといった極めて長い長さで使用しても、使用時の光の伝送損失を僅かな量に抑制でき、しかも優れた耐熱性を有するので、特に油井用センサへ適用するのに好適である。
これに対して従来の光ファイバは、たとえ環境センシング用であっても、高温で且つ高圧の水素ガス存在下での使用を想定したものではなく、このような環境下での光の伝送損失を十分に抑制できるものではなく、まして通常は、数ｃｍ〜数ｍ程度の極めて短い長さで使用するものである。
【００２５】
＜油井用センサ＞
本発明の油井用センサは、上記本発明の光ファイバを備えたことを特徴とする。そして、優れた光透過性と耐熱性を有するものである。
【実施例】
【００２６】
以下、具体的実施例により、本発明についてより詳細に説明する。ただし、本発明は、以下に示す実施例に、何ら限定されるものではない。
【００２７】
実施例で作成した光ファイバに関する各種測定は、以下の方法で行った。
＜ポリイミド樹脂層の厚さの測定方法＞
ポリイミド樹脂層の厚さは、ポリイミド樹脂被覆された光ファイバの断面を光学顕微鏡で観察して測定した。
＜金属層の厚さの測定方法＞
金属層の厚さは、金属被覆された光ファイバをマイクロメータで挟んで測定した。
＜水酸基含有量の測定方法＞
石英ガラス中の水酸基含有量は、赤外吸収スペクトルから求めた。
＜比屈折率差Δの測定方法＞
比屈折率差Δは、プリフォームアナライザなどの装置を使用して測定した。
【００２８】
作製した光ファイバについて、光学特性、耐熱性、水素遮断性、取り扱い性、モジュールとの接続性を、下記評価基準に従って評価した。
＜評価方法＞
（光学特性）
◎・・・特に優れる（初期；１００％Ｈ２、１００ａｔｍ、６０℃の条件で７日間水素ローディング直後；水素ローディング後３０日後、のそれぞれの光の伝送損失が１．５５μｍで１ｄＢ／ｋｍ以下である。）
○・・・優れる（前記と同じ条件で、それぞれの光の伝送損失が１．５５μｍで１ｄＢ／ｋｍより大きく且つ３ｄＢ／ｋｍ未満である。）
×・・・劣る（前記と同じ条件で、それぞれの光の伝送損失が１．５５μｍで３ｄＢ／ｋｍ以上である。）
（耐熱性）
◎・・・特に優れる（３００℃で３０日のエージング後、短尺引張試験（ＩＥＣ６０７９３−２−５０準拠）での強度が３ＧＰａ以上である。）
○・・・優れる（前記と同じ条件での強度が、２ＧＰａより大きく且つ３ＧＰａ未満である。）
×・・・劣る（前記と同じ条件での強度が、２ＧＰａ以下である。）
（水素遮断性）
高圧水素；
◎・・・特に優れる（１００％Ｈ２、１００ａｔｍ、６０℃の条件で７日間水素ローディング直後の光の伝送損失の増加量が、１．５５μｍで３ｄＢ／ｋｍ以下である。）
○・・・優れる（前記と同じ条件で、光の伝送損失の増加量が１．５５μｍで３ｄＢ／ｋｍより大きく且つ１０ｄＢ／ｋｍ未満である。）
×・・・劣る（前記と同じ条件で、光の伝送損失の増加量が１．５５μｍで１０ｄＢ／ｋｍ以上である。）
低圧水素；
◎・・・特に優れる（１００％Ｈ２、１００ａｔｍ、６０℃の条件で７日間水素ローディング直後の光の伝送損失の増加量が、１．５５μｍで３ｄＢ／ｋｍ以下である。）
○・・・優れる（前記と同じ条件で、光の伝送損失の増加量が１．５５μｍで３ｄＢ／ｋｍより大きく且つ１０ｄＢ／ｋｍ未満である。）
×・・・劣る（前記と同じ条件で、光の伝送損失の増加量が１．５５μｍで１０ｄＢ／ｋｍ以上である。）
（取り扱い性）
◎・・・特に優れる（ファイバを直径２０ｍｍΦのマンドレルに１０回巻き付けた時の光の伝送損失が、１．５５μｍで３．０ｄＢ以下である。）
○・・・優れる
×・・・劣る
（接続性）
◎・・・特に優れる（通常の通信用光ファイバの直径１２５μｍを基準とし、直径が１２５μｍ±０．８μｍの範囲内である。）
○・・・優れる
×・・・劣る
【００２９】
［実施例１］
＜光ファイバ母材の作製＞
純粋石英コア（外径９μｍ）の外周上に、フッ素原子が１．６質量％添加されたＦ添加石英クラッド（外径１２５μｍ）が積層され、該クラッドの外周上に厚さが１５μｍのポリイミド樹脂層が積層され、該ポリイミド樹脂層の外周上に厚さが４０μｍの銅層が積層された光ファイバを作製した。
なお、純粋石英コア／Ｆ添加石英クラッドは、以下の方法で作製した。ＶＡＤ法により、シリカスートを作製した。このシリカスートを、ヘリウムガス４Ｌ、塩素ガス１６０ｍＬ、１０００℃の雰囲気下で脱水し、ヘリウムガス４Ｌ、１４５０℃の雰囲気下でガラス化した。そして、このガラスを延伸し、シリカスートを外付けした。
その後、ヘリウムガス４Ｌ、塩素ガス１６０ｍＬ、１０００℃の雰囲気下で脱水し、さらにヘリウムガス４Ｌ、ＳｉＦ４ガス２２０ｍＬ、１３５０℃の雰囲気下でガラス化した。この外付けをコア／クラッド比が所望の倍率になるまで行い、コアとクラッドとの間の比屈折率差（Δ）が０．４％である光ファイバ母材を得た。
【００３０】
＜ポリイミド樹脂層の形成＞
前記光ファイバ母材の紡糸中に、ポリイミド樹脂ＰＩ２５２５（日立化成デュポンマイクロシステムズ社製）をクラッド上に塗布し、これを加熱することで、クラッド上にポリイミド樹脂層を積層した。
【００３１】
＜銅層の形成＞
得られたポリイミド樹脂被覆光ファイバを、長手方向に沿って少しずつ、無電解メッキ液、水及び電解メッキ液にこの順で順次浸漬することで、ポリイミド樹脂層上に銅層を積層して、本発明の光ファイバとした。
なお、この銅層積層工程は、例えば、無電解メッキ工程と電解メッキ工程の二工程からなる。まず、無電解メッキ工程にてメッキ液中の金属イオンを化学的に還元析出させ、ポリイミド樹脂層上に薄い金属被膜を形成し、その後、さらに電解メッキ工程にて金属塩の水溶液から電気化学的にポリイミド樹脂層表面に金属を還元析出させた。
【００３２】
作製した光ファイバは、表１に示すように、コア中の水酸基の含有量が０．６ｐｐｍであり、比屈折率差Δが０．４％であり、波長１．５μｍ付近でシングルモード動作をするものである。
【００３３】
作製した光ファイバについて、光学特性、耐熱性、水素遮断性、取り扱い性、モジュールとの接続性を上記方法により評価した。評価結果を表１に示す。
【００３４】
［実施例２〜１２、比較例１〜１０］
表１に示すような材質、パラメータ及び物性の光ファイバを、実施例１と同様の方法で作製し、評価した。評価結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】
［試験例１］
実施例１で作製した、長さ１ｋｍの光ファイバについて、光の伝送損失を測定した（ａ：初期値）。
次いで、この光ファイバを耐圧性容器内に密封し、該容器内を水素ガスで置換して（１００％Ｈ２ガス）、該容器内の圧力を１００気圧、温度を６０℃として７日間この状態を維持し、水素ローディングを行った。
次いで、前記容器内より光ファイバを取り出し、直ちに上記と同様に光の伝送損失を測定した（ｂ：水素ローディング直後）。さらに、容器外に光ファイバを３０日間静置して、同様に光の伝送損失を測定した（ｃ：水素ローディング後３０日）。測定結果を図１に示す。
図１から明らかなように、水素ローディング直後でも光の伝送損失は増加せず、また３０日後の伝送損失は、水素ローディング前とほぼ同程度にまで低下していた。これは、金属層によって純粋石英コア中への水素の侵入がほとんど遮断されたこと、さらに、純粋石英コア中への微量の水素の侵入があったとしても、３０日間静置している間に、純粋石英コア中からほとんどの水素が抜けたことを意味する。そしてこの傾向は、１．５５μm（１５５０ｎｍ）付近での使用波長帯で、特に顕著であった。
【００３７】
［試験例２］
比較例１０で作製した、長さ１ｋｍの光ファイバについて、光の伝送損失を試験例１の場合と同様に測定した（ａ：初期値、ｂ：水素ローディング直後、ｃ：水素ローディング後３０日）。測定結果を図２に示す。
図２から明らかなように、水素ローディング直後は、光の伝送損失が一時的に増加したが、３０日後の伝送損失は、水素ローディング前とほぼ同程度にまで低下していた。これは、純粋石英コア中への水素の侵入があったとしても、３０日間静置している間に、純粋石英コア中からほとんどの水素が抜けたこと、さらに純粋石英コア中には、欠陥部がほとんど形成されていないことを意味する。そしてこの傾向は、１．５５μm（１５５０ｎｍ）付近での使用波長帯で、特に顕著であった。
【００３８】
［試験例３］
比較例９で作製した、長さ１ｋｍの光ファイバについて、光の伝送損失を試験例１の場合と同様に測定した（ａ：初期値、ｂ：水素ローディング直後、ｃ：水素ローディング後３０日）。測定結果を図３に示す。
【００３９】
図３から明らかなように、試験例３の光ファイバでは、水素ローディング直後に、Ｇｅ添加石英コア中に進入した水素の影響で光の伝送損失が増加し、３０日後の伝送損失もほとんど低下せず、水素ローディング前よりも高い水準であった。これは、Ｇｅ添加石英コア中に欠陥部が存在し、該欠陥部と水素ガスとが化学反応してしまったことを意味する。そしてこの傾向は、１．５５μm（１５５０ｎｍ）付近での使用波長帯で、特に顕著であった。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、高温で且つ高圧の水素ガスが存在する環境において使用するセンサとして利用可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
純粋石英からなるコアの表面に、フッ素原子が添加された石英からなるクラッド、ポリイミド樹脂層及び金属層の順に積層されてなることを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
前記ポリイミド樹脂層の厚さが４〜２５μｍであることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項３】
前記金属層の厚さが１０〜６０μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバ。
【請求項４】
前記コアの外径が６〜１１μｍであり、且つ、前記クラッドの外径が１１０〜１３０μｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光ファイバ。
【請求項５】
前記コア中の水酸基の含有量が１．２ｐｐｍ以下であり、且つ、前記コアとクラッドとの間の比屈折率差が０．２〜０．５％であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光ファイバ。
【請求項６】
前記金属層の材質が、銅、ニッケル又はアルミニウムであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光ファイバ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の光ファイバを備えたことを特徴とする油井用センサ。
【請求項１】
純粋石英からなるコアの表面に、フッ素原子が添加された石英からなるクラッド、ポリイミド樹脂層及び金属層の順に積層されてなることを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
前記ポリイミド樹脂層の厚さが４〜２５μｍであることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項３】
前記金属層の厚さが１０〜６０μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバ。
【請求項４】
前記コアの外径が６〜１１μｍであり、且つ、前記クラッドの外径が１１０〜１３０μｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光ファイバ。
【請求項５】
前記コア中の水酸基の含有量が１．２ｐｐｍ以下であり、且つ、前記コアとクラッドとの間の比屈折率差が０．２〜０．５％であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光ファイバ。
【請求項６】
前記金属層の材質が、銅、ニッケル又はアルミニウムであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光ファイバ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の光ファイバを備えたことを特徴とする油井用センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２２２０５（Ｐ２０１１−２２２０５Ａ）
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６４８２７（Ｐ２００９−１６４８２７）
【出願日】平成２１年７月１３日（２００９．７．１３）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月１３日（２００９．７．１３）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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