JP2729112B2

JP2729112B2 - ハーメチックコート光ファイバの製造装置及び製造方法

Info

Publication number: JP2729112B2
Application number: JP3021042A
Authority: JP
Inventors: 晴彦相川; 勝也永山; 洋一石黒; 一朗吉村; 豊勝山; 信幸吉澤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1990-02-15
Filing date: 1991-02-14
Publication date: 1998-03-18
Anticipated expiration: 2013-03-18
Also published as: JPH04214049A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバ用のプリフ
ォームから紡糸された光ファイバにカーボン等の薄膜を
被覆してハーメチックコート光ファイバを得る製造装置
および製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】紡糸された裸ファイバにカーボンをハー
メチックコートする技術として、光ファイバを細径化す
る過程で光ファイバを高温の炭素質ガス雰囲気に晒し、
裸ファイバの表面にカーボンの薄膜を被覆する方法が知
られている（例えば特公昭３８−１０３６３号公報参
照）。

【０００３】また、欧州特許公開公報ＥＰ 0,308,143
（１９８９年０３月２２日公開）には、光ファイバ用の
プリフォームから光ファイバを紡糸する過程において、
細径化された高温の裸ファイバを炭素質ガス雰囲気中に
導入し、裸ファイバの表面にカーボンの薄膜を被覆して
カーボンによりハーメチックコートされた光ファイバを
得る方法が示されている。なお、この方法における実施
例として、２つの反応室を有する反応管を用い、それぞ
れの反応室に別々に原料ガスを導入し、カーボンの薄膜
をそれぞれの反応室で２回に分けて被覆する方法が示さ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来から、光ファイバ
の表面にカーボンによるハーメチックコートを施すと、
カーボン膜と光ファイバとの境界面で残留応力が生じた
り、カーボン膜表面に生ずる凸凹によってファイバの引
張強度が低下するという問題があった。

【０００５】しかし、上述した従来の技術では、一反応
室内における原料ガスの濃度や組成等の反応条件は一定
に保たれているので、裸ファイバ上に形成されるカーボ
ン膜は均一な性質を有することとなる。

【０００６】また、上述の技術のように反応室を２個、
あるいはそれ以上設け、それぞれに対し原料ガス雰囲気
を変えてカーボンコーティングを施すと、それぞれの反
応室でファイバ温度も異なるため、異質の膜が界面を有
して生成する。このため、その異質相界面で残留応力に
よるひずみが生じたりして強度向上が望めない。

【０００７】そこで、上述の事情に鑑み、本発明は裸フ
ァイバ上に形成されるハーメチックコート膜の性質を裸
ファイバの半径方向において連続的に変化させることを
目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は発明者等による
以下の知見に基づき案出されたものである。

【０００９】すなわち、原料ガスに炭化水素とハロゲン
化炭素を用い、ハロゲン化炭素の濃度を上げていくと、
形成されるカーボン膜の表面は滑らかになり、ファイバ
の引張強度が向上する。しかしながら、ハロゲン化炭素
濃度を上げるに従い、形成されるカーボン膜の密封効果
が低下する。そして、この結果に対し種々の検討を重
ね、反応室内で形成されるカーボン膜の性質は、基質温
度（裸ファイバの温度）と原料ガスの流量、組成、濃度
及び温度とに依存することを見出だし、これらを制御す
ることにより形成されるカーボン膜の性質を制御するこ
とに成功した。この成功を踏まえ、上述の目的を達成す
べく、以下のような特徴を有するハーメチックコート光
ファイバの製造装置及び製造方法を発明したのである。

【００１０】すなわち、本発明によるハーメチックコー
ト光ファイバの製造装置の特徴とするところは、裸ファ
イバにハーメチックコートを施す単一の反応室を備えて
おり、この反応室に原料ガスを導入する複数の導入管を
有し、この複数の導入管は反応室内を通過する裸ファイ
バの移動方向において互いに異なる位置にて反応管に対
して開口していることである。なお、複数の導入管から
単一の反応室内に導入される原料ガスの流量、組成、濃
度および温度のうち少なくとも１つを導入管毎に調整す
る調整手段を有していてもよいし、また、複数の導入管
のうちの少なくとも１つから原料ガスの代わりに不活性
ガスを反応室内に導入することとしてもよい。

【００１１】また、本発明によるハーメチックコート光
ファイバの製造方法の特徴とするところは、原料ガスが
導入されている単一の反応室内を通過する裸ファイバに
ハーメチックコートを施す場合に、単一の反応室内にお
ける原料ガスの流量、組成、濃度および温度のうち少な
くとも１つを裸ファイバの移動方向に沿って連続的に変
化させていることである。

【００１２】

【作用】このようにすることにより、本発明によれば、
光ファイバが通過する間にこれにハーメチックコートを
施す反応室内における原料ガスの流量、組成、濃度およ
び温度のうち少なくとも１つを、反応室内に導入された
裸ファイバの移動方向に沿って連続的に変化させること
ができ、これにより、裸ファイバの半径方向において膜
質が連続的に変化するハーメチックコート膜を裸ファイ
バに被覆できるようになる。

【００１３】これは、次のような原理に基づく。すなわ
ち、単一の反応室内に原料ガスとして炭化水素とハロゲ
ン化炭素とを導入した場合に、炭化水素の濃度を高くす
ると成膜可能な温度は高くなり、また、これによって得
られる膜の性質は密封効果に富んだものとなる。これに
対して、脱水素作用を有するハロゲン化炭素の濃度を高
くすると反応温度は低下し、表面が滑らかでファイバの
初期強度を高めるカーボン膜が得られる。

【００１４】また、成膜速度はファイバ温度が高く、原
料ガス流量が多いほうが速くなる傾向がある。

【００１５】かかる原理によれば、高温の裸ファイバが
導入される側（裸ファイバの移動方向における上流側）
に炭化水素濃度の高い原料ガスを供給し、裸ファイバの
温度が下がるに連れて（裸ファイバの移動方向における
下流側に移るに従って）ハロゲン化炭素の濃度が高い原
料ガスを供給すると同時に、原料ガスの供給量を増加さ
せることにより、充分な膜厚を得、裸ファイバとカーボ
ン膜の境界面には構造が緻密で密封効果の高いカーボン
膜を形成し、その上に表面が滑らかなカーボン膜を明確
な境目なく無段階的に形成することも可能となる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例について図１を参照し
つつ、説明する。

【００１７】図１は本発明によるハーメチックコート光
ファイバの製造方法に適用される装置であって、本発明
によるハーメチックコート光ファイバの製造装置の一実
施例を概略的に示している。図示したように、裸ファイ
バ１は線引き装置１０にて光ファイバ用プリフォーム２
を線引きして形成される。プリフォーム２から線引きさ
れた裸ファイバ１は、ハーメチックコート装置２０にそ
のまま導入され、ここで例えばカーボンによりハーメチ
ックコートされてハーメチックコート光ファイバ３とさ
れる。更に、このハーメチックコート光ファイバ３は線
径測定装置３５および冷却装置４０を経て樹脂塗布装置
５０に送られ、樹脂コート光ファイバ５とされる。そし
て、この樹脂コート光ファイバ５はキャプスタンを経由
してそのままドラム（図示せず）に巻き取られるか、あ
るいはナイロン等の外被が施された後ドラムに巻き取ら
れる。

【００１８】プリフォーム２はアーム（図示せず）に保
持された状態で線引き装置１０を構成する炉心管１１内
に吊り下げられる。この炉心管１１は線引き炉１２にセ
ットされており、この線引き炉１２はプリフォーム２の
下端を加熱、溶融するためのヒータ１３を有している。
線引き炉１２としては、公知の電気炉や高周波加熱炉を
用いることができ、水素分子やダストを発生しないもの
が望ましい。このような線引き装置１０により、プリフ
ォーム２からこれとほぼ相似の屈折率分布を有する裸フ
ァイバ１が紡糸され、ハーメチックコート装置２０にそ
のまま送られる。

【００１９】ハーメチックコート装置２０は反応管２１
と冷却ジャケット２２を有している。反応管２１の内部
は仕切り壁２３ａおよび２３ｂにより、単一の反応室２
５と、これを間に挾むようにして形成された２つのシー
ルチャンバー２６とに仕切られている。仕切り壁２３
ａ、２３ｂにはそれぞれその中央部にファイバが通過す
る孔２４ａ、２４ｂが穿設されている。シールチャンバ
ー２６にはこれに開口した導入管２６ａを通じて窒素Ｎ
₂，Ａｒ等のシールガスが供給される。また、反応室２
５には複数の導入管２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄお
よび排気管２５ｅが反応室２５内を通過する裸ファイバ
１の移動方向において互いに異なる位置に開口してい
る。原料ガスは導入管２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ
を介して反応室２５内に供給され、排気管２５ｅを介し
て排気されるようになっている。反応室２５へ供給され
る原料ガスの流量、組成、濃度および温度は、各導入管
毎に設置された調整手段２７により独立して調整され
る。したがって、反応室２５内における原料ガスの流
量、組成、濃度および温度のうち少なくとも１つを、反
応室２５内を通過する裸ファイバ１の移動方向に沿って
連続的に変化させることができるようになっている。

【００２０】反応室２５の構造は、裸光ファイバ１に吹
き付けられる原料ガスの変化を緩和するために、複数管
を内部に備えた多重管構造にしてもよい。図２は本発明
の他の実施例として、二重管構造の反応室を裸光ファイ
バの移動方向に沿って切断した縦断面図を示す。反応室
２５の内部には表面に小孔が多数形成された内管２５ｆ
が配置されている。この二重管構造としては、内径４０
mmの反応管に対して、肉厚１．５mm、内径２５mm、小孔
径１〜２mm、ピッチ間隔５mmの石英管を例えば使用する
ことができる。裸光ファイバ１は、この内管２５ｆの中
心軸に沿って移動する。したがって、原料ガスは小孔を
通過した後に裸光ファイバ１の表面に吹き付けられる。
そのため、原料ガスの上流側および下流側における
ガス粒子の速度格差は均一化され、原料ガスは成膜
の深さ方向において裸ファイバに均一に供給される。し
たがって、特に導入管（２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５
ｄ、２５ｅ）の開口が円周方向に対称に配置されていな
い場合でも、原料ガス雰囲気の変化が緩和され、裸ファ
イバ１の円周方向に均一な成膜が実現できる。

【００２１】調整手段２７は各種の原料ガス（例えば、
エチレン、アセチレン等の炭化水素や四塩化炭素等のハ
ロゲン化炭素、ハロゲン化炭化水素、クロロホルムある
いはトリクロロエチレン）及びこれ等の希釈ガスとして
用いられる不活性ガスＮ₂，Ｈｅ，Ａｒ等の供給源（図
示せず）に連通するマスフローバルブ２８ａ、２８ｂ、
２８ｃと、これらのマスフローバルブを通過したガスの
流量を計測するマスフローメータ２９ａ、２９ｂ、２９
ｃと、各マスフローメータを通過したガスを混合する混
合室３０とから構成されている。この混合室３０には内
部ガスの温度を測定する温度計と内部ガスを加熱するヒ
ータなどの温度調節装置が取り付けられている。そのた
め、マスフローバルブにより各導入管２５ａ、２５ｂ、
２５ｃ、２５ｄを通じて反応室２５内に供給される原料
ガスの流量、組成、濃度および温度を各導入管毎に独立
して調整できるようになっている。このようにして、そ
の組成等が調整された原料ガスは混合室３０で完全に混
合された後、反応室２５内に供給される。なお、調整手
段２７の調整により、導入管２５ａ〜２５ｄのうちの少
なくとも１つから不活性ガスだけを反応室２５内に供給
することも可能であり、これによって反応室２５内の原
料ガスの濃度を裸ファイバ１の移動方向に沿って連続的
に変化させることも可能である。

【００２２】また、反応室２５内に導入される原料ガス
に水素あるいは塩素を混合して原料ガス中の水素原子あ
るいは塩素原子の含有量を調整してもよい。

【００２３】反応室２５を覆うように反応管２５のまわ
りに取り付けられた冷却ジャケット内２２には、導入管
２２ａからヘリウム、窒素、空気等の気体、あるいは、
水、アルコール等の液体が冷媒として供給され、排出管
２２ｂから排出されて循環するようになっており、反応
管２１の反応室２５に面した側壁が一定温度に維持され
るようになっている。

【００２４】ハーメチックコート装置２０の直下に配置
された線径測定装置３５は、ハーメチックコート光ファ
イバ３の外径をレーザ光により測定するもので、この測
定値に応じて裸ファイバ１の線径が制御される。更に、
その直下に設けられた冷却装置４０は、ハーメチックコ
ート光ファイバ３を例えば７０℃まで冷却するのに用い
られる。この冷却装置４０は、例えば長さが３０cm、内
径が１．５cmの筒体で構成され、その内部には冷却用の
ヘリウムガスが毎分１０リットルの割合で供給される。
その冷却装置４０の直下に配設された樹脂塗布装置５０
はダイス５１により構成され、この中には樹脂５２が満
たされている。従って、ハーメチックコート光ファイバ
３はこのダイス５１を通過する過程で樹脂５２が塗布さ
れ、樹脂コート光ファイバ１３となる。

【００２５】次に、上述した装置を用いて裸ファイバ１
にカーボンによるハーメチックコートを施した場合の実
験結果について説明する。

【００２６】この実験においては、炭化水素系の原料ガ
スとしてエチレンＣ₂Ｈ₄をハロゲン化炭素系の原料ガ
スとして四塩化炭素ＣＣｌ₄を用いた。四塩化炭素ＣＣ
ｌ₄は常温常圧下で液体であるので、蒸発器で３０℃
（一定）に保ち蒸発させ、ヘリウムＨｅをキャリヤガス
として使用した。また、希釈ガスには窒素Ｎ₂ガスを用
いた。そして、導入管２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ
から反応室２５内に供給される原料ガスの組成及び流量
を表１のように設定した。

【００２７】

【表１】これにより、反応室内には、高温の裸ファイバが導入さ
れる側（上流側）に炭化水素濃度の高い原料ガスが供給
され、裸ファイバの移動方向に沿って下流側に移るに従
い徐々にハロゲン化炭素濃度の高い原料ガスが供給され
るようになる。

【００２８】また、裸ファイバの線引き速度を１５０m/
min とし、反応管壁温度を１００℃に保ち、２つのシー
ルチャンバー２６へのシールガス（Ｎ₂）の投入量をそ
れぞれ３リットル／min とした。

【００２９】このような条件下で線引き及びカーボンに
よるハーメチックコートを行うと、裸ファイバとカーボ
ン膜の境界面には構造が緻密で密封効果の高いカーボン
膜が形成され、その上に表面が滑らかなカーボン膜が明
確な境目なく無段階的に形成される。この結果、得られ
たハーメチックコート光ファイバの初期強度の平均値は
６．０kgf 以上で、カーボンによるハーメチックコート
が行われていない通常の光ファイバと同等かそれ以上の
引張強度が得られた。これは従来のカーボンコート光フ
ァイバと比べると、約２０％高い値である。また、疲労
特性を示すパラメータであるｎ値は１００以上と非常に
高い疲労特性を有しており、更に、水素雰囲気（８０
℃、１atm ）中に２０時間晒して放置した後の水素によ
る伝送損失（１．２４μｍ）の増加は全くなく、非常に
良好な耐水素特性を示した。

【００３０】比較のため、図１に示した装置の導入管２
５ｂ、２５ｃ、２５ｄを閉じ、導入管２５ａだけから原
料ガスを反応室２５内に供給して得られたカーボンコー
ト光ファイバの特性を以下に示す。

【００３１】（１）原料ガスとしてエチレンＣ₂Ｈ₄を２００cc/
min 、ＣＣｌ₄キャリヤガス（Ｈｅ）を３００cc/ min
の割合で反応室内に供給した場合には、引張強度：４．５〜５．０kgf 疲労指数（ｎ値）：１００以上水素による伝送損失増：０ｄＢ／ｋｍとなり、（２）原料ガスとしてエチレンＣ₂Ｈ₄を１００cc/
min 、ＣＣｌ₄キャリヤガス（Ｈｅ）を４００cc/ min
の割合で反応室内に供給した場合には、引張強度：６．０〜６．５kgf 疲労指数（ｎ値）：１００以上水素による伝送損失増：０．１〜０．４ｄＢ／
km となった。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
裸ファイバの半径方向において性質が連続的に変化する
ハーメチックコート膜を裸ファイバ上に形成することが
できる。したがって、密封効果の高いカーボン膜と、表
面が滑らかで引張強度を高めることができる。また、密
封効果の低いカーボン膜とを無段階に複合的に組み合わ
せて形成される傾斜機能形のカーボン膜を裸ファイバ上
に析出させることもでき、これにより、引張強度、疲労
特性および耐水素特性共に優れたハーメチックカーボン
コート光ファイバを得ることも可能となる。

【００３３】さらに、調節手段を設けることにより、例
えば不活性ガスだけを反応室内に供給することも可能に
なり、裸光ファイバにおける成膜設計の自由度が高くす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるハーメチックコート光ファイバの
製造方法に適用される装置であって、本発明によるハー
メチックコート光ファイバの製造装置の一実施例を概略
的に示した図である。

【図２】本発明によるハーメチックコート光ファイバの
製造装置の他の実施例を概略的に示した図である。

【符号の説明】

１…裸ファイバ、２…プリフォーム、３…ハーメチック
コート光ファイバ、５…樹脂コート光ファイバ、１０…
線引き装置、２０…ハーメチックコート装置、２１…反
応管、２２…冷却ジャケット、２３ａ、２３ｂ…仕切り
壁、２４ａ、２４ｂ…孔、２５…反応室、２５ａ、２５
ｂ、２５ｃ、２５ｄ…導入管、２５ｅ…排気管、２５ｆ
…内管、２６…シールチャンバー、２７…調整手段、２
８ａ、２８ｂ、２８ｃ…マスフローバルブ、２９ａ、２
９ｂ、２９ｃ…マスフローメータ、３０…混合室、３５
…線径測定装置、４０…冷却装置、５０…樹脂塗布装
置。

フロントページの続き (72)発明者石黒洋一神奈川県横浜市栄区田谷町１番地住友電気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者吉村一朗神奈川県横浜市栄区田谷町１番地住友電気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者勝山豊東京都千代田区内幸町一丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (72)発明者吉澤信幸東京都千代田区内幸町一丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (56)参考文献特開平１−317137（ＪＰ，Ａ) 特開平２−212340（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】裸ファイバおよび原料ガスが導入される
単一の反応室を備え、この反応室内を裸ファイバが通過
する間に裸ファイバにハーメチックコートを施してハー
メチックコート光ファイバを製造する装置であって、前
記反応室に原料ガスを導入する複数の導入管を有してお
り、前記複数の導入管は前記反応室を通過する裸ファイ
バの移動方向において互いに異なる位置にて前記反応室
に対して開口していることを特徴とするハーメチックコ
ート光ファイバの製造装置。
【請求項２】前記複数の導入管を通じて前記反応室内
に導入される原料ガスの流量、組成、濃度および温度の
うち少なくとも１つを導入管毎に独立して調整する調整
手段を備えていることを特徴とする請求項１記載のハー
メチックコート光ファイバの製造装置。
【請求項３】前記原料ガスの濃度は希釈ガスの混入量
を変えることにより調整されることを特徴とする請求項
１又は２記載のハーメチックコート光ファイバの製造装
置。
【請求項４】前記複数の導入管のうち少なくとも１つ
は原料ガスの代わりに不活性ガスを前記反応室内に導入
することを特徴とする請求項１、２又は３記載のハーメ
チックコート光ファイバの製造装置。
【請求項５】前記反応室が、表面に多数の小孔を有
し、前記裸ファイバが内部を通過する内管を内部に備え
ていることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の
ハーメチックコート光ファイバの製造装置。
【請求項６】原料ガスが導入される単一の反応室に裸
ファイバを導入し、裸ファイバが前記反応室内を通過す
る間に裸ファイバにハーメチックコートを施してハーメ
チックコート光ファイバを製造する方法であって、前記
反応室内における原料ガスの流量、組成、濃度および温
度の少なくとも１つが前記反応室内を通過する裸ファイ
バの移動方向に沿って連続的に変化させられていること
を特徴とするハーメチックコート光ファイバの製造方
法。
【請求項７】前記反応室に導入される原料ガスはエチ
レン、アセチレン、ハロゲン化炭素、ハロゲン化炭化水
素、若しくはこれらのうちの２種類以上の組み合わせで
あることを特徴とする請求項６記載のハーメチックコー
ト光ファイバの製造方法。
【請求項８】前記反応室に導入される原料ガスには塩
素又は水素が混合されていることを特徴とする請求項６
又は７記載のハーメチックコート光ファイバの製造方
法。
【請求項９】前記裸ファイバにはカーボン膜がハーメ
チックコートされることを特徴とする請求項６、７又は
８記載のハーメチックコート光ファイバの製造方法。