JP2796166B2 - 光ファイバの製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、表面に炭素被膜が形成された光ファイバ
を製造する装置に関し、特に長手方向に沿って均質な炭
素被膜を有する光ファイバの製造が可能とするものであ
る。

［従来の技術］ 石英系光ファイバは、水素と接触するとファイバ内に
拡散した水素分子の分子振動に起因する吸収損失が増大
し、さらにドーパントとして含有されているP₂O₅、Ge
O₂.B₂O₃などが水素と反応しOH基としてファイバガラス
内に取り込まれるため、OH基の吸収による伝送損失も増
大してしまう問題があった。

このような弊害に対処するため、水素吸収能を有する
液状の組成物を光ケーブル内に充填する方法（特願昭61
−251808号）などが考えられているが、その効果が不十
分であるうえ、構造が複雑となって経済的にも問題があ
る。

このような問題を解決するため、最近化学気相成長法
（以下、CVD法と略称する）によって光ファイバ表面に
炭素被膜を形成し、これによって光ファイバの耐水素特
性を向上させうることが発表されている。

この方法は紡糸炉で紡糸された光ファイバ裸線を加熱
炉内に挿入すると共に、炭化水素化合物等の原料化合物
を不活性ガス等によりガス化するとともに希釈してなる
原料ガスを供給し、この原料ガスを熱分解させて光ファ
イバ裸線表面に炭素被膜を形成させる方法である。

従来、上記CVD法により光ファイバ裸線表面に炭素被
膜を形成するには、第３図に示したような装置が用いら
れている。

第３図中、符号１は光ファイバ裸線である。光ファイ
バ裸線１は、光ファイバ母材（図示せず）を光ファイバ
紡糸炉２内で溶融紡糸したもので、光ファイバ裸線１は
紡糸されると共に、光ファイバ紡糸炉２の下段に設けら
れたCVD反応炉３内へ供給されるようになっている。

このCVD反応炉３は、上段の光ファイバ紡糸炉２内で
紡糸された光ファイバ裸線１表面に炭素被膜をCVD法に
よって形成するためのものであって、その内部にてCVD
反応を進行させる概略円筒状の反応管４と、この反応管
４を加熱する発熱体５とから構成されている。

この反応管４の上部には反応管４内へ原料化合物を供
給するための原料ガス供給管６が、下部には未反応ガス
や副生成物等を排気する排気管７が、それぞれ取り付け
られている。さらに反応管４の上部と下部には、それぞ
れ反応管４をシールするためのガスシール機構８、８が
接続されている。

またこのCVD反応炉３の下段には、樹脂液塗布装置９
と硬化装置10とが連続して設けられており、上記CVD反
応炉３内で光ファイバ裸線１に形成された炭素被膜上に
保護被覆層が形成できるようになっている。

［発明が解決しようとする課題］ ところでCVD反応による炭素被膜の形成に用いられる
原料ガスは、常温で液体または固体の原料化合物を不活
性ガス等によりガス化したものであることが多い。した
がって原料ガス中の原料化合物濃度は原料ガスの温度に
依存している。そして光ファイバ裸線１表面に均質な炭
素被膜を形成するには、反応管４への原料ガス温度が一
定であることが重要である。

ところが第３図に示した製造装置にあっては、原料ガ
ス供給管６から直接CVD反応炉３内に原料ガスを供給す
るために、原料ガスの温度ひいては原料化合物濃度の定
常化は難しかった。そのために光ファイバの長手方向に
沿って均質な炭素被膜を形成することが難しいという問
題があった。

この発明は上記課題を解決するためになされたもので
あって、光ファイバの長手方向に沿って均質な炭素被膜
を形成可能な光ファイバの製造装置を提供することを目
的としている。

［課題を解決するための手段］ この発明の光ファイバの製造装置は、一端に原料ガス
供給管が、他端に排気管がそれぞれ接続され、原料ガス
を熱分解して光ファイバ裸線表面に炭素被膜を形成する
反応管の外周に、反応管を加熱する発熱体が配設されて
なる光ファイバの製造装置において、原料ガスを送給す
る内管と、この内管を包囲する外管と、上記内管と外管
との間に流動せしめられる熱媒体とからなる調温装置を
上記原料ガス供給管に接続したことを解決手段とした。

［作用］ 内管と外管との間に熱媒体を流動せしめ、内管内を送
給される原料ガスの温度変化を上記熱媒体により緩和す
るようにした。その結果、原料ガスの温度変化を小さく
抑えることができるようになり、光ファイバの長手方向
に沿って均質な炭素被膜を形成することができる。

また特に、原料化合物を不活性ガス中に飽和蒸気圧で
希釈して用いる場合には、原料ガスの温度を制御するこ
とにより、その濃度管理を同時に行うことができる。

以下、この発明を詳しく説明する。

第１図はこの発明の光ファイバの製造装置の一例を示
したものである。第１図に示した装置が第３図に示した
ものと異なるところは、原料ガス供給管６に調温装置11
を接続したところである。その他の同一部分には、同一
符号を付して説明を省略する。

調温装置11は、第２図に示したように、二又管12の一
端12aに二重壁管13が接続されて概略構成されるもので
ある。

二又管12の他端12bにはコネクタ14が取り付けられて
おり、原料ガス供給管６に接続されている。また二又管
12の残りの一端12cにはドレイン15が接続されており、
二重壁管13内で液化した原料化合物を排出、除去できる
ようになっている。

二重壁管13は内管13aと、この内管13aを包囲し、両端
に熱媒体供給口13cと熱媒体排出口13dとが形成された外
管13bとからなり、内管13a内を原料ガスが送給されるよ
うになっている。そして内管13aと外管13bとの間に形成
された空隙部内には熱媒体Ｌが流動せしめられている。
この熱媒体Ｌは上記空隙部内に外管13bに形成された熱
媒体供給口13cから流入され、熱媒体排出口13dから流出
される。これにより内管13aを一定温度に保ち、内管13a
内を送給される原料ガスの温度を一定に保てるようにな
っている。

この熱媒体Ｌは熱容量の大きな流体であれば特に限定
されるものではなく、シリコーンオイル、メチルアルコ
ール、エチルアルコール、水、機械油、絶縁油等の液体
のほか、空気等の気体を用いることができる。これら熱
媒体Ｌは、目的とする保持温度および原料ガスの流速等
によって適宜選択して用いることができる。

このような調温装置11を原料ガス供給管６に接続する
ことにより、CVD反応炉３内に供給される原料ガスの温
度および濃度の安定化を図れるのは以下の通りである。

二重壁管13の内管13aと外管13bとの間に、一定温度の
熱媒体Ｌを流動させると、内管13a内はこの温度に保持
される。一定温度に保持されたこの内管13aよりも高温
の原料ガスが送給されると、原料ガスは流動する熱媒体
Ｌによって冷却される。また逆に原料ガスの温度が低温
である場合には、熱媒体Ｌによって加熱され、一定温度
の原料ガスを供給できるようになる。

そして特に原料ガスとして、常温で液体または固体の
原料化合物を不活性ガス等のキャリアガスでガス化して
用いる場合には、原料化合物の飽和蒸気圧の濃度で定常
状態となった原料ガスを供給できるという利点がある。
すなわち原料ガス中に含まれている原料化合物のうち、
熱媒体Ｌの設定温度における飽和蒸気圧を越える分は内
管13aにて液化する。よって原料ガス中の原料化合物濃
度を常に設定温度の飽和蒸気圧の濃度とすることができ
るわけである。

したがってCVD反応炉３内に供給される原料ガスは、
温度が一定であるのみならず濃度も一定とすることがで
きるので、光ファイバの長手方向に沿って均質な炭素被
膜の形成が可能となる。

このような製造装置を用い、光ファイバ裸線１表面に
炭素被膜を形成するには、以下の工程による。

光ファイバ母材を光ファイバ紡糸炉２内で溶融紡糸す
ると共に、光ファイバ紡糸炉２の下段に設けられたCVD
反応炉３、樹脂液塗布装置９、硬化装置10内へ挿通し、
これらの中心軸上を所定の線速で走行するように供給す
る。

ついで発熱体５を発熱させて反応管４内を所定温度に
加熱すると共に、調温装置11を経て一定温度とされた原
料ガスを原料ガス供給管６より反応管４内へ供給する。
調温装置11へは一定温度とされた熱媒体Ｌを内管13aと
外管13bとの間で所定流速で流動せしめる。

この原料ガスに用いられる炭化水素化合物は、熱分解
によって炭素被膜を形成するものであれば特に限定され
るものではなく、たとえばメタン、エタン、プロパン、
エチレン、アセチレン、ペンタン、ヘキサン等の脂肪族
炭化水素のほか、ベンゼン、ナフタリン等の芳香族炭化
水素を用いることができる。これら原料化合物が液体あ
るいは固体である場合には、不活性ガス等によってガス
化することにより原料ガスとすることができる。

原料ガスの供給速度および温度はその種類およびその
混合比率やCVD反応炉３の加熱温度等によって適宜選択
されるが、通常は0.2〜1.0／分程度が好適である。

反応管４内の温度は、原料ガスの種類や紡糸速度等に
よって適宜選択できるが、炭化水素化合物の熱分解に十
分な温度であれば良く、500〜1100℃程度が好適であ
る。加熱温度を500℃以下にすると炭化水素化合物の熱
分解が進行せず、また1100℃以上にすると副生成物の煤
が多量に発生すると共に、光ファイバ裸線１表面に形成
される炭素被膜の構造が黒鉛構造に近くなり、十分な耐
水素特性が得られなくなるので好ましくない。またこの
副生成物の煤の発生を防止する目的で、加熱温度は原料
化合物の熱分解温度よりもごく僅かに低温に設定してお
くことが望ましい。

このようにして炭素被膜が形成された光ファイバ裸線
１を、下段に設けられた樹脂液塗布装置９内へ導入し、
ついで樹脂液を硬化させる硬化装置10内へ挿通する。樹
脂液塗布装置９内へ挿通された光ファイバ裸線１は、保
護被覆層を形成するための紫外線硬化樹脂液あるいは熱
硬化型樹脂液等が塗布され、ついで塗布された樹脂液に
好適な硬化条件を有する硬化装置10内で硬化されて保護
被覆層が形成される。

上記のように、原料ガスを調温装置11を経て供給する
と、常に一定温度の原料ガスを反応管４内に供給するこ
とができ、反応管４内の温度分布が変化することがない
ので、光ファイバの長手方向に沿って均質な炭素被膜を
形成することができる。

さらに調温装置11内を送給された原料ガスは、その設
定温度にて飽和蒸気圧となるので、一定濃度にて供給さ
れることとなり、長手方向に沿って均質な炭素被膜を形
成する上で非常に有効である。

またこのような原料ガスを熱分解して得られた炭素被
膜は緻密な構造を有するものであるので、得られた光フ
ァイバは耐水素特性にも優れたものとなる。

なおこの例では光ファイバ裸線１表面に単一の炭素被
膜を形成したが、光ファイバ裸線１表面に形成する炭素
被膜の層数はこれに限られるものではなく、２層以上の
炭素被膜を連続して形成しても良い。

さらにこの例では炭素被膜上に単一の保護被覆層を形
成したが、この保護被覆層の層数もこれに限られるもの
ではなく、複数の保護被覆層を形成しても良い。

［実施例］ （実施例１） 光ファイバ母材から光ファイバ裸線を紡糸する紡糸炉
の下段に、石英管の反応管を有する抵抗CVD反応炉を取
り付けた。さらに石英からなる二重壁管を用意し、内管
と外管との間に30℃に保温されたシリコーンオイルを流
動せしめて調温装置としたものを、上記反応管の原料供
給口に接続して第１図に示したと同様の光ファイバの製
造装置とした。

紡糸炉内にGeO₂がドープ剤として含浸されたコア部を
有する外径30mmの単一モード光ファイバ母材を設置し
た。この光ファイバ母材を2000℃に加熱して、60m/分の
紡糸速度で外径125μｍの単一モード光ファイバに紡糸
した。さらに抵抗CVD反応炉内を1300℃に加熱した。約1
0vol％にヘリウムガスでガス化したベンゼンを調温装置
内に導入し、原料ガス供給口より反応管内に30℃の温度
に保たれた原料ガスを５／分の流量で供給し、光ファ
イバ裸線表面に炭素被膜を形成した。そして副生成物と
未反応物とは排気管から−6mmHgの排気圧で除去した。

さらに樹脂コート用ダイスポット内にウレタンアクリ
レート樹脂液（ヤング率70kg/mm²、伸び60％）を封入
し、この中に上記工程にて炭素被膜が形成された光ファ
イバを挿通して、その表面に紫外線硬化型樹脂液を塗布
した後、紫外線ランプを照射して上記樹脂液を硬化させ
て、外径が約250μｍの光ファイバを製造した。

（実施例２） 紡糸速度を100m/分とし、原料ガスのベンゼン濃度を2
0vol％とした以外は、実施例１と全く同様にして光ファ
イバを製造した。

（比較例１） 調温装置を用いずに原料ガスを直接反応管に供給した
以外は、実施例１と全く同様にして光ファイバを製造し
た。

（比較例２） 調温装置を用いずに原料ガスを直接反応管に供給した
以外は、実施例２と全く同様にして光ファイバを製造し
た。

（試験例１） 上記実施例１、実施例２、比較例１および比較例２で
得られた各光ファイバを、長さ1kmで直径150mmの束状態
にし、水素分圧1atm、温度80℃の耐水素特性評価用加圧
容器内に48時間放置した。この後の波長1.24μｍにおけ
る伝送損失の増加量（dB/km）を測定した。この結果を
第１表に示した。

（試験例２） 光ファイバ裸線表面に形成された炭素被膜の付着量を
調べる目安として、実施例１、実施例２比較例１および
比較例２の各光ファイバ表面の電気抵抗値（ｋΩ/cm）
を測定した。電気抵抗値の測定は２端子法により行い、
測定箇所は各光ファイバ1kmに対して50m間隔にて計21箇
所づつ測定し、この分布を調べた。この結果を第１表に
合わせて示した。なお炭素被膜は導電性であるために、
炭素被膜の電気抵抗値が小さい程、多量の炭素被膜が付
着していることを示す。

以上の結果から、この発明の製造方法による実施例
１、実施例２の各光ファイバはいずれも電気抵抗値が小
さく、炭素被膜が多量に析出しているために、耐水素特
性が良好となっている。さらに電気抵抗値の偏りも小さ
く、光ファイバの長手方向に沿って均質な膜が形成され
ていることが確認できた。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明の光ファイバの製造装
置は、一端に原料ガス供給管が、他端に排気管がそれぞ
れ接続され、原料ガスを熱分解して光ファイバ裸線表面
に炭素被膜を形成する反応管の外周に、反応管を加熱す
る発熱体が配設されてなる光ファイバの製造装置におい
て、原料ガスを送給する内管と、この内管を包囲する外
管と、上記内管と外管との間に流動せしめられる熱媒体
とからなる調温装置を上記原料ガス供給管に接続したも
のなので、一定温度の原料ガスを反応管内へ供給するこ
とができる。よって反応管内の温度分布が変化すること
がないので、光ファイバの長手方向に沿って均質な炭素
被膜を形成することができる。

さらに調温装置により原料ガス中の原料化合物濃度を
も一定に保つことが可能となり、均質な炭素被膜を形成
する点で有用である。

またこの発明の製造装置で得られた光ファイバは、そ
の表面に水素透過阻止能力を有する炭素被膜が形成され
たものであるので、耐水性特性に優れた光ファイバを得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の光ファイバの製造装置の一例を示し
た概略構成図、第２図は調温装置の一例を示した概略構
成図、第３図は従来の光ファイバの製造装置を示した概
略構成図である。 １……光ファイバ裸線、 ３……CVD反応炉、 ４……反応管、 ５……発熱体、 ６……原料ガス供給管、 ７……排気管、 11……調温装置、 13a……内管、 13b……外管。

フロントページの続き (72)発明者 大橋 圭二 千葉県佐倉市六崎1440番地 藤倉電線株 式会社佐倉工場内 (72)発明者 荒木 真治 千葉県佐倉市六崎1440番地 藤倉電線株 式会社佐倉工場内 (72)発明者 鈴木 秀雄 千葉県佐倉市六崎1440番地 藤倉電線株 式会社佐倉工場内 (72)発明者 勝山 豊 東京都千代田区内幸町１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２−208244（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−160645（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C03C 25/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一端に原料ガス供給管が、他端に排気管が
   それぞれ接続され、原料ガスを熱分解して光ファイバ裸
   線表面に炭素被膜を形成する反応管の外周に、反応管を
   加熱する発熱体が配設されてなる光ファイバの製造装置
   において、 原料ガスを送給する内管と、この内管を包囲する外管
   と、上記内管と外管との間に流動せしめられる熱媒体と
   からなる調温装置を上記原料ガス供給管に接続したこと
   を特徴とする光ファイバの製造装置