JP3039949B2 - 光ファイバの製造方法 - Google Patents

光ファイバの製造方法

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真治 荒木
秀雄 鈴木
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  • Surface Treatment Of Glass Fibres Or Filaments (AREA)

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【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野] この発明は、その表面に炭素被膜が形成された光ファ
イバの製造方法に関し、原料化合物を限定することによ
り、耐水素特性と機械的強度とに優れた光ファイバが得
られるようにしたものである。 [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CVD反応炉内に挿入
すると共に、炭化水素化合物等から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。 ところで上記光ファイバの製造方法において、原料ガ
スとして炭化水素化合物を用いると熱分解反応の際に、
炭素被膜の他に多種の副生成物が発生する。これら副生
成物は水素ラジカル、プロトン、水素分子等(以下、こ
れらを総称して水素ラジカル等という。)であり、これ
らの副生成物が光ファイバ内に拡散されると光ファイバ
の強度低下および伝送損失の増加の原因となるシラノー
ル基(Si−OH)が生成される。 そしてこの副生成物の発生を抑制することによりシラ
ノール基の生成を防止する方法として、原料ガスとして
ハロゲン化炭化水素を用いる方法が本出願人によって既
に提案されている。 この方法はハロゲン化炭化水素の熱分解によって発生
するハロゲンラジカル、ハロゲンイオンおよびハロゲン
分子等(以下、これらを総称してハロゲンラジカル等と
いう。)によって、シラノール基の生成原因となる水素
ラジカル等を捕捉してハロゲン化水素とするものであ
る。 [発明が解決しようとする課題] しかしながら上記の方法では、水素ラジカル等の発生
量がハロゲンラジカル等の発生量よりも多い場合にはシ
ラノール基の生成をなくすことができないという不都合
があった。 さらに発生するハロゲンラジカル等が全て水素ラジカ
ル等と反応するわけではなく、シラノール基生成の抑制
作用がいまだ十分でないという不満があった。 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、シラノール基の生成を抑制することにより、耐
水素特性に優れた高強度の光ファイバが得られる方法を
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] 請求項1に記載した発明は上記課題を解決するため
に、原料ガスを熱分解させて光ファイバ裸線表面に炭素
被膜を形成する光ファイバの製造方法において、上記原
料ガスがベンゼンと塩素ガスとの混合ガスであり、ベン
ゼン中の水素の化学当量Aと塩素ガス中の塩素の化学当
量Bとの比率B/Aを0.3〜1.4としたものである。
【作用】
ベンゼンが熱分解して生成する水素ラジカル等を、塩
素が熱分解して生成する塩素ラジカル等が捕捉し、塩化
水素とするので、シラノール基の生成が抑えられる。 また、水素と塩素の化学当量を定めることによって水
素ラジカルを過不足なく捕捉できる。 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方法に好適に用
いられる光ファイバ製造装置の一例を示したものであ
る。第1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内で加熱紡糸したもので、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方に
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
等を排気する排気管7が、それぞれ取り付けられてい
る。 原料ガス供給管6には、第2図および第3図にそれぞ
れ示したような混合装置11が接続されている。この混合
装置11は二又管からなっており、分岐管11aと11bとから
それぞれベンゼンと塩素ガスとキャリアガスとしての不
活性ガスを供給し、混合ガスとして原料ガス供給管6に
接続された分岐管11cから排出できるようになってい
る。原料ガス供給管6にこのような混合装置11を接続す
ることにより、原料ガスのベンゼンと塩素ガスとの混合
比率を自在かつ容易に調整することが可能である。 さらに上記反応管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。 反応管4と、これを加熱する発熱体5とは、加熱温度
等によって適宜選択することができ、抵抗CVD反応炉、
誘導CVD反応炉、赤外線CVD反応炉等を用いることができ
るほか、発熱体5には高周波またはマイクロ波を用いて
プラズマを発生させて原料化合物をイオン分解させるよ
うなものを用いることもできる。 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。 上記製造装置を用い、この発明の製造方法に沿って光
ファイバを製造するには、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内で加熱紡糸す
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、原料ガス供給管6より原料ガスを反応
管4内へ供給する。原料ガスは第2図および第3図に示
したような混合装置11を経て、ベンゼンと塩素ガスとが
不活性ガス中に所定濃度で混合されるようにする。 原料ガスの供給速度はベンゼンと塩素ガスの種類およ
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。 ベンゼンと塩素ガスとの混合比率は、ベンゼン中の水
素の化学当量Aと塩素ガス中の塩素の化学当量Bとの比
率B/Aが0.3〜1.4となるようにすることが好ましい。こ
の当量比B/Aが0.3未満であると、塩素が不足し、ベンゼ
ンが熱分解した際に発生する水素ラジカル等を完全に捕
捉してシラノール基の生成を抑制することができない。
また当量比B/Aが1.4よりも多いと反応時の塩素濃度が高
くなり過ぎて光ファイバ裸線1表面への炭素被膜の密着
性を低下させるので好ましくない。 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、ベンゼンの熱分解に十分な温
度であれば良く、500〜1400℃程度が好適である。加熱
温度を500℃以下にするとベンゼンの熱分解が進行せ
ず、また1400℃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、ベンゼンと塩素ガスとの混合ガスを原
料ガスとして用いると、水素ラジカル等を塩素ラジカル
等により捕捉して、光ファイバの強度低下の原因となる
シラノール基を生成させないので、高強度の耐水素光フ
ァイバを得ることができる。 またこれら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] 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。次にこの紡糸炉内に、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10vol%にヘリウムガスで希釈したベン
ゼンと、塩素ガスとを混合装置にて混合した。そしてこ
の混合比率を、ベンゼン中の水素の化学当量Aと塩素ガ
ス中の塩素の化学当量Bの当量比B/Aを第1表に示した
ように種々変化させた。この混合ガスを30℃の温度で一
定に保った状態にて、5/分の流量で反応管内へ供給
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。 (試験例1) 上記実施例で得られた各光ファイバを長さ1kmで直径1
50mm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表に合わせて示した。 (試験例2) 上記実施例で得られた光ファイバを25本ずつまとめ、
ゲージ長3m、歪速度10%/分、23℃、50%RHの条件下で
引っ張り試験を行い、破断確率と引っ張り強度のワイブ
ルプロットを行い、50%破断確率での引っ張り強度を測
定した。この結果を第1表に示した。 以上の結果から、この発明の製造方法による実施例1
〜6の各光ファイバはいずれも高い機械的強度と、優れ
た耐水素特性とを示すことが確認できた。そして混合ガ
ス中の水素と塩素との化学当量の比率B/Aが0.3〜1.4の
範囲において機械的強度と耐水素特性とに特に優れた光
ファイバが得られ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方
法は、原料ガスを熱分解させて光ファイバ裸線表面に炭
素被膜を形成する光ファイバの製造方法において、上記
原料ガスがベンゼンと塩素ガスとの混合ガスであり、ベ
ンゼン中の水素の化学当量Aと塩素ガス中の化学当量B
との比率B/Aを0.3〜1.4としたものであるので、形成さ
れる炭素被膜中にシラノール基の生成することが抑制さ
れ、機械的強度が高く、耐水素特性の優れた光ファイバ
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方法に好適に用い
られる光ファイバの製造装置の一例を示した概略構成
図、第2図および第3図はいずれもベンゼンと塩素ガス
とを混合する混合装置の一実施例を示した概略構成図で
ある。 1……光ファイバ裸線。
───────────────────────────────────────────────────── 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 吉澤 信幸 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2−263741(JP,A) 特開 平3−153549(JP,A) 特開 平2−302343(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C03C 25/02

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】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する光ファイバの製造方法におい
    て、 上記原料ガスがベンゼンと塩素ガスとの混合ガスであ
    り、ベンゼン中の水素の化学当量Aと塩素ガス中の塩素
    の化学当量Bとの比率B/Aが0.3〜1.4であることを特徴
    とする光ファイバの製造方法。
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