JP3134524B2

JP3134524B2 - ハーメチックコート光ファイバの製造装置

Info

Publication number: JP3134524B2
Application number: JP04211216A
Authority: JP
Inventors: 勝也永山; 晴彦相川; 俊雄彈塚; 徹足立
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1992-08-07
Filing date: 1992-08-07
Publication date: 2001-02-13
Anticipated expiration: 2016-02-13
Also published as: JPH0656482A

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表面上にハー
メチックコート膜、特にカーボン膜を施すハーメチック
コート光ファイバの製造装置の改良に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバへのハーメチックコートは、
光ファイバへの水及び水素等、外気の浸入を防ぐ手段と
して有効である。コーティング材料としては金属（合金
を含む）、炭素等の無機材料が一般的であり、この中で
も炭素コーティングはその化学的安定性、組織の緻密性
等の面から優れており、そのコーティング方法としては
原料ガスを化学的に反応させて、ファイバ表面に析出さ
せるＣＶＤ法が成膜速度及び膜質の点で有利であること
が知られている。従来このような技術として例えば米国
特許第4,790,625 号明細書、欧州特許第0,308,143 号明
細書等があり、例えば図５に示す模式図において線引炉
22の下方に反応容器12を配置し、光ファイバ用プリフォ
ーム21から加熱線引きした直後の高温状態にある光ファ
イバ（光ファイバ）１を該反応容器12内を通過させ、該
容器12内に供給されている原料ガスとしての炭化水素類
やハロゲン化炭化水素類を熱分解して化学反応させ、光
ファイバ１の表面にカーボン膜を生成させる。反応容器
12は図示のように上からシールガス導入口を有する上部
ガスシール室13、原料ガス導入手段および排気ガス排出
手段を有する反応室16、並びに下部ガスシール室19を有
してなるタイプが代表的であり、紡糸された高温のファ
イバは反応室16の原料ガス導入口と排出口との間で熱的
化学反応によりハーメチックコートされ、ハーメチック
コート光ファイバ23となる。このようにして得られたハ
ーメチックコート光ファイバは、水素特性良好（１００
℃でＨ₂１００％雰囲気中に２４時間保持した後の、波
長１．２４μｍにおける伝送損失増加がα_1.24＝０．１
dB／km以下のものを水素特性良好という）で、疲労係数
もｎ＞１００と高く、耐候性も向上する。従って、敷設
時に高張力のかかる、海底用その他のケーブルとして使
用すれば、品質が高い点、しかもケーブル構造を簡略化
してコストダウンできる点から、大きな需要が期待さ
れ、その開発が進められている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記熱分解
反応でガラス表面に成膜する以外のカーボンは、不要な
ススとなり、このススが容器壁面、排気管及び排気処理
手段内に堆積する場合がある。このような場合には、容
器内のガス濃度及びガス流れ条件が変化し、ファイバ表
面に形成されるカーボン膜の膜質が変化してしまうと共
に、ススがファイバに触れるとファイバを傷つけ、ファ
イバ強度が低下することもある。また、容器内壁に堆積
したススによる詰まりがひどい場合には、製造を中断せ
ざるを得なくなるという問題があり、この中断の結果、
歩留りが低下し、コストを上昇させてしまっていた。特
に、図５に示すように突起状のスス堆積18を形成し、光
ファイバに触れ、製造中断の原因となっていた。なお、
図５において17は保護管、８はスス堆積を示す。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を対決するため
の手段として、本発明は光ファイバ用プリフオームを線
引炉で溶融、紡糸して光ファイバとした後、該光ファイ
バを反応容器内に導入すると共に、該反応容器内に炭素
系原料ガスを導入し、該光ファイバ上に化学気相析出法
によりカーボン膜を形成するハーメチックコート光ファ
イバの製造装置において、該反応容器は円筒形で、上部
ガスシール室、原料ガス導入手段を有する上部、反応部
である中間部、排気手段を有する下部から構成される反
応室及び下部ガスシール室からなり、該反応室の上部は
ファイバ通過方向に沿って広がるテーパ形状を有し、原
料ガス供給口がテーパー形状部分又はテーパー形状部分
の下方に位置してなる上記製造装置を提供する。本発明
において、上記テーパー状に広がった形状は、テーパ上
部径が１０〜３０ｍｍ、テーパー下部径が２０〜６０ｃ
ｍ、且つテーパ角度が５°〜４５°の範囲内であること
が特に好ましい範囲である。また、本発明において、上
記原料供給口は上記反応室内の光ファイバ近傍に挿入さ
れた原料供給管の開口端部であることも特に好ましい実
施態様として挙げられる。

【０００５】

【作用】本発明者らは、反応容器の形状の改良により、
前記した従来の反応容器上部に起こる突起状のススの堆
積を防ぐことを図り、以下のように考えついた。上記の
突起状スス堆積は、例えば図５に示すように反応室16上
部では、上部シールガス室13と反応室16の隔壁にファイ
バ通過用の小穴（通過穴15、ノズルとも呼ぶ）を有する
オリフィス構造となっているため、シールガスのオリフ
ィス14吹き出し直後の部分で流れが乱れ、上向き流れや
渦が生じ、淀みもできることから発生すると考えられる
ので、オリフィス14からの流れの急拡大を防止すること
が有効である。しかし、オリフィス14からの流れの急拡
大を防ぐために、容器内径を狭めては、容器断面積が小
さくなり、かえって短時間のスス堆積でも詰まってしま
うことになる。また、通過穴15を広げると、シールガス
の効果が小さくなり、シールガスの流量増加が必要とな
り、ひいては原料供給量も増加せざるを得なくなってし
まう。一方、容器内径を大きくして、空間を大きくした
装置では、原料ガスの拡散が遅れ、膜特性に影響し、ま
た容器内のガス流速も落ちるのでかえってスス堆積を促
進する。以上の点から、ノズル後からテーパー状に管径
を徐々に広げる形状が最適であることを見いだし、本発
明に到達できた。但し、上記のような容器内径とスス堆
積の関係から、当然容器内径には最適値があることにな
るので、種々実験を重ね、この最適な形状の範囲をも明
らかにした。

【０００６】本発明を図面を参照して具体的に説明す
る。図１は本発明の反応容器２の上部ブを模式的に示し
たものであり、反応室６の上部をテーパー状（テーパー
部７）とすることにより、オリフィス４吹き出し後の渦
などの流れの乱れを防ぐことができる。これにより突起
状のスス堆積はなくなり、長尺線引きできるようになっ
た。なお３は上部ガスシール室、５は通過穴、８はスス
堆積を示す。

【０００７】また実験の結果、テーパ形状の最適値があ
ることも判明した。反応室上部内径は１０〜３０ｍｍが
好ましい。１０ｍｍ未満では狭すぎて、オリフィス直後
でスス詰まりを起こし易い。３０ｍｍを越えると結局急
拡大流れ（渦）を生じるので意味がない。テーパー角度
は５℃〜４５°が好ましい。５°未満ではストレートな
管と大差なく、テーパー部で詰まり易かった。またテー
パー角度が４５°を越えると、流れはテーパーに沿わず
に、乱れてしまった。反応室下部内径は、反応室中央部
分の径に合わせ、２０〜６０ｍｍとすることが好まし
い。

【０００８】本発明では反応室上部のテーパー部７は、
原料供給口が該テーパー部にあるか、又はテーパー部の
下部にあるように設ける。該テーパー部より下部につい
ては、そのまま同じ径でストレートな形状であってもよ
いし、または更にテーパーを有するような形状であって
もよい。この場合、反応部（中央部）がストレートで排
気口近辺でテーパを付けて下方に広がってもよいし、テ
ーパーの角度も容器上部のテーパー角度と同じでも異な
ってもよい。

【０００９】特に好ましい容器形状としては、例えば図
１に示すような、反応容器２の反応室６上部にテーパー
を付け、原料ガス供給部は該テーパー部７に位置するも
のが挙げられる。図１中の矢印はガス流れを示すもの
で、この場合には原料ガスは反応室内をスムースに拡散
できるので、スス堆積８は突起を形成しない。

【００１０】また、本発明の特に好ましい反応容器形状
として、図２に示すように、図１の反応容器２において
原料ガス供給管９を反応室６内に挿入し、その開口端部
を反応室中央近く、すなわち光ファイバの近傍に配置し
たものが挙げられる。このように原料ガス供給口を中央
まで挿入することにより、図２の右側の容器断面Ａ−
Ａ′、Ｂ−Ｂ′における原料ガス濃度分布図に示すよう
に、原料ガス濃度をファイバ近傍だけが高くなった分布
にできるので、効率良くコーティングを行なうことがで
きる。これにより、原料ガスの投入量を減らせるので、
ススの発生も相対的に減少し、有利であるに加え、排ガ
ス処理系の負担も軽減できる。

【００１１】図３には原料供給口がテーパー部の下部に
ある例を示す。この例ではオリフィス11部分がテーパー
状に形成されていて、反応室上部にテーパを有するとど
もに、反応室も原料供給口10の下部でテーパ部７を有し
ている。図３においてａ，ｂ，ｃは各々図示部分の内径
（長さ）を示し、例えばａが３〜３．５ｍｍ、ｂが１５
〜１６ｍｍ、ｃが２０〜２１ｍｍといったものを挙げる
ことができる。

【００１２】図１〜図３に示したように、本発明装置に
おける原料供給口の位置は、従来装置のようにオリフィ
ス通過穴（ノズル）直後の容器内径急拡大による渦発生
がないので原料ガスをどの位置から流しても、流れは乱
れず、ススは体積し難くなる。従来装置でもファイバ線
速により異なるもののオリフィス通過穴から約１００ｍ
ｍ程度下方に原料供給口を設ければ渦は生じないが、こ
のように下方ではファイバ温度が下がり、被膜生成の反
応が起きにくい。これに対し、本発明のようなテーパ形
状であれば、より上方に原料供給口を置いても、流れの
乱れが生じない状態でハーメチックコートできる。ま
た、上記したように原料供給口の位置（オリフィスから
の距離）はハーメチックコートする上で重要なファクタ
ーであり、当該ファイバの線引速度により好適に選ばれ
る。なお、図示は省略したが、反応室の中央部分以降は
その内径が一定でも変化するものでもよく、反応室の下
部には排気手段を、また反応室に続いて下部ガスシール
室を、あるいは排気手段の直前に保護管を設けることな
どは、従来公知の構成を採用することができる。

【００１３】以上のような本発明装置によりハーメチッ
クコートの結果、従来は線引き長８０ｋｍ前後で突起状
スス堆積により中断していたのが、８０ｋｍ以上、平均
１２０ｋｍ程度も線引き可能となった。

【００１４】本発明の容器としてこの種技術分野で公知
の材質を使用できるが、透明性、耐熱性、耐酸化性の点
で石英製が好ましい。

【００１５】本発明の製造装置を用いてハーメチックコ
ート光ファイバを製造する場合、その製造条件は特に限
定されるものではなく、この種のハーメチックコート光
ファイバ製造で一般的に使用される条件に従うことがで
きる。例えば原料ガスとしてはＣ_mＨ_nで示される各種
炭化水素系化合物およびそのハロゲン化物等、シールガ
スとしてはＮ₂ガス等が挙げられる。

【００１６】

【実施例】

〔実施例１、比較例１〕図１に示す構造の反応容器を用
いて、ハーメチックコート光ファイバを製造した。容器
の反応室上部内径は１２ｍｍ、反応室下部の内径は２１
ｍｍ、テーパ角度は約１０°であり、原料入口は図示の
位置である。外径１２５μｍのガラスファイバを線引き
速度２００ｍ／分で通過させ、外周に厚さ４２０Åのカ
ーボンコート膜を形成した。このときの条件は、原料ガ
スとしてはＣ₂Ｈ₄１００ｃｃ／分およびＣＨＣｌ ₃２
００ｃｃ／分を、上部シールガスとしてはＮ₂３リット
ル／分、下部シールガスとしては空気４リットル／分を
流した。線引き炉から反応容器に至る部分でのファイバ
温度は１２００〜１５００℃であった。従来装置では６
０〜８０ｋｍ前後でスス堆積による詰まりが発生してい
たが、本実施例では確実に８０ｋｍ以上線引き可能とな
り、平均線引長は約１２０ｋｍであった。表１に本実施
例により得られたハーメチックコート光ファイバの線引
き初期部分と線引き終了部分から採取したサンプルにつ
いて動疲労特性（初期強度、ｎ値）および耐水素特性を
測定した。この結果を図５の従来装置を用いた他は実施
例１と同様の条件で線引きした（比較例１）サンプルに
ついての特性測定結果とを比較して示す。本発明によれ
ば従来よりはるかに長尺線引きできて、しかも得られる
ファイバは線引き終了端部でも良好な特定値を有してい
ることがわかる。

【００１７】

【表１】

【００１８】〔実施例２〕本発明に従い、図２に示す構
造の反応容器を用いて、ハーメチックコート光ファイバ
を製造した。テーパーの存在により、渦がなく、流れが
スムーズなことから、ススは原料供給パイプの下方に堆
積しただけで、パイプから上部では容器（石英製）は透
明なままであった。また、原料ガス供給管９が反応室の
中心部近傍にまで挿入されていて、原料ガス濃度はファ
イバ近くに集中するので、反応効率が向上した。この結
果、原料ガスの投入量は従来法の約１／２ですみ、スス
発生も少なく、やはり１２０ｋｍ以上の線引き長が実現
した。

【００１９】〔比較例２〕従来法に従い、図５に示す構
造の反応容器を用いて、ハーメチックコート光ファイバ
を製造した。原料ガスの種類、流量等は実施例１と全く
同一条件とした。この結果、ススは反応室上部の突起状
に堆積し、線引き長６０〜８０ｋｍで光ファイバに接触
し、該光ファイバの強度を低下させた。また、良品は６
０〜８０ｋｍしか製造できなかった。

【００２０】〔比較例３〕従来の反応容器において、原
料供給口（管）を実施例２と同様に容器中央まで挿入し
てハーメチックコート光ファイバの製造を行ったとこ
ろ、４０〜６０ｋｍ程度でススは供給パイプに堆積し、
詰まりを起こしてしまった。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のハーメチ
ックコート光ファイバ製造装置は、反応室上部をテーパ
ー状とすることにより反応室内の上部流れの乱れを解消
し、局所的なスス堆積（突起）を防ぐことができた。こ
れにより、コーティングの長尺化が実現した。また、流
れの乱れを解消したことにより、原料供給口を突き出
し、コーティング効果を挙げるなどの工夫も可能となっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一具体例の反応容器上部の形状、ガス
流れ、スス堆積状態を示す部分概略図である。

【図２】本発明の他の具体例であって、原料ガス供給管
の開口端部をファイバ近傍に位置した場合の、ガス流
れ、スス堆積状態並びにＡ−Ａ′断面及びＢ−Ｂ′断面
における原料ガス濃度分布を説明する模式図である。

【図３】本発明の他の具体例であって、オリフィス部分
にテーパ部を有する反応室上部の構造を示す部分概略図
である。

【図４】従来の反応容器上部の構造を示す部分概略図で
ある。

【図５】従来のハーメチックコート製造装置と、ガス流
れ、スス堆積状態をを説明する概略図である。

【符号の説明】

１光ファイバ２反応容器３上部ガスシール部４オリフィス５通過穴６反応室７テーパー部８スス堆積９原料ガス供給管 10 原料ガスの供給口 11 オリフィス（テーパー部） 12 反応容器 13 上部ガスシール室 14 オリフィス 15 通過穴 16 反応室 17 保護管 18 スス堆積 19 下部ガスシール室 20 原料ガス供給口 21 光ファイバプリフォーム 22 線引き炉 23 ハーメチックコート光ファイバ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者足立徹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 (56)参考文献特開平６−40750（ＪＰ，Ａ) 特開平５−155643（ＪＰ，Ａ) 特開平５−43277（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C03C 25/42 C03C 25/12 G02B 6/44 301

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光ファイバ用プリフオームを線引炉で溶
融、紡糸して光ファイバとした後、該光ファイバを反応
容器内に導入すると共に、該反応容器内に炭素系原料ガ
スを導入し、該光ファイバ上に化学気相析出法によりカ
ーボン膜を形成するハーメチックコート光ファイバの製
造装置において、該反応容器は円筒形で、上部ガスシー
ル室、原料ガス導入手段を有する上部、反応部である中
間部、および排気手段を有する下部から構成される反応
室、並びに下部ガスシール室からなり、該反応室の上部
はファイバ通過方向に沿って広がるテーパ形状を有し、
原料ガス供給口がテーパー形状部分又はテーパー形状部
分の下方に位置してなる上記製造装置。
【請求項２】上記テーパー状に広がった形状が、テー
パ上部内径が１０〜３０ｍｍ、テーパー下部内径が２０
〜６０ｍｍ、且つテーパ角度が５°〜４５°の範囲内で
あることを特徴とする請求項１記載の製造装置。
【請求項３】上記原料供給口は上記反応室内の光ファ
イバ近傍に挿入された原料供給管の開口端部であること
を特徴とする請求項１又は２に記載の上記製造装置。