JP3362169B2 - 炭素被覆光ファイバの作成方法および装置 - Google Patents

炭素被覆光ファイバの作成方法および装置

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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のための気密
被覆(hermetic coating)に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバにはシリコ−ンやポリウレタ
ン・アクリレ−ト等のような樹脂よりなる耐摩耗性の被
覆が設けられている。このような被覆は通常光ファイバ
が延伸されるときにオンラインで添着され、ファイバ引
張り工程時に表面摩耗を回避するようになされている。
現在のところ、種々の被覆があるが、それらはファイバ
を摩耗から保護するが腐食や水素拡散からは保護しな
い。
【０００３】水を含めて種々の化学成分がファイバと反
応してそれの光学的特性を破損しかつそれの機械的強度
および静的疲労耐性を弱めることになる。ファイバの表
面における微小亀裂が、特にファイバが応力状態にある
場合に、化学的侵食を受けやすい領域を生ずる。ファイ
バ応力は亀裂を開き、その亀裂の先端部における化学結
合に歪みを集中することになる。これらの歪みを受けた
結合は化学的侵食をさらに受けやすく、そのため腐食に
よって微小亀裂が拡大されることになる。このような微
小亀裂の成長がファイバの強度を弱め、静的疲労あるい
は突然の破断を生ずることになる。
【０００４】静応力状態にある光ファイバが破断するま
での時間tsに対する応力腐食の影響は亀裂速度指数ｎに
よって一部決定される。通常、大きい値のｎを有するフ
ァイバは、通常の値の印加応力では、tsの値も大きい。
つまり、ファイバが比較的短い試験期間の間に破断しな
ければ、通常の使用状態では長時間それが継続すること
は確実である。光ファイバの強度および疲労特性につい
ては、オプティカル・アンド・クオンタム・エレクトロ
ニクス(Optical and Quantum Electronics)、vol. 22、
pp.227-237におけるケイ・イ−・ル−外による「気密被
覆された光ファイバの機械的および水素特性」を参照さ
れたい。
【０００５】ファイバ内への水素の拡散はファイバの光
学的性能に対して悪影響を及ぼす。光ファイバが設置さ
れた後で減衰の増加が生じて、システムが一時的に動作
不能になる恐れがある。
【０００６】下記のテストは、水素に対する炭素被覆の
透過性を決定するために用いられた。1 kmの長さを有す
るファイバが11気圧の水素を含んだ85℃のチャンバ内に
20日間入れられた。減衰が1242nm水素吸収帯域で測定さ
れたが、その測定された減衰は炭素被覆がが有効な水素
障壁であるがどうかの表示である。例えば、0.2 dB/km
の水素障壁係数は、ファイバの減衰が20日間のテストの
間に1242nmにおいて0.2dB/kmだけ増加したことを意味す
る。20日後における0.02〜0.2dB/kmの水素障壁係数は良
好と判断され、0.02dB/kmであれば優秀と判断される。
水素障壁がない場合には、85℃の水素11気圧に露呈され
た場合には、ファイバの水素吸収は、３日以内に50 dB/
kmに達するであろう。
【０００７】金属やセラミックの被覆を用いられてお
り、微小亀裂劣化の軽減に成功しているが、その程度は
まちまちである。しかし、このような被覆は水素に対し
ては十分に不浸透性ではない。
【０００８】炭素被覆は耐水性を有しかつ高強度の光フ
ァイバを生ずることが知られている（米国特許第418362
1号参照）。種々の理由のために、光ファイバに炭素を
沈積させようとした初期の試みでは、水分および／また
は水素に対して不浸透性の被覆を作成することはでき
ず、また被覆したファイバを長い長さで作成することも
できなかった。例えば、米国特許第4512629号は、スパ
ッタリングで沈積された300オングストロ−ムの炭素被
覆ではｎは30.3にすぎず、また化学的蒸気沈積によりオ
ンラインで沈積された100オングストロ−ムの炭素被覆
の場合にはｎの値は僅かに8で逢ったと報告している。
従来の被覆装置の他の難点は、炭素被覆した光ファイバ
を1メ−トル／秒以上の延伸速度で作成することができ
ないことである。これらの難点について示すために従来
技術の種々の被覆装置について下記に説明する。
【０００９】図１は光ファイバ１０上に熱分解炭素の被
覆を沈積させるための典型的な従来装置を示している。
トラクタ手段（図示せず）が、炉１２によって加熱され
るプリフォ−ムの下端部からファイバ１０を引く。延伸
タワ−には炭素被覆形成装置１３、ファイバ冷却用チュ
−ブ１４および耐摩耗性材料の被覆がファイバ上に形成
される被覆形成手段１５が配置されている。炉１２と装
置１３の間には直径測定装置が配設されうる。延伸時の
炭素被覆の固有抵抗を測定しかつそれによって被覆の連
続性および厚みの表示を与えるためにＱメ−タのような
装置が装置１３の下方に配設されうる。被覆の厚みを電
気的に測定するための非接触装置が米国特許第4593244
号および第3679968号に開示されている。被覆したファ
イバの端部における被覆の固有抵抗はＱメ−タを較正す
るための接触装置によってオフラインでその後に測定さ
れ得る。
【００１０】装置１３は第１の隔離室１９、反応室２０
および第２の隔離室２１を具備している。室１９および
２０は小径の開口２２ａによって連結されており、また
室２０および２１は小径の開口２２ｂによって連結され
ている。反応室２０を周囲雰囲気から隔離している隔離
室１９および２１はそれぞれ小径の開口２２ｃおよび２
２ｃを有している。取入れ口２３および２４を通じて室
１９および２１にそれぞれ不活性ガスが流れ、これらの
室に開口２２ｃおよび２２ｄ内への大気の流入を制限す
るのに十分な気圧を与える。矢印２５ａおよび２６ａで
示されているように、種々の従来装置は反応ガスが管２
５または２６に流入し、かつ反応生成物が対向した管か
ら流出するようになされている。一般に、反応ガスはフ
ァイバの一側に向って流される。光ファイバ１０は開口
２２ｃから装置１３内に導入され、隔離室１９、反応室
２０および第２の隔離室２１を通過し、そして開口２２
ｄを通って装置から外に出る。
【００１１】反応のための熱の少なくともある程度が延
伸されるファイバの熱によって供給される。補助加熱手
段が存在しない場合には、反応室内のファイバの温度は
ファイバの直径、延伸速度および1/Lに依存する。このL
は炉内におけるプリフォ−ムのネックダウン部分からの
距離である。例えば、延伸速度が低い場合には、ファイ
バが反応室に入る前にまたはファイバが反応室内にある
間にそのファイバを加熱することによって、あるいは反
応ガスが反応ゾ−ンに到達する前にその反応ガスを加熱
することによって反応速度または効率を増大することが
できる。加熱コイル２７は種々の形式の補助加熱手段を
示している。ガスを予熱する技法では、炭素が装置上に
過剰に沈積するファイバの表面から十分に離れた位置で
反応が生ずるようになし得る。このような炭素の沈積は
開口２２ａおよび２２ｂで生じ、ファイバを侵食または
弱化することになり得る。このような反応の生成物は排
出管を通って流れてフィルタを詰らせるかあるいは他の
態様で流れを制限し、プロセスの流れ条件をアンバラン
スにする。また、装置から粒子が剥がれて開口２２ｄを
通ってコ−タ１５に落下し、樹脂被覆に混入して被覆フ
ァイバを劣化させることになる。
【００１２】ヨ−ロッパ特許出願第EP 0 374 926号公報
は、反応をより効率的に進行させる条件の下で反応室に
原料を供給すべきことを教示している。その公報は、
（ａ）反応室の直径が小さすぎる場合には、炭素ス−ト
が反応室の内壁の表面上に沈積され、ファイバの長い長
さ部分に良質の炭素を被覆することができない、（ｂ）
反応室の直径が大きすぎる場合にはガス状原料が適切に
流れないと述べている。その公報は従って反応室の直径
は少なくとも2.5 cmであり、好ましくは約4 cmより大き
くないようにすべきであると結論づけている。
【００１３】しかし、反応室が本発明に従って設計され
た場合には、内径（ＩＤ）が約1 cmあるいはそれより小
さくても、内壁上には実質的に炭素ス−トは沈積しな
い。事実、約1 cmより大きい反応室直径では、多量のふ
わふわしたス−トが生じ、それが多くの表面に付着して
反応器を詰らせた。
【００１４】図２は特公昭52-83339公報に開示されてい
る形式の従来技術の反応器を示している。被覆形成装置
３０は反応物供給チュ−ブ３１と、一対の隔離室３２お
よび３３を具備している。反応ガスＲＧは供給室３４と
供給穴３５を通ってチュ−ブ３１に供給される。供給穴
３５より上におけるチュ−ブ３１の長さの殆どが、熱の
損失を防止する脱気された室３６によって包囲されてい
る。反応生成物は排出室３７と取り出し管３８を通って
流れる。
【００１５】ファイバ５０が装置３０を通じて延伸され
ると、それが開口４１および４２を通じてチュ−ブ３１
の先端部と開口４２との間に配置された領域４３内に空
気を引き入れる。開口４２１を通じての空気の吸入は、
液体を供給するための吸入開口４０を有する液体隔離室
３３によって妨害される。その液体は耐摩耗性被覆材料
であってもよく、その場合には、ヘリウムのような冷却
ガスが管４７内に流入され、ファイバをそれが被覆材料
中に入る前に冷却する。室３２は窒素のような不活性ガ
スの吸入開口３９を有するガス隔離室であり、そのガス
の一部分は開口４１から流れてファイバ５０が反応器に
入る場合にそのファイバから空気を掃き散らす作用をす
る。
【００１６】図２の装置では、反応ガスは穴３５と先端
部４４との間の比較的長い距離にわたってファイバ５０
とは反対の方向に流れ、ガスの温度は流れに伴って上昇
する。この反応ガスの加熱は比較的細いチュ−ブ３１を
用いることによって高められ、それによって反応ガスが
ファイバの近くを通過させられる。距離ａが約16 cm、
チュ−ブ３１の直径が9 mm、先端部４４の直径が5 mmで
ある装置では、先端部４４の下方で生ずる反応によって
炭素の堆積が生じ、それが迅速にチュ−ブ３１に充満し
た。装置３０で生じた反応では緩くてふわふわした炭素
を生じた。チュ−ブ３１内におけるこの堆積の形成は、
反応ガスとヘリウムとの結合した上方向の流れを、反応
を上方に領域４３まで移動させるのに十分な流量に増大
させることによって実質的に排除できる。被覆形成装置
へのおよびその装置からのすべての流れ、すなわち管３
８に印加される真空および取入れ口３９、４７および４
６への窒素、ヘリウムおよび反応ガスの流れが処理を最
適化しかつ反応を領域４３内で発生させるように注意深
く調節されなければならない。反応ガスまたはヘリウム
の流れを増大させると反応をより高い点で生じさせるこ
とになる。反応の点が高すぎると、表面４８上に炭素が
沈積し、低すぎると、先端部４４上に炭素が沈積し、こ
れらの沈積は比較的短い稼働の後で生じた。これによっ
て、ファイバが通る細い穴が詰った。沈積物は最終的に
はファイバに接触してそれを破断させた。さらに、ファ
イバの気密特性がガス流量の小さい変化によって影響を
受けた。
【００１７】図２の反応器は信頼性のある気密反応を生
じない点で比較的不安定である。その反応はファイバが
約1〜2 km線引きされるまでは安定しなかった。このた
め初期に作成されたファイバは疲労保護が十分でないた
めに廃棄しなければならなかった。炭素被覆は稼働全体
にわたって均一ではなかった。稼働の開始時におけるフ
ァイバの被覆固有抵抗は11 kΩ/cmであり、稼働の終り
では6 kΩ/cmであった。
【００１８】図２の装置から安定なファイバ（100より
大きいｎ値を有する）を作成するためには、被覆固有抵
抗は6 kΩ/cmと11 kΩ/cmの間でなければならなかっ
た。所要の固有抵抗を得るために十分な被覆の厚さを与
えるために最小限の反応ガスの流れが必要とされた。一
回の稼働での最大長さ（ス−トがコ−タを汚す前に図２
の装置で作成された全部のファイバ）や約10 kmであっ
た。一回の稼働での平均長さ（ス−トがコ−タを汚す前
に作成された全部のファイバ）は8 kmであり、作成され
たうちで安定したファイバの最大長さは6 kmと8 kmの間
であった（ある程度のファイバが摩耗した）。
【００１９】この形式の反応室は低い延伸速度ではファ
イバの温度が低いから良好に機能した。約1メ−トル／
秒以上の高い延伸速度では、ファイバは上方に移動する
反応ガスに過剰な熱を伝達するのに十分に熱いので、望
ましくない炭素堆積の問題を誘起する。速い延伸速度で
沈積した被覆は水素透過に対してある程度の耐性を生じ
た。本発明は延伸処理を終了させるような有害な炭素堆
積を伴うことなしに良好な水素障壁を有するファイバを
与える。
【００２０】
【本発明が解決しようとする課題】本発明の目的は装置
の詰りを生ずることなしに光ファイバの長い長さ部分に
対して連続した良好な品質の気密被覆を添着させるため
の方法および装置を提供することである。他の目的は、
比較的高い延伸速度で作成されている光ファイバに炭素
質の気密被覆を添着させるための方法および装置を提供
することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明の１つの局面は、
炭素被覆した光ファイバを作成する方法に関係してい
る。光ファイバが加熱されたガラス体から反応チュ−ブ
を通じて延伸される。反応ガスがチュ−ブに流入されフ
ァイバ上を流れ、そのファイバの熱によってそこで反応
して（ａ）ファイバ上の炭素被覆および（ｂ）反応生成
物を形成する。その反応ガスと反応生成物はファイバの
移動方向に流れ、チュ−ブの端部から流出し、そして制
御された雰囲気内に流入する。反応ガスはチュ−ブに流
入する場合およびチュ−ブから出た後でも反応し続け
る。チュ−ブの長さはその中に反応生成物が実質的に沈
積しないようになされている。
【００２２】反応ガスは供給室を通り、それからその反
応ガスの１つ以上の環状流れをファイバに向けて送るガ
ス供給手段を通って流れる。反応ガスはファイバの軸線
に体して直交関係または非直交関係の方向にファイバ上
に流れることができる。
【００２３】ガスが流入する制御された雰囲気は、ファ
イバが反応チュ−ブを出た後で入る受入れ室内に含めら
れ得る。受入れチュ−ブの直径は反応チュ−ブの直径よ
り大きく、それによって反応生成物の少なくともある程
度のものが、ファイバ延伸処理に対して実質的に悪影響
を及ぼさないその受入れチュ−ブの表面上に沈積する。
【００２４】ファイバは受入れ室から移動する場合、そ
の受入れ室内への周囲の空気の流入を制限する隔離室を
通過することができる。反応チュ−ブと受入れ室との中
に好ましいガス流れ条件を確立するためにガスを受入れ
室から排出することができる。
【００２５】本発明の他の局面は炭素被覆した光ファイ
バを作成するための装置に関係している。延伸した光フ
ァイバを作成するためのソ−ス手段と、反応チュ−ブ
と、ファイバに耐摩耗性の被覆を添着させるための手段
と、それらの構成要素を通じてファイバを延伸するため
の手段を具備したファイバ延伸装置が現在存在してい
る。本発明によれば、反応器はソ−ス手段の方を向いた
ファイバ取入れ端部とそれに対向したファイバ取り出し
端部を有する反応チュ−ブを具備している。反応チュ−
ブの取り出し端部は受入れ室に連通しており、反応チュ
−ブはこの受入れ室内に突入していることが好ましい。
受入れ室の内径は反応チュ−ブの内径より大きい。
【００２６】反応物である炭化水素ガスを反応チューブ
に流入させるための手段が設けられる。この炭化水素ガ
スとしては、容易に分解してファイバ上に炭質被覆を生
ずるガスが選択される。反応チューブはその中のファイ
バの温度が（ａ）ファイバ上の付着性炭素被覆と（ｂ）
反応生成物を形成する反応を生じさせるのに十分なだけ
高くなるようにソース手段に対して十分に接近してい
る。反応ガスと反応生成物とを反応チューブを通じて取
り出し端部から受入れ室内に流入させるための手段も設
けらられている。
【００２７】反応室内に反応ガスを流入させるための手
段はガス供給室と、このガス供給室から反応ガスを受取
りかつ反応ガスの１つ以上の環状流れをファイバに送る
ための手段を具備し得る。この少なくとも１つ以上の環
状流れを送るための手段は反応チューブの周囲に沿って
離間された複数の供給穴よりなり得る。受入れ室は反応
チューブに対向していて受入れ室内への周囲の空気の流
入を制限する隔離室手段と、それからガスを排出させる
ための手段とを具備し得る。
【００２８】反応チューブの内径は０．３ｃｍと１．０
ｃｍとの間であることが好ましい。反応チューブの寸法
は、チューブの取り出し端部と上記反応室内に反応ガス
を流入させるための手段との間の距離が３ｃｍと１０ｃ
ｍの間であるようにするのが好ましい。受入れ室の内径
は２．５ｃｍと１０ｃｍとの間であることが好ましく、
かつこの受入れ室の長さは１０ｃｍと５０ｃｍの間ので
あることが好ましい。
【００２９】
【実施例】図３を参照すると、本発明に従って設計され
た被覆形成装置５２が示されている。この装置５２は上
方隔離室５３、反応室５４、受入れ室５５、および下方
隔離室５３を含んでいる。反応室はトボムチップ５８を
有するチュ−ブ５７内に配置されている。受入れ室５５
は反応生成物がそれを通じて排出され得る取り出し管６
０を必要に応じて設けられた容器５９内に配置されてい
る。取入れ口６１および６２はそれぞれ室５３および５
６に不活性ガスを与える。反応ガスＲＧは取入れ口６
３、供給室６４および供給穴６５を介して室５４内に供
給あれる。
【００３０】反応ガスは、環状流れとしてあるいは反応
室のまわりで離間された複数の噴流（ジェット）として
ファイバ６７に対して内方に送られる。反応物流れはフ
ァイバに沿った単一の軸線方向位置において（図３に概
略的に示されている）あるいは複数の軸線方向位置にお
いてファイバに衝突し得る。反応ガスはファイバに対し
て直交関係をもってあるいはその直交関係に対してある
角度をもって送られ得る。反応ガスがファイバに対して
小さすぎる角度をもって下方に向けられて室５４内に流
入されると、ガスがチュ−ブ５７に接近しすぎて十分な
被覆を形成することができなくなる。室５４は、反応ガ
スがこの室内に導入された後ではファイバに比較的接近
した領域に閉じ込められるように直径を比較的小さくな
されている。室５４の直径ｂは約0.3 cmと1.0 cmとの間
であり、約0.5 cmであるのが好ましい。最小直径は、フ
ァイバが装置に接触しないのに十分なでけ大きくなけれ
ばならない。直径が約1.0 cmより大きい場合には、反応
ガスがファイバに効率的に輸送されず、反応が不安定と
なる。
【００３１】ガス導入領域が反応室の頂部を画成し、フ
ァイバはその領域で最も熱くなる。反応ガスがファイバ
に接触すると直ちに反応する。未反応のガスと消費され
たガスはチュ−ブ５７中をファイバと一緒に下方に流
れ、それらのガスがそのチュ−ブ中を下方に流れている
あいだ反応が持続する。その反応の殆どがチュ−ブ５７
内で生じ、室５５内でもある程度の反応が生ずる。反応
生成物のうちのある程度の量が所望の被覆をファイバ上
に形成する。
【００３２】ファイバの表面近傍で生ずる反応生成物の
うちのある程度の量がチュ−ブ５７中を下方に流れるに
つれてファイバから離れるように半径方向に流れる。反
応室は所定の被覆厚みが形成されるのに十分な軸線方向
長さにわたって反応物をファイバの近傍に閉じ込めるの
に十分なだけ長くなければならない。しかし、反応ガス
注入の平均の点とボトムチップ５８との間の長さｃは、
その中に反応生成物が実質的に堆積しないように十分短
くなければならない。例えば一回の100 km延伸稼働の後
ではチュ−ブ５７の内側に反応生成物が若干堆積して適
度な脱色を生じることがありうる。しかし、このような
若干の堆積は本発明の目的のためには取るに足りない。
図３Ａを参照すると、反応生成物６６は最初にファイバ
６７の近くで生じ、そしてチップ５８の方に流れるにつ
れてファイバから離れるように移動し続ける。もしチュ
−ブ５７が長すぎれば、すなわち長さｃより長ければ、
堆積６６ｃが生ずる。内径（ＩＤ）が1 cmの反応チュ−
ブ５７では、長さｃは通常約5〜6.5 cmである。この長
さは多分ファイバの温度、反応チュ−ブの直径、反応ガ
スの流量等のようなプロセス・パラメ−タに依存するで
あろう。
【００３３】反応生成物は、チュ−ブ５７から出た後、
受入れ室５５に入る時にファイバの表面からさらに離れ
る。反応生成物はその室の壁に沈積し、そこではその堆
積はファイバ延伸または被覆処理を妨害しない。容器５
９のＩＤが少なくとも約2.5cmであれば、反応生成物の
堆積は問題とならない。容器５９が過度に大きくても利
点はなく、約10 cm程度の直径が実用上の上限であると
考えられる。反応生成物がファイバから離れられるよう
にするためには、受入れ室の長さは少なくとも10 cmで
なければならない。50 cmの長さが実用上の最大長さで
あり、約25 cmの長さが好ましい。容器５９の側面と底
面上に油状膜が形成される。処理が進行するにつれて、
その膜は厚みを増し、炭化(char)して固体の黒い被覆に
なる。この固体の被覆は悪影響を生じない。しかし、室
５５が10 cmより短いと、反応生成物が容器５９の壁と
底に集って室５６への通路を詰らせることになる。
【００３４】100km以上の各延伸稼働の後で、反応器が
延伸タワ−から取外されて解体される。容器５９が各延
伸稼働後に清掃される。チュ−ブ５７は100 kmの延伸稼
働を少なくとも２回行うまでは清掃する必要はない。こ
れらの装置は空気中で加熱して堆積物を酸化させること
によって清掃される。
【００３５】室５５は制御された雰囲気を閉じ込めるた
めの手段として機能する。この雰囲気の顕著な特徴はそ
れの最少限の酸素含有量である。例えば炭素被覆された
熱いファイバがチュ−ブ５７から空気中に出ると、その
結果生ずる酸化によって炭素被覆が破損されることにな
る。おそらく、ファイバがチュ−ブ５７から出るときに
そのファイバに不活性ガスの流れを送りつけることによ
っても制御された雰囲気が得られる。
【００３６】好ましい実施例が図４および図５に示され
ており、この実施例では、側璧７４、底壁７５およびカ
バ−８４を有する容器が受入れ室７６を構成している。
隔離室７７はそれに不活性ガスを供給するための取入れ
口７８を有している。取り出し開口８０には短いチュ−
ブ７９が連結されている。チュ−ブ８１が容器の底７５
における開口８２から室７７の底壁に向って延長してお
り、このチュ−ブ８１の底に小さい間隙８３が形成され
る。室７６には壁７４の底の近くに排気取り出し口が必
要に応じて設けられる。
【００３７】図４を参照すると、カバ−８４上に配置さ
れたハウジング手段８５および８６がそれぞれ供給室８
７および隔離室８８を画成する。手段８５および８６の
上壁にはそれぞれ開口８９および９０がもうけられてお
り、これらの開口をファイバが通過する。チュ−ブ９１
はカバ−８４を貫通しており、そしてそれの上端部が開
口８９の拡大された部分内に嵌入している。チュ−ブ９
１の供給室８７内の部分は１つ以上の組の供給穴９２を
有しており、図面には５つの組の穴が示されている。反
応ガスは取入れ口９４を通じて室８７に供給され、そし
て不活性ガスは取入れ口９５を通じて室８８に供給され
る。この実施例では、距離ｃはチップ９３から中間の組
の供給穴までとして測られる。
【００３８】他の好ましい実施例が図６にしめされてお
り、容器の側璧９８、トップカバ−９９およびボトムカ
バ−１０で受入れ室９７を形成している。排気ガスは取
り出し管１０１を通じて室９７から除去される。
【００３９】軸穴１０９を有する下方隔離室ハウジング
１０３がトップカバ−１０１に取り付けられている。ハ
ウジング１０３の上方部分１１１は室９７内に上方に突
出している。底壁１００上に油状の反応生成物が沈積す
ると、その沈積物が炭化して固体物質となる前に穴１０
９内に入り込むのを部分１１１が阻止する。ハウジング
１０３の上方部分に配置された第１の下方隔離室１０２
はそれに不活性ガスを供給するための取入れ口１０４を
有している。ハウジング１０３の下方部分に配置された
第２の下方隔離室１０５はそれに不活性ガスを供給する
ための取入れ口１０６を有している。室１０２および１
０５はそれぞれ環状スロット１０７および１０８で穴１
０９に連通している。各室１０２および１０５の断面積
は半径の減少に伴って減少するので、これらの室は比較
的高速のガス流を生ずるノズルとして機能する。室１０
２は、窒素のような不活性ガスがスロット１０７から上
方向に流れるような角度で穴１０９と交差している。こ
の窒素流が室９７から穴１０９内への反応物と反応生成
物の流れを減少させる。室１０５は、ヘリウムのような
不活性ガスがスロット１０８から下方向に流れるような
角度で穴１０９と交差する。このヘリウムの流れが穴１
０９内への空気の流れを減少させかつファイバを冷や
す。
【００４０】軸穴１２０を有する上方室ハウジング１１
９はトップカバ−９９に取り付けられている。ハウジン
グ１１９の上方部分に配置された上方隔離室１２１はそ
れに不活性ガスを供給するための取入れ口１２２を有し
ている。ハウジング１１９の下方部分に配置された供給
室１２４はそれに反応ガスを供給するための取入れ口１
２５を有している。室１２１および１２４はそれぞれ環
状スロット１２３および１２６で穴１２０と連通してい
る。各室１２１および１２４の断面積が半径の減少に伴
って減少するので、これらの室はそれからガスが上方向
に流れるような角度で穴１２０と交差している。室１２
４は上方に傾斜して図示されているが、下方に傾斜して
いてもよく、あるいはファイバ１１８に対して直交関係
をもって配置されてもよい。
【００４１】下記んも実施例は本発明の装置で作成され
た炭素被覆の品質と、その装置の動作における改良点を
示している。これらの各実施例では、延伸炉の中心と反
応器の頂部との間の距離は33 cmであった。上記の装置
は5メ−トル／秒と11メ−トル／秒との間の延伸速度で
動作することができる。下記の特定の実施例では、延伸
速度は9メ−トル／秒である。異なる延伸速度が用いら
れる場合には、それに応じて流量を調節しなければなら
ない。下記の実施例はすべて、直径125μのファイバの
被覆を含んでいる。それより直径の大きいファイバが用
いられる場合には、ファイバの温度が高くなり、かつ反
応器の詰りを生ずることなしに延伸できるファイバの長
さは小さくなる。
【００４２】反応器Ａ 図４および図５について説明した実施例に従って反応室
が構成された。室８８は直径が2.9 cm、そして軸線方向
の長さが1.5 cmであった。室８７は直径が2.9cm、そし
て軸線方向の長さが2.4 cmであった。開口９０の直径は
4 mmであった。室７７は直径が6.4 cmであり、軸線方向
の長さは5 cmであった。チュ−ブ７９および８１の長さ
は1.9 cmおよび4.9 cmであり、それらの内径は0.7 cmで
あった。間隙８３は約1 mmであった。チュ−ブ９１は内
径が5 mm、外径が8.9 mmであった。穴９２の組間の軸線
方向間隔は5 mmであった。５つの組の穴の各組は直径0.
109 cmの穴を８つ含んでおり、40箇の穴の全断面積は0.
375 cm2であった。チュ−ブ９１はカバ−８４から4.5 c
mだけ延長して室７６内に入っており、距離ｃは6.5 cm
であった。排気口は室７６の底から5 cmのところに配置
された。
【００４３】室８７内へのメチルアセチレンの流量は0.
1 slpmと0.4 slpmの間であった。0.1 slpmではある程度
の不安定性があったので、疲労は良くなかった。許容し
得る疲労のための反応ガスの最少流量は0.15 slpmであ
り、良好な疲労および良好な水素障壁のための好ましい
流量は0.2 slpmであった。0.4 slpmより大きい流量では
強度が低下しかつ延伸稼働も短くなった。室７７および
８８に2.0 slpmで窒素が流入された。排気流は1.5 slpm
であった。
【００４４】チュ−ブ９１の外表面と容器７６を形成し
ている表面上にガラス質の炭素が生成した。光ファイバ
には、そのファイバの延伸工程または気密および強度特
性を阻害するのに十分な堆積を生ずることなしに110 km
の長さにわたって炭素が被覆された。この110 kmの長さ
はプリフォ−ムから延伸され得るファイバの量によって
制限される。
【００４５】反応炉Ａの初期の設計では、室７６内への
チュ−ブ９１の延長部分は距離ｃが10 cmとなるように
最初大きくなされた。室７６内に延長したチュ−ブ９１
の端部内で堆積物が生じた。距離ｃが6.2 cmまで短縮さ
れると、顕著な堆積は生じなかった。
【００４６】チュ−ブ９１が除去されて反応ガスが取入
れ口９４からファイバに流れると、反応が安定化され
ず、室８７内に炭素の堆積が生じた。
【００４７】反応器Ｂ 他の反応室が図４および図５について上述した実施例に
従って構成された。室８８は直径が2.7 cm、軸方向の長
さが1.3 cmであった。室８７は直径が2.7 cm、軸方向の
長さが4.9 cmであった。開口９０の直径とチュ−ブ９１
のＩＤは反応室Ａの場合と同一であった。チュ−ブ９１
の壁厚は1 mmであった。室７６は直径が5.1 cm、軸方向
の長さが45 cmであった。チュ−ブ７９および８１の長
さは4.9 cmおよび5.1 cmであり、それらの直径は0.9 cm
であった。間隙８３は2 mmであった。穴９２の組の間の
軸方向間隔は5 mmであり、穴８８の全断面積は0.821 cm
2であった。チュ−ブ９１はカバ−８４から2.5 cmだけ
延長して室７６に入り込んでおり、距離ｃは5.7 cmであ
った。室７６には排気口はなかった。
【００４８】室８７に流入するメチルアセチレンの流量
は0.1 slpmと0.2 slpmとの間の範囲であった。良好な疲
労のための最低流量は0.1 slpmであり、良好な疲労のた
めの好ましい流量は0.15 slpmであった。0.1 slpmより
大きい反応ガス流量では強度が低下した。室７７および
８８に2.0 slpmで窒素が流入された。
【００４９】チュ−ブ９１の外表面と容器７６を形成し
ている表面の上にある程度のガラス質炭素が生成した。
この反応器は開発の初期の段階のものであるから、長い
延伸長を作成するためには用いられなかった。しかし、
堆積物が観察されなかったから、100 km以上のファイバ
を作成することが期待される。
【００５０】反応室Ｃ 図６について上述した実施例に従って反応室が構成され
た。室９７は直径が6.4 cm、軸方向の長さが25 cmであ
った。ハウジング１０３のボトムチップからカバ−１０
０までの距離は7 cmであった。ハジウング１１９のチッ
プからカバ−９９までの距離は5.5 cmであった。ハウジ
ング１２７のボトムチップからカバ−９９までの距離は
2.9 cmであった。穴１０９および１２０の直径は5 mmで
あった。排気口１０１は底壁１００の上方1 cmのところ
にあった。各室１０４、１０５、１２１および１２４は
最大半径が1.27 cmであり、そこでの高さは5 mmであっ
た。各室１０４、１０５、１２１および１２４の中心を
通るコ−ンはファイバ１１８の軸線に対して約5℃の角
度をなしていた。各スロット１０７、１０８、１２３お
よび１２６の軸線方向の長さは0.68 mmであり、周囲は
1.588 cmであり、従って、各スロットの全面積は0.108
cmであった。距離ｃ（スロット１２６とチップ１２９と
の間の距離）は5.6 cmであった。スロット１２３とハウ
ジング１１９の上方チップとの間の距離は1.7 cmであっ
た。
【００５１】室１２４に流入するメチルアセチレンの流
量は良好な疲労および水素障壁を得るためには約0.3 sl
pmと1.0 slpmとの間の範囲であり、良好な疲労および水
素障壁のための好ましい流量は0.4 slpmであった。1.0
slpmより大きい反応ガスの流量では強度が低下しかつ延
伸長が短くなった。室１０２および１２１には0.2 slpm
および2 slpmで窒素が流入された。室１０５にはヘリウ
ムが2 slpmで流入した。取り出し口１０１からの排気流
は1.5 slpmであった。
【００５２】ハウジング１２７の外表面（外側穴１２
８）、室９７の壁９８、および頂部壁および底部壁９９
および１００上に油状の膜が最初に生じた。この膜が炭
化して固体の被覆となり、この被覆はファイバの延伸工
程の妨害とはならなかった。穴１２８の表面上には反応
生成物の実質的な堆積は生じなかったが、そこには適度
な脱色が見られた。ファイバの延伸処理または気密およ
び強度特性を阻害するのに十分な堆積を生ずることなし
に80 kmの長さにわたってファイバに炭素が被覆され
た。この80 kmの長さは反応器によって制限されること
はなく、それはプリフォ−ムから延伸できるファイバの
量によって制限された。
【００５３】被覆の厚みとそれの構造の両方がマ−メチ
ック性に影響する。同一の延伸および被覆形成コ−タに
よって作成された２本のファイバの被覆厚が異なる場合
には、薄い被覆を有するファイバの方が強い。しかし、
気密性のためには、ある最小厚みが必要とされる。反応
器ＡおよびＣで作成された水素障壁係数は、11気圧の水
素中で85℃の20日間のテストの後ではdb/kmで0.00〜0.0
5であった。これらの反応器で作成されたファイバはす
べて100より大きいｎ−値を有しており、ｎは通常200よ
り大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ファイバに気密被覆を添着させるための従来
装置の概略図である。
【図２】光ファイバに気密被覆を添着させるための従来
装置の概略図である。
【図３】本発明に従って構成された被覆形成装置の概略
図である。
【図４】本発明の第１の実施例の断面図である。
【図５】本発明の第１の実施例の断面図である。
【図６】他の実施例の断面図である。
【符号の説明】
５２ 被覆形成装置 ５３ 上方隔離室 ５４ 反応室 ５５ 受入れ室 ５７ チュ−ブ ６０ 取り出し管 ５９ 容器 ６１ 取入れ口 ６２ 取入れ口 ６３ 取入れ口 ６４ 供給室６４ ６５ 供給穴 ６７ ファイバ ７６ 受入れ室 ７８ 取入れ口 ８０ 取り出し開口８０ ７９ 短いチュ−ブ ８３ 間隙 ８５ ハウジング手段 ８６ ハウジング手段 ８７ 供給室 ８８ 隔離室 ８９ 開口 ９０ 開口 ９１ チュ−ブ ９２ 供給穴 ９４ 取入れ口 ９５ 取入れ口 ９７ 受入れ室 １０３ ハウジング １０２ 第１の下方隔離室 １０４ 取入れ口 １０５ 第２の下方隔離室 １０７ 環状スロット １０８ 環状スロット １０９ 穴 １２１ 上方隔離室 １２２ 取入れ口 １２４ 供給室 １２５ 取入れ口 １１８ ファイバ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−283640（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C03C 25/00 - 25/70 G02B 6/44

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 炭素被覆光ファイバを作成する方法にお
    いて、 加熱されたガラス体から反応チューブを通じて光ファイ
    バを延伸し、 前記チューブ内に反応ガスを流入させてファイバの上に
    流し、そこでその反応ガスが反応して前記ファイバ上に
    炭素被覆を形成するとともに反応生成物を生成し、 前記反応ガスおよび反応生成物を前記ファイバの移動方
    向に流して前記チューブの端部から出し、そして制御さ
    れた雰囲気内に流入させることよりなり、この場合、前
    記チューブの長さをそのチューブ内に反応生成物が実質
    的に堆積しないような長さにしてあり、 前記延伸工程が０．３ｃｍと１．０ｃｍの間の内径を有
    する反応チューブを通じて前記光ファイバを延伸するこ
    とよりなる、炭素被覆光ファイバの作成方法。
  2. 【請求項２】 前記延伸工程が反応チューブを通じて前
    記光ファイバを延伸することよりなり、この場合、前記
    反応チューブの寸法は前記ガスが出るこのチューブの端
    部と前記チューブ内への反応ガスの注入の平均点との間
    の距離が３ｃｍと１０ｃｍの間である、請求項１の方
    法。
  3. 【請求項３】 前記反応ガスおよび反応生成物を前記フ
    ァイバの移動方向に流して前記チューブの端部から出
    し、そして制御された雰囲気内に流入させる工程は、前
    記反応ガスが前記チューブを通って流れるときおよび前
    記チューブから出た後に反応し続けるようになされてい
    る、請求項１の方法。
  4. 【請求項４】 炭素被覆光ファイバを作成する方法にお
    いて、 加熱されたガラス体から光ファイバを延伸し、 チューブを通じて前記延伸したファイバを移動させ、 炭質組成を前記チューブ内に流入させ、この場合、前記
    ファイバは（ａ）前記ファイバ上の付着性炭素被覆およ
    び（ｂ）反応生成物を生成する反応を生じさせるのに十
    分な高い温度を有しており、 前記反応ガスと反応生成物を前記チューブを通じて前記
    ファイバの移動方向に流し、そして前記チューブの端部
    からこのチューブより大きい内径を有する受け入れ室に
    流入させ、この場合、前記反応生成物のうちの少なくと
    もある程度の量を前記受け入れ室の表面上に沈積させる
    工程よりなり、 前記延伸工程が０．３ｃｍと１．０ｃｍの間の内径を有
    する反応チューブを通じて前記光ファイバを延伸するこ
    とよりなる、炭素被覆光ファイバの作成方法。
  5. 【請求項５】 炭素被覆光ファイバを作成するための装
    置において、 延伸された光ファイバを作成するためのソース手段と、 前記ソース手段の方を向いたファイバ取り入れ端部とそ
    れに対向したファイバ取り出し端部を有する反応チュー
    ブと、 前記反応チューブより大きい内径を有しかつこの反応チ
    ューブの取り出し端部と連通した受け入れ室と、 前記反応チューブ内の前記ファイバの温度が（ａ）前記
    ファイバ上の付着性炭素被覆と（ｂ）反応生成物を生成
    する反応を生じさせるのに十分なだけ高くなるように前
    記ソース手段に十分接近している前記反応チューブ内に
    炭質組成を有する反応ガスを流入させるための手段と、 前記反応ガスと反応生成物を前記反応チューブを通じて
    流し、そして前記取り出し端部から前記受け入れ室内に
    流入させるための手段との直線配置を具備しており、 前記反応チューブの内径が０．３ｃｍと１０ｃｍの間で
    ある、炭素被覆光ファイバの作成装置。
  6. 【請求項６】炭素被覆光ファイバを作成するための装置
    において、 延伸された光ファイバを作成するためのソース手段と、 前記ソース手段の方を向いたファイバ取り入れ端部とそ
    れに対向したファイバ取り出し端部を有する反応チュー
    ブと、 前記反応チューブより大きい内径を有しかつこの反応チ
    ューブの取り出し端部と連通した受け入れ室と、 前記反応チューブ内の前記ファイバの温度が（ａ）前記
    ファイバ上の付着性炭素被覆と（ｂ）反応生成物を生成
    する反応を生じさせるのに十分なだけ高くなるように前
    記ソース手段に十分接近している前記反応チューブ内に
    炭質組成を有する反応ガスを流入させるための手段と、 前記反応ガスと反応生成物を前記反応チューブを通じて
    流し、そして前記取り出し端部から前記受け入れ室内に
    流入させるための手段との直線配置を具備しており、 前記反応チューブの寸法は、前記チューブの前記取り出
    し端部と前記反応ガスを流す手段の間の距離が３ｃｍと
    １０ｃｍの間であるようになされている、炭素被覆光フ
    ァイバの作成装置。
  7. 【請求項７】 炭素被覆光ファイバを作成するための装
    置において、 延伸された光ファイバを作成するためのソース手段と、 前記ソース手段の方を向いたファイバ取り入れ端部とそ
    れに対向したファイバ取り出し端部を有する反応チュー
    ブと、 前記反応チューブより大きい内径を有しかつこの反応チ
    ューブの取り出し端部と連通した受け入れ室と、 前記反応チューブ内の前記ファイバの温度が（ａ）前記
    ファイバ上の付着性炭素被覆と（ｂ）反応生成物を生成
    する反応を生じさせるのに十分なだけ高くなるように前
    記ソース手段に十分接近している前記反応チューブ内に
    炭質組成を有する反応ガスを流入させるための手段と、 前記反応ガスと反応生成物を前記反応チューブを通じて
    流し、そして前記取り出し端部から前記受け入れ室内に
    流入させるための手段との直線配置を具備しており、 前記反応チューブが前記受け取り室内に突入している、
    炭素被覆光ファイバの作成装置。
  8. 【請求項８】 炭素被覆光ファイバを作成するための装
    置において、 延伸された光ファイバを作成するためのソース手段と、 前記ソース手段の方を向いたファイバ取り入れ端部とそ
    れに対向したファイバ取り出し端部を有する反応チュー
    ブと、 前記反応チューブより大きい内径を有しかつこの反応チ
    ューブの取り出し端部と連通した受け入れ室と、 前記反応チューブ内の前記ファイバの温度が（ａ）前記
    ファイバ上の付着性炭素被覆と（ｂ）反応生成物を生成
    する反応を生じさせるのに十分なだけ高くなるように前
    記ソース手段に十分接近している前記反応チューブ内に
    炭質組成を有する反応ガスを流入させるための手段と、 前記反応ガスと反応生成物を前記反応チューブを通じて
    流し、そして前記取り出し端部から前記受け入れ室内に
    流入させるための手段との直線配置を具備しており、 前記受け入れ室内に流入する周囲空気の流れを制限する
    ために前記反応チューブに対向して前記受け入れ室内に
    設けられた隔離室をさらに具備している、炭素被覆光フ
    ァイバの作成装置。
  9. 【請求項９】 前記受け入れ室からガスを排出させる手
    段をさらに具備している、請求項８の装置。
  10. 【請求項１０】 炭素被覆光ファイバを作成するための
    装置において、 延伸された光ファイバを作成するためのソース手段と、 前記ソース手段の方を向いたファイバ取り入れ端部とそ
    れに対向したファイバ取り出し端部を有する反応チュー
    ブと、 前記反応チューブより大きい内径を有しかつこの反応チ
    ューブの取り出し端部と連通した受け入れ室と、 前記反応チューブ内の前記ファイバの温度が（ａ）前記
    ファイバ上の付着性炭素被覆と（ｂ）反応生成物を生成
    する反応を生じさせるのに十分なだけ高くなるように前
    記ソース手段に十分接近している前記反応チューブ内に
    炭質組成を有する反応ガスを流入させるための手段と、 前記反応ガスと反応生成物を前記反応チューブを通じて
    流し、そして前記取り出し端部から前記受け入れ室内に
    流入させるための手段との直線配置を具備し、 前記受け入れ室の直径が２．５ｃｍと１０ｃｍの間であ
    る、炭素被覆光ファイバの作成装置。
  11. 【請求項１１】 炭素被覆光ファイバを作成するための
    装置において、 延伸された光ファイバを作成するためのソース手段と、 前記ソース手段の方を向いたファイバ取り入れ端部とそ
    れに対向したファイバ取り出し端部を有する反応チュー
    ブと、 前記反応チューブより大きい内径を有しかつこの反応チ
    ューブの取り出し端部と連通した受け入れ室と、 前記反応チューブ内の前記ファイバの温度が（ａ）前記
    ファイバ上の付着性炭素被覆と（ｂ）反応生成物を生成
    する反応を生じさせるのに十分なだけ高くなるように前
    記ソース手段に十分接近している前記反応チューブ内に
    炭質組成を有する反応ガスを流入させるための手段と、 前記反応ガスと反応生成物を前記反応チューブを通じて
    流し、そして前記取り出し端部から前記受け入れ室内に
    流入させるための手段との直線配置を具備し、 前記受け入れ室の長さが１０ｃｍと５０ｃｍの間であ
    る、炭素被覆光ファイバの作成装置。
  12. 【請求項１２】 炭素被覆光ファイバを作成するための
    装置において、 延伸された光ファイバを作成するためのソース手段と、 前記ソース手段の方を向いたファイバ取り入れ端部とそ
    れに対向したファイバ取り出し端部を有する反応チュー
    ブと、 前記反応チューブより大きい内径を有しかつこの反応チ
    ューブの取り出し端部と連通した受け入れ室と、 前記反応チューブ内の前記ファイバの温度が（ａ）前記
    ファイバ上の付着性炭素被覆と（ｂ）反応生成物を生成
    する反応を生じさせるのに十分なだけ高くなるように前
    記ソース手段に十分接近している前記反応チューブ内に
    炭質組成を有する反応ガスを流入させるための手段と、 前記反応ガスと反応生成物を前記反応チューブを通じて
    流し、そして前記取り出し端部から前記受け入れ室内に
    流入させるための手段との直線配置を具備し、 前記受け入れ室の長さが少なくとも１０ｃｍである、炭
    素被覆光ファイバの作成装置。
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