JPH04119944A - 光ファイバの製造方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【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を有する光ファイバの
製造方法とその装置とに関し、特に長平方向に沿って均
質な炭素被膜を有する光ファイバの製造を可能とするも
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
散され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Ｐ　ｔ　Ｏ
５，Ｇ　ｅ　Ｏｔ　、　Ｂ　ｔ　Ｏ３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。

このような問題を解決するｆこめ、最近化学気相成長法
（以下、ＣＶＤ法と略記する。）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
素特性を向上させ得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
内に挿入するとともに、炭化水素化合物を不活性ガス等
によってガス化すると共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
炭素被膜を形成する方法である。

従来、上記ＣＶＤ法によって光ファイバ裸線表面に炭素
被膜を形成するには、第５図に示したような装置が用い
られている。

第５図中、符号ｌは光ファイバ裸線である。光ファイバ
裸線ｌ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ｌ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
１コＣ′ｖ″Ｄ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、上段の光ファイノく紡糸炉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を加熱する加熱手段５とから概略構成されてい
る。

この反応管４の上部には反応管４内へ原料ガスを供給す
るための原料ガス供給管６か、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。

［発明が解決しようとする課題］ ところで第５図に示した装置は、光ファイノ＜裸線１表
面に簡便に炭素被膜を形成する目的でなされれたもので
あるので、長手方向に沿って均質な炭素被膜を有する光
ファイバを得る点においては改良の余地があった。すな
わちこの装置において光ファイバ裸線１表面に形成され
る炭素被膜の膜厚にはバラツキがあるばかりでなく凹凸
があり、局部的に炭素被膜の膜厚が不十分な箇所（ピン
ホル）が発生しやすく、その結果として充分な耐水素特
性が発現されないという不都合があった。

さらに、光ファイバの力学的強度を示す「ファイバ強度
」および「ｎ値」といった特性値に関しても、光ファイ
バの長手方向に沿ってバラツキが発生しやすいという問
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、長手方向に沿って均質な炭素被膜を有する光ファ
イバが得られる製造方法とその装置とを提供することを
目的としている。

［課題を解決する手段］ この発明の光ファイバの製造方法は、炭化水素化合物を
含有してなる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光ファイバの製造方法において、
熱分解温度にまで加熱された原料ガスを光ファイバの紡
糸方向に対して垂直に一方向以上から供給することを解
決手段とした。

またこの発明の光ファイバの製造装置は、炭化水素を含
有してなる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概略円筒状の反応管に、原料ガス供
給管と排気管とを対峙するように配してなる光ファイバ
の製造装置であって、複数本の原料ガス供給管を上記反
応管に対してそれぞれ垂直に配し、かつこれらの原料ガ
ス供給管に、原料ガスを熱分解温度にまで加熱する加熱
手段をそれぞれ備えたことを解決手段とした。

［作用］ 熱分解温度にまで加熱された原料ガスを光ファイバ裸線
の紡糸方向に対して垂直にクロスフローさせることによ
り、反応管内における原料ガスの濃度分布をなくすとと
もに、原料ガスと光ファイバ裸線との接触を均一に行な
うことができる。

以下、この発明の詳細な説明する。

第１図は、この発明の請求項３記載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５図に示したものと異なるとこ
ろは、熱分解温度にまで加熱されｒこ原料ガスを光ファ
イバ裸線１の紡糸方向に対して垂直に一方向以上から供
給可能とするために、加熱手段５を反応管４の外周に設
けずに、原料ガス供給管６の外周に設けると共に、原料
ガス供給管６をそれぞれ反応管４に対して垂直に設けた
点である。

さらに原料ガスを光ファイバ裸線ｌに勢いよく接触せし
められるように、排気管８を原料ガス供給管６に対峙し
て設けた。原料ガス供給管６を加熱する加熱手段５とし
ては、カーボン炉、マツフル炉、集光炉、電気炉等を用
いることができ、原料ガスを熱分解温度にまで加熱可能
な手段であれば特に限定されるものではない。

上記装置を用い、この発明の請求項Ｉ記載の製造方法に
沿って光ファイバを製造するには、以下の工程による。

紡糸された光ファイバ裸線ｌを反応管４の中心軸上に挿
通し、ＣＶＤ反応炉３内を所定の線速て走行するように
供給する。ついでガスンール機構８．８から反応管４内
へシールガスを供給して反応管４内の気密を保つ。シー
ルガスとしては、乾燥した高純度ヘリウムガスやアルゴ
ンガス等が好適である。また加熱手段５を発熱させると
共に、原料ガス供給管６から原料ガスを供給して、熱分
解温度にまで加熱された原料ガスを反応管４内へ供給す
る。

原料ガスとしては、熱分解によって炭素被膜を形成可能
な炭化水素化合物であれば特に限定されるものではない
が、得られる炭素被膜の性状とその析出速度の観点から
、炭素数１５以下の炭化水素またはハロゲン化炭化水素
が好適である。これらの炭化水素化合物は、ガス状態に
して供給するほか、不活性ガス等のキャリアガスによっ
て希釈して用いることができる。原料ガスの供給速度は
、炭化水素化合物の種類および加熱温度等によって適宜
選択されるが、通常は０２〜１．ｉ／分程度が好適であ
る。また加熱手段５の加熱温度は原理的には原料ガスの
熱分解温度であり、通常は、４００〜１４００℃が好適
である。この温度は原料ガスの種類等によって適宜選択
されるが４００°Ｃ未満であると原料ガスの熱分解が充
分に進行せずに、また１４００℃を越えると副生成物と
して煤が大量に発生するためである。この操作と平行し
て原料ガス供給管６に対峙するように配された排気管８
から反応管４内を排気する。この際の排気圧は原料ガス
の供給速度および光ファイバ裸線ｌの線速等によって適
宜選択されるが、０．１〜１０ｍｍＨｇ程度が好適であ
る 上記製造方法によれば原料ガスは原料ガス供給管６内で
充分に加熱されているので、反応管４内に供給される際
には、熱分解している。かくしてこの熱分解した原料ガ
スが光ファイバ裸線ｌと接触し、熱ＣＶＤ反応によって
光ファイバ裸線１表面に直ちに炭素被膜を析出する。

また原料ガスを光ファイバ裸線ｌの紡糸方向に対して垂
直に一方向以上から供給し、直ちに排気することによっ
て、反応管４内におけるＣラジカルの濃度分布を常に一
定に保つことができ、光ファイバ裸線１の長手方向に沿
って均一かつ均質な炭素被膜を形成することかできる。

光ファイバ裸線１表面に形成する炭素被膜の析出速度を
向上させるには、第２図に示した装置を用いることがで
きる。この装置も第１図に示した装置と同様し、この発
明の請求項３記載の光ファイバの製造装置の一例であり
、３本の原料ガス供給管６・・・を光ファイバ裸線１の
紡糸方向に沿って順次平行に配設したものである。すな
わち第２図に示した装置は加熱温度にまで加熱された原
料ガスを一方向から反応管４内に供給する点においては
第１図に示したものとなんら変わるところがないが、原
料ガスを互いに平行に配設された複数本の原料ガス供給
管６・・から供給可能とした点において異なる。原料ガ
ス供給管６・・・を複数本配設することによって、充分
に加熱された原料ガスを光ファイバ裸線ｌの長手方向に
沿って同時に供給できるので、反応管４内における原料
ガス濃度を過度に高くすることなく炭素被膜の析出速度
を向上させることができる。

なお第２図に示した例にあっては、原料ガス供給管は３
本であったが、この発明の製造装置はこれに限定される
ものではなく、複数本の原料ガス供給管６・・・を有す
るものであれば良い。

また炭素被膜を光ファイバ裸線ｌの長手方向に沿って、
より一層均−かつ均質に形成するには、第３図および第
４図に示したような反応管４を用いても良い。第３図は
、この発明の請求項４記載の光ファイバの製造装置に好
適に用いられる反応管４の概略斜視図を示したものであ
る。また第４図は第３図に示した反応管４を光ファイバ
裸線ｌの挿通方向から見た概略断面図である。この反応
管４は、３本の原料ガス供給管６ａ、６ｂ、６ｃと３本
の排気管７ａ、７ｂ、７ｃとが、それぞれ光ファイバ裸
線ｌの紡糸方向に沿って垂直に配されている。さらに相
対する各原料ガス供給管６・・と排気管７・・とはそれ
ぞれ反応管４を介して対峙している。加えて各反応管６
ａ、６ｂ１６ｃおよびこれらに相対応する各排気管７ａ
、７ｂ、７ｃによってなされた角度が１２０°となって
おり、熱分解温度にまで加熱された原料ガスをクロスフ
ローさせ、光ファイバ裸線１に対してまんへんなく供給
できるようになっている。すなわち第３図および第４図
に示した例にあっては、それぞれ（Ｎ２２）本の原料ガ
ス供給管６・・によって成される角度が３６０＋３＝１
２０°に設定されている。

すなわち各原料ガス供給管６ａ、６ｂ、６ｃをそれぞれ
１２０°づつずらして配置することによって、光ファイ
バ裸線ｌに対してＮ＝３方向からの原料ガスの供給を可
能とし、原料ガスの供給濃度分布によって光ファイバ裸
線１表面に形成される炭素被膜が不均一になるのを防止
することができる。

またこの発明の光ファイバの製造方法および製造装置は
いずれも第３図および第４図に示した例に限定されるも
のではなく、Ｎ（Ｎは１以上の整数である。）本の原料
ガス供給管６・−と、それに相対する排気管７・・・を
有するものであっても良い。

その場合には、各原料ガス供給管６・によって成される
角度が（３６０÷Ｎ）°　となるように原料ガス供給管
６・・・を互いに（３６０＋Ｎ）”　づつずらして配置
する必要がある。

さらに第３図および第４図に示した反応管４にあっては
、各原料ガス供給管６・・が光ファイバ裸線１の紡糸方
向に沿って多段に設けられているが、この発明はこの例
に限定されるものではなく、Ｎ本の原料ガス供給管６・
・・を同一平面上に配設しても良い。

口実施例コ （実施例） 石英製の十字管を１２０°づつずらして、３本接続し、
第３図および第４図に示したと同様の反応管４を作成し
た。この反応管を用いてＣＶＤ反応炉を作成した。

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、上記反応管を有するＣＶＤ反応炉を設けて光フ
ァイバの製造装置とした。

コアにＧｅ　Ｏ，がドープ剤として含浸された外径３０
ｍｍの単一モードファイバ母材を紡糸炉内に設置して、
該母材を２０００℃に加熱し、６０ｍ／分の紡糸速度で
外径１２５μｍの単一モードイバを上記ＣＶＤ反応炉内
に挿通し、発熱体を約１３００℃に加熱した。これと共
にヘリウムガスによってガス化されると共に約１０ｖｏ
１％に希釈されたベンゼンを各原料ガス供給管から５Ｃ
／分の流量で供給し、各排気管を一６ｍｍＨｇとして未
反応物および副生成物を排気しつつ、光ファイバ裸線表
面に炭素被膜を形成した。ついで炭素被膜が形成された
光ファイバ表面に、紫外線硬化型樹脂被覆を施して外径
２５０μｍの光ファイバを得た。

（比較例） 第５図に示した装置を用いた以外は、実施例と全く同様
にして、炭素被膜および紫外線硬化型樹脂被覆覆を有す
る光ファイバを製造した。

（試験例１） 実施例および比較例で得られた各光ファイバ５ｋｍを径
１５０ｒＱｍの束状態に巻回し、これを水素分圧１ｓｔ
ｆｆｌ、８０℃の水素評価用加圧容器内に入れ、４８時
間後の波長１．２４μｍにおける（試験例２） 実施例および比較例で得られた各光ファイ）＜　１００
本についてゲージ長１０ｍ　、歪速度１０５７分、２３
℃、５０％ＲＨの条件で引っ張り破断試験を行なった。

（試験例３） 実施例および比較例で得られた各光ファイバを５ｋｍに
ついて２００＋ｎ間隔で電気抵抗値を計２６箇所につい
て測定した。

（試験例４） 実施例および比較例で得られた各光ファイバを５ｋｍに
ついて約５００ｍおきにサンプルを採取し、これら各サ
ンプルをゲージ長１００ｍｍ、歪速度１，１０，５０．
１００％／分の４水準の引っ張り破断試験に供し、その
結果より計ｌｌ箇所について、各々の光ファイバのｎ値
を算出した。

上記試験例１ないし試験例４の結果を第１表に併せて示
した。

第 表 第１表の結果から、この発明の製造装置を用い、この発
明の製造方法にしたがって得られた光ファイバは、その
長手方向に対して特性のバラツキが小さく、均一な炭素
被膜が形成されていることが確認できた。

［発明の効果コ 以上説明したように、この発明の請求項１記載の光ファ
イバの製造方法は、熱分解温度にまで加熱された原料ガ
スを光ファイバの紡糸方向に対して垂直に一方向以上か
ら供給するものであるので、長手方向に沿って均一な炭
素被膜を有する光ファイバを製造することができる。

特にこの発明の請求項２記載の光ファイバの製造方法に
あっては、原料ガスをクロスフローさせることによって
、反応管内の原料ガスの濃度を一定に保つことが可能で
あるので、光ファイバ裸線表面により一層均−な炭素被
膜を形成することができる。

またこの発明の請求項３記載の光ファイバの製造装置は
、炭化水素を含有してなる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概略円筒状の反応管
に、原料ガス供給管と排気管とを対峙するように配して
なる光ファイバの製造装置であって、複数本の原料ガス
供給管を上記反応管に対してそれぞれ垂直に配し、かつ
これらの原料ガス供給管に、原料ガスを熱分解温度にま
で加熱する加熱手段をそれぞれ備えたものであるので、
請求項１および請求項２記載の製造方法に好適に使用す
ることができ、長手方向に沿って均一な炭素被膜を有す
る光ファイバを容易に製造することができる。

特にこの発明の請求項４記載の光ファイバの製造装置に
あっては、原料ガスをクロスフローさせることが可能で
あり、その結果、反応管内の原料ガスの濃度を一定に保
つことが容易であるので、光ファイバ裸線表面により一
層均−な炭素被膜を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、いずれもこの発明の請求項３記
載の光ファイバの製造装置の一例を示した概略構成図で
あり、第３図および第４図は、いずれもこの発明の請求
項４記載の光ファイバの製造装置に好適に用いられる反
応管の一例を示したものであって、第３図は反応管の概
略斜視図、第４図は概略断画図、第５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。 ■・・・光ファイバ裸線、２・・・ファイバ紡糸炉、３
・ＣＶＤ反応炉、　４・・・反応管、５・・・加熱手段
、　　　　６・・・原料ガス供給管、７・・・排気管。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭化水素化合物を含有してなる原料ガスを熱分解
   して光ファイバ裸線表面に炭素被膜を形成する光ファイ
   バの製造方法において、 熱分解温度にまで加熱された原料ガスを光ファイバの紡
   糸方向に対して垂直に一方向以上から供給することを特
   徴とする光ファイバの製造方法
2. （２）一方向以上から供給される原料ガスによって成さ
   れる角度が（３６０／Ｎ）゜（ただしＮは１以上の整数
   である。）であることを特徴とする請求項１記載の光フ
   ァイバの製造方法
3. （３）炭化水素を含有してなる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概略円筒状の反
   応管に、原料ガス供給管と排気管とを対峙するように配
   してなる光ファイバの製造装置であって、 複数本の原料ガス供給管を上記反応管に対してそれぞれ
   垂直に配し、かつこれらの原料ガス供給管に、原料ガス
   を熱分解温度にまで加熱する加熱手段をそれぞれ備えた
   ことを特徴とする光ファイバの製造装置
4. （４）複数本の原料ガス供給管によってなされる角度が
   （３６０／Ｎ）゜（ただしＮは１以上の整数である。）
   であることを特徴とする請求項３記載の光ファイバの製
   造装置