JPH0416528A - 光ファイバ用コーティング装置 - 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］ 本発明は、光フアイバ用コーティング装置に関し、詳し
くは光ファイバの表面に無機物の薄膜を被覆するための
光フアイバ用コーティング装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来−船釣に用いられている光ファイバは石英ガラスで
できており、製造されたままの裸の状態では表面に微細
な傷が発生し易いために、通常は製造直後プラスチック
系の材料でコートしている。このような処置を施すこと
により、光ファイバの表面が保護されるので強度的には
約１０倍くらい向上し、例えば１２５ｕｍ外径の光ファ
イバで６〜７ｋｇの荷重まで耐えつる。

しかし、プラスチック系の材料による被覆では長期的信
頼性の点で間朋があり、例えば、水分の透過性、水素ガ
スの透過性が光ファイバの特性に悪影響を及ぼすことが
明らかにされている。すなわち、水分が光ファイバのガ
ラス表面に達すると表面に存在する微小な表面傷の成長
が促進され結果的に静疲労が加速されるため強度的に劣
化し、また、水素ガスが被覆を透過してガラスの内部に
入り込むと水素の吸収により特定の光スペクトルが消失
して結果的に伝送損失を増大させることになる。

このような問題を解決する手段として、従来は光ファイ
バを実装するケーブルの構造において工夫がなされ、外
部からの水分の浸入を抑λるとともに、内部での腐食等
による水素の発生が無いようにケーブル構成材料および
気密構造について検討がなされてきた。また、並行して
光ファイバの気密性の高い被覆材料についても検討され
、アルミニウム、インジウム、すず、ビスマス等の金属
材料を被覆した光ファイバの検討がなされている。

かかる金属材料を光ファイバに被覆するには、溶融金属
中に光ファイバを貫通させ表面に被覆膜を形成するデイ
ツプ法と呼ばれる手法が一般的に採用されてきたが、こ
の手法では、材料によっては光ファイバの周辺温度が５
００℃に達し、かなりの高温になるため被覆直後の冷却
プロセスで金属とガラスとの熱膨張係数の差異により収
縮歪が残り微小的げによるベンディング損失が増加する
という欠点がある。さらに、溶融金属を付着させる手法
をとっているため被覆膜の厚さを薄（するのに限界があ
り、１０μｍ以下の膜を形成しようとすると光ファイバ
とダイスとの間に接触が生じるのが問題で信頼性のある
安定した製造が期待できない。

さらに他の手法として、熱ＣＶＤ法（熱的化学気相堆積
法）、すなわち無機物系の材料を気相状態で光ファイバ
の表面に付着させることにより薄膜コートする方法があ
る。この方法によれば、膜の厚さについて、かなり薄く
することが可能であり、条件を選べば１００人程度まで
安定して成膜できる。しかし、反応ガスを解離するため
のエネルギーを供給するため加熱の必要があり反応部分
では９００℃程度に達する。

石英系のガラスの場合は、その融点が２０００℃以上で
あり、上記の温度でも何ら問題にならないが、フッ化物
系のガラスは融点が３００℃程度であり、熱ＣＶＤ法に
よる技術の適用が望めない。

ところで現在使用されている光ファイバの材料は石英系
ガラスが一般的であり、伝送損失としては０．１５ｄＢ
／ｋｍ程度が限界であるために、さらに低損失の光ファ
イバを実現するには石英系以外の材料を用いる必要があ
る。これに対してフッ化物系のガラス材料では約０．０
１ｄＢ／ｋｍの低損失の可能性を有していることが理論
的に明らかにされており、現在達成された最低損失値は
０．７ｄＢ／ｋｍであるが、将来的にはさらに低損失化
されるのでその用途は高くなることが予想される。

さらにいま一つの手法としてプラズマＣＶＤ　、４があ
る。このプラズマＣＶＤ法は反応ガスを解離するための
エネルギーを放電で生成した電子を介して供給するもの
で、本質的に低温プロセスであり、放電用電極の表面で
は温度上昇するものの電極間の空間部分ではほとんど温
度上昇が無い。そこで、このようなプラズマＣＶＤ法を
用いれば、温度に対して弱いフッ化物系ガラスによる光
ファイバでも薄膜コートできる可能性がある。しかし、
従来のプラズマＣＶＤ法では熱ＣＶＤ法と比較すると一
般的に成膜速度が遅いために光フｊイバの場合のように
連続的に大量生産するプロセスに直列に組み込むのが難
しい。また、成膜速度を上げるためには、プラズマ電極
に印加するパワーを上昇させることが考えられるが、本
質的に低温プロセスとはいえパワーとともに温度上昇は
避けられず、成膜速度を向上させるにも限界があった。

［発明が解決しようとする課題１ 以上述べてきたように光フアイバ用コーティング装置と
してデイツプ法では金属の薄膜化に限界があるとともに
、光フアイバ損失が増大するという欠点があり、熱ＣＶ
Ｄ法では温度上昇が大きいためにフッ化物系ガラスの光
ファイバへの適用が不可能という欠点があり、さらにま
た、従来のプラズマＣＶＤ法では成膜速度が遅いために
光ファイバの製造ラインに組み込めないという欠点があ
った。

本発明の目的は、低温プロセスで、かつ、高い成膜速度
が得られ、光伝送損失が低いフッ化物系光ファイバの量
産に対しても好適な光フアイバコーティング装置を提供
することにある。

［課題を解決するための手段１ 本発明は、上記の目的を達成するために、従来のプラズ
マＣＶＤ法と比較して、より低温で成膜速度の速いコー
トができることを最も主要な特徴とする。すなわち、本
発明は、直線状に伸延された光ファイバの周囲に該光フ
ァイバと平行して等間隔に配置され、冷却通路を有する
複数の放電電極と、該放電電極の極性が隣接するもの同
士間で交互に反転して変化するように交流電圧を印加す
る手段と、前記放電電極の周囲に反応ガスを供給すると
ともに該反応ガスのガス圧を大気圧より低く保つ手段と
、前記放電電極の冷却通路に冷却媒体を供給する電極冷
却手段とを具え、当該電極冷却手段により前記放電電極
を冷却しつつ、前記放電電極間に放電を行わせ、前記反
応ガスを解離させて得られるラジカルにより前記光フア
イバ表面に薄膜コートを形成するようにしたことを特徴
とする。

［作　用１ 本発明によれば、冷却通路を具えた偶数本の放電電極の
周囲に大気圧より低いガス圧の反応ガスを供給するとと
もに、隣接する放電電極間で交互にその極性が反転する
ように交流電圧を印加して、電極間に放電を行わせ、放
電によって反応ガスを解離させることにより得られるラ
ジカルで光フアイバ表面に薄膜を形成するとともに各放
電電極の冷却通路中に冷却媒体を供給してこれを冷却し
続けるようにするので、低温雰囲気中で光ファイバに対
して連続的かつ速い成膜速度で薄膜コーティングを実施
することができる。

［実施例１ 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は本発明の第１の実施例を示す。図中、１は光フ
アイバ母材であって、これを清浄雰囲気中に置かれた加
熱炉３中で加熱することにより、外径が例えば１２５μ
ｍの光ファイバ２に形成される。なお、このように形成
される光ファイバ２の外径は常時外径測定器４で監視さ
れており、その測定結果は加熱炉３の温度制御および光
ファイバ巻取り速度制御のために不図示の制御系にフィ
ードバックされる。かくして所定の径に形成された光フ
ァイバ２は表面被覆のために反応前室５Ａおよび反応室
６へと導かれていくが、このとき、光ファイバ２の表面
に物体が接触すると傷が発生し易いので、光ファイバ２
は反応前室５Ａや反応室６の境界部分でも完全に中空に
浮いた状態に保たれる。また、反応室６において放電に
よりプラズマを発生させるためには、反応室６内のガス
圧を数Ｔｏｒｒ以下に保持する必要がある。そこで、外
部と反応室６との気圧差を得る手段として、窒素ガスに
よる差動排気方式を採用した。すなわち、プラズマＣＶ
Ｄ装置への光フアイバ入口および出口近傍からガスバル
ブ７を介して窒素ガス８を注入し、その下流側の反応前
室５Ａで真空ポンプ９により２段で排気を行うとともに
、反応室６に対しても真空ポンプ９で排気することによ
り、中央の反応室６では０．０５Ｔｏｒｒ以下の低圧と
することができた。

通常のプラズマプロセスで必要とされるガス圧は０、５
Ｔｏｒｒ程度であるので真空度は十分であり、このよう
な真空条件下でも光ファイバ２がその送り方向に対して
自由に移動できるのはいうまでもない。

中央の反応室６の側面には反応ガス１１の供給口が設け
てあり、薄膜として５ｉＮ（シリコンナイトライド）を
被覆する場合には反応ガス１１としてＳＬ）＋４（シラ
ンガス）とＮＨ，（アンモニア）とを用い、またアモル
ファスカーボンを被覆する場合には反応ガス１１として
ＣＨ，（メタン）とＨ，（水素）とを用いる。なお、Ｉ
ＩＡはマスフローメータである。かくして反応室６のガ
ス圧を数Ｔｏｒｒに保ちつつ反応ガス１１を導入する一
方、放電電極１２に交流電圧を印加することにより、反
応室６内にプラズマを発生させることができる。また、
同時にソレノイドコイル１３に電流を流して光ファイバ
２の軸方向に磁界を印加することにより、プラズマ密度
をさらに一層高く保つことができた。

反応前室５Ａを通過した光ファイバ２は、反応室６を通
過後反応後室５Ｂを経て外部に導かれポリマーダイス１
４を通過するときにプラスチック系の樹脂が塗布された
上、硬化炉１５により硬化させられる。プラスチック被
覆層により被覆された外径は、一般の場合のように２５
０〜４５０μｌとした。

このプラスチック被覆は、薄膜コートされた光ファイバ
２の表面を保護するためと、光ファイバ２の取扱を容易
にする目的により施されるものである。すなわち、光フ
ァイバ２は元来曲げや側圧に弱いので、プラスチック被
覆がない場合は、光フアイバ外径が元の１２５μｍとほ
とんど変わらないために、取扱が難しい。が（してプラ
スチック被覆された後、光ファイバ２はキャプスタン１
６により送り出されダンサロール１７を経て巻取りドラ
ム１８により巻取られる。

第２Ａ図および第２Ｂ図は反応室６内に設けられる放電
電極１２の構成を示す。なお、これらの図では、電極１
２として４本の中空の円筒状の導体を用いた例を示した
が、放電電極としては偶数本であればよく、多数の電極
を有する構成も考えられる。本例の場合、４本の放電電
極１２を並行に配置し、それぞれ対角位置にある電極と
おしが同電位となるように交流電圧１９を印加しつつ、
これらの中央部に光ファイバ２を導入する０本例のよう
にすると隣合った電極１２間で放電が生じるので交流電
圧を印加するとその極性が周期的に変化するが、定常状
態に達すると各電極１２の回りには陰極シースが形成さ
れる。この陰極シースはプラズマ密度の高い領域であり
、陰極シースが光ファイバ２に近接した位置に形成され
るように電極間隔を接近させた状態に保つことにより電
極１２の間に高密度のプラズマが形成され、これによっ
て薄膜形成に寄与するラジカルの密度を高く保つことが
できる。

なお４本の電極１２は、絶縁性の円筒容器２１（例えば
ガラス管）の中に納められるもので、その周りにはソレ
ノイドコイル１３が巻かれており、このソレノイドコイ
ル１３に直流型＃ｉ２０から電流を流すことにより光フ
ァイバ２の軸方向に磁界が発生する。かくして上述した
高密度のプラズマに磁界を印加するとプラズマに半径方
向の力が作用するので、プラズマは磁界を印加しない場
合と比較して光ファイバ２に近づくかあるいは離れるか
のいずれかの状態に安定する。そのいずれの状態となる
かは電界と磁界のベクトル方向の相対関係で決まるが、
磁界を印加すると、このようなプラズマの移送現象と併
せて放電電流の急激な増加が見られるので、このため、
磁界を印加しない通常の場合よりもかなり密度の高いプ
ラズマを維持形成することができるようになった。

しかし、同時にこのように構成すると光ファイバ２の表
面温度が上昇するため電極１２に供給するパワーが制限
される。そこで、温度上昇を抑制するために本実施例で
は冷却水供給装置２２を設け、冷却水供給装置２２によ
り電極１２の中空通路に冷却水を供給することにより、
光フアイバ２周辺の温度を大幅に低下させることができ
た。第３図は電極１２に冷却水を供給した場合と、供給
しない場合との温度上昇を測定した結果を示す。本実験
の条件としては、ガスとしてアルゴンを用い、圧力１、
ＩＴｏｒｒ　、放電電流に２００ｍＡを供給してプラズ
マには磁場を印加しなかった。冷却水を供給した場合、
光フアイバ表面温度は時間とともに幾分上昇したが約２
０分程度程図示の黒丸で示すように飽和し定常状態に落
ち着くが、電極１２に冷却水を流さない場合は温度が３
００度以上まで上昇した。これは、フッ化物光ファイバ
の融点が３００度程皮酸あることを考慮すると実際には
使用できない領域である。これに対し、本実施例のよう
に冷却水を流すことにより、光フアイバ周辺温度を４０
度程度まで大幅に低下することが可能となる。

以上述べたとおり、磁界を印加することにより通常より
も密度の高いプラズマが形成できるため薄膜コート形成
に寄与するラジカルの密度を高めることができ、さらに
、放電電極Ｉ２を冷却水によって冷却することにより光
フアイバ周辺温度を大幅に低下できるので電極１２に供
給するパワーを高めることが可能となり、高速成膜を低
温プロセスで実現することができる。

第４Ａ図および第４Ｂ図は、本発明の他の実施例を示す
。本例は、４個の電極１２をそれぞれ断面が四角の筒状
をなす導体で形成し、印加電圧を第２Ｂ図と同様に隣あ
う電極１２間で極性を反転させて放電を生じさせるよう
にしたものである。

また、第５Ａ図および第５Ｂ図は個々の電極の形状を扇
形とした例で、この場合も隣あう電極は極性が反対とな
るように電圧印加する。なお、本例では電極１２と交流
電源１９との接続は１組のみしか示されていないが、ほ
かの電極の組についても同様の接続が行われることはい
うまでもない。この構成は多数の電極片からなっている
ので放電に寄与する電極面積が増え、その分プラズマ密
度を高（保つことができる。

［発明の効果１ 以上説明したとおり、本発明によれば、低温プロセスで
、かつ高速の成膜が可能となり、フッ化物ガラス等融点
の低いガラス系の光ファイバに対してもコーティングが
可能となる。また、シリコンナイトライド膜やアモルフ
ァスカーボン膜はいずれも水分や水素の透過性が無（、
本発明ではこれらの薄膜を光ファイバに容易に被覆する
ことができるもので静疲労や損失増加などの特性劣化を
防止できる効果がある。特に、光ファイバとして赤外吸
収損失が小さく超低損失性が期待されているフッ化物系
のガラス材料は、ナトリウム原子を含んでいるため潮解
性があり空気中の水分を吸収し易いので、無機物系の材
料でハーメチックコートする事が不可欠であり、特性の
安定したフッ化物光ファイバを実現するためには、この
種のコーティング技術が重要なポイントであったが１本
発明によれば融点の低い上述したような光ファイバに対
し安定した／ｌｌｌ１コートができるという、いままで
にない利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す全体の構成図、 第２Ａ図および第２Ｂ図は本発明にかかる放電電極の構
成の一例を示す、それぞれ斜視図およびその断面図、 第３図は実験による冷却効果のデータを示す温度変化図
、 第４Ａ図および第４Ｂ図は本発明の第２の実施例による
放電電極の構成を示す、それぞれ斜視図およびその断面
図、 第５Ａ図および第５Ｂ図は本発明の第３の実施例による
放電電極の構成を示す、それぞれ斜視図およびその断面
図である。 ｌ・・・光フアイバ母材、 ２・・・光ファイバ、 ３・・・加熱炉、 ４・・・光フアイバ外径測定器、 ５Ａ・・・反応前室、 ５Ｂ・・・反応後室、 ６・・・反応室、 ７・・・ガスバルブ、 ７Ａ・・・マスフローメータ、 ８・・・窒素ガス、 ９・・・真空ポンプ、 １１・・・反応ガス（容器）、 １２・・・放電電極、 １３・・・ソレノイドコイル、 １４・・・ポリマーダイス、 １８・・・巻取りドラム、 １９・・・交流電圧源、 ２０・・・直流電源、 ２２・・・冷却水供給装置。 ’　　１０　　　　　　　２０ Ｆｐｒ％ｌ’ｌ　　ｔ　（ｍｉｎ） 哀ＭＬ＝与る二命ＩＰ文カ策のヂーク乏水１虐口（聚１
し凶第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）直線状に伸延された光ファイバの周囲に該光ファイ
   バと平行して等間隔に配置され、冷却通路を有する複数
   の放電電極と、 該放電電極の極性が隣接するもの同士間で交互に反転し
   て変化するように交流電圧を印加する手段と、 前記放電電極の周囲に反応ガスを供給するとともに該反
   応ガスのガス圧を大気圧より低く保つ手段と、 前記放電電極の冷却通路に冷却媒体を供給する電極冷却
   手段と を具え、当該電極冷却手段により前記放電電極を冷却し
   つつ、前記放電電極間に放電を行わせ、前記反応ガスを
   解離させて得られるラジカルにより前記光ファイバ表面
   に薄膜コートを形成するようにしたことを特徴とする光
   ファイバ用コーティング装置。