JPH05202469A - ファイバの連続スパッタ被覆方法および装置 - Google Patents

ファイバの連続スパッタ被覆方法および装置

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JPH05202469A
JPH05202469A JP4127722A JP12772292A JPH05202469A JP H05202469 A JPH05202469 A JP H05202469A JP 4127722 A JP4127722 A JP 4127722A JP 12772292 A JP12772292 A JP 12772292A JP H05202469 A JPH05202469 A JP H05202469A
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sputter
fiber
vessel
coating
substrate
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Jr Harvey N Rogers
ハーベイ・エヌ・ロジャーズ・ジュニア
Jacques F Linder
ジャック・エフ・リンダー
Ii Nicholas Cook
ニコラス・クック・ザ・セカンド
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Hughes Aircraft Co
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、溶融浸漬方法の欠点がなく、しか
もガラスファイバが形成されるときに種々の保護被覆物
を保護材料の溶融温度に関係なくガラスファイバまたは
毛細管に被覆する方法を提供することを目的とする。は
望ましい。 【構成】 ファイバ16の線引き手段と、入口端部26、出
口端部38、およびスパッタ領域を限定する側壁30を有す
るスパッタ容器と、ファイバ16がスパッタ領域32に送ら
れるとき通る入口孔を限定するスパッタ容器の入口端部
26に位置された表面と、スパッタ材料被覆物をファイバ
16の表面上に供給するスパッタ領域32内に位置されたス
パッタ手段と、被覆されたファイバがスパッタ領域32か
らでるときに通る出口孔を限定する出口端部28に位置さ
れた表面とを具備し、入口孔は線引き手段に十分に接近
して位置されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に保護被覆物を有
するファイバおよび毛細管を形成する装置および方法に
関し、特にガラスファイバまたは毛細管を連続的に形成
し、それと同時に金属、金属合金、または他の保護材料
のスパッタ付着された被覆物でガラス表面を保護する装
置および方法に関する。本発明はまた改良されたスパッ
タ被覆装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガラスファイバおよび毛細管は光通信シ
ステムからガスクロマトグラフのような解析装置まで幅
広く使用されている。ガラスファイバは特定の光学品質
および物理的特性によって形成できるため光導波体とし
て幅広く使用されている。光ファイバ導波体が露出され
る様々な環境により、多くの例においてファイバ表面が
保護材料で被覆されることは重要である。特に、ファイ
バ表面はファイバの強度を劣化させる湿気から保護され
なければならない。保護被覆物は金属および金属合金か
ら種々の酸化物およびポリマーに及ぶ。
【０００３】ガラス毛細管はまた多くの用途に幅広く利
用されている。ガラス毛細管の通常の用途の１つはガス
クロマトグラフコラムとしての使用である。ガラス毛細
管に適用される保護被覆物は増加した強度を与える。こ
の特徴は典型的に１００メータを越える長さを有してク
ロマトグラフ装置に取付けおよび取り外しするために頻
繁に処理を必要とするガスクロマトグラフコラムに関し
て特に重要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】溶融浸漬方法は保護金
属層によってガラスファイバまたは毛細管を被覆するた
めに使用される一般的な方法である。溶融浸漬方法では
ファイバが線引き炉から出た直後に金属の溶融池を通っ
てファイバを連続して引出す。金属の溶融池は出て来る
ファイバに十分に接近して位置されるので、初期のガラ
スファイバ表面は金属で被覆する前に汚染されない。こ
れは保護被覆物の使用前に汚染物をガラス表面上に形成
することを許すことは望ましくないので重要である。
【０００５】溶融浸漬方法はこの目的に非常に適してい
るが、ガラスの融点よりも低い溶融温度を有する材料だ
けが使用できるためにこの方法は制限される。さらに、
金属または他の被覆材料の溶融形態は均一密閉を達成す
るために適切な表面張力および付着特性を有しなければ
ならない。ガラスファイバまたは毛細管への溶融層の適
用に対する別の問題は被覆過程中に生成した大きい熱機
械的な応力によって生じる光減衰をもたらす高い微小屈
曲である。
【０００６】上述の問題に関して、溶融浸漬方法の制限
が除去され、しかもガラスファイバが形成されるときに
ファイバの直接の連続的な被覆物を依然として設けるこ
とのできる保護被覆物をガラスファイバまたは毛細管に
適用する別の方法を提供することは望ましい。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によると、ファイ
バまたは毛細管の表面が保護材料によって連続的にスパ
ッタ被覆される連続長のファイバまたは毛細管を製造す
るシステムが提供される。本発明のスパッタ被覆は、形
成直後にファイバまたは毛細管に連続して適用されるの
で、初期のファイバまたは毛細管表面の汚染は実質上生
じない。種々の保護被覆物が保護材料に対する溶融温度
に関係なくファイバまたは毛細管上にスパッタされるこ
とができる。したがって、本発明は線引きされたファイ
バまたは毛細管の直接被覆に関する溶融浸漬方法の利点
を保持し、同時にスパッタ被覆に関して得られる全ての
利点を与える。
【０００８】本発明の連続長のスパッタ被覆されたファ
イバを製造する装置は汚染のない表面を有するファイバ
を連続して形成するファイバ線引き手段を含む。スパッ
タ領域を限定する入口端部と、出口端部と、側壁とを有
するスパッタ容器はファイバ線引き手段の近くに位置さ
れる。スパッタ容器の入口端部に位置された表面は入口
孔を限定し、そこを通ってファイバはスパッタ領域に伝
送される。入口孔はファイバ線引き手段に十分に接近し
て位置されるので、ファイバ表面はスパッタ領域への伝
送前に汚染されない。本発明の装置はまた被覆されたフ
ァイバを得るためにスパッタされた材料の被覆物をファ
イバ表面上に適用するためにスパッタ領域内に位置され
たスパッタ手段を含む。被覆されたファイバは出口孔を
通ってスパッタ容器から出る。
【０００９】本発明の特徴として、荒引き真空室はスパ
ッタ領域内において適切な真空および雰囲気制御をする
ためにスパッタ容器の少なくとも１端部に含まれること
ができるので、スパッタ動作は有効に行われることが可
能である。本発明の別の特徴はファイバ直径に関して入
口孔の寸法を定めることを含むので、ファイバ表面はフ
ァイバがスパッタ容器に入るとき入口孔と接触しない。
スパッタ領域内の適切な真空条件が入口孔とガラスファ
イバの間の不所望の密閉接触を必要とせずに維持できる
ことが発見された。
【００１０】本発明の別の特徴として、複数のモジュー
ルスパッタ装置はスパッタ領域内のファイバ周囲に半径
方向に間隔を隔てて配置される。半径方向に間隔を隔て
て配置されたモジュールスパッタ装置はファイバ表面の
全体にわたってスパッタされた材料を均等に分配する。
本発明のさらに別の特徴に関して、モジュールスパッタ
装置はスパッタ領域内に別の軸方向に位置されるので、
ファイバがスパッタ容器を通るときに異なった材料がフ
ァイバ上にスパッタされることができる。この積層され
たモジュールスパッタ装置は１型式以上の保護被覆材料
の使用のために設ける。
【００１１】さらに、本発明はまたスパッタ容器および
その内部のスパッタ手段を具備する改良されたスパッタ
被覆装置を提供する。スパッタ手段は基体周囲に半径方
向に間隔を隔てて配置された少なくとも２つのモジュー
ルスパッタ装置を含み、スパッタ被覆物を基体上に均一
に付着する。その代りに、付加的なスパッタ装置は基体
の長さに沿ってさらに軸方向に位置されることができ
る。
【００１２】
【実施例】本発明の好ましい１実施例が図１に示されて
いる。装置は溶融ガラスプレフォーム12を含む線引き炉
10を含む。溶融ガラスプレフォーム12の温度は温度制御
装置14によって制御される。溶融ガラスプレフォーム12
は既知の手順にしたがってファイバ16に線引きされる。
ここに説明する際に、保護被覆物がスパッタによって適
用される材料は簡明のために「ファイバ」と呼ばれ、こ
の用語はファイバおよび、または毛細管を意味する。フ
ァイバ16は巻取ドラム18に接続される。ファイバ16が溶
融プレフォーム12から線引きされる速度は巻取ドラムが
回転する速度を制御する速度制御装置20によって制御さ
れる。速度制御装置20はレーザマイクロメータのような
検出器22に接続される。検出器22はファイバ16の直径を
測定し、制御入力信号を速度制御装置20に供給し、それ
によって、巻取ドラム18は所望の直径のファイバ16を供
給する速度で溶融プレフォーム12からファイバ16を線引
きするために制御された速度で回転される。典型的なフ
ァイバ直径は５００マイクロメータ以下程度である。し
かしながら、１０００マイクロメータまでのファイバ直
径もまた可能である。
【００１３】本発明のスパッタ容器が図１に符号24で概
略的に示されている。スパッタ容器24は入口端部26と、
出口端部28と、側壁30を有し、スパッタのためにファイ
バ16が通過するスパッタ領域32を限定する。光学荒引き
真空室34,36 はそれぞれスパッタ容器24の入口端部26お
よび出口端部28に位置されている。荒引き真空室34,36
はルーツブロアのような高容積ブロアまたは真空を荒引
き真空室34,36 内に生成する他の真空装置38に接続され
る。荒引き真空室34,36 はスパッタ室の酸素汚染を効率
的に最小限にするためにファイバ16が雰囲気条件から真
空環境に移動してまた雰囲気条件に戻って通過する転移
室として構成される。
【００１４】ターボ分子ポンプまたは他の真空システム
40はスパッタ動作に必要なスパッタ32領域内の真空条件
を与えるためにスパッタ容器24に取付けられる。
【００１５】本発明によると、スパッタ容器24の入口端
部26がガラスプレフォーム12に十分に接近して位置さ
れ、初期のファイバ16の汚染はガラスファイバが形成さ
れた後且つスパッタ容器24に入る前には生じないことが
重要である。使用されている典型的な距離は炉からのフ
ァイバの出口と真空室への入口まで６乃至１２インチで
あるが、それに限定されない。さらに、この領域におい
て乾燥窒素または他の不活性ガスによって覆われ、汚染
から初期のファイバを付加的に保護する。
【００１６】スパッタ容器24の詳細な図が図２に示され
ている。スパッタ室の出口端部に位置された荒引き真空
室36が示されているが、スパッタ室の入口端部に位置さ
れた荒引き真空室34は図示されていない。好ましい実施
例において、モジュールＤＣスパッタカソード装置はス
パッタ領域32内に配置されている。図２に示されたよう
なスパッタ装置は上列の３つの装置42,44,46および下列
の３つの装置48,50,52として配置されている。ＤＣスパ
ッタカソード装置42〜52はここに図３に詳細に示されて
いる。特定の適用に必要な数だけの多数の列のスパッタ
装置が使用できる。それぞれ２つ以上のスパッタ装置が
各列で使用されている。
【００１７】スパッタに使用されるターゲット材料は被
覆物をスパッタ付着するために使用される通常の材料か
らなることができる。好ましいスパッタ材料は金属およ
び金属合金を含む。典型的な例は銅、アルミニウム、プ
ラチナ、金、ニッケル、クロム、およびインコネル（ニ
ッケルとクロムの合金）を含む。同一の金属または金属
合金が各列のスパッタ装置からスパッタされることが好
ましい。例えば、スパッタ装置42,44,46は同じターゲッ
ト材料を含むことが好ましいので、単一材料はファイバ
が上列のスパッタ装置の側を通過するときファイバ上に
スパッタされる。下列のスパッタ装置48,50,52は同じタ
ーゲット材料を含むか、或いはその代りに、下列のスパ
ッタ装置は異なるターゲット材料を含むことができる。
上列のスパッタ装置とは異なる下列のスパッタ装置のタ
ーゲット材料の使用は単一過程においてガラスファイバ
に対する順次連続した異なる材料の層を形成する。例え
ば、クロムまたはニッケルのような接着プロモータの薄
層はガラスに直接接着しない金または貴金属のような材
料の下列のスパッタ装置からの付着の前に、上列のスパ
ッタ装置から付着される。異なるターゲット材料が同じ
列において使用されるならば、金属は合金を形成するた
めに共同して付着されるか、或いは異なる材料がファイ
バの両側に付着されることができる。もし同じターゲッ
ト材料がスパッタ装置の上列および下列において使用さ
れるならば、下の列は大きい効率を得るために６０度だ
け上列からずらされる。
【００１８】図３に示された下列のスパッタ装置48,50,
52はファイバ16の周囲に配置される。スパッタ装置48,5
0,52は垂直ハウジング54に取付けられる。適切な電源へ
のスパッタ装置の接続および冷却装置は一般に知られて
いるので図示しない。スパッタ装置はファイバ16周囲に
半径方向に１２０°間隔を隔てて配置される。例えば、
スパッタ装置48の部品はターゲットカソード49、アノー
ド51、磁界55を生成する希土類磁石53、バックフレーム
57、および冷却チューブ59である。磁石を用いるＤＣス
パッタカソード装置の一般的な構造は文献（Vosserおよ
びKern、“ThinFilm Processes ”、Acacemic Press,In
c. 、1978年、134 乃至142 頁）に記載されているよう
に従来技術において知られている。スパッタ装置は高い
付着速度を得るためにファイバにできるだけ接近して配
置される。しかしながら、プラズマのアーク作用または
プラズマを維持する類似の問題が起こる可能性があるの
でスパッタ装置は互いに非常に接近して位置されること
はできない。
【００１９】ＤＣスパッタ付着は好ましい付着技術であ
るが、他のスパッタ方法もまたファイバがスパッタ領域
を通過するときに所望の薄膜がファイバに付着されるも
のであれば利用できる。スパッタ領域24内の真空は１乃
至１００ミリトル（１乃至１００ミリＨｇ）程度である
のが好ましい。スパッタ過程中に、スパッタ領域はアル
ゴンのような適切なスパッタガスで１０乃至５０ミリト
ル（１０乃至５０ミリＨｇ）の圧力に戻される。スパッ
タ装置に対するＤＣ電圧はカソードのターゲット材料の
スパッタ浸食を生じるプラズマ放電を生成するレベルに
設定される。被覆材料はファイバがスパッタ領域を通っ
て線引きされるときにファイバ上に付着される。典型的
なファイバの進行速度は１秒当り約０．０１乃至１メー
タである。
【００２０】上方の荒引き真空室34の詳細図が図４に示
されている。荒引き真空室34はガラスファイバ16を荒引
き真空室を通ってスパッタ領域32に通すことができるよ
うに手動で開放される２つの「二枚貝」ドアを含む。２
つの二枚貝ドアは図４に一方のみが示されるドア62と同
一のものである。二枚貝ドア34は取付板64に取付けられ
る。荒引き真空室34はガラスファイバが通る穴68,70 を
含む。穴68,70 は被覆されるガラスファイバよりもずっ
と大きい。
【００２１】本発明によると、挿入体72が設けられ、荒
引き真空室34の上方にある取付け凹み74内にはめ込める
ように寸法が定められている。挿入体72は中心にある孔
76を形成するために共に適合する２つの部片からなる構
造である。孔76は処理されるガラスファイバの直径より
もわずかに大きいように選定される。孔の直径は挿入体
とファイバの間に存在する環状空隙が真空を荒引き真空
状態に形成することができるように十分に小さいように
選定されるが、ファイバが荒引き真空室に線引きされる
とき挿入体と接触しないようにあまり小さすぎてはなら
ない。例えば、２００マイクロメータの直径を有する孔
76は１５０乃至１９０マイクロメータの直径を有するフ
ァイバを処理するときに使用される。約１０乃至２０マ
イクロメータの環状空隙がファイバ16と挿入体孔76の間
に存在することが望ましい。
【００２２】挿入体72は荒引き真空室34上の取付け凹み
74内に取外しできるように取付けられるように設計され
る。したがって、異なる孔の直径76を有する挿入体72は
異なる直径寸法および形状のファイバを形成するために
迅速に交換できる。挿入体72はポリテトラフロロエチレ
ンのような低い表面摩擦の材料から構成されることが好
ましい。
【００２３】本発明の実施例に関して、銅被覆物は図面
に示された装置を使用してガラスファイバ上にスパッタ
付着される。ファイバの直径は１９０マイクロメータで
ある。上方の荒引き真空室の孔76の直径および下方の荒
引き真空室の孔の直径は２００マイクロメータであっ
た。荒引き真空室およびスパッタ領域は約５×１０-4ト
ル（５×１０-4ミリＨｇ）のベース真空に排気される。
アルゴンは４０乃至５０ミリトル（４乃至５×１０-6ミ
リＨｇ）の圧力を維持するためにスパッタ領域に導入さ
れる。０．２０アンペアの電流で２７７ボルトのＤＣ電
圧がスパッタ電極42〜52に供給される。ガラスファイバ
はスパッタ容器の１端部に入り、それぞれの孔を通って
他端部に出る。２０分の付着後、ファイバは解析のため
に除去され、ファイバ周囲の厚さが６％の変化を有する
５．２マイクロメータの銅の被覆物を有することが発見
された。
【００２４】本発明の別の実施例において、１７５マイ
クロメータの直径のガラスファイバは２００マイクロメ
ータの直径の孔を有する挿入体を含む前の実施例に記載
されたのと同じ装置を使用して銅で被覆される。０．５
アンペアで３０８ボルトのＤＣ電圧がスパッタ電極に供
給された。ファイバは１分当り１インチ（２．５４セン
チメートル）の速度でスパッタ室を通過させた。３０分
後、ファイバはスパッタ室を通過したファイバの全長に
わたって延在する銅の連続的な被覆物を有することが検
査で発見された。
【００２５】別の実施例において、同じ装置は銅の被覆
物を新しく形成されたガラスファイバ上に被覆するため
に使用される。スパッタ容器は新しく形成されたガラス
ファイバの直ぐ近くに配置されるので、ファイバは汚染
物がファイバ表面上に形成される前にスパッタ容器に入
る。
【００２６】本発明にしたがって形成された被覆物は以
下詳細に説明するように改良されたパフォーマンス特性
を生成するファイバまたは毛細管の密閉をもたらす。さ
らに、本発明の装置は炉の変更、プレフォーム供給機
構、またはファイバ巻取機構なしに通常のガラスファイ
バ線引きタワーと両立している。さらに、装置の構成は
迅速な処理、異なる線引きタワーシステムとの大きな両
立性、およびファイバを被覆する既知のシステムよりも
容易な動作を許容する。さらに、本発明はファイバを既
知の技術によって付着できない種々の材料で被覆するこ
とを可能にする。本発明によって形成された被覆物は均
一の厚さを有し、周囲温度で形成されるので、過剰な熱
の使用を回避する。さらに、本発明の方法はファイバが
線引きされるときオンラインで実行されるので、空気、
湿気、およびその他の汚染物への過剰な露出の有害な影
響は最小限にされ、ガラスの本質的に高い強度が保持さ
れる。本発明にしたがって形成された改良された性能特
性が含まれるが、それは高温での動作、腐食性化学環境
に対する抵抗、熱および、または機械的な周期的疲労に
対する抵抗、導電性被覆物により電流または電子信号を
導通する可能性、パッケージに対する半田付け或いは臘
付けされる可能性、金属マトリックス複合材料との化学
および物理的な両立性、および光減衰を生じさせた低い
微小屈曲を達成する可能性に制限されない。
【００２７】さらに、前述の説明はファイバをスパッタ
被覆する装置および方法に制限されず、本発明はそのよ
うなものに制限されるものではない。特に、基体の周囲
に半径方向に間隔を隔てて配置されたスパッタ容器内に
位置した２つ以上のモジュールスパッタ装置を具備する
本発明のスパッタ手段は選択された材料の均一被覆物を
基体上にスパッタ付着するために使用されることができ
る。別の実施例において、多数列のスパッタ装置が基体
の長さに沿って異なる軸方向位置に配置されることがで
きる。各種の材料および材料の組合わせは前述のように
基体上にスパッタ付着されることができる。
【００２８】以上、本発明の１実施例が説明されたが、
これは単なる例示にすぎず、種々の他の置換、変形およ
び変更が本発明の技術的範囲内で行われることを当業者
は理解すべきである。したがって、本発明はここに示さ
れた特定の実施例に制限されるものではなく、添付特許
請求の範囲によってのみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の連続長のスパッタ被覆されたファイバ
を製造する好ましい１実施例の装置の概略図。
【図２】本発明の好ましい１実施例のスパッタ容器の部
分的な詳細図。
【図３】線３−３に沿った図２の断面図。
【図４】本発明の好ましい１実施例の荒引き真空室の斜
視図。
【符号の説明】
24…スパッタ容器、26…入口端部、28…出口端部、32…
スパッタ領域、48…スパッタ装置、72…挿入体、74…取
付け凹み、76…孔。
フロントページの続き (72)発明者 ジャック・エフ・リンダー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90274、パロス・バーデス、ペムビナ 27151 (72)発明者 ニコラス・クック・ザ・セカンド アメリカ合衆国、カリフォルニア州 91710、チノ、コンスティテューション・ ストリート 4863

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 汚染のない表面を有するファイバを連続
    して形成するファイバ線引き手段と、 入口端部、出口端部、およびスパッタ領域を限定する側
    壁を有するスパッタ容器と、 前記ファイバが前記スパッタ領域に送られるとき通る入
    口孔を限定する前記スパッタ容器の入口端部に位置され
    た表面と、 被覆されたファイバを得るためにスパッタ材料被覆物を
    前記ファイバ表面上に供給する前記スパッタ領域内に位
    置されたスパッタ手段と、 前記被覆されたファイバが前記スパッタ領域から出ると
    きに通る出口孔を限定する前記スパッタ領域の出口端部
    に位置された表面とを具備し、 前記ファイバ線引き手段から前記入口孔を通って送られ
    る前記ファイバが実質上汚染がないように前記入口孔は
    前記線引き手段に十分に接近して位置されていることを
    特徴とする連続長のスパッタ被覆されたファイバを製造
    する装置。
  2. 【請求項２】 前記入口孔は前記ファイバの汚染のない
    表面と接触していない請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記スパッタ容器は前記ファイバが前記
    スパッタ領域に入る前に通過される前記スパッタ容器の
    入口端部に位置された荒引き真空室を含む請求項１記載
    の装置。
  4. 【請求項４】 前記スパッタ容器は前記被覆されたファ
    イバが前記スパッタ領域から送られて通過される前記ス
    パッタ容器の出口に位置された荒引き真空室を含む請求
    項３記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記スパッタ手段は前記ファイバが前記
    スパッタ領域を通るときに前記ファイバ周囲の１つ以上
    の軸方向の位置において半径方向に間隔を隔てて配置さ
    れた２つ以上のモジュールスパッタ装置を含む請求項１
    記載の装置。
  6. 【請求項６】 異なる軸方向に位置されている前記モジ
    ュールスパッタ装置は１つ以上のスパッタされた材料か
    ら構成された被覆物を生成するために異なる材料を前記
    ファイバの表面上にスパッタする請求項５記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記入口孔は前記スパッタ容器に取外し
    できるように取付けられる孔を備えた挿入体中に存在し
    ている請求項１記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記ファイバ線引き手段はガラスの溶融
    池からガラスファイバを線引きする手段を含む請求項１
    記載の装置。
  9. 【請求項９】 基体を含むスパッタ領域を限定するスパ
    ッタ容器と、 選択された材料層を前記基体上にスパッタ被覆するスパ
    ッタ容器内に位置されたスパッタ手段とを具備している
    選択された材料層を基体上にスパッタ被覆する装置にお
    いて、 前記スパッタ手段は、前記基体の周囲に半径方向に間隔
    を隔てて配置された２つ以上のモジュールスパッタ装置
    を含み、前記スパッタ被覆物を前記基体上に均一に付着
    することを特徴とする選択された材料層を基体上にスパ
    ッタ被覆する装置。
JP4127722A 1991-05-20 1992-05-20 ファイバの連続スパッタ被覆方法および装置 Pending JPH05202469A (ja)

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