JPH05246739A - カーボンコート光ファイバの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 引張強さなどの機械的特性が一層向上したカ
ーボンコート光ファイバを得るためのカーボンコート光
ファイバの製造方法を提供することにある。 【構成】 コアとクラッドの一部となるスートプリフォ
ームを形成し、これを脱水処理した後透明ガラス化しガ
ラス母材を得る。ついで、このガラス母材の周上に残り
のクラッドとなるスート層を堆積し、このスート層を脱
水処理した後透明ガラス化してコア−クラッド型のファ
イバ母材８を得る。ついで、ファイバ母材８を溶融紡糸
して光ファイバ裸線９を得、この紡糸直後の光ファイバ
裸線９を窒素ガスなどの水分不存在の雰囲気下で水分を
遮断した状態でカーボンコート装置３に導入し、カーボ
ン被膜を形成するカーボンコート光ファイバの製造方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、機械的特性の優秀な
カーボンコート光ファイバを製造することができる方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光ファイバ裸線上に厚さ１０〜１
００nmのアモルファスカーボンからなるカーボン被膜を
形成したカーボンコート光ファイバが知られている。こ
のカーボンコート光ファイバの製造は、次のようにして
行なわれている。

【０００３】まず、ＶＡＤ法によって、コアとクラッド
の一部となるスートプリフォームを形成した後、これを
脱水焼結炉に挿入して水分の脱水を行なった後、これを
焼結し、透明ガラス化し、コアとクラッドの一部となる
ガラス母材を形成する。ここで、脱水処理を行なうの
は、スートプリフォーム内に残留している水分が伝送損
失に悪影響を及ぼすことを防止するためである。つい
で、外付け法によって、上記コアとクラッドの一部とな
るガラス母材の周上に、残りのクラッドとなるスート層
を形成した後、これを焼結し、透明ガラス化して、コア
−クラッド型のファイバ母材を得る。ここでは、スート
層内に水分が残留していても伝送損失に影響を及ぼさな
いため、脱水処理は行なわない。この後、上記ファイバ
母材を紡糸炉内に設置して溶融紡糸し光ファイバ裸線を
得る。ついで、この光ファイバ裸線をカーボンコート装
置に導入し、ＣＶＤ法によって表面上にカーボン被膜を
形成するとカーボンコート光ファイバが得られる。

【０００４】しかしながら、このようにして得られるカ
ーボンコート光ファイバは、機械的強度が高く、気体及
び液体の不浸透性にも優れるという利点を有するもの機
械的強度の向上に不満が残り、光ファイバ自体の理論強
度には程遠いものがあった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】よって、この発明にお
ける課題は、引張強さなどの機械的特性が一層向上した
カーボンコート光ファイバを得るためのカーボンコート
光ファイバの製造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる課題は、コアとク
ラッドの一部となるスートプリフォームを形成し、これ
を脱水処理した後透明ガラス化し、ついで、この周上に
残りのクラッドとなるスート層を堆積し、このスート層
を脱水処理した後透明ガラス化してファイバ母材とな
し、ついで、このファイバ母材を溶融紡糸して光ファイ
バ裸線を得、この紡糸直後の光ファイバ裸線を水分不存
在の雰囲気下でカーボンコート装置に導入し、カーボン
被膜を形成する方法で解決される。

【０００７】本発明者らは、従来のカーボンコート光フ
ァイバが理論強度に程遠いのは、光ファイバ裸線のクラ
ッドから表面に水分が拡散したり、光ファイバ裸線の表
面に空気中の水分が吸着し、光ファイバ裸線とカーボン
被膜との界面に水分が残り、良好なカーボン被膜を形成
できないことと、光ファイバ裸線にカーボン被膜を形成
する際、炭化水素などの原料ガスが熱分解して発生する
ラジカル水素によってカーボンコート光ファイバの初期
強度が低下することが原因であることを見いだした。

【０００８】以下、本発明の一例を詳しく説明する。ま
ず、ＶＡＤ法によって、出発基材の先端にコアとクラッ
ドの一部となるスートプリフォームを形成する。つい
で、これを脱水焼結炉に挿入し、塩素ガスなどの塩素含
有ガスの雰囲気下で加熱し、水分の脱水を行なった後、
これを不活性ガスの雰囲気下で焼結し、透明ガラス化
し、コアとクラッドの一部となるガラス母材を形成す
る。

【０００９】この後、外付け法によって、上記コアとク
ラッドの一部となるガラス母材上に、残りのクラッドと
なるスート層を形成する。ついで、これを脱水焼結炉な
どに挿入し、塩素ガスなどの塩素含有ガスの雰囲気下で
加熱し、上記スート層に吸着した水分の脱水を行なった
後、これを不活性ガスの雰囲気下で焼結し、透明ガラス
化して、コア−クラッド型のファイバ母材を得る。

【００１０】つぎに、このようにして得られるファイバ
母材からカーボンコート光ファイバを製造する方法を説
明する。図１は、この発明の製造方法に好適に用いられ
る製造装置の一例を示したものである。この製造装置
は、紡糸炉１と、この紡糸炉１の下方に設けられている
線径測定器２と、この線径測定器２の下方に設けられて
いるカーボンコート装置３と、紡糸炉１と線径測定器２
との間および線径測定器２とカーボンコート装置３との
間にあるシール管４とから概略構成される。

【００１１】紡糸炉１は、ファイバ母材を溶融紡糸する
ためのものであり、ヒーター（図示略）と、炉心管（図
示略）と、断熱材（図示略）とから概略構成されてい
る。この紡糸炉１の上部には、紡糸炉１内にシールガス
を供給する供給管１ａが、下部には紡糸炉１内に供給さ
れたシールガスを排出する排気管１ｂがそれぞれ接続さ
れており、紡糸炉１内の雰囲気を不活性雰囲気にすると
ともに外気の侵入を防止できるようになっている。

【００１２】線径測定器２は、上記紡糸炉１においてフ
ァイバ母材を紡糸して得られる光ファイバ裸線の外径を
非接触で測定するものであって、この測定結果に基づい
てファイバ母材の紡糸速度等が制御される。

【００１３】カーボンコート装置３は、炭化水素などの
原料ガスを熱分解して光ファイバ裸線の表面にカーボン
被膜を形成するものであって、円筒状のカーボンコート
反応管５と、このカーボンコート反応管５の外側面の周
囲に設けられ、カーボンコート反応管５を加熱する発熱
体（図示略）と、カーボンコート反応管５の光ファイバ
裸線の挿通口とカーボンコート反応管５の下底部とに、
それぞれ接続されている雰囲気調整室７，７とから概略
構成されている。

【００１４】カーボンコート反応管５には、これの内部
に原料ガスを供給する原料ガス供給管６が同心的に挿入
され、上部にカーボンコート反応管５内にシールガスを
供給する供給管５ａが、下部に原料ガスが熱分解して発
生する分解ガスや未反応の原料ガスをカーボンコート反
応管５内に供給されたシールガスとともに排出する排気
管５ｂがそれぞれ接続されており、カーボンコート反応
管５内の雰囲気を不活性雰囲気にするとともに外気の侵
入を防止できるようになっている。

【００１５】雰囲気調整室７は、カーボンコート反応管
３内の雰囲気を一定に保つためのものであって、その三
方向にそれぞれが直角になるようにパイプ７ａ、７ｂ、
７ｃが接続されており、これらのうち直線上に直列する
パイプ７ｂ、７ｃがカーボンコート反応管５の光ファイ
バ裸線の挿入口もしくは下底部に接続され、その中心軸
上に光ファイバ裸線を挿通させるようになっている。そ
して、パイプ７ｂ、７ｃに直交するパイプ７ａからは、
雰囲気調整室７内にシールガスを供給できるようになっ
ており、雰囲気調整室７内の気圧を一定に保つことによ
りカーボンコート反応管５内の原料ガスやシールガス等
の漏洩とカーボンコート反応管５内への外気の侵入を防
止できるようになっている。

【００１６】シール管４は、円筒状のものであり、その
中心軸上に光ファイバ裸線を挿通させるようになってい
る。そして、このシール管４の一端には上記紡糸炉１
が、他端には上記カーボンコート装置３が接続され、中
間部には上記線径測定器２が接続され、これらの接続部
は、シール管４内に外気が侵入しないように完全に封止
されている。また、上部にはシール管４内にシールガス
を供給する供給管４ａが、下部にはシール管４内に供給
されたシールガスを排出する排気管４ｂがそれぞれ接続
されており、シール管４内の雰囲気を不活性雰囲気にす
るとともに外気の侵入を防止できるようになっている。

【００１７】シールガスとしては、原料ガスの熱分解に
対して不活性な気体で、かつ、水分を含んでいないもの
であればよく、例えばヘリウム、アルゴンなどの不活性
ガスの他原料ガスと化学的に不活性な窒素などのガスの
絶乾状態のものが用いられる。

【００１８】図１のような製造装置を用いて、カーボン
コート光ファイバを製造するには、以下の工程による。
まず、紡糸炉１の供給管１ａと、シール管４の供給管４
ａと、カーボンコート反応管５の光ファイバ裸線の挿通
口に接続されている雰囲気調整室７のパイプ７ａと、カ
ーボンコート反応管５の供給管５ａと、カーボンコート
反応管５の下底部に接続されている雰囲気調整室７のパ
イプ７ａとにそれぞれシールガスを供給し、これらシー
ルガスで紡糸炉１内と、シール管４内と、カーボンコー
ト反応管５の光ファイバ裸線の挿通口に接続されている
雰囲気調整室７内と、カーボンコート反応管５内と、カ
ーボンコート反応管５の下底部に接続されている雰囲気
調整室７内の雰囲気を不活性雰囲気にする。一方、これ
らのシールガスは、紡糸炉１の排気管１ｂと、シール管
４の排気管４ｂと、カーボンコート反応管５の排気管５
ｂとからそれぞれ排気する。

【００１９】ついで、上記のようにして得られるファイ
バ母材８を紡糸炉１内に設置し、所定の速度で溶融紡糸
して光ファイバ裸線９を得、これをシール管４内に送り
込む。そして、この光ファイバ裸線９の外径を線径測定
器２でモニタしながらシール管４の中心軸上を走行さ
せ、さらに、カーボンコート反応管５の光ファイバ裸線
のの挿通口に接続されている雰囲気調整室７を経て、カ
ーボンコート反応管５内の中心軸上を走行させ、さら
に、カーボンコート反応管５の下底部に接続されている
雰囲気調整室７から外部へ走行させる。その際、原料ガ
スを原料ガス供給管６からカーボンコート反応管５内に
所定の流速で供給するとともに、発熱体によって原料ガ
スを加熱すると、カーボンコート反応管５内で加熱され
た原料ガスは熱分解し、カーボン被膜として光ファイバ
裸線９表面に析出し、カーボンコート光ファイバ１０が
得られる。一方、カーボンコート反応管５の原料ガスが
熱分解して発生する分解ガスや未反応の原料ガスは、シ
ールガスとともに排気管５ｂから排気する。

【００２０】このような製造方法にあっては、ファイバ
母材の製造工程において、残りのクラッドとなるスート
層に対しても脱水処理を施しているので、光ファイバ裸
線９のクラッドから表面への水分の拡散を極めて少なく
することができ、さらに、紡糸直後の光ファイバ裸線９
をシールガスなどを用いて水分不存在の雰囲気下でカー
ボンコート装置３に導入し、カーボン被膜を形成してい
るので、光ファイバ裸線９の表面に空気中の水分が吸着
せず光ファイバ裸線９とカーボン被膜との界面に水分が
残ることがなく、耐久性に富む特性の良好なカーボン被
膜を形成することができる。また、残りのクラッドとな
るスート層に対しても脱水処理を施すことで、焼結後も
残りのクラッド内に微量の塩素が残留しており、この塩
素によってラジカル水素をトラップすることができ、カ
ーボンコート光ファイバの初期強度の低下を防止でき
る。従って、引張強さなどの機械的特性が一層向上した
カーボンコート光ファイバの製造が可能となる。

【００２１】

【実施例】

（実施例）まず、ＶＡＤ法で用いる出発基材と、コアを
形成するためのバーナと、複数本のクラッドの一部を形
成するためのバーナとを用意した。ついで、コアを形成
するためのバーナに水素、酸素を供給して火炎を形成
し、ここに四塩化珪素、四塩化ゲルマニウムを供給し
て、コアとなるスートを生成させた。一方、複数本のク
ラッドを形成するためのバーナに水素、酸素を供給して
火炎を形成し、ここに四塩化珪素を供給して、クラッド
の一部となるスートを生成させた。そして、軸を中心と
して回転させながら引き上げられている出発基材の先端
にコアとなるスートを堆積させつつ、これの上方の周上
にクラッドの一部となるスートを堆積させ、スートプリ
フォームを形成した。この後、このスートプリフォーム
を脱水焼結炉に入れ、塩素を０．３％混入したヘリウム
ガス雰囲気下で１０００℃で３時間加熱し、上記スート
プリフォームに吸着した水分の脱水を行なった後、さら
にヘリウムガス雰囲気下で１５００℃で焼結し、ガラス
化し、ガラス母材を得た。

【００２２】ついで、外付け法で用いる残りのクラッド
を形成するためのバーナを用意し、これに水素、酸素を
供給して火炎を形成し、ここに四塩化珪素を供給し、残
りのクラッドとなるスートを生成した。そして、残りの
クラッドとなるスートを外付け法によって上記ガラス母
材の周上に堆積し、残りのクラッドとなるスート層を得
た。この後、これを脱水焼結炉に入れ、塩素を０．１〜
１％混入したヘリウムガス雰囲気下で１０００℃で３時
間加熱し、上記スート層に吸着した水分の脱水を行なっ
た後、さらにヘリウムガス雰囲気下で１５００℃で焼結
し、ガラス化し、コア−クラッド型のファイバ母材を得
た。

【００２３】ついで、図１に示したものと同様の製造装
置内に、シールガスとして乾燥窒素を２リットル／分の
流速で供給した後、上記ファイバ母材を紡糸炉内に設置
して溶融紡糸し、径約１２５μｍの光ファイバ裸線を線
速２０ｍ／分で上記製造装置内を走行させるとともに、
原料ガスとしてアルゴンガスで１０ｖｏｌ％に希釈した
ジクロロエチレンを２００ｃｍ³／分の流速でカーボン
コート反応管内に供給した。そして、ジクロロエチレン
の加熱温度を１０００℃として光ファイバ裸線表面に膜
厚約５００nmのカーボン被膜を形成して、カーボンコー
ト光ファイバを得た。

【００２４】（比較例１）ファイバ母材を形成する際、
残りのクラッドとなるスート層に対して脱水処理を施さ
ず、かつ、シール管を設けない以外は実施例１と同様に
してカーボンコート光ファイバを得た。 （比較例２）シール管を設けない以外は実施例１と同様
にしてカーボンコート光ファイバを得た。 （比較例３）ファイバ母材を形成する際、残りのクラッ
ドとなるスート層に対して脱水処理を施さない以外は実
施例１と同様にしてカーボンコート光ファイバを得た。

【００２５】これら実施例と比較例のカーボンコート光
ファイバの初期破断強度を比較した。その結果を下記表
１に示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】上記表１に示した結果から明らかなよう
に、本発明の実施例によって得られるカーボンコート光
ファイバの破断強度が最も大きく、機械的特性が優れて
いることが確認できる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のカーボン
コート光ファイバの製造方法は、コアとクラッドの一部
となるスートプリフォームを形成し、これを脱水処理し
た後透明ガラス化し、ついで、この周上に残りのクラッ
ドとなるスート層を堆積し、このスート層を脱水処理し
た後透明ガラス化してファイバ母材となし、ついで、こ
のファイバ母材を溶融紡糸して光ファイバ裸線を得、こ
の紡糸直後の光ファイバ裸線を水分不存在の雰囲気下で
カーボンコート装置に導入し、カーボン被膜を形成する
ので、引張強さなどの機械的特性が一層向上したカーボ
ンコート光ファイバが得られるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のカーボンコート光ファイバの製造方
法の実施に好適に用いられる製造装置の一例を示した概
略構成図である。

【符号の説明】

３・・・カーボンコート装置、８・・・ファイバ母材、１０・・
・カーボンコート光ファイバ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コアとクラッドの一部となるスートプリ
   フォームを形成し、これを脱水処理した後透明ガラス化
   し、ついで、この周上に残りのクラッドとなるスート層
   を堆積し、このスート層を脱水処理した後透明ガラス化
   してファイバ母材となし、 ついで、このファイバ母材を溶融紡糸して光ファイバ裸
   線を得、この紡糸直後の光ファイバ裸線を水分不存在の
   雰囲気下でカーボンコート装置に導入し、カーボン被膜
   を形成することを特徴とするカーボンコート光ファイバ
   の製造方法。