JPS603019B2 - 光ファイバ母材の製法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、石英ガラスからなる光フアイバ母村のロッド
・イン・チューブ法（以下、Ｒｒ法とし・う）による製
造法の改良に関する。 ＲＴ法は、コアとなるガラスロッドをクラッドとなるガ
ラスチューブ内に挿入したのち、ガラスチューブを高温
に加熱して融着一体化（コラプス）して光フアィバ母村
を形成する方法であって古くから知られている光フアィ
バ母材の製造法である。 ＲＴ法の難点は、コアとクラッドとの界面にボィドや異
物（それらの界面不整は光散乱ロスの原因となる）のな
い母材を製造することが困難であることにあるが、本発
明者らはチューブとロッドとのコラプスに先立って、特
定のガスをチューブとロッドの間隙に流して、それらガ
ラス表面を清浄化する技術を先に開発した。上記特定ガ
スの一種としてフッ素化合物類が含まれるがフッ素化合
物はガラス表面上の異物をフッ化物として蒸発除去させ
る効果において優れているが、反面、チューブ、ロッド
のガラス表面をもエッチングして微少な腐食跡を生ぜし
める問題がある。本発明においては、上記フッ化物によ
って生じた腐食跡は、特定の非フッ素系物質と酸素ガス
との混合ガスによる再処理により癒され、而して本発明
によりロッドとチューブとの界面における散乱ロスの極
めて少し、光フアィバ母村及び光フアィバの製造が可能
となる。 本発明の要旨とするところは、石英ガラスチューブのな
かに石英系ガラスロッドを挿入設置し、チューブとロッ
ドを融着一体化して光フアイバ母材を製造するにあたり
、上記融着一体化に先だって、高温度に保持されたチュ
ーブとロッドとの間隙にフッ素化合物を流してチューブ
とロッドの表面を処理し、次いで下記の条件を満足する
ガラス表面処理剤と酸素ガスとを流して上記チューブと
ロッドの表面を仕上げ処理することを特徴とする光フア
ィバ母材の製造法である；（ｉ）フッ素含有量が１の重
量％以下であること及び、（ｉｉ） 酸素ガスの共存下
で高温度に加熱されたときに生成する物質は、上記融着
一体化するに必要な温度以下の沸点又は昇華点を有する
こと。 本発明において融着一体化される石英系ガラスロッドお
よび石英系ガラスチューブとしては純石英ガラス、また
は屈折率を変化させるために公知の方法により１種また
は２種以上のドーバント、たとえばＣｅ○２、Ｐ２０５
、Ｂ２０３、Ｆなどをドープした石英ガラスが用いられ
る（ドープする方法およびドーパントに関しては、たと
えば袴公昭５１−２３１８５号公報、特関昭５０一１２
０３５２号公報、樽関昭５２−３５６５４号公報などを
参照）。そのぱあい、ロッドはその全体が光フアィバの
コアとなるものであってもよく、または光フアィバのク
ラツドの一部となる層を外周に備えたものであってもよ
い。またロッドはステップ・インデックス形、グレーテ
ッド・インデックス形のいずれのコアを与えるものであ
ってもよい。一方、チューブはその全体が光フアィバの
クラッドとなるものであってもよく、または光フアィバ
のクラッドとなる内層の外側に光フアィバのサポート層
となる外層を有するものであってもよい。さらにチュー
ブは光フアイバのクラッドとなる層の内側に光フアィバ
のコアの一部となるステップ・インデックス形またはグ
レーデッド・インデックス形の屈折率分布を有する層を
備えたものであってもよい。前記において言及したチュ
ーブの内側に光フアィバのコアの一部となる層を備えた
ものを使用して、ＲＴ法により光フアィバ母材を製造す
るぱあし、は、光フアィバのコアの内部にロッドとチュ
ーブとの界面が存在するようになるので、従来のＲＴ法
によるぱあし、は、コア内部に存在する界面の異物によ
る吸収損失あるいは散乱損失、界面の不整、ボイドーこ
もとず〈散乱損失のため「低損失の光フアイバをうろこ
とはほとんど不可能であった。 しかるに、本発明によるぱあし、はロッドとチューブと
の界面に異物、不整、ボィドがほとんど存在しないので
、前記のようにロッドとチューブとの界面がコアの内部
に存在するようになるぱあし、においても充分に低損失
の光フアィバをうろことが可能となる。このことにより
、たとえばステップ・インデックス形の光フアィバにお
いて、伝送帯域を拡大するためにステップ・インデック
ス形の屈折率プロフィルの膚部に屈曲率勾配をつけた、
いわゆるモデイフアィド・ステップ・インデックス形の
光フアィバを与えうる母村がＲＴ法により初めて実現で
きるわけであり、その工業的意義は大きい。 本発明に用いるロッドおよびチューブは、散乱損失の一
段と少ない光ファィバを製造するために、前もってフツ
酸水溶液などで処理したのち純水洗浄するなどの方法に
より表面を清浄にしたものが好ましい。それら処理、洗
浄の際には超音波による洗浄を併用してもよい。本発明
においては前記のごときロッドおよびチューブを、チュ
ーブのなかにロッドを挿入設置した状態とし、高温度に
加熱されたロッドとチューブとの間隙にのちに詳記する
フッ素化合物、次いでガラス表面処理剤を流すことによ
り、ロッドとチューブの各表面を処理する。 これらの物質による処理は、いずれも低温で行なうと処
理が不充分となり、本発明の目的が達成されないので、
少なくとも５０ぴ○、好ましくは少なくとも７００ｑｏ
、より好ましくは少なくとも１０００℃の温度で行なう
のがよい。ここで処理温度はチューブの外表面の温度で
表わす。ロッドおよびチューブが軟化変形しないかぎり
、前記温度以上の高温度で処理を行なってもさしつかえ
ないが、使用するロッドまたはチューブの種類によって
はロッドまたはチューブ中のドーパントの量、分布など
が大きく変化することがあるので１９００ｏｏ以下の温
度で行なうのが好ましい。ロッドとチューブの加熱は任
意の方法で行なうことができ、たとえばロッドとチュー
ブとをロッドの中心軸のまわりに回転させながら、酸水
素焔などの加熱源を前記ロッドの中心軸と平行にゆっく
り往復または反復移動させつつ加熱する方法によっても
よい。 この加熱源を移動する加熱方式は、本発明においてはと
くに好ましいものであって、そのぱあし、加熱源の移動
速度は約１０〜５００脚／分、なかんづく約５０〜３０
仇舷／分程度が好ましく、加熱源の移動の間ロッドおよ
びチューブは、加熱源により加熱されている部分のチュ
ーブおよびその内側のロッドが円周方向に所定温度に均
一に加熱される充分な速度、たとえば約１０〜１０仇ｐ
ｍで回転させるのが好ましい。本発明においては、ロッ
ドとチューブの各表面はまずフッ素化合物により処理さ
れる。 フッ素化合物としてはＦ２、ＣＩＦ３、ＢｒＦ、ＢｒＦ
４等のフッ素ガス又はフッ素のハロゲン化合物類、ＣＣ
１２Ｆ２、ＣＣ１３Ｆ、ＣＣＩＦ３、ＣＦ４等のフツ化
炭素化合物類、ＢＦ３、ＰＦ５、ＡＳＦ３、ＡｓＦ５、
ＳｂＦ３、ＳｂＦ５、ＳｅＦ４、ＳｅＦ６等の周期律表
第ｍｂ族、第Ｖｂ族、第Ｗｂ族元素のフッ化物等が例示
できる。好ましいものはフツ化炭素化合物類である。フ
ッ素化合物による表面処理の際、フッ素化合物は、ガス
状として単独で、又は好ましくは酸素ガスと混合してロ
ッドとチューブとの間隙に供野合されるが、後者の場合
、酸素ガスとフッ素化合物との割合は酸素ガス１０礎都
（体積部、以下同じ）に対してフッ素化合物約１〜１０
庇都の範囲特に約５〜５碇部とするのが好ましい。 フッ素化合物による表面処理に要する時間は、フッ素化
合物の供給量により異り供給量が多い種短時間ですむ鏡
向にあるが、フッ素化合物の圧力（酸素ガスと併用され
るときは分圧）が１００〜５０００肌Ｈｇ、その流量が
１０〜５０００の

【／分の場合において、前述した移動
させる加熱方式の場合は前述した移動速度範囲で加熱源
を１〜１００回程度反復または往復させて加熱すればよ
い。 電気炉等のチューブ、ロッド組合せ体全体を加熱する加
熱手段を用いて加熱するときは、上記移動式加熱方式に
おける必要温度に加熱される合計時間と同程度の時間加
熱処理を行えばよい。発明においては、上記したフッ素
化合物によるガラス表面処理のあと特定のガラス表面処
理剤と酸素ガスとによるチューブとロッドの表面の仕上
げ処理が行われる。 上記ガラス表面処理剤としては、前記した条件を満足す
るものが用いられる。 本発明に用いるガラス表面処理剤が、酸素ガスの共存下
で高温度に加熱したときにロッドとチューブとを融着−
体化するに必要な温度より高い沸点または昇華点を有す
る物質を生成してはならない理由は、ロッドとチューブ
とを敵着一体化したときに、ロッドとチューブとの表面
に付着堆積した生成物が界面に残存することを避けるた
めである。 かかる残存生成物は界面の不整、屈折率異常点などをも
たらし、散乱損失を増大させる。したがって、少なくと
もロッドとチューブとの融着一体化の際に生成物がほぼ
完全に輝駁される必要があり、ガラス表面処理剤に前記
の条件が要求されるのである。ガラス表面処理剤からの
生成物がたとえ処理の際には固体もしくは液体であって
も融着一体化の際の高温度で揮散するものである‘まあ
いは、該生成物の一部が処理の終了時にロッドまたはチ
ューブの表面上に残存していたとしても、それはロッド
とチューブとが融着一体化しうる高温度に加熱されると
直ちに揮散し、最終的にはロッドとチューブとの間隙か
ら除去されるので、ロッドとチューブの接合界面に不均
一な層を形成したり、異物となって残存することはない
。ここで、ロッドとチューブとを融着一体化するに必要
な温度とはロッドとチューブとを雛着一体化させる際に
おけるチューブの潰し温度（コラプス温度、チューブ外
表面の温度）をいい、たとえば石英ガラスのぱあし、は
約１９００〜２３０ぴ○である。 なお、前記の生成物の完全な薄散のためには、前記の温
度よりもある程度以上低い、たとえば２００℃以上低い
沸点または昇華点を有する生成物を生じるようなガラス
表面処理剤を使用すると安全である。フッ素化合物によ
る処理の結果ロッド及びチューブの表面は荒れるが、ガ
ラス表面処理剤による処理によって、なぜロッドとチュ
ーブとが良好に融着一体化し、その界面に欠陥が生じな
いかについては本発明者らが行なった研究からはつぎの
ごとく推定される。ガラス表面処理剤をガス状として酸
素ガスと共に高温度に加熱されたロッドとチューブとの
間隙に流すと、酸素と高温度の作用で新たに生成した物
質がロッドおよびチューブの各表面層内に拡散して均一
にとりこまれ、ロッドおよびチューブのごく薄い表面層
には共通した物質（生成物）を含むガラス層が形成され
る。 その結果、ロッドとチューブの各表面層相互の化学的親
和性が増大し、あるいはロッドおよびチューブ表面のガ
ラスの粘度が低下して、処理のあとの雛着一体化に際し
て良好な界面が形成され、散乱損失の原因となる欠陥が
生じないものと考えられる。ガラス表面処理剤がフッ素
原子を多量に含んでいるとガラス表面処理時、フッ素化
合物が生成してガラス表面を腐食し、ガラス表面処理剤
本釆の作用を稀釈するのでフッ素含有量は１０重量％以
下、好ましくは１重量％以下のものを用いるのがよい。 ガラス表面処理剤は、処理のために酸素ガスとともにガ
ス状で流されるものである以上、ガス状で流しうる、換
言すれば処理温度において少なくとも後述する混合比率
で酸素ガスと混合しうる程度の蒸気圧を有するものであ
ることが好ましい。 さらにガラス表面処理剤と酸素ガスとの混合ガスを低温
で移送しうると、混合ガスの移送管の保温が容易となる
ので「かかる観点からは低温度で充分な蒸気圧を有する
もの、具体的には３００００で少なくとも１仇吻Ｈｇの
蒸気圧を有するガラス表面処理剤が好ましい。なお本発
明における処理においてはガラス表面処理剤から生成す
る物質がロッドおよびチューブにとりこまれるのである
から、えられる光フアイバで伝送せんとする光の波長が
、たとえばＩＡ風であるとすると、その波長およびその
近傍に特性吸収を示す元素を含む物質をガラス表面処理
剤として用いることが好ましくないのは当然である。 ガラス表面処理剤は前記で詳述したごとき諸条件を満足
するかぎり、その構成元素および化学構造はとくに制限
されない。ガラス表面処理剤として好ましいのは、ロッ
ドおよびチューブのガラス中にとりこまれた際にできる
だけ安定に存在しうる生成物が生成するものである。 かかる生成物としては安定なガラスネットワークを単独
で形成する酸化物、いわゆるガラス形成酸化物、たとえ
ばホウ素、リン、セレンの酸化物などがあげられ、さら
にガラス形成能はもたないが、ガラスネットワーク中に
とりこまれて安定に存在しうる酸化物、いわゆるガラス
修飾酸化物、たとえばヒ素、アンチモンなどの酸化物が
あげられる。従って、ガラス表面処理剤としては上託し
たガラス形成酸化物、ガラス疹節酸化物等を生成し得る
元素を含むものが好ましい。これら元素のうちとくにホ
ウ素、リンが好ましい。前記のごとき元素を含む具体的
なガラス表面処理剤としては、たとえばＢＣ１３、ＢＢ
ｒ３、Ｂ１３、ＢＨＣ１２、Ｂ（ＣＨ３０）３などのホ
ウ素化合物類、ＰＣ１２、ＰＢｒ２、Ｐ１２、ＰＣ１３
、ＰＢｒ３、Ｐ１３、ＰＣ１５、ＰＢｒ５、Ｐちなどの
りンハロゲン化物類、ＰＯＣ１３などのオキシ塩化リン
類、（ＰＮＣ１２）３、（ＰＮＣ１２）４、（ＰＮＣ１
２）５、（ＰＮＣｉ２）６、（ＰＮＣ１２）７などの塩
化ホスホニトリル類、船ＣＩ３、ＡｓＢｒ３などのヒ素
ハロゲン化物類、ＳｂＣ１３、ＳｂＢｒ３、Ｓ比１５な
どのアンチモンハロゲン化物類、Ｓｅ２ＣＩ２、ＳｅＣ
１４、Ｓｅ２Ｂら、ＳｅＢｒ４などのセレンハロゲン化
物類などがあげられる。これら物質は単独で用いてもよ
くまた２種以上を混合して用いてもよい。ガラス表面処
理剤としてとくに好ましい具体的化合物は、ＢＣ１３、
ＢＢｒ３、ＰＣ１３、ＰＯＣ１３などである。ガラス表
面処理剤は、ガス状で酸素ガスと混合してロッドとチュ
ーブとの間隙に供給されるが、その際の酸素ガスとガラ
ス表面処理剤との割合は、通常酸素ガス１０碇部（体積
部、以下同様）に対してガラス表面処理剤約０．１〜２
００部範囲であり、好ましくは約０．５〜１０礎部、と
くに好ましくは約１〜５碇都である。本発明においては
、ロッドおよびチューブのごく表面層を処理するのみで
充分効果がある。 処理に要する時間はガラス表面処理剤と酸素ガスとの混
合ガスの全圧、流量、混合ガス中のガラス表面処理剤の
濃度などによって変化し、全圧、流量が大きいほどおよ
び処理剤濃度が高いほど短時間ですむ煩向にあるが、ガ
ラス表面処理剤と酸素ガスとの混合ガスの全圧が１００
〜５００仇奴Ｈｇ、その流量が１０〜５０００の‘／分
「酸素ガスに対するガラス表面処理剤の割合が前者１０
０部に対して後者約０．５〜１００部のぱあし、におい
て、かつ前述の加熱源を移動させる加熱方式のぱあし、
は、前述した移動速度範囲で加熱源を必要回数反復また
は往復移動させればよい。その反復または往復回数は通
常１〜１００回程度である。電気炉等の非移動式の加熱
手段を用いる場合は、上記移動式加熱源によって必要な
処理温度に加熱する合計時間に見合う時間加熱すればよ
い。前記のごとくして処理したロッドとチューブは引き
競き融着一体化される。 この融着一体化は常法にしたがって行なえばよく、たと
えばロッドとチューブを両者の中心軸が一致するように
配置して同期回転させながら、酸水素焔などの加熱源で
チューブを１９００〜２３００ｑｏ程度に加熱し、熱と
焔圧でチューブを潰し、両者を融合密着せしめる。かく
して本発明における光フアイバ母材がえられる。本発明
の方法により製造された光フアィバ母材からの光フアイ
バの製造は常法にしたがって行なえばよく、たとえば母
村を電気炉などで２０００ｑｏ程度に加熱しながら、１
０〜１００肌／分程度の速度で線引きし、外径１００〜
２００山肌程度のフアイバとする。 つぎに実施例および比較例をあげて本発明の方法を説明
する。 実施例 １ ｎ省ｏが１．４５８５の石英ガラスからなる外径２０脇
、厚さ１．５肋のサポートチューブの内側に、ホウ素と
フッ素でドープされたｎ蟹が１．４斑５の石英ガラスか
らなる厚さ０．８肋のクラッドとなる層を有する長さ８
比泳、内径１５４側のチューブを袴関昭５０一１２０３
５２号公報に記載されている化学的気相沈着法により製
造し、製造後直ちに本実施例に供した。 ｎ色ｏが１．４５８５の高純度石英ガラスからなる外径
８肋のロッドを、その表面を３の重量％のフッ酸水溶液
で洗浄し、ついで超音波をかけながら純水中で充分に洗
浄したのち、該ロッドを前記のチュ−ブ内に同じ的に挿
入設置した。ロッドとチューブを中心軸のまわりに６仇
ｐｍで同期回転させながら、酸素ガスとＣＣ１２Ｆ２ガ
スとの混合ガス〔酸素ガス／ＣＣ１２Ｆ２＝８００／２
００（体積比、以下同様）、全圧：室温で７６仇松Ｈｇ
〕を１０００の‘／分の流量でロッドとチューブとの間
隙に連続供給するとともに、酸水素焔を１０比肋／分の
速度でチューブに平行に３回反復移動させてロッドとチ
ューブを加熱して処理を行なった。酸水素焔で加熱され
ている部分のチューブ外表面の温度は赤外線温度計で測
定して約１５００℃であった。次いで供Ｖ給ガスを酸素
ガスとＢＣ１３ガスとの混合ガス〔酸素ガス／ＢＣ１３
＝８００／２０、全庄：室温で７６物奴Ｈｇ〕に切換え
、該ガスを８００の‘／分の流量でロッドとチューブと
の間隙に連続供給し、加熱温度、酸水素焔の移動速度は
変えずに該焔を１０回反復移動させて仕上げ処理を行っ
た。これら処理ののち直ちにロッドとチューブを引き続
き中心軸のまわりに６比ｐｍの速度で同期回転させなが
ら、酸水素焔でチューブを２０００℃に加熱して潰し、
ロッドとチューブとを轍着一体化させて外径１７脇の中
間母材をえた。 外蓬調整のために、この中間母材に外径２５肌、厚さ１
．５側の石英ガラスチューブを被せ、前記と同様にして
該チューブを潰して中間母材と融着一体化させて、外径
２０．５帆の光フアィバ母材をえた。 さらにこの母材に外径微調整のために酸水素焔によるフ
ァイヤーボリツシュを施し、外径２仇舷に調整した。前
記のごとくして得た光フアィバ母材をカーボン抵抗炉に
より２０００ｑｏに加熱しながら３０仇／分の速度で線
引きし、コア径６０〃仇、クラッド厚１５ム机、フアィ
バ外径１５０ムｗの光フアイバとした。 線引きと同一工程で、このフアイバ上にウレタン樹脂の
プリコート層を施し、しかるのち、さらにそのうえにナ
イロンジャケットを施した。その仕上り外径は０．劫ゆ
であった。この光フアィバの損失特性は第１表に示すと
おりで、きわめて低損失であった。なお同表に示す散乱
損失は、＾‐４表示法（機軸に波長入の４乗の逆数をと
り、縦軸に光ファィバの全損失（服／物）をとる）によ
る損失特性曲線から波長０．６５〜０．８５山肌間の直
線領域を波長無限大にまで直線外挿してえた損失値であ
り、これは波長に依存しない損失項となり、散乱損失を
示すものであるとして一般に認められている。実施例２
〜４および比較例１ フッ素化合物の種類、ガラス表面処理剤と酸素ガスとの
混合割合を第１表に示すごとく変更したほかは実施例１
と同機にして光フアィバ母材の製造および光フアイバの
製造を行なった。 なお用いたロッドおよびサポートチューブは実施例１で
用いたロッドおよびサポートチューブとし同一製造ロッ
ドのものである。したがって用いたロッドおよびサポー
トチューブの寸法および屈折率は実施例１に記載された
ものと同一である。比較例１は、ガラス表面処理剤によ
る処理を行わなかった点のみ実施例１と異る。 第１表 第１表から、実施例１〜４で製造された光フアィバは散
乱損失が比較例１のものにくらべて小さく、したがって
本発明の方法によるときはロッドとチューブとがきわめ
て良好に接合されることが】ｂかる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 石英系ガラスチユーブのなかに石英系ガラスロツド
   を挿入設置し、チユーブとロツドを融着一体化して光フ
   アイバ母材を製造するにあたり、上記融着一体化に先だ
   って、高温度に保持されたチユーブとロツドとの間隙に
   フツ素化合物を流してチユーブとロツドの表面を処理し
   、次いで下記の条件を満足するガラス表面処理剤と酸素
   ガスとを流して上記チユーブとロツドの表面を仕上げ処
   理することを特徴とする光フアイバ母材の製造法；（i
   ）フツ素含有量が１０重量％以下であること及び（ii）
   酸素ガスの共存下で高温度に加熱されたときに生成する
   物質は、上記融着一体化するに必要な温度以下の沸点又
   は昇華点を有すること。 ２ フツ素化合物としてフツ化炭素化合物を用いる特許
   請求の範囲第１項の光フアイバ母材の製造法。 ３ ガラス表面処理剤としてＢ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｓｅ
   からなる群から選ばれた少くとも１元素を含む物質を用
   いる特許請求の範囲第１項又は第２項の光フアイバ母材
   の製造法。 ４ ガラス表面処理剤がＢを含む物質である特許請求の
   範囲第３項の光フアイバ母材の製造法。