JPS62176947A - 石英系フアイバを窒化硼素によりオンラインコ−テイングする方法及び装置 - 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、石英系ファイバの物理的性質、特に高温に
おける使用応力のもとでの経時的腐食及び疲労に対する
抵抗力を改善するため、石英系ファイバを保護性無機物
質によりコーティングする方法及び装置に関する。

〔従来の技術〕

ガラスや石英のファイバ（以下単にファイバという）は
、実用に際して、すなわち、織物や光通信線の製造時に
、強度の機械的応力に対する抵抗を必要とする。さらに
、ファイバの初期特性は汚染空気、温度や腐食性雰囲気
のような外的作用によりしばしば影響を受けて劣化する
。このような欠点は、ファイバ線引きまたはその後の操
作中の機械的取扱いに基づくファイバ線引の微小な亀裂
やひびに主として起因する。これら表面欠陥は、終局的
には拡大して割れ目を形成し究極的な破断。

あるいは他の種類の破…をひき起こす。

それゆえ、外的作用物質を通さない保護性無機物質によ
りファイバをコーティングし、ファイバの機械的強化と
高温度に対する保護を賦与することにより、その事態を
改善することが長年研究されている０例えば、オキシ窒
化シリコン、窒化シリコン、炭素、更にはニッケル、ア
ルミニウムなどの金属、チタニア　（酸化チタン）その
他のいろいろな金属酸化物（例えばｋｌ　２０ｓ＋Ｚｒ
Ｏ２，５ｎｏ２等）など多種類のコーティングが試みら
れてきた。

最近、ファイバの保護被覆として窒化硼素（以下単にＢ
Ｎということもある）を使用することが米国特許第４．
１１８，２１１号に提案されている。またガラスファイ
バに窒化硼素をコーティングする方法がいろいろ提案さ
れている。

その内の若干を下記に挙げる。

Ｐｒｏｃ、Ｅｕｒ、Ｃｏｎｆ、Ｃｈｅｍ、Ｖｒｐ、Ｄｅ
ｐｏｓｉｔｉｏｎ＋　３　ｄ　１９８０゜４９−５５　
（Ｃ，Ａ、９５．１７４０９２）には、「ヘキサクロロ
ボラジンの熱分解による石英上への窒化硼素のコーティ
ング」として、ｎ、Ｎ、ｃｔ、から９００℃でのｖｐｃ
により六方晶ＢＮを堆積してＳｉＯ□に良好な密着性を
有する０、５〜１−の薄膜を形成することが開示されて
いる。

Ｔｈ１ｎ　５ｏｌｉｄ　Ｆｉｌｍｓ　１９８１．８３（
２）、２４７−５ＨＣ，Ａ。

９５：２１３１３７）に「溶融石英及びサファイア上へ
の窒化硼素の７ｓ膜の化学気相蒸着、１として、６００
−１１００℃で反応ＢＣ＋＋＋Ｎｌ１１を用いて石英上
に約０．５ｕ／ｈの速度でＢＮ薄膜の成長が行われるこ
とを開示している。そのような速度はオンライン堆積法
による光ファイバの保護コーティングを得るには不充分
である。

Ｆｉｚ、Ｋｈｉｍ、０ｈｒａｄ、Ｍａｔｅｒ　１９８Ｌ
（２）、８５　　Ｂ　、に、［高周波プラズマ中におけ
るボラジンの分解により作製された窒化硼素薄膜の特性
」として、３〜４ｐｍ／ｈｒの堆積速度をもつ、高周波
放電中におけるボラジンのＢＮへの転換を報告している
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

これらの文献に開示された方法は、明らかに、１０ｍ／
ｌｌｌ１ｎまたはそれ以上の速度に容易に達するプリフ
ォームからの線引き中に石英ファイバのオンライン被覆
を行うには甚だ遅すぎる。実際、オンラインＢＮコーテ
ィング反応装置が長さ０．１−０．３ｍであるとすると
、１０ｍ／ｍｉｎにおける滞在時間は約０．６〜２　ｓ
ｅｃとなる。有効な保護性を有するＢＮコーティングの
厚さは少なくとも０．０１　ｐｅａなければならないと
すれば、その堆積速度は０．２〜０．６μ／ｗｉｎの範
囲になければならない。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によれば、上述の問題点は、 （１］不活性ガスの雰囲気中で１９００〜２２００℃の
温度で石英プリフォームからファイバを線引きすること
。

（ｉｉ）高温の線引きされた該ファイバを、温度９００
〜ｔｔｓｏ℃に加熱する手段を備えた鉛直に保持した石
英管内をオンラインで通過させること。

（２）該石英管にボラジンと不活性ガスの気体混合物を
、該ボラジンの熱分解で生ずる窒化硼素コーティングを
移動するファイバ上にＣＶＤにより施すのに充分な濃度
と速度で流し、該コーティングが少なくとも厚さＱ、Ｑ
ｌ、ｎとなるようにすること。

＋ＩＶＩ　Ｒｉ石英管からコーティングされたファイ／
＜をオンラインで取出し、これをスプールに巻取るため
冷却させること。

よりなる工程により解決される。この方法は、（ｉｔガ
ラスプリフォームを不活性ガスの雰囲気中で溶融線引き
温度まで加熱する手段。

（ｉｉ）加熱した該プリフォームからファイバを線引き
する手段とそれを回転筒に巻取る手段。

［ｉｉ＋窒化硼素の保Ｗ！薄膜をファイバにコーティン
グするため線引き手段と巻取り手段の間に挿入され、フ
ァイバが同軸的に通過する鉛直な石英管から成り、不活
性ガス中に稀釈されたボラジンの気流を吹きつける高周
波加熱されたグラファイトサセプタを内部に有するコー
ティング手段。

よりなる装置を用いることによって実際に実施できる。

〔実施例〕

ファイバプリフォーム線引き用の雰囲気ガスとして、ま
たボラジンに対する稀釈剤として用いる不活性ガスは、
ヘリウム、ネオン、クリプトンまたはキセノンのような
希ガスとすることができるが、入手しやすいという理由
でアルゴンが好ましい。

線引きのためのプリフォーム加熱温度は、約５０〜２０
０−の径のファイバを約２〜２０ｍ／ｍｉｎの速度で線
引きするに充分でありさえすれば、厳格でなくてよい、
好ましい腺引き温度は１９００〜２２００℃の範囲にあ
る。

石英コーティング筒内を流れる混合ガス中のボラジンの
比率と該混合ガスの流量は、希望するコーティング能力
によってきまる。すなわち、より高い堆積速度を求める
ほどガス中のボラジン濃度が高くなり、あるいは混合ガ
スの流れを速やかにする。しかし、ボラジン反応物の到
達速度をコーテイング槽内の動くファイバに接する該反
応物の熱分解の速度と整合させるよう注意せねばならな
い、適切な操作変数は、ファイバ線引速度が２〜２０１
／ｍｉｎの場合には、ＣＶＤ温度が９００〜１１５０℃
。

全混合ガス流量が０．５〜５１７ｗ１ｎ、アルゴンキ４
・リア中のボラジン濃度が０．１〜１．５％Ｖ／Ｖ、最
適ボラジン濃度が０．２〜０．６％である。この場合に
は、コーティングの厚さは数ｎ−から数百１−の範囲を
とる。

第１図に示した装置は、図示していないエネルギ源に結
合された加熱要素３により加熱される光学用石英プリフ
ォーム２の溶融と線引きに用いる炉ｌから成る。炉１は
、１量計５を経由してアルゴン供給装置４に流入口１ａ
により結合されている。

炉１の流出口１ｂは、ブランケットアルゴンの過剰によ
り起こり得る過大圧を解放する。

炉ｌはその底部に石英製の導管６が取付けである。これ
は、プリフォーム２から引き出されたファイバ７を導管
６と同軸の別の管８に導くものである。導管６には、ま
たアルゴン供給源に流量計９を経由して接続するために
、ガス流入口６ａとガス流出口６ｂとが設けである。

導管８は外筒ｌＯに包まれており、高周波加熱コイル１
２を巻いたグラファイトサセプタ１１に向がって開口し
ている。導管８と外筒ｌＯの間隙は、空気による汚染の
防止のため、アルゴン　（そこに図示されていない開口
を通して）を吹きつけるのが望ましい、サセプタのかな
り上流に位置して、導管８には流入口８ａと８ｂが設け
てあり、その下流に流出口８ｃが設けである。流入口８
ａは流量計１４を経てアルゴンガス供給源１３から純ア
ルゴンの供給を受ける。一方、流入口８ｂは、流量計１
６を経て流れるアルゴン流によって一定に制御された温
度に保持されたバブリングボトル１５の中で生成される
ボラジン蒸気とアルゴンの混合ガスの供給を受ける。

そのボラジン／アルゴン混合ガスは、ファイバ７の移動
に関してサセプタ１１の位置の充分前方で導管８に流入
する。それゆえ、その混合ガスはファイバの周囲で均一
化するのに充分な時間を与えられ、その結果ファイバ表
面全面に均一なりＮコーティングを生ずる。　Ｂ、Ｎ、
Ｈ，の分解は、高周波コイル１２からの誘導による加熱
のもとてグラファイトサセプタの内部で起こる。その後
座ガスは導管８をその流出口８ｃにより排出する。

上記装置の変形では、ガスの混合をさらに改善するため
に、流入口８ｂに流入する前にボラジン／アルゴン混合
ガスの通路に混合ボトルを挿入してもよい。

コーティングされたファイバ７ａは、８Ｍ８からその底
端を通って引き出された後巻取り用回転筒１７に巻取ら
れる。

本装置の操作は前述の記述から自明であるので、以下に
簡単に説明する。

炉１で加熱した後、ガラスプリフォームはファイバ７に
線引きされる。このファイバは導′４！６を出てから導
管８に入り、ボトル１５から供給された混合ガスのボラ
ジン成分の熱分解を生ずるのに適切な温度に加熱された
サセプタ１１を通る。かくして、ファイバ７は窒化硼素
薄膜でコーティングされ、冷却後最終的にスプール１７
に集められたコーティング済みファイバとなる。

次の事例により本発明を説明する。

第１図に開示したような一つの装置を使用し、直径６〜
１０ｍｍ、長さ約５０（Ｉｎ　テＯＨ含有１１００ｐｐ
ｂ以下の石英系光学プリフォームを用いて一連の実験を
実施した。線引き後、得られたファイバの直径は約１２
０〜１７０−であった。

事例１〜１２を次の表Ｉに示す。

表Ｉ このようにして得られたコーティングの効果は事例６〜
１２について、最小曲げ半径によって試験した。その結
果を下に示す。

上記データから、０．１〜０．６％ＢｓＮＪｉの場合最
適な結果が得られていることがわかる。

〔発明の効果〕

オンラインで線引きされるファイバが加熱手段を備えた
石英管を通過して、ボラジンが熱分解されてファイバ上
の保護的遮蔽膜として堆積する窒化硼素となるような速
度で不活性ガス中に稀釈されたボラジンにｌｉｎされる
。これによりコーティングされたファイバの高温におけ
る機械的性能は非常に強化される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による方法を実施するための装置の概略
図である。 １：炉、２ニブリフオーム、３：加熱装置、６：石英製
導管、７：ファイバ、８：石英管、１１：サセプタ、１
２：高周波加熱装置、１５：ボラジン吹きつけのための
バブリングボトル、１７：フアイバ巻取り用スプール。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）次の工程よりなることを特徴とする石英系ファイバ
   を窒化硼素によりオンラインコーティングする方法。 （ｉ）不活性ガスの雰囲気中で１９００〜２２００℃の
   温度で石英プリフォームからファイバを線引きすること
   。 （ｉｉ）高温の線引きされた該ファイバを、温度９００
   〜１１５０℃に加熱する手段を備えた鉛直に保持した石
   英管内をオンラインで通過させること。 （ｉｉｉ）該石英管にボラジンと不活性ガスの気体混合
   物を、該ボラジンの熱分解で生ずる窒化硼素コーティン
   グを移動するファイバ上にＣＶＤにより施すのに充分な
   濃度と速度で流し、該コーティングが少なくとも厚さ０
   ．０１μｍとなるようにすること。 （ｉｖ）該石英管からコーティングされたファイバをオ
   ンラインで取出し、これをスプールに巻取るため冷却さ
   せること。 ２）次の手段よりなることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項の方法を実施するための装置。 （ｉ）ガラスプリフォームを不活性ガスの雰囲気中で溶
   融線引き温度まで加熱する手段。 （ｉｉ）加熱した該プリフォームからファイバを線引き
   する手段とそれを回転筒に巻取る手段。 （ｉｉｉ）窒化硼素の保護薄膜をファイバにコーティン
   グするため線引き手段と巻取り手段の間に挿入され、フ
   ァイバが同軸的に通過する鉛直な石英管から成り、不活
   性ガス中に稀釈されたボラジンの気流を吹きつける高周
   波加熱されたグラファイトサセプタを内部に有するコー
   ティング手段。 ３）ファイバの線引き速度が２ｍ／ｍｉｎから２０ｍ／
   ｍｉｎであって、その窒化硼素コーティングの厚さが１
   ０ｎｍから１μｍまでであることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の方法。 ４）９００℃で１００時間以上加熱した後でも強度の喪
   失に対する保護をファイバに与えるようにした特許請求
   の範囲第１項記載の方法。