JPS62230642A - プラズマｃｖｄ用耐蝕構造磁気シ−ルユニツト - 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】 珈°産業上の利用分野１ 本発明はプラズマＣｖＤ（ＰＣＶＤ）法に用いて好適な
耐蝕構造磁気シールユニットに関する。

１従来の技術」 周知の通り１通信用、光学用のガラス母材を製造する際
の−Ｌ段としてＰＣＶＤ法が汎用されており、この際の
プラズマとして非羽衡プラズマを用いることも広〈実施
されている。

非１１Ｌ衡プラズマを用いるＰＣＶＤ法において出発ガ
ラス管（石英系のサブストレイト）内にガラス膜を堆積
させるとき、プラズマがそのガラス管の中心に位置し、
管内周面との距離が断面方向に・定であるならば、プラ
ズマ化された気体の拡散は均一とみなすことができ、か
かる場合はガラス管を回転させずとも、その管内周面に
均一にガラス層が１ｓｖ　ｖＪ影形成きる。

しかし、このような状況は、全ての条件が理想的に満た
され、その理想的条件が定常的に保持される場合にのみ
可能であり、実際上このような状況をつくることは殆ど
不可能である。

その理由として、キャビティの寸法１誤差、形状の不均
一に起因し空洞共振器内の電界強度が不均一になるとか
、プラズマ反応領域をガラス管の外周からＹａう筒状の
加熱炉内において、その炉内温度が均一・でないことに
よりガラス管の内周面に堆積されたガラス層の屈折十分
４１が不均一になるとか、さらにはガラス管が真直でな
いこと、ガラス管内外径の＝・方または両方が長ｒ、方
向にわたり均一・でないこと等々があげられる。

Ｌ記において、ガラス管の内周面長ｒ方向にわたって堆
積されたガラス層の径方向の屈折率分布が均一でないと
き、所定の帯域特性が得られず、導波路としての真円度
も低下する。

したがってＰＣＶＤ法では、ガラス管を回転させること
により、」二記の問題点を緩和ないし一解消するのが一
般となっている。

このガラス管の回転に関して、例えばＭＣＶＤ法では、
所定の反応により生成したガラス微粒子（スート）が東
方により偏向することがあるため、カラス？庁を５０〜
１００ｒ、ｐ、ａｌのご゛とさかなりの高速で回転させ
て堆積ガラス層が円周方向に均一・となるようにしてい
る。

かかるＭＣＶＤ法では１通常、大気圧に等しいか、ある
いは大気圧よりも若１−高い状１ムにガラス管内部が保
持されているので、そのガラス管に原料供給系を接続す
る際の回転シールユニットには高度の気密性が要求され
ず、０リング、ウィルソンシール等で十分のシール効果
が得られ、ガラス管と排気系との接続も、非接触なシー
ル構造で足りる。

しかし圧力の低い状態、すなわち減圧下でガラスｆ＃Ｊ
Ｉ模の合成を行なうＰＣＶＤ法では、ガラス管内が５〜
２０Ｔｏｒｒのごとき比較的低圧にしか保持されないが
、高い気密性が要求される。

その理由は、シール不足によりガラス管内に外気中の水
分が侵入し、これが合成ガラス中に取りこまれた場合、
ＰＣＶＤ法により得られるガラス母材の透明度が悪くな
り、ひいては、そのガラス母材から得られる光ファイバ
の伝送特性がきわめて悪くなる。

ちなみに、０．１ｐｐ＋ａの水分が光フアイバ中に存在
すると、波長１．３９ｇｍにおいて６〜７ｄＢ／に履も
の光が減衰してしまい、そのため光ファイバの水分残留
ｊ１１を数ＰＰｂ−数１−ｐｐｂ程度に抑える必要が生
じる。

したがって、ＰＣＶＤ法により光フアイバ用のガラス管
内部を作製するとき、ｈ：（料の純度はもちろん、リー
クによって大気中の水分がガラス管およびその配管系に
侵入するのを防＋ｌ・する観点から。

超高真空と同程度のシールａ滝を備えた回転シールユニ
ットが必要となる。

既知の通り１回転シールユニットには国定部、回転部相
圧の接触部分があり、その接触部分において摩耗粉塵が
発生し、あるいはリークが生じることにより系が汚染さ
れる。

例えばオイルシールの場合、シールゴム、固体相Ｑｌに
摩擦が生じることによりゴム粉が発生し、これが飛散す
るほか、そのゴム摩耗によりリークが生じる。

これを防市するため、シールゴムと固体との間にオイル
１漠を介在させるが、当然オイルは低圧側へ引きこまれ
、系の汚染原因となる。

・方、メカニカルシールも、固定リングとｒＩ丁切りン
グとが摩擦するので、これらシール部材の摩耗は不ｒ＋
７避であり、光ファイバの場合は、この際に発生する金
属粉塵などを水分と同茅またはそれ以にに様う。

例えば０．ｌｐｐｍ＋のＦｅイオンが光フアイバ中に残
留した場合、透過する波長全般で約１ｄＢ／ｋｍの光が
減衰してしまう。

１−述した理１１１から、ＰＣＶＤ法での回転シールユ
ニットとしては、高度の気密性を満足させること、これ
とともに回転によるシール部材の摩耗が生じないことが
要求される。

これの−・例として、特開昭５ｏ−５ｔｅ２ｓｓ３の発
明では、”ＨＡ性（ベローズ）パイプを用いた配管によ
りガラス管をガス供給系および真空ポンプに接続し、そ
のｌ’ｌｆ撓性パイプの特性を利用してガラス管を適当
な周期で１逆回転させるようにしている。

ｒ発明が解決しようとする問題点Ｊ Ｌ上記ローズパイプを用いるＬ段では、ガラス管を一方
向に連続回転できないため、その回転方向を頻繁に変換
しなければならず、したがって一方向回転式と比較し、
回転モータならびにその制ｇｇＴ一段が複雑になる。

もちろん、問題点はそれのみにとどまらず、ベローズパ
イプが正方向、逆方向へ回転されるごとに当該パイプに
捻れが作用し、そのパイプ寿命が短くなる。

なかんずく、光ファイバの製造では四塩化ケイ素、四塩
化ゲルマニウムなどの腐食作用の高い原料を用いるので
、腐食と疲労によりベローズパイプにピンホールが発生
し、リークの原因となる。

さらにガラス合成時、原料収率の高いＰＣＶＤ法といえ
ども、スート（ガラス微粒子）が排気側に堆積し、これ
がベローズパイプの内周面にも付着するので、超１°ｆ
波洗浄のような洗浄力の強い手段で洗浄しなければなら
ず、この際の洗浄が不十分であると、不純なスートがガ
ラス管側へ逆流してガラス合成時の発泡原因となる。

一方、従来の磁気シールユニントをＰ　ＣＶ　Ｄ　法に
適用することが考えられるが、既存の磁気シールユニッ
トの場合はＰＣＶＤ法に適した＃触性が確保されていな
い。

これは、磁性流体としてト分なｌ１ＦＩｉ性が得られて
いたが、磁気回路を構成するポールピース、回転部の耐
蝕性が不１−分なためである。

すなわち、ポールピース、回転部等の部材については磁
性を帯びる必要があるが、現状では磁性と耐蝕性とを満
足させる適当な金属材料が見出せないからである。

安易な対策として、１−述した部材に磁性、１耐蝕性に
優れるＮｉコーティングを施すことが考えられるが、こ
れにより磁性を帯びたとしても１通常、磁気シールユニ
ットに使用される材料はどの磁束密度が得られないので
、厚いコーテイング膜を形成することができず、したか
つコーテイング膜が剥離しやすく寿命面で問題が生じる
。

−・方、フェライト系ステンレスは被削性に優れた加重
易度の高い材料として用いられており、これらの中には
、５Ｏ９−３１Ｇと同等の耐蝕性を有する材料も開発さ
れてきたが、かかるフェライト系ステンレスの場合、あ
くまでも被削性が重視されるにとどまり、磁気シールユ
ニットの磁気回路を構成する際の適否については検討さ
れていない。

ちなみに、フェライト系ステンレスの代表的特性は、透
磁率：４００〜８００、飽和磁束密度：１．３５〜１．
４０？　、残留磁気：０．３〜０．７Ｔ、保持力４〜７
０ｅテある。

本発明はｌ−述した問題点を解決するため、フェライト
系ステンレスが磁気シールユニットの磁気回路を構成す
る七で十分な磁気が得られるとの検討結果に基づき、高
度のシール効果、耐蝕性、耐久性、簡潔な構成、取り扱
いの容易さ等を満足させ得るプラズマＣＶＤ用磁気シー
ルユニットを提供しようとするものである。

ｒ問題点を解決するためのＬ段１ 本発明に係るＩ耐蝕構造磁気シールユニット（以ドｒｉ
磁気シールユニットという）はＪ−記の目的を達成する
ため、軸方向の一端に接続［１を有する磁性体からなる
中空の内軸と、軸方向の他端に接続［１を有する筒状の
外ケースとが、相対回転自在に嵌合され、内軸外周面と
外ケース内周面との間には、リング状の磁性体からなる
シール基材と永久磁石とが！にいに隣接して介在され、
シール基体内周面と内軸の外周面との間には、／ａ磁性
流体らなるシール材が、これら内外周面に密接して介在
され、かつ、シール基体外周面と外ケース内周面との間
には、シール部材が介在されていることを特徴とする。

一′作用Ｊ 本発明磁気シールユニットは二組のものを一対として用
い、その二組の磁気シールユニットによりガラス管を回
転自在に両端支持するとともに、該各磁気シールユニッ
トの一方には、原料供給系を、その他方には排気系をそ
れぞれ接続する。

より具体的には、ガラス管の両端を所定間隔で対向せる
両内軸の接続１］に接続し、原料供給系を一方の外ケー
スの接続口に接続し、排気系を他方の外ケースの接続口
に接続するのであり、かかる状態において、ガラス管を
両端支持している両内軸を回転させ、そのガラス管内へ
の原料供給、ガラス管内の減圧、ならびにプラズマの発
生を行ないながら当該ガラス管の内周面にガラス層を堆
請させる。

この際の磁気シールユニットは、前述の通り内軸と外ケ
ースとが相対回転自在に嵌合され、内軸外周面と外ケー
ス内周面と間には、シール基材と永久磁石とが介在され
、シール基体内周面と内軸の外周面との間には、永久磁
石により磁気を帯たシール材が介在され、かつ、シール
基体外周面と外ケース内周面との間に、例えば磁性流体
またはＯリング等からなるシール部材が介在されている
ため、永久磁石を介しそ磁気を帯だ磁性流体製′　　　
シール材および前記シール部材により１回転体（内軸）
、非回転体（外ケース）相互の高度の気密性が得られる
。

なお　％ｌ／、然のことながら、シールノ、ｔＨ体外周
面と外ケース内周面との間に磁性流体からなるシール部
材が介在される場合は、前記外ケースも内軸と同様に磁
性体により構成されなければならない。

磁性体製のシール材またはシール部材は、これを例えば
常温ないし低温（常温以下）に保持することにより蒸発
が防止でき、物理的、かがくていに安定するから、ＰＣ
ＶＩ：におけるガラス管内を汚染することがなく、しか
も十分な耐蝕構造を有するので、長期的に安定したシー
ル効果を発揮する。

Ｉ；記シールノ１（材、永久磁石、シール材、およびシ
ール部材笠は、これらを所定の位置に配置するだけであ
るから、筒潔な構成となり、もちろん、ガラス管を一方
向連続回転させることが可能であるから、ガラス管を回
転させながら実施するＰＣＶＤ法の取り扱いが容易とな
り、そのガラス管の回転制御手段も筒易なもので足りる
。

奮実　施　例Ｊ 以ド、本発明磁気シールユニットの実施例につき、図面
を参照して説明する。

第１図に例示した未発ＩＪ′］磁気シールユニット１は
中空の内軸２と筒状の外ケース３との組み合わせからな
る。

内軸２は一例として、耐蝕性のフェライト系ステンレス
鋼からなり、！ｌ′Ｉ該内軸２は一端に接続口４を有す
るほか、その外周の一端にブー９５、その外周の長手方
向中間に鍔状の突起６を有する。

内軸２の材質の具体的−例として、スウェーデンサンド
ピンク（Ｓｗｅｄｅｎ　５ａｄｖｉｋ）社（７）１８０
２材を用いた。

なお、プーリ５は歯付である。

外ケース３は１例えばシール部材１３がシール材１２と
同じく磁性流体からなる場合、−例として。

耐蝕性のあるフェライト系ステンレス鋼（例えばスウェ
ーデンサンドビック社の１８０２材）からなり、０リン
グの場合は、耐蝕性のあるステンレス鋼（ＳＯＳ−３１
６）からなり、当該外ケース３はその他端に接続ｎ７を
有するとともに、その周壁に冷媒導入用のｊｉｌｐｎ８
を有する。

この継手１１８には、後述するシール材冷却用として例
えば１−水を加圧供給すべく、所定の配管が接続される
。

ｌ−記内軸２、外ケース３はその軸方向の両端にこれら
の接続口４，７を配置して相対嵌合されるが、この際、
内軸外１．１面と外ケース内周面と間には、突起６を挟
むようにして軸受（玉軸受）９が介在され、これにより
内軸２、外ケース３は相対回転ＩＩｆ能となっている。

■油受９は−・例として金コーティングされたものから
なり、内軸２を低速回転（約１０Ｏｒ、ｐ、ｍ以ド）さ
せる場合、二つの軸受９のいずれか一方が省略されるこ
とがある。

さらにに配回軸外周面と外ケース内周面と間には、リン
グ状の磁性体からなる複数のシール部、（材！Ｏと、こ
れらシール基材間に挟まれたリング状の永久磁石１１と
が介在され、該各シールノ、（体内周面と１−配向軸外
周面との間には、磁性流体からなるシール材１２が介在
され、かつ、該各シール基体外周面とに記外ケース内周
面との間には、磁性流体または０リングからなるシール
部材１３が介在されここで、Ｌ記シール部材１３として
磁性流体を使用する場合は、外ケース３の材質として磁
性体からなるものを使用しなければならないが、該シー
ル部材１３として０リングを使用する場合、外ケース３
は磁性体からなるものに限定されない。

かくて軸受８はＣＶＤ用気体と遮断される。

シール基材１０は一例として、前記と同様、耐蝕性フェ
ライト系ステンレス鋼からなり、このシール基材１０の
内外周面には、シール材１２およびシール部材１３を保
持するための溝が形成されている。

シール材１２を構成する磁性流体は、強磁性体の固体微
粒子・（例えばマグネタイト）を、フルオロ・カーボン
系のベース液体中に安定に分散させた懸濁液であり、見
掛けり、磁性をもつ液体のごとくふるまい、耐蝕性を有
する。

第２図は本発明の磁気シールユニットｌを装備したＰＣ
ＶＤ法の略示図である。

第２図において、２１は制御装置２２を有するインダク
ションモータ、２３はそのインダクションモータ２１に
より回転される原動軸、２４は原動軸２３の外周に取り
つけられたプーリ（歯付）である。

１−記制御装置２２は正逆回転機構１回転速度調整機構
、緊急停止機構などの基本的な回路構成を有する。

２５はガラス管（石英系サブストレイ））、２Ｂはガラ
ス管２５の外周長り方向に沿って往復動する空洞共振器
、２７はガラス管２５内に発生させるしプラズマ（非平
衡プラズマ）、２８は１：（料供給装置、２９は真空ポ
ンプである。

に記ガラス管２５の両端を回転自在に支持している一対
の磁気シールユニットｌには、プーリ５．２４にわたっ
て掛回された歯付ベルト３０を介して原動軸２３の回転
が伝達されるようになっており、かつ、これら磁気シー
ルユニッＨには、原料供給装置２８、真空ポンプ２９が
接続されている。

なお、磁気シールユニット１とガラス管２５、磁気シー
ルユニットｌと原料供給装置２８、真空ポンプ２９との
接続ひ前述した接続ｒＪ４、？を介して行なわれる。

つぎに、第２図においてＰＣＶＤ法を実施する際の具体
例とその比較例について説明する。

具体例 ガラス管２５として内径１７ｍｍφ、外径２０腸層φ、
長さ１５００ｍｍの高純度石英管を用い、これを第２図
における二つの磁気シールユニットｌに気密し接続した
。

ガラス管２５の外周は、該管内壁を１１００〜１３００
℃に加熱すべく、より具体的にはその内壁を１２５０°
Ｃに加熱すべく図示しない筒状の加熱炉で覆い、所定の
温度で加熱した。

ガラス管２５をインダクションモータ２１とその伝動系
により回転させるとき、当該ガラス管２５の回転数が５
Ｏｒ、ｐ、ｍとなるように設定した。

ガラス管２５内は真空ポンプ２９により１１Ｔｏｒｒに
保持した。

放電プラズマの発生に際しては、２．４５ＧＨｚのマイ
クロ波発振機を用い、９００ｗの出力を加えた。

はじめ、ガラス管２５内には原料供給装置２８から２５
０ｓｅｃｍのガラス原料（ＳｉＣ＋４）　と２２ｓｃｃ
＋ａのドープ原料（０２ＣＩＦｓ）と１．５！ＩＬ１１
の０２を供給し、空洞共振器２６を速度８．２５ｍ＋／
ｗｉｎにて往復動させ、１７５０回のガラス堆積により
クラッド部を合成した。

つぎに、１−記におけるＣ２ＣｌＦ５の供給量を徐々に
減らし、　　ｌ；記クラッド部の内周に８５０回の堆積
により二乗分４１のｍ折率分布をもつコア部を形成した
が、この際、コア部の最終層まで上記ドープ原ネ１を供
給した。

したがって、コア部におけるＪＸ１ｉ折率の最も高い部
分でも、サブストレイトよりは屈折率が低い。

１−記において、ガラス管２５の回転と空洞共振器２Ｂ
の往復動とは同期させていない。

その後、ガラス管２５を高温の加熱処理によりコラプス
するとき、常時、酸素とフッ素原料とを流して気相エツ
チング処理を行ない、屈折率分布の異常が発生しないよ
うにした。

こうして得られたガラスＩＩ材を抵抗加熱炉にて紡糸し
、コア径５０ＩＬＩｌφ、クラッド厚１８ＪＬａ＋φ。

外径１２５終■φの光ファイバをえ得た。

かかる光ファイバの特性を調べたところ、波長１．３ｇ
ｍにおける伝送損失：　０．４６ｄＢ／ｋｍ　、伝送帯
域：　２ＧＨｚ　ｋ＋ａ　、ＨＡ　：　０．２０５　テ
あり、良好な特性を示した。

比較例 ガラス管２５を回転させない点を除き、他は具体例と同
様にしてガラスＣＪ材をつくり、さらにそのＩす材を紡
糸して所定の光ファイバを得た。

なお、この比較例におけるＰＣＶＤ法では、磁気シール
ユニットを用いず、金属パイプ（ＳＵ３３１Ｂ）により
ガラス管２５とＤ’ｓＣ料供給袋供給装置２８ス管２５
と真空ポンプ２９とをそれぞれ接続した。

比較例での光ファイバの特性は、波長１．３ルｍにおけ
る伝送損失７０．４５ｄＢ／に層、伝送帯域：　８００
％Ｈｚ−ｋｍ　、　ＮＡ　：　０．２１であり、帯域特
性がかなり悪いものとなった。

また、紡糸前のガラス母材を母材分析機によりΔＩＩＩ
定したところ、外径中心とコア部中心とが軸ずれしてい
た。

ｒ発明の効果Ａ 以り説明した通り、本発明に係るプラズマＣｖＤＪＩｌ
＋耐蝕構造磁気シールユニットは、高度のシール効果、
耐蝕性、耐久性、簡潔な構成、取り扱いの容易さ等を満
足させることができ、かかる耐蝕構造磁気シールユニッ
トを用いてプラズマＣＶＤＤ：を実施した場合、特性の
よいガラス母材が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るプラズマＣＶＤ用耐蝕構造磁気シ
ールユニットの゛ト裁ＩＥ面図、第２図は同上の磁気シ
ールユニットを用いたＰＣＶＤ法の略示説明図である。 ！・・・・・・耐蝕構造磁気シールユニット２・・・・
・・内軸 ３・・・・・・外ケース ４・・・・・・内軸の接続口 ？・・・・・・外ケースの接続口 １０・拳・・拳・シール基材 １１・・・・・・永久磁石 １２・・・・・・シール材 １３・・・・・・シール部材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）軸方向の一端に接続口を有する磁性体からなる中
   空の内軸と、軸方向の他端に接続口を有する筒状の外ケ
   ースとが、相対回転自在に嵌合され、内軸外周面と外ケ
   ース内周面との間には、リング状の磁性体からなるシー
   ル基材と永久磁石とが互いに隣接して介在され、シール
   基体内周面と内軸の外周面との間には、磁性流体からな
   るシール材が、これら内外周面に密接して介在され、か
   つ、シール基体外周面と外ケース内周面との間には、シ
   ール部材が介在されていることを特徴とする耐蝕構造プ
   ラズマＣＶＤ用磁気シールユニット。
2. （２）シール部材がＯリングからなる特許請求の範囲第
   １項記載の耐蝕構造プラズマＣＶＤ用磁気シールユニッ
   ト。
3. （３）外ケースが磁性体からなり、シール部材が磁性流
   体からなる特許請求の範囲第１項記載の耐蝕構造プラズ
   マＣＶＤ用磁気シールユニット。