JPS6283340A

JPS6283340A - 光フアイバ被膜用炉

Info

Publication number: JPS6283340A
Application number: JP60224344A
Authority: JP
Inventors: Ei Shiyantsu Kurisutofuaa; クリストフアー・エイ・シヤンツ; Hisukesu Ronarudo; ロナルド・ヒスケス
Original assignee: Yokogawa Hewlett Packard Ltd
Current assignee: Hewlett Packard Japan Inc
Priority date: 1985-10-08
Filing date: 1985-10-08
Publication date: 1987-04-16
Also published as: JPH0549615B2

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】〔発明の技術分野〕本発明は一般に、ファイバ被膜に関し、特に、光フアイ
バ上に高速で耐腐食且つ密封被膜をオンラインで形成す
るための炉に関する。

〔従来技術とその問題点〕

むき出しの被膜のない光ファイバは水を含む種々の化学
物質による腐食を受けやすいことは良く知られている。

光フアイバ表面中のクラック（ひび）やスクラッチ（す
りきず）は化学的侵食を受けやすい領域の原因となる。

これらは、特に、ファイバに応力がかけられた時に顕著
である。従って、光ファイバは、ファイバのスクラッチ
を防ぐために、典型的には、耐摩耗性被膜で覆われる。

しかし、光フアイバ表面は、代表的には、ファイバ製造
中に作られる微小クラッチを有し、これも水によって腐
食され得る。従って、水の腐食によってファイバが突然
に切断されるのを防ぐためには、多くの応用において、
ファイバに密封被膜を行うことが重要である。耐摩耗性
被膜と同様に、密封被膜も、ファイバが引き出されてい
る間にオンラインで形成され、ファイバが巻取りスプー
ルに巻かれるより前に保護されるようにしなければなら
ない。従って、光ファイバの生産量に通した速度、即ち
、毎秒１〜１０メ一トル程度の速度で、密封、耐摩耗性
被膜を蒸着可能な処理（プロセス）が必要である。

光ファイバを用いる立坑ロギング（ｂｏｒｅｈｏｌｅｊ
ｏｇｇｉｎｇ　）操作では、光ファイバは、最高で２０
０℃、２０．０００ｐｓｉの水に耐え得ねばならない。

更に、光ファイバに取付けられた装置重量と、該装置を
支持するために使用された金属ケーブルの重量によって
、金属ケーブルと光ファイバには最大３％の歪みが生じ
る。このような温度、圧力、及び歪みの下では、被膜な
しのファイバは数秒で破断することが知られている。従
って、上記の厳しい条件下で光ファイバを保護可能な密
封被膜が必要となる。

１９８２年３月３０日に出願された米国特許出願第３６
３　、７２２号には、立坑ロギングで光ファイバが受け
る上記厳しい条件下で密封被膜であると証明された硅素
と炭素を含む被膜が提示されている。

該出願に示されるように、炭素源反応物にシラン（Ｓｉ
ｌ１４）を添加することで、反応速度を高め、シランな
しの場合より厚い被膜を得ることができる。しかし、フ
ァイバをフッ化水素酸に浸す耐化学性試験は、被膜内の
硅素量が減少するにつれ、耐化学性は増大することを示
した。更に、高速破断試験は、被膜内の硅素量が減少す
るにつれ、ファイバ強度は僅かに上昇することを示した
。しかし、反応物中のシランの割合を減少させれば、生
成される被膜の厚さが減少する。前記米国出側第３６３
，７２２号で示されるように、ＳｉＨ４，の除去によっ
て、気密でない被膜が生成されることが判明している。

前記被膜が薄すぎるので気密でなかったと推測されてい
る。従って、生成される被膜の厚さを不当に減少させず
、且つ硅素量を減少できる、超高蒸着率を発揮すること
のできる方法と炉が必要である。このような方法は、採
算のとれる引き出し速度で光フアイバ上に、強力に接着
された被膜をピンホールなしにオンラインで蒸着可能で
なければならない。生産処理での引き出し速度を増加す
るには、前述米国出願第３６３，７２２号に比べて、光
フアイバ上に１桁以上高い炭素蒸着率をもつ処理を実現
することが要求される。

第１図は光フアイバ被覆に好適な従来のＣＶＤ炉を示す
。この炉は、特開昭５５−７５９４５号に開示されてい
る。このＣＶＤ炉は反応物取入口１２と排出口１３とを
持つ反応室１１を有する。本炉は更に、反応炉を通る光
ファイバ１０にオンライン経路を形成するために、ファ
イバ取入口１４とファイバ取出口１５とを有する。反応
ガスがファイバ取入口１４又はファイバ取出口１５から
逃げないようにするため、ファイバ取入口１４とファイ
バ取出口１５とにガス隔離室（ガスシール）１６と１７
とが設けられる。ガス隔離室１６と１７とは、各々、不
活性ガスが供給される取入口１１１と１１２と、ファイ
バ１０が引き出される間口部１８と１９とを有する。ガ
ス隔離室１６．１７は、光ファイバ１０がファイバ取入
、取出口を通過することによってスクラッチされたり、
及び／又は、汚染されたりするのを防ぐため、ファイバ
取入口とファイバ取出口に於てシールとして使用される
。

しかしながら不適当なことに、反応室の両端でのガス隔
離室の使用によって、移動中のファイバによって周囲ガ
スが反応室に導入される。この問題は主に、ガス隔離室
１６内の開口部１８で発生する。

ファイバが反応室を通って引き出される時、ファイバ表
面Ｅの周囲ガスはガス隔離室１６を通って反応室に引き
込まれる。引き出し速度が低速で、ガス隔離室１６が十
分長い場合には、この空気層はファイバが反応室に入る
前にファイバから離れるように拡散するための時間があ
るので、無視し得る量の周囲ガスのみが反応室に引き込
まれる。しかし、多くの応用では、上部隔離室１６は、
ファイバがそのガス隔離室全体を横切る前にファイバ上
のガスを除くのに十分な稈長くはない。

〔発明の目的〕

本発明は上述した欠点を除去するためになされおよび密
封性が高い皮膜をファイバ上に形成することである。

〔発明のＩ！！！要〕

本発明によるファイバＣＶＤ処理は、一端に空気隔離室
を、他端に液体隔離室を持つ反応室を使用する。反応室
に供給される反応物は、ファイバ上に密封被膜を蒸着す
るために選択れる。密封被膜の外側に硅素の摩耗被覆を
有するファイバを製造するために使用した一実施例では
、液体シリコーンが液体隔離室内の液体として使用され
る。明らかに液体として与えられた他の被膜材料も、液
体隔離室中で使用され得る。

少くとも１個の液体隔離室を使用することは、高速引き
出し速度（１０ｍ／秒程度）を実現するために重要であ
る。従来の第１図のように、ガス隔離室を反応室の両端
に使用した場合、周囲の空気が、移動中のファイバによ
って反応室に引き込まれないようにすることは非常に困
難である。取入口１２．１１１．１１２．及び排出口１
３を通るガスの流れを制御する流量制御器によって、間
口部１８を通る周囲ガスが取入れられることによって生
ずる反応室１へのガス流量の増加は、間口部１９を通る
ガス流量の増加によって補償される。第３Ａ図から第３
Ｃ図は移動ファイバによって引込まれる周囲ガスに関し
、ファイバ引出し速度と隔離室の開口部の直径との関係
を示した図である。第３Ｂ図と第３Ａ図に比較して示す
ように、移動中のファイバによって引き込まれる周囲ガ
スの一部は、隔離室全体を通って引き込まれる傾向にな
る。第３Ａ図から第３Ｃ図において、線３２５は、ガス
流量がゼロである点の軌跡であり、斜線部３１５は、フ
ァイバと共に下方に移動中のガスを示す。第３Ｂ図にお
けるファイバは、第３Ａ図におけるファイバよりも高速
で引かれるので、第３Ｂ図において引き込まれるガスは
より遠くへ運ばれる。従って、ファイバ引出し速度の増
加はファイバによって開口部１日を取って運搬されるガ
ス量を増加させ、高速度では、周囲ガスは反応室に運ば
れる。周囲ガスが空気である多（のＣＶＤ処理では、移
動中のファイバによって反応室に引き込まれる酸素量は
、ＣＶＤ反応で蒸着される被膜の品質を著しく低下させ
る。

取入口１１１を通り、ガス隔離室１６内に入る不活性ガ
スの流量を増加すると、及び／又は、開口部１８の直径
を十分に減少すると、開口部１８を通る不活性ガスの流
量は、ファイバが反応室に入る前に、引き込まれた周囲
ガス層をファイバから取り除くのに十分なせん断流をフ
ァイバの後に生成するともみえる。しかし、ベルヌーイ
の方程式に従えば、ファイバと、開口部１８を流れる不
活性ガスとの間の相対的運動は、ファイバを開口部の端
に向って引きつけようとする力をファイバ上に生成する
。

ファイバが開口部の端に引き込まれ、それによる隔離室
１６の壁との接触によって引っかききず（スクラッチ）
を受けるのを避けるため、開口部１８の端へ向う力より
も大きい復元力を開口部１８の中心に向けて生成するた
め、ファイバに張力をかけねばならない。しかし、不適
当なことに、ベルヌーイの力の増加を相殺するのに必要
なファイバ上への張力の増加は、ファイバの表面欠陥量
を増加させる。従って、引き込まれる空気は、単に開口
部１８の直径を減少させること、及び／又は、取入口１
１１通る不活性ガスの流量を増加することよって、ファ
イバから取り除くことは出来ない。開口部１８の直径を
大きくし、ファイバと開口部１８の周囲とが接触しない
ようにファイバの撮動のための余裕を持たせることもで
きる。しかし、第３Ｃ図に示すように、この直径の増加
によって、引き込まれるガス量も増加され、従って、取
入口１１１を通る不活性ガスの流量の増加の恩恵を打ち
消す。

液体シール（隔離室）は、移動中のファイバが、その通
過後にガスを引き込むのを抑えるので有利である。典型
的には、光フアイバ処理に於ては、スクラッチ及び、新
たに引き出されたファイバとの化学的反応を避けるため
に、上部隔離室はガス隔離室であるのがよい。しかし、
ＣｖＤ被膜が、隔離室内の液体によって傷つけられたり
、化学的に腐食されたりしない場合には、底部隔離室は
液体でもよい。

従来の第１図のように２個のガス隔離室を使用するＣＶ
Ｄ室では、開口部１８を通って引き込まれるガスに起因
する反応室１１へのガス流の増加は、引き込まれたガス
に基因する開口部１９を通るガス流の増加によって補償
される。これに対して、２（固のガス隔離室の少くとも
一方が液体隔離室である場合、他方の隔離室を通るガス
流の変化を補償するように、ガスは一方隔離室を通って
搬送されることはできない。１個のガス隔離室と１個の
液体隔離室を有するシステムでは、速度変化は、ガス隔
離室の開口部を通るガス流量を僅かに変化させるが、流
量制御器によって制御されるシステムの他の入力口、出
力口に関し、ガス流量の僅かな変化は、ガス隔離室の開
口部に以前のガス流量を再現するのに十分な圧力変化を
、反応室とガス隔離室に生成する。この圧力変化は、よ
り早く移動するファイバが、ガス隔離室を通って周囲ガ
スを搬送する傾向を抑える。

ＣＶＤ被膜期間中に光ファイバから出される、またはガ
ス隔離室を通って反応室に引き込まれる少量の酸素と結
合するため、反応ガス中に、少量の酸素ゲッタを含める
べきである。酸素ゲッタの特に有用な選択は、シランで
ある。何故ならばこれは、酸素に高い親和性を有するば
かりでなく、タールの様な反応生成物によって装置動作
が害されるのを防ぐからである。

〔発明の実施例〕

第２図は、１個のガス隔離室と１個の液体隔離室とを有
する本発明を実施できるＣＶＤ炉の断面図である。即ち
、ファイバ２ｏ上に被膜をオンラインで蒸着するための
、及び特に早い引出し速度において、光フアイバ上に被
膜を蒸着するために最適な化学蒸着炉の断面図である。

光ファイバの場合、ファイバは巻き取りリールに巻かれ
る以前に、蒸着された被膜によって保護されるように、
ＣＶＤ炉を通ってオンラインで引出される。該炉は、反
応室２１を含み、各端部は、一対の隔離室２６と２７で
終端されている。反応室２１は、反応物取入口２２と排
出口２３を有する。隔離室２６と２７におけるファイバ
用開口部２４．２８及び２９は、被膜の化学蒸着のため
、ファイバが反応室を通ってオンラインで引き出される
のを可能にする。

反応室は、頂部にあるガス隔離室２６と共に垂直方向に
配設されていて、ファイバの重量が開口部２４、２８．
２９を画成する壁とファイバとを接触させる傾向をもつ
サグ（ｓａｇ）を発生させないようにしている。なお水
平蒸着プロセスではこのサグが発生する。頂部隔離室は
、比較的不活性なガス（例えばＮｚ）の入口としての取
入口２１１を持つガス隔離室２６である。底部隔離室は
、その内に液体を入れるための取入口２１２を有する液
体隔離室２７である。反応室２１の大部分は、ファイバ
２ｏの周りに円筒状チャネル２１４を形成する真空ビン
２１３で満たされる。そのチャネルの直径は約３ＩＩＩ
１ｗである。このチャネルの狭さによって、反応ガスま
たはガスはファイバの近傍を通り、ファイバと効率的に
反応する。他の実施例では、装置に円筒状の対称性を更
に保つために、各取入口と各排出口とは、円筒対称でガ
スを炉に供給又は炉から排出する円筒ガス輸送チャネル
に接続される。更に、反応ガスが隔離室２７内の液体と
反応するのを抑えるために、隔離室２７の真上に置かれ
た他の不活性ガス取入口２２０を通して、不活性ガスが
供給される。

隔離室２７は、周囲ガスが移動中のファイバによって反
応室２１中に引き込まれるのを防ぐため、液体隔離室が
選択される。流量制御器２１６　、２１７　。

２１８、及び２１９は、各々、取入口２２、排出口２３
、不活性ガス取入口２２０．及び取入２１１を通るガス
流を制御する。開口部２４を通り、隔離室２６から反応
室に流れるガス量は、制御器２１７を通る流量と、制御
器２１６と２１９を通る流量合計との差に等しい。

同様に、開口部２日を通るガス流量は、制御器２１８を
通る流量と、開口部２４を通る流量との差である。

従って、開口部２４と２８を通る平均流量は、流量制御
器２１６〜２１９で決定される。これはファイバ引き出
し速度に無関係であることは注目すべきである。第１図
の装置とは異なっており、第１図の装置では、底部ガス
隔離室内の開口部１９によって加えられる自由度によっ
て、開口部１８を通る流量は、排出口１３及び取入口１
２．１１２及び１１３を通る流量の制御によっては決定
できない。

ファイバ速度の変化は、開口部２８を通る流量を僅かに
変えるが、このような僅かな変化は、流量制御器によっ
て指示された流量に再設定されるように、ガス隔離室内
の圧力を変化させる。従って、開口部２８を通る流量は
、ファイバ速度には影響されない。このことは、毎秒１
ｍを上回る引き出し速度で反応室に周囲ガスを引き込む
ことを防ぐための能力をつけるのに重要である。加えて
、プリフォームの変化に拘らず一定のファイバ直径を維
持するため、ファイバ引き出し速度は典型的には最大３
０％変化されるので、上述したことは、一様な被膜を生
成する上で重要である。引き込まれる周囲ガスに対する
この改良された抑止は、第１図に示したガス隔離室を２
個有する炉の開口部１８（０，３〜ｌ　ｍｍのオーダ）
に比べて、より大きい開口部２８　（３ｎ＋ｍを超える
直径）の使用を可能にする。

密封被膜の外にシリコーンの緩衝被膜を望む場合には、
底部隔離室内の液体はシリコーンにすべきである。この
場合には、生成されたシリコーン被膜がファイバの温度
によって悪影響を受けないように、ファイバは十分に冷
却されることが必要である。これは、ＣｖＤ反応が起る
チャネル２１４を通過後にファイバが冷却することを要
求する。この冷却を行うためには、反応室の非熱絶縁部
２２４は、熱絶縁ビン２１３より下に含まれる。底部隔
離室内の液体としてシリコーンを使用する毎秒１ｍのプ
ロセスでは、熱絶縁部２２４の長さは０．７５ｍのオー
ダにすべきである。

空気が排出口に達することの可能なＣＶＤ処理では、ガ
ス隔離室２６は反応室から除去し得る。この場合、排出
口近くの領域２２３はガス隔離室とじて働く。狭いチャ
ネル２１４内の上方へのガス流は、この空気がチャネル
２１４に入らないようにする。

従って、チャネル２１４は、ＣｖＤ反応が引き込まれた
空気に影響されずに発生できる領域となる。例えば、光
フアイバ上に硅素窒化物を蒸着するプロセスでは、シラ
ン及びアンモニア反応が反応物取入口２２を通して供給
される。空気はチャネル２１４から除去されているので
、硅素窒化物は該領域において蒸着される。領域２２３
に於いては、領域２２３に引き込まれた空気中の酸素が
、シランと反応し粉末を生成する。この粉末はファイバ
上には蒸着せず、排出口２３から排口される。この結果
、領域２２３に引き込まれた酸素は、この領域でのＣＶ
Ｄ処理を起させない。

〔発明の効果〕

以上の説明より明らかなように、本発明による炉は、ガ
ス隔離室と液体隔離室とを設けており、反応室中へのフ
ァイバの移動に伴なう反応室への周囲媒体の導入を抑止
することができ、ファイバへの望ましくない粒子の被着
の除去と共に、欠陥。

ピンポールのない被膜をファイバ上に形成することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、一対のガス隔離室をもつ従来の光ファイバ被
膜用炉の断面図、第２図は本発明を実施できる光ファイ
バ被膜用炉の断面図、第３Ａ図。第３Ｂ図および第３Ｃ図は移動ファイバによって引き込
まれる周囲ガスに関し、ガス隔離室の直径とファイバ引
き出し速度との関係を示した図である。１１：反応室。１２、１３．１１１．１１２：ガス取入または排出口。１６、１７：ガス隔離室。１４、１５．１８．１９：開口部。２１：反応室。２６：ガス隔離室。２７：液体隔離室。２４、２８．２９：開口部。２２、２３．２２０．２２１：ガス取入または排出口。２１６、２１７．２１８．２１９：流量制御器。

Claims

【特許請求の範囲】

反応室、反応ガス取入、排出用の複数個の開口部、光フ
ァイバが通過する一対の開口部を有する反応炉と、前記
反応炉の一方の端部に配置されたガス隔離室と、前記反
応炉の他方の端部に配置された液体隔離室とを有する光
ファイバ被膜用炉。