JPS6320772B2 - - Google Patents

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JPS6320772B2
JPS6320772B2 JP55025163A JP2516380A JPS6320772B2 JP S6320772 B2 JPS6320772 B2 JP S6320772B2 JP 55025163 A JP55025163 A JP 55025163A JP 2516380 A JP2516380 A JP 2516380A JP S6320772 B2 JPS6320772 B2 JP S6320772B2
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JP
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reservoir
vapor
flow
burner
controller
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JP55025163A
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Guretsugu Burankenshitsupu Maikeru
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Corning Glass Works
Original Assignee
Corning Glass Works
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Publication date
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Publication of JPS6320772B2 publication Critical patent/JPS6320772B2/ja
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光フアイバ用プリフオームを形成する
装置に関し、特に引抜きにより光導波路となされ
るべき素材を形成するための装置に蒸気原材料を
供給するための改良された手段に関するものであ
る。
ある前提条件が満足されていれば、光は細長い
透明体（ガラスフイラメント等のような）内を離
散的モードをなして伝播せしめられうる。フイラ
メントの寸法、屈折率の半径方向変化、その他の
事項の結合により、光通信のための伝送媒体とし
てのフイラメント有効性が決定される。伝播モー
ド間に過度の分散を伴なうことなしに光を伝送す
るためあるいは予め定められたモードの光のみを
伝播せしめうるようにするためには、ストランド
の内部特性が親密に制御されなければならない。
光導波路として用いるのに適したフイラメント
は、ガラスのような透明な誘電材料よりなる柱状
素材を加熱し、そしてその素材を引抜いて所望の
細長い構造物とすることによつて形成されうるこ
とは周知である。導波路の構造的特性は、その導
波路が引抜かれる素材の特性、特に屈折率の勾配
を密接に反映する。
一般に行なわれている方法によれば、円柱状の
回転出発部材に、焼結可能なガラスすすよりなる
一連の層を被覆することによつて引抜き素材が形
成される。すすは、酸化反応炎等の機構を介して
素材の表面に添着される微細なケイ質粒子から一
層ごとに形成される。当業者には周知のごとく、
そのような粒子を焼結しかつそれをガラス素材等
の表面に添着せしめるために用いられる炎は従来
においては「加水分解炎」（hydrolyzing flame）
と呼ばれていた。その場合に生ずる厳密な現象に
ついては十分には理解されていないが、最近の研
究によれば、実際の反応は酸化として特徴づけら
れるのがより適切であることが示唆されている。
従つて、本明細書においても、実施例につきこの
反応を説明するに当つては、「酸化」（oxidizing）
という言葉を用いることにするが、この場合の化
学反応の厳密な性質自体は本発明を実施するにつ
いての重要な要因ではないことを理解すべきであ
る。四塩化ケイ素のようなケイ質マトリクス材料
が蒸気の形でバーナに供給され、そのバーナから
炎が出てくる。また、最終製品の光学的特性を変
化せしめるために、ドーパント（添加剤）と呼ば
れる他の材料が制御された量をもつてかつ特定の
時点に供給される。本明細書の好ましい実施例で
はケイ酸塩ガラスを形成する場合につき説明する
が、本発明の装置によつて例えばゲルマニアを含
有したシリカなしのガラスを形成してもよいこと
を理解すべきである。
種々の蒸発せしめられたあるいは霧状となされ
た材料がバーナ炎内で結合して微小な球状粒子を
形成し、それらの粒子が溶融状態に維持され、炎
の力によつて素材の表面に向つて送られる。この
ようにして、一般に「すす」（soot）と呼ばれて
いる沈積材料が螺旋状の軌跡をなして一層ずつ堆
積され、それらの種々の層が合体して連続体を形
成する。
他の公知の方法では、蒸気原材料が加熱された
チユーブ内に送り込まれる。その原材料はチユー
ブ内に一連の層をなして沈積せしめられ、然る
後、そのチユーブがつぶされて溶融素材が得られ
る。続いて、その素材が加熱されそして引抜かれ
て細長いフイラメントとなされる。
一般的に均一な性質を有する素材を形成しかつ
ガラス形成用すすの均一な分布を得るためには、
キヤリアガスにずい伴せしめられた蒸気原材料の
実質的に一定の流れを加水分解用バーナに供給す
ることが必要であつた。従つて、キヤリアガスの
流れと、原材料が蒸発されかつキヤリアガスにず
い伴せしめられる速度とを制御するための方式が
提案されている。しかしながら、任意の時点にお
いて加水分解炎中に導入される蒸気の量を決定す
る要因が多数であることに一部基因して、種々の
蒸着沈積工程における沈積速度に変動が生ずるこ
とが多い。
反応物蒸気を送るためにキヤリアガスを用いる
改良された方式が1978年１月26日に出願された米
国特許出願第872619号に記載されている。その方
式は、パツキンを有するコラムと、そのパツキン
を通じて液体原材料を循環せしめるためのポンプ
とを具備している。加圧されたキヤリアガスがパ
ツキン中に導入されそしてそのパツキンを通じて
流動せしめられ、原材料蒸気がキヤリアガスにず
い伴せしめられる。ガスは排気孔を通じてコラム
を出て、それが貯蔵されるべき場所に案内され
る。上記米国特許出願に記載されている方式で
は、蒸気流速は正確に制御されうるが、液体原材
料溜め内の圧力と温度が精密に制御されなければ
ならない。従つて、原材料溜め内の温度と圧力を
精密に制御することを要することなく、均一かつ
制御しやすい態様をもつて、蒸気原材料を加水分
解用バーナに送るための方式を提供することが非
常に望ましいことが理解されるであろう。
1978年３月10日に出願された米国特許出願第
885215号には、精密に制御された量の反応物蒸気
を放出手段に供給する装置が記載されている。そ
の米国特許出願の発明によれば、種々の反応生成
物成分が液体として溜め内に維持され、かつ液体
成分の予め定められた量を混合段に送るための計
量用ポンプが各溜めに連結される。それらの種々
の蒸気は完全に混合され、霧状化される。その原
材料蒸気は反応バーナ等のような放出手段に送ら
れる。原材料蒸気は通常の態様をもつて炎内で反
応せしめられ、基体上に沈積せしめられて光導波
路素材のような生成物を形成する。上記米国特許
出願の発明による装置は利用手段に送られる種々
の反応生成物成分の量を精密に制御することはで
きるが、その装置に用いられる可変出力ポンプが
非常に高価であるという難点がある。
上述した難点を回避しかつ所望の材料の非常に
高密度な蒸気の制御可能な流れを与える反応バー
ナ等に導波路材料を送るための方式を提供するこ
とが非常に望ましいことが以上の説明から理解さ
れたであろう。
従つて、本発明の目的は蒸気化された原材料を
利用手段に供給するための改良された装置を提供
することである。
本発明の他の目的は、キヤリアガスを必要とす
ることなしに各溜めから導波路成分を送るための
方式を提供することである。
本発明のさらに他の目的は導波路成分材料を計
量するための簡略化された装置を提供することで
ある。
本発明のさらに他の目的は増大された量の反応
物蒸気を蒸着手段に送ることのできる装置を提供
することである。
簡単に説明すると、本発明の一局面によれば、
反応生成物を基体上に沈着せしめるための放出手
段を含む改良された装置を提供することによつて
上述の目的が達成される。本発明による装置は、
それぞれ所望の反応生成物成分よりなる液体を入
れるための第１および第２の閉塞された溜めを具
備する。各溜め内の液体原材料は蒸気に変換さ
れ、その蒸気がキヤリアガスを用いることなし
に、またポンプ手段または恒温槽を用いることな
しに、溜め内から配管を通じて反応バーナ等に移
送されうるのに十分な圧力を有するような温度に
なるように、各溜めに関連して加熱手段が設けら
れている。また配管の途中に反応物蒸気の流量を
制御するための流量制御手段が設けられ、さらに
流量制御手段の下流に、酸素を前記反応物蒸気内
に注入するための手段が設けられている。
以下図面を参照して本発明の実施例につき説明
しよう。
第１図を参照すると、ガラスすすの層が炎加水
分解バーナ１２のような放出手段によつて実質的
に円柱状のマンドレルまたは出発部材１０に添着
される。出発部材はバーナに対して回転と往復直
線運動をなさしめられ、それによつて一般的に円
筒状のプレフオーム１６が形成される。説明の便
宜上、ここでは引抜きによつて光導波路となされ
やすい素材を形成する場合につき述べるが、本発
明はそれに限定されるものでないこと勿論であ
る。当業者にはよく知られているように、基体ま
たは出発部材１０は、沈積された材料だけを残す
ようにして機械的または化学的方法によつて爾後
除去されうる。円筒状素材は続いて引抜かれ、特
性が反応生成物成分の組成を反映する細長い導波
路となされる。さらに、所望の反応生成物を沈積
せしめるためには、炎反応以外の方法を用いても
よい。例えば、蒸気の反応を基体チユーブの加熱
された領域内で生ぜしめ、かつそのチユーブの内
表面にガラスを沈積せしめるようにしてもよく、
そのような方法は内づけ気相酸化（IVPO）と呼
ばれることもある。
反応生成物中に最終的に入れ込まれる成分は、
市販の加圧タンクでありうる溜め１８，２０およ
び２２内に維持される。これらの溜めには、計量
装置を通つてバーナへと十分な蒸気を流動せしめ
るのに十分なレベルに溜め内の蒸気圧を維持する
のに十分なだけ高く反応物の温度を維持するため
にヒータ２４，２６および２８が設けられてい
る。この目的を達成するための最少蒸気圧は0.28
Kg／cm2である。溜め内の最大圧力は後述の流量制
御器のような装置によつて指定されるが、好まし
い最大動作圧力は10.54Kg／cm2である。各溜め内
の原材料温度を適切な温度に維持する温度制御器
３０，３２および３４は、例えばモデル383ロバ
ート・シヨー・コントローラやユウロサーム・コ
ントローラ等のような市販されているもののうち
から選択されうる。圧力センサ３６．３８および
４０が温度制御器３０，３２および３４にそれぞ
れ制御信号を与える。従つて、溜め圧力が監視さ
れ、そしてそのようにして得られた情報はヒータ
２４，２６および２８の動作を制御するために用
いられる。管４１，４３および４５にそれぞれ設
けられた弁４２，４４および４６は各溜めに関連
せしめられていて、必要に応じて流体の流れに対
してある程度規制を行ないかつ例えば装置の保守
や溜めの交換のために種々の蒸気の流れを遮断せ
しめるべくなされている。管４１，４３および４
５には流量制御弁４８，５０および５２が設けら
れており、各溜めからの各蒸気の流速が制御され
うる。装置をさらに容易に動作せしめるには、弁
４８，５０および５２が電磁気的にまたはモータ
によつて制御される型式のものであることが予想
される。従つて、図面には、モータ５４，５６お
よび５８が溜めからの蒸気の流れを所望の態様で
変化せしめるように前記弁に連結されかつ制御器
６０，６２および６４によつて動作せしめられる
ものとして示されている。管４１，４３および４
５に対して流量を感知する関係をもつて流速トラ
ンスデユーサ６６，６８および７０がそれぞれ配
設されている。これらのトランスデユーサによつ
て得られた信号は上記制御器に与えられ、それに
よつて蒸気の流量が制御されうる。例えば数字４
８，５４，６０および６６で示されている要素の
ような圧力制御弁、モータ、制御器およびトラン
スデユーサの各組合せが流量制御器と呼ばれる。
このような制御器は通常流体流動系統にみられる
ものであつて、種々の適当な型式の制御器が容易
に入取できる。そのような制御器の一例として
は、アメリカ合衆国カリフオルニア州トランス所
在のタイロン・コーポレーシヨンから市販されて
いるタイロンモデルFC−260がある。本発明の装
置においては、例えばモータ５４は附設球を有す
る差膨張チユーブに連結された電気ヒータを具備
しており、その球が弁座に関して移動して球と弁
座との開口を変化せしめ、それによつて弁を通る
ガス流を調整するようになされている。制御器６
０，６２および６４のそれぞれは系統制御ユニツ
ト７２に接続された設定点入力端子を有してお
り、その制御ユニツト７２は各制御器に適当な制
御信号を与えるようにプログラムされたマイクロ
プロセツサまたはコンピユータで構成されうる。
制御ユニツト７２は、モデル3911Aコントロー
ラ、VT52ビデオターミナル、プログラマ・コン
ソール、DEC書込器、RK11Tデイスクおよびソ
フトウエアを用いたPDP11/34コンピユータに連
結されたモデル1500CAMACクレート（カイネテ
イツク・システムズ・インコーポレーテツド）と
ともに、AD変換器を具備しうる。最後の６個の
構成要素はデジタル・イクイツプメント・コーポ
レーシヨンから入取できる。
管４１，４３および４５から流れる蒸気はバー
ナ１２に連結された管７１内で結合せしめられ
る。蒸気送り管４１，４３，４５および７１は、
溜め１８，２０および２２が加熱される最大温度
と少なくとも同じ程度の高さの温度まで加熱され
なければならない。管７１には供給源７４から酸
素を導入する。酸素の流速は、弁７６、モータ７
８、制御器８０およびトランスデユーサ８２より
なる流量制御器によつて制御される。酸素の流速
は、系統内に適切な量の酸素が導入されるよう
に、蒸気成分の流速の関数として制御されるのが
好ましい。本発明の装置は、反応物蒸気を運ぶた
めの手段としてキヤリアガスが用いられていない
が故に、反応生成物成分の非常に稠密な流れを実
現しうるという１つの利点を有しているのであ
る。
バーナ１２の炎内で形成されるすすを構成する
種々の酸化物を形成するために酸素が必要とされ
るが、その酸素はバーナで与えられてもよい。第
２図にはバーナ１２が断片的な横断面図で示され
ている。バーナ・フエース８４の中央に位置して
いるオリフイス８６はオリフイス８８，９０およ
び９２の同心状リングによつて包囲されている。
反応物蒸気はオリフイス８６から出て、そこで、
オリフイス９０からの燃料ガスと酸素によつて生
ぜしめられた炎からの熱に附される。内側シール
ドと呼ばれる酸素の流れは、オリフイス８８から
流出する。この流れは、バーナ・フエースで反応
物成分が反応するのを阻止する。最後に、外側シ
ールドと呼ばれる酸素の流れはオリフイス９２か
ら出てくる。このバーナ設計は米国特許第
3698936号に記載されているものとある程度類似
しているが、その米国特許のものの場合には、内
側シールドを与えるための環状のスロツトが設け
られているが外側シールド用のオリフイスが存在
していない点で異なつている。バーナ１２のオリ
フイスはすべて上記米国特許に教示されているの
と同様のマニホルドによつて供給されうる。
第１図を再び参照すると、管１４によつてバー
ナ１２に供給された燃料ガスと酸素はそのバーナ
から外に出て点火される。管１５から附加的な酸
素が供給されてもよい。管７１によつて供給され
る反応物蒸気は炎中で反応してガラスすすを形成
し、そのガラスすすがプレフオーム１６に向つて
送られる。マトリクスおよびドーパント材料が前
以つて結合せしめられている塩素または他の材料
がそれらのマトリクスおよびドーパント材料から
分離され、炭化水素燃料からの水素と結合して塩
化水素酸を形成する。勿論、反応の固有の性質は
存在する成分と本発明の特定の用途によつてきま
る。このような反応自体は本発明の要旨とすると
ころではなく、本明細書に記載されているもの以
外の成分を用いても本発明の要旨から逸脱するも
のではない。また、本発明においては、前述の
IVPO装置あるいはマトリクスおよびドーパント
材料を基体に転移するための他の機構のようなさ
らに他の形式の沈積装置を用いてもよい。キヤリ
アガスとしての酸素が存在しない場合には、燃料
を燃焼せしめるのに必要な化学量以上の酸素を、
例えば第２図について上述した態様でバーナ１２
に送るようにしてもよいことがわかるであろう。
例えばSiO2，GeO2，およびB2O3よりなる光導
波路を形成するに当つて、上述の装置を用いるに
は、溜め１８，２０および２２にそれぞれSiCl4，
GeCl4およびBCl3が入つていればよい。蒸気の形
で送ることのできる他の多くのガラス形成用反応
物を用いてもよいこと勿論である。温度制御器３
０，３２および３４は、各溜め内の蒸気圧が蒸気
をして流量制御器を通じてバーナまたは他の利用
手段へと給送せしめうるのに十分なだけ高くなる
ように調節される。0.28Kg／cm2の最少圧力が用い
られうると考えられるが、本発明の実施例では、
溜め内の圧力が約10.54Kg／cm2に維持されるよう
に調節された。このような圧力を得るためには、
SiCl4，GeCl4およびBCl3の温度をそれぞれ約76
℃，105℃および30℃に維持すべきである。
弁４２，４４および４６が開放され、制御ユニ
ツト７２が各流量制御器に該当設定信号を与え、
弁４８，５０および５２が所望の量の蒸気をバー
ナ１２に通過せしめる。反応物蒸気と一緒に、適
切に計量された酸素の流れもバーナに導入され
る。蒸気が炎中で酸素と反応してすすを形成し、
そのすすがすすプレフオーム１６の表面上に沈積
せしめられる。マンドレルまたは出発部材１０が
完成したプレフオームから除去され、そのプレフ
オームが加熱されて融合合体せしめられ、モノリ
シツクなガラス質素材となされ、そのガラス質素
材が通常の態様で引抜かれて光導波路となされう
る。
導波路構造の屈折率を半径方向に変化せしめる
ために、素材の形成時に種々の成分の割合が予め
定められた態様で変化せしめられる。従つて、制
御ユニツト７２は予め定められた時点において
種々の流量制御器に対する指令信号を発生せしめ
られ、それによつてドーパントの量または種類が
変更せしめられる。通常は、その変化は、プレフ
オームの半径の増加にともなつて最終的なガラス
製品の屈折率に減少を生ぜしめるようなものであ
る。かくして、流れ制御弁４８，５０および５２
がそれらを通る反応物蒸気の流れを適切に調整す
る。
本明細書に開示されている型式の蒸気送り系統
は非常に高い精度をもつて反応物蒸気を沈積装置
に送ることができる。溜め内の液体の温度と圧力
を正確に制御することは不必要であり、蒸気が流
量制御器を通じてバーナに輸送されうるのに十分
なだけ高く溜め内の圧力を維持しさえすればよ
い。
以上の説明から本発明によれば、精密に制御さ
れた態様でもつて蒸気状の原材料を沈積手段に送
るための改良された装置が提供されることが理解
されたであろう。また、上述の説明から明らかな
ごとく、本発明は上述の実施例に限定されるもの
ではなく、他の変形や応用も可能であり、例え
ば、図面には外づけ蒸着沈積法が示されている
が、本発明による装置は内づけ蒸着沈積法にも同
様に適用されうるとともに、沈積手段への蒸気の
流れが狭い範囲内で制御されなければならないよ
うな同様の用途にも適用されうるものである。従
つて、本発明は上述の実施例に何ら限定されるも
のではなく、特許請求の範囲および本発明の精神
から逸脱することなく可能なあらゆる変形変更を
も包含するものであることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例による蒸着沈積装置
を示す図、第２図は第１図に示された装置に使用
されうるバーナの断片的な横断面図である。 図面において、１０は出発部材、１２はバー
ナ、１６はプレフオーム、１８，２０，２２は溜
め、２４，２６，２８はヒータ、３０，３２，３
４は温度制御器、３６，３８，４０は圧力セン
サ、４２，４４および４６は弁、４８，５０，５
２は流量制御弁、５４，５６，５８はモータ、６
０，６２，６４は制御器、６６，６８，７０は圧
力トランスデユーサ、７２は制御ユニツト、７４
は酸素供給源、７６は弁、７８はモータ、８０は
制御器、８２はトランスデユーサ、８４はバー
ナ・フエース、８６，８８，９０，９２はオリフ
イスをそれぞれ示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 液体原料の入つた少なくとも２個の閉塞され
    た溜め（１８，２０または２２）と、各溜めのた
    めの加熱手段と、反応物蒸気を供給するための配
    管と、バーナ１２のような反応生成物形成手段と
    を備えた光フアイバ用プレフオームを形成する装
    置において、 光導波路生成用材料の所要量を、キヤリアガス
    を用いることなしにかつポンプ手段または恒温槽
    を用いることなしに、前記溜めから前記反応生成
    物形成手段に蒸気の形で移送するために、前記加
    熱手段（２４，２６または２８）は、前記溜め
    （１８，２０または２２）内の前記液体原料を、
    この液体原料が前記配管および各溜め毎に設けら
    れた流量制御手段（４８，５４，６０，６６また
    は５０，５６，６２，６８または５２，５８，６
    ４，７０）を通じて前記反応生成物形成手段に移
    送せしめられうるのに十分な高い蒸気圧に変換せ
    しめるのに十分な高い温度に加熱すべく制御され
    るようになされており、 前記流量制御手段は、流量制御弁（４８，５０
    または５２）と、各配管に設けられた流量センサ
    （６６，６８または７０）と、前記流量制御弁を
    動作せしめるための制御器（６０，６２または６
    ４）およびこれら制御器で駆動される作動機構
    （５４，５６または５８）とにより構成されてお
    り、 さらに前記装置には、前記流量制御弁の下流に
    おいて、前記反応物蒸気内に酸素を注入する手段
    ７４，７６，７８，８０，８２と、前記制御器
    （６０，６２，６４または８０）にそれぞれ制御
    信号を供給するための制御ユニツト７２とが設け
    られていることを特徴とする光フアイバ用プレフ
    オームを形成する装置。
JP2516380A 1979-03-01 1980-02-29 Evaporation device for forming optical fiber material Granted JPS55116640A (en)

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