JP2682603B2 - 無機コート光ファイバの製造装置及び製造方法 - Google Patents

無機コート光ファイバの製造装置及び製造方法

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    • C23CCOATING 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
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、線引直後のファイバに無機薄膜を被覆する
無機コート光ファイバの製造装置及び製造方法に関す
る。
<従来の技術> 従来より、光ファイバを製造する際、例えば特公昭38
−10363号公報に示されるように、光ファイバ母材を加
熱・溶融して線引きした直後のファイバに無機薄膜を熱
・化学的気相成長法(以下、熱CVD法という)によりコ
ーティングし、その後、樹脂を塗布,硬化して光ファイ
バとしてボビンに巻取る方法が採られている。この方法
によると、無機薄膜コーティングの際の気相中における
粒子の成長が抑えられ、ファイバの極表面近くのみで成
膜が行われるため、ファイバの初期強度を低下させるこ
となくコーティングを行うことができる。また、無機コ
ートをするのは、H2Oのファイバ表面への侵入、マイク
ロクラックの成長による疲労強度の低下及びH2のファイ
バ表面への侵入による伝達ロスの上昇などを防止するた
めである。
ところで、かかる方法では、ファイバの温度が低すぎ
ると、薄膜コーティングができず、あるいは成膜速度が
遅くて充分な膜厚を得ることができず、逆にファイバの
温度が高すぎるとファイバ素材と薄膜間に反応生成物が
発生し、ファイバの初期強度が低下してしまう。
<発明が解決しようとする課題> しかしながら、上述した方法を実施しようとすると、
薄膜形成の反応開始時のファイバ温度を制御するのが難
かしく、膜厚の変動が大きく、全長に亘って均一な膜質
を得ることができないという問題がある。
例えば第4図に示すように、線引炉01の炉芯管02と熱
CVD炉03の炉芯管04とが一体となっており、原料ガスを
線引炉01と熱CVD炉03との間の反応ガスの流入口05から
熱CVD炉03内へ流入すると共に排出口06から排出する装
置を用いる場合には、原料ガスの流れが一定とならず、
その温度を一定に保つことが困難であるので、成膜が行
われる位置が不安定であった。
また、第5図に示すように、熱CVD炉内の原料ガスの
流れを一定とするために、線引炉01の炉芯管02Aと熱CVD
炉C3の炉芯管04とを別体にすると共に、原料ガスの流入
口05及び排出口06のそれぞれ上流及び下流にシールガス
流入口07,08を設けたものがある。しかし、この場合、
熱CVD炉03を線引炉01に近接して固設されている。すな
わち、例えば125μmの石英光ファイバにアセチレンを
用いて線速150m/minでカーボンをコーティングする場合
には、線引炉01のヒータ中心と熱CVD炉03の入口との間
の距離を30cm以下としなければコーティングできないの
で、線引炉01と反応炉03との距離が自から短くなり、こ
れにより操作性が悪く、しかも、線速が変化するとファ
イバ温度が変動し、長手方向に亘って均一な成膜を形成
するのが困難であった。
一方、例えば、特公昭61−32270号公報に示されるよ
うに、薄膜コーティングの反応炉にファイバが入る前
に、ファイバに赤外線を照射してファイバの予備加熱を
行うという装置も開発されている。しかし、この場合、
特に高線速においては加熱長が長大となり、装置も大が
かりとなるという問題があり、また、線速の変化にも対
応できないという問題もある。
本発明はこのような事情に鑑み、線速の変化に応じて
容易に熱CVD炉内のファイバ温度を制御できて膜厚を常
に均一にすることができ、操作性も良好である無機コー
ト光ファイバの製造装置及び製造方法を提供することを
目的とする。
<課題を解決するための手段> 前記目的を達成する本発明にかかる無機コート光ファ
イバの製造装置は、光ファイバ母材を加熱・溶融する線
引炉と、線引きされたファイバに無機薄膜を熱・化学的
気相成長法によりコーティングする熱CVD装置と、ファ
イバ外径を測定するファイバ外径測定器とを有する無機
コート光ファイバの製造装置において、上記線引炉又は
上記熱CVD装置が両者間の距離を変化する位置移動手段
を具えていることを特徴とし、又、無機コート光ファイ
バの製造方法は、線引炉により光ファイバ母材を加熱・
溶融しつつ線引きしたファイバを熱CVD炉に導き、熱・
化学的気相成長法により該ファイバ表面に無機薄膜をコ
ーティングするに際し、上記線引炉と上記熱CVD炉との
距離を変化させることにより、当該熱CVD炉内のファイ
バ表面にはじめて膜形成が行われる地点でのファイバ温
度が1000〜1400℃とすることを特徴とする。
<作用> 線引炉と熱CVD炉との距離を変化できるので、操作性
を保持したまま、コーティング時には最適な条件を得る
ような距離を設定することができる。すなわち、線速そ
の他の条件を最適に保ったままで、線引炉と熱CVD炉と
の距離を変化させることにより熱CVD炉中でのファイバ
温度を最適に制御することができ、さらに、製造中の線
速が変動しても熱CVD炉をそれに応じて移動させること
により、ファイバ温度を最適に保つことができる。ま
た、この場合、熱CVD炉内の反応ガス温度がファイバ表
面での反応・膜形成に充分な温度になりはじめてファイ
バ表面にはじめて膜形成が行われる地点でのファイバ温
度を1000〜1400℃に制御するようにするのが好ましい。
<実 施 例> 以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
第1図には一実施例にかかる無機コート光ファイバの
製造装置を概念的に示す。同図に示すように、線引炉1
の炉芯管2と熱CVD炉3の炉芯管4とは別体となり、炉
芯管4に反応ガスの流入口5と排出口6とが設けられて
いる点は従来と同様であるが、熱CVD炉3は並設された
ボールネジ7の回転により上下方向移動自在になるよう
に支持されている。すなわち、熱CVD炉3の側面には一
対の支持部材8が穿設され、熱CVD炉3はこれら支持部
材8がボールネジ7に螺合することにより支持されると
共に、図示しないガイドにより上下方向移動自在に保持
されている。一方、ボールネジ7はその下端に固着され
たウォームギア9a及びウォーム9bを介してモータ10によ
り回転駆動されるようになっている。なお、図中、11は
外径測定器、12はダイス、13は硬化炉、14はキャプスタ
ンである。
かかる装置において、光ファイバ母材15は線引炉1で
加熱・溶融され、125μmのファイバ16に線引きされ、
ファイバ16は熱CVD炉3に入る。熱CVD炉3の炉芯管4内
には、従来から行われているように、カーボンや窒化珪
素の薄膜を形成するための原料ガスが流入口5から流入
されて排出口6より排出されており、この炉芯管4内で
加熱されたファイバ16には無機薄膜がコーティングさ
れ、無機コートファイバ17となる。この無機コートファ
イバ17は、ダイス12及び硬化炉13を経て樹脂コートファ
イバ18とされ、キャプスタン14により引きとられて図示
しない巻取機でボビンに巻きとられる。なお、通常、樹
脂のコーティングは2層以上行われ、本実施例はかかる
コーティングを1層に限定するものではない。
また、本実施例では、製造中の線速の変動に対応し
て、熱CVD炉3を上下方向に移動させ、常に最適なファ
イバ温度が得られるようにしている。すなわち、キャプ
スタン14の回転数から線速を検知し、この線速により熱
CVD炉3の位置をフィードバック制御し、予め実験によ
り決定された熱CVD炉3の位置、すなわち無機コーティ
ング時の最適なファイバ温度が得られる位置に移動する
ようにしている。
また、本実施例では、外径測定器11を熱CVD炉3の後
流に設けているので、線引炉1と熱CVD炉3との距離を
非常に近接することができるようにし、例えば樹脂コー
ティングの条件により低線速としなければならない場合
にも対応できるようにしている。なお、このように非常
に近接させる要望がない場合には、外径測定器11を線引
炉1と熱CVD炉3との間に配置してもよい。なお、この
ように線引炉1と熱CVD炉3との距離を小さくする場合
に、熱CVD炉3内にファイバを通す作業の際のスペース
を熱CVD炉3を移動することにより確保できるので、作
業性の向上にもつながっている。
このような装置による熱CVD炉内の最適のファイバ温
度は、コーティング材、原料ガスの種類、CVD炉の長
さ、CVD炉と線引炉等との距離により異なるが、反応す
るのに充分な温度になった原料ガスがファイバと接触す
る位置でのファイバ温度が概ね1000〜1400℃であるのが
好しいことがわかった。
また、線引炉を出た後のファイバ温度Tは概ね次式で
表されることが知られている。
ここで、 TO:雰囲気温度、 TS:線引炉を出た直後のファイバ温度、 Z :線引炉出口からの距離、 VF:線速、 a :ファイバ径、比熱、及びファイバと雰囲気との熱伝
導率による定数 である。
ここで、線速VFが変動した場合、Zが一定であれば温
度に変動が生じることになり、成膜速度、あるいは膜厚
が変動して均一な膜を得られないばかりか、場合によっ
ては膜が全く形成されなかったり、ファイバ強度が低下
されたりする。
よって、上述した実施例では、例えば線速が10%上昇
した際にZを10%増加させるようにしてファイバ温度の
変動を抑えるようにしている。
また、CVD炉を移動してその内部のファイバ温度の変
動を抑えるためには、熱CVD炉に入る直前のファイバ温
度TSの変化に対応させてCVD炉の位置を制御するように
してもよい。
例えば第2図に示すように、熱CVD炉3の直上に放射
温度計19を設け、この測定データに応じてモータ10を制
御するようにすればよい。なお、ファイバ径が小さいた
め、放射温度計19の前には拡大レンズ20を設けている。
なお、石英ファイバ、特に125μmφ程度の場合には、
測定温度が低めに出るので、実験により補正するように
する必要がある。
以上説明した2つの実施例では、製造中の線速の変動
に応じて熱CVD炉3を移動させて炉内のファイバ温度を
一定に保つようにしているが、製造条件により線速を安
定させられる場合には必ずしも必要ではない。また、そ
の場合には、例えば第3図に示すように、ボールネジ7
にハンドル18を設け、手動でボールネジ7を回転させて
熱CVD炉3の移動できるようにしてもよい。
なお、このようにした場合にも、線引炉1と熱CVD炉
3との距離が小さい場合に、ファイバをCVD炉に通す作
業のスペースを確保できるようになり、又、異なる線速
で製造する場合や異なるファイバ径のものをコーティン
グする場合に容易にCVD炉を最適位置に移動することが
できる。因に、ファイバ径が異なると、上述した式のa
が異なり、径が2倍でaが1/2となる。
また、以上説明した例では熱CVD炉3を移動するよう
にしたが、線引炉1を光ファイバ母材15の送り装置など
と共に上下方向に移動するようにしても、同様の効果が
得られるのは言うまでもない。
<発明の効果> 以上説明したように、本発明によれば、ファイバに無
機薄膜をコーティングするのに、熱CVD炉内のファイバ
温度を最適に調整するために線引炉と熱CVD炉との距離
を変化させるようにしたので、簡易な装置で容易に制御
でき、作業性も良好となる。また、製造中に線速に変動
が生じて熱CVD炉内のファイバ温度に変化が生じる場合
にも、線引炉と熱CVD炉との間の距離を例えば線速に応
じて変化させることにより、常にファイバ温度を最適に
保つことができる。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例の無機コート光ファイバの製
造装置を示す説明図、第2図及び第3図はそれぞれ他の
実施例を示す説明図、第4図及び第5図はそれぞれ従来
技術にかかる無機コート光ファイバの製造装置の例を示
す説明図である。 図面中、 1は線引炉、 3は熱CVD炉、 7はボールネジ、 8は支持部材、 10はモータ、 11は外径測定器、 12はダイス、 13は硬化炉、 14はキャプスタン、 15は光ファイバ母材である。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光ファイバ母材を加熱・溶融する線引炉
    と、線引きされたファイバに無機薄膜を熱・化学的気相
    成長法によりコーティングする熱CVD装置と、ファイバ
    外径を測定するファイバ外径測定器とを有する無機コー
    ト光ファイバの製造装置において、上記線引炉又は上記
    熱CVD装置が両者間の距離を変化する位置移動手段を具
    えていることを特徴とする無機コート光ファイバの製造
    装置。
  2. 【請求項2】熱CVD装置は、線引炉とファイバ外径測定
    器との間に配置されている請求項1記載の無機コート光
    ファイバの製造装置。
  3. 【請求項3】無機薄膜がカーボン又は窒化珪素である請
    求項1又は2記載の無機コート光ファイバの製造装置。
  4. 【請求項4】線引炉により光ファイバ母材を加熱・溶融
    しつつ線引きしたファイバを熱CVD炉に導き、熱・化学
    的気相成長法により該ファイバ表面に無機薄膜をコーテ
    ィングするに際し、上記線引炉と上記熱CVD炉との距離
    を変化させることにより、当該熱CVD炉内のファイバ表
    面にはじめて膜形成が行われる地点でのファイバ温度が
    1000〜1400℃とすることを特徴とする無機コート光ファ
    イバの製造方法。
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