JPS6132270B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の技術分野〕 この発明は、一般に光フアイバを被覆する方法
に関するものであり、特にフアイバが線引きされ
た直後に行なわれ、フアイバが線引きされた後、
特に貯蔵および使用中における光フアイバの機械
的強度を保持させるようにするそのような方法に
関するものである。 〔発明の技術的背景〕 フアイバが理想的な条件の下で線引きされた時
に酸化シリコン光フアイバ材料について観測され
た曲型的な抗張力は100万p.s.iのオーダである。
或る種の光通信においては１Km以上の長さの光フ
アイバを使用することが必要である。そのような
長い光フアイバを使用する時の技術上の問題はそ
のようなフアイバの充分な機械的強度が不足して
いることである。すなわち市販の長い光フアイバ
の抗張力は50000乃至80000p.s.iの範囲にある。
しかしながら例えば長大な光フアイバを使用した
迅速支払通信システムのような或る特別の用途の
光導波体として使用する時には光フアイバは
200000p.s.i以上の機械的強度が要求される。 前に述べた充分な機械強度で長いフアイバが処
理されない理由は通常のフアイバの線引き動作の
間および後に光機械的摩擦および、或は水蒸気の
ような雰囲気中の汚染物質による化学的なアタツ
クを受けることによつて生じたサブミクロンの大
きさの表面の傷が存在することである。これらの
問題を解決しようとしてフアイバの線引き後にこ
れらフアイバに有機材料被覆を施すことが行なわ
れている。しかしながら、これらの有機材料被覆
は水蒸気或は水酸基イオンの拡散を阻止できな
い。これは使用中或は貯蔵中に有機材料を被覆し
たフアイバの強度を減少させる。光ガラスフアイ
バは非常に水蒸気および多くの有害環境に対して
敏感である。それ故フアイバはその構造的完全性
を保護するためにハーメチツク被覆を必要とす
る。 シリコン或は各種金属のような無機材料でガラ
スフアイバを被覆するために今日使用されている
最も実行可能な方法の１つは化学的蒸気付着
（CVD）法によるものである。 化学的蒸気付着法においては、被覆材料は単一
のガス状反応材料からそのような材料を生成する
ために必要な温度で被覆材料を反応により生成す
るか、或は２つ以上のガス状反応材料を所要の反
応温度で反応させるかして気相で形成する。被覆
材料はガス体中で粒子を形成し、そのガス体中で
そのような材料の解放或は化学的形成が行なわれ
る。これらの粒子は次いでフアイバの露出した表
面に付着される。 この方法は次のような本質的な欠点を有してい
る。すなわち、CVD反応生成物（大体固体粒子
である）は基体表面、すなわちフアイバの露出表
面と作用して付着処理中に表面に損傷を生成す
る。従来の経験ではCVDは通常フアイバ材料中
に亀裂や微細なクラツクを生成してフアイバの強
度を低下させるような実質的欠陥をフアイバ中に
生成する大きなグレイン或は円錐状成長体を生じ
ることが観察されている。したがつて、この被覆
方法が使用される時にはフアイバの単位長強度は
フアイバ或はフアイバのコアの線引直後に、化学
蒸気付着処理でコアにハーメチツク被覆を施す前
にフアイバの有していた強度より低下される。こ
の強度の低下は各単位長には影響しないけれど
も、それはしばしばハーメチツク被覆を施したフ
アイバの全体の強度をフアイバ材料の線引きの直
後に有していた強度に比較して著しく低下させ
る。これはもちろん非常に大きな欠点である。 〔発明の目的〕 したがつて、この発明の一般的な目的は従来技
術の欠点を除去することにある。 さらに説明すれば、この発明の目的は、ガラス
フアイバの露出表面に、特に光学プレフオームか
らフアイバが線引きされた直後にハーメチツク被
覆を付着させる方法を開発することであり、その
方法は従来の方法の欠点を有せず、フアイバの強
度の低下を生じないものである。 この発明の別の目的は、従来の被覆された光フ
アイバに比較して耐久力の増大した被覆された高
強度光フアイバを製造する方法を提供することで
ある。 この発明の付随的な目的は上述の方法を遂行す
るのに適した装置を提供することである。 この発明のさらに別の目的は、構造が簡単で、
廉価に製造でき、それにも拘らず動作の信頼性が
高いものであるようにここに述べた型式の装置を
構成することである。 この発明の付加的な目的は、上述の型式の装置
をフアイバの機械的強度を減少させることなくフ
アイバ上にハーメチツク被覆を付着させることが
できるように設計することである。 〔発明の概要〕 これらの目的および以下の説明により明らかに
されるその他の目的を達成するために、この発明
の特徴の１つは次に述べるような光フアイバの露
出表面にハーメチツク被覆を施す方法にある。す
なわち、その方法は予め定められた温度に加熱さ
れた時に被覆材料に化学的に変化することができ
る少なくとも１個の反応材料を含む気体媒質中を
光フアイバを通過させ、光フアイバを少なくとも
露出表面において少なくとも化学的変化のための
予め定められた温度に加熱し同時に直接露出表面
上に被覆材料の付着を行なわせる被覆方法におい
て、赤外線が全方向的に放射され、光フアイバを
直接照射しない放射赤外線の少なくとも一部を反
射させてそのような反射された赤外線によつて赤
外線の直接の照射方向と外れた半径方向の角度か
ら光フアイバの露出表面を照射することを特徴と
するものである。ハーメチツク被覆は光学プレフ
オームからフアイバを線引きした直後に施し、フ
アイバの通過と加熱が同じ領域で行なわれるよう
にするとよい。 この発明の方法を効果的に実施するためには加
熱されたフアイバの露出表面の周囲で気体媒質を
循環させるとよい。この循環を行なうために気体
媒質を反応領域に限定し、反応材料を含む補充気
体媒質を反応領域に導入するようにすることがで
きる。これはフアイバの加熱された露出表面に少
なくとも１つの気体媒質流を指向させるようにし
て行なうこともできる。加熱はフアイバの露出表
面を直接放射線、特に赤外線で照射することによ
つて行なうことができる。 ハーメチツク被覆を施す上述の方法を以下異種
核熱化学的付着（heterogeneous nucleation
thermochemical deposisition、略称HNTD）と
呼ぶ。これはフアイバを取り囲む雰囲気中よりは
むしろ加熱された基体表面において直接異種化学
反応によつて付着物が生成される被覆方法であ
る。付着されるべき要素或は物質の揮発性化合物
が蒸気化され、蒸気は加熱された基体（フアイ
バ）表面において非揮発性の反応生成物を生じる
ように熱分解され或は他の蒸気と反応して基体上
の被覆を形成する。HNTD法は被覆および反応材
料に応じて低温或は高温で行なわれる。 HNTD法は化学的蒸気付着（CVD）法とは特
別の相違点を有する。CVD法は均一な化学反応
処理であり、反応生成物は主として気相中で形成
される。それに対してHNTD法は基体上に直接微
細粒状構造を生成し、錐状成長体を完全に避ける
ことができる。表面の損傷を生じるような固体粒
子と基体表面との相互作用は存在しない。 被覆材料は： −基体材料と良好な付着または結合が得られるも
のでなければならない。 −熱応力が最小になるように基体材料に匹敵する
熱膨張係数を持たなければならない。 −フアイバが使用される環境における汚染に対し
て抵抗力がなければならない。 好ましい被覆材料は、金属（合金を含む）、ガ
ラスおよびセラミツクである。基体材料はガラ
ス、セラミツクおよび金属である。未反応の気相
材料は主としてハロゲン化シリコンのような金属
ハロゲン化物、ハロゲン酸化物、水素化物、カー
ボニル、有機金属、金属有機化合物等であり、他
の反応材料ガスおよびキヤリヤガスと共に使用す
ることができる。 HNTD法においては基体表面の温度を正確に所
定の値に制御することが必要であり、もしも、こ
の温度が正確でないと従来のCVD法と同様にク
ラツク等が発生する。HNTD法のように蒸気をあ
まり加熱しないで基体表面を正確に所定の温度に
加熱するには赤外線加熱を使用するとよいが、赤
外線加熱では赤外線の照射した部分だけが加熱さ
れるために光フアイバの全周から均一に照射する
必要があり、そうでないと場所によつて温度のず
れが生じてクラツク等が発生するおそれがある。
したがつて、光フアイバの全周から均一に照射す
る構造とすることが必要である。この発明におい
ては光フアイバを直接照射しない赤外線を反射し
て光フアイバを照射させるようにして効率よく、
しかも均一に加熱できるようにしたものである。 上述の、およびその他のこの発明の目的および
特徴は添付図面を参照にした以下の説明によりさ
らに明らかにされよう。 〔発明の実施例〕 第１図を参照すると記号１は被覆された光フア
イバを製造する装置全体を示す記号として使用さ
れている。装置１はその主要構成部分としてフア
イバプレフオームの線引き炉２、反応装置３、ポ
リマー被覆装置４、キユア炉５、および線引き装
置６を備えている。線引き装置６は略図的にスプ
ールとして示されている。線引き装置６は通常の
方法でチヤツク９に取り付けられ線引き炉２中に
まで伸びているプレフオーム８からフアイバ７を
線引きする。必要ならば線引き動作中チヤツク９
によつてプレフオーム８を回転させてもよく、そ
れは効果のあることである。線引き炉２中に入つ
ているプレフオーム８の部分は高温ガス、酸水素
焔、プラズマフレーム或は熱放射線等の通常の方
法で加熱される。プレフオーム８を加熱するのに
使用される特定の方法はこの発明にとつて重要な
ものではない。 重要なことは線引き炉２を出た直後、いずれに
せよフアイバ７の新しい線引きされた露出表面が
何等かの損傷を受ける前にフアイバ７が反応装置
３内に入ることである。反応装置３は内部の反応
室１０を限定し、その反応室１０中に反応ガスが
入口１１から導入され、使用された反応ガスは出
口１２から放出される。前述のように、また後で
詳しく説明するように反応ガスは少なくとも１つ
の反応材料または物質からなるか或はそれを含
み、その反応材料は予め定められた温度に加熱さ
れたとき反応装置の反応室１０内でフアイバ７の
外面に施されるハーメチツク被覆の材料を生成す
る。反応ガスは反応室１０を通るフアイバ７の進
行方向と反対に反応室１０中を通過して流すとよ
い。反応室１０の周囲には透明な窓１３が設けら
れている。加熱装置１４は透明な窓１３の外側に
配置され、放射線特に赤外線放射をフアイバ７が
反応室１０を通過するときフアイバ７の露出表面
に与える。透明な窓１３は全ての種類の放射線に
対して透明である必要はないが、フアイバ７の露
出した外面を加熱するために使用する放射線に対
しては透明でなければならない。さらに詳細な加
熱装置１４の構造については後に第２図を参照に
説明する。 さらに、第１図には反応室１０内でハーメチツ
ク被覆を施されたフアイバ７が反応装置３から出
た後、ポリマー被覆装置４の内部を通つて導かれ
る状態が示されている。ポリマー被覆装置４は普
通の構造のものであり、それ故ここでは詳細な説
明は行なわない。少なくとも１つの追加の被覆、
特にポリマー被覆が反応装置３の反応室１０内で
生成された前述のハーメチツク被覆の上に施され
ることを説明すれば充分である。このポリマー被
覆が施された後、フアイバ７はキユア炉５を通過
し、そこでポリマー被覆は特にそれに熱を加えら
れて所望の特性を被覆に与えるようにキユアされ
る。キユア炉５の構造も普通のものでありここで
は説明を省略する。最後に被覆されたフアイバ７
は線引き装置すなわちスプール６に到達し、少な
くとも一時的に貯蔵するためにそこに巻取られ
る。 反応装置３のさらに詳細な構造は第２図に示さ
れている。加熱装置１４はフアイバ７の進行方向
に実質上平行に延在する２個の細長い加熱素子す
なわち熱源１５を備えている。細長い熱源１５は
関連する実質上断面形状が楕円形の反射鏡１６の
焦点にそれぞれ配置されている。一方フアイバ７
は楕円の他方の焦点を通過する。反応装置３は容
器１７を備え、反射鏡１６は熱源１５に対する空
洞を画定する容器１７内面に直接設け或は連結す
ることができる。熱源１５は加熱のため放射線特
に赤外線を放射し、それは直接或は反射鏡１６で
反射されて透明な窓１３に入射し、窓１３を通つ
て線引きされたフアイバ７を照射する。放射線の
幾つかの選択された軌跡を示す線が図示されてい
る。容器１７は複数の区画またはダクト１８を備
え、それを通つて水のような冷却媒体が循環して
反射鏡１６の領域における容器１７を冷却する。 第３図に示されているように、キユア炉５〔第
１図参照）から出た後のその最終状態におけるフ
アイバ７はガラスその他類似物のような光学材料
の芯部１９と、反応装置３中でこの発明のHNTD
法によつて製造されたハーメチツク層２０と、被
覆装置４において被覆されたキユア炉５において
キユアされた有機材料の外部被覆２１とを備えて
いる。芯部１９は光フアイバのコア部分であつて
もよい。 通常のフアイバの線引きにおいては固体プレフ
オームからフアイバが線引きされる時それはポリ
マー被覆装置を通過してフアイバの清新な表面を
保護し取扱いを容易にするための被覆を施され
る。したがつて、HNTD法によるハーメチツク被
覆は線引き領域２とポリマー被覆装置４との間で
行なわれなければならない。加熱装置１４の補助
作用によりフアイバ７だけが反応室１０内で付着
のための異種（heterogeneous）化学反応に所望
される温度に加熱される。この反応温度は異種化
学反応温度と呼ぶ。透明な窓１３の壁部における
温度はフアイバ表面の温度よりも低くなる。それ
故化学反応生成物が壁の内面に沈着することはな
い。ガラスフアイバ上へハーメチツク被覆を行な
う低温および高温反応条件は（オンラインにおい
て）次の表に示されている。表には金属およ
びセラミツクの被覆材料の数例だけが表示されて
いる。

【表】 反応材料を構成する揮発性金属化合物の蒸気は
蒸発によつて発生される。この蒸発は揮発性化合
物を加熱するか或は揮発性化合物と接触するよう
に非反応性のガスを流すことによつて行なわれ、
フアイバ７の表面で直に反応して金属となり、同
時に沈着される。揮発性の反応の副産物は全て出
口１２から排出される。 付着のパラメータはガスの流量率、圧力および
温度である。反応ガスの濃度および基体温度の増
加は付着速度を増加させる。基体温度を増加させ
るか或は反応ガスの濃度を減少させると薄膜或は
被覆２０の結晶性が増加する。不純物は核形成速
度を変え、構造欠陥を生じることによつて薄膜の
成長に影響を与える。例えばシリコンを付着させ
ている間のカーボンによる汚染は積層欠陥および
ホイスカを生じステツプ動作を阻害する。 薄膜はガラスに強固に付着しなければならず、
かつフアイバの表面に何等の表面損傷も生成して
はならない。シリコンなどの金属の薄膜すなわち
被覆２０とガラスフアイバの芯部１９との間の熱
膨張係数の不整合は薄膜とフアイバとの境界面に
おいて事故を生じるように大きな応力を生じるも
のではならない。 前に述べたように新しい線引きされたフアイバ
７は周囲環境の影響によつて感知されるような損
傷を受ける前にハーメチツク被覆２０を施されな
ければならない。これを行なうために線引き炉２
と反応装置３とは一方が他方のすぐ上に設けられ
るか、共通の容器を有する一体構造のものとする
か、或は第１図に示すように管状の遮蔽体２２が
線引き炉２と反応装置３との間に挿入される。そ
の場合フアイバ７は遮蔽体２２の内部を通り、し
たがつて周囲環境の影響から保護される。この後
者の方法は遮蔽体２２に線引き動作の一定の、或
は間欠的な管理を行なうことができるように直径
制御用の窓を設けることを可能にするという特別
の利点を有している。 以上この発明の原理を特定の装置に関連して説
明した。しかしこの説明は単なる例示に過ぎない
ものであつて特許請求の範囲に記載された発明の
技術的範囲を制限するものではないことを明瞭に
理解すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は被覆された光フアイバを製造するため
のこの発明の１実施例の装置の概略図を示し第２
図は第１図の線−に沿つた断面図を拡大して
示す。第３図は第１図の装置により製造された被
覆されたフアイバの拡大した横断面図を示す。 １……光フアイバ製造装置、２……線引き炉、
３……反応装置、４……ポリマー被覆装置、５…
…キユア炉、６……線引き装置、７……フアイ
バ、８……プレフオーム、１０……反応室、１３
……透明な窓、１４……加熱装置、１５……熱
源、１６……反射鏡、１７……容器、１８……ダ
クト、１９……芯部、２０……ハーメチツク層、
２１……外部被覆、２２……遮蔽体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 予め定められた温度に加熱された時に被覆材
   料に化学的に変化することのできる少なくとも１
   個の反応材料を含む気体媒質中を通つて光フアイ
   バを通過させ、 光フアイバの全ての半径方向から赤外線を照射
   して、少なくとも光フアイバの露出表面において
   少なくとも前記化学的変化のための予め定められ
   た温度に加熱し、同時に露出された表面に直接被
   覆材料の付着を行なわせ、 それにおいて、赤外線は全方向的に放射され、
   光フアイバを直接照射しない放射赤外線の少なく
   とも一部を反射させてそのような反射された赤外
   線によつて赤外線の直接の照射方向と外れた半径
   方向の角度から光フアイバの露出表面を照射する
   ことを特徴とする光フアイバの露出表面にハーメ
   チツク被覆を施す方法。 ２ ハーメチツク被覆は光学プレフオームからフ
   アイバを線引きした直後に光フアイバに施される
   特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 前記光フアイバを通過させ、光フアイバの全
   ての半径方向から赤外線を照射するステツプは同
   じ領域で行われる特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ４ 前記光フアイバの加熱された露出表面の周囲
   に気体媒質を循環させる特許請求の範囲第１項記
   載の方法。 ５ 前記気体媒質の循環のために気体媒質を反応
   領域中に限定し、この反応領域に反応材料を含む
   気体媒質を補充する特許請求の範囲第４項記載の
   方法。 ６ 前記気体媒質の循環のために光フアイバの加
   熱された露出表面に向かつて気体媒質の少なくと
   も一つの流れを導く特許請求の範囲第４項記載の
   方法。