JPH02208246A - 光ファイバの製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、その表面に炭素被膜が形成された元ファイ
バの製造方法に関し、耐水素特性と機械強度どに優れた
光ファイバを提供するようにしたものである。

〔従来の技術〕

石英系光ファイバは、水素と接触するとファイバ内に拡
散した水素分子の分子振動に起因する吸収損失が増大し
、さらにドーパントとして含有されているＰｔＯ□、Ｇ
ｅＯ２，Ｂ２Ｏ３などが水素と反応しＯＨ基としてファ
イバガラス中に取り込まれるため、ＯＨ基の吸収による
伝送損失も増大してしまう問題があった。

このような弊害に対処するため、水素吸収能を有する液
状の組成物を光ケーブル内に充填する方法（特願昭６１
−２５１８０８号）などが考えられているが、その効果
が不十分であるうえ、構造が複雑となって経済的にも問
題がある。

このような問題を解決するため、最近熱化学気相法（以
下、ＣＶＤ法と略称する）によって光フアイバ表面に炭
素被膜を形成し、これによって光ファイバの耐水素性を
向」ニさせうろことが発表されている。この方法は、紡
糸炉から出てきた光ファイバ裸線を熱ＣＶＤ反応炉内に
導入し、原料化合物を熱分解させ、光フアイバ裸線表面
に炭素被膜を形成させる方法である。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで高い耐水素特性を得るには、ファイバ表面に形
成する炭素被膜を緻密にする必要があり、炭素被膜表面
に存在する細孔を小さくする必要がある。このような炭
素被膜を形成するには、原料化合物の熱分解温度を１２
００℃以上の高温にする必要がある。ところが熱分解温
度を１２００℃以上の高温にすると、原料化合物が分解
して発生したＨラジカルと光フアイバ裸線表面とが反応
し、ファイバ強度を低下させる原因となるシラノール基
を生成し易くするとともに、炭素被膜形成時にファイバ
と炭素被膜界面に生じる剪断応力が増加するため、得ら
れた光ファイバの強度が低下するという不都合があった
。

この発明は、」二記課題を解決するためになされたもの
であって、高い耐水素特性と機械的強度とを併せ持つ光
ファイバを提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、鋭意研究の結果、耐水素性を保持しつつ
ファイバ強度を向」二できるような光ファイバの製造方
法を見出し、本発明に至った。

この発明の光ファイバの製造方法は、炭化水素化合物を
１０００℃以上＋１００’ｃ未満で熱分解して第１の炭
素被膜を形成し、次いでこの第１の炭素被膜上に１２０
０℃以ｔ　１５００℃未満で熱分解して第２の炭素被膜
を形成することを解決手段とした。

〔作　用〕

炭化水素化合物をｌ０００℃以上１１００℃未満で熱分
解して得られる第１の炭素被膜（Ｊ、光フアイバ裸線表
面に析出する際に、ファイバ表面との界面で剪断応力の
増大を抑制するので、光ファイバの強度を低下させるこ
とがない。また炭化水素化合物を１２００°Ｃ以Ｊ：　
１５００℃未満で熱分解して得られる第２の炭素被膜は
、緻密な構造のものであるので、高い耐水素特性を示す
。

以下、この発明の詳細な説明する。

第１図は、この発明の光ファイバの製造方法に好適に用
いられる光ファイバの製造装置の一例を示したものであ
る。第１図中、符号ｌは光ファイバ裸線である。光ファ
イバ裸線ｌは光フアイバ母材（図示せぬ）を光フアイバ
紡糸炉２内で加熱紡糸したもので、光ファイバ裸線ｌは
紡糸されると共に、光フアイバ紡糸炉２の下段に設けら
れたＣＶＤ反応炉３内へ供給されるようになっている。

このＣＶＤ反応炉３は、その内部にてＣＶＤ反応を進行
させて光ファイバ裸線１表面に第１および第２の炭素被
膜を形成する概略円筒状の反応管４と、この反応管４を
加熱する発熱体５とから構成されている。この反応管４
の上部には、原料化合物を供給する原料化合物供給管６
が、下部には未反応ガス等を排気する排気管７とがそれ
ぞれ取り付けられている。反応管４とそれを加熱する発
熱体５とは加熱温度等によって適宜選択することができ
、抵抗加熱炉、誘導加熱炉、赤外線加熱炉等を用いるこ
とができるほか、発熱体５には高周波またはマイクロ波
を用いてプラズマを発生させて原料化合物をイオン分解
させるようなものを用いることができる。この発熱体５
は、ＣＶＤ反応炉３を一様に加熱するものではなく、後
に詳しく述べるように、反応管４上部が１０００℃以１
１．１００°Ｃ未満、反応管４下部が１２００℃以上１
５００℃未満になるよう、すなわち反応管４が長平方向
に対して温度分布を示すように加熱するものである。ま
たＣ反応炉３の上部および下部には、それぞれシールガ
ス供給管８．８が取り付けられており、このシールガス
供給管８．８よりヘリウム、窒素等の不活性ガスをＣＶ
Ｄ反応炉３内へ供給して内部の気密を保てるようになっ
ている。さらにこのＣＶＤ反応炉３の下段には、樹脂液
塗布装置９と硬化装置１０とが連続して設けられており
、上記ＣＶＤ反応炉３内で光フアイバ裸線表面に形成さ
れた炭素被膜上に保護被膜層が形成できるようになって
いる。

このような製造方法を用いて、光ファイバ・裸線表面に
炭素被膜を形成するには、以下の工程による。

光フアイバ母材を光フアイバ紡糸炉２内で加熱紡糸ず条
と共に、光フアイバ紡糸炉２の下段に設けられたＣＶＤ
反応炉３の反応管４、樹脂液塗布装置９、硬化装置１０
内へ挿通し、これらの中心軸上を所定の線速で走行する
ように供給する。次いで発熱体５を発熱させて反応管４
内を所定温度に加熱すると共に、シールガス供給管８８
からはＣｖＤ反応炉３内へシールガスを、また原料供給
管６からは炭素被膜を形成する原料化合物を、それぞれ
供給する。原料供給管６より供給する原料化合物として
は、熱分解して炭素被膜を形成する炭素化合物であれば
特に限定されないが、形成される炭素被膜の性状および
その析出速度の観点から炭素数１５以下の炭化水素また
はハロゲン化炭化水素が好適である。また置換するハロ
ゲン原子としては、取り扱い性等の観点から塩素原子が
好ましい。これら炭化水素化合物を例示すれば、メタン
、エタン、プロパン、ベンセル、トルエン等のほか、こ
れら化合物の水素原子を塩素原子に置換したクロロメタ
ン、クロロベンゼンなどである。これら原料化合物はガ
ス状態にして供給するほか、不活性ガスによって希釈し
たもの等を用いることかでき、供給速度は原料化合物の
種類お上び加熱温度等によって適宜選択されるが、通常
は０２〜１０Ｑ／分程度が好適である。また発熱体５の
加熱温度は、反応炉４の上部がｌ０００℃以上＋ｉｏｏ
℃未満で、かつ反応炉４の下部が１２００℃以上１５０
０℃未満となるようにする。

１０００℃以上１１００℃未満の加熱温度で熱分解して
析出した第１の炭素被膜は緻密な構造をしたものではな
いので、耐水素性を示さないが、軟質であるため炭化水
素化合物が熱分解する際に発生ずるＨラジカルがファイ
バ表面と反応してシラノール基を形成することによるフ
ァイバ強度の低下および炭素被膜形成時のファイバ被膜
との界面に生じる剪断応力を抑制することができる。１
１００℃以上の温度で形成された炭素被膜は、その析出
時にファイバとの界面で剪断応力を増加するので好まし
くなく、また１０００℃以下の温度では、ファイバ表面
に析出する炭素被膜が極めて薄いため、ファイバ表面を
保護する効果が少なく好ましくない。ついで１０００℃
以上１１００℃未満の加熱温度で熱分解して析出した第
１の炭素波膜」二に連続して、１２００℃以上１５００
　℃未満の加熱温度で原料化合物を熱分解して第２の炭
素被膜を形成する。１２００℃以上１５００℃未満の加
熱温度で原料化合物を熱分解して得られた第２の炭素被
膜は、その表面に細孔等のない非常に緻密な構造のもの
であるので、高い耐水素特性を示す。緻密な構造で耐水
素特性を示す炭素被膜を形成するには、加熱温度が１２
００℃以上必要とするが、加熱温度を１５００°Ｃ以上
にすると、石英系光ファイバが軟化を開始し、機械的強
度が低下するため、加熱温度は１５００℃未満でなけれ
ばならない。このようにして第１および第２の炭素被膜
が形成された光ファイバをＣＶＤ反応炉３の下段に設け
られた樹脂液塗布装置９内へ導入し、次いで樹脂液を硬
化させる硬化装置１０内へ挿通ずる。樹脂液塗布装置９
内へ挿通された光ファイバは、保護被覆層を形成するた
めの紫外線硬化型樹脂あるいは熱硬化型樹脂等が塗布さ
れ、次いで塗布された樹脂液に好適な硬化条件を有する
硬化装置ＩＯ内で硬化されて保護被覆層が形成される。

このようにＣＶＤ反応炉３の長手方向に温度分布を示す
ように加熱し、原料化合物を１０００℃以上１１００℃
未満で熱分解して光フアイバ裸線表面に第１の炭素被膜
を形成し、次いでこの第１の炭素被膜上に原料化合物を
１２００°Ｃ以」−１５００℃未満で熱分解して第２の
炭素被膜を形成すると、光フアイバ裸線表面には、耐水
素特性は低いが、析出時の剪断応力の増加を抑制する軟
質の第１の炭素被膜が析出し、次いで耐水素特性に優れ
た緻密な構造の第２の炭素被膜が析出するので、機械的
強度と耐水素特性とに優れた光ファイバを製造すること
ができる。

なお、第１図に示した製造装置では、単一のＣＶＤ反応
炉３を用い、その長手方向で温度分布を示すように加熱
したが、この発明の製造方法に用いられる製造装置は、
この例に限られるものではなく、第２図に示したように
、複数個のＣＶＤ反応炉３・・・を直列に接続し、それ
ぞれを加熱する発熱体５・・・の温度を変化させて、原
料化合物の熱分解温度を制御するようなものを用いても
良い。さらに、第１図に示した装置では、紡糸炉２の下
段に、ＣＶＤ反応炉３を別個に設けたが、紡糸炉２と反
応炉３とを気密が保たれるように接続すると共に、樹脂
液塗布装置９および硬化装置］、Ｏとも気密が保たれる
ように接続しても良いのは言うまでもない。

〔実施例〕

（実施例Ｉ） 光ファイバ母材から光ファイバを紡糸する紡糸炉の下段
に、内径！５０ｍｍ、長さ９００ｚｘの赤外線加熱炉を
設けて、第１図に示したと同様の光ファイバの製造装置
とした。この光ファイバの製造装置の上段に設置された
光フアイバ紡糸炉内に、ＧｅＯ７がドープ材として含浸
されたコア部を有する外径３０７１７Ｉの単一モードフ
ァイバ母材を設置した。

この光フアイバ母材を２０００°Ｃに加熱し２０ｍ／分
の紡糸速度で外径１２５７１ｍの単一モードファイバに
紡糸しつつ、この紡糸されたファイバを上記製造装置内
に挿通した。このとき、ＣＶＤ反応炉の上部３００Ｈを
１０００°Ｃに、下部６００Ｉを１２００℃に加熱し、
ＣＶＤ反応炉の長平方向に温度分布を有するようにする
と共に、約５ｖｏρ％にアルゴンガスで希釈したベンゼ
ンガスを原料供給管より、３ρ／分の流量で反応炉内に
供給し、未反応ガスと副生成物とを排気管から一４■Ｈ
２０の排気圧で排気し、光フアイバ裸線表面に炭素被膜
を形成した。さらにウレタンアクリレート樹脂液（ヤン
グ率７０　ｋｇ／　ｔｔｎｔｔ２．伸び６０％）が封入
されたＵＶ樹脂コート用ダイスボット内に、炭素被膜が
形成された光ファイバを挿通して樹脂液を塗布し、ＵＶ
ランプによりこの樹脂液を硬化させて保護被膜として外
径が約３００７ｚｍの光ファイバどした。

（実施例２） 光フアイバ母材から光ファイバを紡糸する紡糸炉の下段
に、内径５０ｉｘ、長さ’１５０７Ｉｚの赤外線加熱炉
を２個直列に接続して、第２図に示したと同様の光ファ
イバの製造装置とした。この光ファイバの製造装置の上
段に設置された光フアイバ紡糸炉内に、Ｇ　ｅ　Ｏ２が
ドープ材として含浸されたコア部を有する外径３０ｖｒ
ｍの単一モードファイバ母材を設置した。この光フアイ
バ母材を２０００°Ｃに加熱し２０ｍ／分の紡糸速度で
外径１２５μｍの単一モートファイバに紡糸しつつ、こ
の紡糸されたファイバを上記製造装置内に挿通した。こ
のとき、上段のＣＶＤ反応炉は、約５ｖｏρ％にアルゴ
ンガスで希釈した１、１．１トリクロロエタンガスを３
ρ／分の流量で、下段のＣＶＤ反応炉内には、約５■○
ρ％にアルゴンガスで希釈した１、１゜１トリクロロエ
タンガスを５Ｑ／分の流量で、それぞれ原料供給管より
供給し、」二段の反応炉を１０５０°Ｃ１下段の反応炉
を１２５０℃にそれぞれ加熱した。また未反応ガスと副
生成物とを、上段の反応炉では一２ｉｘＨ７Ｏの排気圧
で、下段の反応炉では、−４ｍｍＨ２０の排気圧で、そ
れぞれの排気管から、排気して、光フアイバ裸線表面に
炭素被膜を形成した。さらにウレタンアクリレート樹脂
液（ヤング率７０　ｋ’ｉ／　ｍｍ２．伸び６０％）が
封入されたＵＶ樹脂コート用ダイスポット内に、炭素被
膜が形成された光ファイバを挿通して樹脂液を塗布し、
ＵＶランプによりこの樹脂液を硬化させて保護被膜とし
て、外径が約３００μｍの光ファイバとした。

（実施例３） 実施例２で用いた装置にて、」二段のＣＶＤ反応炉の加
熱温度をｌｌ００℃とし、下段のＣＶＤ反応炉の加熱温
度をｌ３５０°Ｃとした以外は実施例２と全く同様にし
て光ファイバを製造した。

（実施例４） 実施例１で用いた装置にて、反応炉の上部３００ｍ１ｌ
をｌｌ００°Ｃに、下部６０（１＋ｙｔを１４００°Ｃ
にそれぞれ加熱し、原料化合物を約１０％にアルゴンガ
スで希釈したジクロロメタンガスを用いた以外は実施例
１と全く同様にして光ファイバを製造した。

（比較例１） 実施例１で用いた装置にて、ＣＶＤ反応炉を均一に１２
００℃に加熱した以外は実施例１と全く同様にして光フ
ァイバを製造した。

（比較例２） 実施例２で用いた装置にて、−１−段のＣＶＤ反応炉を
１２００°Ｃに加熱した以外は実施例２と全く同様にし
て光ファイバを製造した。

（比較例３） 実施例２で用いた装置にて、下段のＣＶＤ反応炉を１０
５０°Ｃに加熱した以外は実施例２と全く同様にして光
ファイバを製造した。

（試験例１） 実施例１ないし実施例４、および比較例１ないし比較例
３で得られた各光ファイバをそれぞれｌｋｍとり、波長
１．２４μｍにおｉ）＋る伝送損失を測定した。

この後、各光ファイバを温度８０℃、水素分圧１、ａｔ
ｍの密閉容器内に１００時間放置し、再度波長１．２４
μｍにおける伝送損失を測定して、水素による吸収損失
の増加を調べた。この結果を第１表に示した。

（試験例２） 実施例Ｉないし実施例４、および比較例１ないし比較例
３で得られた各光ファイバの機械的強度を引っ張り試験
によって測定した。引っ張り試験の条件は、試験本数２
０本、ゲージ長３ｍ、歪速度３０ｃｍ１分とし、破断確
率と引っ張り強度のワイブルプロットを行い、５０％破
断確率の引っ張り強度で評価した。この結果を第１表に
併せて示した。

第　　　　１　　　　表 第１表より、この発明の光ファイバの製造方法によって
得られた光ファイバはいずれも１．ｄＢ／ｋｚ以下の低
い伝送損失増加里と、約５ｋｇ／ファイバ以」−の高い
破断強度とを示すものであることが確認できた。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明の光ファイバの製造方法
は、光フアイバ裸線表面に、炭化水素化合物を熱分解し
て炭素被膜を形成するに際し、上記炭化水素化合物を１
０００℃以Ｊ：　１１００℃未満で熱分解して第１の炭
素被膜を形成し、次いでこの第１の炭素被膜上に１２０
０℃以上１５００°Ｃ未満で熱分解して第２の炭素被膜
を形成するものであるので、光フアイバ裸線表面に炭素
被膜形成時に発生する剪断応力を緩和する作用を有する
軟質の炭素被膜を形成した後、水素透過阻止作用の高い
緻密な構造の炭素被膜を形成することができるので、従
来は実現不可能であった高い機械的強度と、耐水素特性
とを併せもつ光ファイバを容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、いずれもごの発明の光ファイバ
の製造方法に好適に用いられろ製造装置の一実施例を示
した概略構成図である。 ■　・ 光ファイバ裸線、 ３・　・反応炉、 ４・・・・反応管、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光ファイバの裸線表面に、炭化水素化合物を熱分解して
   炭素被膜を形成するに際し、 上記炭化水素化合物を１０００℃以上１１００℃未満で
   熱分解して第１の炭素被膜を形成し、次いでこの第１の
   炭素被膜上に１２００℃以上１５００℃未満で熱分解し
   て第２の炭素被膜を形成することを特徴とする光ファイ
   バの製造方法。