JPH02184537A - 光ファイバ用母材の製造方法 - 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］ 本発明は光ファイバ用１＋）材の製造方法に関するもの
であり、詳しくは多孔質ガラス体を加熱処理してフッ素
添加、脱水、透明化して光ファイバ用母材を製造する方
法の改良に関するものである。

［従来の技術］ 光ファイバ用母材を製造する方法の一つとして、スート
法その他の方法により合成した多孔質ガラス母材を高温
に保たれた炉中に保持又は通過させて、雰囲気ガス中で
加熱することにより透明ガラス体とする方法が知られて
いる。このときの雰囲気ガスを選択することにより、上
記した透明化処理に加えてフッ素添加処理、脱水処理を
行うことも公知である。

この種の光ファイバ用母材の加熱処理工程に用いる高温
炉の炉芯管材料として、その内壁及び／又は外壁にガス
不透過性の炭化ケイ素（ＳｉＣ）コーティングを施した
高純度カーボンを用いることが、特開昭６１−２０１６
３４号公報に提案されている。この方法を第１図により
説明すると、第１図において１は多孔質ガラス母材で回
転かつ上下動可能な軸２に取り付けられており、３は電
気炉でカーボン等の発熱体４を備えている。５が炉３内
に内装されたカーボン製の炉芯管であって、表面にＳｉ
Ｃコーティングがなされ°Ｃいる。６は上記ＳｉＣコー
トされたカーボン製炉芯管５内に雰囲気ガス（Ｈｅ、　
ｃ　Ｌ、　ｏ　ｔ、ｓ　ｉＦ４等）を供給するために下
端に設けられたガス供給口である。

カーボン炉表面へのＳｉＣコーティングは通常のＣＶｒ
）法あるいはプラズマＣＶＤ法により行われ、このとき
のＳｉの原料としてはＳ　＋　ＣＩ　４＋　　Ｓ　ｒ　
ｆ−１４１３ｉ　ＨＣＬ等が用いられ、またＣの原料と
してはＣＨ，を使用する。蒸着温度は通常のＣＶＤ法の
場合１０００〜１６００°Ｃ、プラズマＣＶＤ法で７０
０〜１０００°Ｃ程度である。またＳｉＣコーティング
厚さは、その表面を酸化させた状態で使用すれば１μｍ
以−ヒで有効であるとされている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら上記公報に記載の技術の問題点は、カーボ
ン炉表面のＳｉＣ材が加熱処理時の雰囲気ガスとして用
いたＣ＋、２Ｆ■等のハロゲンと反応して脱ケイ素して
多孔質カーボンとなり、炉外ガスの炉内への透過、カー
ボンへの不純物の吸着が生じる点にある。ＳｉＣ層の表
面に酸化層すなわちＳｉＯｘ層を形成せしめた場合もＦ
系ガスによるＳｉＯｘのエツチングが起こり、新たにＳ
　ｉｏ　を層を作り続けることでガス不透過性ＳｉＣ膜
が消失してしまう問題があった。このように炉芯管にガ
ス透過性が生じた場合、炉芯管外部からＨ，Ｏ，金属不
純物が炉芯管内に侵入して多孔質ガラス母材を汚染し、
最終的には光ファイバとしたときに伝送損失を増加させ
てしまうことになる。

このような問題点のない炉芯管として石英製炉芯管も公
知である。しかし、石英製炉芯管は１５００℃以上の高
温で熱変形を生じる。１２００″Ｃに加熱したときに「
失透」と呼ばれる石英ガラスの結晶化（クリストバライ
ト相の形成）が起こる。

この失透した石英製炉芯管を４００℃以下に冷却すると
、クリストバライト相の相転移のため、炉芯管に亀裂が
入り割れてしまう。この破壊を防ぐためには、常に石英
製炉芯管を４００℃以上、好ましくは６００℃以上に加
泥して保護する必要があるが、これは困難かつ不経済で
ある。この結果石英製炉芯管は寿命が短（、これを使用
する製造方法におけるコスト低減の妨げとなっている。

また、ＳｉＣ単体の炉芯管は、石英製や高純度カーボン
製に比べ純度が低く、焼結時の１汚染の問題がある。

以上のような事情から石英製炉芯管を用いて製造した場
合と同程度の低伝送損失を実現する高品質光ファイバ用
母材を、しかも石英製炉芯管使用よりも低コストの炉芯
管で製造できる手段の開発への要求が強まっている。

本発明は上記のような現状に鑑み、高品質な光ファイバ
用母材を経済的に製造できる方法を提供することを目的
とするものである。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明者等は上
記目的を達成すべく鋭意研究努力の結果、炉芯管として
高純ＵＳｉＣ又はＳｉＣをコーティングしたカーボン製
炉芯管を用い、かっ雰囲気ガスとしてＳｉＦ、にＳｉ２
Ｆ■及び／又は５Ｉ３Ｆｓを混合使用することが非常に
有効であると見出し、本発明の完成をみたのである。

すなわち本発明は加熱炉の炉芯管内に多孔質ガラス母材
を挿入し、フッ素化合物を含む雰囲気中にて該多孔質ガ
ラス母材を加熱処理する方法において、上記炉芯管が高
純度炭化ケイ素又１は炭化ケイ素の緻密なコーティング
を施された材料からなり、上記フッ素化合物としてＳｉ
Ｆ、にＳ　ｉ、Ｆ　、及び／又はＳ　ｉ、Ｆ　、をＳ　
ｉＦ　、に対し１〜２０容量％混合される混合して用い
ることを特徴とする光ファイバ用母材の製造方法に関す
る。

本発明における特に好ましい実施態様としては、Ｓ　１
ｔＦａ及び／又はＳｉ、Ｆ。は、多孔質ガラス母材の熱
処理温度が１３５０℃以」二でＳｉＦ４に対し１〜２０
容量％混合されることを特徴とする上記方法があげられ
、また、上記炭化ケイ素をコーティングした材料はカー
ボンであることが好ましい。

本発明の詳細な説明に先立ち、本発明の基礎となった実
験及び概念について説明する。ここで断つておくが、以
下に述べる概念は、本発明に有効な実験による知見を得
て初めて説明できたものであって、予め容易に類推でき
るものではなかった。

実験１〜５ 実験ｌ：直径５ＩＩＩＩＩのＳｉＣ焼結体を３ｉＦ、ガ
ス中において１４５０°Ｃに加熱したところ、１０時間
の加熱でその重量が２．４　％減少した。

実験２：実験１と同じ大きさのＳｊＣ焼結体をＳｉＦ、
ガス中において１４００°Ｃに加熱したところ、５０時
間の加熱でも重量減少はみられなかった。

実験３：実験１と同じ大きさのＳｉＣ焼結体を５ｉＦ４
９１％、Ｓ　ｉｌＦ　ｅ９％の組成（１０容量％）のガ
ス中において１５００°Ｃ，５０時間の加熱を行ったが
重量減少はみられなか−、た。

実験４：実験３での加熱温度をｌ６５０°Ｃとしたとこ
ろ、１０時間の加熱で３％の重工ｄ減少が認められた。

実験５：実験４にてガス組成をＳ　ｉＦ　４８５％、Ｓ
ｉ、Ｆ−１０％、５ｊｓＦｓ５％としたところ、１０時
間の加熱でも重量減少はみられなかった。

また、ＳｉＣのｆｆ１ｍ減少が認められた場合、炉芯管
中の低温部に８１が付着することがわかった。

以上の実験１〜５より次ぎのことが明らかに言える。

■温度１４００℃以上でＳｉＣはＳｉＦ４と反応する。

しかし、反応ガス中にＳ　ｉｔＦ’　１１を混合するこ
とで反応が抑制される。

■更に高温の１６５０°Ｃ以上では、３ｉＦ、、５ｉ２
Ｆｌｌ混合ガスとも反応を起こすがＳ！ｄ’ｓを混合す
ると反応をおこさない。

■ＳｉＣとＳ　ｉｙＦ　ｘの反応で生成した成分は低温
部ではＳｉ　となる。

この結果、ＳｉＣとＳｉＦ４との反応はＳ　ｉｓＦ　ｓ
及び／又は５ｊｓＦｓを混合することで押さえられるこ
とが分かり、フッ素添加用炉芯管の腐食を防ぐ指針が指
示された。

この事実は以下のように説明できる。ＳｉＣの腐食反応
は、下記（１）、　（２）式で示される。

ＳｉＣ＋３ＳｆＦ＊　　→４ＳｉＦｓ・ｊ十Ｃ・・（１
）Ｓ　　ｉＣ十　　　Ｓ　　ｉＦ　　ａ　　　→　２　
　Ｓ　　ｉＦ　　、　　・　↑　十　Ｃ・・　（２）上
記（１）、　（２）式の反応の自由エネルギー変化ΔＧ
は、１８００℃までは正であり、反応は右方向へは進み
にくいが、電気炉のようなガス流通系では、平衡が崩れ
、僅かながら反応を左・＼進める。そのためにＳｉＣが
僅かながら腐食することになる。

そこで反応生成物であるＳ　ｒ　Ｆ　ｓ・及び／Ｉ又は
ＳｉＦ、・等のガス種を入れれば、反応平衡が保たれ、
ＳｉＣの腐食が抑えられる。

Ｓ　ｉ、Ｆ　、又はＳ　ｉ、、Ｆｓは下記（３）、　（
４）式の反応で高温下で５ｉＦ３・又はＳ　＋　Ｆ　ｔ
・等のガス種をつく　る　。

Ｓ　　ｉ、Ｆ　　、　　　　→　　　２　Ｓ　　ｉＦ　
　、　　・　　　　　　　　　　　　　　　　　・・　
（３）Ｓ　ｉｓＦ　ｓ　　→　２ＳｉＦ３・十　Ｓ　ｉ
Ｆ　、・・・（４）これら５ｉＦ３・、ＳｉＦ＊・等の
生成物がＳｉＣとＳ　ｒ　Ｆ　ａの上記（１）、　（２
）式の反応を抑えるわけである。

本発明の方法を具体的に説明すると、第１図の構成にお
いて炉芯管５としては高純度ＳｉＣ製又はＳｉＣコート
カーボン製のものを用いる。ここでＳｉＣ製とは、例え
ば常圧焼結法、＋１１１）法等の公知技術により作成さ
れたものである。また、ＳｉＣコートカーボン製炉芯管
とはカーボン製炉芯管の表面に通常のＣＶＤ法あるいは
プラズマＣＶＤ法により緻密なＳｉＣ層を形成したもの
であり、このときのＳｉ原料としてはＳ　ｉＣ！４’ｌ
　Ｓ　ｉ）Ｉ　４゜５ｉｔＩｃ＋３等が用いられ、また
Ｃ原料としてはＣ１１４が使用される。蒸着温度は通常
のＣＶＤ法の場合１ｏｏｏ〜１６００°Ｃ，プラズマＣ
ＶＤ法で７００〜１３００℃程度である。ＳｉＣ層の膜
厚は２０μｍ以−ヒであれば有効である。シード棒２に
て保持した多孔質ガラス母材ｌを電気炉３の炉芯管５内
に挿入して、ガス供給口６から雰囲気ガスを供給しなが
ら発熱体（ヒーター）４により加熱するが、まず、ヒー
タ温度１２００℃〜１３００％にてＳ　ｉＦ　、３％、
）ｌｃｉ９７％雰囲気中で、多孔質母材をヒータ部を通
過せしめ、母材中にＦを浸透させる。次いでヒーターを
１５５０°Ｃ〜１６５０℃に設定し、ガス種を例えば５
ｉＦ４３％、Ｓ＋ｚＦｓ０．６％、）Ｉｅ９６．４　　
％等の雰囲気下で母材を移動し、ヒータ部を通過させ、
透明ガラス化を行う。

［実施例］ 比較例１ 第１図の装置を用いてＳｉＣコートカーボン製炉芯管内
を１５５０℃、Ｓ　ｉＦ　、５％雰囲気に１０時間保持
したところ、ＳｉＣコーチイン１グは全て揮散してしま
った。このときのＳｉＣコーティング膜厚は６０μｍで
あった。

実施例１ 第１図の装置を用い、石英に対し比屈折率差が−０，３
％になるような光ファイバ用母材を２０本作製した。雰
囲気はＳ　ｉＦ　、／　Ｓ　ｉ、Ｆ　、／　Ｈｅ＝　３
％１０．３％／９６．７％とした、その後炉芯管表面を
観察した結果ＳｉＣコーティングに腐食は見られなかっ
た。

実施例２ 第１図の装置を用い、Ｓ　＋Ｆ　４／　Ｓ　ｌｔＦ　＠
／　Ｓ　１ＢＦ　＠　／　Ｈｅ　＝　３％１０．３％１
０．１％／９６．６％の雰囲気で１６５０℃で弗素添加
した多孔質体の透明化を２０本行った。その後、炉芯管
表面を観察した結果、ＳｉＣコーティングに腐食は見ら
れなかった。また得られた母材を用いてシングルモード
ファイバを作製したところ、波長１．３　μｍにて０．
３５ｄＢ／ｋｍ、１．５μｍ　　にて０．２０　　ｄＢ
／ｋｔａの優れた伝送損失特性が得られた。

実施例３ 第１図の装置を用い、Ｓ　ｉ　Ｆ　４／　Ｓ　Ｉ　３　
Ｆ　ｓ／　Ｈｅ＝＝３％１０．１％／９６．９％の雰囲
気で、１６５０℃で弗素添加した多孔′ｐｌｊ母材の透
明化を行った。

１５本処理後のＳｉＣコーティングの腐食は見られず、
得られた母材を用いてシングルモードファイバを作製し
たところ、第２図にその波長損失特性を示すように、波
長１．３　　ａｍで０．３３ｄＢ／ｋｍ、１．５μｍ　
　にて０．２０　　ｄＢ／ｋｍの優れた伝送特性を示し
た。

［発明の効果］ 以上の説明及び実施例、比較例の結果から、本発明の光
ファイバ用１＋）材の製造方法は、高温炉芯管としてＳ
ｉＣ又はＳｉＣコーティングしたカーボン製炉芯管を用
い、ＳｊＣとＳｊＦ、との反応を抑制するＳ　ｌｔＦ　
ａｔ　　Ｓ　ｊｓＦ　ａガスを混合させて使用すること
で従来の石英炉芯管使用の場合と同程度に優れた伝送損
失特性を有する光ファイバ用母材を得られ、しかも炉芯
管の寿命を延長することができる。そのため、本発明は
生産コストの上昇を防止でき、光ファイバ用母材の価格
低減量を達成可能とする産業」二有利な方法である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明又は従来法で石英系多孔質ガラス母材を
高温炉内で加熱処理する方法の概略説明図、第２図は本
発明の実施例３により得られた光ファイバ用ガラス母材
から製造した先ファイバの伝送損失特性を示す図である
。 第２図 ５支　　長　　（，４１雇）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）加熱炉の炉芯管内に多孔質ガラス母材を挿入し、
   フッ素化合物を含む雰囲気中にて該多孔質ガラス母材を
   加熱処理する方法において、上記炉芯管が高純度炭化ケ
   イ素又は炭化ケイ素の緻密なコーティングを施された材
   料からなり、上記フッ素化合物としてＳｉＦ＿４にＳｉ
   ＿２Ｆ＿■及び／又はＳｉ＿３Ｆ＿■を混合して用いる
   ことを特徴とする光ファイバ用母材の製造方法。
2. （２）上記Ｓｉ＿２Ｆ＿■及び／又はＳｉ＿３Ｆ＿■は
   、多孔質ガラス母材の熱処理温度が１３５０℃以上でＳ
   ｉＦ＿４に対し１〜２０容量％混合されることを特徴と
   する請求項（１）に記載の製造方法。
3. （３）上記炭化ケイ素の緻密なコーティングを施された
   材料がカーボンであることを特徴とする請求項（１）に
   記載の製造方法。