JPS62143840A - 光フアイバ−母材を製造する方法 - 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】 〔技術分野〕 本発明は光ファイバーに用いられるＳ　ｉ　Ｏ２系の母
材ン高速で、かつ高品質に製造する方法に関するもので
ある。

〔従来技術の説明〕

光ファイバーに用いられる５ｉＣｈ系の母材の製造方法
としては従来肉付は法（たとえば特公昭５７−２８３６
７）、外付は法（たとえば特公昭５７−１５８４１　）
、気相軸付は法（たとえば特公昭５４−３５２１７）等
が知られている。これらの方法ではいずれもケイ素化合
物としてＳｉＣ２＜Ｙ主原料とし、これとＧｅＣ１ａ、
ＢＢｒａ、Ｐｏｃｔｓ等のガスとン高温で酸化あるいは
加水分解して、生成する微粒子を基材上に融着堆積して
光ファイバー用母材を製造する方法がとられており、か
なり高品質のものが得られるようになってぎている。

しかして光ファイバーがより大量に使用され、普及する
には高品質のものが低価格でかつ大量に生産される必要
があるが、上記の如き方法により上記したような原料を
用いて、酸化反応もしくは加水分解反応等２行っても該
反応速度が比較的遅いという問題がある。従って微粒子
の生成速度ひいてはこの微粒子の集合体である母材の生
長速度が十分大ぎ（ないため単位時間当りの生産量が小
さく、そのために高価格になってしまう。

すなわち（ｉ従来法において、母材の生長速度χ犬゛に
するには主原料ガスである５ｉＣ６４の供給青ヲでの滞
留時間が短かくなるため５ｉｃｔ４が未分解のまま反応
室乞通過するので、単位重量の光ファイバー母材を得る
ための５ｉＣ２４の原単位が悪（なるとともに、消費エ
ネルギーが犬となりエネルギー的シこ不利となる。

（１１）また従来法において高速で５ｉＣｔ４’、ｒ分
解ｌ〜ようとして５ｉＣｔ４の供給量を上げかつ反応温
度７高めると、５ｉＣ４４が分解する気相ばかりでなく
、生成微粒子が堆積している基材温度をも必然的・（二
高めてしまう。するとＯＩ−１の含有量が大となったり
、また光ファイバーの屈折率を上げるために添加して℃
・るたとえばＱｅ　Ｃ１４のＧｅＯ２への分解率が変化
し、かつ、ＧｅＯ２の５ｉ０２への固浴量も変化するγ
こめ屈折率の調節が甚しく困難となり、たとえば光ファ
イバーの屈折率を中心部に向けてシャープな放物線状に
増大させることが出来にくくなる。

〔発明の要旨〕

本発明の目的は、かかる従来技術の欠点を解決し、格別
高温ケ必要とせず高堆積速度でかつ高品質の５ｉ０２系
光ファイバー母材を製造する７５法ビ提供することにあ
る。

しかして本発明者らは、かかる点にかんがみ鋭意検討し
た結果、ケイ素化合物どしてペルクロロポリシランを用
いることにより、これらの目的がすべて達成できること
を見出し、本発明？完成し’Ｃ。

〔発明の詳細な開示〕

本発明に従って、ケイ素化合物ケ主原料ガスとし、これ
とホウ素、ゲルマニウム、リン、フッ素等の化合物のガ
スとを酸化反応あるいは加水分解反応等を行わせて微粒
子を生成せしめ、該微粒子乞基材に融着堆積させてＳｉ
Ｏ２系光ファイバー母材乞製造する方法において、該ケ
イ素化合物として一般式（１１ ＳｉｎＣｔ２ｎ−＋−ｚ　　（ｎは２以上の整数）（Ｉ
）で表わされろ、ペルクロロポリシランを用いろことン
特徴とする光ファイバー母材の装造方法、が提供される
。

本発明で用いるペルクロロポリシランは一般式ＳｉｎＣ
１２ｎ＋２（ｎは２以上の整数）（Ｉ）で表わされるも
のである。

このようなペルクロロポリシランの例としては、ヘキサ
クロロジシラン（ＳｉｚＣｔ６）、オクタクロロトリシ
ラン（Ｓｉｓ　Ｃ１ｇ）、デカクロロテトランラン（５
ｉ４ＣＩＩ’ｏ　）、ドデカクロロペンタシラ７　（Ｓ
ｉｓ　Ｃ／＋２）、テトラデカクロロへキサシラン（Ｓ
Ｉａ　Ｃ１−１４）等があるが、なかでも入手容易性や
取扱い易さの点でヘキサクロロジシランやオクタクロロ
トリシランが好ましい。これらは単独でまたは混合物と
して使用される。

本発明で用いるヘキサクロロジシラン（Ｓｉ□Ｃ，ｚ６
）やオクタクロロトリシラン（ＳＬ＋　Ｃ４ｓ　）等は
、高純度であることが望ましく特にＦｅ、Ａ７等の金属
の不純物を極力減少させて使用することが好ましい。

しかしながら、従来技術の原料であろＳ　ｉ　ＣＡ４が
多少たとえば最大２００％以下、好ましくは１５０％程
度本発明で用いるベルクロロポリシラ／に混入すること
は特に問題ない。

コレラペルクロロポリシランは公知の方法で製造したも
の２使用することかできる。通常、カルシウムシリコン
、マダイ・シウムシリコン、するいはフェロシリコン等
金属とシリコンとの合金の粒子を高温で塩素化するかま
たはシリコン粒子自体ン高温で塩素化して得られろ（た
とえば、米国特許明細書第２６０’２７２８号、同２６
２１１１１号）。

本発明で主原料ガスと共に用いる添加剤ないしドーパン
トとしては、公知のホウ素、ゲルマニウム、リン、フッ
素等の化合物のガスたとえば、ＢＢｒ３、ＧｅＣｌ４、
Ｐ　ＯＣＡａ、Ｓ　ｉ　Ｆ４、ＣＣＬ　２　Ｆ２、ＣＦ
４等が用いられる。

これらは主として屈折率７高めたり低めたりして母材の
屈折率分布を制御するために使用されるがその他線膨張
率の調整、散乱損失の減少の目的で加えられるものもあ
る。

〔発明を実施するための好ましい形態〕本発明において
は上記のごとき主原料ガスたるペルクロロポリシランと
ドーノくントガスと２使用しそれ自体公知の方法により
光ファイノく一母材とされる。

すなわち、本発明の好ましい実施の態様としては、５ｉ
２Ｃｔ６やＳ　ｉ　Ｂ　ＣＡＢ等の主原料ガスを、屈折
率、触点もしくは線膨張率等乞調節する目的で添加され
るホウ素、ゲルマニウム、リン、フッ素等の添加化合物
と共に、酸素、空気、希ガス等に同伴させて、酸水素炎
や高温ガス流によって数百ないし千載百度に昇温されて
いる反応室に導入し、ここで酸化反応あるいは加水分解
反応によって微粒子化し、次いで基材に融着堆積させて
多孔質ガラス体ン得て、さらにこれン加熱して脱泡ある
いは中実化して光ファイバーの母材とする方法が採用さ
れろ。

そしてより具体的には５ｉ２Ｃｔｓや５ｉａＣ１Ｂ等を
原料ガスとして用いる本発明の方法は、光ファイバーの
製造性としてよ（卸られている代表的な方法である肉付
は法、外付は法、気相軸付は法等のいずれの方法にも好
適に使用することができるのである。

本発明で用いる５ｉ２Ｃ２６や５ｉａＣｔｓは、特に気
相軸付法（ＶＡＤ）に適用する場合には、屈折率の制御
のために原料供給ノズルケ複数個設置して、例えばＳ　
ｉ０２成分を主体とする低屈折率（または高屈折率）の
部分形成には、本発明の５ｉ２Ｃｔ６やＳｉｓＣｔｇ等
を供給し、ホウ素やゲルマニウム、フッ素等の成分をよ
り多く含有する高屈折率（または低屈折率）の部分の形
成には従来から用いられている５ｉＣ２４を供給するよ
うな゛実施の態様もある。

本発明においては主原料ガスとして従来の５ｉＣｔ４に
化工てペルクロロポリシランであるＳ　ｉ　２　ｃｚ、
や５ｉｓＣｔｓＹ用いるのみでＶＡＤ等公知の反応に適
用した場合、同−容積の反応室に於いて、温度も同一に
し、さらにＳｉ当りの酸素もしくは水蒸気の供給量も同
一にして、５ｉＣ４’ａ’使用した従来法に比較して、
本発明の方法でははるかに微粒子の生成速度が速く、５
ｉ０２への変換率が高いのである。

なぜに従来公知の方法において、主原料ガス乞５ｉＣ１
＜からペルクロロポリシランにる５ｉ２Ｃｔｓや５ｉｓ
Ｃ１ｓに変更するのみで、かくのどと（微粒子の生成速
度がはるかに増加するかについての詳細な理由は不明で
あるが、おそら（ペルクロロポリシランがその化学構造
上５ｉＣ４４に比較してきわめて酸化反応あるいは加水
分解反応を受けやす（、すなわち律速反応とも考えられ
る液化反応の速度あるいは加水分解の速度がきわめて犬
となるため、容易かつ高速で５ｉｎ２の微粒子が生成す
るのではないかと推定される。

以上のようにペルクロロポリシランの５ｉＯｚ微粒子へ
の分解反応速度は５ｉＣｔ４に比較して大きいが、さら
に生成しｒ、＝ｓｉＯ＋微粒子が基材へ融着堆積する付
着率もペルクロロポリシランを原料とした場合が５ｉＣ
ｌ＜乞原料とした場合より太き一゛・のである。

この原因は定かではないが、ペルクロロポリシラン乞原
料としｙ、：５ｉ０２微粒子は、その微粒子が反応によ
って生成し直ちに融着堆積する時間において表面の物理
的化学的状態例えば、表面に存在するＯＨ基、ＣＬ基あ
るいは、組成が微粒子相互に融着しや丁い状態にあると
想像される。

付着率）は、反応率と付着率が太ぎいことから、ペルク
ロロポリシランが５ｉＣｔａに比較して非常に太ぎな値
になると考えられる。

即ち、ペルクロロポリシランの場合の生長速度（＝生長
率×ケイ素原料供給速度）が５ｉＣ２４より非常に犬ぎ
くなると考えられる。

また当然のことながらペルクロロポリシランは分子中の
Ｓｉ含有率が、５ｉＣｔ４に比較して大きい。

例えば５ｉＣｔ４のＳｉ含有率は、１６５％であり、５
ｉ２Ｃｔ６は２０，８％である。即ち５ｉ２Ｃ４ｓは１
．２６倍Ｓｉ含有率が高い、その結果、単位重量から生
成する５ｉ０２量も５ｉ２Ｃ４ｓの場合が１．２６倍大
きく、単位容積から生成するＳ　ｉＣｈ　量は比重も考
慮に入れると１６３４倍犬ぎ（なる。この点はポリクロ
ロシラ／の大きな利点であり、装置のコンパクト化に犬
ぎ（寄与し、光ファイバーのコストの削減に貢献する。

又、同一容積の原料タンクから生産される母材の宙ひい
ては光ファイバーの距離がより長く生産できることにな
る。

このように単位重量当りから製造することを考慮に入れ
た指標、「単位重量当りの生長率」で比較すルトベリク
ロロボリシランの５ｉＣ２４に対する優位性が一層明確
になる。

さらに本発明の方法を用いて製造した母材かも光ファイ
バーケ製作し、従来の方法で製造した母材つ）ら製作し
た光ファイバーと比較してみ１こ。

光ファイバーの特性を決める最も重量な項目である光損
失値が、本発明の方法で製造しｒ、−ｆ’ｌ材から製作
した光ファイバーでは圧倒的に小さいことが明らかにな
っＴこ。

この理由は、正確に断定はできないが、反応温度が低い
こと、又反応率が高いことがら母材製造時間？短かくで
きること、等から母材中の密度屈折率を決定するＧｅ等
の添加剤成分の分布を他の温度範囲や従来法で母材？製
作する場合に比較してよりシャープかつ正確にできるこ
とにあると思われる。さらに、本発明の方法で生成する
５ｉＯ２４ｙ！粒子がドーパントの微粒子とも親和性よ
（融着堆積しやすく、均一な組成の層を形成しゃ丁いと
も考えられる。

以上のごとく、本発明の方法においては、反応温度を特
に上昇させずとも祷られろ微粒子の基材への堆積速度ン
容易に従来法の２倍以上にすることが可能であり、しか
も反応温度が屈折率の調節を行うのに適しているという
点できわめて優れ定力法であると云える。たとえは肉付
は法（ＭＣＶＤ法）において、従来、出発石英管の母材
に含まれているＯＨ基や金属等の不純物の拡散？抑える
ために低温で行う必要があり長時間を要したが、本発明
の方法では七の程度の低温でも十分に反応が進行し、高
堆積速度で高品質のＳ　ｉＯ２ファイバー用母材が得ら
れるのである。

以下、実施例により本発明を説明する。

実施例１，２ Ａ、装置 高純度石英ガラス管（外径１０Ｈ１内径８ジ）を一定速
度で回転させる装置に水平に設置し１こ。そして石英ガ
ラス官の長さ方向に移動する酸水素炎バーナーで加熱し
た。

一力、シリコン化合物のバブラーと四基ゲルマニウム（
ＧｅＣ１４）のバブラーを用意しアルゴンをキャリヤー
ガスとして吹き込んでそれぞれの化合物を石英ガラス管
に供給できるようにした。

また別にば索とアルゴンの配管ン上記の配管に、石英ガ
ラス管の前で接続し、シリコン化合物とＧｅＣｌ４と混
合して供給した。

カス供給口と反対側には、排ガス処理設備？設置した。

Ｂ、実験方法 Ｂ−１クラッド層の合成 石英ガラスＷ’Ｙ毎分６０回伝させつつ毎分１２ｃｒｎ
で移動する酸水累炎バーナーで１６００’Ｃに加熱した
。

その石英ガラス管にヘキサクロルジシラン（Ｓｉ２Ｃｔ
４）２０ｄ／ｍン、Ａｒキャリヤーガスを用（・て、バ
ブラーから導拌して、歌素２５ＱｍＡ／閣と混合して供
給した。

１００μの厚さのクラッド層乞形成した。

Ｂ−２コア層の合成 石英ガラス官にＳ　ｉ２　Ｃ１６１０ｍｌ／ｍとＧｅＣ
ｌ４１０ｍｅ／囮’＆　Ａｒキャリヤーガスを用いてバ
ブラーから導拌し酸素５００　ｍ１７ｍと混合し供給し
て、コア層２合成しに０ Ｂ−３ファイバーの製造 コア層合成の後、酸水素バーナ−Ｙ１９００°Ｃに昇温
し、中天化を行いロッドを形成した。

そのあと、カーボン抵抗炉で、溶融線引きして１２５μ
のファイバーを製造した。

Ｃ１測定結果 ロッドの組成分析や重量測定７行って、クラッド層（実
施例１）とコア層（実施例２）について以下の各項ン算
出した。

■反応率（＝火炎加水分解反応で主原料のケイ素化合物
が反応してＳ　ｉ０２に分解する割合）■付着率（＝分
解生成した５ｉＯｚが基材〔石英ガラス管〕に付着する
割合） ■生長率（＝反応率×付着率） ■単位重量当りの生長率 結果を表１に示す。

またファイバーの光損失値は波長１．２７μにおいて、
１．４　ｄＢ　／　Ｋｍであった。

比較例１，２ 実施例１，２のケイ素化合物であるヘキサクロルジシラ
ンを四塩化ケイ素（５ＩＣ１４）に変えて、実験を行っ
た。石英ガラス管に供給されろＳｉ量を一定にして実１
験するために、クラッド層合成時に）工、５ｅｃｔ４４
　Ｑ、ｌ／ａｍ、コア層合成時には、５ｉＣ４４２０蔵
／馴を供給した。

結果を表２に示す。

実施例１と比較例１を比較し、まＴ二実施例２と比較例
２を比較すると、反応率、付着率、生長率、単位重量当
りの生長率共に５ｉ２ｃｚ６が５ＩＣ４４より優れてい
る。即ち生長率は１．４倍、単位重量当りの生長率は１
．８倍である。

またファイバーの光損失値は、波長１．２７μにおいて
、５．　！ｌ　ｄ　Ｂ　／　Ｋｍであり、Ｓ　１２Ｃ４
６Ｙケイ素原料として用いた場合間らかに損失値が小さ
い潰れ定ファイバーが製造できることがわかった。

表　　１ 表　　２ 実施例５ Ａ、装置 火炎加水分解反応によりケイ素化合物からＳｉＯ２倣粒
子を生成するバーナー乞設置する。その上方に、バーナ
ーの火炎から生成する微粒子を融着堆積させる石英板の
基材乞設置する。石英板は回転させつつ上方へ引き上げ
る。基材の下面には、多孔質プリフォームが生長する。

バーナーへは、ケイ素化合物のバブラーとＧｅＣ７４の
バブラーを接続する。バブラーへはキャリヤーガスを供
給して、ケイ素化合物とＧｅＣ４４のガスヶ同伴させ、
バーナーへ導入する。又、水素とｊ教累も配室によりバ
ーナーへ導入される。

Ｂ、実験方法 Ｂ−１多孔質母材の製造 バーナーへヘキサクロルジシラン（５ｉ２ＣＬ６）３０
７／１１１１Ｍ、ＧｅＣＡ４４５　ｍｌ／　＋ｍ　’！
ａ；　Ａｒ　’ｌキャリヤーガスとして供給した。ほか
に水素１　ｔ／囮、酸素２１／−ｔｆｎｆ供給した。

上記の条件で、多孔質母材を製造した。

反応温度は１１００’Ｃであった。

Ｂ−２ファイバーの製造 上記多孔質母材をヘリウム雰囲気下で透明ガラス化しコ
ア材ケ製作した。このコア材をクラッド用の高純度石英
の中に装入し、溶融線引きして１２５μのファイハーヲ
製造した。

Ｃ０結果 多孔質母材の組成分析２行って、反応率、付着率、生長
率単位重量当りの生長率を求めた。

結果を衣乙に示す。

ま１こ、ファイバーの光損失値は、波長１．２７μにお
いて、１．０ｄＢ／ｆ（ｍであッ７ｊ。

比較例６ 実施例乙の５ｉ２ＣＡ６のかわりに５ＩＣｔ４ン用いる
実、験を行った。

実施例６のＳ　１２Ｃ４ｓ　５０　ｍ１７ｍのかわりに
単位時間当り同−Ｓｉ量を供給するため５ｉＣ１＜　６
０ゴ／囮を用い１こほかは、実施例６と同じ条件で多孔
質母材？製造しそれを用いて光ファイバーを製造した。

結果７表６に示す。

実、怖例ろと比奴丁れは、明らかに５Ｉ２ｃｔ６が５ｉ
Ｃ１４衣中の各項目において優れていることがゎがろ。

生長率では、２９倍、単位重量当りの生長率では６８倍
優れている。

またファイバーの光損失値は波長１．２７μにおいて６
゜８ｄ１３７Ｋｍであり、５ｉ２Ｃ４６ンケイ素原料と
した場合が明らかに優れていることがわかる。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）ケイ素化合物を主原料ガスとし、これとホウ素、
   ゲルマニウム、リン、フッ素等の化合物のガスとを酸化
   反応あるいは加水分解反応等を行わせて微粒子を生成せ
   しめ、該微粒子を基材に融着堆積させてＳｉＯ＿２系光
   ファイバー母材を製造する方法において、該ケイ素化合
   物として一般式（ I ） Ｓｉ＿ｎＣｌ＿２＿ｎ＿＋＿２（ｎは２以上の整数）（
   I ）で表わされる、ペルクロロポリシランを用いるこ
   とを特徴とする光ファイバー母材の製造方法。
2. （２）ペルクロロポリシランがヘキサクロロジシラン（
   Ｓｉ＿２Ｃｌ＿６）である特許請求の範囲第１項記載の
   方法。
3. （３）ペルクロロポリシランがオクタクロロトリシラン
   （Ｓｉ＿３Ｃｌ＿８）である特許請求の範囲第１項記載
   の方法。
4. （４）ペルクロロポリシランを混合物として用いる特許
   請求の範囲第１項記載の方法。
5. （５）ヘキサクロロジシランとオクタクロロトリシラン
   の混合物を用いる特許請求の範囲第４項記載の方法。