專利名稱：制造密封涂覆光導纖維的設備和方法
技術領域：
本發明涉及向光導纖維預型件制成的光導纖維絲上涂覆碳薄膜等，來制造密封涂覆光導纖維的設備和方法。
作為向紡出的原纖維上密封涂覆碳層的技術，在使光導纖維變薄的過程中，通過把光導纖維暴露于高溫碳氣氛中，對原纖維表面涂覆碳薄膜的方法已屬已知(例如，見JP-B-38-10363)。
EP 0 308 143(1989.3.22出版)公開了一種制造密封涂覆光導纖維的方法，它是在從光導纖維預型件紡制光導纖維的過程中，將弄薄了的高溫原纖維導入碳氣氛中，使原纖維表面涂覆上一層碳薄膜。在其公開方法的一個實施方案中，使用具有兩個反應室的反應管，原料氣被分別引入各個反應室，在這分開的反應室中，分兩步涂覆上碳薄膜。
過去，當光導纖維表面密封涂覆碳層時，在碳膜和光導纖維的界面出現殘余應力，或者由于碳膜表面存在的高低不平，使纖維的抗張強度下降。
在相關的領域中，因為在一個反應室內的原料氣的濃度和組成等反應條件維持不變，原纖維表面形成的碳膜是均勻的。
當有兩個或以上反應室時，如該對比文獻所提出的，涂覆碳是在各個反應室內以不同的氣體氛圍進行的，由于室與室之間纖維溫度不同，因此在界面形成不均勻的膜。因此，由于在不均勻的相界面存在殘余應力產生了變形，使之不能達到強度的改進。
本發明的一個目的是在原纖維的徑向方向上，連續改變在原纖維上形成的密封涂層的性質。
本發明是基于下列發現。
當用烴和囟化碳作為原料氣及囟化碳的濃度提高時，形成的碳膜的表面變得平滑，纖維的抗強度增加。然而，隨著囪化碳濃度提高，形成的碳膜的密封效應下降。經過各種研究后發現，在反應室內形成的碳膜的性質取決于基料的溫度(原纖維的溫度)和原料氣的流速、組成、濃度和溫度，通過控制這些參數，就能成功地控制形成的碳膜的性質。為了達到上述目的，已經發明了具有如下特點的制造密封涂覆光導纖維的設備和方法。
本發明制造密封涂覆光導纖維的設備的特征是提供一個對原纖維進行密封涂覆的單個反應室和將原料氣引入該反應室的一組入口管，以及在原纖維通過該反應室的運動方向上，這一組入口管以相互不同的位置通入反應室。對于每根入口管，可以提供對經這一組入口管引入該單個反應室的原料氣的流速、組成、濃度和溫度參數之至少一種參數進行控制的控制裝置。
本發明制造密封涂覆光導纖維的方法的特征是當原纖維通過該單個反應室，原料氣被引入反應室對原纖維進行涂覆時，在沿著原纖維通過該反應室的運動方向上，在該單個反應室內的原料氣的流速、組成、濃度和溫度參數之至少一種參數被連續改變。
根據本發明，當光導纖維通過反應室時，對該光導纖維進行密封涂覆時，反應室內的原料氣的流速、組成、濃度和溫度參數的至少一種參數，可以在原纖維導入該反應室的運動方向上被連續改變，所以原纖維在沿其徑向方向上得到具有連續改變膜性質的密封涂覆膜。
這是基于下列原理當烴和囟化碳作為原料氣被導入該單個反應室時，烴的濃度愈高，膜形成溫度越高，形成的膜的密封效應愈好。另一方面，當具有脫氫效應的囟化碳的濃度提高時，反應溫度就降低，就會形成具有平滑表面和增強了纖維起始強度的碳膜。
纖維溫度升高及原料氣流速增加時，膜的形成溫度就趨于升高。
根據上述原理，當具有高烴濃度的原料氣供給高溫原纖維的入口端(沿原纖維運動方向的上游端)和當具有更高濃度的囟化碳原料氣供給時，由于原纖維的溫度降低(當它向沿原纖維運動的方向的下游端移動時)及原料氣的供給量增加，就形成了一個足夠厚的膜，并在原纖維和碳膜的界面處，形成具有致密結構和高密封效應的碳膜，形成的碳膜具有平滑的表面，而無明顯的邊緣或臺階。
從下列詳述和僅作為舉例的附圖，本發明就變得更易被充分理解。這些附圖不能認為是對本發明的限制。
從下列詳述，可以更明白看出本發明的進一步應用范圍。然而，應當理解這些詳述和具體實例，以及指明的本發明優選的實施方案，僅僅是作為舉例性質，因為從這些詳述中，對于那些本領域的技術人員而言，在本發明的精神和范圍內，他們可以作出各種變化和修改。


圖1表示本發明密封涂覆光導纖維的制造設備的實施方案的視圖，它可應用于本發明密封涂覆光導纖維的制造方法。
圖2表示本發明密封涂覆光導纖維的制造設備的另一個實施方案的視圖。
現在參考圖1說明本發明的一個實施方案。
如圖所示，原纖維由拉伸設備10拉伸光導纖維預型件2形成。從預型件2拉出的原纖維1被送到密封涂覆設備20，在那里被密封涂覆以例如碳，以形成密封涂覆了的光導纖維3。該密封涂覆的光導纖維3經纖維直徑監測設備35和冷卻設備40后，送到樹脂涂覆設備50，以形成涂覆了樹脂的光導纖維5。該樹脂涂覆的光導纖維5經一絞盤被繞到一個滾筒上(未顯示出)，或在它涂以尼龍后被繞在滾筒上。
預型件2被掛在拉伸設備10的管子11上，由一個臂(未示出)持住。管子11置于拉伸爐12內，爐12有用于加熱和熔化預型件2下端的加熱器。拉伸爐12可以是公知的電爐或射頻爐。最好是它不產生氫分子或塵埃。由拉伸設備10從預型件2紡出折射率分布與預型件2基本相似的原纖維1，纖維照原樣被喂入密封涂覆設備20。
密封涂覆設備20有一反應管21和冷卻套22。反應管21內部由隔板23a和23b分隔成一個單個反應室25和其上、下游端形成的兩個密封室26。隔板23a和23b上分別有孔24a和24b，纖維通過兩孔中心穿過。密封氣如氮或氬，經入口管26a通入密封室26。一組入口管25a、25b、25c和25d以及排氣管25e，在沿原纖維1穿過反應室25的運動方向上，相互以不同位置通向反應室25。原料氣經入口管25a、25b、25c和25d供給反應室25，而經放空管25e放空。待供給反應室25的原料氣的流速、組成、濃度和溫度，由為每根入口管提供的控制裝置27獨自控制。因此，在沿原纖維流經反應室25的流動方向上，反應室25內原料氣的流速、組成、濃度和溫度參數中至少一種參數能被連續改變。
為了減小吹向原纖維1的原料氣的變化，反應室25可以是具有一組管子的多管結構。圖2示出本發明另一實施方案的縱向剖示圖，其中雙管結構的反應室在沿原纖維運動方向上被剖開。在反應室25內，安排著1根在其表面具有許多小孔的內管25f。作為雙管結構，可使用具有壁厚1.5mm、內徑40mm的反應管和壁厚4.5mm、內徑25mm，帶直徑為1-2mm、間距5mm小孔的石英管。原纖維1沿著內管25f的中心軸運動。因此，原料氣通過小孔，并吹到原纖維1的表面。因此，1.在原料氣的上游端和下游端的氣體的速度差成為一致，和2.在形成的膜的深度方向上，原料氣能均勻供給原纖維。因此，即使入口管25a、25b、25c、25d和25e沿圓周方向不是對稱排列，原料氣氛圍的變化也將被減小，膜能沿原纖維1的圓周方向均勻形成。
控制裝置27包括與原料氣(如乙烯或乙炔等烴類，四氯化碳、囟化烴、氯仿或三氯乙烯等囟化碳)和用作稀釋氣的惰性氣體，如氮、氦或氬等的供應源(未表示出)相連的質量流量閥28a、28b和28c，用于計量流過質量流量閥的氣體的流速的質量流速計29a、29b和29c，和一個用于混合經質量流速計的氣體的混合室30。在混合室30內，裝有溫度計，以測量其內部氣體的溫度和加熱內部氣體的加熱器之類的溫度控制單元的溫度。因此，經入口管25a、25b、25c和25d，從質量流量閥供給反應室25的原料氣的流速、組成、濃度和溫度，能被逐條管道地獨立加以控制。組成受到控制的原料氣在混合室30內完全混合，然后供給反應室25。只有經過由控制裝置27所控制的入口管25a-25d中的至少一條向反應室25供給惰性氣體，反應室25內的原料氣的濃度才能在沿原纖維1的運動方向上得到連續改變。
氫氣或氯氣可以加入被引入反應室25的原料氣中，以控制原料氣中氫原子或氯原子的含量。
氦、氮或空氣之類氣體，或水或醇類等液體可作為冷卻劑，從入口管22a供給反應室25外面的反應管21周圍安裝的冷卻套22，并經流出管22b進行循環。在這種方式下，面對反應室25的反應管21的側壁是處于常溫下。
安裝在密封涂覆設備20下方的纖維直徑監測設備35，用激光束測量密封涂覆光導纖維的外徑。原纖維1的纖維直徑由這一測量來控制。其下的冷卻設備40，被用于將密封涂覆的光導纖維冷卻到例如70℃的溫度。冷卻設備40可包括一個長度為30cm、內徑為1.5cm圓筒，冷卻用的氦氣以每分鐘10升的速度供給。在冷卻設備下面的樹脂涂覆設備50，包括一個充填以樹脂52的模子51。該密封涂覆光導纖維3在通過模子51時被涂覆以樹脂52，而形成樹脂涂覆的光導纖維13。
由上述設備對原纖維進行密封涂碳的一個實驗結果解釋如下在該實驗中，乙烯被用作烴原料氣，四氯化碳被用作為囟化碳原料氣。由于四氯化碳在室溫室壓下是液體，它由一蒸發器在30℃(恒溫)蒸發之，氦氣被用作為載氣。氮氣被用作為稀釋氣。從入口管25a、25b、25c和25d供給反應室25的原料氣的組成和流速列于下表表1(四氯化碳的)入口管 乙烯 載氣25a 80cc/min 120cc/min25b 60cc/min 140cc/min25c 40cc/min 160cc/min25d 20cc/min 180cc/min因此，在沿原纖維移動的方向上，在高溫原纖維的入口端(上游端)，原料氣以高濃度烴供給反應室，在纖維向下游移動時，原料氣以高囟化碳濃度供給。
原纖維的拉伸速度為150m/min，反應管壁溫度保持在100℃，對兩個密封室26通入口的密封氣(氮)的流速設定為31/min。
在這一條件下，碳被密封涂覆在原纖維上，在原纖維和碳膜的界面上，形成了具有致密結構和高密封效應的碳膜，形成的碳膜具有平滑的表面，而無明顯的邊緣和臺階。結果，形成的密封涂覆光導纖維的平均起始強度不小于6.0kgf，抗張強度等于或高于無碳密封涂層的常規光導纖維。這個結果比涂碳光導纖維的有關技術的值約增加20%。在光導纖維留在氫氣氛(80℃，latm)20小時后，疲勞指數n高達100或更高，傳輸損失(1.24μm)沒有因為氫氣的作用而增加。這顯示出其很好的防水性和抗氫性。
為了比較目的，僅從入口管25a向反應室25通入原料氣，而關閉該設備的入口管25b、25c和25d，來制造涂碳光導纖維，其特征表述如下
(1)通入反應室的乙烯原料氣的流速為200cc/min，四氯化碳載氣(氦)的供氣流速為300cc/min。
抗張強度4.5-5.0kgf疲勞指數(n)100或更高由于氫氣造成傳輸損失的增加0dB/km(2)向反應室通入乙烯原料氣的流速為100cc/min，四氯化碳載氣(氦)的供氣流速為400cc/min。
抗張強度6.0-6.5kgf疲勞指數(n)100或更高由于氫氣造成傳輸損失的增加0.1-0.4dB/km從上述對本發明的描述中可知，很明顯本發明可以許多方式變化。這些變化不應認為是違背本發明的精神和范圍，而且所有這些對于本領域的技術人員而言是明顯的改進，將被包括于下述權利要求的范圍之內。
權利要求
1.一種密封涂覆光導纖維的制造設備，該設備具有一個單個的反應室，原纖維和原料氣被引入該反應室，當原纖維通過反應室時，由原料氣對原纖維進行密封涂覆，該設備包括該反應室有一組引入原料氣的入口管，和在原纖維通過該反應室的運動方向上，這些入口管以相互不同的位置通入反應室。
2.根據權利要求1的密封涂覆光導纖維的制造設備，還包括對經這組各自獨立的入口管引入反應室的原料氣的流速、組成、濃度和溫度參數之至少一種參數進行控制的控制裝置。
3.根據權利要求2的密封涂覆光導纖維的制造設備，其中的控制裝置包括一系列控制原料氣的各氣體組分的流速的流速控制閥、混合流經這些流速閥的原料氣的組分的混合室和控制在混合室內混合了的原料氣的溫度的溫度控制裝置。
4.根據權利要求3的密封涂覆光導纖維的制造設備，其中的溫度控制裝置包括測量在混合室內原料氣溫度的溫度計和加熱混合室內原料氣的加熱器。
5.根據權利要求1的密封涂覆光導纖維的制造設備，其中原料氣的濃度由改變混合稀釋氣的量來控制。
6.根據權利要求2的密封涂覆光導纖維的制造設備，其中原料氣的濃度由改變混合稀釋氣的量來控制。
7.根據權利要求1的密封涂覆光導纖維的制造設備，其中至少1條入口管用于向反應室內引入惰性氣體而非原料氣。
8.根據權利要求2的密封涂覆光導纖維的制造設備，其中至少1條入口管用于向反應室內引入惰性氣體而非原料氣。
9.根據權利要求5的密封涂覆光導纖維的制造設備，其中至少1條入口管用于向反應室內引入惰性氣體而非原料氣。
10.根據權利要求1的密封涂覆光導纖維的制造設備，其中的反應室裝有一個表面開著許多小孔的內管，原纖維通過該內管。
11.根據權利要求2的密封涂覆光導纖維的制造設備，其中的反應室裝有一個表面開著許多小孔的內管，原纖維通過該內管。
12.根據權利要求5的密封涂覆光導纖維的制造設備，其中的反應室裝有一個表面開著許多小孔的內管，原纖維通過該內管。
13.根據權利要求7的密封涂覆光導纖維的制造設備，其中的反應室裝有一個表面開著許多小孔的內管，原纖維通過該內管。
全文摘要
一種密封涂覆光導纖維的制造設備，該設備具有一個單個的反應室，原纖維和原料氣被引入該反應室，當原纖維通過反應室時，用以對原纖維進行密封涂覆，其特征是該反應室有許多引入原料氣的入口管，和在原纖維通過該反應室的運動方向上，這許多入口管以相互不同的位置通入反應室。
文檔編號C03C25/22GK1100524SQ9410521
公開日1995年3月22日 申請日期1994年5月3日 優先權日1991年2月14日
發明者相川晴彥, 永山勝也, 石黑洋一, 吉村一朗, 勝山豐, 吉澤信幸 申請人:住友電氣工業株式會社, 日本電信電話株式會社