DE69835128T2

DE69835128T2 - Verwendung eines kristallisierten Glases als eine Ferrule in einem Lichtleiterstecker

Info

Publication number: DE69835128T2
Application number: DE69835128T
Authority: DE
Inventors: Seiko Nippon Telegraph and Telephone MITACHI; Ryo Nippon Telegraph and Telephone C NAGASE; Yoshiaki Nippon Telegraph and Teleph TAKEUCHI; Takashi Tanabe; Ltd. Akihiko Nippon Electric Glass Co. SAKAMOTO; Hirokazu Nippon Electric Glass Co. TAKEUCHI; Masayuki Nippon Electric Glass Co. NINOMIYA; Ltd. Katsumi Nippon Electric Glass Co. INADA
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Glass Co Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NEC Corp; Nippon Electric Glass Co Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1997-04-07
Filing date: 1998-01-30
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2018-01-31
Also published as: DE69835128D1; EP0909967A4; KR100317080B1; KR20000016366A; AU730505B2; EP0909967B1; US6170995B1; WO1998045739A1; JP3435571B2; EP0909967A1; AU5679298A

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft eine Ferrule für Lichtleiterstecker zur Verwendung in einem Lichtleiterstecker zum Verbinden eines Lichtleiters.
Erfindungshintergrund
Eine in der optischen Kommunikation verwendete Ferrule ist eine wichtige Komponente eines Lichtleitersteckers. Die Ferrule ist eine zylindrische Komponente, die ein Durchgangsloch zum Einsetzen einer aus Quarzglas gefertigten Lichtleitfaser. Die Verbindung von Lichtleitern wird jeweils durch Einsetzen und Befestigen von optischen Fasern in den Durchgangslöchern von Ferrulen, Polieren ihrer Enden und danach Einsetzen der Ferrulen in eine äußere Röhre, Hülse genannt, in gemeinsamen gegenseitigen Flächenkontakt ausgeführt. Deshalb muss die Ferrule eine ausgezeichnete dimensionale Genauigkeit aufweisen und es ist darüber hinaus erforderlich, dass sie verschiedene Materialeigenschaften aufweist, wie etwa eine hohe mechanische Festigkeit, einen hohen Abriebwiderstand gegen Reibung bei Einsetzen in die und Entfernen aus der Hülse, eine Polierbarkeit, die nahe der von Quarzglas ist, so dass sich während des Polierens des Endes eine abgeschliffene Menge der Ferrule nicht groß von der der Lichtleitfaser unterscheidet, und einen Koeffizienten der thermischen Ausdehnung nahe dem vom Quarzglas. Um ein optisches Kommunikationsnetzwerk gut zu organisieren, besteht eine dringende Nachfrage danach, eine Ferrule bereitzustellen, die die oben erwähnten Materialeigenschaften erfüllt und die zu geringen Kosten hergestellt werden kann.
Derzeit sind aus Keramiken, wie etwa Zirkoniumoxid und Aluminiumoxid, oder aus amorphem Glas gefertigte Ferrulen verwendet worden. Unter diesen weist die Ferrule, die aus Keramiken gefertigt ist, eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit und Abriebfestigkeit auf, besitzt aber die folgenden Nachteile. Insbesondere besitzt sie eine beträchtlich geringe Schleifrate im vergleich zur Quarzfaser, so dass es notwendig ist, ein spezielles Polierverfahren zu verwenden. Sie weist im Vergleich zum Lichtleiter einen so hohen Koeffizienten der thermischen Ausdehnung auf, dass ein ursprünglicher Verbindungsverlust leicht durch die Änderung der Dimension der beiden einer Temperaturvariation folgend verschlechtert wird. Darüber hinaus weist sie eine so geringe Formbarkeit und maschinelle Bearbeitbarkeit auf, dass die Herstellungseffizienz verschlechtert wird, was zu hohen Kosten führt.
Demgegenüber ist die Ferrule, die aus amorphem Glas gefertigt ist, insofern vorteilhaft, dass die Schleifrate sehr nah zu der der Quarzfaser ist, so dass kein spezielles Polierverfahren erforderlich ist, was zu verminderten Polierungskosten führt und dazu, dass die Formbarkeit und maschinelle Bearbeitbarkeit ausgezeichnet sind, so dass die Produktion bei geringen Kosten möglich ist. Sie ist jedoch insofern unvorteilhaft, dass die mechanische Festigkeit und der Abriebwiderstand unzureichend sind.
Zusätzlich wurde ein Vorschlag einer Ferrule aus kristallisiertem Glas unterbreitet. Beispielsweise offenbart JP-B S63-500684 eine Lehre, bei der das kristallisierte Glas aus Li₂O-Al₂O₃-SiO₂ als ein Ferrulenmaterial verwendet wird. Bei der Lehre ist es möglich, die Ferrule zu erhalten, die den Koeffizienten der thermischen Ausdehnung nahe dem der Quarzfaser aufweist, aber hier wird weder der Abriebwiderstand, die Polierbarkeit und die maschinelle Bearbeitbarkeit betrachtet, noch wird ein Wissen über diese Eigenschaften gegeben. Darüber hinaus offenbart JP-A H1-288803 eine Verbindungskomponente, die aus dem kristallisierten Glas P₂O₅-CaO gefertigt ist. In der Lehre ist es möglich, die ferrule zu erhalten, die eine ausgezeichnete maschinelle Bearbeitbarkeit aufweist, aber hier werden der Abriebwiderstand und die mechanische Festigkeit nicht berücksichtigt. Zusätzlich weist sie Kosten steigernde Faktoren auf, wie etwa die Verwendung eines Lasers, um das Durchgangsloch zu bilden, und Anderes.
Wie es oben beschrieben wurde, gibt es im momentanen Stand keine solche Ferrule, die alle Anforderungen zur Verwendung im Lichtleiterstecker erfüllt.
Unterdessen weist das kristallisierte Glas im Allgemeinen wegen eines Energieabsorptionseffekts, der durch das Abbiegen und Verzweigen von Rissen in der Grenzfläche zwischen abgeschiedenen Kristallen und einer Glasmatrix gegeben ist, eine höhere Festigkeit als das amorphe Glas auf. Darüber hinaus macht es die Kristallisation möglich, ein Material zu erhalten, das einen verbesserten Abriebwiderstand und einen geringen Koeffizienten der thermischen Ausdehnung aufweist. Zusätzlich weist das kristallisierte Glas zweckmäßigerweise eine zur Massenproduktion geeignete Formbarkeit auf, wie das amorphe Glas.
Demgemäß besitzt die Verwendung des kristallisierten Glases die Möglichkeit der Bereitstellung einer Ferrule bei geringen Herstellungskosten, aber mit ausgezeichneten Eigenschaften, die bei herkömmlichen Ferrulenmaterialien nicht erwartet werden.
Die oben erwähnten ausgezeichneten Merkmale des kristallisierten Glases variieren weitgehend in Abhängigkeit von der an, der Größe und der Menge der abgeschiedenen Kristalle. In einem ungeeigneten Kristallisationszustand können die für die Ferrule nötigen Eigenschaften nicht realisiert werden.
Angesichts des oben gesagten ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Ferrule für einen Lichtleiterstecker bereitzustellen, die eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit und einen ausgezeichneten Abriebwiderstand aufweist.
Es ist eine andere Aufgabe dieser Erfindung, eine Ferrule für einen Lichtleiterstecker bereitzustellen, die einen Koeffizienten der thermischen Ausdehnung und eine Polierbarkeit nahe dem bzw. der eines Lichtleiters aufweist.
Es ist noch eine andere Aufgabe dieser Erfindung, eine Ferrule für einen Lichtleiterstecker bereitzustellen, die eine dimensionale Genauigkeit äquivalent zu der einer Zirkoniumoxidferrule aufweist, die zum Verbinden eines Einmodenlichtleiters verwendet wird.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, eine Ferrule für einen Lichtleiterstecker bereitzustellen, die zu geringen Kosten im Vergleich zu einer Zirkoniumoxidferrule hergestellt werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Als Ergebnis verschiedener Arten von Studien haben die gegenwärtigen Erfinder herausgefunden, dass es die Verwendung von kristallisiertem Glas, das eine spezielle Zusammensetzung und ein spezielles Merkmal aufweist, ermöglicht, eine Ferrule bereitzustellen, die alle erforderlichen Materialeigenschaften erfüllt und das zu geringen Kosten hergestellt werden kann.
Im Speziellen ist die Erfindung die Verwendung eines kristallisierten Glases als eine Ferrule in einem Lichtleiterstecker, das eine Zusammensetzung aufweist, die im Wesentlichen aus, in Gewichtsprozent, 60 bis 70 % an SiO₂, 16 bis 25 % an Al₂O₃, 1.5 bis 3% an Li₂O, 0.5 bis 2.5% an MgO, 1.3 bis 4.5% an TiO₂,0.5 bis 3% an ZrO₂, 2 bis 6.5% an TiO₂ + ZrO₂, 1 bis 5.5% an K₂O, 0 bis 7% an ZnO und 0 bis 3% an BaO besteht, enthaltend 30 bis 70 Volumen-% an Abscheidungen einer festen Lösung von β-Spodumen oder einer festen Lösung von β-Quarz, die eine mittlere Korngröße von nicht mehr als 2 μm aufweisen, das eine Biegefestigkeit von 200 MPa oder mehr aufweist und bei einer Temperatur zwischen –50 und 150°C einen Koeffizienten der thermischen Ausdehnung von –10 ~ 50 × 10^–7/°C aufweist.
Bei solch einer Ferruleverwendung kann in einer äußeren Oberflächenschicht davon eine Druckspannungsschicht ausgebildet sein und das Glas kann 1 bis 7 Gew.-% an ZnO enthalten.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist eine Schnittansicht, die eine Ferrule gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung zeigt.
2 ist ein Graph, der eine Verteilung einer Exzentrizität eines Lichtleiterkerns in Bezug auf einen Außendurchmesser der Ferrule von 1 zeigt.
3 ist ein Graph, der eine Verteilung eines Verbindungsverlustes zeigt, wenn die Ferrule von 1 verwendet wird.
Bester Modus zur Ausführung der Erfindung
Vor der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels dieser Erfindung wird eine Beschreibung über einen Grund gegeben, warum ein Ferrulenmaterial dieser Erfindung wie oben beschrieben eingeschränkt ist.
In der Ferrule dieser Erfindung beträgt die Menge der abgeschiedenen Kristalle des verwendeten kristallisierten Glases vorzugsweise zwischen 35 und 60 Volumen-%. Die Menge der abgeschiedenen Kristalle beeinflusst den Koeffizienten der thermischen Ausdehnung und die mechanische Festigkeit und beeinflusst insbesondere merklich den Abriebwiderstand, die Polierbarkeit und die Formbarkeit des Glases. Im Einzelnen, wenn die Menge an abgeschiedenen Kristallen geringer ist als 30 Volumen-%, wird der Abriebwiderstand unzureichend. Die Ferrule kann bei wiederholtem Einsetzen in die und Entfernen aus der Zirkoniumoxidhülse beschädigt werden und kann dadurch nicht seine ursprüngliche Verbindungscharakteristik aufrechterhalten. Wenn demgegenüber die Menge der abgeschiedenen Kristalle 30 Volumen-% oder mehr beträgt, wird der Abriebwiderstand merklich verbessert, so dass keine Beschädigung auftritt, auch wenn das Einsetzen und Entfernen mehrere hundert Mal wiederholt wird. Wenn jedoch eine außerordentlich große Menge an Kristallen abgeschieden wird, werden die Polierbarkeit und die Formbarkeit beeinträchtigt. Insbesondere wenn mehr als 70 Volumen-% an Kristallen abgeschieden werden, ist eine Schleifrate im Vergleich zu Quarzglas gering. In diesem Fall ist ein spezielles Polierverfahren erforderlich, um den Unterschied der Schleifrate zwischen ihnen zu verringern. Dies führt zu hohen Kosten. Darüber hinaus unterliegt das Glas, das eine solch starke Kristallinität aufweist, während der Bildung der Verursachung von Entglasung. Auf diese Weise kann keine hocheffiziente Produktion erreicht werden.
Ein aus Quarzglas gefertigter Lichtleiter weist (in einem Bereich von –50 bis 150°C) einen Koeffizienten der thermischen Ausdehnung von 5.5 × 10^–7/°C auf, was merklich gering im Vergleich zu Keramiken oder amorphem Glas ist, die im Allgemeinen verwendet werden. Wenn er zusammen mit der herkömmlichen Ferrule verwendet wird, werden beide der Temperaturvariation folgend so in den Dimensionen verändert, dass die ursprüngliche Verbindungscharakteristik leicht verschlechtert wird. Demgegenüber weist eine feste Lösung an β-Spodumen oder eine feste Lösung an β-Quarz einen außerordentlich kleinen Koeffizienten der thermischen Ausdehnung auf.
Folglich weist die Ferrule dieser Erfindung, die aus dem kristallisierten Glas gefertigt ist, das die oben erwähnten Kristalle als Hauptkristalle enthält, einen niedrigen Koeffizienten der thermischen Ausdehnung auf, so dass die oben erwähnten Probleme überwunden oder abgemildert werden.
Der Koeffizient der thermischen Ausdehnung ändert sich in Abhängigkeit von der Menge der abgeschiedenen Kristalle und fällt für die Kristallmenge zwischen 30 und 70 Volumen-% (in einem Bereich von –50 bis 150°C) in den Bereich von –10 ~ 50 × 10^–7/°C. Der oben angegebene Bereich ist ein für die Ferrule sinnvoller, aber es ist zweckmäßig, den Koeffizienten der thermischen Ausdehnung auf einen spezifischen Bereich von –5 ~ 35 × 10^–7/°C einzustellen.
Bei dieser Erfindung weisen die abgeschiedenen Kristalle des kristallisierten Glases eine mittlere Korngröße nicht größer als 2 μm, vorzugsweise nicht größer als 1 μm auf. Wenn die mittlere Korngröße nicht größer als 2 μm ist, weist das kristallisierte Glas eine Biegefestigkeit von 200 MPa oder mehr und einen ausreichenden Abriebwiderstand auf, wie es bei der Ferrule erforderlich ist.
Was die mechanische Festigkeit der Ferrule anbelangt, wird damit gerechnet, dass die Ferrule eine Biegefestigkeit nicht kleiner als 200 MPa, vorzugsweise nicht kleiner als 250 MPa aufweisen muss, um die Querbruchfestigkeit von 5 kg sicherzustellen, die der Standardwert der Reißfestigkeit eines Koaxialsteckers ist, wie er durch JIS C5415 vorgeschrieben ist. Wenn die mittlere Korngröße der Kristalle nicht größer als 2 μm ist, kann eine ausreichende mechanische Festigkeit erreicht werden, um die oben erwähnten Anforderungen zu erfüllen. Wenn die mittlere Korngröße jedoch außerordentlich groß ist, steigt die thermische Spannung an der Grenzfläche zwischen den Kristallen und einer Glasmatrix infolge der Differenz des Koeffizienten der thermischen Ausdehnung. Im Ergebnis wird das Auftreten von Mikrorissen verursacht, so dass die mechanische Festigkeit vermindert wird. Wenn die mittlere Korngröße außerordentlich groß ist, wird zusätzlich der Abriebwiderstand verschlechtert.
Als nächstes wird eine Beschreibung über den Grund gemacht werden, weil die Zusammensetzung des in der Ferrule dieser Erfindung verwendeten kristallisierten Glases beschränkt ist, wie es oben erwähnt wurde.
SiO₂ ist eine Hauptkomponente des Glases und zudem eine Kristallkomponente. Der Gehalt davon liegt zwischen 60 und 70%, vorzugsweise zwischen 62.3 und 67.5%. Wenn SiO₂ geringer als zu 60% vorhanden ist, werden die Kristalle grob. Wenn es zu mehr als 70% vorhanden ist, wird die Viskosität einer Schmelze in einem Glasschmelzprozess so hoch, dass das hergestellte Glas inhomogen wird.
Al₂O₃ ist zudem eine Komponente, die die Kristalle bildet. Der Gehalt davon liegt zwischen 16 und 25%, vorzugsweise zwischen 17 und 22%. Wenn Al₂O₃ jenseits des oben erwähnten Bereichs vorhanden ist, werden die Kristalle gröber. Wenn es zu mehr als 25 % vorhanden ist, wird beim Glasschmelzprozess zusätzlich leicht das Auftreten von Entglasen verursacht.
Li₂O ist auch eine Kristalle bildenden Komponente. Der Gehalt daran liegt zwischen 1.5 und 3%, vorzugsweise zwischen 2 und 2.8%. Wenn der Gehalt an Li₂O geringer ist als 1.5%, ist die Abscheidung der gewünschten Kristalle schwierig, so dass der Abriebwiderstand merklich vermindert wird und die mechanische Festigkeit und die thermische Ausdehnungscharakteristik verschlechtert werden. Wenn mehr als 3% vorhanden sind, überschreitet die menge an abgeschiedenen Kristallen 70 Volumen-%. Als eine Folge wird die Polierbarkeit verschlechtert und die Kristalle werden grob.
MgO ist eine Komponente, die das schmelzen des Glases fördert und die die Kristalle bildet. Der Gehalt daran liegt zwischen 0.5 und 2.5%, vorzugsweise zwischen 0.5 und 2%. Wenn der Gehalt an MgO geringer ist als 0.5% werden heterogene Kristalle abgeschieden, so dass die Menge an Hauptkristallen dazu neigt, vermindert zu werden. Wenn er mehr als 2.5% beträgt, ist die Menge an abgeschiedenen Kristallen überhöht und die Kristalle werden grob.
TiO₂ ist eine unbedingt notwendige Komponente, die als ein Keimbildner wirkt, wenn das Glas kristallisiert wird. Der Gehalt daran liegt zwischen 1.3 und 4.5%, vorzugsweise zwischen 1.5 und 3.8%. Wenn der Gehalt an TiO₂ geringer ist als 1.3%, kann das kristallisierte Glas, das eine einheitliche Struktur aufweist, nicht erhalten werden. Wenn er mehr als 4.5% beträgt, wird beim Glasschmelzprozess das Auftreten von Entglasen verursacht.
ZrO₂ ist auch eine Komponente, die als ein Keimbildner wirkt, wie TiO₂. Der Gehalt daran liegt zwischen 0.5 und 3%, vorzugsweise zwischen 0.5 und 2.5%. Wenn der Gehalt an ZrO₂ geringer ist als 0.5%, ist es schwierig, die Kristalle zu erhalten, die eine gewünschte Größe aufweisen. Wenn er 3% überschreitet, wird die Glasschmelze leicht entglast und die abgeschiedenen Kristalle werden grob.
Darüber hinaus muss die Gesamtmenge von TiO₂ und ZrO₂ innerhalb eines Bereichs zwischen 2 und 6.5%, vorzugsweise zwischen 2.5 und 6% fallen. Wenn die Gesamtmenge an diesen Komponenten geringer ist als 2%, ist die Keimbildung nicht ausreichend, so dass leicht die heterogenen Kristalle abgeschieden werden und die Kristalle grob werden. Wenn sie mehr als 6.5% beträgt, wird die Glasschmelze merklich leicht entglast.
K₂O wird verwendet, um die Abscheidung der heterogenen Kristalle zu unterdrücken und die Menge an Hauptkristallen zu steuern. Der Gehalt daran beträgt zwischen 1 und 5.5%, vorzugsweise zwischen 1.5 und 4.8%. Wenn der Gehalt an K₂O geringer ist als 1%, werden die heterogenen Kristalle abgeschieden, so dass die gewünschte Charakteristik nicht erhalten wird. Darüber hinaus wird die Kristallmenge gesteigert, so dass die Polierbarkeit verschlechtert wird. Wenn er demgegenüber größer als 5.5% ist, wird die Kristallmenge so vermindert, dass der Abriebwiderstand merklich verschlechtert wird.
ZnO ist eine Komponente, die das Schmelzen Glases fördert und die die Gleichmäßigkeit verbessert. Der Gehalt daran liegt zwischen 0 und 7%, vorzugsweise zwischen 1 und 5%. Wenn der Gehalt an ZnO mehr als 7% beträgt, werden die heterogenen Kristalle abgeschieden, so dass der Koeffizient der thermischen Ausdehnung außerordentlich groß ist.
BaO ist auch eine Komponente, die das Schmelzen von Glas fördert und die die Gleichmäßigkeit verbessert, wie ZnO. Der Gehalt daran beträgt zwischen 0 und 3%, vorzugsweise zwischen 0.5 und 2.5%. Wenn der Gehalt an BaO mehr als 3% beträgt, werden die heterogenen Kristalle leicht abgeschieden.
Neben den oben erwähnten Komponenten kann eine Komponente oder können Komponenten bis zu 10% in der Gesamtheit, welche aus SrO, CaO, Na₂O, Bi₂O₃, B₂O₃ und PbO ausgewählt sind, zum Zweck der Erleichterung des Schmelzens des Glases und Einstellens des Koeffizienten der thermischen Ausdehnung des sich ergebenden kristallisierten Glases zugegeben werden und zum Zweck der Einstellung der Kristallmenge und der Kristallkorngröße kann P₂O₅ bis zu 5% zugegeben werden. Zusätzlich ist es möglich, As₂O₃, Sb₂O₃ und SnO₂ jeweils bis zu 2.5%, vorzugsweise bis zu 1.5% als ein Läutermittel beim Schmelzen des Glases zuzufügen.
Bei dieser Erfindung ist es möglich, die Biegefestigkeit durch Bildung einer Druckspannungsschicht auf der Oberfläche der Ferrule größtenteils zu verbessern.
Beispielsweise kann die Druckspannungsschicht auf die folgende Art und Weise ausgebildet werden.

(1) Li-Ionen in einer Oberflächenschicht werden durch Ionen substituiert, die einen größeren Ionenradius aufweisen (Ionenaustausch).
(2) Es wird eine schnelle Abkühlung des kristallisierten Glases von einer Temperatur nicht niedriger als die untere Entspannungstemperatur des kristallisierten Glases auf eine Temperatur nicht höher als die untere Entspannungstemperatur.
(3) Nach Einstellen der Art und der Menge der abgeschiedenen Kristalle, so dass der Koeffizient der thermischen Ausdehnung der Ferrule an der Oberfläche geringer ist als im Inneren, wird das Abkühlen ausgeführt.

Nun wird eine Beschreibung über spezielle Beispiele dieser Erfindung gemacht.
Tabelle 1 bis Tabelle 3 zeigen die Beispiele dieser Erfindung (Proben Nr. 1 bis 8) und Vergleichsbeispiele (Proben Nr. 9 bis 13).
Jede der Proben Nr. 1 bis 11 wurde auf die folgende An und Weise hergestellt. Zuerst wurden Glasmaterialien, die geeignet ausgewählt wurden, so dass die in der Tabelle gezeigte Zusammensetzung erhalten wurde, gemischt und dann 24 Stunden lang bei 1650°C geschmolzen. Das sich ergebende geschmolzene Glas wurde dann in eine Kohlenstoffform gegossen, die einen Durchmesser von 60 mm und eine Tiefe von 1 m aufwies. Danach wurde das schnelle Abkühlen ausgeführt. Nachdem das sich ergebende Glas bei einer Temperatur bis zu 1100°C als eine höchste Temperatur kristallisiert wurde, wurde eine Vorform aus kristallisiertem Glas hergestellt, die ein Durchgangsloch aufwies. Dann wurde nach Schleifen der Oberfläche der derart erhaltenen Vorform aus kristallisiertem Glas, um eine Rundheit einzustellen, Heißziehen ausgeführt, um dadurch eine Ferrule 1 für einen Lichtleiterstecker zu erhalten, die ein Durchgangsloch 10 besaß und die einen Durchmesser von 2.5 mm und eine Länge von 10.5 mm aufwies, wie es in 1 dargestellt ist. Zusätzlich wurde für die Proben Nr. 3, 4, 8, und 11 ein Ionenaustausch für ihre Oberflächen ausgeführt. Die Proben Nr. 2, 6 und 7 wurden einem schnellen Abkühlen unterworfen, um die Druckspannungsschichten auszubilden. Es gilt hier zu beachten, dass der Ionenaustausch durch Eintauchen der Proben in ein geschmolzenes Salz aus KNO₃, das bei 400°C gehalten wurde, und 10 Stunden langes Bewahren darin, um Li-Ionen im kristallisierten Glas durch K-Ionen zu substituieren, ausgeführt. Das schnelle Abkühlen wurde durch Abkühlen der Ferrule von 1000°C auf 100°C mit einer Rate von 300°C/Minute ausgeführt.
Als Proben Nr. 12 und 13 wurde von einer Zirkoniumoxidferrule bzw. einer Ferrule aus amorphem Glas Gebrauch gemacht, die derzeit verwendet werden.
Für jede der Proben, die wie oben erwähnt erhalten wurden, wurde eine Auswertung der abgeschiedenen Kristalle, der mittleren Korngröße der Kristalle, der Kristallmenge, der Biegefestigkeit, des Koeffizienten der thermischen Ausdehnung, des Abriebwiderstands und der Polierbarkeit ausgeführt. Mit der Ausnahme des Abriebwiderstands wurde die Auswertung ausgeführt, nachdem das Ferrulenmaterial in eine für die Messung geeignete Konfiguration geformt wurde. Das Ergebnis ist in den Tabellen gezeigt.
Wie es aus den folgenden Tabellen offensichtlich ist, weisen alle Proben Nr. 1 bis 8 als die Beispiele dieser Erfindung eine Biegefestigkeit so hoch wie 200 MPa oder mehr und die Abriebfestigkeit gegen das Einsetzen und das Entfernen von mehreren hundert Mal auf. Demgemäß wird die Leistung merklich verbessert, verglichen mit der herkömmlichen Ferrule aus amorphem Glas (Probe Nr. 13).
Tabelle 1
Tabelle 2
Tabelle 3
Zusätzlich sind, wie aus den vorhergehenden Tabellen offensichtlich ist, der Koeffizient der thermischen Ausdehnung sowie die Differenz der Schliffmenge vom Quarzglas merklich verbessert im Vergleich zur Zirkoniumoxidferrulle (Probe Nr. 12).
Demgegenüber sind die Kristalle bei der Probe Nr. 9 als dem Vergleichsbeispiel grob. Deshalb sind die Biegefestigkeit und der Abriebwiderstand vermindert. bei Nr. 10 werden die abgeschiedenen Kristalle so grob, dass die Biegefestigkeit und der Abriebwiderstand verschlechtert sind. Darüber hinaus ist die Polierbarkeit verschlechtert, da die Kristallmenge übermäßig ist. Probe Nr. 11 hält die hohe Biegefestigkeit durch die Wirkung des Ionenaustauschs bei, ist aber beim Abriebwiderstand unterlegen, weil die Kristallmenge zu klein ist.
Die Identifizierung der Hauptkristalle und die quantitative Analyse der Kristalle wurden durch eine Pulver-Röntgenbeugungsanalyse ausgeführt (in den Tabellen repräsentieren S und Q jeweils eine feste Lösung von β-Spodumen und eine feste Lösung von β-Quarz). Die mittlere Korngröße der Kristalle wurde aus den durch ein Rasterelektronenmikroskop gemessenen Werten berechnet. Die Biegefestigkeit wurde durch ein Dreipunkt-Biegeverfahren unter Verwendung eines geformten Materials gemessen, das einen Durchmesser von 2.5 mm und eine Länge von 36 mm aufwies. Der Koeffizient der thermischen Ausdehnung wurde als ein mittlerer Wert in einem Bereich zwischen –50 bis 150°C aus einer Kurve der thermischen Ausdehnung durch ein Dilatometer gemessen. Betreffend den Abriebwiderstand wurde jede Probe auf der Grundlage von JIS C5961 wiederholt in die Zirkoniumoxidhülse eingesetzt und daraus entfernt, um die Anzahl von Wiederholungen des Einsetzens und des Entfernens zu erhalten, bevor eine Beschädigung auftritt. Die Beurteilung der Beschädigung wurde durch einen Probentypformdetektor ausgeführt. Die Auswertung der Polierbarkeit wurde auf die folgende Art und Weise ausgeführt. Im Speziellen wurde mit Ceroxid, das als ein Schleifmittel verwendet wurde, ein Polierpolster, das aus Filz gefertigt war, mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 50 m/min rotiert. Das Material, das in eine Größe von 20 × 20 × 2 mm geformt war, wurde 30 Minuten lang unter einem Druck von 500 g/cm² poliert. Dann wurde die Variation der Dicke gemessen. Zusätzlich wurde die Variation der Dicke für Quarzglas gemessen, das unter den gleichen Bedingungen poliert wurde. Anschließend wurde die Differenz zwischen diesen Variationen der Dicke als eine Messung erhalten. Im Speziellen ist die Polierbarkeit näher bei der von Quarzglas, je kleiner die Differenz ist.
Als nächstes wurde die Probe Nr. 3 an dem Lichtleiter angebracht, um den optischen Stecker zu bilden. Dann wurde die Auswertung der optischen Charakteristik ausgeführt. Als Lichtleiter wurde von einem Einmodenfaserstrang Gebrauch gemacht, der einen Modenfelddurchmesser von 9.5 μm aufwies. Als optischer Stecker wurde ein optischer Stecker vom SC-Typ verwendet, wie er in JIS C5973 definiert ist.
Zuerst wurde die Ferrule der Probe Nr. 3 gemäß dieser Erfindung mit einem Epoxykleber (epo-tek353ND) an den oben erwähnten Lichtleiter geklebt. Eine Endfläche davon wurde durch Advanced PC poliert. Die Endfläche der Ferrule nach dem Polieren wies eine Oberflächenrauhigkeit, eine konvexe sphärische Form und einen Einlaufbetrag äquivalent zu der der typischen Zirkoniumoxidferrule auf.
Für jede der fünfzehn Ferrulen nach dem Polieren wurde eine Messung der Exzentrizität des Faserkerns relativ zum Ferrulenaußendurchmesser vorgenommen. Das Ergebnis ist in 2 gezeigt. Wie aus 2 offensichtlich ist, mittelt sich die Exzentrizität des Faserkerns relativ zum Ferrulenaußendurchmesser zu 0.76 μm. Demgemäß war die Verteilung mit dem Fall vergleichbar, bei dem die typische Zirkoniumoxidferrule verwendet wurde.
Als nächstes wurden zwei optische Stecker zusammengefügt und miteinander verbunden und es wurde unter Verwendung einer Laserdiodenlichtquelle einer Wellenlänge von 1.31 μm ein Verbindungsverlust gemessen. Ein hierin verwendeter Lichtleiter wies eine Länge von 2 m auf. Der optische Stecker vom SC-Typ, der die typische Zirkoniumoxidferrule verwendet, wurde am anderen Ende entgegengesetzt dem einen Ende angebracht, an dem die Probe angebracht war. Dann wurde die Messung der optischen Charakteristik ausgeführt. 3 zeigt das Ergebnis der Messung in Bezug auf 21 Kombinationen. Wie es aus 3 offensichtlich ist, betrug der mittlere Verbindungsverlust 0.21 dB und im schlechtesten Fall 0.5 dB oder weniger. Zusätzlich war der Reflexionsverlust nicht kleiner als 50 dB in Bezug auf alle Kombinationen. Diese Werte repräsentieren die Charakteristik, die zu einer praktischen Anwendung im optischen Kommunikationsnetzwerk ausreichend ist, welches eine hohe Leistung erfordert. Im Vorhergehenden ist eine Beschreibung betreffend die Anwendung des SC-Steckers gemacht worden. Wie sich leicht einsehen lässt, ist der Anwendungsbereich dieser Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt und diese Erfindung ist auch auf Ferrulen von anderen optischen Steckern als dem SC-Stecker anwendbar.
Wie es oben beschrieben wurde, ist die Ferrule dieser Erfindung ausgezeichnet in der mechanischen Festigkeit und dem Abriebwiderstand und weist den Koeffizienten der thermischen Ausdehnung und die Polierbarkeit nahe der der Quarzfaser auf. Darüber hinaus ist die dimensionale Genauigkeit äquivalent zu der der Zirkoniumoxidferrule, die zur Verbindung des Einmodenlichtleiters verwendet wird.
Zusätzlich ist eine Herstellung zu geringen Kosten möglich im Vergleich zur Zirkoniumoxidferrule. Demgemäß ist die Ferrule zur Verwendung im Lichtleiterstecker geeignet und trägt zur Organisation des optischen Kommunikationsnetzwerks bei.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie es oben beschrieben wurde, ist die Ferrule für den Lichtleiterstecker gemäß dieser Erfindung zur Verwendung im optischen Stecker geeignet, wie etwa dem SC-Stecker oder solchen anderen als dem SC-Stecker, die bei der guten Organisation des optischen Kommunikationsnetzwerks verwendet werden.

Claims

Verwendung eines kristallisierten Glases als eine Ferrule in einem Lichtleiterstecker, das eine Zusammensetzung aufweist, die im Wesentlichen aus, in Gewichtsprozent, 60 bis 70% an SiO₂, 16 bis 25% an Al₂O₃, 1.5 bis 3% an Li₂O, 0.5 bis 2.5% an MgO, 1.3 bis 4.5% an TiO₂, 0.5 bis 3% an ZrO₂, 2 bis 6.5% an TiO₂ + ZrO₂, 1 bis 5.5% an K₂O, 0 bis 7% an ZnO und 0 bis 3 an BaO besteht, enthaltend 30 bis 70 Volumen-% an Abscheidungen einer festen Lösung von β-Spodumen oder einer festen Lösung von β-Quarz, die eine mittlere Korngröße von nicht mehr als 2 μm aufweisen, das eine Biegefestigkeit von 200 MPa oder mehr aufweist und bei einer Temperatur zwischen –50 und 150°C einen Koeffizienten der thermischen Ausdehnung von –10 ~ 50 × 10^–7/°C aufweist.
Verwendung eines kristallisierten Glases nach Anspruch 1 als eine Ferrule in einem Lichtleiterstecker, wobei in einer äußeren Oberflächenschicht davon eine Druckspannungsschicht ausgebildet ist.
Verwendung eines kristallisierten Glases nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 als eine Ferrule in einem Lichtleiterstecker, wobei das Glas 1 bis 7 Gew.-% an ZnO enthält.