JP2000026140A - ガラス製フェル―ルとその製造方法 - Google Patents

ガラス製フェル―ルとその製造方法

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JP2000026140A JP11153698A JP15369899A JP2000026140A JP 2000026140 A JP2000026140 A JP 2000026140A JP 11153698 A JP11153698 A JP 11153698A JP 15369899 A JP15369899 A JP 15369899A JP 2000026140 A JP2000026140 A JP 2000026140A
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エム．ラビノビッチ エリザー
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高強度のガラス製フェルールの製造方法を提
供する。 【解決手段】 本発明によれば、従来のイオン交換プロ
セスを用いてガラス製フェルールの強度を上げることが
できかつ経済的な温度でもって溶融する新たなガラス材
料を提供できる。 本発明は、ガラス製フェルール・ボ
ディを溶融アルカリ金属浴内で処理することにより前記
ガラスフェルール・ボディにイオン交換処理を施しが、
このガラス製フェルール・ボディは、１〜３５％の酸化
鉛を含有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光ファイバを接続す
るガラス製フェルールとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガラス製フェルールを有する光ファイバ
コネクタは公知である。例えば、米国特許第４８５０６
７０号を参照のこと。ガラス製フェルールは、従来のセ
ラミック製のフェルールに対し、コスト的に有利にある
が、しかし、その使用法が例えばいわゆる回転スプライ
ス等に限定されている。それ以外では利点であるこのガ
ラス製フェルールを採用できない一般的な原因は、強度
と寸法等の標準における厳しい機械的要件に適合するた
めに、従来のガラス製フェルールは欠陥を有するからで
ある。ロータリースプライスにおいては、１回の組立が
意図されているために、ガラス製フェルールにわずかで
はあるが機械的なストレスがかかる。
【０００３】ガラス製フェルールは、通常柱状のプリフ
ォームを形成し、このプリフォームを連続的なガラスチ
ューブに引き抜いて、このチューブを部分に分割し、そ
れぞれがガラス製フェルールになるように形成される。
セラミック製フェルールをガラス製フェルールで置換す
ることは経済的な面で利点があると昔から認識されてい
たために、ガラス製フェルールの製造における信頼性
は、従来のセラミック技術の公知の寸法精度に対し、ガ
ラスを製造する技術の寸法面での制御によると認識され
ている。実際問題としては、寸法面での良好な制御は、
ガラス製フェルールの製造技術では実現されている。こ
のことは、チューブに引き抜くプロセスの間ガラスに固
有の強度に起因する。この引き抜きプロセスにおいて
は、プリフォームの寸法は、引き抜かれたチューブに極
めて高いレベルで復元され、現在のところ、ガラス製フ
ェルール技術の成功はそのようなガラスの固有の挙動に
依存している。しかし、ガラス製フェルールにおける別
の関心事は強度である。フェルールを製造するために、
ガラス材料の強度を上げる努力がなされている。セラミ
ック製フェルールの光ファイバコネクタを、安価なガラ
ス製フェルールの光ファイバコネクタで置換することに
より、大幅なコスト削減が実現できることに鑑みて、現
在のコネクタの設計標準に合うように強度を改善したガ
ラス製フェルールを提供し、かつ、これらの標準に適合
するのに必要な寸法面での制御を行ったガラス製フェル
ールを市場に出すのがきわめて望まれている。
【０００４】光ファイバコネクタ用の高強度のガラス製
フェルールを製造する技術は、米国特許第５５９８４９
６号に開示されている。この特許に開示された技術は、
ガラス製フェルールの外側表面をエッチングして、ガラ
スの強度を上げ、かつ、例えばＮｉとＡｕ製の接着性コ
ーティング層で、このエッチングされた表面をコーティ
ングするものである。
【０００５】米国特許第５２９５２１３号は、イオン交
換によるアルカリを含有するガラス製フェルールの強度
を上げる方法を開示している。このイオン交換プロセス
をＮａ2０を多く含有するホウ珪酸塩ガラスに適用し
て、イオン交換プロセスが行われるガラスの外側表面に
高強度のガラスの薄い層を形成することである。しかし
この層は薄くそのため実際に使用されるときには剥離
し、その結果ガラス製フェルールは再び元の弱い状態に
戻ることになる。しかもまたこの技術は、融解石英ある
いはＰＹＲＥＸ（登録商標）フェルールには適応できな
い。
【０００６】ナトリウムを多く含むガラス、およびアル
ミナを多く含むガラスは、イオン交換プロセスで処理さ
れるとより有効であることは公知であり、本発明者らは
このようなガラス組成（これは米国特許第３６６１５４
５号に開示されている）を用いて、非常に厳しい剥離処
理および熱的衝撃にも耐え、そして強度の低下がわずか
であるようなフェルールを製造する方法を提供する。
【０００７】米国特許第３６６１５４５号に開示された
ガラス材料は、強度および全体的な利便性の観点からは
好ましいものであるが、これらは処理するのが難しい。
これらのガラス材料は、１５００〜１５５０℃の高温で
溶融するが、これは製造上の観点からは好ましいもので
はない。さらに、前記の温度で溶融してもこれらの材料
は小さな気泡を数多く含み、そして溶融しない石あるい
は索を含む（組成が非均一となる）。フェルールがこれ
らの特性を有するプリフォームから引き抜かれると、ガ
ラス内の欠陥により引き抜きプロセスに不規則性が引き
起こされ、制御装置が機能しなくなり、必要な寸法許容
度内に入るフェルールの歩留まりが大幅に下がってしま
う。さらにまたこれらのガラスの高融点特性により、引
き抜き温度が高くなる。すなわちフェルール用プリフォ
ームを形成する温度は１０００℃近くなる。このような
高い引き抜き温度は、引き抜きダイを急速に劣化させ、
その結果、製造コストが上昇してしまう。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は、高強度のガラス製フェルールの製造方法を提供する
ことである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、従来の
イオン交換プロセスを用いてガラス製フェルールの強度
を上げることができかつ経済的な温度でもって溶融する
新たなガラス材料を提供できる。この本発明のガラス材
料は、酸化鉛を含有させたナトリウム、アルミ、珪酸塩
ガラスである。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１にガラス製フェルールコネク
タ部品を有する一般的な光ファイバコネクタを示す。こ
のコネクタはガラス製フェルール１１を有し、このガラ
ス製フェルール１１は光ファイバ（図示せず）用の中心
ボア１４を有する。この図は実際のスケール通りには描
いていない。例えば、ガラス製フェルール１１内の中心
ボア１４は拡大して描いてある。このガラス製フェルー
ル１１は、終端部材１２内に挿入され、かつ、この終端
部材１２は適合用ファイバ用の中心ボア１３を有する。
コーティングされた光ファイバを収納するために終端部
材１２内の中心ボア１３は、ガラス製フェルール１１内
の中心ボア１４よりも大きい。この種のコネクタの例
は、米国特許第４８５０６７０号、第５３９６５７２
号、第５２９５２１３号、第４８１２００９号に開示さ
れている。
【００１１】図１のガラス製フェルール１１のようなガ
ラス製フェルール部品は、米国特許第５２９５２１３号
に開示されているように、プリフォームをチューブ状に
引き抜き、この引き抜かれたチューブを切断して、ガラ
ス製フェルールを形成することにより、中空のボアプリ
フォームから製造できる。プリフォームは、引き抜かれ
たチューブよりも大きな寸法を有し、このプリフォーム
の寸法により引き抜かれたフェルールの形状および寸法
精度が決まる。中空のボアの要件に起因して、ガラス製
フェルール用のプリフォームは、公知のガラス押し出し
技術を用いて押し出すことにより形成されるが、キャス
トインゴットから機械加工およびドリル加工によること
も可能である。
【００１２】フェルール製造用のガラス材料は、イオン
交換プロセスで処理して、ガラス製フェルールの外側シ
ェルを強化することが好ましい。ガラス製フェルールボ
ディを形成した後、すなわちプリフォームから引き抜い
た後、そして好ましくは個々にフェルールの長さに切断
した後、フェルールは例えば、硝酸カリウムの溶融塩浴
内で処理して、ガラス製フェルールボディ内のナトリウ
ムイオンと硝酸イオンとを交換する。この効果は、アル
カリイオンをガラスボディ内に拡散すること、およびガ
ラスボディからアルカリイオンを拡散することにより、
ガラスボディの表面層で起こる。この相互拡散により、
表面層内にカリウムイオンが大幅に増加し、これによ
り、ガラスボディの表面に圧縮応力がかかり、その結
果、ガラスボディの機械的強度が改善される。カリウム
リッチの層の深さは、イオン交換プロセスの処理時間に
一部依存する。極めて高い強度が薄い（５〜１０μｍ）
の層に現れるが、わずかな剥離または研磨によりこの層
は除去され、強度向上の効果がなくなってしまう。従っ
て、薄い層の厚さは２０μｍ以上が好ましい。
【００１３】本発明によるフェルール構造体を形成する
ガラス材料は、ナトリウム、アルミ、珪酸塩ガラスで、
大量の酸化鉛が添加されたものである。１〜３５％の酸
化鉛を添加すると、機械的強度を損なうことなく、ガラ
ス製フェルールの製造が容易となる。これらのガラス材
料のいくつかが準備され、市販のフェルール製造方法に
より処理された。これらの例を以下の表１に示す。同図
に示した含有量はwt％である。 表１ 成分 例１ 例２ 例３ ──────────────────────────────── ＳｉＯ2 ５５．３ ５０．３ ５１．３５ Ｎａ2Ｏ １１．４ １０．４ １０．６ Ｋ2Ｏ ３．２５ ２．９５ ３．０５ ＭｇＯ ３．２５ ２．９５ − ＣaＯ ０．２ ０．２ − Ａｌ2Ｏ3 １５．１５ １３．８ １４．０ ＰｂＯ ９．９ １８．０ ２０．１ ＴｉＯ2 ０．６５ ０．６ − Ａｓ2Ｏ3 ０．９ ０．８ ０．９
【００１４】これらのガラスの軟化温度、アニール温
度、歪み温度を測定し、その結果を表２に示す。 表２ 特性 例１ 例２ 例３ ──────────────────────────────── 軟化温度（℃） ８２４ ７７５ ７８８ アニール温度（℃） ５８０ ５６３ ５４６ 歪み温度（℃） ５３０ ５１９ ４９８
【００１５】曲げ強度の測定は、イオン交換プロセス終
了後のフェルールに対して行われた。イオン交換プロセ
スは従来公知であり、その条件は３５０℃以上の温度に
加熱して、１５分以上処理することである。この同じフ
ェルールを硬度ＳｉＣ粉末で過酷な摩耗プロセスにさら
した。この摩耗プロセスにより、ガラス表面上に微細ク
ラックが生じ、このためガラスの強度を劣化させる。イ
オン交換による強度向上プロセスを行わない元のガラス
は、２０分間の摩耗プロセスの後、４０Ｋｐｓｉから１
８Ｋｐｓｉへ強度が劣化した。比較のためにイオン交換
プロセスを行ったガラスの曲げ強度測定が、２０分摩耗
処理にさらした後と、２時間摩耗処理にさらした後で行
われた。その結果を表３に示す。イオン交換プロセスの
条件は、表３に示すとおりである。 表３ 特性 例１ 例２ 例３ ─────────────────────────────────── イオン交換（℃／時） ４５０／１ ４２５／１６ ４２５／１６ 曲げ強度（ｐｓｉ） ２０９k±１２k １９１k±２３k １９１k±３０k 摩耗処理なし ＳｉＣ中で２０分間 １６８k±３３k １５８k±８k １６４k±１９k の摩耗プロセスの後 ＳｉＣで２時間摩耗後 １７１k±３１k
【００１６】表３から分かるように、イオン交換を行っ
た標本のすべては、摩耗プロセスの後強度が幾分低下し
ている（１５〜２０％）。しかし残留強度は依然として
高い。
【００１７】表２の測定値から示された処理温度は、米
国特許第３６６１５４５号に記載された、高強度のガラ
ス組成に対し良好である。これらの材料の特性等を比較
すると、本発明のガラスは、軟化温度と、アニール温度
は５０〜１００℃のオーダーで低いが、良好な機械的特
性（すなわち強度）は依然として保有している。
【００１８】上記の例に基づいて、酸化シリコン、アル
カリ金属酸化物、酸化鉛、酸化アルミの量は低処理温度
で高強度のガラス製フェルールを製造することができる
ことが予測される。 アルカリ金属酸化物（Ａ2Ｏで） ９〜１７wt％ 好ましくは１１〜１５Wt％ アルミ酸化物（Ａｌ2Ｏ3で） ９〜１８wt％ 好ましくは１１〜１６Wt％ 鉛酸化物（ＰｂＯで） １〜３５wt％ 好ましくは ７〜３０Wt％ シリコン酸化物（ＳｉＯ2で） 好ましくは４５〜６５wt％
【００１９】アルカリ金属Ａ（Ａ2Ｏの形態で）は、Ｎ
ａ、Ｌｉ、Ｋからなるグループから選択されるが、Ａ2
Ｏの成分は、少なくとも９％のＮａ2Ｏを含有しなけれ
ばならず、そして好ましくは、Ｎａ2ＯとＫ2Ｏの混合物
を９％含有しなければならない。他の酸化物、例えばＣ
ａＯ、ＭｇＯ、ＴｉＯ2も少量であると有効であると見
いだされている。これらは、全体の組成の５％以下含
む。Ａｓ2Ｏ3とＳｂ2Ｏ3は、約１％含有させて、気泡の
生成を抑えるのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガラス製フェルールを採用した光ファイバコネ
クタを表す断面図。
【符号の説明】
１１ ガラス製フェルール １２ 終端部材 １３、１４ 中心ボア
フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 エリザー エム．ラビノビッチ アメリカ合衆国，07922 ニュージャージ ー，バークリー ハイツ，エバーグリーン ドライブ 52

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（Ａ） ガラス製チューブをガラス製プリ
    フォームから引き抜くステップと、 前記プリフォームは、そのほぼ全長にわたって延びる中
    空の円筒状ボアを有し、前記円筒状ボアと前記円筒状の
    ガラスプリフォームとはほぼ同軸に構成され、 （Ｂ） 前記引き抜いたガラス製チューブを切断して、
    個々のガラス製フェルール・ボディを形成するステップ
    と、 （Ｃ） 前記ガラス製フェルール・ボディを溶融アルカ
    リ金属浴内で処理することにより前記ガラスフェルール
    ・ボディにイオン交換処理を施すステップとからなるガ
    ラス製フェルールの製造方法において、 前記ガラス製フェルール・ボディは、１〜３５％の酸化
    鉛を含有することを特徴とするガラス製フェルールの製
    造方法。
  2. 【請求項２】 （Ａ） ガラス製チューブをガラス製プ
    リフォームから引き抜くステップと、 前記プリフォームは、そのほぼ全長にわたって延びる中
    空の円筒状ボアを有し、前記円筒状ボアと前記円筒状の
    ガラスプリフォームとはほぼ同軸に構成され、 （Ｂ） 前記引き抜いたガラス製チューブを切断して、
    個々のガラス製フェルール・ボディを形成するステップ
    と、 （Ｃ） 前記ガラス製フェルール・ボディを溶融アルカ
    リ金属浴内で処理することにより前記ガラスフェルール
    ・ボディにイオン交換処理を施すステップとからなるガ
    ラス製フェルールの製造方法において、 前記ガラスフェルール・ボディは、シリコン酸化物とア
    ルカリ金属酸化物と鉛酸化物とアルミ酸化物を有し、そ
    の成分の割合は、 アルカリ金属酸化物（Ａ2Ｏで） ９〜１７wt％ アルミ酸化物（Ａｌ2Ｏ3で） ９〜１８wt％ 鉛酸化物（ＰｂＯで） １〜３５wt％ シリコン酸化物（ＳｉＯ2で） 残り であり、ＡはＬｉ、Ｎａ、Ｋからなるグループから選択
    され、前記Ａ2Ｏは、Ｎａ2Ｏを少なくとも９wt％含有す
    ることを特徴とするガラス製フェルールの製造方法。
  3. 【請求項３】 前記（Ｃ）イオン交換処理プロセスは、
    前記ガラス製フェルール・ボディを１５分以上、かつ３
    ５０℃以上の温度で処理することを含むことを特徴とす
    る請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記ガラスフェルール・ボディは、添加
    物を全組成の最大５wt％まで含有することを特徴とする
    請求項２記載の方法。
  5. 【請求項５】 （Ａ） ガラス製チューブをガラス製プ
    リフォームから引き抜くステップと、 前記プリフォームは、そのほぼ全長にわたって延びる中
    空の円筒状ボアを有し、前記円筒状ボアと前記円筒状の
    ガラスプリフォームとはほぼ同軸に構成され、 （Ｂ） 前記引き抜いたガラス製チューブを切断して、
    個々のガラス製フェルール・ボディを形成するステップ
    と、 （Ｃ） 前記ガラス製フェルール・ボディを溶融アルカ
    リ金属浴内で処理することにより前記ガラスフェルール
    ・ボディにイオン交換処理を施すステップと、からなる
    ガラス製フェルールの製造方法において、前記ガラスフ
    ェルール・ボディは、シリコン酸化物とアルカリ金属酸
    化物と鉛酸化物とアルミ酸化物を有し、その成分の割合
    は、 アルカリ金属酸化物（Ａ2Ｏで） １１〜１５wt％ アルミ酸化物（Ａｌ2Ｏ3で） １１〜１６wt％ 鉛酸化物（ＰｂＯで） ７〜３０wt％ シリコン酸化物（ＳｉＯ2で） ４５〜６５wt％ であり、ＡはＬｉ、Ｎａ、Ｋからなるグループから選択
    され、前記Ａ2Ｏは、Ｎａ2Ｏを少なくとも９wt％含有す
    ることを特徴とするガラス製フェルールの製造方法。
  6. 【請求項６】 前記ガラスフェルール・ボディは、添加
    物を全組成の最大５wt％まで含有することを特徴とする
    請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】 同軸の円筒状ボアを有するシリンダー状
    のガラス製ボディを有するガラス製フェルールにおい
    て、 前記シリンダー状ガラス製ボディは、シリコン酸化物と
    アルカリ金属酸化物と鉛酸化物とアルミ酸化物を有し、
    その成分の割合は、 アルカリ金属酸化物（Ａ2Ｏで） ９〜１７wt％ アルミ酸化物（Ａｌ2Ｏ3で） ９〜１８wt％ 鉛酸化物（ＰｂＯで） １〜３５wt％ シリコン酸化物（ＳｉＯ2で） 残り であり、ＡはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、からなるグループから選
    択され、前記Ａ2Ｏは、Ｎａ2Ｏを少なくとも９wt％含有
    することを特徴とするガラス製フェルール。
  8. 【請求項８】 前記ガラスボディは、添加物を全組成の
    最大５wt％まで含有することを特徴とする請求項７記載
    のガラス製フェルール。
  9. 【請求項９】 同軸の円筒状ボアを有するシリンダー状
    のガラス製ボディを有するガラス製フェルールにおい
    て、 前記シリンダー状ガラス製ボディは シリコン酸化物と
    アルカリ金属酸化物と鉛酸化物とアルミ酸化物を有し、
    その成分の割合は、 アルカリ金属酸化物（Ａ2Ｏで） １１〜１５wt％ アルミ酸化物（Ａｌ2Ｏ3で） １１〜１６wt％ 鉛酸化物（ＰｂＯで） ７〜３０wt％ シリコン酸化物（ＳｉＯ2で） ４５〜６５wt％ であり、ＡはＬｉ、Ｎａ、Ｋからなるグループから選択
    され、前記Ａ2Ｏは、Ｎａ2Ｏを少なくとも９wt％含有す
    ることを特徴とするガラス製フェルール。
  10. 【請求項１０】 前記ガラスボディは、添加物を全組成
    の最大５wt％まで含有することを特徴とする請求項９記
    載のガラス製フェルール。
  11. 【請求項１１】 同軸の円筒状ボアを具備する円筒状ガ
    ラス製フェルールと、前記ガラス製フェルールの円筒状
    ボア内に挿入される光ファイバとを有する光ファイバコ
    ネクタ組立体において、 前記ガラス製フェルールは、シリコン酸化物とアルカリ
    金属酸化物とアルミ酸化物と１〜３５％の酸化鉛からな
    る組成を有することを特徴とする光ファイバコネクタ組
    立体。
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