JP2509329B2

JP2509329B2 - 光学繊維用ガラス

Info

Publication number: JP2509329B2
Application number: JP1111495A
Authority: JP
Inventors: 敦渡部; 弘治相楽
Original assignee: ホーヤ株式会社
Priority date: 1989-04-28
Filing date: 1989-04-28
Publication date: 1996-06-19
Anticipated expiration: 2011-06-19
Also published as: JPH02293346A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は光学繊維用ガラスに係り、特に、照明装置、
検査機器、測定機器、医療機器等でライトガイドあるい
はイメージガイドとして用いる光学繊維ガラスのコア材
に好適な光学繊維用ガラスに関する。

［従来の技術］光学繊維ガラスは、屈折率の高い中心部（コア）と、
これをくるむ低屈折率層（クラッド）とを有している。

照明装置、検査機器、測定機器、医療機器等でライト
ガイドあるいはイメージガイドとして用いられる光学繊
維ガラスは、クラッドとコアの境界に屈折率の段差があ
るステップインデックス型の光学繊維ガラスが用いられ
ており、通常、クラッド材としてはソーダ・ライムガラ
スが用いられている。またコア材としては、上記クラッ
ド材より十分に高い屈折率を有している点、上記クラッ
ド材と比較的良く適合する熱的特性を有している点、紡
糸するに十分な耐失透性および化学的耐久性を有してい
る点等から、F2のようなPbO系ガラスが用いられてい
る。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、F2のようなPbO系ガラスは多量のPbOを
含有し紫外部のカットオフ波長が長波長側にあり、紫外
部および可視部の短波長領域の波長がカットされるた
め、コア材としてPbO系ガラスを用いた光学繊維ガラス
は、伝送経路を長くした場合には透過光が黄色味を帯び
るという難点があり、特に照明装置や医療機器では演色
性が低下するという問題があった。

したがって本発明は、ソーダ・ライムガラスからなる
クラッド材に適合する、転移点520〜560℃、平均線膨張
係数90〜110×10^-7/℃なる熱的特性を有するとともに、
1.60以上の高い屈折率、紡糸するに十分な耐失透性およ
び化学的耐久性を有し、かつ光学繊維ガラスのコア材と
して用いて伝送経路を長くした場合でも、透過光の演色
性の低下が小さい、光学繊維ガラスのコア材として好適
な光学繊維用ガラスを提供することにある。

［課題を解決するための手段］本発明は、上記目的を解決するためになされたもの
で、本発明の光学繊維用ガラスは、 SiO₂＋B₂O₃ 34〜49wt％（ただし、SiO₂ 34〜49wt％ B₂O₃ ０〜15wt％） Na₂＋K₂O ６〜13wt％（ただし、Na₂O １〜10wt％ K₂O １〜10wt％） BaO 10〜30wt％ ZnO ６〜16wt％ La₂O₃＋ZrO₂ １〜15wt％（ただし、La₂O₃ 0.5〜15wt％ ZrO₂ ０〜6wt％） PbO ０〜20wt％なる組成を有し（ただし、これらの成分の合計量は100w
t％である）、さらに前記成分の合計量に対してAs₂O₃お
よび／またはSb₂O₃を０〜2wt％含有してなり、転移点
（Tg）が520〜560℃、平均線膨張係数（α_100〜300）が
90〜110×10^-7/℃であり、屈折率（nd）が1.60以上であ
ることを特徴とするものである。

本発明の光学繊維用ガラスにおいて、SiO₂の量が49wt
％を超えると所望の屈折率が得られないため、また34wt
％未満では化学的耐久性が低下するため、ともに好まし
くないので、SiO₂の量は34〜49wt％に限定される。なお
34wt％を超えてSiO₂を含有させる場合には、SiO₂の一部
をB₂O₃で置換することができるが、この置換量が15wt％
を超えると化学的耐久性が低下するため、B₂O₃の置換量
は15wt％以下に限定される。SiO₂とB₂O₃とを併用する場
合においても、これらの合計量は34〜49wt％に限定され
る。

Na₂OおよびK₂Oは耐失透性に優れたガラスを得るうえ
で、また熱的特性を調整するうえで不可欠の成分であ
り、両者の合計量が6wt％未満では転移点が高くなりす
ぎるとともに線膨張係数が小さくなりすぎるため、好ま
しくなく、また逆に、両者の合計量が13wt％を超えると
転移点が低くなりすぎるとともに線膨張係数が大きくな
りすぎるため、好ましくないので、Na₂OおよびK₂Oの合
計量は６〜13wt％に限定される。なお、Na₂OおよびK₂O
は、それぞれ１〜10wt％の範囲で共存させることが望ま
しい。

BaOおよびZnOは高い屈折率を得るうえで、また耐失透
性に優れたガラスを得るうえで不可欠の成分であり、Ba
Oは10wt％以上、ZnOは6wt％以上必要とするが、BaOの量
が30wt％を超えると転移点が高くなりすぎるため、また
ZnOの量が16wt％を超えると線膨張係数が小さくなりす
ぎるため、ともに好ましくないので、BaOの量は10〜30w
t％に、ZnOの量は６〜16wt％にそれぞれ限定される。

La₂O₃およびZrO₂は、耐失透性および化学的耐久性の
改善に顕著な効果があり、かつ高い屈折率を与える成分
なので、La₂O₃とZrO₂との合計量で1wt％以上含有させる
必要があるが、高価な原料であるため15wt％を超える割
合で含有させることは好ましくないので、La₂O₃とZrO₂
との合計量は１〜15wt％に限定される。特にLa₂O₃は上
記効果に優れるため、単独で用いる場合は1wt％以上の
添加量が必要であるが、ZrO₂と併用する場合には、La₂O
₃の量を更に低下させることもでき、0.5wt％以上で1wt
％未満でもよい。ZrO₂については、6wt％を超えると耐
失透性が低下するため好ましくない。

PbOは必ずしも必要な成分ではないが、転移点を高め
ることなく高い屈折率が得られる利点があり、必要に応
じて20wt％までの範囲で添加することができる。

As₂O₃およびSb₂O₃は、消色剤もしくは脱泡剤として作
用するものであり、必要に応じて添加してもよいが、添
加する場合には、前述の各成分の合計量に対して2wt％
以下で十分である。

なお、本発明の光学繊維用ガラスにおいては、上述し
た成分の他に、ガラスの特性を悪化させない範囲で、少
量のＦ、Li₂O、Al₂O₃、Ta₂O₅等を添加することもでき
る。

本発明の光学繊維用ガラスは、原料としてできるだけ
高純度の硅石粉、硼酸、炭酸ナトリウム、硝酸ナトリウ
ム、炭酸カリウム、硝酸カリウム、炭酸バリウム、酸化
亜鉛（亜鉛華）、酸化ランタン、酸化ジルコニウム、一
酸化鉛（リサージ）、亜砒酸、酸化アンチモン等を用
い、これらの原料からなる混合物をシリカ坩堝等で粗熔
解させて得たカレットを、白金製坩堝等の耐熱性容器に
入れて1300〜1450℃に加熱して熔解させ、撹拌して均質
化、泡切れを行った後、適当な温度に予熱した金型に鋳
込み徐冷することにより得ることができる。また、本発
明の光学繊維用ガラスをコア材として用いた光学繊維ガ
ラスは、従来と同様に、２重坩堝法、ロッド法等により
紡糸することにより得ることができる。

［実施例］以下、本発明の実施例について説明する。

実施例１出発原料として、高純度の硅石粉、硼酸、炭酸ナトリ
ウム、硝酸カリウム、炭酸バリウム、酸化亜鉛、酸化ラ
ンタン、酸化ジルコニウムおよび酸化アンチモンを用
い、これらの出発原料を、最終的に得られるガラスの組
成がSiO₂39.5wt％、B₂O₃5.0wt％、Na₂O7.8wt％、K₂O2.3
wt％、BaO25.0wt％、ZnO12.0wt％、La₂O₃5.4wt％、ZrO₂
3.0wt％、Sb₂O₃0.2wt％となるように秤量して、瑪瑙乳
鉢で十分に混合した後、得られた混合物をシリカ坩堝で
粗熔解させてカレットを得た。

次いで、得られたカレットを白金製坩堝に入れて1400
℃に加熱して熔解させ、撹拌して均質化を図り、泡切れ
を行った後、540℃に予熱した金型に鋳込み徐冷して、
スラブ状の光学繊維用ガラスを得た。

このようにして得られた光学繊維用ガラスの、ヘリウ
ムランプのｄ線に対する屈折率（nd）、転移温度（T
g）、100〜300℃の平均線膨張係数（α_100〜300）、JOG
IS（日本光学硝子工業会規格）06−¹⁹⁷⁵に基づく耐酸性
（Da）、JOGIS 06−¹⁹⁷⁵に基づく耐水性（Dw）、およ
び紡糸温度近辺での耐失透性（800℃で２時間保持）を
測定、試験したところ、ndが1.608、Tgが535℃、α
_100〜300が100×10^-7/℃、Daが0.03wt％、Dwが0.02wt％
であり、失透は認められなかった。この結果を、表−１
に示す。

このように、本実施例で得られた光学繊維用ガラス
は、表−１に熱的特性を示したソーダ・ライムガラスか
らなるクラッド材に適合する熱的特性を有するととも
に、1.608という高い屈折率、紡糸するに十分な耐失透
性および化学的耐久性を有していることが確認された。

次に、本実施例で得られた光学繊維用ガラスをコア材
とし、クラッド材として表−１に示す組成および物性を
有するソーダ・ライムガラスを用いて、ロッド法により
紡糸温度1000℃、紡糸速度33m/minで紡糸して、長さ2m
の光学繊維ガラスを得た。

このようにして得られた光学繊維ガラスの紫外部にお
けるカットオフ波長（光透過率が０％になる波長）は35
0nmであり、伝送経路を長くした場合でも、透過光の演
色性の低下が小さいことが確認された。なお、この光学
繊維ガラスの550nmの光に対する透過率を100％としたと
きの分光透過率曲線を第１図に示す。

実施例２〜８各成分の割合を、表−１に示すように種々変えた以外
は実施例１と同様にして、計７種の本発明に基づく光学
繊維用ガラスを得、各ガラスのnd、Tg、α_100〜300、D
a、Dw、および耐失透性の測定、試験を実施例１と同様
にして行ったところ、ndが1.603〜1.612、Tgが522〜552
℃、α_100〜300が93〜102×10^-7/℃、Daが0.02〜0.08wt
％、Dwが0.02〜0.03wt％であり、失透はいずれのガラス
においても認められなかった。

このように、各実施例で得られた光学繊維用ガラスは
いずれも、ソーダ・ライムガラスからなるクラッド材に
適合する熱的特性を有するとともに、1.600以上という
高い屈折率、紡糸するに十分な耐失透性および化学的耐
久性を有していることが確認された。

次に、各実施例で得られた光学繊維用ガラスをコア材
として用い、実施例１と同様にして、計７種の長さ2mの
光学繊維ガラスを得た。

このようにして得られた各光学繊維ガラスの紫外部に
おけるカットオフ波長（光透過率が０％になる波長）
は、345〜385nmの範囲にあり、いずれの光学繊維ガラス
においても、伝送経路を長くした場合でも、透過光の演
色性の低下が小さいことが確認された。なお、これらの
光学繊維ガラスのうち、実施例２で得られた光学繊維ガ
ラスの550nmの光に対する透過率を100％としたときの分
光透過率曲線を第１図に示す。

比較例１実施例１〜８の比較例として、コア材として一般に用
いられているF2の組成の一例およびその物性を表−１に
示す。

また、このF2をコア材とし、実施例１と同様にして得
た光学繊維ガラスの550nmの光に対する透過率を100％と
したときの分光透過率曲線を第１図に示す。

第１図から明らかなように、本比較例の光学繊維ガラ
スの紫外部におけるカットオフ波長は、390nmと実施例
の光学繊維ガラスに比べて長波長側にあり、実施例１〜
８で得られた光学繊維ガラスに比べて、伝送経路を長く
した場合の透過光の演色性に低下が大きいことが確認さ
れた。

［発明の効果］以上説明したように、本発明の光学繊維用ガラスは、
ソーダ・ライムガラスからなるクラッド材に適合する熱
的特性を有するとともに、1.60以上の高い屈折率、紡糸
するに十分な耐失透性および化学的耐久性を有し、かつ
光学繊維ガラスのコア材として用いて伝送経路を長くし
た場合でも、透過光の演色性の低下が小さい。

したがって本発明を実施することにより、照明装置、
検査機器、測定機器、医療機器等でライトガイドあるい
はイメージガイドとして用いる光学繊維ガラスの光学的
性能を更に向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例１、２および比較例１で得られた光学
繊維ガラスの550nmの光に対する透過率を100％としたと
きの分光透過率曲線を示すグラフである。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】SiO₂＋B₂O₃ 34〜49wt％（ただし、SiO₂ 34〜49wt％ B₂O₃ ０〜15wt％） Na₂＋K₂O ６〜13wt％（ただし、Na₂O １〜10wt％ K₂O １〜10wt％） BaO 10〜30wt％ ZnO ６〜16wt％ La₂O₃＋ZrO₂ １〜15wt％（ただし、La₂O₃ 0.5〜15wt％ ZrO₂ ０〜6wt％） PbO ０〜20wt％なる組成を有し（ただし、これらの成分の合計量は100w
t％である）、さらに前記成分の合計量に対してAs₂O₃お
よび／またはSb₂O₃を０〜2wt％含有してなり、転移点
（Tg）が520〜560℃、平均線膨張係数（α_100〜300）が
90〜110×10^-7/℃であり、屈折率（nd）が1.60以上であ
ることを特徴とする光学繊維用ガラス。