JPH04231340A - 高い抗張力を有するガラス製光ファイバーの製造方法 - Google Patents
高い抗張力を有するガラス製光ファイバーの製造方法Info
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- JPH04231340A JPH04231340A JP3226111A JP22611191A JPH04231340A JP H04231340 A JPH04231340 A JP H04231340A JP 3226111 A JP3226111 A JP 3226111A JP 22611191 A JP22611191 A JP 22611191A JP H04231340 A JPH04231340 A JP H04231340A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
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- C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
- C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
- C03B37/02—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor
- C03B37/025—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor from reheated softened tubes, rods, fibres or filaments, e.g. drawing fibres from preforms
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Materials Engineering (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガラス材料より成る一
層−または多層の追加的被覆を持つガラス製プリホーム
から延伸加工することによって高い抗張力を有するガラ
ス製光ファイバーを製造し、その際少なくともそれぞれ
の最も外側の層の材料がその下側に存在する層に比べて
あるいはプリホームの材料に比較して低い熱膨張係数を
有している、上記ガラス製光ファイバーの製造方法に関
する。
層−または多層の追加的被覆を持つガラス製プリホーム
から延伸加工することによって高い抗張力を有するガラ
ス製光ファイバーを製造し、その際少なくともそれぞれ
の最も外側の層の材料がその下側に存在する層に比べて
あるいはプリホームの材料に比較して低い熱膨張係数を
有している、上記ガラス製光ファイバーの製造方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】上記の種類の方法は公知であり、例えば
既に（ドイツ特許出願公開第２，４１９，７８６号明細
書）、高い屈折率のコアと低い屈折率の被覆部とより成
る光ファイバーの場合には、機械的性質を改善する為に
被覆の上に、最初の被覆の熱膨張係数よりも低いかおよ
び／またはコアと最初の被覆との組合せの熱膨張係数よ
り低い熱膨張係数の別の被覆が配置される。このように
して光ファイバーを製造する際に、ファイバーを引張−
および曲げ応力に対して鈍感とする圧縮応力がファイバ
ー中に生ずるそうである。
既に（ドイツ特許出願公開第２，４１９，７８６号明細
書）、高い屈折率のコアと低い屈折率の被覆部とより成
る光ファイバーの場合には、機械的性質を改善する為に
被覆の上に、最初の被覆の熱膨張係数よりも低いかおよ
び／またはコアと最初の被覆との組合せの熱膨張係数よ
り低い熱膨張係数の別の被覆が配置される。このように
して光ファイバーを製造する際に、ファイバーを引張−
および曲げ応力に対して鈍感とする圧縮応力がファイバ
ー中に生ずるそうである。
【０００３】しかしながら、ガラスファイバーの抗張力
を向上させる為に、ファイバープリホームの被覆の上に
、ファイバープリホームまたはファイバーの隣接するガ
ラス物質に比較して低い熱膨張係数を示すガラス材料よ
り成る少なくとも一つの保護層を追加的に設ける方法も
公知である（ドイツ特許出願公開第２，７２７，０５４
号明細書）。これを達成する為に、保護層の為に、化学
元素、即ちリチウム、ナトリウム、マグネシウム、カル
シウム、硼素およびその他の一種類以上の酸化物が微量
混入されている二酸化珪素を基礎とするガラスが使用さ
る。かゝる保護層を持つガラス製棒状物をファイバー延
伸加工装置において約２０００℃の通例の延伸加工温度
で延伸加工してファイバーとする。
を向上させる為に、ファイバープリホームの被覆の上に
、ファイバープリホームまたはファイバーの隣接するガ
ラス物質に比較して低い熱膨張係数を示すガラス材料よ
り成る少なくとも一つの保護層を追加的に設ける方法も
公知である（ドイツ特許出願公開第２，７２７，０５４
号明細書）。これを達成する為に、保護層の為に、化学
元素、即ちリチウム、ナトリウム、マグネシウム、カル
シウム、硼素およびその他の一種類以上の酸化物が微量
混入されている二酸化珪素を基礎とするガラスが使用さ
る。かゝる保護層を持つガラス製棒状物をファイバー延
伸加工装置において約２０００℃の通例の延伸加工温度
で延伸加工してファイバーとする。
【０００４】別の公知のガラスファイバー（ドイツ特許
出願公開第２，８２６，０１０号明細書）の場合には、
抗張力を向上させる為に、外皮が、被覆に比較して低い
熱膨張係数であらるために光ファイバー構造物の上に圧
力を負荷することに成る少なくとも一つの層より成る。 この場合、両方の熱膨張係数の間の差はできるだけ大き
くあるべきでなので、所望の効果を達成する為に金属層
が使用される。但し、アルミニウムおよび錫を用いるの
が特に有利であると考えられている。
出願公開第２，８２６，０１０号明細書）の場合には、
抗張力を向上させる為に、外皮が、被覆に比較して低い
熱膨張係数であらるために光ファイバー構造物の上に圧
力を負荷することに成る少なくとも一つの層より成る。 この場合、両方の熱膨張係数の間の差はできるだけ大き
くあるべきでなので、所望の効果を達成する為に金属層
が使用される。但し、アルミニウムおよび錫を用いるの
が特に有利であると考えられている。
【０００５】しかしながらこの様にして製造されるガラ
ス製光ファイバーの機械的性質は、巻き解き可能な長さ
のかゝる光ファイバーを機器および装置の遠隔操作の為
に巻いたまま使用する時に生ずるような要求を満足して
いない。
ス製光ファイバーの機械的性質は、巻き解き可能な長さ
のかゝる光ファイバーを機器および装置の遠隔操作の為
に巻いたまま使用する時に生ずるような要求を満足して
いない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】それ故に本発明の課題
は、上記の従来技術から出発して、破壊強度の向上、老
化安定性の改善並びに微細なヒビ割れの凍結を可能とす
る方法を見出すことである。
は、上記の従来技術から出発して、破壊強度の向上、老
化安定性の改善並びに微細なヒビ割れの凍結を可能とす
る方法を見出すことである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この課題は、本発明に従
って、ファイバーをプリホームから冷たい状態で高い延
伸力にて延伸加工することによって解決される。この場
合、本発明は、従来に出会った手段、即ち適当な外被に
よる圧縮応力の発生並びに２０００℃以上の温度でのフ
ァイバーの延伸加工が確かに抗張力を向上させるが、こ
れによって達成される値はファイバーに特別な要求が負
荷された場合に十分でないという知見に基づいている。 しかし、本発明の場合に意図されている様に、ファイバ
ーは冷たい状態──これは、発明の実施態様においては
、例えばそれぞれのガラス溶融温度に近い温度範囲であ
る──でプリホームから延伸加工され、その際にこの目
的に必要とされる延伸力を高い水準に調節する場合には
、ファイバーの周辺域に、プリホームの圧縮応力の数倍
である非常に高い圧縮応力が生じる。従って延伸加工工
程の間、多層プリホーム構造物の内部域は、被覆として
役立つ外側域よりも高い粘度を常に有している。勿論、
これが延伸加工工程によってプレホームの加熱された末
端に生じるいわゆる球根状物の内部の応力の発生場所で
ある。従って、外側層あるいは最も外側の被覆の断面が
力で形を付けるには未だ低すぎる粘性であるのに、ファ
イバーに外部から負荷される引張応力は内部領域におい
てガラス温度の低下と共に凍結される。
って、ファイバーをプリホームから冷たい状態で高い延
伸力にて延伸加工することによって解決される。この場
合、本発明は、従来に出会った手段、即ち適当な外被に
よる圧縮応力の発生並びに２０００℃以上の温度でのフ
ァイバーの延伸加工が確かに抗張力を向上させるが、こ
れによって達成される値はファイバーに特別な要求が負
荷された場合に十分でないという知見に基づいている。 しかし、本発明の場合に意図されている様に、ファイバ
ーは冷たい状態──これは、発明の実施態様においては
、例えばそれぞれのガラス溶融温度に近い温度範囲であ
る──でプリホームから延伸加工され、その際にこの目
的に必要とされる延伸力を高い水準に調節する場合には
、ファイバーの周辺域に、プリホームの圧縮応力の数倍
である非常に高い圧縮応力が生じる。従って延伸加工工
程の間、多層プリホーム構造物の内部域は、被覆として
役立つ外側域よりも高い粘度を常に有している。勿論、
これが延伸加工工程によってプレホームの加熱された末
端に生じるいわゆる球根状物の内部の応力の発生場所で
ある。従って、外側層あるいは最も外側の被覆の断面が
力で形を付けるには未だ低すぎる粘性であるのに、ファ
イバーに外部から負荷される引張応力は内部領域におい
てガラス温度の低下と共に凍結される。
【０００８】プリホームの材料に比較して低い熱膨張係
数を持つ材料より成る外側層または外側被覆を持ち且つ
ガラス製プリホームから製造されるファイバーは、それ
故に、本発明の実施形態においては、延伸加工工程で７
０〜２００ｃＮ、殊に９０〜１５０ｃＮである延伸力を
掛けられる。比較的高い引張応力はファイバーの縁部領
域で高い圧縮応力をそしてそれと共にファイバーの残り
の断面において高い引張応力を結果的にもたらす。更に
、ファイバー縁部の圧縮応力の結果としてファイバーの
表面の微細なヒビ割れ分布が低いレベルであり、それに
よって本発明のファイバーは高い破壊強度を有している
。
数を持つ材料より成る外側層または外側被覆を持ち且つ
ガラス製プリホームから製造されるファイバーは、それ
故に、本発明の実施形態においては、延伸加工工程で７
０〜２００ｃＮ、殊に９０〜１５０ｃＮである延伸力を
掛けられる。比較的高い引張応力はファイバーの縁部領
域で高い圧縮応力をそしてそれと共にファイバーの残り
の断面において高い引張応力を結果的にもたらす。更に
、ファイバー縁部の圧縮応力の結果としてファイバーの
表面の微細なヒビ割れ分布が低いレベルであり、それに
よって本発明のファイバーは高い破壊強度を有している
。
【０００９】上述の従来技術の場合に説明しました通り
、プリホームの被覆の上に設けた追加的な被覆はプリホ
ーム自体と同じ基礎材料より成り、但し、低い熱膨張係
数を達成する為にこの基礎材料に任意の元素が微量混入
されている。本発明の別の実施形態においては、これに
相違して、低い熱膨張係数のガラス材料より成る層の為
の原料として合成の石英ガラスを使用する。合成の石英
ガラスとの関係においての極めて高い引張応力値のもと
での冷たい状態での本発明の延伸加工手段が、かゝる非
常に長いファイバーを巻き取りそして機器または装置の
制御に使用する時の機械的要求をも満足する特別の高価
値のファイバーをもたらす。
、プリホームの被覆の上に設けた追加的な被覆はプリホ
ーム自体と同じ基礎材料より成り、但し、低い熱膨張係
数を達成する為にこの基礎材料に任意の元素が微量混入
されている。本発明の別の実施形態においては、これに
相違して、低い熱膨張係数のガラス材料より成る層の為
の原料として合成の石英ガラスを使用する。合成の石英
ガラスとの関係においての極めて高い引張応力値のもと
での冷たい状態での本発明の延伸加工手段が、かゝる非
常に長いファイバーを巻き取りそして機器または装置の
制御に使用する時の機械的要求をも満足する特別の高価
値のファイバーをもたらす。
【００１０】合成の石英ガラスに例えば塩素を微量混入
してもよい。この塩素は、ファイバー中ですら測定でき
るプリホーム縁部の圧縮応力の原因であり且つ天然のガ
ラス材料に比較して異なる膨張挙動を合成のガラス材料
に与える。
してもよい。この塩素は、ファイバー中ですら測定でき
るプリホーム縁部の圧縮応力の原因であり且つ天然のガ
ラス材料に比較して異なる膨張挙動を合成のガラス材料
に与える。
【００１１】使用するガラス材料に異物質を微量混入す
ることによって膨張係数を十分に調整できるが、相互の
膨張係数の差は、ファイバー中の所望の延伸強度にとっ
ての前提であるファイバー表面の圧縮応力を延伸加工工
程において確実にする為に、少なくとも４〜６％ であ
るべきである。
ることによって膨張係数を十分に調整できるが、相互の
膨張係数の差は、ファイバー中の所望の延伸強度にとっ
ての前提であるファイバー表面の圧縮応力を延伸加工工
程において確実にする為に、少なくとも４〜６％ であ
るべきである。
【００１２】縁部領域で強く圧を掛けられたファイバー
の長所は、公知の種類のファイバーに比較してファイバ
ー自身の高い強度だけでなく、製造する為に使用する延
伸加工炉が例えば必要とされる低い延伸加工温度の為に
価格的に有利に運転できる点にある。この手段は、即ち
、文献に記載されている様に、ガラス表面の所の微細な
ヒビ割れを小さく保持する為に、高い温度で延伸加工し
なければならないという従来技術から公知のファイバー
製造方法と全く反対である。
の長所は、公知の種類のファイバーに比較してファイバ
ー自身の高い強度だけでなく、製造する為に使用する延
伸加工炉が例えば必要とされる低い延伸加工温度の為に
価格的に有利に運転できる点にある。この手段は、即ち
、文献に記載されている様に、ガラス表面の所の微細な
ヒビ割れを小さく保持する為に、高い温度で延伸加工し
なければならないという従来技術から公知のファイバー
製造方法と全く反対である。
【００１３】
【実施例】本発明を図１ａおよび図１ｂに記載した実施
例によって更に詳細に説明する。
例によって更に詳細に説明する。
【００１４】この実施例は、下層パイプを内部被覆しそ
して次にこのパイプを収縮させることによって製造され
るプリホームから本発明の特徴的構成要件に従って延伸
加工されたガラス製光ファイバーに関する。次いで下層
パイプの上に、該下層パイプに比較して低い熱膨張係数
を持つ材料より成るいわゆるスリーブ・パイプを嵌め込
む。この実施例では、被覆パイプの為の材料として塩素
を微量混入した合成の石英ガラスを使用する。
して次にこのパイプを収縮させることによって製造され
るプリホームから本発明の特徴的構成要件に従って延伸
加工されたガラス製光ファイバーに関する。次いで下層
パイプの上に、該下層パイプに比較して低い熱膨張係数
を持つ材料より成るいわゆるスリーブ・パイプを嵌め込
む。この実施例では、被覆パイプの為の材料として塩素
を微量混入した合成の石英ガラスを使用する。
【００１５】本発明のファイバー、例えば１２５μｍ
のファイバー断面積を持つファイバーの構造を図１ａに
示す。その後にファイバーの内部に光学的コアが存在し
ており、コアの上に気相から析出する個々の層が配置さ
れており、これらの層は光学的被覆を形成する。その上
に下層パイプが配置されており、該下層パイプは最初に
コアを被覆材料と一緒に被覆した状態で収縮されてプリ
ホームをもたらしている。結局、ファイバー表面は、下
層パイプに比較して小さい熱膨張係数を持つ材料───
この場合には上述の合成ガラス──より成る本発明に相
応して使用される層で形成される。
のファイバー断面積を持つファイバーの構造を図１ａに
示す。その後にファイバーの内部に光学的コアが存在し
ており、コアの上に気相から析出する個々の層が配置さ
れており、これらの層は光学的被覆を形成する。その上
に下層パイプが配置されており、該下層パイプは最初に
コアを被覆材料と一緒に被覆した状態で収縮されてプリ
ホームをもたらしている。結局、ファイバー表面は、下
層パイプに比較して小さい熱膨張係数を持つ材料───
この場合には上述の合成ガラス──より成る本発明に相
応して使用される層で形成される。
【００１６】図１ｂには、ファイバー全断面にわたって
のファイバー応力挙動を記載しており、この場合、コア
、被覆、下層パイプおよび外側被覆によって形成された
ファイバー断面の各層に関する。既に説明した通り、本
発明の方法の本質は、ファイバーを強い延伸力、例えば
９０〜１５０ｃＮの間の延伸力にて冷たい状態でプリホ
ームから延伸加工することにある。この手段は、図１ｂ
が教えている通り、ファイバー表面の領域に公知の方法
と反対に高い圧縮応力を生ぜしめ、この応力はプリホー
ムの圧縮応力の数倍である。ファイバー縁部領域の高い
圧縮応力は光学的コア並びに光学的被覆および下層パイ
プの高い軟化温度に比較してスリーブ・パイプの材料が
低い軟化温度であることに起因している。
のファイバー応力挙動を記載しており、この場合、コア
、被覆、下層パイプおよび外側被覆によって形成された
ファイバー断面の各層に関する。既に説明した通り、本
発明の方法の本質は、ファイバーを強い延伸力、例えば
９０〜１５０ｃＮの間の延伸力にて冷たい状態でプリホ
ームから延伸加工することにある。この手段は、図１ｂ
が教えている通り、ファイバー表面の領域に公知の方法
と反対に高い圧縮応力を生ぜしめ、この応力はプリホー
ムの圧縮応力の数倍である。ファイバー縁部領域の高い
圧縮応力は光学的コア並びに光学的被覆および下層パイ
プの高い軟化温度に比較してスリーブ・パイプの材料が
低い軟化温度であることに起因している。
【００１７】図１ｂから判るファイバー縁部領域の圧縮
応力の結果として、ファイバーの表面の微細なヒビ割れ
の分布が非常に低いレベルであり、従ってファイバーは
高い破壊強度を有している。これに対して、従来に公知
の方法で実行された様に、通例のファイバーをプリホー
ムから延伸加工することによって製造する場合には、こ
のファイバーは、図１ｂのファイバー応力挙動の破線が
スリーブ・パイプの領域で示している様に、縁部領域で
生じる引張応力と共に、延伸加工工程の間の延伸力が高
ければ高い程に縁部領域はますます小さい強度を示す。 ファイバーについて測定した破壊強度は、圧縮応力が外
側から負荷される引張応力に反対の作用をするので、生
じた圧縮応力の分だけ減少する。これに対して、従来に
は一般的であった様に、縁部領域に、即ちスリーブ・パ
イプの領域に引張応力が生じた場合には、縁部領域のこ
の引張応力が外から負荷される引張応力によって更にこ
れだけ増加する。
応力の結果として、ファイバーの表面の微細なヒビ割れ
の分布が非常に低いレベルであり、従ってファイバーは
高い破壊強度を有している。これに対して、従来に公知
の方法で実行された様に、通例のファイバーをプリホー
ムから延伸加工することによって製造する場合には、こ
のファイバーは、図１ｂのファイバー応力挙動の破線が
スリーブ・パイプの領域で示している様に、縁部領域で
生じる引張応力と共に、延伸加工工程の間の延伸力が高
ければ高い程に縁部領域はますます小さい強度を示す。 ファイバーについて測定した破壊強度は、圧縮応力が外
側から負荷される引張応力に反対の作用をするので、生
じた圧縮応力の分だけ減少する。これに対して、従来に
は一般的であった様に、縁部領域に、即ちスリーブ・パ
イプの領域に引張応力が生じた場合には、縁部領域のこ
の引張応力が外から負荷される引張応力によって更にこ
れだけ増加する。
【図１】図１のａは本発明の光ファイバーの一実施例の
断面図である。図１のｂはａの光ファイバーの断面全体
にわたる応力挙動を示している。
断面図である。図１のｂはａの光ファイバーの断面全体
にわたる応力挙動を示している。
Claims (9)
- 【請求項１】 ガラス材料より成る一層−または多層
の追加的被覆を持つガラス製プリホームから延伸加工す
ることによって高い抗張力を有するガラス製光ファイバ
ーを製造し、その際少なくともそれぞれの最も外側の層
の材料がその下側に存在する層に比べてあるいはプリホ
ームの材料に比較して低い熱膨張係数を有している、上
記ガラス製光ファイバーの製造方法において、ファイバ
ーをプリホームから冷たい状態で高い延伸力にて延伸加
工することを特徴とする、上記方法。 - 【請求項２】 ファイバーをそれぞれのガラスの溶融
温度の近くの温度で延伸加工する請求項１に記載の方法
。 - 【請求項３】 延伸工程での延伸力が７０〜２００ｃ
Ｎ、好ましくは９０〜１５０ｃＮである請求項１または
２に記載の方法。 - 【請求項４】 低い熱膨張係数を持つガラス材料より
成る層の為の原料として合成の石英ガラスを用いる請求
項１または２に記載の方法。 - 【請求項５】 合成の石英ガラスに混入物が微量混入
されている請求項３に記載の方法。 - 【請求項６】 微量混入成分として塩素を使用する請
求項４に記載の方法。 - 【請求項７】 プリホームが、プリホームの材料に比
較して低い熱膨張係数を持つ合成ガラスより成る一つの
層で被覆されている内側被覆され且つ収縮した管より成
る請求項１〜６の何れか一つに記載の方法において、相
互の膨張係数の差が少なくとも４〜６％ であることを
特徴とする方法。 - 【請求項８】 比較的低い熱膨張係数を持つ材料より
成る層が予め形成されたパイプ（スリーブ・パイプ）で
ある請求項１〜７の何れか一つに記載の方法。 - 【請求項９】 比較的低い熱膨張係数を持つ材料より
成る層が、粉末状態でプリホームの上に体積されそして
次に焼結されたガラス材料より成る請求項１〜８の何れ
か一つに記載の方法。
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20011023 |