JPS5839782B2 - 光通信用ガラス繊維 - Google Patents

光通信用ガラス繊維

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JPS5839782B2
JPS5839782B2 JP51077409A JP7740976A JPS5839782B2 JP S5839782 B2 JPS5839782 B2 JP S5839782B2 JP 51077409 A JP51077409 A JP 51077409A JP 7740976 A JP7740976 A JP 7740976A JP S5839782 B2 JPS5839782 B2 JP S5839782B2
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glass
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na2o
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直彦 荻野
光男 加曾利
武止 高野
国英 沢村
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は芯ガラスと被覆ガラスとからなるステップ型の
光通信用ガラス繊維に関するものである。
一般に、この種の光通信用ガラス繊維は芯上にそれより
もほんの僅か小さい屈折率を有する被覆が設けられてい
るもので、ガラス繊維の一端から芯内へ入射させた光情
報と芯と被覆との境界面で全反射させなから他端まで伝
送させようとするものである。
ところで、この種のガラス繊維における悪材料、被覆材
料としては種々のガラスが検討されている。
たとえば実験室的には(1)SiO2、Na2Oおよび
CaOの組成からなる多成分系ガラス、(2)Si02
、Na2OおよびB2O3からなる多成分系ガラス、(
3)Sin2、Na2Oおよびpboからなる多成分系
ガラス、(4)Si02、Na2OおよびTiO2から
なる多成分系ガラスを用い、各多成分系ガラスの組成割
合を適宜変えることにより芯ガラス或いは被覆ガラスと
して使用することが行なわれている。
しかし、前記(1)−(4)の多成分系ガラスよりなる
芯ガラス、被覆ガラスは次のような欠点がある。
すなわち、前記(1)の多成分系ガラスよりなる芯ガラ
ス、被覆ガラスは耐水性が劣るため、これらにより形成
されたガラス繊維は使用雰囲気が制限される。
また前記ηの多成分系ガラスよりなる芯ガラス、被覆ガ
ラスは溶融工程での蒸発が高いため、散乱損失の低いガ
ラス繊維が得られない。
さらに前言口3)の多成分系ガラスよりなる芯ガラス、
被覆ガラスはPbOが含有するため、散乱損失の低いガ
ラス繊維が得られない。
さらにまた前記4)の多成分系ガラスよりなる芯ガラス
、被覆ガラスはTi3+の含有によって光吸収を起こす
ため、光吸収損失の低いガラス繊維が得られない。
一方、ステップ型の光通信用ガラス繊維の製造方法は、
主として二重ルツボ法が採用されている。
この方法は同芯円状に配置した内管端部および外管端部
のオリフィスから夫々溶融した芯ガラス、被覆ガラスを
同時に自然流下させ、線引きして光通信用ガラス繊維を
造るものである。
しかし、この方法は線引き作業温度、つまり芯ガラス、
被覆ガラスの溶融温度を高くして粘性を低く抑さえ(通
常粘度が106〜103ポイズ)、オリフィルからの各
ガラスの自然流下を容易にならしめる必要がある。
しかし、従来の芯材料、被覆材料としての各種成分系ガ
ラスを二重ルツボ法にて光通信用ガラス繊維を製造する
場合、その多成分系ガラスを上述した粘度範囲となるよ
うに線引き作業温度を高くすると、その多成分系ガラス
固有のガラス液相温度(ガラスの結晶化温度)は低く、
その線引き作業温度に近似してくる。
このため線引き作業に際し、ガラスの一部に結晶を生じ
易くなり、この結晶化によって得られたガラス繊維の光
伝送損失の増加、引張り強度の低下を招く欠点があった
このようなことから、本発明者は上記欠点を解消するた
め鋭意研究を重ねた結果、芯材料としてSiO2、Al
2O3、アルカリ金属酸化物、CaO1B203および
ZrO2の成分からなり、かつそれらの成分値を限定し
た多成分系ガラスを使用し、一方被覆材料としてSiO
,、Al2O3、アルカリ金属酸化物およびCaOの成
分からなり、かつそれらの成分値を限定した多成分系ガ
ラスを使用することにより、■耐水性、耐酸性、耐アル
カリ性等の耐化学的性質が良好で、■ガラス液相温度が
線引き作業温度より十分に高く、その作業時に失透を起
こさず、■芯用多成分系ガラスと被覆用多成分系ガラス
との膨張係数の差(Aα)が小さく(Aα<3XIO”
’−6)、から線引き作業温度(600〜1000℃)
において同各成分系ガラスの粘性特性が類似して、ファ
イバとして線引きしたとき優れた寸法安定性を有し、し
がも■芯の屈折率が1.5300〜1.5800、被覆
の屈折率が1.4800〜1.5250の範囲におさめ
られる等種々優れた特性を有する光通信用ガラス繊維を
見い出した。
また、上述した各多成分系ガラス組成物に夫々所定量の
MgOを添加することにより、上記様々の優れた特性の
他、さらに耐風化性の優れた光通信用ガラス繊維が得ら
れることを見い出した。
以下、本発明の詳細な説明する。
本発明の光通信用ガラス繊維は、 (A) 重量比にて、5iO245〜65%、A12
031〜5%、Na2Oを主体とするアルカリ金属酸化
物17〜23%、CaO5〜12%、B2034〜15
%およびZrO21〜12%からなる芯用多成分系ガラ
スと、 (B) 重量比にて、5in270〜76%、A12
031〜5%、Na2Oを主体とするアルカリ金属酸化
物17〜23%およびCa0 1〜5%からなる被覆用
多成分系ガラスと、 から形成されるものである。
次に、上記芯用多成分系ガラスの各成分値を限定した理
由について述べる。
(IA) 5iO2 SiO2は芯の透明性を与えるのに不可欠のものである
SiO2の含有量が45重量%未満では、耐酸性が低下
し、一方その含有量が65重量%を越えると、屈折率が
低くなり過ぎるからであり、好ましい範囲は51〜59
重量%である。
(2人) A1203 A1203は芯の耐水性の改善化効果がある。
Al2O3の含有量が1重量%未満では、耐水性の改善
化が期待できず、一方その含有量が5重量%を越えると
、失透し易(なるからであり、好ましい範囲は1〜4重
量%である。
(3A) Na2Oを主体とするアルカリ金属酸化物こ
のアルカリ金属酸化物はNa2Oを55重量%以上含み
、残部がLi2Oおよびに20で、作業性の改善化効果
を有するものである。
アルカリ金属酸化物の含有量が17重量%未満では、高
温粘性が高く、線引き作業が困難となり、方その含有量
が23重量%を越えると、耐水性が低下するからであり
、好ましくは17〜22重量%の範囲である。
(4A) CaO CaOは耐水性の向上化、屈折率の増加の効果を有する
ものである。
CaOの含有量が5重量%未満では、所期の効果を充分
達成できず、一方その含有量が12重量%を越えると、
失透し易くなるからであり、好ましくは5,5〜8重量
%の範囲である。
(5A) B203 B203は他の成分であるZrO2の含有による高温粘
性の増加を抑制する効果とともに失透防止効果を有する
B2O3の含有量が4重量%未満では、所期の目的を充
分発揮できず、一方その含有量が15重量%を越えると
、高温粘性が低下し過ぎて線引き作業時に支障をきたす
からであり、好ましくは5〜12重量%の範囲である。
(6A) ZrO2 ZrO2は耐水性、耐酸性、耐アルカリ性の改善化効果
を有する。
ZrO2の含有量が1重量%未満では所期の目的を充分
達成できず、一方その含有量が12重量%を越えると、
脈理が増えて均質な芯が得られないからであり、好まし
くは2〜8重量%の範囲である。
また、上記被覆用多成分系ガラスの各成分値を限定した
理由について述べる。
(IB) 5i02 SiO2は被覆の透明性を与えるのに不可欠のものであ
る。
5i02の含有量が70重量%未満では耐酸性が低下し
、一方その含有量が76重量%を越えると、屈折率が低
くなり過ぎるからであり、好ましくは72〜76重量%
の範囲である。
(2B) A1203 A1203は被覆の耐水性の改善化効果がある。
Al2O3の含有量が1重量%未満では、耐水性の改善
化が期待できず、一方その含有量が5重量%を越えると
、失透し易くなるからであり、好ましくは1〜4重量%
の範囲である。
(3B) Na2Oを主体とするアルカリ金属酸化物
このアルカリ金属酸化物はNa2Oを55重量%以上含
み、残部がLi2Oおよびに20で、作業性の改善化効
果を有する。
アルカリ金属酸化物の含有量が17重量%未満では、高
温粘性が高く、線引き作業が困難となり、一方その含有
量が23重量%を越えると、耐水性が低下するからであ
り、好ましくは17〜22重量%の範囲である。
(4B) CaO CaOは耐水性の向上化、屈折率の増加の効果を有する
ものである。
CaOの含有量が1重量%未満では、所期の効果を充分
達成できず、一方その含有量が5重量%を越えると、失
透し易くなるからであり、好ましくは2〜4.5重量%
の範囲である。
また、本願第2の発明の光通信用ガラス繊維は、(4)
重量比にて、5iO245〜65%、A12031〜5
%、Na2Oを主体とするアルカリ金属酸化物17〜2
3%、CaO5〜12%、B2034〜15%およびZ
rO21ト12%からなる多成分系ガラス組成物100
重量部にMgOを5重量部以下添加してなる芯用多成分
系ガラスと、(B) 重量比にて、5iO270〜7
6%、A12031〜5%、Na2Oを主体とするアル
カリ金属酸化物17〜23%およびCa0 1〜5%か
らなる多成分系ガラス組成物100重量部にMgOを4
重量部以下添加してなる被覆用多成分系ガラスと、 から形成されるものである。
上記の如く各多成分系ガラス組成物にMgOを添加した
芯用多成分系ガラスおよび被覆用多成分系ガラスを用い
ることにより、得られた光通信用ガラス繊維の耐風化性
を著しく向上できる。
上記芯用の多成分系ガラス組成物に対するMgOの添加
量を限定した理由は、MgOの添加量が5重量部を越え
ると、芯が失透し易くなるからであり、好ましい添加量
は該ガラス組成物100重量部に対し、1〜4.5重量
部の範囲である。
また、上記被覆用の多成分系ガラス組成物に対するMg
Oの添加量を限定した理由は、MgOの添加量が4重量
部を越えると、被覆が失透し易くなるからであり、好ま
しい添加量は該ガラス組成物100重量部に対し、0.
5〜3重量部の範囲である。
なお、本願第2の発明において、芯用多成分系ガラスお
よび被覆用多成分系ガラスのいずれか一方のみMgOを
添加したものを用いて光通信用ガラス繊維を形成上でも
よい。
次に、本発明の詳細な説明する。
実施例 1〜4 下記第1表および第2表に示す如く組成割合が夫々異な
る4種の芯用多成分系ガラスおよび被覆用多成分系ガラ
スを二重ルツボ法により、790℃の温度下で線引きし
て4種の光通信用ガラス繊維(芯径80μ、外径150
μ)を得た。
しかして、得られた各光通信用ガラス繊維の芯および被
覆における屈折率(n)、熱膨張係数(α)、軟化温度
(T8)、耐水性、耐酸性、耐アルカリ性、103.1
04.105.106ポイズになる温度、失透傾向、並
びにそれらガラス繊維の伝送損失(dB/km)を調べ
た。
その結果を同第1表および第2表に併記した。
なお、耐水性、耐酸性、耐アルカリ性は次のよ☆hうな
試験により求めた。
(1)耐水性:目開き0.5 mmのJIS標準篩にパ
スし、目開き0.3mmのJIS標準篩にパスしない粉
末試料5.0?を、100′rILlの蒸留水に浸し浮
腫湯浴中で1時間加熱した後、その溶液を0.01N−
MCI 水溶液で滴定し、その滴定に要した量(mので
耐水性の優、劣を求める。
(2)耐酸性;20.24%濃度のHCI 水溶液に2
0〜30メツシユの粉末試料を加え、1時間加熱した時
の減量割合(%)を求める。
(3)耐アルカリ性;2N−NaOH水溶液に、20〜
30メツシユの粉末試料を加え、1時間加熱した時の減
量割合(%)を求める。
実施例 5〜8 下記第3表および第4表に示す如く多成分系ガラス組成
物にMgOを添加した4種の芯用多成分系ガラスおよび
被覆用多成分系ガラスを二重ルツボ法により、790℃
の温度下で線引きして4種の光通信用ガラス繊維(芯径
80μ、外径150μ)を得た。
しかして、得られた各光通信用ガラス繊維の芯および被
覆における屈折率(n)、熱膨張系数(α)、軟化温度
(T8)、耐水性、耐酸性、耐アルカリ性、耐風化性、
103.10’、105.106ポイズになる温度、失
透傾向、並びにそれらガラス繊維の伝送損失(dB/A
rm)を調べた。
その結果を同第3表および第4表に併記した。
実施例 9 下記第5表に示す如く多成分系ガラス組成物にg0 g0 を添加した芯用多成分系ガラスおよび が無添加の被覆用多成分系ガラスを二重ルツボ法により
、790℃の温度下で線引きして光通信用ガラス繊維(
芯径80μ、外径150μ)を得た。
しかして、得られた光通信ガラス繊維の芯およ※茨び被
覆における物性並びにそのガラス繊維の伝送損失(dB
/に11)を調べた。
その結果を同第5表に併記した。
以上詳述した如く、本発明によれば耐水性、耐酸性、耐
アルカリ性等の耐化学的性質が良好で、かつ寸法安定性
に優れ、しかも線引き作業時に失透を起こさず、その細
芯と被覆との屈折率の差が最適である等性能、耐用寿命
が著しく改善された光通信用ガラス繊維を提供できるも
のである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1(A)重量比にて、5i0245〜65%、A120
    31〜5%、Na2Oを主体とするアルカリ金属酸化物
    17〜23%、CaO3〜12%、B2034〜15%
    およびZr021−12%からなる芯用多成分系ガラス
    と、 (B) 重量比にて、5iO270〜76%、Al2
    031〜5%、Na2Oを主体とするアルカリ金属酸化
    物17〜23%およびCa0 1〜5%からなる被覆用
    多成分系ガラスと、 から形成される光通信用ガラス繊維。 2(A)重量比にて、5io245〜65%、A120
    31〜5%、Na2Oを主体とする7 /1/カリ金属
    酸化物17〜23%、CaO5〜12%、82034〜
    15%およびZrO21〜12%からなる多成分系ガラ
    ス組成物100重量部に、MgOを5重量部以下添加し
    てなる芯用多成分系ガラスと、 (B) 重量比にて、5iO270〜76%、A12
    o31〜5%、Na2Oを主体とするアルカリ金属酸化
    物17〜23%およびCa0 1〜5%からなる多成分
    系ガラス組成物100重量部に、MgOを4重量部以下
    添加してなる被覆用多成分系ガラスと、 から形成される光通信用ガラス繊維。
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