JPS6228101B2 - - Google Patents
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- JPS6228101B2 JPS6228101B2 JP3044681A JP3044681A JPS6228101B2 JP S6228101 B2 JPS6228101 B2 JP S6228101B2 JP 3044681 A JP3044681 A JP 3044681A JP 3044681 A JP3044681 A JP 3044681A JP S6228101 B2 JPS6228101 B2 JP S6228101B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fiber
- glass
- softening point
- core
- compressive stress
- Prior art date
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- Expired
Links
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- 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
- C03B37/027—Fibres composed of different sorts of glass, e.g. glass optical fibres
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacture, Treatment Of Glass Fibers (AREA)
Description
本発明は静的疲労現象のない高信頼性光フアイ
バの製造方法に関する。 光フアイバは近年の製造技術開発により、数Km
以上にわたり実用上十分な強度を有するものが製
造できるようになつた。しかし、このような高強
度光フアイバにおいても、静的疲労あるいは応力
腐食と呼ばれる低応力下での有限の寿命が存在す
る。この静的疲労現象は、例えば光フアイバのケ
ーブル化工程や布設時に、光フアイバに永久応
力、特にフアイバ表面の引張応力、が与えられる
と有限時間後、突然破断することになり、実用
上、非常に大きな問題となつている。 静的疲労の原因としては、ガラス表面に存在す
る微細な傷が、主として水蒸気の存在下、応力に
より成長するためであるということが、一般にい
われている。 この静的疲労によるフアイバの破断を防ぐ方法
としては、あらかじめ光フアイバの表面に圧縮応
力を与えておくことにより実質的な表面の引張張
力を減少させる方法や、フアイバ表面を金属や
Si3N4などのセラミツクスなどでコーテイングす
ることにより水の影響を防ぐ方法等が考えられて
いる。 前者のフアイバ表面に圧縮応力を与える方法と
しては、フアイバ内部と表面材料の熱膨張係数差
を利用したものがある〔“Proceeding of the
28th International Wire ＆ Cable
Symposium”340〜343頁、（1979）〕。しかし、こ
の方法では、有効な圧縮応力を与えるためには熱
膨張係数の非常に大きな材料を用いる必要があ
り、製造は容易ではない。 本発明は光フアイバ表面に容易に圧縮応力を導
入するための改良方法に関するものである。 まず第１図の構造の光フアイバ母材を考える。
１はコア、２はクラツドである。ここでいう、コ
ア、クラツドは必ずしも光フアイバでいうところ
の屈折率差に基くコア、クラツドではなくて、材
質の相違に基くものである。このようなフアイバ
を線引後、フアイバに残る歪σは、機械的歪σＭ
と温度的歪σＴの和として、 σ＝σＭ＋σＴ と表示できる。（ここでσ＞０はクラツドの圧縮
応力、コアの引張応力、σ＜０はクラツドの引張
応力、コアの圧縮応力とする）σＭは線引張力と
コア、クラツドの粘度差に起因するものであり、
σＴはコア、クラツドの熱膨張係数の相違に基く
ものである。 σ＝σＭ＋σＴであるから、σ２を大きな圧縮
応力とする（σ２＞０）には、σM2およびσT2
が共に圧縮応力に寄与することが望ましい。コア
１およびクラツド２の断面積をA1，A2、ヤング
率をE1，E2、温度Ｔにおける粘度をηT1，η
T2、熱膨張係数をα１，α２とすると、σＭが
圧縮応力に寄与するためにはηT1＞ηT2、σT2
が圧縮応力に寄与するためにはα１＞α２なる条
件が満たされる必要がある。というのは、 σT2＝Ｅ（α１−α２）（Ｔ−Ｔ０）Ａ１／Ａ１＋Ａ
２ （ただし、σT2はＴ→T0に冷却したときクラツド
に残る歪をさし、E1＝E2＝Ｅとしている。） であるからである。 現在のところ、熱膨張係数αがSiO2ガラスよ
り小さいドープドSiO2ガラスは、TiO2ドープド
SiO2ガラスしか知られておらず、一般には金属
酸化物をSiO2ガラスにドープするにしたがいα
は大きくなる。また軟化点はドープ量にしたがい
下がる。一方、石英より高軟化点の安定なガラス
は知られておらず、一般には、 ηT1≫ηT2、α１＞α２を共に満足させるこ
とは難かしい。 そこで前記公知の方法では熱膨張係数αの差を
大きくとつて、温度的歪σＴにより圧縮応力を生
じさせているものである。 本発明方法はこれに対し機械的歪みにより、ク
ラツドに圧縮応力を与えることにより高信頼性を
有するフアイバを製造しようというもので、粘度
ηの差を大きくとり、ηT1≫ηT2とすることに
より、クラツドには σM2＝（E2F）／（A1E1＋A2E2） の圧縮応力σM2が生じることが容易に導き出せ
る。E1≒E2と仮定すると、 σM2≒Ｆ／（A1＋A2） となる。 一般に断面積Ａ、ヤング率Ｅの物体を力Ｆで引
張つたときの伸び率Nfは、 Nf＝Ｆ／ＥＡ であり、上記σM2≒Ｆ／（A1＋A2）の歪に相当
する伸び率は、 Nf＝Ｆ／Ｅ（Ａ１＋Ａ２）≒σＭ２／Ｅ（Ｅ＝E1＝E2
） である。この伸び率で線引きすると、線引後のフ
アイバに残る歪はσ＝σＭ＋σＴであるから、σ
M2＝ENfは少くともクラツドの圧縮応力として
働くことになる。 一方、ケーブル化ないしは布設時の永久歪（伸
び率）Ncがヤング率Ｅのフアイバに生じると、
そのときフアイバに働く応力はσｃ＝ENc（＜
０）となる。ここでσ２（＝σM2＋σT2）＋σｃ
＞０であればクラツドの総合応力は圧縮応力であ
り、静的疲労は生じない。ここでσ２をσM2で
代表させるとすれば静的疲労が生じない条件は
Nf＋Nc＞０、すなわち｜Nf｜＞｜Nc｜となる。
いいかえると｜Nc｜以上の伸率で線引きすれば
静的疲労は生じないことになる。 一般にフアイバのケーブル化工程および布設時
に生じるフアイバの永久歪（静荷重）は0.05％以
上といわれており、この歪がフアイバに有限の寿
命を与えるので、この歪み以上の圧縮応力をσ
M2として予め与えておくことにより、フアイバ
に静的疲労を生じないようにすることができる。 したがつて、Nc＝0.05％以上の伸率で線引き
すれば静的疲労は生じないことになる。 本発明に係る、母材内部より軟化温度の低いガ
ラスを最外層に配置した光フアイバ母材の製造
は、次に示すような一般的な方法により行なわれ
る。 (1) 低軟化点ガラスパイプを製造し、その中にコ
アを有する高軟化点ガラスロツドを挿入し、端
部より加熱軟化させることにより融着し一体化
させる。 (2) 外付法 コアを有する高軟化点ガラスロツドの外周部
に低軟化点ガラスを化学気相外付法等により微
粉末（通常、なすと呼ばれる）の形で付着さ
せ、それを焼結によりガラス化し一体化するも
のである。 本発明における低軟化点ガラスの例としては第
１表のような組成のものが挙げられる。
バの製造方法に関する。 光フアイバは近年の製造技術開発により、数Km
以上にわたり実用上十分な強度を有するものが製
造できるようになつた。しかし、このような高強
度光フアイバにおいても、静的疲労あるいは応力
腐食と呼ばれる低応力下での有限の寿命が存在す
る。この静的疲労現象は、例えば光フアイバのケ
ーブル化工程や布設時に、光フアイバに永久応
力、特にフアイバ表面の引張応力、が与えられる
と有限時間後、突然破断することになり、実用
上、非常に大きな問題となつている。 静的疲労の原因としては、ガラス表面に存在す
る微細な傷が、主として水蒸気の存在下、応力に
より成長するためであるということが、一般にい
われている。 この静的疲労によるフアイバの破断を防ぐ方法
としては、あらかじめ光フアイバの表面に圧縮応
力を与えておくことにより実質的な表面の引張張
力を減少させる方法や、フアイバ表面を金属や
Si3N4などのセラミツクスなどでコーテイングす
ることにより水の影響を防ぐ方法等が考えられて
いる。 前者のフアイバ表面に圧縮応力を与える方法と
しては、フアイバ内部と表面材料の熱膨張係数差
を利用したものがある〔“Proceeding of the
28th International Wire ＆ Cable
Symposium”340〜343頁、（1979）〕。しかし、こ
の方法では、有効な圧縮応力を与えるためには熱
膨張係数の非常に大きな材料を用いる必要があ
り、製造は容易ではない。 本発明は光フアイバ表面に容易に圧縮応力を導
入するための改良方法に関するものである。 まず第１図の構造の光フアイバ母材を考える。
１はコア、２はクラツドである。ここでいう、コ
ア、クラツドは必ずしも光フアイバでいうところ
の屈折率差に基くコア、クラツドではなくて、材
質の相違に基くものである。このようなフアイバ
を線引後、フアイバに残る歪σは、機械的歪σＭ
と温度的歪σＴの和として、 σ＝σＭ＋σＴ と表示できる。（ここでσ＞０はクラツドの圧縮
応力、コアの引張応力、σ＜０はクラツドの引張
応力、コアの圧縮応力とする）σＭは線引張力と
コア、クラツドの粘度差に起因するものであり、
σＴはコア、クラツドの熱膨張係数の相違に基く
ものである。 σ＝σＭ＋σＴであるから、σ２を大きな圧縮
応力とする（σ２＞０）には、σM2およびσT2
が共に圧縮応力に寄与することが望ましい。コア
１およびクラツド２の断面積をA1，A2、ヤング
率をE1，E2、温度Ｔにおける粘度をηT1，η
T2、熱膨張係数をα１，α２とすると、σＭが
圧縮応力に寄与するためにはηT1＞ηT2、σT2
が圧縮応力に寄与するためにはα１＞α２なる条
件が満たされる必要がある。というのは、 σT2＝Ｅ（α１−α２）（Ｔ−Ｔ０）Ａ１／Ａ１＋Ａ
２ （ただし、σT2はＴ→T0に冷却したときクラツド
に残る歪をさし、E1＝E2＝Ｅとしている。） であるからである。 現在のところ、熱膨張係数αがSiO2ガラスよ
り小さいドープドSiO2ガラスは、TiO2ドープド
SiO2ガラスしか知られておらず、一般には金属
酸化物をSiO2ガラスにドープするにしたがいα
は大きくなる。また軟化点はドープ量にしたがい
下がる。一方、石英より高軟化点の安定なガラス
は知られておらず、一般には、 ηT1≫ηT2、α１＞α２を共に満足させるこ
とは難かしい。 そこで前記公知の方法では熱膨張係数αの差を
大きくとつて、温度的歪σＴにより圧縮応力を生
じさせているものである。 本発明方法はこれに対し機械的歪みにより、ク
ラツドに圧縮応力を与えることにより高信頼性を
有するフアイバを製造しようというもので、粘度
ηの差を大きくとり、ηT1≫ηT2とすることに
より、クラツドには σM2＝（E2F）／（A1E1＋A2E2） の圧縮応力σM2が生じることが容易に導き出せ
る。E1≒E2と仮定すると、 σM2≒Ｆ／（A1＋A2） となる。 一般に断面積Ａ、ヤング率Ｅの物体を力Ｆで引
張つたときの伸び率Nfは、 Nf＝Ｆ／ＥＡ であり、上記σM2≒Ｆ／（A1＋A2）の歪に相当
する伸び率は、 Nf＝Ｆ／Ｅ（Ａ１＋Ａ２）≒σＭ２／Ｅ（Ｅ＝E1＝E2
） である。この伸び率で線引きすると、線引後のフ
アイバに残る歪はσ＝σＭ＋σＴであるから、σ
M2＝ENfは少くともクラツドの圧縮応力として
働くことになる。 一方、ケーブル化ないしは布設時の永久歪（伸
び率）Ncがヤング率Ｅのフアイバに生じると、
そのときフアイバに働く応力はσｃ＝ENc（＜
０）となる。ここでσ２（＝σM2＋σT2）＋σｃ
＞０であればクラツドの総合応力は圧縮応力であ
り、静的疲労は生じない。ここでσ２をσM2で
代表させるとすれば静的疲労が生じない条件は
Nf＋Nc＞０、すなわち｜Nf｜＞｜Nc｜となる。
いいかえると｜Nc｜以上の伸率で線引きすれば
静的疲労は生じないことになる。 一般にフアイバのケーブル化工程および布設時
に生じるフアイバの永久歪（静荷重）は0.05％以
上といわれており、この歪がフアイバに有限の寿
命を与えるので、この歪み以上の圧縮応力をσ
M2として予め与えておくことにより、フアイバ
に静的疲労を生じないようにすることができる。 したがつて、Nc＝0.05％以上の伸率で線引き
すれば静的疲労は生じないことになる。 本発明に係る、母材内部より軟化温度の低いガ
ラスを最外層に配置した光フアイバ母材の製造
は、次に示すような一般的な方法により行なわれ
る。 (1) 低軟化点ガラスパイプを製造し、その中にコ
アを有する高軟化点ガラスロツドを挿入し、端
部より加熱軟化させることにより融着し一体化
させる。 (2) 外付法 コアを有する高軟化点ガラスロツドの外周部
に低軟化点ガラスを化学気相外付法等により微
粉末（通常、なすと呼ばれる）の形で付着さ
せ、それを焼結によりガラス化し一体化するも
のである。 本発明における低軟化点ガラスの例としては第
１表のような組成のものが挙げられる。
【表】
本発明のフアイバは軟化点の低い最外層ガラス
と軟化点の高いガラス内層からなる第１図に示す
ような２層からなるものの他、第２図（Ts＝軟
化点）のように中心部に低軟化点ガラス３が配置
されているものも含む。 例 １ 第３図の構造を有する光フアイバ母材を調整し
た。６は二乗の屈折率分布を有するコアで、
GeO2−SiO2ガラスよりなり（ピークのGeO2濃度
は18重量％）径10mmである。７は純粋石英ガラス
からなるクラツドで、径20mmである。 ８は15重量％P2O5ドープ―SiO2ガラスからな
る低軟化点ガラス層で径25mmである。それぞれの
物性値を第２表に示す。
と軟化点の高いガラス内層からなる第１図に示す
ような２層からなるものの他、第２図（Ts＝軟
化点）のように中心部に低軟化点ガラス３が配置
されているものも含む。 例 １ 第３図の構造を有する光フアイバ母材を調整し
た。６は二乗の屈折率分布を有するコアで、
GeO2−SiO2ガラスよりなり（ピークのGeO2濃度
は18重量％）径10mmである。７は純粋石英ガラス
からなるクラツドで、径20mmである。 ８は15重量％P2O5ドープ―SiO2ガラスからな
る低軟化点ガラス層で径25mmである。それぞれの
物性値を第２表に示す。
【表】
この光フアイバ母材をヒーター温度1880℃、張
力200ｇにて線引きし、ただちにシリコン樹脂に
てコーテイング９を行ない、第４図のような構造
を有するフアイバとした。シリコン樹脂外径は
400μｍ、フアイバ外径は125μｍ、コア径は50μ
ｍである。石英ガラスのヤング率は7300Kg／mm2で
あり、外径125μｍφのフアイバに200ｇ（0.2
Kg）の引張張力がかかつたときの伸率は であり、これは0.05％より十分に大きいといえ
る。 このフアイバについて、静的疲労加速劣化試験
を行つた結果、低軟化点ガラス層をもたないフア
イバに比べ、約150ｇの表面圧縮応力を有し、静
荷重に対して高い信頼性を有するものであつた。 例 ２ 第５図のような構造をもつたシングルモード
フアイバを、1850℃の温度で引張張力150ｇで
線引した。各層は次のような物性値を第３表に
示す。
力200ｇにて線引きし、ただちにシリコン樹脂に
てコーテイング９を行ない、第４図のような構造
を有するフアイバとした。シリコン樹脂外径は
400μｍ、フアイバ外径は125μｍ、コア径は50μ
ｍである。石英ガラスのヤング率は7300Kg／mm2で
あり、外径125μｍφのフアイバに200ｇ（0.2
Kg）の引張張力がかかつたときの伸率は であり、これは0.05％より十分に大きいといえ
る。 このフアイバについて、静的疲労加速劣化試験
を行つた結果、低軟化点ガラス層をもたないフア
イバに比べ、約150ｇの表面圧縮応力を有し、静
荷重に対して高い信頼性を有するものであつた。 例 ２ 第５図のような構造をもつたシングルモード
フアイバを、1850℃の温度で引張張力150ｇで
線引した。各層は次のような物性値を第３表に
示す。
【表】
またコア、クラツドの組成がと同一で、ジ
ヤケツトをもたないコア径６μｍ、クラツド径
125μｍのシングルモードフアイバを、と同
一条件で線引した。 、のフアイバの静的疲労試験を行なつた結
果、はに比べ約150ｇの表面圧縮応力をもつ
ことが判り、長期信頼性もすぐれているものであ
つた。
ヤケツトをもたないコア径６μｍ、クラツド径
125μｍのシングルモードフアイバを、と同
一条件で線引した。 、のフアイバの静的疲労試験を行なつた結
果、はに比べ約150ｇの表面圧縮応力をもつ
ことが判り、長期信頼性もすぐれているものであ
つた。
第１図は光フアイバ母材の断面図、第２図は光
フアイバの断面図と軟化点分布、第３図は本発明
による光フアイバ母材の実施例の断面図と屈折率
分布、第４図および第５図は本発明による光フア
イバの実施例の断面図と屈折率分布を示す。 １…コア、２…クラツド、３…低軟化点ガラス
コア、４…高軟化点ガラスクラツド、５…低軟化
点ガラスジヤケツト、６…二乗の屈折率分布を有
するコア、７…純粋石英ガラスクラツド、８…
P2O5ドープ石英ガラスジヤケツト、９…シリコ
ン樹脂、１０…GeO2ドープ石英ガラスコア、１
１…純粋石英ガラスクラツド、１２…低軟化点ガ
ラスジヤケツト。
フアイバの断面図と軟化点分布、第３図は本発明
による光フアイバ母材の実施例の断面図と屈折率
分布、第４図および第５図は本発明による光フア
イバの実施例の断面図と屈折率分布を示す。 １…コア、２…クラツド、３…低軟化点ガラス
コア、４…高軟化点ガラスクラツド、５…低軟化
点ガラスジヤケツト、６…二乗の屈折率分布を有
するコア、７…純粋石英ガラスクラツド、８…
P2O5ドープ石英ガラスジヤケツト、９…シリコ
ン樹脂、１０…GeO2ドープ石英ガラスコア、１
１…純粋石英ガラスクラツド、１２…低軟化点ガ
ラスジヤケツト。
Claims (1)
- １ 母材内部より軟化温度の低いガラスを最外層
に配置した光フアイバ母材を、光フアイバの伸び
率に換算して0.05％以上の張力で線引することを
特徴とする、光フアイバの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3044681A JPS57145043A (en) | 1981-03-05 | 1981-03-05 | Production of optical fiber |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3044681A JPS57145043A (en) | 1981-03-05 | 1981-03-05 | Production of optical fiber |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57145043A JPS57145043A (en) | 1982-09-07 |
| JPS6228101B2 true JPS6228101B2 (ja) | 1987-06-18 |
Family
ID=12304140
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3044681A Granted JPS57145043A (en) | 1981-03-05 | 1981-03-05 | Production of optical fiber |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57145043A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0281401U (ja) * | 1988-12-09 | 1990-06-22 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2767439B2 (ja) * | 1988-11-14 | 1998-06-18 | 株式会社フジクラ | 光ファイバの製造方法 |
| KR100594062B1 (ko) | 2004-02-13 | 2006-06-30 | 삼성전자주식회사 | 낮은 잔류 응력 불연속성을 갖는 광섬유 |
| US8488932B2 (en) * | 2010-02-26 | 2013-07-16 | Corning Incorporated | Optical fiber with increased mechanical strength |
-
1981
- 1981-03-05 JP JP3044681A patent/JPS57145043A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0281401U (ja) * | 1988-12-09 | 1990-06-22 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57145043A (en) | 1982-09-07 |
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