JPS5915100B2 - 光通信用ガラス繊維 - Google Patents

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１５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
光情報を芯と被覆との境界面で全反射させながら他端ま
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芯材料、クｏ 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）ＳｉＯ２
、Ｎａ２ＯおよびＢ２Ｏ３からなる多成分系ガラス、（
３）ＳｉＯ２、Ｎａ２ＯおよびＰｂＯからなる多成分系
ガク５ ラス、（４）ＳｉＯ２、Ｎａ２ＯおよびＴｉＯ
２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３０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（２）の多成
分系ガラスよりなる芯３５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。さらに前記（３）の多成分系ガラスよりなる
芯ガラス、ハ。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＋の含有によつて光吸収を起こ
すため、光吸収損失の低いガラス繊維が得られない。一
方、ステツ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。

この方法は同心円状に配置した内管端部および外管端部
のオリフイ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、この方法は得引き作業温度、
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
リフイス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
各種多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、この結晶化によつ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つた。
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，Ａｅ
２Ｏ３、アルカリ金属酸化物、ＣａＯ，ＳｒＯとＢａＯ
の合量物の成分からなり、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
２，Ａｅ２Ｏ３、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、１耐水性、耐酸性、耐アル
カリ性等の耐化学的性質が良好で、２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、３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（Δα）が小さく、かつ線引き作業温
度（６００〜１０００℃）において両多成分系ガラスの
粘性特性が類似しているのでルツボ法で線引きしたフア
イバ一が優れた寸法安定性を有し、しかも４芯の屈折率
が１．５３００〜１．５７００１被覆の屈折率が１．４
８００〜１．５２５０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、上記種々の優れた特性の
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、本発明を詳細に説明する
。本発明の光通信用ガラス繊維は、 （４）重量比にて、ＳｌＯ２５５〜６５（Ｆｆ）、Ａｅ
２Ｏ３ｌ〜５％、アルカリ金属酸化物１４〜２１％，Ｃ
ａＯｌ〜７％およびＳｒＯとＢａＯの両者を含む合量物
１１〜２０％からなる芯用多成分系ガラスと、（Ｂ）重
量比にて、ＳｌＯ２７Ｏ〜７６係，Ａｌ２Ｏ３ｌ〜５０
！），Ｎａ２Ｏを主体とするアルカリ金属酸化物１７〜
２３％およびＣａＯｌ〜５（？ｌ）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。

１Ａ） ＳｌＯ２ 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５５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５６〜６
３重量％である。

２Ａ） Ａｅ２Ｏ３ Ａ′２０３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
、失透し易くなるからであり、好ましい範囲は１〜４重
量％である。３Ａ） アルカリ金属酸化物 このアルカリ金属酸化物はＬｉ２Ｏが８〜３０重量％含
み、残部がＮａ２ＯおよびＫ２Ｏからなるもので、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１４重量％未満では、高
温粘性力塙く、線引き作業が困難となり、一方その含有
量が２１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１５〜２０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７重量％を越えると、失
透し易くなるからであり、好ましくは２〜５重量％の範
囲である。５Ａ） ＳｒＯとＢａＯの両者を含む合量物
この合量物はＳｒＯ５〜８５重量％、ＢａＯ９５〜１５
重量％からなるもので、屈折率を高め、かつ失透を防止
する効果を有する合量物の含有量が１１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２０
重量部を越えると、芯に脈理が発生し易くなるからであ
り、好ましい範囲は１２〜１８重量％である。

なお、合量物中における一方のＳｒＯの配合割合が５重
量％未満では失透し易くなり、その割合が８５重量％を
越えると脈理が発生し易くなる。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。
１Ｂ） ＳｌＯ２ ＳｌＯ２は被覆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） Ａ′２０３ Ａｅ２０３は被覆の耐水性の改善化効果がある。

Ａ′２０３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Ｌｌ２ＯおよびＫ２Ｏ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、（Ａ）重量比にて、ＳｌＯ２５５〜６５％，Ｍ
２Ｏ３ｌ〜５％、アルカリ金属酸化物１４〜２１０１）
，ＣａＯｌ〜７０ｔ）およびＳｒＯとＢａＯの両者を含
む合量物、１１〜２００ｆ）からなる多成分系ガラス組
成物１００重量部に対し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、ＳｌＯ
２７Ｏ〜７６％，Ａ′２０３１〜５％，Ｎａ２Ｏを主体
とするアルカリ金属酸化物、１７〜２３（：Ｆｆ）およ
びＣａＯｌ〜５％からなる多成分系ガラス組成物１００
重量部に対し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、ｌ〜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重量部である。この場合、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しても
よい。なお、本発明において必要に応じ上述した芯用の
多成分系ガラス組成物および被覆用の多成分系ガラス組
成物にＢ２Ｏ３および／またはＺｒＯ２を単独或いはＭ
ｇＯと併用して添加してもよい〇゛ このように各多成
分系ガラス組成物にＢ２Ｏ３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失透傾向を著しく改善で
きる。

このＢ２Ｏ３の添加量は各多成分系ガラス組成物１００
重量部に対して１０重量部以下、好ましくは２〜８重量
部添加する。この理由はＢ２Ｏ３の添加量が１０重量部
を越えると、高温粘性が下り過ぎ線引き作業に支障をき
たすからである。また、各多成分系ガラス組成物にＺｒ
Ｏ２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
繊維の失透傾向の改良、屈折率の増加および耐化学的性
質の向上化を計ることができる。

このＺｒＯ２の添加量は芯用の多成分系ガラス組成物に
対してはその組成物１００重量部に１０重量部以下、好
ましくは２〜８重量部添加する。この理由はＺｒＯ２の
添加量が１０重量部を越えると、ガラス繊維の芯に脈理
が発生し、散乱損失が高くなるからである。一方、被覆
用の多成分系ガラス組成物に対するＺｒＯ２の添加量は
その組成物１００重量部に対し４重量部以下、好ましく
は１〜３重量部の範囲である。この理由はＺｒＯ２の添
加量が４重量部を越えると、屈折率が、あがり所期の効
果を、達成することができないからである。次に、本発
明の実施例を説明する。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）、熱膨張系数（（４、軟化温度
（Ｔｓ）、耐水性、耐酸性、耐アルカリ性、１・０３，
１０４，１０５，１０６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／―）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うな試験により求
めた。

１）耐水性；目開き０．５？のＪＩＳ標準篩にパスし、
目開き０．３Ｗ１０ＪＩＳ標準篩にパスしない粉末試料
５．０ｙを、１００ｍ１の蒸留水に浸し、沸騰湯浴中で
１時間加熱した後、その溶液を０．０１Ｎ−ＨＣｅ水溶
液で滴定し、その滴定に要した量（ＭＩ７）で耐水性の
優、劣を求める。

２）耐酸性；２０．２４０１）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（至）を求める〇３）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（７）を求める。

実施例 ５〜７ 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ポ法により、７９０℃
の温度下で線引きして３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（（ニ）、軟化温
度（Ｔｓ）、耐水性、耐酸性、耐アルカリ性、耐風化性
、１０３，１０４，１０５，１０６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／
１ｃｍ）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ＭｇＯを
添加した芯用多成分系ガラスおよびＭｇＯ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／―
）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、その他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、ＳｉＯ＿２５５〜６５％、Ａｌ
   ＿２Ｏ＿３１〜５％、アルカリ金属酸化物１４〜２１％
   、ＣａＯ１〜７％およびＳｒＯとＢａＯの両者を含む含
   量物１１〜２０％からなる芯用多成分系ガラスと、（Ｂ
   ）重量比にて、▲数式、化学式、表等があります▼Ｏ＿
   ２７０〜７６％、Ａｌ＿２Ｏ＿３１〜５％、Ｎａ＿２Ｏ
   を主体とするアルカリ金属酸化物１７〜２３％およびＣ
   ａＯ１〜５％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、ＳｉＯ＿２５５〜６５％、Ａｌ
   ＿２Ｏ＿３１〜５％、アルカリ金属酸化物１４〜２１％
   、ＣａＯ１〜７％およびＣｒＯとＢａＯの両者を含む合
   量物１１〜２０％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、ＳｉＯ＿２７０〜７
   ６％、Ａｌ＿２Ｏ＿３１〜５％、Ｎａ＿２Ｏを主体とす
   るアルカリ金属酸化物１７〜２３％およびＣａＯ１〜５
   ％からなる多成分系ガラス組成物１００重量部に、Ｍｇ
   Ｏ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。