JPS6270245A - 耐環境性光フアイバ− - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は光フアイバー用ガラスに適したガラス組成に関
するものであり、特に耐環境性にすぐれ、又熔解性にも
すぐれ、且つ間口数（ＮＡ）が大きい低損失のファイバ
ー芯用に適したガラス組成に関する。

［従来の技術］ 一般に光伝送用ファイバーは、芯ガラス（コア）の周囲
に、それよりも低い屈折率を持つ被覆ガラス（クラッド
）を設けた構造になっている。そしてこのような光伝送
用ファイバーでは、その一端からコアに入射した光情報
が、コアとクラッドとの境目で全反射を繰り返しながら
他端まで伝送される。

従来、この種のファイバー用ガラスには、■Ｓ　ｉ　０
２−Ｎａ２０−ＣａＯ系のガラス、■５ｔＯ２−Ｎａ２
０−Ｐｔ）Ｏ系のガラス、■’　　　　　５ｉＯ２−Ｎ
ａ２０　Ｂ２Ｏ３系のガラス等が用　′いられてきた。

しかし、これらのガラスから製造されたコア及びクラッ
ドガラスは何れら耐候性（耐水性、耐酸性等）が劣り、
実用上難点があった。

このため、耐候性を改善する手段として、例えばＳｉＯ
２を増訂したり、ＲＯ酸成分ＺｎＯ。

ＭｇＯ，Ｃａｂ、ＳｒＯ等）を導入した’）　Ｔ　ルコ
とが従来提案されて来た。

［発明が解決しようとする聞題点］ 上記のような従来の耐候性改善手段は、導入する成分の
種類や量の如何によってはガラスの熔解温度を著しく高
め、またガラスの失透傾向を大ぎくする点で好ましくな
い。すなわち、ガラスの熔解温度が高くなると、それだ
け熔解中に不純物が混入してガラスが汚染される機会が
多くなるので、ガラスの光吸収損失が大きくなりやすい
。また、ガラスの失透傾向が大きくなると、光の散乱損
失が大となり、やはり、低損失のファイバーを得ること
が難しくなると同時に、光伝送用ファイバーを二重ルツ
ボ法で製造する場合には、ファイバーの強度劣化をＩＣ
き、紡糸作業の続行が困難となる。

従って、コア及びクラッド用のガラスは、失透傾向をで
きるだけ小さくしておくことが絶対に必要である。

ところで、光ファイバーはその端面での受光角度が大き
いほど、光源との結合効率は大きくなるが、この受光角
度は、開口数（ＮｕｍｅｒｉｃａｌＡｐｅｒｔｕｒｅ）
として次式によって表わされる。

ＮＡ−φ「：正Ｔ］ ここで、ｎｏ及びｎｌはそれぞれコア及びクラッドガラ
スの屈折率である。上式から明らかなとおり、ｎｏとｎ
ｌの差が大ぎいほど、即ち、コアガラスの屈折率と、ク
ラッドガラスの屈折率との差が大きいほどＮＡは大きく
なる。従って、クラッドガラスの屈折率が一定の場合を
考えると、コアガラスの屈折率が高ければ高いほど高Ｎ
Ａが得られることになるので、コアガラスの屈折率はで
きるだけ高いことが望まれる。

而して、本発明の目的は、従来よりも大幅に耐酸性、耐
水性等が向上した、いわゆる高耐環境性ファイバーのた
めのコアガラスを提供することにある。

本発明のもう一つの目的は、ガラスの構成成分及びその
含有間を適当に選んでガラスの熔解温度をできる限り引
き下げることにより、熔解中に炉材や容器から不純物等
が混入する機会を少なくし、これによって、損失がより
小さいコアガラスを提供することにある。

本発明の更に他の目的は、１．５８〜１．６２という比
較的高い屈折率のコアガラスを提供することにある。屈
折率の高いコアガラスを用意することは、結果として開
口数（ＮＡ）が大ぎい光ファイバーの製造を可能ならし
める。

［問題点を解決するための手段］ 本発明によるガラスは、前述した如き特性を有するため
の必須の成分としてＳ　ｉｏｚ　、Ａｊ２２０３、Ｚｒ
Ｏ２、Ｂａｄ、Ｂ２Ｏ３の５成分とＲ２０（アルカリ金
属酸、化物）及びＲＯ（アルカリ土類金属酸化物）を含
有する。即ち、本発明の耐環境性光ファイバーは、重ａ
％で ＳｉＯ２　　　　　　　　　　　　　　　　２５〜４５
％Ａｆ２０３　　　　　　　　　　　　　　１〜８％Ｚ
ｒＯ２１〜７％ （但し　Ａｆ２０３　＋Ｚｒ０２＝３〜１５％）Ｂ　ａ
　０　　　　　　　　　　　　　　　　　３０〜５０％
８２　０３　　　　　　　　　　　　　　　　５〜１７
％Ｋ２Ｏ　　　　　　　　　　　　　　　　　０〜１０
％Ｎａ２０　　　　　　　　　　　　　　　０〜１０％
Ｌｉ２００〜５％ （但しＫ２Ｏ＋Ｎ　ａ２＋　Ｌ　ｉ　２０＝３〜１１％
）ＣａＯ０〜４％ ｚｎｏ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｏ〜４
％ｔｖｌｏ　　　　　　　　　　　　　　　　　　０〜
４％く但しＣａＯ＋ＺｎＯ−＋−ＭｑＯ＝１〜６％）か
らなる組成のガラスをコアに用いたことを特徴とする。

上記のガラス組成から明らかなように、本発明のガラス
は、光学ガラスの中でＳＫガラスとしてよく知られてい
るＳ　ｆ　０２−Ａｊ２２０３−ＢａＯ−Ｂ２Ｏ３系の
ガラスを基礎組成とし、これに化学的耐久性を上げる目
的でＺｒ０ｚを加え、更に熔解性を良くし、失透傾向を
できるだけ少なくするために、Ｒ２０（Ｋ２０．Ｎａ２
Ｏ。

Ｌｉ２０）とＲＯ（ＣａＯ１ＺｒｌＯ，ＭＣｌ０＞を配
し、これによって、目的とする特性を引き出したもので
ある。

以下、各成分のＲ的限定理由を説明する。

＜１）　Ｓ　ｉ　０２ ＳｉＯ２は、ガラス形成のための必須成分であるが、そ
の含有口が２５％未満では十分な耐水性が得られない。

特にＡｌ１２０３　ｍの少ない場合を除くと、５ｉＯｚ
ｆｆｌの増加と共に耐水性が良くなる傾向にある（後記
し実施例］の表参照）。しかし、５ｉＯｚの含有研が４
５％を越えると、熔解温度は高くなり、同時に屈折率の
低下をもたらすため、光透過損失が低く、且つ、高ＮＡ
の光ファイバーを得る目的に対しては不適となる。

（２）　Ａｆｆ？０３ 八β２０３は、ガラスの耐酸性、耐水性の向上と失透傾
向の抑制に特に有効な成分であり、ガラスの安定性に欠
かすことのできない成分であるが、△（２２０３ｆｉｔ
が１％未満では耐水性に対する寄与が殆んど見られず、
ガラスは失透しやすい。そのＳ有量が１％を越えると、
耐酸性、耐水性は顕著に向上する。しかし、８％を越え
ると、ガラスは難溶性となり、極めて高い熔解温度が必
要となる。また、ガラスが不安定になり、失透傾向も顕
著となる。熔解温度の上昇は、既述の如く光透過損失を
招くごとになり、本発明の目的に対して不適である。尚
、後記の実施例１で耐水性が他の実施例に比してかなり
劣るのは、Ｓ！Ｏｚ凝が少ないことと同時に、Ａｊ２ｚ
　０３　堡が１％と最も少ないことにも起因しており、
一方、実施例９では、ＳｉＯ２借が４０％と他の実施例
よりも多いにも拘らず、耐水性が劣っているのは、Ａｌ
２２０３が２％とやはり少ないためである。

（３）ＺｒＯｚ Ｚｒ’０２は、ガラスの耐酸性、耐水性を向上させるう
えで、非常に効果があり、ＡｆｆｚＯ３と共に必須の成
分である。ＺｒＯ２はまたガラスの屈折率を高くする効
果も顕著であり、更に、失透抑制の働きもするが、その
含有値が１％未満では、これらの効果は期待できない。

後記の実施例５及び実施例８は、ＺｒＯ２の増量によっ
て耐水性と耐酸性が改善されることを示している。また
実施例８では、比較的５ｉＯｚが多　゛く、屈折率を高
めるのに効果の大きいＢａ１ｌが少ないにも拘らず、屈
折率が１　、６０９と高いのは、ＺｒＯ２の効果に依っ
ている。しかし、ＺｒＯ２囚が７％を越えると、ガラス
は難溶性の傾向を示し、極めて高い熔解温度を必要とし
好ましくない。以上のことから耐酸性、耐水性の面と、
熔解性の面を勘案すると、Ａｌ１２０３＋ＺｒＯ２の合
計は３〜１５％が好ましい。

（４）ＢａＯ ＢａＯは屈折率を高く維持するための主要成分であり、
その含有口が３０％未満の場合は希望する高い屈折率が
得られず、従ってファイバーの高ＮＡ化が望めない。一
方、その含有はか５０％を越えると、ガラスは失透しや
すくなり、また耐水性も低下してくる。後記の実施例の
なかでＢａ０ｆｆｉの多い実施例１．３は屈折率が１．
６２０と最も高く、一方、Ｂａｉ＠の少ない実施例２は
、屈折率が１．５８５と最も低くなっている。またＢａ
０Ｑの多い実施例１は、５ｉＯｚ、Ａｆ２０３ｆｆｉが
少ないことも重なって、耐水性が実施例中量も劣ってい
る。

Ｂ２Ｏ３はガラスの熔解性、失透性、耐水性に関与する
成分であり、その含有分が５％未満ではガラスの粘性が
大きく、難溶性のため、高い熔解温度を必要とする。ま
た、ガラスの失透傾向も見られる。一方、その含有Ｒが
１７％を越えると、ガラスの熔解温度はがなり低くなる
が、耐水性が悪化し、失透傾向も大きくなる。更に、ガ
ラスの屈折率も低くなる故、ファイバーの高ＮＡ化のた
めには不適当である。後記の実施例２は、Ａｌ２２０３
　ｆａ＜が８％と実施例中で最も多く、反対にＢａ０ｆ
ｉは３２％と最も少ないにも拘らず、耐水性が期待され
るほど良くないのは、Ｂ２Ｏ３　ｍが１３％と他に比較
して多いことに起因している。また屈折率について言え
ば、実施例２はＢ２Ｏ３　Ｎが多いことと、Ｂａ０ｆｆ
ｉの少ないことが相俟って屈折率が低くなっている。

（６）　Ｒ２０（Ｋ２０、Ｎａ２０．Ｌ　１２０）Ｋ２
０．Ｎａｐ、Ｌ　ｉｚＯ等のアルカリ金属酸化物は、ガ
ラスの熔解温度を下げる成分であり、ある範囲内でガラ
スの失透傾向を小さくする効果がある。これらアルカリ
金属酸化物の合計量が３％未満の場合は、ガラスの熔解
温度がかなり高くなり、また失透傾向もみられる。一方
、その合計量が１１％を越えると、ガラスは特に耐水性
、耐酸性が低下して、本発明の目的には不適となる。後
記実施例１の耐水性が他よりかなり劣るのは、耐水性を
向上させるＳｉＯ２、ＡｆｆｚＯ３の各１が最も少ない
上に、アルカリ金ｇＡ酸化物の合計量が１１％にもなっ
ていることが原因である。これに対し、実施例３はＳｉ
Ｏ２、Ａｊ２２０３ｆｆｌが比較的少ないにも拘らず、
耐水性が予想以上に良いのはアルカリｍ（Ｋ２０＋Ｎａ
２Ｏ＋Ｌ　１２０）が３％と最も少ないからに外ならな
い。

（７）ＲＯ（Ｃａｂ１Ｚｎ○、ＭＣＩ○）Ｃａｂ、Ｚｎ
Ｏ１ｔｖｌｏは主としてガラスの耐水性を向上させ、且
つガラスの屈折率を高くする効果がある。またＣａｂ、
ＭＱ○はガラスの耐風化性を改善する効果も知られてい
る。これらの各成分はその合計量が１−％未満では、上
記の効果が見られず、また６％を越えて含有させても茗
しい特性の向上は見られない。むしろ、場合によっては
、ガラスの粘性が高くなり、熔解温度を低く保持するこ
とが困難になる。

［実施例］ 表に示した組成のガラスバッチを１２００〜１３００℃
で、電気炉で熔解してガラスを得た。これらのバッチに
は、通常のガラス熔解の場合と同じく、脱泡剤としてガ
ラス云の０，１〜０，６％に相当する量の亜砒酸（ＡＳ
２０３　）又は三酸化アンチモン（Ｓｂ２０３　）を添
加した。こうして得たガラスを適当な被覆用ガラスと組
み合わせ、公知の方法により、芯径が１００μｍのファ
イバーに紡糸した。

得られたファイバーは、伝送損失が８５０ｎ−の波長で
５０ｄＢ／ｌｖ以下の低損失のファイバーであった。

表の下欄に、コアに用いたガラスの特性値を示す。耐水
性、耐酸性及び失透傾向は下記の方法で評価した。

（Δ）粉末法耐水性 比重に相当する重量の粉末ガラス（粒度４２０〜５９０
μｍ）を白金カゴに入れ、それを純水（ＰＨ−６，５〜
７．５）　８０１１Ｉの入った石英ガラス製丸底フラス
コ内に浸漬し、沸騰水浴中で６０分間処理し、その減量
率（ｗｔ％　）で示す。

（Ｂ）粉末法耐酸性 粉末法耐水性の測定方法と同様にした上で、フラスコ内
に０．０１規定硝酸水溶液を入れて処理し、その減量率
（ｗｔ％　’）で示す。

（Ｃ）失透傾向 清浄なガラス塊を電気炉にて９００℃で５時間及び１０
００℃で５時間加熱保持した後、急冷し表面及び内部で
の結晶析出をチェックした。

（以下余白） なお、表中の比較例は、ＳＫガラスとして良く知られて
いる光学ガラスであるが、比較例１は、Ｋ２０．Ｎａ２
０ＳＬ　ｉｚ　Ｏ，Ｃａｂ、ｚｎｏ。

ＭｇＯ１ＺｒＯ２を全く含有していない。また、比較例
２の場合は、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｃａｂ、Ｍ
ｇＯ，ＺｒＯ２を全く含まないうえに、Ｓ　！　０２１
；Ｌ２４％、Ａ　１２０３　ハ１　％トｆｆｌ端ニ少す
く、Ｂ２Ｏ３は２５％と多鼠に含まれている。このため
比較例１．２は何れも熔解温度が１３５０℃以上と高く
、同時に耐水性が０．２％以上と悪く、耐酸性は更に悪
くなっている。従って、比較例のガラスは芯用ガラスと
して不適当である。

［発明の効采］ 本発明のガラスは実施例に示したように、耐候性（耐酸
性、耐水性）が、とりわけ耐水性が優れていて、且つ熔
解温度が低いため、結果として低ハ失であり、また失透
傾向が小さいため紡糸作業を容易ならしめ、屈折率が比
較的高いためＮＡｏ、５以上の高開口数が得られる等の
特性を備えているので、本発明は低損失で優れた特性の
ファイバーの製造を可能にする。

出　願　人　　ホーヤ株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 重量％で ＳｉＯ＿２　２５〜４５％ Ａｌ＿２Ｏ＿３　１〜８％ ＺｒＯ＿２　１〜７％ （但しＡｌ＿２Ｏ＿３＋ＺｒＯ＿２＝３〜１５％） ＢａＯ　３０〜５０％ Ｂ＿２Ｏ＿３　５〜１７％ Ｋ＿２Ｏ　０〜１０％ Ｎａ＿２Ｏ　０〜１０％ Ｌｉ＿２Ｏ　０〜５％ （但しＫ＿２Ｏ＋Ｎａ＿２＋Ｌｉ＿２Ｏ＝３〜１１％） ＣａＯ　０〜４％ ＺｎＯ　０〜４％ ＭｇＯ　０〜４％ （但しＣａＯ＋ＺｎＯ＋ＭｇＯ＝１〜６％）からなる芯
   用ガラスを用いた耐環境性光ファイバー。