JP4168323B2 - 石英ガラス成型 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
ガラスの精度高い成型製品は少ない。加工の面で難度レベルの高い石英ガラスについては皆無と言ってよい程である。本発明は石英ガラスの成型品、更にその上の高精度石英ガラス成型品を提供する。素材材料の如何に拘らず、高精度の成型品は、あらゆる分野で魅力ある商品を提供する。具体的に、光関連の光路関連部品は、即この応用の対象分野となる。
【０００２】
【従来の技術】
ゾル・ゲル法低触点石英ガラス類の成型では、ゾル→ゲルの過程、ガラス化の過程での歪、クラックの発生が阻害要因となって来た。高精度の成型と言う点では、これまで型材と被成型材とは異種の材料を使うのが常であるため、その加工温度に伴う膨張係数の差により、精度をあげ難く、成型後後加工を常とした。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ゾル・ゲル法低触点石英ガラス類成型においてゾル状態からドライゲル状態への移行及びガラス化の時点で、バルクにクラック等の歪を生じ、成型を難しくしている。その解消がその一。次に折角石英ガラスの成型にアプローチするのだから、高精度の成型のため、型素材の選定がその二。石英型を選定した以上その型の製法がその三。
【０００４】
【発明が解決しようとする手段】
先ず初にゾル・ゲル法低融点石英ガラス類溶液を石英ガラスにするためには、ゲル→石英ガラスにおいて１０００℃前後の加熱を必要とする。従って成型品として取出すためには１０００℃以上に耐えうる石英ガラス類型である必要があることが前提条件。
【０００５】
次に被成型素材としてのゾル・ゲル法低融点石英ガラス類溶液から、型に入れ成型品にこぎつけることが基本。ところで、ゾル・ゲル法低融点石英ガラス類に限らず、一般にガラス加工では、加熱及び冷却時点の被成型体の内外の温度差が歪形成の要因の一つとなる。「図１」は、石英ガラス型の成型での加熱方式と温度勾配の関係を示す。「図１」の４は一般の加熱を行った場合の温度勾配で、被成型体は外側より反応が進行する。従って歪は内部にこもる。「図１」の５は石英ガラス型でμ波加熱の場合の被成型体の温度勾配で、被成型体は内側より加熱反応が進行し、外側に移行する。従って歪の発生を防げる方向である。内部より加熱が特長のμ波を採用する。
【０００６】
更に、ゾル・ゲル法低触点石英ガラス類溶液は、ゾル→ゲルの過程では容積の変化が大きいので、注入湯口の先に「湯口溜り」を設け、成型溶液の補充を行う。この過程ではμ波は補充液拡散にも寄与する。この処置は歪抑制に大きな効果がある。
【０００７】
次に石英ガラス成型のための型を作るには基本的に外枠と母型の間に、ゾ
ル・ゲル法低融点石英ガラス類溶液を注入加熱してつくるが、その素材は耐熱石英ガラス類がのぞましい。ガラス化加熱が１０００℃前後であるから、樹脂で母型を作れば、ガラス化加熱前に樹脂母型を取り外す必要がある。成型品はこの処置によって品質レベル低下が予想される。
【０００８】
尚、成型型、被成型品に使用されるゾル・ゲル法低融点石英ガラス類溶液は、成型型・被成型品相互の特性が略合致していることがのぞましいが、目的によっては、意識的に相互組成を変えることもありうる。
【０００９】
【実施例】
（実施例１）
これまで、石英ガラスの成型達成のための手法についてのべて来たが、この方法にもとづいて、光通信関係で脚光を浴びている、「図２」の市販フェルール（ＭＦ−ＳＣＳ相当）をつくる。市販フェルールの穿孔の径０．１２５、それからパイプの外径２．４９９しかも精度がハイレベル。石英ガラス型で、石英ガラス成型品をつくるのであるから、型と被成型体の材質が同等の寸法精度が期待できる。「図３」は石英ガラスフェルール（ＭＦ−ＳＣＳ）の成型参考図である。６は石英ガラス成型用外型、この外型の径を２．４９９にする。７は石英ガラス成型用内型の中央ピン支持の台である。８はそのピン支持体に支えられる内型のピンである。ピンそのものは０．１２５、材質は石英ガラス、市販の光ファイバーを充当できる。１１はフェルール成型品。９はゾル・ゲル法低融点石英ガラス類溶液の湯口、１０は「湯口溜り」である。離型剤を型に塗布の上、湯口よりゾル・ゲル法低融点石英ガラス類溶液を注入、１００℃前後でμ波加熱を行い、被成型体内部より加熱し、ゾル→ゲル転化を行う。この過程では溶液の不足は「湯口溜り」の補充液が補給する。次にゾル→ガラス化であるが、μ波加熱と通常加熱を併用する。この段階でも「湯口溜り」が歪補正の役を果す。以上、市販フェルールの主として高精度が求められている穿孔径０．１２５、パイプの外径２．４９９のみに注目して、成型を概括したが、物理的、化学的に最も安定な石英ガラスの型で、石英ガラスを成型するので、限りなく希望寸法に近い成型がなしとげられる。他の部位については楽に型にマッチした寸法がえられる。内型のピンの抜き方向を矢印で示す。
【００１０】
（実施例２）
次に（実施例１）の図３に使用した石英ガラス成型の型の製作の概略についてのべる。「図４」は「図３」で使った石英ガラス成型の型作成のための外枠である。ガラス化加熱が１０００℃前後であるから、材質は耐熱ガラスを選ぶ。外枠のその２には芯線を通すための貫通孔を用意する。「図４」は、型作成の母型と貫通芯線の組立てで、母型でフェルールの外壁を、芯線でフェルールの貫通孔に対応させる。芯線の長さは左右外枠の貫通孔にホールドされるのに十分な長さを持たせる。芯線は光ファイバーそのものを充当できるし、母型の方もガラスフェルールを充当すれば、微小な調整のみで目的にあった串形ができる。「図４」の外枠と「図５」の串形を組合わせたものが「図６」となる。１３，１４の外枠と２１，１８に仕切られた領域に１５の湯口より、ゾル・ゲル法低融点石英ガラス類溶液を注入、加熱をする。ゾル→ゲルはμ波加熱、ゲル→ガラスは通常加熱とμ波加熱の併用。構成素材がガラスで一元化されているので精度の高い成型型が容易に作り上げることができる。尚、出来上がった１６，１７の成型用の型の湯口１９は後加工で作り上げる。
【００１１】
【発明の効果】
このように高精度の石英ガラス成型品が石英ガラス成型用型を含めて容易にできることは、ビッグニュースで、その波及効果は限りない。とりあえず手近なところで、ＩＴ関係の光ファイバー接続関連部品では、この工法により高精度の成型品が単純な工程で提供できるので、合理化が著しい。今後の展開については、成型品の素材の如何に拘らず、「高精度の成型」という大きな枠の中での底辺の拡りを期待している。
【図面の簡単な説明】
【図１】石英ガラス型成型による成型で加熱方式と温度勾配の関係
【図２】フェルールの一例（ＭＦ−ＳＣＳ）
【図３】石英ガラスフェルールの成型参考図
【図４】「図３」で使った石英ガラス成型型作成のための外枠
【図５】石英ガラス成型型作成のための母型と貫通芯線の組立て
【図６】「図４」と「図５」との組立てによる石英ガラスの成型型作成説明図
【符号の説明】
１ 石英ガラス型
２ 被成型体
３ 温度勾配のための断面
４ 一般加熱の場合の温度勾配
５ μ波加熱の場合の温度勾配
６ 石英ガラス成型用外型
７ 石英ガラス成型用内型の台
８ 内型のピン
９ 湯口
１０ 「湯口溜り」
１１ 石英ガラスフェルール作型品
１３ 外枠その１
１４ 外枠その２（外枠の芯線ホールド部）
１５ 湯口
１６ この型で成型される成型用ガラス型その１
１７ この型で成型される成型用ガラス型その２
１８ 貫通芯線
１９ 成型用ガラス型の湯口
２１ 石英ガラス成型型のための母型

Claims (5)

1. 石英ガラス成形用の成形用ガラス型に，離型材を塗布し、適度に濃縮されたゾル・ゲル法低融点石英ガラス類溶液を充填し、μ波で１００℃前後の温度に加熱して、ゲル化を図る工程、
   ゾル・ゲル法低融点ガラス類溶液の供給湯口に設けられた湯口溜まりに、ゲル化における被成形体容量不足分を充足注入させる工程、および通常加熱とμ波加熱を併用して１０００℃前後のガラス化加熱を行う工程、を有することを特徴とする石英ガラス成形体の製造方法。
2. 前記充足注入させる工程において、点滴注入を行うことを特徴とする、請求項１記載の石英ガラス成形体の製造方法。
3. 前記石英ガラス成形用の成形用ガラス型は、成形のための母型が導電性のない樹脂又はガラスで作られたものであり、樹脂母型を用いる場合は、ガラス化加熱前に樹脂母型を外した後にガラス化加熱を行うことを特徴とする請求項１記載の石英ガラス成形体の製造方法。
4. ＩＴ関係光ファイバー接続系統の石英ガラス製部品の製造方法であって、成形用の母型として市販金属製の既製品を用い、前記母型にゾル・ゲル法低融点石英ガラス類溶液を充填し、μ波を使用せず通常のゲル化加熱を行い、次にガラス化加熱を行う方法において、ゲル化加熱及びガラス化加熱の間、ゾル・ゲル法低融点石英ガラス類溶液を複数回充填することを特徴とする、石英ガラス製部品の製造方法。
5. 前記ゾル・ゲル法低融点ガラス類溶液として、シリコンアルキシドのみか、シリコンアルキシドと他の金属アルキシドの複合溶液を使用することを特徴とする請求項１〜３記載の石英ガラス成形体の製造方法。

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