JPH0118019B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は石英ガラス管の製造法に係わり、更に
詳しくは、微粉末シリカをアルキルシリケートを
加水分解して得た溶液に加え、その混合物を回転
する容器にとり、回転させながらゲル化させた
後、蒸発乾燥させ乾燥ゲルとし、得られた中空の
乾燥ゲルを焼結することによりガラス化させる石
英ガラス管の製造法に関する。

最近の光フアイバー技術の進展をみると、その
早さには目をみはるものがある。その技術が早晩
に、民生分野等に使用され、一般になじみのもの
となろう。しかし、その場合、フアイバーの価格
が問題となり、低価格でなければならない。

光フアイバーを製造する場合、石英ガラス管を
クラツドチユーブやサポートチユーブとして使用
するが、外径、内径、断面積等に精度が要求され
るため、従来のこれら石英ガラス管は非常に高価
になる欠点がある。

このため安価な製造法が要求されている。一方
安価な石英ガラス管が製造されるようになれば、
その優れた特徴のため、理化学器具や炉心管等に
使用され、多大な影響を与えるものと思われる。

本発明の目的は安価で高品質の石英ガラス管を
提供することにある。

従来の石英ガラス管の製造法は天然石英等の原
料を2000℃以上の高温で溶解する方法が主である
が、この場合、高温に耐える材料がないとか、不
純物の侵入、エネルギーを大量に消費する等の問
題があり、安価に製造できなかつた。

本発明の方法はゾル−ゲル法を応用したもの
で、1200℃近辺の低温で、石英ガラスを製造でき
る特徴がある。ゾル−ゲル法による石英ガラスの
製造法を以下に簡単に述べる。

まず、適当なアルキルシリケート（Si（OR）₄：
Ｒは適当な有機の基を示す）を水中、あるいは含
水アルコール中で加水分解を行う。加水分解時、
塩酸等の触媒を用いても良い。場合によつては微
粉末シリカ（キヤボジル、キヤボツト社製：アエ
ロジル、デグサ社製）を分散させた溶液を用いて
もよいし、微粉末シリカと上記シリカゾルを混合
してもよい。

このようにしてシリカゾルを作つた後、乾燥
し、乾燥ゲルとしてから更に乾燥、焼結させ、ガ
ラス化させる方法である。

この方法の特徴を上げると次の通りである。

１ 水晶を原料として、高温溶融法で作る場合よ
りも低温ででき、省エネルギー的方法である。

２ 粘性の低い溶液を出発物質とするため、気泡
等のない高品質のガラスを得ることができる。

３ 純度の良い石英ガラスを得ることができる。

このようにゾル−ゲル法は優れた方法ではある
が、従来は板状の石英ガラスは得ることはできる
が、管状の石英ガラスを得ることは困難とされて
きた。

本発明は従来のこのような観念を打ちやぶる画
期的な方法である。

本発明の石英ガラス管の製造法は、 微粉末シリカとアルキルシリケートの加水分解
物からなる混合物を回転体中に入れて、回転させ
ながらゲル化させ、前記ゲル化物を乾燥して乾燥
ゲルを得たのち焼結することを特徴とする。

その概要を以下に述べる。

まず、適当な市販のアルキルシリケート、例え
ばエチルシリケートをアルコール（例えば、メタ
ノール、エタノール等）含有（含有しなくともよ
い）水溶液（塩酸、硝酸、アンモニア等を触媒と
して含有してもよい）に加え、撹拌、混合して加
水分解を行う。

加水分解後、更にこの溶液に前述の微粉末シリ
カを分散して使用する。

または、アルキルシリケートに微粉末シリカを
分散した溶液を加水分解して用いてもよい。

このようにして得たゾルを第１図に示すような
装置に仕込み回転させながらゲル化させ、中空の
ゲルを得る。

ここで第１図について説明すると、１は回転体
を回転させるためのモータ、２は軸受け、３は回
転軸、４は栓、５はガラスやプラスチツク製等の
管状体であり、この部分にゾルが充填され、回転
する。６は仕込んだゾル溶液、７は支持台をそれ
ぞれ示す。

このように装置にゾルを仕込み適当な回転数
で、適当な時間回転させ、ゲル化させ、中空のゲ
ルを得るわけであるが、回転数がおそいと、上部
に上つた液が落下するようになり真円にならな
い。

又、余りはやく回転させると、ゲル化後、ゲル
にクラツクがはいる。

尚、ゲル化までに要す時間はPHを調節すること
により、調整でき、任意に決定できる。

以上が基本的概要であるが、この他に回転体の
形状を色々変えたり、装置を垂直に立てたり、回
転数をおさえたりして、色々な形状の石英ガラス
を得ることができる。

又、他の金属アルコキシドの加水分解物を使用
すれば、色々な組成の管状ガラスを得ることがで
きる。

以下実施例において、本発明の態様を更に詳し
く説明する。

実施例 １ 精製した市販のエチルシリケート（Si
（OC₂H₅）₄）88ml、エタノール10ml、0.02N塩酸
溶液36ml、純水36mlを混合し、加水分解を行つ
た。

この溶液に超音波をかけながら、微粉末シリカ
（アエロジル０×−50、デグサ社製）30ｇを徐々
に加えた。添加後、溶液の均一性を高めるため
に、更に２時間、超音波をかけた。超音波をかけ
た後、0.1Nアンモニヤ溶液7.2mlを加え、PHを５
付近に調整した。

この調整液を内径21mm、長さ200mmのガラス管
に充填し、第１図に示す装置に組みこみ、40分
間、回転数400回／分で回転させた。

回転後、ガラス管をとりはずし、ガラス管の両
側に、径が４mmの穴のあいた栓をし、60℃の恒温
槽に、１週間いれ乾燥し、乾燥ゲルとした。乾燥
ゲルの大きさは外径15mm、内径７mm、長さ135mm
であつた。

次にこの乾燥ゲルを炉にいれ、第２図に示す温
度プログラムにより、熱処理を行い石英ガラス管
とした。

石英ガラス管は外径11mm、内径５mmのほとんど
真円に近いチユーブ状であつた。又、外側の表面
状態はところどころにあばた状のものがみられた
が、内面と内部には気泡状のものがなく、非常に
きれいであつた。特に内面は鏡面になつており、
サポートチユーブやクラツドチユーブとして最適
なものである。

尚、石英ガラスになつていることは、IRスペ
クトル、Ｘ線回折、比重、硬度等により確認し
た。

実施例 ２ 微粉末シリカ（アエロジル０×−50、デグサ社
製）40ｇを純水100mlに分散させた後、PH調整し
た液を実施例１と同様にしてガラス管に仕込み、
ゲル化するまで回転させた。

得られたゲルを乾燥器にいれ乾燥し、乾燥ゲル
とした。

この乾燥ゲルを炉にいれ、30℃／時の昇温速度
で、1450℃まで昇温しガラス化させた。結果は実
施例１と同様の良質な石英ガラス管が得られた。

以上の通り、本発明によれば、微粉末シリカと
アルキルシリケートの加水分解物からなる混合物
を用いて回転体中でゲル化させているので、 微粉末シリカが骨格となり、これに加えてアル
キルシリケートの加水分解物がバインダーの働き
を示すこととなり強度が確保できるとともに緻密
なゲルを得ることができることから、全く気泡が
なく、さらには石英ガラス管の内面及び表面も鏡
面が得られ、ゲルの乾燥時又は焼結時においても
全く割れることのない真円に近いすぐれた大型の
石英ガラス管を製造することができる。

このような製造法により、サポートチユーブや
クラツドチユーブが供給されるようになれば、光
フアイバーが安く供給されるようになり、光通信
やローカルネツトワーク等の光技術分野に多大の
効果をもたらすものである。

又、遠心をかけながらゲル化させる方法は、気
泡を除く効果があるので、高品質のIC用フオト
マスく基板の製造法としても応用できる。

例えば、大型の回転体を用い、大型の石英ガラ
ス管を作り、切り出してフオトマスク基板として
もよいし、ゾルにはいつている容器を大きな半径
で振り回しゲル化させた後、前述の方法にて石英
ガラスとした後、研磨してからフオトマスク基板
としてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の石英ガラス管の製造法で用い
る装置の概略を示す図であり、図において、１は
モータ、２は軸受け、３は回転軸、４は栓、５は
ガラス管の回転体、６はゾル、７は支持台をそれ
ぞれ示す。 第２図は焼結の温度プログラムを示す図であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 微粉末シリカとアルキルシリケートの加水分
   解物からなる混合物を回転体中に入れて、回転さ
   せながらゲル化させ、前記ゲル化物を乾燥して乾
   燥ゲルを得たのち焼結することを特徴とする石英
   ガラス管の製造法。