JPH02204335A - 屈折率分布を有する石英ガラス体の製造方法 - 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］ 本発明は屈折率分布を有するガラス体、特に石英ガラス
体の製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 屈折率分布を有するガラス体の製造法で実施されている
代表的なものには、例えばＣＶＤ法。

イオン交換法１分子スタッフィング法がある。

ＣＶＤ法は、ガス状のガラス原料を高温加熱された石英
管に通し、このガス状ガラス原料を高温で酸化分解又は
加水分解し、このようにして生成されたガラス微粒子を
管壁に堆積させた後、焼結を行なって透明ガラス体を得
る。この方法では、堆積されるガラス層に加える原料組
成分のうち、屈折率を大きくする材料濃度をＮｉ毎に順
次変化させることにより、焼結して得られる透明ガラス
体（例えばコア材）に屈折率分布を与えることができる
。

イオン交換法は、ＴＪ！イオンやＣＳイオンを含む多成
分ガラスを、予め溶融されたＫＮＯｓやＮ　ａ　Ｎ　Ｏ
ｓ中に浸漬し、電子分極率の大きなＴＩイオンやＣＳイ
オンと電子分極率の小さなにイオンやＮａイオンとを拡
散によりイオン交換させて、屈折率分布を有するガラス
体を得るものである。

分子スタ・シフイング法は、多孔質ガラスの空孔を高屈
折率を与えるドーパントで満たした後に、この多孔質ガ
ラスを適当な溶媒に浸漬し、この溶媒中で、ドーパント
をガラス表面から拡散により溶出させて、多孔質ガラス
内にドーパントの濃度分布を形成し、その後で高温での
熱処理を行なって屈折率分布を有するガラス体を形成す
るものである。

［発明が解決しようとする課題］ 前述したように屈折率分布を有するガラス体に求められ
るのは、第１には、光学特性が良好なこと、すなわち、
光の波長レベルからみて均質であること、ひいては、そ
の結果として、例えばレンズ材として使用する場合には
解像力が大きいこと、また、集光機能の点からすれば、
光の最大屈折率と最小屈折率との差の大きさの程度を示
ずＮＡ（開口数）が大きいことである。

更に実際に使用する面からみれば、耐環境性が大きいこ
と、例えば、使用可能な温湿度範囲が広いことが望まし
い。

また、製造面からは、安価な材料から少ない工程で、且
つ短時間で作れるものが望ましい。

しかし、従来の石英ガラス体においては、これらの要求
を全て満たすことが誼しい。

例えば、上記従来技術のうちで、ＣＶＤ法は、得られる
ガラス体の光学特性は不十分であり、ロッドレンズ等の
レンズ材として使用する場合には、解像力が不十分で画
像処理には不向きであり、更にＮＡを大きくできないた
め、集光能力ら小さい。

また、イオン交換法においては、材料となるガラス体が
アルカリイオンを含む多成分ガラスであるため、融点が
低く、且つ水分にも弱いため、高温又は高湿度の環境下
では耐久性の点で劣る。

また、分子スタッフィング法で製造されるガラス体も出
発材料は多成分ガラスであるので、上記イオン交換法で
製造されるガラス体同様に耐環境性が劣る。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、その目
的とするところは、光学特性が良好で、且つ耐環境性に
優れた、屈折率分布を有する石英ガラス体の製造法を提
供することにある。

［８題を解決するための手段及び作用］本発明は上記の
目的を達成するために、シリコン成分以外の少なくとも
１種類の金属成分を含むシリカゾル溶液をゲル化した後
、このゲル体を溶出液に浸漬すると共に回転させてゲル
体からシリコン成分以外の金属成分を溶出させてその金
属成分の濃度分布を与えた後、ゲル体を乾燥焼結したも
のであり、シリカゾル溶液をゲル化し、これを塩酸など
の溶出液に浸漬しながら回転することでシリカ以外の金
属成分を溶出させることでその回転半径方向に濃度分布
を与え、これを乾燥・焼結することで、光学特性が良好
で、且つ耐環境性に優れ、しかも屈折率分布を有する石
英ガラス体を得ることができる。

［実施例］ 以下、本発明の石英ガラス体の具体的な製造方法を添付
図面により説明する。

先ず原料は、アルコキシシランとそれ以外の少なくとも
１種類の金属アルコキシドを含むシリカゾル溶液を調整
する。アルコキシシランとしては、例えばｎ　　Ｃｓ　
Ｈｙ　Ｏ）Ｉを用い、金属アルコキシドとしては、例え
ばＴＩ　　（０−ｎ−Ｃ４Ｈｅ　）　４　。

Ｓ　１　（ＯＣＨｓ　）４を用いる。そして、これらの
要素に基づき、Ｔｉ　（０−ｎ−Ｃ４Ｈｅ　）　４　。

Ｓｌ　　　（ＯＣＨｊ　　）　　　４　　　、　　　Ｈ
２０，ｎ　　　　　Ｃｊ　　Ｈｔ　　　ＯＨがモル比で
、０．３：０．８：４：４になるように混合してシリカ
ゾル溶液を生成する。

次いで、第１図に示すように、このシリアゾル溶８！３
を内径１４間のガラス管２に注ぎ、一方の端付近に凹凸
１ａをつけた外径３ｆｌの石英棒１をガラス管２上部の
ゾル溶液３中心部にさし込んで保持し、ガラス管２をシ
ール体４で密封して室温に３日放置して一部が石英棒１
に付着したゲル体を得る。

このゲル体は、金属アルコキシド Ｓｌ　（ＯＣＨ３）、と Ｔｉ　（Ｏｎ　　Ｃ４Ｈｅ　）　４の不十分な加水分解
及び縮合反応の結果生じたガラス網目の不完全構造体で
、水やｎ−Ｃ３Ｈ７ＯＨを含んでいるものである。そし
て、この石英棒１付ゲル体５をガラス管２より取り出し
、第２図に示すように容器７内に、１０％のＨＣＪ水溶
液などの溶出液６を溝たし、その溶出液６中に、ゲル体
５を垂直に保持し、かつ毎分２０回転の速さで石英棒１
を回転させながら２０時間浸漬して、Ｓ１成分 子ｉ成分からなる不完全４１Ｉ遺体よりＳｔ成分以外の
金属成分、すなわちＴｉ成分を溶出させてゲル体５の回
転半径方向に金属成分の濃度分布を与える。その後ゲル
体５に含まれるＨＣｊ成分を取り除くため、ゲル体を垂
直に保持して回転させたまま水に５時間浸漬する。

次に、この石英棒付きゲル体を垂直保持して回転させな
がら乾燥、焼結して直径８關、長さ５０１１１Ｉの透明
ガラス体を得る。このような一連の製造工程を経て得た
ガラス体は、屈折率分布を有する棒状の石英ガラス体が
得られる。

以上本実施例によれば、アルコキシシランを含むシリカ
ゾル溶液を出発材料として、屈折率分布を有する透明ガ
ラス体を製造するが、ゾル溶液よりゲル体を作製した後
は、ゲル体を垂直保持かつ回転させながら全ての処理行
うため最終的に得られる透明ガラス体の形状と屈折率分
布の軸対称性が良好で、光学的に高品質な特性が得られ
、しかも全体が石英ガラス体であるため、耐熱、耐温度
等の耐環境性に優れた効果を奏し得る。

なお上記実線例では、アルコキシシランとしてプロポキ
シを例示したが、その他にメトキシ、エトキシ、ブトキ
シ等を用いることができる。また、アルコキシシラン以
外の金属アルコキシドとしては、チタン（Ｔ１）の他に
ゲルマニウム、タンタル、ジルコニウム等のアルコキシ
ドを用いてもよい、さらにシリカゾル溶液は、アルコキ
シドの加水分解生成物の池にシリカ粉を含んでもよい。

また、屈折率分布を形成させるための溶出液としては、
塩酸の他に水、硫酸、硝酸、弗酸等の溶液や、アンモニ
ア水、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の溶液、或
いはこれらの溶液にメタノール、エタノール、プロパツ
ール等のアルコール類を加えた溶液を用いてもよい。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、シリカゾル溶液を出発原
料としてゾル溶液キリゲル体を作製後、ゲル体を溶出液
に浸漬すると共に回転させながら、シリカ成分以外の金
属成分を溶出させることで、軸対称性の良好な形状及び
屈折率分布を有する透明ガラス体を製造でき、光学的に
高品質で、且つ耐環境性に優れた屈折率分布を有する石
英ガラス体を提供することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図及び第２図は、本発明の一実施例を示す工程図で
あり、第１図はゲル体を作製する状態を示す図、第２図
はゲル体中の金属成分を溶出させる状態を示す図である
。 図中、３はシリカゾル溶液、５はゲル体、６は溶出液で
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、シリコン成分以外の少なくとも１種類の金属成分を
   含むシリカゾル溶液をゲル化した後、このゲル体を溶出
   液に浸漬すると共に回転させてゲル体からシリコン成分
   以外の金属成分を溶出させて回転半径方向にその金属成
   分の濃度分布を与えた後、ゲル体を乾燥焼結することを
   特徴とする屈折率分布を有する石英ガラス体の製造方法
   。