JPH0226848A - 高純度石英ガラスの製造方法 - 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］ 本発明は高純度石英ガラスの製造方法１こ関するもので
あり、特に欠陥の少ない光ファイ／＜用母材の製造に好
適な方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来、高純度石英ガラスの製造法の一つとして、火炎加
水分解法により得られた多孔質ガラス母材を加熱して透
明化する方法が採用されて（Ｘる。この方法では、例え
ば四塩化ケイ素等のケイ素化合物をガラス原料としてバ
ーナーの酸水素火炎中霧こ導入してこれを加水分解させ
、生成するシリカ（Ｓｉ０ｚ）微粒子を回転しつつ鉛直
方向に移動する出発材ロッド上に堆積させて多孔質ガラ
ス母材を形成し、該多孔質ガラス母材をゾーン加熱炉又
は均熱炉中に入れて、ヘリウム（Ｈｅ）ガス雰囲気下で
加熱し焼結することにより透明化して、高純度石英ガラ
スを得る。このように透明化の際の雰囲気ガスとして通
常Ｈｅが用いられる理由は、石英ガラス中の透過速度が
Ｈｅガスは他のガスよりも大きいから、仮に透明化途中
に閉孔状態となりＨｅが閉じ込められても、さらに焼結
を進めることによりガラス中に拡散しやすいからである
。

以上のようにして得た透明な高純度石英ガラス体は、光
フアイバ用母材等として用いる場合には、再度高温に加
熱して延伸する高温成形処理を実施して、所定のサイズ
に調製される。

１発明が解決しようとする課題」 従来この種の方法では透明化以後の高温成形処理の過程
において、クリストバライト、気泡等の欠陥の一方又は
両方がガラス中で成長し、得られる石英ガラスロッドの
製品としての歩留まりが著しく低下するという問題があ
った。

このような現象の原因としては、透明ガラス化の際に石
英ガラス中に過飽和な状態で固溶した１１ｅガスが、上
記高温成形処理工程では透明化の温度よりも高温に加熱
されるため、ガラス中のＨｅガスの固溶量が低下し、石
英ガラス中の微小な欠陥の表面に析出し、クリストバラ
イト又は／及び気泡等の欠陥の成長をきたすことが考え
られている。これはＨｅ雰囲気中で焼結したガラス母材
に残留した気泡を分析した結果、大部分がＨｅガスであ
ることが判明した事実に基づいている。

これに対し、特公昭６２−７２５３７号公報には、高純
度多孔質石英母材をＨｅ雰囲気中で加熱してガラス化し
、得られた高純度石英ガラスロッドにＨｅの分圧が０．
１　　気圧以下の雰囲気で熱処理を行う方法が提案され
ている。

そこで本発明者等は上記公報に記載される実施例に従っ
て、透明化後の熱処理を行ってみた。この結果、均熱炉
ではヒーター長が長（、母材全体を加熱できるので母材
を移動させる必要がないが、処理可能な母材寸法に限度
があることに加え母材中に気泡が発生し易くしかもラン
ニングコストが高いという欠点がある。そこで、上記公
報の方法に従い、ゾーン加熱炉中で母材を同位置に保持
して熱処理を行ってみたが、長尺母材では長手方向に均
一な熱処理がなされないため、均一な脱Ｈｅ効果が得ら
れず、前記問題点は解決できないことが判った。

本発明の目的は、以北のような現状に鑑み、加熱炉中で
加熱して高純度多孔質石英母材から透明な高純度石英ガ
ラスを製造する方法であって、次工程の高温処理成形過
程でもクリストバライト又は／及び気泡等の欠陥の成長
をみずに、歩留まりよく石英ガラスロッドを製造できる
に加え、作業性やランニングコストの面でも従来法より
有利な方法を提供することにある。

「課題を解決するための手段］ 上記問題点を解決するために、本発明は多孔質石英ガラ
ス母材を石英ガラス中の拡散係数及び溶解度の大きい第
一のガス雰囲気中で加熱して透明化した後、得られた透
明化ガラス母材を石英ガラス中の拡散係数及び溶解度が
第一のガスより小さい第二のガス雰囲気のゾーン加熱炉
内に徐々に挿入して熱処理することを特徴とする高純度
石英ガラスの製造方法を提供するものである。

本発明の特に好ましい実施態様としては、透明化とその
後の熱処理を同一のゾーン加熱炉内で連続して行うこと
を特徴とする上記方法及び第一のガスがＨｅであり、第
二のガスがＮ　、＋　Ａ　ｒ又は空気であることを特徴
とする上記方法が挙げられ、本発明における透明化後の
第二のガス雰囲気のゾーン加熱炉内での熱処理は、加熱
温度が６００℃〜１６５０℃の範囲内であり熱処理時間
が３０分〜２４０分間の範囲内であることが特に好まし
い。

以下に本発明の詳細な説明する。

本発明において多孔質ガラス母材を作製する方法は、従
来公知の例えばガラス原料ガス等をバーナーの酸水素火
炎等に導入して火炎加水分解し、生成するシリカ微粒子
を回転しつつ移動する出発材ロッド上に堆積させる技術
等によればよい。

また、得られた該多孔質ガラス母材をＨｅ等の第一のガ
ス雰囲気下で加熱透明化する工程も従来法と同様に行う
ことができる。このときの加熱温度は１５００℃〜１６
５０℃程度である。従って、加熱透明化工程は均熱炉で
行っても、ゾーン加熱炉でおこなってもよいわけである
が、ゾーン加熱炉の方が気泡が発生しにくく、しかもラ
ンニングコストが安い点で、より好ましい。

以」二のようにして得られた透明ガラスロッドの内部に
残留するＨｅ等の第一のガスを、さらに第一のガスより
拡散係数、溶解度の小さい第二のガス雰囲気中で熱処理
して、ガラス中の残留ガスをパージする。本発明の特徴
は、前記公報に提案された従来法では、透明化の後の熱
処理を加熱炉内の一定位置に母材を保持して行っていた
点を改めて、第二のガス雰囲気のゾーン加熱炉内に徐々
に挿入してゆくところにある。前記したように透明化の
ための加熱にはゾーン加熱炉の方が気泡が残りにくくて
好ましいので、ゾーン加熱炉で透明化したのち、引き続
いて同じゾーン加熱炉内を徐々に移動させてゆくことが
好ましい。このときの熱処理条件は６００℃〜１６５０
℃の温度範囲内、３０分〜２４０分間内の加熱時間が特
に好ましい。

本発明においては、第一のガスと第二のガスは前者の石
英ガラス中での拡散係数、溶解度が後者のそれより大で
あればどのように組み合わせてもよいが、第一のガスを
Ｈｅとし、第二のガスを例えばＮ、、Ａｒ又は空気とす
る組み合わせが好ましい。

［作用］ 本発明において透明ガラス化の際の雰囲気ガスとする第
一のガスは、石英ガラス中における拡散係数及び溶解度
の高いガスが好ましく、特にＨｅが好ましい。この理由
は、前記のようにガラス中に拡散し易いからである。透
明化の際の加熱温度は本発明においては一般に１５００
９Ｃ〜１６５０℃が好ましく、１５００℃以下では焼は
残る可能性があり、１６５０℃を越えるとガラス体の伸
び、タネ棒の伸び、炉芯管の変形等があるため好ましく
ない。この工程にゾーン加熱炉を用いる方が気泡が残留
しに（い理由は、ゾーン加熱炉では多孔質母材の一端か
ら徐々に焼結していくので、気泡が上方へ抜けるためと
考えられる。

以上で得られた透明化された石英ガラスロッドを、第二
のガス雰囲気のゾーン加熱炉内でガラス体を熱処理する
ことにより第一のガスを脱出させ、その後の高温加熱成
形処理工程での欠陥発生、成長を減少させることができ
る。

この熱処理はガラス内に残留した第一のガスとガラスの
外の第二のガス、つまり炉芯管内雰囲気との濃度差を利
用しているので、石英ガラス中での拡散係数、溶解度が
第一のガスより小さいガスで、石英ガラスと反応しない
ものであれば何れでもよいが、コストや入手の便の面か
らＮ　２　、　Ａ　ｒｌ空気が適当である。従って、第
一のガスがＨｅであり第二のガスがＮ　＊　＋　Ａ　ｒ
又は空気の組み合わせが最適である。

なお、本発明における第一のガスの圧力、第二のガスの
圧力は、いずれも〜３　Ｑ　ｍｍａｑ程度が好ましい。

負圧になると炉芯管内に大気を巻き込む恐れがあるから
である。

この熱処理の温度は６００℃〜１６５０℃が好ましく、
６００℃未満では処理に長時間を要し、１６５０℃を越
えるとガラス体、炉芯管、タネ棒等の伸び、変形が起こ
り好ましくない。この熱処理時間は３０分〜２４０分間
の範囲内として、ゾーン加熱炉内を移動させることによ
り、長尺母材の場合でも均一な熱処理効果が得られる。

本発明においては、透明化後の熱処理をゾーン加熱炉内
に徐々に挿入又は移動させるが、このときの移動速度と
処理時間の間にはほぼ反比例関係が成立する。すなわち
、 母材長／移動速度＝処理時間 であるので、３０分〜２４０分間の範囲内で熱処理が終
了できるように移動速度を設定することが好ましい。こ
のように、徐々にゾーン加熱炉内を移動させることによ
り、シャープな温度分布を有するゾーン加熱炉を用いて
も均一な熱処理効果を得られる。

従って、透明化工程と次工程の熱処理を同一のゾーン加
熱炉で行うことが、作業が簡便でしかも効果的である。

さらに工程毎に炉を変えると移動同−の炉内での処理は
この危険を避けられるし、炉を稼働させるための電力消
費量も節減できるのでコストメリットもある。

［実施例］ 実施例１ Ｓ　ｉＣＩ　４をガラス原料として、これを火炎加水分
解して生成させたシリカ微粒子をタネ棒下端に付着堆積
させる方法によって、直径１５０ｏ＋＋＊、長さ８００
ＩＤＩ１１の多孔質石英ガラス母材を作製した。

第１図に示すように該多孔質石英ガラス母材１を、ヒー
タ２と反応容器３からなるゾーン加熱炉４内へ、回転さ
せながら徐々に下降、挿入して透明ガラス化した。この
ときの反応容器内雰囲気はＨｅｌ気圧、下降速度］　Ｏ
ｍｉ／ｗｉｎ、加熱温度１６００℃、加熱時間１５０分
間であった。これにより直径７０ｎ＋ｍ、長さ７０Ｃ）
■の透明ガラスロッドが得られた。該透明ガラスロッド
を炉内に挿入した状態（最も下降した状態）で、加熱炉
４内の雰囲気を十分にＮ、に置換し、温度１５００℃と
して今度は１０　ｍｍ／ｗｉｎの速度で上昇移動させて
、約１２０分かけて本発明による熱処理を実施した。

以上により得られた熱処理透明石英ガラスロッド（本発
明品）を加熱炉４から取り出し、該ロッドの一端からハ
ロゲンライトの光を入射させて、ガラス中の欠陥（気泡
、クリストバライト）の存在を輝点の存在により調べた
ところ、径数μ畑〜数百μｍ程度の微小気泡及びクリス
トバライト結晶が２０数個存在していた。この石英ガラ
スロンドを温度１８００℃に加熱しながら４０分間成形
作業して直径３５ｍ＋ｓの棒状に延伸したところ、全長
にわたり欠陥の成長は見られず気泡は存在しなかった。

比較例 実施例１と同様に製造した多孔質石英ガラス母材を実施
例１と同様の条件で透明ガラス化したが、その後の熱処
理は行わなかった。得られた透明な石英ガラスロッド（
比較品）には径数μ勇〜数百μｍ程度の欠陥が４０数個
存在した。該石英ガラスロンドを実施例１と同条件で直
径３５亀１の棒状に延伸したところ、成形前に確認され
た欠陥が成長し、これと対応した位置に径３〜ｂ 個も存在した。

実施例２ 実施例１において、本発明による透明化後の熱処理にＮ
、ガスに替えてＡｒを用いた以外は実施例１と同条件で
石英ガラスロッド（本発明品）を得たところ、在数μｍ
−数百μｍ程度の微小気泡及びクリストバライト結晶が
２０数個存在していた。

該石英ガラスロッドを実施例１と同条件の成形作業によ
り実施例１のものと同寸法に延伸したところ、全長にわ
たり欠陥はみられなかった。

実施例３ 実施例】において、透明化後の熱処理をＮ、に替えて空
気を用いた以外は実施例１と同様にしたところ、得られ
た石英ガラスロッド中には在数μ糟〜数百μｍ程度の微
小気泡及びクリストバライト結晶が２０数個存在してい
た。該石英ガラスロンドを実施例１と同条件の成形作業
により実施例１のものと同寸法に延伸したところ、全長
にわたり欠陥はみられなかった。

以上の実施例と比較例の結果から、本発明による透明化
後の熱処理をした透明ガラスロッドは、微小気泡及びク
リストバライトが存在していても、その後の延伸等の高
温成形工程でこれらの欠陥が大型化していないことが判
る。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明は高純度多孔質石英ガラス
母材を、石英ガラス中の拡散係数及び溶解度の大きい第
一のガスの雰囲気中で加熱透明化の後、これを第一のガ
スよりも拡散係数及び溶解度の小さい第二のガス雰囲気
としたゾーン加熱炉中に徐々に挿入して熱処理すること
により、得られた高純度石英ガラスを以降の工程で高温
加熱成形処理しても該ガラス体中でクリストバライト結
晶や気泡等が大型化することを防ぐことができる。

従って、本発明の方法は例えば通信用光フアイバ用母材
製造の分野に利用すると、高品質のガラス母材を歩留り
向」ニして製造できるに加え、特に長尺の母材製造に有
効であるため、光ファイバの大量生産、コストダウンが
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施態様を概略説明する図である。 ｌ；多孔質ガラス母材、２；ヒーター、３；反応容器、
４；ゾーン加熱炉。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）多孔質石英ガラス母材を石英ガラス中の拡散係数及
   び溶解度の大きい第一のガス雰囲気中で加熱して透明化
   した後、得られた透明化ガラス母材を石英ガラス中の拡
   散係数及び溶解度が第一のガスより小さい第二のガス雰
   囲気のゾーン加熱炉内に徐々に挿入して熱処理すること
   を特徴とする高純度石英ガラスの製造方法。 ２）透明化とその後の熱処理を同一のゾーン加熱炉内で
   連続して行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の高純度石英ガラスの製造方法。 ３）第一のガスがＨｅであり、第二のガスがＮ＿２、Ａ
   ｒ又は空気であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項又は第２項に記載の高純度石英ガラスの製造方法。 ４）透明化後の第二のガス雰囲気のゾーン加熱炉内での
   熱処理は、加熱温度が６００℃〜１６５０℃の範囲内で
   あり熱処理時間が３０〜２４０分間の範囲内であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の
   石英ガラスの製造方法。