【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
（産業上の利用分野）
本発明は、光学的に不均一な石英ガラスを光学
的に均質化する方法に関し、いずれの方法にも均
一な光学的性質を有する光学用石英ガラスの製造
方法を提供するものである。
（従来の技術とその問題点）
光学用ガラスは、均一な屈折率をもつことが不
可欠である。石英ガラスにおける屈折率の不均一
分布の代表的なものは、原料（水晶等）粒子の不
完全溶融によつて生ずる粒状構造やガラスの成長
温度のゆらぎによつて導入される脈理と呼ばれる
成長縞である。
軟化点が比較的低い一般の光学用ガラスは、高
温に加熱して105ポイズ以下まで粘度を下げ、こ
れを機械的に撹拌して均質化されている。しかし
ながら、珪酸含有量が99.5重量％以上の石英ガラ
スを常圧下に高温に加熱すると、粘度の低下が機
械的撹拌を行なうに充分な程度になるより前に昇
華が著しくなるので、石英ガラスを撹拌によつて
均質化することは大変困難であつた。
（問題点を解決するための手段）
本発明者らは、石英ガラスの光学的均質性を高
める方法を種々研究検討した結果、従来は著しい
昇華現象のために全く検討されていなかつた高温
領域、例えば、その酸化珪素の沸点以上のような
高温領域に加熱した場合でも、アルゴンガス雰囲
気中で昇華や蒸発を抑制しながら行うと、機械的
撹拌なしに光学的均質化が行なわれることを知見
し、本発明を完成させた。
本発明の方法では、高温とアルゴンガス高圧を
同時に加えることが必要である。大気圧の下で石
英ガラスの昇華が問題にならない温度は1700℃以
下である。しかしこの温度では、１ケ月間静止状
態で加熱しても脈理や粒状構造はほとんど消失せ
ず、また粘度は108ポイズ以上であるために機械
的撹拌を行うことが非常に困難である。2300℃く
らいになつてはじめて105ポイズ程度の粘度とな
り、機械的撹拌が可能となるが、このような高温
での撹拌を可能にする耐火物容器が工業的に入手
できない。更に、もしも常圧でこのような高温に
加熱すれば、激しく昇華・蒸発が起こり、ガラス
は数分のうちになくなつてしまう。平衡論的に
は、昇華・蒸発成分である酸化珪素（SiO）ガス
が高圧で存在すれば、好ましくは平衡分圧で存在
すれば、昇華・蒸発は質量作用の法則に従つて防
止出来るはずであるが、SiOは炉内の低温部分に
沈着析出して害となるし、これを補充するために
更に昇華・蒸発が起こつて結局昇華・蒸発を抑止
することはできない。
我々はこれを抑止する方法を種々研究した結
果、二酸化珪素の昇華・蒸発速度が高圧アルゴン
ガス雰囲気の圧力に著しく依存することがわかつ
た。実験によれば、加熱温度における二酸化珪素
の飽和蒸気圧の５倍以上のアルゴン高圧ガス雰囲
気中では、30分間加熱した場合でもその昇華減量
は20％以下である。従つて、所要の温度、圧力お
よび加熱時間がそれぞれの関連の下で最適化され
ることが重要である。本発明の方法においては、
アルゴンガスが雰囲気ガスとして用いられる。他
の不活性ガスでは、酸化珪素の昇華・蒸発を抑制
する効果が充分でないので使用できない。本発明
方法に用いられる雰囲気ガスとしてのアルゴンガ
スは、可及的純粋なものが好ましいが、工業用ア
ルゴンガスが実用的に有利に用いられる。
不均一な石英ガラスの光学的均質化が達成され
る加熱時間は、その加熱温度条件によつて相異
し、例えば、1900℃で１ケ月、2400℃では５分以
下といつたように著しく温度に依存する。このよ
うな加熱温度と時間の関係について種々検討した
結果、工業的に実施可能で生産効率の高い均質化
条件を最適化した結果は、例えば、2200℃、５気
圧のアルゴンガス中で２時間加熱すると、すべて
の粒状構造や脈理は消滅し、また2200〜2400℃の
間の温度では、５〜25気圧２時間〜５分の間の範
囲での選択された組み合わせによつて同様の結果
が得られることが判つた。
本発明における加熱処理温度が、1800℃未満で
は脈理は消失し難く、また2400℃を超える温度
は、それ以上の高温をグラフアイトヒーターで得
ることが困難なため実用的でなく、更に25気圧以
上の圧力容器のコストが大きいこと及び加熱時間
が５分以下に短縮されても生産効率への寄与がわ
ずかであるため採用し難い。
（発明の効果）
以上述べたように、本発明の方法によれば、従
来、光学的均質化が困難であつた石英ガラスに対
し脈理等の不均一性を容易になくすことができ、
結果としてすぐれた光学用ガラスを提供すること
ができる。
（実施例）
実施例１〜６及び比較例１〜２
常圧及び５〜30気圧まで加圧可能なグラフアイ
トヒーターを設けた雰囲気加熱炉を用い、その中
に、直径98mm、高さ70mmの強い脈理と粒状構造を
有する天然石英ガラス柱（ヘラウス社、Herasil
）を入れた、内径100mm、高さ100mmのルツボを
セツトし、第１表に示した圧力、温度、時間条件
で加熱した。
雰囲気ガスには、工業用の純アルゴンガスを用
いた。30分間の加熱前後の重量を測定し、昇華減
量（％）を求めた。それら各例の測定結果を第１
図に示した。
30分間の加熱処理後の石英ガラス柱の上下２面
を平行に光学研摩し、各例の点光源投影法による
目視脈理観察結果と、レーザー干渉計を用いた精
密脈理検査結果を定性的に第１表にまとめて示し
た。
(Industrial Application Field) The present invention relates to a method for optically homogenizing optically non-uniform quartz glass, and provides a method for producing optical quartz glass having uniform optical properties in any method. It is something to do. (Prior art and its problems) It is essential for optical glass to have a uniform refractive index. Typical examples of non-uniform refractive index distribution in quartz glass include a granular structure caused by incomplete melting of raw material (quartz, etc.) particles and growth called striae introduced by fluctuations in the glass growth temperature. It's striped. General optical glass, which has a relatively low softening point, is heated to high temperatures to lower its viscosity to below 10 5 poise, and then mechanically stirred to homogenize it. However, when silica glass containing 99.5% by weight or more of silicic acid is heated to high temperatures under normal pressure, sublimation becomes significant before the viscosity decreases enough to require mechanical stirring. It was very difficult to homogenize by using (Means for Solving the Problems) As a result of researching and considering various ways to improve the optical homogeneity of quartz glass, the present inventors found that the high-temperature region, which had not been studied at all due to the remarkable sublimation phenomenon, For example, it was discovered that even when heated to a high temperature range above the boiling point of silicon oxide, optical homogenization can be achieved without mechanical stirring if it is carried out in an argon gas atmosphere while suppressing sublimation and evaporation. , completed the invention. The method of the invention requires simultaneous application of high temperature and high pressure of argon gas. The temperature at which sublimation of silica glass does not become a problem under atmospheric pressure is 1700°C or lower. However, at this temperature, the striae and granular structure hardly disappear even when heated in a stationary state for one month, and the viscosity is more than 10 8 poise, so it is extremely difficult to perform mechanical stirring. Only when the temperature reaches about 2300°C does it reach a viscosity of about 10 5 poise, making mechanical stirring possible, but refractory containers that allow stirring at such high temperatures are not commercially available. Furthermore, if heated to such high temperatures under normal pressure, violent sublimation and evaporation would occur, and the glass would disappear within minutes. In terms of equilibrium, if silicon oxide (SiO) gas, which is a sublimation/evaporation component, exists at high pressure, preferably at an equilibrium partial pressure, sublimation/evaporation should be prevented according to the law of mass action. However, SiO precipitates in the low-temperature parts of the furnace and becomes harmful, and further sublimation and evaporation occur to replenish it, so sublimation and evaporation cannot be suppressed. As a result of researching various methods to suppress this, we found that the sublimation and evaporation rates of silicon dioxide are significantly dependent on the pressure of the high-pressure argon gas atmosphere. According to experiments, in an argon high-pressure gas atmosphere at a heating temperature of five times or more the saturated vapor pressure of silicon dioxide, the sublimation loss is less than 20% even when heated for 30 minutes. It is therefore important that the required temperature, pressure and heating time are optimized in each context. In the method of the present invention,
Argon gas is used as the atmospheric gas. Other inert gases cannot be used because they do not have a sufficient effect of suppressing sublimation and evaporation of silicon oxide. The argon gas used as the atmospheric gas in the method of the present invention is preferably as pure as possible, but industrial argon gas is practically advantageously used. The heating time required to achieve optical homogenization of non-uniform silica glass varies depending on the heating temperature conditions. Depends on. As a result of various studies on the relationship between heating temperature and time, we found that we optimized the homogenization conditions, which are industrially viable and have high production efficiency. Then, all grain structures and striae disappeared, and at temperatures between 2200 and 2400°C, similar results were obtained by selected combinations of temperatures between 5 and 25 atm and between 2 hours and 5 minutes. I found out that I can get it. If the heat treatment temperature in the present invention is less than 1800°C, the striae will not disappear easily, and if the temperature exceeds 2400°C, it is difficult to obtain a higher temperature with a graphite heater, making it impractical, and furthermore, 25 atm. It is difficult to adopt the above pressure vessel because the cost is high and even if the heating time is shortened to 5 minutes or less, the contribution to production efficiency is small. (Effects of the Invention) As described above, according to the method of the present invention, it is possible to easily eliminate non-uniformity such as striae in quartz glass, which has conventionally been difficult to optically homogenize.
As a result, excellent optical glass can be provided. (Example) Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 2 An atmosphere heating furnace equipped with a graphite heater capable of pressurizing to normal pressure and 5 to 30 atmospheres was used. Natural quartz glass columns with strong striae and granular structure (Heraus, Herasil)
) was placed in a crucible with an inner diameter of 100 mm and a height of 100 mm, and heated under the pressure, temperature, and time conditions shown in Table 1. Industrial pure argon gas was used as the atmospheric gas. The weight before and after heating for 30 minutes was measured to determine the sublimation loss (%). The measurement results of each example are
Shown in the figure. After 30 minutes of heat treatment, the upper and lower surfaces of the quartz glass column were optically polished in parallel, and the results of visual striae observation using the point light source projection method and precision striae inspection using a laser interferometer were qualitatively analyzed for each example. are summarized in Table 1.
【表】【table】
【表】【table】
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]
第１図は、石英ガラス柱の各実施例及び比較例
における処理温度と、30分後の昇華減量の関係を
示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between treatment temperature and sublimation loss after 30 minutes in each example and comparative example of a quartz glass column.