JPH04331732A - 多孔質ガラス体の成形方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は通信、光学の分野におい
て、光ファイバ母材、ライトガイド母材、イメージファ
イバ母材、ロッドレンズ母材などを作製するための技術
に関し、より詳しくは、押出成形手段を介してガラス棒
の外周に多孔質ガラス体を成形するための方法に関する
。

【０００２】

【従来の技術】上述した各種母材の製造手段として、気
相反応法、鋳込泥漿法、ゾルゲル法、泥漿塗布法、粉末
成形法のごとき各方法が単独または組み合わせで実施さ
れていたが、これらの方法には、歩留り、製品のコスト
、設備の経済性などに難点がみられるため、クロスヘッ
ド型の押出成形装置を用いる方法が提案され、これの実
用化が検討されはじめている。

【０００３】かかる押出成形装置は、被覆電線などの技
術分野で用いられているものと基本的に同じである。す
なわち、コア用のガラス棒がクロスヘッドの軸心部を通
過するとき、これと直交する方向から流れてくるクラッ
ド用の成形材料がガラス棒の外周を覆い、これら両者が
クロスヘッドの出口部（ダイス部）より出るとき、ガラ
ス棒の外周に成形材料によるクラッド用の多孔質ガラス
体が成形される。こうして成形されたクラッド用の多孔
質ガラス体は、その後、乾燥、脱脂、脱水、透明ガラス
化などの処理を受けて透明なガラスとなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した押出成形装置
の場合、クロスヘッド内における材料流路が複雑である
ため、成形材料の流れを制御するのがきわめて困難であ
り、これに起因した制御性の欠如により、つぎのような
問題が生じる。

【０００５】ガラス棒の進行方向と直交する方向からク
ロスヘッド内に進入してきた成形材料が９０°方向転換
してガラス棒の進行方向に沿うとき、ガラス棒の外周面
に近い部分と遠い部分とで成形材料に移動速度差、移動
距離差が生じるので、成形材料の流れが不均一になる。 このような事態が起きると、成形材料に剪断応力が発生
し、多孔質ガラス体に成形歪が生じる。しかも、流れの
速いところでは成形材料が疎になり、遅いところでは成
形材料が密になるので、多孔質ガラス体に嵩密度にバラ
ツキが生じる。このような成形歪、バラツキのため、爾
後の乾燥、脱脂、脱水、透明ガラス化において多孔質ガ
ラス体に亀裂、割れ、曲がりなどが起こりがちとなり、
良品の歩留りが低下する。

【０００６】また、片持ち支持の状態にあるガラス棒が
クロスヘッド内に進入した際、これと直交する方向の流
動性（成形材料の流れ）が作用するので、ガラス棒と多
孔質ガラス体とが相対的に偏心する。これも、良品の歩
留りを低下させる一因となる。

【０００７】クロスヘッドを含む押出成形装置の形状構
造が複雑であるため、清掃その他のメンテナンスに時間
を要し、これが全体の作業効率を低下させる。

【０００８】本発明はこのような技術的課題に鑑み、精
密かつ簡易な成形手段で良品の歩留りを高め、作業能率
をも高めることのできる多孔質ガラス体の成形方法を提
供しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る成形方法は
、押出口を有するシリンダと軸方向に貫通孔を有するプ
ランジャとが相対摺動自在に嵌合され、操作棒がプラン
ジャの貫通孔に挿入される成形手段において、ガラス微
粒子を含む成形材料をシリンダ内に入れた後、貫通孔に
操作棒が挿入されているプランジャを介してシリンダ内
の成形材料を圧縮し、その後、操作棒をプランジャの貫
通孔からいったん抜き取って、シリンダの押出口よりも
小径のガラス棒をプランジャの貫通孔に挿入し、その後
、操作棒をガラス棒の後端側からプランジャの貫通孔に
再挿入して、ガラス棒をシリンダの押出口側へ押しこみ
、その後、プランジャ、操作棒を介してシリンダ内の成
形材料とガラス棒とをこれらの押出方向へ加圧し、かつ
、成形材料をガラス棒と共にシリンダの押出口より押し
出して、ガラス棒の外周に成形材料による多孔質ガラス
体を成形することを特徴として、所期の目的を達成する
。

【００１０】

【作用】本発明に係る成形方法の場合、シリンダとプラ
ンジャとを主体にして、多孔質ガラス体を押出成形する
ので、成形が簡易に行なえるばかりか、押出成形時にお
ける成形材料の流れがスムーズになり、成形材料の圧縮
状態が均一化する。したがって、多孔質ガラス体の嵩密
度にバラツキが生じない。さらに、本発明に係る成形方
法の場合、ガラス棒をプランジャの貫通孔に挿入し、こ
れを成形材料と共にシリンダの押出口より押し出すので
、クロスヘッドを用いずとも、ガラス棒の外周に多孔質
ガラス体を容易かつ偏心なく成形することができる。

【００１１】

【実施例】本発明に係る成形方法の一実施例について、
図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る成形方
法を、その工程順に示したものである。図１において、
１１は先端側にダイスたる押出口１２が形成されたシリ
ンダ、２１は軸心に貫通孔２２が形成されたプランジャ
、３１は操作棒、４１は一端または両端にダミー用の付
属棒４４が溶接されたガラス棒、５１は成形材料、５２
は多孔質ガラス体を示す。

【００１２】上記において、シリンダ１１、プランジャ
２１、操作棒３１、ガラス棒４１は以下のような相対関
係にある。シリンダ１１とプランジャ２１とは、互いに
密接して摺動することのできる内外径を有している。プ
ランジャ２１と操作棒３１とは、プランジャ２１の貫通
孔２２と操作棒３１とが互いに密接して摺動することの
できる内外径を有している。ガラス棒４１はシリンダ１
１の押出口１２よりも小さい外径を有している。さらに
、ガラス棒４１とプランジャ２１とは、プランジャ２１
の貫通孔２２とガラス棒４１とが互いに密接して摺動す
ることのできる内外径を有している。

【００１３】シリンダ１１、プランジャ２１、操作棒３
１は、金属材料、石英、セラミックなどの任意材料から
なるが、一例として、これらの器材が金属からなるとき
、該各器材の少なくとも内面には、これと接触するガラ
ス棒４１、成形材料５１のコンタミナントを防止するた
めに、たとえば、フッ素系樹脂（商品名テフロン）によ
るコーティングが施されることがある。

【００１４】ガラス棒４１は、気相反応法、鋳込泥漿法
、ゾルゲル法、泥漿塗布法、粉末成形法のごとき方法で
形成された石英系の多孔質ガラス体を脱水ならびに透明
ガラス化したものからなる。こうして作製されたガラス
棒４１は、一例として、図２に示すように、コア用ガラ
ス４２とその外周のクラッド用ガラス４３とを備えてな
り、他例として、コア用ガラス４２のみからなる。ガラ
ス棒４１の両端（または一端）に溶接された付属棒４４
は、ガラス棒４１と同じ石英系ガラスのほか、セラミッ
クス、石英よりも低級のガラスも採用される。

【００１５】多孔質ガラス体５２をつくるための成形材
料５１は、一例として、粒径１００μｍ以下のシリカ（
ＳｉＯ２　）粉末のみからなる。他例として、成形材料
５１は、シリカ粉末を主原料とし、その主原料に、屈折
率制御用（低下用）の添加物として、Ｂ２　Ｏ３　、Ｆ
のごとき化合物がドーパントとして添加されることがあ
る。 これら化合物の添加手段としては、粉末で混合する方法
、酢酸塩、硝酸塩、アルコキサイドのごとき溶液で添加
する方法のほか、気相法を介して化合物の添加されたシ
リカ粉末を合成する方法などが採用される。さらなる他
例として、成形材料５１は、ガラス微粉末原料のみか、
または、該ガラス微粉末原料とドーパントを含むガラス
微粉末原料とが、純水または成形助剤と純水とで均質に
混練されて調製されたものからなり、かかる調製により
可塑性が付与されている。成形助剤としては、ポリビニ
ルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリエチレング
リコール、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロ
ース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロー
ス、グリセリンのごとき有機物が適宜採用される。 成形材料５１における成形助剤の添加量は、ガラス微粉
末原料に対して、１〜２０ｗｔ％程度である。

【００１６】図１に例示した成形手段を用いてガラス棒
４１の外周に多孔質ガラス体５２を押出成形する際の具
体例を以下に説明する。

【００１７】具体例石英系のガラス棒４１として、Ｓｉ
Ｏ２　−ＧｅＯ２　からなるコア用ガラス４２と、純Ｓ
ｉＯ２　からなるクラッド用ガラス４３とを備えたもの
用いた。このガラス棒４１は、ＶＡＤ法を介して作製さ
れた多孔質ガラス体を慣用手段によりで脱水ならびに透
明ガラス化したものであり、コア用ガラス４２：クラッ
ド用ガラス４３の外径比が１：３、コア用ガラス４２：
クラッド用ガラス４３の屈折率差Δが０．３％、直径が
１５ｍｍ、長さが６００ｍｍである。ガラス棒４１の両
端には、サポート用として直径１５ｍｍ、長さ１５０ｍ
ｍの付属棒４４がガラス溶接されている。

【００１８】成形材料５１としては、火炎加水分解法に
より合成した平均粒径６μｍのシリカ（ＳｉＯ２　）粉
末に、結合剤としてメチルセルロースを４．５ｗｔ％加
え、これらを２９ｗｔ％の水とともに均質に攪拌したも
のを用いた。

【００１９】これらガラス棒４１、成形材料５１を用い
た押出成形工程は、以下のとおりである。はじめ、図１
（Ａ）に示すように、脱泡処理を終えた成形材料５１を
シリンダ１１内に入れる。つぎに、図１（Ｂ）に示すよ
うに、貫通孔２２に操作棒３１が挿入されているプラン
ジャ２１を介してシリンダ１１内の成形材料５１を圧縮
する。この圧縮工程のとき、たとえば、石英製の多孔質
燒結体（連続気孔）でシリンダ１１の押出口１２を施栓
しておくと、脱気を兼ねて成形材料５１を密圧すること
ができる。その後、図１（Ｃ）に示すように、操作棒３
１をプランジャ２１の貫通孔２２から抜き取り、ガラス
棒４１をプランジャ２１の貫通孔２２に挿入する。引き
続いて、図１（Ｄ）に示すように、操作棒３１をガラス
棒４１の後端側からプランジャ２１の貫通孔２２に再挿
入して、ガラス棒４１をシリンダ１１の押出口１２側へ
押しこむ。この工程により、ガラス棒４１の先端は、図
１（Ｄ）に示すように、シリンダ１１の押出口１２に達
する。この状態のとき、ガラス棒４１の後端が貫通孔２
２で支持されるように、操作棒３１としては、貫通孔２
２よりも短い操作棒３１を用いるのが望ましい。その後
、図１（Ｅ）に示すように、プランジャ２１、操作棒３
１を介してシリンダ１１内の成形材料５１とガラス棒４
１とをこれらの押出方向へ加圧し、成形材料５１をガラ
ス棒４１と共にシリンダ１１の押出口１２より押し出す
。かくて、ガラス棒４１の外周には、成形材料５１によ
る多孔質ガラス体５２が成形される。

【００２０】かかる多孔質ガラス体５２付きガラス棒４
１から被覆光ファイバをつくるまでの工程は、以下のと
おりである。はじめ、１１０℃の乾燥器内において多孔
質ガラス体５２を乾燥し、ついで、７００℃、４時間で
多孔質ガラス体５２を脱脂する。乾燥脱脂後の多孔質ガ
ラス体５２は、外径が３３ｍｍφ、相対密度が約５７％
であり、その全長にわたる嵩密度がほぼ均一化している
。さらに、多孔質ガラス体５２には、亀裂、割れ、曲が
りなどがみられず、ガラス棒４１との偏心率も、許容の
範囲内にある。その後、多孔質ガラス体５２を１３５０
℃のＣｌ２　、Ｈｅ雰囲気にて脱水し、１６００℃のＨ
ｅ雰囲気にて透明ガラス化して、光ファイバ母材（石英
系ガラス母材）を得る。この母材には、透明ガラス化後
のガラス中に気泡の残留がみられない。以下は、上記母
材を周知の加熱延伸法で線引きして、コア径１０μｍφ
、外径１２５μｍφの光ファイバをつくり、その線引き
直後の光ファイバ外周に、紫外線硬化性樹脂による外径
４００μｍφの被覆層を施す。かくて得られた被覆光フ
ァイバのカットオフ波長は、１．３０μｍであった。

【００２１】上述した具体例では、石英系多孔質ガラス
母材として、光ファイバ用のものをつくる例を述べたが
、イメージファイバ用、ライトガイド用、ロッドレンズ
用の母材なども、既述の内容に準じて作製することがで
きる。

【００２２】本発明に係る成形方法において、ダブルコ
ア型（バンチ型）、マルチコア型の母材を作製するとき
、押出成形手段として、複数個の押出口１２を有するシ
リンダ１１、複数個の貫通孔２２を有するプランジャ２
１、複数本の操作棒３１を用いるとともに、コア用とし
て、複数本のガラス棒４１を用い、既述の内容に準じて
実施する。

【００２３】

【発明の効果】本発明に係る成形方法は、成形手段とし
て押出口を有するシリンダ、貫通孔を有するプランジャ
、操作棒を用い、ガラス棒の外周に多孔質ガラス体を成
形するから、精密かつ簡易な工程で亀裂、割れ、曲がり
、ガラス棒と多孔質ガラス体との位置ずれ等のない、し
かも、透明ガラス化後に気泡を残留させることのない高
品質の多孔質ガラス体を歩留りよくつくることができ、
その他、成形手段が簡潔であるので、設備費の低減、作
業の合理化、メンテナンスの易度をはかることができる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る成形方法の一実施例を工程順に略
示した断面図である。

【図２】本発明に係る成形方法に用いられるガラス棒の
一例を示した側面図である。

【符号の説明】

１１　　シリンダ １２　　押出口 ２１　　プランジャ ２２　　貫通孔 ３１　　操作棒 ４１　　ガラス棒 ４２　　コア用ガラス ４３　　クラッド用ガラス ４４　　付属棒 ５１　　成形材料 ５２　　多孔質ガラス体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　先端に押出口を有するシリンダと軸方
   向に貫通孔を有するプランジャとが相対摺動自在に嵌合
   され、操作棒がプランジャの貫通孔に挿入される成形手
   段において、ガラス微粒子を含む成形材料をシリンダ内
   に入れた後、貫通孔に操作棒が挿入されているプランジ
   ャを介してシリンダ内の成形材料を圧縮し、その後、操
   作棒をプランジャの貫通孔からいったん抜き取って、シ
   リンダの押出口よりも小径のガラス棒をプランジャの貫
   通孔に挿入し、その後、操作棒をガラス棒の後端側から
   プランジャの貫通孔に再挿入して、ガラス棒をシリンダ
   の押出口側へ押しこみ、その後、プランジャ、操作棒を
   介してシリンダ内の成形材料とガラス棒とをこれらの押
   出方向へ加圧し、かつ、成形材料をガラス棒と共にシリ
   ンダの押出口より押し出して、ガラス棒の外周に成形材
   料による多孔質ガラス体を成形することを特徴とする多
   孔質ガラス体の成形方法。