JPH05254849A

JPH05254849A - 石英系ガラス母材の製造方法

Info

Publication number: JPH05254849A
Application number: JP8952592A
Authority: JP
Inventors: Kenji Enomoto; 憲嗣榎本; Hiroshi Hihara; 弘日原; Takeshi Yagi; 健八木; Tsugio Sato; 継男佐藤; Kazuaki Yoshida; 和昭吉田
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1992-03-14
Filing date: 1992-03-14
Publication date: 1993-10-05

Abstract

(57)【要約】【目的】気泡残留をきたすことのない、かつ、光学的
特性、機械的特性のすぐれた石英系ガラス母材を得るこ
とのできる方法を提供する。【構成】ガラス体１の外周面上に多孔質ガラス前駆体
層２を形成し、この多孔質ガラス前駆体層２の外周面上
に、または、これを熱処理した未透明ガラス層３の外周
面上に、多孔質ガラス層４を成形する。【効果】ガラス体１の外周面上に形成した多孔質ガラ
ス前駆体層２、または、これを熱処理してなる未透明ガ
ラス層３が、ガラス体１、多孔質ガラス層４のいずれに
対しても良好な密着性を呈するので、目的どおりに石英
系ガラス母材を製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバ母材、イメ
ージファイバ母材、ライトガイド母材、ロッドレンズ母
材などを製造するための技術、特に、これら母材の外周
部分をつくるための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】通信、光学系の分野で用いられる各種母
材をつくる手段として、液圧成形法、押出成形法、泥漿
鋳込法、泥漿塗布法などの各法がある。これら各法は、
短時間で多孔質ガラス層を形成することができるので、
母材の量産、最終製品（例：光ファイバ）のコストダウ
ンをはかるのに適している。

【０００３】液圧成形法に関する技術は、たとえば、特
開昭６１−２５６９３７号公報、特開昭６３−５５１３
２号公報により公知である。これら公知技術の場合、伸
縮性を有する成形型内に棒状体（コア用の石英系ガラス
棒）を入れ、その周囲に石英系のガラス粉末を主原料と
する成形材料を充填した後、成形型を外部からの液圧に
より加圧して、棒状体の外周面上に多孔質ガラス層を圧
縮成形する。この多孔質ガラス層は、成形型内から取り
出された後、乾燥、脱水、透明ガラス化などの処理を受
けて透明ガラス体となる。

【０００４】押出成形法の場合は、押出装置のクロスヘ
ッド内で前記棒状体と可塑性の成形材料（主原料：石英
系のガラス粉末）とを合流させて棒状体の外周面上に多
孔質ガラス層を成形し、多孔質ガラス層付きの棒状体を
クロスヘッド外へ押し出す。この多孔質ガラス層は、そ
の後、乾燥、脱脂、脱水、透明ガラス化などの処理を受
けて透明ガラス体となる。

【０００５】泥漿鋳込法は、成形型内に前記棒状体を入
れ、その周囲に石英系のガラス粉末を主原料とするスラ
リー状の成形材料を充填した後、成形型の脱水性を利用
して成形材料を水切りし、棒状体の外周面上に多孔質ガ
ラス層を成形する。この多孔質ガラス層も、前記と同様
の処理を受けて透明ガラス体となる。

【０００６】泥漿塗布法は、回転している前記棒状体の
外周面に前記スラリー状の成形材料を塗布し、棒状体の
外周面上に多孔質ガラス層を成形する。この多孔質ガラ
ス層も、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ガラス体となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した棒状体（表面
平滑で硬い石英系ガラス棒）と、多孔質ガラス層（石英
系ガラス粉末の成形体）とは、同系の物質であるといえ
ども、常温下においてこれらの表面が活性化しておら
ず、互いになじむ性質のものでもないので、相対的な接
着性や粘着性がないのはもちろん、密着性も乏しい。し
たがって、冷間成形法に属する前記各法を介して棒状体
の外周面に多孔質ガラス層を設けたとき、密着性の欠如
に起因してこれらの界面に不整合が生じ、その後、多孔
質ガラス層を透明ガラス化したときに、棒状体と透明ガ
ラス層との界面に気泡が残留する。

【０００８】このような気泡残留をもつ石英系の母材
は、たとえば、これを加熱延伸して光ファイバを作製し
たとき、構造不完全により光ファイバの伝送特性、機械
的特性が低下し、特に、線引き時において光ファイバの
断線が起こりがちとなる。

【０００９】本発明はかかる技術的課題に鑑み、気泡残
留をきたすことのない、しかも、光学的特性、機械的特
性の優れた石英系ガラス母材を得ることのできる方法を
提供しようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項１に
記載の石英系ガラス母材の製造方法は、所期の目的を達
成するために、石英系の棒または管からなるガラス体の
外周面上に、石英系のガラス前駆体微粒子のみからなる
多孔質ガラス前駆体層または石英系のガラス前駆体微粒
子を含む多孔質ガラス前駆体層を形成し、その後、多孔
質ガラス前駆体層の外周面上に石英系の多孔質ガラス層
を設けることを特徴とする。

【００１１】本発明に係る請求項２に記載の石英系ガラ
ス母材の製造方法は、所期の目的を達成するために、石
英系の棒または管からなるガラス体の外周面上に、石英
系のガラス前駆体微粒子のみからなる多孔質ガラス前駆
体層または石英系のガラス前駆体微粒子を含む多孔質ガ
ラス前駆体層を形成し、その後、多孔質ガラス前駆体層
を熱処理して透明ガラス化に至らない未透明ガラス層を
つくり、その後、未透明ガラス層の外周面上に石英系の
多孔質ガラス層を設けることを特徴とする。

【００１２】

【作用】請求項１に記載の本発明方法は、石英系の棒ま
たは管からなるガラス体の外周面上に、石英系の多孔質
ガラス前駆体層、石英系の多孔質ガラス層を順次設ける
から、多孔質ガラス前駆体層は、ガラス体と多孔質ガラ
ス層との間にあって、これらの両方に接する。

【００１３】多孔質ガラス前駆体層は、たとえば、Ｓｉ
を含む金属アルコキシド、Ｓｉを含む金属塩などを加水
分解反応、縮重合反応させて得られる化合物の微粒子が
多孔質状に集合したものであり、その微粒子表面が活性
なＯＨ基を有しているから、ガラス体、多孔質ガラス層
のいずれに対しても良好に密着し、特に、多孔質ガラス
層に対しては、シラノール結合あるいは縮重合反応を利
用することで、これとの結合性、整合性が向上する。さ
らに、この多孔質ガラス前駆体層は、シリカ粉末（Ｓｉ
Ｏ₂ ）よりも透明ガラス化温度が低いので、ガラス体と
多孔質ガラス層との界面付近における透明ガラス化がス
ムーズに進行する。

【００１４】したがって、多孔質ガラス前駆体層、多孔
質ガラス層を透明ガラス化すべく、これらを所定の温度
で熱処理したとき、ガラス体と透明ガラス層との間、さ
らには、各透明ガラス層相互の間に、界面不整合に起因
した気泡残留が生じない。

【００１５】請求項２に記載の本発明方法は、ガラス体
上にある多孔質ガラス前駆体層を未透明ガラス層にして
から、これの上に多孔質ガラス層を設ける。

【００１６】この未透明ガラス層も、多孔質ガラス前駆
体層と同様の化学的ないし物理的特性を有しているの
で、請求項１に記載の本発明方法と同じく、界面不整合
に起因した気泡残留が生じない。

【００１７】

【実施例】本発明方法の各実施例について、図面を参照
して説明する。図１、図２において、１はガラス体、２
は多孔質ガラス前駆体層、３は多孔質ガラス前駆体層を
熱処理した後の未透明ガラス層、４は多孔質ガラス層、
５、６は多孔質ガラス層、未透明ガラス層などを透明ガ
ラス化した後の透明ガラス層をそれぞれ示す。

【００１８】ガラス体１は、気相法、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層を脱水ならびに透明ガラス
化したものである。この石英系のガラス体１は、一例と
して、コア用ガラスとその外周にクラッド用ガラスとを
備えた棒状体からなり、他例として、コア用ガラスのみ
の棒状体からなる。場合により、ガラス体１がコア用ガ
ラスおよび／またはクラッド用ガラスを備えた石英系の
管状体からなることもある。

【００１９】多孔質ガラス前駆体層２は、スプレー法、
塗布法、ディップ法（浸漬法）のごとき任意の方法を介
して形成されたものである。多孔質ガラス前駆体層２を
形成しているガラス前駆体は、一例として、Ｓｉを含む
金属アルコキシド、Ｓｉを含む金属塩などを加水分解反
応、縮重合反応させて得られる化合物の微粒子からな
る。上記金属アルコキシドとして、Ｓｉ（ＯＥｔ）₄ 、
Ｓｉ（ＯＭｅ）₄ などのシリコンアルコキシドをあげる
ことができ、上記金属塩として、ＳｉＣｌ₄ をあげるこ
とができる。

【００２０】多孔質ガラス層４は、加圧成形法（液圧成
形法）、押出成形法、スリップキャスト法、泥漿鋳込
法、泥漿塗布法など、これら任意の方法を介して成形さ
れたものである。多孔質ガラス層４は、一例として、純
粋シリカ粉末の成形物からなり、他例として、屈折率設
定用、軟化温度調整用などのドーパントを含むドープト
シリカ粉末の成形物からなる。

【００２１】図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に例示した各装置
は、ガラス体１の外周面上に多孔質ガラス前駆体層２を
形成するために用いられる。図３（ａ）のスプレー装置
は、雰囲気形成室１１内において、ガラス体１を回転自
在に両端支持するためのガラス旋盤［図３（ｂ）のガラ
ス旋盤１３を参照］と、ガラス旋盤を介して両端支持さ
れたガラス体１の軸線方向沿いに往復動自在なスプレー
１２とを備え、スプレー１２が、成形材料１８の供給系
（図示せず）に接続されたものである。図３（ｂ）の泥
漿塗布装置は、上述したガラス旋盤１３と、ガラス体１
の軸線方向沿いに往復動自在な塗布器１４および電気ヒ
ータ、熱風ヒータのごとき乾燥器１５とを備え、塗布器
１４内に成形材料１８が収容されている。この泥漿塗布
装置は、多孔質ガラス層４の成形にも適用することがで
きる。図３（ｃ）のディッピング装置は、成形材料１８
が収容された浸漬槽１６と、浸漬槽１６の内外にわた
り、ガラス体１を出し入れするための昇降機械１７とを
備えている。図３（ａ）〜（ｃ）において、多孔質ガラ
ス前駆体層２をつくるための成形材料１８は、前述した
化合物の微粒子を含む混合溶液またはスラリーからな
る。

【００２２】図４に例示した加熱炉２１は、多孔質ガラ
ス前駆体層２、多孔質ガラス層４を半燒結状態に焼き締
めたり、精製（不純物の除去と脱水）したり、あるい
は、透明ガラス化するために用いられる。この加熱炉２
１は、雰囲気ガスの出入口２２、２３を有する石英製炉
心管２４の外周にリング状の電気ヒータ２５が備えられ
たものである。

【００２３】図５に例示した液圧成形装置は、多孔質ガ
ラス前駆体層２または未透明ガラス層３の外周面上に多
孔質ガラス層４を成形するために用いられる。図５にお
いて、３１は成形用筒型、３２、３３は一対の成形用蓋
体、３６は支持筒、３９は高圧容器、４３は成形空間、
４４は加圧空間、４５成形材料、４６は圧力媒体をそれ
ぞれ示す。

【００２４】成形用筒型３１は、両端が開放された円筒
形状を有している。成形用筒型３１は、ゴム、合成樹脂
のごとき弾性を有するものからなり、代表的な成形用筒
型３１は、ニトリルゴム製、シリコーンゴム製などであ
る。

【００２５】一対の成形用蓋体３２、３３は外周面に段
差のある円板形状を有し、該各成形用蓋体３２、３３の
内面中央には凹部３４、３５がそれぞれ形成されてい
る。これら成形用蓋体３２、３３は、金属、または、金
属と同程度の剛性を有するゴム、合成樹脂などからな
り、具体的一例として、耐食性を有する金属製の成形用
蓋体３２、３３が採用される。両成形用蓋体３２、３３
のいずれか一方または両方には、後述の成形空間４３内
を吸引するために、その蓋体を厚さ方向に貫通する吸引
孔（図示せず）が形成されることがある。

【００２６】支持筒３６は、壁面の一部に圧力媒体４６
の出入口３７、３８を有する金属製の円筒体からなる。
支持筒３６の上下両端には、両成形用蓋体３２、３３と
の組み立て状態を保持するための保持具（図示せず）が
備えられることがある。

【００２７】高圧容器３９は、金属製の筒体４０と、筒
体４０の両端を閉じるための金属製の蓋体４１、４２と
が組み合わされたものである。

【００２８】図５の液圧成形装置において、多孔質ガラ
ス層４をつくるための成形材料４５は、石英系のガラス
粉末、たとえば、純粋石英微粒子および／またはＢ₂ Ｏ
₃ 、Ｆのごときドーパントを含む石英系のガラス微粒子
からなる。後述の成形空間４３内に充填される成形材料
４５のガラス粉末粒径は、通常、０．０１μｍ〜１００
μｍ程度である。

【００２９】ガラス粉末の細粒化が著しく、これを成形
空間４３内へ充填するのがむずかしい場合、純水あるい
は純水と成形助剤とを利用して、細粒化粉末を粒径５０
μｍ〜２５０μｍに造粒すればよく、かかる造粒によ
り、ガラス粉末の均一な高密度充填が可能になる。この
場合、粒径５０μｍ以上の粉末の割合を５０％以上と
し、粒径１０μｍ以下の粉末の割合を１０％未満とする
のが好適である。

【００３０】場合により、成形材料４５のガラス粉末に
は、溶媒たとえば純水が混合されてゾル状を呈している
こともある。この際、ガラス粉末には、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成形助剤として採用されるこ
ともある。ガラス粉末中への成形助剤の添加量は、ガラ
ス粉末に対して、１〜２０重量％程度であり、望ましく
は１５重量％以下である。

【００３１】後述する加圧空間４４内に供給される圧力
媒体４６は、一例として水、他の一例として滑油、さら
に他の一例として水と滑油との混合物からなる。

【００３２】図５における各部材の相対関係について
は、つぎのとおりである。一対の成形用蓋体３２、３３
は、相対的に径の大きい部分（大径部）と、相対的に径
の小さい部分（小径部）とを有しているため、図示のご
とく、外周面に段差がある。この場合において、両成形
用蓋体３２、３３の大径部は、これの内面を成形用筒型
３１、支持筒３６の各端面に突き合わせることができ、
両成形用蓋体３２、３３の小径部は、これらを成形用筒
型３１の両端と密に嵌め合うことができる。したがっ
て、支持筒３６を外殻として、成形用筒型３１、両成形
用蓋体３２、３３を図５のように組み立てた場合、成形
用筒型３１、両成形用蓋体３２、３３にて囲われた空間
が成形空間４３となり、両成形用蓋体３２、３３、支持
筒３６にて囲われた空間が加圧空間４４となる。

【００３３】高圧容器３９は、このようにして組み立て
られる成形用筒型３１、両成形用蓋体３２、支持筒３６
などを内蔵することのできる容積を有し、さらに、その
残部空間内に圧力媒体４６を収容することができる。

【００３４】両成形用蓋体３２、３３には、多孔質ガラ
ス前駆体層２、多孔質ガラス層４へのコンタミナントを
防止するため、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。成形用筒型３１
は、多孔質ガラス前駆体層２、多孔質ガラス層４に対す
る汚染を惹き起こさず、支持筒３６、高圧容器３９は、
成形空間４３に直接関与しないので、これらには、コン
タミナント防止のためのコーティングが不要である。そ
の他、図５の部材相互を組み立てるとき、高度の気密
性、液密性を要する部材相互の接触箇所には、必要に応
じてシール部材が介在される。

【００３５】図６に例示したクロスヘッド型の押出成形
装置は、未透明ガラス層３の外周面上に多孔質ガラス層
４を成形するために用いられる。図６において、５１は
押出機、５７はクロスヘッド、６１は乾燥器、６２は可
塑性を有する成形材料をそれぞれ示す。

【００３６】押出機５１は、伝動手段を備えた原動機
（モータ）５２、ホッパ５３を有する一次混練室５４、
真空室５５、および、二次混練室５６が、所定の方向に
連結されて構成されており、一次混練室５４内、二次混
練室５６内には、原動機５２と伝動軸（図示せず）とを
介して回転される混練器（図示せず）がそれぞれ内蔵さ
れている。

【００３７】クロスヘッド５７は、独立した二つの入口
部５８、５９と、共通した一つの出口部６０と、これら
入口部５８、５９、出口部６０に通じる各通路（図示せ
ず）とを備えており、該各通路が出口部６０付近で同心
状に合流している。

【００３８】乾燥器６１は、たとえば、円筒形のごとき
筒形からなり、これには、図示しない電気ヒータが備え
つけられている。

【００３９】図６において、クロスヘッド５７の入口部
５９、出口部６０には、押出機５１の二次混練室５６、
乾燥器６１がそれぞれ連結されている。

【００４０】図６の押出成形装置において、多孔質ガラ
ス層４をつくるための可塑性の成形材料６２は、前述し
た石英系のガラス粉末を主原料とし、この主原料が、純
水または前記成形助剤を含む純水で均質に混練されて調
製されたものであり、かかる調製により可塑性が付与さ
れている。

【００４１】図７に例示した泥漿鋳込装置は、多孔質ガ
ラス前駆体層２または未透明ガラス層３の外周面上に多
孔質ガラス層４を成形するために用いられる。図７にお
いて、７１は成形型を示し、７２はスラリー注入器を示
す。

【００４２】成形型７１は、一例として、石英粉末素材
を燒結凝固化した多孔質円筒体（無機質多孔質体製）か
らなり、他例として、連続気孔をもつ合成樹脂製の円筒
体からなる。スラリー注入器７２は、上端に入口７３、
下端に出口７４を有し、内部に攪拌翼７５を備えたホッ
パ形状からなる。図７において、多孔質ガラス層４をつ
くるためのスラリーの成形材料７６は、前述したと同
様、石英系のガラス粉末を主原料とし、この主原料が、
純水または前記成形助剤を含む純水で均質に混練されて
調製されたものであり、かかる調製によりスラリーを呈
している。

【００４３】つぎに、図１（ａ）〜（ｃ）に示す順序に
したがい、石英系ガラス母材を製造する例を以下に述べ
る。

【００４４】図１（ａ）の工程では、図３（ａ）〜
（ｃ）に例示したいずれかの方法を用いてガラス体１の
外周面上に多孔質ガラス前駆体層２を形成し、図１
（ａ）の工程では、図３（ｂ）、図５、図７に例示した
いずれかの方法を用いて多孔質ガラス前駆体層２の外周
面上に多孔質ガラス層４を形成し、図１（ｃ）の工程で
は、図４に例示した方法を用いて多孔質ガラス前駆体層
２、多孔質ガラス層４を精製ならびに透明ガラス化す
る。

【００４５】図１（ａ）の工程において図３（ａ）のス
プレー法を実施するとき、ガラス旋盤を介してガラス体
１を回転自在に両端支持し、かつ、雰囲気形成室１１内
を所定の雰囲気に保持した後、ガラス体１を回転させつ
つこれの軸線方向沿いにスプレー１２を往復動させ、ス
プレー１２から噴射されたスラリー状の成形材料１８を
ガラス体１の外周面上に付着させる。かくて、ガラス体
１の外周面上には多孔質ガラス前駆体層２が形成され、
その後、多孔質ガラス前駆体層２は、図示しない乾燥手
段により１００〜１５０℃程度の温度で乾燥される。こ
のようにして多孔質ガラス前駆体層２を形成するとき、
ガラス体１を回転させながらこれの軸線方向沿いに往復
動させ、定位置に保持されたスプレー１２から成形材料
１８を噴射してよい。

【００４６】図１（ａ）の工程において図３（ｂ）の泥
漿塗布法を実施するとき、前記と同じく、ガラス旋盤１
３を介してガラス体１を回転させつつこれの軸線方向沿
いに塗布器１４、乾燥器１５を往復動させ、塗布器１４
を介してガラス体１の外周面上にスラリー状の成形材料
１８を塗布するとともに、塗布された成形材料１８を乾
燥器１５により乾燥する。この場合、塗布器１４と乾燥
器１５は、成形材料１８をガラス体１へ一回塗布するご
と、ガラス体１の外周面から微小量ずつ遠ざかる。かく
て、ガラス体１の外周面上には、乾燥状態の多孔質ガラ
ス前駆体層２が形成される。図３（ｂ）の泥漿塗布法に
おいても、塗布器１４、乾燥器１５に代え、ガラス体１
を往復動させてよい。

【００４７】図１（ａ）の工程において図３（ｃ）のデ
ィッピング法を実施するとき、昇降機械１７を介してク
ランプしたガラス体１を、浸漬槽１６内の前記成形材料
１８中にゆるやかに浸漬し、かつ、ゆるやかに引き上げ
る。この操作により、ガラス体１の外周面に成形材料１
８が付着するので、ガラス体１の外周面上には多孔質ガ
ラス前駆体層２が形成される。その後、多孔質ガラス前
駆体層２は、前記と同様に乾燥される。

【００４８】図１（ｂ）の工程において図３（ｂ）に例
示した泥漿塗布法を実施するとき、既述のとおり、ガラ
ス旋盤１３を介してガラス体１を回転させつつこれの軸
線方向沿いに塗布器１４、乾燥器１５を往復動させ、塗
布器１４を介して多孔質ガラス前駆体層２の外周面上に
スラリー状の成形材料４５を塗布するとともに、塗布さ
れた成形材料４５を乾燥器１５により乾燥する。かく
て、多孔質ガラス前駆体層２の外周面上には、成形材料
４５による多孔質ガラス層４が形成される。

【００４９】図１（ｂ）の工程において図５に例示した
液圧成形法を実施するとき、これの準備のために、内外
に嵌めこまれた成形用筒型３１、支持筒３６の各下部に
成形用蓋体３３を組みつけ、ガラス体１を成形空間４３
内に挿入する。このとき、ガラス体１の下端は、成形用
蓋体３３の凹部３５内に嵌りこんで成形空間４３の軸心
に保持され、ガラス体１の上端も、成形空間４３内の上
部に一時的にセットされた中心保持具（図示せず）を介
して成形空間４３の軸心に保持される。この準備を終え
た後、成形空間４３内に脱気処理済みの成形材料４５を
投入すると、投入された成形材料４５は、成形空間４３
内に落下し、ガラス体１を周囲から埋めながら堆積す
る。成形空間４３内への成形材料４５の充填量が増し、
その成形材料４５を介してガラス体１が安定に支持され
るに至ったとき、成形空間４３内から中心保持具を取り
除き、引き続いて、成形空間４３内へ成形材料４５を投
入する。成形空間４３内に所定量の成形材料４５が充填
された後は、成形用筒型３１、支持筒３６の各上部に成
形用蓋体３２を組みつける。このとき、ガラス体１の上
端は成形用蓋体３２の凹部３４内に嵌りこむ。ついで、
必要ならば、成形用蓋体３３（または成形用蓋体３２）
の吸引孔に接続された真空ポンプ（図示せず）を介して
成形空間４３内を脱気する。その後、成形用筒型３１、
成形用蓋体３２、３３、支持筒３６などによる成形ユニ
ットを高圧容器３９内に入れ、当該容器３９を密閉す
る。高圧容器３９は、図示しない高圧印加装置内に注入
かつ充填した圧力媒体４６により内圧が高まるので、こ
のようにして高圧容器３９内を高圧にしたとき、支持筒
３６の出入口３７、３８より加圧空間４４内に充満して
いる圧力媒体４６が成形用筒型３１を外部から加圧す
る。かくて、成形空間４３内には、成形材料４５による
嵩密度の均一な、しかも、亀裂、割れのない多孔質ガラ
ス層４が成形される。以下は、高圧容器３９の内圧を徐
々に減じて成形用筒型３１を復元させ、成形用筒型３１
の復元後、高圧容器３９内から成形ユニットを取り出
し、さらに、成形用蓋体３２、３３のいずれかを支持筒
３６から取り外して、成形空間４３内からガラス体１と
共に多孔質ガラス層４を取り出す。この多孔質ガラス層
４が水分、成形助剤を含んでいるとき、つぎの工程へか
ける前、必要に応じて、これを約１１０℃で乾燥し、約
４００〜６００℃で加熱処理すればよい。

【００５０】図１（ｂ）の工程において図７に例示した
泥漿鋳込法を実施するとき、事前の準備として、成形型
７１の底部を図示しない端栓で密閉し、ガラス体１を成
形型７１内の軸心部に立ててこの状態を保持し、さら
に、スラリー注入器７２内にスラリー状の成形材料７６
を投入する。かかる準備を終えた後、スラリー注入器７
２から成形型７１内に成形材料７６を注入する。その
後、時間の経過を待つと、成形型７１内の成形材料７６
は、これの溶媒が成形型７１により脱水吸収されて体積
収縮し、かくて、多孔質ガラス前駆体層２の外周面上に
は、成形材料７６による多孔質ガラス層４が形成され
る。この多孔質ガラス層４は、ある程度乾燥し体積収縮
しているので、ガラス体１を引き上げることにより、成
形型７１内から取り出すことができる。以下、多孔質ガ
ラス層４は、図示しない乾燥器により、１００〜１５０
℃の温度で乾燥される。

【００５１】図１（ｃ）の工程のとき、図４に例示した
加熱炉２１を用いて多孔質ガラス前駆体層２、多孔質ガ
ラス層４の熱処理を実施する。はじめの熱処理では、多
孔質ガラス前駆体層２、多孔質ガラス層４を精製（不純
物の除去と脱水）するために、約１２００℃のＣｌ₂ 、
Ｈｅ雰囲気に保持された炉心管２４内に多孔質ガラス前
駆体層２、４を入れて、これを電気ヒータ２５で高温に
加熱する。つぎの熱処理では、多孔質ガラス前駆体層
２、多孔質ガラス層４を透明ガラス化するために、炉心
管２４内を約１６００℃のＨｅ雰囲気に保持し、電気ヒ
ータ２５を介して多孔質ガラス前駆体層２、４を前記よ
りも高温に加熱する。かくて、ガラス体１の外周面上に
ある多孔質ガラス前駆体層２、４が、それぞれ透明ガラ
ス層５、６に仕上がる。

【００５２】つぎに、図２（ａ）〜（ｄ）に示す順序に
したがい、石英系ガラス母材を製造する例を以下に述べ
る。

【００５３】図２（ａ）の工程のとき、図３に例示した
各法のいずれかを前記図１（ａ）の工程と同様に実施し
て、ガラス体１の外周面上に多孔質ガラス前駆体層２を
形成する。

【００５４】図２（ｂ）の工程のとき、図４に例示した
加熱炉２１内において、多孔質ガラス前駆体層２を透明
ガラス化未満の温度（約５００〜１２００℃）で熱処理
してこれを未透明ガラス層３にする。この未透明ガラス
層３は、ガラス燒結が一部進行しているために多孔質ガ
ラス状態のときよりも格段に機械的特性が高められる。
したがって、未透明ガラス層３を後述のように押出成形
装置にかけたとき、これが脆性破壊しない。

【００５５】図２（ｃ）の工程において図６に例示した
押出成形法を実施するとき、これの準備のために、押出
機５１のホッパ５３より一次混練室５４内に可塑性の成
形材料６２を投入し、ガラス体１の先端にダミー棒を継
ぎ足しておく。かかる準備後、押出機５１の原動機５２
を稼働させながら、ガラス体１の先端に取りつけたダミ
ー棒をクロスヘッド５７の入口部５８内に挿入する。こ
のようにして成形装置を運転すると、未透明ガラス層３
を有するガラス体１がクロスヘッド５７の入口部５８よ
りその内部へ進入し、成形材料６２も一次混練室５４か
ら真空室５５、二次混練室５６を経てクロスヘッド５７
の入口部５９よりその内部へ送りこまれる。以下は、ガ
ラス体１、成形材料６２がクロスヘッド５７内の出口部
６０付近で合流するとともに、筒状に成形された成形材
料６２、すなわち、多孔質ガラス層４が未透明ガラス層
３の外周面上に被さり、これらが出口部６０より押し出
される。押し出し直後の多孔質ガラス層４は、乾燥器６
１を介して乾燥されるが、これ以外に、別の乾燥器を用
いて約１１０℃に乾燥されたり、約５００℃の高温で脱
脂されることがある。このような処理を終えた後、ガラ
ス体１の先端からダミー棒の部分が取り除かれる。

【００５６】図２（ｄ）の工程のとき、図４に例示した
加熱炉２１を用いて未透明ガラス層３、多孔質ガラス層
４を図１（ｃ）の工程の同様に熱処理するので、これら
ガラス層３、４が精製ならびに透明ガラス化されて、そ
れぞれ透明ガラス層５、６に仕上がる。

【００５７】なお、図１の実施例においても、同図
（ａ）の工程と同図（ｂ）の工程との間に、図２（ｂ）
のような、多孔質ガラス前駆体層２を未透明ガラス層３
にする工程を介在させてよい。

【００５８】以上に述べた各実施例の場合、ガラス体１
は、石英系の棒、管のいずれであってもよい。ただし、
管状のガラス体１がコア用であるとき、既述の工程のほ
かに管状ガラス体１をコラプスするための熱処理も必要
になる。さらに、ガラス体１が管状の場合、これの破断
事故を回避するために、図５の液圧成形法は採用しない
のがよい。その他、既成のＶＡＤ法、ＯＶＤ法などを介
して、多孔質ガラス前駆体層２または未透明ガラス層３
の外周面上に多孔質ガラス層４を形成してもよい。

【００５９】具体例１この具体例１は、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に例示した工
程に基づく。

【００６０】［図１（ａ）の工程］棒状のガラス体１と
して、コア用ガラスがＳｉＯ₂ −ＧｅＯ₂ 、クラッド用
ガラスがＳｉＯ₂ からなるものを用いた。このガラス体
１は、ＶＡＤ法により作製されたものであり、外径１
０．６ｍｍφ、長さ約２７０ｍｍ、コア用ガラス外径／
クラッド用ガラス外径＝１／４、比屈折率差約０．３５
％である。成形材料１８として、テトラエトキシシラン
（１モル）に、１２モル比の水、３モル比のエチルアル
コールを加えて調製した混合溶液２００ｍｌを用いた。
図３（ａ）の雰囲気形成室１１内において、これらの材
料を用いてスプレー法を実施するとき、雰囲気形成室１
１内をアンモニア蒸気雰囲気に保持し、ガラス体１の外
周面上に厚さ１００μｍの多孔質ガラス前駆体層２を形
成した。その後、多孔質ガラス前駆体層２を１１０℃で
乾燥した。

【００６１】［図１（ｂ）の工程］成形材料４５とし
て、平均粒径８０μｍのシリカ造粒粉末を用いた。成形
用筒型３１として、外径６０ｍｍφ、内径５０ｍｍφ、
長さ２７０ｍｍ、有効長２５０ｍｍのニトリルゴムから
なるものを用い、両成形用蓋体３２、３３として、成形
用筒型３１に対応する寸法のものを用いた。上記におい
て、図５に例示した液圧成形法を実施するとき、成形空
間４３内に多孔質ガラス前駆体層２を有するガラス体１
をセットし、前記成形材料４５を充填した後、加圧空間
４４内の圧力媒体（滑油）４１を介して、成形用筒型３
１に１．５ｔ／ｃｍ² の圧力を約１分間かけ、外径４２
ｍｍφの多孔質ガラス層４を成形した。成形空間４３内
に多孔質ガラス前駆体層２を取り出すとき、３０分の時
間をかけてゆるやかに成形用筒型３１を復元させた。

【００６２】［図１（ｃ）の工程］図４に例示した加熱
炉２１を用いて、多孔質ガラス前駆体層２、多孔質ガラ
ス層４を１２５０℃のＣｌ₂ 、Ｈｅ雰囲気（Ｈｅに対し
Ｃｌ₂ １０％）で精製（不純物の除去と脱水）した後、
１６００℃のＨｅ雰囲気で透明ガラス化して、透明ガラ
ス層５、６とした。この透明ガラス母材の場合、ガラス
体１と透明ガラス層５との界面、両透明ガラス層５、６
相互の界面に、いずれも気泡の存在がみられなかった。

【００６３】以下、上記透明ガラス母材を周知の加熱延
伸法で線引きして、コア径１０μｍφ、外径１２５μｍ
φ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
覆層を施した。この被覆光ファイバは、気相法で作製さ
れた母材から得られる光ファイバと同等以上の伝送特性
を示し、線引き中の断線事故も発生しなかった。

【００６４】具体例２この具体例２も、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に例示した工
程に基づく。［図１（ａ）の工程］ＶＡＤ法に基づく棒状ガラス体１
として、具体例１と同様のものを用いた。成形材料１８
つくるために、平均粒径０．３μｍのシリカ粉末１００
ｇに純水を加えてシリカ濃度６０％のスラリーをつく
り、このスラリーには、０．０７ｇのＮＨ₃ を添加した
後、ボールミル中において混合しながらエチルアルコー
ル、テトラエトキシシランを順次加えた。かかるシリカ
スラリーの成分は、下記のとおりである。ｐ＝［Ｓｉ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₄ ］／［ＳｉＯ₂ ］＝０．０
１１モル比ｑ＝［ＯＣ₂ ＯＨ₅ ］／［Ｓｉ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₄ ］＝２
モル比ｒ＝［Ｈ₂ Ｏ］／［Ｓｉ（ＯＣ₂ Ｈ₅ ）₄ ］＝８７．２
モル比ａ＝［ＳｉＯ₂ ］／［ＳｉＯ₂ ＋Ｈ₂ Ｏ］＝０．６重量
比こうして得られたシリカスラリー成形材料１８は、さら
に、３０℃、２４時間をかけてこれを均質に攪拌混合し
た。これらの材料を用いて図３（ａ）のスプレー法を前
記と同様に実施し、ガラス体１の外周面上に厚さ２００
μｍの多孔質ガラス前駆体層２を形成した。その後、多
孔質ガラス前駆体層２を１１０℃で乾燥した。

【００６５】［図１（ｂ）の工程］具体例１と同様にし
て、図５の液圧成形法を実施し、多孔質ガラス前駆体層
２の外周面上に外径約４２ｍｍφの多孔質ガラス層４を
成形した。この際に用いた成形材料４５は、平均粒径７
０μｍのシリカ造粒粉末である。

【００６６】［図１（ｃ）の工程］図４に例示した加熱
炉２１を用いて、多孔質ガラス前駆体層２、多孔質ガラ
ス層４を１２８０℃のＣｌ₂ 、Ｈｅ雰囲気で精製（不純
物の除去と脱水）した後、１５８０℃のＨｅ雰囲気で透
明ガラス化して、透明ガラス層５、６とした。透明ガラ
ス母材（透明ガラス層６）の外径は、３５ｍｍφであっ
た。この透明ガラス母材の場合も、具体例１と同様に気
泡残留がみられなかった。

【００６７】以下も、具体例１と同様にして上記透明ガ
ラス母材から光ファイバをつくり、その線引き直後の光
ファイバ外周に被覆層を施して、被覆光ファイバ作製し
たところ、この被覆光ファイバも、具体例１と同等の伝
送特性を示し、線引き中の断線事故も発生しなかった。

【００６８】棒状ガラス体１の外周面上に多孔質ガラス
前駆体層２を形成しない以外は、具体例１、２と同様に
して、多孔質ガラス層４の形成を含む透明ガラス母材の
作製から被覆光ファイバの作製までを実施した。この比
較例の場合、ガラス体１と透明ガラス層６（＝多孔質ガ
ラス層４の透明ガラス化物）との界面に気泡が残留して
いたために、被覆光ファイバの伝送特性が、気相法で作
製された母材から得られる光ファイバよりも劣ってい
た。

【００６９】具体例３この具体例３は、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に例示
した工程に基づく。

【００７０】［図２（ａ）の工程］ＶＡＤ法に基づく棒
状ガラス体１として、外径１４ｍｍφ、長さ６００ｍ
ｍ、コア用ガラス（ＳｉＯ₂ −ＧｅＯ₂ ）の外径／クラ
ッド用ガラス（ＳｉＯ₂ ）の外径＝１／３、比屈折率差
約０．３５％のものを用いた。このガラス体１の一端
に、石英製からなる外径１４ｍｍφ、長さ３００ｍｍの
ダミー棒をガラス溶接した。成形材料１８として、テト
ラエトキシシラン（１モル）に対し、１４モル比の水、
４モル比のエチルアルコールを加えて調製した混合溶液
２０００ｍｌを用いた。図３（ｃ）のディッピング法に
おいて、成形材料（上記混合溶液）１８を収容せる浸漬
槽１６内にガラス体１を浸漬して多孔質ガラス前駆体層
２を形成した。その後、ガラス体１を浸漬槽１６内から
取り出し、多孔質ガラス前駆体層２を５０℃のアンモニ
ア蒸気中に３０分間放置し、さらに、その後、多孔質ガ
ラス前駆体層２を１１０℃で乾燥した。

【００７１】［図２（ｂ）の工程］図４の加熱炉２１を
用い、多孔質ガラス前駆体層２を６５０℃のＨｅ雰囲気
で熱処理して多孔質ガラス前駆体層２を未透明ガラス層
３とした。

【００７２】［図２（ｃ）の工程］可塑性の成形材料６
２として、平均粒径８μｍのシリカ粉末１００重量部
に、メチルセルロース（結合剤）３重量部、純水（溶
媒）２２重量部を加え、これらを均質に攪拌したものを
用いた。ガラス体１を図６の押出成形装置（押出量３０
ｋｇ／Ｈ）にかけて、未透明ガラス層３の外周面上に成
形材料６２による多孔質ガラス層４を押出成形し、押出
直後の多孔質ガラス層４を乾燥器６１により１１０℃で
乾燥した。この際の押出時間は、ダミー棒の部分も含め
１５分である。押出成形された多孔質ガラス層４は、厚
さが約３８ｍｍ、外径が約９０ｍｍφである。

【００７３】［図２（ｄ）の工程］図４に例示した加熱
炉２１を用いて、未透明ガラス層３、多孔質ガラス層４
を既述の内容に準じて精製ならびに透明ガラス化し、透
明ガラス層５、６とした。透明ガラス母材（透明ガラス
層６）の外径は３５ｍｍφであった。この透明ガラス母
材の場合も、各具体例と同様に気泡残留がみられなかっ
た。

【００７４】以下も、前記具体例と同様に、上記透明ガ
ラス母材から光ファイバをつくり、その線引き直後の光
ファイバ外周に被覆層を施したところ、この被覆光ファ
イバも前記具体例と同等の伝送特性を示し、線引中の破
断事故も発生しなかった。

【００７５】比較例２棒状ガラス体１の外周面上に多孔質ガラス前駆体層２を
形成しない以外は、具体例３と同様にして、多孔質ガラ
ス層４の形成を含む透明ガラス母材の作製から被覆光フ
ァイバの作製までを実施した。この比較例２の場合、ガ
ラス体１と透明ガラス層６（＝多孔質ガラス層４の透明
ガラス化物）との界面で密着不良が発生したために、被
覆光ファイバの伝送特性が、気相法に基づく母材から得
られるシングルモード光ファイバよりも劣っていた。

【００７６】本発明方法が開示した技術内容は、前述し
た各実施例、各具体例のように、光ファイバ用の石英系
多孔質ガラス層、石英系ガラス母材をつくる場合のほ
か、イメージファイバ用、ライトガイド用、ロッドレン
ズ用の母材つくる場合にも適用することができる。

【００７７】

【発明の効果】本発明方法によるときは、ガラス体の外
周面上に多孔質ガラス前駆体層を形成し、この多孔質ガ
ラス前駆体層の外周面上に、または、これを熱処理した
未透明ガラス層の外周面上に、多孔質ガラス層を成形す
るから、これら各層の界面に気泡残留をきたすことのな
い、しかも、光学的特性、機械的特性の優れた石英系ガ
ラス母材を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の一実施例を工程順に略示した説明
図である。

【図２】本発明方法の他実施例を工程順に略示した説明
図である。

【図３】本発明方法で用いられる多孔質ガラス前駆体層
の各種形成手段を略示した説明図である。

【図４】本発明方法で用いられる加熱炉を略示した断面
図である。

【図５】本発明方法で用いられる液圧成形装置を略示し
た断面図である。

【図６】本発明方法で用いられる押出成形装置を略示し
た平面図である。

【図７】本発明方法で用いられる泥漿鋳込装置を略示し
た断面図である。

【符号の説明】

１ガラス体２多孔質ガラス前駆体層３未透明ガラス層４多孔質ガラス層５透明ガラス層６透明ガラス層１１雰囲気形成室１２スプレー１３ガラス旋盤１４塗布器１５乾燥器１６浸漬槽１７昇降機械１８成形材料２１加熱炉２４炉心管２５電気ヒータ３１成形用筒型３２成形用蓋体３３成形用蓋体３６支持筒３９高圧容器４０筒体４１蓋体４２蓋体４３成形空間４４加圧空間４５成形材料４６圧力媒体５１押出機５２原動機５３ホッパ５４一次混練室５５真空室５６二次混練室５７クロスヘッド５８入口部５９入口部６０出口部６１乾燥器６２成形材料７１成形型７２スラリー注入器７６成形材料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤継男東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内 (72)発明者吉田和昭東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】石英系の棒または管からなるガラス体の
外周面上に、石英系のガラス前駆体微粒子のみからなる
多孔質ガラス前駆体層または石英系のガラス前駆体微粒
子を含む多孔質ガラス前駆体層を形成し、その後、多孔
質ガラス前駆体層の外周面上に石英系の多孔質ガラス層
を設けることを特徴とする石英系ガラス母材の製造方
法。
【請求項２】石英系の棒または管からなるガラス体の
外周面上に、石英系のガラス前駆体微粒子のみからなる
多孔質ガラス前駆体層または石英系のガラス前駆体微粒
子を含む多孔質ガラス前駆体層を形成し、その後、多孔
質ガラス前駆体層を熱処理して透明ガラス化に至らない
未透明ガラス層をつくり、その後、未透明ガラス層の外
周面上に石英系の多孔質ガラス層を設けることを特徴と
する石英系ガラス母材の製造方法。