JPH05279087A

JPH05279087A - ガラスの脱アルカリ化方法

Info

Publication number: JPH05279087A
Application number: JP5015152A
Authority: JP
Inventors: Roger J Araujo; ジェロームアロージョロジャー; Walter F Love; フランシスラヴウォルター
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 1992-02-13
Filing date: 1993-02-02
Publication date: 1993-10-26
Also published as: US5192402A; EP0555663A3; EP0555663A2

Abstract

(57)【要約】【目的】電気分解により水素イオンでガラスのアルカ
リ金属イオンを交換して脱アルカリ化する方法を提供す
る。【構成】平らな上側表面24および下側表面26を有する
ガラス製品22の上下両面それぞれに、パラジウム電極2
8、ＷＯ₃電極30を配して組立体20を構成する。次に、
金メッキされた黄銅補助電極32が重量を加えるために電
極28上に配され、これにより、電極28とガラス表面24と
の良好な接触を確保する。電気接点38および40が黄銅補
助電極32、34に施された後に、これらを炉36中に入れ
る。接点38と40からの電線は、炉36から延びて、電源42
に接続される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電気分解によりアルカリ
金属イオンを除去する溶融石英またはケイ酸塩ガラスボ
ディの処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アルカリ金属酸化物は侵蝕作用を及ぼす
傾向にあり、それによりガラスバッチ中に含まれた場
合、融解を促進させることがよく知られている。したが
って、最も市販されているガラスはその組成中にある程
度まで含まれる少なくとも１つのアルカリ金属酸化物を
含有する。例えば、構造物のおよび自動車のつやだしに
一般に用いられるソーダ石灰ケイ酸塩板ガラスは、通常
約18％のソーダ（Ｎａ₂Ｏ）を含有している。

【０００３】「アルカリ金属」という用語は、慣習的に
周期表の１ａ族の金属をさす。本発明は概してそのよう
な金属全てに効果的であるが、主な興味はナトリウムを
中心とするものである。よって、本発明は主としてナト
リウムイオンに関して記載されているが、それに限定さ
れるものではない。

【０００４】ソーダがガラス組成中に意図的に含まれて
いないガラスにおいてさえも、ソーダは通常不純物とし
て発見される。これはガラスバッチ材料中のその普及し
た発生のためである。アルカリ金属酸化物、特にソーダ
は一般的にガラス成分として所望のものである。しかし
ながら、あるガラス中のその存在を最小限とするために
あらゆる努力が行なわれなければならない。このよう
に、百万当り数部ほどの少ない含有量のアルカリ金属イ
オンは有害な影響を有する。例えば、シリカはシリコン
チップの表面にスパッターされ得る。シリカガラスフイ
ルム中の非常に低濃度のアルカリ金属イオンはそのよう
な用途におけるチップの電気特性に不利に影響を及ぼ
す。

【０００５】ソーダ（Ｎａ₂Ｏ）のようなアルカリ金属
酸化物の存在は、ガラスを柔軟にする、すなわちその高
温粘度を減少させる傾向にある。その存在はまた、ファ
イバー光学用途の光伝達も妨害する。さらに、上述した
ように、アルカリ金属イオンの移動度は、電気特性に重
大に影響する。

【０００６】硫酸またはそのガス状成分のような鉱酸に
よるガラスの処理は、そのガラスの表面層からアルカリ
金属酸化物を少なくとも部分的に除去することが知られ
ている。そのような処理は、ガラスの耐候性を改善する
ため、表面伝導率を減少させるため、および／または強
度、屈折率および化学耐久性のような特性を変更するた
めに用いられる。

【０００７】英国特許第948,309 号は、ケイ酸塩ガラス
を脱アルカリ化する化学的方法を提案している。ガラス
は、上昇された温度下で、10％より多くは水を含まな
い、濃硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）、または液体酸硫酸塩（例え
ば、Ｎａ₂ＨＳＯ₄）で処理される。その反応はアルカ
リ金属と水素の交換として記載されている。水素は続い
て熱処理により水として除去することができる。その特
許には電気分解は含まれないことを言及する。

【０００８】イオン交換によりガラス表面を変化させる
技術もまたよく知られている。この技術は、アルカリ金
属間の交換、またはアルカリ金属と銀または銅のような
別の金属との交換である。米国特許第2,198,733 （レイ
ビッグら）は、電流により促進されるような交換を記載
している。もちろんそのような交換は有益であるが、そ
れは金属の交換である。別の金属との置換をなくしての
ある金属の除去ではない。

【０００９】上述した特許に加えて、以下の米国特許も
関心のあるものである。

【００１０】第1,592,429 号（クラウス）：銀のような
異質のイオンをガラス上の制限区域に電気的駆動するこ
とにより、見えないマークが作成される。

【００１１】第1,914,534 号（セレニー）：アルカリ金
属が直流によりバルブの内壁上に駆動される。次いで電
流が酸素中に駆動するように逆に流れて酸化物を形成す
る。

【００１２】第2,055,181 号（ロスタス）：直流を与え
ることにより、光電管の壁上にカリウムのような光感受
性材料を形成する。

【００１３】第3,647,406 号（フィッシャー）：ガラス
ロッドを、400 ℃で水蒸気を含むＳＯ₂空気雰囲気で処
理して表面層のナトリウムイオンと水素イオンの交換を
行なっており、ここで電気的中性が保持され、屈折率が
その表面層で減少せしめられる。

【００１４】第4,285,988 号（アーンスバーガー）：フ
ォトレジストでガラス上に開口模様を作り、電圧をかけ
てその露出区域に内部のアルカリ金属の移動を生じさせ
る。レジストが取り除かれその全表面に亘って色付けが
行なわれた場合、その処理区域には色付けがなされず、
それゆえアルカリ金属の枯渇を示す。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】電界の直接の適用によ
りアルカリ金属イオンを除去する試みがなされている。
しかしながら、アルカリ金属イオンはこの方法ではケイ
酸塩ガラスから除去できない。それはある酸素原子、特
に非架橋酸素原子に特有の不動負電荷のためである。ア
ルカリ金属のどのような動きも、正電荷の重心と負電荷
の重心との間の分離による復原力をつくりあげる。それ
ゆえ、アルカリ金属イオンは他の陽イオンにより置き換
えられる場合にのみガラスから除去される。

【００１６】本発明の目的は、水素イオンによりガラス
のアルカリ金属イオンを交換する好結果の電気分解方法
を提供することにある。

【００１７】本発明の別の目的は、ガラス製品、特に溶
融石英製品から、ナトリウムのようなアルカリ金属不純
物を除去する方法を提供することにある。

【００１８】さらに本発明の目的は、その組成中にアル
カリ金属を含有するガラスからアルカリ金属を除去する
ことにより新たな特性を有するガラスを製造する効果的
な方法を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも１
つのアルカリ金属イオンを含有するガラスボディからア
ルカリ金属イオンを除去する方法であって、水素イオン
生成陽極を前記ガラスボディ表面の一部と密接に接触さ
せ、除去される前記アルカリ金属イオンの酸化物受容体
を陰極としての前記ガラスボディ表面の別の部分と密接
に接触させ、ガラスボディと電極の組立体を、該組立体
が上昇された温度下にあり、前記電極間に渡って加えら
れた直流を有する間、水素含有雰囲気に露出する各工程
からなることを特徴とするものである。

【００２０】ある実施態様において、ガラスボディは不
純物としてナトリウムイオンを含有する溶融石英ボディ
であり、別の実施態様において、ガラスボディはその組
成中に除去される少なくとも１つのアルカリ金属酸化物
を有する。水素イオン生成陽極はパラジウムまたはチタ
ンであり、前者が好ましい。陰極として作用する酸化物
受容体は、ニッケル、鉄、バナジウム、チタン、モリブ
デン、ニオブ、ジルコニウム、タングステン、タンタ
ル、またはハフニウムの酸化物であるが、タングステン
またはモリブデンの酸化物が好ましい。電極は、固体、
平板ボディ、または蒸着フイルムである。上昇された温
度は400 −1200℃の範囲にあり、その温度は含有するガ
ラスおよび要求されるアルカリ除去の深さによる。

【００２１】本発明は、望ましくないアルカリ金属をガ
ラスから除去する問題への解決を提供する。アルカリ金
属は溶融石英の場合のように不純物として存在する。あ
るいは、ガラス組成物中に意図的な成分として存在す
る。その場合、アルカリ金属の除去により明白に異なる
特性を有するガラスが製造される。

【００２２】本発明は、溶融石英ガラス中に不純物とし
て存在するナトリウムイオンを除去するという願望から
生じたものである。それゆえ、本発明は主にその問題の
解決に関して記載されている。しかしながら、記載され
た方法と組立体は多量のアルカリ金属イオンの除去に等
しく適用できることが理解されよう。さらに、それら
は、カリウム、リチウム、またはセシウムのようなどの
アルカリ金属イオンの除去にも用いられる。

【００２３】ボール（boule ）、または他の形状に形成
されて市販されている溶融石英は、微量の不純物水準の
ナトリウムを含有する。例えば、ある材料は百万当たり
（ｐｐｂ）約130 部のナトリウムを含有する。この不純
物の水準は多くの用途には重大ではないが、溶融石英ガ
ラスが電気的素子に用いられるシリコンチップ上の保護
フイルムとして適用される場合に耐えられないことが分
かった。ガラス中の低水準のナトリウムでさえ、そのチ
ップの電気的特性に不利に影響する。

【００２４】主に、アルカリ金属イオンを含むどのよう
な移動性陽イオンはガス状酸媒体中で電気分解反応によ
り水素イオンと交換される。そのような構成を図１に概
略として示す。図１は陽極12と陰極14がその中に配され
た塩酸（ＨＣＬ）浴10を示す。ガラス製品16は、電極12
と14の間に配され、ナトリウムイオン（Ｎａ⁺）を含有
する。

【００２５】電源18により供給される電界の適用によ
り、Ｎａ⁺イオンは矢印により示したようにガラスから
陰極区画に抽出される。かわりに、また矢印で示したよ
うに水素イオン（Ｈ⁺）が陽極区画からガラスに進入す
る。水素ガスが陰極14で放出され、塩素ガスが陽極12で
放出される。実際問題として、この方法は、室温でのガ
ラス中のナトリウムイオンの低い移動度のために非常に
遅い。

【００２６】水素イオンとナトリウムイオンの交換を行
なうのに熱した鉱酸を用いることが提案されている。ガ
ラス、特に石英ガラスへの化学攻撃の強い傾向があり、
その方法はまだ比較的遅い。さらに、揮発化により、熱
した酸を用いた作業は非常に危険である。そのことは、
本発明を構成する実質的に異なる電気分解方法の発達を
導く。

【００２７】本発明の本質は、濃縮相源からというより
もむしろ、水素ガスから直接水素イオンを得ることにあ
る。本発明はさらに、水素ガスがある金属中、特にパラ
ジウムおよびチタンに溶性である事実に基づく。さら
に、それらの金属に溶解した場合、水素ガスは水素イオ
ンおよび非局在電子、すなわち金属中の伝導性電子に類
似した、水素から分離した電子に転化される。

【００２８】いくつかの「ｄ」特性を有する電子状態の
中でフェルミ準位を示す金属はどれも陽極としていくぶ
ん効果的である。最大限の作用は、チタンまたはパラジ
ウムを用いたときに得られ、後者が好ましい。

【００２９】水素ガスがそのような金属陽極に供給さ
れ、そこに溶解した場合、水素はイオン形態（Ｈ⁺）に
転化し、ガラス中に進入され得る。基本的な必要条件
は、金属陽極がガラスと密接に接触し、ガラスからナト
リウムイオンを引き出す機構が存在することである。

【００３０】密接な接触は金属をガラス表面に蒸着する
ことにより確保される。あるいは、必要な密着を保持す
るのに十分な圧力を加えて、磨いた平面をともに接触さ
せることにより得られる。２番目の必要条件が本発明の
さらなる特徴の基礎を形成する。

【００３１】主に、ガラス表面のある部分と密接に接触
したどの金属電極もナトリウムイオンを抽出するのに十
分である。しかしながら、ナトリウムイオンがガラスか
ら出現するように、それらは陰極で還元されて金属ナト
リウムを形成する。実際問題として、ナトリウム金属は
ガラスを貫通し、ガラス表面を損傷する傾向にある。ま
た、よく知られているように、フリーナトリウムは危険
な物質である。

【００３２】さらに本発明の特徴は、アルカリ金属イオ
ンが電極の寸法に実質的な変化がなく溶解する電極の使
用にある。特定の陽イオン、特に多価陽イオンの酸化物
は、アルカリ金属イオンを収容するのに十分に大きなそ
の原子構造に間げき部位を含む。

【００３３】少なくともある程度の陰極材料としての効
用を有する金属酸化物は、タングステン、モリブデン、
ジルコニウム、ニオブ、タンタル、ハフニウム、チタ
ン、バナジウム、ニッケル、鉄およびコバルトのような
多価金属の酸化物を含む。最初の６つが一般的な適用性
を有し、酸化タングステンが好ましい。ハフニアおよび
タンタルが技術的に望ましいが、高価である。最後の５
つがリチウム以外のどのアルカリ金属の抽出にも限定し
た値を有する。

【００３４】電気的中性は、陽極で生成した電子により
多価金属の正価の還元により維持される。このことは、
正に荷電したアルカリイオンの添加を補償する。これは
本発明を実施するのに基本的なことである。電荷中性が
保持されなければ、陽極からの電子が陰極中に溶解した
陽イオンから分離するという荷電の分離が生じる。この
ことは、逆電圧を生じ、電気分解が停止する。

【００３５】要約すると、本発明には３つの本質的な特
性または必要条件がある。これらは、１．フェルミ準
位で十分に高い電子密度を有し、溶解した水素を水素イ
オンに解離し、電子を非局在化する金属陽極。

【００３６】２．ガラスから抽出される陽イオンを収容
するのに十分大きな原子間間隔を含む金属酸化物陰極。

【００３７】３．前記陰極金属が、電子が容易に進入で
きる未充填帯を有する。

【００３８】

【実施例】以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を
詳細に説明する。

【００３９】本発明は様々な形状のガラス製品からアル
カリ金属イオンを抽出するのに用いられる。製品がガラ
スシートのように平らな表面を有する場合、ガラスと電
極との適切な接触は、電極の固有の重量により提供され
る。この場合、電極とガラスは垂直なサンドイッチ形状
に組み立てられる。電極の重量が十分ではない場合、そ
の重量は図２に示すように付加的な金属電極により補助
される。

【００４０】ガラス製品が平らな表面を有さない場合、
または選択的な区域の除去が要求された場合、電極は、
例えば熱蒸着によりフイルムとして施される。それゆえ
電極が供されたガラス製品は、次いで図２に示すような
電気分解系に電気的に接続される。

【００４１】図２は本発明の実施に用いられる組立体20
の断面図である。図２の組立体は平らな上側表面24およ
び下側表面26を有するガラス製品22からなる。パラジウ
ム28の平らな一片がガラス製品22の上側表面24上に配さ
れている。次に、ガラス製品22は、下側表面26が平らな
酸化タングステン（ＷＯ₃）の一片30と密接に接触する
ようにＷＯ₃の一片の上に配されている。次に、金メッ
キされた黄銅補助電極32が重量を加えるために電極28上
に配されている。これにより、ガラス表面24との良好な
接触を確保する。同様にして、必要に応じて金メッキさ
れた黄銅補助電極34がＷＯ₃電極30の下に配されてい
る。黄銅補助電極部材が使用に便利であると分かった
が、他の金属も代用できることが理解されよう。

【００４２】電気接点38および40が黄銅補助電極に施さ
れた後に、ガラスと電極との組立体は次いで炉36中に配
される。接点38と40からの電線は、炉36から延びて、電
源42に接続される。

【００４３】炉36は閉じた炉または開いた炉のいずれか
である。前者の場合、水素含有雰囲気が正の圧力で保持
される。開いた炉の場合、水素ガスの流動が保持され、
その流動は図２の矢印で示される。

【００４４】アルカリ金属イオン除去の速度は温度とと
もに指数的に増大し、その指数は−Ｅ／ｋＴで表わされ
ることが分かった。したがって、約400 ℃から1200℃の
範囲に亘る温度を用いる。

【００４５】どのような電圧におけるアルカリ置換に要
する時間も、ガラスの伝導率、および交換される層の厚
さまたは深さによる。溶融石英の伝導率は高温を除いて
は極めて低い。それゆえ、約１センチメーター厚の溶融
石英の一片のアルカリ交換は、1000Ｖ／ｃｍの実際的な
電圧で約１時間の実際的な時間内で精製を達成するため
に約1200℃の温度を要する。さいわい、そのような高温
は溶融石英には有害ではない。

【００４６】入手できる溶融石英中のアルカリ不純物の
水準は、比較データを得るのが困難な、分析手段による
検出限界に十分に近い。したがって、試験は約0.1 ％の
ナトリウム不純物水準を有するＢａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｓ
ｉＯ₂ガラスについて行なった。ガラスは550 ℃で72時
間に亘り1000ボルト／ｃｍの電界にさらした。

【００４７】その時点で、試験試料を取り除き、Ｎａ₂
Ｏの含有量についてガラス表面から３ミクロンの間隔で
そのガラスを分析した。試験の誤差限界内で変化する各
読取値を座標に記し、標準化曲線を描いた。その曲線を
図３のグラフに示す。

【００４８】図３において、重量パーセントで示すＮａ
₂Ｏ含有量を縦軸にとり、ミクロンで示す測定の深さを
横軸にとる。その曲線の左側の部分は、検出限界に近い
約0.01％のＮａ₂Ｏの値である。約100 ミクロンの深さ
において、Ｎａ₂Ｏ含有量は約0.1 ％の値まで鋭く立ち
上がる。それからこの含有量は、曲線の右側の部分に示
すように、試料の残りの部分に亘って保持される。この
比較的鋭い切断は、その交換方法を、鋭い境界が要求さ
れるプレナ導波管のような品目の製造に特に価値のある
ものにする。

【００４９】ガラスの伝導性は変化するので、アルカリ
交換の温度依存性は各異なるガラスごとに決定されなけ
ればならないことが理解されよう。例えば、上記データ
と比較ガラス伝導率を用いて、溶融石英に３つの異なる
温度において1000ボルト／ｃｍの電界をかけた場合の１
時間当たりのおおよそのアルカリ交換率を計算した。そ
の率を表Ｉに示す。

【００５０】表Ｉ温度（℃）率／時４５０〜１ミクロン１０００〜２ｍｍ１２７６〜１ｃｍ上述した技術はまた、ガラス製品から大量のアルカリ金
属イオンを除去するのにも用いられる。それゆえ、その
ような大量の除去は、ガラス溶融の促進および／または
所望の特性を与えるのに用いられる。本発明のこの特徴
において、もちろん抽出されるアルカリ金属イオン全て
を収容するのに十分な量の陰極を提供する必要がある。

【００５１】そのような抽出をする１つの理由は、低密
度のガラスを製造することにある。それゆえ、アルカリ
金属抽出によりケイ酸塩ガラス中のケイ素−酸素−ケイ
素結合角が変化しないというもっともらしい仮定をする
場合、脱アルカリガラスの密度を予測することができ
る。

【００５２】例えば、最初に20モルパーセントの酸化セ
シウムを含有する二元ケイ酸塩ガラスから全てのアルカ
リ金属セシウムを電気分解により除去する。完全に脱ア
ルカリ化した状態において、このガラスは1.49ｇ／ｃｃ
の密度を有する。これは、2.2 ｇ／ｃｃの密度を有する
溶融石英よりも32％少ない密度である。

【００５３】20モルパーセントのカリウムを含有する二
元ケイ酸塩を脱アルカリ化することにより、普通ではな
い一連の特性もまた得られる。その脱アルカリ化ガラス
の屈折率は1.49のまま不変であると思われる。しかしな
がら、その密度は1.7 ｇ／ｃｃであると予測される。比
較として、溶融石英は1.46の屈折率と2.2 ｇ／ｃｃの密
度を有する。

【００５４】30モルパーセントの酸化リチウムを含有す
る二元ケイ酸塩を脱アルカリ化することにより、より普
通ではない一連の光学特性が得られる。その脱アルカリ
化ガラスは1.524 の屈折率および2.1 ｇ／ｃｃの密度を
有すると思われる。標準ホワイトクラウン眼鏡用ガラス
は1.523 の屈折率および約2.9 ｇ／ｃｃの密度を有す
る。

【００５５】本発明の方法のある特別な用途は、屈折率
変化の空間的パターンを製造することにある。そのよう
なパターンを示すガラスボディは、光学導波管および関
連受動素子の分野で用いられる。そのようなパターンお
よびそのパターンを用いた素子を製造する可能性は、ア
ルカリケイ酸塩ガラスの屈折率が３つの要因によるとい
う事実に基づく。これらの要因は、ガラスのモル値、酸
素原子の分極率およびアルカリの分極率である。小さな
アルカリイオン（または陽子）の分極率は重大ではな
い。

【００５６】しかしながら、セシウムのような大きなア
ルカリ金属イオンの分極率は実質的に異なる。ここで、
分極率は非常に大きく、屈折率に重大に寄与する。それ
ゆえ、セシウムのような大きなイオンのガラスからの除
去は、ガラスの屈折率の実質的な減少に影響する。例え
ば、20モルパーセントの酸化セシウムを含有するケイ酸
塩ガラスの初期の例において、そのガラスは1.530 の屈
折率を有する。全てのセシウムの除去、および水素イオ
ンによる交換はその屈折率を1.375 まで減少させる。導
波管と素子の目的に要求されるより小さな変化は、セシ
ウムの除去を制御することにより容易に達成できる。

【００５７】プレナ導波管を製造するためのガラスの屈
折率のパターニングには、選択区域の約10ミクロンの深
さのみに生じる必要のあるアルカリ交換を必要とする。
それゆえ、その交換は、適当な時間内でたいそう低い温
度で達成される。選択された抽出温度は含まれるガラス
の伝導率によるが、典型的に約500 ℃である。

【００５８】ガラスボディの屈折率のパターニングは、
電極を所望の低屈折率地帯のパターンでガラス表面上に
配することにより達成される。それゆえ、電極として作
用するタングステンフイルムを、アルカリ金属イオンを
抽出するのに所望のガラス表面の部分に配する。

【００５９】３次元パターニングもまた、複合体構造物
を用いて達成される。その構造物は、本発明の方法に関
して処理されたガラスの薄い層に結合せしめられたアル
カリを含まないガラス、または他の低屈折率ガラスの供
給源からなる。

【００６０】図４はプレナ光学導波管44の上面平面図で
あり、図５は図４中の線分５−５に沿った断面図であ
る。それらは上述したように構成された複合体構造物を
例示するものである。

【００６１】図４および５において、導波管44は公称ア
ルカリ金属イオンのないガラスからなる。全体のガラス
ボディ50は基体46の上側表面48に接着されている。この
ボディは３つの異なる地帯52、54および56を提供するた
めに選択的に処理されている。ガラスボディ50は例え
ば、地帯52および56中からセシウムイオンが除去され、
水素によって交換されたケイ酸セシウムガラスである。
地帯54は未処理でとどまっており、したがって地帯52お
よび56よりも高い屈折率を有する。

【００６２】導波管44のようなプレナ導波管は、せいぜ
い数センチメーターの短い距離に渡り光学信号を送るた
めに設計されている。それゆえ、光学減衰率（ｄｂ／ｃ
ｍ）は、電気通信繊維光学のものほど重大ではない。プ
レナ導波管44は多モードまたは単モード送信に用いられ
る。高屈折率地帯54の大部分はプレナ多モード光学導波
管となるが、より小さな部分は１つのモードの送信のみ
をさせる。

【００６３】本発明の電気分解方法は、ＮおよびＭが潜
在光伝達通路を提供する枝別れ部材である、Ｎ×Ｍ方向
連結器を製造するのに用いられる。図６は、Ｎ＝Ｍ＝２
であるプレナ受動素子の上面平面図であり、ここで、光
は脱アルカリ化された低屈折率区域64に囲まれた高屈折
率、高アルカリ枝別れ区域62を通過する。矢印で示した
ように、部分Ａに入射する光は、２つの通路ＣおよびＤ
の間に分かれ、これらの通路に沿って射出する。通路Ｃ
およびＤから現れる光の比率は、連結器の幾何学により
決定される。これは次に、選択的な電気分解による連結
器の製造に用いられるパターン電極幾何学により決定さ
れる。

【００６４】このような性質の連結器は、表面イオン交
換反応により製造されている。しかしながら、本発明の
電気分解方法は、光学導波管幾何学により厳密な精密さ
を与える。また、用いられる材料の、および得られる屈
折率変化の度合いのより重大な多才性が与えられる。

【００６５】図５の区域54として示される高屈折率区域
は、ここに記載した技術、並びに通常のイオン交換技術
によっても製造される。いずれかの技術により製造され
た導波管に、ある制限時間本発明の主題である脱アルカ
リ化処理を施した場合、図５に区域54として示した高屈
折率、高アルカリ区域は、表面からガラスの大部分にあ
る距離動かされる。次いで新たな表面は低屈折率区域と
なる。それゆえ、高屈折率光路は、露出されている表面
にあるというより、効果的にガラス中に埋められる。

【００６６】本発明の方法はまた、導波管の長さ方向の
軸に沿った屈折率を変化させる実現性を提供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】アルカリ金属イオンが水素により交換される電
気分解配置を示す概略図

【図２】本発明の実施に用いられる組立体の断面図

【図３】本発明に関して処理されたガラスボディに亘る
Ｎａ₂Ｏ含有量の変化を示すグラフ

【図４】本発明に関して製造されたプレナ導波管の上面
平面図

【図５】図４の線分５−５に沿った断面図

【図６】本発明に関して製造された導波管連結器の上面
平面図

【符号の説明】

10 塩酸浴 12 陽極 14 陰極 16 ガラス製品 18 電源 20 組立体 22 ガラス製品 24 上側表面 26 下側表面 28 パラジウム 30 酸化タングステン 32、34 黄銅電極 36 炉 38、40 接点 44 導波管 46 基体 48 基体の上側表面 50 ガラスボディ 52、56、64 低屈折率地帯 54、62 高屈折率地帯

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１つのアルカリ金属イオンを
含有するガラスボディからアルカリ金属イオンを除去す
る方法であって、該方法が、水素イオン生成陽極を前記
ガラスボディ表面の一部と密接に接触させ、除去される
前記アルカリ金属イオンの酸化物受容体を陰極としての
前記ガラスボディ表面の別の部分と密接に接触させ、ガ
ラスボディと電極の組立体を、該組立体が上昇された温
度下にあり、前記電極間に渡って加えられた直流を有す
る間、水素含有雰囲気に露出する各工程からなることを
特徴とする方法。
【請求項２】前記陽極が、パラジウムおよびチタンか
らなる群より選択された金属からなることを特徴とする
請求項１記載の方法。
【請求項３】前記選択された金属がパラジウムである
ことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】前記陰極が、ニッケル、コバルト、鉄、
バナジウム、チタン、モリブデン、ニオブ、ジルコニウ
ム、タングステン、タンタルおよびハフニウムからなる
群より選択された金属の酸化物からなることを特徴とす
る請求項１記載の方法。
【請求項５】前記選択された金属が、ジルコニウム、
ニオブ、タングステン、またはモリブデンであることを
特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】前記選択された金属がタングステンであ
ることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】前記電極および前記ガラスボディの少な
くとも１つがともに堅く押し付けられる平滑表面を有す
ることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】少なくとも１つの電極が前記ガラスボデ
ィにフイルムとして施されることを特徴とする請求項１
記載の方法。
【請求項９】前記フイルムが熱蒸着により施されるこ
とを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】前記ガラスボディと電極の組立体が水
素含有雰囲気を有する加圧下の閉じた炉中で加熱される
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１１】前記ガラスボディと電極の組立体が、
上昇された温度下で加熱される間、該組立体を覆って流
れる水素含有ガス流動に露出されることを特徴とする請
求項１記載の方法。
【請求項１２】前記ガラスボディと電極の組立体が、
400 °−1200℃の範囲の温度で加熱されることを特徴と
する請求項１記載の方法。
【請求項１３】前記ガラスが溶融石英であり、前記温
度が約1000−1200℃であることを特徴とする請求項１２
記載の方法。
【請求項１４】前記ガラスボディが、不純物として少
なくとも１つのアルカリ金属を含有する溶融石英、また
はケイ酸塩ガラスであることを特徴とする請求項１記載
の方法。
【請求項１５】前記ガラスボディがそのガラス組成中
に意図的に含まれた少なくとも１つのアルカリ金属を含
有するガラスであることを特徴とする請求項１記載の方
法。
【請求項１６】前記陽極および陰極が選択的に前記ガ
ラス表面の部分に施され、それにより前記アルカリ金属
イオンが前記陽極と陰極の中間のガラスボディの区域か
ら選択的に除去されることを特徴とする請求項１５記載
の方法。
【請求項１７】前記アルカリ金属イオンが大きなイオ
ンであり、その除去が実質的に前記ガラスの密度および
屈折率を変えることを特徴とする請求項１６記載の方
法。
【請求項１８】前記大きなアルカリ金属イオンがセシ
ウムであることを特徴とする請求項１７記載の方法。
【請求項１９】陽極および陰極が中央区域により分離
されたガラスボディの２つの離れた部分に施され、それ
により前記大きなアルカリ金属イオンが前記離れた部分
から選択的に除去され、これによりプレナ導波管を製造
することを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項２０】前記中央区域が、アルカリ金属イオン
の枯渇した低屈折率の横の区域に挟まれた高屈折率アル
カリ金属イオン含有区域であることを特徴とする請求項
１９記載の方法。
【請求項２１】前記中央区域が指向性連結器を形成す
る枝別れ区域であることを特徴とする請求項１９記載の
方法。
【請求項２２】前記アルカリ金属が前記ガラスボディ
のの表面区域に濃縮されてアルカリ豊富区域を形成し、
前記陽極と陰極が制限された時間前記ガラス表面の部分
に施され、ガラス中のある距離に前記アルカリ豊富区域
を動かして埋められたアルカリ豊富区域を作成すること
を特徴とする請求項１５記載の方法。