JPH06127949A

JPH06127949A - 石英ガラスの製造方法

Info

Publication number: JPH06127949A
Application number: JP30441892A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hihara; 弘日原; Kenji Enomoto; 憲嗣榎本; 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: 1992-10-19
Filing date: 1992-10-19
Publication date: 1994-05-10

Abstract

(57)【要約】【目的】均一な外径で不純物を充分に除去することが
できて高純度に精製することができる石英ガラスを製造
する。【構成】成形ゴム型１０内にシリカ造粒粉末２０を充
填して高圧力印加装置２２によってこのシリカ粉末を加
圧成形し、成形体を形成する。このシリカ造粒粉末に含
まれる成形助剤はポリビニールアルコールであり、この
ポリビニールアルコールは、前記シリカ造粒粉末の重量
に対して１〜５重量％添加されている。その後、この成
形体を精製し、ガラス化して石英ガラスを製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高純度の石英ガラスを
製造する方法に関し、特に光ファイバプリフォーム用の
石英ガラスを製造する方法の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】伸縮性を有するプラスチック成形型内に
中心に屈折率分布を有するガラス体を配置し、そのまわ
りにシリカ微粒子を充填し、このシリカ微粒子に外部圧
力をかけて成形し、この成形体を燒結して光ファイバプ
リフォームを製造する方法が知られている（特開昭６１
−２５６９３７号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この製造方法
において、シリカ微粒子が造粒されていない場合には、
シリカ微粒子が成形型内に均一に充填されないので充填
密度に大きなばらつきが生ずるため、成形体は、外径の
変動が生じやすく、また充填密度の不均一に起因して燒
結後に得られたガラス体に気泡が生じることが判明し
た。尚、造粒とは、微粉末を所定の方法でスラリー状に
して乾燥、粉砕して得られた比較的粒径が大きい粒子で
あるが、加圧すると、砕けて元の微粉末に戻る形態のも
のをいう。

【０００４】また、例えば平均粒子径が１μｍ以下の石
英系ガラス粉末材料に水を添加してｐＨ１０以下のスラ
リーを形成し、このスラリーを２００℃以下の温度で乾
燥し粉砕するか噴霧乾燥して造粒された石英系ガラス粉
末材料を用いてガラス成形体を形成することができる
が、この場合、ガラス粉末材料の平均粒子径自体が小さ
いため、成形体自身が有する平均気孔径も小さく、従っ
てこの成形体に含まれている不純物を除去しようとして
も、気孔が小さいと、不純物が充分に除去しこれない。
これは、気孔を通して不純物が外部に逃げることが困難
になるからである。特に成形体の径が大きくなると、光
ファイバプリフォームに適合する程度まで精製すること
が困難である。

【０００５】一方、成形助剤として一般に用いられてい
るメチルセルローズ、エチルアルコール等の有機性成形
助剤を用いてスラリーを形成し、このスラリーを噴霧乾
燥して造粒粉末を形成し、この造粒粉末からガラス成形
体を作ると、成形助剤に含まれている不純物が多いた
め、ガラス成形体を精製しても高純度の石英ガラス又は
光ファイバプリフォームを製造することが困難であっ
た。更に、エチルアルコール等の有機溶媒を成形助剤と
して用いないとスラリーを作ることができない場合があ
り、この場合には、スラリーを噴霧乾燥する際に、爆発
の危険があった。

【０００６】本発明の目的は、均一な外径で不純物を充
分に除去することができ、しかも高純度に精製すること
ができる石英ガラスの製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために、成形ゴム型内にシリカ造粒粉末あるい
はシリカを主成分とする造粒粉末を充填して加圧成形
し、その後成形体を精製、ガラス化して石英ガラスを製
造する方法において、造粒粉末に含まれる成形助剤がポ
リビニールアルコールであり、ポリビニールアルコール
は、造粒粉末の重量に対して１〜５重量％添加されてい
ることを特徴とする石英ガラスの製造方法を提供するこ
とにある。

【０００８】

【作用】このように、成形ゴム型内にシリカ造粒粉末あ
るいはシリカを主成分とする造粒粉末を充填して加圧成
形すると、充填密度が均一となるので、成形体に気泡が
残ることがない。特に、この造粒粉末の１次粒子径が５
μｍ以上であると、平均気孔径が大きくなり、不純物を
容易に除去することができて好ましい。また、充填密度
が均一であると、成形体の外径も均一となる。

【０００９】成形助剤として用いられるポリビニルアル
コール（以下ＰＶＡと称する）は、高純度で取扱が容易
で安価に入手することができるので、高純度の石英ガラ
スを製造することができる。このＰＶＡは、水溶性であ
るので、スラリーを噴霧乾燥して造粒する際に、爆発等
の危険を伴うことがない。また、ＰＶＡは、含水メタノ
ールの如き溶媒で洗浄すると、酢酸ナトリウムとして含
有されているＮａ成分を除去することができる。一般に
市販されているＰＶＡは、１００ｐｐｍ程度Ｎａが含ま
れているが、含水メタノールで洗浄すると、Ｎａ成分を
殆ど除去することができるので有利である。

【００１０】ＰＶＡの添加量がシリカ造粒粉末あるいは
シリカを主成分とする造粒粉末の重量に対して１重量％
未満であると、大径のガラス成形体を製造する場合、成
形体内に横亀裂がしばしば生ずる。これはＰＶＡの添加
量が少ないために生じ、成形体の強度不足を起こす。ま
た、逆に、ＰＶＡの添加量がシリカ造粒粉末あるいはシ
リカを主成分とする造粒粉末の重量に対して５重量％以
上であると、精製前の成形体に含まれているＰＶＡを除
去する（以後脱脂と称する）のに長時間かかって作業性
が低い上に完全に脱脂することが困難である。更に、Ｐ
ＶＡの添加量が多いと、脱脂炉にＰＶＡの含有有機物が
付着し、この付着物が炉内雰囲気を汚す。従って、この
含有有機物が成形体に付着することがないように、脱脂
炉を頻繁に清掃することが必要となる。

【００１１】成形助剤であるＰＶＡの添加量が１〜５重
量％であると、通常の取扱に耐えることができる程度の
成形体の強度を得ることができ、また成形体からＰＶＡ
を短時間で完全に脱脂することができる上に脱脂炉を汚
染することが少ない。

【００１２】

【実施例】本発明の実施例を図面を参照して詳細にのべ
ると、図１に示すように、成形ゴム型１０の中心に石英
ガラスロッド１６がその両端に接続されたコアとクラッ
ドの一部とから成るガラスロッド１８を配置する。成形
ゴム型１０は、例えばウレタン製であり、内径が７０ｍ
ｍ、長さが約３００ｍｍである。また、ガラスロッド１
８は、気相法の１つであるＶＡＤ法で作製したものであ
り、クラッド／コアの径比は、３対１であった。このガ
ラスロッド１８の外径は、７．５ｍｍ、長さは約３００
ｍｍ、比屈折率は約０．３５％であった。尚、図１にお
いて符号１２は成形ゴム型１０の上蓋、また符号１４は
下蓋である。

【００１３】成形ゴム型１０内に充填すべきガラス粉末
材料２０として平均粒径が約８μｍの市販のシリカ粉末
が用いられた。このシリカ粉末に成形助剤としてＮａ含
有量が４０ｐｐｍのポリビニルアルコールと純水とを添
加して濃度が約６０％のスラリーを形成した。このスラ
リーを噴霧乾燥機によって噴霧乾燥して造粒した。この
時の造粒粒子の平均粒径は、約１００μｍであった。ま
た、粒子中の成形助剤ＰＶＡの濃度は３重量％であっ
た。このガラス粉末材料２０を成形ゴム型１０内に均一
に充填するために、下蓋１４に振動を付与し、充填後上
蓋１２を閉めた。充填密度は、約０．９ｇ／ｃｍ³ であ
った。

【００１４】この成形ゴム型１０は、図１に示すよう
に、高圧力印加装置２２内に投入した。この高圧力印加
装置２２は、図示の実施例では、圧力媒体として水２４
が充填された容器から成っている。印加圧力は、１．０
トン／ｃｍ² であり、圧力印加時間は１分であった。こ
の圧力は、約２０分かけてゆっくりと減圧した。減圧終
了後、高圧力印加装置２２から成形ゴム型１０を取り出
し、上蓋１２を開いて成形体（以後多孔質ガラス体と称
する）を取り出した。この多孔質ガラス体は、外径が約
５５ｍｍであり、この多孔質ガラス体には亀裂も割れも
認められなかった。

【００１５】次に、この多孔質ガラス体に含まれている
成形助剤を除去するために加熱処理（脱脂）を行った。
この脱脂は、Ｎ₂ とＯ₂ との混合比が８対２の雰囲気中
に５℃／分の速度で昇温しつつ脱脂温度５００℃で５時
間放置して行われた。このようにして処理された多孔質
ガラス体の重量を測定したところ、成形助剤の添加量分
だけ重量が減少しており、従って成形助剤がすべて除去
されたことが確認された。また、この多孔質ガラス体の
表面には成形助剤の付着がなく、亀裂も認められなかっ
た。

【００１６】この多孔質ガラス体を精製、ガラス化して
光ファイバプリフォームとした。この精製は、１２００
℃の温度とＨｅ、Ｃｌ₂ の雰囲気中で行われ、またガラ
ス化は１５８０℃の温度とＨｅの雰囲気中で行われた。
ガラス化して得られたロッドには気泡は認められなかっ
た。この光ファイバプリフォームを通常の方法で線引き
して光ファイバを製造したところ、その伝送損失は低レ
ベルであり、通常の製品と同等の値を示した。

【００１７】次に、本発明の実施例と比較するために２
つの比較例を以下にのべる。第１の比較例では、本発明
の実施例と同じ条件でスラリーを作製したが、ＰＶＡの
添加量は０．５重量％とした。これを造粒し、図１に示
すような装置を用いてこの造粒粉末を加圧成形し、多孔
質ガラス体を製造した。このガラス体は、横に亀裂が生
じたことが確認された。従って、このガラス体は光ファ
イバプリフォームとして使用することができなかった。

【００１８】第２の比較例でも、本発明の実施例と同じ
条件でスラリーを作製したが、ＰＶＡの添加量は７重量
％であった。これを造粒し、図１の装置を用いてこの造
粒粉末を加圧成形し、多孔質ガラス体を製造した。この
ガラス体は、亀裂が認められなかった。一方、このガラ
ス体からＰＶＡを除去するために、本発明の脱脂条件と
同一の条件で脱脂を行った。ＰＶＡが完全に除去された
か否かを調べるために、多孔質ガラス体の重量を測定し
たところ、ＰＶＡの約９９％除去されたにすぎないこと
が判明した。これを精製し、ガラス化したところ、ガラ
スロッドに亀裂が生じたことが認められた。これは成形
助剤であるＰＶＡの残留分、特にＮａ等のアルカリ金属
が核となって結晶化することに起因する。従って、光フ
ァイバプリフォームとして利用することができなかっ
た。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、上記のように、成形ゴ
ム型内にシリカ造粒粉末を充填して加圧成形するので、
充填密度が均一となるので、成形体に気泡が残ることが
なく、成形体の強度が向上する上に平均気孔径が大きく
なって、不純物を容易に除去することができ、また均一
な外径を有する成形体を得ることができ、従って高精度
の良質の石英ガラスを製造することができる。

【００２０】成形助剤であるポリビニルアルコール（Ｐ
ＶＡ）は、高純度で取扱が容易で安価に入手することが
できるので、高純度の石英ガラスを製造することがで
き、またこのＰＶＡは水溶性であるので、スラリーを噴
霧乾燥して造粒する際に、爆発等の危険を伴うことがな
い。

【００２１】ＰＶＡの添加量がシリカ造粒粉末の重量に
対して１〜５重量％に設定したので、成形体内に横亀裂
が生ずることがなく、また成形体は通常の取扱いに耐え
ることができるのに充分な強度を有する上に成形体に含
まれているＰＶＡを短時間で高い作業性で除去すること
ができる。更に脱脂炉内をＰＶＡで汚染することが少な
くなり、炉の清掃及び炉心管の交換回数が少なく、取扱
が容易となり、従って石英ガラスを安価に製造すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る石英ガラスの製造方法に用いられ
る装置の断面図である。

【符号の説明】

１０成形ゴム型１２上蓋１４下蓋１６石英ガラスロッド１８ガラスロッド２０ガラス粉末材料２２高圧力印加装置２４水

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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】成形ゴム型内にシリカ造粒粉末あるいは
シリカを主成分とする造粒粉末を充填して加圧成形し、
その後成形体を精製、ガラス化して石英ガラスを製造す
る方法において、前記造粒粉末に含まれる成形助剤がポ
リビニールアルコールであり、前記ポリビニールアルコ
ールは、前記造粒粉末の重量に対して１〜５重量％添加
されていることを特徴とする石英ガラスの製造方法。