JPS5820739A - 中空状合成石英体の製造方法 - 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】 本発明は中空状合成石英体の製造方法、特には揮発性け
い素化合物の酸化、還元、熱分解により中空状の合成中
空体を庄長させる方法に関するものである。

中空状の石英体１例えば石英ガラスパイプの製法につい
ては、原料としての水晶粉末をるつぼ中で電気溶融した
のち、これをるつぼ底部に設けたマンドレルを通して引
き抜くという方法、電気炉中で溶融した水晶粉末から中
堅の雪塊を作り、これをグラファイト製のダイコア、ダ
イニングを通して所望の管径、肉厚をもつパイプとする
方法などが知られているが、この方法はいずれも中′ｇ
部の形成がマンドレルやダイの通過という機械的手段で
行なわれるものであるため、とれにはこれらの部分から
の汚染を避けることができないという不利があった。

他方、高純度石英ガラスの製造については、酸水素火炎
あるいはプラズマ火災中で高純度の揮発性けい素化合物
、例えば四塩化けい素（Ｂｉｌ１４）、トリクロロシラ
ン（Ｂｉｔ（ＯＸ、）などを気相加水分あるいはＩＩ＃
素と反応させて微細なシリカ粉末とし、これを上記の火
炎で高温に加熱されている基体上に吹きつけてこれをイ
ンゴットとして成長させるという方法が行なわれており
、これによれば極めて純度の高い石英物質が取得される
のであるが、このようにして製造した石英体からパイプ
状の中空物質を得るには、これを再溶融したのち前記し
たマンドレル、ダイなどを使用する従来公知の方法を適
用する必要があるため、これでは合成石英の最大の特徴
である高純度の品質が維持できないということになる。

もつとも、この四塩化けい素の酸水素炎による石英体の
製造についてはここに生成したシリカ粉末を回転しつつ
ある円柱状の耐火性基体上に逐次積層させたのち、これ
を強熱してガラス状とし、ついでこの基体を引き抜くこ
とによって９四管状の合成石英管を作るという方法も知
られているが、この方法には目的とする合成石英管に気
泡が入りやすいし、基体からの不純物の混合もあり、さ
らには住産性が低いという欠点があく。

本発明はこれらの不利を解決した中空状合成石英体の製
造方法に関するもので、これは中空状の石英ガラス体の
端部な高周波プラズマ炎または酸水素炎で加熱し、ここ
に一般式Ｒｎ８１Ｘ４−ｎ（Ｒは水素または一価炭化水
累基、Ｘは塩素または弗素、０≦ｎ≦４）で示される揮
発性けい素化合物を導入することによって石英ガラスを
成長させると共に、この石英ガラスの中空部に連続的に
ガス体を流すことを特徴とするものである。

これを説明すると、本発明者らは高純度の中空状石英体
の製造について種々検討の結果、高周波プラズマ炎また
は酸水素炎を加熱源とする揮発性けい素化合物からのシ
リカ生成反応において、この基体として中空状の石英ガ
ラス体を使用し、この中空部に不活性ガス、酸素、水素
などの反応ガスを導通させると、この中堅部はシリカ生
成反応中もそのまま維持され、結果においてこの基体と
して石英ガラス体上に中９！吠の石英ガラスを成長させ
ることができると２を確認すると共に、これによれば得
られた中空状石英体の管状内面が基体物質と直接接触し
ないので不純物混入のおそれは全くなく、これ紘またと
のりリカ生成反応が密閉ふん囲気で行なわれるため突気
中のじんあいによる汚染がなく、シたがって気泡の発生
することもないということを実験的に確認して本発明を
完成させた。

本発明の方法において基体よして使用される石英ガラス
体はその上に石英ガラス体を成長させ、成長反応終了後
には適宜切断回収されるものであることから、特に高純
度である必要はないが、これは後述するようにその中空
部に不活性ガスなどが導通されるので、これは数−〜２
０■程度の孔径の中空部をもつものでなければならず、
そのためこれには公知の方法で作られた石英層にダイヤ
モンドドリルなどで穿孔したもの、あるいは石英ガラス
管を適宜の長さに切断したものが使用される。なお、こ
のものは高温の反応ふん囲気中に設置されるものである
ことから、これは通常、中空状の金属製またはカーボン
質のシャフトに取りつけて使用される。

本発明の方法における石英ガラスの成長は、上記した基
体の中空部に不活性ガスなどを通じながら、これを高周
波プラズマまたは酸水素炎にさらして加熱すると共に、
この部位に揮発性けい素化合物のガスを必要に応じ添加
される酸素ガス、水素ガスと共に供給し、この揮発性け
い錆化合物の熱分解、酸化、還元または加水分解反応に
よってシリカを生成させ、このシリカを基体上にふきつ
けて付着させ、ついでこれを溶融して石英層として成長
させるのであるが、ここに生成した石英層は基体中空部
にガス体が通過していることから、これも中空体として
取得されるようになる。この基体中空部へのガス体の供
給は前記したシャフトの中空部を経由して行なわれるが
、このガス体としては揮発性けい素化合物からのりリカ
主成反応を妨害しないものとするということから、これ
は通常、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスと
され、この揮発性けい素化合物が酸素、水素と共存下に
ある場合にはこれと同種の゛ガスとしてもよい、目的と
する中空状石英ガラス体の管径は石英生成反応中にこの
基体中空部を通過する上記ガスの流速によって定めるこ
とができ、例えば外径５０−の管状石英ガラス体の孔径
な５閣とする場合にはこのガス速を０．８！Ｓｍ／秒と
すればよく、この孔径を１０■とするにはこのガス速を
１．２ｍ／秒とすればよいということが実験的に確認さ
れたので、これは概ね０５〜Ｓｍ１秒とすればよい。

なお、このガス量は目的とする管状石英ガラス体の中空
部孔径な一定の範囲とするためにできるだけ多くするこ
とがよいが、これはシリカ庄成反応、シリカ溶融のため
のプラズマ炎、酸水素炎の流れを乱したり、火炎温度を
低下させるので１．この面からも上記のガス速の範囲と
することがよい。

なお、本発明方法で使用される揮発性けい素化合物は、
一般式Ｒｎ８１Ｘ４−ｎ（ここにＲは水素または一価炭
化水素基、Ｘは塩素または弗素を示し、ｎは０≦ｎ≦４
の正数）で示されるもので、これはガス体として供給さ
れるが、これには四塩化けい素（８１０１，）、三塩化
けい累（）Ｔａ２０５．）、二塩化けい素（Ｈ，８１０
１，）、四フッ化けい素（８１Ｆ４）などの無機へロゲ
ン化けい素、メチルトリクロロンラン（０１（，８１０
１，）、ジメチルジクロロシラン（（Ｃ＋Ｈ，）、　５
ｉｏｘ、　）などのオルガノクロロシランなどが例示さ
れる。しかし、光通信用ファイバーなどに使用する石英
ガラス体の取得を目的とする場合には主成石英ガラス体
中に導入される水酸基の量を可及的少なくするという観
点から、これは水素基のないもの、したがって四へロゲ
ｙ化けい素、特に四塩化けい素を使用すると２が好まし
い。なお、水素基をもつ化合物、例えば三塩化けい素を
使用する場合でも、この反応圏に塩素ガスを存在させれ
ば、この水酸基の発生を抑制することができるので、こ
げ場合には原料ガス中、または上述の中９部に導入され
るガス体中に塩素ガスを混入することがよい。

つぎに本発明の方法を添付の図面にもとづいて説明する
と、１８１図はプラズマ火炎による中堅状１合成石英体
の製造方法を示したものであり、石英基体１には中空部
２が設けられており、これには中空部８を有するシャフ
ト４がジぢインド５によって結合され、このりヤフト４
はモーター６によって駆動される回転機構７によって回
転させられるようになっている。この基体１の上部には
トーチ内管８、トーチ外管９、高周波コイル曹０からな
るプラズマトーチＩＩが設置されており、これは図示さ
れていない高周波電源からの電力印加とトーチ内管８へ
のアルゴンガス供給によってプラズマ火炎璽２を発生し
、基体ｌを加熱する。揮発性けい素化合物例えば四塩化
けい素ガスと＃素の混合ガスが原料供給管１８から供給
されるとこれはプラズマ火炎によって加熱されてシリカ
となり基体内に沈着させられるが、これはまたプラズマ
火炎からの加熱によって溶融し、基体上に石英層１４と
して成長する。しかし、この反応中、基体ｌの中空部２
にはシャフト４の中空部８を経て不活性ガスとしてのア
ルゴンガスが供給されているので、この基体１の上に成
長した石英層１４はこのアルゴンガスの通過によって中
空部１５が形成されるので、得られた石英体１４は中空
部なもつものとなるのである。

第２図はこのプラズマ火炎を酸水素炎とした場合を示し
たもので、中空部２２を有する石英基体２１はその上方
に位置したバーナー２８からの酸水素炎２４で加熱され
、このバーナー２８の中央部ガス供給口２５から供給さ
れる四塩化けい累、酸素、水素の混合ガスはこの火炎中
で加水分解されてシリカとなり、基体上に沈着するが、
この際、基体２１の中空部２２にはその下方から不活性
ガスが供給されているので、この基体上に沈着したシリ
カの溶融によりこの基体上に成長した石英ガラス体２６
は中空部２７を有するものとされる。

また、この第３図はプラズマトーチ１１中に四塩化けい
素と酸素との混合ガスを導入し、これを火炎１２中で反
応させ、得られた８１０．を中空基体（図示せず）上に
吹きつけてガラス状インゴットを形成させる場合を示し
たものであるが、この場合も中空基体の中空部にその下
方から不活性ガスを送ることによってこのインゴットは
中！体１４としで取得される。

なお、第４図、第５図は中！基体を火炎と一定角度をも
って交叉するよちにして目的とする中空状インゴットの
直径を大きくする方法を示したもので、第４図はプラズ
マ火炎による場合、第５図は酸水素灸による場合をそれ
ぞれ図示したものであるが、これらは必要に応じ任意に
行なうことができる。

本発明の方法は上述したところから明らかなように、目
的とする石英ガラス体の成長に当り、その基体となる石
英体を中空状のものとし、石英ガラス体の成長反応中こ
の中空部に不活性ガス体を流通させることによって、こ
の基体上に成長する石英ガラス体を中空状とするもので
あるが、このようにして得られた中空状合成石英体はそ
れが揮発性けい素化合物の酸化、還元、熱分解または加
水分解によって得られるシリカの溶融によるものである
ことから、非常に高純度であり、この中空部もこれを弗
化水素または王水で洗浄すれば、ここに付着されている
ガラスされていないスートも容易に除去することができ
、この中空部の直径も前記したようにその成長中にここ
を通過するガス流速によって任意に定めることができる
ので、これによれば各濱の目的、用途に応じた中空状の
合成石英体を容易にかつ確実に効率よく製造することが
できる。なお、この方法で得られた中空状石英体は高純
度で中堅部の汚染もないということから各方面に広（使
用することが表これは例えば光通信用ファイバーを製造
する場合の中空基体、半導体の製造工程に使用される拡
散管として有用とされるほか、紫外線ランプ用外管など
を製造するための素材として使用される。

つぎに本発明方法による中空状合成石英体の製造法につ
いての実施例をあげる。

実施例　ｌ 孔径５−の中空部をもつ外径２５園、長さ３０〇−の石
英ガラス管に、孔径５■の中空部をもつ外径２５−１長
さ１００ｍのカーボン質シャフシを取りつけて、これを
回転可能に保持した。

この石英ガラス管の直上にプラズマ火炎チを設置し、こ
れにアルゴンガスを供給し、４ＭＨ瓢、３０ＫＶＡの高
周波電力を印加してプラズマ火炎を発生させ、この火炎
中に酸素ガス７．１モル、四塩化けい素２．０モルの混
合ガスを２２４ｊ１時（ｓｘｃｘ４４９３Ｐ、７時）で
供給すると典−に、前記したカーボン質シャフトを回転
させながら、この下部から窒素ガスをＩＮＪ１分（７５
１”７時）の割合で供給し、これを１０時間継続したと
ころ、石英ガラス管の先端に外径５０―、内径５−１重
量１１７０ｊＰの中空状石英インゴットが得られた。

なお、この場合、窒素ガスの流量を５．７Ｎｊ１分とし
たほかは同様に処理したところ、得られた中空状石英イ
ンゴットの内径は約ｌＯ■となったが、この窒素ガスの
流通を停止した場合、この石英インゴットは中空部のな
いものとなった。

実施例　２ 外径２５−１内径１０■、長さ３００■の石英ガラス管
に長さ１００ｍの同一寸法のカーボン質シャフトを連続
してこれを回転可能に保持した。

つぎにこの上部に酸水素炎バーナーを設置して、この石
英ガラス管を加熱しつつ、ここに水累ガス６４０モル／
時、酸素ガス２６０モル／時、四塩化けい素６．７モル
／時の混合ガスを供給すると共に、前記したカーボン質
シャフトを回転させながら、この中空部に２７に＃／分
の窒素ガスを供給し、これを２４時間継続したところ、
石英ガラスの先端に、外径１３０−１内径１８ｍ、重量
５．２８０１の石英インゴットが得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図はプラズマ火炎法、第２図は酸水素炭法、第３図
はプラズマガス中に反応ガスを混入する方法、第４図は
プラズマ火炎法による直径増大法、第Ｓ図は酸水素炎法
による直径増大法をそれぞれ図示したものである。 １．２１・・・基体、 ２．１５，２２．２７・・・中堅部、 ４・・・シャフト　、 １１・・・プラズマトーチ、 １２・・・プラズマ火炎、 １８・・・原料ガス供給口、 １４２６・・・成長石英層、 ！ ２８・・・酸水素炎バーナ−。 ２４・・・酸水素炎、 ２５・・・ガス供給口。 特許出願人 信越化学工業株式会社 第１図 第２図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、中空状の石英ガラス体の端部な高屑妓プラズマ炎ま
   たは酸水素火炎で加熱し、ここに一般式Ｒｎ８１Ｘ、ｎ
   　（Ｒは水素または一価のアルキル基、Ｘは塩素または
   弗素、Ｏ≦ｎ≦４を示す）で示される揮発性けい素化合
   物を導入することによって石英ガラスを成長させると共
   に、この石英ガラスの中空部に連続的にガス体を流すこ
   とを特徴とする中空状合成石英体の製造方法