JPS6236980B2 - - Google Patents
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- JPS6236980B2 JPS6236980B2 JP16668279A JP16668279A JPS6236980B2 JP S6236980 B2 JPS6236980 B2 JP S6236980B2 JP 16668279 A JP16668279 A JP 16668279A JP 16668279 A JP16668279 A JP 16668279A JP S6236980 B2 JPS6236980 B2 JP S6236980B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- glass
- rod
- ion exchange
- glass rod
- support
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Links
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Landscapes
- Manufacture, Treatment Of Glass Fibers (AREA)
- Surface Treatment Of Glass (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はガラス棒のイオン交換処理方法、特に
中心軸から距離の２乗にほぼ比例して屈折率が減
少してゆくような屈折率分布を有するガラスレン
ズ（以下光集束型レンズという。）を製造するの
に適したガラス棒のイオン交換処理方法に関する
ものである。
中心軸から距離の２乗にほぼ比例して屈折率が減
少してゆくような屈折率分布を有するガラスレン
ズ（以下光集束型レンズという。）を製造するの
に適したガラス棒のイオン交換処理方法に関する
ものである。
光集束型レンズは近年、光学素子として複写機
用、光通信用等の用途に盛んに使用されるように
なつてきている。光集束型レンズを製造する方法
としては棒状のガラス素線の上部を支持して、ガ
ラス中の金属イオンと交換可能な異種の金属イオ
ンを含む所定の高温度の溶融塩中に吊り下げ浸漬
してガラス素線中のより表面に近い部分の前記金
属イオンを塩中の前記異種金属イオンでより多く
イオン交換する方法がよく知られている。
用、光通信用等の用途に盛んに使用されるように
なつてきている。光集束型レンズを製造する方法
としては棒状のガラス素線の上部を支持して、ガ
ラス中の金属イオンと交換可能な異種の金属イオ
ンを含む所定の高温度の溶融塩中に吊り下げ浸漬
してガラス素線中のより表面に近い部分の前記金
属イオンを塩中の前記異種金属イオンでより多く
イオン交換する方法がよく知られている。
このようにガラス素線を溶融塩中に吊り下げて
浸漬してイオン交換する場合、イオン交換温度す
なわち溶融塩の温度はガラスの粘度が10の11.0乗
ポイズ程度になる温度が上限である。すなわちこ
れよりも高い温度、すなわち10の11.0乗ポイズ以
下の粘度になる温度でイオン交換を行うと、ガラ
ス素線がイオン交換中に自重の影響で徐々に延び
るなどの変形を生じてしまい所定の光集束型レン
ズを製作することが出来ない。従つて、イオン交
換速度を速くするためにイオン交換温度をこの上
限の温度よりも高くすることが出来ないというこ
とが現状である。特に、太い径のガラス素線をイ
オン交換する場合、イオン交換時間が非常に長く
かかりすぎて実際上大口径の光集束型レンズの製
造が困難であるという状態にある。
浸漬してイオン交換する場合、イオン交換温度す
なわち溶融塩の温度はガラスの粘度が10の11.0乗
ポイズ程度になる温度が上限である。すなわちこ
れよりも高い温度、すなわち10の11.0乗ポイズ以
下の粘度になる温度でイオン交換を行うと、ガラ
ス素線がイオン交換中に自重の影響で徐々に延び
るなどの変形を生じてしまい所定の光集束型レン
ズを製作することが出来ない。従つて、イオン交
換速度を速くするためにイオン交換温度をこの上
限の温度よりも高くすることが出来ないというこ
とが現状である。特に、太い径のガラス素線をイ
オン交換する場合、イオン交換時間が非常に長く
かかりすぎて実際上大口径の光集束型レンズの製
造が困難であるという状態にある。
本発明の目的は、ガラスの粘度が10の11.0乗ポ
イズ以下となるような、より高い温度でもガラス
棒の変形を生じさせることなくイオン交換が可能
なイオン交換処理方法、特に光集束型レンズの製
造方法を提供することにある。
イズ以下となるような、より高い温度でもガラス
棒の変形を生じさせることなくイオン交換が可能
なイオン交換処理方法、特に光集束型レンズの製
造方法を提供することにある。
また本発明の他の目的は、従来は製造が困難で
あつた直径が２mm以上で性能のよい光集束型レン
ズを短い処理時間で製造する方法を提供すること
にある。
あつた直径が２mm以上で性能のよい光集束型レン
ズを短い処理時間で製造する方法を提供すること
にある。
このような目的は本発明により達成される。す
なわち本発明はガラス棒を溶融塩浴に浸漬するガ
ラス棒のイオン交換処理方法において、ガラス棒
を、それを囲繞した多孔性クツシヨン材を介し
て、支持体の内部に保持し、支持体を溶融塩浴中
でガラス棒の中心軸に対してほぼ平行な軸のまわ
りに回転させながら前記浸漬をおこなうことを特
徴とするガラス棒のイオン交換処理方法である。
なわち本発明はガラス棒を溶融塩浴に浸漬するガ
ラス棒のイオン交換処理方法において、ガラス棒
を、それを囲繞した多孔性クツシヨン材を介し
て、支持体の内部に保持し、支持体を溶融塩浴中
でガラス棒の中心軸に対してほぼ平行な軸のまわ
りに回転させながら前記浸漬をおこなうことを特
徴とするガラス棒のイオン交換処理方法である。
本発明の方法において、ガラス棒をそれを囲繞
して多孔性クツシヨン材を介して支持体の内部に
保持してガラス棒を溶融塩浴に浸漬する。
して多孔性クツシヨン材を介して支持体の内部に
保持してガラス棒を溶融塩浴に浸漬する。
ガラス棒はそのまわりを多孔性クツシヨン材で
囲繞されており、クツシヨン材全体がガラス棒の
荷重（塩浴中の）を支えるので、吊り下げの場合
に生ずるガラス棒の変形は発生しない。しかも多
孔性クツシヨン材とガラス棒との接触面は極めて
小さくその接触面のまわりは塩がガラス棒表面と
接触しているのでイオン交換が妨げられることは
ない。ガラス棒は支持体の内部に、ガラス棒と支
持体の間に多孔性クツシヨン材を充填することに
より保持される。支持体はその内部に溶融塩が流
入しうるように間口部を設け、その支持体を溶融
塩浴に浸漬する。
囲繞されており、クツシヨン材全体がガラス棒の
荷重（塩浴中の）を支えるので、吊り下げの場合
に生ずるガラス棒の変形は発生しない。しかも多
孔性クツシヨン材とガラス棒との接触面は極めて
小さくその接触面のまわりは塩がガラス棒表面と
接触しているのでイオン交換が妨げられることは
ない。ガラス棒は支持体の内部に、ガラス棒と支
持体の間に多孔性クツシヨン材を充填することに
より保持される。支持体はその内部に溶融塩が流
入しうるように間口部を設け、その支持体を溶融
塩浴に浸漬する。
多孔性クツシヨン材としては溶融塩およびガラ
ス棒を汚染しない材質の粉末、または綿状物が適
当であり、例えば粒径が0.1〜１mmの石英粉末、
繊維径が８〜40ミクロンのステンレス綿が好適に
用いられる。粉末のクツシヨン材を使用する場合
には、たとえば粉末の粒径よりも小さな目の金網
でできた箱状の支持体を用いるなどして、粉末ク
ツシヨン材が支持体の開口部を通して外へ出てし
まうことを防ぐ必要がある。
ス棒を汚染しない材質の粉末、または綿状物が適
当であり、例えば粒径が0.1〜１mmの石英粉末、
繊維径が８〜40ミクロンのステンレス綿が好適に
用いられる。粉末のクツシヨン材を使用する場合
には、たとえば粉末の粒径よりも小さな目の金網
でできた箱状の支持体を用いるなどして、粉末ク
ツシヨン材が支持体の開口部を通して外へ出てし
まうことを防ぐ必要がある。
本発明において、多孔性クツシヨン材を介して
ガラス棒を保持した支持体は、溶融塩浴中に浸漬
される状態に保ちながら、ガラス棒の中心軸に対
してほぼ平行な軸のまわりに回転させられる。回
転させることなくクツシヨン材によつてガラス丸
棒を単に保持するだけでは、ガラス丸棒を溶融塩
浴中に浸漬しイオン交換している間に、クツシヨ
ン材中及びクツシヨン材とガラス丸棒との界面に
無数の小泡が発生し、その一部の泡が非常に変形
し易くなつているガラス丸棒の表面から内部に侵
入してガラス丸棒に穴があくなど重大な欠点が生
ずることがある。
ガラス棒を保持した支持体は、溶融塩浴中に浸漬
される状態に保ちながら、ガラス棒の中心軸に対
してほぼ平行な軸のまわりに回転させられる。回
転させることなくクツシヨン材によつてガラス丸
棒を単に保持するだけでは、ガラス丸棒を溶融塩
浴中に浸漬しイオン交換している間に、クツシヨ
ン材中及びクツシヨン材とガラス丸棒との界面に
無数の小泡が発生し、その一部の泡が非常に変形
し易くなつているガラス丸棒の表面から内部に侵
入してガラス丸棒に穴があくなど重大な欠点が生
ずることがある。
本発明においては、支持体を回転して、ガラス
棒をその棒の中心軸に対してほぼ平行な回転軸の
まわりに多孔性クツシヨン材とともに自転させる
ことにより、ガラス丸棒表面に発生してくる泡は
遠心力により、またはガラス棒と溶融塩との相対
移動により、クツシヨン材を通して系外に出てし
まうので、ガラス丸棒への泡の侵入は完全に防止
される。またガラス丸棒の中心軸にほぼ平行な軸
のまわりに回転することによつて、遠心力のため
にガラス棒の周表面に微小な凹凸が生じ、この凹
凸がガラス棒周表面に多孔性クツシヨン材との接
触面での摩擦を増大させることとなり、ガラス棒
の移動が生じ難くなり、その結果丸棒の変形が抑
制される。支持体の回転数については余り小さい
と遠心力によつて泡が系外に逃げる効果が少く、
また回転数が大きくなりすぎるとガラスの軟化点
附近でイオン交換する場合にはガラス丸棒の表面
層が大きな遠心力のために薔薇の刺のような状態
になつてクツシヨン中に入つて行きガラス棒表面
に好ましくない凹凸を生じるのでこの回転数の値
は10〜2000rpmの範囲が望ましい。
棒をその棒の中心軸に対してほぼ平行な回転軸の
まわりに多孔性クツシヨン材とともに自転させる
ことにより、ガラス丸棒表面に発生してくる泡は
遠心力により、またはガラス棒と溶融塩との相対
移動により、クツシヨン材を通して系外に出てし
まうので、ガラス丸棒への泡の侵入は完全に防止
される。またガラス丸棒の中心軸にほぼ平行な軸
のまわりに回転することによつて、遠心力のため
にガラス棒の周表面に微小な凹凸が生じ、この凹
凸がガラス棒周表面に多孔性クツシヨン材との接
触面での摩擦を増大させることとなり、ガラス棒
の移動が生じ難くなり、その結果丸棒の変形が抑
制される。支持体の回転数については余り小さい
と遠心力によつて泡が系外に逃げる効果が少く、
また回転数が大きくなりすぎるとガラスの軟化点
附近でイオン交換する場合にはガラス丸棒の表面
層が大きな遠心力のために薔薇の刺のような状態
になつてクツシヨン中に入つて行きガラス棒表面
に好ましくない凹凸を生じるのでこの回転数の値
は10〜2000rpmの範囲が望ましい。
複数本のガラス棒を多孔性クツシヨン材を介し
て１個の支持体に保持させる場合には、各ガラス
棒の中心軸が支持体の回転軸とほぼ平行になるよ
うに距離をへだててガラス棒は配置される。しか
しガラス棒のイオン交換処理による変形を極めて
小さくしたいときには後の実施例の記載のように
ガラス棒の中心軸と支持体の回転軸とをほぼ一致
させる。
て１個の支持体に保持させる場合には、各ガラス
棒の中心軸が支持体の回転軸とほぼ平行になるよ
うに距離をへだててガラス棒は配置される。しか
しガラス棒のイオン交換処理による変形を極めて
小さくしたいときには後の実施例の記載のように
ガラス棒の中心軸と支持体の回転軸とをほぼ一致
させる。
本発明によれば、ガラス棒を溶融塩浴に浸漬す
るガラス棒のイオン交換処理温度を、従来限度と
されていたガラスの粘度が10の11.0乗ポイズにな
る温度よりも高い温度に保つことが可能となり、
すなわちガラスの軟化点である10の7.65乗ポイズ
の粘度近くの温度でもガラス棒の変形なしにイオ
ン交換が可能となつた。
るガラス棒のイオン交換処理温度を、従来限度と
されていたガラスの粘度が10の11.0乗ポイズにな
る温度よりも高い温度に保つことが可能となり、
すなわちガラスの軟化点である10の7.65乗ポイズ
の粘度近くの温度でもガラス棒の変形なしにイオ
ン交換が可能となつた。
また従来は直径２mm以上の径の光集束型レンズ
の製造は困難であつたが、本発明によれば、直径
２mm以上の光集束型レンズ、極端な場合には60mm
と言つたような大口径の光集束型レンズの製造も
可能となつた。
の製造は困難であつたが、本発明によれば、直径
２mm以上の光集束型レンズ、極端な場合には60mm
と言つたような大口径の光集束型レンズの製造も
可能となつた。
次に本発明の典型的な実施例を図面を用いて説
明する。530℃、550℃、および610℃でそれぞれ
10の11.0乗ポイズ、10の10.5乗ポイズ、および10
の7.8乗ポイズとなる粘度曲線をもち、重量％で
表わしてSiO260％、Na2O20％、Cs2O10％、
ZnO10％の組成をもつガラス丸棒を溶融KNO3中
でCS+イオンとK+イオンとのイオン交換を行い
光集束型レンズを製作する工程を図面を用いて説
明する。ステンレス製のガラス丸棒保持具２は２
枚の円板１１，１２と各円板の間に円板の円周方
向を４カ所に取り付けた４本の棒１３と円板１１
および１２の中心部のそれぞれ設けた上部回転軸
１３および下部回転軸１４とから構成される。前
記組成の10mm直径、100mm長さのガラス丸棒１を
ガラス丸棒保持具２のほぼ中央部に位置付け、そ
の周辺部にぎつしりとステンレス綿３を充填して
ガラス丸棒１をしつかり中央部に、回転軸１３，
１４の中心軸とガラス丸棒１の中心軸が一致する
ように保持する。ステレス綿３を充填する部分の
周辺は通気性が必要なことから円板１１，１２お
よび棒１３の内側にステンレス製金網４でおおわ
れている。
明する。530℃、550℃、および610℃でそれぞれ
10の11.0乗ポイズ、10の10.5乗ポイズ、および10
の7.8乗ポイズとなる粘度曲線をもち、重量％で
表わしてSiO260％、Na2O20％、Cs2O10％、
ZnO10％の組成をもつガラス丸棒を溶融KNO3中
でCS+イオンとK+イオンとのイオン交換を行い
光集束型レンズを製作する工程を図面を用いて説
明する。ステンレス製のガラス丸棒保持具２は２
枚の円板１１，１２と各円板の間に円板の円周方
向を４カ所に取り付けた４本の棒１３と円板１１
および１２の中心部のそれぞれ設けた上部回転軸
１３および下部回転軸１４とから構成される。前
記組成の10mm直径、100mm長さのガラス丸棒１を
ガラス丸棒保持具２のほぼ中央部に位置付け、そ
の周辺部にぎつしりとステンレス綿３を充填して
ガラス丸棒１をしつかり中央部に、回転軸１３，
１４の中心軸とガラス丸棒１の中心軸が一致する
ように保持する。ステレス綿３を充填する部分の
周辺は通気性が必要なことから円板１１，１２お
よび棒１３の内側にステンレス製金網４でおおわ
れている。
一方、KNO3はステンレス製の溶融塩槽５中に
投入されヒーター６によつてガラス丸棒１の粘度
が10の7.8乗ポイズになる610℃の温度に保たれ、
KNO3は溶融KNO3７となつて槽５内に満たされ
ている。
投入されヒーター６によつてガラス丸棒１の粘度
が10の7.8乗ポイズになる610℃の温度に保たれ、
KNO3は溶融KNO3７となつて槽５内に満たされ
ている。
次にガラス丸棒１をしつかりと保持したガラス
丸棒保持具２を徐々に溶融KNO3７浴中に浸漬し
て、槽５の底部にもうけられた軸受け８上に下部
回転軸１４が位置するようにセツトする。保持具
２の上部回転軸１３とモーター９とはギアー１０
で連結される。
丸棒保持具２を徐々に溶融KNO3７浴中に浸漬し
て、槽５の底部にもうけられた軸受け８上に下部
回転軸１４が位置するようにセツトする。保持具
２の上部回転軸１３とモーター９とはギアー１０
で連結される。
浴内で浸漬された保持具２はほぼ200rpmの回
転数でイオン交換終了時まで止めることなく回転
させられる。この間にガラス丸棒中のCS+イオン
とガラス丸棒表面に接触する溶融KNO3中のK+イ
オンとのイオン交換が起り、ガラス中のCS+イオ
ンの濃度分布にともなう屈折率分布が、中心軸か
ら距離の２乗にほぼ比例して屈折率が減少してゆ
くような形となり10mm直径の太径の光集束型レン
ズが得られる。イオン交換処理時間は約35日であ
り、これは10mmという太い直径の丸棒のイオン交
換としては極めて速い所要時間である。丸棒の周
辺部まで屈折率分布の乱れがなく極めて性能のよ
い太径の光集束型レンズが得られた。イオン交換
中回転を続けていたことにより、丸棒表面からの
泡の侵入も、またガラスの難化点近くの温度でイ
オン交換したにもかかわらず変形が全く認められ
なかつた。
転数でイオン交換終了時まで止めることなく回転
させられる。この間にガラス丸棒中のCS+イオン
とガラス丸棒表面に接触する溶融KNO3中のK+イ
オンとのイオン交換が起り、ガラス中のCS+イオ
ンの濃度分布にともなう屈折率分布が、中心軸か
ら距離の２乗にほぼ比例して屈折率が減少してゆ
くような形となり10mm直径の太径の光集束型レン
ズが得られる。イオン交換処理時間は約35日であ
り、これは10mmという太い直径の丸棒のイオン交
換としては極めて速い所要時間である。丸棒の周
辺部まで屈折率分布の乱れがなく極めて性能のよ
い太径の光集束型レンズが得られた。イオン交換
中回転を続けていたことにより、丸棒表面からの
泡の侵入も、またガラスの難化点近くの温度でイ
オン交換したにもかかわらず変形が全く認められ
なかつた。
これに対して比較のため前記と同じ組成のガラ
ス丸棒を、10の11.0乗ポイズの粘度になる温度で
530℃KNO3中で吊り下げてイオン交換する場
合、1.4mm直径および1.7mm直径のガラス素線を用
いてレンズ化するまでのイオン交換に要する時間
はそれぞれ10日間および15日間以上が必要であつ
た。
ス丸棒を、10の11.0乗ポイズの粘度になる温度で
530℃KNO3中で吊り下げてイオン交換する場
合、1.4mm直径および1.7mm直径のガラス素線を用
いてレンズ化するまでのイオン交換に要する時間
はそれぞれ10日間および15日間以上が必要であつ
た。
しかもこれらの丸棒の周辺部は低温度処理、長
時間処理におそらく起因する屈折率分布の乱れが
生じており、この乱れをなくするために各ガラス
丸棒の周辺部を約0.15mmの深さだけ削り落すこと
が必要であつた。そしてイオン交換時間の短縮を
はかるためにイオン交換温度を550℃（この温度
でのガラスの粘度は約10の10.5乗ポイズとなる）
にしたところ、KNO3中に吊り下げている素線が
徐々に延びてゆきテーパー状に変形した。
時間処理におそらく起因する屈折率分布の乱れが
生じており、この乱れをなくするために各ガラス
丸棒の周辺部を約0.15mmの深さだけ削り落すこと
が必要であつた。そしてイオン交換時間の短縮を
はかるためにイオン交換温度を550℃（この温度
でのガラスの粘度は約10の10.5乗ポイズとなる）
にしたところ、KNO3中に吊り下げている素線が
徐々に延びてゆきテーパー状に変形した。
また、上記実施例に示したようにこれらの太い
径のガラス丸棒を中心部までイオン交換してパラ
ボリツクな屈折率分布を形成したものまたは周辺
部のある距離までのイオン交換で止めて、パラボ
リツクではない屈折率分布を形成したものをセン
イ状に熱延伸することによつて屈接率分布をもつ
た光通信用のグレーデツド・フアイバーを製作す
ることも可能である。
径のガラス丸棒を中心部までイオン交換してパラ
ボリツクな屈折率分布を形成したものまたは周辺
部のある距離までのイオン交換で止めて、パラボ
リツクではない屈折率分布を形成したものをセン
イ状に熱延伸することによつて屈接率分布をもつ
た光通信用のグレーデツド・フアイバーを製作す
ることも可能である。
本発明は以上に述べた光集束型レンズの製造だ
けでなく、ガラス棒の表面または内部の物理的特
性または化学的特性を塩浴の浸漬のイオン交換に
より改質する場合にも適用できる。
けでなく、ガラス棒の表面または内部の物理的特
性または化学的特性を塩浴の浸漬のイオン交換に
より改質する場合にも適用できる。
図面は本発明の実施例を示す断面図である。
１……ガラス棒、７……溶融塩、３……多孔性
クツシヨン材。
クツシヨン材。
Claims (1)
- １ ガラス棒を溶融塩浴に浸漬するガラス棒のイ
オン交換処理方法において、ガラス棒を、それを
囲繞した多孔性クツシヨン材を介して、支持体の
内部に保持し、支持体を溶融塩浴中でガラス棒の
中心軸に対してほぼ平行な軸のまわりに回転させ
ながら前記浸漬をおこなうことを特徴とするガラ
ス棒のイオン交換処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16668279A JPS5688849A (en) | 1979-12-21 | 1979-12-21 | Ion exchange treatment of glass rod |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16668279A JPS5688849A (en) | 1979-12-21 | 1979-12-21 | Ion exchange treatment of glass rod |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5688849A JPS5688849A (en) | 1981-07-18 |
| JPS6236980B2 true JPS6236980B2 (ja) | 1987-08-10 |
Family
ID=15835770
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16668279A Granted JPS5688849A (en) | 1979-12-21 | 1979-12-21 | Ion exchange treatment of glass rod |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5688849A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0435093U (ja) * | 1990-07-16 | 1992-03-24 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63303826A (ja) * | 1987-06-01 | 1988-12-12 | Canon Inc | 集合型屈折率分布光学素子の製造方法 |
| JP3435753B2 (ja) * | 1993-10-18 | 2003-08-11 | 株式会社ニコン | ガラス、その製造方法、及びその徐冷方法 |
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1979
- 1979-12-21 JP JP16668279A patent/JPS5688849A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0435093U (ja) * | 1990-07-16 | 1992-03-24 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5688849A (en) | 1981-07-18 |
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