JPS6283323A - ガラスの製造方法 - Google Patents

ガラスの製造方法

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JPS6283323A
JPS6283323A JP22363285A JP22363285A JPS6283323A JP S6283323 A JPS6283323 A JP S6283323A JP 22363285 A JP22363285 A JP 22363285A JP 22363285 A JP22363285 A JP 22363285A JP S6283323 A JPS6283323 A JP S6283323A
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洋一 石黒
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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/014Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD]
    • C03B37/01446Thermal after-treatment of preforms, e.g. dehydrating, consolidating, sintering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2201/00Type of glass produced
    • C03B2201/06Doped silica-based glasses
    • C03B2201/08Doped silica-based glasses doped with boron or fluorine or other refractive index decreasing dopant
    • C03B2201/14Doped silica-based glasses doped with boron or fluorine or other refractive index decreasing dopant doped with boron and fluorine

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】 〔差業上の利用分野〕 本発明は、ガラスの製造方法に関し、詳しくはBと?と
を含み、屈折率を下げたガラスを気泡を含まぬように、
かつ従来より短時間で製造できる新規な方法に関するも
のである。
本発明により製造したガラスは光フアイバ用材料として
も用いることが可能である。
〔従来の技術〕
光ファイバの製造方法として、vAD法、0vpo法と
呼ばれるものがある。これらの方法では、まず火炎加水
分解反応によジ、ガラス微粒千金生成し、回転する出発
材上に次々と堆積させ、棒状の多孔質プリフォーム全作
る。次にプリフォームを様々なガス雰囲気中で加熱処理
し、脱水・透明ガラス化し、光ファイバ母材t−得る。
さらに、この母材を紡糸して光ファイバを得るという方
法である。
元ファイバは、主として元が伝搬するコアとその周囲の
クラッドから構成されている。二酸化ケイ素(siO2
)kペースとする元ファイバで−は、(i)コアに屈折
率を上げる添加剤をドープする方式、(ii)クラッド
に屈折率を下げる添加剤をドープする方式、G11)(
i)と(11〕との方式の合体方式のいずれかの方式が
用いられる。言うまでもなく、<1)ではクラッドが、
<:r>では、コアが二酸化ケイ素である。
通常用いられる添加剤としては、G e02 t P2
0s rAt、O,、Tie、 (以上屈折率上昇用)
、マ九、B20.、F(以上屈折率下降用)等が挙げら
れる。
第2図に、波長159μmにおける石英系ガラスの屈折
21−示す。横軸はシリカ中の醸化物又は?の重量%を
、縦軸は屈折率(nヶ)および屈折率差Δn%を表わす
。〔文献二熊丸、黒崎、気光伝送用材料“工業材料27
 (1979)、B59 )これらの添加剤のうち、フ
ッ素?は最近になって注目された添加剤であって、VA
D法や0VPO法におけるのみならず、他の製法におい
てもフッ素を添加する方法が検討、開発されている。
コア・クラッド間である一定の屈折率差を得たい場合に
、クラッドで屈折巡ヲ下げた前述の(11)および(i
ii)の方式は、コアに添加する添加剤の量が全く無い
か、あるいは(1)の方式によるよりも少なくてすむと
いう利点ヲ有している。このことは、高NAファイバに
とって、コアの添加剤による吸収損失が低減されるとい
う意味で有利である。また、放射線下での伝送損失に優
れた純シリカ37党ファイバは、(It)の方式でしか
作成できない。
このように、クラッド部の屈折it−下げる方式は有利
な特性を持つ。
〔発明が解決しようとする問題点〕
VAD法、ovPO法では、焼結工程においてフッ素金
添加する方法が知られている。例えば、特開昭55−6
7555号公報に提案される方法である。この方法は、
火炎加水分解により形成されたガラス微粒子の積層体全
フッ素化合物ガスの雰囲気で1000℃以下で加熱し、
次いで該ガラス微粒子の積層体を不活性ガス雰囲気中で
1400℃以上に加熱して焼結せしめる方法、及び火炎
加水分解により形成され念ガラス微粒子のyI層体をフ
ッ素化合物ガスおよび不活性ガスの雰囲気中で1400
’C以上に加熱してフッ素を含むガラス体を形成せしめ
る方法であって、 (1)  フッ素を均一に添加でき、平坦な屈折率分布
を与えることができる。
(11)処理速度が速い。すなわち、数100〜1巧程
度の多孔質プリフォームを数時間以内で処理・透明ガラ
ス化できる。
の2点において特に他の方法より優れている。
しかしながら、上記従来技術においては、常圧下フッ素
系ガス100チ雰囲気で多孔質プリフォームを加熱処理
しても、比屈折率差で最大−α75%程度(フッ素濃度
で約15重量%’)しか添加されなかった。
また、他の製法、例えばプラズマ外付法と呼ばれる方法
では、熱プラズマによる火炎を用いてガラス原料を出発
材上に吹き付け、堆積させ直接ガラス化させるが、この
際に、同時にフッ素系ガス全添加させてフッ素を添加し
ようとしても、屈折率差−1チを与えるフッ素系ガス金
含有させ九場合、その堆積速度はせいぜい111り7分
であり、かつ、添加量を増加させると堆積速度が下がる
ことが知られている。
加えて、焼結工程に於けるフッ素添加、あるいはプラズ
マ法での直接ガラス化によるフッ素添加でも、フッ素を
比屈折率差で−α5チ以上添加しようとした場合、得ら
れたガラス母材中に・しばしば気泡が残存した。フッ素
の添加量全多くすればするほどその傾向は大きかった。
本発明、の目的とするところは、以上説明したような従
来技術の欠点を解消し、屈折率差を大きくとれるような
添加物、特に屈折率を下げる添加物を高速で効率良く、
かつ気泡等の残留なく添加したガラス物品の製造方法を
提供することにある。
し問題点を解決するための手段〕 本発明は、二酸化ケイ素を主成分とするガラス微粒子積
層体ftBF3を含む雰囲気中で加熱処理し、それによ
りBと?とを添加することを特徴とするガラスの製造方
法である。
本発明の特に好ましい実施態様としては、該ガラス微粒
子積層体があらかじめCl、雰囲気中に加熱処理される
ことにより、充分脱水されたものであり、BP、の分圧
が1気圧以上である、BF3を含む雰囲気又はBF3に
加えてSiF4をも含む雰囲気中において、加熱処理し
あるいは加熱処理しつつ透明ガラス化をし、該加熱処理
は高純度石英製炉心管中に行われる方法が挙げられる。
〔作用〕
ガラス微粒子積層体を、B、Pなどの屈折率を調整する
原子を含むガス中で熱処理することで、プリフォームに
B、Fi添加させることは、従来の技術より類推可能で
ある。しかし、気泡が無い上に、多量のB、F’i添加
し几ガラス体を得ることは現実には困難であった。その
理由は、第1に、雰囲気ガス自体の熱分解によるガラス
の成分と成り得ないガスの発生による気泡の残留であり
、第2に炉心管からの重金属汚染であった。
第1点については、フッ素系ガス中のフッ素以外の成分
、またはボロン化合物中のボロン以外の成分、例えば、
CF4中のC(カーボン)S4中の8(硫黄)、BOt
g中のCL (塩素)がガラス中に残り気泡の原因とな
るためである。このことは、本発明を得る過程で、CF
4全4ヲしてガラス中にフッ素を添加せしめた時、気泡
中の成分が002.COから成っていたことを確認でき
たことから判明した。
これに対し、本発明の方法においてはBFgを含む雰囲
気中にて加熱するので、石英ガラス(Si02)4の反
応は下記(1)式のように3SiO,(S)+ 4BF
、(G)→2B20. + 3SiF、 (G) −−
(1)となり、従来のBF6 、 OF4 、02F6
 、 BCt3 、 BBrlなどの場合とは異なり、
ガラスの成分と成り得ないガス(012、Br2 、 
CO2、CL0.802等)を生成せず、気泡は生じな
い。
ま九本発明の方法は、上記のBP、に加えて、8 i 
y4 を用いてもよい。このときの13114 の石英
ガラスとの反応は下記(2)式の如くで3810鵞 (
8)+  8174  (Gl→ 4SiOJJ F(
+3)        ・・・ (2)やは9余分なガ
スの生成がないので、気泡は生じない。
第2の点については、本発明は高純度石英管製炉心管を
用いることにより解決する。すなわちOF4 a B 
1’6等を用いると炉心管表面と反応して気体の反応生
成物Sir、  を生じどんどん揮散していくが、BF
3とS i F4は高純度石英製炉心管をエツチングし
ないので、炉心管材料中のOvやIPe などの汚染物
質がプリフォームに達することがなく、プリフォームの
清浄が保たれることがわかった。
ここでWAD法で得られた多孔質プリフォームの一般的
な加熱処理雰囲気(処理条件1200℃、3時間)にお
けるS i F、およびBF3の分圧Pと得られたガラ
ス母材の二酸化ケイ素に対する比屈折率差Δn(%)の
関係を第5図に示す。これにより、加圧雰囲気下ではフ
ッ素?およびボロンBはより効率的にドープされ、屈折
率ヲ下げることがわかる。実際問題として線、圧力が2
0気圧を越えると、透明化後のガラス体に気泡が残りや
すい。後述する実施例の結果より、BF3雰囲気におけ
る熱処理によって、常圧(分圧1Clm)では(Δn)
=1.2係、加圧下(3Clm)では(Δn)=2.7
チの負の屈折率のガラスを得ることが判った。すなわち
比屈折率の変化は原料ガス(BFs)の分圧で決まって
くる。
したがって、本発明におけるBP3又はBF3に8 i
 y4を加えた雰囲気としては、Br3の分圧が1気圧
以上必要のときはBFs100チの加圧雰囲気を用い、
BF3の分圧が1気圧以下でよいときは、He等で希釈
して用いることか好ましい。
また、このようなりF、又はBP、およびS i F4
含肩雰囲気における加熱処理温度は低すぎると前記し次
式(1)、 <2)のような反応が十分に進行せず非効
不的であるため、1100℃以上か好ましい。
ま危、本発明においては加熱処理において、BとFを添
加するのみならず、同じ雰囲気中にて加熱処理しながら
透明ガラス化を行ってもよい。
さらに、ガラス微粒子積層体をあらかじめCl2雰囲気
中で加熱処理して充分脱水しておきその後BおよびFを
添加することも好ましい。
本発明方法に用いられる加熱処理装置の例を第1図に示
す。第1図において、1は支持棒、2はガラス微粒子積
層体、5は圧力容器、4は加熱部、5および7は加熱装
置、6はシール、8はガス配管を示し、9は圧力計、1
0はガス配管(fM、山部)、11はバルブである。た
だし、これらはあくまで例示にすぎず、この横取に限定
さnるものではない。
〔実施例〕
実施例1 第1図に示すような熱処理装置で、純シリカガラス微粒
子積層体をBF、 100チ(分圧1気圧)雰囲気で透
明ガラス化した。温度ij 1200℃で2時間保持し
たあと昇温し、透明ガラス化した。気泡は存在しなかっ
た。得られた透明ガラス母材の比屈折率差は−1,2%
であった。このガラスに石英管を挿入、コラップスし、
線引し元ファイバとし友ところ、不純物の混入の少ない
低損失のファイバが得られた。損失値は2dB/Km 
(波長α85μmにおいて)であつ友。
実施例2 第1図に示すような熱処理装置全周いて、シリカガラス
周囲にガラス微粒子を付着させたプリフォーム全処理し
皮。温度は1200℃、圧力2気圧を維持し、BP、(
100%) f 500 cc/+の流量で1時間流し
たところ、得られた母材のコア・クラッド間比屈折率差
は1.5チであった。
母材の透明ガラス化は1500℃以上のHθを主成分と
する不活性ガス雰囲気中で行なった。
実施例3 第1図に示す熱処理装置を用いて、Δn=2憾のGθ0
.ドープされた高NAガラスの周囲に、ガラス微粒子全
付層させたプリフォームを処理し友。温度1300℃、
BF3の分圧2気圧(BF。
100%、500cc/分)で1時間保持し、iいで1
45D’CのHθガス雰囲気(1気圧)下で透明化し、
クラット部でΔn=−2%を持った、Δn=4%の冒N
A母材を得た。
実施例4 第1図に示す熱処理装置を用いて、BF35俤、5iF
495%(流量はそれぞれ25 cc/分、475cc
/分)の雰囲気下でガラス微粒子積層体を処理した。得
られた透明ガラス母材の比屈折率差は−α7ろチであジ
、B2O3とFとの寄与はB2O3−1103%、F−
α70%であった。この透明ガラス母材の線膨張系数は
純石英とほぼ等しかつ念。
実施例5 第1図に示すような熱処理装置’を用いて、ガラス微粒
子積層体をCL2/He=3チ/97チ雰囲気(流量5
00 cc/分/9.7℃1分)で1150℃にて1時
間保持することにより脱水した。次いで炉温11500
℃まで徐々に上げ、BF3/He=50チ150チ雰囲
気(流量はそれぞれ500cc/分)で透明化した。得
られた透明ガラス母材の比屈折率はα8チであった。こ
のガラスを使用してファイバを作成し念ところ、損失値
は波長13 B pmにおいてt OiB/Kmであっ
た。
〔発明の効果〕
本発明は、下記のような効果を奏する。
■ BF3雰囲気で熱処理することにより、常圧(分圧
1 Clm )で1Δn1=1.2チ、加圧下(分圧s
 Clm )で1Δn1=17%の負の屈折率のガラス
に得ることが可能となった。
■ 高速でB、F’i添加することか可能となつ友。従
って従来法より短時間でガラス物品を得ることができる
■ 得られ之ガラス母材中に気泡が残留しない。
■ クラッドのΔnを低くした形の高NA 光フアイバ
用母材、純シリカコア光フアイバー用母材の作成が容易
になった。
■ 容器からの汚染(貴金属)が低減された。
さらに従来技術におけると同様、WAD法の焼結工程で
B、Fi添加する利点、すなわち平坦な屈折率分布およ
び処理速度における利点金有することは言うまでもない
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に用いる加熱処理装置の例を説明する
図、第2図は、石英系ガラスにおけるシリカ中酸化物又
はFの含量(重t%)と屈折率(nα)および比屈折率
差(Δn)の関係を示すグラフ、533図は雰囲気中の
SiF4およびBF3分圧と得られる比屈折率差1△n
1の関係を示すグラフである。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)二酸化ケイ素を主成分とするガラス微粒子積層体
    をBF_3を含む雰囲気中で加熱処理し、それによりB
    とFとを添加することを特徴とするガラスの製造方法。
  2. (2)ガラス微粒子積層体をBF_3を含む雰囲気中で
    加熱処理しつつ透明ガラス化する特許請求の範囲第(1
    )項に記載されるガラスの製造方法。
  3. (3)BF_3を含む雰囲気中にSiF_4をも含む特
    許請求の範囲第(1)項又は第(2)項に記載されるガ
    ラスの製造方法。
  4. (4)BF_3の分圧が、気圧以上である特許請求の範
    囲第(1)ないし第(3)項のいずれかに記載されるガ
    ラスの製造方法。
  5. (5)ガラス微粒子積層体が、あらかじめCl_2雰囲
    気中にて加熱処理されることにより、充分脱水されたも
    のである特許請求の範囲第(1)項ないし第(4)項の
    いずれかに記載されるガラスの製造方法。
  6. (6)加熱処理が高純度石英製炉心管中にて行われる特
    許請求の範囲第(1)項ないし第(5)項のいずれかに
    記載されるガラスの製造方法。
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