JP2024141315A - Method for manufacturing silica glass and method for manufacturing optical fiber - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、シリカガラスの製造方法、及び光ファイバの製造方法に関する。 This disclosure relates to a method for manufacturing silica glass and a method for manufacturing optical fiber.
非特許文献1には、火炎加水分解反応で形成したガラス微粒子を堆積して多孔質体を形成し、その後、多孔質体を加熱処理によって透明ガラス化することにより、光ファイバ母材を作製する方法が開示されている。非特許文献2には、あらかじめ合成したシリカガラス粉末を加圧成形して多孔質体を形成する方法が開示されている。特許文献1には、シリカガラス粒子を沈積させて非多孔質体を形成する方法が開示されている。
Non-Patent
非特許文献1等に記載された方法では、原料又は雰囲気中の不純物成分が多孔質体に混入することにより、多孔質体を加熱処理して緻密かつ透明なガラス体を形成する際、ガラス体内に気泡又は微結晶などの欠陥が形成されることがある。火炎加水分解法における不純物成分は、雰囲気中のダストに起因する炭素粒子、又はアルカリ、鉄などの金属粒子である。例えば、火炎加水分解法において原料ガスに有機系ケイ素材料(例えばシロキサン類)を用いた場合、不完全燃焼に起因する炭素粒子が多孔質体に混入することがある。粉体成型法における不純物成分は、粉体成型時に混入するダスト成分、又は、成形体の強度を向上するために意図的に混入させるバインダー成分である。バインダー成分は、例えば、液体セルロース(カルボキシメチルセルロース(CMC)溶液)又はポリ酢酸ビニール(PVA)溶液である。
In the method described in
炭素成分である不純物成分は、例えば、酸素を含む雰囲気(酸素及び窒素の混合ガス又は大気)内に多孔質体を設置して500℃から1000℃に加熱して炭素成分を酸化することにより、除去することができる。しかしながら、多孔質体が大型化すると、酸素分子の拡散が不十分となり、炭素成分が残留する場合がある。一方、金属成分である不純物成分は、金属酸化物の蒸気圧がシリカの多孔質体の透明化温度よりも高い必要があるため、上述したように加熱処理をしても金属粒子が除去されない可能性がある。更に、酸素の雰囲気下では使用できない露出素材(カーボン製など高温で形状安定な大型部材)を装置に使用する場合、酸素の使用条件を大幅に緩くする必要がある。この場合、グラファイトの酸化消耗開始温度である450℃を上限として加熱を行う必要があり、十分な酸化が行えない可能性がある。 The carbon impurity component can be removed by, for example, placing the porous body in an oxygen-containing atmosphere (a mixed gas of oxygen and nitrogen or air) and heating it to 500°C to 1000°C to oxidize the carbon component. However, when the porous body is large, the diffusion of oxygen molecules becomes insufficient, and the carbon component may remain. On the other hand, for impurity components that are metal components, the vapor pressure of the metal oxide must be higher than the transparent temperature of the silica porous body, so there is a possibility that metal particles will not be removed even if the heat treatment is performed as described above. Furthermore, when exposed materials (large components that are shape-stable at high temperatures, such as carbon) that cannot be used in an oxygen atmosphere are used in the device, the conditions for using oxygen must be significantly relaxed. In this case, heating must be performed up to 450°C, which is the temperature at which graphite begins to wear out due to oxidation, and there is a possibility that sufficient oxidation cannot be performed.
金属成分である不純物成分の除去に用いられる方法として、塩素ガス等のハロゲンガスの雰囲気下で加熱処理を行い金属成分をハロゲン化することにより蒸気圧を低下させてガス化除去する方法がある。このハロゲン化除去方法は、金属成分の除去には有効であるものの、雰囲気ガス処理のために気密性かつハロゲン耐久製のある気密管中で熱処理する必要があり、設備コストの増大が生じる。 One method used to remove impurities, which are metal components, is to perform heat treatment in an atmosphere of halogen gas such as chlorine gas to halogenate the metal components, thereby reducing the vapor pressure and removing them by gasification. This halogenation removal method is effective for removing metal components, but the heat treatment must be performed in an airtight tube that is airtight and halogen-resistant in order to treat the atmospheric gas, which increases the equipment costs.
本開示は、ガラス体内の欠陥の形成を簡易な方法で抑制することができるシリカガラスの製造方法を提供することを目的とする。 The present disclosure aims to provide a method for manufacturing silica glass that can easily suppress the formation of defects in the glass body.
本開示の一実施形態に係るシリカガラスの製造方法は、多孔質シリカガラス体を準備する工程と、多孔質シリカガラス体をフッ素を含有するガスの雰囲気下で加熱する工程と、加熱する工程の後に1300℃以上の温度で多孔質シリカガラス体を透明ガラス化する工程と、を備える。 A method for producing silica glass according to one embodiment of the present disclosure includes the steps of preparing a porous silica glass body, heating the porous silica glass body in an atmosphere of a gas containing fluorine, and converting the porous silica glass body into transparent glass at a temperature of 1300°C or higher after the heating step.
本開示によれば、ガラス体内の欠陥の形成を簡易な方法で抑制してシリカガラスを製造することができる。 According to the present disclosure, it is possible to produce silica glass by suppressing the formation of defects in the glass body in a simple manner.
[本開示の実施形態の説明]
最初に、本開示の実施形態の内容を列記して説明する。
[1]本開示の一実施形態に係るシリカガラスの製造方法は、多孔質シリカガラス体を準備する工程と、多孔質シリカガラス体をフッ素を含有するガスの雰囲気下で加熱する工程と、加熱する工程の後に1300℃以上の温度で多孔質シリカガラス体を透明ガラス化する工程と、を備える。
[Description of the embodiments of the present disclosure]
First, the contents of the embodiments of the present disclosure will be listed and described.
[1] A method for producing silica glass according to one embodiment of the present disclosure includes the steps of preparing a porous silica glass body, heating the porous silica glass body in an atmosphere of a gas containing fluorine, and converting the porous silica glass body into transparent glass at a temperature of 1300° C. or higher after the heating step.
このシリカガラスの製造方法では、多孔質シリカガラス体を透明ガラス化する前に、多孔質シリカガラス体をフッ素を含有するガスの雰囲気下で加熱している。この場合、透明ガラス化する前に、多孔質シリカガラス体を構成するシリカ(SiO2)とフッ素を含有するガス(例えばCF4又はCHF3)とが反応し、酸素化合物(例えばCO2)が形成される。そして、この酸素化合物を用いて多孔質ガラス体内の炭素不純物(例えばC)を反応させることで、多孔質シリカガラス体内の炭素不純物が除去される。多孔質シリカガラス体内に水分が残存している場合には、水分(H2O)とフッ素を含有するガスとが反応して酸素化合物が形成され、上記同様、酸素化合物を用いて多孔質ガラス体内の炭素不純物を反応させることで、炭素不純物が除去される。また、上記のシリカガラスの製造方法では、透明ガラス化する前に、多孔質シリカガラス体内の金属不純物(例えばアルカリ類のNa2O又はAl2O3などの金属酸化物)とフッ素を含有するガスとが反応し、溶融させやすいフッ化物(例えばNaF又はAlF3)とすることで金属酸化物が除去される。以上より、このシリカガラスの製造方法によれば、透明ガラス化する前に多孔質シリカガラス体をフッ素を含有するガスの雰囲気下で加熱するといった簡易な方法により各種の不純物を除去することができる。その結果、この製造方法によれば、ガラス体内の欠陥の形成を簡易な方法で抑制することができる。 In this method for producing silica glass, before the porous silica glass body is vitrified to a transparent state, the porous silica glass body is heated under an atmosphere of a gas containing fluorine. In this case, before the transparent vitrification, silica (SiO 2 ) constituting the porous silica glass body reacts with a gas containing fluorine (e.g., CF 4 or CHF 3 ) to form an oxygen compound (e.g., CO 2 ). Then, the carbon impurities (e.g., C) in the porous glass body are reacted with this oxygen compound, so that the carbon impurities in the porous silica glass body are removed. If moisture remains in the porous silica glass body, the moisture (H 2 O) reacts with a gas containing fluorine to form an oxygen compound, and similarly to the above, the carbon impurities in the porous silica glass body are reacted with the oxygen compound to remove the carbon impurities. In addition, in the above method for producing silica glass, before the transparent vitrification, metal impurities (e.g., metal oxides such as alkalis Na 2 O or Al 2 O 3 ) in the porous silica glass body react with a gas containing fluorine to form fluorides (e.g., NaF or AlF 3 ) that are easily melted, so that the metal oxides are removed. As described above, according to this method for producing silica glass, various impurities can be removed by a simple method of heating the porous silica glass body under a fluorine-containing gas atmosphere before it is vitrified into a transparent glass. As a result, according to this method, the formation of defects in the glass body can be suppressed in a simple manner.
また、上述したシリカガラスの製造方法では、多孔質シリカガラス体を透明ガラス化する前に、多孔質シリカガラス体をフッ素を含有するガスの雰囲気下で加熱している。この場合、多孔質シリカガラス体の表面の酸素又は水酸基をフッ素(F)で置換する効果及び表面エッチングによる表面活性化により、透明ガラス化する際の焼結駆動力(表面自由エネルギー)を増大させることができる。これにより、このシリカガラスの製造方法によれば、透明ガラス化する際の加熱温度を低下させ、エネルギー消費を削減することができる。 In addition, in the above-mentioned method for producing silica glass, the porous silica glass body is heated in an atmosphere of a gas containing fluorine before being converted into transparent glass. In this case, the sintering driving force (surface free energy) during transparent glass formation can be increased due to the effect of replacing oxygen or hydroxyl groups on the surface of the porous silica glass body with fluorine (F) and the surface activation by surface etching. As a result, according to this method for producing silica glass, the heating temperature during transparent glass formation can be lowered, reducing energy consumption.
[2]上記[1]のシリカガラスの製造方法において、フッ素を含有するガスがフッ素以外のハロゲンを含まなくてもよい。この場合、フッ素以外のハロゲンを含まないので、多孔質シリカガラス体を構成するシリカ、炭素不純物、金属不純物とフッ素を含有するガスとがより確実に反応し、炭素不純物及び金属不純物がより確実に除去される。フッ素以外のハロゲン元素(塩素(Cl)、臭素(Br)、沃素(I))を含有する場合、フッ素と炭素の結合エネルギーより、これらハロゲン元素と炭素との結合エネルギーが弱いため、容易にハロゲンガス(例えばCl2)を生成し、炭素成分が残留する可能性が高くなる。このように各種の不純物がより確実に除去されることで、ガラス体内の欠陥の形成をより確実に抑制することができる。また、フッ素以外のハロゲンを含む場合、炉の構成材料にも耐ハロゲン腐食特性が必要となるため、設備コスト増大の要因となる可能性がある。 [2] In the method for producing silica glass according to [1] above, the fluorine-containing gas may not contain any halogen other than fluorine. In this case, since no halogen other than fluorine is contained, the silica, carbon impurities, and metal impurities constituting the porous silica glass body react more reliably with the fluorine-containing gas, and the carbon impurities and metal impurities are more reliably removed. When halogen elements other than fluorine (chlorine (Cl), bromine (Br), iodine (I)) are contained, the bond energy between these halogen elements and carbon is weaker than the bond energy between fluorine and carbon, so that halogen gas (e.g., Cl 2 ) is easily generated, and the carbon component is more likely to remain. In this way, various impurities are more reliably removed, so that the formation of defects in the glass body can be more reliably suppressed. In addition, when halogens other than fluorine are contained, the constituent materials of the furnace also need to have halogen corrosion resistance, which may cause an increase in equipment costs.
[3]上記[1]又は[2]のシリカガラスの製造方法において、フッ素を含有するガスは、パーフロロカーボン及びハイドロフロロカーボンの少なくとも一方のフッ素化合物ガスを含んでもよい。 [3] In the method for producing silica glass according to [1] or [2] above, the fluorine-containing gas may contain at least one fluorine compound gas selected from the group consisting of perfluorocarbon and hydrofluorocarbon.
[4]上記[1]から[3]のいずれかのシリカガラスの製造方法において、加熱する工程では、フッ素を含有するガスが多孔質シリカガラスを構成する二酸化ケイ素と反応して、酸素を含有するガスを形成してもよい。酸素を含有するガスは、二酸化炭素及び水蒸気の少なくとも一方を含んでもよい。この場合、二酸化炭素または水蒸気と多孔質シリカガラス体における炭素不純物とが反応し、多孔質シリカガラス体における炭素不純物がより確実に除去される。これにより、透明ガラス化された後のガラス体内の欠陥の形成を確実に抑制することが可能となる。 [4] In any of the above methods for producing silica glass [1] to [3], in the heating step, a fluorine-containing gas may react with silicon dioxide constituting the porous silica glass to form an oxygen-containing gas. The oxygen-containing gas may contain at least one of carbon dioxide and water vapor. In this case, the carbon dioxide or water vapor reacts with the carbon impurities in the porous silica glass body, and the carbon impurities in the porous silica glass body are more reliably removed. This makes it possible to reliably suppress the formation of defects in the glass body after it has been made into a transparent vitrified body.
[5]上記[1]から[4]のいずれかのシリカガラスの製造方法において、加熱する工程では、フッ素を含有するガスが多孔質シリカガラスを構成する二酸化ケイ素と反応してもよい。加熱する工程での加熱温度は、フッ素を含有するガス中のフッ素が二酸化ケイ素に添加される温度以下であってもよい。この場合、焼結前の多孔質シリカガラス体に対してフッ素が添加されてしまうことを抑制し、多孔質シリカガラスが透明ガラス化されたガラス体における屈折率等をより確実に所望の値とすることができる。 [5] In any of the above methods for producing silica glass [1] to [4], in the heating step, a fluorine-containing gas may react with the silicon dioxide that constitutes the porous silica glass. The heating temperature in the heating step may be equal to or lower than the temperature at which the fluorine in the fluorine-containing gas is added to the silicon dioxide. In this case, the addition of fluorine to the porous silica glass body before sintering is suppressed, and the refractive index, etc. of the glass body in which the porous silica glass is transparently vitrified can be more reliably set to a desired value.
[6]上記[1]から[5]のいずれかのシリカガラスの製造方法において、加熱する工程での加熱温度が800℃以上1100℃以下であってもよい。この場合、焼結前の多孔質シリカガラス体に対して、フッ素を含有するガスが解離してシリカガラス微粒子と反応することに起因する酸素化合物ガスの生成と、解離して生成したフッ素がシリカガラスに添加されることのバランスが優れ、酸素化合物ガスによる炭素成分の除去と、フッ素添加抑制が、より容易となる。これにより、多孔質シリカガラス体が透明ガラス化されたガラス体における屈折率等をより確実に所望の値とすることができる。 [6] In any of the above methods for producing silica glass [1] to [5], the heating temperature in the heating step may be 800°C or higher and 1100°C or lower. In this case, the balance between the generation of oxygen compound gas caused by the dissociation of fluorine-containing gas and reaction with silica glass particles in the porous silica glass body before sintering and the addition of the dissociated fluorine to the silica glass is excellent, making it easier to remove carbon components using the oxygen compound gas and to suppress the addition of fluorine. This makes it possible to more reliably achieve the desired refractive index and other values in the glass body in which the porous silica glass body has been transparently vitrified.
[7]上記[6]のシリカガラスの製造方法において、加熱する工程での加熱温度が950℃以上1050℃以下であってもよい。この場合、酸素化合物ガスによる炭素成分の除去と、フッ素添加抑制が更に容易となる。これにより、多孔質シリカガラスが透明ガラス化されたガラス体における屈折率等をより一層、所望の値とすることができる。 [7] In the method for producing silica glass described in [6] above, the heating temperature in the heating step may be 950°C or higher and 1050°C or lower. In this case, it becomes easier to remove carbon components using an oxygen compound gas and to suppress the addition of fluorine. This makes it possible to make the refractive index and other properties of the glass body in which the porous silica glass has been made into a transparent vitrified material even more desirable.
[8]上記[1]から[7]のいずれかのシリカガラスの製造方法において、加熱する工程では、多孔質シリカガラスを配置した炉心管内の全圧が1kPa以下になるまで減圧を行った後に、圧力変化量ΔPが1kPaより大きくなるまでフッ素を含有するガスを炉心管内に導入して多孔質シリカガラス体を加熱してもよい。この場合、多孔質シリカガラス体を構成するシリカ及び金属不純物とフッ素を含有するガスとがより確実に反応し、炭素不純物及び金属不純物がより確実に除去される。このように各種の不純物がより確実に除去されることで、ガラス体内の欠陥の形成をより確実に抑制することができる。 [8] In any of the above methods for producing silica glass [1] to [7], in the heating step, the total pressure in the furnace tube in which the porous silica glass is placed may be reduced to 1 kPa or less, and then a fluorine-containing gas may be introduced into the furnace tube until the pressure change ΔP becomes greater than 1 kPa to heat the porous silica glass body. In this case, the silica and metal impurities constituting the porous silica glass body react more reliably with the fluorine-containing gas, and carbon impurities and metal impurities are more reliably removed. By more reliably removing various impurities in this way, the formation of defects in the glass body can be more reliably suppressed.
[9]上記[1]から[8]のいずれかのシリカガラスの製造方法は、加熱する工程の前に、多孔質シリカガラス体を配置した炉心管を加熱しつつ炉心管内に不活性ガスを導入する工程を更に備えてもよい。加熱する工程での加熱温度が導入する工程での加熱温度よりも低くてもよい。この場合、加熱しながらの不活性ガスの導入により、多孔質シリカガラス体の水分をより確実に除去することができる。 [9] The method for producing silica glass according to any one of [1] to [8] above may further include a step of introducing an inert gas into the furnace tube while heating the furnace tube in which the porous silica glass body is placed, prior to the heating step. The heating temperature in the heating step may be lower than the heating temperature in the introducing step. In this case, the introduction of the inert gas while heating the porous silica glass body can more reliably remove moisture from the porous silica glass body.
[10]本開示の一実施形態に係る光ファイバの製造方法は、上記[1]から[9]のいずれかのシリカガラスの製造方法を用いて光ファイバ用母材を作製する工程と、光ファイバ用母材を線引きして光ファイバを作製する工程と、を備える。この場合、光ファイバ母材となるシリカガラス内の各種不純物が除去されて欠陥が抑制されているため、光ファイバに加工するプロセスでの不純物などに起因するガラスの外径変動や、切断を低減することができ、品質の安定した光ファイバを製造することが可能になる。 [10] An optical fiber manufacturing method according to an embodiment of the present disclosure includes a step of producing an optical fiber preform using any one of the silica glass manufacturing methods [1] to [9] above, and a step of drawing the optical fiber preform to produce an optical fiber. In this case, various impurities are removed from the silica glass that is to be the optical fiber preform, suppressing defects, so that it is possible to reduce the outer diameter fluctuation and breakage of the glass caused by impurities during the process of processing into an optical fiber, and it becomes possible to manufacture an optical fiber with stable quality.
[本開示の実施形態の詳細]
本開示の実施形態に係るシリカガラスの製造方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
[Details of the embodiment of the present disclosure]
A specific example of a method for producing silica glass according to an embodiment of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. In the following description, the same elements or elements having the same functions will be designated by the same reference numerals, and duplicated descriptions will be omitted. Note that the present invention is not limited to these examples, but is indicated by the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the claims.
図1を参照して、シリカガラスの製造に用いられる製造装置について説明する。図1は、多孔質シリカガラス体を加熱して透明ガラス化する装置の一例を示す模式図である。図1に示す製造装置1は、容器10、炉心管20、ガス供給部30、及び、排気系40を備えている。
With reference to Figure 1, a manufacturing apparatus used for manufacturing silica glass will be described. Figure 1 is a schematic diagram showing an example of an apparatus for heating a porous silica glass body to turn it into transparent glass. The
容器10は、気密性のある容器である。容器10は、前室11、ロッド12、ゲート弁13、炉体14、ヒータ15、及び、断熱材16を有する。炉体14の内部には、炉心管20が配置されている。前室11の上側の端部には、ロッド12を挿通する挿通孔11aが設けられている。挿通孔11aから前室11内へとロッド12が挿通される。ロッド12の下側の端部には上蓋22が係合しており、さらに下側に多孔質シリカガラス体Mが保持される。ロッド12は、昇降装置(図示せず)と連結しており、例えば、炉心管20の中心軸線上を昇降可能になっている。
The
前室11及び炉体14は、例えばSUS(Steel Use Stainless)等の金属により構成される。製造装置1の不使用時には、前室11と炉体14の間の開口は、ゲート弁13によって閉じられる。製造装置1の使用時には、ゲート弁13が開いて、前室11と炉体14の間に開口が生じる。そして、前室11内でロッド12に保持されていた多孔質シリカガラス体Mが下降していき、炉体14内の炉心管20内へと挿入される。
The
ヒータ15は、炉心管20内に配置された多孔質シリカガラス体Mを加熱するための加熱部材である。ヒータ15は、例えば、複数の加熱体15aから構成され、多孔質シリカガラス体Mの全長よりも長い領域を加熱できるように、炉心管20の周囲に配置されている。ヒータ15は、例えば、抵抗加熱型のヒータである。ヒータ15によって炉心管20を加熱することにより、炉心管20内に導入される各種のガス(例えば、N2、CF4)も加熱される。ヒータ15と炉体14の間には、断熱材16が配置されてもよい。これにより、ヒータ15による炉心管20(多孔質シリカガラス体M及び導入ガスを含む)の加熱効率を向上させることができると共に、ヒータ15による熱が炉体14の外側に伝わりにくくなる。
The
炉心管20は、多孔質シリカガラス体Mを加熱して透明ガラス化するための部材であり、上側に多孔質シリカガラス体Mを挿入するための開口21を有する。開口21は、多孔質シリカガラス体Mが炉心管20内に挿入される際に、ロッド12に係合している上蓋22によって閉じられる。炉心管20は、炉心管20の開口21が上蓋22によって閉じられることで気密な状態になる。炉心管20は、高温加熱時の変形を抑制するという観点から、例えば、カーボン製であってもよい。炉心管20の気密性を向上させるために、炉心管20の材料表面に気密性のコーティング(例えば、熱分解カーボン、ガラス状カーボン、炭化ケイ素、窒化ケイ素)を施してもよい。
The
ガス供給部30は、第1ガス供給部31及び第2ガス供給部32を有している。第1ガス供給部31は、炉心管20内へフッ素化合物ガス(例えばCF4又はCHF3)又は不活性ガス(例えばN2又はHe)を供給する。第2ガス供給部32は、炉体14内へ不活性ガスを供給する。第1ガス供給部31及び第2ガス供給部32からのガス供給量を制御することにより、炉心管20内の圧力、不要になった成分等の第1排気管41及び第2排気管43への排気を制御することができる。
The
排気系40は、第1排気管41、第1排気バルブ42、第2排気管43、第2排気バルブ44、第3排気管45、第3排気バルブ46、真空ポンプ47、及び、第4排気バルブ48を備えている。
The
第1排気管41は、炉心管20内の排気を行うための管であり、炉心管20に気密に接続されている。第2排気管43は、炉体14内の排気を行うための管であり、炉体14に気密に接続されている。第1排気管41には、第1排気バルブ42が設けられている。第2排気管43には、第2排気バルブ44が設けられている。第1排気バルブ42及び第2排気バルブ44によっても、炉体14内および炉心管20内の圧力及び排気が制御される。第3排気管45は、前室11内の排気を行うための管であり、前室11に気密に接続されている。第3排気管45には、第3排気バルブ46が設けられている。第3排気バルブ46によって、前室11内の圧力及び排気が制御される。
The
第1排気管41、第2排気管43、及び第3排気管45は、下流において合流する。第1排気管41、第2排気管43及び第3排気管45の合流地点の下流の配管には、真空ポンプ47及び第4排気バルブ48が接続されている。真空ポンプ47は、炉体14内、炉心管20内、及び前室11内を排気して減圧するためのポンプである。第4排気バルブ48は、排気をする際に開かれる。第4排気バルブ48の下流において、排気処理がなされる。
The
排気ガス中にフッ素化合物ガスが含まれる場合、例えば、当該排気ガスは洗浄塔へ送られる。排気ガス中にフッ素化合物ガスが含まれない場合、例えば、当該排気ガスは大気中へ放出される。前室11からの排気ガスは、例えば、大気中へ放出される。排気ガスの送り先は、例えば、真空ポンプ47の下流に設けられた開閉弁(図示せず)によって制御される。なお、製造装置1では、炉心管20は気密性を有するが、炉心管20を完全に気密にすることは困難であるため、炉心管20内に供給されるガスの一部は、炉体14内へ流れ出る場合がある。
When the exhaust gas contains a fluorine compound gas, for example, the exhaust gas is sent to a scrubbing tower. When the exhaust gas does not contain a fluorine compound gas, for example, the exhaust gas is discharged into the atmosphere. The exhaust gas from the
次に、上述した製造装置1を用いてシリカガラスを製造する方法について説明する。本実施形態に係るシリカガラスの製造方法は、図2に示すように、以下の工程(a)から(d)を有している。
(a)多孔質シリカガラス体Mを準備する工程
(b)多孔質シリカガラス体Mの水分を除去する工程
(c)多孔質シリカガラス体Mの不純物を除去する工程
(多孔質シリカガラス体Mをフッ素を含有するガスの雰囲気下で加熱する工程)
(d)1300℃以上の温度で多孔質シリカガラス体を透明ガラス化する工程
Next, a description will be given of a method for producing silica glass using the above-mentioned
(a) a step of preparing a porous silica glass body M; (b) a step of removing moisture from the porous silica glass body M; (c) a step of removing impurities from the porous silica glass body M (a step of heating the porous silica glass body M in an atmosphere of a gas containing fluorine).
(d) A step of converting the porous silica glass body into transparent glass at a temperature of 1300° C. or higher.
[工程(a)]
多孔質シリカガラス体Mを準備する工程(a)では、例えば、VAD(Vapor-phase Axial Deposition)法又はOVD(Outside VaporDeposition)法などの公知の方法により、多孔質シリカガラス体Mを作製することで、多孔質シリカガラス体Mを準備する。多孔質シリカガラス体Mは、例えば、ケイ素化合物ガス(SiCl4、シロキサンなど)の火炎加水分解反応によって生じる粒径0.1μmから1μmのガラス微粒子を、所定のターゲット上に堆積させた構造であり、一般にスス体(soot)とも呼ばれる。多孔質シリカガラス体M中には、吸着水又はシラノール基として水分が含まれている。多孔質シリカガラス体Mは、非特許文献2等に記載の粉末成形法で作製してもよい。このように準備される多孔質シリカガラス体Mには、炭素系の不純物成分又は金属不純物成分が含まれていることがある。また、多孔質シリカガラス体Mには、水分が吸着していることがある。
[Step (a)]
In the step (a) of preparing the porous silica glass body M, the porous silica glass body M is prepared by producing the porous silica glass body M by a known method such as a Vapor-phase Axial Deposition (VAD) method or an Outside Vapor Deposition (OVD) method. The porous silica glass body M has a structure in which glass particles having a particle size of 0.1 μm to 1 μm, which are generated by a flame hydrolysis reaction of a silicon compound gas (SiCl 4 , siloxane, etc.), are deposited on a predetermined target, and is generally called a soot body. The porous silica glass body M contains moisture as adsorbed water or silanol groups. The porous silica glass body M may be prepared by a powder molding method described in Non-Patent Document 2 and the like. The porous silica glass body M prepared in this way may contain carbon-based impurity components or metal impurity components. In addition, the porous silica glass body M may have moisture adsorbed thereto.
[工程(b)]
多孔質シリカガラス体Mの水分を除去する工程(b)では、まず、工程(a)で準備された多孔質シリカガラス体Mを、図1に示す製造装置1のロッド12に取り付けて炉心管20内に配置する。次に、炉心管20及び炉心管20内に配置された多孔質シリカガラス体Mをヒータ15で加熱し、例えば1100℃以上に昇温してその温度を保持する(例えば、図3におけるステップS1を参照。図3については後述する)。この加熱温度は、一例として1100℃である。そして、炉心管20等が1100℃を維持するように加熱された状態で、第1ガス供給部31から炉心管20内に不活性ガスを導入すると共に第1排気管41で排気させることで、多孔質シリカガラス体M(スス体)に吸着した水分を除去する。この際、第2ガス供給部32から炉体14内に窒素又はヘリウムを導入してもよい。炉心管20に導入する不活性ガスは、例えば窒素(N2)である。導入する不活性ガスの流量は、例えば2slmである。ここで用いる「slm」は、標準状態(0℃、1atm)における1分間当たりの流量「standard liter per minute」である。窒素等の不活性ガスの導入は、炉心管20が1100℃に昇温された後に行ってもよいし、炉心管20を1100℃に向かって昇温するのと共に行ってもよい。工程(b)の水分除去が終了した後は、不活性ガスの導入は停止する。なお、この工程(b)が、不活性ガスを導入する工程に相当する。また、工程(b)の加熱温度とは、ステップS1において、一定時間維持される温度であり、多少の変動は許容される。
[Step (b)]
In the step (b) of removing moisture from the porous silica glass body M, first, the porous silica glass body M prepared in the step (a) is attached to the
[工程(c)]
多孔質シリカガラス体Mの不純物成分を除去する工程(c)では、炉心管20内に多孔質シリカガラス体Mを配置した状態のままで、工程(b)での加熱温度(例えば1100℃)よりも低い温度となるように、ヒータ15での加熱を調整する(例えば、図3におけるステップS2を参照)。工程(c)において、炉心管20及び炉心管20内に配置された多孔質シリカガラス体Mを加熱する温度は、例えば、800℃以上1100℃以下であり、950℃以上1050℃以下であってもよい。工程(c)での加熱温度は、一例として1000℃である。工程(c)での加熱温度は、フッ化化合物ガス中のフッ素がシリカ(二酸化ケイ素)に添加される温度以下であってもよい。そして、炉心管20等が1000℃を維持するように加熱された状態で、第1ガス供給部31から炉心管20内にフッ素化合物ガス(フッ素を含むガス)を導入する。この際、第1排気バルブ42は閉じた状態とされる。即ち、炉心管20内には、第1ガス供給部31から導入されるフッ素化合物ガスが封入された状態となる。工程(c)では、例えば、多孔質シリカガラスを配置した炉心管20内の全圧が1kPa以下になるまで減圧を行った後に、フッ素化合物ガスを全圧が1kPa以上となるように導入してもよく、一例として、全圧が2.5kPaとなるように導入する。なお、工程(c)の加熱温度とは、ステップS2において、一定時間維持される温度であり、多少の変動は許容される。
[Step (c)]
In the step (c) of removing impurity components from the porous silica glass body M, the heating by the
そして、工程(c)では、このようにフッ素化合物ガスを所定圧で炉心管20内に封入した状態で、所定時間、封入を保持する。この際、炉心管20内では、多孔質シリカガラス体Mを構成するシリカ(SiO2)とフッ素化合物ガスとが反応して、酸素化合物(例えば二酸化炭素又は水蒸気)が形成される。そして、この酸素化合物を用いて、多孔質シリカガラス体M内の炭素不純物(例えばC)が除去される。多孔質シリカガラス体M内に水分が残存している場合には、水分とフッ素化合物ガスとが反応して酸素化合物が形成され、上記同様、酸素化合物を用いて炭素不純物が除去される。更に、工程(c)では、多孔質シリカガラス体M内の金属不純物(例えばアルカリ類のNa2O又はAl2O3)とフッ素化合物ガスとが反応して、溶融させやすいフッ化物(例えばNaF又はAlF3)が生成され、金属不純物が除去される。工程(c)で封入を保持する時間は、上述した各種の反応が行われるのに十分な時間であり、例えば1時間以上とすることができる。
Then, in step (c), the fluorine compound gas is sealed in the
工程(c)で不純物の除去に用いられるフッ素化合物ガスは、例えば、パーフロロカーボン(PFC)であるCF4、C2F6またはC3F8であってもよいし、ハイドロフロロカーボン(HFC)であるCHF3、CH2F2またはCHF2CF3であってもよいし、クロロフロロカーボン(CFC)であるCF3Cl、CF2Cl2またはCClF2CF3であってもよいし、ハイドロクロロフロロカーボン(HCFC)であるCHClF2であってもよい。工程(c)で不純物成分の除去に用いられる別のフッ素化合物ガスは、例えば、SF6、NF3、SiF4またはHFであってもよい。ガス供給装置の簡略化の点では、常温でガス状のフッ素化合物を用いてもよい。工程(c)で不純物の除去に用いられるフッ素化合物ガスとしては、上記の中では、PFCまたはHFCであってもよく、更に、CF4又はCHF3であってもよい。以下では、フッ素化合物ガスとしてCF4を用いた場合の反応例を示すが、他のフッ素化合物ガスを用いた場合の反応式は当業者には明らかであるため、記載を省略する。なお、工程(c)で用いられるフッ素化合物ガスは、フッ素以外のハロゲンを含まないものとすることができる。 The fluorine compound gas used to remove impurities in step (c) may be, for example, perfluorocarbon (PFC) CF4 , C2F6 , or C3F8 , hydrofluorocarbon (HFC) CHF3 , CH2F2 , or CHF2CF3 , chlorofluorocarbon (CFC ) CF3Cl , CF2Cl2 , or CClF2CF3 , or hydrochlorofluorocarbon (HCFC) CHClF2 . Another fluorine compound gas used to remove impurity components in step ( c ) may be, for example, SF6 , NF3 , SiF4 , or HF . In terms of simplifying the gas supply device, a fluorine compound that is gaseous at room temperature may be used. The fluorine compound gas used to remove impurities in step (c) may be PFC or HFC among the above, and may also be CF4 or CHF3 . Below, a reaction example in which CF4 is used as the fluorine compound gas is shown, but since the reaction formula in the case of using other fluorine compound gases is clear to those skilled in the art, the description is omitted. Note that the fluorine compound gas used in step (c) may be one that does not contain halogens other than fluorine.
[シリカ(SiO2)とフッ素化合物ガス(CF4)の反応]
SiO2+CF4 → CO2+SiF4・・・(1)
[Reaction of Silica (SiO 2 ) with Fluorine Compound Gas (CF 4 )]
SiO 2 +CF 4 → CO 2 +SiF 4 ...(1)
[シリカ(SiO2)中のH2Oとフッ素化合物ガス(CF4)の反応
2H2O+CF4 → CO2+4HF・・・(2)
[Reaction of H2O in silica ( SiO2 ) with fluorine compound gas ( CF4 ) 2H2O + CF4 → CO2 + 4HF ... (2)
[炭素不純物の除去]
CO2+C → 2CO・・・(3)
上記の反応(1)又は(2)により、多孔質シリカガラス体Mのシリカ又は水分から酸素化合物である二酸化炭素(CO2)が得られる。そして、この酸素化合物を用いた反応(3)により、多孔質シリカガラス体M内の炭素不純物である炭素(C)が一酸化炭素(CO)となって除去(排気)される。なお、この反応(3)は、多孔質シリカガラス体Mの内部で生じるので、製造装置1を構成する炭素製部材への影響は低減されている。
[Removal of carbon impurities]
CO 2 +C → 2CO...(3)
By the above reaction (1) or (2), carbon dioxide (CO 2 ), which is an oxygen compound, is obtained from the silica or moisture in the porous silica glass body M. Then, by the reaction (3) using this oxygen compound, carbon (C), which is a carbon impurity in the porous silica glass body M, is converted to carbon monoxide (CO) and removed (exhausted). Note that, since this reaction (3) occurs inside the porous silica glass body M, the effect on the carbon members constituting the
[金属不純物(アルカリ類)の結晶化回避]
CF4+Na2O → 2NaF+COF2・・・(4)
3CF4+2Al2O3 → 4AlF3+3CO2・・・(5)
上記の反応(4)又は(5)により、結晶核になりやすいNa2OやAl2O3を、溶融しやすいNaFやAlF3に変換することができる。他のアルカリ金属又はアルカリ土類金属でも同様の反応が考えられる。また、この様な反応は、SiO2とCF4との反応(上記の反応式(1))の際の生成物であるSiF4と金属不純物とが反応した場合も可能である。
[Avoiding crystallization of metal impurities (alkalis)]
CF 4 +Na 2 O → 2NaF + COF 2 ...(4)
3CF 4 +2Al 2 O 3 → 4AlF 3 +3CO 2 ...(5)
By the above reaction (4) or (5), Na2O or Al2O3 , which easily becomes a crystal nucleus, can be converted into NaF or AlF3, which easily melts. Similar reactions are possible with other alkali metals or alkaline earth metals. In addition, such reactions are also possible when SiF4 , which is a product of the reaction between SiO2 and CF4 (above reaction formula (1)), reacts with metal impurities.
フッ素化合物ガスの雰囲気で加熱処理を行うと、多孔質シリカガラス体Mのガラス微粒子表面の酸素または水酸基をフッ素(F)置換する効果及び当該表面のエッチングによる表面活性化により、焼結駆動力(表面自由エネルギー増大)が増大する。これにより、後述する工程(d)である透明ガラス化する工程での加熱温度を低下させることができる。以下の式(6)に、この際の反応を示す。 When heat treatment is performed in an atmosphere of a fluorine compound gas, the driving force for sintering (increase in surface free energy) increases due to the effect of replacing oxygen or hydroxyl groups on the surface of the glass particles of the porous silica glass body M with fluorine (F) and the surface activation caused by etching the surface. This makes it possible to reduce the heating temperature in the process of forming a transparent glass, which is step (d) described below. The reaction that occurs at this time is shown in the following formula (6).
[シリカ粒子表面活性化]
2SiOH+CF4 → 2SiF+2HF+CO2・・・(6)
[Silica particle surface activation]
2SiOH+CF 4 → 2SiF+2HF+CO 2 ...(6)
[工程(d)]
多孔質シリカガラス体を透明ガラス化する工程(d)では、工程(c)で不純物成分が除去されて炉心管20内に配置されたままの多孔質シリカガラス体Mを、工程(c)での加熱温度(例えば1000℃)よりも高い温度である1300℃以上となるように、ヒータ15での加熱を調整する(例えば、図3におけるステップS3を参照)。工程(d)では、第1ガス供給部31から炉心管20内に不活性ガス(例えば窒素(N2))を供給しながら、炉心管20内の多孔質シリカガラス体Mを1300℃になるまで加熱する。その後、第1ガス供給部31からの不活性ガスの供給を停止し、炉心管20内の圧力が10Pa以下の条件で1450℃以上になるまでヒータ15で多孔質シリカガラス体Mを加熱する。この加熱により、多孔質シリカガラス体Mが焼結して、透明ガラス化される。以上により、シリカガラスが作製される。なお、工程(d)の加熱温度とは、ステップS3における最高温度を示している。
[Step (d)]
In the step (d) of turning the porous silica glass body into a transparent vitrified body, the heating of the porous silica glass body M, which is still placed in the
このように作製されるシリカガラスは、一例では、光ファイバ用母材である。上述したシリカガラスの製造方法によって光ファイバ母材を製造した場合、この光ファイバ母材を線引きして、更に光ファイバを製造してもよい。光ファイバの線引き方法については、公知の方法を用いることができるため、詳細な説明は省略する。また、上述したシリカガラスの製造方法は、光ファイバ母材の製造方法に適用できるだけでなく、他の光部材、例えば、半導体製造装置における各種の光学部材(例えば紫外線用レンズ又はフォトマスク用ガラス)の製造に適用してもよく、特に使用用途が限定されるものではない。 The silica glass produced in this way is, in one example, a base material for optical fiber. When an optical fiber base material is produced by the above-mentioned silica glass manufacturing method, this optical fiber base material may be drawn to further produce an optical fiber. A detailed description of the method for drawing an optical fiber is omitted since a known method can be used. Furthermore, the above-mentioned silica glass manufacturing method can be applied not only to the manufacturing method of an optical fiber base material, but also to the manufacturing of other optical components, for example, various optical components in semiconductor manufacturing equipment (for example, ultraviolet lenses or glass for photomasks), and is not particularly limited in its use.
以上、本実施形態に係るシリカガラスの製造方法によれば、多孔質シリカガラス体Mを透明ガラス化する前に、多孔質シリカガラス体Mをフッ素化合物ガスの雰囲気下で加熱している。これにより、透明ガラス化する前に、多孔質シリカガラス体Mを構成するシリカ(SiO2)とフッ素化合物ガス(例えばCF4又はCHF3)とが反応し、酸素化合物(例えばCO2)が形成される。そして、この酸素化合物を用いて多孔質ガラス体内の炭素不純物(例えばC)を反応させることで、多孔質シリカガラス体M内の炭素不純物が除去される。多孔質シリカガラス体M内に水分が残存している場合には、水分(H2O)とフッ素化合物ガスとが反応して酸素化合物が形成され、上記同様、酸素化合物を用いて多孔質ガラス体内の炭素不純物を反応させることで、炭素不純物が除去される。また、本実施形態に係るシリカガラスの製造方法では、透明ガラス化する前に、多孔質シリカガラス体M内の金属不純物(例えばアルカリ類のNa2O又はAl2O3などの金属酸化物)とフッ素化合物ガスとが反応し、溶融させやすいフッ化物(例えばNaF又はAlF3)とすることで金属酸化物が除去される。以上より、本実施形態に係るシリカガラスの製造方法によれば、透明ガラス化する前に多孔質シリカガラス体Mをフッ素化合物ガスの雰囲気下で加熱するといった簡易な方法により各種の不純物を除去することができ、ガラス体内の欠陥の形成を簡易な方法で抑制することが可能となる。 As described above, according to the method for producing silica glass according to the present embodiment, the porous silica glass body M is heated under an atmosphere of a fluorine compound gas before the porous silica glass body M is vitrified to be transparent. As a result, before the porous silica glass body M is vitrified to be transparent, silica (SiO 2 ) constituting the porous silica glass body M reacts with a fluorine compound gas (e.g., CF 4 or CHF 3 ) to form an oxygen compound (e.g., CO 2 ). Then, the carbon impurities (e.g., C) in the porous glass body are reacted with this oxygen compound, so that the carbon impurities in the porous silica glass body M are removed. If moisture remains in the porous silica glass body M, the moisture (H 2 O) reacts with the fluorine compound gas to form an oxygen compound, and similarly to the above, the carbon impurities in the porous glass body are reacted with the oxygen compound to remove the carbon impurities. Furthermore, in the method for producing silica glass according to this embodiment, before transparent vitrification, metal impurities (e.g., metal oxides such as alkali Na2O or Al2O3 ) in the porous silica glass body M react with a fluorine compound gas to form easily meltable fluorides (e.g., NaF or AlF3 ), thereby removing the metal oxides. As described above, according to the method for producing silica glass according to this embodiment, various impurities can be removed by a simple method of heating the porous silica glass body M under an atmosphere of a fluorine compound gas before transparent vitrification, and the formation of defects in the glass body can be suppressed by a simple method.
本実施形態に係るシリカガラスの製造方法では、多孔質シリカガラス体Mを透明ガラス化する前に、多孔質シリカガラス体Mをフッ素を含有するガスの雰囲気下で加熱している。これにより、上記に加えて、多孔質シリカガラス体Mの表面の酸素又は水酸基をフッ素(F)で置換する効果及び表面エッチングによる表面活性化により、透明ガラス化する際の焼結駆動力(表面自由エネルギー)を増大させることができる。これにより、このシリカガラスの製造方法によれば、透明ガラス化する際の加熱温度を低下させ、エネルギー消費を削減することができる。 In the method for producing silica glass according to this embodiment, before the porous silica glass body M is vitrified, the porous silica glass body M is heated in an atmosphere of a gas containing fluorine. In addition to the above, the sintering driving force (surface free energy) during vitrification can be increased by the effect of replacing oxygen or hydroxyl groups on the surface of the porous silica glass body M with fluorine (F) and by surface activation by surface etching. As a result, according to this method for producing silica glass, the heating temperature during vitrification can be lowered, reducing energy consumption.
本実施形態に係るシリカガラスの製造方法では、フッ素化合物ガスがフッ素以外のハロゲンを含まない。フッ素以外のハロゲンを含まないので、多孔質シリカガラス体Mを構成するシリカ、炭素不純物、金属不純物とフッ素化合物ガスとがより確実に反応し、炭素不純物及び金属不純物がより確実に除去される。フッ素以外のハロゲン元素(塩素(Cl)、臭素(Br)、沃素(I))を含有する場合、フッ素と炭素の結合エネルギーより、これらハロゲン元素と炭素との結合エネルギーが弱いため、容易にハロゲンガス(例えばCl2)を生成し、炭素成分が残留する可能性が高くなる。これにより、この製造方法によれば、各種の不純物がより確実に除去されることで、ガラス体内の欠陥の形成をより確実に抑制することができる。また、フッ素以外のハロゲンを含む場合、炉の構成材料にも耐ハロゲン腐食特性が必要となるため、設備コスト増大の要因となる可能性がある。 In the method for producing silica glass according to the present embodiment, the fluorine compound gas does not contain any halogen other than fluorine. Since it does not contain any halogen other than fluorine, the silica, carbon impurities, and metal impurities constituting the porous silica glass body M react more reliably with the fluorine compound gas, and the carbon impurities and metal impurities are more reliably removed. When halogen elements other than fluorine (chlorine (Cl), bromine (Br), iodine (I)) are contained, the bond energy between these halogen elements and carbon is weaker than the bond energy between fluorine and carbon, so that halogen gas (e.g., Cl 2 ) is easily generated, and the carbon component is more likely to remain. As a result, according to this production method, various impurities are more reliably removed, and the formation of defects in the glass body can be more reliably suppressed. In addition, when halogens other than fluorine are contained, the constituent materials of the furnace also need to have halogen corrosion resistance, which may cause an increase in equipment costs.
本実施形態に係るシリカガラスの製造方法では、フッ素化合物ガスは、パーフロロカーボン及びハイドロフロロカーボンの少なくとも一方のフッ素化合物ガスを含んでもよい。 In the method for producing silica glass according to this embodiment, the fluorine compound gas may include at least one of perfluorocarbon and hydrofluorocarbon fluorine compound gases.
本実施形態に係るシリカガラスの製造方法では、不純物を除去する工程(c)において、フッ素化合物ガスが多孔質シリカガラス体Mを構成する二酸化ケイ素と反応して、酸素を含有するガスを形成する。この酸素を含有するガスは、二酸化炭素及び水蒸気の少なくとも一方を含んでもよい。これにより、二酸化炭素または水蒸気と多孔質シリカガラス体における炭素不純物とが反応し、多孔質シリカガラス体Mにおける炭素不純物をより確実に除去できる。その結果、透明ガラス化された後のガラス体内の欠陥の形成を確実に抑制することが可能となる。 In the method for producing silica glass according to this embodiment, in the step (c) of removing impurities, the fluorine compound gas reacts with the silicon dioxide constituting the porous silica glass body M to form a gas containing oxygen. This oxygen-containing gas may contain at least one of carbon dioxide and water vapor. This causes the carbon dioxide or water vapor to react with the carbon impurities in the porous silica glass body, making it possible to more reliably remove the carbon impurities in the porous silica glass body M. As a result, it becomes possible to reliably suppress the formation of defects in the glass body after it has been made into a transparent vitrified body.
本実施形態に係るシリカガラスの製造方法では、不純物を除去する工程(c)において、フッ素化合物ガスが多孔質シリカガラス体Mを構成する二酸化ケイ素と反応してもよい。不純物を除去する工程(c)での加熱温度は、フッ素化合物ガス中のフッ素が二酸化ケイ素に添加される温度以下である。これにより、多孔質シリカガラス体Mに対してフッ素が添加されてしまうことを抑制し、多孔質シリカガラス体Mが透明ガラス化されたガラス体における屈折率等をより確実に所望の値とすることができる。 In the method for producing silica glass according to this embodiment, in the step (c) of removing impurities, the fluorine compound gas may react with the silicon dioxide constituting the porous silica glass body M. The heating temperature in the step (c) of removing impurities is equal to or lower than the temperature at which the fluorine in the fluorine compound gas is added to the silicon dioxide. This prevents fluorine from being added to the porous silica glass body M, and the refractive index and other properties of the glass body in which the porous silica glass body M has been transparently vitrified can be more reliably set to the desired value.
本実施形態に係るシリカガラスの製造方法では、不純物を除去する工程(c)での加熱温度が800℃以上1100℃以下であってもよい。これにより、多孔質シリカガラス体Mに対して、フッ素を含有するガスが解離してシリカガラス微粒子と反応することに起因する酸素化合物ガスの生成と、解離して生成したフッ素がシリカガラスに添加されてしますことのバランスが優れ、酸素化合物ガスによる炭素成分の除去と、フッ素添加抑制が、より容易となる。これにより、フッ素が添加されてしまうことを抑制し、多孔質シリカガラス体Mが透明ガラス化されたガラス体における屈折率等をより確実に所望の値とすることができる。不純物を除去する工程(c)での加熱温度は、950℃以上1050℃以下であってもよい。 In the method for producing silica glass according to this embodiment, the heating temperature in the step (c) of removing impurities may be 800°C or higher and 1100°C or lower. This provides an excellent balance between the generation of oxygen compound gas caused by the dissociation of fluorine-containing gas and reaction with silica glass particles in the porous silica glass body M, and the addition of the dissociated fluorine to the silica glass, making it easier to remove carbon components using the oxygen compound gas and to suppress the addition of fluorine. This suppresses the addition of fluorine, and more reliably makes it possible to set the refractive index, etc. of the glass body in which the porous silica glass body M is transparently vitrified to the desired value. The heating temperature in the step (c) of removing impurities may be 950°C or higher and 1050°C or lower.
本実施形態に係るシリカガラスの製造方法では、不純物を除去する工程(c)では、多孔質シリカガラス体Mを配置した炉心管20内の全圧が1kPa以下になるまで減圧を行った後に、圧力変化量ΔPが1kPaより大きくなるまでフッ素化合物ガスを炉心管20内に導入して多孔質シリカガラス体Mを加熱してもよい。これにより、多孔質シリカガラス体を構成するシリカ及び金属不純物とフッ素を含有するガスとがより確実に反応し、炭素不純物及び金属不純物がより確実に除去される。このように各種の不純物がより確実に除去されることで、ガラス体内の欠陥の形成をより確実に抑制することができる。
In the method for producing silica glass according to this embodiment, in the step (c) of removing impurities, the total pressure in the
本実施形態に係るシリカガラスの製造方法は、不純物を除去する工程(c)の前に、多孔質シリカガラス体Mを配置した炉心管20を加熱しつつ炉心管20内に不活性ガス(例えばN2)を導入する工程を更に備えてもよい。加熱する工程での加熱温度が導入する工程での加熱温度よりも低くてもよい。この場合、加熱しながらの不活性ガスの導入により、多孔質シリカガラス体の水分をより確実に除去することができる。
The method for producing silica glass according to this embodiment may further include a step of introducing an inert gas (e.g., N2 ) into the
本実施形態に係る光ファイバの製造方法は、上述したシリカガラスの製造方法を用いて光ファイバ用母材を作製する工程と、光ファイバ用母材を線引きして光ファイバを作製する工程と、を備える。この場合、光ファイバ母材となるシリカガラス内の各種不純物が除去されて欠陥が抑制されているため、光ファイバに加工するプロセスでの不純物などに起因するガラスの外径変動や、切断を低減することができ、品質の安定した光ファイバを製造することが可能になる。 The optical fiber manufacturing method according to this embodiment includes a step of manufacturing an optical fiber preform using the above-mentioned silica glass manufacturing method, and a step of drawing the optical fiber preform to manufacture an optical fiber. In this case, various impurities are removed from the silica glass that will become the optical fiber preform, suppressing defects, so that it is possible to reduce the fluctuation in the outer diameter of the glass and breakage caused by impurities during the process of processing it into an optical fiber, making it possible to manufacture optical fibers with stable quality.
以上、本開示に係るシリカガラスの製造方法について詳細に説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な実施形態や変形例に適用することが可能である。例えば、上記実施形態では、図1に示す減圧真空雰囲気炉を用いた場合のシリカガラスの製造方法を説明したが、これに限定されない。即ち、図7に示す常圧焼結炉を用いて上述した実施形態に開示されたシリカガラスの製造方法を行ってもよいし、ゾーン焼結炉を用いて実施形態に開示されたシリカガラスの製造方法を行ってもよい。 Although the method for producing silica glass according to the present disclosure has been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiment and can be applied to various embodiments and modified examples. For example, in the above embodiment, the method for producing silica glass using the reduced pressure vacuum atmosphere furnace shown in FIG. 1 was described, but the present invention is not limited to this. That is, the method for producing silica glass disclosed in the above embodiment may be performed using the atmospheric pressure sintering furnace shown in FIG. 7, or the method for producing silica glass disclosed in the embodiment may be performed using a zone sintering furnace.
以下、実施例により本開示を更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 The present disclosure will be explained in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.
[実験例1]
実験例1として、まず、シリカ(SiO2)に酸化ゲルマニウム(GeO2)が添加されたコアと、コアの外周を覆いシリカから成るクラッドとを有するガラスロッドを準備した。このガラスロッドは、直径が20mmであり、長さ(長手方向の長さ)が400mmであった。また、ガラス原料としてオクタメチル-シクロテトラ-シロキサン(C8H24O4Si4)を準備した。そして、このガラス原料をH2及びO2の火炎中にノズル噴霧によって供給してシリカ微粒子を形成し、ターゲットであるガラスロッドの外周表面にシリカ微粒子を堆積した。このシリカ微粒子は、クラッドの外周を覆うジャケットに対応する。以上により、多孔質シリカガラス体Mを作製(準備)した。作製された多孔質シリカガラス体Mは、直径が150mmであり、重量が2500gであった。
[Experimental Example 1]
As Experimental Example 1, first, a glass rod was prepared having a core in which germanium oxide (GeO 2 ) was added to silica (SiO 2 ), and a clad made of silica covering the outer periphery of the core. This glass rod had a diameter of 20 mm and a length (length in the longitudinal direction) of 400 mm. In addition, octamethyl-cyclotetra-siloxane (C 8 H 24 O 4 Si 4 ) was prepared as a glass raw material. Then, this glass raw material was supplied by nozzle spraying into a flame of H 2 and O 2 to form silica fine particles, and the silica fine particles were deposited on the outer periphery surface of the target glass rod. The silica fine particles correspond to the jacket covering the outer periphery of the clad. In the above manner, a porous silica glass body M was produced (prepared). The produced porous silica glass body M had a diameter of 150 mm and a weight of 2500 g.
続いて、作製された多孔質シリカガラス体Mを、図1に示す製造装置1のロッド12の下端に取り付け、炉心管20内に配置した。その後、図3に示す温度処理条件にて多孔質シリカガラス体Mに対して加熱処理を行い、水分の除去(S1)、不純物成分の除去(S2)、透明ガラス化(S3)の各処理を行った。具体的には、図3に示すステップS1において、第1ガス供給部31から炉心管20内に窒素(N2)を2slmの流量で流しつつ、第1排気管41によって排気した。この際、炉心管20と炉心管20内のガス及び多孔質シリカガラス体Mとが1100℃になるまで昇温するようにヒータ15によって加熱した。これにより、多孔質シリカガラス体Mに付着した水分が除去された。ステップS1では、水分の除去を終了した後、第1ガス供給部31からの窒素の供給を停止した。
Next, the prepared porous silica glass body M was attached to the lower end of the
続いて、図3に示すステップS2において、ヒータ15による加熱温度が1000℃になるまで下げた状態で、第1ガス供給部31から炉心管20内にCF4を導入した。CF4の導入は、炉心管20内の全圧が2.5kPaになるまで行い、加熱温度1000℃にて1時間以上保持した。この際、排気は行わず圧力を維持した。これにより、多孔質シリカガラス体M内の不純物を取り除く反応が実施され、炭素系の不純物や金属酸化物が除去、またはハロゲン化された。各種の不純物が除去された後、第1ガス供給部31からのCF4の供給を停止した。
3, CF4 was introduced from the first
続いて、図3に示すステップS3において、ヒータ15による加熱温度を再び上昇させて1300℃になるまで昇温すると共に、第1ガス供給部31から炉心管20内に窒素を2slmの流量で供給しつつ第1排気管41によって排気した。その後、炉心管20内への窒素の供給を停止し、炉心管20内の圧力が10Pa以下の条件で、ヒータ15による加熱温度が1450℃以上となるように更に昇温して、多孔質シリカガラス体Mを透明ガラス化した。これにより、透明ガラス化されたシリカガラスを得た。この得られたシリカガラス中の輝点はゼロであった。得られたシリカガラスからなる光ファイバ用ガラス母材の屈折率分布は、図4に示す通りであり、実験例1で堆積したジャケットの屈折率は、シリカガラスと同等レベルの屈折率であった(ジャケットの比屈折率差Δn3を参照)。なお、図4において、Δn1は、コアの比屈折率差であり、Δn2は、クラッドの比屈折率差であり、Δn1、Δn2およびΔn3は、シリカガラスの屈折率に対する各部分の屈折率差を意味する。また、実験例1に係る光ファイバ用母材を線引し、ガラス外径125μmの光ファイバを作製した。この光ファイバの局所的な外径変動は1点/100kmであり、光ファイバにおける光損失は、波長1.55μmにおいて、0.183dB/kmであった。
Next, in step S3 shown in FIG. 3, the heating temperature by the
[実験例2]
実験例2として、ステップS2の不純物を除去する工程においてCF4を供給せずに、それ以外の条件は実験例1と同一として、透明ガラスしたシリカガラス体を得た。この得られたシリカガラス中の輝点は、5個から10個/cmであった。つまり、実験例2のシリカガラスには、多数の輝点が残留した。実験例2で得られたシリカガラスの屈折率分布は、実験例1と同様に、図4に示す通りであり、実験例2で堆積したジャケットの屈折率は、シリカガラスと同等レベルの屈折率であった。但し、実験例2に係る光ファイバ用母材を線引きしようとしたところ、外径変動が大きく、光ファイバを作製できなかった。
[Experimental Example 2]
In Experimental Example 2, CF4 was not supplied in the impurity removing step S2, and the other conditions were the same as those in Experimental Example 1, to obtain a transparent silica glass body. The number of bright spots in the obtained silica glass was 5 to 10/cm. In other words, a large number of bright spots remained in the silica glass of Experimental Example 2. The refractive index distribution of the silica glass obtained in Experimental Example 2 was as shown in FIG. 4, similar to Experimental Example 1, and the refractive index of the jacket deposited in Experimental Example 2 was at the same level as that of the silica glass. However, when an attempt was made to draw the optical fiber preform according to Experimental Example 2, the outer diameter fluctuated significantly, and an optical fiber could not be produced.
[実験例と実験例2との対比]
実験例1と実験例2との対比により、CF4を用いた処理を行うことにより、シリカガラス中の輝点の要因となる不純物成分が除去されことがわかった。実験例1及び実験例2では、ガラスの輝点の要因は、原料中の有機成分が炭素として残留していたり、金属酸化物が残存したりしたことであると考えられ、CF4を用いた処理により、炭素系の不純物成分、金属酸化物が反応して除去されたことがわかった。
[Comparison between Experimental Example and Experimental Example 2]
Comparing Experimental Example 1 and Experimental Example 2, it was found that impurity components that cause bright spots in silica glass were removed by performing treatment using CF4 . In Experimental Examples 1 and 2, it was found that the cause of bright spots in glass was thought to be organic components in the raw materials remaining as carbon or metal oxides, and that the carbon-based impurity components and metal oxides were removed by reaction through treatment using CF4 .
[実験例3、実験例4、実験例5、実験例6、実験例7、実験例8]
実験例3から実験例8として、まず、実験例1と同じ方法にて、各実験例に対応する多孔質シリカガラス体Mをそれぞれ作製した。そして、作製された多孔質シリカガラス体Mのそれぞれを、実験例1と同様に、図1に示す製造装置1のロッド12に取り付け、炉心管20内に配置した。その後、概ね図3に示す温度処理条件にて多孔質シリカガラス体Mに対して加熱処理を行い、水分の除去(S1)、不純物成分の除去(S2)、透明ガラス化(S3)の各処理を行った。実験例3から実験例8では、図3に示すステップS1及びステップS3の加熱条件は実験例1と同じであった。一方、実験例3から実験例8では、図3に示すステップS2での加熱温度を900℃から1150℃まで50℃刻みの6段階に対応する加熱条件とした。具体的には、実施例3では、ステップS2での加熱温度を900℃とした。実施例4では、ステップS2での加熱温度を950℃とした。実施例5では、ステップS2での加熱温度を1000℃とした。実施例6では、ステップS2での加熱温度を1050℃とした。実施例7では、ステップS2での加熱温度を1100℃とした。実施例8では、ステップS2での加熱温度を1150℃とした。
[Experimental Example 3, Experimental Example 4, Experimental Example 5, Experimental Example 6, Experimental Example 7, Experimental Example 8]
For Experimental Examples 3 to 8, first, a porous silica glass body M corresponding to each Experimental Example was produced by the same method as in Experimental Example 1. Then, each of the produced porous silica glass bodies M was attached to the
実験例3から実験例6では、ステップS2での加熱温度が900℃から1050℃の範囲であり、フッ素がジャケットに添加されることによる屈折率の低下は観察されなかった(図5及び図6を参照)。一方、実験例7および実験例8では、ステップS2での加熱温度が1100℃から1150℃の範囲であり、フッ素がジャケットに添加されることによる屈折率の低下が観察された(図6を参照)。従って、フッ素添加による屈折率低下を避けたい場合、ステップS2での加熱温度が1050℃以下であってもよいことが確認された。 In Experimental Examples 3 to 6, the heating temperature in step S2 was in the range of 900°C to 1050°C, and no decrease in the refractive index due to the addition of fluorine to the jacket was observed (see Figures 5 and 6). On the other hand, in Experimental Examples 7 and 8, the heating temperature in step S2 was in the range of 1100°C to 1150°C, and a decrease in the refractive index due to the addition of fluorine to the jacket was observed (see Figure 6). Therefore, it was confirmed that if it is desired to avoid a decrease in the refractive index due to the addition of fluorine, the heating temperature in step S2 may be 1050°C or less.
[実験例9、実験例10、実験例11、実験例12、実験例13、実験例14]
実験例9から実験例14として、まず、実験例1と同じ方法にて、各実験例に対応する多孔質シリカガラス体Mをそれぞれ作製した。そして、作製された多孔質シリカガラス体Mのそれぞれを、実験例1と同様に、図1に示す製造装置1のロッド12に取り付け、炉心管20内に配置した。その後、概ね図3に示す温度処理条件にて多孔質シリカガラス体Mに対して加熱処理を行い、水分の除去(S1)、不純物成分の除去(S2)、透明ガラス化(S3)の各処理を行った。実験例9から実験例14では、図3に示すステップS1及びステップS2の条件は実験例1と同じであった。一方、実験例9から実験例14では、図3に示すステップS3での加熱温度を1360℃から1460℃まで20℃刻みの6段階に対応する加熱条件とした。なお、加熱温度とは、ステップS3における最高温度である。具体的には、実施例9では、ステップS3での加熱温度を1360℃とした。実施例10では、ステップS3での加熱温度を1380℃とした。実施例11では、ステップS3での加熱温度を1400℃とした。実施例12では、ステップS3での加熱温度を1420℃とした。実施例13では、ステップS3での加熱温度を1440℃とした。実施例14では、ステップS3での加熱温度を1460℃とした。
[Experimental Example 9, Experimental Example 10, Experimental Example 11, Experimental Example 12, Experimental Example 13, Experimental Example 14]
For Experimental Examples 9 to 14, first, a porous silica glass body M corresponding to each Experimental Example was produced by the same method as in Experimental Example 1. Then, each of the produced porous silica glass bodies M was attached to the
実験例10から実験例14では、ステップS3での加熱温度が1380℃以上であり、全ての多孔質シリカガラス体Mが透明ガラス化した。一方、実験例9では、ステップS3での加熱温度が1360℃であり、焼結されたシリカガラス内に未焼結の部分が一部に確認された。なお、仮に未焼結の部分があった場合、再度、加熱することで焼結させることはできる。 In Experimental Examples 10 to 14, the heating temperature in step S3 was 1380°C or higher, and all of the porous silica glass body M was converted into transparent glass. On the other hand, in Experimental Example 9, the heating temperature in step S3 was 1360°C, and some unsintered parts were confirmed in the sintered silica glass. If there are unsintered parts, they can be sintered by heating again.
[実験例15、実験例16、実験例17、実験例18]
実験例15から実験例18として、まず、実験例2と同じ方法にて、各実験例に対応する多孔質シリカガラス体Mをそれぞれ作製した。そして、作製された多孔質シリカガラス体Mのそれぞれを、実験例2と同様に、図1に示す製造装置1のロッド12に取り付け、炉心管20内に配置した。その後、透明ガラス化する際の温度条件を除いて実施例2と同様の温度条件にて加熱処理を行い、多孔質シリカガラス体Mのそれぞれを透明ガラス化した。即ち、実験例15から実験例18では、実験例9から実験例14と異なり、CF4を導入しながらの不純物成分の除去は行わなかった。
[Experimental Examples 15, 16, 17, and 18]
For Experimental Examples 15 to 18, first, a porous silica glass body M corresponding to each Experimental Example was produced by the same method as in Experimental Example 2. Then, each of the produced porous silica glass bodies M was attached to the
実験例15から実験例18では、図3に示すステップS3での加熱温度を1400℃から1460℃まで20℃刻みの4段階に対応する加熱条件とした。具体的には、実施例15では、ステップS3での加熱温度を1400℃とした。実施例16では、ステップS3での加熱温度を1420℃とした。実施例17では、ステップS3での加熱温度を1440℃とした。実施例18では、ステップS3での加熱温度を1460℃とした。 In Experimental Examples 15 to 18, the heating temperature in step S3 shown in FIG. 3 was set to four heating conditions corresponding to 20°C intervals from 1400°C to 1460°C. Specifically, in Example 15, the heating temperature in step S3 was set to 1400°C. In Example 16, the heating temperature in step S3 was set to 1420°C. In Example 17, the heating temperature in step S3 was set to 1440°C. In Example 18, the heating temperature in step S3 was set to 1460°C.
実験例17及び実験例18では、ステップS3での加熱温度が1440℃以上であり、何れの多孔質シリカガラス体Mも透明ガラス化した。一方、実験例16では、ステップS3での加熱温度が1420℃であり、焼結されたシリカガラス内に未焼結の部分が確認された。また、実験例17では、ステップS3での加熱温度が1400℃であり、ガラス全体が白濁したままであり、焼結できていなかった。 In Experimental Examples 17 and 18, the heating temperature in step S3 was 1440°C or higher, and both porous silica glass bodies M were vitrified into transparent glass. On the other hand, in Experimental Example 16, the heating temperature in step S3 was 1420°C, and unsintered parts were found in the sintered silica glass. In Experimental Example 17, the heating temperature in step S3 was 1400°C, and the entire glass remained cloudy and was not sintered.
[実験例9から実験例14と実験例15から実験例18との対比]
実験例9から実験例14と実験例15から実験例18との対比により、CF4を用いた処理を行うことにより、ガラス微粒子の表面改質により、多孔質シリカガラス体Mが焼結しやすい状態になったことがわかった。つまり、CF4を用いていない方法(実験例15から実験例18)よりも、CF4を用いた方法(実験例9から実験例14)のほうが、焼結温度を低くできることがわかった。よって、本開示に係るシリカガラスの製造方法によれば、ガラス化温度の低温化により、エネルギー消費を削減できることがわかった。
[Comparison of Experimental Examples 9 to 14 with Experimental Examples 15 to 18]
By comparing Experimental Examples 9 to 14 with Experimental Examples 15 to 18, it was found that the porous silica glass body M was easily sintered due to the surface modification of the glass particles by the treatment using CF4 . In other words, it was found that the sintering temperature can be lowered in the method using CF4 (Experimental Examples 9 to 14) than in the method not using CF4 (Experimental Examples 15 to 18). Therefore, it was found that the method for producing silica glass according to the present disclosure can reduce energy consumption by lowering the vitrification temperature.
[実験例19]
実験例19として、まず、実験例1と同じ方法にて、各実験例に対応する多孔質シリカガラス体Mを作製した。そして、作製された多孔質シリカガラス体Mを、製造装置1Aのロッド12に取り付け、炉心管20内に配置した。実験例19では、透明ガラス化する際に用いる製造装置が図7に示す製造装置1Aであった。製造装置1Aは、常圧焼結炉であり、排気系として、第1排気管41A及び第1排気バルブ42Aのみを備えていた。そして、作製した多孔質シリカガラス体Mを、図7に示す常圧焼結炉(製造装置1A)にて800℃から1000℃までヒータ15で加熱しながら、第1ガス供給部31から炉心管20内に窒素を10slmで供給する(水分の除去)と共に、CF4を100cc/分で供給し、1000℃で1時間以上保持して加熱処理を行った(不純物成分の除去)。その後、炉心管20内に供給していた窒素及びCF4の供給を停止し、ヘリウム(He)の供給に切り替えた。ヘリウムの供給を続けながら、ヒータ15による加熱温度を1420℃まで昇温して30分間保持し、透明ガラス化を行った。このようにして得られたシリカガラスには、輝点は確認されなかった。即ち、減圧のような状態でなくても、フッ素化合物ガスを供給することで各種の不純物成分を多孔質シリカガラス体Mから除去できることが確認できた。
[Experimental Example 19]
As Experimental Example 19, first, a porous silica glass body M corresponding to each Experimental Example was produced by the same method as Experimental Example 1. Then, the produced porous silica glass body M was attached to the
[実験例20]
実験例20として、実験例1等と異なり、粉末成型法で作製した多孔質シリカガラス体Mを作製した。具体的には、平均粒子径100nmのシリカガラス微粒子とPVA水溶液を混錬して、噴霧乾燥器にて平均粒子径15μmに造粒した粒子を作製した。得られた粒子を円柱状のゴム型に充填し、等方加圧成形器を用いて、直径100mmで長さ300mmの円柱形状となるように成形した。この成形体を100℃にて大気中で乾燥し、多孔質シリカガラス体Mを作製した。乾燥重量は1500gであった。
[Experimental Example 20]
As Experimental Example 20, unlike Experimental Example 1, a porous silica glass body M was produced by a powder molding method. Specifically, silica glass fine particles with an average particle size of 100 nm were kneaded with a PVA aqueous solution, and particles were granulated to an average particle size of 15 μm using a spray dryer. The obtained particles were filled into a cylindrical rubber mold, and molded into a cylindrical shape with a diameter of 100 mm and a length of 300 mm using an isostatic pressing molder. This molded body was dried in the air at 100° C. to produce a porous silica glass body M. The dry weight was 1500 g.
その後、多孔質シリカガラス体Mを、図1に示す製造装置1である減圧真空雰囲気炉に設置し、実験例1と同じように、図3に示す温度処理条件にて加熱処理を行い、水分の除去(S1)、不純物成分の除去(S2)、透明ガラス化(S3)の各処理を行った。このようにして得られたシリカガラスには、輝点は確認されなかった。即ち、各種の製造方法で作製された多孔質シリカガラス体Mのいずれであっても、本開示のシリカガラスの製造方法を適用できることが確認できた。
Then, the porous silica glass body M was placed in a reduced pressure vacuum atmosphere furnace, which is the
[実験例21]
実験例21として、実験例20におけるステップS2の不純物を除去する工程においてCF4を供給せず、それ以外の条件は実験例20と同一として、透明ガラス化したシリカガラスを得た。この得られたシリカガラスは黒色に着色し、一部結晶化による白濁が観察された。
[Experimental Example 21]
As Experimental Example 21, transparent vitrified silica glass was obtained under the same conditions as Experimental Example 20, except that CF4 was not supplied in the impurity removing step S2 in Experimental Example 20. The obtained silica glass was colored black, and white turbidity due to partial crystallization was observed.
[実験例22、実験例23、]
実験例22及び実験例23では、実験例1と同じ方法にて、各実験例に対応する多孔質シリカガラス体Mをそれぞれ作製した。そして、作製された多孔質シリカガラス体Mのそれぞれを、実験例1と同様に、図1に示す製造装置1のロッド12に取り付け、炉心管20内に配置した。その後、図3に示す温度処理条件にて多孔質シリカガラス体Mに対して加熱処理を行い、水分の除去(S1)、不純物成分の除去(S2)、透明ガラス化(S3)の各処理を行った。具体的には、図3に示すステップS1において、第1ガス供給部31から炉心管20内に窒素(N2)を2slmの流量で流しつつ、第1排気管41によって排気した。この際、炉心管20と炉心管20内のガス及び多孔質シリカガラス体Mとが1100℃になるまで昇温するようにヒータ15によって加熱した。これにより、多孔質シリカガラス体Mに付着した水分が除去された。ステップS1では、水分の除去を終了した後、第1ガス供給部31からの窒素の供給を停止した。
[Experimental Example 22, Experimental Example 23,]
In Experimental Example 22 and Experimental Example 23, the porous silica glass body M corresponding to each Experimental Example was produced by the same method as Experimental Example 1. Then, each of the produced porous silica glass bodies M was attached to the
続いて、図3に示すステップS2において、ヒータ15による加熱温度が900℃(実験例22の場合)、1000℃(実験例23の場合)になるまで下げた状態で、第1ガス供給部31から炉心管20内にCHF3を導入した。CHF3の導入は、炉心管20内の全圧が3.2kPaになるまで行い、同一加熱温度にて1時間以上保持した。この際、排気は行わず圧力を維持した。これにより、多孔質シリカガラス体M内の不純物を取り除く反応が実施され、炭素系の不純物や金属酸化物が除去、又はハロゲン化された。
3, CHF3 was introduced into the
その後、図3に示すステップS3で、ガス供給を停止するとともに、排気バルブ42,44を開放し、100Pa以下の圧力下で、炉の最高温度を1400℃の加熱条件として透明ガラス化を行った。実験例22,23ともに多孔質シリカガラス体Mが透明ガラス化した。この得られたシリカガラス中の輝点はゼロであった。
After that, in step S3 shown in FIG. 3, the gas supply was stopped, and the
[実験例24、実験例25]
実験例24及び実験例25では、実験例1と同じ方法にて、各実験例に対応する多孔質シリカガラス体Mをそれぞれ作製した。そして、作製された多孔質シリカガラス体Mのそれぞれを、実験例1と同様に、図1に示す製造装置1のロッド12に取り付け、炉心管20内に配置した。その後、図3に示す温度処理条件にて多孔質シリカガラス体Mに対して加熱処理を行い、水分の除去(S1)、不純物成分の除去(S2)、透明ガラス化(S3)の各処理を行った。具体的には、図3に示すステップS1において、第1ガス供給部31から炉心管20内に窒素(N2)を2slmの流量で流しつつ、第1排気管41によって排気した。この際、炉心管20と炉心管20内のガス及び多孔質シリカガラス体Mとが1100℃になるまで昇温するようにヒータ15によって加熱した。これにより、多孔質シリカガラス体Mに付着した水分が除去された。ステップS1では、水分の除去を終了した後、第1ガス供給部31からの窒素の供給を停止した。
[Experimental Examples 24 and 25]
In Experimental Example 24 and Experimental Example 25, the porous silica glass body M corresponding to each Experimental Example was produced by the same method as Experimental Example 1. Then, each of the produced porous silica glass bodies M was attached to the
続いて、図3に示すステップS2において、ヒータ15による加熱温度が950℃(実験例24の場合)、1050℃(実験例24の場合)になるまで下げた状態で、第1ガス供給部31から炉心管20内にC2F6を導入した。C2F6の導入は、炉心管20内の全圧が1.6kPaになるまで行い、同一加熱温度にて1時間以上保持した。この際、排気は行わず圧力を維持した。これにより、多孔質シリカガラス体M内の不純物を取り除く反応が実施され、炭素系の不純物や金属酸化物が除去、又はハロゲン化された。
3, C2F6 was introduced into the
その後、図3に示すステップS3で、ガス供給を停止するとともに、排気バルブ42,44を開放し、100Pa以下の圧力下で、炉の最高温度を1400℃の加熱条件として透明ガラス化を行った。実験例24,25ともに多孔質シリカガラス体Mが透明ガラス化した。この得られたシリカガラス中の輝点はゼロであった。
After that, in step S3 shown in FIG. 3, the gas supply was stopped, and the
以上、説明したように、適切な処理条件にてフッ素化合物であるCF4雰囲気下での加熱処理を行うといった簡易な方法により、シリカガラスの欠陥を低減できることが確認できた。更に、この製造方法によれば、ガラス透明化する温度を低減できることも確認できた。 As explained above, it was confirmed that defects in silica glass can be reduced by a simple method of performing heat treatment under an atmosphere of a fluorine compound, CF4, under appropriate processing conditions. Furthermore, it was confirmed that this manufacturing method can reduce the temperature at which glass becomes transparent.
1,1A…製造装置
10…容器
11…前室
11a…挿通孔
12…ロッド
13…ゲート弁
14…炉体
15…ヒータ
15a…加熱体
20…炉心管
21…開口
22…上蓋
30…ガス供給部
31…第1ガス供給部
32…第2ガス供給部
40…排気系
41,41A…第1排気管
42,42A…第1排気バルブ
43…第2排気管
44…第2排気バルブ
45…第3排気管
46…第3排気バルブ
47…真空ポンプ
48…第4排気バルブ
M…多孔質シリカガラス体
Δn1…コアの比屈折率差
Δn2…クラッドの比屈折率差
Δn3…ジャケットの比屈折率差
Claims (10)
前記多孔質シリカガラス体をフッ素を含有するガスの雰囲気下で加熱する工程と、
前記加熱する工程の後に1300℃以上の温度で前記多孔質シリカガラス体を透明ガラス化する工程と、
を備える、シリカガラスの製造方法。 Providing a porous silica glass body;
heating the porous silica glass body in an atmosphere of a gas containing fluorine;
a step of converting the porous silica glass body into a transparent glass at a temperature of 1300° C. or more after the heating step;
A method for producing silica glass comprising the steps of:
請求項1に記載のシリカガラスの製造方法。 The fluorine-containing gas does not contain any halogen other than fluorine.
The method for producing silica glass according to claim 1 .
請求項1に記載のシリカガラスの製造方法。 The fluorine-containing gas includes at least one fluorine compound gas of perfluorocarbon and hydrofluorocarbon.
The method for producing silica glass according to claim 1 .
前記酸素を含有するガスは、二酸化炭素及び水蒸気の少なくとも一方を含む、
請求項1に記載のシリカガラスの製造方法。 In the heating step, the fluorine-containing gas reacts with silicon dioxide constituting the porous silica glass to form an oxygen-containing gas,
The oxygen-containing gas contains at least one of carbon dioxide and water vapor.
The method for producing silica glass according to claim 1 .
請求項4に記載のシリカガラスの製造方法。 The heating temperature in the heating step is equal to or lower than the temperature at which the fluorine in the fluorine-containing gas is added to the silicon dioxide.
The method for producing silica glass according to claim 4 .
請求項1に記載のシリカガラスの製造方法。 The heating temperature in the heating step is 800° C. or more and 1100° C. or less.
The method for producing silica glass according to claim 1 .
請求項6に記載のシリカガラスの製造方法。 The heating temperature in the heating step is 950° C. or higher and 1050° C. or lower.
The method for producing silica glass according to claim 6 .
請求項1に記載のシリカガラスの製造方法。 In the heating step, the total pressure in a furnace tube in which the porous silica glass is placed is reduced to 1 kPa or less, and then the fluorine-containing gas is introduced into the furnace tube until a pressure change ΔP becomes greater than 1 kPa, thereby heating the porous silica glass body.
The method for producing silica glass according to claim 1 .
前記加熱する工程での加熱温度が前記導入する工程での加熱温度よりも低い、
請求項1に記載のシリカガラスの製造方法。 The method further includes, before the heating step, a step of introducing an inert gas into a furnace tube while heating the furnace tube in which the porous silica glass body is disposed;
The heating temperature in the heating step is lower than the heating temperature in the introducing step.
The method for producing silica glass according to claim 1 .
前記光ファイバ用母材を線引きして光ファイバを作製する工程と、
を備える、光ファイバの製造方法。 A step of producing an optical fiber preform by using the method for producing silica glass according to any one of claims 1 to 9;
a step of drawing the optical fiber preform to produce an optical fiber;
A method for manufacturing an optical fiber comprising the steps of:
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