(57)【要約】【課題】  合成石英ガラス中のＯＨ基量を低減すると共にＯＨ基濃度の均一化を図った合成石英ガラスの製造方法及び光学部材用合成石英ガラスを提供する。【解決手段】  本発明に係る合成石英ガラスの製造方法は、下記工程（ａ）〜（ｄ）を備える。  （ａ）ガラス原料を火炎加水分解して合成された石英ガラス微粒子を基材上に堆積させて多孔質石英ガラス母材を形成する工程。  （ｂ）前記多孔質石英ガラス母材を仮焼する工程。  （ｃ）仮焼された前記多孔質石英ガラス母材を、真空下で、１１００℃以上且つガラス化温度未満の温度域に一定時間保持して加熱処理する工程。  （ｄ）加熱処理された前記多孔質石英ガラス母材をガラス化温度以上に加熱して合成石英ガラスを得る工程。【選択図】  図３
2006213570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記工程（ａ）〜（ｄ）を備えたことを特徴とする合成石英ガラスの製造方法。
（ａ）ガラス原料を火炎加水分解して合成された石英ガラス微粒子を基材上に堆積させて多孔質石英ガラス母材を形成する工程。
（ｂ）前記多孔質石英ガラス母材を仮焼する工程。
（ｃ）仮焼された前記多孔質石英ガラス母材を、真空下で、１１００℃以上且つガラス化温度未満の温度域に一定時間保持して加熱処理する工程。
（ｄ）加熱処理された前記多孔質石英ガラス母材をガラス化温度以上に加熱して合成石英ガラスを得る工程。
【請求項２】
仮焼された前記多孔質石英ガラス母材のかさ密度が０．３〜０．８ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする請求項１に記載の合成石英ガラスの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の方法を用いて製造された光学部材用合成石英ガラス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成石英ガラスの製造方法及び光学部材用合成石英ガラスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ミラー、レンズなどの光学部材等に用いられる合成石英ガラスの製造方法として、気相反応法により多孔質石英ガラス母材を形成し、この母材を加熱してガラス化する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に開示された合成石英ガラスの製造方法は、四塩化珪素等の珪素化合物を酸水素炎中に導入して火炎加水分解により石英ガラス微粒子を合成し、この石英ガラス微粒子を回転する基材上に堆積させる所謂ＶＡＤ（Vapor phase Axial Deposition）法により略円柱状の多孔質石英ガラス母材を形成し、そして、この母材をガラス化温度以上に加熱して合成石英ガラスを得るものである。
【０００４】
このようにして得られた合成石英ガラスは、その製法上、ヒドロキシル基（ＯＨ基）が典型的には１００〜３００ｐｐｍ（質量基準、以下同じ）程度含まれるが、このＯＨ基は、合成石英ガラスの赤外透過性、真空紫外透過性、等を低下させることが知られており、合成石英ガラス中のＯＨ基量を低減する種々の方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
特許文献２に開示された合成石英ガラスの製造方法においては、多孔質石英ガラス母材をガラス化温度以上に加熱する前に、多孔質石英ガラス母材を雰囲気圧力１００Ｐａ〜１０１ｋＰａ、室温〜８００℃の温度域のフッ素含有雰囲気中に一定時間保持し、多孔質石英ガラス母材中のＯＨ基をフッ素原子によって置換することでＯＨ基量の低減を図っている。
【特許文献１】特開昭６２−７２５３６号公報
【特許文献２】特開２００３−２０１１２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、上述したＶＡＤ法により形成される略円柱状の多孔質石英ガラス母材を経て得られた合成石英ガラスについては、軸芯近傍のＯＨ基濃度が比較的高くなる凸型のＯＨ基濃度分布が形成される。このようなＯＨ基濃度分布は合成石英ガラス中の屈折率の変動（脈理）を生ずる要因となり、従って、光学部材等に用いられる合成石英ガラス中においてＯＨ基濃度は均一であることが好ましい。
【０００７】
上記特許文献２に開示された合成石英ガラスの製造方法によれば、合成石英ガラス中に含まれるＯＨ基の絶対量を低減することによりＯＨ基濃度の変動幅を抑えることも可能ではあるが、ＯＨ基濃度を均一化することについて、より積極的な対策が望まれる。
【０００８】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、合成石英ガラス中のＯＨ基量を低減すると共にＯＨ基濃度の均一化を図った合成石英ガラスの製造方法及び光学部材用合成石英ガラスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係る合成石英ガラスの製造方法は、下記工程（ａ）〜（ｄ）を備えたことを特徴とする。
（ａ）ガラス原料を火炎加水分解して合成された石英ガラス微粒子を基材上に堆積させて多孔質石英ガラス母材を形成する工程。
（ｂ）前記多孔質石英ガラス母材を仮焼する工程。
（ｃ）仮焼された前記多孔質石英ガラス母材を、真空下で、１１００℃以上且つガラス化温度未満の温度域に一定時間保持して加熱処理する工程。
（ｄ）加熱処理された前記多孔質石英ガラス母材をガラス化温度以上に加熱して合成石英ガラスを得る工程。
【００１０】
上記のように構成された合成石英ガラスの製造方法によれば、ガラス原料を火炎加水分解して合成される石英ガラス微粒子を基材上に堆積させて多孔質石英ガラス母材を形成し、この多孔質石英ガラス母材を仮焼した後、真空下で、１１００℃以上且つガラス化温度未満の温度域に一定時間保持して加熱処理している。これにより、多孔質石英ガラス母材に含まれるＯＨ基量を低減すると共にＯＨ基濃度を均一化することができる。したがって、当該多孔質石英ガラス母材を経て得られる合成石英ガラス中のＯＨ基量を低減すると共にＯＨ基濃度の均一化を図ることができる。
【００１１】
好ましくは、仮焼された多孔質石英ガラス母材のかさ密度が０．３〜０．８ｇ／ｃｍ３である。これにより、上記工程（ｃ）において、多孔質石英ガラス母材中のＯＨ基量の低減及びＯＨ基濃度の均一化を効果的に行うことができる。
【００１２】
また、上記工程（ｃ）において、多孔質石英ガラス母材中のＯＨ基量の低減及びＯＨ基濃度の均一化を効果的に行うため、真空度は、好ましくは１０Ｐａ以下、特に好ましくは１Ｐａ以下である。また、１１００℃以上且つガラス化温度未満の温度域に多孔質石英ガラス母材を保持する時間は、好ましくは２０〜１００時間である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の合成石英ガラスの製造方法によれば、得られる合成石英ガラス中のＯＨ基量を低減すると共にＯＨ基濃度を均一化することができ、当該合成石英ガラスを用いて光学特性に優れる光学部材等を製作することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る合成石英ガラスの製造方法の一実施形態を詳細に説明する。
【００１５】
本実施形態は、ガラス原料を火炎加水分解により石英ガラス微粒子を合成し、この石英ガラス微粒子を基材上に堆積させて多孔質石英ガラス母材を形成し、得られた多孔質石英ガラス母材を仮焼し、仮焼された多孔質石英ガラス母材を真空下で、１１００℃以上且つガラス化温度未満の温度域に一定時間保持し、その後に多孔質石英ガラス母材をガラス化温度以上に加熱して合成石英ガラスを得るというものである。
【００１６】
ガラス原料としては、ガス化可能な原料であれば特に制限されるものではないが、ＳｉＣｌ４，ＳｉＨＣｌ３，ＳｉＨ２Ｃｌ２，Ｓｉ（ＣＨ３）Ｃｌ３等の塩化物、ＳｉＦ４，ＳｉＨＦ３，ＳｉＨ２Ｆ２等のフッ化物、ＳｉＢｒ４，ＳｉＨＢｒ３等の臭化物、ＳｉＩ４の沃化物などのハロゲン化珪素化合物が作業性やコストの面から好ましい。
【００１７】
多孔質石英ガラス母材は、これらのガラス原料を酸水素炎中に導入して加水分解し、合成された石英ガラス微粒子を基材上に堆積させることにより形成される。この石英ガラス微粒子を堆積される基材は、得られる多孔質石英ガラスのかさ密度の分布形状を整える観点から回転させることが好ましい。基材の回転速度は石英ガラス微粒子の堆積速度にもよるが、典型的には０．１〜１０ｒｐｍの範囲である。
【００１８】
得られた多孔質石英ガラス母材は比較的脆いので仮焼される。この仮焼は、典型的には大気雰囲気下、１３５０℃程度で数時間焼成することにより行われる。仮焼された多孔質石英ガラス母材のかさ密度は、好ましくは０．３〜０．８ｇ／ｃｍ３である。かさ密度を上記の範囲内とすることにより、多孔質石英ガラス母材に十分な剛性を付与し、その取り扱いを容易とすることができると共に、後述する加熱処理において、多孔質石英ガラス母材中のＯＨ基量の低減及びＯＨ基濃度の均一化を効果的に行うことができる。
【００１９】
次いで、仮焼された多孔質石英ガラス母材は、真空下で、１１００℃以上且つガラス化温度未満の温度域に一定時間保持する加熱処理が施される。これにより、多孔質ガラス母材中のＯＨ基量が低減され且つＯＨ基濃度が均一化される。多孔質石英ガラス母材中のＯＨ基量が低減され且つＯＨ基濃度が均一化される理由としては、以下の要因が考えられる。
【００２０】
即ち、多孔質石英ガラス母材が１１００℃以上且つガラス化温度未満の温度域で加熱処理されると、下記の反応式１に示す熱解離反応が左向きに進み、多孔質ガラス母材中のシラノール基（Ｓｉ−ＯＨ）からＯＨ基もしくは水素原子（Ｈ）が解離する。解離したＯＨ基（・ＯＨ）や水素原子（・Ｈ）の多くは、降温過程において互いに結合して水蒸気となり外部に排出される。そして、この加熱処理を真空下で行うことにより、解離した・ＯＨや・Ｈが降温過程においてラジカル状態のＳｉ・やＳｉ−Ｏ・に再結合することが抑制される。これにより、多孔質ガラス母材の内部においてもＯＨ基が十分に低減される。
【００２１】
【化１】
2006213570.tif 000003
【００２２】
この加熱処理において、真空度は、好ましくは１０Ｐａ以下、特に好ましくは１Ｐａ以下である。真空度を１０Ｐａ以下とすることにより、多孔質石英ガラス母材中のＯＨ基量の低減及びＯＨ基濃度の均一化を効果的に行うことができる。
【００２３】
多孔質石英ガラス母材が保持される温度域は、１１００℃以上且つガラス化温度未満とされる。加熱温度が１１００℃未満の場合には、多孔質石英ガラス母材中のＯＨ基量の低減及びＯＨ基濃度の均一化が十分に行われるまでに比較的長時間を要し、生産性が低下する虞がある。また、ガラス化温度以上の場合には、多孔質石英ガラス母材の表面からガラス化が進行してしまい、ＯＨ基量の低減が十分に行われない虞がある。尚、ガラス化温度はガラス組成に依存する。合成石英ガラスの場合には生産性を考慮し、１３３０℃未満とすることが好ましい。
【００２４】
また、１１００℃以上且つガラス化温度未満の温度域に多孔質石英ガラス母材が保持される時間は、好ましくは２０〜１００時間である。保持時間を２０〜１００時間とすることにより、多孔質石英ガラス母材中のＯＨ基量の低減及びＯＨ基濃度の均一化を効果的に行うことができる。
【００２５】
次いで、加熱処理された多孔質石英ガラス母材は、ガラス化温度以上に加熱され、合成石英ガラスとされる。尚、このガラス化処理と、上記加熱処理とはそれぞれ別の加熱装置で行われてもよいが、その場合には、移送時に水分が吸着したりすることを防止する等の処置を講じることが好ましい。従って、より好ましくは、ガラス化処理と加熱処理とは同一の加熱装置で行われる。
【００２６】
以上の工程を経て得られた合成石英ガラスは、含有されるＯＨ基量が７０ｐｐｍ以下となり、且つＯＨ基濃度を平均値から±２０ｐｐｍ以内に分布させることができる。また、多孔質石英ガラス母材を保持する温度を最適にし、保持時間を４０時間以上にすると、含有されるＯＨ基量は３０ｐｐｍ以下となり、且つＯＨ基濃度を平均値から±５ｐｐｍ以内に分布させることができる。
【実施例】
【００２７】
本発明の効果を確認するため、上述した合成石英ガラスの製造方法において、仮焼された略円柱形状の多孔質石英ガラス母材に真空下で上記加熱処理を施す際に、多孔質石英ガラス母材を保持する温度及び時間を種々に変え、得られた合成石英ガラスをカーボン型に入れ、不活性雰囲気中で１７５０℃以上の温度で成形し、その後、ガラス中のＯＨ基量およびＯＨ基濃度分布を測定した。例１〜例５は実施例であり、例６は比較例である。
【００２８】
例１の多孔質石英ガラス母材は、１２５０℃に２４時間保持されたものであり、得られた合成石英ガラス中のＯＨ基濃度分布を図１に示す。
例２の多孔質石英ガラス母材は、１２５０℃に４８時間保持されたものであり、得られた合成石英ガラス中のＯＨ基濃度分布を図２に示す。
例３の多孔質石英ガラス母材は、１２５０℃に７２時間保持されたものであり、得られた合成石英ガラス中のＯＨ基濃度分布を図３に示す。
例４の多孔質石英ガラス母材は、１３００℃に１６０時間保持されたものであり、得られた合成石英ガラス中のＯＨ基濃度分布を図４に示す。
例５の多孔質石英ガラス母材は、１１５０℃に４８時間保持されたものであり、得られた合成石英ガラス中のＯＨ基濃度分布を図５に示す。
例６の多孔質石英ガラス母材は、１３５０℃に５０時間保持されたものであり、得られた合成石英ガラス中のＯＨ基濃度分布を図６に示す。
尚、図１〜６は、略円柱状の合成石英ガラスの軸に垂直な断面において、各測定箇所の中心からの距離（半径）を横軸に示し、各測定箇所のＯＨ基濃度を縦軸に示したものである。
【００２９】
図１〜４に示されるように、真空下で上記加熱処理を施す際に、多孔質石英ガラス母材を保持する時間が長くなるに伴って、得られる合成石英ガラス中のＯＨ基濃度が均一化される傾向にあることが分かる。
【００３０】
ここで、１２５０℃に２４時間保持された例１の合成石英ガラスのＯＨ基濃度変動幅（ΔＯＨ：最大値−最小値）が３４．９ｐｐｍであり、これを超えてＯＨ基濃度の変動があると、当該合成石英ガラスから製作される光学部材の光学特性に影響を及ぼす虞があるので、真空下で加熱処理を施す際に多孔質石英ガラス母材を保持する時間は２０時間以上とすることが好ましい。
また、１２５０℃に７２時間保持された例３の合成石英ガラスのＯＨ基濃度変動幅が５．９ｐｐｍであり、１３００℃に１６０時間保持された例４の合成石英ガラスのＯＨ基濃度変動幅が４．５ｐｐｍである。このことから、真空下で加熱処理を施す際に多孔質石英ガラス母材を１００時間を超えて保持した場合にもＯＨ基濃度の均一化効果は認められるが、均一化効果の程度は比較的低く、ほぼ飽和状態にあると考えられる。従って、真空下で加熱処理を施す際に多孔質石英ガラス母材を保持する時間は１００時間以内とすることが好ましい。
【００３１】
図６に示されるように、１３５０℃に保持された例６の合成石英ガラスのＯＨ基濃度が平均で１０９．９ｐｐｍ（最小６５．４ｐｐｍ、最大１２９ｐｐｍ）と比較的高い値を示しているのに対し、図２、図５に示されるように、真空下で加熱処理を施す際に多孔質石英ガラス母材を保持する温度が１１００℃以上且つ１３３０℃未満の温度域に保持された例２、例５の合成石英ガラスについては、平均のＯＨ基濃度が、それぞれ２０．４ｐｐｍ、２４．０ｐｐｍと低い値を示しており、合成石英ガラス中のＯＨ基量が低減されていることが分かる。従って、真空下で上記加熱処理を施す際に多孔質石英ガラス母材を保持する温度域は、１１００℃以上且つ１３３０℃未満とすることが好ましい。
【００３２】
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る合成石英ガラスの製造方法により製作された合成石英ガラス中のＯＨ基濃度分布を示すグラフである。
【図２】本発明に係る合成石英ガラスの製造方法により製作された合成石英ガラス中のＯＨ基濃度分布を示すグラフである。
【図３】本発明に係る合成石英ガラスの製造方法により製作された合成石英ガラス中のＯＨ基濃度分布を示すグラフである。
【図４】本発明に係る合成石英ガラスの製造方法により製作された合成石英ガラス中のＯＨ基濃度分布を示すグラフである。
【図５】本発明に係る合成石英ガラスの製造方法により製作された合成石英ガラス中のＯＨ基濃度分布を示すグラフである。
【図６】比較例として用意した合成石英ガラス中のＯＨ基濃度分布を示すグラフである。
【図１】
2006213570.tif 000004
【図２】
2006213570.tif 000005
【図３】
2006213570.tif 000006
【図４】
2006213570.tif 000007
【図５】
2006213570.tif 000008
【図６】
2006213570.tif 000009