JPH10273329A - 非晶質ガラス体の製造方法及びこの方法に用いる乾燥用容器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ゲルを容器内に入れて乾燥する際の支持を確
実に行い、体積収縮による割れ、歪みを防止する。 【解決手段】 ゲル１１の上下面に円錐状の窪み１２，
１３を設け、円筒状容器１を閉じる蓋３，５に窪み１
２，１３を挟む針状の突起３Ａ，５Ａを設け、一方の蓋
５を圧縮バネ６によってゲル１１の長さ方向に付勢す
る。ゲルの体積収縮に合わせた支持ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本技術は光学用、半導体光学
用、電子工業用、理工学用等に使用される非晶質ガラス
体を製造する方法及び乾燥用容器に関する。

【０００２】

【従来の技術】ゾルゲル法によるガラスの合成は、原料
としての金属アルコキシドと、溶媒としてのアルコール
と、加水分解反応ための水および触媒を攪拌混合しゾル
を調製する工程と、このゾルを所望の容器に入れてゲル
とする工程と、このゲルから溶媒を除去してドライゲル
とする乾燥工程と、ドライゲルを無孔化する焼成工程と
からなる。

【０００３】前記乾燥工程では、従来よりゲルを乾燥容
器に移して行っていたが、乾燥途中にゲルが体積収縮し
て割れたり歪む問題があった。このため、ゲルが体積収
縮しても割れたり歪むことを防止する様々な形状の乾燥
容器あるいは乾燥方法が提案されている。例えば、ゲル
の上端部を把持して自由状態で保持する懸垂治具を用い
て乾燥する方法、あるいは円筒形の乾燥容器にゲルを入
れて回転しながら乾燥する方法が開発されている。

【０００４】また、特開昭５８−２３９号公報では、ゲ
ルの反りを改善するために、乾燥用の円筒形容器の開口
部に、筒状部よりも大きい幅の拡大部分を設け、ゾルを
拡大部分まで充填し、ゾルがゲル化した際に、ゲルが容
器の開口部の拡大部分で吊り下げる方法が示されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ゲルの
上端部を保持した状態で乾燥する方法では、ゲルの下端
が揺れるので不安定となる。一方、ゲルを回転しながら
乾燥する方法では遠心力が作用するため、ゲルの側面に
応力が作用し、片当たりになって側面の形状が不安定と
なる。このため、これらの方法では、その効果が小さか
ったり、手間が掛かったりあるいは装置のコストが高い
などの問題がある。

【０００６】特開昭５８−２３９号公報のように、乾燥
用の円筒形容器の開口部に、筒状部よりも大きい幅の拡
大部分を設けることにより、ゲルを容器の開口部の拡大
部分で吊り下げ方法では、ゲルを鉛直に吊り下げること
により、反りを防止することはできる。しかしゲルを上
部でのみ支持するため、乾燥工程終了後、容器を乾燥炉
から取り出す際に、容器に振動等が加わった場合、ゲル
が揺れて容器の内壁に当たり、破損する問題がある。

【０００７】本発明は、上記問題点を鑑みてなされたも
ので、乾燥工程においてゲルが体積収縮しても割れたり
歪むことがなく、常に一定形状のゲルを得ることが可能
な非晶質ガラス体の製造方法を提供することを目的とす
る。また、本発明はゲルを乾燥するために使用する乾燥
用容器を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成ため、本
発明の方法は、金属の有機および無機化合物の溶液を加
水分解・重合することによって得られるゲルを乾燥させ
て乾燥ゲルとする方法において、前記ゲルの上下端面に
円錐状の窪みを設け、ゲルを内部に収納する円筒状容器
内に、その中心に針状の突起を設けた一対の蓋を設け、
この突起によりゲルの円錐状の窪みを上下より挟み込ん
で支持し、且つ上記蓋の内、少なくとも片方の蓋にゲル
の収縮に合わせて上下に移動させる手段を設け、ゲルを
円筒状容器内で鉛直に支持しながら乾燥することを特徴
とする。

【０００９】本発明の乾燥用容器は、長さ方向の両端部
が開口され、内部にゲルが収納される円筒用容器と、ゲ
ルの両端面に当接する針状の突起が形成され、前記円筒
状容器の両端部に着脱自在に取り付けられる一対の蓋
と、少なくとも片方の蓋に設けられ、乾燥に伴うゲルの
収縮に合わせて片方の蓋をゲルの長さ方向に移動するよ
うに付勢する付勢部材とを備えていることを特徴とす
る。

【００１０】ここで金属の有機及び無機化合物の溶液を
加水分解・重合する際には、金属アルコキシド等に対し
て、溶媒と、加水分解のための水及び触媒を攪拌混合し
てゾルとすることができる。

【００１１】本発明に使用する円筒状容器および各蓋の
材質は、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレ
ン、ＴＰＸ（ポリメチルペンテン）あるいは内面をシリ
コーンで表面処理したＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテル
ケトン）などである。

【００１２】本発明では、原料としての金属アルコキシ
ド等と、溶媒としてのアルコールと、金属アルコキシド
等を加水分解するための水と、加水分解反応を促進する
ための触媒とを攪拌混合してゾルを調製する。金属アル
コキシドとしてはテトラメトキシシラン、テトラエトキ
シシラン、テトラ−ｎ−ブトキシチタンなどを使用で
き、アルコールとしてはメタノール、エタノール、ブタ
ノールなどを、触媒しては塩酸、酢酸、アンモニア、ピ
ペラジンなどを使用することができる。

【００１３】調製したゾルは、室温あるいは５０℃前後
に加温してゼリー状にゲル化させる。このとき、ゾルを
注入する容器の上下端面に円錐状の突起を設けておくこ
とにより、ゲルの上下端面に、円錐状の窪みを設けるこ
とができる。

【００１４】次に、ゲルを乾燥させる。通常、室温から
徐々に昇温して最終的には１５０℃前後まで加熱して、
ゲル中に含まれる溶媒および水を気化させることによっ
てゲルを乾燥させる。このときゲルは、溶媒および水の
放出と、ゲル内での縮重合反応によって体積収縮する。
これより、ゲルの長さは短くなるが、蓋の少なくとも一
方が、ゲルの収縮に合わせて上下に移動し、且つ、絶え
ずゲルを蓋の針状の突起で上下より挟み込んで支持する
ため、ゲルを円筒状容器内で鉛直に支持しながら乾燥さ
せることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】金属アルコキシドとしてテトラメ
チルシリケート３０ｍｌ、テトラエチルシリケート３０
ｍｌ、トリエチルボレート１２．４ｍｌをエタノール８
０ｍｌ、水１００ｍｌと混合し、これに０．０１規定の
塩酸２５ｍｌを加えて室温で１時間攪拌した。この攪拌
後に、金属成分として１．２５ｍｏｌ／ｌの酢酸鉛水溶
液１０７．６３ｍｌと酢酸１５．３５ｍｍｌとを混合し
たものを添加し、さらに室温で３０分間攪拌してゾル１
０を調製した。

【００１６】図１は、このゾル１０が注入される円筒状
容器１を示す。円筒状容器１はポリプロピレンによって
成形されると共に、上下の端部が開口されており、この
開口部に対してゲル化用蓋２が着脱可能となっている。
ゲル化用蓋２はキャップ形状に形成されており、内壁に
はねじ２Ａが切られていて、円筒状容器１の開口部分の
外壁に切られたねじ１Ａと噛み合う。また、ゲル化用蓋
２の内側の中央部分には円錐状の突起２Ｂが設けられて
いる。

【００１７】円筒状容器１の上下端部の開口部には、ゲ
ル化用蓋２に代えて、図３に示す乾燥ゲル用蓋３Ａ及び
４が着脱可能となっている。この乾燥ゲル用蓋３の装着
によって乾燥用容器が構成される。乾燥ゲル用蓋３の内
側の中央部分には針状の突起３Ａが設けられている。こ
の突起３Ａの長さは、ゲル化用蓋２の円錐状の突起２ｂ
の長さよりも長くなっている。また、円筒状容器１の内
部には、その中心に針状の突起５Ａを設けると共に円筒
状容器１の内径を嵌合する外径で形成された落とし蓋５
を挿入できる。この落とし蓋５は円筒状容器１内で上下
に移動できる。落とし蓋５の突起５Ａの長さは、円錐状
の突起２Ｂの長さよりも長くなっている。

【００１８】また、落とし蓋５と乾燥用ゲル用蓋４の間
には、ステンレス鋼からなる圧縮バネ６が介挿されてい
る。これにより、落とし蓋５の突起５Ａと蓋３の突起３
Ａとの間で、ゲルの両端に形成される円錐状の窪みの尖
端が常に挟持され、落とし蓋５の外周面と容器１内周面
の嵌合で、ゲルの姿勢が維持される構成となっている。

【００１９】次に、ゾル１０を円筒状容器１に注入す
る。この注入に先立って、ゲル化用蓋２により円筒状容
器１はその下端の開口部が閉じられており、ゾル注入
後、上方の開口部をゲル化用蓋２によって閉じる（図１
参照）。そして、円筒状容器１に注入されたゾル１０
を、室温あるいは５０℃前後に加温してゼリー状にゲル
化させる。このとき、ゲル中の溶媒および水等の気化物
は、上下のねじ部分を介して外部に放出される。図２
は、これによって形成されたゲル１１を示し、その上下
端面には、ゲル化用蓋２に設けられた円錐状の突起２Ａ
に合致した円錐状の窪み１２，１３が形成される。

【００２０】次に、円筒状容器１の上方のゲル化用蓋２
のみを外し、乾燥ゲル用蓋３を取付ける。そして円筒状
容器１を反転し、残っているゲル用蓋２が上方に向くよ
うにしてから、そのゲル用蓋２を取り外し、円筒状容器
１の開口部より落とし蓋５を針状の突起５ａを下向きに
挿入し、圧縮バネ６をその上に挿入してから、乾燥ゲル
用蓋４を螺合させて閉じ、これにより図３に示す状態と
なる。

【００２１】この状態でゲル１１を乾燥させる。室温か
ら徐々に昇温して、最終的には１５０℃前後まで加熱し
て、ゲル１１中に含まれる溶媒および水を気化させゲル
を乾燥させる。このとき、ゲル１１は溶媒および水の放
出と、ゲル内での縮重合反応によって体積収縮する。こ
れにより、ゲル１１の長さは短くなるが、落とし蓋５が
圧縮バネ６により下方に押されているため、ゲル１１の
収縮に合わせて下方に移動し、絶えずゲル１１を乾燥ゲ
ル用蓋３の突起３Ａと落とし蓋５の突起５Ａとによって
上下より挟み込んで支持している。このためゲル１１を
円筒状容器１内で鉛直に支持しながら乾燥させることが
でき、乾燥ゲルとすることができる。

【００２２】この後、乾燥ゲル用蓋３の針状の突起３
Ａ、および落とし蓋５の針状の突起５Ａにより円筒状容
器１内で鉛直に支持されたゲル１１を容器ごと乾燥炉に
入れ、８０℃に加温する。このとき、圧縮バネ６の長さ
は１５ｍｍであり、２７５ｇの荷重が落とし蓋５を介し
てゲル１１に加わっている。乾燥が進むにつれ、ゲルの
収縮に応じて圧縮バネ６の全長は伸び、乾燥終了時には
圧縮バネ６の全長は６５ｍｍとなり、２５ｇの荷重が落
とし蓋５を介してゲル１１に加わっている。図４は、こ
の乾燥が終了して乾燥ゲル１４となった状態を示す。

【００２３】この実施の形態における各部位の主要寸
法、および形状は以下の通りである。 ・ゲル（乾燥前）直径：φ１５ｍｍ、長さ：１４７ｍｍ ・乾燥ゲル 直径：φ ８ｍｍ、長さ： ８０ｍｍ ・円筒状容器 直径：φ１８ｍｍ、長さ：１５０ｍｍ ・圧縮バネ 直径：φ１５ｍｍ、自然長：７０ｍ
ｍ、バネ定数：５ｇ／ｍｍ

【００２４】このような本実施の形態においては、ゾル
からゲルの生成、およびゲルから乾燥ゲルの生成が同じ
円筒状容器内でできるため、ゲルの移し替えが不要とな
り、移し替えにおけるゲルの破損を防げる。また、ゲル
が常に上下より、鉛直に支持されるので、真直ぐな乾燥
ゲルを得ることができる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の方法によれ
ば、ゲルの乾燥時における曲がりや破損を防ぎ、直線的
な乾燥ゲルを作製することができる。また、本発明の乾
燥用容器によれば、ゲルの収縮に合わせて常にゲルを上
下から確実に保持できるため、振動等によっても、ゲル
の破損を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態におけるゾル注入直後の円筒状容器
の断面図である。

【図２】実施の形態におけるゾルがゲル化した直後の円
筒状容器の断面図である。

【図３】乾燥ゲル用の蓋に交換した円筒状容器の乾燥開
始時の断面図である。

【図４】乾燥終了時の状態の断面図である。

【符号の説明】

１ 円筒状容器 ２ ゲル化用蓋 ２Ｂ 突起 ３ 乾燥ゲル用蓋 ３Ａ 突起 ４ 乾燥ゲル用蓋 ４Ａ 突起 ５ 落とし蓋 ６ 圧縮バネ １０ ゾル １１ ゲル １４ 乾燥ゲル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属の有機および無機化合物の溶液を加
   水分解・重合することによって得られるゲルを乾燥させ
   て乾燥ゲルとする方法において、前記ゲルの上下端面に
   円錐状の窪みを設け、ゲルを内部に収納する円筒状容器
   内に、その中心に針状の突起を設けた一対の蓋を設け、
   この突起によりゲルの円錐状の窪みを上下より挟み込ん
   で支持し、且つ上記蓋の内、少なくとも片方の蓋にゲル
   の収縮に合わせて上下に移動させる手段を設け、ゲルを
   円筒状容器内で鉛直に支持しながら乾燥することを特徴
   とする非晶質ガラス体の製造方法。
2. 【請求項２】 長さ方向の両端部が開口され、内部にゲ
   ルが収納される円筒用容器と、ゲルの両端面に当接する
   針状の突起が形成され、前記円筒状容器の両端部に着脱
   自在に取り付けられる一対の蓋と、少なくとも片方の蓋
   に設けられ乾燥に伴うゲルの収縮に合わせて片方の蓋を
   ゲルの長さ方向に移動するように付勢する付勢部材とを
   備えていることを特徴とする非晶質ガラス体の製造方法
   に用いる乾燥用容器。