JP2019182694A - 合成シリカガラス粉 - Google Patents

Abstract

【課題】耐張力性能が高いシリカガラス系（石英系）光ファイバーのオーバークラッド部の原料となる合成シリカガラス粉を提供する。【解決手段】メジアン径が５０〜１０００μｍである合成シリカガラス粉であって、磁選機で捕捉される異物粒子数が、前記合成シリカガラス粉３０ｋｇ当たり１０個以下であり、内部シラノール基濃度が１〜１００ｐｐｍであり、アルコキシシランを原料としたゾルゲル法によって製造することを特徴とする。【選択図】なし

Description

本願は合成シリカガラス粉に関する。

シリカガラス系（石英系）光ファイバーは、通信用伝送路として広く普及している。光ファイバーは、通常光ファイバーの断面構造を拡大したプリフォーム（母材）を作り、これを加熱溶融して線引きする（光ファイバーを引き出し細径化する）という手順で製造されるが、そのプリフォームの製造方法として、四塩化ケイ素を原料とする、ＶＡＤ法、ＭＣＶＤ法、ＯＶＤ法などのいわゆる気相法が用いられている。

気相法が工業的生産法として採用されている理由は、光損失が非常に小さい、高純度な光ファイバーが製造できるためである。一方、従来から製造コスト低減のため、高品質が必要なコア部（コアロッド）はＶＡＤやＭＣＶＤ法で作製し、それほど高品質を必要としないが、光ファイバーの体積の９０％以上を占めるオーバークラッド部（Ｏｖｅｒ Ｃｌａｄ）を安価なシリカ粉で製造する方法が検討されている。

光ファイバーの製造方法の中でも、特許文献１に開示されているＳａｎｄ Ｃｌａｄｄｉｎｇ法は、コアロッドとシリカ粉をシリカガラス管に充填したプリフォーム（ｓａｎｄ ｐｒｅｆｏｒｍ）を直接加熱して、シリカ粉の溶融とファイバー化（線引き）を同時に行う製造方法であり、コスト低減効果が大きいことが知られている。また、単にコスト低減だけでなく、最近注目されているマルチコアファイバーやフォトニック結晶ファイバー製造方法としてもＳａｎｄ Ｃｌａｄｄｉｎｇ法は有用と考えられている。

米国特許公開第２００７／０２１４８４１号明細書

特許文献１には、オーバークラッド部に使う粒子（以下、Ｏｖｅｒｃｌａｄｄｉｎｇ ｇｒａｉｎ）として、コロイダルシリカまたはヒュームドシリカを原料として製造した合成シリカガラス粉や天然石英粉を挙げ、これらをＳａｎｄ Ｃｌａｄｄｉｎｇ法に用いることが開示されているが、その結果については記載されていない。

本発明者らは、アルコキシシランを原料としてゾルゲル法で製造した高純度の合成シリカガラス粉をＳａｎｄ Ｃｌａｄｄｉｎｇ法のＯｖｅｒｃｌａｄｄｉｎｇ ｇｒａｉｎへの適応性を検討した。その結果、得られた光ファイバーはプルーフ試験における破断率が高く、耐張力性能が低いことが分かった。

そこで本発明は、耐張力性能が高い光ファイバーの原料となる合成シリカガラス粉を提供することを課題とする。

本発明者らが鋭意検討した結果、合成シリカガラス粉に含まれる異物粒子の数が少ないほど耐張力性能が高い光ファイバーを製造可能なことを知見し、本発明を完成させた。

すなわち、上記課題を解決するための本発明の１つの態様は、メジアン径が５０〜１０００μｍである合成シリカガラス粉であって、磁選機で捕捉される異物粒子数が、合成シリカガラス粉３０ｋｇ当たり１０個以下であることを特徴とする、合成シリカガラス粉である。

上記合成シリカガラス粉は内部シラノール基濃度が１〜１００ｐｐｍであることが好ましい。また、アルコキシシランを原料としたゾルゲル法によって製造されることが好ましい。

また、上記課題を解決するための他の態様は、上記合成シリカガラス粉を用いて製造された光ファイバー用材料である。

本発明の合成シリカガラス粉によれば、これを原料として製造された光ファイバーの耐張力性能を向上させることができる。

（ａ）磁選機本体１１００の外観斜視図である。（ｂ）内筒１２００を挿入するための孔の断面図である。 （ａ）内筒１２００の外観斜視図である。（ｂ）磁選機本体１１００に内筒１２００を挿入したときの、永久磁石１１１０と誘導極１２１０との関係を示した図である。（ｃ）処理物通過部の寸法を説明する図である。 合成シリカガラス粉の製造方法１００を説明する図である。 合成シリカガラス粉の製造方法１００を行う装置の一例を示した図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。ただし、本発明はこれに限定されない。なお、本明細書において、数値Ａ及びＢについて「Ａ〜Ｂ」という表記は「Ａ以上Ｂ以下」を意味するものとする。かかる表記において数値Ｂのみに単位を付した場合には、当該単位が数値Ａにも適用されるものとする。

本発明は磁選機で捕捉される異物粒子の数が所定の範囲であることを特徴とする合成シリカガラス粉である。以下、合成シリカガラス粉について説明する。

［合成シリカガラス粉の粒子径］
本発明の合成シリカガラス粉はメジアン径が５０〜１０００μｍである。合成シリカガラス粉のメジアン径が５０μｍより小さいと粉体移送時の粉立ちが発生するため、作業性に問題が発生する。一方、合成シリカガラス粉のメジアン径が１０００μｍより大きいと、光ファイバーの線引き時の溶融速度が遅くなるため好ましくない。ここで、メジアン径は、レーザー回折散乱法やふるい分け法で測定した粒度分布で、その累積粒度分布の５０％に相当する粒子径を意味する。

［合成シリカガラス粉の内部シラノール基濃度］
一般的にシリカ粒子のシラノール基（Ｓｉ−ＯＨ）は、その表面に存在する表面シラノール基と、粒子内部のＳｉ−Ｏのネットワーク内に存在する内部シラノール基に分類される。
表面シラノール基は、合成シリカガラス粉製造時の熱処理により消失している。一方で、内部シラノール基は、合成シリカガラス粉製造時に熱処理したとしても残存する。よって、合成シリカガラス粉を溶融した場合、内部シラノール基は溶融シリカガラス中に拡散する。例えばＳａｎｄ Ｃｌａｄｄｉｎｇ法の線引き時において、合成シリカガラス粉をＯｖｅｒｃｌａｄｄｉｎｇ ｇｒａｉｎに使用したとき、合成シリカガラス粉の溶融とともに内部シラノール基が拡散してコアロッドに達することがある。そうすると、光損失増加の要因となる。このため、内部シラノール基の濃度は低いほどよいが、一方、低くするためには、合成シリカガラス粉製造時の焼成時間を長くする必要があり、製造コスト的な制約がある。このため、合成シリカガラス粉の内部シラノール基の濃度は１〜１００ｐｐｍが好ましい。なお、合成シリカガラス粉の内部シラノール基は、赤外線分光光度法（ＩＲ透過法）で測定することができる。

［磁選機による異物粒子の捕捉］
合成シリカガラス粉は磁選機により捕捉される異物粒子の数が、合成シリカガラス粉３０ｋｇ当たり１０個以下であることを特徴としている。捕捉される異物粒子の数が少ないほど、合成シリカガラス粉を原料として製造された光ファイバーの耐張力性能を向上させることができる。耐張力性はプルーフ試験により評価する。
ここで、磁選機とは、磁力選別機や磁気分離装置とも呼ばれ、磁石を用いて磁性物と非磁性物を分離する装置の総称である。

上記したように、本発明者らは、ゾルゲル法により製造した合成シリカガラス粉をＯｖｅｒｃｌａｄｄｉｎｇ ｇｒａｉｎとして、Ｓａｎｄ Ｃｌａｄｄｉｎｇ法に適用し、製造された直径１２５μｍのシングルモード光ファイバーの品質を調べた結果、線引き後のプルーフ試験によりファイバーが破断する回数が多い場合があることが分かった。プルーフ試験（スクリーニング試験ともいう）は、ＪＩＳ Ｃ６８２１記載の「一定伸びひずみ法」で行い、張力として標準的な７Ｎで実施した。

光ファイバーの破断回数の許容値は、目的とする光通信距離や敷設場所、製造歩留り等により異なるが、通常ファイバー１０００ｋｍあたり数回程度であるのに対し、合成シリカガラス粉を用いたある製造ロットにおいては、数百回の破断が発生した。破断面をＳＥＭ／ＥＤＸ（走査型電子顕微鏡／エネルギー分散型Ｘ線分光法）装置で分析することにより破断原因を調べたところ、大部分の破断面において、合成シリカガラス粉を使用したＯｖｅｒｃｌａｄ部分に存在する磁性を有する金属酸化物（粒子径：数μｍ）等の異物粒子を起点として破断が起こっていることがわかった。また、金属酸化物粒子はゾルゲル法を用いた合成シリカガラス粉の製造装置に由来することを見出した。

そこで、本発明者らは合成シリカガラス粉に含まれる異物粒子の数とプルーフ試験による破断回数との関係を鋭意検討した結果、合成シリカガラス粉に含まれる異物粒子の数が１つ増えると破断回数が著しく上昇することを見出した。すなわち、合成シリカガラス粉に含まれる異物粒子の数が少ないほど耐張力性能が高い光ファイバーを製造可能なことを知見した。合成シリカガラス粉に含まれる異物粒子の数は下記評価用の磁選機に通すことにより評価することができる。

ここで、本発明における「異物粒子」とは、合成シリカガラス粉粒子以外の外観を有し、合成シリカガラス粉粒子間に存在する固体粒子（合成シリカガラス粉中に共雑する固体粒子）である。色は、通常の合成シリカガラス粉粒子が無色透明であるのに対し、茶色から黒色で不透明な外観あるいは金属光沢を有している。そのため、合成シリカガラス粉粒子とは容易に見分けることができる。

また、本発明で用いる評価用の磁選機の条件は後述する誘導極の最大磁束密度が２００００ガウス以上の対極型高磁力磁選機であり、４か所の処理物通過部（幅１．５ｍｍ×長さ１１５ｍｍ）を有しているものを使用する。そして、合成シリカガラス粉の供給速度を２２ｋｇ／ｈに設定する。上記の条件を満たす磁選機としては、カネテック株式会社の対極型高磁力磁選器のモデルＰＣＭＩ−１０−Ｓ１２２６２を挙げることができる。以下に磁選機の一例の具体的な構成を説明する。

磁選機は磁選機本体１１００と内筒１２００からなる。図１（ａ）は箱状の磁選機本体１１００の上部斜視図を説明する図であり、図１（ｂ）は内筒１２００を挿入するための孔の断面図である。図１（ａ）に示したとおり磁選機本体１１００の上面中央には内筒１２００を挿入するための孔が開いている。そして、図１（ａ）、（ｂ）に示したとおり、該孔の内部には対向する永久磁石１１１０が備えられている。磁選機本体１１００の寸法は縦４６０ｍｍ×横２６０ｍｍ×高さ１８５ｍｍであり、孔の寸法は縦１２０ｍｍ×横１０５ｍｍ×深さ１８５ｍｍである。また、対向する永久磁石１１１０間の距離は５３ｍｍである。
次に、磁選機本体１１００に挿入する内筒１２００について説明する。図２（ａ）に内筒１２００の外観図を示した。内筒１２００は３つの誘導極１２１０を備え、磁選機本体１１００に挿入した際に、誘導極１２１０（寸法：直径１５ｍｍ×長さ１１５ｍｍ）が対向する永久磁石１１１０の間に配置される構造を有する。内筒の寸法は図２（ａ）に示した通りである。図２（ｂ）は磁選機本体１１００に内筒１２００を挿入したときの、永久磁石１１１０と誘導極１２１０との関係を示した図であり、図２（ｃ）は断面における処理物通過部の寸法を説明する図である。磁選機本体１１００と内筒１２００とを図２（ｂ）のような関係となるように配置することにより、永久磁石１１１０によって誘導極１２１０が磁化される。よって、合成シリカガラス粉の粒子を永久磁石１１１０と誘導極１２１０との間（内筒１２００の側壁と誘導極１２１０との間）、及び、誘導極１２１０同士の間を通すことにより、異物粒子を捕捉することが可能となる。ここで、永久磁石１１１０と誘導極１２１０との間、及び、誘導極１２１０同士の間を処理物通過部という。図２（ｂ）、（ｃ）に示したように、処理物通過部は４箇所あり、寸法が幅１．５ｍｍ×長さ１１５ｍｍである。

本発明では、上記の条件の磁選機に３０ｋｇの合成シリカガラス粉を通した後、内筒１２００を抜き取り、誘導極を含む内筒に付着している粒子を全て取り、得られた粒子を光学顕微鏡（２０〜１５０倍率）で観察して異物粒子の数を数える。磁選機により捕捉される異物粒子の数が合成シリカガラス粉３０ｋｇ当たり１０個以下であると、合成シリカガラス粉を原料として製造された光ファイバーの耐張力性能を向上することができる。好ましくは、７個以下であり、より好ましくは５個以下である。

［合成シリカガラス粉の用途］
本発明の合成シリカガラス粉は光ファイバー用材料を製造するための原料として用いられることが好ましい。光ファイバー用材料とは光ファイバー、又は光ファイバーの製造に使用されるシリカガラス管、クラッドチューブ、コアロッド、若しくはプリフォーム等を意味する。このように、本発明は合成シリカガラス粉及び該合成シリカガラス粉を原料として製造された光ファイバー用材料を包含する。

光ファイバーの製造方法として、例えばＶＡＤ法、ＯＶＤ法、ＭＣＶＤ法、Ｓａｎｄ Ｃｌａｄｄｉｎｇ法を挙げることができるが、好ましくはＳａｎｄ Ｃｌａｄｄｉｎｇ法である。またＳａｎｄ Ｃｌａｄｄｉｎｇ法により光ファイバーを製造する場合、本発明の合成シリカガラス粉はＯｖｅｒｃｌａｄｄｉｎｇ ｇｒａｉｎに用いることが好ましい。
なお、本発明の合成シリカガラス粉をＯｖｅｒｃｌａｄｄｉｎｇ ｇｒａｉｎに用いてＳａｎｄ Ｃｌａｄｄｉｎｇ法により光ファイバーを製造する場合、コアロッド（１次プリフォーム）の周りに合成シリカガラス粉を充填した２次プリフォームを作製し、当該２次プリフォームを減圧しながら２１００〜２２５０℃に加熱して合成シリカガラス粉の溶融と光ファイバーの線引きを同時に行う光ファイバーの製造方法と、上記２次プリフォームを１９００℃程度に加熱することにより合成シリカガラス粉をいったん溶融して二次プリフォーム全体を既存のプリフォームのように一体化した後、線引きを行う光ファイバーの製造方法と、があるが、本発明の合成シリカガラス粉は何れの方法にも適用できる。

シリカガラス管やクラッドチューブの製造方法としては、米国特許６７３９１５５に記載されるように、電気炉で合成シリカガラス粉を溶融して、炉底部から溶融物をチューブ状に抜き出す方式のシリカガラス管の製造方法、又は回転した金属管の内壁に合成シリカガラス粉層を遠心力で形成しながらプラズマ溶融して、シリカガラス管又はクラッドチューブを製造するプラズマ溶融法が挙げられる。

また、本発明の合成シリカガラス粉は、特開２００５−１７９１７９号公報に記載されるような、コアロッドにシリカ粉をプラズマ溶融することで、クラッド層が外付けされた光ファイバーを製造する方法において、クラッド層の材料として使用することもできる。

［合成シリカガラス粉の製造方法］
本発明の合成シリカガラス粉は、アルコキシシランを原料とするゾルゲル法により製造されることが好ましい。ゾルゲル法については、例えば文献（作花済夫「ゾルゲル法の科学」）に記載されており、具体的な製造方法については特開平５−２４６７０８号公報や特開平８−９１８２２号公報に記載されている。

ゾルゲル法は、基本的には以下の反応式（ａ）に示すように、アルコキシシランを加水分解することより合成シリカガラス粉を製造する。アルコキシシランの種類は特に限定されないが、以下においてはテトラアルコキシシランを用いた場合を説明する。
（ＲＯ）_４Ｓｉ ＋ ２Ｈ_２Ｏ → ＳｉＯ_２ ＋ ４ＲＯＨ （ａ）
上記反応式（ａ）中、Ｒはアルキル基を表し、その炭素数としては１〜４が好ましく、特に加水分解反応が速く、かつ生じたシリカ中へのアルコキシ基の残留が少ないメチル基が好ましい。

ただし、ゾルゲル法を実施する装置にはステンレス製の器具、装置が使用されることがあり、製造された合成シリカガラス粉に異物粒子が含有される場合がある。よって、本発明では、ゾルゲル法により製造された合成シリカガラス粉を必要に応じて磁選機に通して異物粒子を取り除いてもよい。
以下に、本発明の合成シリカガラス粉の製造方法の一例を説明する。

図３に合成シリカガラス粉の製造方法１００を示した。
合成シリカガラス粉の製造方法１００は、アルコキシシランを加水分解する加水分解工程Ｓ１と、加水分解工程Ｓ１により得られたウェットゲルを粉砕する粉砕工程Ｓ２と、粉砕工程Ｓ２により得られる粉砕ウェットゲルを乾燥させる乾燥工程Ｓ３と、乾燥工程Ｓ３によって得られるドライゲル（乾燥ゲル）を焼成する焼成工程Ｓ４とを備える。加水分解工程Ｓ１〜焼成工程Ｓ４を経ることにより、合成シリカガラス粉を得ることができる。
ここで、焼成工程Ｓ４の後に、必要に応じて、合成シリカガラス粉を磁選機に通す磁選工程Ｓ５を備えてもよい。磁選工程Ｓ５により、合成シリカガラス粉から異物粒子を取り除くことができる。さらに、分級工程Ｓ６を備えてもよい。
以下、各工程について説明する。また、図４に加水分解工程Ｓ１〜焼成工程Ｓ４を行う装置の一例を示した。

＜加水分解工程Ｓ１＞
加水分解工程Ｓ１は、原料であるテトラアルコキシシラン１１に水１２を反応させて加水分解を行うものであって、公知の方法に従って行なうことができる。加水分解反応は反応機１で行う。反応機１としては例えばコニカル型の回転式反応機が用いられる。ここで、加水分解工程Ｓ１によって生成するテトラアルコキシランの加水分解物を「ウェットゲル」という。得られたウェットゲルはホッパー２ａに移送される。

加水分解工程Ｓ１では、必要に応じて副生するアルコールと相溶性のあるアルコール類やエーテル類、ケトン類等の有機溶媒を混合してもよい。例えばアルコールとしては、メタノール、エタノール、プロパノール等が、エーテル類としてはジエチルエーテル等が、ケトン類としてはアセトン等が挙げられる。

但し、加水分解反応の進行につれてケイ素と結合していたアルコキシ基が、アルコールとして遊離するためゲル化する（ウェットゲルが生成する）前に反応液が均一な状態となる場合、即ち、加水分解速度が大きいアルコキシ基（例えばメトキシ基）を含むような原料の場合、アルコール等の添加を行わなくても実際上支障なく製造が可能である。

この反応では触媒は必須ではないが、場合により塩酸、酢酸、フッ酸、硫酸のような酸や、アンモニア水のようなアルカリ等を触媒として使用してもよい。加水分解に使用する水は、目的物である合成シリカガラス粉をより高純度に得るためには超純水等を用いるのが好ましい。水の使用量は、加水分解反応が進行する量であれば特に制限されないが、実際上は理論量（テトラアルコキシシランの２倍モル）よりも過剰に加えることが一般的である。

また、ゲル化に要する時間および粗粉砕に要する時間等を適正な範囲とするために、テトラアルコキシラン：水のモル比を１：２〜１：１０、好ましくは１：３〜１：８、より好ましくは１：４〜１：７の範囲とするのが実用的である。極端に水が多いとゲル化に長時間を要するばかりでなく、ゲル化した後もウェットゲルが粉砕工程に適する硬さになるまでに時間が掛かったり、場合によっては過剰の水を蒸発させたりしなければならないことがあり、更には後述する乾燥工程に時間を要する等の不都合が生じることがある。また水が少なすぎると加水分解が十分進まず、従ってゲル化も十分行われないことになる。加水分解反応は、テトラアルコキシランと水との均一溶液が形成されたら、ほぼ完全に進行しているので、その後は溶液がゲル化し一体化するまで静置すればよい。

加水分解反応及びゲル化の条件は使用する原料によって異なるが、通常２０〜１００℃の温度、常圧〜０．２ＭＰａの圧力の条件で２０分〜１０時間程度である。加水分解物のゲル化は、常温でも数時間で進行し、かつ加熱により促進できるので、温度条件を調節することによってゲル化時間を調整することができる。これらの条件は、温水導入機構１３から導入される温水を反応機１のジャケットに通したり、反応機１の内部を真空引き機構１４により真空引きしたりすることにより調整することができる。

なお、粉砕処理において取り扱いやすくするために、加水分解反応後に、ウェットゲルを数ｃｍのサイズまで粗粉砕する、粗粉砕処理を行ってもよい。粗粉砕の方法は問わないが、例えば加水分解反応後の加水分解容器内のウェットゲルを減圧下におくことでゲルにクラックを入れ、さらにウェットゲルが入っている加水分解容器を回転又は揺動することにより、ゲルを粉砕することで行うことができる。

＜粉砕工程Ｓ２＞
粉砕工程Ｓ２では、最終製品の粒度を調整するために、この段階でウェットゲルを粉砕する。ここで、ウェットゲルを粉砕したものを「粉砕ウェットゲル」という。
加水分解工程Ｓ１で得られたウェットゲルはホッパー２ａから粉砕機８に移送される。このとき、モーター６で作動する流量制御装置７によって、ウェットゲルの流量が制御され、定量的に供給される。そして、粉砕機８に移送されたウェットゲルは粉砕され、粉砕ウェットゲルとしてホッパー２ｂに移送される。

粉砕に際しては、ウェットゲルは脆いため微粉が発生しやすいので、本発明の好ましいメジアン径の範囲である５０〜１０００μｍの粒子径の合成シリカガラス粉を収率良く得るために、粉砕機内の滞留時間を短くし、かつワンパスの連続式粉砕機を用いることが好ましい。滞留時間としては、１分以内が好ましく、また粉砕機の種類としては、例えば、ハンマー、ブレード、ピンなどを高速回転させ、衝撃並びに剪断によって粉砕するタイプの高速回転ミル（ハンマーミル、パルベライザー等）が好ましく用いられる。中でも粉砕機内部に粉砕物の分級のためのスクリーン（多孔板）を内蔵したスクリーンミルが好適である。

また、粉砕操作の際の金属成分の混入を低減・予防するために、例えば合成樹脂製等の網状物にウェットゲルを押し付け、網の目を通過させるような形式の網式粉砕機を用いることができる。この形式の粉砕機を用いる場合も、網目サイズや滞留時間を上記と同様に選定すればよい。

＜乾燥工程Ｓ３＞
乾燥工程Ｓ３では、粉砕後のウェットゲルを乾燥して、ゲル中に含まれるアルコールと水を除去する。粉砕ウェットゲルの乾燥は通常バッチ方式で行われる。ここで、ウェットゲルを乾燥させたものを、「ドライゲル」という。
粉砕工程Ｓ２により得られた粉砕ウェットゲルはホッパー２ｂに貯められており、その量がバッチ分溜まると、乾燥器３へ移送される。乾燥機３としては、例えば、コニカル形の回転式乾燥機が用いられる。乾燥の条件は、水蒸気導入機構１５から導入される水蒸気を乾燥機３のジャケット９に供給することにより温度が調整され、真空引き機構１４によって乾燥機３内部を真空引きすることにより圧力が調整される。そして、乾燥後のゲル（ドライゲル）はホッパー２ｃに移送される。

なお、焼成処理の際にゲルを取り扱いやすくするために、必要に応じて乾燥処理後にドライゲルを予備的に分級機４により分級してもよい。これは、最終的な粒度分布範囲の調整を好適に行うことも目的としている。分級機４としては、振動式ふるい分級装置が用いられる。

＜焼成工程Ｓ４＞
乾燥後のドライゲルは、一般に多孔質であるので、光ファイバーのようなガラス層形成の原料として不適当である。そのため、焼成工程Ｓ４では、得られたドライゲルを加熱焼成し、緻密化させて無孔性の合成シリカガラス粉とする。
乾燥工程Ｓ３により得られたドライゲルはホッパー２ｃに貯められており、必要に応じて分級機４を介して、石英ガラスルツボ５へ移送される。そして、電気炉１０によってシリカゲルを加熱して、合成シリカガラス粉が生成される。ここで必要に応じて、ガス導入機構１６から石英ガラス管を通して、ルツボ内部に乾燥空気やヘリウムガスを流通させる。焼成温度は、通常１０００〜１３００℃で、焼成時間は一般に１０〜１００時間程度である。

このようにして製造される合成シリカガラス粉は、不純物濃度が総量で０．１ｐｐｍ以下の高純度で非晶質の二酸化ケイ素粉体であるが、一方で、粉体が接触する製造装置内部の材質からの不純物の混入は不可避である。特に、図４に示す装置、配管の材料として、構造材としての強度、硬度、耐熱性、耐腐食性などの観点から、ステンレスが用いられている場合があり、鉄、クロムといったステンレス成分が、合成シリカガラス粉に含まれる。
そこで、必要に応じて、次の磁選工程Ｓ５を行ってもよい。

＜磁選工程Ｓ５＞
磁選工程Ｓ５では、焼成工程Ｓ４によって得られた合成シリカガラス粉を磁選機に通すことにより、合成シリカガラス粉中の異物粒子を取り除く。ここで使用される磁選機の種類は上記の異物粒子を取り除くことができれば限定されない。例えば、磁選機の種類には磁石として永久磁石を使用したものと電磁石を使用したものがある。また、実際に磁性物と接触する部材としては、棒磁石のような永久磁石そのものを用いる場合と、磁極間のスペースに鉄棒や金網などの強磁性物質を配置して、それを磁化させて接触材（誘導極）として使用する方式がある。ここで使用される磁選機はいずれの方式のものを適用できる。ただし、合成シリカガラス粉のような高純度の粉体に対しては密閉化でき、かつ、可動部のない型式の磁選機が好ましい。例えば、棒磁石を並列に格子状に並べて枠に固定し、これを多段に配置した形式が挙げられる。また、上記の評価用の磁選器を用いてもよい。使用する磁石の表面磁束密度は１０００〜２００００ガウスであればよい。好ましくは、５０００〜２００００ガウスである。また、合成シリカガラス粉を磁選機に通す回数も特に限定されず、上記した評価用の磁選機を用いる評価方法において、合成シリカガラス粉中の異物粒子の数が１０個以下となるまで行う。

＜分級工程Ｓ６＞
さらに、合成シリカガラス粉の製造方法１００において、合成シリカガラス粉の粒度分布を調整するために、磁選工程Ｓ５の前又は後に分級工程Ｓ６を行ってもよい。分級は公知の方法によって行うことができる。

以下、実施例を用いて、本発明の合成シリカガラス粉についてさらに説明する。ただし、本発明はこれに限定されない。

［合成シリカガラス粉の製造］
上記した合成シリカガラス粉の製造方法１０の加水分解工程Ｓ１〜焼成工程Ｓ４に倣って合成シリカガラス粉を製造した。装置は、図４の装置を用いた。ここで、図４の装置のうち、反応機１、ホッパー２ａ、２ｂ、乾燥機３はステンレス（ＳＵＳ３０４）製のものを使用し、ホッパー２ｃ以降の装置については、プラスチック製又は石英ガラス製のものを用いた。そして、得られた合成シリカガラス粉をふるいによって分級し、１００〜４５０μｍの粒度範囲に調整した。

そして、実施例に係る合成シリカガラス粉では、分級後、磁選機に３回通した。比較例に係る合成シリカガラス粉では、分級後、磁選機には通さなかった。磁選機としては直径２５ｍｍ×長さ３１０ｍｍの棒磁石（表面磁束密度：１２０００ガウス）を２０ｍｍ間隔で平行に７本並べた格子型マグネットと、上記の棒磁石を２０ｍｍ間隔で平行に８本並べた格子型マグネットとを交互に合計８段積み上げた形式の密閉式磁選機を使用した。

得られた実施例及び比較例に係る合成シリカガラス粉のメジアン径及び内部シラノール基濃度をそれぞれ測定した。合成シリカガラス粉のメジアン径は、ＪＩＳ試験用ふるいを用いたふるい分けで累積粒度分布図を作成し、得られた図から累積粒度分布の５０％の体積に相当する粒径から算出した。内部シラノール基濃度は、赤外分光光度計（ＪＡＳＣＯ製、フーリエ変換赤外分光光度計ＦＴ／ＩＲ−４１００ｔｙｐｅＡ）を用いて特開２０１４−１５３８０号公報に開示されている赤外線分光光度法を用いて測定した。結果を表１に示した。

［磁選機による異物粒子の捕捉］
上記により得られた実施例及び比較例に係る合成シリカガラス粉を、カネテック株式会社の対極型高磁力磁選器のモデルＰＣＭＩ−１０−Ｓ１２２６２を用いて、異物粒子の数を評価した。具体的には、実施例及び比較例に係る合成シリカガラス粉３０ｋｇをそれぞれ供給速度２２ｋｇ／ｈで上記の磁選機に通した後、誘導極を含む内筒に付着している粒子を全て取り、得られた粒子を顕微鏡で観察して異物粒子の数を数えた。結果を表１に示した。

［プルーフ試験］
上記により得られた実施例及び比較例に係る合成シリカガラス粉をＯｖｅｒｃｌａｄｄｉｎｇ ｇｒａｉｎに用いてＳａｎｄ Ｃｌａｄｄｉｎｇ法により直径１２５μｍのシングルモード光ファイバーを製造した。そして、ＪＩＳ Ｃ６８２１記載の「一定伸びひずみ法」を用いて、張力として標準的な７Ｎでプルーフ試験を行い、破断回数を測定した。結果を表１に示した。

実施例はプルーフ試験による光ファイバーの破断回数は少なかった。これは、製造時の磁選により、合成シリカガラス粉に共雑している異物粒子がすべて取り除かれたためと考えられる。
一方、比較例はプルーフ試験による光ファイバーの破断回数が多かった。これは、製造時に磁選を行わなかったため、合成シリカガラス粉に共雑している異物粒子が多量に残っていたためと考えられる。

１１００ 磁選機本体
１１１０ 永久磁石
１２００ 内筒
１２１０ 誘導極
１ 反応機
２ａ ホッパー
２ｂ ホッパー
２ｃ ホッパー
３ 乾燥機
４ 分級機
５ 石英ガラスルツボ
６ モーター
７ 流量制御装置
８ 粉砕機
９ ジャケット
１０ 電気炉
１１ テトラアルコキシシラン
１２ 水
１３ 温水導入機構
１４ 真空引き機構
１５ 水蒸気導入機構
１６ ガス導入機構

Claims (4)

1. メジアン径が５０〜１０００μｍである合成シリカガラス粉であって、
   磁選機で捕捉される異物粒子数が、前記合成シリカガラス粉３０ｋｇ当たり１０個以下であることを特徴とする、合成シリカガラス粉。
2. 内部シラノール基濃度が１〜１００ｐｐｍである、請求項１に記載の合成シリカガラス粉。
3. アルコキシシランを原料としたゾルゲル法によって製造することを特徴とする、請求項１又は２に記載の合成シリカガラス粉。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の合成シリカガラス粉を用いて製造された光ファイバー用材料。