JP2005139018A

JP2005139018A - 不透明シリカガラス成形体及びその製造方法

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Publication number: JP2005139018A
Application number: JP2003375511A
Authority: JP
Inventors: Hironari Osada; 裕也長田; Masayuki Kudo; 正行工藤; Toru Tsuyoshi; 徹津吉; Shigeo Kimura; 木村　　茂雄
Original assignee: Tosoh Quartz Corp; Tosoh Corp
Current assignee: Tosoh Quartz Corp; Tosoh Corp
Priority date: 2003-11-05
Filing date: 2003-11-05
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2023-11-05
Also published as: JP4452059B2

Abstract

【課題】不透明シリカガラス成形体の全表面が透明シリカガラスで覆われた、表面平滑性・遮光性に優れた不透明シリカガラス成形体を提供する。
【解決手段】全表面を透明なシリカガラス層で覆われた不透明シリカガラス成形体であって、不透明部はシリカガラスとその９０％以上が最大径２０μｍ未満の気孔とからなり、見掛密度は２．００〜２．２０ｇ／ｃｍ^３、成形体肉厚の最薄部における透明層厚さが不透明部厚さの１〜４００／１０００、少なくとも１面の表面粗さＲａが０．０５〜０．５μｍである成形体であって、この成形体は、最大径と最小径が０．０１〜２０μｍの範囲にある球状粒子で、０．２μｍ以下の粒子が５〜７０重量％であるシリカガラスとバインダーとの混練物を射出成形後、加熱脱脂し、ついで１１００〜１４００℃で真空焼結して得られる。
【選択図】選択図なし

Description

本発明は、例えば光学機器の部品等に用いられる複雑形状でかつ寸法精度が要求される遮光性の不透明シリカガラス成形体及びその製造方法に関し、詳しくは表面平滑性に優れた透明表面層を有し、後加工として研磨加工が不要、もしくは必要であっても加工時間が極めて短いため研磨加工の負担が軽微な、比較的小型の不透明シリカガラス成形体及びその製造方法に関するものである。

近年、光産業を始めとして、低熱膨張・高耐熱性であるシリカガラス成形体を各種の装置、機器の部品として使用したいというニーズが高まっている。その一例としてプロジェクタ用光源ランプのリフレクタ基材が挙げられる。しかしながら、透明なシリカガラスによるリフレクタ基材では、ランプの光は、リフレクタ（リフレクタ基材に反射膜を蒸着して得る）によって全反射されることはなく、数％の漏洩光がある。この漏洩光は、人間の肉眼に対して有害であること、またプロジェクタ内部の電子部品に悪影響を及ぼすことが指摘されている。これを解消しうるリフレクタ基材の材料として、透明シリカガラス中に５０μｍ程度の直径の気泡を分散することにより遮光性を付与した不透明シリカガラスが挙げられるが、従来の不透明シリカガラスによる場合では気泡に起因する表面荒れが大きいため、リフレクタ表面での乱反射が顕著となり、反射効率の良いリフレクタは得られない。

上述したプロジェクタ用ランプのリフレクタ基材に限らず、各種装置、機器の部品として表面が滑らかな不透明シリカガラス成形体は広く求められており、加えてその形状も小型化、複雑化、精密化してきている。従って、このような不透明シリカガラス成形体、及びそれを生産性良くかつ安価に製造できる技術が待望されている。

従来、小型、複雑、精密な形状の透明シリカガラス成形体や不透明シリカガラス成形体の製造方法として、透明シリカガラス、不透明シリカガラスのインゴットに対して、切り出し、研削、研磨といった非常に煩雑な機械加工がなされている。またそれにより多大な材料ロスも生じている。これは、シリカガラスの軟化する温度が非常に高いため、例えばホウ珪酸ガラスで行われているような熱間塑性変形を利用したプレス成形が、シリカガラスに対しては装置の耐熱性の問題から実施不可能であるからである。したがって、シリカガラス成形体は、極めて生産性の低い、高コストな製造技術に頼らざるを得ず、シリカガラス成形体を幅広く装置、機器の部品として利用していく上での重大な障害となっている。

このような課題を解決する手段として、透明シリカガラス成形体に関しては、シリカガラス粉末を水に分散してスラリー化し、それを所望の製品形状を有する石膏型あるいは樹脂型といった気孔型に鋳込み、鋳込成形体を取り出し、乾燥後、結晶質シリカであるクリストバライトの融点（１７１３℃）以下で焼結して、透明なシリカガラス成形体を得る手法が提案されている（特許文献１参照）。しかし、本手法により、製品形状に近いシリカガラス成形体が得られるが、鋳込成形において気孔型を用いるため、その表面寸法精度は低く、表面の粗いものしか得られず、非常に長時間の研磨加工が必要である。

一方、表面が滑らかな不透明シリカガラス成形体として、表面に透明シリカガラス層を有した不透明シリカガラス成形体及びその製造方法が提案されている。

所望の製品形状の空間をもつ容器に、透明表面層としたい箇所に水晶粉末を、不透明部には水晶粉末と窒化珪素の混合粉末を充填し、それを真空下でクリストバライトの融点（１７１３℃）以上の温度にて加熱溶融し、冷却して得る手法がある（特許文献２参照）。しかしながら、本手法では各々の粉末を精度良く充填することが困難であり、形状によっては特定の箇所にしか透明層を形成できないため、使い勝手が良く汎用性の高い、全表面に透明層を有する不透明シリカガラス成形体は得られない。また高温で原料粉末を溶融するため、原料粉末と容器との反応は避けられず、透明層の表面が荒れたり、顕著な場合には容器と付着してシリカガラス成形体が容器から取り出せないことがある。

他の手法としては、７０μｍ未満のシリカガラス粉末粒子をスラリー化し、それを、所望の形状を有する気孔型に流し込む、いわゆる鋳込み成形法にて粉末成形体を得、それを１３５０〜１４５０℃の温度範囲で焼結し、得られた不透明シリカガラス成形体の表面を、例えば酸水素炎のバーナーを用いて溶融して透明表面層を得る手法がある（特許文献３参照）。本手法では、所望の表面を透明化でき、全表面を透明化することが可能であるが、バーナーで溶融するために、シリカガラス成形体自体が軟化変形してしまい、所望の形状や寸法精度を得ることは困難である。また鋳込み成形法では気孔型を用いるため、粉末成形体の表面は荒れていることから、得られる不透明シリカガラス成形体の表面も荒れてしまい、それはバーナーで溶融しても解消されないという課題もある。

特開平１１−１８９４２７号公報（特許請求の範囲）

特開平１１−１１６２６５号公報（特許請求の範囲）特表平９−５０６３２４号公報（特許請求の範囲）

以上説明したように、従来の透明シリカガラスの表面層を有する不透明シリカガラス成形体では、全表面を透明シリカガラスで覆うことができなかったり、表面粗さの大きいものや寸法精度の低いものしか得られていなかった。従って、シリカガラス成形体を得た後も、最終製品とするためには、かなりの研削量を要する研削加工、さらには研磨といった煩雑な機械加工を施す必要があった。それ故、対象となる製品は、加工しろを多めにとれる、半導体製造用装置に用いられるような大きなサイズの部材、例えば、シリコンウエハー熱処理工程に用いられる熱処理炉の断熱部材（例えば、直径３００ｍｍ以上、厚み２０ｍｍ以上）に限定されていた。

従って、例えば、全体積が２００ｃｍ^３以下である小型の製品については、軽微な後加工で済む、全表面を透明シリカガラスで覆われた不透明シリカガラス成形体は得られておらず、またそれを解決しうる新規な製造方法も提案されていない。

本発明は、比較的小型の、全表面を透明シリカガラスで覆われた不透明シリカガラス成形体で、表面平滑性、遮光性に優れ、また用途によって研磨加工が必要であっても研磨加工時間を大幅に短縮できる、不透明シリカガラス成形体及びその製造方法を提供することにある。

本発明者等は、上記問題点に関して鋭意検討を行った結果、特定の範囲の粒度を有する球状粒子であり、その粒度分布において０．２μｍ以下の粒子の含有率がある特定の範囲内に入るシリカガラス粉末を原料として用いた射出成形と、真空焼結法を組み合わせることにより、表面平滑性が高く、遮光性に優れ、変形、空洞のような欠陥のない、全表面を透明シリカガラスで覆われた不透明シリカガラス成形体が得られることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。

以下、本発明の不透明シリカガラス成形体を詳細に説明する。

本発明の不透明シリカガラス成形体はその全表面において透明シリカガラスからなる表面層を有している。

本発明の不透明シリカガラス成形体においては、表面層以外の不透明部は、シリカガラスと気孔とからなっており、不透明部の見掛密度は２．００〜２．２０ｇ／ｃｍ^３、特に好ましくは２．０５〜２．１８ｇ／ｃｍ^３である。見掛密度が２．２０ｇ／ｃｍ^３を超えると、シリカガラスは不透明から透明に変化し、遮光性のあるシリカガラス成形体は得られない。一方、２．００ｇ／ｃｍ^３未満では機械的な強度が低下するため、実用性のあるシリカガラス成形体は得られない。本発明でいう見掛密度は、本発明のシリカガラス成形体から切断機を用いて不透明部を切り出し、それを一般的なアルキメデス法によって測定することができる。

本発明のシリカガラス成形体の不透明部は、シリカガラス粉末成形体の粉末粒子充填構造における間隙である気孔によって達成される。この不透明部における気孔は、その９０％以上が最大径２０μｍ未満である。なお、気孔の最大径は、不透明部の任意の断面を走査型電子顕微鏡にて１０００倍の倍率で撮影した１００μｍ×１００μｍの視野の写真において、各気孔における最長寸法をもって定義する。最大径の分布は上記サイズの異なる１０視野を選択し、その合計をもって求めることができる。気孔のサイズが上記範囲を逸脱すると、気孔が破壊源となって機械的強度に乏しいシリカガラス成形体しか得られない。

本発明のシリカガラス成形体の全表面を覆う透明シリカガラス層の厚みは、シリカガラス成形体において最も薄い肉厚の箇所で規定され、その厚みは、不透明部の厚みに対して１／１０００〜４００／１０００、好ましくは４／１０００〜２５０／１０００である。厚みが１／１０００未満の場合、必要に応じてシリカガラス成形体に対して研磨加工を施す場合には、研磨後、不透明部が露出するため、気孔に起因する表面荒れが生じてしまい好ましくない。一方、４００／１０００を超える場合、遮光性のシリカガラス成形体が得られない。

なお、本発明において「遮光性のあるシリカガラス成形体」とは、本発明の不透明シリカガラス成形体において肉厚が１ｍｍ以上の箇所における光の直線透過率が３００〜９００ｎｍの波長域で４０％以下である場合を示す。

透明シリカガラス層と不透明部との境界は透明シリカガラス層の厚みに依るものの肉眼で判別可能ではあるが、透明シリカガラス層及び不透明部の厚みは、正確にはシリカガラス成形体の任意の断面を走査型電子顕微鏡で観察して求める。透明シリカガラス層と不透明部とでは気孔量が明確に異なる様を確認できるので、シリカガラス成形体表面から透明シリカガラス層と不透明部との界面までの距離を走査型電子顕微鏡の画面上で測定することによって透明シリカガラス層の厚みを求めることができる。一方、不透明部の厚みは、それを挟む両端の透明／不透明界面の距離を測定することによって求めることができる。

透明シリカガラス層の任意の断面を、走査型電子顕微鏡にて１０００倍の倍率で撮影した１００μｍ×１００μｍの視野において観測したとき、１μｍ以上の最大径をもつ気孔の数は５個以下である。

本発明のシリカガラス成形体は、少なくとも１つの面の表面粗さＲａが０．０５〜０．５μｍであり、特に０．０５〜０．３μｍであることが好ましい。表面粗さが０．５μｍを超えると、シリカガラス成形体に研磨加工を施す場合、研磨加工に時間がかかり、当該研磨工程で欠陥、割れ、歪み、応力等が発生し、得られる研磨加工製品が短寿命となる。一方、研磨加工なしに表面粗さＲａが０．０５μｍ未満のものを得ることは困難である。成形体製品の表面粗さは、一般的な触針式の表面粗さ計で測定することができる。本発明のシリカガラス成形体は、少なくとも１つの面の表面粗さＲａが０．０５〜０．５μｍに入っていれば良く、全ての面がこの表面粗さであることを限定するものではない。シリカガラス成形体は、その使用目的に応じて平滑性を必要とする部分が異なり、平滑性が必要とされない部分は従来から研磨加工しないで用いられているからである。

次に本発明のシリカガラス成形体の製造方法について説明する。

本発明のシリカガラス成形体は、例えば、シリカガラス粉末を、バインダーと混練し、当該混練物を射出成形した後、脱脂、焼結する方法を用いることができる。本発明は、この場合に用いるシリカガラス粉末の物性と成形方法、脱脂、焼結方法に特徴を有するものである。

本発明で用いるシリカガラス粉末は、最大径および最小径が０．０１〜２０μｍの範囲にある球状粒子からなる粉末であり、好ましい範囲としては０．０５〜５μｍである。最大径が２０μｍを超えるものを用いると、焼結時に非晶質でなく結晶質であるクリストバライトに転移し易くなる。また、最大径が２０μｍを超える大きな粒子を含む原料では、射出成形に使用する射出成形機や金型の表面を摩耗し、金属の削りカスが異物となって射出成形体に混入し易い。その様な異物は、単なる不純物としてだけでなく、脱脂体の焼成において結晶化の起点となるため好ましくない。一方、最小径が０．０１μｍ未満の原料粉末を用いると、焼結活性が高すぎるため、ひずみ、内部応力の高いガラスとなり、研磨加工において割れが生じやすくなる。さらにその様な微粒子ではバインダーとの混練が困難であり、実質的に射出成形できる混練物は得られない。

また本発明で用いるシリカガラス粉末の粒子の形状は球状である。一般的なシリカガラスの原料には例えばガラスインゴットを破砕して得られる粉末等があるが、その様な原料粉末は角張った粒子からなっている。このような形状の粉末を用いると、射出成形時に射出成形機内の加熱シリンダー、スクリューといった直接混練物が接触する金属製部品の表面を削ってしまい、それらが異物として射出成形体に取り込まれてしまう。その様な異物も焼結時に結晶化の起点となるため好ましくない。

本発明における球状粒子としては、具体的には角張った形状でなければ良く、必ずしも完全な真球状であることを制限するものではない。例えば、丸みを帯びた饅頭型、へちま型等の変形したものが含まれていても構わない。

このようなシリカガラスの球状粒子の調製方法としては、結晶質である石英粉末を酸水素火炎中に噴霧する、或いは金属シリコン粉末を酸素気流中で燃焼させる方法が例示できる。

また、本発明で用いるシリカガラス粉末は、０．２μｍ以下の粒子が全体の５〜７０重量％、好ましくは１０〜５０重量％である。０．２μｍ以下の粒子が５重量％未満の場合には、焼結時に緻密化が進行しにくい上に、結晶質であるクリストバライトに転移しやすく、非晶質のシリカガラス成形体が得られない。一方、７０重量％を超える場合には、焼結活性が高すぎるため、歪み、内部応力の高いガラスとなり易く、研磨加工において割れが生じやすくなる。さらにその様な粉末ではバインダーとの混練が困難であり、実質的に射出成形できる混練物は得られない。

本発明のシリカガラス粉末の純度は特に限定しないが、高純度であることが好ましい。特に焼結中の結晶化を回避するために、結晶化の起点となるアルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄の含有率が５０ｐｐｍ以下であることが望ましい。

このようなシリカガラス粉末を原料に用いることにより、本発明の範囲の透明表面層が得られる理由は以下のように考えられる。本発明の範囲に入るシリカガラス粉末を用いた射出成形体では、０．２μｍを境に、大径側の粒子群が形成する粉末成形体の隙間に、小径側の粒子群が充填された緻密充填構造が形成されるため、焼結して得られるシリカガラス成形体表面には凹凸がなく平滑な面が得られる。さらにこのような射出成形体における粒子の充填構造は、内部に比べ、表面側ほど緻密な構造であるため、内部は気孔が多い状態である不透明シリカガラスであるにも関わらず、表面は気孔のない透明シリカガラスに焼結することが可能となる。またこのような粉末成形体では、焼結する際に内部応力、歪みが発生しにくく、また焼結工程で緻密化が進行しやすく、結晶化が起こりにくい。

本発明では、上述のシリカガラス粉末を用い、射出成形によって所望の形状、寸法精度のシリカガラス成形体を得る。

射出成形する際、シリカガラス粉末とバインダーとを混練して射出成形用の混練物を得るが、当該混練物の調製方法に特に制限はない。混練物の調製方法としては、例えばシリカガラス粉末の含有量が６０〜９０重量％となるように調製する。シリカガラス粉末の比率が６０重量％未満の場合、射出成形体を脱脂する際に脱脂体の強度が低くなり、脱脂体のハンドリングの際に壊れやすい場合がある。一方、シリカガラス粉末が９０重量％を超えると、混練すること自体できず、射出成形可能な混練物を得ることができない場合が多い。

用いるバインダーは特に限定なく、慣用のものを用いることができる。例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート等のアクリル系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体等のオレフィン系樹脂、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、蜜ロウ等のワックス類など広範囲の熱可塑性樹脂を使用することができる。また、シリカガラス粉末の有機バインダー中での分散性を上げると伴に、混練物の流動性を向上させるためにステアリン酸などの脂肪酸、ステアリルアルコール等の高級アルコール類等を添加して用いても良い。

シリカガラス粉末とバインダーの混練法も特に限定はなく、例えば汎用の加熱ニーダーを用いることができる。

混練して得られた混練物はフレーク状あるいはペレット状の粒状とした後、射出成形機にて成形する。用いる射出成形機は特に限定されず、通常のプラスチック等の射出成形に用いられるもの、例えばインラインスクリュー方式の射出成形機を用いることができる。

射出成形機において、混練物と直接接触する箇所の材質は、射出成形体への金属異物混入を抑制するために、窒化鋼など耐摩耗仕様であることが望ましい。さらに射出成形に用いる金型表面は仕上げ磨きをし、表面平滑性を高めたものを用いることが特に好ましい。

次に射出成形で得られた射出成形体は脱脂、例えば、加熱や薬剤によって含有するバインダーを分解、揮発除去する。脱脂は、例えば、汎用の加熱脱脂炉を用いることができる。

加熱による脱脂の条件は用いるバインダーの種類によっても異なるが、４００〜１０００℃、好ましくは４００〜６００℃で１〜１０時間保持すると良い。脱脂中における射出成形体の割れを回避するために、昇温速度は２〜５０℃／ｈとすることが好ましい。加熱中の雰囲気は大気、もしくは窒素等の不活性雰囲気とすればよい。また脱脂効率を高めるために、加熱中の炉内雰囲気は換気しながら脱脂することが好ましい。

脱脂体に鉄やアルカリ金属等の異物の混入がある場合、そのまま焼結するとそれらの異物が起点となって結晶化が進行しやすい。このような異物がある場合には、脱脂体を塩素気流中にて加熱してそれらの異物を除去純化処理することが好ましい。除去純化処理の加熱処理条件は温度５００〜１０００℃で０．５〜５時間保持すればよい。

次に脱脂体を焼結し、本発明の目的とする不透明シリカガラス成形体を得るが、本発明では焼結を真空雰囲気下で１１００〜１４００℃にて焼結する。大気中で焼成すると、脱脂体の緻密化よりも結晶化の方が進行しやすい。

本発明の真空焼結の圧力は減圧状態であれば特に限定されないが、特に０．１ｔｏｒｒ以下であることが好ましい。減圧状態とすることにより、不透明シリカガラス成形体の表面の残留気孔を効率的に除去でき、表面のみを選択的に透明化することが可能となり、同時に結晶化を抑制することが可能となる。

本発明の焼結温度及び保持時間は、シリカガラス成形体内部の不透明部及び表面透明層形成のために極めて重要であり、１１００〜１４００℃、好ましくは
１２００〜１３００℃の範囲である。１１００℃未満では、シリカガラス粒子は十分に焼結せず表面透明層は形成されない。一方、１４００℃を超えると内部まで透明化が進行しまう。また同時に表面から結晶化が始まり、本発明の平滑な表面をもつシリカガラス成形体は得られない。

焼結の保持時間は５分〜５時間であることが好ましい。保持時間が５分未満の場合、緻密化が十分でなく、表面透明層は得られない場合があり、５時間を超える場合には、内部まで透明化が進行してしまったり、さらには表面から結晶化してしまい、本発明の平滑な表面をもつシリカガラス成形体は得られない場合が多い。

また本発明では、温度１１００〜１４００℃で真空焼結する前に、温度８００〜１０００℃の酸化雰囲気中で予備焼結することが好ましい。予備焼結することにより、真空焼結でのハンドリングが容易になるだけでなく、脱脂体の中に微量に残存するバインダーが除去され、最終的な成形体製品の結晶化の抑制がさらに完全なものとなる。この場合の雰囲気圧力は特に限定されないが、常圧から若干の加圧で行うことが好ましい。

上述したような本発明の範囲の焼結条件にて、脱脂した射出成形体を焼結することにより、表面透明層の厚みを不透明部の厚みに対して１／１０００〜４００／１０００とすることができ、かつ、内部には見掛密度が２．００〜２．２０ｇ／ｃｍ^３で、気孔の９０％以上が最大径２０μｍ未満である不透明部を得ることができる。

上述のようにして得られた不透明性シリカガラス成形体は、プロジェクタ用光源ランプ部品、光ファイバー用コネクタ部品、光ファイバー保持部品や光学分析用セル等に好適に用いることができる。

本発明の不透明シリカガラス成形体及びその製造方法は以下の効果を有する。
１）不透明シリカガラス成形体：全表面において表面粗さの小さい透明シリカガラス層が形成されているので、気孔による高い遮光性を示すにも関わらず、気孔に起因する凹凸がない表面を有する。また用途によって研磨加工を実施する場合でも、表面粗さが小さいため、研磨加工時間が短く、高歩留まりで、長寿命の研磨製品が得られる。また全体積が２００ｃｍ^３以下であり、光産業を始めとする各種装置、機器の部品への応用が可能となる。特に、プロジェクタ用光源ランプのリフレクタ基材として有用である。
２）製造方法：内部及び表面を各々、気孔を含む不透明シリカガラス、気孔の少ない透明シリカガラスとすることができ、焼結条件を選択することにより、表面透明シリカガラス層の厚み、内部の不透明シリカガラスの密度を制御することが可能である。また射出成形を用いるため、極めて生産性の高い製造技術となる。

以下、本発明を、実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

実施例１
最大径が８μｍ、最小径が０．０５μｍであり、０．２μｍ以下の粒子の含有率が３０重量％の粒度分布からなる球状シリカガラス粉末（アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄の含有率はＩＣＰ分析でいずれも５０ｐｐｍ以下）に市販のアクリル樹脂系バインダーを加え、シリカガラス粉末重量の比率が７７重量％となるように混合し、加熱ニーダーを用いて１４０℃で１時間混練した。シリカガラス粉末の粒径は、レーザー回折散乱法マイクロトラックＨＲＡＭｏｄｅｌＮｏ．９３２０−Ｘ１００（日機装社製）で測定した。得られた塊状の混練物をシート化し、粉砕してフレーク状とした。この混練物を射出成形機で縦４０ｍｍ×横７０ｍｍ×厚み５ｍｍのプレート状に射出成形した。このようにして得られた成形体を大気中にて５００℃まで１０℃／ｈで昇温し、５００℃に２時間保持して脱脂した。ついで得られた脱脂体を、真空雰囲気にて１３００℃まで２００℃／ｈで昇温し、１３００℃に２時間保持して、反り等の変形がなく表面光沢がある、プレート状の全表面に透明層を有する不透明シリカガラス成形体（縦３２ｍｍ×横５６ｍｍ×厚み４ｍｍ、体積７．２ｃｍ^３）を得た。

このようにして得られたシリカガラス成形体から、不透明部を切り出した。不透明部の見掛密度はアルキメデス法による測定で２．１８ｇ／ｃｍ^３であった。また不透明部における気孔を前述の手法により観察したところ、気孔の９５％が最大径２０μｍ未満であった。また表面透明層の厚みを前述の手法により測定したところ、不透明部に対して２６／１０００（０．１０ｍｍ）であった。さらに表面透明層に含まれる最大径１μｍ以上の気孔数を前述の手法により調べたところ、１００μｍ×１００μｍの視野において２個であった。また、不透明部及びシリカガラス成形体表面をＸ線回折で評価した結果、結晶質を含まないガラス状態であった。さらにシリカガラス成形体の表面粗さを触針式の表面粗さ計（東京精密社製、型式：ハンディサーフＥ−３５Ａ）で測定したところ、Ｒａ値は、０．１μｍであった。

実施例２
射出成形体の形状を外直径６０ｍｍ、厚み５ｍｍの半球ドーム状とした以外は、実施例１と同様の操作を行い、くぼみ等の変形がなく、表面光沢のある、全表面に透明層を有する半球状の不透明シリカガラス成形体（外直径４５ｍｍ×厚み４ｍｍ、体積１０．６ｃｍ^３）を得た。

不透明部の見掛密度はアルキメデス法による測定で２．１８ｇ／ｃｍ^３であった。また不透明部における気孔を前述の手法により観察したところ、気孔の９８％が最大径２０μｍ未満であった。また表面透明層の厚みを前述の手法により測定したところ、不透明部に対して５５／１０００（０．２０ｍｍ）であった。さらに表面透明層に含まれる最大径１μｍ以上の気孔数を前述の手法により調べたところ、１００μｍ×１００μｍの視野において４個であった。また、不透明部及びシリカガラス成形体表面をＸ線回折で評価した結果、結晶質を含まないガラス状態であった。さらにシリカガラス成形体の表面粗さを触針式の表面粗さ計（東京精密社製、型式：ハンディサーフＥ−３５Ａ）で測定したところ、Ｒａ値は、０．２μｍであった。

実施例３
射出成形体の形状を、外直径６０ｍｍ×高さ４０ｍｍ×厚み５ｍｍの底付きの円筒状とした以外は、実施例１と同様の操作を行い、くぼみ等の変形がなく、表面光沢のある、全表面に透明層を有する底付き円筒状の不透明シリカガラス成形体（外直径４８ｍｍ×高さ３２ｍｍ×厚み４ｍｍ、体積２２．７ｃｍ^３）を得た。

不透明部の見掛密度はアルキメデス法による測定で２．１８ｇ／ｃｍ^３であった。また不透明部における気孔を前述の手法により観察したところ、気孔の９８％がその最大径２０μｍ未満であった。また表面透明層の厚みを前述の手法により測定したところ、不透明部に対して６０／１０００（０．２７ｍｍ）であった。さらに表面透明層に含まれる最大径１μｍ以上の気孔数を前述の手法により調べたところ、１００μｍ×１００μｍの視野において３個であった。また、不透明部及びシリカガラス成形体表面の表面をＸ線回折で評価した結果、結晶質を含まないガラス状態であった。さらにシリカガラス成形体の表面粗さを触針式の表面粗さ計（東京精密社製、型式：ハンディサーフＥ−３５Ａ）で測定したところ、Ｒａ値は、０．２μｍであった。

実施例４
脱脂体を真空雰囲気にて１２００℃まで２００℃／ｈで昇温し、１２００℃に２時間保持する以外は実施例１と同様の操作を行い、反り等の変形がなく表面光沢がある、プレート状の全表面に透明層を有する不透明シリカガラス成形体（縦３２ｍｍ×横５６ｍｍ×厚み４ｍｍ、体積７．２ｃｍ^３）を得た。

不透明部の見掛密度はアルキメデス法による測定で２．１０ｇ／ｃｍ^３であった。また不透明部における気孔を前述の手法により観察したところ、気孔の９３％が最大径２０μｍであった。また表面透明層の厚みを前述の手法により測定したところ、不透明部に対して１３／１０００（０．０５ｍｍ）であった。さらに表面透明層に含まれる最大径１μｍ以上の気孔数を前述の手法により調べたところ、１００μｍ×１００μｍの視野において４個であった。また、不透明部及びシリカガラス成形体表面をＸ線回折で評価した結果、結晶質を含まないガラス状態であった。さらにシリカガラス成形体の表面粗さを触針式の表面粗さ計（東京精密社製、型式：ハンディサーフＥ−３５Ａ）で測定したところ、Ｒａ値は、０．２μｍであった。

比較例１
最大径が１０μｍ、最小径が０．０５μｍであり、０．２μｍ以下の粒子の含有率が１重量％の粒度分布からなる球状シリカガラス粉末（アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄の含有率はＩＣＰ分析でいずれも５０ｐｐｍ以下）を用いて、
実施例１と同様の操作により混練物を作製し、同サイズのプレート状に射出成形した。このようにして得られた成形体を大気中にて５００℃まで１０℃／ｈで昇温し、５００℃に２時間保持して脱脂した。ついで得られた脱脂体を、真空雰囲気にて１４００℃まで２００℃／ｈで昇温し、１４００℃に２時間保持して焼結した。得られたプレート状の焼結体は、反りが発生し、表面光沢がなく、白色化していた。

このようにして得られた焼結体において、断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、表面付近では気孔量が少ない傾向が見られたが、内部から表面まで気孔量はほぼ均一であった。内部の見掛密度は１．９５ｇ／ｃｍ^３であった。また内部及び焼結体表面をＸ線回折で評価した結果、内部は結晶質を含まないガラス状態であったが、焼結体表面ではクリストバライトに起因する回折ピークが確認された。また焼結体表面の表面粗さＲａ値は、５．０μｍであった。

比較例２
焼結温度を１５００℃とした以外は、実施例１と同様の操作を行った。得られたプレート状の焼結体は、反りが発生し、表面光沢がなく、白色化していた。

このようにして得られた焼結体において断面を目視観察したところ、内部に不透明部はなく透明化しており、見掛密度は２．２１ｇ／ｃｍ^３であった。白色化した表面層は容易に剥離した。透明化した内部及び焼結体表面をＸ線回折で評価した結果、内部は結晶質を含まないガラス状態であったが、焼結体表面ではクリストバライトに起因する回折ピークが確認された。また焼結体表面の表面粗さＲａ値は、５．５μｍであった。

比較例３
焼結温度を１０００℃とした以外は、実施例１と同様の操作を行った。得られたプレート状の焼結体には、反りはなかったが、表面光沢がなく、白色化していた。

このようにして得られた焼結体において断面を目視観察したところ、表面、内部とも白色化しており、また走査型電子顕微鏡で観察したところ、表面付近では気孔量が少ない傾向が見られたが、内部から表面まで気孔量はほぼ均一であった。また内部の見掛密度は１．９０ｇ／ｃｍ^３であった。内部及び焼結体表面をＸ線回折で評価した結果、いずれもＸ線回折で結晶質を含まないガラス状態であった。また焼結体表面の表面粗さＲａは８．５μｍであった。

Claims

全表面を実質的に透明なシリカガラス層で覆われた不透明シリカガラス成形体であって、不透明部はシリカガラスと気孔からなっており、その見掛密度は２．００〜２．２０ｇ／ｃｍ^３、気孔の９０％以上が最大径２０μｍ未満であり、上記成形体において最も肉厚の薄い箇所における透明層の厚みが該不透明部の厚みに対して１／１０００〜４００／１０００の範囲であり、少なくとも１つの面の表面粗さＲａが０．０５〜０．５μｍである不透明シリカガラス成形体。
最大径と最小径が０．０１〜２０μｍの範囲にある球状粒子からなり、かつ０．２μｍ以下の粒子が全体の５〜７０重量％であるシリカガラス粉末を、バインダーと混練し、当該混練物を射出成形した後、脱脂し、次いで温度１１００〜１４００℃で真空焼結することを特徴とする請求項１に記載の不透明シリカガラス成形体の製造方法。