JP5417200B2 - 石英発光管及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、石英発光管及びその製造方法に関する。

従来、石英発光管の製造方法としては、移動可能なチャックに固定した石英管の一端を封止し、バーナーで加熱したあと、チャックを移動させて石英管に肉溜まり部を設け、加熱部分を金型で覆って開放端側から空気を送り、肉溜まり部をふくらませて中央部分がふくらんだ形状の中空部を形成するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、石英発光管の製造方法としては、石英管の一端を封止しガスバーナーで石英管を加熱したのち、加熱部分を金型で覆い、開放端側からＨｅを含むガスを石英管内に送り込むことにより、ふくらんだ形状の中空部を形成すると共に、失透を加速する水分やＯＨ基などを取り除くものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平３−１４７２３０号公報 特開平１０−８３７６１号公報

しかしながら、この特許文献１，２に記載された石英発光管の製造方法では、石英管を加熱・溶融させた部分をふくらませて中空部を形成させるため、中空部以外の部分も変形してしまったり、中空部の肉厚が一様になりにくい、内容積が安定しない、寸法がばらつく、といったことから光学特性、ランプ特性にばらつきを生じ、ランプ特性に悪影響を与えたり、また、形状を自由に成形することができないなどの問題があった。

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、形状自由度があり、より高い寸法精度を有する石英発光管及びその製造方法を提供することを主目的とする。

本発明は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。

即ち、本発明の石英発光管は、
石英粉体を成形した石英粉体成形体が焼成され中空部が形成されている形状部と、
焼成により形成され、２以上の前記形状部が接合されている１以上の接合部と、
を有するものである。

この石英発光管では、石英粉体成形体を焼成して形成された２以上の形状部が、焼成により形成された１以上の接合部により接合している。このように、形状部が石英粉体を成形・焼成して形成されると共に、焼成によりこれらの形状部を接合するため、例えば石英管を加熱して変形させて石英発光管を形成するものに比して、形状に変更を加えずに石英発光管を得ることが可能である。したがって、より高い寸法精度を有するものとすることができる。

本発明の石英発光管において、前記接合部と異なる幅を有する部分である異幅部を有し、前記接合部と前記異幅部との間の中空部に直線部分を含んでいるものとしてもよい。例えば、石英管を加熱して変形させて石英発光管を形成するものでは、内部に直線部分を形成することが困難であるが、本発明においては、石英粉体成形体を成形するため、このような直線部分を有する形状部をより容易に形成することができる。このとき、前記異幅部は、前記接合部の幅よりも小さいものとしてもよい。こうすれば、接合部の幅の大きな石英発光管を得ることができる。また、非対称な形状も得ることができる。

本発明の石英発光管の製造方法は、
石英粉体を用い中空部が形成されている２以上の石英粉体成形体を成形する成形工程と、
前記成形された２以上の石英粉体成形体を接合した状態で焼成し、石英粉体成形体に対応する形状部と該形状部同士を接合している接合部とを形成する焼成工程と、
を含むものである。

この石英発光管の製造方法では、石英粉体を用い２以上の石英粉体成形体を成形し、成形された２以上の石英粉体成形体を接合した状態で焼成し、石英粉体成形体に対応する形状部とこの形状部同士を接合している接合部とを形成する。このように、形状部が石英粉体を成形して形成され、これを焼成して形状部とすると共に、焼成によりこれらの形状部を接合するため、例えば石英管を加熱して変形させて石英発光管を形成するものに比して、形状に変更を加えずに石英発光管を得ることが可能である。したがって、寸法精度をより高めることができる。

この石英発光管の製造方法において、前記成形工程では、他の石英粉体成形体と接合する接合部と異なる幅を有する部分である異幅部を有し、前記接合部と前記異幅部との間の中空部に直線部分を含んでいる石英粉体成形体を成形するものとしてもよい。例えば、石英管を加熱して変形させて石英発光管を形成するものでは、中空部に直線部分を形成することが困難であるが、本発明においては、石英粉体成形体を成形するため、このような直線部分を有する形状部をより容易に形成することができる。また、外部形状も球状、楕円形状、直線形状等比較的容易に形成可能であるし、非対称な形状も得ることができる。

本発明の一実施形態である石英発光管２０の構成の概略を示す構成図。 石英発光管２０及び形状部２１の斜視図。 軸方向に水平な面で接合部２６により接合された石英発光管２０及び形状部２１の斜視図。 軸方向に垂直及び水平な面で接合部２６により接合された石英発光管２０及び形状部２１の斜視図。 軸方向に垂直及び水平な２面で接合部２６により接合された石英発光管２０及び形状部２１の斜視図。 別の形状の石英発光管３０の構成の概略を示す構成図。 別の形状の石英発光管４０の構成の概略を示す構成図。 別の形状の石英発光管２０Ｂの構成の概略を示す構成図。 別の形状の石英発光管２０Ｃの構成の概略を示す構成図。 別の形状の石英発光管５０Ｂ〜５０Ｇの構成の概略を示す構成図。 接合材料を用いて接合された石英発光管５０の構成の概略を表す構成図。 接合材料を用いたときに形成される接合部５６の説明図。 接合材料を用いたときに形成される接合部５６の説明図。 種々の石英発光管６０Ａ〜６０Ｅの説明図。 実施例４の石英発光管の透過Ｘ線写真。

次に、本発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態である石英発光管２０の構成の概略を示す構成図であり、図２は、石英発光管２０及び形状部２１の斜視図である。発光管においては、図１に示すように、中空部を備え、中央部に膨らみを持った形状が典型的である。

この石英発光管２０は、石英種として、例えば、不純物を含有しない石英により形成されている。このような石英は、透明度及び耐熱温度が高く好ましい。この本実施形態の石英発光管２０は、種々の形状で形成されていてもよい。例えば、本実施形態の石英発光管２０は、図１に示すように、石英粉体を成形した石英粉体成形体が焼成されて形成されている形状部２１と、焼成により形成され２つの形状部２１，２１が向かい合わせで接合されている接合部２６と、を有している。石英発光管２０では、形状部２１は、カップ形状に形成された本体部２２と、この本体部２２よりも小さな外径で本体部２２のカップの底側に連通して形成された筒状体である管状部２４と、本体部２２と管状部２４とを接続する曲面で形成されたネック部２５（異幅部）と、を有している。この石英発光管２０では、断面視した際に、接合部２６と、この接合部２６の幅より小さいネック部２５との間は、曲線により構成されている。接合部２６は、形状部２１，２１が接合した跡として残ったラインとして形成されている。この石英発光管２０は、図２に示すように、本体部２２の内側に中空部２８が形成されており、全体の１／２の形状の形状部２１により形成され、その軸方向に垂直な１面で接合された形状を有している。この石英発光管２０は、石英粉体と有機化合物とを含む成形スラリーを成形型内で化学反応により固化させたあとに離型するゲルキャスト法により成形し、この成形したものを焼成することにより形成することができる。

また、石英発光管２０としては、図３に示すように、全体の１／２の形状の形状部２１により形成され、その軸方向に水平な面で接合部２６により接合されたものとしてもよい。また、石英発光管２０は、図４に示すように、全体の１／４の形状の形状部２１により形成され、その軸方向に垂直な方向に接合部２６により接合されると共に、水平な１面で他の接合部２６により接合されたものとしてもよい。また、石英発光管２０は、図５に示すように、全体の１／８の形状の形状部２１により形成され、その軸方向に垂直な方向に接合部２６により接合されると共に、水平な２面で他の接合部２６により接合されたものとしてもよい。

図６は、別の形状の石英発光管３０の構成の概略を示す構成図であり、図７は、別の形状の石英発光管４０の構成の概略を示す構成図である。図６に示すように、石英発光管３０の形状部３１は、漏斗形状に形成された本体部３２と、この本体部３２よりも小さな外径で本体部３２の漏斗の底側に連通して形成された筒状体である管状部３４と、本体部３２と管状部３４とを接続する曲面で形成されたネック部３５と、を有している。この石英発光管３０では、断面視した際に、接合部３６と、この接合部３６の幅より小さいネック部３５との間は、直線部分３３を含んで構成されている。接合部３６は、形状部３１，３１が接合した跡として残ったラインとして形成されている。この石英発光管３０は、図６に示すように、本体部３２の内側に中空部３８が形成されており、全体の１／２の形状の形状部３１により形成され、その軸方向に垂直な１面でこの形状部３１が接合された形状を有している。このように本体部３２に直線部分３３を含むように形成された石英発光管３０では、例えば本体部３２を発光管の発光部として用いた際に、内部の点光源からの光の集光を効率的に行うことができ、トータルの光量を増加することが可能である。なお、石英発光管３０では、ネック部３５は接合部３６の幅よりも小さいものとしたが、ネック部は、接合部の幅よりも大きなものとしてもよい。

また、図７に示すように、石英発光管４０の形状部４１は、コップ形状に形成された本体部４２と、この本体部４２よりも小さな外径で本体部４２のコップの底側に連通して形成された筒状体である管状部４４と、本体部４２と管状部４４とを接続する曲面で形成されたネック部４５と、を有している。この石英発光管４０では、断面視した際に、接合部４６と、この接合部４６の幅より小さいネック部４５との間は、直線部分４３を含んで構成されている。接合部４６は、形状部４１，４１が接合した跡として残ったラインとして形成されている。この石英発光管４０は、図７に示すように、本体部４２の内側に中空部４８が形成されており、全体の１／２の形状の形状部４１により形成され、その軸方向に垂直な１面でこの形状部４１が接合された形状を有している。このように本体部４２に直線部分を含むように形成された石英発光管４０では、例えば本体部４２を発光管の発光部として用いた際に、内部の点光源からの光の集光を効率的に行うことができ、トータルの光量を増加することが可能である。

図８は、別の形状の石英発光管２０Ｂの構成の概略を示す構成図であり、図９は、別の形状の石英発光管２０Ｃの構成の概略を示す構成図である。図８に示すように、石英発光管２０Ｂは、曲線で外形が形成されている形状部２１の内側に接合部２６とネック部２５との間に亘って直線部分２３Ｂが形成されている。このように外形が曲線により形成されている形状部２１の内側に直線部分２３Ｂが形成されているものとしてもよい。また、図９に示すように、石英発光管２０Ｃは、曲線で外形が形成されている形状部２１の内側に接合部２６とネック部２５との間にかけて矩形状の中空部２８が形成されるように直角に交わる面により直線部分２３Ｃが形成されている。このように外形が曲線により形成されている形状部２１の内側に直線部分２３Ｂが形成されているものとしてもよい。

また、図１０に示すように、接合される部材の本体部の外部形状及び内部形状（中空部）のうち少なくとも一方が非対称の形状であるものとしてもよい。図１０は、別の形状の石英発光管５０Ｂ〜５０Ｇの構成の概略を示す構成図である。図１０では、軸方向に直交する面を２つの部材の接合面（接合部）として説明するが、これに限らず、軸方向に平行な面を接合面としてもよい。例えば、図１０（ａ）に示す石英発光管５０Ｂのように、接合された本体部の中央からずれた位置に接合面があり、接合面を対称軸とした場合に外部形状及び内部形状が非対称であり且つ接合された本体部の中央を対称軸とした場合に外部形状及び内部形状が対称であるものとしてもよい。また、図１０（ｂ）に示す石英発光管５０Ｃのように、接合された本体部の中央からずれた位置に接合面があり、接合面及び接合された本体部の中央を対称軸とした場合にいずれも外部形状及び内部形状が非対称であり内部形状及び外部形状ともに直線部分を有するものとしてもよい。また、図１０（ｃ）に示す石英発光管５０Ｄのように、接合された本体部の中央からずれた位置に接合面があり、接合面及び接合された本体部の中央を対称軸とした場合にいずれも外部形状及び内部形状が非対称であり内部形状に直線部分を有し外部形状が曲線であるものとしてもよい。また、図１０（ｄ）に示す石英発光管５０Ｅのように、接合された本体部の中央からずれた位置に接合面があり、接合面を対称軸とした場合に外部形状及び内部形状が非対称であり且つ接合された本体部の中央を対称軸とした場合に外部形状が非対称であり内部形状が対称であるものとしてもよい。また、図１０（ｅ）に示す石英発光管５０Ｆのように、接合された本体部の中央に接合面があり、接合面及び本体部の中央を対称軸とした場合に外部形状が対称であり内部形状が非対称であり一方の内部形状に直線部分を有するものとしてもよい。また、図１０（ｆ）に示す石英発光管５０Ｇのように、接合された本体部の中央に接合面があり、接合面及び本体部の中央を対称軸とした場合に外部形状が非対称であり内部形状が対称であり一方の外部形状に直線部分を有するものとしてもよい。

図１１は、接合材料を用いて接合された石英発光管５０の構成の概略を表す構成図であり、図１２，１３は、接合材料を用いたときに形成される接合部５６の説明図である。図１１に示すように、石英発光管５０の形状部５１は、カップ形状に形成された本体部５２と、この本体部５２よりも小さな外径で本体部５２のカップの底側に連通して形成された筒状体である管状部５４と、本体部５２と管状部５４とを接続する曲面で形成されたネック部５５と、を有している。接合部５６は、形状部５１，５１が接合した接合部材の部分として形成されている。この接合部５６は、例えば石英成分が含まれていてもよいし、石英成分が含まれていないものとしてもよい。この石英発光管５０は、図１１に示すように、本体部５２の内側に中空部５８が形成されており、全体の１／２の形状の形状部５１により形成され、その軸方向に垂直な１面でこの形状部５１が接合された形状を有している。

また、図１２に、この接合部材により形成された接合部５６の各種断面形状をいつくか例示する。図１２（ａ）には、本体部５２の肉厚よりも薄い最大の肉厚を有し、本体部５２よりも外側には突出しない形状の接合部５６を示す。この態様においては、接合部５６の表面は、表面張力の作用により、内側に凹状となる表面形状を有している。図１２（ｂ）には、本体部５２の肉厚と同程度の最大肉厚を有し、接合部５６は本体部５２の外側に突出しているか又は突出していない（本体部５２と略同一面である場合を含む。）形状の接合部５６を示す。この態様においては、接合部５６の表面は、表面張力の作用により、中央近傍のみが外側に凸状となる表面形状を有している。図１２（ｃ）には、本体部５２の肉厚と同程度の最大の肉厚を有するが、本体部５２よりも外側には突出しない形状の接合部５６を示す。この態様においては、接合部５６の表面は、表面張力の作用により、そのほぼ全体が外側に凸状となる表面形状を有している。さらに、図１２（ｄ）には、本体部５２の肉厚よりも大きい最大の肉厚を有し、本体部５２よりも外側に突出した形状の接合部５６を示す。この態様においては、接合部５６の表面は、表面張力の作用により、そのほぼ全体が外側に凸状となる表面形状を有している。なお、すでに説明した３つの態様では接合部５６の接合面で規定される空間に収まるものであったのに対し、この態様では、接合部５６の一部は、本体部５２の接合面で規定される空間を越えて本体部５２の外表面にまで及んだ形状を有している。図１２（ｅ）には、接合部５６と隣接する端部が厚肉化されている本体部５２を接合した接合部５６を示す。この本体部５２は、接合部５６と隣接する本体部５２の端部が厚肉化された拡張部５２ａが形成されると共に、接合部５６と接合する本体部５２の接合面に突出した凸部５２ｂが形成されている。この接合部５６は、図１２（ｄ）と同様に、本体部５２の肉厚よりも大きい最大の肉厚を有し、本体部５２よりも外側に突出した形状のものを示している。なお、拡張部５２ａや凸部５２ｂが形成された本体部５２において、接合部５６の形状はこの限りではなく、上記図１２（ａ）〜（ｃ）に示したものと同様の接合部５６を設けることが好ましい。また、図１３に示すように、本体部５２同士を押圧しこれらが接触した状態で、接合部材が押し出されて形成されていてもよい。このとき、この本体部５２の厚さよりも接合部５６がはみ出しているものとしてもよいし（図１３（ａ））、本体部５２の厚さよりも接合部５６が引っ込んでいるものとしてもよいし（図１３（ｂ））、本体部５２の厚さと同じ接合部５６が形成されているものとしてもよい（図１３（ｃ））。

また、このほかに、図１４に示すような石英発光管としてもよい。図１４は、種々の石英発光管６０Ａ〜６０Ｅの説明図である。例えば、本体部を有さず中空部材ではない円柱状の形状部６１Ａを備えた石英発光管６０Ａ（図１４（ａ））や、円柱状の本体部６２Ｂと本体部６１Ｂよりも外形の小さな円柱状の本体部６２Ｂとを備えた石英発光管６０Ｂ（図１４（ｂ））、カップ状の本体部６２Ｃと円柱状の本体部６２Ｃとを備えた石英発光管６０Ｃ（図１４（ｃ））、Ｕ字管である本体部６２Ｄとこの本体部６２Ｄに連通した円筒状の本体部６２Ｄとを備えた石英発光管６０Ｄ（図１４（ｄ））、楕円状の開口部を有し先細りとなる形状を有する本体部６２Ｅと、この本体部６２Ｅと略同じ幅を有する略角柱状の本体部６２Ｅとを備えた石英発光管６０Ｅ（図１４（ｅ），（ｆ））などとしてもよい。あるいは、石英発光管以外にも、例えば、異なる大きさ及び形状の中空部を備えて全体として管状構造を有する反応管や流路部品など他の用途に本発明を適用してもよい。なお、上述した石英発光管の態様（例えば図１〜図１４の構成）を適宜選択して組み合わせてもよいことは勿論である。

次に、石英発光管の製造方法について説明する。この製造方法は、石英粉体を成形した２以上の石英粉体成形体を形成する成形工程と、成形された２以上の石英粉体成形体を接合する接合工程と、石英粉末成形体を接合した状態で焼成し石英粉体成形体に対応する形状部とこの形状部同士を接合している接合部とを形成する焼成工程と、を含むものとしてもよい。以下各工程について説明する。

（成形工程）
この工程では、石英粉体を調製し、これを成形して石英粉体成形体を作製する。石英粉体としては、例えば、不純物を含有しない石英を用いることができる。石英粉体は、例えば、ポットミルやアトライタ、乳鉢などにより粉砕し、所定の粒度としたものを用いることができるし、未粉砕のものを用いてもよい。石英粉体は、平均粒径を１５μｍ以下とするのが好ましく、１０μｍ以下とするのがより好ましく、８μｍ以下とするのが更に好ましく３μｍ以下が最も好ましい。平均粒径が１５μｍ以下であれば、成形体に成形した際に気泡が混入するのをより抑制することができ、平均粒径が１０μｍ以下であれば、気泡の混入を一層抑制することができる。また、石英粉体の平均粒径は、０．１μｍ以上であることが、粒子作製の容易さの面からは好ましい。ここで、原料粒子の平均粒径（μｍ）は、レーザ光回折法を用いて測定されたメディアン径（Ｄ５０）をいうものとする。この石英粉体を成形する方法は、従来各種の方法が公知であり、こうした方法を用いて容易に取得することができる。高い寸法精度を得るためには、例えば、本発明方法に用いる石英粉体成形体の製法としては、成形型に石英粉体と有機化合物とを含む成形スラリーを鋳込み、有機化合物相互の化学反応、例えば分散媒とゲル化剤若しくはゲル化剤相互の化学反応により固化させた後、離型するゲルキャスト法により準備することができる。このような成形スラリーは、原料粉末のほか、分散媒、ゲル化剤を含み、粘性や固化反応調整のため分散剤、触媒を含んでいてもよい。以下、これらの各種成分について説明する。なお、成形する形状は、例えば、図１〜１２に示したように、用途などに応じて適宜任意の形状で成形してもよい。

分散媒としては、反応性の分散媒を用いることが好ましい。例えば、反応性官能基を有する有機分散媒を用いることが好ましい。反応性官能基を有する有機分散媒は、後述するゲル化剤と化学結合し、すなわち、スラリーを固化可能な液状物質であること、及び注型が容易な高流動性のスラリーを形成できる液状いずれかの物質であること、の２つの条件を満たすことが好ましい。ゲル化剤と化学結合し、スラリーを固化するためには、反応性官能基、すなわち、水酸基、カルボキシル基、アミノ基のようなゲル化剤と化学結合を形成し得る官能基を分子内に有していることが好ましい。有機分散媒は、反応性官能基を１又は２以上を備えることができ、２以上の反応性官能基を備える場合には、より十分な固化状態を得ることができる。２以上の反応性官能基を備える有機分散媒としては、多価アルコール（エチレングリコールのようなジオール類、グリセリンのようなトリオール類等）、多塩基酸（ジカルボン酸等）が考えられる。なお、分子内の反応性官能基は必ずしも同種の官能基である必要はなく、異なる官能基を備えていてもよい。また、反応性官能基は、ポリエチレングリコールのように多数個あってもよい。一方、注型が容易な高流動性スラリーを形成するには、可能な限り粘性の低い有機分散媒を用いることが好ましく、特に２０℃における粘度が２０ｃｐｓ以下の物質を使用することが好ましい。有機分散媒としては、多塩基酸エステル（例えば、グルタル酸ジメチル等）、多価アルコールの酸エステル（例えば、トリアセチン等）などの２以上のエステル基を有するエステル類を使用することが好ましい。また、多価アルコールや多塩基酸もスラリーを大きく増粘させない程度の量であれば、強度補強のために使用することは有効である。また、エステル類は比較的安定ではあるもの、反応性の高いゲル化剤とであれば十分反応可能であり、粘度が低いため上記した２条件を満たすことができる。特に、全体の炭素数が２０以下のエステルは低粘性であるため、反応性分散媒として好適に用いることができる。反応性官能基を有する有機分散媒としては、具体的には、エステル系ノニオン、アルコールエチレンオキサイド、アミン縮合物、ノニオン系特殊アミド化合物、変性ポリエステル系化合物、カルボキシル基含有ポリマー、マレイン系ポリアニオン、ポリカルボン酸エステル、多鎖型高分子非イオン系、リン酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、マレイン酸系化合物を例示できる。他には、国際公開パンフレットＷＯ２００２−０８５５９０Ａ１の２２頁１０行目〜２５行目に記載されたものが挙げられる。また、このほか分散媒としては、非反応性分散媒も用いることができる。非反応性分散媒としては、キシレンなどの炭化水素、エーテル、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、テルピネオール、２−エチルヘキサノール、イソプロパノール、アセトン等を例示することができる。

ゲル化剤は、分散媒に含まれる反応性官能基と反応して固化反応を引き起こすものであり、例えばＷＯ２００２−０８５５９０Ａ１の２１頁−２２頁９行目に記載されているが、以下を例示するものも用いることができる。ゲル化剤は、２０℃における粘度が３０００ｃｐｓ以下であることが好ましい。具体的には、２以上のエステル基を有する有機分散媒と、イソシアナート基、及び／又はイソチオシアナート基を有するゲル化剤とを化学結合させることによりスラリーを固化することが好ましい。より具体的には、この反応性のゲル化剤は、分散媒と化学結合し、スラリーを固化可能な物質である。従って、前記ゲル化剤は、分子内に、分散媒と化学反応し得る反応性官能基を有するものであればよく、例えば、モノマー、オリゴマー、架橋剤の添加により三次元的に架橋するプレポリマー（例えば、ポリビニルアルコール、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等）等のいずれであってもよい。但し、前記反応性ゲル化剤は、スラリーの流動性を確保する観点から、粘性が低いもの、具体的には２０℃における粘度が３０００ｃｐｓ以下の物質を使用することが好ましい。一般に平均分子量が大きなプレポリマー及びポリマーは、粘性が高いため、本発明では、これらより分子量が小さいもの、具体的には平均分子量（ＧＰＣ法による）が２０００以下のモノマー又はオリゴマーを使用することが好ましい。尚、ここでの「粘度」とは、ゲル化剤自体の粘度（ゲル化剤が１００％の時の粘度）を意味し、市販のゲル化剤希釈溶液（例えば、ゲル化剤の水溶液等）の粘度を意味するものではない。

ゲル化剤の反応性官能基は、反応性分散媒との反応性を考慮して適宜選択することが好ましい。例えば反応性分散媒として比較的反応性が低いエステル類を用いる場合は、反応性が高いイソシアナート基（−Ｎ＝Ｃ＝Ｏ）、及び／又はイソチオシアナート基（−Ｎ＝Ｃ＝Ｓ）を有するゲル化剤を選択することが好ましい。イソシアナート類はジオール類やジアミン類と反応させることが一般的であるが、ジオール類は既述の如く高粘性のものが多く、ジアミン類は反応性が高すぎて注型前にスラリーが固化してしまう場合がある。このような観点からも、エステルからなる反応性分散媒と、イソシアナート基、及び／又はイソチオシアナート基を有するゲル化剤との反応によりスラリーを固化することが好ましく、より充分な固化状態を得るためには、２以上のエステル基を有する反応性分散媒と、イソシアナート基、及び／又はイソチオシアナート基を有するゲル化剤との反応によりスラリーを固化することが好ましい。また、ジオール類、ジアミン類も、スラリーを大きく増粘させない程度の量であれば、強度補強のために使用することは有効である。イソシアナート基、及び／又はイソチオシアナート基を有するゲル化剤としては、例えば、ＭＤＩ（４，４’−ジフェニルメタンジイソシアナート）系イソシアナート（樹脂）、ＨＤＩ（ヘキサメチレンジイソシアナート）系イソシアネート（樹脂）、ＴＤＩ（トリレンジイソシアナート）系イソシアナート（樹脂）、ＩＰＤＩ（イソホロンジイソシアナート）系イソシアナート（樹脂）、イソチオシアナート（樹脂）等を挙げることができる。

また、反応性分散媒との相溶性等の化学的特性を考慮して、前述した基本化学構造中に他の官能基を導入することが好ましい。例えば、エステルからなる反応性分散媒と反応させる場合には、エステルとの相溶性を高めて、混合時の均質性を向上させる点から、親水性の官能基を導入することが好ましい。尚、ゲル化剤分子内に、イソシアナート基又はイソチオシアナート基以外の反応性官能基を含有させてもよく、イソシアナート基とイソチオシアナート基が混在してもよい。さらには、ポリイソシアナートのように、反応性官能基が多数存在してもよい。

石英粉体成形体を製造するための成形スラリーは、例えば、以下のようにして調製することができる。まず、分散媒に原料粉末を分散させてスラリーとした後、ゲル化剤を添加するか、あるいは分散媒に原料粉末とゲル化剤とを同時に添加して分散してスラリーとすることができる。スラリーを分散させるには、各種の手法を用いることができるが、不純物排除の観点から、自公転攪拌器を用いることが好ましい。注型時等における作業性を考慮すると、２０℃におけるスラリーの粘度は、３００００ｃｐｓ以下であることが好ましく、より好ましくは２００００ｃｐｓ以下である。スラリーの粘度は、既述した反応性分散媒やゲル化剤の粘度のほか、粉末の種類、分散剤の量、スラリー濃度（スラリー全体の体積に対する粉末体積％）によっても調整することができる。ただし、スラリー濃度は、通常、２５〜７５体積％のものが好ましく、乾燥収縮によるクラックを少なくすることを考慮すると、３５〜７５体積％のものがさらに好ましい。また、粉末の粒径はメディアン径で１０μｍ以下のものが好ましい。１０μｍ以下の粒径では、焼成時に気泡排出を行いやすく、焼成体に気泡が存在してしまうのを抑制することができる。また、異なるメディアン径の粉末を混合してもよい。なお、こうした石英粉体の成形スラリーを用いて成形体を製造するのにあたっては、成形する形状部は、図１〜１３などに示したように、得ようとする石英発光管を得るのが容易な分割形状とすることが好ましい。このとき、２以上の石英粉末成形体を接合する際には、相対的な位置精度を確保しつつ配置して行うことが望ましい。このように複数の石英粉体成形体を接合させるには、相対的な位置精度を確保可能な接合冶具を使用することが望ましい

（接合工程）
この工程では、２以上の石英粉末成形体を接合する処理を行う。２以上の石英粉末成形体を接合する方法としては、例えば、後述する焼成工程において、２以上の石英粉末成形体を接合部となる部分を接した状態で配置し、焼成時の石英の粘性流動によって２以上の部材を接合するものとしてもよい。この場合、２以上の石英粉末成形体を接合部となる部分を接した状態で配置するのが接合工程となる。また、２以上の石英粉体成形体を接合する接合部材としての接合スラリーを用いてもよい。この接合部材は、石英粉体を含むものとし接合部材に含まれる石英粉体により複数の石英粉末成形体を接合するものとしてもよいし、石英粉体を含まないものとし石英の粘性流動を利用して複数の石英粉末成形体を接合させるものとしてもよい。接合スラリーは、化学反応により固化しない非自己硬化性スラリーを用いてもよい。接合スラリーには、既に説明した成形体用スラリーに用いることのできる原料粉末、非反応性分散媒のほか、ポリビニルアセタール樹脂（例えば、商品名ＢＭ−２、商品名ＢＭ−Ｓ、商品名ＢＬ−Ｓ、いずれも積水化学株式会社製）、エチルセルロース（例えば、商品名エトセル）及びアクリル樹脂（例えば、商品名ハイパール、根上工業株式会社製）などの各種バインダを用いることができる。また、石英粉体成形体を製造するのに用いた成形スラリーを用いてもよい。また、適宜ＤＯＰ（フタル酸ビス（２−エチルヘキシル））などの分散剤や、混合時の粘性調節のためのアセトンやイソプロパノールなどの有機溶剤も用いることができる。

接合スラリーは、原料粉末、溶媒、バインダをトリロールミル、ポットミル等を用いる通常のセラミックスペーストやスラリーの製造方法を用いて混合することにより得ることができる。分散剤や有機溶剤は適宜混合することができる。具体的には、ブチルカルビトール、酢酸ブチルカルビトール及びテルピネオールなどを用いることができる。スラリーの粘度は、既述した分散媒や分散剤や有機溶剤の量、スラリー濃度（スラリー全体の体積に対する粉末の重量％である。以下、当該濃度については重量％で示す。）によっても調整することができる。ただし、スラリー濃度は、通常、２５〜９０重量％のものが好ましく、乾燥収縮によるクラックを少なくすることを考慮すると、３５〜９０重量％のものがさらに好ましい。

接合スラリーを用いて接合体を得るには、まず、接合しようとする２つの石英粉体成形体の互いに接合しようとする接合面の間に、接合スラリーによる接合スラリー層を形成する。接合スラリーは、２つの石英粉体含有成形体の接合しようとする面（接合面）を対向させた状態でこれらの接合面間に供給してもよいし、一方又は双方の石英粉体成形体の接合面に供給してもよい。石英粉体成形体の接合面間に接合スラリーを供給するには、ディスペンサー等など公知の手法を利用できる。石英粉体成形体の接合面に成形スラリーを供給するには、ディスペンサー、ディッピング、スプレーなどの公知の液状体供給手法のほか、スクリーン印刷、メタルマスク印刷などの印刷手法を用いることができる。供給された接合スラリーは、成形体間で押しつぶされ、接合体の接合部を形成する。スクリーン印刷によれば厚みやパターンを高精度に制御して接合スラリーを接合面に供給できるため、結果として精度の高い接合スラリー層及び接合部を得ることができる。また、メタルマスク印刷によれば、厚みを持って接合スラリーを接合面に供給しやすく、このため、成形スラリー層及び接合部の形状制御が容易になる。なお、公知の液状体供給手法やスクリーン印刷やメタルマスク印刷など印刷手法を用いる場合、付与しようとする接合スラリーの粘度や供給厚み等に応じて適宜条件を設定すればよい。

接合スラリー層を対向配置した石英粉体成形体の接合面間に形成し、成形体同士を圧接したらこの接合スラリー層を乾燥することが好ましい。乾燥処理は、接合面間距離などを調節したりして接合スラリー層を形成しつつ、同時に接合スラリー層を乾燥させるよう行ってもよいし、接合スラリー層を形成した後に実施してもよい。乾燥処理は、接合スラリーの組成や供給量等に応じて適宜設定することができる。通常、４０℃以上２００℃以下で５〜１２０分程度行うことができる。また、送風などで強制的な換気を伴う乾燥の場合は、４０℃以上２００℃以下で１〜１２０分程度行うことができる。

こうして得られた接合体は、少なくとも２つの石英粉体成形体が接合スラリー層が乾燥した接合部（乾燥後）によって接合された状態となっている。なお、以上説明した接合体の作製においては、２つの石英粉体成形体を接合する場合について説明したが、これに限定するものではなく、３以上の石英粉体成形体を同時にあるいは逐次接合スラリー層を形成して接合して接合体を得ることもできる。

（焼成工程）
次に、接合体を焼成して石英粉体成形体及び接合部を焼成させて石英発光管を得る。焼成工程の前に、所定の仮焼温度にて接合体を脱脂又は仮焼する仮焼工程を含むものとしてもよい。このとき、焼成工程では、この仮焼工程を行った接合体を仮焼温度よりも高い本焼成温度で焼成するものとしてもよい。仮焼工程では、大気中雰囲気下、水素雰囲気下及び不活性雰囲気下、真空下などで行うことができ、このうち水素雰囲気下及び真空下で行うことが好ましい。この仮焼工程において、脱脂と仮焼とは兼ねることもできるし、別々に行ってもよい。仮焼温度は、１２５０℃未満とするのが好ましく、１２００℃以下とするのがより好ましい。また、仮焼温度は、１０００℃以上とするのがより好ましい。仮焼温度が１２５０℃未満では、表面に生成する結晶を抑制して透明性をより高めることができる。なお、この仮焼工程を省略するものとしても構わない。また、焼成工程も大気雰囲気下、還元性雰囲気下及び不活性雰囲気下、真空下で行うことができ、このうち、還元性雰囲気下及び真空下で行うことがより好ましい。還元性雰囲気は典型的には水素を用い不活性ガスを含んでいてもよい。焼成工程における焼成温度は、１５００℃以上１７００℃以下の範囲とすることができる。焼成による変形を抑制するため、１０００℃以上では、昇温速度を２０℃／分以上とするのが好ましく、１２００℃以上では昇温速度を２０℃／分以上とするのがより好ましく、１２００℃以上では昇温速度を２５℃／分以上とするのが一層好ましい。１２００℃以上での昇温速度を２０℃／分以上とすると、接合体の変形をより抑制することができる。好ましい実施態様として、接合体を３００℃以上８００℃以下で脱脂し、次いで焼成する態様が挙げられる。脱脂は大気雰囲気中で行うことが好ましい。１２００℃以下の温度で脱脂すると、結晶相の析出が抑制され好ましい。この際、炉内が酸欠状態にならないように適宜大気若しくは酸素を供給してもよい。特に、ゲルキャスト成形体中の有機成分は、通常成形（粉末プレス用バインダや押出加工）法によって得られた成形体の有機成分に比較して分解しにくいため、こうした脱脂工程は有機成分の分解促進に有効である。なお、脱脂時間も特に限定されないが、３０時間以上としてもよく、６０時間以上としてもよい。このように焼成すると、石英粉末成形体の部分が焼成により上述した形状部に形成され、石英粉末成形体が接触している部分又は接合スラリー層が焼成により上述した接合部に形成される。また、寸法精度を向上させるために吊焼き焼成を用いてもよい。

以上説明した本発明の石英発光管の製造方法によれば、石英粉体より２以上の石英粉体成形体を成形し、成形された２以上の石英粉体成形体を接合した状態で焼成し、石英粉体成形体に対応する形状部とこの形状部同士を接合している接合部とを形成する。このように、形状部が石英粉体を成形・焼成して形成されると共に、焼成によりこれらの形状部を接合するため、例えば石英管を加熱して変形させて石英発光管を形成するものに比して、形状に変更を加えずに石英発光管を得ることが可能であり、寸法精度をより高めることができる。また、石英発光管３０や石英発光管４０では、石英粉体成形体を成形・焼成するため、直線部分を有する形状部をより容易に形成することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

以下には、石英発光管を具体的に製造した例を実施例として説明する。

［実施例１］
実施例１の石英発光管２０を以下のようにして作製した。原料粉末として平均粒径８μｍのシリカ粉末１００重量部、分散剤としてカルボン酸共重合体２重量部、分散媒としてマロン酸ジメチル４９重量部、エチレングリコール４重量部、ゲル化剤として４’４−ジフェニルメタンジイソシアネート４重量部、及び触媒としてトリエチルアミン０．４重量部を混合したものを用いた。このスラリーをアルミニウム合金製の型に室温で注型後、室温で１時間放置した。次いで、４０℃で３０分間放置し、固化を進めてから離型した。さらに、室温、次いで９０℃のそれぞれの温度にて２時間放置して、石英粉末成形体を得た（図２参照）。なお、原料の平均粒径は、ＨＯＲＩＢＡ製レーザ回折／散乱式粒度分布測定装置ＬＡ−７５０を用い、水を分散媒として測定したメディアン径（Ｄ５０）である。

接合スラリーは次のようにして作製した。原料粉末としてシリカ粉末１００重量部、ポリビニルアセタール樹脂１５重量部、ブチルカルビトール４０重量部を混合して接合スラリーとした。スクリーン製版が成形体の接合面に平行になるようにスクリーン印刷機ステージに固定し、製版との位置合わせをした。次いで、調製した接合スラリーを、製版を用いてスクリーン印刷機にて成形体の接合面に供給した。供給した接合スラリーの厚さを測定するために、接合スラリーを乾燥させた。乾燥した接合スラリー層の厚さは、１００±２０μｍの厚さとなっており、均一な厚みに接合スラリーが供給されたことがわかった。接合スラリーを供給したあと、石英粉末成形体を接合させ、１００℃のオーブンで１０分間乾燥させて、接合体を得た。次に、作製した接合体を大気中１１００℃で仮焼したあと、真空雰囲気中で１０００℃から１６００までの昇温速度を３０℃／分とし、最高温度１６００℃で焼成し、緻密化及び透明化させ、実施例１の石英発光管２０を得た。

［実施例２］
実施例２の石英発光管２０を以下のようにして作製した。原料粉末としてシリカ粉末１００重量部、分散剤としてカルボン酸共重合体４重量部、分散媒としてグルタル酸ジメチルとトリアセチレンの混合物４９重量部、エチレングリコール０．４２４重量部、ゲル化剤として４’４−ジフェニルメタンジイソシアネート７．６重量部、及び触媒として６−ジメチルアミノ−１−ヘキサノールを０．２４重量部を混合したものを用いた。このスラリーをアルミニウム合金製の型に室温で注型後、室温で１時間放置したあと、離型した。さらに、９５℃の温度にて３時間放置して、石英粉末成形体を得た（図２参照）。接合スラリーは次のようにして作製した。原料粉末としてシリカ粉末１００重量部、メタクリル酸エステルポリマー１５重量部、テルピネオール５０重量部を混合して接合スラリーとした。実施例１と同様の工程により接合スラリーを石英粉末成形体に形成し、２つの石英粉末成形体を接合させ、１００℃のオーブンで１０分間乾燥させて、接合体を得た。次に、作製した接合体を大気中１１００℃で仮焼したあと、水素雰囲気中で１０００℃から１６５０までの昇温速度を５０℃／分とし、最高温度１６５０℃で焼成し、緻密化及び透明化させ、実施例２の石英発光管２０を得た。

［実施例３］
上述した接合スラリーにシリカ粉末を添加せず、スクリーン製版の代わりにディスペンサを用いて作製した以外は、実施例２と同様の工程を経て、実施例３の石英発光管を作製した。

［実施例４］
上述した接合スラリーを用いずに、２つの石英粉末成形体を載せ合わせた状態で、大気中１１００℃で仮焼したあと、水素雰囲気中で１６００℃で焼成した以外は、実施例１と同様の工程を経て、実施例４の石英発光管を作製した。

［実施例５］
原料粉末の平均粒径を１０μｍとした以外は、実施例１と同様の工程を経て、実施例５の石英発光管を作製した。

［比較例１］
原料粉末の平均粒径を１１μｍとした以外は、実施例１と同様の工程を経て、比較例１の石英発光管を作製した。

［比較例２］
仮焼温度を１２００℃とした以外は、実施例１と同様の工程を経て、比較例２の石英発光管を作製した。

［比較例３］
昇温速度を２０℃／分とした以外は、実施例１と同様の工程を経て、比較例３の石英発光管を作製した。

形状部の外形を球状とし、中空部の形状を直線部分を含む三角錐とし実施例４の作製方法により作製した中空接合石英発光管の透過Ｘ線を島津製作所製ＳＭＸ−３０ＣＴ特を用いて撮影し、画像読み取りは、富士フィルム製ＦＣＲ ＡＣ−７にて行った。その写真を図１５に示す。図１５に示すように、中空部に直線を含んだ形状に比較的容易に形成することができた。作製した実施例１〜４では、接合部の近傍の形状が石英粉末成形体のときと略変わらず、実施例２、３で作製した石英管の寸法を測定したところ、寸法のばらつきは１．３％であり、高い寸法精度を得ることができた。なお、実施例１〜５では原料粒径の大きい比較例１に比して気泡の発生がみられず、より好ましい状態であった。また、実施例１〜４では比較例２に比して表面に結晶が生成せず透明性がより高く、より好ましい状態であった。また、実施例１〜４では、比較例３に比して外観上の変形がみられず、より好ましい状態であった。

本発明は、石英の接合体の製造分野に利用可能である。

１０，２０，２０Ｂ，２０Ｃ，３０，４０，５０，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ，５０Ｅ，５０Ｆ，５０Ｇ，６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄ，６０Ｅ 石英発光管、１１，２１，３１，４１，５１，６１Ａ 形状部、２２，３２，４２，５２，６２Ｂ，６２Ｃ，６２Ｄ，６２Ｅ 本体部、２４，３４，４４，５４ 管状部、２５，３５，４５，５５ ネック部、２６，３６，４６，５６ 接合部、２８，３８，４８，５８ 中空部、２３Ｂ，２３Ｃ，３３，４３ 直線部分、５２ａ 拡張部、５２ｂ 凸部。

Claims (9)

1. 石英粉体を成形した石英粉体成形体が焼成され中空部が形成されている形状部と、
   焼成により形成され、２以上の前記形状部が接合されている１以上の接合部と、
   を有する石英発光管。
2. 前記接合部と異なる幅を有する部分である異幅部を有し、前記接合部と前記異幅部との間の中空部に直線部分を含んでいる、請求項１に記載の石英発光管。
3. 石英発光管の製造方法であって、
   石英粉体を用い中空部が形成されている２以上の石英粉体成形体を成形する成形工程と、
   前記成形された２以上の石英粉体成形体を接合した状態で焼成し、石英粉体成形体に対応する形状部と該形状部同士を接合している接合部とを形成する焼成工程と、
   を含む石英発光管の製造方法。
4. 前記成形工程では、他の石英粉体成形体と接合する接合部と異なる幅を有する部分である異幅部を有し、前記接合部と前記異幅部との間の中空部に直線部分を含んでいる石英粉体成形体を成形する、請求項３に記載の石英発光管の製造方法。
5. 前記成形工程では、前記石英粉体と有機化合物とを含む成形スラリーを成形型内で化学反応により固化させたあとに離型するゲルキャスト法により前記石英粉体成形体を成形する、請求項３又は４に記載の石英発光管の製造方法。
6. 前記成形工程では、平均粒径が１０μｍ以下の石英粉体を用いる、請求項３〜５のいずれか１項に記載の石英発光管の製造方法。
7. 前記焼成工程の前に、前記成形した石英粉体成形体を所定の仮焼温度で焼成する仮焼工程、を含み、
   前記焼成工程では、前記仮焼工程を行ったのちの石英粉体成形体を前記仮焼温度よりも高い温度である本焼成温度で焼成し、
   前記仮焼温度を１２００℃以下とする、請求項３〜６のいずれか１項に記載の石英発光管の製造方法。
8. 前記焼成工程の前に、前記成形した石英粉体成形体を所定の仮焼温度で焼成する仮焼工程、を含み、
   前記焼成工程では、前記仮焼工程を行ったのちの石英粉体成形体を前記仮焼温度よりも高い温度である本焼成温度で焼成し、
   前記本焼成温度を１６００℃以上とし、１２００℃以上での昇温速度を２５℃／分以上とする、請求項３〜７のいずれか１項に記載の石英発光管の製造方法。
9. 前記焼成工程では、焼成雰囲気を水素及び真空状態のうちいずれか１つとする、請求項３〜８のいずれか１項に記載の石英発光管の製造方法。