JP7097115B2 - ガラス焼結体の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、貫通孔を有するガラス焼結体の製造方法に関し、特に光ファイバプリフォームとしてのガラス焼結体の製造方法に関する。
光ファイバは、屈折率の高いコアと、その周りを取り囲む、屈折率の低いクラッド層とから構成される。光ファイバのコア及びクラッド層はいずれも石英ガラス（シリカガラス）、フッ化物ガラス等の非金属無機物質を主な材料とする。従来一般的な通信用光ファイバは、信号伝送路となるコアが１個のシングルモードファイバであったところ、光通信システムにおける伝送容量の増大に伴い、１個の光ファイバ内に複数のコアを有するマルチコアファイバが開発されている。
光ファイバは、光ファイバプリフォーム（光ファイバ母材）を紡糸（線引き）することにより製造される。プリフォームの一般的な製造方法として孔開法がある。孔開法は、石英棒にドリルを用いて孔を開け、そこにコアロッドを挿入した後、紡糸する方法である。孔開法は、大形のプリフォームに高い寸法精度の孔を開けることが難しく、特にマルチコアファイバの場合は手間がかかる。
これに対して、スラリーキャスト（スラリーキャスティング）法と呼ばれる方法がある（特許文献１）。スラリーキャスト法では、石英ガラス粉体、溶媒、分散剤、硬化性樹脂を含むガラス原料溶液に硬化剤を混合してスラリーとし、このスラリーを、コア用の金属ロッドが配置された成形型に注入して硬化させる。硬化後、脱型し、金属ロッドを離脱させる。金属ロッドの離脱により形成された孔にコアロッドを挿入し、乾燥、脱脂、焼結することにより成形体に含まれる溶媒及び硬化性樹脂を更に除去してプリフォームを製造する。この方法では、成形型に配置する金属ロッドの形状、サイズ、位置を適切に設定することで、高い寸法精度のコアをクラッド層内に有する光ファイバプリフォームを得ることができる。
スラリーキャスト法では、成形型から取り出された成形体が、ガラス焼結体であるプリフォームに至る過程で収縮し、寸法が変化する。成形体が大形の場合、寸法変化量の絶対値が大きくなるため、成形体に割れや変形が起きやすく、寸法精度を維持することが難しい。
なお、ここでは光通信用光ファイバのプリフォームについて説明したが、ファイバレーザ用やその他の光ファイバプリフォームをスラリーキャスト法により製造する場合も同様の問題がある。
なお、ここでは光通信用光ファイバのプリフォームについて説明したが、ファイバレーザ用やその他の光ファイバプリフォームをスラリーキャスト法により製造する場合も同様の問題がある。
本発明が解決しようとする課題は、スラリーキャスト法によりガラス焼結体を製造する工程において得られる成形体やガラス焼結体に割れが発生しにくいようにすることである。
上記課題を解決するためになされた本発明の第１の態様は、
石英ガラス粉体、分散剤、硬化性樹脂及び溶媒を含むスラリーを、円柱状の孔形成用ロッドが配置された円筒状の収容部を有する成形型の前記収容部に充填し、前記硬化性樹脂を硬化させる工程と、
前記成形型内のスラリーが固化した後、前記スラリーの固化体から前記成形型及び前記孔形成用ロッドを脱離させて、両端面を貫通する貫通孔を有する円柱状の成形体を得る工程と、
前記成形体を乾燥させる工程と、
乾燥させた前記成形体を脱脂する工程と、
脱脂した前記成形体を焼結する工程と
を有する、貫通孔を有するガラス焼結体を製造する方法であって、
貫通孔を有するガラス焼結体の中心軸と垂直な横断面上において、前記ガラス焼結体の外周に内接し、且つ前記貫通孔に外接する仮想円のうち直径が最大となる最大仮想円が、１４ｍｍ以上、５８ｍｍ以下の直径を有するように、前記成形型の内径、前記孔形成用ロッドの直径が設定され、前記孔形成用ロッドが配置されているものである。
石英ガラス粉体、分散剤、硬化性樹脂及び溶媒を含むスラリーを、円柱状の孔形成用ロッドが配置された円筒状の収容部を有する成形型の前記収容部に充填し、前記硬化性樹脂を硬化させる工程と、
前記成形型内のスラリーが固化した後、前記スラリーの固化体から前記成形型及び前記孔形成用ロッドを脱離させて、両端面を貫通する貫通孔を有する円柱状の成形体を得る工程と、
前記成形体を乾燥させる工程と、
乾燥させた前記成形体を脱脂する工程と、
脱脂した前記成形体を焼結する工程と
を有する、貫通孔を有するガラス焼結体を製造する方法であって、
貫通孔を有するガラス焼結体の中心軸と垂直な横断面上において、前記ガラス焼結体の外周に内接し、且つ前記貫通孔に外接する仮想円のうち直径が最大となる最大仮想円が、１４ｍｍ以上、５８ｍｍ以下の直径を有するように、前記成形型の内径、前記孔形成用ロッドの直径が設定され、前記孔形成用ロッドが配置されているものである。
また、上記課題を解決するためになされた本発明の第２の態様は、
石英ガラス粉体、分散剤、硬化性樹脂及び溶媒を含むスラリーを、円柱状の孔形成用ロッドが配置された円筒状の収容部を有する成形型の前記収容部に充填し、前記硬化性樹脂を硬化させる工程と、
前記成形型内のスラリーが固化した後、前記スラリーの固化体から前記成形型及び前記孔形成用ロッドを脱離させて、両端面を貫通する貫通孔を有する円柱状の成形体を得る工程と、
前記成形体を乾燥させる工程と、
乾燥させた前記成形体を脱脂する工程と、
脱脂した前記成形体を焼結する工程と
を有する、貫通孔を有するガラス焼結体を製造する方法であって、
前記ガラス焼結体が複数の貫通孔を有しており、
前記ガラス焼結体の中心軸と垂直な横断面上の前記複数の貫通孔に囲まれた領域において、前記貫通孔の外周に外接する仮想円を第２仮想円と規定したとき、前記第２仮想円の直径が、１４ｍｍ以上、５８ｍｍ以下となるように、前記成形型の内径、前記孔形成用ロッドの直径が設定され、前記孔形成用ロッドが配置されているものである。
石英ガラス粉体、分散剤、硬化性樹脂及び溶媒を含むスラリーを、円柱状の孔形成用ロッドが配置された円筒状の収容部を有する成形型の前記収容部に充填し、前記硬化性樹脂を硬化させる工程と、
前記成形型内のスラリーが固化した後、前記スラリーの固化体から前記成形型及び前記孔形成用ロッドを脱離させて、両端面を貫通する貫通孔を有する円柱状の成形体を得る工程と、
前記成形体を乾燥させる工程と、
乾燥させた前記成形体を脱脂する工程と、
脱脂した前記成形体を焼結する工程と
を有する、貫通孔を有するガラス焼結体を製造する方法であって、
前記ガラス焼結体が複数の貫通孔を有しており、
前記ガラス焼結体の中心軸と垂直な横断面上の前記複数の貫通孔に囲まれた領域において、前記貫通孔の外周に外接する仮想円を第２仮想円と規定したとき、前記第２仮想円の直径が、１４ｍｍ以上、５８ｍｍ以下となるように、前記成形型の内径、前記孔形成用ロッドの直径が設定され、前記孔形成用ロッドが配置されているものである。
さらにまた、上記課題を解決するためになされた本発明の第３の態様は、
石英ガラス粉体、分散剤、硬化性樹脂及び溶媒を含むスラリーを、円柱状の孔形成用ロッドが配置された円筒状の収容部を有する成形型の前記収容部に充填し、前記硬化性樹脂を硬化させる工程と、
前記成形型内のスラリーが固化した後、前記スラリーの固化体から前記成形型及び前記孔形成用ロッドを脱離させて、両端面を貫通する貫通孔を有する円柱状の成形体を得る工程と、
前記成形体を乾燥させる工程と、
乾燥させた前記成形体を脱脂する工程と、
脱脂した前記成形体を焼結する工程と
を有する、貫通孔を有するガラス焼結体を製造する方法であって、
ガラス焼結体が１個の貫通孔を有するとき、前記ガラス焼結体の中心軸と垂直な横断面上において、前記ガラス焼結体の外周に内接し、且つ前記貫通孔に外接する仮想円のうち直径が最大となる仮想円の直径を２ａ、前記ガラス焼結体の外径を２Ｒ、前記貫通孔の数をｎ、前記貫通孔の直径を２ｒ、前記貫通孔間の最近接部の間隔を２Ｓ、前記スラリーに含まれる前記石英ガラス粉体の量を１００重量部としたときの前記硬化性樹脂の重量部をＣとしたときに、以下の式（１）で定義されるＢｔｈ値が７３．５以下になるように各工程が行われるものである。
Ｂｔｈ＝｛ａＣ２（Ｒ２－ｎｒ２）／（Ｒ＋ｎｒ）｝／１０００ ・・・（１）
（ただし、Ｒ≧１５、Ｃ≧７．５。ａ、Ｒ、ｒ、Ｓは単位をｍｍで表したときの値である。）
石英ガラス粉体、分散剤、硬化性樹脂及び溶媒を含むスラリーを、円柱状の孔形成用ロッドが配置された円筒状の収容部を有する成形型の前記収容部に充填し、前記硬化性樹脂を硬化させる工程と、
前記成形型内のスラリーが固化した後、前記スラリーの固化体から前記成形型及び前記孔形成用ロッドを脱離させて、両端面を貫通する貫通孔を有する円柱状の成形体を得る工程と、
前記成形体を乾燥させる工程と、
乾燥させた前記成形体を脱脂する工程と、
脱脂した前記成形体を焼結する工程と
を有する、貫通孔を有するガラス焼結体を製造する方法であって、
ガラス焼結体が１個の貫通孔を有するとき、前記ガラス焼結体の中心軸と垂直な横断面上において、前記ガラス焼結体の外周に内接し、且つ前記貫通孔に外接する仮想円のうち直径が最大となる仮想円の直径を２ａ、前記ガラス焼結体の外径を２Ｒ、前記貫通孔の数をｎ、前記貫通孔の直径を２ｒ、前記貫通孔間の最近接部の間隔を２Ｓ、前記スラリーに含まれる前記石英ガラス粉体の量を１００重量部としたときの前記硬化性樹脂の重量部をＣとしたときに、以下の式（１）で定義されるＢｔｈ値が７３．５以下になるように各工程が行われるものである。
Ｂｔｈ＝｛ａＣ２（Ｒ２－ｎｒ２）／（Ｒ＋ｎｒ）｝／１０００ ・・・（１）
（ただし、Ｒ≧１５、Ｃ≧７．５。ａ、Ｒ、ｒ、Ｓは単位をｍｍで表したときの値である。）
また、上記課題を解決するためになされた本発明の第４の態様は、
石英ガラス粉体、分散剤、硬化性樹脂及び溶媒を含むスラリーを、円柱状の孔形成用ロッドが配置された円筒状の収容部を有する成形型の前記収容部に充填し、前記硬化性樹脂を硬化させる工程と、
前記成形型内のスラリーが固化した後、前記スラリーの固化体から前記成形型及び前記孔形成用ロッドを脱離させて、両端面を貫通する貫通孔を有する円柱状の成形体を得る工程と、
前記成形体を乾燥させる工程と、
乾燥させた前記成形体を脱脂する工程と、
脱脂した前記成形体を焼結する工程と
を有する、貫通孔を有するガラス焼結体を製造する方法であって、
ガラス焼結体が複数の貫通孔を有するとき、前記ガラス焼結体の中心軸と垂直な横断面において、前記ガラス焼結体の外周に内接し、且つ前記貫通孔に外接する仮想円のうち直径が最大となる仮想円、及び、前記ガラス焼結体の中心軸と垂直な横断面上の前記複数の貫通孔に囲まれた領域において、前記貫通孔の外周に外接する仮想円のうち、直径が大きい仮想円の直径を２ａ、前記ガラス焼結体の外径を２Ｒ、前記貫通孔の数をｎ、前記貫通孔の直径を２ｒ、前記貫通孔間の最近接部の間隔を２Ｓ、前記スラリーに含まれる前記石英ガラス粉体の量を１００重量部としたときの前記硬化性樹脂の重量部をＣとしたときに、以下の式（１）で定義されるＢｔｈ値が７３．５以下になるように各工程が行われるものである。
Ｂｔｈ＝｛ａＣ２（Ｒ２－ｎｒ２）／（Ｒ＋ｎｒ）｝／１０００ ・・・（１）
（ただし、Ｒ≧１５、Ｃ≧７．５。ａ、Ｒ、ｒ、Ｓは単位をｍｍで表したときの値である。）
石英ガラス粉体、分散剤、硬化性樹脂及び溶媒を含むスラリーを、円柱状の孔形成用ロッドが配置された円筒状の収容部を有する成形型の前記収容部に充填し、前記硬化性樹脂を硬化させる工程と、
前記成形型内のスラリーが固化した後、前記スラリーの固化体から前記成形型及び前記孔形成用ロッドを脱離させて、両端面を貫通する貫通孔を有する円柱状の成形体を得る工程と、
前記成形体を乾燥させる工程と、
乾燥させた前記成形体を脱脂する工程と、
脱脂した前記成形体を焼結する工程と
を有する、貫通孔を有するガラス焼結体を製造する方法であって、
ガラス焼結体が複数の貫通孔を有するとき、前記ガラス焼結体の中心軸と垂直な横断面において、前記ガラス焼結体の外周に内接し、且つ前記貫通孔に外接する仮想円のうち直径が最大となる仮想円、及び、前記ガラス焼結体の中心軸と垂直な横断面上の前記複数の貫通孔に囲まれた領域において、前記貫通孔の外周に外接する仮想円のうち、直径が大きい仮想円の直径を２ａ、前記ガラス焼結体の外径を２Ｒ、前記貫通孔の数をｎ、前記貫通孔の直径を２ｒ、前記貫通孔間の最近接部の間隔を２Ｓ、前記スラリーに含まれる前記石英ガラス粉体の量を１００重量部としたときの前記硬化性樹脂の重量部をＣとしたときに、以下の式（１）で定義されるＢｔｈ値が７３．５以下になるように各工程が行われるものである。
Ｂｔｈ＝｛ａＣ２（Ｒ２－ｎｒ２）／（Ｒ＋ｎｒ）｝／１０００ ・・・（１）
（ただし、Ｒ≧１５、Ｃ≧７．５。ａ、Ｒ、ｒ、Ｓは単位をｍｍで表したときの値である。）
さらにまた、上記課題を解決するためになされた本発明の第５の態様は、
石英ガラス粉体、分散剤、硬化性樹脂及び溶媒を含むスラリーを、孔形成用ロッドが配置された筒状の収容部を有する成形型の前記収容部に充填し、前記硬化性樹脂を硬化させる工程と、
前記成形型内のスラリーが固化した後、前記スラリーの固化体から前記成形型及び前記孔形成用ロッドを脱離させて、両端面を貫通する貫通孔を有する柱状の成形体を得る工程と、
前記成形体を乾燥させる工程と、
乾燥させた前記成形体を脱脂する工程と、
脱脂した前記成形体を焼結する工程と
を有する、貫通孔を有するガラス焼結体を製造する方法であって、
貫通孔を有するガラス焼結体の中心軸と垂直な横断面上において、前記ガラス焼結体の外周に内接し、且つ前記貫通孔に外接する仮想円のうち直径が最大となる最大仮想円が、１４ｍｍ以上、５８ｍｍ以下の直径を有するように、前記成形型の形状、前記孔形成用ロッドの形状が設定され、前記孔形成用ロッドが配置されているものである。
石英ガラス粉体、分散剤、硬化性樹脂及び溶媒を含むスラリーを、孔形成用ロッドが配置された筒状の収容部を有する成形型の前記収容部に充填し、前記硬化性樹脂を硬化させる工程と、
前記成形型内のスラリーが固化した後、前記スラリーの固化体から前記成形型及び前記孔形成用ロッドを脱離させて、両端面を貫通する貫通孔を有する柱状の成形体を得る工程と、
前記成形体を乾燥させる工程と、
乾燥させた前記成形体を脱脂する工程と、
脱脂した前記成形体を焼結する工程と
を有する、貫通孔を有するガラス焼結体を製造する方法であって、
貫通孔を有するガラス焼結体の中心軸と垂直な横断面上において、前記ガラス焼結体の外周に内接し、且つ前記貫通孔に外接する仮想円のうち直径が最大となる最大仮想円が、１４ｍｍ以上、５８ｍｍ以下の直径を有するように、前記成形型の形状、前記孔形成用ロッドの形状が設定され、前記孔形成用ロッドが配置されているものである。
本発明に係るガラス焼結体の製造方法によれば、ガラス焼結体を製造する工程において、成形体やガラス焼結体に割れが発生することを抑制できる。
本発明の第１の態様は、
石英ガラス粉体、分散剤、硬化性樹脂及び溶媒を含むスラリーを、円柱状の孔形成用ロッドが配置された円筒状の収容部を有する成形型の前記収容部に充填し、前記硬化性樹脂を硬化させる工程と、
前記成形型内のスラリーが固化した後、前記スラリーの固化体から前記成形型及び前記孔形成用ロッドを脱離させて、両端面を貫通する貫通孔を有する円柱状の成形体を得る工程と、
前記成形体を乾燥させる工程と、
乾燥させた前記成形体を脱脂する工程と、
脱脂した前記成形体を焼結する工程と
を有する、貫通孔を有するガラス焼結体を製造する方法であって、
貫通孔を有するガラス焼結体の中心軸と垂直な横断面上において、前記ガラス焼結体の外周に内接し、且つ前記貫通孔に外接する仮想円のうち直径が最大となる最大仮想円が、１４ｍｍ以上、５８ｍｍ以下の直径を有するように、前記成形型の内径、前記孔形成用ロッドの直径が設定され、前記孔形成用ロッドが配置されているものである。
石英ガラス粉体、分散剤、硬化性樹脂及び溶媒を含むスラリーを、円柱状の孔形成用ロッドが配置された円筒状の収容部を有する成形型の前記収容部に充填し、前記硬化性樹脂を硬化させる工程と、
前記成形型内のスラリーが固化した後、前記スラリーの固化体から前記成形型及び前記孔形成用ロッドを脱離させて、両端面を貫通する貫通孔を有する円柱状の成形体を得る工程と、
前記成形体を乾燥させる工程と、
乾燥させた前記成形体を脱脂する工程と、
脱脂した前記成形体を焼結する工程と
を有する、貫通孔を有するガラス焼結体を製造する方法であって、
貫通孔を有するガラス焼結体の中心軸と垂直な横断面上において、前記ガラス焼結体の外周に内接し、且つ前記貫通孔に外接する仮想円のうち直径が最大となる最大仮想円が、１４ｍｍ以上、５８ｍｍ以下の直径を有するように、前記成形型の内径、前記孔形成用ロッドの直径が設定され、前記孔形成用ロッドが配置されているものである。
スラリーキャスト法においては、スラリーを成形型に入れて固化させた後、固化体から成形型及び孔形成用ロッドを脱離して成形体を得る。このようにして得られた成形体は、乾燥工程、脱脂工程、焼結工程を経ることでガラス焼結体となる。乾燥工程では、スラリーに含まれる溶媒が主に成形体から除去される。脱脂工程では、前記スラリーに含まれる硬化性樹脂が主に成形体から除去される。
乾燥工程において、成形体の表面付近の溶媒に比べると内部の溶媒は成形体の外部に排出されるまでに時間がかかる。成形体の表面と内部の乾燥状態が異なる状態が長時間続くと、乾燥工程時に成形体に割れが発生する。また、脱脂工程において、成形体の内部の硬化性樹脂は成形体から除去されにくい。成形体に含まれる硬化性樹脂が十分に除去されず、成形体の内部に残留すると、脱脂工程時に成形体に割れが生じたり、焼結工程時に焼結体に割れが生じたりする。
貫通孔を有する成形体の場合、成形体に含まれる溶媒、硬化性樹脂は、成形体の外周面と貫通孔の内周面から排出される。そこで、本発明では、溶媒及び硬化性樹脂を排出し易くする指標としての最大仮想円を規定し、この最大仮想円が所定の大きさ（直径）となるように、前記成形型の内径、前記孔形成用ロッドの直径（外径）を設定し、前記孔形成用ロッドを配置することとした。最大仮想円は、本発明の製造方法で得られる最終製品としてのガラス焼結体の横断面上に規定される。したがって、乾燥、脱脂、焼結工程で生じる成形体の収縮を考慮して、前記成形型の内径、前記孔形成用ロッドの直径（外径）が設定され、前記孔形成用ロッドが配置されることになる。このような構成により、本発明では、乾燥工程及び脱脂工程において、成形体に含まれる溶媒、硬化性樹脂、分散剤を効率よく除去することができる。
また、本発明の第２の態様は、
石英ガラス粉体、分散剤、硬化性樹脂及び溶媒を含むスラリーを、円柱状の孔形成用ロッドが配置された円筒状の収容部を有する成形型の前記収容部に充填し、前記硬化性樹脂を硬化させる工程と、
前記成形型内のスラリーが固化した後、前記スラリーの固化体から前記成形型及び前記孔形成用ロッドを脱離させて、両端面を貫通する貫通孔を有する円柱状の成形体を得る工程と、
前記成形体を乾燥させる工程と、
乾燥させた前記成形体を脱脂する工程と、
脱脂した前記成形体を焼結する工程と
前記ガラス焼結体が複数の貫通孔を有しており、
前記ガラス焼結体の中心軸と垂直な横断面上の前記複数の貫通孔に囲まれた領域において、前記貫通孔の外周に外接する仮想円を第２仮想円と規定したとき、この第２仮想円の直径が１４ｍｍ以上、５８ｍｍ以下となるように、前記成形型の内径、前記孔形成用ロッドの直径が設定され、前記孔形成用ロッドが配置されているものである。
石英ガラス粉体、分散剤、硬化性樹脂及び溶媒を含むスラリーを、円柱状の孔形成用ロッドが配置された円筒状の収容部を有する成形型の前記収容部に充填し、前記硬化性樹脂を硬化させる工程と、
前記成形型内のスラリーが固化した後、前記スラリーの固化体から前記成形型及び前記孔形成用ロッドを脱離させて、両端面を貫通する貫通孔を有する円柱状の成形体を得る工程と、
前記成形体を乾燥させる工程と、
乾燥させた前記成形体を脱脂する工程と、
脱脂した前記成形体を焼結する工程と
前記ガラス焼結体が複数の貫通孔を有しており、
前記ガラス焼結体の中心軸と垂直な横断面上の前記複数の貫通孔に囲まれた領域において、前記貫通孔の外周に外接する仮想円を第２仮想円と規定したとき、この第２仮想円の直径が１４ｍｍ以上、５８ｍｍ以下となるように、前記成形型の内径、前記孔形成用ロッドの直径が設定され、前記孔形成用ロッドが配置されているものである。
第１の態様と同様、第２の態様の製造方法においても、乾燥工程及び脱脂工程において、成形体に含まれる溶媒、硬化性樹脂、分散剤を一層、効率よく除去することができる。
第１又は第２の態様の製造方法においては、前記スラリーに含まれる前記石英ガラス粉体の量を１００重量部としたとき、前記硬化性樹脂の量が７．５重量部以上、１１．５重量部以下であることが好ましい。
スラリー中の硬化性樹脂の含有量を上記範囲に設定することで、成形体から成形型及び孔形成用ロッドを脱離することが可能な硬さにスラリーが固化される一方、脱脂工程において、成形体に含まれる硬化性樹脂の多くを除去することができる。このため、焼結工程における割れの発生を抑制することができる。
また、成形体に複数の貫通孔が形成される場合、隣り合う貫通孔の距離が近いとその箇所の強度が低下する。そのため、固化体から成形型及び孔形成用ロッドを脱離する工程、その後の乾燥工程、脱脂工程、焼結工程のいずれかで変形したり、割れが生じたりするおそれがある。
そこで、上述の製造方法においては、前記成形体が複数個の前記貫通孔を有しているときは、隣り合う２個の貫通孔の最近接部の間隔が３ｍｍ以上、５８ｍｍ以下であることが好ましい。
そこで、上述の製造方法においては、前記成形体が複数個の前記貫通孔を有しているときは、隣り合う２個の貫通孔の最近接部の間隔が３ｍｍ以上、５８ｍｍ以下であることが好ましい。
ガラス焼結体が光ファイバのプリフォームとして利用される場合は、隣り合う２個の貫通孔の最近接部の間隔の下限値である３ｍｍは、ガラス焼結体や成形体の強度が確保され、且つ、光が通過するコアを貫通孔に挿入する場合には、光ファイバのコア間のクロストークを発生させないような値に設定されたものであり、強度的に問題がなければ、上記の間隔は３ｍｍ未満にすることができる。
また、本発明の第３及び第４の態様は、
石英ガラス粉体、分散剤、硬化性樹脂及び溶媒を含むスラリーを、円柱状の孔形成用ロッドが配置された円筒状の収容部を有する成形型の前記収容部に充填し、前記硬化性樹脂を硬化させる工程と、
前記成形型内のスラリーが固化した後、前記スラリーの固化体から前記成形型及び前記孔形成用ロッドを脱離させて、両端面を貫通する貫通孔を有する円柱状の成形体を得る工程と、
前記成形体を乾燥させる工程と、
乾燥させた前記成形体を脱脂する工程と、
脱脂した前記成形体を焼結する工程と
を有する、貫通孔を有するガラス焼結体を製造する方法であって、
ガラス焼結体が１個の貫通孔を有するとき、前記ガラス焼結体の中心軸と垂直な横断面上において、前記ガラス焼結体の外周に内接し、且つ前記貫通孔に外接する仮想円のうち直径が最大となる仮想円の直径を２ａ、前記ガラス焼結体の外径を２Ｒ、前記貫通孔の数をｎ、前記貫通孔の直径を２ｒ、前記貫通孔間の最近接部の間隔を２Ｓ、前記スラリーに含まれる前記石英ガラス粉体の量を１００重量部としたときの前記硬化性樹脂の重量部をＣとしたときに、以下の式（１）で定義されるＢｔｈ値が７３．５以下になるように、
また、
ガラス焼結体が複数の貫通孔を有するとき、前記ガラス焼結体の中心軸と垂直な横断面において、前記ガラス焼結体の外周に内接し、且つ前記貫通孔に外接する仮想円のうち直径が最大となる仮想円、及び、前記ガラス焼結体の中心軸と垂直な横断面上の前記複数の貫通孔に囲まれた領域において、前記貫通孔の外周に外接する仮想円のうち、直径が大きい仮想円の直径を２ａ、前記ガラス焼結体の外径を２Ｒ、前記貫通孔の数をｎ、前記貫通孔の直径を２ｒ、前記貫通孔間の最近接部の間隔を２Ｓ、前記スラリーに含まれる前記石英ガラス粉体の量を１００重量部としたときの前記硬化性樹脂の重量部をＣとしたときに、以下の式（１）で定義されるＢｔｈ値が７３．５以下になるように、各工程が行われるものである。
Ｂｔｈ＝｛ａＣ２（Ｒ２－ｎｒ２）／（Ｒ＋ｎｒ）｝／１０００ ・・・（１）
（ただし、Ｒ≧１５、Ｃ≧７．５。ａ、Ｒ、ｒ、Ｓは単位をｍｍで表したときの値である。）
石英ガラス粉体、分散剤、硬化性樹脂及び溶媒を含むスラリーを、円柱状の孔形成用ロッドが配置された円筒状の収容部を有する成形型の前記収容部に充填し、前記硬化性樹脂を硬化させる工程と、
前記成形型内のスラリーが固化した後、前記スラリーの固化体から前記成形型及び前記孔形成用ロッドを脱離させて、両端面を貫通する貫通孔を有する円柱状の成形体を得る工程と、
前記成形体を乾燥させる工程と、
乾燥させた前記成形体を脱脂する工程と、
脱脂した前記成形体を焼結する工程と
を有する、貫通孔を有するガラス焼結体を製造する方法であって、
ガラス焼結体が１個の貫通孔を有するとき、前記ガラス焼結体の中心軸と垂直な横断面上において、前記ガラス焼結体の外周に内接し、且つ前記貫通孔に外接する仮想円のうち直径が最大となる仮想円の直径を２ａ、前記ガラス焼結体の外径を２Ｒ、前記貫通孔の数をｎ、前記貫通孔の直径を２ｒ、前記貫通孔間の最近接部の間隔を２Ｓ、前記スラリーに含まれる前記石英ガラス粉体の量を１００重量部としたときの前記硬化性樹脂の重量部をＣとしたときに、以下の式（１）で定義されるＢｔｈ値が７３．５以下になるように、
また、
ガラス焼結体が複数の貫通孔を有するとき、前記ガラス焼結体の中心軸と垂直な横断面において、前記ガラス焼結体の外周に内接し、且つ前記貫通孔に外接する仮想円のうち直径が最大となる仮想円、及び、前記ガラス焼結体の中心軸と垂直な横断面上の前記複数の貫通孔に囲まれた領域において、前記貫通孔の外周に外接する仮想円のうち、直径が大きい仮想円の直径を２ａ、前記ガラス焼結体の外径を２Ｒ、前記貫通孔の数をｎ、前記貫通孔の直径を２ｒ、前記貫通孔間の最近接部の間隔を２Ｓ、前記スラリーに含まれる前記石英ガラス粉体の量を１００重量部としたときの前記硬化性樹脂の重量部をＣとしたときに、以下の式（１）で定義されるＢｔｈ値が７３．５以下になるように、各工程が行われるものである。
Ｂｔｈ＝｛ａＣ２（Ｒ２－ｎｒ２）／（Ｒ＋ｎｒ）｝／１０００ ・・・（１）
（ただし、Ｒ≧１５、Ｃ≧７．５。ａ、Ｒ、ｒ、Ｓは単位をｍｍで表したときの値である。）
成形体からガラス焼結体に至る過程で成形体に割れが生じる要因の一つに、脱脂工程において成形体に残留する硬化性樹脂の量がある。つまり、脱脂工程において成形体に含まれる硬化性樹脂を十分に除去することができなければ、脱脂工程あるいはその後の焼結工程で割れが生じやすくなる。成形体に含まれる硬化性樹脂の量が多いと、脱脂工程において成形体から硬化性樹脂を除去することが難しくなり、成形体中の硬化性樹脂の残留量が多くなる。また、成形体の体積に対する表面積の比（比表面積）が小さいと、成形体から硬化性樹脂が排出され難くなり、成形体中の硬化性樹脂の残留量が多くなる。本発明の第２の態様は、これらの知見に基づきなされたものであり、成形体における割れの発生しやすさ（あるいは割れの発生しにくさ）を表す指標として上記の式（１）で定義されるＢｔｈ値を見出したものである。このＢｔｈ値が７３．５以下になるように、スラリー中の石英ガラス粉体の含有量に対する硬化性樹脂の含有量の割合と、最大仮想円及びガラス焼結体の直径（外径）、貫通孔の大きさ及び配置という、ガラス焼結体の形状に関する因子を、バランスよく、適切に管理することで、安定に割れの無い石英ガラス焼結体を製造できる。
次に、図面を参照して本発明を光ファイバプリフォームの製造方法に適用した実施形態を説明する。
光ファイバは光ファイバプリフォーム（以下、プリフォームとする）を紡糸することで形成される。そのため、通常、プリフォームは、その軸方向と直交する断面（横断面）が、光ファイバの横断面とほぼ相似形となるように設計される。光ファイバに対するプリフォームの相似比が大きいほど、プリフォームから形成される光ファイバが長くなる。
光ファイバは光ファイバプリフォーム（以下、プリフォームとする）を紡糸することで形成される。そのため、通常、プリフォームは、その軸方向と直交する断面（横断面）が、光ファイバの横断面とほぼ相似形となるように設計される。光ファイバに対するプリフォームの相似比が大きいほど、プリフォームから形成される光ファイバが長くなる。
図１は、本実施形態に係るガラス焼結体の製造方法の工程図である。スラリーの調合工程（ステップ１）では、石英ガラスの粉体、溶媒、分散剤、硬化性樹脂をボールミルに入れ、所定時間かけて混合する。溶媒としては通常、蒸留水が用いられる。ボールミルから取り出されたスラリーは、硬化剤が添加された後、成形型に充填される（ステップ２）。成形型には、ガラス焼結体が有する貫通孔を形成するための孔形成用ロッドが配置されており、成形型の内部のうち孔形成用ロッドが配置されていない空間にスラリーが充填される。成形型に充填されたスラリーは室温下に放置されることで、硬化性樹脂が硬化する（ステップ３）。
硬化性樹脂の硬化により成形型内に成形体が形成されると、その成形体から成形型及び孔形成用ロッドが脱離される（ステップ４）。続いて、成形体は乾燥され（ステップ５）、脱脂され（ステップ６）、焼結される（ステップ７）。乾燥工程では成形体中の主に溶媒（蒸留水）が除去され、脱脂工程では成形体中の硬化性樹脂が主に除去される。また、焼結工程により成形体はガラス焼結体となる。ガラス焼結体の貫通孔にコア材が挿入されることによりプリフォームとなり、このプリフォームを紡糸することによって光ファイバが得られる。乾燥工程、脱脂工程、焼結工程のいずれにおいても、スラリーの組成に応じた適宜の温度条件が設定されている。
図２～６は、本実施形態に係るガラス焼結体の製造方法で得られた、貫通孔を有するガラス焼結体の横断面図である。図２には、１個の貫通孔１０を有するガラス焼結体１００の横断面が、図３には２個の貫通孔１０を有するガラス焼結体２００の横断面が、図４には４個の貫通孔１０を有するガラス焼結体３００の横断面が、図５には５個の貫通孔１０を有するガラス焼結体４００の横断面が、図６には７個の貫通孔１０を有するガラス焼結体５００の横断面がそれぞれ示されている。各成形体では、ガラス焼結体の中心軸と貫通孔１０の中心軸が一致する位置に（図２、図６）、あるいはガラス焼結体の中心軸に関して回転対称な位置に（図３～６）、貫通孔１０が配置されている。各ガラス焼結体の横断面のうち貫通孔１０を除く領域（図２～６においてハッチングパターンが表示されている領域）は、光ファイバのクラッド層に対応する。以下、この領域をクラッド領域２０という。
各ガラス焼結体のクラッド領域２０に、ガラス焼結体の外周に内接し、貫通孔１０に外接する円を仮定し、この円のうち直径が最大となるものを以下、仮想円３０と定義する。この仮想円３０は、本発明の最大仮想円に相当する。例えば、１個の貫通孔１０を有するガラス焼結体１００であって、貫通孔１０の中心軸とガラス焼結体１００の中心軸が一致している場合、ガラス焼結体１００の外周に内接し、貫通孔１０に外接する円は１種類しかなく、この円が仮想円３０となる。また、２個の貫通孔１０を有するガラス焼結体２００であって、ガラス焼結体２００の中心軸に関して点対称な位置に２個の貫通孔１０が配置されている場合は、ガラス焼結体２００の外周に内接し、貫通孔１０に外接する円（図５に符号３０、３１を付した円）は複数種類存在する。それらのうち直径が最大のものが仮想円３０となる。貫通孔１０が４個のガラス焼結体３００の場合も、同様にして仮想円３０が設定される。
本実施形態の製造方法では、ガラス焼結体のクラッド領域２０に設定される仮想円３０の直径が所定の範囲に収まるように、成形体からガラス焼結体に至るまでの成形体の収縮を考慮して、成形体の外径、貫通孔の内径及び配置が設計される。
図２に示される、１個の貫通孔１０を有するガラス焼結体１００の場合、その外径を２Ｒ、貫通孔１０の内径を２ｒ、仮想円３０の直径を２ａとすると、２ａは、以下の式（２）で表される。
２ａ＝Ｒ－ｒ ・・・（２）
２ａ＝Ｒ－ｒ ・・・（２）
図３に示される、２個の貫通孔１０を有するガラス焼結体２００の場合、２個の貫通孔１０の最近接部の間隔を２Ｓとすると、仮想円３０の直径２ａは、以下の式（３）で表される。
２ａ＝（Ｒ２＋Ｓ２＋２ｒＳ）／（Ｒ＋ｒ）・・・（３）
２ａ＝（Ｒ２＋Ｓ２＋２ｒＳ）／（Ｒ＋ｒ）・・・（３）
図４に示される、４個の貫通孔１０を有するガラス焼結体３００の場合、４個の貫通孔１０の最近接部の間隔を２Ｓとすると、仮想円３０の直径２ａは、以下の式（４）で表される。
２ａ＝（Ｒ２－２（Ｓ＋ｒ）Ｒ＋（２Ｓ２＋ｒ２＋４ｒＳ））／（Ｒ－Ｓ）・・・（４）
なお、上述した式（２）～（４）では、数字とアルファベットの間、アルファベットとアルファベットの間の乗算記号（×）を省略している。
２ａ＝（Ｒ２－２（Ｓ＋ｒ）Ｒ＋（２Ｓ２＋ｒ２＋４ｒＳ））／（Ｒ－Ｓ）・・・（４）
なお、上述した式（２）～（４）では、数字とアルファベットの間、アルファベットとアルファベットの間の乗算記号（×）を省略している。
図５に示される、５個の貫通孔１０を有するガラス焼結体４００の場合、隣り合う２個の貫通孔１０の最近接部の間隔を２Ｓとすると、仮想円３０の直径２ａは、以下の式（５）で表される。
２ａ＝（Ｒ２－２．７５（Ｓ＋ｒ）Ｒ＋（２．８９Ｓ２＋１．８９ｒ２＋５．７９Ｓｒ））／（Ｒ－１．３８Ｓ－０．３８ｒ）・・・（５）
２ａ＝（Ｒ２－２．７５（Ｓ＋ｒ）Ｒ＋（２．８９Ｓ２＋１．８９ｒ２＋５．７９Ｓｒ））／（Ｒ－１．３８Ｓ－０．３８ｒ）・・・（５）
ただし、図５に示すガラス焼結体４００の場合、５個の貫通孔１０の内側に、貫通孔１０の外周に接する円３１を考えることができる。この円３１は、ガラス焼結体４００の外周に内接しないため、定義上、仮想円には相当しないが、この円３１の直径２ｂが上記仮想円３０の直径２ａよりも大きい場合には、仮想円３０に代えて円３１の直径２ｂが所定の範囲に収まるように、成形体４００の外径、貫通孔１０の内径及び配置が設計される。円３１の直径２ｂは次の式（６）で表される。
２ｂ＝３．４０Ｓ＋１．４０ｒ・・・（６）
２ｂ＝３．４０Ｓ＋１．４０ｒ・・・（６）
また、図６に示される、７個の貫通孔１０を有するガラス焼結体５００の場合、隣り合う２個の貫通孔１０の最近接部の間隔を２Ｓとすると、仮想円３０の直径２ａは、以下の式（７）で表される。
２ａ＝（Ｒ２－３．４６（Ｓ＋ｒ）Ｒ＋（４Ｓ２＋３ｒ２＋８Ｓｒ））／（Ｒ－１．７３Ｓ－０．７３ｒ）・・・（７）
２ａ＝（Ｒ２－３．４６（Ｓ＋ｒ）Ｒ＋（４Ｓ２＋３ｒ２＋８Ｓｒ））／（Ｒ－１．７３Ｓ－０．７３ｒ）・・・（７）
図２～図６には、ガラス焼結体の横断面において、ガラス焼結体の中心軸に関して回転対称の位置に貫通孔が配置され、かつ、貫通孔が複数ある場合には、それらの貫通孔の直径が等しい例を示した。これに対して、直径が異なる貫通孔を有する場合、あるいは、回転対称ではない位置に貫通孔が存在するガラス焼結体の場合は、仮想円の直径は、上記の式では表すことができない。このような場合は、ガラス焼結体の横断面の形状から、最大仮想円を特定し、その直径を計測すればよい。さらに、ガラス焼結体の中心軸に関して回転対象の位置に貫通孔が配置されている場合であっても、そのガラス焼結体の横断面の形状から、最大仮想円を特定し、その直径を計測しても良い。この方法では、貫通孔の数がいくつであっても、また、貫通孔の形状や配置が不均一であっても、仮想円の直径を求めることができる。
また、本実施形態の製造方法では、上述した式（１）で表されるＢｔｈ値が７３．５以下となるようにして、脱型から焼結までの各工程が行われる。式（１）においては、ガラス焼結体が有する貫通孔に、他の貫通孔とは径が異なる貫通孔が含まれる場合や、貫通孔の配置がガラス焼結体の中心軸に関して回転対称ではない場合には、式（１）に含まれる変数である貫通孔の直径２ｒを、複数の貫通孔の直径の平均値とし、隣り合う貫通孔の間隔のうち最小値を、間隔Ｓとすると良い。
次に、図１に示した方法で実際にガラス焼結体を製造した例について、説明する。
［製造例１］
製造例１では、サンプル１及びサンプル２という２種類のガラス焼結体を製造した。サンプル１、２のスラリーに含まれる石英ガラス粉末、蒸留水、硬化性樹脂、分散剤の処方、乾燥工程、脱脂工程及び焼結工程の温度条件は以下の表１に示した通りである。温度条件は、いずれもピーク温度を示している。
製造例１では、サンプル１及びサンプル２という２種類のガラス焼結体を製造した。サンプル１、２のスラリーに含まれる石英ガラス粉末、蒸留水、硬化性樹脂、分散剤の処方、乾燥工程、脱脂工程及び焼結工程の温度条件は以下の表１に示した通りである。温度条件は、いずれもピーク温度を示している。
サンプル１では、外径（直径）が３０ｍｍ、軸方向長さが４００ｍｍであり、貫通孔を有していない円柱状のガラス焼結体が得られるような成形型が用いられた。サンプル２では、外径が９０ｍｍ、軸方向長さが１６０ｍｍであり、貫通孔を有していない円柱状のガラス焼結体が得られるような成形型が用いられた。これらサンプル１，２について、乾燥工程、脱脂工程、焼結工程における割れの発生の有無を調べたところ、サンプル１では、いずれの工程でも割れが発生しなかったのに対して、サンプル２では、焼結工程時に割れが発生した。これは、ガラス焼結体の外径寸法が大きく、そのため成形体の外径寸法が大きいサンプル２では、脱脂工程で硬化性樹脂が十分に除去されず内部に残留したためであると推測された。
以上の結果から、表１に示すような従来のスラリーの処方、表１に示すような従来のスラリーキャスト法により円柱状のガラス焼結体を製造する場合は、ガラス焼結体の外径が３０ｍｍ以下となるように成形型の寸法を設定すれば、いずれの工程でも割れが生じないことが分かった。また、製造例１より、割れの生じ易さに成形体の軸方向長さはほぼ影響を及ぼさないことが推測された。
貫通孔を有しないガラス焼結体の外径は、図２～６に示した、貫通孔を有するガラス焼結体の横断面のクラッド領域２０に設定される仮想円３０の直径とみなすことができる。つまり、製造例１の結果から、仮想円の直径が３０ｍｍ以下となるように成形体の外径、貫通孔の内径、貫通孔の配置を設計すれば、成形体に含まれる蒸留水を乾燥工程で除去でき、硬化性樹脂を脱脂工程で除去できることが推測された。
貫通孔を有しないガラス焼結体の外径は、図２～６に示した、貫通孔を有するガラス焼結体の横断面のクラッド領域２０に設定される仮想円３０の直径とみなすことができる。つまり、製造例１の結果から、仮想円の直径が３０ｍｍ以下となるように成形体の外径、貫通孔の内径、貫通孔の配置を設計すれば、成形体に含まれる蒸留水を乾燥工程で除去でき、硬化性樹脂を脱脂工程で除去できることが推測された。
［製造例２］
製造例２ではサンプル３～５という３種類のガラス焼結体を製造した。サンプル３～５のスラリーに含まれる石英ガラス粉末、蒸留水、硬化性樹脂、分散剤の処方、乾燥工程、脱脂工程及び焼結工程の温度条件は以下の表２に示す通りである。なお、製造例２の乾燥工程及び焼結工程の温度条件は製造例１と同じであるが、脱脂工程の温度条件は製造例１と製造例２とで若干異なる。すなわち、製造例１，２とも脱脂工程のピーク温度が８５０℃である点で共通するが、製造例２の方が製造例１よりもピーク温度に達するまでの時間を長くした。
製造例２ではサンプル３～５という３種類のガラス焼結体を製造した。サンプル３～５のスラリーに含まれる石英ガラス粉末、蒸留水、硬化性樹脂、分散剤の処方、乾燥工程、脱脂工程及び焼結工程の温度条件は以下の表２に示す通りである。なお、製造例２の乾燥工程及び焼結工程の温度条件は製造例１と同じであるが、脱脂工程の温度条件は製造例１と製造例２とで若干異なる。すなわち、製造例１，２とも脱脂工程のピーク温度が８５０℃である点で共通するが、製造例２の方が製造例１よりもピーク温度に達するまでの時間を長くした。
サンプル３では、外径（直径）が９０ｍｍ、軸方向長さが７０ｍｍであり、貫通孔を有していない円柱状のガラス焼結体が得られるような成形型が用いられた。サンプル４では、外径（直径）が９０ｍｍ、軸方向長さが１６０ｍｍであり、且つ、内部に内径が２０ｍｍの貫通孔を４個有する、円柱形状のガラス焼結体が得られるような成形型が用いられた。サンプル５では、外径（直径）が９０ｍｍ、軸方向長さが１６０ｍｍであり、且つ、内部に内径が２０ｍｍの貫通孔を７個有する、円柱形状のガラス焼結体が得られるような成形型が用いられた。つまり、サンプル４では、４個の孔形成用ロッドが内部に配置された成形型が用いられ、サンプル５では、７個の孔形成用ロッドが内部に配置された成形型が用いられた。
図７の（ａ）～（ｃ）は、サンプル３～５のガラス焼結体６０１，６１０，６２０の横断面を示している。図７（ｂ）に示すように、サンプル４では、ガラス焼結体４１０のクラッド領域２０に設定される仮想円３０の直径が２６ｍｍ、隣り合う貫通孔１０の最近接部の間隔が６ｍｍとなるように、４個の孔形成用ロッドが配置された成形型を用いた。
また、サンプル５では、ガラス焼結体４２０のクラッド領域２０に設定される仮想円３０の直径が１８ｍｍ、隣り合う貫通孔１０の最近接部の間隔が５ｍｍとなるように、７個の孔形成用ロッドが配置された成形型を用いた。
以上のサンプル３～５について、乾燥工程、脱脂工程、焼結工程における割れの発生の有無を調べたところ、サンプル３及びサンプル４は、乾燥工程では成形体に割れは生じなかったが、脱脂工程で成形体にヒビが発生し、その後の焼結工程においてガラス焼結体に割れが生じた。一方、サンプル５では、いずれの工程でも、成形体、ガラス焼結体に割れは生じなかった。以上の結果から、製造例２の処方、各工程の温度条件では、ガラス焼結体の横断面に規定される仮想円の直径が１８ｍｍ以下となるようにすることが、割れの発生を抑える点で好ましいといえる。
［製造例３］
製造例３では５種類のサンプル４，６～９のガラス焼結体を製造した。サンプル４，６～９のスラリーに含まれる石英ガラス粉末、蒸留水、硬化性樹脂、分散剤の処方、乾燥工程、脱脂工程及び焼結工程の温度条件は以下の表３に示す通りである。乾燥工程及び焼結工程の温度プロファイルは製造例１，２と同じにした。脱脂工程の温度プロファイルは製造例２と同じにした。サンプル４は、製造例２で用いたサンプル４と同じ条件でガラス焼結体を製造したものである。
製造例３では５種類のサンプル４，６～９のガラス焼結体を製造した。サンプル４，６～９のスラリーに含まれる石英ガラス粉末、蒸留水、硬化性樹脂、分散剤の処方、乾燥工程、脱脂工程及び焼結工程の温度条件は以下の表３に示す通りである。乾燥工程及び焼結工程の温度プロファイルは製造例１，２と同じにした。脱脂工程の温度プロファイルは製造例２と同じにした。サンプル４は、製造例２で用いたサンプル４と同じ条件でガラス焼結体を製造したものである。
これら５種類のサンプルは、スラリーに含まれる石英ガラス１００ｇに対する樹脂の量が異なる以外は全て同じ条件とした。
製造例２の欄で説明した通り、サンプル４は、乾燥工程では成形体に割れは生じなかったが、脱脂工程で成形体にヒビが発生し、その後の焼結工程においてガラス焼結体に割れが生じた。また、サンプル８，９では、乾燥工程において成形体に割れが生じた（そのため、乾燥工程後の脱脂工程、焼結工程を行うことができなかった。）。一方、サンプル６，７では、いずれの工程でも、成形体、ガラス焼結体に割れは生じなかった。
製造例２の欄で説明した通り、サンプル４は、乾燥工程では成形体に割れは生じなかったが、脱脂工程で成形体にヒビが発生し、その後の焼結工程においてガラス焼結体に割れが生じた。また、サンプル８，９では、乾燥工程において成形体に割れが生じた（そのため、乾燥工程後の脱脂工程、焼結工程を行うことができなかった。）。一方、サンプル６，７では、いずれの工程でも、成形体、ガラス焼結体に割れは生じなかった。
以上の結果から、スラリーに含まれる硬化性樹脂の量が多いと脱脂工程において硬化性樹脂を十分に除去することができず、その結果、焼結工程で割れが生じることが分かった。また、硬化性樹脂の量が少ないと、乾燥工程で成形体に割れが生じることが分かった。言い換えると、スラリーに含まれる硬化性樹脂の量を適切に設定することにより、成形体からガラス焼結体に至る工程における割れの発生を抑えることができることが分かった。
製造例１～３の結果に基づき、乾燥工程、脱脂工程、焼結工程のいずれかにおいて成形体、ガラス焼結体に割れが生じた理由を検討した。理由の検討にあたり、サンプル１～９の、最大仮想円の直径2a(mm)、Ｂｔｈ値の計算値を参考にした。サンプル１～９の、最大仮想円の直径2a(mm)、Ｂｔｈ値の計算値を表４に示す。表４には、サンプル１～９の最大仮想円の直径2a(mm)、Ｂｔｈ値の計算値の他に、各サンプルのスラリーに含まれる石英ガラス粉末、蒸留水、硬化性樹脂、分散剤の処方、乾燥工程、脱脂工程及び焼結工程の温度条件等も示されている。
なお、貫通孔を有していないガラス焼結体の場合は、該ガラス焼結体の外径を、最大仮想円の直径とした。
上記サンプル１～９のうち、石英ガラス１００ｇに対する樹脂の量が１１．７ｇであるサンプル１～５において、乾燥工程、脱脂工程、焼結工程のいずれにおいても割れが生じなかったサンプル１，５のＢｔｈ値はそれぞれ３０．７，１４．２であったが、割れが生じたサンプル２～４のＢｔｈ値は２７６．７、２７６．７、３４．０であった。このことから、Ｂｔｈ値が３４以下となるような条件でガラス焼結体を製造すれば、割れの無い良好なガラス焼結体が得られることが推測された。
一方、サンプル８のＢｔｈ値は１２．３、サンプル９のＢｔｈ値は８．７と、いずれもＢｔｈ値が３４以下であったが、乾燥工程時に割れが生じた。サンプル８及びサンプル９は、石英ガラス１００ｇに対する樹脂の量が７．１ｇ、５．８ｇであり、他のサンプルに比べると樹脂の割合が低い。石英ガラス１００ｇに対する樹脂の量が少ないと、乾燥に時間がかかることから、乾燥工程の途中で成形体に割れが生じたものと思われる。
［製造例４］
製造例４では、７個のサンプル１０～１６のガラス焼結体を製造した。サンプル１０～１６のスラリー含まれる石英ガラス粉末、蒸留水、硬化性樹脂、分散剤の処方、乾燥工程、脱脂工程及び焼結工程の温度条件は以下の表５に示す通りである。また、製造例４では、乾燥工程の温度プロファイルを製造例１～３と同じにし、脱脂工程の温度プロファイルを製造例２，３と同じにした。
製造例４では、７個のサンプル１０～１６のガラス焼結体を製造した。サンプル１０～１６のスラリー含まれる石英ガラス粉末、蒸留水、硬化性樹脂、分散剤の処方、乾燥工程、脱脂工程及び焼結工程の温度条件は以下の表５に示す通りである。また、製造例４では、乾燥工程の温度プロファイルを製造例１～３と同じにし、脱脂工程の温度プロファイルを製造例２，３と同じにした。
製造例４では、焼結工程の温度プロファイルは、ピーク温度が異なる以外は製造例１～３と同じにした。具体的には、製造例１～３では焼結工程のピーク温度を１５００℃に設定していたが、製造例４では、焼結工程のピーク温度を１５５０℃に設定した。
また、表５には、サンプル１０～１６の最大仮想円の直径2a(mm)、Ｂｔｈ値の計算値も示した。
表５の「割れ（〇：なし、×：あり）」の欄に「×」が付されているサンプルは、乾燥工程、脱脂工程、焼結工程のいずれかで割れが生じたことを表しており、割れが生じた工程を備考欄に記載した。
表５の「割れ（〇：なし、×：あり）」の欄に「×」が付されているサンプルは、乾燥工程、脱脂工程、焼結工程のいずれかで割れが生じたことを表しており、割れが生じた工程を備考欄に記載した。
表５に示されている通り、サンプル１４は、乾燥工程では成形体に割れは生じなかったが、脱脂工程で成形体にヒビが発生し、その後の焼結工程においてガラス焼結体に割れが生じた。サンプル１５は、乾燥工程では成形体に割れは生じなかったが、脱脂工程で成形体にワレが生じた（そのため、脱脂工程後の焼結工程を行わなかった）。サンプル１６は、乾燥工程において成形体に割れが生じた（そのため、乾燥工程後の脱脂工程、焼結工程を行うことができなかった。）。一方、サンプル１０～１３では、いずれの工程でも、成形体、ガラス焼結体に割れは生じなかった。
製造例１～４の結果から、割れのない良好なガラス焼結体を得るための条件として、以下が推測された。
（１）最大仮想円の直径が５８．０ｍｍ以下であること。
（２）スラリーに含まれる石英ガラス１００ｇに対する樹脂の量を７．１ｇよりも多くすし、且つ１１．７ｇ以下にすること。
（３）Ｂｔｈ値が７３．５以下になるように、ガラス焼結体の形状を設定すること。
（４）ガラス焼結体が複数の貫通孔を有している場合は、隣り合う貫通孔の最近接部の間隔が５８．０ｍｍ以下であること。
なお、最大仮想円の直径の下限値、Ｂｔｈ値の下限値、隣り合う貫通孔の最近接部の間隔の下限値は、ガラス焼結体に求められる機械的強度に応じて決定される。
（１）最大仮想円の直径が５８．０ｍｍ以下であること。
（２）スラリーに含まれる石英ガラス１００ｇに対する樹脂の量を７．１ｇよりも多くすし、且つ１１．７ｇ以下にすること。
（３）Ｂｔｈ値が７３．５以下になるように、ガラス焼結体の形状を設定すること。
（４）ガラス焼結体が複数の貫通孔を有している場合は、隣り合う貫通孔の最近接部の間隔が５８．０ｍｍ以下であること。
なお、最大仮想円の直径の下限値、Ｂｔｈ値の下限値、隣り合う貫通孔の最近接部の間隔の下限値は、ガラス焼結体に求められる機械的強度に応じて決定される。
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の変更が可能である。
例えば上記実施形態では、断面が円形状のガラス焼結体（つまり、円柱状のガラス焼結体）の製造例について説明したが、それに限らず、断面が多角形の柱状のガラス焼結体を製造する場合、断面形状は概ね円形状であるが、外周面の一部が平坦面であるような柱状のガラス焼結体を製造する場合にも、本発明の製造方法を適用することが可能である。
また、本発明の製造方法の乾燥工程で得られた円柱状の成形体の外周面の一部、あるいは全体を削って平坦面にした、その成形体を脱脂し、焼結してガラス焼結体を得るようにしてもよい。
例えば上記実施形態では、断面が円形状のガラス焼結体（つまり、円柱状のガラス焼結体）の製造例について説明したが、それに限らず、断面が多角形の柱状のガラス焼結体を製造する場合、断面形状は概ね円形状であるが、外周面の一部が平坦面であるような柱状のガラス焼結体を製造する場合にも、本発明の製造方法を適用することが可能である。
また、本発明の製造方法の乾燥工程で得られた円柱状の成形体の外周面の一部、あるいは全体を削って平坦面にした、その成形体を脱脂し、焼結してガラス焼結体を得るようにしてもよい。
１０…貫通孔
２０…クラッド領域
３０…仮想円
１００、２００、３００、４００、５００、６０１、６１０、６２０…ガラス焼結体
２０…クラッド領域
３０…仮想円
１００、２００、３００、４００、５００、６０１、６１０、６２０…ガラス焼結体
Claims (4)
- 石英ガラス粉体、分散剤、硬化性樹脂及び溶媒を含むスラリーを、円柱状の孔形成用ロッドが配置された円筒状の収容部を有する成形型の前記収容部に充填し、前記硬化性樹脂を硬化させる工程と、
前記成形型内のスラリーが固化した後、前記スラリーの固化体から前記成形型及び前記孔形成用ロッドを脱離させて、両端面を貫通する貫通孔を有する円柱状の成形体を得る工程と、
前記成形体を乾燥させる工程と、
乾燥させた前記成形体を脱脂する工程と、
脱脂した前記成形体を焼結する工程と
を有する、貫通孔を有するガラス焼結体を製造する方法であって、
前記スラリーに含まれる前記石英ガラス粉体の量を１００重量部としたとき、前記硬化性樹脂の量が７．５重量部以上、１１．５重量部以下であり、
前記ガラス焼結体が複数の貫通孔を有しており、
前記ガラス焼結体の中心軸と垂直な横断面上において、前記ガラス焼結体の外周に内接し、且つ前記貫通孔に外接する仮想円、及び、前記横断面上の前記複数の貫通孔に囲まれた領域において、前記貫通孔の外周に外接する仮想円のうち、直径が最大となる最大仮想円の直径が、１４ｍｍ以上、５８ｍｍ以下となるように、前記成形型の内径、前記孔形成用ロッドの直径が設定され、前記孔形成用ロッドが配置されている、ガラス焼結体の製造方法。 - 請求項１に記載のガラス焼結体の製造方法において、
隣り合う２個の貫通孔の最近接部の間隔が３ｍｍ以上、５８ｍｍ以下である、ガラス焼結体の製造方法。 - 石英ガラス粉体、分散剤、硬化性樹脂及び溶媒を含むスラリーを、円柱状の孔形成用ロッドが配置された円筒状の収容部を有する成形型の前記収容部に充填し、前記硬化性樹脂を硬化させる工程と、
前記成形型内のスラリーが固化した後、前記スラリーの固化体から前記成形型及び前記孔形成用ロッドを脱離させて、両端面を貫通する貫通孔を有する円柱状の成形体を得る工程と、
前記成形体を乾燥させる工程と、
乾燥させた前記成形体を脱脂する工程と、
脱脂した前記成形体を焼結する工程と
を有する、貫通孔を有するガラス焼結体を製造する方法であって、
前記スラリーに含まれる前記石英ガラス粉体の量を１００重量部としたとき、前記硬化性樹脂の量が７．５重量部以上、１１．５重量部以下であり、
ガラス焼結体が１個の貫通孔を有するとき、前記ガラス焼結体の中心軸と垂直な横断面上において、前記ガラス焼結体の外周に内接し、且つ前記貫通孔に外接する仮想円のうち直径が最大となる仮想円の直径を２ａ、前記ガラス焼結体の外径を２Ｒ、前記貫通孔の数をｎ、前記貫通孔の直径を２ｒ、前記貫通孔間の最近接部の間隔を２Ｓ、前記スラリーに含まれる前記石英ガラス粉体の量を１００重量部としたときの前記硬化性樹脂の重量部をＣとしたときに、以下の式（１）で定義されるＢ ｔｈ 値が７３．５以下になるように各工程が行われる、ガラス焼結体の製造方法。
Ｂ ｔｈ ＝｛ａＣ ２ （Ｒ ２ －ｎｒ ２ ）／（Ｒ＋ｎｒ）｝／１０００ ・・・（１）
（ただし、Ｒ≧１５、Ｃ≧７．５。ａ、Ｒ、ｒ、Ｓは単位をｍｍで表したときの値である。） - 石英ガラス粉体、分散剤、硬化性樹脂及び溶媒を含むスラリーを、孔形成用ロッドが配置された筒状の収容部を有する成形型の前記収容部に充填し、前記硬化性樹脂を硬化させる工程と、
前記成形型内のスラリーが固化した後、前記スラリーの固化体から前記成形型及び前記孔形成用ロッドを脱離させて、両端面を貫通する貫通孔を有する柱状の成形体を得る工程と、
前記成形体を乾燥させる工程と、
乾燥させた前記成形体を脱脂する工程と、
脱脂した前記成形体を焼結する工程と
を有する、貫通孔を有するガラス焼結体を製造する方法であって、
前記スラリーに含まれる前記石英ガラス粉体の量を１００重量部としたとき、前記硬化性樹脂の量が７．５重量部以上、１１．５重量部以下であり、
前記ガラス焼結体が複数の貫通孔を有しており、
前記ガラス焼結体の中心軸と垂直な横断面上において、前記ガラス焼結体の外周に内接し、且つ前記貫通孔に外接する仮想円、及び、前記横断面上の前記複数の貫通孔に囲まれた領域において、前記ガラス焼結体の外周に内接せず、且つ前記貫通孔の外周に外接する仮想円のうち、直径が最大となる最大仮想円の直径が、１４ｍｍ以上、５８ｍｍ以下となるように、前記成形型の内径、前記孔形成用ロッドの直径が設定され、前記孔形成用ロッドが配置されている、ガラス焼結体の製造方法。
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| 山本潤，「スラリーキャスト法を用いたマルチコアファイバの作製」，電気情報通信学会技術研究報告，日本，一般社団法人 電子情報通信学会，2016年，第116巻, 第295号，第29-33ページ，ISSN 0913-5685 |
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