CN102958854A

CN102958854A - 玻璃成形用的成形模具、玻璃成形装置、玻璃成形方法及光罩基板的制造方法

Info

Publication number: CN102958854A
Application number: CN2011800328701A
Authority: CN
Inventors: 中野史康
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2010-09-21
Filing date: 2011-09-14
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2031-09-14
Also published as: WO2012039331A1; KR20130112029A; KR101865977B1; TW201217279A; JP5812005B2; JPWO2012039331A1; TWI498289B; CN102958854B

Abstract

玻璃成形用的成形模具，具备：模具本体(10)，用于玻璃的加热加压成形；以及支承构件(15)，配置成可抵接该模具本体的可动构件(11)，为了开放以该模具本体与该玻璃之间的线膨胀系数之差为依据的应力而可破坏。

Description

玻璃成形用的成形模具、玻璃成形装置、玻璃成形方法及光罩基板的制造方法

技术领域

本发明是关于一种玻璃成形用的成形模具、玻璃成形装置、玻璃成形方法及光罩基板的制造方法。

本申请根据2010年9月21日申请的日本特愿2010-210686号主张优先权，并将其内容援引于此。

背景技术

近年来，为了获得大型的透镜或标线片、或大型的液晶显示器等具有广面积的面的光学构件，利用通过将预先形成的玻璃锭等玻璃块加热加压成形使其成为扁平形状而扩大面积的成形方法(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2004-307265号公报

发明内容

此处，将上述玻璃块加热加压成形的情形，在使用成行模具在高温下将玻璃块加压成形后，进行该玻璃块的冷却，接着取出至炉外。此冷却时，在玻璃与成形模具之间产生温度下降所伴随的收缩量之差。亦即，使用线膨胀系数较成形对象即玻璃大的成形模具的情形，在冷却时产生玻璃及成形模具的收缩时，因线膨胀系数之差外部的成形模具的收缩量较内部的玻璃大。其结果，施加过度的应力，产生成形模具破损或玻璃破损的现象。

此外，作为防止此等破损的方法，由于成形模具的尺寸愈大从高温时的收缩量愈大，因此有将助长该收缩量的间隙设在模具侧的方法。然而，由于在成形模具设置间隙，因此会有在成形中成为黏性体的玻璃进入间隙而无法获得必要形状的情形。或者会有产生玻璃进入成形模具的连结部间隙使成形模具破损、或诱使成形模具破损等问题的情形。

本发明的实施方式的目的在于提供一种可避免玻璃或成形模具本体的破损并将玻璃成形为所欲形状的成形模具、玻璃成形装置、玻璃成形方法及光罩基板的制造方法。

本发明第1实施方式的玻璃成形用的成形模具，具有：模具本体，用于玻璃的加热加压成形；以及支承构件，配置成可抵接该模具本体的可动构件，为了开放以该模具本体与该玻璃之间的线膨胀系数之差为依据的应力而可破坏。

本发明第2实施方式的玻璃成形用的成形模具，其是构成为具有收容玻璃锭的中空部，以台板、配置在其上的侧板、及可在该侧板彼此的内侧上下动的顶板包围该中空部，其特征在于：在该台板以抵接该侧板的外侧的方式配置有支承构件，该侧板是形成为可相对该台板往其外侧方向相对移动，且通过该支承构件从该侧板的外侧支承；该支承构件具有下述强度：在对收容在该中空部的玻璃锭加热加压使其变形时，从该玻璃锭经由该侧板负载的载重所产生的剪切力无法破坏的强度；以及在将加热加压变形后的该玻璃锭冷却时，因该成形模具与该玻璃锭的线膨胀系数之差而负载的载重所产生的剪切力可破坏的强度。

又，本发明第3实施方式的玻璃成形装置，具有：上述玻璃成形用的成形模具；以及玻璃锭的加热手段及加压手段。

又，本发明第4实施方式的玻璃成形方法，是使用上述玻璃成形装置，其特征在于：在成形模具收容玻璃锭；通过加热手段及加压手段对该玻璃锭加热加压使其变形；在将变形后的该玻璃锭冷却时，通过因该成形模具与该玻璃锭的线膨胀系数之差而负载的载重，使侧板相对该台板往其外侧方向相对移动，藉此剪切力作用于支承构件，与该剪切力对应使该支承构件破坏。

又，本发明第5实施方式的光罩基板的制造方法，具有使用上述玻璃成形方法获得玻璃成形体的步骤。

根据本发明的实施方式的成形模具，可避免玻璃或成形模具本体的破损并将玻璃成形为所欲形状。

附图说明

图1为显示本实施方式的玻璃成形装置的剖面图。

图2为显示图1的玻璃成形装置的玻璃成形用的成形模具的俯视图。

图3为图2的A-A剖面图。

图4为显示图3的玻璃成形用的成形模具中使玻璃锭变形的状态的剖面图。

图5为显示图4的玻璃成形用的成形模具中销弯折后的状态的剖面图。

图6为显示玻璃成形用的成形模具的另一例的立体图。

图7为显示玻璃成形用的成形模具的另一例的立体图。

图8为显示玻璃成形用的成形模具的另一例的立体图。

图9为显示玻璃成形用的成形模具的另一例的立体图。

【主要组件符号说明】

1玻璃成形装置

2真空室

3隔热材

4汽缸(加压手段)

5碳加热器(加热手段)

6台座

10玻璃成形用的成形模具

11，111，211，311，411侧板

12侧板导件

13顶板

14，114，214，314，414台板

15销(支承构件)

115带有***构件的长板状构件(支承构件)

215薄板状构件(支承构件)

315大致L字状棒状构件(支承构件)

415大致L字状长板构件(支承构件)

16，116***孔

216槽

316，416凹陷

17底板

18轨道

20A，20B玻璃锭

具体实施方式

以下，说明本发明实施方式的实施例。

图1为显示本实施方式的玻璃成形装置的剖面图。图2为显示图1的玻璃成形装置的玻璃成形用的成形模具的俯视图。图3为图2的A-A剖面图。图4为显示图3的玻璃成形用的成形模具中使玻璃锭变形的状态的剖面图。图5为显示图4的玻璃成形用的成形模具中销弯折后的状态的剖面图。图6-图9为显示玻璃成形用的成形模具的另一例的立体图。

本实施方式的玻璃成形装置1是从以硅化合物为原料制造的合成石英玻璃的锭使半导体用光罩等的光罩基板或液晶用光罩、光学用的大型透镜材料等加热成形成所欲形状的装置。

此玻璃成形装置1，如图1所示，在金属制的真空室2的内壁具有遍布整面设置的隔热材3与配置于该隔热材3的壁的碳加热器(加热手段)5。在真空室2内部的中央部设置有碳石墨制的玻璃成形用的成形模具10(以下，称为成形模具10)，在其上部具有汽缸(加压手段)4。

成形模具10在玻璃成形装置1的真空室2内部配置在台座6之上，如图2-图5所示，具有具备台板14及底板17的底部。包含此台板14及底板17的成形模具10(模具本体)如上述为碳石墨制，为线膨胀系数较玻璃锭20A大的材质。具体而言，合成石英玻璃的线膨胀系数为5×10^-7/℃程度，碳石墨的线膨胀系数为2-5×10^-6/℃程度。

又，成形模具10(模具本体)是构成为具有收容玻璃锭20A的中空部19，以台板14及底板17、配置在其上的侧板11、及可在该侧板11彼此的内侧上下动的顶板13包围该中空部19。详细言之，在成形模具10(模具本体)设置有形成为可相对台板14相对移动的侧板11(可动构件)。与该侧板11以螺栓等固定的侧板导件12将直接加压成形对象即玻璃锭20A的顶板13的自由(移动)限制在上下方向。此外，本实施方式中，如图2所示，在台板14设有轨道18，在该轨道18载置有侧板11。使侧板11可相对台板14往该轨道18的方向(亦即，侧板11的外侧方向)移动。

又，在台板14的侧板11的外侧，以抵接该侧板11的方式配置有销(支承构件)15。此外，此销15从外侧支承且限制侧板11。尤其是，本实施方式中，如图2所示，在台板14沿着抵接侧板11的外侧的位置形成有多个***孔16。销15可插脱于该多个***孔16。再者，本实施方式中，销15是分别相对配置成俯视大致方形状的成形模具10的4个侧壁11配置多个。此处，在各侧板11分别配置2个销15。

又，销15是相同种类配置多个亦可。或者，销15是依据必要强度等组合配置不同材质或形状、直径者亦可。多个***孔16是构成为所有***孔16可对应不同形状或直径(例如，孔的直径构成为从表面侧阶段性变小等)亦可。或者，多个***孔16是构成为可***的形状或直径彼此不同亦可。或者，使在各侧板11配置的销15的数量变化亦可(亦即，在某个侧板11与另一个侧板11的间销15的数量不同亦可)。

销15具有下述强度：在对收容在中空部19的玻璃锭20A加热加压使其变形时，从玻璃锭20A经由侧板11负载的载重所产生的剪切力无法破坏的强度；以及在将加热加压变形后的玻璃锭20B冷却时，因成形模具10的线膨胀系数与玻璃锭20A的线膨胀系数之差而负载的载重所产生的剪切力可破坏的强度。此外，本实施方式中，设构成成形模具10的构件的线膨胀系数皆相等。此情形，由于台板14的横宽最大，因此冷却时产生的剪切力的大小实质上是通过台板14与玻璃锭20A的线膨胀系数之差决定。

亦即，销15具有在对收容在中空部19的玻璃锭20A加热加压使其变形时，从变形的玻璃锭20A对侧板11作用的压力无法破坏可承受的强度。在将变形后的玻璃锭20B冷却时，由于碳石墨制的成形模具10的台板14的线膨胀系数较该玻璃锭20B大，因此台板14的横方向的收缩量较大。其结果，产生收缩量较小的玻璃锭20B将配置在收缩量较大的台板14上的侧板11向外侧相对挤压的载重。销15具有此时负载的载重所产生的剪切力可弯折的强度。通过玻璃锭20B冷却时与成形模具10的台板14的线膨胀系数之差负载载重，通过该载重产生的剪切力使销15弯折。其结果，可防止该玻璃或成形模具10破损。

又，在玻璃成形装置1的上部，如上述，设置有直接加压顶板13的汽缸(加压手段)4。通过此汽缸4将玻璃锭20A加压成形至任意的厚度为止。

接着，说明此成形模具10及具备此成形模具10的玻璃成形装置1进行的玻璃成形方法及光罩基板的制造方法。

首先，如图1及图3所示，在玻璃成形装置1的真空室2内部的台座6上组合配置台板14、底板17、侧板11、侧板导件12。接着，将既定销15(此处，在每1个侧板11配置2个销15)***至形成在台板14的***孔16。藉此，形成安装成以销15从外侧支承侧板11的状态的成形模具10。又，对该成形模具10将玻璃锭20A配置在成形模具10的中空部19，在其上部配置顶板13，接着使汽缸4抵接顶板13的上面。

接着，进行以上述方式安装后的玻璃成形装置1的真空室2内部的排气后，以惰性气体填充真空室2内部。接着，通过碳加热器5加热成形模具10的中空部19内的玻璃锭20A，升温至结晶化温度以上软化点以下。此时，以一定温度保持至玻璃锭20A的内部成为均匀的温度为止亦可。

到达既定温度后，使汽缸4作动以使顶板13往下方移动，将玻璃锭20A加压成形。此外，在此加压成形开始时点，成形模具10显示以环境温度为准的膨胀。又，随着玻璃锭20A的加压程序的进行，玻璃锭20A逐渐成为扁平形状，成为实质上无间隙地密合于侧板11的状态。

随着通过顶板13将玻璃锭20A加压，顶板13的按压力经由玻璃锭20A在侧板11作用为外周方向(外方向)的应力。由于侧板11被销15限制往外方向移动的自由，因此移动不易。此时，因玻璃成形产生的应力，经由玻璃锭20A及侧板11传至销15。此处，因上述应力使销15弯折的情形，侧板11的限制解除且同时因从玻璃锭20A承受的力往玻璃锭20A流动的外周方向移动。其结果，玻璃锭20A往侧板11包围的区域外流出，成为无法获得仿效侧板11的内侧面的形状。因此，销15必须要能抵抗因玻璃成形产生的应力的强度，构成为有此强度。

接着，如图4所示，通过上述加热加压成形将玻璃锭20A加压至密合于成形模具10的底板17、顶板13及侧板11的状态而成为薄板状的玻璃锭20B后，进行冷却步骤。随着此冷却，成形模具10与玻璃锭20B显示以环境温度为准的收缩。此处，成形模具10相较于玻璃锭20B线膨胀系数较大。再者，成形模具10之中尤其是台板14相较于侧板11横方向的尺寸较大。因此，台板14的收缩量相对于侧板11变大，冷却伴随的收缩变显著。是以，相对观之，随着冷却在玻璃锭20B膨胀的方向、亦即在将侧板11往外周方向(外方向)挤出的方向产生载重。

侧板11承受的载重传至设置在侧板11的外侧的销15。若因从侧板11赋予的收缩产生的应力超过销15的强度限界，则如图5所示，销15向外侧破坏。接着，与销15的破坏同时侧板11的限制解除，同时侧板11往玻璃锭20B流动的外周方向(外方向)移动而开放应力。此时，由于玻璃锭20B因冷却已固化，因此不会往侧板11包围的区域外流出。之后，降温至室温温度，从真空室2内取出成形模具10，玻璃的成形完成。

之后，对使用上述玻璃成形方法获得的玻璃成形体，适当进行用以加工成既定尺寸的研削加工或裁割加工、用以将端面部作成R形状的去角加工、用以使用研磨剂等对表面施加精加工的研磨步骤等的加工。其结果，可获得所欲的光罩基板。

如上述，根据本实施方式的玻璃成形用的成形模具10、玻璃成形装置1、玻璃成形方法及光罩基板的制造方法，通过设置成形后的冷却所产生的应力可破坏的销(支承构件)15，不会对成形对象即玻璃施加过多的应力，又，能不使成形对象即玻璃破损地开放应力，又，能将成形对象即玻璃与成形模具10的台板14的线膨胀系数差所产生的应力导致的对成形模具10的负载抑制在最小限，能将玻璃成形为所欲形状。

又，本实施方式中，作为支承构件使用销15(销状构件、棒状构件)，此销15可插脱于形成在台板14的多个***孔16。因此，只要改变配置的销15的数量或种类即可简单地改变其强度。例如，本实施方式中，对1个侧板配置2个相同种类的销15。若增加配置的销的数量，则能提升销整体的强度(相反地，若减少配置的销的数量，则能降低销整体的强度)。又，配置多个销时，通过仅使用多个直径粗者、仅使用多个直径细者、混合使用直径粗者与细者、或者混合使用直径或形状不同的多种类者，能使其强度变化。此外，配置多个销时，以载重均匀地施加于各销的方式配置成大致一列抵接侧板亦可。又，以载重均匀地施加于各销的方式将多个销仅可能配置成等间隔亦可。追加地及/或替代地能将销配置成非一列或非等间隔。

又，如上述，本实施方式中，作为支承构件，使用可插脱于形成在台板14的***孔16的销15。因此，能使销15弯折后的处理变简单。例如，在玻璃成形后，从***孔16拔出弯折后的销15，将新的销15重新******孔16即可。因此，能提升玻璃及光罩基板的制造效率。

此外，在决定销的强度时，例如，能预先通过力学模拟求出施加于侧板的载重及产生于销的剪切力，以成形时的载重所产生的剪切力无法破坏且冷却时的载重所产生的剪切力可破坏的方式决定销的强度。若以此方式决定销所需的强度，则能从预先测定强度的各种销之内选择具有所需强度的来使用。

此外，以上说明的实施方式为了容易理解本发明而记载的，并非为了限定本发明而记载。

例如，上述实施方式中，作为成形的玻璃举例石英玻璃，作为成形模具的材质举例碳(碳石墨)来说明，但本发明并不限于此。例如，作为成形的其它玻璃，可举出硼硅酸玻璃或碳酸钠石灰玻璃等。作为成形模具的材质，为氧化铝等可在高温使用的其它材质亦可。

此处，在选择玻璃与成形模具的材质时，考虑玻璃的组成或成形条件等来决定即可。玻璃的线膨胀系数只要为较成形模具(尤其是台板)的材质的线膨胀系数小(破坏支承构件能发挥本发明的成形模具的功能的条件)的组合即可获得本实施方式的效果。然而，作为成形模具(模具本体)的材质，由于碳较氧化铝强度、耐热冲击性优异，因此以使用碳较佳的情形较多。

又，本实施方式中，作为销15的材料使用碳石墨。作为销15的材料，使用碳石墨以外的材料亦可，例如，使用氧化铝等在高温亦可使用的材料亦可。

又，上述实施方式中，作为支承构件使用销15(销状构件、棒状构件)，但本发明并不限于此。只要为具有所需强度以既定载重能破坏的构成的构件，则使用销15以外亦可。作为销15以外的支承构件，例如，如图6所示，可举出在长板状构件115a的下方形成有可插脱于形成在台板114的多个***孔116的多数个***构件115b的带有***构件的长板状构件115。在使用此带有***构件的长板状构件115的成形模具，通过抵接侧板111的长板状构件115a在冷却时往外周方向(外方向)按压，该长板状构件115a与***构件115b之间的部分可破坏。

又，作为销15以外的支承构件，可举出图7所示的方式。图7中，替代***孔16，在台板214中沿着侧板211的位置形成有槽216，可插脱于此槽216的薄板状构件215是使用为支承构件。在使用此薄板状构件215的成形模具，薄板状构件215的一部分(抵接部)抵接侧板211，此在冷却时往外周方向(外方向)按压。又，薄板状构件215的另一部分(***部)***槽216而实质上固定。其结果，薄板状构件215的抵接部与***部之间的部分可破坏。

又，作为销15以外的支承构件，可举出图8所示的方式。图8中，大致L字状构件315为支承构件。一例中，大致L字状构件315的L字的底边部分315b以其长边方向为外周方向(外方向)而固定于台板314。例如，在台板314形成有固定此底边部分315b的凹陷316。又，侧板311抵接L字的上部分315a。亦即，一例中，大致L字状构件315具有***设在台板314的凹陷316而实质上固定于台板314的底边部分315b、与以底边部分315b的一端为基部并在与底边部分315b的延伸方向正交的方向延伸的上部分315a，上部分315a的一面抵接侧板311。在使用此大致L字状构件315的成形模具，通过在冷却时侧板311按压该大致L字状构件315的上部分315a，L字的上部分315a与底边部分315b之间的部分可破坏。

又，作为销15以外的支承构件，可举出图9所示的方式。图9中，大致L字状长板状构件415为支承构件，该大致L字状长板状构件415的L字的底边部分415b固定于台板414。例如，在台板414形成有固定此底边部分415b的凹陷416。又，侧板411抵接L字的上部分415a。亦即，一例中，大致L字状长板状构件415具有***设在台板414的凹陷416而实质上固定于台板414的底边部分415b。底边部分415b具有沿着侧板411延伸的长边。又，大致L字状长板状构件415具有以底边部分415b的一长边为基部并延伸的上部分415a，上部分415a的一面抵接侧板411。底边部分415b与上部分415a之间的角度为例如90°。在使用此大致L字状长板状构件415的成形模具，通过在冷却时侧板411按压该大致L字状长板状构件415的上部分415a，上部分415a与底边部分415b之间的部分可破坏。

此外，本实施方式中，虽说明以结晶化温度以上软化点温度以下的温度使玻璃锭20A成形之例，但并不限于此。成形温度只要为玻璃锭20A的结晶化温度以上即可。例如，以较玻璃锭20A的软化点高的温度成形亦可。

Claims

1.一种玻璃成形用的成形模具，具有：

模具本体，用于玻璃的加热加压成形；以及

支承构件，配置成可抵接所述模具本体的可动构件，为了开放以所述模具本体与所述玻璃之间的线膨胀系数之差为依据的应力而可破坏。

2.如权利要求1所述的玻璃成形用的成形模具，其中，所述模具本体具有所述支承构件的一部分可***的多个孔及/或多个槽。

3.如权利要求1或2所述的玻璃成形用的成形模具，其中，所述支承构件具有在加热加压步骤经由所述可动构件负载的载重所产生的剪切力无法破坏的强度，且具有在冷却步骤因所述模具本体与所述玻璃之间的线膨胀系数之差而负载的载重所产生的剪切力可破坏的强度。

4.如权利要求1至3任一项所述的玻璃成形用的成形模具，其中，所述支承构件的材质包含碳。

5.如权利要求1至4任一项所述的玻璃成形用的成形模具，其中，所述模具本体，具有：

台板；

可上下动的顶板；以及

作为所述可动构件的侧板，配置在所述台板上，可相对所述台板相对移动。

6.一种玻璃成形用的成形模具，是构成为具有收容玻璃锭的中空部，以台板、配置在其上的侧板、及可在所述侧板彼此的内侧上下动的顶板包围所述中空部，其特征在于：

在所述台板以抵接所述侧板的外侧的方式配置有支承构件，所述侧板是形成为可相对所述台板往其外侧方向相对移动，且通过所述支承构件从所述侧板的外侧支承；

所述支承构件具有下述强度：

在对收容在所述中空部的玻璃锭加热加压使其变形时，从所述玻璃锭经由所述侧板负载的载重所产生的剪切力无法破坏的强度；以及

在将加热加压变形后的所述玻璃锭冷却时，因该成形模具与所述玻璃锭的线膨胀系数之差而负载的载重所产生的剪切力可破坏的强度。

7.如权利要求6所述的玻璃成形用的成形模具，其中，在所述台板沿着抵接所述侧板的外侧的位置形成有多个***孔；

所述支承构件是以可插脱于所述多个***孔的销构成。

8.如权利要求6或7所述的玻璃成形用的成形模具，其中，所述玻璃锭为石英玻璃。

9.如权利要求6至8任一项所述的玻璃成形用的成形模具，其中，该成形模具是以碳构成。

10.一种玻璃成形装置，具有：

权利要求1至9任一项所述的玻璃成形用的成形模具；以及

玻璃锭的加热手段及加压手段。

11.一种玻璃成形方法，是使用权利要求10所述的玻璃成形装置，其特征在于：

在成形模具收容玻璃锭；

通过加热手段及加压手段对所述玻璃锭加热加压使其变形；

在将变形后的所述玻璃锭冷却时，通过因所述成形模具与所述玻璃锭的线膨胀系数之差而负载的载重，使侧板相对所述台板往其外侧方向相对移动，藉此剪切力作用于支承构件，与所述剪切力对应使所述支承构件破坏。

12.一种光罩基板的制造方法，具有使用权利要求11所述的玻璃成形方法获得玻璃成形体的步骤。