JP2805281B2 - 石英ガラス物品を製造する為の成型枠 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は石英ガラス体の少なくと
も一面に凹凸を形成してなる石英ガラス物品の製造に係
る発明であり、特に半導体工業用に用いられる石英ガラ
ス製部材であって、例えば、炉芯管のフランジ部、縦型
ウエハキャリアの天井板や底板、横型ウエハキャリアの
側板及び炉芯管キャップ等の石英ガラス製治具及びその
部品等にしばしば用いられる、突起、はめ込み部若しく
はフランジ部等を有する石英ガラス物品を効率的に製造
する発明に関するものである。

【０００２】

【従来技術】従来この様な複雑な形状の石英ガラス部材
を製造する場合、石英ガラス平板に石英ガラスの溶接棒
をバーナー加熱により加熱、溶接しながら逐次肉盛りを
行った後、肉盛り部を研削加工して所定形状に成型した
り、又石英ブロック体から削り出し加工により製造して
いた。しかしながら、溶接棒による肉盛り加工では作業
時間が非常に長く、また溶接速度と加熱温度の調節がう
まくいかないと泡をかんでしまうために、作業に高度の
熟練性を必要とし、而も長時間の火加工なので作業環境
が悪いという問題を有していた。又ブロック材の削り出
し加工では材料原単位が大きいということと、研削加工
に長時間を要すると言う問題点があった。

【０００３】かかる欠点を解消するために、成型内で前
記石英ガラス体を加熱軟化して前記突起を形成する加熱
成型方法を検討している。この種の成型加工において
は、凹凸部分の精度良い成型を可能にするために、成型
温度を石英ガラスの加熱軟化温度（１６００℃）より高
い１７５０〜１９００℃前後にする必要があるが、この
様な高温度ではグラファイトと石英ガラスとの反応によ
りＣＯやＣＯ_２が発生し、更にはＳｉＯ_２の蒸発ガスが
発生し、これらのガスが軟化している石英ガラスに入り
込み、気泡が発生するのみならず、前記反応により生成
したＳｉＣが石英ガラス表面に付着し、常温に降温させ
た際に両者の熱膨張率の差によりクラックが発生する。

【０００４】このため、例えば特公昭６２−５０４１４
号においては前記成型枠の内面に黒鉛質繊維布を内張り
して該繊維層よりＣＯやＣＯ_２、ＳｉＯ_２蒸気が逃げる
ように工夫している。この技術は、明細書で開示された
実際の実施例によると、１８５０±５℃で３０分間保持
し、不活性ガスＮ_２雰囲気内で０．４ｋｍ／ｃｍ^２で加
圧成型に成功したものであった。これは、内張りの黒鉛
質繊維布がＳｉＯ_２等の蒸気ガスを逃がし、それが気泡
として製品に混入することを防止して歩留を向上したも
のである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記繊維
層を内張りする構成では、原インゴットが溶解し側壁の
クッション材に密着すると、排ガス通路は側壁部クッシ
ョン材の気孔部だけになってしまい、底部側にガスが停
留し、この結果本発明にかかる物品のように底部に突起
を有する機構では前記底部のガスの停留が極めて重大な
欠陥につながる。

【０００６】かかる欠点を防止するために、前記加熱温
度を１６００℃〜１７００℃に低く設定すると共に、貫
通穴が３ｍｍ程度の気孔を有する成型穴を用い且つ無加
圧で成型する装置が特開平５−１７１７４号にて提案さ
れている。

【０００７】しかしながらかかる機構では加熱温度が１
６００℃〜１７００℃と低く粘性が高くなり、而も無加
圧であるために、本発明にかかる物品の場合平面の突起
部分の溶融ガラスの廻り込みが充分行われず、やはり精
度良い加工が不可能になる。

【０００８】本発明はかかる従来の欠点に鑑み、凹凸部
分を有する石英ガラス物品を加工する場合でも、無気泡
で表面に失透やクラックの発生のない、而も精度良い成
型加工が可能な石英ガラス物品を製造する発明、特に成
型枠を提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】先ず本発明に用いる成型
加工方法について説明する。本加工は加熱温度を１７５
０〜２０００℃前後、好ましくは１８４０〜１９６０℃
に設定する。この場合酸水素炎で製造した天然石英ガラ
スの場合は、加熱温度を１８４０〜１９００℃前後、電
気溶融法で製造した天然石英ガラスの場合は、加熱温度
を１９００〜１９６０℃前後に設定する。これにより前
記後者の従来技術のように、加熱温度が低くないために
粘性が低くなる。そして本発明の場合無加圧で成型して
も良いが、無加圧で行うと押し型の自重により加圧力が
変化し、好ましくない。又加圧力を大に設定すると、グ
ラファイト枠と溶融石英ガラスとの接触が強くなり過
ぎ、反応ガスの生成、及びＳｉＣの固着による失透、及
びクリストバライト層の生成による問題が生じる。そこ
で本発明に用いる成型加工方法は前記高温加熱下で且つ
０．０１〜１Ｋｇｆ／ｃｍ^２の範囲の加圧力で加圧成型
している。

【００１０】そしてかかる加工方法も新規であるが、本
発明は特にその成型枠について特定し、平面側に凹凸部
を具えた石英ガラス物品を製造する為の成型枠にかか
り、成型空間を囲繞するグラファイト枠と、該グラファ
イト枠内に前記石英ガラス体を挟んで前記凹凸部と対応
する対向する一対のグラファイト型を具え、前記対向す
るグラファイト型間が縮幅化可能に構成した石英ガラス
体の成型型において、前記グラファイト枠と一対のグラ
ファイト型の組成を異ならせた点を特徴とするものであ
る。

【００１１】即ち、本発明は加圧成型時石英ガラス体に
接触する対向する一対の型においては、ガス透過率が
０．１ｃｍ^２／ｓｅｃ（Ｐ：１．５Ｋｇｆ／ｃｍ^２の
値）以上で且つ圧縮強さが１００ｋｇｆ／ｃｍ^２以上、
好ましくは１５０〜６００ｋｇｆ／ｃｍ^２、ショア硬さ
を１０以上好ましくは１５±２前後の、例えば焼結グラ
ファイトのように多数の微小ガス透過孔を有し、通気性
を有する高純度グラファイト材で形成し、一方前記石英
ガラス体が成型完了付近において、膨出された石英ガラ
ス体外周面に圧接されるグラファイト枠においては、前
記対向する一対のグラファイト型（以下押し型という）
より曲げ強さが数段大なるグラファイト材で形成した事
を特徴とする。

【００１２】この場合、前記押し型のかさ密度を１．５
ｇ／ｃｍ^３以下好ましくは１．２±０．２ｇ／ｃｍ^３、
曲げ強さを３０ｋｇ／ｃｍ^２以上、好ましくは５０〜３
００ｋｇ／ｃｍ^２に夫々設定するのがよい。又前記押し
型のグラファイト純度は石英ガラス体の純度より高純
度、具体的にはＮａ，Ｋ，Ｌｉ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｆｅ等の
半導体毒やクリストバライト層の原因となる金属元素を
各々０．１〜０．２ｐｐｍ以下に設定するのがよい。

【００１３】そして更に前記押し型に印加するプレス圧
力を０．０１〜０．１ｋｇｆ／ｃｍ^２の範囲に設定する
と共に、前記押し型を形成するグラファイトの平均粒径
を３０〜１５０μｍ、好ましくは５０〜１００μｍに設
定するのがよい。

【００１４】また、前記押し型は一つ以上の複数個の組
み合わせからなり、成型後に該ガラス体を容易に押し型
から取り外す事が可能となり、グラファイト型の破損を
防止できるように設定するのがよい。

【００１５】又前記高温加圧成型により石英ガラス物品
を成型する装置に用いる成型枠において、対向する一対
のグラファイト型の一方よりプレス圧を付勢すると共
に、他方側の所定の位置に逃げ部を設けるのがよい。

【００１６】

【作用】前記成型方法のように対向する一対の押し型の
間に石英ガラス体を挟んで、前記対向する押し型が縮幅
しながら、凹凸部を有する平面物品を成型する方法で
は、図１に示すように、加圧成型時石英ガラス体に常に
接触するのは対向する一対の押し型であり、従って石英
ガラスとの反応によりＣＯやＣＯ_２、ＳｉＯ_２等が発生
するのは押し型の接触面のみである。又、該ガラス体の
加熱により例え該ガラス体の外周でＳｉＯ_２の蒸発ガス
が発生しても、石英ガラス体が成型完了直前まではその
周囲のグラファイト枠とは非接触であるために、ガスの
逃げを考慮する必要はない。従って前記一対の押し型に
のみガス逃げ道を設ければ良いが、前記前者の従来技術
の黒鉛繊維布では型の凹凸部形状に対応して変形させる
ことは不可能である。

【００１７】一方後者の従来技術のように、３ｍｍ程度
の気孔を穿孔したものでは、石英ガラスの粘度の高い１
６００〜１７００℃では問題が生じないが、１９００℃
まで昇温すると、石英ガラスの粘度が大幅に低下し、成
型された石英ガラス物品の表面に凹凸が生じてしまう。
そこで本発明は焼結グラファイトのようにグラファイト
材自体が通気性を有する材料を用いて押し型を形成す
る。

【００１８】即ち、ガス透過率が０．１ｃｍ^２／ｓｅｃ
（Ｐ：１．５ｋｇｆ／ｃｍ^２の値）以上，好ましくは
０．９ｃｍ^２／ｓｅｃ前後の微小ガス透過孔群を具えた
押し型を用いている。そしてかさ密度を１．５ｇ／ｃｍ
^３以下のグラファイト材を用いれば良いが、余りにかさ
密度が低いと、加圧成型時に破損や変形が生じてしま
う。そこで好ましくは１．２±０．２ｇ／ｃｍ^３に設定
するのがよい。又加圧成型時に破損や変形が生じること
なく精度良く成型するには、圧縮強さが１００ｋｇｆ／
ｃｍ^２以上、好ましくは１５０〜６００ｋｇｆ／ｃ
ｍ^２、ショア硬さを１０以上好ましくは１５±２前後に
設定することが必要である。

【００１９】一方前記石英ガラス体が成型完了付近にお
いて、軟化された石英ガラス体外周面よりの膨出力が前
記グラファイト枠内壁面に付勢されるために、グラファ
イト枠の曲げ強さは押し型より数段大である事が必要で
ある。この場合押し型の曲げ強さは３０ｋｇ／ｃｍ^２以
上、好ましくは５０〜３００ｋｇ／ｃｍ^２に夫々設定す
るのがよいために、グラファイト枠の曲げ強さは、それ
以上、具体的には３５０〜９００ｋｇ／ｃｍ^２前後存在
する必要がある。

【００２０】又前記押し型は、加圧成型時石英ガラス体
に常に接触している為に、接触による前記グラファイト
の側に不純物が存在すると、これに比例して石英ガラス
体の表面に半導体毒やクリストバライト層が形成され、
やはり失透やクラックの発生の原因となる。そこでＮ
ａ，Ｋ，Ｌｉ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｆｅ等の半導体毒やクリス
トバライト層の原因となる金属元素を各々０．１〜０．
２ｐｐｍ以下に設定するのがよい。

【００２１】又前記の構成をとっても高温下では必ず反
応してしまう。そこで本発明においては前記対向する一
方の押し型にプレス圧力を印加させるとともに、その圧
力を０．０１〜０．１ｋｇｆ／ｃｍ^２の範囲の微小圧に
設定すると共に、前記押し型を形成する黒鉛の平均粒径
を３０〜１５０μｍ、好ましくは５０〜１００μｍに設
定することにより精度よい成型加工を維持しつつ極力石
英ガラス体とグラファイトとの接触面積を低くして前記
反応の抑制を図っている。

【００２２】又一つの平面に凹凸部を具えた石英ガラス
物品を成型する装置において対向する一対の押し型の一
方よりプレス圧力を付勢することによりその凹部に軟化
した石英ガラスが流入しやすくなり、好ましいが、この
ような構成を取るとグラファイト型の凹部に流入した分
の背面側（他方側）に位置する側の該ガラス体にだれが
発生し凹みが出来てしまう。そこで前記プレス圧力が印
加される側の押し型と対面する型の所定位置に逃げ部を
設け、そこに軟化した石英ガラスを集めながら成型を行
うことにより、押し型の凹部と対面する側の凹み形成を
防止できる。尚前記逃げ部は成型完了後に凸部となる
が、それは後で切削加工により切断すれば良い。

【００２３】

【実施例】以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳
細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品
の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な
記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する
趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。

【００２４】図１は本発明の実施例に係る石英ガラス物
品成型装置の基本構成図である。同図において、下方が
開放されており、断面門型状のグラファイト製の筐体１
内には、筐体１周囲に配した電磁誘導加熱コイル２Ａの
電磁誘導作用によって加熱するグラファイトヒータ２が
設けられ、このヒータ２は筐体１外の図示しない温度計
及びその他の制御装置によって誘導加熱コイル２Ａを電
力制御され、設定温度に室温が制御されるように構成さ
れている。上端にワークテーブル３ａが設けられている
可動プレス棒３はグラファイトで形成され、下端部を油
圧シリンダ５のピストン部５ａに連結していて、ロード
セル３ｃを介して該ピストン部５ａの駆動により上下動
可能に構成されている。そしてワークテーブル３ａに
は、本発明の要旨たる成型枠７が載置され、該成型枠７
は油圧シリンダ５の駆動により上方に押圧されるが、成
型枠７の上側に位置する押し型１０上面を固定プレス棒
１９が当接することにより、成型枠７は上下方向から押
圧されることになる。尚、固定プレス棒１９はグラファ
イトで形成され、筐体１に一体的に固定されている。

【００２５】油圧シリンダ５のピストン部５ａと可動プ
レス棒３間に配設されたロードセル３ｃは前記押圧中の
圧力を測定することができるように構成されている。又
油圧シリンダ５の側面には、スケール４が垂直に立設さ
れ、プレス棒３の側面より水平に延在する指針３ｂによ
り可動プレス棒３の上昇距離を確認できるように構成さ
れている。この結果可動プレス棒３の成型枠７への押圧
変位量はスケール４上の指針３ｂを観察することによっ
て視認でき、その指針３ｂの上昇位置を確認して成型完
了を目視可能に構成されている。

【００２６】尚、この成型完了検知は指針３ｂの移動量
を抵抗変化またはコンデンサ等の電気信号に変換して、
ランプまたはブザーにて合図することも可能である。そ
して前記筐体１の下方入口部はシャッタ６により閉塞可
能に構成されており、そして該シャッタ６は耐熱性を有
するカーボンフェルトにより構成され、不図示のエアシ
リンダ等により筐体１の下面に沿って開閉可能に構成さ
れている。そしてシャッタ６の閉成後、筐体１内を、図
示しない装置によりＮ_２、またはＡｒもしくはＨｅ等の
不活性ガスで置換可能に構成されている。また、可動プ
レス棒３、油圧シリンダ５及びスケール４はボールネジ
その他の図示しない昇降機構により筐体１内を侵入抜出
可能に一体で上下動可能に構成されており、これにより
シャッタ６の開放後、昇降機構を介してこれらを降下さ
せワークテーブルを筐体１外に抜出させる事により、成
型枠７を交換を可能としている。

【００２７】図２は、成型枠の形状を示す一実施例図
で、同図（Ｃ）に示されている横型ボート５０の側板５
１を加圧成型する成型枠の構造を開示したもので、凹型
１３には同図（Ｂ）の側板５１の凸部５１ａと対応する
凹部１３ａが上面側に開口されている。即ち本成型枠
は、図２（Ａ）に示すように緻密性のグラファイトで作
られたグラファイト枠１５及び底板１２で構成される成
型空間を形成する方形状グラファイト枠内に、前記石英
ガラス体８を挟んで凸部５１ａと対応する凹部１３ａを
有する凹型１３とそれに対面する押し型１０とを配置
し、前記押し型１０と凹型１３間が縮幅化可能に、方形
グラファイト枠１５の内形より、押し型１０及び凹型１
３の外形を僅かに小に設定している。

【００２８】又前記凹型１３の凹部１３ａと対応する押
し型１０の所定位置に腕型の逃げ部１０ａを設け、該逃
げ部１０ａを凹型１３の凹部１３ａと同等か若しくは僅
かに大なる容積に設定する。そして前記凹型１３と押し
型１０はプレス荷重時の圧縮応力に耐えられるように厚
肉に、又グラファイト枠１５は熱吸収の良いように薄肉
方形枠で形成されている。

【００２９】図３は成型枠の他の形状を示す実施例で、
本実施例の石英ガラス物品は図に示すように凸部５６ａ
を備えた、例えば縦型炉心管５５のフランジ部５６とし
て機能するもので、凹型１３にはリング状凸部５６ａと
対応する凹部１３ａが開口されている。そして本成型枠
は（Ａ）に示すように、緻密性のグラファイトで作られ
たグラファイト筒１５及び底板１２で構成される成型空
間１１を形成する円筒状グラファイト枠内に、前記石英
ガラス体８を挟んで前記凸部１７ｃと対応する凹部１３
ａを有する凹型１３と、押し型１０とを配置し、前記押
し型１０と凹型１３間が縮幅化可能に、円筒型グラファ
イト筒１５の内径より、押し型１０及び凹型１３の外径
を僅かに小に設定している。又心柱１６は、フランジ５
６に中心穴５６ｄを設けるために凹型１３に植設されて
いるが、該中心穴５６ｄは成型完了後に切削加工すれば
良く、かならずしも必要とされるものではない。

【００３０】そして前記いずれの実施例も凹型１３及び
押し型１０を構成するグラファイトは、ガス透過率が
０．１ｃｍ^２／ｓｅｃ（Ｐ：１．５ｋｇｆ／ｃｍ^２の
値）以上、好ましくは０．９ｃｍ^２／ｓｅｃ前後の微小
ガス透過孔群を具え、そしてかさ密度は１．５ｇ／ｃｍ
^３以下、好ましくは１．２ｇ／ｃｍ^３、圧縮強さは１０
０ｋｇｆ／ｃｍ^２以上、好ましくは１６０ｋｇｆ／ｃｍ
^２前後、ショア硬さは１０以上好ましくは１５前後、曲
げ強さは３０ｋｇ／ｃｍ^２以上、好ましくは６９ｋｇ／
ｃｍ^２前後、固有抵抗は４０μΩ・ｃｍに設定する。

【００３１】そして前記グラファイトの純度はＮａ，
Ｋ，Ｌｉ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｃｕ，Ａｌが各々０．１ｐｐｍ
以下、Ｆｅは０．１５ｐｐｍ以下に設定し、少なくとも
成型加工されるべき石英ガラスの純度より高純度にて製
造される。又前記押し型１０及び凹型１３のグラファイ
ト材は焼結等により形成されるが、この場合グラファイ
トの平均粒径を３０〜１５０μｍ、好ましくは５０〜１
００μｍに設定するのがよい。

【００３２】一方グラファイト枠１５及び底板１２を構
成する緻密性グラファイトは、かさ密度は１．８〜１．
９ｇ／ｃｍ^３、圧縮強さは７００〜１０５０ｋｇｆ／ｃ
ｍ^２、ショア硬さは５０〜９０前後、曲げ強さは３７０
〜９００ｋｇ／ｃｍ^２、固有抵抗は０．９〜１．８μΩ
・ｃｍに設定する。

【００３３】尚、前記凹型１３に植設する心柱１６も凹
型１３と同一材質で形成するのが好ましいが、成型加熱
中常時接触するものではなく、必ずしも限定されない。

【００３４】かかる実施例によれば加圧成型時石英ガラ
ス体８に常に接触するのは凹型１３と押し型１０はグラ
ファイト材自体が通気性を有する材料を用いて形成され
ているために、石英ガラスとグラファイトが反応して生
成されるＣＯ、ＣＯ_２、ＳｉＣ等のガスを容易に成型空
間外に逃すことが出来る。又ＣＯ、ＣＯ_２、ＳｉＣ等の
ガスを容易に成型空間外に逃すことが出来る事はガラス
表面に炭化珪素が生成されるのを防止し、さらには熱膨
張の違いにより冷却後にクラックが発生し、歩留を悪化
させるという欠点の解消と共に、炭化珪素の固着に起因
する型とガラスの滑りが悪化し、ガラスが型の細部にま
で入り込まなくなる欠点を解消出来る。

【００３５】また、型１０、１３とガラス体８と接触す
る接触面に不純物に起因する失透（結晶化）が発生する
と、型１０、１３とガラス体８との滑りが無くなり、成
型が困難になるが、前記凹型１３と押し型１０の純度を
石英ガラス体８の表面の純度より高く設定したために、
前記欠点を防止される。又前記の構成をとっても高温下
では必ず反応してしまう。

【００３６】そこで本実施例においては前記凹型１３側
にプレス圧力を印加させるとともに、そのプレス圧力を
０．０１〜０．１ｋｇｆ／ｃｍ^２の範囲の微小圧に設定
することにより精度よい成型加工を維持しつつ極力石英
ガラス体８とグラファイトとの接触面積を低くする事が
出来る。

【００３７】又一の平面側に凸部１７ａを具えた石英ガ
ラス物品を成型する装置において凹型１３の背面側より
プレス圧力を付勢する事によりその凹部に軟化した石英
ガラスが流入しやすくなり、好ましいが、このような構
成を取るとメス部に流入した分その背面側に位置する押
し型１０と対面する該ガラス体がだれて、凹みができて
しまう。

【００３８】そこで前記凹型１３の凹部と対応する押し
型１０の所定位置に逃げ部１０ａより、具体的には凹型
１３の凹部と同等か若しくは僅かに大なる容積に設定し
た逃げ部１０ａを設け、そこに軟化した石英ガラスを集
めながら成型を行うことにより、押し型１０と対面する
側の該ガラス体の凹みを防止できる。この場合前記逃げ
部１０ａが成型完了後に凸部となるが、それは後で切削
加工により切断すれば良い。

【００３９】又前記成型枠は底板１２を介して凹型１３
の背面側よりプレス圧力が油圧シリンダを介して印加さ
れるが、この場合プレス圧力が大きすぎると軟化したガ
ラスが座屈したり、異常変形を起こし、気泡の巻き込み
などが発生するため注意が必要である。而も本実施例は
加熱温度を１８４０〜１９６０℃の高温度に設定してい
る為に、加圧力を大に設定すると、凹型１３等と溶融石
英ガラスとの接触が強くなり過ぎ、反応ガスの生成、及
びＳｉＣの固着による失透、及びクリストバライト層の
生成による問題が生じる。そこで本実施例においてはプ
レス圧を０．０１ｋｇ／ｃｍ^２〜０．１ｋｇ／ｃｍ^２の
プレス圧力に設定している。

【００４０】又、このプレス圧力は石英ガラス体８が軟
化変形する以前の温度域より、すなわち１６００℃以前
より予圧するのが良く、又ガラスの変形速度は、プレス
圧力及び／または溶融プレス温度で異なるが、実験の結
果、０．０７ｍｍ／ｍｉｎ〜８ｍｍ／ｍｉｎ、望ましく
は０．０７ｍｍ／ｍｉｎ〜５ｍｍ／ｍｉｎが好ましい。
このようにバラツキを有するのは、連続操業の場合、常
温から立上げる一回目と比べて予熱の存在する二回目以
降はガラスの変形速度が、１０倍以上早くなる為であ
る。これは、二回目以降では炉内の温度が、すでに溶融
プレス温度付近の１６００℃に維持されているためであ
る。又この様に炉内の温度が維持されているのは筐体１
の入口側を下側に設定したために、高熱が成型空間内に
維持する事が出来ることも起因している。

【００４１】次に、上記実施例に基づく動作を説明す
る。図１において、シャッタ６を開成し、図示しない昇
降機構を操作して可動プレス棒３、油圧シリンダ５及び
スケール４を一体で降下させ、図２（Ａ）、図３（Ａ）
及び図４に示すように石英ガラス体８が載置された成型
枠７をワークテーブル３ａ上に載置し、筐体１内へ上昇
させ、そして押し型１０の上面が固定プレス棒にほぼ接
触する付近まで上昇させる。この状態で底板１２及び凹
型１３を介して石英ガラス体８に油圧シリンダ５により
０．０３〜０．０４ｋｇｆ／ｃｍ^２のプレス圧を印加す
る。そしてシャッタ６閉成後、筐体１の内外に気密状態
が形成されると、不活性ガスＮ_２を置換しほぼ１気圧に
設定する。

【００４２】不図示の温度計にて昇温時間を計測しなが
ら、誘電加熱コイルを介してグラファイトヒータを急速
加熱すると１６００℃前後から加熱変形が始まり、これ
に追従して０．０３〜０．０４Ｋｇｆ／ｃｍ^２のプレス
圧を維持するための油圧シリンダの上昇を行う。そし
て、充分石英ガラスが軟化し前記成型空間内に満たされ
た後、言い換えれば１８５０℃〜１９６０℃で５ｍｉｎ
〜１０ｍｉｎ位置保持を行う。そして成型加工状態にお
いては、例えば図４に示すように、石英ガラス体８とグ
ラファイト型１０、１３が反応して生成されるＣＯ、Ｃ
Ｏ_２、ＳｉＯ_２、ＳｉＣ等のガスは矢印に示すように押
し型１０の通気部及び凹型１３の通気部を介して成型空
間に逃げる。この際凹型１３の通気部よりの逃げを一層
効率良くするために、前記底板１２に多数の貫通孔１２
ａを穿孔しても良く、又底板１２を設けずに凹型１３を
底板１２として兼用しても良い。

【００４３】そして前記位置保持後スケール４の目盛り
を示す指針３ｂを注視し、予め変位量を計算して作られ
ているアルゴリズムに基づいて石英ガラスの変位完了を
検出すると、シャッタ６を開放した後、ワークテーブル
３ａを不図示の昇降機構により降下させ、成型枠７をテ
ーブル３ａ上から取りだし、図５に示すように石英キャ
ップ２３で蓋をして、カーボンの酸化防止を行なう。そ
の後、１１５０℃で３０ｍｉｎ保持後、徐冷しアニール
処理を行う事により成型品が形成でき、これのバリ等適
時切削加工により除去することにより完成する。尚、前
記位置保持時間においてもプレス圧は印加されているた
めに、指針３ｂが示すスケール４の目盛りが微小に上昇
し、従って該指針の上昇速度を観察することにより、自
動的に石英ガラスの変形完了を検出することができるも
のである。

【００４４】ところで、石英ガラスの材質は、酸水素溶
融品と電気溶融品と比べると、若干異なる実験結果を見
いだされている。両者とも良好なる石英ガラス物品の成
型する為の条件は、昇温速度は一回目を４６．５℃／ｍ
ｉｎ，二回目は１２９〜１８３℃／ｍｉｎと同じであっ
たが、他のデータについては、酸水素溶融品は、溶融プ
レス温度：１８６０℃、保持時間：５ｍｉｎ、変形速
度：４ｍｍ／ｍｉｎ、プレス圧力：０．０３ｋｇ／ｃｍ
^２、また、電気溶融品は、溶融プレス温度：１９５０
℃、保持時間：１０ｍｉｎ、変形速度：３ｍｍ／ｍｉ
ｎ、プレス圧力：０．０４ｋｇ／ｃｍ^２であって、これ
により良好なる石英ガラス物品の成型品を得ることがで
きた。

【００４５】

【効果】以上説明したように、本発明によれば、凹凸部
を有する石英ガラス物品を加工する場合でも、無気泡で
表面に失透やクラックの発生のない、而も精度良い成型
加工が可能な石英ガラス物品を製造する事が出来る他、
連続成型も容易に行うことが出来るために極めて実用的
である。等の種々の著効を有す。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る石英ガラス体の加熱成型
装置の概要図である。

【図２】（Ａ）は成型枠の断面図、（Ｂ）はその成型品
を示す斜視図で、特に（Ｃ）に示す横型ボートの側板に
関するものである。

【図３】（Ａ）は成型枠の断面図、（Ｂ）はその成型品
を示す斜視図、特に（Ｃ）に示す炉芯管のフランジ部に
関するものである。

【図４】図２の成形枠の押圧状態を示す。

【図５】図２の成形枠に石英キャップをした状態を示
す。

【符号の説明】

１ 筐体 ２ ヒータ ７ 成型型 ８ 石英ガラス体 １０ 押し型 １３ 凹型 １１２、１５ 円筒グラファイト枠

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C03B 20/00 C03B 11/00

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 石英ガラス体を１７５０〜２０００℃前
   後の高温加熱下で且つ０．０１〜１Ｋｇｆ／ｃｍ^２の範
   囲の加圧力で加圧成型して石英ガラス物品を製造する為
   の成型型において、 成型空間を囲繞するグラファイト枠内に、前記石英ガラ
   ス体を挟んで対向する位置に一対のグラファイト型を配
   置し、それらが縮幅化可能に構成した石英ガラス体の成
   型型よりなり、 石英ガラス体に接触しながら加圧成型を行う対向した一
   対のグラファイト型をガス透過率が０．１ｃｍ^２／ｓｅ
   ｃ（Ｐ：１．５Ｋｇｆ／ｃｍ^２の値）以上で且つ圧縮強
   さが１００Ｋｇｆ／ｃｍ^２以上及びショア硬さが１０以
   上の、微小ガス透過孔群を有する高純度グラファイト材
   で形成し、 一方前記グラファイト枠を対向した一対のグラファイト
   型より曲げ強さが数段大なるグラファイト材で形成した
   事を特徴とする石英ガラス体の成型加工の為の成型枠
2. 【請求項２】 前記対向した一対のグラファイト型のか
   さ密度を１．５ｇ／ｃｍ^３以下、曲げ強さを３０ｋｇｆ
   ／ｃｍ^２以上に夫々設定した請求項１記載の成型枠
3. 【請求項３】 前記対向した一対のグラファイト型の純
   度を石英ガラス体の純度よりも高純度に設定した請求項
   １記載の成型枠
4. 【請求項４】 前記対向した一対のグラファイト型はそ
   れぞれ１つ以上複数個で組合わさって成るように設定し
   た請求項１の成型枠
5. 【請求項５】 前記対向する一対のグラファイト型に印
   加するプレス圧を０．０１〜０．１ｋｇｆ／ｃｍ^２の範
   囲に設定すると共に、前記対向するグラファイト型を形
   成するグラファイトの平均粒径を３０〜１５０μｍ、好
   ましくは５０〜１００μｍに設定した請求項１記載の成
   型枠
6. 【請求項６】 高温加圧成型により石英ガラス物品を成
   型する装置に用いる成型枠において、 対向する一対のグラファイト型の一方よりプレス圧を付
   勢すると共に、他方側の所定位置に逃げ部を設けた請求
   項１記載の成型枠