JP4054609B2 - ガラスの成形型及び成形方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はガラスの成形型及び成形方法に係わり、特に押型の加圧面の形状を正四角錐状にしたガラスの成形型及び成形方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
石英ガラスは高純度で耐熱性、光透過性、化学的安定性等に優れているため、半導体産業等において種々の部材として使用されている。この石英ガラスの製造には四塩化珪素を高温の酸水素火炎中で加水分解して製造する方法が多く用いられ、直径が一様でない円柱形状の石英ガラスインゴットとして製造されている。
【0003】
このようにして製造された石英ガラスインゴットは、正方形状の成形体(成形インゴット)に成形されて用いられるが、従来の成形方法には、図5(a)に示すようなガラスの成形型11が用いられ、断面が正方形状の外型12内に円柱形状のガラスインゴット13を収納し、外部から加熱しながら加圧面の形状が平坦な押型14により押圧して、成形を行っていた。
【0004】
しかしながら、このような従来の成形型を用いて加圧成形した場合、得られた角柱型の成形体は、図5(b)及び図6に示すように、加圧面において角部14aまで十分にインゴットが流れず、インゴット端部13aが垂れてしまうことが多かった。このため、成形体を薄肉にスライスし、液晶用基板やフォトマスク用基板等の薄板材の最終製品を得る場合、垂れたインゴット端部13aは必要な寸法に達していないため製品にすることができない。そのため、垂れたインゴット端部13aは切断され破棄されていた。
【0005】
このような理由で、成形体をスライスして液晶用基板やフォトマスク用基板を製造する場合、材料歩留が極めて悪かった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、材料歩留よくガラスインゴットを成形できるガラスの成形型が要望されていた。本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、材料歩留よくガラスインゴットを成形できるガラスの成形型及び成形方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の1つの態様によれば、インゴット収納凹部の断面が正方形状の外型と、この外型内に収納されたガラスインゴットを加熱しながら押圧する押型を有するガラスの成形型において、前記押型は加圧面の形状が正四角錐状であることを特徴とするガラスの成形型が提供される。これにより、材料歩留よくガラスインゴットが成形される。
【0008】
好適な一例では、上記成形型の正四角錐の高さは、正四角錐底面の正方形の一辺長さの1/200〜1/60である。これにより、インゴットが加圧面において外型の角部まで流れやすくなり、加圧面におけるインゴット端部に垂れが発生しなくなる。
【0009】
また、本発明の他の態様によれば、ガラスインゴットを、インゴット収納凹部の断面が正方形状の外型内に設置し、これを加熱しながら、加圧面の形状が正四角錐状である押型で加圧することにより、所定形状に成形するガラスの成形方法が提供される。これにより、材料歩留よくガラスインゴットが成形される。
【0011】
本発明の他の態様によれば、ガラスインゴットを、成形型内に設置し、これを加熱しながら形状の異なる二種類の押型で二段階加圧するガラスの成型方法において、一段階加圧時には、表面形状が正四角錐状である押型を用い、二段階加圧時には表面形状がフラット状である押型を用いる。これにより、加工面が平らになり、所望の形状になる。
【0012】
また、他の好適な一例では、上記一段階加圧は、正四角錐の高さがこの正四角錐底面の正方形の一辺長さの1/100〜1/10である押型を用いる。これにより、二段階目の加圧が有効になる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わるガラスの成形型の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【0014】
図1は本発明に係わるガラスの成形型を組込んだガラスの成形装置の概念図である。
【0015】
図1に示すように、ガラスの成形装置1は、電気溶融炉2内に本発明に係わるガラスの成形型3が組込まれている。図1及び図2に示すように、このガラスの成形型3は、耐熱性に優れたカーボン製で形成され、インゴット収納凹部4aの断面が正方形状の外型4と、この外型4内に収納されたガラスインゴット5を加熱しながら押圧する押型6を有している。この押型6は加圧面6aの形状が正四角錐状をなしており、この正四角錐の高さHは、正四角錐底面6aの正方形一辺の長さLの1/200〜1/60になっている。このような比率にすることにより、インゴット5が加圧面において外型4の角部4bまで流れやすくなり、加圧面におけるインゴット端部5aに垂れが発生しなくなる。上記比率が1/60を超えると、無駄となるインゴットの体積が大きくなり、従来のフラット形状の押型で成形し端部のダレ部分をスライスして破棄する場合と変わらず無駄が発生する。また、比率が1/200より小さいと、インゴットが端部へ流れにくくなり、十分な効果が得られず、端部に垂れが生じる。
【0016】
次に、本発明に係わる第1実施形態の石英ガラスインゴットの成形方法について説明する。
【0017】
図2(a)に示すように、最初に通常の酸水素火炎溶融により製造された石英ガラスインゴット5をヒータ2aが内装された電気溶融炉2に収納された成形型3の外型4に入れて加熱する。透明石英ガラスは1000℃以上の高温では、粘性が指数関数的に低下し、1700〜2000℃の温度範囲では、108〜106ポアズの加工成形に適した粘性を保つことができる。特に、1800℃を超えると、5kg/cm2以下の圧力で容易に成形が可能であり、この点から1800〜1900℃に加熱するのが好ましい。この成形方法によると、成形後の透明石英ガラス中の熱歪を極力低減することができる。
【0018】
このような温度に石英ガラスインゴット5が加熱されたら、さらに、加熱しながら、図2(b)に示すように、押型6を押圧する。
【0019】
この押圧工程において、押型6の表面形状が正四角錐状であるので、図3に示すように、溶融した石英インゴット5が外型4の角部4bに流れやすくなり、加圧面におけるインゴット端部5aが垂れなくなる。
【0020】
このようにして成形された石英ガラスインゴット5は、所定の寸法の正四角柱体に成形される。なお、正四角錐が突出する高さ分は、インゴット5が所望な形状を満たさないが、正四角錐の高さを適当に設定することにより、最小限にすることができ、従来の垂れた部位を除去するのに比べて、材料歩留が著しく改善される。
【0021】
また、本発明に係わる第2実施形態の石英ガラスインゴットの成形方法について説明する。
【0022】
本第2実施形態の成形方法も上記第1実施形態の成形方法と同様に、図1に示すようなガラスの成形装置を用いて、形状の異なる二種類の押型で二段階加圧することで成形を行なう。
【0023】
例えば、図4(a)に示すように、酸水素火炎溶融により製造された石英ガラスインゴット5Aを成形型3Aの外型4Aに入れて1800〜1900℃に加熱する。
【0024】
このような温度に石英ガラスインゴット5Aが加熱されたら、さらに、加熱しながら、図4(b)に示すように、表面形状が正四角錐状である押型6A1を用い、一段階目の加圧を行なう。
【0025】
この押型6A1は、正四角錐の高さがこの正四角錐底面の正方形の一辺長さの1/100〜1/10である。これにより、二段階目の加圧が有効になり、1/10を超えると、二段階の加圧でも石英ガラスインゴット5Aを十分押し切れず所望の形状に成形されない部分が生じ、正四角錐状である成形型で成形し、所望の形状に成形されていない部分を切断して破棄するのと大差なくなる。また、1/100より小さいと、一段階目の加圧で石英ガラスインゴット5Aが端部へ流れにくくなり、十分な効果が得られず、フラットな形状の成形型により加圧した時と大差なくなる。
【0026】
さらに、図4(c)に示すように、表面形状がフラット状である押型6A2を用い二段階目の加圧を行なう。これにより、石英ガラスインゴット5Aの加工面が平らになり、所望の形状になる。この石英ガラスインゴット5Aを用いることにより、所望の形状に成形されていない部分を全くもしくは切断、破棄する必要がなくなった。
【0027】
【実施例】
1.第1実施形態の成形方法を用いた試験
実施例1:直径約280mm、高さ約200mmの石英ガラスインゴットを、幅300mm×300mm×高さ200mmの成形型内で約2000℃まで加熱し、高さ1.5mm(一辺300mmの1/200)の正四角錐状の押圧面を持つ押型で上方より4kg/cm2の圧力で加圧した。これにより高さ約140mmの成形体が得られた。インゴット端部まで十分にインゴットが流れたため、インゴット端部にだれの発生はなかった。正四角錐の高さ分2mmを切断し、高さ138mmの正四角柱石英ガラスインゴットを得た。
【0028】
実施例2:実施例1と同様の石英ガラスインゴットと成形型を用いて同様に加熱し、高さ5mm(一辺300mmの1/60)の正四角錐状の押圧面を持つ押型で上方より3kg/cm2の圧力で加圧した。これにより高さ約140mmの成形体が得られた。インゴット端部まで十分にインゴットが流れたため、インゴット端部にだれの発生はなかった。正四角錐の高さ分5mmを切断し、高さ135mmの正四角柱インゴットを得た。
【0029】
従来例:実施例1と同様の石英ガラスインゴットを用いて同様に加熱し、高さ200mmの成形型内で約2000℃まで加熱し、平坦形状の押圧面を持つ押型で上方より加圧した。これにより高さ約140mmの成形体が得られた。インゴット端部まで十分にインゴットが流れず、高さ約10mmの垂れが発生していた。このだれている部分10mmを切断し、高さ130mmの正四角柱インゴットを得た。
【0030】
結果
実施例1と従来例を比較した場合、実施例1の方が、得られた石英ガラスインゴットの高さは8mm大きく、例えば3mm厚さの場合、このインゴットからの取れる薄板数は2枚増加することがわかった。
【0031】
2.第2実施形態の成形方法を用いた試験
実施例3:実施例1と同様の石英ガラスインゴットと成形型を用いて同様に加熱し、高さ2mm(150mmの1/75)の正四角錐のプレス面を持つ押型で上方より加圧した。続いてフラットな形状のプレス面を持つ押型で上方より加圧した。これにより高さ約140mmの成形体が得られた。端部まで十分にインゴットが流れたため、加圧面はフラットな形状で無駄な部分は生じず、高さ140mmのインゴットを得た。
【0032】
実施例4:実施例1と同様の石英ガラスインゴットと成形型を用いて同様に加熱し、高さ15mm(150mmの1/7)の正四角錐状のプレス面を持つ押型で上方より加圧した。続いてフラットな形状のプレス面を持つ押型で上方より加圧した。これにより高さ約140mmの成形体が得られた。端部まで十分にインゴットが流れていたが、二段階目の加圧によるフラットな形状は得られず、正四角錐形状が約3mm残った。この部分を切断し、高さ136mmのインゴットを得た。
【0033】
実施例5:実施例1と同様の石英ガラスインゴットと成形型を用いて同様に加熱し、高さ1mm(150mmの1/150)の正四角錐状のプレス面を持つ押型で上方より加圧した。続いてフラットな形状のプレス面を持つ押型で上方より加圧した。これにより高さ約140mmの成形体が得られた。端部まで十分にインゴットが流れておらず、高さ約6mm垂れていた。この垂れている部分6mmを切断し、高さ134mmのインゴットを得た。
【0034】
結果
実施例3,4,5いずれも前記従来例と比較した場合、薄板が例えば3mm厚さの場合、石英ガラスインゴットから取れる薄板数の増加が認められた。また、実施例3と実施例5を比較した場合、実施例3の方が、得られた石英ガラスインゴットの高さは7mm大きく、例えば3mm厚さの場合、このインゴットからの取れる薄板数は2枚増加することがわかった。また、実施例4と実施例5を比較した場合、実施例4の方が、得られた石英ガラスインゴットの高さは3mm大きく、このインゴットからの取れる薄板数は1枚増加することがわかった。
【0035】
【発明の効果】
本発明に係わるガラスの成形型及び成形方法によれば、材料歩留よくガラスインゴットを成形できるガラスの成形型及び成形方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わるガラスの成形型を組込んだガラスの成形装置の概念図。
【図2】(a)及び(b)は本発明に係わるガラスの成形方法の第1実施形態の成形工程を示す概念図。
【図3】図2(b)のA部を拡大して示す断面図。
【図4】(a)、(b)及び(c)は本発明に係わるガラスの成形方法の第2実施形態の成形工程を示す概念図。
【図5】(a)及び(b)は従来のガラスの成形型を用いたガラスの成形工程を示す概念図。
【図6】図5(b)のB部を拡大して示す断面図。
【符号の説明】
1 ガラスの成形装置
2 電気溶融炉
2a ヒータ
3 ガラスの成形型
4 外型
4a インゴット収納凹部
4b 角部
5 ガラスインゴット
5a インゴット端部
6 押型
6a 加圧面
Claims (5)
- インゴット収納凹部の断面が正方形状の外型と、この外型内に収納されたガラスインゴットを加熱しながら押圧する押型を有するガラスの成形型において、前記押型は加圧面の形状が正四角錐状であることを特徴とするガラスの成形型。
- 請求項1に記載のガラスの成形型において、上記成形型の正四角錐の高さは、前記正四角錐底面の正方形の一辺長さの1/200〜1/60であることを特徴とするガラスの成形型。
- ガラスインゴットを、インゴット収納凹部の断面が正方形状の外型内に設置し、これを加熱しながら、加圧面の形状が正四角錐状である押型で加圧することにより、所定形状に成形するガラスの成形方法。
- ガラスインゴットを、成形型内に設置し、これを加熱しながら形状の異なる二種類の押型で二段階加圧するガラスの成型方法において、一段階加圧時には、表面形状が正四角錐状である押型を用い、二段階加圧時には表面形状がフラット状である押型を用いることを特徴とするガラスの成型方法。
- 請求項4に記載のガラスの成形型において、上記一段階加圧は、正四角錐の高さがこの正四角錐底面の正方形の一辺長さの1/100〜1/10である押型を用いることを特徴とするガラスの成形方法。
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