JP4281397B2

JP4281397B2 - 石英ガラスの成形装置

Info

Publication number: JP4281397B2
Application number: JP2003103364A
Authority: JP
Inventors: 哲也阿邊; 昭司矢島; 誠志藤原
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-04-07
Filing date: 2003-04-07
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2023-04-07
Also published as: JP2004307265A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、石英ガラスより膨張係数の大きい材料からなるモールド内に石英ガラスを収容して加熱加圧成形することにより、石英ガラスを所定形状に成形する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
i線より短波長の光源を用いた投影露光装置の照明光学系あるいは投影光学系のレンズ、ミラー、レチクル等の光学部材では、材料として石英ガラスが多用されている。この石英ガラスは、例えば、火炎加水分解により透明石英ガラスを製造する直接法などの方法で合成されている。
【０００３】
直接法では、石英ガラス製バーナにて支燃性ガス（酸素含有ガス、例えば、酸素ガス）及び可燃性ガス（水素含有ガス、例えば、水素ガスあるいは天然ガス）を混合・燃焼させ、前記バーナの中心部から原料ガスとして高純度のケイ素化合物（例えば、四塩化ケイ素ガス）をキャリアガス（通常酸素ガス）で希釈して噴出させ、前記原料ガスを周囲の前記酸素ガス及び水素ガスの燃焼により反応（加水分解反応）させて石英ガラス微粒子を発生させ、その前記石英ガラス微粒子を、前記バーナ下方に配置され、回転および揺動および引き下げ運動を行う不透明石英ガラス板からなるターゲット上に堆積させ、同時に前記酸素ガス及び水素ガスの燃焼熱により溶融・ガラス化して石英ガラスインゴットを得ている。
【０００４】
この方法によると、比較的大きな径の石英ガラスインゴットを得易いため、インゴットからブロックを切り出して所望の形状，大きさの光学部材を製造することができる。
【０００５】
また、近年、大型のレンズやレチクル、或いは大型の液晶ディスプレイ等、広い面を有する光学部材を得るため、予め形成されたインゴット等の石英ガラス塊を加熱加圧成形することにより扁平形状にして面積を拡大する成形方法が利用されている。
【０００６】
この成形方法では、石英ガラス塊をモールド内に収容して加熱した状態で、加圧部により加圧することにより成形を行い、その後モールド内で徐冷したり、更にアニール処理を行い、１対向面の面積が拡大された所定形状の成形体を得ている。
【０００７】
このような加熱加圧成形を行うものとしては、例えば、グラファイト製のモールド内で、絶対圧が０．１Ｔｏｒｒ以上大気圧以下のヘリウムガス雰囲気下に、１７００℃以上の温度に加熱加圧成形し、ついで１１００〜１３００℃まで急冷する方法が知られている。また、石英ガラスとモールドの型材との熱膨張率差に起因する応力を緩和する構造を有するグラファイト製のモールドを用いて１６００℃〜１７００℃で加圧成形する方法（下記、特許文献１参照。）や、そのグラファイト製のモールドが２分割以上の縦型構造である成型装置が提案されている（下記、特許文献２及び３参照。）。更には、黒鉛製のモールド内面に石英粉末からなる被覆層を設けて、１５５０℃〜１７００℃で加圧成形する方法（下記、特許文献４参照。）も知られている。
【０００８】
【特許文献１】
特公平４−５４６２６号公報。
【０００９】
【特許文献２】
特開昭５６−１２９６２１号公報。
【００１０】
【特許文献３】
特開昭５７−６７０３１号公報。
【００１１】
【特許文献４】
特開２００２−２２０２０号公報。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような加熱加圧成形においては、不純物の混入を防止して成形時の耐熱強度を確保するため、グラファイトから肉厚に形成されたモールドが用いられている。このグラファイトの膨張係数は石英ガラスの膨張係数より著しく大きく、グラファイトが８×１０^−６／℃であるのに対し、石英ガラスが５．５×１０^−７／℃である。そのため、成形後、モールド内に石英ガラスが収容された状態で冷却されると、石英ガラスの収縮量よりモールドの収縮量が大きくなるため、冷却時に石英ガラスがモールドにより圧迫され、その結果、石英ガラスに歪みや割れが生じ易かった。また、このような石英ガラスの歪みや割れは、成形体の角部分に集中し易かった。
【００１３】
一方、上記特許文献２及び３などのように、予め分割された分割式のモールドを用いて成形するものでは、冷却時にモールドが分離されて石英ガラスに負荷される応力を緩和することができるが、モールドの分割体をピンにより接合するため、成形時の圧力が高いと成形途中でモールドが分離され易いという問題点があった。
【００１４】
そこで、この発明は、石英ガラスの加熱加圧成形において、成形時に従来より高い圧力を負荷することができるとともに、冷却時に石英ガラスに歪みや割れが生じにくい石英ガラスの成形装置を提供することを課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する請求項１に記載の発明は、石英ガラスを収容可能な中空部を有し、該石英ガラスより膨張係数の大きい材料からなるモールドと、前記中空部の内部に移動可能に配置された加圧部と、前記中空部に収容された前記石英ガラスを加熱する加熱手段とを備え、前記中空部内の石英ガラスを前記加熱手段で加熱しつつ前記加圧部により加圧して所定形状に成形する成型装置であって、前記モールドは、互いに当接した状態で組合されて前記中空部を形成する複数の側板と、該組合された複数の側板の周囲に嵌合される嵌合手段とを有し、前記成形時には前記嵌合手段により嵌合状態が維持されるとともに、該成形後の冷却時には、前記モールドと前記石英ガラスとの膨張係数の相違に基づいて前記複数の側板に負荷される外方向の力により前記嵌合手段の嵌合状態が解除されて前記複数の側板が離間するように、前記複数の側板と嵌合手段との嵌合面がテーパ形状に形成されていることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、前記嵌合手段は、前記複数の側板の外側に嵌合された枠形状の支持リングを有し、前記外方向の力により前記嵌合面同士が摺動して前記支持リングが抜け方向に移動することにより前記複数の側板が離間するように構成されたことを特徴とする。
【００１７】
更に、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の構成に加え、前記嵌合手段は、前記複数の側板の下端部が嵌合される凹部を備えた底部を有し、前記外方向の力により前記複数の側板が前記底部の凹部から抜け方向に移動することにより、前記複数の側板が離間するように構成されたことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか一つに記載の構成に加え、前記中空部の横断面形状が略多角形状を呈し、該形状のコーナー部がＲ形状に形成されていることを特徴とする。
【００１９】
更に、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか一つに記載の構成に加え、前記中空部の横断面形状が略多角形状を呈し、該形状のコーナー部が鈍角となるように複数の傾斜面が形成されたことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
以下、この発明の実施の形態１について説明する。
【００２１】
図１乃至図３はこの実施の形態の成形装置を示す。
【００２２】
この成形装置１０は、四塩化ケイ素、シラン、有機ケイ素等のケイ素化合物を原料して製造される合成石英ガラスのインゴットやその一部、または、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｂ、Ｆ、Ａｌ等の屈折率を変化させる成分を添加した合成石英ガラスのインゴットやその一部等の石英ガラスから、例えば、大型の液晶用マスク、半導体用マスク等のレチクル（フォトマスク）用基板、結像光学系の大型のレンズ材料などのように広い面を有する板状体やその他の大型ガラスブロックを成形するための装置である。
【００２３】
この成形装置１０では、金属製の真空チャンバー１１の内壁に、全面にわたって設けられた断熱材１２と、断熱材１２の縦壁内に設けられた加熱手段としてのカーボンヒータ１３とが設けられ、更に、真空チャンバー１１内部の略中央部に中空部２１を有するモールド１５が収容されている。
【００２４】
このモールド１５は、底板１６及び受板１７を備えた底部１８と、この底部１８の上部に配置された側壁部２０とを備え、この側壁部２０の内側に中空部２１が形成されている。
【００２５】
側壁部２０は、複数の側板１９と、嵌合手段としての支持リング２４とから組立てられたものである。側板１９は、一方の面が中空部２１の壁面を構成する内面１９ａとなり、他方の面が側壁部２０の外表面を構成する外面１９ｂとなる４角形状の板材である。この側板１９の両側には、内面１９ａ側に配向する傾斜側面１９ｃを有し、上端部１９ｄ及び下端部１９ｅには、それぞれ外面１９ｂ側に配向するテーパ形状の嵌合面１９ｆ、１９ｇを有している。
【００２６】
支持リング２４は、中空に形成された４角形状の枠であり、側板１９の嵌合面１９ｆと一致するテーパ形状の嵌合面２４ａを内側に有している。
【００２７】
そして、側壁部２０は、傾斜側面１９ｃ同士を面接触させて当接させて４枚の側板１９を四角筒状に組合わせ、この状態で４枚の側板１９の周囲に支持リング２４を装着して、側板１９の嵌合面１９ｆに支持リング２４の嵌合面２４ａを嵌合させることにより形成されている。
【００２８】
また、底部１８の底板１６には、側壁部２０の下端部１９ｇを挿入可能に嵌合手段としての凹部１６ａが形成されている。この凹部１６ａには、４枚の側板１９の嵌合面１９ｇのと一致するテーパ形状の嵌合面１６ｂが形成されている。
【００２９】
そして、前記のように組立られた状態の側板１９の下端部１９ｅ側をこの凹部１６ａに挿入することにより、嵌合面１９ｇの周囲に凹部１６の嵌合面１６ｂを嵌合させ、更に、中空部２１内の下端部１９ｇ側に受板１７を配置することにより、モールド１５が形成されている。
【００３０】
このモールド１５の中空部２１は、図３に示すように、横断面形状が四角形状を呈し、全てのコーナー部２７がＲ形状に形成されている。この中空部２１には、塊状の石英ガラス２５が配置された状態で、中空部２１の形状に対応する形状の加圧部としての天板２３が移動可能に配置されている。
【００３１】
天板２３は、押圧面２３ｂ（上面）を、真空チャンバー１１の外部に配設された成形手段としての油圧シリンダのシリンダロッド２６で押圧することにより、天板２３の加圧面２３ａで塊状の石英ガラス２５を加圧可能に構成されている。
【００３２】
なお、シリンダロッド２６を備えた油圧シリンダは、外部から供給する油圧を調整することにより加圧されて移動するように構成されているが、詳細な図示は省略されている。
【００３３】
これらの底板１６、受板１７、側板１９、支持リング２４、及び天板２３は、何れも石英ガラス２５の成形時の温度及び圧力に対する耐熱性及び強度を有し、且つ、成形時に石英ガラス２５と接触しても不純物を混入しにくい材料から形成されており、ここでは全て、石英ガラスの膨張係数より大きい膨張係数を有するグラファイトにより形成されている。
【００３４】
このうち、側板１９は成形時に大きな曲げ方向の力が負荷される。そのため、側板１９の板厚を成形時に負荷する圧力に応じて選択するのがよく、例えば、成形時の成形圧力が天板２３の加圧面２３ａの単位面積当たりに換算した圧力の０．３〜５．０Ｋｇ／ｃｍ^２の場合、好ましくは２０〜７０ｍｍ、特に、３０〜５０ｍｍの範囲とするのが好適である。板厚が薄いと、側板１９が撓んで、冷却時に石英ガラス２５を圧縮する応力が増加し易くなり、一方、板厚が厚いと、伝熱に余分な時間を要することになる。
【００３５】
この成形装置１０では、モールド１５の側板１９の嵌合面１９ｆと支持リング２４の嵌合面２４ａとのテーパ形状、並びに、側板１９の嵌合面１９ｇと凹部１６ａの嵌合面１６ｂとのテーパ形状は、何れも成形時に嵌合状態を維持することができるとともに、成形後の冷却時には嵌合状態を解除できるように設定されている。
【００３６】
即ち、側板１９の嵌合面１９ｆと支持リング２４の嵌合面２４ａ、並びに側板１９の嵌合面１９ｆと凹部１６ａの嵌合面１６ｂには、それぞれ嵌合状態とすることにより、互いに相対移動を抑制する摩擦力が作用している。この状態で、各側壁１９に外方向の力が負荷されると、嵌合面１９ｆ、２４ａ間、並びに嵌合面１９ｇ、１６ｂ間には、テーパ形状に応じたぬけ方向の力が作用する。ここでは、抜け方向の力が、嵌合状態の摩擦力より小さい範囲では、各嵌合面１９ｆ、２４ａ間、並びに嵌合面１９ｇ、１６ｂ間は摺動することなく、嵌合状態を維持することができる。一方、抜け方向の力が嵌合状態の摩擦力より大きくなると、各嵌合面１９ｆ、２４ａ間、並びに嵌合面１９ｇ、１６ｂ間が摺動して嵌合状態が解除される。
【００３７】
従って、この成形装置１０では、成形時に石英ガラス２５が天板２３により加圧されて変形することにより生じる側板１９の外方向の力では、嵌合面１９ｆ、２４ａ間、並びに嵌合面１９ｇ、１６ｂ間の嵌合状態が維持されるテーパ形状となっている。
【００３８】
同時に、成形後の冷却時に、モールド１５と石英ガラス２５との膨張係数の相違による収縮量の差から各側板１９に支持リング２４及び凹部１６ａに対して外方向となる力が作用した場合には、各嵌合面１９ｆ、２４ａ間、並びに嵌合面１９ｇ、１６ｂ間が摺動して、嵌合状態が解除されるテーパ形状となっている。
【００３９】
このようなテーパ形状は、各嵌合面の性状等により適宜選択することができるが、例えば、成形時の天板２３による圧力が０．３〜５．０Ｋｇ／ｃｍ^２の範囲の場合、各嵌合面のテーパ形状を６０°〜７５°の仰角となるように設定するのが好ましい。
【００４０】
次に、以上のような構成の成形装置１０により、塊状の石英ガラス２５を加熱加圧成形する場合について説明する。まず、真空チャンバー１１内に底板１６、受板１７、側板１９及び支持リング２４を組合わせてモールド１５を形成する。そして、モールド１５の中空部２１内に塊状の石英ガラス２５を配置し、その上部に天板２３を配置し、更に、天板２３の押圧面２３ｂに油圧シリンダのシリンダロッド２６の押圧部位２６ａを当接させてセットする。この実施の形態では、塊状の石英ガラス２５として合成石英ガラスインゴットを用いている。
【００４１】
そして、真空チャンバー１１内を不活性ガスで置換し、カーボンヒータ１３により中空部２１内の塊状の石英ガラス２５を加熱して、結晶化温度以上軟化点以下、具体的には１５７０℃〜１６７０℃に昇温して成形を行う。
【００４２】
成形時には、各油圧シリンダのシリンダロッド２６を油圧で下方へ移動させて、シリンダロッド２６の押圧部位２６ａで天板２３の押圧面２３ｂを押圧する。これにより、天板２３が底部側の加圧方向に移動し、天板２３の加圧面２３ａにより塊状の石英ガラス２５が加圧される。
【００４３】
ここでは、成形初期の段階で天板２３の圧力を小さくし、最終段階で最大加圧力となるようにしている。例えば、初期の段階では天板２３の加圧面２３ａの単位面積当りに換算した圧力を０．３〜１．５Ｋｇ／ｃｍ^２とし、成形の最終段階では１．０〜５．０Ｋｇ／ｃｍ^２とすることができる。また、天板２３の下降速度を、例えば５〜２０ｃｍ／ｍｉｎとすることができる。このような圧力や下降速度の範囲にすることにより、石英ガラス２５を徐々に変形させ易く、モールド１５に局部的に大きな力が負荷されにくくすることができる。
【００４４】
天板２３により石英ガラス２５を加圧する間、複数の側板１９には、石英ガラス２５を介して天板２３の押圧力が外方向の力として負荷される。成形の最終段階では、天板２３より下側の中空部２１の体積が石英ガラス２５の体積となり、内部に空隙が無くなるように予め設定された所定量分シリンダーロッド２６及び天板２３が移動することにより、最終的に天板２３の圧力が複数の側板１９に負荷される。そのとき、複数の側板１９の上端部１９ｄが支持リング２４の貫通孔２４ａに嵌合した状態で維持されるため、複数の側板１９の上端部１９ｄは外方向に移動することはない。また、複数の側板１９の下端部１９ｅが底板１６の凹部１６ａに嵌合した状態で維持されるため、複数の側板１９の下端部１９ｅが外方向に移動することはない。従って、成形時には、モールド１５の中空部２１の形状が確実に維持される。
【００４５】
そして、塊状の石英ガラス２５が所定形状の板状体に成形された段階で、天板２３による加圧を終了する。
【００４６】
加圧終了後、板状の石英ガラス２５を、モールド１５内に配置した状態のまま適宜冷却速度を設定して冷却を行う。
【００４７】
このとき、成形直後の石英ガラス２５はモールド１５の中空部２１の内壁に密着した状態で配置されており、この状態から温度が低下すると、温度変化に応じた石英ガラス２５及びモールド１５とが熱収縮を起こす。このときの収縮量はそれぞれの膨張係数に応じたものとなるため、モールド１５の収縮量が石英ガラス２５より大きくなる。
【００４８】
そのため、枠状の支持リング２４が収縮すると、その内周の嵌合面２４ａに当接する側板１９の上端部１９ｄの嵌合面１９ｆを内側に圧迫する。しかし、石英ガラス２５の収縮が少ないため、側板１９の上端部１９ｄは内側に移動できず、その結果、支持リング２４に側板１９から外方向の力が負荷される。これにより、側板１９の嵌合面１９ｆと支持リング２４の嵌合面２４ａとの嵌合状態が解除されて、支持リング２４が側板１９から上側の抜け方向に移動する。
【００４９】
また、底板１６の収縮により凹部１６ａが収縮すると、その内周面に当接する側板１９の下端部１９ｅの嵌合面１９ｇが内側に圧迫される。しかし、石英ガラス２５の収縮が少ないため、側板１９の下端部１９ｅは内側に移動できず、側板１９から凹部１６ａに外方向の力が負荷される。これにより、側板１９の嵌合面１９ｇと凹部１６ａの嵌合面１６ｂとの嵌合状態が解除されて、側板１９が凹部１６ａから上側の抜け方向に移動する。
【００５０】
このように嵌合面の嵌合状態が解除されることにより、複数の側板１９が離間して、成形された石英ガラス２５がモールド１５により圧縮されることを防止することができる。そして、十分に冷却することにより、成形が完了する。
【００５１】
以上のような石英ガラス２５の成形装置１０によれば、モールド１５が、互いに当接した状態で組合されて中空部２１を形成する複数の側板１９と、この複数の側板１９の外側に嵌合する底板１６の凹部１６ａまたは支持リング２４とを有し、これらが成形時に嵌合状態を維持するとともに、成形後の冷却時に嵌合状態を解除できるように構成されているので、天板２３で石英ガラス２５を従来より高い圧力で加圧して成形しても、成形時には嵌合状態を維持して、モールド１５及び中空部２１の形状を維持することができ、成形が容易である。そして、成形後の冷却時には、嵌合状態が解除され、複数の側板１９が離間されて応力を解放することができる。そのため、成形された石英ガラス２５の割れや歪みを抑制することができ、歩留まりを向上することができる。
【００５２】
また、枠形状の支持リング２４が複数の側板１９の外側に嵌合するものであるため、モールド１５の組立及び分解の際に着脱が容易であり、同時に、この支持リング２４が側板１９の外側周囲に嵌合するものであって、外方向の力により抜け方向に移動可能となっているので、冷却時の石英ガラス２５の歪みや割れの発生を防止しつつ、従来より高い圧力で成形する間に中空部２１の形状を確実に保持しやすい。
【００５３】
更に、底板１６の凹部１６ａが複数の側板１９の下端部１９ｅの外表面に嵌合するものであって、複数の側板１９が底板１６の凹部１６ａから抜け方向に移動可能となっているので、組立及び分解が容易であるとともに、冷却時の歪みや割れの発生を防止しつつ、従来より高い圧力で成形する間にも複数の側板１９の下端部１９ｅを確実に保持し易く、中空部２１の形状をより保持し易い。
【００５４】
また、中空部２１の横断面形状が略四角形形状を呈し、コーナー部２７がＲ形状に形成されているので、成形された四角形形状の石英ガラス２５において、コーナー部２７に応力が集中されることを防止でき、コーナー部２７の歪みや割れを防止して成形することができ、歩留まりを大幅に向上し易い。
【００５５】
なお、上記の実施の形態１では、板状の石英ガラス２５を成形する例について説明したが、板状体以外の成形体であっても、この発明は適宜適用可能である。
【００５６】
また、上記では、天板２３を１本の油圧シリンダのシリンダロッド２６で押圧する例について説明したが、複数のシリンダロッド２６を用いて天板２３を押圧してもよく、更に、油圧シリンダでなく、他の機械的な成形手段を用いることも可能である。
【００５７】
また、上記では、結晶化温度以上軟化点温度以下の温度で成形する例について説明したが、石英ガラス２５の結晶化温度以上で成形すればよく、例えば軟化点より高い温度であってもよい。
【００５８】
［発明の実施の形態２］
次に、実施の形態２について説明する。
【００５９】
この実施の形態２の成形装置１０では、横断面形状が略四角形形状の中空部２１において、コーナー部２７が鈍角となるように複数の傾斜辺２９を設けた他は、実施の形態１の成形装置１０と同一の構成を有している。
【００６０】
このような成形装置１０であっても、成形された略四角形形状の石英ガラス２５において、コーナー部２７に応力が集中されるのを防止することができるため、コーナー部２７の歪みや割れを防止し易く、実施の形態１と同様に歩留まりを大幅に向上し易い。
【００６１】
【実施例】
以下、実施例について説明する。
【００６２】
比較例１
直径４００ｍｍ、長さ５００ｍｍ、重さ１３８Ｋｇの四塩化ケイ素を原料として、直接法により製造された合成石英インゴットを、１辺が５００ｍｍの四方形状を有する四つ割のグラファイト製モールド１５に入れ、ホットプレス機にセットした。このインゴットの上面に厚さ３０ｍｍの天板２３を置き、このインゴットの下面に厚さ３０ｍｍの受板１７を置いた。更に、天板２３にシリンダロッド２６を配置した。
【００６３】
この後、真空ポンプにて、真空チャンバー１１内の圧力を５０Ｐａまで減圧した後、純粋な窒素ガスを圧力３×１０^４Ｐａまで充填させた。
【００６４】
そして、昇温を開始し、３時間で１６２０℃まで昇温させ、１６２０℃で０．５時間保持した。
【００６５】
その後、シリンダロッド２６により、初期荷重を３．５ｔｏｎ、プレス速度を５ｍｍ／ｓｅｃにて天板２３を押圧し、インゴットの成形を行った。シリンダロッド２６の変位ストロークが天板２３より下側の中空部２１に空隙が無くなる計算上の位置に達したところで加圧を終了し、カーボンヒータ１３の温度を下げて３００℃まで急冷した。
【００６６】
この後、モールド１５を取り出して、成形品を取り出した。成形品は一辺が５００ｍｍで、高さが２５０ｍｍであった。
【００６７】
成形品を観察したところ、全面が透明であったが、四隅の角部に若干の割れが生じていた。また、四隅に残留歪みが若干残っていた。そして、この成形品からは有効角材として１辺が４００ｍｍ、厚さ２１０ｍｍ、重さ７４ｋｇの板状体が採取できた。
【００６８】
実施例１
モールド１５として、一辺が５００ｍｍの四方形状でコーナー部がＲ４０のものを使用した他は、比較例１と同一にして成形品を成形した。成形品は一辺が５００ｍｍで、高さが２５２ｍｍであった。
【００６９】
成形品を観察したところ、全面が透明であったが、四隅のＲ形状には割れを確認できず、成形品の周辺１５ｍｍを除いて歪みを確認できなかった。そして、この成形品からは有効角材として１辺が４６０ｍｍ、厚さ２１５ｍｍ、重さ１００ｋｇの板状体が採取できた。
【００７０】
実施例２
モールド１５として、一辺が１０００ｍｍの四方形状で、コーナー部に傾斜面が３４ｍｍで２つの分割線を有する１２角形状のものを使用した他は、比較例１と同一にして成形品を成形した。成形品は一辺が５００ｍｍで、高さが２５３ｍｍであった。
【００７１】
成形品を観察したところ、全面が透明であったが、四隅には割れ及び残留歪みを確認できなかった。そして、この成形品からは有効角材として１辺が４７０ｍｍ、厚さ２１５ｍｍ、重さ１０４ｋｇの板状体が採取できた。
【００７２】
【発明の効果】
以上詳述の通り、請求項１に記載の発明によれば、モールドが、互いに当接した状態で組合されて中空部を形成する複数の側板と、この組合された複数の側板の周囲に嵌合される嵌合手段とを有し、この嵌合手段により成形時に嵌合状態が維持されるとともに、成形後の冷却時に嵌合状態が解除されて複数の側板が離間するように、複数の側板と嵌合手段との嵌合面がテーパ形状に形成されているので、加圧部で石英ガラスを従来より高い圧力で加圧して成形する間にも、中空部の形状を維持することができて成形し易いとともに、成形後の冷却では嵌合手段の嵌合状態が解除できるため、膨張係数の差に基づいて石英ガラスとモールドとの収縮量に差が生じると、側板が分割されて応力を解放することができ、石英ガラスの割れや歪みを抑制することができる。
【００７３】
また、請求項２に記載の発明によれば、嵌合手段が複数の側板の外側に嵌合された枠形状の支持リングを有し、外方向の力により嵌合面同士が摺動して支持リングが抜け方向に移動することにより複数の側板が離間するように構成されているので、モールドの組立及び分解の際に、着脱が容易であり、同時に、冷却時の歪みや割れの発生を防止しつつ、従来より高い圧力で成形する間に中空部の形状をより確実に保持することができる。
【００７４】
更に、請求項３に記載の発明によれば、嵌合手段が複数の側板の下端部が嵌合される凹部を備えた底部を有し、外方向の力により複数の側板が底部の凹部から抜け方向に移動することにより、複数の側板が離間するように構成されているので、着脱が容易であり、同時に、冷却時の歪みや割れの発生を防止しつつ、従来より高い圧力で成形する間にも複数の側板の下部を確実に保持することができ、中空部の形状をより保持し易なる。
【００７５】
また、請求項４に記載の発明によれば、中空部の横断面形状が略多角形状を呈し、該形状のコーナー部がＲ形状に形成されているので、成形された多角形形状の石英ガラスにおいて、コーナー部に応力が集中されるのを防止することができ、コーナー部の歪みや割れを防止して石英ガラスを成形し易く、歩留まりを大幅に向上し易い。
【００７６】
更に、請求項５に記載の発明によれば、中空部の横断面形状が略多角形状を呈し、該形状のコーナー部が鈍角となるように複数の傾斜面が形成されているので、成形された多角形形状の石英ガラスにおいて、コーナー部に応力が集中されるのを防止することができ、コーナー部の歪みや割れを防止して石英ガラスを成形し易く、歩留まりを大幅に向上し易い。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の成形装置を示す概略縦断面図である。
【図２】同実施の形態の成形装置のモールドを示す概略縦断面図である。
【図３】同実施の形態の成形装置の側壁部の横端面図である。
【図４】この発明の実施の形態２の成形装置の側壁部の横端面図である。
【符号の説明】
１０成形装置
１１真空チャンバー
１３カーボンヒータ
１５モールド
１６底板
１６ａ凹部（嵌合手段）
１８底部
１９側板
２０側壁部
２０ａ、２０ｂテーパ部
２１中空部
２３天板（加圧部）
２４支持リング（嵌合手段）
２５石英ガラス
２６シリンダロッド（成形手段）

Claims

石英ガラスを収容可能な中空部を有し、該石英ガラスより膨張係数の大きい材料からなるモールドと、前記中空部の内部に移動可能に配置された加圧部と、前記中空部に収容された前記石英ガラスを加熱する加熱手段とを備え、前記中空部内の石英ガラスを前記加熱手段で加熱しつつ前記加圧部により加圧して所定形状に成形する成型装置であって、
前記モールドは、互いに当接した状態で組合されて前記中空部を形成する複数の側板と、該組合された複数の側板の周囲に嵌合される嵌合手段とを有し、
前記成形時には前記嵌合手段により嵌合状態が維持されるとともに、該成形後の冷却時には、前記モールドと前記石英ガラスとの膨張係数の相違に基づいて前記複数の側板に負荷される外方向の力により前記嵌合手段の嵌合状態が解除されて前記複数の側板が離間するように、前記複数の側板と嵌合手段との嵌合面がテーパ形状に形成されていることを特徴とする石英ガラスの成形装置。
前記嵌合手段は、前記複数の側板の外側に嵌合された枠形状の支持リングを有し、前記外方向の力により前記嵌合面同士が摺動して前記支持リングが抜け方向に移動することにより、前記複数の側板が離間するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の石英ガラスの成形装置。
前記嵌合手段は、前記複数の側板の下端部が嵌合される凹部を備えた底部を有し、前記外方向の力により前記複数の側板が前記底部の凹部から抜け方向に移動することにより、前記複数の側板が離間するように構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の石英ガラスの成形装置。
前記中空部の横断面形状が略多角形状を呈し、該形状のコーナー部がＲ形状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の石英ガラスの成形装置。
前記中空部の横断面形状が略多角形状を呈し、該形状のコーナー部が鈍角となるように複数の傾斜面が形成されたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の石英ガラスの成形装置。