(57)【要約】      （修正有）【課題】残材などの複数個の石英ガラス材料を効率よく加熱成形して石英ガラス成形体を得ることができるとともに当該得られる石英ガラス成形体の製品化の歩留まりを向上させることができるようにした型材および型材を用いた石英ガラス成形体の製造方法を提供する。【解決手段】円柱状の石英ガラス材料１０６，１０８を加熱溶融して、該石英ガラス材料の外径を大きくした円柱状の石英ガラス成形体を成形する型材１０において、底板１０２と、上記底板１０２と一方の開口部を接して上記底板１０２上に配設された円筒部材１０４と、上記円筒部材１０４内を上下方向に移動可能な少なくとも一枚の仕切り板１２とを有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状の石英ガラス材料を加熱溶融して、該石英ガラス材料の外径を大きくした円柱状の石英ガラス成形体を成形する型材において、
底板と、
前記底板と一方の開口部を接して前記底板上に配設された円筒部材と、
前記円筒部材内を上下方向に移動可能な少なくとも一枚の仕切り板と
を有することを特徴とする型材。
【請求項２】
請求項１に記載の型材において、
前記仕切り板の外径が前記円筒部材の内径よりも２ｍｍ〜１０ｍｍ小さく、かつ、厚さが３０ｍｍ以上である
ことを特徴とする型材。
【請求項３】
請求項１または２のいずれか１項に記載の型材において、
前記仕切り板は、基板の外周側面にフェルトを巻きつけたものである
ことを特徴とする型材。
【請求項４】
請求項１、２または３のいずれか１項に記載の型材を用いて、前記円筒部材内に前記仕切り板を上下方向から挟むように石英ガラス材料を配置して加熱溶融する
ことを特徴とする型材を用いた石英ガラス成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、型材および型材を用いた石英ガラス成形体の製造方法に関し、さらに詳細には、石英ガラス成形体の製造のために用いられる型材および当該型材を用いた石英ガラス成形体の製造方法に関するものであって、特に、石英ガラス材料を加熱溶融しながら円柱形状に成形して、円柱状の石英ガラス成形体を成形する際に用いて好適な型材および型材を用いた石英ガラス成形体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、石英ガラスは、光学レンズなどの光学機器に限らず、その耐久性や化学的安定性などの利点を生かし、半導体製造用治具、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）パネル製造用フォトマスクあるいは光通信用の精密部品などに広く用いられている。
【０００３】
一般に、こうした石英ガラス製品の製造プロセスとしては、エッチングや研削加工などのような、加工対象物から不要な領域を除去する除去工程を主に用いるプロセスが採用されている。
【０００４】
このため、例えば、所望の大きさのリング状の石英ガラス製品を製造する場合には、得ようとするリング状の石英ガラス製品の外径よりも大きな外径の石英ガラス母材の中央部を、得ようとするリング状の石英ガラス製品の内径よりも小さな内径になるように粗加工する。
【０００５】
その後に、上記のように粗加工した石英ガラス母材の外径が得ようとするリング状の石英ガラス製品の外径となるように精密加工するとともに、上記のように粗加工した石英ガラス母材の内径が得ようとするリング状の石英ガラス製品の内径となるように精密加工することによって、得ようとする目的のリング状の石英ガラス製品を製造する。
【０００６】
ここで、上記した製造工程において、石英ガラス母材の中央部を粗加工する際には、通常、コアドリルが用いられており、このため円柱状の石英ガラスが残材として得られることになる。
【０００７】
従来、こうした残材は、特許文献１（特開２００９−２３４８５８号公報）の図１ならびに図２に示されるように、適当な大きさの型材内に配置した後に当該型材ごと電気炉などの加熱装置内に入れ、当該加熱装置による加熱によって加熱成形を行うことでリサイズされて製品化されていた。
【０００８】
ところで、上記したような残材を円柱形状に効率よく成形するために、本願出願人は、複数個の残材を型材内に配置して、一度の加熱成形により複数個の残材をリサイズした成形体を得ようとすることを検討した。
【０００９】
実際に、本願出願人は、複数個の残材を型材内に積み重ねて配置して加熱成形する実験を行った。以下に、本願出願人が行った実験について説明する。
【００１０】
図１には、本願出願人が行った実験に用いた従来の型材１００を模式的に示す概略構成斜視説明図が示されている。
【００１１】
この型材１００は、底板１０２と、底板１０２の上面１０２ａに配置されるとともに所望の内径を有する円筒形状の円筒部材１０４とを有して構成されている。
【００１２】
実験においては、二つの残材１０６と残材１０８とを効率よく加熱成形するために、底板１０２の上面１０２ａ上において、円筒部材１０４の内径側の略中央位置に残材１０６と残材１０８とを積み重ねた状態で配置した。図２には、底板１０２の上面１０２ａ上における円筒部材１０４の内径側の略中央位置に、残材１０６と残材１０８とを配置した状態を示す図１のＡ−Ａ断面説明図が示されている。なお、残材１０６が下方側に位置し、残材１０８が上方側に位置するように配置した。
【００１３】
次に、図２に示すように残材１０６と残材１０８とを積み重ねて配置した状態の型材１００を図示しない加熱装置たる電気炉内に配置して、当該電気炉により不活性ガスたる窒素ガス雰囲気下において加熱温度１５００℃乃至２０００℃で加熱した。
【００１４】
上記加熱により残材１０６と残材１０８と加熱成形することによって、残材１０６と残材１０８とが溶融されて、円柱状の石英ガラス成形体１１０が生成された。図３には、上記のようにして得られた石英ガラス成形体１１０を模式的にあらわす概略縦断面図が示されている。
【００１５】
しかしながら、石英ガラス成形体１１０の断面は、図３に示すように二つの残材１０６と残材１０８との境界に由来する界面１１０ａが存在し、製品化歩留まりが低いという問題点があった。
【００１６】
なお、図３には、凹状に界面が存在する例を示したが、二つの残材の積み重ね方などの影響でななめ状に界面が存在することもあった。
【００１７】
即ち、型材内に単に複数の残材を積み重ねて加熱成形するのでは、当該加熱成形により得られた石英ガラス成形体の断面には、複数の残材のそれぞれの境界に由来して凹状やななめ状の界面が発生してしまい、製品化歩留まりが低くなってしまっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００９−２３４８５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は、上記したような従来の技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、残材などの複数個の石英ガラス材料を効率よく加熱成形して石英ガラス成形体を得ることができるとともに当該得られる石英ガラス成形体の製品化の歩留まりを向上させることができるようにした型材および型材を用いた石英ガラス成形体の製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するために、本発明は、本願発明者による以下の知見に基づきなされたものである。
【００２１】
即ち、本願出願人は、上記の背景技術の項で説明した加熱成形実験の実験条件を種々変更して調べた結果、型材内に複数の残材を積み重ねて加熱成形して得られる石英ガラス成形体の断面に凹状やななめ状の界面が発生する原因として、石英ガラスの熱容量が大きいために積み重ねた石英ガラスの残材に温度分布が生じて粘度が不均一になるためであることを見いだした。
【００２２】
つまり、本願発明者は、加熱成形の効率を向上させようとして複数の残材を単純に積み重ねるという方法では、均一な石英ガラス成形体を得られないことを見いだした。
【００２３】
本発明は、本願発明者による上記した知見に基づきなされたものであり、円柱形状の石英ガラス成形体を加熱成形する際の効率を向上させるために、複数個の残材を積み重ねて加熱成形する際に、残材の間に仕切り板を導入するようにしたものである。
【００２４】
これにより、複数個の残材を効率よく加熱成形して、高い製品化歩留まりで円柱状石英ガラス成形体を得ることができる。
【００２５】
即ち、本発明は、円柱状の石英ガラス材料を加熱溶融して、該石英ガラス材料の外径を大きくした円柱状の石英ガラス成形体を成形する型材において、底板と、上記底板と一方の開口部を接して上記底板上に配設された円筒部材と、上記円筒部材内を上下方向に移動可能な少なくとも一枚の仕切り板とを有するようにしたものである。
【００２６】
また、本発明は、上記した本発明において、上記仕切り板の外径が上記円筒部材の内径よりも２ｍｍ〜１０ｍｍ小さく、かつ、厚さが３０ｍｍ以上であるようにしたものである。
【００２７】
また、本発明は、上記した本発明において、上記仕切り板を基板の外周側面にフェルトを巻きつけて構成したものである。
【００２８】
また、本発明は、上記した本発明を用いて、上記円筒部材内に上記仕切り板を上下方向から挟むように石英ガラス材料を配置して加熱溶融するようにしたものである。
【発明の効果】
【００２９】
本発明は、以上説明したように構成されているので、残材などの複数個の石英ガラス材料を効率よく加熱成形して石英ガラス成形体を得ることができるとともに当該得られる石英ガラス成形体の製品化の歩留まりを向上させることができるようになるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、従来の型材を模式的に示す概略構成斜視説明図である。
【図２】図２は、図１に示す型材の底板の上面上における円筒部材の内径側の略中央位置に、二つの残材を配置した状態を示す図１のＡ−Ａ断面説明図である。
【図３】図３は、図１に示す従来の型材を用いて得られた石英ガラス成形体を模式的にあらわす概略縦断面図である。
【図４】図４は、本発明による型材の実施の形態の一例を模式的にあらわす概略構成斜視説明図であり、型材の底板の上面上における円筒部材の内径側の略中央位置に二つの残材を配置した状態を示している。
【図５】図５は、図４のＢ−Ｂ断面説明図である。
【図６】図６は、本発明による型材を用いて加熱成形された石英ガラス成形体を模式的にあらわす概略縦断面図である。
【図７】図７は、基板の外周側面にフェルトを巻きつけた状態の仕切り板を示す概略構成斜視説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による型材および型材を用いた石英ガラス成形体の製造方法の実施の形態の一例について詳細に説明するものとする。
【００３２】
なお、以下の説明においては、図１乃至図３を参照しながら説明した従来の技術による石英ガラス成形体の製造に用いる型材１００と同一または相当する構成については、上記において用いた符号と同一の符号を用いて示すことにより、その詳細な構成ならびに作用の説明は適宜に省略することとする。
【００３３】
ここで、図４には、本発明による型材の実施の形態の一例を模式的にあらわす概略構成斜視説明図が示されており、型材の底板の上面上における円筒部材の内径側の略中央位置に二つの残材を配置した状態を示している。また、図５には、図４のＢ−Ｂ断面説明図が示されている。また、図６には、本発明による型材を用いて加熱成形された石英ガラス成形体を模式的にあらわす概略縦断面図が示されている。
【００３４】
この図４乃至図５に示す本発明による型材１０は、底板１０２と、底板１０２の上面１０２ａ上に配置されるとともに所望の内径を有する円筒形状の円筒部材１０４と、底板１０２の上面１０２ａ上における円筒部材１０４の内径側の略中央位置に複数の残材を配置した際に当該残材間に配置される仕切り板１２とを有して構成されている。
【００３５】
この仕切り板１２の外径の寸法は、円筒部材１０４の内径よりも小さくなるように設定されており、仕切り板１２は円筒部材１０４内を上下方向に自由に移動可能となされている。
【００３６】
即ち、本発明による型材１０は、複数の残材を積み重ねて加熱成形する際に各残材間に配置する仕切り板１２が、円筒部材１０４内を上下方向に移動可能に導入されている点において、従来の型材１００と大きく異なっている。
【００３７】
なお、図４乃至図５に示す例においては、二つの残材１０６と残材１０８とを型材１０の円筒部材１０４の内径側に配置しており、残材１０６と残材１０８との間に仕切り板１２が配置されている。
【００３８】
以上の構成において、図４乃至図５に示すように、型材１０を用いて、底板１０２の上面１０２ａ上における円筒部材１０４の内径側の略中央位置に残材１０６を載置した後に、
残材１０６の上面１０６ａに仕切り板１２を載置する。さらに、仕切り板１２の上面１２ａに残材１０８を載置するものである。
【００３９】
これにより、型材１０内において、仕切り板１２を介して残材１０６と残材１０８とが配置されることになる。
【００４０】
即ち、円筒部材１０４内において、仕切り板１２を上下方向から挟むように残材１０６と残材１０８とを配置するものである。
【００４１】
その後に、電気炉などの加熱装置（図示せず。）を使用して、窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気下において、加熱温度１５００℃乃至２０００℃で残材１０６と残材１０８とを加熱成形する。
【００４２】
この加熱成形により、図６に示すように、残材１０６を加熱成形した円柱状の石英ガラス成形体１０６’と、残材１０８を加熱成形した円柱状の石英ガラス成形体１０８’とを得ることができる。
【００４３】
加熱成形の際に残材１０６と残材１０８とは接触していないので、当然のことながら、上記のようにして得られた石英ガラス成形体１０６’と石英ガラス成形体１０８’との断面には、二つの石英ガラス成形体１０６’と石英ガラス成形体１０８’とが接触したことに由来する界面が存在しないので、その製品化歩留まりを高くすることができる。
【００４４】
なお、上記した実施の形態においては、石英ガラス材料として二個の石英ガラスの残材を加熱成形する場合を例にして説明したが、三個以上の石英ガラス材料を加熱成形する場合においては各石英ガラス材料の間に仕切り板１２を配置すればよい。
【００４５】
このようにすることにより、加熱成形により得られた各石英ガラス成形体の断面には、石英ガラス成形体同士が接触したことに由来する界面が存在しないので、その製品化歩留まりを高くすることができる。
【００４６】
ここで、仕切り板１２の外径は、円筒部材１０４の内径よりも２ｍｍ〜１０ｍｍ小さくするとともに、仕切り板１２の厚さＴを３０ｍｍ以上とすることによって、仮に底板１０２の上面１０２ａに載置された残材１０６が溶融成形して仕切り板１２が下方に落下して移動する際に、仕切り板１２が円筒部材１０４の内径面に引っ掛かったり、仕切り板１２の傾斜が発生することを防ぐことができる。
【００４７】
即ち、仕切り板１２の外径と円筒部材１０４の内径との差が２ｍｍ未満であると、仕切り板１２の厚さを薄くしなければならず、その結果、仕切り板１２の強度が低下するだけでなく、繰り返し使用によって仕切り板１２が変形して円筒部材１０４の内径面に接触するという問題が生じる恐れがある。
【００４８】
さらには、仕切り板１２が大きく変形した場合には、円筒部材１０４の内径側に設置できなくなるので、仕切り板１２の外径と円筒部材１０４の内径との差を２ｍｍ以上としたものである。
【００４９】
また、仕切り板１２の外径と円筒部材１０４の内径との差が１０ｍｍより大きいと、成形のために溶融した石英ガラスが、成形条件にもよるが、仕切り板１２の外径と円筒部材１０４の内径との間に形成される隙間に入り込んでしまい、得られた石英ガラス成形体を製品する時の効率が低下する恐れがあるだけでなく、仕切り板１２を巻き込んで成形してしまう恐れがある。
【００５０】
さらには、仕切り板１２と円筒部材１０４との間の隙間が大きすぎるために、溶融の際に仕切り板１２が傾いてしまい、所望とする円柱状の成形体が得ることができない恐れがある。
【００５１】
次に、仕切り板１２の厚さＴについては、その厚さを大きくすると、加熱成形の際に石英ガラスの残材が不均一に溶融したとしても、仕切り板１２の中心のずれが小さいうちに仕切り板１２の外周壁が円筒部材１０４の内径面に接触してずれの矯正がなされるので、仕切り板１２の厚さＴは３０ｍｍ以上とするのが好ましいが、仕切り板１２の厚さＴは円筒部材１０４の高さ、残材、加熱装置などの大きさに応じて適宜に定めることができる。
【００５２】
なお、仕切り板１２の厚さＴが大きくなると重量の増大によって作業性が低下するので、作業効率を考慮して厚さを定めることが好ましい。
【００５３】
ここで、型材１０に用いられる各部材、即ち、底板１０２、円筒部材１０４ならびに仕切り板１２の材質としては、熱間強度および化学的安定性が高く、高純度のものであれば、特にその材質は問われないが、機械加工がしやすいため各部材の作製が容易であることからカーボン製であることが好ましい。
【００５４】
また、仕切り板１２は、その全体をカーボンなどの板材により構成するようにしてもよいが、例えば、図７に示すように、カーボンなどにより形成された所望の大きさの基板１４の外周側面に、カーボン製などのフェルト１６を巻きつけることによって構成してもよい。
【００５５】
このように仕切り板１２を構成すると、フェルト１６を巻き付ける量を調整することにより、仕切り板１２の外径の寸法を容易に変更することができる。
【００５６】
即ち、フェルト１６を巻き付ける量を調整して、フェルト１６の径方向の幅Ｗを変更することによって、内径の大きさが異なる複数種類の円筒部材１０４に対して同一の仕切り板１２を使用することができるようになる。
【００５７】
そして、フェルト１６を巻き付ける量を多くして、仕切り板１２の外径を大きくすることによって、重量の増大を抑制しながら仕切り板１２の外径を大きくすることができるようになるとともに、仕切り板１２の厚さを薄くすることも可能となる。
【００５８】
以上において説明したように、本発明による型材１０は、石英ガラス製品の製造の際に生ずる残材などの円柱状の石英ガラス材料の外径を大きくするための溶融成形の際に使用することができ、仕切り板１２を使用することによって複数の円柱状の石英ガラス材料を同時に加熱成形することができるようになるものであり、加熱成形の際の効率を大いに向上することができる。
【実施例】
【００５９】
以下、実施例について説明する。
【００６０】
（１）実施例１
厚さ１ｃｍ、直径５０ｃｍの円形のカーボン製の底板１０２の中央に、内径４００ｍｍ、高さ５００ｍｍの円筒部材１０４を置き、その中に外径２７０ｍｍ、高さ１７０ｍｍの石英ガラスの残材２個を、外径３９５ｍｍ、厚さ３０ｍｍの仕切り板１２を介して載置した。
【００６１】
このようにして組み上げられた型材１０を電気炉内に移し、窒素ガス雰囲気下で１８００℃で２時間加熱することにより、加熱成形を実施した。
【００６２】
冷却後、型材１０から成形体を取り出し、外径４００ｍｍ、高さ７７．５ｍｍの２個の円柱状の石英ガラス成形体を得た。
【００６３】
（２）実施例２
厚さ１ｃｍ、直径５０ｃｍの円形のカーボン製の底板１０２の中央に、内径４００ｍｍ、高さ５００ｍｍの円筒部材１０４を置き、その中に外径２７０ｍｍ、高さ１７０ｍｍの石英ガラスの残材と、外径２３０ｍｍ、高さ１７０ｍｍの石英ガラスの残材とを、外径３９５ｍｍ、厚さ３０ｍｍの仕切り板１２を介して載置した。このとき、仕切り板１２は外径３８５ｍｍ、厚さ３０ｍｍの基板１４の外周に厚さ５ｍｍのフェルト１６を巻き付けて作製した。
【００６４】
このようにして組み上げられた型材１０を電気炉内に移し、窒素ガス雰囲気下で１８００℃で２時間加熱することにより、加熱成形を実施した。
【００６５】
冷却後、型材１０から成形体を取り出し、外径４００ｍｍ、高さ７７．５ｍｍの円柱状の石英ガラス成形体と、外径４００ｍｍ、高さ５６ｍｍの円柱状の石英ガラス成形体とを得た。
【００６６】
（３）比較例１
厚さ１ｃｍ、直径５０ｃｍの円形のカーボン製の底板１０２の中央に、内径４００ｍｍ、高さ５００ｍｍの円筒部材１０４を置き、その中に外径２７０ｍｍ、高さ１７０ｍｍの石英ガラスの残材と、外径２３０ｍｍ、高さ１７０ｍｍの石英ガラスの残材とを、仕切り板１２を介することなく互いが直接接触し、かつ、互いの中心が揃うように載置した。
【００６７】
このようにして組み上げられた型材１０を電気炉内に移し、窒素ガス雰囲気下で１８００℃で２時間加熱することにより、加熱成形を実施した。
【００６８】
冷却後、型材１０から成形体を取り出したところ、外径４００ｍｍ、高さ１３３．５ｍｍの見かけ上１個の円柱状の石英ガラス成形体を得た。
【００６９】
しかしながら、その円柱状の石英ガラス成形体には、上記した２個の石英ガラスの残材に由来する界面が凹状に入っていた。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、石英ガラス製品の製造の際に生ずる残材などの石英ガラス材料の外径を大きくするための溶融成形の際に利用することができるものである。
【符号の説明】
【００７１】
１０、１００                型材
１２                        仕切り板
１２ａ                      上面
１４                        基板
１６                        フェルト
１０２                        底板
１０２ａ                      上面
１０４                        円筒部材
１０６                        残材
１０６ａ                      上面
１０８                        残材
１０６‘、１０８’１１０      石英ガラス成形体
１１０ａ
【図１】
2014108912.tif 000003
【図２】
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【図３】
2014108912.tif 000005
【図４】
2014108912.tif 000006
【図５】
2014108912.tif 000007
【図６】
2014108912.tif 000008
【図７】
2014108912.tif 000009