(57)【要約】      （修正有）【課題】成形体の中央に形成される凹部の中心軸がずれないようにした石英ガラスの成形体を得る型材を提供する。【解決手段】石英ガラス材１６を加熱溶融して筒形のガラス製品の概形を成形する型材１０において、ガイド部材２０の外径を外筒１４の内径よりも２ｍｍ〜１０ｍｍ小さくして、ガイド部材２０と外筒１４の間に間隙を形成すると共に、ガイド部材２０の厚さを３０ｍｍ以上とすることによって局所的に高温となって石英ガラス材１６の上面に傾斜が発生しても、ガイド部材２０が外筒１４の内壁面に引っ掛からないようにし、石英ガラス成形体１６の中央に形成される凹部の中心軸がずれないようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラス材料を加熱溶融して筒型形状の石英ガラス製品の概形成形する型材であって、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る外筒と、前記外筒内を上下方向に摺動自在に移動可能なガイド部材と、前記ガイド部材の下面に配設されると共に、前記外筒内の底板上に載置される石英ガラス材料の上面を押圧する押圧治具と、前記押圧治具に荷重を付与する荷重板とを有する型材において、ガイド部材の外径が、外筒の内径よりも２ｍｍないし１０ｍｍ小さく、厚さが３０ｍｍ以上であることを特徴とする石英ガラス成形用型材。
【請求項２】
石英ガラス材料を加熱溶融して筒型形状の石英ガラス製品の概形成形する型材であって、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る外筒と、前記外筒内の前記底板上に配設される下型と、前記外筒の内周面上を上下方向に摺動自在に移動可能なガイド部材と、前記ガイド部材の下面に配設されるとともに、前記外筒内の前記下型上に載置される石英ガラス材料の上面を押圧する押圧治具と、前記押圧治具に荷重を付与する荷重板とを有する型材において、ガイド部材の外径が、外筒の内径よりも２ｍｍないし１０ｍｍ小さく、厚さが３０ｍｍ以上であることを特徴とする石英ガラス成形用型材。
【請求項３】
請求項１または２において、ガイド部材の外周にカーボン製のフェルトを巻きつけて直径を調整した石英ガラス成形用型材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の石英ガラス成形用型材を用いて石英ガラス材を溶融して上面中央部、もしくは上下面中央部に凹部を有する石英ガラス成形体を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、型材及び型材を用いた石英ガラス材料の成形方法に関し、更に詳細には、石英ガラス材料を加熱溶融しながら筒型の形状に成形する際に用いる型材及びその型材を用いた石英ガラス成形体の成形方法に関する。
【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】
石英ガラス製品の製造は、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たが、エッチングプロセスは、加工対象物の表面の比較的微細な加工に限定され、得られる石英ガラス製品が限定されていた。
【０００４】
そこで、特許文献１（特開２００９−２３４８５８号公報）に示されるように、円筒状部材を成形するに当たり、石英ガラス材料を加熱溶融する際に、材料の中央部を押圧して中央部に凹部を有する最終石英ガラス製品の概形を成形する型材及び成形方法を提案した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２３４８５８号公報
【０００６】
その内容について簡単に説明すると、図１には石英ガラス材１６が載置された型材１０の概略構成が示されており、図２には図１のＡ−Ａ断面図が示されており、図３には石英ガラス材１６の加熱溶融後の石英ガラス材(成形体)と型材１０のＡ−Ａ断面図が示されている。
【０００７】
この石英ガラス材１６の成形に用いる型材１０は、底板１２と、この底板１２の上面１２ａに配置される所望の内径を有する円筒形状の外筒１４と、外筒１４の内側中央に載置される下型５２と、外筒１４の内周面１４ａ内を上下方向に摺動自在に移動可能なガイド部材２０と、ガイド部材２０の上面２０ａに載置される溶融された石英ガラス材１６に荷重をかけて成形するための荷重板２２と、ガイド部材２０の下面２０ｂに配置され、下型５２の上面５２ａに載置された加工対象物の石英ガラス材１６を上方から押圧する略円柱形上の押圧治具１８で構成されている。外筒１４は、円筒形の場合もあるが、円周方向に３〜４分割の部材を組立てて円筒形とする場合もある。
【０００８】
下型５２、石英ガラス材１６、押圧治具１８、ガイド部材２０、及び荷重板２２の中心軸は、外筒１４の中心軸（Ｘ−Ｘ）上に位置するように配設される。また、これらの型材１０の材料は熱的安定性、化学的安定性、加工性及びコストの面からカーボンが採用されており、更には、底板１２の上面１２ａ、外筒１４の内周面１４ａ、押圧治具１８の下面１８ｂ、側面１８ｃ、下型５２の上面５２ａ、及び、側面５２ｃには離型剤が被覆されている。
【０００９】
この型材１０を使用して石英ガラス材１６を石英ガラス製品の概形に溶融成形するには、石英ガラス材１６が載置された型材１０を電気炉などの加熱装置(図示せず)を使用し、例えば、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℃ないし２０００℃で加熱する。加熱された石英ガラス材１６は、加熱溶融され、図３に示すように、外筒１４の内径と同一寸法で上下面に凹部のある石英ガラス成形体として成形される。
【００１０】
こうして成形された石英ガラス材１６は、研削などの機械加工を経て所望の形状の石英ガラス製品となるのである。
【００１１】
なお、上記の説明においては、下型５２を使用して上下に凹部を形成する場合について説明したが、下型５２を使用せずに上部にだけ凹部を形成する場合も同様な方法によって製造される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
図１に示す型材１０を用いて石英ガラス材料１６を溶融成形すると、成形体の上下面で凹部の中心軸がずれるという問題があった。中心軸のずれが大きくなると所望の形状の筒状体とするための加工代が大きくなり、加工時間の増大や材料のロスが多くなり、型材を使用するというメリットが減少する。更に中心軸のずれが大きくなると加工による修正が不可能となり、溶融成形した石英ガラス成形体が無駄になることがある。
【００１３】
更に、分割型の外筒を使用する場合、使用回数が増加するに伴って変形し、外筒の部材を組立てて筒状とした外筒の内周円が変形し、外筒の内径と同一の外径のガイド部材を外筒内部に設置できなくなるという問題があった。
【００１４】
凹部の中心軸がずれる原因を探求したところ、石英ガラス材１６を加熱溶融する際、熱伝導が均一におこなわれないため、石英ガラス材１６の溶融が局所的に始まり、石英ガラス材１６の上面と底板との平行性が失われ、ガイド部材の外周側面が外筒の内面に引っ掛かって摺動が円滑におこなわれなくなり、傾くためであることが判明した。
【００１５】
本発明は、ガイド部材が外筒の内壁面に引っ掛かることなくスムーズに摺動できるようにし、また、傾斜してもガイド部材が水平に復元することによって石英ガラス成形体の凹部の中心軸がずれないようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
ガイド部材の外径を外筒の内径よりも２ｍｍ〜１０ｍｍ小さくすると共に、ガイド部材の厚さを３０ｍｍ以上とすることによって局所的に高温になって溶融が始まり、石英ガラス材の上面に傾斜が発生しても、ガイド部材が外筒の内壁面に引っ掛からないようにし、石英ガラス成形体の中央の凹部の中心軸がずれないようにしたものである。
【００１７】
また、ガイド部材の外周にカーボン製のフェルト等の柔軟で変形し易い材料を巻きつけ、局所的に高温となって傾斜が発生しても、ガイド部材が外筒の内壁面に引っ掛からないようにし、石英ガラス成形体の中央の凹部の中心軸がずれないようにしたものである。
【００１８】
ガイド部材の外径と外筒の内径の差が２ｍｍ未満であると、ガイド部材の厚さを薄くしなければならず、型材の繰り返し使用によって型材が変形し、ガイド部材が外筒に接触することがあり、また、ガイド部材が大きく変形した場合、外筒内に設置できなくなるので、ガイド部材の外径と外筒の内径の差を２ｍｍ以上としたものである。
【００１９】
ガイド部材の外径と外筒の内径の差が１０ｍｍより大きいと、ガイド部材の遊びが大きすぎ、溶融成形の際に押圧治具と成形体の中心軸のずれが生じるので、材料の無駄が生じるだけでなく、中心軸のずれは溶融成形作業ごとに変化するので所望の形状の成形体を得ることができない場合がある。
【００２０】
ガイド部材の厚さについては、厚さを大きくするとガイド部材の中心軸のずれが小さいうちにガイド部材の外周壁が外筒内面に接触してずれの矯正がなされるので、ガイド部材の厚さは３０ｍｍ以上とするのが好ましい。ガイド部材の厚さは外筒の高さ、下型、石英ガラス材、加熱装置の大きさに応じて適宜定めることができる。厚さ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。
【００２１】
厚さが３０ｍｍ未満の場合、ガイド部材の中心軸のずれが十分矯正されず、押圧治具と成形体の中心軸がずれたものとなり、成形体を所望の形状に加工する手間がかかり好ましくない。
【００２２】
ガイド部材の外周側面にカーボン製のフェルトを巻きつけることによって、ガイド部材の外径を大きくすることができ、ガイド部材の厚さを薄くすることができる。このフェルトの厚さを変更することによってガイド部材を異なる直径の外筒にも使用することができる。また、フェルトは柔軟性を有しているので、ガイド部材の摺動性が高くなるという利点がある。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、石英ガラス材の溶融成形の際に用いる型材の構成要素であるガイド部材の外径を、外筒の内径より２ｍｍないし１０ｍｍ小さくすることにより、溶融成形の際のガイド部材の摺動がスムーズになり、所望とする形状の成形体を得る際の歩留まりが向上した。また、筒形の石英ガラス製品を製作する際において使用する石英ガラス材料の重量を低減し、これにより製造コストの低減を図ることができるという優れた効果を奏する。  
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】型材の概略構成を説明する斜視図。
【図２】加熱溶融前の図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】加熱溶融後の図１のＡ−Ａ断面図。
【符号の説明】
【００２５】
１０    型材
１２    底板
１２ａ  底板上面
１４    外筒
１４ａ  外筒内周面
１６    石英ガラス材
１８    押圧治具
１８ｂ  押圧治具下面
１８ｃ  押圧治具側面
２０    ガイド部材
２０ａ  ガイド部材上面
２０ｂ  ガイド部材下面
２２    荷重板
５２    下型
５２ａ  下型上面
５２ｃ  下型側面
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明を詳細に説明する。
厚さ１ｃｍ、直径５０ｃｍの円形のカーボン製の底板１２の中央に目的に応じ外径２００ｍｍ、高さ３０ｍｍの下型５２を置き、その上に外径２７０ｍｍ、高さ１７０ｍｍの石英ガラス材１６を両者の中心軸を揃えて載置した上に中心軸を一致させて外径２２０ｍｍ、高さ１５０ｍｍの押圧治具１８とガイド部材２０及び荷重板２２を設置した。
【００２７】
また、外筒１４は３分割された内径４２０ｍｍ、厚さ３０ｍｍ、高さ５５０ｍｍのものを用いており、その中心軸が石英ガラス材１６等のそれと一致するように組み上げた。
【００２８】
溶融成形は、上記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１９００℃で２時間加熱することにより実施した。
冷却後、型材１０から成形体を取出し、成形体と成形体の上下面の凹みの中心軸のずれを測定した。
【００２９】
実施例及び比較例の試験結果が表１及び表２に示されている。ここで表１は、ガイド部材の外径を変えることにより間隙を変えると共にガイド部材の厚さを変えることによる成形体とその上下面の凹みの中心軸のずれの程度を調べた実施例についての試験結果である。
【００３０】
また、表２は、上と同様にガイド部材の外径や厚みを変えたことによる比較例の中心軸のずれの程度を調べた試験結果である。
これらの試験において、表１及び表２に示されていない条件はすべて同じとした。
【００３１】
【表１】
2011236101.tif 000003
【００３２】
【表２】
2011236101.tif 000004
【００３３】
この表１と表２の試験結果に示されているように、ガイドと外筒の間隙が５ｍｍ以下であり、かつガイドの厚さが３０ｍｍ以上の場合は、成形体と成形体上下面の凹みの中心軸のずれが２ｍｍ以下であり、所望とする形状の筒状体とするための加工代が小さく、加工時間の増大や材料のロスが少ないことが判明した。
【００３４】
ここで、表１の実施例７において、ガイド外径を（４００＋１４）ｍｍと表記しているが、これは外径４００ｍｍのガイドの外周に厚さ７ｍｍのカーボン製のフェルトを巻いたためである。
また、表２の比較例５の中心軸のずれの欄が測定不能となっているが、これは押圧治具１８が成形体に斜めに食い込んだために、成形体の上面の凹みの中心軸が決定できなかったためである。
【図１】
2011236101.tif 000005
【図２】
2011236101.tif 000006
【図３】
2011236101.tif 000007