(57)【要約】  【課題】石英ガラス成形時における歩留りの向上の提供。  【解決手段】底板と側壁と天板とで囲まれた成形型内で、前記底板上に配置された敷板上に成形ガラスを載置し、該石英ガラス上に該石英ガラスを押圧するための重石を載置して、軟化点以上に前記石英ガラスを加熱して成形する石英ガラスの成形方法において、前記敷板の外周部に、重石の荷重に対して実質的に変形せず、高さが成形後のガラスの想定厚みよりも低く、製品の必要厚みよりも高い、柱状の治具を複数設置することを特徴とする石英ガラスの成形方法。【選択図】図１
2019043817.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底板と側壁と天板とで囲まれた成形型内で、前記底板上に配置された敷板上に成形ガラスを載置し、該石英ガラス上に該石英ガラスを押圧するための重石を載置して、軟化点以上に前記石英ガラスを加熱して成形する石英ガラスの成形方法において、
前記敷板の外周部に、重石の荷重に対して実質的に変形せず、高さが成形後のガラスの想定厚みよりも低く、製品の必要厚みよりも高い、柱状の治具を複数設置することを特徴とする石英ガラスの成形方法。
【請求項２】
前記柱状の治具が前記敷板と前記側壁との間に設けられた隙間に設置されている、請求項１に記載の石英ガラスの成形方法。
【請求項３】
成形後の石英ガラスが平板形状である、請求項１または２に記載の石英ガラスの成形方法。
【請求項４】
前記柱状の治具が三角柱形状であり、かつ前記敷板の４隅に配置される、請求項１〜３のいずれかに記載の石英ガラスの成形方法。
【請求項５】
前記成形型枠、前記敷板及び前記治具がカーボン製である、請求項１〜４のいずれかに記載の石英ガラスの成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石英ガラスの成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石英ガラスは、高い純度、優れた光学特性を有することから半導体産業をはじめとして、多くの産業分野で用いられている。石英ガラスは水晶粉の溶融や有機ケイ素原料の加水分解などによって製造され、それぞれの用途に必要な形状に加熱成形される。石英ガラスを成形する際は、型枠内で石英ガラスを軟化点以上に加熱し、一旦溶融させた後、所望の形状に応じた成形体とする。
【０００３】
成形された石英ガラス成形体は、適宜切断、研削されて最終製品の形状となって、各用途に用いられる。そのため、石英ガラス成形体の形状を最終製品の形状に近くすることで、歩留まりを良くすることができる。石英ガラス成形体は、例えば、円柱状、角柱状、平板状であり、互いに平行な上下面を有している。
【０００４】
この互いに平行な上下面を有する成形体を得るための方法として、底板と側壁と天板とで囲まれた成形型枠内に石英ガラスを載置し、載置した石英ガラスの上方に重石を載せて石英ガラスを加熱しつつ垂直方向に押圧する成形方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２５０８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図４は従来技術における石英ガラスの成形手順を示した模式断面図であり、成形開始時を示している。図４における成形型１００は、天板１１０、側壁１２０、および底板１３０で構成されており、底板１３０上には石英ガラス４００を載置するための敷板１４０が配置されている。石英ガラス４００上には重石２００が載置されている。図５は、図４に示す成形型１００の平面図である。但し、敷板１４０と、石英ガラス４００との位置関係を示すため、天板１１０および側壁１２０は省略されている。
従来技術における石英ガラスの成形手順では、図４に示す状態から、石英ガラス４００を軟化点以上に加熱しつつ、重石２００により該石英ガラス４００を垂直方向に押圧する。
図６は、図４と同様の図であり、成形後を示している。図４に示す成形型１００は、型枠内で重石２００をスムーズに降下させるために、重石２００と側壁１２０との間には隙間が設けられている。そのため、重石２００が降下する過程で該重石２００が大きく傾く場合がある。重石２００が大きく傾いた状態で石英ガラス４００が成形された場合、重石２００の傾きに倣って石英ガラス成形体５００に大きな板厚偏差が生じていた。これにより製品厚みが確保できず、歩留を著しく低下させていた。
【０００７】
本願発明は、石英ガラス成形時における歩留りの向上を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明は、底板と側壁と天板とで囲まれた成形型内で、前記底板上に配置された敷板上に成形ガラスを載置し、該石英ガラス上に該石英ガラスを押圧するための重石を載置して、軟化点以上に前記石英ガラスを加熱して成形する石英ガラスの成形方法において、
前記敷板の外周部に、重石の荷重に対して実質的に変形せず、高さが成形後のガラスの想定厚みよりも低く、製品の必要厚みよりも高い、柱状の治具を複数設置することを特徴とする石英ガラスの成形方法を提供する。
【０００９】
本発明の石英ガラスの成形方法において、前記柱状の治具が前記敷板と前記側壁との間に設けられた隙間に設置されていることが好ましい。
【００１０】
本発明の石英ガラスの成形方法において、成形後の石英ガラスが平板形状であることが好ましい。
【００１１】
本発明の石英ガラスの成形方法において、前記柱状の治具が三角柱形状であり、かつ前記敷板の４隅に配置されることが好ましい。
【００１２】
本発明の石英ガラスの成形方法において、前記成形型枠、前記敷板及び前記治具がカーボン製であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、その高さが、成形後の石英ガラスの想定厚みよりも低く、製品の必要厚みよりも高い柱状の治具を予め複数、敷板の外周部に設置して成形を行うことで、重石が傾斜しても最終的には重石が治具に載ることで水平となり、板厚偏差の小さい石英ガラス成形体が製造できる。
本発明の石英ガラスの成形方法は、平板形状の石英ガラスの成形に対し特に効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本願発明における石英ガラスの成形手順を示した模式断面図であり、成形開始時を示している。
【図２】図２は、本願発明における石英ガラスの成形手順を示した平面図である。
【図３】図３は、本願発明における石英ガラスの成形手順を示した模式断面図であり、成形後を示している。
【図４】図４は、従来技術における石英ガラスの成形手順を示した模式断面図であり、成形開始時を示している。
【図５】図５は、従来技術における石英ガラスの成形手順を示した平面図である。
【図６】図６は、従来技術における石英ガラスの成形手順を示した模式断面図であり、成形後を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳しく説明する。
【００１６】
図１は、本願発明における石英ガラスの成形手順を示した模式断面図であり、成形開始時を示している。図１における成形型１０は、天板１１、側壁１２、および底板１３で構成されており、底板１３上に石英ガラス４０を載置するための敷板１４が配置されている点、および石英ガラス４０上に重石２０が載置されている点は図４における成形型１００と同様である。
図２は、図１に示す成形型１０の平面図である。但し、敷板１４と、石英ガラス４０との位置関係を示すため、天板１１および側壁１２は省略されている。
図１，２における成形型１０では、敷板１４の外周部に柱状の治具３０が複数設置されている。なお、図示した態様では、三角柱形状の治具３０が敷板１４の４隅に配置されている。また、柱状の治具３０は、敷板１４と側壁１２との間に設けられた隙間に設置されている。
【００１７】
本発明における石英ガラスの成形手順では、図１に示す状態から、石英ガラス４０を軟化点以上に加熱しつつ、重石２０により該石英ガラス４０を垂直方向に押圧する。
図３は、図１と同様の図であり、成形後を示している。
本発明における石英ガラスの成形手順では、降下する過程で重石２０が傾いても、最終的には重石２０が柱状の治具３０に載ることで水平となる。これにより、板厚偏差の小さい石英ガラス成形体５０が製造できる。
図３に示す石英ガラス成形体は平板形状である。平板形状の石英ガラス成形体では板厚偏差が特に問題となる。本発明の方法は、平板形状の石英ガラスの成形に特に好ましい。
【００１８】
但し、上記の効果を奏するためには、底板１３の外周部に設置された柱状の治具３０が以下に述べる条件を満たす必要がある。
【００１９】
条件１  柱状の治具３０は重石２０の荷重に対して実質的に変形しない。
図３に示す段階で、柱状の治具３０が重石２０の荷重により変形すると、柱状の治具３０に載った際に重石２０が水平にならない。
重石２０の荷重は成形する石英ガラスの寸法にもより異なる。一例を以下に示す。
石英ガラス成形体の寸法                   重石の荷重
６００ｍｍ×７００ｍｍ×６０ｍｍ        ２０ｇ／ｃｍ2
７００ｍｍ×１０００ｍｍ×５１ｍｍ      ２５ｇ／ｃｍ2
１０００ｍｍ×１１００ｍｍ×４０ｍｍ    ２０ｇ／ｃｍ2
１１００ｍｍ×１４００ｍｍ×１７ｍｍ    ２０ｇ／ｃｍ2
１１００ｍｍ×１５００ｍｍ×１７ｍｍ    ２０ｇ／ｃｍ2
１４５０ｍｍ×１７００ｍｍ×１７ｍｍ    ２０ｇ／ｃｍ2
【００２０】
柱状の治具３０は、条件１を満たすことに加えて、ガラス成形時には石英ガラスの軟化点以上に加熱されることを考慮すると、成形型枠や敷板の構成材料として広く用いられるカーボン製が好ましい。
【００２１】
条件２  柱状の治具３０の高さが成形後のガラスの想定厚みよりも低く、製品の必要厚みよりも高い。
上記の手順で石英ガラスを成形する場合、成形後の石英ガラス（石英ガラス成形体５０）の厚みが最終製品の必要厚みよりも大きくなるように、成形後の石英ガラスの想定厚みを設定する。成形後の石英ガラス（石英ガラス成形体５０）の想定厚みを最終製品の必要厚みと同一に設定した場合、最終製品の厚みわずかでも偏りが生じると、実際に得られる石英ガラス成形体５０の厚みが最終製品の必要厚みよりも小さくなる可能性が高いためである。通常は、成形後のガラスの想定厚みは、最終製品の必要厚みよりも２０％程度大きく設定される。
【００２２】
柱状の治具３０の高さが最終製品の必要厚みよりも低いと、図３に示す段階で、重石２０は柱状の治具３０よりも上方に位置する。そのため、最終的に重石２０が柱状の治具３０に載らず、降下する過程で重石２０が傾いた場合、重石２０の傾きに倣って石英ガラス成形体５０に大きな板厚偏差が生じる。
【００２３】
一方、柱状の治具３０の高さが成形後のガラスの想定厚みよりも高いと、成形後のガラスの想定厚みに達する前に、重石２０による垂直方向の押圧が終了するので、ガラスへの荷重により発生が抑制されていた欠点（例えば、型枠とガラスとの反応によるガスがガラス体内部に入り込み空洞を生じる）が問題となるおそれがある。
【００２４】
柱状の治具３０の高さと、成形後のガラスの想定厚みとの差は、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましく、２ｍｍ以上５ｍｍ以下がより好ましい。
【００２５】
図示した態様では、底板１３の４隅に三角柱形状の治具を設置しているが、本発明において、底板の外周部に設置する柱状の治具の形状、および個数はこれに限定されない。例えば、柱状の治具の形状は、円柱形状、四角柱形状等の他の角柱形状であってもよく、平板形状であってもよい。底板の外周部に設置する柱状の個数は複数であればよく、例えば、２つであってもよい。柱状の治具を２つ設置する場合、底板１３の平面形状において、対向する２辺に設置する。図示した態様の場合、平面形状が長方形の底板１３の対向する２つの短辺に配置することが好ましい。
【００２６】
本発明により成形される石英ガラスは、石英のみに構成されていてもよいが、ドーパントとして他の元素を含有していてもよい。例えば、ドーパントとして、ＴｉＯ2を４〜９質量％含有していてもよい。
石英ガラスの軟化点は、ドーパントの有無により多少異なるが、通常１７００℃程度である。そのため、１７００℃以上に加熱して石英ガラスを成形すればよい。
石英ガラスの成形は、１７００℃以上１８００℃以下の温度で行うことが好ましい。
石英ガラスの成形は、真空又は減圧下、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス雰囲気下で、上記温度を、０．５〜数十時間保持することにより行うことができる。
成形時における最高温度の保持時間は、０．５時間以上が好ましく、１時間以上がより好ましい。また、１０時間以下が好ましく、８時間以下がより好ましい。
【実施例】
【００２７】
以下に具体的な実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
【００２８】
（実施例１）
実施例１では、図１〜３に示す手順で石英ガラスを成形した。成形温度は１７５０℃、成形温度は５時間とした。成形温度および成形時間は、後述する他の実施例および比較例も同様である。製品必要板厚１７ｍｍとして、平板製品（１１００ｍｍ×１５００ｍｍ）を５０ロット作製したところ、成形後の板厚差が最も大きなもので、最大板厚が２４．５ｃｍ、最小板厚が１９．０ｍｍ、板厚差５．５ｍｍであり、歩留りは１００％であった。
【００２９】
（比較例１）
比較例１では、図４〜６に示す手順で石英ガラスを成形した。製品必要板厚１７ｍｍとして、平板製品（１１００ｍｍ×１５００ｍｍ）を５０ロット作製したところ、成形後の板厚差が最も大きなもので、最大板厚が３０．０ｃｍ、最小板厚が１４．５ｍｍ、板厚差１５．５ｍｍであり、歩留りは８９％であった。
【００３０】
なお、石英ガラスの長辺長さをＬ１（ｃｍ）、短辺長さをＬ２（ｃｍ）、厚みをＴ（ｃｍ）とし、石英ガラスの密度をｋ（ｇ／ｃｍ3）とすると、石英ガラスの質量はＬ１×Ｌ２×Ｔ×ｋで求まる。実施例１の平板製品の場合、Ｌ１＝１５０ｃｍ、Ｌ２＝１１０ｃｍ、Ｔ＝１．７ｃｍであり、石英ガラスの密度ｋは一般に２．２ｇ／ｃｍ3であるので、へ平板製品の必要最低質量は６１．７ｋｇとなる。実施例１の平板製品は板厚差が５．５ｍｍであるため、板厚差分のガラス質量は１０．０ｋｇとなる。一方、比較例１の平板製品は板厚差が１５．５ｍｍであるため、板厚差分のガラス質量は２８．１ｋｇとなる。これら板厚差分のガラス質量を加えると、実施例１の平板製品の質量は７１．７ｋｇ、比較例１の平板製品の質量は８９．８ｋｇとなる。よって、７１．７ｋｇ／８９．８ｋｇ≒２０．２％となり、約２０％の質量削減が見込まれる。
【００３１】
（実施例２）
実施例２では、図１〜３に示す手順で石英ガラスを成形した。製品必要板厚４１ｍｍとして、平板製品（７００ｍｍ×１０００ｍｍ）を５０ロット作製したところ、成形後の板厚差が最も大きなもので、最大板厚が６３ｃｍ、最小板厚が５７ｍｍ、板厚差６．０ｍｍであり、歩留りは１００％であった。
【００３２】
（比較例２）
比較例２では、図４〜６に示す手順で石英ガラスを成形した。製品必要板厚５１ｍｍとして、平板製品（７００ｍｍ×１０００ｍｍ）を５０ロット作製したところ、成形後の板厚差が最も大きなもので、最大板厚が６７．５ｃｍ、最小板厚が４９ｍｍ、板厚差１８．５ｍｍであり、歩留りは８６％であった。
【００３３】
（実施例３）
実施例３では、図１〜３に示す手順で石英ガラスを成形した。製品必要板厚４０ｍｍとして、平板製品（１０００ｍｍ×１１００ｍｍ）を５０ロット作製したところ、成形後の板厚差が最も大きなもので、最大板厚が４８ｃｍ、最小板厚が４４ｍｍ、板厚差４．０ｍｍであり、歩留りは１００％であった。
【００３４】
（比較例３）
比較例３では、図４〜６に示す手順で石英ガラスを成形した。製品必要板厚４０ｍｍとして、平板製品（１０００ｍｍ×１１００ｍｍ）を５０ロット作製したところ、成形後の板厚差が最も大きなもので、最大板厚が５１．５ｃｍ、最小板厚が３８ｍｍ、板厚差１３．５ｍｍであり、歩留りは８８％であった。
【００３５】
（実施例４）
実施例４では、図１〜３に示す手順で石英ガラスを成形した。製品必要板厚１７ｍｍとして、平板製品（１１００ｍｍ×１４００ｍｍ）を５０ロット作製したところ、成形後の板厚差が最も大きなもので、最大板厚が２６ｃｍ、最小板厚が２０ｍｍ、板厚差６．０ｍｍであり、歩留りは１００％であった。
【００３６】
（比較例４）
比較例４では、図４〜６に示す手順で石英ガラスを成形した。製品必要板厚１７ｍｍとして、平板製品（１１００ｍｍ×１４００ｍｍ）を５０ロット作製したところ、成形後の板厚差が最も大きなもので、最大板厚が３０ｃｍ、最小板厚が１０．５ｍｍ、板厚差１９．５ｍｍであり、歩留りは８５％であった。
【符号の説明】
【００３７】
１０，１００  成形型
１１，１１０  天板
１２，１２０  側壁
１３，１３０  底板
１４，１４０  敷板
２０，２００  重石
３０          治具
４０，４００  石英ガラス
５０，５００  石英ガラス成形体
【図１】
2019043817.tif 000003
【図２】
2019043817.tif 000004
【図３】
2019043817.tif 000005
【図４】
2019043817.tif 000006
【図５】
2019043817.tif 000007
【図６】
2019043817.tif 000008