(57)【要約】  【課題】  石英ガラスを加熱加圧成形する際、生産性を向上することが可能な成形方法及び成形装置を提供する。  【解決手段】  中空部２１を有するモールド１５と、中空部２１の内部に移動可能に配置された加圧部２３と、中空部２１に収容された石英ガラス２５ａ、２５ｂを加熱する加熱手段１３とを備えた成形装置を用い、中空部２１内に石英ガラス２５ａ、２５ｂを収容して加熱手段１３で加熱しつつ加圧部２３により加圧することにより成形する方法であり、中空部２１の内部に移動可能に仕切部２７を配置することにより複数の分割中空部２１ａ、２１ｂに区画するとともに、複数の分割中空部２１ａ、２１ｂのそれぞれに石英ガラス２５ａ、２５ｂを収容して、加圧部２３により加圧し、複数の成形体を同時に成形する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モールドの中空部内に石英ガラスを収容し、該石英ガラスを加熱しつつ、加圧部により加圧することにより所望形状に成形する方法であって、
前記中空部の内部に移動可能に仕切部を配置して該中空部を複数の分割中空部に区画するとともに、該複数の分割中空部のそれぞれに前記石英ガラスを収容して前記加圧部により複数の前記石英ガラスを同時に成形することを特徴とする石英ガラスの成形方法。
【請求項２】
前記モールドが、前記石英ガラスより膨張係数の大きい材料からなり、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備え、成形時には嵌合状態を維持するとともに、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与えられる外方向の力により嵌合状態を解除して前記複数の側板を離間するように、前記複数の側板と前記嵌合手段との嵌合面にテーパ形状を有するものであり、
前記成形時に前記複数の石英ガラスによる前記各側板に対する押圧力が所定値以下となるように、前記加圧部による最大加圧力を調整して前記複数の石英ガラスを成形することを特徴とする請求項１に記載の石英ガラスの成形方法。
【請求項３】
石英ガラスを収容可能な中空部を有するモールドと、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、前記中空部内に前記石英ガラスを収容して前記加熱手段で加熱しつつ前記加圧部により加圧することにより前記石英ガラスを所望形状に成形する成形装置であって、
前記中空部の内部に移動可能に仕切部を配置して該中空部を複数の分割中空部に区画するとともに、該複数の分割中空部のそれぞれに前記石英ガラスを収容して前記加圧部により複数の前記石英ガラスを同時に成形可能に構成したことを特徴とする石英ガラスの成形装置。
【請求項４】
前記モールドが、前記石英ガラスより膨張係数の大きい材料からなり、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備え、成形時には嵌合状態を維持するとともに、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与えられる外方向の力により嵌合状態を解除して前記複数の側板を離間するように、前記複数の側板と嵌合手段との嵌合面にテーパ形状を有するものであり、
異なる成形工程において、前記成形時に前記複数の石英ガラスによる前記各側板に対する押圧力が所定値以下となるように、前記加圧部による最大加圧力を調整可能としたことを特徴とする請求項３に記載の石英ガラスの成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、石英ガラスをモールド内に収容して加熱加圧成形することにより、所定形状に成形する方法に係り、特に、複数の石英ガラスを成形するのに好適な石英ガラスの成形方法及び成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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するなど、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。
【特許文献１】特公平４−５４６２６号公報。
【特許文献２】特開昭５６−１２９６２１号公報。
【特許文献３】特開昭５７−６７０３１号公報。
【特許文献４】特開２００２−２２０２０号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
石英ガラスの加熱加圧成形は、モールド内に収容した石英ガラスをモールドと共に極めて高い温度に昇温して行われるが、その昇温時には、石英ガラスの内部まで出来るだけ均一な温度となるように昇温速度を調整して昇温しなければならず、また、冷却時には、熱的な残留歪を出来るだけ小さくするために冷却速度を調整して冷却しなければならない。そのため、昇温及び冷却に長時間を要し、一回の成形に半日程度を費やすなど、生産性が悪いという問題点があった。
【０００９】
また、モールドとして、不純物の混入を防止して耐熱強度を確保するためにグラファイトからなるものが使用されるが、成形時には、昇温された石英ガラスを高い成形圧力でモールド内面に押し付けて成形するため、モールドは強固な構造である必要があり、その一方で、モールドの材料の膨張係数が石英ガラスの膨張係数より著しく大きいため、成形後の冷却時に熱膨張率差に起因して生じる各種の応力を緩和できる構造である必要がある。ところが、これらの条件を同時に満足することは容易でなく、成形途中にモールドが分解したり、冷却時にモールドの収縮量が大きくてモールドや石英ガラスが圧迫されて歪や割れが生じるなどの問題点もあった。
【００１０】
そこで、この発明は、石英ガラスの加熱加圧成形において、生産性を向上することが可能な成形方法及び成形装置を提供することを課題とし、更に、成形時や冷却時にモールドや石英ガラスの歪や割れが生じ難い石英ガラスの成形方法及び成形装置を提供することを他の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決する請求項１に記載の石英ガラスの成形方法は、モールドの中空部内に石英ガラスを収容し、該石英ガラスを加熱しつつ、加圧部により加圧することにより所望形状に成形する方法であって、前記中空部の内部に移動可能に仕切部を配置して該中空部を複数の分割中空部に区画するとともに、該複数の分割中空部のそれぞれに前記石英ガラスを収容して前記加圧部により複数の前記石英ガラスを同時に成形することを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の石英ガラスの成形方法は、請求項１に記載の構成に加え、前記モールドが、前記石英ガラスより膨張係数の大きい材料からなり、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備え、成形時には嵌合状態を維持するとともに、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与えられる外方向の力により嵌合状態を解除して前記複数の側板を離間するように、前記複数の側板と嵌合手段との嵌合面にテーパ形状を有するものであり、前記成形時に前記複数の石英ガラスによる前記各側板に対する押圧力が所定値以下となるように、前記加圧部による最大加圧力を調整して前記複数の石英ガラスを成形することを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の石英ガラスの成形装置は、石英ガラスを収容可能な中空部を有するモールドと、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、前記中空部内に前記石英ガラスを収容して前記加熱手段で加熱しつつ前記加圧部により加圧することにより前記石英ガラスを所望形状に成形する成形装置であって、前記中空部の内部に移動可能に仕切部を配置して該中空部を複数の分割中空部に区画するとともに、該複数の分割中空部のそれぞれに前記石英ガラスを収容して前記加圧部により複数の前記石英ガラスを同時に成形可能に構成したことを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の石英ガラスの成形装置は、請求項３に記載の構成に区加え、前記モールドが、前記石英ガラスより膨張係数の大きい材料からなり、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備え、成形時には嵌合状態を維持するとともに、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与えられる外方向の力により嵌合状態を解除して前記複数の側板を離間するように、前記複数の側板と嵌合手段との嵌合面にテーパ形状を有するものであり、異なる成形工程において、前記成形時に前記複数の石英ガラスによる前記各側板に対する押圧力が所定値以下となるように、前記加圧部による最大加圧力を調整可能であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１又は請求項３に記載の発明によれば、中空部の内部に移動可能な仕切部を配置して複数の分割中空部に区画し、その分割中空部のそれぞれに石英ガラスを収容して加圧するので、一つのモールドで複数の石英ガラスを纏めて成形することができ、複数個の石英ガラスを成形する際、別々に昇温、加圧、冷却等を行う必要がなく、これらに要する時間を短縮することができる。そのため、生産性を向上することが可能である。
【００１６】
また、請求項２又は請求項４に記載の発明によれば、モールドの複数の側板と嵌合手段との嵌合面に、成形時には嵌合状態が維持されるとともに、成形後の冷却時には、モールドと石英ガラスとの膨張係数の相違に基づいて側板に与えられる外方向の力により嵌合状態が解除されるテーパ形状が形成されているので、冷却時にモールドが圧迫されることがなく、モールドや石英ガラスの歪や割れを防止しすることができる。
【００１７】
しかも、モールドの嵌合状態を解除できる構成にしていても、成形時の加圧部による最大加圧力を、各側板に対する押圧力が所定値以下となるように調整して成形するので、成形中に中空部の形状が変化するようなことを確実に防止することができ、石英ガラスの成形不良を防止することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
【００１９】
図１及び図２はこの実施の形態の成形装置を示す。
【００２０】
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、結像光学系に用いる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の成形に用いられる。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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と一致するテーパ形状の嵌合面１６ｂが形成されている。
【００２７】
そして、前記のように組立てられた状態の側板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。
【００２８】
モールド１５の中空部２１の内部には、加圧部としての天板２３が上下動可能に配置されているとともに、この天板２３と底部１８との間に仕切部としての中板２７が上下動可能に配置され、中板２７の上下に複数の分割中空部２１ａ、２１ｂが形成されている。
【００２９】
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下降するように構成されている。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。
【００３０】
中板２７は、平面視において受板１７及び天板２３と同一の形状を有しており、側面が中空部２１の内壁面に当接した状態で摺動することにより、受板１７及び天板２３と平行状態を維持したまま、上下動可能に構成されている。また、側壁部２０の内壁面に加圧方向に延長する溝を設け、天板２３及び中板２７に溝に対応した凸部を設けることにより、天板２３及び中板２７を受板１７と平行に保ったまま上下動することができる。          これらの底板１６、受板１７、側板１９、支持リング２４、天板２３、及び中板は、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。
【００３１】
成形時には、このようなモールド１５の中空部２１に、最上部の天板２３がモールドの側板１９の上端を超えない高さで、塊状の石英ガラス２５ａ、２５ｂと中板２７とが交互に積み上げられて収容される。そして、最上部の天板２３をシリンダロッド２６で押圧すると、分割中空部２１ａ内の石英ガラス２５ａが加圧され、この石英ガラス２５ａを介して中板２７が加圧され、更に、中板２７により分割中空部２１ｂ内の石英ガラス２５ｂが加圧されるようになっている。
【００３２】
更に、このモールド１５では、側板１９と底板１６との間の嵌合面１９ｇ、１６ｂ、並びに側板１９と支持リング２４との間の嵌合面１９ｆ、２４ａが、成形時に石英ガラス２５ａ、２５ｂが天板２３及び中板２７により加圧されて変形することにより生じる側板１９の外方向の力に対して、摩擦力により嵌合状態を維持できるテーパ形状となっている。
【００３３】
また、この嵌合面１９ｆ、２４ａ並びに嵌合面１９ｇ、１６ｂのテーパ形状は、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形状となっている。
【００３４】
このようなテーパ形状は、各嵌合面の性状等により適宜傾斜角度を選択することが可能である。
【００３５】
次に、以上のような構成の成形装置１０を用いて、複数の塊状の石英ガラス２５ａ、２５ｂを加熱加圧成形する方法について説明する。まず、図１に示すように、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を組み合わせてモールド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２５ａ、２５ｂと中板２７を交互に配置し、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２５ａ、２５ｂとして合成石英ガラスインゴットを用いている。
【００３６】
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を加熱して成形を行う。
【００３７】
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により分割中空部２１ａ内の石英ガラス２５ａが加圧されるとともに、中板２７を介して、分割中空部２１ｂ内の石英ガラス２５ｂが加圧され、天板２３の加圧力により複数の石英ガラス２５ａ、２５ｂが変形させられる。
【００３８】
天板２３により石英ガラス２５ａ、２５ｂを加圧する間、複数の側板１９には、石英ガラス２５ａ、２５ｂを介して天板２３の押圧力が外方向の力として与えられる。成形の最終段階では、図４に示すように、予め設定された所定量分シリンダロッド２６及び天板２３が移動するとともに中板２７が移動することにより、分割中空部２１ａ、２１ｂの体積が石英ガラス２５ａ、２５ｂの体積となり、内部に空隙が無くなる。このとき、複数の側板１９には、石英ガラス２５ａ、２５ｂの接触する面積に応じて、天板２３からの圧力が負荷される。
【００３９】
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おり、成形時の側板１９に対する押圧力が、側板１９と受板１６との嵌合状態や側板１９と支持リンク２４との嵌合状態を維持できる所定値以下となるように天板２３の最大加圧力を調整している。
【００４０】
この天板２３の最大加圧力の調整は、異なる数の石英ガラスを成形したり、異なる厚さや形状の石英ガラスを成形する際においても、同様に行う必要があり、何れの成形工程であっても、側板１９に対する押圧力が所定値以下に維持されるように調整する必要がある。この実施の形態では、具体的には、複数の石英ガラス２５ａ、２５ｂと各側板１９との接触面積の増減に対応して、天板２３の最大加圧力を反比例するように調整している。
【００４１】
例えば、一つの石英ガラス２５ａを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０．１〜０．２ｋｇ／ｃｍ２程度とし、成形の最終段階では０．６〜１．０ｋｇ／ｃｍ２として成形していた場合、同じ大きさの２つの石英ガラス２５ａ、２５ｂを成形するには、最終段階で０．３〜０．５ｋｇ／ｃｍ２とする。即ち、石英ガラス２５ａ、２５ｂからモールド１５の側板１９に荷重が与えられる接触面積が２倍であるため、天板２３から加える単位面積あたりの圧力を半分にすることにより、側板１９全体に負荷される圧力を同じにしている。
【００４２】
このような調整により、側板１９全体が石英ガラス２５ａ、２５ｂより受ける圧力を所定値以下にして、側板１９と支持リンク２４及び底板１６の凹部１６ａとの嵌合部分に負荷される力を所定の力以下にすることができる。そのため、嵌合状態を維持して側板１９の上昇を防いで、中空部２１の形状を保つことが可能となり、複数個を成形する場合であっても、成形不良を防止することが可能となるのである。
【００４３】
次に、このようにして所定形状に成形された石英ガラス２５ａ、２５ｂを冷却する。この成形直後の石英ガラス２５ａ、２５ｂ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。
【００４４】
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。
【００４５】
以上のようにして石英ガラス２５ａ、２５ｂを成形すれば、中空部２１の内部に移動可能に中板２７を配置して複数の分割中空部２１ａ、２１ｂに区画し、その分割中空部２１ａ、２１ｂのそれぞれに石英ガラス２５ａ、２５ｂを収容して加圧することにより複数個を同時に成形するので、複数の石英ガラス２５ａ、２５ｂの昇温及び冷却の作業を纏めて行うことができるとともに、天板２３により纏めて加圧することができ、生産性を向上することが可能である。
【００４６】
また、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ため、成形時には、中空部２１の形状を維持して、成形することが容易であり、成形後の冷却時には、複数の側板１９が離間されて応力を解放することができ、モールド１５や石英ガラス２５ａ、２５ｂの歪や割れなどを抑制することができる。
【００４７】
同時に、モールド１５のサイズと、側板の自重と、成形後の石英ガラス２５ａ、２５ｂの厚さから、側板１９が上昇しない圧力を算出することができるため、成形圧力の設定が容易であり、意図しないモールド１５の嵌合状態の解除を無くして生産性を向上することができる。
【００４８】
なお、上記の実施の形態では、板状の石英ガラス２５ａ、２５ｂ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。
【００４９】
また、上記では、２つの石英ガラス２５ａ、２５ｂを成形する例について説明したが、仕切板２７を複数用いることにより分割中空部を３個以上設けて、３個以上の石英ガラスを成形することも可能である。その場合、天板２３の加圧力を側板１９と石英ガラス２５ａ、２５ｂとの接触面積の増加分に反比例するように少なくすれば、モールド１５の中空部２１の形状を維持して、成形を行うことが可能である。
【００５０】
更に、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。
【００５１】
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２５ａ、２５ｂ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。
【実施例】
【００５２】
［実施例１］
図１に示すような成形装置１０を用い、四塩化ケイ素を原料として直接法により製造された直径４００ｍｍ、長さ２１６．５ｍｍ、重さ５９．８ｋｇの２つの合成石英インゴットの成形を行った。このインゴットを５００ｍｍ×５９０ｍｍ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、成形装置１０にセットした。インゴットの下面に厚さ３０ｍｍの底板１６を置き、インゴット２５ａの上面に厚さ３０ｍｍの中板２７を置いた。そして、２つ目のインゴット２５ｂを中板２７の上に置き、その上面に中板２７と同形の３０ｍｍの天板２３を置いた。更に、天板２３にシリンダロッド２６を配置した。
【００５３】
この後、真空ポンプにて、真空チャンバー１１内の圧力を２Ｐａ程度まで減圧し、純粋な窒素ガスを常圧まで充填させた。
【００５４】
そして、昇温を開始し、２．５時間で１６０５℃まで昇温させ、３０分保持した。
【００５５】
その後、シリンダロッド２６により、初期荷重０．５ｔｏｎ、最大荷重１．２５ｔｏｎ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最上部の天板２３より下側の中空部２１ａと２１ｂ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での加熱を停止し、室温まで炉冷した。
【００５６】
この後、モールド１５を成形装置１０から搬出・解体し、成形品を取り出した。モールド１５の嵌合構造により若干側板の上昇が見られたが、成形品を観察したところ、四隅に割れは確認できず、上下の石英ガラスの形状に違いはなかった。
【００５７】
成形品は５００ｍｍ×５９０ｍｍで、１枚あたりの石英ガラスの高さは９２．２５ｍｍの板状体が２ヶ採取できた。
【００５８】
この実施例では、２枚の石英ガラスを成形しており、後述する参考例に比べて石英ガラス２５ａ、２５ｂと側板１９との接触面積は２倍となっているが、成形時の天板２３からの荷重を半分程度に設定しているため、各側板１９全体に負荷される荷重は参考例と同様の値となっている。そのため、成形時には、モールド１５の中空部２１の形状を確実に維持して成形することができた。
［参考例］
【００５９】
実施例と同一の成形装置１０を用い、直径４００ｍｍ、長さ２１６．５ｍｍ、重さ５９．８ｋｇの、四塩化ケイ素を原料として直接法により製造された１つの合成石英インゴットの成形を行った。この成形では、５００ｍｍ×５９０ｍｍ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、底板１６、石英ガラス２５、天板２３を置いた。更に天板２３にシリンダロッド２６を配置した。
【００６０】
昇温後の保持時間は２０分とし、初期荷重は１．２０ｔｏｎ、最大荷重２．５０ｔｏｎで成形した。その他の運転は実施例１と同様の条件で行った。
【００６１】
この後、モールド１５を成形装置１０から搬出して、成形品を取り出した。成形品は５００ｍｍ×５９０ｍｍ、高さ９２．２５ｍｍの板状体の石英ガラスが採取できた。
【００６２】
成形品を観察したところ、四隅に割れや２０ｍｍ／ｃｍ以上の大きな歪は確認できなかった。この成形品からは有効角材として最大４６０ｍｍ×５５０ｍｍ、厚さ９２．２５ｍｍの板状体が採取できた。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】この発明の実施の形態の成形装置の概略縦断面図である。
【図２】同実施の形態の成形装置に用いられるモールドの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】同実施の形態の成形装置の成形後の状態を示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０  成形装置
１１  真空チャンバー
１２  断熱材
１３  カーボンヒータ
１５  モールド
１６  底板
１７  受板
１８  底部
１９  側板
２０  側壁部
２１  中空部
２３  天板（加圧部）
２４  支持リング（嵌合部）
２５  石英ガラス
２６  シリンダロッド（成形手段）
２７  中板（仕切部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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