(57)【要約】【課題】  石英ガラス塊を石英ガラス塊の中心軸から外周方向に向かって均一に拡大し、屈折率分布が回転対称性を有する大口径の石英ガラスを効率よく且つ確実に成形することを可能とする石英ガラスの成形装置、並びに、それを用いた石英ガラスの成形方法を提供すること。【解決手段】  石英ガラス塊２５を収容可能な中空部２１を有するモールド１５と、前記中空部２１の内部において移動可能なように設置された加圧板２３と、前記中空部２１に収容された石英ガラス塊２５を加熱する加熱手段と、前記加圧板２３を加圧方向に押圧する成形手段とを備え、前記石英ガラス塊２５を前記加熱手段で加熱しつつ前記加圧板２３により加圧して所定形状に成形する石英ガラスの成形装置であって、  前記加圧板２３の前記石英ガラス塊２５との接触面上に前記加圧方向に頂点を有する略円錐形状の凸部が形成されており、且つ、該凸部の底面に前記加圧板の中心軸が含まれていること、を特徴とする石英ガラスの成形装置【選択図】  図５
2007022847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラス塊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おいて移動可能なように設置された加圧板と、前記中空部に収容された石英ガラス塊を加熱する加熱手段と、前記加圧板を加圧方向に押圧する成形手段とを備え、前記石英ガラス塊を前記加熱手段で加熱しつつ前記加圧板により加圧して所定形状に成形する石英ガラスの成形装置であって、
前記加圧板の前記石英ガラス塊との接触面上に前記加圧方向に頂点を有する略円錐形状の凸部が形成されており、且つ、該凸部の底面に前記加圧板の中心軸が含まれていること、
を特徴とする石英ガラスの成形装置。
【請求項２】
石英ガラス塊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おいて移動可能なように設置された加圧板と、前記中空部に収容された石英ガラス塊を加熱する加熱手段と、前記加圧板を加圧方向に押圧する成形手段とを備え、前記石英ガラス塊を前記加熱手段で加熱しつつ前記加圧板により加圧して所定形状に成形する石英ガラスの成形装置であって、
前記モールドの底受板の前記石英ガラス塊との接触面上に、前記加圧方向と反対の方向に頂点を有する略円錐形状の凸部が形成されており、且つ、該凸部の底面に前記底受板の中心軸が含まれていること、
を特徴とする石英ガラスの成形装置。
【請求項３】
石英ガラス塊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おいて移動可能なように設置された加圧板と、前記中空部に収容された石英ガラス塊を加熱する加熱手段と、前記加圧板を加圧方向に押圧する成形手段とを備え、前記石英ガラス塊を前記加熱手段で加熱しつつ前記加圧板により加圧して所定形状に成形する石英ガラスの成形装置であって、
前記加圧板の前記石英ガラス塊との接触面上に前記加圧方向に頂点を有する略円錐形状の凸部が形成されており、且つ、該凸部の底面に前記加圧板の中心軸が含まれていること、及び
前記モールドの底受板の前記石英ガラス塊との接触面上に、前記加圧方向と反対の方向に頂点を有する略円錐形状の凸部が形成されており、且つ、該凸部の底面に前記底受板の中心軸が含まれていること、
を特徴とする石英ガラスの成形装置。
【請求項４】
前記加圧板に形成された前記凸部の底面が、成形前の前記石英ガラス塊の被加圧面の面積の５０％以上の面積を有していることを特徴とする請求項１又は３に記載の石英ガラスの成形装置。
【請求項５】
前記底受板に形成された前記凸部の底面が、成形前の前記石英ガラス塊の被接触面の面積の５０％以上の面積を有していることを特徴とする請求項２又は３に記載の石英ガラスの成形装置。
【請求項６】
前記凸部の底面が、成形後の石英ガラスと接触し得る面の面積の２５％以上の面積を有していることを特徴とする請求項１〜３に記載の石英ガラスの成形装置。
【請求項７】
前記凸部の高さが前記凸部の底面の直径の３〜１０％の範囲にあることを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれか一項に記載の石英ガラスの成形装置。
【請求項８】
前記凸部の中心軸が、前記加圧板及び前記底受板の中心軸と同一線上にあることを特徴とする請求項１〜７のうちのいずれか一項に記載の石英ガラスの成形装置。
【請求項９】
前記請求項１〜８のうちのいずれか一項に記載の石英ガラスの成形装置を用いて、前記成形装置が備えるモールドの中空部内に石英ガラス塊を収容し、加熱手段で前記石英ガラス塊を加熱しつつ、前記成形装置が備える加圧板により、前記加圧板と前記モールドの底受板との間で前記石英ガラス塊を加圧して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１０】
前記石英ガラス塊が、前記石英ガラス塊の被加圧面及び／又は前記石英ガラス塊の前記底受板との被接触面に、前記加圧板及び／又は前記底受板に形成されている凸部の先端が導入されるべき凹部が形成されていることを特徴とする請求項９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、石英ガラスの成形装置、及びそれを用いた石英ガラスの成形方法に関し、より詳しくは、モールド内に石英ガラスを収容して加熱しつつ加圧し、石英ガラスを所定形状に成形する石英ガラスの成形装置、並びにそれを用いた石英ガラスの成形方法に関する。
【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においては、その材料として石英ガラスが多用されている。このような石英ガラスは、火炎加水分解により透明石英ガラスを製造する直接法等の方法で合成されている。前記直接法においては、先ず、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る。そして、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、前記石英ガラス微粒子を、前記バーナ下方に配置された回転、揺動及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て同時に前記酸素ガス及び水素ガスの燃焼熱により溶融、ガラス化することで石英ガラスインゴットを得ている。このような直接法を採用して得られる石英ガラスインゴットは、屈折率分布が回転対称性を持つという特徴があることから特にレンズ素材に適している。
【０００３】
また、近年、大型のレンズやレチクル、あるいは大型の液晶ディスプレイ等の広い面積の面を有する光学部材を得るため、予め形成された石英ガラス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。このような成形方法においては、石英ガラス塊をモールド内に収容して加熱した状態で、加圧板により加圧することにより広い面積の面を有する石英ガラスを成形している。
【０００４】
例えば、特開昭６１−８３６３８号公報（特許文献１）では、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℃で石英ガラスを加圧成形する方法が提案されている。また、特開昭５６−１２９６２１号公報（特許文献２）及び特開昭５７−６７０３１号公報（特許文献３）では、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形装置を用いて１７００℃以上の高温に加熱して石英ガラスを加圧成形する方法が提案されている。更に、特開２００２−２２０２４０号公報（特許文献４）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石英ガラスを加圧成形する方法が開示されている。そして、このような特許文献１〜４に記載の石英ガラスを加圧成形する方法に用いられる石英ガラスの製造装置においては、加圧面がフラット（平面形状）な加圧板が用いられている。また、特開２００３−２４６６３１号公報（特許文献５）においては、ガラスインゴットを、インゴット収納凹部の断面が正方形状の外型内に設置し、これを加熱しながら、加圧面の形状が正四角錐状である押型で加圧することにより、所定形状に石英ガラスを加圧成形する方法が開示されている。
【０００５】
しかしながら、上記従来の石英ガラスの成形方法及びそれに用いられる石英ガラスの成形装置においては、成形の際に、石英ガラス塊の屈折率分布の対称性が損なわれ、屈折率分布の対称性が良好な大口径の石英ガラスを得ることが困難であるという問題があった。
【特許文献１】特開昭６１−８３６３８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２００２−２２０２４０号公報
【特許文献５】特開２００３−２４６６３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、石英ガラス塊を石英ガラス塊の中心軸から外周方向に向かって均一に拡大し、屈折率分布が回転対称性を有する大口径の石英ガラスを効率よく且つ確実に成形することを可能とする石英ガラスの成形装置、並びに、それを用いた石英ガラスの成形方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、従来の石英ガラスの成形方法及び成形装置においては、以下の理由により石英ガラス塊を均一に拡大することが困難であることを見出した。すなわち、従来の石英ガラスの成形方法及び成形装置においては、一般に、石英ガラス塊と接触する面（加圧面）がフラットな加圧板を用い、前記加圧板により石英ガラスの変形方向に対して垂直な方向に圧力を加えて成形を行う。そのため従来の石英ガラスの成形方法及び成形装置においても、理論上は、圧力負荷を均一にし、更に石英ガラス内部の粘性を均一にすることで、石英ガラス内部のガラス成分を均等に外周方向へ移動させて、石英ガラス塊をその中心軸から外周方向に均一に拡大させることが可能となるはずである。
【０００８】
しかしながら、このような成形の際に圧力負荷を均一に行うためには、加圧板の加圧面の表面、モールドの底受板の表面、前記加圧板と接触する石英ガラスの被加圧面の表面及び前記底受板と接触する石英ガラスの被接触面の表面の面精度と平行度とを極力制御する必要があった。また、このような加圧板の平行度を極力制御するためには、加圧板の反りを抑える必要があることから、加圧板の材質及び構造や、加圧板に圧力を付加する際の方法等も工夫する必要があった。更に、石英ガラス内部の粘性を均一にするためには、石英ガラス内部の温度分布を極力均一とする必要があり、ヒーターの配置や、ヒーターとガラスとの間に存在するモールドの形状、材質及び肉厚の工夫等も行う必要があった。
【０００９】
そのため、従来の成形方法等により加圧成形を行うと、現実的には、圧力負荷を均一にし、更に石英ガラス内部の粘性を均一にすることはできず、成形の際に石英ガラスにかかる圧力の分布や石英ガラス内部の粘性のバランスが微妙に崩れ、そのバランスが崩れた方向に向かって優先的に石英ガラスの変形が起こることから、内部のガラス成分がそのバランスが崩れた方向に石英ガラス塊の中心軸をまたいで移動してしまっていた。このように加圧面がフラットな加圧板を用いた従来の成形方法等においては、圧力の分布や粘性のバランスが崩れた方向に内部のガラス成分が移動することから、石英ガラス塊を均一に拡大することができず、更には、ガラス成分が前記石英ガラス塊の中心軸をまたいで移動することから、成形の際に石英ガラス塊の持つ屈折率分布の回転対称性を維持できないということを見出した。また、加圧板の加圧面の形状を四角錐とした従来の石英ガラスの成形方法等においても、成形の際に、石英ガラスの外周方向へ向かう圧力のバランスが崩れてしまうため、石英ガラス塊をその中心軸から外周方向に向かって均一に拡大することができないということも見出した。
【００１０】
そこで、本発明者らは、更に鋭意研究を重ねた結果、先ず、加圧板の加圧面及び／又はモールドの底受板の前記石英ガラス塊との接触面に凸部を形成することにより、石英ガラスに、その中心軸から外周方向へ向かう圧力を積極的に付与し、更に、前記凸部の形状をヘリ（エッジ）のない略円錐形状とすることによって、石英ガラス塊に加えられる前記外周方向へ向かう圧力の分布が均一になって外周方向へのガラス成分の移動を均等に引き起こすことができることから、石英ガラス内部の微小な粘性差に影響されずに石英ガラス塊をその中心軸から外周方向に向かって均一に拡大させることが可能となることを見出した。そして、このように石英ガラス塊をその中心軸から外側に向かって均一に拡大させることで、石英ガラス内部のガラス成分が石英ガラスの中心軸をまたいで反対側へ移動することを防止できるため、直接法により得られた石英ガラス塊の屈折率分布の回転対称性を損なうことなく成形することができ、屈折率分布が回転対称性を有する大口径の石英ガラスが効率よく且つ確実に得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明の第一の石英ガラスの成形装置は、石英ガラス塊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おいて移動可能なように設置された加圧板と、前記中空部に収容された石英ガラス塊を加熱する加熱手段と、前記加圧板を加圧方向に押圧する成形手段とを備え、前記石英ガラス塊を前記加熱手段で加熱しつつ前記加圧板により加圧して所定形状に成形する石英ガラスの成形装置であって、
前記加圧板の前記石英ガラス塊との接触面上に前記加圧方向に頂点を有する略円錐形状の凸部が形成されており、且つ、該凸部の底面に前記加圧板の中心軸が含まれていること、
を特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の第二の石英ガラスの成形装置は、石英ガラス塊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おいて移動可能なように設置された加圧板と、前記中空部に収容された石英ガラス塊を加熱する加熱手段と、前記加圧板を加圧方向に押圧する成形手段とを備え、前記石英ガラス塊を前記加熱手段で加熱しつつ前記加圧板により加圧して所定形状に成形する石英ガラスの成形装置であって、
前記モールドの底受板の前記石英ガラス塊との接触面上に、前記加圧方向と反対の方向に頂点を有する略円錐形状の凸部が形成されており、且つ、該凸部の底面に前記底受板の中心軸が含まれていること、
を特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の第三の石英ガラスの成形装置は、石英ガラス塊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おいて移動可能なように設置された加圧板と、前記中空部に収容された石英ガラス塊を加熱する加熱手段と、前記加圧板を加圧方向に押圧する成形手段とを備え、前記石英ガラス塊を前記加熱手段で加熱しつつ前記加圧板により加圧して所定形状に成形する石英ガラスの成形装置であって、
前記加圧板の前記石英ガラス塊との接触面上に前記加圧方向に頂点を有する略円錐形状の凸部が形成されており、且つ、該凸部の底面に前記加圧板の中心軸が含まれていること、及び
前記モールドの底受板の前記石英ガラス塊との接触面上に、前記加圧方向と反対の方向に頂点を有する略円錐形状の凸部が形成されており、且つ、該凸部の底面に前記底受板の中心軸が含まれていること、
を特徴とするものである。
【００１４】
上記本発明の石英ガラスの成形装置においては、前記加圧板に形成された前記凸部の底面が、成形前の前記石英ガラス塊の被加圧面の面積の５０％以上の面積を有していることが好ましい。
【００１５】
上記本発明の石英ガラスの成形装置においては、前記底受板に形成された前記凸部の底面が、成形前の前記石英ガラス塊の被接触面の面積の５０％以上の面積を有していることが好ましい。
【００１６】
上記本発明の石英ガラスの成形装置においては、前記凸部の底面が、成形後の石英ガラスと接触し得る面の面積の２５％以上の面積を有していることが好ましい。
【００１７】
上記本発明の石英ガラスの成形装置においては、前記凸部の高さが前記凸部の底面の直径の３〜１０％の範囲にあることが好ましい。
【００１８】
また、上記本発明の石英ガラスの成形装置においては、前記凸部の中心軸が、前記加圧板及び前記底受板の中心軸と同一線上にあることが好ましい。
【００１９】
さらに、本発明の石英ガラスの成形方法は、上記本発明の第一〜第三の石英ガラスの成形装置を用いて、前記成形装置が備えるモールドの中空部内に石英ガラス塊を収容し、加熱手段で前記石英ガラス塊を加熱しつつ、前記成形装置が備える加圧板により、前記加圧板と前記モールドの底受板との間で前記石英ガラス塊を加圧して成形することを特徴とする方法である。
【００２０】
また、本発明の石英ガラスの成形方法においては、前記石英ガラス塊が、前記石英ガラス塊の被加圧面及び／又は前記石英ガラス塊の前記底受板との被接触面に、前記加圧板及び／又は前記底受板に形成されている凸部の先端が導入されるべき凹部が形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、石英ガラス塊を石英ガラス塊の中心軸から外周方向に向かって均一に拡大し、屈折率分布が回転対称性を有する大口径の石英ガラスを効率よく且つ確実に成形することを可能とする石英ガラスの成形装置、並びに、それを用いた石英ガラスの成形方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明及び図面中、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２３】
先ず、本発明の第一の石英ガラスの成形装置が備える加圧板、本発明の第二の石英ガラスの成形装置が備える底受板、並びに、本発明の第三の石英ガラスの成形装置が備える加圧板及び底受板に形成されている凸部について説明する。
【００２４】
本発明において、前記加圧板及び／又は底受板に形成される凸部の形状は略円錐形状である。図１〜４は、それぞれ好適な形状を有する凸部の概略縦断面図を示す。ここで、略円錐形状とは、底面１が円形で、底面１に対して垂直な中心軸２上に頂点３があり、中心軸２に対して回転対称性を有する立体的な形状をいう。このような略円錐形状としては、図１に示すような斜面４が直線である円錐形状、図２に示すような斜面４が底面１の中心から頂点３に向かう方向とは反対方向に向かって湾曲した形状、図３に示すような斜面４が底面１の中心から頂点３に向かう方向に向かって湾曲した形状等を挙げることができる。また、このような凸部としては、ガラスを流動させる際（成形時）に中心軸のずれをより確実に防止するため、図４に示すように、凸部に更に突起５を設け、頂点３をより鋭角にした形状とすることが好ましい。
【００２５】
このように、前記凸部の形状は、略円錐形状であって中心軸２に対して回転対称性を有する立体的な形状であり、ヘリ（エッジ）の無い形状である。そのため、前記凸部が形成された加圧板及び／又は前記凸部が形成された底受板を成形装置に備えることで、加圧成形の際に、前記凸部の中心軸から外周方向へ向かう圧力を均一に加えることが可能となり、石英ガラス内部の微小な粘性差に影響されずに、石英ガラス塊を一様にその外周方向に拡大させることが可能となる。
【００２６】
また、前記凸部としては、前記凸部の底面１にその凸部が形成された前記加圧板又は底受板の中心軸が含まれていることが必要である。前記凸部の底面１に、その凸部が形成された前記加圧板又は底受板の中心軸が含まれていない場合には、加圧板を押圧する押圧部位が通常加圧板の中心軸付近にあるため、加圧成形の際に前記加圧板又は底受板の中心軸付近により高い圧力がかかり、凸部の形成されている部位における圧力は低くなることから、前記凸部により加えられる外周方向への圧力が均一にならず、石英ガラス塊を外周方向へ均一に拡大することができなくなる。
【００２７】
また、前記凸部の底面１は、成形する石英ガラス塊の被加圧面の面積の５０％以上の面積を有していることが好ましい。このような凸部の底面１の面積が前記石英ガラス塊の被加圧面の面積の５０％未満の場合には、凸部により与えられる外周方向へ向かう圧力が低くなって、石英ガラス内部の粘性差の影響によって石英ガラス塊を均一に拡大することができなくなる傾向にある。また、外周方向に向かって石英ガラス塊をより均一に拡大させるという観点からは、前記凸部の底面１の面積は前記石英ガラス塊の被加圧面の面積の６４％以上とすることがより好ましく、８０％以上とすることが特に好ましい。更に、このような凸部の底面１の面積の上限は特に制限されず、加圧面全体が凸部となっていてもよい。なお、底受板に形成される凸部においても同様の観点から、前記凸部の底面は、成形する石英ガラス塊の前記底受板との被接触面の面積の５０％以上（より好ましくは６４％以上、特に好ましくは８０％以上）の面積を有していることが好ましく、その面積の上限は特に制限されず、底受板の石英ガラス塊との接触面全体が凸部となっていてもよい。なお、前記凸部の底面１の直径Ｌとしては、凸部の底面１の面積が成形する石英ガラス塊の被加圧面の面積の５０％以上となるような直径以上であることが好ましく、前記石英ガラス塊の被加圧面の直径の８０％以上であることがより好ましい。
【００２８】
また、前記凸部の底面１は、成形後の石英ガラスと接触し得る面の面積の２５％以上の面積を有していることが好ましい。このような凸部の底面１の面積が成形後の石英ガラスと接触し得る面の面積の２５％未満の場合には、凸部により与えられる外周方向へ向かう圧力が低くなって、石英ガラス内部の粘性差の影響によって石英ガラス塊を均一に拡大することができなくなる傾向にある。また、外周方向に向かって石英ガラス塊をより均一に拡大させるという観点からは、前記凸部の底面１の面積は成形後の石英ガラスと接触し得る面の面積の５０％以上とすることがより好ましい。
【００２９】
また、このような凸部の高さｈとしては、その高さをより高くすることで、成形の際に外周方向へ向かう圧力成分が増大し、石英ガラス内部の粘性差の影響をより受けにくくなるため、石英ガラス塊をより均一に拡大できる。そのため、前記凸部の高さｈの上限はより均一に拡大するという観点からは本来的に制限されるものではないが、前記凸部の高さｈとしては、前記凸部の底面１の直径Ｌの３〜１０％であることが好ましい。このような凸部の高さｈが直径Ｌの３％未満では、成形の際に石英ガラス塊の外周方向へ向かう圧力が低くなるため、石英ガラス内部の粘性差の影響を受けて石英ガラス塊を均一に拡大することが困難となる傾向にあり、他方、前記直径Ｌの１０％を超えると、得られる石英ガラスの円柱形状領域が小さくなり生産性が低下する傾向にある。
【００３０】
また、このような加圧板に形成された凸部としては、凸部の中心軸２が前記加圧板の中心軸と同一線上にあることが好ましい。このようにして凸部の中心軸２と、前記加圧板の中心軸２とを同一線上となるように前記凸部を配置することで、石英ガラス塊を加圧する際に、加圧板の中心軸を中心にして外周方向に向かう圧力を石英ガラス塊により均一に加えることができるため、石英ガラスをより均一に拡大できる傾向にある。また、底受板に形成された凸部においても、同様の観点から、凸部の中心軸と、前記底受板の中心軸とが同一線上にあることが好ましい。
【００３１】
次に、本発明の第一〜第三の石英ガラスの成形装置の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００３２】
［第一の石英ガラスの成形装置］
先ず、本発明の第一の石英ガラスの成形装置について説明する。すなわち、本発明の第一の石英ガラスの成形装置は、石英ガラス塊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おいて移動可能なように設置された加圧板と、前記中空部に収容された石英ガラス塊を加熱する加熱手段と、前記加圧板を加圧方向に押圧する成形手段とを備え、前記石英ガラス塊を前記加熱手段で加熱しつつ前記加圧板により加圧して所定形状に成形する石英ガラスの成形装置であって、
前記加圧板の前記石英ガラス塊との接触面上に前記加圧方向に頂点を有する略円錐形状の凸部が形成されており、且つ、該凸部の底面に前記加圧板の中心軸が含まれていること、
を特徴とするものである。
【００３３】
図５に、本発明の第一の石英ガラスの成形装置の好適な一実施形態の概略縦断面図を示す。このような図５に示された成形装置１０においては、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内部の略中央部にモールド１５が収容されている。
【００３４】
また、モールド１５は、底板１６及び底受板１７を備えた底部１８と、底部１８の上部に筒状に形成された側壁部２０とを備え、この筒状の側壁部２０と底部１８とにより中空部２１が形成されている。さらに、この中空部２１には、中空部２１の形状に対応する外形を有する加圧板２３が配置されている。
【００３５】
図６に、このような成形装置１０が備える加圧板２３の概略縦断面図を示す。加圧板２３には、凸部３１が形成されており、その形状は、加圧板２３の中心軸３２上に頂点を有する円錐形状である。また、本実施形態においては、加圧板２３に形成された凸部３１の底面の面積が加圧板の加圧面２３ａをフラット（平面形状）とした場合の加圧面の面積と同一であり、加圧板２３の加圧面２３ａ全体が凸部３１となっている。従って、本実施形態においては、加圧板２３に形成された凸部の底面の面積は、石英ガラス塊２５の被加圧面の面積の５０％以上の面積であり、且つ、成形後の石英ガラスと接触し得る面の面積の２５％以上の面積である。更に、本実施形態においては、凸部３１の高さｈが凸部３１の底面の直径Ｌの６．７％となっている加圧板を用いている。
【００３６】
また、図５に示す成形装置１０においては、図６に示す加圧板２３の押圧面２３ｂ（上面）を、真空チャンバー１１の外部に設置されたプレス装置としての油圧シリンダ（図示せず）のシリンダロッド２６で押圧することにより、モールド１５の底部１８側に移動可能となっている。
【００３７】
なお、このシリンダロッド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ものであるが、詳細な図示は省略する。
【００３８】
これらのモールド１５及び加圧板２３は、石英ガラス塊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塊２５と接触しても不純物を混入し難い材料から形成されたものであり、このような材料としてはグラファイトを用いることが好ましい。
【００３９】
また、石英ガラス塊２５としては特に制限されず、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と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塊を挙げることができる。
【００４０】
次に、このような成形装置１０を用いて石英ガラスを成形する好適な方法を説明する。
【００４１】
このような成形装置１０を用いて石英ガラスを成形する際には、先ず、真空チャンバー１１内に底板１６、底受板１７、側壁部２０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内に石英ガラス塊２５を配置する。
【００４２】
このような石英ガラス塊２５は、被加圧面と垂直な石英ガラスの中心軸と、加圧板に形成された前記凸部の中心軸とが同一線上になるようにしてモールド内に配置することが好ましい。このようにして、石英ガラス塊２５の中心軸と前記凸部の中心軸とが同一線上になるようにすることで、石英ガラス塊２５をその中心軸から外周方向に向けてより均一に拡大することが可能となるため、屈折率分布の回転対称性がより高い石英ガラスを得ることが可能となる。
【００４３】
また、このような石英ガラスを成形する方法に用いる石英ガラス塊２５としては、加圧板２３に形成された凸部３１の底面が成形前の石英ガラス塊２５の被加圧面の面積の５０％以上（より好ましくは６４％以上、特に好ましくは８０％以上）の面積となるような被加圧面を有する石英ガラス塊２５を用いることが好ましい。
【００４４】
また、このような石英ガラスを成形する方法に用いる石英ガラス塊２５としては特に制限されるものではないが、石英ガラス塊２５の被加圧面に、加圧板２３に形成されている凸部３１の先端が導入されるべき凹部が形成されていることが好ましい。その場合には、該凹部の形状が前記凸部の形状と同一又は相似形であることがより好ましく、前記凹部の中心軸が石英ガラス塊の中心軸と同一線上にあることが特に好ましい。このような石英ガラス塊２５を用いることで、前記凸部の位置と凹部の位置とを合わせて石英ガラス塊２５を設置することが可能となり、例えば、石英ガラス塊２５の中心軸上と前記凹部の中心軸とが同一線上にある場合には、中心軸から外周方向に向かって石英ガラス塊２５をより効率よく均一に拡大することが可能となる。なお、本実施形態においては、石英ガラス塊２５の中心軸上に前記凹部の頂点が形成された石英ガラス塊２５を用いている。
【００４５】
次に、中空部２１内に収容した石英ガラス塊２５の上部に加圧板２３を配置し、更に、加圧板２３の押圧面２３ｂに油圧シリンダのシリンダロッド２６の押圧部位を当接させてセットする。
【００４６】
そして、真空ポンプを用いて真空チャンバー１１内の圧力を減圧した後、真空チャンバー１１内を不活性ガスで置換する。この際の圧力条件等は特に制限されないが、真空ポンプを用いて真空チャンバー１１内の圧力を０．２Ｐａ〜１０Ｐａ（好ましくは１〜１０Ｐａ）程度にまで減圧した後、真空チャンバー１１内を不活性ガス（例えば、純粋な窒素ガス）で置換し、真空チャンバー１１内の圧力を、例えば１×１０４Ｐａ〜１×１０５Ｐａとなるようにすることが好ましい。
【００４７】
次に、カーボンヒータ１３により、モールド１５及びその中空部２１に収容された石英ガラス塊２５を加熱する。このように加熱した場合の石英ガラス塊２５の保持温度は石英ガラスの結晶化温度以上であって且つ軟化点以下であればよく特に制限されないが、１５００℃〜１７００℃（より好ましくは１５７０℃〜１６７０℃）程度とすることが好ましい。また、このような加熱に際しての昇温速度も特に制限されるものではないが、カーボンヒータ１３を発熱させて前記加温温度から、２００℃／ｈｒ〜８００℃／ｈｒ程度の昇温速度で前記保持温度内の所定温度になるまで昇温した後、塊状の石英ガラス２５の内部まで十分に加熱される時間、例えば１５〜４５分間程度前記保持温度に保持することが好ましい。
【００４８】
次に、このように石英ガラス塊２５を加熱した状態で、油圧シリンダへの油圧を制御調整することにより、シリンダロッド２６を下方へ移動させて、シリンダロッド２６の押圧部位で加圧板２３の押圧面２３ｂを押圧する。これにより、加圧板２３がモールド１５の底部１８側の加圧方向へ移動し、加圧板２３の加圧面２３ａと、底部１８との間で塊状の石英ガラス２５が加圧される。このような加圧工程においては、初期荷重を２０００ｋｇ／ｍ２〜３０００ｋｇ／ｍ２程度とることが好ましく、プレス速度を０．１〜０．３ｍｍ／ｓｅｃとすることが好ましい。
【００４９】
そして、石英ガラス２５が所定形状の板状体に成形された段階で、加圧板２３による加圧を終了する。その後、板状に成形された石英ガラス２５を、モールド１５内に配置した状態のままで冷却し、真空チャンバー１１から成形体を取り出すことにより成形が完了する。
【００５０】
このような成形の際には成形される石英ガラスを、加圧板２３に形成された凸部の面積が成形後の石英ガラスの加圧板２３との接触面の面積の２５％以上（より好ましくは５０％以上）の面積となるような接触面を有する石英ガラスとすることが好ましい。
【００５１】
以上のようにして、石英ガラスを成形すればシリンダロッド２６から加圧方向（鉛直下方向）に加えられた圧力は加圧板２３ａ面にて鉛直下方向の成分と、石英ガラス塊２５の中心軸から外周方向へ向かう成分とに分けることができ、これによって石英ガラス塊内部の微小な粘性差に影響されることなく、内部のガラス成分を一様に外周方向に拡大することが可能となる。したがって、直接法により得られた石英ガラスインゴットを石英ガラス塊２５に用いた場合には、屈折率分布の回転対称性を維持したまま石英ガラスを成形することが可能となる。
【００５２】
以上、本発明の第一の石英ガラスの成形装置及びその成形装置を用いた石英ガラスの成形方法の好適な一実施形態について説明したが、本発明の第一の石英ガラスの成形装置及びその成形装置を用いた石英ガラスの成形方法は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、前記実施形態においては図６に記載したような加圧板を用いているが、このような加圧板としては前述の凸部の要件を満たす凸部が形成された加圧板であれば特に制限なく用いることができ、例えば、高さｈをより高くした加圧板、図２に示すような斜面４が底面１の中心から頂点３に向かう方向とは反対方向に向かって湾曲した形状の凸部が形成された加圧板、図３に示すような斜面４が底面１の中心から頂点３に向かう方向に向かって湾曲した形状の凸部が形成された加圧板、図７に示すような加圧面２３ａの一部に凸部３１が形成されている加圧板２３を用いることも可能である。
【００５３】
［第二の石英ガラスの製造装置］
次に、本発明の第二の石英ガラスの成形装置について説明する。すなわち、本発明の第二の石英ガラスの成形装置は、石英ガラス塊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おいて移動可能なように設置された加圧板と、前記中空部に収容された石英ガラス塊を加熱する加熱手段と、前記加圧板を加圧方向に押圧する成形手段とを備え、前記石英ガラス塊を前記加熱手段で加熱しつつ前記加圧板により加圧して所定形状に成形する石英ガラスの成形装置であって、
前記モールドの底受板の前記石英ガラス塊との接触面上に、前記加圧方向と反対の方向に頂点を有する略円錐形状の凸部が形成されており、且つ、該凸部の底面に前記底受板の中心軸が含まれていること、
を特徴とするものである。
【００５４】
図８に、このような第二の石英ガラスの成形装置の好適な一実施形態の概略断面図を示す。図８に示す成形装置１０の構成は、加圧方向と反対の方向に頂点を有する円錐形状の凸部が形成されている底受板１７が用いられている点、及び、加圧板２３にフラットな加圧面を有する加圧板が用いられている点以外は、前述の第一の石英ガラスの成形装置の構成と同様のものである。
【００５５】
このような図８に示す成形装置１０が備える底受板の概略断面図を図９に示す。図９に示すように、底受板１７においては、石英ガラス塊２５との接触面１７ａ側に凸部３１が形成されており、その形状は、底受板１７の中心軸３２上に頂点を有する円錐形状である。また、本実施形態においては、底受板１７に形成された凸部３１の底面の面積が底受板の加圧面２３ａをフラット（平面形状）とした場合の加圧面の面積と同一であり、底受板１７の石英ガラス塊との接触面１７ａ全体が凸部３１となっている。従って、本実施形態においては、底受板１７に形成された凸部の底面の面積は、石英ガラス塊２５の被接触面の面積の５０％以上の面積であり、且つ、成形後の石英ガラスと接触し得る面の面積の２５％以上の面積である。更に、本実施形態においては、凸部３１の高さｈが凸部３１の底面の直径Ｌの６．７％である底受板１７を用いている。
【００５６】
次に、このような成形装置１０を用いて石英ガラスを成形する好適な方法を説明する。このような成形装置１０を用いて石英ガラスを成形する方法は、本発明の第二の石英ガラスの成形装置である図８に示す成形装置１０を用いる以外は、前述の第一の石英ガラスの成形装置を用いた石英ガラスの成形方法と同様の方法である。
【００５７】
また、このような成形装置１０を用いて石英ガラスを成形する好適な方法に用いる石英ガラス塊２５としては特に制限されるものではないが、前記石英ガラス塊２５の前記底受板１７との被接触面に、前記底受板１７に形成されている凸部３１の先端が導入されるべき凹部が形成されていることが好ましい。その場合には、該凹部の形状が前記凸部の形状と同一又は相似形であることがより好ましく、前記凹部の中心軸が石英ガラス塊の中心軸と同一線上にあることが特に好ましい。このような石英ガラス塊２５を用いることで、前記凸部の位置と凹部の位置とを合わせて石英ガラス塊２５を設置することが可能となり、例えば、石英ガラス塊２５の中心軸上に前記凹部の頂点を形成させた場合には、石英ガラス塊２５の中心軸から外周方向に向かって石英ガラス塊２５を均一に拡大することが可能となる。
【００５８】
また、このような石英ガラスを成形する方法に用いる石英ガラス塊２５としては、底受板１７に形成された凸部３１の底面が成形前の石英ガラス塊２５の被接触面の面積の５０％以上（より好ましくは６４％以上、特に好ましくは８０％以上）の面積となるような被接触面を有する石英ガラス塊２５を用いることが好ましい。
【００５９】
以上、本発明の第二の石英ガラスの成形装置及びその成形装置を用いた石英ガラスの成形方法の好適な一実施形態について説明したが、本発明の第二の石英ガラスの成形装置及びその成形装置を用いた石英ガラスの成形方法は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、前記実施形態においては図８に示すような底受板１７を用いているが、このような底受板としては前述の要件を満たす凸部が形成された底受板であれば特に制限なく用いることができ、例えば、高さｈをより高くした底受板や、図２に示すような斜面４が底面１の中心から頂点３に向かう方向とは反対方向に向かって湾曲した形状の凸部が形成された底受板、図３に示すような斜面４が底面１の中心から頂点３に向かう方向に向かって湾曲した形状の凸部が形成された底受板、図１０に示すような接触面１７ａの一部に凸部３１が形成されている底受板１７を用いることも可能である。
【００６０】
［第三の石英ガラスの製造装置］
次に、本発明の第三の石英ガラスの成形装置について説明する。すなわち、本発明の第三の石英ガラスの成形装置は、石英ガラス塊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おいて移動可能なように設置された加圧板と、前記中空部に収容された石英ガラス塊を加熱する加熱手段と、前記加圧板を加圧方向に押圧する成形手段とを備え、前記石英ガラス塊を前記加熱手段で加熱しつつ前記加圧板により加圧して所定形状に成形する石英ガラスの成形装置であって、
前記加圧板の前記石英ガラス塊との接触面上に前記加圧方向に頂点を有する略円錐形状の凸部が形成されており、且つ、該凸部の底面に前記加圧板の中心軸が含まれていること、及び
前記モールドの底受板の前記石英ガラス塊との接触面上に、前記加圧方向と反対の方向に頂点を有する略円錐形状の凸部が形成されており、且つ、該凸部の底面に前記底受板の中心軸が含まれていること、
を特徴とするものである。
【００６１】
第三の石英ガラスの成形装置においては、前述のような凸部が形成された加圧板及び前述のような凸部が形成された底受板をそれぞれ備えている。第三の石英ガラスの成形装置においては、加圧板と底受板との双方に前述のような凸部を設けていることから、凸部の中心軸から外周方向に向かう圧力成分を加える効果を、成形される石英ガラス塊の被加圧面と、被接触面の双方から得ることができるため、石英ガラス塊の内部全体に対してより確実に外周方向へ向かう圧力を加えることができ、より高い精度で石英ガラスを外周方向に均一に拡大することが可能となる。このように、石英ガラス塊の内部全体により確実に外周方向へ向かう圧力を加えることができることから、第三の石英ガラスの成形装置は、特に厚みが大きい石英ガラス塊を成形するのに好適に用いることができる。
【００６２】
また、本発明の第三の石英ガラスの成形装置においては、前記加圧板に形成された前記凸部の中心軸と、前記底受板に形成された前記凸部の中心軸とが同一線上にあるようにすることが好ましい。このように加圧板に形成されている凸部の中心軸と、底受板に形成されている凸部の中心軸とが同一線上になるようにすることで、その中心軸から外周方向に向かう圧力を石英ガラスにより均一に加えることが可能となるため、直接法で得られた石英ガラス塊を成形させて得られる石英ガラスの屈折率の回転対称性がより高いものとなる傾向にある。
【００６３】
図１１に、このような第三の石英ガラスの成形装置の好適な一実施形態の概略断面図を示す。図１１に示す成形装置１０の構成は、加圧方向と反対の方向に頂点を有する円錐形状の凸部が形成されている底受板１７を用いている以外は、前述の第一の石英ガラスの成形装置の構成と基本的には同様のものである。すなわち、図１１に示す成形装置１０においては、図６に示すような加圧板２３を備え、且つ、図９に示すような底受板１７を備えている。
【００６４】
次に、このような成形装置１０を用いて石英ガラスを成形する好適な方法を説明する。このような成形装置１０を用いて石英ガラスを成形する好適な方法は、このような成形装置１０を用いる以外は前述の第一の石英ガラスの成形装置を用いた石英ガラスの成形方法と同様の方法である。
【００６５】
さらに、このような石英ガラスを成形する方法に用いる石英ガラス塊２５としては特に制限されるものではないが、前記石英ガラス塊の被加圧面及び前記石英ガラス塊の前記底受板との被接触面に、前記加圧板及び前記底受板に形成されている凸部３１の先端が導入されるべき凹部が形成されていることが好ましい。その場合には、前記凹部の形状が前記凸部の形状と同一又は相似形であることがより好ましく、前記凹部の中心軸が石英ガラス塊の中心軸と同一線上にあることが特に好ましい。このような石英ガラス塊２５を用いることで、前記凸部の位置と凹部の位置とを合わせて石英ガラス塊２５を設置することが可能となり、例えば、石英ガラス塊２５の中心軸上に前記凹部の頂点を形成させた場合には、石英ガラス塊２５の中心軸から外周方向に向かって均一に圧力を加えることが可能となり、石英ガラス塊２５をより効率よく均一に拡大することが可能となる。
【００６６】
以上、本発明の第三の石英ガラスの成形装置及びその成形装置を用いた石英ガラスの成形方法の好適な一実施形態について説明したが、本発明の第三の石英ガラスの成形装置及びその成形装置を用いた石英ガラスの成形方法は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、前記実施形態においては図１１に示すような底受板１７及び加圧板２３を用いているが、前記底受板及び加圧板としては、前述の要件を満たす凸部が形成された底受板及び加圧板であれば特に制限なく用いることができる。
【００６７】
なお、本発明の第一〜第三の石英ガラスの成形装置及びその成形装置を用いた石英ガラスの成形方法によって成形される石英ガラスは、各種の光学部材として用いられるものであり、好ましくは、２５０ｎｍ以下の波長のレーザが照射されるレンズ、ミラー、レチクル用基板などを製造するために用いられる素材として用いられものであり、より好ましくは、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に用いられる広い面を有する板状体やその他の大型ガラスブロックとして用いられるものである。また、上述のようにして成形された石英ガラスは、直接法により得られる石英ガラス塊をその屈折率分布の回転対称性を維持したまま拡大成形したものとなるため、特に結像光学系の大型のレンズ材料に適している。
【実施例】
【００６８】
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００６９】
（実施例１）
加圧板２３として、図６に示す直径Ｌが３００ｍｍで、且つ高さｈが２０ｍｍの円錐形状の凸部が形成された加圧板２３を備えた図５に示す石英ガラスの成形装置１０を用い、石英ガラス塊２５として、直径２００ｍｍの円形の底面で高さが１４５ｍｍの円柱形状の上面に、加圧板２３に形成された凸部の先端が導入されるべき凹部が形成され、前記凹部の形状が前記凸部の形状と相似形である高さが１０ｍｍの円錐形状であり、その凹部の頂点が前記円柱形状の石英ガラス塊２５の中心軸上にある形状の石英ガラス塊２５を用いて、石英ガラス塊２５の成形を行い、直径が３００ｍｍの底面で高さ（厚さ）が７０ｍｍである円柱形状の上面が、前記凸部と同一形状である高さ２０ｍｍの円錐形状に窪んだ形状の石英ガラスを得た。
【００７０】
すなわち、先ず、前記石英ガラス塊２５の底面が前記モールド１５底部の底受板１７と接するように、モールド１５の中空部２１内に石英ガラス塊２５を配置した。次に、中空部２１内に収容した石英ガラス塊２５の上部に加圧板２３を配置し、更に、加圧板２３の押圧面２３ｂに油圧シリンダのシリンダロッド２６の押圧部位を当接させてセットする。その後、真空ポンプにて真空チャンバー１１内の圧力を０．６７Ｐａまで減圧した後、純粋な窒素ガスを圧力１０ｋＰａになるまで充填させた。そして、モールド１５の中空部２１内が１６４０℃の保持温度となるように制御して４００℃／ｈｒの昇温速度で昇温させた後に、前記保持温度で４０分間保持した。このとき、モールド１５の中空部２１内の温度は二色温度計により測定した。その後、初期荷重を２０００ｋｇ／ｍ２、プレス速度を１ｍｍ／ｓｅｃという条件で、シリンダロッド２６により加圧板２３を押圧して石英ガラスの加圧成形を行った。そして、成形した石英ガラスの厚さが７０ｍｍとなった時点で加圧を終了し、冷却することで、直径が３００ｍｍの底面を持ち、高さ（厚さ）が７０ｍｍである円柱形状であって、且つ上面が前記凸部と同一形状である高さ２０ｍｍの円錐形状に窪んだ形状の石英ガラスを得た。
【００７１】
このようにして得られた石英ガラスの真円度（最大内接円の半径と、最小外接円の半径の差）を測定したところ、真円度は１．１ｍｍであった。このような結果から、前記凸部を形成した加圧板を備える石英ガラスの成形装置を用いることで、石英ガラスを外周方向により均一に拡大できることが確認された。
【００７２】
また、得られた石英ガラスから試料を作成して屈折率分布を測定した。すなわち、得られた石英ガラスの外周を加工して、直径２９０ｍｍ高さ４５ｍｍの円柱体の試料を作成し、干渉計を用いて屈折率分布を測定した。得られた屈折率分布のデータから、前述のようにして得られた石英ガラスの屈折率の等高線分布は、きれいな同心円状であり、しかも、その中心が一点に一致していることが分かった。このような事実から、前述のようにして得られた石英ガラスには高い屈折率均質性があること確認された。また、このようにして得られた屈折率分布のデータから、屈折率分布の非回転対称成分を割り出したところ、前述のようにして得られた石英ガラスは屈折率分布の回転対称性が高く、レンズ材料として使用に十分耐えうるものであることが確認された。
【００７３】
（実施例２）
図１１に示す石英ガラスの成形装置１０の加圧板２３に、図６に示す直径Ｌが３００ｍｍで、且つ高さｈが２０ｍｍの円錐形状の凸部が形成された加圧板を備え、更に、底受板１７に、図９に示す直径Ｌが３００ｍｍで、且つ高さｈが２０ｍｍの円錐形状の凸部が形成された底受板を備えた図１１に示すような石英ガラスの成形装置１０を用い、石英ガラス塊２５として、直径２００ｍｍの円形の底面で高さが２５０ｍｍの円柱形状の上面及び下面に、底受板１７及び加圧板２３のそれぞれに形成された凸部の先端が導入されるべき凹部が形成され、前記凹部の形状が前記凸部の形状と相似形である高さが１０ｍｍの円錐形状であり、その凹部の頂点がそれぞれ前記円柱形状の石英ガラス塊２５の中心軸上にある形状の石英ガラス塊２５を用いて、石英ガラス塊２５の成形を行い、直径が３００ｍｍの底面で高さ（厚さ）が１２２ｍｍである円柱形状の上面及び下面が、前記凸部と同一形状である高さ２０ｍｍの円錐形状に窪んだ形状の石英ガラスを得た。このような石英ガラスの成形は、実施例１と同様の方法で行った。
【００７４】
このようにして得られた石英ガラスの真円度（最大内接円の半径と、最小外接円の半径の差）を測定したところ、真円度は０．８ｍｍであった。このような結果から、前記凸部を形成した加圧板及び底受板を備える石英ガラスの成形装置を用いることで、石英ガラスを外周方向により均一に拡大できることが確認された。
【００７５】
また、得られた石英ガラスから試料を作成して屈折率分布を測定した。すなわち、得られた石英ガラスの外周を加工して、直径２９０ｍｍの底面で高さ７５ｍｍの円柱体の試料を作成し、干渉計を用いて屈折率分布を測定した。得られた屈折率分布のデータから、前述のようにして得られた石英ガラスの屈折率の等高線分布は、きれいな同心円状であり、しかもその中心が一点に一致していることが分かった。このような結果から、前述のようにして得られた石英ガラスには高い屈折率均質性があること確認された。また、このようにして得られた屈折率のデータから、屈折率分布の非回転対称成分を割り出したところ、前述のようにして得られた石英ガラスは屈折率分布の回転対称性が高く、レンズ材料として使用に十分耐えうるものであることが確認された。
【００７６】
（実施例３）
図５に示す石英ガラスの成形装置１０の底受板１７に、図９に示す直径Ｌが３００ｍｍで、且つ高さｈが２０ｍｍの円錐形状の凸部が形成された底受板を備えた図１１に示すような石英ガラスの成形装置１０を用い、石英ガラス塊２５として、直径２００ｍｍの円形の底面で高さが１４５ｍｍの円柱形状の下面（底面）に、底受板１７に形成された凸部の先端が導入されるべき凹部が形成され、前記凹部の形状が前記凸部の形状と相似形である高さが１０ｍｍの円錐形状であり、その凹部の頂点が前記円柱形状の石英ガラス塊２５の中心軸上にある形状の石英ガラス塊２５を用いて、石英ガラス塊２５の成形を行い、底面の直径が３００ｍｍで高さ（厚さ）が７０ｍｍである円柱形状の下面が、前記凸部と同一形状である高さ２０ｍｍの円錐形状に窪んだ形状の石英ガラスを得た。このような石英ガラスの成形は、実施例１と同様の方法で行った。
【００７７】
このようにして得られた石英ガラスの真円度（最大内接円の半径と、最小外接円の半径の差）を測定したところ、真円度は１．０ｍｍであった。このような結果から、前記凸部を形成した加圧板を備える石英ガラスの成形装置を用いることで、石英ガラスを外周方向により均一に拡大できることが確認された。
【００７８】
また、得られた石英ガラスから試料を作成して屈折率分布を測定した。すなわち、得られた石英ガラスの外周を加工して、直径２９０ｍｍの底面で、高さが４５ｍｍの円柱体の試料を作成し、干渉計を用いて屈折率分布を測定した。得られた屈折率分布のデータから、前述のようにして得られた石英ガラスの屈折率の等高線分布は、きれいな同心円状であり、しかも、その中心が一点に一致していることが分かった。このような結果から、前述のようにして得られた石英ガラスには高い屈折率均質性があることが確認された。また、このようにして得られた屈折率分布のデータから、屈折率分布の非回転対称成分を割り出したところ、前述のようにして得られた石英ガラスは屈折率分布の回転対称性が高く、レンズ材料として使用に十分耐えうるものであることが確認された。
【００７９】
（比較例１）
加圧板２３の石英ガラスとの接触面及び底受板の石英ガラスとの接触面がフラットな形状（平面形状）の加圧板及び底受板を備えた図１２に示すような従来の石英ガラスの成形装置を用い、直径２００ｍｍで高さが１２０ｍｍの円柱形状の石英ガラス塊２５を用いて石英ガラス塊２５の成形を行い、直径が３００ｍｍの円形の底面で高さが５３ｍｍの円柱形状の石英ガラス２５を得た。このような石英ガラスの成形は、実施例１と同様の方法で行った。
【００８０】
このようにして得られた石英ガラスの真円度（最大内接円の半径と、最小外接円の半径の差）を測定したところ、真円度は９．２ｍｍであった。このように、従来の石英ガラスの成形装置においては、石英ガラスを外周方向に均一に拡大することができなかった。
【００８１】
また、得られた石英ガラスから試料を作成して屈折率分布を測定した。すなわち、得られた石英ガラスの外周を加工して、直径２９０ｍｍの底面で、高さが４５ｍｍの円柱体の試料を作成し、干渉計を用いて屈折率分布を測定した。得られた屈折率分布のデータから、前述のようにして得られた石英ガラスの屈折率の等高線分布は同心円状とはならず楕円形状にゆがんでおり、しかもその中心も一方向に偏ったものであることが分かった。このような結果から、前述のようにして得られた石英ガラスは屈折率均質性が低いことが確認された。また、このようにして得られた屈折率分布のデータから、屈折率分布の非回転対称成分を割り出したところ、前述のようにして得られた石英ガラスは屈折率分布の回転対称性が低く、レンズ材料として使用に耐えうるものではないことが確認された。
【００８２】
（比較例２）
加圧板２３として、加圧板２３の石英ガラスとの接触面上に加圧方向に頂点を有する底面が縦３００ｍｍ、横３００ｍｍで高さが２０ｍｍの四角錐形状の凸部が形成された加圧板２３を備える以外は図５に示す石英ガラスの成形装置と同一の石英ガラス成形装置を用い、石英ガラス塊２５として、直径２００ｍｍで高さが１４５ｍｍの円柱形状の石英ガラス塊２５を用いて石英ガラス塊２５の成形を行い、上面が前記凸部と同一形状である高さ２０ｍｍの四角推形状に窪んだ形状の石英ガラスを得た。このようにして得られた石英ガラスは円柱形状にならなかった。また、このような石英ガラスの成形は、実施例１と同様の方法で行った。
【００８３】
また、得られた石英ガラスから試料を作成して屈折率分布を測定した。すなわち、得られた石英ガラスの外周を加工して、直径２９０ｍｍの底面で、高さが４５ｍｍの円柱体の試料を作成し、干渉計を用いて屈折率分布を測定した。得られた屈折率分布のデータから、前述のようにして得られた石英ガラスの屈折率の等高線分布は同心円状とはならず、前記加圧板の凸部の四角錐形状のへりに当たる部分が大きくゆがんだものであることが分かった。このような結果から、前述のようにして得られた石英ガラスは屈折率均質性が低いことが確認された。また、このようにして得られた屈折率分布のデータから、屈折率分布の非回転対称成分を割り出したところ、前述のようにして得られた石英ガラスは屈折率分布の回転対称性が低く、レンズ材料として使用に耐えうるものではないことが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
以上説明したように、本発明によれば、石英ガラス塊を石英ガラス塊の中心軸から外周方向に向かって均一に拡大し、屈折率分布が回転対称性を有する大口径の石英ガラスを効率よく且つ確実に成形することを可能とする石英ガラスの成形装置、並びに、それを用いた石英ガラスの成形方法を提供することが可能となる。
【００８５】
したがって、本発明の石英ガラスの成形装置は、直接法で得られた屈折率分布が回転対称性を有する石英ガラス塊を、その回転対称性を維持したまま拡大成形することができるため、大型のレンズ材料のような広い面を有する石英ガラス成形体を成形するための装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】好適な形状を有する凸部の概略縦断面図である。
【図２】好適な形状を有する凸部の概略縦断面図である。
【図３】好適な形状を有する凸部の概略縦断面図である。
【図４】頂点に突起が設けられた凸部の概略縦断面図である。
【図５】本発明の第一の石英ガラスの成形装置の好適な一実施形態を示す概略縦断面図である。
【図６】加圧板の好適な一実施形態を示す概略縦断面図である。
【図７】加圧板の好適な一実施形態を示す概略縦断面図である。
【図８】本発明の第二の石英ガラスの成形装置の好適な一実施形態を示す概略縦断面図である。
【図９】底受板の好適な一実施形態を示す概略縦断面図である。
【図１０】底受板の好適な一実施形態を示す概略縦断面図である。
【図１１】本発明の第三の石英ガラスの成形装置の好適な一実施形態を示す概略縦断面図である。
【図１２】従来の石英ガラスの成形装置の一実施形態を示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
【００８７】
１…底面、２…中心軸、３…頂点、４…斜面、５…突起、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…モールドの底板、１７…底受板、１８…底部、２０…側壁部、２１…中空部、２３…加圧板、２５…石英ガラス塊、２６…シリンダロッド、３１…凸部、Ｌ…凸部の底面の直径、ｈ…凸部の高さ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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