(57)【要約】      （修正有）【課題】石英ガラス成形体製造用の外筒を正確にかつ容易に組み上げられるようにする。【解決手段】板材１４を組み上げて正多角柱状の外筒を形成するにあたり、正多角柱状の組立用治具１８を底板１２の上に載せ、組立用治具１８の側面のガイド面１９に沿わせて板材１４を並べて正多角柱状の型材となる外筒を組み上げる。板材１４が移動しないように固定した後、組立用治具１８を取り出すことによって外筒が完成する。組立用治具１８を用いることによって、正多角柱状の外筒を正確にそして短時間で組み上げることができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正多角柱状体であって、正多角柱状の外筒を構成する板材を正多角柱状に組み上げるためのガイド面を有する型材の組立用治具。
【請求項２】
請求項１において、正多角柱状体が分割可能である型材の組立用治具。
【請求項３】
請求項１において、鋼板を折り曲げて正多角柱状体としてある型材の組立用治具。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかの組立用治具を底板の上に載せ、この組立用治具の側面のガイド面に板材を沿わせて並べて正多角柱状の型材を組み上げ、板材を固定した後、組立用治具を取り出す型材の組立方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リング状あるいは円板状石英ガラス製品を得るための石英ガラス成形体を製造する際に使用する型材の組立て時に使用する治具及びその治具を使用した型材組立て方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ガラス製品、特に、石英ガラスよりなる石英ガラス製品は、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。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た。
【０００３】
しかしながら、エッチングによる製造プロセスは、加工対象物の表面の比較的微細な加工に限定され、得られるガラス製品が限定されてしまうという問題点があった。また、研削加工による製造プロセスは、加工対象物を少量ずつ研削して所望の形状に加工するため、加工時間が長くかかるとともに、加工対象物から不要な部分を全て研削してしまうため、最終的に加工された石英ガラス製品の重量に比べ、より大きな石英ガラス材の重量が必要となり、製造効率や製造コスト上で問題点があった。
【０００４】
こうした問題点を解決するため、型材を用いてガラス製品の概形を溶融成形により製造し、その石英ガラス成形体に研削などの機械加工を施してガラス製品を作製する手法が知られている。
【０００５】
以下に、型材を用いたガラス製品の概形を溶融成形により製造する従来の方法を簡単に説明する。
【０００６】
従来、図１に示すように、溶融成形に用いる型材１０は、底板１２の上面１２ａに設置された所望の内径を有する２分割あるいはそれ以上に分割された円筒形状の外筒１０から構成されている。この型材の内部に、溶融成形しようとする石英ガラス母材を載置し、電気炉などの加熱装置により、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。これにより、石英ガラス母材は加熱溶融され、外筒の内径と同一寸法の円柱形状の石英ガラス成形体として製造される。
【０００７】
しかしながら、円筒形状の外筒は、製作が難しく、加工のために大型の装置が必要であり、製作に時間がかかり、作製コストが負担になっていた。さらに、２分割あるいはそれ以上に分割した型材を組み合わせて円筒形になるようにしているために、一つの型材の破損により、外筒として機能しなくなるために、高価な予備品を過剰にストックしておかなければならないという問題もあった。
【０００８】
このような問題点を解決するために、製作が容易な共通の部材を使用できるようにするために、図２に示すように、同じ大きさの板材１４を組み合わせて構成した正多角柱状の外筒１０を用いることを本発明者が提案した。（特願２０１０−２６８０８）
【０００９】
この場合も前記同様に、板材１４で構成された正多角柱状の外筒１０内に石英ガラス母材１６を載置し、窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気下において加熱装置で１５００℃ないし２０００℃で加熱溶融し、板材１４の内面１４ａで区画された多角柱状の石英ガラス成形体１６ａが製造される。この石英ガラス成形体１６ａを切削などの機械加工によって、所望の形状の石英ガラス製品を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第４０５４９７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
溶融成形の際の型材を構成する外筒を、板材を組み合わせた正多角柱状にすることにより、破損時に備えた予備品の過剰ストックが不要になり、外筒となる型材の加工時間を短縮でき、コストが削減できるようになった。
【００１２】
しかしながら、正多角柱状の外筒を用いる場合、１辺の長さが設定とする値より小さくなると所望の外径の石英ガラス成形体が得られず、また、板材を正確に組み上げないと歪んだ正多角柱となり、所望の外径の溶融成形体が得られないなどの問題が生じるため、個々の板材を正多角柱状の外筒に組み上げるのに多大の労力と時間を必要としていた。
【００１３】
本発明は、正多角柱状の外筒を簡単にかつ正確に組立てることができるようにするための組立用治具を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、正多角形柱状体であって、正多角柱状の外筒を構成する板材を正多角柱状に組み上げるためのガイド面を有する組立用治具である。この組立用治具を使用することによって、石英ガラス成形体を製造する際の型材となる外筒を簡単、かつ正確に組立てることができるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１５】
石英ガラス成形体の製造の際に用いる型材の構成要素である正多角柱状の外筒を組み上げる際の板材の設置位置を確定するものであり、板材を正多角柱状に容易にかつ精度よく組み上げることが可能となり、組み上げに要する労力を減少させ、組み上げた正多角柱内径の歪みがなくなり、所望の外径の成形体が容易に得られることから収率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来の円筒部材を外筒とした石英ガラス成形体製造用型材の斜視図及び石英ガラス成形体の製造工程図。
【図２】正多角柱を外筒とした石英ガラス成形体製造用型材の斜視図及び石英ガラス成形体の製造工程図。
【図３】本発明の組立用治具の平面図及び断面図。
【図４】本発明の組立用治具の使用状態の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
組立用治具１８は、図３に示す正多角柱状体（図示の例は正八角柱状体）であり、１辺が板材１４の幅に合致する長さである。従って、種々の径の石英ガラス成形体に対応できるようにするためには、幅が異なる板材１４を数種類程度用意するのがよく、組立用治具１８もそれに合わせて数種類用意する。
【００１９】
所望の径に応じて適切な辺長の組立用治具１８と板材１４を選択し、組立用治具１８の側面のガイド面１９に沿って板材１４を並べて正多角柱状に組み上げていくものである。
【００２０】
組立用治具１８の高さは、所望とする正多角柱状の外筒の大きさにもよるが、１ｃｍないし１０ｃｍが望ましい。組立用治具１８の高さが１ｃｍよりも低いと板材１４と接触している面積が小さいため、板材１４が垂直とならず傾斜することがあるので好ましくない。板材１４が傾くと、組み上げた正多角柱状の外筒から組立用治具１８を取り出すことが困難となったり、外筒の内面に当たるなどして外筒が歪む原因となる可能性があり、板材１４の組み上げ作業が円滑におこなわれず、組立用治具１８を使用する効果が失われてしまう。
【００２１】
また、組立用治具１８の高さが、１０ｃｍ以上になると、板材１４を組み上げる際の労力は小さくなるが、すべての板材１４を組み上げた後に組立用治具１８を取り出すことが困難となり、労力が増えるだけでなく、組立用治具１８を取り出す際に、板材１４と接触して板材１４が所定の位置からずれてしまい、石英ガラス成形体１６ａの外径が所望の値より小さくなり、製品化できなくなる可能性がある。
【００２２】
実際の製造現場においては、上述の点を鑑み、組立用治具１８の高さは正多角柱状の外筒の高さや径、作業スペース、所望とする石英ガラス成形体１６ａの大きさなどの兼ね合いで決定する。
【００２３】
組立用治具１８の材質は、板材１４との接触に対する強度や耐久性が
あれば特に限定されるものではなく、塩化ビニルなどのプラスチック、ＳＵＳや鋼などの金属、あるいはカーボンなどを使用することができる。
【００２４】
組立用治具１８は板材１４と接触する部分の平面度及び高さの精度が重要である。このため、材質がプラスチックあるいはカーボンの場合は、その重量を小さくするために、中央部をくり抜いて軽量化するのが好ましい。また、プラスチック製あるいはカーボン製組立用治具１８は、正多角柱状の外筒を組み上げた後に容易に取り出すことができるように、いくつかに分割しておいてもよい。
【００２５】
ＳＵＳなどの金属材料を用いて組立用治具１８を作製する場合は、前述のように、板材１４と接触する部分の平面度及び高さの精度があれば問題ないために、１枚の平板状の金属材料を、所望とする１辺の長さで折り曲げて、正多角柱の枠とすることができ、汎用性のある材料を用いて、軽量な組立用治具１８を安価に作製することができる。
【００２６】
さらには、金属材料だけでなく、プラスチック製の平板を接着して、金属製の枠と同じような組立用治具１８を作製することも可能である。
【００２７】
組立用治具１８に沿って組み上げられる正多角柱状の外筒を構成する板材１４の厚さは、その幅よりも小さく、溶融成形の際に充分な強度を有していれば特に限定されず、０．５ｃｍないし５．０ｃｍの範囲内であれば必要強度が得られる。さらに望ましくは１．０ｃｍないし３．０ｃｍである。板材１４の厚さが１．０ｃｍより薄くなると、板材１４の製造方法にもよるが、機械的強度が小さくなること、及び耐久性に問題が生じる可能性が大きい。
【００２８】
また、板材１４の厚さが３．０ｃｍより厚くなると板材１４を加熱するための熱量の増加やそれに伴う冷却時間の増大、また板材１４の重量増による作業性の低下などの問題が生じるので好ましくない。
【００２９】
正多角柱状の外筒１０を組み上げるための板材１４の材質は、石英ガラスの溶融条件においてなんら反応しないものであればよく、特に限定されるものではないが、その加工の容易さ、物理的・化学的安定性、不純物含有量の少なさ、及び材料価格の面から、カーボンを用いることが望ましい。
【００３０】
ここで使用されるカーボンの溶融石英ガラスと接触する面に、カーボンと溶融石英ガラスとの反応を防止するために、カーボン製フェルトを介在させたり、アルミナ（Ａ１2０3）、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）、あるいは炭化珪素（ＳｉＣ）などからなる保護膜を被覆しても、なんら問題ない。これらの保護膜は、湿式法や乾式法により作製することができる。例えば、湿式法では、それぞれの粉末に水を加え、スラリー化した後に、スプレーを用いて被覆したり、刷毛などを用いてスラリーを塗布した後に乾燥することにより作製することができる。また、乾式法では、アルミナターゲットなどを用いたスパッタ法や珪素ターゲットを用いた反応性イオンプレーティング法などにより、作製することができる。
【００３１】
本発明の組立用治具を使用して、例えば内面形状が正八角柱状の外筒１０を組み上げる手順は以下である。型材を設置しようとする場所に底板１２を置き、その中央部に、組立用治具１８を載置する。続いて、組立用治具１８の正八角柱の各辺に対応する側面のガイド面１９に沿って、板材１４を順次設置し、板材１４からなる正八角柱状の外筒１０を形成する。８枚の板材１４を全て設置して固定した後に、組立用治具１８を取り出す。その後、石英ガラス母材１６を外筒１０の中央に設置して、加熱炉などで溶融成形を行ない、外周形状が正八角形である石英ガラス成形体１６ａが得られることになる。
【００３２】
板材１４を正多角柱状の外筒として組み上げた後に、板材１４を固定するための方法として、板材１４と同じ材質からなる固定治具を用いて固定する方法、カーボン織推の糸条体を巻きつけ、緊締して外筒を固定する方法などをあげることができる。
【００３３】
石英ガラス母材１６の溶融成形は、正多角柱状の外筒１０内に石英ガラス母材１６を載置した後に、１５００℃ないし２０００℃に加熱することによりおこなわれるが、より好ましい加熱温度は１７００℃ないし１９００℃である。これは１７００℃より低いと石英ガラスの溶融粘度が大きいために、溶融成形に時間がかかるためであり、１９００℃を超えると石英ガラスとカーボンとの反応が起きやすくなってしまうためである。
【００３４】
表１に正六角形、正八角形、正十二角形及び正二十四角形の正多角柱状の外筒１０を組み上げる際に組立用治具１８を使用した場合の組立用治具１８の材質、大きさ、及び組み上げに要した時間を示す。また、併せて、この型材を用いて円柱状の石英ガラス母材を溶融成形した結果も示す。また、表1には、組立用治具を使用しないケースについても比較例として示した。
【００３５】
実施例１及び２は、多角柱状のブロック体の組立用治具１８であり、実施例３は正多角柱外筒を組み上げた後の組立用治具１８の取り出しを容易にするために、３分割された組立用治具１８を用いたものである。
【００３６】
実施例４及び５は長さ１４４ｃｍ、厚さ０．８ｍｍの鋼板を折り曲げて正多角柱状とした組立用治具１８を用いたものである。
【００３７】
表１から明らかなように、組立用治具１８を使用することにより、正多角柱状の外筒を組み上げるために要する時間は大きく減少し、得られる石英ガラス成形体の形状も安定していた。
【００３８】
【表１】
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【符号の説明】
【００３９】
１０    外筒（型材）
１２    底板
１２ａ  底板上面
１４    板材
１４ａ  板材内周面
１６    石英ガラス母材
１６ａ  石英ガラス成形体
１８    組立用治具
１９    ガイド面
【図３】
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【図４】
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【図１】
2012116668.tif 000006
【図２】
2012116668.tif 000007