(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インゴット収納凹部の断面が正方形状の外型と、この外型内に収納されたガラスインゴットを加熱しながら押圧する押型を有するガラスの成形型において、前記押型は加圧面の形状が正四角錐状であることを特徴とするガラスの成形型。
【請求項２】
請求項１に記載のガラスの成形型において、上記成形型の正四角錐の高さは、前記正四角錐底面の正方形の一辺長さの１／２００〜１／６０であることを特徴とするガラスの成形型。
【請求項３】
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、所定形状に成形するガラスの成形方法。
【請求項４】
ガラスインゴットを、成形型内に設置し、これを加熱しながら形状の異なる二種類の押型で二段階加圧するガラスの成型方法において、一段階加圧時には、表面形状が正四角錐状である押型を用い、二段階加圧時には表面形状がフラット状である押型を用いることを特徴とするガラスの成型方法。
【請求項５】
請求項４に記載のガラスの成形型において、上記一段階加圧は、正四角錐の高さがこの正四角錐底面の正方形の一辺長さの１／１００〜１／１０である押型を用いることを特徴とするガラスの成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガラスの成形型及び成形方法に係わり、特に押型の加圧面の形状を正四角錐状にしたガラスの成形型及び成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石英ガラスは高純度で耐熱性、光透過性、化学的安定性等に優れているため、半導体産業等において種々の部材として使用されている。この石英ガラスの製造には四塩化珪素を高温の酸水素火炎中で加水分解して製造する方法が多く用いられ、直径が一様でない円柱形状の石英ガラスインゴットとして製造されている。
【０００３】
このようにして製造された石英ガラスインゴットは、正方形状の成形体（成形インゴット）に成形されて用いられるが、従来の成形方法には、図５（ａ）に示すようなガラスの成形型１１が用いられ、断面が正方形状の外型１２内に円柱形状のガラスインゴット１３を収納し、外部から加熱しながら加圧面の形状が平坦な押型１４により押圧して、成形を行っていた。
【０００４】
しかしながら、このような従来の成形型を用いて加圧成形した場合、得られた角柱型の成形体は、図５（ｂ）及び図６に示すように、加圧面において角部１４ａまで十分にインゴットが流れず、インゴット端部１３ａが垂れてしまうことが多かった。このため、成形体を薄肉にスライスし、液晶用基板やフォトマスク用基板等の薄板材の最終製品を得る場合、垂れたインゴット端部１３ａは必要な寸法に達していないため製品にすることができない。そのため、垂れたインゴット端部１３ａは切断され破棄されていた。
【０００５】
このような理由で、成形体をスライスして液晶用基板やフォトマスク用基板を製造する場合、材料歩留が極めて悪かった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、材料歩留よくガラスインゴットを成形できるガラスの成形型が要望されていた。本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、材料歩留よくガラスインゴットを成形できるガラスの成形型及び成形方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、インゴット収納凹部の断面が正方形状の外型と、この外型内に収納されたガラスインゴットを加熱しながら押圧する押型を有するガラスの成形型において、前記押型は加圧面の形状が正四角錐状であることを特徴とするガラスの成形型が提供される。これにより、材料歩留よくガラスインゴットが成形される。
【０００８】
好適な一例では、上記成形型の正四角錐の高さは、正四角錐底面の正方形の一辺長さの１／２００〜１／６０である。これにより、インゴットが加圧面において外型の角部まで流れやすくなり、加圧面におけるインゴット端部に垂れが発生しなくなる。
【０００９】
また、本発明の他の態様によれば、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、所定形状に成形するガラスの成形方法が提供される。これにより、材料歩留よくガラスインゴットが成形される。
【００１１】
本発明の他の態様によれば、ガラスインゴットを、成形型内に設置し、これを加熱しながら形状の異なる二種類の押型で二段階加圧するガラスの成型方法において、一段階加圧時には、表面形状が正四角錐状である押型を用い、二段階加圧時には表面形状がフラット状である押型を用いる。これにより、加工面が平らになり、所望の形状になる。
【００１２】
また、他の好適な一例では、上記一段階加圧は、正四角錐の高さがこの正四角錐底面の正方形の一辺長さの１／１００〜１／１０である押型を用いる。これにより、二段階目の加圧が有効になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わるガラスの成形型の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は本発明に係わるガラスの成形型を組込んだガラスの成形装置の概念図である。
【００１５】
図１に示すように、ガラスの成形装置１は、電気溶融炉２内に本発明に係わるガラスの成形型３が組込まれている。図１及び図２に示すように、このガラスの成形型３は、耐熱性に優れたカーボン製で形成され、インゴット収納凹部４ａの断面が正方形状の外型４と、この外型４内に収納されたガラスインゴット５を加熱しながら押圧する押型６を有している。この押型６は加圧面６ａの形状が正四角錐状をなしており、この正四角錐の高さＨは、正四角錐底面６ａの正方形一辺の長さＬの１／２００〜１／６０になっている。このような比率にすることにより、インゴット５が加圧面において外型４の角部４ｂまで流れやすくなり、加圧面におけるインゴット端部５ａに垂れが発生しなくなる。上記比率が１／６０を超えると、無駄となるインゴットの体積が大きくなり、従来のフラット形状の押型で成形し端部のダレ部分をスライスして破棄する場合と変わらず無駄が発生する。また、比率が１／２００より小さいと、インゴットが端部へ流れにくくなり、十分な効果が得られず、端部に垂れが生じる。
【００１６】
次に、本発明に係わる第１実施形態の石英ガラスインゴットの成形方法について説明する。
【００１７】
図２（ａ）に示すように、最初に通常の酸水素火炎溶融により製造された石英ガラスインゴット５をヒータ２ａが内装された電気溶融炉２に収納された成形型３の外型４に入れて加熱する。透明石英ガラスは１０００℃以上の高温では、粘性が指数関数的に低下し、１７００〜２０００℃の温度範囲では、１０８〜１０６ポアズの加工成形に適した粘性を保つことができる。特に、１８００℃を超えると、５ｋｇ／ｃｍ２以下の圧力で容易に成形が可能であり、この点から１８００〜１９００℃に加熱するのが好ましい。この成形方法によると、成形後の透明石英ガラス中の熱歪を極力低減することができる。
【００１８】
このような温度に石英ガラスインゴット５が加熱されたら、さらに、加熱しながら、図２（ｂ）に示すように、押型６を押圧する。
【００１９】
この押圧工程において、押型６の表面形状が正四角錐状であるので、図３に示すように、溶融した石英インゴット５が外型４の角部４ｂに流れやすくなり、加圧面におけるインゴット端部５ａが垂れなくなる。
【００２０】
このようにして成形された石英ガラスインゴット５は、所定の寸法の正四角柱体に成形される。なお、正四角錐が突出する高さ分は、インゴット５が所望な形状を満たさないが、正四角錐の高さを適当に設定することにより、最小限にすることができ、従来の垂れた部位を除去するのに比べて、材料歩留が著しく改善される。
【００２１】
また、本発明に係わる第２実施形態の石英ガラスインゴットの成形方法について説明する。
【００２２】
本第２実施形態の成形方法も上記第１実施形態の成形方法と同様に、図１に示すようなガラスの成形装置を用いて、形状の異なる二種類の押型で二段階加圧することで成形を行なう。
【００２３】
例えば、図４（ａ）に示すように、酸水素火炎溶融により製造された石英ガラスインゴット５Ａを成形型３Ａの外型４Ａに入れて１８００〜１９００℃に加熱する。
【００２４】
このような温度に石英ガラスインゴット５Ａが加熱されたら、さらに、加熱しながら、図４（ｂ）に示すように、表面形状が正四角錐状である押型６Ａ１を用い、一段階目の加圧を行なう。
【００２５】
この押型６Ａ１は、正四角錐の高さがこの正四角錐底面の正方形の一辺長さの１／１００〜１／１０である。これにより、二段階目の加圧が有効になり、１／１０を超えると、二段階の加圧でも石英ガラスインゴット５Ａを十分押し切れず所望の形状に成形されない部分が生じ、正四角錐状である成形型で成形し、所望の形状に成形されていない部分を切断して破棄するのと大差なくなる。また、１／１００より小さいと、一段階目の加圧で石英ガラスインゴット５Ａが端部へ流れにくくなり、十分な効果が得られず、フラットな形状の成形型により加圧した時と大差なくなる。
【００２６】
さらに、図４（ｃ）に示すように、表面形状がフラット状である押型６Ａ２を用い二段階目の加圧を行なう。これにより、石英ガラスインゴット５Ａの加工面が平らになり、所望の形状になる。この石英ガラスインゴット５Ａを用いることにより、所望の形状に成形されていない部分を全くもしくは切断、破棄する必要がなくなった。
【００２７】
【実施例】
１．第１実施形態の成形方法を用いた試験
実施例１：直径約２８０ｍｍ、高さ約２００ｍｍの石英ガラスインゴットを、幅３００ｍｍ×３００ｍｍ×高さ２００ｍｍの成形型内で約２０００℃まで加熱し、高さ１．５ｍｍ（一辺３００ｍｍの１／２００）の正四角錐状の押圧面を持つ押型で上方より４ｋｇ／ｃｍ２の圧力で加圧した。これにより高さ約１４０ｍｍの成形体が得られた。インゴット端部まで十分にインゴットが流れたため、インゴット端部にだれの発生はなかった。正四角錐の高さ分２ｍｍを切断し、高さ１３８ｍｍの正四角柱石英ガラスインゴットを得た。
【００２８】
実施例２：実施例１と同様の石英ガラスインゴットと成形型を用いて同様に加熱し、高さ５ｍｍ（一辺３００ｍｍの１／６０）の正四角錐状の押圧面を持つ押型で上方より３ｋｇ／ｃｍ２の圧力で加圧した。これにより高さ約１４０ｍｍの成形体が得られた。インゴット端部まで十分にインゴットが流れたため、インゴット端部にだれの発生はなかった。正四角錐の高さ分５ｍｍを切断し、高さ１３５ｍｍの正四角柱インゴットを得た。
【００２９】
従来例：実施例１と同様の石英ガラスインゴットを用いて同様に加熱し、高さ２００ｍｍの成形型内で約２０００℃まで加熱し、平坦形状の押圧面を持つ押型で上方より加圧した。これにより高さ約１４０ｍｍの成形体が得られた。インゴット端部まで十分にインゴットが流れず、高さ約１０ｍｍの垂れが発生していた。このだれている部分１０ｍｍを切断し、高さ１３０ｍｍの正四角柱インゴットを得た。
【００３０】
結果
実施例１と従来例を比較した場合、実施例１の方が、得られた石英ガラスインゴットの高さは８ｍｍ大きく、例えば３ｍｍ厚さの場合、このインゴットからの取れる薄板数は２枚増加することがわかった。
【００３１】
２．第２実施形態の成形方法を用いた試験
実施例３：実施例１と同様の石英ガラスインゴットと成形型を用いて同様に加熱し、高さ２ｍｍ（１５０ｍｍの１／７５）の正四角錐のプレス面を持つ押型で上方より加圧した。続いてフラットな形状のプレス面を持つ押型で上方より加圧した。これにより高さ約１４０ｍｍの成形体が得られた。端部まで十分にインゴットが流れたため、加圧面はフラットな形状で無駄な部分は生じず、高さ１４０ｍｍのインゴットを得た。
【００３２】
実施例４：実施例１と同様の石英ガラスインゴットと成形型を用いて同様に加熱し、高さ１５ｍｍ（１５０ｍｍの１／７）の正四角錐状のプレス面を持つ押型で上方より加圧した。続いてフラットな形状のプレス面を持つ押型で上方より加圧した。これにより高さ約１４０ｍｍの成形体が得られた。端部まで十分にインゴットが流れていたが、二段階目の加圧によるフラットな形状は得られず、正四角錐形状が約３ｍｍ残った。この部分を切断し、高さ１３６ｍｍのインゴットを得た。
【００３３】
実施例５：実施例１と同様の石英ガラスインゴットと成形型を用いて同様に加熱し、高さ１ｍｍ（１５０ｍｍの１／１５０）の正四角錐状のプレス面を持つ押型で上方より加圧した。続いてフラットな形状のプレス面を持つ押型で上方より加圧した。これにより高さ約１４０ｍｍの成形体が得られた。端部まで十分にインゴットが流れておらず、高さ約６ｍｍ垂れていた。この垂れている部分６ｍｍを切断し、高さ１３４ｍｍのインゴットを得た。
【００３４】
結果
実施例３，４，５いずれも前記従来例と比較した場合、薄板が例えば３ｍｍ厚さの場合、石英ガラスインゴットから取れる薄板数の増加が認められた。また、実施例３と実施例５を比較した場合、実施例３の方が、得られた石英ガラスインゴットの高さは７ｍｍ大きく、例えば３ｍｍ厚さの場合、このインゴットからの取れる薄板数は２枚増加することがわかった。また、実施例４と実施例５を比較した場合、実施例４の方が、得られた石英ガラスインゴットの高さは３ｍｍ大きく、このインゴットからの取れる薄板数は１枚増加することがわかった。
【００３５】
【発明の効果】
本発明に係わるガラスの成形型及び成形方法によれば、材料歩留よくガラスインゴットを成形できるガラスの成形型及び成形方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるガラスの成形型を組込んだガラスの成形装置の概念図。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は本発明に係わるガラスの成形方法の第１実施形態の成形工程を示す概念図。
【図３】図２（ｂ）のＡ部を拡大して示す断面図。
【図４】（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は本発明に係わるガラスの成形方法の第２実施形態の成形工程を示す概念図。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は従来のガラスの成形型を用いたガラスの成形工程を示す概念図。
【図６】図５（ｂ）のＢ部を拡大して示す断面図。
【符号の説明】
１  ガラスの成形装置
２  電気溶融炉
２ａ  ヒータ
３  ガラスの成形型
４  外型
４ａ  インゴット収納凹部
４ｂ  角部
５  ガラスインゴット
５ａ  インゴット端部
６  押型
６ａ  加圧面
【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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