JP2019199371A - 加熱成型冶具及び加熱成型装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高さ寸法の異なる石英ガラスインゴットに対応することができ、また石英ガラスインゴットの外周面に生じた傷が痕跡として残存することなく、また異物の混入が抑制された均一な石英ガラス成形体を得ることができる加熱成型冶具及び加熱成型装置を提供する。【解決手段】石英ガラスインゴットＸから石英ガラス成形体を形成する成型用受け皿Ｐと、成型用受け皿に載置されると共にインゴットＸを包囲する第一の支持体５と、第一の支持体に載置されると共に、内部にインゴットＸを収納する第二の支持体６と、インゴットＸを保持すると共に、インゴットＸの高さ寸法の減少に伴い第二の支持体内を移動する第三の支持体７とを備え、第一の支持体７は、インゴットＸの直径以上の間隔をあけて配置された一対の第一の梁５Ａと、インゴットＸの直径以上の間隔をあけて第一の梁の上に直交して配置された一対の第二の梁５Ｂとが井桁状に組み上げられて構成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、加熱成型冶具及び加熱成型装置に関し、特に、石英ガラスインゴットを加熱成型して、所定形状の石英ガラス成形体を形成するための加熱成型冶具及び加熱成型装置に関するものである。

光学用途に好適な合成石英ガラス体を製造する方法の一つとして、合成石英ガラスのインゴットを製造し、その後、前記石英ガラスインゴットを所定温度で加熱して軟化させ、所定形状の型を用いて成形する製造方法が知られている。
尚、前記石英ガラスインゴットは、例えば、四塩化ケイ素等のシリカ原料を加水分解反応させて、ガラス微粒子をターゲット上に堆積させることにより製造される。

この石英ガラスインゴットを加熱して、軟化させた石英ガラスを所定の形状に成形する方法に用いられる成型用型（加熱成型冶具）が、特許文献１において提案されている。
この提案された成型用型は、石英ガラスインゴットを直立状態で加熱成型するための成型用型であり、石英ガラスインゴットを成型用型内に収容し、前記石英ガラスインゴットを加熱することによって軟化した石英ガラスを、所定の形状に成形するものである。

具体的には、この成型用型は、石英ガラス成形体の底面及び外周面の形状に応じた内部形状（内周面形状）を有する成型部と、該成型部の上方に設置されると共に円筒形状の内周面によって石英ガラスインゴットの外周面を支持する支持部とを備えている。

このように特許文献１記載の成型用型にあっては、支持部によって石英ガラスインゴットの外周面を支持するため、前記支持部が石英ガラスインゴットの外周面に当接した状態で加熱軟化が進行し、石英ガラスインゴットの外周面は支持部の内周面上を摺動し、最終的に成型部内に収容され、成型される。

特開２０１５−１２０６１９号公報

ところで、成形に用いられる石英ガラスインゴットとして、高さ寸法が異なる石英ガラスインゴットが用いられる場合がある。このような場合、支持部の高さ寸法を変えた複数の成形型（加熱成型冶具）を用意し、石英ガラスインゴットを成形することが好ましいが、製造コストの面から好ましいものではない。

また、石英ガラスインゴットの外周面は、支持部の内周面上を摺動するため、石英ガラスインゴットの外周面に傷が生じ、その傷が石英ガラス成形体内に取り込まれると、その傷の痕跡が石英ガラス成形体内に残存し、石英ガラス成形体の均一性が失われるという課題があった。
更に、前記石英ガラスインゴットの外周面が支持部の内周面上を摺動するため、支持部からの塵、欠け等の異物が混入し、石英ガラス成形体内に取り込まれる虞れがあった。

本発明は、上記課題を解決することを目的とするものであり、高さ寸法の異なる石英ガラスインゴットに対応することができ、また石英ガラスインゴットの外周面に生じた傷が痕跡として残存することなく、また異物の混入が抑制された、均一な石英ガラス成形体を得ることができる加熱成型冶具及び加熱成型装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた本発明にかかる加熱成型冶具は、底面及び側面を有し、石英ガラスインゴットから所定形状の石英ガラス成形体を形成する成型用受け皿と、前記成型用受け皿の上縁部に載置されると共に石英ガラスインゴットを包囲する、水平方向の第一の開口部および垂直方向の第二の開口部を有する第一の支持体と、前記第一の支持体の上部に載置されると共に、内部に石英ガラスインゴットを収納する、筒状の第二の支持体と、前記石英ガラスインゴットを保持すると共に、前記石英ガラスインゴットの高さ寸法の減少に伴い前記第二の支持体内を移動する第三の支持体と、を備え、前記第一の支持体は、前記石英ガラスインゴットの直径以上の間隔をあけて配置された一対の第一の梁と、前記石英ガラスインゴットの直径以上の間隔をあけて前記第一の梁の上に直交して配置された一対の第二の梁とが井桁状に組み上げられて構成されていることを特徴としている。

このような本発明にかかる加熱成型冶によれば、第一の支持体の上に、第二の支持体が配置され、更に第三の支持体によって石英ガラスインゴットが保持されると共に、前記石英ガラスインゴットの高さ寸法の減少に伴い、第三の支持体が前記第二の支持体内を移動するように構成されている。
また、第一の支持体は、第一の梁の上に直交して配置された一対の第二の梁を井桁状に組み上げられて、形成されている。
その結果、第一の梁の高さ寸法、第二の梁の高さ寸法を変えた梁を用意するのみで、前記成型用受け皿の上縁部からの第二の支持体の高さを変えることができる。即ち、高さ寸法の異なる石英ガラスインゴットに対応することができる。
更に、前記石英ガラスインゴットを保持する第三の支持体が第二の支持体内を移動するように構成されているため、第二の支持体に対する第三の支持体の位置（高さ）が変わることにより、高さ寸法の異なる石英ガラスインゴットに対応することができる。

また、一対の第一の梁は石英ガラスインゴットの直径以上の間隔をあけて配置され、一対の第二の梁も、石英ガラスインゴットの直径以上の間隔をあけて配置されている。
即ち、第一の支持体と石英ガラスインゴットが接することがないため、石英ガラスインゴットの外周面に傷が生じることもなく、また第一の支持体からの異物の混入も生じ難い。
その結果、石英ガラスインゴットの傷が痕跡として残存することなく、また、異物の混入が抑制された、均一な石英ガラス成形体を得ることができる。
好ましくは、最下部に位置する一対となる第一の梁５Ａの間隔は、石英ガラスインゴットＸの直径の１．１倍〜１．３倍の間隔をもって配置するのが良い。

ここで、前記第一の支持体は、前記第一の梁と、前記第一の梁の上に直交して配置された一対の第二の梁とが井桁状に組み上げられ、更に、前記第一の梁と前記第二の梁との交互に繰り返し配置されていることが望ましい。
このように、前記第一の梁と前記第二の梁との交互に繰り返し配置されていることにより、前記成型用受け皿の上縁部からの第二の支持体の高さを、より大きく変えることができる。即ち、高さ寸法が大きく異なる石英ガラスインゴットにも対応することができる。

また、前記第一の梁および前記第二の梁における対をなす梁の間隔は、下段の間隔が上段の間隔以上に大きくなるように配置されていることが望ましい。
加熱されると石英ガラスインゴットは軟化し、自重により徐々に外方に径が拡がる。したがって、石英ガラスインゴットの下端部の直径が最も大きくなる。
本来、第一の支持部は石英ガラスインゴットの下端部から離れているために、石英ガラスインゴットの直径はあまり変化しないが、石英ガラスインゴットとの万一の接触も避ける必要がある。
そのために、梁の間隔は下段の間隔が上段の間隔以上に大きくなるように配置されているのが好ましい。

また、前記第二の支持体の内周面に垂直方向延設され、かつ周方向に形成されたガイド溝と、前記ガイド溝に挿入される、第三の支持体に形成された突起と、第三の支持体に形成された、石英ガラスインゴットを保持する保持開口部と、を備えることが望ましい。
このように、石英ガラスインゴットを保持する第三の支持体が第二の支持体内を移動する可能に構成することにより、第二の支持体に対する第三の支持体の位置（高さ）を変えることができ、高さ寸法の異なる石英ガラスインゴットに対応することができる。

更に、加熱成型装置は、上記加熱成型冶具と、前記加熱成型冶具を収納する加熱炉と、前記加熱炉内に収納され、石英ガラスインゴットを加熱するヒータと、を少なくとも備えていることが望ましい。

本発明によれば、高さ寸法の異なる石英ガラスインゴットに対応することができ、また石英ガラスインゴットの外周面に生じた傷が痕跡として残存することなく、また異物の混入が抑制された、均一な石英ガラス成形体を得ることができる加熱成型冶具及び加熱成型装置を得ることができる。

図１は、本発明に係る加熱成型装置の概略構成を示す模式図である。 図２は、本発明に係る加熱成型冶具の概略構成を示す断面図である。 図３は、図２に示した加熱成型冶具の概略構成を示す平面図である。 図４は、図３に示した第一の支持体を示す斜視図である。 図５は、第三の支持体を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 図６は、第三の支持体の変形例を示す断面図であって、（ａ）は第一の変形例を示す図、（ｂ）は第二の変形例を示す図である。

以下、本発明にかかる実施形態を図１乃至図５に基づいて説明する。尚、図１乃至図５は、説明のために形状を模式的に表したものであり、細部の形状、寸法等については正しく記載されていない。

図１は、加熱成型装置１の概略構成を示す図であって、この加熱成型装置１は、加熱炉２と、加熱成型冶具３と、石英ガラスインゴットＸを加熱するヒータ４と、を少なくとも備えている。
加熱炉２は、内部にヒータ４を収納しており、ヒータ４が発する熱によって石英ガラスインゴットＸを加熱するように構成されている。
また、加熱成型冶具３は、後に詳述するように、石英ガラスインゴットＸを加熱軟化させながら、所定形状の石英ガラス成形体を形成するための冶具である。

この加熱成型装置１に用いられる石英ガラスインゴットＸは、例えば、四塩化ケイ素等のシリカ原料を加水分解反応させて、ガラス微粒子をターゲット上に堆積させることにより製造される。
そして、製造された石英ガラスインゴットＸの胴部Ｘ１は、図１、図２に示すように、円柱状または角柱形状に形成され、また上端部Ｘ２は、下方向に行くにしたがって徐々に径が増す曲面形状（凸形状）に形成されている。また、石英ガラスインゴットＸの下端面（底面）Ｘ３は水平面（平坦面）に形成されている。

具体的には、図１、２に示すように、石英ガラスインゴットＸにおける受け皿底面Ｐ１に載置される下端面（底面）Ｘ３は、厳密に水平の面出しがなされた平坦面であり、上端部Ｘ２は、第三の支持体３の保持開口部７ａと係合して保持されるように、下方向に行くにしたがって徐々に径が増す曲面形状（凸形状）に形成されている。
ここで、下方向に行くにしたがって徐々に径が増す曲面形状（凸形状）とは、例えば半球状、あるいは適度な傾斜を持たせた円錐状、台形状が例示されるが、この形状についても特に制限はない。また、曲面形状（凸形状）以外の頂部については、平坦な面でも凸部で合ってもよい。
尚、以下の説明では、石英ガラスインゴットＸの胴部Ｘ１は円柱状に形成され、また上端部Ｘ２は、下方向に行くにしたがって徐々に径が増す曲面形状（凸形状）に形成されている場合を例にとって、説明する。

（加熱成型冶具３の全体構成）
次に、この加熱成型装置１に収納される加熱成型冶具３の全体構成について、図２、図３に基づいて説明する。尚、図２は断面図であり、図３は平面図である。

この加熱成型冶具３は、図２に示すように、大きく分けると、成型用受け皿Ｐと、前記成型用受け皿Ｐの上縁部で載置される第一の支持体５と、第一の支持体５の上部に載置される第二の支持体６と、第二の支持体６の内部側面（内周面）の垂直方向、下方に移動する第三の支持体７の４つで構成されている。

この成型用受け皿Ｐは、石英ガラスインゴットＸから所定形状の石英ガラスを成形するための型であり、この成型用受け皿Ｐは、底面Ｐ１及び側面Ｐ２を有し、平面視上、例えば図３に示すように矩形形状に形成されている。

第一の支持体５は、成型用受け皿Ｐと第二の支持体６との間に配置され、第二の支持体６を支持するものであり、成型用受け皿Ｐの上縁部Ｐ３に載置されると共に石英ガラスインゴットＸを包囲するものである。
例えば、第一の支持体５は、石英ガラスインゴットＸの直径以上の間隔をもって配置された一対の第一の梁５Ａと、石英ガラスインゴットＸの直径以上の間隔をもって第一の梁５Ａに直交して配置された一対の第二の梁５Ｂとを井桁状に組み上げて構成されている。

また、第二の支持体６は、筒状に形成され、前記第一の支持体５の上部に載置されると共に、この第二の支持体６の内部には石英ガラスインゴットＸが収納される。
前記第三の支持体７は、前記石英ガラスインゴットＸの上端部Ｘ２を保持し、倒れ、座屈を防止するものであり、石英ガラスインゴットＸの高さ寸法の減少に伴い、前記第二の支持体７の内部側面（内周面）を垂直方向、下方に移動するものである。

以下に、各構成部材について更に説明する。
（成型用受け皿Ｐの構成）
成型用受け皿Ｐは、図２、図３に示すように、受け皿底面Ｐ１と、受け皿側面Ｐ２と、受け皿上縁部Ｐ３で構成されている。この成型用受け皿Ｐは、成型後の石英ガラス形状を規定する型であり、受け皿底面Ｐ１と、受け皿側面Ｐ２によって型が形成される。

具体的には、石英ガラスインゴットＸを受け皿底面Ｐ１上に載置し、石英ガラスインゴットＸを加熱軟化した際（拡径加工した際）、石英ガラスは受け皿底面Ｐ１と受け皿側面Ｐ２とによって成型される。
そのため、受け皿底面Ｐ１は平面に形成され、受け皿側面Ｐ２は受け皿底面Ｐ１の周縁部に略垂直に形成されている。
尚、受け皿側面Ｐ２の上端面は受け皿上縁部Ｐ３であり、第一の支持体５が載置される領域である。

また、図３において、受け皿底面Ｐ１が矩形形状の成型用受け皿Ｐを示したが、本発明は、特にこれに限定されるものではない。例えば、円板状の光学部材のとして用いられる石英ガラス成形体を成型するために、受け皿底面Ｐ１の形状を円形形状にしても良い。
また、成型用受け皿Ｐの材質は、石英ガラスと反応し難く、耐熱性がある材質であれば特に限定されるものではない。例えば、成型用受け皿Ｐの材質として、高純度のカーボン等の材料を好適に用いることがきる。

（第一の支持体５の構成）
第一の支持体５は、成型用受け皿Ｐの上縁部Ｐ３に載置される。またこの第一の支持体５の上面には、第二の支持体６が載置される。
この第一の支持体５は、成型用受け皿Ｐの上縁部Ｐ３に単に載置され、成型用受け皿Ｐの上縁部に固定されていない。また、第一の支持体５は、第二の支持体６を載置し、第二の支持体６とは固定されてない。
更に、第一の支持体５を構成する第一の梁５Ａと第二の梁５Ｂは、独立した別個のものとして形成され、第一の支持体５は、第一の梁５Ａに第二の梁５Ｂを載置することによって構成される。

具体的には、一対の第一の梁５Ａは、石英ガラスインゴットＸの直径以上の間隔をもって、成型用受け皿Ｐの上縁部Ｐ３に載置される。更に、一対の第二の梁５Ｂが、前記第一の梁５Ａ上に、前記第一の梁５Ａと直交する方向に、石英ガラスインゴットＸの直径以上の間隔をもって、載置される。
このように、第一の梁５Ａ上に、一対の第二の梁５Ｂを載置することによって、第一の支持体５が構成されるため、第一の梁の高さ寸法、第二の梁の高さ寸法を変えた梁を用意するのみで、第一の支持体５の高さ寸法を変えることができる。
言い換えれば、前記成型用受け皿Ｐの上縁部Ｐ３からの第二の支持体６の高さを変えることができ、高さ寸法の異なる石英ガラスインゴットに対応することができる。

更に、図３、４は、第一の梁５Ａの上に第二の梁５Ｂを載置し、当該第二の梁５Ｂの上に第一の梁５Ａを載置し、更に当該第一の梁５Ａの上に第二の梁５Ｂを載置し、また当該第二の梁５Ｂの上に第一の梁５Ａを載置した構成を示している。
このように、前記第一の梁５Ａと前記第二の梁５Ｂとの交互に繰り返し配置することにより、前記成型用受け皿Ｐの上縁部Ｐ３からの第二の支持体６の高さを、より大きく変えることができる。即ち、高さ寸法が大きく異なる石英ガラスインゴットＸにも対応することができる。

また、第一の梁５Ａと第二の梁５Ｂは、独立別個のものとして形成されているため、一対となる第一の梁５Ａの間隔および第二の梁５Ｂの間隔を、適宜調節することができる。

ところで、加熱されると石英ガラスインゴットＸは軟化し、自重により徐々に外方に径が拡がる。したがって、石英ガラスインゴットＸの下端部の直径が最も大きくなる。
本来、第一の支持部５は石英ガラスインゴットＸの下端部から離れているために、石英ガラスインゴットＸの直径はあまり変化しないが、石英ガラスインゴットＸとの万一の接触も避ける必要がある。
そのために、梁の間隔は下段の間隔が上段の間隔以上に大きくなるように配置されているのが好ましい。更に言えば、石英ガラスインゴットＸの拡径の度合いが大きい最下部に位置する一対の第一の梁５Ａの間隔が、石英ガラスインゴットＸの直径の１．１倍〜１．３倍のであることが好ましい。

このように構成することで、石英ガラスインゴットＸが第一の梁５Ａおよび第二の梁５Ｂに接触するのを抑制でき、石英ガラスインゴットＸの外周面に傷を与えることもなく、また第一の支持体５からの異物の混入もし難い。
その結果、石英ガラス成形体に、石英ガラスインゴットの外周面に生じた傷が痕跡として残存することなく、また異物の混入も抑制される。

更に、第一の梁５Ａおよび第二の梁５Ｂが井桁状に組み上げられた結果、第一の支持体５には、図１、図２に示すように水平方向に開口する第一の開口部５ａが形成され、また図３に示すように、垂直方向に開口する第２の開口部５ｂが形成される。尚、この水平方向の第一の開口部５ａ及び垂直方向に開口する第２の開口部５ｂは、一つでも良く、また複数設けられていても良い。

この第一の支持体５が開口部５ａおよび開口部５ｂを有することで、第一の開口部５ａおよび第二開口部５ｂを通じて、加熱炉１内の雰囲気が流通するため、石英ガラスインゴットＸに対して均一な加熱を行うことができる。

また、第一の梁５Ａと第二の梁５Ｂとが交互に組み上げられた、いわゆる井桁形状とされることで、加熱成型の過程を外部から目視または録画で観察できる。また第一の支持体５は、第一の梁５Ａと第二の梁５Ｂとを組み上げた構造であるため、製造コストも安価である。
この第一の支持体５は、成型用受け皿Ｐの材質と同様に、例えば、高純度のカーボン等の材料を好適に用いることがきる。

（第二の支持体の構成）
第二の支持体６は円形または多角形の筒状であり、成型用受け皿Ｐに載置された石英ガラスインゴットＸを包囲するように形成されている。
また、第二の支持体６の内面部には、図２に示すように、第三の支持体７を保持するためのガイド溝６ａが設けられている。このガイド溝６ａは細長い溝からなり、第二の支持体６の内周面に垂直方向延設され、かつ周方向に３本形成されている。
尚、このガイド溝６ａには、第三の支持体７の外周縁に設けられた突起７ｂが移動可能に挿入される。

第二の支持体６はいわゆる筒状であれば、特にその形状に対して制限はない。また、第二の支持体２の垂直方向の長さも、製造上の制約を除き、特に限定されない。
第二の支持体６の内径は、石英ガラスインゴットＸと接触しないようにするため、石英ガラスインゴットＸの胴部Ｘ１の直径より大きい。好ましくは、第二の支持体６の内径は、石英ガラスインゴットＸの直径の１．１倍〜１．３倍である。
また、第三の支持体６を回転させることなく水平を維持した状態にするには、ガイド溝６ａの本数は少なくとも３本あればよい。このガイド溝６ａの本数は特に限定されないが、摩耗や耐久性を考慮する場合は、４本もしくは５本以上とすると、より好ましい。
第二の支持体２の材質についても、第一の支持体１と同様に、例えば、高純度のカーボン等の材料を好適に用いることができる。

（第三の支持体の構成）
第三の支持体７は、図３、図５に示すように、平面視上、円形に開口した、石英ガラスインゴットＸの上端部に係合する保持開口部７ａを有する板状部材である。
前記保持開口部７ａは、円形以外にも、一主面の中心から点対称に開口した開口部であっても良い。

前記保持開口部７には石英ガラスインゴットＸの先端（上端部Ｘ２）が挿入され、保持開口部７の周縁部が石英ガラスインゴットＸの上端部Ｘ２の外周面と係合し、石英ガラスインゴットＸが保持される。
具体的には、石英ガラスインゴットＸの上端部Ｘ２は、徐々に径が増す凸形状に形成されている。そのため、図１、図２に示すように、石英ガラスインゴットＸの胴部Ｘ１の直径よりも小さな開口を有する保持開口部７ａは、石英ガラスインゴットＸの上端部Ｘ２の外周面と係合し、石英ガラスインゴットＸを保持することができる。
このように、第三の支持体７の保持開口部７ａは、石英ガラスインゴットＸの胴部Ｘ１の直径よりも小さな開口であれば良く、成形に用いられる石英ガラスインゴットＸの直径毎に、それに対応した第三の支持体７を用意する必要がなく、製造コストの面からも好ましい。

しかも、第三の支持体７の保持開口部７ａが、石英ガラスインゴットＸの先端（上端部Ｘ２）を挿入することによって、保持開口部７の周縁部で石英ガラスインゴットＸの上端部Ｘ２の外周面と係合するように構成されているため、保持開口部７ａの中心と、石英ガラスインゴットＸの軸芯とが一致しているか、容易に確認することができる。
具体的には、石英ガラスインゴットＸの軸芯（中心線）の位置を外部から認識することができるため、石英ガラスインゴットＸの軸芯（中心線）を目視あるいは光学測定器等で把握することができ、前記石英ガラスインゴットＸの軸芯と保持開口部７ａの中心とを一致させる作業を容易に行うことができる。
このように、石英ガラスインゴットＸの軸芯、及び、前記第三の支持体７の保持開口部７ａの中心が一つの直線上に位置させることにより、成形途中において、石英ガラスインゴットが倒れ、あるいは座屈を起こすのを抑制できる。

また、第三の支持体７の外周縁には突起７ｂが形成されている。この突起７ｂは、第二の支持体６のガイド溝６ａに挿入されるものである。
そして、この突起７ｂとガイド溝６ａとによって、図２、図３に示すように、第三の支持体７は、前記第二の支持体６の内部側面（内周面）に沿って水平を維持した状態で垂直方向，下方に移動可能になされる。即ち、石英ガラスインゴットＸが加熱軟化するにしたがって、石英ガラスインゴットＸの高さ寸法は減少し、これに伴い、第三の支持体７は、垂直方向、下方に移動する。
尚、この突起７ｂはガイド溝６ａと対応するものであり、突起７ｂの数は３個以上であれば、特に限定されない。しかしながら、突起７ｂの数が４個の場合には、第三の支持体６が回転する虞があるため、第三の支持体６を回転させることなく水平を維持した状態で、下方に移動させるには、突起７ｂの数を３個、もしくは５個以上とするのが好ましい。

また、前記したように、石英ガラスインゴットＸを保持する第三の支持体７が、第二の支持体６内を移動する可能に構成されているため、石英ガラスインゴットＸを設置した際、ガイド溝６ａの範囲内で、第二の支持体６に対する第三の支持体７の位置（高さ）を変えることができる。
即ち、高さ寸法の異なる石英ガラスインゴットにも対応することができる。

ここで、前記第三の支持体７の保持開口部７ａは、図６（ａ）に示すように傾斜した内周面７ａ１を有するもの、図７（ｂ）に示すように、湾曲した内周面７ａ２を有するもののいずれでも良いが、好ましくは、石英ガラスインゴットＸの上端部の曲面形状（凸形状）と面接触する内周面を有していることが望ましい。
このように、第三の支持体７の保持開口部７ａの内周面が、石英ガラスインゴットＸの上端部の曲面形状（凸形状）と面接触する内周面である場合には、石英ガラスインゴットＸの上端部を確実に保持することができる。

次に、本発明にかかる加熱成型冶具、加熱成形装置の作用について説明する。
まず、石英ガラスインゴットＸの中心が成型用受け皿Ｐ１の底面の中心に位置するように、石英ガラスインゴットＸを成型用受け皿Ｐ１上に載置する。
続いて、成型用受け皿Ｐ１の上縁部に、第一の梁５Ａを石英ガラスインゴットＸの直径以上の間隔をもって配置する。更に、第二の梁５Ｂを、石英ガラスインゴットＸの直径以上の間隔をもって第一の梁５Ａと直交して配置する。そして、石英ガラスインゴットＸの高さを考慮して、第一の梁５Ａと第二の梁５Ｂとを井桁状に組み上げ、第一の支持体を形成する。

続いて、第二の支持体６の中心が石英ガラスインゴットＸの中心と一致するように、石英ガラスインゴットＸの上方から第二の支持体６を下げ、その内部に石英ガラスインゴットＸを収容する。この第二の支持体６は第一の支持体５に載置される。
そして、第二の支持体６の中心と石英ガラスインゴットＸの中心とが同一直線状にあるか、否か確認する。両者が同一直線状にない場合には、第二の支持体６の載置位置をずらし、第二の支持体６の中心と石英ガラスインゴットＸの中心とを合わせる作業を行う。

そして最後に、第三の支持体７の突起７ｂを第二の支持体６のガイド溝６ａに挿入し、石英ガラスインゴットＸの上端部Ｘ２を第三の支持体７の保持開口部７ａに挿入する。これにより、石英ガラスインゴットＸの上端部Ｘ２外周面が第三の支持体７の保持開口部７ａに係合し、第三の支持体７によって、石英ガラスインゴットＸの上端部Ｘ２が保持される。
このとき、保持開口部７ａの中心と石英ガラスインゴットＸの中心が同一直線状にあるか、否か確認する。両者が同一直線状にない場合には、第二の支持体６から第三の支持体７を取り外し、第二の支持体６の中心と石英ガラスインゴットＸの中心とを合わせる作業を行う。

石英ガラスインゴットＸを加熱成形冶具に設置した後、図１に示すヒータ４により、石英ガラスインゴットＸを加熱し、軟化させる。
この加熱により、石英ガラスインゴットＸの下部から徐々に拡径し、石英ガラスは成形用受け皿Ｐに緩やかに拡がり進行する。それと共に石英ガラスインゴットの高さ寸法が減少する。
この石英ガラスインゴットの高さ寸法の減少により、前記第三の支持体７は、第二の支持体６のガイド溝６ａに案内されながら、石英ガラスインゴットＸを保持した状態で、かつ水平を維持した状態で垂直方向、下方に移動する。この工程中、石英ガラスインゴットＸは第三の支持体７によって保持されるため、石英ガラスインゴットＸが倒れ、座屈する虞は少ない。
尚、この第三の支持体７は、石英ガラスインゴットＸの高さ寸法の減少と共に移動するため、第三の支持体７と石英ガラスインゴットＸとの間の擦れも抑制される。

そして、第三の支持体７が下方に移動し、第三の支持体７の突起７ｂが第二の支持体６のガイド溝６ａの下端に位置すると、第三の支持体７の移動が阻止される。
その結果、第三の支持体７は、石英ガラスインゴットＸの外周面との係合が解かれ、石英ガラスインゴットＸは自立する。このとき石英ガラスインゴットＸの高さ寸法は小さく、石英ガラスインゴットＸが倒れ、座屈を起こす虞は少ない。

前記石英ガラスインゴットＸ全体が、成形用受け皿内部に進行し収容された後、冷却することで石英ガラス成形体が製造される。

以上説明したように、本発明にかかる加熱成型冶具にあっては、第一の梁の高さ寸法、第二の梁の高さ寸法を変えた梁を用いることで、前記成型用受け皿の上縁部からの第二の支持体の高さを変えることができる。また、第一の梁と第二の梁を交互に繰り返し組み上げるで、前記成型用受け皿の上縁部からの第二の支持体の高さを変えることができる。更に、石英ガラスインゴットを保持する第三の支持体が第二の支持体内を移動可能に構成することにより、第二の支持体に対する第三の支持体の位置（高さ）を変えることができる。
このような構成のいずれかを採用することにより、高さ寸法の異なる石英ガラスインゴットに対応することができる。

また、本発明にかかる加熱成型冶具にあっては、一対の第一の梁と一対の第二の梁が、石英ガラスインゴットの直径以上の間隔をあけて配置され、石英ガラスインゴットとの接触が抑制されるため、石英ガラスインゴットの外周面に傷が生じることもなく、また第一の支持体からの異物も混入し難い。
その結果、石英ガラスインゴットの外周面に生じた傷が痕跡として残存することなく、また異物の混入が抑制された、均一性を有する石英ガラス成形体を得ることができる。

Ｐ 成型用受け皿
Ｐ１ 受け皿底面
Ｐ２ 受け皿側面
Ｐ３ 受け皿上縁部
１ 加熱成型装置
２ 加熱炉
３ 加熱成型冶具
４ ヒータ
５ 第一の支持体
５Ａ 第一の梁
５Ｂ 第二の梁
５ａ 第一の開口部
５ｂ 第二の開口部
６ 第二の支持体
６ａ ガイド溝
７ 第三の支持体
７ａ 開口部
７ｂ 突起
Ｘ 石英ガラスインゴット
Ｘ１ 胴部
Ｘ２ 上端部

Claims (5)

1. 底面及び側面を有し、石英ガラスインゴットから所定形状の石英ガラス成形体を形成する成型用受け皿と、
   前記成型用受け皿の上縁部に載置されると共に石英ガラスインゴットを包囲する、水平方向の第一の開口部および垂直方向の第二の開口部を有する第一の支持体と、
   前記第一の支持体の上部に載置されると共に、内部に石英ガラスインゴットを収納する、筒状の第二の支持体と、
   前記石英ガラスインゴットを保持すると共に、前記石英ガラスインゴットの高さ寸法の減少に伴い前記第二の支持体内を移動する第三の支持体と、
   を備え、
   前記第一の支持体は、
   前記石英ガラスインゴットの直径以上の間隔をあけて配置された一対の第一の梁と、前記石英ガラスインゴットの直径以上の間隔をあけて前記第一の梁の上に直交して配置された一対の第二の梁とが井桁状に組み上げられて構成されていることを特徴とする加熱成型冶具。
2. 前記第一の支持体は、
   前記第一の梁と、前記第一の梁の上に直交して配置された一対の第二の梁とが井桁状に組み上げられ、
   更に、前記第一の梁と前記第二の梁との交互に繰り返し配置されていることを特徴とする請求項１に記載の加熱成型冶具。
3. 前記第一の梁および前記第二の梁における対をなす梁の間隔は、下段の間隔が上段の間隔以上に大きくなるように配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加熱成型冶具。
4. 前記第二の支持体の内周面に垂直方向延設され、かつ周方向に形成されたガイド溝と、
   前記ガイド溝に挿入される、第三の支持体に形成された突起と、
   第三の支持体に形成された、石英ガラスインゴットを保持する保持開口部と、
   を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の加熱成型冶具。
5. 前記請求項１乃至４のいずれかに記載された加熱成型冶具と、
   前記加熱成型冶具を収納する加熱炉と、
   前記加熱炉内に収納され、石英ガラスインゴットを加熱するヒータと、
   を少なくとも備えたことを特徴とする加熱成型装置。

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