JP4284106B2 - シリカガラスの成形方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はシリカガラスの成形方法に係わり、特にシリカガラスの表面にパターンを形成するシリカガラスの成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱軟化性のある素材に対する加熱プレス成形加工は一般的であり、プレス加工によって様々なパターン形状を転写することも一般に行われている。その場合、離型性を考慮して、被成形体と成形型の熱膨張率を可能な限り一致させる必要がある。しかし、従来の成形方法の場合、シリカガラスのように、一部の極低熱膨張率素材を加工する際、適当な成形型材料が存在しないという問題が発生する。被成形体と成形型の熱膨張率を一致させることができない場合、図５（ａ）に示すように、下プレス１１と上プレス１２間に成形型（下型）１３を配置し、成形型１３に被成形体Ｍ０をセットし、被成形体Ｍ０を予熱するが、図４（ｂ）に示すように、被成形体Ｍ０と成形型１３は熱膨張する。この状態で図４（ｃ）に示すように、プレスしてパターン転写後、冷却する。冷却された被成形体Ｍ０と成形型１３は収縮するが、両者の熱膨張差によって、寸法差δが生じて、パターン１４の相隣る面１４ａで噛込みが生じ、成形型１３あるいは被成形体Ｍ０が破損するという問題が発生する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、熱膨張率が異なるシリカガラスとガラス状カーボン成形型をもちいても、シリカの噛込みが発生しないような転写パターン形状を成形できるシリカガラスの成形方法提供することを目的とする。
【０００４】
【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、下プレスと上プレスを上下に対向かつ離間して配置し、表面凸形状のパターンが形成されかつ、その高さ方向を形成する面がその基準面に対して２０度以上８０度以下の角度を有する斜面により形成されたガラス状カーボンからなる成形型を前記下プレス上面に配置し、前記成形型にシリカガラスをセットし、前記成形型を予熱後、プレスすることで、前記シリカガラスに前記成形型のパターンを転写し、その後、プレスを開放し、冷却することで、前記成形型と前記シリカガラスの熱膨張率差によって前記シリカガラスを前記成形型から押し上げ離型することを特徴とするシリカガラスの成形方法が実現される。
【０００５】
好適な一例では前記角度は、３０度以上６０度以下である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わるシリカガラスの成形方法に用いるシリカガラス用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。
【０００７】
図１は本発明に係わるシリカガラスの成形方法に用いるシリカガラス用成形型の概念図である。
【０００８】
図１に示すように、シリカガラス用成形型１は、その成形面（基準面）２に凸形状のパターン３が形成されている。
【０００９】
この凸形状のパターン３は、例えば図２に示すような形状をなし、基準面２に対して、θ１及びθ２の角度を有して立上がる斜面２ａを有している。角度θ１及びθ２は、２０度以上８０度以下が好ましく、３０度以上６０度以下がより好ましい。これにより、噛込みがなく、緻密なパターンが転写できる。２０度より小さいと、裾野が広くなり緻密なパターンの形成ができなくなり、また、緩やかな凹部が形成され、不鮮明な溝になり易い。８０度を超えると、噛込みを防ぐことができず、凸形状のパターンの強度が低下し損傷し易くなる。また、加熱状態で押圧して成形し、圧力を開放しながら冷却していくが、このときに石英ガラスよりもガラス状カーボン型の方が早く収縮する。収縮差は周辺部で最も顕著であるが、斜面が緩やかであれば、自然に型が浮き上がるが、斜面が直角に近いと噛込みを生じたり成形型のパターンを損傷したりする。なお、θ１及びθ２は、上記範囲内にあれば、両者は等しくとも、異なっていてもよい。
【００１０】
次に本発明に係わるシリカガラスの成形方法について説明する。
【００１１】
ガラス状カーボン製の成形型基材を用意し、その表面に放電加工によって、立ち上がりがθ１及びθ２の角度を持つ斜面を有する任意の緻密パターンを形成し、ハロゲン雰囲気中で成形温度以上の高温熱処理を施し加工汚染を除去する工程によってシリカガラス用成形型を製造する。上記成形型母材に用いられるガラス状カーボンは、非酸化雰囲気での耐熱性に非常に優れており、２０００℃以上でもほとんど変化しない。また、気孔が殆ど存在せず鏡面加工が可能であり、強度もプレス成形に耐え得るに十分である。特にシリカガラスとの反応性が低く、離型性に優れており、成形型として用いる際にコーティングが不要である。さらに伝導性を備えているため、容易に放電加工による形状加工が行える。本発明では、ガラス状カーボンの上記諸特性を利用したものである。上記放電加工は、電極形状を工夫することで比較的自由な加工が可能であり、ドライエッチングでは難しいテーパ加工も比較的容易に加工が可能である。
【００１２】
面状態の改善には、種々の放電加工法が適用できる。被加工物が漬される絶縁性油に伝導性の微粉体を混入して放電を均一にする粉末形彫放電加工法が効果的であり、上記放電加工は、放電加工法等よりなる一次加工に併せて粉末形彫放電加工法による二次放電加工を行うのが好ましい。これにより、ガラス状カーボンの放電加工面をＲａで約０．２μｍにまで仕上げることが可能である。バフ研磨などを加えることで表面粗さをＲａで約２０ｎｍにすることで、離型性に影響のない成形型表面を得ることが可能である。さらに、加工が終了した後に、ハロゲン雰囲気中、特に塩素雰囲気中で成形温度以上の加熱処理をすることで、加工時に導入された金属不純物を除去し、成型時に被成型物であるシリカガラスの結晶化（失透）を防ぐことができる。
【００１３】
さらに、他のシリカガラス用成形型の製造方法として、ガラス状カーボン成形型を成形するための成形型に流し込んだ後、硬化させ、これを研磨して製造することもできる。
【００１４】
また、次に本発明に係わるシリカガラスの成形方法について説明する。
【００１５】
図３（ａ）に示すように、下プレス１１と上プレス１２間に成形型１を配置し、成形型１にシリカガラスＭをセットし、シリカガラスＭ及び成形体１を予熱する。この予熱により、図３（ｂ）に示すように、シリカガラスＭと成形型１は熱膨張する。この状態で図３（ｃ）に示すように、プレスにより、シリカガラスＭには成形型１のパターン３が転写される。成形後、図３（ｄ）に示すように、冷却されると、成形型１が縮むが、成形型２が斜面３ａに沿って上方へ押し上げられ、寸法差によって生じる相隣る斜面３ａ間での噛込みを回避できる。すなわち、図４に示すように、凸形状のパターン３には、基準面２に対して、θ１及びθ２の角度を持つ斜面３ａが形成されており、収縮によって生じるパターン３の斜面３ａに垂直な力ｆａは、シリカガラスＭを上に持ち上げようとする垂直分力ｆｂと水平分力ｆｃとに分解され、水平分力ｆｃは、対向するもう一方の斜面３ａから加えられる水平分力と打消し合い、打消す対向する力のない垂直分力ｆｂによって、シリカガラスＭは上方へ移動するためである。このとき、角度θ１及びθ２は、シリカガラスＭと成形型１との接触面に生じる摩擦力によって変化するが、２０度以上８０度以下、より好ましくは３０度以上６０度以下にすることにより噛込みを回避できる。なお、実施例では断面形状がＶ字状の溝についてのみ記したが、断面が台形になるような溝または凹部も本発明の成形型で容易に得ることができる。
【００１６】
なお、実施例では断面形状がＶ字状の溝についてのみ記したが、断面が台形になるような溝または凹部も本発明の成形型で容易に得ることができる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明に係わるシリカガラスの成形方法によれば、熱膨張率が異なるシリカガラスとガラス状カーボン成形型を用いても、シリカの噛込みが発生しないような転写パターン形状を成形できるシリカガラスの成形方法提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係わるシリカガラスの成形方法に用いるシリカガラス用成形型の概念図。
【図２】 本発明に係わるシリカガラスの成形方法に用いるシリカガラス用成形型のパターンの断面を示す概念図。
【図３】 本発明に係わるシリカガラスの成形方法に用いるシリカガラス用成形型を用いたシリカガラスの成形工程図。
【図４】 図３に示すシリカガラスの成形工程時成形型のパターンの斜面に作用する力の説明図。
【図５】 従来のシリカガラスの成形工程時成形型のパターンの斜面に作用する力の説明図。
【符号の説明】
１ シリカガラス用成形型
２ 成形面（基準面）
３ パターン
３ａ 斜面
Claims (2)
- 下プレスと上プレスを上下に対向かつ離間して配置し、
表面凸形状のパターンが形成されかつ、その高さ方向を形成する面がその基準面に対して２０度以上８０度以下の角度を有する斜面により形成されたガラス状カーボンからなる成形型を前記下プレス上面に配置し、
前記成形型にシリカガラスをセットし、
前記成形型を予熱後、プレスすることで、前記シリカガラスに前記成形型のパターンを転写し、
その後、プレスを開放し、冷却することで、前記成形型と前記シリカガラスの熱膨張率差によって前記シリカガラスを前記成形型から押し上げ離型することを特徴とするシリカガラスの成形方法。 - 前記角度は、３０度以上６０度以下であることを特徴とする請求項１に記載のシリカガラスの成形方法。
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