JP6162623B2 - Weight stone, quartz glass molding apparatus and quartz glass molding method - Google Patents
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Description
本発明は、石英ガラスの加熱成型に用いられる重石、その重石を用いた石英ガラスの成型装置および成型方法に関する。 The present invention relates to a gravel used for heat molding of quartz glass, a quartz glass molding apparatus and a molding method using the weight.
石英ガラスは、高い純度、優れた光学特性を有することから半導体産業をはじめとして、多くの産業分野で用いられている。石英ガラスは水晶粉の溶融や有機珪素原料の加水分解などによって製造され、それぞれの用途に必要な形状に加熱成型される。石英ガラスを成型する際は、型枠内で石英ガラスを軟化点以上に加熱し、一旦溶融させた後、所望の形状に応じた成型体とする。 Quartz glass is used in many industrial fields including the semiconductor industry because of its high purity and excellent optical properties. Quartz glass is manufactured by melting quartz powder, hydrolyzing organic silicon raw material, and the like, and is heat-molded into a shape necessary for each application. When the quartz glass is molded, the quartz glass is heated to the softening point or higher in the mold, and once melted, a molded body having a desired shape is obtained.
成型された石英ガラス成型体は、適宜切断、研削されて最終製品の形状となって、各用途に用いられる。その為、石英ガラス成型体の形状を最終製品の形状に近くすることで、歩留まりを良くすることができる。石英ガラス成型体は、例えば、円柱状、角柱状、平板状であり、互いに平行な上下面を有している。 The molded quartz glass molded body is appropriately cut and ground to form the final product and used for each application. Therefore, the yield can be improved by making the shape of the quartz glass molded body close to the shape of the final product. The quartz glass molded body is, for example, a columnar shape, a prismatic shape, or a flat plate shape, and has upper and lower surfaces parallel to each other.
この互いに平行な上下面を有する成型体を得るための方法として、石英ガラスインゴットを型枠の内部底面上に載置し、載置したインゴットの上方に上板を内部底面に平行になるように配置し、上板に重石を載せてそのインゴットを加熱しつつ垂直方向に押圧する方法がある(例えば、特許文献1参照)。重石の代わりに加圧装置や押圧機構が設けられた成型装置も知られているが(例えば、特許文献2−4参照)、このような装置は高価で簡易的とは言えない。 As a method for obtaining a molded body having upper and lower surfaces parallel to each other, a quartz glass ingot is placed on the inner bottom surface of the mold, and the upper plate is placed parallel to the inner bottom surface above the placed ingot. There is a method of placing and placing a heavy stone on the upper plate and pressing the ingot in the vertical direction while heating the ingot (see, for example, Patent Document 1). A molding apparatus provided with a pressurizing device and a pressing mechanism instead of the weight is also known (see, for example, Patent Document 2-4), but such a device is expensive and cannot be said to be simple.
重石を使用せず、石英ガラスインゴットの自重のみで成型する方法もあるが、この方法で成型体の上面を下面と平行な平面にするのは難しい。これは、石英ガラスは、ソーダガラスなどの一般のガラスに比べ、粘度が高く、溶けにくい性質をもっているので、自重のみで成型すると、成型体の上面は丸みを帯びた凸形状となる傾向があるためである。この方法で、上記のような平坦な上面を有する成型体を得るために、通常の加熱成型温度よりも高い温度で成型することも考えられるが、このような温度まで加熱すると、石英ガラスの昇華が激しくなり、昇華したシリカが炉材と反応するため、成型体の表面へのダメージが大きくなり、更には、成型装置や炉自体の消耗が著しくなる。 There is also a method of molding using only the dead weight of the quartz glass ingot without using the weight, but it is difficult to make the upper surface of the molded body parallel to the lower surface by this method. This is because quartz glass is higher in viscosity and less soluble than ordinary glass such as soda glass, so if it is molded only by its own weight, the top surface of the molded product tends to have a rounded convex shape. Because. In this method, in order to obtain a molded body having a flat upper surface as described above, it is conceivable to mold at a temperature higher than the normal heating molding temperature. Since the sublimated silica reacts with the furnace material, damage to the surface of the molded body is increased, and further, the molding apparatus and the furnace itself are significantly consumed.
上記のように、石英ガラス成型体は、最終製品の設計に合わせた形状に成型されるので、互いに平行な上下面を有する成型体の成型時にできる凸形状の上面部分は、設計から外れた部分、すなわち不必要な部分となる。この凸形状の上面を、例えば成型工程後に実施する歪み除去のためのアニール工程で平面に修復することはできず、切断等の加工によって平面に切断される。結果的に、この切断された部分はロスとなる。従って、成型体の上下面の平行度が、製品歩留まりを向上する上で非常に重要である。 As mentioned above, the quartz glass molded body is molded into a shape that matches the design of the final product, so the convex upper surface part that can be formed when molding the molded body having upper and lower surfaces parallel to each other is a part that is out of design. That is, it becomes an unnecessary part. The convex upper surface cannot be restored to a flat surface by, for example, an annealing process for strain removal performed after the molding process, and is cut into a flat surface by a process such as cutting. As a result, this cut portion becomes a loss. Therefore, the parallelism of the upper and lower surfaces of the molded body is very important for improving the product yield.
重石を用いた成型によって、互いに平行な上下面を有する石英ガラス成型体を得るためには、上記した石英ガラスインゴットの上方に配置した上板を型枠の内部底面に平行な状態に保ったまま、重石により垂直方向に降下させる必要がある。しかし、従来の重石を用いた成型では、図6に示すように、上板115および重石101が型枠110の内部底面114に対して傾斜して降下し、成型体の上面が凸形状や、下面に対して傾きを持った形状になることがある。あるいは、重石や上板が途中で型枠に引っかかるなどして止まってしまうことで、成型体を完成させることができないこともある。 In order to obtain a quartz glass molded body having upper and lower surfaces parallel to each other by molding using a weight stone, the upper plate placed above the quartz glass ingot is kept parallel to the inner bottom surface of the mold. It is necessary to descend vertically with a heavy stone. However, in the molding using the conventional weight stone, as shown in FIG. 6, the upper plate 115 and the weight stone 101 are inclined and lowered with respect to the inner bottom surface 114 of the mold 110, and the upper surface of the molded body has a convex shape, The shape may be inclined with respect to the bottom surface. Alternatively, the molded body may not be completed because the cobblestone or the upper plate is caught in the formwork and stopped.
例えば、石英ガラス成型体のサイズに比べて小さい重石を用いる場合、重石の外周部と型枠の内部側面との間の距離が広くなるので、上板が下面に対して傾斜しながら降下する可能性が高い。これを回避するためには、成型体のサイズに対応した複数の重石の在庫が必要となり、コストが増加する。
特に、近年では、石英ガラス製品のサイズあるいは形状が多様化してきているために、所望とされる石英ガラス成型体のサイズも多様化してきている。このため、必要なサイズの重石の数が増加することによるコスト増加が問題となっている。
For example, when using a weight that is smaller than the size of the quartz glass molding, the distance between the outer periphery of the weight and the inner side of the mold will be wider, so the upper plate can descend while tilting with respect to the lower surface. High nature. In order to avoid this, it is necessary to stock a plurality of weights corresponding to the size of the molded body, which increases costs.
In particular, since the size or shape of quartz glass products has been diversified in recent years, the size of a desired quartz glass molded body has also been diversified. For this reason, an increase in cost due to an increase in the number of necessary weights is a problem.
また、多様なサイズの石英ガラスの成型体を製造するために、サイズに合わせた型枠を新規に作製したり、もしくは所望とする形状の石英ガラス成型体となるように何度も成型工程を繰り返すこともある。しかしながら、このような対処法では、製品として利用されない無駄な部分をなくすことができず、歩留まりの低下が避けられない。また、型枠の新規作製のための費用や製作時間が掛かることや、成型工程を繰り返し実施することで工程時間を増加させ、生産性が低下する。 In addition, in order to produce molded products of various sizes of quartz glass, the mold process is repeated many times to make a new mold to match the size, or to form a quartz glass molded product of the desired shape. Sometimes it repeats. However, such a countermeasure cannot eliminate a useless portion that is not used as a product, and a reduction in yield is inevitable. Moreover, the cost and production time for new production of a formwork are required, and the process time is increased by repeatedly performing the molding process, thereby reducing productivity.
本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、生産性を低下することなく、低コストで、石英ガラスインゴットを互いに平行な上下面を有する石英ガラス成型体に成型することを可能にする重石、成型装置および成型方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and enables a quartz glass ingot to be molded into a quartz glass molded body having upper and lower surfaces parallel to each other at a low cost without reducing productivity. An object of the present invention is to provide a weight, a molding apparatus, and a molding method.
上記目的を達成するために、本発明によれば、石英ガラスインゴットを収容するための、内部側面と内部底面で形成された中空部を有する型枠を有し、前記石英ガラスインゴットを、互いに平行な上下面を有する石英ガラス成型体に加熱成型する成型装置において用いられる、前記中空部に収容された前記石英ガラスインゴットの上方に載置して該石英ガラスインゴットを垂直方向に押圧するための重石であって、前記重石の中心から外周部までの長さを、前記型枠の内部側面に対し垂直方向に伸縮することで、該重石の外周部と前記型枠の内部側面との間の距離を調整できるものであることを特徴とする重石が提供される。 In order to achieve the above object, according to the present invention, a mold having a hollow portion formed by an inner side surface and an inner bottom surface for accommodating a quartz glass ingot is provided, and the quartz glass ingots are parallel to each other. A weight for pressing the quartz glass ingot in a vertical direction by placing it on the quartz glass ingot accommodated in the hollow portion, which is used in a molding apparatus for heat molding into a quartz glass molded body having various upper and lower surfaces The distance between the outer periphery of the weight stone and the inner side surface of the mold frame is obtained by expanding and contracting the length from the center of the weight stone to the outer periphery portion in a direction perpendicular to the inner side surface of the mold frame. A weight is provided that can be adjusted.
このような重石であれば、外周部と型枠の内部側面との間の距離を、目的の石英ガラス成型体のサイズに応じた適切な長さに短時間で調整できるので、生産性を低下することなく、互いに平行な上下面を有する石英ガラス成型体の成型を可能にする。この重石1つで、様々なサイズの石英ガラス成型体の成型に対応できるので、コストを低減できる。 With such a heavy stone, the distance between the outer periphery and the inner side surface of the formwork can be adjusted in a short time to an appropriate length according to the size of the target quartz glass molded body, thus reducing productivity. Therefore, it is possible to mold a quartz glass molded body having upper and lower surfaces parallel to each other. This single weight can cope with the molding of quartz glass moldings of various sizes, so that the cost can be reduced.
前記型枠の中空部は多角柱形状、または円柱形状を有し、前記重石の外周部は、前記型枠の内部側面の形状に部分的に沿った形状を有するものであることが好ましい。 It is preferable that the hollow part of the mold has a polygonal column shape or a columnar shape, and the outer peripheral part of the weight stone has a shape partially along the shape of the inner side surface of the mold.
このようなものであれば、上板および重石が傾くことがなく、石英ガラス成型体の上面と下面を確実に平行に成型できる。 With such a configuration, the upper plate and the lower surface of the quartz glass molded body can be reliably molded in parallel without tilting the upper plate and the weight.
前記重石の外周部は、該重石の中心方向に凹む凹部を有するものであることが好ましい。
このようなものであれば、型枠の内部側面と重石との間の隙間に入り込んだ石英ガラスインゴットの一部が、重石の降下を妨げるのを回避できる。
It is preferable that the outer peripheral part of the said weight is what has a recessed part dented in the center direction of this weight.
If it is such, it can avoid that a part of quartz glass ingot which entered the clearance gap between the internal side surface of a formwork and a weight stone prevents the fall of a weight stone.
また、前記型枠の中空部は四角柱形状を有し、前記重石は、該重石の中心に位置する中央ブロックと、前記型枠の内部側面を成す4つの平面にそれぞれ対向可能な位置に設けられて前記重石の外周部を構成する4つの外側ブロックと、該4つの外側ブロックのそれぞれと前記中央ブロックとをその間の距離を調整可能に連結する軸棒を有するものとすることができる。あるいは、前記型枠の中空部は円柱形状を有し、前記重石は、該重石の中心に位置する中央ブロックと、該中央ブロックを中心に回転対称の位置に設けられて前記重石の外周部を構成する複数の外側ブロックと、該複数の外側ブロックのそれぞれと前記中央ブロックとをその間の距離を調整可能に連結する軸棒を有するものとすることもできる。 The hollow portion of the formwork has a quadrangular prism shape, and the weight is provided at a position that can be opposed to the central block located at the center of the weight and the four planes forming the inner side surface of the formwork. It is possible to have four outer blocks that constitute the outer peripheral portion of the weight, and a shaft rod that connects each of the four outer blocks and the central block so that the distance between them can be adjusted. Alternatively, the hollow portion of the formwork has a columnar shape, and the weight is provided at a central block located at the center of the weight and at a rotationally symmetric position around the central block. A plurality of outer blocks to be configured, and a shaft bar for connecting each of the plurality of outer blocks and the central block so that the distance between them can be adjusted can be provided.
このような本発明の重石の具体的な構成によって、重石の中心から外周部までの長さを、四角柱あるいは円柱形状の中空部を有する型枠の内部側面に対し垂直方向に伸縮することで、該重石の外周部と型枠の内部側面との間の距離を調整することを簡易的に実現できる。 By such a specific configuration of the weight of the present invention, the length from the center of the weight to the outer peripheral portion can be expanded and contracted in a direction perpendicular to the inner side surface of the mold having a quadrangular prism or a cylindrical hollow portion. It is possible to easily adjust the distance between the outer periphery of the weight and the inner side surface of the mold.
前記型枠および/または前記重石はカーボン製であることが好ましい。 The formwork and / or the weight is preferably made of carbon.
このように高耐熱性のカーボンを用いたものであれば、石英ガラス成型体の加熱成型を高精度で行うことができるとともに、自身の寿命を向上できるものとなる。 Thus, if it uses the high heat-resistant carbon, while being able to heat-mold a quartz glass molded object with high precision, it becomes possible to improve the lifetime of itself.
前記重石は、前記石英ガラスインゴットに5g/cm2以上の荷重を加えるものであることが好ましい。 The weight is preferably one that applies a load of 5 g / cm 2 or more to the quartz glass ingot.
このようなものであれば、石英ガラス成型体の成型を確実に行うことができるものとなる。 If it is such, it will become what can shape | mold a quartz glass molded object reliably.
また、本発明によれば、石英ガラスインゴットを収容するための、内部側面と内部底面で形成された中空部を有する型枠と、上記本発明の重石を有し、加熱炉内で前記重石により前記石英ガラスインゴットを垂直方向に押圧して、互いに平行な上下面を有する石英ガラス成型体に加熱成型するものであることを特徴とする石英ガラスの成型装置が提供される。 Further, according to the present invention, there is a mold having a hollow portion formed by an inner side surface and an inner bottom surface for accommodating a quartz glass ingot, and the above-described weight stone of the present invention. There is provided a quartz glass molding apparatus characterized in that the quartz glass ingot is pressed in the vertical direction and is heat-molded into a quartz glass molded body having upper and lower surfaces parallel to each other.
このようなものであれば、生産性を低下することなく、低コストで、互いに平行な上下面を有する石英ガラス成型体に成型できるものとなる。 If it is such, it will become what can be shape | molded to the quartz glass molded object which has a mutually parallel upper and lower surface at low cost, without reducing productivity.
また、本発明によれば、上記本発明の石英ガラス成型装置に、石英ガラスインゴットを収容し、該成型装置を加熱炉内に設置して1600℃から1900℃に加熱することにより、前記石英ガラスインゴットを加熱しつつ、前記重石により前記石英ガラスインゴットを垂直方向に押圧して、互いに平行な上下面を有する石英ガラス成型体に加熱成型することを特徴とする石英ガラスの成型方法が提供される。 Further, according to the present invention, the quartz glass ingot is accommodated in the quartz glass molding apparatus of the present invention, and the quartz glass is placed in a heating furnace and heated from 1600 ° C. to 1900 ° C. There is provided a method for molding quartz glass, characterized in that the quartz glass ingot is pressed in the vertical direction by the weight while heating an ingot to heat-mold the quartz glass ingot into quartz glass molded bodies having upper and lower surfaces parallel to each other. .
このようにすれば、生産性を低下することなく、低コストで、互いに平行な上下面を有する石英ガラス成型体に成型できる。 If it does in this way, it can shape | mold to the quartz glass molded object which has a mutually parallel upper and lower surface at low cost, without reducing productivity.
本発明の成型装置において用いられる重石は、重石の中心から外周部までの長さを、型枠の内部側面に対し垂直方向に伸縮することで、該重石の外周部と型枠の内部側面との間の距離を調整できるものであるので、この距離を目的の石英ガラス成型体のサイズに応じた長さに短時間で容易かつ正確に調整できる。そのため、石英ガラスインゴットを、生産性を低下することなく低コストで、互いに平行な上下面を有する石英ガラス成型体に精度良く成型することが可能となる。これにより、製品歩留まりを向上できる。 The weight used in the molding apparatus of the present invention is such that the length from the center of the weight to the outer periphery extends and contracts in the direction perpendicular to the inner side surface of the mold, so that the outer periphery of the weight and the inner side of the mold Therefore, the distance can be adjusted easily and accurately in a short time to a length corresponding to the size of the target quartz glass molded body. Therefore, the quartz glass ingot can be accurately molded into a quartz glass molded body having upper and lower surfaces parallel to each other at a low cost without reducing productivity. Thereby, a product yield can be improved.
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
上記したように、従来の重石を用いた石英ガラスの成型では、互いに平行な上下面を有する、すなわち、上下面の平行度が高い石英ガラス成型体を安定して得ることができずに歩留まりが低下したり、コストの増加、生産性の低下を招いたりするという課題がある。
Hereinafter, although an embodiment is described about the present invention, the present invention is not limited to this.
As described above, in conventional molding of quartz glass using weight stones, it is impossible to stably obtain a quartz glass molded body having upper and lower surfaces parallel to each other, that is, high parallelism of the upper and lower surfaces, and yield is increased. There is a problem that it decreases, increases costs, and decreases productivity.
本発明者はかかる課題を解決するために鋭意検討し、重石に、その重石の中心から外周部までの長さを、型枠の内部側面に対し垂直方向に伸縮することで、該重石の外周部と型枠の内部側面との間の距離を調整する構造を設けることに想到した。このような重石を用いることで、上下面の平行度が高い石英ガラス成型体を容易に得ることができるとともに、1つの重石で様々なサイズの石英ガラス成型体に対応できるようになった。 The present inventor has intensively studied to solve such a problem, and the weight of the weight from the center to the outer periphery of the weight is expanded and contracted in a direction perpendicular to the inner side surface of the mold, so that the outer periphery of the weight is The idea was to provide a structure for adjusting the distance between the part and the inner side surface of the formwork. By using such a weight stone, it is possible to easily obtain a quartz glass molded body having a high parallelism between the upper and lower surfaces, and it is possible to deal with quartz glass molded bodies of various sizes with one weight.
本発明の重石および石英ガラスの成型装置について、図1、図2を参照して説明する。
図2に示すように、本発明の重石1は、本発明の石英ガラスの成型装置10において用いられるものである。本発明の石英ガラスの成型装置10は、加熱炉内で、素材である石英ガラスインゴット20を、互いに平行な上下面を有する石英ガラス成型体に加熱成型するものである。
The weight and quartz glass molding apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 2, the
本発明では、素材として用いる石英ガラスインゴット20の形状を特に限定せず、例えば、この形状は、円柱形状、多角柱形状を含む。本発明で成型する石英ガラス成型体は、所望形状の側面と、互いに平行な平面である上面と下面を有するものである。例えば、石英ガラス成型体は多角柱形状、円柱形状、平板形状のものである。
In the present invention, the shape of the
図2に示すように、成型装置10は、石英ガラスインゴット20を収容するための型枠11と、本発明の重石1と、重石1を載置するための上板15を有する。型枠11は、内部側面13と内部底面14で形成された中空部12を有する。型枠11と重石1は耐熱性に優れるカーボン製であることが好ましい。もちろん、炭化珪素等の他のセラミック材料を用いても良い。
As shown in FIG. 2, the
中空部12は、成型する石英ガラス成型体の形状に応じた形状を有し、例えば多角柱形状、円柱形状とすることができる。中空部12が多角柱形状の場合には、内部側面13の形状は多角柱形状の側面によって定義される。この場合、型枠11は、多角柱形状の側面にそれぞれ対応する複数の平板を接合して外枠を形成し、この外枠の下端に多角柱形状の底部に対応する多角形の平板を接合することで構成できる。
一方、中空部12が円柱形状の場合には、内部側面13の形状は円柱形状の外周面によって定義される。この場合、型枠11は、円筒部材で外枠を形成し、この外枠の下端に円形状の平板を接合することで構成できる。
The hollow portion 12 has a shape corresponding to the shape of the quartz glass molded body to be molded, and can be, for example, a polygonal column shape or a cylindrical shape. When the hollow portion 12 has a polygonal column shape, the shape of the
On the other hand, when the hollow portion 12 has a cylindrical shape, the shape of the
石英ガラスインゴット20は、中空部12内に収容され、内部底面14上に載置される。上板15は、内部底面14上に載置された石英ガラスインゴット20の上方に配置される。本発明の重石1は、石英ガラスインゴット20を垂直方向に押圧するために、上板15上に載置される。重石1は、少なくとも、上板15上に載置するときの載置面となる底部と、重石1の中心周りに形成される外周部5を有し、その形状は特に限定されない。例えば、図1に示すように、中央ブロック2と外周部5を構成する複数の外側ブロック3を軸棒4で連結して一体化した構造を有するものとすることができる。
The
上板15は、重石1が載置されたときに、石英ガラスインゴット20を垂直方向に押圧する押圧面として機能する。このとき、石英ガラスインゴット20は、上板15と、型枠11の内部側面13および内部底面14とで囲まれた空間内で押圧され、石英ガラス成型体に成型される。成型中は、石英ガラス成型体の上下面の平行度を高めるために、上板15が型枠11の内部底面14と常に平行な状態を保って降下する必要がある。
The
そこで、本発明の重石1は、図2に示すように、重石1の外周部5と型枠11の内部側面13との間の距離(隙間)を調整できるようになっている。この距離の調整は、重石1の中心Aから外周部5までの長さLを型枠11の内部側面13に対し垂直方向(図2の矢印Bの方向)に伸縮することにより行う。これにより、型枠11の中空部12のサイズ、すなわち、成型する石英ガラス成型体のサイズに応じて、外周部5と内部側面13間の距離を最小限にして成型を行うことが可能となる。従って、石英ガラスインゴット20を互いに平行な上下面を有する石英ガラス成型体に安定して精度よく成型でき、生産性、歩留まりを向上できる。また、サイズの異なる複数の重石を保有しておく必要もなく、本発明の重石1つで様々なサイズの石英ガラス成型体の成型に対応でき、コストを削減できる。
Therefore, the
上記したように、成型する石英ガラス成型体の形状は、多角柱形状、円柱形状、平板形状など様々である。重石1の外周部5は、石英ガラス成型体の形状に応じて構成されたものとすることができる。特に、重石1の外周部5は、型枠11の内部側面13の形状に部分的に沿った形状を有するものであることが好ましい。このようなものであれば、重石1および上板15が型枠11の内部底面14に対して傾斜しながら降下するのをより確実に抑制できるものとなるし、外周部5と内部側面13間の距離の調整が容易になる。例えば、図1に示す、4つの外側ブロック3が外周部5を構成する重石1は、四角柱形状の石英ガラス成型体の成型に適したものである。
As described above, the shape of the quartz glass molded body to be molded is various, such as a polygonal column shape, a cylindrical shape, and a flat plate shape. The outer
重石1の外周部5と型枠11の内部側面13との間の距離(隙間)は、5mm以下とすることができ、1mmから2.5mmの範囲内であることが好ましい。この距離が2.5mm以下であれば、重石1および上板15が内部底面14に対して傾斜しながら降下するのをより確実に回避できる。この距離が1mm以上であれば、重石1が型枠11と接触して、摩擦抵抗により降下の途中で止まってしまうことを回避できる。
The distance (gap) between the outer
石英ガラス成型体の成型中には、上板15、内部側面13および内部底面14で囲まれた空間内で押圧された石英ガラスインゴット20の一部が、型枠11と上板15の間の隙間、および型枠11と重石1との隙間を通って、その空間の上方にはみ出してくることがある。このとき、はみ出してきた石英ガラス材料が重石1の降下を妨げることがないよう、重石1の外周部5は、該重石1の中心方向に凹む凹部6を有するものであることが好ましい。このようなものであれば、はみ出してきた石英ガラス材料を凹部6に逃がすことができるので、重石1の降下が妨げられることもない。例えば、凹部6の深さを5mm、幅を100mm程度とすることができる。
During the molding of the quartz glass molded body, a part of the
ここで、本発明の重石について、四角柱形状の石英ガラス成型体の成型に適するものと、円柱形状の石英ガラス成型体の成型に適するものを例として、図3、図4を参照しながらより詳細に説明する。 Here, with respect to the weight of the present invention, examples suitable for molding a quadrangular prism-shaped quartz glass molded body and those suitable for molding a cylindrical quartz glass molded body will be described with reference to FIGS. This will be described in detail.
図3に示す重石1は、四角柱形状の石英ガラス成型体を成型する際に好適に用いられる。この場合、型枠11の中空部12は四角柱形状を有し、内部側面13はその四角柱形状の4つの側面によって構成される。なお、図3に示す重石1は、図1に示すものと同等のものである。重石1は、その中心に位置する中央ブロック2と、中央ブロック2の周囲に位置する4つの外側ブロック3と、4つの外側ブロック3のそれぞれと中央ブロック2とを連結する軸棒4を有する。4つの外側ブロック3は、重石1の外周部5を構成し、型枠11の内部側面13を成す4つの平面にそれぞれ対向可能な位置に設けられている。それぞれの外側ブロック3が構成する外周部5には、上記した凹部6が設けられている。
The
図4に示す重石1は、円柱形状の石英ガラス成型体を成型する際に好適に用いられる。この場合、型枠11の中空部12は円柱形状を有し、内部側面13はその円柱形状の外周面によって構成される。重石1は、その中心に位置する中央ブロック2と、中央ブロック2を中心に回転対称の位置に設けられて重石1の外周部5を構成する4つの外側ブロック3と、4つの外側ブロック3のそれぞれと中央ブロック2とを連結する軸棒4を有する。図4に示す例では、外側ブロック3は4つ設けられているが、複数の外側ブロック3が中央ブロック2を中心に回転対称の位置に設けられていれば、その数は特に限定されない。外側ブロック3の内部側面13に対向する外周部5は円弧状であり、内部側面13の形状に沿った形状になっている。図4には示していないが、図3と同様に、外周部5に凹部6を設けても良い。
The
図3および図4に示す重石1は共に、その軸棒4が、それぞれの外側ブロック3と中央ブロック2の間の距離を調整できるようになっている。これにより、重石1の外周部5と型枠11の内部側面13との間の距離を調整できる。この距離は、例えば以下のようにして調整できる。図2に示すように、軸棒4を、両端に互いに逆ネジになるように形成されたネジ部と中央の直胴部とで構成する。中央ブロック2と外側ブロック3にはこのネジ7に対応するネジ穴を設ける。軸棒4を軸周りに回転させて外側ブロック3を移動させることで上記距離を調整することができる。あるいは、軸棒自身が伸縮する構成としても良い。
In both of the
中央ブロック2の上面と外側ブロック3の上面は全て同じ平面上に位置している。外部ブロック3の外周部の側面と下面との成す角は直角である。この外周部の側面は、重石が降下する際のガイドとして機能し、これにより重石が傾斜するのを防ぐ。そのため、外側ブロック3の高さは100mm以上が好ましい。
The upper surface of the
中央ブロック2は、それぞれの外側ブロック3に対して均等に中心に位置するようになっていることが好ましい。このようなものを用いれば、石英ガラスインゴット20を押圧するときに、重石の重心の偏りをなくすことができるので、上下面の平行度が高い石英ガラス成型体を安定して得ることができる。
It is preferable that the
重石1の重さは特に限定されないが、例えば、石英ガラスインゴット20に5g/cm2以上、より好ましくは15g/cm2以上の荷重を加えることができるものであることが好ましい。目的に応じ、単に重みが必要な場合は、本発明の重石1の上に追加の重石を載せることもできる。
Although the weight of the
本発明の石英ガラスの成型方法を説明する。まず、図2に示す本発明の成型装置10に、石英ガラスインゴット20を収容する。次に、上板15を石英ガラスインゴット20の上方に配置し、上板15上に本発明の重石1を載置する。載置した重石1の中心から外周部5までの長さを、型枠11の内部側面13に対し垂直方向に伸縮することで、該重石1の外周部5と型枠11の内部側面13との間の距離を調整する。
The method for molding quartz glass of the present invention will be described. First, the
この距離は、上記したように、1mmから2.5mmの範囲内とすることが好ましい。あるいは、この距離を、重石1が傾いたときに重石1の底部の載置面の高低差を5mm以内に制限するように調整することもできる。より具体的には、例えば円柱形状の石英ガラス成型体の成型の場合、以下のようにして距離を算出することができる。
As described above, this distance is preferably in the range of 1 mm to 2.5 mm. Or this distance can also be adjusted so that the height difference of the mounting surface of the bottom part of the
図5に示すように、重石1の高さをAB、型枠の内径をAD、外周部5と内部側面13間の距離をEFで表したとき、重石の高さABから5mm引いた長さCDと型枠11の内径ADとをそれぞれ直角三角形の高さと底辺とすると、重石1が最大に傾いた際の重石の対角線の長さACが以下の式で求められる。
長さAC=√((長さCD)2+(長さAD)2)
この長さACと重石1の高さABより、重石1の底辺の長さBEが以下の式で求められる。
長さBE=√((長さAC)2−(長さAB)2)
従って、距離EFは以下の式で求められる。
距離EF=型枠の内径AD−重石1の底辺BE
As shown in FIG. 5, when the height of the
Length AC = √ ((Length CD) 2 + (Length AD) 2 )
From this length AC and the height AB of the
Length BE = √ ((Length AC) 2 − (Length AB) 2 )
Therefore, the distance EF is obtained by the following equation.
Distance EF = Inner diameter AD of formwork−Base BE of
その後、インゴット20を収容した成型装置10を加熱炉内に設置して1600℃〜1900℃に加熱する。これにより、石英ガラスインゴット20を加熱成型して、互いに平行な上下面を有する石英ガラス成型体を得る。
Thereafter, the
加熱温度が1600℃未満であると、石英ガラスの変形がほとんど起こらないため、実質的に成型不可能である。加熱温度が1700℃以上であると、石英ガラスの粘度がより下がるため、効率的に成型することができる。また、加熱温度が1900℃を超えると、石英ガラスの昇華が激しくなり、また、炉体の損傷が大きくなるため、加熱温度は1900℃以下であることが望ましい。 When the heating temperature is less than 1600 ° C., the quartz glass hardly deforms, so that it is substantially impossible to mold. When the heating temperature is 1700 ° C. or higher, the viscosity of the quartz glass is further lowered, so that it can be efficiently molded. Further, when the heating temperature exceeds 1900 ° C., the sublimation of the quartz glass becomes intense, and damage to the furnace body increases, so that the heating temperature is desirably 1900 ° C. or less.
このような本発明の石英ガラスの成型方法により、生産性を低下することなく、低コストで、互いに平行な上下面を有する石英ガラス成型体に成型できる。 By such a method for molding quartz glass of the present invention, it can be molded into a quartz glass molded body having upper and lower surfaces parallel to each other at a low cost without reducing productivity.
以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples of the present invention, but the present invention is not limited to these.
(実施例1−3)
図3に示す本発明の重石と四角柱形状の中空部を有する型枠を具備した、図2に示す本発明の成型装置を用いて、四角柱形状の石英ガラス成型体の成型を行った。得られた石英ガラス成型体の上下面の平行度を評価するために、上面の高さ位置の最大値と最小値を測定し、この差Δtを算出した。
(Example 1-3)
A quadrangular prism-shaped quartz glass molded body was molded using the molding apparatus of the present invention shown in FIG. 2, which was provided with a mold having the weight of the present invention shown in FIG. 3 and a rectangular column-shaped hollow portion. In order to evaluate the parallelism of the upper and lower surfaces of the obtained quartz glass molded body, the maximum value and the minimum value of the height position of the upper surface were measured, and this difference Δt was calculated.
実施例1では、円柱形状の石英ガラスインゴットを長方形の上下面を有する石英ガラス成型体に成型した。実施例2では、円柱形状の石英ガラスインゴットを正方形の上下面を有する石英ガラス成型体に成型した。実施例3では、円柱形状の石英ガラスインゴットを正方形の上下面を有する石英ガラス成型体に成型した。実施例では同一の重石を用い、重石の中心から外周部までの長さをネジで調整することによって、型枠との隙間を調整した。これらの成型条件および上記差Δtの結果をまとめたものを表1に示す。 In Example 1, a cylindrical quartz glass ingot was molded into a quartz glass molded body having a rectangular upper and lower surface. In Example 2, a cylindrical quartz glass ingot was molded into a quartz glass molded body having square upper and lower surfaces. In Example 3, a cylindrical quartz glass ingot was molded into a quartz glass molding having square upper and lower surfaces. In the examples, the same weight was used, and the length from the center to the outer periphery of the weight was adjusted with a screw to adjust the gap with the mold. Table 1 shows a summary of these molding conditions and the results of the difference Δt.
(比較例1−3)
重石の中心から外周部までの長さを調整できない従来の重石を用いた以外、実施例1−3の同じ成型装置を用いて石英ガラス成型体の成型を行い、得られた石英ガラス成型体の上下面の平行度を同様に評価した。
(Comparative Example 1-3)
The quartz glass molded body was molded using the same molding apparatus of Example 1-3, except that conventional weight stones whose length from the center of the weight stone to the outer periphery could not be adjusted were used. The parallelism of the upper and lower surfaces was similarly evaluated.
比較例1では、円柱形状の石英ガラスインゴットを、四角柱形状の重石を用いて、長方形の上下面を有する石英ガラス成型体に成型した。比較例2では、円柱形状の石英ガラスインゴットを、円柱形状の重石を用いて、正方形の上下面を有する石英ガラス成型体に成型した。比較例3では、円柱形状の石英ガラスインゴットを、円柱形状の重石を用いて、正方形の上下面を有する石英ガラス成型体に成型した。比較例では、3種類の重石を準備した。これらの成型条件および上記差Δtの結果をまとめたものを表2に示す。 In Comparative Example 1, a cylindrical quartz glass ingot was molded into a quartz glass molded body having a rectangular upper and lower surface using a square pillar-shaped weight. In Comparative Example 2, a columnar quartz glass ingot was molded into a quartz glass molded body having upper and lower surfaces of a square using columnar weights. In Comparative Example 3, a cylindrical quartz glass ingot was molded into a quartz glass molded body having upper and lower surfaces of a square using a cylindrical weight. In the comparative example, three kinds of weight stones were prepared. Table 2 summarizes these molding conditions and the results of the difference Δt.
表1に示すように、実施例1−3のいずれも、Δtの値は小さく、特に目標としている5mm以下に抑えることができた。すなわち、上下面の平行度が高い石英ガラス成型体を得ることができた。これに対し、比較例1−2では、重石の外周部と型枠の内部側面との間の距離を調整できず、この距離を十分短くすることができなかったため、表2に示すように、Δtが大きくなってしまった。比較例1−2で、Δtを小さくするには、型枠の内部側面との距離を短くするために、用いた重石よりも若干サイズの大きい別の重石を用意する必要があり、コストが増加してしまう。 As shown in Table 1, in all of Examples 1-3, the value of Δt was small and could be suppressed to a target of 5 mm or less. That is, a quartz glass molded body having a high parallelism between the upper and lower surfaces could be obtained. On the other hand, in Comparative Example 1-2, since the distance between the outer peripheral portion of the weight and the inner side surface of the formwork could not be adjusted, and this distance could not be shortened sufficiently, as shown in Table 2, Δt has increased. In Comparative Example 1-2, in order to reduce Δt, it is necessary to prepare another heavy stone slightly larger in size than the used heavy stone in order to shorten the distance from the inner side surface of the formwork, which increases the cost. Resulting in.
比較例3では、型枠の内部側面との距離が2.5mmの重石を用いたことでΔtが目標の5mm以下に抑えられているが、実施例3と比較すると、Δtは若干大きくなっている。これは、比較例3では円柱形状の重石を用いているため、実施例3と比べて型枠の内部側面との距離が2.5mmとなる部分が少なくなるためと考えられる。この結果から、重石の外周部は型枠の内部側面の形状に部分的に沿った形状であることが好ましいことが分かる。 In Comparative Example 3, Δt was suppressed to a target of 5 mm or less by using a weight of 2.5 mm from the inner side surface of the mold, but compared to Example 3, Δt was slightly larger. Yes. This is presumably because the comparative example 3 uses column-shaped weights, and therefore, the portion where the distance from the inner side surface of the mold is 2.5 mm is smaller than in the third example. From this result, it can be seen that the outer peripheral portion of the weight is preferably in a shape partially along the shape of the inner side surface of the mold.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same effects. Are included in the technical scope.
1…重石、 2…中央ブロック、 3…外側ブロック、
4…軸棒、 5…外周部、 6…凹部、 7…ネジ、
10…成型装置、 11…型枠、 12…中空部、 13…内部側面、
14…内部底面、 15…上板、 20…石英ガラスインゴット。
1 ... Weight, 2 ... Center block, 3 ... Outer block,
4 ... shaft bar, 5 ... outer periphery, 6 ... recess, 7 ... screw,
DESCRIPTION OF
14 ... inner bottom surface, 15 ... upper plate, 20 ... quartz glass ingot.
Claims (9)
前記重石の中心から外周部までの長さを、前記型枠の内部側面に対し垂直方向に伸縮することで、該重石の外周部と前記型枠の内部側面との間の距離を調整できるものであることを特徴とする重石。 Molding for housing a quartz glass ingot, having a mold having a hollow portion formed by an inner side surface and an inner bottom surface, and heat-molding the quartz glass ingot into a quartz glass molded body having upper and lower surfaces parallel to each other A weight used for a device, placed on top of the quartz glass ingot housed in the hollow portion and pressed vertically on the quartz glass ingot,
The length from the center of the weight to the outer periphery can be adjusted in the direction perpendicular to the inner side of the mold to adjust the distance between the outer periphery of the weight and the inner side of the mold It is a featured stone.
A quartz glass ingot is accommodated in the quartz glass molding apparatus according to claim 8, and the molding apparatus is installed in a heating furnace and heated from 1600 ° C. to 1900 ° C., thereby heating the quartz glass ingot, A method for molding quartz glass, characterized in that the quartz glass ingot is pressed in the vertical direction by the weight and heat-molded into a quartz glass molded body having upper and lower surfaces parallel to each other.
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