JP7387580B2 - Heat molding jig, heat molding device, and heat molding method - Google Patents
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Description
本発明は、加熱成型治具及び加熱成型装置並びに加熱成型方法に関し、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型体を形成するための加熱成型治具及び加熱成型装置並びに加熱成型方法に関する。 The present invention relates to a hot molding jig, a hot molding device, and a hot molding method, and particularly to a hot molding jig, a hot molding device, and a heating method for hot molding a quartz glass ingot to form a quartz glass molded body of a predetermined shape. Regarding the molding method.
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型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、酸素と水素を用いて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方法により製造される。
One method for manufacturing a synthetic quartz glass body suitable for optical applications is to manufacture an ingot of synthetic quartz glass, then heat the quartz glass ingot at a predetermined temperature to soften it, and then use a mold of a predetermined shape to soften the quartz glass ingot. A manufacturing method involving molding is known.
The quartz glass ingot is manufactured, for example, by a method in which a silica raw material such as silicon tetrachloride is subjected to a hydrolysis reaction using oxygen and hydrogen, and glass fine particles are deposited on a target.
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型する方法に用いられる成型用型(加熱成型治具)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、所定の形状に成型するものである。
A mold (heat molding jig) used in a method of heating this quartz glass ingot and molding the softened quartz glass into a predetermined shape is proposed in
This proposed mold is a mold for heating and molding a quartz glass ingot in an upright state, and the quartz glass ingot is housed in the mold and softened by heating the quartz glass ingot. Silica glass is molded into a predetermined shape.
具体的には、図8(a)に模式的に示すように、石英ガラス成型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51と、該成型部51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Xの外周面を支持する支持部52とを備えている。
Specifically, as schematically shown in FIG. 8(a), a
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52によって石英ガラスインゴットXの外周面を支持するため、前記支持部52が石英ガラスインゴットX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Xの外周面は支持部の内周面上を摺動し、最終的に図8(b)、図8(c)に遷移状態を示すように成型部内に収容され、成型される。
In this way, in the mold described in
前記した方法により製造された円柱状の石英ガラスインゴットXは、図8(a)に示すように、その成長面に沿って多数の層状の脈理Cが残存している。このような層状の脈理Cが残存する石英ガラスインゴットXを成型用型51内で加熱軟化させると、前述のように外周部から下方に流れるように変形し、図8(b)、図8(c)に示すように徐々に横長になる。
As shown in FIG. 8(a), the columnar quartz glass ingot X manufactured by the method described above has many layered striae C remaining along its growth surface. When the quartz glass ingot X in which such layered striae C remain is heated and softened in the
しかしながら、成型用型51内に形成された石英ガラス成型体は、加熱軟化時に、最もガラスの流動距離が長くなる外周部において、図8(b)に示すように、石英ガラス成型体下部の脈理Cが底板の摩擦力により垂直方向に屈曲する。そして図8(c)に示すように屈曲した部分が存在する石英ガラス成型体となるので、光学的特性が不均一となり、光学用途に適さないという課題があった。尚、図9に、その屈曲した脈理Cの拡大図(断面図)を示すが、以降、このような脈理を屈曲脈理C1と称する。
However, the quartz glass molded body formed in the
本願発明者は、この屈曲脈理について鋭意検討し、石英ガラスインゴットが加熱軟化されて変形する過程において、インゴット底部と成型用型底面との摩擦によって水平方向への変形が抑制されることにより、垂直方向への変形速度が水平方向の変形速度よりも速くなり、その結果、屈曲脈理が発生することを知見し、本発明をするに至った。 The inventors of the present application have conducted extensive studies on this bending striae, and found that in the process in which a quartz glass ingot is heated and softened and deformed, horizontal deformation is suppressed by friction between the bottom of the ingot and the bottom of the mold. It was discovered that the rate of deformation in the vertical direction becomes faster than the rate of deformation in the horizontal direction, and as a result, bending striae occur, leading to the invention.
本発明の目的は、成型用型内で石英ガラスインゴットを加熱軟化させて変形して成型した石英ガラス成型体において屈曲脈理の発生を抑制できる、加熱成型治具及び加熱成型装置並びに加熱成型方法を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a heating molding jig, a heating molding apparatus, and a heating molding method that can suppress the occurrence of bending striae in a quartz glass molded body that is formed by heating and softening a quartz glass ingot in a mold. Our goal is to provide the following.
前記課題を解決するためになされた本発明に係る加熱成型治具は、底面部及び側面部を有し、石英ガラスインゴットから所定形状の石英ガラス成型体を形成する成型用受け皿と、前記成型用受け皿の底面部上に設けられるとともに前記石英ガラスインゴットが載置される載置台と、を備え、前記載置台の石英ガラスインゴットが載置される上面の周縁には、前記石英ガラスインゴットが載置される前記上面を基準として、重力の作用方向である鉛直方向下向きに傾斜する傾斜面が形成されていることに特徴を有する。
尚、この載置台は成型用受け皿の底面部と別体として設けても良く、あるいは成型用受け皿の底面部と一体物として設けても良い。
The heat molding jig according to the present invention, which has been made to solve the above problems, includes a molding tray that has a bottom part and a side part and forms a quartz glass molded body of a predetermined shape from a quartz glass ingot; a mounting table provided on the bottom part of the tray and on which the quartz glass ingot is placed , and the quartz glass ingot is placed on the periphery of the upper surface of the placing table on which the quartz glass ingot is placed. It is characterized in that an inclined surface is formed that slopes downward in the vertical direction, which is the direction in which gravity acts, with respect to the upper surface .
Note that this mounting table may be provided separately from the bottom of the molding tray, or may be provided integrally with the bottom of the molding tray.
また、前記載置台に形成された傾斜面の前記載置台の上面の外方延長線に対する傾斜角は、30°以上90°未満であることが望ましい。
なお、前記石英ガラスインゴットを前記載置台に載置した状態で、前記石英ガラスインゴットの下端面は部分的に前記傾斜面の上方に位置してもよい。
Further, it is preferable that the angle of inclination of the inclined surface formed on the mounting table with respect to the outward extension of the upper surface of the mounting table is 30° or more and less than 90°.
Note that in a state where the quartz glass ingot is placed on the mounting table, the lower end surface of the quartz glass ingot may be partially located above the inclined surface.
また、前記傾斜角が45°以上75°以下であり、前記成型用受け皿の底面部内側の一辺の長さYと前記載置台の上面の一辺もしくは直径の長さTの比、Y:Tが8:5~8:6であり、更に、前記載置台の傾斜面の外周端から前記成型用受け皿の側面部までの長さをd3とした際の前記Tとの比、T:d3が1:0.12~0.28であることが望ましい。 Further, the inclination angle is 45° or more and 75° or less, and the ratio of the length Y of one side inside the bottom part of the molding tray to the length T of one side or diameter of the upper surface of the mounting table, Y:T is 8:5 to 8:6, and furthermore, when the length from the outer peripheral end of the inclined surface of the mounting table to the side surface of the molding tray is d3, the ratio of T: d3 is 1. : Desirably 0.12 to 0.28.
また、前記課題を解決するためになされた本発明に係る加熱成型装置は、前記加熱成型治具と、前記加熱成型治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を特徴とする。 Further, a heat forming apparatus according to the present invention, which has been made to solve the above problems, includes the above-mentioned heat-forming jig, a heating furnace that houses the heat-forming jig, and a quartz glass ingot that is housed in the heating furnace. and a heater for heating.
また、前記課題を解決するためになされた本発明に係る加熱成型方法は、前記加熱成型治具と、前記加熱成型治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加熱成型装置を用い、前記加熱成型治具の載置台に石英ガラスインゴットを載置し、前記ヒータで加熱することで石英ガラスインゴットを軟化させ、前記成型用受け皿によって、石英ガラスインゴットから所定形状の石英ガラス成型体を形成することを特徴とする。 Further, the heat forming method according to the present invention, which has been made to solve the above problems, includes the above-mentioned heat-forming jig, a heating furnace for accommodating the above-mentioned heat-forming jig, and a quartz glass ingot housed in the heating furnace. A quartz glass ingot is placed on the mounting table of the heating molding jig, and the quartz glass ingot is softened by heating with the heater, and the quartz glass ingot is heated by the heater. A quartz glass molded body having a predetermined shape is formed from a quartz glass ingot using a receiving tray.
本発明によれば、成型用型内で石英ガラスインゴットを加熱軟化させて変形して成型した石英ガラス成型体において屈曲脈理の発生を抑制できる、加熱成型治具及び加熱成型装置並びに加熱成型方法を得ることができる。 According to the present invention, a heating molding jig, a heating molding device, and a heating molding method are capable of suppressing the occurrence of bending striae in a quartz glass molded body that is formed by heating and softening a quartz glass ingot in a mold for deformation. can be obtained.
以下、本発明にかかる実施形態を図1乃至図7に基づいて説明する。尚、図1乃至図7は、説明のために装置及び治具の形状を模式的に表したものである。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described based on FIGS. 1 to 7. Note that FIGS. 1 to 7 schematically represent the shapes of the apparatus and the jig for the purpose of explanation.
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、加熱成型治具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。加熱成型治具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型体を形成するための治具である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a
The heating furnace 2 houses a
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、胴部X1は円柱状または角柱形状に形成され、その上端部X2は、徐々に径が増す曲面形状、または斜面形状に形成されている。また下端面X3は平坦面に形成されている。 The quartz glass ingot X is manufactured by, for example, subjecting a silica raw material such as silicon tetrachloride to a hydrolysis reaction and depositing glass particles on a target, and the body part X1 is formed in a cylindrical or prismatic shape, and its upper end The portion X2 is formed in a curved shape or a sloped shape whose diameter gradually increases. Further, the lower end surface X3 is formed as a flat surface.
即ち、石英ガラスインゴットXは、円柱形状または角柱形状で上端部が曲面状または斜面状の凸状形状で、下端部が水平面である。図1に示すように、受け皿Pの底面部P1に載置台10が配置され、その上面に石英ガラスインゴットXの下端面(底面)X3が載置される。この下端面X3は、石英ガラス成型体として要求される平面度が得られる程度に、厳密に水平の面出しがなされている。 That is, the quartz glass ingot X has a cylindrical or prismatic shape with an upper end having a curved or inclined convex shape, and a lower end having a horizontal surface. As shown in FIG. 1, a mounting table 10 is arranged on the bottom surface P1 of the receiving tray P, and the lower end surface (bottom surface) X3 of the quartz glass ingot X is placed on the upper surface thereof. This lower end surface X3 is precisely leveled horizontally to the extent that the flatness required for a quartz glass molded body can be obtained.
次に、この加熱成型装置1に収納される加熱成型治具3の構成について、図1乃至図4に基づいて説明する。尚、図2は加熱成型装置1の内側の平面図であり、図3は載置台10の斜視図である。また、図4は、加熱成型治具及びそれに載置された石英ガラスインゴットの一部拡大側面図である。
Next, the configuration of the
この加熱成型治具3は、少なくとも、成型用受け皿Pと、成型用受け皿Pの底面部に配置される載置台10を備えている。ここでは、成型用受け皿Pと載置台10が別体の場合について説明するが、成型用受け皿の底面部の上側に載置台を、一体に形成したものであっても良い。
前記成型用受け皿Pの上縁部に載置される第一の支持体5(5A、5B)と、第1の支持体5上に載置される筒状の第二の支持体6とを備えている。
This
A first support 5 (5A, 5B) placed on the upper edge of the molding tray P, and a cylindrical
第一の支持体5は、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。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。
The
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成型体を成型するための型であり、この成型用受け皿Pは、底面部P1及び側面部P2を有し、平面視上、例えば図2に示すように矩形形状に形成されている。この成型用受け皿Pは、基本的には成型後の石英ガラス成型体の形状を規定する型であるが、底面部P1上に載置された載置台10の上面と、側面部P2とによって型が形成される。 The molding tray P is a mold for molding a quartz glass molded body of a predetermined shape from the quartz glass ingot As shown in FIG. 2, it is formed into a rectangular shape. This molding tray P is basically a mold that defines the shape of the quartz glass molded body after molding, but the mold is formed by the upper surface of the mounting table 10 placed on the bottom surface P1 and the side surface P2. is formed.
具体的には、石英ガラスインゴットXを載置台10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)、石英ガラス成型体は載置台10上面と受け皿側面部P2とによって成型される。 Specifically, when the quartz glass ingot X is placed on the mounting table 10 and the quartz glass ingot It is molded by.
載置台10は、図3に示すように、全体は平面矩形状の板であり、平坦な第1の上面10aと、その周縁の四辺にそれぞれ形成された傾斜面10bと、傾斜面10bの下端部に形成された平坦な第2の上面10cを有している。
ここでは、図3に示すように、石英ガラスインゴットXの円形の下端面X3は、載置台10の第1の上面10aにすべて接した状態で載置されている態様を示している。
尚、石英ガラスインゴットXの径が第1の上面10aよりも大きく、下端面X3の外周部が部分的に載置台10の傾斜面10b上方に突出した状態(浮いた状態)で載置される場合もある。
As shown in FIG. 3, the mounting table 10 is a flat rectangular plate as a whole, and includes a flat first
Here, as shown in FIG. 3, the circular lower end surface X3 of the quartz glass ingot X is placed in a state in which it is entirely in contact with the first
The diameter of the quartz glass ingot X is larger than the first
図4に示すように、石英ガラスインゴットXの底部における直径をL、成型 用受け皿の底面部内側の一辺の長さをY、載置台の第1の上面10aの一辺の長さをT、石英ガラスインゴットXの外周面と第1の上面10aの外縁部との距離をd1とする。
石英ガラスインゴットXの外周面と第1の上面10aの外縁部との距離d1は、図3に示すように、第1の上面10aの角部において最も長く、第1の上面10aの外縁中央部において短くなる。
ここでは、石英ガラスインゴットXの外周面と第1の上面10aの外縁部との距離が最も短くなる、第1の上面10aの外縁中央部における、石英ガラスインゴットXの外周面と第1の上面10aの外縁部との距離をd1とする。
As shown in FIG. 4, the diameter at the bottom of the quartz glass ingot The distance between the outer peripheral surface of the glass ingot X and the outer edge of the first
As shown in FIG. 3, the distance d1 between the outer circumferential surface of the silica glass ingot becomes shorter at .
Here, the outer circumferential surface of the quartz glass ingot The distance from the outer edge of 10a is d1.
また、石英ガラスインゴットXの径が第1の上面10aよりも大きく、下端面X3の外周部が部分的に載置台10の傾斜面10b上方に突出した状態(浮いた状態)で載置される場合がある。そのときの石英ガラスインゴットXの外周面と第1の上面10aの外縁部との距離をd1(プラス方向)とする。
Further, the diameter of the quartz glass ingot X is larger than the first
また、石英ガラスインゴットXの外周面から載置台10の傾斜面10bの下端部まで距離(石英ガラスインゴットXの下端面X3に平行な径方向長さ)をd2、第2の上面10cの径方向長さ(傾斜面10bの外周端から受け皿Pの側面P2までの径方向長さ)をd3とする。
このd2も、d1と同様に、第1の上面10aの外縁中央部における、石英ガラスインゴットXの外周面と傾斜面10bの下端部の距離をd2とする。
同様にd3も、第1の上面10aの外縁中央部の延長線上の、第2の上面10cの径方向長さをd3とする。
In addition, the distance from the outer peripheral surface of the quartz glass ingot X to the lower end of the
Similarly to d1, d2 is the distance between the outer peripheral surface of the quartz glass ingot X and the lower end of the
Similarly, d3 is the radial length of the second
更に、載置台10の第1の上面10aの外方延長線(石英ガラスインゴットトXの下端面X3)に対する、傾斜面10bの傾斜角をθとする。これらのパラメータの好ましい態様については後述する。
Further, the angle of inclination of the
尚、図3において、載置台10の上面10aが矩形形状の例を示したが、本発明は、特にこれに限定されるものではなく、例えば、図5に示すように上面10aの形状を円形形状にしても良い。この場合における、前記載置台10の第1の上面10aの直径長さは、前記載置台10の上面10aの一辺の長さTと同義である。
また、成型用受け皿P及び載置台10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く、例えば、高純度のカーボン材が好適に用いられる。
Although FIG. 3 shows an example in which the
Further, the material of the molding tray P and the mounting table 10 is not particularly limited as long as it is a heat-resistant material that does not easily react with quartz glass. For example, a high-purity carbon material is preferably used.
ところで、図4に示すような傾斜面10bの形状として、頂点を有する1以上の段差があると、当該頂点部で変形したガラス中に気泡を巻き込む虞がある。本発明では、傾斜面10bの形状として、図4に示すような直線形状が好ましい。あるいは、なだらかな曲線形状(曲率半径の大きな曲線形状)でもよく、その場合のθは、曲線の始点と終点を結ぶ直線と上面10aがなす角度で決定される。
By the way, if the shape of the
また、傾斜面10bの面粗さは、加熱軟化した石英ガラスがスムーズに移動できる程度に滑らかな方が好ましい。
Further, it is preferable that the surface roughness of the
続いて、本発明にかかる加熱成型治具、加熱成型装置、加熱成型方法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Pの底面部P1に配置された載置台10の中心(第1の上面10a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P上に載置する。
Next, the functions of the hot molding jig, hot molding device, and hot molding method according to the present invention will be explained.
First, the quartz glass ingot X is placed in the molding tray P such that the center of the quartz glass ingot Place it on top.
脈理Cは公知の方法で観察でき、投影法やシュリーレン法が好適に用いられる。また、本発明における屈曲脈理C1とは、図9に示すように、石英ガラス成型体の端面を観察したときに、中央部から一方向に進展してきた脈理が、これと垂直な方向(縦方向)に向って巻き込んだ形状を指すものとする。特に、丸みを帯びた部分が90°に近くなっている形状が、その典型的な態様といえる。 The striae C can be observed by a known method, and the projection method or the Schlieren method is preferably used. Furthermore, as shown in FIG. 9, the bent striae C1 in the present invention refers to striae that have grown in one direction from the center when the end face of the quartz glass molded body is observed (in a direction perpendicular to this) ( It refers to a shape that is rolled up in the vertical direction. In particular, a typical shape is a shape in which the rounded portion is close to 90°.
続いて、成型用受け皿Pの上縁部に、一対の第一の梁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5を形成する。
Subsequently, a pair of
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。
Next, the
石英ガラスインゴットXを加熱成型治具に載置した後、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、図6(a)に示すように石英ガラスインゴットXの下部から徐々に拡径し、石英ガラスは載置台10の傾斜面10bを介して、成型用受け皿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Xの高さ寸法が減少する。このとき、石英ガラスインゴットXの下端面X3は載置台10の傾斜面10bを伝って変形するため、傾斜面10bを持たない水平な面に沿って変形する従来の態様と比べて、石英ガラスインゴットXの下端面X3が受ける摩擦が少なくなり、屈曲形状に変化した脈理は、d3に流れ込むようになる。
その結果として、脈理の端部における屈曲で発生する屈曲脈理を効果的に防止することができる。
After placing the quartz glass ingot X on the heating molding jig, the quartz glass ingot X is heated and softened by the
As a result, bending striae that occurs due to bending at the ends of striae can be effectively prevented.
そして、図6(b)に示すように、石英ガラスインゴットX全体が、成型用受け皿P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型体が製造される。そして、石英ガラス成型体の底部を水平方向に切削して除去することにより、製品として加工が可能な形状が得られる。 Then, as shown in FIG. 6(b), after the entire quartz glass ingot X advances and is accommodated inside the molding tray P, it is cooled to produce a quartz glass molded body. Then, by horizontally cutting and removing the bottom of the quartz glass molded body, a shape that can be processed as a product is obtained.
以下、本発明の好ましい態様について説明する。まず、d1については、d1がマイナス方向に対して存在する、すなわち、石英ガラスインゴットXのLが第1の上面10aの外径より小さい場合は、軟化した石英ガラスインゴットXの底面部が上面10a(水平面)と接して移動する距離が存在し、本発明の効果をその分相殺する傾向がある。 Preferred embodiments of the present invention will be described below. First, regarding d1, if d1 exists in the negative direction, that is, if L of the quartz glass ingot There is a distance traveled in contact with the (horizontal plane), which tends to offset the effect of the present invention by that distance.
一方、d1がプラス方向に対して存在する、すなわち、図4に示すように、石英ガラスインゴットXのLが第1の上面10aの外径より大きい場合は、石英ガラスインゴットXの変形時、上面10a(水平面)との接触面積が減るので摩擦が減少し、d1がゼロもしくはマイナスの時と比較して、本発明の効果が損なわれる度合いは小さい。
しかしながら、d1がプラス方向に大きいと、石英ガラスインゴットXの載置時、または軟化状態での安定性に欠ける虞があること、載置台10の上面10aと石英ガラスインゴットXの中心のズレにより、石英ガラスインゴットXの外周全域の全ての箇所において均等に軟化と下降が進行することが保証されず、これも好ましいものとは言えない。
On the other hand, when d1 exists in the positive direction, that is, as shown in FIG. 4, when L of the quartz glass ingot Since the contact area with 10a (horizontal surface) is reduced, friction is reduced, and the effect of the present invention is less impaired than when d1 is zero or negative.
However, if d1 is large in the positive direction, there is a risk that the quartz glass ingot X may lack stability when placed or in a softened state, and the center of the quartz glass ingot X may be misaligned with the
上記を考慮すると、d1がプラス方向に対して存在する場合、d1の絶対値は、例えばLに対しては0.25倍を超えない、あるいは、100mm以下であると、実用上目立った不具合の発生を予防できるので、好ましいといえる。
更に言えば、前記d1の絶対値がLの0.05倍以上、0.25倍未満とすることが好ましい。
また、d1がマイナス方向に対して存在する場合、d1の絶対値は、例えばLに対しては0.36倍を超えない事が好ましい。
Taking the above into account, if d1 exists in the positive direction, the absolute value of d1 should not exceed 0.25 times L, or be 100 mm or less, to avoid noticeable defects in practical use. It can be said to be preferable because it can prevent the occurrence.
Furthermore, it is preferable that the absolute value of d1 is 0.05 times or more and less than 0.25 times L.
Further, when d1 exists in the negative direction, it is preferable that the absolute value of d1 does not exceed 0.36 times L, for example.
前記載置台10に形成された傾斜面10bの前記載置台の第1の上面10aの外方延長線に対する傾斜角θは、30°以上90°未満が好ましい。傾斜角θが30°未満では、上記したような脈理の屈曲低減効果が十分に得られない虞がある。
一方、傾斜角θを90°(垂直)にすると、軟化した石英ガラスインゴットXが急速に落下して変形が過大になる。また、石英ガラスインゴットXが急速に落下することにより気泡が生じ、石英ガラス成型体内に気泡が混入する不具合が生じる。
そのため、より好ましくは、傾斜角θが45°以上75°以下である。
The angle of inclination θ of the
On the other hand, when the inclination angle θ is set to 90° (vertical), the softened quartz glass ingot X falls rapidly and becomes excessively deformed. Moreover, air bubbles are generated due to the rapid fall of the quartz glass ingot X, resulting in a problem that the air bubbles are mixed into the quartz glass molded body.
Therefore, the inclination angle θ is more preferably 45° or more and 75° or less.
前記載置台の傾斜面の外周端から前記成型用受け皿の側面部までの長さd3があまり大きいと、成型完了後の石英ガラス成型体の底部の凹形状が過大になり、これを除去する量が多すぎて、製品として得られる部分が減少するので、好ましくない。好ましくは、d3は、成型用受け皿Pの一辺の長さに対して、3/50から3/16の範囲である。 If the length d3 from the outer circumferential end of the inclined surface of the mounting table to the side surface of the molding tray is too large, the concave shape of the bottom of the quartz glass molded body after molding is completed will be excessive, and the amount to be removed will be If there is too much, the amount of product obtained will decrease, which is not preferable. Preferably, d3 is in the range of 3/50 to 3/16 of the length of one side of the molding tray P.
また、傾斜角θを45°以上75°以下とし、成型用受け皿Pの底面部内側一辺の長さYと載置台10傾斜面の上面の一辺(もしくは直径)の長さTの比Y:Tは、8:5~8:6が好しく、さらには、Tを1とした時、d3を0.12~0.28の比とすることがより好しい。
前記傾斜角が45°以上75°以下であり、これにより、軟化させた石英ガラスインゴットの下端面X3がよりスムーズに載置台10の傾斜面10bを伝って変形し、上記屈曲脈理の発生をより効果的に防止できる。
In addition, the inclination angle θ is 45° or more and 75° or less, and the ratio of the length Y of one side inside the bottom part of the molding tray P to the length T of one side (or diameter) of the upper surface of the inclined surface of the mounting table 10 is Y:T. is preferably 8:5 to 8:6, and more preferably, when T is 1, d3 is a ratio of 0.12 to 0.28.
The inclination angle is 45° or more and 75° or less, so that the lower end surface X3 of the softened quartz glass ingot deforms more smoothly along the
さらに、上記屈曲脈理の発生防止効果を格段に高めるためには、図7に示すような加熱成型治具を用いることが好しい。すなわち、成型用受け皿Pの側面部P2において、載置10の第1の上面10aの位置と同等高さから上方に、外周に延びる凹部11を形成する。これにより、前記屈曲脈理C1をより確実に抑制することができる。
上記凹部11の外周への延伸長さをd4、垂直方向高さをd5とした場合、Yの長さ寸法を500mm~1500mmとし、比率をY:T:d3:d4:d5=8:5.5:1.25:0.2:0.4とすることで、石英ガラスインゴットXの変形の加減が最適化されるので、本発明の効果が最も効果的に発揮され、格別に好しい。
Furthermore, in order to significantly enhance the effect of preventing the occurrence of bending striae, it is preferable to use a hot forming jig as shown in FIG. That is, in the side surface P2 of the molding tray P, a
When the extension length of the
以上説明したように、本発明にかかる加熱成型治具、加熱成型装置、加熱成型方法にあっては、石英ガラスインゴットXは、周縁部に傾斜面10bを有する載置台10の第1の上面上に載置されるため、加熱による変形の際、水平方向の摩擦が小さくなるので、屈曲脈理の発生を防止または低減することができる。 As explained above, in the heat-forming jig, heat-forming device, and heat-forming method according to the present invention, the quartz glass ingot Since it is placed on the surface, horizontal friction is reduced during deformation due to heating, making it possible to prevent or reduce the occurrence of bending striae.
本発明に係る加熱成型治具、加熱成型装置、加熱成型方法について、実施例に基づきさらに説明する。 The heat molding jig, heat molding device, and heat molding method according to the present invention will be further explained based on Examples.
(共通条件)
四塩化ケイ素、水素ガス、酸素ガスを用いた公知の酸水素火炎溶融による方法で、底部の直径400mm、高さ900mm、重量約200kgの石英ガラスインゴットXを作製した。次に、図1に示すような加熱成型装置、及び、図2に示すような加熱成型冶具を用いて、上記の石英ガラスインゴットXを真空下で2000℃×1時間の加熱成型を行った後、放冷して、約800mm四方の石英ガラス成型体を得た。屈曲脈理の観察は、投影法により行った。
(Common conditions)
A quartz glass ingot X having a bottom diameter of 400 mm, a height of 900 mm, and a weight of about 200 kg was produced by a known oxyhydrogen flame melting method using silicon tetrachloride, hydrogen gas, and oxygen gas. Next, using a heat forming apparatus as shown in Fig. 1 and a heat forming jig as shown in Fig. 2, the above quartz glass ingot The mixture was allowed to cool to obtain a quartz glass molded body approximately 800 mm square. Observation of flexural striae was performed using a projection method.
(実施例1~3)
載置台として、図3に示すような上面10aが矩形状であって、図4に示すような載置台10を用いた。
このとき、成型用受け皿Pの一辺の長さYは800mmとし、載置台10の第1の上面10aの一辺の長さTは、500mm(実施例1)、550mm(実施例2)、600mm(実施例3)、また、第2の上面10cの径方向長さ(傾斜面10bの下端から受け皿Pの側面P2までの径方向長さ)をd3は、120mm(実施例1)、95mm(実施例2)、70mm(実施例3)であり、前記Y、前記T、前記d3のそれぞれの長さの比率は、各々、8:5:1.2(実施例1)、8:5.5:0.95(実施例2)、8:6:0.7(実施例3)とした。(Tを1とした時のd3の比は、各々、0.24(実施例1)、0.17(実施例2)、0.12(実施例3))ここで、傾斜面の傾斜角θは45°とした。
(Examples 1 to 3)
As the mounting table, a mounting table 10 as shown in FIG. 4, whose
At this time, the length Y of one side of the molding tray P is 800 mm, and the length T of one side of the first
加熱溶融後の石英ガラス成型体は、図6に示すように、載置台10の形状に倣って、外周部で下方向に30mm伸展した凹状部分が生じていた。次に、凹状部分を切断して厚さ120mmの四角ブロックを得た。実施例1、2及び3いずれにおいても、屈曲脈理は四角ブロック中に確認されず、凹状部分の上部に確認された。 As shown in FIG. 6, the quartz glass molded body after heating and melting had a concave portion extending downward by 30 mm at the outer periphery, following the shape of the mounting table 10. Next, the concave portion was cut to obtain a square block with a thickness of 120 mm. In any of Examples 1, 2, and 3, bending striae were not observed in the square block, but were observed above the concave portion.
(実施例4)
傾斜面の傾斜角θを60°とし、これに伴いd3の値が133mmに変更された以外は、実施例1と同様にした。
加熱溶融後の石英ガラス成型体は、実施例1と同様に、載置台10の形状に倣って凹状部分を有していた。屈曲脈理は四角ブロック中に確認されず、凹状部分の中部に確認された。
(Example 4)
Example 1 was carried out in the same manner as in Example 1, except that the inclination angle θ of the inclined surface was set to 60° and the value of d3 was accordingly changed to 133 mm.
The quartz glass molded body after heating and melting had a concave portion following the shape of the mounting table 10, as in Example 1. Flexural striae were not observed in the square block, but were observed in the middle of the concave area.
(実施例5)
傾斜面の傾斜角θを75°とし、これに伴いd3の値が142mmに変更された以外は、実施例1と同様にした。
加熱溶融後の石英ガラス成型体は、実施例1と同様に、載置台10の形状に倣って凹状部分を有していた。屈曲脈理は四角ブロック中に確認されず、凹状部分の下部に確認された。
(Example 5)
Example 1 was carried out in the same manner as in Example 1, except that the inclination angle θ of the inclined surface was set to 75° and the value of d3 was accordingly changed to 142 mm.
The quartz glass molded body after heating and melting had a concave portion following the shape of the mounting table 10, as in Example 1. Flexural striae were not confirmed in the square block, but were confirmed in the lower part of the concave part.
(比較例1)
図4に示すような載置台10は用いず、図8に示すような、全面が平らな板の上に合成石英ガラスインゴットXを載置した。それ以外の条件は実施例1同様にした。その結果、下部は平らな石英ガラス成型体となり、かつ、外周部に屈曲脈理が確認された。
(Comparative example 1)
The synthetic silica glass ingot X was placed on a plate whose entire surface was flat as shown in FIG. 8, without using the mounting table 10 as shown in FIG. Other conditions were the same as in Example 1. As a result, the lower part was a flat quartz glass molded body, and bending striae were confirmed on the outer periphery.
(実施例6)
傾斜面の傾斜角θを15°とし、これに伴いd3の値が38mmに変更された以外は、実施例1と同様にした。
その結果、屈曲脈理は四角ブロック中最端部に確認され、凹状部分には確認されなかった。
(Example 6)
Example 1 was carried out in the same manner as in Example 1, except that the inclination angle θ of the inclined surface was set to 15° and the value of d3 was accordingly changed to 38 mm.
As a result, bending striae were confirmed at the extreme end of the square block, but not in the concave portion.
(実施例7)
傾斜面の傾斜角θを90°とし、これに伴いd3の値が150mmに変更された以外は、実施例1と同様に実験した。
その結果、石英ガラス成型体の底板と載置台10との間にできたクリアランスで、石英ガラス成型体中最端部に気泡が生じた。屈曲脈理は四角ブロック中に確認されず、凹状部分の基部に確認された。
上記実験例1及び2は、製造歩留りが劣るものの、上記最端部を切り落とすことにより、上記実施例と同等の四角ブロックとすることができた。
(Example 7)
The experiment was carried out in the same manner as in Example 1, except that the inclination angle θ of the inclined surface was 90° and the value of d3 was accordingly changed to 150 mm.
As a result, air bubbles were generated at the end of the quartz glass molded body due to the clearance created between the bottom plate of the quartz glass molded body and the mounting table 10. Flexural striae were not observed in the square block, but were observed at the base of the concave portion.
In Experimental Examples 1 and 2, although the manufacturing yield was inferior, by cutting off the extreme end, a square block equivalent to that of the above Example could be obtained.
以上の通り、本発明の実施形態にあるものは、得られた石英ガラス成型体のうち、製品として用いられる箇所に屈曲脈理の発生(あるいは気泡の混入)が生じていなかった。このことから、本発明は、従来方法ではなかなか解決できなかった屈曲脈理の発生を、より効果的に抑制できることを確認した。 As described above, in the embodiments of the present invention, bending striae (or air bubbles) did not occur in the portions of the obtained quartz glass molded bodies used as products. From this, it was confirmed that the present invention can more effectively suppress the occurrence of flexural striae, which has been difficult to solve with conventional methods.
1 加熱成型装置
2 加熱炉
3 加熱成型治具
4 ヒータ
5 第一の支持体
6 第二の支持体
10 載置台
10a 第1の上面
10b 傾斜面
10c 第2の上面
C 脈理
C1 屈曲脈理
P 成型用受け皿
X 石英ガラスインゴット
L 石英ガラスインゴットXの直径
1 Heat forming device 2
Claims (5)
前記成型用受け皿の底面部上に設けられるとともに前記石英ガラスインゴットが載置される載置台と、
を備え、
前記載置台の石英ガラスインゴットが載置される上面の周縁には、前記石英ガラスインゴットが載置される前記上面を基準として、重力の作用方向である鉛直方向下向きに傾斜する傾斜面が形成されていることを特徴とする加熱成型治具。 a molding tray that has a bottom part and a side part and forms a quartz glass molded body of a predetermined shape from a quartz glass ingot;
a mounting table provided on the bottom surface of the molding tray and on which the quartz glass ingot is placed;
Equipped with
The periphery of the upper surface of the mounting table on which the quartz glass ingot is placed is formed with an inclined surface that slopes downward in the vertical direction, which is the direction in which gravity acts, with reference to the upper surface on which the quartz glass ingot is placed. A heat molding jig characterized by:
前記成型用受け皿の底面部内側の一辺の長さYと前記載置台の上面の一辺もしくは直径の長さTの比、Y:Tが8:5~8:6であり、
更に、前記載置台の傾斜面の外周端から前記成型用受け皿の側面部までの長さをd3とした際の前記Tとの比、T:d3が1:0.12~0.28であることを特徴とする請求項2に記載された加熱成型治具。 The inclination angle is 45° or more and 75° or less,
The ratio of the length Y of one side inside the bottom part of the molding tray to the length T of one side or diameter of the upper surface of the mounting table, Y:T is 8:5 to 8:6,
Further, when the length from the outer peripheral end of the inclined surface of the mounting table to the side surface of the molding tray is d3, the ratio of T: d3 is 1:0.12 to 0.28. The hot molding jig according to claim 2, characterized in that:
前記加熱成型治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を特徴とする加熱成型装置。 The heat molding jig according to any one of claims 1 to 3,
a heating furnace that houses the heating molding jig;
a heater that is housed in the heating furnace and heats the quartz glass ingot;
A thermoforming device comprising at least the following.
前記加熱成型治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加熱成型装置を用い、
前記加熱成型治具の載置台に石英ガラスインゴットを載置し、前記ヒータで加熱することで石英ガラスインゴットを軟化させ、前記成型用受け皿によって、石英ガラスインゴットから所定形状の石英ガラス成型体を形成することを特徴とする加熱成型方法。
The heat molding jig according to any one of claims 1 to 3,
a heating furnace that houses the heating molding jig;
a heater that is housed in the heating furnace and heats the quartz glass ingot;
Using a heat molding device equipped with at least
A quartz glass ingot is placed on the mounting table of the heating molding jig, the quartz glass ingot is softened by heating with the heater, and a quartz glass molded body of a predetermined shape is formed from the quartz glass ingot using the molding tray. A heat molding method characterized by:
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