JPH08338Y2 - 石英ガラスの成型装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本考案は、炭素または黒鉛からなる鋳型中で石英ガラ
ス素塊を熱間加圧成型を行う装置に係り、特に鋳型内に
収容した石英ガラス素塊の上下両面側に配した一対の押
圧部を介して前記素塊に押圧力を付勢しながら高温雰囲
気下で所望形状に塑性変形を行う成型装置に関する。

「従来の技術」 天然石英ガラス又は珪素化合物の熱分解−加水分解反
応により製造される合成石英は、一般的に塊状体として
取得される為に、この製品化については鋳型中で加熱加
圧しながら塑性変形を生ぜしめ、所望形状に成型する事
が必要とされるが、かかる成型装置に使用する鋳型は、
耐熱性、熱的安定性、耐衝撃性の面より、又石英ガラス
との反応性の面より、更には加工性や切削性の面より炭
素又は黒鉛製材料を用いて形成されている。

「考案が解決しようとする課題」 しかしながら前記炭素又は黒鉛製材料を用いて鋳型を
形成した場合においても該鋳型中に含まれる金属不純物
等が前記加熱加圧成型中に素塊中に侵入して汚染されて
しまい、この結果かかる汚染された成型体に紫外線を照
射すると青色〜緑色の蛍光を発し特に波長400mm以下の
紫外線を用いる光学用素材として全く使用できなかっ
た。この為従来は、前記鋳型と接触した部分を大幅に削
り込んで蛍光を発する部分を除去して前記紫外線用の光
学素材として商品化していた為、製造コストが大幅にア
ップしてしまうという欠点を有していた。

本考案はかかる従来技術の欠点に鑑み、前記加熱加圧
成型時に鋳型（押圧部を含む）側から汚染され、蛍光を
発生させる度合を極力少なくし、結果として製造コスト
の大幅低減を図った石英ガラスの成型装置を提供する事
を目的とする。

「課題を解決しようとする手段」 本考案は、例えば第１図に示すように石英ガラス素塊
20周囲を囲繞する型枠11と、石英ガラス素塊20に押圧力
を付勢する為にその上下両面側に位置する一対の押圧部
12、13からなる鋳型10を有する成型装置１において、少
なくとも前記押圧部12、13と素塊20との間に、石英ガラ
ス製板状部材14、15を介在させた成型装置１を提案す
る。

この場合、前記押圧部12、13はその全てが必ずしも型
枠11と別体に構成されているものではなく、特に下面側
に位置する押圧部12は型枠11と一体的に形成する場合が
ある。

「作用」 前記炭素又は黒鉛製の鋳型10を用いて成型した場合、
該鋳型10中に含まれる金属不純物等が前記成型中に素塊
20中に侵入して汚染されてしまう事は前述した通りであ
る。

しかしながらその汚染の程度は必ずしも一律ではな
く、下記のように異なる。

即ち先ず前記押圧部12、13と素塊20間は、素塊20に加
圧力を付勢する為に成型時常に圧接状態にあり、一方型
枠11内周面と素塊20間は、ほぼ成型完了時点で始めて接
触するものである為に、該素塊20の汚染程度は前記接触
時間に比例して素塊20周面より上下両面の方が著しく、
且つその中でも特に成型前の素塊20外径と対応する上下
両面中央部の汚染が著しい。

この為本考案においては、前記板状部材14、15を前記
一対の押圧部12、13と素塊20との間に介在させる事を主
眼とするものである。

勿論前記板状部材は、前記一対の押圧部12、13と型枠
11を含む鋳型10の内壁面全てに介在させてもよく、この
場合も本考案の技術的範囲に含まれるが、このように構
成すると鋳型10内部空間が挟小化しこの為所定の成型空
間を得る為に鋳型10自体を大型化させる必要が生ずる。

従ってかかる技術手段によれば、高温加熱により前記
押圧部12、13で発生した不純物は、直接接触している石
英ガラス製の板状部材14、15で吸収される為に、素塊20
まで達する事なく、而も該板状部材14、15は石英ガラス
で形成されている為に二次汚染が生じる事もない。

この場合において、前記石英ガラス製板状部材14、15
の表層又は内部に、前記石英ガラス素塊20と対面する面
方向（水平方向）に沿って気泡層16を形成しておく事に
より前記二次汚染の一層の阻止と成型時におる板状部材
14、15自体の変形程度を抑える事が出来、好ましい。

そしてこのような気泡層16を前もって形成したものを
用いてもよく、又むく状の石英ガラス製板部材を用いて
成型した場合においても、該素塊20に接する表面部位に
気泡層16が形成出来、実質的に気泡層を有する場合とほ
ぼ同等の効果を得る事が出来る。

又前記板状部材14、15は、前記素塊20と同一材料で形
成してもよいが、純度の低い材料で形成した場合におい
ても前記汚染阻止が十分可能である。

特に前記素塊20が合成石英ガラスの場合において、天
然石英ガラスやOH基の少ない材料、又はAlイオンの多い
材料を用いて板状部材14、15を形成する事により、石英
ガラス素塊20より軟化点を高くする事が出来、これによ
り好ましい成型が可能となるとともに、その分変形程度
を抑制する事が出来、多数回の再使用が可能となる。

又前記板状部材14、15は型枠11内径と同等の外径をも
って形成してもよく、又僅かに小に形成しても成型時の
変形により拡径される為に特に問題とならない。

「実施例」 以下、図面を参照して本考案の好適な実施例を例示的
に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構
成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特
定的な記載がない限りは、この考案の範囲をそれのみに
限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

第２図は、本考案を実施するための成型装置１の全体
概略図を示し、同図において、１は真空ポンプ２が連結
された真空炉で、該炉壁内側に断熱材３を囲繞させると
ともに、ガラス導入口４より断熱材３に囲まれた内部空
間に不活性ガスが導入可能に構成されている。

そして前記内部空間には、上面に鋳型10台5aが固設さ
れた台座５が立設されており、該鋳型10台5a上に石英ガ
ラス塊が収容された鋳型10を載置可能に構成するととも
に、該鋳型10と台座５の周囲に黒鉛製のヒータ６を囲設
し、前記鋳型10内の石英ガラス塊８を均一加熱可能に構
成する。

前記鋳型10は第１図及び第３図に示すように円筒状黒
鉛製型枠11と、黒鉛製底板12と押蓋として機能する黒鉛
製の上板13からなる。

次にかかる成型装置１を用いて下記の要領で成型を行
った。

［比較例１］ 先ず第３図に示すように、直径120mm、長さ250mm縦長
の四塩化ケイ素を原料とする合成石英ガラス素塊20を直
接、内径が200mmの鋳型10′の底板上に収容した後、そ
の上面に上板を載せる。次いで、かかる鋳型10等を真空
炉内の鋳型10台5a上にセットして真空引きした後不活性
ガスを封入し、その後、ヒータにより加熱し、約1700〜
1800℃前後の温度を所定時間維持しながら加熱加圧成型
を行う。その後ヒーターを切って室温まで自然放冷した
後炉内を大気圧に戻して炉内より取り出された鋳型10′
より第３図及び第４図に示すような成型体25′が得られ
た。

かかる成型体25′に紫外線を照射して蛍光の様子を検
査したところ第４図に示すように外面全域に蛍光が現
れ、特に底部と上部中央付近の蛍光が特に強かった。

そこで前記蛍光が発生しない部分まで、具体的には底
部を15mm,上部を10mm、外周部を5mm研削し蛍光発生部分
を削り込んだ所、その製品26′は元の成型体25′に比較
してその容積比が65％に低下してしまった。

［比較例２］ 次に前記素塊20と同一材料にて、前記鋳型10内径とほ
ぼ同径にして肉厚が15mm程度の円板状部材14、15を形成
し、該円板状部材14、15を前記素塊20と上板12間及び底
板13間に夫々介在させて前記と同様な方法で成型を行っ
た所、底面側は問題なかったが上面側の円板状部材14、
15が上板12よりの押圧力により、周縁部が中央側に比し
て厚肉に変形してしまい、これに対応して成型体25′も
中央部が隆起した凸弧状の形状となってしまった。

［実施例１］ そこで前記変形に対する逃げを設ける為に、第１図に
示すように石英ガラス素塊20の上面側に配した前記円板
状部材14を前記鋳型10内径寸法より10〜20％程度小に設
定して前記と同様な成型を行った所、成型後においては
前記上板12側に位置するた前記円板状部材14が前記鋳型
10内径寸法とほぼ同等まで拡径したが、ほぼ平面状を維
持し、これにより成型体25も円筒形のものが取得出来
た。

次にかかる成型体25を観察してみると前記円板状部材
14、15と接している上下両面側に僅かに気泡層が形成さ
れていた為これを研削により除去した後、紫外線を照射
して蛍光の様子を検査したところ上下両面側には蛍光が
何等発生せず外周部にのみ蛍光を発生していたので、円
筒研削により5mm程度削り落した所蛍光の発生はみられ
なくなった。

その際の容積損失は素の成型体25に比較して85％と前
記従来に比較して大幅な改善がみられた。

［実施例２］ 次にOH基が少なく且つ軟化点が前記素塊20を形成する
合成石英ガラス（軟化点:1600℃）に比較して100℃以上
も高く設定した透明天然石英ガラスを用い（軟化点:173
0℃）て、前記鋳形10内径とほぼ同径にして肉厚が15mm
程度の円板状部材14、15を形成し、該円板状部材14、15
を前記素塊20と上板12間及び底板13間に夫々介在させて
前記と同様な方法で成型を行った所、前記比較例２のよ
うに上面側の円板状部材14が変形する事なく、上下両面
とも平面状の円筒成型体25が得られた。

かかる成型体25においても上下両面側に僅かに形成さ
れた気泡層を研削により除去した後、円筒研削により外
周部のみ5mm程度削り落して蛍光の発生を確認した所、
蛍光の発生はみられなかった。そしてその容積損失は前
記実施例１とほぼ同様に85％程度であった。

［実施例２′］ 次に前記実施例２に記載の円板状部材14、15の肉厚を
5mmに薄肉化して同様の実験を行って成型体25を取得し
た後、該成型体25は上下両面側に僅かに形成された気泡
層を研削により除去しても、尚上下両面に蛍光の発生が
見られ、この為該上下両面を外周部とともに、5mm程度
削り落して、蛍光の発生部分を除去した。この為前記容
積損失は比較例よりは数段大であるが、前記実施例１よ
り５〜10％低下し75〜80％程度になってしまった。

［実施例３］ そこで前記実施例２に記載の円板状部材14、15の肉厚
を5mmに薄肉化するとともに、第５図に示すように内部
に気泡16入の円板状部材14、15を用いて同様の実験を行
って成型体25を取得した所、該成型体25は上下両面側に
僅かに形成された気泡層を研削により除去する事により
蛍光の発生が完全に解消され、この為前記実施例２と同
様に外周部のみを5mm程度削り落す事により蛍光の発生
が除去された。この為前記容積損失は85％程度に復帰し
た。

［実施例４］ 次に前記実施例２と３で使用した円板状部材14、15を
用いて再度成型を行った所、ほぼ同様な効果が得られ、
再現性のある事が確認された。

「考案の効果」 以上記載した如く本考案によれば、石英ガラス素塊と
鋳型を構成する１部又は全部の対峙面側に石英ガラス製
の板状部材を介在させた為に、該素塊が鋳型と直接接触
する部位を軽減又は解消する事が出来、この結果蛍光を
発する部分の削り込み量を軽減して、歩留まりの大幅向
上を図る事が出来る。

更に本考案は前記板状部材と石英ガラス素塊の間に気
泡層を介在させる事により前記効果が一層達成される。

等の種々の著効を有す。

【図面の簡単な説明】

第２図は本考案を実施するための成型装置の全体概略図
を示す。 第１図は本考案の要部構成たる鋳型と該鋳型を用いた成
型手順を示す作用図である。第５図は本考案の実施例に
係る気泡入の石英ガラス製板状部材を示す切欠斜視図で
ある。 第３図は従来技術における鋳型の断面形状を示す断面
図、第４図は該鋳型から成型される成型体の成型後の加
工工程を示す斜視図である。 20:石英ガラス素塊、10:鋳型、11:型枠、12,13:押圧部
（上板，底板）、14,15:石英ガラス製板状部材

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】鋳型内に収容した石英ガラス素塊の上下両
   面側に位置する一対の押圧部を介して前記素塊に押圧力
   を付勢しながら高温雰囲気下で加熱加圧成型を行う成型
   装置において、 少なくとも前記一対の押圧部と素塊との間に、肉厚を５
   〜15mm前後に設定した石英ガラス製板状部材を介在させ
   た事を特徴とする石英ガラスの成型装置
2. 【請求項２】鋳型内に収容した石英ガラス素塊の上下両
   面側に位置する一対の押圧部を介して前記素塊に押圧力
   を付勢しながら高温雰囲気下で加熱加圧成型を行う成型
   装置において、 少なくとも前記一対の押圧部と素塊との間に石英ガラス
   製板状部材を介在させるとともに、該石英ガラス製板状
   部材の表層又は内部に、前記石英ガラス素塊と対面する
   面方向に沿って気泡層を形成した事を特徴とする成型装
   置
3. 【請求項３】鋳型内に収容した石英ガラス素塊の上下両
   面側に位置する一対の押圧部を介して前記素塊に押圧力
   を付勢しながら高温雰囲気下で加熱加圧成型を行う成型
   装置において、 少なくとも前記一対の押圧部と素塊との間に、肉厚を５
   〜15mm前後に設定した石英ガラス製板状部材を介在させ
   るとともに、前記石英ガラス製板状部材が、天然石英ガ
   ラス、又は前記素塊よりOH基の少ない石英ガラス材、若
   しくは前記素塊よりAlイオンの多い石英ガラス材を用い
   て形成された板状部材である事を特徴とする成型装置。