JPS632421Y2 - - Google Patents

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JPS632421Y2
JPS632421Y2 JP15922284U JP15922284U JPS632421Y2 JP S632421 Y2 JPS632421 Y2 JP S632421Y2 JP 15922284 U JP15922284 U JP 15922284U JP 15922284 U JP15922284 U JP 15922284U JP S632421 Y2 JPS632421 Y2 JP S632421Y2
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quartz glass
mold
molding
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outer cylinder
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Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の技術分野〕 本考案は、天然もしくは合成石英ガラスのイン
ゴツトを加熱加圧することによつて所望の形状に
成形するのに適した成形型に関するものである。
特に本考案は、ハロゲン化ケイ素を原料として
気相法によつて得られる円柱状の合成石英ガラス
インゴツトを加熱加圧成形してフオトマスク基板
に適する角柱状の大型石英ガラスブロツクを歩留
よく製造する方法に関するものである。
〔従来技術及びその問題点〕
合成石英ガラスの製造方法の1つとして従来よ
り知られている気相反応法による石英ガラスの製
造方法はバーナーから各種原料ガスを石英ガラス
製造用種棒に流出させ、珪素化合物を酸水素炎中
で加水分解して鉛直に懸下された種棒に該種棒を
回転させるからシリカ粒子を堆積させて順次成長
させて多孔質母材を成長させ、これを加熱処理し
てガラス化する方法である。このようにして、製
造された大口径の合成石英ガラスは、低熱膨脹率
で光学特性に優れているため、各種レンズ、プリ
ズム、半導体用炉心管、ボート、ルツボ、デイス
プレイ、フオトマスク用等の新しい材料として期
待されている。
一般に上記した気相法によつて得られる合成石
英ガラスのインゴツトはその製造方法上ほぼ円柱
状である。フオトマスク基板の如き正方形の石英
ガラス板を円柱状のインゴツトから得ることは、
切断等による材料の損失が大きいので、上記した
円柱状の合成石英ガラスのインゴツトを断面が正
方形の角柱状のブロツクに加熱・加圧成形して、
この角柱状のブロツクをスライスして石英ガラス
板を得るのが得策である。このように、石英ガラ
スの円柱状インゴツトを加熱・加圧成形して角柱
状のインゴツトを製造する場合、グラフアイト製
の成形型が一般に用いられるが、石英ガラスとグ
ラフアイトの熱膨張係数が大きく異なる(線膨張
係数は石英ガラスが5〜6×10-7/℃グラフアイ
トが2〜6×10-6/℃)ために高温での成形の
後、室温まで温度を下げることにより発生する石
英ガラスとグラフアイトの収縮の差を逃がしてや
る必要がある。収縮の差を逃がし切れない場合に
は、石英ガラスにもグラフアイトにも不必要な応
力が加わり、時には石英ガラスにクラツクが入り
製品としては供し得ず、またグラフアイトに加わ
る引張応力は成形型の破損をも招くことがある。
〔考案の目的及び概要〕
本考案は成形型の材料であるグラフアイト製の
外筒及び底板と石英ガラスの熱膨張係数が大きく
異なることにより、高温での成形の後室温まで温
度を下げる際に特にグラフアイトに発生する応力
を緩和し、成形型の破損を防止し、更に縦長の石
英ガラスのインゴツトを寸法精度良く、かつクラ
ツク等を生ぜずに成形することができる成形型を
提供することを目的として検討の結果考案された
ものであり、その要旨は底板を有する外筒の内壁
に沿つて、クツシヨン材を介して所望形状の柱状
の成形室が形成されるように縦割型を複数を配設
してなる石英ガラスのインゴツトを高温加圧成形
して所望形状の石英ガラスブロツクに成形するた
めの石英ガラスの成形型に関するものである。
〔考案の構成〕
以下、本願考案を図面に従つて説明する。第1
図は本考案の石英ガラスの成形型の一部透視斜視
図であり、第2図は第1図のA−A′線断面図、
第3図は第1図のB−B′線断面図である。図に
おいて、1は外筒、2は縦割型、3はクツシヨン
材、4は底板、5は成形前の石英ガラスのインゴ
ツト、6は押棒、7は成形室、8は成形型を示
す。
外筒1は、例えば円筒状、略円筒状、楕円筒状
あるいは角筒状の形状の外形と内壁形状を有し、
その底には石英ガラスのインゴツト5の底面より
大面積の底板4が取付けられている。この外筒1
の内部の内壁に沿つて複数個の縦割型2が配さ
れ、これら縦割型2のそれぞれの内壁面によつて
所望の成形形状の石英ガラスのインゴツトを置く
ことができる成形室7が形成されている。又縦割
型2の組み合せ体の外壁面の形状は外筒1の内壁
構造とほぼ一致するように設計され、縦割型2組
み合せ体の外壁と外筒1の内壁との間には間隙が
形成され、この間隙にはクツシヨン材3が設けら
れている。図示した成形型8は、4つの縦割型2
が組み合された時、その外周が外筒1の内周をほ
ぼ一致するような円形状にそれぞれ外壁が設計さ
れたものであり、又4つの縦割型2の内壁の組み
合せによつて断面形状が四角形の角柱の成形室7
が形成させるように設計されたものである。図示
した成形型8は4つの縦割型2を組み合せたもの
であるが、3つの縦割型を組み合せて、あるいは
5つ以上の縦割型を組み合せて、それらの外壁の
組み合せ面が外筒の内周とほぼ一致する形状にさ
れ、かつそれらの内壁の組み合せ面が所望の断面
形状の角柱の成形室を形成するようにしてもよ
い。
又、図示した成形型は、円柱状の石英ガラスの
インゴツトを高温加圧成形して角柱状の石英ガラ
スのブロツクが得られるように各縦割型の内壁の
組み合せ面が四角形の断面形状を有する角柱状の
成形室となるようにしたものであるが、各縦割型
の内壁の組み合せ面を所望の形状の成形石英ガラ
スブロツクが得られるように、例えば円柱状、五
角形状、六角形状等の成形石英ガラスが得られる
ように設計してもよい。
上記した成形型8の材質としては、耐熱性があ
り、低膨脹性であり、寸法精度に優れ、耐圧性に
も優れ、成形する石英ガラスとの反応も少なく、
又、すべり性の良い材質であるグラフアイト、
SiC、ZrO2などが最適である。
本考案においては、石英ガラスの成形後、高温
から室温までに縦割型7を冷却する際に、石英ガ
ラス5と成形型の外筒1の膨脹係数の違いによる
成形型8、特に底板4、外筒1の破損を防ぐため
に、石英ガラス5と外筒1との収縮の差が逃げる
ように外筒1の内周面と縦割型2の組み合せ体の
外周面との間に間隙が形成され、この間隙にクツ
シヨン材3が設けられている。かかる間隙の幅
は、成形する石英ガラスのインゴツトの大きさに
及びクツシヨン材の材質にもよるが、例えば径
100〜160mm角程度の角柱状インゴツトの場合に
は、0.5〜5.0mm程度が適当であり、従つてクツシ
ヨン材は、この間隙を埋めるように設けるのが最
適である。かかるクツシヨン材5は、室温から
1800℃の高温度においてもクツシヨン性をもつ材
料、例えばカーボン繊維、シート状カーボン、セ
ラミツクフアイバーなどである。特にカーボン繊
維からなるフエルトの材料、紐状の材料もしくは
シート状カーボン材料は好適である。
なお、押棒6のコーナー部あるいは側壁には、
加熱と押圧により石英ガラスのインゴツトが軟化
し、押棒6が滑らかに硬化するように、空気抜き
のための穴あるいは溝を設けておくのが好まし
い。
かかる成形型を利用して石英ガラスのインゴツ
トを成形する場合には、例えば成形型8の成形室
7内の底板4上に成形する石英ガラスのインゴツ
ト5を置き縦割型2の組み合せ体の内壁面によつ
て形成される成形室7の横断面の形状をほぼ一致
する断面形状を有する押棒6を成形室7内に入れ
て圧力をかけて石英ガラスのインゴツト5を押圧
する。かかる成形時には、成形型を加熱炉へ入れ
て成形型7、石英ガラスのインゴツト5、押棒6
の全体を加熱する。
成形型により石英ガラスインゴツトを加圧成形
する際の好ましい温度条件として1600〜1900℃の
範囲、好ましくは1600〜1700℃の範囲が適当であ
る。特に、成形型がグラフアイトの場合には1700
℃以上では石英ガラスがグラフアイトと反応して
炭化ケイ素を生じ、得られた石英ガラスのブロツ
クの表面があれたものとなつて寸法精度がわるく
なり不都合であり、また1500〜1600℃の温度範囲
では成形時間を長くとる必要があるため失透を生
じ易い。又、加圧の圧力としては、成形型へ挿入
するオス型の押棒の断面積あたり50〜1000g/cm2
範囲、好ましくは100〜の500g/cm2の範囲が好適
である。これ以下では、成形が充分に行なわれ
ず、またこれより大きい場合には、均一な成形が
行なわれず不都合である。。又、成形型を加熱す
る際の加熱炉用の雰囲気は、特に成形型が高温酸
されやすいグラフアイト製やSiC製の場合には、
N2,Ar,He等の不活性ガスを導入し非酸化性雰
囲気とするのが好ましい。
上記した本考案の成形型を利用した場合、成形
型8、円柱状の石英ガラスのインゴツト5ならび
に押棒6の全体が加熱されると、それぞれが膨張
するが、押棒6による圧力がインゴツト5を介し
て縦割型2に作用するため、クツシヨン材3はや
や圧縮されるがクツシヨン材3が存在するため縦
割型2の外側壁が外筒の内側壁に直接接触し圧力
を作用することが少ない。加熱加圧によりインゴ
ツト5が所望の角柱状インゴツトに成形された
後、温度を下げると、成形型8を構成する各部材
や角柱状に成形された石英ガラスのブロツクも収
縮するが、前記した如く石英ガラスの熱膨張係数
はグラフアイトに比較して1桁小さいので外筒1
の収縮の結果、外筒の内側壁と縦割型の外側壁と
の間隔は小さくなるが、クツシヨン材3が存在し
ない場合に比較して、外筒1が底板4の外側壁に
作用する圧力はクツシヨン材3の存在により緩和
され、底板が破損することはない。
〔実施例〕
四塩化ケイ素を原料として製造した、直径90
mm、長さ250mm、重量3500gの合成石英ガラスの
インゴツトを、底板の内寸が130mm角の第1図に
示した如き、グラフアイト製成形容器(クツシヨ
ン材として厚さ1.2mm〜1.8mmのカーボン繊維マツ
トを使用)に入れ、最大出力120Kwのカーボン
を発熱体とする350mm(内径)×1100mm(高さ)の
炉内寸法を有する電気炉内にセツトした。その
際、インゴツトの上面の押棒にグラフアイトの錘
り25Kgを乗せた。
次いで炉内を真空ポンプで0.2トールまで減圧
に引いた後、引き続き減圧に引きながら、昇温を
開始した。2時間で1000℃迄昇温したところで、
真空ポンプを停止しアルゴンガスを炉内に導入し
て1気圧とした。この後2時間で1650℃に昇温
し、4時間保持した。
この後1250℃まで1時間で降温し、次いで1000
℃まで40℃/hrで降温した電気炉の電源を切り放
冷した。そして炉内温度が室温まで冷えた後グラ
フアイト容器を炉から取り出し成形インゴツトを
取り出した。インゴツトの重量は3430gで、一辺
が131mmで厚みが91mmの直方体であり、コーナー
部分は完全に直角であつた。
〔考案の効果〕
本考案は、以上のように成形型の外筒の内壁面
と縦割型2の組み立て体の外壁面との間にクツシ
ヨン材が介在されているので、高温から冷却時に
成形型の外筒に特に作用する応力と緩和すること
ができ、石英ガラスインゴツト内のクラツク発生
を防止し、成形型の破損、特に外筒の破損を防止
することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案一具体例に係る成形型の一部透
視斜視図、第2図は第1図の成形型のA−A′線
横断面図、第3図は第1図の成形型のB−B′線
縦断面図を示す。 1……外筒、2……縦割型、3……クツシヨン
材、4……底板、5……石英ガラスのインゴツ
ト、6……押棒、7……成形室、8……成形型。

Claims (1)

  1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 底板を有する外筒の内壁に沿つてクツシヨン
    材を介して所望形状の柱状の成形室が形成され
    るように縦割型を複数を配設してなることを特
    徴とする石英ガラスのインゴツトを高温加圧成
    形して所望形状の石英ガラスブロツクに成形す
    るための石英ガラスの成形型。 (2) クツシヨン材の厚さが0.5〜10.0mmであるこ
    とを特徴とする実用新案登録請求の範囲第1項
    記載の石英ガラスの成形型。 する (3) クツシヨン材が室温から1800℃の温度域に渡
    つてクツシヨン性を有する耐熱材料からなるこ
    とを特徴とする実用新案登録請求の範囲第1項
    記載の石英ガラスの成形型。 (4) クツシヨン材が、カーボン繊維、カーボン
    箔、セラミツクフアイバーから得られる材料の
    1種もしくは2種以上からなる材料を用いるこ
    とを特徴とする実用新案登録請求の範囲第1項
    記載の石英ガラスの成形型。 (5) 成形型の材質がグラフアイトであることを特
    徴とする実用新案登録請求の範囲第1項記載の
    石英ガラスの成形型。 (6) 外筒が円筒形であることを特徴とする実用新
    案登録請求の範囲第1項記載の石英ガラスの成
    形型。 (7) 成形室が角柱状、又は円柱状であることを特
    徴とする実用新案登録請求の範囲第1項記載の
    石英ガラスの成形型。
JP15922284U 1984-10-23 1984-10-23 Expired JPS632421Y2 (ja)

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JPS6173629U JPS6173629U (ja) 1986-05-19
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DE102004052514B4 (de) * 2004-10-21 2009-03-26 Schott Ag Verfahren und Form zum Gießen von Glasblöcken
JP5598424B2 (ja) * 2011-06-01 2014-10-01 旭硝子株式会社 石英ガラスの成形方法
CN115304254B (zh) * 2021-12-06 2023-05-09 苏州东辉光学有限公司 一种用于制作柱形透镜的拉丝炉

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