KR20040087906A - 석영 유리의 성형 장치 및 성형 방법 - Google Patents

석영 유리의 성형 장치 및 성형 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20040087906A
KR20040087906A KR1020040023657A KR20040023657A KR20040087906A KR 20040087906 A KR20040087906 A KR 20040087906A KR 1020040023657 A KR1020040023657 A KR 1020040023657A KR 20040023657 A KR20040023657 A KR 20040023657A KR 20040087906 A KR20040087906 A KR 20040087906A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
quartz glass
molding
mold
pressing
hollow portion
Prior art date
Application number
KR1020040023657A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101096477B1 (ko
Inventor
아베테츠야
야지마쇼우지
후지와라세이시
기무라유키코
스즈키아키코
Original Assignee
가부시키가이샤 니콘
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2003103366A external-priority patent/JP4465974B2/ja
Priority claimed from JP2003103362A external-priority patent/JP4415367B2/ja
Priority claimed from JP2003103364A external-priority patent/JP4281397B2/ja
Priority claimed from JP2003334970A external-priority patent/JP4374964B2/ja
Application filed by 가부시키가이샤 니콘 filed Critical 가부시키가이샤 니콘
Publication of KR20040087906A publication Critical patent/KR20040087906A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101096477B1 publication Critical patent/KR101096477B1/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B20/00—Processes specially adapted for the production of quartz or fused silica articles, not otherwise provided for
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B11/00—Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
    • C03B11/06—Construction of plunger or mould
    • C03B11/10—Construction of plunger or mould for making hollow or semi-hollow articles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B11/00—Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
    • C03B11/12—Cooling, heating, or insulating the plunger, the mould, or the glass-pressing machine; cooling or heating of the glass in the mould
    • C03B11/122—Heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B11/00—Pressing molten glass or performed glass reheated to equivalent low viscosity without blowing
    • C03B11/06—Construction of plunger or mould
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
    • Y02P40/57—Improving the yield, e-g- reduction of reject rates

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Glass Melting And Manufacturing (AREA)

Abstract

석영유리를 수용 가능한 중공부를 갖고, 상기 석영유리보다 팽창 계수가 큰 재료로 이루어지는 몰드와 상기 중공부의 내부로 이동 가능하게 배치된 가압부와 상기 중공부에 수용된 상기 석영유리를 가열하는 가열 수단을 구비하고, 상기 중공부 내의 석영유리를 상기 가열 수단으로 가열하면서 상기 가압부에 의해 가압하여 소정 형상으로 성형하는 성형 장치로서,
상기 몰드는 서로 당접한 상태로 결합되어 상기 중공부를 형성하는 복수의 측판과 상기 조합된 복수의 측판의 주위에 결합되는 결합 수단을 갖고,
상기 성형시에는 상기 결합 수단에 의해 결합 상태가 유지되는 동시에, 상기 성형 후의 냉각시에는 상기 몰드와 상기 석영유리의 팽창 계수의 상위에 근거하여 상기 복수의 측판에 부하되는 외향력에 의해 상기 결합 수단의 결합 상태가 해제되고 상기 복수의 측판이 이간하도록, 상기 복수의 측판과 결합 수단의 결합면이 테이퍼 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 석영유리의 성형 장치.

Description

석영 유리의 성형 장치 및 성형 방법{Method and apparatus for forming a quartz glass}
이 발명은 석영 유리를 몰드 내에 수용하여 가열 가압 성형함으로써, 석영 유리를 소정 형상으로 성형하기 위한 성형 장치 및 성형 방법에 관한 것이다.
i선보다 단파장 광원을 사용한 투영 노광 장치의 조명 광학계 혹은 투영 광학계의 렌즈, 미러, 레티클 등의 광학 부재로서는, 재료로서 석영 유리가 다용되고 있다. 이 석영 유리는 예를 들면, 화염 가수분해에 의해 투명 석영 유리를 제조하는 직접법 등의 방법으로 합성되어 있다.
직접법에서는, 석영 유리제 버너로 지연성(支燃性) 가스(산소 함유 가스, 예를 들면, 산소 가스) 및 가연성 가스(수소 함유 가스, 예를 들면, 수소 가스 혹은 천연 가스)를 혼합·연소시켜, 상기 버너의 중심부로부터 원료 가스로서 고순도의 규소 화합물(예를 들면, 4염화규소 가스)을 캐리어 가스(통상 산소 가스)로 희석하여 분출시켜, 상기 원료 가스를 주위의 상기 산소 가스 및 수소 가스의 연소에 의해 반응(가수분해 반응)시켜 석영 유리 미립자를 발생시켜, 그 상기 석영 유리 미립자를 상기 버너 아래쪽에 배치되고, 회전 및 요동 및 하강 운동을 하는 불투명 석영 유리판으로 이루어지는 타깃 상에 퇴적시키고, 동시에 상기 산소 가스 및 수소 가스의 연소열에 의해 용융·유리화하여 석영 유리 잉곳을 얻고 있다.
이 방법에 의하면, 비교적 큰 직경의 석영 유리 잉곳을 얻기 쉽기 때문에, 잉곳으로부터 블록을 꺼내어 원하는 형상, 크기의 광학 부재를 제조할 수 있다.
또한, 최근, 대형 렌즈나 레티클 혹은 대형 액정 디스플레이 등, 넓은 면을 갖는 광학 부재를 얻기 위해, 미리 형성된 잉곳 등의 석영 유리 덩어리를 가열 가압 성형함으로써 편평 형상으로 하여 면적을 확대하는 성형 방법이 이용되고 있다.
이 성형 방법에서는, 석영 유리 덩어리를 몰드 내에 수용하여 가열한 상태에서, 가압부에 의해 가압함으로써 성형을 하고, 그 후 몰드 내에서 서냉하거나, 더욱이 어닐링 처리를 하여, 1대향면의 면적이 확대된 소정 형상의 성형체를 얻고 있다.
이러한 가열 가압 성형을 하는 것으로서는, 예를 들면, 흑연제 몰드 내에서, 절대압이 0.1Torr 이상 대기압 이하의 헬륨 가스 분위기 하에 1700℃ 이상의 온도로 가열 가압 성형하고, 이어서 1100 내지 1300℃까지 급냉하는 방법이 알려져 있다. 또한, 석영 유리와 몰드의 형재와의 열 팽창율차에 기인하는 응력을 완화시키는 구조를 갖는 흑연제 몰드를 사용하여 1600℃ 내지 1700℃에서 가압 성형하는 방법(특개소 61-83638호 공보(특공평 4-54626호 공보) 참조)이나 그 흑연제 몰드가 2분할 이상의 세로형 구조인 성형 장치가 제안되고 있다(특개소 56-129621호 공보 및 특개소 57-67031호 공보 참조). 나아가서는, 흑연제 몰드 내면에 석영 분말로 이루어지는 피복층을 설치하여, 1550℃ 내지 1700℃에서 가압 성형하는 방법(특개 2002-220240호 공보 참조)도 알려져 있다.
그렇지만, 이러한 가열 가압 성형에 있어서는, 불순물 혼입을 방지하여 성형 시의 내열 강도를 확보하기 위해, 흑연으로부터 두께가 두껍게 형성된 몰드가 사용되고 있다. 이 흑연의 팽창 계수는 석영 유리의 팽창 계수보다 현저히 커, 흑연이 8×10-6/℃인 데 대하여, 석영 유리가 5.5×10-7/℃이다. 그 때문에, 성형 후, 몰드 내에 석영 유리가 수용된 상태에서 냉각되면, 석영 유리의 수축량보다 몰드의 수축량이 커지기 때문에, 냉각 시에 석영 유리가 몰드에 의해 압박되고, 그 결과, 석영 유리에 왜곡이나 균열이 생기기 쉬웠다. 또한, 이러한 석영 유리의 왜곡이나 균열은 성형체의 각진 부분에 집중하기 쉬웠다.
한편, 특개소 56-129621호 공보 및 특개소 57-67031호 공보와 같이, 미리 분할된 분할식 몰드를 사용하여 성형하는 것에서는, 냉각 시에 몰드가 분리되어 석영 유리에 부하되는 응력을 완화할 수 있지만, 몰드의 분할체를 핀에 의해 접합하기 때문에, 성형 시의 압력이 높으면 성형 도중에 몰드가 분리되기 쉽다는 문제점이 있었다.
그래서, 본 발명은 석영 유리의 가열 가압 성형에 있어서, 성형 시에 종래보다 높은 압력을 부하할 수 있는 동시에, 냉각 시에 석영 유리에 왜곡이나 균열이 생기기 어려운 석영 유리의 성형 장치 및 성형 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
또한, 최근, 현저하게 넓은 면적의 면을 갖는 광학 부재의 요구가 높아지고 있지만, 이러한 광학 부재를 가열 가압 성형할 경우, 넓은 면적의 면 전체에 걸쳐 균질한 석영 유리 부재를 얻는 것이 용이하지 않다는 문제점이 명백해졌다.
그래서, 석영 유리의 가열 가압 성형으로 넓은 면적을 균질하게 성형할 수 없는 원인을 조사한 바, 흑연으로 이루어지는 가압판이 고온 조건 하에서 석영 유리를 고압으로 가압하면 변형을 발생시켜, 넓은 면적을 균일한 압력으로 가압할 수 없는 것에서 기인하고 있는 것이 분명해졌다. 즉, 넓은 면적을 가압판에 의해 가압하면, 가압판의 가압면의 면적에 따른 높은 압력이 부하되게 된다. 그런데, 가압면의 면적이 클수록 그 압력이 가압판의 일부에 부하되기 쉬워진다. 그 결과,넓은 면적인 경우에는 가압판이 변형하기 쉬워지는 것이다. 이러한 변형을 방지하기 위해, 가압판을 두껍게 하는 것도 생각할 수 있지만, 고압이기 때문에, 가압판을 현저하게 두껍게 형성하여야만 하여, 장치 전체의 높이가 현저하게 높아지기 때문에 바람직하지 않다.
그래서, 본 발명은 석영 유리의 가열 가압 성형에 의해, 넓은 면적의 면을 균질하게 성형하는 것이 가능한 석영 유리의 성형 장치 및 성형 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
더욱이, 석영 유리의 가열 가압 성형은 몰드 내에 수용한 석영 유리를 몰드와 함께 극히 높은 온도로 승온하여 행하여지지만, 그 승온 시에는 석영 유리의 내부까지 가능한 한 균일한 온도가 되도록 승온 속도를 조정하여 승온하여야만 하고, 또한, 냉각 시에는, 열적인 잔류 왜곡을 가능한 한 작게 하기 위해 냉각 속도를 조정하여 냉각하지 않으면 안 된다. 그 때문에, 승온 및 냉각에 장시간을 요하여, 1회 성형에 반나절 정도를 써버리는 등, 생산성이 나쁘다는 문제점이 있었다.
그래서, 본 발명은 석영 유리의 가열 가압 성형에 있어서, 생산성을 향상시키는 것이 가능한 성형 장치 및 성형 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
또한, 종래의 석영 유리의 성형 방법에서는, 석영 유리를 흑연제 몰드로써 가열 가압 성형 처리를 하는 경우, 열 팽창 계수가 큰 흑연제 몰드의 내부에 동일 계수가 작은 석영 유리가 배치되어 있고, 고온에서의 성형 후, 동일 몰드와 성형 후의 석영 유리는 실질적으로 갭이 없는 상태가 되어, 실온까지 온도를 내림으로써, 석영 유리에 비하여 열 팽창 계수가 1자리수 큰 흑연제 몰드 쪽이 보다 크게수축하기 때문에, 이 발생하는 석영 유리와 흑연의 수축량의 차이를 벌릴 필요가 있다. 수축량의 차이를 다 벌릴 수 없는 경우에는, 석영 유리 및 흑연제 몰드에 불필요한 응력이 가해져, 처리한 석영 유리의 잔 균열이나 흑연제 몰드의 파손을 초래하는 경우가 있다. 특히, 굴절율을 변화시키는 성분을 혼입시킨 경우, 열 팽창 계수 외에 점성도 꽤 달라지기 때문에, 통상의 석영 유리 이상으로 잔 균열 등이 발생하기 쉽다.
또한, 상기 열 팽창 계수의 차이에서 기인하는 부적합함과 더불어, 석영 유리는 고온이 되면 흑연제 몰드와 반응하여 탄화규소를 만듬과 동시에, 1400℃ 내지 1600℃ 정도에서는 결정화가 일어난다. 그 때문에, 처리 후의 석영 유리의 표면은 처리 온도에 따라서는 표면에 요철이 생겨, 그곳으로부터 균열이 생기는 경우도 있었다. 나아가서는, 석영 유리와 흑연제 몰드가 반응하여 융착하여, 몰드는 고사하고 피처리물(석영 유리)까지도 파손되어버리는 일이 있었다.
그래서, 본 발명은 석영 유리나 흑연제 몰드의 손상을 방지함과 동시에, 석영 유리와 흑연제 몰드와의 반응을 방지하는 석영 유리의 성형 장치 및 성형 방법을 제공하는 것을 과제로 하고 있다.
본 발명자들은 상기 과제에 대해서 열의 검토를 한 결과, 이하의 석영 유리의 성형 장치 및 성형 방법에 의하면 해결할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하는 것에 이르렀다.
<1>. 석영 유리를 수용 가능한 중공부를 가지고, 상기 석영 유리보다 팽창 계수가 큰 재료로 이루어지는 몰드와, 상기 중공부의 내부에 이동 가능하게 배치된가압부와, 상기 중공부에 수용된 상기 석영 유리를 가열하는 가열 수단과, 상기 가압부를 가압 방향으로 가압 가능한 성형 수단을 구비하고, 상기 중공부 내의 석영 유리를 상기 가열 수단으로 가열하면서 상기 가압부에 의해 가압하여 소정 형상으로 성형하는 성형 장치에 있어서,
상기 몰드는 서로 당접한 상태에서 조합되어 상기 중공부를 형성하는 복수의 측판과, 상기 조합된 복수의 측판 주위에 결합되는 결합 수단을 가지고,
성형 시에는 상기 결합 수단에 의해 결합 상태가 유지됨과 동시에, 성형 후의 냉각 시에는, 상기 몰드와 상기 석영 유리와의 팽창 계수의 상위에 근거하여 상기 복수의 측판에 부하되는 외측 방향의 힘에 의해 상기 결합 수단의 결합 상태가 해제되어 상기 복수의 측판이 이격하도록, 상기 복수의 측판과 상기 결합 수단과의 결합면이 테이퍼 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 석영 유리의 성형 장치.
<1>에 기재된 발명에 의하면, 가압부에서 석영 유리를 종래보다 높은 압력으로 가압하여 성형하는 동안에도 중공부의 형상을 유지할 수 있어 성형하기 쉬움과 동시에, 성형 후의 냉각에서는 결합 수단의 결합 상태를 해제할 수 있기 때문에, 팽창 계수차에 근거하여 석영 유리와 몰드와의 수축량에 차이가 생기면, 측판이 분할되어 응력을 해방할 수 있어, 석영 유리의 균열이나 왜곡을 억제할 수 있다.
<2>. 상기 결합 수단은 상기 복수의 측판 외측에 결합된 프레임 형상의 지지 링을 가지고, 상기 외측 방향의 힘에 의해 상기 복수의 측판의 결합면과 상기 지지 링의 결합면이 섭동하여 상기 지지 링이 빠지는 방향으로 이동함으로써, 상기 복수의 측판이 이격하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 <1>에 기재된 장치.
<2>에 기재된 발명에 의하면, 몰드 조립 및 분해 시에, 착탈이 용이하고, 동시에, 냉각 시의 왜곡이나 균열 발생을 방지하면서 종래보다 높은 압력으로 성형하는 동안에 중공부의 형상을 보다 확실하게 보유할 수 있다.
<3>. 상기 결합 수단은 상기 복수의 측판의 하단부가 결합되는 오목부를 구비한 바닥부를 가지고, 상기 외측 방향의 힘에 의해 상기 복수의 측판의 결합면과 상기 바닥부의 결합면이 섭동하여 상기 복수의 측판이 상기 바닥부의 오목부로부터 빠지는 방향으로 이동함으로써, 상기 복수의 측판이 이격하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 <1>에 기재된 장치.
<3>에 기재된 발명에 의하면, 착탈이 용이하고, 동시에, 냉각 시의 왜곡이나 균열 발생을 방지하면서, 종래보다 높은 압력으로 성형하는 동안에도 복수의 측판의 하부를 확실하게 유지할 수 있어, 중공부의 형상을 보다 유지하기 쉬워진다.
<4>. 상기 중공부의 횡단면 형상이 대략 다각 형상을 보여, 상기 형상의 코너부가 R형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 <1>에 기재된 장치.
<5>. 상기 중공부의 횡단면 형상이 대략 다각 형상을 보여, 상기 형상의 코너부가 둔각이 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 <1>에 기재된 장치.
<4> 또는 <5>에 기재된 발명에 의하면, 성형된 다각형 형상의 석영 유리에 있어서, 코너부에 응력이 집중되는 것을 방지할 수 있어, 코너부의 왜곡이나 균열을 방지하여 석영 유리를 성형하기 쉽고, 제품 비율을 대폭 향상하기 쉽다.
<6>. 상기 성형 수단을 복수 구비하고 있고, 상기 복수의 성형 수단의 가압부위가 각각 독립되게 상기 가압부를 가압 가능한 것을 특징으로 하는 <1>에 기재된 장치.
<6>에 기재된 발명에 의하면, 가압부가 다른 위치를 각각 별도의 성형 수단의 가압 부위에 의해, 별도의 압력으로 가압하는 것이 가능해진다. 그 때문에, 가압부의 압력을 부분마다 조정할 수 있어, 석영 유리 성형 시에 가압판의 변형을 방지하여, 넓은 면적을 균일하게 가압하기 쉽다. 그 결과, 넓은 면적의 면을 갖는 소정 형상의 석영 유리를 균질하게 성형하기 쉬워진다.
<7>. 상기 복수의 성형 수단의 가압 부위의 높이 방향의 위치를 검출하는 검출 수단과, 상기 검출 수단의 검출치에 근거하여 상기 가압 부위의 위치를 제어하는 제어 수단을 부가로 구비하는 것을 특징으로 하는 <6>에 기재된 장치.
<8>. 상기 제어 수단이 상기 가압부에 의해 상기 석영 유리를 가압하는 압력을 조정하는 것을 특징으로 하는 <7>에 기재된 장치.
<9>. 상기 가압부의 경사를 검출하는 검출 수단과, 상기 검출 수단의 검출치에 근거하여 상기 가압 부위의 위치를 제어하는 제어 수단을 부가로 구비하는 것을 특징으로 하는 <6>에 기재된 장치.
<10>. 상기 제어 수단이 상기 가압부에 의해 상기 석영 유리를 가압하는 압력을 조정하는 것인 것을 특징으로 하는 <9>에 기재된 장치.
<7> 또는 <9>에 기재된 발명에 의하면, 가압판에 경사나 변형이 생긴 경우에 그 양에 따라서 정확하게 가압 부위의 위치를 제어할 수 있어, 넓은 면적을 보다 균일하게 가압하기 쉽다. 더욱이, <8> 또는 <10>에 기재된 발명에 의하면, 가압판으로부터 석영 유리에 지나친 압력이 부하되기 어려워, 가압판의 변형을 방지하여 밸런스 좋게 가압판을 가압하기 쉽다.
<11>. 크기가 다른 복수의 상기 가압부와, 상기 복수의 가압부 각각에 대응하는 크기의 복수의 상기 몰드를 가지고, 상기 복수의 가압부 및 복수의 몰드 중 적어도 하나를 선택하여 장착함으로써, 상기 선택된 상기 가압부의 크기에 따른 수의 상기 성형 수단으로 상기 가압부가 가압 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 <6>에 기재된 장치.
<11>에 기재된 발명에 의하면, 1개의 성형 장치에서 다른 크기로 석영 유리를 성형하는 것이 가능해진다.
<12>. 상기 중공부의 내부에 이동 가능하게 배치되어, 상기 중공부를 복수의 분할 중공부로 구획하는 경계부를 부가로 구비하고 있고, 상기 복수의 분할 중공부 각각에 상기 석영 유리를 수용하여 상기 가압부에 의해 복수의 상기 석영 유리를 동시에 성형 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 <1>에 기재된 장치.
<12>에 기재된 발명에 의하면, 하나의 몰드로 복수의 석영 유리를 모아 성형할 수 있어, 복수 개의 석영 유리를 성형할 때, 별도로 승온, 가압, 냉각 등을 할 필요가 없어, 이들에 요하는 시간을 단축할 수 있다. 그 때문에, 생산성을 향상하는 것이 가능하다.
<13>. 상기 성형 시에 상기 복수의 석영 유리에 의한 상기 각 측판에 대한 가압력이 소정치 이하가 되도록 상기 가압부에 의한 최대 가압력을 조정 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 <12>에 기재된 장치.
<13>에 기재된 발명에 의하면, 냉각 시에 몰드가 압박되는 일이 없어, 몰드나 석영 유리의 왜곡이나 균열을 방지할 수 있다.
<14>. 상기 몰드가 흑연제 몰드로, 상기 흑연제 몰드의 내벽면에 카본 입자를 주된 고형 성분으로 하는 제 1 현탁액과 SiC 입자를 주된 고형 성분으로 하는 제 2 현탁액을 도포 및 건조시켜 이루어지는 이형층을 부가로 구비하는 것을 특징으로 하는 <1>에 기재된 장치.
<15>. 상기 이형층이 30㎛ 내지 1000㎛ 두께를 갖는 카본 입자층과, 30㎛ 내지 1000㎛ 두께를 갖는 SiC 입자층으로 이루어지는 이중 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 <14>에 기재된 장치.
<16>. 상기 이형층이 60㎛ 내지 2000㎛ 두께를 갖는 카본 입자와 SiC 입자가 혼재한 층으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 <14>에 기재된 장치.
<17>. 상기 카본 입자와 상기 SiC 입자의 평균 입자 직경이 각각 0.01㎛ 내지 100㎛인 것을 특징으로 하는 <14>에 기재된 장치.
<14> 내지 <17>에 기재된 발명에 의하면, 석영 유리나 흑연제 몰드의 손상을 방지함과 동시에, 석영 유리와 흑연제 몰드와의 반응을 방지할 수 있다. 이로써, 4염화규소, 실란, 유기규소 등의 규소 화합물을 원료로서 제조되는 합성 석영 유리 또는 Ge, Ti, B, F, Al 등의 굴절율을 변화시키는 성분을 첨가한 합성 석영 유리를 가열 가압 성형하여 레티클(포토 마스크) 기판이나 결상 광학계의 렌즈 재료에 적합한 대형 유리 블록을 제품 비율 좋게 제조할 수 있다. 또한, <15>에 기재된 발명에 의하면, 부분적으로 카본 입자가 벗겨지는 일 없이, SiC 입자를 주된 고형 성분으로 하는 현탁액을 도포하기 쉽다.
<18>. 석영 유리를 수용 가능한 중공부를 갖는 몰드와, 상기 중공부의 내부에 이동 가능하게 배치된 가압부와, 상기 중공부에 수용된 상기 석영 유리를 가열하는 가열 수단과, 상기 가압부의 일부를 가압 방향으로 가압 가능한 성형 수단을 구비하고, 상기 중공부 내의 석영 유리를 상기 가열 수단으로 가열하면서 상기 가압부에서 가압하여 소정 형상으로 성형하는 성형 장치에 있어서,
상기 성형 수단을 복수 설치하여, 상기 복수의 성형 수단의 가압 부위가 각각 독립되게 상기 가압부를 가압 가능한 것을 특징으로 하는 석영 유리의 성형 장치.
<18>에 기재된 발명에 의하면, 가압부가 다른 위치를 각각 별도의 성형 수단의 가압 부위에 의해, 별도의 압력으로 가압하는 것이 가능해진다. 그 때문에, 가압부의 압력을 부분마다 조정할 수 있어, 석영 유리 성형 시에 가압판의 변형을 방지하여, 넓은 면적을 균일하게 가압하기 쉽다. 그 결과, 넓은 면적의 면을 갖는 소정 형상의 석영 유리를 균질하게 성형하기 쉬워진다.
<19>. 석영 유리를 수용 가능한 중공부를 가지고, 상기 석영 유리보다 팽창 계수가 큰 재료로 이루어지는 몰드와, 상기 중공부의 내부에 이동 가능하게 배치된 가압부와, 상기 중공부에 수용된 상기 석영 유리를 가열하는 가열 수단과, 상기 가압부를 가압 방향으로 가압 가능한 성형 수단을 구비하고, 상기 몰드는 서로 당접한 상태에서 조합되어 상기 중공부를 형성하는 복수의 측판과, 상기 조합된 복수의 측판 주위에 결합되는 결합 수단을 가지고, 상기 복수의 측판과 상기 결합 수단과의 결합면이 테이퍼 형상으로 형성되어 있는 성형 장치를 사용하여,
상기 결합 수단에 의해 결합 상태가 유지된 상태에서, 상기 중공부 내의 석영 유리를 상기 가열 수단으로 가열하면서 상기 가압부에 의해 가압하여 소정 형상으로 성형하는 성형 공정과,
상기 몰드와 상기 석영 유리와의 팽창 계수의 상위에 근거하여 상기 복수의 측판에 부하되는 외측 방향의 힘에 의해 상기 결합 수단의 결합 상태가 해제되어 상기 복수의 측판이 이격하도록 하면서, 성형 후의 석영 유리를 냉각하는 냉각 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 석영 유리의 성형 방법.
<19>에 기재된 발명에 의하면, 가압부에서 석영 유리를 종래보다 높은 압력으로 가압하여 성형하는 동안에도, 중공부의 형상을 유지할 수 있어 성형하기 쉬움과 동시에, 성형 후의 냉각에서는 결합 수단의 결합 상태를 해제할 수 있기 때문에, 팽창 계수차에 근거하여 석영 유리와 몰드와의 수축량에 차이가 생기면, 측판이 분할되어 응력을 해방할 수 있어, 석영 유리의 균열이나 왜곡을 억제할 수 있다.
<20>. 상기 결합 수단은 상기 복수의 측판의 외측에 결합된 프레임 형상의 지지 링을 갖고 있고, 상기 냉각 공정에 있어서, 상기 외측 방향의 힘에 의해 상기 복수의 측판의 결합면과 상기 지지 링의 결합면이 섭동하여 상기 지지 링이 빠지는 방향으로 이동함으로써, 상기 복수의 측판을 이격시키는 것을 특징으로 하는 <19>에 기재된 방법.
<20>에 기재된 발명에 의하면, 몰드 조립 및 분해 시에, 착탈이 용이하고,동시에 냉각 시의 왜곡이나 균열 발생을 방지하면서 종래보다 높은 압력으로 성형하는 동안에 중공부의 형상을 보다 확실하게 유지할 수 있다.
<21>. 상기 결합 수단은 상기 복수의 측판의 하단부가 결합되는 오목부를 구비한 바닥부를 갖고 있고, 상기 냉각 공정에 있어서, 상기 외측 방향의 힘에 의해 상기 복수의 측판의 결합면과 상기 바닥부의 결합면이 섭동하여 상기 복수의 측판이 상기 바닥부의 오목부로부터 빠지는 방향으로 이동함으로써, 상기 복수의 측판을 이격시키는 것을 특징으로 하는 <19>에 기재된 장치.
<21>에 기재된 발명에 의하면, 착탈이 용이하고, 동시에, 냉각 시의 왜곡이나 균열 발생을 방지하면서 종래보다 높은 압력으로 성형하는 동안에도 복수의 측판의 하부를 확실하게 유지할 수 있어, 중공부의 형상을 보다 유지하기 쉬워진다.
<22>. 상기 성형 수단이 복수 구비되어 있고, 상기 성형 공정에 있어서, 상기 복수의 성형 수단의 가압 부위에 의해 각각 독립되게 상기 가압부를 가압하는 것을 특징으로 하는 <19>에 기재된 방법.
<22>에 기재된 발명에 의하면, 가압부가 다른 위치를 각각 별도의 성형 수단의 가압 부위에 의해, 별도의 압력으로 가압하는 것이 가능해진다. 그 때문에, 가압부의 압력을 부분마다 조정할 수 있어, 석영 유리 성형 시에 가압판 변형을 방지하여, 넓은 면적을 균일하게 가압하기 쉽다. 그 결과, 넓은 면적의 면을 갖는 소정 형상의 석영 유리를 균질하게 성형하기 쉬워진다.
<23>. 상기 복수의 성형 수단의 가압 부위의 높이 방향의 위치를 검출하여, 얻어진 검출치에 근거하여 상기 가압 부위의 위치를 제어하는 것을 특징으로 하는<22>에 기재된 방법.
<24>. 상기 가압부의 경사를 검출하여, 얻어진 검출치에 근거하여 상기 가압 부위의 위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 <22>에 기재된 방법.
<23> 또는 <24>에 기재된 발명에 의하면, 가압판에 경사나 변형이 생긴 경우에 그 양에 따라서 정확하게 가압 부위의 위치를 제어할 수 있어, 넓은 면적을 보다 균일하게 가압하기 쉽다.
<25>. 상기 중공부의 내부에 이동 가능하게 경계부를 배치하여 상기 중공부를 복수의 분할 중공부로 구획함과 동시에, 상기 성형 공정에 있어서, 상기 복수의 분할 중공부 각각에 상기 석영 유리를 수용하여 상기 가압부에 의해 복수의 상기 석영 유리를 동시에 성형하는 것을 특징으로 하는 <19>에 기재된 방법.
<25>에 기재된 발명에 의하면, 하나의 몰드에서 복수의 석영 유리를 모아 성형할 수 있어, 복수 개의 석영 유리를 성형할 때, 별도로 승온, 가압, 냉각 등을 행할 필요가 없어, 이들에 요하는 시간을 단축할 수 있다. 그 때문에, 생산성을 향상시키는 것이 가능하다.
<26>. 상기 성형 공정에 있어서, 상기 복수의 석영 유리에 의한 상기 각 측판에 대한 가압력이 소정치 이하가 되도록 상기 가압부에 의한 최대 가압력을 조정하여 상기 복수의 석영 유리를 성형하는 것을 특징으로 하는 <25>에 기재된 방법.
<26>에 기재된 발명에 의하면, 냉각 시에 몰드가 압박되는 일이 없어, 몰드나 석영 유리의 왜곡이나 균열을 방지할 수 있다.
<27>. 상기 몰드가 흑연제 몰드로, 상기 성형 공정에 앞서, 상기 흑연제 몰드의 내벽면에 카본 입자를 주된 고형 성분으로 하는 제 1 현탁액과 SiC 입자를 주된 고형 성분으로 하는 제 2 현탁액을 도포 및 건조시켜 이형층을 형성시키는 이형층 형성 공정을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 <19>에 기재된 방법.
<28>. 상기 흑연제 몰드의 내벽면에 상기 제 1 현탁액을 도포함과 동시에 상기 제 2 현탁액을 도포하여 건조시켜 상기 이형층을 형성시키는 것을 특징으로 하는 <27>에 기재된 방법.
<29>. 상기 흑연제 몰드의 내벽면에 상기 제 1 현탁액을 도포하여 건조시킨 후, 상기 제 2 현탁액을 도포하여 건조시켜 상기 이형층을 형성시키는 것을 특징으로 하는 <27>에 기재된 방법.
<27> 내지 <29>에 기재된 발명에 의하면, 석영 유리나 흑연제 몰드의 손상을 방지함과 동시에, 석영 유리와 흑연제 몰드와의 반응을 방지할 수 있다. 이로써, 4염화규소, 실란, 유기 규소 등의 규소 화합물을 원료로서 제조되는 합성 석영 유리 또는 Ge, Ti, B, F, Al 등의 굴절율을 변화시키는 성분을 첨가한 합성 석영 유리를 가열 가압 성형하여 레티클(포토 마스크) 기판이나 결상 광학계의 렌즈 재료에 적합한 대형 유리 블록을 제품 비율 좋게 제조할 수 있다. 또한, <29>에 기재된 발명에 의하면, 부분적으로 카본 입자가 벗겨지는 일 없이, SiC 입자를 주된 고형 성분으로 하는 현탁액을 도포하기 쉽다.
<30>. 상기 흑연제 몰드 내의 이형층에 대하여, 진공 분위기 중 또는 염소 함유 가스 분위기 중에서의 열 처리에 의해 순화 처리를 실시하는 순화 처리 공정을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 <27>에 기재된 방법.
<30>에 기재된 발명에 의하면, 석영 유리 중으로의 불순물 확산이 미소하게 억제되어, 품질이 양호한 부분을 확대시킬 수 있다.
<31>. 몰드의 중공부 내에 석영 유리를 수용하여, 상기 석영 유리를 가열하면서 가압부에 의해 가압함으로써 원하는 형상으로 성형하는 방법에 있어서,
상기 중공부의 내부에 이동 가능하게 경계부를 배치하여 상기 중공부를 복수의 분할 중공부로 구획함과 동시에, 상기 복수의 분할 중공부 각각에 상기 석영 유리를 수용하여 상기 가압부에 의해 복수의 상기 석영 유리를 동시에 성형하는 것을 특징으로 하는 석영 유리의 성형 방법.
<31>에 기재된 발명에 의하면, 하나의 몰드에서 복수의 석영 유리를 모아 성형할 수 있고, 복수 개의 석영 유리를 성형할 때, 별도로 승온, 가압, 냉각 등을 행할 필요가 없어, 이들에 요하는 시간을 단축할 수 있다. 그 때문에, 생산성을 향상시키는 것이 가능하다.
<32>. 흑연제 몰드 내에 석영 유리를 수용하여, 상기 석영 유리를 가열 가압함으로써, 원하는 형상으로 성형하는 방법에 있어서,
상기 흑연제 몰드의 내벽면에 카본 입자를 주된 고형 성분으로 하는 현탁액을 도포함과 동시에, SiC 입자를 주된 고형 성분으로 하는 현탁액을 도포하여 건조시켜 이형층을 형성한 후에, 상기 흑연제 몰드 내에 상기 석영 유리를 수용하여 가열 가압하는 것을 특징으로 하는 석영 유리의 성형 방법.
<33>. 흑연제 몰드 내에 석영 유리를 수용하여, 상기 석영 유리를 가열 가압함으로써, 원하는 형상으로 성형하는 방법에 있어서,
상기 흑연제 몰드의 내벽면에 카본 입자를 주된 고형 성분으로 하는 현탁액을 도포하고, 건조 후, SiC 입자를 주된 고형 성분으로 하는 현탁액을 도포하여 건조시켜 이형층을 형성하고, 이어서, 상기 흑연제 몰드 내에 상기 석영 유리를 수용하여 가열 가압하는 것을 특징으로 하는 석영 유리의 성형 방법.
<32> 또는 <33>에 기재된 발명에 의하면, 석영 유리나 흑연제 몰드의 손상을 방지함과 동시에, 석영 유리와 흑연제 몰드와의 반응을 방지할 수 있다. 이로써, 4염화규소, 실란, 유기 규소 등의 규소 화합물을 원료로 하여 제조되는 합성 석영 유리 또는 Ge, Ti, B, F, Al 등의 굴절율을 변화시키는 성분을 첨가한 합성 석영 유리를 가열 가압 성형하여 레티클(포토 마스크) 기판이나 결상 광학계의 렌즈 재료에 적합한 대형 유리 블록을 제품 비율 좋게 제조할 수 있다.
도 1은 실시형태 1의 성형 장치를 도시하는 개략 종단면도.
도 2는 실시형태 1의 성형 장치의 몰드를 도시하는 개략 종단면도.
도 3은 실시형태 1의 성형 장치의 측벽부의 횡단면도.
도 4는 성형 시에 결합 상태가 유지되는 테이퍼 각도를 구할 때의 모든 파라미터를 도시한 개략도.
도 5는 냉각 시에 결합 상태가 해제되는 테이퍼 각도를 구할 때의 모든 파라미터를 도시한 개략도.
도 6은 실시형태 2의 성형 장치의 측벽부의 횡단면도.
도 7은 실시형태 3의 성형 장치의 일부를 도시하는 개략 종단면도.
도 8은 실시형태 3의 성형 장치의 일부를 도시하는 개략 횡단면도.
도 9는 실시형태 3의 성형 장치의 몰드 및 천정판의 가이드부를 도시하는 도면.
도 10은 실시형태 3의 성형 장치의 경사계 배치를 도시하는 배치도.
도 11은 실시형태 4의 성형 장치의 일부를 도시하는 개략 종단면도.
도 12는 실시형태 5의 성형 장치의 개략 종단면도.
도 13은 실시형태 5의 성형 장치에 사용되는 몰드의 개략 종단면도.
도 14는 실시형태 5의 성형 장치의 성형 후의 상태를 도시하는 개략 종단면도.
도 15는 실시형태 6의 성형 장치의 일부를 도시하는 개략 종단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 성형 장치 11 : 진공 챔버
12 : 단열재 13 : 카본 히터
15 : 몰드 16 : 바닥판
17 : 수용판 18 : 저부
19 : 측판 20 : 측벽부
21 : 중공부 23 : 천정판
24 : 지지 링 25 : 석영 유리
26 : 실린더 로드 27 : 코너부
(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)
[실시형태 1]
이하, 이 발명의 실시형태 1에 대해서 설명한다.
도 1 내지 도 3은 이 실시형태의 성형 장치를 도시한다.
이 성형 장치(10)는 4염화규소, 실란, 유기 규소 등의 규소 화합물을 원료하여 제조되는 합성 석영 유리의 잉곳이나 그 일부 또는 Ge, Ti, B, F, Al 등의 굴절율을 변화시키는 성분을 첨가한 합성 석영 유리의 잉곳이나 그 일부 등의 석영 유리로부터, 예를 들면, 대형 액정용 마스크, 반도체용 마스크 등의 레티클(포토 마스크)용 기판, 결상 광학계의 대형 렌즈 재료 등과 같이 넓은 면을 갖는 판 형상체나 그 밖의 대형 유리 블록을 성형하기 위한 장치이다.
이 성형 장치(10)에서는, 금속제 진공 챔버(11)의 내벽에 전체 면에 걸쳐 설치된 단열재(12)와, 단열재(12)의 세로벽 내에 설치된 가열 수단으로서의 카본 히터(13)가 설치되고, 더욱이, 진공 챔버(11) 내부의 대략 중앙부에 중공부(21)를 갖는 몰드(15)가 수용되어 있다.
이 몰드(15)는 바닥판(16) 및 수용판(17)을 구비한 바닥부(18)와, 이 바닥부(18)의 상부에 배치된 측벽부(20)를 구비하고, 이 측벽부(20)의 내측에 중공부(21)가 형성되어 있다.
측벽부(20)는 복수의 측판(19)과, 결합 수단으로서의 지지 링(24)으로 조립된 것이다. 측판(19)은 한쪽 면이 중공부(21)의 벽면을 구성하는 내면(19a)으로 이루어지고, 다른 한쪽 면이 측벽부(20)의 외측 표면을 구성하는 외면(19b)이 되는 4각 형상의 판재이다. 이 측판(19)의 양측에는 내면(19a) 측에 배향하는 경사 측면(19c)을 가지고, 상단부(19d) 및 하단부(19e)에는 각각 외면(19b) 측에 배향하는 테이퍼 형상의 결합면(19f, 19g)을 갖고 있다.
지지 링(24)은 중공으로 형성된 4각 형상의 프레임으로, 측판(19)의 결합면(19f)과 일치하는 테이퍼 형상의 결합면(24a)을 내측에 갖고 있다.
그리고, 측벽부(20)는 경사 측면(19c)끼리를 면 접촉시켜 당접시켜 4장의 측판(19)을 사각통 형상으로 조합시켜, 이 상태에서 4장의 측판(19) 주위에 지지 링(24)을 장착하여, 측판(19)의 결합면(19f)에 지지 링(24)의 결합면(24a)을 결합시킴으로써 형성되어 있다.
또한, 바닥부(18)의 바닥판(16)에는 측벽부(20)의 하단부(19e)를 삽입 가능하게 결합 수단으로서의 오목부(16a)가 형성되어 있다. 이 오목부(16a)에는 4장의 측판(19)의 결합면(19g)과 일치하는 테이퍼 형상의 결합면(16b)이 형성되어 있다.
그리고, 상기한 바와 같이 조립된 상태의 측판(19)의 하단부(19e) 측을 이 오목부(16a)에 삽입함으로써, 결합면(19g) 주위에 오목부(16)의 결합면(16b)을 결합시키고, 더욱이, 중공부(21) 내의 하단부(19g) 측에 수용판(17)을 배치함으로써, 몰드(15)가 형성되어 있다.
이 몰드(15)의 중공부(21)는 도 3에 도시하는 바와 같이, 횡단면 형상이 사각 형상을 보이고, 모든 코너부(27)가 R형상으로 형성되어 있다. 코너부(27)에 있어서의 R형상의 반경(r)은 특별히 제한되지 않지만, 중공부(21)의 한 변의 길이(대향하는 측판(19)의 내면(19a) 사이의 거리: L)의 0.05배 내지 0.15배가 바람직하며, 0.07배 내지 0.10배가 보다 바람직하다. 코너부(27)의 반경(r)이 상기 하한 미만에서는 코너부에 있어서의 왜곡이나 균열이 충분히 방지되지 않게 되는 경향에 있고, 한편, 상기 상한을 넘으면 얻어진 석영 유리로부터 제품(광학 부재)을 꺼낼 때의 제품 비율이 감소하는 경향에 있다.
이 중공부(21)에는 덩어리형 석영 유리(25)가 배치된 상태에서, 중공부(21)의 형상에 대응하는 형상의 가압부로서의 천정판(23)이 이동 가능하게 배치되어 있다.
천정판(23)은 가압면(23b; 상면)을 진공 챔버(11)의 외부에 배치된 성형 수단으로서의 유압 실린더의 실린더 로드(26)로 가압함으로써, 천정판(23)의 가압면(23a)에서 덩어리형 석영 유리(25)를 가압 가능하게 구성되어 있다.
또한, 실린더 로드(26)를 구비한 유압 실린더는 외부로부터 공급하는 유압을 조정함으로써 가압되어 이동하도록 구성되어 있지만, 상세한 도시는 생략되어 있다.
이들 바닥판(16), 수용판(7), 측판(19), 지지 링(24) 및 천정판(23)은 모두 석영 유리(25) 성형 시의 온도 및 압력에 대한 내열성 및 강도를 가지고, 또한, 성형 시에 석영 유리(25)와 접촉하여도 불순물을 혼입하기 어려운 재료로 형성되어 있고, 여기서는 모두 석영 유리의 팽창 계수보다 큰 팽창 계수를 갖는 흑연에 의해 형성되어 있다.
이 중, 측판(19)은 성형 시에 큰 굴곡 방향의 힘이 부하된다. 그 때문에, 측판(19)의 판 두께를 성형 시에 부하하는 압력에 따라서 선택하는 것이 좋으며, 예를 들면, 성형 시의 성형 압력이 천정판(23)의 가압면(23a)의 단위 면적당 환산한 압력의 0.3 내지 5.0Kg/cm2인 경우, 바람직하게는 20 내지 70mm, 특히, 30 내지 50mm의 범위로 하는 것이 적합하다. 판 두께가 얇으면, 측판(19)이 휘어, 냉각 시에 석영 유리(25)를 압축하는 응력이 증가하기 쉬워지고, 한쪽, 판 두께가 두꺼우면, 전열에 여분의 시간을 요하게 된다.
이 성형 장치(10)에서는, 몰드(15)의 측판(19)의 결합면(19f)과 지지 링(24)의 결합면(24a)과의 테이퍼 형상 및 측판(19)의 결합면(19g)과 오목부(16a)의 결합면(16b)과의 테이퍼 형상은 모두 성형 시에 결합 상태를 유지할 수 있는 동시에, 성형 후의 냉각 시에는 결합 상태를 해제할 수 있도록 설정되어 있다.
즉, 측판(19)의 결합면(19f)과 지지 링(24)의 결합면(24a) 및 측판(19)의 결합면(19f)과 오목부(16a)의 결합면(16b)에는 각각 결합 상태로 함으로써, 서로 상대 이동을 억제하는 마찰력이 작용하고 있다. 이 상태에서, 각 측벽(19)에 외측 방향의 힘이 부하되면, 결합면(19f, 24a) 사이 및 결합면(19g, 16b) 사이에는 테이퍼 형상에 따른 빠짐 방향의 힘이 작용한다. 여기서는, 빠짐 방향의 힘이 결합 상태의 마찰력보다 작은 범위에서는, 각 결합면(19f, 24a) 사이 및 결합면(19g, 16b) 사이는 섭동하는 일 없이, 결합 상태를 유지할 수 있다. 한편, 빠짐 방향의 힘이 결합 상태의 마찰력보다 커지면, 각 결합면(19f, 24a) 사이 및 결합면(19g, 16b) 사이가 섭동하여 결합 상태가 해제된다.
따라서, 이 성형 장치(10)에서는, 성형 시에 석영 유리(25)가 천정판(23)에 의해 가압되어 변형함으로써 생기는 측판(19)의 외측 방향의 힘으로는, 결합면(19f, 24a) 사이 및 결합면(19g, 16b) 사이의 결합 상태가 유지되는 테이퍼 형상으로 되어 있다.
동시에, 성형 후의 냉각 시에, 몰드(15)와 석영 유리(25)와의 팽창 계수의 상위에 의한 수축량의 차이로부터 각 측판(19)에 지지 링(24) 및 오목부(16a)에 대하여 외측 방향이 되는 힘이 작용한 경우에는, 각 결합면(19f, 24a) 사이 및 결합면(19g, 16b) 사이가 섭동하여, 결합 상태가 해제되는 테이퍼 형상으로 되어 있다.
이러한 테이퍼 형상은 각 결합면의 성형 등에 의해 적당히 선택할 수 있지만, 예를 들면, 이하의 산출 방법에 의해 구한 테이퍼 각도(측판(19)의 내면(19a)에 대한 결합면(19f) 및 결합면(19g)의 각도)로 하는 것이 바람직하다.
즉, 도 4는 성형 시에 결합 상태가 유지되는 테이퍼 각도를 구할 때의 여러 가지 파라미터를 도시한 개략도이지만, 동일 도면에 있어서, α는 테이퍼 각도, M은 측판(19)과 지지 링(24)의 중량, P1은 성형 압력의 분력(반력), a는 들어 올리는 방향의 힘, b는 가압하는 힘을 각각 나타내고 있다. 여기서, 성형 시에 결합 상태가 유지되기 위해서는 a<b의 조건이 만족될 필요가 있다. 따라서, 성형 시에 결합 상태가 유지되기 위한 테이퍼 각도(α)는, 하기 식 (1):
Plsinα<μPlcosα+Msinα+Mcosα (1)
[식 중, μ은 측판(19)의 결합면(19f)과 오목부(16a)의 결합면(16b) 사이의 마찰 계수이다.]
를 만족하는 테이퍼 각도 α(α<A°)로서 구할 수 있다.
또한, 도 5는 냉각 시에 결합 상태가 해제되는 테이퍼 각도를 구할 때의 여러 가지 파라미터를 도시한 개략도이지만, 동일 도면에 있어서, β는 테이퍼 각도, M은 측판(19)과 지지 링(24)의 중량, P2는 석영 유리가 깨지지 않는 힘의 분력(반력), a는 들어 올리는 방향의 힘, b는 가압하는 힘을 각각 나타내고 있다. 여기서, 냉각 시에 결합 상태가 해제되기 위해서는 a>b의 조건이 만족될 필요가 있다. 따라서, 냉각 시에 결합 상태가 해제되기 위한 테이퍼 각도(β)는 하기 식(2):
P2sinβ>μP2cosβ+㎛sinβ+ Mcosβ (2)
[식 중, μ는 측판(19)의 결합면(19f)과 오목부(16a)의 결합면(16b) 사이의마찰 계수이다.]
을 만족하는 테이퍼 각도(β; β> B°)로서 구해진다.
따라서, 본 발명에 있어서 적합한 테이퍼 각도는 상기에 의해 구해진 α와 β의 중복 범위, 즉 A° 내지 B°의 범위가 된다. 또한, 상기에서는 측판(19)의 결합면(19g)과 오목부(16a)의 결합면(16b) 사이의 관계에 관해서 설명하였지만, 측판(19)의 결합면(19f)과 지지 링(24)의 결합면(24a) 사이의 관계에 대해서도 동일하게 하여 구할 수 있다.
예를 들면, 성형 시의 천정판(23)에 의한 압력이 0.3 내지 5.0kg/㎠의 범위의 경우, 각 결합면의 테이퍼 형상을 15° 내지 30°의 테이퍼 각도(60° 내지 75°의 앙각)가 되도록 설정하는 것이 바람직하다.
상기 테이퍼 각도가 상기 상한을 넘으면 성형 시에 몰드가 유지되지 않고 분해되어 석영 유리를 성형할 수 없게 되는 경향이 있고, 다른 한편, 상기 하한 미만에서는 냉각 시에 측판이 섭동되지 않고, 석영 유리에 과도한 압축 응력이 걸려 균열이 발생하기 쉬워지는 경향이 있다.
다음에, 이상과 같은 구성의 성형 장치(10)에 의해, 덩어리 형태의 석영 유리(25)를 가열 가압 성형하는 경우에 대하여 설명한다. 우선, 진공 챔버(11) 내에 바닥판(16), 수용판(17), 측판(19) 및 지지 링(24)을 조합하여 몰드(15)를 형성한다. 그리고, 몰드(15)의 중공부(21) 내에 덩어리 형태의 석영 유리(25)를 배치하고, 그 상부에 천정판(23)을 배치하고, 또한, 천정판(23)의 가압면(23b)에 유압 실린더의 실린더 로드(26)의 가압 부위(26a)를 당접시켜 세팅한다. 이 실시 형태에서는 덩어리 형태의 석영 유리(25)로서 합성 석영 유리 잉곳을 사용하고 있다.
그리고, 진공 챔버(11) 내를 불활성 가스로 치환하여, 카본 히터(13)에 의해 중공부(21) 내의 덩어리 형태의 석영 유리(25)를 가열하여, 결정화 온도 이상 연화점 이하, 구체적으로는 1570℃ 내지 1670℃로 승온하여 성형한다(성형 공정).
성형 시에는 각 유압 실린더의 실린더 로드(26)를 유압으로써 하방으로 이동시키고, 실린더 로드(26)의 가압 부위(26a)에서 천정판(23)의 가압면(23b)을 가압한다. 이로써, 천정판(23)이 바닥부측의 가압 방향으로 이동하고, 천정판(23)의 가압면(23a)에 의해 덩어리 형태의 석영 유리(25)가 가압된다.
여기서는 성형 초기 단계에서 천정판(23)의 압력을 작게 하고, 최종 단계에서 최대 가압력이 되도록 하고 있다. 예를 들면, 초기 단계에서는 천정판(23)의 가압면(23a)의 단위 면적당 환산한 압력을 0.3 내지 1.5kg/㎠로 하고, 성형의 최종단계에서는 1.0 내지 5.0kg/㎠로 할 수 있다. 또한, 천정판(23)의 하강 속도를 예를 들면 5 내지 20cm/min으로 할 수 있다. 이와 같은 압력이나 하강 속도의 범위로 함으로써, 석영 유리(25)를 서서히 변형시키기 쉽고, 몰드(15)에 국부적으로 커다란 힘이 부하되기 어렵게 할 수 있다.
천정판(23)에 의해 석영 유리(25)를 가압하는 동안, 복수의 측판(19)에는 석영 유리(25)를 통해 천정판(23)의 가압력이 외측 방향의 힘으로서 부하된다. 성형의 최종 단계에서는 천정판(23)으로부터 하측의 중공부(21)의 부피가 석영 유리(25)의 부피가 되고, 내부에 틈이 없어지도록 미리 설정된 소정량분 실린더 로드(26) 및 천정판(23)이 이동함으로써, 최종적으로 천정판(23)의 압력이 복수의 측판(19)에 부하된다. 그 때, 복수의 측판(19)의 상단부(19d)가 지지 링(24)의 관통 구멍(24a)에 결합한 상태로 유지되기 때문에, 복수의 측판(19)의 상단부(19d)는 외측 방향으로 이동하는 일은 없다. 또한, 복수의 측판(19)의 하단부(19e)가 바닥판(16)의 오목부(16a)에 결합한 상태로 유지되기 때문에, 복수의 측판(19)의 하단부(19e)가 외측 방향으로 이동하는 일은 없다. 따라서, 성형 시에는 몰드(15)의 중공부(21)의 형상이 확실하게 유지된다.
그리고, 덩어리 형태의 석영 유리(25)가 소정 형상의 판형상체로 성형된 단계에서, 천정판(23)에 의한 가압을 종료한다.
가압 종료 후, 판 형상의 석영 유리(25)를 몰드(15) 내에 배치한 상태대로 적절하게 냉각 온도를 설정하여 냉각한다(냉각 공정).
이 때, 성형 직후의 석영 유리(25)는 몰드(15)의 중공부(21)의 내벽에 밀착시킨 상태로 배치되어 있고, 이 상태로부터 온도가 저하되면, 온도 변화에 따른 석영 유리(25) 및 몰드(15)가 열 수축을 일으킨다. 이 때의 수축량은 각각의 팽창계수에 따른 것으로 되기 때문에, 몰드(15)의 수축량이 석영 유리(25)보다 커진다.
그 때문에, 프레임형의 지지 링(24)이 수축하면, 그 내주의 결합면(24a)에 당접하는 측판(19)의 상단부(19d)의 결합면(19f)을 내측으로 압박한다. 그러나, 석영 유리(25)의 수축이 적기 때문에, 측판(19)의 상단부(19d)는 내측으로 이동할 수 없고, 그 결과, 지지 링(24)에 측판(19)으로부터 외측 방향의 힘이 부하된다. 이로써, 측판(19)의 결합면(19f)과 지지 링(24)의 결합면(24a)의 결합 상태가 해제되어, 지지 링(24)이 측판(19)으로부터 상측의 빠짐 방향으로 이동한다.
또한, 바닥판(16)의 수축에 의해 오목부(16a)가 수축하면, 그 내주면에 당접하는 측판(19)의 하단부(19c)의 결합면(19g)이 내측으로 압박된다. 그러나, 석영 유리(25)의 수축이 적기 때문에, 측판(19)의 하단부(19e)는 내측으로 이동할 수 없고, 측판(19)으로부터 오목부(16a)에 외측 방향의 힘이 부하된다. 이로써, 측판(19)의 결합면(19g)과 오목부(16a)의 결합면(16)의 결합 상태가 해제되어, 측판(19)이 오목부(16a)로부터 상측의 빠짐 방향으로 이동한다.
이와 같이 결합면의 결합 상태가 해제됨으로써, 복수의 측판(19)이 이격하여, 성형된 석영 유리(25)가 몰드(15)에 의해 압축되는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 충분하게 냉각시킴으로써, 성형이 완료한다.
이상과 같은 석영 유리(25)의 성형 장치(10)에 의하면, 몰드(15)가 서로 당접한 상태에서 조합되어 중공부(21)를 형성하는 복수의 측판(19)과, 이 복수의 측판(19)의 외측으로 결합하는 바닥판(16)의 오목부(16a) 또는 지지 링(24)을 갖고, 이들이 성형 시에 결합 상태를 유지하는 동시에, 성형 후의 냉각 시에 결합 상태를 해제할 수 있도록 구성되어 있기 때문에, 천정판(23)으로 석영 유리(25)를 종래보다 높은 압력으로 가압하여 성형하더라도, 성형 시에는 결합 상태를 유지하고, 몰드(15) 및 중공부(21)의 형상을 유지할 수 있어, 성형이 용이하다. 그리고, 성형 후의 냉각 시에는 결합 상태가 해제되어, 복수의 측판(19)이 이격되어 응력을 해방시킬 수 있다. 그 때문에, 성형된 석영 유리(25)의 균열이나 왜곡을 억제할 수 있고, 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 프레임 형상의 지지 링(24)이 복수의 측판(19)의 외측에 결합하는 것이기 때문에, 몰드(15)의 조립 및 분해 시에 착탈이 용이하고, 동시에, 이 지지 링(24)이 측판(19)의 외측 주위로 결합하는 것으로서, 외측 방향의 힘에 의해 빠짐 방향으로 이동 가능해지고 있기 때문에, 냉각 시의 석영 유리(25)의 왜곡이나 균열의 발생을 방지하면서, 종래보다 높은 압력으로 성형하는 동안에 중공부(21)의 형상을 확실하게 유지하기 쉽다.
또한, 바닥판(16)의 오목부(16a)가 복수의 측판(19)의 하단부(19e)의 외측 표면에 결합하는 것으로서, 복수의 측판(19)이 바닥판(16)의 오목부(16a)로부터 빠짐 방향으로 이동 가능해지기 때문에, 조립 및 분해가 용이한 동시에, 냉각 시의 왜곡이나 균열의 발생을 방지하면서, 종래보다 높은 압력으로 성형하는 동안에도 복수의 측판(19)의 하단부(19e)를 확실하게 유지하기 쉽고, 중공부(21)의 형상을 보다 유지하기 쉽다.
또한, 중공부(21)의 횡단면 형상이 대략 사각형 형상을 보이고, 코너부(27)가 R 형상으로 형성되어 있기 때문에, 성형된 사각형 형상의 석영 유리(25)에 있어서, 코너부(27)에 응력이 집중되는 것을 방지할 수 있어, 코너부(27)의 왜곡이나 균열을 방지하여 성형할 수 있고, 수율을 대폭 향상시키기 쉽다.
또, 상기한 실시 형태 1에서는 판 형상의 석영 유리(25)를 성형하는 예에 관해서 설명하였지만, 판형상체 이외의 성형체라도, 본 발명은 적절하게 적용할 수 있다. 또한, 상기에서는 천정판(23)을 1개의 유압 실린더의 실린더 로드(26)로 가압하는 예에 관해서 설명하였지만, 복수의 실린더 로드(26)를 사용하여 천정판(23)을 가압해도 좋고, 또한 유압 실린더가 아닌 다른 기계적인 성형 수단을 사용하는것도 가능하다. 또한, 상기에서는 결정화 온도 이상 연화점 온도 이하의 온도로 성형하는 예에 관해서 설명하였지만, 석영 유리(25)의 결정화 온도 이상으로 성형하면 좋고, 예를 들면 연화점보다 높은 온도라도 좋다.
[실시 형태 2]
다음에, 실시 형태 2에 관해서 설명한다.
본 실시 형태 2의 성형 장치(10)에서는 도 6에 도시하는 바와 같이, 횡단면형상이 대략 사각형 형상의 중공부(21)에 있어서, 코너부(27)가 둔각이 되도록 복수의 경사변(29)을 설치한 것 이외에는 실시 형태 1의 성형 장치(10)와 동일한 구성을 갖는다.
이러한 성형 장치(10)라도, 성형된 대략 사각형 형상의 석영 유리(25)에 있어서, 코너부(27)에 응력이 집중되는 것을 방지할 수 있기 때문에, 코너부(27)의 왜곡이나 균열을 방지하기 쉽고, 실시 형태 1과 동일하게 수율을 대폭 향상시키기 쉽다.
코너부(27)에 있어서의 경사변(29) 사이의 각도(θ)는 둔각으로 하면 좋고 특히 제한되지 않지만, 120° 내지 150°이 바람직하고, 130° 내지 138°가 보다 바람직하다. 코너부(27)의 각도(θ)가 상기 하한 미만에서는 코너부에서의 왜곡이나 균열이 충분하게 방지되지 않게 되는 경향이 있고, 다른 한편, 상기 하한을 넘으면 얻어진 석영 유리로부터 제품(광학 부재)을 꺼낼 때의 수율이 감소되는 경향이 있다.
또한, 상기에서는 코너부(27)를 구성하는 경사변(29) 사이가 둔각이 되는 예에 관해서 설명하였지만, 인접하는 경사변(29)이 당접하는 부분이 R 형상으로 형성되어 있어도 좋다. 이렇게 하면, 왜곡의 방지와 수율의 향상이 보다 효율 좋게 달성되는 경향이 있다.
[실시 형태 3]
도 7 내지 도 9는 본 실시 형태의 성형 장치를 도시한다.
이 성형 장치(10)는 실시 형태 1의 성형 장치(10)와 동일한 장치이고, 특히, 이 실시 형태에서는 700㎠ 이상, 즉 26.5cm×26.5cm 이상의 각진 형상, ψ300mm 이상의 둥근 형상 등의 넓은 면을 성형하기 위해서 적합한 장치로 되어 있다.
이 성형 장치(10)에서는 몰드(15)는 바닥판(16) 및 수용판(17)을 구비한 바닥부(18)와, 바닥부(18)의 상부에 복수의 측판(19)을 조합하여 통 형상으로 형성된 측벽부(20)를 구비하고, 이 통 형상의 측벽부(20)와 바닥부(18)에 의해 중공부(21)가 형성되어 있다. 또, 상세하게 도시하고 있지 않지만, 실시 형태 3에 있어서의 몰드(15)가 실시 형태 1에 있어서의 몰드(15)와 동일한 것이 바람직하다.
중공부(21)에는 가압부(가압판)로서의 천정판(23)이 이동 가능하게 배치되고, 중공부(21) 내에 수용된 덩어리 형태의 석영 유리(25)를 천정판(23)의 가압면(23a)으로 가압 가능하게 구성되어 있다.
이들의 몰드(15) 및 천정판(23)은 석영 유리(25)의 성형 시의 온도 및 압력에 대한 내열성 및 강도를 갖고, 또한, 성형 시에 석영 유리(25)와 접촉하더라도불순물을 혼입하기 어려운 재료로 형성되어 있고, 여기서는 모두 흑연에 의해 형성되어 있다.
또한, 도 9에 도시하는 바와 같이, 측벽부(20)의 내벽면에는 가압 방향으로 연장되는 홈(30)이 설치되고, 천정판(23)에는 상기 홈(30)에 대응한 볼록부(31)가 설치되고, 이 볼록부(31)가 홈(30) 내를 이동함으로써 천정판(23)의 가압 방향의 가이드부가 되도록 구성되어 있다.
이 천정판(23)의 가압면(23b; 상면)이, 진공 챔버(11)의 외부에 배치된 성형 수단으로서의 유압 실린더의 실린더 로드(26)로 가압되도록 되어 있다. 이 실린더 로드(26)는 선단 부분(하단부)이 천정판(23)의 가압 부위(26a)이고, 5개의 실린더 로드(26)의 가압 부위(26a)가 천정판(23)의 가압면(23b)에 대략 균등하게 분산 배치되어, 당접한 상태로 되어 있다. 여기서는 실린더 로드(26)가 사각형의 천정판(23)의 중앙 위치와, 이 중앙 위치를 둘러싸는 주변 4개소에 배치되어 있다.
또한, 실린더 로드(26)의 가압 부위(26a)의 면적은 현저하게 매우 작으면 천정판(23)의 변형이 생기기 쉽기 때문에, 천정판(23)의 가압면(23b)의 면적에 따라서 적절하게 설정하는 것이 바람직하다.
또, 이러한 실린더 로드(26)를 구비한 유압 실린더는 외부로부터 공급하는 유압을 조정함으로써, 각각 독립적으로 실린더 로드(26)가 가압되어 이동하도록 구성되어 있지만, 상세한 도시는 생략되어 있다.
또한, 이 성형 장치(10)에서는 각 실린더 로드(26)의 가압 부위(26a)의 가압 방향의 위치를 검출하기 위한 인코더가 배치되어 있다. 상기 인코더는 실린더 로드(26)의 중단의 기준이 되는 위치에 설치된 와이어(26b)와, 이 와이어(26b)의 변위량을 검출하는 도시하지 않는 와이어 스케일 인코더 본체를 구비하고 있다. 이 인코더에서 검출되는 각 가압 부위(26a)의 위치는 천정판(23)의 가압면(23a)의 위치에 대응하는 값이고, 이 검출치에 의해 천정판(23)의 각 부위의 위치(높이)가 검출 가능해지고 있다.
또한, 이 성형 장치(10)에는 도 10에 도시하는 바와 같이, 천정판(23)의 복수 위치의 가압 방향의 경사를 검출하기 위한 경사계(32)가 실린더 로드(26)의 상부에 접속된 기준판(33)에 배치되어 있다. 이 경사계(32)는 각 실린더 로드(26) 사이에 배치되고, 천정판(23)의 가압면(23a)의 복수 개소에서 경사가 검출 가능해지고 있다. 또, 기준판(33)은 각 실린더 로드(26)에 분리 가능하게 접속되어 있다.
그리고, 이 인코더 및 경사계(32)에 의해 측정된 천정판(23)의 가압면(23a)의 복수 개소의 가압 방향의 위치 및 경사는 실린더 로드(26)의 가압 동작을 제어하기 위해서 이용 가능해지고 있다. 예를 들면, 이들의 검출치가 도시하지 않은 연산 처리 장치에 입력되고, 그 연산 결과에 근거하여 각 실린더 로드(26)의 유압 실린더에 공급하는 유압이 독립적으로 조정되도록 제어 수단이 구성되어 있다.
다음에, 이상과 같은 구성의 성형 장치(10)에 의해, 덩어리 형태의 석영 유리(25)를 가열 가압 성형하는 경우에 관해서 설명한다. 우선, 진공 챔버(11) 내에 바닥판(16), 수용판(17) 및 측판(19)을 조합하여 몰드(15)를 형성한다. 그리고, 몰드(15)의 중공부(21) 내에 덩어리 형태의 석영 유리(25)를 배치하고, 그 상부에천정판(23)을 배치하고, 또한, 천정판(23)의 가압면(23b)에 유압 실린더의 실린더 로드(26)의 가압 부위(26a)를 당접시켜서 세팅한다. 이 실시 형태에서는 덩어리 형태의 석영 유리(25)로서 합성 석영 유리 잉곳을 사용하여, 몰드(15)의 중공부(21)의 중앙 부분에 배치하고 있다.
그리고, 진공 챔버(11) 내를 불활성 가스로 치환하여, 카본 히터(13)에 의해 중공부(21) 내의 덩어리 형태의 석영 유리(25)를 가열하고, 결정화 온도 이상 연화점 이하, 구체적으로는 1570℃ 내지 1670℃로 승온 하여 성형한다(성형 공정).
성형 시에는 각 유압 실린더의 유압을 독립적으로 조정함으로써, 실린더 로드(26)를 하방으로 이동시켜, 각 실린더 로드(26)의 가압 부위(26a)에서 천정판(23)의 가압면(23b)을 가압한다. 이로써, 천정판(23)이 바닥부측의 가압 방향으로 이동하고, 천정판(23)의 가압면(23a)에 의해 덩어리 형태의 석영 유리(25)가 가압된다.
성형 초기 단계에서는 천정판(23)의 가압면(23a)의 일부(여기서는 중앙부)가 덩어리 형태의 석영 유리(25)에 접촉한 상태가 되기 때문에, 그 부분에 대응한 실린더 로드(26)에 다른 실린더 로드(26)보다 높은 압력을 부하한다. 특히, 석영 유리(25)의 점도가 높은 경우에는 중앙부의 실린더 로드(26)와 주변 위치의 실린더 로드(26)의 압력차가 커진다. 이 실시 형태에서는 천정판(23)의 가압면(23a)이 덩어리 형태의 석영 유리(25)와 중앙 부분에서 접촉하고, 주변 부분에서는 접촉하지 않기 때문에, 중앙 위치에 대응하는 실린더 로드(26)에 다른 주변 위치의 실린더 로드(26)보다 높은 압력을 부하하고 있다.
그 후, 성형이 진행한 단계에서, 각 실린더 로드(26)의 압력을 증가시킴과 동시에, 주변 위치의 실린더 로드(26)에 중앙 위치의 실린더 로드(26)와 동등한 압력을 부하하여, 성형의 최종 단계에서 모든 압력이 가장 높아지도록 하고 있다.
여기서 성형 초기 단계에서는 천정판(23)의 압력을 작게 하고, 최종 단계에서 최대 가압력이 되도록 하고 있다. 예를 들면, 초기 단계에서는 천정판(23)의 가압면(23a)의 단위 면적당 환산한 압력을 0.3 내지 1.5kg/㎠로 하고, 성형 최종 단계에서는 1.0 내지 5.0kg/㎠으로 한다.
이 성형 시에는 천정판(23)의 가압면(23d)의 가압 방향의 위치와 경사에 상당하는 각 실린더 로드(26)의 가압 부위(26a)의 위치와 천정판(23)의 경사가 검출되고, 이들의 검출치에 근거하여 각 실린더 로드(26)의 가압 부위(26a)의 위치가 제어되고 있다. 그 때문에, 천정판(23)의 가압면(23a)이 가압 방향에 대하여 수직이 되도록 제어되고 있다.
이 제어에 있어서는 각 가압 부위(26a)의 위치가 동일하고 경사가 검출되지 않은 경우에는 각 실린더 로드(26)를 구동하는 유압 실린더에의 공급 압력을 유지하거나 또는 균등하게 증가시켜, 소정의 천정판(23)의 하강 속도로 성형을 계속한다. 이 천정판(23)의 하강 속도로서는 예를 들면 5 내지 20cm/min로 할 수 있다.
천정판(23) 전체가 경사지거나, 일부가 변형됨으로써 일부가 경사지고, 가압 부위(26a) 사이의 가압 방향의 위치 어긋남과 경사가 검출된 경우에는 이 위치 어긋남 및 경사를 수정하여 모든 실린더 로드(26)의 가압 부위(26a)의 위치가 일치하도록, 각 유압 실린더에 대한 공급 압력을 조정한다.
또한, 모든 가압 부위(26a) 사이의 어긋남이 검출되지 않고 경사가 검출된 경우에는 각 실린더 로드(26)의 유압 실린더로의 공급 압력을 감소시키는 등에 의해 천정판(23)의 변형을 수정한다.
그리고, 이러한 제어를 하면서, 성형 최종 단계의 압력을 실린더 로드(26)에 부하하고, 덩어리 형태의 석영 유리(25)가 소정 형상의 판 형상체로 성형된 단계에서, 천정판(23)에 의한 가압을 종료한다. 그 후, 냉각 공정에서 냉각하여 진공 챔버(11)의 몰드(15)로부터 성형품의 판 형상체를 꺼냄으로써 성형이 완료된다.
이상과 같은 석영 유리(25)의 성형 장치(10)에 의하면, 천정판(23)을 가압하는 실린더 로드(26)가 복수 설치되고, 그 가압 부위(26a)가 각각 독립적으로 천정판(23)을 가압할 수 있기 때문에, 천정판(23)의 다른 위치를 각각 별도의 실린더 로드(26)로, 별도의 압력으로 가압할 수 있다. 그 때문에, 천정판(23)을 가압하는 압력을 각 부위마다 조정할 수 있고, 성형 시에 천정판(23)의 변형을 방지하여, 넓은 면적을 균일하게 가압하는 것이 가능해진다. 그 때문에, 넓은 면적의 면을 갖는 소정의 판형상의 석영 유리(25)를 균질하게, 예를 들면, 판 형상의 석영 유리(25)의 두께 격차를 가능한 한 작게 억제하여 성형하는 것이 용이해진다.
더구나, 성형 시에 천정판(23)에 부하되는 힘을 복수의 실린더 로드(26)의 가압 부위(26a)에 분산함과 동시에, 부분마다 압력을 조정하기 때문에, 천정판(23)이 변형하기 어렵고, 천정판(23)의 두께를 충분하게 얇게 할 수 있다. 그 때문에, 성형 장치 전체의 장치 높이를 낮게 하는 것이 가능해져, 성형 장치(10)의 소형화를 도모하기 쉽다.
또한, 복수의 실린더 로드(26)의 가압 부위(26a)의 위치를 검출하거나, 천정판(23)의 경사를 검출하고, 그 검출치에 근거하여 각 실린더 로드(26)의 가압 부위(26a)의 위치를 제어하도록 하였기 때문에, 천정판(23)의 가압면(23a)에 경사나 변형이 생긴 경우에, 그 양에 따라서 정확하게 실린더 로드(26)의 가압 부위(26a)의 위치를 제어할 수 있다.
또한, 천정판(23)으로 석영 유리(25)를 가압하는 압력을 제어하여 조정하고 있기 때문에, 천정판(23)으로부터 덩어리 형태의 석영 유리(25)에 지나친 압력이 부하되기 어렵고, 천정판(23)의 변형을 방지하여, 균형 맞게 천정판(23)을 가압하기 쉽다.
또, 상기한 실시 형태 3에서는 판 형상의 석영 유리(25)를 성형하는 예에 관해서 설명하였지만, 판형상체 이외의 넓은 면적의 면을 갖는 성형체라도, 본 발명은 적절하게 적용 가능하다.
또한, 상기에서는 가압 시에 천정판(23)의 가압 방향의 위치와 경사의 양쪽을 검출하여, 각 실린더 로드(26)의 압력을 제어하도록 제어 장치를 구성하였지만, 위치만을 검출하여 제어하여도 좋고, 경사만을 검출하여 제어하는 것도 가능하다.
또한, 상기에서는 천정판(23)의 위치의 제어를 유압 실린더에 공급하는 유압의 조정에 의해 행하였지만, 성형 수단으로서 기계적으로 위치를 조정할 수 있는 인코더를 사용한 장치에 의해, 정밀도 좋게 위치를 제어하도록 하여도 좋다.
[실시 형태 4]
다음에, 도 11에 도시하는 실시 형태 4의 성형 장치(10)에 관해서 설명한다.
이 실시 형태 4의 성형 장치(10)에서는 실시 형태 3의 천정판(23)과 크기가 다른 교환용 천정판(23')과, 이 교환용 천정판(23')에 대응하는 교환용 몰드(15')를 천정판(23) 및 몰드(15) 대신에 임의로 선택하여 장착 가능하게 구성하고, 기준판(33)을 분리한 것 외에는 실시 형태 3의 성형 장치(10)와 동일하다. 여기서는 크기가 다른 교환용 천정판(23')과, 그것에 대응하는 크기의 교환용 몰드(15')를 복수 갖고 있어도 좋고, 또한, 복수의 교환용 천정판(23') 및 교환용 몰드(15')가 동일한 크기이거나, 서로 다른 크기라도 좋다.
상기 교환용 천정판(23') 및 교환용 몰드(15')는 몰드(15) 및 천정판(23)을 진공 챔버(11)로부터 분리하여 장착되어 있고, 교환용 천정판(23')의 가압면(23b')에는 가압면(23b')의 크기에 대응한 수의 1개의 실린더 로드(26)의 가압 부위(26a)가 당접한 상태로 배치되어 있다. 또, 도 11에 있어서, 16'는 교환용 바닥판이고, 17'는 교환용 수용판이고, 18'는 교환용 바닥부이고, 19'는 교환용 측판이고, 20'는 교환용 측벽부이고, 23a'는 교환용 천정판(23')의 가압면을 나타낸다. 이 성형 장치(10)에서는 교환용 몰드(15')의 중공부(21') 내에 배치된 덩어리 형태의 석영 유리(25)를 가열하여, 교환용 천정판(23')에 의해 가압하면, 실시 형태 3에 의해 얻어지는 판형상체보다 작은 소정 형상의 판형상체를 성형할 수 있다.
이러한 성형 장치(10)에 의하면, 실시 형태 3의 효과에 더하여, 1개의 성형 장치(10)로 다른 크기의 소정 형상으로 석영 유리(25)를 성형하는 것이 가능해지고, 더구나, 어떠한 크기라도 교환용 천정판(23')의 변형을 방지하여 균질한 면을성형하는 것이 가능하다.
[실시 형태 5]
도 12 및 도 13은 본 실시 형태의 성형 장치를 도시한다.
이 성형 장치(10)는 실시 형태 1의 성형 장치(10)와 동일한 장치이고, 실시 형태 1에 있어서의 몰드(15)와 동일한 몰드(15)를 구비하고 있다.
그리고, 몰드(15)의 중공부(21)의 내부에는 가압부로서의 천정판(23)이 상하 동작 가능하게 배치되어 있는 동시에, 이 천정판(23)과 바닥부(18) 사이에 경계부로서의 중간판(34)이 상하 동작 가능하게 배치되고, 중간판(34)의 상하에 복수의 분할 중공부(21a, 21b)가 형성되어 있다.
천정판(23)은 가압면(23b; 상면)을 진공 챔버(11)의 외부에 배치된 성형 수단으로서의 유압 실린더의 실린더 로드(26)로 가압함으로써 하강하도록 구성되어 있다. 또, 실린더 로드(26)를 구비한 유압 실린더는 외부로부터 공급하는 유압을 조정함으로써 가압되어 이동하도록 구성되어 있지만, 상세한 도시는 생략되어 있다.
중간판(34)은 평면에서 보아 수용판(17) 및 천정판(23)과 동일한 형상을 갖고 있고, 측면이 중공부(21)의 내벽면에 당접한 상태로 섭동함으로써, 수용판(17) 및 천정판(23)과 평행 상태를 유지한 채로, 상하 동작 가능하게 구성되어 있다. 또한, 측벽부(20)의 내벽면에 가압 방향으로 연장되는 홈을 설치하고, 천정판(23) 및 중간판(34)에 홈에 대응한 볼록부를 설치함으로써, 천정판(23) 및 중간판(34)을수용판(17)과 평행하게 유지한 채 상하 동작할 수 있다.
이들의 바닥판(16), 수용판(17), 측판(19), 지지 링(24), 천정판(23) 및 중간판은 어떠한 석영 유리(25)의 성형 시의 온도 및 압력에 대한 내열성 및 강도를 갖고, 또한, 성형 시에 석영 유리(25)와 접촉하더라도 불순물을 혼입하기 어려운 재료로 형성되어 있고, 여기서는 모두, 석영 유리의 팽창 계수보다 큰 팽창 계수를 갖는 흑연에 의해 형성되어 있다.
성형 시에는 이러한 몰드(15)의 중공부(21)에, 최상부의 천정판(23)이 몰드의 측판(19)의 상단을 넘지 않는 높이로, 덩어리 형태의 석영 유리(25a, 25b)와 중간판(34)이 교대로 쌓여 수용된다. 그리고, 최상부의 천정판(23)을 실린더 로드(26)로 가압하면, 분할 중공부(21a) 내의 석영 유리(25a)가 가압되고, 이 석영 유리(25a)를 통해 중간판(34)이 가압되고, 또한, 중간판(34)에 의해 분할 중공부(21b) 내의 석영 유리(25b)가 가압되고 있다.
또한, 이 몰드(15)에서는 측판(19)과 바닥판(16) 사이의 결합면(19g, 16b), 및 측판(19)과 지지 링(24) 사이의 결합면(19f, 24a)이 성형 시에 석영 유리(25a, 25b)가 천정판(23) 및 중간판(34)에 의해 가압되어 변형함으로써 생기는 측판(19)의 외측 방향의 힘에 대하여, 마찰력에 의해 결합 상태를 유지할 수 있는 테이퍼 형상으로 되어 있다.
또한, 이 결합면(19f, 24a) 및 결합면(19g, 16b)의 테이퍼 형상은 성형 후의 냉각 시에, 몰드(15)와 석영 유리(25)의 팽창 계수의 상이에 의한 수축량의 차로부터 각 측판(19)에 지지 링(24) 및 오목부(16a)에 대하여 외측 방향이 되는 힘이 작용한 경우에는 각 결합면(19f, 24a) 사이, 및 결합면(19g, 16b) 사이가 섭동하여, 결합 상태가 해제되는 형상으로 되어 있다.
이러한 테이퍼 형상은 각 결합면의 성형 등에 의해 적절하게 경사 각도를 선택하는 것이 가능하다.
다음에, 이상과 같은 구성의 성형 장치(10)를 사용하여, 복수의 덩어리 형태의 석영 유리(25a, 25b)를 가열 가압 성형하는 방법에 관해서 설명한다. 우선, 도 12에 도시하는 바와 같이, 진공 챔버(11) 내에 바닥판(16), 수용판(17), 측판(19) 및 지지 링(24)을 조합하여 몰드(15)를 형성한다. 그리고, 몰드(15)의 중공부(21) 내에 덩어리 형태의 석영 유리(25a, 25b)와 중간판(34)을 교대로 배치하고, 그 상부에 천정판(23)을 배치하고, 또한, 천정판(23)의 가압면(23b)에 유압 실린더의 실린더 로드(26)의 가압 부위(26a)를 당접시켜 세팅한다. 이 실시 형태에서는 덩어리 형태의 석영 유리(25a, 25b)로서 합성 석영 유리 잉곳을 사용하고 있다.
그리고, 진공 챔버(11) 내를 불활성 가스로 치환하여, 가본 히터(13)에 의해 중공부(21) 내의 덩어리 형태의 석영 유리(25)를 가열하여 성형한다(성형 공정).
성형 시에는 각 유압 실린더의 실린더 로드(26)를 유압으로 하방으로 이동시키고, 실린더 로드(26)의 가압 부위(26a)에서 천정판(23)의 가압면(23b)을 가압한다. 이로써, 천정판(23)이 바닥부측의 가압 방향으로 이동하고, 천정판(23)의 가압면(23a)에 의해 분할 중공부(21a) 내의 석영 유리(25a)가 가압됨과 동시에, 중간판(34)을 통해, 분할 중공부(21b) 내의 석영 유리(25b)가 가압되어, 천정판(23)의 가압력에 의해 복수의 석영 유리(25a, 25b)가 변형된다.
천정판(23)에 의해 석영 유리(25a, 25b)를 가압하는 동안, 복수의 측판(19)에는 석영 유리(25a, 25b)를 통해 천정판(23)의 가압력이 외측 방향의 힘으로서 주어진다. 성형의 최종 단계에서는 도 14에 도시하는 바와 같이, 미리 설정된 소정량분 실린더 로드(26) 및 천정판(23)이 이동함과 동시에 중간판(34)이 이동함으로써, 분할 중공부(21a, 21b)의 부피가 석영 유리(25a, 25b)의 부피로 되어, 내부에 틈이 없어진다. 이 때, 복수의 측판(19)에는 석영 유리(25a, 25b)의 접촉하는 면적에 따라서, 천정판(23)으로부터의 압력이 부하된다.
여기서는 성형 초기 단계에서 천정판(23)의 압력을 작게 하여, 최종 단계에서 최대 가압력이 되도록 하고 있고, 성형 시의 측판(19)에 대한 가압력이 측판(19)과 수용판(16)의 결합 상태나 측판(19)과 지지 링(24)의 결합 상태를 유지할 수 있는 소정치 이하가 되도록 천정판(23)의 최대 가압력을 조정하고 있다.
이 천정판(23)의 최대 가압력의 조정은 다른 수의 석영 유리를 성형하거나, 다른 두께나 형상의 석영 유리를 성형할 때에 있어서도, 동일하게 행할 필요가 있고, 어떠한 성형 공정이라도, 측판(19)에 대한 가압력이 소정치 이하로 유지되도록 조정할 필요가 있다. 이 실시 형태에서는 구체적으로는 복수의 석영 유리(25a, 25b)와 각 측판(19)의 접촉 면적의 증감에 대응하여, 천정판(23)의 최대 가압력을 반비례하도록 조정하고 있다.
예를 들면, 하나의 석영 유리(25a)를 초기 단계에서는 천정판(23)의 가압면(23a)의 단위 면적당 환산한 압력을 0.1 내지 0.2kg/㎠ 정도로 하고, 성형의 최종 단계에서는 0.6 내지 1.0kg/㎠로서 성형하고 있는 경우, 동일한 크기의 2개의석영 유리(25a, 25b)를 성형하기 위해서는 최종 단계에서 0.3 내지 0.5kg/㎠로 한다. 즉, 석영 유리(25a, 25b)로부터 몰드(15)의 측판(19)에 하중이 주어지는 접촉 면적이 2배이기 때문에, 천정판(23)으로부터 가하는 단위 면적당의 압력을 충분하게 함으로써, 측판(19) 전체에 부하되는 압력을 동일하게 하고 있다.
이러한 조정에 의해, 측판(19) 전체가 석영 유리(25a, 25b)로부터 받는 압력을 소정치 이하, 측판(19)과 지지 링(24) 및 바닥판(16)의 오목부(16a)의 결합 부분에 부하되는 힘을 소정의 힘 이하로 할 수 있다. 그 때문에, 결합 상태를 유지하여 측판(19)의 상승을 막고, 중공부(21)의 형상을 유지하는 것이 가능해져, 복수개를 성형하는 경우라도, 성형 불량을 방지하는 것이 가능해지는 것이다,,
다음에, 이렇게 하여 소정 형상으로 성형된 석영 유리(25a, 25b)를 냉각한다(냉각 공정). 이 성형 직후의 석영 유리(25a, 25b)는 몰드(15)의 중공부(21)의 내벽에 밀착한 상태로 배치되어 있고, 이 상태로부터 온도가 저하하면, 온도 변화에 따른 석영 유리(25) 및 몰드(15)가 열 수축을 일으킨다. 이 때의 수축량은 각각의 팽창 계수에 따른 것으로 되기 때문에, 몰드(15)의 수축량이 석영 유리(25)보다 커진다.
그 때문에, 프레임 형상의 지지 링(24)이 수축하면, 그 내주의 결합면(24a)에 당접하는 측판(19)의 상단부(19d)의 결합면(19f)을 내측으로 압박한다. 그러나, 석영 유리(25)의 수축이 적기 때문에, 측판(19)의 상단부(19d)는 내측으로 이동할 수 없고, 그 결과, 지지 링(24)에 측판(19)으로부터 외측 방향의 힘이 부하된다. 이로써, 측판(19)의 결합면(19f)과 지지 링(24)의 결합면(24a)의 결합 상태가해제되어, 지지 링(24)이 측판(19)으로부터 상측의 빠짐 방향으로 이동한다.
이상과 같이 하여 석영 유리(25a, 25b)를 성형하면, 중공부(21)의 내부에 이동 가능하게 중간판(34)을 배치하여 복수의 분할 중공부(21a, 21b)로 구획하고, 그 분할 중공부(21a, 21b)의 각각 석영 유리(25a, 25b)를 수용하여 가압함으로써 복수개를 동시에 성형하기 때문에, 복수의 석영 유리(25a, 25b)의 승온 및 냉각의 작업을 모아 행할 수 있는 동시에, 천정판(23)에 의해 모아 가압할 수 있고, 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 몰드(15)가 서로 당접한 상태로 조합되어 중공부(21)를 형성하는 복수의 측판(19)과, 이 복수의 측판(19)의 외측에 결합하는 바닥판(16)의 오목부(16a) 또는 지지 링(24)을 갖고, 이들이 성형 시에 결합 상태를 유지함과 동시에, 성형 후의 냉각 시에 결합 상태를 해제할 수 있도록 구성되어 있기 때문에, 성형 시에는 중공부(21)의 형상을 유지하여, 성형하는 것이 용이하고, 성형 후의 냉각 시에는 복수의 측판(19)이 이격되어 응력을 해방할 수 있고, 몰드(15)나 석영 유리(25a, 25b)의 왜곡이나 균열 등을 억제할 수 있다.
동시에, 몰드(15)의 사이즈와, 측판의 자체 무게와, 성형 후의 석영 유리(25a, 25b)의 두께로부터, 측판(19)이 상승하지 않는 압력을 산출할 수 있기 때문에, 성형 압력의 설정이 용이하고, 의도하지 않은 몰드(15)의 결합 상태의 해제를 없애 생산성을 향상시킬 수 있다.
또, 상기한 실시 형태에서는 판 형상의 석영 유리(25a, 25b)를 성형하는 예에 관해서 설명하였지만, 판형상체 이외의 성형체라도, 본 발명은 적절하게 적용가능하다.
또한, 상기에서는 2개의 석영 유리(25a, 25b)를 성형하는 예에 관해서 설명하였지만, 경계판(34)을 복수 사용함으로써 분할 중공부를 3개 이상 설치하여, 3개 이상의 석영 유리를 성형하는 것도 가능하다. 그 경우, 천정판(23)의 가압력을 측판(19)과 석영 유리(25a, 25b)의 접촉 면적의 증가분에 반비례하도록 적게 하면, 몰드(15)의 중공부(21)의 형상을 유지하여, 성형을 하는 것이 가능하다.
[실시 형태 6]
도 15는 이 실시 형태의 성형 장치를 도시한다.
이 성형 장치(10)는 실시 형태 1의 성형 장치(10)와 동일한 장치이고, 상기 성형 장치(10)에서 몰드(15)는 바닥판(16) 및 수용판(17)을 구비한 바닥부(18)와, 이 바닥부(18)의 상측에 사각통 형상으로 형성된 측벽부(20)를 구비하고, 이 통 형상의 측벽부(20)와 바닥부(18)에 의해 중공부(21)가 형성되어 있다. 또, 상세하게 도시하지 않지만, 실시 형태 6에 있어서의 몰드(15)가 실시 형태 1에서의 몰드(15)와 동일한 것이 바람직하다.
이 중공부(21) 내에는 이 중공부(21)의 형상에 대응하는 형상의 가압부로서의 천정판(23)이 배치되고, 천정판(23)의 가압면(23b; 상면)을 진공 챔버(11)의 외부에 배치된 프레스 장치로서의 유압 실린더의 실린더 로드(26)로 가압함으로써, 몰드(15)의 바닥부(18)측으로 이동 가능해지고 있다.
또한, 상기 실린더 로드(26)를 구비한 유압 실린더는 외부로부터 공급하는유압을 조정함으로써 가압되어 이동하도록 구성되어 있지만, 상세한 도시는 생략되어 있다.
이들의 몰드(15) 및 천정판(23)은 덩어리 형태의 석영 유리(25)의 성형 시 에 있어서의 온도 및 압력에 대한 내열성 및 강도를 갖고, 또한, 성형 시에 덩어리 형태의 석영 유리(25)와 접촉하더라도 불순물을 혼입하기 어려운 재료로 형성되어 있고, 여기서는 모두 흑연에 의해 형성되어 있다.
그리고, 그 몰드(15)의 내벽면(15a) 및 천정판(23)의 가압면(23a; 하면)에는 이형층(35)이 설치되어 있다. 이 이형층(35)은 카본 입자를 주된 고형 성분으로 하는 현탁액(제 1 현탁액)을 도포하고, 건조 후, 또한 SiC 입자를 주된 고형 성분으로 하는 현탁액(제 2 현탁액)을 도포하여 건조시킴으로써 성형되어 있다.
여기서, 카본 입자나 SiC 입자를 현탁액으로 할 때의 용매의 종류는 도포 후의 건조나 취급의 용이함 등을 이유로, 알코올계인 것이 바람직하고, 이 실시 형태에서는 에틸 알코올을 사용하고 있다. 이 에틸 알코올에 카본 입자 또는 SiC 입자를 분산시켜 솔로 칠하여 도포한다. 또, SiC 입자는 결정계가 β형인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
다음에, 성형 장치(10)를 사용하여 덩어리 형태의 석영 유리(25)를 소정의 형상으로 성형하는 경우에 대하여 설명한다.
우선, 진공 챔버(11) 내에 배치된 몰드(15)의 내벽면에, 카본 입자를 주된 고형 성분으로 하는 현탁액(제 1 현탁액)을 도포하여, 건조 후, 또한 SiC 입자를 주된 고형 성분으로 하는 현탁액(제 2 현탁액)을 도포하여 건조시켜 이형층(35)을형성한다(박리층 형성 공정).
이와 같이 카본 입자를 주된 고형 성분으로 하는 현탁액을 도포하여, 건조 후, 또한 SiC 입자를 주된 고형 성분으로 하는 현탁액을 도포하도록 하였기 때문에, SiC 입자를 주된 고형 성분으로 하는 현탁액을 도포하기 쉬운 카본 입자를 주된 고형 성분으로 하는 현탁액이 미건조의 상태에서, SiC 입자를 주된 고형 성분으로 하는 현탁액을 칠하여도 좋지만, 그 경우는 부분적으로 카본 입자가 벗겨지는 경향이 있다.
또, 카본 입자에는 주로 석영 유리와 몰드 사이의 이형제로서의 역할이 기대되고, SiC 입자에는 주로 몰드와 석영 유리 사이의 반응을 억제하는 역할이 기대된다.
이 이형층(35)에 있어서는 카본 입자와 SiC 입자의 평균 입자 직경이 각각 0.01㎛ 내지 100㎛인 것이 바람직하다. 이러한 입자 직경인 것을 채용함으로써, 몰드에 상기 현탁액을 균일하게 도포하기 쉬워지고, 또한, 냉각 시에 석영 유리와 몰드가 원활하게 섭동하여 석영 유리 표면에 쓸데없는 인장력이 걸이지 않게 되어, 석영 유리 표면에서의 흠이나 이지러짐의 발생이 충분하게 방지되는 경향이 있다.
또한, 이형층(35)에 있어서는 카본 입자층과 SiC 입자층의 두께가 각각 30㎛ 내지 1000㎛인 이중 구조가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 카본 입자층의 두께가 상기 하한 미만에서는 충분한 이형성이 얻어지지 않게 되는 경향이 있고, 다른 한편, 상기 상한을 넘어 형성하더라도 효과는 더욱 없으며, 오히려 작업이 곤란해지는 경향이 있다. 또한, SiC 입자층의 두께가 상기 하한 미만에서는 충분한 반응억제 효과가 얻어지지 않게 될 경향이 있고, 다른 한편, 상기 상한을 넘어 형성하더라도 효과는 더욱 없고, 오히려 작업이 곤란해지는 경향이 있다.
또, 이형층(35)을 카본 입자와 SiC 입자가 혼재한 층으로 할 수 있고, 그 경우에는 그 층의 두께가 60㎛ 내지 2000㎛인 것이 바람직하다.
이와 같이 이형층(35)을 성형한 후, 몰드(15) 내의 순화 처리를 하는 것이 바람직하다(순화 처리 공정). 이 순화 처리에는 2종류 있어, 그 하나는 진공 분위기 중에서 가열(1000℃ 내지 2000℃)하여 불순물을 증발시켜 제거하는 방법이고, 다른 하나는 염소 함유 가스 분위기 중에서 가열하여 염소와 금속 불순물을 반응시켜 증발시켜 제거하는 방법이다.
그 후, 몰드(15)의 중공부(21) 내에 덩어리형의 석영유리(25)를 배치한다. 이 실시의 형태에서는 덩어리형의 석영유리(25)로서 합성 석영유리 잉곳을 사용하고 있고, 리드타임의 단축화를 위해서, 몰드(15)의 중공부(21)에 수용하기 전에, 미리 300℃ 미만의 온도로 예열하고 있다.
이어서, 중공부(21) 내에 수용한 덩어리형의 석영유리(25)의 상부에 천정판(23)을 배치하고, 또한, 천정판(23)의 가압면(23b)에 유압 실린더의 실린더 로드(26)의 가압 부위(26a)를 당접시켜 세트한다. 그리고, 진공 챔버(11) 내를 불활성 가스로 치환하여, 진공 챔버(11) 내의 압력을 소정의 압력으로 한다.
다음에, 카본 히터(13)에 의해, 몰드(15) 및 그 중공부(21)에 수용된 덩어리형의 석영유리(25)를 가열한다.
또한, 이 성형에 있어서는 덩어리형의 석영유리(25)의 전체의 온도를 결정화온도 이상 연화점 이하로 승온하는 것이 바람직하지만, 성형의 개시 단계에서, 덩어리형의 석영유리(25)의 정상부(25a) 부근을 가압하는 시점에서는 적어도 정상부(25a)측이 성형 온도에 도달하면 좋다.
그리고, 이와 같이 덩어리형의 석영유리(25)를 가열한 상태에서, 유압 실린더로의 유압(油庄)을 제어 조정함으로써, 실린더 로드(26)를 아래쪽으로 이동시켜서, 실린더 로드(26)의 가압 부위(26a)에서 천정판(23)의 가압면(23b)을 가압한다. 이것에 의해, 천정판(23)이 몰드(15)의 바닥부(18)측의 가압 방향으로 이동하여, 천정판(23)의 가압면(23a)과 바닥부(18) 사이에서 덩어리형의 석영 유리(25)가 가압된다(성형 공정).
석영유리(25)가 소정 형상으로 성형된 단계에서, 천정판(23)에 의한 가압을 종료한다. 그 후, 판 형상으로 성형된 석영유리(25)를 몰드(15) 내에 배치한 상태대로 냉각하고(냉각 공정), 그리고, 몰드(15)로부터 석영유리(25)를 추출함으로써 성형이 완료된다.
이상과 같이 하여, 덩어리형의 석영유리(25)를 편평 형상으로 성형하면, 카본 입자에 의해, 이형성이 향상되기 때문에, 냉각시의 몰드(15)와 석영유리(25) 사이에 수축량의 차가 발생하더라도, 몰드(15)의 이형층(35)과 석영유리(25)의 사이로 상대 이동을 일으키기 쉽기 때문에, 수축량의 차를 피할 수 있다.
따라서, 석영유리(25) 및 몰드(15)에 불필요한 응력이 가해지지 않고, 처리 한 석영유리(25)의 잔금 균열이나, 몰드(15)의 파손을 방지할 수 있다. 특히, 굴절율을 변화시키는 성분을 혼입시켜, 점성이 낮은 경우에도, 석영유리(25)의 잔금균열 등을 효과적으로 방지할 수 있다.
또, SiC 입자에 의해, 몰드(15)의 산화를 방지할 수 있고, 몰드(15)의 오염 방지를 도모할 수 있는 동시에, 몰드(15)와 석영유리(25)의 반응을 방지할 수 있어, 석영유리(25)로의 침탄 방지를 도모하고, 변질층이 축소되어, 품질 양호 부분의 확대가 도모된다. 따라서, 처리 후의 석영유리(25)는 표면에 요철이 생기지 않고, 균열의 발생도 방지할 수 있다.
더구나, 이형층(35)을 형성함으로써, 석영유리(25)와 몰드(15)가 반응하여 융착하는 것을 방지할 수 있기 때문에, 몰드(15)나 석영유리(25)의 파손을 방지할 수 있다.
[실시예]
이하, 실시예 및 참고예에 근거하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시의 형태 1 내지 2에 대응한 실시예 1 내지 3)
실시예 1
코너부(27)가 직각인 것 이외에는 도 1 내지 도 2에 도시하는 바와 같은 성형 장치(10)를 사용하여, 4염화규소를 원료로 하여 직접법에 의해 제조된 직경 400㎜, 길이 500㎜, 무게 138Kg의 합성 석영 잉곳을 1변이 500㎜의 사방 형상을 갖는 네개로 나뉜 흑연제 몰드(15)에 넣고, 핫 프레스기에 세트하였다. 이 잉곳의 상측면에 두께 30㎜의 천정판(23)을 두고, 이 잉곳의 하측면에 두께 30㎜의 수용판(17)를 두었다. 또한, 천정판(23)에 실린더 로드(26)를 배치하였다. 또, 테이퍼 각도(측판(19)의 내면(19a)에 대한 결합면(19f) 및 결합면(19g)의 각도)는 20°로 하였다.
이 후, 진공 펌프로, 진공 챔버(11) 내의 압력을 50Pa까지 감압한 후, 순수한 질소 가스를 압력 3×104Pa까지 충전시켰다.
그리고, 승온을 개시하여, 3시간에 1620℃까지 승온시키고, 1620℃에서 0.5 시간 유지하였다.
그 후, 실린더 로드(26)에 의해, 초기 하중을 3.5ton, 프레스 속도를 5㎜/sec로 천정판(23)을 가압하여, 잉곳을 성형하였다. 실린더 로드(26)의 변위 스트로크(stroke)가 천정판(23)으로부터 하측의 중공부(21)에 틈이 없어지는 계산상의 위치에 도달한 곳에서 가압을 종료하고, 카본 히터(13)의 온도를 내려 300℃까지 급냉하였다.
이 후, 몰드(15)를 성형 장치(10)로부터 반출·해체하여, 성형품을 추출하였다. 몰드(15)의 결합 구조에 의해 약간 측판의 상승이 보였다. 성형품은 1변이 500㎜이고, 높이가 250㎜이었다.
성형품을 시찰한 바, 전면이 투명하였다. 또한, 네 코너의 각부에 약간의 균열이 생겼지만, 큰 균열은 확인되지 않았다. 또한, 네 코너에 잔류 왜곡이 약간 남아 있었지만, 큰 왜곡도 확인되지 않았다. 그리고, 이 성형품으로부터는 유효코너재로서 1변이 400mm, 두께 210㎜, 무게 74kg의 판 형상체를 채취할 수 있었다.
실시예 2
몰드(15)로서, 1변이 500㎜의 사방 형상이고, 도 3에 도시하는 바와 같이 코너부가 R형상(반경 r=40~42㎜)으로 되어 있는 것을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 성형품을 성형하였다. 성형품은 1변이 500㎜이고, 높이가 252mm이었다.
성형품을 관찰한 바, 전면이 투명하였지만, 네 코너의 R형상에는 균열을 확인할 수 없고, 성형품의 둘레 변 15㎜을 제외하고 왜곡을 확인할 수 없었다. 그리고, 이 성형품으로부터는 유효 코너재로서 1변이 460㎜, 두께 215㎜, 무게 100kg의 판 형상체를 채취할 수 있었다.
실시예 3
몰드(15)로서, 1변이 500㎜의 사방 형상이며, 도 6에 도시하는 바와 같이 코너부에 경사면이 34㎜이고 2개의 분할선을 갖는 12각 형상(각도 θ=125˚)의 것을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 성형품을 성형하였다. 성형품 변이 500㎜이고, 높이가 253㎜이었다.
성형품을 관찰한 바, 전면이 투명하지만, 네 코너에는 균열 및 잔류 왜곡을 확인할 수 없었다. 그리고, 이 성형품으로부터는 유효 코너재로서 1변이 470㎜, 두께 215mm, 무게 104kg의 판 형상체를 채취할 수 있다.
(실시의 형태 3 내지 4에 대응한 실시예 4 내지 8 및 참고예 1 내지 2)
실시예 4
도 7 내지 도 8에 도시하는 바와 같은 성형 장치(10)를 사용하여, 직경 50cm이고 높이가 70cm의 합성 석영 유리 잉곳으로 이루어지는 석영유리(25)로부터, 1변이 100cm의 정방형 형상으로 두께가 14cm의 판 형상의 석영유리(25)를 성형하였다.
이 성형에 있어서는 최대 하중 5ton이고, 가압 부위의 면적이 78㎤의 유압 실린더를 5개 사용하는 동시에, 두께 3cm의 흑연으로 이루어지는 천정판(23)을 사용하였다. 또한, 이 천정판(23) 및 몰드(15)에는 도 9에 도시하는 바와 같은 볼록부(31) 및 홈(30)으로 이루어지는 가이드부를 형성하였다.
성형시에는 덩어리형의 석영유리(25)의 온도를 1630℃로 유지하였다. 또한, 초기 단계에서, 중앙 위치의 실린더 로드(26)의 하중을 700Kg, 주변 위치의 실린더 로드(26)의 하중을 각각 300Kg로 하고, 성형의 최종 단계에서, 모든 실린더 로드(26)의 압력을 3ton으로 하였다.
또한, 성형시에는 유압 실린더에 공급하는 유압을 조정함으로써, 실린더 로드(26)의 가압 부위(26a)의 위치를 제어하였다.
성형에 의해 얻어진 판 형상체를 둘레 변 10mm, 깊이 10mm로 테스트 플레이트를 채취하여, 이면 감삭, 연마하여, 왜곡의 측정을 주변에서 3mm의 위치에서 행하였다. 그 결과 최대치는 2nm/mm이었다.
실시예 5
실린더 로드(26)의 가압 부위(26a)의 위치를 실린더 로드(26)의 가압 부위(26a)의 절대 위치를 조정하도록 제어한 것 이외에는 실시예 4와 동일하게 하여, 판 형상체를 얻었다.
성형에 의해 얻어진 판 형상체를 둘레 변 10mm, 깊이10mm로 테스트 플레이트를 채취하여, 이면 감삭, 연마하여, 왜곡의 측정을 주변에서 3㎜의 위치에서 행하였다. 그 결과 최대치는 4nm/mm이었다.
실시예 6
천정판(23) 및 몰드(15)에 볼록부(31) 및 홈(30)으로 이루어지는 가이드부를 형성하지 않은 것 이외에는 실시예 4와 동일하게 하여, 성형품을 성형하였다.
성형에 의해 얻어진 판 형상체를 둘레 변 10mm, 깊이 lOmm로 테스트 플레이트를 채취하여, 이면 감삭, 연마하여, 왜곡의 측정을 주변에서 3㎜의 위치에서 행하였다. 그 결과 최대치는 7nm/mm이었다.
실시예 7
도 11에 도시하는 바와 같은 2개의 실린더 로드(26)에 의해 가압하는 교환용 천정판(23')과 이 교환용 천정판(23')에 대응하는 교환용 몰드(15')를 진공 챔버(11) 내에 2세트 배치하고, 50cm×50cm의 정방형으로 두께가 15cm의 판 형상체를 2장 성형하였다. 교환용 천정판(23') 및 교환용 몰드(15')에는 실시예 4와 같이 볼록부(31) 및 홈(30)으로 이루어지는 가이드부를 형성하였다.
각 몰드의 성형 조건은 2개의 실린더 로드(26)의 하중을 실시예 4의 중앙 위치의 하중과 같게 한 것 이외에는 실시예 4와 동일하게 하였다. 성형에 의해 얻어진 판 형상체를 둘레 변 10mm, 깊이 10mm로 테스트 플레이트를 채취하여, 이면 감삭, 연마하여, 왜곡의 측정을 주변에서 3㎜의 위치에서 행하였다. 그 결과 최대치는 5nm/mm이었다.
실시예 8
교환용 천정판(23') 및 교환용 몰드(15')의 내벽에 가이드부를 형성하지 않은 것 이외에는 실시예 7과 동일하게 하여, 2장의 성형품을 성형하였다.
성형에 의해 얻어진 판 형상체를 둘레 변 10mm, 깊이 10mm로 테스트 플레이트를 채취하여, 이면 감삭, 연마하여, 왜곡의 측정을 주변에서 3㎜의 위치에서 행하였다. 그 결과 최대치는 9nm/mm이었다.
참고예 1
1개의 실린더 로드(26)를 사용하여, 성형의 최종 단계에 5ton의 하중으로 가압하도록 한 것 이외에는 실시예 4와 동일하게 하여, 성형을 하였다.
성형에 의해 얻어진 판 형상체를 둘레 변 10mm, 깊이 10mm로 테스트 플레이트를 채취하여, 이면 감삭, 연마하여, 왜곡의 측정을 둘레 변으로부터 3㎜의 위치에서 행하였다. 그 결과 최대치는 20nm/mm이고, 실시예 4 내지 8에서 얻어진 것에 비교하여 왜곡량이 커졌다.
참고예 2
천정판(23) 및 몰드(15)에 볼록부(31) 및 홈(30)을 형성하지 않은 것 이외에는 참고예 1과 동일하게 하여, 성형을 하였다.
성형에 의해 얻어진 판 형상체를 둘레 변 10mm, 깊이 10mm로 테스트 플레이트를 채취하여, 이면 감삭, 연마하여, 왜곡의 측정을 둘레 변으로부터 3㎜의 위치에서 행하였다. 그 결과 최대치는 25nm/mm이고, 실시예 4 내지 8에서 얻어진 것에 비교하여 더욱 왜곡량이 커졌다.
(실시의 형태 5에 대응한 실시예 9)
실시예 9
도 12 내지 도 13에 도시하는 바와 같은 성형 장치(10)를 사용하여, 4염화규소를 원료로 하여 직접법에 의해 제조된 직경 400㎜, 길이 216.5㎜, 무게 59.8kg의 2개의 합성 석영 잉곳을 성형하였다. 이 잉곳을 500㎜×590mm의 사방 형상을 갖는 네개로 나뉜 흑연제 몰드(15)에 넣어, 성형 장치(10)에 세트하였다. 잉곳의 하측면에 두께 30㎜의 바닥판(16)을 두고, 잉곳(25a)의 상측면에 두께 30㎜의 중간판(34)을 두었다. 그리고, 2개째의 잉곳(25b)을 중간판(34)의 위에 두고, 그 상측면에 중간판(34)과 동형의 30㎜의 천정판(23)을 두었다. 또한, 천정판(23)에 실린더 로드(26)를 배치하였다.
이 후, 진공 펌프로, 진공 챔버(11) 내의 압력을 2Pa 정도까지 감압하여, 순수한 질소 가스를 상온까지 충전시켰다. 그리고, 승온을 개시하여, 2.5시간에1605℃까지 승온시키고, 30분 유지하였다.
그 후, 실린더 로드(26)에 의해, 초기 하중 0.5ton, 최대 하중 1.25ton으로 천정판(23)을 가압하여, 잉곳을 성형하였다. 실린더 로드(26)의 변위 스트로크가 최상부의 천정판(23)으로부터 하측의 중공부(21a와 21b)에 틈이 없어지는 계산상의 위치에 도달한 곳에서 가압을 종료하고, 카본 히터(13)에서의 가열을 정지하여, 실온까지 냉각하였다.
이후, 몰드(15)를 성형 장치(10)로부터 반출·해체하여, 성형품을 추출하였다. 몰드(15)의 결합 구조에 의해 약간 측판의 상승이 보였지만, 성형품을 관찰한 바, 네 코너에 균열은 확인할 수 없었고, 상하의 석영유리의 형상에 차이는 없었다. 성형품은 500㎜×590㎜이고, 1장당 석영유리의 높이는 92.25㎜의 판 형상체를 2개 채취할 수 있었다.
이 실시예에서는 2장의 석영유리를 성형하고 있으며, 후술하는 참고예 3에 비교하여 석영유리(25a, 25b)와 측판(19)의 당접 면적은 2배가 되어 있지만, 성형시의 천정판(23)으로부터의 하중을 반 정도로 설정하고 있기 때문에, 각 측판(19) 전체에 부하되는 하중은 참고예 3과 같은 값으로 되어 있다. 그 때문에, 성형시에는 몰드(15)의 중공부(21)의 형상을 확실하게 유지하여 성형할 수 있다.
참고예 3
실시예 9와 동일한 성형 장치(10)를 사용하여, 4염화규소를 원료로 하여 직접법에 의해 제조된 직경 400㎜, 길이 216.5㎜, 무게 59.8kg의 1개의 합성 석영 잉곳을 성형하였다. 이 성형에서는 500㎜×590㎜의 사방 형상을 갖는 네개로 나뉜 흑연제 몰드(15)에 넣어, 바닥판(16), 석영유리(25), 천정판(23)을 두었다. 또한 천정판(23)에 실린더 로드(26)를 배치하였다.
승온 후의 유지 시간은 20분으로 하고, 초기 하중은 1.20ton, 최대 하중 2.50ton으로 성형하였다. 그 밖의 운전은 실시예 9와 같은 조건으로 행하였다.
이 후, 몰드(15)를 성형 장치(10)로부터 반출하여, 성형품을 추출하였다. 성형품은 500㎜×590㎜, 높이 92.25㎜의 판 형상체의 석영유리를 채취할 수 있었다,
성형품을 관찰한 바, 네 코너에 균열이나 20㎜/cm 이상의 큰 왜곡은 확인할 수 없었다. 이 성형품으로부터는 유효 코너재로서 최대 460mm×550㎜, 두께 92.25㎜의 판 형상체를 채취할 수 있었다.
(실시의 형태 6에 대응한 실시예 10 내지 13 및 참고예 4 내지 7)
실시예 10 내지 13
합성된 합성 석영유리 잉곳을 소정의 형상으로 가공한 후, 도 15에 도시하는 바와 같은 성형 장치(10)를 사용하여, 표 1의 실시예 10 내지 13에 도시하는 바와 같은 조건으로 처리를 하였다. 이 때의 승온 속도는 600℃/hr로 하였다. 또한, 표 2에는 그 처리에 의해 얻어진 석영유리의 특성을 나타낸다.
즉, 표 1에 나타내는 바와 같이 실시예 10 내지 13에 있어서는 박리층(35)의 도포재로서 카본 입자(C) 및 SiC 입자의 2종류를 사용하였다.
실시예 10에서는 카본 입자 직경이 O.1㎛, SiC 입자 직경이 O.1㎛, 구조가 이중 구조(카본 입자층과 SiC 입자층의 이중 구조), 진공 중에서 순화 처리된 것을 이형층으로서 사용하였다.
실시예 11에서는 카본 입자 직경이 10㎛, SiC 입자 직경이 1㎛, 구조가 이중 구조, Cl2가스 중에서 순화 처리된 것을 이형층으로서 사용하였다.
실시예 12에서는 카본 입자 직경이 0.01㎛, SiC 입자 직경이 0.01㎛, 구조가 혼재 구조(카본 입자와 SiC 입자가 혼재된 층), 진공 중에서 순화 처리된 것을 이형층으로서 사용하였다.
실시예 13에서는 카본 입자 직경이 1㎛, SjC 입자 직경이 10㎛, 구조가 혼재 구조, Cl2가스 중에서 순화 처리된 것을 이형층으로서 사용하였다.
참고예 4 내지 7
합성된 합성 석영유리 잉곳을 소정의 형상으로 가공한 후, 도 15에 도시하는 바와 같은 성형 장치(10)를 사용하여, 표 1의 참고예 4 내지 7에 나타내는 바와 같은 조건으로 처리를 하였다. 또한, 표 2에는 그 처리에 의해 얻어진 석영유리의 특성을 나타내었다.
즉, 표 1에 나타내는 바와 같이 참고예 4 내지 7에 있어서는 도포재로서 카본 입자 또는 SiC 입자 중 어느 한쪽을 사용하고, 양쪽이 도포된 것은 아니다.
참고예 4에서는 카본 입자 직경이 1㎛, SiC 입자는 존재하지 않고, 순화 처리도 되지 않은 것을 이형층으로서 사용하였다.
참고예 5에서는 카본 입자는 존재하지 않고, SiC 입자 직경이 10㎛, 순화 처리도 되지 않은 것을 이형층으로서 사용하였다.
참고예 6에서는 카본 입자 직경이 0.1㎛, SiC 입자는 존재하지 않고, 진공 중에서 순화 처리된 것을 이형층으로서 사용하였다.
참고예 7에서는 카본 입자는 존재하지 않고, SiC 입자 직경이 0.1㎛, 진공 중에서 순화 처리된 것을 이형층으로서 사용하였다.
여기서, 표 2에 근거하여, 실시예 10 내지 13과 참고예 4 내지 7을 비교하면, 실시예 10 내지 13에서는 투과율 분포(Δn)의 수치가 전체적으로 작은 데 대하여, 참고예 4 내지 7에서는 투과율 분포(Δn)의 수치가 전체적으로 크다. 또한, 실시예 10 내지 13에서는 복굴절률의 수치가 전체적으로 작은 데 대하여, 참고예 4 내지 7에서는 복굴절율의 수치가 전체적으로 크다. 또한, 실시예 10 내지 13에서는 투과율이 99.5%/cm 내지 99.7%/cm의 범위인 데 대하여, 참고예 4 내지 7에서는 투과율이 99.0%/cm 내지 99.4%/cm의 범위이고, 실시예 10 내지 13쪽이 참고예 4 내지 7보다 투과율이 양호한 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 10 내지 13에서는 내구성이 전부 양호한 데 대하여, 참고예 4 내지 7에서는 내구성이 전부 나쁜 결과가 나왔다. 흔히, 실시예 10 내지 13에서는 외주로부터의 변질층의 두께가 5㎜ 내지 10㎜의 범위인 데 대하여, 참고예 4 내지 7에서는 외주로부터의 변질층의 두께가 15㎜ 내지 25㎜의 범위이며, 실시예 10 내지 13쪽이 참고예 4 내지 7보다 외주로부터의 변질층의 두께가 얇은 것을 알 수 있다.
도포제 C입자 직경(㎛) SiC입자 직경(㎛) 구조 순화 처리의 유무
실시예 10 C+Sic 0.1 0.1 이중 구조 ○(진공 중)
실시예 11 C+Sic 10 1 이중 구조 ○(Cl2가스 중)
실시예 12 C+Sic 0.01 0.01 혼재 구조 ○(진공 중)
실시예 13 C+Sic 1 10 혼재 구조 ○(Cl2가스 중)
참고예 4 C 1 - - -
참고예 5 Sic - 10 - -
참고예 6 C 0.1 - - ○(진공 중)
참고예 7 Sic - 0.1 - ○(진공 중)
Δn(ppm) 최대 복굴절률(nm/cm) 투과율(%/cm) 내구성 여부 외주로부터의변질층 두께(mm)
실시예 10 0.8 1.0 99.5 ○ 5
실시예 11 1.2 0.8 99.5 ○ 6
실시예 12 0.5 1.5 99.6 ○ 10
실시예 13 0.3 0.5 99.7 ○ 5
참고예 4 10 13 99.1 × 25
참고예 5 13 31 99.0 × 25
참고예 6 17 12 99.3 × 15
참고예 7 23 20 99.4 × 15
이상 상세하게 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 석영유리의 가열 가압성형에 있어서, 성형시에 종래보다 높은 압력을 부하할 수 있는 동시에, 냉각시에 석영유리에 왜곡이나 균열이 생기기 어려운 석영유리의 성형 장치 및 성형방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 석영유리의 가열 가압 성형에 의해, 넓은 면적의 면을 균질하게 성형하는 것이 가능한 석영유리의 성형 장치 및 성형방법을 제공할수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 석영유리의 가열 가압성형에 있어서, 생산성을 향상하는 것이 가능한 성형 장치 및 성형방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 석영유리나 흑연제 몰드의 손상을 방치하는 동시에, 석영유리와 흑연제 몰드의 반응을 방지하는 석영유리의 성형 장치 및 성형방법을 제공할 수 있다.

Claims (33)

  1. 석영유리를 수용 가능한 중공부를 갖고, 상기 석영유리 보다 팽창 계수가 큰 재료로 이루어지는 몰드와, 상기 중공부의 내부로 이동 가능하게 배치된 가압부와 상기 중공부에 수용된 상기 석영유리를 가열하는 가열 수단과 상기 가압부를 가압 방향으로 가압 가능한 성형 수단을 구비하고, 상기 중공부 내의 석영유리를 상기 가열 수단으로 가열하면서 상기 가압부에 의해 가압하여 소정 형상으로 성형하는 성형 장치에 있어서,
    상기 몰드는 서로 당접한 상태로 조합되어 상기 중공부를 형성하는 복수의 측판과 상기 조합된 복수의 측판의 주위에 결합되는 결합 수단을 갖고,
    성형시에는 상기 결합 수단에 의해 결합 상태가 유지되는 동시에, 성형 후의 냉각시에는 상기 몰드와 상기 석영유리의 팽창 계수의 상위에 근거하여 상기 복수의 측판에 부하되는 외향력에 의해 상기 결합 수단의 결합 상태가 해제되어 상기 복수의 측판이 이간하도록, 상기 복수의 측판과 상기 결합 수단의 결합면이 테이퍼 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 석영유리의 성형 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 결합 수단은 상기 복수의 측판의 외측에 결합된 틀 형상의 지지 링을 갖고, 상기 외향력에 의해 상기 복수의 측판의 결합면과 상기 지지 링의 결합면이 섭동하여 상기 지지 링이 빠지는 방향으로 이동함으로써, 상기 복수의 측판이 이간하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 결합 수단은 상기 복수의 측판의 상단부가 결합되는 오목부를 구비한 바닥부를 갖고, 상기 외향력에 의해 상기 복수의 측판의 결합면과 상기 바닥부의 결합면이 섭동하여 상기 복수의 측판이 상기 바닥부의 오목부로부터 빠지는 방향으로 이동함으로써, 상기 복수의 측판이 이간하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 중공부의 횡단면 형상이 대략 다각 형상을 나타내고, 상기 형상의 코너부가 R형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 중공부의 횡단면 형상이 대략 다각 형상을 나타내고, 상기 형상의 코너부가 둔각으로 이루어지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 성형 수단을 복수 구비하고 있고, 상기 복수의 성형 수단의 가압 부위가 각각 독립적으로 상기 가압부를 가압 가능한 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 복수의 성형 수단의 가압 부위의 높이 방향의 위치를 검출하는 검출 수단과 상기 검출 수단의 검출치에 근거하여 상기 가압 부위의위치를 제어하는 제어 수단을 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제어 수단이 상기 가압부에 의해 상기 석영유리를 가압하는 압력을 조정하는 것인 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 가압부의 경사를 검출하는 검출 수단과 상기 검출 수단의 검출치에 근거하여 상기 가압 부위의 위치를 제어하는 제어 수단을 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제어 수단이 상기 가압부에 의해 상기 석영유리를 가압하는 압력을 조정하는 것인 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 6 항에 있어서, 크기가 다른 복수의 상기 가압부와 상기 복수의 가압부의 각각에 대응하는 크기의 복수의 상기 몰드를 갖고, 상기 복수의 가압부 및 복수의 몰드의 중 적어도 하나를 선택하여 장착함으로써, 상기 선택된 상기 가압부의 크기에 따른 수의 상기 성형 수단으로 상기 가압부가 가압 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 중공부의 내부로 이동 가능하게 배치되고, 상기 중공부를 복수의 분할 중공부에 구획하는 경계부를 더욱 구비하고 있고, 상기 복수의분할 중공부의 각각에 상기 석영유리를 수용하여 상기 가압부에 의해 복수의 상기 석영유리를 동시에 성형 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 성형시에 상기 복수의 석영유리에 의한 상기 각 측판에 대한 가압력이 소정치 이하가 되도록, 상기 가압부에 의한 최대 가압력을 조정 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 몰드가 흑연제 몰드이고, 상기 흑연제 몰드의 내벽면에, 카본 입자를 주된 고형성분으로 하는 제 1 현탁액과 SiC 입자를 주된 고형성분으로 하는 제 2 현탁액을 도포 및 건조시켜 이루어지는 이형층을 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 이형층이 30㎛ 내지 1000㎛의 두께를 갖는 카본 입자의 층과 30㎛ 내지 1000㎛의 두께를 갖는 SiC 입자의 층으로 이루어지는 이중 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 이형층이 60㎛ 내지 2000㎛의 두께를 갖는 카본 입자와 SiC 입자가 혼재한 층으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 카본 입자와 상기 SiC 입자의 평균 입자 직경이 각각 0.01㎛ 내지 100㎛인 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 석영유리를 수용 가능한 중공부를 갖는 몰드와 상기 중공부의 내부로 이동 가능하게 배치된 가압부와 상기 중공부에 수용된 상기 석영유리를 가열하는 가열 수단과 상기 가압부의 일부를 가압 방향으로 가압 가능한 성형 수단을 구비하고, 상기 중공부 내의 석영유리를 상기 가열 수단으로 가열하면서, 상기 가압부에서 가압하여 소정 형상으로 성형하는 성형 장치에 있어서,
    상기 성형 수단을 복수 형성하여, 상기 복수의 성형 수단의 가압 부위가 각각 독립적으로 상기 가압부를 가압 가능한 것을 특징으로 하는 석영유리의 성형 장치.
  19. 석영유리를 수용 가능한 중공부를 갖고, 상기 석영유리보다 팽창 계수가 큰 재료로 이루어지는 몰드와 상기 중공부의 내부로 이동 가능하게 배치된 가압부와, 상기 중공부에 수용된 상기 석영유리를 가열하는 가열 수단과 상기 가압부를 가압 방향으로 가압 가능한 성형 수단을 구비하고, 상기 몰드는 서로 당접한 상태로 조합되어 상기 중공부를 형성하는 복수의 측판과 상기 조합된 복수의 측판의 주위에 결합되는 결합 수단을 갖고, 상기 복수의 측판과 상기 결합 수단의 결합면이 테이퍼 형상으로 형성되어 있는 성형 장치를 사용하고,
    상기 결합 수단에 의해 결합 상태가 유지된 상태로, 상기 중공부 내의 석영유리를 상기 가열 수단으로 가열하면서 상기 가압부에 의해 가압하여 소정 형상으로 성형하는 성형 공정과
    상기 몰드와 상기 석영유리의 팽창 계수의 상위에 근거하여 상기 복수의 측판에 부하되는 외향력에 의해 상기 결합 수단의 결합 상태가 해제되어 상기 복수의 측판이 이간하도록 하면서, 성형 후의 석영유리를 냉각하는 냉각 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 석영유리의 성형방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 결합 수단은 상기 복수의 측판의 외측에 결합된 틀 형상의 지지 링을 갖고 있고, 상기 냉각 공정에서, 상기 외향력에 의해 상기 복수의 측판의 결합면과 상기 지지 링의 결합면이 섭동하여 상기 지지 링이 빠지는 방향으로 이동함으로써, 상기 복수의 측판을 이간시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 19 항에 있어서, 상기 결합 수단은 상기 복수의 측판의 하단부가 결합되는 오목부를 구비한 바닥부를 갖고 있고, 상기 냉각 공정에서, 상기 외향력에 의해 상기 복수의 측판의 결합면과 상기 바닥부의 결합면이 섭동하여 상기 복수의 측판이 상기 바닥부의 오목부로부터 빠지는 방향으로 이동함으로써, 상기 복수의 측판을 이간시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제 19 항에 있어서, 상기 성형 수단이 복수 구비되어 있고, 상기 성형 공정에서, 상기 복수의 성형 수단의 가압 부위에 의해 각각 독립적으로 상기 가압부를 가압하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 복수의 성형 수단의 가압 부위의 높이 방향의 위치를 검출하고, 얻어진 검출치에 근거하여 상기 가압 부위의 위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 방법,
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 가압부의 경사를 검출하고, 얻어진 검출치에 근거하여 상기 가압 부위의 위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 19 항에 있어서, 상기 중공부의 내부로 이동 가능하게 경계부를 배치하여 상기 중공부를 복수의 분할 중공부로 구획하는 동시에, 상기 성형 공정에 있어서, 상기 복수의 분할 중공부의 각각 상기 석영유리를 수용하여 상기 가압부에 의해 복수의 상기 석영유리를 동시에 성형하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 성형 공정에서, 상기 복수의 석영유리에 의한 상기 각 측판에 대한 가압력이 소정치 이하가 되도록, 상기 가압부에 의한 최대 가압력을 조정하여 상기 복수의 석영유리를 성형하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제 19 항에 있어서, 상기 몰드가 흑연제 몰드이고, 상기 성형 공정에 앞서, 상기 흑연제 몰드의 내벽면에, 카본 입자를 주된 고형 성분으로 하는 제 1 현탁액과 SiC 입자를 주요 고형 성분으로 하는 제 2 현탁액을 도포 및 건조시켜 이형층을형성하는 이형층 형성 공정을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 흑연제 몰드의 내벽면에, 상기 제 1 현탁액을 도포하는 동시에 상기 제 2 현탁액을 도포하여 건조시켜 상기 이형층을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제 27 항에 있어서, 상기 흑연제 몰드의 내벽면에, 상기 제 1 현탁액을 도포하여 건조시킨 후, 상기 제 2 현탁액을 도포하여 건조시켜 상기 이형층을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제 27 항에 있어서, 상기 흑연제 몰드 내의 이형층에 대하여, 진공 분위기 중 또는 염소 함유 가스 분위기 중에서의 열 처리에 의해서 순화 처리를 실시하는 순화 처리 공정을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 몰드의 중공부 내에 석영유리를 수용하여, 상기 석영유리를 가열하면서, 가압부에 의해 가압함으로써 원하는 형상으로 성형하는 방법에 있어서,
    상기 중공부의 내부로 이동 가능하게 경계부를 배치하여 상기 중공부를 복수의 분할 중공부로 구획하는 동시에, 상기 복수의 분할 중공부의 각각에 상기 석영유리를 수용하여 상기 가압부에 의해 복수의 상기 석영유리를 동시에 성형하는 것을 특징으로 하는 석영유리의 성형방법.
  32. 흑연제 몰드 내에 석영유리를 수용하여, 상기 석영유리를 가열 가압함으로써, 원하는 형상으로 성형하는 방법에 있어서,
    상기 흑연제 몰드의 내벽면에, 카본 입자를 주된 고형성분으로 하는 현탁액을 도포하는 동시에 SiC 입자를 주된 고형성분으로 하는 현탁액을 도포하여 건조시켜서 이형층을 형성한 후에, 상기 흑연제 몰드 내에 상기 석영유리를 수용하여 가열 가압하는 것을 특징으로 하는 석영유리의 성형방법.
  33. 흑연제 몰드 내에 석영유리를 수용하여, 상기 석영유리를 가열 가압함으로써, 원하는 형상으로 성형하는 방법에 있어서,
    상기 흑연제 몰드의 내벽면에, 카본 입자를 주된 고형성분으로 하는 현탁액을 도포하고, 건조 후, SiC 입자를 주된 고형성분으로 하는 현탁액을 도포하여 건조시켜서 이형층을 형성하고, 이어서, 상기 흑연제 몰드 내에 상기 석영유리를 수용하여 가열 가압하는 것을 특징으로 하는 석영유리의 성형방법.
KR1020040023657A 2003-04-07 2004-04-07 석영 유리의 성형 장치 및 성형 방법 KR101096477B1 (ko)

Applications Claiming Priority (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2003-00103366 2003-04-07
JP2003103366A JP4465974B2 (ja) 2003-04-07 2003-04-07 石英ガラスの成形装置
JP2003103362A JP4415367B2 (ja) 2003-04-07 2003-04-07 石英ガラスの成形方法
JP2003103364A JP4281397B2 (ja) 2003-04-07 2003-04-07 石英ガラスの成形装置
JPJP-P-2003-00103364 2003-04-07
JPJP-P-2003-00103362 2003-04-07
JPJP-P-2003-00334970 2003-09-26
JP2003334970A JP4374964B2 (ja) 2003-09-26 2003-09-26 石英ガラスの成形方法及び成形装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20040087906A true KR20040087906A (ko) 2004-10-15
KR101096477B1 KR101096477B1 (ko) 2011-12-20

Family

ID=37369946

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040023657A KR101096477B1 (ko) 2003-04-07 2004-04-07 석영 유리의 성형 장치 및 성형 방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101096477B1 (ko)
TW (1) TW200502183A (ko)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100671378B1 (ko) * 2004-04-26 2007-01-22 도시바 기카이 가부시키가이샤 유리 프레스 성형 장치
KR100791086B1 (ko) * 2006-12-20 2008-01-03 (주) 제하 가열가압성형법을 이용한 플레이트 제조장치 및 제조방법
KR20130112029A (ko) * 2010-09-21 2013-10-11 가부시키가이샤 니콘 유리 성형용 성형형, 유리 성형 장치, 유리 성형 방법 및 포토마스크 기판의 제조 방법
KR20180016173A (ko) * 2016-08-05 2018-02-14 엘지전자 주식회사 3차원 형상 글래스 제조방법
KR20220070157A (ko) * 2020-11-21 2022-05-30 (주)대호테크 모션 제어기를 포함하는 성형 장치

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101451207B1 (ko) * 2012-11-27 2014-10-15 주식회사 티씨케이 유리 성형용 몰드 및 그 제조방법
KR101427164B1 (ko) 2014-01-23 2014-08-07 주식회사 에이지 석영물체 진공 성형장치

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62148331A (ja) 1985-12-20 1987-07-02 Asahi Glass Co Ltd 石英ガラス成形容器の前処理方法
JP2000044261A (ja) 1998-07-31 2000-02-15 Sumitomo Heavy Ind Ltd ガラス成形用金型

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100671378B1 (ko) * 2004-04-26 2007-01-22 도시바 기카이 가부시키가이샤 유리 프레스 성형 장치
KR100791086B1 (ko) * 2006-12-20 2008-01-03 (주) 제하 가열가압성형법을 이용한 플레이트 제조장치 및 제조방법
KR20130112029A (ko) * 2010-09-21 2013-10-11 가부시키가이샤 니콘 유리 성형용 성형형, 유리 성형 장치, 유리 성형 방법 및 포토마스크 기판의 제조 방법
KR20180016173A (ko) * 2016-08-05 2018-02-14 엘지전자 주식회사 3차원 형상 글래스 제조방법
KR20220070157A (ko) * 2020-11-21 2022-05-30 (주)대호테크 모션 제어기를 포함하는 성형 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR101096477B1 (ko) 2011-12-20
TW200502183A (en) 2005-01-16
TWI324139B (ko) 2010-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101096477B1 (ko) 석영 유리의 성형 장치 및 성형 방법
JP4281397B2 (ja) 石英ガラスの成形装置
KR20090089329A (ko) 합성 불투명 석영유리 및 그 제조방법
KR101815725B1 (ko) 큰 제노타임 세라믹 블럭 및 이의 건식 제조방법
JP4419701B2 (ja) 石英ガラスの成形装置
TWI498289B (zh) A forming die for glass forming, a glass forming apparatus, a glass forming method, and a manufacturing method of a mask substrate
JP4374964B2 (ja) 石英ガラスの成形方法及び成形装置
JP4465974B2 (ja) 石英ガラスの成形装置
JP4341277B2 (ja) 石英ガラスの成形方法
JP5292994B2 (ja) 石英ガラスの成形方法および成形装置
JP4288413B2 (ja) 石英ガラスの成形方法及び成形装置
EP2923351B1 (en) Method for bonding zircon or zirconia substrates
JP4760137B2 (ja) 石英ガラスの成形方法
JP3128007B2 (ja) 石英ガラスの成形型
JP4473653B2 (ja) 高純度石英ガラスの製造方法
JP4382919B2 (ja) シリコン含浸炭化珪素セラミックス部材の製造方法
EP2674792B1 (en) MANUFACTURING METHOD FOR OPTICAL COMPONENT OF ZnSe
JPS632421Y2 (ko)
WO2021106533A1 (ja) 酸化物含有セラミック焼結体の製法及び離型シート
JP2006169033A (ja) 石英ガラスの成形方法及び成形装置
JP2003063832A (ja) 光学素子成形用型
CN1814559A (zh) 成形模的组装装置以及光学元件的制造方法
CN116693179A (zh) 平盘状玻璃的制造方法及制造装置、玻璃基板的制造方法
KR20240012822A (ko) 중공형 제품 성형용 가압 소결 방법 및 장치
WO2003080520A1 (en) Method for making thin fused glass articles

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141120

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151118

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161122

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171120

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181129

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191202

Year of fee payment: 9