JPH07314123A

JPH07314123A - Ｇｅ、Ｓｉ又はＧｅ−Ｓｉ合金材料の溶融成形方法

Info

Publication number: JPH07314123A
Application number: JP6116189A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kawasaki; 宏一川崎; Toshio Osono; 敏雄大薗
Original assignee: TOKYO DENSHI YAKIN KENKYUSHO; TOKYO DENSHI YAKIN KENKYUSHO KK
Current assignee: TOKYO DENSHI YAKIN KENKYUSHO; TOKYO DENSHI YAKIN KENKYUSHO KK
Priority date: 1994-05-30
Filing date: 1994-05-30
Publication date: 1995-12-05
Also published as: US5685358A

Abstract

(57)【要約】【目的】一成形工程によって後加工の不用な赤外領域
の光学部品又は半導体デバイス製造用のウエハーを量産
できるＧｅ、Ｓｉ又はＧｅ−Ｓｉ合金材料の溶融成形方
法を提供する。【構成】成形型への融液の注入圧力や保持圧力を制御
し得る成形手段を用い、Ｇｅ、Ｓｉ又はＧｅ−Ｓｉ合金
材料からなる原料をその融点以上に加熱して溶融させる
とともに、成形型を原料の融点以上に加熱した後、原料
の融液を前記成形型のキャビティ内に所定の圧力にて注
入し、それから注入圧力を強めて比較的高い成形圧力を
維持した状態で冷却し、その冷却過程において、凝固点
付近で注入圧力を弱めて低い保持圧力を維持し、凝固点
を通過すると圧力を再度強めて所定の保持圧力を維持し
てなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｇｅ、Ｓｉ又はＧｅ−
Ｓｉ合金材料の溶融成形方法に係わり、更に詳しくは一
成形工程によって後加工の不用な赤外領域の光学部品又
は半導体デバイス製造用のウエハーを量産できるＧｅ、
Ｓｉ又はＧｅ−Ｓｉ合金材料の溶融成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から赤外透過材料として、ＮａＣｌ
等のアルカリハライド、ゲルマニウム（Ｇｅ）やシリコ
ン（Ｓｉ）等が知られている。その中でもＧｅやＳｉ
は、赤外線の透過領域が広く、化学的に極めて安定で、
機械的強度、耐湿性等に最も優れており、Ｇｅ又はＳｉ
レンズは赤外カメラ等の赤外の画像を扱う装置に使われ
る最高級のレンズである。

【０００３】代表的なＧｅレンズの材料特性の特徴を以
下に示す。屈折率が大きい（波長２〜１５μｍ領域で屈折率は約
４．０）ために、薄い材料で短焦点のレンズを作ること
ができる。広い波長範囲で屈折率の分散が小さいので、普通の用
途では色収差の補償が省略できる。硬度や機械的強度が強く、広い使用環境に適応でき
る。幅広い透過波長範囲をもっており、ＣＯ₂、ＣＯ等の
吸収帯がある３〜５μｍ領域でも、人体や室温近傍の温
度領域の熱輻射である８〜１０μｍ領域でも使用でき
る。大きなインゴットを得られるので、大型レンズの製作
が可能である。単結晶でも多結晶でも使用されており、結晶粒界のな
い単結晶の方が屈折率の均一性等の特性が優れていると
されているが、その差は小さく規格範囲内であると言え
る。また、Ｓｉレンズの材料特性もＧｅレンズと同様に
屈折率が大きく（波長２〜１０μｍ領域で屈折率は約
３．４２〜３．４５）、比較的広い波長範囲で屈折率の
分散が小さいのである。

【０００４】このＧｅレンズは、ＣＯ₂やＣＯ、更には
ＮＯ_XやＳＯ_X等の測定に使用する赤外分析計や気象・
地球資源観測や温度計測等の大気汚染防止のための環境
計測や、炎を監視する防犯・防災装置、化学・半導体プ
ロセス等の熱管理装置の中で熱や赤外線を検出できる検
出装置に使用されている。

【０００５】従来のＧｅレンズの製造方法は、次のよう
な工程である。Ｇｅインゴット→ブロック加工→荒擦り→光学研磨ここで、球面レンズの場合は光学研磨機械が円回転すれ
ば加工できるが、非球面レンズの場合にはＮＣ（数値制
御）加工法で一個毎加工するしかない。更に、複数の曲
面を持つレンズ群を組み合わせたものでは、その組み合
わせ性能が加工機や職人の技術に依存している。従っ
て、従来の製造方法では、大量生産が困難で、高価なた
めに、Ｇｅレンズは高級レンズのイメージが固定してい
る。

【０００６】赤外光学レンズへの成形法の適用として
は、従来から有機材料（ポリエチレン）を用いた射出成
形法でフレネルレンズを製造している例がある。更に、
無機材料の成形法では、アルカリハライド固形材料の塑
性変形しやすい特徴を生かし、赤外ファイバー、レンズ
の形状に圧縮成形、ホットプレス等によって成形するこ
とも提案されている。一方、溶融状態からの成形法は、
実際には極めて難しい技術であり、唯一ガラス材料のみ
が工業化に成功している。

【０００７】また、Ｇｅ、Ｓｉは赤外透過材料であり、
耐衝撃性が強く、高温型から冷却して取り出しても、ク
ラック等は発生し難い材料である。この性質は、高温の
固形状態でも溶融状態でも加圧成形することで、成形品
を製造できる可能性があることを示唆し、現にＧｅの成
形法として特開昭６３−１５７７５４号公報にて、溶融
状態から真空中での注型成形方式が提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の公報記
載の注型成形方式では、真空制御しても脱泡に効果があ
るのみで、型温度を制御はできるが、この方式では量産
効果がないので、高品質の量産成形方法ではない。しか
も決定的な欠陥は、キャビティ内の圧力を自由に制御で
きないので、いろいろな形状の成形品の内部を高密度に
することには限界がある手法である。単なる注型方法で
は、成形時のキャビティ内への融液の注入圧力や、冷却
時の融液への保持圧力や、更に材料自身の冷却時の凝固
膨張の圧力を制御できないので、成形品にクラック、脹
らみ、陥没が発生するのである。

【０００９】一方、成形型の材料においては、Ｇｅ融液
は極めて反応性が高く、普通の金属では反応し、更に反
応性は低くても高純度のＧｅ融液を維持するには金属の
僅かな汚染も避けなければならない。そのため、成形型
（金型及び鋳型を含む）材料の選択が重要である。一般
の炭素型を使用して、光学研磨を施すと、一般の炭素材
料は極めて多孔質であるので、使用に耐ええない表面と
なる。また、ダイヤモンド薄膜コーティングをした金属
型は、コーティング層と金属との接合、剥離等の問題が
あり、更に成形型は極めて高価であるばかりでなく、コ
ーティング層の摩耗は避けられない。致命的な欠陥は、
酸素雰囲気では燃焼して薄膜コーティングが簡単に消滅
するので、ダイヤモンド薄膜コーティングは量産用の形
成型へのコーティングには採用できない。

【００１０】そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決
しようとするところは、押出し成形方式、射出成形方式
若しくはトランスファー成形方式によって、Ｇｅ、Ｓｉ
又はＧｅ−Ｓｉ合金からなる原料の融液を、成形型のキ
ャビティ内に注入してなる成形方法を採用するととも
に、成形時のキャビティ内への融液の注入圧力や、冷却
時の融液への保持圧力や、更に材料自身の冷却時の凝固
膨張の圧力を制御して、成形品にクラック、脹らみ、陥
没が発生することがなく、しかも量産化に適応したＧ
ｅ、Ｓｉ又はＧｅ−Ｓｉ合金材料の溶融成形方法を提供
する点にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題解
決のために、成形型への融液の注入圧力や保持圧力を制
御し得る成形手段を用い、Ｇｅ、Ｓｉ又はＧｅ−Ｓｉ合
金材料からなる原料をその融点以上に加熱して溶融させ
るとともに、成形型を原料の融点以上に加熱した後、原
料の融液を前記成形型のキャビティ内に所定の圧力にて
注入し、それから注入圧力を強めて比較的高い成形圧力
を維持した状態で冷却し、その冷却過程において、凝固
点付近で注入圧力を弱めて低い保持圧力を維持し、凝固
点を通過すると圧力を再度強めて所定の保持圧力を維持
してなるＧｅ、Ｓｉ又はＧｅ−Ｓｉ合金材料の溶融成形
方法を確立した。

【００１２】ここで、成形手段として、押出し成形方
式、射出成形方式若しくはトランスファー成形方式を用
い、成形型に原料の融液を注入してなることが好ましい
実施例である。

【００１３】また、前記成形型として、高密度炭素材料
からなる型材のキャビティ内面を光学研磨した成形型、
若しくは金属上にセラミックコーティングした型材のキ
ャビティ内面を光学研磨した成形型を用いることが好ま
しい。

【００１４】そして、成形品としては、特に赤外領域の
光学部品、あるいは半導体デバイス製造用のウエハーを
対象としている。

【００１５】

【作用】以上の如き内容からなる本発明のＧｅ、Ｓｉ又
はＧｅ−Ｓｉ合金材料の溶融成形方法は、Ｇｅ、Ｓｉ又
はＧｅ−Ｓｉ合金からなる原料をその融点以上に加熱し
て溶融させるとともに、成形型を原料の融点以上に加熱
した後、成形手段によって原料の融液を前記成形型のキ
ャビティ内に所定の注入圧力にて注入することにより、
原料の融液が成形型によって冷却されても融液が部分的
に凝固することがなく、成形型のキャビティ内に均一に
加圧注入されるのである。また、成形型のキャビティ内
に原料の融液を注入した後、成形型に原料を注入する圧
力を強めて比較的高い成形圧力を維持した状態で冷却す
ることにより、融液の密度を高めることが可能となる。
そして、冷却過程において、凝固点付近で注入圧力を弱
めて低い保持圧力を維持することにより、材料の凝固膨
張の圧力を吸収して内部歪みの発生を防止するのであ
る。それから、凝固点を通過すると圧力を再度強めて所
定の保持圧力を維持することにより、成形品の密度を高
めるとともに、高い寸法精度を出すことが可能となり、
しかも成形品にクラック、脹らみ、陥没が発生しないの
である。この溶融成形方法によって、一成形工程でＧ
ｅ、Ｓｉ又はＧｅ−Ｓｉ合金材料からなる成形品を製造
するのである。

【００１６】この場合、前記成形手段として、押出し成
形方式、射出成形方式若しくはトランスファー成形方式
を用い、成形型に原料の融液を注入してなることによっ
て、成形プロセスが簡単になり量産化を達成でき、しか
も成形圧力を高めることができ、高密度の成形品を得る
のである。

【００１７】また、前記成形型として、高密度炭素材料
からなる型材のキャビティ内面を光学研磨した成形型、
若しくは金属上にセラミックコーティングした型材のキ
ャビティ内面を光学研磨した成形型を用いることによ
り、融液に不純物が混入することがなく、しかも成形型
の耐久性に優れ量産化に適応し、後加工の必要がない光
学的表面を有する成形品、例えば赤外領域の光学部品、
あるいは半導体デバイス製造用のウエハーを得るのであ
る。

【００１８】

【実施例】本発明の溶融成形方法は、赤外線領域で高い
透過率と屈折率を有するＧｅ、Ｓｉ又はＧｅ−Ｓｉ合金
材料を用い、レンズ等の光学的鏡面を持つ光学部品を高
精度に成形し、量産化を図って低価格で提供することが
できるものである。

【００１９】図１は本発明の溶融成形方法に係る圧力
（Ｐ）と温度（Ｔ）の成形サイクルを簡略化して示した
ものであり、横軸は型締めシリンダーの圧力、縦軸は融
液又は成形型の温度である。この成形サイクルを説明す
れば、成形型への融液の注入圧力や保持圧力を制御し得
る成形手段を用い、Ｇｅ、Ｓｉ又はＧｅ−Ｓｉ合金材料
をその融点以上に加熱して溶融させる（Ａ→Ｂ：加熱過
程）とともに、成形型を材料の融点以上に加熱した後、
材料の融液を前記成形型のキャビティ内に所定の注入圧
力にて注入し（Ｂ→Ｃ：注入過程）、それから注入圧力
を強めて比較的高い成形圧力を維持した状態で冷却し
（Ｃ→Ｄ：成形・冷却過程）、その冷却過程において、
凝固点付近で圧力を弱めて低い保持圧力を維持し（Ｄ→
Ｅ→Ｆ：減圧・保圧過程）、凝固点を通過すると圧力を
再度強めて所定の保持圧力を維持し（Ｆ→Ｇ→Ｈ：加圧
・保圧過程）、それから室温程度まで冷却した後、減圧
して成形型から成形品を取り出す（Ｈ→Ａ：減圧・離型
過程）のである。

【００２０】ここで、Ｇｅ、ＳｉあるいはＧｅ−Ｓｉ合
金材料からなる原料の融液（Ｇｅ：m.p.＝９５８．５
℃、Ｓｉ：m.p.＝１４１４℃）を、同じく原料の融点以
上に加熱した成形型に押出し成形、射出成形あるいはト
ランスファー成形によって注入して成形するのである。
成形型（鋳型）のキャビティは、レンズ等の目的に応じ
た鋳型加工され、その内面は光学研磨されており、原料
を溶融状態にして、成形型内で凝固点（一般的に融点と
一致する）以下に冷却した後、剥離すると、後加工の不
用なＧｅ、ＳｉあるいはＧｅ−Ｓｉ合金の光学研磨レベ
ルの鏡面外観を持つ高精度の赤外レンズ等の成形品が成
形される。

【００２１】また、成形型の材料には、以下に示す選択
基準が必要である。（1)ＧｅやＳｉは、高純度の半導体材料であり、金属汚
染が生じると、赤外透過領域等の性能を劣化させるの
で、融液に接する材料は汚染や反応が生じない材料を使
用すること。（2)成形型は、光学研磨して鏡面となる表面を保つ材料
であること。（3)ＧｅやＳｉ融液の固化時の特徴的な物性（熱伝導
率、膨張係数）とよく似た物性の材料であること。以上の条件を満たす成形型として、本発明では内面光学
研磨された高密度炭素型（鋳型）又は耐熱性金属にセラ
ミックコーティングをして、そのコーティング層の表面
を光学研磨処理をした複合型（鋳型）を採用している。

【００２２】本発明の成形方法は、真空注型方式よりは
充填密度の高い成形ができる押出し成形方式、トランス
ファー成形方式や量産効果の大きい射出成形方式が最適
である。これらの方法では、成形品の充填密度が高く、
レンズに成形した場合には透過度が結晶体と同じような
優れた性能となる。これらの成形手段を採用して、融液
の注入圧力、型冷却時の保持圧力、材料自身の冷却時の
凝固膨張等を制御するのである。つまり、成形型内へ融
液を所定の注入圧力で注入した後、注入圧力を強めて比
較的高い成形圧力を維持して冷却し、その高い成形圧力
を融液の凝固点まで保ち、それから凝固点付近で注入圧
力を弱めて圧力を下げ、凝固点を通過すると再び圧力を
強めて圧力を上昇させ、十分に温度が下がるまでその保
持圧力を維持する等の制御を行うのである。

【００２３】次に本発明の実施例を添付した図面に基づ
き説明する。図２に示した第１実施例は、成形方式とし
てトランスファー成形方式を採用し、成形型として高密
度炭素型を採用してＧｅの赤外レンズを製造する成形装
置に関するものである。また、図３に示した第２実施例
は、成形方式として射出成形方式を採用し、成形型とし
て耐熱性金属にセラミックコーティングした複合型を採
用してＧｅの特殊形状成形品を製造する成形装置に関す
るものである。それらを以下に詳説する。

【００２４】（第１実施例）本実施例の成形型１は、Ｇ
ｅを溶融する高周波溶融炉の材料として使用している炭
素材料で加工した型が使用され、更にキャビティに対応
する部分は高密度炭素材料の加工品で組立てられ、その
内面を光学研磨したものである。高密度炭素材料は、従
来の多孔質の炭素材料では得られなかった高性能の光学
研磨面を加工で得ることができるのである。また、キャ
ビティ以外のＧｅ融液に接する部分は、全て炭素材料で
あるので、融液が汚染される心配がない。

【００２５】本実施例の成形装置を図２に基づいて説明
する。この成形装置は、前記成形型１を保持枠２の中央
部に配設し、該保持枠２の上部にはエアシリンダー３を
配設して、そのエアシリンダー３に供給する空気圧に応
じて変位し、成形型１内に挿入するプランジャ４を備え
るとともに、エアシリンダー３を操作する圧縮空気供給
系５を備え、更に成形型１の周囲に９５０〜１１００℃
の温度範囲で制御できる加熱炉６を配設したものであ
る。また、プランジャ４には、ロードセル４ａを取付け
て圧力を計測し、制御するようにしている。前記エアシ
リンダー３にはプランジャ４を押出し操作するための第
１給気口３ａと引込み操作する第２給気口３ｂを有し、
それらの給気口３ａ，３ｂに前記圧縮空気供給系５から
圧縮空気を供給するのである。ここで、圧縮空気供給系
５は、図示しないコンプレッサーから供給された圧縮空
気を二つに分岐してそれぞれ第１減圧弁７と第２減圧弁
８に供給し、それから第１減圧弁７から圧力計９を介し
て電磁弁１０に供給し、一方、第２減圧弁８から圧力計
１１を介して二つの電磁弁１２，１３に分岐して供給
し、そして前記電磁弁１０と電磁弁１２の出口側を合流
して前記第１給気口３ａに供給するとともに、前記電磁
弁１３から前記第２給気口３ｂに供給するのである。前
記給気口３ａ，３ｂに供給する空気の圧力は、コンプレ
ッサーの供給圧（１５ｋｇ／ｃｍ²〜３０ｋｇ／ｃ
ｍ²）をそれぞれ減圧弁７，８を調節することによって
所定値に減圧して設定する。本実施例では、第１減圧弁
７を高い圧力に設定し、第２減圧弁８を低い圧力に設定
している。尚、前記各電磁弁１０，１２，１３の出口側
の配管をそれぞれライン１０ａ，１２ａ，１３ａと称す
る。

【００２６】前述の成形装置によってＧｅ赤外レンズを
製造するには、先ず粒子状のＧｅ原料粉末（約２〜３ｍ
ｍφ）を前記成形型１内に入れ、成形型１の下部に配管
したガス供給管１４から還元性ガス、例えばフォーミン
グガスを流して、原料粉末中の水分等を置換し、前記電
磁弁１３を開いてライン１３ａからエアシリンダー３の
第２給気口３ｂに圧縮空気を供給してプランジャ４を上
の位置に設定した状態で、加熱炉６を操作して原料粉末
及び成形型１を加熱する。ここで、前記成形型１の温度
及び加熱炉６内の温度は、温度モニター１５で測定して
温度制御する。そして、温度モニター１５で成形型１の
温度が原料の融点以上になると、前記電磁弁１０を開い
てライン１０ａからエアシリンダー３の第１給気口３ａ
に高い圧力の圧縮空気を供給するとともに、電磁弁１３
を閉じて、プランジャ４を下方へ移動させて成形型１に
圧力を加えて、原料の融液をキャビティ内で加圧し、そ
れを維持する。この圧力が成形圧力である。次に、加熱
炉６の温度を下げて又は加熱炉６の加熱を停止して、あ
るいは強制空冷等によって成形型１を冷却する。この冷
却速度は、成形品の厚みや熱容量に応じて最適に設定さ
れる。そして、冷却を継続して原料の凝固点付近まで温
度が下がると、電磁弁１０を閉じるとともに、電磁弁１
２を開いてライン１２ａから低い圧力の圧縮空気を第１
給気口３ａに供給し、プランジャ４によって成形型１に
加える圧力を下げ、その保持圧力を維持する。その後、
成形型１の温度が原料の凝固点を通過して下がると、前
記電磁弁１２を閉じるとともに、電磁弁１０を開いてラ
イン１０ａかち第１給気口３ａに高い圧力の圧縮空気を
供給し、プランジャ４によって成形型１に加える圧力を
上げ、その高い保持圧力を維持する。この保圧工程は、
基本的には射出圧を高くし、冷却時の保持圧力を十分に
保つことが高密度成形の制御条件となる。

【００２７】（第２実施例）次に、本実施例の成形装置
を図３に基づいて説明する。本実施例の成形型１６は、
耐熱性金属（ＳＫ鋼、ハステロイ等）で組み合わされ、
原料と接触する内部は全てセラミックコーティングされ
たものである。この成形装置は、前記成形型１６の一方
の型をハウジング１７内に垂直に配設した固定盤１８に
固定し、成形型１６の他方の型を型締めシリンダー１９
の型締めラム２０の先端に取付けた可動盤２１に固定
し、またハウジング１７内には原料溜部２２とそれに連
通する射出シリンダー２３を横設するとともに、射出シ
リンダー２３には射出・保圧シリンダー２５のピストン
２５が圧縮空気等の駆動によって挿入可能となってい
る。また、射出シリンダー２３の先端のノズル部は前記
固定盤１８を貫通して成形型１６に接続されている。そ
して、前記射出シリンダー２３の周囲には原料粉末を溶
融するための横型加熱炉２６を配設するとともに、成形
型１６の周囲には型温度を制御するためのヒーター２７
を配設している。更に、前記ハウジング１７の上部に
は、成形型１６を収容した区画と、原料溜部２２の内部
と、横型加熱炉２６を設けた区画とにそれぞれガス供給
口２８，…が設けられ、ガス供給系２９からフォーミン
グガスをハウジング１７内の各部に供給している。ここ
で、原料が溶融する前記射出シリンダー２３の内面もセ
ラミックコーティングしている。また、前記射出・保圧
シリンダー２４の第１給気口２４ａ及び第２給気口２４
ｂには、図示しない前記同様の圧縮空気供給系を接続し
て、該射出・保圧シリンダー２４に供給する圧縮空気の
圧力や流路を変更してピストン２５によって成形型１６
へ加える圧力を調節するのである。

【００２８】前述の成形装置によってＧｅの特殊形状成
形品を製造するには、先ず粒子状のＧｅ原料粉末を原料
溜部２２に充填し、上部からフォーミングガスを流して
原料表面の精製をする。そして、型締めシリンダー１９
に圧力流体を供給して型締めラム２０を前進させて成形
型１６を閉じる。次に、前記ピストン２５を後退させた
状態で、原料を射出シリンダー２３内に導き、それから
ピストン２５を前進させて原料粉末を横型加熱炉２６の
部分に移動させてそれを加熱して溶融する。一方、前記
成形型１６は、周囲のヒーター２７によって原料の融点
以上の温度に加熱されており、この状態でピストン２５
を前進させて原料の融液を一定の射出圧で成形型１６の
キャビティ内に注入する。このピストン２５には、圧力
変動を監視するロードセルが取付けられており、融液が
成形型１６のキャビティ内部で必要な保持される圧力
（保持圧力）や型温度の制御のためのヒーター２７で、
成形、冷却を制御する。そして、保持圧力を加えなが
ら、融液を冷却成形し、型締めラム２０を後退させて成
形型１６を離型して成形品を取り出すのである。この場
合における圧力や温度制御の詳細は、第１実施例と同様
であるので、その説明は省略する。

【００２９】（第３実施例）本実施例は、第１実施例で
用いたものと同様な高密度炭素材料からなる成形型を用
い、第２実施例に示したものと同様な射出成形方式を採
用して、溶融Ｓｉを成形型内に射出成形して二次元成形
品を製造するものである。詳細は前記同様であるのでそ
の説明は省略する。

【００３０】（第４実施例）本実施例は、第２実施例で
用いたものと同様な金属にセラミックコーティングした
成形型を用い、第１実施例に示したものと同様なトラン
スファー成形方式を採用して、Ｇｅ−Ｓｉ合金からなる
ウエハー状成形品を製造するものである。詳細は前記同
様であるのでその説明は省略する。

【００３１】最後に、本発明によって製造することが可
能な成形品の用途とその代表的な寸法を以下に示す。家庭用：赤外センサ用レンズ・窓赤外センサ用窓材料８〜１０ｍｍφ 窓・小型レンズ４〜８ｍｍφ 廉価標準レンズ１０〜５０ｍｍφ 複合・アレーレンズ特殊形状 ──────────────────────── 工業用：簡易赤外応用製品用レンズ赤外カメラ用（CaF₂の代替用）１５〜５０ｍｍφ 従来赤外窓の代替２０〜３０ｍｍφ 工業用標準レンズ１０〜５０ｍｍφ ──────────────────────── 計測用：高級レンズ・特殊加工品最高級レンズ（組み合わせ）８〜１０ｍｍφ 赤外画像用１０〜３０ｍｍ角特殊レンズの開発¹⁾ 特殊形状窓・レンズ基板１０〜５０ｍｍφ 光学デバイス用レンズ基板１０〜５０ｍｍφ マイクロレンズ基板１０〜１００ｍｍφ ──────────────────────── 特殊加工品：ファイバー・容器等特殊形状 ──────────────────────── １）特殊加工品（従来には不可能であった形状、コスト
で製作可能）、特殊容器、ＭＥ用特殊容器、ビーズ形
状、ファイバー形状等

【００３２】

【発明の効果】以上にしてなる本発明のＧｅ、Ｓｉ又は
Ｇｅ−Ｓｉ合金材料の溶融成形方法によれば、以下の顕
著な効果を有する

【００３３】請求項１によれば、材料の凝固膨張の圧力
を吸収して内部歪みの発生を防止し、成形品の密度を高
めることができるとともに、高い寸法精度を出すことが
でき、しかも成形品にクラック、脹らみ、陥没が発生す
ることがないのである。この溶融成形方法は、溶融成形
の冷却過程が単純で、１回の成形工程で赤外レンズ等を
成形でき、大量生産が可能であるのでコスト低減化を図
ることができる。また、材料費の高いＧｅ、Ｓｉ又はＧ
ｅ−Ｓｉ合金材料の無駄のない利用が可能となる。

【００３４】請求項２によれば、成形プロセスが簡単に
なり量産化を達成でき、成形品の密度を高めることがで
き、それにより赤外領域の光学特性を結晶体に近づける
ことができる。また、成形品の多数個取りや、２次元配
列の複合レンズなど成形法の利点をそのまま生かせる。

【００３５】請求項３及び４によれば、融液に不純物が
混入することがなく、しかも成形型の耐久性に優れ量産
化に適応し、後加工の必要がない光学的表面を有する成
形品を安価に製作できる。

【００３６】請求項５及び６によれば、赤外領域のレン
ズ等の光学部品、あるいは半導体デバイス製造用のウエ
ハーを低コストで製作できる。また、複雑な光学系では
要求される非球面レンズ等の光学研磨ができない形状の
曲面のレンズを同一性能で大量に製作できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の溶融成形方法における注入用シリンダ
ー圧力と材料の温度との関係を示す成形サイクルのグラ
フである。

【図２】第１実施例のトランスファー成形方式を採用し
た成形装置を示す簡略説明図である。

【図３】第２実施例の射出成形方式を採用した成形装置
を示す簡略説明図である。

【符号の説明】

１成形型２保持枠３エアシリンダー３ａ第１給気口３ｂ第２給気口４プランジャ４ａロードセル５圧縮空気供給系６加熱炉７第１減圧弁８第２減圧弁９，１１圧力計１０，１２，１３電磁弁１４ガス供給管１５温度モニター１６成形型１７ハウジング１８固定盤１９型締めシリンダー２０型締めラム２１可動盤２２原料溜部２３射出シリンダー２４射出・保圧シリンダー２４ａ第１給気口２４ｂ第２給気口２５ピストン２６横型加熱炉２７ヒーター２８ガス供給口２９ガス供給系

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 // Ｈ０１Ｌ 21/208 Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】成形型への融液の注入圧力や保持圧力を
制御し得る成形手段を用い、Ｇｅ、Ｓｉ又はＧｅ−Ｓｉ
合金材料からなる原料をその融点以上に加熱して溶融さ
せるとともに、成形型を原料の融点以上に加熱した後、
原料の融液を前記成形型のキャビティ内に所定の圧力に
て注入し、それから注入圧力を強めて比較的高い成形圧
力を維持した状態で冷却し、その冷却過程において、凝
固点付近で注入圧力を弱めて低い保持圧力を維持し、凝
固点を通過すると圧力を再度強めて所定の保持圧力を維
持してなることを特徴とするＧｅ、Ｓｉ又はＧｅ−Ｓｉ
合金材料の溶融成形方法。
【請求項２】前記成形手段として、押出し成形方式、
射出成形方式若しくはトランスファー成形方式を用い、
成形型に原料の融液を注入してなる請求項１記載のＧ
ｅ、Ｓｉ又はＧｅ−Ｓｉ合金材料の溶融成形方法。
【請求項３】前記成形型として、高密度炭素材料から
なる型材のキャビティ内面を光学研磨した成形型を用い
てなる請求項１又は２記載のＧｅ、Ｓｉ又はＧｅ−Ｓｉ
合金材料の溶融成形方法。
【請求項４】前記成形型として、金属上にセラミック
コーティングした型材のキャビティ内面を光学研磨した
成形型を用いてなる請求項１又は２記載のＧｅ、Ｓｉ又
はＧｅ−Ｓｉ合金材料の溶融成形方法。
【請求項５】成形品が赤外領域の光学部品である請求
項１又は２又は３又は４記載のＧｅ、Ｓｉ又はＧｅ−Ｓ
ｉ合金材料の溶融成形方法。
【請求項６】成形品が半導体デバイス製造用のウエハ
ーである請求項１又は２又は３又は４記載のＧｅ、Ｓｉ
又はＧｅ−Ｓｉ合金材料の溶融成形方法。