JP2000239032A - 石英ガラス円筒体の内面研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ダイヤモンドツールを用いて内面を研削加工さ
れた石英ガラス円筒体の内面を、ダイヤモンドツールに
よる研削傷を残すことなく研磨することを可能とした新
規な石英ガラス円筒体の内面研磨方法を提供する。 【解決手段】ダイヤモンドツールを用いて内面を研削加
工された石英ガラス円筒体の内面を研磨するにあたり、
形状変形可能な研磨布を用いて、第１の研磨スラリーを
流しながら、上記研削加工時に生じたダイヤモンドツー
ルによる研削傷を取り除くための研磨加工を行う第１工
程と、ブラシを用いて第２の研磨スラリーを流しなが
ら、鏡面研磨加工を行う第２工程を有するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体工業用に使
用される炉心管やランプを製造するために使用される石
英ガラスチューブ及び光ファイバーの母材となる石英ガ
ラス製ジャケットチューブ等を製造するための母材とな
る石英ガラス円筒体の内面を研磨する方法に関する。

【０００２】

【関連技術】従来、半導体工業用に使用される炉心管や
ランプを製造するために使用される石英ガラスチューブ
及び光ファイバーの母材となる石英ガラス製ジャケット
チューブを製造するための母材となる石英ガラス円筒体
は、インゴットと呼ばれる石英ガラスの円柱体を作製し
た後、コアドリル等のダイヤモンドツールを用いて、穴
あけ加工をすることによって作製されていた。

【０００３】その後、半導体工業用に使用される炉心管
やランプを製造するために使用される石英ガラスチュー
ブ及び光ファイバーの母材となる石英ガラス製ジャケッ
トチューブは、この穴あけ加工によって作製された石英
ガラス円筒体を電気炉等で加熱軟化し、延伸することに
よって作製されていた。

【０００４】しかし、電気炉等で加熱延伸されて製作さ
れたチューブは、その内表面が外表面に比べて相対的に
加熱温度が低く、母材となる石英ガラス円筒体を作製す
る過程で付いたダイヤモンドツールによる研削傷が微小
な凹凸となって残ってしまい、製品の検査時に外観不良
を招いていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、上記した不都
合を解消するために、特開平３−７５２３２号記載の方
法が提案された。この提案された方法は、ダイヤモンド
ツールによって研削加工された石英ガラス円筒体の内面
をブラシを用いて、研磨しようというものであるが、ブ
ラシを用いた研磨の場合、ダイヤモンドツールによる研
削傷の凹凸部をなぞるだけであり、根本的に凹凸部を平
滑にするだけの研磨力を有していないため、ダイヤモン
ドツールによる凹凸の研削傷の形状を残したままの研磨
しかできないという欠点を有していた。

【０００６】本発明は、かかる従来技術の欠点に鑑みな
されたもので、ダイヤモンドツールを用いて内面を研削
加工された石英ガラス円筒体の内面を、ダイヤモンドツ
ールによる研削傷を残すことなく研磨することを可能と
した新規な石英ガラス円筒体の内面研磨方法を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、本発明の石英ガラス円筒体の内面研磨方法は、
ダイヤモンドツールを用いて内面を研削加工された石英
ガラス円筒体の内面を研磨するにあたり、形状変形可能
な研磨布を用いて、第１の研磨スラリーを流しながら、
上記研削加工時に生じたダイヤモンドツールによる研削
傷を取り除くための研磨加工を行う第１工程と、ブラシ
を用いて第２の研磨スラリーを流しながら、鏡面研磨加
工を行う第２工程を有することを特徴とする。

【０００８】上記第１の研磨スラリーとしては、＃４０
０〜＃１２００の研磨砥粒の混濁液を用いるのが好適で
あり、該研磨砥粒としては炭化けい素（ＳｉＣ）質砥粒
又はアルミナ質砥粒が用いられる。

【０００９】上記第１の工程を複数、例えば３つの研磨
処理から構成し、各研磨処理で使用する第１の研磨スラ
リー中の研磨砥粒の粒径を徐々に小さくするようにすれ
ば、より良好な研磨を達成することができる。

【００１０】一般的には、ダイヤモンドツール（砥石）
の研削傷を消すためには、ダイヤモンド砥石の粒径と同
等若しくはダイヤモンド砥石の粒径よりも僅かに小さい
粒径の砥粒を最初に使用し、その後粒径を小さくしてい
くのが好適である。

【００１１】例えば、＃２４０→＃４００→＃６００又
は＃８００→＃１２００と４段階で行うこともできる。
第１工程の研磨ステップの回数が少ない場合、第２工程
の鏡面研磨工程での研磨時間が長くなるという不利が生
じる。

【００１２】上記第２の研磨スラリーとしては、酸化セ
リウム又はコロイダルシリカの＃２５００前後の研磨砥
粒の混濁液を用いるのが好適である。

【００１３】第１工程及び第２工程における研磨時間に
ついていえば、研磨砥粒の粒径が大きい程、研磨能力が
あるため、粒径が小さくなる程研磨時間は長くなるが、
実際の研磨においては研磨面の状態に応じて適宜設定す
ればよい。

【００１４】石英ガラス円筒体の内周面の最大粗さＲｍ
ａｘが１μｍ以下、中心線平均粗さＲａが０．１μｍと
なるように研磨加工するのが好ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の石英ガラス円筒体
の内面研磨方法を実施する際に好適に用いられる内面研
磨装置の１例を添付図面に基づいて説明する。

【００１６】図１は石英ガラス円筒体の内面研磨装置の
側面的概略説明図である。図２は研磨ロッドの１例を示
す摘示側面説明図である。図３は研磨ブラシの１例を示
す摘示側面説明図である。

【００１７】図１において、１０は内面研磨装置で、石
英ガラス円筒体Ａの中空部ａの内面を研磨する。該内面
研磨装置１０は架台１２を有している。該架台１２の上
面にはベースプレート１４が設けられている。

【００１８】１６，１７は該ベースプレート１４上に設
けられた一対の載置ローラーで、それぞれ支持枠１８，
１９に回転軸２０，２１を介して回転自在に取りつけら
れている。一方の載置ローラー１６の回転軸２０の一端
部にはプーリー２２が設けられている。

【００１９】２４は該ベースプレート１４の下面側に設
けられたモーターである。該モーター２４のモーター軸
２６の先端にはモータープーリー２８が取りつけられて
いる。プーリー２２及びモータープーリー２８はプーリ
ーベルト２９を介して連結されている。したがって、モ
ーター２４が駆動してモーター軸２６が回転すると、そ
の回転は、モータープーリー２８，プーリーベルト２
９，プーリー２２及び回転軸２０を介して載置ローラー
１６に伝達され、当該載置ローラー１６も回転する。載
置ローラー１６，１７上に載置された石英ガラス円筒体
Ａは該載置ローラー１６の回転とともに回転する。

【００２０】３０はガイド手段で、該載置ローラー１
６，１７に対向してベースプレート１４上に設けられて
いる。該ガイド手段３０には支持プレート３２が該載置
ローラー１６，１７方向に接離自在に摺動往復できるよ
うに取りつけられている。３４は該支持プレート３２上
に支持固定されたモーターで、該載置ローラー１６，１
７方向に突出するモーター軸３６を有している。

【００２１】３８は該モーター軸３６の先端部に取りつ
けられたカップリング手段である。該モーター軸３６の
先端部には、該カップリング手段３８を介して、研磨ロ
ッド４０又は研磨ブラシ４２の基端部が接続して固定さ
れる。

【００２２】該研磨ロッド４０は、図２に示されるごと
く、長尺ロッド４１を有し、該長尺ロッド４１の長手方
向に所定の間隔をおいて多数の形状変形可能な研磨布４
６が取りつけられている。該研磨布４６はその両面がリ
ング４４，４４によって押圧固定されている。なお、研
磨布４６を長尺ロッド４１の全面に取りつける構成を採
用することも勿論可能である。

【００２３】一方、該研磨ブラシ４２は、図３に示され
るごとく、長尺ロッド４３を有し、該長尺ロッド４３の
長手方向に所定の間隔をおいて多数のリング４８が取り
つけられている。該リング４８の外周面には研磨用ブラ
シ毛５０が植設されている。なお、研磨ブラシ毛５０を
長尺ロッド４３の全面に取りつける構成を採用すること
も勿論可能である。

【００２４】５２は該ベースプレート１４の下面側に設
けられたエアーシリンダーで、シリンダー体５４と該シ
リンダー体５４に対して出没運動を行うように取りつけ
られたシリンダーロッド５６とを有している。該シリン
ダーロッド５６の先端はジョイント部材５８によって支
持プレート３２の下面と接続している。したがって、該
シリンダーロッド５６の出没運動に応じて、支持プレー
ト３２及びモーター３４を介在して、研磨ロッド４０又
は研磨ブラシ４２はその軸線方向に往復運動を行う。

【００２５】上記した内面研磨装置１０を用いて石英ガ
ラス円筒体Ａの中空部ａの内面を研磨する本発明方法の
１例について図４及び図５とともに説明するが、本発明
の技術思想から逸脱しない限り説明例以外の種々の態様
が可能なことは勿論である。

【００２６】一般的に、石英ガラス円筒体Ａは、直接火
炎法により、石英ガラスのインゴットを作成した後、コ
アドリル等で軸方向に沿って穴即ち中空部ａを開けるこ
とによって作成される。この石英ガラス円筒体Ａの中空
部ａの内面を内面研磨装置１０を用いて次のように研磨
する。

【００２７】まず、中空部ａの内面を研磨すべき石英ガ
ラス円筒体Ａを内面研磨装置１０の載置ローラー１６，
１７上に載置する（ステップ１００）。

【００２８】研磨ロッド４０をカップリング手段３８を
介してモーター３４のモーター軸３６の先端に接続し、
それとともに石英ガラス円筒体Ａの中空部ａの内部に挿
通する（ステップ１０１）。

【００２９】該研磨ロッド４０をモーター３４を駆動さ
せ、モーター軸３６を回転させることによって回転させ
る（ステップ１０２）。

【００３０】所定粒径の研磨砥粒の混濁液からなる第１
の研磨スラリーを石英ガラス円筒体Ａの中空部ａの内部
に流す（ステップ１０３）。

【００３１】第１の研磨スラリーとしては、＃４００〜
＃１２００の研磨砥粒の混濁液を用いるのが好適であ
り、該研磨砥粒としては炭化ケイ素（ＳｉＣ）質砥粒又
はアルミナ質砥粒が好ましい。

【００３２】次に、モーター２４を駆動することによっ
てモーター軸２６が回転し、その回転はモータープーリ
ー２８，プーリーベルト２９，プーリー２２及び回転軸
２０を介して載置ローラー１６に伝達される。この載置
ローラー１６を回転させることによって石英ガラス円筒
体Ａが回転させられるが、この石英ガラス円筒体Ａの回
転は研磨ロッド４０と逆方向とされている（ステップ１
０４）。載置ローラー１７は、載置ローラー１６及び石
英ガラス円筒体Ａの回転とともに従動的に回転して石英
ガラス円筒体Ａを回転状態で支持載置することができ
る。

【００３３】さらに、エアーシリンダー５２を駆動する
ことによってシリンダーロッド５６の往復運動は、ジョ
イント部材５８，支持プレート３２，モーター３４，モ
ーター軸３６及びカップリング手段３８を介して研磨ロ
ッド４０に伝達され、研磨ロッド４０は軸線方向に往復
運動する。この研磨ロッド４０をその軸線方向に所望距
離のストロークで往復運動させることによって所定時間
の研磨を行う（ステップ１０５）。研磨ロッド４０の往
復運動の代わりに、石英ガラス円筒体Ａを往復運動させ
てもよいし、研磨ロッド４０と石英ガラス円筒体Ａの双
方を往復運動させて同様の作用効果を達成することがで
きる。

【００３４】上記した第１の研磨スラリーを用いる研磨
処理（ステップ１０３〜１０５）は複数回、例えば３回
繰り返すことができ、その場合、各研磨処理で使用する
第１の研磨スラリー中の研磨砥粒の粒径を徐々に小さく
するようにすれば、より良好な研磨を達成することがで
きる。例えば、１回目の研磨では＃４００の研磨砥粒を
用い、２回目の研磨では＃８００の研磨砥粒を用い、３
回目の研磨では＃１２００の研磨砥粒を用いるようにす
るのが好ましい。

【００３５】例えば、３回繰り返して研磨を行う場合に
は、ステップ１０５の後に、１回目の研磨か、２回目の
研磨か、３回目の研磨かについての判定を行い（ステッ
プ１０６）、１回目又は２回目の場合には、石英ガラス
円筒体Ａの中空部ａの内部に純水を流し、研磨砥粒を洗
い流す（ステップ１０７）。

【００３６】その後ステップ１０３に戻し研磨砥粒の粒
径を変えて研磨処理（ステップ１０３〜１０５）を繰り
返す。３回目の研磨加工処理が終了した場合には、研磨
ロッド４０をモーター３４のモーター軸３６から取り外
し同時に石英ガラス円筒体Ａから抜き取り純水を石英ガ
ラス円筒体Ａの中空部ａの内部に流し、研磨砥粒を洗い
流す（ステップ１０８）。

【００３７】続いて、研磨ブラシ４２を石英ガラス円筒
体Ａの中空部ａの内部に挿通するとともに研磨ブラシ４
２をモーター３４のモーター軸３６にカップリング手段
３８を介して接続する（ステップ１０９）。

【００３８】該研磨ブラシ４２をモーター３４を駆動さ
せ、モーター軸３６を回転させることによって回転させ
る（ステップ１１０）。

【００３９】第２の研磨スラリーを石英ガラス円筒体Ａ
の中空部ａの内部に流す（ステップ１１１）。この第２
の研磨スラリーとしては、酸化セリウム又はコロイダル
シリカからなる研磨砥粒の混濁液が好適に用いられる。

【００４０】次いで、モーター２４を駆動することによ
ってモーター軸２６が回転し、その回転はモータープー
リー２８，プーリーベルト２９，プーリー２２及び回転
軸２０を介して載置ローラー１６に伝達される。この載
置ローラー１６を回転させることによって石英ガラス円
筒体Ａが回転させられるが、この石英ガラス円筒体Ａの
回転は、研磨ブラシ４２と逆方向とされている（ステッ
プ１１２）。この時、載置ローラー１７も従動的に回転
し、回転する石英ガラス円筒体Ａを載置支持することが
できる。

【００４１】さらに、エアーシリンダー５２を駆動する
ことによってシリンダーロッド５６の往復運動は、ジョ
イント部材５８，支持プレート３２，モーター３４，モ
ーター軸３６及びカップリング手段３８を介して研磨ブ
ラシ４２に伝達され、研磨ブラシ４２は軸線方向に往復
運動する。この研磨ブラシ４２をその軸線方向に所望距
離のストロークで往復運動させることによって所定時間
の研磨を行う（ステップ１１３）。研磨ブラシ４２の往
復運動の代わりに、石英ガラス円筒体Ａを往復運動させ
てもよいし、研磨ブラシ４２と石英ガラス円筒体Ａの双
方を往復運動させて同様の作用効果を達成することがで
きる。

【００４２】研磨ブラシ４２による研磨終了後、研磨ブ
ラシ４２を石英ガラス円筒体Ａから抜き取り、純水を石
英ガラス円筒体Ａの中空部ａの内部に流し、研磨砥粒を
洗い流す（ステップ１１４）。

【００４３】この内面を研磨された石英ガラス円筒体Ａ
を内面研磨装置１０の載置ローラー１６，１７から外す
（ステップ１１５）。

【００４４】上記したステップ１００〜１１５を経るこ
とによって、石英ガラス円筒体Ａの中空部ａの内部が研
磨される。上記した説明では、第１の研磨スラリーによ
る研磨は、研磨砥粒の粒径を、例えば＃４００、＃８０
０、＃１２００と変えて３回の研磨処理を行う場合を示
したが、第１の研磨スラリーによる研磨処理は１回でも
２回でもよいし、又４回以上行ってもよいことは言うま
でもない。

【００４５】

【実施例】以下に、本発明の実施例を挙げて説明する
が、この実施例は例示的に示されるもので限定的に解釈
されるものでないことはいうまでもない。

【００４６】（実施例１）直接火炎法により、合成石英
ガラスのインゴットを作成した後、コアドリルで軸方向
に沿って穴をあけ、石英ガラス円筒体を作成した。この
石英ガラス円筒体を図１〜３に示した内面研磨装置を用
い、上記したステップ１００〜１１５に従い、下記の条
件で研磨した。

【００４７】研磨条件 第１の研磨スラリーによる研磨： １回目の研磨処理；＃４００のＳｉＣ研磨砥粒を用い、
研磨ロッドの軸線方向に３００ｍｍのストロークで往復
運動し、４０分間研磨した。 ２回目の研磨処理；＃８００のＳｉＣ研磨砥粒を用い、
研磨ロッドの軸線方向に３００ｍｍのストロークで往復
運動し、５０分間研磨した。 ３回目の研磨処理；＃１２００のＳｉＣ研磨砥粒を用
い、研磨ロッドの軸線方向に３００ｍｍのストロークで
往復運動し、６０分間研磨した。 第２の研磨スラリーによる研磨：＃２５００の酸化セリ
ウムの研磨砥粒を用い、研磨ブラシの軸線方向に３００
ｍｍのストロークで往復運動し、１２０分間研磨した。

【００４８】実施例１の研磨処理によって研磨された石
英ガラス円筒体の中空部の内面の表面粗さを測定した。
表面粗さは、日本工業規格（ＪＩＳ）Ｂ０６０１の定義
により、最大粗さＲｍａｘ及び中心線平均粗さＲａで表
示する。また、その測定法は、接触式簡易粗さ計〔東京
精密（株）製、Surfcom 300B〕で１０ｍｍの長さ毎に測
定し、そのときの最大粗さＲｍａｘと中心線平均粗さＲ
ａを求める方法によった。

【００４９】表面粗さの測定の結果は、最大粗さＲｍａ
ｘが０．７μｍ、中心線平均粗さＲａが０．０６μｍで
あった。

【００５０】この内面研磨した石英ガラス円筒体を電気
炉で加熱軟化させ、ランプ用のチューブを製造し、寸法
・外観検査を行った。寸法に関しては、所定の寸法公差
内であり、また、外観検査に関してもチューブの外面・
内面ともに溶融鏡面を保ち、良好な歩留まりであった。

【００５１】また、このチューブの内面の粗さを調べた
ところ、最大粗さＲｍａｘは０．０５μｍ、中心線平均
粗さＲａは０．０１μｍであった。

【００５２】（比較例１）直接火炎法により、合成石英
ガラスのインゴットを作成した後、コアドリルで軸方向
に沿い穴をあけ、石英ガラス円筒体を作成した。この円
筒体を研磨装置に載置し、特開平３−７５２３２号公報
に記載されたものと同様な手法及び研磨ブラシを用い
て、研磨作業を行った。

【００５３】研磨が終了した石英ガラス円筒体の中空部
内面の粗さ測定の結果は、最大粗さＲｍａｘが１．８μ
ｍ、中心線平均粗さＲａが０．２μｍであった。

【００５４】この石英ガラス円筒体を電気炉で加熱軟化
させ、ランプ用のチューブを製造し、寸法・外観検査を
行った。寸法に関しては、所定の寸法公差内であり良好
な結果であったが、外観検査ではチューブの内面に微小
な凹凸が残っていた。

【００５５】また、このチューブの内面の粗さを調べた
ところ、最大粗さＲｍａｘは１．１５μｍ、中心線平均
粗さＲａは０．５５μｍであった。

【００５６】

【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、ダ
イヤモンドツールを用いて内面を研削加工された石英ガ
ラス円筒体の内面を、ダイヤモンドツールによる研削傷
を残すことなく研磨することが可能であるという大きな
効果が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 石英ガラス円筒体の内面研磨装置の側面的概
略説明図である。

【図２】 研磨ロッドの１例を示す摘示側面説明図であ
る。

【図３】 研磨ブラシの１例を示す摘示側面説明図であ
る。

【図４】 本発明方法による研磨手順の１例の前半部を
示すフローチャートである。

【図５】 本発明方法による研磨手順の１例の後半部を
示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０：内面研磨装置、１２：架台、１４：ベースプレー
ト、１６，１７：載置ローラー、１８，１９：支持枠、
２０，２１：回転軸、２２：プーリー、２４，３４：モ
ーター、２６，３６：モーター軸、２８：モータープー
リー、２９：プーリーベルト、３０：ガイド手段、３
２：支持プレート、３８：カップリング手段、４０：研
磨ロッド、４１，４３：長尺ロッド、４２：研磨ブラ
シ、４４，４８：リング、４６：研磨布、５０：研磨用
ブラシ毛、５２：エアーシリンダー、５４：シリンダー
体、５６：シリンダーロッド、５８：ジョイント部材、
Ａ：石英ガラス円筒体、ａ：中空部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須釜 明彦 福島県郡山市田村町金屋字川久保88番地 信越石英株式会社郡山工場内 Ｆターム(参考） 3C043 AC03 AC28 CC06 CC07 CC11 DD05 3C058 AA06 AA07 AA11 AA14 AA16 AA18 AB04 AB06 CB10 DA02 4G014 AH15 AH23 4G021 BA00

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダイヤモンドツールを用いて内面を研削
   加工された石英ガラス円筒体の内面を研磨するにあた
   り、形状変形可能な研磨布を用いて、第１の研磨スラリ
   ーを流しながら、上記研削加工時に生じたダイヤモンド
   ツールによる研削傷を取り除くための研磨加工を行う第
   １工程と、ブラシを用いて第２の研磨スラリーを流しな
   がら、鏡面研磨加工を行う第２工程を有することを特徴
   とする石英ガラス円筒体の内面研磨方法。
2. 【請求項２】 上記第１の工程が複数の研磨ステップか
   らなり、各研磨ステップで使用する第１の研磨スラリー
   中の研磨砥粒の粒径を徐々に小さくすることを特徴とす
   る請求項１記載の石英ガラス円筒体の内面研磨方法。
3. 【請求項３】 上記第２の研磨スラリーが酸化セリウム
   又はコロイダルシリカの混濁液であることを特徴とする
   請求項１又は２記載の石英ガラス円筒体の内面研磨方
   法。
4. 【請求項４】 石英ガラス円筒体の内周面の最大粗さＲ
   ｍａｘが１μｍ以下、中心線平均粗さＲａが０．１μｍ
   となるように研磨加工することを特徴とする請求項１〜
   ３のいずれか１項記載の石英ガラス円筒体の内面研磨方
   法。