JP2798466B2 - 石英ガラス製チューブの製造法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、石英ガラス製チューブ製造法及び装置に関
するものである。

（従来の技術） 従来より、例えば半導体工業の分野における炉心管等
の部材や光ファイバー用素材等として石英ガラス製チュ
ーブ（管）が使用されている。

ところで従来における石英ガラス製チューブ（管）の
製造にあっては、一般に中実の石英ガラスロッドから削
り出した石英ガラス製の中空筒状の部材（一般に「シリ
ンダー」と称している）を被加工材料として用い、これ
を軟化温度まで加熱した状態で肉厚の薄いチューブに引
抜き成形する方法（例えば実公昭55−35297号参照）に
よっている。

つまり、被加工材料である厚肉のシリンダー部材を一
方向に送りながら、その送り方向の先端を加熱軟化し、
外径寸法をダイスによって規制しながら内部から気体圧
力を作用させて筒状部材の薄肉化を図るものである。

第３図はシリンダー部材から石英ガラス製チューブを
整形する製造装置の一例概要を示した図であり、この図
において、１は入り口側ベッド、３は出口側ベッドを示
し、これらの間に誘導加熱方式の加熱炉２が配置されて
いる。

４は上記の入り口側ベッド１の上に図の左右方向の移
動が可能に設けられた第１の主軸送りテーブルであり、
該テーブルの一側に設けられたチャック６に、被加工物
である長尺の筒状部材（石英ガラス製シリンダー）10を
チャッキングして、図示しない回転駆動機構により図の
23方向に回転させるようになっている。なおこの筒状部
材の姿勢安定のために入り口側ベッド１の上にはサポー
トローラ17が設けられ、このサポートローラ17は図の符
号21、22の方向にその位置が調整できるようになってい
る。

またこの第１の主軸送りテーブル４は、図示しない移
動機構によって図の符号19方向に所定の速度で送り移動
されるようになっている。

上記のようにして第１の主軸送りテーブル４及びサポ
ートローラ17により支持された筒状部材10の先端（図の
右端）は、図示の如く加熱炉２の内部に置かれ、コイル
2aに所定の交流が通電されることで発熱体（黒鉛）12a
が発熱して石英ガラス製ロッドが軟化点まで加熱（約20
00℃）される。

他方、出口側ベッド３の上にはもう一つの第２の主軸
送りテーブル７が設けられていて、その加熱炉側の回転
駆動チャック８には、石英ガラス製のロッド11が組み付
けられ、図の符号24方向に駆動回転されるようになって
いる。またこのロッド11の先端（図の左端）は、加熱炉
２の発熱体12a内で上記被加工物である筒状部材10の先
端面と同心的に加熱軟化して融着するようになってい
る。なおこの第２の主軸送りテーブル７は、図示しない
移動機構によって図の符号20方向に所定の速度で送り移
動されるようになっている。

第４図は、第３図の加熱炉２内において筒状部材10を
チューブに引抜き整形する従来装置の構成を拡大して示
した図であり、加熱炉２の炉体（固定部分）25と一体に
カーボン等で形成された筒状の発熱体12aが設けられ、
この炉体25と発熱体12aにより、引抜き整形用のダイス1
2bが固定されている。

そして端部において引抜き用ロッド11と融着一体化さ
れた被加工物である筒状部材10の内部に圧力気体を作用
させて加圧力Ｐを与え、加熱軟化した筒状部材10を径外
方に膨らませながら上記ダイス12bで外径寸法を規定
し、引抜き用ロッド11と筒状部材10を回転させながら、
両者の軸方向についての移動速度差を与えた引抜きによ
り所定肉厚のチューブを成形する。

（発明が解決しようとする課題） ところで上記のようにして筒状部材を引き抜き成形す
る加工技術を本発明者が検討したところによると、次の
ような問題のあることが明らかとなった。

すなわち、従来法によって作製される石英ガラス製の
チューブは、そのチューブ外表面にいわゆるツールマー
クが発生し、これが人目を引く痕跡として最終製品の管
外表面に残ると共に、微細な凹凸発生を伴って、最終製
品として石英ガラス管の表面状態の平坦度や表面精度を
損ない、商品価値を減殺させるといった問題を招く原因
となっていた。

また石英ガラス製チューブを製造する装置において
は、石英ガラスを加熱軟化させるために2000℃近くまで
加熱を行ない、この状態で引抜きを行なうためにダイス
の消耗が激しいことが問題となっている。

このようなツールマークが発生する原因やダイスの耐
久性が乏しい原因は、引抜きを行なうダイスと被加工物
が高温下で摺擦する結果である。

本発明者等は、このような石英チューブを作製する場
合の問題点を解消するために鋭意検討を重ね、石英ガラ
ス管の表面状態の平坦度や表面精度を出来るだけ高品位
に保つことができる本発明を開発するに至った。

すなわち本発明は、石英ガラス管の表面状態の平坦度
や表面精度を出来るだけ向上できる製造及び装置を提供
することを目的とする。

また本発明の別の目的は、ダイスの耐久性を向上させ
ることができる製造及び装置を提供することを目的とす
る。

（課題を解決するための手段） 上記した種々の目的を実現するための本発明よりなる
石英ガラス製チューブの製造法の特徴は、筒状の石英ガ
ラス製シリンダーをその長尺軸を中心として回転させな
がら先端を加熱軟化させ、内部から気体圧力を作用させ
つつ加熱軟化した先端外周をリング状のダイス内を通し
て回転引抜きする石英ガラス製チューブの製造法におい
て、上記ダイスを、回転引抜きするチューブと同期駆動
回転させるようにしたところにある。

またこのような製造法を実現する本発明装置の特徴
は、筒状の石英ガラス製シリンダーをその長尺軸を中心
として回転させながら支持する回転支持手段と、該石英
ガラス製シリンダーの先端を加熱軟化させる加熱手段
と、加熱軟化した石英ガラス製シリンダーの先端を回転
しながら引抜き薄肉化する引抜き手段と、上記石英ガラ
ス製シリンダー内に気体圧力を付与する圧力付与手段
と、石英ガラス製シリンダー先端の加熱軟化位置で引抜
きの際のシリンダーの外径を規制する引抜き用整形用の
ダイスと、このダイスを上記ロッド回転支持手段と同期
して駆動回転させるダイス回転駆動手段とを備えたとい
う構成をなすところにある。

（作用） 本発明の石英ガラス製チューブの製造法及び装置によ
れば、厚肉の筒状部材から薄肉チューブを引抜きにより
作る際に、ダイスと被加工部材の摺擦を母線方向のみと
することができるので、その外表面のツールマークの発
生を可及に低減でき、またダイスの耐久性が向上する。

（実施例） 以下本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。

本実施例装置の全体の概要構成は既に第３図で説明し
たものと同様であるのでその説明は省略し、加熱炉部分
の構成について第１図により詳細に説明する。

第１図において、20bはカーボン材料等より形成され
ている引抜き整形用のダイス本体であって、これは加熱
炉２と一体となって固定されている発熱体20aからは機
構的に分離して設けられている。すなわち本例のこのダ
イス本体20bはリング状をなしていて、加熱炉の炉体25
のフランジ26に対しベアリング装置27を介して回転自在
の回転フランジ29と一体に設けられている。なお28はベ
アリング押えである。

このような構成により、本例のダイス本体20bは炉体2
5に対し回転自在となる。これによりダイス内周に被加
工物が摺擦することで従動的に回転するとも考えられる
が、実際には被加工物との摺擦による抵抗では適当な回
転は生じない。

そこで本例においては、上記回転フランジ29に設けた
チエーンホイール30をチエーン31を介しモータ32に連系
させ、このモータ32によって積極的に駆動回転させるよ
うにしている。

そしてこのモータ32による回転フランジ29の回転速度
を上記引抜き用ロッド11の回転速度と同期させ、被加工
物10とダイス本体20bの周方向に関する相対的な回転速
度の差を零とするようにしている。

このようにすることで、被加工物とダイス本体の相対
的な摺擦は、軸方向に関するものに限定，低減されるこ
とになり、得られる石英ガラス製チューブ製品の外表面
におけるツールマークは大幅に低減されることが実際に
確認される。

なお上記回転フランジ29はダイス本体と一体であるた
め高熱となり易いことから、ベアリング装置27等の部分
の適正動作を確保する上から、これらの部分には冷却水
の循環系（図示せず）を設けることが実用的に望まし
い。

また本発明は第２図に示したように、ダイスを上記回
転フランジ29と一体に設けたダイス基部20cと、このダ
イス基部20cに対し嵌挿組み付けできるダイス本体20bと
に分割して構成することもできる。

このような構成は、ダイス本体20bは引抜き時には図
の右方向のみに移動力を受けるのであって、反対方向
（図の左側方向）については格別の抜け止めを設ける必
要がないという構造上の特徴により実現でき、しかもこ
のようにすれば、上記反対方向から嵌挿、抜き出しする
ことで容易にダイス本体20bを交換できるという利点が
ある。

なお第２図の例は、中実の石英ガラス製ロッド50から
厚肉の筒状シリンダー部材を成形する場合として例示し
ているが、これは第１図と同様の筒状部材を被加工物と
し、その先端に引抜き用のロッドを融着して第１図の場
合と同様の操作で引抜きを行なうようにすれば、本発明
の装置として使用できる。そして本例において中実の石
英ガラス製ロッド50から厚肉の筒状シリンダー部材を成
形する状態を示しているのは、本発明装置が筒状シリン
ダー部材を成形することに併用できることを説明するた
めである。

このような中実の石英ガラス製ロッド50から筒状シリ
ンダー部材を成形するには、石英ガラス製ロッドの先端
中心に、逆円錐形の先鋭駒53を有する穿孔用の固定棒状
部材52を係合させ、そのロッド50の先端周縁にダミーシ
リンダー51を融着させて、穿孔用の駒53に対しロッド50
を引抜く他は、上記したと同様の操作で筒状シリンダー
部材を成形できる。

すなわちまず入り口側ベッド１上の第１の主軸送りテ
ーブル４に支持させた石英ガラス製ロッドと、出口側ベ
ッド３上の主軸送りテーブル７に支持させたダミーシリ
ンダー11の端部を中心的な状態で加熱炉２内で突き合わ
せ、回転させながら加熱炉２で両者を軟化点まで加熱し
て融着させる。

またこの際、穿孔用の駒53を有する固定軸52をダミー
シリンダー51の内部を挿通して予め嵌装固定（固定手段
は図示せず）しておき、該穿孔用駒53の先鋭端をロッド
の先端中心に係合させる。

この状態で第１の主軸送りテーブル４及び第２の主軸
送りテーブル７を予め定めた送り速度で、ロッド及びダ
ミーシリンダーの回転を継続させながら移動を開始させ
る。このような工程により、第２図に示すごとくロッド
50及びダミーシリンダー51の送りの相対的速度差、及び
回転の速度差に従って、いわゆる引き抜き成形と同様の
状態で、ロッド50からシリンダー51が成形される。

以上のような手順によって成形される石英ガラス製シ
リンダーは、従来法のようにドリリングにより中実のロ
ッドを研削するものでないために、石英ガラス製ロッド
の材料の実質的に全てをシリンダー形成に利用でき、製
品の歩留まりに優れる。また研削法によらないためにシ
リンダーの内部にマイクロクラックが発生せず、その後
処理が不要となるなどの優れた効果がある。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明の製造法及び装置によれ
ば、引抜き整形用ダイスと被加工物の周方向の相対速度
差を実質的に零とできるので、成形された石英ガラス管
の表面状態の平坦度や表面精度を向上させることがで
き、特に商品価値を損なう人目を引くようなツールマー
クの痕跡が残らないという効果がある。

このようなツールマークの痕跡は、特に高品質を要求
される半導体分野、光学分野の部材において有害な表面
の微細な凹凸による不均質性、表面精度、平坦性を著し
く向上できるという効果をもたらす。また管表面の微細
な凹凸やキズは、管を弗酸水溶液で繰り返し洗浄使用す
るような用途では、選択エッチングによってその微細な
凹凸やキズが次第に増大する傾向があるため、初期的に
このような凹凸等が少ないことは製品の耐久性を向上さ
せるという効果もある。

また引抜き整形用ダイスと被加工物の摺擦を軸方向の
みに限定できるので、ダイスの耐久性を向上させること
ができるという効果もある。また、上述実施例で説明し
た整形用ダイスを「さや」形式の嵌挿組み付け構造に設
けることで容易な交換を実現できるため、このような構
造による場合の効果は極めて大きいものがある。

また更に、本発明装置は、被加工材料である筒状シリ
ンダー自体の加工成形装置としても併用できる有用性の
高い加工成形装置を提供できるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明よりなる石英ガラス製チューブの製造装
置の一部の構成概要を示した図、第２図は他の例の構成
概要を示した図、第３図は製造装置の全体概要を示した
図、第４図は従来装置の構成概要を説明するための図で
ある。 1:入り口側ベッド、2:加熱炉 3:出口口側ベッド 4:第１の主軸送りテーブル 6:チャック 7:第２の主軸送りテーブル 8:チャック 10:筒状部材（石英ガラス製シリンダー） 11:ロッド 20a:発熱体、20b:ダイス本体 20c:ダイス基部 25:炉体、26:固定フランジ 27:ベアリング装置、28:ベアリング止め 29:回転フランジ、30:チェーンホイール 31:チェーン、32:モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平野 逸雄 山口県新南陽市土井２―15―４―204 (56)参考文献 実開 昭55−67136（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−111537（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭48−1099（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭55−35297（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C03B 23/04 - 23/18 C03B 20/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】筒状の石英ガラス製シリンダーをその長尺
   軸を中心として回転させながら先端を加熱軟化させ、内
   部から気体圧力を作用させつつ加熱軟化した先端外周を
   リング状のダイス内を通して回転引抜きする石英ガラス
   製チューブの製造法において、上記ダイスを回転引抜き
   するチューブと同期駆動回転させることを特徴とする石
   英ガラス製チューブの製造法。
2. 【請求項２】筒状の石英ガラス製シリンダーをその長尺
   軸を中心として回転させながら支持する回転支持手段
   と、該石英ガラス製シリンダーの先端を加熱軟化させる
   加熱手段と、加熱軟化した石英ガラス製シリンダーの先
   端を回転しながら引抜き薄肉化する引抜き手段と、上記
   石英ガラス製シリンダー内に気体圧力を付与する圧力付
   与手段と、石英ガラス製シリンダー先端の加熱軟化位置
   で引抜きの際のシリンダーの外径を規制する引抜き用整
   形用のダイスと、このダイスを上記ロッド回転支持手段
   と同期して駆動回転させるダイス回転駆動手段とを備え
   たことを特徴とする石英ガラス製チューブの製造装置。