JPH03247526A - 石英ガラス製チューブの製造法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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の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芯管等の
部材や光フア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」と称してぃる）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図はシリンダ一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は入り口側ベツド、３は出口側ベツドを示し
、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は上記入り口側ベツド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ツド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２０００℃）される。

他方、出口側ベツド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１２ｂが固定されている。

そして端部において引抜き用ロッド１工と融着一体止さ
れた被加工物である筒状部材１ｏ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ｌＯ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、これが人目を弓（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
としての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。

二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法及び装置を提供
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
ことができる製造法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の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
生を可及的に低減でき、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
２５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
チェーンホイール３ｏをチェーン３１を介しモータ３２
に連係させ、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みであって、反対方向
Ｃ図の左側方向）については格別の抜は止めを設ける必
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一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一部材を
成形する状態を示しているのは、本発明装置が筒状シリ
ンダ一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
ンダ一部材を成形するには、石英ガラス製ロッド５０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
で筒状シリンダ一部材を成形できる。

すなわちまず入りロ側ベツドＩ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、出口側ベツ
ド３上の第２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の端部を同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（ロッド５
０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（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、選択エツ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」形式の嵌挿組み付は構造に設け
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：入り口側ベツド　　２：加熱炉 ３：出口口側ベツド 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 ｌＯ：筒状部材（石英ガラス製シリンダー）ｌｌ：ロッ
ド ２０ａ：発熱体　　　　　　２０ｂ：ダイス本体２０Ｃ
：ダイス基部 ２５：炉体 ２７：ベアリング装置 ２９：回転フランジ ３１：チェーン ２６：固定フランジ ２８：ベアリング止め ３０：チェーンホイール ３２：モータ 外４名 第 ■ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、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。