JP2003192365A - 石英ガラス管の製造装置および製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】熱間プラグ圧入法により石英ガラス管を製造す
る方法において、製造される石英ガラス管の内外径の変
動を抑制し、さらに疵などのない表面性状の良好な所定
の内外径を有する石英ガラス管の製造装置および製造方
法の提供。 【解決手段】石英ガラス素材の一部分を加熱し、プラグ
23を石英ガラス素材に対して相対的に回転させながら圧
入することにより、所定の内径および外径を有する石英
ガラス管22を製造する石英ガラス管の製造装置におい
て、プラグ23の石英ガラス素材に圧入する部位の形状を
半球状とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、石英ガラスからな
る棒（以下、石英ガラス棒という）または管（以下、石
英ガラス管という）を所定の外径および内径に加工する
石英ガラス管の製造装置および製造方法に係り、特に、
光通信の光ファイバ用の母材や半導体製造装置などに用
いる石英ガラス管の製造装置および製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】石英ガラスは、電子デバイスを製造する
装置などに用いられる部品材料として使われ、その活用
範囲も多岐にわたる。現在、IT産業の成長と共に、電子
デバイスが組み込まれる情報機器は、急速な発展を続け
ており、それに伴い、石英ガラスの需要も飛躍的に伸び
ている。

【０００３】特に光ファイバ用の母材や半導体製造装置
には、性能に悪影響を与える不純物の極めて少ない石英
ガラスが必要とされることから、これらに用いられる石
英ガラス管には、ＶＡＤ法（Vapor Phase Axial Deposi
tion Method；気相軸付け法）により製造された石英ガ
ラス棒やＯＶＤ法（Outside Vapor Phase DepositionMe
thod；外付け法）により製造された石英ガラス管を加工
した石英ガラス管が用いられる。

【０００４】従来、所定の内径および外径（以下、内外
径という）を有する石英ガラス管を得るため、石英ガラ
ス棒や石英ガラス管（以下、このような加工前の石英ガ
ラス棒および石英ガラス管をまとめて「石英ガラス素
材」という）を機械的に研削加工することによって、ま
たはこの後さらに、熱間延伸することによって、所定の
内外径を有する石英ガラス管に加工していた。しかし、
これらの方法では、研削加工を伴うため、作業能率が低
く、さらに石英ガラスの屑粉が多く発生するために、歩
留まりを一定以上に高くすることができない。

【０００５】そこで、歩留まりよく所定の内外径を有す
る石英ガラス管を得るため、いわゆる熱間プラグ圧入法
と呼ばれる石英ガラス管の製造方法が開発されている。
その一つとして、特開平３−２４７５２５号公報には、
円柱状の石英ガラス棒の先端を加熱しつつ回転させ、軟
化した石英ガラス素材にプラグの先鋭端を当接させるこ
とにより、所定の内外径を有する石英ガラス管を製造す
る方法が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平３−２４７
５２５号公報に記載の方法では、製造される石英ガラス
管の内外径は、それぞれプラグの外径およびプラグの周
囲に配置された円環状のダイスの内径によって決定され
るはずである。

【０００７】しかし、上記公報の記載にしたがって、石
英ガラス棒から所定の内外径を有する石英ガラス管を製
造しようとした場合、製造された石英ガラス管の内径お
よび外径の変動が大きく、その上、内表面および外表面
に疵が発生し、表面の性状が悪くなるという問題が生じ
た。

【０００８】そのため、この方法を施した石英ガラス管
には、さらにその内外表面に機械加工を施さざるを得
ず、工程数の増加および歩留まりの低下を招いていた。

【０００９】また、上記に加え、熱間プラグ圧入法によ
り石英ガラス管の内外径を整える場合にも問題があっ
た。加工前の石英ガラス管の内径、外径をそれぞれＩＤ
_１、ＯＤ_１、加工後の石英ガラス管の内径、外径をそれ
ぞれＩＤ_２、ＯＤ_２としたとき、 １）ＩＤ_１＞ＩＤ_２ かつ ＯＤ_１≦ＯＤ_２ ２）ＩＤ_１≦ＩＤ_２ かつ ＯＤ_１≦ＯＤ_２ ３）ＩＤ_１＞ＩＤ_２ かつ ＯＤ_１＞ＯＤ_２ ４）ＩＤ_１≦ＩＤ_２ かつ ＯＤ_１＞ＯＤ_２ の計４通りの加工パターンが考えられる。

【００１０】図１は、この方法により石英ガラス管の内
外径を整える場合の加工パターンを示した図である。上
記１）〜４）が、それぞれ図１における（１）〜（４）
に当たる。

【００１１】このとき、図１の（２）および（４）に示
すようにプラグにより内径を拡大する場合には、プラグ
による圧入効果により、石英ガラス管の成形が適切に行
えるように思われたが、実際のところ、加工後の内径は
プラグの外径よりも平均2〜3mm大きくなり、また、内径
変動が生じた。

【００１２】また、図１の（１）および（３）に示すよ
うに内径を縮小する場合には、当然プラグによる圧入効
果は期待できず、内径はプラグの外径に沿うようには成
形されず、図１の（２）および（４）の加工パターンよ
りも大きな内径変動が生じ、さらに内面の表面性状も悪
化した。

【００１３】本発明の課題は、熱間プラグ圧入法により
石英ガラス管を製造する方法において、製造される石英
ガラス管の内外径の変動を抑制し、さらに疵などのない
表面性状の良好な所定の内外径を有する石英ガラス管の
製造装置および製造方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、まず、熱間
プラグ圧入法を施した際に生じる石英ガラス管の外径の
変動および外表面の疵の発生に関し、検討を行った。そ
こで、石英ガラス素材を石英ガラス管に成形する際の材
料の挙動について詳細に調べたところ、プラグによる成
形が比較的温度の高い位置で行われるため、石英ガラス
素材がプラグおよびダイスにより成形されてプラグより
出た後においても変形が起こり、その結果、外径に変動
が生じることを知得した。また、変動によって外径が大
きくなると、その部分が本来接触すべきではないダイス
の部分に接触するため、多数の疵が発生することが判明
した。

【００１５】次に、石英ガラス管の内表面の疵の発生に
関し、検討を行った。通常、プラグの材質は黒鉛を用い
る。この場合、黒鉛、すなわち炭素と石英中の珪素が反
応して、プラグ先端にβ-SiＣが形成され、このβ-SiＣ
によって内表面に疵が発生することが明らかになった。

【００１６】これらの課題は、石英ガラスの成形が行わ
れている部分に起因するものであり、これはプラグ、特
に石英ガラスの変形が進むプラグの先端部の形状によっ
て制御可能ではないかと考えられる。

【００１７】そこで、プラグの形状を改良し、材料挙動
を適切に制御し、石英ガラス管の外径の変動および外表
面と内表面の疵の発生を防止することを試みた。

【００１８】一方、石英ガラス素材としての石英ガラス
管（加工前の石英ガラス管）に対し、熱間プラグ圧入法
を施した際に生じる加工後の石英ガラス管の内径の変動
および内表面の疵の発生に関しても検討を行った。石英
ガラス管の内表面は、加熱・軟化した状態でプラグに接
触するため、プラグとの接触状態が内径の変動および内
表面の疵の発生に影響する。そのため、圧入前の石英ガ
ラス管内を減圧し、石英ガラス管の内表面とプラグとの
接触状態を変えることにより、内径の変動および内表面
の疵の発生を防止することを試みた。

【００１９】本発明は、以上のような知見に基づくもの
であり、下記（１）〜（６）の石英ガラス管の製造方法
を要旨とする。

【００２０】（１）石英ガラス素材の一部分を加熱し、
プラグを石英ガラス素材に対して相対的に回転させなが
ら圧入することにより、所定の内径および外径を有する
石英ガラス管を製造する石英ガラス管の製造装置におい
て、プラグの石英ガラス素材に圧入する部位の形状が半
球状である石英ガラス管の製造装置。（以下、第１発明
という）

【００２１】（２）前記プラグが、胴体部と石英ガラス
素材に圧入する部位である先端部とからなり、胴体部の
形状が円柱状である（１）に記載の石英ガラス管の製造
装置。（以下、第２発明という）

【００２２】（３）石英ガラス素材の一部分を加熱し、
プラグを石英ガラス素材に対して相対的に回転させなが
ら圧入することにより、所定の内径および外径を有する
石英ガラス管を製造する石英ガラス管の製造方法におい
て、プラグの石英ガラス素材に圧入する部位の形状が半
球状でのプラグを用いる石英ガラス管の製造方法。（以
下、第３発明という）

【００２３】（４）前記プラグが、胴体部と石英ガラス
素材に圧入する部位である先端部とからなり、胴体部の
形状が円柱状である（３）に記載の石英ガラス管の製造
方法。（以下、第４発明という）

【００２４】（５）石英ガラス管の一部分を加熱し、プ
ラグを石英ガラス素材に対して相対的に回転させながら
圧入することにより、所定の内径および外径を有する石
英ガラス管を製造する石英ガラス管の製造方法におい
て、圧入前の石英ガラス管内を減圧する石英ガラス管の
製造方法。（以下、第５発明という）

【００２５】（６）圧入後の石英ガラス管内を減圧する
（３）から（５）のいずれかに記載の石英ガラス管の製
造方法。（以下、第６発明という）

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明に係る石英ガラス管の製造
装置および製造方法は、石英ガラス素材の一部分を加熱
し、プラグを石英ガラス素材に対して相対的に回転させ
ながら圧入すること、いわゆる熱間プラグ圧入法を前提
とする。

【００２７】図２は、本発明の石英ガラス管の製造装置
の一例を模式的に示した図である。この装置において、
石英ガラス素材1の一端は、回転およびプラグ方向への
送出しができるチャック7に把持されている。石英ガラ
ス素材1の他端には例えば石英ガラス管のようなダミー
材11が溶着などのような方法により取り付けられ、回転
およびプラグと反対方向への引き抜きができるチャック
8に把持されている。チャック7の送り出し速度とチャッ
ク8の引き抜き速度の比は、石英ガラス素材の断面積と
石英ガラス管の断面積の比の逆数に設定する。

【００２８】また、チャック7の回転速度とチャック8の
回転速度は、石英ガラス素材のねじれを防ぐため、異な
らせることが好ましい。チャック7とチャック8の間には
ヒータ9が設置され、石英ガラス素材1はヒータ9により
軟化点以上に加熱されてダイス6に向かう。ダイスの後
方にはプラグ3が、支持具5により配置されている。ダイ
スの内径は、必要とする石英ガラス管の外径に対応する
寸法に設定される。加熱された石英ガラス素材1の外径
は、ダイスの内径で制限され、同時にプラグ3が圧入す
ることによって、必要とする内径を有する開口が形成さ
れ、石英ガラス管が成形される。

【００２９】図２では、石英ガラス素材1が石英ガラス
棒である場合を例示したが、石英ガラス素材が石英ガラ
ス管である場合でも、その原理はなんら変わりはない。
また、石英ガラス素材は、ＶＡＤ法などにより製造され
た合成石英ガラスに限定されることなく、天然石英ガラ
スなどの他の石英ガラスについても適用可能である。

【００３０】プラグが圧入される部位の石英ガラス素材
の加熱温度は、石英ガラス素材のＯＨ基濃度、Cl濃度な
どにより軟化温度が大きく変化するので、それに合わせ
て適正な条件を決めればよい。例えば、プラグの圧入が
可能で、しかも開口された石英ガラス管の内径がプラグ
直径にできるだけ近づくような温度を選択する。成形中
の石英ガラス素材の温度は測定が困難であるが、加熱炉
の設定温度の例としては2000〜2700℃程度である。

【００３１】また、ダイス6に圧入する部位の石英ガラ
スの加熱温度は、ヒータ9によって加熱された石英ガラ
ス素材1の最高温度よりも少し低いことが好ましい。す
なわち、ヒータ9によって、石英ガラス素材1はチャック
7側から徐々に温度が高くなり、ダイス6によって成形さ
れる直前で最も高い温度となり、それよりやや温度が下
がった時点でダイス6およびプラグ3に接して成形される
ことが好ましい。このように、石英ガラス素材1の温度
を一旦高くし、それよりやや低い温度で成形することに
より、外径／内径の精度をよりよくすることが可能であ
る。

【００３２】加熱炉の設定温度が上述のように2000〜27
00℃程度となると、プラグやダイスなどの工具に適用で
きる材料は限定され、具体的には、Al_２Ｏ_３、MgＯ、Zr
Ｏ_２系の酸化物や、黒鉛、Ｗ、Moなどを用いることがで
き、その中では黒鉛が最も良い。黒鉛、Ｗ、Moなどを用
いるときは、酸化防止のため、図２に示すように、開口
孔4を密閉ホルダ10で密閉し、ヘリウムやアルゴンなど
不活性雰囲気にしてプラグ圧入を行うのが好ましい。な
お、プラグやダイスは直接石英ガラス素材と接触するた
め石英ガラス管の不純物汚染が懸念されるが、その場合
には、不純物の少ない黒鉛等の材料を用いればよい。

【００３３】次に、本発明に関し、１．プラグの形状、
２．プラグ圧入の際の減圧に分けて説明する。

【００３４】１．プラグの形状 本発明の第１発明および第３発明では、プラグの石英ガ
ラス素材に圧入する部位の形状が半球状であることが必
要である。ここで、プラグの石英ガラス素材に圧入する
部位とは、プラグを圧入する際に石英ガラス素材と接触
し、かつ内径を変化させるために寄与する部位をいう。
また、形状が半球状とは、その形状を構成する面が球体
の一部を構成する面であることをいう。

【００３５】図３は、第１発明および従来発明における
プラグの形状の一例を模式的に示した図である。ここ
で、図３の（１）〜（３）は第１発明のプラグを、図３
の（４）は従来発明のプラグを示す。同図に示すよう
に、従来発明は、石英ガラス素材に圧入する部位の形状
が先鋭端、すなわち尖った先端を有する円錐形状であっ
たのに対し、第１発明では、石英ガラス素材に圧入する
部位の形状を半球状としている。第１発明では、プラグ
がこのような形状を有することで、プラグによる成形が
完了した時点の温度が比較的低くなり、そのため石英ガ
ラス素材がプラグより出た後においての変形が小さく、
その結果、外径の変動が防止されるうえ、ダイスの余分
な部分への接触も抑えられるため、疵の発生も抑えるこ
とができる。

【００３６】図３に示すようなプラグでは、Ａで示され
る部位（以下、部位Ａという）が、プラグの石英ガラス
素材に圧入する部位に相当する。一方、Ｂで示される部
位（以下、部位Ｂという）は、プラグを圧入する際に、
石英ガラス素材と接触しない（図３の（２））、また
は、石英ガラス素材と接触しても、石英ガラス素材が送
り出される方向とプラグの側面が平行であるため、石英
ガラス素材の内径を変化させることはない（図３の
（３））ので、プラグの石英ガラス素材に圧入する部位
には相当しない。

【００３７】プラグの石英ガラス素材に圧入する部位の
形状は、真円球または楕円球のいずれを基にした半球状
であってもよい。また、半球状とは、真円球または楕円
球を半分に切断したときに得られる半球状（1/2球状）
に限らず、例えば、真円球または楕円球を半分以下で切
断した1/3球状、1/4球状などでもよい。また、形状は完
全な真円球または楕円球形状からずれていてもよく、例
えば放物面や双曲面であっても、本発明の半球状に含ま
れる。

【００３８】このとき、図３の（１）〜（３）に示すよ
うに、プラグの石英ガラス素材に圧入する部位の圧入方
向（石英ガラス素材の送出し方向）の長さをａ、圧入方
向と垂直をなす方向の半径の長さをｂとしたとき、ａ／
ｂは、３以下であることが好ましい。ａ／ｂが大きいと
圧入の際にかかる負荷が過大となり、特にプラグの外径
が大きい場合はプラグが破損する場合があるからであ
る。ａ／ｂは２以下がより好ましく、さらに好ましくは
１．２５以下、例えば0.68〜0.8である。また、プラグ
の外径が大きい場合等、成形の条件によっては、0.68よ
りもさらに小さいものが良い場合がある。

【００３９】第１発明では、図３の（３）に示すよう
な、プラグが円柱状の部位Ｂを有する、すなわち、プラ
グが先端部（部位Ａに該当する）と胴体部（部位Ｂに該
当する）とからなり、先端部の形状が半球状であり、胴
体部の形状が円柱状であること（第２発明および第４発
明）が好ましい。このような胴体部を有することで、内
径の寸法安定性が向上するからである。また、軟化した
石英ガラスが固化するまで内径を保持することができ、
寸法精度も向上する。ここで、先端部と胴体部は滑らか
につながっていることが好ましい。

【００４０】ただし、胴体部は円柱状以外でも、六角柱
などの多角柱形状にすることも可能である。熱間プラグ
圧入法では、プラグを石英ガラス素材に対して相対的に
回転させながら圧入するため、多角柱の最大径の部分
で、石英ガラス管の内径が規定されるからである。

【００４１】胴体部の全長は長いほど、内径の寸法安定
性の向上に寄与する。胴体部の全長は50mm以上であるこ
とが好ましい。しかし、全長が長すぎると、石英ガラス
管を引き抜く力が増加し、石英ガラス管の内表面の表面
性状もかえって悪化するため、胴体部の全長は、石英ガ
ラス管の外径などに合わせて適宜決定すればよい。

【００４２】プラグの位置は、ダイスの内径の最も小さ
い部分に位置すればよいが、その位置は製造条件によっ
て前後する。例えば、石英ガラス棒を石英ガラス管に成
形する場合で、石英ガラス棒の外径よりも石英ガラス管
の外径を大きくする場合、プラグによっては穿孔すると
石英ガラス管の外径も大きくなるので、その部分をダイ
スで成形すれば外径が決められる。そして、ダイスに接
触している部分は中心方向に石英ガラス管が押さえられ
るので、その部分にはプラグの胴体部があれば、内径の
変動を押さえることができる。よって、この場合には、
プラグの胴体部分にダイスの内径の最小部分が位置すれ
ばよい。

【００４３】２．プラグ圧入の際の減圧 本発明の第５発明では、圧入前の石英ガラス管内を減圧
する。このため、この場合の熱間プラグ圧入法を施す石
英ガラス素材は、石英ガラス管となる。圧入前の石英ガ
ラス管内の減圧には、石英ガラス管の内表面とプラグと
を密着させる効果と、軟化した圧入前の石英ガラス管を
収縮させる効果があるので、内径の変動および内表面の
疵の発生を防止しつつ、所定の内外径を有する石英ガラ
ス管を得ることができる。

【００４４】より具体的には、内径を拡大する場合（図
１の（２）および（４））には、減圧により石英ガラス
管の内表面とプラグとの間の間隙をなくすことができる
ため、また、内径を縮小する場合（図１の（１）および
（３））には、内径を拡大する場合と同じく石英ガラス
管の内表面とプラグとの間の間隙をなくすことができる
上、軟化した石英ガラス素材を収縮させることができる
ため、内径の変動および内表面の疵の発生を防止しつ
つ、所定の内外径を有する石英ガラス管を得ることがで
きる。

【００４５】図４は、圧入前の石英ガラス管内を減圧す
ることができる熱間プラグ圧入法を施すための石英ガラ
ス管の製造装置の一例を模式的に示した図である。同図
に示すように、石英ガラス管22の加工されていない管端
に、例えば石英ガラス管であるダミー材32を溶着等の方
法で接着し、そのダミー材32を回転およびプラグ方向へ
の送出しができるチャック27に接続し、ダミー材32の端
に密閉ホルダ33を取り付け、石英ガラス管22の中空部21
を密閉する。密閉ホルダ33には、排気用の穴35が設けら
れており、この穴に接続された図示しない真空排気ポン
プを通して、圧入前の石英ガラス管の中空部21を減圧す
ることができる。

【００４６】また、圧入後の石英ガラス管内も減圧して
もよい（第６発明）。これにより、より石英ガラス管の
内表面とプラグとをより密着させることができる。圧入
後の石英ガラス管内の減圧も、圧入前の石英ガラス管内
の減圧と同様に、密閉ホルダ30によって石英ガラス管22
の中空部24を密閉し、密閉ホルダ30を貫通する支持具25
に設けられた排気用の穴34から図示しない真空排気ポン
プを通して減圧すればよい。

【００４７】第5発明および第６発明において、圧入前
および圧入後のガラス管内の圧力は、10000Pa以下とす
るのがよい。これより圧力が高くなると、内径の変動お
よび内表面の表面性状に対し十分な効果が得られなくな
ることに加え、成形されたガラス管の肉厚も変動する。
また、第６発明に用いるプラグには、石英ガラス管の内
表面とプラグとの間に形成される間隙をなくすため、側
面に排気ができる孔を設けてもよい。

【００４８】図５は、孔を設けたプラグの数例を模式的
に示した図である。なお、同図における矢印は、排気方
向を示す。プラグに設けた孔は、間隙の排気ができれば
どのように設けてもよい。例えば、図５の（１）や
（２）に示すように、孔43の部分に環状のくぼみ42を設
けることもできる。また、図５の（１）や（３）に示す
ように、プラグに接続した支持具41を介して間隙の排気
を行うようにしてもよい。このようにすれば、密閉ホル
ダによる気密性が多少劣る場合でも、プラグと石英ガラ
ス管の内径の差を十分に小さくすることができる。

【００４９】特に、石英ガラス管に熱間プラグ圧入法を
施す際に、圧入前の石英ガラス管を減圧する場合には、
石英ガラス管がプラグ先端に接触することはないので、
図５の（４）に示すようにプラグ先端にプラグ側面に接
続する孔43を設ければよい。

【００５０】以上のように、プラグには適宜孔を設ける
ことができるが、少なくとも胴体部に孔を設けることが
好ましい。石英ガラス管と胴体部との間の密着性が加工
後の石英ガラス管の内表面の特性に大きく影響を与える
からである。

【００５１】

【実施例】高純度のSiCl_４を酸水素炎中で加水分解反応
させて、石英の微粒子を堆積成長させた多孔質体を焼
結、透明化して、合成石英ガラスインゴットとし、この
合成石英ガラスインゴットを出発素材として、石英ガラ
ス素材としての石英ガラス棒と石英ガラス管を作製し
た。続いて、図４に示した装置を用い、これらの石英ガ
ラス素材に熱間プラグ圧入法を施して石英ガラス管を作
製した。このとき、あらかじめ目的とする内径に開口さ
れた石英ガラス管のダミー材を用意し、これを石英ガラ
ス素材の先端に溶着して熱間プラグ圧入法を施した。

【００５２】まず、プラグの形状による効果を確かめる
ために、図３の（３）に示すような半球状の先端部形状
を有するプラグ（球状プラグ）と図３の（４）に示すよ
うな先鋭端を有するプラグ（先鋭プラグ）を用い、石英
ガラス棒に熱間プラグ圧入法を施して、石英ガラス管を
作製し、プラグ形状が作製後の石英ガラス管に与える影
響について比較した。このとき、球状プラグのａ／ｂは
0.68、先鋭プラグの先端部の角度は130°とした。

【００５３】表１は、石英ガラス棒に熱間プラグ圧入法
を施したときの製造条件を示した表であり、同表中の製
造条件No.1〜3は球状プラグを、製造条件No.4および5は
先鋭プラグを用いたものを示す。なお、各製造条件にお
ける加熱温度は2400℃とし、圧入後の石英ガラス管内は
約1000Paまで減圧した。

【００５４】

【表１】

【００５５】熱間プラグ圧入法により得られた石英ガラ
ス管に対し、長さ方向でほぼ等間隔に10箇所の測定位置
を選び、その測定位置で円周方向に等間隔で4箇所測定
した平均値を外径とし、その10箇所の平均値を平均外径
とした。また、外径を測定した同じ位置で、円周方向に
等間隔で8箇所超音波肉厚計で測定した平均値を肉厚と
し、この肉厚と外径の差から内径を求め、その10箇所の
平均値を平均内径とした。

【００５６】外径変動と内径変動は、10箇所の外径およ
び内径それぞれの最大値と最小値の差を求め、下記
（１）式および（２）式にしたがって１ｍあたりの変動
を計算した。シリンダ内径面の粗さ（Ra）は触針粗さ計
を用い、シリンダ両端部近傍における内径面で測定し
た。

【００５７】

【数１】

【００５８】表２は、表１の製造条件で石英ガラス管を
製造したときの平均外径、外径変動、平均内径、内径変
動および内表面の面粗さを示したものである。同表から
も明らかなように、プラグとして先鋭プラグを用いたも
の（製造条件No.4および5）は、球形プラグを用いたも
の（製造条件No.1〜3）に比べ、外径変動および内径変
動が大きくなり、さらに内表面には、使用に耐え得ない
ほどの疵が発生した。また、外表面にも多数の傷が発生
した。

【００５９】

【表２】

【００６０】この結果より、プラグを球状プラグとする
ことで、製造される石英ガラス管の内外径の変動が抑制
され、表面性状の良好な石英ガラス管が得られることが
わかる。

【００６１】次に、プラグ圧入の際の減圧による効果を
確かめるために、圧入前の石英ガラス管内を減圧して、
石英ガラス管を作製し、減圧しない場合の石英ガラス管
との相違を比較した。

【００６２】表３は、石英ガラス管に熱間プラグ圧入法
を施したときの製造条件を示した表であり、同表中の製
造条件No.11〜14は圧入前の石英ガラス管内を減圧した
ものを、製造条件No.15〜18は減圧しないものを示した
ものである。なお、各製造条件における加熱温度は2400
℃とし、減圧したものに対しては、圧入前の石英ガラス
管内は約1000Paまで減圧した。また、プラグには、球状
プラグを用いた。

【００６３】

【表３】

【００６４】熱間プラグ圧入法により得られた石英ガラ
ス管に対しては、上述した方法と同様の方法で平均外径
などを測定した。

【００６５】表４は、表３の製造条件で石英ガラス管を
製造したときの平均外径、外径変動、平均内径、内径変
動および内表面の面粗さを示したものである。同表から
も明らかなように、圧入前の石英ガラス管内を減圧しな
いもの（製造条件No.15〜18）は、圧入前の石英ガラス
管内を減圧したもの（製造条件No.11〜14）に比べ、外
径変動および内径変動が大きくなり、内径も大きくなっ
た。特に、圧入前の石英ガラス管内を減圧した場合、内
径変動へ与える効果は著しい。

【００６６】

【表４】

【００６７】この結果より、圧入前の石英ガラス管内を
減圧することで、製造される石英ガラス管の内外径の変
動が抑制され、表面性状の良好な石英ガラス管が得られ
ることがわかる。

【００６８】

【発明の効果】本発明では、熱間プラグ圧入法におい
て、圧入されるプラグの形状を半球状にすることによ
り、プラグによる成形が完了した時点の温度が比較的低
くなり、そのため石英ガラス素材がプラグより出た後に
おいての変形が小さく、その結果、外径の変動が防止さ
れるうえ、ダイスの余分な部分への接触も抑えられるた
め、疵の発生も抑えることができる。

【００６９】また、本発明では、熱間プラグ圧入法にお
いて、石英ガラス素管としての石英ガラス管の圧入前の
石英ガラス管内を減圧するため、石英ガラス管の内表面
とプラグとを密着させる効果と、軟化した圧入前の石英
ガラス管を収縮させる効果を期待できるので、内径の変
動および内表面の疵の発生を防止しつつ、所定の内外径
を有する石英ガラス管を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱間プラグ圧入法により石英ガラス管の内外径
を整える場合の加工パターンを示した図である。

【図２】石英ガラス素材に熱間プラグ圧入法を施すため
の石英ガラス管の製造装置の一例を模式的に示した図で
ある。

【図３】第１発明、第２発明および従来発明におけるプ
ラグの形状の一例を模式的に示した図である。

【図４】圧入前の石英ガラス管内を減圧することができ
る熱間プラグ圧入法を施すための石英ガラス管の製造装
置の一例を模式的に示した図である。

【図５】孔を設けたプラグの数例を模式的に示した図で
ある。

【符号の説明】

１ 石英ガラス素材 ２ プラグ圧入により形成された石英ガラス管 ３ プラグ ４ 開口孔 ５ 支持具 ６ ダイス ７、８ チャック ９ ヒータ １０ 密閉ホルダ １１ ダミー材 ２１ 中空部 ２２ プラグ圧入により形成された石英ガラス管 ２３ プラグ ２４ 開口孔 ２５ 支持具 ２６ ダイス ２７、２８ チャック ２９ ヒータ ３０、３３ 密閉ホルダ ３１、３２ ダミー材 ３４、３５ 真空排気ポンプ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】石英ガラス素材の一部分を加熱し、プラグ
   を石英ガラス素材に対して相対的に回転させながら圧入
   することにより、所定の内径および外径を有する石英ガ
   ラス管を製造する石英ガラス管の製造装置において、プ
   ラグの石英ガラス素材に圧入する部位の形状が半球状で
   あることを特徴とする石英ガラス管の製造装置。
2. 【請求項２】前記プラグが、胴体部と石英ガラス素材に
   圧入する部位である先端部とからなり、胴体部の形状が
   円柱状であることを特徴とする請求項１に記載の石英ガ
   ラス管の製造装置。
3. 【請求項３】石英ガラス素材の一部分を加熱し、プラグ
   を石英ガラス素材に対して相対的に回転させながら圧入
   することにより、所定の内径および外径を有する石英ガ
   ラス管を製造する石英ガラス管の製造方法において、プ
   ラグの石英ガラス素材に圧入する部位の形状が半球状の
   プラグを用いることを特徴とする石英ガラス管の製造方
   法。
4. 【請求項４】前記プラグが、胴体部と石英ガラス素材に
   圧入する部位である先端部とからなり、胴体部の形状が
   円柱状であることを特徴とする請求項３に記載の石英ガ
   ラス管の製造方法。
5. 【請求項５】石英ガラス管の一部分を加熱し、プラグを
   石英ガラス素材に対して相対的に回転させながら圧入す
   ることにより、所定の内径および外径を有する石英ガラ
   ス管を製造する石英ガラス管の製造方法において、圧入
   前の石英ガラス管内を減圧することを特徴とする石英ガ
   ラス管の製造方法。
6. 【請求項６】圧入後の石英ガラス管内を減圧することを
   特徴とする請求項３から５のいずれかに記載の石英ガラ
   ス管の製造方法。