(57)【要約】  外直径がＡＤである石英ガラスの中空シリンダーを延伸することにより石英ガラスのチューブをつくる方法であって、直径比ｄ／ＡＤを１．０２から１．７の範囲に設定するという条件の内直径ｄの加熱チューブを垂直に配向して成る加熱域に石英ガラスの中空シリンダーを連続的に送り込んでいる。加熱域で中空シリンダーを区域状に軟化させ、その軟化域から管状ストランドを延伸、短く切ってチューブとする。この方法から出発して、得られた石英ガラスチューブの寸法の安定性を最適とするため本発明が提案していることは、加熱域の長さＬをＬ／ｄが０．９よりも小さくなるよう設定したことである。
2008540321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外直径がＡＤである石英ガラスの中空シリンダー（４）を延伸することにより石英ガラスのチューブをつくる方法であって、直径比ｄ／ＡＤが１．０２から１．７の範囲に設定されているという条件の内直径ｄの加熱チューブ（１）を垂直に配向して成る加熱域（３）に、石英ガラスの中空シリンダーを連続的に送り込んで中空シリンダーを区域状に軟化させ、その軟化域から管状ストランドを延伸し、短くしてチューブとする方法において、加熱域（３）の長さＬをＬ／ｄが０．９よりも小さくなるよう設定したことを特徴とする方法。
【請求項２】
比Ｌ／ｄが０．７よりも小さい請求項１に記載の方法。
【請求項３】
直径比ｄ／ＡＤを１．５以下に設定した請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
加熱域（３）の長さＬが８０ｍｍと１３０ｍｍとの間にあり、好ましくは１００ｍｍと１２０ｍｍの間にある請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
石英ガラスの中空シリンダー（４）の内直径をＩＤとすると、比ＡＤ／ＩＤが１．１５ｍｍと２．３５ｍｍとの間、好ましくは２．０以下である請求項３又は４に記載の方法。
【請求項６】
外直径ＡＤが１５０ｍｍよりも小さく、そして好ましくは１３０ｍｍと１４０ｍｍの間である請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
壁厚が０．５ｍｍから３ｍｍの範囲にあるようにして管状ストランド（１０）を延伸する請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
加熱チューブ（１）の内壁と中空シリンダー（４）との間の間隙幅が１０ｍｍと３０ｍｍとの間、好ましくは１５ｍｍ以下である請求項１〜７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は外直径がＡＤである石英ガラスの中空シリンダーを延伸することにより石英ガラスのチューブをつくる方法であって、内直径がｄである加熱チューブを垂直に配向して成る加熱域に石英ガラスの中空シリンダーを、直径比ｄ／ＡＤを１．０２から１．７の範囲に設定して、連続的に送り込んで中空シリンダーを区域状に軟化させ、その軟化域から管状ストランドを延伸し、短くしてチューブとするようにした方法に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
垂直延伸法では工具を使わないで石英ガラスの中空シリンダーを成形して所望の横断面形状のチューブをつくれる。できたチューブは例えば半導体の製造で、そして化学工業で反応管として、光学でランプ・チューブとして、もしくはオプティカル・ファイバーのプリフォームをつくる出発材料として使われる。
【０００３】
欧州特許１２２９００４Ａ２はプリフォーム製造に使用する石英ガラスのチューブをつくる延伸法を説明している。そこでは外直径ＡＤが少なくとも１９０ｍｍである中空シリンダーから出発している。中空シリンダーは、垂直配向状態で、内直径ｄのグラファィトの加熱チューブの上方から給送される。ここでは、中空シリンダーは区域状に（ｚｏｎｅｗｉｓｅ）軟化され、そしてその軟化域内で延伸バルブが形成され、軟化域から管状ストランドを延伸するのである。長円度の小さい管状ストランドをつくるのにそこで提案していることは、直径比ｄ／ＡＤを１．０２から１．５の範囲の値にし、そして延伸中不活性ガス流を下から加熱チューブに通す。加熱チューブの内壁と中空シリンダーとの間の間隙は１５ｍｍと２５ｍｍの間であるのが好ましいとしている。
【０００４】
この既知の延伸法では管状ストランドの理想的な円筒対称性からの偏差が生じ、特に直径の変動が頻発してロスを生じる。中空シリンダーをその縦軸の周りに回転させることにより半径方向での非均質な加熱を補償しようと試みているが、それには大きな設備と高度の制御技術とを必要とする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、垂直延伸により得られる石英ガラスチューブの寸法安定性を適正化し、材料の損耗やロスを回避することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の方法から出発して、この目的は本発明に従って、加熱域の長さをＬとして、比Ｌ／ｄを０．９よりも小さくすることにより達成される。
【０００７】
既知の方法に比して加熱域の長さＬを短くした加熱チューブを使用して、比較的小さい延伸バルブ、従って延伸バルブのマスもしくは質量も小さくなっているバルブをつくる。驚いたことに、小さい延伸バルブ質量は粘性変動に比較的不感であって、そのことが助けとなって延伸管状ストランドの寸法変動を小さくできる。
【０００８】
延伸バルブの寸法は、加熱チューブの長さＬと内直径ｄ、そして中空シリンダーの外直径ＡＤによって決まる。寸法変動の減少という上述の効果は以下の条件を満たした延伸ストランドでのみ認められる。
・直径比ｄ／ＡＤは１．０２から１．７の範囲、好ましくは１．５よりも小さい
・Ｌ／ｄが０．９よりも小さい、好ましくは０．７よりも小さい。
【０００９】
加熱域の長さＬは中空シリンダーを加熱するに適切な加熱チューブの長さである。最も簡単な場合には加熱域は環状となっている。この場合加熱域の長さＬは延伸方向における加熱チューブの加熱内壁の長さである。
【００１０】
加熱チューブの壁の内直径もしくは強度は加熱チューブの長さにわたって変化することもある。この場合加熱チューブの個々の長さ方向の区分は中空シリンダーに異なる加熱衝撃を加えるようにしており、その場合それらの区分は異なる高い加熱温度となるか、もしくは中空シリンダーからの距離が異なっている。この場合加熱域の長さＬの寸法内では中空シリンダーの領域と延伸バルブ表面に作用する温度はそれぞれ最大温度から５０℃以上は下がらない。
【００１１】
加熱チューブは、中空シリンダーの軸方向で見て、比較的短い加熱域に急な温度勾配を生じさせている。その結果、小さい延伸バルブ質量を持つ比較的短い延伸バルブを生じる。軟化質量は小さいので、その質量の固有振動は小さくなって、引き抜かれた管状ストランドにおける寸法変動は小さくなる。その一つの理由としては、延伸バルブの固有振動は延伸管状ストランドにおける幾何形状変動となるが、それは延伸バルブ質量を延伸することにより全く除去できる。こうして、延伸バルブ質量が小さい場合には所望の幾何形状を短い延伸時間内で得られる。
【００１２】
他方で、本発明の短い加熱域の場合中空シリンダーを十分に軟化するに足る加熱パワーを与えねばならない。これは中空シリンダーと加熱チューブの内壁との間の間隙を小さくし、温度を比較的高くすることにより果たされる。しかしながら、これは加熱チューブから不純物を滲出させることになり、そのような不純物は管状ストランドの品質に悪い影響を与える。それ故、高品質の石英ガラスチューブをつくる場合には、高純度のチューブ材料、特に灰の含有分の少ないグラファイトの使用を必要とする。
【００１３】
延伸バルブが短いので、本発明の方法は、延伸パラメーターを変えるときに生じがちな軸方向の振動の発生を防止する。調整しようとするパラメーター（壁圧、内直径、外直径）は多くあり、そのためチューブの製造中に軸方向の振動が主に生じるので、本発明の方法はチューブ製造のための中空シリンダーの延伸に特に有利な効果を奏する。
【００１４】
加熱域の長さが８０ｍｍと１３０ｍｍの間、好ましくは１００ｍｍと１２０ｍｍの間であると特に有用であることが判った。
【００１５】
実効加熱域が短くなればなるほど、それだけ延伸バルブは短くなり、そして延伸バルブ質量は小さくなる。他方、中空シリンダーを加熱軟化するのに相当な熱量が必要であり、その熱量は作動期間に加熱温度により与えられる。加熱チューブが前記の下限以下の長さの場合に必要な熱量を与えるには中空シリンダーを非経済的な緩慢な速度で送るか、もしくは加熱域の温度を望ましくないほどに高くするしかない。
【００１６】
石英ガラスの中空シリンダーの内直径をＩＤとすると、比ＡＤ／ＩＤが１．１５ｍｍと２．３５ｍｍとの間、好ましくは２．０以下であると特に有利であることが判明した。
【００１７】
これは内腔が大きい比較的薄壁の中空シリンダーである。本発明の方法は、中空シリンダーの出発幾何形状がそのようであると特に有効である。
【００１８】
さらに、外直径ＡＤが１５０ｍｍ以下であり、好ましくは１３０ｍｍと１４０ｍｍとの間であると有用であることが判明した。
【００１９】
本発明の方法は、比較的外直径の小さい中空シリンダーにおいて特に有利である。加熱チューブの所与の内直径で比較的大きい環状間隙が得られ、それが中空シリンダーのジャケット上の加熱域のイメージの鋭さをなくし、そうして明瞭な軸方向の傾斜と比較的大きな延伸バルブを引き起こすということで、上述の下限を得た。
【００２０】
さらに、管状ストランドが壁厚０．５ｍｍと３ｍｍの間で引き抜かれるとき有利であることが判明した。
【００２１】
この範囲内の壁厚を有する延伸管状ストランドにおいて本発明の方法は特に有効であることが判明した。
【００２２】
加熱チューブの内壁と中空シリンダーとの間の間隙は１０ｍｍと３０ｍｍとの間、好ましくは１５ｍｍ以下であるのが有利である。
【００２３】
加熱チューブの内壁と中空シリンダーとの間の間隙が小さければ小さいほど、中空シリンダー上にイメージされる加熱域がより精確となり、そして延伸バルブ、そして延伸バルブの質量はより小さくなる。しかしながら、間隙が上記の下限限界以下であると、中空シリンダーが加熱チューブと接触するのを防ぐのに異常な程大きい調整力が必要となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
添付図を参照して本発明の実施例を以下に詳述する。
【００２５】
図１の装置は抵抗型加熱炉を備え、それは垂直に配置した加熱チューブ１から実質的に成り、該加熱チューブ１は横断面が円形である加熱域３を包囲している。
【００２６】
加熱チューブ１は内直径１９３ｍｍ、外直径２１５ｍｍそして長さ１００ｍの環状要素から成る。それは灰の含有分の少ない高品質のグラファイトから成る。グラファイトの加熱チューブは加熱域を良好に包囲している。加熱チューブ１はその両側で長さ１００ｍｍのグラファイト・チューブの延長片５で延長している。この延長片の内直径は２１５ｍｍであり、外直径は２６０ｍｍであって、大きく改造したり、適応させるようにしなくても標準延伸炉に使える。壁厚を大きくし、そして中空シリンダーのジャケットからの距離を大きくしたので、延長片５の区域で中空シリンダー４に加わる温度は加熱域の最大温度よりも５０℃以上低くなっている。
【００２７】
石英ガラスの中空シリンダー４の縦軸１６は加熱チューブ１の中心軸２と、出来れば、平行とされ、中空シリンダー４は加熱チューブの上方開端に突入している。
【００２８】
第１の検出面Ｅ１の高さに（加熱チューブ１の上端よりも上で）２つのＣＣＤカメラ６，７が配置されていて、それらは視認感知方向において直交し、且つ中心軸２にそれぞれ向けられており、そしてそれぞれコンピューター８に接続されている。
【００２９】
第２の検出面Ｅ２は第１の検出面Ｅ１から離れているが、加熱チューブ１より上になっていて、別の２つのＣＣＤカメラ６ｂ、７ｂが相互に視認感知方向で９０°をなして配置されている。
【００３０】
中空シリンダー４には変位手段１４が結合されており、この変位手段により中空シリンダーを水平方向（ｘｙ）に移動させる。中空シリンダー４は加熱域３内で軟化され、そしてチューブ１０をその軟化域から垂直下方に延伸バルブ９を形成しながら延伸する。このプロセスで、チューブ１０は滑動接触リング１２を通り、リング１２は壁厚測定器１１の案内レールとして働き、この測定器１１はチューブ１０の外周の周りを回転している。コンピューター８に接続されている壁厚測定器１１で、延伸チューブ１０の壁厚プロフイールを延伸プロセス中記録でき、そしてそのプロフイールをコンピューター８により評定する。
【００３１】
加熱チューブ１の下で、石英ガラスの中空シリンダー４の延伸バルブ９の区域に第３の検出面Ｅ３を設け、そしてそこに壁厚測定器１７を配置して延伸プロセスを調整するための計測値を得るようにしている。
【００３２】
図１を参照して石英ガラスチューブを製造する本発明の垂直延伸法の実施例を詳述する。
【００３３】
垂直に配置した加熱チューブ１内で外直径１４５ｍｍ、内直径１００ｍｍの石英ガラスの中空シリンダー４を調整して、それの縦軸１６が加熱チューブ１の中心軸２に一致して第１の検出面Ｅ１内を延びるようにする。ビジョン・エッジ（vision edge）に基づいて加熱チューブ１内の石英ガラスの中空シリンダー４の位置をＣＣＤカメラ６，７により感知し、そのｘｙ座標をコンピューター８に記憶させる。
【００３４】
加熱チューブ１の中心軸２に配置された石英ガラスの中空シリンダー４は加熱チューブ１内に所与の前進速度で下降していき、４ｋｇ／ｈのマス・スループットを達成する。加熱域で中空シリンダー４は２１００℃以上の温度に加熱され、石英ガラスのチューブ１０は調整された延伸速度で発達する延伸バルブ９から延伸されて所望の外直径６ｍｍと所望の壁厚２ｍｍとされる。
【００３５】
同時に、石英ガラスの中空シリンダー４の垂直配向が２つのＣＣＤカメラ６ｂ、７ｂにより感知され、そしてその測定値はコンピューター８に記憶され、調整に使われる。
【００３６】
延伸管状ストランド１０の壁厚プロファイルは管状ストランド１０の周りで回転する壁厚測定器１１により連続的に形成され、そしてコンピューター８内で評定され、壁厚の偏差（壁厚の最大値−（マイナス）最小値）と加熱チューブ１の内壁に対する最小壁厚の位置を決定する。
【００３７】
こうして見出した理想的な寸法からの壁厚分布偏差に基づいて中空シリンダー４の水平ｘｙ位置は第１の面Ｅ１内の縦軸の変位によりコンピューター制御によって修正され、延伸された管状ストランド１０について満足できる精度のシリンダーの対称性が得られる最適状態を加熱チューブ１内で決める。この延伸管状ストランド１０は切断されて長さ１．５０ｍのチューブとなる。
【００３８】
図２の棒グラフにおいて、中空シリンダーの形で使用した石英ガラスの廃棄物“Ｖ”％、すなわち標準方法と比較した本発明の上述の方法に従って石英ガラスの中空シリンダーを延伸したときの品質ロス、寸法ロスそして延伸ロスをｙ軸にプロットしている。
【００３９】
本発明の方法においては加熱チューブが短いので、小さくそして狭い加熱域がつくられ、そして結果として延伸バルブは短く、そして軸振動効果はなくなって、延伸管状ストランドの寸法が改善し、そして生産量が向上する。
【００４０】
本発明の方法について上に説明したのと同じ延伸パラメーターを標準方法においても設定した。唯一の差は上述の短い加熱チューブの代わりに標準の加熱チューブを使用したことであり、その標準の加熱チューブの内直径は２２０ｍｍ、外直径は２４０ｍｍそして長さは２９０ｍｍであって、本発明の方法で使用した加熱チューブ１と同じグラファイト品質を有する。
【００４１】
標準加熱チューブを使ったとき、延伸中にかなり大きい延伸バルブが得られ、その延伸バルブは軟化質量が大きいため強い固有振動を生じる傾向があり、それが得られる管状ストランドの寸法の安定性に悪い影響を及ぼし、生産量の低減につながっていく。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明を実施する装置の概略図である。
【図２】従来技術による延伸法を利用した場合とそれに比して短くした加熱チューブを使用した場合とを比較して、品質ロス、寸法ロスそして延伸ロスを示す棒グラフである。
【符号の説明】
【００４３】
１  加熱チューブ
２  中心軸
３  加熱域
４  中空シリンダー
５  延長片
６  ＣＣＤカメラ
７  ＣＣＤカメラ
６ｂ  ＣＣＤカメラ
７ｂ  ＣＣＤカメラ
８  コンピューター
９  バルブ
１０  管状ストランド
１１  壁厚測定器
１２  滑動接触リング
１４  変位手段
１６  縦軸
１７  壁厚測定器
【図１】
2008540321.tif 000003
【図２】
2008540321.tif 000004
【国際調査報告】
2008540321.tif 000005
2008540321.tif 000006