(57)【要約】【課題】  使用済みの光ファイバのコアに用いられる石英ガラスファイバを原料として、合成石英の純度を維持させたまま、低コストで棒状の石英ガラスインゴットを製造することのできる石英ガラスインゴットの製造方法を提供すること。【解決手段】  使用済みの石英ガラスファイバ１を、該石英ガラスファイバ１と溶着可能な筒状の保持枠２に充填する充填工程と、その充填工程によって石英ガラスファイバ１が保持枠２に充填され起立状態のワークＷ１を下方へ移動しながら、加熱手段ｍ１２で加熱して、石英ガラスファイバ１同士と前保持枠２とが一体化するように溶着する溶着工程とを有して構成する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の使用済みの石英ガラスファイバを結束部材で結束させる結束工程と、
前記結束工程によって結束された複数本の前記石英ガラスファイバを、その外側からヒータや火炎バーナー等の加熱手段で加熱して、前記石英ガラスファイバ同士が一体化するように溶着する溶着工程と、を有することを特徴とする石英ガラスインゴットの製造方法。
【請求項２】
複数本の使用済みの石英ガラスファイバを保持枠に充填する充填工程と、
前記充填工程によって前記石英ガラスファイバが前記保持枠に充填されてなるワークを、その外側からヒータや火炎バーナー等の加熱手段で加熱して、複数本の前記石英ガラスファイバ同士が一体化するように溶着する溶着工程と、を有することを特徴とする石英ガラスインゴットの製造方法。
【請求項３】
前記保持枠は、リング状を呈していることを特徴とする請求項２記載の石英ガラスインゴットの製造方法。
【請求項４】
前記保持枠は、前記石英ガラスファイバと溶着可能な筒状部材で構成されていると共に、前記溶着工程は、前記保持枠をも前記石英ガラスファイバと一体化するように溶着することを特徴とする請求項２記載の石英ガラスインゴットの製造方法。
【請求項５】
前記ワークを起立状態に支持させると共に、
相対的に前記ワークに対して前記加熱手段が上昇移動するように、前記ワーク又は／及び前記加熱手段を上下方向に移動させながら、前記溶着工程は、前記ワークの下方から上方に向かって漸次加熱することを特徴とする請求項４記載の石英ガラスインゴットの製造方法。
【請求項６】
前記溶着工程と同時に行われ、前記保持枠内を吸引して脱気する脱気工程を有することを特徴とする請求項４または５記載の石英ガラスインゴットの製造方法。
【請求項７】
前記溶着工程と同時に行われ、前記ワークを引っ張る引張工程を有することを特徴とする請求項２〜６の何れか１項に記載の石英ガラスインゴットの製造方法。
【請求項８】
前記溶着工程と同時に行われ、前記ワークを周方向に回転させる回転工程を有することを特徴とする請求項２〜７の何れか１記載の石英ガラスインゴットの製造方法。
【請求項９】
石英ガラスを基材とし所望した精度から外れた露光マスクを積層状に積み重ね、その積み重なったワークを加熱して前記露光マスク同士が一体化するように溶着することを特徴とする石英ガラスインゴットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用済みの光ファイバのコアに用いられる合成石英ガラスファイバや合成石英ガラスを基材とした半導体製造用の露光マスクを原料として、棒状や矩形状の石英ガラスインゴットを製造する石英ガラスインゴットの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
概ね１０年程度、通信ケーブルとして使用された光ファイバは、新品の光ファイバと交換している。その際、使用済みの光ファイバの年間量は、１万トン程度と言われているが、近い将来、その量は１００万トンに達すると言われている。
また、その一方で、半導体を製造する際に露光マスクが用いられているが、当然のことながら、半導体デバイスの製造用という性格から、この露光マスクは高精度が要求されている。したがって、合成石英を板状に加工した時点、あるいは酸化膜を形成させた時点で、僅かでも反りやキズがあると次工程にはまわされず、現在、廃棄処分となっている。
【０００３】
そのままでは産業廃棄物となりうる、この使用済みの光ファイバのコアに用いられたガラスファイバや露光マスクは、極めて高価な合成石英ガラスからなっており、当然の事ながら、リサイクルして有効活用した方が好ましい。
さて、その有効活用としての例であるが、たとえば、前者の光ファイバの場合、使用済みの光ファイバを所望の長さよりも長く切断した後、切断した両端面を所望の長さまで研磨して、レセプタクルに装着するスリーブとして再利用する、とした例がある（例えば特許文献１参照）
【０００４】
このように、新たな部品として直接的に利用するのもよいが、汎用性のことを考えると、様々な技術分野に利用できるインゴットとしたほうが極めて好適である。
特に光ファイバのコアに用いられる石英ガラスファイバは、合成石英を用いているため、天然石英よりもその純度が高い。したがって、そのクオリティを維持させるためには、かなり高品質の製造装置が必要となる。
【０００５】
ここで、長尺石英ガラスの製造方法の一例を挙げる。
その製法としては、まず、炉天井に設けた供給手段からシリカ質粉を炉内へ連続的に供給し、メインバーナーからの酸水素火炎でシリカ質粉を加熱溶融し、炉体底部に堆積させる。炉体底部に設けた引き抜き手段によって、炉体底部の空孔を有するノズルから溶融石英ガラスの粘性を調整しながら一定の張力で引き下げる。炉内は炉底部に敷いた石英ガラス板でシールして部材の酸化消耗を防止している。石英ガラスの径を、ノズル口径とノズル下方に設けた炉底開口面積によって制御し、また、酸水素ガスの比を化学量論的必要量より水素過剰として還元雰囲気中で酸水素火炎溶融して、ＯＨ基を含有する石英ガラスが引き抜きされるようになっている。このようにすることで、シリカ質粉の溶融が良好で、均一で泡の発生がない丸棒状の長尺石英ガラスインゴットを酸水素火炎法で生産効率良く製造することができる、としている（例えば特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２１７６０（第１頁、図３）
【特許文献２】特開２００２−９７０３１（第１頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した製法を用いて使用済みの光ファイバや露光マスクを原料としてインゴットを製造するとなると、まず、シリカ質粉のように使用済みの光ファイバを粉砕しなければならない。当然のことながら粉砕を行う手間によって、シリカ質粉から製造されたインゴットより、リサイクルさせたインゴットの方が高コストとなってしまう。それではリサイクルの普及に歯止めがかかる。
【０００８】
そこで、本発明は、使用済みの光ファイバのコアに用いられた合成石英ガラスファイバや、合成石英ガラスを用いた露光マスクを原料として、合成石英の純度を維持させたまま、低コストで棒状の石英ガラスインゴットを製造することのできる石英ガラスインゴットの製造方法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】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明にかかる石英ガラスインゴットの製造方法は、下記の技術的手段を講じた。
すなわち、請求項１にかかる石英ガラスインゴットは、複数本の使用済みの石英ガラスファイバを結束部材で結束させる結束工程と、前記結束工程によって結束された複数本の前記石英ガラスファイバを、その外側からヒータや火炎バーナー等の加熱手段で加熱して、前記石英ガラスファイバ同士が一体化するように溶着する溶着工程と、を有することを特徴とする。
請求項２にかかる石英ガラスインゴットの製造方法は、複数本の使用済みの石英ガラスファイバを保持枠に充填する充填工程と、前記充填工程によって前記石英ガラスファイバが前記保持枠に充填されてなるワークを、その外側からヒータや火炎バーナー等の加熱手段で加熱して、複数本の前記石英ガラスファイバ同士が一体化するように溶着する溶着工程と、を有することを特徴とする。
請求項３にかかる石英ガラスインゴットの製造方法は、請求項２において、前記保持枠は、リング状を呈していることを特徴とする。
請求項４にかかる石英ガラスインゴットの製造方法は、請求項２において、前記保持枠は、前記石英ガラスファイバと溶着可能な筒状部材で構成されていると共に、前記溶着工程は、前記保持枠をも前記石英ガラスファイバと一体化するように溶着することを特徴とする。
請求項５にかかる石英ガラスインゴットの製造方法は、請求項４において、前記ワークを起立状態に支持させると共に、相対的に前記ワークに対して前記加熱手段が上昇移動するように、前記ワーク又は／及び前記加熱手段を上下方向に移動させながら、前記溶着工程は、前記ワークの下方から上方に向かって漸次加熱することを特徴とする。
請求項６にかかる石英ガラスインゴットの製造方法は、請求項４または５において、前記溶着工程と同時に行われ、前記保持枠内を吸引して脱気する脱気工程を有することを特徴とする。
請求項７にかかる石英ガラスインゴットの製造方法は、請求項２〜６の何れか１項において、前記溶着工程と同時に行われ、前記ワークを引っ張る引張工程を有することを特徴とする。
請求項８にかかる石英ガラスインゴットの製造方法は、請求項２〜７の何れか１記載において、前記溶着工程と同時に行われ、前記ワークを周方向に回転させる回転工程を有することを特徴とする。
請求項９にかかる石英ガラスインゴットの製造方法は、石英ガラスを基材とし所望した精度から外れた露光マスクを積層状に積み重ね、その積み重なったワークを加熱して前記露光マスク同士が一体化するように溶着することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、以上のように構成したから下記の有利な効果を奏する。
請求項１〜４によれば、結束工程によって結束された複数本の石英ガラスファイバや、リング状や筒状の保持枠に使用済みの石英ガラスファイバを充填してなるワークを、その外側からヒータや火炎バーナー等の加熱手段で加熱して、石英ガラスファイバ同士が一体化するように溶着するから、石英ガラスファイバの純度を維持させたまま、低コストで棒状の石英ガラスインゴットを製造することができる。
【００１１】
請求項５によれば、ワークの下方から上方に向かって漸次加熱することで、溶着する際に生じる僅かな気泡（持枠内に充填された石英ガラスファイバ同士間に形成された空隙が主な原因である）が上昇してから凝固するから、内部に気泡が発生することなく石英ガラスインゴットが製造できる。
【００１２】
請求項６によれば、保持枠内を吸引して脱気する脱気工程を有することで、溶着する際に発生しやすい気泡を積極的に除去して、高品質の棒状の石英ガラスインゴットを製造することができる。
請求項７によれば、ワークを引っ張る引張工程を有することで、断面円形の石英ガラスファイバ同士間に形成された間隙を吸収して、より高品質の棒状の石英ガラスインゴットを製造することができる。
【００１３】
請求項８によれば、ワークを周方向に回転させることで、真円度の高い高品質の棒状の石英ガラスインゴットを製造することができる。
請求項９によれば、石英ガラスを基材とし所望した精度から外れた露光マスクを積層状に積み重ね、その積み重なったワークを加熱して露光マスク同士が一体化するように溶着するから、石英ガラスファイバの純度を維持させたまま、低コストで矩形状の石英ガラスインゴットを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本実施の形態にかかる石英ガラスインゴットの製造方法について、添付図面を参照しながら説明する。
【００１５】
まず、使用済みの石英ガラスファイバ１を、その石英ガラスファイバ１と溶着可能な筒状の保持枠２に充填する（充填工程）。この保持枠２は、光ファイバのコアと同じ合成石英からなることが好ましいものであるが、しかしながら、石英ガラスインゴットＷ２として一体化したとき、結果的に不純物が外周部に混入してしまう（大気中の水分などと反応して）ため、あえて純度の低い天然石英などで構成しても良い。なお、この充填工程によって石英ガラスファイバ１が保持枠２に充填された状態をワークＷ１という。
【００１６】
ここで次工程を説明する前に、その製造方法を行うのに好適な装置の概略を説明する。なお、好適な装置の例として２つ例示し、夫々の装置を用いた製造方法を実施の形態１と２に分けて説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
実施の形態１の製造方法に用いられる装置ｍ１は、図２に示すように、起立させたワークＷ１両端部をチャックするチャック部ｍ１１と、そのチャック部ｍ１１を上下方向へ移動させる移動機構（図示せず）と、ワークＷ１の中途部を取り巻くように固定されワークＷ１の全周方向に向かって環状火炎を放射させる環状火炎バーナー部ｍ１２（加熱手段）と、を備えてなる。
【００１８】
以上のように構成された実施の形態１の製造方法に用いられる製造装置を用いて、上記した充填工程の次工程から順を追って説明する。
【００１９】
まず、充填工程によって石英ガラスファイバ１が充填されたワークＷ１の両端を、上記した装置のチャック部ｍ１１で把持してから装置ｍ１を作動する。このとき、環状火炎バーナー部ｍ１２は、下方のチャック部ｍ１１近傍に位置している。
【００２０】
装置ｍ１が作動すると、移動機構によってチャック部ｍ１１が下方へゆっくりと移動していき、これと同時に、環状火炎バーナー部ｍ１２が燃焼を開始する。すると、石英ガラスファイバ１同士と、石英ガラスファイバ１に接した保持枠２が加熱されて夫々が溶着する（溶着工程）。このとき、石英ガラスファイバ１同士間に形成された間隙や、石英ガラスファイバ１と保持枠２との間に形成された間隙によって、仮に気泡が溶着時の溶融内に生じたとしても、ワークＷ１を起立させたことによって、気泡は常に上昇していく。
【００２１】
この溶着工程は、ワークＷ１の全長に亘って行われ、ワークＷ１が石英ガラスインゴットＷ２として一体化したら、環状火炎バーナー部ｍ１２の燃焼を停止すると共に移動機構の移動を停止し、常温近くなるまで石英ガラスインゴットＷ２をそのまま放置する。所要温度に下がったら、チャック部ｍ１１から石英ガラスインゴットＷ２を取り外して、一連の工程が終了する。
【００２２】
（実施の形態２）
実施の形態２の製造方法に用いられる装置ｍ２は、図３に示すように、ワークＷ１両端部をチャックするチャック部ｍ２１と、そのチャック部ｍ２１と連絡されチャック部ｍ２１を回転及び自動引き延ばし可能（チャック部同士が離間するように付勢する）に構成された回転送り機構（図示せず）と、そのワークＷ１が架設される領域の一部にワークＷ１の長手方向へ移動可能に配設されワークＷ１の全周方向に向かって環状火炎を放射させる環状火炎バーナー部ｍ２２（加熱手段）と、チャック部ｍ２１の一方に連絡されワークＷ１内を吸引する真空ポンプ部ｍ２３とを備えて構成される。なお、この装置ｍ２は、ワークＷ１を起立するように装置ｍ１と同様に縦型配置させるのが好適であるが、水平配置でも良い（図３は縦型配置を例示）。
【００２３】
この真空ポンプ部ｍ２３でワークＷ１内を吸引する場合、漸次、ワークＷ１は溶着されていくため、上記した両端が開口された筒状の保持枠２でも良いが、この場合、チャック部ｍ２１の他方を空気の流通を阻止する閉塞状に形成したものを用いても良く、また、チャック部ｍ２１を閉塞させない場合、保持枠２を試験管のような底部を有したものを用いても良い。
【００２４】
以上のように構成された実施の形態２の製造方法に用いられる装置ｍ２を用いて、上記した充填工程の次工程から順を追って説明する。
【００２５】
まず、充填工程によって石英ガラスファイバ１が充填されたワークＷ１の両端を、上記した装置のチャック部ｍ２１で把持してから装置ｍ２を作動する。
装置ｍ２が作動すると、まず、一方のチャック部ｍ２１に連絡された真空ポンプｍ２３が作動して保持枠２内の吸引を開始（脱気工程）し、これと同時に、チャック部ｍ２１が回転し、それに伴ってワークＷ１が回転する（回転工程）。
【００２６】
次いで、環状火炎バーナー部ｍ２２が燃焼を開始すると同時にワークＷ１の引っ張りを開始する（引張工程）。石英ガラスファイバ１同士と、石英ガラスファイバ１に接した保持枠２とが加熱されて夫々が溶着する（溶着工程）。
【００２７】
このとき、上記したように、ワークＷ１を回転しながら引っ張り、かつ、保持枠２内を吸引することで、石英ガラスファイバ１同士間に形成された間隙や、石英ガラスファイバ１と保持枠２との間に形成された間隙によって、仮に気泡が生じても、気泡は強制的に吸引・除去されると共に、保持枠２は真円度を保ちながら若干縮径しながら溶着されていく。
【００２８】
この溶着工程は、ワークＷ１の全長に亘って行われ、ワークＷ１が石英ガラスインゴットＷ２として一体化したら、環状火炎バーナー部ｍ２２の燃焼を停止すると共に移動を停止し、常温近くなるまでワークＷ１を回転する。温度が下がったら、チャック部ｍ２１の回転を停止し、チャック部ｍ２１から石英ガラスインゴットＷ２を取り外して、一連の工程が終了する。
【００２９】
このように、上記した実施の形態１、２の製造方法によって、ワークＷ１から製造された石英ガラスインゴットＷ２は、石英ガラスファイバ１の純度を維持させたまま、低コストで、しかも気泡が発生することなく真円度の高い棒状の石英ガラスインゴットＷ２が製造できる（図１参照）。
【００３０】
また、他の態様として、矩形状のインゴットを製造する場合は、半導体製造用の露光マスクを製造する際に不良とされた露光マスク（板状の合成石英）を用いる。この場合、まず、石英ガラスを基材とし所望した精度から外れた露光マスクを積層状に積み重ねる。そして、加熱炉にセットし、その積み重なったワークを加熱して露光マスク同士が一体化するように溶着する。このとき、加熱炉内はバキュームして真空状態にすることが好ましい。
【００３１】
以上、本実施の形態にかかる石英ガラスインゴットの製造方法を説明したが、上述した実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の一例を示すものである。
例えば、筒状の保持枠に替えて、複数本の使用済みの石英ガラスファイバを結束部材で結束させて（結束工程）、その外側からヒータや火炎バーナー等の加熱手段で加熱して、石英ガラスファイバ同士が一体化するように溶着しても良い。
また、筒状の保持枠に替えて、リング状の保持枠で複数本の使用済みの石英ガラスファイバを保持させても良い。この場合、少なくとも石英ガラスファイバ同士の両端部を保持させることが望ましい。
このように本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々変形実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】ワークと石英ガラスインゴットの斜視図である。
【図２】実施の形態１の製造方法に用いられる製造装置の概略を示す構成図である。
【図３】実施の形態２の製造方法に用いられる製造装置の概略を示す構成図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  石英ガラスファイバ
２  保持枠
Ｗ１  ワーク
Ｗ２  石英ガラスインゴット
ｍ１  実施の形態１の製造方法に用いられる製造装置
ｍ１１  チャック部
ｍ１２  環状火炎バーナー部（加熱手段）
ｍ２  実施の形態２の製造方法に用いられる製造装置
ｍ２１  チャック部
ｍ２２  環状火炎バーナー部
ｍ２３  真空ポンプ部
【図１】
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【図２】
2005289734.tif 000004
【図３】
2005289734.tif 000005