(57)【要約】  【課題】  複数個の線状空孔を有する石英ガラス管、その製造方法および製造装置の提供。  【解決手段】  線状の石英ガラス素材１の片端部の端面に、複数個の長尺穿孔部１６を有するプラグを、そして片端部の外周にダイス２１を、それぞれ設置し、線状の石英ガラス素材１及びプラグをダイス２１に対して相対的な軸中心の回転を与えつつ、線状の石英ガラス素材の片端から順次加熱軟化させて軸方向に沿って移動させて、その加熱軟化部分をプラグとダイスによって形成される空間部に圧入して送り込み、複数個の線状空孔を有する石英ガラス管３０を製造する。  【選択図】図１
2005194172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに独立した複数個の線状空孔を有し、かつ、いずれの線状空孔も石英ガラス管と一体的に成形されたものであることを特徴とする、複数個の線状空孔を有する石英ガラス管。
【請求項２】
互いに独立した複数個の線状空孔を有し、いずれの線状空孔も石英ガラス管と一体的に成形されたものであり、かつ、断面形状の外輪郭が非円形であることを特徴とする、複数個の線状空孔を有する石英ガラス管。
【請求項３】
線状の石英ガラス素材の片端部の端面に、複数個の長尺穿孔部を有するプラグを、そして片端部の外周にダイスを、それぞれ設置し、線状の石英ガラス素材及びプラグをダイスに対して相対的な軸中心の回転を与えつつ、線状の石英ガラス素材の片端から順次加熱軟化させて軸方向に沿って移動させて、その加熱軟化部分をプラグとダイスによって形成される空間部に圧入して送り込むことを特徴とする、複数個の線状空孔を有する石英ガラス管の製造方法。
【請求項４】
線状の石英ガラス素材の片端部の端面に、複数個の長尺穿孔部を有するプラグを、そして片端部の外周にダイスを、それぞれ設置し、線状の石英ガラス素材に回転を与えつつ、線状の石英ガラス素材の片端から順次加熱軟化させて軸方向に沿って移動させて、その加熱軟化部分をプラグとダイスによって形成される空間部に圧入して送り込む石英ガラス管の製造方法であって、プラグおよびダイスは、線状の石英ガラス素材の回転に同期して回転していることを特徴とする、複数個の線状空孔を有する石英ガラス管の製造方法。
【請求項５】
基底部と、基底部に基端が固定されてなる複数個の長尺穿孔部からなる複合プラグを用いることを特徴とする、請求項３または請求項４に記載の複数個の線状空孔を有する石英ガラス管の製造方法。
【請求項６】
プラグの長尺穿孔部に長尺穿孔部同士の位置関係を保持するための位置調整治具が設けられている複合プラグを用いることを特徴とする、請求項３から請求項５までのいずれかに記載の複数個の線状空孔を有する石英ガラス管の製造方法。
【請求項７】
線状の石英ガラス素材として、石英ガラス素管を用いることを特徴とする、請求項３から請求項６までのいずれかに記載の複数個の線状空孔を有する石英ガラス管の製造方法。
【請求項８】
線状の石英ガラス素管の加熱軟化部分をプラグとダイスによって形成される空間部に圧入して送り込む際に、線状の石英ガラス素管及び／又は圧入後に形成される石英ガラス管の空孔の内部を大気圧未満に減圧することを特徴とする、請求項７に記載の石英ガラス管の製造方法。
【請求項９】
線状の石英ガラス素材として、石英ガラス棒を用いることを特徴とする、請求項３から請求項６までのいずれかに記載の複数個の線状空孔を有する石英ガラス管の製造方法。
【請求項１０】
線状の石英ガラス棒の加熱軟化部分をプラグとダイスによって形成される空間部に圧入して送り込む際に、圧入後に形成される石英ガラス管の空孔の内部を大気圧未満に減圧することを特徴とする、請求項９に記載の複数個の線状空孔を有する石英ガラス管の製造方法。
【請求項１１】
プラグの長尺穿孔部の断面形状が円形状または非円形状である複合プラグを用いることを特徴とする、請求項３から請求項１０までのいずれかに記載の複数個の線状空孔を有する石英ガラス管の製造方法。
【請求項１２】
線状の石英ガラス素材を軸方向に移動させる手段と、線状の石英ガラス素材を加熱する加熱手段と、加熱軟化された線状の石英ガラス素材を圧入する空間を形成するためのダイスとプラグとを有する石英ガラス管の製造装置であって、プラグが複数個の長尺穿孔部からなるものであるとともに、線状の石英ガラス素材及びプラグをダイスに対して同期回転させる手段を有するものであることを特徴とする、複数個の線状空孔を有する石英ガラス管の製造装置。
【請求項１３】
プラグが石英ガラス管の軸中心まわりに回転可能な状態で保持されていることを特徴とする、請求項１２に記載の複数個の線状空孔を有する石英ガラス管の製造装置。
【請求項１４】
線状の石英ガラス素材を軸方向に移動させる手段と、線状の石英ガラス素材を加熱する加熱手段と、加熱軟化された線状の石英ガラス素材を圧入する空間を形成するためのダイスとプラグとを有する石英ガラス管の製造装置であって、プラグが複数個の長尺穿孔部からなるものであるとともに、線状の石英ガラス素材、プラグおよびダイスを同期回転させる手段を有するものであることを特徴とする、複数個の線状空孔を有する石英ガラス管の製造装置。
【請求項１５】
プラグおよびダイスが石英ガラス管の軸中心まわりに回転可能な状態で保持されていることを特徴とする、請求項１４に記載の複数個の線状空孔を有する石英ガラス管の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数個の線状空孔を有する石英ガラス管並びにその製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信分野を中心として、光ファイバが幅広く利用されているが、その光ファイバは、通常、光ファイバプリフォームと呼ばれる母材を線引きすることによって製造される。
【０００３】
一般的な光ファイバプリフォーム(線引きする前の母材)は、主としてＭＣＶＤ法（Modified Chemical Vapor Deposition Method；内付け法）、ＶＡＤ法（Vapor phase Axial Deposition Method；気相軸付け法）、ＯＶＤ法（Outside Vapor Phase Deposition Method；外付け法）等により製造される。そして、この光ファイバプリフォームを細く線引きすることによって、所定の口径の光ファイバが得られるのである。
【０００４】
現在、光通信のさらなる高速化・大容量化を図るため光通信システムにおいては、波長多重数の増大、波長領域の拡大が進められている。そして、波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）光伝送システムにおいては、種々のＷＤＭ伝送光部品が使用される。また、超広帯域利用の大容量伝送システムも研究中である。
【０００５】
このＷＤＭ伝送光部品の一つとして、断面に空孔を有する特殊な偏波保持光ファイバが用いられている。また、超広帯域利用の大容量伝送システムでも、断面に空孔を有する特殊なホーリーファイバが必要とされる。
【０００６】
このような特殊な光ファイバには、断面に１個だけでなく、２個以上の空孔を必要とする場合がある。
【０００７】
光ファイバの形状は、線引きする前の母材である光ファイバプリフォームの形状と品質をそのまま引き継ぐので、断面に複数個の空孔を有する特殊な光ファイバを製造するためには、光ファイバプリフォームの段階で、線引き後の特殊な光ファイバに要求される空孔の形状に対応するように、複数個の線状空孔を有する光ファイバプリフォームを形成する必要がある。
【０００８】
このような、複数個の線状空孔を有する光ファイバプリフォームを形成しようとすると、上記した、ＭＣＶＤ法、ＶＡＤ法又はＯＶＤ法で一旦光ファイバプリフォームを製造した後に、新たに線状空孔を開ける必要がある。
【０００９】
光ファイバプリフォームに、新たに線状空孔を形成する方法としては、ドリルによる冷間での切削加工があるが、このとき、その空孔は円形状のものだけしか得られない。また、光ファイバプリフォームにクラックが発生したり、開口された空孔部表面の面性状が粗くなってしまうおそれがある。さらに、空孔部に切削時の切削油や切削屑が付着するため、上記の偏波保持光ファイバやホーリーファイバのような、特殊ファイバに用いた場合はその光学特性が損なわれるおそれがあるとともに、切削された部分は、切削屑となってしまうため、歩留が低下する。
【００１０】
あるいは、上記した、ＭＣＶＤ法、ＶＡＤ法又はＯＶＤ法で光ファイバのコア部となるべきコアロッド材を製造し、別途用意した光ファイバクラッド部となるべき石英ガラス管材の中にこのコアロッド材を挿入し、ロッドインコラプス法によって石英ガラス管と合体させて光ファイバ用プリフォームを得る方法もあるが、この方法の場合でも、光ファイバのクラッド部となる石英ガラス管材にあらかじめ空孔を開けておく必要がある。
【００１１】
特許文献１には、ドリルによる切削加工を不要とするロッドインコラプス法が記載されている。ここでは、多角形や星形等の非円形かつ点対象形の断面形状を有する穿孔部（プラグ）を、加熱軟化させた線状の石英ガラス素材の端面に押しつけることによって、管内面の断面形状が、多角形や星形等の非円形かつ点対象形である石英ガラス管を製造する。そして、この非円形かつ点対象形の断面を有する石英ガラス管をクラッド管材として、その中に、円形断面を有するコアロッド材を挿入して、ロッドインコラプス法により光ファイバプリフォームを形成するものである。ここでは、コアロッド材の円形断面と、クラッド管材の非円形かつ点対象形の管内面との間に形成される隙間部分が空孔となる。
【００１２】
【特許文献１】特開２００３−２２１２５３公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、この方法の場合、形成される複数個の空孔は石英ガラス素材の中心部近傍に円環状に配置されるとともに、その形成される個々の空孔の断面形状はすべて同じ形状とせざるを得ない。また、空孔の個数が増加したり、空孔の断面形状が複雑となったりすると、穿孔部（プラグ）形状が複雑になるとともに、プラグに大きな負荷がかかり、その結果破損しやすくなる。さらに、これらの空孔は、いずれも完全には互いに独立した空孔ではないため、ロッドインコラプス法にて光ファイバプリフォームを製造した際、変形が生じる場合もあり、目的としていた通りの形状が得られないおそれがある。
【００１４】
本発明の目的は、互いに独立した複数個の線状空孔を有し、かつ、いずれの線状空孔も石英ガラス管と一体的に成形されたものであることを特徴とする複数個の線状空孔を有する石英ガラス管を提供することにある。また、本発明の他の目的は、任意の断面形状の線状空孔を複数個有する石英ガラス管の製造方法及び製造装置を提供することにある。
【００１５】
さらに、現在、光通信の更なる高速化・大容量化の流れの中で、光ファイバの断面形状は、今後はコア近傍のみではなく、外輪郭を含む全体的な形状設計が必要となる。本発明の更なる目的は、外輪郭が非円形で、かつ任意の断面形状の線状空孔を複数個有する石英ガラス管、その製造方法及び製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明にかかる、複数個の線状空孔を有する石英ガラス管並びにその製造方法及び製造装置を、次の(1)〜(15)に示す。それぞれ、本発明(1)〜本発明(15)ということがある。本発明(1)〜本発明(15)を総称して、本発明ということがある。
【００１７】
(1)互いに独立した複数個の線状空孔を有し、かつ、いずれの線状空孔も石英ガラス管と一体的に成形されたものであることを特徴とする、複数個の線状空孔を有する石英ガラス管。
【００１８】
(2)互いに独立した複数個の線状空孔を有し、いずれの線状空孔も石英ガラス管と一体的に成形されたものであり、かつ、断面形状の外輪郭が非円形であることを特徴とする、複数個の線状空孔を有する石英ガラス管。
【００１９】
(3)線状の石英ガラス素材の片端部の端面に、複数個の長尺穿孔部を有するプラグを、そして片端部の外周にダイスを、それぞれ設置し、線状の石英ガラス素材及びプラグをダイスに対して相対的な軸中心の回転を与えつつ、線状の石英ガラス素材の片端から順次加熱軟化させて軸方向に沿って移動させて、その加熱軟化部分をプラグとダイスによって形成される空間部に圧入して送り込むことを特徴とする、複数個の線状空孔を有する石英ガラス管の製造方法。
【００２０】
(4)線状の石英ガラス素材の片端部の端面に、複数個の長尺穿孔部を有するプラグを、そして片端部の外周にダイスを、それぞれ設置し、線状の石英ガラス素材に回転を与えつつ、線状の石英ガラス素材の片端から順次加熱軟化させて軸方向に沿って移動させて、その加熱軟化部分をプラグとダイスによって形成される空間部に圧入して送り込む石英ガラス管の製造方法であって、プラグおよびダイスは、線状の石英ガラス素材の回転に同期して回転していることを特徴とする、複数個の線状空孔を有する石英ガラス管の製造方法。
【００２１】
(5)基底部と、基底部に基端が固定されてなる複数個の長尺穿孔部からなる複合プラグを用いることを特徴とする、上記の(3)または(4)に記載の複数個の線状空孔を有する石英ガラス管の製造方法。
【００２２】
(6)プラグの長尺穿孔部に長尺穿孔部同士の位置関係を保持するための位置調整治具が設けられている複合プラグを用いることを特徴とする、上記の(3)から(5)までのいずれかに記載の複数個の線状空孔を有する石英ガラス管の製造方法。
【００２３】
(7)線状の石英ガラス素材として、石英ガラス素管を用いることを特徴とする、上記の(3)から(6)までのいずれかに記載の複数個の線状空孔を有する石英ガラス管の製造方法。
【００２４】
(8)線状の石英ガラス素管の加熱軟化部分をプラグとダイスによって形成される空間部に圧入して送り込む際に、線状の石英ガラス素管及び／又は圧入後に形成される石英ガラス管の空孔の内部を大気圧未満に減圧することを特徴とする、上記の(7)に記載の石英ガラス管の製造方法。
【００２５】
(9)線状の石英ガラス素材として、石英ガラス棒を用いることを特徴とする、上記の(3)から(6)までのいずれかに記載の複数個の線状空孔を有する石英ガラス管の製造方法。
【００２６】
(10)線状の石英ガラス棒の加熱軟化部分をプラグとダイスによって形成される空間部に圧入して送り込む際に、圧入後に形成される石英ガラス管の空孔の内部を大気圧未満に減圧することを特徴とする、上記の(9)に記載の複数個の線状空孔を有する石英ガラス管の製造方法。
【００２７】
(11)プラグの長尺穿孔部の断面形状が円形状または非円形状である複合プラグを用いることを特徴とする、上記の(3)から(10)までのいずれかに記載の複数個の線状空孔を有する石英ガラス管の製造方法。
【００２８】
(12)線状の石英ガラス素材を軸方向に移動させる手段と、線状の石英ガラス素材を加熱する加熱手段と、加熱軟化された線状の石英ガラス素材を圧入する空間を形成するためのダイスとプラグとを有する石英ガラス管の製造装置であって、プラグが複数個の長尺穿孔部からなるものであるとともに、線状の石英ガラス素材及びプラグをダイスに対して同期回転させる手段を有するものであることを特徴とする、複数個の線状空孔を有する石英ガラス管の製造装置。
【００２９】
(13)プラグが石英ガラス管の軸中心まわりに回転可能な状態で保持されていることを特徴とする、上記の(12)に記載の複数個の線状空孔を有する石英ガラス管の製造装置。
【００３０】
(14)線状の石英ガラス素材を軸方向に移動させる手段と、線状の石英ガラス素材を加熱する加熱手段と、加熱軟化された線状の石英ガラス素材を圧入する空間を形成するためのダイスとプラグとを有する石英ガラス管の製造装置であって、プラグが複数個の長尺穿孔部からなるものであるとともに、線状の石英ガラス素材、プラグおよびダイスを同期回転させる手段を有するものであることを特徴とする、複数個の線状空孔を有する石英ガラス管の製造装置。
【００３１】
(15)プラグおよびダイスが石英ガラス管の軸中心まわりに回転可能な状態で保持されていることを特徴とする、上記の(14)に記載の複数個の線状空孔を有する石英ガラス管の製造装置。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、互いに独立した複数個の線状空孔を有し、かつ、いずれの線状空孔も石英ガラス管と一体的に成形されたものであることを特徴とする、複数個の線状空孔を有する石英ガラス管を提供することができる。また、本発明によれば、任意の断面形状の線状空孔を複数個有する石英ガラス管を寸法精度よく製造することができ、かつ線状空孔の表面性状も優れた石英ガラス管を製造することができる。さらに、本発明によれば、外輪郭が非円形で、かつ任意の断面形状の線状空孔を複数個有する石英ガラス管を提供することができるとともに、寸法精度よく、かつ表面性状も優れたもの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】
【００３３】
本発明に係る、複数個の線状空孔を有する石英ガラス管を製造するためには、まず、線状の石英ガラス素材を用意する。
【００３４】
そして、石英ガラス素材の片端部の端面に、複数個の長尺穿孔部を有するプラグを、そして片端部の外周にダイスを、それぞれ設置し、線状の石英ガラス素材及びプラグをダイスに対して相対的な軸中心の回転を与えつつ、線状の石英ガラス素材の片端から順次加熱軟化させて軸方向に沿って移動させて、そのプラグとダイスによって形成される空間部に圧入して送り込むことにより、複数個の長尺穿孔部に対応した線状空孔を有する石英ガラス管を製造する。また、断面形状の外輪郭が非円形の石英ガラス管を製造する場合には、プラグおよびダイスに線状の石英ガラス素材の回転に同期した回転を与えつつ、線状の石英ガラス素材を圧入して、石英ガラス管を製造する。
【００３５】
ダイスの内径は、成形加工される石英ガラス管の外径に対応する寸法に設定される。石英ガラス素材の外径は、この加熱軟化部分の圧入の際に、成形用ダイスの内径によって成形されるので、石英ガラス素材を拡径若しくは縮径すること又は同一径のままとすることによって、様々な外径を有する石英ガラス管に成形加工することができる。
【００３６】
以下に、図面を用いて、本発明を説明する。
【００３７】
図１は、３個の線状空孔を有する石英ガラス管の製造の態様を示したものである。
【００３８】
ここでは、線状の石英ガラス素材１として石英ガラス素管を用いる。線状の石英ガラス素材の片端と他端にはダミーシリンダー５がそれぞれ溶着によって取り付けられ、回転及び水平移動の可能な出側チャック１０及び入側チャック１１に、それぞれ把持される。
【００３９】
入側チャック１１と出側チャック１０の間にはヒーター１５が設置されている。線状の石英ガラス素材１は左から右の方向へ入側チャック１１とともに移動し、ヒーター１５によりその片端から順次加熱軟化されて軸方向に沿って移動し、その加熱軟化部分が３個の長尺穿孔部１６を有するプラグとダイス２１によって形成される空間部に圧入して送り込まれる。
【００４０】
なお、このプラグは３個の長尺穿孔部１６を有する複合プラグであり、３個の長尺穿孔部１６の基端はいずれもプラグの基底部１７に固定され、そして、プラグの基底部１７はマンドレル２２によって保持されている。この長尺穿孔部の断面形状は、成形後の石英ガラス管における複数個の線状空孔の断面形状に対応する。
【００４１】
そして、ここでは、この複合プラグに、目的とする線状空孔の形状並びに位置関係を保持するための位置調整治具１８が設けられている。位置調整治具を設けた場合には、長尺穿孔部自身の自重により長尺穿孔部が撓むおそれがなくなるので、位置調整治具を設けるのが好ましい。位置調整治具を設置する場合は、長尺穿孔部先端から基端方向に５０〜１００ｍｍ程度離れた位置に設置するのが好ましい。長尺穿孔部の基端の近傍に設置すると撓み防止効果が得られにくいし、逆に、長尺穿孔部の先端の近傍に設置すると線状の石英ガラス素材の加熱軟化部分が長尺穿孔部に圧入するときに位置調整治具が干渉するおそれがあるためである。
【００４２】
また、位置調整治具は、形成された線状空孔の形状並びに位置関係を保持するのが目的であるため、圧入開始時にその機能が保持されていれば良い。圧入開始時に各長尺穿孔部の位置関係が保持されていれば、あとは圧入によって形成された空孔により位置関係は保持される。従って、位置調整治具は加熱軟化後に圧入された石英ガラス材によって押されて、複合プラグの基底部の方向へ移動する仕組みになっている。
【００４３】
なお、位置調整治具の設置は１個所だけとは限らない。長尺穿孔部の長さに応じて、複数箇所に設置してもよい。また、石英ガラス素材の前端部に、目的とする複数個の線状空孔を予め穿孔しておいたダミーシリンダーを溶着しておいてもよい。そうすれば、位置調整治具を用いなくとも、複合プラグをその長尺穿孔部の位置関係を保ったまま正確に石英ガラス素材に圧入することができる。
【００４４】
線状の石英ガラス素材は、加熱軟化後に圧入され、その内部は３個の長尺穿孔部１６により穿孔された状態で右の方向に移動し、そして、その断面形状の外輪郭がダイス２１によって加工成形されつつ、図面の右の方向に移動する。このように、線状の石英ガラス素材は順次加熱されて軟化し、３個の長尺穿孔部１６を有するプラグとダイス２１によって形成される空間部に圧入して送り込まれることによって、３個の線状空孔を有する石英ガラス管が順次形成され、線状の石英ガラス素材の他端まで、３個の線状空孔を有する形状が保持された状態で、成形加工される。
【００４５】
そして、入側チャックの移動速度と出側チャックの移動速度の比は、線状の石英ガラス素材の断面積と、成形加工により形成される線状空孔を有する石英ガラス管の断面積の比の逆数に設定される。また、入側チャックの回転速度と出側チャックの回転速度は、各線状空孔の位置関係を設定通りに保持するため、速度差がない方が望ましい。
【００４６】
この成形加工の際、線状の石英ガラス素材と３個の長尺穿孔部１６を有するプラグは、
その水平方向の中心軸を中心として、ダイス２１に対して同期回転させている。これは線状の石英ガラス素材の円周方向の加熱状態を均一にし、成形される石英ガラス管の外径の寸法精度を向上させるためである。なお、回転速度が遅ければ均熱効果が不十分であり、速すぎるとダイスとの接触頻度が増し、それらの損耗が激しくなると共に、成形加工された石英ガラス管３０の表面性状も損なわれるので、回転速度は１〜１０ｒｐｍが好ましい。より好ましいのは、２〜７ｒｐｍである。
【００４７】
さらに、石英ガラス管を製造する際に、石英ガラス素材である線状の石英ガラス素管の内部及び／又は圧入後に形成される石英ガラス管の空孔の内部を大気圧未満に減圧するのが、好ましい。線状の石英ガラス素管の内部又は圧入後に形成される石英ガラス管の空孔の内部を大気圧未満に減圧すると、成形後の石英ガラス管の線状空孔の形状とその位置が、目的通りに保持されやすいからである。
【００４８】
線状の石英ガラス素管の内部あるいは圧入後に形成される石英ガラス管の空孔の内部を大気圧未満に減圧する方法を、図１を用いて説明する。線状の石英ガラス素管から複数個の線状空孔を有する石英ガラス管を製造する際に、成形加工中の管の両端に外気の進入を遮断するホルダー４１を設置する。線状の石英ガラス素管の側では石英ガラス素管内を真空ポンプ（図示せず）によって用いて排気する。そして、成形加工後の複数個の線状空孔を有する石英ガラス管の側では、プラグ基底部を保持するマンドレルを中空とし、マンドレルの側面に排気できる小孔４３を設け、このマンドレルを介して真空ポンプ（図示せず）を用いて排気する。
【００４９】
このような減圧処理は、線状の石英ガラス素管側または成形加工後の複数個の線状空孔を有する石英ガラス管の側（プラグ側）のどちらか一方でもよいが、両側から減圧処理するのが好ましい。減圧処理はわずかでも有効であるが、過剰に減圧するとプラグとの接触が激しくなり、内表面に傷が発生する場合があるので、内部の圧力は100000Pa以下が好ましい。減圧による寸法精度の向上を図るためには、素管側で30000〜60000Pa、プラグ側で1000〜10000Paとするのが、特に好ましい。
【００５０】
特に、プラグ側からの減圧処理により、成形加工後の石英ガラス管内の複数個の線状空孔の成形精度が向上する。これは、加熱軟化された石英ガラスの内面において、プラグを構成する複数個の長尺穿孔部の径部に沿って寸法精度よく、長手方向に連続的に複数の空孔が形成されるためと思われる。なお、過剰に減圧すると、プラグを構成する複数個の長尺穿孔部と石英ガラスの接触が激しくなり、長尺穿孔部を破損したり、石英ガラス管の空孔の内表面に傷が発生したりするおそれがある。
【００５１】
ここまでは、線状の石英ガラス素材として、石英ガラス素管を用いる方法を説明してきたが、線状の石英ガラス素材として、石英ガラス素管を用いる代わりに、石英ガラス棒を用いてもよい。石英ガラス素材が石英ガラス棒である場合でも、その原理に変わりはない。ただし、大気圧以下の減圧処理を行う場合には、成形加工後の複数個の線状空孔を有する石英ガラス管の側（プラグ側）からの減圧処理だけとなる。
【００５２】
ダイスの断面形状の内輪郭の形状は、目的とする石英ガラス管の断面形状の外輪郭となるように設計されており、円形または非円形である。
【００５３】
図２は、本発明の製造装置に用いることができるダイスを例示した模式図である。図２のダイスは、断面形状の外輪郭が正四角形である石英ガラス管を製作するのに用いることができる。このように、断面形状の内輪郭が非円形であるダイスを用いる場合には、図１において、ダイス２１は、石英ガラス素材１の回転に同期して回転させる。これにより、ガラス素材がダイスとプラグとで形成される空間部に圧入されるので、断面形状の外輪郭が非円形の石英ガラス管を製造することができる。
【００５４】
このとき、ダイス２１は、駆動装置を用いて強制的に回転させても良いが、回転可能な状態で保持し、石英ガラス素材の外面とダイスの内面との摩擦力により、石英ガラス素材の回転に同期して回転させることが望ましい。なお、断面形状の内輪郭が円形のダイスを用いる場合には、石英ガラス素材の回転に同期させて回転させても良いし、固定させてもよい。
【００５５】
ダイスの断面形状の内輪郭の形状および寸法は、製作する石英ガラス管の断面形状の外輪郭の形状および寸法にあわせて設定すればよく、図２に示す形状に限定されない。即ち、製作すべき石英ガラス管の断面形状の外輪郭に合わせて、断面形状の内輪郭が円形であるダイス、または、内輪郭が楕円形、多角形、星形等の非円形であるダイスを用いればよい。
【００５６】
次に、図３は、成形加工時における、複合プラグ及び位置調整治具１８を示したものである。複合プラグは、３個の長尺穿孔部１６と、これらの基端を固定するプラグの基底部１７から構成されている。図３における、各長尺穿孔部の断面形状は円形であり、この長尺穿孔部の断面形状は、成形後の石英ガラス管における複数個の線状空孔の断面形状に対応する。
【００５７】
したがって、目的とする成形後の石英ガラス管における複数個の線状空孔の断面形状は、プラグを構成する長尺穿孔部１６の断面形状によって、決まることになる。図１および図３においては、いずれも断面形状が円形である長尺穿孔部を有するプラグを用いたが、その断面形状は円形に限定されない。また、ここでは、線状空孔の数は３個であるが、３個に限定されることはなく、２個でもよいし、４個以上でもよい。
【００５８】
図４に、成形後の石英ガラス管における複数個の線状空孔の種々の断面形状を示す。このように、線状空孔の断面形状としては、円形だけでなく、楕円形、三角形、四角形、五角形等の多角形、さらに、だるま形や星形でもよい。そして、それらを適宜に組み合わせて、複数個の線状空孔を形成してもよい。なお、石英ガラス管の断面形状の外輪郭は、図４に示すように、円形であっても良いが、以下に示すように、非円形であってもよい。
【００５９】
図５に、断面形状の外輪郭が非円形である石英ガラス管の断面形状を示す。このように、石英ガラス管の断面形状の外輪郭は、四角形その他の多角形、楕円形などの非円形であってもよい。また、その線状空孔の断面形状としては、円形もしくは非円形のものまたはこれらの組み合わせであってもよい。
【００６０】
このような断面形状の線状空孔を有する石英ガラス管を製造するためには、それぞれに対応する断面形状の複数個の長尺穿孔部を有するプラグを使用すればよい。
【００６１】
なお、プラグを構成する長尺穿孔部の先端部の断面形状は、形成された空孔が穿孔直後に変形することがないように、穿孔後に形成された空孔の形状と位置関係がそのまま保持される程度の長さ（例えばダイスの出側位置までの長さ）が確保されている必要がある。必ずしも、先端部から基端部まで全長にわたって、同一断面形状とする必要はないが、先端から基端まで同一径の同一断面形状の長尺穿孔部を有するプラグを用いるのが好ましい。また、長尺穿孔部の先端部形状は、半球状など、形成される線状空孔の寸法精度や線状空孔穿孔時のプラグへの負荷などを考慮し、設計すればよい。
【００６２】
石英ガラス素材を構成する石英ガラス材は、ＶＡＤ法などで製造される合成石英ガラスに限定されることなく、水晶粉などを原料にした天然石英ガラスなど他の石英ガラスについても適用可能である。
【００６３】
加工時の素材の温度は、軟化点がＯＨ基濃度やＣｌ濃度により大きく変化するので一概には決められない。石英ガラス素材の加熱は、ダイスの直前で最も高い温度になり、それよりやや低下したところで、ダイス、および、プラグを構成する長尺穿孔部に接して成形されるようにするのが、好ましい。
【００６４】
加熱炉の設定温度は２０００〜２７００℃程度となる。したがって、ダイスや、プラグを構成する長尺穿孔部の材料としては、酸化アルミナ系の酸化物、タングステン、モリプデン等の金属や黒鉛等が好ましい。高温域での強度並びに純度の面から黒鉛が最も好ましい。なお、成型加工は石英ガラス材の酸化防止のため、不活性雰囲気中で実施されるのが好ましい。
【実施例１】
【００６５】
高純度のＳｉＣｌ４を酸水素火炎にて加水分解したＳｉ０２より得た合成石英ガラスインゴットを出発材として、線状の石英ガラス素材としての石英ガラス管を製造した。
【００６６】
そして、図１に示す製造装置を用いて、次に述べるように、この線状の石英ガラス素管から、図６で示される断面形状（２個の円形の空孔）を有する石英ガラス管を成形した。
【００６７】
石英ガラス素管（外径１６０ｍｍ、内径５０mm、長さ１３００mm）を、内径１５０mmのダイス、図６に示す断面形状に対応する構造の複合型プラグ（長尺穿孔部の数：２本、プラグ断面形状：いずれも円形で、直径は２０ｍｍ）を用いて、加熱温度は２３００℃、回転速度は５rpm、石英ガラス素管の内圧は５００００Pa、成形加工後の石英ガラス管の側（プラグ側）の内圧は１０００Paに、また石英ガラス素管の送り込み速度を１６．７０mm/min、成形加工後の石英ガラス管の引き抜き速度を１７．７８mm/minに設定して、線状空孔を形成した。
【００６８】
その結果、２個の円形の空孔を有する石英ガラス管（外径１４９．７８ｍｍ、長さ１３６０ｍｍ）が得られた。その重量を測定し、歩留を計算したところ、９８．３%であった。
【００６９】
次に、目的とする断面形状が得られているか確認するため、長さ１００mm程サンプリングし、線状空孔の形状と位置関係を確認した。
【００７０】
線状空孔は２個観察され、空孔の径をノギスで測定したところ、それぞれ２０．０２mmと２０．０３mmであった。また、空孔の長軸と短軸の差を求めたところ、その差は０．０１mmであり、円形が維持されていることが確認された。
【実施例２】
【００７１】
同様に、高純度のＳｉＣｌ４を酸水素火炎にて加水分解したＳｉ０２より得た合成石英ガラスインゴットを出発材として、線状の石英ガラス素材としての石英ガラス棒を製造した。
【００７２】
そして、図１に示す製造装置を用いて、次に述べるように、この線状の石英ガラス棒から、図７で示される断面形状（１個の円形の空孔と４個の正方形の空孔）を有する石英ガラス管を成形した。
【００７３】
石英ガラス棒（外径１４５ｍｍ、長さ１４００ｍｍ）を、内径１６０ｍｍの成形用ダイス、図７に示す断面形状に対応する構造の複合型プラグ（長尺穿孔部の数：５本、プラグ断面形状：１本は円形で直径は２０ｍｍ径、他の４本は正方形で１５ｍｍ×１５ｍｍ）を用いて、加熱温度は２３５０℃、回転速度は７rpm、成形加工後の石英ガラス管の側（プラグ側）の内圧は１５００Paに、また石英ガラス棒の送り込み速度を１８．３５mm/min、成形加工後の石英ガラス管の引き抜き速度を１６．０４mm/minに設定して、線状空孔を形成した。
【００７４】
その結果、１個の円形の空孔と４個の正方形の空孔を有する石英ガラス管（外径１５９．８６ｍｍ、長さ１２２０ｍｍ）が得られた。その重量を測定し、歩留を計算したところ、９９．７%であった。
【００７５】
次に、目的とする断面形状が得られているか確認するため、長さ１００mm程サンプリングし、線状空孔の形状と位置関係を確認した。
【００７６】
線状空孔は５個観察され、空孔の径をノギスで測定したところ、円形部は２０．０３mmであり、また円形部の長軸と短軸の差を求めたところ、その差は０．０１mmであり、円形が維持されていることが確認された。また、４ヶ所の正方形部は１５．０１〜１５．０３ｍｍであったが、いずれも長軸と短軸の差は０．０１mm以下であり、目的とする形状が維持されていることが確認された。
【実施例３】
【００７７】
同様に、高純度のＳｉＣｌ４を酸水素火炎にて加水分解したＳｉ０２より得た合成石英ガラスインゴットを出発材として、線状の石英ガラス素材としての石英ガラス棒を製造した。
【００７８】
そして、図１に示す製造装置を用いて、次に述べるように、この線状の石英ガラス棒から、図８で示される断面形状（外輪郭：正方形、２個の長方形の空孔）を有する石英ガラス管を成形した。
【００７９】
石英ガラス棒（外径１００ｍｍ、長さ２０００ｍｍ）を、図８に示す断面形状に対応する構造のダイス（一辺の長さ１２０ｍｍ）および複合型プラグ（長尺穿孔部の数：２本、プラグ断面形状：１５ｍｍ×４０ｍｍ）を用いて、加熱温度は２３５０℃、回転速度は３rpm、成形加工後の石英ガラス管の側（プラグ側）の内圧は１０００Paに、また石英ガラス棒の送り込み速度を２８．９４mm/min、成形加工後の石英ガラス管の引き抜き速度を１７．２２mm/minに設定して、線状空孔を形成した。
【００８０】
その結果、断面形状の外輪郭が正方形で、２個の長方形の空孔を有する石英ガラス管（長さ１１５０ｍｍ）が得られた。
【００８１】
次に、目的とする断面形状が得られているか確認するため、長さ３０mm程サンプリングし、線状空孔の形状と位置関係を確認した。
【００８２】
断面形状の外輪郭の一辺の長さはそれぞれ１１９．９１ｍｍおよび１１９．８９ｍｍであった。また、線状空孔は２個観察され、空孔の寸法をノギスで測定したところ、一方の長方形の長辺は４０．０６ｍｍ、短辺は１５．０３ｍｍで、他方の長方形の長辺は４０．０８ｍｍ、短辺は１５．０６ｍｍであった。いずれも、目的とする形状が維持されていることが確認された。
【実施例４】
【００８３】
同様に、高純度のＳｉＣｌ４を酸水素火炎にて加水分解したＳｉ０２より得た合成石英
ガラスインゴットを出発材として、線状の石英ガラス素材としての石英ガラス管を製造した。
【００８４】
そして、図１に示す製造装置を用いて、次に述べるように、この線状の石英ガラス管から、図９で示される断面形状（外輪郭：楕円形、１個の円形と４個の楕円形からなる空孔）を有する石英ガラス管を成形した。
【００８５】
石英ガラス管（外径１００ｍｍ、内径６０ｍｍ、長さ２０００ｍｍ）を、図９に示す断面形状に対応する構造のダイス（長径：１２０ｍｍ、短径：１００ｍｍの楕円）および複合型プラグ（長尺穿孔部の数：５本、１本は直径１５ｍｍの円形、４本は長径３０ｍｍ、短径１５ｍｍの楕円）を用いて、加熱温度は２３００℃、回転速度は５rpm、石英ガラス素管の内圧は５５０００Pa、成形加工後の石英ガラス管の側（プラグ側）の内圧は３００００Paに、また石英ガラス棒の送り込み速度を４５．２１mm/min、成形加工後の石英ガラス管の引き抜き速度を２９．０３mm/minに設定して、線状空孔を形成した。
【００８６】
その結果、断面形状の外輪郭が楕円形で、１個の円形の空孔および４個の楕円形の空孔を有する石英ガラス管（長さ１２５０ｍｍ）が得られた。
【００８７】
次に、目的とする断面形状が得られているか確認するため、長さ３０mm程サンプリングし、線状空孔の形状と位置関係を確認した。
【００８８】
断面形状の外輪郭の楕円形は、長径が１１９．９３ｍｍ、短径が９９．９４ｍｍであった。また、線状空孔は５個観察され、空孔の寸法をノギスで測定したところ、１個の円形は、直径が１５．０３ｍｍの真円であった。また、４個の楕円形は、長径が３０．０３〜３０．０９ｍｍ、短径は１５．０２〜１５．０６ｍｍであった。いずれも、目的とする形状が維持されていることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明によれば、互いに独立した複数個の線状空孔を有し、かつ、いずれの線状空孔も石英ガラス管と一体的に成形されたものであることを特徴とする、複数個の線状空孔を有する石英ガラス管を提供することができる。また、本発明によれば、任意の断面形状の線状空孔を複数個有する石英ガラス管を寸法精度よく製造することができ、かつ線状空孔の表面性状も優れた石英ガラス管を製造することができる。さらに、本発明によれば、外輪郭が非円形で、かつ任意の断面形状の線状空孔を複数個有する石英ガラス管を提供することができるとともに、寸法精度よく、かつ表面性状も優れたものを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】３個の線状空孔を有する石英ガラス管の製造の態様を示した模式図である。
【図２】本発明の製造装置に用いることができるダイスを例示した模式図である。
【図３】成形加工時における、複合プラグ及び位置調整治具を示した模式図である。
【図４】成形後の石英ガラス管における複数個の線状空孔の種々の断面形状を示した模式図である。
【図５】断面形状の外輪郭が非円形である石英ガラス管の断面形状を示した模式図である。
【図６】実施例１の石英ガラス管の断面形状（外輪郭は円形。２個の円形の空孔）を示した模式図である。
【図７】実施例２の石英ガラス管の断面形状（外輪郭は円形。１個の円形の空孔と４個の正方形の空孔）を示した模式図である。
【図８】実施例３の石英ガラス管の断面形状（外輪郭は正方形。２個の長方形の空孔）を示した模式図である。
【図９】実施例４の石英ガラス管の断面形状（外輪郭は楕円形。１個の円形の空孔と４個の楕円形空孔）を示した模式図である。
【符号の説明】
【００９１】
１    石英ガラス素材
５    ダミーシリンダー
１０  出側チャック
１１  入側チャック
１５  ヒーター
１６  プラグの長尺穿孔部
１７  プラグの基底部
１８  位置調整治具
２１  ダイス
２２  マンドレル
３０  成形後の石英ガラス管
４１  ホルダー
４３  小孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005194172.tif 000007
【図６】
2005194172.tif 000008
【図７】
2005194172.tif 000009
【図８】
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【図９】
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