(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空状の管母材を用意し、この管母材を加熱軟化させ、この管母材から製造されるガラス管を管引きし、このガラス管を適宜の長さに切断するガラス管の製造方法において、管母材の端部が閉塞され、この管母材から製造されるガラス管の端部を大気圧より高く与圧された与圧室に常に位置させ、ガラス管を切断しても与圧室の圧力により管母材内部の圧力をほぼ一定に維持してガラス管の寸法をほぼ一定に保つことを特徴とするガラス管の製造方法。
【請求項２】
中空状の管母材の端部が閉塞され、この管母材から製造されるガラス管の端部が貫通し炉底面に設けられた開口部を有する加熱炉と、この加熱炉に設けられたヒータと、前記加熱炉の下方に位置しガラス管製造時に前記ガラス管の端部が常に位置する与圧室と、この与圧室を加圧するポンプ装置と、前記与圧室内に設けられ製造されたガラス管を引く管引機と、前記与圧室内に設けられ製造されたガラス管を所定の長さに切断する切断機を有することを特徴とするガラス管の製造装置。
【請求項３】
管母材が貫通する加熱炉の底面部の開口部が管母材の外径よりも大きく管母材が開口部を非接触で貫通するようにしたことを特徴とする請求項２に記載のガラス管の製造装置。
【請求項４】
管母材を絞るために、ガラス管が送出される加熱炉の底面部の開口部を断面積が漸減する截頭円錐状のモールド型に形成したことを特徴とする請求項２に記載のガラス管の製造装置。
【請求項５】
中空状の管母材の端部から管母材にガスを供給するガス管と、管母材内の圧力を検出する圧力計と、この圧力計の検出圧力に応答して制御され管母材の圧力を制御する圧力制御装置と、管母材が貫通し炉底面に設けられた開口部を有する加熱炉と、この加熱炉を貫通する管母材を加熱するように設けられたヒータと、管母材から製造されるガラス管を切断する切断機と、この切断機と前記開口部の間に設けられ、かつ、前記ガラス管内に充填された磁性流体とこの磁性流体の動きを抑制する磁石を備え、前記ガラス管内ガスの外部への流出を防ぐ磁気シール装置を有することを特徴とするガラス管の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス管の製造方法とその装置に係わり、特にガラス管の寸法精度を向上させかつ量産に適するガラス管の製造方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガラス管、例えば石英ガラス管の製造方法には幾つかの方法がある。
【０００３】
例えば第１の製造方法として、図５に示すようなガラス管製造装置７０を用い、ヒータ前工程で形成された外径が大きく肉厚の管状の管母材７１を加熱炉７２のヒータ７３で加熱し、加熱炉７２の下方に設けられた管引機７４で引き、管母材７１の保持手段７５の降下と管引機７４の管引き速度との差異により、ガラス管７６を製造するものでパイプ肉厚は母材の肉厚度合によるため、パイプ寸法に応じた母材が逐次必要となり、生産性が悪い。
【０００４】
そこで、この方法を改良する製造方法として、図６に示すような第２の製造方法が実施されている。
【０００５】
すなわち、この第２の製造方法は図５に示すと同様のガラス管製造装置８０を用いるが、管母材８１の上端部８２から加圧ガス、例えば窒素ガス８３を管母材８１内に導入し、管母材８１の下端部８４はガラス管８５を下方に引く管引機８６によりチャックされかつ下端部８４はこの管引機８６により閉塞されている。
【０００６】
この製造方法は、導入ガス８３の量または圧力を調整することにより、ガラス管８５内の圧力を制御し、ガラス管８５の内外管径の制御をガラス管８５内外の圧力差で行うので、所望寸法のガラス管８５を得るためにガラス管８５の寸法毎に対応する寸法の管母材８１を用いる必要はない。
【０００７】
しかし、この製造方法はガラス管８５を製造工程の途中でガラス管８５を切断することができず、成形されるガラス管８５の長さに応じて製造装置８０の丈を高くさせなければならず、設備の設置スペース上問題があった。
【０００８】
さらに、第１および第２の製造方法の欠点を改良するものとして、第３の改良方法が実施されている。
【０００９】
すなわち、この第３の製造方法は図７に示すような製造装置９０で、図５に示す第３の製造方法と同様に管母材９１の下端部９２を開放しているが、上端部９３からは第２の改良方法と同様にガス９４を導入するものである。
【００１０】
この第３の製造方法は、口径が大きいガラス管９５を製造する場合には大量のガス９４を必要として不経済であり、またガラス管９５を切断した場合には、圧力が低下変動して、成形されるガラス管９５に外径の変動が生じる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このため、ガラス管の製造装置の構造が簡単で安価かつ量産性に優れ、多品種の寸法に即応可能なガラス管の製造方法およびその製造装置が要望されている。
【００１２】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、製造装置の構造が簡単で安価かつ量産性に優れ、多くの寸法に即応可能なガラス管の製造方法およびその製造装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本願請求項１の発明は、中空状の管母材を用意し、この管母材を加熱軟化させ、この管母材から製造されるガラス管を管引きし、このガラス管を適宜の長さに切断するガラス管の製造方法において、管母材の端部が閉塞され、この管母材から製造されるガラス管の端部を大気圧より高く与圧された与圧室に常に位置させ、ガラス管を切断しても与圧室の圧力により管母材内部の圧力をほぼ一定に維持してガラス管の寸法をほぼ一定に保つことを特徴とするガラス管の製造方法であることを要旨としている。
【００１４】
本願請求項２の発明は、中空状の管母材の端部が閉塞され、この管母材から製造されるガラス管の端部が貫通し炉底面に設けられた開口部を有する加熱炉と、この加熱炉に設けられたヒータと、前記加熱炉の下方に位置しガラス管製造時に前記ガラス管の端部が常に位置する与圧室と、この与圧室を加圧するポンプ装置と、前記与圧室内に設けられ製造されたガラス管を引く管引機と、前記与圧室内に設けられ製造されたガラス管を所定の長さに切断する切断機を有することを特徴とするガラス管の製造装置であることを要旨としている。
【００１５】
本願請求項３の発明は、管母材が貫通する加熱炉の底面部の開口部が管母材の外径よりも大きく管母材が開口部を非接触で貫通するようにしたことを特徴とする請求項２に記載のガラス管の製造装置であることを要旨としている。
【００１６】
本願請求項４の発明は、管母材を絞るために、ガラス管が送出される加熱炉の底面部の開口部を断面積が漸減する截頭円錐状のモールド型に形成したことを特徴とする請求項２に記載のガラス管の製造装置であることを要旨としている。
【００１７】
本願請求項５の発明は、中空状の管母材の端部から管母材にガスを供給するガス管と、管母材内の圧力を検出する圧力計と、この圧力計の検出圧力に応答して制御され管母材の圧力を制御する圧力制御装置と、管母材が貫通し炉底面に設けられた開口部を有する加熱炉と、この加熱炉を貫通する管母材を加熱するように設けられたヒータと、管母材から製造されるガラス管を切断する切断機と、この切断機と前記開口部の間に設けられ、かつ、前記ガラス管内に充填された磁性流体とこの磁性流体の動きを抑制する磁石を備え、前記ガラス管内ガスの外部への流出を防ぐ磁気シール装置を有することを特徴とするガラス管の製造装置であることを要旨としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わるガラス管の製造方法およびその装置の実施の形態について添付図面に基づき説明する。
【００１９】
図１および図２に示されるような本発明に係わる第１の実施形態のガラス管製造装置１は、管母材２を保持する保持機構３と、管母材２を加熱するヒータ４を有する加熱炉５と、管母材２の端部６を閉塞する閉塞手段７と、前記加熱炉５の下方で管母材２から製造されるガラス管２１の端部８を収容するように位置する与圧室９とを有する。
【００２０】
前記保持機構３は、サーボモータ１０により回転されるスクリューシャフト１１にねじ結合し、昇降自在に取り付けられた保持部材１２を有し、この保持部材１２はスクリューシャフト１１の回転により支柱１３に沿い低速度で降下され、この保持部材１２に保持された管母材２を緩やかに降下させるものである。
【００２１】
前記加熱炉５は、前工程で形成された大外径、肉厚の管状で、例えば石英ガラス製の管母材２を収納し加熱する炉内壁１４と、この炉内壁１４を囲繞し炉内壁１４を介して管母材２を加熱するヒータ４と、このヒータ４を囲繞する保温用の断熱材１５とで構成されている。
【００２２】
前記炉内壁１４の上面部には管母材２が挿入される挿入口１６が設けられ、上面部に対向する下面部には挿入口１６に連通して送出口１７が設けられ、かつこの送出口１７と挿入口１６の口径は管母材２の外径よりも大きく形成されているので、管母材２は挿入口１６および送出口１７と接触することなく、管炉内壁１４を貫通するようになっている。
【００２３】
また、送出口１７に対向する下方には前記与圧室９が設けられており、この与圧室９は開口部１８が設けられた隔壁１９で区画され、与圧室９の内部には管引機２０とガラス管２１を切断する切断機２２が設けられている。前記与圧室９には、成形されるガラス管２１の端部８が位置し、与圧室９の圧力は加圧手段、例えばポンプ２３によって加圧され大気圧より高い状態が維持されている。与圧室９の圧力は、圧力計２３ｂおよび調整計２３ｃで構成される圧力制御装置２３Ａによりポンプ２３を制御して最適値が維持される。
【００２４】
前記管引機２０は与圧室９内に設けられた支柱２４に取り付けられ、モータ駆動のローラ２５によって構成され、切断機２２も前後進退自在に支柱２４に取り付けられている。
【００２５】
本発明に係わる第１の実施形態のガラス管製造装置１は、以上のような構造になっており、次にこのガラス管製造装置１を用いたガラス管の製造方法を説明する。
【００２６】
前工程で製造された長さ１５００ｍｍ、外径５０ｍｍ、肉厚１０ｍｍの管母材２を用意し、管母材２の端部６をキャップのような閉塞手段７で閉塞した後、管母材２を立て、管母材２の端部６側の端部近傍を保持機構３の保持部材１２で保持し、サーボモータ１０を作動させてスクリューシャフト１１を回転させ保持機構３を緩やかに降下させ、管母材２の他端部を加熱炉５の中央、すなわち炉内壁１４の中央の高さに位置させる。次にヒータ４を付勢して加熱炉５内温度を１９００℃とし、管母材２を加熱軟化させる。
【００２７】
加熱軟化された管母材２の他端部を変形させた後、この他端部にガラス管製造装置で成形されるガラス管２と同一寸法のダミー管（図示せず）を取り付け、このダミー管の一端部近傍を管引機２５で挟持しかつ一端部が与圧室９に位置するようにする。
【００２８】
なお、管母材２の端部６に管母材２と同一寸法のダミー管を前工程で取り付けてもよく、またこのダミー管を管母材２と外径が同一の中実ガラスインゴットを取り付ければ別個の閉塞手段７を必要としない。
【００２９】
次に、ポンプ２３を運転し、与圧室９の圧力を大気圧より高い圧力０〜４００ｍｍＨ２Ｏ、例えば４００ｍｍＨ２Ｏ高い圧力に維持する。この状態から実際のガラス管２１の製造工程に入る。
【００３０】
加熱炉５により管母材２を加熱しながらダミー管を管引機２５で引きながらガラス管２１を成形させるとともに管母材２を保持する保持部材１２を保持機構３のサーボモータ１０によりスクリューシャフト１１を回転させ低速度で降下させ、この保持部材１２に保持された管母材２を緩やかに降下させる。
【００３１】
管引機２５によりガラス管２１を管引きすることにより管母材２は絞られガラス管２１が成形されるが、ガラス管２１の寸法は管母材２内の圧力（与圧室９内の圧力）と大気圧との差、管引機２５によるガラス管２１の引張り速度、すなわち加熱炉５からの送出速度および保持機構３による管母材２の降下速度等の製造特性を制御することにより所望寸法のガラス管２１が得られる。
【００３２】
すなわち、適正な製造条件を設定することで管母材２から、管母材２の肉厚度合（内径／外径）によらず、種々寸法のガラス管２１を得ることができる。
【００３３】
適正な製造条件の設定により、管母材２が送出口１７の周囲に設けられ、モールド部などと接触のない非接触型の成形で任意寸法のガラス管２１を製造できる。
【００３４】
ガラス管２１が所定の長さに達した時点で、切断機２２を前進させてガラス管２１を切断する。
【００３５】
管引中はガラス管２１の端部８が大気圧より昇圧された与圧室９内に位置しているので、管母材９内の圧力は低下せず、それ故ガラス管２１の切断によって切断以後成形されるガラス管２１の寸法には変化がなく、ガラス管２１の全製造工程に亘り均一のガラス管２１を成形することができる。
【００３６】
すなわち、従来のようにガラス管を切断した場合の管母材内圧力の低下変動により、成形されるガラス管に外径寸法に変動を生じることがない。
【００３７】
上述のように、本発明に係わる第１の実施形態のガラス管の製造装置を用いた製造方法によれば、適正な製造条件の設定により、非接触型の成形でも、前工程の石英ガラスの製造時に成形される一種類の寸法の管母材を用いて種々寸法のガラス管を成形することができる。
【００３８】
本製造方法によれば、１種類の管母材を用いて種々寸法のガラス管を製造できるので、ガラス管の寸法毎に対応する寸法の管母材を用いる必要はなく生産性が高い。また、本方法によれば、所定の長さのガラス管を切断してもガラス管の寸法に変動が生じず、従来の第１の製造方法のように成形されるガラス管の長さに応じ製造装置の丈を高くする必要がなく、設備設置スペース効率もよく、設置スペースの低減を図ることができる。
【００３９】
さらに、本方法によれば、管母材の端部の閉塞手段と他端部に設けられた圧力調整手段により管母材内圧力を調整し、従来の第２の製造方法のようにガラス管の製造時大量のガスを用いるものとことなり、生産コストを低減することができる。
【００４０】
また、本発明に係わるガラス管の製造装置の第１の実施形態に示されたガラス管の製造装置では、管母材２が炉内壁１４に接触しない非接触型の成形であるので、ガラス管２１の大口径化が可能であり、ガラス管２１の外面が汚染されることもなく半導体製造用部材として最適なガラス管２１を提供することができる。
【００４１】
次に、本発明に係わるガラス管製造装置の第２の実施形態について説明する。
【００４２】
図３に示すように、第２の実施形態のガラス管の製造装置３０は、上述第１の実施形態のガラス管の製造装置と同様の構成において、加熱炉を変更したものである。すなわち、加熱炉３１の底面の送出口３２に管母材３３が接触する構造とし、この管母材３３を絞るために送出口３２の断面積が漸減する截頭円錐状に形成しモールド型としたもので、管母材３３がモールド型の送出口３２に接触するため、ガラス管３４の純度の面では第１の実施形態によるガラス管には及ばないが、制御圧力変動に伴う径変動がないことからより高精度のガラス管の製造方法に適する。
【００４３】
さらに、本発明に係わるガラス管製造装置の第３の実施形態について説明する。
【００４４】
図４に示すように、第３の実施形態のガラス管の製造装置４０は、上述第１の実施形態の管母材から製造されるガラス管の端部側に位置する与圧室に替えて、圧力制御機構を設けたものである。
【００４５】
すなわち与圧室を設ける代わりに、管引機４１と切断機４２の間に従来一般に用いられている磁気シール装置４３を設けるものである。
【００４６】
この磁気シール装置４３に対向するガラス管４５内に例えば鉄粉が加えられた油状流体などの磁性流体４７が充填されている。従って、管母材４４からガラス管４５、このガラス管４５の他端部４６を介して管母材４４内のガスの外部へ流出は遮断され、さらに磁気シール装置４３により動きが抑止された磁性流体４７の下方に位置する切断機４２によりガラス管４５を切断しても管母材４４の圧力変動がなく、寸法精度の高いガラス管４５を製造することができる。また、与圧室を設けないので、スペース効率がよい。
【００４７】
なお、管母材４４の上部からガス管４８によりガスが導入され、管母材４４内の圧力は、圧力計４９ａ、調整計４９ｂおよび弁体４９ｃにより構成される圧力制御装置４９により最適値に調整される。
【００４８】
【実施例】
長さ１５００ｍｍ、外径５０ｍｍ、肉厚１０ｍｍの石英ガラスの管母材を用い、各ガラス管製造方法により、ガラス管の製造を行い、製造状態を調べた。調査結果を表１に示す。
【００４９】
【表１】
0003581782.tif 000002
【００５０】
【発明の効果】
本発明に係わるガラス管の製造方法およびその装置によれば、製造装置の構造が簡単で安価かつ量産性に優れ、作業性が安全でガラス管を汚染しないガラス管の製造方法およびその製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるガラス管の製造装置の概念図。
【図２】本発明に係わるガラス管の製造装置に用いられる加熱炉部分の拡大図。
【図３】本発明に係わるガラス管の製造装置の他の実施の形態に用いられる加熱炉部分の拡大図。
【図４】本発明に係わるガラス管の製造装置の他の実施の形態のガラス管の製造装置の概念図。
【図５】従来のガラス管の製造装置の概念図。
【図６】従来の他のガラス管の製造装置の概念図。
【図７】従来の他のガラス管の製造装置の概念図。
【符号の説明】
１  ガラス管製造装置
２  管母材
３  保持機構
４  ヒータ
５  加熱炉
６  端部
７  閉塞手段
８  他端部
９  与圧室
１０  サーボモータ
１１  スクリューシャフト
１２  保持部材
１３  支柱
１４  炉内壁
１５  断熱材
１６  挿入口
１７  送出口
１８  開口部
１９  隔壁
２０  管引機
２１  ガラス管
２２  切断機
２３  ポンプ
２３Ａ  圧力制御装置
２３ｂ  圧力計
２３ｃ  調整計
２４  支柱
２５  ローラ
３０  ガラス管製造装置
３１  加熱炉
３２  送出口
３３  管母材
３４  ガラス管
４０  ガラス管製造装置
４１  管引機
４２  切断機
４３  磁気シール装置
４４  管母材
４５  ガラス管
４６  他端部
４７  磁性流体
４８  ガス管
４９  圧力制御装置
４９ａ  圧力計
４９ｂ  調整計
４９ｃ  弁体
【図１】
0003581782.tif 000003
【図２】
0003581782.tif 000004
【図３】
0003581782.tif 000005
【図４】
0003581782.tif 000006
【図５】
0003581782.tif 000007
【図６】
0003581782.tif 000008
【図７】
0003581782.tif 000009