(57)【要約】  本発明は、特にベロ法、Ａドローイングプロセス及び好適にはダンナー法のための、ガラスチューブ又はロッドを製造するためのマンドレルに関する。マンドレルは、セラミック複合材料のボディ（１）と、該ボディの少なくとも部分を包囲した外部金属材料ジャケット（２）とを有しており、セラミック複合材料が、前記ジャケットの金属材料と実質的に類似の熱膨張係数を有している。択一的に、マンドレルが、自己支持金属材料ジャケット（２２）を有している。
2007509834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自己支持金属材料ジャケット（２２）が設けられていることを特徴とする、ガラスチューブ又はロッドを製造するためのマンドレル。
【請求項２】
自己支持金属ジャケット（２２）が外壁と内部自己支持構造とを有する、請求項１記載のマンドレル。
【請求項３】
内部自己支持構造が少なくとも１つの支持ストラットを有する、請求項２記載のマンドレル。
【請求項４】
内部自己支持構造が少なくとも１つのスラスト又は環状リングを有する、請求項２又は３記載のマンドレル。
【請求項５】
内部支持構造が、外壁の金属材料と実質的に類似の金属材料から形成された、エンボス加工された又は波形のプレートである、請求項２から４までのいずれか１項記載のマンドレル。
【請求項６】
ガラスチューブ又はロッドを製造するためのマンドレルにおいて、
セラミック複合材料から成るボディ（１）と、
該ボディの少なくとも部分を包囲する外部金属材料ジャケット（２）とが設けられており、
セラミック複合材料が、前記ジャケットと実質的に類似の熱膨張係数を有することを特徴とする、ガラスチューブ又はロッドを製造するためのマンドレル。
【請求項７】
セラミック複合材料が、接着された材料である、請求項６記載のマンドレル。
【請求項８】
セラミック複合材料が、鋳込みスリップ材料である、請求項６又は７記載のマンドレル。
【請求項９】
セラミック複合材料が、ＭｇＯ−ＭｇＡｌ２Ｏ４を含む、請求項６から８までのいずれか１項記載のマンドレル。
【請求項１０】
ボディ（１）及び金属ジャケット（２）が、少なくとも実質的に円筒形状を備えた部分を含む、請求項６から９までのいずれか１項記載のマンドレル。
【請求項１１】
ボディ（１）及び金属ジャケット（２）が、少なくとも円錐形状を備えた部分を含む、請求項６から１０までのいずれか１項記載のマンドレル。
【請求項１２】
ボディ（１）及び金属ジャケット（２）の全体が円錐形状を有する、請求項６から１１までのいずれか１項記載のマンドレル。
【請求項１３】
ボディ（１）及び金属ジャケット（２）が、後端部において円筒形であり、前端部において円錐形である、請求項６から１２までのいずれか１項記載のマンドレル。
【請求項１４】
マンドレル（４２）が、後端部において、ボディ（１）とジャケット（２２）との間の緊密な嵌合を保証するように適合されたバイアス手段を有する、請求項１から１３までのいずれか１項記載のマンドレル。
【請求項１５】
マンドレル（４２）がその長手方向軸線に沿って軸方向で対称的である、請求項１から１４までのいずれか１項記載のマンドレル。
【請求項１６】
マンドレル（４２）が、ダンナーブローパイプ／チューブ又はダンナースリーブである、請求項１から１５までのいずれか１項記載のマンドレル。
【請求項１７】
マンドレル（４２）が、ガスを通過させるための内部チャネルを提供しており、ガラスチューブの内面を少なくとも１つのガスによって処理することを許容する、請求項１から１６までのいずれか１項記載のマンドレル。
【請求項１８】
金属材料がＰＧＭ材料を含む、請求項１から１７までのいずれか１項記載のマンドレル。
【請求項１９】
金属材料がプラチナ合金を含む、請求項１から１８までのいずれか１項記載のマンドレル。
【請求項２０】
金属材料が、粒子分散強化プラチナ合金を含む、請求項１から１９までのいずれか１項記載のマンドレル。
【請求項２１】
金属材料が、０．１〜０．５、より好適には０．１６重量％のジルコニウム及び／又は酸化イットリウムを含む、請求項２０記載のマンドレル。
【請求項２２】
金属材料ジャケットがコーティングを含み、該コーティングが、製造されているチューブの内面と接触すると解放され、該内面に蓄積し、これにより該内面上にコーティングを形成する、請求項１から２１までのいずれか１項記載のマンドレル。
【請求項２３】
マンドレル（４２）がガラス材料の流れ方向に関して前端部及び後端部を有しており、後端部から前端部までの直径が等しく円錐形である又は減少している、請求項１から２２までのいずれか１項記載のマンドレル。
【請求項２４】
マンドレル（４２）が、本質的に前端部において、前記軸線を中心にしてマンドレルを回転させるように適合された定置の軸受を有している、請求項１から２３までのいずれか１項記載のマンドレル。
【請求項２５】
マンドレル（４２）が、本質的に後端部において、前記軸線を中心にしてマンドレル（４２）を回転させるように適合された浮動軸受を有している、請求項１から２４までのいずれか１項記載のマンドレル。
【請求項２６】
バイアス手段が少なくとも１つのばね（６）を含む、請求項１から２５記載のマンドレル。
【請求項２７】
請求項１から２６までのいずれか１項記載のダンナーブローチューブを用いてガラスロッド又はチューブを製造するためのシステムにおいて、さらに、ガラスフィルムを形成するためにガラスの流れをダンナーブローパイプの表面に該ダンナーブローパイプの一方の端部において比較的高い温度で提供するためのノズルが設けられており、前記ガラスフィルムが他方の端部においてチューブの形式で除去される又は引き出されるようになっていることを特徴とする、システム。
【請求項２８】
請求項１から２７までのいずれか１項記載のダンナーブローチューブを用いてガラスチューブ又はロッドを製造するための方法。
【請求項２９】
ガラスチューブ又はロッドを製造するための、請求項１から２８までのいずれか１項記載のマンドレル、システム及び／又は方法の使用。
【請求項３０】
ダンナー法のための請求項２９記載の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスチューブ又はロッドを製造するための、特にベロー法、Ａドローイング方法、及び好適にはダンナー法のためのマンドレルに関する。
【０００２】
ガラスチューブ又はロッドを製造するための一般的に使用される方法はベロー法である。熔融ガラスが炉から槽へ流れ、この槽内には、中空の垂直なマンドレル、すなわちベローニードルが取り付けられているか、又はオリフィスリングによって包囲されたベルが取り付けられている。ガラスは、ベルとリングとの間の環状の空間を流過し、ローラの列を越えてドローイングマシンへ移動する。チュービングは、中空の先端部を備えたベルに空気を通流させることによって形成され、ロッドは、中実の先端部を備えたベルを使用することによって製造される。チューブはまず垂直に下方へ流れ、次いで水平に逸らされ、（ダンナー法におけるような）重力ローラコンベヤを介して機械的に引かれ、冷却され、所定の長さに切断される。
【０００３】
Ａドローイング法（ダウンドロー法）において、熔融ガラスは既にフィーダからチューブ状に流れる。なぜならば、熔融ガラスは円筒状の型を通って出てくるからである。熔融ガラスはドローイングツール、マンドレル、ここではＡドローイングニードルの上を流れ、そこでガラスはチューブに形成される。この方法において、オペレーションは空気を用いて行われることができる。チューブは垂直に下方へ流れ、約３００℃の温度において変向なしに所定の長さに裁断される。
【０００４】
ダンナー法は、ガラスチュービング及びロッドの連続的な製造のために開発された。ダンナー法において、僅かに傾斜された、低速で回転するチューブ、すなわちダンナーマンドレルにおいて、熔融ガラスの連続的なストランドが蓄積し、前記ダンナーマンドレルはドローイングツールとして使用される。マンドレルの下端部、すなわちマンドレルのヘッドにおいて、ガラスはチューブを形成しながら引かれ、一方、マンドレルの中空のシャフトを通じて空気又はガスを供給することによってキャビティが形成される。水平方向への変向の後、固化されたチューブは重力ローラコンベヤを介してドローイングマシンへ移動し、ドローイングマシンの背後においてチューブ区分への分離がチョッピングによって行われる。チューブの内側のさらなるコーティングは例えば米国特許第６５９５０２９号明細書に記載されており、この明細書は、コーティングされたマンドレルに関し、引用により本明細書に記載されたものとする。
【０００５】
前記方法は極めて高い温度において作動するので、マンドレルは耐熱性でなければならない。さらに、ガラスがマンドレルに供給される、マンドレル、特にダンナーブローパイプの後端部と、ガラスが除去される又は引き離される前端部との温度勾配は、３００〜４００Ｋの範囲である。典型的なセラミックマンドレル、又はセラミック表面を備えたマンドレルは、ガラスタイプと処理温度とに依存した極めて短い寿命しか提供しない。さらに、セラミックマンドレルの使用はガラスチューブを不純にするおそれがある。ステンレス鋼でコーティング又は被覆されたセラミックマンドレルを用いる択一例は、異なる材料の間の高い応力につながり、このことは、特に、異なる熱膨張係数を有する複合製品のために、表面のバックリング又はワーピングを生じる。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、改良されたマンドレルと、個々の方法とを提供することである。この目的は個々の請求項の特徴によって達成される。
【０００７】
耐熱性のプラチナ材料を含む金属表面を備えたマンドレルを提供することは利点であり、この場合、異なる熱膨張による望ましくない応力が回避される。
【０００８】
本発明のマンドレルは好適にはダンナーブローパイプ／チューブ又はダンナースリーブである。本発明の実施形態によれば、ガラスチューブ又はロッドを製造するためのマンドレルは、自己支持金属材料ジャケットを有している。このことは、異なる熱膨張係数を有する複合製品において生じる欠点を回避することができる。自己支持構造の結果、絶縁材料はジャケットの内部に導入されることができ、この場合、絶縁材料は、必ずしも金属ジャケットと同じ熱膨張係数を有しているわけではない。このことは、金属ジャケットと同じ熱膨張係数を有さなければならないその他の材料と比較してより優れた絶縁を提供する。
【０００９】
自己支持金属ジャケットは好適には、外壁と、内部自己支持構造とを有する。好適には、内部自己支持構造は少なくとも１つの支持ストラットを有している。内部自己支持構造が少なくとも１つのスラスト又は環状リングを有していることはさらに好適である。内部自己支持構造が、外壁の金属材料と実質的に同じ金属材料又は同じ膨張係数を有する材料から形成された、エンボス加工された又は波形のプレートであることはさらに好適である。
【００１０】
本発明の別の実施形態によれば、ガラスチューブ又はロッドを製造するためのマンドレルはボディを有しており、ボディはセラミック複合材料から成り、さらに前記ボディの少なくとも部分を包囲する外部金属材料ジャケットを有しており、セラミック複合材料は前記ジャケットの金属材料と実質的に同じ熱膨張係数を有している。
【００１１】
セラミック複合材料が接着された材料であることはさらに好適である。好適には、セラミック複合材料が鋳込みスリップ材料であり、セラミック複合材料がＭｇＯ−ＭｇＡｌ２Ｏ４から成るとさらに好適である。
【００１２】
ボディ及び金属ジャケットが、少なくとも、実質的に円筒状の部分を有するとさらに好適である。ボディ及び金属ジャケットが、少なくとも、円錐形の部分を有すると好適である。ボディ及び金属ジャケットの全体が円錐形であると好適である。ボディ及び金属ジャケットが、後端部において円筒状であり、前端部において円錐形であるとさらに好適である。
【００１３】
本発明のマンドレルは好適にはダンナー法のために使用され、マンドレルは好適にはガスを通過させるための内部チャネルを提供し、ガラスチューブの内面をガスを用いて処理する。
【００１４】
金属材料ジャケットが、チューブの内面との接触に基づき解放されるコーティングを有するとさらに好適である。このことは、チューブの内面にコーティングを生ぜしめかつ蓄積させる。
【００１５】
マンドレルの後端部から前端部までの直径は等しく円錐であるか又は直径が減少していることはさらに好ましく、この場合、マンドレルの前端部及び後端部はガラス材料の流れ方向に関して規定される。マンドレルは通常使用時に回転しているので、マンドレルは好適には長手方向軸線に沿って軸方向で対称的である。マンドレルは、前端部において、マンドレルを長手方向軸線を中心に回転させるための定置の軸受を有していることはさらに好適である。マンドレルが、実質的に後端部において、マンドレルを長手方向軸線を中心に回転させるための浮動軸受を有していることはさらに好適である。
【００１６】
マンドレルがセラミック複合ボディから成る場合、マンドレルが後端部において、ボディとジャケットとの緊密な嵌め合いを保証するためのバイアス手段を有していることはさらに好適である。好適にはバイアス手段は少なくとも１つのばねから成る。
【００１７】
本発明は、ダンナーブローチューブを用いてガラスロッド又はチューブを製造するためのシステムに関しており、ガラスフィルムを形成するために比較的高い温度において前記ブローパイプの一端においてダンナーブローパイプの表面にガラスの流れを排出するためのノズルをさらに有しており、ガラスフィルムは、チューブの形式で他方の端部において除去される又は引かれる。
【００１８】
ガラスチューブ又はロッドの前記製造方法は、全てのシステムコンポーネントに極端な化学的及び物理的応力を課す高い温度を要求するので、本発明は好適にはプラチナ材料を使用し、このプラチナ材料は、セラミック材料よりも著しく耐性であるという利点を有する。
【００１９】
好適には、金属材料はＰＧＭ材料を含む。金属材料がプラチナ合金を含むとさらに好適である。金属材料が粒子分散強化（ＯＤＳ）プラチナ合金を含むことはさらに好適である。金属材料は、０．１〜０．５、より好適には０．１６重量％のジルコニウム及び／又は酸化イットリウムを含むことはさらに好適である。
【００２０】
プラチナ材料から形成されたシステムは、長期に亘って均一なハイクオリティーな条件下での連続的なガラス製造を許容する。このことは、長寿命、高い経済効率、優れたガラス品質を保証する。好適な金属材料は、Ｐｔ、Ｐｔ合金、及びＯＤＳ（粒子分散強化）−Ｐｔ材料、例えばＦＫＳ・Ｐｔ（“ＦＫＳ”＝ドイツ語FeinKornStabilisiert＝分散硬化の短縮形）材料であり、このＦＫＳ・Ｐｔは特別なセラミックコンポーネントのコーティングのために使用されることもできる。プラチナの使用はさらに以下の利点を提供する：可溶性及び不溶性異物による熔融ガラスの汚染がない；攻撃的な熔融ガラス（例えば色釉、特殊ガラス）に対する高い化学的耐性；熔融ガラスのよりよい化学的均質性；作動温度（約１６５０℃まで）の大きな柔軟性による熔融ガラスの処理に適した均質性。さらに、正確な成形及び、プロセシングのための一定の品質使用が、プラチナ成分の高い精度により可能である。
【００２１】
本発明によるマンドレルは、熔融ガラスと接触する、ガラスチューブ成形のためのマンドレルの特に降下した表面を提供することによって、熔融ガラスによる侵食に対する優れた耐性を有する。
【００２２】
本発明はさらに、添付の図面に関連して説明される。図面において同一の部材は同じ参照符号を有する。
【００２３】
図１は、本発明の実施形態の側面図である。
【００２４】
図２は、本発明の別の実施形態の側面図である。
【００２５】
図３は、本発明のさらに別の実施形態の側面図である。
【００２６】
図４は、本発明の別の実施形態の側面図である。
【００２７】
ここで図を参照すると、図１には本発明の態様によるマンドレル４２が示されている。マンドレル４２は、セラミック複合材料から形成されたボディ１を有しており、このボディは外部金属材料ジャケット２によって包囲されており、この外部金属材料ジャケットは、前記セラミック複合材料のボディ１の少なくとも一部、好適には主要部分を包囲している。セラミック複合材料ボディ１はジャケット２の金属材料と実質的に同じ熱膨張係数を有している。好適な金属材料は、ＰＧＭ（プラチナ群材料）、より好適にはＯＤＳプラチナのグループであり、使用されるセラミック複合材料は前記プラチナと実質的に同じ熱膨張係数を有している。調整可能な熱膨張係数を有するセラミック材料の例は、ＭｇＯ−ＭｇＡｌ２Ｏ４を含むスピネル材料である。これらのセラミック複合材料は、９×１０−６Ｋ−１〜１５×１０−６Ｋ−１、より好ましくは１０×１０−６Ｋ−１〜１２×１０−６Ｋ−１の熱膨張係数αを有する、接着された材料又は鋳込みスリップ材料であることができる。図１の実施形態のボディ１及び金属ジャケット２は、好適には後側において円筒形を有しており、また、前端における管引きプロセスを助ける、前端に円錐形を備えた部分を有している。
【００２８】
図１〜図４に示されたように、本発明によるマンドレルの実施形態のこれらの例は長手方向軸線Ｘに沿って軸方向で対称的である。さらに、これらの実施形態は、ガスを通過させるための内部中空チャネルを備えたチューブ３を有しており、このチューブは、チューブ製造プロセスを補助するか、又は特殊ガスによるチューブ内面の処理を許容する。ガラスチューブの内面を処理するための別の可能性は、金属ジャケット２のコーティングであり、このコーティングは、製造されているチューブのための表面の内側と接触すると、解放され、その内面に蓄積し、これによりガラス表面にコーティングを提供する。ダンナー法においてマンドレルは回転しているので、図１〜図４に示された全ての実施形態は軸受を有しており、この軸受は、長手方向軸線Ｘを中心にしたマンドレルの回転を許容する。示された全ての実施形態において、前端及び後端はガラスの流れ方向に関して規定されている。マンドレルは好適には、マンドレルの前側部分において定置の軸受４を有しており、後端部には浮動軸受５を有している。浮動軸受５により、マンドレルは、望ましくない応力を生じることなく長手方向軸線に沿って膨張することができる。図１に示された第１の実施形態は、さらに、ばねの形式のバイアス手段６を有しており、このバイアス手段はボディ１と金属ジャケットとの間の緊密な嵌合を保証する。
【００２９】
図２は、自己支持構造を備えた本発明の実施形態に関する。自己支持構造により、金属ジャケット２２の内側にはセラミックボディが必要とされない。自己支持金属ジャケット２２は、ガラス製造プロセスの間の熱及び力に抵抗するように十分に剛性の金属層を有している。剛性はさらに付加的な内部自己支持構造によって高められる。この内部自己支持構造は少なくとも１つの支持ストラットを有している。支持ストラットは好適には同じ材料から形成されているか、又は少なくとも類似の材料及び／又は金属ジャケットと同じ膨張係数を有する材料から形成されている。発明の別の態様によれば、自己支持構造は付加的に又は択一的に少なくとも１つのスラスト及び／又は少なくとも１つの環状リング２１を有している。再び、これらの自己支持コンポーネントは好適には金属ジャケットと類似の熱膨張係数を有している。ジャケット及び支持構造のために同じ材料が使用されている場合、マンドレルは一体的に製造されることもあり、このことは製造プロセスに関して別の利点を有する場合がある。
【００３０】
自己支持実施形態の場合、有利には、チューブ３と金属ジャケット２２との間に熱絶縁材料が導入されることもあり、このことは、セラミック材料よりも優れた絶縁を提供する。
【００３１】
図３に示された別の好適な実施形態によれば、内部支持構造は、金属材料から形成された、エンボス加工された又は波形のプレート７を有している。支持構造の金属は好適には金属ジャケットと類似の熱膨張係数を有している。好適には、支持構造の金属は外壁の金属材料と実質的に類似である。自己支持マンドレルの別の好適な実施形態が図４に示されている。この実施形態において、マンドレルは、マンドレルの直径が後端部から前端部へ円錐形に若しくは連続的に減少するように形成されている。
【００３２】
上の詳細な説明は、本発明の好適な実施形態を例示することだけが意図されている。請求項に示されたような発明の範囲を限定することは意図されていない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態の側面図である。
【図２】本発明の別の実施形態の側面図である。
【図３】本発明のさらに別の実施形態の側面図である。
【図４】本発明の別の実施形態の側面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  ボディ、  ２  ジャケット、  ３  チューブ、  ４  軸受、  ５  浮動軸受、  ６  バイアス手段、  ７  プレート、  ２１  環状リング、  ２２  金属ジャケット、  ４２  マンドレル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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