(57)【要約】  【課題】  ガラス材の表面状態を維持しつつ、ガラス材と相似形状を有する小さな断面に成形することができるガラス材の成形方法を提供する。  【解決手段】  図中１０はリドロー成形前の母材であり、母材１０の断面は成形したい形状と相似する断面形状を有しており、母材１０の一方の端部は母材フォルダ２０に固定されている。そして、母材フォルダ２０が鉛直方向に降下させることにより、母材１０は、その経路に配置された加熱ヒータ３０にて、その粘度が１０6 〜１０8 ポアズを呈する領域に加熱される。そして、さらに下方に設けた引っ張りローラ４０により引っ張られることにより、母材１０と相似形状の断面を有する細材１１に成形される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス材をリドロー成形法により熱延するに際し、ガラス材を加熱して所定の粘度にするとともに、ガラス材の引っ張り速度を制御することにより、ガラス材を成形するガラス材の成形方法において、
前記所定の粘度が、１０6 〜１０8 ポアズであることを特徴とするガラス材の成形方法。
【請求項２】
ガラス材を所望の形状と相似する断面形状に予め成形し、
成形したガラス材をリドロー成形法により、所望の形状に成形することを特徴とする請求項１に記載のガラス材の成形方法。
【請求項３】
前記ガラス材は管状のガラス管であり、
該ガラス管の両端を加熱して内部に気体を封入する工程と、
気体を封入したガラス管を、内面が所望の形状に加工された鋳型に配置する工程と、
前記ガラス管の内部圧より低い圧力下にて、ガラスの軟化点まで加熱する工程とを備え、
前記ガラス管を鋳型の内面の形状に予め成形することを特徴とする請求項２に記載のガラス材の成形方法。
【請求項４】
前記ガラス材は管状のガラス管であり、
該ガラス管の内側に、外面が所望の形状に加工されたマンドレルを配置する工程と、
マンドレルを配置したガラス管の両端を加熱して封止する工程と、
封止したガラス管の内部圧より高い圧力下にて、ガラスの軟化点まで加熱する工程とを備え、
前記ガラス管をマンドレルの外面の形状に予め成形することを特徴とする請求項２に記載のガラス材の成形方法。
【請求項５】
ガラス材を回転することにより、ガラス材にスパイラル加工を施すことを特徴とする請求項１に記載のガラス材の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガラス材の成形方法に関し、より具体的にはガラス材を小さな断面に成形するガラス材の成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置の普及には目覚ましいものがあるが、液晶表示装置の重要品質である輝度（明るさ）を向上する手段の一つとしてバックライトの高効率化があげられる。バックライトは、蛍光体材料を塗布したガラス管内にＸｅ等を含有する放電ガスが封入されており、ガラス管内で放電を発生させ、この放電によって放電ガス中のＸｅと衝突して紫外線が放出し、放出した紫外線は蛍光体材料にて可視光に励起されて発光する照明装置である。バックライト用のガラス管には、バックライトを薄型にするために外径寸法の小さなガラス管が用いられる。
【０００３】
また、複数のガス放電管を並列に配置して、画像を表示する表示装置が知られている。この表示装置用のガス放電管には、直径０．５〜５．０ｍｍ程度のガラス管が用いられる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
ところで、ガラス管を成形する方法の一つとしてリドロー成形法があり、断面が大きなガラス管（母材）から小さなガラス管に成形する方法として広く知られている（例えば、特許文献２参照。）。リドロー成形法は、標準管又は標準管を加工したものを母材にして、母材の一方の端部を母材ホルダに固定しておき、加熱ヒータにて他方の端部から順に加熱するとともに、引っ張りローラを利用して母材の長軸方向に延伸して、より断面の小さなガラス管に成形するというものである。
【特許文献１】特開２００３−８６１４１号公報
【特許文献２】特開２００３−９２０５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のリドロー成形法では、加熱温度が低すぎるとガラスが高粘度となり、連続した均一成形が困難となり、場合によってはガラス管が引きちぎられ、逆に加熱温度が高すぎると低粘度となり、加熱された領域においてガラス管の不規則変形が生じ、母材の表面状態及び形状が維持できず相似形状を有するガラス管が得られないという問題があった。
【０００６】
また、ガラス管の断面形状を従来のような円形ではなく四角形、楕円形等に成形することにより、バックライトの輝度をさらに向上させることができるが、従来のリドロー成形法では、断面形状が四角形、楕円形等のガラス管を高精度かつ安価に成形することは困難であった。
【０００７】
本発明者らは、様々な温度条件でガラス管をリドロー成形し、成形したガラス管の形状を調べた結果、ガラス管の粘度が１０6 ポアズ（Poise）より低い領域では不規則な変形が生じ、完全な相似形状を有するガラス管に成形することができず、ガラス管の粘度が１０8 ポアズより高い領域ではガラス管が硬すぎて延伸が困難となるが、ガラス管の粘度が１０6 〜１０8 ポアズを呈する領域まで加熱するとともに、引っ張り速度を制御すれば、表面状態を維持しつつ、完全な相似形状を有するガラス管に成形できることを見出した。
【０００８】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、ガラス材を加熱して粘度が１０6 〜１０8 ポアズとなる領域にてリドロー成形することにより、ガラス材の表面状態を維持しつつ、ガラス材と相似形状を有する小さな断面に成形することができるガラス材の成形方法の提供を目的とする。
【０００９】
また本発明は、その断面が円形のみならず所望する形状と相似する形状にガラス材を予め成形し、成形したガラス材を加熱して粘度が１０6 〜１０8 ポアズとなる領域にてリドロー成形することにより、ガラス材の表面状態を維持しつつ、所望の形状に成形することができるガラス材の成形方法の提供を目的とする。
【００１０】
さらに本発明は、ガラス材を回転しながら、粘度が１０6 〜１０8 ポアズとなる領域にてリドロー形成することにより、カラス材にスパイラル加工を施すことができるガラス材の成形方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１発明に係るガラス材の成形方法は、ガラス材をリドロー成形法により熱延するに際し、ガラス材を加熱して所定の粘度にするとともに、ガラス材の引っ張り速度を制御することにより、ガラス材を成形するガラス材の成形方法において、前記所定の粘度が、１０6 〜１０8 ポアズであることを特徴とする。
【００１２】
第１発明に係るガラス材の成形方法にあっては、その粘度が１０6 〜１０8 ポアズを呈する領域までガラス材を加熱し、該領域にてガラス材を延伸する。この領域にてガラス材を延伸することにより、均一性に優れた小さな断面を有するガラス材が高精度かつ安価に成形される。
【００１３】
第２発明に係るガラス材の成形方法は、第１発明において、ガラス材を所望の形状と相似する断面形状に予め成形し、成形したガラス材をリドロー成形法により、所望の形状に成形することを特徴とする。
【００１４】
第２発明に係るガラス材の成形方法にあっては、まず、ガラス材を所望する形状と相似する断面形状に予め成形し、次に、成形したガラス材を、その粘度が１０6 〜１０8 ポアズとなる領域まで加熱し、該領域にてガラス材を延伸して表面状態を継承する相似形状に成形する。これにより、リドロー成形前のガラス材は断面が大きいために成形（加工）が容易であるため、リドロー成形前に、所望の形状と相似する形状にガラス材を加工すればよい。
【００１５】
第３発明に係るガラス材の成形方法は、第２発明において、前記ガラス材は管状のガラス管であり、該ガラス管の両端を加熱して内部に気体を封入する工程と、気体を封入したガラス管を、内面が所望の形状に加工された鋳型に配置する工程と、前記ガラス管の内部圧より低い圧力下にて、ガラスの軟化点まで加熱する工程とを備え、前記ガラス管を鋳型の内面の形状に予め成形することを特徴とする。
【００１６】
第３発明に係るガラス材の成形方法にあっては、ガラス材が管状のガラス管の場合に、ガラス管の両端を加熱して内部に気体を封入し、気体を封入したガラス管を、内面が所望の形状に加工された鋳型に配置し、ガラス管の内部圧より低い圧力下にて、ガラスの軟化点まで加熱する。これにより、ガラス管の温度が上昇するにしたがってガラス管を構成するガラスの管壁が軟化し、ガラス管内外の圧力差によって、管壁が鋳型の内面方向に膨張してガラス管は鋳型の内面の形状に成形される。
【００１７】
第４発明に係るガラス材の成形方法は、第２発明において、前記ガラス材は管状のガラス管であり、該ガラス管の内側に、外面が所望の形状に加工されたマンドレルを配置する工程と、マンドレルを配置したガラス管の両端を加熱して封止する工程と、封止したガラス管の内部圧より高い圧力下にて、ガラスの軟化点まで加熱する工程とを備え、前記ガラス管をマンドレルの外面の形状に予め成形することを特徴とする。
【００１８】
第４発明に係るガラス材の成形方法にあっては、ガラス材が管状のガラス管の場合に、ガラス管の内側に、外面が所望の形状に加工されたマンドレルを配置し、マンドレルを配置したガラス管の両端を加熱して封止し、封止したガラス管の内部圧より高い圧力下にて、ガラスの軟化点まで加熱する。これにより、ガラス管の温度が上昇するにしたがってガラス管を構成するガラスの管壁が軟化し、ガラス管内外の圧力差によって、管壁がマンドレルの外面方向に収縮してガラス管はマンドレルの外面の形状に成形される。
【００１９】
第５発明に係るガラス材の成形方法は、第１発明において、ガラス材を回転することにより、ガラス材にスパイラル加工を施すことを特徴とする。
【００２０】
第５発明に係るガラス材の成形方法にあっては、ガラス材を回転しながら、その粘度が１０6 〜１０8 ポアズとなる領域まで加熱し、該領域にてガラス材を延伸してガラス材に一様なスパイラル加工を施す。この領域では連続した均一成形が容易であり、スパイラル加工されたガラス材が高精度かつ安価に成形される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のガラス材の成形方法によれば、その粘度が１０6 〜１０8 ポアズを呈する領域までガラス材を加熱し、該領域にてガラス材を延伸することにより、均一性に優れた小さな断面を有するガラス材を高精度かつ安価に製造することができる。また、リドロー形成前のガラス材は断面が大きいために成形（加工）が容易であるため、リドロー成形前に、所望の形状と相似する形状にガラス材を予め加工し、加工したガラス材をリドロー形成法により熱延して、所望の形状を有するガラス材を製造することができる。または、ガラス材を回転しながらリドロー形成法により熱延すれば、スパイラル加工されたガラス材を製造することができる等、優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に係るガラス材の成形方法を説明するための説明図である。図中１０はリドロー成形前のガラス材（以下、母材という）であり、母材１０の断面（母材径φ１）は、成形したい形状と相似する断面形状を有する。なお、母材１０の加工方法の詳細については後述するが、母材径φ１が大きいために加工が容易であり、リドロー成形後での加工が困難な四角形状、楕円形状、半円形状等の形状に予め加工されている。
【００２４】
母材１０の一方の端部は母材フォルダ２０に固定され、母材フォルダ２０は降下速度Ｖ１で鉛直方向に降下するように設定されている。つまり、母材１０は、母材フォルダ２０により降下速度Ｖ１で降下する。なお、本実施形態では縦置きタイプを示したが、横置きタイプであってもよいことはいうまでもない。
【００２５】
そして、母材１０は、降下に際してその経路に配置された加熱ヒータ３０にて加熱される。加熱ヒータ３０は複数のバーナ３１，３１，…を備えており、各バーナ３１には図示しない温度センサが設けられている。温度センサは、バーナ３１により加熱される母材１０の当該位置における温度を検出する。また、加熱ヒータ３０には、図示しない制御部が接続されており、制御部は前述した温度センサにて検出した温度に基づいて、後述する粘度（図３）となるように各バーナ３１の出力を適宜調整する。より具体的には、燃焼ガスの量及び燃焼ガスに混合する酸素の割合を制御することにより、バーナ３１から発生する炎の大きさ及び温度を調整することができ、例えば、酸素の割合を高めた燃焼ガスを用いることにより当該位置における母材１０の温度を高めることができる。
【００２６】
このようにして、母材１０は加熱されて母材温度が軟化点を超過し、さらに下方に設けた引っ張りローラ４０により引っ張られることにより、断面が母材１０より小さいガラス材（以下、細材という）１１に成形される。引っ張りローラ４０は、半径Ｒの一対のローラ４０ａ，４０ｂから構成されている。また、引っ張りローラ４０には、図示しない制御部が接続されており、制御部は母材径φ１、細材径φ２、及び降下速度Ｖ１を用いて、引っ張り速度Ｖ２を、それ自体公知の計算式（Ｖ２＝Ｖ１×（φ１／φ２）2 …（式１））により算出して、引っ張りローラ４０の動作を制御する。より詳細には、各ローラ４０ａ，４０ｂは、その回転速度Ｖ３がＶ３＝Ｖ２／（２πＲ）となるように制御部により適宜調整される。
【００２７】
ところで、ガラスにはグリフィスフローと呼ばれる微細なクラックが無数に存在し、そのクラックの内の一つに力が集中すると、そこからクラックが伸長してガラスが破壊されるため、各ローラ４０ａ，４０ｂの細材１１との接触面が、細材１１の形状と合致するようなものを用いて、引っ張りローラ４０が細材１１に及ぼす力を分散させることが望ましい。
【００２８】
図２は引っ張りローラの上面図である。細材１１の断面形状が円形状である場合（図２（ａ））には、ローラ４０ａ，４０ｂをともに半円状を有する凹形状にし、細材１１の断面形状が半円形状である場合（図２（ｂ））には、ローラ４０ａを半円状を有する凹形状に、４０ｂを半円状を有する凸形状にすれば、引っ張りローラ４０が細材１１に及ぼす力を分散させることができる。もちろん、細材１１の断面形状が四角形、楕円形等の場合には、その外形に合うローラ４０ａ，４０ｂを用いればよい。
【００２９】
図３は本発明に係るガラス材の粘度変化の一例を示すグラフである。図中横軸は加熱ヒータ３０の入側を原点、母材の進行方向（本例では下方）を正方向と定義した場合のガラス材の位置を示し、縦軸は当該位置におけるガラス材の粘度を示す。なお、ガラス材の温度と粘度との関係は図４のグラフに示すように、その関係が一意性（ガラス材の粘度は温度が高くなるとともに減少する）を有するため、縦軸に温度ではなく粘度を示した。例えば、ホウケイ酸ガラス（ＳｉＯ2 −Ｂ2 Ｏ3 −Ｎａ2 Ｏ系）では略８００〜９５０℃の温度領域、ソーダ石灰ガラスでは略７００〜８５０℃の温度領域のときにガラス材の粘度が１０6 〜１０8 ポアズを呈する。
【００３０】
図示したグラフは、加熱ヒータ３０の炉長が３００ｍｍである場合の一例であり、加熱ヒータ３０による加熱により、加熱ヒータ３０の入側から１１０ｍｍ〜２５０ｍｍの領域にて、ガラス材を本発明に係る１０6 〜１０8 ポアズを呈する温度領域にさせることを特徴とする。
【００３１】
また、ガラス材を急激に加熱又は冷却すると、熱衝撃のためにガラス材が破壊する虞があるため、加熱ヒータ３０の入側から０ｍｍ〜１００ｍｍの領域にて穏やかに加熱する予熱領域と、加熱ヒータ３０の入側から２５０ｍｍ〜３００ｍｍの領域にて穏やかに冷却する徐冷領域とを設けている。
【００３２】
さらに、実際にガラスを軟化させる最高温度（最低粘度に相当する）のキープ温度領域Ｔを極力狭くするよう、急峻な温度分布を作ることが重要であり、本例では、キープ温度領域Ｔの幅を５０ｍｍにまで局在化させている。
【００３３】
このような粘度変化となるようにガラス材を加熱し、式１を満足するように降下速度Ｖ１及び引っ張り速度Ｖ２を制御することにより、ガラス材の粘度が１０6 〜１０8 ポアズを呈する領域において、細材径φ２がφ１／１０〜φ１（すなわち、相似比が１／１０〜１）となる母材１０と完全に相似形状を有するガラス材に成形することが可能であることを確認した。例えば、ホウケイ酸ガラス管（パイレックス管）の場合、３５〜４５ｍｍ／ｍｉｎの降下速度Ｖ１で母材１０を降下させ、３５００〜４５００ｍｍ／ｍｉｎの引っ張り速度Ｖ２で細材１１を引っ張り、略８００〜９５０℃の加熱温度にて加熱すれば、粘度が１０6 〜１０8 ポアズを呈することになり、母材径φ１に対し略１／１０の径を持つ任意形状の成形が可能であり、温度と引っ張り速度とを制御部により制御することにより極めて高い精度でリドロー成形を行うことができる。換言すれば、ガラス材の粘度が１０6 ポアズより低い場合には、ガラス材の不規則変形が生じ、リドロー成形された細材は、表面状態及び形状が維持できず相似形状とはならず、ガラス材の粘度が１０8 ポアズより高い場合には、ガラス材が硬すぎて延伸が困難となる。
【００３４】
次に、母材１０の加工方法について説明する。図５は本発明に係る母材の加工方法を説明するための説明図である。ここでは、一例として、パイレックス管（ガラス標準管）の断面を円形から四角形に加工する場合について説明することにする。
【００３５】
図５（ａ）は鋳型を用いて断面形状が四角形を有する母材を形成する方法である。まず、大気中にてガラス標準管５０の両端をバーナで加熱することにより、その両端を封止して内部空間を完全な気密状態にする。そして、内面を所望の形状（本例では四角形）に加工したカーボン、ＳｉＣ等の鋳型５１の中に、両端を封止したガラス標準管５０を配置し、真空炉内にてガラスが軟化する温度（軟化点）である６５０〜７５０℃まで加熱する。ガラス標準管５０の管内には大気が充填され、管外は真空状態であるため、温度が上昇するにしたがって管内の圧力が上昇するとともに、ガラス標準管５０を構成するガラスの管壁が軟化し、ガラス標準管５０の内外の圧力差によって、管壁が鋳型５１の内面方向（同図矢印）に膨張する。そして、ガラス標準管５０は鋳型５１の内面の形状に成形される。
【００３６】
図５（ｂ）はマンドレルを用いて断面形状が四角形を有する母材を形成する方法である。まず、外面を所望の形状（本例では四角形）に加工したカーボン、ＳｉＣ等のマンドレル５３をガラス標準管５２の管内に配置し、内部空間を完全な真空状態にてガラス標準管５２の両端を封止する。そして、真空状態にしたガラス標準管５２を大気炉にてガラスが軟化する温度（軟化点）である６５０〜７５０℃まで加熱する。ガラス標準管５２の管内は真空状態であり、管外には大気が充填されているため、温度が上昇するにしたがって管外の圧力が上昇するとともに、ガラス標準管５２を構成するガラスの管壁が軟化し、ガラス標準管５２の内外の圧力差によって、管壁がマンドレル５３の外面方向（同図矢印）に収縮する。そして、ガラス標準管５２はマンドレル５３の外面の形状に成形される。
【００３７】
このように、母材１０は細材１１より大きいために、成形用の鋳型５１又はマンドレル５３を用いた加工が容易であり、所望する形状を有する鋳型５１又はマンドレル５３を用いることにより、細材状態での加工が困難な四角形状、楕円形状、半円形状等の任意の形状に加工することができる。従って、このように任意の形状に加工した母材１０を、前述したリドロー形成法により延伸すれば、目的の形状を有する細材１１を高精度かつ安価に製造することができる。
【００３８】
（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２に係るガラス材の成形方法を説明するための説明図である。図中６０は棒状の母材であり、母材６０の一方の端部は母材フォルダ７０に固定され、母材フォルダ７０は降下速度Ｖ１で鉛直方向に降下するように設定されている。さらに、母材フォルダ７０は鉛直方向を軸に所定の回転速度で回転するように設定されている。
【００３９】
そして、母材６０は、降下に際してその経路に配置された加熱ヒータ３０にて加熱され、母材６０の温度が軟化点を超過し、さらに下方に設けた引っ張りローラ４０により引っ張られることにより細材６１に成形される。加熱ヒータ３０による加熱の際には、実施の形態１と同様に、その粘度が１０6 〜１０8 ポアズを呈する温度領域となるように各バーナ３１の出力を適宜調整する。その他の構成は図１と同様であるので、対応する部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４０】
このように、母材６０を１０6 〜１０8 ポアズとなる温度領域にさせるとともに、母材フォルダ７０を回転することにより、細材６１に一様なスパイラル加工を施すことができる。特に、この温度領域では、連続した均一成形が容易であり、スパイラル加工された細材を高精度かつ安価に製造することができる。
【００４１】
なお、各実施の形態では、母材ホルダー２０が降下速度Ｖ１で鉛直方向に降下して、母材１０（６０）が加熱ヒータ３０により順次加熱される形態について説明したが、母材ホルダーが固定され、加熱ヒータが鉛直方向に上昇して母材を下端から順次加熱するような形態であってもよいことはいうまでもない。
【００４２】
また、ガラス材としては、実施の形態で示したホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラスに限定されるものではなく、鉛ガラス、石英ガラス等のガラス材一般においても、その粘度が１０6 〜１０8 ポアズとなる温度領域にさせることにより、所望する形状のものを高精度かつ安価に製造することができる。
【００４３】
近年、ガラスチップの中にマイクロマシン技術により微細な流路を形成し、その流路における試薬の流れを利用してＤＮＡ分析及び血液分析を行ったり、様々な物質の反応及び合成を行うマイクロチップが盛んに研究されており、そのチップへの定速注液機構の実現が強く望まれている。本発明に係る成形方法によれば、任意の径を有する細材６１（ガラス棒）の表面に一様なスパイラル加工を施すことができるため、図７に示すように、この細材６１の表面にチューブ８１を高精度で嵌合することにより、細材６１とチューブ８１とから生じるスパイラル状の孔８２の断面を一様にでき、試薬を一様な速度で流せる注液ポンプ８０を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態１に係るガラス材の成形方法を説明するための説明図である。
【図２】引っ張りローラの上面図である。
【図３】本発明に係るガラス材の粘度変化の一例を示すグラフである。
【図４】ガラス材の粘度特性を示すグラフである。
【図５】本発明に係る母材の加工方法を説明するための説明図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係るガラス材の成形方法を説明するための説明図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係るガラス材の成形方法により成形された細材（ガラス棒）を用いた注液ポンプの断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０，６０  母材
１１，６１  細材
２０，７０  母材フォルダ
３０  加熱ヒータ
３１  バーナ
４０  引っ張りローラ
４０ａ，４０ｂ  ローラ
５１  鋳型
５３  マンドレル
【図１】
2005053754.tif 000003
【図２】
2005053754.tif 000004
【図３】
2005053754.tif 000005
【図４】
2005053754.tif 000006
【図５】
2005053754.tif 000007
【図６】
2005053754.tif 000008
【図７】
2005053754.tif 000009