(57)【要約】【課題】管の屈曲予定部位をなるべく均一に加熱することができる屈曲加工装置を実現する。【解決手段】管１の長手方向一部を加熱、軟化させて該管１を屈曲させる屈曲加工装置であって、管１の長手方向一端を保持する第１の保持部２と、管１の長手方向他端を保持する第２の保持部３と、第１の保持部２と第２の保持部３の間に配置された発熱体４と、第１の保持部２と第２の保持部３の少なくとも一方を回動させる駆動機構とを有し、発熱体４は、管１の外径よりも幅広の開口部５を有する略Ｃ字状に折り曲げられたヒータ線６からなり、該ヒータ線６の一部は、開口部５の幅方向両側において、該開口部５の内側へ向けて折り曲げられて、対向する折曲げ部７を形成している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管の長手方向一部を加熱、軟化させて該管を屈曲させる屈曲加工装置であって、
前記管の長手方向一端を保持する第１の保持部と、
前記管の長手方向他端を保持する第２の保持部と、
前記第１の保持部と前記第２の保持部の間に配置された発熱体と、
前記第１の保持部と前記第２の保持部の少なくとも一方を回動させる駆動機構とを有し、
前記発熱体は、前記管の外径よりも幅広の開口部を有する略Ｃ字状に折り曲げられたヒータ線からなり、該ヒータ線の一部は、前記開口部の幅方向両側において、該開口部の内側へ向けて折り曲げられて、対向する折曲げ部を形成していることを特徴とする屈曲加工装置。
【請求項２】
対向する前記折曲げ部が、前記開口部から遠ざかるほど互いに離間するように傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の屈曲加工装置。
【請求項３】
管の長手方向一部を加熱、軟化させて該管を屈曲させる屈曲加工装置であって、
前記管の長手方向一端を保持する第１の保持部と、
前記管の長手方向他端を保持する第２の保持部と、
前記第１の保持部と前記第２の保持部の間に配置された発熱体と、
前記第１の保持部と前記第２の保持部の少なくとも一方を回動させる駆動機構とを有し、
前記発熱体は、前記管の外径よりも幅広の開口部を有する略Ｃ字状に折り曲げられたヒータ線からなり、該ヒータ線の一部は、前記開口部の幅方向両側において、該開口部の外側へ向けて折り曲げられて、対向する折曲げ部を形成していることを特徴とする屈曲加工装置。
【請求項４】
前記ヒータ線の前記折曲げ部を形成している部分の径と、他の部分の径とが異なることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の屈曲加工装置。
【請求項５】
前記ヒータ線の前記折曲げ部を形成している部分が、他の部分よりも大径であることを特徴とする請求項４に記載の屈曲加工装置。
【請求項６】
前記発熱体を囲むカバーを有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の屈曲加工装置。
【請求項７】
前記発熱体から発せられる熱を該発熱体に向けて反射する反射部材を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の屈曲加工装置。
【請求項８】
前記発熱体を被覆する被覆部材を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の屈曲加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス管や金属管などの各種管を屈曲させる加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蛍光ランプは、ガラス管が真っすぐな直管ランプと、ガラス管が屈曲している屈曲ランプに大別することができる。屈曲ランプのガラス管は、例えばＵ字形、Ｗ字形、コ字形、Ｌ字形などに屈曲加工されている。また、屈曲ランプの具体例として、液晶ディスプレイ装置のバックライトとして用いられる冷陰極蛍光ランプがある。さらに、冷陰極蛍光ランプが直下型のバックライトとして用いられる場合には、コ字形に屈曲した冷陰極蛍光ランプが液晶パネルの背面側に複数本配列される。また、冷陰極蛍光ランプがエッジライト型のバックライトとして用いられる場合には、Ｌ字形に屈曲した冷陰極蛍光ランプが導光板の周囲に配置される。近年では、上記冷陰極蛍光ランプを含む蛍光ランプの細管化が進み、外径が１〜８ｍｍ程度の薄肉のガラス管が使用される場合もある。
【０００３】
上記のような屈曲ランプを製造するためには、真っすぐなガラス管を所定の形状に屈曲させる必要がある。具体的には、直管状のガラス管における屈曲予定部位を加熱して軟化させた後に該ガラス管に外力を加えて屈曲させる必要がある。ガラス管の加熱には、ニクロム線やカンタル線などのヒータ線がコイル状に巻かれた発熱体（以下「コイル状ヒータ」という。）が用いられる。
【０００４】
特許文献１に、コイル状ヒータを用いたガラス管の屈曲加工方法が記載されている。特許文献１に記載されている屈曲加工方法では、まず直管状のガラス管がコイル状ヒータ内に挿通される。次に、ガラス管の一端が固定チャックにより固定され、他端がローラーチャックにより支持される。その後、コイル状ヒータへの給電が開始され、ガラス管の屈曲予定部位が加熱される。次いで、屈曲予定部位の温度が所定温度以上に上昇した後に、固定チャックがゆっくりと回動される。これにより、軟化している屈曲予定部位が屈曲される。
【０００５】
特許文献２には、図１２に示すように、ヒータ線５０が、ガラス管の屈曲予定部位を受け入れるための開口部５１を有する側面視略Ｃ字状に折り曲げられた発熱体（以下「Ｃ型ヒータ５２」という。）が記載されている。かかるＣ型ヒータ５２を用いれば、長尺のガラス管を、その屈曲予定部位が発熱体内に位置するまで該発熱体内に挿通させる作業が不要になる。すなわち、ガラス管の屈曲予定部位を図示されている開口部５１を通してＣ型ヒータ５２の内側にセットすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０６−２４３７８２号公報
【特許文献２】特許第３８９３１３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図１２に示すＣ型ヒータ５２のような発熱体を用いてガラス管や金属管などの屈曲予定部位を加熱すると、屈曲予定部位の温度に分布が生じる。具体的には、屈曲予定部位の、Ｃ型ヒータ５２の開口部５１に近い部分（第１の部分）の温度が開口部５１から離れた部分（第２の部分）の温度に比べて低くなる。そして、加工対象の管がガラス管である場合、屈曲開始時に第１の部分の温度が十分に上昇していないと、ガラス管が割れてしまう。一方、第１の部分の温度を十分に上昇させるためにヒータ出力を上げると、第２の部分の温度が過剰に上昇し、ガラス管が溶けてしまう。
【０００８】
上記温度分布を確認すべく次のような測定を行った。すなわち、図１３（ａ）に示すように、図１２に示すＣ型ヒータ５２の内側にガラス管５３の屈曲予定部位を配置して加熱し、屈曲予定部位の外周面上の４箇所（図中にａ〜ｄで示した箇所）の温度を測定した。図１３（ａ）中に“ａ”で示した箇所が上記第１の部分に相当し、“ｃ”で示した箇所が上記第２の部分に相当する。測定の結果、図１３（ａ）中に“ｃ”で示されている箇所（第２の部分）は、“ａ”で示されている箇所（第１の部分）に比べて195℃高く、図１３（ｂ）に示すような温度分布が見られた。
【０００９】
本発明の目的は、管の屈曲予定部位をなるべく均一に加熱する屈曲加工装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
コイル状ヒータおよびＣ型ヒータのガラス管に対する輻射熱は次式で表せる。
【００１１】
Q＝4.88（T/100）4AF
F＝1/2π[x/√（1＋x2）tan-1 （y/√（1＋x2））＋y/√（1＋y2）tan-1 x/√（1＋y2）] 
x＝a/c、y＝b/c 
T：コイルヒータの温度
A：輻射熱を受けるガラス管の面積
F：形態係数
a・b：ヒータ面の長さ、
c：ヒータからガラス管までの距離
上記式より、ヒータからガラス管までの距離が大きくなるほど、ガラス管に対する輻射熱は小さくなる。一方、ヒータからガラス管までの距離が小さくなるほど、ガラス管に対する輻射熱は大きくなる。よって、ヒータとその内側に配置されたガラス管との間の距離を部分的に変化させることによって、ガラス管の外周面上の温度分布の均一化を図ることができる。
【００１２】
例えば、Ｃ型ヒータを用いる場合、該ヒータから上記第１の部分までの距離を相対的に短くし、該ヒータから上記第２の部分までの距離を相対的に長くすることにより、第１の部分と第２の部分の温度差を一定範囲内に維持することができる。また、Ｃ型ヒータの開口部近傍における対流熱の拡散を防止することによっても、第１の部分と第２の部分の温度差を一定範囲内に維持することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、管の屈曲予定部位をなるべく均一に加熱することができる屈曲加工装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の屈曲加工装置の実施形態の一例を示す模式図であって、チャックが回動する前の状態の図である。
【図２】本発明の屈曲加工装置の実施形態の一例を示す模式図であって、チャックが回動した後の状態の図である。
【図３】（ａ）は図１に示すＣ型ヒータの拡大斜視図であり、（ｂ）は拡大断面図である。
【図４】図１に示すＣ型ヒータにガラス管をセットした状態の拡大断面図である。
【図５】ガラス管の温度測定の結果を示す図である。
【図６】図１に示すＣ型ヒータの変形例の一つを示す拡大斜視図である。
【図７】（ａ）は図６に示すＣ型ヒータにガラス管をセットした状態の断面図であり、（ｂ）はガラス管の温度測定の結果を示す図である。
【図８】図１に示すＣ型ヒータの変形例の他の一つを示す拡大斜視図である。
【図９】図１に示すＣ型ヒータの変形例の他の一つを示す拡大斜視図である。
【図１０】二つ以上のＣ型ヒータの配置状態の一例を示す側面図である。
【図１１】Ｃ型ヒータを覆うカバーの一例を示す模式図である。
【図１２】従来のＣ型ヒータを示す拡大斜視図である。
【図１３】（ａ）は図１２に示すＣ型ヒータにガラス管をセットした状態の断面図であり、（ｂ）はガラス管の温度測定の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の屈曲加工装置の実施形態の一例について図面を参照して詳細に説明する。本実施形態に係る屈曲加工装置は、蛍光ランプを構成するガラス管を屈曲させるための装置である。図１に示すように、本実施形態に係る屈曲加工装置は、ガラス管１の一端を保持するチャック２と、他端を保持するローラーチャック３と、二つのチャック２、３の間に配置されたＣ型ヒータ４と、Ｃ型ヒータ４の温度を制御するコントローラ（不図示）と、チャック２やＣ型ヒータ４を移動させるための駆動機構（不図示）とを少なくとも有する。
【００１６】
チャック２は、ガラス管１の端部を固定的に保持する。一方、ローラーチャック２は、ガラス管１の端部を該端部が軸線方向に移動可能なるように保持する。
【００１７】
コントローラは、予め設定されている温度プロファイルに従ってＣ型ヒータ４の温度を上下させる。チャック２は、Ｃ型ヒータ４にセットされたガラス管１の温度が所定温度以上に上昇した後に、図中の矢印方向に９０度移動（回動）する。これにより、図２に示すように、ガラス管１がＬ字形に曲げられる。なお、チャック２の回動量は任意に設定可能である。例えば、図１に示すチャック２を１８０度回動させれば、ガラス管１をＵ字形に曲げることもできる。
【００１８】
次に本発明の屈曲加工装置の特徴であるＣ型ヒータ４について詳細に説明する。図３（ａ）は、図１及び図２に示すＣ型ヒータ４の斜視図であり、同図（ｂ）は断面図である。
【００１９】
図３（ａ）（ｂ）に示すように、Ｃ型ヒータ４は、開口部５を有する略Ｃ字状に折り曲げられたヒータ線６からなる。さらに、ヒータ線６は、開口部５の幅方向両側において内側に曲げられ、折曲げ部７を形成している。ここで、開口部５の幅はガラス管１の外径よりも広い。よって、開口部５を通してガラス管１をＣ型ヒータ４の巻線部内にセットすることができる。また、Ｃ型ヒータ４の巻線部内にセットされているガラス管１を、開口部５を通して巻線部外に取り出すことができる。要するに、ガラス管１をその軸線方向に移動させてＣ型ヒータ４の内側に挿通させたり、Ｃ型ヒータ４から引き抜いたりする必要はない。
【００２０】
図４にＣ型ヒータ４の各部の寸法を示す。図４に示すように、Ｃ型ヒータ４の直径（Ｄ）は１０mm、開口部５の幅（Ｗ）は５mm、折曲げ部７の長さ（Ｌ）は３mmである。
【００２１】
図４に示すように、Ｃ型ヒータ４の内側にガラス管１をセットして加熱し、ガラス管１の外周面上の４箇所（図中にａ〜ｄで示した箇所）の温度を測定したところ、図５に示すような温度分布が見られた。図５と図１３（ｂ）を比較することにより、ガラス管１の温度のバラツキが改善されていることが理解できるはずである。
【００２２】
図６に、Ｃ型ヒータ４の変形例の一つを示す。図６に示すＣ型ヒータ４では、折曲げ部７が外側に曲げられている。図７（ａ）に示すように、図６に示すＣ型ヒータ４の内側にガラス管１をセットして加熱し、ガラス管１の外周面上の４箇所（図中にａ〜ｄで示した箇所）の温度を測定したところ、同図（ｂ）に示すような温度分布が見られた。図７（ｂ）と図１３（ｂ）を比較することにより、図６に示すＣ型ヒータ４を用いた場合にも、ガラス管１の温度のバラツキが改善されることが理解できるはずである。
【００２３】
図８に、Ｃ型ヒータ４の変形例の他の一つを示す。図８に示すＣ型ヒータ４は、折曲げ部７が内側に曲げられている点において図３に示すＣ型ヒータ４と共通している。しかし、図８に示すＣ型ヒータ４では、折曲げ部７が開口部５の幅方向外側に向けて曲げられている。換言すれば、対向する折曲げ部７が互いに離間するように、外向きに曲げられている。結果、図８に示すＣ型ヒータ４の内側にガラス管１をセットすると、折曲げ部７からガラス管１までの距離が、図３示すＣ型ヒータ４の内側にガラス管１をセットした場合に比べて長くなる。
【００２４】
図９に、Ｃ型ヒータ４の変形例の他の一つを示す。図９に示すＣ型ヒータ４は、折曲げ部７が内側に曲げられている点において図３に示すＣ型ヒータ４と共通している。しかし、図９に示すＣ型ヒータ４では、ヒータ線６のうち、折曲げ部７を形成している部分が他の部分に比べて太い。したがって、図９に示すＣ型ヒータ４においては、折曲げ部７の発熱量が他の部分のそれに比べて大きい。結果、図９に示すＣ型ヒータ４の内側にガラス管１をセットすると、折曲げ部７の近傍に位置する上記第１の部分に対する輻射熱が、上記第２の部分を含む他の部分に対する輻射熱に比べて大きくなる。
【００２５】
本発明の屈曲加工装置に用いられるＣ型ヒータの数は一つに限られない。例えば、図１０に示すように、２つ以上のＣ型ヒータ４ａ、４ｂを並列させることもできる。この場合、２本以上のガラス管を同時に加熱することが可能となり、生産性が向上する。なお、図１０には図３に示すＣ型ヒータ４と同一形状のヒータを並列させた場合を図示したが、図６、図８、図９に示すＣ型ヒータ４と同一形状のヒータを並列させることもできる。
【００２６】
本発明の屈曲加工装置には、Ｃ型ヒータを取り囲むカバーを設けることもできる。例えば、図１１に示すように、箱型のカバー１０内にＣ型ヒータ４を配置してよい。この場合、自然対流熱をガラス管１の加熱に有効活用することによって、Ｃ型ヒータ４の温度を低く設定することができる。結果として、ガラス管１の温度を均一にすると共にＣ型ヒータ４の寿命を延ばすことができる。一般的に、ヒータ線を用いたヒータは可能な限り低温で使用した方が、寿命が延びる。例えばカンタル線では1350℃以上の高温で使用すると極端に寿命が短くなる。カバー１０の材料は金属でもよいし、ガラスでもよい。ガラスの反射率は５％程度と一般的に低く、落下時に破損してしまうデメリットがあるが、ガラス管１が屈曲する様子を目視で確認できるというメリットがある。
【００２７】
本件発明者が行った測定では、３０秒間連続してガラス管を加熱した場合、カバーなしでは501℃、ガラスカバーありでは524℃、アルミカバーありでは528℃までガラス管の温度が上昇した。ガラスカバーによって23℃、アルミカバーによって27℃の加熱力がアップした。
【００２８】
輻射熱を反射させるために、反射率の高い材料からなる反射部材をＣ型ヒータの周囲に配置してもよい。反射部材の材料としては、金属やセラミックスが考えられる。セラミックは金属に比べて一般的に高価だが、ヒータが熱変形して反射部材に接触してもショートが発生しないメリットがある。金属やセラミックスからなる反射部材に金メッキ処理を施してもよい。金はイオン化傾向が全金属中で最小であり、反応性が低いために、熱・湿気・酸素・その他ほとんどの化学的腐食に対して非常に強く、反射率が高い為、反射部材のメッキ材料として望ましい。Ｃ型ヒータと反射部材とが接触しない範囲内で、Ｃ型ヒータと反射部材との間の距離を小さくすると、輻射熱をさらに有効利用することができる。
【００２９】
また、セラミックス等でＣ型ヒータを覆ってもよい。この場合、筒状の被覆部材の内側にＣ型ヒータを配置してもよく、Ｃ型ヒータを形成しているヒータ線を被覆材で被覆してもよい。いずれの場合も、Ｃ型ヒータが仮に熱変形を起こそうとしても被覆部材や被覆材により熱変形が抑制されるとのメリットがある。
【００３０】
Ｃ型ヒータを形成するヒータ線には、カンタル線、ニクロム線などの金属や合金が使用可能である。またシーズヒータを用いてＣ型ヒータを形成してもよい。シーズヒータは、ニクロム線などの発熱体を酸化マグネシウム等の絶縁体で包み、金属パイプに入れたものである。
【００３１】
ガラス管の温度を検出する手段を設け、該手段の検出結果に基づいてＣ型ヒータの温度を制御することもできる。この場合、ガラス管に熱電対などのセンサを直接接続することはできない。そこで、上記手段としては、ガラス管の温度を非接触で検出可能な赤外サーモグラフィなどが好ましい。
【００３２】
Ｃ型ヒータの他に補助ヒータを設けてもよい。ガラス管の加熱スピードを上げ、生産性を向上させることが可能である。
【００３３】
次に、図１、図２に示す屈曲加工装置を用いて屈曲ランプを製造する方法の一例について説明する。
【００３４】
まず、所望寸法の直管状のガラス管を用意し、このガラス管の内面に蛍光体を塗布する。蛍光体の塗布は、例えば、蛍光体を含んだ懸濁液をガラス管の一端から内部に吸引及び排出後、加熱炉で加熱して懸濁液を乾燥させることにより行われる。
【００３５】
次に、一対の電極をガラス管の端部に装着する。この電極の装着は、例えば、一方の電極をガラス管の一端に固定し、他方の電極はガラス管の他端に仮止めしておく。その後、ガラス管内を排気し、水銀・希ガスを注入する。ガラス管の排気や水銀・希ガスの注入は、電極が仮止めされている方の端部側から行う。次いで、仮止めされていた電極を完全に固定し、ガラス管を気密封止する。
【００３６】
次に、上記のようにして得たガラス管を屈曲加工装置にセットして屈曲させる。以下、屈曲加工装置を用いた屈曲加工について具体的に説明する。
【００３７】
まず、図１に示すように、ガラス管１の軸線方向略中央を屈曲加工装置のＣ型ヒータ４の内側にセットする。このとき、Ｃ型ヒータ４の開口部５（図３）を通してガラス管をＣ型ヒータ４の内側にセットする。また、ガラス管１の両端をチャック２、３によって保持する。
【００３８】
次に、Ｃ型ヒータ４に１０秒程度給電してＣ型ヒータ４の温度を所定温度まで上昇させる。その後、Ｃ型ヒータ４をガラス管１の軸線に沿ってチャック２に近接する方向へ移動させる。このとき、ガラス管１の温度が所定温度になるように、Ｃ型ヒータ４の移動速度に応じて給電量が調整される。これにより、Ｃ型ヒータ４が移動した領域（屈曲予定部位）が加熱される。
【００３９】
ここでは、軟化温度が約705℃のガラス管１を使用しており、屈曲予定部位の温度が570〜705℃に加熱されるようにＣ型ヒータ４の温度（Ｃ型ヒータ４への給電量）が調整される。
【００４０】
また、Ｃ型ヒータ４の移動距離が長いほど、ガラス管１の加熱領域が大きくなり、ガラス管１の曲げ半径（曲率半径）が大きくなる。逆に、Ｃ型ヒータ４の移動距離が短いほど、ガラス管１の加熱領域が小さくなり、ガラス管１の曲げ半径が小さくなる。より小さい曲げ半径でガラス管１を曲げた場合、ガラス管１の屈曲部位の内側は圧縮されて肉厚が増加し、屈曲部位の外側は伸びて肉厚が減少する。よって、所望の曲げ半径となるようにＣ型ヒータ４の移動距離が調整される。
【００４１】
Ｃ型ヒータ４を停止させた後に、図２に示すように、チャック２を所定の速度で所定の量だけ回動させてガラス管１を屈曲させる。なお、Ｃ型ヒータ４を停止させた時点でガラス管１の屈曲予定部位が所定温度に達していない場合には、Ｃ型ヒータ４を停止させた後もしばらく加熱を継続し、その後にチャック２の回動を開始させる。
【００４２】
次に、屈曲させたガラス管１の形状を保持するために、ガラス管１を歪点以下の温度に自然冷却し、然る後、ガラス管１を装置から取り出す。以上によって屈曲加工処理は終了する。
【００４３】
屈曲加工処理の後に、ガラス管１の熱応力を除去するためのアニール処理を行う。もっとも、アニール処理は公知の処理であるので、ここでは詳しい説明は省略する。
【００４４】
本明細書では、加工対象が蛍光ランプ用のガラス管である場合を例によって本発明の実施形態の一つを説明した。しかし、本発明は、蛍光ランプ用ガラス管以外のガラス管、金属管等、様々な種類の管の屈曲加工に用いられる装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１  ガラス管
２  チャック
３  ローラーチャック
４  Ｃ型ヒータ
５  開口部
６  ヒータ線
７  折曲げ部
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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