(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラス管の両端に配置され駆動装置により回転されるチャックと、
このチャック間に配置され、石英ガラス管の外面から石英ガラス管を加熱し、かつ移動手段により外面バーナ取付台を石英ガラス管の外面に沿って移動することで、石英ガラス管の加熱位置が変えられる外面バーナと、
前記チャック間に配置され、石英ガラス管の内面から石英ガラス管を加熱し、かつ石英ガラス管内に挿入され移動手段により移動されるガス供給管に取付けられて、石英ガラス管の加熱位置が変えられる内面バーナとを有することを特徴とする石英ガラス管の成形装置。
【請求項２】
前記チャックが取り付けられガイドを設けたベッドを備え、
外面バーナを設けた外面バーナ取付台が前記ガイドに沿って前記ベッド上を水平方向に移動可能に設けられる一方、
前記内面バーナをガス供給管を介して支持する内面バーナ支持台が、前記石英ガラス管の外側で、ガス供給管の長手方向に延びる基台上を水平方向に移動可能に設けられ、
前記外面バーナ取付台と前記内面バーナ支持台とを連結シャフトで連結して前記内面バーナ支持台と外面バーナ取付台とを、前記移動手段により同期して前記ベッドおよび前記基台上を移動させ、
前記外面バーナと前記内面バーナとによる石英ガラス管の加熱位置を同期して変更させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の石英ガラス管の成形装置。
【請求項３】
上記内面バーナは石英ガラス管の一端から挿入された外筒管内に挿通されたバーナ用ガスパイプの先端に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の石英ガラス管の成形装置。
【請求項４】
上記外筒管内にバーナ用ガスパイプと平行に挿通され、外筒管のバーナ側端部に開口部が位置するように配置されたバーナ燃焼補助用酸素ガスパイプを有することを特徴とする請求項３に記載の石英ガラス管の成形装置。
【請求項５】
上記石英ガラス管の外面に当接し、外径を調整する外径調整用治具を設けることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の石英ガラス管の成形装置。
【請求項６】
上記外径調整用治具および内面バーナは石英ガラス管の略同一横断面上に配置されることを特徴とする請求項５に記載の石英ガラス管の成形装置。
【請求項７】
上記外径調整用治具の位置制御は、ＮＣ装置の出力により、Ｘ軸送り機構を制御し、Ｘ軸用パルスモータ、Ｘ軸用ギア、Ｘ軸用ボールねじ、送り板を介して水平位置を制御し、かつ、Ｚ軸送り機構を制御し、Ｚ軸用パルスモータ、Ｚ軸用ギア、Ｚ軸用ボールねじ、昇降部材を介して垂直位置を制御することを特徴とする請求項５または６に記載の石英ガラス管の成形装置。
【請求項８】
上記外径調整用治具の位置制御は、管径検知センサーにより検知された石英ガラス管の外径情報をコンピュータに入力し、このコンピュータからの出力により、治具用座標軸算出部、モータ用プロセッサ、駆動増幅器、Ｘ軸送り機構およびＺ軸送り機構を有するサーボ機構を制御して、送り板を介して水平位置を制御し、昇降部材を介して垂直位置を制御して行うことを特徴とする請求項７に記載の石英ガラス管の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は石英ガラス管の成形装置に係わり、特に管径変更が外径を大幅に拡大するものであっても、また、比較的大きな肉厚としたまま変更するものであっても、容易に石英ガラス管の管径変更が可能で、燃料消費量が少ないガラス管の成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石英ガラス管は熱膨張係数が小さく、比較的大きい肉厚のマザー管から直接火炎加工で管径変更ができないことから、一旦加熱炉を通して肉厚が５ｍｍ程度の石英ガラス管を製作し、この石英ガラス管を再度火炎加工で必要管径に変更して製造している。
【０００３】
しかし、図１３に示すような従来のガラス旋盤７１を用いた石英ガラス管の管径変更は、石英ガラス管ｐの外面に設けられたバーナ７２によるバーナ火炎と、回転するチャック７３に取りつけられた石英ガラス管ｐの遠心力だけで行われており、このため外径、肉厚の精密な制御には限界があり、使用ガス量の増加、石英ガラス管の外観悪化等が発生しコスト、外観面で問題があった。
【０００４】
また、外径、肉厚が大きいものに管径変更する場合には、特に熱量が不足し、熱量を補う必要が出てくる。
【０００５】
熱量アップのために、従来のようにバーナ７２の熱量をアップする方法もあるが、バーナ７２の本数を増やすと、工程１回当りの管径変更量が少なく、使用ガス量も多量に必要となり、コスト的にも問題があった。
【０００６】
また、他の石英ガラス管の管径変更方法として、工程１回当りの管径変更量を大きくするため、外面からのバーナ火炎と遠心力に加えて内面より加圧する方法があるが、この方法では工程１回当りの管径変更量を大きくできるが、やはり外面のみからの加熱となるため、熱量の問題および長さ方向でのより均一性の高い外径制御が困難となる問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、大きな肉厚のマザー管からも管径変更が可能となり、外径、肉厚が大きくなっても容易、かつ高精度に石英ガラス管の管径変更が可能で、燃料消費量が少ないガラス管の成形装置が要望されていた。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みて発明されたもので、厚肉のマザー管からも管径変更が可能となり、外径、肉厚が大きくなっても容易、かつ高精度に石英ガラス管の管径変更が可能で、燃料消費量が少ない石英ガラス管の成形装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【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請求項１の発明は、石英ガラス管の両端に配置され駆動装置により回転されるチャックと、このチャック間に配置され、石英ガラス管の外面から石英ガラス管を加熱し、かつ移動手段により外面バーナ取付台を石英ガラス管の外面に沿って移動することで、石英ガラス管の加熱位置が変えられる外面バーナと、前記チャック間に配置され、石英ガラス管の内面から石英ガラス管を加熱し、かつ石英ガラス管内に挿入され移動手段により移動されるガス供給管に取付けられて、石英ガラス管の加熱位置が変えられる内面バーナとを有することを特徴とする石英ガラス管の成形装置であることを要旨としている。
【００１０】
請求項２の発明では、前記チャックが取り付けられガイドを設けたベッドを備え、外面バーナを設けた外面バーナ取付台が前記ガイドに沿って前記ベッド上を水平方向に移動可能に設けられる一方、前記内面バーナをガス供給管を介して支持する内面バーナ支持台が、前記石英ガラス管の外側で、ガス供給管の長手方向に延びる基台上を水平方向に移動可能に設けられ、前記外面バーナ取付台と前記内面バーナ支持台とを連結シャフトで連結して前記内面バーナ支持台と外面バーナ取付台とを、前記移動手段により同期して前記ベッドおよび前記基台上を移動させ、前記外面バーナと前記内面バーナとによる石英ガラス管の加熱位置を同期して変更させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の石英ガラス管の成形装置であることを要旨としている。
【００１１】
請求項３の発明では、上記内面バーナは石英ガラス管の一端から挿入された外筒管内に挿通されたバーナ用ガスパイプの先端に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の石英ガラス管の成形装置であることを要旨としている。
【００１２】
請求項４の発明では、上記外筒管内にバーナ用ガスパイプと平行に挿通され、外筒管のバーナ側端部に開口部が位置するように配置されたバーナ燃焼補助用酸素ガスパイプを有することを特徴とする請求項３に記載の石英ガラス管の成形装置であることを要旨としている。
【００１３】
請求項５の発明では、上記石英ガラス管の外面に当接し、外径を調整する外径調整用治具を設けることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の石英ガラス管の成形装置であることを要旨としている。
【００１４】
請求項４の発明では、上記外径調整用治具および内面バーナは石英ガラス管の略同一横断面上に配置されることを特徴とする請求項５に記載の石英ガラス管の成形装置であることを要旨としている。
【００１５】
請求項７の発明では、上記外径調整用治具の位置制御は、ＮＣ装置の出力により、Ｘ軸送り機構を制御し、Ｘ軸用パルスモータ、Ｘ軸用ギア、Ｘ軸用ボールねじ、送り板を介して水平位置を制御し、かつ、Ｚ軸送り機構を制御し、Ｚ軸用パルスモータ、Ｚ軸用ギア、Ｚ軸用ボールねじ、昇降部材を介して垂直位置を制御することを特徴とする請求項５または６に記載の石英ガラス管の成形装置であることを要旨としている。
【００１６】
請求項８の発明では、上記外径調整用治具の位置制御は、管径検知センサーにより検知された石英ガラス管の外径情報をコンピュータに入力し、このコンピュータからの出力により、治具用座標軸算出部、モータ用プロセッサ、駆動増幅器、Ｘ軸送り機構およびＺ軸送り機構を有するサーボ機構を制御して、送り板を介して水平位置を制御し、昇降部材を介して垂直位置を制御して行うことを特徴とする請求項７に記載の石英ガラス管の成形装置であることを要旨としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わるガラス管の成形装置の第１の実施形態について図面に基づき説明する。
【００１８】
図１および図２に示すように、本発明に係わる第１の実施形態の石英ガラス管の成形装置１は、水平状態に保たれた石英ガラス管（マザー管）Ｐの両端に配置されたチャック２、２ｍと、石英ガラス管Ｐを外面Ｐｏから加熱する外面バーナ３と、内面Ｐｉから加熱する内面バーナ４とを有しており、チャック２、２ｍは動力伝達機構（図示せず）を介して駆動装置５により回転され、また、外面バーナ３および内面バーナ４は、石英ガラス管Ｐの長手方向に沿って移動可能に設けられている。
【００１９】
チャック２、２ｍは、ヘッド６、６および固定ヘッドベース７、ベッド８上を移動できるように設けられた可動ヘッドベース７ｍを介してベッド８に取付けられている。
【００２０】
外面バーナ３は、図３に示すようにほぼＹ字形状をなすバーナ取付台９に複数本、例えば４本取付けられ、２本づつ対向して石英ガラス管Ｐの側面Ｐｓに面して配置されており、さらに、外面バーナ取付台９は、この外面バーナ取付台９が取付けられる送り板９ａを介して移動手段（図示せず）によってガイド体８ａに沿いベッド８上を水平方向に移動できるように設けられており、外面バーナ４は、石英ガラス管Ｐの長手方向に沿って移動できる。
【００２１】
内面バーナ４は、石英ガラス管Ｐの内側上方Ｐｕに面し、外面バーナ３と石英ガラス管の略同一横断面上に、例えば１本配置されている。
【００２２】
なお、前記略同一横断面上とは、内面バーナ４および外面バーナ３各々のガス噴出孔の中心点が同一横断面に存在する位置にある場合、および内面バーナ４のガス噴出孔の中心点が外面バーナ５の同中心点の石英ガラス管Ｐの長さ方向で±５０ｍｍ以内の位置にある場合を意味する。
【００２３】
また、内面バーナ４を１本にするのは、内面バーナの熱量を外面バーナの熱量の１／１０ないし１／３であることが好ましいためであり、１／１０より小さいと石英ガラス管は十分膨らまず管径の変更が不十分または不可能であり、１／３を超えると加熱熱量が過大になり、管形態を保持したまま管径を変更することは不可能である。
【００２４】
なお、石英ガラス管（マザー管）Ｐの管径を８００ｍｍ以上に大きく変更する場合、あるいは、石英ガラスＰの肉厚を５ｍｍ以上厚い状態で管径を変更する場合には、内面バーナ４は、２本もしくは、それ以上の本数とすることが好ましい。これは上記２つの場合に必要な熱量を十分確保するためである。このとき、より熱効率を高め、より高い精度の外径制御を行うためには、内面バーナ４は、石英ガラス管Ｐの長さ方向に複数本並べて配置するよりは、石英ガラス管Ｐの長さ方向に垂直な断面で、石英ガラス管の内径方向に複数本並べて配置するのが好ましい。このように内面バーナ４を石英ガラス管の内径方向に複数本並べて配置する場合においても、内面バーナの総熱量を外面バーナの総熱量の１／１０ないし１／３にするのが好ましい。
【００２５】
また、内面バーナ４は、石英ガラス管Ｐの一端Ｐｅに取付けられた円柱形状で石英ガラス製ポンテ管１０の貫通孔１０ａを貫通し石英ガラス管Ｐに挿入されたバーナ用ガスパイプ、すなわちバーナ用水素ガス供給パイプ１１とバーナ用酸素ガス供給パイプ１２の先端に設けられている。
【００２６】
図４に示すように、このバーナ用水素ガス供給パイプ１１、バーナ用酸素ガス供給パイプ１２およびバーナ燃焼補助用酸素ガスパイプ１３は、石英ガラス管Ｐ内から内面バーナ支持台１５まで延設された外筒管１４内に一体的に配置されている。
【００２７】
バーナ燃焼補助用酸素ガスパイプ１３は、バーナ用ガスが引火するのを防止するためのもので、内面バーナ４の近傍に開口部１３ａが位置し、石英ガラス管Ｐの一端Ｐｅから挿入されている。バーナ燃焼補助用酸素ガスパイプ１３は、バーナ用水素ガス供給パイプ１１およびバーナ用酸素ガス供給パイプ１２と共に外筒管１４を貫通しているが、この外筒管１４の貫通部を完全にシールするのは困難であり、この貫通部の隙間にバーナ用ガスが流れ込み、引火し外筒管１４を破損する虞があるため、バーナ燃焼補助用酸素ガスパイプ１３から常時少量の酸素ガスを流出させて隙間に流れるようにして、バーナ用ガスの引火を防止している。
【００２８】
また、バーナ用水素ガス供給パイプ１１、バーナ用酸素ガス供給パイプ１２およびバーナ燃焼補助用酸素ガスパイプ１３は、石英ガラス管Ｐの外側で外筒管１４を介して内面バーナ支持台１５によって支持されており、内面バーナ支持台１５はガイド溝１６ａが設けられた基台１６上で、ガイド溝１６ａに沿って基台１６上を水平方向に移動できるようになっている。
【００２９】
さらに、内面バーナ支持台１５が基台１６に沿って水平方向に移動できるように設けられているので、内面バーナ４は、石英ガラス管Ｐの長手方向に沿って移動できる。
【００３０】
また、外面バーナ取付台９と内面バーナ４は連結シャフト１７によって連結されており、内面バーナ４は外面バーナ３に同期して移動するようになっている。
【００３１】
なお、外面バーナ３および内面バーナ４は石英ガラス管Ｐに対して相対的な動きをして、その加熱位置を変えることができればよいので、外面バーナ３および内面バーナ４を固定し、両チャックが取付けられたヘッドベースを移動可能な可動ヘッドベースにしても、外面バーナ３および内面バーナ４を移動させる場合と同様の効果が得られる。
【００３２】
石英ガラス管Ｐの外側下方Ｐｂに面して外径調整用治具１８が配置されており、ガラス管の内側上方Ｐｕに面して配置された内面バーナ４とは、石英ガラス管Ｐの略同一横断面上でかつ対向して配置されている。外径調整用治具１８は高温の石英ガラス管Ｐに当接して、石英ガラス管Ｐの外径を調整するためのものであり、高温になるためカーボン製であることが好ましい。また、できるだけ高温に加熱された石英ガラス管Ｐとの接触面積を低減し、酸化消耗を少なくするために、少なくとも石英ガラス管と接触する上面が平面状であることが好ましい。
【００３３】
なお、外径調整用治具１８は治具取付台１８ａによって外面バーナ取付台９に一体的に取付けられているが、外径調整用治具１８の自由な動きを確保するために、外面バーナ取付台９と別個に設けてもよい。
【００３４】
また、石英ガラス製ポンテ管１９が取付けられるチャック２ｍは、駆動装置５により駆動され、かつ石英ガラス製ポンテ管１９は通気孔を有しない内実円柱体であり、温度上昇するので、空冷されている。
【００３５】
次に本発明に係わる石英ガラス管の成形装置を用いた石英ガラス管の管径変更方法について説明する。
【００３６】
最初に、貫通孔１０ａを有するポンテ管１０と内実のポンテ管１９を用意し、貫通孔１０ａを固定ヘッドベース７に取付けられたチャック２に固定し、内実のポンテ管１９を可動ヘッド７ｍに取付けられたチャック２ｍに固定する。
【００３７】
しかる後、石英ガラス管（マザー管）Ｐを両ポンテ管１０、１９間に保持し、可動ヘッド７ｍを動かして石英ガラス管Ｐを両ポンテ管１０、１９で挟持する。この状態で点火された外面バーナ３により、石英ガラス管Ｐと両ポンテ管１０、１９の当接面Ｐｍで溶着する。
【００３８】
次に内面バーナ４を外筒管１４内に配置されたバーナ用水素ガス供給パイプ１１、バーナ用酸素ガス供給パイプ１２およびバーナ燃焼補助用酸素ガスパイプ１３と共に、ポンテ管１０の貫通孔１０ａを貫通させて、石英ガラス管Ｐ内に収納する。移動手段（図示せず）によりバーナ取付台９をガイド体８ａに沿って移動させ、外面バーナ３を石英ガラス管Ｐの一端Ｐｅ近傍に寄せると共に、連結シャフト１７の働きで、この外面バーナ３の移動に同期して内面バーナ４をガイド溝１６ａ上で移動させて、外面バーナ３と内面バーナ４を略同一平面上に位置させる。
【００３９】
再び外面バーナ３を点火し、駆動装置５を駆動してチャック２、２ｍを回転させ、石英ガラス管Ｐを回転させる。バーナ燃焼補助用酸素ガスパイプ１３に酸素ガスを送り、開口部１３ａから少量の酸素ガスを流出させる。
【００４０】
石英ガラス管Ｐは加熱され、管内部も高温になるので、内面バーナ４に水素および酸素を送り、管内の熱により内面バーナ４を点火させる。この内面バーナ４の点火により石英ガラス管Ｐを外面および内面から加熱して、一端Ｐｅ近傍から外径を変更、すなわち膨らまし、遠心力をかけながら管径を拡大する。
【００４１】
この状態を維持したまま外面バーナ３および内面バーナ４を同期して移動させ石英ガラス管Ｐの加熱を継続して、外径の変更を完了する。
【００４２】
このような外径変更工程において、内面バーナ４の熱量を外面バーナ３の熱量の１／１０ないし１／３にし、石英ガラス管Ｐを外部と内部からバランスよく加熱するので、直接火炎加工による石英ガラス管の管径変更が可能になり、特に大きな肉厚のマザー管からも管径変更が可能となり、また、大口径への変更もしくは比較的大きな肉厚としたままの変更であっても容易に石英ガラス管Ｐの管径変更が可能であり、さらに、熱効率よく、石英ガラス管Ｐの管径を確実に変更できる。
【００４３】
なお、管径の変更に伴い石英ガラス管Ｐの長さに変化があっても、可動ヘッド７ｍを進退させることによって吸収することができる。
【００４４】
外径変更工程の進行に伴って、外面バーナ３と内面バーナ４は同期して移動し、常に石英ガラス管Ｐの略同一横断面上に配置されており、石英ガラス管Ｐの同一横断面を加熱できるので、熱効率よく外径変更ができる。
【００４５】
また、外径の変更工程中、外径調整用治具１８によって石英ガラス管Ｐの外径は調整されるが、外径調整用治具１８は内面バーナが石英ガラス管の内側上方Ｐｕに面して配置され、外面バーナ３は複数個のバーナが対向し、かつ石英ガラス管の外側側面Ｐｓに面して配置されているので、外径調整用治具１８を石英ガラス管Ｐの下面Ｐｂに面して配置することが可能となり、重量がかかる外側下面Ｐｂにおいて精度よく効果的に外径調整をすることができる。
【００４６】
さらに、外径調整用治具１８および内面バーナ４は石英ガラス管Ｐの略同一横断面上に設けられ、かつ外径調整用治具１８は石英ガラス管Ｐの下面Ｐｂに面して配置され、内面バーナ４は石英ガラス管Ｐの内側上方Ｐｕに面して配置されているので、石英ガラス管Ｐの最も高温の部位で外径調整を行うことができ、精度よく効果的に外径調整をすることができる。
【００４７】
外径調整用治具１８による管径調整時、石英ガラス管Ｐは高温に加熱されているが、この石英ガラス管Ｐと当接する外径調整用治具１８はカーボン製であるので、耐熱性で耐久性があり、また、石英ガラス管Ｐを金属汚染することがない。
【００４８】
さらに、外径調整用治具１８の少なくとも石英ガラス管Ｐと接触する上面が、平面状であるので、高温に加熱された石英ガラス管Ｐとの接触を低減することができて、酸化消耗を少なくすることができる。
【００４９】
また、内面バーナ４は、石英ガラス管Ｐ内から内面バーナ支持台１５まで延設された外筒管１４に配置され、石英ガラス管Ｐの一端から挿入されたバーナ用水素ガス供給パイプ１１、バーナ用酸素ガス供給パイプ１２の先端に設けられており、構造が簡単であり、さらに、連結シャフト１７を介して外面バーナ３に同期して移動させることができる。
【００５０】
さらに、外径変更工程において、バーナ燃焼補助用酸素ガスパイプ１３から常時少量の酸素ガスを流出させて外筒管１４内の隙間に流れるようにしているので、貫通孔１０ａの貫通部の隙間にバーナ用ガスが流込むのを阻止でき、外筒管１４が引火により破損することを防止できる。
【００５１】
また、バーナ用水素ガス供給パイプ１１、バーナ用酸素ガス供給パイプ１２およびバーナ燃焼補助用酸素ガスパイプ１３は、石英ガラス管Ｐ内から内面バーナ支持台１５まで延設された外筒管１４内に一体的に配置されているので、比較的肉薄のバーナ用水素ガス供給パイプ１１、バーナ用酸素ガス供給パイプ１２およびバーナ燃焼補助用酸素ガスパイプ１３が高温に曝されても、これらパイプ１１、１２、１３の内部バーナ４付近部位のパイプ変形を防ぐことができる。
【００５２】
次に本発明に係わる石英ガラス管の成形装置の第２の実施形態について説明する。なお、上述した第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明する。
【００５３】
図５に示すように、第２の実施形態の石英ガラス管の成形装置３１は、第１の実施形態の石英ガラス管の成形装置において、外径調整用治具３２の送り制御を図６に示すＮＣ制御送り機構３３によって行うようにしたものである。
【００５４】
図６に示すように、ＮＣ制御送り機構３３は、ＮＣ装置３４と、このＮＣ装置３４に制御され、外径調整用治具３２をＸ軸（水平方向）に送るＸ軸送り機構３５と、Ｚ軸（垂直方向）に送るＺ軸送り機構３６とを有している。ＮＣ装置３４はモータ用プロセッサ３４ａ、治具用座標軸算出部３４ｂ等を有し、Ｘ軸送り機構３５は、Ｘ軸用パルスモータ３５ａ、Ｘ軸用ギア３５ｂ、Ｘ軸用ボールねじ３５ｃを有し、駆動増幅器３７を介してＮＣ装置３４に接続され、ＮＣ装置３４の出力により、外径調整用治具３２が取付けられた送り板９ａをＸ軸上で進退させるようになっており、さらに、Ｚ軸送り機構３６は、Ｚ軸用パルスモータ３６ａ、Ｚ軸用ギア３６ｂ、Ｚ軸用ボールねじ３６ｃを有し、駆動増幅器３７を介してＮＣ装置３４に接続され、ＮＣ装置３４の出力により、外径調整用治具３２が取付けられた昇降部材３６ｄをＺ軸方向に昇降させるようになっている。
【００５５】
外径調整用治具３２は、ＮＣ装置３４の出力により、外径調整用治具３２をＸ軸方向、Ｚ軸方向の所定の位置に送ることができるようになっている。
【００５６】
次に第２の実施形態の石英ガラス管の成形装置を用いた石英ガラス管の管径変更方法について説明する。
【００５７】
最初に、ＮＣ装置３４から入力して、第１回目から第ｎ−１回目までのＺ軸送り機構３６のＺ軸方向の送り量を決定し、また、それに応じた外径調整用治具３２の高さを決定しておく。
【００５８】
次に図５に示すように、石英ガラス管（マザー管）Ｐを両ポンテ管１０、１９間に保持し、可動ヘッド７ｍを動かして石英ガラス管Ｐを両ポンテ管１０、１９で挟持する。この状態で点火された外面バーナ３により、石英ガラス管Ｐと両ポンテ管１０、１９の当接面Ｐｍで溶着する。
【００５９】
しかる後、内面バーナ４を外筒管１４内に配置されたバーナ用水素ガス供給パイプ１１、バーナ用酸素ガス供給パイプ１２およびバーナ燃焼補助用酸素ガスパイプ１３と共に、ポンテ管１０の貫通孔１０ａを貫通させて、石英ガラス管Ｐ内に収納する。
【００６０】
ＮＣ装置３４により、モータプロセッサ３４ａ、駆動増幅器３７を介してＸ軸送り機構３５を作動させ、Ｘ軸用パルスモータ３５ａ、Ｘ軸用ギア３５ｂ、Ｘ軸用ボールねじ３５ｃの働きで、送り板９ａに設けられたバーナ取付台９をガイド体８ａに沿って移動させ、外面バーナ３を石英ガラス管Ｐの一端Ｐｅ近傍に寄せると共に、Ｘ軸用ボールねじ３５ｃの働きで、この外面バーナ３の移動に同期して内面バーナ４をガイド溝１６ａ上で移動させて、外面バーナ３と内面バーナ４を略同一平面上に位置させる。
【００６１】
再び外面バーナ３を点火し、駆動装置５を駆動してチャック２、２ｍを回転させ、石英ガラス管Ｐを回転させる。バーナ燃焼補助用酸素ガスパイプ１３に酸素ガスを送り、開口部１３ａから少量の酸素ガスを流出させる。
【００６２】
石英ガラス管Ｐは加熱され、管内部も高温になるので、内面バーナ４に水素および酸素を送り、管内の熱により内面バーナ４を点火させる。この内面バーナ４の点火により石英ガラス管Ｐを外面および内面から加熱して、一端Ｐｅ近傍から外径を変更、すなわち膨らまし、遠心力をかけ、外径調整用治具３２を第１回目の高さを維持しながら、管径を拡大して変更していく。次に外径調整用治具３２を、第１回目の高さより低い第２回目の高さに維持しながら、Ｘ軸用パルスモータ３５ａを逆回転させてＸ軸用ボールねじ３５ｃを逆方向に回転させ、内面バーナ４と外面バーナ３により石英ガラス管Ｐを外面および内面から加熱して、管径を拡大して変更していく。このような管径変更工程を繰り返し、管径を拡大して変更し、管径精度を高めていく。
【００６３】
図７に示すように、最終工程前(ｎ−１回目)の終了後、Ｘ＝１、２、…ｎ−１、ｎにおける石英ガラス管Ｐの外径ｄ１，ｄ２，…ｄｎ−１，ｄｎを、例えば、ゲージを用い手作業により測定する。この測定された石英ガラス管Ｐの外径から、外径調整用治具３２の必要昇降量を算出し、例えばＸ＝３の部位の外径ｄ３においては、外径調整用治具３２の高さを僅かに低く(−α)して外径ｄ３の拡大を図るようにし、Ｘ＝６の部位の外径ｄ６においては、外径調整用治具３２の高さを僅かに高く（＋β）して外径ｄ３の縮小を図る必要がある。
【００６４】
従って、Ｘ＝３のときの外径調整用治具３２の高さをαだけ低くし、Ｘ＝６のときの高さをβだけ高くする修正を行い入力する。
【００６５】
ＮＣ装置３４の出力によりＸ軸送り機構３５を制御し、Ｘ軸用パルスモータ３５ａ、Ｘ軸用ギア３５ｂ、Ｘ軸用ボールねじ３５ｃ、送り板９ａを介して外径調整用治具３２をＸ＝１、２、３、４、５、６、…ｎ−１、ｎへと送り、さらに、外径調整用治具３２がＸ＝３に送られた時点で、Ｚ軸送り機構３６を制御し、Ｚ軸用パルスモータ３６ａ、Ｚ軸用ギア３６ｂ、Ｚ軸用ボールねじ３６ｃ、昇降部材３６ｄを介して外径調整用治具３２をＺ＝αだけ低くし、また、外径調整用治具３２がＸ＝６に送られた時点で、外径調整用治具３２をＺ＝βだけ高くして、石英ガラス管の成形を行う。
【００６６】
石英ガラス管の成形、特に最終成形工程においてＮＣ制御送り機構を用い、外径調整用治具３２により外径の修正を行うので、外径調整用治具を一定の高さに固定して管径変更を行う場合に生じるような、石英ガラス管の成形装置のベッドのうねり、チャックの中心ずれ、温度変化などに起因する外径の変動をなくし、精度よく、効率的に外径調整をすることができる。
【００６７】
次に本発明に係わる石英ガラス管の成形装置の第３の実施形態について説明する。なお、上述した第１および第２の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明する。
【００６８】
図８に示すように、第３の実施形態の石英ガラス管の成形装置５１は、第２の実施形態の石英ガラス管の成形装置において、外径検知センサー５２により石英ガラス管Ｐの外径を検知し、この外径検出センサー５２からの外径信号に基づき、サーボ機構５３を制御し、外径調整用治具５４の送り制御を行うようにしたものである。
【００６９】
図８および図９に示すように、外径検知センサー５２は、例えば、ＣＣＤカメラで、サーボ機構５３の働きでＸ軸（水平）方向に移動される送り板９ａに、バーナ取付台９を中心として離間して２個配置されている。一方の外径検知センサー５２ｒは送り板９ａが右方向に移動されるときに、石英ガラス管Ｐの外径を検知するためのものであり、他方の外径検知センサー５２ｌは送り板９ａが左方向に移動されるときに、石英ガラス管Ｐの外径を検知するためのものである。
【００７０】
なお、外径検知センサー５２は送り板９ａの移動方向に応じて、検知センサー５２が常に送り板９ａの移動方向側に先行する位置に来るような移動手段を設ければ、外径検知センサー５２は１個でもよく、また、外径検知センサー５２は、ＣＣＤカメラに限らず、ＣＣＤラインセンサー、レーザ光と受光手段からなるセンサーであってもよい。
【００７１】
外径検知センサー５２は、２値化回路５５、画像処理装置５６を介してコンピュータ５７の演算制御装置５７ａに接続されており、外径検知センサー５２が検知した石英ガラス管Ｐの外径信号が入力されるようになっている。
【００７２】
また、演算制御装置５７ａにはサーボ機構５３が接続されており、さらに、サーボ機構５３は、治具用座標軸算出部５３ａ、モータ用プロセッサ５３ｂ、駆動増幅器５３ｃ、Ｘ軸送り機構５８およびＺ軸送り機構５９を有している。Ｘ軸送り機構５８は、Ｘ軸用パルスモータ５８ａ、Ｘ軸用ギア５８ｂ、Ｘ軸用ボールねじ５８ｃを有しており、演算制御装置５７ａの出力により、外径調整用治具５４が取付けられた送り板９ａをＸ軸上で進退させるようになっており、さらに、Ｚ軸送り機構５９は、Ｚ軸用パルスモータ５９ａ、Ｚ軸用ギア５９ｂ、Ｚ軸用ボールねじ５９ｃを有し、駆動増幅器５３ｃを介して演算制御装置５７ａに接続され、演算制御装置５７ａの出力により、外径調整用治具５４が取付けられた昇降部材５９ｄをＺ軸方向に昇降させるようになっている。
【００７３】
外径調整用治具５４は、演算制御装置５７ａの出力により、外径調整用治具５４をＸ軸方向、Ｚ軸方向の所定の位置に送ることができるようになっている。
【００７４】
次に第３の実施形態の石英ガラス管の成形装置を用いた石英ガラス管の管径変更方法について説明する。
【００７５】
最初にコンピュータ５７の入力装置５７ｂを用いて、石英ガラス管（マザー管）Ｐの外径寸法、長さおよび成形完了後の石英ガラス管Ｐの外径寸法、長さを入力し、記憶装置５７ｃに記憶させる。
【００７６】
しかる後、図８に示すように、石英ガラス管（マザー管）Ｐを両ポンテ管１０、１９間に保持し、可動ヘッド７ｍを動かして石英ガラス管Ｐを両ポンテ管１０、１９で挟持する。この状態で点火された外面バーナ３により、石英ガラス管Ｐと両ポンテ管１０、１９の当接面Ｐｍで溶着する。さらに、内面バーナ４を外筒管１４内に配置されたバーナ用水素ガス供給パイプ１１、バーナ用酸素ガス供給パイプ１２およびバーナ燃焼補助用酸素ガスパイプ１３と共に、ポンテ管１０の貫通孔１０ａを貫通させて、石英ガラス管Ｐ内に収納する。
【００７７】
コンピュータ５７をプログラムに従って動作させ、以下の管径変更工程を自動的に行わせる。
【００７８】
演算制御装置５７ａにより、治具用座標算出部５３ａ、モータプロセッサ５３ｂ、駆動増幅器５３ｃを介してＸ軸送り機構５８を作動させ、Ｘ軸用パルスモータ５８ａ、Ｘ軸用ギア５８ｂ、Ｘ軸用ボールねじ５８ｃの働きで、送り板９ａに設けられたバーナ取付台９をガイド体８ａに沿って移動させ、外面バーナ３を石英ガラス管Ｐの一端Ｐｅ近傍に寄せると共に、Ｘ軸用ボールねじ５８ｃの働きで、この外面バーナ３の移動に同期して内面バーナ４をガイド溝１６ａ上で移動させて、外面バーナ３と内面バーナ４を略同一平面上に位置させる。
【００７９】
再び外面バーナ３を点火し、駆動装置５を駆動してチャック２、２ｍを回転させ、石英ガラス管Ｐを回転させる。バーナ燃焼補助用酸素ガスパイプ１３に酸素ガスを送り、開口部１３ａから少量の酸素ガスを流出させる。
【００８０】
石英ガラス管Ｐは加熱され、管内部も高温になるので、内面バーナ４に水素および酸素を送り、管内の熱により内面バーナ４を点火させる。この内面バーナ４の点火により、図１０に示すように、外面バーナ３、内面バーナ４により石英ガラス管Ｐを内外から加熱し、一端Ｐｅ近傍から外径を変更、すなわち膨らまし、遠心力をかけ、外径調整用治具５４を所定の高さに維持しながら、管径を拡大して変更していく。
【００８１】
この管径変更工程において、管径検知センサー５２ｒにより、管径調整用治具５４直前の石英ガラス管Ｐの外径を検知し、管径検知センサー５２ｒの画像信号は２値化回路５５に送られ、さらに２値化回路５５からの入力電圧は２値化され、画像処理装置５６に送られ、画像処理装置５６により画像処理されて石英ガラス管Ｐの外径が検出されて、外径情報として、演算制御装置５７ａに送られる。
【００８２】
コンピュータ５７には管径変更工程における工程毎の管径が予め記憶されているので、この管径データに基づき、治具座標算出部５３ａでＸ軸の送り量を算出し、モータ用プロセッサ５３ｂ、駆動増幅器５３ｃ、Ｘ軸用モータ５８ａ、Ｘ軸用ギア５８ｂｃ、Ｘ軸用ボールねじ５８ｃを介して送り板９ａを送り、さらにＺ軸の送り量を算出して、Ｚ軸用モータ５９ａ、Ｚ軸用ギア５９ａ、昇降部材５９ｃを下方に送って、例えば管径調整用治具５４を降下させて、外径ｄｋを拡大し、また、外径ｄｌの位置においては、上記同様に管径調整用治具５４を上昇させて外径ｄｌを縮小する。
【００８３】
このようにして外面バーナ３、内面バーナ４および管径調整用治具５４を左右方向に複数回往復移動させて、管径の拡大変更を行い、所定の寸法になったら管径の変更工程は完了する。
【００８４】
この管径の変更工程中、管径検知センサー５２ｒ（管径調整用治具５４の右方向移動時）または管径検知センサー５２ｌ（管径調整用治具５４の左方向移動時）により、常時石英ガラス管Ｐの外径を検知し、この外径検出センサー５２からの外径信号に基づき、サーボ機構５３を制御し、外径調整用治具５４により外径の修正を行うので、外径調整用治具を一定の高さに固定して管径変更を行う場合に生じるような、石英ガラス管の成形装置のベッドのうねり、チャックの中心ずれ、温度変化などに起因する外径の変動をなくし、自動的に正確な管径の変更を行うことができる。
【００８５】
【実施例】
「試験１」
（実施例１）
図１に示すような本発明に係わり、下記仕様に示す石英ガラス管の成形装置を用いて、下記に示す仕様の石英ガラス管を試料として管径変更を行った。
【００８６】
成形装置仕様：外面バーナ４本、内面バーナ１本
試料：外径１８０ｍｍ×肉厚２３ｍｍ×長さ６５０ｍｍ
結果：外径２２０ｍｍに膨らませることができた。内面バーナを１本追加することにより、管径変更が可能になった。仕様ガス量は水素ガス：１６０ｍ３／ｈ、酸素ガス：７３ｍ３／ｈであった。
【００８７】
（実施例２）
実施例１と同様に、下記仕様に示す石英ガラス管の成形装置を用いて、下記に示す仕様の石英ガラス管を試料として管径変更を行った。
【００８８】
成形装置仕様：外面バーナ３本、内面バーナ１本
試料：外径２１０ｍｍ×肉厚６ｍｍ×長さ６５０ｍｍ
結果：外径３００ｍｍ、肉厚４に膨らませることができた。
【００８９】
１回の変更工程での膨らまし量は４５ｍｍが可能であり、２回の変更工程で完了した。仕様ガス量は水素ガス：２１５ｍ３／ｈ、酸素ガス：９８ｍ３／ｈであった。
【００９０】
（比較例１）
下記仕様に示す従来の石英ガラス管の成形装置を用いて、下記に示す仕様の石英ガラス管を試料として管径変更を行った。
【００９１】
成形装置仕様：外面バーナ６本、内面バーナなし
試料：外径１８０ｍｍ×肉厚２３ｍｍ×長さ６５０ｍｍ
結果：５分間加熱しても、膨らまなかった。外面バーナ６本のみでは、管径変更は不可能であることがわかった。使用ガス流量は実施例１の１．５倍で水素ガス：３６０ｍ３／ｈ、酸素ガス：１６４ｍ３／ｈであった。
【００９２】
（比較例２）
下記仕様に示す従来の石英ガラス管の成形装置を用いて、実施例２と同様に下記に示す仕様の石英ガラス管を試料として管径変更を行った。
【００９３】
成形装置仕様：外面バーナ５本、内面バーナなし
試料：外径２１０ｍｍ×肉厚６ｍｍ×長さ６５０ｍｍ
結果：外径３００ｍｍ×肉厚４ｍｍに変更した。
【００９４】
１回の変更工程での膨らまし量は３０ｍｍが可能であり、３回の変更工程で完了した。使用ガス量は実施例１の１．５倍、水素ガス：４５０ｍ３／ｈ、酸素ガス：２０５ｍ３／ｈであった。膨らまし量は実施例１に比べて７５％であった。
【００９５】
「試験２」
（実施３）
図５に示すような本発明に係わる第２の実施形態の石英ガラス管の成形装置を用いて、石英ガラス管を試料として管径変更を行った。
【００９６】
結果：図１１に示すように石英ガラス管の外径差は０．３５ｍｍであり、外径は一定し、高精度の外径を有する石英ガラス管を製造できることがわかった。
【００９７】
（比較例３）
外径調整用治具の高さを一定に固定する石英ガラス管の成形装置を用いて、石英ガラス管を試料として管径変更を行った。
【００９８】
結果：図１２に示すような管径変更工程に従って外径が拡大し、外径差は１．３５ｍｍとなり、実施例３に比べて外径のばらつきが比較的大きいことがわかった。
【００９９】
【発明の効果】
本発明に係わる石英ガラス管の成形装置によれば、大きな肉厚のマザー管からも外径変更が可能となり、大口径への変更もしくは比較的大きな肉厚としたままの変更であっても容易に石英ガラス管の外径変更が可能で、燃料消費量が少ないガラス管の成形装置を提供することができる。
【０１００】
すなわち、チャック間に配置され、石英ガラス管の外面から石英ガラス管を加熱し、石英ガラス管の加熱位置を変えられるように設けられた外面バーナと、このチャック間に配置され、石英ガラス管の内面から石英ガラス管を加熱し、石英ガラス管の加熱位置を変えられるように設けられた内面バーナとを有するので、石英ガラス管を外部と内部からバランスよく加熱でき、直接火炎加工による石英ガラス管の管径変更が可能になり、特に大きな肉厚のマザー管からも管径変更が可能となり、また、大口径への変更もしくは比較的大きな肉厚としたままの変更であっても容易に石英ガラス管の管径変更が可能であり、さらに、熱効率よく、石英ガラス管の管径を確実に変更できる。
【０１０１】
また、外面バーナと内面バーナによる石英ガラス管の加熱位置の変更は、外面バーナと内面バーナを石英ガラス管の長手方向に沿って移動可能にすることによって行われるので、加熱位置の変更が容易であり、熱効率よく、石英ガラス管の管径を確実に変更できる。
【０１０２】
また、内面バーナと外面バーナは石英ガラス管の略同一横断面上に配置されているので、熱効率よく管径変更ができる。
【０１０３】
また、内面バーナは外面バーナに同期して移動するので、熱効率よく管径変更ができる。
【０１０４】
また、内面バーナの熱量を外面バーナの熱量の１／１０ないし１／３にしたので、石英ガラス管を外部と内部からバランスよく加熱でき、直接火炎加工による石英ガラス管の管径変更が可能になり、特に大きな肉厚のマザー管からも管径変更が可能となり、また、大口径への変更もしくは比較的大きな肉厚としたままの変更であっても容易に石英ガラス管の管径変更が可能であり、さらに、熱効率よく、石英ガラス管の管径を確実に変更できる。
【０１０５】
また、内面バーナは石英ガラス管の一端から挿入されたバーナ用ガスパイプの先端に設けられているので、構造が簡単であり、さらに、連結シャフトを介して外面バーナに同期して移動させることができる。
【０１０６】
また、内面バーナの近傍に開口部が位置し石英ガラス管の一端から挿入されたバーナ燃焼補助用酸素ガスパイプを有するので、外筒管の貫通孔の貫通部の隙間にバーナ用ガスが流込むのを阻止でき、外筒管が引火により破損することを防止できる。
【０１０７】
また、石英ガラス管の外面に当接し、外径を調整する外径調整用治具を設けたので、精度よく効果的に石英ガラス管の外径を調整できる。
【０１０８】
また、内面バーナは石英ガラス管の上面に面して配置され、外面バーナは複数個のバーナが対向し、かつ石英ガラス管の側面に面して配置され、外径調整用治具石英ガラス管の下面に面して配置されているので、外径調整用治具を石英ガラス管の下面に面して配置することが可能となり、重量がかかる下面において精度よく効果的に外径調整をすることができる。
【０１０９】
また、外径調整用治具および内面バーナは石英ガラス管の略同一横断面上に設けられ、かつ外径調整用治具は石英ガラス管の下面に面して配置され、内面バーナは石英ガラス管の上面に面して配置されているので、石英ガラス管の最も高温の部位で外径調整を行うことができ、精度よく効果的に外径調整をすることができる。
【０１１０】
また、外径調整用治具はカーボン製であるので、耐熱性で耐久性があり、さらに、石英ガラス管を金属汚染することがない。
【０１１１】
また、外径調整用治具の位置制御を、ＮＣ制御送り機構により行うので、精度よく、効率的に石英ガラス管の外径調整をすることができる。
【０１１２】
また、外径調整用治具の位置制御を、管径検知センサにより検知された石英ガラス管の外径情報をコンピュータに入力し、このコンピュータからの出力によりサーボ機構を制御して行うので、自動的に正確な管径の変更を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係わる石英ガラス管の成形装置の平面図。
【図２】  本発明に係わる石英ガラス管の成形装置の側面図。
【図３】  図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図４】  本発明に係わる石英ガラス管の成形装置に用いられる内面バーナの取付け状態を示す説明図。
【図５】  本発明に係わる石英ガラス管の成形装置の他の実施形態の側面図。
【図６】  本発明に係わる石英ガラス管の成形装置の他の実施形態に用いられるＮＣ制御送り機構の説明図。
【図７】  本発明に係わる石英ガラス管の成形装置の他の実施形態を用いた管径変更工程の説明図。
【図８】  本発明に係わる石英ガラス管の成形装置の他の実施形態の側面図。
【図９】  本発明に係わる石英ガラス管の成形装置の他の実施形態に用いられるコンピュータ制御回路の説明図。
【図１０】  本発明に係わる石英ガラス管の成形装置の他の実施形態を用いた管径変更工程の説明図。
【図１１】  本発明に係わる石英ガラス管の成形装置を用いた実施例の試験結果図。
【図１２】  外径調整用治具の高さを固定した石英ガラス管の成形装置を用いた比較例の試験結果図。
【図１３】  従来の石英ガラス管の成形装置の概念図。
【符号の説明】
１  石英ガラス管の成形装置
２  チャック
３  外面バーナ
４  内面バーナ
５  駆動装置
６  ヘッド
７  固定ヘッドベース
７ｍ  可動ヘッドベース
８  ベッド
８ａ  ガイド体
９  バーナ取付台
９ａ  送り板
１０  石英ガラス製ポンテ管
１０ａ  貫通孔
１１  バーナ用水素ガス供給パイプ
１２  バーナ用酸素ガス供給パイプ
１３  バーナ燃焼補助用酸素ガスパイプ
１３ａ  開口部
１４  外筒管
１５  内面バーナ支持台
１６  基台
１６ａ  ガイド溝
１７  連結シャフト
１８  外径調整用治具
１９  石英ガラス製ポンテ管
３１  石英ガラス管の成形装置
３２  外径調整用治具
３３  ＮＣ制御送り機構
３４  ＮＣ装置
３４ａ  モータ用プロセッサ
３４ｂ  治具用座標軸算出部
３５  Ｘ軸送り機構
３５ａ  Ｘ軸用パルスモータ
３５ｂ  Ｘ軸用ギア
３５ｃ  Ｘ軸用ボールねじ
３６  Ｚ軸送り機構
３６ａ  Ｚ軸用パルスモータ
３６ｂ  Ｚ軸用ギア
３６ｃ  Ｚ軸用ボールねじ
３６ｄ  昇降部材
３７  駆動増幅器
５１  石英ガラス管の成形装置
５２  外径検知センサー
５２ｌ  外径検知センサー
５２ｒ  外径検知センサー
５３  サーボ機構
５３ａ  治具用座標軸算出部
５３ｂ  モータ用プロセッサ
５３ｃ  駆動増幅器
５４  外径調整用治具
５５  ２値化回路
５６  画像処理装置
５７  コンピュータ
５７ａ  演算制御装置
５７ｂ  入力装置
５７ｃ  記憶装置
５８  Ｘ軸送り機構
５８ａ  Ｘ軸用パルスモータ
５８ｂ  Ｘ軸用ギア
５８ｃ  Ｘ軸用ボールねじ
５９  Ｚ軸送り機構
５９ａ  Ｚ軸用パルスモータ
５９ｂ  Ｚ軸用ギア
５９ｃ  Ｚ軸用ボールねじ
５９ｄ  昇降部材
Ｐ  石英ガラス管
Ｐｅ  一端
Ｐｉ  内面
Ｐｍ  当接面
Ｐｏ  外面
Ｐｓ  外側側面
Ｐｕ  内側上方
【図１】
0003930672.tif 000002
【図２】
0003930672.tif 000003
【図３】
0003930672.tif 000004
【図４】
0003930672.tif 000005
【図５】
0003930672.tif 000006
【図６】
0003930672.tif 000007
【図７】
0003930672.tif 000008
【図８】
0003930672.tif 000009
【図９】
0003930672.tif 000010
【図１０】
0003930672.tif 000011
【図１１】
0003930672.tif 000012
【図１２】
0003930672.tif 000013
【図１３】
0003930672.tif 000014