(57)【要約】本発明は、高品質ガラス管を作製する方法、および高品質ガラス管を作製する装置を対象にしたものである。本書で開示される方法および装置を用いて作製されたガラス管は、パネリングとして知られている光学的欠陥を実質的に含んでいないため、このガラス管は消費者向け電子機器用ディスプレイに使用することができる。このガラス管は連続的なプロセスによって作製され、このプロセスでは、ガラスがマンドレルの内側表面をコーティングしかつマンドレルの内側表面上を下流に流れるように、溶融ガラスの流れが中空回転マンドレルの内側表面上に提供され、この間、ガラスはより高い粘度を提供するよう冷却される。ガラスを次いでマンドレルから取り出し、延伸してガラス管を得る。溶融ガラスの流れをマンドレルの外側表面上にさらに提供してもよく、ガラスの流れがマンドレルから出て行くときに、この溶融ガラスの流れをマンドレルの内側表面上のガラスの流れに結合させてもよい。本書で示す装置は、この方法を用いて高品質ガラス管を提供するように構成されたものである。
2017533876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス管を作製する方法において、
中空回転マンドレルの内側表面上に、溶融ガラスの流れを提供するステップ、
ガラス管母材を、前記中空回転マンドレルの下流部分から取り出すステップ、および、
前記母材を延伸して、ガラス管を得るステップ、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記溶融ガラスの流れが、３０ｋＰ未満の粘度で提供されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記マンドレルを通る前記溶融ガラスの流量が、約２０ｋｇ／ｈから約８００ｋｇ／ｈの間であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記マンドレルが縦軸を画成し、該縦軸が水平から、約５°から約９０°の間で傾斜していることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記中空回転マンドレルの外側表面上に、溶融ガラスの流れを提供するステップ、
をさらに含み、前記ガラス管母材を前記マンドレルの下流部分から取り出すステップが、前記マンドレルの前記内側表面からのガラスの流れを、前記マンドレルの前記外側表面からのガラスの流れに結合させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記マンドレルの前記外側表面上の前記ガラスが、前記マンドレルの前記内側表面上の前記ガラスとは異なる組成を有していることを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の方法。
【請求項７】
外側被覆層を提供するように構成された溶融ガラスの流れを、提供するステップをさらに含み、前記外側被覆層を提供するように構成された前記ガラスが、前記マンドレルの前記外側表面上の前記ガラスとは異なる組成を有していることを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
ガラス管を作製する装置であって、
外側表面と、内側表面で囲まれた中空内部とを備え、かつ縦軸を画成する、マンドレル、
前記マンドレルの内側表面に溶融ガラスを送出するように構成された、送出機器、および、
前記マンドレルを回転させるように構成された、機器、
を備え、前記ガラスが前記マンドレルの下流端部に位置する出口点へと縦方向に流れるように、構成されていることを特徴とする装置。
【請求項９】
前記マンドレルの前記中空内部に気体を送出するように構成された機器をさらに備えていることを特徴とする請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記マンドレルの前記内側表面を冷却するように構成された冷却機器をさらに備えていることを特徴とする請求項８記載の装置。
【請求項１１】
前記中空マンドレルの外側表面に溶融ガラスを送出するように構成された、送出機器、
をさらに備え、該ガラスが前記マンドレルの前記下流端部で前記マンドレルの前記外側表面から離れて流れるように、さらに構成されていることを特徴とする請求項８記載の装置。
【請求項１２】
前記中空マンドレルの内側表面に溶融ガラスを送出するように構成された、前記送出機器が、
前記マンドレルの前記外側表面に前記溶融ガラスを送出するように構成された前記送出機器と、
前記マンドレルの壁内の１以上の開口であって、前記マンドレルの前記外側表面から前記マンドレルの前記内側表面への前記溶融ガラスの流れを可能にするように構成されている、１以上の開口と、
を含むものであることを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記縦軸が、水平から、約４５°から約９０°の間の角度を形成し、さらに前記マンドレルが、
前記マンドレルの前記外側表面が第１の部分と第２の部分とを有し、さらに、
前記マンドレルの前記外側表面の前記第１の部分が外側へと傾斜して、前記縦軸によって形成される水平からの角度よりも小さい水平からの角度を提供する、
ように構成されていることを特徴とする請求項１１または１２記載の装置。
【請求項１４】
前記マンドレルの前記下流部分から出て行く前記溶融ガラス管母材の粘度が、約８０ｋＰから約３００ｋＰの間であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１５】
前記中空マンドレルの内側の気体の流れの圧力が、約１Ｐａから約３００Ｐａの間であることを特徴とする請求項１４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、その内容が引用され、その全体が参照することにより本書に組み込まれる、２０１４年９月９日に出願された米国仮特許出願第６２／０４７，８７９号の優先権の利益を米国特許法第１１９条の下で主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、高い光学的透明度を有するガラス管を製造する方法および装置に関し、より具体的には、パネリング欠陥のない清浄なままの内部表面と、いくつかの実施形態ではパネリング欠陥のない清浄なままの外部表面とを有する、ガラス管を製造するように構成された方法および装置に関する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
一実施の形態は、中空回転マンドレルの内側表面に溶融ガラスの流れを提供して管母材を形成し、次いでこの母材を延伸してガラス管を得ることにより、ガラス管を連続的に作製する方法を含む。
【０００４】
さらなる実施形態は、中空回転マンドレルの内側表面に溶融ガラスの流れを提供し、さらに溶融ガラス管母材を中空回転マンドレルの下流部分から取り出すことにより、ガラス管母材を連続的に作製する方法を含む。ガラス管母材を次いで延伸して、ガラス管を提供することができる。
【０００５】
さらなる実施形態は、（ａ）中空回転マンドレルの内側表面に溶融ガラスの流れを提供しかつ（ｂ）中空回転マンドレルの外側表面に溶融ガラスの流れを提供し、この２つの流れを結合させて母材を形成し、次いでこの母材を延伸してガラス管を得ることによりガラス管を連続的に作製する方法を含む。マンドレルの内側表面上の溶融ガラスおよび外側表面上の溶融ガラスは、同じ組成を有するものでもよいし、あるいは異なった組成のものでもよい。
【０００６】
さらなる実施形態は、（ａ）中空回転マンドレルの内側表面に溶融ガラスの流れを提供しかつ（ｂ）中空回転マンドレルの外側表面に溶融ガラスの流れを提供し、さらにこの２つをマンドレルの下流部分で結合させることにより、ガラス管母材を連続的に作製する方法を含む。ガラス管母材を次いで延伸して、ガラス管を提供することができる。マンドレルの内側表面上の溶融ガラスおよび外側表面上の溶融ガラスは、同じ組成を有するものでもよいし、あるいは異なった組成のものでもよい。
【０００７】
さらなる実施形態は、（ａ）中空回転マンドレルの内側表面に溶融ガラスの流れを提供し、（ｂ）中空回転マンドレルの外側表面に溶融ガラスの流れを提供し、さらに（ｃ）中空回転マンドレルの外側表面上の溶融ガラスの流れの実質的に上に、溶融ガラスの流れを提供し、これらの流れを結合させて母材を形成し、次いでこの母材を延伸してガラス管を得ることによりガラス管を連続的に作製する方法を含む。マンドレルの内側表面上の溶融ガラスおよび外側表面上の溶融ガラスは、同じ組成を有するものでもよいし、あるいは異なった組成のものでもよい。マンドレルの外側表面上の溶融ガラスの実質的に上にある、溶融ガラスは、マンドレルの外側表面上の溶融ガラスとは異なる組成を有することが望ましい。
【０００８】
さらなる実施形態は、（ａ）中空回転マンドレルの内側表面に溶融ガラスの流れを提供し、（ｂ）中空回転マンドレルの外側表面に溶融ガラスの流れを提供し、さらに（ｃ）中空回転マンドレルの外側表面上の溶融ガラスの流れの実質的に上に、溶融ガラスの流れを提供し、これらの流れを結合させて母材を形成することにより、ガラス管母材を連続的に作製する方法を含む。ガラス管母材を次いで延伸して、ガラス管を提供することができる。マンドレルの内側表面上の溶融ガラスおよび外側表面上の溶融ガラスは、同じ組成を有するものでもよいし、あるいは異なった組成のものでもよい。マンドレルの外側表面上の溶融ガラスの実質的に上にある、溶融ガラスは、マンドレルの外側表面上の溶融ガラスとは異なる組成を有することが望ましい。
【０００９】
さらなる実施形態は、中空マンドレルと、中空マンドレルを回転させるための機器と、溶融ガラスを中空マンドレルの内側表面に送出するための送出機器とを備えた、ガラス管母材を作製するための装置を含む。この装置は、溶融ガラスがマンドレルの内側表面に沿って、送出地点からマンドレルの下流端部に位置する出口点へと縦方向に流れるように構成されている。中空マンドレルは円筒状でもよいし、あるいは円錐状でもよい。
【００１０】
さらなる実施形態は、中空マンドレルと、中空マンドレルを回転させるための機器と、溶融ガラスを中空マンドレルの内側表面に送出するための送出機器と、溶融ガラスを中空マンドレルの外側表面に送出するための送出機器とを備えた、ガラス管母材を作製するための装置を含む。この装置は、溶融ガラスがマンドレルの内側表面に沿って、送出地点からマンドレルの下流端部に位置する出口点へと縦方向に流れるように構成されている。この装置は、溶融ガラスがマンドレルの外側表面に沿って、送出地点からマンドレルの下流端部に位置する出口点へと縦方向に流れるようにさらに構成されている。
【００１１】
さらなる実施形態は、中空マンドレルと、中空マンドレルを回転させるための機器と、溶融ガラスを中空マンドレルの外側表面に送出するための送出機器とを備えた、ガラス管母材を作製するための装置を含む。この装置は、溶融ガラスがマンドレルの外側表面に沿って、送出地点からマンドレルの下流端部に位置する出口点へと縦方向に流れるように構成されている。この装置は、マンドレルの外側表面に送出された溶融ガラスの一部をマンドレルの壁の１以上の開口から中空マンドレルの内部へと流入させ、ここで溶融ガラスが中空マンドレルの内側表面に接触することによって、溶融ガラスをマンドレルの内側表面へと送出するようにさらに構成されている。この装置は、溶融ガラスがマンドレルの内側表面に沿って、送出地点からマンドレルの下流端部に位置する出口点へと縦方向に流れるように構成されている。
【００１２】
さらなる実施形態は、中空マンドレルと、中空マンドレルを回転させるための機器と、溶融ガラスを中空マンドレルの内側表面に送出するための送出機器とを備えた、ガラス管母材を作製するための装置を含む。この装置は、マンドレルの縦軸が水平から、約４５°から約９０°の間の角度を形成し、さらに溶融ガラスがマンドレルの内側表面に沿って、送出地点からマンドレルの下流端部に位置する出口点へと縦方向に流れるように構成されている。この装置は、溶融ガラスが送出されるマンドレルの内側表面が内側へと傾斜して、縦軸によって形成される角度よりも小さい水平からの角度を提供するようにさらに構成されている。
【００１３】
さらなる実施形態は、中空マンドレルと、中空マンドレルを回転させるための機器と、溶融ガラスを中空マンドレルの内側表面に送出するための送出機器と、溶融ガラスを中空マンドレルの外側表面に送出するための送出機器とを備えた、ガラス管母材を作製するための装置を含む。この装置は、溶融ガラスがマンドレルの内側表面に沿って、送出地点からマンドレルの下流端部に位置する出口点へと縦方向に流れるように構成されている。この装置は、溶融ガラスがマンドレルの外側表面に沿って、送出地点からマンドレルの下流端部に位置する出口点へと縦方向に流れるようにさらに構成されている。この装置は、マンドレルの縦軸が水平から、約４５°から約９０°の間の角度を形成するように構成されている。この装置は、溶融ガラスが送出されるマンドレルの内側表面が内側へと傾斜して、縦軸によって形成される角度よりも小さい水平からの角度を提供するようにさらに構成されている。この装置は、溶融ガラスが送出されるマンドレルの外側表面が外側へと傾斜して、縦軸によって形成される角度よりも小さい水平からの角度を提供するようにさらに構成されている。
【００１４】
さらなる特徴および利点は以下の詳細な説明の中に明記され、ある程度は、その説明から当業者には容易に明らかになるであろうし、あるいは、以下の詳細な説明、請求項、並びに添付の図面を含め、本書で説明されたように実施形態を実施することにより認識されるであろう。
【００１５】
前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は単なる例示であり、請求項の本質および特徴を理解するための概要または構成を提供することを意図したものであることを理解されたい。添付の図面はさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれかつその一部を構成する。図面は１以上の実施形態を示し、そしてその説明とともに、種々の実施形態の原理および動作の説明に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】パネリング欠陥によって生じた画像の歪みを明示した、従来技術のガラス管の画像
【図２】キセノン光シャドウグラフ法を受けた従来技術のガラス管の画像であって、パネリング欠陥を明示している図
【図３】キセノン光シャドウグラフ法を受けた、本書で説明される方法の一実施の形態に従って作製されたガラス管の画像であって、パネリング欠陥がないことを明示している図
【図４】ガラス管母材を作製するための装置の一実施の形態の断面斜視図
【図５】溶融ガラスがマンドレルの内側表面とマンドレルの外側表面との両方に流れ得る、ガラス管母材を作製するための装置の一実施の形態の断面斜視図
【図６】溶融ガラスがマンドレルの内側表面とマンドレルの外側表面との両方に流れ得る、ガラス管母材を作製するための装置の一実施の形態の断面斜視図
【図７Ａ】溶融ガラスがマンドレルの外側表面に送出され、マンドレルの１以上の開口を通ってマンドレルの内側表面へと流れる、ガラス管母材を作製するための装置の一実施の形態の断面斜視図
【図７Ｂ】例として図７Ａに示されている実施形態において使用するために構成された、マンドレルの一実施の形態の斜視図
【図８】マンドレルが見た目上、鉛直配向である、ガラス管母材を作製するための装置の一実施の形態の断面斜視図
【図９】溶融ガラスがマンドレルの内側表面とマンドレルの外側表面との両方に流れることができ、マンドレルが見た目上、鉛直配向である、ガラス管母材を作製するための装置の一実施の形態の断面斜視図
【図１０】三層構造を有するガラス管母材を作製するための装置の、一実施の形態の断面斜視図
【図１１】ガラス管を成形する方法の一実施の形態を示した図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
ここで特定の実施形態を詳細に参照し、その例を添付の図面に示す。可能な限り、図面を通じて、同じまたは同様の部分の参照に同じ参照番号を使用する。
【００１８】
高品質ガラス管
ガラス管は、様々な用途で利用法が見出されている。ガラス管は、例えば、照明機器、ソーラーコレクタ、化学蒸留システム、流量計、医薬包装、および建築設計において使用される。最も注目すべきことは、ガラス管が近年、消費者向け電子機器において用途を見出したことである。消費者向け電子機器のディスプレイに接続して使用される場合には、ガラスがディスプレイの画像を歪ませないことが重要である。従って少なくともこの用途では、ガラスの光学的透明度は極めて重要な特性である。
【００１９】
従来ガラス管は、典型的には、通常「ダンナー法（Danner process）」と称される、１９１７年にエドワード・ダンナー（Edward Danner）によって発明された、米国特許第１，２１９，７０９号明細書に記載されているプロセスを用いて作製される。ダンナー法では、連続した溶融ガラスの流れを送出機器から、縦軸の周りを回転するスチール製シャフト上に置かれたマンドレルの外側表面上へと分注する。マンドレルは、重力下で、またマンドレルの回転運動によって、溶融ガラスが次第に管の形状をとるように、水平に対し傾斜している。ガラスは、マンドレルを下流端部に向かって流れ落ちると、徐々に冷却される。下流端部でマンドレルから出て行った後、母材の管は、空気を管の内側に通して吹き込みながら、延伸機によって水平に延伸される。ダンナー法では、マンドレルに接触している溶融ガラス、すなわちマンドレルとガラスの流れとの境界面に位置するガラスが、ガラス管の内側表面を形成し続ける。
【００２０】
市販されているガラス管は、パネリングとして知られる光学的欠陥を抱えている。ガラス管、またはガラス管の一部を通して画像を見ると、パネリングにより、図１に示されているような画像の歪みが生じる。理論に拘束されるものではないが、パネリング欠陥は、溶融ガラスと、溶融ガラスがその上を流れる製造装置の表面との間の相互作用によって、ガラス管の製造中に生じると考えられる。設備表面上の溶融ガラスの流れは、設備表面との境界面で、完成したガラス管製品の表面上に残ってしまう粗さをガラスに付与すると考えられる。こういった光学的欠陥はコストが掛かり得るものであり、また特に研磨が困難であることが多いガラス管の内側表面に位置している場合には、このような光学的欠陥の除去は困難になり得る。
【００２１】
本発明の方法および装置の実施形態を用いてガラス管を製造することによって、高い光学的透明度を有する管を形成することができる。高い光学的透明度とは、本発明の実施形態に従って作製されたガラス管が、パネリング欠陥の結果として人間の目に見える歪みを有していないことを意味する。例えば本発明に従って作製されたガラス管は、望ましいことに、図１に示されている歪みなどの画像の歪みを含んでいないものとなる。
【００２２】
パネリングは、シャドウグラフ法として知られるプロセスによって観察および測定することができる。シャドウグラフ法では、明るい光をサンプルに通して、投影スクリーン上へと透過させる。ガラスサンプルが光を屈折させるエリアを含んでいた場合、こういったエリアは投影スクリーン上で暗いエリアとして見える。図２に示されているように、パネリング欠陥は１以上の暗い筋として見える。この筋は一般に、ガラス管の縦方向に向いている。図２の画像は、市販されているガラス管のサンプルにキセノンランプを通して、不透明な白色投影スクリーン上へと透過させることにより生み出されたものである。
【００２３】
ガラス管全体をシャドウグラフ法で試験するとき、光の透過は、外側表面を通り、両側の内側表面を通り、さらに管の反対側の外側表面を通って観察される。ガラス管の特定の表面のパネリング欠陥試験は、上述したものと同じシャドウグラフ法を用いて、他の表面すなわち試験対象ではない表面を、屈折率整合液でコーティングすることによって行うことができる。屈折率整合液は、コーティングされた表面を通った光の歪みを、皆無かそれに近いものとすることができる。従って、シャドウグラフ法を通じて見られる全ての歪み効果は、コーティングされていない、すなわち試験される表面に起因するものとなる。
【００２４】
屈折率整合液の屈折率は、ガラスの屈折率に類似したものであるべきである。従って、シリコン油を屈折率整合液として使用することができる。屈折率整合液は、ガラス管の試験されない表面上に堆積されると、理論に拘束されるものではないが、ガラス表面の粗さを生み出す小さい空所内を充填し、それにより滑らかで水平な表面を提供すると考えられる。
【００２５】
従って、ガラス管の外側を屈折率整合液でコーティングすることによって、管の内側表面のパネリング欠陥を試験することができる。ダンナー法によって作製されたガラス管の内側表面がパネリング欠陥を含んでいることは、一般に既に見出されている。
【００２６】
本開示の方法および装置の実施形態を用いてガラス管を製造すると、パネリング欠陥を実質的に含んでいない少なくとも内側表面を有する、ガラス管を提供し得ることが分かった。ガラス管は、清浄なままの内側表面、すなわちシャドウグラフ法を用いて観察したときに目視できるパネリング欠陥を含んでいない内側表面を、備えていることが望ましい。本発明の実施形態を用いて作製される高い光学的品質の内側表面を提供するために、さらなる処理または研磨は必要ない。
【００２７】
本発明の実施形態に従って作製されたガラス管のサンプルを、上述したようにシャドウグラフ法に供した。ガラス管の内側表面のパネリング欠陥を試験するように、サンプルの外側表面を、屈折率整合油として機能するシリコン油でコーティングした。その結果が図３に示されている。特に、パネリング欠陥は確認されなかった。
【００２８】
本開示の方法および装置の実施形態は、パネリング欠陥を実質的に含んでいない内側表面と、パネリング欠陥を実質的に含んでいない外側表面との両方を含む、ガラス管をさらに提供することができる。ガラス管は、清浄なままの内側表面（パネリング欠陥を含んでいない内側表面）と清浄なままの外側表面（パネリング欠陥を含んでいない外側表面）との両方を備えていることが望ましい。このように、本開示の方法および装置の実施形態は、パネリング欠陥を実質的に含んでいないガラス管を提供することができる。本発明の実施形態を用いて作製される高い光学的品質の内側および外側表面を提供するために、さらなる処理または研磨は必要ない。
【００２９】
消費者向け電子機器において特に有用になり得る管などの、本開示の方法および装置の実施形態を用いて製造されるいくつかのガラス管の外径は、約１ｍｍから約１００ｍｍの間、代わりに約５ｍｍから約８０ｍｍの間、代わりに約１０ｍｍから約６０ｍｍの間、代わりに約１０ｍｍから約５０ｍｍの間、代わりに約１０ｍｍから約４０ｍｍの間、代わりに約１０ｍｍから約３０ｍｍの間、代わりに約１０ｍｍから約２０ｍｍの間とすることができる。これらの管の壁の厚さは、約０．２ｍｍから約１０ｍｍの間、代わりに約０．５ｍｍから約５ｍｍの間、代わりに約０．５ｍｍから約２ｍｍの間とすることができる。
【００３０】
本開示の製造プロセスおよび装置は、高いレベルのガラス管の厚さの制御を実現する。厚さの制御は、一般に、ガラス管の壁の厚さをその長さに沿って異なる区域で測定し、さらに所望の厚さからの変動を計算することによって判定される。本開示の方法および装置の実施形態を用いて製造されたガラス管の厚さの、所望の厚さからの変動は、５％未満になり得る。あるいは、本開示の方法および装置の実施形態を用いて製造されたガラス管の厚さの、所望の厚さからの変動は、４％未満、代わりに３％未満、代わりに２％未満、さらに代わりに１％未満になり得る。
【００３１】
高品質ガラス管の製造装置
ガラス管母材を製造するための装置の一実施の形態が図４に示されており、概して全体を参照番号１０で示す。装置１０はマンドレル１２を備え、マンドレルは、マンドレルの内側表面１６で囲まれている中空内部１４を備えている。マンドレル１２は、外側表面１８をさらに備えている。図４に示されている実施形態においてマンドレル１２は、上流端部２０と下流端部２２との間に縦方向に広がった、円筒として成形されたものである。下流端部２２は底部端としても知られている。
【００３２】
マンドレル１２は、高温に耐える材料から作製されている。従って、例えば従来のダンナー法でマンドレルの構造に適しているものとして知られているような耐火材料を、マンドレル１２の材料として使用することができる。例えばマンドレル１２は、アルミナシリケートから作製され得る。いくつかの実施形態においてマンドレル１２は、マンドレルの内側表面１６、またはマンドレルの外側表面１８、あるいはマンドレルの内側および外側表面の両方を被覆している、白金をさらに含み得る。
【００３３】
重力が溶融ガラスを、マンドレルの上流端部２０またはその付近に位置する送出地点３０と、マンドレルの下流端部２２に位置する出口点との間で、少なくとも内側表面１６に沿って流れるよう誘導するように、マンドレル１２は構成される。従ってマンドレル１２は、その縦軸２８が水平軸と角度αを形成するように傾斜したものでもよい。角度αは、約５°から約９０°の間であることが好ましい。このような使用法に限定されるものではないが、図４に示されているマンドレル１２は、約５°から約６０°の間の角度αで使用するのに特に適し得る。図４に示されている実施形態において、例えば角度αは約２０°である。
【００３４】
底部端２２でのマンドレル１２の直径は、この装置で製造されるガラス管の直径の決定において重要な役割を果たす。従って、マンドレル１２の直径と、特に底部端２２でのマンドレルの直径は、所望のサイズのガラス管を製造するために選択され得る。いくつかの実施形態において、図４にＩＤで表示されている、底部端でのマンドレルの内径は、約８０ｍｍから約５００ｍｍの間、代わりに約１００ｍｍから約４００ｍｍの間、代わりに約１００ｍｍから約３００ｍｍの間、代わりに約１００ｍｍから約２５０ｍｍの間、代わりに約１００ｍｍから約２２０ｍｍの間とすることができる。
【００３５】
装置１０は、マンドレルを回転させるように構成された、機器２４をさらに備えている。この回転機器２４は、従来のダンナー法において使用され得るものなど、マンドレルを回転させるのに適したものとして当技術において既知の任意の機器を含み得る。図４に示されているものなど、いくつかの実施形態において機器２４は、溶融ガラスがマンドレルの中空内部１４に送出される前に機器２４を通過するように構成され得る。この事例において機器２４は一般に、断熱材によって囲まれた送出管を備えていてもよく、この断熱材が機器の残りの部分に対する熱損傷を防ぐ。機器２４は、マンドレルを少なくとも約２ｒｐｍの速さで、またより望ましくは最大で、少なくとも約２０ｒｐｍまでの速さで、回転させるように構成されることが望ましい。
【００３６】
装置１０は、溶融ガラスを中空マンドレルの内側表面に送出するように構成された、送出機器２６をさらに備えている。この送出機器２６は、従来のダンナー法においてマンドレルの外側表面への溶融ガラスの送出に使用されるものなど、溶融ガラスの送出に適しているものとして当技術において既知の任意の機器とすることができる。上述したように送出機器２６は、これが回転機器２４の一部を通過するように構成され得る。送出機器２６は溶融ガラスを、マンドレルの上流端部２０またはその付近であることが望ましい送出地点３０で、マンドレルの中空内部１４内へと堆積させる。マンドレル１２は、マンドレルの回転によって、マンドレルの内部１４に送出された溶融ガラスがマンドレルの内側表面１６の外周を、望ましくは送出地点３０の直後にコーティングするように構成される。
【００３７】
装置１０は、マンドレル１２をその長さに沿って取り囲んでいる、外部ケーシングすなわちマッフル３２をさらに備え得る。いくつかの実施形態において、マッフル３２は冷却要素３４を備えていてもよく、冷却要素は、溶融ガラスがマンドレル１２の長さに沿って下流に流れるときに溶融ガラスを冷却するように構成されている。冷却要素３４は、例えば１つの熱交換器、または一連の熱交換器を含み得る。しかしながらいくつかの用途では、マッフル内の熱交換器単独ではマンドレル自体の壁が冷却要素３４の効果に対し断熱材として作用し得るため、マンドレルの内側表面１６上のガラスの流れを冷却するには不十分なものとなり得る。
【００３８】
マンドレル１２のいくつかの実施形態は、マンドレル内、例えばマンドレルの壁の内部に冷却要素３６を備え得る。この冷却要素３６は、マッフルの冷却要素３４の代わりになるものでもよいし、あるいはマッフルの冷却要素３４と同時に機能するものでもよい。冷却要素３６は、ある程度の温度制御をマンドレルの内側表面１６に提供するように構成されている。図４に示されているように、冷却要素３６はマンドレル１２の壁の内部で、水などの冷却液体あるいは空気などの冷却気体を循環させることを可能にすることができる。冷却要素３６は、高流量のガラスが使用されるとき、および／またはマンドレルの長さが短い場合に、ガラスの流れの冷却に特に有利になり得る。
【００３９】
装置１０は、マンドレルの中空内部１４に加圧ガスを送出するように構成された、機器４２をさらに備え得る。気体送出機器４２は、従来のダンナー法においてマンドレルの外側表面への気体の送出に使用されるものなど、気体の送出に適しているものとして当技術において既知の任意の機器とすることができる。マンドレルの中空内部１４への溶融ガラスの送出と同様に、気体送出機器４２は、図４に示されているように、回転機器２４の一部を通過するように構成され得る。例えば機器４２は、溶融ガラス送出機器２６から半径方向外側に位置している、１以上のアパーチャを含み得る。
【００４０】
ガラス管母材を連続的に製造するための装置の別の実施形態が、図５に示されている。図５に示されているように、この装置は、マンドレルの外側表面１８に溶融ガラスを送出するように構成された、送出機器３８をさらに備え得る。この送出機器３８は、従来のダンナー法においてマンドレルの外側表面への溶融ガラスの送出に使用されるものなど、溶融ガラスの送出に適しているものとして当技術において既知の任意の機器とすることができる。送出機器３８は溶融ガラスを、マンドレルの上流端部２０またはその付近であることが望ましい送出地点４０で、マンドレルの外側表面１８上へと堆積させる。マンドレル１２は、マンドレルの回転によって、マンドレルの外側表面１８に送出された溶融ガラスが外側表面１８の外周を、望ましくは送出地点４０の直後にコーティングするように構成される。
【００４１】
重力が溶融ガラスを、望ましくはマンドレルの上流端部２０またはその付近に位置する送出地点４０からマンドレルの下流端部２２に位置する出口点までの間で、外側表面１８に沿って流れるよう誘導するように、マンドレル１２は構成される。マンドレルの内側表面１６とマンドレルの外側表面１８との両方への溶融ガラスの流れのために構成された、いくつかの実施形態において、マンドレルの下流端部２２は、２つのガラスの流れがマンドレルから出て行く地点で、これらの流れを結合させるように構成され得る。図５に示されているように、例えばマンドレルの下流端部すなわち底部端２２は、先端４４で終端するように構成され得る。内側表面１６のガラスの流れと外側表面１８のガラスの流れとを先端４４で１つに集めることによって、この装置は２つのガラス流の融合を高めることができる。
【００４２】
ガラス管母材を連続的に製造するための装置１０の別の実施形態が、図６に示されている。図６に示されているようにマンドレル１２は、マンドレルの上流端部２０での直径が下流端部２２でのマンドレルの直径よりも大きい、円錐形状を有するように構成され得る。この円錐状の構成は、マンドレルの壁の厚さが縦軸に沿って下流に移動すると減少するような、マンドレル１２を有することによって得ることができる。円錐状の構成を有するマンドレル１２は、装置がマンドレルの内側表面１６と外側表面１８との両方へのガラスの流れのために構成される場合に、特に望ましいものとなり得る。円錐状の構成を有するマンドレル１２を提供することによって、マンドレルの内側表面１６および外側表面１８のガラスの流れをマンドレルの下流端部２２に向けて、より近づけて集めることができ、それにより先端４４を生成するのに必要な傾斜の鋭さを減少させることができる。
【００４３】
マンドレル１２が円錐状である場合、狭くなる程度を角度βの観点から説明することもできる。角度βは、底部端２２でのマンドレル１２の直径と、送出地点３０でのマンドレルの直径と、これらの２地点間のマンドレルの長さとを判定することによって測定され得る。この情報を使用し、次いで以下の方程式を用いて角度βを計算することができる。
β＝（１／２）×（送出位置での直径−底部の直径）／（送出位置と底部の間の長さ）
いくつかの実施形態において角度βは、約０．５から約５°の間、代わりに約０．５から約４°の間、代わりに約０．５から約３°の間とすることができる。
【００４４】
ガラス管母材を連続的に製造するための装置１０の別の実施形態が、図７に示されている。図７に示されているように装置１０は、溶融ガラスをマンドレルの中空内部１４へ、従ってマンドレルの内側表面１６へと送出するように構成された、送出機器２６が、溶融ガラスを中空マンドレルの外側表面へと送出するように構成された送出機器３８と、マンドレル壁内の１以上の開口４６との組合せを含むように構成されたものであり、この１以上の開口は、溶融ガラスがマンドレルの外側表面１８からマンドレル１２の壁を通ってマンドレルの内側表面１６へとの流れるのを可能にするように構成されている。１以上の開口４６は、送出地点４０の位置またはその直後に位置していることが望ましい。いくつかの実施形態は、マンドレル１２の外周の周りに実質的に均等に間隔を空けて配置された、複数の開口４６を備えている。開口のサイズおよび間隔は、マンドレルの中空内部１４へのガラスの所望の流れ、従って内側表面１６上の所望のガラスの流れの他、マンドレルの外側表面１８上の所望のガラスの流れを、提供するように選択され得る。
【００４５】
この構成は、既存の従来のダンナーシステムで実装する場合に特に有用になり得る。例えばこの構成を用いると、単にマンドレル１２を交換することによって、従来のダンナーシステムを、内側表面１６上の溶融ガラスの流れを含むように更新することが可能になり得る。
【００４６】
ガラス管母材を連続的に製造するための装置１０の別の実施形態が、図８に示されている。図８に示されているように、装置１０は、マンドレルが見た目上鉛直になるよう傾斜するように構成され得る。例えばマンドレル１２を、マンドレルの縦軸２８と水平との間に形成される角度αが約５５°から約９０°の間、あるいは約６０°から約９０°の間になるように、含んでもよい。これらの範囲内の角度にマンドレル１２を傾斜させると、厚いガラス管および／または大きい直径を有するガラス管を生成する場合に特に有用になり得る。低流量のガラスをマンドレル１２に通して用いる場合も、特に有用になり得る。
【００４７】
角度αが特定の閾値を上回る場合、マンドレルの内側表面１６の外周全体に亘って一貫した連続コーティングを達成することは困難になる。従っていくつかの実施形態において、特に角度αが大きい場合マンドレル１２は、第１の、すなわち送出部分４８と、第２の、すなわち流動部分５０とを含む、内側表面１６を備え得る。
【００４８】
送出部分４８は、角度αよりも小さい水平からの角度ωをこの第１の部分に提供するように、マンドレルの中心に向かって内側へと傾斜している。送出部分４８は、溶融ガラスの流れによる内側表面１６のコーティングが一貫性のないおよび／または不連続なものとなる閾値角度を、角度ωが下回るように構成される。例えばいくつかの実施形態において、角度ωは水平から６０°未満であり、あるいは水平から５５°未満である。装置１０は、送出機器２６が溶融ガラスを内側表面の第１の部分４８に送出するように構成されている。従って、溶融ガラスの流れが内側表面の第１の部分４８に沿って移動すると、マンドレル１２が回転することで、溶融ガラスはマンドレルの内側表面１６の外周に一貫した連続コーティングを生じさせる。
【００４９】
見た目上鉛直のマンドレルの構成による利益を提供するために、流動部分５０を、角度α以上の水平からの角度を提供するように傾斜させてもよい。例えば流動部分５０を、溶融ガラスの流れによる内側表面１６のコーティングが一貫性のないおよび／または不連続なものとなる閾値角度を上回る、水平からの角度を提供するように、傾斜させてもよい。これは、第１の部分４８に亘る溶融ガラスの流れによって、内側表面１６の外周に、溶融ガラスの一貫した連続コーティングが既に与えられているためである。例えばいくつかの実施形態において、内側表面の第２の部分５０によって形成される角度は、水平から５５°を超え、あるいは水平から６０°を超えている。図８に示されているように、内側表面の第２の部分５０を含むマンドレルの部分は、円筒状でもよい。しかしながらいくつかの実施形態において、内側表面の第２の部分５０を含むマンドレルの部分は、円錐状でもよい。
【００５０】
ガラス管母材を連続的に製造するための装置１０の別の実施形態が、図９に示されている。マンドレルの内側表面１６のコーティングに関して上述したように、角度αが特定の閾値を上回る場合、マンドレルの外側表面１８の外周全体に亘って一貫した連続コーティングを達成することも困難になる。従っていくつかの実施形態において、特に角度αが大きい場合マンドレル１２は、第１の部分５２すなわち送出部分と、第２の部分５４すなわち流動部分とを含む、外側表面１８を備え得る。
【００５１】
第１の部分５２は、角度αよりも小さい水平からの角度γをこの第１の部分に提供するように、マンドレルの中心から離れるよう外側へと傾斜している。第１の部分５２は、溶融ガラスの流れによる外側表面１８のコーティングが一貫性のないおよび／または不連続なものとなる閾値角度を、角度γが下回るように構成される。例えばいくつかの実施形態において、角度γは水平から６０°未満であり、あるいは水平から５５°未満である。この装置は、送出機器３８が溶融ガラスを外側表面の第１の部分５２に送出するように構成されている。従って、溶融ガラスの流れが外側表面の第１の部分５２に沿って移動すると、マンドレル１２が回転することで、溶融ガラスはマンドレルの外側表面１８の外周に一貫した連続コーティングを生じさせる。
【００５２】
見た目上鉛直のマンドレルの構成による利益を提供するために、第２の部分５４を、角度α以上の水平からの角度を提供するように傾斜させてもよい。例えば第２の部分５４を、溶融ガラスの流れによる外側表面１８のコーティングが一貫性のないおよび／または不連続なものとなる閾値角度を上回る、水平からの角度を提供するように傾斜させてもよい。これは、第１の部分５２に亘る溶融ガラスの流れによって、外側表面１８の外周に、溶融ガラスの一貫した連続コーティングが既に与えられているためである。例えばいくつかの実施形態において、外側表面の第２の部分５４によって形成される角度は、水平から５５°を超え、あるいは水平から６０°を超えている。図９に示されているように、外側表面の第２の部分５４を含むマンドレルの部分は、円錐状でもよい。しかしながらいくつかの実施形態において、外側表面の第２の部分５４を含むマンドレルの部分は、円筒状でもよい。
【００５３】
ガラス管母材を連続的に製造するための装置１０の別の実施形態が、図１０に示されている。図１０に示されているように、装置１０は、マンドレルの外側表面１８にさらなる溶融ガラスの流れを送出するように構成された、送出機器５６をさらに備え得る。この送出機器５６は、従来のダンナー法においてマンドレルの外側表面への溶融ガラスの送出に使用されるものなど、溶融ガラスの送出に適しているものとして当技術において既知の任意の機器とすることができる。送出機器５６は、溶融ガラスを送出地点５８で送出するように構成されている。図１０に示されているように、送出機器３８は溶融ガラスの流れをマンドレルの外側表面１８に送出地点４０で提供するように構成されており、送出地点５８は、この送出地点４０の下流である。従って送出機器５６は、マンドレルの外側表面１８上を流れている溶融ガラスの表面の上に、溶融ガラスの流れを送出および提供するように構成されている。
【００５４】
ガラス管を連続的に製造するための装置６０の一実施の形態が、図１１に示されている。図１１に示されているように装置６０は、上述した実施形態のいずれかによる、ガラス管母材を連続的に製造する装置１０を備えている。装置６０は、マンドレル１２から出て行くガラス管母材を延伸するように構成された、機器６４をさらに備え得る。延伸機器６４は、ガラス管を延伸するのに適したものとして当技術において既知の、任意の機器を含み得る。例えば図１１において機器６４は、ホイール延伸機として図示されている。装置６０は、マンドレル１２の出口から延伸機器６４へとガラス管母材を搬送するように構成された、機器６６をさらに備え得る。この搬送機器は、ガラス管母材を搬送するのに適したものとして当技術において既知の、任意の機器を含み得る。例えば図１１において、図示の機器６６は一連の黒鉛ローラを備えている。延伸機器６４および搬送機器６６は、マンドレル１２から出て行くガラス管母材が懸垂線の配置を取る距離６２を提供するように、位置付けられかつ構成されることが望ましい。
【００５５】
本書で明記される装置は、図示および具体的に上述した実施形態に限定されない。むしろ、当業者は理解していることであろうが、さらなる説明されていない実施形態を提供するために、上述した実施形態の特定の特徴を、含んでもよいし、除外してもよく、また組み合わせてもよい。
【００５６】
高品質ガラス管の製造方法
本発明の別の実施形態は、高い光学的透明度を有するガラス管を連続的に製造する方法である。上述したような装置を使用し、かつ種々のプロセスパラメータを注意深く制御することで、本発明の実施形態は清浄なままの内側表面を有するガラス管を提供することができる。さらに、上述したような装置を使用し、かつ種々のプロセスパラメータを注意深く制御することで、本発明の実施形態は清浄なままの内側表面と清浄なままの外側表面とを有するガラス管を提供することができる。
【００５７】
いくつかの実施形態において、ガラス管を製造する方法は、ガラス管母材を形成するステップと、この母材を延伸してガラス管を得るステップとを含む。ガラス管母材を形成するステップは、中空回転マンドレル１２の内側表面１６に溶融ガラスの流れを提供するステップと、ガラス母材をマンドレルの下流部分２２から取り出すステップとを含む。
【００５８】
ガラス管母材を延伸してガラス管を得るステップは、当業者によって一般に理解されているプロセスである。例えばいくつかの方法において、マンドレル１２を出て行くガラス管母材は、母材が懸垂線の形状６２を取るエリアを通って移動し得る。この懸垂線の段階を通って搬送される間に、ガラス母材はその軟化点に近い温度へと冷却される。懸垂線の段階６２の後、ガラス管母材をホイール延伸機などの延伸機６４に通して搬送してもよく、ここでガラスはさらに冷却されて固体のガラス管が提供される。いくつかの実施形態において延伸は、約３から約１０の間の延伸比で行われ得る。しかしながら、従来のダンナー法またはその変形に関連して使用されるような当業者に既知の任意の方法によってガラス管を得るべく、本書で説明される実施形態の方法により生成されたガラス管母材を延伸することも可能であることを理解されたい。
【００５９】
本発明のいくつかの実施形態は、ガラス管母材の形成のみのために行われる。限定するものではないが一般に上述したものなどの当業者に既知の任意の方法によってガラス管を得るよう、これらの実施形態のガラス管母材をさらに延伸することも可能であることを理解されたい。
【００６０】
ガラス管母材を作製する方法は、中空回転マンドレル１２の内側表面１６に溶融ガラスの流れを提供するステップと、ガラス母材をマンドレルの下流部分２２から取り出すステップとを含む。溶融ガラスの流れは、中空回転マンドレル１２の内部１４に送出される。
【００６１】
マンドレル１２の回転により、溶融ガラス流はマンドレルの内側表面１６を周方向にコーティングする。プロセス全体を通じてマンドレル１２の回転は、周方向の熱的特異点および／または流れの特異点を、防ぐことも可能にする。上述したようにマンドレル１２は、水平からの角度αで傾斜した縦軸２８を有している。従って、重力によって溶融ガラス流はさらに縦方向にマンドレル１２の内側表面１６を流れ落ち、管の形状を取る。
【００６２】
高品質の内部ガラス表面を有するガラス管を提供するために、溶融ガラス流をマンドレルの内側表面１６に低粘度で送出することが望ましい。マンドレルの内側表面１６に提供されるガラス流の粘度は、望ましくは３０ｋＰ未満、あるいは１０ｋＰ未満である。例えばマンドレルの内側表面１６に提供されるガラス流の粘度は、約１ｋＰから約３０ｋＰの間、代わりに約１ｋＰから約２５ｋＰの間、代わりに約１ｋＰから約２０ｋＰの間、代わりに約１ｋＰから約１５ｋＰの間、代わりに約１ｋＰから約１０ｋＰの間、さらに代わりに約１ｋＰから約５ｋＰの間とすることができる。理論に拘束されるものではないが、低粘度の流れを使用すると、ガラスの流れが任意の表面欠陥を修復して、それにより高品質の光学的表面を提供することを可能にすることができると考えられる。
【００６３】
ガラスの流れはさらに、回転マンドレルの内側表面１６に沿って縦方向に流れるときに冷却され得る。ガラスが下流に流れる間に冷却されると、ガラスの流れの粘度は増加する。この変化は、ガラスがマンドレル１２に沿って縦方向に移動するときに徐々に起こることが望ましい。例えばガラスは、マンドレルの長さ１ミリメートル当たり約０．１から０．８℃の間の速度で冷却され得る。ガラスは、マンドレルを包囲している冷却要素３４によって、および／またはマンドレル内に位置している冷却要素３６によって、冷却することができる。例えばマンドレルの壁内に位置している冷却要素３６は、マンドレル１２を冷却するように機能し得るものであり、それにより壁の内側表面１６を下方へと移動するときにガラスの流れを冷却する。
【００６４】
マンドレルの底部端２２でのガラスの流れの粘度は、マンドレル１２からこれを取り出すときに、また続く延伸プロセスの際に、安定したガラスの流れを提供することができる、十分に高い粘度でなければならない。例えば、ガラス流がマンドレルの底部端２２から出て行くときのガラス流の粘度は、約８０ｋＰ（キロポアズ）から約５００ｋＰの間、代わりに約８０ｋＰから約３００ｋＰの間、代わりに約１００ｋＰから約３００ｋＰの間、代わりに約１００ｋＰから約２００ｋＰの間とすることができる。
【００６５】
マンドレル１２の回転速度を、高い光学的品質の表面を有するガラス管を提供するためにさらに制御してもよい。いくつかの実施形態においてマンドレルの回転速度は、約２ｒｐｍ（１分当たりの回転数）から約２０ｒｐｍの間、代わりに約２ｒｐｍから約１５ｒｐｍの間、代わりに約２ｒｐｍから約１２ｒｐｍの間、代わりに約２ｒｐｍから約１０ｒｐｍの間、さらに代わりに約２ｒｐｍから約８ｒｐｍの間であることが望ましい。
【００６６】
回転マンドレルの内側表面１６に沿った縦方向のガラスの流れの流量をさらに制御して、安定した流れを提供し、従って高品質のガラス管を提供することができる。いくつかの実施形態においてガラスの流量は、約２０ｋｇ／ｈ（１時間当たりのキログラム）から約８００ｋｇ／ｈの間、代わりに約２０ｋｇ／ｈから約７００ｋｇ／ｈの間、代わりに約２０ｋｇ／ｈから約６００ｋｇ／ｈの間、代わりに約２０ｋｇ／ｈから約５００ｋｇ／ｈの間、代わりに約２０ｋｇ／ｈから約４００ｋｇ／ｈの間、代わりに約２０ｋｇ／ｈから約３００ｋｇ／ｈの間、代わりに約２０ｋｇ／ｈから約２００ｋｇ／ｈの間、代わりに約２０ｋｇ／ｈから約１００ｋｇ／ｈの間である。
【００６７】
いくつかの実施形態において、ガラス管母材の壁の厚さと、従ってガラス管の壁の厚さは、回転マンドレルの中空内部１４に気体を提供することによってさらに制御することができる。マンドレルの中空１４内にガス圧を提供することによって、マンドレル１２から出て行くガラス管母材の壁の厚さ、従って延伸されたガラス管の壁の厚さを調整することができる。いくつかの実施形態においてこのガス圧は、ガラス管の所望の厚さ次第で、約１Ｐａ（パスカル）から約１０００Ｐａの間、代わりに約１Ｐａから約５００Ｐａの間、代わりに約０Ｐａから約３００Ｐａの間、代わりに約１Ｐａから約２００Ｐａの間とすることができる。気体の本質に関する制限は、たとえあったとしても極わずかである。例えば低コストであることにより、気体は圧縮空気としてもよい。
【００６８】
制御された溶融ガラスの流れを回転マンドレルの内側表面１６に提供することによって、パネリング欠陥のない内側表面を有するガラス管を、連続的な形で生成することができる。上述の実施形態を用いて生成されたガラス管はさらに、変動が５％未満、さらに代わりに２％未満の、一貫した厚さを有し得る。
【００６９】
別の実施形態において溶融ガラスは、中空回転マンドレルの外側表面１８にも提供される。中空マンドレルの内側表面１６上のガラスと同様に、マンドレル１２の回転により溶融ガラス流は、マンドレルの外側表面１８を周方向にコーティングする。回転によって、周方向の熱的特異点および／または流れの特異点を、防ぐことが可能になるとさらに考えられる。マンドレル１２の角度で生成される重力により、ガラスの流れがマンドレルの外側表面１８を、ガラスの流れが管の形状をとるように縦方向に流れ落ちることも可能になる。
【００７０】
マンドレルの外側表面１８上のガラスの流れはマンドレルの内側表面１６上のガラスの流れに、これら２つの流れがマンドレルの下流端部２２から出て行くときに結合する。これらの流れが互いに向かって合流してマンドレルの先端４４で結合するように、マンドレル１２が構成されていることが望ましい。
【００７１】
マンドレルの外側表面１８に提供されるガラスの組成は、マンドレルの内側表面１６に提供されるガラスの組成と同じものでもよい。他の実施形態において、マンドレルの外側表面１８に提供されるガラスの組成は、マンドレルの内側表面１６に提供されるガラスの組成とは異なる組成を含むものでもよい。内側ガラス流および外側ガラス流に対して異なるガラス組成を用いることによって、内部表面と外部表面とで異なる性質を有するガラス管を生成することができる。
【００７２】
いくつかの用途では、例えば、ガラス管の外部表面を形成するマンドレルの外側表面１８上のガラスは、ガラス管の内部表面を形成するマンドレルの内側表面１６上のガラスよりも低い熱膨張係数を有し得る。他の用途では、ガラス管の外部表面を形成するマンドレルの外側表面１８上のガラスは、ガラス管の内部表面を形成するマンドレルの内側表面１６上のガラスよりも高い熱膨張係数を有し得る。
【００７３】
異なる熱膨張係数を有するガラスを使用するものは、単なる一例として提供されたものである。マンドレルの内側表面および外側表面に供給される個々のガラスは、当業者には理解されるであろうが、特性の任意の組合せを提供するよう個々に選択してもよい。例えば用途次第では、ガラス管の内部表面に、化学的不活性に関連した所望の性質を与えるガラスを選択することが望ましいであろう。他の用途では、ガラス管の外部表面に、耐引っ掻き傷性の性質を与えるガラスを選択することが望ましいであろう。
【００７４】
高品質の外側ガラス表面を有するガラス管を提供するために、溶融ガラス流をマンドレルの外側表面１８に低粘度で送出することが望ましい。マンドレルの外側表面１８に提供されるガラス流の粘度は、望ましくは３０ｋＰ未満、あるいは１０ｋＰ未満である。例えばマンドレルの外側表面１８に提供されるガラス流の粘度は、約１ｋＰから約３０ｋＰの間、代わりに約１ｋＰから約２５ｋＰの間、代わりに約１ｋＰから約２０ｋＰの間、代わりに約１ｋＰから約１５ｋＰの間、代わりに約１ｋＰから約１０ｋＰの間、さらに代わりに約１ｋＰから約５ｋＰの間とすることができる。
【００７５】
ガラスの流れはさらに、回転マンドレルの外側表面１８に沿って縦方向に流れるときに冷却され得る。ガラスが下流に流れる間に冷却されると、ガラスの流れの粘度は増加する。この変化は、ガラスがマンドレル１２に沿って縦方向に移動するときに徐々に起こることが望ましい。例えばガラスは、マンドレルの長さ１ミリメートル当たり約０．１から０．８℃の間の速度で冷却され得る。ガラスは、マンドレルを包囲している冷却要素３４によって、および／またはマンドレル内に位置している冷却要素３６によって、冷却することができる。例えば、マンドレルの壁内に位置している冷却要素３６はマンドレル１２を冷却するように機能し、それによりガラスの流れが壁の外側表面１８を下方へと移動するときにこれを冷却することができる。
【００７６】
マンドレルの底部端２２でのガラスの流れの粘度は、マンドレル１２からこれを取り出すときに、また続く延伸プロセスの際に、ガラスの流れに安定性を提供することができるような、十分に高い粘度でなければならない。例えば、ガラス流がマンドレルの底部端２２の外側表面１８から出て行くときのガラス流の粘度は、約８０ｋＰから約５００ｋＰの間、代わりに約８０ｋＰから約３００ｋＰの間、代わりに約１００ｋＰから約３００ｋＰの間、代わりに約１００ｋＰから約２００ｋＰの間とすることができる。
【００７７】
回転マンドレルの外側表面１８に沿った縦方向のガラスの流量をさらに制御して、安定した流れを提供し、従って高品質のガラス管を提供することができる。いくつかの実施形態においてガラスの流量は、約２０ｋｇ／ｈ（１時間当たりのキログラム）から約８００ｋｇ／ｈの間、代わりに約２０ｋｇ／ｈから約７００ｋｇ／ｈの間、代わりに約２０ｋｇ／ｈから約６００ｋｇ／ｈの間、代わりに約２０ｋｇ／ｈから約５００ｋｇ／ｈの間、代わりに約２０ｋｇ／ｈから約４００ｋｇ／ｈの間、代わりに約２０ｋｇ／ｈから約３００ｋｇ／ｈの間、代わりに約２０ｋｇ／ｈから約２００ｋｇ／ｈの間、代わりに約２０ｋｇ／ｈから約１００ｋｇ／ｈの間である。
【００７８】
いくつかの実施形態において、回転マンドレルの外側表面１８に沿ったガラスの流量は、回転マンドレルの内側表面１６に沿ったガラスの流量と実質的に同じでもよい。他の実施形態では、マンドレルの内側表面１６よりも大きい流量をマンドレルの外側表面１８に沿って有していること、あるいはマンドレルの内側表面１６よりも小さい流量のガラスをマンドレルの外側表面に沿って有していることが望ましいことがある。
【００７９】
マンドレルの内側表面１６とは異なる流量をマンドレルの外側表面１８で使用することは、例えばマンドレルの外側表面上のガラスの組成がマンドレルの内側表面上のガラスの組成とは異なる場合に特に有用になり得る。マンドレルの外側表面１８上のガラスとマンドレルの内側表面１６上のガラスの流量を選択および制御することによって、生成されるガラス管の異なる層の厚さを制御することができる。
【００８０】
いくつかの実施形態において、ガラス管母材の壁の厚さと、従ってガラス管の壁の厚さは、回転マンドレルの外側表面１８の周りに気体の流れを提供することによってさらに制御することができる。マンドレルの外側表面１８の周りにガス圧を提供することによって、最終的なガラス管の壁の厚さを調整することができる。いくつかの実施形態においてこのガス圧は、ガラス管の所望の壁の厚さ次第で、約１Ｐａから約１０００Ｐａの間、代わりに約１Ｐａから約５００Ｐａの間、代わりに約０Ｐａから約３００Ｐａの間、代わりに約１Ｐａから約２００Ｐａの間とすることができる。
【００８１】
制御された溶融ガラスの流れを回転マンドレルの外側表面１８に提供することによって、パネリング欠陥のない外側表面を有するガラス管を、連続的な形で生成することができる。制御された溶融ガラスの流れを回転マンドレルの内側表面１６と外側表面１８との両方に提供することによって、パネリング欠陥のないガラス管を連続的な形で生成することができる。上述の実施形態を用いて生成されたガラス管はさらに、変動が５％未満、さらに代わりに２％未満の、一貫した厚さを有し得る。
【００８２】
別の実施形態では、さらなる溶融ガラスの流れを回転マンドレルの外側表面１８に提供してもよい。さらなる溶融ガラスの流れは、ガラス管に外側被覆層を提供するように構成される。従ってさらなる溶融ガラスの流れは、マンドレルの外側表面１８上の最初のガラスの流れよりも下流で提供され、マンドレルの外側表面上の最初のガラスの流れの実質的に上に留まるように構成される。
【００８３】
さらなる溶融ガラスの流れの組成は、マンドレルの外側表面１８上の少なくとも最初のガラスの流れとは異なっている。さらなる溶融ガラスの流れの組成は、マンドレルの内側表面１６上のガラスの流れとも異なっていてもよい。本実施形態を用いると、三層構造のガラス管を連続的に生成することができる。管を構成する３つの層の相対的な厚さは、上述したようにマンドレル１２での各ガラスの流れの流量を制御することによって制御することができる。
【００８４】
種々の実施形態を、以下の実施例によってさらに明らかにする。
【実施例１】
【００８５】
図４に示されているような装置１０を使用し、水平から約２０°傾斜した円筒状の管を備えている中空マンドレル１２を、約５ｒｐｍの速度で回転させた。連続的な溶融ガラスの流れを、溶融ガラスがマンドレルの内側表面１６に接触してこれをコーティングするように、中空回転マンドレルの内部１４に送出した。送出地点３０でのガラスの粘度は約４．４ｋＰであった。送出地点３０での溶融ガラスの温度は約１，１００℃であった。ガラスはマンドレルの内側表面１６を、１時間当たり約３０ｋｇの流量で縦方向に流れ落ちた。管母材をマンドレルの底部端２２から取り出して、上述した従来のプロセスを用いて延伸し、ガラス管を生成した。管の外側表面に屈折率整合油を用いて、ガラス管の内側表面を次いでシャドウグラフ法で試験し、ガラス管の内側表面がパネリング欠陥を有していないことが示された。
【実施例２】
【００８６】
図４に示されているような装置１０を使用し、水平から約４５°傾斜した中空マンドレル１２を約５ｒｐｍの速度で回転させた。連続的な溶融ガラスの流れを、溶融ガラスがマンドレルの内側表面１６に接触してこれをコーティングするように、中空回転マンドレルの内部１４に送出した。送出地点３０でのガラスの粘度は約４．４ｋＰであった。送出地点３０での溶融ガラスの温度は約１，１００℃であった。ガラスはマンドレルの内側表面１６を、１時間当たり約３０ｋｇの流量で縦方向に流れ落ちた。管母材をマンドレルの底部端２２から取り出して、上述した従来のプロセスを用いて延伸し、ガラス管を生成した。管の外側表面に屈折率整合油を用いて、ガラス管の内側表面を次いでシャドウグラフ法で試験し、ガラス管の内側表面がパネリング欠陥を有していないことが示された。
【実施例３】
【００８７】
図８に示されているような装置１０を使用し、水平から約６０°傾斜した中空マンドレル１２を約５ｒｐｍの速度で回転させた。連続的な溶融ガラスの流れを、溶融ガラスがマンドレルの内側表面１６に接触してこれをコーティングするように、中空回転マンドレルの内部１４に送出した。送出地点３０でのガラスの粘度は約４．４ｋＰであった。送出地点３０での溶融ガラスの温度は約１，１００℃であった。ガラスはマンドレルの内側表面１６を、１時間当たり約３０ｋｇの流量で縦方向に流れ落ちた。管母材をマンドレルの底部端２２から取り出して、上述した従来のプロセスを用いて延伸し、ガラス管を生成した。管の外側表面に屈折率整合油を用いて、ガラス管の内側表面を次いでシャドウグラフ法で試験し、ガラス管の内側表面がパネリング欠陥を有していないことが示された。
【実施例４】
【００８８】
図５に示されているような装置１０を使用し、直径が約１６０ｍｍでありかつ壁の厚さが約２ｍｍである円筒状の管を備えている中空マンドレル１２を、水平から約４５°傾斜させ、約５ｒｐｍの速度で回転させる。連続的な溶融ガラスの流れを、溶融ガラスがマンドレルの内側表面１６に接触してこれをコーティングするように、中空回転マンドレルの内部１４に送出する。マンドレルの内側表面に対する送出地点３０でのガラスの粘度を約５ｋＰとする。
【００８９】
同時に連続的な溶融ガラスの流れを、溶融ガラスがマンドレルの外側表面に接触してこれをコーティングするように、中空回転マンドレルの外側表面１８に送出する。マンドレルの外側表面に対する送出地点４０でのガラスの粘度も約５ｋＰとする。
【００９０】
ガラスはマンドレルの内側表面１６およびマンドレルの外側表面１８を、１時間当たり約６０ｋｇの流量で縦方向に流れ落ちる。管母材がマンドレルの底部端２２から、約１５０ｋＰの粘度で連続的に流れ出る。この母材を、上述した従来のプロセスを用いて連続的に延伸し、ガラス管を生成する。シャドウグラフ法を用いてこのガラス管を試験する。ガラス管が内側表面または外側表面のいずれにも、パネリング欠陥を有していないことが期待される。
【００９１】
本発明の精神および範囲から逸脱することなく、種々の改変および変形が作製可能であることは当業者には明らかであろう。
【００９２】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００９３】
実施形態１
ガラス管を作製する方法において、
中空回転マンドレルの内側表面上に、溶融ガラスの流れを提供するステップ、
ガラス管母材を、前記中空回転マンドレルの下流部分から取り出すステップ、および、
前記母材を延伸して、ガラス管を得るステップ、
を含むことを特徴とする方法。
【００９４】
実施形態２
前記溶融ガラスの流れが、３０ｋＰ未満の粘度で提供されることを特徴とする実施形態１記載の方法。
【００９５】
実施形態３
前記溶融ガラスの流れが、１０ｋＰ未満の粘度で提供されることを特徴とする実施形態２記載の方法。
【００９６】
実施形態４
前記マンドレルを通る前記溶融ガラスの流量が、約２０ｋｇ／ｈから約８００ｋｇ／ｈの間であることを特徴とする実施形態１記載の方法。
【００９７】
実施形態５
前記マンドレルが縦軸を画成し、該縦軸が水平から、約５°から約９０°の間で傾斜していることを特徴とする実施形態１記載の方法。
【００９８】
実施形態６
加圧ガスを、前記中空回転マンドレルの内部へと導入することを特徴とする実施形態１記載の方法。
【００９９】
実施形態７
前記中空回転マンドレルの外側表面上に、溶融ガラスの流れを提供するステップ、
をさらに含み、前記ガラス管母材を前記マンドレルの下流部分から取り出すステップが、前記マンドレルの前記内側表面からのガラスの流れを、前記マンドレルの前記外側表面からのガラスの流れに結合させるステップをさらに含むことを特徴とする実施形態１記載の方法。
【０１００】
実施形態８
前記マンドレルの前記外側表面上の前記ガラスが、前記マンドレルの前記内側表面上の前記ガラスとは異なる組成を有していることを特徴とする実施形態７記載の方法。
【０１０１】
実施形態９
外側被覆層を提供するように構成された溶融ガラスの流れを、提供するステップをさらに含み、前記外側被覆層を提供するように構成された前記ガラスが、前記マンドレルの前記外側表面上の前記ガラスとは異なる組成を有していることを特徴とする実施形態７記載の方法。
【０１０２】
実施形態１０
ガラス管を作製する装置であって、
外側表面と、内側表面で囲まれた中空内部とを備え、かつ縦軸を画成する、マンドレル、
前記マンドレルの内側表面に溶融ガラスを送出するように構成された、送出機器、および、
前記マンドレルを回転させるように構成された、機器、
を備え、前記ガラスが前記マンドレルの下流端部に位置する出口点へと縦方向に流れるように、構成されていることを特徴とする装置。
【０１０３】
実施形態１１
前記マンドレルの前記中空内部に気体を送出するように構成された機器をさらに備えていることを特徴とする実施形態１０記載の装置。
【０１０４】
実施形態１２
前記マンドレルの前記内側表面を冷却するように構成された冷却機器をさらに備えていることを特徴とする実施形態１０記載の装置。
【０１０５】
実施形態１３
前記冷却機器が、前記マンドレルの壁の内部に位置している冷却要素を含むことを特徴とする実施形態１２記載の装置。
【０１０６】
実施形態１４
前記マンドレルが円筒状であることを特徴とする実施形態１０記載の装置。
【０１０７】
実施形態１５
前記マンドレルが円錐状であることを特徴とする実施形態１０記載の装置。
【０１０８】
実施形態１６
前記縦軸が、水平から、約４５°から約９０°の間の角度を形成することを特徴とする実施形態１０記載の装置。
【０１０９】
実施形態１７
前記マンドレルの前記内側表面が、第１の部分と第２の部分とを有し、さらに、
前記マンドレルの前記内側表面の前記第１の部分が、内側へと傾斜して、前記縦軸によって形成される水平からの角度よりも小さい水平からの角度を提供することを特徴とする実施形態１６記載の装置。
【０１１０】
実施形態１８
前記中空マンドレルの外側表面に溶融ガラスを送出するように構成された、送出機器、
をさらに備え、該ガラスが前記マンドレルの前記下流端部で前記マンドレルの前記外側表面から離れて流れるように、さらに構成されていることを特徴とする実施形態１０記載の装置。
【０１１１】
実施形態１９
前記中空マンドレルの内側表面に溶融ガラスを送出するように構成された、前記送出機器が、
前記マンドレルの前記外側表面に前記溶融ガラスを送出するように構成された前記送出機器と、
前記マンドレルの壁内の１以上の開口であって、前記マンドレルの前記外側表面から前記マンドレルの前記内側表面への前記溶融ガラスの流れを可能にするように構成されている、１以上の開口と、
を含むものであることを特徴とする実施形態１８記載の装置。
【０１１２】
実施形態２０
前記縦軸が、水平から、約４５°から約９０°の間の角度を形成し、さらに前記マンドレルが、
前記マンドレルの前記外側表面が第１の部分と第２の部分とを有し、さらに、
前記マンドレルの前記外側表面の前記第１の部分が外側へと傾斜して、前記縦軸によって形成される水平からの角度よりも小さい水平からの角度を提供する、
ように構成されていることを特徴とする実施形態１８記載の装置。
【０１１３】
実施形態２１
前記マンドレルを、１分当たり約２から約２０回転の間の速度で回転させることを特徴とする実施形態１記載の方法。
【０１１４】
実施形態２２
前記マンドレルを、１分当たり約２から約１０回転の間の速度で回転させることを特徴とする実施形態２１記載の方法。
【０１１５】
実施形態２３
前記マンドレルの前記下流部分から出て行く前記溶融ガラス管母材の前記粘度が、約８０ｋＰから約３００ｋＰの間であることを特徴とする実施形態１記載の方法。
【０１１６】
実施形態２４
前記マンドレルの前記下流部分から出て行く前記溶融ガラス管母材の前記粘度が、約１００ｋＰから約２００ｋＰの間であることを特徴とする実施形態２３記載の方法。
【０１１７】
実施形態２５
気体の流れを、前記中空マンドレルの内側に提供するステップをさらに含むことを特徴とする実施形態１記載の方法。
【０１１８】
実施形態２６
前記中空マンドレルの内側の前記気体の流れの圧力が、約１Ｐａから約１０００Ｐａの間であることを特徴とする実施形態２５記載の方法。
【０１１９】
実施形態２７
前記中空マンドレルの内側の前記気体の流れの前記圧力が、約１Ｐａから約５００Ｐａの間であることを特徴とする実施形態２６記載の方法。
【０１２０】
実施形態２８
前記中空マンドレルの内側の前記気体の流れの前記圧力が、約１Ｐａから約３００Ｐａの間であることを特徴とする実施形態２７記載の方法。
【０１２１】
実施形態２９
前記ガラス管の内側表面が、パネリング欠陥を実質的に含んでいないことを特徴とする実施形態１記載の方法。
【０１２２】
実施形態３０
前記ガラス管の内側表面が、清浄なままのものであることを特徴とする実施形態２９記載の方法。
【０１２３】
実施形態３１
前記ガラス管の外側表面が、パネリング欠陥を実質的に含んでいないことを特徴とする実施形態７記載の方法。
【０１２４】
実施形態３２
前記ガラス管の外側表面が、清浄なままのものであることを特徴とする実施形態３１記載の方法。
【０１２５】
実施形態３３
前記ガラス管の内側表面が、パネリング欠陥を実質的に含んでいないことを特徴とする実施形態３１記載の方法。
【０１２６】
実施形態３４
前記ガラス管の内側表面が、清浄なままのものであることを特徴とする実施形態３２記載の方法。
【０１２７】
実施形態３５
前記ガラス管の外径が、約１０ｍｍから約６０ｍｍの間であることを特徴とする実施形態１記載の方法。
【０１２８】
実施形態３６
前記ガラス管の壁の厚さが、約０．５ｍｍから約２ｍｍの間であることを特徴とする実施形態３５記載の方法。
【０１２９】
実施形態３７
前記ガラス管の厚さの変動が、５％未満であることを特徴とする実施形態１記載の方法。
【０１３０】
実施形態３８
前記ガラス管の厚さの変動が、２％未満であることを特徴とする実施形態１記載の方法。
【符号の説明】
【０１３１】
１０    装置
１２    マンドレル
１４    中空内部
１６    内側表面
１８    外側表面
２２    下流部分
２４    回転機器
２６、３８、５６    送出機器
２８    縦軸
３０、４０、５８    送出地点
４４    先端
４６    開口
４８、５２    第１の部分
５０、５４    第２の部分
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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2017533876.tif 000016
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