(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続的に延設する石英ガラス板状体を延設方向に沿って、ボビン状のローラに供給するとともに、該板状体を加熱手段により溶融した状態で前記ローラを回転させ、そのローラの外面に巻きつけて筒状に形成する石英ガラス管の製造方法において、
前記ローラの外面に位置する前記板状体の溶融部分の前記ローラの外面からの板厚を、前記板状体の上面側の前記ローラの上がり外面において規制するとともに、
前記ローラの回転によって前記溶融部分が固化し、当該固化部分が所定量前記ローラ外面に載置された状態で前記板状体を切断することを特徴とする石英ガラス管の製造方法。
【請求項２】
前記板状体の供給を停止することによって前記加熱手段による前記溶融部分から切断されることを特徴とする請求項１記載の石英ガラス管の製造方法。
【請求項３】
連続的に延設する石英ガラス板状体を延設方向に沿って、回転するボビン状のローラに供給するとともに、該板状体を溶融した状態で前記ローラの外面に巻きつけて筒状に形成する石英ガラス管の製造装置において、
前記ローラの回転を制御するローラ回転制御手段と、
前記板状体を前記ローラの外面に向かって供給する供給手段と、
前記板状体を溶融状態で前記ローラの外面に供給する加熱手段と、
前記ローラの外面に位置する前記板状体の溶融部分の前記ローラの外面からの板厚を、前記板状体の上面側の前記ローラの上がり外面において規制する規制手段とを備え、
前記規制手段と前記ローラの回転によって前記ガラス管の板厚を制御するとともに、前記供給手段を停止することによって前記板状体を切断することを特徴とする石英ガラス管の製造装置。
【請求項４】
前記規制手段を前記板状体の上面側の前記ローラの上がり外面から所定位置に回転可能に配置されたピンチローラで構成したことを特徴とする請求項３記載の石英ガラス管の製造装置。
【請求項５】
前記ピンチローラの回転速度を制御可能に構成するとともに、前記ローラの回転速度と前記ピンチローラの回転速度とを制御することにより、前記ガラス管の板厚を制御可能に構成したことを特徴とする請求項４記載の石英ガラス管の製造装置。
【請求項６】
前記板状体を溶融する加熱手段の加熱状態を制御可能に構成するとともに、前記板状体の供給速度と前記加熱手段の加熱状態を制御することにより、前記ピンチローラ入口側で前記板状体の溶融部分を一時的に保持して前記ローラと前記ピンチローラとにより出口側に供給することを特徴とする請求項５記載の石英ガラス管の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石英ガラス管の製造に関するもので、特に、大口径石英ガラス管に適する石英ガラス管の製造方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より石英ガラス管の製造方法は、中空の円筒原材料の先端部を加熱して引き抜くブローアップによる製造方法と、長方形状の石英ガラス板を雄型と雌型により半円筒状に形成し、これらを溶接して円筒の石英ガラス管を製造する分割板貼り付け法が存在する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記ブローアップによる製造方法は、大きい径の中空原材料から小径に絞るために原材料を溶融する加熱熱源のコストが高くなる。また、原材料と引き抜いたガラス管とを共に同方向に回転させながらガラス管の延設方向に送る必要があり、構成が複雑となるとともに、作業時間が長く、ガラス管の板厚のばらつきが大きい。
【０００４】
また、後者の分割板貼り付け法は、石英ガラス板を半円筒状に成型し、しかる後に半円筒を合わせて溶接し、溶接部分を研削する必要があり、分割個数によっては、例えば、２個の場合には２箇所の研削、３個の場合では３箇所の研削を必要とし、作業時間が長く、製造コストが高くなる。
【０００５】
上述の事情に鑑み、本発明は、作業時間が短時間で済み、製造コストが低減する石英ガラス管の製造方法及び装置の提供を目的としたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本第１発明は石英ガラス管の製造方法に係るものであり、連続的に延設する石英ガラス板状体を延設方向に沿って、ボビン状のローラに供給するとともに、該板状体を加熱手段により溶融した状態で前記ローラを回転させ、そのローラの外面に巻きつけて筒状に形成して石英ガラス管が製造される。
そして、前記ローラの外面に位置する前記板状体の溶融部分の前記ローラの外面からの板厚を、前記板状体の上面側の前記ローラの上がり外面において規制するとともに、
前記ローラの回転によって前記溶融部分が固化し、当該固化部分が所定量前記ローラ外面に載置された状態で前記板状体を切断することを特徴とする。
【０００７】
前記ボビン状のローラは、少なくとも溶融した石英ガラス板が巻き付かれる外面は黒鉛で形成され、石英ガラス板状体は前記ローラの手前で加熱手段により加熱溶融され、前記ローラの外面に乗り、当該外面上に載置されて前記ローラの回転により上昇する。
【０００８】
加熱溶融された前記板状体の溶融部分は、前記板状体の上面側の前記ローラの上がり外面において、例えば、前記ローラ外面と所定間隔離れた位置に配置されたピンチローラによって規制され、一定肉厚で前記ローラ外面に沿って回転し、前記ローラの回転によって前記溶融部分が固化し、その固化部分は前記ローラの外面から離間しないで、一周する。
前記固化部分は一周が終了するあたりで再度加熱手段により溶融するとともに、前記板状体が切断される。
【０００９】
前記固化部分の一周回転が終了するあたりで前記板状体の供給を停止することことも本第１発明の有効な手段であり、前記板状体の供給を停止することで前記加熱手段による前記溶融部分から切断され、溶融部分が再度加熱手段により再溶融された前記固化部分の先端と溶接される。
【００１０】
本第２発明は、石英ガラス管の製造装置に係るものであり、連続的に延設する石英ガラス板状体を延設方向に沿って、回転するボビン状のローラに供給するとともに、該板状体を溶融した状態で前記ローラの外面に巻きつけて筒状に形成する石英ガラス管を製造装置において、
前記ローラの回転を制御するローラ回転制御手段と、
前記板状体を前記ローラの外面に向かって供給する供給手段と、
前記板状体を溶融状態で前記ローラの外面に供給する加熱手段と、
前記ローラの外面に位置する前記板状体の溶融部分の前記ローラの外面からの板厚を、前記板状体の上面側の前記ローラの上がり外面において規制する規制手段とを備え、
前記規制手段と前記ローラの回転によって前記ガラス管の板厚を制御するとともに、前記供給手段を停止することによって前記板状体を切断することを特徴とする。
【００１１】
ここにおいて、前記ローラ回転制御手段は、ローラの回転速度を溶融した石英ガラス板のローラ外面上への載置量を所定量に同期するものであり、製造するガラス管の径、供給される石英ガラス板の板厚、供給速度、加熱手段の加熱能力等によりローラの回転速度が制御可能である。
【００１２】
また、前記規制手段を前記板状体の上面側の前記ローラの上がり外面から所定位置に回転可能に配置されたピンチローラで構成することも本第２発明の有効な手段である。ピンチローラで構成することにより、石英ガラス板の溶融部分との摩擦抵抗が少なく溶融部分の滑性がよく、溶融部分を送ることができる。
【００１３】
また、前記ピンチローラの回転速度を制御可能に構成するとともに、前記ローラの回転速度と前記ピンチローラの回転速度とを制御することにより、前記ガラス管の板厚を制御可能に構成することも本第２発明の有効な手段である。
前記ローラの回転速度と前記ピンチローラの回転速度とにより石英ガラス板の溶融部分の送り出し量を制御することができる。よって、原材料の石英ガラス板の板厚より薄い範囲で板厚を制御することができる。
【００１４】
また、前記板状体を溶融する加熱手段の加熱状態を制御可能に構成するとともに、前記板状体の供給速度と前記加熱手段の加熱状態を制御することにより、前記ピンチローラ入口側で前記板状体の溶融部分を一時的に保持して前記ローラと前記ピンチローラとにより出口側に供給するように構成することも本第２発明の有効な手段である。
【００１５】
原材料の石英ガラス板の板厚にバラツキがあっても、ピンチローラ入口側で前記ガラス板の溶融部分を一時的に保持して送出することができるので、均一な板厚のガラス管を製造することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１７】
図１は本発明の石英ガラス管製造装置の一実施の形態に係るブロック構成図である。同図において、ＲＡＭ５３と、制御プログラムが記憶されたＲＯＭ５４とが接続されたＣＰＵ５２は、インターフェイス回路５１を介して、各機構を制御する制御回路５０に接続されている。
スタート信号５５の入来により駆動制御が開始される制御回路５０は、センサ１１の発光部１１ａに信号を送って発光させ、受光部１１ｂからの信号を受け取ることにより、石英ガラス板３が巻取ローラ１の外周面に巻き取りが完了したことを検出するように構成されている。
また、石英ガラス板３の送り量を検出するエンコーダ１９からの信号を入力するように構成されている。
【００１８】
制御回路５０は、上述の入力信号を得てＣＰＵ５２に該信号を送出するとともに、ＣＰＵ５２からの演算信号を受け出力を送出するよう構成される。
以下に、制御回路５０の出力信号により駆動する各機構部分を説明する。
石英ガラス板巻取制御装置（以下、巻取制御装置）９は、図２に記載するように、内部にモータ１３を有し、該モータ１３により回転するチャック１５を備えた巻取ローラ回転制御部１０と、前記チャック１５に一端が取り付けられたシャフト１２と、該シャフト１２の他端を回転可能に支持するとともに、矢印方向に移動可能な支持台８とを備え、ボビン状に形成された巻取ローラ１をシャフト１２に着脱可能に構成されている。よって巻取ローラ１を交換することで各種の径のガラス管の製造に対応することができる。
【００１９】
また、石英ガラス板３の上側であって、前記巻取ローラ回転制御部１０と前記支持台８との間に、巻取ローラ１の外周面と所定距離離間した位置に、溶融された板材の板厚を規制するピンチローラ２が回転可能に配置されている。そして、このピンチローラ２は図示しない手段で巻取ローラ１の径及び管の肉厚によって巻取ローラ１の外周面との間隔を調整可能に構成されている。
【００２０】
前記巻取ローラ１は、溶融した石英ガラス板と直接接触する外周部１ａを黒鉛で形成し、前記シャフト１２に装着することにより前記シャフト１２と一体となってシャフト１２の回転方向に回転可能に構成されている。
モータ１３の制御手段１６は、制御回路５０の指令信号によりモータ１３を駆動し、前記巻取ローラ１をシャフト１２を介して回転制御するように構成されている。
【００２１】
前記石英ガラス板３は、送りローラ２２及びエンコーダ１９により石英ガラス板３の送り量を検出する送り量検出ローラ２１上に載置されるとともに、エアシリンダ３２及び３３の駆動により所定距離離間して配置されたそれぞれ一対の規制ローラ２８、２８及び２９、２９を駆動し、該規制ローラによって帯状に延設された両側面を挟んで位置規制されている。
【００２２】
そして、上述の位置規制状態で、エアシリンダ３４を駆動して押圧ローラ２３により上方から石英ガラス板３を押圧して、送りローラ２２による石英ガラス板３の送出と、送り量検出ローラ２１の検出状態を良好に確保している。
また、制御回路５０から信号が制御手段１７に伝達され、モータ１４の回転速度を制御するとともに、一定トルクでモータ１４が回転するように構成されている。
【００２３】
また、石英ガラス板３を送出する送りモータ１４と送りローラ２２との間には電磁クラッチ３５が配置され、該クラッチの連結状態により、ローラ２２へのトルク状態を調整可能に構成されている。
尚、この電磁クラッチ３５は、入力と出力間に軸トルクを調整可能に配置するものであり、磁気力を調整することによりクラッチ板の保持力を選択し、連結状態、すなわち、クラッチのつなぎ量を選択することが可能である。
石英ガラス板３の送り停止時には、該クラッチ３５によって送りローラ２２と送りモータ１４との連結が解除される。
また、送り量検出ローラ２１にはブレーキ３６が付設され、制御回路５０の信号により、前記クラッチ３５の連結解除に同期して電気的にブレーキ３６が駆動し、石英ガラス板３の送出を停止するように構成されている。
【００２４】
前記一対の規制ローラ２８、２８と巻取制御装置９との間には、バーナー制御手段１８が配設され、該バーナー制御手段１８には第１バーナー６及び第２バーナー７が石英ガラス板３の端面を含んでその周囲の溶融位置を上方及び下方から加熱溶融可能に配置されるとともに、前記第１バーナー６及び第２バーナー７は６ａ，７ａを回動中心として回動可能に配置され、前記溶融位置を石英ガラス板３の延設方向に沿って移動可能に構成されている。
また、前記バーナーは多数本のバーナー通路が設けられ、製造されるガラス管の長さに対応可能に構成されている。
【００２５】
次に、本実施の形態の機構部分の要部を図４、及び図５を用いて説明する。
図４は、機構部分の要部に係る平面図、図５は、図４のＡ−Ａ断面図である。これらの図において、巻取制御装置９内には、巻取ローラ１が配置されるとともに、石英ガラス板３が巻取ローラ１の外周面に巻き取られ、石英ガラス板３の巻き取りが完了する位置で発光部１１ａの光を受光部１１ｂにより検知できるように、センサ１１が配置されている。
【００２６】
巻取ローラ１の外周面１ａに当接する石英ガラス板３は、基台４上に配設されているローラ２４、２５、送りローラ２２、及び送り量検出ローラ２１上に載置されている。
【００２７】
石英ガラス板３の側面３ｃ，３ｄ側には、エアシリンダ３２の駆動により該側面に当接離間可能に押さえローラ２８ａ，２８ｂが配設され、また、エアシリンダ３３の駆動により前記側面に当接離間可能に押さえローラ２９ａ，２９ｂが配設されている。そして、図４に示すように、押さえローラ２８ａ，２８ｂ、押さえローラ２９ａ，２９ｂはそれぞれ仮想線で示す２８ａ′，２８ｂ′、２９ａ′，２９ｂ′まで移動可能であるために、石英ガラス板３の幅方向の寸法変化に対応することができる。
【００２８】
前述の構成をより理解するために、図５を用いて説明すると、基台４は、脚部６８により支持された取付板６７上に配置され、該基台４に配設されたバーナー取付台５には、石英ガラス板３の上方及び下方に取付られた第１バーナー６及び第２バーナー７が、石英ガラス板３の端面３ａを含むその周囲部分を加熱溶融可能に配置されているとともに、これらのバーナーは６ａまたは、７ａを回転中心として、溶融位置を可変に構成されている。
【００２９】
前記送りローラ２２は、基台４の下側に設けられた電磁クラッチ３５の一方の回転軸にベルト３８により回動可能に連結され、クラッチ部を介して他方の回転部分は送りモータ１４と連結している。
また、前記送り量検出ローラ２１は、基台４の下側に設けられたブレーキ３６の回転軸にベルト３７により連結され、制御回路５０の信号により前記回転軸にブレーキが掛かり前記検出ローラ２１を停止させ、石英ガラス板３を摩擦停止させるように構成するとともに、検出ローラ２１の回転数を検出するエンコーダ１９が配置されている。
【００３０】
基台４の上面に取付られた取付板３９は、上部にエアシリンダ３４が設けられて、該エアシリンダ３４には、エアシリンダの動作により下方に所定押圧力で押圧され、前記送りローラ２２、及び送り量検出ローラ２１の中間部分を上方から押圧して両者と石英ガラス板３との接触状態を安定させる押圧ローラ２３が配設されている。
【００３１】
次に、このように構成された本実施の形態の動作を説明する。
運転に際しては、図示しない入力装置から、各種パラメータを制御回路５０に入力する。それらは、巻取ローラ１の直径及び、ガラス板３の板厚及び幅寸法、巻取ローラ１を回転するモータ１３の制御パルス振動数の初期値、ガラス板３の送りモータ１４の制御パルス振動数の初期値、前記モータ１４と送りローラ２２との間に介在して伝達トルクを制御するクラッチ３５の初期値等である。
【００３２】
図２において、巻取ローラ１をシャフト１２に挿入し、シャフト１２の端部を支持部８ａに支持する。
図示しない制御板のスイッチを押してスタート信号５５を発生すると、制御回路５０はエアシリンダ３２及び３３を駆動して、前記一対の押さえローラ２８ａ、２８ｂ、及び押さえローラ２９ａ，２９ｂを石英ガラス板３の側面３ｃ，３ｂに押圧当接して、石英ガラス管１の端面１ｂと一致させるように位置規制する。
【００３３】
次に、制御回路５０は、シリンダ３４を駆動し、押圧ローラ２３に所定押圧力を印加する。
そして、クラッチ３５に信号を送り、連結させるとともに、制御手段１７によりモータ１４を始動させ、ローラ２２により石英ガラス板３を送出するとともに、エンコーダ１９を介して送り量を計測する。
ガラス板３が予め決められた位置から所定送り量送られると、制御回路５０はクラッチ３５を半クラッチ状態とし、ガラス板３の端面３ａは巻取ローラ１の外周に当接して停止する。
【００３４】
ガラス板３の停止に同期して、第１バーナー６及び第２バーナー７がガラス板３の端面３ａを含むその周囲部分の加熱溶融を開始する。
ガラス板３の端面３ａを含む端部部分が溶融すると、その溶融に同期してモータ１３が回転して、巻取ローラ１が図３上半時計方向に回動する。
【００３５】
石英ガラス板３の溶融部分は巻取ローラ１の外周面に乗ってピンチローラ２側に移送され、ピンチローラ２と巻取ローラ１の外周面とにより板厚が規制され巻取ローラ１によって運ばれる。
【００３６】
巻取ローラ１が９０゜回転すると、前記溶融部分の先端部は下降されるが、
１８０゜回転するころには前記溶融部分は冷却されて固化するので、巻取ローラ１の外周面を離れることはなく、該外周面に接触状態を保って１回転して、円筒部３ｂを形成する。
【００３７】
前記溶融部分が１回転すると、センサ１１が円筒部３ｂの面からの反射光を検知して、１回転を完了する前に、ブレーキ３６を駆動するとともに、クラッチ３５の連結を解除すると、ガラス板３の送出を停止して巻取ローラ１が回転するので、自動的にガラス板３は、その溶融している部分から切断され、その切断部分と１回転した先端部分とが溶着し、両バーナーの加熱が停止する。
そして、必要に応じて、溶着した部分を研削して石英ガラス管の製造が完了する。
【００３８】
よって、両バーナーが加熱する時期とは、若干の時間差をもって、適切な溶融状態と同期するように巻取ローラ１を回転駆動させ、また、ガラス板３の送出停止は巻取ローラ１の１回転終了より若干前に停止し、巻取ローラ１の外周面に溶接されたガラス板３の端面と切断される溶融部分とが一致するように制御することが望ましい。
【００３９】
尚、前記実施の形態においては、センサ１１により巻取ローラ１の回転終了を検知したが、これに限定されず、巻取ローラ１の回動量は、予め知られている巻取ローラ１の外径、及び回動速度と、ガラス板３の板厚等により演算して求めてもよく、また、送り量検出ローラ２１、エンコーダ１９により送り量を検出してそのデータから演算してもよい。よって、ガラス板３が切断される位置は、ガラス板３の送り量もしくは巻取ローラ１の回動量等により制御される。
【００４０】
また、前記実施の形態においては、円筒の厚さを規制するピンチローラを回転可能に配置しているが、回転速度を制御可能なモータと連結して前記ピンチローラの回転速度を制御可能に構成するとともに、前記ローラの回転速度と前記ピンチローラの回転速度とを制御することにより、前記ガラス管の板厚を制御可能に構成することもできる。
【００４１】
このように構成することで、前記ローラの回転速度と前記ピンチローラの回転速度とにより石英ガラス板の溶融部分の送り出し量を制御することができる。すなわち、両者を速く回転することで、溶融部分の単位時間当たりの送出量が減り板厚を薄くすることができ、両者を遅く回転させることで、原材料のガラス板厚まで厚くすることができる。よって、原材料の石英ガラス板の板厚より薄い範囲で板厚を制御することができる。
【００４２】
また、前記板状体を溶融する加熱手段の加熱状態を制御可能に構成するとともに、前記板状体の供給速度と前記加熱手段の加熱状態を制御することにより、前記ピンチローラ入口側で前記板状体の溶融部分を一時的に保持して前記ローラと前記ピンチローラとにより出口側に供給するように構成することもできる。
【００４３】
このように構成することで、原材料の石英ガラス板の板厚にバラツキがあっても、ピンチローラ入口側で前記ガラス板の溶融部分を一時的に保持して単位時間当たり一定量を送出することができるので、均一な板厚のガラス管を製造することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上記載した如く、請求項１記載の方法発明及び請求項３記載の装置発明は、石英ガラス板をボビン状のローラに供給するとともに、該板状体を加熱手段により溶融した状態で前記ローラを回転させ、そのローラの外面に巻きつけて筒状に形成しているので、製造時間が短縮され、また、加熱溶融された前記板状体の溶融部分の先端部分と切断された部分との溶接部分は、円筒体の長さ方向に沿って１本形成されるのみであり、必要に応じての外周面の研削処理は１箇所だけおこなえばよいため処理工数が減り、また、板厚が溶融状態で規制できるので、均一の板厚を有したガラス管を製造コストを低減して製造することができる。
そして、ボビン状のローラを交換することで、各種の径を有するガラス管を製造できるとともに、大径の石英ガラス管を製造することが可能である。
【００４５】
また、請求項２記載の方法発明は、請求項１の効果を具備するとともに、前記ガラス板の供給を停止することで切断するように構成しているので、特別の切断手段を設けなくても、自動的に石英ガラス板を切断することができる。
【００４６】
また、請求項４記載の装置発明は、前記規制手段を前記板状体の上面側の前記ローラの上がり外面から所定位置に回転可能に配置されたピンチローラで構成しているので、石英ガラス板の溶融部分との摩擦抵抗が少なく溶融部分の滑性がよく、溶融部分を送ることができる。
【００４７】
また、請求項５記載の装置発明は、前記ピンチローラの回転速度を制御可能に構成するとともに、前記ローラの回転速度と前記ピンチローラの回転速度とを制御することにより、前記ガラス管の板厚を制御可能に構成しているので、原材料の石英ガラス板の板厚より薄い範囲で板厚を制御することができる。
【００４８】
また、前記板状体を溶融する加熱手段の加熱状態を制御可能に構成するとともに、前記板状体の供給速度と前記加熱手段の加熱状態を制御することにより、前記ピンチローラ入口側で前記板状体の溶融部分を一時的に保持して前記ローラと前記ピンチローラとにより出口側に供給するように構成しているので、原材料の石英ガラス板の板厚にバラツキがあっても、均一な板厚のガラス管を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の石英ガラス管製造装置の一実施の形態に係るブロック構成図である。
【図２】  石英ガラス管の巻取制御装置の一実施の形態に係る構成図である。
【図３】本実施の形態の動作説明図である。
【図４】本実施の形態に係る機構部分の要部に係る平面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
１                  巻取ローラ（ローラ）
２                  ピンチローラ（規制手段）
３                  石英ガラス板（石英ガラス板状体）
６                  第１バーナー（加熱手段）
７                  第２バーナー（加熱手段）
１０                巻取ローラ回転制御部（ローラ回転制御手段）
【図１】
0003835784.tif 000002
【図２】
0003835784.tif 000003
【図３】
0003835784.tif 000004
【図４】
0003835784.tif 000005
【図５】
0003835784.tif 000006