JP2006169101A - ガラス管の製造装置、ガラス管の製造方法およびガラス管 - Google Patents

Abstract

【課題】好ましくは連続的にガラス管を製造するための装置、方法およびガラス管を提供する。
【解決手段】装置は、ガラス管（１）の外部形状は、溶融ガラスが導入され、少なくとも断面形状を決定するシャフト（９）と、ガラス管（１）の内部形状を決定するためにシャフトの内側に同軸に延びる成形手段（１０）と、を有している。成形手段（１０）は冷却され、シャフトが鉛直に配置される。自由なメニスカスが形成される間に溶融ガラスがシャフト（９）の中に注入され、溶融ガラスがシャフト内で凝固してガラス管（１）を形成するように、成形手段（１０）を冷却する。ガラスは、結晶形成および結晶成長にとって重要な温度範囲を非常に短い時間で通り過ぎる。結晶化したガラスから管を生産することもまたできる。また、所望の内部形状および／または外部形状を有するガラス管を正確に成形することもできる。
【選択図】図１

Description

本発明は、連続工法によりガラス管を製造する装置、方法およびガラス管に関する。

定義されたガラス管は、一般に、引き抜き工法によって製造される。いわゆるダナー工法（Ｄａｎｎｅｒ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）、ベロ工法（Ｖｅｌｌｏ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）及び引き抜き工法の間では、定義されている点では区別される。外径（ＯＤ）と肉厚（ＷＴ）の比（ＯＤ／ＷＴ）は、あらゆる引き抜き工法では限界がある。達成し得る最小値は、外径（ＯＤ）とガラスの密度（ρ）による。ＯＤρ／ＷＴの比が限界値ｋを超えるや否や、溶融ガラス自身の重みがあまり高いので、もはや安定した引き抜きバルブを形づくることはできない。この場合、ｋの値は、特にＯＤと共に増加するｋについては、ＯＤに依存することになる。したがって、従来技術から公知の引き抜き工法は、壁厚さ比（ＯＤ／ＷＴ）において、比較的に大きな外径には限界がある。図２を示す意図としては、上述した従来の引き抜き工法で達成される一般的な複数の形状性を示す点にある。これらは、ＯＤ／ＷＴ＝０．１＊ＯＤ／［ｍｍ］の機能によって表示される線上に本質的に位置するが、ここにおいて、ＯＤとＷＴは、それぞれ、ガラス管の外径（ＯＤ）と肉厚（ＷＴ）を示す。この機能は、基本的に矩形で区画されているデータポイントを一直線に結ぶ線で図２に示されている。図２から分かるように、上述の関係は、従来の引き抜き工法での特にＯＤ＞５０ｍｍに適用される。

引き抜き工法のさらなる限界は、ガラスの結晶化を被りやすいことがある。引き抜きに必要とされる比較的高い粘度のため、ガラスは、結晶化時に重大な領域で非常にゆっくり冷却され、この結果、ガラス中に結晶を形成する。これは、上述の引き抜き工法が全てのガラスに自由に適用できないことを意味する。

さらに、工業用管では、円環状以外の形状の要請が増加している。例えば、非円環状形状は、表面模様付け（ＳＭＤ（ｓｕｒｆａｃｅ−ｍｏｕｎｔｅｄ ｄｅｓｉｇｎ））の分野で要求されている。時々非常に特殊で厳密な公差で、溶融物から管を製造することは、基本的に可能で通常的でもあるが、その形状、特に小さくかつ中程度のロット・サイズである限り、達成するためには、大きな経費を必要とする。

欧州特許０４７４９１９号明細書（Ａ１）には、液体コアガラスの柱がシース（ｓｈｅａｔｈ）ガラスの槽に流れ、コアガラスとシースガラスが冷却され、一方、結晶化の発生と２つの溶融ガラスの混合を防止し管ガラスを製造するバッチ式製法が開示されている。ガラス管の連続的製造方法を長尺にすることは不可能である。

日本国特開平５７−１８３３３２号公報（Ａ）には、シースとしてガラス繊維を用いたフッ化物ガラス管を製造する方法が開示されている。この方法では、黒鉛管が円筒状の鋳型の中心に配置され、ガラス配合物を鋳型に鋳込み、その中に含まれる黒鉛管と共にガラス管を形成し、次に冷却する。それから黒鉛管は、ある制御方法で、最終的にフッ化物ガラス管が残るまでガス状燃焼物に変換される。この方法は、比較的に複雑で、ガラス管の連続的製法には適当でない。

英国特許第７６６２２０号明細書には、ガラス管の連続的製法が開示されているが、この方法では、溶融物が回転遠心ドラムに連続的に供給され、複数のガラス管が、遠心力により形成され、続いてバスケットから引き出される。較正ダイが、ガラス管の輪郭を調整するためにドラムと引き抜き装置との間に配置されている。このダイは、バスケットと同期して回転しなければならず、複雑な方法となる。

米国特許第４５１９８２６号明細書には、シース管が遠心力の作用の下で鋳造され、その後、溶融コアガラスがガラスを形成するためにこのシース管に導入され、次にその形成されたものがガラス繊維を形成するために引き出される、製造方法が開示されている。したがって、この製造方法は、ガラス管の製造に関するものでない。

固体ガラスロッドを連続生産する公知の軸鋳造装置は、旧東独国０１５４３５９号明細書で知られている。

米国特許第４５４６８１１号明細書では、溶融物に処理を施しまたはこの容器の壁に接触させずに処理し製造するために溶融を可能にする装置が開示されているが、一方で前記溶融時に不純化させることになる。このために多孔性または穴のあいた材料からなる少なくとも１つのガス透過性壁が設けられ、この壁の表面上に、溶融物を支持しかつ溶融物と壁の間での直接接触を防止するガスフィルム成形し、この部材を通って前記ガスが圧力の下で送られる。この方法は、特に結晶引上法を目的とするものである。

米国特許第３５２３７８２号明細書には、軸と成形手段を有するガラス管を製造する他の関連する装置が開示されている。前記成形手段は、ガラス管の内部形状を決めるように、軸の内部に共軸的に伸延する引き抜きマンドレルにより構成されている。前記軸は、引き抜きマンドレルの後端より溶融ガラスが斜めに流れるように、斜めに伸延している。プロセスを開始すると、溶融物は、前記軸の出口開口に流れ、軸方向に沿って集められ、このポイントで軸から引き抜かれる。引き抜きマンドレルは、このプロセスでは冷却される。しかし、ガラス管は、軸の下端から出るまで、ガラスの軟化温度以下の温度まで冷却されない。前記成形手段を出た後の軸にまだ粘りけのあるガラス管に制御不能なつぶれを防止するために、複数の複雑な計量法を使用し、圧力を等しくしたり、管の内部に高圧圧力を適用しなければならず、これによりプロセスが全体として複雑になる。特に、この方法で、肉厚に対する外径の比較的に低い比の均質ガラス管を正確に製造することは不可能である。

本発明の目的は、肉厚に対する外径の比較的に低い比の均質ガラス管を正確に製造することができる装置の提供することにある。

本発明の実施態様では、この種類の装置は、図２に示されたものを基礎とする慣習では、特に、約０．１＊ＯＤ／［ｍｍ］より少ない肉厚に対する外径（ＯＤ）の比を有するガラス管を製造することである。本発明の他の実施態様では、対応する製造工程を提供することである。

これらと更なる課題が、請求項１に記載の特徴を有する装置と請求項１５に記載の特徴を有する方法に係る本発明により解決される。

本発明は、ガラス管を製造する装置を提供するもので、特に、ガラス管の連続的な製造装置であり、この装置は、溶融ガラスが導入される軸を備え、ガラス管の外部形状が少なくとも前記軸の断面と、ガラス管の内部形状を決定するため、軸の内部に共軸的に伸延された成形手段とにより構成されるもので、ここにおいて、成形手段は、溶融ガラスがガラス管を形づくる軸内で固まるように冷却される。

本発明の範囲内での軸の意図するところは、製造されるガラス管の形状に適応する適切な断面の高くて比較的にせまい管構造として、特に形成される。軸は、溶融ガラスの一様で対称的な流れ形状が前記軸内で形成されるように、実質的に垂直、すなわち重力の方向に伸延していることが好ましく、この結果、有利にもガラス管のゆがみや他の欠陥を防止する。本発明の範囲内で、この種の軸が意図するところは、この軸の上端部に、溶融ガラスが軸の内周壁に接触するようになることなく自由に鋳込むことができる開口部があることが好ましい。この種類の軸の下端には、軸を離れ既に固まったガラス管が、例えば、運び去るまたは引き出される更なる開口部がある。前記軸は、垂直に配置されるので、ガラス管は直接に重力に従うことになり、ガラス管曲げのリスクは最小になり、非常に均一なガラス管の製造を可能にする。

溶融ガラスは、少なくとも軸の断面でガラス管の外形が決定され、溶融ガラスによって実質的に完全に充填されられるように、軸内に鋳込まれる。このため、溶融ガラスは、少なくとも軸の内周壁の断面内にあり、ガラス管の外形を決定するためにこの点近くまで流れることができる。したがって、ガラス管の外形が軸の断面によって本質的に決定されるので、本発明は、比較的自由な方法でガラス管を成形することができる。

この場合、溶融ガラスは、流れ、軸に自由に鋳込まれる、すなわち、溶融溝、溶融タンクまたはガラス溶融容器で自由なメニスカスを形成する。本発明によれば、溶融ガラスは、軸の下側または下流部で、すでに十分に固まったガラス管により支えられ、抑制できない方法で軸を介して溶融ガラスが流れる可能性はない。したがって、後流側の溶融ガラスは、予め設定可能な引き抜き速度でガラス管が軸から引き抜かれている間、常に十分に支持される。しかし、上述した従来の引き抜き工法の場合とは異なり、ガラス管の引き抜きは、ガラス管を形成するために従来のバルブを引っ張ることはない。

本発明によれば、内部形状を決定する付加的な冷却付き成形手段は、軸と共軸的に軸内に配置される。成形手段は、適切な形状、例えば、環状、三角形状、多面体状あるいは長手方向にテーパを付けた細長いマンドレルとして形成され、本発明により十分に冷却される。この結果、溶融ガラスは、ガラスの軟化温度以下で好都合な温度に成形手段の前または下流端部で冷却される。これは、ガラス管が軸の前端部ですでに十分に固められ、本質的にさらに変形しないことを意味する。したがって、成形手段を出したままにしておくと、ガラスは、成形手段の下流でさらに粘りけのある変形が起こらないように、すでに固まったことを意味する。軸の前端部で、すでに固まったガラス管は、比較的に安定しているので、ガラス管は、軸が残ったままの望ましくない方法で、平坦にされたり、押しつぶされることはない。従来技術で要求されるような、管内部に高圧圧力を発生させ、あるいは管の内部を給気する非常に費用のかかる計量法が、軸を残留したときにガラス管の望ましくない平坦化や押しつぶしを防止する本発明では不要になるという更なる利点がある。

成形手段の形状は、軸の形状に対応するように形成したり、軸と成形手段が異なる形状を有することも可能である。したがって、ガラス管は、本発明により一層大きな自由度をもって成形される。

本発明によれば、流体冷却剤、例えば、ガス、水のような液体、あるいはガス−液体混合物を、成形手段を冷却するために成形手段を通って流すことができる。勿論、成形手段は、当該成形手段の熱を除去し、成形手段を予め定めた温度状態にするために、冷却フィンガーなどと熱接触状態におかれている。

本発明による方法は、ガラス管を相対的に自由に成形することを可能にする、特に、単純な鋳込み、好ましくは軸に自由に溶融ガラスを鋳込むことによって成形することを可能にする。この結果、溶融ガラスは、成形手段によって定められた内部形状を有するガラス管に成形手段によって成形される。したがって、ガラス管を引っ張ることは、本発明では必須ではない。溶融ガラスは、むしろ比較的に低い粘度または高い流れ速度で軸に導入される。この点で、溶融ガラスまたはガラス管は、比較的に素早く軸を通過し、この結果、当該ガラスは、ガラス内に形成される結晶がより少なく、結晶化の影響が少なくなる。

常に引き抜き用金型及び内部ニードルとの直接的な接触（概して付着接触）がなされ、それにより通常引き抜き用金型及び内部ニードルとの接触点においてガラスの横断面を介して最小値へと達する特徴的なスピードプロファイル（ｓｐｅｅｄ ｐｒｏｆｉｌｅ）の形成が行われる上述した溶融物からの引き抜きのための従来工程とは対照的に、本発明によれば、溶融ガラス又はまだ粘性のあるガラス管のスピードプロファイル及び流量変動は著しく均一化されることができる。特に、成形手段の前方エッジ部から分離された後は、スピードプロファイルは、より低い程度へと変動し、その結果、高度に均質な精密なガラス管ができる。本発明によると、より均一なスピードプロファイル及び、より単純な流量変動により、表面張力影響をも受けることなく、ガラス管の構造の、シャフト及び成形手段からの乖離が大幅に小さくされる。

上述した従来の引き抜き工程とは対照的に、本発明によると、金型の厳格な仕様を満足するために複雑な形状を持たせる必要もなくなる。本発明によれば、複雑かつ精密な内部構造であっても（例えば、狭小なエッジ部の半径、内側に向かう顕著な内部の刻み目）、単純かつ安価に製造されることができる。

本発明による工程中ではバルブが形成されることがないため、本発明によれば、比較的壁面が薄いガラス管や、外径（ＯＤ）の肉厚（ＷＴ）に対する比率が比較的小さいガラス管が形成されることができる。そのため、上述したようなバルブの不安定性は回避される。

更に他の実施形態によると、シャフトは、溶融ガラスの取り入れ口と連動して動かされることができる。また、ガラス管に円形の外面形状を持たせるために、ガラス管をシャフトと連動して回転させることも可能である。

本発明の更に別の実施形態によれば、シャフトの円周内壁とガラス管の円周外壁との直接的な接触が防止されるように、シャフトは、その円周内壁上にガス・クッションが形成されるように設計される。

ガス・クッションにより溶融ガラスがシャフト壁面をなす物質に直接接触することが防止されるため、製造されるガラス管の不純物は大幅に低減される。また、ガス・クッションにより溶融ガラスがシャフト壁面をなす物質に直接接触することが防止されるため、製造されるガラス管の質量流量が比較的大きくなり、製造コストが低減される。ガラス管の外面形状は実質的にシャフトの横断面（形状）によって直接的に決定されることになるため、この場合のガス・クッションは、例えば１ミリメートルの数十分の一程の比較的小さい厚さで形成されることが望ましい。したがって、本発明によれば、ガラス管は、予め定められた外面形状を有し、高度な精密性をもって製造されることができる。

更に別の実施形態によると、装置は、シャフトの円周内壁上に高圧のガス・クッションを形成させるための高圧生成手段を有する。ガス・クッションは、ガラス管の円周外壁に作用し、それを内側に向かって均等に押すか又は変形させる復元力を発生させる。例えばシャフトの横断面が円形である場合、ガラス管の円周外壁は半径方向内側に向かって一様に押され、それにより自動的に環状の外面形状が形成される。そのため、本発明によれば、高度に均一で滑らかな外面を有するガラス管が形成されることができる。

更に別の実施形態によれば、圧力容器内に位置するシャフトの円周壁面は、ガスが円周壁面を通過してシャフトの内部に達してガス・クッションの高圧状態を作り出すことができるように、少なくとも部分的に多孔質な材料により形成される。

更に別の実施形態においては、高圧発生手段は、シャフトを内包する圧力容器を有する。この場合、圧力容器の内壁とシャフトの外壁との間には空隙が形成され、その空隙は加圧環境下のフラッシングガスにより充填されることができる。シャフトに多孔質物質が使用される場合、前記ガス・クッションがシャフトの円周内壁上に形成されることができるように、前記空隙はシャフトの円周内壁に通じている。

更に別の実施形態においては、例えば窒素、アルゴン又は不活性の保護ガス等のフラッシングガスが連続的に圧力容器を通過する。前記圧力容器は、シャフトの円周内壁に達し、フラッシングガスの圧力容器への流入量によってガス・クッションの高圧状態を調節するために設計される少なくとも１つの挿入口及び少なくとも１つの排出口を有する。そのため、前記高圧状態は、ガス流入断面を適切に選択することにより、予め適切な状態に定められることができる。フラッシングガスは、シャフトを冷却し、シャフトの材質を酸化から保護する機能を有する。
圧力容器の少なくとも１つのフラッシングガス排出口は、ガス・クッションの高圧状態を調節するために少なくとも部分的に閉じられることができる。

成形手段は、シャフト内部で同心円状に配置されることが望ましく、それにより、ガラス管には左右対称の内部形状が与えられる。もちろん、成形手段は、シャフト内部の同軸上に同心円状とは異なる方法で配置されることもできる。

更に別の実施形態において、成形手段は、ガラスが引き出される方向に向かって連続的に細くなる細長いマンドレルの形状をなし、下流部分（下端）におけるマンドレルの直径は上流部分（上端）における直径よりも小さくされることが望ましい。マンドレルの形状に応じて、マンドレルの前端からの溶融ガラスの分離箇所が正確に決定されることができる。マンドレルは円錐形を呈する場合があり、その場合、ガラス管は装置から引き出される際に、その長軸周りで回転されることもできる。もちろん、マンドレルは、円形ではない横断面形状を有する場合もあり、その場合、ガラス管はその長軸周りで回転されることなく形成されることもできる。

更に別の実施形態においては、シャフト（上述の通り特に細長いマンドレル状のもの）の円周外壁に追加のガス・クッションが形成され、前記追加のガス・クッションは、ガラス管の円周内壁と成形手段の円周外壁とが直接接触することを少なくとも部分的に防止するために外部環境に対して所定の加圧状態にあることが望ましい。その１つの利点は、溶融ガラスが、一層低い通気抵抗を有するシャフトを通り抜けることができ、それにより一層均一な形状のガラス管の形成が助長されることである。別の利点は、ガス・クッションの厚さは所定の高圧状態により決定される可能性が高いため、溶融ガラスが凝固するとき、かつ／又はガラス管が形成されるときの温度条件を容易かつ適切に調節するための追加パラメータが与えられるという点である。ガラス管の内部形状と成形手段との間の直接接触が防止されるため、ガス・クッションがガラス管の壁面材料又は溶融ガラスを外側に向かって均等に押すことになり（例えば、環状の形状の場合は半径方向外側に向かって）、ガラス管の内部形状もまた高度に均一な方法で形成されることができる。

成形手段の円周外壁上のガス・クッションを調節するために、フラッシングガスの吸気口が成形手段と連結されるか、又は成形手段が多孔質の物質を有するか、少なくとも部分的に多孔質の物質により形成される場合がある。

概して、装置のシャフトは長く、比較的細く、中空な部材である（つまり、開口部の全幅−全長の比率が比較的小さい中空部材であり、その比率は例えばおおよそ１／３〜１／３３のように１よりも際立って低いことが望ましい）。

このシャフトは、円形または楕円形の横断面を有する場合がある。しかし、本発明によるガラス管は鋳造により製造されることができるため、前記シャフトは、例えば三角形、正方形、長方形又は多角形を呈する横断面形状のような、円形以外のいかなる断面形状をも有することができる。よって本発明によれば、所望の外面形状を有するガラス管が精密かつ均一に形成されることができる。

本発明によれば、シャフトの横断面形状は、いかなる所望の形状を有する成形手段とも組み合わせられることができるのはもちろんであり、それにより、所望の内面形状および外面形状を有するガラス管が精密かつ均一に形成されることができる。

更に別の実施形態において、前記装置は、例えば装置が始動されたときに、一時的にシャフトを閉じることによりガラスが制御不能な状態でシャフトを通り抜けることを防止するための、ガラス管の形に適合したクロージャ部材（スターター）を有する。前記クロージャ部材は、シャフト内を長手方向に移動可能に配置されており、下方に動かされた後、ガラス管の連続的な形成を開始するためにシャフトから取り外されることができる。

本発明の更に別の態様では、ガラス管を製造するための工程（特に連続的な製造工程）が提供され、前記工程においては、ガラス管の外面形状を決定するために溶融ガラスがシャフト内に流し込まれ、ガラス管の内面形状を決定するためにシャフト内部で同軸上に広がる成形手段の表面を流れ、成形手段は溶融ガラスがシャフト内で凝固しガラス管を形成できるように冷却される。

溶融ガラスは、１０^７．５ｄＰａｓ未満の粘度に対応する温度でシャフトに流し込まれるが、１０ｐＰａｓ〜１０^５ｄＰａｓの範囲の粘度がより望ましく、１０^２ｄＰａｓ〜１０^５ｄＰａｓの範囲の粘度が更に望ましい（全体的に、上述した周知の従来型引き抜き工程の場合よりも大幅に低い）。ここで、溶融ガラスは、成形手段においてガラスの軟化温度未満の温度に冷却され、それにより、ガラス管はその後にシャフトに流れ込む溶融ガラスをおおよそ支持することができ、流入する溶融ガラスが制御不能な状態でシャフトを通過することを防止する。

そのため、本発明によってガラス管を鋳造するときの肉厚は、従来型の引き抜き工程のバルブ及び引き抜きパラメーターにより制約を受けることはないため、比較的大きい肉厚を有し、大幅に均質かつ精密なガラス管を形成することが、単純かつ安価な方法で実現可能となる。本発明によればシャフトに流し込まれる際のガラスの粘度が従来技術と比較すると明らかに低減されるという事実は、シャフトが高度に均質化された状態で充填されることを可能とし、それにより、高度に均質なガラス管が製造されることが可能となる。本発明の望ましい態様によれば、特に、外径（ＯＤ）の肉厚（ＷＴ）に対する比率が０．１＊ＯＤ／〔ｍｍ〕未満、又はそれと等しくなるようなガラス管を形成することが可能となる。ここで、ＯＤおよびＷＴは、図２に基づき上記にて詳細に説明された慣習に従い、各々の場面にてミリメートル単位で示されたガラス管の外径（ＯＤ）及び肉厚（ＷＴ）の大きさを意味するものである。ここで、ガラス管の外径は、４０ｍｍよりも大きいか、又はそれと等しくなる場合がある。

本発明の更に別の態様によれば、適切な内面形状及び外面形状を有して製造されるガラス管は、予め形成された出発物質として使用されることができるほか、より小さな外径を有するガラス管を従来の再引き抜きにより製造するために用いられることもできる。

ダナー工法やベロ工法や引き抜き工法のような従来型のガラス管引き抜き工法とは対照的に、従来型の引き抜き用金型を使用する際に生じる表面張力の効果及び流体の力学的な効果は、再引き抜きにおいては比較的小さな影響を及ぼすにすぎない。このことは、本発明によれば、ガラス管は非常に数多くの形状を有しうることを意味しており、それには鋭い角を有する形状や、極めて特徴的な凸部を内部に有する形状が含まれる。
溶融物から直接引き出すための従来型工法と対比すると、この再引き抜きは例えば約１０^４ｄＰａｓといったような比較的低い引き抜き粘度には依存しない。従来の引き抜き工法によれば、この粘度ではガラスに極端な変形が容易に加えられるため、ガラスに最小の表面（円形の横断面）を持たせる試みがされる。そのため、従来の引き抜き工程によっては、金型やニードルの形状により鋭いエッジが設けられたとしても、それは大幅に丸められることになる。これとは対照的に、本発明によれば、比較的鋭い角やエッジを有するガラス管が形成されることができる。さらに、本発明によれば、ガラス管の刻み目（ｉｎｄｅｎｔａｔｉｏｎｓ）がガラス管の内部で内側に向かって変形される度合いは、外側に向かって変形される度合いよりも大きくなるため、本発明によれば、丸みを帯びた（ｌａｒｇｅｌｙ ｃｉｒｃｕｌａｒ）内部空間が形成される割合が効果的に低減される。

また、一つ以上の成形ロールを管の変形領域に導入することによって、再引き抜き（ｒｅｄｒａｗｉｎｇ）工程の間に、管を成形することも可能である。例えば、管状の予備成形管から、楕円または平らな矩形管を得ることが可能である。

鋳造ガラス管は、この点で、保持および／または引き抜き（ｄｒａｗｉｎｇ）装置にクランプされ、部分的に加熱され、そしてそれから、所望の外径または所望の寸法に引き抜かれ得る。

このようにして再引き抜きされたガラス管は、技術的用途、例えば、既知のように、電磁気の構成要素、特に、いわゆるリードスイッチとして用いることができる。

上記の説明から直ちに明らかであるように、本発明による装置および工程のさらなる利点は、その高い汎用性ないし適応性にある。それゆえ、複数の鋳造管は、異なる複数のタンクで、異なる複数のガラスを用いて生産することができる。これら標準的な寸法の複数の管は、それから、顧客の仕様にしたがった非常に短い時間内で、最終的な形状寸法に引き抜きあるいは再引き抜きされ得る。したがって、短い納期が可能となる。

上記のように構成した本発明に係るガラス管の製造装置は、肉厚に対する外径の比較的に低い比の均質ガラス管を正確に製造することができる。

上記のように構成した本発明に係るガラス管の製造方法は、肉厚に対する外径の比較的に低い比の均質ガラス管を正確に製造することができる。

上記のように構成した本発明に係るガラス管は、肉厚に対する外径の比較的に低い比の均質ガラス管として正確に製造されることができる。

以下に、本発明は、添付図面を参照して例として示され、それより、さらなる特徴、利点および解決すべき目的が明らかなものとなる。

図１は、本発明の実施形態に係るガラス管を生産するための装置を示す断面図、図２は、従来の引き抜きによって生産された複数のガラス管と、本発明によって生産された複数のガラス管との比較を示す概略図である。

図１によれば、装置は、伸長するとともに比較的細長いシャフト９と、成形手段（ｓｈａｐｉｎｇ ｍｅａｎｓ）として作用するマンドレル１０とを有している。シャフト９は、好ましくは、重力の方向すなわち鉛直方向に伸び、マンドレル１０は、シャフト９の内部に配置され、シャフト９と同軸上に伸びている。シャフト９の壁は、好ましくは、高温下において安定している材料、例えば、黒鉛、ホワイトメタル、炭化珪素および／または鋼を含んでいる。

図１によれば、シャフト９は、圧力容器１１の中に保持され、シャフト９を取り囲むために、シャフト９と圧力容器１１の内周壁との間の環状空隙にフラッシングガスが保持され得るようになっている。

同軸および同心円状のマンドレル１０は、ガラス管１の内部の形状を決定するための成形手段として作用し、シャフト９内にその頂部から中心に導入される。マンドレル１０は、例えば装置を始動するために、シャフト９から取り除くことができる。マンドレル１０は、好ましくは、高温下において安定している材料、例えば、黒鉛、ホワイトメタル、炭化珪素および／または鋼を含み、あるいは、この材料から作られている。マンドレル１０は、黒鉛製マンドレルであることが特に好ましい。冷却剤は、マンドレル１０を通って同軸上に流れる。冷却剤は、例えば、ガス、水のような液体、あるいは気液混合物であり得る。

図１によれば、マンドレル１０は、やや円錘形状をなし、下側または下流側の直径が上側または上流側の直径よりも小さくなっている。円錘形があまりに小さいと、マンドレルの上にガラスが縮小（ｓｈｒｉｎｋｉｎｇ）する虞があり、工程を止めなければならなくなる。

シャフト９の周壁は、多孔質材を含んでおり、フラッシングガスは、シャフト９の内壁上にガス・クッションを形成するために、圧力容器１１の内部からシャフト９の周壁を通って通過することができる。多孔質の壁材料によってガス・クッションを形成することは、例えば、米国特許第４５４６８１１号に開示されており、その内容は、参照することにより開示目的のために本出願に明示的に含まれるものである。本発明の意義の範囲内における多孔質材は、多孔質黒鉛、多孔質金属、多孔質セラミックス、および、高温に耐える他の多孔質材であり得る。

実施形態によれば、ガス・クッションは、ガラスあるいはガラス管と、シャフト材料との間の直接的な接触を防止している。ガス・クッションは、好ましくは、加圧状態に形成されている。この目的のため、フラッシングガスは、フラッシングガス挿入口４を介して圧力容器１１の中に連続的に流れることができ、フラッシングガス排出口５は、少なくとも部分的に遮断することができ、これにより、特定の高圧圧力が圧力容器１１内において発生し、シャフト９の周壁を通ってガス・クッションに伝えることができるようになる。

シャフト９は、原理上は、どんな形状をもとることができる。シャフト９は、好ましくは、円錘形状または円筒形状である。したがって、円筒形状のシャフトの場合には、円形の外観形状を備えたガラス管が形成される。

図１によれば、溶融ガラスは、溶融チャネル、溶融タンク、もしくは容器と同様なもの、またはガラス供給手段（図示せず）から、シャフト９上端部のダイ８を介して、シャフト９の中に導入される。図１に概略的に示されているように、自由なメニスカスがダイ８の下方かつシャフト９の上端部に形成されるように、溶融ガラスをシャフト９の中で自由に鋳造することができ、また、鋳造している間に、流入する溶融ガラスは、シャフト９の周壁の内面に直接接触することがない。工程は、好ましくは、冷却波（ｃｏｏｌｉｎｇ ｗａｖｅｓ）を抑えるために最も高い可能な温度で実行される。しかしながら、その温度はまた、ガラスが鋳型から離れた後に十分に固形化しないで、成形の後にさらに変形できるように、あまりに高いものであってはならない。シャフト９の中で鋳造するときには、好ましくは、溶融ガラスは、粘度１０〜１０^５ｄＰａｓ、より好ましくは、１０^２〜１０^５ｄＰａｓに対応する温度、したがって、ガラスの軟化温度に対応する粘度であるほぼ１０^７．５ｄＰａｓよりも小さい粘度に対応する温度にある。

工程を始動するために、ガラス管に形に関して適応されたスタータ（図示せず）を用いることができ、これは、シャフト９を一時的に閉じるための平坦な閉鎖要素として動作する。このスタータは、下方からシャフト９の中へ突出するように、回転および変位機構にクランプされ得る。このスタータは、工程の始め、例えば、装置が始動されたときに、ガラスがシャフト９を満たすことなく当該シャフト９を通って流れることを防止している。

充分なガラス被膜がスタータ上に形成されるとすぐに、スタータは、ガラスの上昇するメニスカスができるだけ一定に引き続くように、連続的に下げられる。ガラス管がフィードおよび回転機構から持ち上がるほど充分な長さになるとすぐに、スタータは、例えば側方に引き出されて、取り除かれ得る。工程は、それから、連続的に動作し得る。ガラス管１は、矢印６によって示されるフィード方向にシャフト９を通過する。この目的のために、従来技術から知られているように、シャフト９からガラスを引き出すことは、不可欠ではない。したがって、好ましい実施形態によれば、ガラス管は、シャフト９から積極的に引き出されず、むしろ、適切な方法で単に移送される。しかしながら、他の実施形態によれば、例えば工程を加速するために、ガラス管は、シャフト９から積極的に引き出され得る。円形形状に関する矢印７によって示されるように、上述した成形が実行される間、ガラス管１はまた、その長手方向の軸線のまわりに連続的に回転させられ得る。

生産工程の間、ガラスは、ダイ８に連通するフィード管から、ガラス管または回転するガラス管の上に、連続的に流れ出る。連続的に生産された管は、それから、所望の長さのセグメントに切られ得る。

ここで述べた工程を使用するとき、ガラスは、結晶形成および結晶成長にとって重要な温度範囲を非常に短い時間で通り過ぎる。したがって、この工程によって、すぐに結晶化したガラスから管を生産することもまたできる。

工程の適用は、円形横断面形状に制限されるものではない。この工程を用いて、例えば、矩形や楕円、あるいはどんな所望の横断面形状からなる管をも生産することができる。しかしながら、この場合には、ガラス管を回転させなければはならない。

この点において、工程の間、鋳型として機能するシャフトの横断面ができるだけ完全かつ一様に満たされることを確実にすることが必要である。これはまた、非円形の横断面の形状に関する場合には、フィーダまたはダイ８に適切な形状を付与することによって、あるいはシャフト９および鋳造管１の回転運動および直線運動によって達成することができる。

図２に三角形によって表された例となる測定点によって示されるように、本発明による工程は、ほぼ０．１＊ＯＤ／［ｍｍ］未満のＯＤ／ＷＴ比であるガラス管を得ることを確実にしている。ここに、図２のベース上に挿入された規約において、ＯＤおよびＷＴは、鋳造ガラス管の外径（ＯＤ）および肉厚（ＷＴ）をそれぞれミリメートルで示す大きさを表している。明瞭化のために図２には表されていないが、発明者らによって実施されたさらなる一連の試験は、この観測結果を裏付けている。

本発明に係る装置によって生産されるガラス管は、付加的な再引き抜き工程によってより小径の管を生産するための予備成形物（出発原料を適切に予成形したもの）としての使用に特に適している。この場合において、異なるＯＤ／ＷＴ比（肉厚に対する外径）はまた、管の内部と管の外側との間の圧力差によっても設定され得る。

より小さいＯＤおよび予備成形物のＯＤ／ＷＴ比以上であるＯＤ／ＷＴ比を有する管は、上に述べたように生産された管から、その後の再引き抜き工程において生産することができる。これを達成するために、鋳造ガラス管は、保持装置にクランプされ、部分的に加熱され、それから所望の直径ＯＤにまで圧伸される。比ＯＤ／ＷＴは、結果として概して変わらない。しかしながら、比ＯＤ／ＷＴは、管の内部の加圧によって影響され得る。したがって、例えば、外圧ｐａよりも高い内圧ｐｉによって、ＯＤ／ＷＴ＜０．１＊ＯＤ／［ｍｍ］の予備成形物から、０．１＊ＯＤ／［ｍｍ］以上であるＯＤ／ＷＴ比を有するガラス管を生産することが可能である。

（実施例）
円錘形状をなす黒鉛製マンドレル（外径（ＯＤ）頂部＝２３ｍｍ、ＯＤ底部＝１８ｍｍ）を、周囲にアルゴンが流され、わずかに円錘形状をなす黒鉛製シャフト（内径（ＩＤ）頂部＝７１ｍｍ、ＩＤ底部＝７２ｍｍ）内の中心に導入した。黒鉛製マンドレルは、同軸上の特殊鋼からなる冷却ホルダに取り付けた。冷却ホルダを、空気と噴霧水との混合物によって冷却した。ＳＣＨＯＴＴ ＡＧ社製の「Ｇｌａｓｓ８２５０」（商品名）のガラスを、貴金属製のルツボの中で溶融した。加熱可能な貴金属製のパイプを、ルツボの底部に溶接した。このパイプはダイに開口しており、ダイはまた個別に加熱可能となっている。表１に示される種々のパラメータは、「Ｇｌａｓｓ８２５０」（商品名）のガラスによってシャフトが満たされたときに定めた。結果を表２に示す。本実施例に述べた「Ｇｌａｓｓ８２５０」（商品名）にとっては、１２３０℃の温度が有利であることが判明した。このようにして得られた管を、再引き抜きシステムにおいて再引き抜きした。この点において、外径ＯＤおよび比ＯＤ／ＷＴは、内圧および引き抜き速度によって定めた。

さらなる実施形態において、予備成形管は、上記のように生産される。これら予備成形管は再引き抜きシステムにおいて再引き抜きされる。引き抜き管の新たなＯＤ／ＷＴ比は、内圧によって定まる。それから、生産品は、矩形管を形成するために、変形領域における２つのロールによってさらに成形される。ガラス管の表面に損傷を防止するために、複数のロールは、六方晶系のホワイトメタルや黒鉛から構成されている。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。

本発明の実施形態に係るガラス管を生産するための装置を示す断面図である。 従来の引き抜きによって生産された複数のガラス管と、本発明によって生産された複数のガラス管との比較を示す概略図である。

符号の説明

１ ガラス管、
３ 冷却剤の挿入口および排出口、
４ フラッシングガス挿入口、
５ フラッシングガス排出口、
６ ガラス管１のフィード方向、
７ ガラス管１の回転方向、
８ ダイ、
９ 環状空隙、
１０ 成形手段／マンドレル、
１１ 圧力容器、
１２ ガラス管１の内部容積。

Claims (35)

1. ガラス管（１）の外部形状は、溶融ガラスが導入され、少なくとも断面形状を決定するシャフト（９）と、ガラス管（１）の内部形状を決定するためにシャフトの内側に同軸に延び、ここにおいて成形手段が冷却される成形手段（１０）と、を有し、
   前記シャフトが鉛直に配置されて、自由なメニスカスが形成される間に溶融ガラスがシャフト（９）の中に注入され、
   前記溶融ガラスが後にガラスの軟化温度よりも低い温度に冷却されて溶融ガラスがシャフト内で凝固してガラス管（１）を形成するように、成形手段（１０）を冷却することを特徴とする、特にガラス管の連続的な製造のための、ガラス管の製造装置。
2. 少なくとも断面形状での、シャフト（９）の内周壁とガラス管（１）の外周壁の間の直接接触を防止するために、ガス・クッションが軸（９）の内周壁に形成されるように、シャフト（９）が設計された、請求項１に記載のガラス管の製造装置。
3. 高圧圧力を用いて軸（９）の内周壁にガス・クッションを形成するための高圧生成手段（４，５；１１）を有する、請求項２に記載のガラス管の製造装置。
4. 高圧生成手段は、シャフト（９）を保持するための圧力容器（１１）を有し、
   圧力容器（１１）は、少なくとも一つのフラッシングガス挿入口（４）と、圧力容器（１１）の中へのフラッシングガスの流入を介して、ガス・クッションの高圧圧力を調整するために設計された少なくとも一つのフラッシングガス排出口（５）と、を備えた、請求項３に記載のガラス管の製造装置。
5. 少なくとも一つのガス排出口（５）は、ガス・クッションの高圧圧力を調整するために少なくとも部分的に閉じることが可能な、請求項４に記載のガラス管の製造装置。
6. ガス・クッションの高圧圧力を生成するために、ガスが周壁を通ってシャフトの内部へ透過できるように、シャフトの周壁の少なくとも断面形状が多孔材により形成される、請求項２〜５のいずれか１項に記載のガラス管の製造装置。
7. 冷却剤（３）が、成形手段（１０）を冷却するために成形手段（１０）を通って流れる、請求項１〜６のいずれか１項に記載のガラス管の製造装置。
8. 前記成形手段は、シャフト（９）に同軸で配置される細長いマンドレル（１０）として形成され、
   下流側の下端部のマンドレル（１０）の直径は、上流側の上端部の直径よりも小さい、請求項１〜７のいずれか１項に記載のガラス管の製造装置。
9. 前記マンドレル（１０）は円錐形であり、および／または非円形の横断面形状を有する、請求項８に記載のガラス管の製造装置。
10. 前記マンドレル（１０）は、耐高温材料により形成される、請求項８または９に記載のガラス管の製造装置。
11. 好ましくは高圧圧力に従ってガラス管（１）の内周壁と成形手段（１０）の外周壁との間にガス・クッションを形成するために、かつ、少なくとも断面形状においてガラス管（１）の内周壁と成形手段（１０）の外周壁の間の直接接触を妨げるために、フラッシングガス挿入口（３）が成形手段（１０）と係合する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のガラス管の製造装置。
12. 成形手段（１０）は、少なくとも断面形状に多孔材を有し、または、多孔材から形成される請求項１〜１１のいずれか１項に記載のガラス管の製造装置。
13. 前記シャフト（９）は、非円形の横断面形状を有する請求項１〜１２のいずれか１項に記載のガラス管の製造装置。
14. シャフト（９）を一時的に閉じるとともに、制御できない方法によりシャフトを通るガラスの流れを防止するために、ガラス管（１）の形状に適合するクロージャ部材を更に有し、
    前記クロージャ部材は、シャフト（９）において長手方向に取り外し可能に配置され、クロージャ部材が下がった後にシャフト（９）から取り外される、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のガラス管の製造装置。
15. 溶融ガラスが、ガラス管（１）の外部形状を決定するためにガラス管（１）に注入され、そしてガラス管（１）の内部形状を決定するために、シャフトの内側に同軸に延びる成形手段（１０）を超えて流れ、
    シャフト（９）は鉛直に延び、溶融ガラスが、自由なメニスカスを形成する間にシャフト（９）の中に注入され、
    溶融ガラスが後にガラスの軟化温度よりも低い温度に冷却されてシャフトの中で凝固してガラス管（１）を形成するように成形手段（１０）が冷却される、ガラス管の製造方法。
16. ガラス管（１）の外部形状を決定するために、少なくとも断面形状においてシャフトが溶融ガラスによって完全に充填されるように、溶融ガラスがシャフト（９）に自由に流れる、請求項１５に記載のガラス管の製造方法。
17. 溶融ガラスは、１０^７．５ｄＰａｓ未満の粘度に対応する温度でシャフト（９）に注入され、シャフトへ流れた後の溶融ガラスをガラス管（１）が支持するように、溶融ガラスは成形手段（１０）でガラスの軟化温度よりも低い温度へ冷却される、請求項１５または１６に記載のガラス管の製造方法。
18. 溶融ガラスは、１０ｄＰａｓから１０^５ｄＰａｓの範囲の粘度に対応する温度でシャフト（９）に注入される、請求項１７に記載のガラス管の製造方法。
19. 溶融ガラスは、１０^２ｄＰａｓから１０^５ｄＰａｓの範囲の粘度に対応する温度でシャフト（９）に注入される、請求項１７に記載のガラス管の製造方法。
20. 少なくとも断面形状において、シャフト（９）の内周壁とガラス管（１）の外周壁の間の直接的接触を防止するために、ガス・クッションが軸（９）の内周壁に形成される請求項１５〜１９のいずれか１項に記載のガラス管の製造方法。
21. ガス・クッションは、高圧圧力を有するシャフト（９）の内周壁に形成される、請求項２０に記載のガラス管の製造方法。
22. ガス・クッションの高圧圧力は、シャフト（９）を保持している圧力容器（１１）へのフラッシングガスの流入を介して調整される、請求項２１に記載のガラス管の製造方法。
23. 圧力容器（１１）の少なくとも一つのフラッシングガス排出口（５）は、ガス・クッションの超過圧力を発現させるために少なくとも部分的に閉じられている、請求項２２に記載のガラス管の製造方法。
24. 前記フラッシングガスは、ガス・クッションの高圧圧力を発現するために、少なくとも断面形状が多孔性である周壁を通って内部へ透過する、請求項２２または２３に記載のガラス管の製造方法。
25. 冷却剤（３）が、冷却される成形手段を通って流れる、請求項１５〜２２のいずれか１項に記載のガラス管の製造方法。
26. 好ましくは高圧圧力に従ってガラス管（１）の内周壁と成形手段の外周壁の間にガス・クッションを形成するために、かつ、少なくとも断面形状においてガラス管（１）の内周壁と成形手段（１０）の外周壁の間の直接的接触を防ぐために、フラッシングガスが、成形手段の少なくとも断面形状が多孔性である外周壁を透過する、請求項１５〜２５のいずれか１項に記載のガラス管の製造方法。
27. ガラス管（１）の形状に適合するクロージャ部材を軸方向に下げる工程を更に含み、この下げる工程の後にシャフトからクロージャ部材が取り外される、請求項１５〜２６のいずれか１項に記載のガラス管の製造方法。
28. 外径（ＯＤ）に対する肉厚（ＷＴ）の比率が０．１＊ＯＤ／［ｍｍ］以下であり、
    ＯＤとＷＴは、それぞれガラス管（１）の外径と肉厚をミリメートル単位で示し、この外径は４０ｍｍ以上である、請求項１５〜２７のいずれか１項に記載のガラス管の製造方法。
29. 鋳造ガラス管（１）が予備成形に使用され、ここにおいて、鋳造ガラス管（１）の外径は、付加的な再引き抜き工程を用いて減少される、請求項１５〜２８のいずれか１項に記載のガラス管の製造方法。
30. 鋳造ガラス管（１）は、保持装置に保持され、部分的に加熱され、そして再引き抜きの間、所望の外径に引き抜かれる、請求項２９に記載のガラス管の製造方法。
31. 横力が再引き抜きの間の変形域のガラスに作用して、断面形状に変化を生じさせる、請求項２８に記載のガラス管の製造方法。
32. 横力は、少なくとも１つのローラによって与えられる、請求項３１に記載のガラス管の製造方法。
33. 外径（ＯＤ）の肉厚（ＷＴ）に対する比率が０．１＊ＯＤ／［ｍｍ］以下であり、ＯＤとＷＴは、それぞれガラス管（１）の外径と肉厚をミリメートル単位で示し、この外径は４０ｍｍ以上である、ガラス管。
34. 電磁的な要素に技術的要素として適用された、請求項３３に記載のガラス管。
35. 再引き抜きによって更なるガラス管を生産するために使用される、請求項３３に記載のガラス管。

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