JP2008266100A - ガラス管の切断方法及び切断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス管の端面付近のように外面と内面との応力差が小さい部位であっても、切断面の面精度及び切断長さをそれぞれ高精度にすること。
【解決手段】中空状のガラス管１の内周面１ａにカッター２により周方向Ａ全周に亘って直線状の内周傷３を付与し、その後、ガラス管１の外側から加熱手段４により内周傷３と反対側の外周部分１ｂを局部的に加熱するガラス管の切断方法及び切断装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば蛍光灯用ガラス管を正規寸法に切断するためのガラス管の切断方法及び切断装置に関するものである。

従来から、この種のガラス管の切断方法として、連続成形されるガラス管の管引き速度と同調して往復台により切断装置全体をガラス管の移動方向と同一方向に同一速度で移動させると共に、その移動する間にカッターによりガラス管の外周面の周方向全周に亘って直線状の切り傷を入れ、この切り傷近傍に直接、冷却空気噴射ノズルから冷却用空気を吹き付けて急冷することで、切り傷を起点としたクラックを発生させてガラス管をカットする方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、ガラス管は、製造時に溶融状態から固化する際に、外面から冷却されていくが、外面と内面との温度降下の速度が大きい部位では、内面の温度降下の速度は外面に比べて遅くなるため、外面に圧縮応力、内面に引張応力を残した状態となり、外面と内面の応力差が大きいものであり、上記特許文献１に見られる従来例はこの応力差を利用して切り傷を起点としたクラックを発生させてガラス管をカットするものである。

しかしながら、ガラス管の端面付近のように外面と内面との温度降下の速度が近い部位では、外面と内面の応力差が小さく、このように外面と内面の応力差の小さい部位においては、従来のような外面と内面の応力差を利用したカット方法では、切り傷を起点として引き起こされるクラックの進展方向にばらつきが生じやすくなり、切断面の面精度や切断長さにばらつきが生じて、製品歩留まり及び品質を低下させるという問題があった。
特開平９−６７１３６号公報

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、切断面の面精度及び切断長さをそれぞれ高精度にでき、製品歩留まり及び良品率が向上するガラス管の切断方法及び切断装置を提供することを課題とするものである。

前記課題を解決するために、請求項１記載のガラス管の切断方法は、中空状のガラス管１の内周面１ａにカッター２により周方向Ａ全周に亘って直線状の内周傷３を付与し、その後、ガラス管１の外側から加熱手段４により上記内周傷３と反対側の外周部分１ｂを局部的に加熱することを特徴としている。

また請求項４記載のガラス管の切断装置は、ガラス管送り装置６で把持された中空状のガラス管１の内側に挿入されて該ガラス管１の内周面１ａに周方向Ａ全周に亘って直線状の内周傷３を付与するためのカッター２と、ガラス管１の外側から上記内周傷３とは反対側の外周部分１ｂを局部的に加熱するための加熱手段４とを具備していることを特徴としている。

上記請求項１記載の切断方法又は請求項４記載の切断装置を採用することで、つまり、内周傷３とは反対側の外周部分１ｂを局部的に加熱することで外周部分１ｂ付近に引張応力Ｍを発生させることができ、この引張応力Ｍを利用して内周傷３を起点として外周部分１ｂに至る垂直クラック５を容易に発生・進展させることができる。従って、ガラス管１の端面付近のように外面と内面との応力差が小さい部位であっても、ガラス管１を精度良くカットできるものである。

また、請求項２記載のガラス管の切断方法は、上記内周傷３を付与する前に、ガラス管１の内周面１ａを冷却手段７により予め冷却することを特徴としており、これにより、冷却による収縮によって局部的に圧縮応力を発生させた状態で内周傷３が付与されることとなり、内周傷３を付与した後に予め冷却した部位が常温に戻ると、冷却によって収縮した部分が膨張して元の体積に戻る。このとき内周傷３近傍に引張応力ｍ´が発生することにより、垂直クラック５の発生・進展が一層容易となる。

また、請求項３記載のガラス管の切断方法は、上記加熱手段４による加熱終了後に、ガラス管１の内側から冷却手段により内周傷３近傍を局部的に急冷することを特徴としており、これにより、ガラス管１の内周傷３近傍において急激な温度変動を引き起こすと共に内周傷３の部位に応力が集中することで垂直クラック５の発生・進展が一層容易となる。

また請求項５記載のガラス管の切断装置は、上記カッター２が、ガラス管１の内周面１ａに向けてバネ付勢される超硬ローラ２Ａ又はダイヤモンドバイトで構成されていることを特徴としており、これにより、内周傷３の付与を容易にできると共に、カッター２の加工寿命を長くでき、加工コストの低減を図ることができる。

また請求項６記載のガラス管の切断装置は、上記内周傷３を付与する前にガラス管１の内周面１ａを予め冷却する第１の冷却手段７、又は、加熱手段４による加熱終了後に、ガラス管１の内側から内周傷３近傍を局部的に急冷するための第２の冷却手段８のうち少なくとも一方の冷却手段を備えることを特徴としており、これにより、第１の冷却手段７による冷却により内周傷３近傍に応力集中が引き起こされて垂直クラック５の発生・進展が一層容易になる効果、或いは、第２の冷却手段８による急冷により内周傷３に沿って急激な温度変動が発生して垂直クラック５の発生・進展が一層容易になる効果の少なくとも一方の効果が得られるようになる。

本発明では、従来のような外面と内面の応力差を利用してカットする方法ではなく、内周傷とは反対側の外周部分を局部的に加熱することにより外周部分に引張応力を発生させ、この引張応力を利用して内周傷を起点として外周部分に至る垂直クラックを容易に発生・進展させることができる。従って、ガラス管の端面付近のように外面と内面との応力差が小さい部位であっても、切断面の面精度及び切断長さをそれぞれ高精度にできる結果、製品歩留まり及び良品率を向上させることができるものである。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。

本発明のガラス管の切断装置は、図１に示すように、ガラス管送り装置６にて把持される中空状のガラス管１の内周面１ａに周方向Ａ全周に亘って直線状の内周傷３を付与するためのカッター２と、ガラス管１の外側から上記内周傷３とは反対側の外周部分１ｂを局部的に加熱するための加熱手段４とで主体が構成されている。なおガラス管送り装置６は、ガラス管１を把持してガラス管１をその軸芯回りに回転させる機構であればよく、その構造は特に限定されない。

上記カッター２は、ガラス管１の内側に挿入されてガラス管１の内周面１ａに沿って直線状の切り傷（以下「内周傷３」という）を付与するためのものであり、本例では、ガラス管１の内周面１ａに向けてバネ付勢される超硬ローラ２Ａ又はダイヤモンドバイトで構成されている。超硬ローラ２Ａの一例を図２に示す。超硬ローラ２Ａは、横軸型のリング状の刃１０と、刃１０を回転自在に保持する刃ホルダー１１と、ローラ軸１２に固定されるバネ支持部１３と、バネ支持部１３と刃ホルダー１１との間に介在されて刃ホルダー１１に保持された刃１０をガラス管１の内周面１ａに向けて押圧するバネ１４とで構成されている。超硬ローラ２Ａの刃１０は例えばダイヤモンドや酸化タングステンなどの硬い材料からなる。本例ではガラス管１を回転させることにより、超硬ローラ２Ａの刃１０がガラス管１の内周面１ａに対して摩擦摺動して内周傷３を付与するようにしている。また超硬ローラ２Ａの刃１０はガラス管１をカットする機能は持たず、切り傷である内周傷３を付与する機能のみを持つものである。なお、ガラス管１の厚みが例えば２〜３ｍｍの場合は、内周傷３の深さを１ｍｍ以下となるように刃１０の押圧力を調整するのが好ましい。

上記加熱手段４は、ガラス管１の内周傷３とは反対側の外周部分１ｂを局部的に加熱するためのもので、本例ではガスバーナ４Ａで構成されている。このガスバーナ４Ａの火炎による局部的加熱によって外周部分１ｂ付近に大きな引張応力Ｍが発生し、この引張応力Ｍによって内周傷３を起点として外周部分１ｂに至る垂直クラック５が容易に発生・進展するものである。この垂直クラック５の進展方向はガラス管１の面方向と垂直な方向Ｂである。なお加熱手段４としては、ガスバーナ４Ａには限らず、例えば熱風を吹き付ける熱風噴射ノズル、或いは電熱ヒータなどであってもよい。

次に、ガラス管１の切断工程を説明する。ここではガラス管１の外面と内面とに製造時の一様な引張応力ｍがそれぞれ残留しているものとする。

先ず、ガラス管送り装置６で把持されたガラス管１内部に図１（ａ）の矢印イ方向から超硬ローラ２Ａを挿入し、超硬ローラ２Ａの刃１０がガラス管１の所望のカット位置Ｐにくるように刃１０の管軸方向位置を調整すると共に刃１０を図１（ａ）の矢印ロ方向に移動してカット位置Ｐにおける内周面１ａに押し当てた状態とし、この状態でガラス管１を図１（ａ）の矢印ハで示す軸芯廻りに回転させる。これにより、ガラス管１の内周面１ａに周方向Ａ全周に亘って直線状の内周傷３が付与される。このとき、ガラス管１の内周面１ａは、図２に示すように、微小なうねりを持っているので、これに追随しながら超硬ローラ２Ａの刃１０がバネ１４によって一定の押圧力で保持されながら摺動摩擦して内周傷３が確実に付与されるようになる。

その後、超硬ローラ２Ａをガラス管１内部から引き出し、図１（ｃ）のようにガラス管１の外側からガスバーナ４Ａで上記内周傷３と反対側の外周部分１ｂを局部的に加熱する。これにより内周傷３近傍で急激な温度変動を引き起こすと同時に、外周部分１ｂには残留引張応力ｍよりも大きな引張応力Ｍ（＞ｍ）が発生することで、内周傷３の部位に応力が集中して垂直クラック５が発生・進展するようになる。

しかして、従来のような外面と内面の応力差を利用してカットする方法ではなく、本発明では、上記のように内周傷３と反対側の外周部分１ｂを局部的に加熱することにより外周部分１ｂに引張応力Ｍを発生させ、この引張応力Ｍを利用して内周傷３を起点として外周部分１ｂに至る垂直クラック３を容易に発生・進展させることができる。従って、ガラス管１の端面付近のように外面と内面との応力差が小さい部位であっても、切断面の面精度及び切断長さをそれぞれ高精度にできる効果が得られ、製品歩留まり及び良品率を向上させることができるものである。

また本例ではカッター２を構成する超硬ローラ２Ａを、回転するガラス管１の内周面１ａに対してバネ１４で刃１０を押し当てる簡易な構造にでき、しかもガラス管１の内周面１ａの微小なうねりに追随しながら超硬ローラ２Ａの刃１０で内周傷３を容易にしかも確実に付与できる利点もある。

なお本例では、カッター２及びガスバーナ４Ａをそれぞれ固定式とし、ガラス管１を回転させる構造を説明したが、例えば、ガラス管１を固定式とし、ガラス管１の外周面に沿って移動可能なロータリーカッター、或いはロータリーバーナーを用いることも可能である。

図３及び図４は本発明の他の実施形態の説明図である。本例では、内周傷３を付与する前にガラス管１の内側から内周面１ａを予め冷却するための第１の冷却手段７と、加熱手段４による加熱終了後にガラス管１の内側から内周傷３近傍を局部的に急冷するための第２の冷却手段８とを備えた場合を示している。なお、カッター２及びガスバーナー４Ａの各構成、及び、ガラス管１の端面付近のように外面と内面の応力差が小さい部位をカットする点は前記図１の実施形態と同様である。図１の実施形態と対応する部分には同一符号を付して詳しい説明は省略する。なお第１の冷却手段７による予冷却と第２の冷却手段８による後冷却の両工程を備える場合に限らず、いずれか一方の冷却工程を省略することも可能である。本例では、第１及び第２の冷却手段７，８による両方の冷却工程を備えると共に各冷却手段７，８として、回転するガラス管１の内周面１ａに向けて冷却用空気を吹き付けるためのブロワノズル７Ａ，８Ａを例示する。

先ず、図３（ａ）のようにガラス管送り装置６に把持したガラス管１内部にブロワノズル７Ａを挿入しガラス管１を回転させて、ガラス管１の内周傷３を付与する内周面部分をブロワノズル７Ａからの冷風噴射により予め局部的に冷却する。

その後、ブロワノズル７Ａをガラス管１内部から引き出して、図３（ｂ）に示すカッター２による内周傷３の付与工程と、図３（ｃ）に示す内周傷３と反対側の外周部分１ｂをガスバーナ４Ａにて局部的に加熱する加熱工程とを順次行なう。これら内周傷３の付与工程と加熱工程は前記図１（ｂ）及び（ｃ）と同様である。その後、ガスバーナ４Ａの加熱を停止してから、図３（ｄ）のようにガラス管１内部にブロワノズル８Ａを挿入しガラス管１を回転させて、内周傷３近傍を冷風噴射により急冷する。例えば２０℃のエアを噴射させる。

しかして本例では、内周傷３が付与される前にその内周面１ａを予め冷却することにより、図４（ａ）のように、冷却領域ｅにおける収縮によって局部的に圧縮応力ｎを発生させた状態で内周傷３が付与されるようになり、その後、内周傷３を付与した後に冷却された部分が常温に戻ると、冷却によって収縮した部分が膨張して元の体積に戻る。このとき図４（ｂ）のように、内周傷３近傍には引張応力ｍ´が発生することにより、その後の図３（ｃ）及び図４（ｃ）のガスバーナ４Ａによる加熱によって外面側に大きな引張応力Ｍが発生することとあいまって、垂直クラック５の発生・進展が一層容易となる。

さらに本例では、ガスバーナ４Ａの加熱を停止してから、図３（ｄ）のように内周傷３近傍を急冷することにより、内周傷３近傍で急激な温度変動を引き起こすと共に内周傷３の部位に応力が集中する。つまり内周傷３近傍に圧縮応力が発生し、内周傷３から離れた外周部分１ｂに加熱による大きな引張応力Ｍが発生しているので、内周傷３を起点とした垂直クラック５の発生・進展がより一層容易となり、結果、ガラス管１のカットを、より一層、精度良く行なうことができる。

本発明の一実施形態を示し、（ａ）はガラス管の切断装置の説明図であり、（ｂ）は同上のカッターにより内周傷が付与されたガラス管の断面図であり、（ｃ）は同上の内周傷と反対側の外周部分を加熱手段により局部的に加熱する状態を説明する断面図である。 同上のカッターにより内周傷を付与する際のガラス管の軸直角断面図である。 本発明の他の実施形態を示し、（ａ）は内周傷を付与する前にガラス管の内周面を予め冷却する工程説明図であり、（ｂ）は同上のカッターにより内周傷を付与する工程説明図であり、（ｃ）は同上の内周傷と反対側の外周部分を加熱手段により局部的に加熱する工程説明図であり、（ｄ）は加熱終了後にガラス管の内側から内周傷近傍を局部的に急冷するための工程説明図である。 （ａ）は図３（ｂ）に示すカッターにより内周傷を付与する場合に内周傷近傍に発生する圧縮応力の説明図であり、（ｂ）は同上の内周傷を付与した後に内周傷付近に発生する引張応力の説明図であり、（ｃ）は図３（ｃ）に示すガスバーナによる加熱により外周部分に発生する引張応力の説明図である。

符号の説明

１ ガラス管
１ａ 内周面
１ｂ 外周部分
２ カッター
２Ａ 超硬ローラ
３ 内周傷
４ 加熱手段
５ 垂直クラック
６ ガラス管送り装置
７ 第１の冷却手段
８ 第２の冷却手段
Ａ 周方向

Claims (6)

1. 中空状のガラス管の内周面にカッターにより周方向全周に亘って直線状の内周傷を付与し、その後、ガラス管の外側から加熱手段により上記内周傷と反対側の外周部分を局部的に加熱することを特徴とするガラス管の切断方法。
2. 上記内周傷を付与する前にガラス管の内周面を冷却手段により予め冷却することを特徴とする請求項１記載のガラス管の切断方法。
3. 上記加熱手段による加熱終了後に、ガラス管の内側から冷却手段により内周傷近傍を局部的に急冷することを特徴とする請求項１記載のガラス管の切断方法。
4. ガラス管送り装置で把持された中空状のガラス管の内側に挿入されて該ガラス管の内周面に周方向全周に亘って直線状の内周傷を付与するためのカッターと、ガラス管の外側から上記内周傷とは反対側の外周部分を局部的に加熱するための加熱手段とを具備してなることを特徴とするガラス管の切断装置。
5. 上記カッターは、ガラス管の内周面に向けてバネ付勢される超硬ローラ又はダイヤモンドバイトで構成されていることを特徴とする請求項４記載のガラス管の切断装置。
6. 上記内周傷を付与する前にガラス管の内周面を予め冷却する第１の冷却手段、又は、加熱手段による加熱終了後にガラス管の内側から内周傷近傍を局部的に急冷するための第２の冷却手段のうち少なくとも一方の冷却手段を具備することを特徴とする請求項４又は請求項５記載のガラス管の切断装置。

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