JP2012030985A - ガラス管の接合方法、及びガラス管の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス管（１、２）同士を立てた姿勢で接合することができるガラス管の接合方法と、ガラス管同士を立てた姿勢で接合しながらリドロー法により連続的に成形ガラス管を製造することができるガラス管の製造方法を提供すること。
【解決手段】他のガラス管２の一端部２１に栓部材３を装着する栓装着工程と、一のガラス管１の一端部１１を上にして立てた姿勢で、一のガラス管１の一端部１１（上端部）を加熱し軟化させる一のガラス管加熱工程と、他のガラス管２の栓部材３が装着された一端部２１を上にして立てた姿勢で、他のガラス管２の他端部２２（下端部）を加熱し軟化させる他のガラス管加熱工程と、軟化させた一のガラス管１の一端部１１と他のガラス管２の他端部２２とを突き合わせて溶着させる溶着工程と、からガラス管の製造方法を構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガラス管の接合方法、及び同法を用いたガラス管の製造方法に関する。

従来、細径のガラス管を成形する方法の一つとして、太径厚肉のガラス管を加熱延伸して所望の外径、肉厚に成形するリドロー法が知られている。リドロー法によって効率良く細径の成形ガラス管を得るには、複数のガラス管同士を予め突き合わせ接合し、なるべく長いガラス管を親管としてリドロー装置にセットする必要がある。

ところが、従来、ガラス管同士の突き合わせ接合は、二本のガラス管を水平姿勢で保持した状態で、各ガラス管の端部を加熱溶着して行っていたため（例えば、下記特許文献１参照）、長いガラス管を得るにも限界があった。

もっとも、鉛直方向に立てた姿勢でリドロー装置にセットされた太径厚肉のガラス管の上端部に、そのまま他の太径厚肉のガラス管を接合できれば、リドローされて短くなった太径厚肉のガラス管に他の太径厚肉のガラス管を必要に応じて継ぎ足すことができ、細径の成形ガラス管を連続的に製造することが可能である。

しかしながら、図８に示すように、立てた姿勢の一のガラス管１００に、立てた姿勢の他のガラス管２００を接合するべく、一のガラス管１００の上端部１１０及び他のガラス管２００の下端部２２０をバーナー４０で加熱した場合、他のガラス管２００の管孔内に燃焼ガスによる上昇気流が発生し、ガラス管２００の内面に結露Ｗが生じることになる。そして、この結露Ｗが水滴等となって溶着直後の接合部に接触する結果、接合部に局部的に熱衝撃が加わり、ガラス管の破損を招くことになった。このため、従来では、ガラス管同士の接合は、基本的に水平姿勢で行わざるを得なかった。

特開２００５−３３６０２８号公報

本発明は、従来のガラス管の接合方法に上記のような問題があったことに鑑みて為されたもので、ガラス管同士を立てた姿勢で確実に接合することができるガラス管の接合方法を提供することを課題とする。

また、本発明は、ガラス管同士を立てた姿勢で接合しながらリドロー法により連続的に成形ガラス管を製造することができるガラス管の製造方法を提供することを課題とする。

本発明は、一のガラス管の端部と他のガラス管の端部とを突き合わせ接合するガラス管の接合方法であって、
前記他のガラス管の一端部に栓部材を装着する栓装着工程と、前記一のガラス管の一端部を上にして該一のガラス管を立てた姿勢で、該一のガラス管の一端部を加熱し軟化させる一のガラス管加熱工程と、前記他のガラス管の前記栓部材が装着された一端部を上にして該他のガラス管を立てた姿勢で、該他のガラス管の他端部を加熱し軟化させる他のガラス管加熱工程と、前記一のガラス管加熱工程及び前記他のガラス管加熱工程により軟化させた前記一のガラス管の一端部と前記他のガラス管の他端部とを突き合わせて溶着させる溶着工程と、を備えることを特徴としている。

また、本発明は、前記一のガラス管加熱工程及び前記他のガラス管加熱工程を、前記一のガラス管の一端部と前記他のガラス管の他端部とを接近させた状態で、同一の加熱手段により同時に行うことを特徴としている。

また、本発明は、立てた姿勢のガラス管を加熱し軟化させながら下方へ延伸し、所望の外径、肉厚を有する成形ガラス管を製造するガラス管の製造方法であって、
立てた姿勢の一のガラス管の上方に、立てた姿勢の他のガラス管を待機させる待機工程と、待機させた前記他のガラス管の上端部に栓部材を装着する栓装着工程と、前記一のガラス管の上端部を加熱し軟化させる一のガラス管加熱工程と、前記栓部材が装着された前記他のガラス管における下端部を加熱し軟化させる他のガラス管加熱工程と、前記一のガラス管加熱工程及び前記他のガラス管加熱工程により軟化させた前記一のガラス管の上端部と前記他のガラス管の下端部とを突き合わせて溶着させる溶着工程と、を含み、前記一のガラス管の上端部に他のガラス管の下端部を接合して継ぎ足しながらガラス管を延伸して連続的に成形ガラス管を製造することを特徴としている。

また、本発明は、前記一のガラス管加熱工程及び前記他のガラス管加熱工程を、前記一のガラス管の上端部と前記他のガラス管の下端部とを接近させた状態で、同一の加熱手段により同時に行うことを特徴としている。

また、本発明は、前記栓部材が給気孔を備え、該栓部材の給気孔を通じて前記ガラス管の管内へ気体を供給することを特徴としている。

本発明に係るガラス管の接合方法、及びガラス管の製造方法によれば、立てた姿勢の他のガラス管の下端部をバーナーで加熱しても、他のガラス管の上端部に栓部材が装着されているので、他のガラス管の管孔内に燃焼ガスによる上昇気流が発生することもなく、結露が生じるおそれがない。したがって、従来のように、結露が水滴等となって溶着直後の接合部に接触してガラス管の破損を招くこともなく、ガラス管同士を立てた姿勢で確実に接合することができる。

そして、立てた姿勢でリドロー装置にセットされた一のガラス管の上端部に、立てた姿勢の他のガラス管の下端部を確実に接合することができ、リドローされて短くなったガラス管に他のガラス管を必要に応じて継ぎ足すことができ、細径の成形ガラス管を連続的に製造することができる。

また、一のガラス管の上端部と他のガラス管の他端部とを同一の加熱手段により同時に加熱すれば、ほぼ同条件、ほぼ同タイミングで両方のガラス管を加熱することができ、接合工程の容易化を図ることができる。

また、栓部材７の給気孔７３を通じてガラス管の管内へ所要流量の空気を供給すれば、ガラス管の製造方法の延伸工程において所望の内径の成形ガラス管を製造することが可能となる。

本実施形態のガラス管の接合方法における栓装着工程を説明する部分斜視図である。 本実施形態のガラス管の接合方法における一のガラス管加熱工程及び他のガラス管加熱工程を説明する一部断面側面図である。 本実施形態のガラス管の接合方法における溶着工程を説明する一部断面側面図である。 本実施形態のガラス管の製造方法における延伸工程、待機工程、一のガラス管加熱工程、他のガラス管加熱工程、及び溶着工程を説明する概略側面図である。 本実施形態のガラス管の製造方法に用いるリドロー装置の加熱手段及び管引き機を説明する概略側面図である。 本実施形態のガラス管の製造方法に用いる栓部材を説明する部分斜視図である。 本実施形態のガラス管の製造方法に用いるバーナーの説明図であり、（ａ）はアームを閉じてガラス管を加熱している状態を示す概略平面図、（ｂ）はアームを開いてガラス管から退避させた状態を示す概略平面図である。 従来のガラス管の接合方法における加熱工程を説明する一部断面側面図である。

まず、図１〜図３を参照しながら本実施形態のガラス管の接合方法について説明する。

本実施形態のガラス管の接合方法は、図１〜図３に示すように、立てた姿勢の一のガラス管１に、立てた姿勢の他のガラス管２を突き合わせ接合する接合方法である。本実施形態のガラス管の接合方法は主として、他のガラス管２の一端部２１に栓部材３を装着する栓装着工程と、一のガラス管１の一端部１１を加熱し軟化させる一のガラス管加熱工程と、他のガラス管２の他端部２２を加熱し軟化させる他のガラス管加熱工程と、これら加熱工程により軟化させた一のガラス管１の一端部１１と他のガラス管２の他端部２２とを突き合わせて溶着させる溶着工程と、を備えている。

栓装着工程は、図１に示すように、栓部材３を他のガラス管２の一端部２１に気密状態に装着することにより行う。栓部材３は、円板形状の蓋部３１と、蓋部３１の下面に突設され、先端に拡径部３２１を有する突起部３２とから構成されており、この突起部３２を他のガラス管２の管孔内へ気密に挿入し、蓋部３１を他のガラス管２の端面に当接させることによって、他のガラス管２の一端部２１に着脱自在に装着される。なお、この栓装着工程は、必ずしも他のガラス管２を立てた姿勢で行う必要はなく、他のガラス管２を水平姿勢にした状態で行ってもよい。

一のガラス管加熱工程は、図２に示すように、一のガラス管１の一端部１１を上にして立てた姿勢で、一のガラス管１の一端部１１（即ち、上端部）の周囲をバーナー４の火炎で加熱することにより行う。この加熱工程によって、一のガラス管１の一端部１１が軟化点以上の温度に加熱されて軟化する。

他のガラス管加熱工程は、図２に示すように、他のガラス管２の上記栓部材３が装着された一端部２１を上にして立てた姿勢で、他のガラス管２の他端部２２（即ち、下端部）の周囲をバーナー４の火炎で加熱することにより行う。この加熱工程によって、他のガラス管２の他端部２２が軟化点以上の温度に加熱されて軟化する。

本実施形態では、図２に示すように、上記一のガラス管加熱工程及び上記他のガラス管加熱工程を、一のガラス管１の一端部１１と他のガラス管２の他端部２２とを所定間隔（例えば約５ｍｍ）まで接近させた状態で、同一の加熱手段であるバーナー４により同時に行うようにしている。このことで、ほぼ同条件、ほぼ同タイミングでガラス管１、２を加熱軟化させることができる。なお、これら一のガラス管加熱工程と他のガラス管加熱工程とを、別個の加熱手段を用いて行ってもよい。

溶着工程は、図３に示すように、軟化させた一のガラス管１の一端部１１と他のガラス管２の他端部２２とを突き合わせて両端部を溶着させることにより行う。そして、突き合わせた接合部が軟化点以下の温度まで冷えることによって、一のガラス管１の一端部１１と他のガラス管２の他端部２２とが突き合わせ接合される。なお、他のガラス管２の一端部２１から栓部材３を取り外すタイミングは、上記他のガラス管加熱工程の後であれば、どのタイミングで行ってもよく、溶着工程後に取り外しても、溶着工程前に取り外してもよい。

このように本実施形態のガラス管の接合方法によれば、立てた姿勢の他のガラス管２の他端部２２（下端部）をバーナー４で加熱しても、他のガラス管２の一端部２１（上端部）に栓部材３が気密状態で装着されているので、他のガラス管２の管孔内に燃焼ガスによる上昇気流が発生することもなく、結露が生じるおそれがない。したがって、従来のように、結露が水滴等となって溶着直後の接合部に接触してガラス管の破損を招くこともなく、ガラス管同士を立てた姿勢で確実に接合することができる。

しかも、他のガラス管２の管孔内において燃焼ガスによる上昇気流の発生を防ぐことができるので、従来のように管孔内の上昇気流に伴う熱流出もなく、投入熱量の無駄を削減でき、ガラス管同士を熱効率よく接合することができる。

また、一のガラス管１の一端部１１及び他のガラス管２の他端部２２を、立てた姿勢で加熱しているので、水平姿勢で加熱する場合に比べ、加熱軟化部の自重変形による周方向の肉厚のばらつきを小さくすることができる。したがって、接合部分の寸法精度の向上を図ることができ、また、従来の水平接合方法のように、必ずしもガラス管を回転させる必要がないため、接合工程の容易化を図ることができる。

また、本実施形態のガラス管の接合方法によれば、一のガラス管１の一端部１１と他のガラス管２の他端部２２とを、同一の加熱手段であるバーナー４により同時に加熱しているので、ほぼ同条件、ほぼ同タイミングで両方のガラス管１、２を加熱することができ、このことによっても接合工程の容易化を図ることができる。

次に、図４〜図７を参照しながら、本実施形態のリドロー法によるガラス管の製造方法について説明する。

本実施形態のガラス管の製造方法は、図４〜図７に示すように、立てた姿勢の一のガラス管５の上端部５１に、立てた姿勢の他のガラス管６の下端部６２を突き合わせ接合して継ぎ足しながら、接合したガラス管を下方へ加熱延伸することによって、所望の外径、肉厚を有する成形ガラス管９を連続的に製造する製造方法である。

本実施形態のガラス管の製造方法は主として、立てた姿勢のガラス管を加熱軟化させながら下方へ延伸する延伸工程と、立てた姿勢の一のガラス管５の上方に、立てた姿勢の他のガラス管６を待機させる待機工程と、待機させた他のガラス管６の上端部６１に栓部材７を装着する栓装着工程と、一のガラス管５の上端部５１を加熱し軟化させる一のガラス管加熱工程と、他のガラス管６の下端部６２を加熱し軟化させる他のガラス管加熱工程と、これら加熱工程により軟化させた一のガラス管５の上端部５１と他のガラス管６の下端部６２とを突き合わせて溶着させる溶着工程と、を備えている。

延伸工程は、図４及び図５に示すように、クランプ機構（９３、９４）により把持した一のガラス管５を、公知の管状電気炉から成る加熱手段９１で加熱軟化させながら、複数対の駆動ローラを備えた公知の管引き機９２によって下方へ引っ張ることにより行う。クランプ機構（９３、９４）は、不図示のレールに沿って所定速度で昇降移動可能に設けられ、一のガラス管５の上端部５１側を把持したクランプ機構（９３、９４）の下降速度と、管引き機９２の管引き速度とを適宜調節することで、所望の外径、肉厚を有する成形ガラス管９を製造することができる。この延伸工程は、図４（ａ）〜（ｉ）に示すように、後述するガラス管同士の接合工程を含む全工程に亘って連続して行うことができる。

待機工程は、図４（ｂ）〜（ｄ）に示すように、一のガラス管５の上端部５１側を、一のクランプ機構９３に代えて他のクランプ機構９４で把持し直し、一のクランプ機構９３を上昇させ、上昇させた一のクランプ機構９３で、一のガラス管５の上方位置に搬入した他のガラス管６の上端部６１側を把持することにより行う。

栓装着工程は、図４（ｅ）、（ｆ）に示すように、栓部材７を他のガラス管６の上端部６１に装着することにより行う。栓部材７は、図６に示すように、円板形状の蓋部７１と、蓋部７１の下面に突設され、先端に拡径部７２１を有する突起部７２と、蓋部７１の上面に突設され、突起部７２の先端部に開口する給気孔７３を有する給気管７４と、から構成されている。この栓部材７の突起部７２を他のガラス管６の管孔内へ挿入し、蓋部７１を他のガラス管６の端面に当接させることによって、他のガラス管６の一端部６１に着脱自在に装着される。そして、必要に応じて、不図示の給気手段によって給気孔７３を通じて、外部からガラス管内へ所要流量の気体を供給することができる。

本実施形態では、他のガラス管６に装着された栓部材７は、次述する他のガラス管加熱工程（図４（ｇ）参照）においては、給気孔７３を通じて他のガラス管６の管内へ給気せず、実質的に気密状態を維持する。そして、延伸工程（図４（ｉ）参照）においては、給気孔７３を通じて他のガラス管６の管内へ所要流量の空気を供給する。このように延伸工程時にガラス管内へ所要流量の気体を供給することで、所望の内径の成形ガラス管９を製造することができる。図４（ａ）〜（ｄ）に示す延伸工程においては、栓部材７は一のガラス管５に装着された状態で、ガラス管内へ所要流量の気体を供給する。なお、他のガラス管加熱工程時においても、バーナー加熱の障害とならない程度に、給気孔７３を通じてガラス管内へ気体を供給してもよい。

一のガラス管加熱工程は、図４（ｇ）に示すように、一のガラス管５の上端部５１の周囲をバーナー８の火炎で加熱することにより行う。この加熱工程によって、一のガラス管５の上端部５１が軟化点以上の温度に加熱されて軟化する。

他のガラス管加熱工程は、図４（ｇ）に示すように、他のガラス管６の下端部６２の周囲をバーナー８の火炎で加熱することにより行う。この加熱工程によって、他のガラス管６の下端部６２が軟化点以上の温度に加熱されて軟化する。

本実施形態では、図４（ｇ）に示すように、上記一のガラス管加熱工程及び上記他のガラス管加熱工程を、一のガラス管５の上端部５１と他のガラス管６の下端部６２とを所定間隔（例えば約５ｍｍ）まで接近させた状態で、同一の加熱手段であるバーナー８により同時に行うようにしている。このことで、ほぼ同条件、ほぼ同タイミングでガラス管５、６を加熱軟化させることができる。

バーナー８は、図７に示すように、開閉可能な左右一対のアーム８１・８１と、各アーム８１の互いの対向部に形成された半円形の凹部８２と、各凹部８２内に並設された複数のバーナーノズル８３と、から構成されている。バーナー８は、図７（ａ）に示すように、一対のアーム８１・８１を閉じて各凹部８２でガラス管（５、６）を取り囲み、各バーナーノズル８３の火炎でガラス管（５、６）の周囲を均等に加熱する。そして、図７（ｂ）に示すように、加熱後、一対のアーム８１・８１を開いて各バーナーノズル８３をガラス管（５、６）から後退させることができる。

溶着工程は、図４（ｈ）に示すように、軟化させた一のガラス管５の一端部５１と他のガラス管６の他端部６２とを突き合わせて両端部を溶着させることにより行う。そして、突き合わせた接合部が軟化点以下の温度まで冷えることによって、一のガラス管５の一端部５１と他のガラス管６の他端部６２とが突き合わせ接合される。

ガラス管同士の接合後、図４（ｉ）に示すように、一のガラス管５を把持していたクランプ機構９４が上昇位置に復帰し、次のガラス管接合の待機工程（図４（ｂ）参照）まで待機する。そして、接合されたガラス管の管内へ、栓部材７の給気孔を通じて空気を供給しながら、所望の外内径、肉厚を有する成形ガラス管９を延伸成形するのである。

このように、本実施形態のガラス管の製造方法によれば、立てた姿勢の他のガラス管６の下端部６２をバーナー８で加熱しても、他のガラス管６の上端部６１に栓部材７が気密状態で装着されているので、他のガラス管６の管孔内に燃焼ガスによる上昇気流が発生することもなく、結露が生じるおそれがない。したがって、従来のように、結露が水滴等となって溶着直後の接合部に接触してガラス管の破損を招くこともなく、ガラス管同士を立てた姿勢で確実に接合することができる。

したがって、立てた姿勢でリドロー装置にセットされた一のガラス管５の上端部５１に、立てた姿勢の他のガラス管６の下端部６２を確実に接合することができ、リドローされて短くなったガラス管に他のガラス管を必要に応じて継ぎ足すことができ、細径の成形ガラス管を連続的に製造することができる。

また、本実施形態のガラス管の製造方法によれば、一のガラス管５の上端部５１と他のガラス管６の他端部６２とを、同一の加熱手段であるバーナー８により同時に加熱しているので、ほぼ同条件、ほぼ同タイミングで両方のガラス管（５、６）を加熱することができ、接合工程の容易化を図ることができる。

また、本実施形態のガラス管の製造方法によれば、栓部材７の給気孔７３を通じて他のガラス管６の管内へ所要流量の空気を供給することができるので、延伸工程において所望の内径の成形ガラス管９を製造することができる。

以上、本実施形態のガラス管の接合方法、及びガラス管の製造方法について説明したが、本発明は他の実施形態でも実施することができる。

例えば、上記実施形態では、栓部材（３、７）をその突起部（３２、７２）をガラス管の管孔内に挿入することで装着しているが、ガラス管の外周面に外嵌め式に装着するように構成してもよい。また、必ずしもガラス管の端面に当接させる蓋部（３１、７１）を設ける必要もない。栓部材は、加熱工程時にガラス管の管孔内における上昇気流を防ぐことができるものであればよく、種々の設計変更が可能である。

また、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内で、当業者の知識に基づいて種々の改良、修正、変形を加えた態様で実施し得る。同一の作用又は効果が生じる範囲内でいずれかの発明特定事項を他の技術に置換した形態で実施しても良く、また、一体に構成されている発明特定事項を複数の部材から構成したり、複数の部材から構成されている発明特定事項を一体に構成した形態で実施してもよい。

１ 一のガラス管
１１ 一端部
２ 他のガラス管
２１ 一端部
２２ 他端部
３ 栓部材
４ バーナー
５ 一のガラス管
５１ 上端部
６ 他のガラス管
６１ 上端部
６２ 下端部
７ 栓部材
７３ 給気孔
７４ 給気管
８ バーナー
９ 成形ガラス管

Claims (5)

1. 一のガラス管の端部と他のガラス管の端部とを突き合わせ接合するガラス管の接合方法であって、
   前記他のガラス管の一端部に栓部材を装着する栓装着工程と、
   前記一のガラス管の一端部を上にして該一のガラス管を立てた姿勢で、該一のガラス管の一端部を加熱し軟化させる一のガラス管加熱工程と、
   前記他のガラス管の前記栓部材が装着された一端部を上にして該他のガラス管を立てた姿勢で、該他のガラス管の他端部を加熱し軟化させる他のガラス管加熱工程と、
   前記一のガラス管加熱工程及び前記他のガラス管加熱工程により軟化させた前記一のガラス管の一端部と前記他のガラス管の他端部とを突き合わせて溶着させる溶着工程と、
   を備えることを特徴としたガラス管の接合方法。
2. 前記一のガラス管加熱工程及び前記他のガラス管加熱工程を、前記一のガラス管の一端部と前記他のガラス管の他端部とを接近させた状態で、同一の加熱手段により同時に行うことを特徴とした請求項１に記載のガラス管の接合方法。
3. 立てた姿勢のガラス管を加熱し軟化させながら下方へ延伸し、所望の外径、肉厚を有する成形ガラス管を製造するガラス管の製造方法であって、
   立てた姿勢の一のガラス管の上方に、立てた姿勢の他のガラス管を待機させる待機工程と、
   待機させた前記他のガラス管の上端部に栓部材を装着する栓装着工程と、
   前記一のガラス管の上端部を加熱し軟化させる一のガラス管加熱工程と、
   前記栓部材が装着された前記他のガラス管における下端部を加熱し軟化させる他のガラス管加熱工程と、
   前記一のガラス管加熱工程及び前記他のガラス管加熱工程により軟化させた前記一のガラス管の上端部と前記他のガラス管の下端部とを突き合わせて溶着させる溶着工程と、
   を含み、
   前記一のガラス管の上端部に他のガラス管の下端部を接合して継ぎ足しながらガラス管を延伸して連続的に成形ガラス管を製造することを特徴としたガラス管の製造方法。
4. 前記一のガラス管加熱工程及び前記他のガラス管加熱工程を、前記一のガラス管の上端部と前記他のガラス管の下端部とを接近させた状態で、同一の加熱手段により同時に行うことを特徴とした請求項３に記載のガラス管の製造方法。
5. 前記栓部材が給気孔を備え、該栓部材の給気孔を通じて前記ガラス管の管内へ気体を供給することを特徴とした請求項３または請求項４に記載のガラス管の製造方法。

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