JP2012167004A - ガラス管の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス管内の圧力を簡易な構成で制御できるガラス管の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係るガラス管の製造方法は、加熱溶融されたガラス溶融体をガラス管成形体の外周縁から流下させながら固化させることでガラス管を成形させるガラス管の製造方法であって、ガラス管成形体へガラス体を供給する工程と、ガラス管成形体を貫通して、ガラス管内へ挿入された第１のパイプの一端から気体を噴出し、ガラス管内の気圧を制御する工程と、ガラス管の下端部を引っ張る工程と、引っ張られたガラス管を所定の長さに切断する工程と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス管の製造方法及び製造装置に関し、特に、寸法精度が高い、外観欠陥が少ない等の高品位なガラス管の製造方法及び製造装置に関する。

ガラス管の製造方法として、ダンナー法、ベロー法、ダウンドロー法等が知られている。これらの製造方法では、ガラス管を連続的に製造するが、このガラス管の製造時にガラス管内の気圧が変動するという問題がある。特に、ガラス管の外径が５０ｍｍを超える比較的太いガラス管を成形するのに適したダウンドロー法では、単に成形体（ベル）から成形中のガラス管内に気体を供給したり、吸引する方法では、ガラス管内の圧力を制御することはできない。

例えば、ガラス管内の気圧が変動するとガラス管の外径も変動するため、ガラス管の外径が所望の寸法とならない問題がある。ガラス管の成形では、特にガラスが変形可能な粘性温度域におけるガラス管内の圧力変動がガラス管の外径に大きな影響を与える。
このため、ガラス管内の気圧の変動を抑制してガラス管の外径を所望の寸法とする手法が従来から提案されている。

例えば、製造されるガラス管の下端部を大気圧より高く与圧された筺体（与圧室）で囲うことで、ガラス管母材内部の圧力を一定に維持し、ガラス管を切断した際に発生するガラス管内の圧力変動を抑制できるように提案したものがある（特許文献１参照）。

また、ガラス管の下端部からガラス管内へ閉鎖栓を挿入してガラス管内を閉鎖するとともに、ガラス管の上端部からパイプを差し込んで、該パイプから気体を供給又は吸引することにより、ガラス管の外部と内部との圧力差が一定となるようガラス管内の圧力を制御するように提案したものがある（特許文献２参照）。なお、該特許文献２では、ガラス管内へ閉鎖栓を挿入する代わりに、ガラス管の端部を筺体（与圧室）で囲う方法や、ガラス管の端部を筺体（与圧室）で囲ったり、ガラス管の端部を水槽内に走入させることが提案されている。

特許第３５８１７８２号 特開平０２−２９６７４０号公報

しかしながら、特許文献１に開示された方法では、ガラス管を切断する箇所からガラス管の下端までを与圧室で囲む必要がある。また、ガラス管の切断装置や、切断後のガラスの搬出装置についても与圧室内に設ける必要があり、与圧室が非常に大きなものとなる。また、製造するガラス管が長い場合には、さらに大きな与圧室が必要となる。さらに、ガラス管を与圧室へ搬入するための開口の端部とガラス管との隙間も問題となる。隙間を小さくすると、ガラス管と接触するリスクが高まり、隙間を大きくすると、与圧室内を陽圧に保つために大量の空気を送る必要が生じ、また空気供給量の変化に対する与圧室内気圧変化の応答性が悪くなり、圧力制御精度が低下することが考えられる。

また、特許文献２に開示された方法では、ガラス管内へ閉鎖栓を挿入・保持するための装置が大掛かりなものとなり、前述した特許文献１に開示された方法と同様に閉鎖栓とガラス管との隙間が問題となる。また、ガラス管の端部を筺体（与圧室）で囲ったり、ガラス管の端部を水槽内に走入させる場合には、ガラス管の切断装置や、切断後のガラスの搬出装置についても与圧室内もしくは液体中に設ける必要があり、与圧室又は水槽が非常に大きなものとなる。また、製造するガラス管が長い場合には、さらに大きな与圧室又は水槽が必要となる。

本発明は、上記の事情に対処してなされたものであり、ガラス管内の圧力を簡易な構成で制御できるガラス管の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。

本発明のガラス管の製造方法は、加熱溶融されたガラス溶融体をガラス管成形体の外周縁から流下させながら固化させることでガラス管を成形させるガラス管の製造方法であって、ガラス管成形体へガラス溶融体を供給する工程と、ガラス管成形体を貫通して、ガラス管内へ挿入された第１のパイプの一端から気体を噴出し、ガラス管内の気圧を制御する工程と、ガラス管の下端部を引っ張る工程と、引っ張られたガラス管を所定の長さに切断する工程と、を有する。

本発明のガラス管の製造装置は、加熱溶融されたガラス溶融体をガラス管成形体の外周縁から流下させながら固化させることでガラス管を成形させるガラス管の製造装置であって、ガラス管成形体を貫通して、一端がガラス管内へ挿入されたパイプと、ガラス管内へ挿入されたパイプの一端から気体を噴出し、ガラス管内の気圧を制御する気体供給機と、ガラス管の下端部を引っ張る管引機と、管引機により引っ張られたガラス管を所定の長さに切断する切断機と、を有する。

本発明のガラス管の製造方法及び製造装置によれば、ガラス管内へパイプを挿入し、該パイプを介して気体を高速でガラス管内へ噴出するようにしたので、ガラス管内の圧力を簡易な設備で制御することができる。

実施形態に係るガラス管の製造装置の構成を示す断面図である。 実施形態の変形例に係るガラス管の製造装置の構成を示す断面図である。 模擬装置の構成図である。 実施例１の実験結果を示す図である。 実施例１の実験結果を示す図である。 実施例１の実験結果を示す図である。 ガラス管の管径及び内圧の変動を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
（実施形態）
図１は、実施形態に係るガラス管の製造装置１（以下、単に製造装置１と記載する）の構成を示す断面図である。
実施形態に係るガラス管の製造装置１は、溶融ガラス供給器１０１と、溶融ガラス導出器１０２と、ガラス管成形体１０３と、マッフル１０４と、パイプ１０５と、気体供給機１０６と、測定器１０７と、管引機１０８と、切断機１０９と、搬送設備１１０と、圧力計１１１と、制御機１１２とを備える。

溶融ガラス供給器１０１は、溶融ガラスＧを供給する。溶融ガラス導出器１０２は、溶融ガラス供給器１０１から供給される溶融ガラスＧを後述のガラス管成形体１０３へ導出する。ガラス管成形体１０３（通常、ベルと呼ばれる）は、溶融ガラス導出器１０２から導出される溶融ガラスＧをガラス管Ｓの形状に成形する。

マッフル１０４は、電熱線１０４ａを備え、溶融ガラスＧの温度を制御する。パイプ１０５は、ガラス管成形体１０３の上端からガラス管Ｓ内へ挿入される。気体供給機１０６は、パイプ１０５の上端１０５ａ側に取り付けられ、パイプ１０５を介してガラス管Ｓ内へ高圧の気体を噴出する。測定器１０７は、成形されたガラス管Ｓの外径を測定する。管引機１０８は、ガラス管Ｓの外面に当接して図示しないモータにより回転駆動されることによりガラス管Ｓを図１の下側に向かって引っ張るローラを備える。

切断機１０９は、管引機１０８により引っ張られたガラス管Ｓを所望の長さに切断する。
搬送設備１１０（例えば、ベルトコンベア）は、切断されたガラス管Ｓを搬送する。圧力計１１１は、ガラス管成形体１０３のパイプ１０５を挿通する孔を介してガラス管Ｓ内の圧力を測定する。制御機１１２は、圧力計１１１で測定される圧力に応じて気体供給機１０６を制御し、パイプ１０５の下端１０５ｂから気体を噴出させる。

なお、図１中のＬは、「ベル高さ」を表している。ここで、「ベル高さ」とは、溶融ガラス導出器１０２の下端からガラス管成形体１０３の傾斜部上端までの長さＬのことであり、ガラス管成形体１０３上の溶融ガラスＧの温度に関連する。具体的には、ベル高さが低い（傾斜部上端までの長さＬが長い）ほど、ガラス管成形体１０３上の溶融ガラスＧの温度が低くなるため、ガラス管Ｓの肉厚を厚くすることができるが、溶融ガラスＧの温度が低いゆえ失透が発生しやすくなる。また、逆にベル高さが高い（傾斜部上端までの長さＬが短い）ほど、ガラス管成形体１０３上の溶融ガラスＧの温度は高くなるため失透が発生しにくい関係にある。

図１中の鎖線で囲んだ領域Ａは、ガラスがまだ軟化状態であるためにガラス管Ｓ内の気圧を変化させることによりガラス管Ｓの外形（外径、内径、肉厚）を変形可能な領域（変形可能領域）を示している。パイプ１０５の下端１０５ｂから気体の噴出を行うことで下側１０５ｂよりも上流側におけるガラス管Ｓ内の圧力を正確に制御できることから、これを利用して領域Ａ内の圧力を正確に制御するため、パイプ１０５の下端１０５ｂにおける溶融ガラスＧのガラスの粘度は、１０＾１２〜１０＾５Ｐａ・ｓｅｃ（中心値１０＾６．６５Ｐａ・ｓｅｃ）の領域であることが好ましい。

ガラスの粘度が１０＾１２Ｐａ・ｓｅｃよりも高い（ガラスが硬い）場合、ガラス管成形体１０３からパイプ１０５の下端１０５ｂまでの距離を長くする必要があり、設備が高価となる。また、ガラスの粘度が１０＾５Ｐａ・ｓｅｃよりも低い（ガラスが軟らかい）場合、正確な圧力制御が難しいパイプ１０５の下端１０５ｂより下流側でガラスが変形可能なため、所望の外形寸法に制御し難くなるおそれがある。

このようなガラスの粘度とするための溶融ガラスＧの温度は、例えば、ホウケイ酸ガラス（ＰＹＲＥＸ（登録商標））の場合では、ガラスの温度が約６００〜１０５０℃（軟化点：８２０℃）である。また、一般的なソーダライムガラスの場合では、温度が５１０〜９５０℃（軟化点：７３５℃）、ホウケイ酸ガラス（半硬質ガラス）の場合では、温度が４５０〜１０００℃（軟化点：７１５℃）である。

パイプ１０５は、ガラス管成形体１０３を貫通して、その下端１０５ｂがガラス管内へ挿入された状態で固定されている。なお、パイプ１０５を挿入したガラス管成形体１０３の上端部は、蓋１０３ａにより封止されている。パイプ１０５は、下端１０５ｂ側がガラス管Ｓ内の領域Ａよりも下側に配置され、上端１０５ａ側が気体供給機１０６に接続されている。気体供給機１０６は、パイプ１０５を介してガラス管Ｓ内へ気体を高速で噴出する。

パイプ１０５の下端１０５ｂから気体が高速で噴出されると、噴出された気体はガラス管Ｓ内の特にパイプ１０５の吹き出し口周辺の気体を巻き込みながらガラス管Ｓ外へ排出される。このため、気体の吹き出し口であるパイプ１０５の下端１０５ｂより上流では、噴出により気体が奪われるためガラス管Ｓ内が減圧される。つまり、パイプ１０５の下端１０５ｂから高速で気体を噴出することにより、下端１０５ｂより上流のガラス管Ｓ内を減圧することができる。

なお、実施形態に係るガラス管の製造装置１において、パイプ１０５の下端１０５ｂから気体を噴出しない場合は、ガラス管Ｓ内の圧力は、以下の理由により変動すると推定される。
ガラス管Ｓは、ガラス管成形体１０３により管状に成形された後、管引機１０８で引っ張られる。その際、ガラス管Ｓの下端が降下することで、ガラス管Ｓの管内に空気が導入される。

ガラス管Ｓは、切断機１０９付近においても常温よりも高い温度であるため、ガラス管Ｓ内に導入された空気はガラス管Ｓの熱により暖められ膨張し、ガラス管Ｓの管内の圧力は陽圧状態となる。そして、ガラス管Ｓが所定の長さまで降下した時点で切断機１０９にて切断されることにより切断部から暖められた空気が逃げることで、瞬間的にガラス管Ｓの管内の圧力が低下する。このため、ガラス管Ｓの管内の圧力は、切断後から徐々に上昇し、切断時に急低下することが繰り返される。

そこで、この実施形態に係るガラス管の製造装置１では、パイプ１０５の下端１０５ｂから高速で気体を噴出することにより、パイプ１０５の下端１０５ｂより上流のガラス管Ｓ内を減圧し、ガラス管Ｓの外形に影響がある領域Ａでの圧力変動を抑制している。

下端１０５ｂより上流のガラス管Ｓ内を減圧し、領域Ａにおけるガラス管Ｓの管内の圧力変動を抑制することで、以下の効果が得られる。領域Ａは、ガラス管Ｓが軟化状態であり、ガラス管Ｓ内の圧力変動が外形寸法に大きな影響を与える。そのため、ガラス管Ｓ内の圧力変動を抑制することでガラス管Ｓの外形寸法の変動を抑制できる。

また、ガラス管Ｓの外形寸法の中で、特に肉厚を厚くしたい場合（例えば、ガラス管Ｓの外径寸法の３％以上）は、ガラス管成形体１０３における溶融ガラスＧの温度を下げることでガラス管Ｓの肉厚を調整している。しかしながら、ガラスの成形温度を下げるとガラスが失透しやすくなる。ここで失透とは、クリスタルと呼ばれる微小な結晶体がガラス中に析出する現象のことをいう。領域Ａにおいて、ガラス管Ｓ内を減圧することで、ガラス管Ｓの肉厚を厚い方向に調整しても、ガラス管成形体１０３における溶融ガラスＧの温度を下げる必要がないため、ガラス管Ｓの失透発生を抑制することができる。

なお、パイプ１０５の下端１０５ｂよりも上流側が減圧されることから、パイプ１０５の下端１０５ｂの位置をガラス管成形体１０３により成形されたガラス管Ｓのうち、まだ軟化状態であるために気圧を変化させることによりガラス管Ｓの外径を変形可能な領域Ａよりも下側とすることが必要である。

また、パイプ１０５は、高温（例えば、１０００℃以上）に曝されるため耐熱性材料（例えば、インコネル（登録商標）やセラミックス）からなることが好ましく、白金で外周面を被覆するとより好ましい。パイプ１０５内には常温（室温）の気体が通過するため、パイプ１０５の温度は、溶融ガラスＧの温度に比べて非常に低いため溶融ガラスＧの温度がパイプ１０５により冷却されてガラス管Ｓの製造条件に影響を与える。そこで、このパイプ１０５による溶融ガラスＧの冷却を抑制するため、パイプ１０５の材料は、断熱性の高いムライトなどのセラミックスとするのが好ましい。また、パイプ１０５を内管と外管を備えた二重管構造とし、この内管と外管と間を真空断熱するようにしてもよい。

さらに、気体供給機１０６からは、空気以外にも種々の気体を供給することができる。例えば、ガラスとの反応が懸念される場合には、アルゴン（Ａｒ）や窒素（Ｎ_２）等の不活性ガスを供給し、ガラスを酸化還元したい場合には、水素（Ｈ_２）ガス及び酸素（Ｏ_２）ガスを供給すればよい。さらに、予め加熱しておいた気体をパイプ１０５内へ供給するように構成してもよい。

また、気体供給機１０６にて供給する気体の圧力は、圧力計１１１にて測定する圧力が、パイプ１０５を用いていない場合と比較し、減圧効果が得られる程度以上であればよく、成形するガラス管Ｓの所望寸法や気体を供給する配管や調整弁等の各種条件により適宜設定される。具体的には、気体供給機１０６の供給圧力を１ｋＰａ〜５ＭＰａとすることが好ましい。

（実施形態の変形例）
図１を参照して説明した実施形態に係るガラス管の製造装置１では、ガラス管成形体１０３内の孔にパイプ１０５が挿入されている。このガラス管成形体１０３内の孔Ｒ（以下、連通孔Ｒと記載する）は、ガラス管Ｓ内の圧力を測定するために、ガラス管Ｓ内に連通しており、かつ、内径がパイプ１０５の外径よりも大きくなっている。このため、ガラス管成形体１０３と、パイプ１０５との間には隙間が存在する。

この結果、ガラス管成形体１０３の下端部において、この隙間が溶融ガラスＧからの揮発物により閉塞する虞がある。この実施形態の変形例では、ガラス管成形体１０３の下端部におけるガラス管成形体１０３とパイプ１０５との隙間の閉塞を抑制するための実施形態について説明する。

図２は、実施形態の変形例に係るガラス管の製造装置１Ａ（以下、単に製造装置１Ａと記載する）の構成を示す断面図である。
以下、図２を参照して、製造装置１Ａの構成について説明するが、図１を参照して説明した製造装置１の構成と同一の構成については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

配管１１３は、パージガス用の配管であり、一端側１１３ａがガラス管成形体１０３内に設けられた連通孔Ｒに接続され、他端側１１３ｂが図示しないパージガス（例えば、空気）を供給する供給手段に接続されている。上述したように、ガラス管成形体１０３とパイプ１０５との間には隙間が存在する。このため、ガラス管成形体１０３とパイプ１０５との隙間が、ガラス管成形体１０３の下端部（図２の領域Ｂ）において、溶融ガラスＧからの揮発物により閉塞する虞がある。

ガラス管成形体１０３とパイプ１０５との隙間が、ガラス管成形体１０３の下端部において閉塞した場合、上記連通孔Ｒに接続された圧力計１１１を用いて、ガラス管Ｓ内の圧力を測定することができず、ガラス管Ｓの外径変動を効果的に抑制できない虞がある。そこで、この製造装置１Ａでは、配管１１３及び連通孔Ｒを介してガラス管成形体１０３内へパージガスを供給し、ガラス管成形体１０３下端部のガラス管成形体１０３とパイプ１０５との隙間からガラス管Ｓ内へ向かってパージガスを流出させることで、ガラス管成形体１０３とパイプ１０５との隙間が、ガラス管成形体１０３の下端部において、溶融ガラスＧからの揮発物により閉塞することを防止している。

このように、実施形態の変形例に係る製造装置１Ａは、ガラス管成形体１０３下端部のガラス管成形体１０３とパイプ１０５との隙間からガラス管Ｓ内へ向かってパージガスを供給しているので、ガラス管成形体１０３の下端部におけるガラス管成形体１０３とパイプ１０５との隙間が、溶融ガラスＧからの揮発物により閉塞するのを効果的に防止することができる。その他の効果は、図１を参照して説明した、実施形態に係る製造装置１の効果と同じである。

なお、図２では、ガラス管成形体１０３内に設けられた連通孔Ｒ内にパイプ１０５を挿入しているが、パイプ１０５と連通孔Ｒとを各々独立した状態でガラス管成形体１０３内に設けるようにしてもよい。また、ガラスがまだ軟化状態であるためにガラス管Ｓ内の気圧を変化させることによりガラス管Ｓの外形を変形できる領域Ａ内の圧力を測定することが好ましい。この場合には、ガラス管成形体１０３内に設けられた連通孔Ｒに接続され、一端が領域Ａまで延在するパイプを設ければ、圧力計１１１を用いて領域Ａ内の圧力を測定することができる。具体的には、一端が領域Ａまで延在するパイプを連通孔Ｒ内に挿入してもよいし、ガラス管成形体１０３の下端部に、連通孔Ｒに接続され、一端が下方に領域Ａまで延在するパイプを取り付けてもよい。

また、配管１１３の一端側１１３ａを接続する位置は、図２に示した位置に限られない。配管１１３の一端側１１３ａが、ガラス管成形体１０３の下端よりも上流側に接続されていれば、ガラス管成形体１０３の下端部におけるガラス管成形体１０３とパイプ１０５との隙間が、溶融ガラスＧからの揮発物により閉塞するのを効果的に防止することができる。また、配管１１３は、耐熱性材料（例えば、インコネル（登録商標）やセラミックス）からなることが好ましく、白金で外周面を被覆するとより好ましい。

さらに、パージガスは、気体供給機１０６から供給するようにしてもよい。パージガスは、流量を一定に保った状態で連続して供給するようにしてもよいし、所定の間隔で間欠的に供給するようにしてもよい。また、パージガスは、空気以外にも種々の気体を供給することができる。例えば、ガラスとの反応が懸念される場合には、アルゴン（Ａｒ）や窒素（Ｎ_２）等の不活性ガスを供給し、ガラスを酸化還元したい場合には、水素（Ｈ_２）ガス及び酸素（Ｏ_２）ガスを供給すればよい。また、予め加熱しておいた気体をパージガスとして供給するように構成してもよい。さらに、圧力計１１１を配管１１３に接続して、ガラス管Ｓ内の圧力を測定してもよい。なお、パージガスは、ガラス管Ｓ内の（下限）圧力よりも高い圧力で供給する必要があることに留意する。

次に、実施例を挙げて、本発明をより詳細に説明する。
（実施例１）
初めに、ガラス管内へ高速で空気を噴出した際の気体の圧力とガラス管内の圧力との関係を調べた実施例について説明する。なお、この実施例１では、実際のガラス管の製造装置（以下、実装置と称する）ではなく、実装置を模した実験用の装置（以下、模擬装置と称する）を使用して上記関係について調べた。

図３は、模擬装置２の構成図である。模擬装置２は、ガラス管に見立てた外径１０８ｍｍ、内径１００ｍｍの塩化ビニル製の管２０１内に、外径１３．８ｍｍ、内径２．３ｍｍのパイプ２０２を差し込んで構成されている。管２０１の上端２０１ａには、蓋２０３が設けられており、管２０１の上端２０１ａから空気が管２０１内へ流入もしくは管２０１外へ流出しない構造となっている。さらに管２０１の下端２０１ｂは、解放端となっており、パイプ２０２を介して管２０１内に噴出された気体が該下端２０１ｂから管２０１外へ排出される。

パイプ２０２の上端２０２ａはガス管Ｌが接続され、弁（バルブ）Ｖを開くことでガス管Ｌから圧力調整された空気が供給される。また、管２０１には、複数の圧力計Ｐ１，Ｐ２が設けられ管２０１内の圧力をモニタできるように構成されている。圧力計Ｐ１，Ｐ２は、それぞれ、管２０１の上端２０１ａから下側へ４５０ｍｍ及び管２０１の上端２０１ａから下側へ５０ｍｍの位置の圧力を測定する。なお、管２０１は、支持具２０４により垂直方向に支持されている。

（第１実験）
第１実験は、図３を参照して説明した模擬装置２を使用して、管２０１内へ噴出する空気の圧力と管２０１内の圧力変化との関係を調べた。結果を図４に示す。図４の縦軸は、管２０１内の圧力変動量を示している。図４の横軸は、空気の供給元の圧力（以下、元圧と称する）を示している。また、実験は、パイプ２０２の下端２０２ｂを管２０１の上端２０１ａから３８０ｍｍの位置に固定して該実験を行った。

図４に示す結果からは、空気の元圧、すなわちパイプ２０２の下端２０２ｂから噴出される空気の流速に比例して管２０１内が減圧されることがわかる。

（第２実験）
第２実験では、パイプ２０２の下端２０２ｂの位置（空気の噴出位置）を管２０１内において変更した場合に、各圧力計Ｐ１，Ｐ２で測定される圧力がどのように変化するかを、供給する空気の元圧を変更しながら調べた。結果を図５に示す。図５の縦軸は、管２０１内の圧力変動量を示している。図５の横軸は、管２０１の上端２０１ａからパイプ２０２の下端２０２ｂまでの距離を示している。また、図５には、圧力計Ｐ１，Ｐ２の位置を示した。

図５に示す結果からは、パイプ２０２の下端２０２ｂの位置よりも上流では、パイプ２０２の下端２０２ｂの位置によらずガラス管内の圧力が減圧されることがわかった。また、パイプ２０２の下端２０２ｂの位置よりも下流では、パイプ２０２の下端２０２ｂから離れるほど減圧の効果が低下し、パイプ２０２の下端２０２ｂの位置よりも若干（５０〜１００ｍｍ程度）下流の位置が最も減圧されることがわかった。また、減圧効果についても、元圧に比例して大きくなることがわかった。この結果は、図４に示した第１実験の結果とも一致する。

これらの結果より、パイプ２０２の下端２０２ｂの位置より上流側では、圧力測定箇所が異なっても圧力変動量はほぼ同一である（第２実験におけるＰ２の圧力値）ことから、ガラス管内の圧力制御を正確に行うためにはパイプ２０２の下端２０２ｂの位置は、ガラス管の変形可能領域（領域Ａ）よりも下流側に位置することが好ましいことがわかった。また、第２実験におけるＰ１の圧力値からは、パイプ２０２の下端２０２ｂから下流側では、位置が下端２０２ｂから遠くなるほど減圧量が小さくなることがわかった。

（第３実験）
第３実験では、図３を参照して説明した模擬装置２を使用して、パイプ２０２の下端２０２ｂから空気を噴出した際における管２０１内の圧力変化を管２０１の長さを変えて調べた。図６の縦軸は、管２０１内の圧力変動量を示している。図６の横軸は空気の供給圧を示している。

図６には、パイプ２０２の下端２０２ｂの位置を管２０１の上端２０１ａから下側５５０ｍｍの位置として管２０１の長さを１ｍ、５ｍ、９ｍと変化させた場合の結果（図６下側）と、パイプ２０２の下端２０２ｂの位置を管２０１の上端２０１ａから下側２０００ｍｍの位置として管２０１の長さを５ｍと変化させた場合の結果（図６上側）とを示した。なお、管２０１の長さが５ｍ、９ｍのものに関しては、装置を垂直方向に立てるだけの余裕が実験室になかったため、水平方向に横置きにした状態で実験を行っている。

図６に示す結果からは、空気の供給圧力（元圧）、すなわちパイプ２０２の下端２０２ｂから噴出される空気の流速に比例して管２０１内が減圧されることがわかる。なお、パイプ２０２の下端２０２ｂの位置を管２０１の上端２０１ａから下側２０００ｍｍの位置とした場合、管２０１内の減圧量が減少しているが、これは、パイプ２０２が長い分パイプ２０２での圧力損失が大きくなり、パイプ２０２の下端２０２ｂから噴出される空気の流速が遅くなったためと考えられる。

また、パイプ２０２の下端２０２ｂの位置を２０００ｍｍに固定し、管２０１の長さを５ｍ、９ｍに変化させた場合の圧力変動量は同一であった。また同様にパイプ２０２の下端２０２ｂの位置を５５０ｍｍに固定し、管２０１の長さを１ｍ、５ｍ、９ｍに変化させた場合の圧力変動量は同一であった。よって、管２０１の長さにより減圧効果が減少等することがなく、減圧量と管２０１の長さとはほぼ無関係であるのがわかった。

さらに、管２０１を立置（垂直方向）にした場合と、横置（水平方向）にした場合とで、圧力変化（減圧量の変化）の傾向に差は見られなかった。なお、発明者らは、管２０１の長さが１ｍの場合について、管２０１を立置きにした場合と横置きにした場合とで、管２０１内の圧力変化に違いがみられるかについても実験したが、圧力変化の傾向に差は見られなかった。このことから、ガラス管を垂直方向に製造するダウンドロー法だけでなく、ガラス管を水平方向に製造するダンナー法、ベロー法にも本願発明を適用できることがわかった。

（実施例１の結果）
以上、実施例１の結果からは、管２０１内に空気を高速で噴出することにより、管２０１内の圧力を制御できることがわかった。また、空気の供給圧力を制御することで、減圧量を制御できることがわかった。

（実施例２）
実施例１の結果からパイプ２０２の下端２０２ｂから空気を噴出することにより、管２０１内の圧力を減圧できることがわかったので、実施例２では、図１を参照して説明したガラス管の製造装置を使用して、ガラス管内の圧力を減圧することで、実際にガラス管の外径が変化するかを調べた。

実施例２では、ガラス管成形体１０３として、最大直径が２１４ｍｍ、シャフト部の内径が２４ｍｍのガラス管成形体を使用した。また、パイプ１０５として、外径１３．８ｍｍ、肉厚２．３ｍｍ、長さ４ｍで、材質がＳＵＳ３０４のパイプを使用した。パイプは、ガラス管内に２０００ｍｍ突出した位置まで挿入した位置で固定した。

上記製造装置を使用して、パイプからガラス管内へ空気を供給しない場合と、供給する場合の２通りについてガラス管を製造し、その外径及び肉厚をノギスにて測定した。

また、パイプからガラス管内へ空気を供給する場合は、元圧が２５ｋＰａの空気を、パイプを通してガラス管内に供給した。この際、圧力計の測定値は、供給前の圧力に比べて２４Ｐａ低下した。

次に、各々の場合における測定結果を表１に示す。

（実施例２の結果）
表１に記載の結果からわかるように、パイプを通してガラス管内に空気を供給することで、ガラス管内の圧力が低下させガラス管の外径を変化できることがわかった（空気を供給しない場合に比べ、ガラス管の外径が１０ｍｍほど細くなることがわかる）。なお、ガラス管の肉厚についてはほとんど変化が見られなかったが、ガラス管の外径に対する肉厚割合（肉厚を外径で除算した値）は高くなっており、失透発生等のガラスの成形性に影響を及ぼすことを示唆している。

（実施例３）
実施例２の結果から、パイプを介してガラス管内へ空気を供給することによりガラス管内の圧力を制御し、ガラス管の外径を制御できることがわかった。この実施例３では、ガラス管内の圧力が一定となるようにフィードバック制御を行いながらガラス管を製造した。具体的には、圧力計で測定される圧力が一定となるように、パイプを介して空気をガラス管内へ供給しながらガラス管を製造した。なお、ガラス管製造装置の条件は、実施例２と同じである。

実施例３では、比較のためにガラス管内へ空気を供給しない場合と、圧力計で測定される圧力が一定となるようにパイプを介して空気をガラス管内へ供給した場合（フィードバック制御した場合）の２通りについて外径１１５ｍｍのガラス管を製造し、その外径及びガラス管内の圧力を測定した。外径測定には、実施例２で使用したものと同様のものを使用した。

図７（ａ）は、ガラス管内へ空気を供給しない場合の結果を示す図である。図７（ａ）の上段は、製造されたガラス管の外径の各測定値について外径１１５ｍｍをゼロとし、その差分を外径寸法の変動として縦軸に示し、横軸に時間推移を示している。また、図７（ａ）の下段は、圧力計１１１にて測定したガラス管内の圧力の推移を示し、横軸に時間推移を示している。また、図７（ａ）の下段の一点鎖線は、ガラス管を切断したタイミングを示している。さらに、図７（ａ）の上段と下段とを結ぶ鎖線は、ガラス管の外径変動と、ガラス管内の圧力変動とが同期していることを示している。

図７（ａ）に示す結果からは、ガラス管の切断から切断までを１サイクルとして、ガラス管内の圧力が略７０Ｐａ〜８５Ｐａの範囲内（変動幅１５Ｐａ）で変動しており、該ガラス管内の圧力変動に同期して、ガラス管の外径が約２ｍｍ程度の範囲内で変動していることがわかる。

図７（ｂ）は、ガラス管内へ空気を供給し、圧力計で測定される圧力が一定となるようにフィードバック制御を行った場合の結果を示す図である。図７（ｂ）の上段は、製造されたガラス管の外径の各測定値について外径１１５ｍｍをゼロとし、その差分を外径寸法の変動として縦軸に示し、横軸に時間推移を示している。また、図７（ｂ）の下段は、圧力計１１１にて測定したガラス管内の圧力の推移を示し、横軸に時間推移を示している。また、図７（ｂ）の下段の一点鎖線は、ガラス管を切断したタイミングを示している。さらに、図７（ｂ）の上段と下段とを結ぶ鎖線は、ガラス管の外径変動と、ガラス管内の圧力変動とが同期していることを示している。

図７（ｂ）に示す結果からは、ガラス管の切断から切断までを１サイクルとして、ガラス管内の圧力が瞬間的な変動を除くと略６８Ｐａ〜７６Ｐａの範囲内（変動幅８Ｐａ）で変動しており、該ガラス管内の圧力変動に同期して、ガラス管の外径が約１ｍｍ程度の範囲内で変動していることがわかる。

（実施例３の結果）
図７（ａ），（ｂ）に示した結果からわかるように、圧力計で測定される圧力が一定となるようにパイプを介して空気をガラス管内へ供給した場合（フィードバック制御した場合）、ガラス管内の圧力変動を、ガラス管内へ空気を供給しない場合に比べて略半分に抑えることができ、これに伴い、ガラス管の外径変動も略半分に抑えることができることがわかった。

なお、ガラス管内の圧力は、略一定のサイクルで変動することが分かっているので、この気圧変動のデータを記憶しておき、圧力計で測定される圧力から記憶した気圧変動のデータに基づいて、ガラス管内の圧力が一定となるようにフィードフォワード制御を行うようにしてもよく、さらに、フィードバック制御とフィードフォワード制御とを組み合わせて圧力を制御してもよい。

（実施例４）
実施例４では、図１を参照して説明したガラス管の製造装置１を使用して、ガラス管Ｓ内の圧力を減圧することで、ガラス管Ｓの失透が抑制されるかを調べた。下記の表２に実施例４におけるガラス管Ｓの製造条件を示す。なお、表２に示した条件以外の条件は、実施例２と同じである。

表２に示すように、ガラス管Ｓ内へパイプから空気を供給しなかった場合を比較例とした。また、ガラス管Ｓ内へパイプから空気を供給した場合を実施例４−１、実施例４−２とした。なお、実施例４−１、実施例４−２の空気の供給元圧は、それぞれ０．２６ＭＰａ、０．３２ＭＰａである。

（実施例４の結果）
以下の表３に、表２に示した各条件で製造したガラス管Ｓの失透の評価結果を示す。

失透数については、ガラス管１本につき１ｃｍ×１ｃｍの領域に存在する失透数を目視でカウントし、これを各条件５本ずつ行った平均値を示した。

表３に示した結果からわかるように、ガラス管Ｓ内に空気を供給することでガラス管Ｓの肉厚を、ガラス管Ｓ内に空気を供給しない場合（比較例）の肉厚とほぼ同等かそれ以上とすることができ、かつ失透数を略半分に抑えることができることがわかった（実施例４−１、４−２では、比較例よりベル高さが高く(図１のＬが短い)、比較例に比べて失透が生じにくい条件で、比較例と同等以上の肉厚が得られている。なお、比較例と実施例４ではベル高さの条件が異なるが、比較例の条件（パイプから気体を供給しない場合）で実施例４と同じベル高さにすると、肉厚が厚くならず所望の寸法（外径、内径、肉厚）のガラス管Ｓを得ることはできなかった。

（実施例５）
実施例５では、図２を参照して説明した製造装置１Ａにおいて、ガラス管成形体１０３下端部のガラス管成形体１０３とパイプ１０５との隙間からガラス管Ｓ内へ向かってパージガスを供給することにより、ガラス管成形体１０３の下端部におけるガラス管成形体１０３とパイプ１０５との隙間が、溶融ガラスＧからの揮発物により閉塞するのを防止することができるかを検証した。

発明者らは、図２を参照して説明した製造装置１Ａを用いて、パージガスを流した状態とパージガスを流さない状態で、それぞれガラス管を連続して約２４時間製造した後、ガラス管成形体１０３の下端部におけるガラス管成形体１０３とパイプ１０５との隙間が、溶融ガラスＧからの揮発物により閉塞されているかどうかを確認した。

（実施例５の結果）
パージガスを流した場合、ガラス管を連続して製造した後でも、圧力計１１１でガラス管Ｓ内の圧力の変動を測定することができた。一方、パージガスを流さない場合、ガラス管を連続して製造した後、圧力計１１１でガラス管Ｓ内の圧力の変動を測定することができなかった。以上のことから、ガラス管成形体１０３の下端部におけるガラス管成形体１０３とパイプ１０５との隙間が、パージガスを流した場合、溶融ガラスＧからの揮発物により閉塞されることを防止できることがわかった。

以上のように、本実施形態に係るガラス管の製造方法及び製造装置によれば、ガラス管内へパイプを挿入し、該パイプを介してガラス管内へ気体を供給することでガラス管内の気圧変動を抑制することができる。結果、ガラス管の外径変動を抑制することができる。また、肉厚のガラス管を製造する際にもガラス管の失透発生を抑制することができる。また、これらガラス管内の圧力制御を簡易な装置構成で実現できるため、設備費を抑制することができ、結果、製造コストを抑制することができる。さらに、ガラス管内へ挿入するパイプも強度的に問題なければ細いもので十分なので、ガラス管との干渉を気にする必要もない。

（その他の実施形態）
上記実施形態では、本発明のガラス管の製造装置及び方法を、ダウンドロー法を用いた製造装置に適用した場合について説明した。しかしながら本願発明の効果は、ガラス管の引張り方向が鉛直でも水平でも得ることができるので、他のガラス管の製造方法、例えば、ダンナー法、ベロー法を用いたガラス管の製造方法及び製造装置にも適用することができる。さらに、溶融ガラスから製造する場合だけでなく、ガラス管母材を加熱して変形させる光ファイバー製造などにも適用できる。また、図１における測定器１０７にて外径や肉厚をオンラインで測定し、そのデータを制御機１１２にフィードバックして気体供給機１０６からパイプ１０５に供給する気体の圧力を制御してもよい。

本発明の製造方法及び製造装置は、ガラス管の製造に用いることができ、特に、外径変化が少なく、外観品質の高いガラス管の製造に好適である。

１…製造装置、１０１…溶融ガラス供給器、１０２…溶融ガラス導出器、１０３…ガラス管成形体、１０４…マッフル、１０５…パイプ、１０６…気体供給機、１０７…測定器、１０８…管引機、１０９…切断機、１１０…搬送設備、１１１…圧力計、１１２…制御機、１１３…配管、２０１…管、２０２…パイプ、２０３…蓋、２０４…把持具、Ａ…変形可能領域、Ｓ…ガラス管、Ｐ１，Ｐ２…圧力計、Ｌ…ガス管、Ｖ…弁、Ｇ…溶融ガラス。

Claims (8)

1. 加熱溶融されたガラス溶融体をガラス管成形体の外周縁から流下させながら固化させることでガラス管を成形させるガラス管の製造方法であって、
   前記ガラス管成形体へ前記ガラス溶融体を供給する工程と、
   前記ガラス管成形体を貫通して、ガラス管内へ挿入された第１のパイプの一端から気体を噴出し、前記ガラス管内の気圧を制御する工程と、
   前記ガラス管の下端部を引っ張る工程と、
   前記引っ張られた前記ガラス管を所定の長さに切断する工程と、
   を有することを特徴とするガラス管の製造方法。
2. 前記第１のパイプの一端側における前記ガラス溶融体の粘度が１０＾１２〜１０＾５Ｐａ・ｓｅｃの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載のガラス管の製造方法。
3. 前記ガラス管内の圧力を測定する工程をさらに備え、
   前記測定されるガラス管内の気圧が略一定となるように前記第１のパイプの一端から気体を噴出することを特徴とする請求項１又は２に記載のガラス管の製造方法。
4. フィードバック制御および／又はフィードフォワード制御により、前記測定されるガラス管内の気圧が略一定となるよう前記第１のパイプの一端から気体を噴出することを特徴とする請求項３に記載のガラス管の製造方法。
5. 前記ガラス管内の圧力を測定する工程は、
   前記ガラス管成形体内に設けられ、前記ガラス管内に連通する連通孔に接続された圧力計を用いて行い、前記連通孔からは、前記ガラス管内へ向かって気体が供給されていることを特徴とする請求項３又は４に記載のガラス管の製造方法。
6. 一端が前記ガラス管内へまで延在し、前記連通孔に接続された第２のパイプを備えることを特徴とする請求項５に記載のガラス管の製造方法。
7. 前記ガラス溶融体は、ホウケイ酸ガラスであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のガラス管の製造方法。
8. 加熱溶融されたガラス溶融体をガラス管成形体の外周縁から流下させながら固化させることでガラス管を成形させるガラス管の製造装置であって、
   前記ガラス管成形体を貫通して、一端がガラス管内へ挿入されたパイプと、
   前記ガラス管内へ挿入されたパイプの一端から気体を噴出し、前記ガラス管内の気圧を制御する気体供給機と、
   前記ガラス管の下端部を引っ張る管引機と、
   前記管引機により引っ張られた前記ガラス管を所定の長さに切断する切断機と、
   を有することを特徴とするガラス管の製造装置。

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