JP2012167004A - ガラス管の製造方法及び製造装置 - Google Patents
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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
【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。
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。
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。
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。
(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。
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、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(N2)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(H2)ガス及び酸素(O2)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。
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。
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(N2)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(H2)ガス及び酸素(O2)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。
(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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
Priority Applications (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2016210646A (ja) * | 2015-05-01 | 2016-12-15 | 日本電気硝子株式会社 | ガラス管の製造方法、製造装置、およびガラス管 |
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KR20190004284A (ko) * | 2016-05-06 | 2019-01-11 | 코닝 인코포레이티드 | 유리 튜브 제조 장치 및 방법 |
CN113365955A (zh) * | 2018-11-30 | 2021-09-07 | 康宁股份有限公司 | 用于加热和冷却玻璃管的设备和方法 |
-
2012
- 2012-01-19 JP JP2012008721A patent/JP2012167004A/ja active Pending
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