JP2014523846A

JP2014523846A - ガラス管

Info

Publication number: JP2014523846A
Application number: JP2014517907A
Authority: JP
Inventors: オーデル，エドウィン，チャールズ
Original assignee: セラビジョン・リミテッド
Priority date: 2011-07-01
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2014-09-18
Also published as: US20140227465A1; CN103648994A; GB201111336D0; WO2013004987A1; EP2726420A1

Abstract

２個の従来の厚肉の延伸された石英ガラス管（１，２）は、一方が他方の内部に配置される。２個の管の前方端では、各々が、コレット（３，４）で把持される。これら前方のコレットが、前記管の長さと等しい距離だけトラック（５）に沿って移動するように支持される。加熱及び延伸部（６）は、前記前方のチャックの最初の位置から前記管の長さ内の短い距離だけ後方に配置される。その最遠端では、それ自体が前記トラック上に支持される引張コレット（８）により、前記外側の管が把持される。前記コレットは、各々のステッピングモーター（９，10，11）により、前記トラックに沿って、送られるように配置される。前記加熱部では、バーナー（12）の形式のヒーターが、前記外側の管を加熱するために設けられる。前記外側の管を軟らかくする速度で、熱が加えられる。前記前方のステッピングモーターは、前記外側の管が延伸されるように、前記前方のコレット（３，４）を引き寄せる。前記後方の引張コレット（８）はより低速度で前方に動き、それにより、前記内側の管と接触する直径に前記外側の管を小径化するのに十分なだけ、前記外側の管が延伸される。
【選択図】図１

Description

本発明は、石英ガラス管を含むガラス管に関する。

本明細書において、「石英管」とも呼ばれる石英ガラス管は、延伸工程によって製造することができる。薄肉であると同時に、前記石英ガラス管は平滑で均一な内径及び外径を有する。

我々は、均一な内径で、延伸可能であると我々が考える外径よりも大きい外径、典型的には、外径４９ｍｍ及び内径４ｍｍ又は６ｍｍの厚肉の石英管を必要としている。プラズマランプでの我々の使用のためには、マイクロ波共振を可能とするために、内径及び外径がどちらも許容誤差まででなければいけないということが重要である。通常、前記許容誤差は、薄肉管の製造で維持可能な許容誤差で十分であろう。しかし、１回の延伸操作で製造される厚肉の石英管では、その許容誤差を維持することはできない。通常、石英管はその外径と肉厚とによって規定され、少なくともある製造業者は、それらの管成形において、肉厚の＋／−１０％の許容誤差を規定する。これにより、厚肉の管が成形されるとともに、それに応じて、内部孔での変動の増加が引き起こされる。すなわち、壁の厚さとともに、許容誤差の範囲が広がる。

本明細書では「厚肉の」管と言及されているが、他の寸法が明示される場合を除いて、以下で引用される全ての寸法が直径であり、全ての寸法比が外径対内径、ＯＤ／ＩＤの比であることに留意されたい。「内径」及び「内部孔」は、同義的に使用される。内部孔は穿孔作業によって形成される孔を暗に意味するものではない；言及される前記内部孔は、長手方向の引き伸ばしにより、孔が小さくなる可能性があるが、延伸することにより形成される。

我々は、通常、我々の目的のために、少なくとも、十分に均一な１つの内部孔を備えた、厚肉のガラスを延伸することができる外径対内部孔の比の限界は、ほぼ５：１程度であると予測するであろう。我々の目的は、特許文献１（我々のＬＥＲ特許）に規定されるように、「プラズマのルツボ」における電磁（通常、マイクロ波）共振に依存するプラズマ放電の達成である。典型的には、このようなルツボは４ｍｍの中央の孔を有する、直径４９ｍｍ、長さ２１ｍｍの石英ガラスの環から形成される。これは、我々が延伸可能であると理解する範囲から大幅に外れている。よって、我々は、ＯＤ／ＩＤ（外径／内径）比が５：１よりも大きく延伸されるが、我々のＬＥＲ技術に適合させるには内部孔の均一性が不十分な管について認識した。これに関連して、我々は、この発明の厚肉の管が我々のＬＥＲ特許の範囲を超えて使用されることを期待する。

我々のＬＥＲ技術の製造において、我々は、プラズマのルツボにプラズマのボイド空間を設けるために、プラズマのルツボを穿孔し、研磨した。＋／−０．５ｍｍの孔の誤差は、我々の経験では許容できないものである。

欧州特許第２，１８８，８２９号

本発明の目的は、改良された厚肉のガラス管を提供することである。

本発明の第１の態様によれば、少なくとも７：１の外径対内径の比と、均一な直径の内部孔を有する厚肉の延伸された孔を有するガラス管を提供する。

少なくとも我々が予期する使用では、前記内部孔は、直径が１０ｍｍ以下となる可能性が高い。

好ましくは、
・前記孔の直径の許容誤差は、＋／−０．２５ｍｍであり、一般的には、＋／−０．１５ｍｍであり、
・前記外径対内径の比は７：１ないし３０：１であり、一般的には、８：１ないし１６：１であり、恐らく、８：１ないし１２：１であり、
・前記内部孔は３ｍｍないし７ｍｍであり、一般的には、４ｍｍないし６ｍｍであり、
・前記ガラス管は、石英ガラスからなり、
・前記内部孔は、延伸仕上げである。

前記管の外部は、延伸仕上げであってもよい。また、前記管の外部は、研削仕上げであってもよい。

内側の管と外側の管の材料は同じであってもよいが、前記外側の管の材料は１種類又は２種類以上の添加剤を含むことができ、それにより、紫外線に対する前記外側の管の透明度は前記内側の管の透明度より低くなると我々は予想する。

好ましい実施態様では、前記管は、
・内側の管を所定の内径まで延伸するステップと、
・所定の内径の延伸された内側の管を外側の管の内部に配置するステップと、
・前記外側の管を前記内側の管の上で加熱し、延伸するステップとによって形成されると記載される。

本発明の第２の態様によれば、
・内側の管を所定の内径にするステップと、
・延伸された前記内側の管を外側の管の内部に配置するステップと、
・前記外側の管を前記内側の管の上で加熱し、延伸するステップとからなる厚肉のガラス管の形成方法が提供され、該管は少なくとも７：１の外径対内径の比を有する。

好ましくは、前記外側の管は、外径対内径の比が７：１ないし３０：１、一般的には、８：１ないし１６：１、恐らく、８：１ないし１２：１まで延伸されるであろう。

前記内側の管の上での前記外側の管の延伸の前に、前記２個の管の寸法にそれらを予め延伸しておいてもよい。また、前記内側の管の上での前記外側の管の延伸に適した寸法に、前記２個の管を予め延伸しておいてもよい。

外側の管の内寸及び外寸の適当な選択により、前記内側の管の上で前記外側の管を十分な確度で、完成後の外径まで延伸することが可能となるであろうと我々は予測する。それでもなお、我々は、他の手段が必要となる場合があると予測する。

これらは、延伸に起因する収縮作用に加えて、前記内側の管の上に前記外側の管を並べて、押すという延伸時の作用という形をとる場合がある。例えば、好適には、２個の対になる直角に配置された曲面ローラーの作用によって、前記外側の管が前記内側の管の上で圧延される場合がある。また、前記外側の管が、ダイスを通過する場合がある。このために、前記内側の管が、前記外側の管の端部から前記外側の管の内部に挿入される前に、前記外側の管の他端は少なくとも前記ダイスの内径まで延伸される必要がある。

ダイスによる圧延及び延伸は、前記外径を決定付ける結果となる可能性がある。これを研削し、研磨して、最終寸法とすることができる。

２個の管を完全に一体化するために、２個の管をともに加熱するステップと、場合により、延伸するステップとがさらに必要となる場合があると我々は予測した。これにより、内径と外径とが最終寸法まで小さくされる場合がある。

好ましくは、
・前記外側の管が、前方の把持及び延伸手段によって、加熱手段の前方と、後方の把持及び拘止手段によって、前記加熱手段の後方とで把持され、
・前記内側の管の上での前記外側の管の延伸のために、
・中間部分が、前記加熱手段によって、加熱され、
・前方部分が、前記前方の把持及び延伸手段によって、前記加熱手段から前方に延伸され、
・前記後方部分が、前記加熱手段へ向かうより低速度の移動のために、拘止される。

前記内側の管の上での前記外側の管の大幅な延伸の前に、少なくとも最初は、前記内側の管は、別個に把持され、前方に延伸され、その後、前記内側の管は、前記外側の管の把持及び延伸手段によって、前方に移動される。

また、我々は、前記外側の管が前記内側の管の上で延伸された後に、前記内側の管が延伸される必要がある状況を予想することができる。この場合、前記内側の管は、別個に、把持され、拘止され、軟化温度まで加熱され、それにより、前記内側の管は、前記外側の管とともに延伸されるが、前記外側の管よりも延伸される程度は小さい。

本発明の理解を助けるために、実施例と、添付の図面を参照することにより、本発明の詳細な実施態様がここに記載される。

本発明による孔を有する厚肉の延伸されたガラス管の製造の略図である。半透明のルツボの製造で使用するために切断された、ある長さの管の斜視図である。延伸された内部孔プラズマボイド空間を有する半透明のルツボの断面側面図であり、該ルツボは本発明の１個の厚肉の延伸された孔を有するガラス管から形成される。

図面を参照すると、２個の従来の厚肉の延伸された石英ガラス管１，２は、一方が他方の内部に位置するように配置される。

２個の管の前方端では、各々がコレットで把持され、より小さな直径の管はより大きな直径の管の端部から延び、「内側の」コレット３で把持され、前記より大きな管は「外側の」コレット４で把持される。これら前方のコレットが、前記管の長さと等しい距離だけトラック５に沿って移動するように支持される。

加熱及び延伸部６が、前記前方のチャックの最初の位置から前記管の長さ内の短い距離だけ後方に配置される。さらに後方では、前記内側の管を内部に有する前記外側の管のために、後方に延びる前記トラックに沿って、支持ローラー７が設けられる。その最遠端では、それ自体が前記トラック上に支持される引張コレット８により、前記外側の管が把持される。

前記コレットは、各々のステッピングモーター９，10，11によって、前記トラックに沿って、送られるように配置される。

前記加熱部では、バーナー12の形式のヒーターが、前記外側の管を加熱するために設けられる。熱が前記内側の管まで放射され、該内側の管が温められるであろう。しかし、前記内側の管は前記外側の管と比較して大幅に冷たいままであることが予測される。前記外側の管を軟らかくする速度で、熱が加えられる。前記前方のステッピングモーターは、前記外側の管が延伸されるように、前記前方のコレット３，４を引き寄せる。前記後方の引張コレット８はより低速度で前方に動き、それにより、前記内側の管と接触する直径に前記外側の管を小径化するのに十分なだけ、前記外側の管が延伸される。これにより、２個の管が接触すると、前記外側の管が冷却されることになる。前記２個の管の界面での石英の前記温度を、距離に渡ってある温度に維持することができるように、前記バーナーはこの位置14を越えて、前記前方のコレットに向かって延び、それにより、前記２個の管を互いに融合することができる。

前記内側の管は、そのコレット３により、前記外側の管が前記引張チャックにより前方に移動可能な速度と比較して、わずかにより速く引き寄せられる。この速度差が、前記外側の管の延伸の度合いと、その最終外径とを決定する。前記外側の管の十分な長さが前記内側の管の上で延伸され、それらが一体化すると、前記２個の前方のコレットは、互いに同一の速度で移動し、事実上、同一の作業を行う。

前記延伸作業が続くと、前記後方のコレットが前記支持ローラー７を通過し、弾性的に、前記支持ローラー７を押圧する。前記前方のコレットが、前記トラック５の前方端にあるさらなるローラー15を通過する。

前記引張コレットは、そのステッピングモーターにより、前記前方のコレットと比較して、より低速度で前方８に送られるので、引っ張られていない前記内側の管は延伸されることなく、前記２個の管で異なる速度で、前記外側の管の内部を前記内側の管が移動する。また、変形では、前記加熱部は、前記内側の管を軟らかくすることが可能な長さだけ延長される。これは、前記外側の管が前記内側の管の上で延伸される量と比較してより少ない、わずかな量だけ延伸するために、さらなる（図示しない）コレットにより制御される。この作業により、前記２個の管が互いに、さらに融合することが見込まれる。

最終製品は、その内径及び外径に対して、従来と比較して、大幅により厚い壁を有する一体化した管である。典型的には、内径の寸法は４ｍｍ又は６ｍｍであり、外径の寸法は４９ｍｍである。我々は、ＩＤ（内径）４ｍｍ又は６ｍｍ及びＯＤ（外径）２０ｍｍの従来の厚肉の内側の管と、ＩＤ（内径）２４ｍｍ及びＯＤ（外径）６０ｍｍの従来の厚肉の外側の管とから前記一体化した管を製造することができると予測する。前記外側の管は、該外側の管が内側の管に対して延伸されるときと比較して、最初は、４４％大きい断面積を有する。これに対応して、前記外側の管を前記内側の管の上で延伸するときに、前記外側の管それ自体は４４％延伸される。ＯＤ（外径）の６０ｍｍから５０ｍｍへの２０％の減少は、４９ｍｍへの研磨を可能にする。

上で引用されている前記最終寸法は、ただの一例に過ぎないことに特に注意する必要がある。外径が４９ｍｍよりも大きい場合と小さい場合があるので、４から６ｍｍの間の他の内径が予想される。また、我々は、前記外側の管と内側の管との間の最初の間隙がより少なく、それに伴って、前記外側の管が延伸される必要のある量が少ない状態で、操作できることを予期する。

我々の光源の欧州特許第２，１８８，８２９号に記載される半透明のルツボの製造で、我々は、図２に示されるように、短い長さに切断された、より厚肉の管を使用する。かかるルツボが、図３に示される。前記ルツボは、短い長さの本発明の孔を有する厚肉の延伸されたガラス管から切断された石英製の環状の円筒部101を含む。国際公開番号第ＷＯ／２０１０／０９４９３８号で公開された、我々の国際出願番号第ＰＣＴ／ＧＢ２０１０／０００３１３号に記載されるように、ルツボの内部孔105の両端は、封止体102，103で封止されている。マイクロ波で励起する励起材料の充填物106、典型的には、希ガス中の金属ハロゲン化物は、前記内部孔で封止され、前記孔にプラズマのボイド空間が形成される。使用中にマイクロ波供給アンテナ（図示しない）を収容するために、別個のアンテナ孔107が設けられる。この孔は、使用中に、プラズマ条件に影響されず、従来通り、穿孔され、研磨されるのに対して、前記延伸されたプラズマのボイド空間は穿孔及び研磨で残る可能性がある痕跡の微小な亀裂に起因する亀裂が入りにくいという利点がある。延伸された内部孔は、平滑になると予想される。

本特許明細書では、種々の周波数で動作の可能性があることが記載され、２．４ＧＨｚの動作では外径が４９ｍｍであるのに対して、５．８ＧＨｚの動作では代替となる外径は３１．５ｍｍであることが記載される。さらに、欧州出願番号第２，４３８，６０６号では、２．４ＧＨｚでの異なる共振モードに対する、９９ｍｍまでの様々な代替となる外径の範囲が記載される。我々は、本発明に従って製造される管から、これらのモード及び周波数のためのルツボを形成することができると予期する。

本発明は、先に記載された実施態様の詳細に限定されることを意図するものではない。前記外側の管と内側の管とは、通常、同一の材料、具体的には、同一の石英から製造されるが、紫外線に対する前記外側の管の透明度を減少させるために、異なる材料を導入、具体的には、前記外側の管にセリウムなどの元素をドープすることも可能である。また、例えば、我々は、大きな外径のために、本発明に従って第１の管を製造し、該第１の管の上での第３のより大きな直径の管の延伸時に、前記第１の管を前記内側の管として使用することが好ましい場合があると予測する。

Claims

少なくとも７：１の外径対内径の比と、均一な直径の内部孔を有することを特徴とする孔を有する厚肉の延伸されたガラス管。
前記内部孔の直径が１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の孔を有する厚肉の延伸されたガラス管。
前記内部孔の直径の許容誤差が、＋／−０．２５ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の孔を有する厚肉の延伸されたガラス管。
前記内部孔の直径の許容誤差が、＋／−０．１５ｍｍであることを特徴とする請求項３に記載の孔を有する厚肉の延伸されたガラス管。
前記外径対内径の比が、７：１ないし３０：１であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の孔を有する厚肉の延伸されたガラス管。
前記外径対内径の比が、８：１ないし１６：１であり、好ましくは、８：１ないし１２：１であることを特徴とする請求項５に記載の孔を有する厚肉の延伸されたガラス管。
前記内部孔が、３ｍｍないし７ｍｍであり、好ましくは、４ｍｍないし６ｍｍであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の孔を有する厚肉の延伸されたガラス管。
前記ガラス管が、石英ガラスからなることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の孔を有する厚肉の延伸されたガラス管。
前記管の外部は、延伸仕上げであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の孔を有する厚肉の延伸されたガラス管。
前記管の外部は、研削仕上げであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の孔を有する厚肉の延伸されたガラス管。
前記管は、
・所定の内径の延伸された内側の管を外側の管の内部に配置するステップと、
・前記外側の管を前記内側の管の上で加熱し、延伸するステップとによって、形成されたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の孔を有する厚肉の延伸されたガラス管。
前記外側の管の材料は、１種類又は２種類以上の添加剤を含み、それにより、紫外線に対する前記外側の管の透明度が前記内側の管の透明度よりも低いことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の孔を有する厚肉の延伸されたガラス管。
・所定の内径に延伸された内側の管を準備するステップと、
・前記延伸された内側の管を外側の管の内部に配置するステップと、
・前記外側の管を前記内側の管の上で加熱し、延伸するステップとからなる孔を有する厚肉の延伸されたガラス管の形成方法であって、
該管は、少なくとも７：１の外径対内径の比を有することを特徴とする方法。
前記外側の管は、外径対内径の比が７：１ないし３０：１、好ましくは、８：１ないし１６：１、より好ましくは、８：１ないし１２：１まで延伸されることを特徴とする請求項１２に記載の孔を有する厚肉の延伸されたガラス管の形成方法。
前記外側の管は、前記内側の管の上で最終外径まで延伸されることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の方法。
前記外側の管は、ダイスによって、最終外径まで延伸されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
前記外側の管は、好適には、２個の対になる直角に配置された曲面ローラーの作用によって、前記内側の管の上で、圧延されることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の方法。
前記２個の管をともに加熱するステップと、場合により、前記２個の管をともに延伸するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項１３〜１７のいずれか１項に記載の方法。
内部孔が３ｍｍないし７ｍｍであり、好ましくは、４ｍｍないし６ｍｍであることを特徴とする請求項１３〜１８のいずれか１項に記載の方法。
前記ガラス管が、石英ガラスからなることを特徴とする請求項１３〜１９のいずれか１項に記載の方法。
・前記外側の管が、前方の把持及び延伸手段によって、加熱手段の前方と、後方の把持及び拘止手段によって、前記加熱手段の後方とで把持され、
・前記内側の管の上での前記外側の管の延伸のために、
・中間部分が、前記加熱手段によって、加熱され、
・前方部分が、前記前方の把持及び延伸手段によって、前記加熱手段から前方に延伸され、
・後方部分が、前記加熱手段へ向かうより低速度の移動のために、拘止されることを特徴とする請求項１３〜２０のいずれか１項に記載の方法。
前記内側の管の上での前記外側の管の大幅な延伸の前に、少なくとも最初は、前記内側の管は、別個に把持され、前方に延伸され、その後、前記内側の管は、前記外側の管の把持及び延伸手段によって、前方に移動することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
前記内側の管は、別個に、把持され、拘止され、軟化温度まで加熱され、それにより、前記内側の管が、前記外側の管とともに延伸されるが、前記外側の管よりも延伸される程度が小さいことを特徴とする請求項２１又は２２に記載の方法。