JP4640841B2

JP4640841B2 - ガラス管螺旋加工装置

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Publication number: JP4640841B2
Application number: JP2006267277A
Authority: JP
Inventors: 桂二金今
Original assignee: Covalent Materials Corp
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2026-09-29
Also published as: JP2008087982A

Description

本発明はガラス管螺旋加工装置に係り、特に、加熱されたガラス管が巻き付けられる巻き付けドラムの形状を改良したガラス管螺旋加工装置に関する。

従来、ガラス管を螺旋形状に加工する製造工程では、螺旋溝が形成されたガラス管巻き付けドラムを用い、バーナにより加熱されたガラス管を、作業者の手作業により、ガラス管巻き付けドラムに巻き付け、螺旋形状のガラス管を製造していた。

しかし、ガラス管は熱膨張係数が小さく、加工が難しいため、手作業による製造では、滑らかな螺旋形状にすることができず、多角形に製造するのが限度であった。また、この多角形に製造するにも経験が必要であり、さらに、手作業による製造では、作業者がバーナを取り扱うため、火傷などの危険性があった。

そこで、自動化され、経験の少ない作業者にも容易にガラス管を滑らかな螺旋形状に加工でき、安全なガラス管螺旋加工装置が提案されている（特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１に記載の製造装置では、図２０に示すように、バーナの火炎がガラス管に対して一定の方向にのみ当たるため、ガラス管外周の温度を均一にすることができない、ガラス管と治具の接する面から熱が逃げる、ガラス管と治具の接触面積が大きい場合、ガラス管側から治具側へ移動する熱量が増加し、治具に接している箇所の温度が低下するなどの現象によって、バーナで加熱されたガラス管の温度が不均一となり、素材の軟化にばらつきが生じ、ガラス管を均一な螺旋形状に加工することが難しく、改良が必要であった。
特開２００２−１２４３４号

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、巻き付けドラムの形状を改良し、バーナで加熱されるガラス管の温度を均一にして、自動的にガラス管を均一な螺旋形状に加工することができるガラス管螺旋加工装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係るガラス管螺旋加工装置は、ガラス管が長手方向に載置される支持アームを有するガラス管置台と、このガラス管置台に近接して設けられ、ガラス管を送る送りローラ機構と、この送りローラ機構により送られたガラス管を加熱する加熱手段と、この加熱手段により加熱されて可塑性が与えられたガラス管が巻き付けられ、かつこのガラス管が巻きつけられた状態で加熱が行われる巻き付けドラムと、この巻き付けドラムを回転させ、かつ軸方向に移動させる駆動手段を有し、前記巻き付けドラムの表面にはガラス管が巻き付けられて収容され、断面がＶ字形状をなし、このＶ字形状の底部に溝空間が設けられた螺旋溝と、この螺旋溝を周方向に分割するように巻き付けドラムの回転軸方向に所定の間隔で複数条設けられた縦溝を設け、可塑性が与えられたガラス管を巻き付けドラムに巻き付けながら、巻き付けドラムを軸方向に移動して、ガラス管を螺旋加工することを特徴とする。

本発明に係るガラス管螺旋加工装置によれば、巻き付けドラムの形状を改良し、バーナで加熱されるガラス管の温度を均一にして、自動的にガラス管を均一な螺旋形状に加工することができるガラス管螺旋加工装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るガラス管螺旋加工装置について添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施形態に係るガラス管螺旋加工装置の正面図、図２は本発明に係るガラス管螺旋加工装置に用いるガラス管置き台の正面図、図３は本発明に係るガラス管螺旋加工装置に用いるガラス管置き台の側面図である。

図１ないし図３に示すように、ガラス管螺旋加工装置１は、ガラス管Ｇ、例えば石英ガラス管が長手方向に載置されるガラス管置き台２０と、このガラス管置き台２０に近接して設けられ、ガラス管Ｇを送る送りローラ機構４０と、この送りローラ機構４０により送られたガラス管Ｇを加熱し螺旋形状に加工する管巻き付け組立６０とを有する。

ガラス管置き台２０は、移動用キャスター２１と固定およびレベル調整用のレベルリングパッド２２が設けられた置台本体２３と、この置台本体２３に昇降自在に設けられた柱形状の昇降部材２４と、この昇降部材２４に揺動可能に取り付けられた長尺幅狭板形状の支持アーム２５と、この両端部に設けられ幅狭板形状の複数個、例えば、２個の振動吸収用補助アーム２６ａ、２６ｂを有する。

昇降部材２４は、この昇降部材２４に設けられた昇降天板２７と置台本体２３間に設けられたスクリューシャフト２８をハンドノブ２９の回動により昇降させ、昇降部材２４の昇降により、支持アーム２５、補助アーム２６ａ、２６ｂおよびガラス管Ｇを任意の高さに昇降させる。

また、支持アーム２５の昇降部材２４への揺動可能な取り付けは、昇降天板２７に取り付けられ、揺動軸３１を有する取付部材３２により軸支されて行われ、さらに、支持アーム２５の揺動は、揺動軸３１に対して対称に配置された支持アーム揺動量規制ストッパ３３により規制される。

図１および図４に示すように、補助アーム２６ａ、２６ｂの支持アーム２５への揺動可能な取り付けは、支持アーム２５の取り付けと同様に、揺動軸３４により軸支され、揺動軸３４に対して対称に配置された補助アーム揺動量規制ストッパ３５により規制される。

補助アーム２６ａの一端および補助アーム２６ｂの両端には、図５に示すような鍔付支持ローラ３６が設けられ、さらに、補助アーム２６ａの他端には、図６に示すようなＶ溝付案内ローラ３７と押えローラ３８が設けられる。鍔付支持ローラ３６は、ガラス管Ｇを案内するもので、ガラス管Ｇの曲がりを逃がすために幅広形状になっており、また、Ｖ溝付案内ローラ３７は、位置決めのためにＶ溝に形成される。

図１、図７ないし図９に示すように、ガラス管置台２に設けられたＶ溝付案内ローラ３７に近接して送りローラ機構４０が配置される。

なお、図１および図９はガラス管Ｇを大きい直径の螺旋形状に加工する場合のローラ機構４０および管巻き付け組立６０の状態を示し、図７はガラス管Ｇを小さい直径の螺旋形状に加工する場合のローラ機構４０および管巻き付け組立６０の状態を示す。

図９および図１２に示すように、送りローラ機構４０は石英ガラスＧを送り出すためのもので、ローラ駆動軸４１ｓに取り付けられたＶ溝付送りローラ４１と、この送りローラ４１に対向して設けられ、石英ガラスＧを押え、かつ、ローラ固定軸４２ｓに取り付けられた非駆動の押えローラ４２から構成され、さらに、送りローラ４１はＡＣサーボモータ４３により回転駆動される。

図１２に示すように、ローラ機構基台４４には、スクリューシャフト４５が設けられ、このスクリューシャフト４５は、ＡＣサーボモータ４３の回転力を送りローラ４１に伝達するローラ回転機構４６近傍とハンドノブ４７間に橋設され、ハンドノブ４７の回動により、送りローラ４１と押えローラ４２の高さを調整でき、ガラス管Ｇの螺旋外径の変化に対応できる。

さらに、図１２に示すように、押えローラ４２はガラス管Ｇの外径の変化に対応可能にするため、押えローラ４２を押圧状態に保ったまま上下方向に移動できるようにスプリング４８が設けられる。

また、送りローラ４１のガラス管Ｇの送り出し方向には、図８に示すように、Ｌ字形状のガラス管支持部材４９ａの先端に取り付けられた円筒形状のガラス管支持体４９が設けられ、このガラス管支持体４９は一般に用いられるようなネジ機構（図示せず）によってその傾きが変えられ、図８および図１１に示すような支持部材位置調整ボルト５０の回動により、傾きの調整が可能となる。

図７、図９ないし図１２に示すように、ガラス管巻き付け組立６０は、ローラ回転機構４６が取り付けられたローラ機構基台４４と直線上に対向して配置され、さらに、図７に示すように、ガラス管巻き付け組立６０とローラ機構基台４４間に位置し、上記直線上から偏倚してガラス管置き台２０が配置され、ガラス管巻き付け組立６０、ローラ機構基台４４およびガラス管置き台２０はほぼＴ字形状に配置される。

図７および図９に示すように、ガラス管巻き付け組立６０は、移動用キャスター６１と固定およびレベル調整用のレベルリングパッド６２が設けられた巻き付け組立本体６３と、この巻き付け組立本体６３には、正方形状の取付板６４が設けられ、この取付板６４には、図１１および図１３に示すように、例えば特開平１−２２９１６０号公報に記載されるようなボール・ねじ・スプライン６５を介して巻き付け回転軸６６が取り付けられ、この巻き付け回転軸６６には、ドラム回転用プーリ６７と、ドラム移動用プーリ６８が設けられ、さらに、その一端には、螺旋溝６９ａが形成され直径の異なる例えば円筒形状の巻き付けドラム６９を適宜変更して取り付け可能にするコレットチャック７０が設けられる。

さらに、取付板６４には、ドラム回転用ＡＣサーボモータ７１が設けられ、ドラム回転用ベルト７２、ドラム回転用プーリ６７、ボール・ねじスプライン６５を介して巻き付け回転軸６６を回転させ、巻き付けドラム６９を回転させる。また、ドラム移動用ＡＣサーボモータ７３が設けられ、ドラム移動用ベルト７４、ドラム移動用プーリ６８、ボール・ねじスプライン６５を介して巻き付け回転軸６６を進退自在に移動させて、巻き付けドラム６９を進退移動させ、この巻き付けドラム６９に螺旋ピッチが作り出されるようになっている。

図１４ないし図１６に示すように、巻き付けドラム６９の表面には、ガラス管Ｇが巻き付けられて収容され、断面がＶ字形状をなし、このＶ字形状の底部に断面例えば方形状の溝空間６９ｃが設けられた断面がＹ字形状をなす螺旋溝６９ａと、この螺旋溝６９ａを周方向に分割するように巻き付けドラム６９の回転軸方向に所定に間隔で複数条設けられた縦溝６９ｂが設けられる。従って、巻き付けドラム６９の表面には、縦溝６９ｂによって分割された多数の分割螺旋溝６９ａ_１が形成される。なお、図１７に示すように、縦溝６９ｂの断面形状は螺旋溝６９ａと同様であるのが好ましく、例えばＹ字形状である。

図９ないし図１１に示すように、取付板６４にはアーチ形状の外径押えローラ取付板７５が設けられ、また、このローラ取付板７５には、ハンドノブ７６を有するスクリューシャフト７７が垂直に設けられ、さらに、スクリューシャフト７７の先端には巻き付け回転軸６６と平行に延伸する外径押えローラ軸７８が設けられ、この外径押えローラ軸７８の先端にはガラス管Ｇの螺旋外径を押えるための外径押えローラ７９が設けられる。

従って、ハンドノブ７６の回動により、スクリューシャフト７７を介して外径押えローラ７９の高さを調整でき、ガラス管Ｇの螺旋外径の変化に対応できる。

図１０に示すように、外径押えローラ軸７８の中心点Ｃ２は、巻き付け回転軸６６の中心点Ｃ_１を通る垂直線と巻き付けドラム６９の外周との交点Ｐとオフセットしており、ガラス管Ｇが巻き付けドラム６９に巻き付かずに反対方向に曲がるのを防止する。

図１０ないし図１２に示すように、取付板６４の上面には、この取付板６４から巻き付け回転軸６６と平行に延伸し、加熱手段としてのバーナＢが取り付けられるアングル形状のバーナ支持部材８０と、このバーナ支持部材８０から垂下するように設けられたバーナ昇降部材８１と、このバーナ昇降部材８１に昇降自在に設けられ巻き付け回転軸６６と平行に延伸するバーナ取付部材８２が設けられる。

従って、バーナ取付部材８２に取り付けられたバーナＢは、図１０に示すように、バーナ昇降部材８１の昇降により、バーナＢから噴出される炎（バーナＢの延長線）は、所望の位置（高さ）、例えば、巻き付け回転軸６６の中心点Ｃ_１を通る垂直線と巻き付けドラム６９の外周との交点Ｐを指す。バーナＢは例えば２個、炎がいずれも交点Ｐを指すようにＶ字状に配するのが好ましい。

次に、本実施形態に係るガラス管螺旋加工装置を用いたガラス管螺旋加工について説明する。

図１に示すように、ガラス管螺旋加工装置１のガラス管置き台２０をガラス管Ｇの長さに応じた位置に移動用キャスター２１を利用して移動し、レベルリングパッド２２により、その位置に固定し、しかる後、図５に示すように、用意した母材のガラス管Ｇを長手方向が水平になるようにして振動吸収用補助アーム２６ａ、２６ｂに載置する。

この載置時、長手ガラス管Ｇの載置による衝撃によりガラス管Ｇおよび補助アーム２６ａ、２６ｂに振動を発生するが、補助アーム２６ａ、２６ｂと支持アーム２５間には、揺動軸３４と補助アーム揺動量規制ストッパ３５が設けられ、また、支持アーム２５と昇降部材２４間には揺動軸３１と支持アーム揺動量規制ストッパ３３が設けられて、緩衝可能になっているので、長手ガラス管Ｇの振動は効果的に減衰され、ガラス管Ｇの破損等が防止される。

次に、図２に示すように、ハンドノブ２９を回動させて、スクリューシャフト２８、昇降天板２７、支持アーム２５および補助アーム２６ａ、２６ｂを介してガラス管Ｇを所定の高さ（巻き付けドラム６９の外径に応じた高さ）に調整する。

さらに、ガラス管Ｇを補助アーム２６ａ、２６ｂ上でスライドさせて、図６に示すように、Ｖ溝付案内ローラ３７と押えローラ３８との間を貫通させ、図９および図１０に示すように、送りローラ機構４０のＶ溝付送りローラ４１と押えローラ４２との間を貫通させ、さらに図８および図１０に示すように、ガラス管支持体４９を貫通させて巻き付け回転軸６６の中心点Ｃ_１を通る垂直線と巻き付けドラム６９の外周との交点Ｐに到達させる。

なお、図１０、図１１および図１２に示すように、ガラス管Ｇを大きな螺旋形状に加工する場合には、大きな巻き付けドラム６９を、コレットチャック７０を介して巻き付け回転軸６６に取り付け、小さな螺旋形状に加工する場合には、鎖線で示すように小さな巻き付けドラム６９ｓに取り付ける。このように巻き付けドラムを交換することで、容易に異なる直径を有する螺旋形状に加工することができる。

しかる後、バーナＢを点火してガラス管Ｇに可塑性を与え、その先端を巻き付けドラム６９に固定し、巻き付けドラム６９の螺旋溝６９ａに沿ってガラス管Ｇに巻き付ける。ガラス管Ｇは送りローラ機構４０に設けられ駆動軸４１ｓにより駆動されるＶ溝付送りローラ４１により継続的に送られ、可塑性を与えられてガラス管Ｇに巻き付けられる。このとき、巻き付けドラム６９の巻き取り速度を、ガラス管Ｇの送り速度に比べて等速または高速にする。これにより、螺旋加工されたガラス管Ｇの外径を母材ガラス管Ｇの外径と同一または小さくすることができる。

一方巻き付けドラム６９は、ボール・ねじスプライン６５を介してドラム回転用ＡＣサーボモータ７１により回転され、ドラム移動用ＡＣサーボモータ７３により水平軸方向（図１１中左方向）に移動させるので、可塑性を与えられた石英ガラスＧは巻き付けドラム６９に設けられた螺旋溝６９ａに巻き付けられ、図１８に示すように、螺旋形状に加工される。

上記ガラス管Ｇの螺旋加工工程において、図１３ないし図１６に示すように、巻き付けドラム６９の表面に、断面がＶ字形状の底部に溝空間６９ｃが設けられて断面がＹ字形状をなす螺旋溝６９ａが設けられるので、ガラス管Ｇと巻き付けドラム６９の接触面積が減少し、ガラス管Ｇ側から巻き付けドラム６９側へ逃げる熱量を最小限に抑えることができて、効率的な加熱が行え、さらに、方形状の溝空間６９ｃを設けることにより、図１６に矢印で示すように、バーナＢの火炎が溝底部まで回りこみ易く、ガラス管Ｇを螺旋溝６９ａの上下から均一に加熱することができる。さらに、縦溝６９ｂを設けているので、図１７に矢印で示すように、縦溝６９ｂに進入する火炎による巻き付けドラム６９の回転軸方向（ガラス管の直径方向）及び縦溝６９ｂを介して溝空間６９ｃに進入する火炎によりガラス管Ｇをより均一に加熱することができる。

このようなガラス管Ｇの均一加熱により、ガラス管Ｇの軟化のバラツキを最小限に抑えられ、ガラス管を均一な螺旋形状に加工することができる。

本実施形態に係るガラス管螺旋加工装置によれば、巻き付けドラムの形状を改良し、バーナで加熱されるガラス管の温度を均一にして、自動的にガラス管を均一な螺旋形状に加工することができるガラス管螺旋加工装置が実現する。

本発明の一実施形態に係るガラス管螺旋加工装置の正面図。本発明の一実施形態に係るガラス管螺旋加工装置に用いるガラス管置き台の正面図。本発明の一実施形態に係るガラス管螺旋加工装置に用いるガラス管置き台の側面図。図１における矢視Ａの断面図。図１における矢視Ｂの断面図。図１における矢視Ｃの断面図。本発明の一実施形態に係るガラス管螺旋加工装置の側面図。本発明の一実施形態に係るガラス管螺旋加工装置に用いられる送りローラ機構の斜視図。本発明の一実施形態に係るガラス管螺旋加工装置に用いる送りローラ機構と管巻き付け組立の斜視図。図９に示す送りローラ機構と管巻き付け組立の主要部を示す正面図。本発明の一実施形態に係るガラス管螺旋加工装置に用いる送りローラ機構と管巻き付け組立の平面図。本発明の一実施形態に係るガラス管螺旋加工装置に用いる送りローラ機構と管巻き付け組立の側面図。図１０における矢視Ｄ−Ｄの断面図。本発明の一実施形態に係るガラス管螺旋加工装置に用いる巻き付けドラムの縦断面図。本発明の一実施形態に係るガラス管螺旋加工装置に用いる巻き付けドラムの斜視図。本発明の一実施形態に係るガラス管螺旋加工装置に用いる巻き付けドラムの一部の直径方向の断面図。本発明の一実施形態に係るガラス管螺旋加工装置に用いる巻き付けドラムの一部の回転軸方向の断面図。本発明の一実施形態に係るガラス管螺旋加工装置に用いたガラス管の螺旋加工の概念図。（ａ）は本発明の一実施形態に係るガラス管螺旋加工装置を用いて製造される螺旋状ガラス管の側面図、（ｂ）は平面図。従来のガラス管螺旋加工装置に用いたガラス管の螺旋加工の概念図。

符号の説明

１…ガラス管螺旋加工装置、２０…ガラス管置き台、２３…置台本体、２４…昇降部材、２５…支持アーム、２７…昇降天板、２８…スクリューシャフト、４０…送りローラ機構、４１…送りローラ、４２…押えローラ、４３…ＡＣサーボモータ、４４…ローラ機構基台、４６…ローラ回転機構、６５…ボール・ねじスプライン、６６…巻き付け回転軸、６７…ドラム回転用プーリ、６８…ドラム移動用プーリ、６９…巻き付けドラム、６９ａ…螺旋溝、６９ａ_１…分割螺旋溝、６９ｂ…縦溝、６９ｃ…溝空間、７０…コレットチャック、７１…ドラム回転用ＡＣサーボモータ、７３…ドラム移動用ＡＣサーボモータ、８１…バーナ昇降部材、８２…バーナ取付部材。

Claims

ガラス管が長手方向に載置される支持アームを有するガラス管置台と、
このガラス管置台に近接して設けられ、ガラス管を送る送りローラ機構と、
この送りローラ機構により送られたガラス管を加熱する加熱手段と、
この加熱手段により加熱されて可塑性が与えられたガラス管が巻き付けられ、かつこのガラス管が巻きつけられた状態で加熱が行われる巻き付けドラムと、
この巻き付けドラムを回転させ、かつ軸方向に移動させる駆動手段を有し、
前記巻き付けドラムの表面にはガラス管が巻き付けられて収容され、断面がＶ字形状をなし、このＶ字形状の底部に溝空間が設けられた螺旋溝と、
この螺旋溝を周方向に分割するように巻き付けドラムの回転軸方向に所定の間隔で複数条設けられた縦溝を設け、
可塑性が与えられたガラス管を巻き付けドラムに巻き付けながら、巻き付けドラムを軸方向に移動して、ガラス管を螺旋加工することを特徴とするガラス管螺旋加工装置。
前記螺旋溝の断面が、ほぼＹ字形状をなすことを特徴とする請求項１に記載のガラス管螺旋加工装置。
前記縦溝の断面形状が螺旋溝の断面形状とほぼ同様の形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載のガラス管螺旋加工装置。