JP5790557B2 - ガラス管の成形装置、ガラス管の成形方法 - Google Patents

ガラス管の成形装置、ガラス管の成形方法 Download PDF

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本発明は、ダンナー法によるガラス管の成形装置及びガラス管の成形方法に関し、特に、口径の太い(大きい)ガラス管を成形できるガラス管の成形装置及びガラス管の成形方法に関する。
ガラス管の成形方法として、ダンナー法やダウンドロー法等、種々の手法が従来から提案されている。これらの手法の中で、ダンナー法は、ガラス管を連続して成形することができ、生産性に優れる。このため、ダンナー法はガラス管の成形に広く用いられている。
ところで、近年、口径の太いガラス管が求められている。ガラス管の口径を太くするには、ガラス管内へ供給するブローエアの風量を増やす等の方法が考えられる。気体の供給量を増やすことでガラス管内の圧力を高めることができ、スリーブ先端から離れた溶融ガラスが径方向に縮小しようとする作用を抑制し、ガラス管の口径を太くすることができる。
しかしながら、ガラス管の口径を太くした場合、ガラス管内の排気抵抗が小さくなるため、ブローエアの流量を指数関数的に増やす必要があり、ブローエアの圧力を安定させることが困難となる。また、ブローエアの流量を増やすと、ガラス管が急冷されるためガラス管の寸法が不安定となるおそれがある。そこで、ガラス管を切断する切断機と、ブローエアを供給するブロアとを加圧された気圧調節室内に配置することで、ブローエアの流量を増やすことなく口径の太いガラス管を成形することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
また、ダンナー法では、スリーブに巻き付いた溶融ガラスの偏りなどが原因となり、ガラス管の寸法(外径、内径、肉厚)が周期的に変動する現象が生じる。そこで、この変動を抑制するために、成形されるガラス管の寸法を測定し、該測定値に応じてブローエアの圧力を変化させることが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
特開平7−172853号公報 特開平8−165128号公報
以上のように、近年では、口径の太いガラス管が求められている。しかしながら、口径の太いガラス管を成形する場合、上述したように、ブローエアの流量を増やす必要があるので、ガラス管の寸法精度が安定しないという問題がある。特許文献1では、ガラス管を切断する切断機と、ブローエアを供給するブロアとを加圧された気圧調節室内に配置することで、ブローエアの流量を増やすことなく口径の太いガラス管を成形することが提案されているが、ガラス管の寸法が変動するという問題を解決することはできない。
また、特許文献2では、ガラス管の外径に応じてブローエアの圧力を変化させることにより、ガラス管の寸法変動を抑制することが記載されている。しかしながら、口径の太いガラス管を成形する場合、ブローエアの流量を増やす必要があるため、口径の太いガラス管を成形するために必要なブローエアの圧力に対して、ガラス管の寸法変動を抑制するために必要なブローエアの圧力の割合が相対的に小さくなる。つまり、ガラス管の寸法変動を抑制するために必要なブローエアの圧力が、ガラス管成形のために必要なブローエアの圧力に比べて非常に小さな値となるため、ブローエアの圧力制御が非常に困難となる。
本発明は、寸法精度に優れた大口径のガラス管を成形できるガラス管の成形装置及びガラス管の成形方法を提供することを目的とする。
本発明のガラス管の成形装置は、ダンナー法によるガラス管の成形装置であって、溶融ガラスを管状に成形するスリーブと、スリーブを回転させる駆動手段と、スリーブの先端から管状に成形されたガラス管を引く管引き手段と、スリーブ側からガラス管内へ気体を供給する気体供給手段と、ガラス管内の圧力を測定する圧力測定手段と、室内気圧を調整可能な気圧調整室内に配置され、ガラス管を所定長に切断する切断手段と、ガラス管内の圧力の変動に応じて、気圧調整室内の圧力を制御する制御手段と、を備える。
本発明のガラス管の成形方法は、ダンナー法によるガラス管の成形方法であって、回転するスリーブに溶融ガラスを巻き付けて管状に成形する工程と、スリーブの先端から管状に成形されたガラス管を引く工程と、スリーブ側からガラス管内へ気体を供給する工程と、室内気圧を調整可能な気圧調整室内においてガラス管を所定長に切断する工程と、ガラス管内の圧力の変動に応じて、気圧調整室内の圧力を制御する工程と、を有する。
本発明によれば、寸法精度に優れた大口径のガラス管を成形することができる。
第1の実施形態に係るガラス管の成形装置の断面模式図である。 第2の実施形態に係るガラス管の成形装置の断面模式図である。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係るガラス管の成形装置100の断面模式図である。ガラス管の成形装置100は、ダンナー法により口径の太いガラス管を成形する装置である。より具体的には、ガラス管の成形装置100は、成形されるガラス管Sの内径が、後述するスリーブ先端の外径の1/10以上の大口径のガラス管Sを成形する。
図1に示すように、ガラス管の成形装置100は、成形機構110と、管引き機構120A,120Bと、圧力測定機構130と、検査機構140と、切断カッター150と、気圧調整室160と、制御機構170と、搬送機構180とを備える。
(成形機構110の構成)
成形機構110は、マッフル炉111と、ガラス管成形用スリーブ112(以下、スリーブ112と記載する)と、ブローパイプ113と、エア供給機114(例えば、ブロア)と、回転機構115とを備える。
スリーブ112は、先端を下向きに傾斜させた状態でマッフル炉111内に配置される。スリーブ112の外周面には、ノズル(不図示)から供給される溶融ガラスGが巻き付けられてガラス管Sの形状に成形される。
スリーブ112は、耐火物(例えば、耐火煉瓦)で構成することが好ましい。また、必要に応じてスリーブ112の表面を耐火性の金属(白金(Pt)もしくは白金合金(例えば、白金とロジウム(Rh)との合金))で被覆することがより好ましい。
ブローパイプ113は、スリーブ112の軸心を貫通する孔に挿入されている。ブローパイプの一端には、エア供給機114が接続されている。エア供給機114から一定流量のエア(空気)を送りこむことで、ブローパイプ113の先端からエアが、管状に成形されたガラス管S内に供給される。なお、空気以外の気体(例えば、ArやN等の不活性ガス)をブローパイプ113から供給するようにしてもよい。
回転機構115は、スリーブ112と連結されたモータ(不図示)と、このモータの回転速度等を制御するモータドライバ(不図示)とを備える。回転機構115は、スリーブ112を所望の回転数で回転させる。
(管引き機構120A,120Bの構成)
管引き機構120A,120Bは、それぞれ第1,第2のローラ121,122を備える。第1,第2のローラ121,122は、管状に成形されたガラス管Sと当接した状態でモータ(不図示)により回転駆動され、ガラス管Sを所望の速度で管引きする。
(圧力測定機構130の構成)
圧力測定機構130は、圧力計である。圧力測定機構130は、スリーブ112の先端に設けられ、ガラス管S内の圧力を測定する。圧力測定機構130は、測定した圧力データを後述の制御機構170へ出力する。なお、ブローパイプ113を挿入しているスリーブ112の軸心を貫通する孔を介してガラス管S内の圧力を測定するようにしてもよい。
(検査機構140の構成)
検査機構140は、ガラス管Sの外観(例えば、曇り、きず、気泡)の有無を検査する。検査機構140は、例えば、撮像装置と光源と画像処理装置とからなる画像検査装置である。
(切断カッター150の構成)
切断カッター150は、ガラス管Sを所望の長さに切断する。
(気圧調整室160の構成)
気圧調整室160は、内部の圧力を加圧状態(大気圧よりも圧力が高い状態)に保持できるように構成されている。気圧調整室160には、送風機161(例えば、ブロア)が接続されている。送風機161は、気圧調整室160内へ空気を送り込み、気圧調整室160内を加圧状態(大気圧よりも気圧が高い状態)とする。
また、気圧調整室160には、電磁弁162が設けられており、電磁弁162は、後述の制御機構170からの指示に基づいてOpen/Close(開閉)し、気圧調整室160内の圧力を変動させる。この第1の実施形態では、電磁弁162は、ノーマルClose型のバルブを使用する。すなわち、電磁弁162は、通常は、Close(閉)状態であり、制御機構170から指示がある場合にOpen(開)状態となり、気圧調整室160内の圧力を低下させる。
(制御機構170の構成)
制御機構170は、例えば、コンピュータであり、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、NVRAM(Non Volatile RAM)等を備える。ROMには、CPUの動作プログラムが記憶されている。RAMは、CPUの作業領域を提供する。NVRAMには、閾値が記憶されている。
制御機構170は、圧力測定機構130で測定されるガラス管S内の圧力に基づいて、電磁弁162を開閉し、ガラス管S内の圧力変動を打ち消すように気圧調整室160内の圧力を制御する。
具体的には、制御機構170は、ガラス管S内の圧力を測定する圧力測定機構130から出力される圧力が、NVRAMに記憶されている閾値を超えると電磁弁162を開いて気圧調整室160内を減圧させる。また、制御機構170は、ガラス管S内の圧力を測定する圧力測定機構130から出力される圧力が、NVRAMに記憶されている閾値以下である場合は、電磁弁162をCloseし、気圧調整室160内を昇圧もしくは一定に維持する。
従来のブローエアの圧力を変化させる方法では、ブローエアの変化により、ガラス管Sの冷却が変化するため、ガラス管Sの粘性状態が不安定となり、却ってガラス管Sの寸法精度が安定しなかった。しかしながら、本第1の実施形態に係るガラス管の成形装置100は、ガラス管Sが既に冷えており、圧力の変化によりガラス管Sの寸法が変化する虞のない管端側(下流側)において圧力を調整している。このため、ガラス管Sの冷却プロセスへの影響を抑えつつガラス管Sの寸法を制御することできる。この結果、ガラス管Sの寸法精度を向上させることができる。よって、管曲り等の不具合が発生する虞も少ない。
なお、気圧調整室160内を減圧する際は、電磁弁162をOpenするのに加え、送風機161の送風量を低減するようにしてもよい。また、気圧調整室160内を昇圧する際は、電磁弁162をCloseするのに加え、送風機161の送風量を増加するようにしてもよい。送風機161の制御は、制御機構170で行えばよい。
(搬送機構180の構成)
搬送機構180は、例えば、ベルトコンベアである。搬送機構180は、切断カッター150により所望の長さに切断されたガラス管Sを気圧調整室160内から搬出する。
以上のように、第1の実施形態に係るガラス管の成形装置100は、圧力測定機構130で測定されるガラス管S内の圧力に基づいて、電磁弁162を開閉し、ガラス管S内の圧力変動を打ち消すように気圧調整室160内の圧力を制御している。
つまり、ガラス管の成形装置100は、ガラス管Sが既に冷えており、圧力の変化によりガラス管Sの寸法が変化する虞のない管端側(下流側)において圧力を調整しているため、ガラス管Sの冷却プロセスへの影響を抑えつつガラス管Sの寸法を制御することできる。この結果、ガラス管Sの寸法精度を向上させることができる。また、ガラス管Sの冷却プロセスへの影響が抑制されるので、管曲り等、ガラス管Sの冷却プロセスが変化することにより発生する不具合が生じる虞も少ない。
なお、上記説明では、ガラス管S内の圧力と、制御機構170のNVRAMに記憶された閾値との比較に基づいて、気圧調整室160内の圧力を制御しているが、ガラス管S内の圧力変化とガラス管Sの寸法変化との相関関係を予め調べて制御機構170のVRAMへ記憶しておき、この記憶された相関関係及びガラス管S内の圧力に基づいてガラス管Sの寸法変化を予測し、気圧調整室160内の圧力を制御するように構成してもよい。
(第1の実施形態の変形例)
上記第1の実施形態に係るガラス管の成形装置100では、ガラス管S内の圧力変動を打ち消すために、ガラス管S内の圧力が閾値を超えた場合に、電磁弁162をOpenして、気圧調整室160内を減圧している。しかしながら、ガラス管S内の圧力変動を打ち消すために、ガラス管S内の圧力が閾値の範囲外となった場合に、気圧調整室160内を加減圧する構成としてもよい。この場合、ガラス管S内の圧力が閾値の範囲外となった場合に、送風機161の送風量を増減させればよい。具体的には、送風機161の回転数をインバータにより制御する方法や送風機161と気圧調整室160との間の送風管の開口面積を可変制御することでも可能である。このように構成しても、第1の実施形態に係るガラス管の成形装置100と同様の効果を得ることができる。
(第2の実施形態)
図2は、第2の実施形態に係るガラス管の成形装置200の断面模式図である。ガラス管の成形装置200は、ダンナー法により口径の太いガラス管を成形する装置である。より具体的には、ガラス管の成形装置200は、成形されるガラス管Sの内径が、スリーブの外径の1/10以上の大口径のガラス管Sを成形する。
この第2の実施形態では、ガラス管Sの外径に基づいて、電磁弁162を開閉し、ガラス管S内の圧力変動を打ち消す形態について説明する。以下、図2を参照して、ガラス管の成形装置200の構成について説明する。なお、図1を参照して説明したガラス管の成形装置100と同一の構成には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
第2の実施形態に係るガラス管の成形装置200は、圧力測定機構130の代わりに、ガラス管Sの外径を測定する外径測定機構130Aを備える。外径測定機構130Aは、例えば、寸法測定器(キーエンス社製:LS−7000シリーズやTM−3000シリーズ)である。外径測定機構130Aは、ガラス管Sの外径を測定する。外径測定機構130Aは、測定した外径データを後述の制御機構170へ出力する。なお、外径測定機構130Aは、ガラス管Sのカテナリ部(ガラス管Sが重力により垂れ下がり、カテナリ曲線を描く領域)のできる限り近くに配置することが好ましい。具体的には、ガラス管Sが形状変化しない歪点以下の温度状態の場所に配置することが好ましい。
制御機構170は、外径測定機構130Aで測定されるガラス管Sの外径に基づいて、電磁弁162を開閉し、ガラス管S内の圧力変動を打ち消すように気圧調整室160内の圧力を制御する。
ガラス管Sの外径とガラス管S内の圧力は、相関関係にある。つまり、ガラス管S内の圧力が高いと、ガラス管Sの外径が太くなり、ガラス管S内の圧力が低いと、ガラス管Sの外径が細くなる関係にある。つまり、ガラス管Sの外径を測定することで、ガラス管S内の圧力の変動を知ることができる。この第2の実施形態では、このガラス管Sの外径とガラス管S内の圧力との相関関係を利用して、ガラス管S内の圧力変動を打ち消すように気圧調整室160内の圧力を制御する。
具体的には、制御機構170は、ガラス管Sの外径を測定する外径測定機構130Aから出力される外径が、NVRAMに記憶されている閾値を超えると電磁弁162を開いて気圧調整室160内を減圧させる。また、制御機構170は、ガラス管Sの外径を測定する外径測定機構130Aから出力される外径が、NVRAMに記憶されている閾値以下である場合は、電磁弁162をCloseし、気圧調整室160内を昇圧する。
なお、気圧調整室160内を減圧する際は、電磁弁162をOpenするだけでなく、送風機161の送風量を低減するようにしてもよい。また、気圧調整室160内を昇圧する際は、電磁弁162をCloseするだけでなく、送風機161の送風量を増加するようにしてもよい。送風機161の制御は、制御機構170で行えばよい。
以上のように、第2の実施形態に係るガラス管の成形装置200は、外径測定機構130Aで測定されるガラス管Sの外径に基づいて、電磁弁162を開閉し、ガラス管S内の圧力変動を打ち消すように気圧調整室160内の圧力を制御している。このため、ガラス管Sの冷却プロセスへの影響を抑えつつガラス管Sの寸法をコントロールすることできる。この結果、ガラス管Sの寸法精度を向上させることができる。その他の効果は、第1の実施形態に係るガラス管の成形装置100と同じである。
なお、上記説明では、ガラス管S内の外径と、制御機構170のNVRAMに記憶された閾値との比較に基づいて、気圧調整室160内の圧力を制御しているが、ガラス管S内の圧力変化とガラス管Sの寸法変化との相関関係を予め調べて制御機構170のVRAMへ記憶しておき、この記憶された相関関係及びガラス管S内の圧力に基づいてガラス管Sの寸法変化を予測し、気圧調整室160内の圧力を制御するように構成してもよい。
(第2の実施形態の変形例)
上記第2の実施形態に係るガラス管の成形装置200では、ガラス管S内の圧力変動を打ち消すために、ガラス管Sの外径が閾値を超えた場合に、電磁弁162をOpenして、気圧調整室160内を減圧している。しかしながら、ガラス管S内の圧力変動を打ち消すために、ガラス管Sの外径が閾値の範囲外となった場合に、気圧調整室160内を加減圧する構成としてもよい。この場合、ガラス管Sの外径が閾値の範囲外となった場合に、送風機161の送風量を増減加させればよい。具体的には、送風機161の回転数をインバータにより制御する方法や送風機161と気圧調整室160との間の送風管の開口面積を可変制御することでも可能である。このように構成しても、第2の実施形態に係るガラス管の成形装置200と同様の効果を得ることができる。
(その他の実施形態)
以上のように、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。例えば、上記第1,第2の実施形態では、それぞれガラス管S内の圧力と、ガラス管Sの外径に基づいて、気圧調整室160内の圧力を制御しているが、ガラス管S内の圧力及びガラス管Sの外径に基づいて、気圧調整室160内の圧力を制御するように構成してもよい。
本発明のガラス管の成形装置及び成形方法は、寸法精度に優れた大口径のガラス管を成形することができる。
100,200…ガラス管の成形装置、110…成形機構、111…マッフル炉、112…ガラス管成形用スリーブ、113…ブローパイプ、114…エア供給機、115…回転機構、120A,120B…管引き機構、121,122…ローラ、130…圧力測定機構、130A…外径測定機構、140…検査機構、150…切断カッター、160…気圧調整室、161…送風機、162…電磁弁、170…制御機構、180…搬送機構、G…溶融ガラス、S…ガラス管。

Claims (14)

  1. ダンナー法によるガラス管の成形装置であって、
    溶融ガラスを管状に成形するスリーブと、
    前記スリーブを回転させる駆動手段と、
    前記スリーブの先端から管状に成形されたガラス管を引く管引き手段と、
    前記スリーブ側から前記ガラス管内へ気体を供給する気体供給手段と、
    前記ガラス管内の圧力を測定する圧力測定手段と、
    室内気圧を調整可能な気圧調整室内に配置され、前記ガラス管を所定長に切断する切断手段と、
    前記ガラス管内の圧力が所定の値を超えると、前記気圧調整室内の圧力を低くする制御手段と、
    を備えることを特徴とするガラス管の成形装置。
  2. ダンナー法によるガラス管の成形装置であって、
    溶融ガラスを管状に成形するスリーブと、
    前記スリーブを回転させる駆動手段と、
    前記スリーブの先端から管状に成形されたガラス管を引く管引き手段と、
    前記スリーブ側から前記ガラス管内へ気体を供給する気体供給手段と、
    前記ガラス管内の圧力を測定する圧力測定手段と、
    室内気圧を調整可能な気圧調整室内に配置され、前記ガラス管を所定長に切断する切断手段と、
    前記ガラス管内の圧力が所定の値以下であると、前記気圧調整室内の圧力を高くする制御手段と、
    を備えることを特徴とするガラス管の成形装置。
  3. 前記ガラス管の内径が、前記スリーブの先端の外径の10分の1以上であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のガラス管の成形装置。
  4. ダンナー法によるガラス管の成形装置であって、
    溶融ガラスを管状に成形するスリーブと、
    前記スリーブを回転させる駆動手段と、
    前記スリーブの先端から管状に成形されたガラス管を引く管引き手段と、
    前記スリーブ側から前記ガラス管内へ気体を供給する気体供給手段と、
    前記ガラス管の外径を測定する外径測定手段と、
    室内気圧を調整可能な気圧調整室内に配置され、前記ガラス管を所定長に切断する切断手段と、
    前記ガラス管の外径の変動に応じて、前記気圧調整室内の圧力を制御する制御手段と、
    を備えることを特徴とするガラス管の成形装置。
  5. 前記ガラス管の内径が、前記スリーブの先端の外径の10分の1以上であることを特徴とする請求項4に記載のガラス管の成形装置。
  6. 前記制御手段は、
    前記ガラス管の外径が所定の値以下を超えると、前記気圧調整室内の圧力を低くすることを特徴とする請求項4又は請求項5に記載のガラス管の成形装置。
  7. 前記制御手段は、
    前記ガラス管の外径が所定の値以下であると、前記気圧調整室内の圧力を高くすることを特徴とする請求項4乃至請求項6のいずれかに記載のガラス管の成形装置。
  8. ダンナー法によるガラス管の成形方法であって、
    回転するスリーブに溶融ガラスを巻き付けて管状に成形する工程と、
    前記スリーブの先端から管状に成形されたガラス管を引く工程と、
    前記スリーブ側から前記ガラス管内へ気体を供給する工程と、
    室内気圧を調整可能な気圧調整室内において前記ガラス管を所定長に切断する工程と、
    前記ガラス管内の圧力が所定の値を超えると、前記気圧調整室内の圧力を低くする工程と、
    を有することを特徴とするガラス管の成形方法。
  9. ダンナー法によるガラス管の成形方法であって、
    回転するスリーブに溶融ガラスを巻き付けて管状に成形する工程と、
    前記スリーブの先端から管状に成形されたガラス管を引く工程と、
    前記スリーブ側から前記ガラス管内へ気体を供給する工程と、
    室内気圧を調整可能な気圧調整室内において前記ガラス管を所定長に切断する工程と、
    前記ガラス管内の圧力が所定の値以下であると、前記気圧調整室内の圧力を高くする工程と、
    を有することを特徴とするガラス管の成形方法。
  10. 前記ガラス管の内径が、前記スリーブの先端の外径の10分の1以上であることを特徴とする請求項8又は請求項9に記載のガラス管の成形方法。
  11. ダンナー法によるガラス管の成形方法であって、
    回転するスリーブに溶融ガラスを巻き付けて管状に成形する工程と、
    前記スリーブの先端から管状に成形されたガラス管を引く工程と、
    前記スリーブ側から前記ガラス管内へ気体を供給する工程と、
    室内気圧を調整可能な気圧調整室内において前記ガラス管を所定長に切断する工程と、
    前記ガラス管の外径の変動に応じて、前記気圧調整室内の圧力を制御する工程と、
    を有することを特徴とするガラス管の成形方法。
  12. 前記ガラス管の内径が、前記スリーブの先端の外径の10分の1以上であることを特徴とする請求項11に記載のガラス管の成形方法。
  13. 前記圧力を制御する工程は、
    前記ガラス管の外径が所定の値を超えると、前記気圧調整室内の圧力を低くすることを特徴とする請求項11又は請求項12に記載のガラス管の成形方法。
  14. 前記圧力を制御する工程は、
    前記ガラス管の外径が所定の値以下であると、前記気圧調整室内の圧力を高くすることを特徴とする請求項11乃至請求項13のいずれかに記載のガラス管の成形方法。
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