JPH0475853B2

JPH0475853B2 -

Info

Publication number: JPH0475853B2
Application number: JP61004331A
Authority: JP
Inventors: Akira Urano; Ryuji Tono; Eiji Fujiwara
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1986-01-14
Filing date: 1986-01-14
Publication date: 1992-12-02
Also published as: JPS62162632A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕本発明は所望の外径・内径・断面積を有するガ
ラスパイプを効率的にかつ、清浄な状態で精度よ
く製造する新規な方法に関するものである。〔従来の技術〕従来よりガラスパイプのサイズを調整するため
の手段として該ガラスパイプの外径を調整する目
的で行う拡径法と、該ガラスパイプの断面積を調
整する目的で行う延伸法が知られており、これら
二つの方法を分離して何回か繰り返し実施するこ
とによつて、所望のサイズを有するガラスパイプ
を得ていた。ここで拡径法と延伸法について詳述すると、い
ずれの方法においてもまず、出発材となるガラス
パイプを旋盤で保持し、該ガラスパイプの周囲に
熱源を配し、熱源によりガラスパイプを部分的に
加熱しつつ、該ガラスパイプをそれ自身の軸を中
心として回転させることにより該ガラスパイプの
外周方向の温度分布を均一化させる。拡径法においては該ガラスパイプの内部の圧力
をその外部の圧力より高くして、該ガラスパイプ
の加熱溶融部分の断面積を一定に保ちながら外径
を拡げ、その拡径部分付近の外径をモニターしな
がら、制御された速度で熱源を該ガラスパイプの
軸と平行な方向に移動させることによつて、該ガ
ラスパイプの長手方向に連続的に拡径操作を行
い、均一な拡大された外径と一定の断面積を有す
るガラスパイプを得る。一方、延伸法においては、該ガラスパイプの一
端を該ガラスパイプを伸ばす方向に制御された速
度で移動させる、この操作の前後で該ガラスパイ
プの加熱溶融部分の体積は一定に保たれるが長さ
が伸びるため、その部分の断面積は小さくなるこ
とになり、表面張力の効果が働いて外径が収縮す
る。そして、その加熱溶融部分付近をモニターし
ながら、制御された速度で熱源を該ガラスパイプ
の軸と平行な方向に移動させることによつて、該
ガラスパイプの長手方向に連続的に延伸操作を行
い、均一な収縮した外径と断面積を有するガラス
パイプを得るものである。〔発明が解決しようとする問題点〕しかしながら、従来の技術では、前述したよう
に、拡径法と延伸法を分離して何度か繰り返し実
施することによつて、目的とするサイズを有する
ガラスパイプを得るため、加工に要する手間と時
間は膨大であつた。また、工程の合間にガラスパ
イプが雰囲気によつて汚染されたり、余熱と自重
によると考えられる変形破損などの弊害も稀に発
生した。特に重要な問題点としては、繰り返し加
工を行うことによつて各加工工程での誤差が積み
重つて、最終目的であるガラスパイプの精度が悪
くなるということが挙げられる。本発明は従来法の欠点を解消し、簡単な工程で
精度良く効率的に所定サイズのガラスパイプを得
る加工法を意図するものである。〔問題点を解決するための手段〕本発明は以上挙した如き問題に鑑み、所謂延伸
法と拡径法を制御しつつ同時進行的に実施するこ
とにより、所望の外径・内径・断面積を有するガ
ラスパイプを効率的にかつ、清浄な状態で精度よ
く製造するものである。すなわち本発明はガラスパイプを回転させつつ
加熱溶融し所定サイズに加工する方法において、
延伸法および拡径法を制御しつつ同時に行うにあ
たり、ガラスパイプの外径をモニターしつつ加熱
熱源および該ガラスパイプの一端を一定速度で移
動させるか又は該ガラスパイプの両端を夫々一定
速度で移動させ、それと同時に該ガラスパイプ内
部の圧力を制御し、それにより該ガラスパイプの
外径および断面積を所定サイズとすることを特徴
とするガラスパイプの加工方法である。本発明に用いる出発材たるガラス管の材質とし
ては、特に好ましくは純粋石英ガラス又は石英ガ
ラスに少なくとも１種類以上の金属酸化物を添加
したガラス等が挙げられるが、勿論これ以外のガ
ラスも使用できる。また本発明に用いる熱源として特に好ましく
は、酸水素火炎、熱プラズマまたは電気抵抗炉が
挙げられるが、これらのみに限定されるものでは
ない。本発明におけるガラス管内部の圧力の制御は、
窒素ガス・不活性ガス等をガラス管内部に導入し
て、大気圧に対しガラス管内を高圧にして拡径効
果を得てもよいし、パイプを含有する外部閉空間
を真空ポンプ等により減圧して同様の効果を得る
ことによつてもよい。以下、図面を参照して本発明を具体的に説明す
る。第１図は本発明の実施態様を説明する図であ
り、同図中１は出発材となるガラスパイプ、２は
ガラス旋盤を示す。ガラス旋盤２は固定された主
軸台３とその主軸台３に取りつけられたチヤツク
４、及び可動式の主軸台５とその主軸台５に取り
つけられたチヤツク６を備えており、また、主軸
台３と主軸台５の間に、熱源である酸水素バーナ
７と、ガラスパイプ１の外径を測定する外径モニ
ター装置８を、主軸台３と主軸台５の間で移動で
きるように装備してある。また同図中９は例えば
窒素ガス又は不活性ガス等の加圧用ガス供給管で
ある。ガラスパイプ１の一端を加圧用ガス供給管９に
接続し、他端を密封してチヤツク４とチヤツク６
によつて保持し、該ガラスパイプ１の軸を中心に
該チヤツク４とチヤツク６を同期して回転させ
る。それと同時に酸水素バーナ７に水素及び酸素
を導入し酸水素火炎を形成させ、これによつてガ
ラスパイプ１を部分的に加熱する。チヤツク６お
よび酸水素バーナ７をあらかじめ設定した速度ｖ
およびＶで各々第１図中の矢印で示す方向に移動
させる。この操作によつて、延伸効果を得る。ま
た、酸水素バーナ７と同期して外径モニター装置
８も移動させながらガラスパイプ１の外径を連続
的に測定する。外径モニター装置８の出力信号は
外径制御装置（図示せず）に入力され、あらかじ
め設定された外径との公差を最小とするように、
加圧用ガス供給管９を経てガラスパイプ１の内部
に導入される例えば窒素ガス等の加圧用ガス量を
制御し、ガラスパイプ１の内圧を調整し、これに
より極めて高精度の拡径効果を得る。これら一連の操作を行うにあたつてあらかじめ
設定すべき、ｖ及びＶは以下のようにして決定す
る。まず、出発材であるガラスパイプ１の断面積
をS₀、長さをＬとし、加工後のガラスパイプの断
面積をS₁とすれば、下記(1)式 S₀L＝S₁（Ｌ＋Ｌ／Ｖｖ） ……(1) なる関係が成り立つ。従つて、下記(2)式 S₀／S₁＝（１＋ｖ／Ｖ） ……(2) となり、S₀／S₁からｖとＶの比が決定される。次にｖ及びＶ各々の値については、ガラスパイ
プ１の断面積及び材質、酸水素火炎の能力等を考
慮し、該ガラスパイプ１に過大な張力がかから
ず、かつ外径制御可能な範囲から選択される。一
般にｖ、及びＶが大きい程、ガラスパイプ１にか
かる張力は大きくなり、ｖ及びＶが小さい程、ガ
ラスパイプの粘性が小さくなり、外径制御が困難
になる。本発明者らが鋭意検討した結果得た、こ
れらｖ、及びＶの最適条件の一例を下記の表１に
示す。このようにして、所望の外径、内径、断面
積を有するガラスパイプを得る。

〔実施例〕

実施例１第１図に示した構成・方法に従い、ガラスパイ
プ１として、外径、内径、断面積が夫々23.9mm、
16.9mm、224.3mm²である純粋な合成石英管を用い
た。加工時に酸水素バーナ７に導入した水素ガス
及び酸素ガスの流量はそれぞれ55／分及び18
／分であつた。またチヤツク６及び酸水素バー
ナ７の移動速度ｖ及びＶは各々45.0mm／分及び
59.5mm／分であつた。この結果、加工後に得たガ
ラスパイプの外径、内径、断面積はそれぞれ27.0
mm、23.8mm、127.7mm²で、設計値と一致する非常
によい精度で所望の外径及び断面積を実現した。
また、加工後のガラスパイプの長手方向の外径変
動も±0.3mmの範囲内であつた。この加工に要し
た時間は準備作業の時間も含めて約30分であり、
従来の方法でこのようなガラスパイプを得るため
の所要時間の1/2以下であつた。実施例２実施例１と同様に第１図の構成・方法にで石英
ガラスパイプを加工した。出発材ガラスパイプ１
として弗素を1.5重量パーセント添加した合成石
英管を用いたが、該石英管は外径、内径、断面積
が各々25.0mm、150mm、314.2mm²であつた。加工時
に酸水素バーナ７に導入した水素ガス及び酸素ガ
スの流量は各々50／分、20／分であつた。ま
た、チヤツク６及び酸水素バーナ７の移速度ｖ及
びＶは各々45.0mm／分、26.8mm／分であつた。この結果、加工後に得たガラスパイプの外径、
内径、断面積は各々30.0mm、27.4mm、117.2mm²で外
径、内径は設計値と一致し、断面積は−0.1mm²と
いう非常によい精度で所望の外径、内径、断面積
を実現した。また、加工後に得たガラスパイプの
長手方向の外径変動は±0.2mmの範囲内であつた。実施例３第２図に示した構成・方法に従い、ガラスパイ
プを加工した。出発材ガラスパイプとして、外
径、内径、断面積がそれぞれ33.0mm、21.0mm、
508.9mm²の合成石英管を用いた。加工時の電気抵
抗炉内の温度を熱電対を用いて測定したところ
1850℃であつた。またチヤツク４及び６の移動速
度Ｖ及びｖは各々22.0mm／分、及び68.5mm／分で
あつた。この結果得られたガラスパイプの外径、内径、
断面積は各々、28.0mm、24.0mm、163.4mm²で設計値
と一致する非常によい精度で所望の外径及び断面
積を実現した。また得られたガラスパイプのOH
基含有量を赤外分光法で測定したところ検出限界
（100ppm）以下で非常に低OH含有量のガラスパ
イプであることが示された。実施例４本実施例４においては第２図の構成で架台が水
平となるようにし、熱源として電気抵抗炉１３に
かえて熱プラズマを使用する以外は、実施例３と
同様の操作にて水平に保持した合成石英パイプを
加工した。該石英パイプの外径、内径、断面積は
各々26.0mm、18.0mm、276.5mm²であつた。又、両端
のチヤツクの移動速度Ｖ及びｖは各々34.0mm／
分、66.9ミリミ／分であつた。この結果得られた
ガラスパイプの外径、内径、断面積は各々28.0
mm、24.6mm、140.5mm²で設計値と一致する非常に
よい精度で所望の外径及び断面積を実現した。ま
た、得られたパイプは実施例３と同様に非常に
OH含有量の少いものであつた。以上述べたように、熱源として電気抵抗炉或は
熱プラズマを用いることによつて、OH含有量の
極めて少いガラスパイプが得られる。尚、実施例
３及び４ではガラスパイプの両端を保持するチヤ
ツクを移動させているが、これは実施例１のよう
に片側のチヤツクを固定し、他端のチヤツクと熱
源を移動させることによつても同様の効果が得ら
れることはいうまでもない。なお上記の実施例１〜４において、ガラスパイ
プ内に導入する加圧用窒素ガスの流量はいずれ
も、0.6〜20／分の範囲内にて制御されている。比較例１本比較例１においては純粋な合成石英パイプを
加工するにあたり、延伸工程と拡径工程と分離し
て行つた。使用した機械装置は第１図に示すもの
と概略同様であるが、どちらの工程においても、
外径制御装置により酸水素バーナ７及びチヤツク
６の移動速度を制御し、拡径工程において、ガラ
スパイプ１の内部に導入される窒素ガスの流量は
一定とした。最初に石英ガラスパイプを延伸法に
より加工し所望の断面積を得た。この延伸法の操
作について詳述すると、第１図においてまず出発
材であるガラスパイプ１をチヤツク４及びチヤツ
ク６で保持し、該ガラスパイプ１の軸を中心に回
転させながら酸水素バーナ７に導入した水素ガス
及び酸素ガスにより形成される酸水素火炎によつ
て、該ガラスパイプ１を部分的に加熱溶融させ
る。そして該ガラスパイプ１の加熱溶融部分付近
の外径を外径測定装置８でモニターしながら、あ
らかじめ設定された外径と測定されたガラスパイ
プ１の外径との公差が最小になるように制御され
た速度で、酸水素バーナ７とチヤツク６を第１図
に示す矢印の方向へ移動させる。このようにし
て、ガラスパイプ１の外径を全長にわたつて制御
することにより断面積を調整した。次に拡径法に
より、加工しガラスパイプ１の外径を調整した。
拡径法においては延伸法と概略同様の操作を行う
が、チヤツク６の位置と、ガラスパイプ１内に導
入される窒素ガスの流量は一定とし、酸水素バー
ナ７の移動速度のみを、モニターされたガラスパ
イプ１の外径と、あらかじめ設定された外径との
公差を最小にするように制御した。このような操作により、ガラスパイプ１の外径
を全長にわたつて調整した。これら一連の加工を
行うにあたり使用した石英ガラスパイプの初期の
外径、内径、断面積は各々20.0mm、10.0mm、235.6
mm²であつた。延伸工程で酸水素バーナ７に導入し
た、水素ガス及び酸素ガスの流量はそれぞれ、60
／分、18／分であつた。延伸加工後の石英ガ
ラスパイプの外径、内径、断面積は各々15.2mm、
7.6mm、136.1mm²であつた。この際の石英ガラスパ
イプの長手方向の外径変動は±0.2mmの範囲内に
あつた。拡径工程において、酸水素バーナ７に導
入した水素ガス及び酸素ガスの流量は各々50／
分、18／分であり、加工後のガラスパイプの外
径、内径、断面積は各々27.0mm、23.6mm、135.6mm²
であつた。またこの際の石英ガラスパイプの長手
方向の外径変動は±0.7mmで変動幅が若干大きく
なつた。これら一連の加工に要した時間は準備作
業の時間も含めて、約１時15分であつた。〔発明の効果〕以上、述べたように、ガラスパイプを加工する
際に、該ガラスパイプの内部の圧力を制御しなが
ら、延伸加工と拡径加工を同時進行的に行うこと
によつて、従来より、効率よく短時間で精度のよ
いガラスパイプを得ることが可能になつた。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の実施態様を概略説
明する断面図であり、第１図は酸水素バーナー熱
源と固定式主軸台を用いる例、第２図は電気抵抗
炉熱源と可動式主軸台を用いる例を示す。

Claims

【特許請求の範囲】１ガラスパイプを回転させつつ加熱溶融し所定
サイズに加工する方法において、延伸法および拡
径法を制御しつつ同時に行うにあたり、ガラスパ
イプの外径をモニターしつつ加熱熱源および該ガ
ラスパイプの一端を一定速度で移動させるか又は
該ガラスパイプの両端を夫々一定速度で移動さ
せ、それと同時に該ガラスパイプ内部の圧力を制
御し、それにより該ガラスパイプの外径および断
面積を所定サイズとすることを特徴とするガラス
パイプの加工方法。２ガラスパイプが純石英ガラスである特許請求
の範囲第１項に記載されるガラスパイプの加工方
法。３ガラスパイプが石英ガラスに少なくとも１種
以上の金属酸化物を添加したガラスである特許請
求の範囲第１項に記載されるガラスパイプの加工
方法。４ガラスパイプが弗素を添加した石英ガラスで
ある特許請求の範囲第１項に記載されるガラスパ
イプの加工方法。５加熱は酸水素炎・電気抵抗炉または熱プラズ
マにより行なう特許請求の範囲第１項に記載され
るガラスパイプの加工方法。