TWI758187B - 玻璃管溢流成型設備 - Google Patents

Abstract

一種玻璃管溢流成型設備，使用一溢流成型模組，溢流成型模組包括：供料管、溢流成型管、通氣管：供料管頂部具有入口，底部具有橫向的數個限流口；溢流成型管內部具有一分隔板，供料管底部結合於分隔板，使溢流成型管內與分隔板之間形成溢流槽，溢流成型管頂緣為溢流堰，溢流堰高度高於限流口；通氣管由外界進入供料管內且貫通分隔板，進氣管設有供氣口及出氣口，供氣口連接外部供氣設備，出氣口位於溢流成型管底緣內壁；藉此，使得高溫熔融玻璃膏由供料管進入，經限流口流至溢流槽內，之後經溢流堰溢流而出並沿著溢流成型管形成一尺寸精準的玻璃管。

Description

玻璃管溢流成型設備

本發明為一種涉及玻璃管製造的技術領域，尤其指一種利用溢流方式生產精密玻璃管的製造工藝。

隨著科技不斷進步，光學玻璃管應用範圍廣，但對光學玻璃管需求也越來越高，例如用於5G通信裝置所使用的一體成型玻璃機殼，一體成型玻璃機殼能取代現有上下兩組合3D曲面玻璃與金屬邊框所構成的結構，然而此類對玻璃管徑、厚度要求也較為嚴格，例如：一體成型玻璃機殼的尺寸對角線須達到7吋至10吋，且玻璃管厚度控制在0.3~1.5mm、尺寸公差±0.1mm以內，此增加了生產製造的困難度。

玻璃管的內直徑、壁厚是通過成形構件與和熔融物通道出口構件之間的環形間隙尺寸、流出熔融玻璃的溫度及黏度、出口開口下游溫度、空氣壓力、以及牽引裝置的拉抻力或牽拉速度來確定。對一些精密度要求高的玻璃管，更要求在玻璃管壁有高水準的尺寸穩定性(dimensional stability)，最小同心度(concentricty)偏差及壁厚變異小於產品的整體壁厚度5%，對此就存在一種對精密玻璃管成型設備的需求。

為實現前述目的，本發明採用了如下技術方案：

本發明為一種玻璃管溢流成型設備，使用一溢流成型模組，溢流成型模組包括：供料管、溢流成型管、通氣管：供料管頂部具有入口，底部具有橫向的數個限流口；溢流成型管內部具有一分隔板，供料管底部結合於分隔板，溢流成型管內與分隔板之間形成溢流槽，溢流成型管頂緣為溢流堰，溢流堰高度高於限流口；通氣管由外部進入供料管內且貫通分隔板，進氣管設有供氣口及出氣口，供氣口連接外部供氣設備，出氣口位於溢流成型管底緣內壁；藉此，使得高溫熔融玻璃膏由供料管進入，經限流口流至溢流槽內，之後經溢流堰溢流而下並沿著溢流成型管形成一尺寸精準的玻璃管。

作為較佳優選實施方案之一， 通氣管位於成型管內區段的管徑呈由上而下漸增的錐狀。

作為較佳優選實施方案之一，溢流成型管的管徑及尺寸皆較供料管底部大，使供料管底部結合於分隔板，使溢流槽形成於溢流成型管、分隔板及供料管之間。

作為較佳優選實施方案之一，溢流成型管外型截面輪廓，等於最終欲成型的玻璃管截面形狀，截面輪廓形狀可為圓形、正方形、矩形、扁平、橢圓形、六角型其中一種。

作為較佳優選實施方案之一，在通氣管的出氣口呈環狀且分佈於溢流成型管內緣。

作為較佳優選實施方案之一，溢流成型管下方還安裝一環狀冷卻吹氣管，環狀冷卻吹氣管呈環狀且能對由通過之玻璃管外圍區域吹氣。

作為較佳優選實施方案之一，進一步可使用一高溫爐，高溫爐是在爐體內依序分為均質區、降溫區及成型區，均質區內設有均質槽、降溫區設有金屬導流管，成型區內設有溢流成型模組，均質槽、金屬導流管、供料管及溢流成型管由上而下依序相連，構成高溫熔融玻璃膏的流動路徑。

作為較佳優選實施方案之一，均質區內除均質槽外，還包括第一組加熱器及攪拌器，第一組加熱器設置於均質槽與爐體之間的空間內，維持均質槽內的溫度，攪拌器設置於均質槽內，用以攪拌熔融玻璃膏確保玻璃膏維持品質均勻一致。

作為較佳優選實施方案之一，降溫區內除了金屬導流管外，還包括第二組加熱器，第二組加熱器設置於金屬導流管與爐體之間的空間內，且控制金屬導流管的溫度，金屬導流管頂端銜接均質槽，底部銜接供料管。

作為較佳優選實施方案之一，成型區內除了溢流成型模組外，還包括第三組加熱器，第三組加熱器設置於溢流成型模組與爐體之間的空間內。

作為較佳優選實施方案之一，另可設有電極連接均質槽、金屬導流管及溢流成型模組，當構件內具有熔融玻璃膏流動，經直接通電後可使均質槽、金屬導流管或溢流成型模組具有直接加熱且精密控制溫度之作用。

與現有技術相比，本創作玻璃管溢流成型設備具有下列具體的功效： 1.       因溢流堰高度高於限流口，熔融玻璃膏是先匯聚於溢流槽內，使得熔融玻璃膏壓力得以釋放液位平衡後才經溢流堰溢出，如此能全周圍小單元流量趨近一致精準地控制玻璃管壁厚度； 2.       從溢流堰流下的熔融玻璃膏表面未與任何模具接觸，使得熔融玻璃膏表面能得光滑潔淨的鏡面； 3.       利用一可控制氣氛的高溫爐提供均質優質具特殊光學特性的熔融玻璃膏，以最短的路徑採向下溢流成型方法，可以得到最佳品質的玻璃管； 4.       成型玻璃管的過程中內、外均設有吹氣冷卻，能有效控制熔融玻璃膏黏度及玻璃管冷却成型。

下面將結合具體實施例和附圖，對本發明的技術方案進行清楚完整地描述。需要說明的是，當元件被稱為「安裝於或固定於」另一個元件，意指它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是「連接」另一個元件，意指它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。在所示出的實施例中，方向表示上、下、左、右、前和後等是相對的，用於解釋本案中不同部件的結構和運動是相對的。當部件處於圖中所示的位置時，這些表示是恰當的。但是，如果元件位置的說明發生變化，那麼認為這些表示也將相應地發生變化。

除非另有定義，本文所使用的所有技術和科學術語與屬於本創作技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中所使用的術語只是為了描述具體實施例的目的，不是旨在限制本創作。本文所使用的術語「和/或」包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

如圖1及圖2所示，為本創作之玻璃管溢流成型設備是使用一溢流成型模組1，溢流成型模組1包括:供料管11、溢流成型管12、通氣管13。供料管11頂部具有入口111，底部具有數個限流口112。溢流成型管12內部具有一分隔板121，供料管11底部結合於分隔板121，使溢流成型管12內與分隔板121之間形成溢流槽122，溢流成型管12頂緣為溢流堰123，溢流堰123高度高於限流口112。通氣管13由外部進入供料管11內且並貫通分隔板121後下延伸，通氣管13具有供氣口131及出氣口132，供氣口131連接外部供氣設備，出氣口132位於溢流成型管12底部內緣；藉此，使得高溫熔融玻璃膏由供料管11進入，匯聚於溢流槽122後，再由溢流堰123向外溢出，藉此構成厚度均一且尺寸精準的玻璃管。

接著就各構件的結構作一詳細的說明：

玻璃原料混合物是經高溫熔融後形成熔融玻璃膏，之後再經溢流成型為玻璃管，玻璃組成分是依實際實施方式而為相對的變化。例如:玻璃組成份可包括：二氧化矽(SiO2)、氧化鋁(Al ₂O ₃)、氧化硼(B ₂O ₃)、碱土氧化物(例如MgO、CaO、SrO、或BaO)、和一種或多種額外的氧化物或澄清劑（例如ＳnO ₂、ZrO ₂、CeO ₂、Bi ₂O ₃、Fe ₂O ₃、Na ₂CO ₃、ZnO、TiO ₂），但並不僅限於此。

供料管11、溢流成型管12、通氣管13為耐高溫抗氧化材料所構成，例如鐵及其合金、銅及其合金、鉻、鉑金、鉑金合金、鉑銠合金等，最好能易於脫模以增加成型後之玻璃管內外壁光潔度，在本實施例所是由鉑金合金製成。供料管11頂部具有入口111，底部側壁具有橫向開設的多個限流口112。溢流成型管12的管徑及尺寸皆較供料管11的底部尺寸大，使供料管11底部能結合於溢流成型管12內的分隔板121處。

溢流成型管12內部有一分隔板121，使分隔板121上方與溢流成型管12內及供料管11之間形成溢流槽122。溢流成型管12頂緣為溢流堰123，溢流堰123高度高於限流口112。溢流成型管12外型截面輪廓，等於最終欲成型的玻璃管截面形狀，例如截面輪廓形狀為圓形、正方形、矩形、扁平、橢圓形、六角形，如圖4所示，所製成的玻璃管形狀就為圓形管、正方形管、矩形管、扁平管、橢圓形管、六角形管。在生產過程中為了讓熔融玻璃膏流動及成型，供料管11底部形狀也可為尺寸較縮小且對應於溢流成型管12形狀的管體。

通氣管13設有進氣口131，連接於一外部的供氣設備，以供給氣體冷卻成型玻璃管，如圖2所示，當通氣管13進入供料管11後，此區段的管徑是呈由上而下漸增的錐狀，最後以同心方式並銜接於溢流成型管12內緣，如圖3所示，在本實施中通氣管13的出氣口132呈環狀分佈且相接於溢流成型管12底部出口內緣。

本創作的設計重點在於：熔融玻璃膏會經由供料管11的入口111進入，再由限流口112流入分隔板121所形成的溢流槽122內，因限流口112的高度低於溢流堰123，熔融玻璃膏得匯聚於溢流槽122內，且使液態熔融玻璃膏壓力得以釋放液位平衡，之後由溢流堰122向外溢出，接著沿著溢流成型管12外壁流動，以形成對應斷面輪廓的玻璃管；通氣管13會由出氣口132於溢流成管12底緣吹出氣體，同步冷却已成型玻璃管內壁。藉此本發明玻璃管採溢流成型方式，模具設計具有內外層，熔融玻璃膏在精準控制成型溫度下，由上方供料管11流入溢流槽122內，使熔融玻璃膏在溢流槽122形成全周壓力處在同液位狀態，使全周微小單元流量趨近相等，藉以達到厚度偏差量小精度高之功能。

如圖5所示，本創作玻璃管溢流成型設備所使用之高溫爐的剖面示意圖。高溫爐2一側(圖中的左側)會連接一熔爐澄清槽3，以將玻璃組成物原料加熱熔融為熔融玻璃膏，過程中經加熱熔解、澄清作業後熔融玻璃膏才進入高溫爐2內。熔融玻璃膏在熔解區、澄清區與均質區製程中，可以控制需求環境氣氛，如中性、氧化、還原…等。另外本發明成型系統的設計還要嚴守流體力學的三大方程，如質量守恆定律、動量守恆定律及能量守恆定律。

本創作高溫爐2是在一爐體20內依序分為均質區21、降溫區22及成型區23。均質區21內設有均質槽211、降溫區22設有金屬導流管221，成型區23內設有溢流成型模組1。均質槽211、金屬導流管221、供料管11及成型溢流管12由上而下依序相連，構成熔融玻璃膏的流動路徑。

均質區21是讓熔融玻璃膏在此區內均勻調合，輸出品質均勻一致的熔融玻璃膏。均質區21內除均質槽211外，還包括第一組加熱器212及攪拌器213。第一組加熱器212設置於均質槽211與爐體20之間的空間內，以維持均質槽211內的溫度，此溫度大約在500~1500℃。攪拌器213位於均質槽211，用以攪拌熔融玻璃膏維持均勻一致的品質。均質槽211槽體上半部以上位置連接一輸送管214，輸送管214連接熔爐澄清槽3，均質槽211底部連通金屬導流管221。藉此加熱、澄清後的熔融玻璃膏經輸送管214流入均質槽211內，經攪拌均質後再經金屬導流管221向下流出。

攪拌器213可依需求選用各式設備，但並不以此為限，在本實施例中攪拌器213包括一可轉動攪拌片2131、水平位置調整組件2132及垂直位置調整組件2133，可轉動攪拌片2131的馬達是安裝於水平位置調組件2132處，可旋動及水平移動。水平位置調整組件2132則安裝於垂直位置調整組件2133處，藉此控制可轉動攪拌片2131與金屬導流管221的距離及位置，例如維持同一中心線，調整攪拌速度以控制攪拌的熔融玻璃膏品質及控制輸出品質的一致性。

降溫區22主要是讓熔融玻璃溫度下降並進而控制成型黏度，以利後續溢流成型為玻璃管。降溫區22內除了金屬導流管221外，還包括第二組加熱器222。第二組加熱器222設置於金屬導流管221與爐體20之間的空間內，以控制金屬導流管221的溫度，此溫度大約在500~1300℃。金屬導流管221頂端銜接均質槽211，底部銜接供料管11。其中均質槽211、金屬導流管221可由為耐高溫抗氧化材料所構成，例如鐵及其合金、銅及其合金、鉻、鉑金、鉑金合金、鉑銠合金等。在本實施例所是由為鉑金合金所製成。

成型區23主要是讓熔融玻璃膏流入溢流成型模組1內，利用溢流方式形成厚度均一且尺寸精準的玻璃管。成型區23內除了溢流成型模組1外，還包括第三組加熱器231，第三組加熱器231設置於溢流成型模組1與爐體20之間的空間內，控制溫度以控制溢流之熔融玻璃膏的黏度及流動速率等，進而獲得厚度均一且尺寸精準玻璃管。

另外為了提升品質，本創作也可設計具有三段直接加熱控制模式，運作方式是設有電極連接均質槽211、金屬導流管221及溢流成型模組1，當熔融玻璃膏通過上述構件中，利用前述構件皆為金屬材質具導電體特性，當電流通過時，會產生焦耳熱，達到直接加熱精密控制熔融玻璃膏溫度的目的。

當溢流成型模組1連接電極於供料管11及通氣管13，利用供料管11、溢流成型管12及通氣管13相連且為電阻金屬材料的特性，使溢流成型模組1具有直接加熱作用，使溢流成型的玻璃膏控制溫度變異小黏度均一，流量穩定，獲得高品質質量的玻璃管。

另外高溫爐2下方還設有一組環狀冷卻吹氣管4及牽引輥輪5。環狀冷卻吹氣管4是位於溢流成型管12下方，形狀呈環狀且具有吹氣口41能對由中央通過的玻璃管外圍吹氣(如圖8所示)，以冷卻並使玻璃管成型。牽引輥輪5位於環狀冷卻吹氣單元4下方，負責牽引成型後之玻璃管依預定速率移動，牽引速度此也會影響玻璃管的厚度。

如圖6及圖7所示，為本創作的運作的示意圖及局部放大示意圖。熔融玻璃膏7經輸送管214進入均質槽211內，第一組加熱器212控制均質槽211的溫度，攪拌器213持續於均質槽211內運作，使均質區21的熔融玻璃膏7獲得均勻的混合，維持最佳混合融熔狀態；之後熔融玻璃膏7經由金屬導流管221向下進入降溫區22內，第二組加熱器222控制溫度及黏度，避免降溫幅度過大；之後熔融玻璃膏7進入供料管11內，經由底部之限流口112流入分隔板121上所形成的溢流槽122內，匯聚於溢流槽122內的熔融玻璃膏7能使壓力釋放液位平衡，之後再經溢流堰123溢出，沿著溢流成型管12外型輪廓向下流動，如。此能形成相對截面輪廓且厚度均一的玻璃管。如圖8所示，通氣管13的出氣口132沿溢流成型管12底緣出口吹氣，外圍由環狀冷卻吹氣管4之吹氣管41吹氣同步冷卻熔融玻璃膏7且成型為玻璃管8，牽引輥輪5牽引玻璃管8持續向下移動，以連續生產所需之玻璃管8。本創作高溫爐2的設計優點在於：均質化後的熔融玻璃膏7向下流動、到最後成型的路徑最短，如此能讓均質化的高溫熔融玻璃膏7受重力流下，先降溫再溢流成型，維持品質的精良，且獲得厚度均一且尺寸精度佳的玻璃管8。

以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施例之範圍。即凡依本發明申請專利範圍所作的均等變化及修飾，皆為本發明之專利範圍所涵蓋。

1:溢流成型模組

11:供料管

111:入口

112:限流口

12:溢流成型管

121:分隔板

122:溢流槽

123:溢流堰

13:通氣管

131:供氣口

132:出氣口

2:高溫爐

20:爐體

21:均質區

211:均質槽

212:第一組加熱器

213:攪拌器

2131:可轉動攪拌片

2132:水平位置調整組件

2133:垂直位置調整組件

214:輸送管

22:降溫區

221:金屬導流管

222:第二組加熱器

23:成型區

231:第三組加熱器

3:電極加熱熔爐

4:環狀冷卻吹氣管

41:吹氣管

5:牽引輥輪

7:熔融玻璃膏

8:玻璃管

圖1為本發明玻璃管溢流成型設備之溢流成型模組之立體圖。

圖2為本發明玻璃管溢流成型設備之溢流成型模組之剖面圖。

圖3為本發明玻璃管溢流成型設備之溢流成型模組之仰視圖。

圖4為本發明所能成之多種形狀的玻璃管端面圖。

圖5為本發明玻璃管溢流成型設備之高溫爐之結構示意圖。

圖6為本發明玻璃管溢流成型設備運作之示意圖。

圖7為本發明玻璃管溢流成型設備運作時之局部放大示意圖。

圖8為本發明玻璃管溢流成型設備運作時，由玻璃管橫向斷面的仰視角放大圖。

1:溢流成型模組

11:供料管

111:入口

12:溢流成型管

122:溢流槽

123:溢流堰

13:通氣管

131:供氣口

Claims (11)

1. 一種玻璃管溢流成型設備，使用一溢流成型模組，該溢流成型模組包括：供料管、溢流成型管、通氣管：該供料管頂部具有入口，底部具有數個限流口；該溢流成型管內部具有一分隔板，該供料管底部結合於該分隔板，使該溢流成型管內與該分隔板之間形成溢流槽，該溢流成型管頂緣為溢流堰，該溢流堰高度高於該限流口；以及該通氣管由外部經該供料管管壁進入該供料管內後彎曲向下延伸，向下延伸的該通氣管與該供料管之間相隔一距離，該通氣管貫通該分隔板後持續向下延伸且最終與該溢流成型管相接，該進氣管設有供氣口及出氣口，該供氣口位於該供料管外且連接外部供氣設備，該出氣口位於該溢流成型管底緣內壁。
2. 如請求項1所述之玻璃管溢流成型設備，該通氣管位於該成型管內區段的管徑呈由上而下漸增的錐狀。
3. 如請求項1所述之玻璃管溢流成型設備，該溢流成型管的管徑及尺寸皆較該供料管底部大，使該供料管底部結合於該分隔板，使該溢流槽形成於該溢流成型管、該分隔板及該供料管之間。
4. 如請求項1所述之玻璃管溢流成型設備，該溢流成型管外型截面輪廓，等於最終欲成型的玻璃管截面形狀，該截面輪廓形狀為圓形、正方形、矩形、扁平形、橢圓形、六角形其中一種。
5. 如請求項1所述之玻璃管溢流成型設備，在該通氣管的出氣口呈環狀且分佈於該溢流成型管內緣。
6. 如請求項1所述之玻璃管溢流成型設備，於該溢流成型管下方還安裝一環狀冷卻吹氣管，該環狀冷卻吹氣管呈環狀且能對通過之玻璃管外圍區域吹氣。
7. 如請求項1所述之玻璃管溢流成型設備，使用一高溫爐，該高溫爐是在一爐體內依序分為均質區、降溫區及成型區，該均質區內設有均質槽、該降溫區設有金屬導流管，該成型區內設有該溢流成型模組，該均質槽、該金屬導流管、該供料管及該溢流成型管由上而下依序相連，構成高溫熔融玻璃膏的流動路徑。
8. 如請求項7所述之玻璃管溢流成型設備，該均質區內除該均質槽外，還包括第一組加熱器及攪拌器，該第一組加熱器設置於該均質槽與該爐體之間的空間內，維持該均質槽內的溫度，該攪拌器設置於該均質槽內，用以攪拌熔融玻璃膏，以確保熔融玻璃膏品質均勻一致。
9. 如請求項7所述之玻璃管溢流成型設備，該降溫區內除了該金屬導流管外，還包括第二組加熱器，該第二組加熱器設置於該金屬導流管與該爐體之間的空間內，且控制該金屬導流管的溫度，該金屬導流管頂端銜接該均質槽，底部銜接該供料管。
10. 如請求項7所述之玻璃管溢流成型設備，該成型區內除了該溢流成型模組外，還包括第三組加熱器，該第三組加熱器設置於該溢流成型模組與該爐體之間的空間內。
11. 如請求項7所述之玻璃管溢流成型設備，另外還設有電極連接該均質槽、該金屬導流管及該溢流成型模組，當構件內具有熔融玻璃膏流動， 經直接通電後可使該均質槽、該金屬導流管或該溢流成型模組具有直接加熱精密控制溫度的作用。

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