TWI763677B - 用於從玻璃預製件形成玻璃管的方法和設備 - Google Patents

Abstract

本文描述形成玻璃管的方法。在一實施例中，方法包含以下步驟：將玻璃毛胚(boule)加熱至高於玻璃毛胚之玻璃轉化溫度的溫度、在垂直向下的方向中自玻璃毛胚拉製出玻璃管，及當拉製玻璃管時使加壓氣體流經玻璃毛胚的通道。玻璃毛胚包含限定玻璃毛胚之外徑的外表面及延伸穿過玻璃毛胚的通道，該通道限定了玻璃毛胚之內徑。拉製玻璃管之步驟將玻璃毛胚之外徑減小到玻璃管之外徑，及使加壓氣體流經通道之步驟將玻璃毛胚之內徑增加到玻璃管之內徑。本文亦描述了玻璃毛胚、玻璃管及用於製造該等玻璃毛胚及該等玻璃管的設備。

Description

用於從玻璃預製件形成玻璃管的方法和設備

本申請案主張2016年6月7日所申請之標題為「Methods and Apparatuses for Forming Glass Tubing From Glass Preforms（用於從玻璃預製件形成玻璃管的方法和設備）」的美國臨時申請案第62/346,832號的優先權，其全部內容以引用方式併入本文中。

本申請案大體係關於玻璃管製造；更特定言之，係關於用於從玻璃預製件形成玻璃管的方法和設備。

已知製造玻璃管及/或棒的各種方法。此類方法可包含在鐘罩上拉製出熔融玻璃，此可沿著玻璃管的內表面產生裂紋。此外，習知方法可包含以下步驟：將玻璃的外表面與設備接觸，如改變玻璃的流動方向及/或繼續拉製玻璃。與玻璃的此種接觸可沿著玻璃管的外表面產生裂紋。舉例而言，在該等習知方法中，當玻璃流過工具時，玻璃黏度可允許成形工具在所得到的管之表面上施加縱向線(亦稱為「縱向鑲板線」)。該等縱向鑲板線為來自接觸金屬工具之玻璃的管表面上之一系列的峰及谷。如氣泡、水泡、泡泡或夾雜物的其他缺陷可能是由於玻璃在拉製前熔融而產生的。

因此，需要用於形成玻璃管的替代方法及設備以減少最終玻璃製品的缺陷。

根據一實施例，一種形成玻璃管的方法包含以下步驟：將玻璃毛胚加熱至高於玻璃毛胚之玻璃轉化溫度的溫度、在垂直向下的方向中自玻璃毛胚拉製出玻璃管，及當在垂直向下的方向中拉製玻璃管時，使加壓氣體流經玻璃毛胚的通道。玻璃毛胚包含限定玻璃毛胚之外徑的外表面及延伸穿過玻璃毛胚的通道。通道限定玻璃毛胚之內徑。拉製玻璃管之步驟將玻璃毛胚之外徑減小到玻璃管之外徑，及使加壓氣體流經通道之步驟將將玻璃毛胚之內徑增加到玻璃管之內徑。

根據另一實施例，一種用於形成玻璃管的設備包含：爐、加壓氣源、至少一對牽引輥、內徑計、外徑計及電子控制單元。爐在大致垂直方向上延伸。加壓氣源以供應導管流體耦接至位於爐內之玻璃毛胚的通道及提供加壓氣流至通道。至少一對牽引輥位於加熱腔室的下游及經配置為與自玻璃毛胚拉製出的玻璃管接合。電子控制單元通訊耦合至內徑計、外徑計、加壓氣源及至少一對牽引輥。電子控制單元包含處理器及非暫態記憶體，該非暫態記憶體儲存電腦可讀取及可執行指令，當由處理器執行該等指令時，該等指令執行以下動作：基於自外徑計接收到的信號來調整至少一對牽引輥的速度及扭矩中的至少一者，及基於自內徑計接收到的信號來調整由加壓氣源所提供之加壓氣體的流量。

將闡述額外特徵及優點於下文[實施方式]中，且所屬技術領域中具有通常知識者將自[實施方式]顯而易見或藉由實踐本文所述的實施例來確認部分的額外特徵及優點，該等本文所述的實施例包含下文[實施方式]、申請專利範圍及附圖。

應當瞭解前文中的一般性描述及下文[實施方式]兩者描述了各種用於形成玻璃管之方法及設備的實施例，且意欲提供用於瞭解所要求保護標的之性質及特徵的概述或框架。附圖經包含以提供對各種實施例的進一步瞭解，且該等附圖被併入及構成本說明書的一部分。附圖圖示了本文描述的各種實施例且與說明一起用於解釋所要求保護標的的原理及操作。

現在將詳細參考用於形成玻璃毛胚及自玻璃毛胚形成玻璃管之方法及設備的各種實施例，其範例在附圖中圖示。將儘可能地在諸圖中使用相同的元件符號來表示相同或相似的部分。

圖3中圖示了玻璃管製造裝置的一實施例，及在本案中大體上以元件符號300表示該玻璃管製造裝置。玻璃管製造裝置300可通常包含提供加壓氣流至位於爐內的玻璃毛胚之內部通道的加壓氣源、用於將玻璃毛胚定位在爐內及以受控的進料速率來將玻璃毛胚放至爐內的下料單元、至少一對位於爐下游的牽引輥、內徑計、外徑計及電子控制單元。在爐中加熱玻璃毛胚以允許玻璃毛胚之下部分黏度降低，從而使得玻璃毛胚的尺寸衰減。玻璃毛胚之衰減部分形成玻璃管，該玻璃管由爐下方的至少一對牽引輥接合以拉製玻璃管。電子控制單元經配置為基於從外徑計接收的信號來調整爐內的玻璃毛胚之下料速率及調整至少一對牽引輥之速度和轉矩中的至少一者，及基於從內徑計接收的信號來調整控制氣體的流量，以控制玻璃管的形成。將於本文中特定參考附圖來描述各種用於自玻璃毛胚形成玻璃管之方法及設備的實施例。

本文中使用的定向術語（例如，上、下、右、左、前、後、頂、底、垂直及水平）僅參照所繪製的圖式，並不意欲暗示絕對取向（除非另有明確說明）。

除非另有明確說明，否則絕不意欲將本文中所闡述的任何方法解釋為要求其步驟以特定順序執行，亦不需要以任何設備的特定方向進行。因此，若方法請求項實際上未記述要由其步驟遵循的順序、或任何的設備請求項實際上未記述單個部件的順序或方向、或在申請專利範圍或說明書中未以其他方式特定說明步驟要被限制為特定順序或未記述設備之部件的特定順序或方向，則在任何方面絕不意圖推斷出順序或方向。此適用於任何可能的非明確的解釋基礎，包含：有關安排步驟、操作流程、部件順序或部件方向的邏輯問題、來自語法組織或標點符號的直白意義，及在說明書中所描述之實施例的數量或類型。

如本文所使用地，除非上下文另有明確規定，否則單數形式「一(a及an)」及「該(the)」係包含複數指示物。因此，舉例而言，除非上下文另有明確指示，否則提及「一(a及an)」部件係包含具有兩個或更多個此類部件的態樣。

參考圖1，示意性地圖示了用於形成玻璃毛胚之示例性玻璃毛胚製造系統100。玻璃毛胚製造系統100通常包括熔融玻璃輸送系統102、用於接收熔融玻璃的輸送容器104及心軸106。

熔融玻璃輸送系統102通常包含熔融容器108、澄清容器110及耦接至玻璃毛胚製造系統100之輸送容器104的混合容器112。

輸送容器104可包含用於加熱及/或維持玻璃於熔融狀態的加熱元件(未圖示)。輸送容器104亦可包含用於進一步均質化輸送容器104中之熔融玻璃的混合部件(未圖示)。在一些實施例中，輸送容器104可冷卻及調整熔融玻璃，以在將玻璃提供至心軸106前增加玻璃的黏度。

輸送容器104可包含在其底部的開口118。在各種實施例中，開口118是圓形的，但該開口118亦可為類橢圓(oval)、橢圓形(elliptical)或多邊形，且其尺寸設計成允許熔融玻璃120流經輸送容器104中的開口118。熔融玻璃120可直接自輸送容器104中的開口118流過心軸106，以形成玻璃毛胚122。

仍參考圖1，在各種實施例中，玻璃毛胚製造系統100更包含圍繞心軸106定位的外模具124，使得熔融玻璃120從心軸106及外模具124之間的輸送容器104流出。外模具124可具有為非圓形形狀的內部幾何形狀，該內部幾何形狀對應於輸送容器104中的開口118。外模具124的外部形狀可為有助於支撐基礎設施的任何形狀。

在操作中，如箭頭2所示地，將玻璃批料引入熔融容器108中。玻璃批料在熔融容器108中熔化以形成熔融玻璃120。熔融玻璃120流入澄清容器110，該澄清容器具有從熔融容器108接收熔融玻璃120的高溫處理區域。澄清容器110自熔融玻璃120中除去泡泡。澄清容器110藉由連接管111來流體耦接至混合容器112。亦即，從澄清容器110流到混合容器112的熔融玻璃120流經連接管111。熔融玻璃120(如藉由攪拌)在混合容器112中均質化。混合容器112接著藉由進料管113來流體耦接至輸送容器104。

熔融玻璃接著流過輸送容器104中的開口118並在心軸106上方，該心軸106在玻璃毛胚122中形成通道126。在包含外模具124的實施例中，外模具124形成玻璃毛胚122的外表面128。心軸106和外模具124一起淬冷玻璃，形成具有內部通道的玻璃毛胚122。一旦形成，玻璃毛胚122被退火，其將玻璃毛胚122加熱至在再加熱玻璃毛胚122之前釋放殘餘應力的溫度，使得其可被拉入玻璃管400中。

可根據已知的形成熔融玻璃混合物的方法來形成熔融玻璃120。此外，提供用於形成熔融玻璃120的特定玻璃組合物組分可根據特定實施例而變化。特別地，玻璃組合物組分可包含(例如，但不限於)二氧化矽(SiO₂ )、氧化鋁(Al₂ O₃ )、氧化硼(B₂ O₃ )、鹼土金屬氧化物(例如，MgO、CaO、SrO或BaO)、鹼性氧化物(包含但不限於Na₂ O及/或K₂ O)及一或多種額外的氧化物或澄清劑，例如SnO₂ 、ZrO₂ 、ZnO、TiO₂ 、Cl^- 或諸如此類。在一個特定實施例中，熔融玻璃混合物可由例如美國專利案第8,551,898號中所揭示之玻璃組合物形成。然而，應當瞭解，與本文所述之方法及設備一起使用的其它玻璃組合物係可預期的及可能的。

一般而言，控制輸送容器104中的熔融玻璃120的溫度，使得熔融玻璃120在輸送容器104的開口118處的黏度適於從該開口118提供穩定的玻璃流。舉例而言，在一些實施例中，輸送容器104中的熔融玻璃120的溫度使得熔融玻璃混合物的黏度為約1kP(kiloPoise)與約250kP之間、約25kP與約225kP之間，或約50kP與約150kP之間，以自輸送容器104提供穩定流。與本文所述的方法及設備所結合使用的玻璃組合物可限於產生允許用於形成玻璃而不失透之合適的工作黏度及製造製品所需的物理屬性兩者的玻璃組合物。本文所用的工作黏度是指玻璃表現出大於約25kP的黏度的溫度。然而，在某些情況下，可能意欲最終製品的屬性不能由視為可拉伸的玻璃組合物所滿足。換言之，所需的玻璃組合物可具有足夠高的液相溫度，防止在輸送容器104的開口118處的熔融玻璃失透的該溫度可導致熔融玻璃在開口118處的黏度低於適於拉製的黏度下限。在此類實施例中，心軸106及外模具124可採用主動冷卻特徵以自從開口118流出的熔融玻璃中移除熱量，以快速增加黏度而克服結晶並使得能形成毛胚。

圖2圖示了可用圖1所描繪的玻璃毛胚製造系統100形成的示例性玻璃毛胚122。如圖2所示，玻璃毛胚122的通道126限定玻璃毛胚122的內徑ID₁ ，而玻璃毛胚122的外表面128限定玻璃毛胚122的外徑OD₁ 。玻璃毛胚122的內徑ID₁ 及外徑OD₁ 可根據特定實施例而變化。舉例而言，在一些實施例中，玻璃毛胚122的內徑ID₁ 為約3mm至約50mm及玻璃毛胚122的外徑OD₁ 為約140mm至約250mm。玻璃毛胚122的內徑ID₁ 可根據玻璃毛胚122的外徑OD₁ 而變化，及玻璃毛胚122的內徑ID₁ 的通常範圍為約3mm至約50mm、約3mm至約25mm，或約3mm至約5mm。舉例而言，具有約150mm的外徑OD₁ 的玻璃毛胚122可具有約5mm至約20mm的內徑ID₁ 。作為另一範例，具有約250mm的外徑OD₁ 的玻璃毛胚122可具有約10mm至約50mm的內徑ID₁ 。在一特定範例中，玻璃毛胚122具有約140mm至約160mm的外徑及具有約6mm至約40mm的內徑。在各種實施例中，玻璃毛胚122可為約1m至約3m長或甚至為約1.5m至約2.5m長。

在一些實施例中，玻璃毛胚122可根據替代方法形成。舉例而言，在一實施例中，形成玻璃毛胚122而無通道，接著將通道126鑽入或以其它方式引入玻璃毛胚122中(如以孕鑲金剛石金屬尖端進行槍鑽或芯鑽)。在一些實施例中，可藉由火焰加工(flame working)對較短長度的玻璃(例如，12吋或更小)鑽孔並將其拼接在一起以形成玻璃毛胚122。

在其他實施例中，可將玻璃圓筒擠壓穿過包含活塞的擠壓模具以製造玻璃毛胚122。擠壓模具可包含心軸以形成玻璃毛胚122的通道126。在擠壓玻璃的一些實施例中，玻璃的溫度使得玻璃混合物具有約1×10⁵ P(泊)至約1×10⁷ P的黏度。或者，可使用形成包含通道126之玻璃毛胚122的其它方法。

在實施例中，形成玻璃毛胚122的製程可導致玻璃中的缺陷。特定地，通道126及/或外表面128可包含如裂紋或划痕的各種缺陷。本文所用的「缺陷」係指泡泡、夾雜物、玻璃顆粒、划痕、裂紋、氣線、表面雜質、鑲板或玻璃表面或內部之任何其它會降低玻璃質量的裂縫。此種缺陷可為(例如)存在於心軸106上之中斷或改變熔融玻璃120的流動的不規則或缺陷的結果。內部缺陷(如泡泡和夾雜物)可能肇因於自熔融容器108流出之玻璃的質量。可下拉製出一些泡泡使得氣線在所得管的壁厚內部。外部缺陷(如鑲板及瑕疵)可能肇因於反流入工具及在表面上凸印的熔融玻璃。亦可在與幾何形狀有關的質量中找到缺陷，如偏離所需表面形狀的區域(如不圓形及彎曲等)。

根據各種實施例，可藉由加熱及拉伸內表面及外表面來減小通道126上的缺陷及玻璃毛胚122的外表面128上的缺陷，從而形成具有較少缺陷的玻璃管400。不受理論束縛，當毛胚經變薄成管時，有一個縮減比。幾何加上作為玻璃組成部分的任何缺陷藉由此縮減比減小了其尺寸。因此，若玻璃毛胚包含尺寸為10mm的缺陷且縮減比為100，則玻璃管400包含尺寸為0.1mm的缺陷。因此，可在尺寸上減小小型缺陷，使得該等小型缺陷變得對人眼不可見。此外，用於將玻璃毛胚122拉成玻璃管400的拉製製程可在表面上具有火焰拋光效果。舉例而言，若因後處理或處理而在玻璃毛胚122上發生划痕，則該划痕當拉製玻璃毛胚122時可「癒合」，因拉製製程包含重新加熱玻璃以使玻璃流動，從而除去缺陷。特別地，玻璃毛胚122的內徑ID₁ 增加而玻璃毛胚122的外徑OD₁ 減小，以形成具有內徑ID₂ 及外徑OD₂ 的玻璃管400。

此外，不受理論束縛，藉由自玻璃毛胚拉製玻璃管來形成玻璃管可導致與使用習知轉換製程所形成的玻璃管相比之經改善的表面質量。舉例而言，習知轉換製程可由於與玻璃表面的方向及接觸點的各種變化而引起表面缺陷。相比之下，本文描述的各種方法在形成期間以心軸接觸玻璃毛胚的內表面及將拉製出之玻璃管的外表面與牽引輥接觸，但在製造過程中可能不另外提供表面接觸。

如圖2所示，在各種實施例中，玻璃毛胚122包含手柄200。手柄200可與玻璃毛胚122一體成形，如在擠壓期間或當熔融玻璃120從輸送容器104中的開口118流下時。舉例而言，可更快地拉伸熔融玻璃120以形成手柄200，此通常被稱為「頸縮」毛胚。手柄舉例而言可為約1公尺、約2公尺或甚至更長。或者，手柄200可在玻璃毛胚122形成後附接至玻璃毛胚122。舉例而言，可在玻璃毛胚122退火後或在玻璃毛胚122形成為玻璃管400前的另一點處使用火焰加工或其它合適的技術來附接手柄200。在各種實施例中，手柄200提供在不接觸玻璃毛胚122本身表面的情況下用於處理或操縱玻璃毛胚122的表面。此外，手柄200可作為將玻璃毛胚122連接至加壓氣源的導管，以向玻璃毛胚122的通道126提供加壓氣體(將於下文更詳細地描述)。舉例而言，手柄200可用預磨之經火焰加工至手柄200的接合點而部分地形成於玻璃毛胚122處。不受理論束縛，其中玻璃毛胚122包含手柄的實施例可最小化浪費及使得玻璃毛胚122的所有玻璃皆可用於形成玻璃管400，而無須處理玻璃毛胚122的端部。

現在參考圖3和圖4，在已形成玻璃毛胚122之後，可將玻璃毛胚122插入至玻璃管製造裝置300中，以從玻璃毛胚122拉製出玻璃管400。在實施例中，玻璃管製造裝置300通常包括爐302、用於供應加壓氣體306的加壓氣源304及至少一對牽引輥308。如本文所使用，術語「牽引輥」包含牽引裝置，該牽引裝置包含(但不限於)牽引機皮帶、夾送輪、絞盤及雙輥及諸如此類。玻璃管製造裝置300可進一步包含內徑計310、外徑計312、下料單元320及用於控制自玻璃毛胚122拉製玻璃管400之過程的電子控制單元(ECU)314。

在本文所述的實施例中，爐302可為垂直延伸的管式爐(亦即，在圖3中所描繪之坐標軸的+/-Z方向上)。玻璃毛胚122(圖3中未圖示)可定位在爐302中。加壓氣源304可為泵或其它加壓氣源，如藉由供應導管316耦接至玻璃毛胚122之通道126的壓縮氣瓶及類似的壓縮機。在實施例中，供應導管316可進一步包含密封件318，該密封件318可用於在玻璃毛胚122耦接至加壓氣源304時，將供應導管316密封至玻璃毛胚122的通道126。舉例而言，玻璃毛胚122的手柄200可耦接至密封件318以形成接頭。經由密封件318及手柄200耦接至通道126的供應導管316提供來自加壓氣源304的加壓氣體306至通道126。供應導管316可為柔性軟管的形式或包含至少一個能垂直移動的部分。舉例而言，供應導管316可包含經連接至可控制以在垂直方向上移動之螺旋給料器的卡盤。

玻璃管製造裝置300亦包含手柄接合機構303，以在玻璃毛胚122的手柄200耦接至密封件318時支撐玻璃毛胚122的手柄200。在各種實施例中，手柄接合機構303在至少一邊開啟，以助於手柄200在手柄接合機構303內的定位。舉例而言，在各種實施例中，可用圖3及圖4中所描繪之坐標軸的+/-X方向來插入玻璃毛胚122的手柄200以耦接至密封件318及供應導管316。

在實施例中，加壓氣源304通訊耦接至ECU 314。ECC 314可包含處理器及儲存計算機可讀取及可執行指令的非暫態記憶體，當由處理器執行該等指令時，該等指令調整自加壓氣源304排出之加壓氣體306的流量。加壓氣體306可為（舉例而言但不限於）空氣、氮氣、氬氣、氦氣或另一類似的處理氣體。在一些實施例中，加壓氣體306可為惰性氣體，而在其他實施例中，可使用合成氣體來影響通道126之表面的化學性質且同時增加玻璃毛胚122的內徑ID₁ 。

圖3進一步圖示了電耦接至ECU 314的下料單元320。下料單元320進一步經耦接至手柄接合機構303及供應導管316並用於在爐302內垂直移動(亦即，圖3所繪製之坐標軸的+/-Z方向)玻璃毛胚122。玻璃毛胚122在爐302內的垂直移動使得能夠在玻璃拉製時保持玻璃的尺寸穩定減小。因此，手柄接合機構303、供應導管316、密封件318、手柄200及玻璃毛胚122下降至爐302中，直到玻璃毛胚122的下部分到達爐302的熱區(未圖示)。舉例而言，下料單元320可使與供應導管316及手柄接合機構303相關聯的螺旋給料轉動，及隨著密封件318、手柄200及玻璃毛胚122而將手柄接合機構303及供應導管316降低至爐302中。爐之熱區域中之玻璃毛胚122的部分黏度降低，使玻璃毛胚122之部分的尺寸變薄，形成玻璃管400。當藉由牽引輥308拉製出玻璃管400時，下料單元320持續將玻璃毛胚122降低至爐302中。一旦已使玻璃毛胚122變薄，下料單元320可提高手柄接合機制303、手柄200、密封件318及垂直離開爐302的供應導管316，使手柄200能從密封件318脫離及從手柄接合機構303移除。在實施例中，ECU 314可包括處理器和儲存計算機可讀取及可執行指令的非暫態記憶體，當由處理器執行該等指令時，該等指令控制下料單元320調整爐302內之玻璃毛胚122、供應導管316、手柄接合機構303及密封件318之垂直位置的速率。

在實施例中，至少一對牽引輥308位於爐302的下游並與玻璃管400的外表面的一部分接合。可主動地驅動牽引輥308，如藉由馬達(未圖示)電耦接至ECU 314。在實施例中，ECU 314可包括處理器及儲存計算機可讀取及可執行指令的非暫態記憶體，該等指令由處理器執行時控制牽引輥308的旋轉(亦即，扭矩及/或牽引輥的速度)因而控制線性拉伸速度。

在一些實施例中，提供冷卻流體以冷卻玻璃管400。舉例而言，在玻璃管400具有大的外徑OD ₂ 及厚壁的實施例中，可能需要在將玻璃管400與牽引輥308接觸之前冷卻玻璃管400。冷卻可(舉例而言)降低玻璃管400的溫度，以減少或消除可能肇因於太熱的玻璃管而對牽引輥308造成的損壞。冷卻流體可為(舉例而言)惰性氣體或具有足以降低玻璃管400之溫度的溫度的流體。冷卻流體可將玻璃管400的溫度降低至低於約300℃、低於約200℃或低於約100℃。

仍然參考圖3，內徑計310及外徑計312可位於爐302的下游，且用於分別量測用玻璃管製造裝置300而自玻璃毛胚122拉製出之玻璃管400的內徑和外徑。在各種實施例中，內徑計310和外徑計312可為基於雷射或基於視覺的量測系統，使得可經由玻璃毛胚122的壁來量測內徑。舉例而言，可採用基於視覺的偵測系統來量測玻璃管400的內徑及外徑。在特定實施例中，玻璃的折射率可用於減小或甚至消除來自玻璃之曲率半徑的透鏡效應，玻璃之曲率半徑可能會以其他方式扭曲量測。在實施例中，如將在本文中所進一步描述地，內徑計310可位於玻璃管400的外部且經配置為當供應導管316耦接至玻璃毛胚122時量測玻璃管400的內徑。內徑計310及外徑計312通訊耦接至ECU 314，及向ECU 314提供電信號，該等電信號係分別指示以玻璃管製造裝置300而自玻璃毛胚122所拉製出之玻璃管400之內徑和外徑。

在實施例中，儲存在ECU 314之記憶體中的計算機可讀取及可執行指令可經配置使得當由處理器執行該等指令時，ECU 314分別自內徑計310及外徑計312接收指示以玻璃管製造裝置300而自玻璃毛胚122所拉製出之玻璃管400之內徑及外徑的信號。如將在本文中所進一步描述地，基於該等信號，ECU 314調整自加壓氣源304發出之加壓氣體306之流動中的至少一者、將玻璃毛胚122降低至爐中的速率及至少一對牽引輥308的旋轉（例如，扭矩及/或速度），以控制自玻璃毛胚122所拉製出之玻璃管400的尺寸（例如，內徑、外徑，以及因此壁厚）。

現在轉到圖3和圖4，在本文所述的實施例中，玻璃管製造裝置300的ECU 314控制加壓氣源304與至少一對牽引輥308，以自玻璃毛胚122中以向下方向拉製出玻璃管400，從而增加玻璃毛胚122的長度且同時增加玻璃毛胚122的內徑ID₁ 並減小玻璃毛胚122的外徑OD₁ ，從而將玻璃毛胚122轉換成玻璃管400。為開始此製程，玻璃毛胚122藉由手柄200及密封件318耦接至供應導管316。手柄200及密封件318配合，使得加壓氣體306被發射至通道126中。內徑計310位於爐302下方之玻璃管400的外部。此後，將玻璃毛胚122下降至爐302中並加熱至高於該玻璃毛胚122之玻璃轉化溫度Tg 的溫度，在此溫度時玻璃毛胚122的玻璃表現為黏性液體並開始流動。此溫度通常與具有約100kP至約200kP之黏度的玻璃一致，使得玻璃管可自玻璃毛胚122拉製出。當玻璃開始自玻璃毛胚122在下游方向中流出時，從而形成了玻璃管400，玻璃管400係由外徑計312引導且在至少一對牽引輥308之間，使得牽引輥308接觸並接合玻璃管400的外表面並向下拉製出玻璃。

應該瞭解，至少一對牽引輥308位於爐302之下游一足夠距離，以允許玻璃冷卻至低於玻璃轉化溫度並在與牽引輥308接合之前固化，以便避免對牽引輥308的傷害。更特定而言，至少一對牽引輥308經定位成在玻璃管400的溫度低於玻璃管400及玻璃毛胚122之玻璃轉化溫度T_g 的點處接觸玻璃管400的外表面。在低於玻璃轉化溫度T_g 的溫度處，玻璃管400表現為類似彈性固體，該彈性固體可如用牽引輥308來進行機械操作而不損壞牽引輥308。

儘管玻璃轉化溫度T_g 隨著形成玻璃毛胚122(以及因此，玻璃管400)的特定玻璃組合物變化，但玻璃轉化溫度T_g 通常在約1200℃至約450℃的範圍內。因此，在各種實施例中，牽引輥308經定位成在玻璃管400的溫度為比玻璃轉化溫度T_g 低約50℃、比玻璃轉化溫度T_g 低約100℃、比玻璃轉化溫度T_g 低約200℃、比玻璃轉化溫度T_g 低約300℃、比玻璃轉化溫度T_g 低約400℃的點處接觸玻璃管400的外表面。在一些實施例中，牽引輥308在玻璃管具有在約50℃至約250℃之間的溫度的點處接觸玻璃管400。不受理論束縛，當玻璃管400處於低於玻璃轉化溫度T_g 的溫度時，牽引輥308經定位成接觸玻璃管400時，牽引輥308可拉製玻璃管400(包含已存在於玻璃毛胚122之外表面128中的缺陷)且透過加熱而癒合至少一些表面缺陷及/或幾何不均勻性，而不會在玻璃管400的外表面中引入額外缺陷，從而形成玻璃管400，該玻璃管400具有相較於形成該玻璃管400之玻璃毛胚122之較少的缺陷。

當在下游方向中拉製出玻璃管400時，加壓氣源304將加壓氣體306引導穿過供應導管316並進入玻璃毛胚122的通道126中。加壓氣體306對玻璃毛胚122的通道126加壓(該通道126由於爐302中的加熱而現在為可塑性變形)，及由於加熱施加的壓力及增加的玻璃的可塑性將玻璃毛胚122的內徑ID₁ 增加至玻璃管400的內徑ID₂ 。

可藉由(舉例而言)控制供應至玻璃毛胚122之通道126之加壓氣體306的壓力來控制內徑ID 的增加。在實施例中，ECU 314基於從內徑計310接收的信號來調節由加壓氣源304所發出之壓縮氣體306之壓力。舉例而言，ECU 314可從內徑計310接收指示所形成之玻璃管400之內徑ID₂ 的信號。ECU 314的處理器可比較所量測之玻璃管的內徑ID₂ 與儲存在ECU 314之記憶體中的目標ID值。當處理器確定目標ID值大於內徑ID₂ 的量測值時，ECU 314的處理器發送控制信號至加壓氣源304，該加壓氣源304增加自加壓氣源304發出之加壓氣體306的流量，從而增加玻璃管400的內徑ID₂ 。或者，當處理器確定目標ID值小於內徑ID₂ 的量測值時，ECU 314的處理器發送控制信號至加壓氣源304，該加壓氣源304降低自加壓氣源304發出之加壓氣體306的流量，從而減少玻璃管400的內徑ID₂ 。因此，內徑計310及ECU 314與加壓氣源304形成反饋迴路，以藉由量測玻璃管400的內徑ID₂ 及基於玻璃管400的內徑ID₂ 調整加壓氣體306的壓力來控制玻璃管400的內徑ID₂ 。在各種實施例中，在約5kPa與約50kPa之間、約7.5kPa與約25kPa之間或約10kPa與約15kPa之間的壓力下，將加壓氣體306引導穿過玻璃毛胚122的內徑ID₁ 。

當將加壓氣體306引導至玻璃毛胚122的通道126中時，牽引輥308藉由接觸玻璃管400的外表面而以向下垂直方向(亦即，在圖3和圖4中所描繪之坐標軸的-Z方向中)拉製出玻璃管400。在實施例中，ECU 314可用於控制自爐中拉製出之玻璃管400的厚度。可藉由如上所述之控制玻璃管400的內徑ID₂ 及/或控制玻璃管400的外徑OD₂ 來控制玻璃管400的厚度。舉例而言，與由牽引輥308施加至玻璃上之拉力結合的玻璃毛胚122之玻璃的經減少黏度將玻璃毛胚122的外徑OD₁ 減小至玻璃管400的外徑OD₂ 。可藉由（舉例而言）控制牽引輥308的速度及/或扭矩來控制外徑OD 的變化。在實施例中，ECU 314基於自外徑計312接收的信號來調整至少一對牽引輥308的旋轉。舉例而言，ECU 314可自外徑計312接收指示正在形成之玻璃管400的外徑OD₂ 的信號。ECU 314的處理器可比較經量測之玻璃管400的外徑OD₂ 與儲存在ECU 314之記憶體中的目標OD值。當處理器確定目標OD值大於外徑OD₂ 之量測值時，ECU 314的處理器發送控制信號至牽引輥308，以降低牽引輥308的速度及/或扭矩，從而增加玻璃管400的外徑OD₂ 。或者，當處理器確定目標OD值小於外徑OD₂ 之量測值時，ECU 314的處理器發送控制信號至牽引輥308，以增加牽引輥308的速度及/或扭矩，從而增加玻璃管400的外徑OD₂ 。因此，外徑計312和ECU 314可與牽引輥308形成反饋迴路，以藉由量測玻璃管400的外徑OD₂ 及基於玻璃管400的外徑OD₂ 調整牽引輥308的速度及/或扭矩來控制玻璃管400的外徑OD₂ 。在各種實施例中，以對應於在約0.1m/分鐘與約60m/分鐘之間、在約1m/分鐘與約30m/分鐘之間或在約10m/分鐘與約20m/分鐘之間的線性拉伸速度的速率來調整牽引輥308。在特定實施例中，牽引輥308在玻璃溫度低於約200℃的點處接觸玻璃。

在一實例中，玻璃管從具有90mm外徑OD₁ 及具有10mm內徑ID₁ 的玻璃毛胚以約50kP的黏度無壓力地拉製出。將玻璃毛胚以25mm/分的下料速率送入爐中及爐的溫度為約930℃。得到的玻璃管具有3:1的縮減比及導致具有30mm外徑OD₂ 及3.33mm內徑ID₂ 的管。然而，當加壓氣體以約1.5psi的壓力施加到玻璃毛胚的通道時，內徑ID₂ 增加至約25mm。隨著內徑增加，管的外徑OD₂ 亦增加。因此，為了將管的外徑OD₂ 減小到30mm，增加了牽引輥的速度以產生1m/分的線性拉伸速度，而得到具有30mm外徑OD₂ 及具有25mm內徑ID₂ 的玻璃管。

在各種實施例中，當自玻璃毛胚122拉製出玻璃管400時，ECU 314提供反饋給下料單元320，該下料單元320繼而使得下料單元320降低手柄200，從而使玻璃毛胚122進一步下降至爐302。在一些實施例中，ECU 314可使下料單元320以特定進料速率將手柄200及玻璃毛胚122降低至爐302的熱區域中。可基於玻璃管400的期望內徑及外徑與爐302的溫度來選擇進料速率。不受理論束縛，快速進料速率導致在爐302之熱區域中之較短的玻璃駐留時間，該較短的駐留時間可賦能玻璃的較高黏度。因此，在一些實施例中，可調整下料速率以控制玻璃管400的外徑OD₂ 及/或內徑ID₂ 。

根據各種實施例，玻璃管400具有小於玻璃毛胚122之外徑OD₁ 的外徑OD₂ 及大於玻璃毛胚122的內徑ID₁ 的內徑ID₂ 。玻璃管400的內徑ID₂ 及外徑OD₂ 可根據特定實施例而變化。舉例而言，在各種實施例中，玻璃管400的內徑ID₂ 為約0.5mm至約70mm，及玻璃管400的外徑OD₂ 為約1mm至約80mm。內徑ID₂ 可為約0.75mm至約50mm、約0.8mm至約40mm或約1mm至約35mm。外徑OD₂ 可為約1.25mm至約65mm、約1.5mm至約45mm或約2mm至約40mm。在各種實施例中，所得到的玻璃管400具有厚度t 為約0.100mm至約10mm或約0.2mm至約5mm的壁。在一些實施例中，玻璃管可具有約1.6mm至約7mm的內徑ID₂ 、約2mm至約10mm的外徑OD₂ 及約0.2mm至約1.5mm的壁厚，或可具有約1.8mm至約4mm的內徑ID₂ 、約2mm至約5mm的外徑OD₂ 為及約0.100mm至約0.5mm的壁厚。在一個特定實施例中，玻璃管400具有約2.4mm的內徑ID₂ 、約3mm的外徑OD₂ 及約0.3mm的壁厚。

亦可根據本文所提供的方法來製造更大的玻璃管。在一實施例中，玻璃管可具有約8mm的內徑ID₂ 、10mm的外徑OD ₂ 及約1mm的壁厚。在另一個實施例中，玻璃管可具有約14.35mm的內徑ID ₂ 、約16.75mm的外徑OD ₂ 及約1.2mm的壁厚。在另一個實施例中，玻璃管可具有約20mm的內徑ID ₂ 、約25mm的外徑OD ₂ 及約2.5mm的壁厚。在其它實施例中，玻璃管可具有約36mm的內徑ID ₂ 、約40mm的外徑OD ₂ 及約2mm的壁厚或約54mm的內徑ID ₂ 、約為60mm的外徑OD ₂ 及約3mm的壁厚。在另一個實施例中，玻璃管可具有約62mm的內徑ID ₂ 、約70mm的外徑OD ₂ 及約4mm的壁厚。因此，各種實施例可提供各種尺寸及各種壁厚的玻璃管。

在一實施例中，異形玻璃管400可由具有非圓形外部幾何形狀的玻璃毛胚122形成。由具有非圓形(例如類橢圓(oval)、橢圓形(elliptical)或多邊形)內部幾何形狀及對應於輸送容器104中的開口118之外模具124形成玻璃毛胚。從玻璃毛胚122拉製出的異形玻璃管400於所拉製出的管的黏度保持足夠高(例如>50kP或>80kP)時，可保持其外部形狀，以防止玻璃的表面張力扭曲管400的外部形狀。可將主動冷卻應用至玻璃毛胚122的外部，同時玻璃毛胚122變薄且經轉變成正好在拉製爐302下方的玻璃管400，以保持管400的外部形狀，同時對毛胚122的內徑126加壓。

可使用管切割器切割玻璃管400及/或以其它方式將該玻璃管400轉換成另一種產品。舉例而言，可將玻璃管400轉換成一或更多個注射器、筒或小瓶。取決於特定實施例及所需產品，可在使用冷卻流體冷卻前轉換玻璃管400。根據特定實施例，可對所得產品進行塗層或其它加工(如離子交換、拋光或諸如此類)。

因此，可使用本文所述的各種實施例來從玻璃毛胚製成玻璃管、玻璃注射器、玻璃筒，玻璃小瓶及諸如此類。各種實施例能在玻璃管形成期間使玻璃毛胚的表面中的缺陷被拉伸，從而減少玻璃管(以及因此在由其形成之玻璃注射器、筒及小瓶)中的缺陷數量。

將對於所屬技術領域中具有通常知識者顯而易見的是，可在不脫離所要求保護之標的的精神及範疇的情況下，對本文所描述的實施例進行各種修改和變化。因此，本說明書意欲包含本文所描述之各種實施例的修改及變化，只要彼等修改及變化係在隨附之申請專利範圍及其等同物的範疇內。

2‧‧‧箭頭 100‧‧‧玻璃毛胚製造系統 102‧‧‧熔融玻璃輸送系統 104‧‧‧輸送容器 106‧‧‧心軸 108‧‧‧熔融容器 110‧‧‧澄清容器 111‧‧‧連接管 112‧‧‧混合容器 113‧‧‧進料管 118‧‧‧開口 120‧‧‧熔融玻璃 122‧‧‧玻璃毛胚 124‧‧‧外模具 126‧‧‧通道 128‧‧‧外表面 200‧‧‧手柄 300‧‧‧玻璃管製造裝置 302‧‧‧爐 303‧‧‧手柄接合機構 304‧‧‧加壓氣源 306‧‧‧加壓氣體 308‧‧‧牽引輥 310‧‧‧內徑計 312‧‧‧外徑計 314‧‧‧電子控制單元 316‧‧‧供應導管 318‧‧‧密封件 320‧‧‧下料單元 400‧‧‧玻璃管

圖1圖示根據本文所述之一或多個實施例的玻璃毛胚製造系統；

圖2圖示根據本文所述之一或多個實施例的玻璃毛胚；

圖3圖示根據本文所述之一或多個實施例之用於從玻璃毛胚形成玻璃管的玻璃管製造裝置；及

圖4圖示根據本文所述的一個或多個實施例之使用圖3之玻璃管製造裝置來自玻璃毛胚形成玻璃管的製程。

國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

300‧‧‧玻璃管製造裝置

302‧‧‧爐

303‧‧‧手柄接合機構

304‧‧‧加壓氣源

306‧‧‧加壓氣體

308‧‧‧牽引輥

310‧‧‧內徑計

312‧‧‧外徑計

314‧‧‧電子控制單元

316‧‧‧供應導管

318‧‧‧密封件

320‧‧‧下料單元

Claims (17)

1. 一種形成一玻璃管的方法，該方法包含以下步驟：將一玻璃毛胚加熱至高於該玻璃毛胚之一玻璃轉化溫度的一溫度，該玻璃毛胚包含限定該玻璃毛胚之一外徑的一外表面及延伸穿過該玻璃毛胚的一通道，該通道限定該玻璃毛胚之一內徑；在一垂直向下的方向中自該玻璃毛胚拉製出該玻璃管，從而將該玻璃毛胚之該外徑減小到該玻璃管之一外徑；當在該垂直向下的方向中拉製該玻璃毛胚時，使一加壓氣體流經該玻璃毛胚的該通道，從而將該玻璃毛胚之該內徑增加到該玻璃管之一內徑；量測該玻璃管的一內徑；量測該玻璃管的一外徑；將該玻璃管之該量測內徑與該玻璃管的一目標內徑加以比較；將該玻璃管之該量測外徑與該玻璃管的一目標外徑加以比較；基於該玻璃管的該量測內徑與該玻璃管的該目標內徑之比較，以及該玻璃管的該量測外徑與該玻璃管的該目標外徑之比較的結果，調整用於該加熱之該玻璃 毛胚下降之一進料速率；基於該玻璃管的該量測外徑與該玻璃管的該目標外徑之比較的結果，調整在該垂直向下的方向中拉製該玻璃管之一速率；及基於該玻璃管的該量測內徑與該玻璃管的該目標內徑之比較的結果，調整該加壓氣體之一流量。
2. 如請求項1所述之方法，進一步包含以下步驟：藉由將熔融玻璃引導至一心軸上來形成該玻璃毛胚。
3. 如請求項1所述之方法，其中該拉製該玻璃管之步驟包含以下步驟：使至少一對牽引輥與該玻璃管之限定該玻璃管之該外徑的一外表面接合。
4. 如請求項3所述之方法，其中該至少一對牽引輥在低於該玻璃毛胚之該玻璃轉化溫度的一溫度下與該玻璃管的該外表面的一部分接合。
5. 如請求項1所述之方法，進一步包含以下步驟：在拉製該玻璃管前將一手柄附接至該玻璃毛胚上。
6. 如請求項5所述之方法，其中附接該手柄之步驟包含以下步驟：一體成形該手柄與該玻璃毛胚。
7. 如請求項1所述之方法，其中調整拉製該玻璃管的該速率之步驟包含以下步驟：調整接觸該玻璃 管之至少一對牽引輥的一速度及一扭矩中的至少一者。
8. 如請求項1所述之方法，進一步包含以下步驟：在將至少一對牽引輥與該玻璃管的一外表面接合前，使用一冷卻流體冷卻該玻璃管。
9. 一種用於形成一玻璃管的設備，該設備包含：一爐，該爐在一大致垂直方向上延伸；一加壓氣源，該加壓氣源以一供應導管流體耦接至位於該爐內之一玻璃毛胚的一通道，該加壓氣源提供一加壓氣流至該通道；一下料單元，該下料單元經配置為調整該爐內之該玻璃毛胚之一垂直位置；至少一對牽引輥，該至少一對牽引輥位於該爐的下游及經配置為與自該玻璃毛胚拉製出的該玻璃管接合；一內徑計，該內徑計位於該爐的下游；一外徑計，該外徑計位於該爐的下游；及一電子控制單元，該電子控制單元通訊耦接至該下料單元、該內徑計、該外徑計、該加壓氣源及該至少一對牽引輥，該電子控制單元包含一處理器及一非暫態記憶體，該非暫態記憶體儲存電腦可讀取及可執行指令，當由該處理器執行該等指令時，該等指令執行 以下動作：自該內徑計接收指示該玻璃管的一量測內徑之一信號；自該外徑計接收指示該玻璃管的一量測外徑之一信號；基於自該內徑計及該外徑計接收到的信號，發送一信號至該下料單元以調整該下料單元使該玻璃毛胚下降進入該爐之一進料速率；基於來自該外徑計的該信號，調整該至少一對牽引輥的一速度及一扭矩中的至少一者；基於來自該內徑計的該信號，調整由該加壓氣源所提供之該加壓氣體的一流量，其中該進料速率、該至少一對牽引輥的該速度及該扭矩中的至少一者、以及該流量之調整，減少在該玻璃管之該量測內徑與該玻璃管的一目標內徑間之差異，以及在該玻璃管之該量測外徑與該玻璃管的一目標外徑間之差異。
10. 如請求項9所述之設備，其中該至少一對牽引輥經定位及經配置成在低於該玻璃毛胚之一玻璃轉化溫度的一溫度下與該玻璃管接合。
11. 如請求項9所述之設備，其中：該計算機可讀取及可執行指令集在由該處理器執行 時，比較該玻璃管的該量測外徑與儲存在該非暫態記憶體中的一目標外徑值。
12. 如請求項11所述之設備，其中該計算機可讀取及可執行指令集在由該處理器執行時，基於該比較的結果確定該玻璃管的該量測外徑大於儲存在該非暫態記憶體中的該目標外徑值，並增加該至少一對牽引輥的一速度及一扭矩中的至少一者。
13. 如請求項9所述之設備，其中：該計算機可讀取及可執行指令集在由該處理器執行時，比較該玻璃管的該量測內徑與儲存在該非暫態記憶體中的一目標內徑值。
14. 如請求項13所述之設備，其中該計算機可讀取及可執行指令集在由該處理器執行時，確定該玻璃管的該量測內徑小於儲存在該非暫態記憶體中的該目標內徑值，並增加由該加壓氣源所提供之該加壓氣體的該流量。
15. 如請求項14所述之設備，其中：該計算機可讀取及可執行指令集在由該處理器執行時，比較該玻璃管的該量測外徑與儲存在該非暫態記憶體中的一目標外徑值。
16. 如請求項15所述之設備，其中該計算機可讀取及可執行指令集在由該處理器執行時，基於該比 較的結果確定該玻璃管的該量測外徑大於儲存在該非暫態記憶體中的該目標外徑值，且增加該至少一對牽引輥的一速度及一扭矩中的至少一者。
17. 如請求項9所述之設備，其中該加壓氣源經由與該玻璃毛胚的一手柄耦接的一密封件來流體耦接至該玻璃毛胚的該通道。

Images