Glass tube and its manufacturing method

本発明は、一般に、技術的応用、特に電気部品または磁気部品のためのガラス管、およびその製造方法に関する。 本発明は、特に、リードスイッチとして知られているもの用の封入（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ）に使用するためのガラス管およびその製造方法に関する。

リードスイッチが電子スイッチング部材であることは公知である。 リードスイッチの接点は、シールドガス雰囲気下、不活性気体雰囲気下、あるいは真空下で、ガラス管内において接続され、リードスイッチは、スイッチ動作を実行するために外部磁界によって操作される。 前に言及したシールドガス雰囲気における封入のために、リードスイッチは、通常、端部が適切に密封されたガラス管（頻繁に「リード管」または「リード・ガラス」とも称する）内に封入される。

上で言及したタイプのリードスイッチは、低いスイッチング・キャパシティ、高レベルの安全性および精度が要求される所はどこでも多用されている。 高レベルの信頼性、および１０ ^９サイクルの動作を上回る長いサービス寿命を保証するために、不活性または還元性雰囲気において接点が動作する。 スイッチ内部の雰囲気は、接点（リード）と包んでいるガラス管との間の密封接着剤により、全サービス寿命の間、保持される。 この要求は、ガス炎による密封を不可能にする。 まだあちこちで使用されている電気式のＰｔ／Ｒｈ加熱コイルに加えて、今日では、密封は、タングステン・ハロゲンランプで主に実現されており、タングステン・ハロゲンランプは、金被覆反射鏡により、あるいはＮｄ：ＹＡＧレーザで、密封領域上に赤外線を集中させる。

リード管は、通常、例えば従来のベロ（Ｖｅｌｌｏ）・プロセス、ダナー（Ｄａｎｎｅｒ）・プロセス、あるいは適切なダウンドロー・プロセスを使用して、ガラス溶融物からの直接引き抜き成形によって製造される。 特に重要なのは、リードスイッチの密封ポイント、すなわち接点の密封の後のガラスから金属への遷移部分、におけるガラス応力である。 通常慎重な冷却によってガラス・金属連合体におけるガラス応力を防止しようとする一方で、リードのシールは、より高い生産量率、あるいはより低い単位生産コスト（より短いサイクルタイム）を達成するために、急速にクールダウンされ、それによって、複合応力パターンが故意に確立される。

ここで重要なことは、この場合において気密つまり封入、およびシールの適切な機械的安定性を保証する充分な大きさの反径方向の圧縮応力である。 同時に、不可避の軸方向および接線方向の引張応力が生じて、クラック形成を招き、臨界値を超える場合には、スイッチの破壊を招くことになる。

欧州特許出願公開公報ＥＰ１１５３８９５Ａ１には、リードスイッチの封入に使用するための、赤外線スペクトル域の高い吸収性を備えたガラスのガラス管が開示されている。 その高い吸収性は、赤外線による短時間内での封止を促進させる。 ここで、ガラス管の内側に被覆を形成するガス蒸気を凝縮する（それ以外に電気接触不良を招くかもしれない）確率は、選択されるガラス組成によって減少する。 １０５０ｎｍの波長での透過度は、０．５ｍｍのガラス壁の厚さで、１０％よりも小さい。

米国特許ＵＳ４，２７７，２８５には、ガラス蒸気を凝縮することに起因する接触不良の確率を減少するために、およそ７００ｎｍと４０００ｎｍとの間の赤外線スペクトル域の少なくとも９８％の吸収性を有するリード管のためのガラス組成が開示されており、ここで、２０℃と３００℃との間の温度領域における平均熱膨張係数は、約９ｘ１０ ^６ ／℃であり、ガラスはより小さい粘性を有している。 そのガラスの組成は、実質的に、Ｋ _２ ＯとＢ _２ Ｏ _３とを含まない。

このように従来のリード管は、常に丸い幾何学的形状を有しており、米国特許ＵＳ４，２７７，２８５および欧州特許出願公開公報ＥＰ１１５３８９５Ａ１に開示されたもの等の特別なタイプのガラスから製造される。 磁気および電気的な応用（例えばダイオード）に使用されるこのようなガラス管および他のガラス管もまた、通常、引き抜き成形プロセスによって、例えば従来のベロ（Ｖｅｌｌｏ）、ダナー（Ｄａｎｎｅｒ）、あるいはダウンドロー・プロセスによって、溶融物から直接的に製造される。

本発明の目的は、より信頼性が高く、より容易で、且つより費用対効果が高い上記に言及したタイプの封入を達成できる、技術的応用、特に電気部品または磁気部品、例えば電子部品のためのガラス管を提供することにある。 本発明の更なる態様は対応する製造方法に関する。

本発明の第１の態様によれば、技術的応用、特に電気部品または磁気部品のためのガラス管であって、内部ボアと、当該内部ボアの輪郭を狭くする少なくとも１つの内部押込部とを備え、前記内部押込部が内部ボア（２３）において突出する突出量（ｘ）と内部ボアの（外接）円周の直径（ｄ）との間に適用される関係は、ｘ≧０．０２×ｄである、ガラス管が提供される。 また、突出量（ｘ）と内部ボアの円周の直径（ｄ）との間に適用される関係は、好ましくはｘ≧０．１×ｄである。

内部押込部の結果として、実質的に溶融温度まで加熱されたガラス管の管壁が相互接触するようになって互いに融合し得るようにリード管を密封するときに必要な時間は、有利に減少する。 内部押込部の結果として、ガラス・金属連合体におけるガラス応力を効果的に減少または選択的に増やすことが可能であり、クラック形成の虞が効果的に減少するため、例えばリードスイッチ等の技術的応用におけるより低い不良品発生率、およびより信頼性の高い連続操業を提供する。 さらに、内部押込部は、リード接点のための幾何学的に規定する据え付け補助として機能する。

更なる実施形態によれば、内部ボアは実質的に長方形の輪郭を有しており、内部押込部は、長方形の輪郭の内側周囲壁上に形成されて、ガラス管の内部ボアの中へ突出している。 したがって、機能部材をガラス管の作業面側に封じ込める場合、気密封入を形成するために各管壁によって覆われる距離は、本発明によるガラス管の中に機能部材を密封すなわち封入するときにより低いガラス応力を導く円形または長方形の輪郭と比べると、より短い。

この場合、ガラス管の内部ボアの中へ突出する連続的輪郭が、好ましくは、内部押込部として使用される。 特に、低応力のガラス・金属連合体は、関連する断面収縮が内方に突出する凸状の膨出部として形成されるという本発明によって達成され得る。 より詳細に下記で説明されるように、適切な金型の中に溶融ガラスを注入することによってガラス管が形成される場合、かかる膨出部は、自動的に形作られ、ほとんど応力が無い。 その金型内には、軸心を同じくして、ガラス管の内側輪郭を適切に規定している例えばマンドレルの形をした成形手段が配置されており、その成形手段の上をガラス溶融物が流れる。

本発明のさらに別の態様によれば、２つの対応する内部押込部が、ガラス管の対向する内側周囲壁のそれぞれに設けられる。

独立して特許請求されている本発明の更なる態様によれば、技術的応用、特に電気部品または磁気部品のためのガラス管であって、実質的にガラス管の長手方向に延在する少なくとも１つの内側エッジ（隅部）が形成されている内部ボアを備えた、ガラス管が提供される。 この場合、各内側エッジの曲率半径は、少なくとも０．１ｍｍ以下であり、好ましくは０．０３ｍｍ以下である。 続いてより詳細に説明されるように、比較的角ばった内側輪郭を備えたこのようなガラス管は、適切な金型の中に溶融ガラスを注入することによって簡単に形成される。 その金型内には、軸心を同じくして、ガラス管の内側輪郭を適切に特徴づけている例えばマンドレルの形をした成形手段が配置されており、その成形手段の上をガラス溶融物が流れる。 このような方法で、簡単に且つ費用対効果の優れた状態で、角ばった内側および／または外側の輪郭を備えた、低応力のガラス管を製造することが可能である。 かかるガラス管は、ＳＭＤ（表面実装型デバイス）のフレームワークの範囲内で、丸くない幾何学的形状を有する技術的なガラス管として、例外的に適切である。 特に、かかるガラス管は、例えばハンダ付け工程のため、実質的に転がることができず、したがって、プリント回路基板等に配置された後に、適切な位置において実質的に固定される。 この製造方法は、また特に、小および中程度のロット・サイズであっても、非常に特殊な精密許容差の幾何学的形状に適している。 金型の適切な選択によってその幾何学的形状を達成するために経費を少なくすることができるからである。

独立して特許請求可能な本発明の更なる態様によれば、技術的応用、特に電気部品または磁気部品のための、特に上述したタイプのガラス管であって、従来の再引き抜き成形プロセス（ｒｅｄｒａｗｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）によって、予備成形体から製造されることを特徴とする、ガラス管が提供される。

ガラス管の幾何学的形状は、再引き抜き成形の間、実質的に変化しないままであり、外径だけが、本質的に変化しない肉厚に対する外径の比とともに減少するため、予備成形体の幾何学的形状に基づいて、再引き抜き成形の後、ガラス管の幾何学的形状を正確に規定することが既に可能である。

全体的に見ると、基本的に例えば冷状態で研削されることによって再引き抜き成形の前にさらに処理され得る任意の内側および外側輪郭を備えたガラス管は、予備成形体として適切である。 例えば、本発明によって定義される予備成形体は、引き抜き成形プロセス（例えばベロ（Ｖｅｌｌｏ）、ダナー（Ｄａｎｎｅｒ）、あるいはダウンドロー・プロセスを使用）によって、溶融物から直接的に製造されることができ、あるいは、押し出しプロセス、析出プロセス、若しくは予備成形体を製造するための他の既知のプロセスによって製造され得る。 しかし、この場合本発明によれば、従来の再引き抜き成形プロセスのための予備成形体として、上述したガラス管を使用することが好ましい。

しかしながら、本発明の更なる好適な態様によれば、この場合、予備成形体は、溶融ガラスを金型に注入することによって製造される。 この金型は、重力方向に伸延する鉛直方向のシャフトとして、つまり長さに対する開口幅の比率が小さい長手方向に伸延するキャビティとして形作られており、その結果、ガラス管の外側の輪郭は、金型つまりシャフトによって決定される。 ここで、同軸に伸延する例えばマンドレルの形をした成形手段が、溶融ガラスが流れる金型つまりシャフトの内部に設けられており、その結果、ガラス管の内側の輪郭は、成形手段によって決定される。 ここで、成形手段は、溶融ガラスが金型内つまりシャフト内でガラス管へと凝固するように冷却される。

この場合、溶融ガラスは、１０ ^７．５ ｄＰａｓより少ない粘度に対応する温度で、好ましくは１０ｄＰａｓから１０ ^５ ｄＰａｓまでの範囲の粘度を持って、より好ましくは１０ ^２ ｄＰａｓから１０ ^５ ｄＰａｓまでの範囲の粘度、すなわち前述した従来の引き抜き成形プロセスにおけるよりもかなり低い粘度を持って、シャフトの中に直接注入され得る。 好ましくは、溶融ガラスは、自由な膨出部を形成しながら、シャフトに直接注入される。 この場合、溶融ガラスは、成形手段上で、ガラスの軟化温度よりも下の温度までクールダウンされ、その結果、ガラス管は、後に流れる溶融ガラスが野放しにシャフトを通過して流れることを適切に防止するように、後に流れる溶融ガラスを支持する。

したがって、本発明によりガラス管を鋳造するときの肉厚は、バルブ（ｂｕｌｂ）や従来の引き抜き成形プロセスの引き抜き成形パラメータによって、もはや制限されないので、簡単で安価な方法で、比較的高い肉厚を有する均一で精密なガラス管を有利に形成することができる。

本発明の好適な態様によれば、特に、０．１×ＯＤ［ｍｍ］よりも小さい、肉厚（ＷＴ）に対する外径（ＯＤ）の比率を備えた予備成形体として使用するためのガラス管を形成することができる。 ＯＤおよびＷＴは、それぞれガラス管の外径（ＯＤ）および肉厚（ＷＴ）を、各々の場合にミリメートルで示すものである。 ここで、ガラス管の外径は、４０ｍｍ以上である。

ガラス溶融物からガラス管を引き抜き成形するときと比べてガラス管を鋳造するときは、表面張力効果は影響が少なく、流れの動的効果があまり重要ではないので、ガラス管のための新規な幾何学的形状は、本発明によれば、低い製造費用で到達できる。 これらは、特に、鋭いコーナーを備えた幾何学的形状、および例えば膨出部またはへこみの形をした内側に特徴的な凸状の内部押込部を備えた幾何学的形状を含む。 溶融物から直接の引き抜き成形プロセスは、例えば１０ ^５ ｄＰａｓ程度の比較的低い引き抜き成形粘度に束縛される一方で、本発明による好適な溶融ガラスからガラス管または予備成形体の鋳造によれば、他の粘度を使用することも可能である。 特に、低い粘度（例えば１０ ^３ ｄＰａｓ）がここでは鋳造プロセスに適する。 その場合、金型の良好な充填を特に達成することが可能だからである。

対照的に、他の相関関係が、引き抜き成形プロセスに適用され得る。 従来の引き抜き成形プロセス（例えばベロ（Ｖｅｌｌｏ）、ダナー（Ｄａｎｎｅｒ）、あるいはダウンドロー・プロセス）において使用されるような再引き抜き成形プロセスと比べて、比較的低い粘度によれば、ガラスは、極めて容易にまだ変形させられ得る。 鋳造プロセスとは異なり、優れた変形性能は、ここでは、ガラスが最小の表面（円形断面）を採ろうとすると結果となる。 鋭いエッジは、たとえそれらがダイまたはニードルの幾何学的形状において設けられていたとしても、かなり丸くなる。 さらに、管の内側の内方へのへこみは、かなり外方へ変形させられ、その結果、概して円形の内部空間が形成される。 これとは対照的に、鋭いコーナー、および例えばへこみの形をした均等に内方に突出する内部押込部を備えたガラス管はまた、１０ ^５ ｄＰａｓよりも大きい、好ましくは１０ ^７ ｄＰａｓよりも大きい粘度が再引き抜き成形段階に対して使用され得るガラス管の製造についての本発明による方法を使用して、信頼性高く低応力で形成され得る。 このように、本発明による方法によれば、本発明によるガラス管を得るために、溶融物からの引き抜き成形プロセスと比較して、鋳造プロセスに対しては特に低い粘度を、再引き抜き成形プロセスに対しては特に高い粘度を、好ましくは選択することができる。

本発明のさらに別の態様によれば、シャフトの内側周囲壁および／または成形手段つまりマンドレルの外側周囲壁上に、ガス・クッションを形成することによって、シャフトの内側周囲壁および／または成形手段つまりマンドレルの外側周囲壁との溶融ガラスの直接的な接触が、鋳造プロセスの間、防止される。 これは、引き抜き成形ダイおよび内部のニードルと常に直接的に時には粘着性を持った接触が存在するガラス溶融物からのガラス管の従来公知の引き抜き成形プロセスとは対照的である。 この結果、従来では、ニードルおよびダイとの接触点における最小限のガラス断面に起因して、特徴的なスピード・プロファイル（ｓｐｅｅｄ ｐｒｏｆｉｌｅ）が生成され、スピード・プロファイルは、ダイから出た後にかなり変化する。 この複雑な流れ運動の結果として、従来のガラス溶融物からの引き抜き成形プロセスにおいては、ガラス管の幾何学的形状とダイの幾何学的形状との間に、表面張力効果を無視したとしても、かなり偏差が生じる。 本発明による直接鋳造によれば、そのような複雑な流れ運動は起こらず、その結果、ガラス管または予備成形体は、簡単かつ安価に、正確な幾何学的形状で有利に製造され得る。

さらに、従来の引き抜き成形プロセスにおけるダイの通常の、時に高価な設計は、近い仕様を満たすためには、もはや必ずしも必要ではない。 したがって、本発明によれば、ガラス管または予備成形体用の殆ど任意の内側の幾何学的形状、特にまた比較的小さいエッジの曲率半径、およびまさに規定された内方への内部へこみ、をこのようにして達成することが可能である。

原則として、本発明に係るプロセスを使用することによって、ガラス管あるいは予備成形体に適用される内部ボアの任意の幾何形状、特に、非丸形（ｎｏｎ−ｒｏｕｎｄ）の幾何形状を有する内部ボアを、同様に、達成することが可能である。 鋳造（ｃａｓｔｉｎｇ）あるいは引き抜き成形（ｄｒａｗｉｎｇ）の間に、ガラス管が回転させられる場合、ガラス管あるいは予備成形体の外部の幾何形状は、内部の幾何形状に略一致する。 しかし、当然同様に、回転させることなく、ガラス管あるいは予備成形体を鋳造あるいは引き抜き成形することが可能である。 この場合、ガラス管あるいは予備成形体の外側輪郭と、内部輪郭との間に、ずれを生じさせることが可能である。 このように、本発明によって、任意の内部輪郭および／または外側輪郭を有するガラス管あるいは予備成形体を、形成することが可能である。

特に、このような方法で、非均一な肉厚を有する予備成形体あるいはガラス管を達成することが、可能である。 上記したように、再引き抜き成形プロセスの後において、予備成形体の輪郭は、ガラス管の輪郭と、概して一致する。 その結果、本発明に係るガラス管の生産において、サイクルの最適化を、不要とすることができるかもしれない。 それは、例えば、組立てられた成型型と予備成形体（ガラス管がその後形成される管）との間、および、生産されたガラス管の間における一定の関係が、目下存在し得るためである。

再引き抜き成形プロセスのため、予備成形体は、保持治具（ｒｅｔａｉｎｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）によってクランプすることが可能であり、部分的に加熱あるいは一部が加熱され、所望の直径を有するガラス管に、引き抜き成形される。

独国特許出願公開第３７２０５２６（Ａ１）号（米国特許第５，０８０，７０５号に対応する）は、ダナー（Ｄａｎｎｅｒ）プロセスを利用し、型出しされたガラス管材料を、生産するための方法および装置を、開示している。 この文献は、０．１ｍｍまでの半径を有する非円形（ｎｏｎ−ｃｉｒｃｕｌａｒ）断面を備える、型出しされた輪郭ガラス管材料を、開示している。 この文献は、多目的ガラス管材料の生産に関するが、しかし、電気素子あるいは磁気素子を、封入するための管として使用するためのガラス管材料には、関しない。

独国特許第２３３３４９５（Ｃ３）号は、再引き抜き成形プロセスを使用し、ガラス予備成形体からガラス管を生産するための方法を、開示している。 カーボンの抵抗性被覆を、ガラス管の内周壁に適用することで、抵抗素子を提供している。 したがって、ガラス管は、電気部品あるいは磁気部品を、封入するために使用されない。

したがって、従来のリード管は、米国特許第４，２７７，２８５号および欧州特許出願公開第１１５３８９５（Ａ１）号に開示されているように、常に、丸形の幾何形状を有し、かつ、特殊なタイプのガラスから生産される。 このようなガラス管、および、磁気的および電気的用途（例えば、ダイオード）において使用される他のガラス管は、同様に、引き抜き成形プロセスによって、例えば、従来のベロ（Ｖｅｌｌｏ）プロセス、ダナープロセス、あるいは下方引き抜き成形プロセスによって、通常、溶融体から直接生産される。

本発明によれば、ガラス管の断面は、ガラス管２１の全長に渡って一定となり、どこにも丸形部位を有しない。 この結果、全体として、内部ボア２３の断面は、かなり低減され、ガラス管における機能素子の低応力封止を実行することを、顕著に、より容易とする。 これにより、より信頼性が高く、より容易で、且つより費用対効果が高い上記に言及したタイプの封入を達成できる、技術的応用、特に電気部品または磁気部品、例えば電子部品のためのガラス管および当該ガラス管の製造方法が提供される。

図１に係り、ガラス管２１は、略矩形形状の外側輪郭を有し、４つの管壁から形成される。 図示される実施の形態における２つの側方管壁は、平坦であり、ガラス管２１の高さの全体に渡って、互いに略平行に、延長している。 対向する上方管壁および下方管壁は、それぞれの内周壁における内部押込部Ｘ（ｃｒｏｓｓ−ｓｅｃｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｓｔｒｉｃｔｉｏｎ）を有しており、ガラス管２１の内部ボア２３が、狭くなっている。

図１に係り、２つの対応する内部押込部Ｘは、半月（ｍｅｎｉｓｃｉ）形状で、内側に突出する凸状膨出部として、形成される。 ガラス管２１の幅方向において、内部押込部Ｘは、連続かつ平滑に延長している。 内部押込部Ｘは、内部ボア２３あるいは内部輪郭の各コーナー点において、２つの側壁と交差（ｃｕｔ）している。 これらの４つのコーナー点は、破線によって概略的に示される外接円周（ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｃｅ）２４を、定義し、その直径は、変数ｄによって指定される。 図１から明確に理解できるように、ガラス管２１の内周壁の全ては、上記のように定義される外接円周２４の範囲内に、位置する。 これは、従来のリード管における内部ボアの通常の円形幾何形状からの顕著な逸脱を、際立たせている。

図１に係り、内部押込部Ｘは、ガラス管２１の２つの対向する内周壁に配置される。 しかし、本発明は、この特殊な幾何形状に制限されない。 もっと正確に言えば、単一の内周壁に、内部押込部Ｘを１つだけ提供したり、２つ以上の内周壁に、内部押込部Ｘを形成したりすることが可能である。

図１の符号ｘのサイズは、関連するコーナー点よって定義される基準線（上方の実線によって示される）に関し、それぞれの内部押込部Ｘが、内部ボア２３にして突出する距離を、を示している。

本発明に係り、上述した距離ｘと外接円周の直径ｄとの間の関係が、下記を満たすように、形成される。 当該関係は、「ｘ≧０．０２×ｄ」である。 この場合において、より好ましくは、下記の関係が、本発明に係り、満たされることである。 当該関係は、「ｘ≧０．１×ｄ」である。

対応する内部押込部Ｘあるいは押込部が、ガラス管２１の両方の側方壁に、同様に存在している場合、本発明によれば、これらの内部押込部Ｘあるいは押込部のために、対応関係を満たすことが可能である。

図１に示されるように、各収縮部は、好ましくは、ガラス管２１の全長に沿って延長する。 それゆえ、ガラス管の断面は、ガラス管２１の全長に渡って一定となり、したがって、どこにも丸形部位を有しない。 本発明のガラス管は、リードスイッチの鞘管として機能するものであるが、内部ボア２３の断面は、全体として、かなり低減されており、ガラス管における機能素子（ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｅｌｅｍｅｎｔ）の低応力封止を実行することを、顕著に、より容易とする。 これは、例えば、シールド気体雰囲気下あるいは真空状態下にあるリードスイッチ等の電気部品あるいは磁気部品の場合に、例えば、必要とされる。

図２は、本発明の第２実施の形態に係るガラス管を示している。 図２に係り、ガラス管は、略矩形の内側および外側輪郭を有しており、内周壁は、略平坦に形成され、互いに略平行に延長している。 つまり、図１において上述された内部押込部Ｘを有していない。 この場合における円は、内部ボア２３の内側エッジ部２５の内部半径ｒを示している。

第２実施の形態によれば、内側エッジ部２５の曲率半径ｒは、０．１ｍｍより小さいあるいは略等しく、さらにより好ましくは、０．０３ｍｍより小さいあるいは略等しい。

当然、図１および図２に基づいて上述された特徴を、組み合わせた、本発明に係るガラス管を、生産することが、同様に可能である。

本発明に係るガラス管は、任意の技術用途のために、利用可能である。 技術用途は、例えば、リードスイッチあるいはリードリレーのための外被管、あるいは、類似する電気あるいは磁気部品のための外被管としての使用である。

本発明のさらなる実施の形態によれば、図１および図２に基づいて上述されたガラス管は、予備成形体として使用される。 つまり、後続の再引き抜き成形プロセスのための、予備形成された、中空の出発材料として、より小さい外径を有するガラス管の生産のために使用される。 従来の再引き抜き成形プロセスにおいて、外径をかなり削減することが可能であるが、肉厚に対する外径の比率を、大幅に減少させることができないことも、知られている。 さらなる実施の形態に係り、管の内部と管の外部の間における圧力差を利用し、異なるＯＤ／ＷＴ（肉厚に対する外径）比を、セットすることが、同様に可能である。

再引き抜き成形のために、鋳造ガラス管は、保持治具にクランプされ、部分的に加熱され、そして、所望の外径となるように、引抜かれる。

以下において、上述の再引き抜き成形プロセスのための予備成形体として使用されるガラス管の生産のための、本発明に係る好ましい好適なプロセスが、図３に基づいて説明される。 この場合、図３は、ガラス管の生産のための、本発明の実施の形態に係る装置の断面を示している。

図３によれば、装置は、伸長するとともに比較的細長いシャフト９と、成形手段（ｓｈａｐｉｎｇ ｍｅａｎｓ）として作用するマンドレル１０とを有している。 シャフト９は、好ましくは、重力の方向すなわち鉛直方向に伸び、マンドレル１０は、シャフト９の内部に配置され、シャフト９と同軸上に伸びている。 シャフト９の壁は、好ましくは、高温下において安定している材料、例えば、黒鉛、ホワイトメタル、炭化珪素および／または鋼を含んでいる。

図３によれば、シャフト９は、圧力容器１１の中に保持され、シャフト９を取り囲むために、シャフト９と圧力容器１１の内周壁との間の環状ギャップにフラッシングガスが保持され得るようになっている。

同軸および同心円状のマンドレル１０は、ガラス管１の内部の形状を決定するための成形手段として作用し、シャフト９内にその頂部から中心に導入される。 マンドレル１０は、例えば装置を始動するために、シャフト９から取り除くことができる。 マンドレル１０は、好ましくは、高温下において安定している材料、例えば、黒鉛、ホワイトメタル、炭化珪素および／または鋼を含み、あるいは、この材料から作られている。 マンドレル１０は、黒鉛製マンドレルであることが特に好ましい。 冷却剤は、マンドレル１０を通って同軸上に流れる。 冷却剤は、例えば、ガス、水のような液体、あるいは気液混合物であり得る。

図３によれば、マンドレル１０は、やや円錘形状をなし、下側または下流側の直径が上側または上流側の直径よりも小さくなっている。 円錘形があまりに小さいと、マンドレルの上にガラスが縮小（ｓｈｒｉｎｋｉｎｇ）する虞があり、プロセスを止めなければならなくなる。

シャフト９の周壁は、多孔質材を含んでおり、フラッシングガスは、シャフト９の内壁上にガスクッションを形成するために、圧力容器１１の内部からシャフト９の周壁を通って通過することができる。 多孔質の壁材料によってガスクッションを形成することは、例えば、米国特許第４５４６８１１号に開示されており、その内容は、参照することにより開示目的のために本出願に明示的に含まれるものである。 本発明の意義の範囲内における多孔質材は、多孔質黒鉛、多孔質金属、多孔質セラミックス、および、高温に耐える他の多孔質材であり得る。

実施形態によれば、ガスクッションは、ガラスあるいはガラス管と、シャフト材料との間の直接的な接触を防止している。 ガスクッションは、好ましくは、加圧状態に形成されている。 この目的のため、フラッシングガスは、フラッシングガス入口４を介して圧力容器１１の中に連続的に流れることができ、フラッシングガス出口５は、少なくとも部分的に遮断することができ、これにより、特定の高圧圧力が圧力容器１１内において発生し、シャフト９の周壁を通ってガスクッションに伝えることができるようになる。

シャフト９は、原理上は、どんな形状をもとることができる。 シャフト９は、好ましくは、円錘形状または円筒形状である。 したがって、円筒形状のシャフトの場合には、円形の外観形状を備えたガラス管が形成される。

図３によれば、溶融ガラスは、溶融チャネル、溶融タンク、もしくは容器と同様なもの、またはガラス供給手段（図示せず）から、シャフト９上端部のダイ８を介して、シャフト９の中に導入される。 図３に概略的に示されているように、自由な膨出部がダイ８の下方かつシャフト９の上端部に形成されるように、溶融ガラスをシャフト９の中で自由に鋳造することができ、また、鋳造している間に、流入する溶融ガラスは、シャフト９の周壁の内面に直接接触することがない。 プロセスは、好ましくは、冷却波（ｃｏｏｌｉｎｇ ｗａｖｅｓ）を抑えるために最も高い可能な温度で実行される。 しかしながら、その温度はまた、ガラスが鋳型から離れた後に十分に固形化しないで、成形の後にさらに変形できるように、あまりに高いものであってはならない。 シャフト９の中で鋳造するときには、好ましくは、溶融ガラスは、粘度１０〜１０ ^５ ｄＰａｓ、より好ましくは、１０ ^２ 〜１０ ^５ ｄＰａｓに対応する温度、すなわち、ガラスの軟化温度に対応する粘度であるほぼ１０ ^７．５ ｄＰａｓよりも小さい粘度に対応する温度にある。

低粘度の溶融ガラスは、シャフト９とマンドレル１０との間の環状ギャップに、均一に充填され、非常に均一なガラス品質（ｇｌａｓｓ ｑｕａｌｉｔｙ）となる。 ガラスは、重力の方向かつシャフト９の壁に平行に引抜かれるため、ガラス管を、応力から略自由に、生産することが可能である。

プロセスを始動するために、ガラス管に形に関して適応されたスタータ（図示せず）を用いることができ、これは、シャフト９を一時的に閉じるための平坦な閉鎖要素として動作する。 このスタータは、下方からシャフト９の中へ突出するように、回転および変位機構にクランプされ得る。 このスタータは、プロセスの始め、例えば、装置が始動されたときに、ガラスがシャフト９を満たすことなく当該シャフト９を通って流れることを防止している。

充分なガラス被膜がスタータ上に形成されるとすぐに、スタータは、ガラスの上昇する膨出部ができるだけ一定に引き続くように、連続的に下げられる。 ガラス管がフィードおよび回転機構から持ち上がるほど充分な長さになるとすぐに、スタータは、例えば側方に引き出されて、取り除かれ得る。 プロセスは、それから、連続的に動作し得る。 ガラス管１は、矢印６によって示されるフィード方向にシャフト９を通過する。 この目的のために、従来から知られているように、シャフト９からガラスを引っ張り出すことは、不可欠ではない。 したがって、好ましい実施形態によれば、ガラス管は、シャフト９から積極的に引っ張り出されず、むしろ、適切な方法で単に移送される。 しかしながら、他の実施形態によれば、例えばプロセスを加速するために、ガラス管は、シャフト９から積極的に引っ張り出され得る。 円形形状に関する矢印７によって示されるように、上述した成形が実行される間、ガラス管１はまた、その長手方向の軸線のまわりに連続的に回転させられ得る。

生産工程の間、ガラスは、ダイ８に連通するフィード管から、ガラス管または回転するガラス管の上に、連続的に流れ出る。 連続的に生産された管は、それから、所望の長さのセグメントに切られ得る。

ここで述べたプロセスを使用するとき、ガラスは、結晶形成および結晶成長にとって重要な温度範囲を非常に短い時間で通り過ぎる。 したがって、このプロセスによって、すぐに結晶化したガラスから管を生産することもまたできる。

プロセスの適用は、円形横断面形状に制限されるものではない。 このプロセスを用いて、例えば、矩形や楕円、あるいはどんな所望の横断面形状からなる管をも生産することができる。 しかしながら、この場合には、ガラス管を回転させなければはならない。

この点において、プロセスの間、鋳型として機能するシャフトの横断面ができるだけ完全かつ一様に満たされることを確実にすることが必要である。 これはまた、非円形の横断面の形状が関する場合には、フィーダまたはダイ８に適切な形状を付与することによって、あるいはシャフト９および鋳造ガラス管１の回転運動および直線運動によって達成することができる。

前記装置および前記生産プロセスのさらなる詳細のために、本出願人の同時係属中の日本国特許出願を、参照する。 当該出願は、２００４年１２月１４日に出願の独国特許出願第１０２００４０６０４０８．８号を優先権主張し、名称は、「ガラス管を生産するための装置およびプロセス」であり、その内容は、開示目的のため、参照によって本出願において、明示的に含まれる。

図４に三角形によって表された例となる測定点によって示されるように、本発明によるプロセスは、ほぼ０．１＊ＯＤ／［ｍｍ］未満のＯＤ／ＷＴ比であるガラス管を得ることを確実にしている。 ここに、図２のベース上に挿入された規約において、ＯＤおよびＷＴは、鋳造ガラス管の外径（ＯＤ）および肉厚（ＷＴ）をそれぞれミリメートルで示す大きさを表している。 明りょう化のために図２には表されていないが、発明者らによって実施されたさらなる一連の試験は、この観測結果を裏付けている。

本発明に係る装置によって生産されるガラス管は、付加的な再引き抜き成形プロセスによってより小径の管を生産するための予備成形体（出発原料を適切に予備成形したもの）としての使用に特に適している。 この場合において、異なるＯＤ／ＷＴ比（肉厚に対する外径）はまた、管の内部と管の外側との間の圧力差によっても設定され得る。

より小さいＯＤおよび予備成形体のＯＤ／ＷＴ比以上であるＯＤ／ＷＴ比を有する管は、上に述べたように生産された管から、その後の再引き抜き成形ステップにおいて生産することができる。 これを達成するために、鋳造ガラス管は、保持治具にクランプされ、部分的に加熱され、それから所望の外径ＯＤとなるように引き抜かれる。 ＯＤ／ＷＴ比は、結果として概して変わらない。 しかしながら、ＯＤ／ＷＴ比は、管の内部の加圧によって影響され得る。 したがって、例えば、外圧ｐａよりも高い内圧ｐｉによって、ＯＤ／ＷＴ＜０．１＊ＯＤ／［ｍｍ］の予備成形体から、０．１＊ＯＤ／［ｍｍ］以上であるＯＤ／ＷＴ比を有するガラス管を生産することが可能である。

また、再引き抜き成形プロセスの処理量は、１ｋｇ／ｈ以上である。

（実施例）
円錘形状をなす黒鉛製マンドレル（外径（ＯＤ）頂部＝２３ｍｍ、ＯＤ底部＝１８ｍｍ）を、周囲にアルゴンが流され、わずかに円錘形状をなす黒鉛製シャフト（内径（ＩＤ）頂部＝７１ｍｍ、ＩＤ底部＝７２ｍｍ）内の中心に導入した。 黒鉛製マンドレルは、同軸上の特殊鋼からなる冷却ホルダに取り付けた。 冷却ホルダを、空気と噴霧水との混合物によって冷却した。 ＳＣＨＯＴＴ ＡＧ社製の「Ｇｌａｓｓ８２５０」（商品名）のガラスを、貴金属製のルツボの中で溶融した。 加熱可能な貴金属製のパイプを、ルツボの底部に溶接した。 このパイプはダイに開口しており、ダイはまた個別に加熱可能となっている。 表１に示される種々のパラメータは、「Ｇｌａｓｓ８２５０」（商品名）のガラスによってシャフトが満たされたときに定めた。 結果を表２に示す。 本実施例に述べた「Ｇｌａｓｓ８２５０」（商品名）にとっては、１２３０℃の温度が有利であることが判明した。 このようにして得られた管を、再引き抜き成形システムにおいて再引き抜き成形した。 この点において、外径ＯＤおよび比ＯＤ／ＷＴは、内圧および引き抜き成形速度によって定めた。

さらなる実施形態において、予備成形管は、上記のように生産される。 これら予備成形管は再引き抜き成形システムにおいて再引き抜き成形される。 引き抜き成形管の新たなＯＤ／ＷＴ比は、内圧によって定まる。 それから、生産品は、矩形管を形成するために、変形領域における２つのロールによってさらに成形される。 ガラス管の表面に損傷を防止するために、複数のロールは、六方晶系のホワイトメタルや黒鉛から構成されている。

基本的には、本発明に係るプロセスは、任意のグレードのガラスに適している。 しかし、ガラス管に機能素子が封止される技術用途においては、比較的高い吸光係数を有するガラスグレードが、封止あるいは封入のために使用される赤外線（ｉｎｆｒａｒｅｄ ｌｉｇｈｔ）、例えば、約７００ｎｍと約４０００ｎｍとの間の波長レンジの光のために、好ましい。 このようなガラスグレードは、例えば、欧州特許出願公開第１１５３８９５（Ａ１）号および米国特許第４，２７７，２８５号に記述されており、その内容は、参照によって、本出願において、明示的に含まれる。

以下において、本発明に係る予備成形体の生産のためのプロセスを、さらに説明する。

プロセスに関し、溶融ガラスは、シャフト９に流し込まれ（ｃａｓｔ）、ガラス管１の外側輪郭が、定められる。 そして、溶融ガラスは、シャフトの内部において同軸的に延長している成形手段（ｓｈａｐｉｎｇ ｍｅａｎｓ）１０の上を覆いながら流れ、ガラス管１の内側輪郭を定める。 なお、成形手段１０は、冷却されており、溶融ガラスは、固化し、シャフトの内部において、ガラス管１となる。

このプロセスに関し、溶融ガラスは、シャフト９に、自由に流入することが可能であり、シャフトは、少なくとも一部（ｉｎ ｓｅｃｔｉｏｎｓ）が、溶融ガラスによって完全に充填されるため、ガラス管１の外側輪郭が定めされる。

このプロセスに関し、溶融ガラスは、一定の温度において、シャフト９に、流入させることが可能である。 前記温度は、１０ ^７．５ ｄＰａｓ未満の粘度、より好ましくは、１０ｄＰａｓ〜１０ ^５ ｄＰａｓのレンジの粘度、さらにより好ましくは、１０ ^２ ｄＰａｓ〜１０ ^５ ｄＰａｓのレンジの粘度に、対応している。 そのため、溶融ガラスは、成形手段１０上で冷却され、ガラスの軟化温度以下となるため、ガラス管１は、シャフトへ続いて流入してくるガラスを支持することになる。

プロセスに関し、気体クッション（ｇａｓ ｃｕｓｈｉｏｎ）を、シャフト９の内周壁に形成することで、シャフト９の内周壁とガラス管１の外周壁との間における直接的接触を、少なくとも一部で、妨げることが可能である。 この場合、気体クッションは、超過圧力（ｏｖｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅ）を有し、シャフト９の内周壁に、形成される。 さらに、プロセスに関し、シャフト９を保持している圧力容器１１に、勢いよく流れる（ｆｌｕｓｈｉｎｇ）フラッシングガスを、供給することによって、気体クッションの超過圧力を、セットすることも、可能である。

プロセスに関し、圧力容器１１の少なくとも１つのフラッシングガス出口５を、少なくとも部分的に閉鎖することで、気体クッションのこの超過圧力を生成することが可能である。

プロセスに関し、フラッシングガスは、少なくとも一部が多孔質材から形成される周方向壁を通過し、シャフトの内部に流入することで、気体クッションの超過圧力を発生させる。

プロセスを関し、冷却液３は、成形手段１０を通過して冷却することで、溶融ガラスが、すなわち、成形手段１０の下方エッジ部あるいはそのすぐ近くにおいて、十分かつ急速に冷却されることを、保障することが可能である。

プロセスに関し、フラッシングガスは、少なくとも一部が多孔質材から形成される成形手段１０の外周壁を通過することが可能である。 そのため、ガラス管１の内周壁と成形手段１０の外周壁との間において、超過圧力に好ましくはさらされる気体クッションを、形成し、ガラス管１の内周壁と成形手段１０の外周壁との間における直接的接触を、少なくとも一部で、妨げることが可能である。

プロセスは、また、閉鎖要素（ｃｌｏｓｕｒｅ ｅｌｅｍｅｎｔ）を、軸方向に降下させるためのステップを含んでおり、ガラス管１の形状および降下ステップの後における閉鎖要素の取外に適合している。

プロセスに関し、ガラス管は、本応用によって規定される予備成形体としての使用のために、形成可能であり、肉厚（ＷＴ）に対する外径（ＯＤ）の比は、「０．１×ＯＤ／［ｍｍ］」と等しいあるいは未満である。 なお、符号ＯＤおよび符号とＷＴは、ガラス管１における外径および肉厚を、それぞれ、ミリメートルで示しており、また、外径は、４０ｍｍを越えるあるいは等しい。 このようなガラス管は、上述した従来の引き抜き成形プロセスを使用し、溶融ガラスからガラス管を、引き抜き成形することで、生産することが、できない。

したがって、このような方法で鋳造されるガラス管１は、本発明に従って、予備成形体として使用され、そして、鋳造ガラス管１の外径は、付加的な再引き抜き成形ステップによって、削減される。

再引き抜き成形に関し、鋳造ガラス管１は、保持治具においてクランプされ、部分的に加熱され、そして、所望の外径となるように、引き抜かれることが可能である。

この場合、側方の力は、再引き抜き成形の間における変形ゾーンにおいて、ガラスに作用し、断面形状の変化を、引き起こす。 なお、側方の力は、１つ以上のローラによって、適用することが可能である。

顕著な内部押込部Ｘを有する、本発明の第１実施の形態に係るガラス管の断面図である。

内側が矩形であり、かつ一定のエッジ半径ｒを有する、本発明の第２実施の形態に係るガラス管の断面図である。

本発明に係るガラス管の生産のための予備成形体を、再引き抜き成形プロセスによって、生産するための装置の概略図である。

従来の引き抜きによって生産された複数のガラス管と、本発明の引き抜きによって生産された複数のガラス管との比較を示す図である。

符号の説明

１，２１ ガラス管、
３ 冷却液、
４ フラッシングガス入口、
５ フラッシングガス出口、
６ ガラス管１のフィード方向、
７ ガラス管１の回転方向、
８ ダイ、
９ シャフト、
１０ 成形手段／マンドレル、
１１ 圧力容器、
１２ ガラス管１の内部容積、
２３ 内部ボア、
２４ 外接円周、
２５ 内側エッジ部。