玻璃管的制作方法
【专利摘要】将两个常规的厚壁拉制熔融石英管（1、2）设置成一个在另一个之内。在它们的前端，每个均夹持于筒夹（3、4）中。将这些在前的筒夹支撑住，以便沿着轨道（5）行进等于管的长度的距离。将加热和拉制站（6）设置于在管的长度上从在前的夹头的初始位置的后方往后一小段距离处。在其最远端，外管是通过张紧筒夹（8）来夹持的，其自身靠轨道来支撑。设置筒夹以通过各自的步进电机（9、10、11）沿着轨道来驱动。在加热站处，提供以燃烧器（12）的形式的加热器用于加热外管。以一定速率施加热量以软化外管。在前的步进电机拉制在前的筒夹（3、4）以使外管伸展。在后的张紧筒夹（8）更缓慢地向前运动，借此将外管充分地伸展以减小其直径以致与内管接触。
【专利说明】玻璃管
[0001 ] 本发明涉及玻璃管，包括熔融石英管 。
[0002]熔融石英管,在本文中也称作“石英管”,可由拉制工艺(drawing process)制成。它们具有薄壁，并且具有光滑且一致的内径和外径。
[0003]我们对具有一致内径的厚壁石英管有需求，这样的厚壁石英管的外径比我们认为可以拉制的更大，通常地外径为49mm和内径为4mm或6mm。对于我们在等离子体灯中的应用而言重要的是，内径和外径均应当有公差以允许微波谐振。通常地，在薄壁管的制造中可保持的公差将是足够的。然而，它们不能保持在用单次拉制制成的厚壁石英管中。通常地，石英管(quartz tubing)是通过其外径和其壁厚来说明的；至少一个制造商在他们的管的壁厚上说明了+/-10%的公差。这为逐渐增厚的厚壁管的内孔引入了相应渐增的变化。换言之，公差范围随壁厚的增加而增大。
[0004]请注意，尽管本文中提到的是“厚壁”管，但是除了在其它尺寸被明确地提及之处以外，所有以下引用的尺寸和所有尺寸的比为直径和外径与内径(0D/ID)的比。“内径”和“内孔”是同义地使用的。内孔并不表示由镗孔操作形成的孔；所指的内孔是由拉制形成的——虽然有通过纵向拉伸而使孔缩小的可能性。
[0005]通常地，我们期望可以将厚壁玻璃拉制至的外径与内孔比的限度约为5:1，为了我们的目的，厚壁玻璃至少具有足够一致性的内孔。如在我们的第2，188，829号欧洲专利(我们的LER专利)中所定义的，后者为依靠电磁(通常为微波)谐振在“等离子体坩埚”中的等离子体放电的建立。一般地，这样的坩埚是由直径为49mm、长为21mm并且带有4mm的中心孔的熔融石英环形物形成的。这远远超出了我们理解可以被拉制的范围。也就是说，我们意识到拉制至0D/ID比大于5: 1、但具有不足的一致性的内孔的管对我们的LER技术是适合的。在这方面，我们的确期望本发明的厚壁管在我们LER专利的范围以外来使用。
[0006]在我们的LER技术的生产中，我们已镗孔并且抛光了等离子体坩埚，以向它们提供其等离子体空洞(plasma void).+/_ 0.5mm的孔公差在我们的经验中是不可接受的。
[0007]本发明的目的是提供改进的厚壁玻璃管。
[0008]根据本发明的第一个方面，提供了厚壁拉制孔玻璃管，该孔玻璃管具有至少7:1的外径与内径比和直径一致的内孔。
[0009]至少对于我们所预期的应用而言，内孔直径可能为IOmm或更小。
[0010]优选地:
[0011].孔直径公差为+/ - 0.25mm,通常为+/ - 0.15mm ；
[0012].外径与内径比为7:1至30:1，通常为8:1至16:1并且可能为8:1至12:1 ;
[0013].内孔为3mm到7mm并且通常为4mm到6mm ；
[0014].玻璃管是熔融石英玻璃管；
[0015].内孔具有拉制光洁度(drawn finish)。
[0016]管的外部可具有拉制光洁度。供选择地，管的外部可具有磨削光洁度(groundfinish)。
[0017]我们设想，虽然内管和外管的材料可以是相同的，但外管的材料可以包含一种或多种添加剂，由此使外管对紫外线的透明度低于内管对紫外线的透明度。
[0018]在优选的实施方案中，将管描述为通过如下步骤来形成:
[0019]?拉制内管至确定的内径，
[0020].设置确定内径的拉制的内管于外管内以及
[0021]?加热并拉制外管到内管上。
[0022]根据本发明的第二个方面，提供了形成厚壁玻璃管的方法，该方法在于以下步骤:
[0023]?提供拉制至确定内径的内管，
[0024]?设置拉制的内管于外管内以及
[0025]?加热并拉制外管到内管上，
[0026]该管具有至少7:1的外径与内径比。
[0027]优选地，将外管拉制至外径与内径比为7:1至30:1，通常为8:1至16:1并且可能为 8:1 至 12:1。
[0028]可以购买已准备好拉制至其在将外管拉制到内管上之前的尺寸的管。供选择地，也可将其初步拉制至适于将外管拉制到内管上的尺寸。
[0029]我们预期的是，通过外管内部尺寸和外部尺寸的适当选择，有可能足够精确地将外管拉制到内管上直至精加工的外径。然而，我们预期的是，其它措施可以是必要的。
[0030]除了由于拉制而导致的收缩作用，这些可以在拉制内管和外管到一定尺寸和迫使外管到内管上的过程中采取该形式的作用。例如，适当地通过两对正交排列的曲面辊的作用，可以将外管轧制到内管上。供选择地，可将外管穿过模具。对于这个，在将内管从外管的另一端引入其中之前，将外管的端部至少拉细至模具的内径是必要的。
[0031]轧制和拉制经过模具均可能导致在外径上留下痕迹。这可以磨削和抛光至最终尺寸。
[0032]我们预期的是，一起热浸泡和可能地拉制两个管的另外的步骤是必须的，以使它们完全结合。这可以使内径和外径均减小至最终尺寸。
[0033]优选地:
[0034].既在加热装置之前通过在前的夹持和拉制装置，又在所述加热装置之后通过在后的夹持和限定装置，将所述外管夹持，和
[0035].对于将外管拉制到内管上:
[0036].通过加热装置将中部加热，
[0037].通过在前的夹持和拉制装置，将前部从加热装置向前拉制，和
[0038].为了向加热装置较慢的运动，将后部限定。
[0039]在外管到内管上的可察觉的拉制之前，可以将内管单独地夹持并至少最初地向前拉制，此后通过外管的夹持和拉制装置使内管向前运动。
[0040]进一步地，我们可以设想下列情形:在已将外管拉制到内管上之后，需要将内管拉细。在该情形下，可以将内管单独地夹持、限定、加热至软化温度，借此将它拉长，但被拉长的程度小于外管。
[0041]为帮助理解本发明，现在将通过实施例并参考附图来描述其具体的实施方案，其中:[0042]图1是根据本发明的厚壁拉制孔玻璃管的制备示意图；
[0043]图2是用于透明坩埚(lucent crucible)的制备的一段管切块的透视图；和
[0044]图3是具有拉制内孔等离子体空洞的透明坩埚的横截面侧视图，该坩埚是由一块本发明的厚壁拉制孔玻璃管形成的。
[0045]参考附图，将两个常规的厚壁拉制熔融石英管1、2设置成一个在另一个之内。
[0046]在它们的前端，每个管均夹持于筒夹(collet)中，较小直径的管从较大直径的管的端部延伸并且夹持于“内”筒夹3中，较大的管夹持于“外”筒夹4中。将这些在前的筒夹支撑住，以便沿着轨道5行进等于管的长度的距离。
[0047]将加热和拉制站6设置于在管的长度上从在前夹头(chucks)的初始位置的后方往后一小段距离处。进一步再后面地，支承辊7是沿着内部具有内管的外管的轨道的反向延伸而提供的。在其最远端，外管是通过张紧筒夹8来夹持的，其自身靠轨道来支撑。
[0048]设置筒夹以通过各自的步进电机9、10、11沿着轨道来驱动。
[0049]在加热站，提供以燃烧器12的形式的加热器用于加热外管。热量将辐射至内管，使其变暖。然而预期的是，内管将基本上保持比外管冷。以一定速率施加热量以软化外管。在前的步进电机拉制在前的筒夹3、4以使外管伸展。在后的张紧筒夹8更缓慢地向前运动，借此使外管充分地伸展以减小其直径以与内管接触。这倾向于在它们汇合时冷却外管。燃烧器向在前的筒夹延伸经过这个点14，以允许在两个管间的界面处的石英的温度在一定温度下保持超过一定距离，借此它们可熔融在一起。
[0050]内管是通过其筒夹3来拉制的，通过张紧夹头允许内管拉制稍快于外管以向前运动。这个速度差决定了外管的伸展度及其最终外径。两个在前的筒夹以彼此相同的速度运动，并且一旦将足够长度的外管拉细到内管上以使它们成为一体时，两个在前的筒夹实际上执行了相同的任务。
[0051]当拉制行为持续时，在后的筒夹越过并且回弹性地压低两个支承辊7。在前的筒夹越过在轨道5的前端上的另外的辊15。
[0052]当通过张紧筒夹8的步进电机使张紧筒夹8比在前的筒夹更缓慢地向前驱动时，未张紧的内管以两个管之间的差速在外管内运动，而未使内管伸展。供选择地，在变型中，将加热站在长度上延伸以允许内管软化。这是通过另外的(未示出)筒夹来控制的，以少量地伸展，该量少于将外管伸展到内管上的量。预期的是，这个行为进一步将两个管熔融到一起。
[0053]最终产品是具有对于其内径和其外径而言大大厚于常规管的壁的组合管。典型地，这些尺寸分别是4mm或6mm和49mm。我们期待能由常规的厚壁的、ID为4mm或6mm和OD为20mm的内管以及常规的厚壁的、ID为24mm和OD为60mm的外管来制备组合管。外管最初具有的截面积要比当它紧靠内管进行拉制时大44%。因此，在外管拉细到内管上的过程中，外管本身伸展了 44%。OD从60mm至50mm的20%减小为抛光至49mm留有余地。
[0054]应当特别指出的是，以上所引用的精加工尺寸仅仅是实例。像外径大于和小于49mm 一样，设想其它内径在4至6mm。另外，我们期待能够以较小的在外径管和内径管之间的最初间隙来操作，而相应地减小了外管需要被伸展的量。
[0055]在制造我们关于光源的第2，188，829号欧洲专利中所描述的透明坩埚中，我们使用如图2中所示的这样具有较厚的壁、切割成短的长度的管。这样的坩埚示于图3中。它包括从一段短的本发明的厚壁拉制孔玻璃管上所切下的石英圆形圆柱体块101。如在我们的以W0/2010/094938号公布的第PCT/GB2010/000313号国际申请中所描述的，它是通过密封件102、103在其内孔105的两端来进行密封的。微波可激发的材料的填充物106，通常为惰性气体中的金属卤化物，是用内孔密封的，该孔形成了等离子体空洞。制备单独的天线孔107，用于容纳在使用中的微波馈送天线(未示出)。这个孔在使用中不经受等离子体条件并且能够被常规地镗孔和抛光，然而拉制等离子体空洞的优点在于，更不易由于镗孔和抛光留下的残余的微裂纹而裂开。可以期待拉制的内孔是光滑的。[0056]本专利说明书涉及了在不同的频率下运行的可能性，并且相对于用于2.4GHz运行的49mm的外径，给出了供选择的用于5.8GHz运行的31.5mm的外径。此外，第2，438，606号欧洲申请给出了在2.4GHz下用于不同的谐振模式的一系列供选择的外径，变化最高达99mm。我们期望能够由根据本发明所制备的管来形成用于这些模式和频率的坩埚。
[0057]本发明并非旨在受限于上述实施方案的细节。虽然外管和内管通常是由相同的材料，特别是由相同的石英制成的，但是有可能引入区别，特别是在用元素例如铈掺杂外管以降低外管对紫外线的透明度中。还例如，我们预期对于大的外径而言适宜的是，根据本发明制备第一个管并且在第三个、直径更大的管到其上的拉制中将它用作内管。
【权利要求】
1.一种厚壁拉制孔玻璃管，其具有至少7:1的外径与内径比和直径一致的内孔。
2.如权利要求1所述的厚壁拉制孔玻璃管，其中所述内孔的直径为IOmm或更小。
3.如权利要求1或2所述的厚壁拉制孔玻璃管，其中所述孔直径公差为+/- 0.25mm。
4.如权利要求3所述的厚壁拉制孔玻璃管，其中所述孔直径公差为+/- 0.15mm。
5.如前述权利要求中任一项所述的厚壁拉制孔玻璃管，其中所述外径与内径比为7:1至 30:1。
6.如权利要求5所述的厚壁拉制孔玻璃管，其中所述外径与内径比为8:1至16:1，优选为8:1至12:1。
7.如前述权利要求中任一项所述的厚壁拉制孔玻璃管，其中所述内孔为3mm至7mm,优选为4mm至6mm。
8.如前述权利要求中任一项所述的厚壁拉制孔玻璃管，其中所述玻璃管是由熔融石英制成的。
9.如前述权利要求中任一项所述的厚壁拉制孔玻璃管，其中所述管的外部具有拉制光洁度。
10.如权利要求1至7中任一项所述的厚壁拉制孔玻璃管，其中所述管的外部具有磨削光洁度。
11.如前述权利要求中任一项所述的厚壁拉制孔玻璃管，所述管由以下步骤形成: ?设置确定内径的拉制的内管于外管内，和 ?加热并拉制所述外管到所述内管上。
12.如前述权利要求中任一项所述的厚壁拉制孔玻璃管，其中所述外管的材料包含一种或多种添加剂，由此使所述外管对紫外线的透明度低于内管对紫外线的透明度。
13.一种形成厚壁拉制孔玻璃管的方法，所述方法在于以下步骤: ?提供拉制至确定内径的内管， ?设置拉制的内管于外管内，以及 ?加热并拉制所述外管到所述内管上， 所述管具有至少7:1的外径与内径比。
14.一种形成如权利要求12所述的厚壁拉制孔玻璃管的方法，其中将所述外管拉制到外径与内径比为7:1至30:1，优选为8:1至16:1，更优选为8:1至12:1。
15.如权利要求13或14所述的方法，其中将外管拉制到内管上，直至精加工的外径。
16.如权利要求15所述的方法，其中将外管拉过模具直至精加工的外径。
17.如权利要求13或14所述的方法，其中适当地通过两对正交排列的曲面辊的作用，将所述外管轧制到所述内管上。
18.如权利要求13至17中任一项所述的方法，该方法包括将两个管一起热浸泡和可能地拉制的另外的步骤。
19.如权利要求13至18中任一项所述的方法,其中所述内孔为3mm至7mm,优选为4mm至 6mm。
20.如权利要求13至19中任一项所述的方法，其中所述玻璃管是由熔融石英制成的。
21.如权利要求13至20中任一项所述的方法，其中:?既在加热装置之前通过在前的夹持和拉制装置，又在所述加热装置之后通过在后的夹持和限定装置，将所述外管夹持，和 ?对于拉制所述外管到所述内管上: ?通过所述加热装置将中部加热， ?通过在前的夹持和拉制装置，将前部从所述加热装置向前拉制，和 ?为了向所述加热装置较慢的运动，将后部限定。
22.如权利要求21所述的方法，其中，在所述外管到所述内管上的可察觉的拉制之前，将所述内管单独地夹持并至少最初地向前拉制，此后通过所述外管夹持和拉制装置使所述内管向前运动。
23.如权 利要求21或22所述的方法，其中，将所述内管单独地夹持、限定、加热至软化温度，借此将所述内管拉长，但被拉长的程度小于外管。
【文档编号】C03B23/207GK103648994SQ201280031429
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年6月28日 优先权日:2011年7月1日
【发明者】E·C·奥德尔 申请人:塞拉维申有限公司