阅读说明：本技术 一种用于石英玻璃管状器件封接的旋转火头装置及其方法 (Rotary fire head device for sealing quartz glass tubular device and method thereof ) 是由 何荣开 夏开拓 刘鹏 于 2020-04-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种用于石英玻璃管状器件封接的旋转火头装置及其方法。旋转火头装置包括安装座、旋转驱动装置、火头体、旋转火头芯、进气结构,旋转驱动装置能够输出旋转驱动力；火头体固定在安装座上并沿轴线设置圆柱形内腔；火头芯同轴置于火头体的圆柱形内腔中并能够在圆柱形内腔中绕自身轴线旋转；火头芯的一端与旋转驱动装置的动力输出端连接,另一端则安装进气结构的火嘴。由此可知,本发明采用旋转火头芯上的旋转火焰对石英玻璃管状器件进行封接,火焰由火嘴喷出,火力集中,火焰温度对周边设施影响较小,容易控制石英玻璃封接处的外形尺寸和轮廓形状。(The invention discloses a rotary fire head device for sealing a quartz glass tubular device and a method thereof. The rotary fire head device comprises a mounting seat, a rotary driving device, a fire head body, a rotary fire head core and an air inlet structure, wherein the rotary driving device can output rotary driving force; the fire head body is fixed on the mounting seat and is provided with a cylindrical inner cavity along the axis; the fire head core is coaxially arranged in the cylindrical inner cavity of the fire head body and can rotate around the axis of the fire head core in the cylindrical inner cavity; one end of the fire head core is connected with the power output end of the rotary driving device, and the other end of the fire head core is provided with a fire nozzle of the air inlet structure. Therefore, the invention seals the quartz glass tubular device by adopting the rotating flame on the rotating fire head core, the flame is sprayed out from the fire nozzle, the fire power is concentrated, the influence of the flame temperature on peripheral facilities is small, and the overall dimension and the outline shape of the quartz glass sealing part are easy to control.)

一种用于石英玻璃管状器件封接的旋转火头装置及其方法

技术领域

本发明涉及石英玻璃管状器件的加工领域，尤其涉及一种高压气体放电灯电弧管、特种光源电弧管封接用的旋转火头装置及其方法。

背景技术

石英玻璃管状器件的封接加工，如金属卤化物灯电弧管、汞灯电弧管、汽车氙气大灯电弧管等，都是采用成对火头或者环形火头加热需封接的石英玻璃处，然后用模具对需封接的部位进行压制成形，由于石英玻璃压制时温度骤降，易在玻璃封接处产生应力，石英玻璃管状器件封接处的耐压力低。

对于如超高压汞灯电弧管内电极钼箔和石英玻璃封接，无极金属卤化物灯电弧管端石英玻璃的封接，电弧管内点灯时的压力高，石英玻璃压制封接方法，无法保证电弧管的耐压，极易产生炸管，无法保证产品质量；如果不采用模具压制，用成对火头、环形火头加工石英玻璃封接，灯管内采用负压，封接处外形尺寸难保证，形状不好，玻璃容易析晶等缺陷；同时成对火头、环形火头火焰对周边设施温度影响大，泡壳内的液汞、药丸难以保护。

发明内容

发明目的：本发明目的在于提供一种可以旋转的火头装置，用于石英玻璃管状器件管端的封接。采用旋转火头装置加工超高压汞灯电弧管、无极金卤灯电弧管的石英玻璃封接等，灯管内预先抽成负压，火嘴喷出的火焰宽度很窄，对石英玻璃逐段移动进行封接，同时对封接处进行微量拉伸，成形后封接处外形形状好、尺寸准，保护泡壳内的液汞和药丸不被火焰的温度蒸发，生产产品质量好。

发明内容：本发明的目的是这样实现的：

一种用于石英玻璃管状器件的旋转火头装置，包括安装座、旋转驱动装置、火头体、旋转火头芯、进气结构，进气结构包括燃气进气管、火嘴以及输气通道；其中：所述的旋转驱动装置，固定在安装座上，能够输出旋转驱动力；

所述的火头体，固定在安装座上，并沿轴线设置圆柱形内腔；所述的火头芯，沿着中心轴线设有通孔，同轴置于火头体的圆柱形内腔中并能够在圆柱形内腔中绕自身轴线旋转；火头芯的一端与旋转驱动装置的动力输出端连接，另一端则安装火嘴；所述的输气通道，一端与固定在火头体外壁的燃气进气管连通，另一端则与火嘴连通。

优选地，所述的输气通道包括设置在火头体外壁的环状进气室、设置在火头芯外壁与火头体外壁之间的环状密封腔室、设置在火头体上并连通环状进气室与环状密封腔室的进气连接通道a、设置在火头芯上并连通环状密封腔室与火嘴的进气连接通道b。

优选地，火头芯在与环状密封腔室连通的进气连接通道b的进气口位置处，固定安装挡气片。

优选地，环状进气室包括设置在火头体外壁的环状进气槽以及封接环状进气槽槽口的圆环件；燃气进气管固定在圆环件上，并与环状进气槽连通。

优选地，所述火头芯外壁通过两个星形密封圈与火头体内壁气密封连接；两个星形密封圈、火头芯外壁以及火头体内壁围接而成所述的环状密封腔室。

优选地，所述的旋转驱动装置包括电机以及齿轮传动副、旋转准停组件；其中：电机的机座固定在安装座上；齿轮传动副包括啮合的主动齿轮、被动齿轮；主动齿轮与电机的输出轴同轴连接，被动齿轮与火头芯同轴设置并与火头芯的端部固定；旋转准停组件包括配合使用的磁钢、霍尔开关；磁钢安装在主动齿轮上，霍尔开关则安装在安装座上。

优选地，圆柱形内腔的腔壁装有两个轴承，火头芯外壁通过所述的两个轴承与圆柱形内腔腔壁之间可旋转连接；所述的两个轴承，其中一个轴承的内圈通过火头芯一个端部固定的主动齿轮轴向固定，另一个轴承的内圈则通过火头芯另一个端部配装的盖板轴向固定。

优选地，所述火头体在与密封腔室对应的位置处设置有用于水冷保护星形密封圈的水冷结构；水冷结构包括进水管、出水管以及环形冷却水槽；环形冷却水槽设置在火头体外壁，且环形冷却水槽的槽口通过挡水环封接；进水管、出水管均设置在挡水环上，并分别与环形冷却水槽连通。

优选地，火嘴至少有两个。

本发明的另一个技术目的是提供一种采用上述的旋转火头装置熔封石英玻璃管状器件的方法，包括以下步骤：

（1）采用从旋转火头装置的火头芯通孔伸出的上夹头夹持石英玻璃管状器件的上端，采用置于水槽内的下夹头夹持石英玻璃管状器件的下端，并确保石英玻璃管状器件的泡壳基本上位于水槽的冷却水液面下；

（2）保持石英玻璃管状器件的管内呈真空状态；

（3）启动电机，驱动旋转火头装置的火头芯旋转，使得从火嘴喷出的火焰沿石英玻璃管状器件的轴线旋转烧熔石英玻璃管状器件；与此同时，沿石英玻璃管状器件的轴线逐步向上移动旋转火头装置，直至石英玻璃管状器件的上端逐步烧熔、封接。

相对于现有技术，本发明的有益效果在于：

1、本发明采用旋转火头上的旋转火焰对石英玻璃管状器件进行封接，火焰由旋转火嘴喷出，火力集中，火焰温度对周边设施影响较小，容易控制石英玻璃封接处的外形尺寸和轮廓形状。

2、采用本发明熔封石英玻璃管状器件时，管内保持真空状态，石英玻璃管状器件不旋转，火头的火焰沿石英玻璃管状器件的轴线旋转烧熔石英玻璃管状器件，并沿石英玻璃管状器件的轴线移动逐步烧熔玻璃，使其封接，封接后石英玻璃密封可靠；在旋转火头封接过程中，石英玻璃管状器件有微量的拉伸过程，保证玻璃器件封接后外形圆度好，外形美观。

3、本发明旋转火头采用火头旋转，而石英玻璃管状器件不旋转，所以石英玻璃管状器件的上、下两端夹持机构不需要旋转，可以把下端的下夹头放置在水槽内，较易实现石英玻璃管状器件下半部，放置在水槽的冷却水面下，保护泡壳内的药丸、液汞不会因火焰烧熔石英玻璃时而蒸发，提高产品合格率。

4、本发明旋转火头使用火头旋转烧熔石英玻璃，火焰集中，与其它方案相比，火焰温度对周边设施影响较小；另外火焰利用率较高，比较节省燃气。

附图说明

图1是本发明旋转火头应用示例图；

图2是本发明旋转火头结构主视图；

图2中的附图标记列表：101-无极金卤灯电弧管，102-火嘴，103-密封圈，104-盖板，105-挡板，106-火头体，107-星形密封圈，108-轴承，109-被动齿轮，110-螺钉a，111-旋转火头芯，112-螺钉b，113-挡气片，114-主动齿轮，115-螺钉c，116-电机，117-螺钉d，118-磁钢，119-霍尔开关，120-安装座；

图3是本发明旋转火头结构A向俯视图；

图3中的附图标记列表：201-压板，202-螺钉e；

图4是本发明旋转火头结构B-B向剖视图；

图4中的附图标记列表：301-燃气进气管，302-圆环，303-挡气块；

图5是本发明旋转火头结构C-C向视图；

图5中的附图标记列表：401-出水管，402-进水管，403-挡水板，404-挡水环，405-螺钉f，406-螺钉g。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施说明应用示例和装置结构：

本发明旋转火头装置，是在需要封接的石英玻璃管状器件外加以火焰，对石英玻璃材质进行逐段加热烧熔，在管状器件内外压力差的作用下收缩封接。其应用示例如图1所示：需缩封超高压汞灯电弧管内已装有电极、药丸、液汞，电弧管内形成真空，电弧管两端分别夹持在上夹头和下夹头之间，下夹头放置在水槽内，水槽内的冷却水液面正好盖住电弧管球泡，在封接时防止球泡内的药丸和液汞蒸发，旋转火头沿电弧管轴线旋转，火焰对电弧管的玻璃逐段烧熔，烧熔的石英玻璃（电弧管内真空）在内外气压差作用下往轴线方向收缩，石英玻璃与电极上的钼箔紧密贴合，达到真空密封。旋转火头边旋转加热，边上移烧熔玻璃进行封接，同时上夹头也相应的微量上移拉伸石英玻璃，保证玻管封接成形处的外形尺寸和圆柱度。

如图2-5所示，本发明所述的用于石英玻璃管状器件的旋转火头装置，包括安装座、旋转驱动装置、火头体、旋转火头芯、进气结构，进气结构包括燃气进气管、火嘴以及输气通道；其中：

所述的旋转驱动装置，包括电机以及齿轮传动副、旋转准停组件；其中：电机的机座固定在安装座上；齿轮传动副包括啮合的主动齿轮、被动齿轮；主动齿轮与电机的输出轴同轴连接，被动齿轮与火头芯同轴设置并与火头芯的端部固定；旋转准停组件包括配合使用的磁钢、霍尔开关；磁钢安装在主动齿轮上，霍尔开关则安装在安装座上。通过PLC控制电机起停，控制旋转火嘴位置。

所述的火头体，通过压板固定在安装座上，并沿轴线设置圆柱形内腔；具体地，火头体上有定位凸台，安装座上有定位孔，定位凸台插入到定位孔内，用压板压住火头体的止动台阶上，便于旋转火头的拆装。

所述的火头芯，沿着中心轴线设有通孔，则夹头机构可以从上方通过通孔，夹持石英玻璃管状器件上端，夹头机构不会影响旋转火头旋转燃烧和移动。火头芯同轴置于火头体的圆柱形内腔中并能够在圆柱形内腔中绕自身轴线旋转；火头芯的一端与旋转驱动装置的动力输出端连接，另一端则安装火嘴。旋转火头芯，其上的旋转火焰对石英玻璃管状器件进行封接，火焰由火嘴喷出，火力集中，火焰温度对周边设施影响较小，容易控制石英玻璃封接处的外形尺寸和轮廓形状。火嘴安装在旋转火头芯上，则火嘴喷出的火焰焰心沿旋转火头芯的旋转中心轴对称，火焰焰心对着石英玻璃管状器件需加工的表面，这样加温效率更高，更少析出硅粉。

所述的输气通道，一端与固定在火头体外壁的燃气进气管连通，另一端则与火嘴连通。燃气从燃气进气管进入，经输气通道通入火嘴。本发明中，所述的输气通道包括设置在火头体外壁的环状进气室、设置在火头芯外壁与火头体外壁之间的环状密封腔室、设置在火头体上并连通环状进气室与环状密封腔室的进气连接通道a、设置在火头芯上并连通环状密封腔室与火嘴的进气连接通道b。由此可知，燃气经燃气进气管进入环状进气室，而后通过进气连接通道a进入环状密封腔室，最后经过进气连接通道b进入火嘴燃烧，火焰从火嘴出口喷出，电机通过主动齿轮、被动齿轮、火头芯、火嘴带动火焰进行旋转燃烧，对石英玻璃管状器件进行封接。

火头芯在与环状密封腔室连通的进气连接通道b的进气口位置处，固定安装挡气片。可以稳定燃气气压和流量。

具体地，环状进气室包括设置在火头体外壁的环状进气槽以及封接环状进气槽槽口的圆环件；燃气进气管固定在圆环件上，并与环状进气槽连通。所述火头芯外壁通过两个星形密封圈与火头体内壁气密封连接，两个星形密封圈、火头芯外壁以及火头体内壁围接而成所述的环状密封腔室。两个星形密封圈保证火头芯在旋转时燃气不会泄漏。

优选地，圆柱形内腔的腔壁装有两个轴承，火头芯外壁通过所述的两个轴承与圆柱形内腔腔壁之间可旋转连接；所述的两个轴承，其中一个轴承的内圈通过火头芯一个端部固定的主动齿轮轴向固定，另一个轴承的内圈则通过火头芯另一个端部配装的盖板轴向固定。

优选地，所述火头体在与密封腔室对应的位置处设置有用于水冷保护星形密封圈的水冷结构；水冷结构包括进水管、出水管以及环形冷却水槽；环形冷却水槽设置在火头体外壁，且环形冷却水槽的槽口通过挡水环封接；进水管、出水管均设置在挡水环上，并分别与环形冷却水槽连通。冷却水从进水管道进入、通过火头体上的环形冷却水槽，从出水管道排出；冷却水可以控制火头体温度升高，延长星形密封圈使用寿命。

优选地，火嘴至少有两个。火嘴102的出气口加工单孔或单排多孔，保证火焰更加集中。

根据上述的旋转火头装置，本发明提供了一种熔封石英玻璃管状器件的方法，包括以下步骤：

（1）采用从旋转火头装置的火头芯通孔伸出的上夹头夹持石英玻璃管状器件的上端，采用置于水槽内的下夹头夹持石英玻璃管状器件的下端，并确保石英玻璃管状器件的泡壳基本上位于水槽的冷却水液面下；

（2）保持石英玻璃管状器件的管内呈真空状态；

（3）启动电机，驱动旋转火头装置的火头芯旋转，使得从火嘴喷出的火焰沿石英玻璃管状器件的轴线旋转烧熔石英玻璃管状器件；与此同时，沿石英玻璃管状器件的轴线逐步向上移动旋转火头装置，直至石英玻璃管状器件的上端逐步烧熔、封接。

以下将结合附图详细地说明本发明的一个优选实施例。

一种用于石英玻璃管状器件管端封接的旋转火头装置，其结构如图2、3所示，包括安装座、电机、火头芯、火头体、进气系统、水冷却系统等部分。

所述安装座120上有二个定位孔，分别为左边的定位孔、右边的定位孔。

左边的定位孔插入电机116前端的定位凸台，并用螺钉117固定；电机116的旋转轴上安装有主动齿轮114 ，电机旋转轴插入到主动齿轮114的中心孔内，旋转轴上的键插入到齿轮114的键槽内，并用螺钉115固定。主动齿轮114上有一环槽，把磁钢118吸附在环槽内，并定位；霍尔开关119用螺纹旋入到安装座120的螺孔内，并用螺母锁紧，用霍尔开关119检测电机轴旋转停位方向，控制火嘴102准停方位，方便石英玻璃器件上下料。

所述的主动齿轮114与被动齿轮109啮合，齿轮109上的定位凸台插入到滚珠轴承108的内孔中，起定心作用，并用螺钉110固定在旋转火头芯111上。所述的旋转火头芯111上装有二个滚珠轴承108，而二个滚珠轴承108的外圈装在火头体106上，下端滚珠轴承108的内圈用盖板104固定，并用螺钉405把盖板104固定在旋转火头芯111上，见图5所示。

右边的定位孔内插入火头体106的定位凸台，用压板201压在火头体106轴肩上，用螺钉202固定，保证电机116与火头体106安装后的中心轴距的位置。

所述的火头体106的内孔沟槽内装有二个星形密封圈107，星形密封圈107外侧用挡板105抵住，而挡板105由滚珠轴承108的外圈抵住，星形密封圈107的内侧与旋转火头芯111相抵；在二个星形密封圈107之间位置，旋转火头芯111有沟槽，火头体106有进气孔，形成一个密封空间，燃气就是从火头体106进入到旋转火头芯111内。

所述的旋转火头芯111下端安装有二个火嘴102，火嘴102和旋转火头芯111之间装有密封圈103，并用螺钉406固定；燃气进气管301与圆环302焊接而成，圆环302包在火头体106的进气环D1的外端，进行焊接密封，火头体106的进气环左边装有挡气块303，使进气环分成相等的两部分，在旋转火头芯111的进气环D3安装有挡气片113，并用螺钉112固定在旋转火头芯111上；燃气从进气管302进入，通过进气环D1，进入火头体双侧对称进气孔D2，进入旋转火头芯111的进气环D3，通过两侧挡气片113的缝隙进入到旋转火头芯111的进气孔D4、D5，再进入到火嘴102的出气孔，进行燃烧，这样燃气气压和流量更稳定，火焰不会因火头芯111旋转产生变化。

所述的火头体106外圈有沟槽，见图5所示，沟槽外有挡水环404卡在水槽外，焊接而成；挡水环404上插入进水管402和出水管401，在进水管402和出水管401之间装有挡水板403，冷却水从进水管402进入火头体106的沟槽内，按图5的箭头方向流动，从出水管401出水，对火头体106进行冷却保护。

所述的火头体106下方有定位凸台，插入到安装座120相应的定位孔内进行定位，见图1所示；火头体106下方有轴肩，用压板201压在火头体106轴肩上，用螺钉202固定，保证主动齿轮114和被动齿轮109啮合间隙，同时方便旋转火头拆装。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。