(57)【要約】【課題】芯金を極度に加熱することなく、ガラス管を加熱してテーパ形状に成形する。【解決手段】ホウケイ酸ガラスから成り底部を封止したガラス管３内に、下端を細径としたテーパ状の芯金４を挿入する。また、ガラス管３の底部には、第２の芯金として円柱金属体７を予め挿入しておく。ガラス管３を加熱炉１内に挿入し、カーボンヒータ２に通電してカーボンヒータ２の温度を上昇させる。ホウケイ酸ガラスの主たる吸収波長帯は３μｍ以上であり、放射強度ピークが５μｍ程度にあるカーボンヒータ２を用いると、カーボンヒータ２からの輻射熱による投入エネルギの７割以上がガラス管３により吸収されるため、ガラス管３は効率良く加熱される。ガラス管３が軟化温度に至るとガラス管３内を減圧して、ガラス管３を芯金に密着させてテーパガラス管を得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部を封止したガラス管内に所定の成形すべき形状の芯金を挿入し、前記ガラス管の波長透過特性において透過率が低い波長の輻射エネルギを多く発する電熱ヒータにより前記ガラス管を加熱し、前記ガラス管の軟化温度以上においてガラス管内を減圧して前記ガラス管を前記芯金に密着させることを特徴とするガラス管成形方法。
【請求項２】
前記ガラス管はホウケイ酸ガラスから成り、前記ヒータはカーボンヒータとしたことを特徴とする請求項１に記載のガラス管成形方法。
【請求項３】
前記芯金はテーパ形状としたことを特徴とする請求項１に記載のガラス管成形方法。
【請求項４】
前記芯金は分離可能な円柱形の第２の芯金と組合わせたことを特徴とする請求項１に記載のガラス管成形方法。
【請求項５】
底部を封止したガラス管内に所定の成形すべき形状の芯金を挿入し、電熱ヒータにより前記ガラス管を加熱し、前記ガラス管の軟化温度以上においてガラス管内を減圧して前記ガラス管を前記芯金に密着させるガラス管成形装置において、前記電熱ヒータは前記ガラス管の透過吸収特性において透過率が低い波長の輻射エネルギを多く発することを特徴とするガラス管成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば面積流量計に使用するテーパ管を成形するガラス管成形方法及び成形装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
面積流量計で使用する管体は、流体が流れる上方向に径が拡大するテーパ管が用いられている。一般に、ガラスのテーパ管を得るためには、特許文献１に開示されているように、直管のガラス管を加熱源のガスバーナで加熱し、軟化したガラス管に対し治具を用いて所定のテーパ形状にしている。
【０００３】
しかし、ガラス管を軟化させるには、専門の技能者がガスバーナの火炎をガラス管に吹き付けることが必要である。バーナの火炎は１５００〜２０００℃程度の高温となるので、成形時においては炎の当て方が難しく、炎の大きさや空気、酸素と可燃ガスとの混合比率、炎の角度などの適正化など豊富な経験が必要となる。
【０００４】
従って、品質が技能者の技能に依存することとなり、成型品の品質や形状にばらつきが生ずることが避けられない。また、火炎による加熱のため、投入する熱量に損失が大きく、高熱作業となり作業環境は常に高温に晒されて劣悪であり、後継者の育成も困難となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２７２２５０号公報
【特許文献２】特開平８−２６７５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２には、バーナを用いずに電気炉によりガラス管を加工することが開示されている。特許文献２はガラスセルの製造に関するものであり、ガラス管内に所定形状の中金を挿入し、加熱によりガラス管を軟化し、ガラス管を外側から中金に押圧して成型している。
【０００７】
しかし、一般のニクロム線ヒータ、ハロゲンヒータを使用する電気炉による加熱では、断熱構造を採用し温度制御も容易となるが、後述するようにヒータが発する輻射熱の大くはガラスを透過してしまうため、ガラス管加熱の熱効率が悪い。
【０００８】
更に、ガラス管を透過した輻射熱が、ガラス管よりも先に芯金を必要以上に加熱してしまうため、高温の芯金に接触したガラス表面の性状が品質に影響したり、芯金の寿命を短くしてしまうなどの問題もある。
【０００９】
本発明の目的は、上述の問題点を解消し、芯金を極度に加熱することなく、ガラス管を好適に成形可能なガラス管成形方法及び成形装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明に係るガラス管成形方法は、底部を封止したガラス管内に所定の成形すべき形状の芯金を挿入し、前記ガラス管の波長透過特性において透過率が低い波長の輻射エネルギを多く発する電熱ヒータにより前記ガラス管を加熱し、前記ガラス管の軟化温度以上においてガラス管内を減圧して前記ガラス管を前記芯金に密着させることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るガラス管成形装置は、底部を封止したガラス管内に所定の成形すべき形状の芯金を挿入し、電熱ヒータにより前記ガラス管を加熱し、前記ガラス管の軟化温度以上においてガラス管内を減圧して前記ガラス管を前記芯金に密着させるガラス管成形装置において、前記電熱ヒータは前記ガラス管の透過吸収特性において透過率が低い波長の輻射エネルギを多く発することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るガラス管成形方法及び成形装置によれば、芯金を異常高温することなく、ガラス管を電熱ヒータの輻射熱で加熱して、軟化温度に上昇したところで成形するので、ガラス表面の仕上がりも良好となり、芯金の延命効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例のガラス管成形装置の構成図である。
【図２】ホウケイ酸ガラスの透過スペクトル特性図である。
【図３】ヒータの放射強度スペクトル特性図である。
【図４】芯金の横断面図である。
【図５】成形時の芯金、ガラス管等の時間に対する温度経過のグラフ図である。
【図６】ガラス管が芯金に密着した状態の縦断面図である。
【図７】成形で得られたガラステーパ管の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１はガラス管をテーパ管に成形する成形装置の構成図を示し、加熱炉１の上部中心部には開口部１ａが設けられている。加熱炉１内には、コイル状に巻回されたカーボンヒータ２が配置され、開口部１ａから挿入された被加熱物であるガラス管は、カーボンヒータ２により囲まれるようになっている。カーボンヒータ２は例えば石英管中にカーボン繊維の撚線が挿通されており、不溶性ガスが充填され密閉されている。
【００１５】
加熱炉１の開口部１ａは、種々の径のガラス管に対応するために大き目に造られており、例えば内径２５ｍｍ程度とされ、またコイル状のカーボンヒータ２の内径は、遠隔的に輻射エネルギをガラス管３に加えるために、更に大きくされている。開口部１ａから加熱炉１の内部に加工すべきガラス管３に芯金４を挿入し、図示しないハンド手段により挿入され、所定の高さ位置に固定できるようになっている。
【００１６】
カーボンヒータ２のカーボン繊維には、温度制御装置５の電源から通電できるようにされており、カーボンヒータ２の近傍に配置された放射温度計、熱電対温度計などの温度センサ６を用いて、加熱炉１内の温度制御が可能とされている。
【００１７】
図１において、ホウケイ酸ガラスから成り、底部を封止したガラス管３内に、下端を細径としたテーパ状の耐熱鋼やＳＵＳから成る芯金４を挿入する。なお、この芯金４の挿入に先立ち、ガラス管３の底部には、好ましくは芯金４と同材質でガラス管３の内径に近似する第２の芯金としての円柱金属体７を予め挿入しておく。
【００１８】
また、成形したテーパ管内の中心軸に沿って、流量測定のためのフロートが円滑に上下動するように、テーパ管内には複数条、例えば３条のリブを上下方向に形成することが望ましい。フロートの外径がリブに接しながら、或いはフロートに設けた切込みにリブが係合しながら、フロートが円滑に上下動することが必要となる。
【００１９】
従って、芯金４の断面形状は図４に示すように、リブを形成するための切欠部４ａが形成されている。なお、リブはテーパ管の上下方向の位置に拘らず同じ内接円である必要から、芯金４の切欠部４ａの深さは芯金４のテーパが細くなる位置ほど浅くされている。
【００２０】
このように、芯金４、円柱金属体７を内部にセットしたガラス管３を加熱炉１内にハンド手段により挿入して、ガラス管３の底部を加熱炉１内の固定部に載置するなどして位置決めし、カーボンヒータ２に通電してカーボンヒータ２の温度を上昇させる。
【００２１】
図２は加工するガラス管３の材料であるホウケイ酸ガラス（商品名：パイレックス（登録商標））の波長に対する透過スペクトル特性図であり、３μｍ以上の波長においては、輻射エネルギはホウケイ酸ガラスに殆ど透過することなく吸収されて、ガラスの加熱に寄与される。
【００２２】
図３の実線はカーボンヒータ２が発する熱線の輻射エネルギの強度スペクトル特性図であり、カーボンヒータ２は波長５μｍ程度にピーク値を有しているために、多くはガラス管３に吸収される。
【００２３】
また、ハロゲンヒータは波長５μｍ以下の輻射エネルギが発するため、多くはガラス管３を透過し、ガラス管３を加熱することなく内部の芯金４を加熱してしまう。更に、ニクロム線ヒータはハロゲンヒータほどではないが、ホウケイ酸ガラスを透過する波長帯が大きく存在するので、この場合も投入エネルギの５割以上が芯金４の加熱に使われてしまう。
【００２４】
上述したように、ホウケイ酸ガラスの主たる吸収波長帯は３μｍ以上であり、放射強度ピークが５μｍ程度にあるカーボンヒータ２を用いると、カーボンヒータ２からの輻射熱による投入エネルギの７割以上がガラス管３により吸収されるため、芯金４も通過した波長帯により昇温されるが、ガラス管３はより効率良く短時間で加熱される。
【００２５】
図５は成形時の芯金４、ガラス管３の時間（秒）に対する温度通過のグラフ図を示し、各部位に温度センサを取り付けて測温した例である。ガラス管３は芯金４とほぼ同程度で上昇し、ガラス管３は温度が８５０℃程度になると軟化点に至る。なお、このグラフ図は実験例であり、実際にはカーボンヒータ２はガラス管３ごとに常温から立ち上げる必要はないが、ガラス管３を常温から急激に昇温すると、ガラス管３にクラックが発生し易いので、従って、ガラス管３は予備加熱を行うか、加熱炉１を数１００℃程度に保持しておいて、ガラス管３を徐々に加熱することが好ましい。
【００２６】
加熱炉１において、ガラス管３が軟化点に達成したことを測温又は視覚により確認すると、ガラス管３の上部に連絡した図示しない配管により、ガラス管３の内部の真空引きを始める。この真空引きによる減圧によってガラス管３内の空気は抜かれ、図６に示すように軟化したガラス管３は円形方向に縮小して、芯金４、円柱金属体７の周囲に密着し、ガラス管３は芯金４の形状通りの所定のテーパ状に成形される。
【００２７】
ガラス管３の加熱に際して、芯金４も或る程度の温度に加熱されることで、ガラス管３が芯金４に大きく熱を奪われることもなく、また芯金４から大きな熱を与えられることもなく、ガラス管３の成形上好ましい。また、芯金４の熱膨張による変形も所定範囲となり、精度の良い成形が可能となり、芯金４の寿命も延びることになる。
【００２８】
テーパ管に成形した後に、ハンド手段によりガラス管３、芯金４を加熱炉１から取り出し、自然冷却又はガス吹付による強制冷却後に、ガラス管３の下部の円柱金属体７の周囲を図６の点線で示すようにリング状に切断する。
【００２９】
これにより、ガラス管３の底部を取り外し、ガラス管３の上下両端から芯金４、円柱金属体７をそれぞれ引き抜くと、図７に示すようなガラステーパ管８が得られる。このガラステーパ管８の上端及び下端の円筒部８ａ、８ｂを用いて、面積流量計に組込むことになる。
【００３０】
なお、実施例では加熱炉１に対しガラス管３を上下動してハンド手段により出し入れするようにしているが、固定のガラス管３、芯金４に対し、加熱炉１が上下動するようにしてもよい。また、ガラス管３の成形後に、芯金４を分解することができれば、段部を有する形状であっても、成形後に芯金４をガラス管３から抜き取ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の実施例はガラス管３をテーパ管に成形することを説明したが、テーパ管に限ることなく、他の形状に成形することもできる。
【符号の説明】
【００３２】
１  加熱炉
２  カーボンヒータ
３  ガラス管
４  芯金
５  温度制御装置
６  温度センサ
７  円柱金属体
８  ガラステーパ管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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