(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線を用いて半透明及び／又は透明なガラス及び／又はガラスセラミックの均一な加熱を行い、これにより、このガラス及び／又はガラスセラミックに、２０℃〜３０００℃の領域での熱処理を施すガラス及び／又はガラスセラミックを均一に加熱するための方法であって、
前記ガラス及び／又は前記ガラスセラミックに直接的に作用する赤外線、及び、前記ガラス及び／又は前記ガラスセラミックに間接的に作用する赤外線によって前記加熱を行い、前記ガラス及び／又は前記ガラスセラミックに間接的に作用する光線の割合を、全放射出力の５０％以上にし、前記ガラス及び／又は前記ガラスセラミックに間接的に作用する前記赤外線は、少なくとも、反射された及び／又は散乱された光線の成分を有している方法において、
該方法は、壁、床、及び天井により囲まれた空間内において実施され、
反射された及び／又は散乱された前記赤外線を、前記壁、前記床、及び／又は前記天井の少なくとも一部で反射及び／又は散乱させ、
前記壁、前記床、及び／又は前記天井の表面の前記一部で反射させた及び／又は散乱させた前記赤外線の割合を、これらの表面に入射する光線の５０％以上とし、
前記ガラス及び／又は前記ガラスセラミックに間接的に作用する赤外線は、支持体によって吸収され、熱に変換され、そして、前記支持体に熱的に接続された前記ガラス及び／又は前記ガラスセラミックに放熱される割合を含むことを特徴とするガラス及び／又はガラスセラミックを均一に加熱するための方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記赤外線は、１５００Ｋより大きい色温度を有する赤外線であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法において、
赤外線において、赤外線放射体から放射された全放射出力の平均して５０％以上を、前記ガラスの一度の照射では吸収させないことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１から３の何れか一項に記載の方法において、
前記壁、前記床、及び／又は前記天井の表面の前記一部で反射させた及び／又は散乱させた前記赤外線の割合を、９０％以上とすることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１から４の何れか一項に記載の方法において、
前記熱を、前記支持体に熱的に接続された前記ガラスに、熱放射、及び／又は熱伝導、及び／又は対流によって伝達させることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１から５の何れか一項に記載の方法において、
前記支持体としてセラミック板を用いることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１から６の何れか一項に記載の方法において、
前記支持体は、ＳｉＣ、又はＳｉＳｉＣを有していることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１から７の何れか一項に記載の方法において、
前記支持体の放射率は、０．５より大きいことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１から８の何れか一項に記載の方法において、
前記支持体の熱伝導率は、熱処理の温度の領域において、処理されるべき前記ガラス又は前記ガラスセラミックの熱伝導率に比べ、少なくとも５倍大きいことを特徴とする方法。
【請求項１０】
２０℃〜３０００℃の領域で半透明及び／又は透明なガラス及び／又はガラスセラミックの均一な加熱を行うための装置において、
赤外線を放射する赤外線源（１）と、
ガラス及び／又はガラスセラミックに間接的に作用する赤外線の生成手段とを有してなるガラス及び／又はガラスセラミックを均一に加熱するための装置であって、
前記ガラス及び／又は前記ガラスセラミックに間接的に作用する赤外線の前記生成手段は、前記ガラス及び／又は前記ガラスセラミックに間接的に作用する光線の割合が、全放射出力の５０％以上となるように設けられ、
前記ガラス及び／又は前記ガラスセラミック（５）に間接的に作用する赤外線の前記生成手段は、赤外線を反射もしくは散乱するための反射体（３）又は拡散体を有し、
壁、床、及び天井により囲まれた空間内を有し、
前記囲まれた空間の前記壁、及び／又は前記床、及び／又は前記天井の表面は、前記反射体もしくは前記拡散体を有し、
前記反射体もしくは前記拡散体は、前記表面に入射する光線の５０％以上が反射され、もしくは散乱されるように形成され、
前記ガラス及び／又は前記ガラスセラミックに間接的に作用する光線の前記生成手段は、支持体を有し、該支持体は、前記ガラスもしくは前記ガラスセラミックと熱的に接触し、前記間接的な赤外線の一部を吸収することを特徴とするガラス及び／又はガラスセラミックを均一に加熱するための装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置において、
前記反射体もしくは前記拡散体は、前記表面に入射する光線の９０％以上が反射され、もしくは散乱されるように形成されていることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の装置において、
前記反射体（３）もしくは前記拡散体（３）は、以下の物質、
Ａｌ２Ｏ３；ＢａＦ２；ＢａＴｉＯ３；ＣａＦ２；ＣａＴｉＯ３；
ＭｇＯ・３，５Ａｌ２Ｏ３；ＭｇＯ；ＳｒＦ２；ＳｉＯ２；
ＳｒＴｉＯ３；ＴｉＯ２；焼結された石英ガラス；スピネル；
コージエライト、の一つ、ないしはこれらの複数からなる混合物を有していることを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１０から１２の何れか一項に記載の装置において、
前記支持体は、セラミック板を有していることを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１０から１３の何れか一項に記載の装置において、
前記支持体は、ＳｉＣ又はＳｉＳｉＣを有していることを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１０から１４の何れか一項に記載の装置において、
前記支持体の放射率は、０．５より大きいものとされていることを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１０から１５の何れか一項に記載の装置において、
前記支持体の熱伝導率は、熱処理の温度の領域において、処理されるべき前記ガラス又は前記ガラスセラミックの熱伝導率に比べ、少なくとも５倍大きいものとされていることを特徴とする装置。
【請求項１７】
セラミック化する際に、ガラスセラミックのブランクを素早く、かつ、温度分布を均一にしながら加熱する請求項１０乃至１６のいずれか１項に記載の装置の運転方法。
【請求項１８】
後に続く加熱成形のために、ガラスのブランクを素早く再加熱する請求項１０乃至１６のいずれか１項に記載の装置の運転方法。
【請求項１９】
ファイバー引き伸ばし炉として、ファイバー束を温度分布を均一にしながら引き伸ばし温度まで加熱する請求項１０乃至１６のいずれか１項に記載の装置の運転方法。
【請求項２０】
混合物を溶かし込む際、他の加熱手段を補助しながら、あるいは、他の加熱手段を用いずに温める請求項１０乃至１６のいずれか１項に記載の装置の運転方法。
【請求項２１】
ガラス及び／又はガラスセラミックを融解し、かつ精製する請求項１０乃至１６のいずれか１項に記載の装置の運転方法。
【請求項２２】
成形する際、他の加熱手段を補助しながら、あるいは、他の加熱手段を用いずに温める請求項１０乃至１６のいずれか１項に記載の装置の運転方法。
【請求項２３】
溶融する際、制御して結晶化させる際、拡散処理する際、成形する際、切断する際、継ぎ合わす際、又はコーティングする際に、他の加熱手段を補助しながら、あるいは、他の加熱手段を用いずに温める請求項１０乃至１６のいずれか１項に記載の装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線を用いて半透明及び／又は透明なガラス及び／又はガラスセラミックの均一な加熱を行い、これにより、このガラス及び／又はガラスセラミックに、２０℃〜３０００℃の領域での熱処理を施す方法、及び、半透明及び／又は透明なガラス及び／又はガラスセラミックを均一に加熱するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半透明もしくは透明なガラス及び／又はガラスセラミックは、例えば、セラミック化といった所定の材料特性を設定するため、大抵の場合、好ましくは低温側アニーリング温度（ｕｎｔｅｒｅｒ  Ｋｕｅｈｌｐｕｎｋｔ；ｌｏｗｅｒ  ａｎｎｅａｌｉｎｇ  ｐｏｉｎｔ）（粘性率η＝１０１４．５  ｄＰａＳ）以上の温度に加熱される。成形工程の際、とりわけ、高温再加工の際には、半透明もしくは透明なガラス及び／又はガラスセラミックは、加工温度（Ｖｅｒａｒｂｅｉｔｕｎｇｓｐｕｎｋｔ）（粘性率η＝１０４  ｄＰａＳ）まで、あるいは、それ以上に加熱される。典型的な低温側アニーリング温度は、ガラスの種類にもよるが、２８２℃と７９０℃の間、また、典型的な加工温度は、１７０５℃までに存在し得る。
【０００３】
これまでのところ、半透明もしくは透明なガラス及び／又はガラスセラミックは、例えばセラミック化のため、従来技術により、特に表面加熱を用いて加熱されていた。表面加熱とは、熱源から放出される熱量全体の少なくとも５０％が、加熱すべき対象物の表面または表面近くの層にもたらされる方法のことをいう。
【０００４】
放射源が黒色あるいは灰色で、１５００Ｋの色温度を有する場合、放射源は、２．７μｍ以上の波長領域に、全放射出力の５１％を放射する。大半の電気抵抗ヒータ等のように、色温度が１５００Ｋより低い場合は、２．７μｍを超える波長領域に、５１％よりもはるかに多い放射出力が放射される。
【０００５】
大抵のガラスは、このような波長領域に吸収端を有するから、放射出力の５０％またはそれ以上が表面または表面近くの層に吸収される。それゆえこれは表面加熱と呼んでもよいものであろう。別の方法は、ガス焔を用いてガラス及びガラスセラミックを加熱することである。この場合、典型的な焔の温度は、１０００℃辺りにある。この種の加熱は、大部分において高温ガスの熱エネルギーが、ガラスまたはガラスセラミックの表面に直接伝達されることによるもので、だいたい表面加熱に根ざすものということができる。
【０００６】
一般に、上述した表面加熱に際して、表面もしくは表面近くの層は、熱源に対向して配置されたガラスあるいはガラスセラミックの位置で加熱される。したがって、残りのガラスの内部もしくはガラスセラミックの内部は、必然的にガラスやガラスセラミックの内側の熱伝導を介することによって熱せられることになる。
【０００７】
ガラスもしくはガラスセラミックは、通常、１Ｗ／（ｍＫ）の領域の非常に低い熱伝導率を有している。従って、ガラスもしくはガラスセラミック内の応力を小さく抑えるため、ガラスもしくはガラスセラミックは、材料の厚みが増すにつれて、それだけ一層冗長に熱せられなければならなくなる。
【０００８】
周知のシステムのさらなる欠点は、表面の均一な加熱を達成するために、ガラスまたはガラスセラミックの表面を、できるだけ完全にヒータで覆わなければならないことである。
【０００９】
このとき、従来の加熱方法には限界がある。よく使用されるように、電熱線（Ｋａｎｔｈａｌｄｒａｈｔ）からなる電気抵抗ヒータを用いると、例えば、１０００℃における壁面に対する負荷（Ｗａｎｄｂｅｌａｓｔｕｎｇ）は、同じ温度で全面にわたって黒体放射をする物体が１４９ｋＷ／ｍ２の出力密度で放射できるはずであるにもかかわらず、最大で６０ｋＷ／ｍ２までしか実現され得ない。
【００１０】
いくつものヒータによって密に覆えば、より大きな壁面負荷をもたらすことを意味し、これらのヒータは互いに加熱し合うことになるであろう。これにより、熱溜まりが結果的に生じ、したがってヒータの寿命が極端に縮められる事態を招くことになろう。
【００１１】
ガラスまたはガラスセラミックが一様に加熱されなかったり、あるいは加熱のされ方が完全に一様で無かったりすると、工程及び／又は製品の品質が一定しないという結果が必然的にもたらされる。例えば、ガラスセラミックをセラミック化する工程の際、工程の途中でいかなる不規則性が起こっても、ガラスセラミックが完全に曲がったり、破裂したりする結果が招来される。
【００１２】
独国特許第４２０２９４４号公報より、２５００ｎｍを超える領域での吸収が高い材料を素早く加熱するため、赤外線放射体を用いた方法及び装置が周知である。赤外線放射体から放射された熱を素早く材料の中にもたらすことができるように、独国特許第４２０２９４４号公報では、１次光の波長領域に対して、２次光が長波長側にシフトされた波長領域で放射される光線波長変換器を用いることが提案されている。
【００１３】
短波長の赤外線を用いて、透明なガラスの深部を一様に加熱することは、米国特許第３６２０７０６号明細書に記載されている。米国特許第３６２０７０６号明細書に記載の方法によれば、用いられる光線のガラスに対する吸収長は、加熱すべき対象物のガラスの寸法よりもはるかに大きく、これにより、入射する光線が大部分ガラスを通過させられ、単位体積あたりの吸収エネルギーは、ガラス体のどの点においてもほとんど等しくなる。ただし、斯かる方法における欠点は、対象物のガラスをその表面にわたり一様に照射することが保証されていないため、赤外線源の強度分布が加熱されるべきガラスにそのまま投影されてしまうということである。加えて、斯かる方法においては、ガラスを加熱するために、消費された電気エネルギーのほんの僅かな部分しか使われない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】独国特許第４２０２９４４号明細書
【特許文献２】米国特許第３６２０７０６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の課題は、したがって、半透明及び／又は透明なガラス及び／又はガラスセラミックの均一な加熱を行うための方法及び装置を提供することにあり、これによって前記の不利点を克服することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
このような課題は本発明により以下のように解決される。すなわち、おいて書き部分に記載の方法において、半透明及び／又は透明なガラス及び／又はガラスセラミックの加熱が、前記ガラス及び／又は前記ガラスセラミックに直接的に作用する赤外線、及び、前記ガラス及び／又は前記ガラスセラミックに間接的に作用する赤外線によって行われる。ここで、前記ガラス及び／又は前記ガラスセラミックに間接的に作用する光線の割合は、全放射出力の５０％以上、好ましくは６０％以上、さらに好ましくは７０％以上、特に好ましくは８０％以上、特に好ましくは９０％以上、とりわけ９８％以上である。
【００１７】
前記赤外線が、１５００Ｋより大きい色温度、特に好ましくは２０００Ｋより大きく、非常に好ましくは２４００Ｋより大きく、特に２７００Ｋより大きく、特に好ましくは３０００Ｋより大きい色温度を有する短波長赤外線であることが好ましい。
【００１８】
本発明の第一の態様において、ガラス及び／又はガラスセラミックに間接的に作用する赤外線には、少なくとも、反射された、及び／又は散乱された、特に拡散されて散乱された光線の成分が含まれている。ガラスもしくはガラスセラミックによって一度の入射では吸収されない短波長赤外線の割合、すなわち反射、散乱もしくは通過された短波長赤外線の割合は、平均して、赤外線放射体から放射された全放射出力の５０％以上になることが都合がよい。
【００１９】
例えば、ゆっくりとした冷却や、素早い加熱を行なおうとする場合、本発明の適した態様によれば、本発明に係る方法は、囲まれた空間内、とりわけ、赤外線放射空洞室内において実施される。この種の方法のとりわけ適した態様においては、反射された及び／又は散乱された前記赤外線は、壁、床、及び／又は天井の少なくとも一部から反射又は散乱される。赤外線放射空洞室は、例えば、米国特許第４７８９７７１号明細書、ならびに欧州特許第０１３３８４７号公開公報に示されており、これらの開示内容は本願に包括的に取り入れられている。前記壁、前記床、及び／又は前記天井の表面の前記一部から反射された及び／又は散乱された前記赤外線の割合が、これらの表面に入射する光線の５０％以上であることがよい。
【００２０】
とくに好ましいのは、前記壁、前記床、及び／又は前記天井の表面の前記一部から反射された及び／又は散乱された前記赤外線の割合は、９０％以上、あるいはむしろ９５％以上、とりわけ、９８％以上である場合である。
【００２１】
赤外線放射空洞室を使用する特に有利な点は、非常に強く反射、及び／又は散乱する壁、床、及び／又は天井の材料を用いた場合、高いＱ値の共振器を用いることとみなせる点である。このような共振器は、損失が少なく、確実に高い効率でエネルギーを利用することができる。
【００２２】
上記態様に代わる別種の本発明の態様において、前記ガラス及び／又は前記ガラスセラミックに間接的に作用する赤外線は、支持体によって吸収され、熱に変換され、そして、前記支持体に熱的に接続された前記ガラス及び／又は前記ガラスセラミックに放熱される割合を含んでいる。
【００２３】
この別種の第一の態様においては、前記支持体としてセラミック板が用いられる。
【００２４】
とくに都合が良いのは、前記支持体が、例えば、ＳｉＳｉＣから円盤状に形成された、できるだけ高い放射率を有した高い熱伝導率の支持体である場合である。
【００２５】
前記支持体の熱伝導率は、熱処理の温度の領域において、処理されるべき前記ガラス又は前記ガラスセラミックの熱伝導率に比べ、少なくとも５倍大きいことがとりわけ好ましい。
【００２６】
本発明は、このような方法の他に、この方法を実施するための装置も提供する。この装置は、特に以下のような特徴を有する。すなわち、前記ガラス及び／又は前記ガラスセラミックに間接的に作用する赤外線の生成手段が、前記ガラス及び／又は前記ガラスセラミックに作用する光線の割合を全放射出力の５０％以上となるように設けられている。
【００２７】
この発明の第一の態様において、前記ガラス及び／又は前記ガラスセラミックに間接的に作用する赤外線の前記生成手段は、赤外線を反射もしくは散乱するための反射体及び／又は拡散体を有している。
【００２８】
拡散反射する壁の材料としては例えば厚さ３０ｍｍの研磨された焼結された石英ガラス（Ｑｕａｒｚａｌ）からなる板などが使用される。
【００２９】
赤外線を反射もしくは後方散乱する他の材料も、使用することができる。例えば以下の材料のいずれか１つまたは複数が可能である。
すなわち、
Ａｌ２Ｏ３；ＢａＦ２；ＢａＴｉＯ３；ＣａＦ２；ＣａＴｉＯ３；
ＭｇＯ・３，５Ａｌ２Ｏ３；ＭｇＯ，ＳｒＦ２；ＳｉＯ２；
ＳｒＴｉＯ３；ＴｉＯ２；スピネル；コージエライト；
コージエライト＝焼結ガラスセラミック
である。
【００３０】
素早い加熱や、ゆっくりとした冷却を達成しようとするなら、上記の装置を囲まれた空間内、とりわけ、赤外線放射空洞室内に置くことが有利である。
【００３１】
本発明の具体的な一態様において、前記囲まれた空間、とりわけ前記赤外線放射空洞室の前記壁、前記床、及び／又は前記天井の表面は、前記反射体もしくは前記拡散体を有している。
【００３２】
拡散体の一態様は、例えば散乱板等であろう。
【００３３】
特に好ましいのは、前記反射体もしくは前記拡散体は、前記表面に入射する光線の５０％以上が反射され、もしくは散乱されるように形成されている場合である。
【００３４】
これに代わる実施態様において、間接的な光線の生成手段は、支持体を有し、該支持体は、前記ガラスもしくは前記ガラスセラミックと熱的に接触し、前記間接的な赤外線の一部を吸収する。
【００３５】
特に好ましいのは、前記支持体が、例えばＳｉＳｉＣからなるセラミック板を有し、前記支持体の放射率は、０．５より大きい場合である。ＳｉＳｉＣは、高い伝導率、及び低い多孔度を有し、また、ガラスに対して低い付着傾向（Ｋｌｅｂｅｎｅｉｇｕｎｇ）を有している。多孔度が低いことによって、望ましくない微粒子も、結果的に、空孔にわずかしか集積されない。したがって、ＳｉＳｉＣは、ガラスに接触させて用いるには、極めて適したものである。
【００３６】
特に適した態様において、前記支持体の熱伝導率は、熱処理の温度の領域において、処理されるべき前記ガラス又は前記ガラスセラミックの熱伝導率に比べ、少なくとも５倍大きいものとされている。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】１ｃｍの厚さを有した、典型的な加熱対象のガラスの透過率曲線を示す図である。
【図２】２４００Ｋの温度を有する使用された赤外線のプランク曲線を示す図である。
【図３Ａ】放射空洞室を有する本発明による加熱装置の基本構造を示す図である。
【図３Ｂ】近赤外線波長領域において、拡散反射率が９５％より大きいＴｒｏｉｓｄｏｒｆ所在のＭｏｒｇａｎ  Ｍａｔｒｏｃ社製の酸化アルミニウムからなるＳｉｎｔｏｘ  ＡＬの波長に対して得られる拡散反射曲線を示す図である。
【図４】拡散体と反射体とを有する加熱装置内に設けられたガラスセラミックの加熱曲線を示す図である。
【図５】吸収する支持体を有する加熱装置内に設けられたガラスセラミックの加熱曲線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下に、本願を図面と実施形態に基づいて例を挙げながら説明する。
【００３９】
図１は、本発明の対比実験に用いられたガラスの波長に対する透過率を示している。このガラスは、１０ｍｍの厚さを有している。明らかに、典型的な吸収端が２．７μｍに存在することが分かる。この吸収端を超えると、ガラス又はガラスセラミックは、不透明となる。したがって、全ての入射する光線が表面ないしは表面近くの層で吸収される。
【００４０】
図２は、特に使用されるに至った赤外線源の放射強度分布を示す。用いられる赤外線放射体は、例えば、２３０Ｖの電圧で２０００Ｗの定格出力を有する直線型ハロゲン石英管赤外線放射体で、好適に２４００Ｋの色温度を有している。このような赤外線放射体においては、ウィーンの変位則に従って波長が１２１０ｎｍの時に最大の放射強度が得られる。
【００４１】
赤外線源の強度分布は、２４００Ｋの温度を有した黒体に対してプランクの放射法則を適用させることによって与えられる。有意な強度での放射、つまり、放射強度の最大値の５％より大きい強度での放射は、５００〜５０００ｎｍの波長領域で生じる。そして、全放射出力のおよそ７５％が１２１０ｎｍを超える波長領域に分布する。
【００４２】
本発明の第一の実施形態において、周囲は冷えた状態のままで、加熱する材料のみが熱せられる。加熱する材料を通り過ぎる光線は、反射体、または拡散散乱体、または拡散後方散乱体によって加熱する材料に向けられる。出力密度が高い場合、また、とりわけ金属製の反射体の場合、反射体は水冷される。というのも、さもないと反射体材料が曇ってしまうからである。このようなおそれは、短波長赤外線領域におけるその優れた反射特性のゆえに、とくに大きな放射出力を有する放射体に好んで用いられるアルミニウムの場合にとくに顕著となる。金属製の反射体の代わりに、拡散して後方散乱するセラミック製の拡散体、または、釉薬等で表面が照りを持つように処理された、部分的に反射して部分的に後方散乱するＡｌ２Ｏ３などのセラミック製の反射体を用いてもよい。
【００４３】
加熱する材料だけが熱せられる構成は、加熱後にゆっくりとした冷却が必要でない場合にのみ用いることができる。このゆっくりとした冷却は、断熱された空間を用いず、常に再加熱しながら行なう場合にのみ、そして、多大な手間をかけ、許容される温度の一様性を保った場合にのみ実現できるものである。
【００４４】
このような構成の長所は、加熱する材料に簡単にアクセスできる点であり、これは、例えば、高温成形の際に極めて重要な把持具等に対して有用である。
【００４５】
上記の実施形態に代わる他の実施形態において、加熱装置および加熱する材料は、赤外線放射体が設けられた赤外線放射空洞室内に設けられている。この前提として石英ガラス放射体自体が十分に耐温度性能を有しているか、適切に冷却されていなければならない。石英ガラス管は、およそ１１００℃まで使用可能である。石英ガラス管をヒーティング・スパイラルよりもはるかに長く形成し、加熱領域から外に出るように設けると良い。このように形成すると接続端子が温度の低い側に位置し、電気的接続端子が過熱されない。石英ガラス管はコーティングを設けても設けなくても形成できる。
【００４６】
図３Ａには、赤外線放射空洞室を備えた本発明による加熱装置の一実施形態が示されており、この装置を用いて、本発明による成形方法を実施することができるが、本発明がこれに限定されることはない。
【００４７】
図３Ａに示す装置は、多数の赤外線放射体１を有し、これらは強力に反射または強力に後方散乱する素材からなる反射体３の下側に設けられている。反射体３によって、熱せられるべきガラスもしくはガラスセラミック５が上側から加熱される。赤外線放射体から放射される赤外線の一部は、このような波長領域では概ね透明なガラスもしくはガラスセラミック５を貫通し、強く反射または強く拡散する材料からなる支持板７に当たる。支持板の材料として特に好適なのは焼結された石英ガラスで、赤外線の場合、当たった光線のおよそ９０％を後方散乱する。あるいは、十分な厚さがあれば約９８％の後方散乱率、つまり、拡散反射率を有する高純度の焼結されたＡｌ２Ｏ３も用いられる。支持板７には、焼結された石英ガラスまたはＡｌ２Ｏ３の細長い部材９を用いてガラスまたはガラスセラミック５が載置される。ガラスまたはガラスセラミックの温度は支持板に設けられた穴１１を介して図示されぬパイロメータによって測定される。
【００４８】
壁１０は、天井としての反射体３、及び床としての支持板７と協働して、反射する材料、例えば焼結された石英ガラスやＡｌ２Ｏ３を用いて相応に形成されることにより、高いＱ値の放射空洞室を形成する。
【００４９】
図４は、本発明に係る方法によるホウケイ酸ガラスの加熱曲線を示す。このガラスプローブの寸法はおよそ１００ｍｍ、厚みは３ｍｍであった。
【００５０】
加熱方法または熱処理は以下のように行われた。
【００５１】
まず図３Ａに示すような焼結された石英ガラスで囲まれた赤外線放射空洞室内でガラスプローブの加熱を行った。この空間の天井は、下方に赤外線放射体が設けられたアルミニウム反射体によって形成した。ガラスプローブ又はガラスセラミック体は、適したやり方で焼結された石英ガラスに支持させた。
【００５２】
赤外線放射空洞室において、ガラスまたはガラスセラミックを、複数のハロゲン型赤外線放射体によって直接照射した。これらの赤外線放射体は、１０ｍｍ〜１５０ｍｍの距離だけ離間されて、成形すべきガラスまたはガラスセラミックの上方に設けられた。
【００５３】
個々のガラスまたはガラスセラミックの加熱は、サイリスタ制御装置を介して赤外線放射体を制御することにより、吸収、反射および拡散の工程に基づいて行われた。その方法は以下に詳細に説明する通りである。
【００５４】
使用される短波長の赤外線のガラス又はガラスセラミックにおける吸収長は、加熱すべき対象の寸法よりもはるかに大きいので、照射された赤外線の大部分はプローブを通過させられる。一方、単位体積あたりの吸収エネルギーは、ガラス又はガラスセラミック体のどの点においてもほとんど等しいので、体積全体にわたって均一な加熱が実現される。図４に示す実験では、赤外線放射体、および加熱すべきガラスは空洞室に設けられる。この空洞室の壁、床、及び／又は天井は、反射性もしくは後方散乱性の高い表面を有する材料から成り、壁、床、及び／又は天井の少なくとも一部に当たった光線を、大半において拡散反射する。従って、まずガラスまたはガラスセラミックを通過した光線の大部分は壁、床、天井の少なくともいずれか一つで反射または拡散された後に、再度加熱すべき対象の内部に達し、再びその一部が吸収される。２回目の工程においてもガラスまたはガラスセラミックを通過した光線は同様の経過をたどる。このような方法により深部において均一な加熱が行われるだけでなく、投入されたエネルギーもガラスまたはガラスセラミックを一回だけ通過する場合に比べてはるかに効率よく使用される。ここで記述された方法に対して、前記壁、床、天井の表面に入射した光線が方向性を有して反射されるのではなく、拡散されて散乱反射されることが特に好ましい。これにより、光線は、ガラスもしくはガラスセラミックに、全ての方向から、また、全ての可能な角度で達し、同時に表面にわたる一様な加熱が行われるようになり、そして、これまでの先行技術のように、赤外線源の強度分布が加熱されるべき対象にそのまま反映されるということが生じない。
【００５５】
図５は、上述の方法に代わる本発明に係る他の方法に従い、吸収する支持体を用いた場合のガラスの加熱曲線を示す。ガラスの直径は、１００ｍｍとし、厚さは１０ｍｍとした。
【００５６】
加熱は以下に記載されるように行われた。
【００５７】
先ず、ガラスプローブを放射空洞室の外でＳｉＳｉＣからなる厚さ５ｍｍの支持体に載置した。続いて、このＳｉＳｉＣからなる支持体を焼結された石英ガラスによって囲まれた赤外線放射空洞室内に挿入する。
【００５８】
最後に、一つのハロゲン型赤外線放射体、あるいは、ガラスやガラスセラミックの形状に合わせて複数のハロゲン型赤外線放射体を用いてガラスまたはガラスセラミックを直接照射する。これらの赤外線放射体は、反射体内に、成形すべきガラスのブランクまたはガラスセラミックのブランクの上方に１０ｍｍ〜１５０ｍｍの距離だけ離間されて設けられた。
【００５９】
個々のガラスまたはガラスセラミックの加熱は、以後、サイリスタ制御装置を介して赤外線放射体を制御することにより、直接的、及び間接的な加熱を組み合わせて行われる。
【００６０】
ガラスまたはガラスセラミックの透明性に起因して、放射出力のかなりの部分が、ガラスまたはガラスセラミックを抜けて支持体に照射される。黒色のＳｉＳｉＣ製の支持体は、ほぼ全光線を吸収し、その高い熱伝導率のゆえに、吸収された光線を熱の形で迅速かつ一様に支持体の全表面にわたって配分する。支持体の熱は、こういうわけで、同様に一様にガラスまたはガラスセラミックに放出され、これらを下側から加熱する。この過程は、先に述べた方法において、加熱の際の間接的な成分に相当するものである。
【００６１】
加熱による直接的な寄与は、二つの成分から構成される。一番目の成分は、透明な領域の外側の全ての波長において、ガラスまたはガラスセラミックが不透明になり、このため、単に表面もしくは表面近くの層が光線によって加熱されうるということからもたらされる。二番目の成分は、光線の僅かに吸収される成分によって提供される。この場合、光線の波長は、ガラスまたはガラスセラミックに弱く吸収されるような領域に存在している。この成分は、ガラスまたはガラスセラミックの深い層を加熱することにつながる。
【００６２】
とはいえ、赤外線の大部分はガラスを抜け、結果として支持体を介した間接的な加熱に至る。この方法においても、ガラスの表面全体に高い温度一様性が達成され、先行技術における如く、ガラスに光線源の像が投影される事態も回避される。
【００６３】
図４及び図５に示されている方法において、ガラスまたはガラスセラミックを間接的に加熱する割合は、本発明によれば５０％以上となる。
【００６４】
本発明により、ガラスもしくはガラスセラミックを加熱するための、もしくは、ガラスもしくはガラスセラミックを他の加熱手段を補助しながら、あるいは他の加熱手段を用いずに温めるための方法及び装置が初めて提供される。本発明に係る方法及び装置によれば、ガラスもしくはガラスセラミックの一様な加熱が保証され、エネルギーの使用効率が高く、また、光線源の像が加熱すべき対象に投影されることも回避される。上記の方法及び装置は、ガラス加工の多くの分野に用いることができる。以下に、本発明に係る方法の応用例を挙げるが、これらは、単なる例にすぎず、また、これに尽きるというものではない。
【００６５】
セラミック化の際にガラスセラミックのブランクを一様な温度で加熱するときに用いる。
後に続けて高温成形するため、ガラスのブランクを素早く再加熱するときに用いる。
ファイバー束を一様に引き伸ばし温度まで温めるときに用いる。
混合物を溶かし込む際、他の加熱手段を補助しながら、あるいは、他の加熱手段を用いずに温めるときに用いる。
ガラス及び／又はガラスセラミックを溶かして純化するときに用いる。
成形する際、とりわけ、引き伸ばし、圧延、型入れ、遠心分離、押圧、ブロウ−アンド−ブロウ工程の際の吹き込み、プレス−アンド−ブロウ工程の際の吹き込み、平らなガラスをするためのリボン工程の際の吹き込み、及びフロート法を用いる際、他の加熱手段を補助しながら、あるいは、他の加熱手段を用いずに温めるときに用いる。
冷却する際、溶融する際、熱的に硬化させる際、安定化させ、あるいは、所望の仮温度、所望の屈折率、引き続く熱処理の際の所望の締固めの設定を行うために細やかに冷却する際、温度計ガラスを経時変化させる際、分解する際、曇りガラスを着色する際、制御して結晶化させる際、とくに化学的に硬化させる際等、拡散処理する際、とくに、下げ降ろし、曲げ、引き伸ばし、吹き込み等、成形する際、溶融による分離、折り、打ち抜き、打ち砕き等、引き離す際、切断する際、継ぎ合わす際、及びコーティングする際に、他の加熱手段を補助しながら、あるいは、他の加熱手段を用いずに温めるときに用いる。
【符号の説明】
【００６６】
１  赤外線放射体
３  反射体
５  ガラス（ガラスセラミック）
７  支持板
１０  壁
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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