(57)【要約】【課題】成形時の熱応力によるガラス有底管の変形や割れ等を生じることなく、成形所要時間を短縮する。【解決手段】芯金２が挿入されたガラス有底管３の内部を減圧しつつ加熱炉４に通過させることで、芯金２の外形が転写されるように収縮変形させるガラス管成形装置Ｍにおいて、加熱炉４の内部に、ガラス有底管３の通過方向に、互いに独立に温度設定が可能な上部加熱帯４ａおよび下部加熱帯４ｂを設け、ガラス有底管３の有底端３ｂの進入側の上部加熱帯４ａを成形温度に設定し、退出側の下部加熱帯４ｂを徐冷温度に設定することで、加熱炉４の内部においてガラス有底管３の加熱および徐冷が行われるようにして、ガラス有底管３に対して加熱炉４を比較的大きな速度で移動させても、熱応力によるガラス有底管３の変形や割れが発生しないようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯金が挿入されたガラス有底管の内部を減圧しつつ加熱炉を通過させて加熱し、前記芯金の形状を前記ガラス有底管に転写させて成形するガラス管成形方法であって、
前記加熱炉の内部に前記ガラス有底管の通過方向に温度勾配を持たせることを特徴とするガラス管成形方法。
【請求項２】
請求項１記載のガラス管成形方法において、
前記加熱炉において前記ガラス有底管の進入側の温度が退出側の温度よりも相対的に高温になるように前記温度勾配を設定することを特徴とするガラス管成形方法。
【請求項３】
請求項１記載のガラス管成形方法において、
前記加熱炉における前記ガラス有底管の進入側の温度を成形温度に設定し、退出側の温度を前記成形温度よりも低い徐冷温度に設定することを特徴とするガラス管成形方法。
【請求項４】
請求項１記載のガラス管成形方法において、
前記ガラス有底管を前記加熱炉に対して成形時と逆方向に移動させるときに、前記加熱炉の温度をアニール温度に設定して前記ガラス有底管のアニールを行うことを特徴とするガラス管成形方法。
【請求項５】
芯金が挿入されたガラス有底管の内部を減圧しつつ加熱炉を通過させて加熱し、前記芯金の形状を前記ガラス有底管に転写させて成形するガラス管成形装置であって、
前記加熱炉は、前記ガラス有底管の通過方向に配列され、互いに設定温度を独立に制御可能な複数の加熱手段を備えたことを特徴とするガラス管成形装置。
【請求項６】
請求項５記載のガラス管成形装置において、
前記加熱炉における前記ガラス有底管の進入側の第１の前記加熱手段の温度を成形温度に設定し、退出側の第２の前記加熱手段の温度を前記成形温度よりも低い徐冷温度に設定することを特徴とするガラス管成形装置。
【請求項７】
請求項５記載のガラス管成形装置において、
前記ガラス有底管を前記加熱炉に対して成形時と逆方向に移動させるときに、前記加熱炉の複数の前記加熱手段の温度を、前記ガラス有底管のアニール処理に最適な共通の温度に設定して前記アニール処理が行われ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、ガラス管成形技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、化学分析装置では、試料を入れるための角形等の多様な断面形状のガラスセルを用いる場合がある。
このようなガラスセルの製造方法としては、たとえば、特許文献１に開示されているように、ガラス有底管内に金型を挿入し、当該ガラス有底管の内部を減圧しつつ加熱軟化させることで金型の形状を転写してガラスセルを製造することが知られている。
【０００３】
すなわち、特許文献１には、金型が挿入されたガラス有底管の閉止端側から開口端に向かって移動するバーナーによって加熱することにより、ガラス有底管の内部の空気が閉止端から開口端に移動して確実に排除されるようにして、ガラス有底管の内部に空気が残存する空気溜まり等に起因する成形不良を防止する技術が開示されている。
【０００４】
また、この特許文献１では、熱源がバーナーあるいは単一のヒーターを備えた加熱炉であり、加熱炉内部の温度勾配はガラス有底管の移動速度を変化させることで制御していた。
【０００５】
ところが、上述の特許文献１では、両端が開口した筒状の可動式の加熱炉にガラス有底管を通過させて加熱する場合の以下のような技術的課題が認識されていない。
すなわち、上下方向の両端が開口している筒状の可動式の加熱炉でガラス有底管を、有底端から開口端へと相対的に上昇させながら加熱して成形する装置においては、加熱炉内部の温度は加熱炉の移動時における対流により、ガラス有底管の加熱炉に対する進入時と脱出時との温度差が大きくなってしまう。
【０００６】
このため加熱炉の上端の開口部から進入するガラス有底管は加熱炉中心部で軟化して成形された後、徐冷が十分に出来ないまま加熱炉の下端の開口部から退出してしまう。このとき加熱炉からの出口となる下端開口部の付近で急冷されるため熱応力が強くなり、内径形状が変形したり割れてしまう、という技術的課題があった。
【０００７】
このため、加熱炉に対するガラス有底管の移動速度を低速に設定して、加熱炉から退出するガラス有底管の温度変化を緩和する必要が有るが、成形所要時間が非常に長くなってしまうという別の技術的課題を生じる。
【特許文献１】特開２００６−１９３３７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、成形時の熱応力によるガラス有底管の変形や割れ等を生じることなく、成形所要時間を短縮することが可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の観点は、芯金が挿入されたガラス有底管の内部を減圧しつつ加熱炉を通過させて加熱し、前記芯金の形状を前記ガラス有底管に転写させて成形するガラス管成形方法であって、
前記加熱炉の内部に前記ガラス有底管の通過方向に温度勾配を持たせるガラス管成形方法を提供する。
【００１０】
本発明の第２の観点は、芯金が挿入されたガラス有底管の内部を減圧しつつ加熱炉を通過させて加熱し、前記芯金の形状を前記ガラス有底管に転写させて成形するガラス管成形装置であって、
前記加熱炉は、前記ガラス有底管の通過方向に配列され、互いに設定温度を独立に制御可能な複数の加熱手段を備えたガラス管成形装置を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、成形時の熱応力によるガラス有底管の変形や割れ等を生じることなく、成形所要時間を短縮することが可能な技術を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本実施の形態の一態様は、ガラス管成形装置における加熱炉内部にそれぞれ異なる温度設定を出来るヒーターを上下に配置し、上部ヒーター付近を成形温度、下部ヒーター付近を徐冷温度になるように温度勾配を持たせた温度設定を行い、ガラス有底管の有底部から開口部へと加熱炉を移動させながら、ガラス有底管が加熱炉に進入、退出する間に、成形、徐冷、硬化が行われる構成とする。
【００１３】
また、加熱炉がガラス有底管の開口部付近から有底部に戻る際には、上部および下部ヒーターをアニールに最適な温度に下げ、成形後のガラス有底管のアニールを行いながら加熱炉を移動させる。
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態であるガラス管成形方法を実施するガラス管成形装置の構成の一例を示す概念図であり、図２は、本実施の形態のガラス管成形装置の加熱炉の構成例を示す略断面図、図３は、本実施の形態のガラス管成形装置の加熱炉の構成例を示す略平面図、図４は、本実施の形態のガラス管成形方法およびガラス管成形装置の作用を示す線図である。
【００１５】
本実施の形態のガラス管成形装置Ｍは、ワーク取付け部１を支持する支持台１５、加熱炉４、真空ポンプ５、真空アダプタ６を備えている。
支持台１５に載置されたワーク取付け部１の下面には芯金２が挿入されたガラス有底管３の開口端３ａが装着される。
【００１６】
加熱炉４は、軸方向が鉛直方向で、ガラス有底管３が挿通される筒型形状を呈しており、支持台１５に対して、図示しない昇降機構によって上下方向に変位可能な構成になっている。
【００１７】
ワーク取付け部１の上部には、当該ワーク取付け部１に装着されたガラス有底管３の開口端３ａに連通する真空経路を構成する真空アダプタ６が接続され、この真空アダプタ６を介して、ガラス有底管３の内部が真空ポンプ５によって真空排気される構成となっている。
【００１８】
図３に例示されるように、本実施の形態のガラス管成形装置Ｍに備えられた加熱炉４は、中央の石英筒８を取り囲むように配列された複数の棒状の加熱炉ヒーター７と、この加熱炉ヒーター７の回りに充填された断熱材１４で構成されている。
【００１９】
そして、石英筒８の口径は、ガラス有底管３の外径よりも大きく設定され、この石英筒８の内部に軸方向にガラス有底管３が有底端３ｂから開口端３ａに至る方向に挿通されて加熱される。
【００２０】
さらに、本実施の形態のガラス管成形装置Ｍの場合、加熱炉４は上部加熱帯４ａと下部加熱帯４ｂの多段構成になっており、加熱炉ヒーター７は、上部加熱帯４ａに対応した上部ヒーター７ａと、下部加熱帯４ｂに対応した下部ヒーター７ｂに分かれている。
【００２１】
これにより、加熱炉４の上部加熱帯４ａおよび下部加熱帯４ｂの各々の温度は、上部ヒーター７ａおよび下部ヒーター７ｂを制御することで、それぞれ独立に可変に設定可能となっている。
【００２２】
たとえば、図２に例示されるように、上部加熱帯４ａは、ガラス管成形エリア９の温度制御を行い、下部加熱帯４ｂはガラス管徐冷エリア１０の温度制御を行うように、上部ヒーター７ａおよび下部ヒーター７ｂを独立に制御する。
【００２３】
ここで、本実施の形態の成形時における加熱炉４の温度分布について説明する。上述のように、加熱炉４は図２に示すように、ガラス有底管３が通過する石英筒８を覆うように加熱炉ヒーター７が配置され、ヒーターの周りは断熱材１４で覆われている。加熱炉は上下の上部加熱帯４ａおよび下部加熱帯４ｂの多段構成となっており、それぞれ、互いに独立に温度を設定することが可能になっている。
【００２４】
ガラス有底管３の成形において急冷することは変形、割れ等の製品不良に繋がることから、徐冷時間を十分にとることが必要である。
よって、本実施の形態の場合には、図４に例示される加熱炉温度分布曲線１３のような温度分布になるように上部加熱帯４ａの中心付近のガラス管成形エリア９が、たとえば７００±１０℃（ガラス軟化温度範囲１１）となり、下部加熱帯４ｂの中心付近のガラス管徐冷エリア１０が、たとえば５００±１０℃（ガラス徐冷温度範囲１２）となるように温度を設定する。
【００２５】
このとき、加熱炉４のガラス有底管３に対する上昇速度は、たとえば０．２５ｍｍ／ｓとする。本実施の形態ではガラス有底管３の材料にパイレックス（登録商標）ガラスを用いている。
【００２６】
以下、本実施の形態の作用の一例について説明する。
まず、芯金２が装填されたガラス有底管３をワーク取付け部１の下面に垂直に装着した後、真空アダプタ６を介してガラス有底管３の内部の真空引きを行いつつ、加熱炉４を相対的に上昇させることで、ガラス有底管３の有底端３ｂの側から加熱炉４の石英筒８に対して上部加熱帯４ａの側に進入させる。そして、加熱炉４を上昇させながらガラス有底管３を、その有底端３ｂから開口端３ａに向かう方向に徐々に加熱して軟化させ、真空吸引により芯金２の外形に倣うように収縮させて成形する。
【００２７】
この時、加熱炉４の上部加熱帯４ａは、図４に例示されるようなガラス軟化温度範囲１１に設定し、下部加熱帯４ｂは、ガラス徐冷温度範囲１２に設定する。
加熱炉４の内部を相対的に下降し上部加熱帯４ａの付近を通過するときに軟化して芯金２の外形に倣うように収縮変形して芯金２の外形が転写されるように成形されたガラス有底管３は、下部加熱帯４ｂの付近を通過するときには徐冷され、加熱炉４の下端から退出する時には硬化する。
【００２８】
加熱炉４が開口端３ａに到達する高さまで上昇した後は、上部加熱帯４ａをガラス徐冷温度範囲１２の徐冷温度に変更し、ガラス有底管３の温度が徐冷温度に降下するまで待機し、成形工程の完了となる。
【００２９】
このように、本実施の形態のガラス管成形装置Ｍでは、加熱炉４に、ガラス有底管３の通過方向に上部加熱帯４ａと下部加熱帯４ｂを設け、加熱炉４の内部で成形、徐冷、および硬化までが行われるようにすることで、ガラス有底管３が加熱炉４から退出する際の急冷によるガラス有底管３の変形や割れ等の不良の発生を防ぐことが出来る。
【００３０】
換言すれば、ガラス有底管３の急激な温度変化を防止するために、ガラス有底管３に対する加熱炉４の移動速度を必要以上に小さく抑制する必要がなくなり、急激な温度変化による変形や割れ等の発生を懸念することなく、ガラス有底管３に対する加熱炉４の移動速度、すなわち成形速度を比較的大きく設定することが出来るため、成形所要時間を短縮することができる。
【００３１】
次に、本実施の形態の変形例を説明する。
上述の実施の形態の説明では、加熱炉４が開口端３ａに到達する高さまで上昇した後は、上部加熱帯４ａを下部加熱帯４ｂと同じガラス徐冷温度範囲１２の徐冷温度に変更し、ガラス有底管３の温度が徐冷温度に降下するまで待機して成形工程の完了としていた。
【００３２】
これに対して本変形例では、以下のように、ガラス有底管３を加熱炉４から引き抜く際に、すなわち、加熱炉４を降下させる際に、アニールを行う。
すなわち、加熱炉４が開口端３ａに到達する高さまで上昇した後は、加熱炉４の上部加熱帯４ａおよび下部加熱帯４ｂを、図４に例示されるガラス管アニール温度範囲１６のガラス有底管３のアニールに最適なアニール温度に設定し、ガラス有底管３のアニールを行いながら加熱炉４を、ガラス有底管３の開口端３ａから有底端３ｂまで下降させる。
【００３３】
この時の加熱炉４の温度は上部加熱帯４ａおよび下部加熱帯４ｂが共通な温度になるように、たとえば、５００±１０℃となるように設定する。
この変形例によれば、ガラス有底管３の成形の直後にアニールによる歪および応力の除去を行うことができるので、ガラス有底管３を別工程でアニールするための再加熱等の煩雑な処理が不要となり、ガラス有底管３の内径精度の向上および成形時間の短縮を実現できる。
【００３４】
以上説明したように、本発明の実施の形態のガラス管成形装置Ｍによれば、加熱炉４におけるガラス有底管３の通過方向に互いに独立に温度設定が可能な上部加熱帯４ａおよび下部加熱帯４ｂを設け、ガラス有底管３の成形時における進入側の上部加熱帯４ａを成形温度に設定し、退出側の下部加熱帯４ｂを徐冷温度に設定することで、成形時に加熱炉４の内部でガラス有底管３の徐冷を行うことができ、加熱炉４から退出するガラス有底管３の硬化時の熱応力を最小限にすることができるため、ガラス有底管３の内径形状の変形や割れ等の製品不良の発生を防ぐことが出来る。
【００３５】
また、ガラス有底管３の熱応力等による変形や割れを懸念することなく、成形時におけるガラス有底管３に対する加熱炉４の上昇速度を大きくすることができ、成形所要時間を短縮することができる。
【００３６】
また、加熱炉４がガラス有底管３の開口端３ａに到達した成形完了に引き続いて、加熱炉４の上部加熱帯４ａおよび下部加熱帯４ｂをアニール温度に設定して、加熱炉４からガラス有底管３を引き抜く際に、ガラス有底管３のアニールが行われるので、ガラス有底管３の内径精度を向上させることが出来るとともに、アニール等のために別工程で再加熱を行う必要がなく、アニールを含めた成形所要時間を短縮できる。
【００３７】
したがって、成形時の熱応力によるガラス有底管の変形や割れ等を生じることなく、成形所要時間を短縮することが可能となる。
なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施の形態であるガラス管成形方法を実施するガラス管成形装置の構成の一例を示す概念図である。
【図２】本発明の一実施の形態であるガラス管成形装置の加熱炉の構成例を示す略断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態であるガラス管成形装置の加熱炉の構成例を示す略平面図である。
【図４】本発明の一実施の形態であるガラス管成形方法およびガラス管成形装置の作用を示す線図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  ワーク取付け部
２  芯金
３  ガラス有底管
３ａ  開口端
３ｂ  有底端
４  加熱炉
４ａ  上部加熱帯
４ｂ  下部加熱帯
５  真空ポンプ
６  真空アダプタ
７  加熱炉ヒーター
７ａ  上部ヒーター
７ｂ  下部ヒーター
８  石英筒
９  ガラス管成形エリア
１０  ガラス管徐冷エリア
１１  ガラス軟化温度範囲
１２  ガラス徐冷温度範囲
１３  加熱炉温度分布曲線
１４  断熱材
１５  支持台
１６  ガラス管アニール温度範囲
Ｍ  ガラス管成形装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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