JP2004509053A - ガラス、特にブラウン管のガラス製漏斗状部の応力緩和のための方法ならびに装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、ガラス、特にブラウン管のガラス製漏斗状部の応力緩和のための方法に関し、この方法は、少なくとも次の工程；応力緩和すべきガラスを開始温度Ｔ１から保持温度Ｔ２まで昇温し；ガラスが応力緩和するまで期間ｔ２の間ガラスを保持温度Ｔ２に維持し；常にＴ１＞Ｔ３であるような或る温度Ｔ３までガラスを冷却し；温度を検出するための少なくとも一つの温度センサを有する制御回路と操作部としての加熱装置とを用いることによって温度Ｔ２の維持、昇温、及び冷却を行う工程を有している。本発明は、熱的な遅延時間が１０秒より少ない、特に５秒より少ないような、応力緩和対象のガラスを加熱するための赤外線放射器を加熱装置に設けることを特徴としている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス、特にブラウン管のガラス製漏斗状部、つまり正面に画面を有するブラウン管本体と電子銃が設けられるネック部との間の接続部分の漏斗形になっている部分（Ｆｅｒｎｓｅｈｔｒｉｃｈｔｅｒ−Ｈａｌｓａｎｓａｔｚ）の中の応力を解消するための方法、ならびにガラスの応力緩和のための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラスの応力緩和のための通常のやり方は、例えば、Ｇｕｅｎｔｈｅｒ Ｎｏｅｌｌｅ（ギュンター・ニョレ）著「Ｔｅｃｈｎｉｋ ｄｅｒ Ｇｌａｓｈｅｒｓｔｅｌｌｕｎｇ（ガラス製造技術）」ＶＥＢ Ｄｅｕｔｓｃｈｅｒ Ｖｅｒｌａｇ ｆｕｅｒ Ｇｒｕｎｄｓｔｏｆｆｉｎｄｕｓｔｒｉｅ（基礎材料工業に関するＶＥＢドイツ出版）， Ｌｅｉｐｚｉｇ（ライプチヒ） １９７７， １８０頁以降に記載されている。ここに記載された応力緩和冷却は、成形後直ぐに行なわれるか、あるいは既に冷却されたが未だ応力を残していてこの応力緩和冷却のためにもう一度昇温されるようなガラスに対して行なわれる。以下に用いられる概念ないし用語「上側冷却温度（ｏｂｅｒｅ Ｋｕｅｈｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒ）」ならびに「下側冷却温度（ｕｎｔｅｒｅ Ｋｕｅｈｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒ）」は、Ｇ． Ｎｏｅｌｌｅ著「Ｔｅｃｈｎｉｋ ｄｅｒ Ｇｌａｓｈｅｒｓｔｅｌｌｕｎｇ」ＶＥＢ Ｄｅｕｔｓｃｈｅｒ Ｖｅｒｌａｇ ｆｕｅｒ Ｇｒｕｎｄｓｔｏｆｆｉｎｄｕｓｔｒｉｅ， １８２−１８３頁に、それも特に図１２７に定義されている。
【０００３】
上記の概念は、成形から取り出されて冷却されるガラスに関する冷却曲線から導かれる。かくして、先ずはＧ． Ｎｏｅｌｌｅの上述の箇所によるこれらの定義に従い、成形から取り出されると第１の冷却速度ｖＫ１で冷却され、冷却範囲（Ｋｕｅｈｌｂｅｒｅｉｃｈ）では第２の冷却速度ｖＫ２で、さらに下側冷却温度より下側では第３の冷却速度ｖＫ３で下げられる。ｖＫ１は任意で、技術的に可能か否かに依存し、他方面からの制約がある場合もあるが、応力形成からもたらされるものではない。
【０００４】
ｖＫ２は、以下のように求められる；
【数１】
ここで、σａＫは、ガラス表面で許容される冷却応力（Ｋｕｅｈｌｓｐａｎｎｕｎｇ）を表す。以下の数値例において、アルカリ−アルカリ土類ケイ酸塩ガラス（Ａｌｋａｌｉ−Ｅｒｄａｌｋａｌｉ−Ｓｉｌｉｋａｔｇｌａｓ）に関して５５０℃の上側冷却温度ならびに５００℃の下側冷却温度を仮定し、材料に関する以下の物理的特性値
Ｅ＝８×１０４Ｎｍｍ−２
μ＝０．２２
ρ＝２．４ｇｃｍ３
λｅｆｆ＝２．７Ｗｍ−１Ｋ−１（冷却範囲内）
λ＝０．９Ｗｍ−１Ｋ−１
ｃ＝０．９ｋＪｋｇ−１Ｋ−１
α＝１０−５Ｋ−１
Ψ＝１／３（形状因子）（Ｆｏｒｍｆａｋｔｏｒ）
を用いると、ガラスの冷却モジュール（Ｋｕｅｈｌｍｏｄｕｌ）は、以下の式
【数２】
により、冷却範囲において
ＭＫ＝０．８×１０１２ＮｓＫ−１ｍ−４
ならびに低温において
Ｍ０＝２．４×１０１２ＮｓＫ−１ｍ−４
と算出される。ガラス表面においてσａＫ＝１．５Ｎｍｍ−２の冷却応力を許容するとすると、厚さｓ＝６ｍｍのプレートについて考えると、ｖＫ２＝９．４Ｋｍｉｎ−１という結果が得られる。
【０００５】
この冷却速度を超えると、許容できない大きな冷却応力を考慮しなければならない。冷却範囲の幅が５０Ｋである場合、この冷却範囲を横切るのに約５．３ｍｉｎを要する。
【０００６】
ｖＫ３は、もっと大きく選ぶことができる。それは、冷却範囲の外では、冷却速度は、冷却応力に関して重要ではないからである。ただ注意しなければならないのは、ガラスが冷却中に一時的な応力によって壊れないようにすることだけである。これに関して許される冷却速度は、やはり計算することができる。以下の式
【数３】
が成り立ち、このとき、σａは、最大許容できる一時的な応力である。冷却時には、この応力は引張り応力である。σａに関しては引張り強度よりも低い値に留まっていなればならず、例えばσａ＝２０Ｎｍｍ−２の値が挿入される。
【０００７】
ガラスの厚さが６ｍｍの場合には、ｖＫ３≒４０Ｋｍｉｎ−１となり、したがって、下側冷却温度からの冷却時間が約１２分となる。
【０００８】
この冷却速度を超える場合には、冷却破壊（Ｋｕｅｈｌｂｒｕｃｈ）を考慮に入れなければならない。
【０００９】
既に冷却されたガラスを応力緩和するために、ガラスは、先ず、例えばすぐに応力が緩和するような或る保持温度まで再び昇温される。
【００１０】
Ｇ． Ｎｏｅｌｌｅによる上述の箇所において指摘されているのは、保持温度をより低く設定、つまり上側冷却温度と下側冷却温度との間に設定できるという点である。すると、応力緩和に必要な維持時間が長くなる。応力リラクセーションの運動学的な法則に従って、その逆もまた成立し、「より高い保持温度では、必要な維持時間が短く」なる。これに関しては、Ｇ． Ｗ． Ｓｃｈｅｒｅｒ（シェーラー）著「Ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ｉｎ Ｇｌａｓｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ（ガラス及び複合材料におけるリラクセーション）」Ｗｉｌｌｅｔ， １９８６を参照されたい。
【００１１】
どんどん高い保持温度を選択することによって、このように達成された温度ならびにさらに高いあらゆる温度において瞬間的な応力リラクセーションが得られる限り、維持時間をどんどん縮めることができる。この方法は、Ｇ． Ｎｏｅｌｌｅにおいても述べられている。その場合、上記温度まで昇温した後、下側冷却点の上側領域における冷却速度に関してＧ． Ｎｏｅｌｌｅにおいて述べられた方法から得られる冷却速度を用いて、下側冷却点まで冷却することが行なわれる。
【００１２】
この方法で問題なのは、瞬時の応力リラクセーションが得られるような最も下側の温度でさえ、冷却工程の前に成形されたガラス製品の形状変化が生じる可能性があるということである。
【００１３】
その上、上述の方法は、時間経過の仕方から言っても最適ではない。その理由は、保持温度を上昇させることに伴って必要になる冷却時間の増し分が、保持温度の上昇と線型の関係にあり、それも、ガラスの応力緩和に必要な維持時間が必ずしもこの冷却時間の増し分と同程度かそれよりも大幅に縮められることがないという点にある。維持時間は、温度とともに概ね指数関数的に変わり、或る特定の温度からは、維持時間が短くはなるものの、それは、温度をさらに上昇させて得られる維持時間の短縮分が冷却時間の増し分に満たない程度のものである。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、従来技術において記載されている方法に比べて一層優れたガラス応力緩和の方法、ならびにこの方法のための装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
応力緩和が瞬時に進むような最も下側の温度まで温度を上げる際に生じるであろう付加的な冷却時間（冷却時間の増し分）と、応力緩和に必要な維持時間とが等しくなるような温度に基づきながら、より高い値に温度を上げるのに伴って生じる冷却時間の増し分と、このより高い温度での維持時間との合計が目標値であるような或る最適化を行なうことができる。このようにして、最適の保持温度が見つけられる。かくして冷却は次のように行なわれる：保持温度まで昇温し、この保持温度において応力緩和に必要なだけ温度を一定に維持し、その後例えばＧ． Ｎｏｅｌｌｅにおいて述べられているような周知の冷却速度で冷却する。一般には、上側冷却温度において１０分から１５分必要となる応力緩和工程は、応力緩和に関して数分（約１〜５分）の期間に短縮され、保持温度から上側冷却温度まで付加的に必要となる冷却が短縮されるようになる。
【００１６】
このような方法は、保持温度が非常に素早くしかも非常に正確に制御可能であることが前提となる。特に好ましいのは、制御時間が数秒の範囲に収まる場合である。
【００１７】
本発明により、赤外線放射器からなる加熱装置のパワーを操作量として用い、より短い遅延時間を有する制御回路（Ｒｅｇｅｌｋｒｅｉｓ）によって迅速かつ正確な温度の設定が行なわれる。
【００１８】
所望の温度の素早い開ループ制御ないし閉ループ制御のために重要なことは、系の熱的な遅延時間が少ないことである。遅延時間を算出するために、この系を簡単化して電気工学における「ＲＣ回路網」のようなものとみなすことができる。この場合、電圧が本実施形態においては温度に相当し、電流が本実施形態における熱流に相当する。
【００１９】
熱抵抗Ｒは、一方では加熱素子と焼鈍素材との間の温度差から、そして他方では流れる熱流から指数として生じるものである。熱容量Ｃは、加熱素子から放出される熱流を焼鈍素材の昇温速度で割ることによって得られる。理想的な場合において、流れる熱流が焼鈍素材だけに恩恵を与えて迷容量（Ｓｔｒｅｕｋａｐａｚｉｔａｅｔ）を熱するようなことが無いときには、熱容量は、ガラスの、言い換えれば焼鈍素材の熱容量だけとなる。迷容量が一緒に暖められると、この迷容量がかなりのウエートを占めて、熱容量が焼鈍素材の昇温速度と固有の昇温速度による指数に対応するようになる。
【００２０】
熱抵抗Ｒは、加熱素子として高温の赤外線放射器を選ぶことによって低い値にすることができる。ステファン・ボルツマンの法則に従って、二つの互いに放射し合う平面の間の正味の熱放射流速密度ｊは、
【数４】
によって与えられる。ここで、σはステファン・ボルツマン定数であり、ε１ないしＴ１は一方の面の放射率ないし温度であり、さらにε２ないしＴ２は他方の面の放射率ないし温度である。
【００２１】
一次の近似により、
【数５】
が成り立つ。熱放射流速密度は、この近似式において二つの面の間の温度差に比例する。このとき、比例係数は一定ではなく、それ自身平均温度（Ｔ１＋Ｔ２）／２の３乗に依存している。熱抵抗Ｒに関する上述の定義にしたがって、全熱流速Ｊ（Ａを双方の面の大きさとしてＪ＝ｊ・Ａを用いる）は、Ｊ＝（Ｔ１‐Ｔ２）／Ｒの関係を満たす。このｊに関する近似的な関係式から、Ｒ〜１／（（Ｔ１＋Ｔ２）／２）３となることが分かる。つまり、熱抵抗Ｒは、平均温度の３乗で減少する。
【００２２】
上に述べた考察から、熱抵抗およびそれに伴う系の遅延時間は、極めて高温の加熱素子を選択する場合に、特に小さくすることができるという結果が導かれる。こうして、高い平均温度とそれによる小さな熱抵抗という結論が導かれる。したがって、短波長の赤外線放射器を用いることが特に好ましく、これは例えば、保護ガスとしてのハロゲン化合物が密封された石英ガラス内のタングステンフィラメントによって実現することができ、その温度は約３０００℃までに達する。加熱温度が上がるとともに熱放射のスペクトル分布がより短い波長に移り、このとき、比較的長い波長のときに比べて焼鈍素材が比較的短い波長であまり吸収を行なわなくなるという影響を打ち消すために、放射空洞室の内部で赤外線照射を実施し、この中で、赤外線が何度も異なる角度でガラスを通して行ったり来たりはね返されるように構成することが好ましい。放射空洞室内での赤外線照射に関しては、その開示内容が本願に包括的に取り入れられている独国実用新案出願公開第２９９０５３８５号明細書を参照されたい。
【００２３】
迷容量に起因する熱容量を低く保つか、又は迷容量の赤外線放射へのカップリング（Ａｎｋｏｐｐｌｕｎｇ）をできるだけ抑えることによって、迷容量の影響を最小限にすることができる。これは、炉壁の放射率が小さく保たれ、つまりは炉壁が強く反射するように形成されていることによって実現することができる。
【００２４】
赤外線放射空洞室の壁面から反射された、および／または散乱された赤外線の割合は、この面に入射する光線の５０％を超える値であることが好ましい。
【００２５】
特に好ましいのは、壁面から反射された、および／または散乱された赤外線放射光の割合が、９０％を超える値、それも特に９８％を超える値となる場合である。
【００２６】
加えて、赤外線放射空洞室を用いる特に有利な点は、非常に強く反射する壁材を用いることが、損失が僅かしかなくかつそれ故に高いエネルギー消費効率が保証される高いＱ値の共振器を意味するという点である。
【００２７】
赤外線を反射する材料として例えば一つないし複数の以下の材料；
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（Ｃｏｒｄｉｅｒｉｔ−Ｓｉｎｔｅｒｇｌａｓｋｅｒａｍｉｋ）
を用いることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図ならびに実施形態に基づき例を挙げて説明する。
【００２９】
図１には、赤外線放射空洞室を有する本発明に係る装置が示されており、この装置を用いて本発明に係る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と考える。
【００３０】
図１に示された加熱装置は、反射器３の下側に配置された複数の赤外線放射器１を備えている。反射器３によって、応力緩和のために昇温ないし冷却すべきガラス５、特にブラウン管のガラス製漏斗状部が上側から加熱される。赤外線放射器から放射された赤外線は、この波長領域では大半が透明となるガラス５を通り抜け、強く反射ないし強く散乱する材料からなる保持プレート７上に入射する。この目的に特に適しているのは、焼結石英ガラス（Ｑｕａｒｚａｌ）であり、この焼結石英ガラスも、赤外線領域における約９０％の入射光線を反射する。この焼結石英ガラスの代わりに、焼結された純粋なＡｌ２Ｏ３も用いることが可能であると考えられ、Ａｌ２Ｏ３は、十分な厚さがあれば約９８％の反射率を有する。上記保持プレート７上に例えば焼結石英ガラス帯板ないしＡｌ２Ｏ３帯板９を用いてガラス５が載置されている。ガラス下側の温度は、保持プレート内の穴部１１を通してパイロメータ１３によって測ることができる。測定された温度は、開ループ制御ユニット／閉ループ制御ユニット１５に伝達される。この開ループ制御ユニット／閉ループ制御ユニット１５は、さらにまた赤外線放射器１を有する加熱装置を制御する。赤外線放射器１は、色温度が２０００℃から３０００℃の短波長の赤外線放射器とされていることが好ましい。
【００３１】
壁部１０は、例えば焼結石英ガラスないしＡｌ２Ｏ３等の反射材料を用いて適切に構成されて、反射器３及び保持プレート７とともにＱ値の高い一つの赤外線放射空洞室を形成している。
【００３２】
赤外領域において高い反射率を有する壁部材料、例えば、近赤外領域において９８％を超える反射率を有する、Ｍｏｒｇａｎ Ｍａｒｔｏｃ（モルガン・マルトック）社（Ｔｒｏｉｓｄｏｒｆ（トロイスドルフ）在）のＡｌ２Ｏ３ Ｓｉｎｔｏｘ Ａｌ の反射率曲線が図２に示されている。
【００３３】
以下に、本発明の方法を実施例に基づきより詳細に説明する。
【００３４】
〔実施例１〕
従来通りのやり方で、電気式マッフル（Ｅｌｅｋｔｒｏｍｕｆｆｅｌｎ）による処理サイクルを用いてブラウン管漏斗形状部１Ｖを応力緩和した。
【００３５】
応力緩和は五つの工程に分けられ、その温度変化が図３に与えられている。
開始温度：３６５℃
工程１：５６秒以内に５５０℃まで昇温
工程２：５６秒間５５０℃で維持
工程３：５６秒以内に５２５℃まで冷却
工程４：５６秒以内に５００℃まで冷却
工程５：５６秒以内に４８５℃まで冷却
全行程に２８０秒要する。
得られたフリーデル値（Ｆｒｉｅｄｅｌｗｅｒｔ）は；
大軸（略長方形とされたブラウン管正面から見て長辺方向に中心を通る軸）（Ｇｒｏｓｓｅ Ａｃｈｓｅ）：ネック部接続部（Ｈａｌｓａｎｓａｔｚ）１５°Ｆ、放物線部（Ｐａｒａｂｅｌ）２９°Ｆ
小軸（略長方形とされたブラウン管正面から見て短辺方向に中心を通る軸）（Ｋｌｅｉｎｅ Ａｃｈｓｅ）：ネック部接続部（Ｈａｌｓａｎｓａｔｚ）２１°Ｆ、放物線部（Ｐａｒａｂｅｌ）２６°Ｆ
であった。
【００３６】
〔実施例２〕
遅延時間が少ない赤外線放射素子を有する加熱装置を用いながら理想的な処理サイクルによってブラウン管漏斗形状部３９Ｖを応力緩和した。
【００３７】
応力緩和は三つの工程に分けられ、その温度変化が図４に与えられている。
開始温度：３６５℃
工程１：５６秒以内に５６０℃まで昇温
工程２：３０秒間５６０℃で維持
工程３：８５秒以内に４５０℃まで冷却
全行程に１７１秒要する。この経過時間は、加熱素子としての赤外線放射器を使わない実施例１による従来の工程の経過時間に対して、約４０％程短縮されている。
得られたフリーデル値（Ｆｒｉｅｄｅｌｗｅｒｔ）は；
大軸（Ｇｒｏｓｓｅ Ａｃｈｓｅ）：ネック部接続部（Ｈａｌｓａｎｓａｔｚ）１６°Ｆ、放物線部（Ｐａｒａｂｅｌ）１３°Ｆ
小軸（Ｋｌｅｉｎｅ Ａｃｈｓｅ）：ネック部接続部（Ｈａｌｓａｎｓａｔｚ）２０°Ｆ、放物線部（Ｐａｒａｂｅｌ）２３°Ｆ
であった。
【００３８】
〔実施例３〕
遅延時間が少ない赤外線放射素子を有する加熱装置を用いながら理想的な処理サイクルによってブラウン管漏斗形状部５２Ｖを応力緩和した。加えて、温度を上げる際ならびに温度を一定に保つ際、赤外線炉の上側の開いている部分を閉鎖した。この処置によって、ネック部に沿って炉室を通る冷たい空気の対流が阻止される。これにより、炉内の一層優れた温度均一性が得られた。冷却時には、十分な冷却速度を保証するために、再び閉鎖を解除した。
【００３９】
応力緩和は三つの工程に分けられ、その温度変化が図５に与えられている。
開始温度：３６５℃
工程１：５６秒以内に５６０℃まで昇温
工程２：３０秒間５６０℃で維持
工程３：８５秒以内に４５０℃まで冷却
全行程に１７１秒要する。この経過時間は、加熱素子としての赤外線放射器を使わない実施例１による従来の工程の経過時間に対して、約４０％程短縮されている。
得られたフリーデル値（Ｆｒｉｅｄｅｌｗｅｒｔ）は；
大軸（Ｇｒｏｓｓｅ Ａｃｈｓｅ）：ネック部接続部（Ｈａｌｓａｎｓａｔｚ）０７°Ｆ、放物線部（Ｐａｒａｂｅｌ）１２°Ｆ
小軸（Ｋｌｅｉｎｅ Ａｃｈｓｅ）：ネック部接続部（Ｈａｌｓａｎｓａｔｚ）１５°Ｆ、放物線部（Ｐａｒａｂｅｌ）１６°Ｆ
であった。
【００４０】
本発明により、ガラスの応力緩和のための処理時間（Ｐｒｏｚｅｓｓｚｅｉｔ）を著しく短縮できる装置ならびに方法が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】放射空洞室を有する本発明に係るガラスの応力緩和のための装置を示す概略構成図である。
【図２】近赤外線領域において９８％を超える反射率を有するＡｌ２Ｏ３、Ｍｏｒｇａｎ Ｍａｔｒｏｃ 社（Ｔｒｏｉｓｄｏｒｆ 在）製の Ｓｉｎｔｏｘ Ａｌ の波長に関する反射率曲線を示す図である。
【図３】従来技術によりブラウン管のガラス製漏斗状部の応力を緩和するための温度曲線を示す図である。
【図４】赤外線放射空洞室内でブラウン管のガラス製漏斗状部の応力を緩和するための温度曲線を示す図である。
【図５】赤外線放射空洞室が閉鎖されている場合の、赤外線放射空洞室内でブラウン管のガラス製漏斗状部の応力を緩和するための温度曲線を示す図である。
【符号の説明】
１・・・赤外線放射器（加熱装置、加熱素子）
３・・・反射器
５・・・ガラス
７・・・プレート
９・・・焼結石英ガラスないしＡｌ２Ｏ３整の帯板
１０・・・壁部
１１・・・穴部
１３・・・パイロメータ（温度センサ）
１５・・・制御ユニット（制御回路）
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス、特にブラウン管のガラス製漏斗状部、つまり正面に画面を有するブラウン管本体と電子銃が設けられるネック部との間の接続部分の漏斗形になっている部分（Ｆｅｒｎｓｅｈｔｒｉｃｈｔｅｒ−Ｈａｌｓａｎｓａｔｚ）の中の応力を解消するための方法、ならびにガラスの応力緩和のための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラスの応力緩和のための通常のやり方は、例えば、Ｇｕｅｎｔｈｅｒ Ｎｏｅｌｌｅ（ギュンター・ニョレ）著「Ｔｅｃｈｎｉｋ ｄｅｒ Ｇｌａｓｈｅｒｓｔｅｌｌｕｎｇ（ガラス製造技術）」ＶＥＢ Ｄｅｕｔｓｃｈｅｒ Ｖｅｒｌａｇ ｆｕｅｒ Ｇｒｕｎｄｓｔｏｆｆｉｎｄｕｓｔｒｉｅ（基礎材料工業に関するＶＥＢドイツ出版）， Ｌｅｉｐｚｉｇ（ライプチヒ） １９７７， １８０頁以降に記載されている。ここに記載された応力緩和冷却は、成形後直ぐに行なわれるか、あるいは既に冷却されたが未だ応力を残していてこの応力緩和冷却のためにもう一度昇温されるようなガラスに対して行なわれる。以下に用いられる概念ないし用語「上側冷却温度（ｏｂｅｒｅ Ｋｕｅｈｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒ）」ならびに「下側冷却温度（ｕｎｔｅｒｅ Ｋｕｅｈｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒ）」は、Ｇ． Ｎｏｅｌｌｅ著「Ｔｅｃｈｎｉｋ ｄｅｒ Ｇｌａｓｈｅｒｓｔｅｌｌｕｎｇ」ＶＥＢ Ｄｅｕｔｓｃｈｅｒ Ｖｅｒｌａｇ ｆｕｅｒ Ｇｒｕｎｄｓｔｏｆｆｉｎｄｕｓｔｒｉｅ， １８２−１８３頁に、それも特に図１２７に定義されている。
【０００３】
上記の概念は、成形から取り出されて冷却されるガラスに関する冷却曲線から導かれる。かくして、先ずはＧ． Ｎｏｅｌｌｅの上述の箇所によるこれらの定義に従い、成形から取り出されると第１の冷却速度ｖＫ１で冷却され、冷却範囲（Ｋｕｅｈｌｂｅｒｅｉｃｈ）では第２の冷却速度ｖＫ２で、さらに下側冷却温度より下側では第３の冷却速度ｖＫ３で下げられる。ｖＫ１は任意で、技術的に可能か否かに依存し、他方面からの制約がある場合もあるが、応力形成からもたらされるものではない。
【０００４】
ｖＫ２は、以下のように求められる；
【数１】
Ｅ＝８×１０４Ｎｍｍ−２
μ＝０．２２
ρ＝２．４ｇｃｍ３
λｅｆｆ＝２．７Ｗｍ−１Ｋ−１（冷却範囲内）
λ＝０．９Ｗｍ−１Ｋ−１
ｃ＝０．９ｋＪｋｇ−１Ｋ−１
α＝１０−５Ｋ−１
Ψ＝１／３（形状因子）（Ｆｏｒｍｆａｋｔｏｒ）
を用いると、ガラスの冷却モジュール（Ｋｕｅｈｌｍｏｄｕｌ）は、以下の式
【数２】
ＭＫ＝０．８×１０１２ＮｓＫ−１ｍ−４
ならびに低温において
Ｍ０＝２．４×１０１２ＮｓＫ−１ｍ−４
と算出される。ガラス表面においてσａＫ＝１．５Ｎｍｍ−２の冷却応力を許容するとすると、厚さｓ＝６ｍｍのプレートについて考えると、ｖＫ２＝９．４Ｋｍｉｎ−１という結果が得られる。
【０００５】
この冷却速度を超えると、許容できない大きな冷却応力を考慮しなければならない。冷却範囲の幅が５０Ｋである場合、この冷却範囲を横切るのに約５．３ｍｉｎを要する。
【０００６】
ｖＫ３は、もっと大きく選ぶことができる。それは、冷却範囲の外では、冷却速度は、冷却応力に関して重要ではないからである。ただ注意しなければならないのは、ガラスが冷却中に一時的な応力によって壊れないようにすることだけである。これに関して許される冷却速度は、やはり計算することができる。以下の式
【数３】
【０００７】
ガラスの厚さが６ｍｍの場合には、ｖＫ３≒４０Ｋｍｉｎ−１となり、したがって、下側冷却温度からの冷却時間が約１２分となる。
【０００８】
この冷却速度を超える場合には、冷却破壊（Ｋｕｅｈｌｂｒｕｃｈ）を考慮に入れなければならない。
【０００９】
既に冷却されたガラスを応力緩和するために、ガラスは、先ず、例えばすぐに応力が緩和するような或る保持温度まで再び昇温される。
【００１０】
Ｇ． Ｎｏｅｌｌｅによる上述の箇所において指摘されているのは、保持温度をより低く設定、つまり上側冷却温度と下側冷却温度との間に設定できるという点である。すると、応力緩和に必要な維持時間が長くなる。応力リラクセーションの運動学的な法則に従って、その逆もまた成立し、「より高い保持温度では、必要な維持時間が短く」なる。これに関しては、Ｇ． Ｗ． Ｓｃｈｅｒｅｒ（シェーラー）著「Ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ｉｎ Ｇｌａｓｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ（ガラス及び複合材料におけるリラクセーション）」Ｗｉｌｌｅｔ， １９８６を参照されたい。
【００１１】
どんどん高い保持温度を選択することによって、このように達成された温度ならびにさらに高いあらゆる温度において瞬間的な応力リラクセーションが得られる限り、維持時間をどんどん縮めることができる。この方法は、Ｇ． Ｎｏｅｌｌｅにおいても述べられている。その場合、上記温度まで昇温した後、下側冷却点の上側領域における冷却速度に関してＧ． Ｎｏｅｌｌｅにおいて述べられた方法から得られる冷却速度を用いて、下側冷却点まで冷却することが行なわれる。
【００１２】
この方法で問題なのは、瞬時の応力リラクセーションが得られるような最も下側の温度でさえ、冷却工程の前に成形されたガラス製品の形状変化が生じる可能性があるということである。
【００１３】
その上、上述の方法は、時間経過の仕方から言っても最適ではない。その理由は、保持温度を上昇させることに伴って必要になる冷却時間の増し分が、保持温度の上昇と線型の関係にあり、それも、ガラスの応力緩和に必要な維持時間が必ずしもこの冷却時間の増し分と同程度かそれよりも大幅に縮められることがないという点にある。維持時間は、温度とともに概ね指数関数的に変わり、或る特定の温度からは、維持時間が短くはなるものの、それは、温度をさらに上昇させて得られる維持時間の短縮分が冷却時間の増し分に満たない程度のものである。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、従来技術において記載されている方法に比べて一層優れたガラス応力緩和の方法、ならびにこの方法のための装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
応力緩和が瞬時に進むような最も下側の温度まで温度を上げる際に生じるであろう付加的な冷却時間（冷却時間の増し分）と、応力緩和に必要な維持時間とが等しくなるような温度に基づきながら、より高い値に温度を上げるのに伴って生じる冷却時間の増し分と、このより高い温度での維持時間との合計が目標値であるような或る最適化を行なうことができる。このようにして、最適の保持温度が見つけられる。かくして冷却は次のように行なわれる：保持温度まで昇温し、この保持温度において応力緩和に必要なだけ温度を一定に維持し、その後例えばＧ． Ｎｏｅｌｌｅにおいて述べられているような周知の冷却速度で冷却する。一般には、上側冷却温度において１０分から１５分必要となる応力緩和工程は、応力緩和に関して数分（約１〜５分）の期間に短縮され、保持温度から上側冷却温度まで付加的に必要となる冷却が短縮されるようになる。
【００１６】
このような方法は、保持温度が非常に素早くしかも非常に正確に制御可能であることが前提となる。特に好ましいのは、制御時間が数秒の範囲に収まる場合である。
【００１７】
本発明により、赤外線放射器からなる加熱装置のパワーを操作量として用い、より短い遅延時間を有する制御回路（Ｒｅｇｅｌｋｒｅｉｓ）によって迅速かつ正確な温度の設定が行なわれる。
【００１８】
所望の温度の素早い開ループ制御ないし閉ループ制御のために重要なことは、系の熱的な遅延時間が少ないことである。遅延時間を算出するために、この系を簡単化して電気工学における「ＲＣ回路網」のようなものとみなすことができる。この場合、電圧が本実施形態においては温度に相当し、電流が本実施形態における熱流に相当する。
【００１９】
熱抵抗Ｒは、一方では加熱素子と焼鈍素材との間の温度差から、そして他方では流れる熱流から指数として生じるものである。熱容量Ｃは、加熱素子から放出される熱流を焼鈍素材の昇温速度で割ることによって得られる。理想的な場合において、流れる熱流が焼鈍素材だけに恩恵を与えて迷容量（Ｓｔｒｅｕｋａｐａｚｉｔａｅｔ）を熱するようなことが無いときには、熱容量は、ガラスの、言い換えれば焼鈍素材の熱容量だけとなる。迷容量が一緒に暖められると、この迷容量がかなりのウエートを占めて、熱容量が焼鈍素材の昇温速度と固有の昇温速度による指数に対応するようになる。
【００２０】
熱抵抗Ｒは、加熱素子として高温の赤外線放射器を選ぶことによって低い値にすることができる。ステファン・ボルツマンの法則に従って、二つの互いに放射し合う平面の間の正味の熱放射流速密度ｊは、
【数４】
【００２１】
一次の近似により、
【数５】
【００２２】
上に述べた考察から、熱抵抗およびそれに伴う系の遅延時間は、極めて高温の加熱素子を選択する場合に、特に小さくすることができるという結果が導かれる。こうして、高い平均温度とそれによる小さな熱抵抗という結論が導かれる。したがって、短波長の赤外線放射器を用いることが特に好ましく、これは例えば、保護ガスとしてのハロゲン化合物が密封された石英ガラス内のタングステンフィラメントによって実現することができ、その温度は約３０００℃までに達する。加熱温度が上がるとともに熱放射のスペクトル分布がより短い波長に移り、このとき、比較的長い波長のときに比べて焼鈍素材が比較的短い波長であまり吸収を行なわなくなるという影響を打ち消すために、放射空洞室の内部で赤外線照射を実施し、この中で、赤外線が何度も異なる角度でガラスを通して行ったり来たりはね返されるように構成することが好ましい。放射空洞室内での赤外線照射に関しては、その開示内容が本願に包括的に取り入れられている独国実用新案出願公開第２９９０５３８５号明細書を参照されたい。
【００２３】
迷容量に起因する熱容量を低く保つか、又は迷容量の赤外線放射へのカップリング（Ａｎｋｏｐｐｌｕｎｇ）をできるだけ抑えることによって、迷容量の影響を最小限にすることができる。これは、炉壁の放射率が小さく保たれ、つまりは炉壁が強く反射するように形成されていることによって実現することができる。
【００２４】
赤外線放射空洞室の壁面から反射された、および／または散乱された赤外線の割合は、この面に入射する光線の５０％を超える値であることが好ましい。
【００２５】
特に好ましいのは、壁面から反射された、および／または散乱された赤外線放射光の割合が、９０％を超える値、それも特に９８％を超える値となる場合である。
【００２６】
加えて、赤外線放射空洞室を用いる特に有利な点は、非常に強く反射する壁材を用いることが、損失が僅かしかなくかつそれ故に高いエネルギー消費効率が保証される高いＱ値の共振器を意味するという点である。
【００２７】
赤外線を反射する材料として例えば一つないし複数の以下の材料；
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（Ｃｏｒｄｉｅｒｉｔ−Ｓｉｎｔｅｒｇｌａｓｋｅｒａｍｉｋ）
を用いることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図ならびに実施形態に基づき例を挙げて説明する。
【００２９】
図１には、赤外線放射空洞室を有する本発明に係る装置が示されており、この装置を用いて本発明に係る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と考える。
【００３０】
図１に示された加熱装置は、反射器３の下側に配置された複数の赤外線放射器１を備えている。反射器３によって、応力緩和のために昇温ないし冷却すべきガラス５、特にブラウン管のガラス製漏斗状部が上側から加熱される。赤外線放射器から放射された赤外線は、この波長領域では大半が透明となるガラス５を通り抜け、強く反射ないし強く散乱する材料からなる保持プレート７上に入射する。この目的に特に適しているのは、焼結石英ガラス（Ｑｕａｒｚａｌ）であり、この焼結石英ガラスも、赤外線領域における約９０％の入射光線を反射する。この焼結石英ガラスの代わりに、焼結された純粋なＡｌ２Ｏ３も用いることが可能であると考えられ、Ａｌ２Ｏ３は、十分な厚さがあれば約９８％の反射率を有する。上記保持プレート７上に例えば焼結石英ガラス帯板ないしＡｌ２Ｏ３帯板９を用いてガラス５が載置されている。ガラス下側の温度は、保持プレート内の穴部１１を通してパイロメータ１３によって測ることができる。測定された温度は、開ループ制御ユニット／閉ループ制御ユニット１５に伝達される。この開ループ制御ユニット／閉ループ制御ユニット１５は、さらにまた赤外線放射器１を有する加熱装置を制御する。赤外線放射器１は、色温度が２０００℃から３０００℃の短波長の赤外線放射器とされていることが好ましい。
【００３１】
壁部１０は、例えば焼結石英ガラスないしＡｌ２Ｏ３等の反射材料を用いて適切に構成されて、反射器３及び保持プレート７とともにＱ値の高い一つの赤外線放射空洞室を形成している。
【００３２】
赤外領域において高い反射率を有する壁部材料、例えば、近赤外領域において９８％を超える反射率を有する、Ｍｏｒｇａｎ Ｍａｒｔｏｃ（モルガン・マルトック）社（Ｔｒｏｉｓｄｏｒｆ（トロイスドルフ）在）のＡｌ２Ｏ３ Ｓｉｎｔｏｘ Ａｌ の反射率曲線が図２に示されている。
【００３３】
以下に、本発明の方法を実施例に基づきより詳細に説明する。
【００３４】
〔実施例１〕
従来通りのやり方で、電気式マッフル（Ｅｌｅｋｔｒｏｍｕｆｆｅｌｎ）による処理サイクルを用いてブラウン管漏斗形状部１Ｖを応力緩和した。
【００３５】
応力緩和は五つの工程に分けられ、その温度変化が図３に与えられている。
開始温度：３６５℃
工程１：５６秒以内に５５０℃まで昇温
工程２：５６秒間５５０℃で維持
工程３：５６秒以内に５２５℃まで冷却
工程４：５６秒以内に５００℃まで冷却
工程５：５６秒以内に４８５℃まで冷却
全行程に２８０秒要する。
得られたフリーデル値（Ｆｒｉｅｄｅｌｗｅｒｔ）は；
大軸（略長方形とされたブラウン管正面から見て長辺方向に中心を通る軸）（Ｇｒｏｓｓｅ Ａｃｈｓｅ）：ネック部接続部（Ｈａｌｓａｎｓａｔｚ）１５°Ｆ、放物線部（Ｐａｒａｂｅｌ）２９°Ｆ
小軸（略長方形とされたブラウン管正面から見て短辺方向に中心を通る軸）（Ｋｌｅｉｎｅ Ａｃｈｓｅ）：ネック部接続部（Ｈａｌｓａｎｓａｔｚ）２１°Ｆ、放物線部（Ｐａｒａｂｅｌ）２６°Ｆ
であった。
【００３６】
〔実施例２〕
遅延時間が少ない赤外線放射素子を有する加熱装置を用いながら理想的な処理サイクルによってブラウン管漏斗形状部３９Ｖを応力緩和した。
【００３７】
応力緩和は三つの工程に分けられ、その温度変化が図４に与えられている。
開始温度：３６５℃
工程１：５６秒以内に５６０℃まで昇温
工程２：３０秒間５６０℃で維持
工程３：８５秒以内に４５０℃まで冷却
全行程に１７１秒要する。この経過時間は、加熱素子としての赤外線放射器を使わない実施例１による従来の工程の経過時間に対して、約４０％程短縮されている。
得られたフリーデル値（Ｆｒｉｅｄｅｌｗｅｒｔ）は；
大軸（Ｇｒｏｓｓｅ Ａｃｈｓｅ）：ネック部接続部（Ｈａｌｓａｎｓａｔｚ）１６°Ｆ、放物線部（Ｐａｒａｂｅｌ）１３°Ｆ
小軸（Ｋｌｅｉｎｅ Ａｃｈｓｅ）：ネック部接続部（Ｈａｌｓａｎｓａｔｚ）２０°Ｆ、放物線部（Ｐａｒａｂｅｌ）２３°Ｆ
であった。
【００３８】
〔実施例３〕
遅延時間が少ない赤外線放射素子を有する加熱装置を用いながら理想的な処理サイクルによってブラウン管漏斗形状部５２Ｖを応力緩和した。加えて、温度を上げる際ならびに温度を一定に保つ際、赤外線炉の上側の開いている部分を閉鎖した。この処置によって、ネック部に沿って炉室を通る冷たい空気の対流が阻止される。これにより、炉内の一層優れた温度均一性が得られた。冷却時には、十分な冷却速度を保証するために、再び閉鎖を解除した。
【００３９】
応力緩和は三つの工程に分けられ、その温度変化が図５に与えられている。
開始温度：３６５℃
工程１：５６秒以内に５６０℃まで昇温
工程２：３０秒間５６０℃で維持
工程３：８５秒以内に４５０℃まで冷却
全行程に１７１秒要する。この経過時間は、加熱素子としての赤外線放射器を使わない実施例１による従来の工程の経過時間に対して、約４０％程短縮されている。
得られたフリーデル値（Ｆｒｉｅｄｅｌｗｅｒｔ）は；
大軸（Ｇｒｏｓｓｅ Ａｃｈｓｅ）：ネック部接続部（Ｈａｌｓａｎｓａｔｚ）０７°Ｆ、放物線部（Ｐａｒａｂｅｌ）１２°Ｆ
小軸（Ｋｌｅｉｎｅ Ａｃｈｓｅ）：ネック部接続部（Ｈａｌｓａｎｓａｔｚ）１５°Ｆ、放物線部（Ｐａｒａｂｅｌ）１６°Ｆ
であった。
【００４０】
本発明により、ガラスの応力緩和のための処理時間（Ｐｒｏｚｅｓｓｚｅｉｔ）を著しく短縮できる装置ならびに方法が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】放射空洞室を有する本発明に係るガラスの応力緩和のための装置を示す概略構成図である。
【図２】近赤外線領域において９８％を超える反射率を有するＡｌ２Ｏ３、Ｍｏｒｇａｎ Ｍａｔｒｏｃ 社（Ｔｒｏｉｓｄｏｒｆ 在）製の Ｓｉｎｔｏｘ Ａｌ の波長に関する反射率曲線を示す図である。
【図３】従来技術によりブラウン管のガラス製漏斗状部の応力を緩和するための温度曲線を示す図である。
【図４】赤外線放射空洞室内でブラウン管のガラス製漏斗状部の応力を緩和するための温度曲線を示す図である。
【図５】赤外線放射空洞室が閉鎖されている場合の、赤外線放射空洞室内でブラウン管のガラス製漏斗状部の応力を緩和するための温度曲線を示す図である。
【符号の説明】
１・・・赤外線放射器（加熱装置、加熱素子）
３・・・反射器
５・・・ガラス
７・・・プレート
９・・・焼結石英ガラスないしＡｌ２Ｏ３整の帯板
１０・・・壁部
１１・・・穴部
１３・・・パイロメータ（温度センサ）
１５・・・制御ユニット（制御回路）
Claims (15)
- ガラス、特にブラウン管のガラス製漏斗状部の応力緩和のための方法であって、少なくとも以下の工程、
前記応力緩和すべきガラスを開始温度Ｔ１から保持温度Ｔ２まで昇温し、
前記ガラスを期間ｔ２にわたり該ガラスが応力緩和するまで前記保持温度Ｔ２に維持し、
常にＴ１＞Ｔ３であるような或る温度Ｔ３まで前記ガラスを冷却し、
温度を検出するための少なくとも一つの温度センサを有する制御回路と、操作部としての加熱装置とを用いて、温度Ｔ２の維持、昇温、及び冷却を行う工程を有する方法において、
熱的な遅延時間が１０秒より少ない、特に５秒より少ないような、応力緩和対象のガラスを加熱するための赤外線放射器を前記加熱装置に設けることを特徴とする方法。 - 請求項１に記載の方法において、
高い色温度の赤外線放射器を前記加熱装置に設けることを特徴とする方法。 - 請求項２に記載の方法において、
前記赤外線放射器を、色温度が１５００℃よりも大きい、特に２０００℃よりも大きい、特に好ましくは２４００℃より大きい、さらに好ましくは２７００℃よりも大きい短波長の赤外線放射器とすることを特徴とする方法。 - 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の方法において、
反射ないし後方散乱する境界面を有する画成された空間の中に、前記加熱装置の赤外線放射器を設けることを特徴とする方法。 - 請求項４に記載の方法において、
前記反射ないし後方散乱する境界面に、Ａｌ２Ｏ３；ＢａＦ２；ＢａＴｉＯ３；ＣａＦ２；ＣａＴｉＯ３；ＭｇＯ・３．５Ａｌ２Ｏ３；ＭｇＯ，ＳｒＦ２；ＳｉＯ２；ＳｒＴｉＯ３；ＴｉＯ２；焼結石英ガラス；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の材料のうち一つ、ないしこれらの材料のうちの複数からなる混合物を含ませることを特徴とする方法。 - 請求項４または請求項５に記載の方法において、
前記画成された空間を赤外線放射空洞室とすることを特徴とする方法。 - 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の方法において、
前記昇温時間を９０秒より少なく、好ましくは６０秒より少なくし、前記温度Ｔ２を６００℃より低くすることを特徴とする方法。 - 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の方法において、
前記温度Ｔ２での維持時間を６０秒より少なく、好ましくは４０秒より少なくすることを特徴とする方法。 - 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の方法において、
前記冷却時間を１２０秒より少なく、好ましくは９０秒より少なくし、前記温度Ｔ３を３５０℃より高く、好ましくは５００℃より高くすることを特徴とする方法。 - ガラス、特にブラウン管のガラス製漏斗状部の応力緩和のための装置であって、少なくとも、
加熱装置と、
温度センサと、
検出された温度と予め設定された温度プログラムとに基づいて前記加熱装置を制御するための開ループ制御／閉ループ制御装置とを備えている装置において、
前記加熱装置は、熱的な遅延時間が１０秒より少ない、特に５秒より少ないような、応力緩和対象のガラスを加熱するための赤外線放射器を備えていることを特徴とする装置。 - 請求項１０に記載の装置において、
前記加熱装置は、高い色温度の赤外線放射器を備えていることを特徴とする装置。 - 請求項１１に記載の装置において、
前記赤外線放射器は、色温度が１５００℃よりも大きい、特に２０００℃よりも大きい、特に好ましくは２４００℃より大きい、さらに好ましくは２７００℃よりも大きい短波長の赤外線放射器とされていることを特徴とする装置。 - 請求項１０から請求項１２のいずれか１項に記載の装置において、
前記加熱装置の赤外線放射器は、反射ないし後方散乱する境界面を有する画成された空間の中に設けられていることを特徴とする装置。 - 請求項１３に記載の装置において、
前記反射ないし後方散乱する境界面は、Ａｌ２Ｏ３；ＢａＦ２；ＢａＴｉＯ３；ＣａＦ２；ＣａＴｉＯ３；ＭｇＯ・３．５Ａｌ２Ｏ３；ＭｇＯ，ＳｒＦ２；ＳｉＯ２；ＳｒＴｉＯ３；ＴｉＯ２；焼結石英ガラス；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の材料のうち一つ、ないしこれらの材料のうちの複数からなる混合物を含んでいることを特徴とする装置。 - 請求項１３または請求項１４に記載の装置において、
前記画成された空間は、赤外線放射空洞室とされていることを特徴とする装置。
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