JP2006193374A

JP2006193374A - ガラスセルの製造方法

Info

Publication number: JP2006193374A
Application number: JP2005006920A
Authority: JP
Inventors: Makoto Suzuki; 鈴木　　誠
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2005-01-13
Filing date: 2005-01-13
Publication date: 2006-07-27

Abstract

【課題】ガラス有底管の底部から開口部へと順次成形することにより、空気溜まりの発生を防止して金型の外周面形状の転写性を向上させることができるガラスセルの製造方法を提供する。
【解決手段】ガラス有底管１０の内部に金型２０を挿入し、該ガラス有底管１０の内部を減圧しつつ、該ガラス有底管１０を加熱して成形を行うガラスセルの製造方法において、金型２０を挿入したガラス有底管１０の底部１０ａ側から開口部１０ｂ側へと加熱を行い、ガラス有底管１０の底部１０ａ側から開口部１０ｂ側へと成形を進行させるようにしてある。また、ガラス有底管１０の加熱手段をバーナー３０とし、該バーナー３０をガラス有底管１０の底部１０ａ側から開口部１０ｂ側へと移動させて、ガラス有底管１０の底部１０ａ側から開口部１０ｂ側へと成形を進行させるようにしてある。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動化学分析等に使用されるガラスセルの製造方法に関し、特に、ガラス有底管の内部に金型を挿入し、該ガラス有底管を加熱しながら、該ガラス有底管の内部を減圧して成形（加熱真空成形）を行うガラスセルの製造方法に関する。

従来のガラスセルの製造方法としては、特公平３−６９８５２号公報に記載されたものが知られている。該ガラスセルの製造方法では、ガラス有底管の内部に略方形の金型を挿入し、ガラス有底管全体を加熱しながら、ガラス有底管と金型との隙間を減圧することにより、ガラス有底管を金型の外周面形状に成形していた。その後、成形したガラス有底管を冷却し、金型を除去した後、ガラス有底管の光が透過する相対向する側面外周を研磨加工することにより、ガラスセルを製造するようになっていた。
特公平３−６９８５２号公報

ところが、上述した従来のガラスセルの製造方法では、ガラス有底管全体を加熱しながら、該ガラス有底管の内部を減圧していたので、前記ガラス有底管の底部側よりも先に開口部側が変形した場合には、該ガラス有底管の底部側と金型との間に空気溜まりが発生してしまい、前記ガラス有底管の底部側を金型の外周面形状に成形することができないという問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ガラス有底管の底部から開口部へと順次成形することにより、空気溜まりの発生を防止して金型の外周面形状の転写性を向上させることができるガラスセルの製造方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のガラスセルの製造方法は、ガラス有底管の内部に金型を挿入し、該ガラス有底管の内部を減圧しつつ、該ガラス有底管を加熱して成形を行うガラスセルの製造方法において、前記金型を挿入したガラス有底管の底部側から開口部側へと加熱を行い、前記ガラス有底管の底部側から開口部側へと成形を進行させるようにしてある。

好ましくは、前記ガラス有底管の加熱手段をバーナーとし、該バーナーを前記ガラス有底管の底部側から開口部側へと移動させて、前記ガラス有底管の底部側から開口部側へと成形を進行させるようにし、又は、前記ガラス有底管の加熱手段を加熱炉とし、該加熱炉に前記ガラス有底管を底部側から開口部側へと挿入して、該ガラス有底管の底部側から開口部側へと成形を進行させるようにする。

好ましくは、前記ガラス有底管の内部が１０００Ｐａ以下の真空度に達した後に、該ガラス有底管のガラス粘度が１０⁴〜１０⁹ポアズとなるまで加熱する。また、前記ガラス有底管に対するバーナー、又は前記加熱炉に対するガラス有底管を０．５ｍｍ／秒〜５ｍｍ／秒の速度で移動させて、前記ガラス有底管の底部側から開口部側へと加熱を行い、前記ガラス有底管の底部側から開口部側へと成形を進行させる。さらに、前記加熱炉に対するガラス有底管の移動速度を５ｍｍ／秒よりも速くした場合に、前記加熱炉に温度勾配をもたせることによって、該加熱炉に挿入した前記ガラス有底管のガラス粘度が、その底部側を開口部側よりも１０^1.5〜１０²ポアズの粘度差をもつようにする。

好ましくは、前記金型を挿入したガラス有底管の底部側から開口部側への加熱を、少なくとも２回以上繰り返し行って、該ガラス有底管の底部側から開口部側へと成形を進行させるようにする。また、前記金型が、外周面が前記ガラス有底管の成形面となる内型と、該内型の外周面に摺動自在に装着されたスライド型とを有し、該スライド型を前記ガラス有底管の底部側から開口部側へと摺動させながら、該ガラス有底管の底部側から開口部側へと成形を進行させるようにする。さらに、前記金型の熱伝導率を７００℃で３０ｗ／（ｍ・ｋ）未満とする。

本発明のガラスセルの製造方法によれば、ガラス有底管の底部から開口部へと順次成形することにより、空気溜まりの発生を防止して金型の外周面形状の転写性を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態に係るガラスセルの製造方法について、図面を参照しつつ説明する。まず、本発明の第１実施形態に係るガラスセルの製造方法について、図１及び図２を参照しつつ説明する。図１は本発明の第１実施形態に係るガラスセルの製造方法に用いられるガラス有底管、及び成形されたガラスセルを示す斜視図である。図２は本実施形態に係るガラスセルの製造方法を実施するためのガラス有底管、金型及びバーナーを示す部分断面図である。

図１において、１０はガラスセルの製造方法に用いられるガラス有底管であり、円筒状の本体の一端に底部１０ａ、他端に開口部１０ｂを有している。本実施形態では、ガラス有底管１０の材料にパイレックス（登録商標）ガラスを用いている。一方、１１はガラス有底管１０の底部１０ａ側を本製造方法により成形したガラスセルである。

このようなガラスセル１１は、図２に示すように、ガラス有底管１０の内部に略四角柱状の金型２０を挿入し、該金型２０の転写部位２０ａにおける外周面形状を転写することにより成形している。また、該金型２０の非転写部位２０ｂには、ガラス有底管１０の内部から外部に連通する吸気孔２１が形成してある。該吸気孔２１は図示しない真空ポンプに接続してあり、ガラス有底管１０の内部を減圧することが可能となっている。

ここで、金型２０の熱伝導率が高すぎると、ガラス有底管１０の底部１０ａ側よりも先に開口部１０ｂ側の転写が完了してしまうことがあり、底部１０ａ付近に空気溜まりが発生してしまう場合があるので、これを防止すべく、本実施形態では、金型２０の熱伝導率を７００℃で３０ｗ／（ｍ・ｋ）未満としてある。

図２において、本実施形態のガラスセルの製造方法では、まず、ガラス有底管１０の内部に金型２０を挿入する。次いで、該金型２０の吸気孔２１からガラス有底管１０の内部の空気を吸引して、該ガラス有底管１０の内部を１０００Ｐａ以下の真空度に減圧する。次いで、バーナー３０をガラス有底管１０の底部１０ａ側から開口部１０ｂ側へと移動させ、該ガラス有底管１０の底部１０ａ側から開口部１０ｂ側へと順にガラス粘度が１０⁴〜１０⁹ポアズとなるようにゾーン加熱を行う。これにより、底部１０ａ側から開口部１０ｂ側へと順に加熱軟化されたガラス有底管１０が金型２０側へと吸引され、該金型２０の外周面形状が転写される。この結果、図１に示すような先細りのガラスセル１１が成形される。

ここで、本実施形態のようなバーナー３０によるゾーン加熱を採用した場合は、ガラス有底管１０の底部１０ａから開口部１０ｂに向かって、バーナー３０による加熱部位を０．５ｍｍ／秒〜５ｍｍ／秒の速度で移動させることが好ましい。このような範囲内の速度バーナー３０を移動させながら加熱することにより、ガラス有底管１０の底部１０ａ側から開口部１０ｂ側へと順に金型２０の外周面形状を転写することができる。その根拠として、バーナー３０を５ｍｍ／秒よりも速く移動させた場合は、ガラス有底管１０の加熱が不十分となって成形ができなくなる。一方、０．５ｍｍ／秒よりも遅く移動させた場合は、十分な加熱が可能であるが、不必要にリードタイムが長くなり、生産性が悪化してしまうからである。

また、ガラス有底管１０の肉厚を０．５ｍｍ〜１．０ｍｍと薄くした場合は、バーナー３０による加熱部位を３ｍｍ／秒〜５ｍｍ／秒という速い速度で底部１０ａから開口部１０ｂに向かって移動させることができる。

これとは逆に、ガラス有底管１０の肉厚を１．１ｍｍ〜２．０ｍｍと厚くした場合は、バーナー３０による加熱部位を０．５ｍｍ／秒〜２．９ｍｍ／秒という遅い速度で底部１０ａから開口部１０ｂに向かって移動させることが好ましい。

さらに、ガラス有底管１０の底部１０ａ側から開口部１０ｂ側へとバーナー３０を２往復以上させて、該ガラス有底管１０の加熱を２回以上繰り返すことにより、気泡を確実に排出して、ガラス有底管１０に対する金型２０の転写性を向上させることができる。

このような本実施形態に係るガラスセルの製造方法によれば、ガラス有底管１０の底部１０ａから開口部１０ｂへと順次成形を進行させることによって、ガラス有底管１０と金型２０との間に空気溜まりが発生することを防止することができ、ガラス有底管１０に対する金型２０の外周面形状の転写性を向上させることができる。

また、ガラス有底管１０を、そのガラス粘度が１０⁴〜１０⁹ポアズとなるように加熱して成形を行っていることにより、１０００Ｐａ以下の真空度でガラス有底管１０を成形することができるとともに、加熱軟化したガラスの自重延伸で肉厚が変化せず、均肉成形が可能となる。

次に、本発明の第２実施形態に係るガラスセルの製造方法について説明する。図３は本発明の第２実施形態に係るガラスセルの製造方法を実施するための成形装置を示す概略図である。図４は上記成形装置のガラス有底管の保持部周辺を示す拡大図である。図５及び図６は本実施形態に係るガラスセルの製造方法を説明するための加熱炉周辺の拡大図である。なお、本実施形態において、上述した第１実施形態と同様の箇所については同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図３において、成形装置４０は、基台４１にガイドレール４２を立設し、該ガイドレール４２に加熱炉４３、及び冷却ファン等の急冷部４５を固定するとともに、前記ガラス有底管１０の保持部４６を昇降自在に取り付けた構成となっている。また、前記加熱炉４３には、該加熱炉４３と連続する徐冷部４４が取り付けてある。

加熱炉４３は、その内部に中空状の収容部４３ａを有しており、該収容部４３ａを加熱するための図示しないヒータが内蔵してある。該加熱炉４３は、ガラス有底管１０をＴｇ点（ガラス転移点）温度まで加熱して軟化させる。徐冷部４４は、断熱材の内側にヒータを内蔵した構成となっており、加熱炉４３の収容部４３ａに連通する収容部４４ａを有している。該徐冷部４４は、加熱炉４３において成形されたガラス有底管１０を、該加熱炉４３よりも低い温度で加熱して徐冷する。

保持部４６は、図４に示すように、エアシリンダ等の駆動手段（図示せず）によりガイドレール４２に沿って摺動可能なスライド板４６１に、円柱状の載置台４６２を貫通保持するとともに、該載置台４６２に載置したガラス有底管１０の開口部１０ｂ（図１参照）を気密保持する密閉金具４６３及びパッキン４６４を備えた構成としてある。また、載置台４６２には、該載置台４６２に載置した金型２０の通気孔２１と連通する通気路４６２ａが穿設してあり、該通気路４６２ａには真空ポンプ４７が連結してある。

上記構成からなる成形装置４０を用いた本ガラスセルの製造方法について説明すると、まず、第１実施形態と同様に、ガラス有底管１０の内部に金型２０を挿入し、これを図４に示す保持部４６の載置台４６２にセットする。次いで、ガラス有底管１０に密閉金具４６３を貫挿し、パッキン４６４を押圧した状態で固定する。これにより、ガラス有底管１０の開口部１０ａ側が気密状体で密閉される。

次いで、真空ポンプ４７を駆動させて、金型２０の吸気孔２１からガラス有底管１０の内部の空気を吸引し、該ガラス有底管１０の内部を１０００Ｐａ以下の真空度に減圧する。その後、図示しない駆動手段を駆動させて、保持部４６をガイドレール４２に沿って上昇させ、ガラス有底管１０及び金型２０を加熱炉４３の収容部４３ａ内に挿入し、該ガラス有底管１０の底部１０ａ側から開口部１０ｂ側へと順にガラス粘度が１０⁴〜１０⁹ポアズとなるように加熱する。本実施形態では、加熱炉４３の温度を約８３０〜８５０℃に設定した。これにより、底部１０ａ側から開口部１０ｂ側へと順に加熱軟化されたガラス有底管１０が金型２０側へと吸引され、該金型２０の外周面形状が転写される。

ここで、上述した第１実施形態と同様に、加熱炉４３の収容部４３ａ内に、ガラス有底管１０を底部１０ａから開口部１０ｂに向かって挿入させる速度は、該加熱炉４３が等温加熱炉である場合、０．５ｍｍ／秒〜５ｍｍ／秒が好ましい。また、ガラス有底管１０の肉厚を０．５ｍｍ〜１．０ｍｍと薄くした場合は３ｍｍ／秒〜５ｍｍ／秒の速い速度で挿入し、逆に、ガラス有底管１０の肉厚を１．１ｍｍ〜２．０ｍｍと厚くした場合は０．５ｍｍ／秒〜２．９ｍｍ／秒という遅い速度で挿入させることが好ましい。

また、ガラス有底管１０を５ｍｍ／秒以上の高速で加熱炉４３の収容部４３ａに挿入させる場合は、図６に示すように、該加熱炉４３の加熱温度をガラス有底管１０のＴｇ点温度＋５０℃〜Ｔｇ点温度−５０℃の範囲で、該加熱炉４３の開口部が低温、閉口部が高温となるような温度勾配を持たせる。例えば、本実施形態のように、ガラス有底管１０の材料をパイレックス（登録商標）ガラスとした場合は、加熱炉４３に８０〜１００℃の温度勾配をもたせる。これにより、ガラス有底管１０の加熱炉４３への挿入速度を高速にした場合でも、該ガラス有底管１０の閉口部から開口部に向けて順に成形を進行させることができる。この結果、金型２０の外周面形状の転写を確実に行うことができるとともに、成形速度を早くしてリードタイムの短縮を図ることができる。

さらに、上述した第１実施形態と同様に、成形装置４０の保持部４６を２往復以上させて、ガラス有底管１０の底部１０ａ側から開口部１０ｂ側へと加熱を２回以上繰り返すことにより、気泡を確実に排出して、ガラス有底管１０に対する金型２０の転写性を向上させることができる。

このような加熱炉４３による成形工程を経た後、保持台４６を下降させて、成形後のガラス有底管１０の成形部（図１中の符号１１ａ参照、なお、同図中の符号１１ｂは非成形部）を徐冷部４４に位置させる。本実施形態では、徐冷部４４の加熱温度を約２００〜３００℃に設定してあり、該ガラス有底管１０の成形部を約１〜３．５℃／秒の速度で徐冷する。その後、さらに保持台４６を下降させて、徐冷したガラス有底管１０の成形部を常温まで冷却する。これにより、上述した第１実施形態と同様に、図１に示すような先細りのガラスセル１１が成形される。

以上述べた本実施形態のガラスセルの製造方法によれば、上述した第１実施形態と同様に、ガラス有底管１０の底部１０ａから開口部１０ｂへと順次成形を進行させることによって、ガラス有底管１０と金型２０との間に空気溜まりが発生することを防止することができ、ガラス有底管１０に対する金型２０の外周面形状の転写性を向上させることができる。

次に、本発明の第３実施形態に係るガラスセルの製造方法について説明する。図７は本発明の第３実施形態に係るガラスセルの製造方法を実施するためのガラス有底管、金型及びバーナーを示す部分断面図である。なお、本実施形態において、上述した第１及び第２実施形態と同様の箇所については同一符号を付して詳細な説明は省略する。

同図において、本実施形態では、金型５０を、外周面がガラス有底管１０の成形面となる内型５１と、該内型５１の外周面に摺動自在に装着したスライド型５２とで構成してある。

上記構成からなる金型５０をガラス有底管１０の内部に挿入し、図示しない真空ポンプにより、該ガラス有底管１０の内部を１０００Ｐａ以下の真空度に減圧する。次いで、金型５０のスライド型５２をガラス有底管１０の底部１０ａ側から開口部１０ｂ側へと摺動させながら、バーナー３０をガラス有底管１０の底部１０ａ側から開口部１０ｂ側へと移動させ、該ガラス有底管１０の底部１０ａ側から開口部１０ｂ側へと順にガラス粘度が１０⁴〜１０⁹ポアズとなるようにゾーン加熱を行う。このとき、スライド型５２は、バーナー３０によるガラス有底管１０の成形速度に応じた速度でスライドさせる。

これにより、スライド型５２の後退にともなって、底部１０ａ側から開口部１０ｂ側へと順に加熱軟化されたガラス有底管１０の成形が進行し、内型５１の外周面形状が底部１０ａ側から開口部１０ｂ側へと順に転写される。この結果、上述した第１及び第２実施形態と同様に、図１に示すような先細りのガラスセル１１が成形される。

このような本実施形態のガラスセルの製造方法によれば、スライド型５２をガラス有底管１０の底部１０ａ側から開口部１０ｂ側へと摺動させながら、ガラス有底管１０の成形を行っているので、より確実に、ガラス有底管１０の底部１０ａから開口部１０ｂへと順次成形を進行させることができる。これにより、ガラス有底管１０と内型５１との間に空気溜まりが発生することをより効果的に防止することができ、ガラス有底管１０に対する内型５１の外周面形状の転写性を向上させることができる。

本発明の第１実施形態に係るガラスセルの製造方法に用いられるガラス有底管、及び成形されたガラスセルを示す斜視図である。本実施形態に係るガラスセルの製造方法を実施するためのガラス有底管、金型及びバーナーを示す部分断面図である。本発明の第２実施形態に係るガラスセルの製造方法を実施するための成形装置を示す概略図である。上記成形装置のガラス有底管の保持部周辺を示す拡大図である。本実施形態に係るガラスセルの製造方法を説明するための加熱炉周辺の拡大図である。同じく本実施形態に係るガラスセルの製造方法を説明するための加熱炉周辺の拡大図である。本発明の第３実施形態に係るガラスセルの製造方法を実施するためのガラス有底管、金型及びバーナーを示す部分断面図である。

符号の説明

１０ガラス有底管
１０ａ底部
１０ｂ開口部
１１ガラスセル
１１ａ成形部
１１ｂ非成形部
２０金型
２０ａ転写部位
２０ｂ非転写部位
２１吸気孔
３０バーナー
４０成形装置
４１基台
４２ガイドレール
４３加熱炉
４３ａ収容部
４４徐冷部
４４ａ収容部
４５急冷部
４６保持部
４６１スライド板
４６２載置台
４６２ａ吸気路
４６３密閉金具
４６４パッキン
４７真空ポンプ
５０金型
５１内型
５２スライド型

Claims

ガラス有底管の内部に金型を挿入し、該ガラス有底管の内部を減圧しつつ、該ガラス有底管を加熱して成形を行うガラスセルの製造方法において、
前記金型を挿入したガラス有底管の底部側から開口部側へと加熱を行い、前記ガラス有底管の底部側から開口部側へと成形を進行させるようにしたことを特徴とするガラスセルの製造方法。
前記ガラス有底管の加熱手段をバーナーとし、該バーナーを前記ガラス有底管の底部側から開口部側へと移動させて、前記ガラス有底管の底部側から開口部側へと成形を進行させるようにしたことを特徴とする請求項１記載のガラスセルの製造方法。
前記ガラス有底管の加熱手段を加熱炉とし、該加熱炉に前記ガラス有底管を底部側から開口部側へと挿入して、該ガラス有底管の底部側から開口部側へと成形を進行させるようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載のガラスセルの製造方法。
前記ガラス有底管の内部が１０００Ｐａ以下の真空度に達した後に、該ガラス有底管のガラス粘度が１０⁴〜１０⁹ポアズとなるまで加熱することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のガラスセルの製造方法。
前記ガラス有底管に対するバーナー、又は前記加熱炉に対するガラス有底管を０．５ｍｍ／秒〜５ｍｍ／秒の速度で移動させて、前記ガラス有底管の底部側から開口部側へと加熱を行い、前記ガラス有底管の底部側から開口部側へと成形を進行させることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載のガラスセルの製造方法。
前記加熱炉に対するガラス有底管の移動速度を５ｍｍ／秒よりも速くした場合に、前記加熱炉に温度勾配をもたせることによって、該加熱炉に挿入した前記ガラス有底管のガラス粘度が、その底部側を開口部側よりも１０^1.5〜１０²ポアズの粘度差をもつようにしたことを特徴とする請求項５記載のガラスセルの製造方法。
前記金型を挿入したガラス有底管の底部側から開口部側への加熱を、少なくとも２回以上繰り返し行って、該ガラス有底管の底部側から開口部側へと成形を進行させるようにしたことを特徴とする請求項１〜６いずれか記載のガラスセルの製造方法。
前記金型が、外周面が前記ガラス有底管の成形面となる内型と、該内型の外周面に摺動自在に装着されたスライド型とを有し、該スライド型を前記ガラス有底管の底部側から開口部側へと摺動させながら、該ガラス有底管の底部側から開口部側へと成形を進行させるようにしたことを特徴とする請求項１〜７いずれか記載のガラスセルの製造方法。
前記金型の熱伝導率を７００℃で３０ｗ／（ｍ・ｋ）未満としたことを特徴とする請求項１〜８いずれか記載のガラスセルの製造方法。