JP2009161403A - ガラス有底管の成形方法およびガラス有底管の成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス有底管と加熱炉の接触による破損を確実に回避し、かつガラス有底管を均一に加熱する。
【解決手段】金型８が装填されたガラス有底管３を保持部１に保持させ、減圧機構７で減圧しつつ、加熱炉５の貫通穴５ａを通過させることで加熱軟化させて金型８の形状を転写するガラス有底管の成形方法において、ガラス有底管３の開口端３ａを弾性部材２を介して可動に支持するとともに、加熱炉５における貫通穴５ａの近傍に、ガラス有底管３を加熱炉５の中心に確実に案内するガイド４を配置し、ガラス有底管３が加熱炉５に接触することによる損傷を確実に防止するとともに、ガラス有底管３を加熱炉５によって均一に加熱する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガラス有底管の成形技術に関し、たとえば、ガラス有底管からガラスセル等を成形する工程に適用して有効な技術に関する。

たとえば、分析技術の分野では、試料を、矩形断面等のガラス有底管からなるガラスセルに実装した状態で分析装置に装填して所望の分析を行うことが知られている。
ところで、このような矩形断面のガラスセルの成形技術としては、たとえば、特許文献１に開示された技術が知られている。

すなわち、素材のガラス有底管内に目的の外形形状を有する芯金を挿入した状態で加熱軟化させた後、該ガラス有底管内部を減圧して収縮変形させ、芯金の外形形状をガラス有底管に転写して成形するガラスセルの製造方法において、電気炉の底部にヒータを配置し、このヒータの直上部に位置する挿入口からガラス有底管の閉止端側を徐々に降下させるように電気炉の内部に挿入することで、当該閉止端側から徐々に加熱成形されるようにして、ガラスセルの閉止端側のエッジ部の形状を的確に形成しようとする技術が開示されている。

ところで、ガラスセルの形状は様々であり、軸方向に比較的長尺なガラス有底管が成形に用いられる場合もあるが、長尺のガラス有底管の場合には、上端の開口部の保持位置から自由端である閉止端までの距離が大きくなり、ガラス有底管の移動において閉止端側のブレが大きくなりやすい。

このため、上述の従来技術では、特に長いガラス有底管の成形において、ガラス有底管が加熱炉に進入する際に、ガラス有底管の加熱炉の挿入口等への接触による破損の可能性が増加してしまうという技術的課題がある。

また、加熱炉の挿入口の中心から逸れた場合には、加熱が不均一になる、という懸念もある。
特開昭６０−１０８３３０号公報

本発明の目的は、ガラス有底管と加熱炉の接触による破損を確実に回避し、かつガラス有底管を均一に加熱することが可能なガラス有底管の成形技術を提供することにある。

本発明の第１の観点は、金型が挿入されたガラス有底管の内部を減圧しつつ加熱軟化させて、前記金型の形状を前記ガラス有底管に転写して成形するガラス有底管の成形方法であって、
前記ガラス有底管と当該ガラス有底管を加熱軟化させる加熱炉とが非接触となるように当該ガラス有底管と当該加熱炉との位置関係を規制するガラス有底管の成形方法を提供する。

本発明の第２の観点は、金型が挿入されたガラス有底管を加熱する加熱炉と、
前記ガラス有底管が出入りする前記加熱炉の開口部に対する当該ガラス有底管の通過位置を規制するガイドと、
前記ガラス有底管に対して前記加熱炉を相対的に変位させる移動機構と、
を含むガラス有底管の成形装置を提供する。

本発明によれば、ガラス有底管と加熱炉の接触による破損を確実に回避し、かつガラス有底管を均一に加熱することが可能なガラス有底管の成形技術を提供することができる。

本実施の形態の第１態様は、ガラス有底管内に金型を挿入し加熱軟化させた後、該ガラス有底管内部を減圧し、金型形状に成形するガラスセルの製造方法において、ガラス有底管が加熱炉に進入する際、ガラス有底管と加熱炉の位置関係を規制するガイドをガラス有底管と加熱炉の間に設けた成形装置を提供する。

これにより、たとえばガラス有底管を加熱炉に非接触に当該加熱炉の中心へと導くことにより、ガラス有底管と加熱炉の接触による破損を回避できるとともに、ガラス有底管の均一な加熱を可能にする。

第２態様は、上述の第１態様において、ガラス有底管の保持部が弾性部材にて構成されている装置を提供する。ガラス有底管が弾性部材により保持されているために可動状態となり、ガイドによりガラス有底管の位置規制がなされる際にガラス有底管に無理な力が作用せず、応力による割れは生じない。

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有底管の成形方法を実施する成形装置の構成の一例を示す略断面図、図２は、その加熱炉の開口部を上方から見た平面図、図３は、図２の線Ａ−Ａの部分の断面図である。

また、図４は、本実施の形態のガラス有底管の成形方法および成形装置の作用の一例を示す略断面図である。
本実施の形態の成形装置Ｍは、ベース１０と、このベース１０に下端が支持された支柱１１および昇降レール１３を備えている。

支柱１１の上端部には、ワークステージ１２が水平に固定され、このワークステージ１２の下面には、中空の保持部１が設けられている。
保持部１の下端面には管挿入孔１ａが開口され、この管挿入孔１ａの内周部には、たとえば、Ｏリング等の弾性部材２（可動保持部）が装着されている。

管挿入孔１ａには、弾性部材２の内周に圧入されることによってガラス有底管３の開口端３ａが気密に挿入され、ガラス有底管３は、閉止端３ｂを下側にしたほぼ鉛直方向に垂下された姿勢で、弾性部材２を介して保持部１に可動に保持されている。なお、ガラス有底管３の閉止端３ｂは、図１に示すように、ほぼ半球形状（断面Ｕ字形状）となっている。

下面に保持部１が固定されたワークステージ１２の上面には、成形する際にガラス有底管３の内部を減圧するための真空配管等の減圧機構７が配置されている。
すなわち、減圧機構７は、ワークステージ１２に貫通して形成された吸引孔１２ａを介して保持部１の内部、すなわち保持部１に開口端３ａが保持されたガラス有底管３の内部に連通している。

保持部１の下方には加熱炉５が、昇降レール１３に沿って上下動する昇降機構６（移動機構）に支持された昇降ステージ６ａの上に配置されている。すなわち、昇降レール１３には、昇降機構６を介して昇降ステージ６ａが水平に設けられ、この昇降ステージ６ａの上には、筒状の加熱炉５が、その炉中心軸Ｃ０がほぼ鉛直方向になる姿勢で載置されている。

加熱炉５には、上端面の中央部に、ガラス有底管３が挿入可能な口径の貫通穴５ａが軸方向に貫通して形成されている。
昇降ステージ６ａには、加熱炉５の貫通穴５ａと同軸で、ガラス有底管３が通過可能な口径を有するワーク貫通孔６ｂが開口されている。

これにより、ガラス有底管３は、相対的に上昇移動する加熱炉５の貫通穴５ａおよび昇降ステージ６ａのワーク貫通孔６ｂを通過するように挿入されることで、ガラス有底管３のほぼ全長を加熱炉５によって加熱することが可能になっている。

本実施の形態の場合、加熱炉５における貫通穴５ａの開口端の上方には、挿入されるガラス有底管３と、加熱炉５の貫通穴５ａの位置関係を規制でき、ガラス有底管３を貫通穴５ａの中心（すなわち炉中心軸Ｃ０）へと誘導する複数のガイド４が設置されている。

個々のガイド４は、ガイドアーム４ａを介して昇降ステージ６ａに固定されている。
すなわち、図２および図３に例示されるように、複数のガイド４は、加熱炉５の炉中心軸Ｃ０の回りに回転対称な位置（この場合、周方向に１２０°の角度間隔で３カ所）に均等に配置され、複数のガイド４の各々の互いに対向する案内面４ｂと、炉中心軸Ｃ０との距離は、ガラス有底管３の半径とほぼ等しくなるように設定されている。

これにより、複数のガイド４の案内面４ｂに閉止端３ｂを先頭にして進入するガラス有底管３が、外周方向に均等な３カ所でガイド４の案内面４ｂに接することで、加熱炉５の炉中心軸Ｃ０とガラス有底管３の管中心軸Ｃ１が一致するようにガラス有底管３の姿勢が矯正されて加熱炉５の貫通穴５ａに進入するように案内される。

なお、ガイド４は、ガイドアーム４ａの先端部に固定されていてもよいし、または、ベアリングなどの回転体を介して回転自在にガイドアーム４ａに支持されたローラ等で構成してもよい。ガイド４をローラ等で構成する場合には、ガラス有底管３に対するガイド４の接触時の摩擦抵抗を軽減できる効果がある。

本実施の形態に係る成形装置Ｍの作用について説明する。
まず、図１に例示されるように、所望の形状の金型８が装填されたガラス有底管３を、保持部１の管挿入孔１ａに設けられた弾性部材２に開口端３ａを圧入することによって取り付ける。こうして取り付けられたガラス有底管３は、保持部１内の弾性部材２により可動かつ気密に保持される。

成形動作が開始されると、まず、減圧機構７が動作し、吸引孔１２ａおよび保持部１を介して排気することで、ガラス有底管３の内部を所望の真空度まで減圧する。
ガラス有底管３の内部が所定の真空度になると、昇降機構６によって上下動する昇降ステージ６ａに配置された加熱炉５が下方から上方へと移動を開始する。

そして、図４に例示されるように、本実施の形態の場合には、弾性部材２により保持されたガラス有底管３が加熱炉５の中心の貫通穴５ａの中へ進入する直前に、複数のガイド４の案内面４ｂが、ガラス有底管３の外周部に接触して、ガラス有底管３の管中心軸Ｃ１が貫通穴５ａの炉中心軸Ｃ０に一致するように位置規制動作を行う。

このとき、ガラス有底管３の基端部の閉止端３ｂは、弾性部材２を介して変位可能に保持部１に支持されているので、ガイド４との接触によるガラス有底管３の変位に際して、当該ガラス有底管３の基端部や、ガイド４との接触部等に大きな応力は発生せず、ガラス有底管３が破損する等の懸念はない。

こうして加熱炉５に対する位置規制がなされたガラス有底管３は、加熱炉５の貫通穴５ａに非接触に進入する。そして、加熱炉５の内周面から加熱されることによって軟化したガラス有底管３は、減圧機構７によって減圧状態にあるために、大気圧によって均等に収縮変形して内部の金型８の外形が転写され、たとえば矩形断面等を有するガラスセルに成形される。

このように、本実施の形態の成形装置Ｍの場合には、ガラス有底管３が加熱炉５中心の貫通穴５ａ内へ進入する際に、ガラス有底管３と貫通穴５ａとの位置をガイド４により同軸となるように規制することで、ガラス有底管３を加熱炉５の炉中心軸Ｃ０に誘導し、ガラス有底管３と加熱炉５との接触による損傷等の障害を確実に回避することができる。

また、ガイド４による位置規制の際に、ガラス有底管３は弾性部材２により変位自在に保持部１に保持されているため、位置規制時に、ガラス有底管３において、保持部１に保持された開口端３ａやガイド４との接触部等には大きな応力が作用せず、応力によるガラス有底管３の割れは発生しない。

さらに、ガラス有底管３は、複数のガイド４によって加熱炉５の貫通穴５ａの中心を通過するように案内されるので、ガラス有底管３の全周が加熱炉５の内壁面である放熱面から等距離となり、均等な加熱が行われ、ガラス有底管３の均等な収縮変形による高精度な成形が実現される。

あるいは、必要に応じて、ガラス有底管３が加熱炉５に接触しない範囲で、貫通穴５ａの炉中心軸Ｃ０に対して複数のガイド４の配置を意図的に偏心させることで、ガラス有底管３の外周の加熱状態を不均等に制御することも可能である。

このように、本発明の実施の形態によれば、ガラス有底管３と加熱炉５の接触による破損を確実に回避し、かつガラス有底管３を均一に加熱することが可能なガラス有底管の成形技術を提供することができる。

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。
たとえば、ガイドの構成は、上述の実施の形態に例示したものに限定されない。

また、可動保持部としては、たとえば、ガラス有底管３の基端部を固定する保持部１の全体をワークステージ１２に傾動可能に保持する球面軸受等の機構を用いてもよい。

本発明の一実施の形態であるガラス有底管の成形方法を実施する成形装置の構成の一例を示す略断面図である。 本発明の一実施の形態であるガラス有底管の成形装置の加熱炉の開口部を上方から見た平面図である。 図２の線Ａ−Ａの部分の断面図である。 本発明の一実施の形態であるガラス有底管の成形方法および成形装置の作用の一例を示す略断面図である。

符号の説明

１ 保持部
１ａ 管挿入孔
２ 弾性部材
３ ガラス有底管
３ａ 開口端
３ｂ 閉止端
４ ガイド
４ａ ガイドアーム
４ｂ 案内面
５ 加熱炉
５ａ 貫通穴
６ 昇降機構
６ａ 昇降ステージ
６ｂ ワーク貫通孔
７ 減圧機構
８ 金型
１０ ベース
１１ 支柱
１２ ワークステージ
１２ａ 吸引孔
１３ 昇降レール
Ｃ０ 炉中心軸
Ｃ１ 管中心軸
Ｍ 成形装置

Claims (5)

1. 金型が挿入されたガラス有底管の内部を減圧しつつ加熱軟化させて、前記金型の形状を前記ガラス有底管に転写して成形するガラス有底管の成形方法であって、
   前記ガラス有底管と当該ガラス有底管を加熱軟化させる加熱炉とが非接触となるように当該ガラス有底管と当該加熱炉との位置関係を規制することを特徴とするガラス有底管の成形方法。
2. 請求項１記載のガラス有底管の成形方法において、
   前記ガラス有底管の開口端側を、当該ガラス有底管が変位可能な状態で支持することを特徴とするガラス有底管の成形方法。
3. 金型が挿入されたガラス有底管を加熱する加熱炉と、
   前記ガラス有底管が出入りする前記加熱炉の開口部に対する当該ガラス有底管の通過位置を規制するガイドと、
   前記ガラス有底管に対して前記加熱炉を相対的に変位させる移動機構と、
   を含むことを特徴とするガラス有底管の成形装置。
4. 請求項３記載のガラス有底管の成形装置において、
   さらに、前記ガラス有底管の開口端を、当該ガラス有底管が可動となるように支持して排気手段に接続する可動保持部を含むことを特徴とするガラス有底管の成形装置。
5. 請求項４記載のガラス有底管の成形装置において、
   前記可動保持部は、前記ガラス有底管の外周部の気密シールを兼ねる弾性部材により構成されていることを特徴とするガラス有底管の成形装置。