JP5064105B2 - 有底ガラス管の成形装置とその成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、化学分析等に用いられる有底ガラス管の成形装置とその成形方法に関する。

特許文献１には、有底ガラス管の内部に金型を挿入し、該有底ガラス管の内部を減圧（例えば真空に減圧）しながら、該有底ガラス管を加熱して成形を行うガラスセルの製造方法が開示されている。

この特許文献１によれば、金型（芯金）を挿入した有底ガラス管の底部側から開口部側に向けてバーナを移動させながら加熱を行い、その方向に沿って成形を進行させている。この際、有底ガラス管と芯金は極めて高温に加熱される。そして、この高温に加熱された芯金の酸化を防止するために、窒素ガス（Ｎ₂）等の不活性ガスを用いることが効果的であることも知られている（特許文献２参照）。
特開２００６−１９３３７４号公報 特開平１−４５７３７号公報

しかしながら、有底ガラス管をゴムパッキン等により空中で支持して成形する場合を考えると、窒素ガス（Ｎ₂）等を大気圧以上の圧力で有底ガラス管内に供給すると、その圧力により有底ガラス管がゴムパッキン等から離脱して落下してしまう。すると、有底ガラス管が破損するおそれがあった。また、破損しない場合でも、有底ガラス管内に挿入された高温の芯金が酸化雰囲気（空気）にさらされて酸化してしまうという課題があった。

本発明は斯かる課題を解決するためになされたもので、有底ガラス管内に大きなガス圧力が加わらないように、ガス供給源からのガス圧力を緩和して供給することのできる有底ガラス管の成形装置とその成形方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、
有底ガラス管内にガスを供給するガス供給源を備え、該ガス供給源から前記ガスを供給して前記有底ガラス管内を真空状態から前記ガスを吸入した状態に変換する有底ガラス管の成形装置において、
前記ガス供給源から供給されるガス圧力を緩和して前記有底ガラス管内に供給する圧力制御手段を備えていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の有底ガラス管の成形装置において、
前記圧力制御手段は、伸縮自在な気体容器であることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、
有底ガラス管内にガスを供給するガス供給源を備え、該ガス供給源から前記ガスを供給して前記有底ガラス管内を真空状態から前記ガスを吸入した状態に変換する有底ガラス管の成形方法において、
前記ガス供給源から供給されるガス圧力を緩和して前記有底ガラス管内に供給するようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、ガス供給源からのガス圧力を、緩和した状態で有底ガラス管内に供給することができる。このため、例えば空中支持された有底ガラス管が、ガス圧力により取付部から離脱するのを防止することができる。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
図１は、有底ガラス管の成形装置の全体構成を示している。
この有底ガラス管の成形装置１０は、ワーク取付部１２と、該ワーク取付部１２に吊下げ保持された有底ガラス管１６と、該有底ガラス管１６の周囲を覆い鉛直方向（矢印Ａ方向）に移動可能な加熱部１８と、を有している。有底ガラス管１６内には、成形用の芯金１４が挿入されている。この加熱部１８には、不図示のヒータが内蔵されている。

また、ワーク取付部１２には、その上方側に、中空筒状の弁開閉部２０が配置されている。この弁開閉部２０は、不図示の駆動源により矢印Ｂ方向に上下移動自在とされている。また、この弁開閉部２０は、配管２２により切替えバルブ２８を介して真空ポンプ２４と窒素ガスボンベ２６に接続されている。この配管２２は、切替えバルブ２８を介して真空ポンプ２４に連通する配管２２₁と、窒素ガスボンベ２６に連通する配管２２₂と、に分岐している。

そして、有底ガラス管１６の成形時には、真空ポンプ２４を作動させて有底ガラス管１６内の真空引きを行い、また、成形終了後には切替えバルブ２８を切替えて窒素ガスボンベ２６から有底ガラス管１６内に窒素ガスの供給を行う。このように、窒素ガスを用いるのは、有底ガラス管１６内に挿入された芯金１４の高温での酸化を防止するためである。

なお、本実施形態では、窒素ガスを用いた場合について説明するが、これに限らず、例えばヘリウム等の他の不活性ガスであっても良い。また、有底ガラス管１６の材料としては、例えばパイレックス（登録商標）ガラスを用いている。

切替えバルブ２８は、配管２２₁によって真空ポンプ２４と直接接続されている。また、この切替えバルブ２８は、配管２２₂によって、圧力制御手段としての気体容器３２と開閉バルブ３０を介して窒素ガスボンベ２６に接続されている。そして、気体容器３２には、開閉バルブ３０のオンオフ制御により、窒素ガスボンベ２６から所定量の窒素ガスが供給されるようになっている。本実施形態では、これら切替えバルブ２８及び開閉バルブ３０として、いずれも電磁弁が用いられている。

また、気体容器３２は、開閉バルブ３０を介して窒素ガスボンベ２６から供給された窒素ガスのガス圧力を緩和して有底ガラス管１６内に供給可能にするよう伸縮自在に構成されている。すなわち、気体容器３２は、例えば供給された窒素ガスのガス圧力が１気圧を超えている場合は、超えた圧力に対応した容器内容積が増大するように（あたかも風船の如く膨らむように）伸び、その後、その容積を縮小しながら１気圧以下（０．８気圧）の窒素ガスを供給しつづけて縮むように構成されている。

以上において、有底ガラス管１６内を減圧するには、切替えバルブ２８を弁接点２８ｂ側に切り替えた状態で真空ポンプ２４を駆動する。これにより、有底ガラス管１６内は１０Ｐａ程度の真空に減圧される。一方、有底ガラス管１６内に窒素ガスを供給するには、切替えバルブ２８を弁接点２８ａ側に切り替える。

すなわち、有底ガラス管１６内に窒素ガスを供給するには、まず開閉バルブ３０を弁接点３０ａ側に切り替える。この開閉バルブ３０は、所定容量の窒素ガスが気体容器３２側に供給された時点で弁接点３０ｂ側に切り替えられる。そのために、気体容器３２と開閉バルブ３０との間には、気体容器３２への窒素ガスの供給量を計測する不図示の容量センサが設けられている。そして、この容量センサにより窒素ガスボンベ２６からの窒素ガスの供給量が制御されるとともに、気体容器３２内では、供給された窒素ガスのガス圧力（０．８気圧）に対応して気体容器３２の体積が増大し、その結果としてガス圧力が１気圧以下（０．８気圧）に緩和された窒素ガスとなる。

この気体容器３２は、前述のように例えば、その伸縮量に応じた圧力で窒素ガスを有底ガラス管１６側に吐き出すことが可能な構成となっている。この状態で、切替えバルブ２８を弁接点２８ａ側に切り替える。すると、有底ガラス管１６内には、伸縮自在な気体容器３２から１気圧以下の窒素ガスが供給されることになる。

図２は、ワーク取付部１２の詳細を示す図である。
ワーク取付部１２は、平板状の装置フレーム３４に支持されている。この装置フレーム３４には、円形の開口部３６が形成されている。また、この開口部３６を囲んで、その上面及び下面には、該開口部３６と同心状に弁収容ケース３８とワーク収容ケース４０が夫々固定されている。弁収容ケース３８には、開口部３６よりも小径の弁収容孔４６が形成されている。また、ワーク収容ケース４０には、開口部３６よりも大径のワーク収容孔４８が形成されている。

弁収容ケース３８の弁収容孔４６内には、弁４２が上下に摺動自在に収容されている。この弁４２は、上部舌片４２ａ及び下部舌片４２ｂを有し、下部舌片４２ｂが、弁収容孔４６の下端面３８ａに当接すると、弁収容孔４６が遮蔽される。また、下部舌片４２ｂが下端面３８ａから離れると、弁収容孔４６とワーク収容孔４８とが連通するようになっている。なお、弁４２は、不図示の弾性部材により常時鉛直上方に向けて付勢されている。

更に、上部舌片４２ａの上方には、前述した中空筒状の弁開閉部２０が上下移動自在に配置されている。この弁開閉部２０が下方に移動すると、その下部の当接面２０ａが上部舌片４２ａの上部に当接し、該上部舌片４２ａを下方に押す。その結果、弁４２の下部舌片４２ｂが下端面３８ａから離れる。こうして、弁収容孔４６とワーク収容孔４８とが連通する。

また、弁開閉部２０が上方に移動すると、不図示の弾性部材により、弁４２の上部舌片４２ａが上方に移動して下部舌片４２ｂが下端面３８ａに密着する。こうして、弁収容孔４６とワーク収容孔４８とが遮断される。

ワーク収容ケース４０の内壁には、複数（本実施形態では２個）のゴムパッキン４４が装着されている。有底ガラス管１６は、このゴムパッキン４４の内周側と有底ガラス管１６の開口部１６ａ側外周との摩擦力により、ワーク収容ケース４０に鉛直下方に吊下保持されている。このとき、有底ガラス管１６は、その開口部１６ａを介してワーク収容孔４８内の雰囲気と連通しているが、有底ガラス管１６の外周側とは気密に保持されている。

このため、ワーク収容ケース４０内の圧力が大気圧と同等以下であれば、ゴムパッキン４４に支持された有底ガラス管１６が落下するおそれはない。しかし、若しも、加熱部１８により加熱された後の有底ガラス管１６が落下すると、内部の芯金１４が空気にさらされて酸化してしまう。

本実施形態では、有底ガラス管１６の落下を回避するために、ワーク収容ケース４０内の圧力を、緩和された圧力（例えば大気圧以下）に設定したものである。
（成形方法の説明）
次に、図１〜図３に基づきガラス管の成形方法について説明する。

まず、成形前の有底ガラス管１６内に芯金１４を挿入し、これを、ワーク取付部１２のワーク収容ケース４０の内側に挿入する。このとき、有底ガラス管１６の開口部１６ａ側外周がゴムパッキン４４の摩擦力により支持されるように深く挿入する。このため、必要に応じて、有底ガラス管１６の径に合致したゴムパッキン４４に交換したり、又は、ワーク収容ケース４０のワーク収容孔４８を適宜な大きさのものを選択したりする。

次に、弁開閉部２０を下方に移動させて弁４２を下方に押圧する。これにより、有底ガラス管１６内と配管２２とが連通する。次いで、切替えバルブ２８を弁接点２８ｂ側に切り替える。これにより、真空ポンプ２４と有底ガラス管１６内とが連通する。次に、真空ポンプ２４を駆動し、有底ガラス管１６内の空気を吸引して減圧する。この場合、有底ガラス管１６内の圧力を１０Ｐａ程度の真空に減圧する。

次に、有底ガラス管１６の下方位置に待機していた加熱部１８を、有底ガラス管１６の底部側から開口部１６ａ側に向けて徐々に移動させる。但し、有底ガラス管１６は、その長手方向の全長に亘って加熱部１８により加熱されるのではなく、中途部まで加熱される。このときのガラス粘度は、例えば１０⁴〜１０⁹ポアズとなるように加熱される。すると、有底ガラス管１６は、底部側から開口部１６ａ側へと順に加熱軟化される。

こうして、有底ガラス管１６内は真空状態ゆえ芯金１４に吸引され、該芯金１４の外周形状が転写される。この結果、図３に示すような先細りの有底ガラス管１６に成形される。

次に、この有底ガラス管１６の成形中又は成形後に、開閉バルブ３０の弁接点を３０ｂ側から３０ａ側に切替えてオンにする。この切替えにより、窒素ガスボンベ２６から気体容器３２内に容量センサを介して所定量の窒素ガスが吸入される。この場合、気体容器３２内の窒素ガスは、この気体容器３２の膨らみによって大気圧以下となるように窒素ガスの吸入量が制御される。気体容器３２に所定量の窒素ガスが吸入された後に、開閉バルブ３０の弁接点を３０ａ側から３０ｂ側に切替えてオフにする。

この状態で、切替えバルブ２８の弁接点を２８ｂ側から２８ａ側に切り替える。これにより、有底ガラス管１６内の真空引きが終了する。同時に、有底ガラス管１６内と気体容器３２とが連通する。この際、有底ガラス管１６内は、負圧から大気圧に戻ろうとすることで、気体容器３２内の窒素ガスを引き込む。気体容器３２は、その容積を縮小しながら、窒素ガスを有底ガラス管１６側に供給する。

この場合、気体容器３２内の圧力は大気圧以下であるので、有底ガラス管１６内の圧力が大気圧以上になることはない。すなわち、有底ガラス管１６内の圧力と気体容器３２内の圧力との均衡がとれたところで、有底ガラス管１６内への窒素ガスの流入は止まる。よって、有底ガラス管１６がガス圧力でワーク取付部１２から離脱することはない。

この状態で、有底ガラス管１６及びその内側の芯金１４が冷却される。これにより、芯金１４が加熱状態で酸化雰囲気（空気）にさらされることはない。よって、芯金１４の酸化が防止される。

なお、有底ガラス管１６及び芯金１４が冷却されると、有底ガラス管１６と芯金１４との間には熱膨張率の差によって隙間が形成される。よって、この隙間を利用して芯金１４を引き抜く。

本実施形態によれば、有底ガラス管１６内に供給される窒素ガスは、圧力が緩和された状態（例えば大気圧以下）で供給されるので、有底ガラス管１６がワーク収容ケース４０のゴムパッキン４４から外れることはない。そして、この状態で有底ガラス管１６及びその内側の芯金１４が冷却されるため、該芯金１４が加熱状態で空気にさらされて酸化するおそれが防止される。

本発明に係る有底ガラス管の成形装置の全体構成を示す図である。 同上のワーク取付部（弁閉鎖状態）の詳細を示す図である。 同上のワーク取付部（弁開放状態）の詳細を示す図である。

符号の説明

１０ 有底ガラス管の成形装置
１２ ワーク取付部
１４ 芯金
１６ 有底ガラス管
１６ａ 開口部
１８ 加熱部
２０ 弁開閉部
２０ａ 当接面
２２ 配管
２４ 真空ポンプ
２６ 窒素ガスボンベ（ガス供給源）
２８ 切替えバルブ
２８ａ 弁接点
２８ｂ 弁接点
３０ 開閉バルブ
３０ａ 弁接点
３０ｂ 弁接点
３２ 気体容器（圧力制御手段）
３４ 装置フレーム
３６ 開口部
３８ 弁収容ケース
３８ａ 下端面
４０ ワーク収容ケース
４２ 弁
４２ａ 上部舌片
４２ｂ 下部舌片
４４ ゴムパッキン
４６ 弁収容孔
４８ ワーク収容孔

Claims (4)

1. 有底ガラス管を成形する装置であって、
   成形前の有底ガラス管内に芯金を挿入した状態で、前記有底ガラス管の開口部を支持する手段と、
   前記有底ガラス管の開口部が支持された状態で、前記有底ガラス管内の圧力をほぼ真空状態に減圧する手段と、
   前記有底ガラス管内の圧力をほぼ真空状態に減圧した状態で、前記有底ガラス管を加熱することにより、前記芯金の外周形状を前記有底ガラス管の内周に転写することによって、前記有底ガラス管を成形する手段と、
   前記有底ガラス管の成形中または成形後に、ガス供給源から前記有底ガラス管にガスを供給する際に、前記有底ガラス管内の圧力が大気圧以下に維持されるように前記有底ガラス管内の圧力を制御する圧力制御手段と
   を含む、装置。
2. 前記圧力制御手段は、伸縮自在な気体容器を含み、前記気体容器の膨らみによって前記気体容器内のガスの圧力が大気圧以下となるように、前記気体容器の吸入量が制御される、請求項１に記載の有底ガラス管の成形装置。
3. 有底ガラス管を成形する方法であって、
   成形前の有底ガラス管内に芯金を挿入した状態で、前記有底ガラス管の開口部を支持する工程と、
   前記有底ガラス管の開口部が支持された状態で、前記有底ガラス管内の圧力をほぼ真空状態に減圧する工程と、
   前記有底ガラス管内の圧力をほぼ真空状態に減圧した状態で、前記有底ガラス管を加熱することにより、前記芯金の外周形状を前記有底ガラス管の内周に転写することによって、前記有底ガラス管を成形する工程と、
   前記有底ガラス管の成形中または成形後に、ガス供給源から前記有底ガラス管にガスを供給する際に、前記有底ガラス管内の圧力が大気圧以下に維持されるように前記有底ガラス管内の圧力を制御する工程と
   を含む、方法。
4. 前記有底ガラス管内の圧力を制御する工程は、伸縮自在な気体容器の膨らみによって前記気体容器内のガスの圧力が大気圧以下となるように、前記気体容器の吸入量を制御する工程を含む、請求項３に記載の方法。

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