JP5581001B2 - Method for forming glass taper tube for area flow meter - Google Patents
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本発明は、面積流量計用ガラステーパ管の成形方法に関するものである。 The present invention relates to a method for forming a glass taper tube for an area flow meter.
面積流量計で使用する管体は、流体が流れる上方向に径が拡大するガラステーパ管が用いられている。一般に、ガラステーパ管を得るためには、特許文献1に開示されているように、直管のガラス管を加熱源のガスバーナで加熱し、軟化したガラス管に対し治具を用いて所定のテーパ形状にしている。
The tube used in the area flow meter is a glass taper tube whose diameter increases in the upward direction in which the fluid flows. In general, in order to obtain a glass taper tube, as disclosed in
しかし、ガラス管を軟化させるには、専門の技能者がガスバーナの火炎をガラス管に吹き付けることが必要である。バーナの火炎は1500〜2000℃程度の高温となるので、成形時においては炎の当て方が難しく、炎の大きさや空気、酸素と可燃ガスとの混合比率、炎の角度などの適正化など豊富な経験が必要となる。 However, in order to soften the glass tube, it is necessary for a specialized technician to blow the flame of the gas burner onto the glass tube. The flame of the burner is as high as about 1500 to 2000 ° C, so it is difficult to apply the flame during molding. There are plenty of optimizations such as flame size, air, mixing ratio of oxygen and combustible gas, and flame angle. Experience is required.
従って、品質が技能者の技能に依存することとなり、成型品の品質や形状にばらつきが生ずることが避けられない。また、火炎による加熱のため、投入する熱量に損失が大きく、高熱作業となり作業環境は常に高温に晒されて劣悪であり、後継者の育成も困難となっている。特に、ガラステーパ管の製造は熟練者といえども難しいのが現状である。 Therefore, the quality depends on the skill of the technician, and it is inevitable that the quality and shape of the molded product vary. Moreover, because of the heating by the flame, there is a large loss in the amount of heat input, and the work environment is high and the work environment is always exposed to high temperatures, and it is difficult to train successors. In particular, it is difficult for a skilled person to manufacture a glass tapered tube.
特許文献2には、バーナを用いずに電気炉により、ガラス管を加工することが開示されている。特許文献2はガラスセルの製造に関するものであり、ガラス管内に所定形状の中金を挿入し、加熱によりガラス管を軟化し、ガラス管を外側から中金に押圧して成型している。
しかし、一般のニクロム線ヒータ、ハロゲンヒータを使用する電気炉による加熱では、断熱構造を採用し温度制御も容易となるが、後述するようにヒータが発する輻射熱の大くはガラスを透過してしまうため、ガラス管加熱の熱効率が悪い。 However, heating by an electric furnace using a general nichrome wire heater or halogen heater adopts a heat insulation structure and facilitates temperature control. However, as will be described later, most of the radiant heat generated by the heater passes through the glass. For this reason, the thermal efficiency of the glass tube heating is poor.
更に、ガラス管を透過した輻射熱が、ガラス管よりも先に芯金を必要以上に加熱してしまうため、高温の芯金に接触したガラス表面の性状が品質に影響したり、芯金の寿命を短くしてしまうなどの問題もある。 Furthermore, the radiant heat that has passed through the glass tube heats the cored bar more than necessary before the glass tube, so the properties of the glass surface in contact with the high-temperature cored bar may affect the quality, There are also problems such as shortening.
本発明の目的は、上述の問題点を解消し、第1、第2の芯金を極度に加熱することなく、ガラステーパ管を好適に成形可能な面積流量計用ガラステーパ管の成形方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method for forming a glass taper tube for an area flow meter that can eliminate the above-mentioned problems and can suitably form a glass taper tube without extremely heating the first and second cores. It is to provide.
上記目的を達成するための本発明に係る面積流量計用ガラステーパ管の成形方法は、底部を封止したガラス管内に前記底部に前記ガラス管の内径に近似した円柱状の第1の芯金を挿入し、次いでその上に下端を細径としたテーパ状の第2の芯金を挿入し、前記ガラス管の波長透過特性において透過率が低い波長の輻射エネルギを多く発する電熱ヒータにより前記ガラス管を加熱し、前記ガラス管の軟化温度以上において前記ガラス管内を減圧して前記ガラス管を前記第1、第2の芯金に密着させ、冷却後に前記第1の芯金の周囲の前記ガラス管をリング状に切断して前記第1の芯金を抜き出し、前記ガラス管の上端から前記第2の芯金を抜き出し、両端部に円筒部を有するガラステーパ管を成形することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a method for forming a glass taper tube for an area flow meter according to the present invention comprises a cylindrical first cored bar that approximates the inner diameter of the glass tube at the bottom in a glass tube sealed at the bottom. Is inserted, and then a second metal core having a tapered lower end is inserted on the glass tube, and the glass tube is heated by an electric heater that emits a large amount of radiation energy having a low transmittance in the wavelength transmission characteristics of the glass tube. heating the tube, wherein the first said glass tube and vacuum the glass tube at least the softening temperature of the glass tube, is adhered to the second metal core, the glass around the first metal core after cooling The tube is cut into a ring shape, the first core metal is extracted, the second core metal is extracted from the upper end of the glass tube, and a glass taper tube having cylindrical portions at both ends is formed. .
本発明に係る面積流量計用ガラステーパ管の成形方法によれば、円柱状の第1の芯金と、テーパ状の第2の芯金を封入した有底のガラス管を電熱ヒータの輻射熱で加熱して、軟化温度に上昇したところでガラステーパ管に成形するので、成形が確実になされ、ガラステーパ管の表面の仕上がりも良好となる。 According to the method for forming a glass taper tube for an area flow meter according to the present invention, a bottomed glass tube enclosing a cylindrical first metal core and a tapered second metal core is formed by radiant heat of an electric heater. heated, so that molded glass tapered tube was raised to the softening temperature, molding is performed reliably, surface finish of the glass tapered tube that Do good.
本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図1はガラス管をテーパ管に成形する成形装置の構成図を示し、加熱炉1の上部中心部には開口部1aが設けられている。加熱炉1内には、コイル状に巻回されたカーボンヒータ2が配置され、開口部1aから挿入された被加熱物であるガラス管は、カーボンヒータ2により囲まれるようになっている。カーボンヒータ2は例えば石英管中にカーボン繊維の撚線が挿通されており、不溶性ガスが充填され密閉されている。
The present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the drawings.
FIG. 1 shows a configuration diagram of a molding apparatus for molding a glass tube into a tapered tube, and an
加熱炉1の開口部1aは、種々の径のガラス管に対応するために大き目に造られており、例えば内径25mm程度とされ、またコイル状のカーボンヒータ2の内径は、遠隔的に輻射エネルギをガラス管3に加えるために、更に大きくされている。開口部1aから加熱炉1の内部に加工すべきガラス管3に芯金を挿入し、図示しないハンド手段により挿入され、所定の高さ位置に固定できるようになっている。
The opening 1a of the
カーボンヒータ2のカーボン繊維には、温度制御装置5の電源から通電できるようにされており、カーボンヒータ2の近傍に配置された放射温度計、熱電対温度計などの温度センサ6を用いて、加熱炉1内の温度制御が可能とされている。
The carbon fiber of the
図1において、ホウケイ酸ガラスから成り、底部を封止したガラス管3の底部にガラス管3の内径に近似する第1の芯金7を挿入する。次いで、下端を細径としたテーパ状の耐熱鋼やSUSから成る第2の芯金4を挿入する。第1の芯金7は第2の芯金4と同材質であることが好ましい。
In FIG. 1, the
図2に示すように、第2の芯金4にはガラステーパ管の内壁に沿って、フロートを安定して上下動させるためのリブを形成するために複数条の切欠部4aが形成されている。なお、リブはガラステーパ管の上下方向の位置に拘らず同径の内接円である必要から、第2の芯金4の切欠部4aの深さは第2の芯金4のテーパが細くなる位置ほど浅くされている。
As shown in FIG. 2 , the second
このように、第1、第2の芯金7、4を内部にセットした有底のガラス管3を加熱炉1内にハンド手段により挿入して、ガラス管3の底部を加熱炉1内の固定部に載置するなどして位置決めし、カーボンヒータ2に通電してカーボンヒータ2の温度を上昇させる。
In this way, the
図3は加工するガラス管3の材料であるホウケイ酸ガラス(商品名:パイレックス(登録商標))の波長に対する透過スペクトル特性図であり、3μm以上の波長においては、輻射エネルギはホウケイ酸ガラスに殆ど透過することなく吸収されて、ガラスの加熱に寄与される。
FIG. 3 is a transmission spectrum characteristic diagram with respect to the wavelength of borosilicate glass (trade name: Pyrex (registered trademark)) which is a material of the
図4の実線はカーボンヒータ2が発する熱線の輻射エネルギの強度スペクトル特性図であり、カーボンヒータ2は波長5μm程度にピーク値を有しているために、多くはガラス管3に吸収される。
The solid line in FIG. 4 is an intensity spectrum characteristic diagram of the radiant energy of the heat rays emitted from the
また、ハロゲンヒータは波長5μm以下の輻射エネルギが発するため、多くはガラス管3を透過し、ガラス管3を加熱することなく内部の芯金7、4を加熱してしまう。更に、ニクロム線ヒータはハロゲンヒータほどではないが、ホウケイ酸ガラスを透過する波長帯が大きく存在するので、この場合も投入エネルギの5割以上が芯金7、4の加熱に使われてしまう。
Further, since the halogen heater emits radiant energy having a wavelength of 5 μm or less, most of the halogen heater passes through the
上述したように、ホウケイ酸ガラスの主たる吸収波長帯は3μm以上であり、放射強度ピークが5μm程度にあるカーボンヒータ2を用いると、カーボンヒータ2からの輻射熱による投入エネルギの7割以上がガラス管3により吸収されるため、芯金7、4も通過した波長帯により昇温されるが、ガラス管3はより効率良く短時間で加熱される。
As described above, when the
図5は成形時の芯金7、4、ガラス管3の時間(秒)に対する温度通過のグラフ図を示し、各部位に温度センサを取り付けて測温した例である。ガラス管3は芯金7、4とほぼ同程度で上昇し、ガラス管3は温度が850℃程度になると軟化点に至る。なお、このグラフ図は実験例であり、実際にはカーボンヒータ2はガラス管3ごとに常温から立ち上げる必要はないが、ガラス管3を常温から急激に昇温すると、ガラス管3にクラックが発生し易い。従って、ガラス管3は予備加熱を行うか、加熱炉1を数100℃程度に保持しておいて、ガラス管3を徐々に加熱することが好ましい。
FIG. 5 is a graph showing temperature passage with respect to time (seconds) of the
加熱炉1において、ガラス管3が軟化点に達成したことを測温又は視覚により確認すると、ガラス管3の上部に連結した図示しない配管により、ガラス管3の内部の真空引きを始める。この真空引きによる減圧によってガラス管3内の空気は抜かれ、図6に示すように軟化したガラス管3は円形方向に縮小して、第1、第2の芯金7、4の周囲に密着し、ガラス管3は芯金7、4の形状通りの所定のテーパ状に成形される。
In the
ガラス管3の加熱に際して、芯金7、4も或る程度の温度に加熱されることで、ガラス管3が芯金7、4に大きく熱を奪われることもなく、また芯金7、4から大きな熱を与えられることもなく、ガラス管3の成形上好ましい。また、芯金7、4の熱膨張による変形も所定範囲となり、精度の良い成形が可能となり、芯金7、4の寿命も延びることになる。
Upon heating of the
テーパ管に成形した後に、ハンド手段によりガラス管3、芯金7、4を加熱炉1から取り出し、自然冷却又はガス吹付による強制冷却後に、ガラス管3の下部の第1の芯金7の周囲を図6の点線で示すようにリング状に切断する。
After forming into a tapered tube, the
これにより、ガラス管3の底部を取り外し、ガラス管3の上下両端から芯金7、4をそれぞれ引き抜くと、図7に示すようなガラステーパ管8が得られる。このガラステーパ管8の上端及び下端の円筒部8a、8bを用いて、面積流量計に組込むことになる。
Thereby, when the bottom part of the
なお、成形したテーパ管内の中心軸に沿って、流量測定のためのフロートが円滑に上下動するように、ガラステーパ管8内には、複数状のリブを上下方向に形成したのでフロートの外径がリブに接しながら、或いはフロートに設けた切込みにリブが係合しながら、フロートが円滑に上下動することができる。In addition, a plurality of ribs are formed in the
なお、実施例では加熱炉1に対しガラス管3を上下動してハンド手段により出し入れするようにしているが、固定のガラス管3、芯金7、4に対し、加熱炉1が上下動するようにしてもよい。
In the embodiment, the
1 加熱炉
2 カーボンヒータ
3 ガラス管
4 第2の芯金
5 温度制御装置
6 温度センサ
7 第1の芯金
8 ガラステーパ管
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