JPWO2021084682A1 - ガラスセルの製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

ガラスセルの製造において変形後の有底管から内形型を取り出しやすくすること。加工対象の有底管が全て回転機構に連結されると、制御装置が、通気用パイプ及び有底管の内部空間の気圧を低下させる（ステップＳ２１）。制御装置が、通気用パイプを介して有底管の内部空間にアセチレンガスを注入する（ステップＳ２２）。制御装置が、炉の内部空間に挿入された有底管の加熱を開始する（ステップＳ３１）。制御装置が、回転機構に連結された有底管の回転を開始する（ステップＳ３２）。制御装置は、軟化温度になった（ステップＳ３３；ＹＥＳ）と判断すると、有底管の内部空間を大気圧に対して負圧にする処理を行う（ステップＳ３４）。この処理により、有底管が変形して角形に加工される。

Description

本発明は、ガラスセルを製造する技術に関する。

ガラスセルを製造する技術がある。例えば、特許文献１には、ガラス有底管の内部に金型を挿入してそのガラス有底管を加熱成形するガラスセルの製造方法であって、加熱成形したガラス有底管を徐冷する工程を含み、金型の線膨張率をガラス有底管の線膨張率より大きくすることによって、徐冷工程中にガラス有底管と金型とを互いに離反させる技術が開示されている。

特開２００６−１９３３７５号公報

特許文献１の技術では、収縮変形したガラス有底管が内形型である金型に密着しすぎて、徐冷工程中にガラス有底管と金型とを互いに離反させる際にガラス有底管を破損してしまう場合がある。
そこで、本発明は、ガラスセルの製造において変形後の有底管から内形型を取り出しやすくすることを目的とする。

本発明は、測光による分析装置に取り付けられ、被検試料を収容する一端面が開口した有底のホウケイ酸ガラス又は石英ガラスを材料とする角形セルを製造するための製造装置であって、管と、前記管と連通し、内部に内形型を収容した状態のホウケイ酸ガラス又は石英ガラスを材料とする有底管の開口部に連結される連結部と、前記管及び前記連結部を介して前記有底管の内部へ、前記内形型からの前記有底管の離型を促進する所定種類のガスを注入する注入機構と、内部に前記内形型を収容し、内部に前記所定種類のガスが注入された状態の前記有底管を加熱する加熱部と、内部に前記内形型を収容し、内部に前記所定種類のガスが注入され、所定の温度まで加熱された前記有底管の内部から、前記管及び前記連結部を介して気体を外部へ排出し前記有底管の内部を大気圧に対し負圧にする排出機構とを備える製造装置を提供する。

また、前記加熱部が前記有底管を加熱する間、前記連結部を前記有底管の周方向に回転させる自転機構を備えてもよい。

また、複数の前記連結部を備え、前記自転機構は、複数の前記連結部の各々に取り付けられたスプロケットと、複数の前記スプロケットに架け渡された駆動チェーンと、前記駆動チェーンを介して複数の前記スプロケットを回転させる原動機を有してもよい。

また、前記駆動チェーンは、複数の前記スプロケットのうち互いに隣り合う２つの前記スプロケットの回転軸から見て互いに異なる側で前記スプロケットに噛み合うように、複数の前記スプロケットに互い違いに架け渡されていてもよい。

また、前記自転機構は、所定範囲内で任意に設定された回転速度で前記有底管を周方向に回転させてもよい。

また、前記連結部と前記連結部に連結される前記有底管との間を気密に封止し、前記開口部から前記有底管に前記連結部が差し込まれた状態で前記連結部と前記有底管との連結を保持するシール材を備えてもよい。

また、前記有底管を移動して前記有底管に前記連結部を差し込むことで前記連結部に対し前記有底管を連結し、前記有底管を移動して前記有底管から前記連結部を抜き取ることで前記連結部に対する前記有底管の連結を解除するロボットを備えてもよい。

また、前記連結部と前記加熱部の距離を変更するアクチュエータを備えてもよい。

また、円の周上に並べて配置された複数の前記連結部を備えてもよい。

また、複数の前記連結部を前記円の中心点を通る軸周りに回転させる公転機構を備えてもよい。

また、互いに平行な複数の直線上に並べて配置された複数の前記連結部を備えてもよい。

また、前記複数の直線の各々に関し、当該直線上に並べて配置された複数の前記連結部を当該直線の延伸方向に移動させる移動機構を備えてもよい。

また、複数の前記連結部の各々に応じて設けられ、対応する前記連結部に連結された前記有底管を加熱する複数の前記加熱部を備えてもよい。

本発明は、測光による分析装置に取り付けられ、被検試料を収容する一端面が開口した有底のホウケイ酸ガラス又は石英ガラスを材料とする角形セルを製造するための製造方法であって、ホウケイ酸ガラス又は石英ガラスを材料とする有底管の開口部から前記有底管の内部へ内形型を投入する処理と、内部に前記内形型を収容した状態の前記有底管の開口部から前記有底管の内部へ、前記内形型からの前記有底管の離型を促進する所定種類のガスを注入する処理と、内部に前記内形型を収容し、内部に前記所定種類のガスが注入された状態の前記有底管を加熱する処理と、内部に前記内形型を収容し、内部に前記所定種類のガスが注入され、所定の温度まで加熱された前記有底管の内部から気体を外部へ排出し前記有底管の内部を大気圧に対し負圧にする処理とを備える製造方法を提供する。

また、前記内形型を投入する処理において、表面に離型剤の塗布又は離型膜の貼付が行われていない前記内形型を前記有底管の内部へ投入してもよい。

また、前記有底管の内部へ投入される前の前記内形型の表面にＤＮＦ（ＡｌＣｒＮ）被膜ではない金属被膜を形成する処理を備え、前記内形型を投入する処理において、表面にＤＮＦ（ＡｌＣｒＮ）被膜ではない金属被膜が形成された状態の前記内形型を前記有底管の内部へ投入してもよい。

また、前記有底管を加熱する間、前記有底管を周方向に回転させる処理を備えてもよい。

本発明によれば、ガラスセルの製造において変形後の有底管から内形型を取り出しやすくすることができる。

実施例に係るガラスセル製造装置の外観を表す図 有底管を表す図 気体が通過する部分を詳細に表す図 ガラスセル製造装置のブロック図を表す図 上下に移動するアーム部を表す図 回転機構を拡大して表す図 回転機構を回転させる仕組みを説明するための図 有底管の回転機構への連結方法を表す図 ガラスセルの製造方法における動作手順の一例を表す図 変形例の複数の回転機構の配置の一例を表す図 有底管を加熱するまでの手順の一例を表す図

［１］実施例
図１は実施例に係るガラスセル製造装置１の外観を表す。ガラスセル製造装置１は、ガラスセルを製造するための装置であり、本発明の「製造装置」の一例である。ガラスセルとは、被検試料を収容し、測光による分析装置に取り付けられるセルである。ガラスセルは、一端面が開口した有底かつ角形の形状をしている。ガラスセルは、ホウケイ酸ガラス又は石英ガラスを材料として形成される。

ガラスセル製造装置１は、中央支持部１０と、複数のアーム部２０と、複数の炉３０とを備える。アーム部２０及び炉３０は同数であるが、図１では、図を見やすくするために、複数のアーム部２０のうちの１つのアーム部２０だけを図示している。中央支持部１０は、複数のアーム部２０を支持する部分である。アーム部２０は、ガラスセルの材料となる有底管２を支持する。

炉３０は、円柱状の加熱空間３１を有し、アーム部２０により支持された有底管２を加熱空間３１において加熱する。炉３０は本発明の「加熱部」の一例である。有底管２は、炉３０により加熱されることで軟化し、角形に加工される。
図２は有底管２を表す。有底管２は、一端面が開口した有底かつ円筒形の形状をしており、ホウケイ酸ガラス又は石英ガラスを材料として形成されている。

有底管２がアーム部２０に支持される際には、図２（ａ）、（ｂ）に表すように、有底管２の内部に角形の金芯３が収容される。金芯３は本発明の「内形型」の一例である。炉３０により加熱されて軟化した有底管２を金芯３に押し付ける方向の力が有底管２に加わることで、有底管２が金芯３に密着する形に変形して角形に加工される。この力を加える方法については後ほど詳しく説明する。

図１に表すアーム部２０は、アーム２１と、回転機構２２と、通気用パイプ２３とを備える。アーム２１は、一端が中央支持部１０により支持され、他端側に回転機構２２が設けられた棒状の部材である。回転機構２２は、図示せぬ駆動手段（駆動手段については後述する）により回転する機構である。ガラスセル製造装置１においては、複数の回転機構２２が図１に表すように円の周上に並べて配置されている。

回転機構２２は、鉛直下方側が内部に金芯３を収容した状態の有底管２の開口部に連結され、自機構が回転することで有底管２を回転させる。回転機構２２は本発明の「連結部」の一例である。炉３０は、複数の回転機構２２の各々に応じて設けられ、対応する回転機構２２に連結された有底管２を加熱する。通気用パイプ２３は、回転機構２２を介して有底管２に繋がっており、有底管２の内部から排出される気体及び有底管２の内部に注入される気体が通過する管である。通気用パイプ２３は本発明の「管」の一例である。

図３は気体が通過する部分を詳細に表す。図３（ａ）では、水平方向から見た回転機構２２の周辺の断面が表されている。図３（ｂ）では、鉛直上方から見た回転機構２２の周辺の断面が表されている。通気用パイプ２３は、Ｌ字型の接続パイプ２５と接続されている。接続パイプ２５は、アーム２１に設けられた通気部２６と接続されている。通気部２６には、回転機構２２に設けられた通気部２２２が面している。

通気部２２２は、回転機構２２の内部に設けられた通気部２２３に接続されている。通気部２６、２２２、２２３は、いずれも、気体を通過させるために設けられた孔である。回転機構２２には、図３（ｂ）に表すように、どの向きで止まっても通気部２６と接続されるように複数の通気部２２２が設けられている。通気部２２３は、回転機構２２に連結された有底管２の内部空間４に接続されている。

このように、回転機構２２の通気部２２２は、接続パイプ２５及び通気部２６を介して通気用パイプ２３の内部空間と繋がっている。また、回転機構２２の通気部２２３は、有底管２の内部空間４と繋がっている。つまり、回転機構２２は、接続パイプ２５及び通気部２６を介して通気用パイプ２３に連通され、有底管２の内部空間４とは直接連通されている。

従って、有底管２の内部空間４の気体は、通気用パイプ２３、接続パイプ２５、通気部２６及び回転機構２２を介して排出され又は注入されるようになっている。
図４はガラスセル製造装置１のブロック図を表す。ガラスセル製造装置１は、真空ポンプ１１と、第１弁１２と、ガスボンベ１３と、第２弁１４と、フローメータ１５と、圧力計１６と、温度計１７と、制御装置１８と、回転機構２２と、通気用パイプ２３と、第３弁２４とを備える。

真空ポンプ１１は、空気を大気中に排出して真空に近い状態を作り出すポンプである。真空ポンプ１１は、第１弁１２を介して通気用パイプ２３に接続されている。第１弁１２は、真空ポンプ１１と通気用パイプ２３との間の通気の可否を切り替える。第１弁１２が開いていると通気が可能になり、第１弁１２が閉じていると通気が不可になる（第２弁１４及び第３弁２４も同様である）。

ガスボンベ１３は、ガスが充填されたボンベであり、充填されたガスを外部に排出する。ガスボンベ１３には、金芯３に密着した有底管２の金芯３からの離型を促進する所定種類のガスであるアセチレンガスが充填されている。ガスボンベ１３は、第２弁１４及びフローメータ１５を介して通気用パイプ２３に接続されている。第２弁１４は、ガスボンベ１３と通気用パイプ２３との間の通気の可否を切り替える。フローメータ１５は、ガスボンベ１３から排出されるガスの量を測定するメータである。

圧力計１６は、通気用パイプ２３の内部空間に接続し、その内部空間の気圧を測定する。第３弁２４は、通気用パイプ２３と大気の間の通気の可否を切り替える。温度計１７は、例えば非接触で物体の温度を測定する機械であり、有底管２の温度を測定する。制御装置１８は、ガラスセル製造装置１が備える各部（図４に表す各部に加えて回転機構２２及び炉３０等を含む）の動作を制御する。

制御装置１８は、プロセッサ、メモリ及びストレージ等を備えるコンピュータである。プロセッサは、例えば周辺装置とのインターフェース、制御装置、演算装置、レジスタなどを含む中央処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）で構成され、プログラム等をメモリ及びストレージに読み出して各種の処理を実行する。制御装置１８は、予め設定された自律的な制御（自動制御）と、図示せぬ操作子（物理的な操作子、仮想的な操作子のいずれでもよい）に対する作業員の操作に応じた制御（手動制御）のどちらも実行する。

前述したように回転機構２２に有底管２が連結された状態では、有底管２の内部空間が回転機構２２等を介して通気用パイプ２３の内部空間に連通される。そのため、制御装置１８が第２弁１４及び第３弁２４が閉じて且つ第１弁１２が開いた状態で真空ポンプ１１を稼働させると、通気用パイプ２３及び有底管２の内部空間の気圧が低下する。制御装置１８は、圧力計１６の測定値に基づき有底管２の内部空間の気圧を所定の気圧に調整する。

また、有底管２の内部空間の気圧が低下した状態で、制御装置１８が第１弁１２及び第３弁２４が閉じて且つ第２弁１４が開いた状態にすると、ガスボンベ１３に充填されているアセチレンガスが有底管２の内部空間に注入される。制御装置１８は、フローメータ１５の測定値に基づき所定の量のアセチレンガスを有底管２の内部空間に注入する。また、制御装置１８が第３弁２４を開くことで有底管２の内部空間に注入されたアセチレンガスが大気中に排出され、有底管２の内部空間が外気圧と等しくなる。

このように、通気用パイプ２３及び回転機構２２を介して有底管２の内部にアセチレンガスを注入する第２弁１４及びガスボンベ１３は、本発明の「注入機構」の一例である。内部に金芯３を収容し、内部にアセチレンガスが注入された状態の有底管２は、上述したとおり炉３０により加熱される。有底管２を炉３０の加熱空間３１に挿入するため、アーム部２０は上下に移動するようになっている。

図５は上下に移動するアーム部２０を表す。アーム部２０を支持する中央支持部１０は、アーム部２０を上下に移動させる昇降機構１９を備える。昇降機構１９は、ソレノイド、サーボモータ又はシリンダー等の部品を有し、アーム部２０を鉛直方向の上下に移動させることで、回転機構２２と炉３０との距離を変更する。昇降機構１９は本発明の「アクチュエータ」の一例である。昇降機構１９は、本実施例では、回転機構２２と炉３０との鉛直方向の距離を変更する。

まず、昇降機構１９がアーム部２０を鉛直上方に移動させた状態で回転機構２２への有底管２の連結が行われる。回転機構２２に有底管２が連結された状態で昇降機構１９がアーム部２０を鉛直下方に移動させ、有底管２を炉３０の加熱空間３１に挿入する。このように、昇降機構１９が回転機構２２と炉３０との距離を変更することで、この距離が不変の場合に比べて有底管２の着脱を容易にすることができる。炉３０が有底管２を加熱する間、回転機構２２が有底管２の周方向に回転する。

図６は回転機構２２を拡大して表す。回転機構２２は、スプロケット部２２１と、通気部２２２と、先端部２２４と、シール部２２５とを備える。スプロケット部２２１は、回転機構２２の鉛直上方側（設置時に鉛直上方になる側）に設けられた円盤状のギアである。回転機構２２は、スプロケット部２２１に駆動力が伝達されることで回転する。スプロケット部２２１に駆動力を伝達して回転機構２２を回転させる仕組みについて図７を参照して説明する。

図７は回転機構２２を回転させる仕組みを説明するための図である。図７では、複数の回転機構２２を回転させるチェーン機構４０が表されている。チェーン機構４０は本発明の「自転機構」の一例である。図７では、説明を分かりやすくするため、チェーン機構４０が回転させる回転機構２２の数を少なくして模式的に表している。チェーン機構４０は、チェーン４１と、駆動ギア４２と、モータ４３とを備える。

チェーン４１は、複数の回転機構２２の各々に取り付けられたスプロケット部２２１に架け渡されている。チェーン４１は本発明の「駆動チェーン」の一例である。駆動ギア４２は、１つのスプロケット部２２１に噛み合わされた円盤状のギアであり、モータ４３から伝達される駆動力によって回転する。モータ４３は、駆動ギア４２及びチェーン４１を介して複数のスプロケット部２２１を回転させる原動力を生じさせる。モータ４３は本発明の「原動機」の一例である。

チェーン４１は、図７に表すように、複数のスプロケット部２２１のうち互いに隣り合う２つのスプロケット部２２１の回転軸から見て互いに異なる側でスプロケット部２２１に噛み合うように、複数のスプロケット部２２１に互い違いに架け渡されている。なお、駆動ギア４２は、スプロケット部２２１に直接噛み合わせるのではなく、スプロケット部２２１と同軸で設けられたギアに噛み合わされていてもよい。

また、チェーン４１に代えてベルトが用いられてもよい。その場合、各回転機構２２には、スプロケット部２２１の代わりにプーリー部（ベルトを架け渡して動力を伝達する部品）が設けられる。図７に表す構成により、例えば複数の回転機構２２の各々に原動機及びギア等の動力伝達機構を設ける場合に比べて、複数の回転機構２２を回転させる機構の小型化及び省スペース化が可能になる。

また、チェーン４１を図７に表すように架け渡すことで、例えばチェーンをスプロケット部２２１の回転軸から見て外側だけに架け渡す場合に比べて、チェーンの脱落を生じにくくすることができる。また、有底管２の加熱中に上記のとおり回転機構２２を回転させることで、回転機構２２に連結された有底管２も回転し、これらの回転がない場合に比べて、炉３０から有底管２に加えられる熱量のムラを抑制することができる。

図６に表す通気部２２２は、上述した有底管２の内部空間と通気用パイプ２３の内部空間を接続する通気用の孔である。先端部２２４は、回転機構２２の鉛直下方側（設置時に鉛直下方になる側）に設けられ、且つ、通気部２２２と連通した孔が設けられた円筒形の部分である。有底管２は、この先端部２２４に連結される。先端部２２４の外周には、シール部２２５が設けられている。

シール部２２５は、回転機構２２に有底管２が連結されたときに有底管２の内部空間から外部に気体が漏れ出さないように遮断し、また、有底管２の外部から内部空間に気体を侵入させないようにするための部材である。シール部２２５は、ゴム等の弾性部材を材料として形成されたＯリング２２５１、２２５２、２２５３を有する。回転機構２２への有底管２の連結は、本実施例では、作業員が手作業で行う。

図８は有底管２の回転機構２２への連結方法を表す。有底管２を回転機構２２に連結する際は、有底管２の開口部５側にチャック５０を取り付ける。チャック５０は、図６（ａ）に表すように、有底管２に取り付けられて有底管２を支持する部材である。チャック５０は、円筒支持部５１と、持ち手部５２とを有する。円筒支持部５１は、円筒形をした有底管２に接触して有底管２を支持する部分である。

持ち手部５２は、有底管２を回転機構２２に着脱する際に持ち手となる部分である。有底管２の着脱は、本実施例では、人間の作業員が行うものとする。作業員は、図６（ｂ）に表すように有底管２に取り付けられたチャック５０の持ち手部５２を持って、図６（ｃ）に表すように回転機構２２の先端部２２４に取り付ける。シール部２２５は、いずれも、図８（ｄ）に表すように有底管２の内周面７に密着して、回転機構２２と回転機構２２に連結される有底管２との間を気密に封止する。

また、シール部２２５は、Ｏリング２２５１、２２５２、２２５３が有底管２の内周面７に密着して摩擦力を生じさせることで、開口部５から有底管２に回転機構２２が差し込まれた状態で回転機構２２と有底管２との連結を保持する。シール部２２５は本発明の「シール材」の一例である。シール部２２５を用いることで、有底管２を抜き差しするだけで気密の保持及び連結の保持を行うことができる。

有底管２の開口部５側には、肉厚部６が形成されている。円筒支持部５１は、図６（ｂ）に表すように、肉厚部６に密着する形に形成されている。そのため、円筒支持部５１は、有底管２を連結するときも有底管２を取り外すときも、肉厚部６に引っ掛かり、図６（ｃ）及び（ｄ）に表すように有底管２を移動させる方向への力を肉厚部６に加えることができる。その結果、例えば円筒支持部５１の内周面が単なる円筒の内周面である場合に比べて、有底管２の着脱を容易に行うことができる。

有底管２が回転機構２２に取り付けられると、有底管２の加工が開始される。まず、図４の説明で述べたように真空ポンプ１１、ガスボンベ１３、第１弁１２、第２弁１４及び第３弁２４が動作することでアセチレンガスが有底管２の内部空間４に注入される。また、図５に表す昇降機構１９がアーム部２０を下降させ、炉３０による有底管２の加熱が開始される。

有底管２が軟化する温度まで有底管２が加熱されると、第１弁１２が開いた状態で真空ポンプ１１が稼働して有底管２の内部空間４が大気圧に対して負圧になる。このように、第１弁１２及び真空ポンプ１１は、内部に金芯３を収容し、内部にアセチレンガスが注入され、軟化する温度まで加熱された有底管２の内部から通気用パイプ２３及び回転機構２２を介して気体を外部へ排出し、有底管２の内部を大気圧に対し負圧にする。第１弁１２及び真空ポンプ１１は本発明の「排出機構」の一例である。

内部空間４が負圧になることで有底管２が大気圧によって金芯３に対して押し付けられ、ガラスセルの形状に変形する。ガラスセルへの変形が完了すると、炉３０が加熱を終了し、昇降機構１９がアーム部２０を上昇させる。そして、第３弁２４を開くことでガラスセルの内部空間が大気圧と一緒になり、作業員によるガラスセルの回転機構２２からの取り外しが容易になる。

内部空間４に空気が入った状態で変形が行われると、金芯３に密着した有底管２が金芯３にくっついてしまい、金芯３の取り出しが困難になる場合がある。本実施例では、変形前の有底管２の内部空間４には、金芯３に密着した有底管２の金芯３からの離型を促進する所定種類のガスであるアセチレンガスが注入されている。これにより、ガラスセルの製造において、アセチレンガスが注入されない場合に比べて、変形後の有底管２から金芯３を取り出しやすくすることができる。

ガラスセル製造装置１がガラスセルを製造する製造方法について説明する。
図９はガラスセルの製造方法における動作手順の一例を表す。まず、図示せぬ被膜形成装置が、有底管２の内部空間４へ投入される前の金芯３の表面に金属被膜を形成する処理を行う（ステップＳ１１）。金属被膜の形成は、金芯３の硬さ、耐摩耗性、耐食性、耐酸化性及び耐熱性等を高めるために行われる。

次に、作業員が、有底管２の開口部５から有底管２の内部空間４へ金属被膜が形成された状態の金芯３を投入する処理を行う（ステップＳ１２）。一般に、ガラスセルに加工された後に金芯３を有底管２から取り出しやすくするため、金芯３の表面に離型剤の塗布又は離型膜の貼付が行われる場合がある。しかし、ガラスセル製造装置１においては、離型を促進するアセチレンガスが注入される。

そのため、ステップＳ１１において、表面に離型剤の塗布又は離型膜の貼付が行われていない金芯３が有底管２の内部空間４へ投入されている。離型剤の塗布又は離型膜の貼付が行われると、製造されたガラスセル及び金芯３から離型剤又は離型膜を取り除く洗浄が必要になるが、本実施例では、アセチレンガスを用いることでそのような洗浄を不要にすることができる。

また、金芯３にＤＮＦ（ＡｌＣｒＮ）被膜を形成することでも、離型を促進することができるが、この被膜は、金属皮膜に比べて高価である。本実施例では、ステップＳ１１において被膜形成装置が金芯３の表面にＤＮＦ（ＡｌＣｒＮ）被膜ではない金属被膜を形成している。つまり、アセチレンガスを用いることで金属皮膜を選択可能にして、ＤＮＦ（ＡｌＣｒＮ）被膜を形成する場合に比べてコストを抑えることを可能にしている。

次に、作業員は、金芯３が投入された有底管２に図８に表すチャック５０を取り付ける（ステップＳ１３）。続いて、作業員は、チャック５０の持ち手部５２を持って有底管２を回転機構２２に連結する（ステップＳ１４）。ステップＳ１１からＳ１４までは、複数の回転機構２２の各々について行われる。加工対象の有底管２が全て回転機構２２に連結されると、次に、図４に表す制御装置１８が、真空ポンプ１１等を制御して、通気用パイプ２３及び有底管２の内部空間の気圧を低下させる処理を行う（ステップＳ２１）。

そして、制御装置１８が、ガスボンベ１３等を制御して、通気用パイプ２３を介して有底管２の内部空間４にアセチレンガスを注入する処理を行う（ステップＳ２２）。ステップＳ２１及びＳ２２の処理は、内部に金芯３を収容した状態の有底管２の開口部５から有底管２の内部へアセチレンガスを注入する処理の一例である。次に、制御装置１８が、図５に表す昇降機構１９を制御して、アーム部２０を下降させる（ステップＳ２３）。

続いて、図１に表す制御装置１８が、炉３０を制御して、炉３０の加熱空間３１に挿入された有底管２の加熱を開始する（ステップＳ３１）。ステップＳ３１の処理は、内部に金芯３を収容し、内部にアセチレンガスが注入された状態の有底管２を加熱する処理の一例である。次に、制御装置１８が、回転機構２２等を制御して、回転機構２２に連結された有底管２の回転を開始する（ステップＳ３２）。ステップＳ３２の処理は、有底管２を加熱する間、有底管２を周方向に回転させる処理の一例である。

続いて、図４に表す制御装置１８が、温度計１７が測定する有底管２の温度が軟化温度になったか否かを判断し（ステップＳ３３）、軟化温度になった（ＹＥＳ）と判断するまでステップＳ３３を繰り返す。軟化温度とは、個体である有底管２の流動性が急激に増加する温度である。軟化温度は本発明の「所定の温度」の一例である。制御装置１８は、軟化温度になった（ＹＥＳ）と判断すると、真空ポンプ１１等を制御して、有底管２の内部空間を大気圧に対して負圧にする処理を行う（ステップＳ３４）。

ステップＳ３４の処理は、内部に金芯３を収容し、内部にアセチレンガスが注入され、軟化温度まで加熱された有底管２の内部から気体を外部へ排出し有底管２の内部を大気圧に対し負圧にする処理の一例である。この処理により、有底管２が変形して角形に加工される。次に、制御装置１８は、炉３０による加熱及び回転機構２２等による有底管２の回転を終了する（ステップＳ３５）。続いて、制御装置１８が、昇降機構１９を制御して、アーム部２０を上昇させる（ステップＳ４１）。

次に、作業員は、チャック５０の持ち手部５２を持って有底管２を回転機構２２から取り外す（ステップＳ４２）。そして、作業員は、有底管２から金芯３を取り出す（ステップＳ４３）。アセチレンガスが離型を促進するため、金芯３が容易に取り出せるようになっている。金芯３が取り出された有底管２は、金芯３が入っていた部分が角形に加工されている。この角形に加工された部分以外を切り取れば、ガラスセルが完成する。以上がガラスセルの製造方法である。

［２］変形例
上述した実施例は本発明の実施の一例に過ぎず以下のように変形させてもよい。また、上述した実施例及び以下に示す各変形例は必要に応じて組み合わせて実施してもよい。

［２−１］自転機構
実施例では、チェーン機構４０が複数の回転機構２２を回転させたが、複数の回転機構２２の各々に原動機等を有する自転機構が備えられていてもよい。

［２−２］回転速度の調整
図７に表すチェーン機構４０は、所定範囲内で任意に設定された回転速度で有底管２を周方向に回転させてもよい。本変形例では、モータ４３として、回転速度を制御可能なモータが用いられる。例えば炉３０を長く使っていると、劣化等により発熱量のムラが生じることがある。

また、有底管２が傾いて回転機構２２に取り付けられ、炉３０との距離が不均一になり加熱される熱量に偏りが生じることがある。いずれの場合も、有底管２の温度にムラが生じて変形時に歪みが生じる原因になる。これらの場合、有底管２の回転速度が遅いほど不均一な加熱をされる時間が増加して有底管２の温度ムラが大きくなる。言い換えると、有底管２の回転速度を速くするほど有底管２の温度ムラが小さくなるので望ましい。

作業者は、例えば有底管２に温度ムラが生じるようになった場合、それまでよりも回転速度を高くするよう制御装置１８を操作することで、回転速度が不変の場合に比べて有底管２の温度ムラを小さくすることができる。また、複数の回転機構２２の各々に自転機構が備えられている場合は、有底管２の温度ムラが生じる炉３０のみ回転速度を高くしてもよい。

［２−３］着脱用ロボット
実施例では、有底管２の着脱を作業員が行ったが、これをロボットが行ってもよい。本変形例のガラスセル製造装置１は、有底管２を移動して有底管２に回転機構２２を差し込むことで回転機構２２に対し有底管２を連結し、有底管２を移動して有底管２から回転機構２２を抜き取ることで回転機構２２に対する有底管２の連結を解除するロボットを備える。

上記のロボットは、例えば、図８に表すチャック５０の持ち手部５２を挟み込んで保持することが可能な保持機構と、保持機構を上下に移動させることが可能なアーム機構とを有する。ロボットは、保持機構で持ち手部５２を保持した状態でアーム機構が保持機構を上下に移動させることで、有底管２の連結及び連結の解除を行う。本変形例によれば、有底管２の着脱を人手で行う場合に比べて、ガラスセル製造時の人の手間を減らすことができる。

［２−４］公転機構
実施例では、複数の回転機構２２が円の周上に並べて配置されていたが、各回転機構２２の位置は鉛直方向の位置を除いて固定されていた。そのため、作業員が有底管２の着脱作業を行う際には、ガラスセル製造装置１の周りを移動する必要があった。そこで、本変形例では、中央支持部１０が、複数の回転機構２２を円の中心点を通る軸周りに回転させる。本変形例の中央支持部１０は本発明の「公転機構」の一例である。

中央支持部１０は、アーム部２０を回転可能に支持する回転軸と、制御装置１８により制御されて回転軸を回転させる原動機とを備える。制御装置１８が原動機を制御してアーム部２０を回転させることで、複数の回転機構２２及び回転機構２２に連結された有底管２が軸周りに回転する。これにより、作業員が移動しなくても有底管２の着脱作業を行うことができるようになる。

［２−５］アクチュエータ
実施例では、昇降機構１９がアーム部２０を鉛直下方に移動させることで有底管２が炉３０によって加熱される状態になったが、反対に、昇降機構１９がアーム部２０を鉛直上方に移動させることで有底管２が炉３０によって加熱される状態になってもよい。その場合、回転機構２２が実施例とは上下反対に設けられており、回転機構２２の鉛直上方側に有底管２が連結される。

また、昇降機構１９がアーム部２０を水平方向に移動させることで有底管２が炉３０によって加熱される状態になってもよい。その場合、回転機構２２及び炉３０が実施例とは９０度傾けて設けられており、回転機構２２の水平方向且つ炉３０側の端に有底管２が連結される。いずれの場合も、昇降機構１９は、回転機構２２と炉３０との距離を変更するように動作すればよい。

［２−６］回転機構の配置
複数の回転機構２２の配置方法は実施例と異なっていてもよい。例えば、実施例よりも少ない回転機構２２又は多い回転機構２２が円の周上に並べて配置されていてもよい。また、複数の回転機構２２が直線上に並べて配置されていてもよい。

図１０は本変形例の複数の回転機構の配置の一例を表す。図１０では、鉛直上方から見た複数の炉３０ａが表されている。複数の炉３０ａは、互いに平行な複数の直線上に並べて配置されている。有底管２を加熱する際には、各炉３０ａの鉛直上方には、有底管２が連結された本変形例の回転機構が配置される。つまり、本変形例の回転機構は、互いに平行な複数の直線上に並べて配置される。

図１０のように配置されることで、実施例のように円の周上に並べて配置される場合に比べて、単位面積に配置される有底管２の個数を多くすることができる。なお、実施例のように回転機構２２が円の周上に並べて配置される場合は、直線上に並べられる場合に比べて、真空ポンプやガスボンベから回転機構に連結された各有底管２までの距離を一定にしやすく、その結果、各有底管２の内部空間の気圧を一定に揃えやすくすることができる。

図１１は有底管２を加熱するまでの手順の一例を表す。図１１（ａ）、（ｂ）では、鉛直上方から見たアーム部２０ａと、複数の炉３０ａとが表されている。また、図１１（ｃ）、（ｄ）では、水平方向に見たアーム部２０ａと、複数の炉３０ａとが表されている。なお、図１１では、図を見やすくするため、複数の炉３０ａの数を減らし且つ１列のみ表している。

アーム部２０ａは、複数のアーム２１ａと、複数の回転機構２２ａと、レール２３ａと、移動機構２４ａとを備える。レール２３ａは、細長い板状の部材であり、その長手方向Ａ１に沿って複数のアーム２１ａが並べて固定されている。各アーム２１ａは、細長い棒状の部材であり、一方の端部がレール２３ａに固定され、他方の端部に回転機構２２ａが設けられている。

複数の炉３０ａ及び複数の回転機構２２ａは、いずれも、長手方向Ａ１に沿った直線状に並べて配置されている。レール２３ａは、昇降機構１９ａによって鉛直方向に移動可能に支持されている。また、レール２３ａは、移動機構２４ａにより、長手方向Ａ１に移動可能に支持されている。移動機構２４ａは、例えば、レール２３ａが固定された無端のベルトと、ベルトを回転させる駆動機構とを有し、ベルトを回転させることでレール２３ａを長手方向Ａ１に移動させる。

移動機構２４ａは、図示を省略した他のレール２３ａについても設けられている。つまり、移動機構２４ａは、複数の直線の各々に関し、それらの直線上に並べて配置された複数の回転機構２２ａをその直線の延伸方向（長手方向Ａ１に相当）に移動させる。移動機構２４ａは本発明の「移動機構」の一例である。移動機構２４ａは、昇降機構１９ａと同様に、図４に表す制御装置１８によって動作が制御される。

まず、制御装置１８は、図１１（ａ）に表すように、長手方向Ａ１に並ぶ複数の炉３０ａの端よりも外側に全ての回転機構２２ａが位置する場所までレール２３ａを移動させる。図１１（ａ）の状態では、全ての回転機構２２ａの鉛直下方に炉３０ａのない空間が存在するので、回転機構２２ａが炉３０ａの鉛直上方にある場合に比べて、有底管２の連結作業を行いやすくすることができる。

加工対象の有底管２が全て連結されると、制御装置１８は、図１１（ｂ）に表すように、複数の回転機構２２ａの各々の鉛直下方に各炉３０ａが位置する場所までレール２３ａを移動させる。そして、制御装置１８は、図１１（ｃ）、（ｄ）に表すように、有底管２が炉３０ａの加熱空間３１ａに挿入される位置までレール２３ａを移動させる。図１１（ｄ）に表す状態で、複数の炉３０ａが有底管２を加熱し、実施例と同様に有底管２が加工される。

なお、実施例及び本変形例では、ガラスセル製造装置が、いずれも複数の回転機構と、回転機構と同じ数の炉を備えていたが、これに限らない。例えば、ガラスセル製造装置が、複数の回転機構の各々に連結された有底管２を全て加熱可能な１つの大きな炉（これを「一体型の加熱部」と言う）を備えていてもよいし、１つの回転機構と１つの炉だけを備えていてもよい。

但し、炉が複数の回転機構の各々に対応して設けられている場合には、例えば炉が故障しても一体型の加熱部に比べて容易に交換することができる。また、生産数管理等の理由で複数の回転機構の全てではなく一部にのみ有底管２を連結させるような場合に、必要な炉だけを稼働させることができる。

［２−７］発明のカテゴリ
本発明は、ガラスセル製造装置１のような製造装置の他、その製造装置を用いて図９に表す手順でガラスセルを製造する製造方法としても捉えられる。また、本発明は、制御装置１８のような情報処理装置を制御するコンピュータを機能させるためのプログラムとしても捉えられる。このプログラムは、それを記憶させた光ディスク等の記録媒体の形態で提供されてもよいし、インターネット等のネットワークを介してコンピュータにダウンロードさせ、それをインストールして利用可能にするなどの形態で提供されてもよい。

１…ガラスセル製造装置（製造装置）、２…有底管、３…金芯（内形型）１０…中央支持部、１１…真空ポンプ（排出機構）、１２…第１弁（排出機構）、１３…ガスボンベ（注入機構）、１４…第２弁（注入機構）、１５…フローメータ、１６…圧力計、１７…温度計、１８…制御装置、１９…昇降機構、２０…アーム部、２１…アーム、２２…回転機構（連結部）、２３…通気用パイプ（管）、２４…第３弁、２５…接続パイプ、２６…通気部、３０…炉（加熱部）、３１…加熱空間、４０…チェーン機構（自転機構）、４１…チェーン（駆動チェーン）、４２…駆動ギア、４３…モータ（原動機）、５０…チャック、５１…円筒支持部、５２…持ち手部、２２１…スプロケット部（スプロケット）、２２２、２２３…通気部、２２４…先端部、２２５…シール部（シール材）。

本発明は、測光による分析装置に取り付けられ、被検試料を収容する一端面が開口した有底のホウケイ酸ガラス又は石英ガラスを材料とする角形セルを製造するための製造装置であって、管と、前記管と連通し、内部に内形型を収容した状態のホウケイ酸ガラス又は石英ガラスを材料とする有底管の開口部に連結される連結部と、前記管及び前記連結部を介して前記連結部に連結された前記有底管の内部へ、前記内形型からの前記有底管の離型を促進する所定種類のガスを注入する注入機構と、内部に前記内形型を収容し、前記連結部に連結され、内部に前記所定種類のガスが注入された状態の前記有底管を加熱する加熱部と、内部に前記内形型を収容し、前記連結部に連結され、内部に前記所定種類のガスが注入され、所定の温度まで加熱された状態の前記有底管の内部から、前記管及び前記連結部を介して気体を外部へ排出し前記有底管の内部を大気圧に対し負圧にする排出機構とを備える製造装を提供する。

本発明は、測光による分析装置に取り付けられ、被検試料を収容する一端面が開口した有底のホウケイ酸ガラス又は石英ガラスを材料とする角形セルを製造するための製造方法であって、ホウケイ酸ガラス又は石英ガラスを材料とする有底管の開口部から前記有底管の内部へ内形型を投入する処理と、内部に前記内形型を収容した状態の前記有底管の開口部に、管と連通している連結部を連結する処理と、前記管及び前記連結部を介して、前記連結部に連結された前記有底管の内部へ、前記内形型からの前記有底管の離型を促進する所定種類のガスを注入する処理と、内部に前記内形型を収容し、前記連結部に連結され、内部に前記所定種類のガスが注入された状態の前記有底管を加熱する処理と、内部に前記内形型を収容し、前記連結部に連結され、内部に前記所定種類のガスが注入され、所定の温度まで加熱された状態の前記有底管の内部から気体を外部へ排出し前記有底管の内部を大気圧に対し負圧にする処理とを備える製造方法を提供する。

本発明は、測光による分析装置に取り付けられ、被検試料を収容する一端面が開口した有底のホウケイ酸ガラス又は石英ガラスを材料とする角形セルを製造するための製造装置であって、内部に内形型を収容した状態のホウケイ酸ガラス又は石英ガラスを材料とする有底管の開口部に連結される連結部と、前記連結部と前記連結部に連結される前記有底管との間を気密に封止するシール材と、前記連結部と連通する単一の管と、前記連結部に連結され前記シール材により気密に封止された前記有底管の内部から、前記連結部及び前記管を介して気体を外部へ排出し前記有底管の内部を大気圧に対し負圧にする排出機構と、前記連結部に連結され前記シール材により気密に封止された前記有底管の内部へ、前記管及び前記連結部を介して前記内形型からの前記有底管の離型を促進する所定種類のガスを注入する注入機構と、前記排出機構と前記管との通気と、前記注入機構と前記管との通気とを選択的に切り替える切替機構と、内部に前記内形型を収容し、前記連結部に連結され、前記シール材により気密に封止され、内部に前記所定種類のガスが注入された前記有底管を加熱する加熱部とを備える製造装置を提供する。

本発明は、測光による分析装置に取り付けられ、被検試料を収容する一端面が開口した有底のホウケイ酸ガラス又は石英ガラスを材料とする角形セルを製造するための製造方法であって、ホウケイ酸ガラス又は石英ガラスを材料とする有底管の開口部から前記有底管の内部へ内形型を投入する処理と、内部に前記内形型を収容した状態の前記有底管の開口部に、単一の管と連通している連結部を、シール材を介して連結して、前記有底管を気密に封止された状態にする処理と、前記連結部及び前記管を介して、前記連結部に連結された前記有底管の内部から気体を排出して、前記有底管の内部の気圧を低下させる処理と、前記管及び前記連結部を介して、前記連結部に連結され内部の気圧が低下している前記有底管の内部へ、前記内形型からの前記有底管の離型を促進する所定種類のガスを注入する処理と、内部に前記内形型を収容し、前記連結部に連結され、内部に前記所定種類のガスが注入された状態の前記有底管を加熱する処理と、前記連結部及び前記管を介して、内部に前記内形型を収容し、前記連結部に連結され、内部に前記所定種類のガスが注入され、所定の温度まで加熱された状態の前記有底管の内部から気体を外部へ排出して、前記有底管の内部を大気圧に対し負圧にし、前記内形型の形状へと前記有底管を変形させる処理とを備える製造方法を提供する。

Claims (17)

1. 測光による分析装置に取り付けられ、被検試料を収容する一端面が開口した有底のホウケイ酸ガラス又は石英ガラスを材料とする角形セルを製造するための製造装置であって、
   管と、
   前記管と連通し、内部に内形型を収容した状態のホウケイ酸ガラス又は石英ガラスを材料とする有底管の開口部に連結される連結部と、
   前記管及び前記連結部を介して前記有底管の内部へ、前記内形型からの前記有底管の離型を促進する所定種類のガスを注入する注入機構と、
   内部に前記内形型を収容し、内部に前記所定種類のガスが注入された状態の前記有底管を加熱する加熱部と、
   内部に前記内形型を収容し、内部に前記所定種類のガスが注入され、所定の温度まで加熱された前記有底管の内部から、前記管及び前記連結部を介して気体を外部へ排出し前記有底管の内部を大気圧に対し負圧にする排出機構と
   を備える製造装置。
2. 前記加熱部が前記有底管を加熱する間、前記連結部を前記有底管の周方向に回転させる自転機構を備える
   請求項１に記載の製造装置。
3. 複数の前記連結部を備え、
   前記自転機構は、複数の前記連結部の各々に取り付けられたスプロケットと、複数の前記スプロケットに架け渡された駆動チェーンと、前記駆動チェーンを介して複数の前記スプロケットを回転させる原動機を有する
   請求項２に記載の製造装置。
4. 前記駆動チェーンは、複数の前記スプロケットのうち互いに隣り合う２つの前記スプロケットの回転軸から見て互いに異なる側で前記スプロケットに噛み合うように、複数の前記スプロケットに互い違いに架け渡されている
   請求項３に記載の製造装置。
5. 前記自転機構は、所定範囲内で任意に設定された回転速度で前記有底管を周方向に回転させる
   請求項２乃至４のいずれか１項に記載の製造装置。
6. 前記連結部と前記連結部に連結される前記有底管との間を気密に封止し、前記開口部から前記有底管に前記連結部が差し込まれた状態で前記連結部と前記有底管との連結を保持するシール材を備える
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載の製造装置。
7. 前記有底管を移動して前記有底管に前記連結部を差し込むことで前記連結部に対し前記有底管を連結し、前記有底管を移動して前記有底管から前記連結部を抜き取ることで前記連結部に対する前記有底管の連結を解除するロボットを備える
   請求項６に記載の製造装置。
8. 前記連結部と前記加熱部の距離を変更するアクチュエータを備える
   請求項１乃至７のいずれか１項に記載の製造装置。
9. 円の周上に並べて配置された複数の前記連結部を備える
   請求項１乃至８のいずれか１項に記載の製造装置。
10. 複数の前記連結部を前記円の中心点を通る軸周りに回転させる公転機構を備える
    請求項９に記載の製造装置。
11. 互いに平行な複数の直線上に並べて配置された複数の前記連結部を備える
    請求項１乃至８のいずれか１項に記載の製造装置。
12. 前記複数の直線の各々に関し、当該直線上に並べて配置された複数の前記連結部を当該直線の延伸方向に移動させる移動機構を備える
    請求項１１に記載の製造装置。
13. 複数の前記連結部の各々に応じて設けられ、対応する前記連結部に連結された前記有底管を加熱する複数の前記加熱部を備える
    請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の製造装置。
14. 測光による分析装置に取り付けられ、被検試料を収容する一端面が開口した有底のホウケイ酸ガラス又は石英ガラスを材料とする角形セルを製造するための製造方法であって、
    ホウケイ酸ガラス又は石英ガラスを材料とする有底管の開口部から前記有底管の内部へ内形型を投入する処理と、
    内部に前記内形型を収容した状態の前記有底管の開口部から前記有底管の内部へ、前記内形型からの前記有底管の離型を促進する所定種類のガスを注入する処理と、
    内部に前記内形型を収容し、内部に前記所定種類のガスが注入された状態の前記有底管を加熱する処理と、
    内部に前記内形型を収容し、内部に前記所定種類のガスが注入され、所定の温度まで加熱された前記有底管の内部から気体を外部へ排出し前記有底管の内部を大気圧に対し負圧にする処理と
    を備える製造方法。
15. 前記内形型を投入する処理において、表面に離型剤の塗布又は離型膜の貼付が行われていない前記内形型を前記有底管の内部へ投入する
    請求項１４に記載の製造方法。
16. 前記有底管の内部へ投入される前の前記内形型の表面にＤＮＦ（ＡｌＣｒＮ）被膜ではない金属被膜を形成する処理
    を備え、
    前記内形型を投入する処理において、表面にＤＮＦ（ＡｌＣｒＮ）被膜ではない金属被膜が形成された状態の前記内形型を前記有底管の内部へ投入する
    請求項１４又は１５に記載の製造方法。
17. 前記有底管を加熱する間、前記有底管を周方向に回転させる処理を備える
    請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の製造方法。

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