中波赤外線を使ってガラス器具のアニーリングを正しく行う方法
もし、冷却過程で実験用のガラス器具が突然割れてしまった経験があるなら、なぜ私たちがこの話をしているのかお分かりでしょう。それは通常、内部に発生する応力が原因です。その応力を解消しなければ、そのガラス器具はまるで時限爆弾のようなものです。
だからこそ、私たちは中波赤外線ランプを利用します。これらのランプは、短波ランプよりもホウケイ酸ガラスやソーダ石灰ガラスに効果的に作用します。これは化学反応と吸収の問題です。
0.1℃という精度の重要性
難しい点は、アニーリングというのはバランスを取る作業だということです。ガラスの温度を適切な範囲に保つ必要があります。つまり、応力が解放されるほど柔らかく、しかし崩れないほど硬い状態にするのです。
もしヒーターの温度が数度でも変動すれば、問題が生じます。熱衝撃が起きたり、残留応力が残ったりします。私たちは、中波赤外線ランプと高速応答型のサーモカップル、高精度のPIDコントローラーを組み合わせることで、温度を0.1℃以内に抑えています。中波赤外線はガラスの内部に均一に浸透するため、中心部と表面の温度が同じになります。そうすれば、外側が固まっているのに内側がまだ溶けているというような「スキンエフェクト」も起きません。
装置と加熱方法
私たちのランプは高純度の石英製のケースを使用しています。つまり、管が壊れることなく、より多くの電力を供給できるのです。また、ゾーン別に配置することで、オーブン内の冷たい部分をなくすことができます。
ただし、注意点もあります。高密度の中波赤外線アレイは、実際の加熱領域外にも多くの余熱を放出します。換気や断熱処理をしなければ、オーブンの外壁から再び熱が放出されてしまいます。そうなると、センサーの値が不正確になり、全てがうまくいかなくなります。
破損を防ぐ方法
このように正確に温度を制御できれば、ガラスがどのように収縮するかをコントロールできます。それにより、自然に破損する原因となる微細な応力も解消されます。
最良の点は、廃棄物が少なくなることです。このように精密に温度を制御できれば、毎回の加工後に偏光鏡を使って確認する必要もありません。正しく処理されているかがすぐにわかります。