JPH10182177A

JPH10182177A - ガラスセルの成形装置

Info

Publication number: JPH10182177A
Application number: JP33870096A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Kagawa; 一成賀川
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1996-12-18
Filing date: 1996-12-18
Publication date: 1998-07-07

Abstract

(57)【要約】【課題】ガラスセルの内外面の研削研磨およびその後
の洗浄を省くことができ、ガラスセルの内底面の角部に
液残りが発生しないガラスセルの成形装置を提供する。【解決手段】光学素材からなる有底管４を保持する保
持具と、有底管４の内部に押し込んで成形する内型３
と、有底管４の外周面に押し付けて成形するための外型
１、２およびその押圧手段６、７と、有底管４を加熱す
るための加熱手段９とを備えたガラスセルの成形装置に
おいて、加熱手段９と内型３との間に該内型３を加熱す
る金型加熱手段８を設けるとともに、内型３の底面に対
向する位置に、内型３の角部の面取り形状に倣って有底
管４の内底面を成形するための成形面５ａを有する底面
押圧用型５を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動化学分析装置
内の分光分析装置等に使用されるガラスセルの成形装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、分光分析装置等に使用されるガラ
スセルの成形装置に関する技術には、ガラスおよび石英
の加熱真空成形方法として、特公平１−３８０５５号公
報所載の技術（従来技術１）が開示されている。これ
は、予め太めに成形されたガラスまたは石英からなるガ
ラス有底管の内部にガラスセルの内部形状を決める芯金
を挿入し、かつ、前記ガラス有底管の上部に真空ポンプ
の吸引口を接続して、ガラス有底管内部に吸引作用を及
ぼしながら、徐々に内部底面より電気炉内に挿入しヒー
タにより加熱することによって、ガラス有底管全体を芯
金に合わせて加熱成形する。成形後、芯金を成形品から
抜き出して適当な長さに切断することによってガラスセ
ルを製造するという方法である。

【０００３】また、測定セルの製造方法として、特公平
３−６９８５２号公報所載の技術（従来技術２）が開示
されている。これは、ガラス有底管内に、角のないほぼ
方形形状の金型を挿入配置し、加熱しながらガラス有底
管の内壁と金型外周との隙間を減圧することにより、管
内壁を金型外周の形状に成形し、ガラス有底管の冷却
後、金型を除去することにより、ガラス有底管の内面の
角をなくすとともに、光が透過する相対向する側面外周
を研磨することによって、ガラスセルたる測定セルを得
るというものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、従来技術
１、２ともに、つぎのような問題点があった。芯金また
は金型とガラス有底管とを合体させて、ガラス有底管の
軟化点温度に加熱するために、芯金または金型とガラス
有底管とが融着する恐れがあった。そこで、ガラス有底
管の内面に離型剤を散布し、芯金または金型とガラス有
底管との融着を防止するのであるが、ガラス有底管の内
面に離型剤が付着するので、このままでは成形されたガ
ラスセルによる分光分析が不可能となる。そこでさら
に、この離型剤を研削研磨することにより、ガラスセル
の内面の面精度（光の透過率）を確保している。しか
し、ガラスセルを研削研磨すると、ガラスセル内に研削
研磨液が残るため、ガラスセルを洗浄する必要がある。
この洗浄を綿密に行わないと、ガラスセルの分光面に付
着した研削研磨液のために、光の透過率が悪くなる。ま
た、成形されたガラスセルの内底面の角部（コーナ部）
の面取り形状が小さいときは、毛細管現象により、研削
研磨液が角部に残ったり、分光分析中に試薬が内底面に
残るという問題点があった。

【０００５】本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされ
たもので、請求項１、２または３に係る発明の課題は、
ガラスセルの内底面の角部に液残りが発生しないガラス
セルの成形装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、第１の発明に係るガラスセルの成形装置は、加熱軟
化させた有底管を前記有底管内に挿入した内型によって
所定の形状に成形するガラスセルの成形装置において、
前記有底管の底部を成形するときに前記内型の底面と対
向する位置にあって、成形面が前記内型の底面の形状を
ほぼ転写した形状である底面押圧用型を具備するもので
ある。

【０００７】また、第２の発明に係るガラスセルの成形
装置は、加熱軟化させた有底管を前記有底管内に挿入し
た内型によって所定の形状に成形するガラスセルの成形
装置において、前記有底管の底部を成形するときに前記
有底管の内底面と対向する位置にあって、成形面が前記
有底管の内底面の形状をほぼ転写した形状である内型
と、前記有底管の底部を成形するときに前記有底管の外
底面と対向する位置にあって、成形面が前記有底管の外
底面の形状をほぼ転写した形状である底面押圧用型と、
を具備するものである。

【０００８】すなわち、第１の発明に係るガラスセルの
成形装置は、加熱軟化させた有底管内に挿入した内型
と、この内型の底面の形状をほぼ転写した形状の成形面
を有する底面押圧用型とによって有底管の底部を成形す
る。また、第２の発明に係るガラスセルの成形装置は、
有底管の内底面の形状をほぼ転写した形状の成形面を有
する内型と、有底管の外底面の形状をほぼ転写した形状
の成形面を有する底面押圧用型とによって有底管の底部
を成形する。

【０００９】

【発明の実施の形態１】図１〜図４は発明の実施の形態
１を示し、図１はガラスセルの成形装置の斜視図、図２
はガラス有底管を押圧成形した金型部分の斜視図、図３
は図２の切断面Ｅにおける断面図、図４は金型部分の変
形例を示す断面図である。

【００１０】図１において、外型たる一対の測光面型１
が、互いに対向して配設されている。測光面型１の互い
に対向する面は、光学機能面（ガラスセルの測光透過率
を確保する面）であって、面粗さＰＶ＝０．０５μｍ以
下に仕上げられ、その表面にＣｒＮコートが施されてい
る。また一対の測光面型１を結ぶ面に対して直交する位
置に、外型たる一対の側面型２が配設されている。測光
面型１は押圧手段たる光面加圧シリンダ６に、側面型２
は押圧手段たる側面加圧シリンダ７に、それぞれ連結さ
れ、シリンダ圧力２０ｋｇ／ｃｍ²で矢印ａ、ｂの方向
に駆動される。さらに、測光面型１および側面型２の移
動量を規制するための停止部材１１が、光面加圧シリン
ダ６および側面加圧シリンダ７に、それぞれ付設され、
図示を省略した基台に立設されたストッパ１０に当接し
て停止するように構成されている。測光面型１および側
面型２は、この停止位置にて、光学素材からなる有底管
たる加熱軟化したガラス有底管４を、内型たる芯金３と
の間に押圧して所要の寸法のガラスセルを得ることがで
きる。

【００１１】測光面型１および側面型２にて形成される
長方形の壁面の下方の図示を省略した基台上には、底面
押圧用型たる底型５が配設されている。底型５は、超硬
合金からなり、縦７ｍｍ、横６ｍｍ、長さ３０ｍｍの角
柱状に形成され、その成形面５ａには、ＣｒＮコートが
施されている。成形されるガラスセルは、パイレックス
ガラスからなり、外形寸法が縦８±０．１ｍｍ、横７±
０．１ｍｍ、長さ７０ｍｍで、肉厚１．０±０．０５ｍ
ｍ、底肉厚３．５±０．５ｍｍ、内壁コーナ半径１．０
ｍｍである。底型５の成形面５ａの外形寸法を、ガラス
セルの外形寸法より小さく設定することにより、押圧成
形時におけるガラスの流動空間を形成する。

【００１２】底型５の上方には、加熱手段たる加熱炉９
が配設され、図示を省略した保持具により昇降自在に保
持されたガラス有底管４を、軟化点温度以上に外周より
加熱し、成形可能な粘度に軟化させる。加熱炉９は、図
示を省略した開閉装置により、分割面９ａから前後に分
かれて開き、ガラス有底管４および芯金３の昇降の障害
にならないように構成されている。ガラス有底管４を保
持した保持具の上方には、芯金３が昇降自在に配設され
るとともに、金型加熱手段たる金型ヒータ８が芯金３を
囲繞できるように、加熱炉９の上方に配設されている。
芯金３は、ＳＵＳ４４０からなり、外形寸法が縦６．０
０ｍｍ、横５．００ｍｍで、表面にはＣｒＮコートが施
されている。芯金３は、矢印ｄ方向に下降し、金型ヒー
タ８内にて、ガラス有底管４の転移点温度以下に加熱さ
れる。

【００１３】ここで、芯金３の温度をガラス有底管４の
転移点温度以下にするのは、この芯金３と加熱軟化した
ガラス有底管４との融着を防ぐためである。このよう
に、芯金３とガラス有底管との間に温度差を設けること
により、離型剤等を使用しなくても、成形面の転写性を
確保しつつスムーズな離型をすることができる。さら
に、測光面型１および側面型２の温度をガラス有底管４
の転移点温度以下にすれば、よりガラス有底管４との融
着を防ぐことができる。

【００１４】芯金３は矢印ｄ方向に下降し、ガラス有底
管４も芯金３と同方向の矢印ｃ方向に下降する。そし
て、図２に示すように、測光面型１、側面型２および底
型５に囲まれた位置にて、芯金３がガラス有底管４の内
部に挿入され、測光面型１および側面型２が矢印ａ、ｂ
方向に駆動され、ガラス有底管４を押圧成形してガラス
セルを得るようになっている。図３に示すように、芯金
３の底面３ａは平面であり、その全周には、面取り部３
ｂが形成されており、面取り寸法は０．３ｍｍ×０．３
ｍｍである。また、底型５の成形面５ａの周辺部分に
は、芯金３の面取り部３ａに対応した加圧部５ｂが成形
面５ａから突出するように形成されている。この成形面
５ａおよび加圧部５ｂは、芯金３の底面３ａおよび面取
り部３ｂをほぼ転写した形状をしている。

【００１５】つぎに、上記成形装置を用いたガラスセル
の成形方法について説明する。ガラスセルの成形素材で
あるガラス有底管４は、光学ガラス、石英などが用いら
れるが、ここではパイレックスガラスを使用している。
ガラス有底管４の内形寸法は、芯金３の外形寸法より
０．３ｍｍの隙間だけ大きく形成されている。またガラ
ス有底管４の底部の内外の底面は平面に形成されてい
る。まず、加熱炉９内にてガラス有底管４を１０⁴〜１
０⁶ポアズ程度の粘度に加熱軟化させる。これは、１１
００℃の温度に昇温した加熱炉９内に、ガラス有底管４
を５０ｓｅｃ待機させることにより可能である。また、
金型ヒータ３内にて芯金３をガラス有底管４の転移点温
度より５０℃低い温度に加熱する。さらに、測光面型１
および側面型２を、図示を省略した加熱手段により、ガ
ラス有底管４の転移点温度より５０℃低い温度に加熱す
る。

【００１６】その後、ガラス有底管４および芯金３を下
降させ、芯金３と底型５とにより、ガラス有底管４の底
部を押圧成形する。このとき、底型５の加圧部５ｂで、
ガラス有底管４の外底面を加圧し、芯金３の面取り部３
ｂにガラス有底管４のガラスを流動させ、芯金３の底面
３ａおよび面取り部３ｂの形状を転写する。つぎに、測
光面型１、側面型２を駆動させ、ガラス有底管４の側面
を４方向より押圧成形する。この場合、ガラス有底管４
と芯金３との隙間（０．３ｍｍ）を変形させることにな
るので、ガラス有底管４の側面と底面とで構成される角
部が折れ曲がるように変形される。この折れ曲がりの応
力により、成形されたガラスセルの底面に割れが発生す
ることがある。これを防止するには、ガラス有底管４の
底部の粘度を低くするため加熱温度を上げるか、あるい
は底部の肉厚を厚くする必要がある。また、測光面型
１、側面型２および芯金３の型温度を上昇させることも
有効な手段である。

【００１７】ガラス有底管４の側面を、測光面型１、側
面型２、芯金３および底型５で成形した後、成形された
ガラスセルと芯金３とを冷却し、芯金３を収縮させて、
ガラスセルとの間に隙間を発生させ、ガラスセルより芯
金３を引き出す。これにより、所望のガラスセルを得る
ことができる。

【００１８】本発明の実施の形態１によれば、芯金をガ
ラス有底管とは別個に金型ヒータで加熱することによ
り、両者間に温度差を設けたので、離型剤の使用を廃止
して、ガラスセルの内外面の研削研磨およびその後の洗
浄を省くことができる。また、芯金の底面形状と底型の
成形面の形状とをガラスセルの底部に転写できる形状に
形成したので、狭隘な角部がなくなり、ガラスセルの内
底面の角部に液残りが発生する毛細管現象を回避するこ
とができる。さらに、測光面型および側面型の移動停止
位置をストッパーで規制することにより、ガラスセルの
外形寸法を高精度に形成することができる。

【００１９】本発明の実施の形態１の変形例について説
明する。図４において、芯金１３の底部１３ａは曲率半
径２０ｍｍの凸球面に形成されている。また、底型１５
の成形面１５ａは、芯金１３の底部１３ａの凸球面の曲
率半径と同一の曲率半径２０ｍｍの凹球面が形成されて
いる。その他の構成は、発明の実施の形態１のガラスセ
ルの成形装置と同一である。

【００２０】この成形装置を用いて、ガラスセルを成形
するとき、芯金１３の凸球面の底部１３ａが、ガラス有
底管４の内底面を押圧し、ガラス有底管４の外底面に底
型１５の成形面１５ａを転写させる。さらに、測光面型
１、側面型２および芯金３がガラス有底管４を押圧成形
し、ガラスセルを完成させる。このとき、成形されたガ
ラスセルの内底面は球面に形成されているため、ガラス
セルの角部（側面と底面で構成されるコーナ部）での曲
がりを緩やかにしている。角部の曲がりを緩やかにする
ことにより、毛細管現象を回避して液残りを防止してい
る。

【００２１】上記変形例では、芯金１３の底面１３ａの
曲率半径と底型５の成形面１５ａの曲率半径を同一にし
たが、これに替えて、芯金１３の底面１３ａの曲率半径
を、底型１５の成形面１５ａの曲率半径より小さく形成
し、芯金１３の底面１３ａと底型１５の成形面１５ａと
の法線距離を任意の面上で一定にしてもよい。すなわ
ち、芯金１３の底面１３ａの曲率半径を、底型１５の成
形面１５ａの曲率半径より、ガラスセルの底部の厚さだ
け小さく設定するのである。この場合、底型１５の水平
面上の大きさは、芯金１３の底面形状と法線距離により
設定される。

【００２２】

【発明の実施の形態２】図５〜図６は発明の実施の形態
２を示し、図５は成形装置の金型部分の成形前の状態を
示す断面図、図６は成形装置の金型部分の成形中の状態
を示す断面図である。本発明の実施の形態２の構成は、
発明の実施の形態１と大部分が同一のため、異なる部分
のみ示し、同一の部分には同一の符号を付し、図と説明
を省略する。

【００２３】図５において、芯金２３は、ＳＵＳ４４０
からなり、外形寸法が縦６．００ｍｍ、横５．００ｍ
ｍ、長さ１２０ｍｍで、表面にはＣｒＮコートが施され
ている。芯金２３の底面２３ａは平面で、角部には半径
０．３ｍｍのＲ面取りが形成されている。また、ガラス
有底管２４は、内底面２４ａを平面とし、外底面２４ｂ
を曲率半径８ｍｍの半球状としている。さらに、底型２
５は、その成形面２５ａをガラス有底管２４の外底面２
４ｂと同一の曲率半径８ｍｍの半球状に形成している。
その他の構成は、発明の実施の形態１と同一である。

【００２４】上記成形装置を用いたガラスセルの成形方
法を説明する。芯金２３とガラス有底管２４とが、それ
ぞれ所定の温度に加熱されるまでは、発明の実施の形態
１と同様である。まず、加熱軟化したガラス有底管２４
を、底型２５の近傍に下降させる。つぎに芯金２３を、
その底面２３ａがガラス有底管２４の内底面２４ａに接
触するまで下降させる。測光面型１および側面型２をガ
ラス有底管２４の外周面位置で待機させる。芯金２３を
底型２５の方向にさらに移動させ、ガラス有底管２４の
側面を引き伸ばすことにより、ガラス有底管２４と芯金
２３の底面２３ａおよび側面で構成される角部とを密着
させる。そしてガラス有底管２４の外底面２４ｂを底型
２５の成形面２５ａに押圧して転写する。さらに、測光
面型１および側面型２を芯金２３の方向に移動させ、ガ
ラス有底管２４を側方から押圧する。成形されたガラス
セルの内底面と内側面で構成される角部は、底型２５、
測光面型１および側面型２の押圧成形により芯金２３の
Ｒ面取り形状が転写される。

【００２５】成形終了後、成形されたガラスセルと芯金
２３とを冷却し、芯金２３を収縮させて、ガラスセルと
の間に隙間を発生させ、ガラスセルより芯金２３を引き
出す。これにより、所望のガラスセルを得ることができ
る。

【００２６】本発明の実施の形態２によれば、発明の実
施の形態１と同様の効果に加え、ガラスセルの底部の肉
厚が不均一のものであっても、芯金の面取り形状をガラ
スセルに有効に転写することができる。

【００２７】さらに上記した具体的実施の形態から次の
ような構成の技術的思想が導き出され、以下のような効
果を奏する。光学素材からなる有底管を保持する保持具
と、前記有底管の内部に押し込んで成形する内型と、前
記有底管の外周面に押し付けて成形するための外型およ
びその押圧手段と、前記有底管を加熱するための加熱手
段とを備えたガラスセルの成形装置において、前記加熱
手段と前記内型との間に該内型を加熱する金型加熱手段
を設けるとともに、前記内型の底面に対向する位置に、
前記内型の角部の面取り形状に倣って前記有底管の内底
面を成形するための成形面を有する底面押圧用型を設け
たことを特徴とするガラスセルの成形装置。上記構成の
ガラスセルの成形装置によれば、内型と有底管との間に
温度差を設けることができ、かつ、底面押圧用型と内型
とにより有底管の底部の肉を内型の底面形状に倣うよう
に押圧するので、成形時における離型剤の使用を廃止し
て、ガラスセルの内外面の研削研磨およびその後の洗浄
を省くことができ、ガラスセルの内底面の角部に液残り
が発生しないガラスセルの成形装置を提供することがで
きる効果を奏する。

【００２８】

【発明の効果】請求項１または請求項２による本発明の
ガラスセルの成形装置によれば、底面の角部に液が残ら
ないガラスセルが得られるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態１のガラスセルの成形装置の
斜視図である。

【図２】発明の実施の形態１のガラス有底管を押圧成形
した斜視図である。

【図３】発明の実施の形態１の図２の切断面Ｅにおける
金型部分の断面図である。

【図４】発明の実施の形態１の金型部分の変形例を示す
断面図である。

【図５】発明の実施の形態２の成形装置の金型部分の成
形前の状態を示す断面図である。

【図６】発明の実施の形態２の成形装置の金型部分の成
形中の状態を示す断面図である。

【符号の説明】

１測光面型２側面型３芯金４ガラス有底管５底型５ａ成形面６光面加圧シリンダ７側面加圧シリンダ８金型ヒータ９加熱炉

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱軟化させた有底管を前記有底管内に
挿入した内型によって所定の形状に成形するガラスセル
の成形装置において、前記有底管の底部を成形するときに前記内型の底面と対
向する位置にあって、成形面が前記内型の底面の形状を
ほぼ転写した形状である底面押圧用型を具備することを
特徴とするガラスセルの成形装置。
【請求項２】加熱軟化させた有底管を前記有底管内に
挿入した内型によって所定の形状に成形するガラスセル
の成形装置において、前記有底管の底部を成形するときに前記有底管の内底面
と対向する位置にあって、成形面が前記有底管の内底面
の形状をほぼ転写した形状である内型と、前記有底管の底部を成形するときに前記有底管の外底面
と対向する位置にあって、成形面が前記有底管の外底面
の形状をほぼ転写した形状である底面押圧用型と、を具備することを特徴とするガラスセルの成形装置。