正確なクォーツアニーリングの実現法
研究室でガラスを製造する際、最も避けたいのが、真空状態で容器が割れてしまうことです。本当に痛ましい光景です。これは、成形過程で内部に残留した応力が原因です。その応力を適切に除去しなければ、そのガラスはまるで時限爆弾のようなものです。 そこで、私たちは0.1℃の精度を持つ赤外線素子を使用します。これは、正確な制御が必要だからです。
なぜ0.1℃が重要なのか
ほとんどの加熱素子は不安定で、温度が上下に振動します。もし温度が5℃でも上昇してしまうと、再び応力がガラス内に生じてしまう可能性があります。 クォーツは繊細な素材です。熱膨張率が低いため、急激な温度変化を嫌います。ですから、正確に目的の温度に到達し、そこに留まるような加熱源が必要です。設定温度を探す必要もなく、温度も安定していなければなりません。 この問題を解決するために、短波長の赤外線エミッターと高周波PIDコントローラーを組み合わせています。そうすることで、熱が瞬時にガラス表面に届き、管全体に均一な熱分布が得られます。冷たい部分や不均一な温度勾配もありません。ただ純粋な熱だけが得られます。
バランスの取り方
目標は、ガラスを正確にアニーリング点に保つことです。内部の応力が和らぐ程度に柔らかくする必要がありますが、一方で、ガラスがへこんでしまうほど柔らかくしてはいけません。これは非常に微妙なバランスが求められます。もし赤外線素子の温度がずれてしまうと、結局は応力が素材内に残ってしまいます。 また、これらのシステムはコンパクトに設計されています。赤外線ランプは強力な熱を発揮するため、迅速に温度を上げることができます。しかし、問題は、その強力な熱によって多くの廃熱が発生することです。冷却ファンや筐体を適切に設計しなければ、自分の電子機器が壊れてしまう可能性があります。
実際に使うための方法
これを実用化するためには、要素をピロメーターを備えた閉ループシステムに接続します。 その利点は、速度です。赤外線ランプは、センサーが検出した情報に対してミリ秒単位で反応します。これにより、従来の抵抗加熱コイルでは起こりがちな遅延がなくなります。これは、応力による破壊を防ぐための簡単で効果的な方法です。