実験用のガラスが割れるのを防ぐには、アニーリングが鍵です。
フラスコが突然割れてしまったことはありませんか？特に大きな衝撃もなく、目立つヒビもないのに、通常の温度変化の際に突然割れてしまうのです。とてもイライラしますよね。これは、ガラスに内部応力が残っているためです。
基本的に、製造過程でガラスが急激に、または不均一に冷却されると、応力が残り続けます。まるで、少しの刺激で弾け飛ぶような状態です。これを解決するには、0.1℃以内の精度で温度を維持できる赤外線加熱装置を使用します。
最適な温度範囲
ガラスは繊細です。内部応力が解消される特定の温度範囲がありますが、その時でもガラスが柔らかくなりすぎて自重でへこんでしまわないようにしなければなりません。
問題は、もし加熱器の温度が2℃でも変動してしまうと、フラスコが変形したり、依然として応力が残ったりしてしまいます。私たちは短波長の赤外線素子を使用しています。これにより、空気を温める時間が省け、直接ガラスの内部に熱が伝わります。つまり、ガラスの内部と表面が同時に目的の温度に到達するのです。
なぜ0.1℃が重要なのか
ほとんどの工業用加熱装置は、温度が不安定です。ワット数が大きく変動すると、「熱勾配」が生じます。例えば、フラスコの一方がもう一方より5℃も高温になってしまうのです。これにより、古い応力を取り除こうとして、新たな応力が生じてしまいます。これを防ぐために、赤外線素子にPID制御装置や高周波スイッチング技術を組み合わせています。これにより、温度を安定して維持できます。
実際の使用状況
正直に言うと、このような高精度の装置は「プラグアンドプレイ」ではありません。0.1℃という精密な温度を実現するためには、信頼性の高い電源が必要です。また、遮蔽されたケーブルも必要です。そうでないと、電気的ノイズがサーモカップルに影響を与え、誤った測定値が得られてしまいます。
さらに、反射板も重要です。もし反射板の位置が少しでもずれていると、熱の集中が起きてしまいます。ランプとガラスの間の距離を正確に調整する必要があります。少し根気が必要ですが、これが全体に均一な加熱を実現する唯一の方法です。