ラボ用ガラスが割れるのを防ぐには？
実験用のガラス器具が突然割れてしまったことはありませんか？とてもイライラしますよね。通常、これはガラスが均等に冷えないために起こります。もし容器のある部分だけが他の部分よりも急速に冷却されると、内部に応力が生じ、それが原因でガラスが割れてしまいます。
これを防ぐために、赤外線加熱を利用します。これにより、ガラスが一定の温度を保ち、内部に余分なストレスがかからずに材料がゆっくりと落ち着くのです。
なぜ0.1℃が重要なのか？
ほとんどのヒーターは少し不正確です。目標温度を超えてしまったり、下がってしまったりします。普通のオーブンでは1.0℃の変動は大した問題ではありません。しかし、実験用の高品質なガラスの場合、そのわずかな変動でも真空封止を壊してしまったり、熱衝撃でガラスが割れてしまったりする可能性があります。
だからこそ、0.1℃の精度を目指すのです。一見過剰に思えますが、ガラスの表面が中心部よりも速く冷却されないようにする唯一の方法です。赤外線放射体とPIDコントローラーの間の接続をしっかりと行う必要があります。もしその接続が遅れると、ガラスが早急に応力点に達し、また同じ問題が起きてしまいます。
熱を内部に届けるには
すべての赤外線が同じわけではありません。ガラスの厚さに応じて、適切な波長を選ぶ必要があります。短波長の赤外線は材料の深い部分に熱を届けます。表面を温めるだけで十分なら、中波長の方が適しています。
私たちは放射体の材料を調整して、熱が外部に留まらず、実際にガラスの内部に浸透するようにしています。また、冷たい部分ができないようにしなければなりません。炉の一方が他方よりも冷たくなると、ガラスが不均等に収縮してしまいます。そのため、要素を丁寧に配置して隙間をなくす必要があります。
実際の課題
問題は、このような高精度のシステムはとてもデリケートだということです。「汚れた」電力を嫌います。電源線にノイズがあると、コントローラーの動作が不安定になり、0.1℃の精度が失われてしまいます。ですから、すべてを安定させるためには、独立した電源が必要です。
また、位置合わせにも注意が必要です。これらの要素は非常に敏感です。ラックが数ミリ動いただけでも、熱分布が変わってしまいます。これは微妙な調整が求められます。