壊れにくいガラスの秘密
実験用のガラス器具が突然壊れてしまったことはありませんか？ちょっと前までは正常だったのに、見えない内部応力のせいで一瞬にして破片の山になってしまうのです。本当にイライラしますよね。ほとんどの場合、冷却時の温度が数度しか変わらないことが原因です。
だからこそ、私たちは0.1℃という高精度を追求しています。赤外線センサーを使って、ガラスが最適な温度に保たれるようにしています。推測に頼ることはありません。
そのわずかな温度差が重要な理由
ガラスはとてもデリケートです。適切な温度範囲が非常に狭いのです。
温度が高すぎると、ガラスが変形したり歪んだりします。逆に低温だと、応力が分子結晶内に残り、いつか割れる原因となります。
これを防ぐために、高感度の赤外線発信器と精度の高いPIDコントローラーを組み合わせています。これにより、容器全体の温度が均一に保たれます。不均一な熱源や低温領域は存在せず、安定した暖かさが得られます。
赤外線と通常のオーブンの違い
対流式オーブンを考えてみてください。空気を利用して加熱するわけですが、正直言って、空気は熱を移動させるのにあまり適していません。
一方、赤外線は異なります。放射線を使ってガラス表面に直接熱を与えるのです。速く、とても速いのです。深部まで加熱が必要な場合は短波長の赤外線を、表面を安定させる必要がある場合は中波長の赤外線を使用します。
重要なのは、ガラスの厚さに合わせて波長を調整することです。厚手のホウケイ酸ガラスを扱う場合は、深部まで加熱が必要です。そうでなければ、表面は完璧に見えても内部には依然として応力が残り、危険です。
工学上の課題
高精度な赤外線装置は、単純に接続すれば使えるというわけではありません。
100％の出力でランプを使うと、毎回目標温度を超えてしまいます。これを解決するために、パルス幅変調を利用しています。つまり、高周波で電力を切り替えることで、安定した温度を維持しているのです。
ただし、この方法には欠点があります。絶え間ない電力の切り替えによって、スイッチングリレーが壊れてしまいます。普通のリレーを使うと、すぐに故障してしまいます。そのため、信頼性の高いソリッドステートリレーを使う必要があります。