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ガラス管は主に円筒形の中空容器です。その特殊な形状と、多種多様なガラスの種類（ホウケイ酸ガラス、フリントガラス、アルミノケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス、鉛ガラス、石英ガラスなど）を組み合わせることで、ガラス管は多くの用途に使用できます。たとえば、実験用ガラス器具、照明器具、太陽熱システム、医薬品の包装などが主な用途です。[1]
過去には、交換可能なすりガラスジョイントが普及する前は、科学者は独自の実験装置を製作していました。今日では、すりガラスジョイントで接続された市販の部品が好まれています。特殊なガラス器具が必要な場合は、専門のガラス吹き職人が市販のガラス管を使用して寸法に合わせて製作します。たとえば、シュレンク管は、コックで接続された 2 本の大きなガラス管と、さらにプラスチックホースに接続された小さなガラス管で構成されています。
産業的関連性
プラスチックなどの他の材料と比較すると、ガラスの円筒形の半製品の重要性は高いです。主な理由は、ガラスの 3D 成形が一般的に難しいためです。ガラスから中空の物体を作成する場合、円筒形が自然な出発材料となります。
円筒形のガラス管には次の特徴があります。
- 最も小さい表面積と最もコンパクトなデザイン
- 圧力と衝撃に対する最高の機械的強度
- 対称性により自動化されたさらなる処理が可能になる。[2]
チューブ引き抜き工程で達成される成形ガラスと比較して、次のことが実現されます。
- 光学的透明性の向上
- 壁の厚さのより均一な分布
- より高い精度、またはボリュームとジオメトリ全般。
歴史
19 世紀まで、ガラス管は口吹きでのみ製造されており、バッチまたはガラス溶融物から不連続に製造されていました。1912 年、E. Danner (Libbey Glass Company) は米国で初めて水平方向に動作する連続管引き抜きプロセスを開発しました。1918 年に彼は特許を取得しました。1929 年にはフランスの L. Sanches-Vello によって垂直引き抜きプロセスが開発されました。
製造工程
ガラス管は、数ミリメートルから数センチメートルの直径のさまざまなタイプのガラスで製造されます。ほとんどの製造工程では、「無限に長い」ガラス管が溶融物から直接引き出され、ローラー トラックを通過して引き抜き機まで運ばれた後、約 1.5 メートルの長さの断片が切り取られます。
一般的な 3 つの方法は、描画方向が異なります。
描画方向水平
ダナープロセス
ダナー法では、溶融ガラスはベルトのようにフィーダーから流れ、斜め下向きに傾斜した回転するセラミック中空シリンダー、ダナーパイプに流れます。中空パイプには、ガラス管がつぶれないように圧縮空気が吹き込まれます。パイプの先端には、いわゆるドローイングオニオンが形成され、そこからガラス管が水平方向の引き線に沿って自由にたるんだ状態で引き出されます。
引き抜き速度が一定に保たれると、ブロー圧力の増加により直径が大きくなり、壁の厚さが薄くなります。
この方法により、2～60 mm のチューブ径を実現できます。
ヴェロプロセス
Vello プロセスでは、ガラスはフィーダーの底部から環状の開口部を通って流れ出ます。この開口部は、フィーダーの円形の出口ノズルと高さ調節可能な中空針 (マンドレルでもある) の間に形成されます。ここでも、チューブは圧縮空気で「膨らまされます」。最初は垂直方向に出てくるガラス チューブは、その後、自由たわみ状態で水平位置に偏向します。
曲げ後に一定の壁厚を生成するために、ノズルマンドレルは引き抜きノズルの中心からずれて調整されます。
この方法では、直径 1.5 ～ 70 mm のチューブを生成できます。スループットは Danner 法よりも高くなります。さらに、この方法では、引き出しノズルの温度が Danner マッフルよりも低いため、ホウ酸塩 (ホウケイ酸ガラス) や酸化鉛 (鉛ガラス) などの揮発性の高い成分を含むガラスを使用できます。
針なしでもガラス棒を生産することができ、その場合、直径と引き抜き速度はノズルによって調整されます。ガラスの出口が垂直であるため、ダウンドロープロセスは、水平方向への強制的な偏向はありませんが、一般的な用語「Vello」にも散発的に記載されます。
Danner プロセスと Vello プロセスは、1 日あたり最大 55 トンの処理能力を持つ、比較的小径の薄壁ガラス管の製造に使用されます。
これまで連続的に引き抜かれたガラス管の単一片としての世界最長記録は、ショット・チュービング社が保持する 10 メートルです。
下向きの描画方向（ダウンドロー）
ダウンドロー法は、原理的にはベロ法と同じですが、ここではガラス管は曲げられず、垂直方向に引き抜かれます。
ダウンドローでは、現在SCHOTT Tubingが460mmの世界記録を保持しています。[3] 250mmを超える大きな外径で達成可能な壁厚は約10mmです。最大15mmの大きな壁厚は、より小さな外径でのみ可能です。ホウケイ酸ガラス（35mm Durchmesser）の場合、0.3m/分の引き抜き速度を達成できます。
描画方向は垂直上向き（縦描画）
ここでは、ガラス管はマンドレルによって成形されるのではなく、自由浴槽表面から引き抜かれます。ノズルは下から引き抜きノズルに突き出ており、そこから空気がガラス管に吹き込まれます。ノズルは引き抜きタマネギを保持し、横方向に動かないようにします。垂直チューブ引き抜きプロセス中に達成される品質と引き抜き速度は比較的低いため、このプロセスは現在では実用的な意味をほとんど持ちません。
さらなる手続き
化学産業のプラントで必要とされる非常に大きな直径（20～100 cm）のガラス管は、遠心分離法または吹き込み法で製造されます。ただし、製造できるのは、最大 1 メートルの比較的短い管部分、いわゆるチューブ ショットのみです。
変更中
多くのガラス管は、例えば空気輸送システム、照明、光バイオリアクター、または建築アイテムとしてすぐに使用できます。ただし、ガラス管の修正は非常に一般的であり、実験室用ガラス、医薬品パッケージ、 [4]、ダイオード封止材などの用途では不可欠です。ここでは、ガラス管を切断、曲げ、または別の形状に変換する必要があります（バイアル、注射器などを比較してください）。主に、これはサンプルに熱を加えるか、機械成形ツールを使用することによって行われます。
ガラス管の修正はもはや必須の研究技術ではありませんが、基本的な方法は今でも多くの人が知っています。ガラスカッターはガラス管を小さな破片に分割するために使用されます。切り取ったばかりの端は、使用前に炎で磨いて粗い端を取り除きます。ガラス管はブンゼンバーナーの炎で赤熱するまで均等に加熱することで曲げることができます。チューブにホースバーブを追加することで、プラスチックやゴムのチューブを取り付ける際のグリップと密閉性が向上します。[5]
アプリケーション
ガラス管は丸い形だけでなく、長方形、三角形、星形などさまざまな形で製造されています。ガラス管、ロッド、プロファイルは、さまざまな種類のガラスから作ることができます。これらは、医薬品、工業および環境技術、電子機器など、さまざまな市場で使用されています。ガラス管は、次のように加工されます。
メーカー
特殊なガラスから作られたガラス管の製造に注力している企業は数多くあります。特定の特性を持つ特殊なガラスを使用することで、ガラス管をさまざまな用途に適合させることができます。ガラス管の有名な製造業者には次のようなものがあります。
- フォースターズガラスチューブ株式会社
- ニプログラス
- コーニング製薬ガラス
- ショットAG
参考文献
- ^ Boltres, B. : When Glass meets Pharma、1. Auflage、ECV Editio Cantor、2015 年、ISBN 978-3871934322
- ^ 「科学的ガラス吹き学習センター：ホームページ」。
- ^ 「SCHOTT | アイデアから生まれたガラス」
- ^ Swift, R., et al., 非経口製品用ガラス容器、Pharmaceutical Dosage Forms: Parenteral Medications、S. Nema および JD Ludwig 編。2019 年。
- ^ ターピン、GS 実用無機化学。忘れられた本。pp. 29–32。ISBN 9781440051845。