ガス分析用ガラス試験片、その製造方法、およびそれを用いたガラス中のガス分析方法
【課題】高確率でガラス中の泡を開放することができ、効率のよいガラス中のガス分析が可能となるガス分析用ガラス試験片を提供する。
【解決手段】本発明によるガス分析用ガラス試験片１０は、泡３を内包し、泡３を形成するガスを分析するためのガス分析用ガラス試験片であって、泡３の近傍まで、泡３に向かう先端部が断面Ｖ字型をなす切り込み２が、少なくとも１つ形成されたガス分析用ガラス試験片である。
【解決手段】本発明によるガス分析用ガラス試験片１０は、泡３を内包し、泡３を形成するガスを分析するためのガス分析用ガラス試験片であって、泡３の近傍まで、泡３に向かう先端部が断面Ｖ字型をなす切り込み２が、少なくとも１つ形成されたガス分析用ガラス試験片である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス物品に含まれる泡を形成するガスを分析するために用いるガス分析用ガラス試験片、およびその製造方法に関する。さらに、そのガス分析用ガラス試験片を用いたガラス中のガス分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス製品には、その製造過程で生じたガスが泡として残留する場合がある。泡が残留したガラス製品は、その用途や泡の大きさによっては、不良品となる場合がある。このような泡を減らすために、その泡を構成するガスを分析して、その成分を知り、ガラス製造工程における泡の発生原因を特定し、対策を立てることが一般に行われている。
【０００３】
このような分析では、ガラス製品から泡を含んだガス分析用ガラス試験片を切り出し、この試験片を破壊して泡中のガスを取り出し、このガスをガスクロマトグラフや質量分析計のような分析装置にて分析する方法が一般的である。
【０００４】
このような泡分析方法の例は、Feileらによる文献、特開平９−１８９６４７号公報および実用新案登録第２５７４７１４号公報で開示されている。
【０００５】
Feileらによる文献では、ガラス中の泡分析方法一般について開示されている。
【０００６】
また、特開平９−１８９６４７号公報および実用新案登録第２５７４７１４号公報では、複数の試料置き台を設けた破壊装置に、破壊のための加工を施した試料を設置し、ニードルやスクリュー等を利用して超高真空下で試料を押圧・破壊して、泡中のガスを分析する方法が開示されている。
【非特許文献１】R. Feile, A. Gotz, F. W. Kramer, :“Analysis of the Composition and Structure of Glass and Glass Ceramics”, ed. H. Bach and D. Krause, (Springer-Verlag, 1999) pp.451-460
【特許文献１】特開平９−１８９６４７号公報
【特許文献２】実用新案登録第２５７４７１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような分析を行なうための試験片の調製方法が、Feileらによる文献や特開平９−１８９６４７号公報にも提示されている。これらによると、ガラス板から泡を含んだガラス片を切り出し、泡ができるだけサンプル表面に近い位置となるように研磨した後、図１１に示すように、平面視でＨ字型状になるように加工し、これをガス分析用試験片とするのが一般的であった。この方法では、Ｈ字の横棒に相当する部分に泡１０３が位置するように、ガラス試料に溝１０２を切り込んで、Ｈ字型状のガラス試験片１０１としている。試験片の横棒の部分をニードル１０４で押圧することによって、試験片を破壊し、泡中のガスを開放する。この開放されたガスをガス分析装置に導入することによって、その圧力、組成や量を測定することができる。
【０００８】
この場合、ニードル１０４の押圧によって試験片を容易に破壊する必要がある。試験片が厚すぎると、ニードルの押圧では容易に破壊することができない。さらに、泡中のガスを開放しやすくするために、ガラス試験片１０１の表面近傍に泡１０３が位置することが望ましい。
【０００９】
ところで、泡の発生する位置は板厚方向で任意なので、ガラス試験片の表面近傍に泡が位置するとは限らない。泡が板厚方向の中央部付近に発生した場合は、ガラス試験片１０１の表面を研磨する必要がある。この研磨工程は、厚み方向における泡の位置を確認しながら行う必要がある。
【００１０】
また、ガス分析装置における超高真空容器は、その大きさに制限のある場合が多い。厚いガラス板の場合、例え、ガラス試験片の表面近傍に泡が位置していたとしても、超高真空容器中へ試験片を挿入するために、試験片の裏面を研磨する必要がある。つまり、従来のＨ字型状の加工方式では、ガス分析用試験片の加工に多大な時間と手間とを要していた。
【００１１】
また、特開平９−１８９６４７号公報等に示されたガス分析用試験片では、溝の泡に向かう先端の形状が平坦である。溝を正確に加工したとしても、先端の形状が平坦であるので、試験片を破壊したときに発生する亀裂の開始位置や、亀裂の伸長する方向が定まりにくい。その結果、泡が微小である場合、試料破壊時に、目的の泡の中のガスを開放することができない場合が多くなる。その結果、目的のガス分析ができず、貴重な試料を数多く無駄にしてしまうこともあった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、泡を内包し、泡を形成するガスを分析するためのガス分析用ガラス試験片であって、泡の近傍まで、泡に向かう先端部が断面Ｖ字型をなす切り込みが、少なくとも１つ形成されたガス分析用ガラス試験片を提供する。
【００１３】
また、本発明は、ガラス試料に含まれる泡を開放して、泡を形成するガスを分析するためのガス分析用ガラス試験片の製造方法であって、ガラス試料に、泡の近傍まで、泡に向かう先端部が断面Ｖ字型をなす切り込みを少なくとも１つ形成する工程を含むガス分析用ガラス試験片の製造方法を提供する。
【００１４】
さらに、本発明は、本発明による上記ガス分析用ガラス試験片、または本発明による上記方法により得たガス分析用ガラス試験片において、切り込みの先端を起点とする亀裂を泡にまで伸長させ、前記泡を開放して前記泡を形成するガスを取り出し、当該ガスを分析するガラス中のガス分析方法を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、泡の発生位置や板厚に拘わらず、ガラス試験片の表面を精密に研磨する必要がないので、従来のＨ字型状加工方式よりもガラス試験片の加工に際して時間と手間とを低減でき、短時間で数多くのガラス試験片を効率よく製造することができる。また、切り込みの泡に向かう断面Ｖ字型先端部が、泡の近傍になるように加工したので、Ｖ字の先端を起点として亀裂を伸長させることによって、高い確率で泡中のガスを取り出すことができる。したがって、従来技術に比べて、含まれる泡がたとえ小さくても、効率のよいガラス中のガス分析が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以降の説明においては、同一の部材に同一の符号を付して、重複する説明を省略する場合がある。
【００１７】
本発明によるガラス試験片の断面形状を図１に示す。図１（ａ）は、泡３の近傍まで１つの切り込み２を形成したガラス試験片１０の断面図である。図１（ｂ）のガラス試験片２０のように、２つの切り込み２，２を、泡３を挟んで対向した位置に２つ形成してもよい。ガラス試験片１０や２０には、泡３が含まれており、泡３の近傍まで、先端部が断面Ｖ字型をなす切り込み２が形成されている。
【００１８】
第１に、ガラス試験片１０の製造方法の一例を、図２および図３Ａ〜図３Ｅを参照して以下に説明する。
【００１９】
まず、泡を含むガラス物品から、分析すべき泡３を含む部分を適当な大きさに切り出して、加工前ガラス試料１１を得る。後に精密に加工するので、この段階ではある程度の大きさで加工前ガラス試料１１を切り出しておくことが好ましい。この切り出しは、図２（ａ）に示すように、泡３が加工前ガラス試料１１内の片側に寄った位置になるように、行うのが好ましい。これは、後の加工工程での取り扱いやすさや、加工前ガラス試料１１を加工装置に固定することを考慮してのことである。
【００２０】
次に、図２（ｂ）に示すように、泡３のある位置が把握できるように泡位置マーク６をつけておくことが好ましい。マーキングには、油性インクペンやガラスペン等を使用することができる。
【００２１】
例えば、フロート法によるガラス板の製造では、熔融したガラスを一方向に引き延ばし、連続したガラスリボンを適宜切断して行われる。このため、ガラス板中に発生した泡も引き延ばされて、楕円球状となる場合が多い。そこで、ガス分析時に泡を確実に破壊して、ガスの開放の確率を高めるために、泡の長径と直交する方向から亀裂を伸長させることが望ましい。そこで、加工前ガラス試料１１の切り出しは、図２（ｂ）のように、泡３の長径方向が加工前ガラス試料１１の短辺方向と平行になるようにするのが好ましい。
【００２２】
次に、切り出した加工前ガラス試料１１を加工する。加工手順の一例を図３Ａ〜図３Ｅに示す。
【００２３】
まず、切り出した加工前ガラス試料１１の上方から顕微鏡等を使って泡３の位置を把握する。後の分析のために、この段階で泡３の長径、短径の測長を行なってもよく、また泡３自体の画像を残しておくとよい。その場合には、位置合わせのための観察光学系に、測長機能や写真撮影機能が付いたものを用いるとよい。
【００２４】
まず、加工機械に回転テーブルを組み込み、図３Ａに示すように、回転テーブル上に位置合わせ用のＸＹステージ４１を設置して、そのステージ上に、加工前ガラス試料１１を試料ホルダー４２で固定する。回転テーブルの中心４３を基準点とし、加工前ガラス試料１１中の泡３がこの基準点と一致するように、ＸＹステージ４１を動かして調整する。図３Ａにおける符号４６，４７は、それぞれＸＹステージ４１のＸ線，Ｙ線である。
【００２５】
なお、泡３は大きさを持っており、上述した泡３の位置合わせで、これを考慮する場合について、その一例を詳細に説明する。まず、上述の観察光学系の視野中心が、回転テーブルの中心４３に一致するようにする。この視野中心に泡３が来るように、上述のＸＹステージ４１を動かして調整する。さらに、観察光学系のピントを泡３の最大の輪郭に合わせ、最終的に、泡３の輪郭とＸＹステージ４１のＸ線４６とが接するように、泡３の位置を微調整するとよい。この位置を基準として、加工前ガラス試料１１を所定の寸法に切断したり、先端部が断面Ｖ字型をなす切り込みを入れたりするとよい。
【００２６】
次に、図３Ｂに示すように、回転テーブルを時計回りに９０度回転させ、固定されたガラス試料１１の自由端部において、泡３から所定の距離だけ離れた位置にＸ線４６に平行である第１切断線１２を入れて、不要な部分を切り落とす。泡３から第１切断線１２の位置までの距離は、泡３の大きさに応じて調整することが好ましい。こうして形成した切断面が基準面となる。
【００２７】
次に、図３Ｃに示すように、回転テーブルを反時計回りに９０度回転させ、図３Ａの位置関係に戻し、泡３から所定の距離だけ離れた両側に、切断面１３側からＹ線４７に平行である第１切り込み線１４，１４を入れる。
【００２８】
さらに、泡３に向かってＹ線４７に沿って第２切り込み線１５を入れ、先端部が断面Ｖ字型をなす切り込み（以下、「Ｖ字型の切り込み」という場合がある）を形成する。ここで、Ｖ字型の切り込みは、所定の断面において先端部が実質的にＶ字の形状をしている切り込みを指す。例えば、Ｖ字型の切り込みを繰り返し形成することで切断刃が磨耗し、先端部の形状が丸みを帯びてくる場合がある。この場合でも、切り込みの先端部に応力が集中して、亀裂の発生源とできる形状が保持されている限り、実質的にＶ字型の形状とみなす。
【００２９】
このとき、Ｖ字型の切り込みの先端が、泡から所定の距離だけ離れた位置になるようにする。Ｖ字型の切り込み先端と泡との距離は、泡の大きさに応じて調整することが好ましい。なお、ここでいう距離とは、Ｖ字型の切り込み先端と泡との最短距離のことである。
【００３０】
最後に、図３Ｄに示すように、回転テーブルを時計回りに９０度回転させる。先端部が断面Ｖ字型をなす切り込み２が形成されたガラス試料１６に、Ｘ線４６に平行である第２切断線１７を入れて、図３Ｅに示したガス分析用ガラス試験片１０を得る。このとき、第２切断線１７を入れる位置は、切断面１３側からＸＹステージ４１に向かって所定の距離だけ離れた位置とする。切断面１３から第２切断線１７までの距離は、泡３の大きさに応じて調整することが好ましい。このとき、ガラス試験片１０となる加工後ガラス試料を完全に切り落としてしまってもよい。しかし、取り扱いやすさを考えて一部分が付いた状態で残しておき、分析装置に設置する直前に折り取ってガラス試験片１０を得る方法をとってもよい。なお、この方法によると、ガラス試験片１０には角（つの）が残ることがあるが、角が残った形状も、全体として直方体である限り、本明細書においては、実質的に直方体とみなす。得られたガラス試験片１０の断面図を図４に示す。
【００３１】
第２に、図１（ｂ）に示したガラス試験片２０の製造方法の一例を、図２や図５、図６を参照して以下に説明する。上述した図２と同様に、まず、泡３を含むガラス物品から、分析すべき泡３を含む部分を適当な大きさに切り出して加工前ガラス試料２１を得る（図５参照）。なお、このガラス試験片２０を製造する場合、図１（ａ）に示したガラス試験片１０の製造の場合とは異なり、泡３の短径方向が加工前ガラス試料２１の短辺方向と平行になるようにするのが好ましい。
【００３２】
加工前ガラス試料２１の固定については、この場合、回転テーブルの中心を基準点とし、加工前ガラス試料２１中の泡３の中心がこの基準点と一致するようにするとよい。まず、第１切断線２２にて、基準となる切断面を形成する。さらに、適宜、位置合わせと回転テーブルの回転とを行いながら、図５に示した第１切り込み線２４，２４、第２切り込み線２５，２５を入れる。最後に第２切断線２７を入れて、図６に示すガラス試験片２０を得る。なお、第１切り込み線２４と第２切り込み線２５とは、その形成順序を問わない。
【００３３】
図６に示すように、ガラス試験片２０では、泡３が試験片のほぼ中央に位置し、泡３を挟んで対向するようにＶ字型の切り込み２，２を形成している。
【００３４】
また、図４と図６における、Ｖ字型の切り込み２の先端と該先端に最も近い泡３の内壁との距離ｆ１，ｆ２は、０．０１〜１ｍｍとすることが好ましい。これは、Ｖ字型の切り込み２の先端から伸長する亀裂を確実に泡３に到達させることと、Ｖ字型の切り込み２を形成した後のガラス試験片１０や２０の強度や取り扱いやすさとを、考慮してのことである。
【００３５】
その後の作業を正確かつ容易に行うことを考慮すると、ガラス試験片１０や２０の外形は、実質的に直方体または円柱であることが好ましい。なお、試験片の外形を円柱に切り出すためには、ガラス用のコアドリルなどを用いるとよい。
【００３６】
上記加工工程には、位置合わせ等を行うことができる観察光学系や回転テーブルを備えたスライサー、ダイシングソーなどを用いることができる。
【００３７】
なお、加工工程は上記の順に限られない。例えば、図３Ａに示す工程の前に、Ｖ字型の切り込み２を形成してもよい。つまり、加工前ガラス試料１１を所定形状に切断する前に、Ｖ字型の切り込み２を形成してもよい。
【００３８】
次に、上記工程で得たガラス試験片１０から泡３中のガスを開放し、当該ガスを分析する方法の例を図７および図８を参照して説明する。
【００３９】
まず、図７（ａ）に示すように、上記工程で得たガラス試験片１０の一部Ｐ１を治具５１に片持ち式で固定する。このとき、治具５１がガラス試験片１０の泡３を含む部位を保持しないように、ガラス試験片１０の一部Ｐ１を固定する。治具５１は、ガラス試験片１０を片持ち式に保持できる限りにおいては、材質・形状等を限定されない。
【００４０】
ガラス物品中の残存泡の分析を、ガスクロマトグラフや質量分析計のような分析装置を用いて行なう場合、通常、治具５１は超高真空に保持可能な容器内に設置されている。ガラス試験片１０の一部Ｐ１を治具５１に片持ち式で固定した後、容器内を超高真空にする。
【００４１】
この状態で、治具５１で固定した一部Ｐ１の反対側の一部Ｐ２の上面を、押し込み棒５２でＶ字型の切り込み２が入っている方向に押圧する。そうすると、Ｖ字型の切り込み２の先端部に応力が集中し、先端を起点として亀裂５３が伸長し、この亀裂５３が泡３に到達する。これによって、泡３中のガスが開放される。このときのガラス試験片１０の断面図を図７（ｂ）に示す。図に示したように、ガラス試験片１０は、Ｖ字型の切り込み２の先端を起点として完全に破断されてもよい。
【００４２】
泡を開放するためには、上記のように、ガラス試験片の切り込みを挟んだ２つの部分をそれぞれＰ１、Ｐ２としたときに、Ｐ１を固定して、Ｐ２に荷重を加え、Ｖ字型の切り込み先端を起点として亀裂を伸長させるとよい。
【００４３】
図８に示すように、治具や押し込み棒を持つようなガラス試験片破断装置を内包した真空容器３１とガス分析装置３２を接続しておき、真空ポンプ３３で真空容器３１内を超高真空にした状態で泡中のガスを開放すると、開放されたガスがガス分析装置３２に送り込まれ、その組成や含有量を分析することができる。図７（ａ）の例では１つの治具に１つのガラス試験片１０を固定した例を示したが、あらかじめ複数のガラス試験片を固定でき、ガラス試験片を自動交換しながら、順番に破断できるような治具を使用することも可能である。
【００４４】
ガラス試験片の破断によって新たに生成される表面は、物理的・化学的に活性を帯びている。そのため、泡内から開放されたガスが、ガラス試験片の新たに生成された表面に吸着して、分析結果に影響を及ぼす場合がある。したがって、破断によって新たに生成されるガラス試験片の表面の面積は、できるだけ小さい方がよい。
【００４５】
従来のＨ字加工では、分析しようとする泡径が０．１〜０．２ｍｍ以下になってくると、泡中のガスを開放できる確率が極端に落ちていた。実際に、Ｈ字型加工方式で２０個の泡（泡径は０．１〜０．４ｍｍに分布）の分析を試みたところ、うち１０個が失敗に終わったという例もある。これはＨ字の溝の角の部分が亀裂の起点となり、発生した亀裂が泡とは全く関係のない方向へ伸長したためである。このことからも、意図する場所に亀裂を発生させ、伸長させるためには、応力が集中する部分を意図的に作るＶ字型の切り込みが好ましい。
【００４６】
実際に、Ｖ字型の切り込みを形成したガラス試験片を片持ち式に固定し、保持側とＶ字型の切り込みを挟んで反対側に、荷重を加えて破断させた断面を写真撮影し、亀裂の伸長角度を測定した。図９にその概念図を示す。図９は、Ｖ字型の切り込み２の先端部が断面Ｖ字型をなし、Ｖ字型の切り込み２の先端Ｐと泡３との最短距離ｆが現れるように設定した断面を表している。
【００４７】
図９において、ａ１，ａ２はそれぞれ、Ｖ字型の切り込み２の先端Ｐから泡３に引いた２本の第１接線，第２接線である。ｂ１は、発生する亀裂の伸長方向を示す亀裂伸長線である。ｃは、Ｖ字型のなす角の２等分線を、泡３の方向に延長した線である。
【００４８】
ここで、第１接線ａ１と第２接線ａ２のなす角を角度Ａ１とする。また、線ｃを対称軸とする、亀裂伸長線ｂ１の対象線をｂ２とし、亀裂伸長線ｂ１と対象線ｂ２のなす角を、角度Ｂ１とする。角度Ｂ１は、亀裂伸長線ｂ１と線ｃとなす角度の２倍の角度であり、亀裂が伸長する可能性のある範囲を表すものである。
【００４９】
また、角度Ａ２は、第１接線ａ１と線ｃとのなす角であり、角度Ａ３は、第２接線ａ２と線ｃとのなす角である。角度Ｂ２は、亀裂伸長線ｂ１と線ｃとのなす角であり、角度Ｂ３は、亀裂伸長線ｂ１の対象線ｂ２と線ｃとのなす角である。
【００５０】
ここで、角度Ａ１を角度Ｂ１以上（Ａ１≧Ｂ１）となるようにすれば、亀裂が伸長する可能性のある範囲内に、必ず泡３が存在することになる。この角度Ａ１は、Ｖ字型の切り込み先端Ｐと泡３との最短距離ｆによって決まる。適切な角度Ａ１を定めるためには、亀裂の伸長角度である角度Ｂ２の分散度合いを知る必要がある。
【００５１】
そこで、実際に７７個のサンプルを破断し、角度Ｂ２の分布を測定した。その結果を表１に示す。
【００５２】
（表１）
―――――――――――――――――――――――――――
亀裂の伸長角度Ｂ２ 個数 比率（％）
０°以上 ５°未満 ２９ ３７．７
５°以上１０°未満 ２７ ３５．１
１０°以上１５°未満 ９ １１．７
１５°以上２０°未満 ７ ９．１
２０°以上２５°未満 ３ ３．９
２５°以上３０°未満 ２ ２．６
―――――――――――――――――――――――――――
合 計 ７７ １００．０
―――――――――――――――――――――――――――
【００５３】
表１から分かるように、すべてのサンプルにおいて、亀裂の伸長角度の範囲が３０°未満となった。この結果から、角度Ａ２，Ａ３がともに３０°以上であれば、１００％の確率で泡３中のガスを開放できることになる。したがって、角度Ａ２，Ａ３がともに３０°以上となるようにＶ字型の切り込み２を形成することが好ましい。
【００５４】
なお、以上の検討から、切り込みの中心線（Ｖ字型のなす角の２等分線を、泡の方向に延長した線ｃ）上に泡の中心が存在していると、好ましいことが分かる。加工に際しては、図３Ａの説明で詳しく述べたように、泡の位置を回転テーブルの中心に一致させることが重要である。
【００５５】
ここで、図１０に種々の泡径（図９のｇ）に対する、Ｖ字型の切り込み先端Ｐと泡３との最短距離（図９のｆ）と角度Ａ１との関係を示す。なお、泡３は球状と仮定した。Ａ１＝Ａ２＋Ａ３である。図１０より、Ｖ字型の切り込み先端Ｐと泡３との最短距離ｆを５０μｍに設定すれば、泡径ｇが１００μｍ以上の泡は、ほぼ１００％の確率で泡中のガスを開放できることが分かる。同様に、ｆを１００μｍにすれば、泡径ｇが２００μｍ以上の泡は、ほぼ１００％の確率で泡中のガスを開放できることが分かる。
【００５６】
さらに、最短距離ｆは、泡３の大きさｇと角度Ａ１との関係から導き出される泡中のガスを開放できる確率と、ガラス試験片における加工の容易さと取り扱いやすさとを勘案して決めるとよい。通常の精度を有するスライサーやダイシングソーであれば、最短距離ｆは容易に１００μｍ程度とすることができる。
【００５７】
最短距離ｆについて、泡３中のガスを開放できる確率からいうと、対象とする泡３の大きさによって異なるが、５００μｍ以下が好ましく、２４０μｍ以下がより好ましく、１００μｍ以下がさらに好ましく、５０μｍ以下とするのが最も好ましい。試験片における加工の容易さと取り扱いやすさからいうと、１０μｍ以上が必要であり、２０μｍ以上が好ましく、５０μｍ以上がより好ましい。
【００５８】
上述の内容は、泡３を球状と仮定している。実際の泡は、上述のように引き延ばされている場合が多い。泡の大きさにもよるが、Ｖ字型の切り込み２を泡３の長径と直交するように形成すれば、最短距離ｆが５００μｍを超えるような場合でも、良好なガスの開放確率を確保することができる。
【００５９】
このように、取扱い等を考慮しながら、最短距離をできるだけ小さくすることによって、本発明では、従来のＨ字型の加工と比較して大きく泡の分析効率を上げることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明により、ガラス物品中の泡のガス分析用ガラス試験片を、効率よく製造することが可能となる。また前記ガラス試験片を用いて泡中のガスを分析する際、高確率で泡中のガスを取り出すことができるので、貴重な試料を有効に利用することができ、得られたデータを解析することで、ガラス物品の泡品質向上に役立てることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明によるガス分析用ガラス試験片の断面図である。
【図２】加工前ガラス試料の斜視図および上面図である。
【図３Ａ】加工前ガラス試料の加工方法の一例における最初の工程を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ａに続く工程を示す図である。
【図３Ｃ】図３Ｂに続く工程を示す図である。
【図３Ｄ】図３Ｃに続く工程を示す図である。
【図３Ｅ】図３Ａ〜図３Ｄの工程を経て得られたガラス試験片を示す図である。
【図４】Ｖ字型の切り込みが１つのみ形成されたガラス試験片の断面図である。
【図５】ガラス試験片にＶ字型の切り込みを２つ形成する工程を説明する概念図である。
【図６】Ｖ字型の切り込みが、泡を挟んで対向した位置に２つ形成されたガラス試験片の断面図である。
【図７】ガラス試験片の破断方法の一例を示す図である。
【図８】ガス分析方法を示す図である。
【図９】Ｖ字型の切り込みと泡の幾何学的な配置と、亀裂の伸長角度の範囲との関係を説明する概念図である。
【図１０】種々の泡の直径ｇに対する、最短距離ｆと角度Ａ１との関係を示した図である。
【図１１】従来のガス分析用ガラス試験片の形状（Ｈ字型状）を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０：Ｖ字型の切り込みが一つのみ形成されたガス分析用ガラス試験片
１１：加工前ガラス試料
１２：第１切断線
１３：切断面
１４：第１切り込み線
１５：第２切り込み線
１６：加工中のガラス試料
１７：第２切断線
２０：Ｖ字型の切り込みが２つ形成されたガス分析用ガラス試験片
２１：加工前ガラス試料
２２：第１切断線
２４：第１切り込み線
２５：第２切り込み線
２７：第２切断線
２：Ｖ字型の切り込み
３：泡
６：泡位置マーク
３１：真空容器
３２：ガス分析装置
３３：真空ポンプ
４１：ＸＹステージ
４２：試料ホルダー
４３：回転ステージ中心
４６：ＸＹステージのＸ線
４７：ＸＹステージのＹ線
５１：ガラス試験片固定治具
５２：押し込み棒
５３：亀裂
１０１：従来のガラス試験片
１０２：切り込み
１０３：泡
１０４：ニードル
ａ１：Ｖ字型の切り込みの先端から泡に引いた第１接線
ａ２：Ｖ字型の切り込みの先端から泡に引いた第２接線
ｂ１：亀裂伸長線
ｂ２：亀裂伸長線の対象線
ｃ：Ｖ字型のなす角の二等分線を泡の方向に延長した線
ｆ，ｆ１，ｆ２：切り込みの先端と泡との最短距離
ｇ：泡径
Ｐ：Ｖ字型の切り込みの先端
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス物品に含まれる泡を形成するガスを分析するために用いるガス分析用ガラス試験片、およびその製造方法に関する。さらに、そのガス分析用ガラス試験片を用いたガラス中のガス分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス製品には、その製造過程で生じたガスが泡として残留する場合がある。泡が残留したガラス製品は、その用途や泡の大きさによっては、不良品となる場合がある。このような泡を減らすために、その泡を構成するガスを分析して、その成分を知り、ガラス製造工程における泡の発生原因を特定し、対策を立てることが一般に行われている。
【０００３】
このような分析では、ガラス製品から泡を含んだガス分析用ガラス試験片を切り出し、この試験片を破壊して泡中のガスを取り出し、このガスをガスクロマトグラフや質量分析計のような分析装置にて分析する方法が一般的である。
【０００４】
このような泡分析方法の例は、Feileらによる文献、特開平９−１８９６４７号公報および実用新案登録第２５７４７１４号公報で開示されている。
【０００５】
Feileらによる文献では、ガラス中の泡分析方法一般について開示されている。
【０００６】
また、特開平９−１８９６４７号公報および実用新案登録第２５７４７１４号公報では、複数の試料置き台を設けた破壊装置に、破壊のための加工を施した試料を設置し、ニードルやスクリュー等を利用して超高真空下で試料を押圧・破壊して、泡中のガスを分析する方法が開示されている。
【非特許文献１】R. Feile, A. Gotz, F. W. Kramer, :“Analysis of the Composition and Structure of Glass and Glass Ceramics”, ed. H. Bach and D. Krause, (Springer-Verlag, 1999) pp.451-460
【特許文献１】特開平９−１８９６４７号公報
【特許文献２】実用新案登録第２５７４７１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような分析を行なうための試験片の調製方法が、Feileらによる文献や特開平９−１８９６４７号公報にも提示されている。これらによると、ガラス板から泡を含んだガラス片を切り出し、泡ができるだけサンプル表面に近い位置となるように研磨した後、図１１に示すように、平面視でＨ字型状になるように加工し、これをガス分析用試験片とするのが一般的であった。この方法では、Ｈ字の横棒に相当する部分に泡１０３が位置するように、ガラス試料に溝１０２を切り込んで、Ｈ字型状のガラス試験片１０１としている。試験片の横棒の部分をニードル１０４で押圧することによって、試験片を破壊し、泡中のガスを開放する。この開放されたガスをガス分析装置に導入することによって、その圧力、組成や量を測定することができる。
【０００８】
この場合、ニードル１０４の押圧によって試験片を容易に破壊する必要がある。試験片が厚すぎると、ニードルの押圧では容易に破壊することができない。さらに、泡中のガスを開放しやすくするために、ガラス試験片１０１の表面近傍に泡１０３が位置することが望ましい。
【０００９】
ところで、泡の発生する位置は板厚方向で任意なので、ガラス試験片の表面近傍に泡が位置するとは限らない。泡が板厚方向の中央部付近に発生した場合は、ガラス試験片１０１の表面を研磨する必要がある。この研磨工程は、厚み方向における泡の位置を確認しながら行う必要がある。
【００１０】
また、ガス分析装置における超高真空容器は、その大きさに制限のある場合が多い。厚いガラス板の場合、例え、ガラス試験片の表面近傍に泡が位置していたとしても、超高真空容器中へ試験片を挿入するために、試験片の裏面を研磨する必要がある。つまり、従来のＨ字型状の加工方式では、ガス分析用試験片の加工に多大な時間と手間とを要していた。
【００１１】
また、特開平９−１８９６４７号公報等に示されたガス分析用試験片では、溝の泡に向かう先端の形状が平坦である。溝を正確に加工したとしても、先端の形状が平坦であるので、試験片を破壊したときに発生する亀裂の開始位置や、亀裂の伸長する方向が定まりにくい。その結果、泡が微小である場合、試料破壊時に、目的の泡の中のガスを開放することができない場合が多くなる。その結果、目的のガス分析ができず、貴重な試料を数多く無駄にしてしまうこともあった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、泡を内包し、泡を形成するガスを分析するためのガス分析用ガラス試験片であって、泡の近傍まで、泡に向かう先端部が断面Ｖ字型をなす切り込みが、少なくとも１つ形成されたガス分析用ガラス試験片を提供する。
【００１３】
また、本発明は、ガラス試料に含まれる泡を開放して、泡を形成するガスを分析するためのガス分析用ガラス試験片の製造方法であって、ガラス試料に、泡の近傍まで、泡に向かう先端部が断面Ｖ字型をなす切り込みを少なくとも１つ形成する工程を含むガス分析用ガラス試験片の製造方法を提供する。
【００１４】
さらに、本発明は、本発明による上記ガス分析用ガラス試験片、または本発明による上記方法により得たガス分析用ガラス試験片において、切り込みの先端を起点とする亀裂を泡にまで伸長させ、前記泡を開放して前記泡を形成するガスを取り出し、当該ガスを分析するガラス中のガス分析方法を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、泡の発生位置や板厚に拘わらず、ガラス試験片の表面を精密に研磨する必要がないので、従来のＨ字型状加工方式よりもガラス試験片の加工に際して時間と手間とを低減でき、短時間で数多くのガラス試験片を効率よく製造することができる。また、切り込みの泡に向かう断面Ｖ字型先端部が、泡の近傍になるように加工したので、Ｖ字の先端を起点として亀裂を伸長させることによって、高い確率で泡中のガスを取り出すことができる。したがって、従来技術に比べて、含まれる泡がたとえ小さくても、効率のよいガラス中のガス分析が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以降の説明においては、同一の部材に同一の符号を付して、重複する説明を省略する場合がある。
【００１７】
本発明によるガラス試験片の断面形状を図１に示す。図１（ａ）は、泡３の近傍まで１つの切り込み２を形成したガラス試験片１０の断面図である。図１（ｂ）のガラス試験片２０のように、２つの切り込み２，２を、泡３を挟んで対向した位置に２つ形成してもよい。ガラス試験片１０や２０には、泡３が含まれており、泡３の近傍まで、先端部が断面Ｖ字型をなす切り込み２が形成されている。
【００１８】
第１に、ガラス試験片１０の製造方法の一例を、図２および図３Ａ〜図３Ｅを参照して以下に説明する。
【００１９】
まず、泡を含むガラス物品から、分析すべき泡３を含む部分を適当な大きさに切り出して、加工前ガラス試料１１を得る。後に精密に加工するので、この段階ではある程度の大きさで加工前ガラス試料１１を切り出しておくことが好ましい。この切り出しは、図２（ａ）に示すように、泡３が加工前ガラス試料１１内の片側に寄った位置になるように、行うのが好ましい。これは、後の加工工程での取り扱いやすさや、加工前ガラス試料１１を加工装置に固定することを考慮してのことである。
【００２０】
次に、図２（ｂ）に示すように、泡３のある位置が把握できるように泡位置マーク６をつけておくことが好ましい。マーキングには、油性インクペンやガラスペン等を使用することができる。
【００２１】
例えば、フロート法によるガラス板の製造では、熔融したガラスを一方向に引き延ばし、連続したガラスリボンを適宜切断して行われる。このため、ガラス板中に発生した泡も引き延ばされて、楕円球状となる場合が多い。そこで、ガス分析時に泡を確実に破壊して、ガスの開放の確率を高めるために、泡の長径と直交する方向から亀裂を伸長させることが望ましい。そこで、加工前ガラス試料１１の切り出しは、図２（ｂ）のように、泡３の長径方向が加工前ガラス試料１１の短辺方向と平行になるようにするのが好ましい。
【００２２】
次に、切り出した加工前ガラス試料１１を加工する。加工手順の一例を図３Ａ〜図３Ｅに示す。
【００２３】
まず、切り出した加工前ガラス試料１１の上方から顕微鏡等を使って泡３の位置を把握する。後の分析のために、この段階で泡３の長径、短径の測長を行なってもよく、また泡３自体の画像を残しておくとよい。その場合には、位置合わせのための観察光学系に、測長機能や写真撮影機能が付いたものを用いるとよい。
【００２４】
まず、加工機械に回転テーブルを組み込み、図３Ａに示すように、回転テーブル上に位置合わせ用のＸＹステージ４１を設置して、そのステージ上に、加工前ガラス試料１１を試料ホルダー４２で固定する。回転テーブルの中心４３を基準点とし、加工前ガラス試料１１中の泡３がこの基準点と一致するように、ＸＹステージ４１を動かして調整する。図３Ａにおける符号４６，４７は、それぞれＸＹステージ４１のＸ線，Ｙ線である。
【００２５】
なお、泡３は大きさを持っており、上述した泡３の位置合わせで、これを考慮する場合について、その一例を詳細に説明する。まず、上述の観察光学系の視野中心が、回転テーブルの中心４３に一致するようにする。この視野中心に泡３が来るように、上述のＸＹステージ４１を動かして調整する。さらに、観察光学系のピントを泡３の最大の輪郭に合わせ、最終的に、泡３の輪郭とＸＹステージ４１のＸ線４６とが接するように、泡３の位置を微調整するとよい。この位置を基準として、加工前ガラス試料１１を所定の寸法に切断したり、先端部が断面Ｖ字型をなす切り込みを入れたりするとよい。
【００２６】
次に、図３Ｂに示すように、回転テーブルを時計回りに９０度回転させ、固定されたガラス試料１１の自由端部において、泡３から所定の距離だけ離れた位置にＸ線４６に平行である第１切断線１２を入れて、不要な部分を切り落とす。泡３から第１切断線１２の位置までの距離は、泡３の大きさに応じて調整することが好ましい。こうして形成した切断面が基準面となる。
【００２７】
次に、図３Ｃに示すように、回転テーブルを反時計回りに９０度回転させ、図３Ａの位置関係に戻し、泡３から所定の距離だけ離れた両側に、切断面１３側からＹ線４７に平行である第１切り込み線１４，１４を入れる。
【００２８】
さらに、泡３に向かってＹ線４７に沿って第２切り込み線１５を入れ、先端部が断面Ｖ字型をなす切り込み（以下、「Ｖ字型の切り込み」という場合がある）を形成する。ここで、Ｖ字型の切り込みは、所定の断面において先端部が実質的にＶ字の形状をしている切り込みを指す。例えば、Ｖ字型の切り込みを繰り返し形成することで切断刃が磨耗し、先端部の形状が丸みを帯びてくる場合がある。この場合でも、切り込みの先端部に応力が集中して、亀裂の発生源とできる形状が保持されている限り、実質的にＶ字型の形状とみなす。
【００２９】
このとき、Ｖ字型の切り込みの先端が、泡から所定の距離だけ離れた位置になるようにする。Ｖ字型の切り込み先端と泡との距離は、泡の大きさに応じて調整することが好ましい。なお、ここでいう距離とは、Ｖ字型の切り込み先端と泡との最短距離のことである。
【００３０】
最後に、図３Ｄに示すように、回転テーブルを時計回りに９０度回転させる。先端部が断面Ｖ字型をなす切り込み２が形成されたガラス試料１６に、Ｘ線４６に平行である第２切断線１７を入れて、図３Ｅに示したガス分析用ガラス試験片１０を得る。このとき、第２切断線１７を入れる位置は、切断面１３側からＸＹステージ４１に向かって所定の距離だけ離れた位置とする。切断面１３から第２切断線１７までの距離は、泡３の大きさに応じて調整することが好ましい。このとき、ガラス試験片１０となる加工後ガラス試料を完全に切り落としてしまってもよい。しかし、取り扱いやすさを考えて一部分が付いた状態で残しておき、分析装置に設置する直前に折り取ってガラス試験片１０を得る方法をとってもよい。なお、この方法によると、ガラス試験片１０には角（つの）が残ることがあるが、角が残った形状も、全体として直方体である限り、本明細書においては、実質的に直方体とみなす。得られたガラス試験片１０の断面図を図４に示す。
【００３１】
第２に、図１（ｂ）に示したガラス試験片２０の製造方法の一例を、図２や図５、図６を参照して以下に説明する。上述した図２と同様に、まず、泡３を含むガラス物品から、分析すべき泡３を含む部分を適当な大きさに切り出して加工前ガラス試料２１を得る（図５参照）。なお、このガラス試験片２０を製造する場合、図１（ａ）に示したガラス試験片１０の製造の場合とは異なり、泡３の短径方向が加工前ガラス試料２１の短辺方向と平行になるようにするのが好ましい。
【００３２】
加工前ガラス試料２１の固定については、この場合、回転テーブルの中心を基準点とし、加工前ガラス試料２１中の泡３の中心がこの基準点と一致するようにするとよい。まず、第１切断線２２にて、基準となる切断面を形成する。さらに、適宜、位置合わせと回転テーブルの回転とを行いながら、図５に示した第１切り込み線２４，２４、第２切り込み線２５，２５を入れる。最後に第２切断線２７を入れて、図６に示すガラス試験片２０を得る。なお、第１切り込み線２４と第２切り込み線２５とは、その形成順序を問わない。
【００３３】
図６に示すように、ガラス試験片２０では、泡３が試験片のほぼ中央に位置し、泡３を挟んで対向するようにＶ字型の切り込み２，２を形成している。
【００３４】
また、図４と図６における、Ｖ字型の切り込み２の先端と該先端に最も近い泡３の内壁との距離ｆ１，ｆ２は、０．０１〜１ｍｍとすることが好ましい。これは、Ｖ字型の切り込み２の先端から伸長する亀裂を確実に泡３に到達させることと、Ｖ字型の切り込み２を形成した後のガラス試験片１０や２０の強度や取り扱いやすさとを、考慮してのことである。
【００３５】
その後の作業を正確かつ容易に行うことを考慮すると、ガラス試験片１０や２０の外形は、実質的に直方体または円柱であることが好ましい。なお、試験片の外形を円柱に切り出すためには、ガラス用のコアドリルなどを用いるとよい。
【００３６】
上記加工工程には、位置合わせ等を行うことができる観察光学系や回転テーブルを備えたスライサー、ダイシングソーなどを用いることができる。
【００３７】
なお、加工工程は上記の順に限られない。例えば、図３Ａに示す工程の前に、Ｖ字型の切り込み２を形成してもよい。つまり、加工前ガラス試料１１を所定形状に切断する前に、Ｖ字型の切り込み２を形成してもよい。
【００３８】
次に、上記工程で得たガラス試験片１０から泡３中のガスを開放し、当該ガスを分析する方法の例を図７および図８を参照して説明する。
【００３９】
まず、図７（ａ）に示すように、上記工程で得たガラス試験片１０の一部Ｐ１を治具５１に片持ち式で固定する。このとき、治具５１がガラス試験片１０の泡３を含む部位を保持しないように、ガラス試験片１０の一部Ｐ１を固定する。治具５１は、ガラス試験片１０を片持ち式に保持できる限りにおいては、材質・形状等を限定されない。
【００４０】
ガラス物品中の残存泡の分析を、ガスクロマトグラフや質量分析計のような分析装置を用いて行なう場合、通常、治具５１は超高真空に保持可能な容器内に設置されている。ガラス試験片１０の一部Ｐ１を治具５１に片持ち式で固定した後、容器内を超高真空にする。
【００４１】
この状態で、治具５１で固定した一部Ｐ１の反対側の一部Ｐ２の上面を、押し込み棒５２でＶ字型の切り込み２が入っている方向に押圧する。そうすると、Ｖ字型の切り込み２の先端部に応力が集中し、先端を起点として亀裂５３が伸長し、この亀裂５３が泡３に到達する。これによって、泡３中のガスが開放される。このときのガラス試験片１０の断面図を図７（ｂ）に示す。図に示したように、ガラス試験片１０は、Ｖ字型の切り込み２の先端を起点として完全に破断されてもよい。
【００４２】
泡を開放するためには、上記のように、ガラス試験片の切り込みを挟んだ２つの部分をそれぞれＰ１、Ｐ２としたときに、Ｐ１を固定して、Ｐ２に荷重を加え、Ｖ字型の切り込み先端を起点として亀裂を伸長させるとよい。
【００４３】
図８に示すように、治具や押し込み棒を持つようなガラス試験片破断装置を内包した真空容器３１とガス分析装置３２を接続しておき、真空ポンプ３３で真空容器３１内を超高真空にした状態で泡中のガスを開放すると、開放されたガスがガス分析装置３２に送り込まれ、その組成や含有量を分析することができる。図７（ａ）の例では１つの治具に１つのガラス試験片１０を固定した例を示したが、あらかじめ複数のガラス試験片を固定でき、ガラス試験片を自動交換しながら、順番に破断できるような治具を使用することも可能である。
【００４４】
ガラス試験片の破断によって新たに生成される表面は、物理的・化学的に活性を帯びている。そのため、泡内から開放されたガスが、ガラス試験片の新たに生成された表面に吸着して、分析結果に影響を及ぼす場合がある。したがって、破断によって新たに生成されるガラス試験片の表面の面積は、できるだけ小さい方がよい。
【００４５】
従来のＨ字加工では、分析しようとする泡径が０．１〜０．２ｍｍ以下になってくると、泡中のガスを開放できる確率が極端に落ちていた。実際に、Ｈ字型加工方式で２０個の泡（泡径は０．１〜０．４ｍｍに分布）の分析を試みたところ、うち１０個が失敗に終わったという例もある。これはＨ字の溝の角の部分が亀裂の起点となり、発生した亀裂が泡とは全く関係のない方向へ伸長したためである。このことからも、意図する場所に亀裂を発生させ、伸長させるためには、応力が集中する部分を意図的に作るＶ字型の切り込みが好ましい。
【００４６】
実際に、Ｖ字型の切り込みを形成したガラス試験片を片持ち式に固定し、保持側とＶ字型の切り込みを挟んで反対側に、荷重を加えて破断させた断面を写真撮影し、亀裂の伸長角度を測定した。図９にその概念図を示す。図９は、Ｖ字型の切り込み２の先端部が断面Ｖ字型をなし、Ｖ字型の切り込み２の先端Ｐと泡３との最短距離ｆが現れるように設定した断面を表している。
【００４７】
図９において、ａ１，ａ２はそれぞれ、Ｖ字型の切り込み２の先端Ｐから泡３に引いた２本の第１接線，第２接線である。ｂ１は、発生する亀裂の伸長方向を示す亀裂伸長線である。ｃは、Ｖ字型のなす角の２等分線を、泡３の方向に延長した線である。
【００４８】
ここで、第１接線ａ１と第２接線ａ２のなす角を角度Ａ１とする。また、線ｃを対称軸とする、亀裂伸長線ｂ１の対象線をｂ２とし、亀裂伸長線ｂ１と対象線ｂ２のなす角を、角度Ｂ１とする。角度Ｂ１は、亀裂伸長線ｂ１と線ｃとなす角度の２倍の角度であり、亀裂が伸長する可能性のある範囲を表すものである。
【００４９】
また、角度Ａ２は、第１接線ａ１と線ｃとのなす角であり、角度Ａ３は、第２接線ａ２と線ｃとのなす角である。角度Ｂ２は、亀裂伸長線ｂ１と線ｃとのなす角であり、角度Ｂ３は、亀裂伸長線ｂ１の対象線ｂ２と線ｃとのなす角である。
【００５０】
ここで、角度Ａ１を角度Ｂ１以上（Ａ１≧Ｂ１）となるようにすれば、亀裂が伸長する可能性のある範囲内に、必ず泡３が存在することになる。この角度Ａ１は、Ｖ字型の切り込み先端Ｐと泡３との最短距離ｆによって決まる。適切な角度Ａ１を定めるためには、亀裂の伸長角度である角度Ｂ２の分散度合いを知る必要がある。
【００５１】
そこで、実際に７７個のサンプルを破断し、角度Ｂ２の分布を測定した。その結果を表１に示す。
【００５２】
（表１）
―――――――――――――――――――――――――――
亀裂の伸長角度Ｂ２ 個数 比率（％）
０°以上 ５°未満 ２９ ３７．７
５°以上１０°未満 ２７ ３５．１
１０°以上１５°未満 ９ １１．７
１５°以上２０°未満 ７ ９．１
２０°以上２５°未満 ３ ３．９
２５°以上３０°未満 ２ ２．６
―――――――――――――――――――――――――――
合 計 ７７ １００．０
―――――――――――――――――――――――――――
【００５３】
表１から分かるように、すべてのサンプルにおいて、亀裂の伸長角度の範囲が３０°未満となった。この結果から、角度Ａ２，Ａ３がともに３０°以上であれば、１００％の確率で泡３中のガスを開放できることになる。したがって、角度Ａ２，Ａ３がともに３０°以上となるようにＶ字型の切り込み２を形成することが好ましい。
【００５４】
なお、以上の検討から、切り込みの中心線（Ｖ字型のなす角の２等分線を、泡の方向に延長した線ｃ）上に泡の中心が存在していると、好ましいことが分かる。加工に際しては、図３Ａの説明で詳しく述べたように、泡の位置を回転テーブルの中心に一致させることが重要である。
【００５５】
ここで、図１０に種々の泡径（図９のｇ）に対する、Ｖ字型の切り込み先端Ｐと泡３との最短距離（図９のｆ）と角度Ａ１との関係を示す。なお、泡３は球状と仮定した。Ａ１＝Ａ２＋Ａ３である。図１０より、Ｖ字型の切り込み先端Ｐと泡３との最短距離ｆを５０μｍに設定すれば、泡径ｇが１００μｍ以上の泡は、ほぼ１００％の確率で泡中のガスを開放できることが分かる。同様に、ｆを１００μｍにすれば、泡径ｇが２００μｍ以上の泡は、ほぼ１００％の確率で泡中のガスを開放できることが分かる。
【００５６】
さらに、最短距離ｆは、泡３の大きさｇと角度Ａ１との関係から導き出される泡中のガスを開放できる確率と、ガラス試験片における加工の容易さと取り扱いやすさとを勘案して決めるとよい。通常の精度を有するスライサーやダイシングソーであれば、最短距離ｆは容易に１００μｍ程度とすることができる。
【００５７】
最短距離ｆについて、泡３中のガスを開放できる確率からいうと、対象とする泡３の大きさによって異なるが、５００μｍ以下が好ましく、２４０μｍ以下がより好ましく、１００μｍ以下がさらに好ましく、５０μｍ以下とするのが最も好ましい。試験片における加工の容易さと取り扱いやすさからいうと、１０μｍ以上が必要であり、２０μｍ以上が好ましく、５０μｍ以上がより好ましい。
【００５８】
上述の内容は、泡３を球状と仮定している。実際の泡は、上述のように引き延ばされている場合が多い。泡の大きさにもよるが、Ｖ字型の切り込み２を泡３の長径と直交するように形成すれば、最短距離ｆが５００μｍを超えるような場合でも、良好なガスの開放確率を確保することができる。
【００５９】
このように、取扱い等を考慮しながら、最短距離をできるだけ小さくすることによって、本発明では、従来のＨ字型の加工と比較して大きく泡の分析効率を上げることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明により、ガラス物品中の泡のガス分析用ガラス試験片を、効率よく製造することが可能となる。また前記ガラス試験片を用いて泡中のガスを分析する際、高確率で泡中のガスを取り出すことができるので、貴重な試料を有効に利用することができ、得られたデータを解析することで、ガラス物品の泡品質向上に役立てることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明によるガス分析用ガラス試験片の断面図である。
【図２】加工前ガラス試料の斜視図および上面図である。
【図３Ａ】加工前ガラス試料の加工方法の一例における最初の工程を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ａに続く工程を示す図である。
【図３Ｃ】図３Ｂに続く工程を示す図である。
【図３Ｄ】図３Ｃに続く工程を示す図である。
【図３Ｅ】図３Ａ〜図３Ｄの工程を経て得られたガラス試験片を示す図である。
【図４】Ｖ字型の切り込みが１つのみ形成されたガラス試験片の断面図である。
【図５】ガラス試験片にＶ字型の切り込みを２つ形成する工程を説明する概念図である。
【図６】Ｖ字型の切り込みが、泡を挟んで対向した位置に２つ形成されたガラス試験片の断面図である。
【図７】ガラス試験片の破断方法の一例を示す図である。
【図８】ガス分析方法を示す図である。
【図９】Ｖ字型の切り込みと泡の幾何学的な配置と、亀裂の伸長角度の範囲との関係を説明する概念図である。
【図１０】種々の泡の直径ｇに対する、最短距離ｆと角度Ａ１との関係を示した図である。
【図１１】従来のガス分析用ガラス試験片の形状（Ｈ字型状）を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０：Ｖ字型の切り込みが一つのみ形成されたガス分析用ガラス試験片
１１：加工前ガラス試料
１２：第１切断線
１３：切断面
１４：第１切り込み線
１５：第２切り込み線
１６：加工中のガラス試料
１７：第２切断線
２０：Ｖ字型の切り込みが２つ形成されたガス分析用ガラス試験片
２１：加工前ガラス試料
２２：第１切断線
２４：第１切り込み線
２５：第２切り込み線
２７：第２切断線
２：Ｖ字型の切り込み
３：泡
６：泡位置マーク
３１：真空容器
３２：ガス分析装置
３３：真空ポンプ
４１：ＸＹステージ
４２：試料ホルダー
４３：回転ステージ中心
４６：ＸＹステージのＸ線
４７：ＸＹステージのＹ線
５１：ガラス試験片固定治具
５２：押し込み棒
５３：亀裂
１０１：従来のガラス試験片
１０２：切り込み
１０３：泡
１０４：ニードル
ａ１：Ｖ字型の切り込みの先端から泡に引いた第１接線
ａ２：Ｖ字型の切り込みの先端から泡に引いた第２接線
ｂ１：亀裂伸長線
ｂ２：亀裂伸長線の対象線
ｃ：Ｖ字型のなす角の二等分線を泡の方向に延長した線
ｆ，ｆ１，ｆ２：切り込みの先端と泡との最短距離
ｇ：泡径
Ｐ：Ｖ字型の切り込みの先端
【特許請求の範囲】
【請求項１】
泡を内包し、前記泡を形成するガスを分析するためのガス分析用ガラス試験片であって、
前記泡の近傍まで、前記泡に向かう先端部が断面Ｖ字型をなす切り込みが、少なくとも１つ形成されたガス分析用ガラス試験片。
【請求項２】
前記切り込みが１つのみ形成された請求項１に記載のガス分析用ガラス試験片。
【請求項３】
前記切り込みが、前記泡を挟んで対向した位置に２つ形成された請求項１に記載のガス分析用ガラス試験片。
【請求項４】
前記切り込みの先端と、前記泡との距離が、０．０１〜１ｍｍである請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス分析用ガラス試験片。
【請求項５】
外形が、実質的に直方体または円柱であるガラス試料に前記切り込みが形成された請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス分析用ガラス試験片。
【請求項６】
前記切り込みの先端と前記泡との最短距離が現れる断面にて、前記先端から前記泡に引いた２本の接線を想定し、前記断面における前記Ｖ字型がなす角の２等分線の延長線を前記泡の方向へ引いたとき、
前記延長線が前記２本の接線の間に存在し、前記２本の接線が前記延長線となすそれぞれの角度がともに３０°以上となるように、前記切り込みが形成された請求項１〜５のいずれか１項に記載のガス分析用ガラス試験片。
【請求項７】
ガラス試料に含まれる泡を開放して、前記泡を形成するガスを分析するためのガス分析用ガラス試験片の製造方法であって、
前記ガラス試料に、前記泡の近傍まで、前記泡に向かう先端部が断面Ｖ字型をなす切り込みを少なくとも１つ形成する工程を含むガス分析用ガラス試験片の製造方法。
【請求項８】
前記切り込みを１つのみ形成する請求項７に記載のガス分析用ガラス試験片の製造方法。
【請求項９】
前記切り込みを、前記泡を挟んで対向した位置に２つ形成する請求項７に記載のガス分析用ガラス試験片の製造方法。
【請求項１０】
前記切り込みの先端と、前記泡との距離が、０．０１〜１ｍｍとなるように、前記切り込みを形成する請求項７〜９のいずれか１項に記載のガス分析用ガラス試験片の製造方法。
【請求項１１】
泡を含むガラス物品中の分析すべき泡を特定し、前記ガラス物品から前記分析すべき泡を含む前記ガラス試料を切り出す工程をさらに含む請求項７〜１０のいずれか１項に記載のガス分析用ガラス試験片の製造方法。
【請求項１２】
前記ガラス試料の外形が実質的に直方体または円柱となるように前記ガラス試料を切り出す請求項１１に記載のガス分析用ガラス試験片の製造方法。
【請求項１３】
前記切り込みの先端と前記泡との最短距離が現れる断面にて、前記先端から前記泡に引いた２本の接線を想定し、前記断面における前記Ｖ字型がなす角の２等分線の延長線を前記泡の方向へ引いたとき、
前記延長線が前記２本の接線の間に存在し、前記２本の接線が前記延長線となすそれぞれの角度がともに３０°以上となるように、前記最短距離を設定して前記切り込みを形成する請求項７〜１２のいずれか１項に記載のガス分析用ガラス試験片の製造方法。
【請求項１４】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のガス分析用ガラス試験片、または請求項７〜１３のいずれか１項に記載の方法により得たガス分析用ガラス試験片において、
前記切り込みの先端を起点とする亀裂を前記泡にまで伸長させ、前記泡を開放して前記泡を形成するガスを取り出し、当該ガスを分析するガラス中のガス分析方法。
【請求項１５】
前記ガラス試験片の前記切り込みを挟んだ２つの部分をそれぞれＰ１、Ｐ２と定義したときに、前記Ｐ１を固定して前記Ｐ２に荷重を加え、前記先端を起点とする亀裂を伸長させる請求項１４に記載のガス分析方法。
【請求項１】
泡を内包し、前記泡を形成するガスを分析するためのガス分析用ガラス試験片であって、
前記泡の近傍まで、前記泡に向かう先端部が断面Ｖ字型をなす切り込みが、少なくとも１つ形成されたガス分析用ガラス試験片。
【請求項２】
前記切り込みが１つのみ形成された請求項１に記載のガス分析用ガラス試験片。
【請求項３】
前記切り込みが、前記泡を挟んで対向した位置に２つ形成された請求項１に記載のガス分析用ガラス試験片。
【請求項４】
前記切り込みの先端と、前記泡との距離が、０．０１〜１ｍｍである請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス分析用ガラス試験片。
【請求項５】
外形が、実質的に直方体または円柱であるガラス試料に前記切り込みが形成された請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス分析用ガラス試験片。
【請求項６】
前記切り込みの先端と前記泡との最短距離が現れる断面にて、前記先端から前記泡に引いた２本の接線を想定し、前記断面における前記Ｖ字型がなす角の２等分線の延長線を前記泡の方向へ引いたとき、
前記延長線が前記２本の接線の間に存在し、前記２本の接線が前記延長線となすそれぞれの角度がともに３０°以上となるように、前記切り込みが形成された請求項１〜５のいずれか１項に記載のガス分析用ガラス試験片。
【請求項７】
ガラス試料に含まれる泡を開放して、前記泡を形成するガスを分析するためのガス分析用ガラス試験片の製造方法であって、
前記ガラス試料に、前記泡の近傍まで、前記泡に向かう先端部が断面Ｖ字型をなす切り込みを少なくとも１つ形成する工程を含むガス分析用ガラス試験片の製造方法。
【請求項８】
前記切り込みを１つのみ形成する請求項７に記載のガス分析用ガラス試験片の製造方法。
【請求項９】
前記切り込みを、前記泡を挟んで対向した位置に２つ形成する請求項７に記載のガス分析用ガラス試験片の製造方法。
【請求項１０】
前記切り込みの先端と、前記泡との距離が、０．０１〜１ｍｍとなるように、前記切り込みを形成する請求項７〜９のいずれか１項に記載のガス分析用ガラス試験片の製造方法。
【請求項１１】
泡を含むガラス物品中の分析すべき泡を特定し、前記ガラス物品から前記分析すべき泡を含む前記ガラス試料を切り出す工程をさらに含む請求項７〜１０のいずれか１項に記載のガス分析用ガラス試験片の製造方法。
【請求項１２】
前記ガラス試料の外形が実質的に直方体または円柱となるように前記ガラス試料を切り出す請求項１１に記載のガス分析用ガラス試験片の製造方法。
【請求項１３】
前記切り込みの先端と前記泡との最短距離が現れる断面にて、前記先端から前記泡に引いた２本の接線を想定し、前記断面における前記Ｖ字型がなす角の２等分線の延長線を前記泡の方向へ引いたとき、
前記延長線が前記２本の接線の間に存在し、前記２本の接線が前記延長線となすそれぞれの角度がともに３０°以上となるように、前記最短距離を設定して前記切り込みを形成する請求項７〜１２のいずれか１項に記載のガス分析用ガラス試験片の製造方法。
【請求項１４】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のガス分析用ガラス試験片、または請求項７〜１３のいずれか１項に記載の方法により得たガス分析用ガラス試験片において、
前記切り込みの先端を起点とする亀裂を前記泡にまで伸長させ、前記泡を開放して前記泡を形成するガスを取り出し、当該ガスを分析するガラス中のガス分析方法。
【請求項１５】
前記ガラス試験片の前記切り込みを挟んだ２つの部分をそれぞれＰ１、Ｐ２と定義したときに、前記Ｐ１を固定して前記Ｐ２に荷重を加え、前記先端を起点とする亀裂を伸長させる請求項１４に記載のガス分析方法。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−２４０２１６（Ｐ２００７−２４０２１６Ａ）
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−６０１０５（Ｐ２００６−６０１０５）
【出願日】平成１８年３月６日（２００６．３．６）
【出願人】（０００００４００８）日本板硝子株式会社 (853)
【出願人】（５９４１７１２７４）日本板硝子テクノリサーチ株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月６日（２００６．３．６）
【出願人】（０００００４００８）日本板硝子株式会社 (853)
【出願人】（５９４１７１２７４）日本板硝子テクノリサーチ株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
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