JP2004299983A

JP2004299983A - ガラスロッド及びガラス材の接続方法

Info

Publication number: JP2004299983A
Application number: JP2003096114A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Ijiri; 英幸井尻; Masahiko Matsui; 雅彦松井
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28

Abstract

【課題】ガラス材を接続した後の接続面付近における亀裂や割れの発生を抑制するガラスロッド及びガラス材の接続方法を提供する。
【解決手段】本発明のガラスロッド１０は、一対の棒状のガラス材１１，１２の端部１１ａ，１２ａ同士が接続され、一方のガラス材１１の端部１１ａが他方のガラス材１２の端部１２ａに押し込まれ、互いの接続面１３が湾曲面となっている。
また、本発明のガラス材の接続方法は、一対の棒状のガラス材１１，１２の端部１１ａ，１２ａを加熱・軟化させて、一方のガラス材１１における端部１１ａの粘度を他方のガラス材１２における端部１２ａの粘度の５倍以上の状態として、端部１１ａ，１２ａ同士を突き合わせて接続する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラスロッド及びガラス材の接続方法に関し、さらに詳しくは、一対の棒状のガラス材同士を接続したガラスロッド、及びガラス材同士を加熱・軟化させて接続するガラス材の接続方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、一対の棒状のガラス材同士を接続して１本のガラスロッドとする方法としては、図３に示すように、互いに接続するガラス材５０，５１の端部をバーナなどにより加熱することで軟化させて、軟化したガラス材５０，５１の端部を互いに突き合わせることにより行われている。従来、ガラス材５０，５１を接続して得られたガラスロッド５２の接続面５３は、平面状に形成されていた。
また、ガラス材を接続した後に、接続箇所に残留する気泡を中心とする残留歪みによって割れや亀裂が発生してしまうことに鑑み、その防止策として、少なくとも一方のガラス材の端部を凸状に形成しておくことが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３２７３５８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、互いに接続するガラス材が異なる材質であった場合、接続面がほぼ平面となる従来の接続方法では、それぞれのガラス材の熱膨張係数の違いにより接続面の付近に歪みが局所的に残留しやすく、その歪みによって接続後の冷却過程や保管中に接続面付近に亀裂や割れが生じてしまう場合があった。また、接続後のガラスロッドの外周部分を研削加工した際に、残留歪みの影響により、研削抵抗による衝撃で接続面付近が割れてしまうこともあった。
【０００５】
本発明は、ガラス材を接続した後の接続面付近における亀裂や割れの発生を抑制するガラスロッド及びガラス材の接続方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係るガラスロッドは、一対の棒状のガラス材の端部同士が接続され、接続面が湾曲面となっていることを特徴としている。
このような構成のガラスロッドによれば、接続面が湾曲面とされているため、接続した際の歪みが一部に集中することなく湾曲した面に沿って分散されるため、接続面付近における割れを防止することができる。
【０００７】
また、上記構成のガラスロッドにおいて、湾曲面の押し込み量である軸方向のラップ寸法が、ガラス材の直径の５％以上であることが望ましい。また、ラップ寸法が、ガラス材の直径の１０％以上であるとさらに良い。
これにより、接続面付近に生じる歪みをより効果的に分散することができ、接続部付近での割れを確実に防止することができる。
なお、一対のガラス材の直径が異なる場合には、小径側のガラス材の直径を基準として、ラップ寸法がその５％以上であれば良い。
【０００８】
また、上記目的を達成するための本発明に係るガラス材の接続方法は、一対の棒状のガラス材の端部を加熱・軟化させ、一方のガラス材における端部の粘度を他方のガラス材における端部の粘度の５倍以上の状態とし、端部同士を突き合わせて接続することを特徴としている。
このようなガラス材の接続方法によれば、接続する一対の端部の粘度差が５倍以上の状態で、ガラス材同士を互いに突き合わせて接続することにより、一方のガラス材が他方のガラス材に押し込まれ、接続面を曲面に形成することができる。粘度差が５倍以上であると、粘度の低い方（他方）のガラス材が粘度の高い方（一方）のガラス材の周囲を覆うような形状に変形しやすい。
したがって、接続面付近における歪みが分散され、歪みの部分的な集中による割れの発生を抑えることができる。
【０００９】
また、上記のガラス材の接続方法において、加熱する際の加熱温度差によって、一方のガラス材の粘度を他方のガラス材の粘度の５倍以上とすることが望ましい。
これにより、それぞれのガラス材に対して加熱温度を調節することで容易に粘度差を５倍以上にすることができる。
【００１０】
また、上記のガラス材の接続方法において、接続前に、一方のガラス材に先行して他方のガラス材を加熱し、一方のガラス材の粘度を他方のガラス材の粘度の５倍以上とすることが望ましい。
これにより、例えば一定温度の加熱源を用いてガラス材を加熱する場合でも、他方のガラス材を先に加熱することによって十分に軟化させることができ、容易に粘度差を５倍以上にすることができる。
【００１１】
また、上記のガラス材の接続方法において、加熱した際に、一方のガラス材の粘度が他方のガラス材の粘度の５倍以上となるように、一方のガラス材と他方のガラス材との材質を選択することが望ましい。
これにより、それぞれのガラス材の材質を選択することで容易に粘度差を５倍以上にすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るガラスロッド及びガラス材の接続方法の実施の形態を、図１及び図２に基づいて説明する。
図１は、本実施形態のガラス材の接続方法によって接続されたガラスロッドである。
図１に示すように、このガラスロッド１０は、一対の棒状のガラス材１１，１２を互いに接続したもので、一方のガラス材１１の端部が他方のガラス材１２の端部に押し込まれている。
これにより、これらガラス材１１，１２の接続面１３が、ガラス材１２に向かってほぼ半球状に突出した湾曲面となっている。
【００１３】
ここで、これらガラス材１１，１２同士の接続面１３では、他方のガラス材１２の端部への一方のガラス材１１の押し込み量である軸方向のラップ寸法Ｌ（ｍｍ）が、ガラス材１１，１２の直径Ｄ（ｍｍ）の５％以上とされている。つまり、ラップ寸法Ｌと直径Ｄとは、次式（１）のような関係となっている。
Ｌ≧０．０５Ｄ …（１）
【００１４】
次に、上述した一対の棒状のガラス材１１，１２を接続する接続方法について説明する。
（加熱温度の差を利用した接続方法）
最初に、ガラス材１１，１２を軟化させる際の加熱温度の差によって、接続する端部の粘度差を５倍以上として接続を行う方法について説明する。
まず、図２に示すように、それぞれのガラス材１１，１２の接続側の端部１１ａ，１２ａを凸状に湾曲させておく。
ここで、他方のガラス材１２の端部１２ａに押し込ませる一方のガラス材１１の端部１１ａを、端部１２ａより細く尖らせておくと良い。
【００１５】
次に、互いに接続するガラス材１１，１２の端部１１ａ，１２ａをバーナ等によって加熱して軟化させる。
ここで、一方のガラス材１１の端部１１ａの粘度が、他方のガラス材１２の端部１２ａの粘度の５倍以上となるように、それぞれのガラス材１１，１２の端部１１ａ，１２ａを加熱する。すなわち、一対のガラス材１１，１２の材質が等しいか、あるいは熱膨張係数の差が少ない場合には、一方のガラス材１１の端部１１ａに比べて他方のガラス材１２の端部１２ａの温度が高くなるように温度差を設けて加熱する。
ただし、一対のガラス材１１，１２の材質が異なり、熱膨張係数の差が大きい場合には、この限りではなく、ほぼ同等の加熱温度によっても粘度差が５倍以上となるような条件で加熱を行えば良い。
【００１６】
また、これら互いに接続するガラス材１１，１２は、接続する際のそれぞれの加熱温度にて、一方のガラス材１１の端部１１ａの粘度が他方のガラス材１２の端部１２ａの粘度の５倍以上となるように、それぞれガラス材の材質を選択しておくと良い。
【００１７】
このように、一方のガラス材１１の端部１１ａの粘度が、他方のガラス材１２の端部１２ａの粘度の５倍となるようにそれぞれの端部１１ａ，１２ａを加熱して軟化させ、この状態において、互いのガラス材１１，１２を突き合わせ、互いに押し付ける。
これにより、他方のガラス材１２の端部１２ａの付近のガラスが、一方のガラス材１１の端部１１ａの周囲に覆い被さる。そして、一方のガラス材１１の端部１１ａが他方のガラス材１２の端部１２ａに押し込まれるようになり、これらガラス材１１，１２の接続面１３がほぼ半球状の湾曲面となり、ガラス材１１，１２が接続される。
そして、他方のガラス材１２への一方のガラス材１１の押し込み量である軸方向のラップ寸法Ｌが、ガラス材１１，１２の直径Ｄの５％以上となるまで、互いのガラス材１１，１２同士を押し付けると良い。
【００１８】
（加熱の時間差を利用した接続方法）
次に、接続する端部の粘度差が５倍以上となるように、一方のガラス材に先行して他方のガラス材を加熱して、接続を行う方法について説明する。
まず、上記と同様に、図２に示すように、それぞれのガラス材１１，１２の端部１１ａ，１２ａを凸状に湾曲させておく。また、一方のガラス材１１の端部１１ａを、他方のガラス材１２の端部１２ａより細く尖らせておくと良い。
【００１９】
また、これら互いに接続するガラス材１１，１２は、接続する際のそれぞれの加熱温度にて、一方のガラス材１１の端部１１ａの粘度が他方のガラス材１２の端部１２ａの粘度の５倍以上となるように、それぞれガラス材の材質を選択しておくと良い。
【００２０】
次に、互いに接続するガラス材１１，１２の端部１１ａ，１２ａをバーナ等によって加熱することにより軟化させる。この実施の形態では、まず先に、他方のガラス材１２の端部１２ａを所望の加熱温度で加熱し始める。そして、他方のガラス材１２を加熱しながら、一方のガラス材１１の端部１１ａを、所望の加熱温度で加熱し始める。このように、一方のガラス材１１に先行して他方のガラス材１２を加熱して、加熱時間に差を設けることにより、一方のガラス材１１の端部１１ａの粘度を、他方のガラス材１２の端部１２ａの粘度の５倍以上とする。
この状態において、互いのガラス材１１，１２の端部１１ａ，１２ａを突き合わせ、互いに押し付ける。
【００２１】
これにより、上述した加熱温度の差による接続方法の場合と同様に、ガラス材１１，１２の接続面１３がほぼ半球状の湾曲面となり、ガラス材１１，１２が接続される。また、ラップ寸法Ｌが、ガラス材１１，１２の直径Ｄの５％以上となるように押し込んで接続すると良い。
【００２２】
また、この実施の形態では、それぞれガラス材１１，１２を加熱する熱源の温度が異なる場合でも、同一である場合でも、加熱時間の差を設けることによって、被加熱物であるガラス材１１，１２の温度に差を設けることができ、粘度の差を得ることができる。
【００２３】
以上説明した２種の接続方法の何れか一方を用いるか、または両方を組み合わせて用いることによって、一対のガラス材の接続作業を行い、その後、接続部分を冷却して、所望のガラスロッド１０を得ることができる。好ましくは、接続部分の外周を研削して仕上げると良い。
【００２４】
このように、本実施形態のガラスロッド１０によれば、一方のガラス材１１の端部１１ａが他方のガラス材１２の端部１２ａに押し込まれて互いの接続面１３が湾曲面となり、さらに軸方向のラップ寸法Ｌが直径Ｄの５％以上となっている。そのため、接続した際の歪みが一部に集中することなく湾曲した接続面１３に沿って分散されるため、接続面１３付近における割れを確実に防止することができる。
【００２５】
また、本実施形態のガラス材の接続方法によれば、一方のガラス材１１の端部１１ａの粘度が他方のガラス材１２の端部１２ａの粘度の５倍以上となった状態で、これらガラス材１１，１２を互いに突き合わせて接続することにより、一方のガラス材１１が他方のガラス材１２に押し込まれ、接続面１３付近における歪みが分散され、歪みの一部集中による割れの発生が防止される。
【００２６】
（実施例）
次に、本発明に係るガラスロッド及びガラス材の接続方法の実施例について説明する。
２０ｍｏｌ％の二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ_２）を含む石英ガラスである棒状のガラス材１１と、材質が純石英ガラスである棒状のガラス材１２を、それぞれバーナの酸水素火炎によって加熱し、一方のガラス材１１の端部１１ａが１０００℃、他方のガラス材１２の端部１２ａが２０００℃の状態で互いに突き合わせて接続した。そのとき、一方のガラス材１１の端部１１ａの粘度は３０００００Ｐａ・ｓであり、他方のガラス材１２の端部１２ａの粘度は３００００Ｐａ・ｓであった。すなわち、端部１１ａの粘度が端部１２ａの粘度の５倍以上となった状態で接続した。
【００２７】
このような接続方法により、第１実施例としてラップ寸法Ｌを直径Ｄの５％としたガラスロッド１０と、第２実施例としてラップ寸法Ｌを直径Ｄの１０％としたガラスロッド１０をそれぞれ１０本作成した。また、比較例として、粘度差が５倍未満である従来の接続方法によって接続し、接続面がほぼ平面状であるガラスロッド５２（図３参照）を１０本作成した。
全てのガラスロッド１０，５２は、接続後室温で空冷して、２４時間室温にて保管し、その後さらに、接続部分の外周を研削した。
そして、全てのガラスロッド１０，５２に対して、空冷中、保管中及び外周研削中のそれぞれの時点における割れの発生本数を検査した。
その検査結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】

【００２９】
この表１から判るように、従来の接続方法による比較例は、空冷中に２本、保管中に２本、外周研削中に４本の割れが発見され、良好率が２０％と低かった。これに対して、本発明に係る第１実施例であるラップ寸法Ｌを直径Ｄの５％としたものでは、保管中に僅かに１本、外周研削中に３本の割れが発見された程度であり、良好率は６０％であった。さらには、本発明に係る第２実施例であるラップ寸法Ｌを直径Ｄの１０％としたものでは、空冷中、保管中、外周研削中のいずれにおいても割れが発見されず、良好率が１００％であった。
このように、本発明のガラス材の接続方法により接続されたガラスロッドは、従来の接続方法によるものと比較して、割れの発生が大幅に抑えられることがわかった。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のガラスロッドによれば、一方のガラス材の端部が他方のガラス材の端部に押し込まれ、互いの接続面が湾曲面とされているので、接続した際の歪みが一部に集中することなく分散されて、接続面付近における割れを防止することができる。
また、本発明のガラス材の接続方法によれば、軟化した端部における一方のガラス材の粘度が他方のガラス材の粘度の５倍以上の状態で一対のガラス材を突き合わせて接続することにより、一方のガラス材が他方のガラス材に押し込まれ、接続面付近における歪みが分散され、歪みの一部集中による割れの発生が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガラスロッドの一実施形態を示す概要図である。
【図２】接続されるガラス材の端部の形状を示す概要図である。
【図３】従来のガラス材の接続方法を示す概要図である。
【符号の説明】
１０ガラスロッド
１１，１２ガラス材
１１ａ，１２ａ端部
１３接続面
Ｄ直径
Ｌラップ寸法

Claims

一対の棒状のガラス材の端部同士が接続され、接続面が湾曲面となっていることを特徴とするガラスロッド。
前記湾曲面の押し込み量である軸方向のラップ寸法が、前記ガラス材の直径の５％以上であることを特徴とする請求項１に記載のガラスロッド。
一対の棒状のガラス材の端部を加熱・軟化させ、一方のガラス材における前記端部の粘度を他方のガラス材における前記端部の粘度の５倍以上の状態とし、前記端部同士を突き合わせて接続することを特徴とするガラス材の接続方法。
前記加熱する際の加熱温度差によって、前記一方のガラス材の粘度を前記他方のガラス材の粘度の５倍以上とすることを特徴とする請求項３に記載のガラス材の接続方法。
前記接続前に、前記一方のガラス材に先行して前記他方のガラス材を加熱し、前記一方のガラス材の粘度を前記他方のガラス材の粘度の５倍以上とすることを特徴とする請求項３に記載のガラス材の接続方法。
前記加熱した際に、前記一方のガラス材の粘度が前記他方のガラス材の粘度の５倍以上となるように、前記一方のガラス材と前記他方のガラス材との材質を選択することを特徴とする請求項３から請求項５の何れか１項に記載のガラス材の接続方法。