JP4984397B2 - ガラス母材の加工方法および加工装置 - Google Patents

Description

本発明はガラス母材の加工方法および加工装置に係り、例えばガラス母材を水平に保持して加熱加工するガラス母材の加工方法および加工装置に関する。

従来より、旋盤上に水平配置したガラス母材を下方より支持して加熱処理し、例えば、分断加工する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
上記公報に記載されている分断装置１００は、図６に示すように、分断加工するガラスロッド１０１の両端を把持して所定長さに分断するものであり、ガラスロッド１０１に亀裂や破断が生じないように、ガラスロッド１０１の途中位置を下方から支持するＹ字状の支持具１０２が配置してある。支持具１０２は、二股脚部を構成する２つの脚部のそれぞれを軸として回転可能に構成された円柱状体からなるカーボンスリーブを具備しており、このカーボンスリーブはガラスロッド１０１の加工に伴う軸方向の移動に従って回転可能となっている。また、ガラスロッド１０１を分断するためのガラスバーナ１０３が、ガラスロッド１０１に沿って移動自在に設けられている。
そして、この分断装置１００では、支持具１０２はその支持高さが常に一定になされて、加熱加工時に発生するガラスロッド１０１の撓み変形を抑制することができた。
国際公開Ｗ０２００２／０８５８０４号公報

しかしながら、ガラスロッドの延伸等の加工では、延伸位置での母材の垂れ下がり、母材の回転による延伸部の若干の振れ回りや母材の外径変動等の影響で、支持具の位置での母材の下面位置が変動し、支持具のガラスロッド支持不足により、ガラスロッドが把持されるガラスロッド把持部などの応力が集中しやすい箇所に亀裂や割れ、およびガラスロッドの回転による加熱延伸部の変形等が発生することが分かった。

本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、水平に配置して加熱加工するガラス母材を下方から適正に支持して、亀裂や割れを生じさせることのないガラス母材の加工方法および加工装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係るガラス母材の加工方法は、水平配置したガラス母材を移動しながら加熱加工するガラス母材の加工方法であり、前記ガラス母材を下方より支持するガラス母材支持具を使用して、加熱によって生じる前記ガラス母材の上下位置変動に応じて前記ガラス母材支持具の支持高さを調整することを特徴としている。

このように構成されたガラス母材の加工方法においては、水平に支持したガラス母材を加熱加工する際に、ガラス母材支持具によってガラス母材を下方から支持する。この際に、加熱によって生じるガラス母材の外径の変動や撓みによる上下位置変動に応じて、ガラス母材支持具の高さを調整するので加熱加工中にガラス母材を適正に支持することができ、重いガラス母材や外径が変動するガラス母材等についても安定した加熱加工を行うことができる。

また、本発明に係るガラス母材の加工方法は、前記ガラス母材の下面位置を検出して前記ガラス母材支持具の高さ調整を行うことを特徴としている。

このように構成されたガラス母材の加工方法においては、ガラス母材の下面位置を検出してガラス母材支持具による支持高さを調整するので、加熱加工中にガラス母材を適正に支持することができ、下面位置が変動するガラス母材についても安定した加熱加工を行うことができる。なお、下面位置の変動検出は、受発光センサを用いて受光する光量の変化を観察して行う外に、一旦ガラス母材の外径変動を検出して、この外径変動から導き出すようにすることもできる。

また、本発明に係るガラス母材の加工方法は、前記ガラス母材による前記ガラス母材支持具への負荷荷重の変動を検出して前記ガラス母材支持具の高さ調整を行うことを特徴としている。

このように構成されたガラス母材の加工方法においては、加熱加工中にガラス母材が軟化して自重により撓んだり、片持ち状態となってガラス母材を支持している両端において負荷荷重が変動したりする。この重さの変動や両端支持部における負荷荷重の変動を検出してガラス母材支持具の高さ調整を行うので、加熱加工中にガラス母材を適正に支持することができ、安定した加熱加工を行うことができる。

また、本発明に係るガラス母材の加工方法は、前記ガラス母材支持具が、バネ手段により前記ガラス母材の上下位置変動を吸収することを特徴としている。

このように構成されたガラス母材の加工方法においては、ガラス母材支持具はバネ手段によってガラス母材を支持しているので、瞬間的な衝撃を吸収することができる。また、均一な力でガラス母材を支持することができる。

また、本発明に係るガラス母材の加工装置は、ガラス母材の両端を把持して水平に支持すると共に回転駆動される一対のチャック機構を備えた旋盤と、前記一対のチャック機構の間において前記ガラス母材を加熱する加熱手段と、前記加熱手段に近接配置されるとともに、前記ガラス母材を下方から支持するガラス母材支持具とを具備し、前記ガラス母材支持具は、前記ガラス母材の上下位置変動に応じて前記ガラス母材支持具の支持高さを調整する支持高さ調整手段を備えることを特徴としている。

このように構成されたガラス母材の加工装置においては、旋盤上にガラス母材を水平に配置して両端を一対のチャック機構により把持し、加熱手段の近傍においてガラス母材支持具によりガラス母材を下方から支持した状態で加熱手段によりガラス母材を加熱する。このとき、ガラス母材の上下位置変動に基づいて、支持高さ調整手段によってガラス母材支持具の支持高さを調整しながら加熱加工を行うので、加熱加工中にガラス母材を適正に支持することができ、重いガラス母材や外径が変動するガラス母材等についても安定した加熱加工を行うことができる。

また、本発明に係るガラス母材の加工装置は、前記ガラス母材の上下位置変動を検出する変動検出手段と、前記支持高さ調整手段が、前記ガラス母材に当接する受け部を上下方向に支持するバネ手段と、前記受け部を上下移動させる上下移動機構と、前記変動検出手段の出力に応じて前記上下移動機構を制御する制御手段とを備えることを特徴としている。

このように構成されたガラス母材の加工装置においては、ガラス母材の上下位置変動を変動検出手段が検出して、調整する支持高さ調整手段がガラス母材支持具の高さを調整するが、この際、ガラス母材に当接する受け部をバネ手段が弾性支持するので瞬間的な衝撃を吸収することができる。また、制御手段が変動検出手段からの出力に応じて上下移動機構を制御して受け部を上下移動させるので、ガラス母材が上下に変動しても適正に支持することができる。

また、本発明に係るガラス母材の加工装置は、前記支持高さ調整手段が、前記ガラス母材に当接する受け部におけるガラス母材接触部位が回転自在な球体であることを特徴としている。

このように構成されたガラス母材の加工装置においては、受け部においてガラス母材に接触する部位が球面なので、ガラス母材の回転を許容して支持することができる。また、支持しているガラス母材に長手方向の力を作用させずにガラス母材支持具をガラス母材の長手方向へ容易に移動させることができる。なお、球面をカーボンやセラミックで形成することにより、ガラス母材に金属成分が混入して品質が低下するのを防止することができる。

本発明によれば、従来のような加熱で軟化したガラス母材が撓んで割れることがあるという問題を解消でき、これにより、例えば重いガラス母材や外径が変動するガラス母材でも適正に支持して安定した熱処理が可能になるという効果が得られる。

以下、本発明に係る好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係るガラス母材の加工方法および加工装置を示す正面図、図２はガラス母材支持具の正面図、図３はガラス母材に接触する受け部の詳細図である。

図１に示すように、本発明に係る一実施の形態であるガラス母材の加工装置１０は、旋盤２０上に配置され、ガラス母材１１の両端１１ａ、１１ｂを把持して水平に支持する一対のチャック機構２１ａ、２１ｂと、この一対のチャック機構２１ａ、２１ｂの間においてガラス母材１１を加熱する加熱手段としての加熱炉３０と、加熱炉３０に近接配置されるとともに、ガラス母材１１を下方から支持するガラス母材支持具４０とを具備している。そして、ガラス母材支持具４０は、ガラス母材支持具４０の支持高さを調整する支持高さ調整手段４２を備えている。加熱炉３０とガラス母材支持具４０との間には、ガラス母材１１の上下位置変動を検出する変動検出手段４１が設けられている。
なお、本実施の形態では、ガラス母材支持具４０および変動検出手段４１は、加熱炉３０の一方の側（図示の左側）にのみ設けてあるが、図４に示すように、加熱炉３０の他方の側（図示の右側）に追加装備しても良い。

ここで、従来の問題点並びに本発明の特徴を明瞭にするために、ガラス母材の延伸加工時における動作状況を、加工の進行に合わせて、ガラス母材支持具を装備しない従来装置とガラス母材支持具を装備した本発明装置とを段階的に対比しながら説明する。

図４は本発明装置による場合を、図５は従来装置による場合をそれぞれ示し、各図の（ａ）は延伸前の初期状態を、（ｂ）は延伸開始初期を、（ｃ）は延伸中盤を、（ｄ）は延伸終了を、示している。

図４，５（ａ）で示す延伸前初期状態では、従来装置、本発明装置ともに差異はない。しかし、延伸を実施している（ｂ）〜（ｄ）の各段階において、本発明装置と従来装置とで、明らかな差異を生じる。つまり、本発明装置では、ガラス母材１１はガラス母材支持具４０、４０によって常に安定状態に支持されて延伸が行われるのに対し、従来装置では、（ｂ）の段階において、加熱により軟化したガラス母材によって生じる片持ち状態に起因してガラス母材に撓みが発生し、移動側チャック機構（図示の右側）においてガラス母材に亀裂や割れを生じさせる虞が大きい。また、（ｃ）の段階では、移動側チャック機構での負荷は徐々に軽減にされるものの、固定側チャック機構（図示の左側）に面した延伸済みのガラス母材が撓んだ状態で延伸されて若干振れ廻る事態を生じる。さらに（ｄ）の段階では、延伸済みのガラス母材によった片持ち状態から撓みが発生し、固定側チャック機構（図示の左側）においてガラス母材に亀裂や割れを生じさせる虞が大きい。なお、本発明装置において、ガラス母材１１の上下位置変動検出および支持高さ調整は、（ｂ）の段階では主に移動側チャック機構（図示の右側）に面したガラス母材支持具４０および変動検出手段４１が担い、（ｃ）の段階では加熱炉両側のガラス母材支持具４０および変動検出手段４１が担い、（ｄ）の段階では主に固定側チャック機構（図示の左側）に面したガラス母材支持具４０および変動検出手段４１が担う。

図１に戻って、旋盤２０は、ベース２２の上に固定された固定側ポスト２３ｂと、この固定側ポスト２３ｂに対して接近・離反可能な移動側ポスト２３ａとを有しており、各ポスト２３ａ、２３ｂの上端部にはガラス母材１１を把持するチャック機構２１ａ、２１ｂが設けられている。チャック機構２１ａ、２１ｂは、回転機構（図示省略）によって回転されるようになっている。
従って、例えばガラス母材１１を加熱して延伸する場合には、ガラス母材１１を把持し例えばチャック機構２１ａ、２１ｂを回転させながら、移動側ポスト２３ａを固定側ポスト２３ｂから遠ざける方向へ移動させて、延伸を行う。

旋盤２０のベース２２の中央部には台２４が設けられており、この台２４の上にはガラス母材１１を加熱するための加熱炉３０、加熱加工されたガラス母材１１の上下位置変動として下面位置を検出する変動検出手段４１および加熱加工されたガラス母材１１を下方から支持するガラス母材支持具４０が設けられている。なお、台２４は、ベース２２上でガラス母材１１の長手方向へ移動可能となっている。

変動検出手段４１としては、例えば、図２に示すように、架台４４の上にガラス母材１１の外径を測定する外径測定器４３を設けたものを使用することができる。この外径測定器４３では、ガラス母材１１の外径を測定するだけでなく、ガラス母材１１の中心ＣＬの高さ位置、あるいは、ガラス母材１１の外径変動から下面位置を検出できるようになっている。
また、ガラス母材支持具４０として、ガラス母材１１を支持する受け部４５を上下移動自在に支持する支持高さ調整手段４２に設けたものを使用することができる。

支持高さ調整手段４２は、ガラス母材１１に当接する受け部４５に上下方向の弾性力を付与するスプリング５１と、受け部４５を上下移動させる上下移動機構としてのモータ４７等と、外径測定器４３の出力に応じてモータ４７を制御する制御手段である制御部５３とを備えている。上下移動機構では、底部にロードセル４６を設け、ロードセル４６の上にモータ４７によって回転するボールネジ４８およびガイドポスト４９を鉛直方向に設け、ボールネジ４８に螺合するボールナット部（図示省略）を有するとともにガイドポスト４９に沿って上下移動する昇降台５０を有している。この昇降台５０は、スプリング５１によって上方に付勢されている上下移動可能な取付台５２を有しており、この取付台５２に前述した受け部４５が取り付けられている。スプリング５１により、受け部４５に作用する瞬間的な衝撃を和らげることができるようになっている。

従って、外径測定器４３によって測定されたガラス母材１１の下面位置を示す信号は制御部５３に送られ、このデータに基づいて、モータ４７を制御してボールネジ４８を回転させ、昇降台５０を上下移動させることにより受け部４５の高さを調整する。これにより、延伸によって外径が細く変化するガラス母材１１においても中心ＣＬの高さが常に一定となるように受け部４５を上昇させて支持することができる。
また、ロードセル４６によってガラス母材１１を押し上げる負荷荷重を測定して制御部５３に送り、この測定された負荷荷重に基づいてモータ４７を制御して測定値が一定となるようにする。これにより、常に一定の力でガラス母材１１を支持することができ、重いガラス母材１１についても適正に支持することができる。

図３に示すように、受け部４５は全体Ｙ字状をしており、ガラス母材１１に直接接触するガラス母材接触部位には、球面を形成する例えばカーボン製やセラミック製の自在キャスター５４が回転自在に設けられている。これにより、ガラス母材１１の回転を許容して支持することができる。また、支持しているガラス母材１１に長手方向の力を作用させずにガラス母材支持具４０をガラス母材１１の長手方向へ容易に移動させることができる。さらに、自在キャスター５４としてカーボン製やセラミック製のものを用いることにより、加熱されているガラス母材１１に金属成分が付着するのを防止して、伝送ロスを発生させないようにすることができる。なお、受け部４５は、スプリング５１によって常時上方へ付勢されている。

次に、本発明に係るガラス母材の加工方法について説明する。
まず、図１に示すように、ガラス母材１１を旋盤２０に水平配置して両端１１ａ、１１ｂをチャック機構２１ａ、２１ｂによって把持し、ガラス母材１１を加熱炉３０によって加熱加工する。このとき、加熱炉３０によって加熱されたガラス母材１１では、外径が変動する場合があるので、ガラス母材１１を下方より支持するガラス母材支持具４０を使用して、加熱によって生じるガラス母材１１の上下位置変動に応じてガラス母材支持具４０の支持高さを調整する。

図２に示すように、ガラス母材支持具４０の支持高さを調整するに際して、外径測定器４３を用いてガラス母材１１の外径変動を検出し、検出信号を制御部５３に伝達し、制御部５３では得られた外径測定値に基づいてガラス母材１１の下面位置を求めてモータ４７を制御し、昇降台５０を上下移動させてガラス母材支持具４０の高さ調整を行う。
これにより、例えば延伸のような外径が変化する加熱加工においても、ガラス母材１１の中心が真っ直ぐに通るように支持することができ、安定した加熱加工を行うことができる。

また、ガラス母材支持具４０の支持高さを調整するに際して、ガラス母材１１によるガラス母材支持具４０への負荷荷重の変動を検出してガラス母材支持具４０の高さ調整を行うこともできる。例えば１０ｋｇ以上あるような太径のガラス母材１１を加熱加工すると、ガラス母材１１が軟化して自重で撓み、ガラス母材１１を支持しているガラス母材支持具４０に重量がかかる。この重量を、ガラス母材支持部４０が設けられているロードセル４６によって測定して、制御部５３に伝達する。制御部５３では得られた重量に基づいてモータ４７を制御し、昇降台５０を上下移動させてロードセル４６により測定される重量に応じてガラス母材支持具４０の高さ調整を行う。
これにより、重量があるガラス母材１１についても適正に支持して安定した加熱加工を行うことができる。

なお、ガラス母材１１の回転による振れ廻り等によってガラス母材支持具４０に瞬間的なガラス母材１１の上下位置変動が作用した場合には、ガラス母材１１に接触する受け部４５を支持しているスプリング５１により瞬間的な上下位置変動を吸収するので衝撃に耐えることができ、ガラス母材１１に割れが生じるのを防止することができる。また、スプリング５１の弾性力により、均一な力でガラス母材を支持することができる。

以上説明したように、本発明に係るガラス母材の加工方法および加工装置によれば、水平配置したガラス母材１１を移動しながら加熱加工する際に、ガラス母材支持具４０によってガラス母材１１を下方から支持する。この際に、加熱によって生じるガラス母材１１の外径の変動や撓みによる上下位置変動に応じて、ガラス母材支持具４０の高さを調整するので加熱加工中にガラス母材１１を適正に支持することができ、重いガラス母材や外径が変動するガラス母材等についても安定した加熱加工を行うことができる。

なお、本発明のガラス母材の加工方法および加工装置は、前述した実施の形態に限定されるものでなく、適宜な変形，改良等が可能である。
例えば、前述した実施の形態においては、外径測定器４３を用いてガラス母材１１の上下位置変動を検出すると共に、ガラス母材支持具４０にかかる重量をロードセル４６によって測定し、制御部５３が測定された重量に基づいてモータ４７を制御する場合について説明したが、上下位置変動または重量の変動のいずれか一方のみ用いて高さ調整を行うことも可能である。

また、前述した実施の形態においては、負荷荷重の変動をガラス母材支持具４０への重量の変動としてロードセル４６を用いて検出する場合について説明したが、このほか、ガラス母材１１が加熱されて軟化するとガラス母材１１の支持が片持ち状態となり、ガラス母材１１を把持している両端において負荷荷重が変動することから、この負荷荷重の変動を曲げモーメントとして、例えば歪みセンサで検出してガラス母材支持具の高さ調整を行うようにすることもできる。

あるいは、ガラス母材１１を把持している両端において負荷荷重が変動すると、ガラス母材１１の回転トルクも変動するので、チャック機構２１ａ、２１ｂにおける回転機構（モータ）のトルク電流変化を検出してガラス母材支持具の高さ調整を行うようにすることもできる。

また、前述した実施の形態においては、受け部４５におけるガラス母材接触部位に、球体５４ａが回転する自在キャスター５４を設けた場合を例示したが、この他、ガラス母材接触部位を球形状の突起とすることもできる。この場合も、同様に、カーボンやセラミック等を用いて形成するのが望ましい。

以上のように、本発明に係るガラス母材の加工方法および加工装置は、重いガラス母材や外径が変動するガラス母材でも適正に支持して安定した熱処理が可能になるという効果を有し、例えばガラス母材を水平に保持して加工することができるガラス母材の加工方法および加工装置等として有用である。

本発明の実施形態に係るガラス母材の加工方法および加工装置を示す正面図である。 ガラス母材支持具および変動検出手段の正面図である。 ガラス母材支持具においてガラス母材に接触する受け部の詳細図である。 本発明の特徴を説明する延伸加工時の動作状況を段階的に示した図で、（ａ）は延伸前の初期状態、（ｂ）は延伸開始初期、（ｃ）は延伸中盤、（ｄ）は延伸終了時を示す。 図４に対比して示した従来装置での延伸加工時の動作状況を段階的に示した図で、（ａ）は延伸前の初期状態、（ｂ）は延伸開始初期、（ｃ）は延伸中盤、（ｄ）は延伸終了時を示す。 従来のガラス母材の加工装置を示す側面図である。

符号の説明

１０ ガラス母材の加工装置
１１ ガラス母材
２０ 旋盤
２１ａ、２１ｂ チャック機構
３０ 加熱炉（加熱手段）
４０ ガラス母材支持具
４１ 変動検出手段
４２ 支持高さ調整手段
４５ 受け部
４７ モータ（上下移動機構）
５１ バネ（バネ手段）
５３ 制御部（制御手段）

Claims (2)

1. 水平配置したガラス母材を移動しながら加熱加工するガラス母材の加工方法であり、
   前記ガラス母材を下方より支持するガラス母材支持具を使用し、前記ガラス母材の下面位置を検出して、加熱によって生じる前記ガラス母材の上下位置変動に応じて前記ガラス母材支持具の支持高さを調整することを特徴とするガラス母材の加工方法。
2. ガラス母材の両端を把持して水平に支持すると共に回転駆動される一対のチャック機構を備えた旋盤と、
   前記一対のチャック機構の間において前記ガラス母材を加熱する加熱手段と、
   前記加熱手段に近接配置されるとともに、前記ガラス母材を下方から支持するガラス母材支持具とを具備し、
   前記ガラス母材支持具は、前記ガラス母材の上下位置変動を検出する変動検出手段と、前記ガラス母材の上下位置変動に応じて前記ガラス母材支持具の支持高さを調整する支持高さ調整手段とを備え、
   該支持高さ調整手段が、前記ガラス母材に当接する受け部を上下方向に支持するバネ手段と、前記受け部を上下移動させる上下移動機構と、前記変動検出手段の出力に応じて前記上下移動機構を制御する制御手段とを備えることを特徴とするガラス母材の加工装置。
   
   

Images