(57)【要約】【課題】熱的な影響等による把持力低下を防止することができる把持装置及びガラス体の加熱装置を提供する。【解決手段】把持装置３は、一端側に開口した穴３２Ａが形成されたホルダ３２と、ホルダ３２における一端側の外周に螺着される締付けリング３３と、穴３２Ａ内部に設けられ内方へ向かって縮径したテーパ面３２Ｂに当接するテーパ状の第１当接面３４Ａを外周に有する把持爪部材３４とを備え、締付けリング３３をホルダ３２に対して相対回転させて螺合を進行させることで把持爪部材３４の内側に挿入されたダミー棒１０Ａを把持する把持装置であって、締付けリング３３内には、把持爪部材３４をホルダ３２へ弾性付勢する弾性付勢手段３５を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一端側に開口した穴が形成されたチャック本体と、前記チャック本体における前記一端側の外周に螺着される締付けリングと、前記チャック本体の前記穴内部に設けられ内方へ向かって縮径したテーパ面に当接するテーパ状の当接面を外周に有する把持爪部材とを備え、前記締付けリングを前記チャック本体に対して相対回転させて螺合を進行させることで前記把持爪部材の内側に挿入された被把持体を把持する把持装置であって、
前記締付けリング内に、前記把持爪部材を前記チャック本体へ弾性付勢する弾性付勢手段を有することを特徴とする把持装置。
【請求項２】
請求項１に記載の把持装置であって、
前記把持爪部材の熱膨張係数は、前記チャック本体の熱膨張係数より大きいことを特徴とする把持装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の把持装置を備え、前記把持装置で透明ガラス体を把持しながら前記透明ガラス体を加熱することを特徴とするガラス体の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス体などの被把持体を把持する把持装置及びガラス体の加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガラスの加工を行う各種の用途に応じて、例えば光ファイバの製造等において透明化されたガラス体を延伸して細径化させるために、延伸加工装置が各種開発され使用されている。また、このような延伸加工装置では、通常、ガラス体の端部を把持するために把持装置が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような把持装置としては、例えば図６に示すように、ホルダ１００と一体に組付けたチャック本体１０１と、チャック本体１０１の穴１０１Ａを開口した下端部外周面の雄ねじ１０１Ｂに螺合する雌ねじ１０２Ａを切った環状の回転部材１０２と、チャック本体１０１の開口した穴１０１Ａに複数個同心状に設置され、回転部材１０２に下面が係止する把持爪１０３と、チャック本体１０１の穴１０１Ａに内設されて下端部が把持爪１０３上端に当接し、弾性力で把持爪１０３の下面を回転部材１０２に向けて押下する圧縮ばね１０４と、回転部材１０２の外周面に設けたねじ１０２Ｂに噛合する駆動ギア１０５と、ブラケット１１０を介してベース１１１に一体に固定され、駆動ギア１０５を回転駆動するモータ１０６と、ホルダ１００の回転駆動を行う図示外のモータとモータ１０６とを同期させる同期装置１０７などを備えたものが知られており、図示外のガラス部材を延伸加工する際に、ガラス部材を把持爪１０３で締め付けて把持する。このような把持装置は、一般にコレットチャックと呼ばれている。
【０００４】
この把持装置によれば、モータ１０６の回転速度を調整し、例えば、回転部材１０２の角速度をチャック本体１０１の角速度よりも速くして、回転部材１０２を締め付けるようにすれば、回転部材１０２の下面に当接する把持爪１０３下面のテーパ部分が押し上げられる。従って、把持爪１０３が閉じる中心方向に変位し、図示外のガラス部材への押付力が増大する。また、逆に、回転部材１０２の角速度をチャック本体１０１の角速度よりも遅くすれば、把持爪１０３からガラス部材を取り外すことができる。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−４２２４１号公報（図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、このようなガラス延伸加工装置を用いて透明なガラス体を加工する場合には、加熱源からの輻射光が透明ガラス体内を伝播し、透明ガラス体の端部で幅射光が散乱する。このため、ガラス部材端部を把持する把持装置の、特にチャック本体１０１内の温度が輻射伝熱によって高温になる。そしてこのチャック本体１０１が温度上昇することにより、把持爪１０３およびこの把持爪１０３をガラス部材に押し付ける回転部材１０２がそれぞれ熱膨張する。その一方で、把持されるガラス部材は熱膨張率が５×１０−７／℃程度と非常に小さい素材であるため把持部材より熱膨張せず、結果として把持力が低下しやすかった。
【０００７】
特に、最近はガラス部材の大型化の傾向が強まっているが、大型のガラス部材を把持する把持装置では、製造プロセスの温度変化領域の全域に亙って安定した把持力が得られにくい問題が生じている。例えば、近年の光ファイバ用のガラス母材の大型化により、把持力として５０ｋｇ以上が必要となっている。
【０００８】
そこで本発明は、熱的な影響等による把持力低下を防止することができる把持装置及びガラス体の加熱装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決することのできる本発明に係る把持装置は、少なくとも一端側に開口した穴が形成されたチャック本体と、前記チャック本体における前記一端側の外周に螺着される締付けリングと、前記チャック本体の前記穴内部に設けられ内方へ向かって縮径したテーパ面に当接するテーパ状の当接面を外周に有する把持爪部材とを備え、前記締付けリングを前記チャック本体に対して相対回転させて螺合を進行させることで前記把持爪部材の内側に挿入された被把持体を把持する把持装置であって、前記締付けリング内に前記把持爪部材を前記チャック本体へ弾性付勢する弾性付勢手段を有することを特徴としている。
このような構成とすると、締付けリングの螺合により把持爪部材を押圧する力に加えて、締付けリング内に設けた弾性付勢手段によって把持爪部材をチャック本体へ弾性付勢するため、温度の上昇によって把持爪部材が外側に熱膨張することがあっても、弾性付勢手段によって把持爪部材をチャック本体の穴内へ押し付けることができ、それにより把持力を維持することができる。したがって、把持爪部材が被把持体を把持する力が低下するのを抑止できるとともに、大きな把持力により被把持体を把持することができる。
【００１０】
また、本発明に係る把持装置において、前記把持爪部材の熱膨張係数は、前記チャック本体の熱膨張係数より大きいことが好ましい。
【００１１】
また、上記課題を解決することのできる本発明に係るガラス体の加熱装置は、本発明に係る上記把持装置を備え、前記把持装置で透明ガラス体を把持しながら前記透明ガラス体を加熱することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、熱的な影響等による把持力低下を防止することができる把持装置及びガラス体の加熱装置が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る把持装置及びガラス体の加熱装置の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明のガラス体の加熱装置である延伸加工装置１を示すものであり、このガラス体の延伸加工装置１は、ガラス体１０を加熱して軟化させる加熱炉２と、ガラス体１０の両端部の被把持体であるダミー棒１０Ａ，１０Ｂを把持する把持装置３，４と、把持装置３，４を介してガラス体１０をそれぞれ所定の速度で移動させるための駆動モータ５，６および送り機構７と、駆動モータ５，６の制御を行う制御部８と、ガラス体１０の外径を測定する外径測定器９とを備えている。
【００１４】
ガラス体１０は、略円柱形状をなし、縦方向に配置して下方に引き伸ばされるようになっており、延伸前の部分には略均一な外径の定常部１０Ｃを有する。ガラス体１０の材質は、例えば、実質的に二酸化珪素のみから成るシリカガラスで形成されているが、シリカガラスに添加物（ゲルマニウム，フッ素，リン等）が全体的に、もしくは部分的に添加されたものでもよい。このガラス体１０は、ここで延伸された後、例えば光ファイバを得るための光ファイバ母材、もしくは光ファイバ母材となる中間母材として使用する。
【００１５】
加熱炉２は、ガラス体１０を加熱し、軟化させるものである。加熱炉２によりガラス体１０を加熱しながら、把持装置３，４の間の距離を徐々に離間させていくことにより、つまり把持装置３よりも把持装置４の方が速く移動するように制御すると、加熱炉２の内側（加熱領域）に位置するガラス体１０の被加熱部分１０Ｄが縮径してテーパ形状となる。
【００１６】
把持装置３は、駆動モータ５の駆動力により、把持したダミー棒１０Ａを介してガラス体１０の上部側を所定の速度Ｖｆで下方へ移動させる。一方、把持装置４は、駆動モータ６の駆動力により、把持したダミー棒１０Ｂを介してガラス体１０の下部側を所定の速度Ｖｓで下方へ移動させる。なお、ガラス体１０の上部側の移動速度Ｖｆよりも、ガラス体１０の下部側の移動速度Ｖｓの方が速くなるように、駆動モータ５および駆動モータ６が制御部８で制御される。
【００１７】
送り機構７は、把持装置３（把持装置４）と一体に固定された走行部材７１と、走行部材７１の走行方向をガイドする図示外のガイドシャフトと、走行部材７１に設けた螺合部の雌ねじと螺合する螺合部を有するとともに駆動モータ５（駆動モータ６）の出力軸と連結され、ガイドシャフトと平行に設置されたボールねじなどのねじ部材７２とを備える。
【００１８】
制御部８は、前述したように、駆動モータ５および駆動モータ６を制御し、ガラス体１０の下部側の移動速度Ｖｓのほうが、ガラス体１０の上部側の移動速度Ｖｆよりも速くなるようにして、加熱炉２の内側に上方からガラス体１０を送り込みながら下方へ引き取って、軟化した部分を下方に引き伸ばして延伸加工する。
【００１９】
外径測定器９は、ガラス体１０の軟化したテーパ部分の、加熱炉２から所定距離離れた部位の外径をレーザ光等で測定するものであり、この測定値を制御部８に出力するために制御部８に接続されている。一方、制御部８では、外径測定器９から入力する計測値（ガラス体１０の測定外径）と、記憶された目標外径値とが一致するように駆動モータ５および駆動モータ６を制御し、把持装置３，４の移動速度Ｖｆ，Ｖｓを調整する。例えば、ガラス体１０の測定外径値と目標外径値の偏差信号に基づいて把持装置４の移動速度ＶｓをＰＩＤ制御する。これにより、目標外径値になるように延伸された延伸部分１０Ｅが得られる。
【００２０】
次に、本発明の実施形態に係る把持装置３，４を、図２を用いて説明する。なお、ここでは、把持装置３について説明するが、本実施形態では、把持装置４についても同様の構成となっており、図２のものを上下逆に配置した構成となる。
把持装置３は、ガラス体１０の一端部(図２では上端部）の被把持体であるダミー棒１０Ａを把持するものであり、所謂コレットチャックの態様をなしている。把持装置３は、チャック本体であるホルダ３２と、ホルダ３２と一体的に回転される軸部３１とを備え、軸部３１はホルダ３２、及び、把持装置に装着されたガラス体１０を回転させる為のモータ（図示省略）の回転軸に連結されている。また、把持装置３は、ホルダ３２の外周に螺着する締付けリング３３と、ホルダ３２の穴３２Ａの内部に設置しダミー棒１０Ａを締め付けて把持する把持爪部材３４と、熱膨張に伴って締め付け力が低下するのを補償する弾性付勢手段３５とを備えている。
【００２１】
ホルダ３２は、略円柱形状を有するとともに、一端側（図２では下端側）に開口した断面円形の穴３２Ａが形成されており、その穴３２Ａに把持爪部材３４が挿入されて取り付けられる。ホルダ３２の穴３２Ａには、内方(図２では上方)に向けて窄まっていくように縮径したテーパ面３２Ｂが形成されており、このテーパ面３２Ｂに把持爪部材３４のテーパ状の第１当接面３４Ａが当接する。また、このホルダ３２には、穴３２Ａのある一端側の外周面に雄ねじ３２１が切ってあり、これに締付けリング３３の雌ねじ３３１が螺合される。
【００２２】
締付けリング３３は、中心部を貫通して被把持体であるガラス体１０のダミー棒１０Ａを挿通させるため、上端が筒状に開口した開口部３３Ａと下端面（図２では下面）に貫通孔３３Ｂが設けられている。このうち、上端の開口部３３Ａの内周面には、雌ねじ３３１が切ってあり、ホルダ３２との螺合位置を変更させることで、被把持体であるガラス体１０のダミー棒１０Ａに対する把持力を調節する構成になっている。また、この締付けリング３３は、開口部３３Ａと貫通孔３３Ｂとの間の中空状の内部において、内周面が円筒状の摺動面３３Ｃを構成しており、後述する押付部材３５１の外周面が、この摺動面３３Ｃに沿って案内されながら、締付けリング３３内部を一定方向(図２では上下方向)にスライド可能となっている。この締付けリング３３は、ガラス体の延伸装置１での延伸加工を行う際に、この延伸加工の開始に先立ち、回転させることで締め付け位置を調整しておき、把持力を予め設定しておく。
【００２３】
把持爪部材３４は、図３に示すように、複数個に分割された部材（本実施形態では４個）から構成されており、本実施形態では４個の部材が円環状に配置されている。この把持爪部材３４は、図２に示すように縦方向が断面略楔形状を有するとともに、図３に示すようにこれに直交する横方向が略扇型形状を有する。この把持爪部材３４は、中心寄りに、ガラス体１０のダミー棒１０Ａに当接してダミー棒１０Ａを把持する把持面３４Ｃを有しており、ホルダ３２の穴３２Ａに挿入した被把持体であるガラス体１０のダミー棒１０Ａに当接する。また、この把持爪部材３４には、穴３２Ａ内に収容される部分の外周に、ホルダ３２の開口した穴３２Ａ内部のテーパ面３２Ｂに当接するテーパ状の第１当接面３４Ａと、穴３２Ａの下方に突出する部分の外周に、押付部材３５１に当接するテーパ状の第２当接面３４Ｂとを有する。
【００２４】
弾性付勢手段３５は、熱膨張に伴って把持爪部材３４の締め付け力が低下するのを補償するものであり、押付部材３５１とコイルばね３５２とを締付けリング３３の内部に備えている。
このうち、押付部材３５１は、円環状の部材であり、ダミー棒１０Ａを臨む内周面に、把持爪部材３４の第２当接面３４Ｂに当接するテーパ面３５１Ｂを有している。この押付部材３５１は、上述したように、外周面３５１Ａが締付けリング３３の内周の摺動面３３Ｃに沿って摺動しながら案内され、上下方向にスライド可能となるように、締付けリング３３の内部に配設されている。なお、押付部材３５１は、本実施形態の場合は円環状の部材として一体のものを例示したが、同様の効果を奏するものであれば、同心状に複数個に分割配置した構成であってもよい。
【００２５】
一方、コイルばね３５２は、押付部材３５１に対して把持爪部材３４に向けた弾性力を常時付勢するものである。本実施形態のコイルばね３５２は、押付部材３５１の周方向に沿って複数個（本実施形態では４個）設けている。すなわち、このコイルばね３５２は、締付けリング３３の内部であって、押付部材３５１よりも把持爪部材３４から離間した位置（図２では下方）に設置されている。なお、この弾性部材は、本実施形態のコイルばね３５２以外に、例えば圧縮ばね、皿ばね、板ばね、その他の各種のものが適用可能である。また、このコイルばね３５２は、複数個のものを同心状に配置したもので構成したが、単一のコイルばねなどで構成してもよい。
【００２６】
このような把持装置３では、締付けリング３３をホルダ３２に対して相対回転させて螺合を進行させることで、締付けリング３３から弾性付勢手段３５を介した押圧力により、把持爪部材３４は穴３２Ａの内方（上方）へ押圧されるとともにテーパ面３２Ｂから受ける反力の作用により径方向内側へ押圧される。
【００２７】
図１に示す本実施形態のガラス体の延伸加工装置１において、これに取り付ける図２の把持装置３，４は高温に曝される場合が多い。さらに、腐食性雰囲気に曝される場合も多く、これらの観点から把持装置３，４を構成する各部材の材質は選定される。
【００２８】
特に温度環境については、例えば本実施形態の延伸装置のように、延伸加工させるガラス母材が透明ガラス体である場合には、加熱源からの輻射光が透明ガラス体内を伝播し、透明ガラス体の端部で幅射光が散乱する。このため、透明ガラス体端部近傍のダミー棒１０Ａ，１０Ｂを把持する把持装置３，４は、この輻射熱のために高温に曝されやすい。また、被把持体がガラス微粒子堆積装置のような場合には、ガラス微粒子を発生させるバーナの火炎からの熱によって、ガラス微粒子堆積体を把持する把持装置も高温に曝される。このため、一般的には、３００℃程度の耐熱性が要求される。一方、ガラス母材の製造技術の向上とともにガラス母材が大型化しており、その重量は５０ｋｇ以上、場合によっては８０ｋｇ以上、１００ｋｇ以上になることもある。このような事情から、把持装置の性能としては、広い温度範囲において安定した高い把持力が求められている。
また、例えば光ファイバの製造工程では、腐食性ガスを使う工程が多く、把持装置にも耐熱性だけではなく耐腐食性を求められる場合が多い。
【００２９】
そこで、図２に示す本実施形態の把持装置３，４は、耐熱性とともに耐腐食性を高めるために、弾性部材であるコイルばね３５２を除くすべての部材をチタン製としている。一方、コイルばね３５２については、素材の弾性が必要なニッケル合金（例えば、登録商標ハステロイなど）を使用している。因みに、このチタンやニッケル合金は、共に耐熱性、耐腐食性の双方を兼ね備えており、本実施形態の延伸加工装置１での使用には好適である。
【００３０】
ここで、本実施形態の把持装置３と、図５に示す従来例の把持装置３０について、これら把持装置の温度を上昇させたときの状態変化について説明する。但し、ここで従来例に使用する図５の把持装置は、弾性付勢手段３５を備えていない点を除き、本実施形態と同じ構成である。
【００３１】
図４に示すように、本実施形態の把持装置３において、温度上昇によりホルダ３２，把持爪部材３４，締付けリング３３が熱膨張して、把持爪部材３４によるダミー棒１０Ａに対する締め付けが緩み、把持力が低下したとする。すなわち、この場合には、実線のように把持爪部材３４が下方に変位しようとするので、押付部材３５１も降下する。このため、圧縮された分だけコイルばね３５２の弾性力が増大して破線のように押付部材３５１を押し上げる。この押付部材３５１は押し上げられて上方へ移動すると、テーパ面３５１Ｂも変位するので、これに当接する把持爪部材３４の第２当接面３４Ｂが押し上げられる。ところが、この把持爪部材３４は、上部に設けた第１当接面３４Ａがホルダ３２のテーパ面３２Ｂに当接しているので、垂直上方への移動が阻止されており、テーパ面３２Ｂに規制されながらダミー棒１０Ａのある中心寄りに、つまり図４において斜め上方に移動して変位する。その結果、当接面３４Ｃがダミー棒１０Ａの外周面に押し付けられるので、締め付け力が高まり、把持力も増大する。このように、各部材が熱膨張で変形しても、把持爪部材３４は、弾性付勢手段３５の押付部材３５１とコイルばね３５２によって、ほぼ一定の力でホルダ本体３２に押し付けられる。このため、ダミー棒１０Ａへの把持力低下が防止される。
【００３２】
一方、図５に示す従来例の把持装置３０は、弾性付勢手段３５を備えていないため、ホルダ３２，把持爪部材３４，締付けリング３３が熱膨張すると、締付けリング３３からの押圧力によって把持爪部材３４がテーパ面３２Ｂに押し付けられていた力が弱まり、把持爪部材３４によるダミー棒１０Ａの把持力が低下する。したがって、図４に示した把持装置３のような効果は得られない。
【００３３】
さらに、本実施形態の把持装置３において、把持爪部材３４として、その材質の熱膨張係数(α１)がホルダ本体３２の材質の熱膨張係数(α２)よりも大きな部材のものを選定したとする。例えば、ホルダ３２には他の部材と同様にチタンを使用するが、把持爪部材３４にはニッケル合金であるハステロイ（登録商標）を使用したとする。このように、把持爪部材３４にホルダ３２よりも熱膨張係数が大きな材質のものを使用すると、内側にある把持爪部材３４の方が温度上昇時の膨張量が大きく、緩みがさらに起きにくい。
【００３４】
例えば、把持爪部材３４のハステロイ（登録商標）の熱膨張係数(α１)及びホルダ３２のチタンの熱膨張係数(α２)は、それぞれ、
α１＝８．６×１０−５／℃、
α２＝１．６×１０−６／℃、
である。
このように、把持爪部材３４に用いたハステロイの方が、熱膨張係数が大きい。このため、把持爪部材３４にニッケル合金であるハステロイ（登録商標）を用いた方が、全部材をチタンで作製した場合に比べ、熱膨張時のコイルばね３５２の変形量（伸び量）が抑制され、さらに安定した把持力を発揮することができる。
【００３５】
なお、上記実施形態では、被把持体に透明ガラス体を用いているが、これ以外に、例えば被把持体がガラス微粒子堆積体のようなものであってもよい。また、本実施形態では、延伸加工装置に用いる把持装置３，４の何れにも弾性付勢手段３５を備えたが、把持装置３のみに備えた構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る把持装置を備えたガラス体の加熱装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す把持装置を示す部分断面図である。
【図３】図２のIII−III線断面図である。
【図４】図１に示す把持装置の作用を示す断面図である。
【図５】把持装置の従来例を示す要部断面図である。
【図６】従来の把持装置の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  延伸加工装置（ガラス体の加熱装置）
２  加熱炉
３，４  把持装置
１０  ガラス体
１０Ａ，１０Ｂ  ダミー棒（被把持体）
３２  ホルダ（チャック本体）
３２Ａ  穴
３２Ｂ  テーパ面
３３  締付けリング
３３Ｃ  摺動面
３４  把持爪部材
３４Ａ  第１当接面
３４Ｂ  第２当接面
３５  弾性付勢手段
３５１  押付部材
３５１Ｂ  テーパ面
３５２  コイルばね
【図１】
2008178956.tif 000003
【図２】
2008178956.tif 000004
【図３】
2008178956.tif 000005
【図４】
2008178956.tif 000006
【図５】
2008178956.tif 000007
【図６】
2008178956.tif 000008