(57)【要約】【課題】本発明は、母特に火炎研磨の開始位置と終了位置で発生する内部歪みを低減させるガラス母材の加工方法を提供せんとするものである。【解決手段】かゝる本発明は、母材加工旋盤で火炎研磨する際、火炎研磨の開始位置（Ａ点）と終了位置（Ｂ点）において火炎バーナ２０の移動を一定時間停止させて、例えばガラス母材の内部温度が１４００〜１７００℃に加熱されるまで停止させて、加熱するガラス母材の加工方法にあり、これにより、火炎研磨の開始位置と終了位置で発生する内部歪みを効果的に低減させることができる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材加工旋盤で火炎研磨する際、火炎研磨の開始位置と終了位置において火炎バーナの移動を一定時間停止させて加熱することを特徴とするガラス母材の加工方法。
【請求項２】
前記一定時間の停止により、ガラス母材の内部温度を１４００〜１７００℃に加熱することを特徴とする請求項１記載のガラス母材の加工方法。
【請求項３】
前記一定時間の停止により、ガラス母材の表面温度を１８００〜２０００℃に加熱することを特徴とする請求項１記載のガラス母材の加工方法。
【請求項４】
前記停止時間が、母材単位面積当たりの熱量が１４．０〜２５．０ｋＪ／ｍｍ２　となる時間であることを特徴とする請求項１記載のガラス母材の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、母材加工旋盤での火炎研磨において、特に火炎研磨の開始位置と終了位置で発生する内部歪みを低減させるガラス母材の加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス母材へのダミー部材溶着や母材の曲がり除去などの際の母材加工後にあっては、母材表面に加熱時に削られたＳｉＯ２　粉末や微粒子などが再付着することが多い。また、母材加工時に加熱された箇所では、内部に歪みが残存することがよくある。このような内部歪みがあると、傷が発生したり、外部から衝撃が加えられたとき、母材が破損することがある。
【０００３】
このため、従来から、母材表面の付着物や傷、及び内部歪みを除去する目的で、母材表面を火炎バーナによりその長手方向に渡って順次加熱する、所謂火炎研磨加工が行われている。
【０００４】
火炎研磨加工では、加工後の母材の内部歪みを出来るだけ少なくすることが重要であり、内部歪みを低減させる方法として、既に種々の方法が提案されている。例えば、母材の長手方向に沿って少なくとも３本の移動可能な火炎バーナを配置し、移動方向から順に第１の火炎バーナでは母材を予熱し、第２の火炎バーナでは母材を軟化温度まで加熱し、第３の火炎バーナでは母材の表面処理及び残留応力の低減化を行う母材の加工方法（特開２００１−０３９７２６）がある。
【０００５】
さらにまた、母材の溶融面積と火炎の相対速度に基づき母材の主軸回転速度を調整しつつ、母材側面の全面を溶融する第１の火炎研磨工程により、母材の不均一性を除去した後、第１の火炎研磨工程によりも低い温度で溶融する第２の火炎研磨工程により母材表面の曇りと内部歪みを除去する母材の加工方法（特開２０００−３１９０３１）、母材の残留応力を５０Ｋｇｆ／ｃｍ２　以下にする母材の加工方法（特開２０００−２９００３３）、母材への単位表面積当たりの熱量ＱＳ　（ｋｃａｌ／ｍ３　）がＱＳ　＝（Ｑ×Ｈ）／（Ｖ×π×ｄ）の式に基づき（ただし、Ｑは可燃ガスの供給量、Ｈは可燃性ガスの発熱量、Ｖは火炎バーナの移動速度、ｄは光ファイバプリフォームの直径である。）、母材直径に応じて火炎バーナの可燃ガスの供給量及び火炎バーナの移動速度を設定する母材の加工方法（特開２０００−２５６０２７）なども提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の各母材の加工方法の場合、いずれも火炎研磨加工の全体に関するものが中心であって、火炎研磨の開始位置や終了位置に対して、特別な関心が払われていないのが現状である。というのは、本発明者等の研究によると、本来、火炎バーナの点火や消火が行われる、火炎研磨の開始位置や終了位置において、最も母材の内部歪みが発生し、残存し易いにも関わらず、従来、これらの時点への適切な対応がとられていなかったのである。
【０００７】
つまり、従来の火炎研磨加工では、火炎研磨開始時に火炎バーナに点火し、可燃性ガス流量を設定した値まで供給調整し、火炎が安定した直後に火炎バーナを母材の長手方向に移動（トラバース）させ、また、火炎研磨終了時にも、火炎バーナが定められた位置に到達したところで、直ちに消火している。
【０００８】
このため、本発明者等は、火炎研磨の開始位置や終了位置では、加熱が不十分なままの状態で、火炎バーナの移動が開始されたり、また、終了が行われることとなり、十分な内部歪みの解消が行われないものと推論した。
【０００９】
それでもまだ、母材径が細い場合には、火炎バーナを点火してから、可燃性ガス流量の調整完了、火炎の安定化までの短い時間だけでも、母材の内部歪みがかなり低減されるものの、母材径が太くなると、火炎が安定するまでの僅かな時間では、内部歪みの低減があまり進まず、残留歪みが大きくなる懸念がある。残留歪みが大きいと、以後の工程で、僅かな傷や外部からの衝撃で亀裂が生じたりして母材が破損する確率が高くなる。当然生産の歩留りは低下する。
【００１０】
本発明は、このような観点に立ってなされたもので、特に、火炎研磨の開始位置と終了位置に着目して、これらの時点での加熱を十分行うことで、母材表面の付着物などの除去は勿論のこと、内部歪みを効果的に低減させるガラス母材の加工方法を提供せんとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、母材加工旋盤で火炎研磨する際、火炎研磨の開始位置と終了位置において火炎バーナの移動を一定時間停止させて加熱することを特徴とするガラス母材の加工方法にある。
【００１２】
請求項２記載の本発明は、前記一定時間の停止により、ガラス母材の内部温度を１４００〜１７００℃に加熱することを特徴とする請求項１記載のガラス母材の加工方法にある。
【００１３】
請求項３記載の本発明は、前記一定時間の停止により、ガラス母材の表面温度を１８００〜２０００℃に加熱することを特徴とする請求項１記載のガラス母材の加工方法にある。
【００１４】
請求項４記載の本発明は、前記停止時間が、母材単位面積当たりの熱量が１４．０〜２５．０ｋＪ／ｍｍ２　となる時間であることを特徴とする請求項１記載のガラス母材の加工方法にある。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るガラス母材の加工方法を実施するための装置系の一例を示したものである。図中、１０，１０は母材加工旋盤のチャック（把持部）で、ガラス母材１００の両端を把持すると共に、図示しない回動手段により、回転されるようになっている。２０はガラス母材１００の側方に設置された火炎バーナで、１本に限定されず、複数本使用することも可能である。この火炎バーナ２０には、図示しないガス供給手段から、酸素と共に、水素などの可燃性ガスが供給されて、その火炎２１をガラス母材１００側に吹き付ける一方、図示しない移動手段により、ガラス母材１００の長手方向に移動（トラバース）されるようになっている。
【００１６】
本発明では、このような装置系を用いて、先ず、ガラス母材１００の火炎研磨の開始位置（Ａ点）において、火炎バーナ２０の点火後、火炎２１が安定しても直ちに火炎バーナ２０を移動させることなく、一定時間ガラス母材１００を加熱するため、停止させておく。
【００１７】
この停止時間の目安としては、母材の内部温度が１４００〜１７００℃程度になるまでの加熱時間とする。母材内部がこの温度に達すれば、開始位置部分に十分な熱量が与えられて、内部歪みの除去が可能となるからである。このとき、母材表面温度も、当然高くなる訳であるが、表面温度があまり高くなると、母材表面が研磨され過ぎてしまう恐れがあるため、表面温度は、１８００〜２０００℃程度にすることが望ましい。
【００１８】
また、この際、母材の外径、可燃性ガスの供給流量の相違などによって、加熱する時間を適宜調整することも必要となる。したがって、母材の単位面積当たりの熱量が、１４．０〜２５．０ｋＪ／ｍｍ２　となる時間を、停止時間として定めることもできる。
【００１９】
母材単位面積当たりの熱量は、〔ＱＷｔ／ｒ２　（ｋＪ／ｍｍ２　）〕で求めることができる。ただし、ここで、Ｑは可燃性ガス流量（ｍ３　／ｍｉｎ）、Ｗは可燃性ガスの発熱量（ｋＪ／ｍ３　）、ｔは加熱時間（ｍｉｎ）、ｒは母材半径（ｍｍ）である。
【００２０】
上記のようにして、火炎研磨の開始位置部分を所定の温度まで上昇させたら、火炎バーナ２０を、図中右方向に移動させる。そして、ガラス母材１００の火炎研磨の終了位置（Ｂ点）に達したら、この位置で火炎バーナ２０を停止させ、直ちに火炎２１を消火することなく、加熱を続ける。この停止時間も、基本的には、上記開始位置の場合と同様、母材の内部温度が１４００〜１７００℃程度になるまで行う。勿論、表面温度は、１８００〜２０００℃程度とすることが望ましく、さらには、母材の単位面積当たりの熱量が、１４．０〜２５．０ｋＪ／ｍｍ２　となる時間としてもよい。そして、この後、火炎バーナ２０を消火すればよい。これにより、終了位置部分でも、十分な熱量が与えられるため、内部歪みの除去が可能となる。
【００２１】
実施例１
母材外径（直径）は４５ｍｍ、母材長さは１５００ｍｍ、可燃性ガスは水素（Ｈ２　）、酸水素流量（Ｈ２　／Ｏ２　）は２００／１００ＳＬＭ、火炎バーナ本数は母材の中心に対してその夾角がほぼ９０°となる２本とした。
【００２２】
そして、火炎研磨の開始時には、火炎バーナの点火後、開始位置から直ぐに移動せず、約１．５分（９０秒）間ガラス母材を加熱し、この後、火炎バーナを移動させた。火炎研磨の終了位置に到達しても、直ぐに火炎バーナを消火せず、その位置で約１．５分間ガラス母材を加熱した後、消火させた。このときの開始位置及び終了位置における母材表面温度は、約１９００℃で、また、母材の単位面積当たりの熱量は、１５．１ｋＪ／ｍｍ２　であった。
加工終了後、歪み検査器を用いてガラス母材の内部歪みを観察したところ、歪みが見られず、十分低減されていることが判った。また、試しにヤスリで傷を付けて多少衝撃を与えても、ガラス母材に亀裂が生じることはなかった。
【００２３】
比較例１
実施例１と同様の条件下において、従来方法により火炎研磨を行った。つまり、火炎バーナの点火後、火炎が安定したところで、直ぐに移動させ、終了位置に到達したら、直ぐに火炎バーナを消火した。このときの開始位置及び終了位置における母材表面温度は、約１４００℃で、また、母材の単位面積当たりの熱量は、１．５ｋＪ／ｍｍ２　であった。
加工終了後、歪み検査器を用いてガラス母材の内部歪みを観察したところ、開始位置と終了位置において、歪みが見られ、残留していることが判った。試しにヤスリで傷を付けて多少衝撃を与えたところ、ガラス母材に亀裂が生じた。
【００２４】
比較例２
実施例１と同様の条件下において、火炎研磨の開始時には、火炎バーナの点火後、開始位置から直ぐに移動せず、約０．５分（３０秒）間ガラス母材を加熱した後、火炎バーナを移動させた。火炎研磨の終了位置に到達しても、直ぐに火炎バーナを消火せず、その位置で約０．５分間ガラス母材を加熱した後、消火させた。このときの開始位置及び終了位置における母材表面温度は、約１７００℃で、また、母材の単位面積当たりの熱量は、５．１ｋＪ／ｍｍ２　であった。
加工終了後、歪み検査器を用いてガラス母材の内部歪みを観察したところ、比較例１ほどではないものの、開始位置と終了位置において、歪みが見られ、残留していることが判った。試しにヤスリで傷を付けて多少衝撃を与えたところ、ガラス母材に亀裂が生じた。
【００２５】
実施例２〜４、比較例３〜８
母材外径が４５ｍｍ、又は５０ｍｍであって、他の条件を実施例１の場合と同様にして、火炎バーナの開始位置及び終了位置における停止時間を、種々の値に設定したことろ、表１のような結果が得られた。なお、同表中、内部歪みの残存が認められるときには×で表示し、内部歪みの低減が認められるときには○で表示した。
【００２６】
【表１】
2004107176.tif 000003
【００２７】
この表１から、母材外径が４５ｍｍのとき、火炎バーナの停止時間が１分では、加熱が不十分で、母材の単位面積当たりの熱量も少なく、ガラス母材の内部歪みが残存していることが判る（比較例３）。これに対して、火炎バーナの停止時間が２分の場合には、母材の単位面積当たりの熱量も多く、ガラス母材の内部歪みが低減していることが判る（実施例２）。しかし、火炎バーナの停止時間が２．５分や３分になると、加熱が過剰となって、停止中の火炎バーナによる母材の研磨も過剰となることが判る（比較例４、５）。
【００２８】
一方、母材外径が５０ｍｍのときには、外径が太くなった分、火炎バーナの停止時間が１．５分では、加熱が不十分であることが判る（比較例６）。また、外径の太径化により、火炎バーナの停止時間が２分の場合には勿論のこと、２．５分の場合でも、母材の単位面積当たりの熱量が適正な範囲内に納まり、ガラス母材の内部歪みが低減していることが判る（実施例３、４）。しかし、火炎バーナの停止時間が３分や３．５分になると、やはり加熱が過剰となって、停止中の火炎バーナによる母材の研磨も過剰となることが判る（比較例７、８）。
【００２９】
また、この表１の実施例２〜４及び比較例３〜８、さらには、上記実施例１、比較例１、２から、上述したように、本発明における母材の単位面積当たりの熱量の上限が２５．０ｋＪ／ｍｍ２　で、その下限が１４．０Ｊ／ｍｍ２　であることが判る。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係るガラス母材の加工方法によると、特に火炎研磨の開始位置と終了位置に着目し、これらの時点での火炎バーナの移動を一定時間停止させて、十分な加熱を行うものであるため、母材表面の付着物などの除去は勿論のこと、内部歪みを効果的に低減させることができる。
【００３１】
さらに、その際、ガラス母材の内部温度を１４００〜１７００℃としたり、ガラス母材の表面温度を１８００〜２０００℃としたり、或いは、母材単位面積当たりの熱量を１４．０〜２５．０ｋＪ／ｍｍ２　とすれば、これを目安として、上記内部歪みの低減を効果的に図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガラス母材の加工方法を実施するための一例になる装置系を示した概略説明図である。
【符号の説明】
１０　　　　　　　　母材加工旋盤のチャック
２０　　　　　　　　火炎バーナ
２１　　　　　　　　火炎
１００　　　　　　　ガラス母材
Ａ　　　　　　　　　ガラス母材の火炎研磨の開始位置
Ｂ　　　　　　　　　ガラス母材の火炎研磨の終了位置
【図１】
2004107176.tif 000004