(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス棒を該ガラス棒の長手方向が鉛直方向となるように固定した状態で切断するガラス棒の切断装置であって、円盤の外周に刃を有する切断刃、切断するガラス棒を固定するための把持機構および該切断刃が該ガラス棒に及ぼす力に対する抗力を該ガラス棒に及ぼす平行支持機構を有し、該平行支持機構と該切断刃とを、該ガラス棒に対する両者の位置が水平方向においては逆の位置となり、鉛直方向においては該ガラス棒の切断が可能な程度の近傍となるように配置し、該把持機構を該切断刃よりも上であって該平行支持機構よりも該切断刃から離れた位置に配置したガラス棒の切断装置。
【請求項２】
平行支持機構の支持部材が柔軟性を有してガラスに接触することを特徴とする請求項１に記載のガラス棒の切断装置。
【請求項３】
平行支持機構の支持部材がガラスの表面硬度よりも表面硬度が小さい材質からなることを特徴とする請求項１または２に記載のガラス棒の切断装置。
【請求項４】
ガラス棒を下から鉛直上向き方向に支持する鉛直支持機構を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のガラス棒の切断装置。
【請求項５】
ガラス棒を該ガラス棒の長手方向が鉛直方向となるように固定し、円盤の外周に刃を有する切断刃を回転させて該ガラス棒に送り込んで該ガラス棒を切断するガラス棒の切断方法であって、該切断刃が該ガラス棒に及ぼす力に対する抗力を、水平方向においては該切断刃の切り込み方向と逆の方向に、鉛直方向においては該ガラス棒の切断が可能な程度に該切断刃の切り込み位置の近傍で該ガラス棒に及ぼして該ガラス棒を支持し、かつ該ガラス棒を支持する位置よりも上であってかつ該支持する位置よりも該切断刃から離れた位置で該ガラス棒を固定して該ガラス棒を切断することを特徴とするガラス棒の切断方法。
【請求項６】
ガラス棒を支持するときに支持部材を該ガラス棒にならうようにして該ガラス棒を支持することを特徴とする請求項５に記載のガラス棒の切断方法。
【請求項７】
ガラス棒を下から鉛直上向きに支持することを特徴とする請求項５または６に記載のガラス棒の切断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス棒の切断装置に関する。特に、大型の径を有するガラス棒の切断において、該ガラス棒の切断面形状が平滑な切断面となるように該ガラス棒を切断するガラス棒の切断装置に関する。ガラス棒の例としては、延伸後の光ファイバ用石英ガラス母材が挙げられる。
【０００２】
【従来の技術】
特開平３−８３８２７号公報に、左右一対のカッターを同時にガラス棒に衝突させてガラス棒を切断する方法および切断装置が記載されている。また、特開平７−３００３３０号公報には、切断刃より少なくとも上方１箇所で開閉自在の把持機構にてガラス棒を鉛直方向に固定した状態で、カッターを２回に分けて切り込み、外径３０ｍｍのガラス棒を切断することが示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の切断方法は、ガラス棒の外径が３０ｍｍと比較的小さい場合は有効であるが、外径が１００ｍｍ程度になると２回に切断工程を分けたとしても該ガラス棒を切断することは困難を極める。
そこで、本発明は、外径の大きなガラス棒を切断するガラス棒の切断装置を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ガラス棒を該ガラス棒の長手方向が鉛直方向となるように固定した状態で切断するガラス棒の切断装置であって、円盤の外周に刃を有する切断刃、切断するガラス棒を固定するための把持機構および該切断刃が該ガラス棒に及ぼす力に対する抗力を該ガラス棒に及ぼす平行支持機構を有し、該平行支持機構と該切断刃とを、該ガラス棒に対する両者の位置が水平方向においては逆の位置となり、鉛直方向においては該ガラス棒の切断が可能な程度の近傍となるように配置し、該把持機構を該切断刃よりも上であって該平行支持機構よりも該切断刃から離れた位置に配置したガラス棒の切断装置を提供し、上記課題を解決するものである。
【０００５】
外周刃を用いたガラス棒の切断では、ガラス棒の外径が大きくなればなるほど、切断刃の半径が大きくなり、切断刃中心部分の刃の支持部分から外周までの距離が大きくなるので、外周における切断刃の細かいぶれ量が周速に応じて必然的に大きくなってしまい、切断面が粗くなったり、ガラス棒に切断刃が噛み込んで該ガラス棒に無理な応力がかかり、応力集中部でガラス棒が破損するおそれがある。この点において、本発明は、ガラス棒を破損することなく、該ガラス棒の切断面が平滑な切断面となるように該ガラス棒を切断することを可能とする。
【０００７】
本発明において、把持とはガラス棒を少なくとも二方向から挟んで固定することであり、支持とは一方向からのみガラス棒に抗力を及ぼすこと（したがって、ガラス棒は固定されないことがある）をいう。
【０００８】
本発明のガラス棒の切断装置においては、平行支持機構の支持部材（ガラス棒に接触する部分）が柔軟性を有してガラスに接触してもよい。ここで、柔軟性を有するとは、平行支持機構の支持部材がガラス棒を支持するときに該ガラス棒にならうことができることである。例えば、ガラス棒の切断部分の近傍が傾斜している場合、柔軟性を有する平行支持機構の支持部材が、ガラス棒の傾斜にならって傾斜して、支持部材がガラス棒表面に対して垂直方向に該ガラス棒を支持することができることである。
【０００９】
本発明のガラス棒の切断装置は、平行支持機構の支持部材がガラスの表面硬度よりも表面硬度が小さい材質からなるものであってもよい。
【００１０】
本発明のガラス棒の切断装置は、ガラス棒を下から鉛直上向き方向に支持する鉛直支持機構を有するものであってもよい。
【００１３】
さらに、本発明は次のガラス棒の切断方法を提供し、上記課題を解決するものである。
【００１４】
ガラス棒を該ガラス棒の長手方向が鉛直方向となるように固定し、円盤の外周に刃を有する切断刃を回転させて該ガラス棒に送り込んで該ガラス棒を切断するガラス棒の切断方法（以下、外周刃切断方法ということがある）であって、該切断刃が該ガラス棒に及ぼす力に対する抗力を、水平方向においては該切断刃の切り込み方向と逆の方向に、鉛直方向においては該ガラス棒の切断が可能な程度に該切断刃の切り込み位置の近傍で該ガラス棒に及ぼして該ガラス棒を支持し、かつ該ガラス棒を支持する位置よりも上であってかつ該支持する位置よりも該切断刃から離れた位置で該ガラス棒を固定して該ガラス棒を切断することを特徴とするガラス棒の切断方法。
【００１５】
本発明のガラス棒の切断方法では、ガラス棒を支持するときに支持部材を該ガラス棒にならうようにして該ガラス棒を支持してもよい。例えば、ガラス棒の切断部分の近傍が傾斜している場合、支持部材を、ガラス棒の傾斜にならって傾斜させて、支持部材がガラス棒表面に対して垂直方向に該ガラス棒を支持することができる切断方法である。
【００１６】
本発明のガラス棒の切断方法では、ガラス棒を下から鉛直上向きに支持してもよい。
【００２１】
以下、本発明に至った経緯について説明する。
本発明者は、上記の課題の解決にあたり、現在まで光ファイバ用ガラス母材延伸装置で延伸加工したガラス棒の切断には使用されていなかった外周刃切断方法を採用することとした。
さらに、切断刃の外径が大きくなることに原因して、ガラス棒の切断面が粗くなることやガラス棒が破損する点を改良することとした。外周刃切断において問題となるのは、切断刃のぶれであり、ガラス棒を全く固定しないと、ガラス棒が切断刃と一緒にぶれてしまい、ガラス棒を破損することすらあった。そこで、ガラス棒の破損を防ぐために、ガラス棒を固定し、同時に切断刃のぶれをおさえることを検討した。
【００２２】
上記のようにガラス棒を固定しないと、ガラス棒が切断刃と一緒にぶれるので、少なくとも一箇所でガラス棒を把持して固定することが必要である。ガラス棒の頑強な固定には、ガラス棒を把持する把持機構が多いほどよいと考えられる。ところが切断刃の外周で前記のように細かいぶれが生じる場合、切断刃の近傍に把持機構を設けて該把持機構によりガラス棒を固定すると、切断刃がガラス棒に及ぼす反作用が切断刃にかかり、切断刃に無理な力をかける結果となり、切断面の面性状の劣化を招き、さらに切断刃の寿命も短くなってしまった。そこで、本発明者は、鉛直方向においては切断刃の近傍の位置で、水平方向においては切断刃の切り込み方向と逆の方向からガラス棒を支持し、ガラス棒を把持する箇所を前記のガラス棒を支持する箇所よりも切断刃から離れた箇所とすることにより切断刃に無理な力をかけずにガラス棒を固定することが可能であることを見出し、本発明に至った。
【００２３】
さらに、ガラス棒の平行支持機構および鉛直支持機構について詳細に検討を加え、以下の発明の実施の形態で述べる、より好適な態様の発明に至った。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明のガラス棒の切断装置の例を図１に示す。この例は、縦型切断装置の例である。図中の矢印は、切断刃の切り込み方向を示す。円盤の外周に刃を有する切断刃２が図示されていないモータ等の切断刃駆動手段によって回転させられながら、図１中に矢印で示した方向を切り込み方向として、ガラス棒１に切り込んで、該ガラス棒１を切断していく。このとき、ガラス棒１と切断刃２との摩擦抵抗を減らすため、切断箇所に切削液を供給する。切削液としては、水溶性研削液、油脂性研削液のいずれもが使用可能である。水溶性研削液としては、例えば、モレスコツールメイトＧＲ−７（（株）松村石油研究所製）がある。油脂性研削液としては、ＰＳ−Ｌ−３（パレス化学社製）がある。
【００２５】
ガラス棒の支持位置は、切断刃より上であっても下であってもどちらか一方であればよく、切断刃に近いほどよい。図１では、ガラス棒の支持位置をＡまたはＢで示す。図１にはＡ、Ｂを同時に示したが、実際にはどちらか一方のみで支持することが好ましい。ガラス棒が完全に上下固定されてしまうと、ガラス棒に対しての無理な押し付け力が切断刃に発生した場合、力の逃げる方向がなくなり、切断刃の破損につながる可能性があるからである。また、図１では、ガラス棒１は把持機構３で把持されているので、上記と同じ理由で、縦型切断装置のガラス棒の支持位置は、Ａ（切断刃より上方）の方がＢ（切断刃より下方）より好ましい。
【００２６】
平行支持機構４がガラス棒１を支持する力の大きさは、平行支持機構のガラス棒に接触する部分（以下、支持部分ということがある。）とガラス棒との相対位置が固定され、切断刃をガラス棒に当てた時にガラス棒がしならない程度にする。
【００２７】
本発明のガラス棒の切断装置の把持機構の例として把持チャックとガラス棒との位置関係を表す平面図を図２に示す。ガラス棒１を押部材３１と受部材３２とが挟み込み把持する。一方、本発明のガラス切断装置の平行支持機構とガラス棒との位置関係を表す平面図を図３に示す。図２と図３とを比較してわかるように、把持機構はガラス棒を少なくとも二方向から挟んで固定し、支持機構は一方向からのみガラス棒に抗力を及ぼしており、両者の間でガラス棒の固定のしかたは異なる。
【００２８】
本発明のガラス棒の切断装置は、平行支持機構の支持部材が柔軟性を有してガラス棒に接触することが好ましい。ここで柔軟性を有するとは、平行支持機構の支持部材がガラス棒を支持するときに該ガラス棒にならうことができることである。図４にその様子を示す。ガラス棒１の切断部分の近傍が図４に示したように傾斜している場合、平行支持機構４の支持部材４１がガラス棒の傾斜にならって傾斜して、支持部材がガラス棒表面に対して垂直方向にガラス棒を支持する。
【００２９】
本発明のガラス棒切断装置の平行支持機構の例を図５に示す。図５（Ａ）は平面図で、図５（Ｂ）は側面図である。支持部材４１は支持部材受４２に付勢手段を介して収められている。付勢手段としては、図５に示すようにバネが挙げられる。前記付勢手段により、支持部材４１はガラス棒にならうように調整され、平行支持機構４がガラス棒１におよぼす力は切断刃と平行に逆向きの方向のみにかかるようになるので、切り込んでいった切断刃またはガラス棒にに無理な力をかけることがない。図５の例では、支持部材の傾斜可能な角度は、切断されるガラス棒の形状に応じた長さとバネ定数を有するバネ４３を付勢手段として使用することで任意に調整できる。
【００３０】
本発明のガラス棒の切断装置において、ガラス棒と接触する面は、接触したガラス棒に傷を付けないようにガラスの表面硬度よりも表面硬度の小さい材質からなることが好ましい。
【００３１】
縦型切断装置では、従来、元のガラス棒から切断され、切り取られたまたは切り取るべきガラス棒（以降、切断体ということがある）は切断刃の下方向に落下するが、外径の大きなガラス棒になれば切断体の落下自重が大きくなり、図６に示したように切断刃２でガラス棒１に完全に切り込み５を入れる前に、未切り込み部分６が自重により破断して切断体７全体が落下してしまう。この防止には、図６に示すように、切断時にガラス棒１を下方から鉛直支持機構８によって鉛直上向き方向に支持すればよい。しかし、ガラス棒１を下から鉛直上向き方向にいきなり大きな力で押さえると、切断刃２の下面をガラス棒１の切断後の下部切断面５１で押し付ける結果となってしまい、切断刃２の切り込み方向以外から該切断刃２に無理な力をかけることになる。したがって、切断効率が落ちたり、切断ができなくなってしまう。よって、鉛直支持機構の支持力（鉛直上向き）は、切断開始から徐々に鉛直上向き方向に増加していくのがよい。
【００３２】
すなわち、ガラス棒１の下面を鉛直支持機構の支持台８１が鉛直上向き方向に支持する力を徐々に大きくしていき、ガラス棒の未切断部分６にかかる切断体７の自重分の負担を減らしていく。このとき、鉛直支持機構の支持力は未切断部分が切断体の自重で破損しない程度まで大きくすればよい。具体的には、油圧、空圧ジャッキまたはトルクモータ等を用いて、切断刃が該ガラス棒に切り込んだ長さに応じて、鉛直上向き方向の支持する力を徐々に大きくすることが挙げられる。
【００３３】
または、図７に示すように予定される切断体の長さ（以降切断長ということがある。）を測定し、その長さ分切断刃２よりも下に支持面８２を有する支持台８１にて切断体７を受けることも可能である。図７では、切断長をｘとしている。
支持台８１は、好ましくは、測長センサ等を用いて、正確に切断長を測定し、測定した長さに間隙長を加えた分だけ切断刃よりも下の位置に設けておく。ここで、間隙長とは、切断体の下面と支持面との間の距離である。図８に示したように、間隙長ｙの分に応じてガラス棒１はたわむ。ガラス棒は脆性材料であるのであるたわみ以上であると該ガラス棒の応力集中部が破壊されてしまうため、隙間量は０．５ｍｍ±０．１ｍｍ程度とするのがよい。なお、図８では、たわまない場合の切断体の位置を点線で示す。
【００３４】
また、支持台８１は、切断長に合わせてその位置を変えることのできるものが好ましい。支持台の位置の調整には、例えば、図７に示したように、送りモータ１０を駆動させ、ギア９を介して支持台８１を上下に動かすことが挙げられる。
【００３５】
さらに支持面８２または支持台８１の材質は、ガラス棒に傷を付けない材質で、切削液に侵されずかつガラスとの摩擦抵抗が大きい材質であるのが好ましい。具体的には木材を用いるのが好ましい。
【００３６】
【実施例】
＜実施例１＞
縦型切断装置を用いて、外径１００ｍｍ、長さ１０００ｍｍのガラス棒をそれよりも長いガラス棒より切り出した。
切断刃は半径２００ｍｍのものを用いた。切断刃のガラス棒への送り速度は１５ｍｍ／ｍｉｎ、回転数は１０００ｒｐｍとした。
切断刃より５０ｍｍ下の位置で切断刃の切り込み方向とは反対の方向からガラス棒を支持した。支持部材は桜の木材を用いた。
ガラス棒の把持位置は、切断刃より上方３００ｍｍとした。
さらに、ガラス棒を下から油圧ジャッキで支持した。油圧ジャッキの支持力は切断刃がガラス棒に切り込んだ長さに応じて徐々に鉛直上向き方向に大きくしていき、最大で予想される切断体の自重とした。
上記の条件によりガラス棒を切断したところ、従来よりも切断面形状の平滑なガラス棒を切り出すこと、すなわち整った切断面でガラス棒を切断することに成功した。
なお、切断刃より５０ｍｍ上の位置で切断刃の切り込み方向とは反対の方向からガラス棒を支持しても結果は同じであった。
【００３７】
＜実施例２＞
縦型切断装置の鉛直支持機構のみ実施例１と変えてガラス棒を切断した。すなわち、切断刃の大きさ、ガラス棒への送り速度および回転数、ガラス棒の大きさ、ガラス棒の切り込み方向と反対方向の支持位置、把持位置ならびに支持部材は実施例１と同じとし、さらに、切断長を測長し、その値に０．５ｍｍ加えた分だけ切断刃より下の位置にガラス棒の支持台を設けてガラス棒を切断した。
結果は実施例１と同様に、従来よりも切断面形状の平滑なガラス棒を切り出すこと、すなわち整った切断面でガラス棒を切断することに成功した。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の円盤の外周に刃を有する切断刃を用いたガラス棒の切断装置およびガラス棒の切断方法により、外径の大きなガラス棒を切断することが可能となる。
【００３９】
また、上記に述べてきた把持機構および平行支持機構を有する本発明のガラス棒の切断装置およびガラス棒の切断方法により、整った切断面でガラス棒を切断することが可能となる。
【００４０】
特に、上記の平行支持機構の支持部材が柔軟性を有してガラスに接触する本発明のガラス棒の切断装置により、ガラス棒を支持する力の向きを切断刃の切り込み方向と平行であってかつ逆の方向のみとすることができ、一層ガラス棒の破損のおそれをなくし、整った切断面でガラス棒を切断することが可能となる。
【００４１】
また、上記の平行支持機構の支持部材がガラスの表面硬度よりも表面硬度が小さい材質からなる本発明のガラス棒の切断装置により、ガラス棒に傷を付けることなく整った切断面でガラス棒を切断することが可能となる。
【００４２】
また、鉛直支持機構を有する本発明のガラス棒の切断装置により、一層ガラス棒の破損のおそれをなくし、整った切断面でガラス棒を切断することが可能となる。
【００４３】
また、上記の鉛直支持機構の支持力が、切断刃が該ガラス棒に切り込んだ長さに応じて、該ガラス棒の自重以下の範囲で、該ガラス棒の切断開始から徐々に大きくなる鉛直支持機構を有する本発明のガラス棒の切断装置により、切断刃に無理な力をかけることなく、切断効率を落とすことをなくし、またはガラス棒の破損のおそれをなくし、整った切断面でガラス棒を切断することが可能となる。
【００４４】
また、上記の鉛直支持機構が、切断長もしくは切断長に間隙長を加えた分だけ切断刃から下方の位置に支持台を有する鉛直支持機構を有する本発明のガラス棒の切断装置により、切断刃に無理な力をかけることなく、切断効率を落とすことをなくし、またはガラス棒の破損のおそれをなくし、整った切断面でガラス棒を切断することが可能となる。
【００４５】
また、ガラス棒を支持するときに支持部材がガラス棒にならうようにしてガラス棒を支持する本発明のガラス棒の切断方法により、ガラス棒を支持する力の向きを切断刃の切り込み方向と平行であってかつ逆の方向のみとすることができ、一層ガラス棒の破損のおそれをなくし、整った切断面でガラス棒を切断することが可能となる。
【００４６】
また、ガラスの表面硬度よりも表面硬度が小さい材質からなる支持部材でガラスを支持する本発明のガラス棒の切断方法により、ガラス棒に傷を付けることなく整った切断面でガラス棒を切断することが可能となる。
【００４７】
また、切断するガラス棒を鉛直上向き方向に支持する本発明のガラス棒の切断方法により、一層ガラス棒の破損のおそれをなくし、整った切断面でガラス棒を切断することが可能となる。
【００４８】
また、上記のガラス棒を鉛直上向き方向に支持するときの支持力を、切断刃が該ガラス棒に切り込んだ長さに応じて、該ガラス棒の自重以下の範囲で、該ガラス棒の切断開始から徐々に大きくして該ガラスを鉛直上向きに支持する本発明のガラス棒の切断装置により、切断刃に無理な力をかけることなく、切断効率を落とすことをなくし、またはガラス棒の破損のおそれをなくし、整った切断面でガラス棒を切断することが可能となる。
【００４９】
また、上記のガラス棒を鉛直上向き方向に支持することが、切断長または切断長に間隙長を加えた分だけ切断刃から下方の位置でガラス棒を受けてガラス棒を鉛直上向き方向に支持することである本発明のガラス棒の切断方法により、切断刃に無理な力をかけることなく、切断効率を落とすことをなくし、またはガラス棒の破損のおそれをなくし、整った切断面でガラス棒を切断することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガラス棒の切断装置の例を示す図である。
【図２】本発明のガラス棒の切断装置の把持チャックとガラス棒との位置関係を表す平面図である。
【図３】本発明のガラス切断装置の平行支持機構とガラス棒との位置関係を表す平面図である。
【図４】本発明のガラス棒の切断装置の平行支持機構の支持部材がガラス棒にならう様子を示す図である。
【図５】本発明のガラス棒の切断装置の平行支持機構の例を示す図である。（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は側面図である。
【図６】鉛直支持機構を有する本発明のガラス棒の切断装置を示す図である。
【図７】他の鉛直支持機構を有する本発明のガラス棒の切断装置を示す図である。
【図８】ガラス棒の鉛直支持における間隙長とガラス棒のたわみに関する図である。
【符号の説明】
１：ガラス棒
２：切断刃
３：把持機構
４：平行支持機構
５：切り込み
６：未切り込み部分
７：切断体
８：鉛直支持機構
９：ギア
１０：送りモータ
３１：押部
３２：受部
４１：支持部材
４２：支持部材受
４３：バネ
５１：下部切断面
８１：支持台
８２：支持面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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