JPH0777966B2 - 石英ガラス棒の切断方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、石英ガラス棒（以下これを単に「ガラス
棒」という）の延伸工程において、延伸したガラス棒を
自動的に所定の長さに切断するための切断方法および切
断装置に関するものであり、ガラス棒の切断部の形状不
良を防ぎ、かつ切断装置をコンパクトにしてガラス棒の
延伸装置内に組み込むことを可能にするものである。

［従来の技術］ 石英ガラス棒の延伸工程において、20mmφ程度に延伸さ
れたガラス棒が所定長さに達するとこれを切断して所定
長さのガラス棒を製造する切断方法として従来次ぎの如
き方法が採用されていた。

（イ）ガラス棒の外周の一部に傷をつけて破断部を形成
し、次いでガラス棒を横方向に曲げて破断部において破
断させる。

（ロ）ガラス棒の外周の一部に傷をつけて破断部を形成
し、次いでガラス棒にたたき折る等の横方向の衝撃力を
加えて破断部において破断させる。

（ハ）ガラス棒の全周に傷をつけて（イ）、（ロ）と同
様にして破断させる。

（ニ）円板状の砥石を高速回転させて切削により切断す
る。

（ホ）ガスバーナーによってガス切断させる。

上記の（ニ）、（ホ）の方法を採用するときは、そのた
めの切断装置が複雑、大がかりになる。また上記
（イ）、（ロ）の方法を採用するときは装置は単純であ
るが、ガラス棒を曲げ、あるいは衝撃力を加える等の作
業のための広い作業空間を要する。（ハ）の方法につい
ては、全周に傷をつけるのに時間がかかり、また装置が
複雑になる。

本発明は上記従来技術のうち（イ）、（ロ）を前提技術
とするものである。この前提技術においては、ガラス棒
の外周面の一部に傷を入れて破断部を形成し、この破断
部に曲げモーメントをかけ、あるいは横方向の衝撃を加
えて折るものであるから、破断面の形状が不良になりや
すく、ガラス棒の中心線に対して斜め方向の破断面とな
ることがある。ガラス棒の端面を中心線に対して直角な
平面にするためにガラス棒の端部を再度切除するのであ
るが、このときの切り捨て部も少なくなく、それだけ材
料が無駄になり、この材料の無駄を少なくしてその歩留
まりを良くすることが要求される。

さらに、垂下しているガラス棒にカッターによって水平
方向の外力が作用すると、この外力によって切断された
ガラス棒の上端が横に振られ、垂直に落下することがで
きない。他方、ガラス棒によってはガラス棒の表面に傷
が付けられることを極力避けなければならないという要
請がある。このために切断されて落下するガラス棒は特
別な受け具によって垂直のまま受け止められ、当該受け
具に垂直に収納される必要がある。

ところが、切断されたガラス棒が切断力によってその上
端が横に振られるとガラス棒は横に運動しながら受け具
の中に落下することになり、しかもその動きは一定しな
い。このために、切断されたガラス棒の一部が受け具に
当接してその表面に微小な擦傷を受ける場合が少なくな
い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、石英ガラス棒を破断によって切断する切断方
法について、上記の種々の問題を解消することを目的と
し、そのために、切断作業を衝撃力を加えて行えるよ
うにすること（切断に時間を要しないこと）、破断面
が可及的にガラス棒の中心に対して直角で平滑な破断面
になるようにすること、切断装置が嵩張らないように
すること、さらに、切断されたガラス棒に切断力によ
る横方向の外力が加わらないようにすることの、以上４
つの問題を一挙に解決することをその課題とするもので
ある。

［課題解決のために講じた手段］ 上記課題解決のために講じた本発明の手段は次ぎの要素
（イ）〜（ハ）によって構成されるものである。

（イ）左右一対のカッターを、垂下した石英ガラス棒を
中心にして左右対称に駆動すること、 （ロ）左右のカッターを同期させて同時に反対側からガ
ラス棒に衝突させること、 （ハ）左右のカッターによって、ガラス棒外周の同一水
平面内における互いに反対側の面に、同時に切り込みを
入れるとともに互いに反対方向に衝撃力を加えること。

［作用］ 左右のカッターによってガラス棒の外周の反対側の面に
衝撃を伴って切り込みが入られるので、これによってガ
ラス棒がその切り込みに添った破断面で破断される。こ
のとき、左右のカッターによってガラス棒に加えられる
衝撃力は、同時であって互いに反対方向であり、互いに
等しいのでガラス棒の中心において互いに相殺される。
したがって、カッターの切断力によってガラス棒に作用
する横方向力はトータルとして零である。換言すると、
垂下したガラス棒に対して同一水面内において互いに反
対方向から切断力が作用するので、左右の切断力による
モーメント（ガラス棒を垂直面内において回転させよう
とする力）は零であり、また左右からの力は等しく、互
いに反対方向であるからその和は零であり、したがっ
て、切断部を横に押す力はトータルとして零である。そ
れゆえ、切断されたガラス棒は横方向に動くことはな
く、垂下したそのままの状態で垂直に落下する。また、
左右のカッターによる上記の切り込みはガラス棒の中心
線に対して直角な面において同時に行われるからその破
断面は切り込みに添った平滑な平面（段が付いたり、斜
めでない平面）になる。

以上の切断方法を実施する場合の駆動装置としては、コ
イルばね、空気圧等の蓄力手段を有し、モーター、電磁
石、空気圧装置等の蓄力付勢手段を有し、一瞬のうちに
蓄積されたエネルギーを放出して、左右のカッターを高
速でガラス棒に向かって同期的に駆動する駆動機構とを
有するものである。これらの機構は実際上は極めて単純
に、かつコンパクトに構成できる。

［実施例］ この発明の第１実施例を第１図及び第２図を参照しつつ
説明する。

ハウジング１のガイド孔２に摺動自在にプランジャー３
が支承されており、このプランジャー３は蓄力ばね４に
よって一方向へ押されている。ハウジング１にピン５に
よって枢支されている左右一対のＬ型リンク６に刃７′
付のカッター７が固着されている。カッター7,7は石英
ガラス棒８を中心にして左右対称な位置に配置されてい
る。

Ｌ型リンク６、６のアーム９、９によってプランジャー
３の両側部を挟んであって、アーム９、９のスロット1
0、10にピン11が嵌合している。ピン11はプランジャー
３の両側に突設されたピンである。

ハウジング１には電動モーターＭが固定されていて、そ
の軸12にうず巻状カム13が取付けられている。うず巻状
カム13のカム面14は360度のうず巻状カム面14であっ
て、その始点Ｓと終点Ｅとは半径方向段差面15によって
継がれている。

モーターＭが回転すると、うず巻状カム13が時計方向に
回転し、蓄力ばね４を圧縮しながらプランジャー３を押
し出す。うず巻状カム13が360度回転すると、プランジ
ャー３の摺動ストロークは最大ストロークに達し、その
カムフオロアー３′がカム面14の終点Ｅから外れる。こ
のときプランジャー３は蓄力ばね４によって強力に高速
で押し戻され、ピン11によってＬ型リンク６と６をピン
５、５を中心にして互いに反対方向（ガラス棒に向かう
方向）に回動させる。したがって、カッター７、７は矢
印Ｆの方向に回動して、その刃７′、７′が石英ガラス
棒８に衝突する。刃７′、７′が石英ガラス棒８の外周
の互いに反対側の面に切り込みを入れ、同時に反対側か
ら等しい力で打撃を加えて、ガラス棒８を破断させる。
モーターＭは360度回転した時点で停止する。

次いで、第２実施例を第３図を参照しつつ説明する。こ
の実施例は、第１実施例の、電動モーターＭ、うず巻状
カム13、カムフオロアー３′からなる付勢手段を電磁石
に置き換えした実施例である。

Ｌ型リンク６を電磁石のケーシング21にピン25によって
枢支させ、そのアーム29、29のスロット30、30に電磁プ
ランジャー33のピン31を嵌合させている。

プランジャー33は非磁性体のガイドスリーブ32に摺動自
在にガイドされており、蓄力ばね34によって一方向に押
されている。

電磁コイル35はヨーク36に嵌められており、ヨーク36は
ハウジング21に固定されている。プランジャー33は固定
鉄芯37とヨーク36の一方の端との間を往復動する。

電磁コイル35に通電するとプランジャー33が蓄力ばね34
を圧縮しつつ押し出される。電磁石の制御回路にタイマ
ー回路を組み込んでおいて、所定時間（約１秒）後に自
動的に電磁コイル35への通電を断つと、プランジャー31
は蓄力ばね34によって強力に、高速で押し戻される。こ
のとき左右のＬ型リンク６、６はピン25、25を中心にし
て互いに反対方向に回動する。

電磁石の構造については、通電時にプランジャーが押し
出される構造のものであればよいのであるが、図示の構
造を採用するときは、プランジャー33のヘッド33′を強
力な永久磁石にして、通電時に固定鉄芯37の磁束との反
発力によりプランジャーが押し出されるようにすればよ
い。また、電磁石の駆動力をガラス棒切断方向に作用さ
せてもよい。

この外の実施例としては次ぎの如きものがある。

電動モーター、電磁石等の駆動手段を空気圧、油圧等の
流体圧による駆動手段に換え、プランジャーを直接、間
接に流体圧によって蓄力ばねに抗してストロークさせ、
蓄力状態においてトリガーによってプランジャーを係止
させ、このトリガーを電磁石等によって制御して外し、
ばねに蓄積させたエネルギーを瞬時に放出させる。

なお、カッターの刃は炭素鋼（S45C）焼入れしたものを
使用する。

［効果］ 前記の本発明の課題を解決した発明は公知でない。した
がって、上記の４つの問題点すなわち、切断作業を衝
撃力を加えて行えるようにすること（切断に時間を要し
ないこと）、破断面が可及的にガラス棒の中心に対し
て直角で平滑な破断面になるようにすること、切断装
置が嵩張らないようにすること、さらに、切断力によ
って切断されたガラス棒に切断力による横方向の外力が
加わらないようにすることの、４つの問題点全てを一挙
に解決したこと自体が本発明特有の効果である。

これによって本発明は、光ファイバ紡糸用母材であるガ
ラス棒の切断作業に適用すると、その作業の能率を向上
させ、同ガラス棒の破断面をガラス棒の中心線に対して
直角な平滑面とすることができ、切断面の形状不良によ
る材料の無駄を可及的に無くすることができる。また、
切断装置のコンパクト化、その作業空間の縮小を図り、
これによって切断装置を光ファイバ紡糸用母材であるガ
ラス棒の延伸装置内に組み込むことができ、同延伸装置
のコンパクト化を図ることができる。

さらに、切断されたガラス棒を垂直な状態で真下に落下
させることができるので、切断されたガラス棒を、その
真下の受け具に垂直に確実に落すことができ、このこと
によって、落下するガラス棒を受け具に収容する段階
で、その表面の擦傷を低減できる。

因みに、主にガラス製レンズの製造に供するガラス棒の
切断装置として特開昭59−203735号公報に記載されたも
のが公知である。このものはレンズの素材等であるガラ
ス棒の延伸工程においてこれを所定の長さに連続的に、
自動的に切断するものであり、一方の定位置のカッター
（固定刃）と可動の他方のカッターとをガラス棒を中心
にして反対側に配置し、可動のカッターを定位置のカッ
ターに向けて移動させて、両カッターの間を通過するガ
ラス棒に両側から切り込みを入れることによって両カッ
ターによって一瞬のうちに切断するものである。主にレ
ンズの素材であるガラス棒の切断を目的とするものでは
あるが、パイプ状ガラス棒の切断、樹脂の切断等にも適
用するものであり、また、小径のガラス棒を切断するに
ついては定位置のカッターは不要であり、これに換えて
ガラス棒を受け止める平面としてもよい旨同公報に記載
されていることから、この装置はいわゆる裁断鋏と同様
に押し切りを主とした切断装置であり、切断されるもの
が大径の場合は移動カッターのみでは切断が困難になる
ので反対側からも定位置カッターによって切り込みを入
れるというものと考えられる。さらに、定位置カッター
と移動カッターとを0.2mm程度上下にずらすことが望ま
しい旨同公報に記載されている。したがって、一方の定
位置カッターに対して他方の移動カッターは上下に0.2m
mずれた平面内において運動するものであり、したがっ
て、対抗する切り込みが互いに上下にずれる。このため
に破断面が平滑な平面になることは期待できない。さら
に、ガラス棒は移動カッターによって定位置カッターの
方に押されてこれに押し付けられて切断されるのである
から、切断されたガラス棒が切断力によって横に動かさ
れ、また、左右のカッターが上下にずれているので両カ
ッターの切断力によって強いモーメントを受けて垂直面
内で傾けられるので、切断されたガラス棒を垂下した状
態で垂直に落下させることはできない。

さらに、このものはそもそも切断したガラス棒をさらに
裁断し、これを研磨してレンズに仕上げるものと考えら
れるから、切断面の平滑性やガラス棒の表面の擦傷の防
止等をそもそも考慮する必要のないものをその切断対象
としているものと考えられる。このために、垂下して下
方に走るガラス棒の表面に固定カッター（固定刃）が当
接して擦傷しても問題はなく、また、定位置カッター
（固定刃）がガラス棒から大きく離間していて、移動カ
ッターによってガラス棒を横に移動させてその定位置カ
ッターに押し付けて切断しても問題の無いものと考えら
れる。

さらに、このものはカッターが回転円盤に内蔵されてい
て、この回転円盤の回転角度によって切断長さを計測す
るものであるから、切断装置が大型になることは避けら
れない。

したがって、このものは、本発明が解決した４つの問題
のうち、切断作業を衝撃力を加えて行えるようにする
こと（切断に時間を要しないこと）を解決したことは否
定し得ないが、破断面が可及的にガラス棒の中心に対
して直角で平滑な破断面になるようにすること、切断
装置が嵩張らないようにすること、さらに、切断され
たガラス棒に切断力による横方向の外力が加わらないよ
うにすることの３点を解決することはできないものと考
えられる。

換言すると、本発明は上記公知のガス棒切断装置に対し
て、上記の３つの問題を一挙に解決し、光ファイバ紡糸
用母材であるガラス棒等の切断に適用するとその切断の
特有の要求（すなわち、破断面が可及的にガラス棒の
中心に対して直角で平滑な破断面になるようにするこ
と、切断装置が嵩張らないようにすること、切断さ
れたガラス棒に切断力による横方向の外力が加わらない
ようにすること）に十分応えることができるものであ
る。それゆえ、本発明は上記公知の方法、装置に対して
十分な技術的進歩性を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の正面図、第２図は第１図
におけるＡ−Ａ断面図、第３図は第２実施例の正面図で
ある。 図中、１……ハウジング、２……ガイド孔、３……プラ
ンジャー、３′……カムフォロアー、４……蓄力ばね、
５……ピン、６……Ｌ型リンク、７……カッター、７′
……刃、８……石英ガラス棒、９……アーム、10……ス
ロット、11……ピン、12……軸、13……うず巻状カム、
14……カム面、15……半径方向段差面、21……電磁石の
ケーシング、25……ピン、29……アーム、30スロット、
31……ピン、32……ガイドスリーブ、33……電磁プラン
ジャー、33′……ヘッド、34……蓄力ばね、35……電磁
コイル、36……ヨーク、37……固定鉄芯、Ｍ……電動モ
ーターである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】石英ガラス棒をその延伸工程においてカッ
   ターによって所定の長さに連続的に切断する切断方法に
   おいて、 左右一対のカッターを、垂下した石英ガラス棒を中心に
   して左右対称に駆動し、 左右のカッターを同期させて同時に反対側からガラス棒
   に衝突させ、 左右のカッターによって、ガラス棒外周の同一水平面内
   における互いに反対側の面に、同時に切り込みを入れる
   とともに互いに反対方向の衝撃力を加える、石英ガラス
   棒の切断方法。
2. 【請求項２】蓄力ばねによって一方に付勢されたプラン
   ジャーと、このプランジャーによって互いに同期して駆
   動され、ハウジングに軸支された左右一対のカッター
   と、上記プランジャーを蓄力ばねに抗して押して蓄力ば
   ねにエネルギーを蓄積させる駆動手段とを有する、石英
   ガラス棒の切断装置。