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oai:kit.repo.nii.ac.jp:02000311 2026-01-21T05:27:31Z 1753926516427:1753929991454:1753935962370

Study on Elucidation of Element Skills and Educational method in Fire Process for Quartz Glass Processing 石英ガラスの火加工における要素技術の解明および教育手法に関する研究 須田, 真通 石英ガラス Quartz glass 火加工 Fire process 教育手法 Educational method 工程分析 Process analysis 製品評価 Product evaluation 曲げ加工 Bending process 接合加工 Joint process 焼き仕上げ加工 Fire polishing process クラスター分析 Cluster analysis ビジュアルアナログスケール Visual Analog Scale 自己学習プログラム Self-learning program 京都工芸繊維大学 博士（学術） 石英ガラス開発当初、製鉄用の高炉で起こったガラス化現象を開発のきっかけとしたことからも、製造および加工には高温が求められる。石英ガラスの用途は少量多品種で特殊な形状を歪みなく高精度に加工する技術が求められるため、高温の酸水素炎中での火加工と呼ばれる熟練された手作業が不可欠である。石英ガラス製品は日常生活にも深く関っており、半導体、情報科学、医療やバイオ、エネルギーから宇宙開発まで未来社会においても継続的な発展が期待されているため、石英ガラスの火加工の高度な技術を持つ人材の継続的な育成が極めて重要な課題である。しかし、火加工技術は初心者や非熟練者にとって非常に難度の高い技術であり、特殊分野のため熟練者の技術についての研究は皆無に等しい状況である。　本研究では、火加工技術の中でも難度の高い3つの要素技術を取り上げ、それぞれについて熟練者の持つノウハウを解明すること、およびこの成果を元に初心者や非熟練者に効果的に教育する新たな手法を開発、提案することを目的としている。　本論文の構成は、第1章を序論、第7章を結論とし、第2章から第4章では3つの要素技術のノウハウの解明を論じ、一連の成果を技術伝承と熟達に役立てるため第5章および第6章では新たな教育手法の開発、提案について論じた。　以下に各章の概要を述べる。　第1章では、石英ガラスの歴史と研究背景、素材定義と加工工程を記述し、本論文が石英ガラスの火加工技術のノウハウの解明と教育に関する初の成果であることを示した。　第2章では、石英ガラス管の曲げ加工に着目し、管断面が真円を保ちながら均一な肉厚に仕上げる技の解明を目指した。工程分析には熟練者目線での作業解析をVTR映像を用いて行い、後に映像を見ながらのインタビューの結果から、熟練者の加熱方法と着目点、曲げ加工時期の見極めについて論じた。すなわち、熟練者は連続した曲率を達成するために加熱範囲を広く設定し、回転加熱中は加熱部分と非加熱部分の境界部に着目しており、外径の収縮が起きた時点で曲げ動作に移行していることが明らかとなった。さらに、曲げ動作は変形が確認しやすい角度に管を保持しながら行うことも重要な技法であると確認された。曲げ加工のノウハウは、これらの見極めと技を段取りよく用いることで、真円に近く均一な肉厚を保った曲げ加工を実現していることが明らかとなった。　第3章では、接合加工に着目し、同径の石英ガラス管を相互に溶融圧接し一体化する熟練者のノウハウの解明を目指した。接合部には、均一な肉厚で歪みや接合跡が残らない仕上がりが求められる。工程分析をVTR映像解析により行った結果、熟練者は接合部より幅広い範囲を加熱し軟化させることで接合時にかかる応力を分散させ均一化しているのに対し、非熟練者では接合部中央が肉厚で周辺に肉薄部分があることが判明した。さらに、熟練者の製品は接合前より全長がやや短くなることから、接合時には圧縮応力をかけているものと推測された。曲げ試験機による評価でも熟練者の接合部の強度が優れていることが示され、接合加工のノウハウは、加熱範囲を広く設定して軟化部分に均一に圧縮応力を加える技にあることが判明した。　第4章では焼き仕上げ加工に着目し、スリ状態の石英ガラス板の表面をハンドバーナーで溶融させ、変形やムラを発生させずに表面平滑性と透明性を向上させる技の解明を目指した。VTR映像解析による工程分析と熟練者へのインタビューによって、バーナーの蛇行移動の走査と速度が主要因と判明し、また偏光板による残留歪解析と、接触式三次元測定装置による平面度測定結果からも熟練者の技が優れるとの評価を得た。焼き仕上げ加工のノウハウは、ハンドバーナーの火力に応じた走査と速度の制御にあると判明した。　第5章では、火加工における初心者の課題抽出を目指した。初心者を含む加工者７名に熟練者と非熟練者の曲げ加工映像を視聴させVAS方式のアンケートを行いクラスター分析した。その結果、加工者全体の特徴として加熱と曲げ動作のタイミングに着目していることが明らかとなった。また、経験年数と動作姿勢の関連が明らかとなった。熟練者が評価している微妙な動きの差は、初心者や非熟練者は見極めることが出来ていないと考えられ、従来教育における「見て学べ」ではその差を認識するまでに長い年月を必要とする可能性が考えられ、初心者教育を設計する方向性を得ることが出来た。熟練者映像の評価においては、熟練者と初心者の評価に一定の差異が認められた。また、非熟練者映像の評価には評価者によってばらつきが発生することが認められた。これらのことから、初心者の教育時に自身の映像を用いる場合は明確な評価基準を指導することが必要であり、2章から4章で得られた熟練者の曲げ加工の技のノウハウとその段取りがその評価基準となると考察できた。　第6章では、第2章から第4章で得られた技の解明結果と、第5章によって得られた知見を用いて、初心者にとって効果的な新しい教育手法として自己学習プログラムの開発と提案を目指した。初心者の曲げ加工の反復練習時に、VTR映像から自分の技を自己解析したコメントを記録し課題把握させ試行錯誤させた後に、熟練者のノウハウを与えた場合の前後の効果を検証した。その結果、自己解析で停滞していた時期に熟練者の明確な基準を与えることで、曲げ動作姿勢と製品形状に明らかな改善が認められた。本教育手法は、教育効果が高いばかりでなく、コメントの変化によって個性に応じた成長を自ら気付くことができ、初心者のモチベーションの向上にも効果があることが明らかになるという成果を得た。　第7章では、石英ガラスの火加工技術のノウハウの解明という初の研究成果をまとめた。さらに、本研究では難度の高い手技の習得における初心者の課題を解決し、意欲的に学習する新たな教育手法を開発し、新たな提案に繋がる可能性を示した。　本論文は、未来の社会と生活を支える石英ガラスの特殊加工技術の継承と高度化に、継続的な成長をもたらす基盤をなすものと期待できる。 http://purl.org/coar/resource_type/c_db06 2018-03-26 2018-03-26 甲第884号 http://hdl.handle.net/10212/2479 https://kit.repo.nii.ac.jp/records/2000311 jpn open access