(57)【要約】【課題】連続的に送り出されるガラス管をレーザ光の利用によって精度良く切断することができるガラス管製造方法及びガラス管製造装置を提供する。【解決手段】ガラス管製造装置１は、ガラス管１０を連続的に送り出すガラス管送出部２と、連続的に送り出されるガラス管１０にレーザ光Ｌを照射することでガラス管１０に改質領域を形成し、改質領域が形成された箇所でガラス管１０を切断するガラス管切断部３と、を備える。ガラス管切断部３は、ガラス管１０の送出し方向Ａと交差する方向に沿った直線がガラス管１０の外面と交わる第１位置及び第２位置のそれぞれにおいて改質領域が露出し、且つガラス管１０の側壁内において第１位置と第２位置との間に渡って改質領域又は改質領域から生じた亀裂が繋がるように、レーザ光Ｌを照射する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス管を連続的に送り出す第１ステップと、
連続的に送り出される前記ガラス管にレーザ光を照射することで前記ガラス管に改質領域を形成し、前記改質領域が形成された箇所で前記ガラス管を切断する第２ステップと、を備え、
前記第２ステップでは、前記ガラス管の送出し方向と交差する方向に沿った直線が前記ガラス管の外面と交わる第１位置及び第２位置のそれぞれにおいて前記改質領域が露出し、且つ前記ガラス管の側壁内において前記第１位置と前記第２位置との間に渡って前記改質領域又は前記改質領域から生じた亀裂が繋がるように、前記レーザ光を照射する、ガラス管製造方法。
【請求項２】
前記第１ステップでは、管引き成形によって前記ガラス管を連続的に成形しつつ送り出す、請求項１に記載のガラス管製造方法。
【請求項３】
前記第２ステップでは、複数の前記改質領域が互いに離間し、且つ複数の前記改質領域のそれぞれから生じた亀裂が繋がるように、前記レーザ光を照射する、請求項１又は２に記載のガラス管製造方法。
【請求項４】
前記第２ステップでは、前記改質領域から生じた亀裂が前記第１位置と前記第２位置との間に渡って前記ガラス管の前記外面に至るように、前記レーザ光を照射する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のガラス管製造方法。
【請求項５】
前記第２ステップでは、前記ガラス管の内面に比べ前記ガラス管の前記外面に近い領域に前記改質領域が位置するように、前記レーザ光を照射する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のガラス管製造方法。
【請求項６】
ガラス管を連続的に送り出すガラス管送出部と、
連続的に送り出される前記ガラス管にレーザ光を照射することで前記ガラス管に改質領域を形成し、前記改質領域が形成された箇所で前記ガラス管を切断するガラス管切断部と、を備え、
前記ガラス管切断部は、前記ガラス管の送出し方向と交差する方向に沿った直線が前記ガラス管の外面と交わる第１位置及び第２位置のそれぞれにおいて前記改質領域が露出し、且つ前記ガラス管の側壁内において前記第１位置と前記第２位置との間に渡って前記改質領域又は前記改質領域から生じた亀裂が繋がるように、前記レーザ光を照射する、ガラス管製造装置。
【請求項７】
前記ガラス管送出部は、管引き成形によって前記ガラス管を連続的に成形しつつ送り出す、請求項６に記載のガラス管製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス管製造方法及びガラス管製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ホウケイ酸ガラス製のアンプルの首にレーザ光を照射することで、周方向に沿って所定間隔で並ぶ複数の破断点をアンプルの首に形成する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−７１１２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、連続的に送り出されるガラス管を所定長ごとに切断するような場合、特許文献１に記載の方法のように、周方向に沿って所定間隔で並ぶ複数の破断点を形成することは困難である。
【０００５】
そこで、本発明は、連続的に送り出されるガラス管をレーザ光の利用によって精度良く切断することができるガラス管製造方法及びガラス管製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のガラス管製造方法は、ガラス管を連続的に送り出す第１ステップと、連続的に送り出されるガラス管にレーザ光を照射することでガラス管に改質領域を形成し、改質領域が形成された箇所でガラス管を切断する第２ステップと、を備え、第２ステップでは、ガラス管の送出し方向と交差する方向に沿った直線がガラス管の外面と交わる第１位置及び第２位置のそれぞれにおいて改質領域が露出し、且つガラス管の側壁内において第１位置と第２位置との間に渡って改質領域又は改質領域から生じた亀裂が繋がるように、レーザ光を照射する。
【０００７】
このガラス管製造方法では、連続的に送り出されるガラス管にレーザ光を照射することで、ガラス管の送出し方向と交差する方向に沿った直線がガラス管の外面と交わる第１位置及び第２位置のそれぞれにおいて改質領域を露出させ、且つガラス管の側壁内において第１位置と第２位置との間に渡って改質領域又は改質領域から生じた亀裂を繋げる。これにより、連続的に送り出されるガラス管を、改質領域を形成した箇所で精度良く切断することができる。
【０００８】
第１ステップでは、管引き成形によってガラス管を連続的に成形しつつ送り出してもよい。これにより、ガラス管の成形及びガラス管の切断を効率良く実施することができる。
【０００９】
第２ステップでは、複数の改質領域が互いに離間し、且つ複数の改質領域のそれぞれから生じた亀裂が繋がるように、レーザ光を照射してもよい。これにより、連続的に送り出されるガラス管をより精度良く切断することができる。
【００１０】
第２ステップでは、改質領域から生じた亀裂が第１位置と第２位置との間に渡ってガラス管の外面に至るように、レーザ光を照射してもよい。これにより、連続的に送り出されるガラス管をより精度良く切断することができる。
【００１１】
第２ステップでは、ガラス管の内面に比べガラス管の外面に近い領域に改質領域が位置するように、レーザ光を照射してもよい。これにより、連続的に送り出されるガラス管をより精度良く切断することができる。
【００１２】
本発明のガラス管製造装置は、ガラス管を連続的に送り出すガラス管送出部と、連続的に送り出されるガラス管にレーザ光を照射することでガラス管に改質領域を形成し、改質領域が形成された箇所でガラス管を切断するガラス管切断部と、を備え、ガラス管切断部は、ガラス管の送出し方向と交差する方向に沿った直線がガラス管の外面と交わる第１位置及び第２位置のそれぞれにおいて改質領域が露出し、且つガラス管の側壁内において第１位置と第２位置との間に渡って改質領域又は改質領域から生じた亀裂が繋がるように、レーザ光を照射する。
【００１３】
このガラス管製造装置では、上記ガラス管製造方法と同様の理由により、連続的に送り出されるガラス管を、改質領域を形成した箇所で精度良く切断することができる。
【００１４】
ガラス管送出部は、管引き成形によってガラス管を連続的に成形しつつ送り出してもよい。これにより、ガラス管の成形及びガラス管の切断を効率良く実施することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、連続的に送り出されるガラス管をレーザ光の利用によって精度良く切断することができるガラス管製造方法及びガラス管製造装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施形態のガラス管製造装置の構成図である。
【図２】図１のガラス管製造装置のガラス切断部の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１８】
図１に示されるガラス管製造装置１は、スリーブが用いられたダンナー方式の管引き装置である。図１に示されるように、ガラス管製造装置１は、ガラス溶融炉２１と、スリーブ２２と、スリーブ駆動装置２３と、マッフル炉２４と、走行路２５と、複数の搬送ローラ２６と、管引き機２７と、レーザ加工機３１と、応力印加機構３２と、搬送コンベア３３と、を備えている。ガラス管製造装置１では、ガラス溶融炉２１、スリーブ２２、スリーブ駆動装置２３、マッフル炉２４、走行路２５、複数の搬送ローラ２６、及び管引き機２７によって、ガラス管送出部２が構成されており、レーザ加工機３１、応力印加機構３２、及び搬送コンベア３３によって、ガラス管切断部３が構成されている。
【００１９】
ガラス溶融炉２１は、ガラス原料を溶融させる。スリーブ２２は、マッフル炉２４内に配置されている。スリーブ２２は、耐火物によって円筒状に形成されている。スリーブ２２の先端部２２ａは、先端側ほど縮径するテーパ状に形成されている。スリーブ２２は、基端部２２ｂよりも先端部２２ａが低くなるように傾斜している。スリーブ２２内には、基端部２２ｂ側から、スリーブ駆動装置２３のシャフト２３ａが挿入されている。シャフト２３ａは、基端部２２ｂと先端部２２ａとの間に渡ってスリーブ２２内に挿入されており、その状態でスリーブ２２と固定されている。これにより、スリーブ駆動装置２３は、マッフル炉２４内において、スリーブ２２を回転させることができる。
【００２０】
マッフル炉２４には、溶融ガラス供給口２４ａ及びガラス管排出口２４ｂが設けられている。溶融ガラス供給口２４ａは、スリーブ２２の基端部２２ｂの直上に配置されている。ガラス溶融炉２１内の溶融ガラスは、溶融ガラス供給口２４ａを介して、スリーブ２２の基端部２２ｂに連続的に供給される。このとき、スリーブ駆動装置２３によってスリーブ２２が回転させられ、シャフト２３ａに形成された孔からブローエアーが噴射されることで、供給された溶融ガラスが円筒状のガラス管１０に成形され、円筒状のガラス管１０がスリーブ２２の先端部２２ａから連続的に供給される。ガラス管排出口２４ｂは、スリーブ２２の先端部２２ａと対向する位置に配置されている。スリーブ２２で成形されたガラス管１０は、ガラス管排出口２４ｂを介して、マッフル炉２４外に連続的に供給される。
【００２１】
走行路２５は、箱状のカバー２５ａによって覆われている。マッフル炉２４外に連続的に供給されるガラス管１０は、走行路２５を連続的に走行する。複数の搬送ローラ２６は、走行路２５内、及び走行路２５の下流側（ガラス管１０の走行方向における下流側）において、水平方向に沿って所定間隔ごとに配置されている。マッフル炉２４外に連続的に供給されるガラス管１０は、複数の搬送ローラ２６によって、下側から支持されつつ管引き機２７に向かって連続的に搬送される。管引き機２７は、一対の無端ベルトユニット２７ａによって、ガラス管１０を挟みつつガラス管１０を一定速度でけん引する。一定速度でけん引されるガラス管１０は、レーザ加工機３１に向かって連続的に送り出される。以下、管引き機２７によってガラス管１０が連続的に送ら出される方向を送出し方向Ａという。
【００２２】
以上のように、ガラス溶融炉２１、スリーブ２２、スリーブ駆動装置２３、マッフル炉２４、走行路２５、複数の搬送ローラ２６、及び管引き機２７によって構成されたガラス管送出部２は、管引き成形によってガラス管１０を連続的に成形しつつ送り出す部分である。つまり、ガラス管送出部２では、管引き成形によってガラス管１０を連続的に成形しつつ送り出す第１ステップが実施される。
【００２３】
レーザ加工機３１は、管引き機２７によって連続的に送り出されるガラス管１０にレーザ光Ｌを照射することでガラス管１０に改質領域を形成する。応力印加機構３２は、レーザ加工機３１の下流側（ガラス管１０の送出し方向Ａにおける下流側）において、管引き機２７によって連続的に送り出されるガラス管１０を、改質領域が形成された箇所で切断する。応力印加機構３２は、改質領域が形成された箇所に、例えばナイフエッジで衝撃を与えることで、ガラス管１０を切断する。搬送コンベア３３は、切断されたガラス管１０を次工程に搬送する。一例として、ガラス管１０の直径は、数ｍｍ〜十数ｍｍであり、ガラス管１０の肉厚は、数ｍｍ程度である。ガラス管１０の色は、無色透明、茶色透明等である。切断されたガラス管１０は、理化学機器（試験管、光電子増倍管）、医薬容器（アンプル、バイアル）等に用いられる。
【００２４】
以上のように、レーザ加工機３１、応力印加機構３２、及び搬送コンベア３３によって構成されたガラス管切断部３は、連続的に送り出されるガラス管１０にレーザ光Ｌを照射することでガラス管１０に改質領域を形成し、改質領域が形成された箇所でガラス管１０を切断する。つまり、ガラス管切断部３では、連続的に送り出されるガラス管１０にレーザ光Ｌを照射することでガラス管１０に改質領域を形成し、改質領域が形成された箇所でガラス管１０を切断する第２ステップが実施される。
【００２５】
上述したレーザ加工機３１について、より詳細に説明する。図２に示されるように、レーザ加工機３１は、支持台３４と、レーザヘッド３５と、を有している。支持台３４の表面３４ａには、一対のガイド部材３４ｂが設けられている。一対のガイド部材３４ｂは、送出し方向Ａに沿って延在している。これにより、ガラス管１０は、支持台３４の表面３４ａを滑るように、送出し方向Ａに沿って安定して送られる。レーザヘッド３５は、ガラス管１０の送出し方向Ａと交差する（例えば、直交する）方向に沿った直線Ｂ上をレーザ光Ｌの集光点Ｐが移動するように、動作する。実際には、ガラス管１０が送出し方向Ａに沿って送られているから、ガラス管１０が送り出される速度を加味して、所望の直線Ｂ上をレーザ光Ｌの集光点Ｐが移動するように、レーザヘッド３５を動作させる。
【００２６】
レーザ光Ｌとしては、ガラス管１０の側壁１１に対して透過性を有するものが用いられる。レーザ光Ｌの照射条件は、ガラス管１０の側壁１１内における集光点Ｐ近傍にて吸収現象が生じるように調整される。これにより、ガラス管１０の側壁１１内における集光点Ｐ近傍に、改質領域５が形成される。
【００２７】
改質領域５は、密度、屈折率、機械的強度、その他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域をいう。改質領域５としては、例えば、溶融処理領域（一旦溶融後再固化した領域、溶融状態中の領域及び溶融から再固化する状態中の領域のうち少なくとも何れか一つを意味する）、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等があり、これらが混在した領域もある。更に、改質領域５としては、加工対象物の材料において改質領域の密度が非改質領域の密度と比較して変化した領域、格子欠陥が形成された領域がある。
【００２８】
レーザ光Ｌがパルス発振されると、パルスレーザ光の１パルスのショット（つまり１パルスのレーザ照射：レーザショット）で形成された各改質領域５が互いに離間する場合がある。このような場合、各改質領域５からは、レーザ光Ｌの入射方向及び出射方向だけでなく、隣の改質領域５に向かっても亀裂７が伸展し易い。
【００２９】
レーザ加工機３１は、第１条件及び第２条件が満たされるように、レーザ光Ｌを照射する。第１条件は、ガラス管１０の送出し方向Ａと交差する（例えば、直交する）方向に沿った直線Ｂがガラス管１０の側壁１１の外面１１ａと交わる第１位置ｂ１及び第２位置ｂ２のそれぞれにおいて改質領域５が露出していることである。第２条件は、ガラス管１０の側壁１１内において第１位置ｂ１と第２位置ｂ２との間に渡って（すなわち、直線Ｂに沿って）複数の改質領域５が互いに離間し、且つ複数の改質領域５のそれぞれから生じた亀裂７が繋がることである。なお、第１位置ｂ１及び第２位置ｂ２のそれぞれにおいて改質領域５が露出するとは、第１位置ｂ１及び第２位置ｂ２のそれぞれにおいて改質領域５が側壁１１の外面１１ａに現れていることを意味する。レーザ光Ｌの集光点Ｐを直線Ｂに沿って移動させる場合、第１位置ｂ１及び第２位置ｂ２の一方が加工開始位置となり、第１位置ｂ１及び第２位置ｂ２の他方が加工終了位置となる。
【００３０】
更に、レーザ加工機３１は、第３条件及び第４条件が満たされるように、レーザ光Ｌを照射する。第３条件は、複数の改質領域５のそれぞれから生じた亀裂７が第１位置ｂ１と第２位置ｂ２との間に渡ってガラス管１０の側壁１１の外面１１ａ（直線Ｂを基準としてガラス管１０の側壁１１の内面１１ｂとは反対側の外面１１ａ）に至ることである。第４条件は、ガラス管１０の側壁１１の内面１１ｂに比べガラス管１０の側壁１１の外面１１ａに近い領域に複数の改質領域５が位置することである。なお、ガラス管１０の側壁１１の内面１１ｂに比べガラス管１０の側壁１１の外面１１ａに近い領域に複数の改質領域５が位置するとは、側壁１１の厚さの中心を通る円柱面Ｃよりも外側の領域に複数の改質領域５が位置することを意味する。
【００３１】
以上説明したように、ガラス管製造装置１、及びガラス管製造装置１で実施されるガラス管製造方法では、ガラス管切断部３が、連続的に送り出されるガラス管１０にレーザ光Ｌを照射することで、ガラス管１０の送出し方向Ａと交差する方向に沿った直線Ｂがガラス管１０の外面１１ａと交わる第１位置ｂ１及び第２位置ｂ２のそれぞれにおいて改質領域５を露出させ、且つガラス管１０の側壁１１内において第１位置ｂ１と第２位置ｂ２との間に渡って複数の改質領域５のそれぞれから生じた亀裂７を繋げる（第２ステップ）。これにより、連続的に送り出されるガラス管１０を、改質領域５を形成した箇所で精度良く切断することができる。なお、連続的に送り出されるガラス管１０を、改質領域５を形成した箇所で切断することで、切断時における発塵を減少させることができる。
【００３２】
特に、ガラス管切断部３は、複数の改質領域５が互いに離間し、且つ複数の改質領域５のそれぞれから生じた亀裂７が繋がるように、レーザ光Ｌを照射する（第２ステップ）。更に、ガラス管切断部３は、改質領域５から生じた亀裂７が第１位置ｂ１と第２位置ｂ２との間に渡ってガラス管１０の外面１１ａに至るように、レーザ光Ｌを照射する（第２ステップ）。また、ガラス管切断部３は、ガラス管１０の内面１１ｂに比べガラス管１０の外面１１ａに近い領域に改質領域５が位置するように、レーザ光Ｌを照射する（第２ステップ）。これらにより、連続的に送り出されるガラス管１０をより精度良く切断することができる。
【００３３】
また、ガラス管送出部２は、管引き成形によってガラス管１０を連続的に成形しつつ送り出す（第１ステップ）。これにより、ガラス管１０の成形及びガラス管１０の切断を効率良く実施することができる。
【００３４】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されない。
【００３５】
例えば、１つのレーザ光Ｌを複数の集光点Ｐに集光させて、複数の集光点Ｐが直線Ｂ上に位置するようにレーザ光Ｌを照射してもよい。また、１本の直線Ｂに対して複数列の改質領域５を形成してもよい。
【００３６】
また、上記実施形態では、第１条件、第２条件、第３条件及び第４条件が満たされるように、レーザ光Ｌを照射したが、少なくとも第１条件及び第２条件が満たされるように、レーザ光Ｌを照射すれば、連続的に送り出されるガラス管１０を精度良く切断することができる。更に、第２条件については、ガラス管１０の側壁１１内において第１位置ｂ１と第２位置ｂ２との間に渡って改質領域５又は改質領域５から生じた亀裂７が繋がるように、レーザ光Ｌを照射してもよい。
【００３７】
また、ガラス管送出部２は、管引き成形によってガラス管１０を連続的に成形しつつ送り出すものに限定されず、例えば管引き成形によって予め成形されたガラス管１０を単に連続的に送り出すものであってもよい。つまり、ガラス管送出部２では、例えば管引き成形によって予め成形されたガラス管１０を単に連続的に送り出す第１ステップが実施されてもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１…ガラス管製造装置、２…ガラス管送出部、３…ガラス管切断部、５…改質領域、７…亀裂、１０…ガラス管、１１…側壁、１１ａ…外面、１１ｂ…内面、Ａ…送出し方向、Ｂ…直線、ｂ１…第１位置、ｂ２…第２位置、Ｌ…レーザ光。
【図１】
2018123041.tif 000003
【図２】
2018123041.tif 000004