(57)【要約】【課題】ガラス微粉の発生を防止することで管ガラスを効率良く切断する。【解決手段】管ガラスの切断方法は、管ガラスＧ２の切断予定部位ＣＰにレーザー光Ｌ１１を照射して加熱する加熱工程と、切断予定部位ＣＰの内部に焦点を合せてレーザー光Ｌ１２を照射し、このレーザー光Ｌ１２の照射領域に生じる多光子吸収により、一又は複数のクラックを含む内部クラック領域Ｃ１を生じさせる内部クラック領域形成工程と、切断予定部位ＣＰを冷却することにより、クラックを切断予定部位ＣＰの内部に進展させる冷却工程と、を備える。【選択図】図１０
2017081804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管ガラスを切断するための方法であって、
前記管ガラスの切断予定部位にレーザー光を照射して加熱する加熱工程と、
前記切断予定部位の内部に焦点を合せてレーザー光を照射し、前記レーザー光の照射領域に生じる多光子吸収により、一又は複数のクラックを含む内部クラック領域を生じさせる内部クラック領域形成工程と、
前記切断予定部位を冷却することにより、前記クラックを前記切断予定部位の前記内部に進展させる冷却工程と、を備える管ガラスの切断方法。
【請求項２】
前記加熱工程は、前記管ガラスを回転させながら行う請求項１に記載の管ガラスの切断方法。
【請求項３】
前記内部クラック領域形成工程は、前記管ガラスを回転させながら行う請求項１又は２に記載の管ガラスの切断方法。
【請求項４】
前記冷却工程は、前記管ガラスを回転させながら行う請求項１から３のいずれか１項に記載の管ガラスの切断方法。
【請求項５】
前記冷却工程は、気体又はミスト状の冷却媒体により前記切断予定部位を冷却する請求項１から４のいずれか１項に記載の管ガラスの切断方法。
【請求項６】
前記内部クラック領域形成工程における前記レーザー光はパルスレーザーである請求項１から５のいずれか１項に記載の管ガラスの切断方法。
【請求項７】
管ガラスを切断するための装置であって、
前記管ガラスの切断予定部位にレーザー光を照射して加熱する加熱装置と、
前記切断予定部位の内部に焦点を合せてレーザー光を照射し、前記レーザー光の照射領域に生じる多光子吸収により、一又は複数のクラックを含む内部クラック領域を生じさせる内部クラック領域形成装置と、
前記切断予定部位を冷却することにより、前記クラックを前記切断予定部位の前記内部に進展させる冷却装置と、を備える管ガラスの切断装置。
【請求項８】
前記管ガラスを回転させるための回転駆動装置をさらに備える請求項７に記載の管ガラスの切断装置。
【請求項９】
前記内部クラック領域形成装置における前記レーザー光はパルスレーザーである請求項７又は８に記載の管ガラスの切断装置。
【請求項１０】
管ガラス製品を製造する方法であって、
管引き成形された連続管ガラスを切断する第１切断工程と、
前記第１切断工程後に形成される管ガラスの端部を切断する第２切断工程と、を備え、
前記第２切断工程は、
前記管ガラスの端部における切断予定部位にレーザー光を照射して加熱する加熱工程と、
前記切断予定部位の内部に焦点を合せてレーザー光を照射し、前記レーザー光の照射領域に生じる多光子吸収により、一又は複数のクラックを含む内部クラック領域を生じさせる内部クラック領域形成工程と、
前記切断予定部位を冷却することにより、前記クラックを前記切断予定部位の前記内部に進展させる冷却工程と、を備える管ガラス製品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管ガラスの切断方法及び切断装置、並びに管ガラス製品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば医療用のアンプル、シリンジあるいは照明用の蛍光管などに用いられる管ガラス製品は、ダンナー法やダウンドロー法など種々の手法により成形されている。以下、ダンナー法を例にとってその概要を説明する。
【０００３】
ダンナー法で管ガラス製品を製造する場合、まずマッフル炉内に配置された回転可能なスリーブに熔融ガラスを供給する。供給された熔融ガラスは、スリーブに巻き付きながら管状になる。この管状となった熔融ガラスをスリーブの先端から管引き装置（牽引装置）で引張り出すことで、管ガラスが連続的に成形される（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
連続的に成形された管ガラス（以下「連続管ガラス」という）は、粗切断及び再切断の各工程を経て、所定長さの管ガラス製品となる。粗切断工程では、搬送される連続管ガラスを粗切断装置により切断し、所定長の管ガラスを得る（例えば特許文献２、０００３参照）。
【０００５】
再切断工程では、粗切断工程により得られた管ガラスをコンベアにより回転させながら搬送するとともに、その切断予定部位をバーナによって加熱する。次に、この管ガラスを回転させつつ、再切断装置における切断刃（ダイヤモンドホイール等）によって、加熱された部分に擦り傷を形成する。具体的には、この切断刃を水等により冷却した状態で管ガラスに接触させ、これによる熱衝撃によって、管ガラスの外面に擦り傷をオリジンとするクラック（亀裂）が発生する。管ガラスは、このクラックの進展によりその両端部が切断される。その後、管ガラスの端部に口焼き処理による仕上げ加工が施され、以上によって、所定長の管ガラス製品が完成する（同文献の０００５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−１５９５３２号公報
【特許文献２】特開２０１３−１４７４０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の再切断工程では、管ガラスの外面に切断刃による擦り傷を形成し、これを熱衝撃によりクラックとして進展させて切断するため、破断面の切断精度は低く、破断面を仕上げるための口焼き加工に長い時間を必要とし、生産効率の低下を招いていた。また、管ガラスの外周面に擦り傷を形成する方法では、ガラス粉が不可避的に発生するため、切断後において管ガラスの内面に付着したガラス粉を洗浄する工程も別途必要になっていた。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ガラス微粉の発生を防止することで管ガラスを効率良く切断することが可能な切断方法及び切断装置、並びに管ガラス製品の製造方法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】
【０００９】
本発明は上記の課題を解決するためのものであり、管ガラスを切断するための方法であって、前記管ガラスの切断予定部位にレーザー光を照射して加熱する加熱工程と、前記切断予定部位の内部に焦点を合せてレーザー光を照射し、前記レーザー光の照射領域に生じる多光子吸収により、一又は複数のクラックを含む内部クラック領域を生じさせる内部クラック領域形成工程と、前記切断予定部位を冷却することにより、前記クラックを前記切断予定部位の前記内部に進展させる冷却工程と、を備える。
【００１０】
上記構成の切断方法によれば、加熱工程において管ガラスの切断予定部位にレーザー光を照射して加熱した後に、内部クラック領域形成工程において、この切断予定部位の内部にレーザー光の焦点を合せて照射することで、多光子吸収によりオリジンとしてのクラックを含む内部クラック領域をこのレーザー光の照射部位に形成できる。その後、冷却工程において、切断予定部位を冷却することにより、熱衝撃を発生させてクラックを切断予定部位の内部全体にわたって進展させ、これによって管ガラスを切断する。内部クラック形成領域は、管ガラスの内部に発生するものであるため、従来のようにその外面に擦り傷を形成しなくとも、管ガラスを非接触にて切断することが可能になる。したがって、管ガラスの切断時にガラス粉が発生するといった従来の事態を確実に防止することができる。これにより、ガラス粉を洗浄により除去する手間を省いて必要な工程数を少なくできる。また、このように切断面を形成するのであれば、割断等により強制的にクラックを発生、進展させる場合と比べて、割れや欠け等の発生を可及的に防止して、切断面の性状を比較的高精度に制御でき、良好な切断面を安定的に得ることが可能となる。したがって、割れや欠けに起因する不良の発生が抑えられると共に、管ガラスの端部の口焼き処理に要する時間を大幅に短縮することができ、管ガラス製品を効率良く製造することが可能になる。
【００１１】
また、本発明に係る管ガラスの切断装置によれば、前記加熱工程は、前記管ガラスを回転させながら行うことが望ましい。これによって管ガラスの切断予定部位のほぼ全周にわたって均一に加熱することができる。
【００１２】
同様に、前記内部クラック領域形成工程は、前記管ガラスを回転させながら行うことが望ましい。これによって切断予定部位における管ガラスの内部において、より広範囲に内部クラック領域を形成できる。
【００１３】
また、前記冷却工程は、前記管ガラスを回転させながら行うことが望ましい。これにより、管ガラスの切断予定部位を、より広範囲にわたって冷却でき、切断予定部位の内部におけるクラックを好適に進展させることができる。
【００１４】
また、前記冷却工程は、気体又はミスト状の冷却媒体により前記切断予定部位を冷却することが望ましい。このようにすれば、切断面に異物が残存することなく、しかも従来のような切断刃による機械的な接触も行わずに、管ガラスを切断できる。
【００１５】
また、本発明に係る管ガラスの切断装置において、前記内部クラック領域形成工程における前記レーザー光はパルスレーザーであることが望ましい。これにより、切断予定部位の内部に多光子吸収現象を効果的に生じさせることができる。
【００１６】
本発明は、上記の課題を解決するためのものであり、管ガラスを切断するための装置であって、前記管ガラスの切断予定部位にレーザー光を照射して加熱する加熱装置と、前記切断予定部位の内部に焦点を合せてレーザー光を照射し、前記レーザー光の照射領域に生じる多光子吸収により、一又は複数のクラックを含む内部クラック領域を生じさせる内部クラック領域形成装置と、前記切断予定部位を冷却することにより、前記クラックを前記切断予定部位の前記内部に進展させる冷却装置と、を備える。
【００１７】
かかる構成によれば、加熱装置によって管ガラスの切断予定部位にレーザー光を照射して加熱した後に、内部クラック領域形成装置によって、この切断予定部位の内部にレーザー光の焦点を合せて照射することで、多光子吸収によりオリジンとしてのクラックを含む内部クラック領域をこのレーザー光の照射部位に形成できる。その後、冷却装置によって、切断予定部位を冷却することにより、熱衝撃を発生させてクラックを切断予定部位の内部全体にわたって進展させ、管ガラスを切断する。内部クラック領域は、管ガラスの内部に発生するものであるため、従来のようにその外面に擦り傷を形成しなくとも、管ガラスを非接触にて切断することが可能になる。したがって、管ガラスの切断時にガラス粉が発生するといった従来の事態を確実に防止することができる。これにより、ガラス粉を洗浄により除去する手間を省いて必要な工程数を少なくできる。また、このように切断面を形成するのであれば、割断等により強制的にクラックを発生、進展させる場合と比べて、割れや欠け等の発生を可及的に防止して、切断面の性状を比較的高精度に制御でき、良好な切断面を安定的に得ることが可能となる。したがって、割れや欠けに起因する不良の発生が抑えられると共に、管ガラスの端部の口焼き処理に要する時間を大幅に短縮することができ、管ガラス製品を効率良く製造することが可能になる。
【００１８】
また、本発明に係る管ガラスの切断装置は、前記管ガラスを回転させるための回転駆動装置をさらに備えることが望ましい。これにより、切断装置は、加熱装置によって管ガラスの切断予定部位を加熱する際、内部クラック領域形成装置によって切断予定部位の内部にクラックを形成する際、又は、冷却装置によって切断予定部位を冷却する際に、管ガラスを回転させながらこれらの処理を実行できる。これによって、切断予定部位に対して均一な加熱、広範囲にわたって内部クラック領域の形成及び冷却を行うことができ、管ガラスを精度良く切断することができる。
【００１９】
前記内部クラック領域形成装置に使用される前記レーザー光はパルスレーザーであることが望ましい。これにより、切断予定部位の内部に多光子吸収現象を効果的に生じさせることができる。
【００２０】
本発明は上記の課題を解決するためのものであり、管ガラス製品を製造する方法であって、管引き成形された連続管ガラスを切断する第１切断工程と、前記第１切断工程後に形成される管ガラスの端部を切断する第２切断工程と、を備え、前記第２切断工程は、前記管ガラスの端部における切断予定部位にレーザー光を照射して加熱する加熱工程と、前記切断予定部位の内部に焦点を合せてレーザー光を照射し、前記レーザー光の照射領域に生じる多光子吸収により、一又は複数のクラックを含む内部クラック領域を生じさせる内部クラック領域形成工程と、前記切断予定部位を冷却することにより、前記クラックを前記切断予定部位の前記内部に進展させる冷却工程と、を備える。
【００２１】
かかる構成によれば、第１切断工程によって連続管ガラスを切断することで管ガラスを形成した後、管ガラスの端部を第２切断工程によって切断することで、所望の管ガラス製品を得る。第２切断工程では、加熱工程においてその切断予定部位にレーザー光を照射して加熱した後に、内部クラック領域形成工程において、多光子吸収によりオリジンとしてのクラックを含む内部クラック領域をこのレーザー光の照射部位に形成できる。その後、冷却工程において、切断予定部位を冷却することにより、熱衝撃を発生させてクラックを切断予定部位の内部全体にわたって進展させ、管ガラスを切断する。内部クラック領域は、管ガラスの内部に発生するものであるため、従来のようにその外面に擦り傷を形成しなくとも、管ガラスを非接触にて切断することが可能になる。したがって、管ガラスの切断時にガラス粉が発生するといった従来の事態を確実に防止することができる。これにより、ガラス粉を洗浄により除去する手間を省いて必要な工程数を少なくできる。また、このように切断面を形成するのであれば、割断等により強制的にクラックを発生、進展させる場合と比べて、割れや欠け等の発生を可及的に防止して、切断面の性状を比較的高精度に制御でき、良好な切断面を安定的に得ることが可能となる。したがって、割れや欠けに起因する不良の発生が抑えられると共に、管ガラスの端部の口焼き処理に要する時間を大幅に短縮することができ、管ガラス製品を効率良く製造することが可能になる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ガラス微粉の発生を防止することで管ガラスを効率良く切断することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態に係る管ガラス製品の製造装置の側面図である。
【図２】図１に示す製造装置に係る第１切断装置の平面図である。
【図３】第１切断装置に係るレーザー光の走査態様を説明するための連続管ガラスの要部拡大斜視図である。
【図４】第１切断装置に係るレーザー光の照射態様を説明するための連続管ガラスの要部拡大平面図である。
【図５】内部クラック領域を形成した直後の連続管ガラスの要部断面図である。
【図６】内部クラック領域中のクラックが連続管ガラスの円周方向に進展を開始した直後の連続管ガラスの要部断面図である。
【図７】内部クラック領域中のクラックが連続管ガラスの円周方向に進展している途中の状態を示す連続管ガラスの要部断面図である。
【図８】内部クラック領域中のクラックが連続管ガラスの全周にわたって進展した後の状態を示す連続管ガラスの端面を正面から見た図である。
【図９】図１に示す製造装置の要部平面図であって、連続管ガラスを切断した直後の状態を示す図である。
【図１０】図１に示す製造装置に係る第２切断装置の概略を示す側面図である。
【図１１】第２切断装置を示す概略平面図である。
【図１２】管ガラスに内部クラック領域を形成する手順を示す断面図である。
【図１３】管ガラスに内部クラック領域を形成する手順を示す断面図である。
【図１４】管ガラスに内部クラック領域を形成する手順を示す断面図である。
【図１５】管ガラスの内部においてクラックを進展させる手順を示す断面図である。
【図１６】管ガラスの内部においてクラックを進展させる手順を示す断面図である。
【図１７】管ガラスの内部においてクラックを進展させる手順を示す断面図である。
【図１８】第２実施形態に係る第２切断装置の概略を示す側面図である。
【図１９】第２切断装置に係るレーザー光の走査態様を説明するための連続管ガラスの要部拡大斜視図である。
【図２０】第２切断装置に係るレーザー光の走査態様における他の例を説明するための連続管ガラスの要部拡大斜視図である。
【図２１】本発明に係る内部クラック領域の態様に係る他の例を示す管ガラスの要部断面図である。
【図２２】本発明に係る内部クラック領域の態様に係る他の例を示す管ガラスの要部断面図である。
【図２３】本発明に係る内部クラック領域の態様に係る他の例を示す管ガラスの要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。図１乃至図１７は、本発明に係る管ガラスの切断方法、切断装置、及び管ガラス製品の製造方法の第１実施形態を示す。
【００２５】
図１は、本発明を実施することが可能な管ガラス製品の製造装置１０の一例を示す。製造装置１０は、ダンナー法によって連続管ガラスＧ１を成形するものであり、ガラス熔融炉１１と、スリーブ１２と、スリーブ１２を回転駆動する駆動装置１３と、スリーブ１２を収容するマッフル炉１４と、アニーラー１５と、連続管ガラスＧ１を管引き成形する管引き装置１６と、連続管ガラスＧ１を切断する装置（以下「第１切断装置」という）１７と、連続管ガラスＧ１を切断して得た管ガラスＧ２の端部を切断する装置（以下「第２切断装置」という）１８とを主に備える。
【００２６】
なお、図１に示すＸＹＺ座標系は固定側の座標系であり、本実施形態では、Ｘ軸及びＹ軸を含む平面を水平面、Ｚ軸に沿った方向を鉛直方向（Ｚ軸の正の側を天、負の側を地）としている。また、図３に示すｘｙｚ座標系は移動側の座標系（連続管ガラスＧ１上の座標系）であり、図１等に示すＸＹＺ座標系と同じく、ｘ軸及びｙ軸を含む平面を水平面、ｚ軸に沿った方向を鉛直方向としている。
【００２７】
ガラス熔融炉１１は、ガラス原料を熔融して熔融ガラスＭを生成するための炉である。ガラス熔融炉１１で生成された熔融ガラスＭは、マッフル炉１４内のスリーブ１２に供給される。
【００２８】
スリーブ１２は耐火物で円筒状に形成される。スリーブ１２は部分的にテーパ状をなし、テーパ状部分の小径側端部１２ａを斜め下方に向けて配置されている。このスリーブ１２はシャフト１９を介して駆動装置１３と連結されている。本実施形態では、スリーブ１２を駆動装置１３により回転駆動することで、スリーブ１２に供給された熔融ガラスＭを円筒状に巻回して、小径側端部１２ａの側から管形状に引出し成形可能としている。
【００２９】
このように、管形状に引出し成形された熔融ガラスＭは、連続管ガラスＧ１としてマッフル炉１４外へと連続的に引出されると共に、アニーラー１５へと導入される。
【００３０】
管引き装置１６は、アニーラー１５の下流側に配置されるもので、アニーラー１５を通過した連続管ガラスＧ１を一定の速度で牽引し、第１切断装置１７に向けて搬送可能とする。具体的には、図示しない一対の搬送ベルトで連続管ガラスＧ１の上部と下部とを挟持しつつ下流方向へ牽引して管引きすることで、所定の外径寸法に整えられた連続管ガラスＧ１を第１切断装置１７に供給可能としている。
【００３１】
第１切断装置１７は、図２に示すように、連続管ガラスＧ１を切断して、所定の長さ寸法を有する管ガラスＧ２を得るためのものである。なお、本実施形態における管ガラスＧ２の厚みは、例えば０．５ｍｍ〜２．０ｍｍとされるが、これに限定されるものではない。第１切断装置１７は、連続管ガラスＧ１の円周方向の一部に内部クラック領域Ｃ１を形成するための内部クラック領域形成装置２０と、内部クラック領域Ｃ１中のクラックが進展するのを助長する応力を連続管ガラスＧ１に発生させて、クラックを全周にわたって進展させるクラック進展装置２１と、連続管ガラスＧ１を支持する支持部２２（図１参照）とを具備する。
【００３２】
内部クラック領域形成装置２０は、所定のレーザー光Ｌを発振可能なレーザー発振器２３と、レーザー発振器２３から発振されたレーザー光Ｌを連続管ガラスＧ１の内部に集光入射させるための光学系２４とを有する。また、本実施形態では、内部クラック領域形成装置２０は、光学系２４の経路上に配設され、図２に示すように、レーザー光Ｌを所定の態様で走査するための走査部２５と、レーザー光Ｌの連続管ガラスＧ１の内部における焦点Ｆの位置を調整可能とする焦点調整部２６とをさらに有する。
【００３３】
レーザー発振器２３は、例えばナノ秒パルスレーザー光、ピコ秒パルスレーザー光又はサブピコ秒パルスレーザー光を発振するように構成される。
【００３４】
光学系２４は、本実施形態では、複数のミラー２７と、これら複数のミラー２７を介して伝達されたレーザー光Ｌを連続管ガラスＧ１の内部に集光する対物レンズ２８とを有する。
【００３５】
走査部２５は、例えば図２に示すようにガルバノミラーで構成される。この走査部２５は、ミラー２７で反射されたレーザー光Ｌを所定の軌跡で走査できるように構成されており、例えば本実施形態では、図３に示すように、連続管ガラスＧ１の中心線Ｘ１に直交する仮想断面Ｘ２に焦点Ｆが含まれるよう、連続管ガラスＧ１の円周方向に沿って直線的に走査できるように構成されている。
【００３６】
上述した走査軌跡は、移動する連続管ガラスＧ１を基準とする座標系（図３に示すｘｙｚ座標系）で見た場合の形態であり、これを固定側を基準とする座標系で見ると、図４に示すように、中心線Ｘ１に沿った向きに連続管ガラスＧ１が所定距離ｄだけ移動する間に、焦点Ｆが円周方向に沿った向きに図３中の矢印で示す距離だけ移動すると共に、連続管ガラスＧ１の移動距離ｄと同じ距離だけ中心線Ｘ１に沿った向きに移動するよう、焦点Ｆの走査態様が設定されている。
【００３７】
焦点調整部２６は、例えば空間光位相変調器で構成される。具体的には、焦点調整部２６は、予め作製しておいた位相ホログラムにより、走査部２５により制御されるレーザー光Ｌの照射方向に応じて焦点Ｆの位置（正確には連続管ガラスＧ１の厚み方向位置）が調整されるよう、レーザー光Ｌの空間位相分布を変調可能としている。本実施形態では、図３に示すように、焦点Ｆが連続管ガラスＧ１の厚み方向外周側、すなわち、連続管ガラスＧ１の外面（外周面）Ｇ１ａに近い側で連続管ガラスＧ１の円周方向に沿った位置となるよう、レーザー光Ｌの焦点Ｆの位置が調整される。
【００３８】
クラック進展装置２１は、図２に示すように、連続管ガラスＧ１の中心線Ｘ１に沿った向きに引張り力ｆ１を付与する引張り力付与部２９と、連続管ガラスＧ１の中心線Ｘ１が所定の曲率で湾曲するように、連続管ガラスＧ１に曲げ力ｆ２を付与する曲げ力付与部３０とを有する。
【００３９】
ここで、例えば引張り力付与部２９は、連続管ガラスＧ１の下流側端部を把持する把持部３１と、把持部３１を中心線Ｘ１に沿った向きに移動するスライド駆動部３２とで構成される。連続管ガラスＧ１と同期して把持部３１を移動可能なようにスライド駆動部３２を構成してもよい。この場合、一定期間（一定距離）の間、中心線Ｘ１に沿って移動している最中の連続管ガラスＧ１に対して引張り力ｆ１を付与した状態を維持することが可能となる。
【００４０】
また、曲げ力付与部３０は、連続管ガラスＧ１の水平方向両側を挟持する複数のローラ３３で構成される。これら複数のローラ３３による連続管ガラスＧ１の支持（挟持）位置は、連続管ガラスＧ１の中心線Ｘ１が下流側に向かうにつれて所定の曲率で湾曲するように設定されている。
【００４１】
支持部２２は、連続管ガラスＧ１の長手方向に沿って所定の間隔で配置される複数のローラであり得るが、これに限定されるものではない。支持部２２は、連続管ガラスＧ１をその長手方向に案内するように、この連続管ガラスＧ１の下部を支持する。
【００４２】
図１０に示すように、第２切断装置１８は、連続管ガラスＧ１を第１切断装置１７により切断して得られる管ガラスＧ２の端部を切断する。第２切断装置１８は、管ガラスＧ２の端部における切断予定部ＣＰにレーザー光Ｌ１１を照射して加熱する加熱装置３４と、管ガラスＧ２の内部に一又は複数のクラックを含む内部クラック領域Ｃ１を生じさせる内部クラック領域形成装置３５と、管ガラスＧ２の切断予定部位ＣＰを冷却する冷却装置３６と、管ガラスＧ２を搬送する搬送装置３７とを備える。
【００４３】
加熱装置３４は、レーザー光Ｌ１１を照射するレーザー発振器を含む。本実施形態において、加熱装置３４は、ガラスに係る吸収係数が高く、効率良く加熱できることから、管ガラスＧ２に対してＣＯ２レーザー光を照射するように構成され得るが、これに限定されるものではない。また、レーザー光Ｌ１１によって管ガラスＧ２を加熱することにより、バーナを使用する場合と比較して、局所的な加熱が可能になる。これにより、精度の高い管ガラスＧ２の切断が可能になる。また、加熱装置３４は、レーザー光Ｌ１１を管ガラスＧ２の搬送方向に沿って走査するように構成され得るが、これに限定されるものではない。
【００４４】
図１０に示すように、内部クラック領域形成装置３５は、所定のレーザー光Ｌ１２を発振可能なレーザー発振器３８と、レーザー発振器３８から発振されたレーザー光Ｌ１２を管ガラスＧ２の内部に集光入射させるための光学系３９と、レーザー光Ｌ１２の管ガラスＧ２の内部における焦点の位置を調整可能とする焦点調整部４０とを有する。また、図１１に示すように、第２切断装置１８は、管ガラスＧ２の両端部を再切断すべく、二つの内部クラック領域形成装置３５を備えている。
【００４５】
レーザー発振器３８は、例えばナノ秒パルスレーザー光、ピコ秒パルスレーザー光又はサブピコ秒パルスレーザー光を発振するように構成される。
【００４６】
光学系３９は、第１切断装置１７に係る光学系２４とほぼ同じ構成を有しており、複数のミラー４１と、これら複数のミラー４１を介して伝達されたレーザー光Ｌ１２を管ガラスＧ２の内部に集光する対物レンズ４２とを有する。
【００４７】
焦点調整部４０は、第１切断装置１７に係る焦点調整部２６とほぼ同じ構成を有しており、例えば空間光位相変調器で構成され得る。具体的には、焦点調整部４０は、予め作製しておいた位相ホログラムにより、レーザー光Ｌ１２の照射方向に応じて焦点の位置（正確には管ガラスＧ２の厚み方向位置）が調整されるよう、レーザー光Ｌ１２の空間位相分布を変調可能としている。
【００４８】
図１０に示すように、冷却装置３６は、管ガラスＧ２の切断予定部位ＣＰに向けて冷却媒体ＣＬを噴射するノズル４３を有する。ノズル４３から噴射される冷却媒体ＣＬとしては、気体（空気や炭酸ガス等）又は、気体と液体を混合してなるミスト状の混合体が使用され得る。ノズル４３は、冷却媒体ＣＬを切断予定部位ＣＰに対して局所的に噴射できるように、微小な噴射口を有する。
【００４９】
搬送装置３７は、管ガラスＧ２を所定の方向に搬送する他、この管ガラスＧ２をその軸心（中心線Ｘ１参照）まわりに回転（自転）させる回転駆動装置としても機能する。この搬送装置３７は、一対の無端状のローラチェーン複合体４４を含む。搬送装置３７は、これら一対のローラチェーン複合体４４に架け渡された管ガラスＧ２をその軸心に対して直交する方向（横方向）へと搬送する。
【００５０】
図１０に示すように、各ローラチェーン複合体４４は、ガイドレール４５上をそれぞれ走行する一対の無端状のローラチェーン４６と、これら一対のローラチェーン４６間において、そのローラ軸に従動回転自在に軸支された複数の円盤状の搬送ディスク４７と、各搬送ディスク４７に同心で固定されたスプロケット４８と、全てのスプロケット４８に噛合して循環走行する無端状の駆動チェーン４９とを有する。
【００５１】
各搬送ディスク４７は、その直径がローラチェーン４６のピッチよりも大きく形成されており、側面視で互いの外周部が一部重なるように互い違いに配設されている。これにより、隣り合う搬送ディスク４７同士の間に側面視で谷間が形成され、この谷間に管ガラスＧ２が安定的に載置される。搬送装置３７は、図示しない駆動源によりローラチェーン４６を循環走行させることによって、各搬送ディスク４７を走行移動させ、各管ガラスＧ２をその軸心（管軸）に対して直交する方向へと搬送する（図１０及び図１１における矢印Ｄ１参照）。
【００５２】
また、搬送装置３７は、ローラチェーン４６とは独立に、図示しない別の駆動源により駆動チェーン４９を循環走行させることによって、スプロケット４８を介して各搬送ディスク４７を自転させる。搬送ディスク４７は、この自転により各管ガラスＧ２をその軸心まわりに回転させる（図１０における矢印Ｄ２参照）。これにより、搬送装置３７は、並列する複数の管ガラスＧ２をその軸心まわりに連続回転させつつこの軸心に対して直交する方向へと所定のピッチで連続的に搬送できる。
【００５３】
以下、上記構成の製造装置１０を用いた管ガラス製品Ｇ３の製造方法について説明する。
【００５４】
まず、図１、図２に示すように、管引き装置１６から送り出された連続管ガラスＧ１を、第１切断装置１７の支持部２２で下方から支持しつつ、更に下流側に搬送する。ここで、管引き装置１６の下流側には、連続管ガラスＧ１を所定の長さ寸法に切断するための第１切断装置１７が配設されており、この第１切断装置１７による粗切断工程（第１切断工程）が実行される。
【００５５】
この粗切断工程では、連続管ガラスＧ１の下流側端部が所定位置に到達したとき（もしくはその直前に）、把持部３１で連続管ガラスＧ１の下流側端部を把持して、長手方向の下流側に向けて把持部３１をスライド駆動部３２で移動させる。これにより引張り力付与部２９は、連続管ガラスＧ１にその中心線Ｘ１に沿った向きの引張り力ｆ１を付与する。
【００５６】
また、把持部３１よりも上流側には、曲げ力付与部３０を構成する複数のローラ３３が配設されている。これら複数のローラ３３間を通過した連続管ガラスＧ１には、その中心線Ｘ１が所定の曲率で湾曲するように、所定の曲げ力ｆ２が付与される。本実施形態では、後述するレーザー光Ｌの照射側（図２における右上側）が凸となるよう、連続管ガラスＧ１を所定の曲率で湾曲させる。これにより、上述した状態において、連続管ガラスＧ１には、中心線Ｘ１に沿ってかつ互いに遠ざかる向きの引張り応力が全周にわたって発生した状態となる。特に、連続管ガラスＧ１の湾曲部分の大径側には、中心線Ｘ１に沿ってかつ互いに遠ざかる向きの引張り応力が優位に分布した状態となる。
【００５７】
続いて、上述の応力分布を維持した状態で、連続管ガラスＧ１の内部にレーザー光Ｌを照射する。この際、レーザー光Ｌの照射条件（例えばパルス幅、出力など）を調整することで、レーザー光Ｌを照射した領域に、レーザー光Ｌの多光子吸収により、一又は複数のクラックが含まれる内部クラック領域Ｃ１を形成する。
【００５８】
また、この際、レーザー光Ｌを走査部２５により所定の軌跡（例えば図３中の焦点Ｆから焦点Ｆ’の位置までの間）で走査すると共に、焦点調整部２６でレーザー光Ｌの焦点Ｆの位置を時間の経過と共に変化させるよう調整する。これにより、焦点Ｆを連続管ガラスＧ１の厚み方向所定位置において円周方向に沿って移動させ、所定の円周方向寸法を有する内部クラック領域Ｃ１を形成する（図５参照）。図５に示した例では、中心線Ｘ１まわりに４５°以上でかつ９０°未満の範囲に帯状の内部クラック領域Ｃ１が形成されている。
【００５９】
そして、内部クラック領域Ｃ１中のクラックを円周方向に進展させて、連続管ガラスＧ１を切断する。本実施形態では、レーザー光Ｌの照射時点で既に所定の応力が連続管ガラスＧ１の内部に発生した状態にあるため、上述のように内部クラック領域Ｃ１を形成することで、自然に、内部クラック領域Ｃ１の円周方向両端部から円周方向に沿って互いに遠ざかる向きにクラックが進展し、クラック進展領域Ｃ２が円周方向に沿って拡大する（図６参照）。
【００６０】
この際、クラック進展装置２１（引張り力付与部２９と曲げ力付与部３０）により、上述した応力が連続管ガラスＧ１に付与されている場合、クラック進展領域Ｃ２は、図６に示すように、内部クラック領域Ｃ１の円周方向両側から互いに遠ざかる向きに拡大を開始し、かつ、図７に示すように、その後も円周方向に沿って同じ速度で拡大し続ける。このように、いわば対称的にクラックが進展（クラック進展領域Ｃ２が拡大）を続けることで、所定の円周方向位置（例えば図８でいえば、内部クラック領域Ｃ１の円周方向中央位置と中心線Ｘ１を挟んで正対する位置）に、左右のクラック進展領域Ｃ２が同時に到達する。
【００６１】
その結果、図８に示すように、内部クラック領域Ｃ１中のクラックが全周にわたって、かつ、連続管ガラスＧ１の外面（外周面）Ｇ１ａから内面（内周面）Ｇ１ｂにわたって進展し、連続管ガラスＧ１が切断される。また、この切断により、図９に示すように、所定の長さ寸法を有する管ガラスＧ２が得られる。
【００６２】
次に、第２切断装置１８により、管ガラスＧ２の端部に対して再切断工程（第２切断工程）が実行される。この再切断工程では、第１切断装置１７から管ガラスＧ２を搬送装置３７により受け取り、所定の搬送方向Ｄ１に沿って加熱装置３４、内部クラック領域形成装置３５及び冷却装置３６へと順に搬送する。加熱装置３４は、その下方位置に到着した管ガラスＧ２にレーザー光Ｌ１１を照射して、管ガラスＧ２の端部における切断予定部位ＣＰを加熱する（加熱工程）。このとき、レーザー光Ｌ１１を管ガラスＧ２の搬送方向に沿って走査しながら照射してもよい。これにより、切断予定部位ＣＰに対して全体的かつ均一な加熱を行うことができる。
【００６３】
続いて、搬送装置３７は、加熱された管ガラスＧ２を内部クラック領域形成装置３５へと搬送する。内部クラック領域形成装置３５は、図１２乃至図１４に示すように、回転しながら下方を通過する管ガラスＧ２の内部にレーザー光Ｌ１２を照射して、多光子吸収により内部クラック領域Ｃ１１を形成する（内部クラック領域形成工程）。すなわち、図１２に示すように、内部クラック領域形成装置３５は、搬送されてきた管ガラスＧ２に係る端部（切断予定部位ＣＰ）の内部にレーザー光Ｌ１２の焦点を合せて照射する。
【００６４】
管ガラスＧ２は、搬送装置３７によって回転しながら搬送されるため、図１３に示すように、レーザー光Ｌ１２の焦点に対して相対的に移動する。これにより、内部クラック領域Ｃ１１は、管ガラスＧ２の円周方向に沿って徐々に形成される。最終的に、図１４に示すように、管ガラスＧ２の円周方向に所定の長さを有する内部クラック領域Ｃ１１が形成される。
【００６５】
なお、この内部クラック領域Ｃ１１は、管ガラスＧ２の切断予定部位ＣＰにおける内部において、その外面Ｇ２ａに近い位置（外面Ｇ２ａ側の位置）に形成される。換言すれば、図１４に示すように、内部クラック領域Ｃ１１は、管ガラスＧ２における厚み方向の中心位置（中心線Ｘ３参照）と外面Ｇ２ａとの間に位置している。
【００６６】
その後、搬送装置３７は、管ガラスＧ２を内部クラック領域形成装置３５の下方位置から冷却装置３６の下方位置へと搬送する。冷却装置３６は、図１５乃至図１７に示すように、回転しながら通過する管ガラスＧ２に対し、冷却媒体ＣＬを噴射する（冷却工程）。冷却媒体ＣＬが吹き付けられた管ガラスＧ２の切断予定部位ＣＰは、その内部において、図１６に示すように、クラック進展領域Ｃ１２を拡大させる。最終的には、図１７に示すように、クラック進展領域Ｃ１２が切断予定部位ＣＰの内部全体にまで及び、これによって管ガラスＧ２の端部が切断される。管ガラスＧ２の両端部が切断されることで、所定の長さ寸法を有する管ガラス製品Ｇ３が完成する。
【００６７】
以上説明した本実施形態によれば、加熱装置３４によって管ガラスＧ２の切断予定部位ＣＰにレーザー光Ｌ１１を照射して加熱した後に、内部クラック領域形成装置３５によって、この切断予定部位ＣＰの内部にレーザー光Ｌ１２の焦点を合せて照射することで、このレーザー光Ｌ１２の照射部位における内部に多光子吸収により、オリジンとして一又は複数のクラックを含む内部クラック領域Ｃ１１を形成できる。その後、冷却装置３６によって切断予定部位ＣＰを冷却することにより、熱衝撃を発生させる。これにより、クラックを切断予定部位ＣＰの内部全体にわたって進展させ、管ガラスＧ２の端部を切断することができる。
【００６８】
内部クラック領域Ｃ１１は、管ガラスＧ２の内部に発生するものであるため、従来のようにその外面Ｇ２ａに擦り傷を形成しなくとも、管ガラスＧ２を非接触にて切断することが可能である。したがって、管ガラスＧ２の切断時にガラス粉が発生するといった従来の事態を確実に防止することができる。これにより、ガラス粉を洗浄により除去する手間を省いて必要な工程数を少なくできる。
【００６９】
また、上記のように切断面を形成すれば、割断等により強制的にクラックを発生、進展させる場合と比べて、割れや欠け等の発生を可及的に防止して、切断面の性状を比較的高精度に制御でき、良好な切断面を安定的に得ることが可能となる。したがって、割れや欠けに起因する不良の発生が抑えられると共に管ガラスＧ２の端部の口焼き処理に要する時間を大幅に短縮することができ、管ガラス製品Ｇ３を効率良く製造することが可能になる。
【００７０】
図１８及び図１９は、本発明の第２実施形態を示す。本実施形態では、第２切断装置１８における内部クラック領域形成装置３５の構成が第１実施形態（図１０及び図１１）とは異なる。図１８に示すように、内部クラック領域形成装置３５は、光学系３９の経路上に配設され、レーザー光Ｌ１２を所定の態様で走査するための走査部５０をさらに有する。本実施形態に係るその他の構成は、第１実施形態と同じであり、共通の構成要素には共通の符号を付している。
【００７１】
走査部５０は、第１実施形態における第１切断装置１７に係る走査部２５と同様の構成を有する。すなわち、走査部５０は、ガルバノミラーで構成され、ミラー４１で反射されたレーザー光Ｌ１２を所定の軌跡で走査できるように構成されている。図１９に示すように、走査部５０は、管ガラスＧ２の中心線Ｘ１に直交する仮想断面Ｘ４に焦点Ｆ（Ｆ１，Ｆ２）が含まれるよう、管ガラスＧ２の円周方向に沿って直線的に走査できるように構成されている。
【００７２】
内部クラック領域形成装置３５は、レーザー光Ｌ１２の照射条件（例えばパルス幅、出力など）を調整することで、レーザー光Ｌ１２を照射した領域に、レーザー光Ｌ１２の多光子吸収により、一又は複数のクラックが含まれる内部クラック領域Ｃ１１を形成する。また、この際、レーザー光Ｌ１２を走査部５０により所定の軌跡（例えば図１９中の焦点Ｆ１から焦点Ｆ２の位置までの間）で走査すると共に、焦点調整部４０でレーザー光Ｌ１２の焦点Ｆの位置を時間の経過と共に変化させるよう調整する。これにより、焦点Ｆ（Ｆ１，Ｆ２）を管ガラスＧ２の厚み方向所定位置において円周方向に沿って移動させ、所定の円周方向寸法を有する内部クラック領域Ｃ１１を形成する。なお、本実施形態では、走査部５０によって、レーザー光Ｌ１２を所定の軌跡で走査することができるため、搬送装置３７による管ガラスＧ２の回転を行わなくとも、内部クラック領域Ｃ１１を円弧状に形成することができる。
【００７３】
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、上記した作用効果に限定されるものでもない。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００７４】
例えば上記の第２実施形態では、第２切断装置１８の内部クラック領域形成装置３５に走査部５０を設けて、レーザー光Ｌ１２を所定の軌跡で走査しながら管ガラスＧ２に照射した場合を例示したが、これ以外の照射態様を採用することも可能である。図２０に示すように、第２切断装置１８による再切断工程では、レーザー光Ｌ１２を走査部５０により所定の軌跡で走査することに代えて、複数のレーザー光Ｌ１，Ｌ２，……，Ｌｎを管ガラスＧ２に向けて同時に照射することで、所定の大きさの内部クラック領域Ｃ１１を形成するようにしてもよい。
【００７５】
この場合において、焦点調整部４０は空間光位相変調器で構成されているため、位相ホログラムの設定変更により、各レーザー光Ｌ１，Ｌ２，……，Ｌｎの焦点Ｆ１，Ｆ２，……，Ｆｎの位置を別個独立に調整できるだけでなく、一本のレーザー光Ｌ（Ｌ１２）を所望の本数に分光させることも可能となる。したがって、一つのレーザー発振器３８を用いた場合であっても、所望本数のレーザー光Ｌ１，Ｌ２，……，Ｌｎを同時に管ガラスＧ２の内部所定位置に焦点Ｆ１，Ｆ２，……，Ｆｎを合わせて照射することができる。なお、第１切断装置１７に係る領域形成装置２０についても上記のような構成としてもよい。
【００７６】
上記の実施形態では、再切断工程において、管ガラスＧ２の端部を切断する例を示したが、これに限定されない。再切断工程において、管ガラスＧ２の中途部を切断することも可能である。
【００７７】
また、内部クラック領域Ｃ１１は、上記の実施形態に限らず、種々の形状により構成され得る。例えば、図２１に示すように、内部クラック領域Ｃ１１は、管ガラスＧ２の厚み方向中央位置（中心線Ｘ３）よりも内面Ｇ２ｂに近い側に形成されてもよい。また、図２２に示す内部クラック領域Ｃ１１は、その外面Ｇ２ａ側の一部を略円弧状に形成し、その内面Ｇ２ｂ側の一部を直線状に形成したものである。また、図２３に示す内部クラック領域Ｃ１１は、直線状に構成したものである。内部クラック領域Ｃ１１を直線状に形成する場合、搬送装置３７による管ガラスＧ２の回転を行わずに、この管ガラスＧ２の内部にレーザー光Ｌ１２が照射される。
【符号の説明】
【００７８】
１８        第２切断装置（切断装置）
３４        加熱装置
３５        内部クラック領域形成装置
３６        冷却装置
３７        搬送装置（回転駆動装置）
Ｃ１１      内部クラック領域
ＣＰ        切断予定部位
Ｇ１        連続管ガラス
Ｇ２        管ガラス
Ｇ３        管ガラス製品
Ｌ１２      レーザー光
【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】
2017081804.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2017081804.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2017081804.tif 000021
【図２０】
2017081804.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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