CN107074604B - 用于制造玻璃制品的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本文中描述了制造成形玻璃制品的方法。在一个实施例中，一种用于制造成形玻璃制品的方法可以包括：形成玻璃带(110)；形成玻璃料泡；以及对所述玻璃料泡进行成型以便形成玻璃制品(200)，例如，容器。所述玻璃制品可以在附接区域(222)处附接至所述玻璃带，所述附接区域限定所述玻璃制品的边缘。所述工艺还可以包括：使所述附接区域与激光束(220)的焦线(223)接触；以及使所述玻璃制品在所述附接区域处与所述玻璃带分离。所述附接区域可以被所述激光束穿孔，并且所述焦线可以基本上垂直于所述玻璃带的平面。

Description

用于制造玻璃制品的方法和装置
相关申请的交叉引用
本申请根据35 U.S.C.§119要求于2014年7月14日提交的美国临时申请号62/024093的优先权权益，该临时申请的内容被用作依据并且通过引用以其全部内容结合在此。
技术领域
本说明书总体上涉及制造玻璃制品，并且更具体地涉及通过激光加工来制造玻璃制品。
背景技术
历史上，由于其相比于其他材料的气密性、透光性和极好的化学耐久性，玻璃已经被用作各种目的的首选材料，包括用于食品、饮料和药品的包装。然而，由于加工玻璃制品中涉及的玻璃破损导致的容置在玻璃制品内的材料的污染，因此如玻璃容器等玻璃制品的快速生产已经受到限制。例如，玻璃带机器(如美国专利号1,790,397中所公开的玻璃带机器)可以每分钟形成多于500个玻璃制品。然而，用于使玻璃制品与剩余部分带分离的机械断裂有时形成玻璃碎屑，所述玻璃碎屑随后有可能污染所容置的材料(即食物、饮料、药物)。
因此，需要用于形成玻璃制品的替代方法和相关联的装置来制造玻璃制品。
发明内容
本文中所描述的实施例涉及制造成形玻璃制品的方法。根据一个实施例，用于制造成形玻璃制品的方法可以包括：形成玻璃带，所述玻璃带包括基本上平面的顶侧和基本上平面的底侧；以及形成包括所述玻璃带的玻璃的玻璃料泡。所述玻璃料泡在所述玻璃带中形成的孔径处附接至所述玻璃带，并且所述玻璃料泡可以是中空的，在所述玻璃带的所述孔径处具有开口，并且可以从所述玻璃带的所述底侧延伸。所述工艺还可以包括对所述玻璃料泡进行成型以便形成玻璃制品。所述玻璃制品可以在附接区域处附接至所述玻璃带，所述附接区域包括接近所述孔径的边缘的区域，并且所述附接区域限定所述玻璃制品的边缘。所述工艺还可以包括使所述附接区域与激光束的焦线接触，以及使所述玻璃制品在所述附接区域处与所述玻璃带分离。所述附接区域可以被所述激光束穿孔，并且所述焦线可以基本上垂直于所述玻璃带的平面。
在另一个实施例中，一种玻璃带机器可以形成玻璃制品。所述玻璃带机器可以包括：滚轴，所述滚轴用于形成玻璃带；传送机，所述传送机用于传送所述玻璃带；吹气头，所述吹气头用于在所述玻璃带中形成玻璃料泡；糊料模具，所述糊料模具用于使所述玻璃料泡成型为玻璃制品；以及激光分离系统。所述激光分离系统包括激光束的焦线，所述焦线基本上垂直于所述玻璃带的平面，具有足够强度来将所述玻璃带穿孔。
在又另一个实施例中，用于制造成形玻璃制品的方法可以包括：形成玻璃带，所述玻璃带包括基本上平面的顶侧和基本上平面的底侧；以及形成包括所述玻璃带的玻璃的玻璃料泡。所述玻璃料泡在所述玻璃带中形成的孔径处附接至所述玻璃带，并且所述玻璃料泡可以是中空的，在所述玻璃带的所述孔径处具有开口，并且可以从所述玻璃带的所述底侧延伸。所述工艺还可以包括对所述玻璃料泡进行成型以便形成玻璃制品。所述玻璃制品可以在附接区域处附接至所述玻璃带，所述附接区域包括接近所述孔径的边缘的区域，并且所述附接区域限定所述玻璃制品的边缘。所述工艺还可以包括使所述附接区域与激光束的焦线接触，以及使所述玻璃制品在所述附接区域处与所述玻璃带分离。所述附接区域可以被所述激光束穿孔，并且所述焦线可以基本上垂直于所述玻璃带的平面。所述激光束可以具有在约1皮秒与约100皮秒之间的脉冲持续时间，并且可以具有在约1kHz与2MHz之间的重复速率。所述玻璃制品和所述玻璃带对所述激光束的波长来说可以是透明的。
本文中描述的实施例的附加特征和优点将在以下具体实施方式中予以阐明，并且将部分地从所述描述中对本领域技术人员而言变得容易明显或通过实践本文种所描述的实施例而被认知，包括以下具体实施方式、权利要求书以及附图。
应理解的是，前述概括描述和以下具体实施方式都描述了各种实施例并且都旨在为理解所要求保护的主题的本质和特征提供概要或框架。附图被包括以提供对各种实施例的进一步的理解并且被结合在本说明书中并构成本说明书的一部分。附图展示了本文中所描述的各种实施例，并且与描述一起用于解释所请求保护的主题的原理和操作。
附图说明
图1根据本文中所示出和所描述的一个或多个实施例示意性地描绘了带状玻璃制造装置(本文中指玻璃带机器)的侧视图；
图2根据本文中所示出和所描述的一个或多个实施例示意性地描绘了在玻璃制品的制造期间的玻璃带的俯视图；
图3根据本文中所示出和所描述的一个或多个实施例示意性地描绘了在玻璃制品的制造期间的玻璃带和玻璃制品的横截面侧视图；
图4根据本文中所示出和所描述的一个或多个实施例示意性地描绘了被激光加工的玻璃带和玻璃制品的横截面侧视图；以及
图5根据本文中所示出或所描述的一个或多个实施例示意性地描绘了用于引导激光束的旋转反射镜装置。
具体实施方式
现将详细参照用于利用激光加工来制造玻璃制品的装置和方法的实施例，其示例在附图中展示。只要可能，贯穿附图将使用相同参考数字来指代相同或相似的零件。图1描绘了用于制造玻璃制品的装置的一个实施例，示出了利用激光加工来分离附接至玻璃带的玻璃制品的玻璃带机器。通常，玻璃带机器可以生产在对玻璃制品塑形的形成步骤之后附接至玻璃带的塑形的玻璃制品。例如，玻璃带机器可以生产基本上中空的并在容器的与玻璃带中的孔径相对应的开口处附接至玻璃带的玻璃容器。为了完成对玻璃制品的制造，将玻璃制品与玻璃带分离。在一个实施例中，通过在玻璃制品和玻璃带的附接区域中与激光束接触来将玻璃制品与玻璃带分离，本文中可能被称为激光加工。激光加工可以单独地或与其他制造步骤一起用于在玻璃制品和玻璃带的附接区域中切割玻璃，由此，将玻璃制品与玻璃带分离。激光加工可以包括使具有附接的玻璃制品的玻璃带与激光束的焦线接触，其中，焦线基本上垂直于玻璃带的平面。例如，焦线可以沿着围绕玻璃制品的与分离的玻璃制品的口的外边缘相对应的开口的闭环。
利用激光加工来将玻璃制品与玻璃带分离可以导致在碎屑的大小以及碎屑的总量方面基本上减少碎屑(即玻璃碎片、微粒、碎片等)。此外，整个玻璃制造工艺可以在相对低的温度下进行，而不需要在进行成型期间将玻璃制品暴露于高形成温度中，这可以在被存储在玻璃制品中的材料接触时给玻璃制品增强的耐久性。本文中将具体参考所附权利要求书来描述用于制造玻璃制品的方法和装置的各种实施例。
参照图1，示意性地描绘了玻璃带机器100。通常，玻璃带100由滚轴114形成，并且以加工方向118(图1中从左向右)在传送机116上运输。在接触滚轴114之前玻璃112被熔化，所述滚轴将玻璃112重新塑形成玻璃带110。玻璃带110通常具有在加工方向118上的长度以及远小于长度的厚度(如由滚轴114之间的区域确定的)。厚度被限定为玻璃带110的顶侧111与底侧113之间的距离。玻璃带110的顶侧111和底侧113基本上是平面的。随着玻璃带110在加工方向上移动，更多热玻璃112被模制以便形成玻璃带110，从而使得当玻璃带110的现有部分沿着加工方向118移动时不断产生玻璃带110。当传送机116在加工方向118上移动并承载有在加工方向118上的玻璃带110时，玻璃带110可以搁置在传送机116上。在一个实施例中，传送机116包括链并且具有至少是玻璃制品200的直径大小的孔洞。然而，传送机116可以是适合沿加工方向118移动玻璃带110的任何机械设备。
用于形成玻璃带110的玻璃(所述玻璃将最终成为玻璃制品200的材料)可以是适合形成玻璃制品200的期望的形状的任何玻璃。例如，玻璃可以是铝硅酸盐玻璃，如碱铝硅酸盐或碱土铝硅酸盐玻璃。在一个实施例中，玻璃可以是可离子交换的，从而使得玻璃组合物能够在形成玻璃制品200之后经历用于机械加强的离子交换。在实施例中，玻璃组合物可以是如ASTM标准E438.92限定的‘类型1a’或‘类型1b’玻璃组合物。在一些实施例中，类型1a和类型1b玻璃具有用于药物应用中的合适的化学耐久性。在实施例中，玻璃组合物可以包括大于约1.0摩尔％硼和/或包含硼的化合物(包括但不限于B2O3)。在其他实施例中，形成玻璃制品的玻璃组合物包括小于或等于约1.0摩尔％硼氧化物和/或包含硼的化合物。在这些实施例中的一些实施例中，玻璃组合物中的硼氧化物和/或包含硼的化合物的浓度可以小于或等于约0.5摩尔％、小于或等于约0.4摩尔％、或甚至小于或等于约0.3摩尔％。在这些实施例中的一些实施例中，玻璃组合物中的硼氧化物和/或包含硼的化合物的浓度可以小于或等于约0.2摩尔％、或甚至小于或等于约0.1摩尔％。在一些其他实施例中，玻璃组合物是基本上不含硼和包含硼的化合物的。
玻璃带110被承载在加工方向118上，并且玻璃料泡(parson)142由吹气头140形成。吹气头140可以以与加工方向118上的玻璃带110的速度几乎相同的速度进行，并且与玻璃带110的顶侧111接触。吹气头140将如空气等气体吹入玻璃带110，并形成沿着加工方向118上的玻璃带110移动的玻璃料泡142。如本文中所使用的，“玻璃料泡”指通过机械力从玻璃带110的一部分中形成的下挂玻璃，如，不限于由位于玻璃带110上方的吹气头140吹出的气体。玻璃料泡142从玻璃带110上悬挂，并且至少部分地被从吹气头140吹出的气体拉长。玻璃料泡142主要由来自吹气头140的气体和重力塑形。玻璃料泡142可以是中空的，并且可以在玻璃带110中的由吹气头140形成的孔径处连接到玻璃带110。
此后，玻璃料泡142被塑形成玻璃制品200。在一个实施例中，玻璃料泡142由移动到对准玻璃料泡142的糊料模具160包封。糊料模具160可以具有两侧，所述两侧一起包围玻璃料泡142。在实施例中，糊料模具160以与移动玻璃带110的传送机116的速度相同的速度在加工方向118上移动，并且通常对准形成玻璃料泡142的吹气头140。糊料模具160具有与将要形成的玻璃制品200的外部形状相对应的内部形状。当糊料模具160被定位成围绕玻璃料泡142时，吹气头140继续将气体吹入玻璃料泡142中，并且玻璃料泡142膨胀，从而使得其填充糊料模具160的内部形状，由此形成玻璃制品200的期望的形状。玻璃料泡142在糊料模具160内膨胀以便接触糊料模具的内壁，并且玻璃料泡142内由空气占据的区域形成玻璃制品的中空内部202(图3中示出)。由此，玻璃料泡142被塑形并在糊料模具160内转化成玻璃制品200。在实施例中，玻璃制品200可以具有在其外边缘上是糊料模具的形状的外形的壁201，并且具有围绕壁201的整个区域的相对平坦的厚度。
如图1中所示出的，多个吹气头140和糊料模具160连续地循环到与连续的玻璃带110接触。如此，吹气头140、糊料模具160以及移动玻璃带110的传送机116都以约相同的速度移动。
具有各种外形形状的糊料模具160可以用于产生具有各种各样的形状和大小的玻璃制品200。尽管玻璃制品200在图1中被描绘为具有容器形状(即瓶状)，但是应理解的是，玻璃制品200可以具有其他形状形式，包括但不限于盒、管、注射器套筒、采血管、安瓿、瓶子、烧瓶、小药瓶、导管、烧杯、灯泡、碗、小罐、胶囊、广口瓶、油罐等。
在玻璃料泡142被吹成玻璃制品200的形状之后，糊料模具160打开，并从成形玻璃制品200中离开，所述成形玻璃制品从玻璃带110处悬挂。一旦移除糊料模具160，玻璃制品200的形状和大小就是将与玻璃带110分离的最终玻璃制品200的形状和大小。然后，吹气头140从玻璃带110中离开，只留下玻璃带110和附接的玻璃制品200。玻璃带110和玻璃制品200通过传送机116在加工方向118上继续移动。然后，玻璃制品200冷却成硬的固态。冷却可以是通过暴露于环境条件的逐渐工艺或者可以是强制冷却工艺。
现参照图2和图3，描绘了在释放吹气头140和糊料模具160之后的玻璃带110和玻璃制品200(图1中的右边区域中)。通常，在通过糊料模具160进行成型之后，玻璃制品200在附接区域222处从玻璃带110的底侧113处悬吊下来。附接区域222限定了在玻璃制品与玻璃带110分离之后，剩余玻璃带110与玻璃制品200之间的边界(玻璃制品200的边缘的部分)。在一个实施例中，成形玻璃制品200是基本上包括开口209的中空的容器。开口209限定了玻璃带110中的孔径，所述孔径最初由吹气头140通过直接吹入玻璃带110的气体产生以便产生玻璃料泡142。
在一个实施例中，玻璃制品包括包围玻璃制品200的内部202(容器的中空区域)的壁201。玻璃制品200的口211由玻璃制品200的开口209限定，所述开口是玻璃带110中的孔径。口211可以接近玻璃制品200和玻璃带110的附接区域222。附接区域222可以包括与玻璃带110中的孔径的边缘邻近的区域(由开口209限定)。例如，附接区域222可以为圆柱形状，并且限定了玻璃制品200的口211的外边缘134。附接区域222可以具有大于开口209的直径并围绕开口209，从而使得当玻璃制品200与玻璃带110分离时，形成玻璃制品200的口211。在一个实施例中，玻璃带110可以在其顶侧111处具有由于接触喷口140而引起的凹陷，所述凹陷由凹陷侧边缘132(如图2和图3中所示出的，所述凹陷侧边缘可以被圆柱地塑形)和凹陷底边缘135限定。附接区域222可以在凹陷侧边缘132与开口209之间。凹陷底边缘135可以限定玻璃制品200的口211的顶部的至少一部分。
在本文中所描述的实施例中，在附接区域222处通过使附接区域与激光束220接触来使玻璃制品200与玻璃带110分离，本文中有时指激光加工。激光束和能够影响其移动、聚焦和路径的配套机制在本文中共同指激光分离系统。使附接区域222与激光束220接触可以单独地或与其他制造步骤一起用于将玻璃制品200从玻璃带110处切割，使玻璃带110与玻璃制品200分离。
与激光束220接触可以引起切割、穿孔、烧蚀或以其他方式改变附接区域222的机械完整性。通常，激光束220在附接区域222的特定区域处必须具有某个强度来改变附接区域222的机械完整性。为了钻孔、切割、分离、穿孔或以其他方式加工附接的玻璃带110和玻璃制品200的目的，激光束220可操作用于在附接区域222中产生小(微米以及更小)“孔洞”。更具体地，具有如1064nm、532nm、355nm、或266nm等波长的超短(即从10-10到10-15秒)脉冲激光束220被聚焦(示出为激光束220的焦线223)成高于产生附接区域222中的缺陷所需要的阈值的能量密度。激光束220可以具有在约1kHz与约4MHz之间或约1kHz与2MHz之间，或在另一个实施例中，在约10kHz与约650kHz之间的范围内的重复速率。通过重复所述工艺，在附接的玻璃带110和玻璃制品200中产生沿着预定路径(即附接区域222)对准的一系列激光诱导缺陷。通过间隔开充分靠近在一起的激光诱导特征，可以产生在附接区域222内的机械薄弱的受控区域并且附接区域222可以沿着由一系列激光诱导缺陷(图2和图3中示出为表示附接区域222的虚线)限定的路径精确地断裂或分离(机械地或热地)。(多个)超短脉冲激光可以任选地跟随着二氧化碳(CO2)激光或其他热应力源以实现玻璃制品200与玻璃带110的完全自动化分离。在题为“ARRANGEMENT AND METHOD FOR LASER-BASED PROCESSING OFFLAT SUBSTRATES(GLASS CUTTING)(用于对平坦衬底进行基于激光的加工的安排和方法(玻璃切割))”的美国专利申请61752489中详细描述了可应用于使玻璃制品200与玻璃带110分离的典型的激光系统，所述专利的传授内容通过引用以其全文结合于此。
可以选择激光束220的波长，从而使得将要被激光加工的材料(即附接区域222)对激光的波长来说是透明的。激光源的选择还可以基于在附接区域222中诱导多光子吸收(MPA)的能力。
可以使用具有高能量、在时间上被间隔成紧挨着的短时脉冲的单个“脉冲串”来完成附接区域222中的穿孔。激光脉冲持续时间可以是10-10s或更小、或10-11s或更小、或10-12s或更小、或10-13s或更小。例如，激光脉冲持续时间可以在约1皮秒与约100皮秒之间，或者在另一个实施例中，在约5皮秒与约20皮秒之间(例如，～10皮秒)。这些“脉冲串”可以以高重复速率(例如，kHz或MHz)重复。每个“脉冲串”可以包含多个脉冲(如两个脉冲、三个脉冲、四个脉冲、五个脉冲、10个脉冲、15个脉冲、20个脉冲、25个脉冲或更多)。每个“脉冲串”之间的时间将更长(对于约100kHz的激光重复速率，通常约10微秒)。在一些实施例中，脉冲串重复频率在约1kHz与约200kHz之间的范围内。确切定时、脉冲持续时间和重复速率可以根据激光器设计而改变，但高强度的短脉冲(即小于约15皮秒)已经示出与此技术一起良好地工作。(爆发或产生脉冲串是激光操作的类型，其中脉冲发射并非呈均匀且稳定的流，而是呈紧凑的脉冲簇。)
这些穿孔可以通过控制激光器和/或附接区域的运动(即玻璃带110在加工方向118上的运动)控制附接区域相对于激光器的速度来间隔开并且精确定位。在一个实施例中，在单遍次中，激光可以用于穿过附接区域222产生高度受控的全线穿孔，具有极小(小于约75μm，或甚至小于约50μm)表面下损伤和碎屑产生。这与典型的使用点聚焦激光来烧蚀材料相反，其中，常常需要多遍次以完全穿透玻璃厚度，并且其中，大量的碎屑从烧蚀工艺中形成，并且更广泛的表面下损伤(小于约100μm)和边缘碎裂发生。
由此，使用单个高能量脉冲串脉冲在附接区域222中产生微小(即在直径上小于约0.5μm，或甚至小于约100nm)细长的“孔洞”(还称为穿孔或缺陷线)是可能的。这些单独的穿孔能够以数百千赫兹(例如，每秒数十万个穿孔)的速率产生。由此，在具有在附接区域222与激光束220之间的相对运动下，这些穿孔可以彼此相邻放置(如所希望的，空间间隔从亚微米至数微米变化)。选择这种空间间隔以便有利于切割。例如，穿孔和损伤痕迹可以彼此间隔开1至25微米，在一些实施例中，间隔优选地为3微米或更大，例如，3至12微米，或者例如，5至10微米或10至20微米。激光束220可是例如贝塞耳光束。
例如，为了实现300毫米/秒的线性切割速度，3微米孔间距对应于具有至少100kHz脉冲串重复速率的脉冲串激光器。对600毫米/秒的切割速度而言，3微米的间距对应于具有至少200kHz的脉冲串重复速率的脉冲串激光器。在200kHz下产生至少40μJ/脉冲串、并且在600毫米/秒切割速度下切割的脉冲串激光器需要具有至少8瓦特的激光器功率。更高的切割速度因此需要甚至更高的激光器功率。
例如，在3μm间距(穿孔之间的3微米间隔)和40μJ/脉冲串下以0.4米/秒穿孔速度对玻璃进行穿孔将需要至少5瓦特激光，在3μm间距和40μJ/脉冲串下的0.5米/秒切割速度将需要至少6瓦特激光。因此，优选地，脉冲串皮秒激光器的激光器功率是6瓦特或更高，更优选地至少8瓦特或更高，并且甚至更优选地至少10W或更高。例如，为了实现在4μm间距(缺陷线调步或在损伤痕迹间隔之间)和100μJ/脉冲串下的0.4米/秒切割速度，人们将需要至少10瓦特激光，并且为了实现在4μm间距和100μJ/脉冲串下的0.5米/秒切割速度，人们将需要至少12瓦特激光。例如，为了实现在3μm间距和40μJ/脉冲串下的1米/秒切割速度，人们将需要至少13瓦特激光。而且，例如，在4μm间距和400μJ/脉冲串下的1米/秒切割速度将需要至少100瓦特激光。损伤痕迹之间的最佳间距和精确脉冲串能量是材料相关的，并且可以经验地确定。太长的间距(>50μm，并且在一些玻璃中>25μm)可以导致“不受控的微裂纹”-即，替代从孔到孔传播，微裂纹沿着不同路径传播，并且使玻璃在不同(不希望的)方向上裂开。因为剩余微裂纹将作为削弱玻璃的缺陷，所以这可能最终降低所分离玻璃部分的强度。用于形成每个穿孔的太高的脉冲串能量(例如，>2500μJ/脉冲串，并且在一些实施例中，>500μJ/脉冲串)可以使相邻穿孔的已经形成的微裂纹“愈合”或再熔化，这将抑制玻璃的分离。因此，至少在一些实施例中，优选的是，脉冲串能量<2500μJ/脉冲串，例如，≤500μJ/脉冲串。并且，使用太高的脉冲串能量可能使极大的微裂纹形成并且产生在分离之后减小所述部分的边缘强度的裂纹。太低的脉冲串能量(<40μJ/脉冲串)可能不会导致玻璃中的一些玻璃内形成可观的损伤痕迹，并且因此导致非常高的分离强度或完全不能沿着穿孔轮廓分离。在一些实施例中，脉冲激光器具有10W至100W的激光器功率。
根据一些实施例，体积脉冲能量密度可以在0.01至0.6μJ/μm3内。已经发现，与如Corning
Figure GDA0002094831100000111
的玻璃相比，更高(高5至10倍)的体积脉冲能量密度(μj/μm3)对于穿孔一些碱性玻璃是需要的。这可以例如通过以下方式实现：利用脉冲串激光器，优选具有每脉冲串至少2个脉冲，并且提供约0.05μJ/μm3或更高，例如，至少0.1μJ/μm3，例如0.1至0.5μJ/μm3的碱土硼铝硅酸盐玻璃(具有低碱或没有碱)内的体积能量密度。对其他玻璃而言，体积能量密度可以在0.01至0.1μJ/μm3或0.05至0.1μJ/μm3范围内。因此，优选的是，激光器产生具有每脉冲串至少2个脉冲的脉冲串。例如，在一些实施例中，脉冲激光器具有10W至150W(例如，10至100W)的激光器功率，并且产生具有每脉冲串至少2个脉冲的脉冲串(例如，每脉冲串2至25个脉冲)。在一些实施例中，脉冲激光器具有25W至60W的功率，并且产生具有每脉冲串2至25个脉冲的脉冲串，并且相邻缺陷线之间的周期或距离或者由激光脉冲串产生的穿孔为2至10微米。
在一个实施例中，激光束220包括聚焦区域(如焦线223)，所述聚焦区域具有限定的长度，并且具有足够基本上改变附接区域(即穿孔或切割)的强度。为了形成焦线223，激光器可以通过光学组件传输。在题为“STACKED TRANSPARENT MATERIAL CUTTING WITHULTRAFAST LASER BEAM OPTICS,DISRUPTIVE LAYERS AND OTHER LAYERS(使用超快激光束光学器件、中断层和其他层的堆叠透明材料切割)”的美国专利申请61917092中详细描述了可以应用于生成焦线223的合适的光学组件以及这些光学组件可以应用于的典型的光学设置，所述专利的传授内容通过引用以其全文结合于此。例如，被定位在激光束的光束路径中的光学组件被配置成用于将激光束转换成沿着光束传播方向的焦线182，激光束焦线223可以具有在0.1mm与100mm之间的范围内的长度。例如，如图3中所示出的，激光束220包括与附接区域222接触的具有限定的长度的焦线223。
如图2和图3中所示出的，激光束220的聚焦区域(如焦线223)可以基本上垂直于玻璃带110的平面。焦线223可以入射到玻璃带110的顶侧111上的附接区域222上。例如，在一个实施例中，玻璃带110可以以如至少约1m/s的速度在加工方向118上移动，并且激光束220的焦线223可以在路径中移动并接触附接区域222以及使附接区域222穿孔。例如，如图2中所示出的，由于所述圆表示附接区域222，因此聚焦区域可以相对于玻璃带110在圆形方向上移动，并且可以通过焦线223形成闭环。当激光加工发生时，焦线223和玻璃带110可以处于运动中。然而，在其他实施例中，玻璃带110或焦线223可以是静止的。在一个实施例中，焦线223的移动可以由电流计镜、MEMS反射镜、或类似的扫描反射镜210控制。
现参照图4和图5，在一个实施例中，多个反射镜可用于在期望的方向上移动激光束220，以便接触附接区域222。在一个实施例中，源激光器188可以由一个或多个移动反射镜195,197反射。源激光器188的第一部分192可以被定向为向下的方向(垂直于玻璃带110)并且由第一反射镜195反射以便形成源激光器188的水平定向的第二部分194。源激光器188的第二部分194可以由第二反射镜197反射以便形成源激光器188的向下定向的且入射到光学组件184上的第三部分196。第一反射镜195可以围绕在源激光器188的第一部分192的入射点处的轴旋转。如此，第二部分194从第一反射镜195处发出，并且旋转以便接触圆198的路径。第二反射镜197围绕圆198的路径以圆形路径移动，以便连续反射旋转的第二部分194。光学组件184以与第二反射镜197的速率相同的速率并且在第二反射镜197的正下方围绕圆199的路径移动，从而使得第三部分196连续入射到光学组件184上。在此安排下，第三部分196在其移动中可以形成圆柱形状，并且可以转化为圆柱形状用于通过光学组件184转移的激光的移动。在另一个实施例中，光学组件可以被定位在第一部分192上，并且激光束的聚焦区域可以由一个或多个反射镜定向。激光束220的接触附接区域222的圆形路径可以用于针对口211的外边缘134切割圆形形状。此外，当结合到带机器100中时，源激光器188可以被操作来形成圆，而且还可以在加工方向118上移动，以便跟随玻璃带110的移动。
在一个实施例中，聚焦区域(如激光束220的焦线223)具有足够仅接触附接区域222的长度。例如，焦线223可以具有使得在玻璃制品200的其他部分(如玻璃制品200的主体207)上没有入射的长度。例如，玻璃制品200的主体207可以具有比玻璃制品200的口211的外边缘134的直径更大的直径。在这种配置中，如果焦线223不确定地延伸，则焦线223将接触玻璃制品200的主体207，可能切割主体207。
在激光束220接触之后，玻璃制品200可以自发地与玻璃带110分离，并且如图3所示出的，可以从玻璃带110处落下。在其他实施例中，分离可以由附加热处理或附加激光处理引起。在一个实施例中，分离可以在紧随附接区域222通过与激光束220接触而被穿孔之后自发地发生。这种分离可以由玻璃中存在的机械应力引起。例如，一些具有相对高的热膨胀系数的玻璃在被穿孔的区域产生较高的应力，引起连续的断裂线和自发的分离。在另一个实施例中，分离可以由穿孔之后对附接区域222的冷却引起。例如，附接区域222中的玻璃可以通过吸收辐射的黑体或通过在附接区域222上或其附近吹冷空气或其他气体来冷却。在另一个实施例中，在穿孔之后向玻璃制品的顶部增加气压可以促成分离。例如，第二系列吹气头可以向玻璃带110的顶侧111上吹空气。如此，空气可以被向下吹，并且所吹空气的力量可以引起分离。在另一个实施例中，在穿孔之后，机械力可以将玻璃制品200向下拉以便引起分离。例如，真空可以在玻璃制品200的底部上拉动，或者机械装置可以附接至玻璃制品200并将其向下拉。
图4示意性地描绘了形成具有足够强度来使附接区域222穿孔和/或切割附接区域的焦线182的聚焦的激光的实施例。为了在激光束220中形成入射到附接区域222的焦线182，可以通过光学组件184传播源激光器188。例如，被定位在源激光器188的光束路径中的光学组件184被配置成用于将源激光器188转换成沿着光束传播方向观察的焦线223，激光束焦线223具有在0.1mm与100mm之间的范围内的长度。例如，如图4所示出的，球形或圆盘形状的光学组件184可以用于聚焦源激光器188并形成具有限定的长度的焦线223。反射镜在图4中未被示出，但可能被合并以在维持焦线223的通常垂直安排的同时改变源激光器188和或光学组件184的位置。根据至少一些实施例，焦线223是贝塞尔光束焦线。
本文中所描述的用于形成玻璃制品200的方法和装置可以特别好地适合于形成充当用于药物、食物、饮料以及其他消耗材料的容器的玻璃制品200。在一个实施例中，玻璃制品200基本上在使玻璃制品200与玻璃带110分离期间没有形成碎屑。在玻璃切割产生的玻璃碎屑的情况下，由例如对混合有存储在容器内的材料(即药物、食物、和/或饮料)的玻璃的摄取或注射所产生的消耗可能对人体有害。
传统玻璃带机器可以通过机械工艺使玻璃制品200与其附接的玻璃带110分离。这样的工艺可以产生大于约200微米的玻璃碎片。然而，本文中所描述的激光加工方法和装置可以在不形成大于约200微米的玻璃碎片或其他碎屑的情况下使玻璃制品200与玻璃带110分离。例如，在各种实施例中，激光加工所产生的碎屑的大小可以很小，如小于约200微米、小于约100微米、小于约50微米、小于约25微米、或者甚至小于约10微米。如本文中所使用的，玻璃碎屑在形成的任何单片碎屑的任何方向上被测量为最长长度。
在不被理论约束的情况下，据信，形成本文中所描述的工艺的模具允许在玻璃制品形成中使用更低的温度，并且如此，可以降低本文中所描述的玻璃制品中的玻璃分层的倾向。具体地，用于包含药物或其他组合物的一些玻璃制品通常由已知展示化学耐久性和低热膨胀的玻璃组合物形成，如碱硼硅酸盐玻璃。尽管碱硼硅酸盐玻璃展示好的化学耐久性，但是容器制造商已经注意到分散在包含于玻璃容器中的溶液中的高硅氧玻璃片。这一现象称作分层。分层具体地发生在溶液已经被存储为与玻璃表面直接接触很长一段时间(数月至数年)时。因此，展示好的化学耐久性的玻璃可能不需是抵抗分层的。
已经假设分层是由于当玻璃暴露于用于在传统成形工艺期间使玻璃重新形成容器形状的相对高的温度时，发生在碱硼硅酸盐玻璃中的相位分离而产生的。此外，据信，来自玻璃的内表面的高硅氧玻璃片的分层是由于玻璃容器在其成形条件下的组合特性而产生的。具体地，碱硼硅酸盐玻璃的高硅含量使玻璃具有对传统成形工艺而言相对高的熔化和成形温度。然而，玻璃组合物中的碱和硼酸盐成分在非常低的温度时熔化和/或蒸发。具体地，玻璃中的硼酸盐类具有高挥发性，并且在使用传统方法形成和重新形成玻璃所必需的高温度下从玻璃的表面蒸发。
具体地，在一些工艺中，在高温度下玻璃库存被重新形成为玻璃容器，并且使更多挥发性硼酸盐类从玻璃的表面的部分中蒸发。当这种蒸发发生在玻璃容器的内部体积内时，挥发的硅酸盐类重新沉积在玻璃容器表面的引起玻璃容器表面中的组合异质性的其他区域中，特别关于玻璃容器的内部的近表面区域(即在玻璃容器的内表面的区域或与玻璃容器的内表面直接相邻的区域)。然而，已经发现本文中所描述的带机器工艺可以用于低温度的玻璃成形，并且由此，硼可能基本上未挥发。
考虑到本公开，应理解的是，本文中所描述的玻璃制品(如玻璃容器)可以通过具有减少的碎屑的玻璃带机器以快速的步伐而制造。这种玻璃制品可能具有用于许多目的的期望的性质，包括存储药物组合物。
对于本领域技术人员将明显的是，在不脱离所要求保护的主题的精神和范围的情况下，可对本文描述的实施例作出各种修改和变更。因此，本说明书旨在涵盖本文描述的各实施例的修改和变更，只要这些修改和变更落在所附权利要求书及其等价物的范围内。

Claims (16)

1.一种制造成形玻璃制品的方法，所述方法包括：
形成玻璃带，所述玻璃带包括基本上平面的顶侧和基本上平面的底侧；
形成包括所述玻璃带的玻璃的玻璃料泡，所述玻璃料泡在所述玻璃带中形成的孔径处附接至所述玻璃带，其中，所述玻璃料泡是中空的，在所述玻璃带的所述孔径处具有开口，并且从所述玻璃带的所述底侧延伸；
对所述玻璃料泡进行成型以便形成玻璃制品，所述玻璃制品在附接区域处附接至所述玻璃带，所述附接区域包括接近所述孔径的边缘的区域，所述附接区域限定所述玻璃制品的边缘；以及
使所述附接区域与激光束的焦线接触，从而使得所述附接区域被所述激光束穿孔，其中，所述焦线基本上垂直于所述玻璃带的平面并且所述接触导致所述玻璃制品在所述附接区域处与所述玻璃带自发分离。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述成形玻璃制品是包括开口的基本上中空的容器，其中，所述开口是所述玻璃带中的孔径。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述附接区域为圆柱形状，并且限定所述玻璃制品的口的外边缘。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在加工方向上传送所述玻璃带，其中，当附接的玻璃带和玻璃制品以至少1m/s的速度传送时，所述接触发生。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述玻璃带包括在使所述玻璃制品与所述玻璃带分离之前附接至所述玻璃带的多个成形玻璃制品。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述成形玻璃制品是容器，并且所述容器的口接近所述玻璃制品和所述玻璃带的附接区域。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括用至少一个滚轴形成玻璃带。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述激光束具有：(i)在1皮秒与100皮秒之间的脉冲持续时间；和/或(ii)在1kHz与4MHz之间的重复速率。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，(i)所述激光束的所述焦线具有足够仅接触所述附接区域的长度；和/或(ii)当所述激光接触所述附接区域时，所述玻璃带和所述激光束的焦线处于运动中；和/或(iii)当所述激光接触所述附接区域时，所述玻璃带和所述激光束的焦线处于运动中。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中，所述方法不形成玻璃碎片。
11.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中，所述方法不形成大于200微米的玻璃碎屑。
12.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中，所述激光束的焦线相对于所述玻璃带在圆形方向上移动。
13.一种用于形成玻璃制品的玻璃带机器，所述玻璃带机器包括：
滚轴，所述滚轴用于形成玻璃带；
传送机，所述传送机用于传送所述玻璃带；
吹气头，所述吹气头用于在所述玻璃带中形成玻璃料泡；
糊料模具，所述糊料模具用于使所述玻璃料泡成型为玻璃制品；以及
激光分离系统，所述激光分离系统包括激光束的焦线，所述焦线基本上垂直于所述玻璃带的平面，具有足够强度来将所述玻璃带穿孔以导致所述玻璃制品与所述玻璃带的自发分离。
14.如权利要求13所述的玻璃带机器，其中，所述激光分离系统包括：(i)可操作用于聚焦所述激光束的光学组件；和/或(ii)可操作用于以圆形路径移动所述激光束的一个或多个移动反射镜。
15.一种制造成形玻璃制品的方法，所述方法包括：
形成玻璃带，所述玻璃带包括基本上平面的顶侧和基本上平面的底侧；
形成包括所述玻璃带的玻璃的玻璃料泡，所述玻璃料泡在所述玻璃带中形成的孔径处附接至所述玻璃带，其中，所述玻璃料泡是中空的，在所述玻璃带的所述孔径处具有开口，并且从所述玻璃带的所述底侧延伸；
对所述玻璃料泡进行成型以便形成玻璃制品，所述玻璃制品在附接区域处附接至所述玻璃带，所述附接区域包括接近所述孔径的边缘的区域，所述附接区域限定所述玻璃制品的边缘；以及
使所述附接区域与激光束的焦线接触，从而使得所述附接区域被所述激光束穿孔，其中，所述接触导致所述玻璃制品在所述附接区域处与所述玻璃带自发分离并且所述焦线基本上垂直于所述玻璃带的平面，其中：
所述激光束具有在1皮秒与100皮秒之间的脉冲持续时间；
所述激光束具有在1kHz与2MHz之间的重复速率；并且
所述玻璃制品和所述玻璃带对所述激光束的波长来说是透明的。
16.根据权利要求1至9或15中任一项所述的方法，其中，所述激光束：(i)具有在1kHz与2MHz之间的重复速率，并且包含每脉冲串2至25个脉冲；和/或(ii)使所述附接区域与激光束的焦线接触，从而使得所述附接区域被所述激光束穿孔，形成彼此分离1至25微米的多个穿孔。
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