CN107709255A - 管状玻璃的切断方法及切断装置、以及管状玻璃产品的制造方法 - Google Patents

管状玻璃的切断方法及切断装置、以及管状玻璃产品的制造方法 Download PDF

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Abstract

管状玻璃的切断方法具备：加热工序，向管状玻璃(G2)的切断预定部位(CP)照射激光(L11)来进行加热；内部裂纹区域形成工序，将焦点对准到切断预定部位(CP)的内部照射激光(L12)，通过在该激光(L12)的照射区域产生的多光子吸收，来产生含有一个或者多个裂纹的内部裂纹区域(C1)；以及冷却工序，通过对切断预定部位(CP)进行冷却，来使裂纹在切断预定部位(CP)的内部扩展。

Description

管状玻璃的切断方法及切断装置、以及管状玻璃产品的制造 方法
技术领域
本发明涉及管状玻璃的切断方法及切断装置、以及管状玻璃产品的制造方法。
背景技术
例如医疗用的安瓿、注射器或者照明用的荧光管等中使用的管状玻璃产品通过丹纳法、下拉法等各种方法而成形。以下，以丹纳法为例对其概要进行说明。
在通过丹纳法制造管状玻璃产品的情况下，首先向配置于马弗炉内的能够旋转的套筒供给熔融玻璃。所供给的熔融玻璃卷绕于套筒并同时形成为管状。利用拉管装置(牵引装置)将该呈管状的熔融玻璃从套筒的前端拉出，从而连续地成形管状玻璃(例如参照专利文献1)。
连续地成形的管状玻璃(以下称作“连续管状玻璃”)经由粗切断及再次切断的各工序而成为规定长度的管状玻璃产品。在粗切断工序中，利用粗切断装置切断搬运的连续管状玻璃，得到规定长度的管状玻璃(例如参照专利文献2、0003)。
在再次切断工序中，将通过粗切断工序而得到的管状玻璃利用输送机一边旋转一边搬运，并利用燃烧器对其切断预定部位进行加热。接着，使该管状玻璃旋转，并同时利用再次切断装置中的切断刃(金刚石砂轮等)在加热的部分形成划伤。具体而言，使该切断刃在通过水等冷却了的状态下与管状玻璃接触，借助由此产生的热冲击而在管状玻璃的外表面产生以划伤为起源的裂纹(龟裂)。通过该裂纹的扩展将管状玻璃的两端部切断。之后，在管状玻璃的端部实施基于烧口(口烷き)处理的精加工，通过以上方式而完成规定长度的管状玻璃产品(参照该文献的0005)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-159532号公报
专利文献2：日本特开2013-147405号公报
发明内容
发明要解决的课题
在上述的再次切断工序中，利用切断刃在管状玻璃的外表面形成划伤，通过热冲击使该划伤作为裂纹而扩展，从而切断管状玻璃，因此，断裂面的切断精度低，用于对断裂面进行精加工的烧口加工需要较长的时间，由此导致生产效率的降低。另外，在管状玻璃的外周面形成划伤的方法中，不可避免地产生玻璃粉末，因此在切断后还另外需要对附着于管状玻璃内表面的玻璃粉末进行清洗的工序。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够通过防止玻璃微粉的产生来有效地切断管状玻璃的切断方法及切断装置、以及管状玻璃产品的制造方法。
用于解决课题的手段
本发明用于解决上述的课题，提供一种管状玻璃的切断方法，其用于将管状玻璃切断，其中，所述管状玻璃的切断方法具备：加热工序，在该加热工序中，向所述管状玻璃的切断预定部位照射激光来进行加热；内部裂纹区域形成工序，在该内部裂纹区域形成工序中，将焦点对准到所述切断预定部位的内部照射激光，通过在所述激光的照射区域产生的多光子吸收，来产生含有一个或者多个裂纹的内部裂纹区域；以及冷却工序，通过对所述切断预定部位进行冷却，来使所述裂纹在所述切断预定部位的所述内部扩展。
根据上述结构的切断方法，在加热工序中朝管状玻璃的切断预定部位照射激光来进行加热后，在内部裂纹区域形成工序中，将激光的焦点对准到该切断预定部位的内部照射激光，由此，能够通过多光子吸收而在该激光的照射部位形成含有作为起源的裂纹的内部裂纹区域。之后，在冷却工序中，对切断预定部位进行冷却，由此产生热冲击而使裂纹在切断预定部位的内部整体扩展，由此切断管状玻璃。内部裂纹形成区域产生于管状玻璃的内部，因此，即使不像以往那样在其外表面形成划伤，也能够以非接触的方式切断管状玻璃。因而，能够可靠地防止在管状玻璃的切断时产生玻璃粉末这样的现有的状况。由此，能够节省通过清洗而除去玻璃粉末的时间和劳力，从而减少必要的工序数。另外，如果像这样形成切断面，则与通过割断等而强制性地产生裂纹并使其扩展的情况相比，能够尽量地防止破裂、缺损等的产生而相对高精度地控制切断面的性状，能够稳定地得到良好的切断面。因而，能够抑制因破裂、缺损而引起的不良的产生，并且能够大幅度缩短管状玻璃的端部的烧口处理所需的时间，能够有效地制造管状玻璃产品。
另外，根据本发明所涉及的管状玻璃的切断装置，优选一边使所述管状玻璃旋转一边进行所述加热工序。由此，能够在管状玻璃的切断预定部位的大致整周上均匀地进行加热。
同样地，优选一边使所述管状玻璃旋转一边进行所述内部裂纹区域形成工序。由此，能够在切断预定部位处的管状玻璃的内部在更宽广的范围形成内部裂纹区域。
另外，优选一边使所述管状玻璃旋转一边进行所述冷却工序。由此，能够在更宽广的范围对管状玻璃的切断预定部位进行冷却，能够使切断预定部位的内部处的裂纹适当地扩展。
另外，优选在所述冷却工序中，利用气体或雾状的冷却介质来对所述切断预定部位进行冷却。据此，不会在切断面残存异物，而且无需像以往那样进行基于切断刃实现的机械接触，便能够切断管状玻璃。
另外，在本发明所涉及的管状玻璃的切断装置中，优选所述内部裂纹区域形成工序中的所述激光是脉冲激光。由此，能够在切断预定部位的内部有效地产生多光子吸收现象。
本发明用于解决上述的课题，提供一种管状玻璃的切断装置，其用于将管状玻璃切断，其中，所述管状玻璃的切断装置具备：加热装置，其向所述管状玻璃的切断预定部位照射激光来进行加热；内部裂纹区域形成装置，其将焦点对准到所述切断预定部位的内部照射激光，通过在所述激光的照射区域产生的多光子吸收，来产生含有一个或者多个裂纹的内部裂纹区域；以及冷却装置，其通过对所述切断预定部位进行冷却，来使所述裂纹在所述切断预定部位的所述内部扩展。
根据这种结构，在利用加热装置朝管状玻璃的切断预定部位照射激光来进行加热后，利用内部裂纹区域形成装置将激光的焦点对准到该切断预定部位的内部照射激光，由此，能够通过多光子吸收而在该激光的照射部位形成含有作为起源的裂纹的内部裂纹区域。之后，利用冷却装置来对切断预定部位进行冷却，由此产生热冲击而使裂纹在切断预定部位的内部整体扩展，由此切断管状玻璃。内部裂纹形成区域产生于管状玻璃的内部，因此，即使不像以往那样在其外表面形成划伤，也能够以非接触的方式切断管状玻璃。因而，能够可靠地防止在管状玻璃的切断时产生玻璃粉末这样的现有的状况。由此，能够节省通过清洗除去玻璃粉末的时间和劳力，从而减少必要的工序数。另外，如果像这样形成切断面，则与通过割断等而强制性地产生裂纹并使其扩展的情况相比，能够尽量地防止破裂、缺损等的产生，从而相对高精度地控制切断面的性状，能够稳定地得到良好的切断面。因而，能够抑制因破裂、缺损而引起的不良的产生，并且能够大幅度缩短管状玻璃的端部的烧口处理所需的时间，能够有效地制造管状玻璃产品。
另外，优选本发明所涉及的管状玻璃的切断装置还具备旋转驱动装置，该旋转驱动装置用于使所述管状玻璃旋转。由此，当利用加热装置对管状玻璃的切断预定部位进行加热时、利用内部裂纹区域形成装置在切断预定部位的内部形成裂纹时、或者当利用冷却装置对切断预定部位进行冷却时，切断装置能够一边使管状玻璃旋转一边执行这些处理。由此，能够对切断预定部位进行均匀的加热、在宽广范围进行内部裂纹区域的形成及冷却，能够高精度地切断管状玻璃。
优选所述内部裂纹区域形成装置中使用的所述激光是脉冲激光。由此，能够在切断预定部位的内部有效地产生多光子吸收现象。
本发明用于解决上述的课题，提供一种管状玻璃产品的制造方法，其制造管状玻璃产品，其中，所述管状玻璃产品的制造方法具备：第一切断工序，在该第一切断工序中，将拉管成形的连续管状玻璃切断；以及第二切断工序，在该第二切断工序中，将在所述第一切断工序后形成的管状玻璃的端部切断，所述第二切断工序具备：加热工序，在该加热工序中，向所述管状玻璃的端部中的切断预定部位照射激光来进行加热；内部裂纹区域形成工序，在该内部裂纹区域形成工序中，将焦点对准到所述切断预定部位的内部照射激光，通过在所述激光的照射区域产生的多光子吸收，来产生含有一个或多个裂纹的内部裂纹区域；以及冷却工序，通过对所述切断预定部位进行冷却，来使所述裂纹在所述切断预定部位的所述内部扩展。
根据这种结构，在通过第一切断工序将连续管状玻璃切断而形成管状玻璃后，通过第二切断工序将管状玻璃的端部切断，由此得到所希望的管状玻璃产品。在第二切断工序中，在加热工序中向其切断预定部位照射激光来进行加热后，在内部裂纹区域形成工序中，能够通过多光子吸收而在该激光的照射部位形成含有作为起源的裂纹的内部裂纹区域。之后，在冷却工序中，对切断预定部位进行冷却，由此产生热冲击而使裂纹在切断预定部位的内部整体扩展，由此切断管状玻璃。内部裂纹形成区域产生于管状玻璃的内部，因此，即使不像以往那样在其外表面形成划伤，也能够以非接触的方式切断管状玻璃。因而，能够可靠地防止在管状玻璃的切断时产生玻璃粉末这样的现有的状况。由此，能够节省通过清洗除去玻璃粉末的时间和劳力，从而减少所需的工序数。另外，如果像这样形成切断面，则与通过割断等而强制性地产生裂纹并使其扩展的情况相比，能够尽量地防止破裂、缺损等的产生，从而相对高精度地控制切断面的性状，能够稳定地得到良好的切断面。因而，能够抑制因破裂、缺损而引起的不良的产生，并且能够大幅度缩短管状玻璃的端部的烧口处理所需的时间，能够有效地制造管状玻璃产品。
发明效果
根据本发明，能够通过防止玻璃微粉的产生而有效地切断管状玻璃。
附图说明
图1是第一实施方式所涉及的管状玻璃产品的制造装置的侧视图。
图2是图1所示的制造装置所涉及的第一切断装置的俯视图。
图3是用于对第一切断装置所涉及的激光的扫描方式进行说明的连续管状玻璃的主要部分放大立体图。
图4是用于对第一切断装置所涉及的激光的照射方式进行说明的连续管状玻璃的主要部分放大俯视图。
图5是刚形成内部裂纹区域后的连续管状玻璃的主要部分剖视图。
图6是内部裂纹区域中的裂纹沿连续管状玻璃的圆周方向刚开始扩展后的连续管状玻璃的主要部分剖视图。
图7是示出内部裂纹区域中的裂纹沿连续管状玻璃的圆周方向扩展的中途的状态的连续管状玻璃的主要部分剖视图。
图8是从正面观察示出内部裂纹区域中的裂纹在连续管状玻璃的整周上扩展后的状态的连续管状玻璃的端面的图。
图9是图1所示的制造装置的主要部分俯视图，且是示出刚切断连续管状玻璃后的状态的图。
图10是示出图1所示的制造装置所涉及的第二切断装置的概要的侧视图。
图11是示出第二切断装置的概要俯视图。
图12是示出在管状玻璃形成内部裂纹区域的顺序的剖视图。
图13是示出在管状玻璃形成内部裂纹区域的顺序的剖视图。
图14是示出在管状玻璃形成内部裂纹区域的顺序的剖视图。
图15是示出在管状玻璃的内部使裂纹扩展的顺序的剖视图。
图16是示出在管状玻璃的内部使裂纹扩展的顺序的剖视图。
图17是示出在管状玻璃的内部使裂纹扩展的顺序的剖视图。
图18是示出第二实施方式所涉及的第二切断装置的概要的侧视图。
图19是用于对第二切断装置所涉及的激光的扫描方式进行说明的连续管状玻璃的主要部分放大立体图。
图20是用于对第二切断装置所涉及的激光的扫描方式的另一例进行说明的连续管状玻璃的主要部分放大立体图。
图21是示出本发明所涉及的内部裂纹区域的方式所涉及的另一例的管状玻璃的主要部分剖视图。
图22是示出本发明所涉及的内部裂纹区域的方式所涉及的另一例的管状玻璃的主要部分剖视图。
图23是示出本发明所涉及的内部裂纹区域的方式所涉及的另一例的管状玻璃的主要部分剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图来对具体实施方式进行说明。图1至图17示出本发明所涉及的管状玻璃的切断方法、切断装置以及管状玻璃产品的制造方法的第一实施方式。
图1示出能够实施本发明的管状玻璃产品的制造装置10的一例。制造装置10通过丹纳法成形连续管状玻璃G1，主要具备玻璃熔融炉11、套筒12、驱动套筒12旋转的驱动装置13、收容套筒12的马弗炉14、退火炉15、拉管成形连续管状玻璃G1的拉管装置16、将连续管状玻璃G1切断的切断装置(以下称作“第一切断装置”)17、以及对将连续管状玻璃G1切断而得到的管状玻璃G2的端部进行切断的装置(以下称作“第二切断装置”)。
需要说明的是，图1所示的XYZ坐标系是固定侧的坐标系，在本实施方式中，将含有X轴以及Y轴的平面设为水平面，将沿着Z轴的方向设为铅垂方向(将Z轴的正侧设为天，将负侧设为地)。另外，图3所示的xyz坐标系是移动侧的坐标系(连续管状玻璃G1上的坐标系)，与图1等所示的XYZ坐标系同样地，将包括x轴以及y轴的平面设为水平面，将沿着z轴的方向设为铅垂方向。
玻璃熔融炉11是用于使玻璃原料熔融而生成熔融玻璃M的炉。在玻璃熔融炉11中生成的熔融玻璃M供给至马弗炉14内的套筒12。
套筒12由耐火物形成为圆筒状。套筒12局部呈锥状，以使锥状部分的小径侧端部12a朝向斜下方的方式配置。该套筒12经由轴19与驱动装置13连结。在本实施方式中，通过由驱动装置13驱动套筒12旋转，来将供给至套筒12的熔融玻璃M卷绕成圆筒状，从而能够从小径侧端部12a的一侧呈管形状进行拉出成形。
这样，呈管形状拉出成形后的熔融玻璃M作为连续管状玻璃G1而向马弗炉14外被连续地拉出，并且向退火炉15导入。
拉管装置16配置在退火炉15的下游侧，能够以恒定的速度牵引通过了退火炉15的连续管状玻璃G1，并将其朝向第一切断装置17搬运。具体而言，通过未图示的一对搬运带夹持连续管状玻璃G1的上部和下部并同时向下游方向牵引而进行拉管，能够向第一切断装置17供给调整为规定的外径尺寸的连续管状玻璃G1。
如图2所示，第一切断装置17用于切断连续管状玻璃G1而得到具有规定的长度尺寸的管状玻璃G2。需要说明的是，本实施方式的管状玻璃G2的厚度例如为0.5mm～2.0mm，但并不限定于此。第一切断装置17具备：内部裂纹区域形成装置20，其用于在连续管状玻璃G1的圆周方向的一部分形成内部裂纹区域C1；裂纹扩展装置21，其在连续管状玻璃G1中产生对内部裂纹区域C1中的裂纹扩展进行促进的应力，来使裂纹在整周上扩展；以及支承部22，其支承连续管状玻璃G1(参照图1)。
内部裂纹区域形成装置20具有能够使规定的激光L振荡的激光振荡器23、以及用于使从激光振荡器23振荡的激光L向连续管状玻璃G1的内部会聚入射的光学系统24。另外，在本实施方式中，内部裂纹区域形成装置20还具有：扫描部25，其配置在光学系统24的路径上，如图2所示用于使激光L以规定的方式扫描；以及焦点调整部26，其能够对激光L的在连续管状玻璃G1的内部的焦点F的位置进行调整。
激光振荡器23例如构成为使纳秒脉冲激光、皮秒脉冲激光或者亚皮秒脉冲激光振荡。
在本实施方式中，光学系统24具有多个反射镜27、以及将经由上述多个反射镜27而传递的激光L向连续管状玻璃G1的内部会聚的物镜28。
扫描部25例如如图2所示由检流计镜(galvanometer mirror)构成。该扫描部25构成为能够使被反射镜27反射后的激光L以规定的轨迹扫描，例如在本实施方式中构成为，如图3所示，能够以使焦点F包含于与连续管状玻璃G1的中心线X1正交的假想剖面X2的方式，沿着连续管状玻璃G1的圆周方向直线地扫描。
上述的扫描轨迹是在以移动的连续管状玻璃G1为基准的坐标系(图3所示的xyz坐标系)中观察时的形态，若在以固定侧为基准的坐标系中观察时，如图4所示，以如下方式设定焦点F的扫描方式：在连续管状玻璃G1向沿着中心线X1的方向移动规定距离d的期间，焦点F在沿着圆周方向的方向上移动图3中的箭头所示的距离，并且在沿着中心线X1的方向上移动与连续管状玻璃G1的移动距离d相同的距离。
焦点调整部26例如由空间光相位调制器构成。具体而言，焦点调整部26能够根据预先制作的相位全息图对激光L的空间相位分布进行调制，以便与由扫描部25控制的激光L的照射方向相应地调整焦点F的位置(准确而言是连续管状玻璃G1的厚度方向位置)。在本实施方式中，如图3所示，对激光L的焦点F的位置进行调整，以使得焦点F处于在连续管状玻璃G1的厚度方向外周侧、即接近连续管状玻璃G1的外表面(外周面)G1a的一侧沿着连续管状玻璃G1的圆周方向的位置。
如图2所示，裂纹扩展装置21具有：拉力施加部29，其在沿着连续管状玻璃G1的中心线X1的方向上施加拉力f1；以及弯曲力施加部30，其向连续管状玻璃G1施加弯曲力f2，以使连续管状玻璃G1的中心线X1以规定的曲率弯曲。
在此，例如拉力施加部29包括把持连续管状玻璃G1的下游侧端部的把持部31、以及使把持部31在沿着中心线X1的方向上移动的滑动驱动部32。也可以将滑动驱动部32构成为能够与连续管状玻璃G1同步地使把持部31移动。在该情况下，能够在一定期间(一定距离的期间)维持对沿着中心线X1移动中的连续管状玻璃G1施加拉力f1的状态。
另外，弯曲力施加部30由夹持连续管状玻璃G1的水平方向两侧的多个辊33构成。上述多个辊33对连续管状玻璃G1的支承(夹持)位置设定为：使连续管状玻璃G1的中心线X1随着趋向下游侧而以规定的曲率弯曲。
支承部22可以是沿着连续管状玻璃G1的长边方向以规定的间隔配置的多个辊，但并不限定于此。支承部22以将连续管状玻璃G1沿着其长边方向进行引导的方式支承该连续管状玻璃G1的下部。
如图10所示，第二切断装置18将管状玻璃G2的端部切断，该管状玻璃G2通过由第一切断装置17切断连续管状玻璃G1而得到。第二切断装置18具备：加热装置34，其向管状玻璃G2的端部处的切断预定部CP照射激光L11而对其进行加热；内部裂纹区域形成装置35，其在管状玻璃G2的内部产生包括一个或者多个裂纹的内部裂纹区域C1；冷却装置36，其对管状玻璃G2的切断预定部位CP进行冷却；以及搬运装置37，其搬运管状玻璃G2。
加热装置34包括照射激光L11的激光振荡器。在本实施方式中，从与玻璃相关的吸收系数高且能够有效地进行加热出发，加热装置34可以构成为对管状玻璃G2照射CO2激光，但并不限定于此。另外，通过利用激光L11对管状玻璃G2进行加热，从而与使用燃烧器的情况相比，能够进行局部的加热。由此，能够进行精度高的管状玻璃G2的切断。另外，加热装置34可以构成为使激光L11沿着管状玻璃G2的搬运方向扫描，但并不限定于此。
如图10所示，内部裂纹区域形成装置35具有：激光振荡器38，其能够使规定的激光L12振荡；光学系统39，其用于使从激光振荡器38振荡的激光L12向管状玻璃G2的内部会聚入射；以及焦点调整部40，其能够调整激光L12在管状玻璃G2的内部的焦点的位置。另外，如图11所示，第二切断装置18为了再次切断管状玻璃G2的两端部而具备两个内部裂纹区域形成装置35。
激光振荡器38例如构成为使纳秒脉冲激光、皮秒脉冲激光或者亚皮秒脉冲激光振荡。
光学系统39具有与第一切断装置17的光学系统24大致相同的结构，具有多个反射镜41以及将经由上述多个反射镜41而传递的激光L12向管状玻璃G2的内部会聚的物镜42。
焦点调整部40具有与第一切断装置17的焦点调整部26大致相同的结构，例如可以由空间光相位调制器构成。具体而言，焦点调整部40能够根据预先制作的相位全息图对激光L12的空间相位分布进行调制，以便与激光L12的照射方向相应地调整焦点的位置(准确而言是管状玻璃G2的厚度方向位置)。
如图10所示，冷却装置36具有朝向管状玻璃G2的切断预定部位CP喷射冷却介质CL的喷嘴43。作为从喷嘴43喷射的冷却介质CL，可以使用气体(空气、碳酸气体等)或者气体与液体混合而成的雾状的混合体。喷嘴43具有微小的喷射口以便能够对切断预定部位CP局部地喷射冷却介质CL。
搬运装置37除了将管状玻璃G2朝规定的方向搬运之外，也作为使该管状玻璃G2绕其轴心(参照中心线X1)旋转(自转)的旋转驱动装置发挥功能。该搬运装置37包括一对环状的辊链复合体44。搬运装置37将架设于上述一对辊链复合体44的管状玻璃G2朝与其轴心正交的方向(横向)搬运。
如图10所示，各辊链复合体44具有：一对环状的辊链46，其在导轨45上分别行走；多个圆盘状的搬运盘47，其在上述一对辊链46间以从动旋转自如的方式轴支承于其辊轴；链轮48，其同心地固定于各搬运盘47；以及环状的驱动链49，其与全部的链轮48啮合而循环行走。
各搬运盘47的直径形成为大于辊链46的间距，以侧视观察时彼此的外周部局部重叠的方式彼此错开地配设。由此，在相邻的搬运盘47彼此之间在侧视观察时形成凹部，在该凹部稳定地载置管状玻璃G2。搬运装置37通过未图示的驱动源使辊链46循环行走，由此，使各搬运盘47行走移动，将各管状玻璃G2朝与其轴心(管轴)正交的方向搬运(参照图10及图11中的箭头D1)。
另外，搬运装置37相对于辊链46独立地通过未图示的其他驱动源使驱动链49循环行走，由此经由链轮48使各搬运盘47自转。搬运盘47通过其自转而使各管状玻璃G2绕其轴心旋转(参照图10中的箭头D2)。由此，搬运装置37能够一边使并排的多个管状玻璃G2绕其轴心连续旋转一边朝与该轴心正交的方向以规定的间距连续地搬运该多个管状玻璃G2。
以下，对使用了上述结构的制造装置10的管状玻璃产品G3的制造方法进行说明。
首先，如图1、图2所示，利用第一切断装置17的支承部22从下方支承从拉管装置16送出的连续管状玻璃G1，并将其进一步向下游侧搬运。在此，在拉管装置16的下游侧配设有用于将连续管状玻璃G1切断成规定的长度尺寸的第一切断装置17，执行基于该第一切断装置17的粗切断工序(第一切断工序)。
在该粗切断工序中，当连续管状玻璃G1的下游侧端部到达规定位置时(或者即将到达规定位置时，利用把持部31把持连续管状玻璃G1的下游侧端部，利用滑动驱动部32使把持部31朝向长边方向的下游侧移动。由此，拉力施加部29对连续管状玻璃G1施加沿着其中心线X1的方向的拉力f1。
另外，在比把持部31靠上游侧的位置配设有构成弯曲力施加部30的多个辊33。在上述多个辊33之间通过的连续管状玻璃G1被施加规定的弯曲力f2，以使其中心线X1以规定的曲率弯曲。在本实施方式中，以后述的激光L的照射侧(在图2中为右上侧)凸出的方式，使连续管状玻璃G1以规定的曲率弯曲。由此，在上述的状态下，成为在连续管状玻璃G1中在整周上产生有沿着中心线X1而彼此远离的方向的拉拽应力的状态。特别是，在连续管状玻璃G1的弯曲部分的大径侧，成为主要分布沿着中心线X1而彼此远离的方向的拉拽应力的状态。
接着，在维持上述的应力分布的状态下，向连续管状玻璃G1的内部照射激光L。此时，通过调整激光L的照射条件(例如脉冲宽度、输出等)，从而在照射有激光L的区域因激光L的多光子吸收而形成含有一个或多个裂纹的内部裂纹区域C1。
另外，此时，由扫描部25使激光L以规定的轨迹(例如从图3中的焦点F至焦点F’的位置为止的区间)扫描，并且通过焦点调整部26将激光L的焦点F的位置调整为使激光L的焦点F的位置随着时间的经过而变化。由此，使焦点F在连续管状玻璃G1的厚度方向规定位置沿着圆周方向移动，形成具有规定的圆周方向尺寸的内部裂纹区域C1(参照图5)。在图5所示的例子中，在绕中心线X1旋转45°以上且小于90°的范围内形成有带状的内部裂纹区域C1。
然后，使内部裂纹区域C1中的裂纹沿着圆周方向扩展，从而将连续管状玻璃G1切断。在本实施方式中，在激光L的照射时刻就已经处于在连续管状玻璃G1的内部产生有规定的应力的状态，因此通过如上述那样形成内部裂纹区域C1，从而裂纹自然地从内部裂纹区域C1的圆周方向两端部在沿着圆周方向而彼此远离的方向上扩展，裂纹扩展区域C2沿着圆周方向扩大(参照图6)。
此时，在通过裂纹扩展装置21(拉力施加部29与弯曲力施加部30)而向连续管状玻璃G1施加了上述的应力的情况下，裂纹扩展区域C2如图6所示那样从内部裂纹区域C1的圆周方向两侧开始向彼此远离的方向扩大，且如图7所示那样之后也沿着圆周方向以相同的速度继续扩大。这样，通过以可以说是对称的方式使裂纹持续扩展(裂纹扩展区域C2扩大)，从而左右的裂纹扩展区域C2同时到达规定的圆周方向位置(例如在图8中为隔着中心线X1与内部裂纹区域C1的圆周方向中央位置正对的位置)。
其结果是，如图8所示，内部裂纹区域C1中的裂纹在整周上扩展，且从连续管状玻璃G1的外表面(外周面)G1a扩展到内表面(内周面)G1b，连续管状玻璃G1被切断。另外，通过该切断，如图9所示，能够得到具有规定的长度尺寸的管状玻璃G2。
其次，利用第二切断装置18对管状玻璃G2的端部执行再次切断工序(第二切断工序)。在该再次切断工序中，利用搬运装置37从第一切断装置17接受管状玻璃G2，并沿着规定的搬运方向D1朝加热装置34、内部裂纹区域形成装置35及冷却装置36依次搬运。加热装置34对到达其下方位置的管状玻璃G2照射激光L11，来对管状玻璃G2的端部处的切断预定部位CP进行加热(加热工序)。此时，也可以使激光L11一边沿着管状玻璃G2的搬运方向扫描一边照射。由此，能够对切断预定部位CP进行整体且均匀的加热。
接着，搬运装置37将加热后的管状玻璃G2朝内部裂纹区域形成装置35搬运。如图12至图14所示，内部裂纹区域形成装置35朝一边旋转一边通过下方的管状玻璃G2的内部照射激光L12，通过多光子吸收而形成内部裂纹区域C11(内部裂纹区域形成工序)。即，如图12所示，内部裂纹区域形成装置35将激光L12的焦点对准到搬运来的管状玻璃G2的端部(切断预定部位CP)的内部照射激光L12。
管状玻璃G2借助搬运装置37而一边旋转一边被搬运，因此，如图13所示，相对于激光L12的焦点相对地移动。由此，沿着管状玻璃G2的圆周方向逐渐形成内部裂纹区域C11。最终，如图14所示，形成在管状玻璃G2的圆周方向上具有规定的长度的内部裂纹区域C11。
需要说明的是，该内部裂纹区域C11在管状玻璃G2的切断预定部位CP中的内部形成于接近其外表面G2a的位置(外表面G2a侧的位置)。换言之，如图14所示，内部裂纹区域C11位于管状玻璃G2的厚度方向的中心位置(参照中心线X3)与外表面G2a之间。
之后，搬运装置37将管状玻璃G2从内部裂纹区域形成装置35的下方位置向冷却装置36的下方位置搬运。如图15至图17所示，冷却装置36对一边旋转一边通过的管状玻璃G2喷射冷却介质CL(冷却工序)。被吹附冷却介质CL的管状玻璃G2的切断预定部位CP在其内部如图16所示那样使裂纹扩展区域C12扩大。最终，如图17所示，裂纹扩展区域C12遍及切断预定部位CP的内部整体，由此切断管状玻璃G2的端部。通过切断管状玻璃G2的两端部，从而完成具有规定的长度尺寸的管状玻璃产品G3。
根据以上说明的本实施方式，在利用加热装置34对管状玻璃G2的切断预定部位CP照射激光L11而进行加热后，利用内部裂纹区域形成装置35将激光L12的焦点对准到该切断预定部位CP的内部照射激光L12，由此，能够在该激光L12的照射部位的内部通过多光子吸收形成含有一个或者多个裂纹的内部裂纹区域C11来作为起源。之后，利用冷却装置36对切断预定部位CP进行冷却，由此产生热冲击。由此，能够使裂纹在切断预定部位CP的内部整体扩展而切断管状玻璃G2的端部。
内部裂纹区域C11产生于管状玻璃G2的内部，因此，即便不像以往那样在管状玻璃G2的外表面G2a形成划伤，也能够以非接触的方式切断管状玻璃G2。因而，能够可靠地防止在管状玻璃G2的切断时产生玻璃粉末这样的现有状况。由此，能够节省通过清洗除去玻璃粉末的时间和劳力，从而减少必要的工序数。
另外，如果如上述那样形成切断面，则与通过割断等而强制性地产生裂纹并使其扩展的情况相比，能够尽量地防止破裂、缺损等的产生，相对高精度地控制切断面的性状，能够稳定地得到良好的切断面。因而，能够抑制因破裂、缺损而引起的不良的产生，并且能够大幅度缩短管状玻璃G2的端部的烧口处理所需的时间，能够有效地制造管状玻璃产品G3。
图18及图19示出本发明的第二实施方式。在本实施方式中，第二切断装置18的内部裂纹区域形成装置35的结构与第一实施方式(图10及图11)不同。如图18所示，内部裂纹区域形成装置35还具有扫描部50，该扫描部50配设在光学系统39的路径上，用于使激光L12以规定的方式扫描。本实施方式所涉及的其他的结构与第一实施方式相同，对共通的构成要素标注共通的附图标记。
扫描部50具有与第一实施方式的第一切断装置17所涉及的扫描部25相同的结构。即，扫描部50由检流计镜构成，且构成为能够使由反射镜41反射后的激光L12以规定的轨迹扫描。如图19所示，扫描部50构成为能够以使焦点F(F1、F2)包含于与管状玻璃G2的中心线X1正交的假想剖面X4的方式，沿着管状玻璃G2的圆周方向直线地扫描。
内部裂纹区域形成装置35通过调整激光L12的照射条件(例如脉冲宽度、输出等)，从而在照射有激光L12的区域通过激光L12的多光子吸收而形成含有一个或者多个裂纹的内部裂纹区域C11。另外，此时，利用扫描部50使激光L12以规定的轨迹(例如从图19中的焦点F1到焦点F2的位置为止的区间)扫描，并利用焦点调整部40将激光L12的焦点F的位置调整为随着时间的经过而变化。由此，使焦点F(F1、F2)在管状玻璃G2的厚度方向规定位置沿着圆周方向移动，形成具有规定的圆周方向尺寸的内部裂纹区域C11。需要说明的是，在本实施方式中，能够利用扫描部50使激光L12以规定的轨迹扫描，因此，即便不进行基于搬运装置37的管状玻璃G2的旋转，也能够将内部裂纹区域C11形成为圆弧状。
需要说明的是，本发明并不限定于上述实施方式的结构，也并不限定于上述的作用效果。另外，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更。
例如在上述的第二实施方式中，例示了在第二切断装置18的内部裂纹区域形成装置35设置扫描部50，使激光L12一边以规定的轨迹扫描一边向管状玻璃G2照射的情况，但也可以采用除此以外的照射方式。如图20所示，在基于第二切断装置18的再次切断工序中，也可以代替利用扫描部50使激光L12以规定的轨迹扫描，而将多个激光L1、L2、......、Ln向管状玻璃G2同时照射，由此形成规定的大小的内部裂纹区域C11。
在该情况下，由于焦点调整部40由空间光相位调制器构成，因此，通过相位全息图的设定变更，不仅能够分别独立地调整各激光L1、L2、......、Ln的焦点F1、F2、......、Fn的位置，而且能够使一个激光L(L12)分光成所希望的个数。因而，即便在使用了一个激光振荡器38的情况下，也能够将所希望个数的激光L1、L2、......、Ln的焦点F1、F2、......、Fn同时对准到管状玻璃G2的内部规定位置照射激光。需要说明的是，对于第一切断装置17所涉及的区域形成装置20，也可以形成为上述那样的结构。
在上述的实施方式中，示出了在再次切断工序中切断管状玻璃G2的端部的例子，但并不限定于此。也可以在再次切断工序中切断管状玻璃G2的中途部。
另外，内部裂纹区域C11并不限定于上述的实施方式，可以通过各种的形状构成。例如，如图21所示，内部裂纹区域C11也可以形成于比管状玻璃G2的厚度方向中央位置(中心线X3)接近内表面G2b的一侧的位置。另外，图22所示的内部裂纹区域C11将其外表面G2a侧的一部分形成为大致圆弧状，将其内表面G2b侧的一部分形成为直线状。另外，图23所示的内部裂纹区域C11构成为直线状。在将内部裂纹区域C11形成为直线状的情况下，不进行基于搬运装置37的管状玻璃G2的旋转地向该管状玻璃G2的内部照射激光L12。
附图标记说明：
18 第二切断装置(切断装置)；
34 加热装置；
35 内部裂纹区域形成装置；
36 冷却装置；
37 搬运装置(旋转驱动装置)；
C11 内部裂纹区域；
CP 切断预定部位；
G1 连续管状玻璃；
G2 管状玻璃；
G3 管状玻璃产品；
L12 激光。

Claims (10)

1.一种管状玻璃的切断方法，其用于将管状玻璃切断，其中，
所述管状玻璃的切断方法具备：
加热工序，在该加热工序中，向所述管状玻璃的切断预定部位照射激光来进行加热；
内部裂纹区域形成工序，在该内部裂纹区域形成工序中，将焦点对准到所述切断预定部位的内部照射激光，通过在所述激光的照射区域产生的多光子吸收，来产生含有一个或多个裂纹的内部裂纹区域；以及
冷却工序，在该冷却工序中，通过对所述切断预定部位进行冷却，来使所述裂纹在所述切断预定部位的所述内部扩展。
2.根据权利要求1所述的管状玻璃的切断方法，其中，
一边使所述管状玻璃旋转一边进行所述加热工序。
3.根据权利要求1或2所述的管状玻璃的切断方法，其中，
一边使所述管状玻璃旋转一边进行所述内部裂纹区域形成工序。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的管状玻璃的切断方法，其中，
一边使所述管状玻璃旋转一边进行所述冷却工序。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的管状玻璃的切断方法，其中，
所述冷却工序中，利用气体或雾状的冷却介质来对所述切断预定部位进行冷却。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的管状玻璃的切断方法，其中，
所述内部裂纹区域形成工序中的所述激光是脉冲激光。
7.一种管状玻璃的切断装置，其用于将管状玻璃切断，其中，
所述管状玻璃的切断装置具备：
加热装置，其向所述管状玻璃的切断预定部位照射激光来进行加热；
内部裂纹区域形成装置，其将焦点对准到所述切断预定部位的内部照射激光，通过在所述激光的照射区域产生的多光子吸收，来产生含有一个或多个裂纹的内部裂纹区域；以及
冷却装置，其通过对所述切断预定部位进行冷却，来使所述裂纹在所述切断预定部位的所述内部扩展。
8.根据权利要求7所述的管状玻璃的切断装置，其中，
所述管状玻璃的切断装置还具备旋转驱动装置，该旋转驱动装置用于使所述管状玻璃旋转。
9.根据权利要求7或8所述的管状玻璃的切断装置，其中，
所述内部裂纹区域形成装置中的所述激光是脉冲激光。
10.一种管状玻璃产品的制造方法，其制造管状玻璃产品，其中，
所述管状玻璃产品的制造方法具备：
第一切断工序，在该第一切断工序中，将拉管成形的连续管状玻璃切断；以及
第二切断工序，在该第二切断工序中，将在所述第一切断工序后形成的管状玻璃的端部切断，
所述第二切断工序具备：
加热工序，在该加热工序中，向所述管状玻璃的端部中的切断预定部位照射激光来进行加热；
内部裂纹区域形成工序，在该内部裂纹区域形成工序中，将焦点对准到所述切断预定部位的内部照射激光，通过在所述激光的照射区域产生的多光子吸收，来产生含有一个或多个裂纹的内部裂纹区域；以及
冷却工序，在该冷却工序中，通过对所述切断预定部位进行冷却，来使所述裂纹在所述切断预定部位的所述内部扩展。
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