JP2017529311A - ガラス物品内にパルスレーザで穿孔を生じさせることによるガラス切断システムおよび方法 - Google Patents

ガラス物品内にパルスレーザで穿孔を生じさせることによるガラス切断システムおよび方法 Download PDF

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Abstract

レーザの波長に対して透明なガラス物品をレーザ切断するための本方法の実施形態は、２つの端部と、これらの端部の間に長手方向に配設された少なくとも１つの側面とを含む少なくとも１つのガラス物品を、０．１〜１００ｍｍの長さを有するレーザビーム焦線を定める少なくとも１つのパルスレーザを有するパルスレーザアセンブリへと供給する工程を含む。本方法は、ガラス物品とパルスレーザとを相対移動させつつ、ガラス物品の側面に少なくとも１つの穿孔線をレーザ切断する工程と、レーザ切断されたガラス物品を設けるために、少なくとも１つの穿孔線に沿ってガラス物品を分離する工程とを更に含む。

Description

関連出願の相互参照
本願は、２０１４年７月１１日に出願された米国仮特許出願第６２／０２３４５０号（その内容の全体を参照して本明細書に組み込む）および２０１５年５月１１日に出願された米国仮特許出願第６２／１５９５７３号（その内容の全体を参照して本明細書に組み込む）に関連すると共に、それらよる優先権を主張する。
本開示は、一般的に、ガラスの切断に関し、具体的には、その波長に対してガラスが略透明である波長を有するパルスレーザを用いたガラスの切断に関する。
歴史的に、ガラスは、密閉性、光学的透明度、および、他の材料と比較して優れた化学的耐久性を理由として、食品、飲料、および医薬品のパッケージを含む様々な目的のために好ましい材料として用いられている。しかし、ガラス容器等のガラス物品の高速製造は、ガラス物品の処理に関わるガラスの破損によるガラス物品内の材料の汚染に起因して、限られたものとなっている。
各ガラス物品は、それぞれの具体的な技術的仕様を有する。例えば、ガラス管は、下流における適正な取り扱いを可能にするため、および輸送中の破損を防止するために、精密な寸法公差、低い微粒子カウント、および適正な端部断面形状を必要とする。管製造プロセスから生じる残留粒子は、特に薬品用のガラス管製造者にとっては、非常に気を配る問題である。
各ガラス物品は、一般的に、独自の仕様を有するので、例えばアンプル、バイアル、カートリッジ、シリンジ等の異なるガラス物品を製造および切断するには、一般的に、それぞれ異なる処理工程が必要である。その結果、ガラス物品の製造者は、特定の各ガラス物品に合わせて最適化および調整された特定の装置を有する。
従って、ガラス物品を形成するための代わりの方法、およびガラス物品の製造に関連する装置、具体的には、様々なガラス物品の成分および形状に適したガラス切断装置および方法の必要性が存在する。
本開示の実施形態は、パルスレーザアセンブリを用いて、形状および寸法に関係なく様々なガラス物品を正確に切断するシステムおよび方法に関する。
本開示の一実施形態によれば、ガラス物品をレーザ切断する方法が提供される。本方法は、パルスレーザに対して透明なガラス物品であって、２つの端部と、これらの端部の間に長手方向に配設された少なくとも１つの側面とを含む少なくとも１つのガラス物品を、０．１〜１００ｍｍの長さを有するレーザビーム焦線を定める少なくとも１つのパルスレーザを有するパルスレーザアセンブリへと供給する工程を含む。本方法は、ガラス物品とパルスレーザとを相対移動させつつ、ガラス物品の側面に対して或る入射角で、パルスレーザをレーザビーム焦線に沿って集光することによって、ガラス物品内に少なくとも１つの穿孔線をレーザ切断する工程を更に含む。本方法は、レーザ切断されたガラス物品を設けるために、少なくとも１つの穿孔線に沿ってガラス物品を分離する工程を更に含む。
別の実施形態によれば、ガラス物品をレーザ切断するシステムが提供される。本システムは、２つの端部と、これらの端部の間に長手方向に配設された少なくとも１つの側面とを含むガラス物品を形成するよう動作可能なガラス合成ステーションを含む。本システムは、ガラス合成ステーションから受け取ったガラス物品内に少なくとも１つの穿孔線をレーザ切断するよう動作可能なパルスレーザアセンブリと、パルスレーザアセンブリ内におけるレーザ切断中に、レーザに対して透明なガラス物品を支持するよう構成されたガラス支持アセンブリとを含むガラス切断ステーションも含み、パルスレーザアセンブリとガラス支持アセンブリとは互いに相対移動可能である。パルスレーザアセンブリは、パルスレーザと、パルスレーザを、０．１ｍｍ〜１００ｍｍの範囲内の長さを有するレーザビーム焦線へと変形するために、パルスレーザのビーム経路内に配置された光学アセンブリとを含む。パルスレーザは、ガラス物品とパルスレーザアセンブリとが互いに対して相対的に移動している間、ガラス物品内にレーザビーム焦線に沿って穿孔線を生じるために、ガラス物品の側面上に向けられ、ガラス切断ステーションの下流にあるガラス分離ステーションは、レーザ切断されたガラス物品を設けるために、穿孔線に関してガラス物品の部分を除去するよう構成される。
更なる特徴および長所は、以下の詳細な説明で述べられると共に、部分的にはその説明から当業者に自明であり、または、本明細書、特許請求の範囲、および添付の図面に記載される実施形態を実施することによって認識される。
本明細書に示され記載される１以上の実施形態による、パルスレーザアセンブリに対して相対的に回転される円筒形の管内へのレーザ穿孔の切断を示す模式的な断面図 本明細書に示され記載される１以上の実施形態による、図１Ａの円筒形の管内へのレーザ穿孔の切断を示す模式的な上面図 本明細書に示され記載される１以上の実施形態による、パルスレーザアセンブリが円筒形の管の周囲を回転する場合の、円筒形の管内へのレーザ穿孔の切断を示す模式的な断面図 本明細書に示され記載される１以上の実施形態による、図２Ａの円筒形の管内へのレーザ穿孔の切断を示す模式的な上面図 本明細書に示され記載される１以上の実施形態による、ガラス物品上へのレーザビーム焦線の配置を模式的に示す 本明細書に示され記載される１以上の実施形態による、図３Ａのレーザビーム焦線に沿ってガラス物品内に生じる穿孔を模式的に示す 粗切断手順、並びに下流の熱衝撃ステーションおよび火仕上げステーションを有する従来のガラス切断手順を模式的に示す 本明細書に示され記載される１以上の実施形態による、粗切断ステーションの下流において用いられるパルスレーザアセンブリを模式的に示す 本明細書に示され記載される１以上の実施形態による、ガラス分離ステーション（例えば、熱衝撃装置）の上流に配設されたパルスレーザアセンブリを模式的に示す 本明細書に示され記載される１以上の実施形態による、パルスレーザアセンブリを含む帯状ガラス製造装置を模式的に示す側面図 本明細書に示され記載される１以上の実施形態による、図７Ａの帯状ガラス製造装置に含まれるパルスレーザアセンブリおよび後続の分離ステーションを模式的に示す側面図 本明細書に示され記載される１以上の実施形態による、管に穿孔を切断中の、回転式パルスレーザアセンブリを示す模式的な側面図 本明細書に示され記載される１以上の実施形態による、切断後の回転式パルスレーザアセンブリを示す模式的な側面図 本明細書に示され記載される１以上の実施形態による、回転式パルスレーザアセンブリにレーザが回転可能に取り付けられた、回転式パルスレーザアセンブリを示す模式的な正面図 本明細書に示され記載される１以上の実施形態による、レーザが回転式パルスレーザアセンブリから分離されており回転可能に取り付けられていない、回転式パルスレーザアセンブリを示す模式的な正面図
以下、添付の図面に例が示されている、パルスレーザ加工を用いてガラス物品を製造するための装置および方法の実施形態を詳細に参照する。
図１Ａ〜図２Ｂの実施形態に示されるように、穿孔をレーザ切断する方法は、少なくとも１つのガラス物品１０を、少なくとも１つのパルスレーザを有するパルスレーザアセンブリ２１０へと供給する工程を含む。本明細書において用いられる「ガラス物品」は、例えば、管、ガラスシート、カートリッジ、バイアル、シリンジ、シリンジバレル、Vacutainer（登録商標）、アンプル、ボトル、フラスコ、薬ビン、ビーカー、電球、ボウル、キャニスター、カプセル、ジャー、タンク等であるがこれらに限定されない様々な構成要素を含み得る。これらのタイプのガラス物品のいずれも、本明細書に記載されるパルスレーザ穿孔方法を用いて切断され得るが、以下に記載される実施形態の多くは、医薬品グレードのガラス、具体的には薬品用の管に含まれるパルスレーザ穿孔に焦点を当てる。
後述するように、パルスレーザは、０．１〜１００ｍｍの長さを有するレーザビーム焦線２２０を有する。図１Ｂを参照すると、ガラス物品１０は、端部１２および１４と、端部１２および１４の間に長手方向に配設された少なくとも１つの側面１６とを含む。本明細書において用いられる「端部」とは、円筒形の管における基部を指し得るものであり、「側面」は円筒形の管の高さを構成するが、全ての実施形態において、「端部」は、基部、即ち側面に隣接した表面のみに限定されない。図示されるように、図１Ａの円筒形の管については、側面は連続しているが、ガラスシートの側面１６は、端部１２と端部１４との間に設けられた複数の側面を有する。
再び図１Ａを参照すると、パルスレーザビーム焦線２２０は、ガラス物品１０内に、ガラス物品１０の側面１６に対して或る入射角で、少なくとも１つの穿孔線２０を生じさせる。図示されるように、穿孔線２０は、パルスレーザによってガラスに刻まれたガラス欠陥、凹部、窪み、または孔である複数の離間した穿孔２２を含む。穿孔線２０は、複数の正確な狭い孔であり、これらは、後で行われる穿孔線に関する分離を遙かに容易にする。これらの狭い孔の寸法は、レーザビーム焦線のスポット径によって決まる。例示的な実施形態では、レーザビーム焦線は、０．５〜５μｍ、または１〜２μｍの平均スポット径を有し得る。
図１Ａ〜図２Ｂに説明のために示されている（従って縮尺通りではない）穿孔２２は、典型的には等間隔で離間されるが、間隔はランダムおよび不均等であってもよいと考えられる。一実施形態では、穿孔線２０は、２００〜８００ｎｍ、または３００〜５００ｎｍのサイズを有する複数の孔であり得る。或いは、穿孔線は、１〜３０μｍ、１〜５μｍ、または１〜３μｍの間隔の離間を含み得る。穿孔間隔２４は、パルスレーザアセンブリ２１０とガラス物品１０との相対移動を制御することによって正確に生じられ得る。一実施形態では、レーザを用いて、１回の通過で、高度に制御された完全な線の穿孔を生じることができる。ガラス物品１０の微細構造内で、ガラス物品１０の材料の溶発および溶融を生じることなく、クラック形成が起こるように、誘起吸収が生じられ得る。これは、ガラスの厚さを完全に穿孔するにはしばしば複数回の通過が必要となる、材料を溶発させるためのスポット集光レーザの典型的な使用とは対照的である。更に、溶発処理は、大量のデブリ、より大きな表面下損傷（約１００μｍを超える）、およびエッジの欠けを生じるが、本パルスレーザアセンブリ２１０は、これらの有害な副作用を実質的に低減または解消する点も対照的である。
図１Ａ〜図２Ｂに示されるように、穿孔線２０は、側面１６を幅方向に横断し、且つ端部１２および１４に対して平行になるよう配向されているが、穿孔線２０の他の構成（例えば、側面１６に沿って斜め方向等）も可能である。図示しないが、穿孔線２０は、ガラス物品１０の側面１６を長さ方向に横断するよう施され得ることも考えられる。
図１Ａに示されるように、ガラス物品１０内に複数の穿孔２２をもたらすには、ガラス物品１０とパルスレーザ（具体的にはレーザビーム焦線２２０）との幾らかの相対移動を行わなければならない。例えば図１Ａに示されるように、ガラス物品１０は、チャック２４０部材によって回転されるスピンドル２３０上に支持され得る。ガラス物品１０は、回転するスピンドル２３０と共に回転し、それにより、パルスレーザアセンブリ２１０に対して相対的に移動する。この相対移動は、ガラス物品１０の側面１６を幅方向に横断する穿孔線２０を生じる。或いは、穿孔線２０の形成を容易にする相対移動を達成するために、図２Ａに示されるように、パルスレーザアセンブリ２１０がガラス物品１０の周囲を回転してもよいと考えられる。パルスレーザアセンブリ２１０を回転させるのに、様々な構成要素が適していると考えられる。例えば、パルスレーザアセンブリ２１０は、回転する三脚または回転するアームに取り付けられてもよい。図１Ａ〜図２Ｂにおける相対移動は回転移動であるが、平行移動、または他の態様の相対移動も適していると考えられる。更に、レーザビーム焦線の移動は、後述するように、ミラー検流計によって制御されてもよい。
更に、図１Ａ〜図２Ｂは、パルスレーザアセンブリ２１０に対して相対的なガラス物品１０の移動、またはその逆の、ガラス物品１０に対して相対的なパルスレーザアセンブリ２１０の移動を示しているが、両方の構成要素が同時に移動してもよい。具体的には、図６に示されるように、パルスレーザアセンブリ２１０がガラス物品１０の周囲を回転する際に、ガラス物品１０は、例えば、コンベア１２０によって平行移動され得ることが考えられる。その結果、パルスレーザアセンブリ２１０は、ガラス物品１０の同時の移動を考慮しなければならないので、パルスレーザアセンブリ２１０は、常に図２Ａに示されるような円形の経路で回転するものではなくなり得る。その結果、パルスレーザアセンブリ２１０は、例えば、螺旋状の経路等の円形ではない経路で回転し得る。理論によって縛られるものではないが、部品が次々と高速で製造されて切断されるガラス製造においては、ガラス物品１０とパルスレーザアセンブリ２１０とが同時に移動する実施形態は、ガラス製造の速度および効率を高め得る。
上述のように、並びに図８Ａおよび図８Ｂに示されるように、パルスレーザアセンブリ２１０は、レーザビーム焦線２２０にガラス物品１０の周囲を回転させるよう構成された回転アーム２０５を含み得る。図示されるように、パルスレーザアセンブリ２１０は、回転アーム２０５に結合され回転アーム２０５と共に回転可能な１以上のミラー２１５Ａ〜２１５Ｃを含む。３つのミラー２１５Ａ〜２１５Ｃが示されているが、レーザビーム焦線２２０の方向を調節するために、これより多いまたは少ないミラーが用いられ得ることが考えられる。例えば、パルスレーザを送出するレーザビーム装置２１８を、光学アセンブリ２１１により近接して配設することによって、用いられるミラーの数を減らしてもよいと考えられるが、レーザビーム装置２１８の重量は、図８Ａに示されている回転アーム２０５上の位置がより適したものであり得る。再び図８Ａを参照すると、回転アーム２０５が回転すると、回転アーム２０５に結合されたレーザビーム装置２１８、ミラー２１５Ａ〜２１５Ｃ、および光学アセンブリ２１１は全て、回転アーム２０５と共に回転する。図８Ａに示されるように、穿孔線２０が生じた後、図８Ｂに示されるように、切断された管１１が親管（即ち、ガラス物品１０）から分離する間、レーザビーム焦線２２０は一時的に止められ得る。親管を図８Ａのパルスレーザアセンブリ２１０に再び供給することにより、切断された親管１０の更なる切断が行われ得る。更なる説明のために、図９は、図８Ａに側面図で示されている回転式パルスレーザアセンブリ２１０の正面図を示す。
図１０に示されている別の実施形態では、レーザビーム装置２１８は静止していて、パルスレーザアセンブリ２１０の回転アーム２０５から分離しており、一方、光学アセンブリ２１１およびミラー２１５Ａは依然として回転アーム２０５と共に回転することが考えられる。レーザビーム装置２１８は静止しているが、レーザビーム焦線２２０は、依然として移動するミラー２１５Ａおよび光学アセンブリ２１１の方向に向けられ、それにより、パルスレーザビーム焦線２２０がガラス物品１０の周囲を回転移動することが可能になる。
ガラス物品１０のための他の装填および支持アセンブリを以下に説明する。ガラス物品１０内に穿孔線２０が生じると、後述するように、切断されたガラス物品１０を設けるために、ガラス物品１０はその穿孔線に沿って分離され得る。
穿孔２２は、時間的に近接した高エネルギーの短い持続時間の複数のパルスのパルスを用いて達成できる。例えば、レーザビームのパルス持続時間は、約１ピコ秒〜約１００ピコ秒、１０ピコ秒未満、または約５ピコ秒〜約２０ピコ秒であり得る。これらのパルスは、高い繰り返し率（例えばｋＨｚ台またはＭＨｚ台）で繰り返され得る。例えば、パルス繰り返し周波数は、１０ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚ、１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ、または１０ｋＨｚ未満の範囲内であり得る。
レーザビームの波長は、レーザ加工されるガラス物品１０がレーザの波長に対して透明であるよう選択される。例えば、波長は約１．８μｍ未満、または約９００〜約１２００ｎｍであり得る。例示的な実施形態では、パルスレーザビームは、１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ、３５５ｎｍ、または２６６ｎｍ等の波長を有する。適切な例は、１０６４ｎｍの波長を有するＮｄ：ＹＡＧレーザ、１０３０ｎｍの波長を有するＹ：ＹＡＧレーザである。他の着色がなされていない（特に、鉄含有量が低い）ボロシリケートガラスまたはソーダライムガラスは、約３５０ｎｍ〜約２．５μｍまで光学に透明である。
図１Ａに示されるように、レーザビーム焦線２２０は、例えば所望の穿孔寸法等の様々な要因によって様々であり得る或る入射角で側面へと送出され得る。例えば、入射角は、側面に対して垂直、または材料の表面に対して約４５度以下であり得る。
レーザビームの強度は、パルス持続時間、パルスエネルギー、および焦線の直径に基づいて、好ましくは著しい溶発または著しい溶融が生じず、好ましくはガラスの微細構造内におけるクラック形成のみが生じるように、選択され得る。レーザのパルスエネルギーは、レーザビーム焦線における強度が誘起吸収を生じ、これが焦線２２０に沿った材料の局所的な加熱につながり、それがひいては、材料に導入された熱応力の結果としての焦線に沿ったクラック形成につながるよう選択されるのが好ましい。１以上の実施形態では、レーザビームは、材料において測定された７００μＪ未満、約５００μＪ未満、または約２５０μＪ未満の平均レーザエネルギーを有し得る。
本開示のガラス物品には、様々な組成物が適していると考えられる。例えば、ガラスは、例えばアルカリアルミノシリケートガラスまたはアルカリ土類アルミノシリケートガラス等のアルミノシリケートガラスであり得る。或いは、ガラスは、ボロシリケートガラスまたはソーダライムガラスを含み得る。一実施形態では、ガラス物品１０の形成後に、ガラス組成物が機械的強化のためにイオン交換を受けることが可能であるよう、ガラスはイオン交換可能であり得る。ガラス組成物は、ＡＳＴＭ規格Ｅ４３８．９２に定義されている「Type 1a」および「Type 1b」ガラス組成物であり得る。一部の実施形態では、Type 1aおよびType 1bガラスは、例えば薬品用の用途等の目的に適した化学的耐久性を有する。ガラス組成物は、約１．０モル％を超えるホウ素および／またはホウ素含有化合物（Ｂ２Ｏ３を含むが、それに限定されない）を含み得る。別の実施形態では、ガラス物品が形成されるガラス組成物は、約１．０モル％以下のホウ素の酸化物および／またはホウ素含有化合物を含む。これらの実施形態の一部において、ガラス組成物中のホウ素の酸化物および／またはホウ素含有化合物の濃度は、約０．５モル％以下、約０．４モル％以下、または約０．３モル％以下であり得る。これらの実施形態の一部において、ガラス組成物中のホウ素の酸化物および／またはホウ素含有化合物の濃度は、約０．２モル％以下、または約０．１モル％以下であり得る。幾つかの他の実施形態では、ガラス組成物は、ホウ素およびホウ素含有化合物を実質的に含まない。更に、ガラス物品は、レーザの波長に対して透明な他の成分（例えば、サファイアまたはセレン化亜鉛等の結晶）を含み得る。本開示は、主にガラス組成物を中心にしているが、サファイアおよび亜鉛管等の他の構造物も、本方法を用いて切断され得ると考えられる。
ガラス物品には様々な厚さ、直径、および長さが考えられ、本開示の実施形態に適していると考えられる。例えば、本開示の実施形態は、８ｍｍより小さい直径から４０ｍｍを超える直径までの管直径、および約０．３〜約２．２ｍｍ、または約０．５ｍｍ〜約１．１ｍｍの管の壁厚に対して有効である。管の長さは様々であり得る。一実施形態では、管は、予め切断されて、パルスレーザアセンブリへと送られてもよく、この場合、予め切断された管は、製造者の要求に基づいて様々であり得る有限の長さを有し得る。或いは、管は、未切断の状態でパルスレーザアセンブリへと送られてもよく、この場合、パルスレーザアセンブリによって切断される前には、本質的に連続した長さを有する。
図５を参照すると、ガラス物品１０をレーザ切断するためのシステムが示されている。具体的には、システムは、パルスレーザアセンブリ２１０を含むガラス切断ステーション２００の上流に配設されたガラス合成ステーション１１０を含む。本明細書において用いられるガラス合成ステーション１１０とは、溶融ガラスからガラス物品を形成する際に用いられる形成装置、ガラス溶融装置、ガラス延伸装置、ガラス整形装置、またはガラスの再整形の際に用いられる設備を含み得る。ガラス合成ステーション１１０は、連続プロセスまたはバッチプロセスを用い得る。一実施形態では、ガラス合成ステーション１１０は、ガラス形成において用いられるＶｅｌｌｏダウンドロー装置、Ｄａｎｎｅｒガラス形成装置、並びに、従来のまたは今後開発されるドロープロセスまたは形成プロセスを含む。或いは、後述されると共に図７Ａおよび図７Ｂに示されるように、ガラス合成ステーション１１０は帯状ガラスブロー形成装置を含み得る。
更に、ガラス合成ステーション１１０は、延伸に加えて初期切断を行う装置を含み得る。例えば、まず、牽引切断機において、管が延伸され、初期切断され得る。更に、ガラス合成ステーション１１０は、管リドロー装置（例えば、円形の管を円形および楕円形の形状に再成形するスリーブリドロー装置）を含み得る。
再び図５を参照すると、ガラス切断ステーション２００は、ガラス合成ステーション１１０から受け取ったガラス物品１０に穿孔線をレーザ切断するパルスレーザアセンブリ２１０に加えて、ガラス支持アセンブリ１２０も含み得る。本明細書におけるガラス切断ステーション２００は、１つのパルスレーザアセンブリ２１０のみを示しているが、ガラス切断ステーション２００は、更なるパルスレーザまたは更なるガラス切断装置（図示せず）を含んでもよいと考えられる。ガラス支持アセンブリは、パルスレーザアセンブリ２１０によるレーザ切断中にガラス物品１０を支持する全ての構成要素を含み得る。一実施形態では、ガラス支持アセンブリは、ガラス切断ステーション２００とガラス合成ステーション１１０との間に配設されたコンベア１２０を含む。更に、システム５００は、ガラス切断ステーション２００とガラス分離ステーション１４０との間に配設されたコンベア１２０を更に含み得る。
ガラス支持アセンブリは、図２Ａに示されるように、パルスレーザアセンブリがガラス物品１０に対して相対的に回転または移動する際に、ガラス物品１０を所定位置に保持する構成要素を含み得る。更に、ガラス物品１０は、ガラス物品１０をパルスレーザアセンブリ２１０に対して相対的に回転または移動させるための設備を含み得る。図１Ａの実施形態を参照すると、ガラス支持アセンブリは、同軸のチャック２４０によって回転される回転可能なスピンドル２３０である。従来の切断方法は高温で動作するので、例えば鋼等の耐熱性の組成を必要としたが、本明細書に記載されるパルスレーザアセンブリは、熱の発生が非常に少なく、発生するのは顕微鏡的に局所的な熱である。その結果、一部の実施形態では、ガラス支持アセンブリ１２０（例えばスピンドル２３０）は、ガラス物品１０と接触する柔軟なグリップ材料（例えば、ポリマーグリップ材料）を含むのが望ましい。ポリマーグリップ材料は、弾性材料（例えば、ゴム）を含み得る。或いは、ポリマーグリップ材料は、ポリテトラフルオロエチレンを含み得る。更なる実施形態では、ガラス支持アセンブリ（例えば、スピンドル２３０）は、非接触支持を含み得る。例えば、非接触支持は、水平空気ベアリングである。
図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、ガラス切断ステーション２００のパルスレーザアセンブリ２１０は、パルスレーザをレーザビーム焦線へと変形するためにパルスレーザのビーム経路内に配置された光学アセンブリ２１１を含み得る。一実施形態では、光学アセンブリ２１１は、レーザビーム焦線２２０を生じるよう構成された球面収差を有する集光光学要素２１６を含む。光学アセンブリ２１１は、レーザ２２０のビーム経路内の集光光学要素２１６の前に配置された環状のアパチャー２１３を含み得る。環状のアパチャー２１３は、レーザビームの中心にある１以上の光線を遮断するよう構成されている。集光光学要素２１６は、非球面の自由表面を有する円錐プリズム（例えばアキシコン）等の、球面にカットされた凸レンズであり得る。必要に応じて、光学アセンブリ２１１は、例えば更なる光学要素２１９等の更なる構成要素を更に含み得るが、アキシコン集光光学要素については、レンズはなくてもよく、または、複数の更なるレンズが導入されてもよい。
図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、焦点距離ｌのレーザビーム焦線２２０ｂに沿って適切なレーザ強度があると、延在するレーザビーム焦線２２０ｂは、ガラス物品１０内のレーザビーム焦線２２０ｂと一致する領域内に穿孔２２を生じる。この図３Ｂの穿孔２２は、長さＬのレーザビーム焦線部分２２０ｃに対応する。ここでは、レーザビーム焦線２２０ｂの平均スポット径は参照符号Ｄで示されている。図１Ａおよび図２Ａに示されるように、穿孔２２は、ガラス物品１０の全厚さを通って延びる。図３Ｂに示されている別の実施形態では、穿孔２２は、ガラス物品の層の全厚さｄにわたって延びなくてもよいが、このタイプの穿孔線は、穿孔が全厚さを通って延びる穿孔線ほどにはガラスを十分に脆弱化しない場合があるので、穿孔線２０に関してガラスを分離するための更なる後続の処理および処理工程が必要となる可能性がある。
光学アセンブリ、および焦線２２０を生じるために加えられ得るパルスレーザに関する更なる詳細、並びに、これらの光学アセンブリが適用され得る代表的な光学設定は、コーニング社の「Stacked Transparent Material Cutting With Ultrafast Laser Beam Optics, Disruptive Layers And Other Layers」という名称の事件番号ＳＰ１３−３８３ＰＺ／４９３６．１００３−００１の米国特許出願の明細書、および上述の欧州特許出願第１３１５１２９６号明細書に記載されており、それらの教示の全体を参照して本明細書に組み込む。
理論によって縛られるものではないが、パルスレーザアセンブリ２１０を用いるシステムは、従来のシステム（例えば、主に薬品用の管の製造に用いられる図４の従来のシステム）を凌駕する大きな改善を提供する。図４のシステム４００を参照すると、ガラス合成ステーション１１０において生成されるガラス物品１０は、ガラス物品１０内に破壊２５（即ち折取り線）を伝搬させるよう構成された粗切断ステーション１３０（典型的には、機械的クラック処理バー）に露出される。パルスレーザアセンブリ２１０によって提供される精密切断とは異なり、粗切断ステーション１３０は、ガラス物品１０に望ましくないガラス片および粒子を生じる可能性がより高く、これは、医薬品グレードのガラスには非常に望ましくない。図４〜図６は、ガラス合成ステーション１１０を出たガラス物品１０が予め切断されている場合を示しているが、これは主に、単に説明の目的である。連続した延伸された長さを有するガラス物品１０がガラス合成ステーション２１０から出ることも、十分考えられる。
再び図４の従来例を参照すると、粗切断ステーション１３０の下流において、ガラス物品１０は、ガラス分離ステーション１４０へと供給され得る。ガラス分離ステーション１４０は、ガラスを劈開するために用いられるＣＯ２レーザを含み得る。或いは、ガラス分離ステーション１４０は、ガラスを分離するために用いられる機械的応力要素を含み得る。更に、図４に示されるように、ガラス分離ステーション１４０は、折取り線２５に沿ってガラスを分離するために用いられ得る熱衝撃装置１４２、１４４も含み得る。分離後でも、切断されたガラス物品１０には望ましくない粒子および粗いエッジが存在し得る。従って、本システムは、望ましくない粒子を除去するためのエアブロワー１５０と、ガラス物品１０の縁部を適正に処理するための火仕上げステーション１６０とを必要とし得る。更に、ガラス物品１０は、ガラスに粒子が存在しないことを確実にするための洗浄等の更なる処理工程１７０を受ける必要がある。
一方、図５の本実施形態を参照すると、システム５００は、パルスレーザアセンブリ２１０を含むガラス切断ステーション２００の上流に、切断ステーション１３０を含み得る。上流の切断ステーション１３０は、ガラス物品内において破壊２５を伝搬させるための、穿孔線２０に関する機械的クラック処理バー、ＣＯ２レーザ、または他の適切な手段を含み得る。理論によって縛られるものではないが、粗切断ステーション１３０によって生じた破壊２５は、パルスレーザアセンブリ２１０によって生じる穿孔線２０によって滑らかにされる。粗切断を施した後に、レーザによる穿孔を行うことにより、ガラスの分離１４０がより容易になり得ると共に、設けられたガラス物品１０がより良好な端部断面形状を有し得るので、これにより、ガラス分離ステーション１４０の下流における更なる処理は限定的なものになるか、または必要なくなる。理論によって縛られるものではないが、パルスレーザ穿孔の精度は、分離後の欠けおよび粒子の形成を大きく制限する。従って、ガラスの分離後の更なる処理工程は最小限になるかまたは必要なくなる。
更に図５に示されるように、一部の実施形態では、ガラス分離ステーション１４０は、更なる熱処理または更なるレーザ処理を含み得るが、ガラス物品１０は、穿孔線２０に関して自発的に分離し得ることが考えられる。理論によって縛られるものではないが、粗切断ステーション１３０の直後にガラス物品をレーザ切断することがもたらし得る長所は、ガラス合成ステーション１１０からの延伸後のガラス物品１０の上昇した温度を利用することである。これにより、ガラス物品１０が室温まで冷却される際の分離が可能になる。或いは、図５に示されるように、ガラス分離ステーション１４０は、熱衝撃装置１４２、１４４を含み得る。具体的には、熱衝撃装置１４２、１４４は、例えば水素／酸素バーナーまたはＣＯ２レーザ等の加熱要素１４２を含み得る。更に、熱衝撃装置１４０は、加熱要素１４２の下流に、冷却要素１４４を含み得る。
更に図５に示されるように、パルスレーザアセンブリ２１０は正確な狭い穿孔線を生じ、真っ直ぐなきれいな破壊を可能にするので、パルスレーザアセンブリ２１０は、図４に示されるような火仕上げ１６０の必要をなくすか、または火仕上げの時間を大きく抑制する。理論によって縛られるものではないが、火仕上げ１６０は、ガラス物品のエッジを修復するように行われるが、火仕上げは、ボロシリケート管の場合には、薬品用の製品においては望ましくない加水分解による表面汚染問題の原因となるガラス揮発物の付着等の、二次的な問題を生じ得る。従って、パルスレーザアセンブリ２１０がこの仕上げ処理を低減する、またはなくすことは、ガラス揮発物を制限するために有益である。
更に、システム５００は、必要に応じて、粒子を除去するためのエアブロワー１５０、または、例えば、はがれた粒子を除去するための洗浄等の更なる処理１７０工程を含み得る。繰り返すが、薬品用のガラスの分野においては、粒子の除去は非常に重要である。
図６のシステム６００を参照すると、パルスレーザアセンブリ２１０は、ガラス物品をガラス合成ステーション１１０から直接受け取ってもよく、これにより、図５に示されているガラス物品１０の粗切断１３０がなくなる。これらの実施形態に限定されるものではないが、パルスレーザアセンブリ２１０は、図９および図１０に示されている実施形態であり得る。更に、ガラス合成ステーション１１０から出る連続した管は、レーザ穿孔のために、パルスレーザアセンブリへと直接送られ得る。このシステム６００では、ガラス分離ステーション１４０は熱衝撃を用い得るが、ガラス物品は、ガラス合成ステーション１１０からのガラス物品１０が室温まで冷却される際に、穿孔線２０に関して自発的に分離し得ることも考えられる。従って、このシステム６００は、ガラス物品１０の切断において、パルスレーザアセンブリのみを用いてもよい。システム６００は、必要に応じて行われるエアブロー形成工程１５０、火仕上げ工程１６０、および更なる処理を示しているが、これらの工程のうちの１つまたは全ては必須ではない。
図５および図６に示されているシステム５００および６００は、管の切断に用いられるトリミングおよびグレージング装置（ＴＧＭ）等の様々な装置の代わりになるものである。ＴＧＭは、中心を走る広いコンベアを有する大きなオーブンとして視覚化することができる。ＴＧＭは、オーバーサイズのガラス管を取り込み、端部を加熱し、低温の鈍い金属の物体を用いて、所望の位置に衝撃を加える。これにより、ガラスが折れる。この処理は、切断が正確な位置で行われるようにコンベアがガラスを保持した状態で、他端部についても繰り返される。トリミング工程後の端部の品質は、依然として小片を示し、管の軸に対して真っ直ぐではない。従って、粗いエッジを有する正確な長さになったら、ガラス管の両端部は、外側に曲がった部分を低減すると共に出荷のために端部を強化するために、同時に火炎加工される。本実施形態は、少量の１マイクロメートル未満の粒子を生じ、エッジの「欠け」は生じないが、一方、ＴＧＭは、（高温のガラスで）大きなサイズの粒子を生じる。更に、本実施形態は、正確な寸法公差を有し、従って高い材料使用率を有するが、一方、ＴＧＭ装置は、トリミング処理において５％のガラスを無駄にする。パルスレーザによって生じる端部の幾何学的な品質は、火炎加工された端部よりも優れている。
更に、本パルスレーザアセンブリ２１０は、バイアルの製造に用いられる帯状ガラス装置の性能を大きく向上させる。図７Ａおよび図７Ｂを参照すると、帯状ガラス装置３００が示されている。一般的に、ローラ３１４によって帯状ガラス３１０が形成され、コンベア３１６上において処理方向３１８（図７Ａにおいて左から右）に移送される。ガラス３１２は、ローラ３１４に接触する前に加熱源によって溶融され、ローラ３１４はガラス３１２を帯状ガラス３１０へと再整形する。帯状ガラス３１０は、一般的に、処理方向３１８における長さと、長さより遥かに小さい厚さ（ローラ３１４間の領域によって決定される）とを有する。厚さは、帯状ガラス３１０の上面３１１と下面３１３との間の距離として定義される。帯状ガラス３１０の上面３１１および下面３１３は略平面状である。帯状ガラス３１０が処理方向に移動すると、より高温のガラス３１２が成型されて帯状ガラス３１０が形成され、帯状ガラス３１０の既存の部分が処理方向３１８に沿って移動するにつれて帯状ガラス３１０が連続的に製造されるようになっている。帯状ガラス３１０はコンベア３１６上に載置されてもよく、コンベア３１６は処理方向３１８に移動して帯状ガラス３１０を搬送し得る。
帯状ガラス３１０は処理方向３１８に搬送され、ブローヘッド３４０によってパリソン３４２が形成される。ブローヘッド３４０は、帯状ガラス３１０とほぼ同じ速度で処理方向３１８に移動し、帯状ガラス３１０の上面３１１に接触し得る。ブローヘッド３４０は帯状ガラス３１０にガスを吹き込んで、パリソン３４２を形成し、パリソン３４２は帯状ガラス３１０と共に処理方向３１８に移動する。本明細書において用いられる「パリソン」とは、例えば、帯状ガラス３１０の上方に配置されたブローヘッド３４０によって吹き込まれるガス等であるがそれらに限定されない機械的な力によって、帯状ガラス３１０の一部から形成される下方に突き出たガラスを指す。パリソン３４２は、ブローヘッド３４０から吹き込まれたガスによって、帯状ガラス３１０から懸下し、少なくとも部分的に引き伸ばされる。パリソン３４２は中空であり得、ブローヘッド３４０によって帯状ガラス３１０に形成された開口部における帯状ガラス３１０において接合され得る。
次に、パリソン３４２はガラス物品１０として整形される。一実施形態では、パリソン３４２は、パリソン３４２と位置合わせされるよう移動するペースト型３６０によって包まれる。ペースト型３６０は、合わさることでパリソン３４２を完全に包む２つの面を有し得る。ペースト型３６０は、帯状ガラス３１０を移動させるコンベア３１６と同じ速度で処理方向３１８に移動し得るものであり、一般的に、パリソン３４２を形成したブローヘッド３４０と位置合わせされ得る。ペースト型３６０は、形成されるガラス物品１０の外面形状と対応する内面形状を有する。ブローヘッド３４０は、パリソン３４２にガスを吹き込み続け、パリソン３４２はペースト型３６０の内面形状を充たすように膨張し、このようにしてガラス物品１０の所望の形状が形成される。
図７Ａに示されるように、複数のブローヘッド３４０およびペースト型３６０は、連続的に生成される帯状ガラス３１０と接触するよう連続的に循環され得る。従って、ブローヘッド３４０、ペースト型３６０、および帯状ガラス３１０を移動させるコンベア３１６は全て、ほぼ同じ速度で移動する。
次に、ペースト型３６０が開き、帯状ガラス３１０から懸下した形成されたガラス物品１０から離される。ペースト型３６０が除去されたら、ガラス物品１０の形状およびサイズは、帯状ガラス３１０から分離される最終的なガラス物品１０の形状およびサイズである。次に、ブローヘッド３４０が帯状ガラス３１０から離され、帯状ガラス３１０およびそこに付着したガラス物品１０のみが残される。帯状ガラス３１０およびガラス物品１０は、コンベア３１６によって処理方向３１８に移動され続ける。ガラス物品１０は冷却されて、硬い固体状になる。冷却は、周囲条件に露出することにより徐々に行われてもよく、または、強制的な冷却処理であってもよい。
従来の帯状ガラス装置は、機械的処理によって、ガラス物品１０をそれらが付着した帯状ガラス３１０から分離し得る。そのような処理は、約２００マイクロメートルより大きいガラス片を生じ得る。しかし、本明細書に記載されるレーザ加工方法および装置は、２００マイクロメートルより大きいガラス片または他のデブリを生じずに、帯状ガラス３１０からガラス物品１０を分離し得る。例えば、様々な実施形態では、レーザ加工によって生じるデブリのサイズは小さく、例えば、約２００マイクロメートル未満、約１００マイクロメートル未満、約５０マイクロメートル未満、約２５マイクロメートル未満、または約１０マイクロメートル未満であり得る。
図７Ｂを参照すると、パルスレーザアセンブリ２１０は、コンベア３１６に隣接して、レーザビーム焦線がバイアルのネック部に複数の穿孔を施すことができる位置に向けられ得る。この実施形態では、パルスレーザビーム焦線がガラス物品１０のネック部に入射する際、パルスレーザアセンブリ２１０がガラス物品１０の周囲を回転してもよく、または、コンベア３１６がガラス物品１０を回転させてもよい。穿孔２０が生じた後、ガラス物品１０は、ガラス物品を穿孔２０に関して分離するガラス分離ステーション（例えば、熱衝撃装置）へと供給される。
従来の高温形成方法、特に帯状ガラス法では、バイアル等のガラス物品は、容器の閉じた底部を形成するために、ガラスの管を回しながらガラス管を炎に直接晒すことによって高温に晒すことを含むプロセスによって形成される。本明細書において用いられる帯状ガラス装置を用いるプロセスは、「高温」ではない。その代わりに、帯状ガラス装置において、ガラスは、比較的低い形成温度においてペースト型によって成型される。一方、本明細書に記載される帯状ガラス装置のプロセスは、ガラス形成のために高温を用いないので、ホウ素の揮発は実質的に生じない。従って、帯状ガラスプロセスによって形成されたガラス物品の層間剥離は、従来の高温で形成されたガラス物品と比較して大きく低減される。
本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変形および変更が行われ得ることが、当業者には自明であろう。当業者は、本発明の趣旨および本質を組み込んだ本開示の実施形態の組合せ、部分的な組合せ、および変形を想到し得るため、本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物の範囲内のあらゆるものを包含すると解釈されるべきである。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態１
ガラス物品をレーザ切断する方法において、
２つの端部と、該２つの端部の間に長手方向に配設された少なくとも１つの側面とを含む少なくとも１つのガラス物品を、０．１〜１００ｍｍの長さを有するレーザビーム焦線を定める少なくとも１つのパルスレーザを有するパルスレーザアセンブリへと供給する工程と、
前記パルスレーザの波長に対して透明な前記ガラス物品と前記パルスレーザとを相対移動させつつ、前記ガラス物品の前記側面に対して或る入射角で、前記パルスレーザを前記レーザビーム焦線に沿って集光することによって、前記ガラス物品内に少なくとも１つの穿孔線をレーザ切断する工程と、
レーザ切断されたガラス物品を設けるために、前記ガラス物品を前記少なくとも１つの穿孔線に沿って分離する工程と
を含むことを特徴とする方法。
実施形態２
前記パルスレーザの前記波長が約１．８μｍ未満である、実施形態１記載の方法。
実施形態３
前記ガラス物品が管である、実施形態１または２記載の方法。
実施形態４
前記パルスレーザアセンブリへと供給される前記管が、ガラス合成ステーションから送出される連続した管である、実施形態３記載の方法。
実施形態５
前記パルスレーザアセンブリへと供給される前記管が、予め切断された管である、実施形態３記載の方法。
実施形態６
前記ガラス物品が、カートリッジ、バイアル、およびシリンジからなる群から選択される、実施形態１、２、または３記載の方法。
実施形態７
各穿孔が、前記ガラス物品の厚さに延在する、実施形態１〜６記載の方法。
実施形態８
前記ガラス物品を前記パルスレーザで切断する前に、前記ガラス物品を切断する工程を更に含む、実施形態１、２、３、または５記載の方法。
実施形態９
前に行われる前記切断する工程が、機械的クラック処理またはレーザ切断によって達成される、実施形態１記載の方法。
実施形態１０
前記穿孔線に関して、熱衝撃を加えることによって、機械的応力を加えることによって、またはそれらの組合せによって、前記ガラス物品の分離が生じる、実施形態１記載の方法。
実施形態１１
前記ガラス物品が、ボロシリケートガラス、ソーダライムガラス、またはアルミノシリケートガラスを含む、実施形態１〜１０のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１２
前記穿孔線が、３００〜５００ｎｍのサイズを有し１〜３０μｍの間隔で離間された複数の孔である、実施形態１〜１１のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１３
前記ガラス物品と前記パルスレーザとの相対移動が、前記ガラス物品の前記側面を横断する前記パルスレーザの移動によって定められる、実施形態１〜１２のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１４
前記ガラス物品と前記パルスレーザとの相対移動が、前記パルスレーザに対して相対的な前記ガラス物品の移動によって定められる、実施形態１記載の方法。
実施形態１５
前記ガラス物品と前記パルスレーザとの相対移動が、前記ガラス物品の平行移動および前記パルスレーザの回転移動によって定められる、実施形態１〜１４のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１６
前記穿孔線に沿った縁部を滑らかにするために、レーザ切断された前記ガラス物品に火仕上げを行う工程を更に含む、実施形態１〜１５のいずれか１つに記載の方法。
実施形態１７
少なくとも１つのガラス物品をレーザ切断するシステムにおいて、
２つの端部と、該２つの端部の間に長手方向に配設された少なくとも１つの側面とを含む少なくとも１つのガラス物品を形成するよう動作可能なガラス合成ステーションと、
ガラス切断ステーションであって、前記ガラス合成ステーションから受け取った前記ガラス物品内に少なくとも１つの穿孔線レーザ切断するよう動作可能なパルスレーザアセンブリと、前記パルスレーザアセンブリ内におけるレーザ切断中に、前記ガラス物品を支持するよう構成されたガラス支持アセンブリとを含み、前記パルスレーザアセンブリと前記ガラス支持アセンブリとが互いに相対移動可能であり、前記パルスレーザアセンブリが、
パルスレーザと、
前記パルスレーザを、０．１ｍｍ〜１００ｍｍの範囲内の長さを有するレーザビーム焦線へと変形するために、前記パルスレーザのビーム経路内に配置された光学アセンブリと
を含み、
前記ガラス物品と前記パルスレーザアセンブリとが互いに対して相対的に移動している間、前記パルスレーザが、該パルスレーザの波長に対して透明な前記ガラス物品内に前記レーザビーム焦線に沿って少なくとも１つの穿孔線を生じるために、前記ガラス物品の前記側面上に向けられる、ガラス切断ステーションと、
レーザ切断されたガラス物品を設けるために、前記ガラス切断ステーションの下流において、前記穿孔線に関して前記ガラス物品の部分を除去するよう構成されたガラス分離ステーションと
を含むことを特徴とするシステム。
実施形態１８
前記ガラス物品が管である、実施形態１７記載のシステム。
実施形態１９
前記管が、前記ガラス合成ステーションにおいて製造される連続した管である、実施形態１８記載のシステム。
実施形態２０
前記管が、前記ガラス切断ステーションに送られる前に予め切断された管である、実施形態１８記載のシステム。
実施形態２１
前記ガラス物品が、カートリッジ、バイアル、およびシリンジからなる群から選択される、実施形態１７記載のシステム。
実施形態２２
前記光学アセンブリが、前記レーザビーム焦線を生じるよう構成された集光光学要素を含む、実施形態１７記載のシステム。
実施形態２３
前記ガラス支持アセンブリが、前記ガラス切断ステーションと前記ガラス合成ステーションとの間に配設されたコンベアを含む、実施形態１７または２２記載のシステム。
実施形態２４
前記パルスレーザアセンブリの上流に切断ステーションを更に含む、実施形態１７、２２、または２３記載のシステム。
実施形態２５
前記ガラス分離ステーションが、熱衝撃装置、機械的応力要素、またはそれらの組合せを含む、実施形態１７記載のシステム。
実施形態２６
前記熱衝撃装置が、水素／酸素バーナー、ＣＯ２レーザ、およびそれらの組合せからなる群から選択される加熱要素を含む、実施形態２５記載のシステム。
実施形態２７
熱衝撃装置が、前記加熱要素の下流に冷却要素を含む、実施形態２６記載のシステム。
実施形態２８
前記ガラス支持アセンブリが、前記ガラス物品と接触するポリマーグリップ材料を含む、実施形態１７記載のシステム。
実施形態２９
前記ポリマーグリップ材料がゴムである、実施形態２８記載のシステム。
実施形態３０
前記ガラス支持アセンブリが非接触支持を含む、実施形態１７記載のシステム。
実施形態３１
前記非接触支持が水平空気ベアリングである、実施形態３０記載のシステム。
実施形態３２
前記ガラス支持アセンブリが、前記ガラス物品を回転させるよう構成された回転可能スピンドルチャックアセンブリを含む、実施形態１７記載のシステム。
実施形態３３
前記パルスレーザアセンブリが、前記ガラス物品の周囲を回転するよう構成された回転アームを含む、実施形態１７記載のシステム。
実施形態３４
前記パルスレーザアセンブリが、前記回転アームに結合され該回転アームと共に回転可能な１以上のミラーを含む、実施形態３３記載のシステム。
実施形態３５
前記パルスレーザおよび前記光学アセンブリが、前記回転アームに結合され該回転アームと共に回転可能である、実施形態３３記載のシステム。
実施形態３６
前記光学アセンブリが、前記回転アームに結合され該回転アームと共に回転可能であり、一方、前記パルスレーザは静止しているが、前記光学アセンブリと連絡している、実施形態３３記載のシステム。
実施形態３７
前記ガラス支持アセンブリが、前記回転アームが前記ガラス物品の周囲を回転する際に前記ガラス物品を移動させるよう動作可能なコンベアを含む、実施形態３３記載のシステム。
実施形態３８
前記ガラス合成ステーションが、Ｖｅｌｌｏダウンドロー装置、Ｄａｎｎｅｒガラス形成装置、または帯状ガラスブロー形成装置を含む、実施形態１７〜３７記載のシステム。
実施形態３９
前記パルスレーザが約５００μＪ未満の平均レーザエネルギーを有する、実施形態１〜１６記載の方法または実施形態１７〜３７記載のシステム。
実施形態４０
前記パルスレーザが約１０ピコ秒〜約１００ピコ秒のパルス持続時間を有する、実施形態１〜１６記載の方法または実施形態１７〜３９記載のシステム。
実施形態４１
前記パルスレーザが１０ピコ秒未満のパルス持続時間を有する、実施形態１〜１６記載の方法または実施形態１７〜３９記載のシステム。
実施形態４２
前記パルスレーザが１０ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚの繰り返し周波数を有する、実施形態１〜１６記載の方法または実施形態１７〜４１記載のシステム。
１０ ガラス物品
１２、１４ 端部
１６ 側面
２０ 穿孔線
２２ 穿孔
１１０ ガラス合成ステーション
１２０ コンベア、ガラス支持アセンブリ
１３０ 切断ステーション
１４０ ガラス分離ステーション
１４２ 加熱要素（熱衝撃装置）
１４４ 冷却要素（熱衝撃装置）
２００ ガラス切断ステーション
２０５ 回転アーム
２１０ パルスレーザアセンブリ
２１１ 光学アセンブリ
２１５Ａ〜２１５Ｃ ミラー
２１６ 集光光学要素
２１８ レーザビーム装置
２２０ レーザビーム焦線
２３０ スピンドル
４００、５００、６００ システム

Claims (10)

  1. ガラス物品をレーザ切断する方法において、
    ２つの端部と、該２つの端部の間に長手方向に配設された少なくとも１つの側面とを含む少なくとも１つのガラス物品を、０．１〜１００ｍｍの長さを有するレーザビーム焦線を定める少なくとも１つのパルスレーザを有するパルスレーザアセンブリへと供給する工程と、
    前記パルスレーザの波長に対して透明な前記ガラス物品と前記パルスレーザとを相対移動させつつ、前記ガラス物品の前記側面に対して或る入射角で、前記パルスレーザを前記レーザビーム焦線に沿って集光することによって、前記ガラス物品内に少なくとも１つの穿孔線をレーザ切断する工程と、
    レーザ切断されたガラス物品を設けるために、前記ガラス物品を前記少なくとも１つの穿孔線に沿って分離する工程と
    を含むことを特徴とする方法。
  2. （i）前記パルスレーザの前記波長が約１．８μｍ未満であり、および／または（ii）各穿孔が前記ガラス物品の厚さを通って延びる、請求項１記載の方法。
  3. 前記ガラス物品が、ボロシリケートガラス、ソーダライムガラス、またはアルミノシリケートガラスを含む、請求項１または２記載の方法。
  4. 前記穿孔線が、３００〜５００ｎｍのサイズを有し１〜３０μｍの間隔で離間された複数の孔である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 少なくとも１つのガラス物品をレーザ切断するシステムにおいて、
    ２つの端部と、該２つの端部の間に長手方向に配設された少なくとも１つの側面とを含む少なくとも１つのガラス物品を形成するよう動作可能なガラス合成ステーションと、
    ガラス切断ステーションであって、前記ガラス合成ステーションから受け取った前記ガラス物品内に少なくとも１つの穿孔線レーザ切断するよう動作可能なパルスレーザアセンブリと、前記パルスレーザアセンブリ内におけるレーザ切断中に、前記ガラス物品を支持するよう構成されたガラス支持アセンブリとを含み、前記パルスレーザアセンブリと前記ガラス支持アセンブリとが互いに相対移動可能であり、前記パルスレーザアセンブリが、
    パルスレーザと、
    前記パルスレーザを、０．１ｍｍ〜１００ｍｍの範囲内の長さを有するレーザビーム焦線へと変形するために、前記パルスレーザのビーム経路内に配置された光学アセンブリと
    を含み、
    前記ガラス物品と前記パルスレーザアセンブリとが互いに対して相対的に移動している間、前記パルスレーザが、該パルスレーザの波長に対して透明な前記ガラス物品内に前記レーザビーム焦線に沿って少なくとも１つの穿孔線を生じるために、前記ガラス物品の前記側面上に向けられる、ガラス切断ステーションと、
    レーザ切断されたガラス物品を設けるために、前記ガラス切断ステーションの下流において、前記穿孔線に関して前記ガラス物品の部分を除去するよう構成されたガラス分離ステーションと
    を含むことを特徴とするシステム。
  6. 前記ガラス物品が管である、請求項５記載のシステム。
  7. 前記光学アセンブリが、（i）前記レーザビーム焦線を生じるよう構成された集光光学要素、および／または（ii）前記ガラス切断ステーションと前記ガラス合成ステーションとの間に配設されたコンベア、および／または（iii）切断ステーションを含む、請求項５記載のシステム。
  8. （i）前記ガラス支持アセンブリが、前記ガラス物品と接触するポリマーグリップ材料を含む、または（ii）前記ガラス支持アセンブリが、前記ガラス物品と接触するポリマーグリップ材料を含み、該ポリマーグリップ材料がゴムである、または（iii）前記ガラス支持アセンブリが非接触支持を含む、請求項５記載のシステム。
  9. 前記ガラス合成ステーションが、Ｖｅｌｌｏダウンドロー装置、Ｄａｎｎｅｒガラス形成装置、または帯状ガラスブロー形成装置を含む、請求項５記載のシステム。
  10. 前記パルスレーザが約５００μＪ未満の平均レーザエネルギーを有する、および／または（ii）前記パルスレーザが約１０ピコ秒〜約１００ピコ秒のパルス持続時間を有する、および／または（iii）前記パルスレーザが１０ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚの繰り返し周波数を有する、請求項５記載のシステム。
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