JP2020029379A - 管状ガラス切断装置及び管状ガラス切断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】管状ガラスの折り割り構造の簡易化を可能にした管状ガラス切断装置及び管状ガラス切断方法を提供する。【解決手段】管状ガラス切断装置６は、管状ガラスＧに周方向の一部にクラックＣを形成するクラック形成部１２と、管状ガラスＧに曲げ応力Ｆを加えてクラックＣを伸展させることにより管状ガラスＧを折り割るクラック伸展部１３とを備える。クラック伸展部１３は、搬送された管状ガラスＧを一方側から保持する保持ローラ１４と、この管状ガラスＧを他方側から支持する支持ローラ１５と、管状ガラスＧに接触して管状ガラスＧを折り割る治具１６とを備える。治具１６は、偏心回転により管状ガラスＧに曲げ応力Ｆを加えて管状ガラスＧを折り割る偏心ローラ１６ａからなる。【選択図】図６

Description

本発明は、管状ガラスを所定長さに切断して管ガラスを形成する管状ガラス切断装置及び管状ガラス切断方法に関する。

連続する管状ガラスを所定長さに切断して管ガラスを形成する管状ガラス切断装置が周知である。この管状ガラス切断装置には、例えば管状ガラスにレーザによってクラック（スクライブ）を形成し、管状ガラスに加えられた曲げ応力によりクラックを伸展させて折り割ることにより、所定長さの管ガラスを得るレーザ式が周知である（特許文献１等参照）。

特開２０１７−７７９９１号公報

ところで、この種の管状ガラス切断装置においては、クラック形成後の管状ガラスの切断を簡易に行うことで装置を簡素化することが望まれている。
本発明の目的は、管状ガラスの折り割り構造の簡易化を可能にした管状ガラス切断装置及び管状ガラス切断方法を提供することにある。

前記問題点を解決する管状ガラス切断装置は、管状ガラスに治具によって曲げ応力を加えることにより、前記管状ガラスに形成されたクラックを伸展させて前記管状ガラスを切断する構成であって、前記治具は、偏心回転により前記管状ガラスに曲げ応力を加える偏心ローラである。

本構成によれば、管状ガラスに曲げ応力を加えて折り割る構造を、偏心ローラを用いた構造とし、偏心ローラの回転により、管状ガラスを切断することが可能となる。よって、管状ガラスの折り割り構造を簡易化することが可能となる。

前記管状ガラス切断装置において、前記偏心ローラは、前記管状ガラスを位置決めする溝を有するローラであることが好ましい。この構成によれば、管状ガラスを折り割る際、溝を有するローラによって管状ガラスを所定の位置に位置決めすることが可能となる。よって、折り割り後のガラス端面の良好な品質を確保することが可能となる。

前記管状ガラス切断装置において、前記偏心ローラは、前記管状ガラスに曲げ応力を付与する第１面と、前記第１面よりも大きな曲げ応力を前記管状ガラスに付与する第２面とを備えることが好ましい。この構成によれば、クラック形成時には、偏心ローラの第１面によって管状ガラスに応力を与え、管状ガラスの折り割り時には、偏心ローラの第２面によって、クラック形成時よりも大きな応力を管状ガラスに与えることができる。よって、クラック形成及びガラス折り割りの各工程に応じて、適切な曲げ応力を管状ガラスに加えることが可能となる。

前記管状ガラス切断装置において、前記管状ガラスにレーザを照射することにより当該管状ガラスに前記クラックを形成するレーザ光照射装置を備えることが好ましい。この構成によれば、レーザによって安定したクラックが形成され、管状ガラスを折り割ることが可能となる。

前記問題点を解決する管状ガラス切断方法は、管状ガラスに治具によって曲げ応力を加えることにより、前記管状ガラスに形成されたクラックを伸展させて前記管状ガラスを切断する方法であって、前記治具は、偏心回転により前記管状ガラスに曲げ応力を加える偏心ローラである。

前記管状ガラス切断方法において、偏心ローラによって前記管状ガラスに曲げ応力を加えた状態で当該管状ガラスに前記クラックを入れ、その曲げ応力を増大させていくことによって前記クラックを伸展させて、前記管状ガラスを切断することが好ましい。この構成によれば、クラック形成の時点で偏心ローラから曲げ応力を予め管状ガラスに付与しておくので、管状ガラスの折り割りに必要な曲げ応力をスムーズに増大させて管状ガラスを折り割ることが可能となる。

本発明によれば、管状ガラスの折り割り構造を簡易化することができる。

一実施形態の管ガラス製造装置の構成図。 管状ガラス切断装置の構成図。 偏心ローラの斜視図。 偏心ローラの側面図。 （ａ），（ｂ）はクラック形成工程の説明図。 （ａ）,（ｂ）は折り割り工程の説明図。

以下、管状ガラス切断装置及び管状ガラス切断方法の一実施形態を図１〜図６に従って説明する。
図１に示すように、管ガラス製造装置１は、ガラス原料を溶融して溶融ガラスＭを生成するガラス溶融炉２と、溶融ガラスＭを管状に引き出して成形するマッフル炉３と、マッフル炉３から送られてくる管状ガラスＧ（連続管ガラス）をアニール処理（熱処理）するアニーラー４と、アニール処理後の管状ガラスＧを管引き成形する管引き装置５とを備える。また、管ガラス製造装置１は、管引き装置５によって牽引された管状ガラスＧを切断する管状ガラス切断装置６と、切断後の管ガラスＧ’を搬送するコンベア７とを備える。

マッフル炉３は、軸Ｌ１回りに回転して溶融ガラスＭを管状（管状ガラスＧ）に成形するスリーブ８を備える。スリーブ８は、例えば円筒状の耐火物からなる。スリーブ８は、部分的にテーパ状に形成され、テーパ部分の小径側端部９を斜め下方に向けた状態で配置されている。スリーブ８は、シャフト１０を介して連結された駆動装置１１によって回転することにより、ガラス溶融炉２から供給された溶融ガラスＭを円筒状に巻回して、小径側端部９の側から管状に引き出し成形する。管状に引き出し成形された溶融ガラスＭは、管状ガラスＧとしてマッフル炉３の外部へ連続的に引き出される。

アニーラー４は、所定のアニール処理により管状ガラスＧの歪みを除去する。アニール処理の温度や加熱時間等は、必要に応じて種々の値に設定される。
管引き装置５は、マッフル炉３で管状に引き出された溶融ガラスＭと、アニーラー４を通過中及び通過した管状ガラスＧとを一定速度で牽引することにより、管状ガラスＧを管状ガラス切断装置６に搬送する。本例の管引き装置５は、図示しない一対の搬送ベルトによって管状ガラスＧの上部と下部とを挟持しつつ、下流側へ牽引して管引きすることにより、所定の外径寸法に整えられた管状ガラスＧを管状ガラス切断装置６に搬送する。

図２に示すように、管状ガラス切断装置６は、管状ガラスＧにレーザによってクラック（スクライブともいう）を入れてから曲げ応力を加えることにより、管状ガラスＧを所定長さに切断して管ガラスＧ’に加工する。この場合、管状ガラス切断装置６は、管状ガラスＧに周方向の一部にクラックを形成するクラック形成部１２と、管状ガラスＧに曲げ応力を加えてクラックを伸展させることにより管状ガラスＧを折り割るクラック伸展部１３とを備える。

クラック形成部１２は、レーザによって管状ガラスＧにクラックを形成するレーザ光照射装置１２ａである。レーザ光照射装置１２ａは、例えば多光子吸収レーザであることが好ましい。また、レーザ光照射装置１２ａは、管状ガラスＧに一方向から部分的にレーザを照射することにより、管状ガラスＧの一部分にクラックを形成する。

クラック伸展部１３は、搬送された管状ガラスＧを一方側から保持する保持ローラ１４と、この管状ガラスＧを他方側から支持する支持ローラ１５と、管状ガラスＧに接触して管状ガラスＧを折り割る治具１６とを備える。保持ローラ１４、支持ローラ１５及び治具１６は、管状ガラスＧの搬送経路Ｌ２に沿ってこの順に並んで配置されている。保持ローラ１４及び支持ローラ１５は、搬送された管状ガラスＧを挟み込むようにして位置決めする。

図３に示すように、治具１６は、偏心回転により管状ガラスＧに曲げ応力を加えて管状ガラスＧを折り割る偏心ローラ１６ａである。また、偏心ローラ１６ａは、管状ガラスＧを位置決めする溝１７を有するローラである。本例の偏心ローラ１６ａは、英文字Ｖ字状の溝１７を有するＶローラであることが好ましい。偏心ローラ１６ａは、管状ガラスＧの加工の際、サーボモータ等を駆動源にして一定速度で回転する。溝１７は、偏心ローラ１６ａの回転軸１８回り（同図に示す回転の矢印Ａ方向）に沿い全周に亘って形成されている。Ｖローラ（偏心ローラ１６ａ）は、搬送されてくる管状ガラスＧを、搬送方向及び上下方向において位置決めする。

図４に示すように、偏心ローラ１６ａの溝１７は、管状ガラスＧに対して曲げ応力を付与する押込面１９を備える。押込面１９は、溝１７において他の部位に対する溝の深さを変えることで形成されている。

偏心ローラ１６ａは、管状ガラスＧにクラックを形成する際に所定の応力を加えることが可能で、かつクラック形成後に、クラックを形成する際の応力よりも大きな曲げ応力Ｆを管状ガラスＧに付与して、管状ガラスＧを切断することが可能な形状に形成されている。本例の場合、偏心ローラ１６ａ（押込面１９）は、管状ガラスＧに所定の曲げ応力を付与する第１面２０と、第１面２０に付与された曲げ応力よりも大きい曲げ応力を管状ガラスＧに付与する第２面２１とを備える。第１面２０は、クラック形成時に管状ガラスＧに曲げ応力を与える部位である。第２面２１は、クラック形成後の管状ガラスＧを折り割る際に管状ガラスＧに曲げ応力を与える部位である。

次に、図５及び図６を用いて、管状ガラス切断装置６の作用及び効果を説明する。
図５（ａ）に示すように、管状ガラスＧが切断位置まで搬送されると、レーザ光照射装置１２ａからレーザＬＡが管状ガラスＧに照射されて、管状ガラスＧにクラックＣが形成される（クラック形成工程）。レーザＬＡは、管状ガラスＧの内部に届く焦点距離で管状ガラスＧに照射される。このとき、偏心ローラ１６ａの折り割り方向Ａへの回転に伴って、溝１７（押込面１９）のうち第１面２０が管状ガラスＧに接触し、第１面２０から管状ガラスＧに曲げ応力が加えられた状態となる。また、このときの曲げ応力は、管状ガラスＧを折り割る程の大きな加重ではなく、管状ガラスＧを適度に支持できる程度の大きさの力であればよい。

図５（ｂ）に示すように、本例のレーザ光照射装置１２ａは、例えばレーザＬＡの焦点距離を変化させながら、レーザＬＡを管状ガラスＧの周方向において「Ｂ１」から「Ｂ２」まで走査することにより、所定長さのクラックＣを形成する。本例の場合、クラックＣは、クラックＣの中心Ｐｒと管状ガラスＧの軸中心Ｐｋとを結んだ線に対して直交する方向に延びる直線状に形成される。

ここで、管状ガラスＧ（管ガラスＧ’）の厚さを「ｗ」とし、外径を「ｒ」とする。本例の場合、厚さｗは、０．２〜２ｍｍに設定されることが好ましく、管状ガラスＧの軸中心Ｐｋからの距離である外径ｒは、１〜５０ｍｍに設定されることが好ましい。

図６（ａ）,（ｂ）に示すように、管状ガラスＧにクラックＣが形成された後、偏心ローラ１６ａによる管状ガラスＧの折り割りが実行される（折り割り工程）。本例の場合、図６（ｂ）に示すように、スリーブ８により回転されながら管状ガラスＧが引き出されるので、管状ガラスＧが折り割り位置に到達した際、クラックＣが管状ガラスＧの周方向において所定距離移動する。

管状ガラスＧの折り割り時、偏心ローラ１６ａの折り割り方向Ａへの更なる回転に伴い、溝１７（押込面１９）のうち第２面２１が管状ガラスＧに接触し、第２面から管状ガラスＧに折り割りに必要な曲げ応力Ｆが加えられる。このときの曲げ応力Ｆは、管状ガラスＧを折り割るのに必要な力に設定されている。

管状ガラスＧに折り割りの曲げ応力Ｆが加わると、クラックＣの端（クラック端２２ａ，２２ｂ）を基点にして、クラックＣが伸展する。ここでは、クラックＣの両端からクラックＣが各々伸展し、これがクラック伸展２３（一方を「２３ａ」とし、他方を「２３ｂ」とする）となる。すなわち、各クラック端２２ａ，２２ｂから延びたクラック伸展２３ａ，２３ｂが、合流点Ｓまで伸展していき、合流したタイミングで管状ガラスＧが分断される。このようにして、連続した管状ガラスＧから所定長さで切断され、管ガラスＧ’が形成される。

管状ガラスＧの折り割り後、残った管状ガラスＧから管ガラスＧ’が同様の手順により製造される。そして、以上の工程が繰り返されることにより、連続成形される管状ガラスＧから複数の管ガラスＧ’が製造される。

本例の場合、クラック形成後の管状ガラスＧに曲げ応力Ｆを加えて折り割る構造を、偏心ローラ１６ａを用いた構造とし、偏心ローラ１６ａの回転により、クラック形成後の管状ガラスＧを切断することが可能となる。よって、管状ガラスＧの折り割り構造を簡易化することができる。

偏心ローラ１６ａは、管状ガラスＧを位置決めする溝１７（英文字Ｖ字状の溝１７）を有するローラ（Ｖローラ）である。これにより、管状ガラスＧを折り割る際、管状ガラスＧを所定の位置に位置決めすることが可能となる。よって、折り割り後のガラス端面の良好な品質を確保することができる。

偏心ローラ１６ａは、管状ガラスＧに所定の曲げ応力を付与する第１面２０と、第１面２０により付与された曲げ応力よりも大きい曲げ応力を管状ガラスＧに付与する第２面２１とを備える。このため、クラック形成時には、偏心ローラ１６ａの第１面２０によって管状ガラスＧに曲げ応力を与え、管状ガラスＧの折り割り時には、偏心ローラ１６ａの第２面２１によって、クラック形成時よりも大きな曲げ応力Ｆを管状ガラスＧに与えることができる。よって、クラック形成及びガラス折り割りの各工程に応じて、適切な曲げ応力Ｆを偏心ローラ１６ａから管状ガラスＧに加えることができる。

クラック形成工程では、管状ガラスＧにレーザＬＡを照射することにより管状ガラスＧにクラックＣを形成する。よって、レーザＬＡによって安定したクラックＣが形成され、管状ガラスＧを折り割ることができる。

本例では、偏心ローラ１６ａによって管状ガラスＧに曲げ応力を加えた状態で管状ガラスＧにクラックＣを形成し、その曲げ応力を増大させていくことによってクラックＣを伸展させて、管状ガラスＧを切断する。この場合、クラック形成の時点で偏心ローラ１６ａにより曲げ応力を予め管状ガラスＧに付与しておくので、管状ガラスＧの折り割りに必要な曲げ応力をスムーズに増大させて管状ガラスＧを折り割ることが可能となる。

なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・偏心ローラ１６ａの１回転で管状ガラスＧを１つ折り割る工法に限らず、例えば偏心ローラ１６ａの半回転ごとに、管状ガラスＧを１本ずつ折り割る工法としてもよい。

・偏心ローラ１６ａの第１面２０及び第２面２１は、互いが連なる連続面であることに限定されず、連続しない分断された面でもよい。
・クラックＣは、管状ガラスＧの内部にのみ形成されることに限定されず、表面や裏面に露出してもよい。

・クラックＣの形状は、ガラス端面において直線状となった形状に限定されず、例えば管状ガラスＧの周方向に沿った円弧状など、他の形状に変更してもよい。
・クラックＣの幅、厚さ、傾きなどは、実施例以外の態様に適宜変更できる。

・クラック形成工程と折り割り工程とは、同時に実施されることに限定されず、これら工程間に時間差を設けて、非同期としてもよい。この場合、クラックＣは、例えば曲げ応力Ｆの方向に沿う線（加重方向の線Ｌｃ）と一部が重ならないように形成されてもよい。

・管状ガラスＧに照射されるレーザＬＡは、多光子吸収レーザに限定されず、他の種類のレーザＬＡを採用してもよい。
・レーザＬＡを照射してクラックＣを形成する場合、レーザＬＡの照射の態様は、必要とするクラックＣを形成することができれば、どのような態様を採用してもよい。

・クラック形成部１２は、レーザ式に限定されず、例えばメカニカルにクラックＣを形成するなど、他の方式のものに変更してもよい。
・偏心ローラ１６ａは、第１面２０及び第２面２１を有する形状に限定されず、管状ガラスＧに曲げ応力Ｆを付与できる形状をとっていればよい。

・偏心ローラ１６ａは、Ｖローラに限定されず、少なくとも回転軸１８が偏心位置に存在するローラであればよい。
・溝を有するローラはＶローラに限定されず、例えば、英文字Ｕ字状の溝を有するＵローラ、溝の底角部が略９０°の片仮名コ字状の溝を有するローラであってもよい。

・支持ローラ１５の位置は、例えばレーザ光照射装置１２ａの直下に位置することに限定されない。例えば、支持ローラ１５は、管状ガラスＧの搬送方向においてレーザ光照射装置１２ａに対して、コンベア７側又はマッフル炉３側に配置されてもよい。

・クラック形成工程時、偏心ローラ１６ａから管状ガラスＧに曲げ応力Ｆが付与されることに限定されず、曲げ応力が付与されていない状態でクラックを形成してもよい。
・管ガラス製造装置１は、実施例以外の構成を適宜採用可能である。

１…管ガラス製造装置、６…管状ガラス切断装置、１２ａ…レーザ光照射装置、１６…治具、１６ａ…偏心ローラ（Ｖローラ）、１７…溝、２０…第１面、２１…第２面、Ｇ…管状ガラス、Ｇ’…管ガラス、Ｃ…クラック、Ｆ…曲げ応力、ＬＡ…レーザ。

Claims (6)

1. 管状ガラスに治具によって曲げ応力を加えることにより、前記管状ガラスに形成されたクラックを伸展させて前記管状ガラスを切断する管状ガラス切断装置であって、
   前記治具は、偏心回転により前記管状ガラスに曲げ応力を加える偏心ローラである管状ガラス切断装置。
2. 前記偏心ローラは、前記管状ガラスを位置決めする溝を有するローラである
   請求項１に記載の管状ガラス切断装置。
3. 前記偏心ローラは、前記管状ガラスに曲げ応力を付与する第１面と、前記第１面よりも大きな曲げ応力を前記管状ガラスに付与する第２面とを備える
   請求項１又は２に記載の管状ガラス切断装置。
4. 前記管状ガラスにレーザを照射することにより当該管状ガラスに前記クラックを形成するレーザ光照射装置を備える
   請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の管状ガラス切断装置。
5. 管状ガラスに治具によって曲げ応力を加えることにより、前記管状ガラスに形成されたクラックを伸展させて前記管状ガラスを切断する管状ガラス切断方法であって、
   前記治具は、偏心回転により前記管状ガラスに曲げ応力を加える管状ガラス切断方法。
6. 偏心ローラによって前記管状ガラスに曲げ応力を加えた状態で当該管状ガラスに前記クラックを入れ、その曲げ応力を増大させていくことによって前記クラックを伸展させて、前記管状ガラスを切断する
   請求項５に記載の管状ガラス切断方法。