JP2023554073A - 中空のガラス物品の製造方法およびその製造装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、中空のガラス物品を製造するための方法に関する。該方法は、１００℃を超える温度でキャップに関連するガラス物品を受け取るステップと、ガラス物品を搬送方向に移動させ、その軸を中心にガラス物品を回転させるステップと、ガラス物品から実質的に一定の距離で移動可能機器を移動させるステップと、ガラス物品のエッジに対する移動可能機器の相対位置を特定するステップと、ガラス物品の回転中および移動可能機器とガラス物品との共同移動中に、移動可能機器とガラス物品のエッジとの間の距離を調節するステップと、移動可能機器によって支持された光学系からガラス物品のエッジに向けたレーザビームのショットにより穴を生成し、ガラス物品からキャップを分離するステップと、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、液体用ガラス容器、より詳細にはガラス物品の製造の分野に関する。

既知の方法で、中空のガラス物品または飲料用物品、特にステム付きの円筒状のグラスまたはゴブレットは、その形状を与える装置から熱い状態で出てくる。ガラス物品は、その取り扱いのために凹部の上方にキャップを有する。キャップは、加熱、延伸、および熱衝撃による切断によって取り除かれる。次いで、ガラス物品は、ガラスの残留応力を緩和するために再加熱される。切断端の品質は粗い。本出願人は、１つ目の代替的な方法として、ダイアモンドディスクとダイアモンドホイールを使用してガラスを冷たいうちに切断する方法を知っている。２つ目の代替的な方法として、高出力のＣＯ_２レーザビームを用いて冷たいガラスを切断する方法が挙げられる。切断すると、切断面に欠陥、特に剥離が残る。このような欠陥は、ダイアモンドディスクによる機械加工によって除去される。次いで、縁は面取りされ、火炎研磨される。いずれの場合も、理論的には欠陥のない物品が得られるが、その生産性は非常に低い。本出願人は、熱間切断では切断ビードが存在するので所望の品質を得ることができず、冷間切断ではでは多数の段階（切断、圧延、面取り）が含まれるので使いこなすのが非常に困難であり、これが調整の問題を引き起こして生産品質の安定性が損なわれると考えている。

本出願人は、高い切断率を確保しつつ、エネルギー消費量、特に炭素排出量と水の消費量を削減し、廃棄物の発生を回避しながらキャップを切断することを追求した。

本出願人は、中空のガラス物品を製造する方法を開発した。該方法は、１００℃を超える温度でキャップに関連するガラス物品を受け取るステップと、ガラス物品を搬送方向に移動させ、ガラス物品の軸を中心にガラス物品自体を回転させるステップと、ガラス物品から実質的に一定の距離で移動可能機器を移動させるステップと、ガラス物品のエッジに対する移動可能機器の相対位置を特定するステップと、ガラス物品の回転中および移動可能機器とガラス物品との共同移動中に、移動可能機器とガラス物品のエッジとの間の距離を調節するステップと、移動可能機器によって支持された光学系からガラス物品のエッジに向けたレーザビームのショットにより穴を生成するステップと、ガラス物品からキャップを分離するステップと、を含む。このようにして、ガラスの高品質の熱間切断が可能になり、スペースを節約し、エネルギー消費量を削減することができる。該方法では、水および高価で粉塵を発生させるダイアモンド工具を使用する必要がない。

一実施形態において、ガラス物品とキャップの受け取り時の温度は、２５０℃よりも高いか、５００℃よりも高い。

一実施形態において、移動可能機器の傾斜可能な部分は、レーザビームを受けるガラス物品の領域に対してレーザビームが垂直になるように傾斜している。様々な形状のガラス物品を加工することができ、特に、ガラス物品の軸に対して傾斜した円筒状の端部を有するように加工することができる。

一実施形態において、レーザビームのショットは、ショット当たり０．１ｍＪ～１ｍＪ、より詳細には０．２５ｍＪまたは０．５ｍＪまたは１ｍＪの出力を有する。厚いガラス物品の場合、適切なレーザ源の利用可能性に応じて、ショット当たりの出力を増加させることができる。出力が高いほど、より厚いガラスの切断が可能になる。出力を高くすることで、移動可能機器に支持されたレーザ光学系とガラス物品との間の距離を大きくすることができる。これにより、高温でのガラス物品の加工が可能になる。

一実施形態において、レーザビームのショットは、５０ｋＨｚを超える周波数、例えば２００ｋＨｚの周波数を有する。

一実施形態において、レーザビームの波長は、９７６ｎｍ、１０１５ｎｍ、１０３０ｎｍ、または１０６４ｎｍである。これらの波長は、２、３、または４で割ることができる。

一実施形態において、レーザビームのショットのパルス持続時間は、１０^－１５ｓ～１０^－１２ｓである。

一実施形態において、レーザビームの各ショットは、５ｐｓ～１２ｐｓの持続時間の少なくとも１つの素パルスを含む。

一実施形態において、ガラス物品の回転速度は、毎分５０回転よりも大きく、好ましくは毎分１５０回転、より好ましくは毎分２５０回転である。回転速度は、ガラス物品の中心軸に対するものである。

一実施形態において、ガラス物品の並進速度は、一定であるか、変化する。ガラス物品の並進は、従来の切断生産ライン内のガラス物品の並進と比較して実質的に維持される。

一実施形態において、移動可能機器は、ガラス物品と共に横方向に移動され、任意選択で、生産ラインにおいて次の縁に移るまで後方に移動される。ガラス物品は、並進移動される。

別の実施形態において、縁は、生産ラインにおいて回転タレットによって支持されており、移動可能機器は、縁と共に移動し、その後、次の縁に移る。ガラス物品は、円の弧に沿って移動してもよい。

一実施形態において、中空のガラス物品を製造するための装置は、１００℃を超える温度でキャップに関連するガラス物品を搬送方向に搬送し、ガラス物品の軸を中心にガラス物品自体を回転させるための搬送部材と、ガラス物品から実質的に一定の距離で移動可能な移動可能機器と、ガラス物品のエッジに対する移動可能機器の相対位置を測定するための測定部材と、ガラス物品の回転中および移動可能機器とガラス物品との共同移動中に、移動可能機器とガラス物品のエッジとの間の距離を調節するための調節部材と、穴を生成するようにガラス物品のエッジに向けてレーザビームを放出することができる、移動可能機器によって支持された光学系を含むレーザ発生器と、ガラス物品から分離されたキャップを回収するための回収部材と、を備える。

一実施形態において、レーザ発生器は、光学系に向けて放出されるレーザ源、特に静止レーザ源を備える。

一実施形態において、光学系は、ベッセルシステムを備える。

一実施形態において、レーザ源は、ＹＡＧレーザまたはエキシマレーザである。

一実施形態において、該装置は、ガラス物品の並進と平行に移動可能機器を並進移動させるためのアクチュエータと、ガラス物品の並進に対して垂直に移動可能機器を並進移動させるためのアクチュエータと、を備え、これらは、調節部材によって制御される。

一実施形態において、搬送部材は、ガラス物品を並進移動および回転させるドラムを支持するチェーンを備える。

一実施形態において、ガラス物品のエッジに対する移動可能機器の相対位置を測定するための測定部材は、マトリックスカメラを備える。

一実施形態において、調節部材は、測定部材の出力の関数として制御されるモータ駆動シャフトを備える。

以下、本発明のさらなる特徴および利点を、添付の図面を参照して詳細に説明する。
本発明の一態様による方法を示すブロック図である。 ビーム集束の模式図である。

添付の図面には、本発明の特定の要素が実質的に含まれる。したがって、これらは、本発明をよりよく理解するのに役立つだけでなく、その定義にも適宜貢献するのに役立つ。

一般に、低温ガラスへのＣＯ_２レーザ切断は、熱衝撃、水噴霧下での研磨、スリット加工、面取り、火炎による軟化、および洗浄のステップを必要とする。ＣＯ_２レーザは、ガラスを透過しない波長を有する。そのため、この方法は、時間がかかり、廃棄物を発生させ、エネルギーと水を消費し、かさばる装置を必要とする。

これと並行して、米国特許出願第２０１８／０６２３４２号には、長さＬの線に沿って集束されたレーザを用いて、強度が線の長さＬに沿って４０％未満変化する加工方法が記載されている。

また、米国特許出願第２０１８／０２５７７１０は、２つの異なるレーザビームを用いた切断方法に関する。

米国特許出願第２０１８／０１３４６０６号は、超短パルスによるプラズマの生成によってレーザに対して透明なガラスをレーザ切断するための方法に関する。このレーザは、１０６４ｎｍのＹＡＧレーザである。繰り返し周波数は、１０ｋＨｚ～１２０ｋＨｚである。フィラメント損傷の間隔は、４ｍ～１０．１０^－６ｍである。パルスの持続時間は、１００ｐｓ未満である。パルスのエネルギーは、０．２ｍＪ超である。レーザ源は、４０Ｗ～１００Ｗの出力で動作する。

本発明の一態様による装置は、ガラス物品の楕円度を測定するための測定部材を備える。測定部材は、装置内の上流側に配置される。測定部材は、少なくとも１つの光電セル、または複数の光電セルのアレイを含む。

位置エンコーディングを提供する光電セルの出力は、光学ヘッドの支持を制御するオートマトンに伝送される。レーザ軸は、加工されるガラス物品の領域の上方に配置される。

ガラス物品の幾何学的欠陥は、ガラスが１回の通過で加工されることを保証するように考慮される。光学ヘッドの支持は、所与の平均位置からサーボ制御され、リアルタイムで補正される。楕円度測定システムは、回転するガラス物品が通過する距離を測定し、ガラス物品の全周にわたって焦点位置を補正する。

ガラス物品の厚さがフィラメントよりも大きくない場合、きれいではっきりとした分離を実現することができる。フィラメントの長さは、１ｍｍ超である。好ましくは、ガラス物品の厚さは、１．５ｍｍから１ｍｍの１００の１５以下のトラッキング偏差を差し引いた値を超えない。一変形例によれば、湾曲した形状を有するクラッキングラインを生成する非点収差型のレンズを用いたレーザによって、丸みを帯びたエッジを直接得ることができる。

ガラス物品の全周の周りで膨張を引き起こすように、バーナーを使用して熱間分離を実施することができる。これにより、円筒部とキャップとの間の解離を確実にすることができる。一次成形装置から出てくる高温のガラス物品では、ガラスと様々な成形材料との接触、特に金型との接触によって物品が応力を受けるので、分離は非常に困難である。この場合、火炎のリングを使用することができる。これは、ほぼ瞬時に物品の縁全体にわたって応力を生じさせ、環状の分離ガイドを提供する。分離の瞬間、解放された応力によって取り除かれる部分が排出される。これにより、非常にきれいな切断面の品質が保証される。

分離に続く火炎研磨により、ガラスの表面が局所的に再溶解されて粗さが減少する。火炎研磨により、縁の変形、および厚さよりも大きい直径を有するビードの生成を避けることができ、また、以前に生じた鋭いエッジの代わりにわずかに丸みを帯びた部分を形成することができる。火炎研磨は、空気／ガスまたはオキシガスバーナー、放射線、またはＣＯ_２レーザを使用して実施することができる。

このようにして、ガラス物品は高温でレーザ加工領域に入り、ガラスの直径と厚さに応じて回転速度とレーザのショット周波数とを調整することで適合されたピッチでフィラメント化され、その後、円形バーナーを使用して円筒部とキャップとが分離され、円筒部のエッジまたは物品の縁部が火炎研磨される。

測定システムは、回転する物品が通過する際に距離の測定のサンプリングを実施する。これにより、楕円度を測定して、次のサイクルで物品の全周にわたって焦点ビームを、ガラスの厚さの中心に可能な限り正確に配置することができる。高品質の切断を得るには、以下の複数のパラメータを考慮する必要がある。
・ 全光路に沿ったレーザビームの整列
・ 振動
・ 環状ビームの出力
・ 楕円度の測定およびプロファイルのトラッキング
・ トラッキングの角度
・ 様々なタイプの物品に適合した出力、ピッチおよび周波数パラメータ
レーザ源は、衝撃を避けるために静止している。レーザ源からのレーザビームは、複数のミラーのセットによって物品の加工領域に導かれる。ミラーは、正確に整列されている。軸のずれは次の軸に欠陥を引き起こし、そのずれもまた次の軸に影響を与え、出口レンズまでこれが続くことになる。

レーザ源から出力されたレーザビームは、出口レンズに到達するまで、複数の連続したミラーによって偏向される。ミラーの各々には、そのキャップの開口部に安全接点が設けられている。光路は、３つの並進軸に沿った移動のずれを緩和するように摺動可能に取り付けられた複数の剛性管のセットによって保護されている。摺動可能に取り付けられた管の接続部は、伸縮可能なベローズによって防塵から保護されている。

出口レンズは、２つのミラーを備える。これにより、光学系のノーズピースを回転させて、物品の湾曲面を通常通りトラッキングすることができる。ノーズピースは、レーザエネルギーの分布の均一性が依存する環状のベッセルビームの均質性を調整および確保するための２軸調整システムを具備する。

物品の位置および形状、特に楕円度のばらつきは、物品の壁の厚みが正しく処理されるように、その線がガラスの中心に配置され、再度中心に合わせる必要があることを意味する。

ガラスが１回の通過で正確に加工されるように、並進軸は、所与の平均位置からスレーブ制御され、物品の幾何学的欠陥に合わせてリアルタイムで補正される。

物品の一部のトラッキング軸に沿って移動可能な第１のプレートが、物品が通過する際の断面変化に伴って使用される。移動可能なプレートの移動は、モータによって駆動される。移動可能なプレートの軌跡は、制御オートマトンによって制御されている。

トラッキング軸に対して垂直な楕円軸に沿って移動可能な第２のプレートが、回転する物品の壁と出口レンズとの間の距離を一定に維持する。

物品の加工時間は、物品の回転速度に依存しており、５０ｒｐｍ～５００ｒｐｍである。加工は１回転で実施される。フィラメント化の開始と終了との間の接続は、可能な限り一致している。好ましくは、垂直方向のずれは、約０．０１ｍｍであり、０．０２ｍｍ未満である。

火炎研磨は、リニアオキシガスバーナーによって実施することができる。リニアバーナーは、装置の外周に設置される。バーナーは、楕円度または厚さのばらつきに関わらず、非常に短時間で縁を加工する。

今日の最適なサイクルは、投入、冷却、縁の測定、レーザによるフィラメント化、分離、研磨、火炎研磨、および取り出しである。

Claims (10)

1. 中空のガラス物品を製造するための方法であって、１００℃を超える温度でキャップに関連するガラス物品を受け取るステップと、前記ガラス物品を搬送方向に移動させ、前記ガラス物品の軸を中心にそのガラス物品自体を回転させるステップと、前記ガラス物品から実質的に一定の距離で移動可能機器を移動させるステップと、前記ガラス物品のエッジに対する前記移動可能機器の相対位置を特定するステップと、前記ガラス物品の回転中および前記移動可能機器と前記ガラス物品との共同移動中に、前記移動可能機器と前記ガラス物品のエッジとの間の距離を調節するステップと、前記移動可能機器によって支持された光学系から前記ガラス物品のエッジに向けたレーザビームのショットにより穴を生成するステップと、前記ガラス物品から前記キャップを分離するステップと、を含む方法。
2. 前記レーザビームを受ける前記ガラス物品の領域に対して前記レーザビームが垂直であるように、前記移動可能機器の傾斜可能な部分が傾斜している、請求項１に記載の方法。
3. 前記レーザビームのショットは、０．１ｍＪ～１ｍＪの出力を有する、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記レーザビームのショットは、５０ｋＨｚを超える周波数を有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記レーザビームのショットのパルス持続時間は、１０^－１５ｓ～１０^－１２ｓである、請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記ガラス物品の回転速度は、毎分５０回転よりも大きく、好ましくは毎分１５０回転、より好ましくは毎分２５０回転である、請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記移動可能機器は、前記ガラス物品と共に横方向に移動され、生産ラインにおいて次の縁に移るまで移動される、請求項１～６のいずれか１項に記載の方法。
8. 中空のガラス物品を製造するための装置であって、１００℃を超える温度でキャップに関連する前記ガラス物品を搬送方向に沿って搬送し、前記ガラス物品の軸を中心にそのガラス物品を回転させる搬送部材と、前記ガラス物品から実質的に一定の距離で移動可能な移動可能機器と、前記ガラス物品のエッジに対する前記移動可能機器の相対位置を測定するための測定部材と、前記ガラス物品の回転中および前記移動可能機器と前記ガラス物品との共同移動中に、前記移動可能機器と前記ガラス物品のエッジとの間の距離を調節するための調節部材と、穴を生成するように前記ガラス物品のエッジに向けてレーザビームを放出することができる、前記移動可能機器によって支持された光学系を含むレーザ発生器と、前記ガラス物品から分離された前記キャップを回収するための回収部材と、を備える装置。
9. 前記レーザ発生器は、前記光学系に向けて放出される静止レーザ源を備える、請求項８に記載の装置。
10. 前記ガラス物品の並進と平行に前記移動可能機器を並進移動させるためのアクチュエータと、前記ガラス物品の並進に対して垂直に前記移動可能機器を並進移動させるためのアクチュエータと、を備え、これらの前記アクチュエータは、前記調節部材によって制御される、請求項９に記載の装置。