JP3205898B2 - 硬質材料より成る工作物の加工方法、及び、この方法の実施のための装置 - Google Patents

硬質材料より成る工作物の加工方法、及び、この方法の実施のための装置

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JP3205898B2 JP03916697A JP3916697A JP3205898B2 JP 3205898 B2 JP3205898 B2 JP 3205898B2 JP 03916697 A JP03916697 A JP 03916697A JP 3916697 A JP3916697 A JP 3916697A JP 3205898 B2 JP3205898 B2 JP 3205898B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、硬質材料、特に、
製薬、化学又は獣医学の領域で用いるための、主として
管状形状のガラスより成る工作物（ｗｏｒｋ ｐｉｅｃ
ｅ、製作中の製作品）を、可視領域又は隣接するスペク
トル領域にある加工光線を用いて加工するための方法に
関する。
【０００２】更に、本発明は前記方法の実施のための装
置に関する。
【０００３】
【従来の技術】前記の如き方法は例えば、ＤＥ第３５４
６００１号、ＤＥ第４２２４２８２号、又は、ＤＥ第４
４１１０３７号より公知である。
【０００４】ここに記された方法は、それぞれ、特別な
作業工程の実施、即ち、例えばガラスにおける切断又は
材料除去に適合している。しかしながら、付加的な作業
工程、例えばエッジ部における変形又は溶かし直しが必
要なら、追加の加工装置が備えられねばならず、そのた
めに場合によっては工作物が他の加工ステージに送られ
ねばならない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の基礎をなす課
題は、幾つかの異なる加工パラメータを必要とする加工
工程を直接前後して、又は場合によっては同時に実施す
ることができ、装置のコストを少なく保つように、冒頭
に述べた如き方法を改良することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】方法の観点においては、
前記課題は、分離（切断）、穿孔又は合目的な材料除去
のためには、これに対応してシャープに焦点合わせされ
ていて、出力密度の高い第１の加工光線が用いられ、変
形、溶かし直し又は熱加工のためには、使用に応じてよ
り低度に焦点合わせさせられているか又は分散させられ
てもいる、出力密度のより低い第２の加工光線が用いら
れ、両加工光線が、平行に、又は互いに傾斜し合う方向
に配されて、等しい加工場所又は異なる加工場所に当て
られるように偏向ユニットにより調節されることによっ
て解決される。
【０００７】本発明によって達成される長所の本質は、
これら二つの加工光線について、それらの特性が異なる
ように調整可能であるので、異なる加工段階を、同時
に、又は、直接相前後して実施することができるという
点にある。例えばガラス管の加工の際には、第１の加工
光線を用いて短い管部分の長さを短くすることないしは
切断することが可能である。この際、第２の加工光線
は、応力の発生の回避を目的として切断線の周囲の加温
を行うために用いられてもよい。しかしながら、同様
に、第２の加工光線を用いて、前もって切断された端部
についてあたかも焼きもどし（可鍛化）するように後加
熱することができる。最後に、第２の加工光線は、先
ず、ある一定の、第１の加工光線によって引き続いて加
工されるべき領域の予熱を行うためにも用いられること
もできる。このことによって、両方の加工光線のパラメ
ータの自由な設定の可能性により、広範に全般的な応用
性が与えられている。
【０００８】本発明の好ましい実施態様において、加工
場所毎に発生する相互作用が記録され、両加工光線の作
動パラメータの制御と、固定（締付）及び位置決めユニ
ットの制御のために用いられることが予定されている。
この場合、合目的には前記の相互作用は放射された光学
光線の記録によって検出される。このことは、例えば、
可視領域にある光線の検出によって、全く同様にＩＲ光
線の検出によっても行われることができる。ビデオカメ
ラによる直接の光学的判定も考えられる。
【０００９】更に、形の作り上げを行うために材料が加
工帯領域内で、第２の加工光線によって可塑的になるま
で温められること、そして、引き続いて形の作り上げ
が、変形工具によって、又は、開口部が先ずシール部材
で閉じられる中空体の場合はガスの圧縮注入によって行
われることを本発明は予定している。
【００１０】例えばガラス管の切断の場合、第１の加工
光線によって互いに切断された部分（例えばガラス管）
の切断面の後加工のために、該部分がまずわずかな距離
だけ互いに離された後、両方の部分の切断縁部が同時に
第２の加工光線によって後加工されることを本発明は予
定している。従って、わずかだけ焦点合わせされた第２
の加工光線によって、生じた両方の切断縁部が同時に後
加工を施されることができる。
【００１１】装置に関しては、前記課題は、広い範囲で
調節可能な異なる光線特性の２つの加工光線のための光
線発生ユニットによって解決される。ここで、第１の加
工光線は強度に焦点合わせされていて、高い出力密度を
有していて、他方、第２の加工光線はわずかしか焦点合
わせされていないか、又は、分散されていて、より低い
出力密度を有している。更に、前記課題は、互いに平行
な、又は、互いに傾斜し合う方向付けをした両方の加工
光線の相互に独立した偏向を可能にする偏向ユニットで
あって、前記の方向付けは共通の、又は、個別の加工位
置に向けて行われることができるという偏向ユニット
と、加工されるべき工作物のための固定及び位置決めユ
ニットとによって解決される。
【００１２】特に好都合で、従って、本発明の枠内で好
ましい形状においては、光線発生ユニットがレーザーに
よって形成されていて、第２の加工光線は光線分配によ
って作り出され、そのために、透過光線と反射光線に分
けるための第１の干渉変調器が備えられている。透過光
線は、プリズム状に配された方向転換ミラーによって反
射されて、反対方向において再び第１の干渉変調器を通
り抜け、その結果、両方の光線は自身同士の間で鋭角を
成している。更に、第２の干渉変調器が備えられてい
て、該変調器において、反射光が、望遠鏡を通過した後
にさらに反射され、その後第２の加工光線を形成する、
及び、方向転換ミラーが備えられている。２度透過され
た光線が、該ミラーにより第２の干渉変調器の他方の側
面から、さらなる透過のために、入射させられ、前記透
過光線は続いて第１の加工光線を形成し、その際、第２
の干渉変調器は両方の加工光線の間の角度の調節のため
に傾斜可能に取り付けられている。
【００１３】特に、第２の加工光線の焦点合わせに対し
て影響を及ぼすことができるために、望遠鏡は結像特性
の変更のために可変に調節可能である。
【００１４】更に、本発明はいずれの場合でも、ガラス
材料の加工のために、レーザーとして、ＣＯ２レーザー
が用いられることを予定している。
【００１５】干渉変調器がファブリ−ペロ干渉計によっ
て形成されているのが合目的である。
【００１６】更に本発明の枠内では、加工されるべき工
作物の受け入れのために、固定及び位置決めユニットが
備えられていて、該ユニットは、自由に選択可能な速度
での、工作物の回転及び並進運動並びに位置決めを可能
にするということが予定されている。
【００１７】最後に、固定及び位置決めユニットの締付
軸に略平行に案内された加工光線の場合に、光線通路中
で方向転換可能な偏向ミラーが備えられていてもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下において、図面に描かれた実
施例を用いて本発明が詳細に説明される。
【００１９】図面、特に図１〜図３に描かれた装置は、
硬質材料より成る工作物、特に、主として管状形状のガ
ラスより成る工作物３の加工に用いられる。このような
ガラス管は例えば製薬、化学又は獣医学の領域で用いら
れ、特には注射器シリンダの製造の際にも用いられる。
【００２０】前記ガラス管の加工は、赤外スペクトル中
にある加工光線１，２を用いて行われる。赤外スペクト
ルにおいてはガラスの吸収率が比較的高いからである。
【００２１】ガラスに対する切断、穿孔、又は、合目的
な材料除去の如き加工工程のためには、出力密度の高
い、対応してシャープに焦点合わせされた第１の加工光
線１が用いられ、他方、変形、溶かし直し又は熱処理の
ためには、より低い出力密度の第２の加工光線２が作用
する。従って、第２の加工光線２は使用に応じて、より
低度に焦点合わせされているか、又は、分散されてさえ
いる。ここで、両方の加工光線１，２は偏向ユニット１
１，１７により、等しい加工場所又は異なる加工場所に
当てられることができるように調節可能である。更に、
加工光線１，２は、平行に、又は互いに傾斜して配され
ることができる。加工光線１，２は光線発生ユニット５
によって供給される。
【００２２】図１から知られるように、模式的にのみ描
かれている記録装置６が備えられている。該記録装置
は、各加工場所において生じる相互作用を検出し、両加
工光線１，２の作動パラメータの制御のために用いられ
る。このために、模式的にのみ示された制御及び調整ユ
ニット７が備えられている。この際に生じる相互作用は
主として、放射される光学的光線の記録によって検出さ
れる。このために、一方では、毎回関係するスペクトル
領域が検出できる。又は、例えばビデオカメラを用いた
直接的な画像的検出が可能である。
【００２３】両方の加工光線１，２の発生のために、図
２より明らかなように、第１の干渉変調器１１が備えら
れていて、該変調器は、レーザー１０より差し込む１つ
だけの光線を透過光線と反射光線に分けることを行う。
透過光線が、プリズム状に配された２つの方向転換ミラ
ー１２，１３によって反射され、反対方向に再び第１の
干渉変調器１１を通って送られる。その結果、続いて、
これで今や２度透過させられた光線１４と、反射光線１
５とは互いの間に鋭角を成す。
【００２４】更に、第２の干渉変調器１７が備えられて
いて、該変調器においては、反射光線１５は、該光線が
予め望遠鏡１６を通過した後に、再度反射される。第２
の干渉変調器１７における反射の後に、前記光線１５は
第２の加工光線２となる。それに対して、２度透過させ
られた光線１４はもう１つの方向転換ミラー１８に当た
り、このことによって、該光線は第２の干渉変調器１７
の他方の側面から、該変調器へと新たな透過のために入
射させられる。第２の干渉変調器１７から離れた後に、
前記光線１４は第１の加工光線１を形成する。
【００２５】第２の干渉変調器１７が両方の加工光線
１，２の間の角度位置の調節のために傾斜可能であり、
このことは図２中の弓状の両矢印によって示されてい
る。
【００２６】望遠鏡１６は第２の加工光線の焦点合わせ
の調節のために可変に構成されている。両方の干渉変調
器１１，１７は、図面中には詳細に描かれていない様式
で、ファブリ−ペロ干渉計として構成されている。
【００２７】図３においては、加工されるべき工作物３
の受け入れのための固定及び位置決めユニット４が示さ
れている。該ユニットは、その他の自由に選択可能な速
度における工作物３の回転及び並進運動並びに位置決め
とを可能にする。ここで、固定及び位置決めユニット４
の締付軸に略平行に案内される加工光線１，２の場合、
端面２０及び周面における加工の実施を可能にするため
に、偏向ミラー２１が備えられている。該ミラーは光線
通路中で方向転換可能である。これに対してレンズ８を
伴う他方のミラー１９は固定して配されていて、永続的
に工作物３の端面に配されている。
【００２８】工作物３の周面領域の形の作り上げを行う
ために、注射器の場合にはオーバーフロー経路をなすバ
イパスの形成のためにも、図３より明らかなように、材
料は、符号２２が付された加工帯領域内で、第２の加工
光線２によって可塑的になるまで温められる。続いて、
工作物３の内部に挿入される変形工具２３によって形を
作り上げることができる。この変形工具によって、可塑
性を付与された材料が形を作り上げられる。しかしなが
ら、存在する開口がシール部材２５，２６，２７によっ
て閉じられた後に、２８におけるガスの圧縮注入によっ
て変形を行うという図４に描かれた可能性も存在する。
その際、型部分２４が造形を助けることができる。
【００２９】図５中、上半分においては先ず、ガラス管
が第１の加工光線１によっていかに切断されるかが描か
れている。互いに切断された両方のガラス管３，３′
は、続いて、図５の下半分より明らかなように、固定及
び位置決めユニット４，４′を用いてわずかな距離をあ
けられる。引き続き、両部分の切断縁部が同時に、第２
の加工光線２によって後加工をされることができ、その
結果、切断面は例えば膨出部を形成する。この場合、特
に、ガラス管の速い回転運動の際に生じる遠心力を変形
のために、共に、利用することもできる。
【００３０】
【発明の効果】主として管状形状のガラスより成る工作
物を、可視領域又は隣接するスペクトル領域にある加工
光線を用いて加工するための方法及び装置において、幾
つかの異なる加工パラメータを必要とする加工工程を直
接前後して、又は場合によっては同時に実施することが
でき、装置のコストを少なく保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る工作物の加工のための装置の模式
図である。
【図２】レーザーからの２つの加工光線の発生のための
配列を示す模式図である。
【図３】工作物の端面及び周面における加工のための形
態を示す模式図である。
【図４】形を作り上げる際の円筒状工作物への取付を示
す模式図である。
【図５】ガラス管における切断縁部の分離及び再溶融を
示す模式図である。
【符号の説明】
１，２ 加工光線 ３，３′ ガラス管 ４，４′ 固定及び位置決めユニット ５ 光線発生ユニット ６ 記録装置 ７ 制御及び調整ユニット ８ レンズ １０ レーザー １１ 干渉変調器 １２，１３ 方向転換ミラー １４ ２度透過させられた光線 １５ 反射光線 １６ 望遠鏡 １７ 干渉変調器 １８ 方向転換ミラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ギスベルト シュタオペンダール ドイツ連邦共和国 デー 07745 イエ ーナ アナ−ジームゼン−シュトラーセ 59 (72)発明者 イエンス ブリートナー ドイツ連邦共和国 デー 07745 イエ ーナ アム ヘレンベルゲ 52 (56)参考文献 特開 昭54−153745（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−251138（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C03B 33/14 B23K 26/06

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 管状形状のガラスより成る工作物（３）
    を加工する方法であって、 管状形状のガラスより成る工作物（３）に対し、切断又
    は穿孔のためには、可視領域又は隣接するスペクトル領
    域にある光線がシャープに焦点合わせされて、前記工作
    物（３）からの材料除去を行うのに充分な出力密度を有
    する、第１の加工光線（１）を当てる工程（ａ）と、 前記工作物（３）に対し、前記領域にある光線が焦点合
    わせされ、前記工作物（３）からの材料除去を行うのに
    要するよりは低いが前記工作物（３）の変形、溶かし直
    し又は熱処理のためには充分な出力密度を有する、第２
    の加工光線（２）を当てる工程（ｂ）と、 光線発生ユニットにおいて前記領域にある光線を発生す
    る工程（ｃ）と、 前記第１及び第２の加工光線（１，２）を形成すべく前
    記光線発生源からの光線を分割し、前記第１及び第２の
    加工光線（１，２）が、平行方向又は互いに傾斜し合う
    方向に配されて、前記工作物（３）の等しい加工場所又
    は異なる加工場所に当てられるように、前記第１及び第
    ２の加工光線（１，２）を調節可能に偏向する工程
    （ｄ）と、 前記工作物（３）に前記第１及び第２の加工光線（１，
    ２）のそれぞれが当てられる各場所において前記第１及
    び第２の加工光線（１，２）と前記工作物（３）との相
    互作用を検出し、この相互作用の検出に基づき、前記第
    １及び第２の加工光線（１，２）、前記工作物（３）の
    位置決め、及び、固定手段による前記工作物（３）の固
    定の作動パラメータのうちの少なくとも一つを制御する
    工程（ｅ）とを備えることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の方法において、前記第
    １及び第２の加工光線（１，２）が前記工作物（３）に
    当てられる各場所から放射される光線を記録することに
    よって、前記第１及び第２の加工光線（１，２）と前記
    工作物（３）との相互作用が検出されることを特徴とす
    る方法。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の方法において、前記第
    ２の加工光線（２）が分散されている光線であることを
    特徴とする方法。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の方法において、さら
    に、 前記工作物（３）の両開口部をシール部材（２５，２
    ６，２７）によって閉じる工程（ｂ'）と、 この後に、前記工作物（３）の一部を、第２の加工光線
    （２）により、可塑的になるまで温める工程（ｂ"）
    と、 前記一部が可塑的である間に、ガスを圧縮注入すること
    によって、前記一部を外側に向かって変形させる工程
    （ｂ"'）とを備えることを特徴とする方法。
  5. 【請求項５】 管状形状のガラスより成る工作物（３）
    を加工する方法であって、 管状形状のガラスより成る工作物（３）に対し、可視領
    域又は隣接するスペクトル領域にある光線がシャープに
    焦点合わせされて、前記工作物（３）を切断して少なく
    とも二つの部分とするのに充分な出力密度を有する、第
    １の加工光線（１）を当てる工程（ａ）と、 前記工作物（３）に対し、前記領域にある光線が焦点合
    わせされ、前記工作物（３）からの材料除去を行うのに
    要するよりは低いが前記工作物（３）の変形、溶かし直
    し又は熱処理のためには充分な出力密度を有する、第２
    の加工光線（２）を当てる工程（ｂ）と、 光線発生ユニットにおいて前記領域にある光線を発生す
    る工程（ｃ）と、 前記第１及び第２の加工光線（１，２）を形成すべく前
    記光線発生源からの光線を分割し、前記第１及び第２の
    加工光線（１，２）が、平行方向又は互いに傾斜し合う
    方向に配されて、前記工作物（３）の等しい加工場所又
    は異なる加工場所に当てられるように、前記第１及び第
    ２の加工光線（１，２）を調節可能に偏向する工程
    （ｄ）と、 前記二つの部分をわずかな距離だけ互いに離し、前記工
    程（ｂ）において両方の部分の切断縁部を同時に第２の
    加工光線（２）によって後加工する工程（ｅ）とを備え
    ることを特徴とする方法。
  6. 【請求項６】 管状形状のガラスより成る工作物（３）
    を加工する装置であって、 管状形状のガラスより成る工作物（３）を固定する手段
    と、 前記工作物（３）に対し、切断又は穿孔のためには、可
    視領域又は隣接するスペクトル領域にある光線がシャー
    プに焦点合わせされて、前記工作物（３）からの材料除
    去を行うのに充分な出力密度を有する、第１の加工光線
    （１）を当てる手段と、 前記工作物（３）に対し、前記領域にある光線が焦点合
    わせされ、前記工作物（３）からの材料除去を行うのに
    要するよりは低いが前記工作物（３）の変形、溶かし直
    し又は熱処理のためには充分な出力密度を有する、第２
    の加工光線（２）を当てる手段と、 前記領域にある光線を発生するレーザー（１０）と、 前記第１及び第２の加工光線（１，２）を形成すべく前
    記レーザー（１０）からの光線を分割し、前記第１及び
    第２の加工光線（１，２）が、平行方向又は互いに傾斜
    し合う方向に配されて、前記工作物（３）の等しい加工
    場所又は異なる加工場所に当てられるように、前記第１
    及び第２の加工光線（１，２）を調節可能に偏向する手
    段であって、 前記レーザー（１０）からの光線を透過光線（１４）と
    反射光線（１５）とに分割する第１の干渉変調器（１
    １）、及び、 前記の透過光線（１４）を反射し、これが再び前記第１
    の干渉変調器（１１）を通って、さらなる光線として、
    前記反射光線（１５）と鋭角をなすようにする一対の方
    向転換ミラー（１２，１３）が含まれるという手段と、 前記反射光線（１５）に沿った望遠鏡（１６）と、 望遠鏡（１６）を通過した後の反射光線（１５）をさら
    に反射し、第２の加工光線（２）を形成する第２の干渉
    変調器（１７）と、 前記さらなる光線を反射して前記第２の干渉変調器（１
    ７）を通過させて前記第１の加工光線（２）を形成する
    方向転換ミラー（１８）と、 前記第１及び第２の加工光線（１，２）の間の角度を調
    節するために前記第２の干渉変調器（１７）を傾斜させ
    る手段とを備えることを特徴とする方法。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載の装置において、望遠鏡
    （１６）が結像特性の変更のために可変に調節可能であ
    ることを特徴とする装置。
  8. 【請求項８】 請求項６に記載の装置において、レーザ
    ー（１０）としてＣ Ｏ ２ レーザーが用いられることを特
    徴とする装置。
  9. 【請求項９】 請求項６に記載の装置において、干渉変
    調器（１１，１７）がファブリ−ペロ干渉計により成る
    ことを特徴とする装置。
  10. 【請求項１０】 請求項６に記載の装置において、前記
    固定手段が、選択可能な速度での工作物（３）について
    の回転及び並進運動を行うことを特徴とする装置。
  11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の装置において、前
    記の分割し調節可能に偏向する手段が、前記レーザー
    （１０）からの光線通路中で方向転換可能な偏向ミラー
    （２１）を備えることを特徴とする装置。
  12. 【請求項１２】 請求項６に記載の装置において、前記
    第２の加工光線（２）が分散された光線であることを特
    徴とする装置。
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