JP6556242B2 - ガラスプリフォームを形成する方法 - Google Patents

Description

本開示の実施形態は、一般にガラスプリフォームの製造方法に関し、特に予め定められた長さのガラスプリフォームを形成する方法に関する。

ガラスストランド、例えばガラス繊維、ガラスロッドまたはガラス管は、所望の最終製品に対応する断面形状を有するガラスプリフォームから通常得られる。プリフォームの製造は、大きな円筒体がより小さな管に線引きされる、またはそれが高温炉のコアロッド上で圧潰して、所望の直径のプリフォームに線引きされる、連続プロセスであり得る。中実プリフォーム材のカラムは、所望の長さの部分、すなわちプリフォームに分けられて、更なる線引きプロセス（複数可）を、大規模にガラス繊維、ガラスロッドまたはガラス管を形成するために使用することができる。

理想的には、プリフォームの分割面は、平坦で、滑らか及びプリフォームの軸に垂直（すなわち「スクエアカット」）でなければならず、ならびにその端部は滑らかで鋭く、加工屑または傷があってはならない。連続線引きプロセスにおいて、切削ツールが移動する、もしくはプリフォームと共に移動することを必要としない、迅速または即時にプリフォームを分ける方法（すなわち「スナップ」カット）を有することは極めて望ましい。中実材料をプリフォームに分ける現在の「スナップ」カット法は、分割線に隣接するプリフォームの円周面に、加工屑及び傷と共に、平らでない、非垂直な分割面を作成することが観察されてきた。結果として生じる表面欠陥、傷、加工屑及び平らでない形状を修復することは、製造コストを増加させ生産高または生産性を減少させる。場合によっては、プリフォームの有意な長さを廃棄しなければならず、したがって生産高を低下させて、コストを上昇させる。

したがって、改良された表面特性及び形状的精度を有する、プリフォームの長さを形成する方法に対する必要性が存在する。

ガラスプリフォームの切削方法の実施形態を、本明細書において開示する。いくつかの実施形態では、ガラスプリフォームの長さを形成する方法は、プリフォームの長さ及び残りの長さを形成するために分離されるガラス材料の長さを提供することと、ガラス材料に切欠きを形成することと、切欠きに隣接する領域のガラスの引張り強さを上回る引張り応力を誘発することと、切欠きでプリフォームの長さを残りの長さから分離することと、を含む。

本発明の他の及び更なる実施形態を以下に説明する。

上に簡潔に要約され、かつ以下で更に詳細に説明する本発明の実施形態は、添付図面に示す本発明の例示的実施形態を参照することによって理解することができる。しかし添付図面は、本発明の一般的な実施形態のみを例示したものであって、したがって本発明の範囲を制限するとみなされるものではなく、本発明は、他の同等に効果的な実施形態も許容することができるということに留意すべきである。

本方法の実施形態で使用するためのガラスロッドまたはガラス管の側面図である。 図１を線ＩＩ〜ＩＩに沿った、ロッドまたは管の実施形態の断面図である。 図１を線ＩＩ〜ＩＩに沿った、ロッドまたは管の実施形態の断面図である。 図１を線ＩＩ〜ＩＩに沿った、ロッドまたは管の実施形態の断面図である。 本開示の実施形態に従って、図１を線ＩＩＩ〜ＩＩＩに沿った場合のロッドの断面図である。 本開示の実施形態に従って、図１を線ＩＩＩ〜ＩＩＩに沿った場合のロッドの断面図である。 本開示の実施形態による、図１の領域ＩＶの拡大図である。 本開示の実施形態による、図１の領域ＩＶの拡大図である。 本開示の実施形態による、図１の領域ＩＶの拡大図である。 本方法の実施形態による、プリフォームの分離前のガラスロッドまたはガラス管の側面図である。 本方法の実施形態による、図５の線ＶＩ〜ＶＩに沿ったガラスロッドまたはガラス管の縦面図である。 ガラスロッドに生じる応力の例示のプロットである。 周知の方法を使用する分離前の、ガラスロッドまたはガラス管の一部の斜視図である。 本方法の実施形態を使用する分離前の、ガラスロッドまたはガラス管の一部の斜視図である。 破壊強度と切欠き深さの間の関係を示す例示的グラフである。 引張り応力対ガラスロッドの外径を示す、例示的グラフである。 衝撃部位の反対側の引張り応力対衝撃部位の縦方向位置を示す、例示的グラフである。 本開示による方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態によるガラスロッドまたはガラス管を保持する装置の示す実施例である。

理解しやすいように、図面で共通の同一の要素には、可能な限り同一の参照番号を付した。図は寸法にしたがって描かれておらず、明確にするために単純化されている可能性がある。一実施形態の要素及び特徴が、更なる詳細説明のない他の実施形態に有益に組み込まれることは可能であると考えられる。

ガラスロッドまたはガラス管を分離する方法に関して記載する一方で、本発明は特許請求された発明の趣旨及び範囲内に留まりつつ、潜在用途の範囲が広いので様々な用途のために改変されることができ、その理由は、本発明が多くのこのような改変に適応性があることが意図されているからである。

特定の技術用語を便宜上以下の説明で使用するが、限定されるものではない。「前側」「後側」「上部」及び「下部」の語は、参照された図面内での方向を指す。「半径方向に内向きに」及び「半径方向に外向きに」の語は、参照されている部分の軸に放射状に向かう、及びそれから放射上に離れる方向を指す。「軸方向に」または「長手方向の」とは、柱体または他の部分の軸に沿った方向を指す。「プリフォーム」という語は、中実ロッドまたは中空管を意味し得る。技術用語は、具体的に上述した語、それらの派生語、及び類似の意味の語を含み得る。

図１は、長さＬのプリフォーム１０２をガラスロッドまたはガラス管１０３の残りの長さから分離する前の、本方法で使用するための中実ガラス材料、ガラスロッドまたはガラス管１００を示す。ガラスロッドまたはガラス管１００は、非限定例において、溶融シリカまたは他のガラス材料から形成することができる。いくつかの実施形態では、ガラスロッドまたはガラス管１００は、図２Ａで示すように、中実円筒体２０２として形成される。他の実施形態では、ガラスロッド１００は、ロッド２０４の周囲に配置されたジャケットまたは円筒体２０６に入れられた中実ロッド２０４として形成されており、中実ロッド２０４及びジャケット２０６は同一または異なるガラス材料から形成される。他の実施形態では、ガラスロッドは、図２Ｃで示したように、円筒体または管２０８として形成することができる。

一般に、ガラスロッドまたはガラス管１００を作製する方法は、ガラスロッドまたはガラス管１００が連続プロセスでガラスロッドまたはガラス管１００の縦軸１０１に対応する直線方向に前進する、直線的方法である。例えば、図１で示したように、ガラスロッド１００またはガラス管は、矢印１０４で示す垂直方向に向かって下向きに前進する。矢印１０４の方向へのガラスロッド１００の前進を促進するために牽引ホイール１０８が回転すると共に、牽引ホイール１０８はガラスロッド１００の重量を支える。

プリフォーム１０２が所定の長さＬに達した位置へガラスロッドまたはガラス管１０２が進むとき、切欠き１０６はガラスロッドまたはガラス管１００の円筒外面１１０を通って形成される。切欠き１０６は、非限定例において、空圧のこぎり（図示せず）または研磨ホイール（図示せず）またはレーザー（図示せず）を含む、任意の好適な方法によって形成することができる。ガラスロッドに切欠きを形成するのに、好適な他の切削ツールを用いることもできる。

図３Ａの非限定的な実施形態で示すように、切欠き１０６ａを形成する切断面３０２は、矢高３０３の円形断面の弦３０８を形成することができ、その結果、切欠き１０６ａでのガラスロッド１００の残りの断面は切断円である。図３Ｂの非限定的な実施形態で示すように、切欠き１０６ｂを形成する切断面３０４は、矢高３０５の半円３１０であってもよく、その結果、切断面でのガラスロッド１００またはガラス管１００の残りの断面は、三日月形である。本明細書で使用する場合、「直径」とは、切欠き１０６を形成する前のガラスロッドまたはガラス管の直径１００であると理解される。切欠き１０６でのガラスロッド１００（すなわち、切欠きが形成された後）の断面は円ではないので、３１２は直径ではあり得ない。説明を容易にするために、「直径」は３１２を説明するために緩く用いられる。

図３Ａ及び図３Ｂに示すように、切欠き１０６はガラスロッドまたはガラス管１００の直径３１２を部分的に通って形成され、その結果、円形断面の直径３１２は、切断面３０２、３０４の中点での切断面３０２、３０４に対して直角（すなわち、垂直）である。直径３１２は、切断面３０２、３０４を横断する第１端３１２ａ、及びガラスロッドまたはガラス管１００の円筒外面１１０まで延在する第２端３１２ｂを有する。第２端３１２ｂは、切欠き１０６の反対側にあると記載することができる。

切欠き１０６の外形は、のこぎり刃によるものであるかのような切り溝として形成されることができる。図４Ａは、図１でＩＶとして特定されたガラスロッド１００の一部の拡大図である。図４Ａは、ガラスロッドまたはガラス管の縦軸１０１に対して垂直に見ており、実施形態の切り溝の外形を示す。切欠きは、縦軸１０１及び縦軸１０１に平行な平底４０６に対して垂直な上下の壁４０２、４０４に略平行な深さ４０３に形成される。代替的に、切欠き１０６の形状は、図４Ｂに示すように、内向きに先細りであってもよい（縦軸１０１に向かって）。先細りは、図４Ｂに示すように、外面１１０から始まって、切欠き１０６の深さ４０５まで続くことができる。代替的に、切欠き１０６は、外面１１０から、そこから先細りが始まって切欠きの深さ４０７へ続く第１の深さまで縦軸１０１に対して垂直である、略平行な上下の壁４１２、４１４を含む。図４Ｂまたは図４Ｃの先細った切欠きのいずれかは、図示するような位置で終わってもよいし、または先細った部分の最も奥端で端を切断されてもよいし、または丸くされてもよい。

図４Ａ〜図４Ｃは、例示の容易さのためだけに、切欠き１０６を対称的に示す。対称ではない他の切欠きも、同様の有益な結果と共に使用することができる。

好ましい実施形態では、ガラスロッドまたはガラス管１００が矢印１０４に対応する方向に移動する間に、切欠き１０６は形成される。これは、好ましい切欠き形成プロセス（例えば切断プロセス）によって達成されることができ、この場合、切削ツール経路は縦軸１０１に対して直角かつ隔置されており、前進するガラスロッドまたはガラス管１００を妨げない。代替的に、切欠きが形成される際、切削ツールはガラスロッドまたはガラス管１００の長手方向（すなわち、矢印方向１０４）に移動できる。

ガラスロッドまたはガラス管１００に応力を加えることによって上述のとおり形成される切欠き１０６で、プリフォーム１０２はガラスロッドまたはガラス管１００から分離することができ、その結果、ガラスロッドまたはガラス管１００が形成される材料の引張り強さを上回る切欠き１０６の領域に、引張り応力が生じることを、本発明者は観察した。上述のとおり切欠き１０６を使用して分割したとき、プリフォーム１０２の分離した表面及び残りのガラスロッドまたはガラス管１０３の対応する表面は、周知の方法で達成されるものより優れた表面特性を備えて形成することができる。例えば、分割面を滑らかな端で形成することができ、及び面の加工屑または傷がなくてもよく、より滑らかで、より平坦で（またはより鏡状で）ならびにプリフォーム軸により垂直であってもよい。

本開示を通して使用する際、「分割面」（複数可）とは、プリフォーム１０２が残りのガラスロッドまたはガラス管１０３から分離されるとき、切欠き１０６で一般的に形成される表面の１つまたは両方を意味する。「分割端」は、プリフォーム１０２を残りのガラスロッドまたはガラス管１０３から分割した後の、残りのガラスロッドもしくはガラス管１０３またはプリフォーム１０２の末端を指す。

更に、プリフォーム１０２及び残りの長さのガラスロッドまたはガラス管１０３の分割端での円筒状ガラスロッドまたはガラス管１００の外面１１０は、周知の方法を使用して得られた、結果として生じる表面上の表面特性を強化することができる。例えば、円筒状ガラスロッドの外面１１０上の加工屑形成または平坦でない端を、分割端付近で最小限に抑えることができる。

応力は、ガラスロッドまたはガラス管１００を歪めることによって誘発させることができ、その結果、ガラスロッドの一部は、通常、縦軸１０１に対して垂直な方向への歪み要素、すなわち横への歪みを有する。非限定的な実施形態では、上述のとおり切欠き１０６の反対側の位置で、ガラスロッドまたはガラス管１００に衝撃を与えるツール５０２（図５）で、歪みを得ることができる。ガラスロッドまたはガラス管１００に衝撃を与えて、歪みを生じさせるための長手方向位置は、切欠き１０６からずれてもよいし、または切欠き１０６と一列に並んでもよい。ガラスロッドの歪みは、プリフォーム１０２を残りのガラスロッドまたはガラス管１０３から切り離すのに十分な、切欠き１０６での引張り応力を誘発するのに十分である。歪みは切欠きの反対側に力を加えた結果でもよい。好ましい実施形態では、歪みは切欠き１０６の反対側への衝撃の結果である。

好ましい実施形態では、ガラスロッドまたはガラス管１００を歪ませるために使用するツール５０２は、ガラスロッドまたはガラス管１００の外側の形状と一致するように形成された衝撃面５０４を有する。図５の線ＶＩ〜ＶＩに沿ったガラスロッド１００またはガラス管の縦面図である図６で明らかなように、衝撃面５０４は、ガラスロッドまたはガラス管１００の円筒外面１１０と一致する湾曲で構成される。いくつかの実施形態では、衝撃面５０４の湾曲は、ガラスロッドまたはガラス管１００の円筒外面１１０に形状的に適合する。このように構成される衝撃面５０４は、周知の方法で使用する鋭利なツールよりも広い領域上に衝撃力を分散させて、プリフォームの衝撃面領域での圧縮応力に生じた加工屑または損傷を減らす。

ツール５０２は、図６に示す矢印６０２によって示した一般的な方向の、ガラスロッドまたはガラス管１００の縦軸１０１に対して、垂直に延びかつ引っ込むことができる。切欠き１０６でのガラスロッドもしくはガラス管１００の引張り強さを上回る、引張り応力を誘発するのに十分な歪みまたは衝撃を生じさせるのに好適な、任意の作動装置５１０によって延びかつ引っ込むように、ツール５０２は作動することができる。非限定的な実施形態では、作動装置５１０は、切欠き１０６の反対側のガラスロッドまたはガラス管１００に接触するためのツール５０２を伸ばすように構成されており、ガラスロッドまたはガラス管１００を曲げて、必要な引張り応力を生じさせる十分な衝撃を備える、空圧または油圧シリンダであってもよい。

好ましい実施形態では、衝撃面５０４は、衝撃面５０４とガラスロッドまたはガラス管１００の間の接触時間を延長することによって、ツール５０２の衝撃によって生じる接触領域での望ましくない圧縮応力及び加工屑または損傷を減らす、弾性層５０６を含む。いくつかの実施形態では、衝撃面５０４は、弾性層５０６として形成される。別の実施形態では、弾性層は衝撃面５０４に支持体を提供する。例えば弾性層は、約１０〜１００、または約３０〜８０、または約５０〜６０のショアＡ硬度を有することができる。

十分な引張り応力は、ガラスロッドまたはガラス管１００に振動誘発ツール、例えばバイブレータ（図示せず）で接触して、ガラスロッドまたはガラス管１００を振動させることによって、切欠き１０６で生じさせることもでき、その結果、共振周波数が得られる。ガラスロッドまたはガラス管１００が振動する際、バイブレータを調整することによって、歪み振幅を調整して、切欠き１０６で最大にすることができる。切欠き１０６でのガラスロッドまたはガラス管１００の引張り強さを上回る、引張り応力を誘発するのに十分大きな切欠き１０６での歪みを得るのに、プリフォームの振動の振幅が十分であり得ることが、共振周波数で観察された。上述のように、この応力状態は、プリフォーム１０２を、残りのガラスロッドまたはガラス管１０３から分離させる場合がある。プリフォームを分割する振動法は、衝撃法で生じる可能性がある、加工屑及び損傷を誘発する刻み目を実質的に含まない、またはそれを完全に含まない、分割面に隣接した円筒状ガラスロッドまたはガラス管１００の外層１１０を提供することができる。衝撃法では、切欠き１０６または他の衝撃位置の反対側での衝撃から刻み目によって生じる応力は、ガラス破壊強度より高くなり得る。

図１３に示す本発明の一実施形態では、２つ以上の対向する対のつかみ具（１３０２／１３０４及び１３０８／１３１０の二対が示されている）が、ガラスロッドまたはガラス管１００のまわりに配置されており、それぞれロッド１３０９、１３１１を介したアクチュエーター１３０６、１３１２への接続により、矢印１３１４で示すようにガラスロッドまたはガラス管１００に向かって、及びそれから離れる方向に移動するように構成される。つかみ具１３０２／１３０４及び１３０８／１３１０にガラスロッドまたはガラス管１００の円筒外面１１０の一部を係合させるために、内側に向かう（ガラスロッドの方へ）移動が提供される。ガラスロッド１００を係合するつかみ具の一部は、ガラスロッドまたはガラス管１００の円筒外面１１０に対応する係合面を有することができる。

つかみ具１３０２／１３０４及び１３０８／１３１０の各対は、矢印１３１６で示すように、ガラスロッドまたはガラス管１００の縦軸１０１と平行な制御された移動のために支持される。好ましい実施形態では、矢印１３１６で示す移動の速度を調節可能であり、１０４の方向のガラスロッドまたはガラス管１００の軸移動速度に実質的に適合する、またはそれに適合することができる。つかみ具の対１３０８／１３１０の縦方向の移動は、つかみ具の対１３０２／１３０４の縦方向の移動とは別に制御されることができる。

少なくとも１対のつかみ具１３０８／１３１０及び付随するアクチュエーター１３１２は、矢印１３１８で示すように、縦軸１０１に垂直な要素を有する移動のために支持されることができる。

１対のつかみ具１３０２／１３０４はガラスロッドまたはガラス管１０３の残りの長さを係合し、第２の対１３０８／１３１０はプリフォーム１０２を係合して、残りのガラス長さ１０３を歪みに対して支持することができる。追加のつかみ具の対は、ガラスロッドもしくはガラス管１０３の残りの長さ、もしくはプリフォーム１０２、またはその両方と係合するように構成されることができる。つかみ具は、切欠き１０６の形成の前または後に、ガラスロッドまたはガラス管１００を係合することができ、ガラスロッドまたはガラス管１００を係合した後、１０４の方向にある距離をガラスロッドまたは管１００と共に進むことができる。

ガラスロッドまたはガラス管１００の前進における所定の位置で、つかみ具１３０８／１３１０は同じ方向に移動して、切欠き１０６の領域に張力でガラスロッドまたはガラス管１００を配置する。移動は少なくとも、１３１８と一般的に平行な横方向の要素を有する。図１３に示すように、つかみ具１３０８は、つかみ具１３０８と同じ速度で、同じ期間にわたって及び同じ距離で、１３１８に沿って右に移動するつかみ具１３１０と同時に、１３１８に沿って右に移動する。

横方向の移動は、図１３に示すように、アクチュエーター１３１２の支持体１３２０の右への移動によってもたらされることができる。一実施形態では、横方向の移動は、アクチュエーター１３１２を介したつかみ具１３０８／１３１０の制御された横方向の移動によってもたらされることができる。この実施形態では、つかみ具１３１２用のロッド１３１１が示されるように右へ移動する際（すなわち、アクチュエーター１３１２から延びる）、つかみ具１３０８用のロッド１３０９は右へ移動する（すなわち、それはアクチュエーター１３１２に引っ込む）。好ましい実施形態では、ガラスロッドまたはガラス管１００との係合を維持するために、つかみ具１３０８／１３１０は同じ方向に、同一速度で、同じ期間にわたって移動する。

ガラスロッドまたはガラス管を分割する１つの現行手法は、ガラスロッドまたはガラス管の円周に所望の位置で刻み目をつける、手動式スナップカット法として説明することができる。それからロッドまたは管は、ハンマーの楔状の頭部など鋭利な硬い面によって、刻み目で衝撃を与えられる。この方法は通常、簡便かつ短時間でなされるが、平らでない端面（分割面）及び面の加工屑を有する不完全に切断されたプリフォームまたは管をしばしばもたらし、それはプリフォームの使用可能な長さを短くして、プリフォームガラスの生産高を減少させる。

多くの場合、従来のスナップカット法では、不必要なガラス亀裂もしくは加工屑が、衝撃領域でまたはその近くで形成される。これは、ガラスロッドまたはガラス管の曲げによって生じる圧縮応力に加えて、鋭利なハンマーの衝撃によって生じる高い圧縮応力を、衝撃面が経験するからである。

亀裂メカニズムについてよく見られる誤解に反して、亀裂は、衝撃位置の反対側で実際に始まって、衝撃部位に向かって移動する。それは、引張り応力が、曲げが原因で、衝撃部位の反対側でその最大に最初に達するからである。亀裂が衝撃部位に向かって広がる際、圧縮応力は、望ましくない面の加工屑及び平らでない割れた面を生成する、亀裂の方向を変えることができる。事実、鋭利な衝撃は、衝撃部位の近くで、分割面のきれいで滑らか及び垂直な分離を妨げる、高い圧縮応力を生じさせ、それは更に衝撃部位で、更なる押込破壊（indentation fracture）または亀裂を引き起こす。

衝撃部位で発生する圧縮応力を減らすことは、面の加工屑及び亀裂の発現率を望ましくは少なくして、亀裂の方向の変化を制限することによって、割れた面の表面特性を改善する。ガラスロッドに生じる圧縮応力が、ガラスロッドまたはガラス管１００の外面１１０の一部に対応するような衝撃面（例えば５０４）を備えるツール（例えば、ツール５０２）を用いて、衝撃部位で有利に減らされることができるという結果を、実験及び分析は提供した。

図７は、周知の方法（図８Ａ）及び前記方法（図８Ｂ）対ミリ秒の時間を使用した、ガラスロッドに生じる応力を比較した例示のプロット７００である。図８Ａに示す周知の方法で、楔形面を有する鋭利なツール８０２は、円筒状ガラスロッド８００に衝撃を与えるために用いる。

図７を参照すると、曲線７０２は、衝撃力Ｆ（例えば、４０００Ｎ力）によって衝撃を与えるとき、衝撃部位８０６で周知の衝撃ツール８０２により生じる、典型的な圧縮応力のプロットである。曲線７０４は、同じ衝撃力Ｆの衝撃部位８０６の反対側の位置８０４で生じる引張り応力を示す。

図８Ｂに示す方法の一実施形態では、衝撃ツール５０２（図５及び図６も参照）は外形を合わせた面５０４を有する。外形を合わせた衝撃面５０４は、ガラスロッド８００の円筒状外壁８１０に対応するように構成されており、場合によっては、衝撃面５０４は円筒状外壁８１０に形状的に適合し得る。好ましい実施形態では、外形を合わせた衝撃面は、上述のように弾性層５０６を含む。

曲線７０６は、本開示による衝撃ツール５０２により生じる典型的な圧縮応力のプロットである。衝撃ツール５０２は、上述の同じ力Ｆにより衝撃部位８０６でガラスロッド８００に衝撃を与える。

曲線７０８は、同じ衝撃力Ｆによりガラスロッド８００に衝撃を与えたとき、衝撃部位８０６の反対側の位置８０４で衝撃ツール５０２により生じる引張り応力を示す。得られた引張り応力は、曲線７０４によって示される周知の方法により生じる引張り応力と実質的に同じであることを発明者の分析及び観察は示した。したがって、曲線７０８は基本的に曲線７０４をたどり、図７で１つの曲線に見える。

衝撃部位の反対側に形成される切欠き１０６の深さは、ガラスプリフォーム１００の破壊強度を減らした。図９は、図示した試験用試料９００について、破壊強度と切欠き深さの間の関係の例示である。試験用試料は図４Ｂに示したものと類似の切欠きを有するが、他の切欠き形（例えば図４Ａまたは図４Ｃに示すもの）で類似の結果を見いだすことができる。

図９は、周知の構造のガラスロッド１００における、切欠きの深さと破壊強度の間の関係を示す。図９は、示される代表的な切欠き１０６の形状を有する特定の材料における、切欠きの深さＣの増加による破壊強度の大幅な減少のプロット９０２を表す。他の切欠き形状及びガラスロッド構造は、同様の結果を得ることができる。図９に例示される特定の切欠き深さと破壊強度の間の例示の関係、または特定の切欠き形状及び材料について対応するプロットは、ガラスプリフォーム１００を破壊するのに必要な引張り強さを推定するために使用することができる。この際、最適化された切欠き深さを、特定の材料のために決定することができる。

図１０は、ガラスロッドまたはプリフォームの外径（ＯＤ）と、所与の衝撃力の衝撃部位の反対側に生じる引張り応力の大きさとの間の関係を示す。図１０は、周知の衝撃力Ｆの影響下に置かれるとき、種々の外径のガラスロッド１００またはプリフォーム１０２の衝撃部位（例えば、８０６）の反対側（例えば、８０４）で生じる、引張り応力を示すプロット１００２である。図９及び図１０からのデータは、所与の直径のガラスロッドの切欠き深さを最適化するために使用した。

図１１は、ガラスロッド１００に衝撃を与えてプリフォーム１０２を分離するために、効果的な位置に位置決めすることによる方法を最適化するために使用することができる。プロット１１０２は、所与の衝撃力Ｆにおける衝撃部位（例えば８０６）の反対側の位置（例えば、８０４）で生じる引張り応力を示しており、力は、縦軸１０１に沿って種々の位置で適用される。図１に示したように、牽引ホイール１０８は、ガラスロッド１００の縦軸１０１に対して固定される。牽引ホイール１０８は、その中心１０９のまわりで回転するように支持されており、それらは歪みを抑制する。

図１１は、周知の衝撃力が牽引ホイール１０８の中心１０９の下方の種々の距離で加えられるとき、衝撃部位（例えば、８０６）の反対側の位置（例えば、８０４）で生じる最大の引張り応力を示す。図１１の例示のプロット１１０２において、最大引張り応力は、衝撃部位８０６が牽引ホイール１０８下方で約１０５０ｍｍの間隔で配置されるとき、ガラスロッド１００に生じる。図１１のプロットを得るために使用される例示のガラスロッドにおいて、牽引ホイール１０８の中心１０９の約１０５０ｍｍ下に位置する衝撃部位８０６は、衝撃部位３０６の反対側にガラスロッドの最大引張り応力を生じさせる。

所与のガラスロッドにおいて、図９、図１０及び図１１からのデータを、一組の効率的な作動パラメータを得るために組み合わせることができる。作動パラメータは、切欠き輪郭及び深さを含む切欠き形状、ガラスロッドに亀裂を入れるのに十分なガラスロッドに加える衝撃力の大きさ、及び衝撃力を加える位置を含む。本明細書で使用する場合、「効率的な作動パラメータ」とは、最適な最終製品を得るパラメータの組み合わせを意味する。

本方法の目的は、分割面上及び分割線に隣接したプリフォームの円周面上の強化された表面特性を備える、ガラスプリフォームの製造であった。この目的を達成する１つの方法は、ガラスロッドに生じる圧縮応力を最小化することであった。ガラスロッドの亀裂メカニズム及び亀裂が誘発する応力の新規な理解に基づいて、改善した表面特性を備えるガラスプリフォームまたはガラス管を製造するための効率的な作動パラメータを得ることを、本方法は示した。

本方法は、ガラスロッドもしくはガラス管の外面に対応する、または場合によっては形状的に適合する湾曲で構成される衝撃面を有する衝撃ツールを使用することと、切欠き形状（例えば、輪郭及び深さ）、衝撃力位置及び衝撃力の大きさの最も効果的な組み合わせを決定するために、特定のガラスロッドまたはガラス管の開発データを適用することと、を含む。

図１２は、本開示による方法のフローチャート１２００である。１２０２で、ガラス材料、例えばガラスロッドまたはガラス管１００は、ガラスプリフォームの長さ１０２及び残りのガラス長さ１０３に分割されるために提供される。ガラスロッドまたはガラス管１００は直線的に前進する、例えば図１で示すように下方へ垂直に前進する。牽引ホイール１０８は、ガラスロッドまたはガラス管１００を導きかつ支持するために提供されることができる。

ガラスロッドまたはガラス管１００が長さＬのプリフォーム１０２を形成するために分割が可能である位置に、前進するガラスロッドまたはガラス管１００が到達すると、１２０４で、切欠き１０６が形成される。切欠き１０６は、図４Ａ〜図４Ｃで示す横断図を有することができ、それぞれ深さ４０３〜４０７で形成される。代替的に、切欠き１０６は、他の都合のよい輪郭及び深さを有してもよい。

切欠き１０６は、通常、ガラスロッドまたはガラス管１００の縦軸１０１に対して垂直に形成されており、任意の都合のよい手段、例えば空圧のこぎり、研磨ホイールまたはレーザーによって形成されることができる。切欠き１０６は、図３Ａ、図３Ｂに示すように、切断面３０２、３０４の中点でガラスロッド１００の断面の直径３１２に対して垂直である、切断面３０２、３０４を有することができる。

プリフォーム１０２を残りのガラスロッドもしくはガラス管１０３から分離または分割するために、１２０６で、ガラスロッドまたはガラス管１００に応力がかかる。引張り応力は、切欠き１０６で、または切欠き１０６に隣接した、もしくは切欠き１０６の領域で、ガラスロッドまたはガラス管１００に生じて、その結果、引張り応力は、切欠きでガラスロッドを折るのに十分な大きさになる。好ましい実施形態では、この方法は、切欠きで亀裂を引き起こすのに必要な最小限の応力を提供する。

本方法の一実施形態では、引張り応力は、切欠き１０６の反対側にツール５０２によりガラスロッドまたはガラス管１００に衝撃を与えることによって生じる。ガラスロッドに衝撃を与えることによって、ツール５０２は、ガラスロッドまたはガラス管１００を十分に歪ませて、その位置でガラスロッドの引張り強さを上回る、切欠き１０６での引張り応力を生じさせる。

ツール５０２は好ましくは、上述のとおり弾性層５０６を含む、外形を合わせた衝撃面５０４を有する。ツール５０２は、適切な衝撃力Ｆを提供できる任意のアクチュエーター５１０、例えば油圧または空圧シリンダによって、ガラスロッドの縦軸１０１に対して垂直に前進しかつ引っ込むことができる。

衝撃の位置、すなわち衝撃部位（例えば８０６）は、上記の方法論で決定することができ、それは、ガラスロッドまたはガラス管の亀裂メカニズム及び亀裂が誘発する応力の新規な理解を適用する。衝撃部位は、切欠き１０６から長手方向に移動されてもよいし、または切欠き１０６とは正反対であってもよい。

切欠き１０６、衝撃部位８０６及び衝撃力Ｆの大きさの構成は、分離作動の特定の用途及び特定の目的に従って変化できる。

適切な引張り応力が、同様の結果を伴う他の方法において刻み目１０６で誘発されてもよい。例えばプリフォーム長さ１０２は、ガラスロッド１００の引張り強さを上回る引張り応力が切欠き１０６で超えるように、上述のとおり共振周波数で振動されてもよい。

本方法の一実施形態では、プリフォーム部分１０２及び残りのガラスの長さ１０３の（すなわち、切欠き１０６の両側の）反対の位置で作動するつかみ具の対によって、ガラスロッドまたはガラス管１００を把持して、プリフォーム部分１０３を歪ませることによって、引張り応力が誘発される。その結果、切欠き１０６でガラスロッドもしくはプリフォームの強度を超えるように、十分な応力が切欠き１０６でまたはそれに隣接して得られる。つかみ具は、図１３に示すように対で配置されており（二対が示されている）、そこで各つかみ具は対の他方に対抗して作動する。つかみ具１３０２はつかみ具１３０４に対して作動し、つかみ具１３０８はつかみ具１３１０に対して作動する。

つかみ具１３０２／１３０４及び１３０８／１３１０は、ロッドまたは管１００を把持して、ロッドまたは管１００と共に、ロッドまたはロッドの縦軸１０１に平行に距離を前進することができる。つかみ具が前進する際、１つの対、例えば１３０８／１３１０は、縦軸１０１を横断する成分を有する方向に、一緒にかつ一致して偏向して、ガラスロッドまたはガラス管を曲がらせる。他方のつかみ具の対（例えば、１３０８／１３１０）は、歪みに対して残りのガラス長さ１０３を安定させることができる。

１２０８で、印加した引張り応力が、切欠き１０６でガラスロッドまたはガラス管１００を折る。分割したガラスプリフォーム１０２は、残りのガラスロッドまたはガラス管１０３から切り離されて、プリフォーム１０２は周知の機構、例えばマニピュレーターまたはロボットアームによってその位置から移動する。

残りのガラスロッドまたはガラス管１０３は、連続プロセスで前進し続け、次のプリフォームの長さ１０２及び残りのガラスロッドまたはガラス管１０３を提供することができる。

このように本発明を詳細に説明してきたが、本明細書で具体化された発明の概念及び原理を変えることなく、多くの物理的変更が可能であり、そのうちのわずか２〜３個のみが発明の詳細な説明において例示されていることを当業者は理解するであろうし、当業者にとっては明白であろう。好ましい実施形態の一部だけを組み込む多数の実施形態が、本明細書で具体化された発明の概念及び原理を、その部分について変更しないことが可能であることも理解されたい。したがって、実施形態及び選択的な構成は、すべての点で典型的及び／または例示的であって、限定的なものではないとみなされるべきであり、前述の説明の代わりに添付の特許請求の範囲で示されている本発明の範囲、ならびに特許請求の範囲に相当する意味及び範囲内に収まるすべての代替的実施形態ならびに本実施形態に対する変更は、したがって本明細書に包含されるはずである。

Claims (13)

1. 予め定められた長さのガラスプリフォームを形成する方法であって、
   プリフォームの長さ及び残りの長さを形成するために分離されるガラス材料の長さを提供することと、
   前記ガラス材料に切欠きを形成することと、
   前記ガラス材料の外側の形状と一致するように形成された衝撃面を含む打撃ツールを使用して前記ガラス材料の一部を歪ませることによって、前記切欠きに隣接する領域のガラスの引張り強さを上回る引張り応力を生じさせることと、
   前記切欠きで前記プリフォームの長さを前記残りの長さから分離することと、
   を含む方法。
2. 前記方法が実行される際、前記ガラス材料の長さが前記ガラス材料の縦軸の方向に連続的に前進する、請求項１に記載の方法。
3. 前記ガラス材料が略垂直に下の方向に前進する、請求項２に記載の方法。
4. 前記ガラス材料の長さが中実または中空の円筒形状である、請求項１に記載の方法。
5. 前記ガラス材料が２つ以上のガラス材料からなる、請求項１に記載の方法。
6. 前記ガラス材料が溶融シリカを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記切欠きが前記ガラス材料の長さの縦軸に垂直に形成されている、請求項１に記載の方法。
8. 前記歪みが前記ガラス材料の横の歪みである、請求項１に記載の方法。
9. 前記打撃ツールが弾性層を含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記方法が実行される際、前記打撃ツールは、前記ガラス材料の縦軸の方向に前記ガラス材料とともに前進しない、請求項２に記載の方法。
11. 予め定められた長さのガラスプリフォームを形成する方法であって、
    プリフォームの長さ及び残りの長さを形成するために分離されるガラス材料の長さを提供することと、
    前記ガラス材料に切欠きを形成することと、
    ２つ以上の対向するつかみ具のセットを使用して前記ガラス材料の一部を歪ませることによって、前記切欠きに隣接する領域のガラスの引張り強さを上回る引張り応力を生じさせることと、
    前記切欠きで前記プリフォームの長さを前記残りの長さから分離することと、
    を含み、
    前記２つ以上の対向するつかみ具はそれぞれ、前記ガラス材料を把持する、前記ガラス材料の外面の一部に対応するように形成されたそれぞれの係合表面を有しており、前記２つ以上の対向するつかみ具は、前記歪みを生じさせるために、前記ガラス材料の縦軸に垂直に互いに対して移動される、
    方法。
12. 前記方法が実行される際、前記ガラス材料の長さが前記ガラス材料の縦軸の方向に連続的に前進する、請求項１１に記載の方法。
13. 前記プリフォームの長さを前記残りの長さから分離する前に、前記２つ以上のつかみ具のセットは、前記ガラス材料の長さが前記ガラス材料の縦軸の方向に連続的に前進するとき、当該ガラス材料の長さを把持してそれとともに移動する、請求項１２記載の方法。

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