JPS6360118A - 再使用せんとするびん表面の機械的および又は化学的損傷修理方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は再使用を予定しているびん表面の機械的および
（又は）化学的損傷を修理する方法とその装置に関する
。

長期使用後反復使用せんとするピールびんは主としてび
んの円筒部分の上下縁部分に摩耗と破損の結果を示す。

この結果は輸送と取扱中の摩耗、衝撃および衝突によっ
ておこるが、特にまた醸造所自体の洗びん、びん詰めお
よび包装の操作からおこる。摩耗と破損の結果がある程
度ひどくなるとびんはも早商品価値がな（なり廃棄され
ろ。

“修理“には又は摩耗と破損の結果を防ぐには従来合成
プラスチック膜をつけろ方法のみが発表されている。熱
後処理法はびん修理に今までは使われていない。

ガラス工業においてガラス表面をなめらかにしまた特に
装飾ガラスの場合成形によって生じた泥かのきずを修す
に酸みがき又はいわゆる“焔みがき”が使われろ。ガラ
ス表面を機械＠磨することも知られている。

しかし酸みがきは環境への固有の悪影響のためまた残留
酸除去の経費のかかるため極めて不利である。機械研助
は焔みがきに比べて非常に重労働である。

結局ガラス加工片を研磨剤又はレーザー照射による変形
操作（溶融、切断、穴あけ、彫刻）によって処理するこ
とも知られている。例えば彫刻の場合レーザー照射はガ
ラス加工片に大気温で作用する。より深く作用するガラ
ス照射をするとき加工片がその照射中甚だしい急激加熱
によって破裂するのを防ぐため照射前に加工片を加熱す
る必要があることがわかっている。

ドイツ特許第３，２０７．２７４号はガラス加工片をレ
ーザー光線による照射前にガラス転移点近くまで加熱す
る研ｎ前のガラス加工片の面Ｆｉｆａ法を発表している
。

本発明の目的は再使用に適する多少に拘わらず損傷した
びんを環境に影響を与えず迅速経済的有効な方法で修理
できろ上記種類の方法と装置を提供するものである。

この目的のため本発明は修理するびんをびんのガラスの
変態点領域内の温度に加熱しびんをレーザー光線で熱処
理しかつびんをその縦軸のまわりに回転しながらレーザ
ー光体でびん表５を球状に走査してびんを修理する工程
より成る方法を提供する。

上記の焔研朽法又はレーザー研巴法とことなり本発明に
よる方法はガラス表面研出ができるのみでなくまた表面
をなめらかにするため深さ１０ミクロン以上の粗さをも
つ比較的深い溝をもつ大きなきず部分を溶融することが
できる。

この方法は損傷部分をなめらかにするが変形しない様に
調節されねばならない。これは熱伝導によって同一時間
内にガラス内部に分散できるよりも相当多くのエネルギ
ーが熱源から表面に送られねばならないことを意味する
。変形を防ぐため熱処理は数サイクルに分けて行われる
。

この熱処理で生じるガラスの表面と内部間の大きな温度
傾斜はガラスが軟化範囲（転移温度５００−６００℃）
に近い温度となったならば損傷のないガラス物質によっ
てのみ耐えられるので急激な温度変化によって生じたス
トレスは可塑性補償性移動によって急速に補償され減少
する。

溶融操作中揮発性ガス成分（アルカリ金属とアルカリ土
金属オキサイド）は蒸発する。表面に近い領域中の生成
した融剤含量減少によって膨張係数は減少し、この結果
としてガラス表面は圧縮ストレスのもとにおかれてびん
の堅固さが向上する。

硬度と化学的耐性も向上する。これは表面の熱処理によ
って使用特性が改良されることを意味する。

しかし熱的“びん修理“反復の場合更に熱の使用を要す
ることとなる。しかし本来の熱処理の前にびんガラスの
組成と似ｉガラスをびんの損信部につけ熱処理中にこれ
を溶融することもできる。

びん表面の熱処理中又は熱処理後チタンダイオキサイド
又は錫オキサイド膜をつけろことも有効であることが判
明した。

ガラス表面熱処理の適当なレーザー照射源は、放出され
た１０６ミクロン波長がガラスの深さ１ミクロン以内に
吸収されるような、高容量をもつものである。現在この
目的に有効なレーザーはＣｏレーザーである。またＣｏ
レーザーはキロワット範囲内で光学強度を供給できろ唯
一のレーザー型である。レーザー照射は焦点に集めるこ
とができろから特に非常な短時間にガラス表面において
直接この高い電力密度を生ずるためメガワット／ｄのオ
ーダーでガラス中に電力密度を実現できろ。

深いきず部分をなめらかにとかすことは熱伝導によって
できる。全エネルギーはうすい表面層に与丸られるので
びん壁全体の熱軟化によるびん変形の危険はほとんどな
い。

ガラスの自然反射をへらすためレーザー処理の前にガラ
ス表面に例久ばサンドブラストをかけるなどして機械的
に表面を粗すことができる。この前処理はレーザー照射
を小エネルギーで行うことを可能にする。

レーザー光線による瞬間的加熱で表面をなめらかにする
予備研究によりびんの変形もなくいたんだびんの表面を
完全になめらかにすることが可能なことが判った。びん
温度はガラスの変Ｂ　（ｔｒａｎｆｆ−ｆｏｒｍａｔｉ
ｏｎ）温度より稍高かった。処理時間は数秒の範囲であ
った。

更に一連の試験においてびんをその縦軸のまわりに回転
させて垂直方向に線状に焦点を合わせたレーザー光線に
よって外面の溶融を行った。レーザー光線を垂直に移動
しまた円筒レンズを使い（焦点長さ１２５ｍｍ、焦点の
線長さ２０　ｗｍ　）またびんを回転していたんだ部分
をすべて約１１０ｍの完全な高さになめらかに仕上げろ
ことができた。

びんの表面へのエネルギー供給は種々の光線導入投影シ
ステムによってなされろ。

本発明はまた上記方法実施に適した装置も提供する。こ
の装置のある実施態様を例として付図と関連して記述す
るであろう。

図１ａは本発明の第１装置の立面図である。

図１ｂは図１１に示した装置の改良型の図である。

図１ｃは図１１に示した装置の別の改良型の図である。

図２１は本発明による第２装置の立面図である。

図２ｂは図２ａに示した装置の改良型の図である。

図２Ｃは図２ａに示した装置の別の改良型の図である。

図３ａは本発明による第３装置の立面図である。

図３ｂは図３ａに示した装置のレンズ１４の上からの平
面図である。

図４１は本発明による第４装置の立面図である。

図４ｂは図４１に示した装置のレンズ１８と１９の上か
らの平面図である。

各図において同じ部品は同一番号で示している。

図１１は本発明による第１装置の構造を図示している。

図示されていないレーザー源から水平にのびたＣＯ，レ
ーザー光線１は高反射平面金属ｆｉ２によって垂直に下
方に反射されろ。第２平面鏡３はレーザー光線を焦点を
合わせ回転する鑓４に反射する。

？２４はその水平軸５の周りに回転できる。回転する鏡
は回転鏡により反射されたレーザー光線が横にとおろ鋺
３を通過できろ程度に水平面においてオフセットされろ
。ｋ！１３と４を設置すると投入角又は反射角は小さく
なゆかくで凹面球鏡４によるレーザー光線のｉ適焦点が
えられろ。

焦点に集中したレーザー光線は鏡４の焦点面中のガラス
びん６の表面ｅｆｉす。ガラスびんは回転台７に立って
いる。台とガラスびんは電気加熱炉８内にある。

回転鏡４は共鳴振動装置としてつくられた回転鏡振動器
の１部をなす。回転鏡は例えば１８０　Ｈｚの一定周波
数とびんの円筒部上約１１０閾の垂直ストロークをもっ
て正弦的に移動する。垂直移動の平均速Ｊχは４０．　
ＯＯＯｎｍ　／　ｓである。ガラスびんの周囲は１９８
ｍであるので毎秒１１５のびん回転は水平移動４０　ｍ
ａ／　ｓの割合となる。

焦点圧７３１０００　ｔ＝ｍをもつ回転鏡によるレーザ
ー光線の最小焦点は０．７馬である。垂直と水平の移動
割合を考えてガラスびんの０．７ｍｌ巾の垂直表面部分
が約１２回レーザー光線によって点のように覆われるこ
とがわか。ガラスの高熱容量の理由で垂直に進んだレー
ザー光線はしたがって巾０．７ｍ、高さ１ｌ１０１１Ｉ
１の腺溶融画をつくり、それはびんの回転によってびん
の周囲に移動する。故にびんの表面はその僅か１回転中
に完全になめらかになる。

図１ｂに示しているとおり鏡３と４は組合って球面状に
なった回転鏡９をつくることができる。正常な球形凹面
鏡におけろ大きな入射角と反射角によっておこされた幾
何学的変形はここで鏡の球形によって補正される。

図ＩＣに示しているとおり焦点をつくるレンズ１０と回
転する平面ｆｉｌｌの組合せは更に線状溶融の可能性を
与えろ。レーザー光線は両凸レンズ１０（−倦にＺｎ５
ｅレンズ）によってびん表面に焦点をむすび、その光線
はレンズの焦点距離内で９０゜にわたり回転する平面鏡
１１によって反射される。

図１１からＣの実施態様においてレーザー光線は回転校
の調節４１号によってびん表面上を例えば正弦形又は三
角形に移動する。

図２は図１ａの振動する鏡４の代わりにレーザー光線を
定期的に１方向に反射する多辺形回転鏡１２を使ってい
るちがった実施態様を示している。多辺形鏡の各辺の鏡
は図２１の装置の凹球面鏡１２ａとして形成されろ。

図２５の系において位の各部１２ｍは球状をしており反
射面２と３が必要ないという利点をもつ。図２８の系に
おいて続各部分：ま平面であり、レーザー光線の焦点を
合わすため両凸レンズ１０がある。

図３は光線１が光線拡大レンズ系１３によって直径１１
０ｍに拡大されしたがって大円筒レンズ１４によってび
ん表面上に線として焦点を結ぶ装置を示している。この
実施態様においてすりへった表面はびんの僅か１回転で
なめらかになる。

当然光学系の適当な選択によって処理されるびん表面の
高さは原則として望む価に調節できる。

図４の装置においてレーザー光線１は光線分割器Ｉｓ、
　Ｉｓ’によってサブ光線１６と１７に分けられろ。

各サブ光線はそれぞれの＠２２．２３と円筒レンズ１８
゜１９によってびんの円筒部分の下端と下端縁の主とし
てすりへった部分２０．２１が照射される様にびん表面
上に焦点を合わされろ。なめらかにする表面完全高さの
処理は原則として多くのごく接近した垂直サブ光線によ
ってすることができる。

図１から３に示す系において接近した垂直線状部分は垂
直に連続して移動し焦点をつくらせるレーザー光線によ
って順次処理される。しかし近接水平部分を順次処理す
ることもできる。この目的のため例えばレーザー光線は
円筒Ｚｎ５ｅレンズ（代友釣直径２０聞、焦点長さ５０
０ｍまで）によって焦点を合わせ、９０’傾斜鏡によっ
てそらせまたびん表面上に線として焦点を合わすことが
できろ。びんの各回転後なめらかにする全表節が１１０
１１Ｉ１１の全長さをとおして処理されるまで傾斜鏡に
よって焦点は１線高さを移されろ。またレーザー光線は
連続して垂直方向に移すこともできろ。回転毎の照射の
螺旋形ピッチは最大１線の高さである。

照射のらせん状ピッチを焦点直径より大きくな（えらべ
ば球形レンズを使うことも可能であろう。

この最後の実施態様において幾何学的配置は回＠鏡１１
を傾斜鏡に変えて図ＩＣの装置と同じでよいだろう。

レーザー光線を点に焦点を結ばせる光学において可変性
インチグレーターによってレーザー光線の断面にわたっ
て強度分布を一様にする又はそれを摩耗に適する様にす
ることが一般に望ましい。

びん表面上のレーザー光線の最適強度分布はこの様にし
てえられる。

照射光学は知られた方法でコンピューター制御光線運動
をさせる機械構造に適応させることができる。光学は保
護ガス装置（圧縮空気）によって汚染や燃焼から構成さ
れる 装置中で同時に処理されるびんの数は光線分割器で光線
を分けることによって定められる。強度損失、分割比お
よびサブ光線操縦幾何学についての必要データはサブ光
線による表面研磨の実験によってえることができろ。

【図面の簡単な説明】

図１１は本発明による第１装置の立面図である。 図１ｂは図１ａの装置の改良を示している。 図ＩＣは図１１の装置の別の改良を示している。 図２１は本発明による第２装置の立回図である。 図２ｂは図２１の装置の改良を示している。 図２ｃは図２１の装置の別の改良を示している。 図３１は本発明による第３装置の立面図である。 図３ｂは図３１の装置のレンズ１４の上平面図である。 図４１は本発明による第４装置の立面図である。 図４ｂは図４亀の装置のレンズ１８と１９の上平面図で
ある。 】・・・・・・光線、　２・・・・・・金属鏡、　３・
・・・・・第２平面鏡、　４，９・・・・・・回転鏡、
　６・・・・・・ガラスびん、７・・・・・・台、　８
・・・・・・加熱炉、　１０・・・・・・レンズ、１１
・・・・・・回転平面鏡、　１５．１５’・・・・・・
光線分割器、１２、１２ａ、　１２ｂ・・・・・多辺形
鏡。 特ｒｆ出願人　　へイネケン　チクニッシュ　ベヘール
ベー　ファウ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、修理するびんをそのガラスの変態点領域の温度まで
   加熱しびんをレーザー光線で熱処理しびんをその縦軸の
   まわりに回転させながらびん表面をレーザー光線で直線
   的に走査してびんを修理することを特徴とする再使用せ
   んとするガラスびん表面の機械的および（又は）化学的
   損傷修理方法。 ２、びんを５００乃至６００℃の温度に加熱しかつレー
   ザー光線をＣＯ＿２レーザーによって発生する特許請求
   の範囲第１項に記載の方法。 ３、びん表面にそって本質的に垂直に伸びている線にそ
   ってびん表面を処理する特許請求の範囲第１項又は第２
   項に記載の方法。 ４、びん表面にそって本質的に水平にのびている線にそ
   ってびん表面を処理する特許請求の範囲第１項又は第２
   項に記載の方法。 ５、熱処理前にびんガラスと似ているガラスをびん表面
   の修理する箇所につけ熱処理中そのガラスを表面に溶融
   させる特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ６、熱処理中又は処理後にチタンオキサイド又は錫オキ
   サイド層をびん表面につける特許請求の範囲第１項、第
   ２項又は第５項に記載の方法。 ７、レーザー光線を照射する前にガラス表面を機械的に
   粗くする特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ８、レーザー源、レーザー源によつて生じたレーザー光
   線を処理されるびん表面にあてる光学手段、びんをガラ
   スの変態点領域の温度に加熱する手段およびびんをその
   縦軸のまわりに回転する手段より成ることを特徴とする
   再使用せんとするガラスびん表面の機械的又は化学的損
   傷の修理用装置。 ９、上記光学手段がびんの縦軸に平行にびん表面上に線
   状溶融面を生成する振動回転鏡をもつ特許請求の範囲第
   ８項に記載の装置。 １０、回転鏡が平面鏡でありかつ鏡への光経路に両凸球
   面レンズがありそれがびん表面上に鏡をへたレーザー光
   線の焦点をつくる特許請求の範囲第９項に記載の装置。 １１、回転鏡が凹球面鏡でありそれがびん表面上にレー
   ザー光線の焦点をつくる特許請求の範囲第９項に記載の
   装置。 １２、回転鏡が凹球鏡面をもつ特許請求の範囲第９項に
   記載の装置。 １３、光学手段がびんの縦軸に平行にびん表面上に線状
   溶融面を生成するための回転多面鏡をもつ特許請求の範
   囲第８項に記載の装置。 １４、多面鏡面が平坦でありかつ両凸球面レンズが鏡へ
   の光経路にあり、そのレンズは鏡をへてびん表面上にレ
   ーザー光線の焦点をつくる特許請求の範囲第１３項に記
   載の装置。 １５、多面鏡が凸球鏡面をもつ特許請求の範囲第１３項
   に記載の装置。 １６、光学手段がびんの縦軸に平行して線状にびん表面
   にレーザー光線の焦点をつくるための円筒形レンズをも
   つ特許請求の範囲第８項に記載の装置。 １７、光学手段がびんの損傷部分の高さより短い線状焦
   点をビン表面上につくる様できており、かつびん表面上
   の連続する範囲にレーザー光線を向けるための少しづつ
   移動できる鏡をもつ特許請求の範囲第１５項に記載の装
   置。 １８、光学手段が両凸レンズをもちかつ可動性鏡が上記
   レンズとびん表面間の光経路内にありそれによつてびん
   表面がらせん状に走査される特許請求の範囲第８項に記
   載の装置。 １９、レーザー光線をサブ光線に分けかつ上記サブ光線
   をビン表面上の一定範囲内に向けるための光学手段をも
   つ特許請求の範囲第８項又は第１６項に記載の装置。