WO2017068819A1 - 管ガラスの切断方法及び切断装置、並びに管ガラス製品の製造方法 - Google Patents

管ガラスの切断方法及び切断装置、並びに管ガラス製品の製造方法 Download PDF

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WO2017068819A1
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crack
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tube
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和田　正紀
隆則 岩崎
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日本電気硝子株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B33/00—Severing cooled glass
    • C03B33/09—Severing cooled glass by thermal shock
    • C03B33/095—Tubes, rods or hollow products
    • C03B33/0955—Tubes, rods or hollow products using a focussed radiation beam, e.g. laser
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/362—Laser etching
    • B23K26/364—Laser etching for making a groove or trench, e.g. for scribing a break initiation groove
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/50—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26
    • B23K2103/54—Glass

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for cutting tube glass, and a method for manufacturing tube glass products.
  • tube glass products used for medical ampoules, syringes, or fluorescent fluorescent tubes are molded by various methods such as the Danner method and the downdraw method.
  • the outline will be described by taking the Danner method as an example.
  • molten glass is first supplied to a rotatable sleeve placed in a muffle furnace.
  • the supplied molten glass becomes tubular while being wound around the sleeve.
  • the tubular glass is continuously formed by pulling out the molten glass having a tubular shape from the end of the sleeve with a tube drawing device (traction device) (see, for example, Patent Document 1).
  • continuously formed tube glass (hereinafter referred to as “continuous tube glass”) is subjected to rough cutting and recutting steps to become a tube glass product having a predetermined length.
  • the conveyed continuous tube glass is cut by a rough cutting device to obtain a predetermined length of tube glass (see, for example, Patent Documents 2 and 0003).
  • the tube glass obtained in the rough cutting process is transported while being rotated by a conveyor, and the part to be cut is heated by a burner.
  • an abrasion is formed in the heated portion by a cutting blade (such as a diamond wheel) in the re-cutting device while rotating the tube glass.
  • the cutting blade is brought into contact with the tube glass in a state cooled with water or the like, and a thermal shock caused thereby generates a crack (crack) having an abrasion on the outer peripheral surface of the tube glass. Both ends of the tube glass are cut by the progress of the crack.
  • finish processing is performed on the end portion of the tube glass by a mouth baking process, and a tube glass product having a predetermined length is completed as described above (see 0005 of the same document).
  • This invention is made
  • the cutting method and cutting apparatus which can cut
  • An object is to provide a manufacturing method.
  • the present invention is for solving the above-mentioned problems, and is a method for cutting a tube glass, which focuses on the inside of the tube glass and irradiates a laser beam to the irradiation region of the laser beam.
  • a crack forming step of generating a crack in the inside of the tube glass by the multiphoton absorption generated is provided. Furthermore, the said crack formation process advances the said crack to the inside of the said tube glass by moving the position of the focus of the said laser beam from the inner surface side to the outer surface side in the said inside of the said tube glass.
  • a crack is formed inside the tube glass due to multiphoton absorption that occurs when laser light is irradiated, and the crack is propagated inside the tube glass to thereby form the tube glass. It becomes possible to cut.
  • the position of the focal point of the laser light is moved from the inner surface side to the outer surface side of the tube glass inside the tube glass. If the crack is developed by moving the focal point from the outer surface side to the inner surface side, the crack that was previously formed at the outer surface side will later form a crack at the inner surface side. In this case, the transmission of the laser beam is hindered, and it becomes difficult to progress the crack.
  • a crack can be suitably developed in the thickness direction of the tube glass, and the tube glass can be cut reliably.
  • the crack is generated inside the tube glass, the tube glass can be cut without forming a scratch on the outer surface as in the prior art. Therefore, it is possible to reliably prevent a conventional situation in which glass powder is generated when the tube glass is cut. Thereby, the effort which removes glass powder by washing
  • the cut surface is formed in this way, the generation of cracks and chips as much as possible is prevented as compared with the case where cracks are forcibly generated and propagated by cleaving, etc. Can be controlled with relatively high accuracy, and a good cut surface can be stably obtained. Therefore, the occurrence of defects due to cracks and chipping can be suppressed, and the time required for the mouth baking treatment of the end portion of the tube glass can be greatly shortened, and the tube glass product can be efficiently manufactured. .
  • the focal point of the laser beam is moved from the inner surface side to the outer surface side in the tube glass while rotating the tube glass around its axis. It is desirable to cause the crack to propagate inside the tube glass by moving it.
  • a homogeneous crack can be formed over the entire circumference of the tube glass by forming a crack by the laser beam while rotating the tube glass around the axis. As a result, the tube glass can be cut with high accuracy.
  • the laser beam is preferably a pulsed laser.
  • the multiphoton absorption phenomenon can be effectively generated inside the tube glass.
  • the crack is formed in an annular shape with the rotation of the tube glass.
  • a uniform crack can be formed over the entire circumference of the tube glass, and the tube glass can be cut with high accuracy.
  • the crack may be formed linearly along the thickness direction of the tube glass. If the linear cracks are sequentially formed while rotating the tube glass, the linear cracks can be formed over the entire circumference of the tube glass. Thereby, since it can cut
  • the present invention is for solving the above-described problems, and is an apparatus for cutting a tube glass, which irradiates a laser beam with a focus on the inside of the tube glass, and irradiates the irradiation region of the laser beam.
  • a crack forming device for generating cracks in the inside of the tube glass by multiphoton absorption that occurs is provided. Furthermore, the crack forming apparatus moves the crack to the inside of the tube glass by moving the focal position of the laser light from the inner surface side to the outer surface side in the inside of the tube glass.
  • a crack is formed inside the tube glass by multiphoton absorption generated when laser light is irradiated from the crack forming device, and this crack is propagated inside the tube glass. It becomes possible to cut the tube glass.
  • the position of the focal point of the laser light is moved from the inner surface side to the outer surface side of the tube glass inside the tube glass. If the crack is developed by moving the focal point from the outer surface side to the inner surface side, the crack that was previously formed at the outer surface side will later form a crack at the inner surface side. In this case, the transmission of the laser beam is hindered, and it becomes difficult to progress the crack.
  • the crack can be suitably developed in the thickness direction of the tube glass, and the tube glass can be cut reliably. Further, since the crack is generated inside the tube glass, the tube glass can be cut without forming a scratch on the outer surface as in the conventional case. Therefore, it is possible to reliably prevent a conventional situation in which glass powder is generated when the tube glass is cut. Thereby, the effort which removes glass powder by washing
  • the cut surface is formed in this way, the generation of cracks and chips as much as possible is prevented as compared with the case where cracks are forcibly generated and propagated by cleaving, etc. Can be controlled with relatively high accuracy, and a good cut surface can be stably obtained. Therefore, the occurrence of defects due to cracks and chipping can be suppressed, and the time required for the mouth baking treatment of the end portion of the tube glass can be greatly shortened, and the tube glass product can be efficiently manufactured. .
  • the tube glass cutting device further includes a rotation driving device for rotating the tube glass.
  • a homogeneous crack can be formed over the entire circumference of the tube glass by forming the crack by the laser beam while rotating the tube glass around the axis by the rotation driving device. Thereby, this cutting device comes to be able to cut
  • the laser beam is preferably a pulsed laser.
  • the multiphoton absorption phenomenon can be effectively generated inside the tube glass.
  • the present invention is to solve the above-mentioned problems, and is a method for producing a tube glass product, which is formed after a first cutting step of cutting a continuous tube glass formed by a tube drawing, and after the first cutting step. And a second cutting step for cutting the end portion of the tube glass.
  • the second cutting step includes a crack forming step in which the inside of the tube glass is focused and irradiated with a laser beam, and a crack is generated in the inside of the tube glass by multiphoton absorption generated in an irradiation region of the laser beam.
  • the crack forming step the position of the focal point of the laser light is moved from the inner surface side to the outer surface side in the inside of the tube glass while rotating the tube glass around its axis. Develop into the tube glass.
  • the tube glass is formed by cutting the continuous tube glass in the first cutting step, and cracks are formed in the tube glass due to multiphoton absorption that occurs when the laser light is irradiated.
  • a tube glass product having a predetermined length can be manufactured by cutting the end portion of the tube glass by causing the crack to propagate into the tube glass.
  • the position of the focal point of the laser light is moved from the inner surface side to the outer surface side of the tube glass inside the tube glass. If the crack is developed by moving the focal point from the outer surface side to the inner surface side, the crack that was previously formed at the outer surface side will later form a crack at the inner surface side.
  • the transmission of the laser beam is hindered, and it becomes difficult to progress the crack.
  • the crack can be suitably propagated with respect to the thickness direction of the tube glass. Furthermore, since cracks are propagated while rotating the tube glass, uniform cracks can be formed over the entire circumference of the tube glass. Further, since the crack is generated inside the tube glass, the tube glass can be cut without forming a scratch on the outer surface as in the conventional case. Therefore, it is possible to reliably prevent a conventional situation in which glass powder is generated when the tube glass is cut.
  • or FIG. 19 shows one Embodiment of the cutting method and cutting apparatus of a tube glass which concerns on this invention, and the manufacturing method of a tube glass product.
  • FIG. 1 shows an example of a tube glass product manufacturing apparatus 10 capable of carrying out the present invention.
  • the manufacturing apparatus 10 forms the continuous tube glass G1 by the Danner method, and includes a glass melting furnace 11, a sleeve 12, a driving device 13 that rotationally drives the sleeve 12, a muffle furnace 14 that accommodates the sleeve 12, Annealer 15, tube drawing device 16 for drawing continuous tube glass G1, device 17 for cutting continuous tube glass G1 (hereinafter referred to as “first cutting device”), and continuous tube glass G1 were obtained.
  • a device (hereinafter referred to as “second cutting device”) 18 for cutting the end portion of the tube glass G2 is mainly provided.
  • the XYZ coordinate system shown in FIG. 1 is a fixed coordinate system.
  • a plane including the X axis and the Y axis is a horizontal plane, and a direction along the Z axis is a vertical direction (a positive side of the Z axis). Is the heaven and the negative side is the earth.
  • 3 is a coordinate system on the moving side (coordinate system on the continuous tube glass G1).
  • a plane including the x axis and the y axis is a horizontal plane.
  • the direction along the z-axis is the vertical direction.
  • the glass melting furnace 11 is a furnace for melting a glass raw material to produce a molten glass M.
  • the molten glass M generated in the glass melting furnace 11 is supplied to the sleeve 12 in the muffle furnace 14.
  • the sleeve 12 is formed of a refractory material in a cylindrical shape.
  • the sleeve 12 is partially tapered, and the small-diameter side end portion 12a of the tapered portion is disposed obliquely downward.
  • the sleeve 12 is connected to the drive device 13 through a shaft 19.
  • the sleeve 12 is rotationally driven by the drive device 13 so that the molten glass M supplied to the sleeve 12 can be wound into a cylindrical shape and drawn out into a tube shape from the small diameter side end portion 12a. Yes.
  • the molten glass M drawn into a tube shape is continuously drawn out of the muffle furnace 14 as a continuous tube glass G1 and introduced into the annealer 15.
  • the tube drawing device 16 is disposed on the downstream side of the annealer 15, and pulls the continuous tube glass G ⁇ b> 1 that has passed through the annealer 15 at a constant speed so that it can be conveyed toward the first cutting device 17.
  • the continuous tube glass G1 is adjusted to have a predetermined outer diameter by pulling in the downstream direction while holding the upper and lower portions of the continuous tube glass G1 with a pair of conveying belts (not shown). Can be supplied to the first cutting device 17.
  • the first cutting device 17 is for cutting the continuous tube glass G1 to obtain a tube glass G2 having a predetermined length dimension.
  • the thickness of the tube glass G2 in the present embodiment is, for example, 0.5 mm to 2.0 mm, but is not limited thereto.
  • the first cutting device 17 promotes the progress of cracks in the internal crack region C1 and the internal crack region forming device 20 for forming the internal crack region C1 in a part of the circumferential direction of the continuous tube glass G1.
  • a crack advancing device 21 that generates stress in the continuous tube glass G1 and propagates the crack over the entire circumference, and a support portion 22 (see FIG. 1) that supports the continuous tube glass G1 are provided.
  • the internal crack region forming apparatus 20 includes a laser oscillator 23 capable of oscillating predetermined laser light (for example, picosecond pulse laser light or sub-picosecond pulse laser light) L, and laser light L oscillated from the laser oscillator 23 to continuous tube glass. And an optical system 24 for condensing and entering the inside of G1.
  • the internal crack region forming device 20 is disposed on the path of the optical system 24, and as shown in FIG. 2, a scanning unit 25 for scanning the laser light L in a predetermined mode, It further has a focus adjustment unit 26 that can adjust the position of the focus F inside the continuous tube glass G1 of the laser light L.
  • the optical system 24 includes a plurality of mirrors 27 and an objective lens 28 that condenses the laser light L transmitted through the plurality of mirrors 27 inside the continuous tube glass G1.
  • the scanning unit 25 is configured by a galvanometer mirror, for example, as shown in FIG.
  • the scanning unit 25 is configured to scan the laser beam L reflected by the mirror 27 along a predetermined locus.
  • the center line X1 of the continuous tube glass G1 is used. It is comprised so that it can scan linearly along the circumferential direction of the continuous tube glass G1 so that the focus F may be contained in the virtual cross section X2 orthogonal to.
  • the scanning trajectory described above is a form when viewed in a coordinate system (xyz coordinate system shown in FIG. 3) based on the moving continuous tube glass G1, and when viewed in a coordinate system based on the fixed side,
  • the continuous tube glass G1 moves by a predetermined distance d in the direction along the center line X1
  • the focal point F moves in the direction along the circumferential direction by the distance indicated by the arrow in FIG.
  • the scanning mode of the focal point F is set so as to move in the direction along the center line X1 by the same distance as the moving distance d of the continuous tube glass G1.
  • the focus adjusting unit 26 is constituted by a spatial light phase modulator, for example. Specifically, the focus adjusting unit 26 uses a phase hologram prepared in advance, and the position of the focus F (precisely, the continuous tube glass G1) according to the irradiation direction of the laser light L controlled by the scanning unit 25.
  • the spatial phase distribution of the laser beam L can be modulated so that the position in the thickness direction is adjusted.
  • the focal point F is in the circumferential direction of the continuous tube glass G1 on the outer peripheral side in the thickness direction of the continuous tube glass G1, that is, on the side close to the outer surface (outer peripheral surface) G1a of the continuous tube glass G1.
  • the position of the focal point F of the laser light L is adjusted so as to be along the position.
  • the crack propagation device 21 includes a tensile force applying portion 29 that applies a tensile force f1 in a direction along the center line X1 of the continuous tube glass G1, and the center of the continuous tube glass G1.
  • a bending force applying unit 30 that applies a bending force f2 to the continuous tube glass G1 is provided so that the line X1 is bent with a predetermined curvature.
  • the tensile force imparting unit 29 includes a gripping unit 31 that grips the downstream end of the continuous tube glass G1, and a slide drive unit 32 that moves the gripping unit 31 in a direction along the center line X1.
  • the You may comprise the slide drive part 32 so that the holding
  • the bending force application unit 30 is composed of a plurality of rollers 33 that sandwich both sides of the continuous tube glass G1 in the horizontal direction.
  • the position at which the continuous tube glass G1 is supported (clamped) by the plurality of rollers 33 is set to be curved with a predetermined curvature as the center line X1 of the continuous tube glass G1 goes downstream.
  • the support portion 22 may be a plurality of rollers arranged at a predetermined interval along the longitudinal direction of the continuous tube glass G1, but is not limited thereto.
  • the support part 22 supports the lower part of this continuous tube glass G1 so that the continuous tube glass G1 may be guided in the longitudinal direction.
  • the 2nd cutting device 18 is the conveyance which conveys the crack formation apparatus 34 which forms a crack in the inside of the tube glass G2 obtained by cut
  • Device 35 the crack formation apparatus 34 which forms a crack in the inside of the tube glass G2 obtained by cut
  • the crack forming device 34 has substantially the same configuration as the internal crack region forming device 20 according to the first cutting device 17. That is, the crack forming device 34 includes a laser oscillator 36 that can oscillate a predetermined laser beam (for example, a picosecond pulse laser beam or a sub-picosecond pulse laser beam) L, and a laser beam L oscillated from the laser oscillator 36 to the tube glass G2. An optical system 37 for condensing and entering the light beam, and a focus adjusting unit 38 that can adjust the position of the focal point of the laser light L inside the tube glass G2.
  • a predetermined laser beam for example, a picosecond pulse laser beam or a sub-picosecond pulse laser beam
  • the crack forming device 34 does not include the scanning unit 25 in the internal crack region forming device 20, but is not limited thereto, and naturally includes the scanning unit 25. Also good.
  • the 2nd cutting device 18 is provided with the two crack formation apparatuses 34 in order to cut
  • the optical system 37 includes a plurality of mirrors 39 and an objective for condensing the laser light L transmitted through the plurality of mirrors 39 inside the tube glass G2.
  • a lens 40 Similar to the optical system 24 according to the first cutting device 17, the optical system 37 includes a plurality of mirrors 39 and an objective for condensing the laser light L transmitted through the plurality of mirrors 39 inside the tube glass G2.
  • a lens 40 Similar to the optical system 24 according to the first cutting device 17, the optical system 37 includes a plurality of mirrors 39 and an objective for condensing the laser light L transmitted through the plurality of mirrors 39 inside the tube glass G2.
  • the focus adjustment unit 38 is configured by, for example, a spatial light phase modulator, similarly to the focus adjustment unit 26 according to the first cutting device 17.
  • the focus adjustment unit 38 uses the phase hologram prepared in advance to adjust the focal position (position in the thickness direction of the tube glass G2) according to the irradiation direction of the laser light L. Can be modulated.
  • the conveying device 35 may be a rotational drive device that rotates (spins) the tube glass G2 around its axis (corresponding to the center line X1 of the continuous tube glass G1). Function.
  • the transport device 35 includes a pair of endless roller chain composites 41.
  • the conveying device 35 conveys the tube glass G2 spanned between the pair of roller chain composite bodies 41 in a direction (lateral direction) orthogonal to the axis.
  • each roller chain complex 41 includes a pair of endless roller chains 43 respectively traveling on the guide rails 42, and a roller shaft between the pair of roller chains 43 so as to be freely rotated by the roller shaft.
  • a plurality of disc-shaped transport disks 44 that are pivotally supported, a sprocket 45 that is concentrically fixed to each of the transport disks 44, and an endless drive chain 46 that meshes with all the sprockets 45 and circulates.
  • the conveying disks 44 are formed so that their diameters are larger than the pitch of the roller chains 43, and are alternately arranged so that their outer peripheral parts partially overlap in a side view. Thereby, a valley is formed between the adjacent conveyance disks 44 in a side view, and the tube glass G2 is stably placed in this valley.
  • the conveying device 35 circulates and moves the roller chain 43 with a driving source (not shown), thereby causing each conveying disk 44 to move and move each tube glass G2 in a direction perpendicular to the axial direction (direction indicated by an arrow D1). ).
  • the conveying device 35 rotates the driving chain 46 by a separate driving source (not shown) independently of the roller chain 43 to rotate each conveying disk 44 via the sprocket 45, and each tube glass G2 is rotated. It is rotated around its axis (direction shown by arrow D2 in FIG. 10). Thereby, the conveying apparatus 35 can convey continuously the several tube glass G2 in parallel to the direction orthogonal to this axial center, rotating continuously around the axial center.
  • the second cutting device 18 conveys the tube glass G2 to a position below the crack forming device 34 (cutting position). At this time, the second cutting device 18 stops the conveyance of the tube glass G2 in the lateral direction by the conveying device 35 and rotates the tube glass G2 according to the time of the conveying disk 44, while the crack forming device 34 causes the tube glass G2 to rotate. A crack C is generated inside. As the crack C propagates inside the tube glass G2, its end is cut (see FIG. 11).
  • the continuous tube glass G1 sent out from the tube drawing device 16 is conveyed further downstream while being supported from below by a support portion 22 (see FIG. 1).
  • a first cutting device 17 for cutting the continuous tube glass G1 into a predetermined length is disposed, and a rough cutting step by the first cutting device 17 is provided. (First cutting step) is performed.
  • a plurality of rollers 33 constituting the bending force applying unit 30 are disposed on the upstream side of the grip portion 31, and the continuous tube glass G1 passing between the plurality of rollers 33 has a center line X1 thereof.
  • a predetermined bending force f2 is applied so as to be bent with a predetermined curvature.
  • the continuous tube glass G1 is curved with a predetermined curvature so that a laser beam L irradiation side (upper right side in FIG. 2) described later is convex.
  • the laser beam L is applied to the inside of the continuous tube glass G1 while maintaining the above-described stress distribution.
  • the region irradiated with the laser beam L includes one or more cracks due to multiphoton absorption of the laser beam L.
  • a crack region C1 is formed.
  • the laser beam L is scanned by the scanning unit 25 along a predetermined locus (for example, between the focal point F and the position of the focal point F ′ in FIG. 3), and the focal point F of the laser beam L is scanned by the focal point adjusting unit 26.
  • the position of is adjusted so as to change over time.
  • the focal point F is moved along the circumferential direction at a predetermined position in the thickness direction of the continuous tube glass G1, and an internal crack region C1 having a predetermined circumferential dimension is formed (see FIG. 5).
  • a strip-shaped internal crack region C1 is formed in the range of 45 ° or more and less than 90 ° around the center line X1.
  • region C1 is extended in the circumferential direction, and the continuous tube glass G1 is cut
  • the internal crack region C1 is formed as described above, so that the internal crack is naturally generated. Cracks progress in the direction away from each other along the circumferential direction from both ends in the circumferential direction of the region C1, and the crack propagation region C2 expands along the circumferential direction (see FIG. 6).
  • the crack propagation region C2 is as shown in FIG. Expansion starts in a direction away from each other in the circumferential direction of the internal crack region C1, and continues to expand at the same speed along the circumferential direction as shown in FIG. In this way, the cracks continue to develop symmetrically (the crack propagation region C2 expands), so that a predetermined circumferential position (for example, in FIG. 8, the center position and the center in the circumferential direction of the internal crack region C1).
  • the left and right crack progress regions C2 simultaneously reach the position facing directly across the line X1.
  • the second cutting device 18 performs a recutting process (second cutting process) on the end of the tube glass G2.
  • the tube glass G2 cut by the first cutting device 17 is received by the transfer device 35 and transferred to a position below the crack forming device 34.
  • the transport device 35 transports the tube glass G2 to a position below the crack forming device 34 (a position below the objective lens 40)
  • the transport device temporarily stops the transport, and the transport disk 44 rotates the tube glass G2 at that position. Wait for this.
  • the second cutting device 18 moves the laser beam L in the crack forming device 34 from the position on the inner surface G2b side in the tube glass G2 toward the position on the outer surface G2a side, while moving the focal point to the end of the tube glass G2. Disconnect.
  • the crack forming device 34 focuses the laser light L inside the portion to be cut of the tube glass G2, and the position on the inner surface 2b side of the tube glass G2 ( (Hereinafter referred to as “first focal position”) FP1.
  • first focal position FP1 is between the center line X3 in the thickness direction (or radial direction) of the tube glass G2 and the inner surface G2b of the tube glass G2. More preferably, the first focal position FP1 is desirably set as close as possible to the inner surface G2b of the tube glass G2 than the center line X3 of the tube glass G2.
  • the tube glass G2 is rotated in the direction indicated by the arrow in FIG. By this rotation, the crack C caused by the laser light L irradiated to the first focal position FP1 propagates in the circumferential direction of the tube glass G2. While the tube glass G2 is rotated once, the second cutting device 18 condenses the laser light L at the first focal position FP1 and forms a crack C by multiphoton absorption. As a result, as shown in FIG. 14, an annular crack (hereinafter referred to as “first crack”) CA is formed corresponding to the focal position of the laser beam L.
  • first crack annular crack
  • the crack forming apparatus 34 moves the focal point of the laser light L to a position FP2 on the outer surface G2a side (hereinafter referred to as “second focal position”) FP2 from the first focal position FP1.
  • the crack forming device 34 continues to irradiate the laser beam L at the second focal position FP2 while the tube glass G2 makes one more rotation, and as a result, as shown in FIG. CB) is formed.
  • the second crack CB has a larger radius than the first crack CA and is located on the outer side in the radial direction than the first crack CA.
  • the third crack (not shown) at the third focal position and the fourth crack (not shown) at the fourth focal position are sequentially directed toward the outer surface G2a in the same manner.
  • the crack By forming an annular crack (toward the outer side in the radial direction), the crack can be entirely developed along the thickness direction of the tube glass G2, and the end of the tube glass G2 can be cut.
  • the width of each crack CA, CB can be, for example, about 0.1 mm, but is not limited to this. As shown in FIG.
  • both end portions of the tube glass G2 are cut (recut) by the two crack forming devices 34, and the end surface of the tube glass G2 is subjected to a mouth baking process (not shown), thereby obtaining a predetermined length.
  • a tube glass product G3 having dimensions is formed.
  • FIGS. 16 to 19 show another example of the recutting process.
  • the mode of irradiation of the laser light L by the second cutting device 18 is different from the examples of FIGS.
  • a linear crack C is formed along the thickness direction (or radial direction) of the tube glass G2 while rotating the tube glass G2.
  • the crack forming device 34 focuses the laser beam L on the first focal position FP1 near the inner surface G2b inside the tube glass G2, and at the first focal position FP1.
  • a crack C due to multiphoton absorption is formed.
  • the crack forming device 34 moves the focus of the laser light L to the second focus position FP2 on the outer surface G2a side of the tube glass G2 with respect to the first focus position FP1, and this second focus position.
  • a crack C is formed in the FP2.
  • the second cutting device 18 moves the focal point to the third focal position FP3 on the outer surface G2a side of the second focal position FP2, and forms a crack C at the third focal position FP3.
  • the tube glass G2 has a linear shape as shown in FIG.
  • the crack C is formed.
  • the crack forming device 34 repeats the formation of the crack C a plurality of times while the tube glass G2 rotates once. Thereby, as shown in FIG. 19, the some crack C will be formed in the inside of the tube glass G2 over the perimeter.
  • the end portion of the tube glass G2 is cut during one rotation. Therefore, in this example, the tube glass G2 can be cut at a high speed.
  • a tube glass product G3 having a predetermined length is completed by cutting both ends of the tube glass G2.
  • the laser beam L pulse laser beam
  • an external modulator for the formation of cracks according to the examples of FIGS.
  • the frequency of the laser beam L (pulse laser beam) in this example is 50 kHz, but is not limited to this.
  • a plurality of linear cracks C can be suitably formed inside the portion to be cut of the tube glass G2. .
  • the cracks C are displayed so as to be spaced apart from each other, but this is only a schematic display for easy understanding. Actually, the cracks C are connected to each other as a result of the progress, and reach the outer surface G2a and the inner surface G2b of the tube glass G2, thereby reliably cutting the end portion of the tube glass.
  • the laser beam is emitted from the crack forming device 34 of the second cutting device 18.
  • Cracks C (CA, CB) are formed inside the tube glass G2 due to multiphoton absorption that occurs when L is irradiated, and the focal position (FP1 to FP3) of the laser light L is changed from the inner surface G2b side of the tube glass G2 to the outer surface. By moving to the G2a side, it becomes possible to propagate this crack inside the tube glass G2 and cut the tube glass G2.
  • the crack formed at the position on the outer surface G2a side is later transferred to the inner surface G2b side.
  • the transmission of the laser beam is hindered, making it difficult to propagate the crack.
  • the crack C CA, CB
  • the tube glass G2 can be cut without forming a scratch with a cutting blade as in the prior art. Is possible. Thereby, the situation where glass powder generate
  • this invention is not limited to the structure of the said embodiment, It is not limited to the above-mentioned effect.
  • the present invention can be variously modified without departing from the gist of the present invention.
  • an example is shown in which the crack C (CA, CB) is developed over the entire circumference by rotating the tube glass G2, but the present invention is not limited thereto.
  • an annular crack may be developed inside the tube glass G2 by scanning the laser beam L of the crack forming device 34 in the circumferential direction of the tube glass G2.
  • Second cutting device 34 Crack formation device 35
  • Conveyance device rotary drive device
  • FP1 Focus position FP2 Focus position
  • FP3 Focus position G2 Tube glass G2a Tube glass outer surface
  • G2b Tube glass inner surface
  • G3 Tube glass product L Laser light

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Abstract

　管ガラスＧ２の切断方法は、管ガラスＧ２の内部に焦点を合せてレーザー光Ｌを照射し、レーザー光Ｌの照射領域に生じる多光子吸収により管ガラスＧ２の内部にクラック形成工程を備える。クラック形成工程は、レーザー光Ｌの焦点の位置を、管ガラスＧ２の内部において内面Ｇ２ｂ側から外面Ｇ２ａ側に移動させることで、クラックＣを管ガラスＧ２の内部に進展させる。

Description

管ガラスの切断方法及び切断装置、並びに管ガラス製品の製造方法
　本発明は、管ガラスの切断方法及び切断装置、並びに管ガラス製品の製造方法に関する。
　例えば医療用のアンプル、シリンジあるいは照明用の蛍光管などに用いられる管ガラス製品は、ダンナー法やダウンドロー法など種々の手法により成形されている。以下、ダンナー法を例にとってその概要を説明する。
　ダンナー法で管ガラス製品を製造する場合、まずマッフル炉内に配置された回転可能なスリーブに熔融ガラスを供給する。供給された熔融ガラスは、スリーブに巻き付きながら管状になる。この管状となった熔融ガラスをスリーブの先端から管引き装置（牽引装置）で引張り出すことで、管ガラスが連続的に成形される（例えば特許文献１参照）。
　連続的に成形された管ガラス（以下「連続管ガラス」という）は、粗切断及び再切断の各工程を経て、所定長さの管ガラス製品となる。粗切断工程では、搬送される連続管ガラスを粗切断装置により切断し、所定長の管ガラスを得る（例えば特許文献２、０００３参照）。
　再切断工程では、粗切断工程により得られた管ガラスをコンベアにより回転させながら搬送するとともに、その切断予定部位をバーナによって加熱する。次に、この管ガラスを回転させつつ、再切断装置における切断刃（ダイヤモンドホイール等の）によって、加熱された部分に擦り傷を形成する。具体的には、この切断刃を水等により冷却した状態で管ガラスに接触させ、これによる熱衝撃によって管ガラスの外周面に擦り傷をオリジンとするクラック（亀裂）が発生する。管ガラスは、このクラックの進展によりその両端部が切断される。その後、管ガラスの端部に口焼き処理による仕上げ加工が施され、以上によって、所定長の管ガラス製品が完成する（同文献の０００５参照）。
特開２０１３－１５９５３２号公報 特開２０１３－１４７４０５号公報
　上記の再切断工程では、管ガラスの外周面に切断刃による擦り傷を形成し、これを熱衝撃によりクラックとして進展させて切断するため、破断面の切断精度は低く、破断面を仕上げるための口焼き加工に長い時間を必要とし、生産効率の低下を招いていた。また、管ガラスの外周面に擦り傷を形成する方法では、ガラス粉が不可避的に発生するため、切断後の管ガラス内周面に付着したガラス粉を洗浄する工程も別途必要になっていた。
　本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、切断面におけるガラス微粉の発生を防止することで効率良く管ガラスを切断することが可能な切断方法及び切断装置、並びに管ガラス製品の製造方法を提供することを目的とする。
　本発明は上記の課題を解決するためのものであり、管ガラスを切断するための方法であって、前記管ガラスの内部に焦点を合せてレーザー光を照射し、前記レーザー光の照射領域に生じる多光子吸収により前記管ガラスの前記内部にクラックを生じさせるクラック形成工程を備える。さらに、前記クラック形成工程は、前記レーザー光の焦点の位置を、前記管ガラスの前記内部において内面側から外面側に移動させることで、前記クラックを前記管ガラスの内部に進展させる。
　上記のような管ガラスの切断方法によれば、レーザー光を照射した際に生じる多光子吸収によって管ガラスの内部にクラックを形成し、このクラックを管ガラスの内部に進展させることで管ガラスを切断することが可能になる。クラックを進展させるにあたり、レーザー光の焦点の位置は、管ガラスの内部において、この管ガラスの内面側から外面側へと移動させる。仮に外面側から内面側へと焦点の位置を移動させてクラックを進展させようとすると、先に外面側の位置に形成されたクラックが、後に内面側の位置にクラックを形成しようとする際に、レーザー光の透過を阻害してしまい、クラックを進展させることが困難となる。これに対し、本発明では、レーザー光の焦点の位置を内面側から外面側へと移動させるため、管ガラスの厚さ方向に対してクラックを好適に進展させ、管ガラスを確実に切断できる。また、本方法において、クラックは、管ガラスの内部に発生するものであるため、従来のようにその外面に擦り傷を形成しなくとも、管ガラスを切断することが可能である。したがって、管ガラスの切断時にガラス粉が発生するといった従来の事態を確実に防止することができる。これにより、ガラス粉を洗浄により除去する手間を省いて必要な工程数を少なくできる。また、このように切断面を形成するのであれば、割断等により強制的にクラックを発生、進展させる場合と比べて、割れや欠け等の発生を可及的に防止して、切断面の性状を比較的高精度に制御でき、良好な切断面を安定的に得ることが可能となる。したがって、割れや欠けに起因する不良の発生が抑えられると共に、管ガラスの端部の口焼き処理に要する時間を大幅に短縮することができ、管ガラス製品を効率良く製造することが可能になる。
　また、本発明に係る管ガラスの切断方法では、前記管ガラスをその軸心まわりに回転させつつ、前記レーザー光の焦点の位置を、前記管ガラスの前記内部において前記内面側から前記外面側に移動させることで、前記クラックを前記管ガラスの内部に進展させることが望ましい。管ガラスを軸心まわりに回転させながら、レーザー光によるクラックを形成することで、管ガラスの全周にわたって均質なクラックを形成することができる。これにより、管ガラスを精度良く切断できるようになる。
　また、本発明に係る管ガラスの切断方法において、前記レーザー光はパルスレーザーであることが望ましい。これにより、管ガラスの内部に多光子吸収現象を効果的に生じさせることができる。
　また、本発明に係る管ガラスの切断方法では、前記クラックは、前記管ガラスの回転に伴って環状に形成されることが望ましい。このように、管ガラスの回転に応じて多光子吸収によるクラックを環状に形成することで、管ガラスの全周にわたって均一なクラックを形成し、管ガラスを精度良く切断できるようになる。
　また、本発明に係る管ガラスの切断方法では、前記クラックは、前記管ガラスの厚み方向に沿って直線状に形成されてもよい。管ガラスを回転させながら、この直線状のクラックを順次形成すれば、管ガラスの全周にわたってこの直線状のクラックを形成できる。これにより、管ガラスを少なくとも一回転させるだけで切断できるため、管ガラスの高速切断が可能になる。
　本発明は上記の課題を解決するためのものであり、管ガラスを切断するための装置であって、前記管ガラスの内部に焦点を合わせてレーザー光を照射し、前記レーザー光の照射領域に生じる多光子吸収により前記管ガラスの前記内部にクラックを生じさせるクラック形成装置を備える。さらに、前記クラック形成装置は、前記レーザー光の焦点の位置を、前記管ガラスの前記内部において内面側から外面側に移動させることで、前記クラックを前記管ガラスの内部に進展させる。
　上記のような管ガラスの切断装置によれば、クラック形成装置からレーザー光を照射した際に生じる多光子吸収によって管ガラスの内部にクラックを形成し、このクラックを管ガラスの内部に進展させることで管ガラスを切断することが可能になる。クラックを進展させるにあたり、レーザー光の焦点の位置は、管ガラスの内部において、この管ガラスの内面側から外面側へと移動させる。仮に外面側から内面側へと焦点の位置を移動させてクラックを進展させようとすると、先に外面側の位置に形成されたクラックが、後に内面側の位置にクラックを形成しようとする際に、レーザー光の透過を阻害してしまい、クラックを進展させることが困難となる。これに対し、本発明では、レーザー光の焦点の位置を内面側から外面側へと移動させるため、クラックを管ガラスの厚さ方向に対して好適に進展させ、管ガラスを確実に切断できる。また、クラックは、管ガラスの内部に発生するものであるため、従来のようにその外面に擦り傷を形成しなくとも、管ガラスを切断することが可能である。したがって、管ガラスの切断時にガラス粉が発生するといった従来の事態を確実に防止することができる。これにより、ガラス粉を洗浄により除去する手間を省いて必要な工程数を少なくできる。また、このように切断面を形成するのであれば、割断等により強制的にクラックを発生、進展させる場合と比べて、割れや欠け等の発生を可及的に防止して、切断面の性状を比較的高精度に制御でき、良好な切断面を安定的に得ることが可能となる。したがって、割れや欠けに起因する不良の発生が抑えられると共に、管ガラスの端部の口焼き処理に要する時間を大幅に短縮することができ、管ガラス製品を効率良く製造することが可能になる。
　また、本発明に係る管ガラスの切断装置は、前記管ガラスを回転させるための回転駆動装置をさらに備えることが望ましい。回転駆動装置によって管ガラスを軸心まわりに回転させながら、レーザー光によるクラックを形成することで、管ガラスの全周にわたって均質なクラックを形成することができる。これにより、この切断装置は管ガラスを精度良く切断できるようになる。
　また、本発明に係る管ガラスの切断装置において、前記レーザー光はパルスレーザーであることが望ましい。これにより、管ガラスの内部に多光子吸収現象を効果的に生じさせることができる。
　本発明は上記の課題を解決するためのものであり、管ガラス製品を製造する方法であって、管引き成形された連続管ガラスを切断する第１切断工程と、前記第１切断工程後に形成される管ガラスの端部を切断する第２切断工程と、を備える。前記第２切断工程は、前記管ガラスの内部に焦点を合せてレーザー光を照射し、前記レーザー光の照射領域に生じる多光子吸収により前記管ガラスの前記内部にクラックを生じさせるクラック形成工程を備える。前記クラック形成工程は、前記管ガラスをその軸心まわりに回転させつつ、前記レーザー光の前記焦点の位置を、前記管ガラスの前記内部において内面側から外面側に移動させることで、前記クラックを前記管ガラスの内部に進展させる。
　上記のような管ガラス製品の製造方法によれば、第１切断工程により連続管ガラスを切断して管ガラスを形成し、レーザー光を照射した際に生じる多光子吸収によって管ガラスの内部にクラックを形成し、このクラックを管ガラスの内部に進展させることで管ガラスの端部を切断することで、所定長の管ガラス製品を製造できる。クラックを進展させるにあたり、レーザー光の焦点の位置は、管ガラスの内部において、この管ガラスの内面側から外面側へと移動させる。仮に外面側から内面側へと焦点の位置を移動させてクラックを進展させようとすると、先に外面側の位置に形成されたクラックが、後に内面側の位置にクラックを形成しようとする際に、レーザー光の透過を阻害してしまい、クラックを進展させることが困難となる。これに対し、本発明では、レーザー光の焦点の位置を内面側から外面側へと移動させるため、クラックを管ガラスの厚さ方向に対して好適に進展させることが可能になる。さらに、管ガラスを回転させながらクラック進展させることから、管ガラスの全周にわたって均質なクラックを形成できる。また、クラックは、管ガラスの内部に発生するものであるため、従来のようにその外面に擦り傷を形成しなくとも、管ガラスを切断することが可能である。したがって、管ガラスの切断時にガラス粉が発生するといった従来の事態を確実に防止することができる。これにより、ガラス粉を洗浄により除去する手間を省いて必要な工程数を少なくできる。また、このように切断面を形成するのであれば、割断等により強制的にクラックを発生、進展させる場合と比べて、割れや欠け等の発生を可及的に防止して、切断面の性状を比較的高精度に制御でき、良好な切断面を安定的に得ることが可能となる。したがって、割れや欠けに起因する不良の発生が抑えられると共に、管ガラスの端部の口焼き処理に要する時間を大幅に短縮することができ、管ガラス製品を効率良く製造することが可能になる。
　本発明によれば、ガラス微粉の発生を防止することで効率良く管ガラスを切断することが可能になる。
管ガラス製品の製造装置を示す側面図である。 管ガラスの製造装置における第１切断装置を示す平面図である。 第１切断装置におけるレーザー光の走査態様を説明するための連続管ガラスの要部拡大斜視図である。 第１切断装置におけるレーザー光の照射態様を説明するための連続管ガラスの要部拡大平面図である。 内部クラック領域を形成した直後の連続管ガラスの要部断面図である。 内部クラック領域中のクラックが連続管ガラスの円周方向に進展を開始した直後の連続管ガラスの要部断面図である。 内部クラック領域中のクラックが連続管ガラスの円周方向に進展している途中の状態を示す連続管ガラスの要部断面図である。 内部クラック領域中のクラックが連続管ガラスの全周にわたって進展した後の状態を示す連続管ガラスの端面を正面から見た図である。 図１に示す製造装置の要部平面図であって、連続管ガラスを切断した直後の状態を示す図である。 図１に示す製造装置に係る第２切断装置の概略を示す側面図である。 第２切断装置を示す概略平面図である。 切断開始時の管ガラスを示す断面図である。 切断進行中の管ガラスを示す断面図である。 切断進行中の管ガラスを示す断面図である。 切断進行中の管ガラスを示す断面図である。 切断開始時の管ガラスを示す断面図である。 切断進行中の管ガラスを示す断面図である。 切断進行中の管ガラスを示す断面図である。 切断終了時の管ガラスを示す断面図である。
　以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。図１乃至図１９は、本発明に係る管ガラスの切断方法及び切断装置並びに管ガラス製品の製造方法の一実施形態を示す。
　図１は、本発明を実施することが可能な管ガラス製品の製造装置１０の一例を示す。製造装置１０は、ダンナー法によって連続管ガラスＧ１を成形するものであり、ガラス熔融炉１１と、スリーブ１２と、スリーブ１２を回転駆動する駆動装置１３と、スリーブ１２を収容するマッフル炉１４と、アニーラー１５と、連続管ガラスＧ１を管引き成形する管引き装置１６と、連続管ガラスＧ１を切断する装置（以下「第１切断装置」という）１７と、連続管ガラスＧ１を切断して得た管ガラスＧ２の端部を切断する装置（以下「第２切断装置」という）１８とを主に備える。
　なお、図１に示すＸＹＺ座標系は固定側の座標系であり、本実施形態では、Ｘ軸及びＹ軸を含む平面を水平面、Ｚ軸に沿った方向を鉛直方向（Ｚ軸の正の側を天、負の側を地）としている。また、図３に示すｘｙｚ座標系は移動側の座標系（連続管ガラスＧ１上の座標系）であり、図１等に示すＸＹＺ座標系と同じく、ｘ軸及びｙ軸を含む平面を水平面、ｚ軸に沿った方向を鉛直方向としている。
　ガラス熔融炉１１は、ガラス原料を熔融して熔融ガラスＭを生成するための炉である。ガラス熔融炉１１で生成された熔融ガラスＭは、マッフル炉１４内のスリーブ１２に供給される。
　スリーブ１２は耐火物で円筒状に形成される。スリーブ１２は部分的にテーパ状をなし、テーパ状部分の小径側端部１２ａを斜め下方に向けて配置されている。このスリーブ１２はシャフト１９を介して駆動装置１３と連結されている。本実施形態では、スリーブ１２を駆動装置１３により回転駆動することで、スリーブ１２に供給された熔融ガラスＭを円筒状に巻回して、小径側端部１２ａの側から管形状に引出し成形可能としている。
　このように、管形状に引出し成形された熔融ガラスＭは、連続管ガラスＧ１としてマッフル炉１４外へと連続的に引出されると共に、アニーラー１５へと導入される。
　管引き装置１６は、アニーラー１５の下流側に配置されるもので、アニーラー１５を通過した連続管ガラスＧ１を一定の速度で牽引し、第１切断装置１７に向けて搬送可能とする。具体的には、図示しない一対の搬送ベルトで連続管ガラスＧ１の上部と下部とを挟持しつつ下流方向へ牽引して管引きすることで、所定の外径寸法に整えられた連続管ガラスＧ１を第１切断装置１７に供給可能としている。
　第１切断装置１７は、図２に示すように、連続管ガラスＧ１を切断して、所定の長さ寸法を有する管ガラスＧ２を得るためのものである。なお、本実施形態における管ガラスＧ２の厚みは、例えば０．５ｍｍ～２．０ｍｍとされるが、これに限定されるものではない。第１切断装置１７は、連続管ガラスＧ１の円周方向の一部に内部クラック領域Ｃ１を形成するための内部クラック領域形成装置２０と、内部クラック領域Ｃ１中のクラックが進展するのを助長する応力を連続管ガラスＧ１に発生させて、クラックを全周にわたって進展させるクラック進展装置２１と、連続管ガラスＧ１を支持する支持部２２（図１参照）とを具備する。
　内部クラック領域形成装置２０は、所定のレーザー光（例えばピコ秒パルスレーザー光又はサブピコ秒パルスレーザー光）Ｌを発振可能なレーザー発振器２３と、レーザー発振器２３から発振されたレーザー光Ｌを連続管ガラスＧ１の内部に集光入射させるための光学系２４とを有する。また、本実施形態では、内部クラック領域形成装置２０は、光学系２４の経路上に配設され、図２に示すように、レーザー光Ｌを所定の態様で走査するための走査部２５と、レーザー光Ｌの連続管ガラスＧ１の内部における焦点Ｆの位置を調整可能とする焦点調整部２６とをさらに有する。
　光学系２４は、本実施形態では、複数のミラー２７と、これら複数のミラー２７を介して伝達されたレーザー光Ｌを連続管ガラスＧ１の内部に集光する対物レンズ２８とを有する。
　走査部２５は、例えば図２に示すようにガルバノミラーで構成される。この走査部２５は、ミラー２７で反射されたレーザー光Ｌを所定の軌跡で走査できるように構成されており、例えば本実施形態では、図３に示すように、連続管ガラスＧ１の中心線Ｘ１に直交する仮想断面Ｘ２に焦点Ｆが含まれるよう、連続管ガラスＧ１の円周方向に沿って直線的に走査できるように構成されている。
　上述した走査軌跡は、移動する連続管ガラスＧ１を基準とする座標系（図３に示すｘｙｚ座標系）で見た場合の形態であり、これを固定側を基準とする座標系で見ると、図４に示すように、中心線Ｘ１に沿った向きに連続管ガラスＧ１が所定距離ｄだけ移動する間に、焦点Ｆが円周方向に沿った向きに図３中の矢印で示す距離だけ移動すると共に、連続管ガラスＧ１の移動距離ｄと同じ距離だけ中心線Ｘ１に沿った向きに移動するよう、焦点Ｆの走査態様が設定されている。
　焦点調整部２６は、例えば空間光位相変調器で構成される。具体的には、焦点調整部２６は、予め作製しておいた位相ホログラムにより、走査部２５により制御されるレーザー光Ｌの照射方向に応じて焦点Ｆの位置（正確には連続管ガラスＧ１の厚み方向位置）が調整されるよう、レーザー光Ｌの空間位相分布を変調可能としている。本実施形態では、図３に示すように、焦点Ｆが連続管ガラスＧ１の厚み方向外周側、すなわち、連続管ガラスＧ１の外面（外周面）Ｇ１ａに近い側で連続管ガラスＧ１の円周方向に沿った位置となるよう、レーザー光Ｌの焦点Ｆの位置が調整される。
　クラック進展装置２１は、本実施形態では、図２に示すように、連続管ガラスＧ１の中心線Ｘ１に沿った向きに引張り力ｆ１を付与する引張り力付与部２９と、連続管ガラスＧ１の中心線Ｘ１が所定の曲率で湾曲するように、連続管ガラスＧ１に曲げ力ｆ２を付与する曲げ力付与部３０とを有する。
　ここで、例えば引張り力付与部２９は、連続管ガラスＧ１の下流側端部を把持する把持部３１と、把持部３１を中心線Ｘ１に沿った向きに移動するスライド駆動部３２とで構成される。連続管ガラスＧ１と同期して把持部３１を移動可能なようにスライド駆動部３２を構成してもよい。この場合、一定期間（一定距離）の間、中心線Ｘ１に沿って移動している最中の連続管ガラスＧ１に対して引張り力ｆ１を付与した状態を維持することが可能となる。
　また、曲げ力付与部３０は、連続管ガラスＧ１の水平方向両側を挟持する複数のローラ３３で構成される。これら複数のローラ３３による連続管ガラスＧ１の支持（挟持）位置は、連続管ガラスＧ１の中心線Ｘ１が下流側に向かうにつれて所定の曲率で湾曲するように設定されている。
　支持部２２は、連続管ガラスＧ１の長手方向に沿って所定の間隔で配置される複数のローラであり得るが、これに限定されるものではない。支持部２２は、連続管ガラスＧ１をその長手方向に案内するように、この連続管ガラスＧ１の下部を支持する。
　図１０及び図１１に示すように、第２切断装置１８は、連続管ガラスＧ１を切断して得られる管ガラスＧ２の内部にクラックを形成するクラック形成装置３４と、管ガラスＧ２を搬送する搬送装置３５とを備える。
　図１０に示すように、クラック形成装置３４は、第１切断装置１７に係る内部クラック領域形成装置２０と略同様の構成を有する。すなわち、クラック形成装置３４は、所定のレーザー光（例えばピコ秒パルスレーザー光又はサブピコ秒パルスレーザー光）Ｌを発振可能なレーザー発振器３６と、レーザー発振器３６から発振されたレーザー光Ｌを管ガラスＧ２の内部に集光入射させるための光学系３７と、レーザー光Ｌの管ガラスＧ２の内部における焦点の位置を調整可能とする焦点調整部３８とを有する。なお、本実施形態において、クラック形成装置３４は、内部クラック領域形成装置２０における走査部２５を有していないが、これに限定されるものではなく、当然にこの走査部２５を具備していてもよい。なお、図１１に示すように、第２切断装置１８は、管ガラスＧ２の両端部を切断すべく、二つのクラック形成装置３４を備えている。
　光学系３７は、第１切断装置１７に係る光学系２４と同様に、複数のミラー３９と、これら複数のミラー３９を介して伝達されたレーザー光Ｌを管ガラスＧ２の内部に集光する対物レンズ４０とを有する。
　焦点調整部３８は、第１切断装置１７に係る焦点調整部２６と同様に、例えば空間光位相変調器で構成される。焦点調整部３８は、予め作製しておいた位相ホログラムにより、レーザー光Ｌの照射方向に応じて焦点の位置（管ガラスＧ２の厚み方向位置）が調整されるよう、レーザー光Ｌの空間位相分布を変調可能としている。
　搬送装置３５は、管ガラスＧ２を所定の方向に搬送する他、この管ガラスＧ２をその軸心（連続管ガラスＧ１の中心線Ｘ１に相当する）まわりに回転（自転）させる回転駆動装置としても機能する。搬送装置３５は、一対の無端状のローラチェーン複合体４１を含む。搬送装置３５は、これら一対のローラチェーン複合体４１に架け渡された管ガラスＧ２をその軸心に対して直交する方向（横方向）へと搬送する。
　各ローラチェーン複合体４１は、図１０に示すように、ガイドレール４２上をそれぞれ走行する一対の無端状のローラチェーン４３と、これら一対のローラチェーン４３間において、そのローラ軸に従動回転自在に軸支された複数の円盤状の搬送ディスク４４と、各搬送ディスク４４に対して同心状に固定されたスプロケット４５と、全てのスプロケット４５に噛合して循環走行する無端状の駆動チェーン４６とを有する。
　各搬送ディスク４４は、その直径がローラチェーン４３のピッチよりも大きく形成されており、側面視で互いの外周部が一部重なるように互い違いに配設されている。これにより、隣り合う搬送ディスク４４同士の間に側面視で谷間が形成され、この谷間に管ガラスＧ２が安定的に載置される。搬送装置３５は、図示しない駆動源によりローラチェーン４３を循環走行させることによって、各搬送ディスク４４を走行移動させ、各管ガラスＧ２をその軸心方向に対して直交する方向（矢印Ｄ１で示す方向）へと搬送する。
　また、搬送装置３５は、ローラチェーン４３とは独立に、図示しない別の駆動源により駆動チェーン４６を循環走行させることによって、スプロケット４５を介して各搬送ディスク４４を自転させ、各管ガラスＧ２をその軸心まわり（図１０において矢印Ｄ２で示す方向）に回転させる。これにより、搬送装置３５は、並列する複数の管ガラスＧ２をその軸心まわりに連続回転させつつこの軸心に対して直交する方向へと連続的に搬送できる。
　管ガラスＧ２の端部を再切断する場合、第２切断装置１８は、クラック形成装置３４の下方位置（切断位置）まで管ガラスＧ２を搬送させる。このとき、第２切断装置１８は、搬送装置３５による管ガラスＧ２の横方向への搬送を止めるとともに、搬送ディスク４４の時点によって管ガラスＧ２を回転させながら、クラック形成装置３４によってこの管ガラスＧ２の内部にクラックＣを生じさせる。クラックＣが管ガラスＧ２の内部に進展することにより、その端部が切断される（図１１参照）。
　以下、上記構成の製造装置１０を用いた管ガラス製品（Ｇ３）の製造方法について説明する。
　まず、図２に示すように、管引き装置１６から送り出された連続管ガラスＧ１を、支持部２２（図１を参照）で下方から支持しつつ、更に下流側に搬送する。ここで、管引き装置１６の下流側には、連続管ガラスＧ１を所定の長さ寸法に切断するための第１切断装置１７が配設されており、この第１切断装置１７による粗切断工程（第１切断工程）が実行される。
　この粗切断工程では、連続管ガラスＧ１の下流側端部が所定位置に到達したとき（もしくはその直前に）、把持部３１で連続管ガラスＧ１の下流側端部を把持して、長手方向の下流側に向けて把持部３１をスライド駆動部３２で移動させ、連続管ガラスＧ１にその中心線Ｘ１に沿った向きの引張り力ｆ１を付与する。
　また、把持部３１よりも上流側には、曲げ力付与部３０を構成する複数のローラ３３が配設されており、これら複数のローラ３３間を通過した連続管ガラスＧ１はその中心線Ｘ１が所定の曲率で湾曲するように、所定の曲げ力ｆ２を付与される。本実施形態では、後述するレーザー光Ｌの照射側（図２における右上側）が凸となるよう、連続管ガラスＧ１を所定の曲率で湾曲させる。これにより、上述した状態において、連続管ガラスＧ１には、中心線Ｘ１に沿ってかつ互いに遠ざかる向きの引張り応力が全周にわたって発生した状態となる。特に、連続管ガラスＧ１の湾曲部分の大径側には、中心線Ｘ１に沿ってかつ互いに遠ざかる向きの引張り応力が優位に分布した状態となる。
　続いて、上述の応力分布を維持した状態で、連続管ガラスＧ１の内部にレーザー光Ｌを照射する。この際、レーザー光Ｌの照射条件（例えばパルス幅、出力など）を調整することで、レーザー光Ｌを照射した領域に、レーザー光Ｌの多光子吸収により、一又は複数のクラックが含まれる内部クラック領域Ｃ１を形成する。
　また、この際、レーザー光Ｌを走査部２５により所定の軌跡（例えば図３中の焦点Ｆから焦点Ｆ’の位置までの間）で走査すると共に、焦点調整部２６でレーザー光Ｌの焦点Ｆの位置を時間の経過と共に変化させるよう調整する。これにより、焦点Ｆを連続管ガラスＧ１の厚み方向所定位置において円周方向に沿って移動させ、所定の円周方向寸法を有する内部クラック領域Ｃ１を形成する（図５参照）。図５に示した例では、中心線Ｘ１まわりに４５°以上でかつ９０°未満の範囲に帯状の内部クラック領域Ｃ１が形成されている。
　そして、内部クラック領域Ｃ１中のクラックを円周方向に進展させて、連続管ガラスＧ１を切断する。本実施形態では、レーザー光Ｌの照射時点で既に所定の応力が連続管ガラスＧ１の内部に発生した状態にあるため、上述のように内部クラック領域Ｃ１を形成することで、自然に、内部クラック領域Ｃ１の円周方向両端部から円周方向に沿って互いに遠ざかる向きにクラックが進展し、クラック進展領域Ｃ２が円周方向に沿って拡大する（図６参照）。
　この際、クラック進展装置２１（引張り力付与部２９と曲げ力付与部３０）により、上述した応力が連続管ガラスＧ１に付与されている場合、クラック進展領域Ｃ２は、図６に示すように、内部クラック領域Ｃ１の円周方向両側から互いに遠ざかる向きに拡大を開始し、かつ、図７に示すように、その後も円周方向に沿って同じ速度で拡大し続ける。このように、いわば対称的にクラックが進展（クラック進展領域Ｃ２が拡大）を続けることで、所定の円周方向位置（例えば図８でいえば、内部クラック領域Ｃ１の円周方向中央位置と中心線Ｘ１を挟んで正対する位置）に、左右のクラック進展領域Ｃ２が同時に到達する。
　その結果、図８に示すように、内部クラック領域Ｃ１中のクラックが全周にわたって、かつ、連続管ガラスＧ１の外面（外周面）Ｇ１ａから内面（内周面）Ｇ１ｂにわたって進展し、連続管ガラスＧ１が切断される。また、この切断により、図９に示すように、所定の長さ寸法を有する管ガラスＧ２が得られる。
　次に、第２切断装置１８により、管ガラスＧ２の端部に対して再切断工程（第２切断工程）が実行される。この再切断工程では、第１切断装置１７にて切断された管ガラスＧ２を搬送装置３５により受け取り、クラック形成装置３４の下方位置へと搬送する。搬送装置３５は、管ガラスＧ２をクラック形成装置３４の下方位置（対物レンズ４０の下方位置）へと運ぶと、その搬送を一時停止し、搬送ディスク４４によって管ガラスＧ２を回転させながらその位置でこれを待機させる。
　図１２乃至図１５は、再切断工程（第２切断工程）の一例を示す。第２切断装置１８は、クラック形成装置３４におけるレーザー光Ｌを管ガラスＧ２の内部における内面Ｇ２ｂ側の位置から外面Ｇ２ａ側の位置に向かって焦点の位置を移動させながら、管ガラスＧ２の端部を切断する。
　例えば、図１２に示すように、切断開始時において、クラック形成装置３４は、レーザー光Ｌの焦点を管ガラスＧ２の切断予定部位における内部であって、この管ガラスＧ２の内面２ｂ側の位置（以下「第１焦点位置」という）ＦＰ１に設定する。この第１焦点位置ＦＰ１は、図１２に示すように、管ガラスＧ２の厚み方向（又は半径方向）における中心線Ｘ３と、管ガラスＧ２の内面Ｇ２ｂとの間にある。より好ましくは、第１焦点位置ＦＰ１は、管ガラスＧ２の中心線Ｘ３よりも管ガラスＧ２の内面Ｇ２ｂに対して可能な限り近い位置に設定されることが望ましい。
　管ガラスＧ２は、搬送装置３５により回転させられることで、図１３において矢印で示す方向に回転する。この回転により、第１焦点位置ＦＰ１に照射されたレーザー光Ｌによって生じるクラックＣは、管ガラスＧ２の円周方向に進展する。管ガラスＧ２を一回転させる間、第２切断装置１８は、この第１焦点位置ＦＰ１にレーザー光Ｌを集光させ、多光子吸収によるクラックＣの形成を行う。これにより、図１４に示すように、レーザー光Ｌの焦点の位置に対応して環状のクラック（以下「第１クラック」という）ＣＡが形成される。
　その後、クラック形成装置３４は、図１５に示すように、レーザー光Ｌの焦点を、第１焦点位置ＦＰ１よりも外面Ｇ２ａ側の位置（以下「第２焦点位置」という）ＦＰ２へと移動させる。クラック形成装置３４は、管ガラスＧ２がさらに一回転する間、この第２焦点位置ＦＰ２にてレーザー光Ｌを照射し続け、これによって、図１５に示すように環状のクラック（以下「第２クラック」という）ＣＢを形成する。この第２クラックＣＢは、第１クラックＣＡよりも半径が大きく、第１クラックＣＡよりも半径方向外側に位置することになる。第２クラックＣＢの形成後は、同じ要領にて第３焦点位置による第３クラック（図示せず）、第４焦点位置による第４クラック（図示せず）というように、順次外面Ｇ２ａ側に向かって（半径方向外方に向かって）環状のクラックを形成していくことで、管ガラスＧ２の厚み方向に沿ってクラックを全体的に進展させ、管ガラスＧ２の端部を切断することができる。なお、本実施形態において、各クラックＣＡ，ＣＢの幅は、例えば０．１ｍｍ程度となり得るが、これに限定されるものではない。図１１に示すように、二つのクラック形成装置３４によって管ガラスＧ２の両端部を切断（再切断）し、管ガラスＧ２の端面に口焼き処理（図示せず）を施すことにより、所定長さ寸法を有する管ガラス製品Ｇ３が形成されることになる。
　図１６乃至図１９は、再切断工程の他の例を示す。この例では、第２切断装置１８によるレーザー光Ｌの照射の態様が図１２乃至図１５の例とは異なる。図１６乃至図１８に示すように、この例では、管ガラスＧ２を回転させながら、管ガラスＧ２の厚み方向（又は半径方向）に沿って直線状のクラックＣを形成する。具体的には、図１６に示すように、クラック形成装置３４は、管ガラスＧ２の内部における内面Ｇ２ｂ寄りの第１焦点位置ＦＰ１にレーザー光Ｌの焦点を合わせ、この第１焦点位置ＦＰ１にて多光子吸収によるクラックＣを形成する。その後、クラック形成装置３４は、図１６に示すように、レーザー光Ｌの焦点を第１焦点位置ＦＰ１よりも管ガラスＧ２の外面Ｇ２ａ側の第２焦点位置ＦＰ２へと移し、この第２焦点位置ＦＰ２においてクラックＣを形成する。
　その後、第２切断装置１８は、第２焦点位置ＦＰ２よりも外面Ｇ２ａ側の第３焦点位置ＦＰ３へと焦点を移動させ、この第３焦点位置ＦＰ３にてクラックＣを形成する。このように焦点の位置を第１焦点位置ＦＰ１から外面Ｇ２ａ側の第２焦点位置ＦＰ２、第３焦点位置ＦＰ３へと移動させることにより、この管ガラスＧ２には、図１８に示すような直線状のクラックＣが形成される。クラック形成装置３４は、管ガラスＧ２が一回転する間に、このクラックＣの形成を複数回繰り返す。これにより、管ガラスＧ２の内部には、図１９に示すように、その全周にわたって複数のクラックＣが形成されることになる。以上により、管ガラスＧ２は、一回転する間にその端部が切断されることになる。したがって、この例では、管ガラスＧ２を高速で切断することが可能になる。図１１に示すように、管ガラスＧ２の両端部が切断されることにより、所定長さ寸法を有する管ガラス製品Ｇ３が完成する。
　なお、図１６乃至図１９の例に係るクラックの形成には、レーザー光Ｌ（パルスレーザー光）を外部変調器により細かく分断することが望ましい。また、この例では、焦点深度が低いレンズを使用することが望ましい。この例におけるレーザー光Ｌ（パルスレーザー光）の周波数は５０ｋＨｚとされるが、これに限定されるものではない。本実施形態では、このレーザー光Ｌの周波数と、管ガラスＧ２の回転速度（角速度）とを調整することにより、管ガラスＧ２の切断予定部位の内部に複数の直線状クラックＣを好適に形成できる。
　図１９では、各クラックＣが間隔をおいて位置するように表示しているが、これは理解を容易にするための模式的な表示に過ぎない。実際には、各クラックＣはその進展により互いに繋がるとともに、管ガラスＧ２の外面Ｇ２ａ及び内面Ｇ２ｂにまで到達し、管ガラスの端部を確実に切断する。
　以上説明した本実施形態に係る製造装置（第２切断装置１８）による管ガラス製品Ｇ３の製造方法（管ガラスＧ２の切断方法）によれば、第２切断装置１８のクラック形成装置３４からレーザー光Ｌを照射した際に生じる多光子吸収で管ガラスＧ２の内部にクラックＣ（ＣＡ，ＣＢ）を形成し、レーザー光Ｌの焦点の位置（ＦＰ１～ＦＰ３）を管ガラスＧ２の内面Ｇ２ｂ側から外面Ｇ２ａ側へと移動させることで、管ガラスＧ２の内部にこのクラックを進展させ、管ガラスＧ２を切断することが可能になる。
　仮に管ガラスＧ２の内部において外面Ｇ２ａ側から内面Ｇ２ｂ側へと焦点の位置を移動させてクラックを進展させようとすると、先に外面Ｇ２ａ側の位置に形成されたクラックが、後に内面Ｇ２ｂ側の位置にクラックを形成しようとする際に、レーザー光の透過を阻害してしまい、クラックを進展させることが困難となる。これに対し、本実施形態では、レーザー光Ｌの焦点の位置（ＦＰ１～ＦＰ３）を内面Ｇ２ｂ側から外面Ｇ２ａ側へと移動させるため、クラックＣ（ＣＡ，ＣＢ）を管ガラスＧ２の厚み方向に対して好適に進展させることが可能になる。
　また、本実施形態において、クラックＣ（ＣＡ，ＣＢ）は、管ガラスＧ２の内部に発生するものであるため、従来のように切断刃による擦り傷を形成しなくとも管ガラスＧ２を切断することが可能である。これにより、従来のように管ガラスＧ２の切断時にガラス粉が発生するといった事態を確実に防止することができる。したがって、ガラス粉を洗浄により除去する手間を省いて必要な工程数を少なくできる。また、このように切断面を形成するのであれば、割断等により強制的にクラックを発生、進展させる場合と比べて、割れや欠け等の発生を可及的に防止して、切断面の性状を比較的高精度に制御でき、良好な切断面を安定的に得ることが可能となる。これにより、割れや欠けに起因する不良の発生が抑えられると共に、管ガラスＧ２の端部の口焼き処理に要する時間を大幅に短縮することができ、管ガラス製品Ｇ３を効率良く製造することが可能になる。
　なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、上記した作用効果に限定されるものでもない。本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
　上記の実施形態では、管ガラスＧ２を回転させることにより、クラックＣ（ＣＡ，ＣＢ）をその全周にわたって進展させる例を示したが、これに限定されない。例えば、クラック形成装置３４のレーザー光Ｌを管ガラスＧ２の円周方向に走査させることにより、管ガラスＧ２の内部に環状のクラックを進展させてもよい。
　上記の実施形態では、再切断工程において、管ガラスＧ２の端部を切断する例を示したが、これに限定されない。再切断工程において、管ガラスＧ２の中途部を切断することも可能である。
　１８        第２切断装置（切断装置）
　３４        クラック形成装置
　３５        搬送装置（回転駆動装置）
　ＦＰ１      焦点の位置
　ＦＰ２      焦点の位置
　ＦＰ３      焦点の位置
　Ｇ２        管ガラス
　Ｇ２ａ      管ガラスの外面
　Ｇ２ｂ      管ガラスの内面
　Ｇ３        管ガラス製品
　Ｌ          レーザー光
 

Claims (9)

  1. 　管ガラスを切断するための方法であって、
    　前記管ガラスの内部に焦点を合せてレーザー光を照射し、前記レーザー光の照射領域に生じる多光子吸収により前記管ガラスの前記内部にクラックを生じさせるクラック形成工程を備え、
    　前記クラック形成工程は、前記レーザー光の焦点の位置を、前記管ガラスの前記内部において内面側から外面側に移動させることで、前記クラックを前記管ガラスの内部に進展させる管ガラスの切断方法。
  2. 　前記クラック形成工程は、前記管ガラスをその軸心まわりに回転させつつ、前記レーザー光の焦点の位置を、前記管ガラスの前記内部において前記内面側から前記外面側に移動させることで、前記クラックを前記管ガラスの内部に進展させる請求項１に記載の管ガラスの切断方法。　
  3. 　前記レーザー光はパルスレーザーである請求項１又は２に記載の管ガラスの切断方法。
  4. 　前記クラックは、前記管ガラスの回転に伴って環状に形成される請求項２に記載の管ガラスの切断方法。
  5. 　前記クラックは、前記管ガラスの厚み方向に沿って直線状に形成される請求項２に記載の管ガラスの切断方法。
  6. 　管ガラスを切断するための装置であって、
    　前記管ガラスの内部に焦点を合わせてレーザー光を照射し、前記レーザー光の照射領域に生じる多光子吸収により前記管ガラスの前記内部にクラックを生じさせるクラック形成装置を備え、
      前記クラック形成装置は、前記レーザー光の焦点の位置を、前記管ガラスの前記内部において内面側から外面側に移動させることで、前記クラックを前記管ガラスの内部に進展させる管ガラスの切断装置。
  7. 　前記管ガラスを回転させるための回転駆動装置をさらに備える請求項６に記載の管ガラスの切断装置。
  8. 　前記レーザー光はパルスレーザーである請求項６又は７に記載の管ガラスの切断装置。
  9. 　管ガラス製品を製造する方法であって、
    　管引き成形された連続管ガラスを切断する第１切断工程と、
    　前記第１切断工程後に形成される管ガラスの端部を切断する第２切断工程と、を備え、
    　前記第２切断工程は、前記管ガラスの内部に焦点を合せてレーザー光を照射し、前記レーザー光の照射領域に生じる多光子吸収により前記管ガラスの前記内部にクラックを生じさせるクラック形成工程を備え、
    　前記クラック形成工程は、前記管ガラスをその軸心まわりに回転させつつ、前記レーザー光の前記焦点の位置を、前記管ガラスの前記内部において内面側から外面側に移動させることで、前記クラックを前記管ガラスの内部に進展させる管ガラス製品の製造方法。
     
     
     
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