KR100318248B1 - 레이저빔에의한공동글래스물품절단방법및장치 - Google Patents

Abstract

레이저로 공동 글래스 물품(1)을 절단하기 위한 방법 및 장치로서, 자신의 축에 관하여 회전하고 있는 물품에 원주상의 절단선을 따라 절개부가 형성되는 제1 스테이지를 포함한다. 물품은 이의 축에 관하여 회전된다. 절개부는 초점을 이룬 레이저 빔(3)에 의해 형성된다. 절개부와 동시에 물품은 절개부 채널을 냉각 및 소제하기 위해, 분사된 지점에 대응하여 가압된 유체분사에 의해 분사된다.

Description

레이저빔에 의한 공동 글래스 물품 절단 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR CUTTING HOLLOW GLASS ARTICLES BY A LASER BEAM}

본 발명은 공동 글래스 물품을, 예를 들면 컵(tumbler)과 같은 취입성형 물품의 취입성형 캡 부분을 독립 청구항의 전제부에 기재되어 있는, 레이저빔에 의한 공동 글래스 물품 절단 방법 및 장치에 관한 것이다.

언급한 형태와 유사한 절단 방법에서, 그라인딩 휠, 그라인딩 첨단(尖端) 혹은 같은 류의 절단부재를 탑재한 기계식 장치에 의해 절개부가 만들어진다. 그러나, 상술한 형태의 공지 방법 및 장치로서는 전체 원주상에 절단선을 따라 항상 일정한 깊이의 절개부가 형성되지 않는다.

물품의 불균일한 절개부는 다음 가열단계 동안 "온도변화"에 의해 글래스 물품을 절단할 수 없게 하며, 가령 절단된다고 해도 극히 불규칙하게 절단된 결과를 초래한다.

이러한 글래스 물품은 종종 폐기 처리되거나, 혹은 장시간, 고비용이 드는 다듬질 공정을 거쳐야 한다.

절단함에 있어 레이저를 사용하는 다른 절단 방법 및 장치 또한 공지되어 있다. 예를 들면, DE-OS-3546001은 먼저 절단될 글래스의 영역을 연화점 보다 약간 낮은 온도로 유지하고, 이후 이 영역을 분할선을 따라 레이저 빔에 여러번 노출시키고, 이와 동시에, 제거될 물품의 해당 부분에 견인력을 작용시키는 방법을 기술하고 있다. 이 방법은 주로 견인력으로서 일반적으로 중력을 사용하므로 절단될 글래스를 적합하게 위치시킬 필요가 있다는 사실로부터 비교적 복잡하고 실현하기 어렵다. 글래스는 실제적으로 레이저 방사 효과에 의해 절단되므로 절단선이 예리하지도 않고 정밀하지도 않다.

미국 특허 제4467168호는 글래스판을 절단하는 방법을 기술하고 있는데, 이 방법은 레이저를 사용하여 소망하는 절단선을 따라 글래스 내에 절개부를 형성함과 동시에 절개영역을 글래스 연화점 이상으로 가열하고, 그후 글래스 내에 균열을 생성하도록 레이저와 함께 협동하는 가스분사를 레이저 초점영역에 지향한다.

상기 언급된 방법은 속이 빈 공동 물품이 아닌 예를 들면 부서지기 쉬운 판을 절단하는 것에 대해 청구되어 있다. 더욱이, 글래스 내의 절개부는 글래스 내에 발생된 스트레스에 의해서 얻어지는 것이 아니라 절개선을 따라 글래스의 전체 두께를 통해 증발-제거에 의해서, 레이저와 가스분사가 조합된 작용에 의해서 얻어진다. 공동 글래스 물품의 경우 이러한 방식으로 얻어지게 되는 절개부는 충분히 예리하지 않을 것이므로, 이어서 길고 비용이 드는 가공을 필요로 할 것이다.

마지막으로, WO 94/22778은 공동 글래스 물품을 절단하는 방법을 기술하고 있는데, 이 방법에서 물품을 절단선에 대응하여 약 1m/sec의 속도로 회전시키고 이 절단선을 따라 레이저로 가열하여 응력을 생성하도록 레이저로 가열한다. 더욱이, 절단선에 대응하여 물품에 작은 크랙이 만들어진다. 이 경우 물품은 전체 원주상에 절단선을 따라 냉각된다. 이 방법은 두께가 불균일한 글래스의 경우 혹은 예를들면 원뿔과 같은 특정한 기하구조 모양의 글래스인 경우 극히 불충분한 것으로 입증되었다. 이러한 경우, 전체 원주상의 절단선을 따라 절개선이 없기 때문에, 절개부는 종종 예리하지도 않고 만족스럽지도 않다.

본 발명의 목적은 상기 언급된 문제점을 제거하는 것으로 레이저로 공동 글래스 물품을 절단하는 것, 특히 종래의 기술과 비교하여 동일한 생산율을 위한 것으로서, 두께가 불균일하거나 이를테면 원뿔, 타원 혹은 다각형과 같은 특정한 기하구조 모양의 물품의 경우에도 후속되는 길고 비용이 드는 스무딩을 최소화 혹은 제거하는 질이 우수한 절개부를 제공하는 특정한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

또 다른 목적은 불량품 수를 감소시키는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

이 분야에 전문가에게 명백하게 되는 이들 목적 및 또 다른 목적은 첨부한 주 청구범위의 특징부에 따른 방법 및 장치에 의해 달성된다.

본 발명은 상기한 바로부터 본 발명의 방법을 실현하는 장치를 개략적으로 나타낸 비제한적인 예에 의해 제공된 첨부한 도면으로부터 더욱 명백할 것이다.

본 발명의 방법은 절단될 원주상의 선상에 놓인 지점들이 예를 들면 약 1m/sec의 속도를 갖도록 공동 글래스 물품(1)을 회전시키는(A로 표시된 화살표 참조) 제1 스테이지를 포함한다. 절개부는 물품의 두께에 따라 가변되나 여하튼 그 두께의 70% 미만으로 가변되는 깊이로 전체 원주상의 절단선을 따라 상기 회전하는 물품 상에 형성된다. 물품 절개부는 글래스 증발에 의해서 발생함에 유념해야 한다. 이 목적을 위해서 200 내지 600W 범위로 가변되는 파워 및 10.6 마이크로미터의 파장을 갖는 초점을 맞춘 CO₂레이저(4)로부터 발원하는 레이저 빔(3)이 사용된다.

절단선을 따라 글래스를 동시에 가열하면서 소망하는 절개부를 얻기 위해서, 글랙스 물품의 두께에 따라 여러번 회전하는 동안 글래스 물품을 조사한다.

레이저의 위치 및 이의 초점길이는 글래스 물품의 어떠한 두께나 기하구조 모양이라도 절개부에 영향을 미치지 않도록 선택되는 것에 유념해야 한다. 이것을 달성하기 위해서, 빔(3)의 초점은 빔 방향에서 절개부 표면 뒤에 놓일 수 있다. 레이저 빔은 절단될 글래스 물품의 표면에 가능한 한 수직하게 되도록 하는 방위로 놓이는 것이 이점이 있다.

레이저 조사와 동시에, 글래스 물품은 종래의 콤프레서(6)의 노즐(5)에 의해 방출된 가압되어 응축된 건 공기분사로 조사 지점에 분사된다.

공기분사는 레이저에 의해 생성된 절개부 채널로부터 증발 잔류물을 제거하며 절개선을 신속하게 냉각시킨다. 이러한 방식으로, 절개선에 대응하여 물품에 스트레스가 생성되는데, 이것은 이미 절개선을 따라 잔유 글래스 두께가 균열되어 제거될 부분, 혹은 컵과 같은 불어서 성형되는 물품의 경우 취입성형 캡을 분리시킬 수 있다.

처리될 물품이 절개선을 따라 확실하게 절단되도록 하기 위해서, 물품이 회전되는 동안 절개부에 응축된 가열이 적용된다.

물품은 처리될 물품을 형성하는 글래스의 특정형태에 대한 임계온도 주위의온도로 절개선에 대응하여 가열된다. 가열은 예를 들면 종래의 버너(7)에 의해 인가된다.

더 확실하게 하기 위해서, 분리가 이미 자발적으로 발생하지 않았다면, 종래의 타격 도구(8)를 사용하여 글래스 물품의 제거될 해당 부분을 최종으로 분리하도록 한다.

첨부한 도면은 상기 언급된 방법을 실현하는 장치를 개략적으로 도시한 것이다.

장치는 예를 들면 화살표 B로 표시된 방향으로 회전하며, 예를 들면 컵인 공동 글래스 물품(1)을 수용하며, 화살표 A로 표시된 바와 같이, 자신의 길이방향 축선에 관하여 이 물품이 회전하도록 구동하게 각각 배열된 6개의 자리를 포함하는 일상적인 턴테이블(10)을 포함한다.

장치는 상기 물품의 모양 및/또는 두께 및/또는 이들을 형성하는 글래스의 형태에 따라 상기 물품의 회전 속도를 약 0.1 내지 6m/sec의 범위로 회전속도를 가변시킬 수 있도록 물품 구동수단을 제어하는 일상적인 기기를 포함한다.

턴테이블(10)은 여러 가지 물품 작업장소로 물품(1)을 이동시키도록 배열된다. 물품은 먼저 레이저(4) 및 공기분사를 공급하기 위한 콤프레서(6)를 포함하는 절개 장소(11)에 도달한다. 콤프레서(6) 및 레이저(4)는 일상적인 형태의 것으로 빔 및 분사 각도 방향이 물품 모양에 따라 조절될 수 있게 하는 종래의 지지부(도시없음)에 접속된다. 절개 장소(11) 다음엔 예를 들면 수소형 버너(7)를 포함하는 것으로, 이 분야에 전문가에겐 종래의 형태인 가열 장소(12)가 제공된다. 다음에,이 분야의 전문가에겐 역시 종래의 것인 타격 장소(13)가 제공되며, 이것은 예를 들면 제거될 글래스 물품의 해당 부분에, 특히 컵의 경우 취입성형 캡에 접촉할 수 있는 움직일 수 있는 암(14)을 포함하는 형태의 것이다.

상기 장소(13) 다음엔 절단된 엣지를 마감하기 위한 일상적인 장소(도시없음)가 더욱 제공된다.

본 발명의 방법에 의해서 극히 예리하고 정밀한 절단부가 얻어질 수 있으며 연이어서 절단된 엣지를 라운딩할 필요가 거의 없으며, 부정확하게 형성된 절단부에 의한 폐기 백분율이 극히 작고 확실히 종래의 방법보다 덜 함을 실험적으로 보였다.

마지막으로 방법 및 장치의 상기 언급한 실시예는 비제한적인 예에 의해 제공된 것이며, 많은 수정이 동일한 발명 개념 내에 모두 포함되는 것이 가능하며, 예를 들면 절개선에 대한 냉각 공기분사 대신에, 예를 들면 가스나 분무된 물인 또 다른 냉각 유체분사가 사용될 수 있음에 유념해야 한다.

Claims (14)

1. 축선에 관하여 회전하고 있는 공동 글래스 물품에 원주상의 절단선을 따라 절개부를 형성하는 제1 스테이지를 포함하는 레이저빔에 의한 공동 글래스 물품 절단 방법에 있어서,

   상기 절개부는 초점을 맞춘 레이저빔으로 형성되며, 절개와 동시에, 조사 지점에 대응하여, 절개부를 냉각 및 소제하기 위해서, 유체 가압 제트가 분사되는 것을 특징으로 하는 공동 글래스 물품 절단 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 처리될 상기 물품은 절개선 상의 지점들이 0.1 내지 6m/sec 범위의 속도를 갖도록 상기 물품의 축에 관하여 회전되는 것을 특징으로 하는 공동 글래스 물품 절단 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 절개선 상의 지점들은 1m/sec 이상의 속도를 갖는 것을 특징으로 하는 공동 글래스 물품 절단 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 절개부는 상기 글래스 두께의 70% 미만의 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 공동 글래스 물품 절단 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 스테이지에 계속해서, 글래스 물품을, 상기 절개선에 대응하여, 글래스의 임계 온도 부근까지 가열되는 제2 스테이지, 및 상기 제2 스테이지에 계속해서, 절단 제거될 물품의 부분이 이전 스테이지에서 제거되지 않는 경우에는, 이 부분을 타격하여 분리 제거하는 제3 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 공동 글래스 물품 절단 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저 빔 초점을, 상기 절개부 표면 보다 뒤에 위치시키는 것을 특징으로 하는 공동 글래스 물품 절단 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 레이저 빔을, 상기 절개부 채널 표면에 수직하도록 지향되는 것을 특징으로 하는 공동 글래스 물품 절단 방법.
8. 제 1 항에 있어서, 취입성형 물품의 취입성형 캡을 제거하는 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 공동 글래스 물품 절단 방법.
9. 공동 글래스 물품을 축선에 관하여 상기 물품을 회전시키는 회전수단, 및 원주상의 절단선에 대응하여 상기 물품에 절개부 채널 표면을 형성하기 위한 부재를 포함하는 공동 글래스 물품 절단 장치에 있어서,

   상기 절개부 부재(4)는 레이저이며, 전체 원주상의 선을 따라 절개부를 형성하며, 이 절개부를 냉각 및 소제하기 위해 부재(6)가 제공된 것을 특징으로 하는 공도 글래스 물품 절단 장치.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 냉각 및 소제 부재는 가압 냉각 유체를 분사하는 수단(6)을 포함하는 것을 특징으로 하는 공동 글래스 물품 절단 장치.
11. 제 9 항에 있어서, 일 처리 장소에서 다음 처리 장소로 상기 물품을 반송하도록 배열된 턴 테이블(10)을 구비하고, 이에 레이저(4), 및 절개부를 냉각 및 소제하기 위한 부재(6)를 포함하는 하나 이상의 절개 형성 장소가 제공된 것을 특징으로 하는 공동 글래스 물품 절단 장치.
12. 제 9 항에 있어서, 레이저 빔을, 상기 절개부 채널 표면에 수직하도록 지향되는 상기 절개 부재(6)의 각도 조절을 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 공동 글래스 물품 절단 장치.
13. 제 9 항에 있어서, 상기 절개 형성 부재의 하류측에, 상기 절개선에 대응하는 상기 물품의 부분을 가열하기 위한 수단(7)을 포함하며, 이에 계속해서 제거될 상기 물품의 부분을 타격하기 위한 타격수단(8)을 포함하는 것을 특징으로 하는 공동 글래스 물품 절단 장치.
14. 제 9 항에 있어서, 상기 물품의 축선에 관하여 상기 물품의 회전속도를 조정하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 공동 글래스 물품 절단 장치.