JP2004002056A - Method of coloring tempered glass - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強化ガラスに高エネルギー光を照射することで、強化ガラスを着色する方法、およびこのようにして着色した強化ガラスを消色する方法に関する。
【０００２】
本発明において強化ガラスとは、ガラスの圧縮には強いが引っ張りには弱い（圧縮の１／１２〜１／２４の強度）という欠点を補うために、加熱炉からでたガラスを風冷などにより急冷した風冷強化ガラス、または表面近傍の金属イオンをイオン交換した化学強化ガラスなどの、表層側に圧縮層、内部側に引張層を生じさせ、強化前のガラスに対し曲げ強度および衝撃強度を増加させたガラスをいう。
【０００３】
【従来の技術】
無色透明な廃ガラスと比較して、着色板ガラスおよび着色ガラス瓶等の廃ガラスは、発色種として遷移金属イオンあるいは金属コロイド粒子を用いて着色している。よって、ガラス原料とするために粉砕しカレットとして、再溶融しても発色種の色が残るためにリサイクルすることが難しい。即ち、着色ガラスは、遷移金属を着色源としてガラス原料に添加することで、遷移金属イオンにより着色されている。一方、着色膜付きガラスは、無機顔料または金属酸化物をシリカ、チタニアなどの透明マトリックスに分散させた着色膜を被覆して製造される。この様に、着色ガラスおよび着色膜付きガラスは、遷移金属イオンまたは金属酸化物など金属によって、着色されているので、リサイクルすることが難しいという問題があった。即ち、溶融しても色が残り、色の違うガラスは同じ溶融窯で溶融することができずリサイクルできないという問題があった。
【０００４】
カレットとして再溶融した際に着色が残らないように、リサイクルに適した着色ガラスがいくつか提案されている。例えば、（ａ）透明ガラスに有機ポリマーをコーティングしてなる着色ガラス、（ｂ）透明ガラスに有機色素を含有したケイ素アルコキシドのゾルをコーティングした着色ガラスがあり、共にリサイクルのための再溶融時に発色種を熱分解させて消色する方法である。
【０００５】
他には、板ガラスに紫外レーザ光を照射することによって、ガラス内部にマイクロクラックを発生させ、光を散乱させることで白色に呈色させる着色方法が知られている。
【０００６】
また、光やＸ線をガラスに照射すると、ガラスが着色する現象が知られている。この着色は、ソーダライムシリケートガラスなどのアルカリガラス中の非架橋酸素Ｓｉ−Ｏ−Ｎａに、光またはＸ線を照射しＯ−Ｎａより電子を放出させることで、可視光が吸収される非架橋酸素ホールセンタなどのカラーセンタを形成させ、光またはＸ線を照射した部分が褐色に着色したことによるものである。しかしながら、光またはＸ線照射は、ガラスの強度低下、透明性の劣化などの原因となるので、着色方法としては、積極的に研究されず、逆に光照射による着色を防ぐ研究が盛んに行われ、カラーセンタによるガラスの着色は、常温においても不安定で、徐々に退色するという問題もあり、ガラスの着色手段として顧みられることはなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述のようにカレットとして再溶融した際に着色が残らないように、リサイクルに適した着色ガラスがいくつか提案されているが、（ａ）の方法はコーティング時、有機溶媒が揮発すること、ポリマー膜に数１０μｍの膜厚を要しキズが付き易いこと、焼成の際に有機ポリマーの分解に伴うガスが発生すること等の課題がある。（ｂ）の方法は、経時的に進行するゾルの変質および析出を抑制するためのゾル液の管理、廃液処理、およびコーティング時の雰囲気調整等の課題がある。このような方法を、強化ガラスに適用すると、着色膜生成時の加熱処理により強化ガラスの強度低下が起こる懸念がある。
【０００８】
また、前述の板ガラスに紫外レーザ光を照射することによって、ガラス内部にマイクロクラックを発生させ、光を散乱させることで白色に呈色させる着色方法を、強化ガラスに適用すると、強化ガラスは応力歪みがあるために、生成したマイクロクラックが成長してガラスが破損する恐れがある。
【０００９】
特に、自動車用窓ガラスのような強化ガラスに、強化後にオーナメントなどを該方法によっては入れられない、即ち、描画できない。
【００１０】
本発明は、このような課題を解決し、強化ガラスに高エネルギー光を照射することで、強化ガラスを着色する方法、およびこのようにして着色した強化ガラスを消色する方法を提供し、リサイクルが容易な強化ガラスを供給することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、強化ガラスにレーザ光を照射することで、該強化ガラス中に可視光を吸収するカラ−センタ、即ち、非架橋酸素ホールセンタを形成する、または屈折率変調部位を形成して着色させる方法である。
【００１２】
本発明により着色された強化ガラスは、軟化点以上に加熱することで非架橋酸素ホールセンタまたは屈折率変調部位が消滅し消色するので、ガラスの着消色が行える。
【００１３】
即ち、本発明は、内部に応力歪みを持たせた強化ガラスに高エネルギー光を照射することで、該ガラス中に非架橋酸素ホールセンタまたは屈折率変調部位を形成して着色させることを特徴とする強化ガラスの着色方法である。
【００１４】
更に、本発明は、上記の強化ガラスの着色方法であって、レーザ発振器、光変調器、リニアトランスレータに搭載された集光レンズ、対物レンズ、およびガルバノメータミラーからなるレーザ照射装置により、強化ガラスにレーザ光を照射することで、強化ガラスに非架橋酸素ホールセンタまたは屈折率変調部位を形成して着色させることを特徴とする強化ガラスの着色方法である。
【００１５】
更に、本発明は、上記の強化ガラスの着色方法であって、レーザ発振器、光変調器、ガルバノメータミラーおよびｆθレンズからなるレーザ照射装置より、強化ガラスにレーザ光を照射することで、強化ガラスに非架橋酸素ホールセンタまたは屈折率変調部位を形成して着色させることを特徴とする強化ガラスの着色方法である。
【００１６】
更に、本発明は、レーザ発振器がＵＶパルスレーザ発振器、炭酸ガスレーザ発振器またはアルゴンイオンレーザ発振器であることを特徴とする上記の強化ガラスの着色方法である。
【００１７】
更に、本発明は、 用いるレーザ光の種類が赤外光、近赤外光、可視光、または紫外光であることを特徴とする上記の強化ガラスの着色方法である。
【００１８】
更に、本発明は、光変調器が音響光学変調器または電気光学変調器であることを特徴とする上記の強化ガラスの着色方法である。
【００１９】
更に、本発明は、複数のガルバノメータミラーよって、強化ガラスへのレーザ光の照射位置を移動させることを特徴とする上記の強化ガラスの着色方法である。
【００２０】
更に、本発明は、水平方向および／または垂直方向に移動可能なステージによって、強化ガラスを移動させることを特徴とする上記の強化ガラスの着色方法である。
【００２１】
更に、本発明は、上記の強化ガラスの着色方法によって、着色されていることを特徴とする強化ガラスである。
【００２２】
更に、本発明は上記の強化ガラスの着色方法によって、文字、数字、図柄またはバーコードが、強化ガラスの表面または内部に描画されていることを特徴とする強化ガラスである。
【００２３】
更に、本発明は、上記の強化ガラスを、軟化点以上に加熱することによって着色部を消色する方法である。
【００２４】
強化ガラスに集光紫外レーザを照射すると２光子吸収によって、カラーセンターを生成する。このカラーセンターの光吸収によって強化ガラスは褐色を呈する。
【００２５】
または、強化ガラスに集光紫外レーザを照射すると、周囲のガラスとは屈折率が異なるレーザショットの痕跡（屈折率変調部位）を生成する。レーザ照射屈折率変調部位は厳密には透明であるが、レーザを照射しない周囲のガラスとは光の屈折が異なるため、透かしを入れたように白く見える。このため屈折率変調部位によっても、強化ガラスに文字や絵柄を描画することができる。
【００２６】
本発明の強化ガラスの着色方法に使用するレーザ照射装置の構成物であるレーザ発振器には、連続的にレーザ光を発光する連続レーザ発振器、パルス状にレーザ光を発光するパルスレーザ発振器のどちらを用いても構わない。例えば、高出力レーザ発振器である炭酸ガスレーザ発振器、ＹＡＧレーザ発振器、ＵＶパルスレーザ発振器またはアルゴンイオンレーザ発振器などを用いることができる。
【００２７】
また、用いるレーザ光の種類は、赤外光、近赤外光、可視光または紫外光が挙げられ、波長１００ｎｍ以上、１ｍｍ（１０６ｎｍ）以下の光を使用することができ、例えば、炭酸ガスレーザ発振器、ＵＶパルスレーザ発振器またはアルゴンイオンレーザ発振器を使用することができるが、本発明においては、波長が短く光子エネルギーが高いため、ＵＶパルスレーザを用いることが好ましい。
【００２８】
本発明の強化ガラスの着色方法に使用するレーザ照射装置の構成物である光変調器は、スイッチング素子としての役割を果たす。即ち、レーザ光の進行方向を変えるか、遮蔽と透過を切り替えることで、加工物に対してレーザ光の照射のＯＮ／ＯＦＦを正確に制御するものである。ＯＮ／ＯＦＦを行うことで、文字、作画が非連続となり様々な描画に対応できる。光変調器には、音響光学変調器（以後、ＡＯＭと略する）または電気光学変調器（以後、ＥＯＭと略する）のいずれを用いても構わない。
【００２９】
ＡＯＭは、ＯＮの状態では、無線周波数域のＲＦ波を超音波に変える圧電素子、即ち、トランスデューサにより石英ガラスに超音波を伝搬させ、石英ガラスの密度揺らぎにより回折格子を形成してレーザ光を回折させ、その光路を変化させる、ＯＦＦの状態では、レーザ光を石英ガラス内に直進させるスイッチング素子である。
【００３０】
ＥＯＭは、レーザ光に電圧を掛け偏光方向を変えることで、偏光板によりレーザ光を通過または遮蔽させるスイッチング素子である。
【００３１】
本発明のガラスの着色方法に使用するレーザ照射装置の構成物であるガルバノメータミラーは、可動可能な複数のミラー、通常、Ｘミラー、Ｙミラーからなり、ミラーの角度を変えてレーザ光の光軸を振ることが可能である。Ｘミラー、Ｙミラーの角度を制御しつつ操作調整し、光軸を振って対象物であるガラスへのレーザ光の照射位置を移動させて、精度よく強化ガラスを着色することができ、結果として強化ガラスに文字、数字、図柄またはバーコードなどが描画できる。例えば、ガラスに製造番号、製造日、メーカー名などの文字情報、または１次元および２次元バーコードなどを容易に書き込むことができるばかりでなく、レーザ光を絞り込むことで、１ｍｍの間隔内に数１０本以上の線を書き込むことのできる分解能を要し、精緻描画が行える。
【００３２】
また、レーザ光の照射を用いる本発明の方法は、エネルギーロスが少なく実生産においてタクトタイムが短く経済生産に優れる。
【００３３】
本発明の強化ガラスの着色方法に使用するレーザ照射装置の構成物として、リニアトランスレータに搭載された集光レンズと対物レンズ、またはｆθレンズは、ガルバノメータミラーによって円弧状に走査されたレーザ光の焦点位置を補正し、平面上に集光させ描画の解像度を上げる役割を果たす。
【００３４】
本発明の強化ガラスの着色方法に使用するレーザ照射装置の構成物である水平方向および／または垂直方向に移動可能なステージ、例えば、照射面に対し水平方向に移動可能なＸ−Ｙ軸ステージと垂直方向に移動可能なＺ軸ステージによって、高速でレーザ光を走査する際、強化ガラスを移動させることにより強化ガラスの着色を効率よく行うことができる。
【００３５】
また、本発明は、強化ガラスにレーザ光を照射することで、該強化ガラス中に可視光を吸収するカラ−センタ、即ち、非架橋酸素ホールセンタを形成して、または屈折率変調部位を形成して強化ガラスを着色させるまた方法であるので、本発明により着色された強化ガラスは、軟化点以上に加熱溶融することで非架橋酸素ホールセンタまたは屈折率変調部位が消滅し消色するので、強化ガラスの消色が行えリサイクルが容易である。
【００３６】
本発明に使用する強化ガラスは、板ガラスに限らず瓶ガラスでもよく形状は問わない。
【００３７】
【発明の実施の形態】
図１は、レーザ光の焦点位置の制御に集光レンズおよび対物レンズを用いた本発明で使用するレーザ照射装置の一例の説明図である。
【００３８】
図１に示すレーザ発振器１は、炭酸ガスレーザ発振器、または、紫外、即ち、ＵＶパルスレーザ発振器である。ＵＶパルスレーザ発振器には、通常、ＡＯＭまたはＥＯＭからなる光変調器が、通称、Ｑスイッチとして既に組み込まれている。集光レンズ２および対物レンズ３のうち、図示しないリニアトランスレータに搭載された集光レンズ２を、リニアトランスレータにより光軸上を動かすことによって、ターゲット６である強化ガラスの照射面にレーザビームを集光する。集光位置は強化ガラスの表面または内部に調整できる。
【００３９】
炭酸ガスレーザ発振器、またはＵＶパルスレーザ発振器より発光させたレーザ光は、集光レンズ２、次いで対物レンズ３を通過した後、ガルバノメータミラーであるＸミラー４およびＹミラー５により反射し、その後、ターゲット６である強化ガラスに照射させて、該強化ガラスへのレーザ光照射部を着色する。前記強化ガラスの着色は、照射面に対し水平方向に移動可能なＸ−Ｙ軸ステージと垂直方向に移動可能なＺ軸ステージからなるＸＹＺ−ステージ７に載せて、ステージ７を移動させつつ強化ガラス上にレーザ光を走査させて行うこともできる。
【００４０】
コンピュータ８にデジタルコマンドデータとして入力され、デジタル・アナログ・コンバータ９によってアナログ信号に変換されたコントロール信号は、サーボドライバ１０に受信されて、サ−ボドライバ１０が、集光レンズ２、ガルバノメータミラーであるＸミラー４およびＹミラー５の動作を制御しつつ駆動させ、強化ガラス上のレーザ光の照射位置を移動させる。
【００４１】
図２は、レーザ光の焦点位置の制御にｆθレンズを用いた本発明に使用するレーザ照射装置の一例の説明図である。
【００４２】
レーザ発振器１である、アルゴンイオンレーザ発振器により発光したレーザ光は、スイッチング素子であるＡＯＭ１２を通過した後、ガルバノメータミラーであるＸミラー４およびＹミラー５により反射し、ｆθレンズ１３を透過した後、ターゲット６である強化ガラスに照射させて、該強化ガラスへのレーザ光照射部を着色する。ｆθレンズ１３は、ガルバノメータミラーによって走査されるレーザ光をターゲット６である強化ガラスに集光する。
【００４３】
該強化ガラスの着色は、照射面に対し水平方向に移動可能なＸ−Ｙ軸ステージと垂直方向に移動可能なＺ軸ステージからなるＸＹＺ−ステージ７によって、ステージ７を移動させつつ、該強化ガラス上にレーザ光を走査させて行うこともできる。
【００４４】
コンピュータ８に入力されたデジタルコマンドデータは、デジタル・アナログ・コンバータ９によってアナログ信号に変換される。ＡＯＭドライバ１１は、コンピュータ８から送信されデジタル・アナログ・コンバータ９によってアナログ信号に変換されたレーザ変調信号を無線周波数の信号、即ち、ＲＦ信号に変換し、図示しない圧電素子、即ち、トランスデューサを介して、ＡＯＭ１２の中に超音波を発生させる。ＡＯＭ１２に入射したレーザ光は、超音波が形成する回折格子によって回折され、その光路が変化する。その結果、レーザ光はＯＮ／ＯＦＦする。一方、コンピュータ８にデジタルコマンドデータとして入力され、デジタル・アナログ・コンバータ９によってアナログ信号に変換されたコントロール信号は、サーボドライバ１０に受信されて、サ−ボドライバ１０が、ガルバノメータミラーであるＸミラー４およびＹミラー５の動作を制御しつつ駆動させ、ターゲット６である強化ガラス上のレーザ光の照射位置を移動させる。
【００４５】
本発明のガラスの着色方法に使用するレーザ照射装置の構成物であるステージ７は、例えば、照射面に対し水平方向に移動可能なＸ−Ｙ軸ステージと垂直方向に移動可能なＺ軸ステージで構成され、高速でレーザ光を走査する際、前記強化ガラスを移動させることにより強化ガラスの着色を効率よく行うことができる。
【００４６】
図１に示したレーザ発振器１として炭酸ガスレーザ発振器またはＵＶパルスレーザ発振器を用い、レーザ光の焦点位置の制御に集光レンズ２および対物レンズ３を用いたレーザ照射装置と、図２に示したレーザ発振器１として、アルゴンイオンレーザ発振器を用い、レーザ光の焦点位置の制御にｆθレンズ１３を用いたレーザ照射装置を、本発明の強化ガラスの着色方法に使用した場合の差異について説明する。
【００４７】
図１の照射装置はＵＶパルスレーザ発振器を用いており、図２の照射装置で用いられているアルゴンイオンレーザ発振器に比較して、光子エネルギーが高いため、レーザ照射径が同じならば少ないレーザ出力で濃い着色濃度が得られる。
【００４８】
また、図１の照射装置は、ワーキングディスタンスを変えることが可能であり、リニアトランスレータに搭載された集光レンズ２をレーザ光の光軸上で動かすことによって、レーザ光の照射径を自在に変えることが可能である。
【００４９】
本発明を以下の実施例によって詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例によって、限定されるものではない。
【００５０】
【実施例】
レーザ発振器１として、ＵＶパルスレーザ発振器を用いて、図１に示すように、リニアトランスレータに搭載された集光レンズ２、対物レンズ３、ガルバノメータ内のＸミラー４、Ｙミラー５、水平方向に移動可能なＸ−Ｙ軸ステージと垂直方向に移動可能なＺ軸ステージからなるＸＹＺ−ステージ７に付設されたホルダからなり、ホルダにターゲット６である強化ガラスが取り付けられる。
【００５１】
該強化ガラスは、板厚４ｍｍ、サイズ１００ｍｍ角のソーダライムシリケートガラスを６００℃に加熱した後、風冷して強化したものである。
【００５２】
ＵＶパルスレーザ発振器より、波長、３５５ｎｍ、繰り返し周波数、２５ｋＨｚ、パルスエネルギー、１２０μＪ、１６０μＪまたは１９０μＪで発振させたレーザ光の光径を集光レンズ２により絞ってレーザビームとし、Ｘミラー４とＹミラー５とで反射させ、ホルダに取り付けられた板厚５ｍｍ、サイズ１００ｍｍ角のターゲット６である前記強化ガラスの表面に、ライン間隔１０μｍ、ショット間隔、１０μｍ、走査速度２５０ｍｍ／ｓで走査し、照射部が８０ｍｍ×６ｍｍの長方形となるように照射した。
【００５３】
パルスエネルギーが１２０μＪのとき、強化ガラスは淡褐色に着色した。強化ガラスの内部には、屈折率変調やクラックなどのレーザショット痕はなかった。レーザ照射によって、板ガラスの表面と内部に加工痕が生成しないため、ヘーズは変化しなかった。
【００５４】
パルスエネルギーが１６０μＪのとき、強化ガラスはカラーセンターによって淡褐色に着色するとともに、周囲のガラスとは光の屈折が異なる屈折率変調によって描画した四角形が透かしを入れたように見えた。
【００５５】
パルスエネルギーが１９０μＪのとき、強化ガラスは紫外レーザ照射中に破壊することがあった。破壊しなかった場合、強化ガラスの内部には、幅２５μｍのクラックのラインが生成していた。
【００５６】
ＵＶレーザ照射により着色した強化ガラスを、加熱溶融したところ消色した。
【００５７】
【発明の効果】
本発明の強化ガラスの着色方法により、紫外レーザ照射のパルスエネルギーを最適化することによって、風冷強化ガラスを淡褐色に着色したり、透かし入れた様な状態にすることができる。その際、カラーセンタと屈折率変調による着色部位は、強化ガラスの表面と内部に加工傷を作ることなく、強化ガラスの強度を低下させない。
【００５８】
例えば、本発明の強化ガラスの着色方法により、自動車用窓ガラスのような強化ガラスに、前述のカラーセンタまたは屈折率変調による着色部位によって、オーナメントなどを強化後に描画できる。また、自動車の登録番号などを刻印すると、盗難車の照合などのセキュリティに応用することができる。
【００５９】
一方、強化ガラスの内部に目立たないかすかな文字、数字または図形を書き込むことで模造品防止に利用できる。
【００６０】
本発明の強化ガラスの着色方法によりカラーセンタや屈折率変調で着色した強化ガラスは、溶融すると透明なガラスに戻るので、リサイクルが容易である。
【００６１】
本発明の強化ガラスの着色方法は、強化ガラスの装飾に応用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザ光の焦点位置の制御に集光レンズおよび対物レンズを用いた本発明で使用するレーザ照射装置の一例の説明図である。
【図２】レーザ光の焦点位置の制御にｆθレンズを用いた本発明で使用するレーザ照射装置の一例の説明図である。
【符号の説明】
１ レーザ発振器
２ 集光レンズ
３ 対物レンズ
４ Ｘミラー
５ Ｙミラー
６ ターゲット（銀含有ガラス）
７ ＸＹＺ−ステージ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of coloring tempered glass by irradiating the tempered glass with high-energy light, and a method of decolorizing the tempered glass colored in this manner.
[0002]
In the present invention, the tempered glass is a glass which is strong in compression but weak in tension (strength of 1/12 to 1/24 of compression). A compression layer on the surface side and a tensile layer on the inner side, such as quenched air-cooled tempered glass or chemically strengthened glass ion-exchanged with metal ions near the surface, generate bending strength and impact strength for the glass before tempering. Refers to an increased glass.
[0003]
[Prior art]
Compared to colorless and transparent waste glass, waste glass such as colored plate glass and colored glass bottles is colored using transition metal ions or metal colloid particles as a coloring species. Therefore, it is difficult to recycle the crushed cullet as a glass raw material because the color of the coloring species remains even if the cullet is re-melted. That is, the colored glass is colored by the transition metal ions by adding the transition metal to the glass raw material as a coloring source. On the other hand, glass with a colored film is manufactured by coating a colored film in which an inorganic pigment or a metal oxide is dispersed in a transparent matrix such as silica or titania. As described above, since the colored glass and the glass with the colored film are colored by a metal such as a transition metal ion or a metal oxide, there is a problem that it is difficult to recycle. That is, there is a problem that the color remains even after being melted, and that the glass of different colors cannot be melted in the same melting furnace and cannot be recycled.
[0004]
Some colored glasses suitable for recycling have been proposed so that no color remains when remelted as cullet. For example, there are (a) colored glass obtained by coating an organic polymer on a transparent glass, and (b) colored glass obtained by coating a sol of a silicon alkoxide containing an organic dye on a transparent glass, both of which are colored upon re-melting for recycling. It is a method of decomposing seeds by thermal decomposition.
[0005]
In addition, there is known a coloring method in which a plate glass is irradiated with an ultraviolet laser beam to generate microcracks inside the glass and scatter light to give a white color.
[0006]
Further, it is known that when light or X-rays are applied to glass, the glass is colored. This coloring is achieved by irradiating non-crosslinked oxygen Si-O-Na in alkali glass such as soda lime silicate glass with light or X-rays to release electrons from O-Na, thereby absorbing non-crosslinked oxygen. This is because a color center such as an oxygen hole center is formed, and a portion irradiated with light or X-ray is colored brown. However, since light or X-ray irradiation causes a decrease in glass strength and deterioration of transparency, etc., it has not been actively studied as a coloring method, and conversely, research to prevent coloring by light irradiation has been actively conducted. However, the coloring of the glass by the color center is unstable even at room temperature, and there is a problem that the color gradually fades.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, several colored glasses suitable for recycling have been proposed so as not to remain colored when remelted as a cullet. However, the method (a) involves the volatilization of an organic solvent at the time of coating, There are problems that the film requires a film thickness of several tens of μm and is easily scratched, and a gas is generated during decomposition of the organic polymer during firing. The method (b) has problems such as management of the sol liquid for suppressing deterioration and precipitation of the sol which progresses with time, waste liquid treatment, and atmosphere adjustment at the time of coating. When such a method is applied to tempered glass, there is a concern that the strength of the tempered glass may be reduced by heat treatment at the time of forming a colored film.
[0008]
In addition, when the above-described coloring method of irradiating the plate glass with ultraviolet laser light to generate microcracks inside the glass and scatter light to give a white color is applied to the tempered glass, the tempered glass has a stress distortion. Therefore, the generated microcracks may grow and damage the glass.
[0009]
In particular, ornaments and the like cannot be put into tempered glass such as automotive window glass after tempering by this method, that is, drawing cannot be performed.
[0010]
The present invention solves such problems, and provides a method of coloring tempered glass by irradiating the tempered glass with high-energy light, and a method of decolorizing the tempered glass colored in this way, and recycling The purpose is to supply tempered glass that is easy.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a color center that absorbs visible light in a tempered glass by irradiating the tempered glass with a laser beam, that is, forms a non-crosslinked oxygen hole center, or forms a refractive index modulation site to be colored. It is a way to make it.
[0012]
When the tempered glass colored according to the present invention is heated to a temperature higher than the softening point, the non-crosslinked oxygen hole center or the refractive index modulation site disappears and the color disappears.
[0013]
That is, the present invention is characterized in that a non-crosslinked oxygen hole center or a refractive index modulation site is formed and colored by irradiating high-energy light to a tempered glass having a stress strain therein. This is a method for coloring tempered glass.
[0014]
Furthermore, the present invention provides the above-described method for coloring tempered glass, wherein the laser irradiation device includes a laser oscillator, an optical modulator, a condenser lens mounted on a linear translator, an objective lens, and a galvanometer mirror. This is a method for coloring tempered glass, which comprises irradiating a laser beam to form a non-crosslinked oxygen hole center or a refractive index modulation site in the tempered glass and coloring the tempered glass.
[0015]
Further, the present invention is the above-described method for coloring tempered glass, wherein the tempered glass is irradiated with a laser beam from a laser irradiation device including a laser oscillator, an optical modulator, a galvanometer mirror, and an fθ lens. This is a method for coloring a tempered glass, wherein a non-crosslinked oxygen hole center or a refractive index modulation site is formed and colored.
[0016]
Further, the present invention is the above method for coloring tempered glass, wherein the laser oscillator is a UV pulse laser oscillator, a carbon dioxide laser oscillator, or an argon ion laser oscillator.
[0017]
Further, the present invention is the above method for coloring tempered glass, wherein the type of laser light used is infrared light, near infrared light, visible light, or ultraviolet light.
[0018]
Furthermore, the present invention is the above method for coloring tempered glass, wherein the light modulator is an acousto-optic modulator or an electro-optic modulator.
[0019]
Further, the present invention is the above-mentioned method for coloring tempered glass, wherein the irradiation position of the laser beam on the tempered glass is moved by a plurality of galvanometer mirrors.
[0020]
Further, the present invention is the above-mentioned tempered glass coloring method, wherein the tempered glass is moved by a stage which can be moved in a horizontal direction and / or a vertical direction.
[0021]
Further, the present invention is a tempered glass characterized by being colored by the above-mentioned method for coloring a tempered glass.
[0022]
Further, the present invention is a tempered glass characterized in that letters, numerals, patterns or barcodes are drawn on the surface or inside of the tempered glass by the above-mentioned method for coloring tempered glass.
[0023]
Further, the present invention is a method for decoloring a colored portion by heating the tempered glass above the softening point.
[0024]
When a tempered glass is irradiated with a focused ultraviolet laser, a color center is generated by two-photon absorption. The tempered glass exhibits a brown color due to the light absorption of the color center.
[0025]
Alternatively, when the condensed ultraviolet laser is irradiated on the tempered glass, a trace of a laser shot (refractive index modulation portion) having a different refractive index from the surrounding glass is generated. Although the laser-irradiated refractive index modulation portion is strictly transparent, it looks white like a watermark because the refractive index of the light is different from that of the surrounding glass that is not irradiated with the laser. For this reason, characters and patterns can be drawn on the tempered glass depending on the refractive index modulation portion.
[0026]
The laser oscillator, which is a component of the laser irradiation apparatus used in the method for coloring tempered glass of the present invention, includes a continuous laser oscillator that continuously emits laser light and a pulse laser oscillator that emits laser light in a pulsed manner. It may be used. For example, a carbon dioxide laser, a YAG laser, a UV pulse laser, an argon ion laser, or the like, which is a high-power laser, can be used.
[0027]
Examples of the type of laser light used include infrared light, near-infrared light, visible light, and ultraviolet light, and light having a wavelength of 100 nm or more and 1 mm (10 6 nm) or less can be used. Although a gas laser oscillator, a UV pulse laser oscillator, or an argon ion laser oscillator can be used, a UV pulse laser is preferably used in the present invention because of its short wavelength and high photon energy.
[0028]
The optical modulator, which is a component of the laser irradiation device used in the method for coloring tempered glass of the present invention, plays a role as a switching element. That is, by changing the traveling direction of the laser light or by switching between shielding and transmission, ON / OFF of the irradiation of the laser light to the workpiece is accurately controlled. By performing ON / OFF, characters and drawing become discontinuous, and it is possible to cope with various drawing. Either an acousto-optic modulator (hereinafter abbreviated as AOM) or an electro-optic modulator (hereinafter abbreviated as EOM) may be used as the optical modulator.
[0029]
In the ON state, the AOM is a piezoelectric element that converts RF waves in a radio frequency range into ultrasonic waves, that is, a transducer transmits ultrasonic waves to quartz glass and forms a diffraction grating by density fluctuation of the quartz glass to generate laser light. A switching element that diffracts the laser beam and changes its optical path. In the OFF state, the switching element directs the laser beam straight into the quartz glass.
[0030]
The EOM is a switching element that allows a laser beam to pass or block by applying a voltage to the laser beam and changing the polarization direction.
[0031]
The galvanometer mirror, which is a component of the laser irradiation device used in the glass coloring method of the present invention, includes a plurality of movable mirrors, usually an X mirror and a Y mirror, and changes the mirror angle to change the optical axis of the laser beam. It is possible to shake. By controlling and adjusting the angles of the X mirror and the Y mirror, the optical axis is swung to move the irradiation position of the laser beam to the target glass, so that the tempered glass can be colored with high accuracy. Characters, numbers, patterns or barcodes can be drawn on tempered glass. For example, it is possible to easily write character information such as a serial number, a manufacturing date, a manufacturer name, or one-dimensional and two-dimensional barcodes on glass, and also to narrow down a laser beam to a number within a 1 mm interval. It requires a resolution capable of writing ten or more lines, and can perform fine drawing.
[0032]
In addition, the method of the present invention using laser beam irradiation has a small energy loss, a short tact time in actual production, and is excellent in economic production.
[0033]
As a component of the laser irradiation apparatus used in the method for coloring tempered glass of the present invention, a condensing lens and an objective lens mounted on a linear translator, or an fθ lens are used to focus a laser beam scanned in an arc by a galvanometer mirror. It corrects the position and condenses it on a plane to increase the drawing resolution.
[0034]
A stage that is movable in a horizontal direction and / or a vertical direction, which is a component of a laser irradiation apparatus used in the method for coloring tempered glass of the present invention, for example, an XY axis stage that is movable in a horizontal direction with respect to an irradiation surface; When the laser beam is scanned at a high speed by the Z-axis stage movable in the vertical direction, the tempered glass can be efficiently colored by moving the tempered glass.
[0035]
In addition, the present invention provides a color center that absorbs visible light in the tempered glass by irradiating the tempered glass with a laser beam, that is, forms a non-crosslinked oxygen hole center or forms a refractive index modulation site. Since it is also a method of coloring the tempered glass, the tempered glass colored according to the present invention is heated and melted above the softening point, so that the non-crosslinked oxygen hole center or the refractive index modulation site disappears and the color disappears. The tempered glass can be decolorized and recycled easily.
[0036]
The tempered glass used in the present invention is not limited to a sheet glass, but may be a bottle glass and may have any shape.
[0037]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is an explanatory diagram of an example of a laser irradiation apparatus used in the present invention using a condenser lens and an objective lens for controlling the focal position of a laser beam.
[0038]
The laser oscillator 1 shown in FIG. 1 is a carbon dioxide laser oscillator or an ultraviolet, ie, UV pulse laser oscillator. In the UV pulse laser oscillator, an optical modulator composed of AOM or EOM is usually already incorporated as a so-called Q switch. Of the condenser lens 2 and the objective lens 3, the condenser lens 2 mounted on a linear translator (not shown) is moved on the optical axis by the linear translator so that the laser beam is focused on the irradiation surface of the tempered glass as the target 6. Light. The focusing position can be adjusted on the surface or inside the tempered glass.
[0039]
Laser light emitted from a carbon dioxide laser oscillator or a UV pulse laser oscillator passes through a condenser lens 2 and then an objective lens 3 and is reflected by an X mirror 4 and a
[0040]
The control signal input to the
[0041]
FIG. 2 is an explanatory diagram of an example of a laser irradiation apparatus used in the present invention using an fθ lens for controlling the focal position of a laser beam.
[0042]
The laser light emitted by the argon ion laser oscillator, which is the laser oscillator 1, passes through the
[0043]
The tempered glass is colored by moving the stage 7 using an XYZ-stage 7 including an XY-axis stage movable in a horizontal direction and a Z-axis stage movable in a vertical direction with respect to an irradiation surface. It can also be performed by scanning a laser beam thereon.
[0044]
The digital command data input to the
[0045]
The stage 7, which is a component of the laser irradiation apparatus used in the glass coloring method of the present invention, is, for example, an XY axis stage that can move in a horizontal direction with respect to an irradiation surface and a Z axis stage that can move in a vertical direction. When the laser beam is scanned at high speed, the tempered glass can be efficiently colored by moving the tempered glass.
[0046]
A laser irradiation device using a carbon dioxide gas laser oscillator or a UV pulse laser oscillator as the laser oscillator 1 shown in FIG. 1 and using a condenser lens 2 and an objective lens 3 for controlling the focal position of laser light, and the laser shown in FIG. The difference in the case where an argon ion laser oscillator is used as the oscillator 1 and the laser irradiation apparatus using the fθ lens 13 for controlling the focal position of the laser beam is used in the method for coloring tempered glass of the present invention will be described.
[0047]
The irradiation device of FIG. 1 uses a UV pulse laser oscillator, and has a higher photon energy than the argon ion laser oscillator used in the irradiation device of FIG. To obtain a strong coloring density.
[0048]
1 can change the working distance, and can freely change the irradiation diameter of the laser light by moving the condenser lens 2 mounted on the linear translator on the optical axis of the laser light. It is possible.
[0049]
The present invention will be described in detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to the following examples.
[0050]
【Example】
As shown in FIG. 1, a converging lens 2, an objective lens 3, an X-mirror 4, a Y-
[0051]
The tempered glass is obtained by heating soda lime silicate glass having a thickness of 4 mm and a size of 100 mm square to 600 ° C., and then cooling it by air to strengthen it.
[0052]
The X-mirror 4 and the Y-mirror are obtained by narrowing the diameter of a laser beam oscillated at a wavelength of 355 nm, a repetition frequency of 25 kHz, a pulse energy of 120 μJ, 160 μJ or 190 μJ from a UV pulse laser oscillator by a condenser lens 2 to form a laser beam. The surface of the tempered glass, which is a target 6 having a plate thickness of 5 mm and a size of 100 mm square attached to the holder, is scanned at a line interval of 10 μm, a shot interval of 10 μm, and a scanning speed of 250 mm / s. Was irradiated so as to form a rectangle of 80 mm × 6 mm.
[0053]
When the pulse energy was 120 μJ, the tempered glass was colored light brown. There were no laser shot marks such as refractive index modulation and cracks inside the tempered glass. Haze did not change because no processing marks were formed on the surface and inside of the glass sheet by the laser irradiation.
[0054]
When the pulse energy was 160 μJ, the tempered glass was colored light brown by the color center, and the square drawn by refractive index modulation, in which light refraction was different from that of the surrounding glass, appeared to have a watermark.
[0055]
When the pulse energy was 190 μJ, the tempered glass was sometimes broken during the irradiation with the ultraviolet laser. When the glass was not broken, a crack line having a width of 25 μm was formed inside the tempered glass.
[0056]
When the tempered glass colored by UV laser irradiation was heated and melted, the color was erased.
[0057]
【The invention's effect】
By optimizing the pulse energy of ultraviolet laser irradiation according to the method for coloring tempered glass of the present invention, the air-cooled tempered glass can be colored light brown or have a watermarked state. At this time, the color center and the colored portion due to the refractive index modulation do not cause processing scratches on the surface and inside of the tempered glass, and do not reduce the strength of the tempered glass.
[0058]
For example, with the coloring method of the tempered glass of the present invention, it is possible to draw an ornament or the like on a tempered glass such as a window glass for an automobile by using the above-described color center or the colored portion by the refractive index modulation to strengthen the glass. If the registration number of the car is stamped, it can be applied to security such as verification of a stolen car.
[0059]
On the other hand, by writing inconspicuous faint letters, numbers or figures inside the tempered glass, it can be used to prevent counterfeit products.
[0060]
The tempered glass colored by the color center or the refractive index modulation by the method for coloring a tempered glass of the present invention returns to a transparent glass when melted, and is easy to recycle.
[0061]
The coloring method for tempered glass of the present invention can be applied to decoration of tempered glass.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of an example of a laser irradiation apparatus used in the present invention using a condenser lens and an objective lens for controlling a focal position of a laser beam.
FIG. 2 is an explanatory diagram of an example of a laser irradiation apparatus used in the present invention using an fθ lens for controlling a focal position of a laser beam.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser oscillator 2 Condensing lens 3 Objective lens 4 X mirror 5 Y mirror 6 Target (silver-containing glass)
7 XYZ-stage
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070717 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20071113 |