JP2002531361A - ガラス物体にマークを付ける方法 - Google Patents
ガラス物体にマークを付ける方法Info
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- JP2002531361A JP2002531361A JP2000585177A JP2000585177A JP2002531361A JP 2002531361 A JP2002531361 A JP 2002531361A JP 2000585177 A JP2000585177 A JP 2000585177A JP 2000585177 A JP2000585177 A JP 2000585177A JP 2002531361 A JP2002531361 A JP 2002531361A
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- B41M5/00—Duplicating or marking methods; Sheet materials for use therein
- B41M5/26—Thermography ; Marking by high energetic means, e.g. laser otherwise than by burning, and characterised by the material used
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Surface Treatment Of Glass (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
(57)【要約】
この発明は、物体をマークの所定の深さまで貫通する能力のあるレーザービームを物体の表面に指向させ、更にこのレーザービームがガラスの内部でマークの所定の位置に集束し、その位置に電磁輻射に対する低い透過率により際立つ材料の変化の形にしてマークを発生させるような出力密度を有し、物体の表面上に何らかの方法で確認できない変化を実質上発生させることがなく、Ｘ線ビームより長い波長で平坦な領域となる透過度曲線を有するガラス製の物体に表面下にあるマークを発生させる方法に関する。この発明による方法は、ガラスが半透明となり、平坦な領域に対応するレーザー光の全ての波長よりも短いレーザー光の波長を使用することで優れている。この方法によりガラス物体の表面の下で狭い間隔で非常に微細なマークを発生させることができる。
Description
【０００１】 この発明は、物体をマークの所定の深さまで貫通する能力のあるレーザービー
ムを物体の表面に指向させ、更にこのレーザービームがガラスの内部でマークの
所定の位置に集束し、その位置に電磁輻射に対する低い透過率により際立つ材料
の変化の形にしてマークを発生させるような出力密度を有し、物体の表面上に何
らかの方法で確認できない変化を実質上発生させることがなく、Ｘ線ビームより
長い波長で平坦な領域となる透過度曲線を有するガラス製の物体に表面下にある
マークを発生させる方法に関する。
ムを物体の表面に指向させ、更にこのレーザービームがガラスの内部でマークの
所定の位置に集束し、その位置に電磁輻射に対する低い透過率により際立つ材料
の変化の形にしてマークを発生させるような出力密度を有し、物体の表面上に何
らかの方法で確認できない変化を実質上発生させることがなく、Ｘ線ビームより
長い波長で平坦な領域となる透過度曲線を有するガラス製の物体に表面下にある
マークを発生させる方法に関する。
【０００２】 欧州特許第 0 543 899号明細書によれば、請求項１の前段の事項に従いガラス
物体にマークを付ける方法が知られている。この方法では、焦点、つまりマーク
を付ける個所にガラスまたは他の材料から成る物体の内部に残っている変化に関
してエネルギ密度が充分に影響を与えるようなエネルギ密度のレーザー輻射が使
用されている。その場合、レーザービームの焦点のところのエネルギ密度が少な
くとも 10 Ｊ/cm2であるなら、有利であると説明されている。何故なら、この値
が大体ガラスの分子の局部的なイオン化を発生させるしきい値であるからである
。そのため、この周知の方法によれば波長が 1.06 μm のレーザービームを使用
している。
物体にマークを付ける方法が知られている。この方法では、焦点、つまりマーク
を付ける個所にガラスまたは他の材料から成る物体の内部に残っている変化に関
してエネルギ密度が充分に影響を与えるようなエネルギ密度のレーザー輻射が使
用されている。その場合、レーザービームの焦点のところのエネルギ密度が少な
くとも 10 Ｊ/cm2であるなら、有利であると説明されている。何故なら、この値
が大体ガラスの分子の局部的なイオン化を発生させるしきい値であるからである
。そのため、この周知の方法によれば波長が 1.06 μm のレーザービームを使用
している。
【０００３】 この場合の難点は、赤外線領域内にあるこの波長でガラスに対する付属の透過
度がガラスの透過曲線の平坦領域にある点にある。これは、その波長の場合ガラ
ス物体を貫通するレーザービームの透過度が線形吸収挙動で近似的に最大である
ことを意味する。レーザービームの焦点領域のガラスの望ましい変化、つまり望
ましい非線形吸収挙動が生じるために、上に説明したように、一定のエネルギ密
度のしいき値を越える必要がある。しかし、このエネルギ密度のしきい値は、レ
ーザー輻射が赤外線領域内にあると非常にシャープであるので、線形吸収からマ
ーク付けに作用を及ぼす非線形吸収への急激な遷移が生じる。
度がガラスの透過曲線の平坦領域にある点にある。これは、その波長の場合ガラ
ス物体を貫通するレーザービームの透過度が線形吸収挙動で近似的に最大である
ことを意味する。レーザービームの焦点領域のガラスの望ましい変化、つまり望
ましい非線形吸収挙動が生じるために、上に説明したように、一定のエネルギ密
度のしいき値を越える必要がある。しかし、このエネルギ密度のしきい値は、レ
ーザー輻射が赤外線領域内にあると非常にシャープであるので、線形吸収からマ
ーク付けに作用を及ぼす非線形吸収への急激な遷移が生じる。
【０００４】 ここでは、周知の方法の場合、レーザー輻射の本来の焦点領域にわたりガラス
の変化が生じ、これはガラスの局部的な溶融により説明できるこの気泡状の変化
が衝撃的、ほぼ爆発的に生じることに関連しているという事実に基づいている。
その結果、マーク点を順に並べることにより生じるマークがガラス物体の表面か
ら一定の最小間隔となっていなければならいという必要性が生じる。何故なら、
これ等のマーク点は、そうでなければ、ガラス物体の表面下にある中心から表面
まで延びていて、これにより表面でガラスの粉砕が生じるからである。この周知
の方法では、ガラス物体のマークと表面の最小間隔が約１ mm であるので、割れ
の恐れを避けるためガラス物体は全体で少なくとも３mmの厚さでなければならな
い。
の変化が生じ、これはガラスの局部的な溶融により説明できるこの気泡状の変化
が衝撃的、ほぼ爆発的に生じることに関連しているという事実に基づいている。
その結果、マーク点を順に並べることにより生じるマークがガラス物体の表面か
ら一定の最小間隔となっていなければならいという必要性が生じる。何故なら、
これ等のマーク点は、そうでなければ、ガラス物体の表面下にある中心から表面
まで延びていて、これにより表面でガラスの粉砕が生じるからである。この周知
の方法では、ガラス物体のマークと表面の最小間隔が約１ mm であるので、割れ
の恐れを避けるためガラス物体は全体で少なくとも３mmの厚さでなければならな
い。
【０００５】 更に、同類の方法は Laser Magazin（レーザー雑誌), 1995 年１月、第 16 頁
以降に記載されている。透過度が加工するガラスの透過度曲線の平坦領域内にあ
るレーザービームを同じように使用するこの方法は、石英ガラスの場合、溶融領
域の伸びに関して最良の結果を示す。その場合、約 100μm となっている。他の
処理パラメータを使用すると、溶融領域の伸びは数百マイクロメータにもなった
。従って、この方法には上に説明した周知の方法と基本的に同じ難点がある。
以降に記載されている。透過度が加工するガラスの透過度曲線の平坦領域内にあ
るレーザービームを同じように使用するこの方法は、石英ガラスの場合、溶融領
域の伸びに関して最良の結果を示す。その場合、約 100μm となっている。他の
処理パラメータを使用すると、溶融領域の伸びは数百マイクロメータにもなった
。従って、この方法には上に説明した周知の方法と基本的に同じ難点がある。
【０００６】 それ故、この発明の課題はマーク付けと共に生じる個々のマーク点を非常に小
さい最小直径で発生させることのできる同類の方法を提示することにある。
さい最小直径で発生させることのできる同類の方法を提示することにある。
【０００７】 この課題は請求項１の方法により解決されている。ガラスが半透明となり、平
坦領域に対応するレーザー光の全ての波長より短いレーザー光の波長を使用する
ことにより、ガラス物体内のマーク点の伸びを非常に小さく維持できている。こ
の効果は驚くことに確認された。可能な説明は、平坦レベル以下の透過度に相当
する波長で、ほぼ線形吸収から大部分が非線形吸収となる吸収への遷移が「穏や
か」である、つまり非線形吸収の成分が次第に増加するエネルギ密度領域が生じ
る点にある。というのは、この発明によりマーク点の伸びが焦点領域のエネルギ
密度を適当に調整して非常に良好に制御でき、これに関連して、僅か１ mm の厚
さのガラス物体にも内部にあるマークを付けることができることが実験的に見出
されたからである。
坦領域に対応するレーザー光の全ての波長より短いレーザー光の波長を使用する
ことにより、ガラス物体内のマーク点の伸びを非常に小さく維持できている。こ
の効果は驚くことに確認された。可能な説明は、平坦レベル以下の透過度に相当
する波長で、ほぼ線形吸収から大部分が非線形吸収となる吸収への遷移が「穏や
か」である、つまり非線形吸収の成分が次第に増加するエネルギ密度領域が生じ
る点にある。というのは、この発明によりマーク点の伸びが焦点領域のエネルギ
密度を適当に調整して非常に良好に制御でき、これに関連して、僅か１ mm の厚
さのガラス物体にも内部にあるマークを付けることができることが実験的に見出
されたからである。
【０００８】 更に、ガラス内部にパターン構造を付けるこの発明による方法には、従来の技
術に比べて、使用する波長が短いためレーザー輻射がより良く集束し、これによ
り更に焦点の伸びをできる限り小さく維持する望ましい条件が提供されるという
利点がある。
術に比べて、使用する波長が短いためレーザー輻射がより良く集束し、これによ
り更に焦点の伸びをできる限り小さく維持する望ましい条件が提供されるという
利点がある。
【０００９】 レーザー輻射に対して透過度が平坦レベルの 60 〜 95 ％となる波長を選択す
ると有利である。
ると有利である。
【００１０】 更に、この発明の範囲内では、レーザー輻射をＮd-ＹＡＧレーザーで発生させ
、その場合、例えば第三高調波あるいは第四高調波も使用することが有利に行え
る。
、その場合、例えば第三高調波あるいは第四高調波も使用することが有利に行え
る。
【００１１】 通常、波長はＵＶ領域内にある。ガラス物体の半透明性を与え、充分な輻射強
度が望むマーク位置のところにあるように波長を長く選ぶことは当然重要である
。
度が望むマーク位置のところにあるように波長を長く選ぶことは当然重要である
。
【００１２】 以下、図面を参照して一実施例に基づきこの発明をより詳しく説明する。
【００１３】 透過度曲線の平坦な領域は、λ3 より長い波長で与えられる透過度の値により
大体形成されている。この発明によれば、その時に選んだガラスに応じて、λ3 より短いが、透過度は無視できるほど小さくはない波長を有するレーザー輻射を
使用している。これは図１でλ0 より長い波長に対する場合である。有利な波長
範囲は、例えば範囲λ1 ≦λ≦λ2 である。
大体形成されている。この発明によれば、その時に選んだガラスに応じて、λ3 より短いが、透過度は無視できるほど小さくはない波長を有するレーザー輻射を
使用している。これは図１でλ0 より長い波長に対する場合である。有利な波長
範囲は、例えば範囲λ1 ≦λ≦λ2 である。
【００１４】 この発明は以下のように構成されている。即ち、 Ｎd-ＹＡＧレーザーを使用して、厚さが１ mm の形状が板の通常のガラスＢＫ
７を波長が 355 nm のレーザービームで照射する。これは、レーザービームを通
常の手段でガラス板の中に集束させるようにして行われる。その際、焦点はガラ
ス板の表面下の 0.5 mm にある。レーザーは 5 kＨの繰返レートで駆動される。
パルス期間は 100 ns であり、焦点での出力密度は約 500ＭＷ/cm2である。
７を波長が 355 nm のレーザービームで照射する。これは、レーザービームを通
常の手段でガラス板の中に集束させるようにして行われる。その際、焦点はガラ
ス板の表面下の 0.5 mm にある。レーザーは 5 kＨの繰返レートで駆動される。
パルス期間は 100 ns であり、焦点での出力密度は約 500ＭＷ/cm2である。
【００１５】 この場合、例えば直径が僅か 20 μm であるマーク点が生じる。これ等のマー
ク点を５μm の間隔で並べ、重なりにより殆ど連続的な線にする。その場合に使
用する焦点での出力密度は周知の方法の場合に必要な出力密度よりも著しく少な
い。
ク点を５μm の間隔で並べ、重なりにより殆ど連続的な線にする。その場合に使
用する焦点での出力密度は周知の方法の場合に必要な出力密度よりも著しく少な
い。
【００１６】 上記の実施例では、場合によって、繰返レートが 10 kＨz となっても良い。
【００１７】 比較のため、同じ外部処理条件の下で、石英ガラス、スープラジル（Suprasil
) １を加工した。しかし、ガラスＢＫ７とは異なり、この石英ガラスでは波長 3
55 nm に属する透過度は平坦な領域内にある。そのため、この石英ガラスではガ
ラスＢＫ７の場合のように微細なパターン構造を付けることができなかった。む
しろ、マーク点の伸びはガラスＢＫ７の場合よりも石英ガラスの場合で著しく大
きかった。
) １を加工した。しかし、ガラスＢＫ７とは異なり、この石英ガラスでは波長 3
55 nm に属する透過度は平坦な領域内にある。そのため、この石英ガラスではガ
ラスＢＫ７の場合のように微細なパターン構造を付けることができなかった。む
しろ、マーク点の伸びはガラスＢＫ７の場合よりも石英ガラスの場合で著しく大
きかった。
【００１８】 この発明による方法で作製されたマークは、例えば印を付けるためもしくは装
飾のために使用できる。
飾のために使用できる。
【００１９】
【図１】 通常のタイプのガラスの典型的な透過曲線を模式的に示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ビーレ・ディーター ドイツ連邦共和国、Ｄ−32108 バート・ ザルツウフレン、オーベレ・ストラーセ、 26 Ｆターム(参考） 4E068 AB01 DB13 4G059 AA01 AC08 5F072 AB02 MM08 QQ02 RR05 YY07
Claims (4)
- 【請求項１】 物体をマークの所定の深さまで貫通する能力のあるレーザー
ビームを物体の表面に指向させ、更にこのレーザービームがガラスの内部でマー
クの所定の位置に集束し、その位置に電磁輻射に対する低い透過率により際立つ
材料の変化の形にしてマークを発生させるような出力密度を有し、物体の表面上
に何らかの方法で確認できない変化を実質上発生させることがなく、Ｘ線ビーム
より長い波長で平坦な領域となる透過度曲線を有するガラス製の物体に表面下に
あるマークを発生させる方法において、ガラスが半透明となり、前記平坦な領域
に対応するレーザー光の全ての波長よりも短いレーザー光の波長を使用すること
を特徴とする方法。 - 【請求項２】 波長は平坦レベルの 60 〜 95 ％の透過度を与える波長範囲
内にあることを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 レーザービームをＮd-ＹＡＧレーザーで発生させることを特
徴とする請求項１または２に記載の方法。 - 【請求項４】 第三高調波を使用することを特徴とする請求項３に記載の方
法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19855623A DE19855623C1 (de) | 1998-12-02 | 1998-12-02 | Verfahren zur Erzeugung einer Markierung in einem Glaskörper |
| DE19855623.3 | 1998-12-02 | ||
| PCT/DE1999/003719 WO2000032531A1 (de) | 1998-12-02 | 1999-11-23 | Verfahren zur erzeugung einer markierung in einem glaskörper |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002531361A true JP2002531361A (ja) | 2002-09-24 |
Family
ID=7889753
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000585177A Withdrawn JP2002531361A (ja) | 1998-12-02 | 1999-11-23 | ガラス物体にマークを付ける方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6596966B1 (ja) |
| EP (1) | EP1051365B1 (ja) |
| JP (1) | JP2002531361A (ja) |
| AT (1) | ATE218519T1 (ja) |
| DE (2) | DE19855623C1 (ja) |
| ES (1) | ES2177339T3 (ja) |
| WO (1) | WO2000032531A1 (ja) |
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| DE10137864B4 (de) * | 2001-08-02 | 2005-05-19 | Picorapid Technologie Gmbh | Substanzträger mit Markierung |
| KR20050094423A (ko) * | 2003-02-04 | 2005-09-27 | 아사히 가라스 가부시키가이샤 | 유리기판 표면의 이물 제거방법 |
| DE102005026038A1 (de) | 2005-06-03 | 2006-12-07 | Boraglas Gmbh | Verfahren zur Markierung von Objektoberflächen |
| DE102005025982B4 (de) * | 2005-06-03 | 2008-04-17 | Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg | Farbig strukturierte Low-E-Schichtsysteme und Verfahren zur Erzeugung der farbig strukturierten Low-E-Schichtsysteme sowie deren Verwendung |
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| DE102014205066A1 (de) | 2014-03-19 | 2015-10-08 | Schott Ag | Vorgespannter Glasartikel mit Laserinnengravur und Herstellverfahren |
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- 1998-12-02 DE DE19855623A patent/DE19855623C1/de not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-11-23 WO PCT/DE1999/003719 patent/WO2000032531A1/de active IP Right Grant
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| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
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