JP2003012346A

JP2003012346A - 板ガラスの着色方法

Info

Publication number: JP2003012346A
Application number: JP2001193927A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yamate; 貴志山手; Shinji Nishikawa; 晋司西川; Hiroyuki Tamon; 宏幸多門; Hiroshi Kamimura; 宏上村; Kohei Sumino; 広平角野; Tomoko Akai; 智子赤井; Masaru Yamashita; 勝山下; Tetsuo Yazawa; 哲夫矢澤
Original assignee: Central Glass Co Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: Central Glass Co Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2001-06-27
Publication date: 2003-01-15

Abstract

(57)【要約】【課題】板ガラスを着色し、着色ガラスとする、また、
着色することによって、文字または図柄を描画する。【解決手段】レーザ光照射装置により、レーザ光を走査
して照射位置を変えながら、板ガラスの表面または内部
に焦点を結ぶようにレーザ光を集光し、板ガラス内部に
クラック、泡および／または屈折率が異なる部位を形成
させることにより、回折格子、平面ホログラムまたは体
積ホログラムを形成し、可視光線の回折現象または散乱
現象を現出させて着色させることを特徴とする板ガラス
の着色方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、板ガラスを着色す
る方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】透明材料にレーザ光を照射してレーザマ
ーキングする方法について、特開平２−２４２２２０号
公報、特開平３−１２４４８６号公報、特開平４−７１
７９２号公報および特開平１１−１５６５６８号公報に
て開示されている。

【０００３】例えば、特開平２−２４２２２０号公報に
て、レーザ光を吸収する透明なプラスチックを設けてな
る眼鏡枠において、前記プラスチックにレーザ光を照射
して内部に焼け焦げ模様を現出させたことを特徴とする
模様入りメガネ枠部品が開示されている。しかしなが
ら、係る公報に記載の方法においては、対象物がプラス
チックなどのレーザ光照射によって焼け焦げを生じる材
料に制限されるという問題があった。

【０００４】また、特開平３−１２４４８６号公報に
て、対象物の内部にレーザ光を収束させて表面に損傷を
与えることなく内部にマークするレーザマーキング方法
が開示されている。しかしながら、係る公報に記載のレ
ーザマーキング方法においては、対象物が板ガラスの場
合、レーザ光を内部に集光させるとクラックが発生し表
面まで到達することがあり、目視にて見えるようになり
対象物が脆くなる懸念があるという問題があった。

【０００５】また、特開平４−７１７９２号公報にて、
透明基板内部に焦点を結ぶようにレーザ光を照射して透
明基板内部を選択的に不透明化することによりマーキン
グする方法が開示されている。しかしながら、かかる公
報に記載のマーキング方法においては、レーザ照射によ
って板ガラス内部にマーキングすることが可能である
が、レーザ光の集光位置を材料の深さ方向に厳密に制御
できないため、薄い透明材料のマーキングに適さないと
いう問題があった。

【０００６】また、特開平１１−１５６５６８号公報に
て、マーキング対象物を透過する波長域のレーザ光を、
ｆθレンズを用いて対象物の内部に集光させてマーキン
グする方法が開示されている。しかしながら、係る公報
に記載のマーキング方法においては、マーキングがレー
ザ光を照射したことによる内部のクラックによるので、
マーキング対象は透明材料に制限されるという問題があ
った。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】特開平２−２４２２２
０号公報、特開平３−１２４４８６号公報、特開平４−
７１７９２号公報、または特開平１１−１５６５６８号
公報に記載の方法は、プラスチック、板ガラスなどの透
明材料に文字、図柄などをレーザマーキングする方法で
あるが、レーザ光を透明材料内部で集光させたことによ
る、プラスチック内部の焼け焦げ模様、または板ガラス
内部のクラック発生による不透明化によりマーキングす
る方法なので、ミクロン（μｍ）単位の極微細なマーキ
ングがし辛い、また、有彩色の着色ができないという問
題があった。また、板ガラス内部のクラックは、非常に
微細でない限り成長し目視にて見えるようなクラックに
なる懸念がある。

【０００８】また、通常、着色板ガラスは、遷移金属を
着色源として板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。着色膜付き板ガラスは、
無機顔料または金属酸化物をシリカ、チタニアなどの透
明マトリックスに散乱させた着色膜をクリアガラスに被
覆して製造される。この様に、着色板ガラスおよび着色
膜付き板ガラスは、遷移金属イオンまたは金属酸化物な
どの金属によって、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。すなわち、溶融し
ても色が残り、色の違う板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。

【０００９】板ガラスをレーザ光により着色させること
で微細な書き込みが行えるだけでなく、板ガラスを着色
したとしても容易に消色でき、リサイクル可能な板ガラ
スの着色方法を提供することを本発明の課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の板ガラスの着色
方法において、回折格子、平面ホログラムまたは体積ホ
ログラムなどの周期構造をレーザ光の照射によって板ガ
ラスに形成させる。

【００１１】本発明者らは、鋭意検討した結果、レーザ
光照射装置によって、レーザ光が板ガラス表面または内
部に集光するように調整した後、レーザ光の光軸を往復
運動させつつ、板ガラス上に走査して、板ガラス内部が
部分的に加熱または膨張され微小クラック、微小空隙ま
たは屈折率が異なる部位が整然と配列することによっ
て、回折格子が形成され、可視光線が入射すると、回折
または散乱によって干渉を生じ、着色することが判っ
た。

【００１２】本発明は、レーザ光照射装置により、レー
ザ光を走査して照射位置を変えながら、板ガラスの表面
または内部に焦点を結ぶようにレーザ光を集光し、板ガ
ラス内部にクラック、泡および／または屈折率が異なる
部位を形成させることにより、回折格子、平面ホログラ
ムまたは体積ホログラムを形成し、可視光線の回折現象
または散乱現象を現出させて着色させることを特徴とす
る板ガラスの着色方法である。

【００１３】更に、本発明は、前記のレーザ光照射装置
がレーザ発振器、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であることを特徴とす
る上記の板ガラスの着色方法である。

【００１４】更に、本発明は、前記のレーザ光照射装置
がレーザ発振器、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であることを特徴
とする上記のの板ガラスの着色方法である。

【００１５】更に、本発明は、レーザ発振器がパルスレ
ーザ発振器または連続レーザ発振器であり、用いるレー
ザ光の種類が赤外光、近赤外光または紫外光であること
を特徴とする上記の板ガラスの着色方法である。

【００１６】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
板ガラスの着色方法である。

【００１７】更に、本発明は、複数のガルバノメータミ
ラーよって、板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板ガラスの着色方法であ
る。

【００１８】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、板ガラスを移
動させることを特徴とする上記の板ガラスの着色方法で
ある。

【００１９】更に、本発明は、上記の板ガラスの着色方
法によって、部分または全面が着色されていることを特
徴とする板ガラスである。

【００２０】更に、本発明は、上記の板ガラスの着色方
法によって、文字、図柄が描画されていることを特徴と
する板ガラスである。

【００２１】更に、本発明は、上記の板ガラスを、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。

【００２２】本発明の板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。

【００２３】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１００
ｎｍ以上、１ｍｍ（１０⁶ｎｍ）以下の光を使用するこ
とができ、例えば、アルゴンイオンレーザ発振器または
ＵＶパルスレーザ発振器を使用することができる。

【００２４】本発明の板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。すなわち、レーザ光の進行
方向を変えるか、遮断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。

【００２５】ＡＯＭは、レーザ光の光路を変える素子で
ある。ＯＮの状態では、無線周波数のＲＦ信号が発信さ
れ、圧電素子、すなわち、トランスデューサに入力さ
れ、超音波に変換されて石英ガラス中に粗密波を発生さ
せる。該粗密波によって、石英ガラス中に形成された回
折格子は、レーザ光を回折させてその光路を変える。一
方、ＯＦＦの状態では、ＲＦ波は発信されないので、粗
密波による回折格子が形成されず、レーザ光は石英ガラ
ス内を直進する。

【００２６】ＥＯＭは、電気光学素子に電圧を掛け偏光
方向を変えることによって、レーザ光を通過または遮断
させるスイッチング素子である。

【００２７】本発明の板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、
複数のミラー、通常、Ｘミラー、Ｙミラーからなり、ミ
ラーの傾きを変えることによって、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
しつつ向きを変え、レーザ光の光軸を振って対象物であ
る板ガラスの表面または内部でレーザ光を走査する。走
査ライン上では部分的な加熱または膨張によって微小ク
ラック、泡および／または屈折率が異なる部位からなる
回折格子が形成される。板ガラスへの入射光は、この回
折格子によって回折または散乱されて、板ガラスを着色
させる。

【００２８】本発明に使用するレーザ照射装置は、レー
ザ光を絞り込み、ガルバノメータミラーによりレーザ光
の光軸を振りながら、板ガラス上に走査させて、１ｍｍ
間隔に数１０本以上の線を書き込むことのできる分解能
を有し、かつレーザ光を１ｍｍ／ｓ以上の高速で走査す
ることができるため、回折格子を書き込むことに好適で
ある。

【００２９】本発明の板ガラスの着色方法により、板ガ
ラスに文字または図柄などが描画できる。例えば、板ガ
ラスに、虹色で製造番号、製造日、メーカー名などの文
字情報を容易に書き込むことができる。

【００３０】また、レーザ光の照射を用いる本発明の板
ガラスの着色方法は、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。

【００３１】本発明の板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、ｆθレンズ、または、リ
ニアトランスレータに搭載された集光レンズ（以後、Ｚ
レンズと略する）と対物レンズは、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
正する役割を果たす。

【００３２】本発明の板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、板ガラスを移動させることにより板ガラスの着色
を効率よく行うことができる。例えば、レーザ光の焦点
位置を板ガラスの表面または内部に設定して、ガルバノ
メータミラーによりレーザ光の光軸を振りつつ板ガラス
に格子を描画した後に、Ｚ軸ステージを動して、厚み方
向に焦点位置をずらして、板ガラス内部に回折格子を重
ねて書き込むことによって、平面ホログラムまたは体積
ホログラムの形成が可能となる。

【００３３】また、移動可能なステージに取り付けられ
た板ガラスを横方向にＸ−Ｙ軸ステージを動かすことで
一定間隔で移動させた後、静止させて、前述のガルバノ
メータミラーによりレーザ光を走査して描画を行うこと
によって、等間隔に複数の回折格子を描画することがで
きる。すなわち、本発明において、レーザ光の走査とス
テージの送りを自動で交互に行いながら、ガラスに微小
クラック、微小空隙および／または屈折率の異なる部位
からなる回折格子を形成することができる。

【００３４】本発明の板ガラスの着色方法によって、全
面あるいは部分を着色された板ガラスを、本発明に用い
るレーザ照射装置を複数使用することによって得ること
ができる。

【００３５】この様にして得られた着色板ガラスは、軟
化点以上に加熱し溶融すると、周期構造である回折格子
等の周期構造が消失し無色透明に戻るので、リサイクル
が容易である。

【００３６】

【発明の実施の形態】図１は、レーザ光の焦点位置の制
御にＺレンズおよび対物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。Ｚレンズ２
は、ガルバノメータミラーによって走査されるレーザ光
を板ガラス６であるターゲット６に集光する。リニアト
ランスレータは、Ｚレンズ２を搭載し、光軸上でＺレン
ズ２を動かすことによって、ガルバノメータミラーによ
って走査されるレーザ光を板ガラス６であるターゲット
６に集光する。

【００３７】パルスレーザ発振器１であるＵＶパルスレ
ーザ発振器１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。ＵＶパルスレーザ発振器１から放射されたレーザ光
は、Ｚレンズ２と対物レンズ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によっ
て反射し、ターゲット６である板ガラス６に照射させ
る。Ｘミラー４、Ｙミラー５を制御しつつ動かして光軸
を振ることによって、板ガラス６の表面および内部に回
折格子が形成される。回折格子によって、入射光が回折
および／または散乱されて板ガラスは着色する。

【００３８】該板ガラス６を着色する際に、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
板ガラス６を搭載し、ステージ７を垂直方向に移動可能
な、すなわち、厚み方向に移動可能なＺ軸ステージによ
り移動させ、回折格子を深さ方向にも間隔を持たせて描
画することによって、体積ホログラムを形成することが
可能である。また、水平方向に移動可能なＸ−Ｙ軸ステ
ージを移動させることで、着色する部位を移動させるこ
とができる。

【００３９】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（以
後、ＤＡＣ９と略する）によってアナログ信号に変換さ
れる。コンピュータ８から送信されＤＡＣ９によってア
ナログ信号に変換されたレーザ変調信号は無線周波数の
信号、すなわち、ＲＦ信号に変換され、圧電素子、すな
わち、トランスデューサを介して、ＵＶパルスレーザ発
振器に内蔵されたＱスイッチに超音波を発生させる。Ｑ
スイッチ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、ＤＡＣ９
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３の動作を制御しつつ駆動させ、板ガラス６の
表面または内部でレーザ光の照射位置を走査して回折格
子を形成する。なお、板ガラス６へのレーザ光による書
き込みパターンは、前記デジタルコマンドデータを変更
することで、容易に変えられる。

【００４０】従来の板ガラスのマーキング方法では、マ
ーキング部は白濁状態であるが、本発明の板ガラスの着
色方法を用いれば、板ガラスを彩色に着色でき装飾性が
高い。

【００４１】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。

【００４２】

【実施例】図１に示すように、レーザ照射装置１は、Ｕ
Ｖパルスレーザ発振器１、リニアトランスレータに搭載
されたＺレンズ２、対物レンズ３、ガルバノメータミラ
ーであるＸミラー４、Ｙミラー５、および照射面に対し
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軸ステージである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である板
ガラス６が取り付けられる。

【００４３】ＵＶパルスレーザ発振器１より発振された
レーザ光、すなわち、レーザビームを、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ターゲ
ット６である板ガラス６の表面または内部に集光させ
た。

【００４４】該板ガラス６は、板厚５ｍｍ、サイズ、１
００ｍｍ×１００ｍｍの、ソーダライムシリケートガラ
ス基板６を用意した。

【００４５】ＵＶレーザの照射条件は、波長３５５ｎ
ｍ、パルスエネルギー２００μＪ、レーザ平均出力を５
Ｗとし、繰り返し周波数２５ｋＨｚとし、光軸上にＺレ
ンズ２を動かすことによって、レーザビームの焦点位置
を調整し、ＵＶパルスレーザ発振器１に内蔵されたＱス
イッチを作動させることによってレーザ光をＯＮ／ＯＦ
Ｆ変調しつつ、Ｘミラー４およびＹミラー５の角度を操
作することによって、レーザビームの光軸を振り、１０
０ｍｍ／ｓｅｃの走査速度で往復運動をさせつつ、板ガ
ラス６の表面または内部に集光させて、１０ｍｍ×２０
ｍｍの面積の部位に回折格子を描画した。次いで、ＸＹ
Ｚ−ステージ７を操作して、焦点位置をガラス内、厚み
方向に深さ１０μｍとし、回折格子を重ねて描画した。
回折格子が形成された基板に白熱光を照射して目視観察
したところ、レーザビームを照射した部位の反射色は虹
色であった。ＸＹＺ−ステージ７を板ガラス６に対して
水平方向に等間隔に移動させたところ、虹色の着色部を
等間隔で複数、描画することができた。

【００４６】

【発明の効果】本発明の板ガラスの着色方法は、板ガラ
スの表面または内部に焦点を結ぶようにレーザ光を集光
して、光軸を往復運動させつつレーザ光を走査して、レ
ーザ光の焦点部位のガラスを局所的に加熱膨張させたこ
とによる微小クラック、微小な泡および／または屈折率
が異なる部位によって、回折格子を形成して、可視光の
回折または散乱によって、板ガラスを着色する方法であ
る。

【００４７】本発明の用いるレーザ照射装置によって、
文字および図柄などが精緻描画できる。また、移動可能
なステージを等間隔に移動させることによって、文字、
図柄などを等間隔に複数描画することができる。着色し
た着色部は装飾性が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】レーザビーム光の焦点位置の制御にＺ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。

【符号の説明】

１．ＵＶレーザ発振器２．Ｚ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（板ガラス）７．ＸＹＺ−ステージ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｂ２３Ｋ 26/00 Ｂ２３Ｋ 26/00 Ｂ (72)発明者西川晋司三重県松阪市大口町1510番地セントラル硝子株式会社硝子研究所内 (72)発明者多門宏幸三重県松阪市大口町1510番地セントラル硝子株式会社硝子研究所内 (72)発明者上村宏三重県松阪市大口町1510番地セントラル硝子株式会社硝子研究所内 (72)発明者角野広平大阪府池田市緑丘１丁目８番31号独立行政法人産業技術総合研究所関西センター内 (72)発明者赤井智子大阪府池田市緑丘１丁目８番31号独立行政法人産業技術総合研究所関西センター内 (72)発明者山下勝大阪府池田市緑丘１丁目８番31号独立行政法人産業技術総合研究所関西センター内 (72)発明者矢澤哲夫大阪府池田市緑丘１丁目８番31号独立行政法人産業技術総合研究所関西センター内Ｆターム(参考） 2H045 AB01 DA31 2H049 AA33 AA45 AA60 CA05 CA15 CA16 CA22 CA28 2K008 BB00 FF17 HH01 HH06 HH18 4E068 AB01 DB13 4G059 AA01 AB05 AB19 AC08 AC09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光照射装置により、レーザ光を走
査して照射位置を変えながら、板ガラスの表面または内
部に焦点を結ぶようにレーザ光を集光し、板ガラス内部
にクラック、泡および／または屈折率が異なる部位を形
成させることにより、回折格子、平面ホログラムまたは
体積ホログラムを形成し、可視光線の回折現象または散
乱現象を現出させて着色させることを特徴とする板ガラ
スの着色方法。
【請求項２】前記のレーザ光照射装置がレーザ発振
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であることを特徴とする請求項１に
記載の板ガラスの着色方法。
【請求項３】前記のレーザ光照射装置がレーザ発振
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であることを特徴とする請求項
１に記載の板ガラスの着色方法。
【請求項４】レーザ発振器がパルスレーザ発振器また
は連続レーザ発振器であり、用いるレーザ光の種類が赤
外光、近赤外光または紫外光であることを特徴とする請
求項２または請求項３に記載の板ガラスの着色方法。
【請求項５】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請求項２乃至請求項４
のいずれかに記載の板ガラスの着色方法。
【請求項６】複数のガルバノメータミラーよって、板
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
とする請求項２乃至請求項５のいずれかに記載の板ガラ
スの着色方法。
【請求項７】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、板ガラスを移動させることを
特徴とする請求項２乃至請求項６のいずれかに記載の板
ガラスの着色方法。
【請求項８】請求項１乃至請求項７のいずれかに記載
の板ガラスの着色方法によって、部分または全面が着色
されていることを特徴とする板ガラス。
【請求項９】請求項１乃至請求項８のいずれかに記載
の板ガラスの着色方法によって、文字、図柄が描画され
ていることを特徴とする板ガラス。
【請求項１０】請求項８または９のいずれかに記載の
板ガラスを、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。