JP2501755B2 - レ―ザ光照射による中空透明物質内表面の模様付け処理法 - Google Patents

レ―ザ光照射による中空透明物質内表面の模様付け処理法

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JP2501755B2
JP2501755B2 JP5086218A JP8621893A JP2501755B2 JP 2501755 B2 JP2501755 B2 JP 2501755B2 JP 5086218 A JP5086218 A JP 5086218A JP 8621893 A JP8621893 A JP 8621893A JP 2501755 B2 JP2501755 B2 JP 2501755B2
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C23/00Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments
    • C03C23/0005Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation
    • C03C23/0025Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation by a laser beam

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  • Materials Engineering (AREA)
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  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、各種透明物質よりなる
容器・円筒・細管・空胴物等(以下、中空透明物質)の
内表面に文字、記号、図形等(以下、模様)を表示する
レーザ光照射による中空透明物質内表面の模様付け処理
法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、対象物の外表面に模様付けを
行う方法としては、多種多様の方法が用いられている
が、内表面に対しては、例えば、ガラス管の内表面に螺
旋状の凹み模様や螺旋状の化学メッキ模様を付したもの
はあった。しかしながら、中空有底容器や中空細管等の
中空透明物質内表面に模様付けを行う方法は、スタンプ
印刷法等数種が存在するのみであった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
スタンプ印刷法は、容器やパイプの内径が小さい場合や
複雑な形状を有している場合には、当該容器の内表面へ
の模様付けが困難である欠点を有していた。或いはこれ
が可能な場合においても、作業に困難を伴うことから印
刷精度の実質的な低下や印刷処理に長時間を要してい
た。
【0004】ここにおいて、本発明はレーザ発生装置以
外には特殊な装置を不要とし、対象物が中空有底容器・
中空細管等中空透明物質である限り、当該中空透明物質
の内表面に容易に各種の文字、記号、図形等模様を表示
可能なレーザ光照射による中空透明物質内表面の模様付
け処理法を提供せんとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記課題は、本発明が次
に列挙する新規な特徴的構成手法を採用することにより
達成される。すなわち、本発明の第1の特徴は、予め中
空透明物質の内表面にマスキング剤を均一に塗布する工
程と、前記中空透明物質の外側からレーザ光を走査させ
て前記マスキング剤に照射し、当該マスキング剤のレー
ザ照射部をレーザ光の熱にて蒸発させて除去する工程
と、前記中空透明物質の内表面であって、前記マスキン
グ剤が除去されて露出された部分に化学溶液又は塗料を
付着させる工程と、前記中空透明物質の内表面の残余の
マスキング剤を除去する工程とからなるレーザ光照射に
よる中空透明物質内表面の模様付け処理法にある。
【0006】本発明の第2の特徴は、予め中空透明物質
の内表面にマスキング剤を均一に塗布する工程と、前記
中空透明物質の外面と当該中空透明物質の外部に設けら
れたレーザヘッドとの間のレーザ光路にマスキングパタ
ーンを描貫したマスキングプレートを設置する工程と、
前記マスキングプレートの全域に亙りレーザ光を一括し
て又は部分範囲毎に分割して照射し、当該マスキングプ
レートを通ったレーザ光にて、前記中空透明物質を透過
することにより内表面に塗布された前記マスキング剤を
前記マスキングパターン状に蒸発させて除去する工程
と、前記中空透明物質の内表面であって、前記マスキン
グ剤が除去されて露出された部分に化学溶液又は塗料を
付着させる工程と、前記中空透明物質の内表面の残余の
マスキング剤を除去する工程とからなるレーザ光照射に
よる中空透明物質内表面の模様付け処理法にある。
【0007】本発明の第3の特徴は、前記第1又は第2
の特徴におけるレーザ光が、単一のレーザ光源より分岐
され、同時に複数の光ファイバを介して照射されてなる
レーザ光照射による中空透明物質内表面の模様付け処理
法である。
【0008】本発明の第4の特徴は、前記第1,第2又
は第3の特徴におけるマスキング剤が、パラフィンに油
性塗料を少量添加し、さらに顔料を混入した着色パラフ
ィンであるレーザ光照射による中空透明物質内表面の模
様付け処理法である。
【0009】本発明の第5の特徴は、前記第1,第2,
第3又は第4の特徴における化学溶液が、フッ化水素
酸、化学めっき液、濃硫酸等各種の化学溶液であるレー
ザ光照射による中空透明物質内表面の模様付け処理法で
ある。
【0010】
【作用】本発明は上記のような手法を採用するので、レ
ーザ光の照射によりマスキング剤を蒸発除去し、中空透
明物質内表面の当該除去部分に塗料や化学溶液を直接接
触させて付着したり化学処理することにより、中空透明
物質内表面に各種の文字、記号、図形等の模様付け処理
することが可能となる。
【0011】
【実施例】(実施例1)本発明の第1実施例を図面につ
き詳説する。図1は本実施例を示すYAGレーザによる
透明容器内表面への模様付け処理において、着色パラフ
ィン層を塗布形成した状態説明断面図、図2は同・レー
ザ光照射により着色パラフィン層を蒸発除去した状態説
明断面図、図3は同・中空有底透明容器内にフッ化水素
酸を満たした状態説明断面図、図4は同・洗浄後におけ
る状態説明断面図である。
【0012】図中、Lはレーザ光、1は中空有底透明ガ
ラス容器、1aは内表面、1a′は露出内表面、1a″
は腐食凹面、2は着色パラフィン層、2aは除去部、3
はレーザヘッド、4はフッ化水素酸である。先ず最初に
準備段階として、パラフィンに油性塗料を少量添加し、
さらに顔料を混入して着色パラフィンとし、これをマス
キング剤として図1に示すように中空有底透明ガラス容
器1内表面1aにに均一に塗布し、着色パラフィン層2
を形成しておく。
【0013】次に図2に示すように、図中右方にはいず
れも図示しないYAGレーザ光源に光ファイバを介して
光学的に接続されたレーザヘッド3が配設され、極微の
スポット径に集束されたレーザ光Lを前記中空有底透明
ガラス容器1に向かって図中左側に照射する。
【0014】中空有底透明ガラス容器1外部からレーザ
光Lを照射すると、レーザ光Lは中空有底透明ガラス容
器1には殆ど吸収散乱されることなく透過し、着色パラ
フィン層2に到達する。ここでレーザヘッド3を描こう
とする模様の形状或いは輪郭線に沿って連続的に走査し
つつレーザ光Lを照射することにより、レーザ光Lが照
射された部分の着色パラフィン層2は加熱により蒸発除
去され、除去部2aが形成される。
【0015】次いで、図3に示すように中空有底透明ガ
ラス容器1内にフッ化水素酸4を満たす。フッ化水素酸
4はガラスと反応を起こして腐食することから、当該着
色パラフィン層2が除去された除去部2aに面した中空
有底透明ガラス容器1露出内表面1a′が腐食されて白
濁し、腐食凹面1a″が形成される。この状態で暫く放
置して適度に腐食を行わせた後、フッ化水素酸4を除去
し、当該中空有底透明ガラス容器1を略70℃前後の湯
浴中に浸漬する。
【0016】湯浴の熱によりマスキング剤たる着色パラ
フィン層2は溶解するので、着色パラフィンが水面に浮
上して中空有底透明ガラス容器1内表面1aより剥離除
去される。最後に当該中空有底透明ガラス容器1を湯浴
中より取り出し、乾燥させることにより一連の処理は完
了する。
【0017】本実施例で使用される波長略1.06μm
のYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)
レーザは、着色パラフィンに比較的良く吸収されると共
に透明ガラス板、透明アクリル板等を透過する性質を有
し、また大出力かつ低価格のものを容易に得ることがで
きる。このYAGレーザ光Lは集光レンズにより微少な
スポット径に集束されることにより、パワー密度が10
6 kW/cm2 以上と非常に高くなる。
【0018】従って、パルスYAGレーザを用いると、
パルス幅が数十〜数百nSと狭く、ピークパワーが数十
〜数百kWと大きいパルス特性を有するレーザ光Lを発
生させることができ、不要部分を熱伝導により加熱する
ことのない短時間のレーザ光Lのパルス照射により着色
パラフィン層2の除去部2aの蒸発による除去を容易に
行うことができる。
【0019】このように、レーザ光源の発振出力・出力
パルス幅並びにレーザスポット径を適宜調節することに
より、対象物の材質・表面積及びマスキング剤の種類に
応じて適切な除去を行うことができる。さらにYAGレ
ーザは、石英光ファイバにて導光することが用意である
ことから、大出力の単一YAGレーザ光源からのレーザ
光Lを複数のレーザヘッド3に分岐し、当該複数のレー
ザヘッド3を遠隔の多点に設置することが可能となる。
【0020】もっとも、レーザ光源としてはYAGレー
ザに限定されることなく、中空有底透明ガラス容器1に
対する透過率及び着色パラフィン層2に対する吸収率が
高く、なおかつ着色パラフィン層2の蒸発除去を行うた
めに必要十分な光出力を有するレーザ光源である限り、
その種類は不問である。
【0021】また、模様付けされる対象物としては中空
有底透明ガラス容器1を用いたが、マスキング剤の塗
布、化学溶液の接触及びレーザ光Lが透過可能な限り、
透明ガラス製の中空円筒、透明アクリル製の中空細管、
透明ポリエチレン製の袋体等任意の材質及び形状からな
る中空透明物質を使用することができる。
【0022】中空有底透明ガラス容器1内部に満たす化
学溶液は例として、硝酸銀とホルムアルデヒドの混合溶
液を用いて中空有底透明ガラス容器1内表面1aに腐食
凹面1a″に代えて銀めっきを施したり、或いは塗料を
用いて中空有底透明ガラス容器1内表面1aに腐食凹面
1a″に代えて塗装を施す、さらには中空有底透明ガラ
ス容器1に代えて中空有底透明プラスチック容器を用
い、濃硫酸を用いて白濁させる等種々多様の模様付け内
表面処理を自由に選択することができる。
【0023】本実施例はこのような処理手順を踏むの
で、透明容器内表面に任意形状に化学処理等を施して各
種の表示の模様付け内表面処理を行うことができる。
【0024】(実施例2)本発明の第2実施例につき図
面を用いて詳説する。図5は本実施例を示すYAGレー
ザによる透明容器内表面への模様付け処理において、レ
ーザ光照射により着色パラフィン層を蒸発除去した状態
説明断面図である。
【0025】図中、5はマスキングプレート、5aは貫
除部である。なお、従来と同一素材に同一番号を付し
た。前記第1実施例と同様に、先ずマスキング剤たる着
色パラフィンを中空有底透明ガラス容器1内表面1aに
均一に塗布し、着色パラフィン層2を形成しておく。
【0026】次に図5に示すように、図中右方にはいず
れも図示しないYAGレーザ光源に光ファイバを介して
光学的に接続されたレーザヘッド3が配設されており、
極微のスポットに集束されたレーザ光Lを前記中空有底
透明ガラス容器1に亙り一括して或いは一定範囲毎に分
割して図中左側に照射する。
【0027】ここでレーザヘッド3と中空有底透明ガラ
ス容器1の間には、描こうとする文字、記号、図形等模
様をマスキングパターンとして貫除部5aにて描貫し鉛
直方向に配在されたマスキングプレート5が介在されて
おり、マスキングプレート5の貫除部5aを通過したレ
ーザ光Lは、中空有底透明ガラス容器1には殆ど吸収散
乱されることなく透過し、前記着色パラフィン層2に到
達する。
【0028】レーザ光Lが照射された部分の着色パラフ
ィン層2は加熱により蒸発除去され、所要形状に除去部
2aが形成される。以下、前記第1実施例と同様に中空
有底透明ガラス容器1内にフッ化水素酸4を満たして除
去部2aと接する中空有底透明ガラス容器1の露出内表
面1aに腐食凹面1a″を形成した後、フッ化水素酸4
を除去して湯浴中に浸漬し、乾燥を経て一連の処理手順
を完了する。
【0029】本実施例はこのような処理手順を踏むの
で、透明容器内表面に任意形状に化学処理等を施して各
種の模様付け内表面処理を行うことができる。
【0030】
【発明の効果】かくして、本発明によれば、対象物に中
空透明物質を使用する限り、容易かつ迅速に当該中空透
明物質の内表面に模様付け内表面処理を行うことがで
き、作業工程を連続処理工程とすることができる。
【0031】対象物へのマスキング剤の塗布作業に代え
て、外部からのレーザ光の照射により模様付け処理を行
うため、作業に要する時間の短縮化、加工精度の非常な
高精度化を図ることが可能であり、加えて中空透明物質
の内径に制限されないので、従来の方法では困難であっ
た中空有底容器・中空細管等の内表面に高い加工精度で
模様付け処理を行うことができる。
【0032】大出力のYAGレーザ等をレーザ光源とし
て採用することにより、照射時間が短時間で済むので、
熱伝導により不要部分を加熱することがなく、レーザ光
の波長が短いこととも併せて仕上がり精度を非常に高く
することが可能である。同様の理由より、複数のレーザ
ヘッドにレーザ光を分岐することにより、複数の対象物
に同時並行して模様付け内表面処理を行ったり、或いは
短時間で大面積に模様付け内表面処理を行うことが可能
で、模様付け処理の速度を大幅に上昇させることができ
る。
【0033】またレーザヘッドの走査パターンを予め制
御装置に記憶させておく、或いはマスキングパターンを
複数種用意することにより、模様付け処理の高速化及び
多品種大量生産を可能とし、カスタムメイドの模様パタ
ーンの作製に際しても高い融通性を具備する。
【0034】さらに模様付け処理方法として用いるのみ
ならず、十分な厚さを有する金属めっきを透明材料の内
表面に任意形状に施して電子回路のスプリットパターン
を形成し、アンテナとして用いる等種々の用途に応用す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示すYAGレーザによる
透明容器内表面への模様付け処理において、着色パラフ
ィン層を塗布形成した状態説明断面図である。
【図2】同上・レーザ光照射により着色パラフィン層を
蒸発除去した状態説明断面図である。
【図3】同上・中空有底透明容器内にフッ化水素酸を満
たした状態説明断面図である。
【図4】同上・洗浄後における状態説明断面図である。
【図5】本発明の第2実施例を示すYAGレーザによる
透明容器内表面への模様付け処理において、レーザ光照
射により着色パラフィン層を蒸発除去した状態説明断面
図である。
【符号の説明】
L…レーザビーム 1…中空有底透明ガラス容器 1a…内表面 1a′…露出内表面 1a″…腐食凹面 2…着色パラフィン層 2a…除去部 3…レーザヘッド 4…フッ化水素酸 5…マスキングプレート 5a…貫除部

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】予め中空透明物質の内表面にマスキング剤
    を均一に塗布する工程と、 前記中空透明物質の外側からレーザ光を走査させて前記
    マスキング剤に照射し、当該マスキング剤のレーザ照射
    部をレーザ光の熱にて蒸発させて除去する工程と、 前記中空透明物質の内表面であって、前記マスキング剤
    が除去されて露出された部分に化学溶液又は塗料を付着
    させる工程と、 前記中空透明物質の内表面の残余のマスキング剤を除去
    する工程とからなる、 ことを特徴とするレーザ光照射による中空透明物質内表
    面の模様付け処理法。
  2. 【請求項2】予め中空透明物質の内表面にマスキング剤
    を均一に塗布する工程と、 前記中空透明物質の外面と当該中空透明物質の外部に設
    けられたレーザヘッドとの間のレーザ光路にマスキング
    パターンを描貫したマスキングプレートを設置する工程
    と、 前記マスキングプレートの全域に亙りレーザ光を一括し
    て又は部分範囲毎に分割して照射し、当該マスキングプ
    レートを通ったレーザ光にて、前記中空透明物質を透過
    することにより内表面に塗布された前記マスキング剤を
    前記マスキングパターン状に蒸発させて除去する工程
    と、 前記中空透明物質の内表面であって、前記マスキング剤
    が除去されて露出された部分に化学溶液又は塗料を付着
    させる工程と、 前記中空透明物質の内表面の残余のマスキング剤を除去
    する工程とからなる、 ことを特徴とするレーザ光照射による中空透明物質内表
    面の模様付け処理法。
  3. 【請求項3】レーザ光は、単一のレーザ光源より分岐さ
    れ、同時に複数の光ファイバを介して照射されたことを
    特徴とする請求項1又は2記載のレーザ光照射による中
    空透明物質内表面の模様付け処理法。
  4. 【請求項4】マスキング剤は、パラフィンに油性塗料を
    少量添加し、さらに顔料を混入した着色パラフィンであ
    ることを特徴とする請求項1,2又は3記載のレーザ光
    照射による中空透明物質内表面の模様付け処理法。
  5. 【請求項5】化学溶液は、フッ化水素酸、化学めっき
    液、濃硫酸等各種の化学溶液であることを特徴とする請
    求項1,2,3又は4記載のレーザ光照射による中空透
    明物質内表面の模様付け処理法。
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