JP3001816B2 - Ｎｄ：ＹＡＧレーザを使用するガラス上へのレーザスクライビング - Google Patents

Ｎｄ：ＹＡＧレーザを使用するガラス上へのレーザスクライビング

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JP3001816B2 JP8216462A JP21646296A JP3001816B2 JP 3001816 B2 JP3001816 B2 JP 3001816B2 JP 8216462 A JP8216462 A JP 8216462A JP 21646296 A JP21646296 A JP 21646296A JP 3001816 B2 JP3001816 B2 JP 3001816B2
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
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    • C03C23/00—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments
    • C03C23/0005—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation
    • C03C23/0025—Other surface treatment of glass not in the form of fibres or filaments by irradiation by a laser beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/362—Laser etching
    • B23K26/364—Laser etching for making a groove or trench, e.g. for scribing a break initiation groove
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL 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
    • C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/28—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with organic material

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に表面内に
画像を彫刻する方法および装置に関し、特に、パターン
を材料の表面に永久的にマーキングし、あるいは彫刻す
るためにレーザエネルギを使用する方法および装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】画像をガラスに彫刻する従来の技術は、
尖った器具でガラスの表面を機械的に摩耗させ、粒子流
で表面を摩耗させ（例えばサンドブラスティング等）、
化学的に表面をエッチングすることを含む。これらの技
術のそれぞれは、処理を正確に制御する際の困難、ワー
クピースを広範囲に清掃する必要性、および潜在的に有
害なあるいは有毒の材料の使用等を含むある種の欠点お
よび欠陥を有している。
【０００３】レーザエネルギは、DeRossett Jr. による
米国特許第5,298,717 号明細書“Method and Apparatus
for Laser Inscription of an Image on a Surface ”
によって明確にされているように、ガラスの表面に画像
を彫刻するために適した手段として認識されてきた。De
Rossett Jr. の試みにおいて、ＣＯ2 あるいはエキシマ
レーザが自動車の窓等のワークピースに関して移動さ
れ、それによって、ＶＩＮ番号、バーコード、あるいは
装飾的なデザイン等の所望されたパターンがエッチング
される。ガラスはそれらの出力波長に対して透過性では
ないので、ＣＯ2あるいはエキシマレーザが使用され
る。ＣＯ2 レーザを使用したとき、好ましいパワーは１
０乃至２０ワットであり、１０ワット以下のパワーはガ
ラス表面のエッチングには適さないと言われている。
【０００４】理解されるように、DeRossett Jr. による
技術は、ワークピースが不透明であるビームを出力する
ことができるレーザが選択される必要があるので、幾つ
かのアプリケーションには不都合である。レーザはま
た、著しく高いパワーレベルで動作することも要求され
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の目的
は、画像を透明な基板に彫刻するための前述およびその
他の問題を克服する改良された技術を提供することであ
る。
【０００６】本発明の第２の目的は、ガラス基板によっ
て著しく吸収されない出力波長を有するレーザ放射によ
り透明なガラスの基板に画像を彫刻する方法および装置
を提供することである。
【０００７】本発明のさらに別の目的は、１．０６マイ
クロメートルの出力波長を有する従来のＮｄ：ＹＡＧレ
ーザを使用して透明なガラス基板に画像を彫刻する方法
および装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】電磁放射線によって基板
の表面にパターンを彫刻する方法および装置によって、
上述およびその他の問題が克服され、本発明の目的が達
成され、そこにおいて、基板は、放射線に対して実質的
に透明であるか、あるいは反射性であってもよい。
【０００９】本発明の１形態において、ガラスの基板の
表面にパターンを彫刻する方法が提供される。この方法
は、１．０６マイクロメートルの特有の出力波長を有す
るＮｄ：ＹＡＧレーザを設け、特有の出力波長に対して
実質的に透過性のガラス基体を設け、テープ等の材料の
層を基板の表面に与えるステップを含んでいる。材料の
層は、特有の出力波長を強力に吸収するように選択され
る。次のステップは、レーザの出力を、ガラス基板と材
料の層との間の境界面あるいはその近くに位置されてい
ることが好ましい焦点に集中させることである。さらに
次のステップは、表面を焦点に関して移動させることで
ある。材料の層は、レーザの出力を吸収して加熱され、
それによって、焦点の下の表面を彫刻するのに十分な温
度になる。すなわち、材料の層によって、レーザは基板
の表面に隣接してプラズマ状態を生成することができ、
それによって、順に、基板の表面に彫刻することができ
る。
【００１０】本発明によって、レーザ波長に対して透明
でないものだけにワークピースを限定する制限は排除さ
れる。また、機械的摩耗および化学的エッチングを使用
する際に見られる欠点は避けられる。さらに、Ｎｄ：Ｙ
ＡＧレーザの出力パワーは、ガラスに彫刻するために上
述のＣＯ2 レーザを使用した際に要求される１０乃至２
０ワットの出力パワーよりも著しく少ないことが認めら
れる。さらに、ＣＯ2レーザの波長（１０．６マイクロ
メートル）と比較して、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの短い波長
（１．０６マイクロメートル）によってより良い分解能
で基板に画像を彫刻することができる。
【００１１】本発明の上述およびその他の特徴は、添付
された図面に関連して本発明の詳細な説明からより明確
にされる。
【００１２】
【発明の実施の形態】レーザベースの彫刻システム10の
現在の好ましい実施形態を示すために図１および図２が
参照される。レーザ12は、平行ビーム12a を集束対物レ
ンズ14に放射する。集束対物レンズ14は、集中されたビ
ーム12b を焦点12c に与える。ワークピース18は、本発
明によれば、レーザ12から出力された波長を強力に吸収
する不透明な材料の被覆層16を含んでいる。すなわち、
層16は、ビーム12b の全て、あるいはほぼ全てを吸収す
る。本発明の好ましい実施形態において、ワークピース
18は多重軸（ｘ−ｙ）移動段20に結合されている。動作
期間中、移動段20は、焦点12c に関してワークピース18
および不透明材料の被覆層16を制御可能に位置付ける。
レーザエネルギは、材料16内に吸収され、それによっ
て、ワークピース18の表面18a に隣接してプラズマ状態
を作ることができ、それは順にワークピース18の表面18
a を図２に示された文字22によって示されているように
彫刻する。本発明の第２の図示されていない実施形態に
おいて、ワークピース18は位置に固定され、レーザ12お
よび／またはレーザビーム放射システムがワークピース
18の表面18a に関して移動される。
【００１３】焦点12c は、表面18a と被覆層16との間の
境界面において、あるいはそれに隣接して位置されるこ
とが好ましい。例えば、焦点12c の位置は、約０．００
１インチ以下の分解能で調整されることができ、焦点12
c は、例えば、表面18a と不透明材料の被覆層16との間
の境界面の数千分の１インチ以内になるように設定され
る。
【００１４】本発明によれば、ワークピース18は、レー
ザ12によって出力された波長に対して実質的に透明であ
る。例えば、ワークピース18は、１枚の窓ガラスであっ
てもよく、レーザ12は、１．０６マイクロメートルの出
力波長を有するＮｄ：ＹＡＧレーザであってもよい。不
透明の材料の層16は、３Ｍ社から入手可能な０．００２
インチの厚さの琥珀色のカプトン（KaptonTM）テープ
（製品番号5413）で実施されることができる。琥珀色の
テープは、レーザ12によって出力された１．０６マイク
ロメートルの放射を強力に吸収するために選択され、ま
た、それによって除去される。テープの除去によって、
結果的に、表面18a を彫刻するのに十分な高温の局所化
された領域が発生する。テープがない場合、レーザのエ
ネルギは、実質的に吸収されずにガラスシートを通過
し、所望されたパターンは表面に刻まれない。
【００１５】別の適切なテープは、Nitto Semiconducto
r Equipment 社から入手できる青みがかった色のレチク
ルテープ（番号18074-6, Roll Plastic Blue, Medium T
ack）である。このテープは、除去の後に基板上にほと
んど残留物を残さないという点で有効である。しかしな
がら、上述の琥珀色のテープは、反復可能性がより良い
ため、使用には好ましい。
【００１６】本発明の好ましい実施形態において、対物
レンズ14は６０ミリメートルで実施されており、U.S.La
ser Company から入手することができる３個の素子のア
ポクロマート集束対物レンズは、部品番号3440のもので
ある。移動段20は、文字発生器のサブシステムを含んで
いるコンピュータ制御されたシステムであり、それは、
Anomatic III system, model 2414 としてAnarad社から
入手できる。
【００１７】ガラスの基板は、１．０６マイクロメート
ルで２．３ワットの出力を有するＮｄ：ＹＡＧレーザ12
で１．３キロヘルツのパルス繰返し周波数（ＰＲＦ）で
エッチングされた。ガラスの基板は、エッチング処理の
期間中に移動段20によって０．０５インチ／秒で移動さ
れた。ガラスの基板は、パターンが永久的にエッチング
される表面に与えられた上述の琥珀色のテープの層を有
していた。テープは、所望されたパターンがガラスの基
板の表面にエッチングされた後に取除かれる。
【００１８】本発明の内容によって、従来の技術に付随
する問題が克服されることが理解されるであろう。例え
ば、ワークピースをレーザ波長に対して不透明なものに
限定する必要はない。また、機械的摩耗および化学的エ
ッチングを使用するときに見られる欠点は避けられる。
さらに、Ｎｄ：ＹＡＧ出力パワーは、ガラスに彫刻する
ために従来のＣＯ2 レーザを使用する際に要求される１
０乃至２０ワットの出力パワーよりも著しく少ない２．
３ワットであり、また、著しく短い波長のＮｄ：ＹＡＧ
レーザによって、優れた分解能が提供される。
【００１９】ガラスに彫刻するためのシステムの内容が
説明されてきたが、多数の異なる材料が本発明に従って
レーザで刻み込まれることができることは理解されるべ
きである。例えば、基板は、サファイアで構成されてい
ることもできる。また、例えば、基板は鏡であってもよ
く、それは、吸収性材料の上部層がない場合にレーザ光
のかなりの部分を反射する。さらに、例えば、吸収性材
料の層は、その上にスプレーあるいは塗布されることが
でき、所望されたパターンが刻み込まれた後に取除かれ
る。本発明の内容はまた、アポクロマートの集束対物レ
ンズとの使用に制限されず、刻まれる表面上およびその
近くに高密度の電磁放射線が集中された局所的な領域を
設けるために多数の異なるタイプの光学レンズおよび反
射器を使用することができる。
【００２０】以上、本発明は、その好ましい実施形態に
関して特に図示および説明されてきたが、本発明の技術
的範囲を逸脱せずに形状および詳細において変更がなさ
れることは当業者によって理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるレーザ彫刻システムのブロック
図。
【図２】本発明に従ってレーザで彫刻されたガラスの基
体の斜視図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−215394（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−282795（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−289585（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 26/00 - 26/06

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガラス基板の表面にパターンを彫刻する
    方法において、 特有の出力波長を有する電磁エネルギのソースを設け、ガラス 基板を設け、 前記特有の出力波長を強力に吸収するように選択された
    テープからなる吸収材料の層をガラス基板の表面に設
    け、 前記吸収材料の層と前記ガラス基板の表面との間の境界
    面あるいはその近くに位置された焦点にソースの出力を
    集中させ、 焦点に関して表面を移動させ、そこにおいて、前記吸収
    材料の層はソースの出力を吸収して加熱され、焦点の下
    にある表面を彫刻するのに十分な温度にされるステップ
    を含んでいるガラス基板の表面にパターンを彫刻する方
    法。
  2. 【請求項２】 電磁エネルギのソースを設けるステッブ
    はＮｄ：ＹＡＧレーザを設けるステップを含み、そこに
    おいて、特有の波長は１．０６マイクロメートルである
    請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 ソースの出力を集中させるステップは、
    ソースの平行なビーム出力を集束対物レンズに与えるス
    テップを含んでいる請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 集東対物レンズは、アポクロマート集束
    対物レンズである請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 ガラス基板は、特有の波長に対して実質
    的に透明である請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 ガラス基板の表面にパターンを彫刻する
    装置において、 特有の出力波長を有する電磁エネルギのソースと、 ソースの出力をガラス基板の表面上あるいはその近くに
    おける局所化された領域に焦点を結ばせる手段と、 局所化された領域に関連してガラス基板を移動させる手
    段とを具備し、ガラス 基板は表面に特有の出力波長を強力に吸収するよ
    うに選択されたテープからなる吸収材料の層を有し、こ
    の吸収材料の層はソースの出力を吸収して加熱され、局
    所化された領域の下の表面を彫刻するのに十分な温度に
    することを特徴とする装置。
  7. 【請求項７】 電磁エネルギのソースはＮｄ：ＹＡＧレ
    ーザで構成されており、特有の波長は１．０６マイクロ
    メートルである請求項６記載の装置。
  8. 【請求項８】 焦点を結ばせる手段は、アポクロマート
    集束対物レンズで構成されている請求項６記載の装置。
  9. 【請求項９】 ガラス基板は、特有の波長に対して実質
    的に透明であるか、あるいは反射性である請求項６記載
    の装置。
JP8216462A 1995-08-16 1996-08-16 Ｎｄ：ＹＡＧレーザを使用するガラス上へのレーザスクライビング Expired - Lifetime JP3001816B2 (ja)

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