JP6083006B1 - 容器の製造方法およびレーザー加工システム - Google Patents

Abstract

【課題】容器の透明または半透明部の表面に存在する湾曲、歪み、凹凸などに左右されることなく、その透明または半透明部の内部にレーザー加工により画像を高い再現性で精度良く形成することができる容器の製造方法を提供する。【解決手段】少なくとも一部に外面に接した透明または半透明部を有し、その透明または半透明部の少なくとも一部に湾曲部を有する容器の透明または半透明部に、その透明または半透明部に接触した透明または半透明の液体または弾性体からなる屈折率調整層１３およびこの屈折率調整層１３に接触した光導波部材１４を介してレーザー光１０３を照射することにより透明または半透明部の内部に少なくとも一つの画像を形成する。容器は、コップ、カップ、ワイングラスなどである。例えば、透明ガラス製のコップの底部の内部にレーザー加工により画像を形成する。【選択図】図７

Description

この発明は、容器の製造方法、立体物の製造方法およびレーザー加工システムに関し、例えば、コップなどの各種の容器や各種の光学部品などの製造に適用して好適なものである。

従来より、クリスタルガラスの内部にレーザー加工により画像を形成する技術が知られており、この技術を用いて置物やキーホルダーなどが製造されている。例えば、特許文献１には、透明あるいは半透明材料内部にレーザー加工により画像を形成し、裏面を黒色あるいは暗色に処理した置物であって、裏面から正面に向かって広がるように形成された傾斜した側面および天面を持つ置物が記載されている。

しかしながら、これまでに製造販売されている、レーザー加工により画像を施したクリスタルガラスは、そのほとんどが多面体またはその稜線や角部を面取りした形状に限られており、形状のバリエーションに乏しいため、用途が限られていた。

そこで、この課題を解決するために、本発明者は、少なくとも一部に外面に接した透明または半透明部を有し、その透明または半透明部の少なくとも一部に湾曲部を有し、その透明または半透明部の内部に少なくとも一つの、レーザー加工により形成された画像を有する容器を考案した（特許文献２参照。）。このような容器にレーザー加工により画像を形成する方法をコップを例に取って具体的に説明すると、次の通りである。すなわち、レーザー加工機のＸ−Ｙ−Ｚ位置制御ステージ上にコップを上下逆さまに、すなわちコップを底部が上になるように置く。次に、レーザー発生装置で発生されたレーザー光を垂直下方に照射することにより、コップの底部の内部にレーザー加工を施して画像を形成する。

特許第５３０５２０３号明細書 実用新案登録第３２０００９９号明細書 特開２００８−１８３６１６号公報

しかしながら、特許文献２で提案された画像の形成方法では、レーザー光が入射するコップの底部の表面に存在する湾曲、歪み、凹凸などによって画像を精度良く形成することができないことがあるため、コップの製造歩留まりが悪かった。

そこで、この発明が解決しようとする課題は、容器の透明または半透明部の表面に存在する湾曲、歪み、凹凸などに左右されることなく、その透明または半透明部の内部にレーザー加工により各種の画像を高い再現性で精度良く形成することができ、その画像が形成された容器の製造歩留まりの大幅な向上を図ることができる容器の製造方法およびこの容器の製造方法を容易に実施することができるレーザー加工システムを提供することである。

この発明が解決しようとする課題は、より一般的には、各種の形状の容器や光学部品などの立体物の透明または半透明部の表面に存在する湾曲、歪み、凹凸などに左右されることなく、その透明または半透明部の内部にレーザー加工により各種の構造を高い再現性で精度良く形成することができ、その構造が形成された立体物の製造歩留まりの大幅な向上を図ることができる立体物の製造方法およびこの立体物の製造方法を容易に実施することができるレーザー加工システムを提供することである。

上記課題を解決するために、この発明は、
少なくとも一部に外面に接した透明または半透明部を有し、上記透明または半透明部の少なくとも一部に湾曲部を有する容器の上記透明または半透明部に、上記透明または半透明部に接触した透明または半透明の液体または弾性体からなる屈折率調整層およびこの屈折率調整層に接触した光導波部材を介してレーザー光を照射することにより上記透明または半透明部の内部に少なくとも一つの画像を形成する工程を有することを特徴とする容器の製造方法である。

この発明において、透明または半透明の液体または弾性体からなる屈折率調整層は、流動性を有し、あるいは、光導波部材により押圧したときに変形するため、透明または半透明部の表面に湾曲、歪み、凹凸などが存在しても、この屈折率調整層は透明または半透明部の表面に倣うように流動あるいは変形して隙間なく接触する。このため、透明または半透明部と屈折率調整層との間に空気層が介在しないので、屈折率調整層を透過するレーザー光がこの屈折率調整層と空気層との界面で屈折したり、反射されたりする問題がない。屈折率調整層としては、レーザー加工に用いられるレーザー光に対して均質な媒質として振る舞うものが用いられる。

最も好適には、屈折率調整層の屈折率は透明または半透明部の屈折率と同一であるが、画像を形成する部分に対応する部分の透明または半透明部の表面に存在する湾曲、歪み、凹凸などの程度（表面の段差の高さ）や画像を形成するために形成するクラックの間隔、画像の大きさ（横方向の幅、高さ）などに応じて、屈折率調整層の屈折率と透明または半透明部の屈折率とが互いに異なってもよい。好適には、屈折率調整層と透明または半透明部との屈折率の差は０．３以下であり、より好適には０．２以下である。このように、屈折率調整層と透明または半透明部との屈折率の差が０．３以下あるいは０．２以下であれば、屈折率調整層と透明または半透明部との全体をレーザー光に対してほぼ均質な媒質とみなすことができることから、画像を形成するために形成するクラックの間隔や画像の大きさなどを適切に選択することにより、画像を十分に高い再現性で精度良く形成することができる。画像は、特に限定されず、写真画像を含む各種のものであってよい。

屈折率調整層を構成する液体または弾性体の具体例を挙げると、下記の通りである。液体を用いる場合、互いに均一に混合（混和）する限り、二種類以上の液体を混合して用いてもよい。液体には、ゾル（コロイド溶液）も含まれる。ゾルでは、分散媒に分散させるコロイド粒子の径は、レーザー加工に使用するレーザー光を散乱しないように十分に小さく、例えば数十ｎｍ以下であることが望ましい。ゾルの屈折率は分散媒およびコロイド粒子の選択により選択することができる。コロイド粒子としては、酸化物粒子、金属粒子、高分子化合物などが用いられる。必要に応じて、液体を透明または半透明の柔軟な素材からなる薄い袋に入れ、この液体が入った袋を屈折率調整層に用いてもよい。好適には、袋の材質は屈折率調整層と近い屈折率を有するものが用いられる。液体が入った袋を密封した場合は、この袋を容器に入れた後、光導波部材によりこの袋を押圧することにより屈折率調整層に密着させるようにしてもよい。このような袋の素材としては、例えば、セロハン、ポリ塩化ビニリデン、塩化ビニリデン樹脂、低密度ポリエチレン、ポリプロピレンなどが挙げられる。

〈液体〉
名称 屈折率
メチルアルコール １．３２９
水 １．３３３
ジエチルエーテル １．３５３８
アセトン １．３５８７
エチルアルコール １．３６１８
酢酸 １．３７１９
イソプロピルアルコール １．３７４９
シリコーン油 １．４０
椿油 １．４６６〜１．４６８
オリーブ油 １．４６６〜１．４６９
グリセリン １．４７３
パラフィン油 １．４８
セダ油 １．５１６
α−ブロモナフタレン １．６６
ジヨードメタン １．７３７

〈弾性体〉
弾性体には、粘弾性体やゲルなども含まれる。弾性体の具体例を挙げると、シリコーンゴム（屈折率１．４０〜１．４３）、ポリウレタン樹脂、アクリル酸系ポリマーなどである。ゲルを用いる場合には、このゲルを透明または半透明の柔軟な素材からなる薄い袋に入れ、このゲルが入った袋を屈折率調整層に用いてもよい。ゲルが入った袋を密封した場合は、この袋を容器に入れた後、光導波部材によりこの袋を押圧することにより屈折率調整層に密着させるようにしてもよい。このような袋の素材としては、既に挙げたものを用いることができる。

光導波部材は、レーザー加工に使用するレーザー光を入射させ、このレーザー光を導波させて空気層を介さずに屈折率調整層に導くためのものであり、使用するレーザー光に対して透明または半透明で、一般的には容器の透明または半透明部と同程度の屈折率を有する材料からなる。光導波部材は、容器の透明または半透明部の内部に形成する画像より大きい断面形状を有する限り、基本的にはどのような形状であってもよく、形状は必要に応じて選ばれるが、例えば、円柱、角柱（四角柱、六角柱、八角柱など）などの形状を有する。光導波部材は、容器の上に置いてもよいし、容器に接触させずに容器に対して保持してもよい。光導波部材を容器の上に置く場合には、例えば、光導波部材のレーザー光が入射する面（光入射面）側に容器の口よりも大きな鍔部を設け、この鍔部を容器の上縁の上に乗せることで光導波部材を容器に対して保持することができる。好適には、光導波部材の光入射面は平坦面であり、この平坦面はレーザー加工に使用するレーザー光の中心軸（あるいはレーザー発生装置の光軸）にほぼ垂直に設定される。このようにすることにより、光導波部材の光入射面でのレーザー光の散乱または反射を大幅に減少させることができるため、レーザー加工に利用可能なレーザー光の光量の減少を防止することができる。また、光導波部材のレーザー光が出射する面（光出射面）は、好適には、光入射面と平行に設けられる。こうすることで、光導波部材の光入射面と光出射面、言い換えると屈折率調整層の光入射面との間の距離を至る所一定にすることができるため、形成すべき画像に対応する画像情報を容易にレーザー加工情報に変換することができる。

光導波部材を構成する透明または半透明の材料は、典型的にはガラスまたはプラスチックであり、具体例を挙げると、下記の通りである。

〈ガラス〉
名称 屈折率
光学ガラス（ＦＫ０３） １．４３８７５
光学ガラス（ＦＫ０２） １．４５６
光学ガラス（ＦＫ０１） １．４９７
硼珪酸ガラス １．４７〜１．４９
光学ガラス（ＦＫ１） １．４７０６
光学ガラス（ＦＫ５） １．４８７４
光学ガラス（ＦＫ８） １．５１１１８
光学ガラス（ＦＫ３） １．５１４５４
光学ガラス（ＦＫ６） １．５１７４２
ソーダ石灰ガラス １．５１
光学ガラス（ＢＫ７） １．５１６３３
光学ガラス（ＢａＫ２） １．５３９９６
光学ガラス（ＢａＫ４） １．５６８８３
光学ガラス（ＢａＫ１） １．５７２５
鉛ガラス（クリスタルガラス） １．５６
光学ガラス（ＳＦ７） １．６３９８
光学ガラス（ＳＦ２） １．６４７６９
光学ガラス（ＳＦ１９） １．６６６８
光学ガラス（ＳＦ５） １．６７２７
光学ガラス（ＳＦ８） １．６８８９３
光学ガラス（ＳＦ１５） １．６９８９５
光学ガラス（ＳＦ１） １．７１７３６
光学ガラス（ＳＦ１８） １．７２１５１
光学ガラス（ＳＦ１０） １．７２８２５
光学ガラス（ＳＦ１３） １．７４０７７
光学ガラス（ＳＦ４） １．７５５２
光学ガラス（ＳＦ１４） １．７６１８２
光学ガラス（ＳＦ１１） １．７８４７２
光学ガラス（ＳＦ６） １．８０５１８
光学ガラス（ＳＦ０３） １．８４６６６

〈プラスチック〉
名称 屈折率
ポリメタクリル酸メチル樹脂 １．４９１
光学プラスチック
（ポリメタクリル酸メチル樹脂） １．５０〜１．７６

この発明においては、透明または半透明部に屈折率調整層が接触した状態で光導波部材をこの屈折率調整層に接触させてもよいし、光導波部材を容器に接触しない位置、例えば容器の直上に保持し、この状態で透明または半透明部と光導波部材との間に透明または半透明部および光導波部材に接触するように屈折率調整層を形成するようにしてもよい。

容器は、少なくとも一部に外面に接した透明または半透明部を有し、その透明または半透明部の少なくとも一部に湾曲部を有するものであれば、基本的にはどのようなものであってもよく、特に限定されないが、典型的には、その全体が透明または半透明に構成される。この容器の透明または半透明部は、典型的にはガラスからなり、最も典型的にはその全体がガラスからなる。ガラスは基本的にはどのようなものであってもよいが、例えば、光導波部材を構成するガラスの具体例として挙げたものである。

容器は、具体的には、例えば、コップ、カップ、ワイングラス、ジョッキ、茶碗、急須、ポット、ボール、ピッチャー、アイスペール、皿、鉢、調味料ボトルなどである。

典型的には、容器の透明または半透明部の湾曲部の曲率中心が位置する側の空間からレーザー光をその透明または半透明部に照射することによりこの透明または半透明部の内部に画像を形成する。具体的には、例えば、少なくとも容器の底部に透明または半透明部を有し、この容器の口側からこの底部の透明または半透明部にレーザー光を照射することによりこの透明または半透明部の内部に画像を形成する。この場合、典型的な一例では、屈折率調整層として水などの液体を容器の口から入れ、その液体に上から光導波部材を接触させる。

また、この発明は、
少なくとも一部に外面に接した透明または半透明部を有し、上記透明または半透明部の少なくとも一部に湾曲部を有する容器の上記透明または半透明部の内部に少なくとも一つの画像を形成するためのレーザー加工システムであって、
レーザー加工機と、
上記レーザー加工機の作業台に、上記透明または半透明部に透明または半透明の液体または弾性体からなる屈折率調整層が接触し、この屈折率調整層に光導波部材が接触した上記容器を配置する機構とを有し、
上記屈折率調整層および上記光導波部材を介して上記透明または半透明部にレーザー光を照射することにより上記透明または半透明部の内部に上記画像を形成することを特徴とするものである。

レーザー加工機の作業台に容器を配置する機構は、作業台に空の容器を配置し、この容器の透明または半透明部に屈折率調整層および光導波部材を順次接触させる場合は、例えば、作業台とは別の場所で空の容器を把持して作業台に移動し、この容器の透明または半透明部に屈折率調整層および光導波部材を順次接触させる機構が用いられる。また、予め容器の透明または半透明部に屈折率調整層および光導波部材を順次接触させた容器を作業台に配置する場合は、例えば、作業台とは別の場所で容器の透明または半透明部に屈折率調整層および光導波部材を順次接触させた後、この容器を把持して作業台に移動する機構が用いられる。あるいは、容器の透明または半透明部に屈折率調整層だけ接触させておき、この容器を把持して作業台に移動し、この容器の透明または半透明部に接触した屈折率調整層に光導波部材を接触させてもよい。必要に応じて、容器の透明または半透明部に接触させた屈折率調整層を光導波部材により押圧する機構が用いられる。こうすることで、屈折率調整層の表面に対して光導波部材の光出射面を間に空気層が介在することなく確実に密着させることができる。これらの機構としては、従来公知の各種の機構を用いることができ、必要に応じて選ばれるが、例えば、アーム、真空チャック、マジックハンド、レール搬送機構などが単独または組み合わせて用いられる。屈折率調整層として液体を用いる場合には、容器に液体を注入する機構も用いられる。あるいは、屈折率調整層として弾性体、あるいは、既に述べたように袋に入れられた液体またはゲルを用いる場合は、これらを把持する機構が用いられる。

このレーザー加工システムの発明においては、その性質に反しない限り、上記の容器の製造方法の発明に関連して説明したことが成立する。

また、この発明は、
少なくとも一部に外面に接した透明または半透明部を有し、上記透明または半透明部の少なくとも一部に湾曲部を有する立体物の上記透明または半透明部に、上記透明または半透明部に接触した液体または弾性体からなる屈折率調整層およびこの屈折率調整層に接触した光導波部材を介してレーザー光を照射することにより上記透明または半透明部の内部に少なくとも一つの構造を形成する工程を有することを特徴とする立体物の製造方法である。

構造は、画像のほか、レーザー加工により形成される微細なクラックの三次元配置によるあらゆる構造を含む。立体物は、基本的にはどのようなものであってもよいが、例えば、容器、光学部品、ガラス製のメモリ、装身具、置物などである。光学部品は、例えば、レンズ作用に加えて光の拡散機能や回折機能を有するレンズ（凸レンズ、凹レンズ）、導光作用に加えて光の拡散機能や回折機能を有する導光板あるいはそれらを一部に含む光学部品などである。ガラス製のメモリは、ガラス板などの任意の形状のガラス体の内部に微少なクラックの有無により情報を記録したものであり、例えばスキャナーにより情報を再生することができる。装身具は、例えば、ペンダント、ブローチなどである。置物は、建造物、彫刻像などである。

この立体物の製造方法の発明においては、その性質に反しない限り、上記の容器の製造方法の発明に関連して説明したことが成立する。

また、この発明は、
少なくとも一部に外面に接した透明または半透明部を有し、上記透明または半透明部の少なくとも一部に湾曲部を有する立体物の上記透明または半透明部の内部に少なくとも一つの構造を形成するためのレーザー加工システムであって、
レーザー加工機と、
上記レーザー加工機の作業台に、上記透明または半透明部に透明または半透明の液体または弾性体からなる屈折率調整層が接触し、この屈折率調整層に光導波部材が接触した上記立体物を配置する機構とを有し、
上記屈折率調整層および上記光導波部材を介して上記透明または半透明部にレーザー光を照射することにより上記透明または半透明部の内部に上記構造を形成することを特徴とするものである。

このレーザー加工システムの発明においては、その性質に反しない限り、画像が形成された容器の製造に用いられる上記のレーザー加工システムの発明および上記の立体物の製造方法の発明に関連して説明したことが成立する。

この発明によれば、容器の透明または半透明部の表面に存在する湾曲、歪み、凹凸などに左右されることなく、その透明または半透明部の内部にレーザー加工により写真画像を含む各種の画像を高い再現性で精度良く形成することができ、その画像が形成された容器の製造歩留まりの大幅な向上を図ることができる。あるいは、各種の形状の容器や光学部品などの立体物の透明または半透明部の表面に存在する湾曲、歪み、凹凸などに左右されることなく、その透明または半透明部の内部にレーザー加工により各種の構造を高い再現性で精度良く形成することができ、その構造が形成された立体物の製造歩留まりの大幅な向上を図ることができる。

第１の実施の形態によるコップの製造方法により画像を形成するコップを示す斜視図である。 第１の実施の形態によるコップの製造方法により画像を形成するコップを示す縦断面図、上面図および底面図である。 第１の実施の形態によるコップの製造方法においてコップをレーザー加工機の作業台に配置した状態を示す略線図である。 第１の実施の形態によるコップの製造方法においてレーザー加工機の作業台に配置したコップの内部に屈折率調整層を形成した状態を示す略線図である。 第１の実施の形態によるコップの製造方法において用いられる光導波部材を示す正面図および平面図である。 第１の実施の形態によるコップの製造方法においてレーザー加工機の作業台に配置したコップの内部の屈折率調整層に光導波部材を接触させた状態を示す略線図である。 第１の実施の形態によるコップの製造方法においてレーザー加工機の作業台に配置したコップの内部の屈折率調整層に光導波部材を接触させた状態でレーザー光を照射してレーザー加工を行う様子を示す略線図である。 第１の実施の形態によるコップの製造方法により製造されたコップを示す斜視図である。 第１の実施の形態によるコップの製造方法により製造されたコップを示す縦断面図、上面図および底面図である。 第１の実施の形態によるコップの製造方法により画像を良好に形成することができる理由を説明するための略線図である。 実施例により製造されたコップを斜め方向から撮影した図面代用写真である。 実施例により製造されたコップを上から撮影した図面代用写真である。 実施例により製造されたコップを上下逆さまにして上から撮影した図面代用写真である。 第２の実施の形態による回折格子内蔵両凸レンズの製造方法を説明するための側面図である。 第２の実施の形態による回折格子内蔵両凸レンズの製造方法により製造された回折格子内蔵両凸レンズを示す側面図である。 第３の実施の形態によるペンダントの製造方法を説明するための側面図である。 第３の実施の形態によるペンダントの製造方法により製造されたペンダントを示す側面図である。

以下、発明を実施するための形態（以下「実施の形態」とする）について説明する。

〈第１の実施の形態〉
［コップの製造方法］
図１に示すように、まず、透明または半透明のガラス製のコップ１０を用意する。図２Ａ、ＢおよびＣはそれぞれ、このコップ１０の縦断面図、上面図および底面図である。コップ１０の各部の大きさや厚さなどは、必要に応じて決められる。図１ならびに図２Ａ、ＢおよびＣに示すように、コップ１０は、肉厚の底部１１とこの底部１１に連なる末広がりの形状を有する筒状部１２とからなり、全体として湾曲した形状を有する。図２Ａに示すように、このコップ１０の底部１１の内側の表面には湾曲、歪みまたは凹凸１１ａが存在するものとする。

次に、図３に示すように、コップ１０を市販のレーザー加工機の作業台に配置する。具体的には、レーザー加工機のＸ−Ｙ−Ｚ位置制御ステージ１０１上にコップ１０を底部１１が下になるように置き、必要に応じて位置がずれないように固定する。

次に、図４に示すように、コップ１０の内部に液体または弾性体からなる屈折率調整層１３を形成する。この屈折率調整層１３は、最低限、コップ１０の底部１１のうちの画像を形成する領域に対応する部分に形成する必要があるが、図４においては、コップ１０の内部の底部全体に形成されている。屈折率調整層１３を形成するためには、具体的には、例えば、液体をコップ１０に注いだり、弾性体をコップ１０の内部に置く。屈折率調整層１３としては、コップ１０を構成するガラスの屈折率とほぼ等しい屈折率を有するもの、例えば、この屈折率調整層１３とコップ１０を構成するガラスとの屈折率の差が好適には少なくとも０．３以下、より好適には０．２以下であるものが用いられ、例えば、既に挙げたものの中から、コップ１０を構成するガラスの種類、コップ１０の底部１１の内部に形成する画像の厚さ（高さ）や幅などに応じて適宜選択される。この屈折率調整層１３が液体からなる場合、液体は流動性を有することから、コップ１０の底部１１の内側の表面の凹凸１１ａに倣うように自然に流動して変形する。この結果、この屈折率調整層１３はコップ１０の底部１１の内側の表面と隙間なく接触するとともに、この屈折率調整層１３の表面は水平になる。この屈折率調整層１３が弾性体からなる場合も、後述のように、この屈折率調整層１３をコップ１０の底部１１の内側の表面と隙間なく接触させることができる。

図５ＡおよびＢに示すように、コップ１０の口に乗せることができる程度の十分な大きさの例えば正方形の平板状の鍔部１４ａと、この鍔部１４ａの下面の中央部にこの下面に対して垂直に設けられた円柱部１４ｂとからなる透明な光導波部材１４を用意する。図５ＡおよびＢはそれぞれ正面図および上面図である。光導波部材１４の鍔部１４ａの上面は平坦面であり、光入射面となる。円柱部１４ｂの下面は鍔部１４ａの上面と平行な平坦面であり、光出射面となる。円柱部１４ｂの横断面の形状はコップ１０の底部１１の内部に形成する画像よりも大きく選ばれている。光導波部材１４を構成する材料は、例えば、コップ１０を構成するガラスの屈折率とほぼ同一の屈折率を有するものが用いられ、必要に応じて選ばれる。

次に、図６に示すように、コップ１０の上方から光導波部材１４を円柱部１４ｂが下になるようにして徐々に下降させ、この光導波部材１４の下面、より詳細には円柱部１４ｂの下面をこのコップ１０の内部の屈折率調整層１３に少し押し込んで接触させる。屈折率調整層１３が弾性体からなる場合には、この屈折率調整層１３が円柱部１４ｂの下面により押圧されるため、屈折率調整層１３が少し変形する。その結果、この屈折率調整層１３は、コップ１０の底部１１の内側の表面の凹凸１１ａに倣うように変形するため、この屈折率調整層１３はコップ１０の底部１１の内側の表面と隙間なく接触する。

次に、図７に示すように、レーザー発生装置１０２で発生されたレーザー光１０３を下方に照射し、水平面内で走査（スキャン）することにより、コップ１０の底部１１の内部にレーザー加工を施して画像１５を形成する。レーザー発生装置１０２の光軸は、光導波部材１４の上面、すなわち光入射面に対して垂直になっており、従って円柱部１４ｂの中心軸に平行になっている。このとき、レーザー光１０３は、コップ１０の底部１１に接触した屈折率調整層１３およびこの屈折率調整層１３に接触した光導波部材１４を介してコップ１０の底部１１に照射される。レーザー加工は、具体的には、例えば次のようにして行われる。すなわち、例えば特許文献３に記載されているように、形成すべき画像１５に対応する画像情報を専用のソフトウェアによりレーザー加工情報に変換し、このレーザー加工情報に基づいてレーザー光１０３を走査し、必要に応じて、Ｘ−Ｙ−Ｚ位置制御ステージ１０１をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向に移動させる。そして、レーザー発生装置１０２で発生されたレーザー光１０３が、コップ１０の底部１１の内部の所望の位置で焦点を結ぶことにより、その焦点を結んだ位置で非線形吸収現象により微細なクラックが局所的にかつ緻密に生成される。こうして緻密に形成されたクラックの集合により画像１５が形成され、目的とするコップ１０が製造される。

この後、光導波部材１４を取り外し、屈折率調整層１３を除去する。

以上のようにして製造された、底部１１の内部に画像１５が形成されたコップ１０を図８に示す。図９Ａ、ＢおよびＣはそれぞれ、このコップ１０の縦断面図、上面図および底面図である。ただし、図８、図９Ａ、ＢおよびＣには、一例として、画像１５が、朝顔をカメラで撮影した写真の二次元データに基づいて作成された朝顔である場合が示されている。

屈折率調整層１３の屈折率はコップ１０を構成するガラスの屈折率とほぼ等しく、屈折率調整層１３とコップ１０の底部１１との全体を光学的にほぼ均質な媒質とみなすことができるため、底部１１の表面に存在する湾曲、歪みまたは凹凸１１ａに左右されることなく、レーザー加工情報を用いて設計通りに底部１１の内部に画像１５を精度良く形成することができる。その理由についてより詳細に説明する。すなわち、図１０は、レーザー光１０３が光導波部材１４および屈折率調整層１３を順次透過してコップ１０の底部１１に照射される様子を示す。今、屈折率調整層１３は水（屈折率ｎ₁ ＝１．３３）からなり、コップ１０を構成するガラスの屈折率はｎ₂ ＝１．５１、光導波部材１４はコップ１０を構成するガラスと同一のガラスにより構成されていると仮定する。まず、底部１１の表面の湾曲、歪みまたは凹凸１１ａの最下点であるＡ点に入射するレーザー光１０３に着目する。図１０に示すように、レーザー光１０３は屈折率調整層１３の内部を直進して屈折率調整層１３と底部１１との界面のＡ点に到達し、屈折率調整層１３と底部１１とは互いに屈折率が異なることから屈折して底部１１の内部を直進する。レーザー光１０３が入射するＡ点における入射角をθ₁ 、屈折角をθ₂ とする。このとき、ｓｉｎθ₂ ＝（ｎ₁ ／ｎ₂ ）ｓｉｎθ₁ が成立する。一例として、θ₁ ＝１０°とすると、ｓｉｎθ₂ ＝（１．３３／１．５１）ｓｉｎ１０°＝（１．３３／１．５１）×０．１７４＝０．１５３であるから、θ₂ ＝８．８°である。この場合、屈折率調整層１３と底部１１との界面でのレーザー光１０３の屈折は極めて小さく、レーザー光１０３は屈折率調整層１３および底部１１の内部をほぼ直進するとみなすことができる。次に、図１０に示す底部１１の表面のＢ点に入射するレーザー光１０３に着目する。図１０に示すように、レーザー光１０３は屈折率調整層１３の内部を直進してＢ点に到達した後、屈折して底部１１の内部を直進する。レーザー光１０３が入射するＢ点における入射角をθ₁ ’、屈折角をθ₂ ’とする。このとき、ｓｉｎθ₂ ’＝（ｎ₁ ／ｎ₂ ）ｓｉｎθ₁ ’が成立する。一例として、θ₁ ’＝２０°とすると、ｓｉｎθ₂ ’＝（１．３３／１．５１）ｓｉｎ２０°＝（１．３３／１．５１）×０．３４２＝０．３０１であるから、θ₂ ’＝１７．５°である。この場合も、屈折率調整層１３と底部１１との界面でのレーザー光１０３の屈折は極めて小さく、レーザー光１０３は屈折率調整層１３および底部１１の内部をほぼ直進するとみなすことができる。以上のことが、底部１１の表面に存在する湾曲、歪みまたは凹凸１１ａにより左右されることなく、レーザー光１０３の照射により底部１１の内部に画像１５を精度良く形成することができる理由である。比較のために、屈折率調整層１３がなく、代わりに空気層が存在する場合に同様な計算を行うと、Ａ点に入射するレーザー光１０３に対しては、ｎ₁ ＝１とすると、θ₁ ＝１０°に対して、ｓｉｎθ₂ ＝（１／１．５１）ｓｉｎ１０°＝（１／１．５１）×０．１７４＝０．１１５となり、θ₂ ＝６．６°となる。また、Ｂ点に入射するレーザー光１０３に対しては、θ₁ ’＝２０°に対して、ｓｉｎθ₂ ’＝（１／１．５１）ｓｉｎ２０°＝（１／１．５１）×０．３４２＝０．２２６となり、θ₂ ’＝１３．１°となる。これらの場合、屈折率調整層１３と底部１１との界面でレーザー光１０３は大きく屈折し、しかも屈折率調整層１３と底部１１との界面の異なる場所でこの屈折の度合いは異なるため、同じレーザー加工情報を用いてレーザー加工を行っても、屈折率調整層１３を用いた場合のように設計通りの画像１５を精度良く形成することができない。

［実施例］
上述のコップ１０の製造方法と同様な方法により、図１１の写真に示すような市販の透明なソーダ石灰ガラス製コップの肉厚の底部の内部にレーザー加工を施し、画像として姫路城を形成した。屈折率調整層１３としては水を用いた。光導波部材１４はソーダ石灰ガラスにより作製した。レーザー光１０３としては、ＹＡＧレーザーの第２高調波（波長５３２ｎｍ）を用いた。レーザー光１０３の照射時間は２分間とした。図１２および図１３はそれぞれ、こうして画像が形成されたコップを上から撮影した写真および上下逆さまにして上から撮影した写真である。図１１〜図１３に示すように、コップの底部の内部に姫路城の画像が鮮明に形成されていることが分かる。

以上のように、この第１の実施の形態によれば、コップ１０の底部１１の表面に存在する湾曲、歪みまたは凹凸１１ａに左右されることなく、その底部１１の内部にレーザー加工により画像１５を高い再現性で精度良く形成することができる。このため、画像１５が底部１１の内部に形成されたコップ１０を高い製造歩留まりで製造することができる。また、湾曲、歪みまたは凹凸１１ａが存在する安価なコップ１０を用いても画像１５を高い再現性で精度良く形成することができるため、画像１５が底部１１の内部に形成されたコップ１０の製造コストの大幅な低減を図ることができる。

〈第２の実施の形態〉
［回折格子内蔵両凸レンズの製造方法］
図１４Ａに示すように、容器２０の底に両凸レンズ３０を置く。

次に、図１４Ｂに示すように、容器２０の中に屈折率調整層１３を少なくとも両凸レンズ３０の上部に接触するように形成する。

次に、図１４Ｃに示すように、容器２０の中の屈折率調整層１３に上から光導波部材１４の円柱部１４ｂの下面を接触させ、この状態でレーザー光１０３を下方に照射し、水平面内で走査することにより、両凸レンズ３０の内部にレーザー加工を施してクラックの集合体からなる構造４０を形成する。この構造４０が回折格子を構成する。

この後、光導波部材１４を取り外し、屈折率調整層１３を除去した後、容器２０の中から両凸レンズ３０を取り出す。

以上のようにして、図１５に示すように、構造４０からなる回折格子が内蔵された回折格子内蔵両凸レンズが製造される。

以上のように、この第２の実施の形態によれば、両凸レンズ３０の表面に存在する湾曲、歪み、凹凸に左右されることなく、両凸レンズ３０の内部にレーザー加工により構造４０を高い再現性で精度良く形成することができる。このため、集光機能に加えて回折格子の機能を有する回折格子内蔵両凸レンズを低コストで製造することができる。

〈第３の実施の形態〉
［ペンダントの製造方法］
図１６Ａに示すように、容器２０の底にガラス製のペンダント５０を置く。ペンダント５０は、首に掛けるための鎖やひもが付いている状態でも付いていない状態でもよい。

次に、図１６Ｂに示すように、容器２０の中に屈折率調整層１３を少なくともペンダント５０の上部に接触するように形成する。

次に、図１６Ｃに示すように、容器２０の中の屈折率調整層１３に上から光導波部材１４の円柱部１４ｂの下面を接触させ、この状態でレーザー光１０３を下方に照射し、水平面内で走査することにより、ペンダント５０の内部にレーザー加工を施す。

この後、光導波部材１４を取り外し、屈折率調整層１３を除去した後、容器２０の中からペンダント５０を取り出す。

以上のようにして、図１７に示すように、レーザー加工により形成されたクラックの集合体からなる画像１５を形成する。画像１５が内部に形成されたペンダント５０が製造される。図１７には、一例として、画像１５が、朝顔をカメラで撮影した写真の二次元データに基づいて作成された朝顔である場合が示されている。

以上のように、この第３の実施の形態によれば、ペンダント５０の表面に存在する湾曲、歪みまたは凹凸に左右されることなく、ペンダント５０の内部にレーザー加工により画像１５を高い再現性で精度良く形成することができる。このため、画像１５が内部に形成されたペンダント５０を低コストで製造することができる。

以上、この発明の実施の形態および実施例について具体的に説明したが、この発明は上述の実施の形態および実施例に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

例えば、上述の実施の形態および実施例において挙げた数値、構成、形状、材料、方法などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、構成、形状、材料、方法などを用いてもよい。

１０…コップ、１１…底部、１２…筒状部、１３…屈折率調整層、１４…光導波部材、１５…画像、２０…容器、３０…両凸レンズ、４０…構造、５０…ペンダント、１０１…作業台、１０２…レーザー発生装置、１０３…レーザー光

Claims (10)

1. 少なくとも一部に外面に接した透明または半透明部を有し、上記透明または半透明部の少なくとも一部に湾曲部を有し、全体として湾曲した形状を有する容器に、上記容器の口から上記透明または半透明部に接触するように透明または半透明の液体または弾性体を入れ、上記透明または半透明部上に上記液体または弾性体からなる屈折率調整層を形成し、
   互いに平行な平坦面からなる光入射面および光出射面を有し、上記光入射面側に上記容器の口よりも大きな鍔部を有し、レーザー加工に使用するレーザー光に対して透明または半透明な光導波部材の上記鍔部を上記容器の口に乗せることにより上記光導波部材を上記容器に対して保持するとともに、上記光導波部材の上記光出射面側を上記容器内に形成された上記屈折率調整層に接触させ、
   レーザー発生装置の光軸を上記光導波部材の上記光入射面に垂直に設定して上記レーザー光を上記容器の口側から上記光導波部材および上記屈折率調整層を介して上記容器の上記透明または半透明部に照射することにより上記透明または半透明部の内部に少なくとも一つの画像を形成することを特徴とする容器の製造方法。
2. 上記光導波部材は上記鍔部と上記鍔部に垂直な柱部とからなることを特徴とする請求項１記載の容器の製造方法。
3. 上記柱部は円柱部であることを特徴とする請求項２記載の容器の製造方法。
4. 上記屈折率調整層と上記透明または半透明部との屈折率の差が０．３以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の容器の製造方法。
5. 上記透明または半透明部はガラスからなり、上記光導波部材はガラスまたはプラスチックからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の容器の製造方法。
6. 少なくとも上記容器の底部に上記透明または半透明部を有し、上記容器の口側から上記光導波部材および上記屈折率調整層を介して上記透明または半透明部に上記レーザー光を照射することにより上記透明または半透明部の内部に上記画像を形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の容器の製造方法。
7. 上記容器の全体が透明または半透明に構成されている請求項１〜６のいずれか一項記載の容器の製造方法。
8. 上記屈折率調整層は水からなることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の容器の製造方法。
9. 上記容器はコップ、カップ、ワイングラス、ジョッキ、茶碗、急須、ポット、ボール、ピッチャー、アイスペール、皿、鉢または調味料ボトルであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項記載の容器の製造方法。
10. 少なくとも一部に外面に接した透明または半透明部を有し、上記透明または半透明部の少なくとも一部に湾曲部を有し、全体として湾曲した形状を有する容器に、上記容器の口から上記透明または半透明部に接触するように透明または半透明の液体または弾性体を入れ、上記透明または半透明部上に上記液体または弾性体からなる屈折率調整層を形成し、
    互いに平行な平坦面からなる光入射面および光出射面を有し、上記光入射面側に上記容器の口よりも大きな鍔部を有し、レーザー加工に使用するレーザー光に対して透明または半透明な光導波部材の上記鍔部を上記容器の口に乗せることにより上記光導波部材を上記容器に対して保持するとともに、上記光導波部材の上記光出射面側を上記容器内に形成された上記屈折率調整層に接触させ、
    レーザー発生装置の光軸を上記光導波部材の上記光入射面に垂直に設定して上記レーザー光を上記容器の口側から上記光導波部材および上記屈折率調整層を介して上記容器の上記透明または半透明部に照射することにより上記透明または半透明部の内部に少なくとも一つの画像を形成する容器の製造方法の実施に用いられるレーザー加工システムであって、
    レーザー加工機と、
    上記レーザー加工機の作業台に空の上記容器を配置し、上記容器の上記透明または半透明部上に上記屈折率調整層を形成し、上記屈折率調整層に上記光導波部材を接触させる機構とを有することを特徴とするレーザー加工システム。