JPS6178587A - 対象物の表面を非接触に変化させるための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、掃引装置によって掃引され、偏向装置によっ
て偏向可能であり、対物し／ズによって対象物の表面上
に集光可能であるレーザ光ｌｓヲ用いて、対象物の表面
を非接触に変化させるための装置、特に、ガラスにマー
キングするための装置に関する。

［従来の技術］ 対象物にレーザマーキングする際には、レーザ光源から
発生されたレーザ光線の光路に、光ンヤノタと、マーキ
ング課題に応じてプロセスコンピュータあるいはマイク
ロプロセッサによって制御可能である偏向装置と、対物
レンズとが順次配置され、その対物レンズがレーザ光線
をマーキングされるべき対象物の表面上に集光するよう
にした装置が使用される。このようなレーザマーキング
装置を用いることにより、金属部品、セラミックス部品
、半導体材料から成る部品、および、多数のグラスチッ
ク部品に、マーキング課題に応じて、文字、敵手、マー
ク、社標、あるいは９図形等をマーキングすることがで
きる。その場合に、マーキングは刻印、浴融あるいは蒸
発過程にて行われる。公知のレーザマーキング装置にお
ける偏向装置は、レーザ光線を横方向に偏向させるため
の第１の偏向ミラーと、レーザ光線を縦方向に偏向させ
るための第２の偏向ミラーとから成り、その場合に両偏
向ミラーはガルバノメータミラーとして形成されている
。この種のガルバノメータミラーは可動部材の慣性モー
メントが僅少であることを特徴としている。偏向装置は
さらに同時に、レーザ光線が被マーキング対象物の表面
上にマーキングの線幅を規定する円を描くようにそのレ
ーザ光線を横方向および縦方向に掃引する掃引装置の役
目をも果している。このために、横方向に偏向させるた
めのガルバノメータミラーのコイルには電圧Ｕｘ＝ｓｉ
ｎωｔが供給され、一方縦方向に偏向させるためのガル
バノメータミラーのコイル罠は電圧Ｕｙ＝ｓｉｎ（ωｔ
＋α）が供給される。なお、ωは掃引周波数、ｔは時間
、αは位相差の角度である。位相角αはレーザ光線が被
マーキング対象物の表面上に円を描くように調節される
。偏向装置と掃引装置とが兼用化された装置において達
成可能な周波数は最高１２０−１５０ＨｚであるＯ ガラスにマーキングしたシ、装飾したりあるいけマーク
を付けたりするだめの公知の装置を使用すると、掃引さ
れたレーザ光線の境界領域には肉眼で見ることのできる
裂けが生じ、この裂けが完成した形成偉を著しく損ない
、場合によっては不良品にしてしまう。

そこで、ガラス製対象物にレーザ光ｉ’ｉ−用いて文字
、数字、マーク、目盛線２社標１図形および装飾を高品
質にて作ることができるようにするために、他の方法が
探し求められた。西独特許出願公開第３１４５２７８号
公報によれば、裂けが生じ、ることなく境界に鋭利な刻
みが得られるようにするために、レーザ光線を、その一
部分を吸収するマトリックスを通して案内し、多数の個
別光線に分割するようにした、ガラス製対象物の表面材
料に非接触で刻む方法が提案されている。これによって
、レーザ光線のエネルギーは光線横断面にて分割され、
個別光線は所望の刻みに適合することができるようにな
る。しかしながら、この方法においては、レーザ光線と
被加工部品との間に、マーキングの形状を規定するマス
クを配直しなければならない。従って、マーキング課題
に応じて自由にレーザ光線を制御できるような装置は得
られない。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、ガラス製対象物にも［ｒ１１様に文字１数字
、マーク、目盛＃１１社標１形および装飾を高品質にて
作ることができるように、冒頭で述べた種類の対象物の
表面を非接触に変化させる装置を改善することを目的と
する。

Ｅ問題点の解決手段） この目的を達成するために本発明は、偏向装置から分離
されてその偏向装置の前のレーザ光線の光路に配置され
た掃引装置を設けることを特徴とする。

本発明は、ガラス製対象物の表面を非接触に変化させる
際に、境界領域の肉眼で見ることのできる裂けけ掃引周
波数を高めることによってのみ回避することができると
いう知見（基づいている。

偏向装置にはレーザ光線の必要な偏向角度を得るために
成る最低値を持つ偏向ミラーが設置されるので、可動部
材の慣性モーメントは犬きく、それゆえ−自装置と掃引
装置とが豊川化された従来の装置では、ガラス製対象物
のために必要な掃引周波数の増大化ｒ達成することがで
きなかった。非常に小さな偏向角度しか必要としない掃
引装置を偏向装置から分離させて使用することにより、
この掃引装置では偏向ミラーおよびその駆動部を非常に
小形化することができる。それゆえ、可動部材の慣性モ
ーメントがその小形化に相応して軽減されることによっ
て著しく高い掃引周波数を実現することができ、そして
特に共振駆動が可能になる。掃引装置と偏向装置とをこ
のように構成的に分版させることにより、ガラス以外の
他の材料から成る対象物にもかなりの利点がもたらされ
る。

すなわち、掃引周波数を高めることによりたとえばプラ
スチック製対象物にマーキングする際にも、マーキング
速度の上昇および大きな線幅の実現をも可能にするルー
プ状曲線の密集およびオーバラップが得られる。

［実施態様］ 掃引装置はレーザ光線の光路に順次挿設されかつ異なっ
た方向へ異なった掃引周波数にて回転可能である２個の
偏向ミラーから成る。このような掃引装置は通常の偏向
装置を小形化した構成と同じになる。

しかしながら、掃引装置は２つの異なった方向へ互いに
孤立して異なった掃引周波数にて回転可能である１個の
偏向ミラーから構成することもできる。この場合には、
；耶２の偏向ミラーは省略することができる。

本発明の優れた実施態様によれば、掃引周波数は少なく
とも５００　Ｈｚ　Ｉｃ調節可能である。少なくとも５
００　Ｈｚのこの種の掃引周波数はガラスあるいは同様
にこわれやすい材料から成る対象物に質的に極めて高い
レーザマーキングを可能くする。

持に、掃引装置はレーザ光線が対象物の表面上に円を描
くように調節可能である。この円形はすべての方向に一
様の線幅が得られること’ｔ　ａＴ（Ｆにする。ガラス
製対象物にレーザマーキングする際Ｋ、円の直径は少な
くとも０５■に調節される。

レーザマーキングの解読を良好ならしめるために、円の
直径を約１ｍに調節すると非常に有利である。

口実施例コ 次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

弔１図は作業面Ａｆ上に配置された対象物Ｇのレーザマ
ーキング装置の非常に簡単な概町４図である。このレー
ザマーキング装置はレーザ光線Ｌｓを発生するレーザ光
源Ｊ−有し、そのレーザ光線の光路には順次、光ンヤノ
タｐｖと、掃引装ｆｌｈｅと、偏向装置Ａｅと、対物し
／ズＯとが配置されている。対物レンズ０はマーキング
すべき対象物Ｏの表面にレーザ光線ＬＳを集光する。作
業面Ａｆ上の対象物Ｇの位置は平面ｘ−ｙカーテシアン
座標系に基づいて固定される。

掃引装置Ｗｅは、レーザ光線Ｌｓが対象物Ｇの表σ１１
でＦＬｊ（この直径がマーキングの線幅ｆｔ規冗する）
を描くように、そのレーザ光ＮＬＳｔ−９力向Ｘおよび
縦方向ｙに事前設定可能な振幅でもって周期的に偏向さ
せる役目を有している。そのために掃引装置Ｗｅはレー
ザ光線Ｌｓの光路に順次挿設された２個の回転可能な偏
向ミラーａｓｘ　、　ａｓｙから成り、その場合に偏向
ミラーａｓｘ　Ｉｄレーザ光＆ＬＳをＸ方向に偏向させ
るために矢印Ｘ′方向に回転可能であり、一方偏向ミラ
ーａｓｙはレーザ晃線ＬｓをＸ方向に偏向させるために
矢印ｙ′方向に回転可能である。両偏向ミラーａｓｘ　
、　ａｓｙは極めて小さなガルバノメータミラーから成
シ、少なくとも５００Ｈｚの掃引周波数ωでレーザ光線
の掃引を可能にする。このために偏向ミラーａｓｘのコ
イルには交流電圧Ｕｘ＝ｓｉｎωｔが供給され、一方偏
向ミラーａｓｙのコイルにはその交流電圧Ｕｘに対して
位相角αの位相差をもつ交流電圧Ｕｙ＝ｓｉｎ　（ωｔ
＋α）が供給される。位相角αは、光Ｊ％Ｌｓが対象物
Ｇの表面上に円を描くように、ボテ／／ヨメータによっ
て調節される。その場合に、このために必要な位相角α
の大きさはひずみの補正のために厳密に９０’ではない
。

偏向装置Ａｅは掃引されたレーザ光線Ｌｓｔ−横方向Ｘ
および縦方向ｙに偏向させるための役目を有しており、
しかしながらその場合には掃引装置Ｗｅにおける偏向角
度よりも著しく大きな偏向角度が必要である。そのため
に偏向装置Ａｅは掃引されたレーザ光線ＬＳの光路に順
次挿設された２個の偏向ミラーＡｓｘ　、　Ａｓｙから
成り、その場合に偏向ミラーＡｓｘは掃引されたレーザ
光線ＬｓをＸ方向に偏向させるだめに矢印Ｘ“方向に回
転可能であシ、一方偏向ミラーＡｓｙは掃引されたレー
ザ光線ＬＳをＸ方向に偏向させるために矢印ｙ“方向に
回転可能である。両偏向ミラーＡｓｘ　、　Ａｓｙは、
必要な偏向角度に適合可能なガルバノメータミラーから
成る。その都度のマーキング課題に応じた偏向ミラーＡ
ｓｘ　＋　Ａ’Ｙ　　の制御はたとえばプロセスコノピ
ユータあるいはマイクロプロセッサによって行われる。

第２図は第１図に示された装置とは掃引装置Ｗｅ’の構
成と偏向装置Ａｅ’の構成とが異なっているレーザマー
キング装置の非常に簡単な概略図である。

掃引装置Ｗｅ’は１個の偏向ミラーａｓｘｙから成り、
この偏向ミラーａｓｘｙはレーザ光線ＬＳｔｌ−ｘ方向
に偏向させるために矢印７方向に回転可能でありかつそ
のＸ方向とは独立してレーザ光＃ＩＬｓをＸ方向に偏向
させるために矢印ｙ′方向に回転可能ヤある。レーザ光
ｋＬｓの掃引は第１図において既に説明した方法にて偏
向ミラーａｓｘｙのガルバノメータ駆動部によって行わ
れる。偏向装！　Ａ　ｅ／も１個の偏向ミラーＡｓｘｙ
から成り、この偏向ミラーＡｓｘｙは掃引されたレーザ
光線ＬｓをＸ方向に偏向させるために矢印ｘ〃力方向回
転可能でありかつそのＸ方向とは独立して掃引されたレ
ーザ光線Ｌｓｆ、ｙ方向に偏向させるために矢印、ｌｌ
Ｋ回転可能である。掃引されたレーザ光線Ｌｓの偏向は
偏向ミラーＡ　ｓｘｙ　　のガルバノメータ駆動部によ
って行われる。このガルバノメータ駆動部はその都度の
マーキング課題に応じてたとえばプロセスコノピユータ
あるいはマイクロプロセッサによって制御可能である。

偏向ミラーＡｓｘｙを有する偏向装置Ａｅ’の構造は第
３図に示されている。この第３図から明らかなように、
中空軸として形成された第１のスピンドルＳ１は二叉部
材Ｇａを担持しており、この二叉部材Ｇａ内にはホルダ
Ｈが回転ビンＤｚによって回転可能に軸支されている。

ホルダＨには円形状の偏向ミラーＡｓｘｙがその背面で
もって貼着されている。二叉部材Ｇａと２つの回Ｆピノ
Ｄｚを有するホルダＨとは二叉ソ／り＃＆＃４を構成し
ており、その場合にこの二叉す／り機禍は第１のスピン
ドルＳ１の細線ＡＩと詳細には図示きれていない回転ビ
ン軸線とが直交するように構成される。

同様に中空軸に形成されている第２の回転可能なスピン
ドルＳ２は、その軸線Ａ２が軸＄ｌＡｌと直交ししかも
軸線Ａ１と回転ビン軸線との交点を通って正確に進むよ
うに、形成されている。第２のスピンドルＳ２による偏
向ミラーＡｓｘｙの偏向は回転アームＤａと偏１向ミラ
ーＡｓｘｙのホルダＨＫ固定された従鯛体Ｍとを介して
行われる。回転アーム１）ａは、第２のスピンドルＳ２
の前端に固定結合されかつ第２のスピンドルＳ２の軸１
ｉ１Ａ２に対して４５°の角度で傾斜させられている平
形棒から成る。回転アームＤａには前端側か開口してい
るスリン）Ｓｃｈが設けられており、その中心面け’ｎ
ｌｌ　＋？１！Ａ　２が通る平面に位置している。スリ
ットＳｃｈ内を案内されている従動体Ｍはまっすぐな柱
状の丸棒によって形成されており、その直径はスリット
Ｓｃｈの幅よりもほんの僅か小さいだけである。さらに
従動体Ｍは、その長手軸線が軸線Ａｌと軸線Ａ２と回転
ピノ軸線との共通交点’ｋＪるように、偏向ミラーＡｓ
ｘｙのミラー面に対して向けられている。

偏向すべきレーザ光線Ｌｓは、軸線Ａ２の方向に＠１ｌ
Ｊ４Ａ　１とＡ２との交点で偏向ミラーＡｓｘｙのミラ
ー面に入射しそして出射位置では９Ｃｆの角度で下方に
向けて偏向されるように、向けられている。’Ｇｌのス
ピンドルＳｌが矢印ｙ″に回転されると、それに相応し
た偏向がＸ方向（第２図参照）に生じ、その場合（従動
体ＭはスピンドルＳ２に回転モーメントを伝達すること
なくスリットＳｃｈ内ヲ動く。第２のスピンドルＳ２が
矢印Ｘ”方向に回転すると、回転アームＤａおよび従動
体Ｍを介して、回転ピノ軸線を中心とする偏向ミラーＡ
ｓｘｙの回転が生せしめられ、それにより、Ｘ方向（第
２図参照）へのレーザ光線ＬＳの相応した偏向が生じる
。その場合に、このＸ方向への偏向過程において、回転
モーメントはスピンドルＳ１には伝達されない。スピン
ドルＳｌ、Ｓ２の同時回転により、作業面Ａｆ（第２図
参照）の平面には相応したｘ−ｙ座標曲線が描かれる。

スピンドルＳｌ。

Ｓ２の回転制御は第３図には図示されていないガルバノ
メータ躯動部によって行われる。

偏向ミラーＡｓｘｙを有する第２図に示された掃引装置
Ｗｅ’は構造的Ｋｅｐｔ偏向ミラーＡｓｘｙ　ｆ有する
第３図に示された偏向装置Ａｅ’と全く同じに構成され
る。しかしながらその場合掃引装置Ｗｅ’の寸法は著し
く小さくなる。

１１４４図および第５図は第１図に示された装置によっ
てガラスから成る対象物Ｇにレーザマーキングする際の
掃引されたレーザ光線Ｌｓの痕跡および刻み痕跡を示す
。第１図に示されたレーザ光源りは放出波長１０．６μ
ｍおよび全出力８ワツトのパルス駆動形ＣＯｔレーザ光
源から成る。このＣＯ２レーザ光源から発生されたレー
ザ光線は掃引装置Ｗｅにて、対象物Ｇの表面に直径１鴎
の円を描くように掃引される。その場合に、掃引周波数
は６００　Ｈｚである。レーザ光ＭＬ、Ｓのこの掃引（
偏向装置Ａｃによる印字運動が加わると、対象物Ｇの表
面にはレーザ光ｌ５Ｌｓの痕跡として第４図に示したル
ープ状曲線Ｓｋが生じる。第４図において横方向に展開
されたループ状曲線Ｓｋは掃引周波数６００Ｈｚおよび
印字速度２００　ｍ／　ｓｅｃに設定されると実際に著
しく密集し、そして表面Ｑｆ上の書体の少なくとも中央
領域はレーザ光線Ｌｓが短時間に３回走査するように、
何回もオーバーラツプｔして形成される。このような多
重走査は作られるべき書体の品質にとっては非常に重要
でζ′）る。レーザ光線Ｌｓが表面ＯｆＫ作用すること
Ｋより、第５図に示された刻み痕跡Ａｓｐが生ぜしめら
れる。この刻み痕跡Ａｓｐは１＋ＩＩＩＩの線幅を持つ
書体を形成する。図から明らかなようＫ、刻み痕跡は表
面Ｑｆ上に多数の微細なひび割れが生ぜしめられること
によって形成され、その場合にこの微細ひび割れは刻み
痕跡Ａｓｐの鋭利な境界を形成する。第５図に示された
刻み痕跡Ａｓｐの光学的形成像はガラス製対象物の表面
に弗化水素醸によってエツチングされた痕跡の形成像と
ほぼ同じである。

［発明の効果コ 以上に説明したように、本発明によれば、偏向装置（Ａ
ｅ；Ａｅ’）から分離されてその偏向装置の前のレーザ
光線の光路に配置された掃引装置（Ｗｅ　；　Ｗｅ’　
）を設けたので、その掃引装置を小形に、従って可動部
材の慣性モーメントが僅少になるように構成することが
でき、それゆえ従来よりも著しく高い掃引周波数を実現
することができる。このように高い周波数により、ガラ
スにレーザマーキングする際にも、肉眼で見ることので
きる裂けを生じることなく、境界の鋭利な刻みが保証さ
れる。その結果本発明によれば、ガラス対゛象物にも文
字、数字、マーク、目盛線２社標２図形および装飾を高
品質にて作ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の概略図、第２図は本発
明の第２の実施例の概略図、第３図は第２図に示された
実施例における偏向装置の構成を示す斜視図、第４図は
被マーキング対象物の表面における掃引されたレーザ光
線の痕跡を示す概略図、第５図はガラス製対象物の表面
におけるレーザ光線の刻み痕跡を示す概略図である。 Ｌ・・・レーザ光源、Ｆｖ・・・光シャッタ、Ｌｓ・・
レーザ光線、Ｗｅ　、　Ｗｅ′−・掃引装置、Ａｅ　、
　Ａｅ’−＝偏向装置、０・・・対物レンズ、Ｇ・・対
象物、Ａｆ　・・作業面、ａｓｘ　、　ａｓｙ　、　ａ
ｓｘｙ　、　Ａｓｘ　、　Ａｓｙ　、　Ａｓｘｙ・・偏
向ミラー。 ＩＧ４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）掃引装置によって掃引され、偏向装置によって偏向
   可能であり、対物レンズによって対象物の表面上に集光
   可能であるレーザ光線を用いて、対象物の表面を非接触
   に変化させるための装置において、 偏向装置（Ａｅ；Ａｅ′）から分離されてその偏向装置
   （Ａｅ；Ａｅ′）の前のレーザ光線（Ｌｓ）の光路に配
   置された掃引装置（Ｗｅ；Ｗｅ′）を設けたことを特徴
   とする対象物の表面を非接触に変化させるための装置。 ２）掃引装置（Ｗｅ）はレーザ光線（Ｌｓ）の光路に順
   次挿設されかつ異なった方向（ｘ′、ｙ′）へ異なった
   掃引周波数にて回転可能である２個の偏向ミラー（Ａｓ
   ｘ、Ａｓｙ）から成ることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の装置。 ３）掃引装置（Ｗｅ′）は２つの異なった方向（ｘ′、
   ｙ′）へ互いに独立して異なった掃引周波数にて回転可
   能である１個の偏向ミラー（Ａｓｘｙ）から成ることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。 ４）掃引周波数は少なくとも５００Ｈｚに調節可能であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項または第３項
   記載の装置。 ５）掃引装置（Ｗｅ；Ｗｅ′）はレーザ光線（Ｌｓ）が
   対象物（Ｇ）の表面上に円を描くように調節可能である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項の
   いずれか１項に記載の装置。 ６）円の直径は少なくとも０．５ｍｍに調節可能である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の装置。 ７）円の直径は約１ｍｍに調節可能であることを特徴と
   する特許請求の範囲第６項記載の装置。