JP2003201149A

JP2003201149A - ガラスの着色方法

Info

Publication number: JP2003201149A
Application number: JP2002112929A
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; Shigeru Mori; 茂森; Yasushi Udagawa; 康司宇多川; Kai Mori; 嘉偉盛; Kohei Sumino; 広平角野; Tomoko Akai; 智子赤井; Masaru Yamashita; 勝山下
Original assignee: OSAKA SEIKO GLASS KK; Central Glass Co Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: OSAKA SEIKO GLASS KK; Central Glass Co Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2001-05-30
Filing date: 2002-04-16
Publication date: 2003-07-15

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザ照射によって着色可能な銀イオンを含有
するガラスに位置精度よく、エネルギーロス少なく、実
生産においてタクトタイムよくガラス全面を着色する、
または文字、図柄またはバーコードなどを描画すると共
にリサイクル可能とする。【解決手段】レーザ発振器、光変調器、ガルバノメータ
およびリニアトランスレータに搭載された集光レンズお
よび対物レンズ、またはｆθレンズからなるレーザ照射
装置より、銀イオンを含有させたガラスにレーザ光を照
射して、銀イオンを凝集させて銀微粒子とし着色させる
ことを特徴とするガラスの着色方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高エネルギー光を
照射することで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、対象物が脆くなるという問
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、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
グがし難いという問題があった。

【０００８】また、通常、着色ガラスは、遷移金属を着
色源として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、また、着色膜付きガラスは、
無機顔料または金属酸化物をシリカ、チタニアなどの透
明マトリックスに分散させた着色膜を被覆して製造され
る。この様に、着色ガラスおよび着色膜付きガラスは、
遷移金属イオンまたは金属酸化物など金属によって、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】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、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】本発明は、銀イオンが含
有されたガラスにレーザ光を照射するで、銀イオンを凝
集させて銀微粒子を析出させ、析出した銀微粒子のコロ
イド共鳴吸収により、透過色を黄色、反射色を銀色に呈
色させて着色する方法である。

【００１１】本発明により着色されたガラスは、軟化点
以上に加熱することで、着色源である銀微粒子がガラス
内部に拡散して消色するので、ガラスの着消色が行え
る。

【００１２】また、本発明は、着色ガラスのリサイクル
に適用できる。

【００１３】本発明者らは、鋭意研究した結果、加熱し
た銀を含む溶融塩に浸漬させ、ガラス内部のナトリウム
イオンと溶融塩の銀イオンをイオン交換したガラスは透
明であるが、該ガラスに高エネルギー光、例えば、高強
度のレーザ光を集光して照射することによって、表面に
銀微粒子を凝集させれば、銀微粒子のコロイド共鳴吸収
により透過色が黄色、反射色が銀色に着色することを見
出した。

【００１４】前記の銀イオン含有ガラス全体を、加熱炉
等で軟化点以下の温度に輻射加熱することによっても着
色させることは可能であるが、輻射加熱を用いると着色
による微細な書き込みは行えない。加熱炉等で輻射加熱
することなく、レーザ光を照射することで、前記の銀イ
オン含有ガラス中の銀イオンを凝集させて銀微粒子を析
出させ、着色させることにより微細な描画が可能となっ
た。

【００１５】更に、本発明者らは、レーザ光照射によっ
て透過色は黄色、反射色は銀色に着色した前記着色ガラ
スを軟化点以上に加熱することによって、表面に凝集し
てできた前記銀微粒子がガラス内部に拡散し、消色する
ことを見いだすに至った。

【００１６】本発明は、銀イオンが含有されたガラスに
高エネルギー光を照射することで、銀イオンを凝集させ
て銀微粒子とし着色させることを特徴とするガラスの着
色方法である。

【００１７】更に、本発明は、上記のガラスの着色方法
であって、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により、銀イオ
ンを含有させたガラスにレーザ光を照射し銀イオンを凝
集させて銀微粒子とし、着色することを特徴とするガラ
スの着色方法である。

【００１８】更に、本発明は、上記のガラスの着色方法
であって、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より、銀
イオンを含有させたガラスにレーザ光を照射すること
で、銀イオンを凝集させて銀微粒子とし着色させること
を特徴とするガラスの着色方法である。

【００１９】更に、本発明は、レーザ発振器が炭酸ガス
レーザ発振器、ＵＶパルスレーザ発振器またはアルゴン
イオン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、可視光または紫外光であることを特徴
とする上記のガラスの着色方法である。

【００２０】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
ガラスの着色方法である。

【００２１】更に、本発明は、複数のガルバノメータミ
ラーよって、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ガラスの着色方法である。

【００２２】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、ガラスを移動
させることを特徴とする上記のいずれかに記載のガラス
の着色方法である。

【００２３】更に、本発明は、上記のガラスの着色方法
によって、着色されていることを特徴とするガラスであ
る。

【００２４】更に、本発明は、上記のガラスの着色方法
によって、文字、図柄、またはバーコードが描画されて
いることを特徴とするガラスである。

【００２５】更に、本発明は、上記のガラスを、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。

【００２６】本発明の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。例えば、高出力レーザ発振器である炭酸ガス
レーザ発振器、ＹＡＧレーザ発振器、ＵＶパルスレーザ
発振器またはアルゴンイオンレーザ発振器などを用いる
ことができる。

【００２７】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、炭酸ガスレーザ発振器、ＵＶパルス
レーザ発振器またはアルゴンイオンレーザ発振器、を使
用することができる。

【００２８】本発明の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、遮蔽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。

【００２９】ＡＯＭは、ＯＮの状態では、無線周波数域
のＲＦ波を超音波に変える圧電素子、すなわち、トラン
スデューサにより石英ガラスに超音波を伝搬させ、石
英ガラスの密度揺らぎにより回折格子を形成してレーザ
光を回折させ、その光路を変化させる、ＯＦＦの状態で
は、レーザ光を石英ガラス内に直進させるスイッチング
素子である。

【００３０】ＥＯＭは、レーザ光に電圧を掛け偏光方向
を変えることで、偏光板によりレーザ光を通過または遮
蔽させるスイッチング素子である。

【００３１】本発明の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、可
動可能な複数のミラー、通常、Ｘミラー、Ｙミラーから
なり、ミラーの角度を変え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
操作調整し、光軸を振って対象物であるガラスへのレー
ザ光の照射位置を移動させて、精度よくガラスを着色す
ることができ、結果としてガラスに文字、図柄またはバ
ーコードなどが描画できる。例えば、ガラスに製造番
号、製造日、メーカー名などの文字情報、または１次元
および２次元バーコードなどを容易に書き込むことがで
きるばかりでなく、レーザ光を絞り込むことで、１ｍｍ
の間隔内に数１０本以上の線を書き込むことのできる分
解能を要し、精緻描画が行える。

【００３２】また、レーザ光の照射を用いる本発明の方
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。

【００３３】本発明の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、リニアトランスレータに搭
載された集光レンズと対物レンズ、またはｆθ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し、平面上に集光させ描画の
解像度を上げる役割を果たす。

【００３４】本発明の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、ガラスを移動させることによりガラスの着色を効率
よく行うことができる。また、移動可能なステージに取
り付けられたガラスを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で、等間隔で複数描画することが
できる。

【００３５】また、本発明に使用する銀イオンを含有さ
せたガラスの銀イオンは、ガラス表面に極微量、存在し
ているだけなので、着色させたガラス部位は軟化点以上
に加熱し加熱溶融させると無色透明に戻るので、着脱色
のリサイクルが容易である。

【００３６】本発明に使用する銀イオンを含有させたガ
ラスは、板ガラスに限らず瓶ガラスでもよく形状は問わ
ない。

【００３７】

【発明の実施の形態】図１は、レーザ光の焦点位置の制
御に集光レンズおよび対物レンズを用いた本発明で使用
するレーザ描画装置の一例の説明図である。

【００３８】図１に示すレーザ発振器１は、炭酸ガスレ
ーザ発振器、または、紫外、即ち、ＵＶパルスレーザ発
振器である。ＵＶパルスレーザ発振器には、通常、ＡＯ
Ｍ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。集光レンズ２および対物
レンズ３のうち、図示しないリニアトランスレータに搭
載された集光レンズ２を、リニアトランスレータにより
光軸上を動かすことによって、ターゲット６である銀イ
オン含有ガラスの照射面におけるレーザビーム径を制御
する。

【００３９】炭酸ガスレーザ発振器、またはＵＶパルス
レーザ発振器より発光させたレーザ光は、集光レンズ
２、次いで対物レンズ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により反射
し、その後、ターゲット６である銀イオン含有ガラスに
照射させて、該銀イオン含有ガラスへのレーザ光照射部
を着色する。前記銀イオン含有ガラスの着色は、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に載せて、ステージ７を移動させつつ銀イオン含有ガ
ラス上にレーザ光を走査させて行うこともできる。

【００４０】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、デジタル・アナログ・コンバータ９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、集光レンズ２、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の動作を制御しつつ駆動させ、銀
イオン含有ガラス上のレーザ光の照射位置を移動させ
る。なお、銀イオン含有ガラスへのレーザ照射による着
色部により、微細な書き込みが可能で、書き込み内容
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。

【００４１】図２は、レーザ光の焦点位置の制御にｆθ
レンズを用いた本発明に使用するレーザ描画装置の一例
の説明図である。

【００４２】レーザ発振器１である、アルゴンイオンレ
ーザ発振器により発光したレーザ光は、スイッチング素
子であるＡＯＭ１２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により反射し、ｆ
θレンズ１３を透過した後、ターゲット６である銀イオ
ン含有ガラスに照射させて、該銀イオン含有ガラスへの
レーザ光照射部を着色する。ｆθレンズ１３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ターゲッ
ト６である銀イオン含有ガラスに集光する。

【００４３】該銀イオン含有ガラスの着色は、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
によって、ステージ７を移動させつつ、該銀イオン含有
ガラス上にレーザ光を走査させて行うこともできる。

【００４４】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によ
ってアナログ信号に変換される。ＡＯＭドライバ１１
は、コンピュータ８から送信されデジタル・アナログ・
コンバータ９によってアナログ信号に変換されたレーザ
変調信号を無線周波数の信号、すなわち、ＲＦ信号に変
換し、図示しない圧電素子、すなわち、トランスデュー
サを介して、ＡＯＭ１２の中に超音波を発生させる。Ａ
ＯＭ１２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、デジタル
・アナログ・コンバータ９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５の動作を制御しつつ
駆動させ、ターゲット６である銀イオン含有ガラス上の
レーザ光の照射位置を移動させる。なお、ターゲット６
である銀イオン含有ガラスへのレーザ光による書き込み
内容は、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。

【００４５】本発明のガラスの描画方法に使用するレー
ザ描画装置の構成物であるステージ７は、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軸ステージで構成され、高速でレー
ザ光を走査する際、前記銀イオン含有ガラスを移動させ
ることによりガラスの着色を効率よく行うことができ
る。また、移動可能なステージ７に取り付けられた前記
銀イオン含有ガラスを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
査して着色を行うことで、着色部により文字、図形、絵
柄またはバーコードなどを、等間隔または不規則な間隔
で間隔を開けて、複数描画することができる。

【００４６】本発明の着色方法により着色されるガラス
６は、銀イオンを含有しているガラス６である。該ガラ
ス６は、硝酸銀の溶融塩などに浸漬させて、ガラス６内
部のナトリウムイオンと銀イオンとをイオン交換させ
て、ガラス６中に銀イオンを含有させて得られ透明であ
る。該ガラス６にレーザ光を照射することで、たとえば
照射部の透過色を黄色、反射色を銀色に着色することが
できる。

【００４７】本発明のガラスの着色方法は、従来のガラ
スのマーキング方法であるレーザの光の集光部にクラッ
クを生じさせることに比べ、ガラスにダメージを与える
ことなく耐久性に優れるとともに照射していない部分と
のコントラストに優れ、本発明に用いるレーザ照射装置
の精緻描画により、記録媒体にも適用できる可能性があ
る。

【００４８】図１に示したレーザ発振器１として炭酸ガ
スレーザ発振器またはＵＶパルスレーザ発振器を用い、
レーザ光の焦点位置の制御に集光レンズ２および対物レ
ンズ３を用いたレーザ照射装置と、図２に示したレーザ
発振器１として、アルゴンイオンレーザ発振器を用い、
レーザ光の焦点位置の制御にｆθレンズ１３を用いたレ
ーザ照射装置を、本発明の銀イオン含有ガラスの着色方
法に使用した場合の差異について説明する。

【００４９】図１の照射装置は炭酸ガスレーザ発振器ま
たはＵＶパルスレーザ発振器を用いており、図２の照射
装置で用いられているアルゴンイオンレーザ発振器に比
較して、レーザ照射径が同じならば少ないレーザ出力で
濃い着色濃度が得られる。

【００５０】特に、炭酸ガスレーザ発振器を用いた場
合、レーザ光の出力をあげて高速で銀イオン含有ガラス
上に走査して、着色することが可能となり大面積のガラ
スに着色が行える。

【００５１】また、図１の照射装置は、ワーキングディ
スタンスを変えることが可能であり、リニアトランスレ
ータに搭載された集光レンズ２をレーザ光の光軸上で動
かすことによって、レーザ光の照射径を自在に変えるこ
とが可能である。図２に示す照射装置は、光源に可視光
であるアルゴンイオンレーザを用いるのに対して、図１
の照射装置は、光源に紫外光であるＵＶパルスレーザを
用いる。紫外光は可視光より波長が短いことより、紫外
光レーザは可視光レーザよりも照射径が小さく、レーザ
光を走査した際のトレースラインの線幅をより細くし、
一層の精緻描画が可能である。可視光は一般的にガラス
を透過するので、感光材を含有するガラスは、可視光レ
ーザによって内部を着色することができる。赤外光はガ
ラスに吸収されるので、感光剤を含有するガラスは、赤
外光レーザによって表面を着色することができる。赤外
光レーザは一般的に高出力であり、スポット径が大きい
ため、大面積のガラスを高速で着色することができる。
レーザの種類は、ガラスの光透過性とを吸収性を勘案し
て適宜最適なタイプを選択することが好ましい。

【００５２】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。

【００５３】

【実施例】実施例１レーザ発振器１として、炭酸ガスレーザ発振器を用い
て、図１に示すように、リニアトランスレータに搭載さ
れた集光レンズ２、対物レンズ３、ガルバノメータ内の
Ｘミラー４、Ｙミラー５、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である銀イオン含有ガラスが取り付
けられる。

【００５４】該銀イオン含有ガラスは、板厚５ｍｍ、サ
イズ１００ｍｍ角の組成ＳｉＯ₂、７２ｗｔ％、Ｎａ
₂Ｏ、１６ｗｔ％、ＣａＯ、１０ｗｔ％、Ａｌ₂Ｏ₃、２
ｗｔ％のフロート法によるソーダライムガラス基板を、
温度５９０Ｋ（３１７℃）とした、ＡｇＮＯ₃とＮａＮ
Ｏ₃をモル比１：４で混合した溶融塩に５分または１５
分浸漬し、ガラス表面のＮａイオンを銀イオンとイオン
交換することで作製した。

【００５５】炭酸ガスレーザ発振器より、波長１０６０
０ｎｍ、繰り返し周波数１０ｋＨｚまたは２０ｋＨｚ、
平均出力１Ｗ、２Ｗ、５Ｗ、１０Ｗ、または２０Ｗで発
振させたレーザ光の光径を集光レンズ２により絞ってレ
ーザビームとし、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板厚５ｍｍ、サイズ１００
ｍｍ角のターゲット６である前記銀イオン含有ガラスの
表面に線間隔２５μｍ、１００μｍまたは２５０μｍ、
走査速度２４０ｍｍ／ｓ、１２００ｍｍ／ｓまたは５０
００ｍｍ／ｓで走査し、黄色または茶色に着色したサイ
ズ１０ｍｍ×１０ｍｍの正方形、または１０ｍｍ×９０
ｍｍの長方形を描画した。

【００５６】銀イオン含有ガラスは、イオン交換面がフ
ロート法によるガラスのトップ面、ボトム面どちらで
も、炭酸ガスレーザを照射することによって黄色または
茶色に着色し、走査速度が２４０ｍｍ／ｓのときは出
力、１〜２０Ｗの範囲で銀イオン含有ガラスは黄色に着
色した。走査速度が１２００ｍｍ／ｓのときは出力、２
Ｗでは着色しなっかたが、出力、５Ｗでは茶色に、１０
Ｗでは黄色に着色した。走査速度が５０００ｍｍ／ｓの
ときは出力２Ｗでは着色しなっかたが、出力、２０Ｗで
は茶色に、５０Ｗでは黄色に着色した。

【００５７】また、レーザ光照射部の色調は、フロート
法による板ガラスをイオン交換し銀イオン含有ガラスを
作製する際の、温度５９０Ｋ（３１７℃）とした、Ａｇ
ＮＯ ₃とＮａＮＯ₃をモル比１：４で混合した溶融塩に浸
漬する時間の長短によって変化しなかった。

【００５８】また、レーザ光照射部の色濃度は、フロー
ト法による板ガラスをイオン交換し銀イオン含有ガラス
を作製する際の、温度５９０Ｋ（３１７℃）とした、Ａ
ｇＮＯ₃とＮａＮＯ₃をモル比１：４で混合した溶融塩に
浸漬する時間をの長くする方が濃く、ボトム面がトップ
面より若干濃く、線間隔が狭いほど濃かった。

【００５９】走査速度５０００ｍ／ｓのとき、サイズ９
０ｍｍ×１０ｍｍ（線間隔１０本／ｍｍのグレーティン
グ）の着色時間は２秒であり、銀イオン含有ガラスを短
時間で着色させることができた。

【００６０】このようにして着色した該ガラス６をソー
ダライム銀イオン含有ガラスの軟化点以上に加熱し溶融
させたところ全面消色した。

【００６１】なお、ステージ７およびホルダは、板ガラ
スだけでなく着色瓶も取り付けられるように工夫した。実施例２レーザ発振器１として、ＵＶパルスレーザ発振器を用い
て、図１に示すように、リニアトランスレータに搭載さ
れた集光レンズ２、対物レンズ３、ガルバノメータ内の
Ｘミラー４、Ｙミラー５、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である銀イオン含有ガラスが取り付
けられる。

【００６２】該銀イオン含有ガラスは、板厚５ｍｍ、サ
イズ１００ｍｍ角の組成ＳｉＯ₂、７２ｗｔ％、Ｎａ
₂Ｏ、１６ｗｔ％、ＣａＯ、１０ｗｔ％、Ａｌ₂Ｏ₃、２
ｗｔ％のソーダライムガラス基板を、温度５９０Ｋ（３
１７℃）とした、ＡｇＮＯ₃とＮａＮＯ₃をモル比１：４
で混合した溶融塩に１時間浸漬し、ガラス表面のＮａイ
オンを銀イオンとイオン交換することで作製した。該銀
イオン含有ガラスは、実施例１で用いたのと同サイズ、
同組成のシリケートガラスを、同条件でイオン交換した
もので、実施例１で用いたものと同様のものである。

【００６３】ＵＶパルスレーザ発振器より、波長３５５
ｎｍ、パルス幅２０ｎｓ、パルスエネルギー８０μＪ、
平均出力２Ｗ、繰り返し周波数２５ｋＨｚで発振させた
レーザ光の光径を集光レンズ２により絞ってレーザビー
ムとし、Ｘミラー４とＹミラー５とで反射させ、ホルダ
に取り付けられた板厚５ｍｍ、サイズ１００ｍｍ角のタ
ーゲット６である前記銀イオン含有ガラスの表面に線幅
１０μｍ、走査速度２５０ｍｍ／ｓｅｃで走査し、黄色
に着色したサイズ９ｍｍ×１５ｍｍの長方形を描画し
た。

【００６４】次いで、ＸＹＺ−ステージ７を操作して水
平移動させることで、長方形を等間隔に複数、描画する
ことができた。

【００６５】更に、レーザビームのトレースラインの線
間隔を、例えば、２．５μｍ、５μｍ、１０μｍ、１５
μｍ、２５μｍ、５０μｍ、１００μｍ、２００μｍな
どに調整することが可能である。

【００６６】表１は、図１に示す装置を用いて、パルス
エネルギー、８０μＪ、ショット間隔１０μｍで、レー
ザビームのトレースラインの線間隔を２．５μｍ、５μ
ｍ、１０μｍ、１５μｍ、２５μｍ、５０μｍ、１００
μｍ、２００μｍに変えて銀イオン含有ガラスの表面
に、走査速度２５０ｍｍ／ｓｅｃでサイズ９ｍｍ×１５
ｍｍの長方形を描画し、淡黄色から褐色に着色した場合
の可視光透過率を測定したものである。

【００６７】

【表１】

【００６８】可視光透過率は、分光光度計（日立製作所
製、３４０型自記）で波長３４０〜１８００ｎｍの間の
透過率を測定し、ＪＩＳＺ８７２２およびＪＩＳ
Ｒ３１０６またはＪＩＳＺ８７０１に準拠して求め
た。

【００６９】表２に示すように、レーザビームのトレー
スラインの線幅が２．５μｍで４６％、５μｍで４６
％、１０μｍで５５％、１５μｍで５９％、２５μｍで
６４％、５０μｍで７２％、１００μｍで７９％、およ
び２００μｍで８２％、あり、レーザ出力が等しけれ
ば、トレースラインの線間隔が狭いほど可視光透過率は
低くなり、線間隔を変えることで可視光透過率を変える
ことが可能である。

【００７０】一方、レーザ出力を上げて、ＵＶレーザの
照射径をリニアトランスレータに搭載された集光レンズ
２により絞らないで、照射径２ｍｍで照射し、ＸＹＺ−
ステージ７を１００ｍｍ／ｓｅｃの速度で水平に動か
し、ＵＶレーザ光をターゲット６である銀イオン含有ガ
ラス上に走査させたところ、短時間で銀イオン含有ガラ
ス全面を着色する事ができた。

【００７１】該ガラス６をソーダライム銀イオン含有ガ
ラスの軟化点以上に加熱し溶融させたところ全面消色し
た。実施例３図２に示すように、レーザ照射装置は、レーザ発振器１
であるアルゴンイオンレーザ発振器、ＡＯＭ１２、ガル
バノメータ内のＸミラー４、Ｙミラー５、ｆθレンズ１
３、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軸ステージからなる
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である銀イオン含有ガラスが取り付け
られる。

【００７２】該銀イオン含有ガラスは、実施例１で用い
たのと同サイズ、同組成のシリケートガラスを、同条件
でイオン交換したもので、実施例１で用いたものと同様
のものである。

【００７３】アルゴンイオンレーザ発振器より、発振さ
れるレーザ光の出力を２．２Ｗとし、ｆθレンズ１３で
レーザ光の照射径を５０μｍに絞り、ＡＯＭ１２による
レーザ光のＯＮ／ＯＦＦと、Ｘミラー４およびＹミラー
５の角度を操作することで、レーザ光の光軸を振って、
幅５０μｍの黄色に着色されたトレースラインにより絵
柄を自在に描画する事ができた。

【００７４】また、レーザ光の照射径を５０μｍに調整
し、レーザ光を１０ｍｍ／ｓｅｃの走査速度で走査して
縦７ｍｍ、横６ｍｍの範囲にＧの文字を描画した。次い
で、ＸＹＺ−ステージ７を操作して等間隔に水平移動さ
せ、その後、静止させることで、Ｇの図柄を等間隔で複
数、描画することができた。レーザ光を照射した部位、
すなわちトレースラインは銀微粒子の析出により、透過
色が黄色、反射色が銀色に着色された。

【００７５】また、レーザ出力を上げて、照射径を絞ら
ないで、照射径２ｍｍで照射し、ＸＹＺ−ステージ７を
１００ｍｍ／ｓｅｃの速度で水平に動かし、レーザ光を
銀イオン含有ガラス上に走査させたところ、短時間で銀
イオン含有ガラス全面を着色する事ができた。

【００７６】該銀イオン含有ガラスをソーダライムシリ
ケートガラスの軟化点以上に加熱し溶融させたところ全
面消色した。

【００７７】なお、ステージ７およびホルダは、板ガラ
スだけでなく着色瓶も取り付けられるように工夫した。

【００７８】

【発明の効果】本発明のガラスの着色方法は、レーザ光
照射によって着色可能な銀イオンを含有するガラスの表
面に精度よくレーザビームを照射して着色する方法であ
り、該ガラスを部分的に着色することによって、ガラス
に文字、図柄またはバーコードなどが、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
とにより、文字、図柄、バーコードなどを等間隔に複数
描画することができる。

【００７９】本発明に用いたレーザ装置は、前記ガラス
全面にレーザビームを高速スキャンニングしつつ照射す
ることでガラス全面を着色することができる。特に、レ
ーザ発振器に炭酸ガスレーザ発振器を用いた場合は、レ
ーザ照射によって透明なガラスを短時間で茶色または黄
色に着色することが可能となり、大面積の板ガラスを超
高速で着色させることができる。

【００８０】本方法で着色されたガラスは軟化点以上に
加熱し溶融すると着色部が無色透明に戻るので、リサイ
クルが容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】レーザ光の焦点位置の制御に集光レンズおよび
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。

【図２】レーザ光の焦点位置の制御にｆθ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レーザ発振器２集光レンズ３対物レンズ４Ｘミラー５Ｙミラー６ターゲット（銀イオン含有ガラス）７ＸＹＺ−ステージ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山手貴志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)発明者森茂三重県松阪市大口町1510番地セントラル硝子株式会社生産技術研究所内 (72)発明者宇多川康司大阪府大阪市北区長柄西１丁目２番25号大阪精工硝子株式会社内 (72)発明者盛嘉偉大阪府大阪市北区長柄西１丁目２番25号大阪精工硝子株式会社内 (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） 2C362 AA02 BA17 BA86 CB67 4E068 AB00 CE03 CF03 DB13 4G015 EA02 EA03 4G059 AA01 AA11 AA13 AA14 AA18 AB09 AB11 AC08 4G062 AA01 AA04 AA11 BB03 DA07 DB03 DC01 DD01 DE01 DF01 EA01 EB04 EC01 ED01 EE03 EE04 EF01 EG01 FA01 FB01 FC01 FD01 FE01 FF01 FG01 FH01 FJ01 FK01 FL01 GA01 GB01 GC01 GD01 GE01 HH01 HH03 HH05 HH07 HH09 HH11 HH13 HH15 HH17 HH20 JJ01 JJ03 JJ05 JJ07 JJ10 KK01 KK03 KK05 KK07 KK10 MM01 MM02 MM27 NN05 NN09 NN32 PP12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】銀イオンが含有されたガラスに高エネルギ
ー光を照射することで、銀イオンを凝集させて銀微粒子
とし着色させることを特徴とするガラスの着色方法。
【請求項２】請求項１に記載のガラスの着色方法であっ
て、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により、銀イオンを
含有させたガラスにレーザ光を照射することで銀イオン
を凝集させて銀微粒子とし着色させることを特徴とする
ガラスの着色方法。
【請求項３】請求項１に記載のガラスの着色方法であっ
て、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より、銀イオン
を含有させたガラスにレーザ光を照射することで、銀イ
オンを凝集させて銀微粒子とし着色させることを特徴と
するガラスの着色方法。
【請求項４】レーザ発振器が炭酸ガスレーザ発振器、Ｕ
Ｖパルスレーザ発振器またはアルゴンイオンレーザ発振
器であり、用いるレーザ光の種類が赤外光、近赤外光、
可視光、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、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１乃至請求項５のいずれかに記載のガラスの着
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、ガラスを移動させることを特徴
とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のガラス
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
ガラスの着色方法によって、着色されていることを特徴
とするガラス。
【請求項９】請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の
ガラスの着色方法によって、文字、図柄、またはバーコ
ードが描画されていることを特徴とするガラス。
【請求項１０】請求項８または請求項９に記載のガラス
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。