(57)【要約】【課題】多種多様のマーキングパターンに対して、容易にパターン変更が可能であり、マーキングされる基板の板厚の変化に対しても容易に対応できる。【解決手段】レーザ発振器から発振したレーザ光をＸ、Ｙ軸方向に走査し、集光レンズにより小径としたレーザ光を基板の表面や内部の所定の位置に照射させて基板に文字やマークを溶融形成する方法において、レーザマーカーの集光レンズによって収束する焦点位置をマークされる部位とするように該レーザマーカーと基板表面との距離を予め設定し、レーザマーカーの先端と基板表面との距離を測長手段によって測長して、該距離が予め設定した距離となるように前記レーザマーカーの位置を位置調節手段によって調整し、レーザ光の集光レンズの焦点位置を基板のマーク位置となるようにし、基板上に照射する単位面積あたりのレーザパワーを最大となるようにした。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光の照射により基板に文字やマークからなるパターンを形成する装置において、基板にレーザ光を照射するレーザマーカーと、該レーザマーカーの先端と基板表面との距離を測長する測長手段と、該レーザマーカーを基板のマーキング位置方向に移動自在な位置調節手段と、前記距離が予め設定した距離となるように前記レーザマーカーの位置を位置調節手段によって調整し、レーザ光の集光レンズの焦点位置を基板のマーキング位置となるように制御するためのコントローラと、からなることを特徴とする基板へのマーキング装置。
【請求項２】
前記レーザマーカーとして、レーザ発振器から発振されたレーザ光を、Ｘ、Ｙ軸方向に走査し、集光レンズによって基板の被加工部分にレーザ光のエネルギーを集中させ、文字やマークからなるパターンを形成することを特徴とする請求項１記載の基板へのマーキング装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の基板へのマーキング装置を用いて、レーザ発振器から発振したレーザ光をＸ、Ｙ軸方向に走査し、集光レンズにより小径としたレーザ光を基板の所定の位置に照射させて基板に文字やマークを形成する方法において、レーザマーカーの集光レンズによって収束する焦点位置をマーキング部となるように該レーザマーカーと基板表面との距離を予め設定し、レーザマーカーの先端と基板との距離を測長手段によって測長して、該距離が予め設定した距離となるように前記レーザマーカーの位置を位置調節手段によって調整し、レーザ光の集光レンズの焦点位置を基板のマーキング位置となるようにし、基板のマーキング位置に照射する単位面積あたりのレーザパワーを最大となるようにしたことを特徴とする基板へのマーキング方法。
【請求項４】
基板の表面に形成するマーキングパターンの切替時に、マーキングパターンのデータを上位管理コンピュータより前記コントローラにダウンロードさせて行うことを特徴とする請求項３記載の基板へのマーキング方法。
【請求項５】
前記基板に形成する文字やパターンを基板の表面を溶融、あるいは基板表面または基板内部を変色または変質させることを特徴とする請求項３乃至４のいずれかに記載の基板へのマーキング方法。
【請求項６】
前記基板をガラス板とし、ガラス板の表面を溶融して複数の凹状とし、文字やマークからなるドットパターンを形成したことを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の基板へのマーキング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光の照射によりガラス板や樹脂板等の基板に、文字やマーク等の模様を形成する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、建築用、家具、車両用のガラス板等の表面には、ＪＩＳ製品を示すＪＩＳマーク、製造者、商品名およびその品質、商標ロゴマーク等の文字や図柄を表示しているが、これらのマークは、サンドブラスト方式によって形成されるのが一般的に良く行われていた。
【０００３】
近年では、レーザ光をガラス板面に照射させ、ガラス板面にドット状に溶融させた多数のクレーター状の凹部を形成し、該ドット状の複数の凹部からなるパターンによってマーキングを行う技術が開示されてきている。
【０００４】
たとえば、特開平１１−５１８１号公報には、赤外域の波長を持つパルス状のレーザを出力するレーザ発振器を用い、前記パルス状のレーザをスキャン光学系により振らせてガラス基板の被加工領域に照射することにより、前記ガラス基板の表面にアブレーションによる凹部を多数形成することを特徴とするレーザによるガラス基板の加工方法が開示されている。
【０００５】
また、特開平１１−３３７５２号公報には、赤外域の波長を持ち、３０〜１２０μｓｅｃの幅のパルス状のレーザビームを出力するレーザ発振器を用い、前記パルス状のレーザビームをスキャン光学系により振らせて光学材料の被加工領域に照射することにより、前記光学材料の表面にアブレーションによる凹部を形成してマーキングを行うことを特徴とするレーザによる光学材料のマーキング方法が開示されている。
【０００６】
これらの、レーザ光によるマーキング装置は、レーザ発振器から出たレーザビームを、２つのガルバノメータによりＸ、Ｙ軸に走査し、集光レンズにて光束径を絞り、ガラス面上に照射する単位面積あたりのレーザパワーを最大となるようにしてマークするものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、レーザ光によってガラス板の所定位置に文字やマーク等を形成する場合、照射するレーザ光を集光レンズにて光束径を絞り、図８（ａ）に示したように、ガラス面上に照射されるエネルギーが単位面積あたり最大近傍となるようなスポット径にしてレーザビームを照射しないと、ガラス板面のレーザビーム照射部分に所望の形状のマークを形成することができず、図８（ｂ）に示したように焦点がずれた場合、僅かにマークが形成されたとしても視認性が悪く、形成されたマーキングがぼやけたり、鮮明でなかったり等が発生し、満足できる品質のマーキング性能が得られないことがあるため、集光レンズの焦点位置を図８（ａ）のように、ガラス板の表面の被加工領域となるようにする必要があった。
【０００８】
具体的には、ガラス板へのマーキングにあたり、集光レンズの焦点距離±１ｍｍ以内を許容範囲として、ガラス板の被加工領域を設定しないと、満足できるマーキングが得られない状況にあり、マーキングするガラス板の２ｍｍ〜２２ｍｍの板厚変化に従って、マーカーの位置を調節する必要があった。
【０００９】
特に、複層ガラスに文字、記号等をマーキングする場合、ガラス板単板で通常マーキングされるが、場合によっては複層ガラスの状態でマーキングされることもあり、このような複層ガラスをマーキングするために載置台上に載置した複層ガラスのマーキング面とレーザマーカーの先端までの距離が、複層ガラスを構成する２枚のガラス板の板厚だけでなく、ガラス板間の空気層の厚み等によって影響し、複層ガラスの頻繁に発生する製造品種の変更毎の調整が大変である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点の解決を図る、すなわち、建築用、家具用、車両用のガラス板や樹脂板等の基板の表面や内部に形成するマーキングにおいて、頻繁に加工パターンの変更があってもパターン変更が容易にでき、基板の厚みの変化によるマーキングの品質のばらつきもなく、視認性に優れたマーキングを形成できることを目的とする。
【００１１】
すなわち、本発明は、レーザ光の照射により基板に文字やマークからなるパターンを形成する装置において、基板にレーザ光を照射するレーザマーカーと、該レーザマーカーの先端と基板表面との距離を測長する測長手段と、該レーザマーカーを基板のマーキング位置方向に移動自在な位置調節手段と、前記距離が予め設定した距離となるように前記レーザマーカーの位置を位置調節手段によって調整し、レーザ光の集光レンズの焦点位置を基板のマーキング位置となるように制御するためのコントローラと、からなることを特徴とする基板へのマーキング装置である。
【００１２】
あるいは、本発明は、前記レーザマーカーとして、レーザ発振器から発振されたレーザ光を、Ｘ、Ｙ軸方向に走査し、集光レンズによって基板の被加工部分にレーザ光のエネルギーを集中させ、文字やマークからなるパターンを形成することを特徴とする上述の基板へのマーキング装置である。
【００１３】
あるいは、本発明は、上述の基板へのマーキング装置を用いて、レーザ発振器から発振したレーザ光をＸ、Ｙ軸方向に走査し、集光レンズにより小径としたレーザ光を基板の所定の位置に照射させて基板に文字やマークを形成する方法において、レーザマーカーの集光レンズによって収束する焦点位置をマーキング部となるように該レーザマーカーと基板表面との距離を予め設定し、レーザマーカーの先端と基板との距離を測長手段によって測長して、該距離が予め設定した距離となるように前記レーザマーカーの位置を位置調節手段によって調整し、レーザ光の集光レンズの焦点位置を基板のマーキング位置となるようにし、基板のマーキング位置に照射する単位面積あたりのレーザパワーを最大となるようにしたことを特徴とする基板へのマーキング方法である。
【００１４】
あるいは、本発明は、基板の表面に形成するマーキングパターンの切替時に、マーキングパターンのデータを上位管理コンピュータより前記コントローラにダウンロードさせて行うことを特徴とする上述の基板へのマーキング方法である。
【００１５】
あるいは、本発明は、前記基板に形成する文字やパターンを基板の表面を溶融、あるいは基板表面または基板内部を変色または変質させることを特徴とする上述の基板へのマーキング方法である。
【００１６】
あるいは、本発明は、前記基板をガラス板とし、ガラス板の表面を溶融して複数の凹状とし、文字やマークからなるドットパターンを形成したことを特徴とする上述の基板へのマーキング方法である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明のマーキング装置２は、図７に示すように、ガラス板１や樹脂板等の基板にレーザ光を照射させて、基板の表面や内部に文字やマークからなるパターンを形成するものであり、図１乃至３に示すように所定位置に位置決めされた基板にレーザ光を照射するレーザマーカー３と、該レーザマーカー３の先端と基板表面との距離を測長する測長手段２０と、該レーザマーカー３を基板のマーキング位置方向に移動自在な位置調節手段３０と、前記距離が予め設定した距離となるように前記レーザマーカーの位置を位置調節手段によって調整し、レーザ光の集光レンズの焦点位置を基板のマーキング位置となるように制御するためのコントローラ４０とからなる。
【００１８】
マークの形成は、レーザ光によって、基板の表面を溶融しクレーター状の凹部あるいは線状の溝部を形成するか、基板の表面あるいは内部を変色または変質させて視認性を持たすようにして形成させ、マークパターンは線状、またはドットパターン状とするものである。
【００１９】
しかしながら、前記基板をガラス板とし、その表面を溶融して凹状のマークを設けることによってマーキングする場合は、連続した線状とすると該マーク部から割れを引き起こし易くなるため、多数のクレーター状の凹部からなるドットパターン状のマークとする必要がある。
【００２０】
例えば、図４は、ガラス板の表面にマークを形成する場合であって、該表面を凹状に溶融しドットパターン状のマークを形成するようにしたものである。
【００２１】
以下、説明の都合上、ガラス板の表面にクレーター状の凹部からなるドットパターンのマークを形成する例について説明する。
【００２２】
ガラス板等の基板は、図１〜図３に示すように、基板搬送手段１０によって所定位置に載置する。
【００２３】
前記基板搬送手段１０は、立て掛け姿勢にして、その荷重をガラス板の下端辺に当接する複数個の搬送ロール１２、１２、・・上に載置し、ガラス板の背面側に当接する複数個の背面支持ロール１３に持たれ掛けるようにして支え、前記搬送ロール１２は駆動モーターによってチェーンを介して回転、停止が自在であり、背面支持ロールは、ガラス板の移動によってフリー回転する。
尚、駆動モーターは、通常サーボモーターを使用し、減速機で減速して搬送ロールを回転させるので、所望の位置にて停止させることができる。
【００２４】
ガラス板等の基板のマーキング位置への載置は、基板搬送手段で搬送するのが望ましいが、小ロットの場合などは、作業員による手作業によって搬送手段のコンベア上の所定位置に載置するようにしても良い。
【００２５】
あるいは、ガラス板の搬送用として一般的に用いられるラック式台車や輸送馬台車と呼ばれるガラス運搬台車上に載置するようにし、該ガラス運搬台車をマーキング可能な処置位置にセットするようにしても良い。
【００２６】
前記レーザマーカー３は、図７に示されるような従来公知のものを使用するが、レーザ発振器４から発振されたレーザ光を、ビームエキスパンダ５によってレーザビームの径を広げ、ガルバノメータ６、６’等のスキャン手段で反射ミラー７、７’に順次反射させてガラス板面のＸ、Ｙ軸方向に走査し、集光レンズ８によって基板搬送手段の搬送ロール１２上に載置されたガラス板１の表面にレーザ光のエネルギーを集中させることによって、複数の凹部からなるドットパターン状に溶融し、文字やマークからなるパターンを形成するものである。
【００２７】
前記測長手段２０は、図１に示したように、超音波センサー等の測長センサーから出た超音波をガラス板の被加工領域面に照射し、測長センサーからガラス板面までの距離を測長するが、測長センサーはレーザマーカーの先端部近傍の上部に取り付け固定されているので、レーザマーカーの集光レンズの中心位置からガラス面までの距離は、集光レンズの中心から測長センサーまでの距離と、測長センサーからガラス板面までを測定した距離の合計となる。
【００２８】
前記位置調整手段３０は、図１、図２に示したように、台座３５上に水平部材３３ａと垂直部材３３ｂからなる一対の平行リンク３３を配設し、該水平部材３３ａと垂直部材３３ｂの夫々はシャフト軸３７によって軸着し、下部側の一対の水平部材３３ａ、３３ａは台座３５に固定され、上部側の一対の水平部材３３ａ、３３ａは、これらを連結する連結板３４に固定され、該連結板上にレーザマーカー３が固定され、該レーザマーカー３上に前記測長センサー２１として超音波センサーが固定されている。
【００２９】
また、前記台座３５上にサーボモーター３１と減速機３２の回転軸が同一となるように設けられており、減速機３２の回転軸にはアーム３６が設けられ、アームの先端と平行リンク３３の垂直部材３３ｂの一つと軸着している。
【００３０】
このため、サーボモーターを所定回転数だけ回転させると、減速機により所定角度だけアーム３６を傾斜させると、図１、図２に示したように平行リンクによって、レーザマーカー３、および測長センサー２１をガラス板１の被加工領域に接近させたり、遠ざけたりさせることができる。この平行リンクを使用した位置調整手段によれば、平行リンクが如何なる状態にあってもレーザマーカー３と測長センサー２１が常に同一方向に対し、夫々の各中心軸がガラス板１の被加工面に対し直角方向となる。
【００３１】
図９に示したように、コントローラ４０は、マーキング装置２の各手段や各機構を制御するものであり、さらに上位管理コンピュータとの情報の送受信をも行う。
【００３２】
該コントローラ４０については、基板搬送手段１０よりガラス板１の所定位置への搬入完了信号の受信し、また、マーキング完了時にガラス板１の搬出指令をガラス搬出手段１０に対して行う。
【００３３】
また、コントローラ４０は、コントローラ４０により測長手段２０に対してレーザマーカー３とガラス板１間の距離の測長指令を送出する、さらには測長手段２０より測定した測定結果をコントローラ４０によって受信する。
【００３４】
さらにまた、コントローラ４０は、前記測長手段２０によって測長したガラス板面までの距離によって位置調節手段３０をガラス板１に近づけたり、遠ざけたりする指令を送出し、位置調整手段３０のサーボモーターの作動によってガラス板面との距離が所望の値となるようにさせるものである。
【００３５】
さらにまた、コントローラ４０は、測長手段２０によって測定したガラス板１の被加工面までの距離を受け取り、該距離が所望の距離であるかどうかを比較した結果、ガラス板１の被加工面までの距離が所望の距離となるように位置調整手段３０に作動指令を送り、測長手段によって測定した距離が所望の値となったときに、位置調整手段３０を停止させ、レーザマーカー３に対して、ガラス板１の被加工領域にレーザ光の照射指令を送出する。
【００３６】
さらに、コントローラ４０は、上位管理コンピュータ５０との接続により、ガラス板１の表面にマーキングするドットパターンのデータを上位管理コンピュータ５０よりダウンロードさせることができる。
【００３７】
前記位置調整手段３０は、図１、図２に示したように、平行リンク３３を利用し、レーザマーカー３の軸が常にガラス板１の被加工領域に垂直な方向となるように移動自在としたものであるが、図５、図６に示したように、平行リンク３３に代えて１軸直動装置３８とし、該１軸直動装置３８上をガラス板１面に垂直な方向に直線的に移動自在な直動テーブル３９上にレーザマーカー３を載置固定し、サーボモーター３１’の駆動によって直動テーブルを直線的に作動させ、ガラス面からのレーザマーカー３の位置を調整できるようにしても良い。
【００３８】
以上好適な実施例について述べたが、本発明はこれに限定されるものではなく種々の応用が考えられるものである。
【００３９】
レーザ発振器としては、ＣＯ２ガスレーザ発振器を用いるが、これに限らずＣＯガスレーザ発振器、固体レーザ発振器のいずれでも良い。
【００４０】
レーザマーカー３で文字や図形等のマークを形成するためにＸ、Ｙ軸に走査させる手段としてガルバノメータ６、６’を使用したものを用いたが、ポリゴンミラーを使用したものでも良い。
【００４１】
レーザ発振器４から発振した光エネルギーのレーザビームの光束径を太くせずにそのままガルバノメータ６、６’を介してＸ、Ｙ軸に走査させようとすると、反射ミラー７、７’等を熱で溶融して溶かしてしまうため、発振器から出たレーザビームは、一旦ビームエキスパンダ５等で光束径を拡げ、ガラス板１面に照射する前に集光レンズ８で光束径を絞るようにすると良い。
【００４２】
例えば、一例として、縦横の寸法が５０ｍｍ程度のドットパターンからなる加工エリアを対象として、平均出力１２Ｗで波長１０．６μｍのＣＯ２ガスレーザを用い、光束径φ３．５ｍｍのやや広がったレーザビームを発振し、光束径φ３．５ｍｍのレーザビームをビームエキスパンダ５によって一旦約３．５倍の径の光束に変換し、ガルバノメータ６、６’でレーザ光をＸ、Ｙ軸に走査し、集光レンズでφ０．１１ｍｍ程度のスポット径にして、ガラス面が焦点位置となるようにして照射させた。スポット径はφ０．１ｍｍとなるように照射したが、ガラス面上には０．２ｍｍの線幅のドット状の凹部が得られ、このドット状の凹部によって図４に示すようなドットパターンが形成された。
【００４３】
ガラス板１の表面にマーキングするドットパターンは、その切替時に、ドットパターンのデータを上位管理コンピュータ５０より前記コントローラ４０にダウンロードさせて行うが、該ドットパターンは、上位管理コンピュータ５０上でＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｉｄｅｄ　Ｄｅｓｉｇｎ）等により予め作成され、下位のコントローラ４０に瞬時にダウンロード可能である。
【００４４】
レーザマーカー３の先端とガラス表面との距離を測長手段によって測長して、該距離が予め設定した距離となるように前記レーザマーカー３の位置を位置調節手段によって調整し、レーザ光の集光レンズ８の焦点位置をガラス面のマーク位置となるようにし、ガラス板面上に照射する単位面積あたりのレーザパワーを最大となるようにした。
【００４５】
集光レンズ８の焦点位置をガラス板面のマーク位置とするのがレーザマーカー３のガラス面からの最も望ましい位置であるが、この位置を基準位置とし、基準位置±１ｍｍ以内であれば、所望の視認性の良いマークを得ることができる。
【００４６】
ガラス板等の基板の内部を変質させてマークする場合には、レーザマーカーから発振されるレーザ光がガラス板を透過させるタイプのレーザ発振器とし、それに対応する波長のものとする必要があり、マーク位置を集光レンズの焦点位置であるガラス板内部とし、該マーク位置が最大のレーザパワーとなるとなるようにすればよい。
【００４７】
【発明の効果】
本発明は、建築用、家具用、車両用のガラス板や樹脂板等の基板の表面にレーザ光を照射させて加工するマーキングにおいて、頻繁に加工パターンの変更があってもコンピュータによるソフト的なダウンロードによってパターン変更が容易にでき、ガラス板の厚みの変化によりレーザ光の焦点位置が被加工面からずれても、容易に焦点位置となるように対応できるので、視認性に優れたムラのないマーキングができると共に、該加工作業を無人で運転できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマーキング装置をガラス板に接近させた時の側面図。
【図２】本発明のマーキング装置をガラス板から遠ざけた時の側面図。
【図３】本発明のマーキング装置の正面図。
【図４】本発明によってガラス板面上に形成されたドットパターン状のマークの例。
【図５】本発明の別の実施例であるマーキング装置の側面図。
【図６】本発明の別の実施例であるマーキング装置の側面図。
【図７】本発明で使用するレーザマーカーの概略説明図。
【図８】本発明の作用を説明する概略説明図。
【図９】本発明の構成を説明する概略ブロック図。
【符号の説明】
１　　　　　ガラス板
２　　　　　マーキング装置
３　　　　　レーザマーカー
４　　　　　レーザ発振器
５　　　　　ビームエキスパンダ
６、６’　　ガルバノメータ
７、７’　　反射ミラー
８　　　　　集光レンズ
１０　　　　　基板搬送手段
１１　　　　　　　載置台
１２　　　　　搬送ロール
１３　　　　　背面支持ロール
２０　　　　　測長手段
２１　　　　　測長センサー
３０　　　　　位置調節手段
３１　　　　　駆動モーター
３２　　　　　減速機
３３　　　　　平行リンク
３４　　　　　連結板
３５　　　　　台座
３６　　　　　アーム
３８　　　　　１軸直動装置
４０　　　　　コントローラ
５０　　　　　上位管理コンピュータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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