(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス容器の表面をカット加工する工程と、ガラス容器を予熱する工程と、ガラス容器表面にレーザ光を照射してカット加工により曇り状態となった部分を平滑・透明化する工程とを有するガラス容器のカット模様形成方法において、前記ガラス容器表面にレーザ光を照射してカット加工により曇り状態となった部分を平滑・透明化する工程で、レーザ光を容器真正面の左右２方向から表面に対して９０°以外の角度で照射することを特徴とするガラス容器のカット模様形成方法
【請求項２】
請求項１のカット模様形成方法において、レーザ光を容器表面に対して３０〜６０°の角度で照射することを特徴とするガラス容器のカット模様形成方法
【請求項３】
請求項１又は２のカット模様形成方法において、前記ガラス容器表面にレーザ光を照射してカット加工により曇り状態となった部分を平滑・透明化する工程で、レーザ光の光路に設けたシャッターにより、レーザ光の照射開始からレーザ光の出力が定常状態となるまでの初期照射期間のレーザ光を遮蔽することを特徴とするガラス容器のカット模様形成方法
【請求項４】
ガラス容器の表面をカット加工する工程と、ガラス容器を予熱する工程と、ガラス容器表面にレーザ光を照射してカット加工により曇り状態となった部分を平滑・透明化する工程とを有するガラス容器のカット模様形成方法において、前記ガラス容器表面にレーザ光を照射してカット加工により曇り状態となった部分を平滑・透明化する工程で、レーザ光の光路にかまぼこ形レンズを設けることでレーザ光のスポットをレーザ光の走査方向と直角方向に長い楕円形としたことを特徴とするガラス容器のカット模様形成方法
【請求項５】
請求項１、２又は３のカット模様形成方法において、前記ガラス容器表面にレーザ光を照射してカット加工により曇り状態となった部分を平滑・透明化する工程で、レーザ光の光路にかまぼこ形レンズを設けることでレーザ光のスポットをレーザ光の走査方向と直角方向に長い楕円形としたことを特徴とするガラス容器のカット模様形成方法
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス食器、ガラスびんなどのガラス容器の表面にカット模様を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ガラス食器などのガラス容器の表面に、ダイヤモンドグラインダーなどを用いて絵柄や幾何学図形などのカット模様を彫り込み、付加価値を高めることが行われている。このとき、カット模様の表面はダイヤモンドグラインダーなどで切削されて微細な凹凸が生じ、曇りガラス状態となっている。このような曇り状態となったカット模様の表面を平滑・透明に戻すための従来技術は、フッ化水素と硫酸の混合液でガラス容器の表面を洗い、酸処理研磨する方法（いわゆる酸磨き）である。これは、フッ化水素と硫酸の混合液を入れた液槽を用意し、この液槽に多数のガラス容器を入れたバスケットを漬けるバッチ処理により行われる。
【０００３】
また、特開昭５６−２２６５７にはレーザ光をガラス表面に照射してガラス表面の損傷部を溶融除去するガラス表面処理方法が、特開昭６０−１７１２４０にはレーザ光をガラス表面に照射してガラス表面を鏡面処理する方法が示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の酸磨きの工程には次のような問題点がある。
▲１▼  フッ化水素と硫酸の液槽の準備に８時間程度を要するので、小ロットで製造するガラス容器の場合には製造効率が悪く、コスト高となる。
▲２▼  フッ化水素と硫酸の混合液の濃度や温度の管理が煩雑である。
▲３▼  酸磨きによって、ガラス容器の全周のガラスが剥離するので、ガラス容器の肉厚が薄くなる。
【０００５】
また、レーザ光を照射するガラス表面処理方法を、カット加工により曇り状態となった部分の平滑・透明化に応用しようとすると次のような問題点があり、実用化するのは困難であった。
▲１▼  カット部分以外の表面部分もレーザ光を吸収して加熱溶融するために、カット部分の縁部が丸くなるいわゆる角ダレとなって、カットの鋭さが失われ、商品価値が低下する。
▲２▼  レーザ光の照射開始からレーザ光の出力が定常状態となるまでの初期照射期間にレーザ出力が変動するために、加工後のガラス容器の表面が加熱不十分で平滑・透明性が不十分な部分や、過度に加熱されて角ダレとなる部分が生じて仕上げにムラができる。
▲３▼  レーザ光の強度分布は一般的に山形（ガウス分布）である。カット模様を瞬時に平滑・透明化するために必要なレーザ強度は、ピークである山頂近辺にあわせて設定する。山の中腹から裾野部分のレーザ強度は低く、透明・平滑化できない。また、レーザ光を走査（容器を回転）する工程において、山の中腹から裾野部分の強度は余分な入熱で、山頂近辺の入熱と重なり、過度に加熱されて角ダレが生じる。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、ガラス容器の表面に切削されたカット模様の曇り状態を平滑・透明化する工程において、準備作業が手間取らずに小ロットの場合でも容易に低コストで実施でき、ガラス容器の肉厚も薄くならず、角ダレが少なくムラなく仕上げることができる方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第一に、ガラス容器の表面をカット加工する工程と、ガラス容器を予熱する工程と、ガラス容器表面にレーザ光を照射してカット加工により曇り状態となった部分を平滑・透明化する工程とを有するガラス容器のカット模様形成方法において、前記ガラス表面にレーザ光を照射してカット加工により曇り状態となった部分を平滑・透明化する工程で、レーザ光を容器真正面の左右２方向から表面に対して９０°以外の角度で照射し、レーザ光の吸収率を変化させたことを特徴とするガラス容器のカット模様形成方法である。
【０００８】
本発明においては、前記ガラス容器表面にレーザ光を照射してカット加工により曇り状態となった部分を平滑・透明化する工程で、レーザ光の光路に設けたシャッターにより、レーザ光の照射開始からレーザ光の出力が定常状態となるまでの初期照射期間のレーザ光を遮蔽することができる。
【０００９】
本発明は、第二に、ガラス容器の表面をカット加工する工程と、ガラス容器を予熱する工程と、ガラス容器表面にレーザ光を照射してカット加工により曇り状態となった部分を平滑・透明化する工程とを有するガラス容器のカット模様形成方法において、前記ガラス容器表面にレーザ光を照射してカット加工により曇り状態となった部分を平滑・透明化する工程で、レーザ光の光路にかまぼこ形レンズを設けることでレーザ光のスポットをレーザ光の走査方向と直角方向に長い楕円形としたことを特徴とするガラス容器のカット模様形成方法である。
【００１０】
また、本発明は、上記第一及び第二の方法を組み合わせた方法を含むものである。
【００１１】
表面に微小な凹凸が形成されているガラスの曇り面にレーザ光を照射すると、ガラス表面にレーザ光のエネルギーが良く吸収されて表面温度が上昇し、表面が溶融して凹凸面が平滑な面となり平滑・透明化する。ガラスが表面から剥離するわけではないので、ガラスの肉厚は薄くなることがない。
【００１２】
一般にガラスは高膨張率であるため、レーザ光を照射すると熱ショックによって割れ（クラック）が発生することが多い。したがって、クラックの発生なしにガラス表面を溶融させるためには予熱する必要がある。ソーダ石灰ガラスの場合、予熱温度は４００〜６００℃、更に好ましくは４５０〜５５０℃位が適当である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１に示すように、透明なガラスコップ１の外表面をダイヤモンドグラインダーで切削し、カット模様２を形成した。カットの角度αは通常１２０°程度とすることが多いが、この場合も１２０°で行った。この状態では、カット模様２の表面は微小な凹凸により曇りガラス状態となっている。次に、このコップ１を約５５０℃に予熱した後、図２のＡ方向及びＥ方向（実施例１）、Ｂ方向及びＤ方向（実施例２）、Ｃ方向（比較例）からＣＯ２レーザ光を照射し、カット部分の平滑・透明化処理（レーザポリッシュ）を行った。レーザ発振器はＦＵＮＵＣ  Ｃ１５００Ｂを用い、出力６００Ｗ、照射時間５．５秒／周となるようにガラスコップ１を矢印方向に回転させながら、カット部分全体をレーザポリッシュした。
【００１４】
実施例１の場合、Ａ位置からの照射ではカット模様２のａ面はレーザ光の入射角度６０°、ｂ面は０°、カットのない面は３０°となり、ａ面のみがポリッシュされ、ｂ面とカットのない面のガラスはほとんど溶融しない。Ｅ位置からの照射では逆にｂ面のみがポリッシュされる。Ａ、Ｅ両位置から照射することで、ａｂ両面がきれいにポリッシュされ、カットのない面はほとんど溶融しないので、角ダレもなく、きれいに仕上がった。
【００１５】
実施例２の場合、Ｂ位置からの照射ではカット模様２のａ面はレーザ光の入射角度９０°、ｂ面は３０°、カットのない面は６０°となり、ａ面が主にポリッシュされ、ｂ面はほとんどポリッシュされず、カットのない面はわずかにガラスが溶融する程度である。Ｄ位置からの照射ではａ面とｂ面とが逆になる。Ｂ、Ｄ両位置から照射することで、ａｂ両面がきれいにポリッシュされ、カットのない面はわずかに溶融するため、角ダレがわずかに生じた。
【００１６】
比較例の場合、ａｂ両面ともレーザ光の入射角度６０°、カットのない面は９０°となり、ａｂ両面ともポリッシュされるが、カットのない面が著しく溶融し、かなりの角ダレが生じた。
【００１７】
このように、レーザ光を容器真正面の左右２方向から表面に対して９０°以外の角度で照射することで、レーザポリッシュの際の角ダレを減少させ又は防ぐことができる。カット角度αが通常の１２０°程度の場合、レーザ光を容器表面に対して３０〜６０°の入射角度で照射することが望ましい。
【００１８】
図３はレーザ発振器によりレーザ光の照射を開始するときの出力変化を示している。レーザ光の照射を開始すると、出力は急激に立ち上がってＭＡＸ出力となり、その後減少してＭＩＮ出力となり、さらに上昇して定常状態（設定出力）となる。すなわち、レーザ光の照射開始から定常状態となるまでの一定時間（２秒程度）はレーザ出力が大幅に変動する。したがって、この変動する間にポリッシュしたガラス容器表面は、過度にポリッシュされて角ダレが生じたり、逆にポリッシュ不足で透明性に欠けたり、仕上げムラが生じる。そこで、レーザ光の光路に設けたシャッターにより、レーザ光の照射開始からレーザ光の出力が定常状態となるまでの初期照射期間のレーザ光を遮蔽することで、このような仕上げムラを完全に防止することが可能となる。
【００１９】
図４はレーザのスポット形状と縦断面の強度分布を示している。上はレンズを用いない通常の場合で、スポット形状は円形、縦断面強度は山形（ガウス分布）となっている。下はレーザ光の光路にかまぼこ形レンズ（シリンダーレンズ）を設けた場合で、スポット形状は線状またはディフォーカスして楕円形、縦断面強度は山形となっている。かまぼこ形レンズを設けると、ポリッシュに寄与していなかった周囲部分のレーザ光が中央軸方向に集中するため、レーザ光の走査前後の余分な入熱がなくなり、角ダレを防いでムラなく仕上げることが容易となる。しかも、スポット形状が線状に集中した分レーザ強度が大きくなるので、レーザ発振器の出力を小さくして電力を節約できる。
【００２０】
ガラス容器表面のある１点の入熱を考えると、山形のレーザ強度分布でも、走査速度（容器の回転速度）を早く、出力を大きくすれば、かまぼこ形レンズ同様に線状の強度分布で入熱することは可能である。しかし、強制対流による熱伝達の定説により、容器を早く回転させることで放熱量が増加する。特に中央軸の上下方向は、平滑・透明化できる面積（幅）が小さくなる。したがって、出力を大きくせず線状光を得るためにかまぼこ形レンズを用いるのが有効である。
【００２１】
図５は本発明におけるレーザポリッシュを行う装置の説明図である。レーザ発振器３から照射されるレーザ光はシャッター７、かまぼこ形レンズ８、を経てガラスコップ１に作用する。ガラスコップ１は台４上に保持され、モータ５によって回転すると共に昇降装置６によって昇降する。レーザ光のスポット形状はかまぼこ形レンズ８により縦長、すなわちガラスコップ１におけるレーザ光の走査方向と直角方向に長い楕円形となる。シャッター７はレーザ光照射開始から出力が定常状態となるまでの２秒間レーザ光を遮蔽し、２秒後から開いてレーザ光を通過させる。
【００２２】
この装置によるレーザポリッシュは、例えば次のように行われる。ガラスコップ１を５５０℃に予熱した後台４上に載せ、３．４ｃｍ／秒の速度で回転させる。レーザ光は出力６００Ｗ、ビーム径２．５ｃｍ×０．７ｃｍ、入射角は３０°とする。図６の第１回照射位置においてガラスコップ１上に１周楕円形レーザ光を照射した後、台４を上昇させて第２回照射位置で１周レーザ光を照射し、このように第４回照射位置まで照射する。同様のレーザポリッシュを、反対側の入射角３０°においても行う。このようにして、角ダレがほとんどなく、ポリッシュ不足もない、ムラのない仕上がりのカット模様ガラス容器を得ることができる。
【００２３】
本発明は、ポリッシュ工程における準備作業が、レーザ発振器のパラメータをセットするなどのきわめて簡単な作業でよく、小ロットの製造も効率よく行うことができる。また、この工程における作業は、ガラス容器をセットし、台の回転と昇降を操作すればよいので、ある程度訓練を受けた作業員であれば容易に行うことができる。また、台の回転、昇降動作やガラス容器を台に乗せ、取り出す動作を自動化することも容易である。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は、ガラス容器の表面に切削されたカット模様の曇り状態を平滑・透明化する工程において、レーザを用いるために準備作業が手間取らずに小ロットの場合でも容易に低コストで実施できる。また、工程における管理も容易であり、ガラス容器の肉厚も薄くならない。さらに、レーザ光を用いるものでありながら、カットも模様の角ダレが少なく、ムラなく仕上げることができ、レーザ発振器の電力も節約できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガラスコップ１の斜視図である。
【図２】レーザ光の入射角度の説明図である。
【図３】レーザ光の出力の時間変動の説明図である。
【図４】レーザスポットと強度分布の説明図である。
【図５】本発明に用いるレーザポリッシュ装置の例の説明図である。
【図６】ガラスコップ１にレーザ光を照射する説明図である。
【符号の説明】
１  ガラスコップ
２  カット模様
３  レーザ発振器
４  台
５  モータ
６  昇降装置
７  シャッター
８  かまぼこ形レンズ
９  レーザ光
【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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