(57)【要約】【課題】破壊の生じる恐れを少なくすることが可能な、マークが形成された強化ガラス、および、強化ガラスのマーキング方法を提供する。【解決手段】両表面及びそれらの近傍に圧縮応力層が形成されている強化ガラスにおいて、前記圧縮応力層よりも内側の箇所にマークが形成されているマークが形成されている。【選択図】図１
2016185896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両表面及びそれらの近傍に圧縮応力層が形成されている強化ガラスにおいて、前記圧縮応力層よりも内側の箇所にマークが形成されていることを特徴とする強化ガラス。
【請求項２】
前記マークが前記圧縮応力層の近傍に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の強化ガラス。
【請求項３】
前記マークが、前記強化ガラスが部分的に変質されたか、または、前記強化ガラスが部分的に不連続となることにより形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の強化ガラス。
【請求項４】
前記マークが、前記強化ガラスを部分的に不連続とするマイクロクラックにより形成されていることを特徴とする請求項３に記載の強化ガラス。
【請求項５】
前記マークが、レーザ光を集光することにより形成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の強化ガラス。
【請求項６】
両表面及びそれらの近傍に圧縮応力層が形成されている強化ガラスのマーキング方法であって、前記圧縮応力層よりも内側の箇所にレーザ光を集光してマークを形成することを特徴とする強化ガラスのマーキング方法。
【請求項７】
前記マークを前記圧縮応力層の近傍に形成することを特徴とする請求項６に記載の強化ガラスのマーキング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強化ガラス、および、強化ガラスのマーキング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
強化ガラスは板状のガラスの両表面及びそれらの近傍に圧縮応力層を形成したガラスであるが、このような強化ガラスに対して、認証、メーカーのロゴ、製造ロット等を表示するマーキングが求められることがある。近年ではトレーサビリティ確保や工程管理のためにますますその必要性が増してきた。
【０００３】
強化ガラス（以下、単に「ガラス」とも云う。）にマーキングする従来の方法として、サンドブラストや化学エッチングが挙げられる。サンドブラストは強化ガラス表面にマスクを配置してマーク形成部に硬質粒子を衝突させて、強化ガラスの表面を削りとってマーキングする方法である。化学エッチングは強化ガラス表面にマスクを配置してフッ化水素溶液に浸すことにより、強化ガラスの表面を溶かしてマーキングする方法である。最近はレーザ光によるマーキングもおこなわれており、強化ガラスの表面のみでなく内部のマーキングが試みられるようになった。
【０００４】
内部へのマーキングは、強化ガラスを透過する波長のレーザ光を強化ガラスの内部に集光しておこなわれる。その際には、レーザ光を微細なビーム径に集光し、レーザ発振のパルス幅を短くして、強化ガラス内部で空間的あるいは時間的にレーザ光のエネルギーを集中させることが必要となる。強化ガラス内部にマーキングすることのメリットは、マーキングによって発生するガラス粒子が外部に排出されないことである。すなわち、ガラス粒子によるガラス表面や製造工程の装置、環境の汚染等の問題の発生を未然に防ぐことができる。また、表面にマーキングがおこなわれると強化ガラスの破壊が生じやすくなるが、内部マーキングによればこのような破壊を防止できることが期待される。
【０００５】
ここで、内部マーキングのためにガラス内部に不連続部や変質部を形成する技術として、例えば、圧縮応力層内部にレーザ光によってマーキングする技術（特許文献１）や、強化ガラスにレーザ光を照射することで非架橋酸素ホールセンタまたは屈折率変調部位を形成して着色させる技術（特許文献２）等では、強化ガラスが破壊するおそれが生じ、また、ガラス板にレーザ光を照射してマイクロクラックを発生させたのちに、加熱急冷して強化ガラスとする技術（特許文献３）では加熱急冷時やその後にマイクロクラックの成長により破壊する恐れがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の問題を解決する、すなわち、破壊の生じる恐れを軽減することが可能な、マークが形成された強化ガラス、および、強化ガラスのマーキング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の強化ガラスは、上記課題を解決するために、請求項１に記載の通り、両表面及びそれらの近傍に圧縮応力層が形成されている強化ガラスにおいて、前記圧縮応力層よりも内側の箇所にマークが形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の強化ガラスは、圧縮応力層よりも内側の箇所にマークが形成されているために、強化ガラス表面でのクラック発生を抑えることができ、マークが形成されていながらも、破壊の生じる恐れを軽減することが可能となっている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】マーキングに用いるレーザ加工装置の一例を示すモデル図である。
【図２】本発明の強化ガラスのマーキング方法の一例を示すモデル図である。
【図３】本発明の強化ガラスのマーキング方法の一例により形成されたマークの写真である。
【図４】図２に示したマーキング方法により形成されたマークの位置を示すモデル断面図である。
【図５】本発明の強化ガラスのマーキング方法の他の例を示すモデル図である。
【図６】図５に示したマーキング方法により形成されたマークの位置を示すモデル断面図である。
【図７】マーキング位置の強化ガラス表面からの距離（深さ）と表面のクラックの発生率との関係を示す図である。
【図８】比較例での強化ガラスのマーキング方法を示すモデル図である。
【図９】比較例のマーキング方法で形成されたマークの写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明で用いる強化ガラスとしては、両表面及びそれらの近傍に圧縮応力層が一体に形成されている強化ガラスであれば、その圧縮応力層が、イオン交換法によって形成されているものであっても、風冷強化法によるものであってもよい。
【００１１】
マークの大きさとしては、通常、視認できる大きさであることが好ましいが、各種光学機器を用いて検出できる程度の大きさとしてもよい。
【００１２】
このようなマークは、例えば、加工対象の強化ガラスを透過する波長のレーザ光を、圧縮応力層より強化ガラスの内側の箇所に数μｍから数十μｍオーダーの微細スポットとして集光することで形成可能である。あるいは、加工対象の強化ガラスを透過する波長で、かつ、フェムト秒、ピコ秒、ナノ秒などの短パルス幅のレーザ光を、圧縮応力層より内側の箇所に集光することでも形成できる。
【００１３】
ここで、レーザ光でマークを形成する、すなわち、マーキングをおこなう場合には、圧縮応力層よりも圧縮ガラスの内側でかつ圧縮応力層に近い箇所におこなうことが好ましい。すなわち、強化ガラスにおける圧縮応力層とその内側の強化処理の影響を受けていない部分（以下、「内層」とも云う。）との界面近傍ではマークを形成するためのエネルギーの加工閾値が低くなり、比較的低出力の安価なレーザ発振器によるマーキングが可能となる。そして、このように低出力のレーザ発振器を使用することは、加工対象の強化ガラスに過大なエネルギーを与えることを防止することにつながる。このため、強化ガラスの表面（圧縮応力層）でのクラック発生を抑えることができ、加工歩留まりが向上するとともに、強化ガラスの破壊の恐れをより低減させることが可能となる。
【００１４】
このように、吸収されたレーザ光によって強化ガラスが変質し、マークが形成される。その変質とは、屈折率や透過率の変化のような光学的な変質である。また、レーザ光によりガラスを部分的に加熱することで、ガラスに不連続部分を形成することでマークを形成してもよい。不連続部分として、マイクロクラック、すなわち、微少なひびを複数発生させることでマークを形成することができる。このようなマイクロクラックによるマークの形成は容易であり、かつ、視認性も良好であるために好ましい。
【００１５】
本発明において、このようなマークが形成される位置としては、圧縮応力層よりも強化ガラスの内側である必要がある。圧縮応力層内にマークを形成すると、ガラス表面へのクラック進展が起りやすく、強化ガラスの破壊の恐れが大きくなる。
【００１６】
ここで、圧縮応力層の厚さは、強化ガラスの強化特性を表す指標として、ＤＯＬ（ｄepth of layer：応力深さ）で表される。本発明では、圧縮応力層より深い位置、すなわち、強化ガラスの両表面からＤＯＬ相当の厚さよりも深い位置にマークを形成することが必要である。
【００１７】
以上、本発明について、好ましい実施形態を挙げて説明したが、本発明の強化ガラス、および、強化ガラスのマーキング方法は上記実施形態の構成に限定されるものではない。
【００１８】
当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の強化ガラス、および、強化ガラスのマーキング方法を適宜改変することができる。このような改変によってもなお強化ガラス、および、強化ガラスのマーキング方法の構成を具備する限り、もちろん、本発明の範疇に含まれるものである。
【実施例】
【００１９】
以下に、実施例を示して本発明について具体的に説明する。
＜実施例１＞
イオン交換法による化学強化ガラスを対象として、レーザ光による強化ガラス内部へのマーキングをおこなった。用いた化学強化ガラスは、ＤＯＬが５０μｍで全体の厚さが５００μｍである。使用したレーザ光はＹＶＯ4レーザの３倍波（波長：３５５ｎｍ）で、パルス幅が１５ｎｓ（ナノ秒）である。マーキングの条件は、平均出力が０．７Ｗ、繰返し周波数は３０ｋＨｚ、ビーム径が１０μｍである。
【００２０】
図１にマーキングに用いるレーザ加工装置をモデル的に示した。制御部２３はレーザ装置２２、及び、マーキング対象の強化ガラス１０を保持するステージ２１と、それぞれ信号線２４ａ、及び、信号線２４ｂで接続されている。
【００２１】
レーザ装置２２の内部（図示しない。）のレーザ発振器から出射したレーザ光はガルバノミラーで走査されて、ｆθレンズによって集光される。この集光されたレーザ光Ｌを強化ガラス１０に照射する。制御部２３からの制御信号によってレーザ装置２２のレーザ光ＬのＯＮやＯＦＦの制御や、ステージ２１の位置合わせが制御されて、強化ガラス１０に所定の形状のマークが形成される。
【００２２】
図２にモデル的に示すように、レーザ光Ｌが強化ガラス１０の内層１０ｂ内、すなわち、圧縮応力層１０ａより内側で、かつ、入射側（符号１０ａ１を付して入射面を示す。）の圧縮応力層１０ａの近傍の箇所に集光するように、ｆθレンズ２と強化ガラス１０との位置関係を設定して、「１２３４５６７８」という８桁の数字を表す２次元コードのデータマトリックスをマークとして形成した。
【００２３】
図２にそのマークの写真を示す。このマークの白く見える部分は、約５μｍのマイクロクラックが複数集合して形成されている。ここで、図３のモデル断面図で示されるように、マーク３は、その位置（強化ガラス１０の入射面１０ａ１からの深さ）が、強化ガラス１０の内層１０ｂ内でかつ出射側の圧縮応力層１０ａ近傍となるように形成されたものである。このように集光位置を内層１０ｂ内としたことにより、そして、マイクロクラックは内層１０ｂ内のみに存在し、また、入射面１０ａ１にはクラックは発生しなかった。このマーク３は市販の２次元コードリーダーを使用して読み取ることができた。
【００２４】
<実施例２>
イオン交換法による化学強化ガラスをマーキング対象として、レーザ光による強化ガラス内部へのマーキングをおこなった。ここで用いた強化ガラスは、ＤＯＬが５０μｍで全体の厚さが５００μｍのものである。
【００２５】
使用したレーザ光はＹＡＧレーザの基本波（波長：１０６４ｎｍ）で、パルス幅が１００ｐｓ（ピコ秒）である。マーキングの条件としては、平均出力が３Ｗ、繰返し周波数が１００ｋＨｚ、ビーム径が３０μｍである。
【００２６】
図５にモデル断面図を示すように、レーザ光が強化ガラス１０の内層１０ｂ内でかつ出射側の圧縮応力層１０ａ近傍の箇所に集光するように設定して、マーキングをおこなった。
【００２７】
マークが形成された強化ガラス１０のモデル断面図を図６に示す。
このマーク３は実施例１の場合と同様に２次元コードのデータマトリックスであり、マイクロクラックによって形成されている。本実施例のように強化ガラス１０の圧縮応力層１０ａより内側でかつ出射側（符号１０ａ２を付して出射面を示す。）の圧縮応力層１０ａ近傍の箇所にマーキングをおこなった場合においても、マーク３が圧縮応力層１０ａより強化ガラス１０ａの内側に存在することが必要である。このように集光位置を内層内としたことにより、本実施例においても強化ガラス１０の表面にはクラックは発生しなかった。このマーク３は市販の２次元コードリーダーで読み取ることができた。
【００２８】
＜実施例３＞
風冷強化法によって強化された強化ガラスを対象として、レーザ光による強化ガラス内部へのマーキングをおこなった。この強化ガラスは、ＤＯＬが１ｍｍで全体の厚さが５ｍｍである。使用したレーザ光はＹＶＯ4レーザの基本波（波長：１０６４ｎｍ）で、パルス幅が１０ｎｓ（ナノ秒）である。マーキングの条件は、平均出力が２Ｗ、繰返し周波数が１０ｋＨｚ、ビーム径が２０μｍである。
【００２９】
実施例１と同様に、レーザ光が強化ガラスの内層内でかつ入射側の圧縮応力層近傍の箇所に集光するように、２次元コードのデータマトリックスのマーキングをおこなった。形成されたマークは約１０μｍのマイクロクラックの集合から構成されていた。このように集光位置を内層内としたことにより、これらマイクロクラックは、強化ガラスの圧縮応力層より内側の内層の内部のみに形成され、また、ガラスの表面にはクラックは発生しなかった。このマークは市販の２次元コードリーダーで読み取ることができた。
【００３０】
＜マーキング位置に関する検討＞
マーキング位置の強化ガラス表面からの距離と表面クラック発生頻度との関係を調べた。すなわち、イオン交換法による化学強化ガラス（ＤＯＬ：５０μｍ、全体の厚さ：５００μｍ）を対象とし、ガラス表面からのマーキングする距離を０μｍ〜２００μｍの範囲で変更した以外は実施例１と同様にしてマークを形成したサンプルを作製し、そのときの表面のクラック発生頻度を評価した。結果を図７に示す。
【００３１】
図７により、強化ガラスの表面にマークを形成したときは、表面のクラック発生頻度はほぼ１００％であり、強化ガラス表面から５０μｍの厚さの圧縮応力層の内部にマークを形成したときには、表面のクラック発生頻度が３０％以上であることが判る。そして、強化ガラスの圧縮応力層より内側にマーキングを施したときには、強化ガラス表面のクラック発生を防止することができることも理解される。なお、イオン強化法による強化ガラスの代わりに、風冷強化法によって強化された強化ガラスを用いても同様の結果が得られた。
【００３２】
＜比較例＞
実施例１と同様にして、ただし、図８にモデル的に示すように、レーザ光が強化ガラスの入射側の圧縮応力層１０ａ内（ガラス表面から２５μｍの位置）に集光するようにして、マーキングをおこなった。マーキングの結果、強化ガラス表面にクラックが生じて、読み取りができなかった。
【００３３】
このために、ガラス表面のクラックを低減するために平均出力を０．７Ｗから０．４Ｗに低下させて、再度マーキングを試みた。その結果、平均出力を減少させたためにマークが薄く、コントラストが低いものとなったが、強化ガラス表面にはやはりクラックが生じ、読み取りができなかった。このときの得られたマークの写真を図９に示す。
【符号の説明】
【００３４】
Ｌ    レーザ光
２    ｆθレンズ
３    マーク
１０    強化ガラス
１０ａ    圧縮応力層
１０ａ１    入射面
１０ａ２    出射面
１０ｂ    内層
２１    ステージ
２２    レーザ装置
２３    制御部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３５】
【特許文献１】特開２００４−３２３２５２号公報
【特許文献２】特開２００４−２０５６号公報
【特許文献３】特開２００５−３２４９９７号公報
【図１】
2016185896.tif 000003
【図２】
2016185896.tif 000004
【図３】
2016185896.tif 000005
【図４】
2016185896.tif 000006
【図５】
2016185896.tif 000007
【図６】
2016185896.tif 000008
【図７】
2016185896.tif 000009
【図８】
2016185896.tif 000010
【図９】
2016185896.tif 000011