(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）引抜きプロセスに沿ってマーキング位置を選択し、このマーキング位置が、転移温度より上のガラス温度を有し、
ｂ）ガラスの表面にマーキングを取付けるためにガラスにレーザパルスを作用させる：
ステップを含むことを特徴とする、ガラスにマーキングする方法。
【請求項２】
レーザパルスが、短い間だけしかピーク出力に達しないことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
レーザパルスのピーク出力が、ガラスの物理的なパラメータに依存して、ガラスのマーキングすべき表面の熱的な作用に至るだけのように選定されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
ガラスがパルス化されたレーザビームを加えられることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の方法。
【請求項５】
ガラスが、レーザビームに対して相対的に引抜き装置における引抜き速度で動かされることを特徴とする、請求項１ないし４の１つに記載の方法。
【請求項６】
レーザパルスが、２５ないし６０μｓの立上り時間、及び２５ないし６０μｓの立下り時間を有することを特徴とする、請求項１ないし５の１つに記載の方法。
【請求項７】
レーザパルスのパルス幅が、３００μｓより短く、なるべく１３０μｓより短く、とくに６０μｓであることを特徴とする、請求項１ないし６の１つに記載の方法。
【請求項８】
ガラスが特性に関して検査され、かつ特性が存在する際又は存在しない際に、レーザパルスによって相応するマーキングが取付けられることを特徴とする、請求項１ないし７の１つに記載の方法。
【請求項９】
レーザパルスがＣＯ２レーザによって発生されることを特徴とする、請求項１ないし８の１つに記載の方法。
【請求項１０】
ａ）管引抜きプロセスにおける引抜き速度でガラスを動かす手段を有し、
ｂ）ガラスの転移温度より上にある温度に管引抜きプロセスの範囲におけるマーキングすべきガラスを熱処理する手段を有し、
ｃ）ガラスの表面にマーキングを取付けるためにレーザパルスをガラスに作用させる手段を有し、その際、レーザパルスが管引抜きプロセスの範囲においてガラス表面に当たるように、作用させる手段が配置されている：
ことを特徴とする、ガラスにマーキングする装置。
【請求項１１】
レーザパルスが短い間しかピーク出力に達しないように、レーザパルスを調整する手段を有することを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
パルス化されたレーザ手段として、レーザパルスをガラスに作用させる手段が形成されていることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の装置。
【請求項１３】
レーザパルスが２５ないし６０μｓの立上り時間、及び２５ないし６０μｓの立下り時間を有するように、レーザパルスをガラスに作用させる手段が形成されていることを特徴とする、請求項１０、１１又は１２に記載の装置。
【請求項１４】
レーザパルスのパルス幅が、３００μｓより短く、なるべく１３０μｓより短く、とくに５０μｓと１２０μｓとの間にあるように、レーザパルスをガラスに作用させる手段が形成されていることを特徴とする、請求項１０ないし１３の１つに記載の装置。
【請求項１５】
特性の存在又は不在に依存してレーザパルスをガラスに作用させる手段に制御信号を出力するために、特性に関してガラスを検査する手段を有することを特徴とする、請求項１０ないし１４の１つに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、とくに管引抜き装置において、レーザによってガラスにマーキングする方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザビームによりガラスにマーキングし又は書き込みするために、従来の技術によれば種々の方法が公知である：
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許第４４０７５４７号明細書によれば、部材の内側にマーキングを有する透明な材料からなる部材を製造する方法が公知であり、ここでは部材の内側に制限された空間的な範囲が存在し、この範囲内にレーザビームによって点状の微細傷が形成される。微細傷は、裸眼で見ることができるような直径を有する。
【０００４】
ＰＣＴ国際公開第ＷＯ９２／０３２９７号明細書（＝ドイツ連邦共和国特許第４１２６６２６号明細書は、レーザビームによってマーキングすべきガラス部材の内側において材料がイオン化され、したがって同様に微細傷が生じる、相応する方法に関する。
【０００５】
別の相応する方法は、ＰＣＴ第ＷＯ９４／１４５６７号明細書により公知であり、ここでは同様に局所的な微細傷の形成によって、部材の内側に画像が発生される。
【０００６】
従来の技術から公知の前記の方法において、＞１０＊７Ｗ／ｃｍ＊２の高いエネルギー密度を有する固体レーザ（Ｎｄ：ＹＡＧ）が使用される。このようなレーザビームによって所定のガラスしか反応しないことは、前記の方法において不利である。さらに微細傷構造はマーキングされるガラスの材料特性を悪化することは不利である。
【０００７】
ＰＣＴ国際公開第ＷＯ００／３２３４９号明細書及びＰＣＴ国際公開第ＷＯ００／３２５３１号明細書によれば、同様に固体レーザ（Ｎｄ：ＹＡＧ）によって動作する、ガラスにマーキングする方法が公知であり、ここでは破壊を引起こす微細傷が生じないように、レーザパラメータが選択されている。発生されたマーキングが裸眼では認識できないことは、この方法において不利である。ガラス部材の内側におけるレーザビームの集束が、表面までの傷成長を防ぐために、十分に大きなガラス容積又は例えば少なくとも１ｍｍの最小ガラス厚さを前提とすることは、さらに不利である。
【０００８】
固体レーザの波長に対するガラスのかなりの程度の透明度にもかかわらず、相互作用又はマーキング効果を達成するために、ガラスに吸収層を取付けることが周知である。このような方法は、例えばヨーロッパ特許第０７６１３７７号明細書によって公知であり、その際、取付けられた材料層にマーキングするために、１．０６μｍの波長を有するＮｄ：ＹＡＧレーザが利用される。さらにドイツ連邦共和国特許出願公開第４２２４２８号明細書によれば、金属ドーピングした特殊ガラスが、Ｎｄ：ＹＡＧレーザによってマーキングされる相応する方法が公知である。
【０００９】
ＰＣＴ国際公開第ＷＯ９５／０５２８６号明細書によれば、ガラス表面を変化することなく、ガラス部材にマーキングする方法が公知である。そのためＣＯ２レーザが利用され、このＣＯ２レーザは、表面の下のほぼ５０ミクロンの深さまでにおける局所的な応力を持込むために、焦点における少なくとも６ｋＷ／ｃｍ＊２エネルギー密度のエネルギー密度を有する。マーキングが裸眼では見ることができないことは、この方法において不利である。
【００１０】
さらにドイツ連邦共和国特許第３１２１１３８明細書によれば、ガラス製品を装飾する方法が公知であり、ここではガラス材料が表面層から蒸発し、又はガラスの透過度の変化を引起こすような最大エネルギーのレーザビームが、利用される。
【００１１】
ドイツ連邦共和国特許第３１４５２７８号明細書によれば、レーザビームによってガラス表面の材料を切除する方法が公知でありここではレーザビームは、部分的に吸収するマトリクスによって多数の個別ビームに分割される。
【００１２】
さらにドイツ連邦共和国特許出願公開第４１３２８１７号明細書によれば、レーザビームにより点状に処理すべき表面のガラスを溶融する方法が公知である。蒸発したガラス材料を取り除くために、吸取り装置を必要とすることは、前記の材料を切除する方法において不利である。さらに材料特性が不利に作用する。
【００１３】
レーザ加工は、転移温度より下の温度において行なわれるので、ガラスの応力を逃すために、レーザ加工の前、間又はその後に、ガラスの必要な熱処理を行なうことは、前記の方法において特別な欠点である。
【００１４】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９２６８７８号明細書によれば、レーザビームによりガラス容器に彫刻する方法が公知であり、この方法は、ラッカを利用し、このラッカは、レーザビームの作用を受けて反応しかつ利用した組合せの色を変化する特性を有する色素とガラス化可能な基礎の組合せからなる。
【００１５】
さらにＰＣＴ国際公開第ＷＯ９９／００２１５号明細書によれば、ガラスの表面マーキングと内側マーキングを行なう周知の方法の組合せに基づく方法が公知である。
【００１６】
ＰＣＴ国際公開第ＷＯ９６／１０７７７号明細書によれば、ＵＶレーザビームによるガラス表面にマーキングする方法が公知であり、ここでは補助手段なしでは認識できないミクロ構造しか達成できない。
【００１７】
特開平０９−２７８４９４号公報によれば、ガラス基板にマーキングする方法が公知である。マーキングのために、ほぼ２６２ｎｍの波長を有するＹＬＦレーザが利用される。
【００１８】
特開平１０−１０１３７９号公報によれば、ガラスにマーキングする別の方法が公知である。この方法において２，３００ｎｍの波長のパルス状のレーザビームが利用され、その際、ガラス上のマーキングすべきそれぞれの位置に、３と１００回との間においてレーザビームを加えなければならない。
【００１９】
ドイツ連邦共和国特許第４１２６６２６号明細書によれば、表面の下に配置されたマーキングをガラス又は合成物質からなる材料部材に備える方法が公知である。そのために材料部材の表面に、これに対して材料が透過性の高いエネルギー密度のビームが向けられる。ビームは、表面から間隔を有しかつ材料部材内に配置された場所において集束し、それによりマーキングが引起こされる。
【００２０】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第３４２５２６３号明細書によれば、レーザビームにより透明な材料の容積内に情報を書込む方法が公知であり、ここにおいてレーザビームの集束を選択することにより、種々の材料深さに情報を書込むことができる。
【００２１】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８２３２５７号明細書によれば、強力なレーザパルスによって金属粒子を含有した誘電体のエクスティンギオン（Ｅｘｔｉｎｇｉｏｎｓ：消滅）スペクトルを定義して永続的に変化する方法が公知である。変化は、表面プラズモンの励起によって金属粒子内に引起こされるエクスティングション（Ｅｘｔｉｎｇｔｉｏｎｓ：消滅）バンド内に強力なレーザ光が入射することによって引起こされる。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
それ故に本発明の課題は、レーザによってガラスにマーキングするための改善された方法及び改善された装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明の基礎とする課題は、それぞれ独立の特許請求の範囲の特徴によって次のようにして解決される。すなわちａ）引抜きプロセスに沿ってマーキング位置を選択し、このマーキング位置が、転移温度より上のガラス温度を有し、ｂ）ガラスの表面にマーキングを取付けるためにガラスにレーザパルスを作用させる。すなわちａ）管引抜きプロセスにおける引抜き速度でガラスを動かす手段を有し、ｂ）ガラスの転移温度より上にある温度に管引抜きプロセスの範囲におけるマーキングすべきガラスを熱処理する手段を有し、ｃ）ガラスの表面にマーキングを取付けるためにレーザパルスをガラスに作用させる手段を有し、その際、レーザパルスが管引抜きプロセスの範囲においてガラス表面に当たるように、作用させる手段が配置されている。有利な構成は、特許請求の範囲従属請求項に記載されている。
【００２４】
本発明は、ガラスのマーキングを製造課程に、例えば管引抜き装置に統合することを可能にする。それによりマーキングを取付けるためにガラスの製造の後に分離した加工ステップの必要性が省略される。
【００２５】
さらに本発明は、すでに高い温度において管を製造する間に、ガラスにはっきりと見ることができるが微細傷のないマーキングを取付けることを可能にする。製造課程におけるマーキングの可能な統合は、本発明による方法を適用するためにここにいずれにせよ存在する高い温度を利用することを可能にし、その際、後続の引続き加工ステップにおいてガラスの転移温度を越えるこれらの温度を発生する必要もない。
【００２６】
本発明の特別な利点は、これを遅らせることなく、又はさもなければ不利な影響を及ぼすことなく、これが、連続した製造プロセス内に挿入されるるという点にある。
【００２７】
その他の利点は、本発明が、微細傷を発生することなく、表面に応力の少ないマーキングを製造することを可能にするので、製造されたガラスの材料特性がマーキングによって不利な影響を受けないという点にある。その際、有利な構成において、レーザビームは、短い間だけしかピーク出力に達しないように調整される。その際、ピーク出力は、ガラスの物理的なパラメーター例えばその熱膨張係数及び熱伝導−に依存して、ガラスへの応力持ち込みを最小にするように選定される。
【００２８】
この純粋に熱的な相互作用は、マーキングすべきガラスが転移温度より上にあり、かつそれ故にガラスが容易に変形可能であるので、ガラス表面に見ることができるマーキングを取付けるために十分である。相応してマーキングを取付けるために相対的にわずかなレーザ出力しか必要としない。
【００２９】
有利な構成において、パルス化された疑似連続的なＣＯ２レーザビームが適用される。ＣＯ２レーザビームの種々のパルス−休止−比によって、レーザの近くを通り抜けるガラス表面に種々のパターン−例えば点、短線、線−の任意に永続的なマーキングを発生することができる。
【００３０】
有利なように、レーザビームを発生するための制御部は、測定装置に連結することができる。このことは、品質保証のために測定装置によって認識される欠陥に相応してガラスにマーキングすることを可能にする。このような測定装置が、例えばガラス欠陥、例えば泡又は節を確認すると、測定装置は、相応する信号をレーザの制御電子装置に送出することができる。それから当該の材料範囲の表面に、マーキングが取付けられ、このマーキングは、後に別の製造課程において、なお必要な後処理を表わすため、又は相応する製品を選り分けるために使うことができる。
【００３１】
レーザビームのパルス時間及び／又はピーク出力は、マーキングが裸眼で認識できるのではなく、顕微鏡を利用し又は偏光計によってしか確認できないようにも選択することができる。マーキングは、機械によって読むことができるようにも、例えばいわゆるバーコードの形に形成することもできる。
【００３２】
本発明による方法によれば、製品海賊行為を克服するためにガラスに例えば偽造不可能なマーキングを取付けることができる。同様にマーク、会社のロゴマーク又はその他の製品装備は、これがガラスの材料特性に後から不利な影響を及ぼすことなく、かつ製品製造にマーキングの取付けを完全に統合して、本発明による方法によって、ガラス表面に偽造不可能に取付けることができる。
【００３３】
方法は非接触で作業するので、相応する装置は、その他の製造プロセスからカプセル化して構成することができる。このことは、保守の少ないこと及びマーキングユニットの簡単な可動に構成すべき構造の別の利点を有する。
【００３４】
【発明の実施の形態】
さらに図面を引用して本発明の有利な構成を詳細に説明する。
【００３５】
図１は、１つのマーキングを拡大した表示で示しており、このマーキングは、レーザパルスによってガラス表面に製造されている。まずそのためにマーキングすべきガラスは、ガラスの転移温度より上にある温度にされる。そのためにガラスのタイプに応じて、ほぼ５００−６００°Ｃの温度が必要である。ガラス製造にマーキング方法を統合する場合、相応するレーザマーキング装置は、近くを通るガラス条片の位置に配置され、この位置においてガラスの転移温度より高い必要なマーキング温度が存在する。
【００３６】
利用できるレーザ出力によって、まだ見ることができるマーキングが結果として生じるように、もはやガラスと相互作用が行なわれないという趣旨で、マーキングすべきガラス表面の温度は、上方に向かって制限されている。
【００３７】
その際、ガラス表面と当たるレーザパルスの相互作用は、純粋に熱的であり、その際、ガラス材料の物理的又は化学的な変化には至らない。とくにそれによりガラス材料のイオン化、及び微細傷の形成等は、大体において防止される。
【００３８】
図１に示されたマーキングは、１．３ｍｍの長さを有する。マーキングの楕円形の形は、マーキングすべきガラスが、レーザ源に対して相対的に、運動速度とレーザパルスの長さによって楕円の長さが生じるように運動を行なうことによって達成される。
【００３９】
図２は、相応するレーザパルスの時間的な経過を示している。レーザパルスは、ｔａｎの立上り時間を有する。立上り時間の後に、レーザ出力は、図２にＰｐｅａｋとして示されたその最大値に達する。最大出力に達した直後に、これは、立下り時間ｔａｂにおいて再び０に低下する。
【００４０】
その際、最大出力Ｐｐｅａｋは、なるべく熱的なもの以外に加工すべき表面及び製品のそれ以上の影響に至らないように選択される。それ故に最大出力Ｐｐｅａｋは、マーキングすべきガラスの物理的パラメータに依存して、すなわちその熱膨張係数及びその熱伝導に依存して行なわれる。その際、ガラスの化学的特性も考慮することができる。
【００４１】
その際、立上り時間ｔａｎは、有利なように最大出力Ｐｐｅａｋを達成するために必要な最小時間として選択される。この最小時間は、利用されるレーザによって装置に依存して与えられる。レーザパラメータ（パルス幅、パルス休止期間）の選択は、所望のマーキングの様式、例えば線長さに依存している。
【００４２】
最大出力Ｐｐｅａｋに達した後に同じく、レーザへのエネルギ供給は再び中断されるので、この時に同様に装置に依存した立下り時間ｔａｂにおいて、レーザパルスの出力は、再び０に戻る。ＣＯ２レーザシステムを利用する際、立上り及び立下り時間は、それぞれ５０ないし６０μｓであることができ、それからほぼ１００ないし１２０μｓのパルス幅が得られる。しかしながら例えばｔｐｕｌｓ＝３００μＳ又はそれより長い一層長いパルス時間を選択することもできる。
【００４３】
図３は、管引抜き装置においてガラスを、例えばガラス管を連続的に製造する装置を示している。その際、例えばダンナー−法を適用することができ、この方法は、米国特許第１２１８５９８号明細書により公知である。さらにヴェロ−法及びＡ−引抜き−法（ドイツ連邦共和国特許出願公告第１０２５５８１号明細書）、又はガラス引抜き法も適用できる。
【００４４】
管引抜き装置においてガラス材料１は、所定の速度で大体において並進して、矢印２の方向に動かされる。引抜き速度は、その際、６ｍ／ｓより下、なるべくほぼ４ｍ／ｓである。
【００４５】
ガラス材料１からなるガラス管列は、図３の管引抜き装置においてまず測定装置３を通過する。測定装置３は、ガラス材料１の１つ又は複数の材料特性を検査するために使われ、例えば泡、節又はその他の材料不規則性、欠陥又はその他の特性に関するテストのために使われる。測定装置は、４００°Ｃによって表わされる位置の高さにおいて危険もなく有利なようにガラス条片に沿って配置することができる。欠陥マーキングのためにレーザマーキングを利用しようとするとき、この場合、レーザ所在地は、引抜き方向において測定装置の後に選択しなければならない。
【００４６】
所定のテスト条件が満たされないと、測定装置３は相応する信号を送出し、この信号は、線４を介してレーザ６の制御部５に伝達される。
【００４７】
レーザ６は、制御部５の他に、ＣＯ２レーザヘッド７及び相応する冷却器８及び高周波網部分９からなる。レーザヘッド７は、制御部５による相応する制御の際、ＣＯ２レーザパルスを発生し、このレーザパルスは、集束光学系１０を介してガラス材料１に向けられる。
【００４８】
集束光学系１０は、ガラス材料１の方に向いたその側に、図３には詳細に示さない光学系洗浄部１１を有する。温度は、ガラス材料１にレーザヘッド７のレーザが当たる範囲において、当該の例においてほぼ６００°Ｃであり、したがってガラス材料１の転移温度より上にある。
【００４９】
管引抜き装置のそれに続く区間において、ガラス材料１の温度は、４００°Ｃに又は２００°Ｃに連続的に低下する。管引抜き装置の後側端部に、引抜き機１２があり、この引抜き機は、ガラス材料１を所望のように並進運動させる。引抜き機１２の後において引抜かれたガラス材料は、管１３に細分化され、これらの管は、必要な場合に、後処理１４を受ける。
【００５０】
レーザヘッド７は、大体において図１及び２に関連して前に説明したように、ガラス材料１の表面の熱的な作用だけに通じるレーザパルスによって管列の近くを通るガラス材料１が作用を受けるように、レーザ６の制御部５によって調整される。マーキングを取付けるための正確な位置は、集束光学系によって決められる。
【００５１】
図３の考慮された実施例において、集束光学系１０は、ガラス材料１の表面からほぼ６３．５ｍｍの動作間隔のところにある。例えば±１ｍｍの管列の変動による理想的な焦点からの場合によっては生じる偏差は、ビームの焦点深度によって無視することができる。
【００５２】
光学系洗浄部１１は、集束レンズを例えばガラスのほこり等から保護するために、方向付けられたガス流によって集束光学系１０の集束レンズを洗浄するように考慮している。
【００５３】
例えば制御部５のレーザパラメータは、パルス幅ｔｐｕｌｓ（図２参照）が、６０μｓであり、かつパルス周波数が、１０ｋＨｚであるように設定することができる。ピーク出力は、ほぼ２００Ｗであることができ、このことは、ほぼ１２０Ｗの平均出力に相当する。それによりほぼ４ｍ／ｓの引抜き速度に基づいて、ほぼ０．２５×０．１ｍｍの線寸法を有する線によってマーキングが生じ、その際、線は、ガラス材料１の表面において、それぞれほぼ０．４ｍｍだけ間隔を置いている。
【００５４】
このようにして発生されたマーキングは、補助手段なしに、最終製品のガラス管１３においてかつ後処理製品、例えばアンプルにおいて裸眼で認識することができる。ガラス表面における外方への上方湾曲、及び不利な応力又は微細傷は全く誘発されない。このことは、ここにおいて相応する製品がマーキングを持たない製品と比較して相違を持たない例えばアンプルの熱処理（冷却炉）及び熱衝撃によって証明することができる。
【００５５】
図４は、レーザヘッド７（図３参照）から送出されるレーザパルスの時間的な経過の図を示している。これらは、その形に応じてそれぞれ図２のレーザパルスに相当する。パルス休止期間ｔｐａｕｓｅの期間の変化によって、ガラス材料の表面に発生されるマーキング線の間隔を変化することができる。
【００５６】
図５は、相応するマーキング線を拡大して示している。個々のマーキング線の中心は、その際、選択されたパラメータに基づいてほぼ２ｍｍだけ互いに離れている。
【００５７】
しかしながら集束光学系１０（図３参照）の相応する形成によって、ガラス表面に任意のマーキングパターンを発生することもできる。その際、例えば製品管理のために、例えば装飾パターン、マーク、ロゴ、製品構成又はその他の特徴を問題にすることができる。
【００５８】
さらにレーザ６及び／又は集束光学系１０を管引抜き装置に対して相対的に管列に対して平行に可動に配置することも可能なので、レーザビームは、ガラス材料１の表面に例えばさらに複雑なパターンを取付けるために、所定の距離にわたってガラス材料１に対して平行に矢印２の方向に一緒に動くことができる。それにより引抜き速度による光学系の連行運動は、管引抜き運動と同時に行なうことができる。その代わりに走査装置を使用してもよい。相応したマーキングの終了の後に、レーザ６及び／又は集束光学系１０は、新たなマーキングステップを準備するために、再び初期位置に戻される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によりガラスの表面に発生された１つのマーキングを示す図である。
【図２】ガラスの表面にマーキングを発生するためのレーザパルスの形を示す基本図である。
【図３】ガラスにマーキングする本発明による装置の構成を含む管引抜き装置の図である。
【図４】図３の管引抜き装置において適用される疑似連続的なレーザパルスのパルス−パルス休止−比を示す図である。
【図５】図４の疑似連続的なレーザビームによって発生されたガラス表面上のマーキングを示す図である。
【符号の説明】
１    ガラス材料
２    引抜き方向
３    測定装置
４    線
５    制御部
６    レーザ
７    レーザヘッド
８    冷却器
９    ＨＦ−網部分
１０  集束光学系
１１  光学系洗浄部
１２  引抜き
１３  管
１４  後処理部
【図１】
0003829301.tif 000002
【図２】
0003829301.tif 000003
【図３】
0003829301.tif 000004
【図４】
0003829301.tif 000005
【図５】
0003829301.tif 000006