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技術 容器の製造方法およびレーザー加工システム

出願人 株式会社シーティーアイ
発明者 池田修三
出願日 2016年2月17日 (1年10ヶ月経過) 出願番号 2016-027487
公開日 2017年8月24日 (3ヶ月経過) 公開番号 2017-144461
状態 特許登録済
技術分野 食卓容器 装飾技術 剛性または準剛性容器の細部 ガラスの表面処理
主要キーワード レーザー加工システム マジックハンド ワイングラス クリスタルガラス 光導波部材 非線形吸収 ジョッキ 導光作用

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図面 (18)

課題

容器の透明または半透明部の表面に存在する湾曲、歪み、凹凸などに左右されることなく、その透明または半透明部の内部にレーザー加工により画像を高い再現性で精度良く形成することができる容器の製造方法を提供する。

解決手段

少なくとも一部に外面に接した透明または半透明部を有し、その透明または半透明部の少なくとも一部に湾曲部を有する容器の透明または半透明部に、その透明または半透明部に接触した透明または半透明の液体または弾性体からなる屈折率調整層13およびこの屈折率調整層13に接触した光導波部材14を介してレーザー光103を照射することにより透明または半透明部の内部に少なくとも一つの画像を形成する。容器は、コップカップワイングラスなどである。例えば、透明ガラス製のコップの底部の内部にレーザー加工により画像を形成する。

背景

従来より、クリスタルガラスの内部にレーザー加工により画像を形成する技術が知られており、この技術を用いて置物キーホルダーなどが製造されている。例えば、特許文献1には、透明あるいは半透明材料内部にレーザー加工により画像を形成し、裏面を黒色あるいは暗色に処理した置物であって、裏面から正面に向かって広がるように形成された傾斜した側面および天面を持つ置物が記載されている。

しかしながら、これまでに製造販売されている、レーザー加工により画像を施したクリスタルガラスは、そのほとんどが多面体またはその稜線や角部を面取りした形状に限られており、形状のバリエーションに乏しいため、用途が限られていた。

そこで、この課題を解決するために、本発明者は、少なくとも一部に外面に接した透明または半透明部を有し、その透明または半透明部の少なくとも一部に湾曲部を有し、その透明または半透明部の内部に少なくとも一つの、レーザー加工により形成された画像を有する容器考案した(特許文献2参照。)。このような容器にレーザー加工により画像を形成する方法コップを例に取って具体的に説明すると、次の通りである。すなわち、レーザー加工機のX−Y−Z位置制御ステージ上にコップを上下逆さまに、すなわちコップを底部が上になるように置く。次に、レーザー発生装置で発生されたレーザー光垂直下方照射することにより、コップの底部の内部にレーザー加工を施して画像を形成する。

概要

容器の透明または半透明部の表面に存在する湾曲、歪み、凹凸などに左右されることなく、その透明または半透明部の内部にレーザー加工により画像を高い再現性で精度良く形成することができる容器の製造方法を提供する。少なくとも一部に外面に接した透明または半透明部を有し、その透明または半透明部の少なくとも一部に湾曲部を有する容器の透明または半透明部に、その透明または半透明部に接触した透明または半透明の液体または弾性体からなる屈折率調整層13およびこの屈折率調整層13に接触した光導波部材14を介してレーザー光103を照射することにより透明または半透明部の内部に少なくとも一つの画像を形成する。容器は、コップ、カップワイングラスなどである。例えば、透明ガラス製のコップの底部の内部にレーザー加工により画像を形成する。

目的

この発明が解決しようとする課題は、容器の透明または半透明部の表面に存在する湾曲、歪み、凹凸などに左右されることなく、その透明または半透明部の内部にレーザー加工により各種の画像を高い再現性で精度良く形成することができ、その画像が形成された容器の製造歩留まりの大幅な向上を図ることができる容器の製造方法およびこの容器の製造方法を容易に実施することができるレーザー加工システムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

少なくとも一部に外面に接した透明または半透明部を有し、上記透明または半透明部の少なくとも一部に湾曲部を有する容器の上記透明または半透明部に、上記透明または半透明部に接触した透明または半透明の液体または弾性体からなる屈折率調整層およびこの屈折率調整層に接触した光導波部材を介してレーザー光照射することにより上記透明または半透明部の内部に少なくとも一つ画像を形成する工程を有することを特徴とする容器の製造方法

請求項2

上記屈折率調整層と上記透明または半透明部との屈折率の差が0.3以下であることを特徴とする請求項1記載の容器の製造方法。

請求項3

上記屈折率調整層と上記透明または半透明部との屈折率の差が0.2以下であることを特徴とする請求項1記載の容器の製造方法。

請求項4

上記透明または半透明部はガラスからなり、上記光導波部材はガラスまたはプラスチックからなることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載の容器の製造方法。

請求項5

少なくとも上記容器の底部に上記透明または半透明部を有し、上記容器の口側から上記透明または半透明部に上記レーザー光を照射することにより上記透明または半透明部の内部に上記画像を形成することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項記載の容器の製造方法。

請求項6

上記透明または半透明部に上記屈折率調整層が接触した状態で上記光導波部材を上記屈折率調整層に接触させ、または、上記光導波部材を上記容器に接触しない位置に保持し、この状態で上記透明または半透明部と上記光導波部材との間に上記透明または半透明部および上記光導波部材に接触するように上記屈折率調整層を形成することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項記載の容器の製造方法。

請求項7

上記容器はコップカップワイングラスジョッキ茶碗急須ポットボールピッチャーアイスペール、皿、または調味料ボトルであることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項記載の容器の製造方法。

請求項8

少なくとも一部に外面に接した透明または半透明部を有し、上記透明または半透明部の少なくとも一部に湾曲部を有する立体物の上記透明または半透明部に、上記透明または半透明部に接触した透明または半透明の液体または弾性体からなる屈折率調整層およびこの屈折率調整層に接触した光導波部材を介してレーザー光を照射することにより上記透明または半透明部の内部に少なくとも一つの構造を形成する工程を有することを特徴とする立体物の製造方法。

請求項9

少なくとも一部に外面に接した透明または半透明部を有し、上記透明または半透明部の少なくとも一部に湾曲部を有する容器の上記透明または半透明部の内部に少なくとも一つの画像を形成するためのレーザー加工システムであって、レーザー加工機と、上記レーザー加工機の作業台に、上記透明または半透明部に透明または半透明の液体または弾性体からなる屈折率調整層が接触し、この屈折率調整層に光導波部材が接触した上記容器を配置する機構とを有し、上記屈折率調整層および上記光導波部材を介して上記透明または半透明部にレーザー光を照射することにより上記透明または半透明部の内部に上記画像を形成することを特徴とするレーザー加工システム。

請求項10

少なくとも一部に外面に接した透明または半透明部を有し、上記透明または半透明部の少なくとも一部に湾曲部を有する立体物の上記透明または半透明部の内部に少なくとも一つの構造を形成するためのレーザー加工システムであって、レーザー加工機と、上記レーザー加工機の作業台に、上記透明または半透明部に透明または半透明の液体または弾性体からなる屈折率調整層が接触し、この屈折率調整層に光導波部材が接触した上記立体物を配置する機構とを有し、上記屈折率調整層および上記光導波部材を介して上記透明または半透明部にレーザー光を照射することにより上記透明または半透明部の内部に上記構造を形成することを特徴とするレーザー加工システム。

技術分野

0001

この発明は、容器製造方法立体物の製造方法およびレーザー加工システムに関し、例えば、コップなどの各種の容器や各種の光学部品などの製造に適用して好適なものである。

背景技術

0002

従来より、クリスタルガラスの内部にレーザー加工により画像を形成する技術が知られており、この技術を用いて置物キーホルダーなどが製造されている。例えば、特許文献1には、透明あるいは半透明材料内部にレーザー加工により画像を形成し、裏面を黒色あるいは暗色に処理した置物であって、裏面から正面に向かって広がるように形成された傾斜した側面および天面を持つ置物が記載されている。

0003

しかしながら、これまでに製造販売されている、レーザー加工により画像を施したクリスタルガラスは、そのほとんどが多面体またはその稜線や角部を面取りした形状に限られており、形状のバリエーションに乏しいため、用途が限られていた。

0004

そこで、この課題を解決するために、本発明者は、少なくとも一部に外面に接した透明または半透明部を有し、その透明または半透明部の少なくとも一部に湾曲部を有し、その透明または半透明部の内部に少なくとも一つの、レーザー加工により形成された画像を有する容器を考案した(特許文献2参照。)。このような容器にレーザー加工により画像を形成する方法をコップを例に取って具体的に説明すると、次の通りである。すなわち、レーザー加工機のX−Y−Z位置制御ステージ上にコップを上下逆さまに、すなわちコップを底部が上になるように置く。次に、レーザー発生装置で発生されたレーザー光垂直下方照射することにより、コップの底部の内部にレーザー加工を施して画像を形成する。

先行技術

0005

特許第5305203号明細書
実用新案登録第3200099号明細書
特開2008−183616号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、特許文献2で提案された画像の形成方法では、レーザー光が入射するコップの底部の表面に存在する湾曲、歪み、凹凸などによって画像を精度良く形成することができないことがあるため、コップの製造歩留まりが悪かった。

0007

そこで、この発明が解決しようとする課題は、容器の透明または半透明部の表面に存在する湾曲、歪み、凹凸などに左右されることなく、その透明または半透明部の内部にレーザー加工により各種の画像を高い再現性で精度良く形成することができ、その画像が形成された容器の製造歩留まりの大幅な向上を図ることができる容器の製造方法およびこの容器の製造方法を容易に実施することができるレーザー加工システムを提供することである。

0008

この発明が解決しようとする課題は、より一般的には、各種の形状の容器や光学部品などの立体物の透明または半透明部の表面に存在する湾曲、歪み、凹凸などに左右されることなく、その透明または半透明部の内部にレーザー加工により各種の構造を高い再現性で精度良く形成することができ、その構造が形成された立体物の製造歩留まりの大幅な向上を図ることができる立体物の製造方法およびこの立体物の製造方法を容易に実施することができるレーザー加工システムを提供することである。

課題を解決するための手段

0009

上記課題を解決するために、この発明は、
少なくとも一部に外面に接した透明または半透明部を有し、上記透明または半透明部の少なくとも一部に湾曲部を有する容器の上記透明または半透明部に、上記透明または半透明部に接触した透明または半透明の液体または弾性体からなる屈折率調整層およびこの屈折率調整層に接触した光導波部材を介してレーザー光を照射することにより上記透明または半透明部の内部に少なくとも一つの画像を形成する工程を有することを特徴とする容器の製造方法である。

0010

この発明において、透明または半透明の液体または弾性体からなる屈折率調整層は、流動性を有し、あるいは、光導波部材により押圧したときに変形するため、透明または半透明部の表面に湾曲、歪み、凹凸などが存在しても、この屈折率調整層は透明または半透明部の表面に倣うように流動あるいは変形して隙間なく接触する。このため、透明または半透明部と屈折率調整層との間に空気層が介在しないので、屈折率調整層を透過するレーザー光がこの屈折率調整層と空気層との界面で屈折したり、反射されたりする問題がない。屈折率調整層としては、レーザー加工に用いられるレーザー光に対して均質媒質として振る舞うものが用いられる。

0011

最も好適には、屈折率調整層の屈折率は透明または半透明部の屈折率と同一であるが、画像を形成する部分に対応する部分の透明または半透明部の表面に存在する湾曲、歪み、凹凸などの程度(表面の段差の高さ)や画像を形成するために形成するクラック間隔、画像の大きさ(横方向の幅、高さ)などに応じて、屈折率調整層の屈折率と透明または半透明部の屈折率とが互いに異なってもよい。好適には、屈折率調整層と透明または半透明部との屈折率の差は0.3以下であり、より好適には0.2以下である。このように、屈折率調整層と透明または半透明部との屈折率の差が0.3以下あるいは0.2以下であれば、屈折率調整層と透明または半透明部との全体をレーザー光に対してほぼ均質な媒質とみなすことができることから、画像を形成するために形成するクラックの間隔や画像の大きさなどを適切に選択することにより、画像を十分に高い再現性で精度良く形成することができる。画像は、特に限定されず、写真画像を含む各種のものであってよい。

0012

屈折率調整層を構成する液体または弾性体の具体例を挙げると、下記の通りである。液体を用いる場合、互いに均一に混合混和)する限り、二種類以上の液体を混合して用いてもよい。液体には、ゾルコロイド溶液)も含まれる。ゾルでは、分散媒分散させるコロイド粒子の径は、レーザー加工に使用するレーザー光を散乱しないように十分に小さく、例えば数十nm以下であることが望ましい。ゾルの屈折率は分散媒およびコロイド粒子の選択により選択することができる。コロイド粒子としては、酸化物粒子金属粒子高分子化合物などが用いられる。必要に応じて、液体を透明または半透明の柔軟な素材からなる薄い袋に入れ、この液体が入った袋を屈折率調整層に用いてもよい。好適には、袋の材質は屈折率調整層と近い屈折率を有するものが用いられる。液体が入った袋を密封した場合は、この袋を容器に入れた後、光導波部材によりこの袋を押圧することにより屈折率調整層に密着させるようにしてもよい。このような袋の素材としては、例えば、セロハンポリ塩化ビニリデン塩化ビニリデン樹脂低密度ポリエチレンポリプロピレンなどが挙げられる。

0013

〈液体〉
名称屈折率
メチルアルコール1.329
水 1.333
ジエチルエーテル1.3538
アセトン1.3587
エチルアルコール1.3618
酢酸1.3719
イソプロピルアルコール1.3749
シリコーン油1.40
椿油1.466〜1.468
オリーブ油1.466〜1.469
グリセリン1.473
パラフィン油1.48
セダ油 1.516
α−ブロモナフタレン1.66
ジヨードメタン1.737

0014

〈弾性体〉
弾性体には、粘弾性体ゲルなども含まれる。弾性体の具体例を挙げると、シリコーンゴム(屈折率1.40〜1.43)、ポリウレタン樹脂アクリル酸系ポリマーなどである。ゲルを用いる場合には、このゲルを透明または半透明の柔軟な素材からなる薄い袋に入れ、このゲルが入った袋を屈折率調整層に用いてもよい。ゲルが入った袋を密封した場合は、この袋を容器に入れた後、光導波部材によりこの袋を押圧することにより屈折率調整層に密着させるようにしてもよい。このような袋の素材としては、既に挙げたものを用いることができる。

0015

光導波部材は、レーザー加工に使用するレーザー光を入射させ、このレーザー光を導波させて空気層を介さずに屈折率調整層に導くためのものであり、使用するレーザー光に対して透明または半透明で、一般的には容器の透明または半透明部と同程度の屈折率を有する材料からなる。光導波部材は、容器の透明または半透明部の内部に形成する画像より大きい断面形状を有する限り、基本的にはどのような形状であってもよく、形状は必要に応じて選ばれるが、例えば、円柱、角柱(四角柱、六角柱、八角柱など)などの形状を有する。光導波部材は、容器の上に置いてもよいし、容器に接触させずに容器に対して保持してもよい。光導波部材を容器の上に置く場合には、例えば、光導波部材のレーザー光が入射する面(光入射面)側に容器の口よりも大きな鍔部を設け、この鍔部を容器の上縁の上に乗せることで光導波部材を容器に対して保持することができる。好適には、光導波部材の光入射面は平坦面であり、この平坦面はレーザー加工に使用するレーザー光の中心軸(あるいはレーザー発生装置の光軸)にほぼ垂直に設定される。このようにすることにより、光導波部材の光入射面でのレーザー光の散乱または反射を大幅に減少させることができるため、レーザー加工に利用可能なレーザー光の光量の減少を防止することができる。また、光導波部材のレーザー光が出射する面(光出射面)は、好適には、光入射面と平行に設けられる。こうすることで、光導波部材の光入射面と光出射面、言い換えると屈折率調整層の光入射面との間の距離を至る所一定にすることができるため、形成すべき画像に対応する画像情報を容易にレーザー加工情報変換することができる。

0016

光導波部材を構成する透明または半透明の材料は、典型的にはガラスまたはプラスチックであり、具体例を挙げると、下記の通りである。

0017

〈ガラス〉
名称屈折率
光学ガラス(FK03) 1.43875
光学ガラス(FK02) 1.456
光学ガラス(FK01) 1.497
硼珪酸ガラス1.47〜1.49
光学ガラス(FK1) 1.4706
光学ガラス(FK5) 1.4874
光学ガラス(FK8) 1.51118
光学ガラス(FK3) 1.51454
光学ガラス(FK6) 1.51742
ソーダ石灰ガラス1.51
光学ガラス(BK7) 1.51633
光学ガラス(BaK2) 1.53996
光学ガラス(BaK4) 1.56883
光学ガラス(BaK1) 1.5725
鉛ガラス(クリスタルガラス) 1.56
光学ガラス(SF7) 1.6398
光学ガラス(SF2) 1.64769
光学ガラス(SF19) 1.6668
光学ガラス(SF5) 1.6727
光学ガラス(SF8) 1.68893
光学ガラス(SF15) 1.69895
光学ガラス(SF1) 1.71736
光学ガラス(SF18) 1.72151
光学ガラス(SF10) 1.72825
光学ガラス(SF13) 1.74077
光学ガラス(SF4) 1.7552
光学ガラス(SF14) 1.76182
光学ガラス(SF11) 1.78472
光学ガラス(SF6) 1.80518
光学ガラス(SF03) 1.84666

0018

〈プラスチック〉
名称屈折率
ポリメタクリル酸メチル樹脂1.491
光学プラスチック
(ポリメタクリル酸メチル樹脂) 1.50〜1.76

0019

この発明においては、透明または半透明部に屈折率調整層が接触した状態で光導波部材をこの屈折率調整層に接触させてもよいし、光導波部材を容器に接触しない位置、例えば容器の直上に保持し、この状態で透明または半透明部と光導波部材との間に透明または半透明部および光導波部材に接触するように屈折率調整層を形成するようにしてもよい。

0020

容器は、少なくとも一部に外面に接した透明または半透明部を有し、その透明または半透明部の少なくとも一部に湾曲部を有するものであれば、基本的にはどのようなものであってもよく、特に限定されないが、典型的には、その全体が透明または半透明に構成される。この容器の透明または半透明部は、典型的にはガラスからなり、最も典型的にはその全体がガラスからなる。ガラスは基本的にはどのようなものであってもよいが、例えば、光導波部材を構成するガラスの具体例として挙げたものである。

0021

容器は、具体的には、例えば、コップ、カップワイングラスジョッキ茶碗急須ポットボールピッチャーアイスペール、皿、調味料ボトルなどである。

0022

典型的には、容器の透明または半透明部の湾曲部の曲率中心が位置する側の空間からレーザー光をその透明または半透明部に照射することによりこの透明または半透明部の内部に画像を形成する。具体的には、例えば、少なくとも容器の底部に透明または半透明部を有し、この容器の口側からこの底部の透明または半透明部にレーザー光を照射することによりこの透明または半透明部の内部に画像を形成する。この場合、典型的な一例では、屈折率調整層として水などの液体を容器の口から入れ、その液体に上から光導波部材を接触させる。

0023

また、この発明は、
少なくとも一部に外面に接した透明または半透明部を有し、上記透明または半透明部の少なくとも一部に湾曲部を有する容器の上記透明または半透明部の内部に少なくとも一つの画像を形成するためのレーザー加工システムであって、
レーザー加工機と、
上記レーザー加工機の作業台に、上記透明または半透明部に透明または半透明の液体または弾性体からなる屈折率調整層が接触し、この屈折率調整層に光導波部材が接触した上記容器を配置する機構とを有し、
上記屈折率調整層および上記光導波部材を介して上記透明または半透明部にレーザー光を照射することにより上記透明または半透明部の内部に上記画像を形成することを特徴とするものである。

0024

レーザー加工機の作業台に容器を配置する機構は、作業台に空の容器を配置し、この容器の透明または半透明部に屈折率調整層および光導波部材を順次接触させる場合は、例えば、作業台とは別の場所で空の容器を把持して作業台に移動し、この容器の透明または半透明部に屈折率調整層および光導波部材を順次接触させる機構が用いられる。また、予め容器の透明または半透明部に屈折率調整層および光導波部材を順次接触させた容器を作業台に配置する場合は、例えば、作業台とは別の場所で容器の透明または半透明部に屈折率調整層および光導波部材を順次接触させた後、この容器を把持して作業台に移動する機構が用いられる。あるいは、容器の透明または半透明部に屈折率調整層だけ接触させておき、この容器を把持して作業台に移動し、この容器の透明または半透明部に接触した屈折率調整層に光導波部材を接触させてもよい。必要に応じて、容器の透明または半透明部に接触させた屈折率調整層を光導波部材により押圧する機構が用いられる。こうすることで、屈折率調整層の表面に対して光導波部材の光出射面を間に空気層が介在することなく確実に密着させることができる。これらの機構としては、従来公知の各種の機構を用いることができ、必要に応じて選ばれるが、例えば、アーム真空チャックマジックハンドレール搬送機構などが単独または組み合わせて用いられる。屈折率調整層として液体を用いる場合には、容器に液体を注入する機構も用いられる。あるいは、屈折率調整層として弾性体、あるいは、既に述べたように袋に入れられた液体またはゲルを用いる場合は、これらを把持する機構が用いられる。

0025

このレーザー加工システムの発明においては、その性質に反しない限り、上記の容器の製造方法の発明に関連して説明したことが成立する。

0026

また、この発明は、
少なくとも一部に外面に接した透明または半透明部を有し、上記透明または半透明部の少なくとも一部に湾曲部を有する立体物の上記透明または半透明部に、上記透明または半透明部に接触した液体または弾性体からなる屈折率調整層およびこの屈折率調整層に接触した光導波部材を介してレーザー光を照射することにより上記透明または半透明部の内部に少なくとも一つの構造を形成する工程を有することを特徴とする立体物の製造方法である。

0027

構造は、画像のほか、レーザー加工により形成される微細なクラックの三次元配置によるあらゆる構造を含む。立体物は、基本的にはどのようなものであってもよいが、例えば、容器、光学部品、ガラス製のメモリ装身具、置物などである。光学部品は、例えば、レンズ作用に加えて光の拡散機能回折機能を有するレンズ凸レンズ凹レンズ)、導光作用に加えて光の拡散機能や回折機能を有する導光板あるいはそれらを一部に含む光学部品などである。ガラス製のメモリは、ガラス板などの任意の形状のガラス体の内部に微少なクラックの有無により情報を記録したものであり、例えばスキャナーにより情報を再生することができる。装身具は、例えば、ペンダントブローチなどである。置物は、建造物彫刻像などである。

0028

この立体物の製造方法の発明においては、その性質に反しない限り、上記の容器の製造方法の発明に関連して説明したことが成立する。

0029

また、この発明は、
少なくとも一部に外面に接した透明または半透明部を有し、上記透明または半透明部の少なくとも一部に湾曲部を有する立体物の上記透明または半透明部の内部に少なくとも一つの構造を形成するためのレーザー加工システムであって、
レーザー加工機と、
上記レーザー加工機の作業台に、上記透明または半透明部に透明または半透明の液体または弾性体からなる屈折率調整層が接触し、この屈折率調整層に光導波部材が接触した上記立体物を配置する機構とを有し、
上記屈折率調整層および上記光導波部材を介して上記透明または半透明部にレーザー光を照射することにより上記透明または半透明部の内部に上記構造を形成することを特徴とするものである。

0030

このレーザー加工システムの発明においては、その性質に反しない限り、画像が形成された容器の製造に用いられる上記のレーザー加工システムの発明および上記の立体物の製造方法の発明に関連して説明したことが成立する。

発明の効果

0031

この発明によれば、容器の透明または半透明部の表面に存在する湾曲、歪み、凹凸などに左右されることなく、その透明または半透明部の内部にレーザー加工により写真画像を含む各種の画像を高い再現性で精度良く形成することができ、その画像が形成された容器の製造歩留まりの大幅な向上を図ることができる。あるいは、各種の形状の容器や光学部品などの立体物の透明または半透明部の表面に存在する湾曲、歪み、凹凸などに左右されることなく、その透明または半透明部の内部にレーザー加工により各種の構造を高い再現性で精度良く形成することができ、その構造が形成された立体物の製造歩留まりの大幅な向上を図ることができる。

図面の簡単な説明

0032

第1の実施の形態によるコップの製造方法により画像を形成するコップを示す斜視図である。
第1の実施の形態によるコップの製造方法により画像を形成するコップを示す縦断面図、上面図および底面図である。
第1の実施の形態によるコップの製造方法においてコップをレーザー加工機の作業台に配置した状態を示す略線図である。
第1の実施の形態によるコップの製造方法においてレーザー加工機の作業台に配置したコップの内部に屈折率調整層を形成した状態を示す略線図である。
第1の実施の形態によるコップの製造方法において用いられる光導波部材を示す正面図および平面図である。
第1の実施の形態によるコップの製造方法においてレーザー加工機の作業台に配置したコップの内部の屈折率調整層に光導波部材を接触させた状態を示す略線図である。
第1の実施の形態によるコップの製造方法においてレーザー加工機の作業台に配置したコップの内部の屈折率調整層に光導波部材を接触させた状態でレーザー光を照射してレーザー加工を行う様子を示す略線図である。
第1の実施の形態によるコップの製造方法により製造されたコップを示す斜視図である。
第1の実施の形態によるコップの製造方法により製造されたコップを示す縦断面図、上面図および底面図である。
第1の実施の形態によるコップの製造方法により画像を良好に形成することができる理由を説明するための略線図である。
実施例により製造されたコップを斜め方向から撮影した図面代用写真である。
実施例により製造されたコップを上から撮影した図面代用写真である。
実施例により製造されたコップを上下逆さまにして上から撮影した図面代用写真である。
第2の実施の形態による回折格子内蔵両凸レンズの製造方法を説明するための側面図である。
第2の実施の形態による回折格子内蔵両凸レンズの製造方法により製造された回折格子内蔵両凸レンズを示す側面図である。
第3の実施の形態によるペンダントの製造方法を説明するための側面図である。
第3の実施の形態によるペンダントの製造方法により製造されたペンダントを示す側面図である。

実施例

0033

以下、発明を実施するための形態(以下「実施の形態」とする)について説明する。

0034

〈第1の実施の形態〉
[コップの製造方法]
図1に示すように、まず、透明または半透明のガラス製のコップ10を用意する。図2A、BおよびCはそれぞれ、このコップ10の縦断面図、上面図および底面図である。コップ10の各部の大きさや厚さなどは、必要に応じて決められる。図1ならびに図2A、BおよびCに示すように、コップ10は、肉厚の底部11とこの底部11に連なる末広がりの形状を有する筒状部12とからなり、全体として湾曲した形状を有する。図2Aに示すように、このコップ10の底部11の内側の表面には湾曲、歪みまたは凹凸11aが存在するものとする。

0035

次に、図3に示すように、コップ10を市販のレーザー加工機の作業台に配置する。具体的には、レーザー加工機のX−Y−Z位置制御ステージ101上にコップ10を底部11が下になるように置き、必要に応じて位置がずれないように固定する。

0036

次に、図4に示すように、コップ10の内部に液体または弾性体からなる屈折率調整層13を形成する。この屈折率調整層13は、最低限、コップ10の底部11のうちの画像を形成する領域に対応する部分に形成する必要があるが、図4においては、コップ10の内部の底部全体に形成されている。屈折率調整層13を形成するためには、具体的には、例えば、液体をコップ10に注いだり、弾性体をコップ10の内部に置く。屈折率調整層13としては、コップ10を構成するガラスの屈折率とほぼ等しい屈折率を有するもの、例えば、この屈折率調整層13とコップ10を構成するガラスとの屈折率の差が好適には少なくとも0.3以下、より好適には0.2以下であるものが用いられ、例えば、既に挙げたものの中から、コップ10を構成するガラスの種類、コップ10の底部11の内部に形成する画像の厚さ(高さ)や幅などに応じて適宜選択される。この屈折率調整層13が液体からなる場合、液体は流動性を有することから、コップ10の底部11の内側の表面の凹凸11aに倣うように自然に流動して変形する。この結果、この屈折率調整層13はコップ10の底部11の内側の表面と隙間なく接触するとともに、この屈折率調整層13の表面は水平になる。この屈折率調整層13が弾性体からなる場合も、後述のように、この屈折率調整層13をコップ10の底部11の内側の表面と隙間なく接触させることができる。

0037

図5AおよびBに示すように、コップ10の口に乗せることができる程度の十分な大きさの例えば正方形平板状の鍔部14aと、この鍔部14aの下面の中央部にこの下面に対して垂直に設けられた円柱部14bとからなる透明な光導波部材14を用意する。図5AおよびBはそれぞれ正面図および上面図である。光導波部材14の鍔部14aの上面は平坦面であり、光入射面となる。円柱部14bの下面は鍔部14aの上面と平行な平坦面であり、光出射面となる。円柱部14bの横断面の形状はコップ10の底部11の内部に形成する画像よりも大きく選ばれている。光導波部材14を構成する材料は、例えば、コップ10を構成するガラスの屈折率とほぼ同一の屈折率を有するものが用いられ、必要に応じて選ばれる。

0038

次に、図6に示すように、コップ10の上方から光導波部材14を円柱部14bが下になるようにして徐々に下降させ、この光導波部材14の下面、より詳細には円柱部14bの下面をこのコップ10の内部の屈折率調整層13に少し押し込んで接触させる。屈折率調整層13が弾性体からなる場合には、この屈折率調整層13が円柱部14bの下面により押圧されるため、屈折率調整層13が少し変形する。その結果、この屈折率調整層13は、コップ10の底部11の内側の表面の凹凸11aに倣うように変形するため、この屈折率調整層13はコップ10の底部11の内側の表面と隙間なく接触する。

0039

次に、図7に示すように、レーザー発生装置102で発生されたレーザー光103を下方に照射し、水平面内で走査スキャン)することにより、コップ10の底部11の内部にレーザー加工を施して画像15を形成する。レーザー発生装置102の光軸は、光導波部材14の上面、すなわち光入射面に対して垂直になっており、従って円柱部14bの中心軸に平行になっている。このとき、レーザー光103は、コップ10の底部11に接触した屈折率調整層13およびこの屈折率調整層13に接触した光導波部材14を介してコップ10の底部11に照射される。レーザー加工は、具体的には、例えば次のようにして行われる。すなわち、例えば特許文献3に記載されているように、形成すべき画像15に対応する画像情報を専用のソフトウェアによりレーザー加工情報に変換し、このレーザー加工情報に基づいてレーザー光103を走査し、必要に応じて、X−Y−Z位置制御ステージ101をX軸、Y軸およびZ軸方向に移動させる。そして、レーザー発生装置102で発生されたレーザー光103が、コップ10の底部11の内部の所望の位置で焦点を結ぶことにより、その焦点を結んだ位置で非線形吸収現象により微細なクラックが局所的にかつ緻密に生成される。こうして緻密に形成されたクラックの集合により画像15が形成され、目的とするコップ10が製造される。

0040

この後、光導波部材14を取り外し、屈折率調整層13を除去する。

0041

以上のようにして製造された、底部11の内部に画像15が形成されたコップ10を図8に示す。図9A、BおよびCはそれぞれ、このコップ10の縦断面図、上面図および底面図である。ただし、図8図9A、BおよびCには、一例として、画像15が、朝顔カメラで撮影した写真二次元データに基づいて作成された朝顔である場合が示されている。

0042

屈折率調整層13の屈折率はコップ10を構成するガラスの屈折率とほぼ等しく、屈折率調整層13とコップ10の底部11との全体を光学的にほぼ均質な媒質とみなすことができるため、底部11の表面に存在する湾曲、歪みまたは凹凸11aに左右されることなく、レーザー加工情報を用いて設計通りに底部11の内部に画像15を精度良く形成することができる。その理由についてより詳細に説明する。すなわち、図10は、レーザー光103が光導波部材14および屈折率調整層13を順次透過してコップ10の底部11に照射される様子を示す。今、屈折率調整層13は水(屈折率n1 =1.33)からなり、コップ10を構成するガラスの屈折率はn2 =1.51、光導波部材14はコップ10を構成するガラスと同一のガラスにより構成されていると仮定する。まず、底部11の表面の湾曲、歪みまたは凹凸11aの最下点であるA点に入射するレーザー光103に着目する。図10に示すように、レーザー光103は屈折率調整層13の内部を直進して屈折率調整層13と底部11との界面のA点に到達し、屈折率調整層13と底部11とは互いに屈折率が異なることから屈折して底部11の内部を直進する。レーザー光103が入射するA点における入射角をθ1 、屈折角をθ2 とする。このとき、sinθ2 =(n1 /n2 )sinθ1 が成立する。一例として、θ1 =10°とすると、sinθ2 =(1.33/1.51)sin10°=(1.33/1.51)×0.174=0.153であるから、θ2 =8.8°である。この場合、屈折率調整層13と底部11との界面でのレーザー光103の屈折は極めて小さく、レーザー光103は屈折率調整層13および底部11の内部をほぼ直進するとみなすことができる。次に、図10に示す底部11の表面のB点に入射するレーザー光103に着目する。図10に示すように、レーザー光103は屈折率調整層13の内部を直進してB点に到達した後、屈折して底部11の内部を直進する。レーザー光103が入射するB点における入射角をθ1 ’、屈折角をθ2 ’とする。このとき、sinθ2 ’=(n1 /n2 )sinθ1 ’が成立する。一例として、θ1 ’=20°とすると、sinθ2 ’=(1.33/1.51)sin20°=(1.33/1.51)×0.342=0.301であるから、θ2 ’=17.5°である。この場合も、屈折率調整層13と底部11との界面でのレーザー光103の屈折は極めて小さく、レーザー光103は屈折率調整層13および底部11の内部をほぼ直進するとみなすことができる。以上のことが、底部11の表面に存在する湾曲、歪みまたは凹凸11aにより左右されることなく、レーザー光103の照射により底部11の内部に画像15を精度良く形成することができる理由である。比較のために、屈折率調整層13がなく、代わりに空気層が存在する場合に同様な計算を行うと、A点に入射するレーザー光103に対しては、n1 =1とすると、θ1 =10°に対して、sinθ2 =(1/1.51)sin10°=(1/1.51)×0.174=0.115となり、θ2 =6.6°となる。また、B点に入射するレーザー光103に対しては、θ1 ’=20°に対して、sinθ2 ’=(1/1.51)sin20°=(1/1.51)×0.342=0.226となり、θ2 ’=13.1°となる。これらの場合、屈折率調整層13と底部11との界面でレーザー光103は大きく屈折し、しかも屈折率調整層13と底部11との界面の異なる場所でこの屈折の度合いは異なるため、同じレーザー加工情報を用いてレーザー加工を行っても、屈折率調整層13を用いた場合のように設計通りの画像15を精度良く形成することができない。

0043

[実施例]
上述のコップ10の製造方法と同様な方法により、図11の写真に示すような市販の透明なソーダ石灰ガラス製コップの肉厚の底部の内部にレーザー加工を施し、画像として姫路を形成した。屈折率調整層13としては水を用いた。光導波部材14はソーダ石灰ガラスにより作製した。レーザー光103としては、YAGレーザーの第2高調波波長532nm)を用いた。レーザー光103の照射時間は2分間とした。図12および図13はそれぞれ、こうして画像が形成されたコップを上から撮影した写真および上下逆さまにして上から撮影した写真である。図11図13に示すように、コップの底部の内部に姫路城の画像が鮮明に形成されていることが分かる。

0044

以上のように、この第1の実施の形態によれば、コップ10の底部11の表面に存在する湾曲、歪みまたは凹凸11aに左右されることなく、その底部11の内部にレーザー加工により画像15を高い再現性で精度良く形成することができる。このため、画像15が底部11の内部に形成されたコップ10を高い製造歩留まりで製造することができる。また、湾曲、歪みまたは凹凸11aが存在する安価なコップ10を用いても画像15を高い再現性で精度良く形成することができるため、画像15が底部11の内部に形成されたコップ10の製造コストの大幅な低減を図ることができる。

0045

〈第2の実施の形態〉
[回折格子内蔵両凸レンズの製造方法]
図14Aに示すように、容器20の底に両凸レンズ30を置く。

0046

次に、図14Bに示すように、容器20の中に屈折率調整層13を少なくとも両凸レンズ30の上部に接触するように形成する。

0047

次に、図14Cに示すように、容器20の中の屈折率調整層13に上から光導波部材14の円柱部14bの下面を接触させ、この状態でレーザー光103を下方に照射し、水平面内で走査することにより、両凸レンズ30の内部にレーザー加工を施してクラックの集合体からなる構造40を形成する。この構造40が回折格子を構成する。

0048

この後、光導波部材14を取り外し、屈折率調整層13を除去した後、容器20の中から両凸レンズ30を取り出す。

0049

以上のようにして、図15に示すように、構造40からなる回折格子が内蔵された回折格子内蔵両凸レンズが製造される。

0050

以上のように、この第2の実施の形態によれば、両凸レンズ30の表面に存在する湾曲、歪み、凹凸に左右されることなく、両凸レンズ30の内部にレーザー加工により構造40を高い再現性で精度良く形成することができる。このため、集光機能に加えて回折格子の機能を有する回折格子内蔵両凸レンズを低コストで製造することができる。

0051

〈第3の実施の形態〉
[ペンダントの製造方法]
図16Aに示すように、容器20の底にガラス製のペンダント50を置く。ペンダント50は、首に掛けるための鎖やひもが付いている状態でも付いていない状態でもよい。

0052

次に、図16Bに示すように、容器20の中に屈折率調整層13を少なくともペンダント50の上部に接触するように形成する。

0053

次に、図16Cに示すように、容器20の中の屈折率調整層13に上から光導波部材14の円柱部14bの下面を接触させ、この状態でレーザー光103を下方に照射し、水平面内で走査することにより、ペンダント50の内部にレーザー加工を施す。

0054

この後、光導波部材14を取り外し、屈折率調整層13を除去した後、容器20の中からペンダント50を取り出す。

0055

以上のようにして、図17に示すように、レーザー加工により形成されたクラックの集合体からなる画像15を形成する。画像15が内部に形成されたペンダント50が製造される。図17には、一例として、画像15が、朝顔をカメラで撮影した写真の二次元データに基づいて作成された朝顔である場合が示されている。

0056

以上のように、この第3の実施の形態によれば、ペンダント50の表面に存在する湾曲、歪みまたは凹凸に左右されることなく、ペンダント50の内部にレーザー加工により画像15を高い再現性で精度良く形成することができる。このため、画像15が内部に形成されたペンダント50を低コストで製造することができる。

0057

以上、この発明の実施の形態および実施例について具体的に説明したが、この発明は上述の実施の形態および実施例に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

0058

例えば、上述の実施の形態および実施例において挙げた数値、構成、形状、材料、方法などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、構成、形状、材料、方法などを用いてもよい。

0059

10…コップ、11…底部、12…筒状部、13…屈折率調整層、14…光導波部材、15…画像、20…容器、30…両凸レンズ、40…構造、50…ペンダント、101…作業台、102…レーザー発生装置、103…レーザー光

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