JP2003273258A

JP2003273258A - 樹脂成形品表面への黒色のレーザーマーキング法、及び成形品表面への導電部形成法

Info

Publication number: JP2003273258A
Application number: JP2002074744A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Kondo; 正昭近藤
Original assignee: Asahi Kasei Corp
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 2002-03-18
Filing date: 2002-03-18
Publication date: 2003-09-26
Anticipated expiration: 2022-03-18
Also published as: JP3949983B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】樹脂組成物の種類に関係なく、黒色のマーキ
ングができるレーザーマーキング法ならびに導電部を形
成する方法を提供することにある。【解決手段】熱可塑性樹脂組成物または熱硬化性樹脂
組成物からなる成形品の一部又は全部の面１の上に、レ
ーザー照射４により発熱し変性する性質を有する樹脂製
フィルム６を置き、更にそのフィルムの上にカバー材３
を置いてフィルムをカバー材と成形品で挟み込む形で設
置し、更にそのカバー材を透過させてレーザー光を照射
することで樹脂製フィルムを発熱及び変性させ、生成し
た変性部２が成形品表面に融着して成形品側へ移行し、
その後、カバー材と樹脂フィルムの変性しなかった部分
を取り外す事で、成形品表面に黒色のマーキングがなさ
れることを特徴とする、レーザーマーキング法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光照射により、樹脂
組成物の種類を問わず、成形品表面上の所望の位置に、
黒色のマーキングを為すことを特徴とする、レーザーマ
ーキング法に関するものである。また更には、このマー
キング部の一部、または全部を導電部として利用するこ
とを特徴とする、導電部形成法、および該導電部の使用
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】樹脂成形品表面へのレーザーマーキング
の原理として、下記の４つのメカニズムが提唱されてい
る。即ち、１）レーザー照射部の発泡、２）レーザー照
射部の炭化（チャー形成）、３）レーザー照射部の光化
学反応による、顔料等の添加剤の変性、４）レーザー照
射による塗膜の剥離、である。この内、白色、または淡
色の成形品表面に黒色のレーザーマーキングを施すに
は、２）の炭化のメカニズムによる方法が一般的には用
いられている。具体的には、成形品に用いる樹脂組成物
を、炭化（チャー形成）しやすい特性をもつ樹脂組成物
とする方法が、通常実施されている。

【０００３】またその炭化（チャー形成）をより促進さ
せる方法として、特開平５−９６３８６号公報、特開平
８−２４４３５１号公報、特開平９―２０８５５号公
報、特開平９―１００３９０号公報等が開示されてい
る。また炭化しにくい樹脂組成物であっても、炭化しや
すい特性をもつ樹脂組成物をポリマーアロイとして配合
することで、炭化と推定される黒色マーキングが可能と
なる方法が、特開平９−９５５４７号公報に開示されて
いる。しかし何れも、炭化しやすい樹脂組成物であるこ
と、または炭化しやすい添加物等を配合している事が必
須であり、マーキングできる樹脂組成物がかなり限定さ
れ、技術上問題となっている。

【０００４】一方、１）の発泡に基づくマーキングは、
レーザー照射部の発熱により樹脂組成物や添加剤の分解
・気化によるものであり、原理的に白色、淡色系のマー
キングしかできないので、黒色マーキングの対象外であ
る。また３）の光化学反応については、樹脂組成物中に
配合された遷移金属酸化物等の還元反応により黒系のマ
ーキングが可能となるメカニズムが、特開２００１−１
１３８３０号公報で提唱されている。しかしこれもその
様な光化学反応を引き起こすような添加物の配合が必須
であり、マーキングできる樹脂組成物が限定されてしま
う。４）についてはそもそも塗装が必須であり、一般的
ではない。

【０００５】以上のように従来技術では、黒色のレーザ
ーマーキングを実施する際、樹脂組成物が大きく限定さ
れ、樹脂組成物の種類によらない黒色のレーザーマーキ
ング法が望まれていた。また近年、循環型社会形成を実
現させる為、様々なリサイクル関連の技術開発が実施さ
れている。廃棄後、回収された樹脂製成形品のマテリア
ルリサイクルの検討もその内の一つである。しかしその
様な成形品の中には、金属製の導電部が着いているもの
や、導電インク・導電メッキが表面に着いているものも
ある。これらは分別がしにくい、またはできないという
問題がある。また導電インクや導電メッキが施された成
形品に於いて、これらを除かずにマテリアルリサイクル
を実施した場合、インクやメッキ成分の影響で再生樹脂
の機械的物性や熱安定性を大きく阻害することが知られ
ている。

【０００６】故に、マテリアルリサイクルに影響を与え
ない、樹脂製成形品への導電部形成法が望まれていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、成形品を構成する樹脂組成物の種類に関係
なく、黒色のマーキングができるレーザーマーキング法
を提供することにある。そして更には同法を応用し、成
形品を構成する樹脂組成物の種類に関係なく、該成形品
の表面に導電部を形成する方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、鋭意研究
を重ねた結果、以下の方法を用いることで上記課題を解
決するに至った。即ち、本発明は、熱可塑性樹脂組成物
または熱硬化性樹脂組成物からなる成形品の一部又は全
部の面の上に、レーザー照射により発熱し変性する性質
を有する樹脂製フィルムを置き、更にそのフィルムの上
にカバー材を置いてフィルムをカバー材と成形品で挟み
込む形で設置し、更にそのカバー材を透過させてレーザ
ー光を照射することで樹脂製フィルムを発熱及び変性さ
せ、生成した変性部が成形品表面に融着して成形品側へ
移行し、その後、カバー材と樹脂フィルムの変性しなか
った部分を取り外す事で、成形品表面に黒色のマーキン
グがなされることを特徴とする、レーザーマーキング
法、である。

【０００９】つまり、成形品上で黒色のマーキングをし
たい部分に、該樹脂製フィルムを密着させ、更にそのフ
ィルムの上にカバー材を設置し、そのカバー材の上か
ら、カバー材がほとんど吸収せず、専ら該フィルムが吸
収する波長の電磁波を照射し、その結果、カバー材と成
形品との界面に存在する該フィルムで発熱による変性を
生じ、その変性部が発熱により溶融している該成形品表
面に融着して移行し、該カバー材と変性しなかったフィ
ルムを取り外すことで、成形品表面に移行した該変性部
が黒色のマーキングとなっている、というものである。
そして更には、その黒色のマーキング部の一部または全
部を、導電部として利用する、というものである。

【００１０】本発明は、成形品とカバー材の間に樹脂フ
ィルムを介在させ、カバー材側からレーザー光を照射
し、該樹脂フィルムを黒色に変性させ、その変性部が成
形品表面に移行することで、黒色のマーキングがなされ
ると言うものである。まず使用するレーザーについて
は、照射時にカバー材が吸収しにくい波長のものであ
り、かつ樹脂フィルムが発熱して十分変性するものであ
れば特に制限は無く、遠赤外線、赤外線、近赤外線、可
視光線、紫外線のいずれの波長を有するレーザーでもよ
い。レーザーの種類として、具体的には、波長１０６４
ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザーや、ＳＨＧ及びＴＨＧを利
用したＮｄ：ＹＡＧレーザーの２倍波（５３２ｎｍ）及
び３倍波（３５５ｎｍ）の各可視光レーザー、波長８２
４ｎｍのＡｌＧａＡｓレーザー等の半導体レーザー、ま
た波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマーレーザー等の各
種エキシマーレーザー、またさらには波長を任意に変え
た色素レーザー、赤外線レーザーである炭酸ガスレーザ
ー等があげられる。

【００１１】中でも波長１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレ
ーザーは広く市販されており、またＱスイッチ、ランプ
電流、照射画像のドット間隔または線間隔、スキャン速
度を変えることで、単位面積当たりの照射総エネルギー
量を思い通りにコントロールすることでき、特に好適で
ある。更にＮｄ：ＹＡＧレーザーの場合、定格出力が、
連続モードで１〜１０Ｗの範囲にあるのが好ましい。
尚、本発明に於けるレーザー照射は、市販のレーザーマ
ーキング装置を用いて行うことが好適である。被照射物
である成形品へのレーザー光の照射方式は、ポリゴンミ
ラーを介したスキャン式でも、また照射したいところの
みされる様、マスクを用いて一気に照射するマスク式で
も構わない。また照射部である樹脂フィルム変性部の形
態は、一筆書き方式の連続画像でもドット式の画像でも
構わない。

【００１２】レーザー光のエネルギー密度は１〜１,０
００,０００（ｋＷ／ｃｍ²）の範囲で行うことが好まし
く、特にエネルギー密度が１０,０００〜８０,０００
（ｋＷ／ｃｍ²）の範囲にあることが、良好な導電部を
得る上で好ましい。またこれを満たす為、瞬間的に高い
エネルギー密度を作り出すＱスイッチ法を用いたレーザ
ー照射方法が好適である。一方、使用するカバー材は、
使用するレーザー光を大きく吸収したり反射したりする
材質のものは好適ではない。また照射して樹脂製フィル
ムが発熱した際、大きく溶融したり、燃えたり、樹脂製
フィルムと熱溶着してしまう様な材質のものは好適では
ない。尚、市販されているレーザーマーキング装置の多
くが、赤外線から可視光線の波長領域のものであるた
め、それに合わせるとカバー材の材質としては、透明で
かつ溶融点が高いガラスが最も好適である。

【００１３】また樹脂製フィルムは、レーザー光の照射
で変性できる能力を有していなくてはならない。尚、本
発明で言う変性とは、レーザー光照射部により脆化する
ことを意味する。メカニズムは正確には不明であるが、
レーザー光照射により照射部が炭化していると推定して
いる。例えば市販のポリイミド製フィルムにＮｄ：ＹＡ
Ｇレーザーを直接照射すると、照射部は黒化する。さら
に該部に力を加えると、該部は非照射部から容易に分離
でき、故に脆化が確認できる。カバー材と成形品との間
に挟み、レーザー光をカバー材を透過する形で照射して
も同様の現象が生じているものと推定できるが、カバー
材の存在により酸素が遮断されるので、フィルムの炭化
は更に促進されるものと推定される。またカーボンブラ
ックを配合したｍ−ＰＰＥ樹脂製フィルムでも、同様の
現象を生じる。尚、この場合、元々黒色なので黒化は確
認できないが、脆化は確認できる。

【００１４】以上から考察すると、本発明に於ける樹脂
製フィルムの材質は、発熱時に炭化しやすい、即ちチャ
ー形成がしやすい特性を有する樹脂組成物であることが
好適であると考えられる。化学的に考察すると、ベンゼ
ン環等の芳香族構造を有するポリマーが好適であり、チ
ャー化を促進する難燃剤が配合されていれば更に好適で
あると容易に推定される。

【００１５】具体的には、ポリスチレン（ＰＳ）、シン
ジオタクチックポリスチレン、ＡＳ、ＡＢＳ、ポリカー
ボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥ
Ｔ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、芳香族
ポリアミド、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）があげ
られる。また、ＰＰＳ、液晶ポリエステル（ＬＣＰ）、
ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリサルホン、ポ
リエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポ
リエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリオキシベ
ンゾイルエステル、ｍ−ＰＰＥ（ＰＰＥ／ＰＳ、ＰＰＥ
／ＨＩＰＳ、ＰＰＥ／ＰＡ６、ＰＰＥ／ＰＡ６６、ＰＰ
Ｅ／ＰＰ）、ＰＣ／ＡＢＳ、ＰＣ／ＰＢＴ、フェノール
樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹
脂、ポリイミド（ＰＩ）等があげられる。

【００１６】中でもポリイミドとｍ−ＰＰＥが、変性の
しやすさ、材料の入手のしやすさから特に好適である。
尚、ｍ−ＰＰＥは、構成する樹脂成分の一つであるＰＰ
Ｅ分子が、分子鎖の一部をマレイン化変性させたものを
含むものであってもよい。尚、炭化あるいは脆化と推定
される変性が、カバー材と成形品表面の間で生じている
時、その発熱により成形表面は軟化している。この時、
カバー材にある程度の荷重を加えておけば、フィルムに
生じた変性部は容易に成形品表面の軟化部へ移行する。
故にフィルム材の厚みに関して、厚すぎると変性部がフ
ィルム表面のみに留まったり、また成形品表面にも十分
な熱が伝わらないため軟化の効率が悪くなる等の理由
で、成形品表面への変性部の移行ができない可能性があ
る。

【００１７】また薄すぎると生成する変性部の絶対量が
少ないため、黒色のマーキングが鮮やかでなくなる可能
性がある。以上を考慮するに、フィルム材の厚みは５〜
２００μｍの範囲が好適であり、更に好ましくは１０〜
１００μｍの範囲である。従って、成形品を構成する熱
可塑性樹脂組成物または熱硬化性樹脂組成物には、メカ
ニズム上、特に限定はないが、フィルムが変性している
際、軟化しやすい樹脂が特に好適である。具体的には、
ＰＳ、ＳＰＳ、ＨｉＰＳ、ＰＥ、ＰＰ、ＰＭＭＡ、ＡＢ
Ｓ、ＡＳ、ＰＯＭ、ＰＡ６６、ＰＡ６、ｍ−ＰＰＥ、Ｐ
Ｃ、ＰＢＴ、ＰＥＴ、ＰＰＳ、ＰＡＲ、ＰＭＰ、フェノ
ール樹脂等である。またこれらはポリマーアロイであっ
てもよく、例えばＰＰＥ／ＰＡ６６、ＰＰＥ／ＰＡ６、
ＰＣ／ＡＢＳ、ＰＣ／ＰＢＴ等である。

【００１８】図１を用いて、平板に導電部を形成させる
方法を説明する。平板（１）とカバー材（３）との間に
ポリイミドフィルム（６）を介在させ、セロハンテープ
（５）を用いて（１）、（６）および（３）を固定し、
レーザー光（４）をカバー材（３）側から照射する。カ
バー材（３）を通過したレーザー光（４）は、ポリイミ
ドフィルム（６）を変性させ、更に発熱して真下の平板
（１）を軟化させる。そして変性部（２）が軟化した平
板表面に溶け込み、マーキング部となる。

【００１９】一方、本発明者等は本発明の一部の条件に
於いて、マーキング部の一部、または全部に導電性が発
現されることを見出している。この一部の条件と言うの
は、フィルムが十分変性する条件にすること、即ちレー
ザー光の強度を上げることである。具体的には、ランプ
電流の値を大きくしたり、走査型の場合はスキャニング
速度を遅くしたり、Ｑスイッチをコントロールしたり、
更にはレンズを用いて集光させたりすることである。

【００２０】この導電性発現のメカニズムについて、本
発明者等は以下の様な推定をしている。樹脂組成物にカ
ーボンブラックやカーボンファイバー等の炭化物をある
一定量以上配合し、導電性を発現される技術とは良く知
られていが、本発明に於いても同じ現象が成形品表面で
生じていると推定している。即ち、成形品表面に移行し
た変性部の正体がおそらく炭化物であると推定されるの
で、成形品表面の移行した部分にて、その濃度がある一
定量以上になると、導電性を発現するものと考えられ
る。尚、この導電性は市販のテスターで確認することが
できる。

【００２１】またこの導電部の正体は、カーボンブラッ
ク等と同じ炭化物であると推定され、マテリアルリサイ
クルを実施した場合、導電インクや導電メッキよりも影
響は低いと推定され、マテリアルリサイクルをする上で
好適な導電部形成法である。更に樹脂成形品を燃焼して
発電に利用する熱回収に於いて、導電インクや導電メッ
キの様に導電部に金属成分が入っていないので燃焼残さ
（ａｓｈ）の量も少なく、好適である。

【００２２】同様に溶鉱炉に投入するコークス代替とし
て樹脂成形品を利用する高炉還元に於いても、導電イン
クや導電メッキの様に余計な金属成分が入っていないの
で好適である。また本発明により生成された導電部は、
通常の電気回路として使用することは勿論のこと、帯電
が懸念される部分のアース部として利用や、または導電
性を生かして電磁波シールドとしての利用が可能であ
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下に、実施例及び比較例を挙
げ、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれに限定さ
れるものではない。実施例に使用するサンプル、カバー
材、フィルム、光照射および導電部の確認方法は、次の
とおりである。（サンプルの作成）市販のＰＯＭ樹脂であるテナック−
Ｃ４５２０（旭化成（株）社製、自然色）、及び市販
のＰＡ６６樹脂であるレオナ１３００Ｇ（旭化成（株）
社製、ＧＦ強化、自然色）を、一般の射出成形機を用い
て、６０ｍｍ×６０ｍｍ×３ｍｍの平板を成形した。

【００２４】（カバー材の選択）市販の顕微鏡用スライ
ドガラス（ＭＡＴＳＵＮＡＭＩＧＬＡＳＳＩＮ
Ｄ．，ＬＴＤ製ＭＩＣＲＯＳＬＩＤＥＧＬＡＳＳ
Ｓ−１１１２、サイズは７６ｍｍ×２６ｍｍ×１．０
〜１．２ｍｍ）を使用した。（フィルム材の選択）市販のポリイミドフィルムである
カプトン２００Ｈ（東レ・デュポン（株）社製、厚み５
０μｍ）を、７０ｍｍ×１０ｍｍのサイズに切り出し、
使用した。

【００２５】（光照射）上記平板上に上記フィルム材を
置き、更にその上から、フィルム材を挟み込むようにカ
バー材を置き、セロハンテープで固定して押さえ付け、
平板にカバー材を密着させた。尚、セロハンテープは、
レーザー照射予定位置を遮らない様に貼った。そして、
カバー材上から波長１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザ
ー（近赤外線）を照射した。その様子を図１に示す。使
用したレーザー機器は、レーザーマーキング用であり、
スキャン式である［型式：ＲＳＭ１０３Ｄ、供給者：ロ
フィン丸紅レーザー（株）］。このレーザーは定格出力
が連続モードで３Ｗ、レーザー照射のスポットの直径が
４０μｍである機器である。

【００２６】一般に樹脂にマーキングをする場合はＱス
イッチを用いて、瞬間的に更に大きなエネルギー密度の
レーザーを照射することが普通であり、本実施例でもＱ
スイッチ法を選択した。尚、そのジャイアントパルス幅
は、１０ｎｓである。尚、今回、マーキング速度は５ｍ
ｍ／ｓに固定した。照射図形は幅１ｍｍ、長さ４０ｍｍ
の長方形となる様、プログラミングされたものを使用し
た。

【００２７】（導電部の確認）導電性の確認は、市販の
テスター（日置電機（株）製形式３２１８）を使用し
て確認した。具体的には、レーザー照射後、カバー材・
フィルム材を取り外し、レーザー照射部に、２本のテス
ターの測定部を間隔をあけてそれぞれ接触させ、導電性
があるかどうか確認した。

【００２８】

【実施例１】上記の手順に従い、ＰＯＭ樹脂平板上に黒
色のマーキング部を生成させた。マーキング部に於ける
導電性を確認した。

【００２９】

【実施例２】実施例１と同様に行い、ＰＡ６６樹脂平板
上の導電性を確認した。

【００３０】

【発明の効果】本発明の方法により得られる、黒色のマ
ーキングができるレーザーマーキング法は、樹脂組成物
の種類に関係なく可能であるため、適用範囲が大きい。
特に熱分解しやすいＰＯＭやＰＡ６６、ＰＡ６の様な樹
脂組成物に対し、特殊な添加剤、アロイ材等を配合する
ことなく、鮮明な黒色のマーキングができるので、極め
て有用な方法であると言える。またマーキング部を導電
部として利用することは、処理された成形品が単一の樹
脂組成物からなる成形品であるため、リサイクル時に導
電部と非導電部との分別が必要でなく、マテリアルリサ
イクル時に大きな物性低下が引き起こされる危険性が少
ない。従って近年の厳しい樹脂リサイクル性の要求性能
に対して応えるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の、平板に導電部を形成させる方法を表
す図であり、斜め上方より見た模式図である。

【符号の説明】

（１）平板（２）レーザー光照射の被照射部である変性部。（３）カバー材（スライドガラス）（４）レーザー光（５）固定用のセロハンテープ（６）ポリイミドフィルム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱可塑性樹脂組成物または熱硬化性樹脂
組成物からなる成形品の一部又は全部の面の上に、レー
ザー照射により発熱し変性する性質を有する樹脂製フィ
ルムを置き、更にそのフィルムの上にカバー材を置いて
フィルムをカバー材と成形品で挟み込む形で設置し、更
にそのカバー材を透過させてレーザー光を照射すること
で樹脂製フィルムを発熱及び変性させ、生成した変性部
が成形品表面に融着して成形品側へ移行し、その後、カ
バー材と樹脂フィルムの変性しなかった部分を取り外す
事で、成形品表面に黒色のマーキングがなされることを
特徴とする、レーザーマーキング法。
【請求項２】樹脂製フィルムが、ポリイミド製フィル
ム、カーボンブラックを含有したｍ−ＰＰＥ製フィルム
のいずれかであることを特徴とする、レーザーマーキン
グ法。
【請求項３】レーザー光の波長が、遠赤外線、赤外
線、近赤外線、可視光線、紫外線の内の、少なくとも一
つを含むレーザー光である事を特徴とする請求項１また
は２に記載のレーザーマーキング法。
【請求項４】レーザーが、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー、炭
酸ガスレーザー、エキシマーレーザー、ダイオードレー
ザーの内の少なくとも一つである事を特徴とする請求項
１〜３のいずれかに記載のレーザーマーキング法。
【請求項５】カバー材がガラスである事を特徴とす
る、請求項１〜４のいずれかに記載のレーザーマーキン
グ法。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかの方法から得ら
れる成形品。
【請求項７】成形品表面に成された黒色のマーキング
部の一部または全部を導電部として利用することを特徴
とする、請求項１〜５のいずれかに記載の導電部形成
法。
【請求項８】導電部が、アースとして利用されること
を特徴とする請求項７に記載の導電部の使用方法。
【請求項９】導電部が、電磁波シールドとして利用さ
れることを特徴とする請求項７に記載の導電部の使用方
法。
【請求項１０】請求項８または９から得られる成形
品。