JP2004066299A - セラミック材のレーザーマーキング方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】セラミック材1の表面の同一個所にレーザービーム3を複数回連続して照射し、セラミック材1の表面を熱変形させて、表面の凹凸面より深い凹部4を形成し、マーキング形状に沿ってレーザービーム3またはセラミック材1をを移動させながら順次深い凹部4を形成し、この深い凹部4を暗模様とし、表面の凹凸面2を明模様としたコントラストにより、文字や図形を形成することを特徴とするものである。
【選択図】 図5
Description
【発明の属する技術分野】
本発明はセラミック材の表面にレーザーマーキングする方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、セラミック製の基板や刃物、碍子などの表面に、会社名やロゴマーク、製造番号などの識別データを記載する場合には、印刷や転写紙の焼付けにより行なわれていた。しかしながら、印刷面は使用中に擦れて薄くなり、長期間に亘って鮮明に表示することができず、また転写紙の焼付けによるものは微細な表示ができない問題があった。特にセラミック基板のように数センチ角に切断した小さなチップを一個ずつ管理するような場合には、識別データを表示するスペースがなく個別に管理することができなかった。
【0003】
このためセラミック材の表面に、レーザービームを照射して、文字や二次元コードなどの図形を形成することが検討されていた。セラミック材は、アルミナ(二酸化アルミニウム)などの、細かいセラミック粉を加圧成形して、焼結したもので、ダイヤモンド( モース硬度10) に次ぐモース硬度9と高い硬度を有し、耐磨耗性や、1500〜1600℃程度の耐熱性、耐薬品性などに非常に優れた特徴を備えている。また熱伝導率が低く、高温における絶縁抵抗や高電圧に対する絶縁耐力にも優れている。
【0004】
このような各種の特性を有するセラミック材1は、図1に示すように、表面を研磨して平滑にしているものの、例えば深さが約3μm の細かいギザギザの硬い凹凸面2が形成され、表面で光が乱反射して白色を呈している。このようにセラミック材1の表面は光の反射率が高いため、通常の方法により単にレーザービームを照射しても透過せず、表面で反射され、しかも耐熱性が高いため熱によって変形せず文字や図形を形成することが困難であった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題を改善し、セラミック材の表面にレーザーにより文字や図形を形成でき、特に二次元コードなどの微細な表示が可能なマーキング方法を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1記載のセラミック材のレーザーマーキング方法は、セラミック材の表面の同一個所にレーザービームを複数回連続して照射し、セラミック材の表面を熱変形させて、表面の凹凸面より深い凹部を形成し、マーキング形状に沿ってレーザービームまたはセラミック材を移動させながら照射して順次深い凹部を形成し、この深い凹部を暗模様とし、表面の凹凸面を明模様としたコントラストにより、文字や図形を形成することを特徴とするものである。
【0007】
請求項2記載のセラミック材のレーザーマーキング方法は、セラミック材表面の凹凸面に、釉薬を塗布して焼付けた透明な釉薬層を設けて平滑に形成したことを特徴とするものである。また請求項3記載のセラミック材のレーザーマーキング方法は、暗模様となる凹部の深さHが、明模様となる表面の凹凸面の深さhの2倍以上に形成することを特徴とするものである。
【0008】
請求項4記載のセラミック材のレーザーマーキング方法は、セラミック材の表面に、レーザービームを照射して形成した表面の凹凸面より深い平面円形の凹部を暗模様の単位セルとし、表面の凹凸面を明模様の単位セルとして、これら明暗の単位セルを組合わせて明暗模様のマトリックスによる1セル1ドットの二次元コードを形成することを特徴とするものである。
【0009】
請求項5記載のセラミック材のレーザーマーキング方法は、セラミック材の表面に、レーザービームを照射して表面の凹凸面より深い平面円形の凹部を形成し、これを単位ドットとして、このドットをn×n、またはn×m(但しn、mは整数)に縦横に配置して暗模様の単位セルを形成し、レーザービームを照射していない表面の凹凸面を明模様の単位セルとして、これら明暗の単位セルを組合わせて明暗模様のマトリックスによる二次元コードを形成することを特徴とするものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の一形態を図1ないし図5を参照して詳細に説明する。図1に示すセラミック材1の表面の1個所に、レーザービーム3を図2に示すように200〜400回程度連続照射すると、セラミック材1の表面の凹凸面2が部分的に高温度になり昇華や溶融などの熱変形を受けて、図3に示すように深く窪んだ凹部4が形成される。この場合、凹凸面2でレーザービーム3が一部乱反射されるが、同じ部分に連続的にレーザービーム3を数百回照射するので、次第に温度が上昇し、1600℃以上の高温度になって昇華や溶融して深い凹部4が形成される。
【0011】
このようにレーザービーム3を複数回連続照射しながら、マーキング形状に沿って、レーザービーム3を順次移動させ図4に示すように深い凹部4からなる円形のドット5を形成していく。図5に示すように表面のギザギザの凹凸面2の深さ(表面粗さ)hは、その研磨状態によって異なるものの、例えば3μm程度であるが、レーザービーム3を連続照射して深く窪んだ凹部4の深さHが、表面の凹凸面2の深さhの2倍以上に形成することにより、光の一部がこの深い凹部4で吸収される。この結果、表面のギザギザの凹凸面2では光が乱反射して明模様となり、深い凹部4は光が一部吸収されて暗模様となり、この明暗模様のコントラストにより、文字や図形を認識することができる。
【0012】
この方法により、例えば図6に示すようにセラミック材1で形成された基板の表面にメッシュ6を形成し、この1個の枠7の内側に、レーザービーム3を数百回連続照射して図7に示すように円形のドット5を形成し、レーザービーム3を順次、縦横に移動させながら二次元コード10を形成することができる。この場合レーザービーム3の照射回数は50〜400回程度が好ましく、50回未満では深い凹部4が十分に形成されず、400回を超えると作業性が悪くなるからである。
【0013】
このようにしてレーザービーム3を1個所に連続照射しながら間欠的に縦横方向に移動させていくと、表面のギザギザの凹凸面2では光が乱反射して明模様となり、深い凹部4は暗模様となる。この深い凹部4を暗い単位セル9a、光が乱反射して明模様となった表面を明るい単位セル9bとし、これら明暗の単位セル9a、9bを組合わせて1セル1ドットの明暗模様のマトリックスによる二次元コード10を形成し、この二次元コード10を読取装置で読取ることができる。
【0014】
この二次元コード10は単位面積当たりのデーター量がバーコードに比べて極めて多く、多量の情報を記録できると共に、360度どの方向からも読取ることができる利点がある。更にコードの一部が破損したり汚れたりしていてもデーターを回復できる機能がある上、データーを暗号化することにより情報を秘密裏に管理することもできる。
【0015】
また上記説明では1セル1ドットの明暗模様のマトリックスによる二次元コード10を形成する場合について示したが、レーザービームを照射して表面の凹凸面2より深い円形の凹部4を単位ドット5として、このドット5をn×n、またはn×m(但しn、mは整数)に縦横に配置して暗模様の単位セルを形成し、レーザービームを照射していない表面の凹凸面2を明模様の単位セルとして、これら明暗の単位セルを組合わせて明暗模様のマトリックスによる二次元コード10を形成しても良い。
【0016】
図8は本発明の他の実施形態を示すものでセラミック材1で形成されたナイフ12にレーザーマーキングにより二次元コード10とマーク14を形成したものである。
【0017】
図9は本発明の他の実施形態を示すものでセラミック材1で形成された碍子13に、二次元コード10を形成したものである。このようにレーザーマーキングにより、材料種別や製造番号などの識別データを二次元コード10で表示することができる。
【0018】
図10は本発明の他の実施形態を示すものでセラミック材1の表面に、レーザービーム3を数百回連続照射して深い凹部4を形成して円形のドット5とし、レーザービーム3を順次、縦横に移動させながら連続照射して深い凹部4を形成し、円形のドット5で数字の「1358」を表示したものである。
【0019】
図11は本発明の他の実施形態を示すもので、セラミック材1の表面に、レーザービーム3を数百回連続照射して深い凹部4を形成し、この凹部4に重ねてレーザービーム3を順次縦横に移動させながら照射して連続した深い凹部で、図12に示すように数字の「1358」を形成したものである。
【0020】
図13および図14は本発明の他の実施形態を示すもので、セラミック材1の表面の凹凸面2に、釉薬を塗布して焼付け、図13に示すように透明な釉薬層15を形成して表面を平滑にしたものである。この状態でセラミック材1の表面に、レーザービーム3を数百回程度連続照射すると、図14に示すようにセラミック材1の表面の透明な釉薬層15を光が透過して凹凸面2が部分的に高温度になり釉薬層15と共に昇華や溶融などの熱変形を受けて深く窪んだ凹部4が形成される。一方、レーザービーム3を照射しない表面部分は、光沢のある平滑な釉薬層15が形成されたままになっている。
【0021】
この方法で形成したものは、透明な釉薬層15を形成して表面が平滑で滑り性が良く、シリコン半導体基板の設置台などに利用される。これに光が当たると、表面の釉薬層15を光が透過し、この下の凹凸面2で光が乱反射して明模様となる。また凹部4は暗模様となり、この明暗のコントラストにより、文字や図形を表示することができる。
【0022】
【実施例】
(実施例1)図6に示すようにセラミック材1で形成された基板の表面に1個の枠7の大きさが縦300μm横600μmのメッシュ6を形成し、この1個の枠7の内側に、図7に示すようにレーザービーム3を300回連続照射して円形のドット5を形成し、レーザービーム3を順次、縦横に移動させながら照射して二次元コード10を形成した。この円形のドット5の直径は27μmで、縦が8セルで長さ216μm、横が18セルで長さ486μmの1セル1ドットの二次元コード10を形成した。
【0023】
このセラミック材1の表面に形成した二次元コード10は、この深い凹部4で形成された円形のドット5が暗い単位セル9aとなり、光が乱反射して明模様となった表面の凹凸面2が明るい単位セル9bとなって、これら明暗の単位セル9a、9bを組合わせた明暗模様のマトリックスによる1セル1ドットの二次元コード10が形成され、これを読取装置で読取ることができた。
【0024】
(実施例2)図10に示すようにセラミック材1で形成された基板の表面に縦300μm横600μmの枠7の内側に、レーザービーム3を400回連続照射して直径は27μmの円形のドット5を形成し、縦横に移動させながら照射して円形のドット5を隣接させて数字の「1358」を表示した。これは拡大レンズで拡大して肉眼で数字を読み取ることができた。また同様に図12に示すようにレーザービーム3を400回連続照射して深い凹部4を形成し、この凹部4に重ねてレーザービーム3を順次縦横に移動させながら照射して深い凹部4で数字の「1358」を表示した。
【0025】
なお上記説明では文字として数字を形成した場合について示したが、アルファベットや漢字、仮名を形成しても良く、また図形としてはマークや二次元コードに限らず、線や模様など線画などを形成することができる。また上記説明では深い凹部4をパターン形状に沿って形成するのに、レーザービームを縦横に移動させる場合について示したが、セラミック材を移動させても良い。
【0026】
【発明の効果】
以上説明した如く本発明に係る請求項1記載のセラミック材のレーザーマーキング方法によれば、セラミック材の表面の同一個所にレーザービームを複数回連続して照射し、セラミック材の表面を熱変形させて、表面の凹凸面より深い凹部を形成することにより、ここを暗模様とし、表面の凹凸面を明模様としたコントラストにより、文字や図形を形成することができ、特に二次元コードなどの微細な表示に好適な方法である。
【0027】
また請求項2記載のセラミック材のレーザーマーキング方法によれば、セラミック材表面の凹凸面に、透明な釉薬層を設けて平滑に形成したので、文字や図形を形成できると共に、表面が平滑であるので、滑り性や光沢が要求されるセラミック材に適用することができる。
【0028】
また請求項3記載のセラミック材のレーザーマーキング方法によれば、暗模様となる凹部の深さHが、明模様となる表面の凹凸面の深さhの2倍以上に形成したので明暗模様のコントラストにより、光学的に読み取ることができる。
【0029】
また請求項4記載のセラミック材のレーザーマーキング方法によれば、セラミック材の表面に、レーザービームを照射して形成した深い凹部を暗模様の単位セルとし、表面の凹凸面を明模様の単位セルとして、これら明暗の単位セルを組合わせて明暗模様のマトリックスによる1セル1ドットの微細な二次元コードを形成することができる。
【0030】
また請求項5記載のセラミック材のレーザーマーキング方法によれば、表面の凹凸面より深い平面円形の凹部を形成し、これを単位ドットとして、このドットを縦横に配置して暗模様の単位セルを形成し、表面の凹凸面を明模様の単位セルとして、これら明暗の単位セルを組合わせて明暗模様のマトリックスによる二次元コードを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】セラミック材の断面図である。
【図2】本発明の実施の形態によるセラミック材の表面にレーザーを照射している状態を示す説明図である。
【図3】セラミック材の表面にレーザーを照射して深い凹部を形成している状態を示す説明図である。
【図4】セラミック材の表面にレーザーを照射して深い凹部を順次形成している状態を示す説明図である。
【図5】セラミック材の表面にレーザーを照射して深い凹部を形成した状態を示す断面図である。
【図6】メッシュをセラミック材の表面に形成した状態を示す平面図である。
【図7】図6に示すメッシュの枠に形成した二次元コードを示す平面図である。
【図8】本発明の他の実施の形態によるマークと二次元コードを形成したナイフの側面図である。
【図9】本発明の他の実施の形態による二次元コードを形成した碍子の正面図である。
【図10】本発明の他の実施の形態による数字を形成したセラミック材の正面図である。
【図11】本発明の他の実施の形態によるセラミック材に連続した深い凹部で数字を形成している状態を示す説明図である。
【図12】図11により連続した深い凹部で数字を形成したセラミック材の平面図である。
【図13】表面に釉薬層を形成したセラミック材の断面図である。
【図14】本発明の実施の形態による釉薬層を設けた表面にレーザーを照射して深い凹部を形成してたセラミック材の断面図である。
【符号の説明】
1 セラミック材
2 表面の凹凸面
3 レーザービーム
4 深い凹部
5 円形のドット
6 メッシュ
7 枠
9a 暗模様の単位セル
9b 明模様の単位セル
10 二次元コード
12 ナイフ
13 碍子
14 マーク
15 釉薬層
Claims (5)
- セラミック材の表面の同一個所にレーザービームを複数回連続して照射し、セラミック材の表面を熱変形させて、表面の凹凸面より深い凹部を形成し、マーキング形状に沿ってレーザービームまたはセラミック材を移動させながら照射して順次深い凹部を形成し、この深い凹部を暗模様とし、表面の凹凸面を明模様としたコントラストにより、文字や図形を形成することを特徴とするセラミック材のレーザーマーキング方法。
- セラミック材表面の凹凸面に、釉薬を塗布して焼付けた透明な釉薬層を設けて平滑に形成したことを特徴とする請求項1記載のセラミック材のレーザーマーキング方法。
- 暗模様となる凹部の深さHが、明模様となる表面の凹凸面の深さhの2倍以上に形成することを特徴とする請求項1または2記載のセラミック材のレーザーマーキング方法。
- セラミック材の表面に、レーザービームを照射して形成した表面の凹凸面より深い平面円形の凹部を暗模様の単位セルとし、表面の凹凸面を明模様の単位セルとして、これら明暗の単位セルを組合わせて明暗模様のマトリックスによる1セル1ドットの二次元コードを形成することを特徴とする請求項1または2記載のセラミック材のレーザーマーキング方法。
- セラミック材の表面に、レーザービームを照射して表面の凹凸面より深い平面円形の凹部を形成し、これを単位ドットとして、このドットをn×n、またはn×m(但しn、mは整数)に縦横に配置して暗模様の単位セルを形成し、レーザービームを照射していない表面の凹凸面を明模様の単位セルとして、これら明暗の単位セルを組合わせて明暗模様のマトリックスによる二次元コードを形成することを特徴とする請求項1または2記載のセラミック材のレーザーマーキング方法。
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