JP2012011689A - Method and apparatus for laser marking - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザーを用いて加工物の表面にパーマネントなマーキングを施す方法及び装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for permanently marking a workpiece surface with a laser.
従来、加工物表面にレーザー光線による損傷や加工を行い、消すことの出来ないパーマネントマーキングをリアルタイムで書き入れるレーザーマーキング方法が知られている。しかしながら、このレーザーマーキング方法は、大型のレーザー発振器を使用し、高価なガルバノスキャナーや、Ｘ−Ｙステージを用いる必要があったため、レーザーマーキング装置が高価となっていた。また、書き込める色が単色で、多色カラー化できないという問題もあった。 Conventionally, there is known a laser marking method in which a permanent marking that cannot be erased is written in real time by damaging or processing a workpiece surface with a laser beam. However, this laser marking method uses a large laser oscillator and requires the use of an expensive galvano scanner or an XY stage, so that the laser marking apparatus is expensive. There is also a problem that the color that can be written is a single color and cannot be multicolored.
装置の小型化と簡素化を実現するため、例えば、赤外線吸収剤を含む液滴を、インクジェットヘッドを用いて樹脂の表面に所定のパターンを形成するように塗布し、塗布した赤外線吸収剤が樹脂の表面に定着するような照射条件で、レーザーヘッドから樹脂表面に赤外領域の波長のレーザー光線を照射し、赤外線吸収剤を樹脂表面に溶融定着させる方法が提案されている（特許文献１）。しかしながら、このレーザーマーキング方法も、書き込める色が単色で、多色カラー化できない点が大きな制約となっていた。 In order to achieve downsizing and simplification of the apparatus, for example, a droplet containing an infrared absorber is applied using an inkjet head so as to form a predetermined pattern on the surface of the resin, and the applied infrared absorber is a resin. There has been proposed a method of irradiating a laser beam with a wavelength in the infrared region from a laser head to a resin surface under irradiation conditions such that the infrared absorber is melt-fixed on the resin surface under such irradiation conditions as to fix on the surface (Patent Document 1). However, this laser marking method has a major limitation in that the color that can be written is a single color and cannot be multicolored.
多色カラー化を可能にするレーザーカラーマーキングに関する技術として、熱可塑性材料から成る基材の表面に、色料を分散した状態で含有する色料含有層を形成し、この色料含有層に予め定めるマーキング形状に沿ってレーザー光線を照射して、前記レーザー光線を照射した部分の基材を軟化させ、この軟化した部分に前記色料含有層の色料を混在させることによって、基材の表面に前記予め定めるマーキング形状を発現させる方法（特許文献２）が提案されている。しかしながら、色料含有層を基材表面の前面に均一に塗布してから、所望形状にレーザー光線を照射する方法であるので、多色化するには、何度も色料含有層を塗りなおさなければならず、手間がかかる。 As a technology related to laser color marking that enables multicolor coloring, a colorant-containing layer containing a colorant dispersed is formed on the surface of a base material made of a thermoplastic material, and this colorant-containing layer is previously formed on the colorant-containing layer. By irradiating a laser beam along a defined marking shape, softening the substrate of the portion irradiated with the laser beam, and mixing the colorant of the colorant-containing layer in the softened portion, the surface of the substrate A method (Patent Document 2) for expressing a predetermined marking shape has been proposed. However, since the colorant-containing layer is uniformly applied to the front surface of the substrate surface and then irradiated with a laser beam in a desired shape, the colorant-containing layer must be reapplied many times to increase the number of colors. It takes time and effort.
また、捺染の分野において、熱可塑性合成樹脂からなる布地に、分散染料をパッティングした後、ＣＯ２レーザー又は当該熱可塑性合成繊維の有効吸収波長域にある固体レーザーを照射して照射部分を発熱させ、乾燥と同時に分散染料を繊維内部に拡散染着する染色加工方法（特許文献３）等が知られている。ＣＯ２レーザーは、１０．８μｍの波長をもっている。図２〜図７は、樹脂の種類ごとに波長と分光透過率との関係を示すグラフ（出典：「赤外吸光図説総覧」共立出版）であり、幾つかの樹脂材料は波長１０．８μｍでの分光透過率が低い（即ち、吸収がある）ことが分かるが、例えば、ポリエチレン・グリコール・テレフタレート（ＰＥＴ）やポリカーボネート等のように、波長１０．８μｍでは分光透過率が高い（即ち、吸収が小さい）樹脂が多く、これらの樹脂の場合、発熱させるためにはレーザー光線の出力を上げなければならず、エネルギー効率が良くない。 In the field of textile printing, a disperse dye is put on a fabric made of a thermoplastic synthetic resin, and then irradiated with a CO 2 laser or a solid laser in the effective absorption wavelength region of the thermoplastic synthetic fiber to cause the irradiated portion to generate heat. Also known is a dyeing method (Patent Document 3) in which a disperse dye is diffused and dyed inside a fiber simultaneously with drying. The CO 2 laser has a wavelength of 10.8 μm. 2 to 7 are graphs showing the relationship between the wavelength and the spectral transmittance for each type of resin (Source: “Infrared Absorption Diagram Overview”), and some resin materials have a wavelength of 10.8 μm. The spectral transmittance is low (that is, there is absorption), but the spectral transmittance is high at the wavelength of 10.8 μm (that is, the absorption is low), such as polyethylene glycol terephthalate (PET) and polycarbonate. Many of these resins are small, and in the case of these resins, in order to generate heat, the output of the laser beam must be increased, and the energy efficiency is not good.
また、昇華性染料あるいはこれを含むインクを前記被染物に塗布し、前記被染物に可視光域の波長のレーザー光線を照射することで、レーザー光線を基材ではなく染料に吸収させ、基材を傷めないようにする発色方法が提案されている（特許文献４）。可視光レーザーのブルーレーザーは、多くの染料に吸収があるが、レーザーの出力が数百ｍＷと小さく、マーキング加工には高速化、大型化等において制限が生じる。また可視光レーザーのグリーンレーザーでは大出力が得られるが、黄色染料にはグリーン帯（４９０〜５７５ｎｍ）に吸収が小さく、黄色染料には不向きであり、フルカラーの定着には向かない。 In addition, by applying a sublimable dye or an ink containing this to the object to be dyed and irradiating the dyed object with a laser beam having a wavelength in the visible light range, the laser beam is absorbed by the dye, not the substrate, and the substrate is damaged. There has been proposed a coloring method for avoiding this (Patent Document 4). The visible laser blue laser absorbs many dyes, but the output of the laser is as small as several hundred mW, and the marking process is limited in terms of speeding up and size increase. A green laser of a visible light laser can provide a large output, but a yellow dye has a small absorption in the green band (490 to 575 nm), is not suitable for a yellow dye, and is not suitable for full-color fixing.
本発明は、上記従来の問題に鑑みて、基材を損傷することなく、簡単に、効率良く、フルカラーでマーキングすることを可能にするレーザーマーキング方法及び装置を提供することを目的とする。 In view of the above-described conventional problems, an object of the present invention is to provide a laser marking method and apparatus that enables simple, efficient, and full-color marking without damaging a substrate.
上記目的を達成するため、本発明に係るレーザーマーキング方法は、樹脂成型品の表面部分に、フルカラーに必要なインクをインクジェットによって塗布する工程と、赤外領域で波長選択可能な量子カスケードレーザーの波長を樹脂成型品の吸光度により選択する工程と、選択された波長のレーザー光線により、樹脂成型品の表面に塗布されたインクの塗布部をスキャン照射し、該樹脂成型品の表面部分で生じる発熱により、前記インクを該樹脂成型品の表面部分に拡散又は溶融固着させて定着させる工程と、を含むことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a laser marking method according to the present invention includes a step of applying ink necessary for full color to a surface portion of a resin molded product by inkjet, and a wavelength of a quantum cascade laser capable of wavelength selection in the infrared region. Is selected by the absorbance of the resin molded product, and a laser beam of the selected wavelength is used to scan and irradiate the applied portion of the ink applied to the surface of the resin molded product, and heat generated on the surface portion of the resin molded product, And a step of diffusing or melting and fixing the ink on the surface portion of the resin molded product and fixing the ink.
また、上記目的を達成するため、本発明に係るレーザーマーキング装置は、インクジェットヘッドと、赤外領域で波長選択可能な量子カスケードレーザー発振器と、レーザーマーキングされるべき樹脂成型品を設置する設置部と、を備え、該設置部に対して前記インクジェットヘッド及び前記量子カスケードレーザー発振器が相対的に移動可能に構成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a laser marking device according to the present invention includes an inkjet head, a quantum cascade laser oscillator capable of wavelength selection in the infrared region, and an installation unit for installing a resin molded product to be laser marked. And the inkjet head and the quantum cascade laser oscillator are configured to be relatively movable with respect to the installation portion.
本発明によれば、インクジェットプリンタで樹脂成型品上にパターニングが行われ、レーザー光線のスキャン照射により、樹脂成型品のパターンニングされた部分に染料又は顔料を定着させる。レーザー光線をパターンニング部分全体に照射できるため、従来のレーザーマーキングで必要であった、ガルバノスキャナーやＸ−Ｙステージが不要となり、装置の大幅な簡素化と低コスト化が実現される。使用するレーザーも色素又は顔料の定着が目的であるため、樹脂を損傷させる従来のレーザーマーキングで使用されているレーザーより２〜３桁小さい出力の半導体レーザー（量子カスケードレーザー）を使用できる。 According to the present invention, patterning is performed on a resin molded product by an ink jet printer, and a dye or a pigment is fixed to a patterned portion of the resin molded product by scanning irradiation with a laser beam. Since the entire patterning portion can be irradiated with the laser beam, the galvano scanner and the XY stage, which are necessary for the conventional laser marking, are unnecessary, and the apparatus can be greatly simplified and reduced in cost. Since the purpose of the laser used is to fix dyes or pigments, it is possible to use a semiconductor laser (quantum cascade laser) whose output is two to three orders of magnitude smaller than the laser used in conventional laser marking that damages the resin.
また、照射するレーザー光線は、樹脂の種類に応じて吸収の大きい波長を選択して照射することができるため、樹脂への吸収効率を高めることができ、エネルギー効率を向上させることができる。 Moreover, since the laser beam to be irradiated can be irradiated by selecting a wavelength having a large absorption according to the type of resin, the absorption efficiency into the resin can be increased, and the energy efficiency can be improved.
そして、樹脂表面に生じる熱で染料又は顔料を樹脂表面に拡散又は溶融固着させるが、吸収効率の高いレーザー光線をスキャン照射することにより短時間で照射することで、樹脂成型品の表面付近のみの温度を急速に高め、樹脂成型品に顕著な変形が生じる前に、インクの染料又は顔料を定着させることが可能となる。 The dye or pigment is diffused or melt-fixed to the resin surface by the heat generated on the resin surface, but the temperature only in the vicinity of the surface of the resin molded product is obtained by irradiating in a short time by scanning with a laser beam with high absorption efficiency. The ink dye or pigment can be fixed before the resin molded product is significantly deformed.
本発明に係るレーザーマーキング方法及び装置について、以下、図１を参照して説明する。図１は、本発明に係るレーザーマーキング装置の一実施形態を工程別に概略的に示す正面図であり、図１（ａ）はインクを噴射する工程を示し、図１（ｂ）はレーザー光線を照射する工程を示している。 The laser marking method and apparatus according to the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 1 is a front view schematically showing one embodiment of a laser marking device according to the present invention, wherein FIG. 1 (a) shows a step of ejecting ink, and FIG. 1 (b) shows irradiation with a laser beam. The process to perform is shown.
本発明に係るレーザーマーキングを施す対象物は、樹脂成型品Ｗであり、特に、熱可塑性樹脂成型品である。熱可塑性樹脂としては、汎用プラスチック、準汎用プラスチックの他、エンジニアリング・プラスチックも使用することができ、特に限定されるものではないが、たとえば、ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリメチルペンテン，ポリブテン，結晶性ポリブタジエン，ポリスチレン，ポリブタジエン，スチレンブタジエン樹脂，ポリ塩化ビニル，ポリ酢酸ビニル，ポリ塩化ビニリデン，エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ，ＡＳ，ＡＢＳ，アイオノマー，ＡＡＳ，ＡＣＳ），ポリメチルメタクリレート（アクリル），ポリアセタール（ポリオキシメチレン），ポリアミド，ポリカーボネート，ポリフェニレンエーテル，ポリエチレンテレフタレート，ポリブチレンテレフタレート，ポリアリレート（Ｕポリマー），ポリスチレン，ポリエーテルスルホン，ポリイミド，ポリアミドイミド，ポリフェニレンスルフィド，ポリオキシベンゾイル，ポリエーテルエーテルケトン，ポリエーテルイミド，液晶ポリエステル，酢酸セルロース，酪酸セルロース，セロファン，セルロイド，熱可塑性エラストマーなどを例示することができる。 The object to which the laser marking according to the present invention is applied is a resin molded product W, in particular, a thermoplastic resin molded product. As the thermoplastic resin, general-purpose plastics and semi-general-purpose plastics as well as engineering plastics can be used, and are not particularly limited. For example, polyethylene, polypropylene, polymethylpentene, polybutene, crystalline polybutadiene, Polystyrene, polybutadiene, styrene butadiene resin, polyvinyl chloride, polyvinyl acetate, polyvinylidene chloride, ethylene vinyl acetate copolymer (EVA, AS, ABS, ionomer, AAS, ACS), polymethyl methacrylate (acrylic), polyacetal (poly) Oxymethylene), polyamide, polycarbonate, polyphenylene ether, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyarylate (U polymer), polystyrene, polyether Rusuruhon, polyimide, polyamideimide, polyphenylene sulfide, polyoxybenzoyl, polyether ether ketone, polyetherimide, liquid crystal polyester, cellulose acetate, cellulose butyrate, cellophane, celluloid, and the like can be exemplified a thermoplastic elastomer.
レーザーマーキング装置１は、インクジェットヘッド２と、赤外領域で波長選択可能な量子カスケードレーザー発振器３と、レーザーマーキングされるべき樹脂成型品を設置する設置部４と、を備えている。 The laser marking device 1 includes an inkjet head 2, a quantum cascade laser oscillator 3 capable of selecting wavelengths in the infrared region, and an installation unit 4 for installing a resin molded product to be laser marked.
インクジェットヘッド２は、図１に示す例では、図示都合上、複数個のインクジェットヘッドを１つのインクジェットヘッドのように図示しているが、ブラックインク用ヘッドと、シアン、イエロー、マゼンタ等の調色カラーインク用ヘッドとを並列に備えることができる。インクジェットヘッド２は、公知のものを採用することができ、表現する色彩等の必要に応じて調色カラーインクのインクジェットヘッドを増減することができる。 In the example shown in FIG. 1, the inkjet head 2 is illustrated as a single inkjet head for convenience of illustration, but a black ink head and toning of cyan, yellow, magenta, and the like. A color ink head can be provided in parallel. As the ink jet head 2, a known one can be adopted, and the number of ink jet heads for toning color ink can be increased / decreased as required for the color to be expressed.
インクジェットヘッド２は、市販の家庭用インクジェットプリンタと同様に、図示しない外部の制御装置によって制御され、所望の文字、色彩、図柄等を、加工すべき樹脂成型品Ｗ上に印字、印画するように、駆動させることができる。 The ink-jet head 2 is controlled by an external control device (not shown), like a commercially available home-use ink-jet printer, so that desired characters, colors, designs, etc. are printed and printed on the resin molded product W to be processed. Can be driven.
量子カスケードレーザー発振器３は、赤外領域（４〜１０μｍ）で任意の波長を選択することができる。量子カスケードレーザー発振器３から発振されたレーザー光線は、図示しない集光レンズ等の光学系によって、スポット状、ライン状等の所望形状のビームに集光され得る。 The quantum cascade laser oscillator 3 can select an arbitrary wavelength in the infrared region (4 to 10 μm). The laser beam oscillated from the quantum cascade laser oscillator 3 can be condensed into a beam having a desired shape such as a spot shape or a line shape by an optical system such as a condenser lens (not shown).
設置部４に対してインクジェットヘッド２及び量子カスケードレーザー発振器３は、相対的に移動可能に構成されている。 The inkjet head 2 and the quantum cascade laser oscillator 3 are configured to be relatively movable with respect to the installation unit 4.
図１に示す例では、インクジェットヘッド２と量子カスケードレーザー発振器３とが図１の矢印Ｘで示す水平方向に往復動自在に支持され、Ｘ方向に垂直であって紙面に垂直な方向（Ｙ方向：図示せず。）に設置部４が直線往復移動可能に支持されている。また、インクジェットヘッド２と量子カスケードレーザー発振器３とは、図１に示すように、焦点合わせや、デフォーカスの調整等のために、矢印Ｚで示す鉛直上下方向に高さ調節可能に支持することができる。 In the example shown in FIG. 1, the inkjet head 2 and the quantum cascade laser oscillator 3 are supported so as to reciprocate in the horizontal direction indicated by an arrow X in FIG. 1, and are perpendicular to the X direction and perpendicular to the paper surface (Y direction). : Not shown), the installation portion 4 is supported so as to be linearly reciprocable. Further, as shown in FIG. 1, the inkjet head 2 and the quantum cascade laser oscillator 3 are supported so as to be adjustable in height in the vertical vertical direction indicated by the arrow Z for focusing, defocus adjustment, and the like. Can do.
なお、図１において、図示都合上、インクジェットヘッド２と量子カスケードレーザー発振器３とが別個の装置のように図示されているが、レーザーマーキング装置１は、インクジェットヘッド２と量子カスケードレーザー発振器３とを連結し、インクジェットヘッド２とともに量子カスケードレーザー発振器３が移動するように構成することができる。それによって、レーザーマーキング装置１は、インクジェットヘッド２からのインクの噴射と並行して、樹脂加工品１のインク塗布面にレーザー光３ａを照射しつつ移動させてスキャン照射することができる。 In FIG. 1, for convenience of illustration, the inkjet head 2 and the quantum cascade laser oscillator 3 are illustrated as separate devices, but the laser marking device 1 includes the inkjet head 2 and the quantum cascade laser oscillator 3. The quantum cascade laser oscillator 3 can be configured to move together with the inkjet head 2. Accordingly, the laser marking device 1 can scan and irradiate the ink application surface of the resin processed product 1 while irradiating the ink application surface of the resin processed product 1 in parallel with the ejection of the ink from the inkjet head 2.
上記のようなレーザーマーキング装置を用いて、樹脂成型品にレーザーマーキングを施す方法について、以下に説明する。 A method for performing laser marking on a resin molded product using the above laser marking apparatus will be described below.
まず、図１に示す設置部４上に、レーザーマーキングを施すべき樹脂成型品Ｗを設置する。そして、図示しない外部の制御装置からの制御信号に基づいて、設置部４とインクジェットヘッド２とを相対移動させつつ、樹脂成型品Ｗの平坦状表面Ｗａにインクジェットヘッド２からインク２ａを噴射して、所望の色彩で印字・印画を施す。 First, a resin molded product W to be laser-marked is installed on the installation portion 4 shown in FIG. Then, based on a control signal from an external control device (not shown), the ink 2a is ejected from the inkjet head 2 onto the flat surface Wa of the resin molded product W while the installation unit 4 and the inkjet head 2 are relatively moved. Then, print and print in the desired color.
インクは、汎用のカラーインクジェットプリンタ用インクを使用することができ、染料インク、顔料インクの何れも使用可能である。なお、インクジェット用インクは、環境面から水性インクが好ましいが、油性インクを使用することもできる。インクジェットヘッドは、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの４色セットからなるインクの他、それらに淡色を加えた６色、７色等、用途に応じた色のインクに対応したインクジェットヘッドを用いることもできる。 As the ink, general-purpose color ink jet printer ink can be used, and either dye ink or pigment ink can be used. The ink-jet ink is preferably a water-based ink from the viewpoint of the environment, but an oil-based ink can also be used. The ink jet head may be an ink jet head corresponding to an ink having a color according to the use, such as six colors and seven colors obtained by adding a light color to the ink, in addition to ink composed of four colors of cyan, magenta, yellow, and black. it can.
図示しない外部の制御装置からの制御下で、インクの噴射と並行して、樹脂成型品Ｗの表面に塗布されたインク塗布部に、量子カスケードレーザー発振器３からレーザー光線３ａが照射される。互いに連結されたインクジェットヘッド２に連結された量子カスケードレーザー発振器３は、インクジェットヘッド２と共に移動しつつレーザー光をインク塗布部に照射することで、レーザー光がインク塗布部をスキャンするように照射（即ち、スキャン照射）される。 Under the control of an external control device (not shown), the laser beam 3a is irradiated from the quantum cascade laser oscillator 3 to the ink application part applied to the surface of the resin molded product W in parallel with the ink ejection. The quantum cascade laser oscillator 3 connected to the inkjet heads 2 connected to each other irradiates the ink application part with laser light while moving with the inkjet head 2 so that the laser light scans the ink application part ( That is, scanning irradiation is performed.
量子カスケードレーザー発振器３から照射されるレーザー光線の波長は、樹脂成型品Ｗの吸光度の大きい波長が選択される。具体的には、吸光度が０．６以上となる波長が、量子カスケードレーザー発振器から照射される光線の波長として選択される。樹脂成型品Ｗの吸光度は、樹脂の種類が予め分かっている場合は吸光度も既知であり、樹脂の種類が不明な場合は、分光測定器を用いて分光透過率を測定し、分光透過率と波長との関係を示すグラフから計算によって求めることができる。 As the wavelength of the laser beam irradiated from the quantum cascade laser oscillator 3, a wavelength having a large absorbance of the resin molded product W is selected. Specifically, the wavelength at which the absorbance is 0.6 or more is selected as the wavelength of the light beam emitted from the quantum cascade laser oscillator. If the resin type is known in advance, the absorbance of the resin molded product W is also known. If the resin type is unknown, the spectral transmittance is measured using a spectrophotometer. It can be obtained by calculation from a graph showing the relationship with wavelength.
例えば、図７を参照すれば、ポリエチレン・グリコール・テレフタレートの場合、波長５μｍ〜１０μｍの間に吸収極大を含む強い吸収帯が複数個所あり、これらの吸収極大のうち、例えば６μｍ付近に吸光度が０．６以上で最大となると考えられる波長がある。 For example, referring to FIG. 7, in the case of polyethylene glycol terephthalate, there are a plurality of strong absorption bands including an absorption maximum between wavelengths of 5 μm to 10 μm, and among these absorption maximums, for example, the absorbance is 0 in the vicinity of 6 μm. There are wavelengths that are considered to be maximum at .6 or higher.
樹脂成型品Ｗの吸光度が最大となる波長に、量子カスケードレーザーの波長を合わせることが最も好ましい選択である。しかしながら、例えば、吸光度が０．６以上あれば、図２〜７に示す何れの樹脂においてもかなりの吸収があり、そのような波長領域において量子カスケードレーザーの波長を選択することができる。 The most preferable choice is to match the wavelength of the quantum cascade laser to the wavelength at which the absorbance of the resin molded product W is maximum. However, for example, if the absorbance is 0.6 or more, there is considerable absorption in any of the resins shown in FIGS. 2 to 7, and the wavelength of the quantum cascade laser can be selected in such a wavelength region.
レーザー光線のスキャン照射によって樹脂成型品Ｗの表面に生じる熱により、樹脂成型品Ｗの表面にインク中の染料を拡散させ、或いは、樹脂成型品Ｗの表面を溶融させてそこにインク中の顔料を固着させ、その結果、樹脂成型品Ｗの表面にカラーマーキングが施される。 Due to the heat generated on the surface of the resin molded product W by the scanning irradiation of the laser beam, the dye in the ink is diffused on the surface of the resin molded product W, or the surface of the resin molded product W is melted and the pigment in the ink is added there. As a result, the surface of the resin molded product W is colored.
スキャン照射するレーザー光線は、樹脂成型品Ｗの表面付近のみを発熱させるようにスキャン速度とエネルギー密度の関係を制御する。そうすることにより、樹脂成型品Ｗの全体が発熱して樹脂成型品Ｗの全体形状が変形することを抑制する。例えば、スキャン照射するレーザー光線は、スキャン速度を０．３〜１ｍｍ／秒とし、エネルギー密度を５〜１０Ｗ／ｃｍ２に制御することが好ましい。スキャン速度が遅すぎたりエネルギー密度が高すぎると、樹脂成型品Ｗの内部まで発熱し、樹脂成型品Ｗの全体形状を変形させることがある一方、スキャン速度が速すぎたりエネルギー密度が低すぎると、樹脂成型品Ｗの表面での発熱が不十分となり、マーキングが不十分となるからである。 The laser beam to be scanned controls the relationship between the scanning speed and the energy density so as to generate heat only near the surface of the resin molded product W. By doing so, it is possible to prevent the entire resin molded product W from generating heat and deforming the entire shape of the resin molded product W. For example, it is preferable that the laser beam to be scanned is controlled at a scanning speed of 0.3 to 1 mm / second and an energy density of 5 to 10 W / cm 2 . If the scanning speed is too slow or the energy density is too high, the resin molded product W may generate heat and deform the entire shape of the resin molded product W. On the other hand, if the scanning speed is too fast or the energy density is too low. This is because heat generation on the surface of the resin molded product W becomes insufficient and marking becomes insufficient.
レーザー光線は、必要に応じてデフォーカスすることにより、エネルギーの集中による樹脂成型品の変形を防止することができる。レーザー光線をデフォーカスしてスキャン照射する場合、部分的に重ね打ちすることもできる。すなわち、レーザー光線をデフォーカスした場合、周辺部のエネルギー密度が中心部のエネルギー密度に比較して低下するため、その低下分を補うため、レーザー光を重ね打ちしても良い。 By defocusing the laser beam as necessary, deformation of the resin molded product due to energy concentration can be prevented. When the laser beam is defocused and scanned for irradiation, partial overstrike can be performed. That is, when the laser beam is defocused, the energy density in the peripheral portion is lower than the energy density in the central portion, so that the laser beam may be overlaid to compensate for the reduction.
また、樹脂成型品Ｗの内部の発熱を抑制するため、スキャン照射するレーザー光線をパルスレーザーとしても良い。この場合、パルスのデューティ比は、２０〜５０％が好ましい。 Further, in order to suppress heat generation inside the resin molded product W, the laser beam to be scanned may be a pulse laser. In this case, the duty ratio of the pulse is preferably 20 to 50%.
以下に実施例を示して本発明の特徴をより具体的に説明する。ただし、本発明の範囲は、実施例に限定されない。
実施例
実施例に於いては、図１に示す装置と同様の装置を用いた。
The features of the present invention will be described more specifically with reference to the following examples. However, the scope of the present invention is not limited to the examples.
Example In the example, an apparatus similar to the apparatus shown in FIG. 1 was used.
インクは、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの４色のインクジェット用昇華性分散染料インク（株式会社ティーシー製ＳＡインク）を用意した。 As inks, sublimable disperse dye inks for ink jet of four colors of cyan, magenta, yellow, and black (SA ink manufactured by TC Corporation) were prepared.
上記インクを、縦５０ｍｍ、横５０ｍｍ、厚さ２ｍｍの樹脂製プレート上にインクジェット方式により印字した。樹脂製プレートは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、アクリル、ポリカーボネート、塩化ビニル、ポリプロピレン、ＡＢＳ樹脂のそれぞれにて製作した。 The ink was printed by an inkjet method on a resin plate having a length of 50 mm, a width of 50 mm, and a thickness of 2 mm. The resin plate was made of polyethylene terephthalate (PET), acrylic, polycarbonate, vinyl chloride, polypropylene, and ABS resin.
インクジェットと並行して、波長を８μｍに設定した量子カスケードレーザー発振器（浜松ホトニクス社製試作品）から、印字された樹脂製プレートの表面にレーザー光線を照射した。この量子カスケードレーザーの出力は１２０ｍＷであり、集光して印刷面をスキャン照射した。スキャン速度は、０．５ｍｍ／秒でＹ軸方向への送りピッチを０．２ｍｍとした。レーザー照射後、アルコールにて照射面をふき取った。 In parallel with the inkjet, a laser beam was irradiated onto the surface of the printed resin plate from a quantum cascade laser oscillator (prototype manufactured by Hamamatsu Photonics) with a wavelength set to 8 μm. The output of the quantum cascade laser was 120 mW, and the printed surface was scanned and irradiated. The scanning speed was 0.5 mm / second, and the feed pitch in the Y-axis direction was 0.2 mm. After laser irradiation, the irradiated surface was wiped off with alcohol.
レーザー照射後のインク馴染み性と耐溶剤性について評価した。インク馴染み性の評価は、印刷面を目視評価し、インクのハジキが見られず、かすれが無い場合を◎、ハジキが見られるがかすれが無い場合を○、ハジキ、かすれ、凝集が見られる場合を△と判定した。また、耐溶剤性の評価は、印字面をエチルアルコールでふき取っても色落ちしない場合を◎、やや色落ちした場合を△、完全に色落ちした場合を×と判定した。判定結果を下記表１に示す。 The ink compatibility and solvent resistance after laser irradiation were evaluated. Ink familiarity is evaluated by visual evaluation of the printed surface, ◎ if no ink repellency is seen and no fading, ◎, if cissing is seen but no fading, ○, repellency, fading, or aggregation is seen Was determined to be Δ. In addition, the solvent resistance was evaluated as を when the printed surface was not discolored even if the printed surface was wiped off with ethyl alcohol, Δ when the color was slightly discolored, and × when the color was completely discolored. The determination results are shown in Table 1 below.
比較例
比較例として、レーザー光を照射しない以外は実施例と同じ条件で製作したサンプルを、１日間放置した後の印刷性と耐溶剤性を評価した。判定結果を表２に示す。
Comparative Example As a comparative example, the printability and solvent resistance of a sample produced under the same conditions as in the Examples except that the laser beam was not irradiated were evaluated for 1 day. Table 2 shows the determination results.
上記表１、表２から、本発明の実施例は、比較例よりもインク馴染み性及び耐溶剤性に優れていることが分かる。また、本発明の実施例では、樹脂内に染料が拡散染色されるため、樹脂表面にインク被膜を形成する比較例よりも印刷物の耐摩耗性に優れていた。また、実施例のサンプルは、目視で確認できる程度の変形もなかった。 From Table 1 and Table 2, it can be seen that the examples of the present invention are superior in ink compatibility and solvent resistance than the comparative examples. Further, in the examples of the present invention, since the dye was diffusely dyed in the resin, the printed matter was more excellent in abrasion resistance than the comparative example in which the ink film was formed on the resin surface. Further, the sample of the example was not deformed to the extent that it can be visually confirmed.
１ レーザーマーキング装置
２ インクジェットヘッド
２ａ インク
３ 量子カスケードレーザー発振器
３ａ レーザー光線
４ 設置部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser marking apparatus 2 Inkjet head 2a Ink 3 Quantum cascade laser oscillator 3a Laser beam 4 Installation part
Claims (2)
赤外領域で波長選択可能な量子カスケードレーザーの波長を樹脂成型品の吸光度により選択する工程と、
選択された波長のレーザー光線により、樹脂成型品の表面に塗布されたインクの塗布部をスキャン照射し、該樹脂成型品の表面部分で生じる発熱により、前記インクを該樹脂成型品の表面部分に拡散又は溶融固着させて定着させる工程と、
を含むことを特徴とするレーザーマーキング方法。 Applying ink necessary for full color to the surface part of the resin molded product by inkjet,
A step of selecting the wavelength of the quantum cascade laser capable of wavelength selection in the infrared region by the absorbance of the resin molded product;
A laser beam of a selected wavelength is used to scan and irradiate the applied portion of the ink applied to the surface of the resin molded product, and the ink is diffused to the surface portion of the resin molded product due to heat generated on the surface portion of the resin molded product. Or a step of fixing by melting and fixing;
A laser marking method comprising:
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