JP2022093145A - レーザマーキング方法及び走査光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂成型品の表面状態によらず視認性のよいレーザマーキングを施すこと。【解決手段】樹脂１１にレーザ光１２を照射しマーキングを行うレーザマーキング方法であって、樹脂１１の領域１３を溶解させる第１工程と、領域１３内の箇所１４にレーザ光１２を照射し刻印する第２工程と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、レーザマーキング方法及び走査光学装置に関し、例えば、レーザを用いて樹脂にマーキングを施した走査光学装置に関する。

近年、部品やユニットの管理方法として、対象物にレーザ光を照射してマーキング（以下、レーザマーキングという）を施すことにより対象物を特定し、管理する方法が知られている。レーザマーキングの対象物が樹脂成型品の場合、レーザ光を照射すると、レーザ光は樹脂成型品の表面を透過し、樹脂中のカーボンブラックを加熱する。加熱されたカーボンブラックは、周りの樹脂を加熱、溶融し、局所的に樹脂を分解して、内部から微細な泡を発生（以下、発泡という）させる。この発泡により樹脂成型品における表面の樹脂が内部より押し上げられ、一般的に、５μｍから５０μｍ程度に盛り上がった白色系の凸部が形成される。この凸部が白色系のマーク（印）となり、視認可能となる（例えば、特許文献１参照）。

特開平０５－０９２６５７号公報

しかしながら、白色に近い色の樹脂成型品や、濃い色の樹脂成型品であっても、成型の条件等によっては、次のような課題が発生する。すなわち、表面に銀色の痕ができてしまうシルバーストリークが発生した場合、レーザマーキングを行っても、マーキングした箇所の色と周囲の色とに十分なコントラストが得られず、視認性が低下する。

また、高精度な形状が求められる部品、例えば、走査光学装置の光学箱等では、寸法の安定性を向上させるために、微細発泡成型により成型を行っている。ここで、微細発泡成型とは、溶融した樹脂に超臨界状態の窒素や二酸化炭素を添加し、径１００μｍ以下の微細な気泡を成型品の内部に形成する成型方法である。微細発泡成型を行った場合、成型品には、金型内を流れる樹脂で発生した気泡が成型品表面で引き延ばれた跡（以下、スワールマークという）が発生する。スワールマークが発生した成型品の表面の色も、レーザマーキングによってマーキングした箇所の色に対して十分なコントラストが得られない。また、レーザマーキングで十分なコントラストが得られない状態で、１次元又は２次元バーコードをマーキングした際には、そのバーコードをリーダーによって安定して読み取ることができなくなるおそれがある。

本発明は、このような状況のもとでなされたもので、樹脂成型品の表面状態によらず視認性のよいレーザマーキングを施すことを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は、以下の構成を備える。
（１）対象物にレーザ光を照射しマーキングを行うレーザマーキング方法であって、前記対象物の第１の領域を溶解又は炭化させる第１工程と、前記第１の領域内の第２の領域にレーザ光を照射し刻印する第２工程と、を備えることを特徴とするレーザマーキング方法。
（２）少なくとも一部が樹脂により形成された筐体を有し、感光体にレーザ光を照射し静電潜像を形成する走査光学装置であって、前記樹脂により形成された部分において溶解又は炭化された第１の領域と、前記第１の領域において刻印加工が施された第２の領域と、を備えることを特徴とする走査光学装置。

本発明によれば、樹脂成型品の表面状態によらず視認性のよいレーザマーキングを施すことができる。

実施例１～３のレーザマーキングの原理を示す図 実施例１のレーザマーキング方法の第１工程、第２工程を示す図 実施例１の走査光学装置の構成を示す斜視図 実施例２のレーザマーキング方法の第１工程、第２工程を示す図 実施例３のレーザマーキング方法を示す図 実施例４の画像形成装置の構成を示す図

以下に、本発明の実施形態に係るレーザマーキング方法と、レーザマーキング方法によりマーキングが施された樹脂部品を有する走査光学装置について説明する。

［マーキング原理］
図１は、実施例１のレーザマーキング方法におけるマーキング原理を説明する図である。レーザマーキングが施される対象物は樹脂により成型されており、以下、対象物を樹脂１という。図１は樹脂１の断面図である。レーザマーキング装置（不図示）から照射されたレーザ光２によりレーザマーキングが施される。レーザ光２は樹脂１における内部の領域（以下、樹脂内部という）３を照射する。レーザ光２は、例えば波長１０６２ｎｍのファイバーレーザ等が用いられる。樹脂１にレーザ光２を照射すると、レーザ光２は樹脂１の表面１Ｓを透過し、樹脂内部３を加熱する。樹脂内部３において加熱された樹脂１は、局所的に分解し、内部において微細な泡を発生（以下、発泡という）させる。この発泡により、レーザ光２が照射された箇所は周囲（レーザ光２が照射されていない箇所、発泡が発生していない箇所）より薄い色となる。このため、レーザ光２が照射された箇所は、周囲との色のコントラストによって視認可能なマーク（印）となる。

なお、以下の説明において、レーザマーキング装置（不図示）は、レーザ光２を照射するレーザ照射部（不図示）、レーザ照射部を制御する制御部（不図示）を有しているものとする。レーザマーキング装置（不図示）の制御部（不図示）は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有し、ＲＯＭに記憶されたプログラムに従いＲＡＭを一時的な作業領域として用いながらレーザマーキング装置のレーザマーキング動作を制御するものとする。したがって、制御部（不図示）は、レーザ照射部（不図示）からレーザ光を照射する際の出力（Ｗ）や移動方向（走査方向）等の制御も行うものとする。なお、レーザ光の移動は、レーザ照射部が移動するように構成してもよいし、対象物側が移動するように構成してもよい。

［レーザマーキング方法］
図２を用いて実施例１の特徴的なレーザマーキング方法について説明する。実施例１のレーザマーキング方法は、主に２つの工程で成り立っている。第１工程は、樹脂の表面をレーザ光によって溶解し、下地を露出させる工程である。第２工程は、レーザ光の照射によって溶解した領域内に、再度レーザ光を照射し、レーザマーキングを行う工程である。

（第１工程）
図２（ａ）を用いて、樹脂の表面をレーザ光によって溶解し下地を露出させる第１工程を説明する。樹脂１１にレーザマーキング装置（不図示）からレーザ光１２を照射する。ここで、レーザ光１２は樹脂１１の表面１１Ｓにおいて第１の領域（以下、単に領域という）１３を溶解する。領域１３は所定の面積を有する２次元の領域である。レーザ光１２は、図中Ｙ方向の所定の位置においてＸ方向に移動して照射される。図２（ａ）では、領域１３内のＸ方向におけるレーザ光１２の移動方向を複数の矢印で示している。レーザ光１２は、Ｙ方向の所定の位置における領域１３内のＸ方向の照射が終わるとＹ方向の所定の位置から移動し、移動した位置においてＸ方向に移動して照射される。例えばこのような方法で、レーザマーキング装置は樹脂１１の特定の領域１３を例えば第１の出力である２０Ｗ程度のレーザ光１２で２次元に走査することにより、樹脂１１の表面を溶解する。なお、特定の領域１３内のレーザ光１２による２次元の移動の方法はどのような方法であってもよく、特定の領域１３内が２次元的に溶解されればよい。

（第２工程）
続いて図２（ｂ）を用いて、樹脂１１の表面１１Ｓをレーザ光１２によって溶解した領域１３内に、再度レーザ光１２を照射し、マーキング（刻印加工）を行う第２工程を説明する。レーザマーキング装置（不図示）は、領域１３内にレーザ光１２を照射することにより第２の領域である箇所１４にマーキングを施す。レーザマーキング装置は、例えば、樹脂１１の表面１１Ｓをレーザ光１２によって溶解した領域１３内に、第１工程におけるレーザ光１２の出力よりも低い第２の出力（例えば、４Ｗ程度）でレーザ光１２を照射する。レーザ光１２を照射した箇所１４は、図１で説明したように、樹脂１１の内部が発泡し、周囲よりも色が薄くなる。レーザ光１２を２次元に走査させることにより、レーザ光１２を照射した箇所１４は、例えば「Ａ Ｂ Ｃ」等の文字等のマークとして視認可能な凸形状を形成することができる。このように、第２工程では、レーザ光１２を照射した領域でマークを形成する。また、第２工程における第２の出力は、第１工程における第１の出力よりも低い。

実施例１により、樹脂１１の表面１１Ｓをレーザ光１２で溶解した領域１３内にレーザマーキングを行う。これにより、シルバーストリーク等が樹脂１１の表面１１Ｓに発生していたとしても、樹脂成型品の表面状態に影響されずに、安定して視認性のよいレーザマーキングを施すことが可能となる。

［走査光学装置］
図３を用いて実施例１のレーザマーキング方法を用いてレーザマーキングが施された走査光学装置の構成について説明する。図３は、走査光学装置の構成を示す斜視説明図である。走査光学装置１００は、半導体レーザユニット２１、アナモフィックコリメータレンズ２２、開口絞り２３、回転多面鏡２４、光偏向器２５、ＢＤ２６、ｆθレンズ（走査レンズ）２７、ＢＤレンズ３１、光学箱２９、レーザ基板３０を有している。半導体レーザユニット２１は、レーザ光束Ｌを出射する光源である。アナモフィックコリメータレンズ２２は、コリメータレンズとシリンドリカルレンズの機能を併せ持ったレンズである。光偏向器２５（スキャナモータ）は、回転多面鏡２４を回転駆動させる。ＢＤ２６は、ビームディテクタであり、レーザ光束Ｌを受光すると書き出し位置を決定するための同期信号を出力する。ｆθレンズ２７は、回転多面鏡２４により反射されたレーザ光束Ｌを被走査面２８に導くための走査レンズである。ＢＤレンズ３１は、回転多面鏡２４により反射されたレーザ光束ＬをＢＤ２６に導くためのレンズである。光学箱２９は、上述した部材を収容するための筐体であり、少なくとも一部が樹脂により形成されている。レーザ基板３０には、ＢＤ２６が実装されている。

光学箱２９は、黒色の樹脂で成型された樹脂成型品である。光学箱２９には、図２を用いて説明したレーザマーキング方法を用いてレーザマーキングが施されている。すなわち、光学箱２９は、図２における樹脂１１に対応する。光学箱２９においてレーザマーキング装置（不図示）により照射されたレーザ光によって溶解した領域３５内に、１次元バーコード３６や２次元バーコード３７がレーザマーキングされている。すなわち、実施例１のレーザマーキング方法の第１工程により領域３５が溶解され、第２工程により１次元バーコード３６や２次元バーコード３７がマーキングされる。

光源である半導体レーザユニット２１、アナモフィックコリメータレンズ２２、光偏向器２５、結像手段であるｆθレンズ２７、ＢＤレンズ３１は、光学箱２９に圧入、接着、ネジ締結などによって固定されている。半導体レーザユニット２１は、レーザ光束Ｌを出射する。アナモフィックコリメータレンズ２２は、半導体レーザユニット２１より出射したレーザ光束Ｌを、回転多面鏡２４の反射面に線像として結像する。回転多面鏡２４は、光偏向器２５によって回転駆動され、レーザ光束Ｌを偏向する。そして、回転多面鏡２４によって偏向されたレーザ光束は、ｆθレンズ２７を通過することによって、被走査面２８（例えば感光体である感光ドラムの表面）に結像、走査する。

感光ドラム等の被走査面２８に安定してレーザ光束Ｌを結像させるためには、アナモフィックコリメータレンズ２２やｆθレンズ２７の位置や姿勢を高精度に保つ必要がある。よって、アナモフィックコリメータレンズ２２やｆθレンズ２７などの光学素子の位置決めに関わる箇所の光学箱２９の寸法誤差は、１０μｍから３０μｍ以内に抑える必要がある。

寸法の安定性のために、光学箱２９の成型には微細発泡成型が用いられる。微細発泡成型を行った場合、成型品には、流れる樹脂の先端で発生した気泡が成型品表面で引き延ばれた跡であるスワールマークが発生する。外装部品でない限りスワールマークは性能上の影響はないと考えられるが、レーザマーキングを実施する場合には、マーキングした箇所がその周囲に対して十分なコントラストが得られないことが多い。このため、図２で説明したように、実施例１のレーザマーキング方法により、第１工程で２０Ｗ程度のレーザ光によって領域３５を走査することで、光学箱２９の表面を溶解し、スワールマークを除去することができる。その後、スワールマークのない光学箱２９の領域３５の表面に対し、実施例１のレーザマーキング方法の第２工程で１次元バーコード３６や２次元バーコード３７をレーザマーキングする。

また、振動強度や熱膨張の影響を低減するために、光学箱２９の材料は、ガラス繊維やガラスビーズやマイカ、炭素繊維等を含む無機物の補強材を混入した樹脂が用いられる。この場合にも、従来のレーザマーキング方法では成型品の表面に混入した物質が浮き出て、不均一な色味の部分が発生し、十分なコントラストが得られないことがある。この課題に対しても、図２で説明したように、実施例１のレーザマーキング方法により、第１工程で２０Ｗ程度のレーザ光によって領域３５を走査することで、光学箱２９の表面を溶解し、色味を均一化することができる。その後、色味が均一化された光学箱２９の領域３５の表面に対し、実施例１のレーザマーキング方法の第２工程で１次元バーコード３６や２次元バーコード３７をレーザマーキングする。また、成型品のウエルド部やガスの跡が出る部分にマーキングしたい場合にも、実施例１のレーザマーキング方法の第１工程、第２工程を実施することで、同様の効果が得られる。

なお、１次元バーコード３６には、例えば、部品番号、部品成型日、製造ロット、部品メーカーや材料等の層別、製造番号、製造場所等の情報が含まれている。また、２次元バーコード３７には、例えば、走査光学装置１００の組み立て工程によって測定された光学的な性能データ等が含まれている。走査光学装置１００がレーザ光束Ｌを結像、走査する際に、その情報をもとに電気補正等を行うことにより、光学性能を向上させることができる。なお、１次元バーコード３６及び２次元バーコードに含まれる情報は、他の情報であってもよい。

このように、実施例１のレーザマーキング方法を光学箱２９に実施する。これにより、微細発泡成型や無機物の補強材を混入した樹脂を用いた光学箱においても、樹脂表面の状態に影響を受けることなく、リーダーによる安定した読み取りが可能な１次元バーコードや２次元バーコードをレーザマーキングできる。実施例１では、走査光学装置１００のユニット（光学箱２９）に関する表示の例として１次元バーコードや２次元バーコードを用いて説明したが、数字や文字等、他の情報でもよい。マークは、１次元バーコード、２次元バーコード、数字、文字を含み、マークが形成される部品に関する情報を表示している。
また、実施例１で例示したレーザマーキング用のレーザ光の種類、波長、出力値は一例であり、本発明を限定するものではない。
さらに、実施例１では光学箱２９にマーキングしているが、光学箱２９の蓋（不図示）や半導体レーザユニット２１にマーキングしても同様の効果が得られる。すなわち、実施例１のレーザマーキング方法が施される場所は、樹脂で成型されている部分であればよい。
以上、実施例１によれば、樹脂成型品の表面状態によらず視認性のよいレーザマーキングを施すことができる。

図４を用いて実施例２のレーザマーキング方法について説明する。実施例２のレーザマーキング方法も、主に２つの工程で成り立っている。第１工程は、ヒーターによって樹脂表面を炭化させる工程である。第２工程は、樹脂表面のヒーターによって炭化させた領域内に、レーザ光を当て、マーキングを行っている工程である。

なお、以下の説明において、ヒーターを有する装置（不図示）は、ヒーターを制御する制御部（不図示）を有しているものとする。ヒーターを有する装置（不図示）の制御部（不図示）は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有し、ＲＯＭに記憶されたプログラムに従いＲＡＭを一時的な作業領域として用いながらヒーターを有する装置を制御するものとする。したがって、制御部（不図示）は、ヒーターの温度や加熱する時間、ヒーターの移動等の制御も行うものとする。

（第１工程）
図４（ａ）を用いて、所定の面積を有するヒーターによって樹脂表面を炭化させる第１工程を説明する。樹脂４１の表面４１Ｓにおける第１の領域である特定の領域４３に対して、ヒーター４２を図４（ａ）中の矢印で示す方向に移動させて樹脂４１の表面４１Ｓに接触させて、例えば約５秒間、約１５０℃程度で熱する。それにより、ヒーター４２によって加熱された樹脂４１の特定の領域４３は炭化し、黒色になる。なお、ヒーターにより加熱する時間や温度は、対象物である樹脂４１に応じて適宜設定されてよい。

（第２工程）
続いて図４（ｂ）を用いて、ヒーター４２によって炭化させた領域４３内に、レーザ光を照射し、マーキングを行う第２工程を説明する。ヒーター４２により炭化させた領域４３に、レーザマーキング装置（不図示）によってレーザ光４５を照射することにより、図１で示した原理によってレーザ光４５を照射した箇所の色が薄くなり、第２の領域であるマーク４４をマーキングできる。実施例１の第２工程と同様に、レーザ光４５（例えば４Ｗの出力）を２次元に走査させることにより、例えば「Ａ Ｂ Ｃ」等の文字等のマーキングを行う。樹脂表面を炭化させた領域に、レーザマーキングを行うことで、実施例１と同様に樹脂の色等に影響されずに、安定して視認性のよいレーザマーキングが可能となる。
以上、実施例２によれば、樹脂成型品の表面状態によらず視認性のよいレーザマーキングを施すことができる。

図２（ｂ）や図４（ｂ）は、高出力のレーザ光を照射するかヒーターを当てて、黒に近い色の領域を作成し、その領域内で低出力のレーザ光で樹脂を白化させることでマーキングを行った。一方で、作成した黒に近い色の領域内において、表示したいマークの周りにレーザ光を当てて白化させることで、マークを黒く浮き上がらせてもよい。その工程について図５を用いて説明する。

図５は、実施例３のレーザマーキング方法の第２工程を説明する図である。実施例３のレーザマーキング方法の第１工程は、実施例１又は実施例２の第１工程と同様である。樹脂５１の表面５１Ｓに高出力（例えば、２０Ｗ程度）のレーザ光を照射して樹脂表面を溶解させて、又はヒーター（不図示）で樹脂表面を炭化させて、第１の領域（以下、単に領域という）５２を黒色にする。レーザマーキング装置（不図示）は、領域５２内における第２の領域（以下、単に領域という）５３を例えば４Ｗ程度の出力でレーザ光５４を走査させる。その際に、表示したいマーク５５の箇所のみレーザ光を照射しないことにより、マーク５５の周囲は白くなり、マーク５５のみが黒く残る。このようにマーク５５にレーザ光５４を照射しないことでも、マーキングすることが可能である。実施例３の第２工程では、レーザ光を照射しない領域でマークを形成する。

このようなレーザマーキングを行うことで、マークを周囲の色より濃い色にするマーキングが可能となる。また、２次元バーコードなどのマーク５５の面積が大きい場合は、実施例３のレーザマーキングを行うことで、レーザマーキングに要する時間を短縮することが可能である。
また、実施例２、実施例３のレーザマーキング方法を、実施例１で示したように走査光学装置に適用できることは言うまでもない。
さらに、走査光学装置に限らず、樹脂を用いた部品やユニットに対して本発明が適応できることも言うまでもない。
以上、実施例３によれば、樹脂成型品の表面状態によらず視認性のよいレーザマーキングを施すことができる。

［レーザビームプリンタの説明］
図６に画像形成装置の一例として、レーザビームプリンタの概略構成を示す。レーザビームプリンタ１０００（以下、プリンタ１０００という）は、被走査体である感光ドラム１０１０、帯電部１０２０、現像部１０３０を備えている。感光ドラム１０１０は、静電潜像が形成される像担持体である。帯電部１０２０は、感光ドラム１０１０を一様に帯電する。露光手段である走査光学装置１００は、画像データに応じたレーザ光を感光ドラム１０１０上に走査することにより静電潜像を形成する。走査光学装置１００は図３で説明した構成を備えている。走査光学装置１００の光学箱２９は、実施例１～３で説明したレーザマーキング方法の第１工程により領域３５が溶解され、第２工程により１次元バーコード３６や２次元バーコード３７がマーキングされている。

現像部１０３０は、感光ドラム１０１０に形成された静電潜像をトナーにより現像することでトナー像を形成する。感光ドラム１０１０上（像担持体上）に形成されたトナー像をカセット１０４０から供給された記録材としてのシートＰに転写部１０５０によって転写し、シートＰに転写した未定着のトナー像を定着器１０６０によって定着してトレイ１０７０に排出する。この感光ドラム１０１０、帯電部１０２０、現像部１０３０、転写部１０５０が画像形成部である。また、プリンタ１０００は、電源装置１０８０を備え、電源装置１０８０からモータ等の駆動部と制御部５０００へ電力を供給している。制御部５０００は、ＣＰＵ（不図示）を有しており、画像形成部による画像形成動作やシートＰの搬送動作等を制御している。なお、本発明のレーザマーキング方法によってマーキングされた光学箱２９を有する走査光学装置１００を適用することができる画像形成装置は、図６に例示された構成に限定されない。
以上、実施例４によれば、樹脂成型品の表面状態によらず視認性のよいレーザマーキングを施すことができる。

１１ 樹脂
１２ レーザ光
１３ 溶解した領域
１４ マーク

Claims (16)

1. 対象物にレーザ光を照射しマーキングを行うレーザマーキング方法であって、
   前記対象物の第１の領域を溶解又は炭化させる第１工程と、
   前記第１の領域内の第２の領域にレーザ光を照射し刻印する第２工程と、
   を備えることを特徴とするレーザマーキング方法。
2. 前記第１工程では、前記第１の領域にレーザ光を照射し、前記第１の領域を溶解させることを特徴とする請求項１に記載のレーザマーキング方法。
3. 前記第１工程では、前記第１の領域に第１の出力でレーザ光を照射し、
   前記第２工程では、前記第２の領域に前記第１の出力よりも低い第２の出力でレーザ光を照射することを特徴とする請求項２に記載のレーザマーキング方法。
4. 前記第１工程では、前記第１の領域をヒーターの熱により炭化させることを特徴とする請求項１に記載のレーザマーキング方法。
5. 前記第２工程では、前記第２の領域におけるレーザ光を照射した箇所でマークを形成することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のレーザマーキング方法。
6. 前記第２工程では、前記第２の領域におけるレーザ光を照射しない箇所でマークを形成することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のレーザマーキング方法。
7. 前記対象物は、少なくとも一部が樹脂により成型された部品であることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のレーザマーキング方法。
8. 前記樹脂には、ガラス、マイカ、炭素繊維を含む無機物の補強材が混入されていることを特徴とする請求項７に記載のレーザマーキング方法。
9. 前記部品は、発泡成型により成型されていることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のレーザマーキング方法。
10. 前記部品は、被走査体にレーザ光を照射し静電潜像を形成する走査光学装置の筐体であることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載のレーザマーキング方法。
11. 前記マークは、１次元バーコード、２次元バーコード、数字、文字を含み、前記走査光学装置に関する情報を表示していることを特徴とする請求項１０に記載のレーザマーキング方法。
12. 少なくとも一部が樹脂により形成された筐体を有し、感光体にレーザ光を照射し静電潜像を形成する走査光学装置であって、
    前記樹脂により形成された部分において溶解又は炭化された第１の領域と、
    前記第１の領域において刻印加工が施された第２の領域と、
    を備えることを特徴とする走査光学装置。
13. 前記樹脂には、ガラス、マイカ、炭素繊維を含む無機物の補強材が混入されていることを特徴とする請求項１２に記載の走査光学装置。
14. 前記筐体は、発泡成型により成型されていることを特徴とする請求項１２又は請求項１３に記載の走査光学装置。
15. 前記第２の領域には、前記刻印加工により前記走査光学装置に関する情報を示すマークが形成されていることを特徴とする請求項１２から請求項１４のいずれか１項に記載の走査光学装置。
16. 前記マークは、１次元バーコード、２次元バーコード、数字、文字を含むことを特徴とする請求項１５に記載の走査光学装置。

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