JP2500648B2 - ビ―ムスキャン式レ―ザマ―キング装置 - Google Patents

ビ―ムスキャン式レ―ザマ―キング装置

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JP2500648B2
JP2500648B2 JP5271726A JP27172693A JP2500648B2 JP 2500648 B2 JP2500648 B2 JP 2500648B2 JP 5271726 A JP5271726 A JP 5271726A JP 27172693 A JP27172693 A JP 27172693A JP 2500648 B2 JP2500648 B2 JP 2500648B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電子部品のモールド部等
にマーキングを行なうレーザマーキング装置に関し、特
に、CW励起Qスイッチパルス発振レーザ光をビームス
キャンニングによりワーク面に結像してマーキングを行
なうビームスキャン式レーザマーキング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、レーザマーキング装置におけるマ
ーキング方法はパルス励起レーザをマーキング内容が描
かれたマスクを透過させ一括でマーキング面に結像し焼
付ける方法(第1の方法)や、マスクに描かれた文字を
第1のスキャナミラーで選択し第2のスキャナミラーで
ワーク面に結像し順次文字や商標を焼付ける方法(第2
の方法)があり、マスクに代えて液晶パネルを駆動させ
パルス励起レーザ光を一括照射するか、あるいは液晶パ
ネル面にCW励起Qスイッチパルス発振レーザ光を走査
させ、透過レーザ光でマーキングする方法(第3の方
法)がある。また、CW励起Qスイッチパルス発振で得
られるレーザ光をマーキング面に集光させてスキャナミ
ラーでレーザ光を走査させてマーキングする方法(第4
の方法)もある。
【0003】第4の方法は1例としてを図4(a)に示
すレーザ発振時間10μsのQスイッチ制御パルス(オ
ン)によって同図(b)のレーザパルスが発振され、こ
のレーザパルスをワーク面に集光させてマーキングを行
なっている。この場合、集光前のレーザ光のエネルギー
は進行方向に直角な方向において図2(a)に示す分布
となっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のレーザ
マーキング方法は、第1および第2の方法では、マーキ
ング内容を描いたマスクを作成して管理する必要がある
ので、費用と時間が嵩むという欠点がある。また、第3
の方法では第1、第2の方法におけるマスク作成による
欠点が解消されるが、液晶マスクの駆動回路が新たに必
要となり装置コストが上がるとともに、液晶マスクの寿
命が有限なためにランニングコストが高くなる欠点があ
る。第4の方法は装置コストやランニングコストは低
く、上述した方法の欠点が解消されるが、発振時間10
μsのQスイッチ制御パルスで発生したレーザ光を集光
させてマーキングを行なうので、マーキング面でのレー
ザ光の単位面積当たりのエネルギーが高められ、照射部
が瞬時に気化蒸発して図3(c)に例を示す加工断面の
深さが50μm〜100μmに達するとともに、マーク
の視認性が不充分で薄形の電子部品などには使用でき
ず、さらに、通常電子部品のマーキングには商標が含ま
れるが、その場合スキャン方式では輪郭のマーキングに
加えて塗り潰しをするなどの必要があるため処理能力が
低いという欠点がある。
【0005】本発明の目的は、装置コストやランニング
コストが低く、薄形の電子部品にも使用でき、かつ処理
能力の高いレーザマーキング装置を提供することであ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のビームスキャン
式レーザマーキング装置は、レーザ光の外周部および中
心部を遮光するためのマスクパターンが設けられたマス
クを有し、前記マスクパターンを使用して整形されたレ
ーザ光によりマーキング面にリング状の結像を形成して
マーキングを行なう。
【0007】サイズの異なる複数のマスクパターンを有
し、前記複数のマスクパターンのうち、任意に選択され
たマスクパターンにより整形されたレーザ光の結像を形
成するものを含む。
【0008】CW励起Qスイッチパルス発振レーザ光の
発振周波数が5KHzから20KHzの範囲に設定さ
れ、前記パルス発振レーザ光の1サイクルにおける発振
時間が20μ秒から200μ秒の範囲に設定されている
ものを含む。
【0009】
【作用】マスクパターンにより整形されたリング状レー
ザ光をワーク面に結像させ走査するので、ワーク面での
加工深さが均等化して深くならず、マーキングの視認性
が改善されるとともに、薄い電子部品などにも使用でき
る。
【0010】また、レーザ光の1サイクルにおける発振
時間が長いので、レーザ光の波形が改善されて、ワーク
面を瞬時に気化させることなく、加工深さを充分浅くす
ることができ、かつマーキングの視認性も向上する。
【0011】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0012】図1(a)は本発明のビームスキャン式レ
ーザマーキング装置の一実施例の平面図、同図(b)は
同図(a)のレーザマーキング部の側面図、図2(a)
は図1のレーザ発振器1から射出されたレーザ光の進行
方向に直角な方向のエネルギー分布図、同図(b)は図
1のマスク5に設けられたマスクパターンの断面図、同
図(c)は同図(b)の透過部12を透過したレーザ光
の進行方向に直角な断面図、同図(d)は同図(c)の
レーザ光の進行方向に直角な方向のエネルギー分布図、
図3(a)は図2(a)のレーザ光によるワーク面11
の集光スポットを示す図、同図(b)は図2(c)のレ
ーザ光によるワーク面11の結像を示す図、同図(c)
は同図(a)の集光スポットにより加工された描線の断
面図、同図(d)は同図(b)の結像により加工された
描線の断面図、同図(e)は図2(a)のレーザ光の外
周部のみを遮光したレーザ光によるワーク面11の結像
を示す図、同図(f)は同図(e)の結像により加工さ
れた描線の断面図、図4(a),(c)および(e)は
それぞれQスイッチユニットに送られるオン時間が10
μs,50μsおよび80μsである制御パルスのオン
・オフを示す図、同図(b),(d)および(f)はそ
れぞれ同図(a),(c)および(e)の制御パルスに
より発振されたレーザの波形図である。
【0013】このビームスキャン式レーザマーキング装
置は、レーザ発振器1と受光板3と光軸調整ミラー4と
マスク5とパルスモータ6とビームエキススパンダ7と
ガルバノメータ8,9とfθレンズ10がフレーム13
上にセットされて構成されている。レーザ発振器1は超
短波Qスイッチユニット2を備えていて制御装置(不図
示)の制御によりRFパワーの繰り返し周波数である制
御パルスに同期してCW励起Qスイッチパルス発振によ
るレーザ光を射出する。レーザ発振器1から射出された
レーザ光は光軸調整ミラー4で反射されビームエキスパ
ンダ7でビーム径が拡大されたのち、ガルバノメータ
8,9のミラーの反射によりfθレンズ10の方向に向
けられ、fθレンズ10を通ってワーク面11上に結像
するようになっている。ビームスキャンはガルバノメー
タ8,9の回転によって行なわれる。
【0014】ここまでに説明した構成は従来のビームス
キャン式レーザマーキング装置と同様であるが、本実施
例では光軸調整ミラー4とビームエキスパンダ7の間に
マスク5とパルスモータ6が設けられ、さらに受光板3
が設けられている点が従来と異なっている。マスク5に
は図2(b)の断面図に示すような、サイズがそれぞれ
異なる数個のリング状パターンをなしている透過部12
が形成されていて、透過部12を透過したビーム光によ
りワーク面11で円形リング状の結像が得られるように
してある。マスク5はここで反射されたレーザ光が光軸
上を逆戻りしないように光軸に対し斜交するように配置
されるため、マスク5上の透過部12のパターンは楕円
リング状にされている。また、サイズの異なる透過部1
2が同心円上にマスク5上に配置されていて、マスク5
を回転させる回転機構であるパルスモータ6によって任
意のサイズのリング状マスクパターンを選択できるよう
になっている。マスク5で反射されたレーザ光は受光板
3で受光され、レーザ発振器1からのレーザ光に影響を
与えないようにしてある。マスク5を透過したレーザ光
はビームエキスパンダ7で拡げられたのち、ガルバノメ
ータ8,9で走査され、fθレンズ10を通ってワーク
の加工面11に図3(b)に示すようなリング状の像を
結び、マーキングが行なわれる。
【0015】図3(a)に示す従来の集光スポットによ
って加工される描線の断面は同図(c)に示すように、
中心部が極めて深くなる。また、同図(e)に示す外周
部のみを遮光したレーザ光の結像によって加工される描
線の断面は同図(f)に示すように、やはり中心部が深
くなる。
【0016】これに比べ、本実施例では加工面でのマー
キングはビームスキャンにより図3(b)に示すような
リング状の結像が移動して得られる描線の巾方向に加え
られるエネルギーが平準化されているので、同図(d)
のように加工深さがほぼ均等になる。また、このレーザ
マーキング装置では超短波Qスイッチユニットで制御さ
れるレーザ光の発振周波数は5KHzから20KHzの
範囲に設定されているが、図4に示すように、制御装置
により制御パルスをオンとする時間を(c)に示す50
μsとすることによって、(d)に示す波形のレーザパ
ルスが発振され、また、制御パルスのオン時間を(e)
に示す80μsとすることによって、(f)に示す波形
のレーザパルスが発振される。制御パルスのオン時間が
50μsおよび80μsであるため、発振されるレーザ
パルスはCW励起Qスイッチパルス発振レーザの特性
上、同図(d)および(f)のように、主パルスP1
続いて複数個の副パルスP2 が発生し、レーザ光の時間
軸方向のエネルギーが従来のように急峻とならない。し
たがって、マーキングにおける描線の加工深さは従来の
ように深くならず、前述した描線の巾方向に加えられる
エネルギーの平準化と相まって20μm以下とすること
ができる。また、制御パルス信号のパルス巾を変化させ
ることにより、ワークの樹脂表面の変色を最適化できる
のでコントラストのよい描線が得られて視認性が高まる
ほか、二次的効果として加工時に発生する煤の量をコン
トロールすることもできる。
【0017】本実施例のビームスキャン式レーザマーキ
ング装置は、ワーク面の加工深さが浅いので薄形の電子
部品に使用できるとともに、マーキングの視認性が改善
され、また、マスクパターンのサイズ切り替えが可能な
ので、小さなリング状結像で商標輪郭を描いたのち、大
きなサイズのマスクパターンにより内方の塗り潰しを行
なうことなどができるので、品質向上とともに加工時間
の短縮が実現される。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、マスクを
介してレーザ光をリング状に形成し結像させることによ
り、ビームスキャンによるワーク面上の描線の加工深さ
が均等化して最深深さが減少するので薄形の電子部品な
どのレーザマーキングが可能となり、レーザ光の1サイ
クルの発振時間を20μ秒〜200μ秒の範囲とするこ
とにより、レーザ光の波形が改善されてワーク面の加工
深さを一層浅くするとともに、ワーク材料の変色効果と
併せて視認性が向上するほか、発生する煤の量のコント
ロールができ、さらに、複数のパターンサイズのマスク
の中から任意サイズのマスクを選択することにより、商
標などの場合、小さいサイズのマスクパターンにより輪
郭をマーキングしたのち、大きいサイズのマスクパター
ンに切り替えて塗り潰しが行なえるなど、処置能力が向
上するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)本発明のビームスキャン式レーザマーキ
ング装置の一実施例の平面図、(b)は(a)のレーザ
マーキング部の側面図である。
【図2】(a)は図1のレーザ発振器1から射出された
レーザ光の進行方向に直角な方向のエネルギー分布図で
ある。(b)は図1のマスク5に設けられたマスクパタ
ーンの断面図である。(c)は(b)の透過部12を透
過したレーザ光の進行方向に直角な断面図である。
(d)は(c)のレーザ光の進行方向に直角な方向のエ
ネルギー分布図である。
【図3】(a)は図2(a)のレーザ光によるワーク面
11の集光スポットを示す図である。(b)は図2
(c)のレーザ光によるワーク面11の結像を示す図で
ある。(c)は(a)の集光スポットにより加工された
描線の断面図である。(d)は(b)の結像により加工
された描線の断面図である。(e)は図2(a)のレー
ザ光の外周部のみを遮光したレーザ光によるワーク面1
1の結像を示す図である。(f)は(e)の結像により
加工された描線の断面図である。
【図4】(a)は図1のQスイッチユニット2に送られ
るオン時間が10μmの制御パルスのオン・オフを示す
図である。(b)は(a)の制御パルスにより発振され
たレーザの波形図である。(c)はオン時間が50μm
の制御パルスのオン・オフを示す図である。(d)は
(c)の制御パルスにより発振されたレーザの波形図で
ある。(e)はオン時間が80μmの制御パルスのオン
・オフを示す図である。(f)は(e)の制御パルスに
より発振されたレーザの波形図である。
【符号の説明】
1 レーザ発振器 2 超短波Qスイッチユニット 3 受光板 4 光軸調整ミラー 5 マスク 6 パルスモータ 7 ビームエキスパンダ 8 fθレンズ 9,10 ガルバノメータ 11 ワーク面 12 透過部 P1 主パルス P2 副パルス

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 CW励起Qスイッチパルス発振レーザ光
    をビームスキャンニングによりマーキングを行なうビー
    ムスキャン式レーザマーキング装置において、 レーザ光の外周部および中心部を遮光するためのマスク
    パターンが設けられたマスクを有し、 前記マスクパターンを使用して整形されたレーザ光によ
    りマーキング面にリング状の結像を形成してマーキング
    を行なうことを特徴とするビームスキャン式レーザマー
    キング装置。
  2. 【請求項2】 サイズの異なる複数のマスクパターンを
    有し、 前記複数のマスクパターンのうち、任意に選択されたマ
    スクパターンにより整形されたレーザ光の結像を形成す
    る請求項1に記載のビームスキャン式レーザマーキング
    装置。
  3. 【請求項3】 CW励起Qスイッチパルス発振レーザ光
    の発振周波数が5KHzから20KHzの範囲に設定さ
    れ、前記パルス発振レーザ光の1サイクルにおける発振
    時間が20μ秒から200μ秒の範囲に設定されている
    請求項1または2に記載のビームスキャン式レーザマー
    キング装置。
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