JP2587762B2 - ダイヤモンドの証印付け方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 a.発明の分野 本発明は、ダイヤモンドの証印付け方法に関するもの
であり、この証印は、裸眼で可視なものでも不可視なも
の（ただし検知できるもの）でもよく、品質管理、消費
者へのブランド証明、保証の目的に、もしくは、宝石の
証明が必要とされる場合に、使用されるものである。

さらに、本発明は、非常に硬い物質、特にダイヤモン
ドを、エキシマレーザー、または他の紫外線領域の波長
を有するレーザービームを用いて、種々の目的のために
処理する方法に関する。ダイヤモンド、またはダイヤモ
ンドと同様に硬い物質からなり、押し出しダイスの開口
部の断面を有するダイスまたはインサート型押し出しダ
イスの製造方法に関する。

b.関連技術の説明 本発明は、異なるタイプの目的物、つまりダイヤモン
ド、または宝石などを製造する際に用いられる硬い物
質、または、押し出しダイスとして使用されるダイヤモ
ンド等からなるインサート型ダイスの処理または加工方
法を包含するため、これらの２つのタイプの目的物に関
する技術を別々に説明する。

宝石などの高級品等にはほとんどの場合、その商品源
が証明される証印が付けられており、特に、その商品の
品質および価値が、特別な熟練工により定められる製品
の場合、証印は重要である。このような証印は、半永久
的にその商品に付けられることが必要であるが、その反
面、その商品の価値を損なうものであってはならない。

ダイヤモンドのような宝石の場合には、それに付され
た証印は独自に認定できる確実な方法が、長年求められ
ているが、このような方法は、紛失した、もしくは盗難
された宝石を捜索したり、取戻したりすることを目的と
するものである。さらに、あまり一般的ではないが、ダ
イヤモンドが一時的な貸借物である場合、そのダイヤモ
ンドの証印により同一性の確認が容易となる。

また、このような証印（もしくは検知システム）によ
り、宝石の品質や細工技能の水準が確認されるものであ
る。本質的には、ダイヤモンドの永久印や証印は、一流
の優良刻印もしくは商標として機能する。このような証
印は、ダイヤモンドが本質的に、その重量、色度、およ
び透明度によって、代替可能なものであるという、一般
的な誤解を一掃するのに役立つものであり、実際、宝石
の品質は顕著に、宝石細工者による、石の選択、切削、
研磨の技量に影響されるものである。

これまで、数多くの、ダイヤモンドの証印付け方法が
提案されており、たとえば、米国特許第4467172号およ
び米国特許第4392476号が挙げられる。いずれの特許に
おいても、証印を付けるべきダイヤモンドに対して、レ
ーザービームの焦点スポットを形成させるためのレーザ
ーが開示されており、このようなビームの焦点スポット
による点からなる模様を形成することにより、所望の証
印を形成するものである。

前記レーザー証印システムでは、1.06ミクロン波長
の、YAGレーザーもしくはNd:YAGレーザーが、単独で、
もしくは周波数２倍器とともに用いられるが、ダイヤモ
ンドに対するこのような入射は、1.06ミクロン波長で
も、0.532ミクロン波長でもよい。

米国特許第4467172号に記載されているように、0.532
ミクロン波長におけるレーザービームは、ダイヤモンド
の表面を浸透して加熱し、ダイヤモンドの表面ばかりで
なくその表面下まで気化させてしまう可能性がある。し
たがって、このようにダイヤモンドにエネルギーが浸透
することは、所望されるものではなく、結晶構造の内部
加熱による破壊を招いてしまうこととなる。すなわち、
このような従来のシステムにおいては、証印されるダイ
ヤモンドにダメージを与えないよう、レーザービームの
量を正確に制御する、複雑な装置が装備されているもの
である。

また、ダイヤモンドは、前記波長において実質的に透
過性であるので、前記のような従来技術においては、一
般的に、証印されるべき部分をカーボンブラックなどの
エネルギー吸収性被覆で覆うことが必要となり、さらに
複雑な工程となる。

さらに、前記従来技術のシステムにおいては、証印が
多数のオーバーラップスポットから形成されるものなの
で、次に照射されるべきレーザービームのスポットに関
して、ダイヤモンドを正確に配するため、複雑かつ高価
なコンピュータ駆動Ｘ−Ｙテーブルが必要となる。した
がって前記従来技術では、上記のごとく、ひとつの証印
を形成するのに多数のスポットを必要とするため、比較
的操作が延滞してしまうものである。

ダイヤモンド以外の高価な宝石、および高価な半宝
石、真珠、および他の宝石類に証印を形成する場合、上
述したダイヤモンド上に証印を形成する従来方法が有効
である可能性もある。しかしながら、真珠や他の物質に
証印を形成するとき、Nd:YAGレーザーの焦点エネルギー
強度により、宝石がひび割れすることが、知られてい
る。

眼鏡用のレンズにトレードマークまたは証印を形成す
る方法は、米国特許4,912,298（名称：眼鏡用レンズに
証印を形成する方法）に開示されている。

ダイスの押し出しダイス部材として使用される押し出
しダイスの開口部を製造するために、レーザーを使用す
るということは周知である。押し出しダイスの開口部の
形成にレーザーを使用するという技術は、たとえば、米
国特許4,703,672、または4,534,934に開示されている。

発明の要旨 したがって、本発明の目的は、ダイヤモンドに証印を
付ける改良方法を提供することであり、より詳細には、
高価なコンピュータ駆動Ｘ−Ｙテーブルを必要とするこ
となしに、比較的速くダイヤモンドに証印を付ける方法
を提供するものである。

本発明のさらなる目的は、証印を付けるダイヤモンド
に対して、ダメージを与える危険性が十分に減少され
る、ダイヤモンド証印付け方法を提供するものである。

本発明の他の目的は、白黒のみでなく、種々の中間明
度を形成すべく、ダイヤモンド証印方法に、写真製版技
術を適用することである。

また本発明は、ブランドなどが比較的容易に検知でき
る、“ブランド”ダイヤモンドの簡便な製造方法を提供
することを目的とする。

また、本発明のさらなる目的は、現在行なわれている
方法のものよりも、より優れた線から形成される証印
を、ダイヤモンドに付けることである。

本発明はまた、安全性の目的で、裸眼で可視もしくは
不可視の証印を、ダイヤモンドに付けるための装置を提
供するものである。

また、本発明は、真珠、宝石、半宝石に証印する方法
を提供することを目的とし、本方法によれば、証印され
るべき目的物にダメージを与える危険性も減少させるも
のである。

さらに、本発明は、押しだしダイスの開口部の複雑な
横断面を有するダイスを形成する方法を提供することを
目的とする。

また、さらに本発明は、仕上げ、磨き等の押しだし通
路を処理する厄介を操作が、除去もしくは減少される、
ダイスを形成する方法を提供することを目的とする。

本発明によるある方法によれば、ダイヤモンドに、紫
外線領域の波長で、レーザービームのパルスを用いて証
印するものであり、好ましいビームは、エキシマレーザ
ビームである。

エキシマレーザーは、パルス放電レーザーであり、こ
れらのレーザーにおいては、ガス混合物（たとえば、ア
ルゴンおよびフッソ）がエネルギー的に十分に充電され
ると、パルスレーザーエネルギーの激しい放出が起こる
ものである。エキシマレーザーは通常、生成した希ガス
−ハロゲンエキシマに依存して、約193ナノメーター（n
m）、もしくは、0.193ミクロンから、約351nmまでの波
長範囲において、単独もしくは複数のパルスを発生する
のに使用されるものである。

アルゴン−フッソエキシマは、193nmにおいてレーザ
ービームを発生するが、この波長で照射がおなわれる
と、純粋なダイヤモンドへの透過が非常に低く押さえら
れる。ダイヤモンドは一般に、広波長スペクトルに対し
て、エネルギー透過性であるが、純粋なダイヤモンド
は、約193nmにおいて、特に、低い透過率と、低い反射
率と、高い吸収性を有するものであり、これは、結晶の
臨界周波数に対応する。このことから、エキシマレーザ
ービームは、即座に高温になる薄い表面層に吸収され
る。数オングストロームから数ミクロンの範囲で、材料
の薄層は、このように各パルスにより表面から気化す
る、もしくは、エキシマレーザーの各パルスにより部分
的に炭化する。ダイヤモンド炭素は昇華エネルギーがた
かいので、前記気化により、ダイヤモンドが加熱される
のを防ぐ。

ほとんどのダイヤモンドが“純粋な”結晶ではないこ
とは、当業者には知られていることであり、実際、結晶
構造中に置換された窒素原子の形態をとって、不純物
が、ほとんどのダイヤモンド石に含有されているもので
ある。あるダイヤモンドの臨界周波数は、窒素不純物の
増加にともなって増加し、300nmにまで及ぶものであ
る。したがって、本発明の実施例では、ArFエキシマレ
ーザーを使用しているが、これ以外のレーザーを使用す
ることも可能であり、200nm程度から約300nmの波長範囲
を有するレーザーであれば、使用可能である。これに
は、紫外線領域の波長における、クリプトン フッソ
エキシマ（248nm）、キセノン 塩素 エキシマ（308n
m）、および、キセノン フッソ エキシマ（351nm）が
含有されるものである。ダイヤモンドに照射される最も
効果的なレーザー波長は、そのダイヤモンドの純度に依
存するものである。

ここで用いた“約193nm"とは、ダイヤモンドに与えら
れた臨界周波数を含有するのに十分な範囲を意味するも
のであり、すなわち、約190nmから約350nmの範囲のもの
である。

真珠、宝石、半宝石に証印する方法において、当業者
には、臨界周波数に関する前記記載が直接的にはあては
まらないことは、理解されるであろう。

切欠部と高透過率部とが形成されるように、マークも
しくは証印の形状をしたマスクを通してレーザーをダイ
ヤモンドに照射することが、特に有効である。このよう
なマスクは、ダイヤモンド上、もしくはダイヤモンドの
前に、マウントすることが可能である。エキシマレーザ
ーにより得られるビームは平行ビームであるので、マス
クの位置が必然的な重要な要素となる、縮小光学器（re
duction optics）が使用されないかぎりは、ダイヤモ
ンドの表面とマスクとの間のスペースは、特に重要なも
のではない。マスクにはまた、所望の波長において、レ
ーザービームに対して異なった透過率を有する部分が形
成され、その結果、段階的なグレーの度合いで、異なっ
たコントラストを有するマークが形成される。

また、本発明によれば、照射されるべき材料に、連続
模様を“活動させる（animate）”ために、パルスのグ
ループ間、またはレーザーパルスの間のマスク模様を、
変換または変化させることができる。ダイヤモンドに照
射する場合には、各パルスまたはパルスのグループを用
いると、レーザービームが、材料のある厚さ分を気化さ
せるので、軸方向に変化した横断面の穴部を有する押し
だしダイスが得られる。

たとえば、ピラミッドのような穴が、ダイヤモンドに
形成され、螺旋穴および多くの異なった形状の穴が、簡
単に形成できる。適当な光学エレメントを用いれば、ダ
イヤモンドに、非常に複雑な３次元形状を形成すること
も可能である。

また、たとえば、サファイヤの溶融石英など、紫外線
照射を通過する光学手段を用いて、ダイヤモンドの表面
にマスクを写すことも有効である。形成されるべきイメ
ージが縮小されると、まず、ダイヤモンドの表面が、高
エネルギー密度となり、したがって、パルスの数をより
少なくするか、もしくは、レーザーの出力容量を減少さ
せることが必要となるものである。

本発明の他の実施例による方法では、ダイヤモンドの
表面に、種々の検知可能なものを浸透させるため、エキ
シマレーザーを使用するものである。ダイヤモンドに、
裸眼で見ることのできない証印を付す場合、すなわち、
保証や安全性の目的で証印を付す場合には、鑑定照合の
ための証印を配することが、実質的にはより困難である
ことは明白である。エキシマレーザービームは、ダイヤ
モンド結晶構造の表面に、紫外線領域の波長において蛍
光を発する無機化合物および蛍光染料などの材料を浸透
させることが可能である。このような染料もしくは材料
であらかじめ被覆されたダイヤモンドに形成されたマー
クは、適当な光線状態において蛍光を発するものであ
り、これにより、通常、裸眼でみることのできないマー
クを配することが、より容易となるものである。

選択的には、他の検知可能な材料、たとえば伝導性物
質もしくは磁性物質などが、後に検知できるように、ダ
イヤモンド上、もしくはダイヤモンド中に、蒸着されて
もよいものである。

図面の簡単な説明 本発明は、以下の図面を参照して説明される。

図１は、エキシマレーザーを用いてダイヤモンドに証
印に形成するための装置の部分斜視図である。

図２は、ダイヤモンドに証印を形成する時に使用する
マスクの一例を示す平面図である。

図３は、ダイヤモンドに証印を形成する時の様子を示
す側面図である。

図４は、硬鉱物からなるプレート部材に完全な断面形
状を有する押し出しダイスの開口部を形成するための装
置を示す側面図である。

図5a−5cは、複雑な断面形状を有する押し出しダイス
の開口部を形成された硬鉱物からなるインサート型ダイ
スの一例を示す平面図である。

図6a−5cは、図5a−5cに示した押し出しダイスの開口
部を形成するためのマスクを示す平面図である。

発明の好ましい実施態様の説明 本発明による方法を、ダイヤモンド、および他の硬質
物質に証印を形成する方法と、ダイスに押し出しダイス
の開口部を形成する方法とに別けて記載する。

第１図は、一般に、ダイヤモンド15に証印を形成する
ための装置10を示すものであり、通常のアルゴン−フッ
ソ−エキシマレーザー11により、本発明の方法に使用さ
れるパルスレーザービームが供給されるものである。こ
のようなエキシマレーザーは、一般には、数多くの商業
的供給源から入手可能なものであり、たとえばその１例
として、アクトン（Acton）、マサチューセッツ（Massa
chusetts）に支店を持つ、ドイツの会社、ランブダフィ
ジック インコーポレーション（Lambda Physik In
c.）から、“LPX 100"および“LPX 200"の名称で、販
売されている。また、これ以外には、ビレライカ、マサ
チューセッツのケステック インコーポレーション（Qu
estek、Inc.）から、“Series 2000）シリーズ200
0）”という名称で、エキシマレーザーが、販売されて
いる。

アルゴン−フッソ−エキシマレーザー11は、このよう
なレーザー11が適当な従来の共振器により供給されると
き、平行ビームパスにおいて伝達するフラットートップ
のビーム側面（横断面において）を有する193nmの波長
において、レーザー出力12を与える。この出力ビーム12
は、概略菱形の断面を有する通常のエキシマビームに対
立するものとして、特別なマークを供するように形成さ
れたビームをつくるべく、マスク23を通過する。レーザ
ービームのある部分は、前記マスク23により遮断され、
所望のマークの形状に対応する部分においてのみ、レー
ザービームがマスクを通過するものである。

ビームが前記マスク23を通過した後、より詳細には後
にのべるが、前記ビームは、微小光学器24を通る。縮小
光学器（光学縮小手段）24とは、たとえば、193nmにお
いてレーザービームを使用するのにふさわしい、10:1縮
小レンズでもよく、溶融シリカやサファイアなどからな
るレンズであってもよい。その他の所望の縮小倍率、た
とえば、30:1のような表面レンズも、適用に応じて使用
可能である。

縮小レンズ24は、ダイヤモンドの端部17に形成された
マークが、そのダイヤモンドの価値を損なわないよう
に、十分小さいサイズのビームに焦点を合わせるのに役
立つ。本発明により形成されたマークは、好ましくは、
本質的に裸眼で見ることが出来ないほどに小さいものが
よい。前記焦点を合わせたビームは、ダイヤモンド15の
表面を射り、所望のマークの形状部分を少し削除するの
に効果的なものである。このレーザー出力を低波長にす
ることにより、前記の方法で形成されるべき、極めて高
い線解像度のマークが形成可能である。さらに、この解
像度が非常に鮮明なので、ダイヤモンドのキューレット
においても、マークを形成することができる。実際に
は、１ミクロン解像度の表面細部を形成することも可能
である。

ダイヤモンドは本質的に、約193nmのレーザービーム
に対しては、不浸透性であるので、このレーザービーム
は、ダイヤモンドの外表面にのみ、吸収されるものであ
る。ビームが迅速に吸収されると、全像は、１つもしく
は比較的少ないパルス、たとえば数個もしくは数十個の
パルスにより形成されるものである。このエキシマレー
ザービームの必要出力エネルギー（もしくはフルエン
ス）は、二、三から数十、もしくはそれ以上のミリジュ
ール／平方センチメートルの範囲で使用されるものであ
り、形成されるべきマークの大きさ、ビームの光学縮小
度、および、マークの所望の深さ（すなわち、気化され
るべき材料の量）に依存して、その適用に必要な出力が
使用される。

ダイヤモンドの“ダメージ限界値（damage threshol
d）”は、その表面において６−16ジュール／平方cmの
範囲である。ダイヤモンドにおけるこの範囲のダメージ
限界値は、基本的にはそのダイヤモンドの窒素含有量に
反比例するものである。

本発明のこの実施例においては、ダイヤモンドは、全
証印過程中、ある１つの固定した場所に保持されるもの
であり、したがって、複雑かつ高価なコンピューター制
御のＸ−Ｙテーブル、もしくは、米国特許第4392476号
および第4467172号に記載されているような、その他の
複雑かつ高価な位置設定手段を必要としないものであ
る。これらの従来技術のシステムにおいては、独立した
パルスでマークされるべき表面を走査しなければなら
ず、各々のパルスは、ある特定の時間に、像の微小部分
しか形成できないものである。

すでに述べたように、本発明においては、ダイヤモン
ドの表面からその少量が気化により除去されるものであ
り、ダイヤモンド材料の残りの部分はまた、十分に熱さ
れて、“黒鉛化”、もしくは、元素の炭素を１つの形状
から他の形状へと、たとえばダイヤモンドからグラファ
イトへと、同素変態させるものである。十分に高い温
度、たとえば約900度においては、ダイヤモンドはグラ
ファイトに同素変態し、全ダイヤモンド結晶格子が分解
してしまうものである。このような分解が起こる前に、
前記材料は、ダイヤモンドの結晶格子形状の強度および
その耐性を残したまま変態するか、もしくは、部分的に
グラファイトに同素変態する可能性があることは明白で
ある。

ダイヤモンドは、その結晶構造内で、もしくはその表
面において、このような変態をおこすものであるが、黒
くなった部分、もしくは“黒鉛化”した部分は、通常、
ダイヤモンドの表面からグラファイトを除去する、従来
の酸洗浄によっては、除去し得ない。したがって本発明
においては、このように、完全で、しかも永久的なマー
クが形成されるものである。すなわち、本発明の原理に
よれば、ダイヤモンドは、光感応性材料として取り扱わ
れているものである。

表面ダメージの、ビームエネルギー密度に対するプロ
ットから、ダイヤモンドのこのカーブは、理論的には階
段関数であるといえる。すなわち、エネルギーの供与に
かかわらず、下限値より低いところでは、ダメージがお
こらず、一方、上限値以上においても、さらなるダメー
ジは起こらない。実際、エキシマレーザー出力を注意深
くしかも綿密に調節することにより、選択的に制御する
ことが可能である表面ダメージ部、たとえば黒鉛化した
部分は、制御される。レーザーをこのように制御するこ
とにより、異なった不透明度を有する、いわゆる“グレ
ースケール”のマークが、得られるものである。

本発明におけるさらなる優位点は、約193nmの波長の
レーザービームが、ダイヤモンドの結晶構造に浸透しな
いという事実である。したがって、この結晶の内部加熱
は、この波長のレーザービームにおいては避けられるも
のであり、このような加熱は、従来のレーザービームを
用いたダイヤモンド証印付け方法において、ダイヤモン
ドの破損の重大な原因となっていたものである。

少なくともある従来例においては、レーザーにより証
印する前に、ダイヤモンドの表面を、カーボンブラック
のようなエネルギー吸収材料により被覆する工程が必要
であった。したがって、このような従来技術によるダイ
ヤモンド証印方法が成功するか否かは、ダイヤモンドの
表面に形成されるエネルギー吸収被覆の均一性およびそ
の密度に少なくとも依存するものであるが、これらの依
存性は、本発明においては、全く無視できるものであ
る。

実際、ダイヤモンドの表面においてほとんど気化させ
ないためには、エネルギー吸収材料の被膜をすることが
望ましい。一旦気化がはじまると、さらなる干渉なし
に、連続して気化されるものである。

ダイヤモンドの表面に永久的なマークを形成すること
は、本発明による前記実施例により達成されるものであ
り、英字、日本語文字、種々の幾何模様、無機何模様の
マークが、ArFエキシマレーザーを１から10パルス適用
することにより、形成される。

本発明においては、宝石、および半宝石など、物理的
特性が異なるにもかかわらず、上述した方法方が適用さ
れるものである。特に、エメラルド、ルビー、サファイ
ア、そして真珠に対しても、はなはだしくダメージを受
けることなく、またほ宝石としての価値を下げることな
く、証印を形成することができる。

ルビーやエメラルドのような物質は、少なくともある
重要な方法において、ダイヤモンドの場合とは異なって
いる。Nd:YAGレーザー、またはCO₂レーザー手段によっ
て、部分的に加熱されると、この熱は、加熱部分から直
ちには、他の部分に伝わることはない。この結果、マイ
クロクラックが、証印の近くの石に形成されるというこ
とは知られている。そのようなマイクロクラックは、石
の価値を下げることになる。

本発明にしたがって、エキシマレーザーを用いて、ル
ビー、エメラルド、または他の色宝石に証印を形成する
とき、マイクロクラッキングの発生率は、驚くことに、
実質上減少、または制限されることが判明した。ダイヤ
モンドに証印を形成する場合のように、物質は除去され
るが、これらの物質では黒変は認められなかった。これ
らの物質の場合、いくつかの破片も残るため、ダイヤモ
ンドの場合と比較すると、視覚的に証印を認めることが
難しいが、色宝石、パールなどに証印を形成するのに効
果的な方法が提供されるものである。

以下のより詳細な説明により、本発明の方法が、一般
に応用できるということは明白になるであろう。

第２図は、本発明による、ダイヤモンドへの特別な像
を形成するのに用いられたマスク33を図示するものであ
る。このマスク33は、それ自身気化することなく、エキ
シマレーザービームに耐えるに十分な強度を有する、適
当な材料31からなる。このマスク33には、所望のマーク
の模様に応じた切欠部32が形成されている。

他の実施例では、マスクは、溶融シリカもしくはサフ
ァイアの板から形成され、フォトレジストまたはエッチ
ングされたクロムコートのような、適当に不透明で耐熱
性の材料により被覆されているものである。このマスク
は、不透明な材料により被覆されていない部分、もしく
は広く被覆されている部分を有するように、調整可能で
ある。また、マスクのある部分においては、被覆層の密
度を制御することにより、異なった透過率の領域を有す
るマスクが提供され、このようなマスクは、差別化され
たコントラスト、言い換えれば、上記したような異なっ
たグレーシェイドの部分を有するマスクを形成するのに
有用である。

第３図は、ガードル42上の、ある特別な周辺部43に証
印された、ダイヤモンド40を示すものである。このガー
ドル42は、習慣的には、ガードル42の拡大図50に示され
たファセット44のような、多数の小さなファセットを有
するものであり、このファセットは証印を付すのに適当
な場所である。また、本発明の方法は、研磨されている
ものにも、研磨されていないもの、すなわち荒ら仕上げ
のダイヤモンド表面にも、同等に適用可能である。証印
がダイヤモンドの何処に形成されてもよい場合には、ダ
イヤモンドのこのような小さなファセットにのみ証印す
るが、審美的には好ましい。本発明による方法において
は、有利には、ダイヤモンド40のカレット48に証印する
よう、使用されてもよいものである。

第３図に示すように、レーザーにより形成された証印
は、ダイヤモンドのマーク47と、文字“H"46とを含有す
るものであるが、上記のように、これらのマーク46、47
は、同等の深さおよび／もしくはコントラストで形成さ
れていても、異なっていてもよく、また、同じエキシマ
レーザーパルスにより同時に形成されてもよい。

本発明の他の実施例においては、上記と同様の装置お
よび工程が採用されるが、ダイヤモンドのマークされる
べき部分がまず、蛍光性、燐光性などの特性を有する物
質により被覆されるという点で、前記実施例とは異な
る。マーク、特に裸眼でみることができないほどの小さ
なマークが、ダイヤモンドに形成される場合、実質的に
その場所を見いだすことはしばしば困難であり、たとえ
ば、そのダイヤモンドを比較的即座に確認する必要のあ
る場合には、さらなる安全性の手段としてのマークの価
値を損なうことになるかもしれない。しかしながら蛍光
性のマークは、たとえば紫外線のような適当な光りの条
件においては、より簡便に配置され、検知されることが
可能であり、このことが、本発明のダイヤモンドの証印
方法のひとつの特徴であるいえる。

エキシマレーザービームが、ダイヤモンドの被覆面を
射ると、被覆部のかなりの数の分子が気化することな
く、マークの部分に残存しているものであるが、この正
確なメカニズムは、現時点では解明されていない。本発
明によれば、マークを被覆する際、ガス状のイオウ化合
物とともに、硫化亜鉛もしくはジエチル亜鉛などの材料
が使用または蒸着されると、これらは、マークがあらか
じめ選択された極めて狭い周波数帯において蛍光するよ
うな光りの条件（紫外線）においてのみ、確認できるも
のであり、このように、権限のないものにより検知され
ることを防護するものである。

さらに、ダイヤモンド表面への、たとえば、アルシ
ン、リン、鉄もしくは鉄カルボニル、およびニッケルも
しくはニッケルカルボニルなどの、金属や気化金属化合
物とダイヤモンド炭素との合金、および／もしくは、蒸
着により、磁気的に検知可能な証印を形成することが可
能となるものである。すなわち、証印に対して、レーザ
ーにより触媒作用された、溶融もしくは分解金属、およ
び／もしくは金属炭化物が形成されるものである。炭化
チタンや炭化モリブデンなどの、他の物質により蒸着が
おこなわれると、他の電気的に検知可能な証印が形成可
能となる。同様に、ジボランや、他の気体もしくは固体
化合物エレメントは、npnおよび／もしくはpnp半導体を
製造するためのシリコンドーピングと同様の方法によ
り、電気的特性に変化を与える電子接合性を有する物質
を豊富に与えるものである。

以上のようにして、ある光学的、磁気的、もしくは電
気的特性が得られる。

この変形例によれば、ある場合、正確な袋文字的なマ
ークを形成することも可能であり、電子的に解読可能
な、ユニークな文字をダイヤモンドに形成できる。たと
えば、一定の速度でダイヤモンドを回転させることが可
能であると、ある一定のカウンタもしくは同様の装置に
よって、電子的に磁気マークを検知できる。このカウン
タアウトプット（counter output）は、ダイヤモンド
の所有者が秘密にしておくことが可能である、特殊なシ
グナルパターンを提供するものである。したがって十分
に正確な測定システムがあれば、たとえば盗難者が、異
なるダイヤモンドに対して同様のパターンを偽造するこ
とは、非常に困難なものである。

このように、本発明におけるダイヤモンドの証印方法
を有利点は、全く新規なものであるが、このような証印
の使用範囲は、本発明に記載したものに限られるもので
はない。

ダイヤモンドは、薄層化学蒸着法（thin−film chem
ical−vapor−deposition）により製造可能であること
は知られており、付加安全性のために、天然ダイヤモン
ド石とダイヤモンドの薄層化学蒸着層との間に証印を鋏
む場合に有効である。

前記実施例は、本発明の好ましい実施例であるが、本
発明のクレームに定義された範囲を越えるものでなけれ
ば、種々の変更及び変形は可能である。たとえば、第１
図に示されたマスク23は、レーザー11と縮小レンズ24と
の間に配されているが、このマスク23は、マークされる
べきダイヤモンド15とレンズ24との間に設けられていて
もよいものである。ただし、第１図に示されている配置
のほうが、好適である。縮小レンズ24が使用されない場
合には、マスク23の配置は、操作に大きな影響のない範
囲で、レーザー11の出力されるところから、ダイヤモン
ド15の隣接部までの間に、配されていればよいものであ
る。

また、当業者には良く知られているように、マスクの
前に、ビームホモナイザを使用することにより、より改
善される。

上記のように、本発明によれば、ダイヤモンドは、よ
り有利にはKrF、XeCl、もしくはXeFレーザーを用いるこ
とにより証印可能である。すなわち、適当な波長におい
て十分なビームを発生することができるものであれば、
どのようなレーザー源を用いてもよいものである。

既に記載したように、エキシマレーザは、また、たと
えば、金属ワイヤ、ガラスファイバ、または合成ファイ
バを押しだしする際に用いられるような、ダイヤモンド
プレート型押しだしダイスの形成において、非常に複雑
な模様を形成するのにも使用可能である。エキシマレー
ザーを繰り返しパルスすることにより、薄いダイヤモン
ドプレート部材を、マスクの形状に穴開けすることが可
能である。

またこのダイスは、新しくて未だ品質評価がなされて
いないような繊維を製造するのに用いることも可能であ
る。たとえば、独特のけばだった繊維を製造し、これ
を、フィルター、生地、もしくは断熱材などに適用でき
る新しい材料に織ることも可能である。

本発明の特別に優位な使用法は、重量に対して高い強
度の横断面を有する、たとえば押しだしガラスファイバ
のようなファイバの形成に使用されることである。たと
えば、高分解能Ｉ−ビーム横断面ファイバは、ブロー成
型されて固体化すると、その大きさおよび重量に対し
て、非常に強度を有するという特徴を示す。押しだし材
料においては、どのような横断面も、高分解能で形成可
能である。

さらに、上記ダイスにおいては、ダイヤモンドの最も
高い強度を有する方向に対して、穴あけすることも可能
である。特に強度および耐性を有するダイスは、本発明
の基本原理に従い、上記のように得られるものである。

むろん、ダイヤモンド以外の硬い物質、例えばサファ
イアなどの宝石にも、以下に説明するように、証印を形
成できるものである。

インサート型ダイスを製造するための装置を図４に示
す。図４に示された装置は、図１に示された証印を形成
するための装置と、実質上、同類のものである。図４に
示された同じ部材は、図１に示された装置の部材と同じ
符号が付されている。図４における装置10′は、図１中
のエキシマレーザー11と同様のものであるエクシマーレ
ーザー11′と、インサート型ダイスの押し出しダイスの
開口部の断面と一致する断面を有するマスク23′を通過
して照射されるレーザー出力部12′とを有する。押し出
しダイスの開口部の形状に一致するレーザービームの一
部分のみがマスクを通過する。

マスクを通過した後、ビームは、予め決められたサイ
ズの押し出しダイスの開口部のサイズに照射するのに好
ましい縮小光学レンズである縮小光学器24′に向かって
進む。この縮小光学レンズ24′は、プレート部材51上に
ビームの焦点を合わせる。このプレート部材51から製造
されたインサート型ダイスは、米国特許3,114,966に記
載されたインサート型ダイス（５）に類似している。こ
のプレート部材51は、適当な取付け台52によって支持さ
れている。

プレート部材51から製造されたインサート型ダイスの
押し出しダイスの開口部は、選択されたエキシマレーザ
ーの出力部と、そのプレート部材の厚さに依存する適切
なパルスの数によって形成される。

図5aなしい図5cは、本発明にかかる装置に使用される
押し出しダイスの開口部の二次元断面の例を示す。図6a
ないし図6cは、図４に示した装置に使用され、図5aない
し図5cに示した押し出しダイスの開口部を得るためのマ
スクを示す図である。図6aないし図6cに示したマスク
は、図5aないし図5cに示された、インサート型ダイスの
押し出しダイスの開口部の切断面に一致する切欠部を有
する。

押し出しダイスの開口部を図示したが、押し出しダイ
スの開口部は、一定の模様、または幾何学模様のみに限
定されるわけではない。マスクに形成された不規則な形
状は、二次元の押し出しダイスの開口部に一致する形状
を形成するために使用可能である。

さらになお、本発明によれば、複雑な三次元の押し出
しダイスの開口部の形成も可能である。少なくとも一方
向において、次第に小さくなる連続した切欠部、または
マスクされていない部分を使用して、レーザービーム
と、証印は形成すべき物質との間に、連続したマスクを
形成することによって、押し出し方向に対して変化する
断面の開口部が形成される。種々の材料を実際に押し出
すことにより得られる結果が、マスクの連続させること
によってデザインされるとしても、限りなく多数の押し
出しダイスのデザインに対して、上記方法は使用可能で
ある。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｄ０１Ｄ 4/02 Ｄ０１Ｄ 4/02 (56)参考文献 特開 昭62−114834（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−137091（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−148145（ＪＰ，Ａ)

Claims (26)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】紫外線領域の波長を有するレーザービーム
   の出力部と、証印すべきダイヤモンドの表面との間にマ
   スクを配し、 前記マスクを通してダイヤモンドの前記表面に前記出力
   部からレーザービームを直接照射して、マスクの模様を
   証印として前記表面に形成することを特徴とする、ダイ
   ヤモンドの証印付け方法。
2. 【請求項２】前記レーザービームが、約193nmの波長
   で、少なくとも１パルス、ダイヤモンドに照射される、
   特許請求の範囲第１項に記載のダイヤモンドの証印付け
   方法。
3. 【請求項３】照射された前記レーザービームがマスクの
   切欠部を通過する、特許請求の範囲第１項に記載のダイ
   ヤモンドの証印付け方法。
4. 【請求項４】照射された前記レーザービームがマスクの
   異なった透過率を有する部分を通過する、特許請求の範
   囲第１項に記載のダイヤモンドの証印付け方法。
5. 【請求項５】前記マスクが、ダイヤモンドの前記表面か
   ら、間隔を隔てて設けられている、特許請求の範囲第１
   項に記載のダイヤモンドの証印付け方法。
6. 【請求項６】前記マスクが、ダイヤモンドの前記表面に
   直接、もしくは、隣接して設けられている、特許請求の
   範囲第１項に記載のダイヤモンドの証印付け方法。
7. 【請求項７】前記マスクが、前記マスクの模様を光学的
   に縮小させる手段を通して縮小されて、ダイヤモンドの
   表面に投影される、特許請求の範囲第１項に記載のダイ
   ヤモンドの証印付け方法。
8. 【請求項８】レーザービームの前記出力部と証印すべき
   ダイヤモンドの表面との間に、前記マスクとは異なる更
   なるマスクを配し； 前記更なるマスクを通して、ダイヤモンドの表面に前記
   レーザービームを直接照射し、前記更なるマスクの模様
   を更なる証印としてダイヤモンドの表面に形成する、特
   許請求の範囲第３項に記載の方法。
9. 【請求項９】前記マスクが、エキシマレーザーに対して
   実質的に透過性である材料で、溶融シリカ、シリカおよ
   びサファイアからなるグループから選択された材料から
   なる、特許請求の範囲第４項に記載のダイヤモンドの証
   印付け方法。
10. 【請求項１０】レーザービームを、ダイヤモンドの表面
    から薄層のみを取り除くように調整して照射する、特許
    請求の範囲第１項に記載のダイヤモンドの証印付け方
    法。
11. 【請求項１１】ダイヤモンドの表面から取り除かれた前
    記薄層が、約数オングストロームから数ミクロンまでの
    範囲の厚さを有するものである、特許請求の範囲第10項
    に記載のダイヤモンドの証印付け方法。
12. 【請求項１２】ダイヤモンドを単一の固定位置に保持し
    たまま、全証印を形成する、特許請求の範囲第１項に記
    載のダイヤモンドの証印付け方法。
13. 【請求項１３】ダイヤモンドにレーザービームを照射す
    る前に、あらかじめ定められた光の条件下においてのみ
    検知可能な被覆材料を、証印されるべきダイヤモンドの
    表面に塗布する、特許請求の範囲第１項に記載のダイヤ
    モンドの証印付け方法。
14. 【請求項１４】前記被覆材料が蛍光材料である、特許請
    求の範囲第13項に記載のダイヤモンドの証印付け方法。
15. 【請求項１５】前記被覆材料がりん光材料である、特許
    請求の範囲第13項に記載のダイヤモンドの証印付け方
    法。
16. 【請求項１６】ダイヤモンドにレーザービームを照射す
    る前に、光学的、電気的、もしくは磁気的に検知可能な
    被覆材料を、証印されるべきダイヤモンドの表面に塗布
    する、特許請求の範囲第１項に記載のダイヤモンドの証
    印付け方法。
17. 【請求項１７】前記被覆物材料が、炭化モリブデン、炭
    化ニッケル、炭化チタン、および炭化鉄からなるグルー
    プから選択された材料である、特許請求の範囲第16項に
    記載のダイヤモンドの証印付け方法。
18. 【請求項１８】ダイヤモンドの表面上の少なくとも２以
    上の部位に前記レーザービームを照射して少なくとも２
    以上の前記証印を形成する、特許請求の範囲第16項に記
    載のダイヤモンドの証印付け方法。
19. 【請求項１９】ダイヤモンドが、ある炭素の同素体から
    他の炭素の同素体へと部分的に変態するように、レーザ
    ービームを調整する、特許請求の範囲第１項に記載のダ
    イヤモンドの証印付け方法。
20. 【請求項２０】ダイヤモンドが証印される部分において
    部分的に黒鉛化するようにレーザービームを調整する、
    特許請求の範囲第１項に記載のダイヤモンドの証印付け
    方法。
21. 【請求項２１】レーザービームの照射を調整し、黒鉛化
    の度合いに応じて、形成される証印の濃さを変化させ
    る、特許請求の範囲第20項に記載のダイヤモンドの証印
    付け方法。
22. 【請求項２２】ダイヤモンドプレート製の押しだしダイ
    スを製造する方法において、紫外線領域の波長を有する
    レーザービームの出力部を配し； 前記押しだしダイスの開口部に相当する切り欠き部を有
    するマスクを、レーザービームの前記出力部と、前記押
    しだしダイスに加工されるプレート部材との間に配置
    し； 前記マスクを通過させて前記レーザービームを前記プレ
    ート部材上に照射し、押しだしダイスの前記開口部を形
    成することを特徴とする、ダイヤモンドプレート製の押
    しだしダイスを製造する方法。
23. 【請求項２３】前記マスクと前記プレート部材との間に
    縮小レンズを配置する、特許請求の範囲第22項に記載の
    方法。
24. 【請求項２４】押しだされる材料の方向に押し出し開口
    部の横断面が変化し、第１の横断面と第２の横断面を持
    つインサート型ダイスを製造する方法において、 紫外線領域の波長を有するレーザービームの出力部を配
    し； 前記押し出し開口部の第１の横断面に相当する切り欠き
    部を有する第１のマスクを、前記レーザービームの出力
    部と、前記ダイスに加工されるプレート部材との間に配
    置し； 前記出力部から前記第１のマスクを通過させて前記レー
    ザービームを前記プレート部材上に照射し、前記押し出
    し開口部の第１横断面を形成し、 前記押しだし開口部の第２の横断面に相当し、前記切り
    欠き部とは異なる切り欠き部を有する第２のマスクを、
    レーザービームの前記出力部と前記プレート部材との間
    に配し； 前記出力部から前記第２のマスクを通過させて前記レー
    ザービームを前記プレート部材上に照射し、前記押し出
    し開口部の第２横断面を形成することを特徴とする、イ
    ンサート型ダイスを製造する方法。
25. 【請求項２５】ダイヤモンドからなる物体を処理する方
    法において、 紫外線領域の波長を有するレーザービームの出力部を配
    置し； 得られるべき模様に相当する切り欠き部を有するマスク
    を、レーザービームの前記出力部とダイヤモンドからな
    る前記物体との間に配置し； 縮小レンズを、前記マスクと前記物体との間に配置し； 前記ダイヤモンド上に、前記マスクおよび縮小レンズを
    通過させて、前記出力部から前記レーザビームを前記物
    体に照射して、前記物体に模様を形成することを特徴と
    する、ダイヤモンドからなる物体を処理する方法。
26. 【請求項２６】真珠、宝石、または半宝石に証印する方
    法において、 紫外線領域の波長を有するレーザービームの出力部と、
    証印すべき真珠、宝石、または半宝石の表面との間に、
    マスクを配置し； 前記出力部からレーザービームを、マスクを通して、真
    珠、宝石、または半宝石の表面に直接に照射して、前記
    マスクにより定められた模様で証印を形成することを特
    徴とする、真珠、宝石、または半宝石に証印する方法。