JP2589128B2 - レーザーマーキング方法 - Google Patents

レーザーマーキング方法

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JP2589128B2 JP63041187A JP4118788A JP2589128B2 JP 2589128 B2 JP2589128 B2 JP 2589128B2 JP 63041187 A JP63041187 A JP 63041187A JP 4118788 A JP4118788 A JP 4118788A JP 2589128 B2 JP2589128 B2 JP 2589128B2
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    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41MPRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M5/00Duplicating or marking methods; Sheet materials for use therein
    • B41M5/26Thermography ; Marking by high energetic means, e.g. laser otherwise than by burning, and characterised by the material used
    • B41M5/267Marking of plastic artifacts, e.g. with laser

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  • Optics & Photonics (AREA)
  • Thermal Transfer Or Thermal Recording In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、自動車部品等に自動的にマーキングを行な
うためのレーザーマーキング方法に関し、特にマーキン
グが難しいとされている暗色基体上にも鮮明なマーキン
グを自動的に行なうことのできるレーザーマーキング方
法に関する。
(従来の技術) 近年、自動車を例にとると、自動車アセンブリ工場へ
生産台数に対応した数量の各種主要部品を供給する際、
供給する部品の種類や数量の間違いを防止するため、部
品製造段階で各種主要部品に1つずつ種類や部品番号を
明示するためのマーキングが必要とされている。
従来、このマーキングは手作業で行なわれていたが、
表示するマーク、例えば部品番号の見誤りなどによる書
き間違い、あるいは手書き特有の、例えば1と7、Oと
D、CとL等の様な見誤りが散見された。
これに対し、最近、レーザーマーキング装置が普及し
始め、部品製造時にCPUと連動してこの装置を使用する
ことにより自動的に誤認率の低い活字タイプの数字、記
号、文字等を自動車部品等のワークにマーキングするこ
とが出来るようになってきている。
このレーザーマーキング装置を使用したレーザーマー
キング方法、レーザー装置に主として高出力のパルス発
振が得られるTEA CO2レーザー(波長10.6μm)又はYAG
レーザー(波長1.06μm)を使用し、ワークに照射する
光路途中に金属ステンシル等のマスクを介装したり、ス
キャンニングしてレーザー光をワークに照射することに
よりマーキングするものであり、ワーク表面に直接、あ
るいはワーク表面にマーキング層を形成した後にこのマ
ーキング層に蝕刻、変質、酸化することによりマーキン
グを行なうものである(「機械技術」第35巻、第14号、
57頁、日刊工業新聞社(1987年))。
この内、ワーク表面にマーキング層を形成した後にこ
のマーキング層にマーキングを行なうレーザーマーキン
グ方式は、マーキング層の材質にもよるが、ワークの材
質によらず比較的低エネルギーのレーザー光照射でマー
キングを行なうことが可能であり、この様なレーザーマ
ーキング方式に関しては、例えば (1) 黄色酸化鉄のレーザー光による赤色ないし褐色
への色変化を利用するもの(特開昭60−155493号、62−
50360号)、 (2) 金属表面に無機ジンクショッププライマーを塗
布した後レーザー光照射を行ない無機ジンクショッププ
ライマーを含むマーキング層を白色化するもの(特開昭
60−172590号)、 (3) 金属水酸化物及び/又は金属含水化合物と着色
剤とを含むマーキング層を使用し、このマーキング層に
レーザー照射を行ない、白色化又はその他の発色を行な
うもの(特開昭60−166488号)、 (4) マーキング層に0.05〜3.0重量%の黒色有機染
料を含有させてマーキングコントラストの改良を行なう
もの(特開昭60−47065号)等の提案がなされている。
更に、マーキング層に所定温度で所定の色に発色する
示温材料を使用して、これ等材料を上述したTEA CO2
ーザーやYAGレーザーの照射熱エネルギーにより変色す
るレーザーマーキング方式も原理的に可能であり、この
様な示温材料は例えば特開昭49−10180号、55−58268
号、56−77191号明細書等に記載されている。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、例えば防錆用塗膜を施し、基体色が黒
色や灰黒色等の暗色を呈するショックアブソーバー等の
ワークにマーキング層を形成してこのマーキング層に鮮
明なレーザーマーキングを行なおうとする場合、前記
(1)及び(2)のマーキング層はいずれも透明性に劣
り、従ってマーキング後のマークと周囲の明度差コント
ラストが小さく、鮮明なマークが得られないという問題
を有する。また、(3)及び(4)のマーキング層は鮮
明なマークを形成するために着色剤を含有して着色して
おり、ワークの種類によってはこのマーキング層の着色
により美観を損なわれるなどの問題が生じる場合があ
る。
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、ワーク表
面にマーキング層を形成して、このマーキング層にレー
ザーマーキングを行なうタイプのレーザーマーキング方
法であって、マーキング層によってワークの美観が損わ
れることなく、しかもワークの基体色が暗色である場合
にも鮮明なマーキングを行なうことのできるレーザーマ
ーキング方法を提供することを目的とする。
(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するためになされた本発明のレーザー
マーキング方法は、ワーク表面に、樹脂及び微細シリカ
粉末を含み、微細シリカ粉末の含量が該樹脂100重量部
に対し1〜50重量部である透明なマーキング層を形成
し、然る後、前記マーキング層にレーザー光照射を行な
うことを特徴とする。
以下に本発明を更に詳しく説明する。
本発明に係るマーキング層に使用される樹脂として
は、微細シリカ粉末と共に使用されて透明層を形成す
る、例えばアルキッド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹
脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ニトロセルロース
等のセルロース系樹脂、ウレタン樹脂が挙げられ、これ
等の樹脂の1種又は2種以上の混合樹脂を使用すること
ができる。
また、微細シリカ粉末としては、SiO2を95%以上含
み、平均粒径0.01〜30μmのものが好ましい。
更に本発明においては、マーキング層に染料を含有す
ることもでき、この場合の染料としては塩基性染料、直
接染料、酸性染料、油溶性染料、含金属錯塩染料が好ま
しく、その好ましい配合量は樹脂100重量部に対し0〜2
0重量部である。
これ等の成分を含む透明なマーキング層は、例えばシ
リカ粉末を除く固形成分、即ち、樹脂及び染料を含む場
合の染料を溶剤に溶解し、次いで得られた溶液にシリカ
粉末を均一に分散して得られた塗布液をワークのマーキ
ングを行なう所定位置に塗布することにより形成され
る。
また、マーキングを行なうためのレーザー装置にはTE
A CO2レーザーが好適に使用される。
(作 用) 本発明方法によれば、ワーク表面に形成されたマーキ
ング層にレーザー光を照射することにより光照射部分が
マーキング層に染料を含まない場合に白色化し、染料を
含む場合にはその染料色に着色する。この変化は第3図
に模式的に示すように光照射部分に微細なクラックが発
生して光を散乱することによるものと推定される。
(実施例) 以下に実施例を挙げ、本発明を具体的に説明するが、
本発明はこれ等の実施例によって制限されるものではな
い。
実施例1 a) マーキング層の形成 リン酸亜鉛処理鋼板上に黒色塗料を塗布し、その乾燥
膜厚を15μm以上とした。
こうして得られた黒色基板上に、下記固形成 分をメチルエチルケトン、キシレン、トルエン、メタノ
ールを含むシンナーに添加し、その内のアクリル樹脂、
硝化綿、黄色ピラゾロン系含金属染料を溶解し、シリカ
粉末を均一に分散して調整した塗布液I,IIを吹付け塗装
して乾燥し、マーキング層を形成した。
b) レーザーマーキング 上記マーキング層に対するマーキングは、第1図の様
にレーザー装置2及び折返しミラー3,4、ビーム調整用
レンズ5、結像レンズ6により構成された照射光学系か
ら成るTEA CO2マーキング装置1(ウシオ電機(株)社
製)を使用し、レーザー装置2から出力されるレーザー
光(CO2ガスレーザー)を所定の空間に合わせて折返し
ミラー3,4で反射して折返し、次いでビーム調整用レン
ズ5で変調して回転ステンシル6で形成されるマークの
ネガ幅に合わせ、このマークのネガを通過したマークパ
ターンのレーザー光を結像レンズ7により焦光して行な
った。また、黒色基板上にマーキング層が形成されたワ
ーク8を組付コンベア9により、図中、表から裏に向か
う方向に移動しながら行ない、このマーキングの様子を
作業者は防護カバー10を通して観察した。この際のレー
ザー装置2には100V1φ15Aで波長10.6μmのCO2ガスレ
ーザーをパルス幅1μsec以下のパルス動作で発振する
ものが使用され、また、ビーム調整用レンズ5にはシリ
ンドリカルレンズ、結像レンズ7にはメニスカスレンズ
が使用されている。例えばマーキング層は2.6J/cm2のエ
ネルギー密度のレーザー光を照射する場合には、レーザ
ー装置2のレーザー光出口からビーム調整用レンズ(シ
リンドリカルレンズ)5に至る光路長l25<800mm、ビー
ム調整用レンズ(シリンドリカルレンズ)5から回転ス
テンシル6に至る光路長l56=197mm、回転ステンシル6
から結像レンズ(メニスカスレンズ)7に至る光路長l
67=305mm、結像レンズ(メニスカスレンズ)7からワ
ーク8に至る光路長l78=229mm、開放時の照射部の面積
S=21×5mm2となるよう照射光学系を調整し、光路長及
びレーザー光のショット数(パルス数)により総エネル
ギー密度を変えてレーザー光の照射を黒色基板上に形成
されたマーキング層に行なった。また、このマーキング
層へのマーキングを第2図に示すタイムチャートに従
い、まず、レーザー装置2の電源を入れてレーザー光を
発振し、いつでもマーキング出来る状態、即ちスタンバ
イ信号を作動状態にし、次いで組付けコンベア9により
レーザー光路を遮りながら通過し、その遮断間隔が図
中、1つの凸形で表わされるワーク8の通過ピッチに合
わせて、予め回転ステンシル6にワーク毎にネガ入力を
行なってマークのネガを形成し、また、スタート信号を
作動させて回転ステンシル6を回転させ、然る後、一定
時間、マークのネガ位置を光路に合わせて光路の遮断を
開放する搬送信号の作動により、前記一定時間内で連続
的、かつ自動的に行なった。
c)評 価 i) a)における塗布液Iにより形成したマーキング
層に対するマーキング性評価 上記マーキング層を、乾燥条件:80℃で0〜10分間、
乾燥膜厚:15〜20μmの範囲で作成し、下記照射条件: でレーザー照射してマーキング性を評価した。
マーキング性は、マーキング層に対しては膜厚50μ
m、乾燥時間60秒において、レーザー光照射条件に対し
ては総エネルギー密度が3.6J/cm2の場合において特に良
好な結果が得られ、黄色の鮮明なマークが得られた。
ii) a)における塗布液IIにより形成したマーキング
層に対するマーキング性評価 乾燥膜厚が10〜15μになるようにバーコータで塗布し
た後、ヘヤードライヤー(80〜90℃の温風)で、30秒、
45秒、60秒、120秒それぞれ乾燥させ、それぞれのマー
キング層に総合エネルギー密度2.6J/cm2でレーザー光を
照射し、マーキング性を評価した。
結果は下記の通りであった。
また、上記乾燥時間が60秒以上の5μm及び10μmの
乾燥膜厚のマーキング層に対しては下記結果を得た。
実施例2 ワークに自動車足廻り部品の1つであるショックアブ
ソーバーを使用し、そのマーク位置に実施例1のa)と
同様にして黒色染料及び塗布液2を順次塗布し、20℃で
0.5時間乾燥し、乾燥膜厚10〜20μmのマーキング層を
形成した。このマーキング層に実施例1のb)に従って
2〜4J/cm2のレーザー光を照射したところ、第4図に模
式的に示す様に鮮明な黄色のマーキングを行なうことが
できた。
実施例3 黄色ピラゾロン系含金属染料を除く実施例1のa)に
記載されている塗布液Iを使用し、実施例2と同様のシ
ョックアブソーバーのマーキングを行なったところ、鮮
明な白色のマークがショックアブソーバーのマーク位置
に形成された。
比較例1 塗布液I又はIIに代えて下記組成 四三酸化鉄 37.5重量% マレイン化ロジン 12.5 〃 トルエン 50.0 〃 100.0 〃 の示温塗料を使用した以外は実施例1のa)と同様にし
て乾燥膜厚20μmのマーキング層を形成した。
なお、上記塗料は下記反応式 に従って変色することが知られている。
上記マーキング層に対し、実施例1のb)に従い、総
合エネルギー密度を1〜100J/cm2の範囲で変化させてレ
ーザー光照射を行なった。
この結果、総合エネルギー密度が12J/cm2以上ではマ
ーキング層が貫通して損失し、1ショット当りの密度が
約1.0J/cm2以下と低い場合には数ショットの重ね打ちを
行なっても塗膜は貫通しないものの発色が見られず、加
えてマーキング層にひび割れが観察され、その熱的な影
響はマーキング層の表面に80μmまで及んでいた。
比較例2 塗布液I又はIIに代えて黄色染料又は赤色染料により
着色したアクリルラッカーを使用した以外は実施例1と
同様にしてマーキング層を形成し、レーザーマーキング
を行なってマーキング性を評価したところ、レーザー照
射部にほとんどマークが観察されなかった。
次いで、ワークに白色基体を使用して上記と同様乾燥
膜厚50μmのマーキング層を形成し、下記照射条件でレ
ーザーマーキングを行なった。
この結果、総エネルギー密度3.1J/cm2でマーキング層
のレーザー光照射部に着色コントラストが得られたもの
のムラがあり、このマーキング層はそのマーキング性が
あまり芳しいものではなかった。
比較例3 塗布液I又はIIに代えて鉄系顔料、有機顔料を含み、
黒、ライトブルー又はライトブラウンに着色した2液エ
ポキシ塗料を使用した以外は実施例1と同様にして乾燥
膜厚100μmのマーキング層を形成し、レーザーマーキ
ングを行なってマーキング性を評価した。なおレーザー
マーキングの際の照射条件は下記の通りである。
この結果、マーキング層に黒色の有機カーボンを使用
した場合には、そのマーキング層にマーキングの跡が認
められるものの、エネルギー密度を変えても良好なコン
トラストは得られず、マーキング性に劣るものであっ
た。
(発明の効果) 以上、説明してきた様に本発明方法によれば、ワーク
表面に形成されたマーキング層にレーザー光を照射する
ことにより光照射部分がマーキング層に染料を含まない
場合に白色化し、染料を含む場合にはその染料色に着色
し、鮮明なマーキングを行なうことができる。従って本
発明方法は、特に基体色が黒色や灰黒色等の暗色を呈す
る場合のマーキングに好適である。
また、本発明方法によればOCRの読み取りに対しても
誤認率の少ない文字及び数字マークが形成できるので、
本発明方法により得られた文字をOCRで読み取らせてCPU
に連動させることにより、より一層確実かつ迅速なショ
ックアブソーバー等の主要部品の管理を実現することも
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明方法に使用されるレーザーマーキング
装置の一例を示す概略図、 第2図は、マーキング時の第1図の装置の動きを説明す
るためのタイムチャート、 第3図は、本発明方法の推定マーキング原理を示す模式
図、 第4図は、本発明方法に係るマーキング層を形成したマ
ーキング前後のショックアブソーバーの概略図である。 1……マーキング装置 2……レーザー装置 8……ワーク

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ワーク表面に、樹脂及び微細シリカ粉末を
    含み、微細シリカ粉末の含量が該樹脂100重量部に対し
    1〜50重量部である透明なマーキング層を形成し、然る
    後、前記マーキング層にレーザー光照射を行なうことを
    特徴とするレーザーマーキング方法。
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