JPH0241785A - レーザマーキング部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はレーザマーキング部材に係り、特に塗膜が被膜
形成された金属部材に対しレーザを用いてマーキングを
行なったレーザマーキング部材に関する。

従来の技術 従来、缶の缶胴等に文字、模様等のマー４ングを行なう
場合、塗料を用いて印刷を行なうのが一般的な方法であ
る。この印刷は、複数の色の塗料を夫々所定のパターン
で順次重ね合わせて焼付は印刷を行ない、最後にその表
面に透明塗膜を形成することにより行なわれている。

一方、レーザを用いたマーキングは、例えば生産ライン
における部品の管理に用いられており、具体的には部品
に型番や型名をマーキングするのに用いられている。

発明が解決しようとする課題 しかるに、従来のマーキングでは、透明塗膜を通して透
けて見えるような、所謂［透かし文字」的なマーキング
を行なうことはできず、このためマーキングの態様は決
まりきったちとなっていた。

またレーザを用いたマーキングは、上記のように部品に
型番等を刻印するためだけに行なわれており、これを単
に缶材料に行なっても表面に配設された塗膜を破壊して
しまい、実用に足らないという課題があった。

本発明は上記の点に鑑みて創作されたものであり、「透
かし文字」的なマーヤングを実現したレーザマーキング
部材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 上記課題を解決ｙるために、本発明では、光を透過し得
る塗膜が被膜された金属基板又は金属製缶材にレーザ光
を照射して、塗膜の基板と対向する部分に変色層を形成
した。

作用 光を透過する塗膜が配設された金属基板又は金属製缶材
（以下、このふたつをまとめて金属基板という）に、出
力及び周波数を適宜選定されたレーザ光を照射した場合
、レーザ光はエネルギーの吸収率が小である塗膜を透過
して金属基板表面に到り、これを発熱させる。金属基板
上には塗膜が配設されているため、塗膜は金属基板によ
り、その内側より加熱されて変色し、変色層が形成され
る。この際、塗膜表面及び金属基板表面は共に破壊され
ておらず、金属基板は塗膜に覆われた状態を維持してい
る。このように形成されたレーザマーキング板を見ると
、変色層は塗膜内に形成されているため、あたかも「透
かし文字」のような印象を見た者に与える。

実施例 次に本発明の実施例について図面と共に説明する。第１
図は本発明の一実施例であるレーザーキング部月１の断
面図である。（尚、本実施例では板材にレーザーマーキ
ングを行なうため、以下レーザーマーキング板１という
）図中、２は金属基板となるティンフリー・スチール（
１“ｉｎ　　ｒｒｅｅ３ｔｅｅｌ、以下−ｒ　Ｆ　Ｓと
略称する〉であり、鋼板３上に金属クロム層４等を被膜
した構造を有する。

また、図中５はエポキシ（厚さ５〜１０μｌ程度）等の
樹脂よりなる塗膜であり、ＴＦＳ２の上面を覆うように
配設されている。この塗膜５は、光の吸収率が小であり
、かつ比較的透過性の高い拐質が選定されている。

更に６は本発明の特徴となる変色層であり、塗膜５のＴ
ＦＳ２と対向するく接覆る）部分に形成されている。こ
の変色層６は、後に詳述するように、レーザ光を照射さ
れることにより塗膜５が熱変化して変色したものである
と考えられる。

上記構成のレーザマーキング板１を平面的に見ると、透
明な塗膜５を介して変色層６を見ることになる。また、
変色層６自体も半透明であるため、塗膜５及び変色層６
を介してＴＦＳ２の表面（即ち、金属クロム層４）も見
えることになる。変色層６自体の色は明白に認識し難い
が、灰色の金属クロム層４上に形成された変色層６は、
淡い薄茶色或は淡い金色に見える。また、変色層６は、
塗膜５の深い位置（即ち、ＴＦＳ２に近い位置）に形成
されているため、見た様子はあたかも１透かし文字」の
ようであり、従来のマー４−ングとは全く異なる印象を
見た者に与える（この本願による「透かし文字」的なマ
ーキングを、説明の便宜」−１以下「特殊マーキング」
という）。

この変色層６は、次のように形成される。まず、ＴＦＳ
２の上面に塗膜５が被覆された基材７を用意する。この
基材は、例えば飲料缶等の外側壁と同一構造であり、周
知の構造である。この基材に対し第２図に示すように、
所定の出力のレーザ光を照射する。

これからの内容は本発明者の推論であるが、続けて述べ
る。

レーザ光は先ず塗膜５に照射されるが、前記のように塗
１１！Ｉ５は透過性が高く光の吸収率が小であるため、
レーザ光は塗膜５をほとんど透過し１ＦＳ２に照射され
る。これによりＴＦＳ２のレーザ光照射位置は発熱しく
第３図に破線で示す）、この熱は塗膜５に熱伝達される
５、即ち、塗膜５はその内側面から加熱されることにな
る。この熱により塗膜５は熱変化を行ない、よって第１
図に示されるような着色層６が形成されると考えられる
。

次に、レーザ光の照射により変色層６が形成される条件
（特殊マーキングが行なわれる条件）について、本発明
者が行なった実験結果と共に以Ｆ説明する。

変色層６が形成されるためには、種々の条件を満足する
ことが必要″Ｃある。例えば＾出力のレーザ光を照射し
た場合、第４図に示すようにＴＦＳ２自体がレーザ光に
より食刻されると共に塗膜５が熱分解してしまい変色層
が形成されないことは容易に即断されるところである。

尚、以下述べる各実験結果において、使用した機器及び
実験条件は次の通りである。

レーザ形式：ＹＡＧ−固体レーザ レーヂ波長：　　１．０６μｍ 焦点距離：１５０ａｇ 印字速度：　　５０ｍ／秒 レーザ容量：　　５０Ｗ（出力） （１）レーザの照射条件を変化させる実験まず、本発明
者はレーザ光の照射条件を変化させる実験を行なった。

具体的にはＴＦＳ２上に塗膜（厚さ５〜８μｍ）を施し
た資料１〜６に対しレーザ光の照射周波数と電流値を変
化させて照射し、どのようなマーキングを行なわれるか
を観察した。この実験の結果を表−１に示す。

表−１ 尚、上表及び後述する各人において、各記号は次の事項
を示している。

塗膜二〇・・・塗膜あり、×・・・塗膜なし△・・・レ
ーザ照射後に塗膜形成 マーキング二〇・・・特殊マーキング形成される△・・
・部分的に特殊マーキング形成 される ×・・・特殊マーキング形成されない 表−１において、質料Ｎｏ、１〜４は電流値を略一定と
してレーザーの照射周波数を変化させた結果を示してお
り、また資Ｆ４Ｎ０．４〜６は照射周波数を一定とし電
流値を変化させた結果を示している。

周知のにうにレーザマーキングを行なう場合、照射周波
数の低い程、また電流値が大である程、（即ち、レーザ
パワーが人であるＰｉり強いマーキングが行なわれる。

表−７より、資料Ｎｏ、４のマーキング条件である照射
周波数１６ＫＨｚ　、電流値１２Ａにおいては特殊マー
キングが形成され、これより若干強いマーキング条何で
ある資料ＮＯ。

３．５においては一部に特殊マーキングが形成され、そ
れ以上になると特殊マーキングは形成されない。これよ
り、変色層６が形成され特殊マーキングが行なわれるレ
ーザ光の照射条件は、ある−定の範囲内（本実施例では
、照射周波数１６ＫＨ７，電流１２Ａ前後）に限定され
るものと考えられる。

■変色層が塗膜に形成されることを証明する実験法に本
発明者は、変色層がレーザマーキング板の何処の箇所に
形成されているのかを確かめるため次のような実験を行
なった。まず、塗膜が配設されていないＴＦＳにレーザ
光を照射してこれが特殊マーキングと同一になるかどう
かを観察した。

続いて、この照射が行なわれた丁ＦＳの表面に塗膜を形
成し、これが特殊マーキングと同一になるかどうかを観
察した。この結果を表−２に示す。

表−２ 同表に示Ｊように、塗膜のないＴＦＳ及び後から塗膜を
形成したものでは、全てにおいて特殊マーキング形成さ
れなかった。特に資料Ｎｏ、７゜８に注目すると、先に
述べた表−１に４３ける資料Ｎｏ、４とレー畳ｆ＠射条
件が同一であるにも拘らず特殊マーキングは形成されて
いない。仮に変色層が「ＦＳに形成されていたとした場
合、資料Ｎｏ、８において特殊マーキングが形成される
はずである。しかるに、資料Ｎｏ、８において特殊マー
キングがされないということは、変色層がＴＦＳではな
く塗膜５内に形成されていることを意味している。

Ｃ３）ＴＦＳに代えてブリキを用いた実験続いて本発明
者は、特殊マーキングの基部となる変色層が塗膜に形成
されるものならば、ＴＦＳに代えて他の材料を用いても
特殊文字が形成されるとの考えに基づき、ＴＦＳと共に
製缶材料として多用されているブリキ（以下、ＴＩＮと
略称する）について、上述したＴＦＳについて行なった
と同じ実験を行なった。その結果を表−３及び表４に示
す。

表−３ 表−４ 表−３に示されるように、−ｒ　Ｉ　Ｎを用いても資料
ＮＯ，１８に示されるように特殊マーキングを行なうこ
とができる。しかるに、特殊マーキングが行なわれるレ
ーザ光の照射条件に注目すると、表−１で示した資１１
Ｎ０．４に比べてレーザパワは大となっている。これは
ＴＩＮの表面はＴＦＳに比べて反射率が人（鏡面のよう
になっている）であるため、レーザの吸収率が小さく反
射されてしまい塗膜に効率よく熱が伝達されないことに
よると考えられる。このように、表−３の結果より、Ｔ
ＦＳ以外の材料を用いても特殊マーキングが行なえるこ
とが実証されたと共に、特殊マーキングの条件として金
属基板の表面の反射率も影響することがわかった。

尚、表−４はＴＩＮについて、先に述べた表２と同様の
実験を行なった結果を示しており、同様からも塗膜が存
在しない場合、特殊マーキングが行なわれないことが立
証できる。

（４）レーザマーキング板の表面の観察レーザマーキン
グ板は、例えば化粧缶としての利用が考えられるが、仮
に特殊マー４−ングが形成されることにより塗膜に損傷
等が生ずる場合にはこの部分より金属基板に悪影響を与
えるため製品としては問題がある。そこで、本発明者は
、レーザマーキング板の表面を走査電子顕微鏡及び光学
顕微鏡で観察した。その結果を第５図〜第８図に示す。

尚、走査電子顕微鏡では、レーザマーキング板の表面が
非導電性の塗膜であるため、金蒸着を行なった上で観察
した。また各顕微鏡の性質としては、走査電子顕微鏡の
場合は、塗膜表面に金蒸着が行なわれているため、塗膜
表面の状態を正確に観察することができるが、光学顕微
鏡の場合は、透明な塗膜を上部から見るため塗膜表面の
状態は観察しにくいという性質がある。

金属基板としてＴＦＳを用いた資料Ｎ０．５（表−１参
照）の表面を走査電子顕微鏡（倍率５０倍）で観察した
状態を第５図に、また光学顕微鏡（倍率３０倍）で観察
した状態を第６図に夫々示す。資料５は表−１１に示す
にうに一部に特殊マー１ングが行なわれている資料であ
り、各図は特殊マーキングが行なわれている部分と行な
われていない部分が共に現われる位置を便宜上選定して
？ＩＡ察した結果である。

第５図において白く略コ字状に見える部分は特殊マーキ
ングが形成されていない部分であり、この部分では塗膜
は熱分解し、ＴＦＳが露出しているものと思われる。特
殊マーキング部分は、白く見える口字状部分の下部の端
部より右り部分に形成されている。この特殊マーキング
部分では、塗膜は破壊されておらず、若干盛り上がった
状態となっている。これは、変色層が形成される際熱膨
張が生じ、これにより変色層上の塗膜表面が盛り上がっ
たものと考えられる。また、変色層が１透かし文字」的
に見えるのは、この塗膜の盛り上がり部分が変色層から
の光を拡散させることも要因のひとつではないかと推測
される。

第６図の光学顕微鏡写真でも略同様の様子が示されてい
る。上方で左右の延在する部分の左方部分は特殊マーキ
ング部分く一部塗膜が破壊されている）であり、また右
方部分は塗膜が破壊された部分である。また左下部より
右下部に向は斜めに延在する部分の左下方部分は特殊マ
ーキング部分であり、右上方部分は塗膜が破壊された部
分である。尚、各図で平坦に見える部分はレーザ照射が
されなかった部分である。

次に、金属基板としてＴＩＮを用いた資料Ｎ０１１６（
表−３参照）の表面を走査電子顕微鏡（倍率５０倍）で
観察した状態を第７図に、また光学顕微鏡（倍率３０倍
）で観察した状態を第８図に示す。金属基板として丁Ｉ
Ｎを用いた場合でも、ＴＦＳを用いた時と略同様の結果
を得た。即ち、特殊マーキング部分（第７図上下２本見
えるレーザ照射部分の左方部分）は塗膜はレーザ照射に
より破壊されてはおらず、また若干量盛り上がっている
。一方、特殊マーキングが行なわれない部分（第７図に
白く、また第８図に黒く見える部分）は、塗膜が熱分解
してしまいＴＩＮ表面が露出しているものと考えられる
。

以上の観察結果より、特殊マーキング部分では、レーザ
を照射されても塗膜は破壊されておらず、金属基板であ
るＴＦＳ及びＴＩＮは塗膜により保護された状態を維持
しており、変色層が形成されても何ら不都合は生じない
。これに加えて、特殊マーキング形成部分の塗膜表面に
は、「透かし文字」的に見える要因のひとつであろうと
推測される若干の盛り上がりが生じていることがわかっ
た。

上記してきた実験結果及び観察結果を総合すると、特殊
マーキングは種々の条件（例えば、レーザのパワー、塗
膜の種類、塗膜の厚さ、金属基板の材質及び性質、レー
ザの印字速度等）が満たされた時のみ形成され、また特
殊マーキングが行なわれても金属基板（ＴＦＳ、ＴＩＮ
）上の塗膜は盛り上がりは生ずるものの破壊されること
はなく依然として金属基板を保護することがわかった。

また、特殊マーキングは金属基板上に塗膜を形成した後
に形成されるという特徴も有している。

従って、レーザマーキング板は前記した化粧色への応用
をはじめ種々の分野への応用が考えられ、また製缶後に
特殊マーキングを行なうことができるため、顧客の要望
に応じたマーキングを製缶された缶に対して行なうこと
もできる。

発明の効果 上述の如く、本発明によれば、従来行なわれていた印刷
によるマーキングと一風変わった「透かし文字」的なマ
ーキングが可能となり、マーキングのバリエージコンを
ひとつ増やすことができ、また金属基板に塗膜を形成し
た後に、また製缶した後に特殊マーキングを行なうこと
ができる！こめ顧客の要望に応じてオリジナルメイド的
なレーザマーキング板及びレーザマーキング化を形成り
゛ることができる等の特長を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるレーザマーキング板の
構造を説明するための断面図、第２図及び第３図は変色
層の形成を説明するための図、第４図はレーザ照射によ
り塗膜が熱分解した基材の断面図、第５図は資料Ｎｏ、
５の表向を示す走査電子顕微鏡写真、第６図は資料Ｎｏ
、５の表面を示す光学電子顕微鏡写真、第７図は資料Ｎ
ｏ、１６の表面を示す走査電子顕微鏡写真、第８図は資
料Ｎ０．１６の表面を示す光学電子顕微鏡写真である。 １・・・レーザマー１ング板、２・・・−ｒＦｓ、３・
・・鋼板、４・・・金属クロム層、５・・・塗膜、６・
・・変色層。 特許出願人東洋ｆｊＪ罐株式会社 手続ン市正書（方式） 昭和６３年１１月２２日 特許庁長官　　吉　１）文　毅　　殿 １、事件の表示 昭和６３年　特許願　第１９３２８９号２、発明の名称 レーザマーキング部材 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所（居所）〒１００東京都千代田区内幸町１丁目３番
１８氏名（名称）　（３７６）東洋製罐株式会社代表者
　高　　碕　　芳　　部 ４、代理人 住所　〒１０２　　東京都千代田区麹町５丁目７番地６
、　補正の対象 明細書の図面の簡単な説明の欄。 ７、　補正の内容 明細書中、第１９頁第７行乃至第１１行記載の１第５図
は・・・真であ」を１第５図は資料Ｎｏ、　５の金属組
織の表面を示す走査電子顕微鏡写真、第６図は資料Ｎｏ
、　５の金属組織の表面を示す光学電子顕微鏡写真、第
７図は資料Ｎα１６の金属組織の表面を示す走査電子顕
微鏡写真、第８図は資料Ｎｏ、　１６の金属組織の表面
を示す光学顕微鏡写真であ」と補正する。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面処理が行なわれた金属基板と、該金属基板上
   に配設された光を透過し得る塗膜とよりなり、該塗膜の
   該基板と対向する部分に、レーザ光の照射により変色層
   を形成したことを特徴とするレーザマーキング部材。
2. （２）表面処理が行なわれた金属製缶材と、該金属製缶
   材上に配設された光を透視し得る塗膜とよりなり、該塗
   膜の該金属製缶材と対向する部分に、レーザー光の照射
   により変色層を形成したことを特徴とするレーザマーキ
   ング部材。