JPH0871648A - マーキング方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 環境を汚染せず、保守が簡単で、しかも安価
に、高速自動制御ラインでのマーキングを可能にするマ
ーキング方法とその装置を得る。 【構成】 水素を含有しまたは含有しない不活性ガスか
らなる雰囲気ガス４中で、金属製の被マーキング材Ｗと
離間して相対的に平行移動する非消耗式の電極３にアー
クＡを発生させ、このアークによって被マーキング材Ｗ
に熔痕のマークＭを形成する。被マーキング材Ｗの表面
に雰囲気ガス４を噴射するノズル２と、このノズルと同
軸的に配設された非消耗式の電極３とを有するアーク発
生部１が移動自由であって、位置制御装置に支持されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はマーキング方法とその装
置に関するものであり、特に非接触・非消耗式の電極に
アークを発生させて、金属製の被マーキング材にこのア
ークによる熔痕のマークを形成するマーキング方法およ
びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼板など、金属製の被マーキング材にマ
ーキングを施す方法として従来から知られているもの
は、鉛筆やサインペンなどのマーカーを用いる方法、塗
料やインクを塗布または噴射する方法、粉体塗料を施し
て焼き付ける方法、化学的腐食方法、フォトリソグラフ
ィ、トーチを用いる方法、刃物などで条痕をつける方
法、レーザマーキングなどである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、実際の自動制
御ラインに組み込むマーキング方法としては、これらの
いずれにも難点があった。例えばマーカーを用いる方法
はマーカーの消耗交換が激しい上にマークが消えやすく
採用できない。塗料・インクを用いる方法は、高速時に
掠れが起きやすく確実なマーキングが困難であるばかり
でなく、塗布、噴射などの装置の保守が煩雑であり、ま
た作業環境を悪化させる。粉体塗料の焼付けも塗料粉末
の飛散などで環境を汚染する。化学的腐食方法、フォト
リソグラフィはいずれも煩雑な工程を必要とし、また化
学物質の使用による環境問題も発生する。トーチを用い
る方法はマーキング速度が遅い。刃物で条痕をつける方
法は切削工具の消耗が激しく、頻繁な保守が必要で自動
制御化に不向きである。レーザマーキングは高価な設備
を必要とする。本発明は上記の問題を解決するためにな
されたものであり、従ってその目的は、環境を汚染せ
ず、保守が簡単で、しかも安価に、高速自動制御ライン
でのマーキングを可能にするマーキング方法およびその
装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、水素を含
有しまたは含有しない不活性ガスからなる雰囲気ガス中
で、金属製の被マーキング材と離間して相対的に平行移
動する非消耗式の電極にアークを発生させ、このアーク
によって被マーキング材に熔痕のマークを形成するマー
キング方法を提供することによって解決できる。ここに
発生させるアークは、ティグ溶接用アークであるか、ま
たはプラズマアークであることが好ましい。ここに用い
る不活性ガスは、アルゴン、ヘリウム、またはアルゴン
とヘリウムとの混合ガスのいずれかであることが好まし
い。アルゴンとヘリウムとの混合ガスを用いる場合は、
ヘリウムが混合ガスの１０容量％以上であることが好ま
しい。雰囲気ガスが水素を含有する場合は、この水素の
含有量が雰囲気ガスの０．１容量％ないし１５容量％の
範囲内であることが好ましい。

【０００５】電極と被マーキング材との相対的な移動速
度は、５ｍ／ｍｉｎ以上とすることが好ましい。また、
マーキングの際の入熱量は、１０Ｊ／ｃｍないし５００
Ｊ／ｃｍの範囲内とすることが好ましい。マーキングに
際しては、雰囲気ガスを被マーキング材の表面に噴射し
てこのガスによって気流を形成し、この気流中にアーク
発生用の非消耗式電極を配設することが好ましい。

【０００６】本発明はまた、上記の方法でマーキングを
施すために、金属製の被マーキング材の表面に水素を含
有しまたは含有しない不活性ガスからなる雰囲気ガスを
噴射するノズルと、このノズルと同軸的に配設されたア
ーク発生用の非消耗式電極とを有するアーク発生部を具
備したマーキング装置を提供する。このアーク発生部
は、ティグ溶接用のものであるか、またはプラズマアー
ク発生用のものであることが好ましい。アーク発生部
は、アーク電源部およびガス供給源から移動自由に離間
されていることが好ましい。この離間されたアーク発生
部は、位置制御装置に支持されていることが好ましい。

【０００７】ここで、ティグ溶接とは、タングステンな
ど消耗しにくい金属を電極とし、不活性ガスの雰囲気中
で電極と金属材との間にアークを発生させ、非接触で行
う溶接であって、溶接技術としては一般に知られている
ものである。またプラズマアークとは、水素を含有しま
たは含有しないアルゴン、ヘリウム、またはアルゴンと
ヘリウムとの混合ガスの噴流中で非消耗式の電極からア
ークを発生させ、このアークによって高温プラズマの噴
流を形成し、この高温プラズマの噴流によって金属材を
部分的に溶融する技術であって、金属材の溶接や切断の
技術としては一般に知られているものである。このプラ
ズマアーク技術には、アークを電極と金属材との間に発
生させる移行式と、アークをガスの噴流中に配設された
電極と対電極との間に発生させ、このアークによって発
現した高温プラズマ噴流のみを金属材に当接させる非移
行式とがあるが、本発明のマーキング方法には、いずれ
の方式も適用することができる。

【０００８】

【作用】金属製の被マーキング材は、アークが発生した
部位または高温プラズマの噴流が当接した部位に熔痕が
形成される。アークを発生させながら、または高温プラ
ズマの噴流を当接させながら、マーキング装置のアーク
発生部を被マーキング材の面に沿って相対的に移動させ
れば、その熔痕が線状のマークを形成する。アーク発生
中、電極は不活性ガス雰囲気中にあるので消耗しにく
い。

【０００９】以下、実施例によって本発明を更に詳しく
説明する。図１は、発生させるアークがティグ溶接用ア
ークである場合の一実施例におけるアーク発生部１の先
端部分を示している。このアーク発生部１は、先端が開
口したノズル２と、このノズル２と同軸的に配設された
ティグ溶接用の電極３とを有している。このノズル２
は、基部（図示せず）が雰囲気ガスの供給源に接続され
ている。この雰囲気ガスは水素を含有しまたは含有しな
いアルゴン、ヘリウム、またはアルゴンとヘリウムとの
混合ガスからなるものである。この電極３は、ノズル２
の先端部近傍に放電端３ａを有していて、その基部（図
示せず）はアーク電源に接続されている。このアーク発
生部１は、アーク電源部および雰囲気ガス供給源からそ
れぞれ電線およびゴムホースを介して移動自由に離間さ
れている。

【００１０】このマーキング装置を用いて金属製の被マ
ーキング材Ｗにマーキングを施すには、まずこのアーク
発生部１の放電端３ａを、対電極とされた被マーキング
材Ｗのマーキング部位Ｍに適当な距離（アークギャッ
プ）を隔てて対向させ、ノズル２から雰囲気ガス４を連
続的に噴射する。これによって放電端３ａと被マーキン
グ材のマーキング部位Ｍとを含む領域が雰囲気ガスで大
気から遮断される。

【００１１】次に電極３と被マーキング材Ｗとの間に放
電電圧を印加し、アークＡを発生させる。雰囲気ガス４
の噴射と放電とを続けながら、電極３と被マーキング材
Ｗとを、マーク形状に対応して相対的に平行移動させ
る。これによってマーキング部位Ｍに線状の熔痕が形成
され、この熔痕がマークとなる。この際の電極３と被マ
ーキング材Ｗとの相対的な移動速度は５ｍ／ｍｉｎ以上
とする。また、この際のアークの入熱量は、１０Ｊ／ｃ
ｍないし５００Ｊ／ｃｍの範囲内とする。

【００１２】ティグ溶接用の電極３は、タングステンな
ど消耗しにくい金属で形成されている上に、アーク放電
中は不活性ガス雰囲気に包まれているから、放電による
放電端３ａの消耗が少なく、長期間にわたって保守を要
せずに使用することができる。電極３と被マーキング材
Ｗとの相対移動速度は５ｍ／ｍｉｎ以上とすることによ
って、高速自動制御ライン上でのマーキングに十分対応
できるようになる。また、マーキングの際の入熱量を１
０Ｊ／ｃｍないし５００Ｊ／ｃｍの範囲内とすること
で、上記の相対移動速度において被マーキング材Ｗの表
面に十分視認し得る熔痕のマークが形成される。この範
囲未満では熔痕が微弱でマークとして視認し得ない場合
があり、この範囲を越えると、熔痕が被マーキング材Ｗ
の内部まで深く侵食してピットを形成したり、マークの
線際が不鮮明になるなど、不都合が生じる。このマーキ
ング方法は、化学物質などを用いないので環境を汚染し
ない。このマーキング装置は、一般に用いられているテ
ィグ溶接装置を元にして容易に製造できるから安価であ
る。

【００１３】雰囲気ガス４に用いる不活性ガスとして
は、窒素や炭酸ガスなども使用可能であるが、アルゴ
ン、ヘリウム、またはアルゴンとヘリウムとの混合ガス
が好適に使用できる。特にアルミニウム系金属にマーキ
ングを施す場合は、アルゴンとヘリウムとの混合ガスの
使用が好適であり、その混合割合は、ヘリウムが１０容
量％以上とすることが好ましい。これによって、一定入
力電圧下での使用電流が少なくて済むことがわかった。
またこの雰囲気ガス４は、水素を０．１容量％ないし１
５容量％の範囲内で含有させると、熱的ピンチ効果によ
って、同じ入力電圧であっても水素を含まない場合に比
べて電流量が少なくて済む。

【００１４】電極３は、一般にティグ溶接に用いられて
いるものが使用できる。その材質は通常は純タングステ
ンであるが、これにトリアを混入したものなども非消耗
電極として試みられている。これらのいずれのものも、
本発明のマーキング方法および装置に使用可能である。
電極３の直径は、被マーキング材に付与するマーキング
パターンの要求に応じて変化させることができる。従っ
て特に限定されるものではないが通常は、直径１．０ｍ
ｍから３．２ｍｍ程度のものが用いられる。アーク電圧
は、被マーキング材の材質、アークギャップ、アーク
径、マーキング速度、不活性ガスのイオン化率などに依
存するので特に限定されるものではないが、８ないし１
２Ｖ程度が印加される。

【００１５】以上、発生させるアークがティグ溶接用ア
ークである場合の実施例について説明したが、アーク発
生部が例えばプラズマアーク発生用のものである場合も
実質的に同様である。図２は、発生させるアークが非移
行型プラズマアークである場合の一実施例におけるアー
ク発生部２０の先端部分を示している。このアーク発生
部２０は、先端が開口したシールドガス用ノズル２１
と、このノズル２１と同軸的に配設された拘束ノズル２
２とプラズマアーク用のタングステン電極２３とを有し
ている。このシールドガス用ノズル２１および拘束ノズ
ル２２は、これらの基部（図示せず）が雰囲気ガス２４
の供給源に接続されている。この雰囲気ガス２４は、プ
ラズマ噴流ガス２４ａを形成するためと、このプラズマ
噴流を外気から遮断するシールドガス２４ｂを形成する
ためのものであって、不活性ガスまたは水素を含む不活
性ガスが使用される。この雰囲気ガス２４は水素を含有
しまたは含有しないアルゴン、ヘリウム、またはアルゴ
ンとヘリウムとの混合ガスからなるものである。

【００１６】プラズマアーク用の電極２３は、その放電
端２３ａが拘束ノズル２２の開口端２２ａの内側にあっ
て、この電極２３ａと拘束ノズル２２とが、それぞれプ
ラズマ電源２５ａおよび高周波発生器２５ｂ（以下、プ
ラズマ電源２５ａおよび高周波発生器２５ｂを総称して
「電源部２５」という）の（−）極側と（＋）極側に接
続されている。このアーク発生部２０は、電源部２５お
よび噴流ガス２４ａとシールドガス２４ｂのそれぞれの
ガス供給源からそれぞれ電線およびゴムホースを介して
移動自由に離間されている。

【００１７】このマーキング装置を用いて金属製の被マ
ーキング材Ｗにマーキングを施すには、まず拘束ノズル
２２の先端部２２ａを被マーキング材Ｗのマーキング部
位Ｍに適当な距離を隔てて対向させ、雰囲気ガスをノズ
ル２１からシールドガス２４ｂとして、また拘束ノズル
２２から噴流ガス２４ａとしてそれぞれ連続的に噴射す
る。

【００１８】次に電極２３の先端部２３ａと拘束ノズル
２２の先端部２２ａとの間に放電電圧を印加し、アーク
を発生させる。拘束ノズルの先端部２２ａは内部水管２
６で水冷しておく。このアークによって噴流ガス２４ａ
がプラズマ化され、高温のプラズマ噴流となって拘束ノ
ズルの先端部２２ａから噴出し、その先端が被マーキン
グ材Ｗのマーキング部位Ｍに当接する。この状態でアー
ク発生部２０と被マーキング材Ｗとを、マーク形状に対
応して相対的に平行移動させる。これによってマーキン
グ部位Ｍに線状の熔痕が形成され、この熔痕がマークと
なる。この際の電極３と被マーキング材Ｗとの相対的な
移動速度は５ｍ／ｍｉｎ以上とする。また、この際のア
ークの入熱量は、１０Ｊ／ｃｍないし５００Ｊ／ｃｍの
範囲内とする。

【００１９】アーク発生部１または２０（以下、「アー
ク発生部１」で代表する）は、例えば上記のようにティ
グ溶接用のものであっても、プラズマアーク発生用のも
のであっても、好ましくは移動自由であり、電源部やガ
ス供給源からは、それぞれ電線および可撓性のガス管を
介して離間されている。このように移動自由に離間され
たアーク発生部１を用いれば、被マーキング材の立体的
な、複雑な、または微細な表面へのマーキングも可能と
なる。またこの移動自由に離間されたアーク発生部１を
位置制御装置に取り付ければ、マーキングの位置および
形状の自動制御を行うことができる。

【００２０】アーク発生部１（またはアーク発生部２
０）を位置制御装置に取り付けたマーキング装置の一実
施例を図３に示す。図３において、アーク発生部１はＸ
−Ｙ位置制御装置５に取り付けられ、ライン６上の定位
置に搬送された被マーキング材Ｗと対向するように配設
される。アーク発生部１の基部から可撓性の電線および
ガス管（双方を回線７で示す）が引き出されて、それぞ
れアーク電源８およびガスボンベ９に接続される。

【００２１】このマーキング装置は次のように作動す
る。まず被マーキング材Ｗがライン６上を搬送され、定
位置に停止する。このときＸ−Ｙ位置制御装置５が作動
してアーク発生部１を被マーキング材Ｗ上の所定の位置
に配置する。アーク電源８のオンオフスイッチと連動し
たガス弁（図示せず）を開いてガスをノズルの開口端か
ら噴射する。次いでアーク電源８をオンにし、これと同
時にＸ−Ｙ位置制御装置５によってアーク発生部１を所
定の速さで所定のパターンに従って水平移動させる。こ
の間に被マーキング材上には熔痕のパターンが形成され
る。マーキングが終了したら電源がスイッチオフされ、
ガス弁が閉じられ、Ｘ−Ｙ位置制御装置５がアーク発生
部１を、次のマーキング位置に移動する。

【００２２】アーク発生部１を位置制御装置に取り付け
たマーキング装置の他の一実施例を図４に示す。図４に
おいて、アーク発生部１は多関節ロボット１１に取り付
けられている。また被マーキング材（図示せず）を載せ
るＸ−Ｙ位置制御機構を備えたポジショナー１２が設置
されている。多関節ロボット１１とポジショナー１２と
は、コンピュータ制御装置１３によって連動制御される
ようになっている。アーク発生部１の基部からは、多関
節ロボット１１のアームを経由して回線７が引き出さ
れ、アーク電源８およびガスボンベ９に接続されてい
る。

【００２３】このマーキング装置は、多関節ロボット１
１とポジショナー１２とが連動してコンピュータ制御さ
れているので、ポジショナー１２上に設置した被マーキ
ング材の所望の部位の立体的な面（平面および曲面）に
対してもマークを施すことができる。

【００２４】

【実施例】図１に示すティグ溶接用のアーク発生部１
を、図３に示すＸ−Ｙ位置制御装置５に取り付けて用い
た。以下の各実施例に共通して、電極３としてはタング
ステン製の直径１．６ｍｍのものを用いた。アークギャ
ップは０．８ｍｍ〜１．０ｍｍとし、入力電圧は２００
Ｖとし、放電電圧は１０Ｖとした。不活性ガスとしては
アルゴン１００％、アルゴン＋ヘリウム（５０：５０容
量％）、およびアルゴン＋ヘリウム（２５：７５容量
％）を用いた。各不活性ガスのアーク放電中の噴射速度
は１３リットル／ｍｉｎで一定とした。

【００２５】（実施例１）被マーキング材Ｗとして鋼板
（黒皮）を用い、アーク放電中のアーク発生部１と被マ
ーキング材Ｗとの相対移動速度を６．０ｍ／ｍｉｎから
２４．０ｍ／ｍｉｎまで変化させて線描し、それぞれの
場合の印字可能な最低入熱量（Ｊ／ｃｍ）を雰囲気ガス
の種類別に測定した。例えば、相対移動速度を６．０ｍ
／ｍｉｎとしたとき、アルゴン１００％の雰囲気下では
２０Ｊ／ｃｍの熱量で印字可能であった。このとき入熱
量を１５０Ｊ／ｃｍまで変化させても良好なマークが得
られた。結果を表１に示す。各場合に鋼板上に得られた
マークの線幅は１．０ｍｍ〜２．０ｍｍであった。

【００２６】（実施例２）被マーキング材ＷとしてＳＵ
Ｓ−３０４製の板材を用い、アーク放電中のアーク発生
部１と被マーキング材Ｗとの相対速度を６．０ｍ／ｍｉ
ｎから１８．０ｍ／ｍｉｎまで変化させて線描し、それ
ぞれの場合の印字可能な最低入熱量（Ｊ／ｃｍ）を測定
した。結果を表１に示す。ＳＵＳ−３０４製の板上に得
られたマークの線幅は０．７ｍｍ〜１．０ｍｍであっ
た。

【００２７】（実施例３）被マーキング材Ｗとしてアル
ミニウム板を用い、アーク放電中のアーク発生部１と被
マーキング材Ｗとの相対速度を６．０ｍ／ｍｉｎから１
８．０ｍ／ｍｉｎまで変化させて線描し、それぞれの場
合の印字可能な最低入熱量（Ｊ／ｃｍ）を測定した。結
果を表１に示す。アルミニウム板の上に得られたマーク
の線幅は約２．０ｍｍであった。

【００２８】

【表１】

【００２９】上記実施例のマーキング装置は、上記の条
件下でそれぞれ鋼板（黒皮）、ＳＵＳ−３０４板、およ
びアルミニウム板のいずれにも、刻線がシャープで視認
性に優れ、絵際の良好なマークを形成することができ
た。ただし、上記の各実施例において入熱量が５００Ｊ
／ｃｍを越えると、刻線の幅が広がり、線際がシャープ
さに欠けると共に溶融深度が必要以上に深くなり母材を
損傷して好ましくなかった。この結果から、マーキング
の際の入熱量は１０Ｊ／ｃｍないし５００Ｊ／ｃｍの範
囲内とすることが好ましいことがわかる。

【００３０】上記実施例におけるティグ溶接用の代わり
に図２に示したプラズマアーク発生用のアーク発生部２
０を用いても実質的に同様の結果が得られた。

【００３１】

【発明の効果】本発明のマーキング方法は、水素を含有
しまたは含有しない不活性ガスからなる雰囲気ガス中
で、金属製の被マーキング材と離間して相対的に平行移
動する非消耗式の電極にアークを発生させ、このアーク
によって被マーキング材に熔痕のマークを形成するもの
であるので、塗料などの化学物質を用いず、しかも高速
・安価に耐久性と視認性に優れ、線際のシャープなマー
クを施すことができる。電極は、アーク発生中は常に不
活性ガスの雰囲気中に置かれているので、長期間にわた
って消耗が少なく、保守が容易である。アーク発生部が
アーク電源部およびガス供給源から移動自由に離間され
ていれば、被マーキング材の立体的・複雑・微細な表面
へのマーキングも可能となり、またこれが位置制御装置
に支持されていれば、高速自動制御ラインでのマーキン
グが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 マーキング方法の一実施態様を示す側面図。

【図２】 マーキング方法の他の一実施態様を示す側面
図。

【図３】 マーキング装置の一実施例を示す斜視図。

【図４】 マーキング装置の他の一実施例を示す側面
図。

【符号の説明】

１，２０…アーク発生部、 ２，２１…ノズル、 ３，２３…電極、 ４，２４…雰囲気ガス、 ５…位置制御装置、 ８…アーク電源、 ９…ガス供給源、 ２２…拘束ノズル、 ２４ａ…噴流ガス、 ２４ｂ…シールドガス、 ２５…電源部、 Ｗ…被マーキング材、 Ｍ…熔痕マーク。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水素を含有しまたは含有しない不活性ガ
   スからなる雰囲気ガス中で、金属製の被マーキング材と
   離間して相対的に平行移動する非消耗式の電極にアーク
   を発生させ、このアークによって被マーキング材に熔痕
   のマークを形成するマーキング方法。
2. 【請求項２】 発生させるアークがティグ溶接用アーク
   である請求項１に記載のマーキング方法。
3. 【請求項３】 発生させるアークがプラズマアークであ
   る請求項１に記載のマーキング方法。
4. 【請求項４】 不活性ガスがアルゴン、ヘリウム、また
   はアルゴンとヘリウムとの混合ガスのいずれかである請
   求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のマーキン
   グ方法。
5. 【請求項５】 上記のアルゴンとヘリウムとの混合ガス
   がヘリウムを１０容量％以上含有するものである請求項
   ４に記載のマーキング方法。
6. 【請求項６】 雰囲気ガス中の水素の含有量が０．１容
   量％ないし１５容量％の範囲内である請求項１ないし請
   求項５のいずれか１項に記載のマーキング方法。
7. 【請求項７】 電極と被マーキング材との相対的な移動
   速度を５ｍ／ｍｉｎ以上とする請求項１ないし請求項６
   のいずれか１項に記載のマーキング方法。
8. 【請求項８】 マーキングの際の入熱量を１０Ｊ／ｃｍ
   ないし５００Ｊ／ｃｍの範囲内とする請求項１ないし請
   求項７のいずれか１項に記載のマーキング方法。
9. 【請求項９】 雰囲気ガスを被マーキング材の表面に噴
   射してこのガスによる気流を形成し、この気流中にアー
   ク発生用の非消耗式電極を配設する請求項１ないし請求
   項８のいずれか１項に記載のマーキング方法。
10. 【請求項１０】 金属製の被マーキング材の表面に水素
    を含有しまたは含有しない不活性ガスからなる雰囲気ガ
    スを噴射するノズルと、このノズルと同軸的に配設され
    たアーク発生用の非消耗式電極とを有するアーク発生部
    を具備したマーキング装置。
11. 【請求項１１】 アーク発生部がティグ溶接用のもので
    ある請求項１０に記載のマーキング装置。
12. 【請求項１２】 アーク発生部がプラズマアーク発生用
    のものである請求項１０に記載のマーキング装置。
13. 【請求項１３】 アーク発生部がアーク電源部およびガ
    ス供給源から移動自由に離間された請求項１０ないし請
    求項１２のいずれか１項に記載のマーキング装置。
14. 【請求項１４】 アーク発生部が位置制御装置に支持さ
    れた請求項１３に記載のマーキング装置。