JPH11147184A

JPH11147184A - 薄肉樹脂成形品へのレーザーマーキング方法

Info

Publication number: JPH11147184A
Application number: JP9312266A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Miyawaki; 恵一宮脇; Kazuya Goshima; 一也五島
Original assignee: Polyplastics Co Ltd
Current assignee: Polyplastics Co Ltd
Priority date: 1997-11-13
Filing date: 1997-11-13
Publication date: 1999-06-02
Anticipated expiration: 2017-11-13
Also published as: JP3497070B2

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザーマーキング時の薄肉樹脂成形品の変
形を低減もしくは無くす。【解決手段】厚さ１mm以下の薄肉樹脂成形品へレーザ
ーマーキングを施す方法において、レーザーマーキング
時に成形品の一部または全部を治具を用いて所定の形状
に保持することにより、レーザーマーキング時の成形品
の変形を低減もしくは無くす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザー光を用い
て薄肉樹脂成形品にマーキングする際、変形が抑制もし
くは変形の無い成形品を提供するレーザーマーキング方
法及びレーザーマーキングされた成形品に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】製品の識別、意匠性を
付与するなどの目的で樹脂成形品或いは樹脂で被覆され
た成形品の表面に所望の文字、記号或いは図柄等をマー
キングする方法として、特定の波長のレーザー光を照射
する方法がいくつか提案されている。例えば、照射部分
の蝕刻による表面状態の粗化（粗面化、凹み）によりマ
ーキングする方法（例えば、特開昭58−67496 号公
報）、レーザー光照射により変色もしくは脱色可能な充
填物を添加することによりマーキングする方法（例え
ば、特開昭63−216790号公報、特公昭61−11711 号公
報、特公昭61−41320 号公報、特開平１−254743号公
報、特開昭61−192737号公報、特開平１−306285号公
報、特開平４−52190 号公報）、レーザー光の照射によ
る樹脂の焼け焦げを利用した方法（例えば、特開昭２−
242220号公報）等が挙げられる。これらは照射するレー
ザー光を選択的に吸収することにより、照射部分が局所
的に加熱され、その熱により、樹脂表面に溶解・気化・
発泡・炭化等の熱的な変化を起こさせることによりマー
キングを行うものである。しかしながら、マーキングし
ようとする樹脂成形品の肉厚が薄手のものである場合、
マーキングを行うのに必要な熱の影響で、成形品そのも
のがそのあるべき形状から変形してしまうという不具合
がしばしば発生する。逆に変形をなくす目的で、レーザ
ー光吸収時に発生する熱を抑える条件を選択すると、鮮
明なマーキングができなかったり、意図した色に発色し
なかったり、蝕刻や発泡などの度合いが少な過ぎたりす
る。上記の現象は、例えばフロッピーディスクシャッタ
ーやＭＯやＰＤに代表される光ディスクシャッターのよ
うな、肉厚が0.3 〜0.7mm と非常に薄く、且つシャッタ
ーの円滑な開閉動作やメディア内への埃等の進入を防ぐ
ために高い寸法精度を要求される樹脂成形品では特に致
命的な問題となる。しかし、従来のレーザーマーキング
方法には、薄肉成形品の変形や寸法精度に言及したもの
はなく、更にその対策を明確にした技術は存在しなかっ
た。

【０００３】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
上記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、レーザ
ーマーキングを施す際に、薄肉樹脂成形品を治具を用い
て所定の形状に固定し、その状態のままでレーザーマー
キングを行うことが、マーキング時の成形品の変形を低
減もしくは無くすことに対して極めて有効であることを
見出し、本発明に至った。即ち、本発明は、厚さ１mm以
下の薄肉樹脂成形品へレーザーマーキングを施す方法に
おいて、レーザーマーキング時に成形品の一部または全
部を治具を用いて所定の形状に保持することにより、レ
ーザーマーキング時の成形品の変形を低減もしくは無く
すことを特徴とするレーザーマーキング方法である。

【０００４】

【発明の実施の形態】以下、本発明のレーザーマーキン
グ方法について詳細に説明する。本発明で言う薄肉樹脂
成形品とは、レーザーマーキングを施す部分及びその周
辺部分が厚さ１mm以下の樹脂で構成された成形品を指
す。ここで使用される樹脂材料としては、所望の成形品
形状に加工可能な天然・合成の樹脂が使用可能である。
肉厚の薄い部分で製品に要求される強度や物理的・化学
的特性を維持するという点を考慮すると、樹脂として
は、ポリアセタール樹脂、ポリエチレンテレフタレート
やポリブチレンテレフタレート等に代表されるポリエス
テル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポ
リフェニレンサルファイド、ポリアリレート、液晶性樹
脂等のいわゆるエンジニアリングプラスチックス、エポ
キシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂等の熱硬化性
樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニル樹脂
等の一部の汎用樹脂、及びこれら樹脂材料やそれ以外の
有機・無機の充填材料との複合材料等が好ましく使用さ
れるが、本発明ではこれらに特に制限されるものではな
い。

【０００５】樹脂材料は、レーザー光により任意の文字
や図形等をマーキングされるために、それ自体で使用さ
れることもあれば、カーボンブラックや顔料、染料等の
レーザー光により変色を惹起する物質を添加したり、成
形後に樹脂表面にレーザーマーキング性を持った塗料や
フィルムで被覆されるなどの後処理を施して使用される
こともある。マーキングに関しても、レーザー光により
蝕刻されるのみの場合もあれば、変色を起こす場合もあ
るが、視認性の点では後者の方がより好ましい。本発明
ではレーザーマーキングが可能であるならば、その方法
に関しては特に制限するものではないが、ポリアセター
ル樹脂に特定のカーボンブラックや顔料を添加した樹脂
材料やポリエステル樹脂等は、レーザーマーキング時の
図形の印字品質の点、及び薄肉成形品としての特性や成
形の容易さの点の双方で好ましく使用される。

【０００６】成形品は、その全部が上記の如き樹脂材料
で構成されていてもよいし、マーキングを施す薄肉部分
とその周辺部のみを樹脂とし、残りの部分を有機・無機
の材料で構成することも可能である。また、製品の全体
としての厚みが１mmを越える場合でも、構成部品として
の樹脂の厚みが１mm以下である場合には本発明の範囲に
含まれる。例を挙げれば、金属または樹脂製の製品にフ
ィルム状もしくは薄板状の樹脂成形品を貼り付けるよう
な場合である。

【０００７】上記の如き樹脂成形品としては、3.5 イン
チフロッピーディスクシャッター、ＰＤやＤＶＤ、Ｍ
Ｏ、ＭＤ等の光記録メディアのシャッター等、シェルに
保護された音声、画像、データ等の情報記録媒体のシャ
ッターや、クレジットカード、キャッシュカード、ＩＤ
カード等のカード類、小型のバックル類、家電製品等の
操作パネルカバー等の文字や図形などが表示される薄肉
成形品を例示することができる。

【０００８】本発明の特徴は、上記の如き特に厚さの薄
い樹脂成形品に対してレーザーマーキングを施す場合
に、レーザー光の照射による熱の発生を原因とする変形
を無くすために、マーキング時に上記の如き薄肉樹脂成
形品を所定の形状に固定し、マーキングの終了まで保持
しておくことにある。本発明で言うところの所定の形状
とは、 (1) 成形品をマーキングする以前の変形の無い状態にお
ける形状 (2) 対策を施さない状態でマーキングした際の変形に対
して逆方向へ変形を加えた形状 (3) 上記以外のマーキング時の変形を打ち消すような応
力を与える形状のことである（以後、矯正形状と称する）。成形品の形
状や未対策のマーキング時の変形の程度、製品としての
最終的な変形の許容範囲等を考慮し、上記(1) 〜(3) の
うちから最適な矯正形状とその大きさを選択することが
できる。矯正形状の大きさに関しては、上記(1) の場合
では±０である。(2) 、(3) の場合、未対策時の変形量
に対して任意の大きさの矯正形状を与えることができ
る。矯正形状の大きさを大きく設定した場合、レーザー
マーキングによる変形を矯正する以上の逆変形を成形品
に与える場合がある。これは矯正形状を与えることによ
り成形品に永久歪みが生じるためである。従って、矯正
形状の大きさは、この永久歪みが大きくなりすぎない範
囲に納めると好ましい結果が得られる。特に好ましく
は、レーザーマーキングにより引き起こされる変形の歪
みの大きさをＳ₁、逆方向に変形させるために成形品に
生じる永久歪みの大きさをＳ₂としたときに、Ｓ₂＜２
Ｓ₁なる関係を満足するように成形品に逆方向の変形を
与える場合である。矯正形状とそれに対応して生じる永
久歪みの大きさの関係は、使用する樹脂材料や成形品の
形状によりそれぞれ異なる。永久歪みの大きさを知る最
も確実な方法は、実際に成形品に矯正形状を与えた後、
マーキングを施さずに解放した時の変形を測定する方法
であるが、その材料についての応力−歪み曲線が得られ
ているのであれば、これを使うこともできる。本発明で
は、矯正形状の限界は特に設けていないが、これは樹脂
材料によって破壊されるに至る応力や歪みの大きさが異
なるためである。勿論破壊に至るほどの矯正形状を与え
ることは好ましくない。

【０００９】矯正形状を成形品に与えるためには、対応
する治具を用いることにより達成することができる。治
具の形状や大きさ、治具への成形品の固定方法は、成形
品の形状や肉厚、未対策マーキング時の変形方向や変形
量により任意に決めることができる。また、治具への装
着範囲も、成形品全体を固定するものであってもよい
し、マーキングされる部位のみ、または未対策マーキン
グ時の変形の特に大きな部分のみに限ってもよい。レー
ザーマーキングを施す間、樹脂成形品が矯正形状を保持
できるのであれば治具の形状が矯正形状と完全に一致し
ている必要は特にない。但し、レーザーマーキングを行
う必要上、成形品のマーキングを施す面に対して治具が
レーザー光を遮断しないように配慮する必要がある。

【００１０】具体的な方法としては、成形品のマーキン
グ面を避けて治具に固定する方法、成形品のマーキング
を施さない部分を治具に固定して矯正形状を与える方
法、ガラス等のレーザー光を吸収しない透明な材質で成
形品を挟み込む方法、治具のマーキング部分を切り取っ
て窓を設ける方法、特にマスク式においては窓をマスク
と兼用する方法、窓やマスクの部分を前述のガラス等の
透明な材質で構成する方法、平板に近い形状の成形品の
場合に居たの両端部を固定し両側から圧迫してそらせる
形で矯正形状を与える方法等が考えられるが、特に限定
するものではない。

【００１１】本発明を実施するにあたっては、レーザー
光源及びその照射方法には特に限定はなく、公知の各種
のレーザー光線、例えば各種Ｎｄ：ＹＡＧレーザー、第
２高調波Ｎｄ：ＹＡＧレーザー、第３高調波Ｎｄ：ＹＡ
Ｇレーザー、第４高調波Ｎｄ：ＹＡＧレーザー、Ｃｏ₂
レーザー、各種エキシマレーザー、各種半導体レーザー
等が使用できる。中でもＮｄ：ＹＡＧレーザーを用いた
マーキングシステムにおいてその効果は顕著である。

【００１２】

【実施例】以下、実施例によって本発明をさらに詳細に
説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。比較例１ポリアセタール樹脂に、カーボンブラックを0.1 重量％
配合した樹脂組成物を調製し、これを射出成形して厚さ
0.35mmで幅（L₁）の薄板を得た。次に、これをスキャン
式Ｎｄ；ＹＡＧレーザーを用いて図１に示すような印字
図形を成形品が完全にフリーな状態でマーキングした。
マーキング条件については、マーク部の白色度が最も高
くなる条件を選択し、標準条件とした。実験に用いたレ
ーザーマーカーの焦点ビーム径は100 μm である。薄板
の変形に関しては、薄板をマーキング面を上にして平面
に置いた時の浮き上がりの最大値を変形値（l₁）とし、
歪みをl₁／L₁（％）として計算した。この時、変形がマ
ーキング面に対して凹状であるときは正、凸状であると
きは負の値とした。結果を表１に示す。尚、レーザーマ
ーキングを施さない場合の薄板の変形量は±０であっ
た。

【００１３】実施例１比較例１と同様にして成形した薄板の全面を透明なガラ
スプレートで挟み込んで平面の状態に固定し、そのまま
の状態で比較例１の標準条件でレーザーマーキングを行
った。マーキング後、冷却のために10分間放置した後、
プレートから開放した。比較例１と同様に薄板の変形を
測定し、評価した。結果を表１に示す。

【００１４】実施例２実施例１と同様にして得た薄板に対して、比較例１で測
定された変形量の−３倍の変形を与えて矯正した状態で
固定し、実施例１と同様にレーザーマーキングを行い、
評価した。また、マーキングを施さずに矯正形状から解
放した時の変形量（l₁')を測定し、永久歪み l₁'／L
₁（％）を計算した。結果を表１に示す。

【００１５】実施例３〜５矯正形状の大きさが−１倍、−６倍、及び−１５倍であ
ること以外は実施例２と同様にレーザーマーキングを行
い、評価した。結果を表１に示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】比較例２樹脂材料としてポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）
樹脂に、カーボンブラックを0.15重量％配合した樹脂組
成物を使用した以外は比較例１と同様にして薄板を成形
し、マーキングによる発色が最も白くなる条件でレーザ
ーマーキングを行い、比較例１と同様にして変形を評価
した。結果を表２に示す。

【００１８】実施例６〜７比較例２と同様にして得たＰＢＴ製薄板に対して、矯正
形状の大きさを±０、−２倍として固定し、比較例２と
同様の条件でレーザーマーキングを行い、評価した。結
果を表２に示す。

【００１９】

【表２】

【００２０】比較例３比較例１と同様にして得たポリアセタール樹脂製薄板成
形品に対して成形品を固定しない状態で図２に示すよう
な図形をマスク式Ｎｄ；ＹＡＧレーザーを用いてマーキ
ングし、前記と同様にして歪みをl₁／L₂（％）として計
算した。結果を表３に示す。

【００２１】実施例８実施例１と同様に薄板をガラスプレートで挟んで固定し
た以外は、比較例３と同様にマーキングを行い、評価し
た。結果を表３に示す。

【００２２】実施例９比較例３に対し、図３のように同様の図形のマスクを設
けた治具を用いて、矯正形状の大きさが−３倍となるよ
うに固定した状態でレーザーマーキングを行い、評価し
た。結果を表３に示す。

【００２３】

【表３】

【図面の簡単な説明】

【図１】比較例１〜２及び実施例１〜７でマーキング
した印字図形を示す図である。

【図２】比較例３及び実施例８〜９でマーキングした
図形を示す図である。

【図３】矯正治具を用いて比較例３と同様の図形をマ
ーキングする状態を示す図である。

【符号の説明】

１試験片２矯正治具

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】厚さ１mm以下の薄肉樹脂成形品へレーザ
ーマーキングを施す方法において、レーザーマーキング
時に成形品の一部または全部を治具を用いて所定の形状
に保持することにより、レーザーマーキング時の成形品
の変形を低減もしくは無くすことを特徴とするレーザー
マーキング方法。
【請求項２】レーザーマーキングの際に成形品を成形
された直後の形状に保持した状態でレーザーマーキング
を行う請求項１記載のレーザーマーキング方法。
【請求項３】成形品をレーザーマーキングにより引き
起こされる変形に対して逆方向に変形させた状態に保持
したままレーザーマーキングを行う請求項１記載のレー
ザーマーキング方法。
【請求項４】レーザーマーキングにより引き起こされ
る変形の歪みの大きさをＳ₁、逆方向に変形させるため
に成形品に生じる永久歪みの大きさをＳ₂としたとき
に、Ｓ₂＜２Ｓ₁なる関係を満足するように成形品に逆
方向の変形を与える請求項３記載のレーザーマーキング
方法。
【請求項５】治具の一部がレーザーマーキングを妨げ
ない材質により構成された窓を備えた請求項１〜４の何
れか１項記載のレーザーマーキング方法。
【請求項６】治具の一部がマーキングする文字もしく
は図形の一部分のマスクパターンを兼ね備えている請求
項１〜５の何れか１項記載のレーザーマーキング方法。
【請求項７】成形品がレーザー光の照射によって可視
領域で変色を起こすことでコントラストを生じる樹脂材
料を用いて作製された請求項１〜６の何れか１項記載の
レーザーマーキング方法。
【請求項８】樹脂材料としてポリアセタール樹脂を使
用する請求項１〜７の何れか１項記載のレーザーマーキ
ング方法。
【請求項９】樹脂材料としてポリエステル樹脂を使用
する請求項１〜７の何れか１項記載のレーザーマーキン
グ方法。
【請求項１０】レーザーマーキングがパルス化された
レーザー光源を持つスキャン式のレーザーマーカーを用
いて行われる請求項１〜９の何れか１項記載のレーザー
マーキング方法。
【請求項１１】レーザーマーキングがマスク式もしく
はマスクスキャン式のレーザーマーカーを用いて行われ
る請求項１〜９の何れか１項記載のレーザーマーキング
方法。
【請求項１２】レーザーマーキングがＱスイッチ式Ｎ
ｄ：ＹＡＧレーザーを光源とするレーザーマーカーを用
いて行われる請求項１〜１１の何れか１項記載のレーザ
ーマーキング方法。
【請求項１３】請求項１〜１２の何れか１項記載のレ
ーザーマーキング方法でマーキングされた薄肉樹脂成形
品。
【請求項１４】請求項１〜１２の何れか１項記載のレ
ーザーマーキング方法でマーキングされたディスクシャ
ッター。