JPS62183981A - セラミツク材料、釉薬、ガラスセラミツク及びガラスのレ−ザ−マ−キング方法 - Google Patents

セラミツク材料、釉薬、ガラスセラミツク及びガラスのレ−ザ−マ−キング方法

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JPS62183981A JP62017418A JP1741887A JPS62183981A JP S62183981 A JPS62183981 A JP S62183981A JP 62017418 A JP62017418 A JP 62017418A JP 1741887 A JP1741887 A JP 1741887A JP S62183981 A JPS62183981 A JP S62183981A
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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】 本発明は、セラミック材料、釉薬、ガラスセラミック又
はガラスのレーザーマーキング方法及びこうして得られ
た、マーキングされた物質に関する。
セラミック材料、釉薬及びガラスのマーキングは、エツ
チング、切削、彫刻（刻印）、研削のような常用のマー
キング方法又はガラス着色剤又は釉薬着色剤を施すこと
によって行われる。これらの方法では、特にマーキング
をエツチング、彫刻又は切削によって行う場合、マーキ
ングされた物質の表面が変化し、物質が損傷を受けるこ
ととなる。ガラス又は釉薬着色剤の適用は、更に第二の
焼成工程を必要とする。こうして製造されたマーキング
は、必ずしも、すべての観点で満足すべきものではない
。
レーザービームによってガラスをマーキングすることも
公知であるが、公知方法は、マーキングされた材料の表
面も変化するようにマトリックス材料を溶融又は除去す
ることに基づくものである。
例えば、ドイツ民主主義共和国特許第２１５７７６号明
細書には、レーザービームで照射することによりガラス
上に着色画像を生成することが提案されている。この方
法は、レーザービームによって軟化されたガラス中に着
色剤が拡散するように、着色剤を含む皮膜を有するガラ
スを照射することから成る。
ところで、セラミック材料、特に既に焼成したセラミッ
ク材料、釉薬、ガラスセラミック及びガラスをその表面
を損傷することなくマーキングしうる簡単な、直接的方
法が判明した。
従って、本発明は、輻射線エネルギー源としてレーザー
ビームを利用し、これをマーキングすべき物質の表面に
、複製すべき描写記号の形に応じて、照射領域に色の変
化が誘導されるように施すか又は集中させ、その際、エ
ネルギー源として使用する前記レーザービームの波長が
近紫外及び／又は可視領域及び／又は赤外領域にあり、
窓幅射線添加剤が無機顔料である、少なくとも１種の窓
幅射線添加剤を含むセラミック材料、釉薬、ガラスセラ
ミック及びガラスをレーザーでマーキングする方法に関
する。
本発明方法は、セラミック材料及び釉薬をマーキングす
るのに特に適当である。
セラミック材料とは、通常、文献に粘土セラミック及び
特殊セラミックと言われる無機、非金属高融点物質を意
味する。その例は、結晶又はガラス状の形の酸化物、例
えばアルカリ金属又はアルカリ土類金属のアルミノ珪酸
塩又はアルミノ硼酸塩、並びに非酸化物、例えば炭化物
、窒化物及び珪化物である。更に、例えばウルマンス・
エンツィクロペディー・デル・テヒニッシェン・ヘミ−
（Ｕｌｌｍａｎｎｓ　Ｅｎｚｙｋｌｏｐａｅｄｉｅ　ｄ
ｅｒ　ｔｅｃｈｎ、　Ｃｈｅｍｉｅ）、第４版、１３巻
７１２〜７１６頁を引用する。
釉薬は、セラミック材料に施され、ガラスと極めて類似
した組成を有するガラス質皮膜である（前掲文献７２２
〜７２４頁参照）。釉薬の代表的例は、石英、粘土、ア
ルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物及び融剤と
して低融点酸化物（例えばＮａ２Ｏ、Ｋ、Ｏ，ＣａＯ及
びＢａｄ）から成るものである。
ガラス及びガラスセラミックも文献に良く知られており
、ウルマンス・エンツィクロペディ（Ｕｌｌｍａｎｎｓ
　Ｅｎｚｙｋｌｏｐａｅｄｉｅ）　、第４版、１２巻３
１７〜３６６真に記載されている。
適当な窓幅射線添加剤は、好ましくは近紫外及び／又は
可視領域又は近赤外領域で吸収する無機顔料である。
“近紫外領域”とは、０．２５μｍ〜０．３８μｍの領
域を意味する。可視領域の吸収を示す添加剤は特に適当
である。
適当な無機顔料の例は、ウルマンス・エンツィクロペデ
ィー・デル・テヒニッシェン・ヘミ−１第４版、１４巻
１−１２頁及びドライ・カラー・マニュファクチャラー
ズ・アソーシエイション（Ｄｒｙ　Ｃｏ１ｏｒ　Ｍａｎ
ｕｆａｃｔｕｒｅｒｓ’　Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（Ｄ
ＣＭＡ））の“タラシフィケイション・アンド・ディス
クリプジョン・オブ・ザ・ミックスト・メタル・オキサ
イド・インオーガニック・カラード・ビグメンツ（ＣＩ
ａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｄｅｓｃｒｉｐｔ
ｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅＭｉｘｅｄ　Ｍｅｔａｌ　　０ｘ
ｉｄｅ　Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｏ１ｏｒｅｄ　Ｐｉｇ
ｍｅｎｔｓ）”第２版、１９８２年１月の刊行物に記載
されている。これらの顔料は、“セラミック着色剤”、
例えば異なる遷移元素の酸化物の化合物又は遷移元素の
酸化物と周期表の主族の元素の金属酸化物の化合物、例
えばスピネル型構造を有するもの、及び更に、例えばジ
ルコニウムバナジウムブルー、ジルコニウムプレゼオダ
イムイエロー及びジルコニウム鉄ピンク又は硫化カドミ
ウム及びスルホセレン化カドミウムにおけるように、結
晶格子が遷移金属又は希土類金属のイオンを含む化合物
、例えば珪酸ジルコニウム、酸化ジルコニウム又は酸化
錫、並びにこのような化合物を含む、例えば珪酸ジルコ
ニウム、酸化錫、酸化ジルコニウム又は石英を基質とす
るインクルージヨンピグメントである。
代表的セラミック着色剤は、例えば、アルミン酸コバル
ト、クロム錫ピンク（ピンクロート、Ｐｉｎｋｒｏｔ）
、クロム錫オーキトカシテライト（ｏｒｃｈｉｄｃａｓ
ｓｉｔｅｒｉｔｅ）　（ピンクビオレット、Ｐｉｎｋｖ
ｉｏｌｅｔｔ）、錫バナジウムイエロー、ジルコニウム
バナジウムイエロー、ジルコニウムバナジウムブルー、
ジルコニウムプレゼオダイムイエロー、ジルコニウム鉄
ピンク、スルホセレン化カドミウム及び硫化カドミウム
、並びにこれらを含むインクルージヨン化合物、例えば
珪酸ジルコニウム、酸化錫、酸化ジルコニウム又は石英
、銅レッド、マンガンピンク、ベンガラ、酸化鉄ブラウ
ン顔料、例えば酸化鉄、鉄−クロム−アルミナスピネル
、マンガン−アルミナスピネル、亜鉛−クロムスピネル
、鉄−アルミナスピネル、亜鉛−鉄スビネル、ニッケル
ー鉄スピネル、マンガン−クロムスピネル、亜鉛−鉄−
クロムスピネル、酸化錫、二酸化チタン及びチタン酸塩
、例えばニッケルーチタン酸アンチモン、クロム−チタ
ン酸アンチモン又はマンガン−チタン酸アンチモンであ
る。
本発明の好ましい顔料は、ジルコニウムバナジウムイエ
ロー、プレゼオダイムイエロー、酸化鉄ブラウン顔料、
例えば亜鉛−鉄−クロムスピネル及びジルコニウム鉄ピ
ンク、二酸化チタン、チタン酸塩、硫化カドミウム及び
スルホセレン化カドミウム並びにこのような化合物を含
むインクルージヨンピグメントである。ジルコニウム鉄
ピンクが特に好ましい。
本発明の材料は、窓幅射線添加剤を例えば０．０１〜３
０重量％、好ましくは０．１〜２０重量％、最も好まし
くは１〜１０重量％の量で含んでいてよい。
用途に応じて、更に当業者に公知の添加剤、例えばガラ
ス融剤、着色又は無色ラスター及び希釈剤をマーキング
すべき材料に添加することができる。
本発明の実施に使用するのに適当な無機材料をマーキン
グするため、エネルギーに富む源、例えばレーザーを使
用するのが便利である。操作は、マーキングすべき材料
の表面に施すべき描写記号の形に応じてエネルギー源を
適用するか又はエネルギー源を集中させて、照射領域に
、マーキングされた材料の表面に感知しうる損傷を生じ
ることなく色の変化を誘発させる。適当なレーザーは、
例えば、近紫外領域、可視領域及び／又は赤外領域の波
長のエネルギーを放射するものである。
このようなエネルギー源は、例えば、固体パルスレーザ
−１例えばルビーレーザー又は周波数逓倍Ｎｄ：　ＹＡ
Ｇレーザ−、ブースターを用いたパルスレーザ−１例え
ばパルス色素レーザー又はラマンシフター（Ｒａｍａｎ
　５ｈｉｆｔｅｒ）、及び更に、例えば周波数逓倍器を
用いたＣ　ＷＮｄ　：　ＹＡＧレーザー又はＣＷイオン
レーザ−（Ａｒ、　Ｋｒ）に基づく、パルス変調器〔Ｑ
−スイッチ、モードロッカー（ｍｏｄｅｌｏｃｋｅｒ）
　）を用いた連続波レーザー、並びにパルス金属蒸気レ
ーザー、例えは銅蒸気レーザー若しくは金蒸気レーザー
、又は高容量パルス半導体レーザー、及び更にパルスガ
スレーザー、例えばエキシマ−レーザーである。
使用するレーザー系により、数ジュールまでのパルス含
量、１０　”Ｗ／ｃｆｆｌまでの強度、ｔＱ−１ｓ秒ま
でのパルス持続及び１０’Ｈｚまでの周波数が可能であ
る。マイクロジュール−ジュールのパルス含量、キロワ
ット／ａｄ〜１００メガワット／ｄの強度、マイクロ秒
〜ピコ秒のパルス持続及びヘルツ−２５０メガヘルツの
周波数が有利に使用される。
パルス光を有するレーザー、例えば下記の表に挙げたレ
ーザを使用するのが好ましい。特に好ましいレーザーは
、パルス又はパルス変調、周波数２倍Ｎｄ　：　ＹＡＧ
レーザー又は金属蒸気レーザー、例えばＡｕ−蒸気レー
ザー若しくは特に、Ｃｕ−蒸気レーザーである。可視領
域及び／又は近赤外領域の波長を有するレーザービーム
も特に好ましい。近赤外領域とは、０．７８μｍ〜２μ
ｍの領域を意味する。
下記の表には、本発明の実施に好適に使用しうる市販の
レーザーを多数列挙する。
（以下余白） 本発明を実施する際に使用するレーザーは、例えば、０
．０１〜１ジユール／ｃＩＡのパルス含量、約４０メガ
ワツトの最大容量、６〜８ナノ秒のパルス持続及び２０
Ｈｚの周波数を有するパルス、周波数２倍Ｎｄ　：　Ｙ
ＡＧ　レーザー（カリフォルニア州マウンテンビューの
スペクトラ・フィジイクスから入手しうるクオンタ・レ
イ　０ＣＲ−２Ａ）である。
銅蒸気レーザー（プラスマ・カイネティクス１５１）を
使用する場合には、例えば２５０ミリジユール／ｃＩＩ
ｔのパルス含量、約１０に−の最大容量、３０ナノ秒の
パルス持続及び６　ｋＨｚの周波数を用いた曝露を実施
する。
パラメータ、例えばパルス含量及びパルス持続を容易に
調節しうるレーザーは、マーキングすべき材料の条件に
最も良好に適合させることができる。
照射のため選択される最良の波長は、色の変化を起こす
添加剤が光を最も強く吸収し、無機物質が最も弱く吸収
する波長である。
本発明の実施において３種の異なる方法、即ちマスク法
、線マーキング法及び点マトリックス法が、レーザーマ
ーキングに適当である。後に挙げた２種の方法〔ダイナ
ミック・フォーカシング（ｄｙｎａｍｉｃ　ｆｏｃｕｓ
ｉｎｇ）　）では、無機物質をレーザービームが当たっ
た点で、任意の、例えばコンピュータでプログラムされ
る、数字、文字及び特殊記号でマーキングすることがで
きるようにレーザーマーキング方式とレーザーを組み合
わせるのが好ましい。
容量及び周波数に関するレーザー系の選択は、基本的に
は使用するマーキング法に依存する。固体パルスレーザ
の高容量及び低周波数は、マスク法に好ましい。パルス
金属蒸気レーザー又はパルス変調を用いる連続波レーザ
ーの平均〜低容量及び高速度周波数は、ダイナミック・
フォーカシングを必要とするマーキングを製造するのに
好ましい。ビーム偏向を、例えば音響光学的に、ホログ
ラフィ−により、ガルボ−ミラー（ｇａｌｖｏ−＋＊１
ｒｒｏｒ）又は多角形スキャナーを用いて行うことがで
きる。
ダイナミック・フォーカシングは、マークを電子的に製
造しうるので、極めて柔軟なマーキングを可能にする。
本発明によれば、極めて広範なマーキングを作製するこ
とができる。例えば、ビデオディスプレイ装置でテキス
トを入力することによる数字記号の可変テキストプログ
ラミング、標準記号又は特殊記号、例えば組み合わせ文
字、かしら文字及び題字、略符又はしばしば反復するデ
ータの試験プログラム、連続品番号付け、測定可能な変
数の入力、記憶されたプログラムの人力、線マーキング
又は装飾を作製することができる。
極めて広範な工業的生成物及び製品、例えばセラミック
加工品及び支持体、ガラス、ガラスセラミック及び釉薬
をマーキングするため、本発明方法を使用することがで
きる。
用途の代表的例は、ソリッドステート回路のセラミック
支持体及びケーシング、セラミック印刷回路板（厚層、
薄層及び多層ＰＣＢｓ）、電子部品、例えばエンジン構
成に使用するセラミック部品、及び金属切削用加工物の
マーキングである。本発明方法は、マーキング基質をし
ばしば変更するため、例えば特注電子部品のマーキング
、小規模生産又は連続番号の適用に、特に有利である。
本発明方法によれば、消すことができず、従って耐磨耗
性で、耐引掻性のマーキングを直接、迅速に作製するこ
とができる。得られたマーキングは、耐腐食性、耐溶剤
性、寸法安定性が良好で、変形を起こさず、光、熱及び
気候に対して堅牢で、読みやすく、コントラスト及び良
好なエツジ鮮明度を存する。更に、マーキングされる材
料の機械的、物理的及び化学的性質、例えば機械的強度
及び耐薬品性をほとんど損なわない。
マーキングの印刻深さは、マーキングされる材料に左右
され、約１　ａｍで、適当な材料への損傷が極めて少な
い。従って、目に見える表面光沢を損失しないマーキン
グを得ることができる。
本発明方法では、マーキングされたコントラストの色の
変化は、レーザービームに曝露されたときに材料の照射
領域で起こる。通常、色の変化は、灰色又は黒色へ向か
うが、変色を行う、使用した添加剤に応じて他の変色、
例えば赤色又は黄色から褐色又は灰色、赤色又は黄色か
ら白色、又は黒色から白色又は褐色から灰色へ変色する
ことができる。
本発明方法の意外な特徴は、１２００℃までの極めて高
い焼成温度に耐え、良好な耐光性を有することが知られ
ている無機顔料が、強い輻射線に曝されたときに、色の
変化又は変色を少しも受けないことである。
下記の実施例において、部及び％は、特に断らない限り
、それぞれ重量部及び重量％である。
実施例 １ａ）底料猪果亘袈遣： 下記の表に挙げた無機顔料Ｌｏｇをボールミル中でモル
組成に、　ＮａＯ：　０．２２／ＣａＯ：　０．３９／
ＺｎＯ：０．３９／ＢｚＯｓ：０．２３／５ｉＯｔ：　
　　−２，１８の通常の市販の釉薬９０ｇ及び水５５−
と４５分間攪拌する。次いで、得られた釉薬をセラミッ
ク片上に噴霧しく湿潤層厚：約０．８ｍｍ）、約１０６
０℃で３０分焼成する。
顔料を５ｇだけ使用し、更に、市販のジルコン（珪酸ジ
ルコニウム）５ｇを使用する以外は、同じ操作に従い、
不透明化した釉薬を製造する。
ｌｂ）光旦久拭料皇製遺 下記の表に挙げる無機顔料５ｇを市販のフリット及び常
用の有機ビヒクルと共にペーストにする。
次いで、このペーストをスクリーン印刷によりガラス板
に施し、約６００℃で焼成する。
ｌｃ）セーミ・り　ノ　（・）の１盲″下記の表に挙げ
た無機顔料３ｇを長石５６ｇ、ＳｉＯｚ８ｇ及び粘土３
３ｇから成る常用のセラミック粉末９７ｇと乾式混合す
る。次いで、水４ｇを添加し、組成物を成形し、最後に
約１２５０℃で焼成する。
ｌｄ）マーキング ｌａ）、ｌｂ）及びｌｃ）に記載したようにして製造し
た試料を、０．５３２μｍの波長で６〜８ｎｓ（ナノ秒
）の光パルス及び２５０ｍＪ（ミリジュール）のパルス
含量を用いたＮｄ　：　ＹＡＧパルスレーザ−（アメリ
カ合衆国マウンテンビューのスペクトラ・フィジイクか
ら入手しうるクオンタ・レイ０ＣＲ−２Ａ）のビームに
よって照射する。
得られたマーキングは、良好なコントラストを有し、下
記の表に示す色の変化を示す。
（以下余白） 〔（＊）ペンシルバニア州ワシントン、チバーガイギー
、ドレイクンフェルト・カラーズ（Ｄｒａｋｅｎｆｅｌ
ｄ　ｃｏｌｏｒｓ）によって販旭

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）少なくとも１種の感輻射線添加剤を含むセラミッ
    ク材料、釉薬、ガラスセラミック及びガラスをレーザー
    でマーキングするにあたり、輻射線エネルギー源として
    レーザービームを利用し、これをマーキングすべき物質
    の表面に、複製すべき描写記号の形に応じて、照射領域
    に色の変化が誘導されるように施すか又は集中させ、そ
    の際、エネルギー源として使用する前記レーザービーム
    の波長が近紫外及び／又は可視領域及び／又は赤外領域
    にあり、感輻射線添加剤が無機顔料である、セラミック
    材料、釉薬、ガラスセラミック及びガラスのレーザーマ
    ーキング方法。
  2. （２）セラミック材料及び釉薬をマーキングする特許請
    求の範囲第１項記載の方法。
  3. （３）パルス光を有するレーザーを使用する特許請求の
    範囲第１項記載の方法。
  4. （４）可視及び／又は近赤外領域に波長を有するレーザ
    ービームを使用する特許請求の範囲第１項記載の方法。
  5. （５）パルス又はパルス変調、周波数２倍Ｎｄ：ＹＡＧ
    レーザー又は金属蒸気レーザーを使用する特許請求の範
    囲第１項記載の方法。
  6. （６）添加剤がジルコニウムバナジウムイエロー、プレ
    ゼオダイム（Ｐｒｅｓｅｏｄｙｍｅ）イエロー、亜鉛−
    鉄−クロムスピネル、ジルコニウム鉄ピンク、二酸化チ
    タン、チタン酸塩、硫化カドミウム及びスルホセレン化
    カドミウムから成る群から選択されたものであるか、又
    はこのような化合物を含むインクルージョンピグメント
    である特許請求の範囲第１項記載の方法。
  7. （７）添加剤がジルコニウム鉄ピンクである特許請求の
    範囲第６項記載の方法。
  8. （８）添加剤をセラミック材料、釉薬、ガラスセラミッ
    ク又はガラスに対して０．０１〜３０重量％の量で使用
    する特許請求の範囲第１項記載の方法。
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