KR20100136947A - 제품, 특히 유리에 내구성 프로세스 마크를 적용하는 방법 - Google Patents

제품, 특히 유리에 내구성 프로세스 마크를 적용하는 방법 Download PDF

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베른트 분데
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Abstract

본 발명은 제품, 더욱 특별하게는 유리에, 레이저를 사용하여, 내구성 프로세스 마크를 적용하는 방법에 관한 것이다.

Description

제품, 특히 유리에 내구성 프로세스 마크를 적용하는 방법{Method of applying a durable process mark to a product, more particularly glass}
본 발명은 제품, 특히 유리에 내구성 프로세스 마크(durable process mark)를 적용하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 관점에서 프로세스 마크는 제품에 적용된 마킹을 의미하며, 상기 제품 상에 있는 이 프로세스 마크는 센서, 특히 광학 센서에 의한 추가 방법에 의해 판독되며, 이 제품은 그 다음에 상기 프로세스 마크로부터 얻어진 정보에 기초하여 미리 정해진 위치에 정확하게 정렬된다.
이러한 종류의 프로세스 마크의 용도는 실제 모든 생산 순서에 필수적이다. 자동화의 경우에, 제품에 적용된 마크는, 생산 작업에서, 광학 센서의 연속 절차 모니터링 및 제어의 확보를 돕는다.
다양한 이유로, 이 프로세스 마크는 정해진 위치에 적용되기 어렵다. 교정은 현재까지 종종 노치(notch), 돌출(projection), 홈(groove) 및 예를 들어, 인쇄된 마킹과 관련되어 있으며, 이들은 그 다음에 기계적으로 또는 광학적으로 스캔되고 배향을 위해 사용된다.
이 마크는 종종 단일 반복의 카핑(copying)에 기초한 방법에 의해 적용된다. 이 방법은 순환성 및 간헐성 마킹 작업을 포함하고, 그 결과 이 마크는 서로 동일한 거리에 있다.
프로세스 마크는, 인쇄 플레이트의 자동 위치화의 목적을 위한, 모니터링 및 조절을 위해 사용된다. 다중 색 인쇄에서 서로에 비해 위치에 있어서 정확한 방식으로 개별 색을 적용하기 위해, 각 인쇄 플레이트는 동반 마크(accompanying mark)를 인쇄 기판 상에 인쇄한다. 또한, 레지스터 마크로 불리는, 개별 색과의 이 프로세스 마크의 위치는 탐지되고 서로 비교된다. 이는 기판에 대한 인쇄 플레이트의 위치에 대한 정보를 제공하고, 인쇄 기판의 정확한 배향에 대한 기초로서 사용된다.
프로세스 마크는 워크피스가 특정 배향으로 결합되도록 하기 위해 종종 사용된다. 이 목적을 위해, 컴퓨터-보조된 탐지 및 배향 시스템이 사용되며, 여기서 상기 방법은 반복적으로, 워크피스의 위치가 바르게 될 때까지 프로세스 마크(또한 조절 마크 또는 위치 마크로서 알려짐)의 연속적으로 기록된 카메라 이미지에 적용된다.
알려진 마크의 단점은 이들이 일반적으로 간헐적 작업에서 만들어진다는 것이다, 예를 들어, 인쇄 프로세스와 같다, 그리고 이러한 이유로 단지 동일한 구성물만이 적용될 수 있다는 것이다. 예를 들어, 연속적 웹(web) 상의 규칙적 간격으로, 대조 마크가 직사각형의 형태로 적용된다. 이 대조 마크는 탐지 시스템에 의해 인식되고 따라서 다양한 움직임을 조장한다 - 예를 들어, 이 웹은 접히거나 쪼개짐.
더구나, 장치들의 어셈블리에서, 프로세스 마크는, 개별 성분에, 서로에 대해 바른 배향을 제공하도록, 사용된다. 거기에는 다시, 광학 장치가 대조 마크를 캡쳐한다. 이 장치는 물품의 현재 위치와 이의 요구된 위치 사이의 이탈을 기록하고, 그래서 이 물품은 그에 따라 안내된다. 따라서, 이 프로세스 마크는 단지 위치에 대한 정보를 함유한다. 다운스트림 오퍼레이션(downstream operation)에서 고려될 수 있는, 대조 마크에서의 가능한 추가 정보, 예컨대 공차(tolerance) 및 성분의 질은 알려져 있지 않다.
프로세스 마크는 하기 사항을 배제하기 위해 적합한 재료로 일반적으로 구성되어야 한다:
- 물품으로부터, 적용된 마크의 원하지 않은 부분;
- 마찰 또는 라이트닝에 기인된 스크라이빙 러닝(scribing running), 문질러짐 또는 난독성으로 됨; 및/또는
- 물품의 기능성이 손상됨.
본 발명의 목적은, 빠르고 정확한 - 그리고, 특히 개별적인 - 스크라이빙(scribing)을 가능하게 하는, 내구성 프로세스 마크를 제품, 특히 유리에 적용하는 방법을 특정하는 것이다. 더구나, 이 스크라이빙은 성분을 위해 마일드해야하고, 비파괴적인 탈착이 가능할 수 없어야 하며, 그럼에도 높은 콘트라스트, 높은 해상도 및 높은 온도 저항성을 가져야 한다. 추가 의도는, 프로세스 마크가 개별 정보를 또한 함유할 수 있어야 하고, 위치 마크로서만 단지 사용되어서는 안된다.
이 목적, 즉, 제품, 특히 유리에의 내구성 프로세스 마크의 용도는 독립항에서 특정된 방법에 의해 달성된다. 이로운 구체예 및 발전예는 각 종속항의 내용이다.
따라서 본 발명은 레이저가 제품에 프로세스 마크를 적용하는 방법을 제공한다.
예를 들어, 프로세스 마크로 제품의 직접 레이저 스크라이빙에 의해 이는 이뤄진다. 문자 숫자식(alphanumeric) 식별, 코드 등과 같은 마크를 태우기 위한 파워풀하고, 제어가능한 레이저는 보편화 되어 있다. 스크라이브되거나 스크라이빙을 위해 사용될 재료의 특성 및 또한 스크라이빙 방법의 특성은, 이롭게 아래 사항을 포함한다:
- 물질은 빠르게 스크라이빙될 수 있다.
- 높은 공간 해상도 용량(spatial resolution capacity)이 달성된다.
- 재료 및 스크라이빙 방법은 극히 사용하기에 단순하다.
- 스크라이빙 과정 중 형성된 임의의 분해 생성물은 부식적이지 않다.
- 이 스크라이빙 방법은 상기 성분의 기계적 안정성에 거의 또는 전혀 영향이 없다.
제거된, 제품의 상부 층은 아래의 재료와 동일한 조성을 가지고, 그래서 그 결과의 프로세스 마크는 상기 제품과 동일한 온도 안정성을 가진다. 더구나, 풍화, 물 및/또는 용매와 같은 외부 영향에 대한 저항성은 또한 동일하다.
문제는 대조적이다.
이를 최적화하기 위해, 프로세스 마크를 형성함에, 레이저 처리된(lased away) 제품 상의 층은 아래에 나타나는 층과 상이한 색을 가질 수 있다.
표시(Indicia)는 그 다음에 만들어진다, 이는 대조적인 것으로, 이들은 에러 없이 해로운 조건 하에서도 판독될 수 있다, 예를 들어, 상대적으로 큰 거리에 걸쳐서도 판독될 수 있다.
유리 표면과 함께, 기재된 방법은 사용될 수 있지만, 단점을 가질 수 있다. 예를 들어, 그 결과의 마크는 (단일-색 유리의 경우에) 낮은 컨트라스트를 가지며, 유리 재료의 부식에 의해 만들어진다, 이는 특히 얇은-벽 유리 컨테이너의 경우에 기계적 안정성에 변경을 수반한다.
마크된 성분의 기계적 강도 및 안정성에 대한 문제는 또한 발생될 수 있다.
프로세스 마크를 생산하는 목적을 위해 상부 층의 제거는 재료의 두께를 바꾸고, 또한 생성물의 기계적 특성을 바꾼다. 도입된 레이저 에너지는 물질 내의 마이크로구조 변화를 야기하며, 이는 외부 영향에 비해 제품에 손상을 일으킬 수 있다. 이는 특히 매우 얇은-벽 제품에 적용된다.
이 상황을 치유하기 위해, 프로세스 마크는 생성물로부터의 물질을 제거함에 의해, 새김(engraving)에 의하는 것이 아닌, 대신에 추가 층을 적용함에 의해 형성된다, 이는 아래에 상세히 기재되어 있다. 이는 생성물의 물질의 변화와 함께 발생되는 레이저 마킹을 피한다.
이 방법의 또 다른 이로운 구체예에 따라, 레이저는, 생성물에 특히 존재하는, 부분적으로 또는 전체적으로 존재하는 안료 층을 가진, 레이저 전달 시트에, 레이저 처리하기 위해 사용된다, 상기 안료 층은 하나 이상의 레이저-감수성 안료를 포함한다.
이러한 종류의 안료 층은 DE 101 52 073 A에 알려져 있다. 안료 층의 물질은 레이저 처리 과정 중에 증발된다. 이 방법은 LTF(laser transfer film) 또는 PLD(pulsed laser deposition) 방법으로 불린다. 두 방법 모두, 증발된 물질의 표적 기판에의 증착이 존재한다. 증발된 물질은 표적 기판과의 물리화학적 결합으로 들어간다.
레이저 전달 필름은 캐리어 층을 가진다, 접착 층은 부분적으로 또는 전체적으로 이의 하부면에 존재한다. 더구나, 안료 층은 캐리어 층 및/또는 접착제 층에 부분적으로 또는 전체적으로 적용되고, 레이저-감수성 안료를 포함한다. 적합한 안료의 예는 색 안료 및 금속 염을 포함한다. Thermark로부터의 안료가 특히 사용되고, 예는 Thermark 120-30F이며, 이들은 금속 산화물, 예를 들어 몰리브데넘 트리옥사이드이다. 더구나, 둘 또는 그 초과의 안료의 혼합물 또는 Merck 및 Ferro Inc.로부터 입수가능한 종류의, 안료 및 유리 입자의 혼합물을 사용할 수 있다, 그리고 이들은 소결 과정으로 이끌 수 있다. Merck로부터의 여러 안료가 추가로 적합성을 가진다(예는 진주광택의 안료 EM 143220 및 BR 3-01이다). 추가로, 레이저-감수성 안료는 또한, 부가적 티타늄 디옥사이드에 추가로 사용될 수 있다.
레이저로 프로세스 마크를 만들기 위해, 레이저 전달 시트는 이의 접착 면에 의해 요구된 위치에서 제품에 부착된다. 표준 레이저를 사용하는 경우에, 특히 널리 알려진 Nd-YAG 고체 상태 레이저를 1.06㎛의 파장으로 사용하는 경우에, 레이저 빔은 캐리어 층 및 접착제 층을 통과하고, 안료를 때린다. 이 에너지는 흡수되고 승화 과정이 있다, 여기서 안료는 기판에 전달되고 상기 기판과의 내구성 및 안정성 결합으로 들어간다.
크리스프(Crisp), 하이-컨트라스트 스크라이브 마크(high-contrast scribe) 및 아이덴터티 마크(identity marks)가 얻어진다.
사용될 필름은 그래서 투명해야하고/거나 반투명해야하거나, 적어도 레이저 빔의 흡수를 배제시킬 정도여야 한다, 레이저 빔의 흡수는 이들의 파괴를 이끌 것이다. 특히, 캐리어 물질이 530 내지 1064nm의 파장 범위 내의 빛을 흡수하지 않는 것이 바람직하다.
투명도는, 350 내지 1150nm의 파장에서, 60% 초과의 투과율, 더욱 특별하게는 90% 초과의 투과율을 의미하는 것으로 이해된다. 투과율, 또는 투과의 정도는 일반적으로 %로 특정되며, 이는 빛이 투과된 바디의 반대로 도달한 빛 출력의, 정면에 입사한 빛 출력에 대한 비율이다. 투과율은 반사 및 흡수에 의해 축소된다.
그래서 아래는 이 경우에 해당한다: 투과율 = (1 - 반사율) x (1 - 흡수율).
캐리어 물질로서, 바람직하게 폴리올레핀에 기초한 단축 및 이축 배향된 필름을 사용할 수 있고, 그 다음에 에틸렌 유닛 및/또는 프로필렌 유닛을 포함하는 배향된 폴리에틸렌 또는 배향된 코폴리머에 기초한 필름, 및 또한 가능하게는 PVC 필름, 비닐 폴리머, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리아세탈 및 폴리카르보네이트에 기초한 필름을 사용할 수 있다. PET 필름은 더욱 특히 두드러지게 적합한 캐리어이다.
본 발명의 또 다른 이로운 구체예에 따라, 레이저는 사용되어 레이저 전달 시트에 레이저를 가한다, 여기서 이 시트는 바람직하게 제품에 존재하고 하나 이상의 캐리어 층을 가진다, 부분적으로 또는 전체적으로 캐리어 층의 하부 표면 상에 제 1 접착제 층이 있고, 레이저 전달 시트의 면에 캐리어 층이 있으며, 이 캐리어 층은 제 1 접착층 적어도 두 개의 안료 층을 지닌다: 바람직하게 하나는, 부분적으로 또는 전체적으로 제 1 안료 층이 적용된다, 이 안료 층은 하나 이상의 유리 플럭스 안료를 포함한다, 그리고 하나는 부분적으로 또는 전체적으로 제 2 안료 층이 적용되며, 이 안료 층은 하나 이상의 레이저-감수성 안료를 포함한다. 바람직하게 제 1 안료 층은 유리 플럭스 안료 및 흡수제를 포함하고/거나 제 2 안료 층은 유리 플럭스 안료, 흡수제 및 레이저-감수성 안료를 포함한다.
안료를 포함하는 층의 구조는 바람직하게 마찬가지로 제 1 접착제 층의 접착제로 이뤄지며, 그래서 제 1 접착제 층 및 안료 층은 단일, 균질한 층을 형성한다. 상기 균질한 층의 한계 영역에서만, 특이적으로 캐리어 층으로부터 떨어져 있는 측면에, 특히 상대적으로 좁은, 균질한 층의 영역 내 상이한 조성으로 분배된 안료가 있다. 따라서, 둘 또는 그 초과의 경계 층이 형성된다.
본 방법의 또 다른 이로운 구체예에 따라, 레이저가 사용되어 레이저 전달 시트에 레이저를 가하며, 이 레이저 전달 시트는 바람직하게 제품상에 존재하고, 하나 이상의 캐리어 층을 가지고, 이는 상기의 것과 유사하며, 특이적으로, 제 1 접착제 층은 부분적으로 또는 전체적으로 캐리어 층의 하부 면 상에 존재하고, 제 1 접착제 층을 지닌 레이저 전달 시트 캐리어 층의 면에, 레이저 감수성 안료를 포함하는 둘 이상의 안료 층은 부분적으로 또는 전체적으로 존재하고, 상기 안료 층에 레이저 감수성 안료의 농도는 상이하다. 바람직하게는 두 개의 안료 층이 있다, 여기서 특히, 캐리어 층에 더 가까운 제 1 안료 층의 레이저 감수성 안료의 농도는, 제 2 안료 층의 레이저 감수성 안료의 농도보다 낮다. 추가 바람직한 것으로, 세 개의 안료 층이 있다, 캐리어 층에 더 가까운 제 1 안료 층의 레이저 감수성 안료의 농도는, 제 2 안료 층의 레이저-감수성 안료의 농도보다 낮으며, 이 농도는 차례로 외부 안료 층의 레이저 감수성 안료의 농도보다 더 낮다.
특히 놀라운 구체예에서, 캐리어 층에 인접한, 제 1 안료 층의 레이저 감수성 안료의 농도는, 0.25중량% 내지 0.75중량%, 더욱 특별하게는 0.5중량%이며, 제 2 안료 층의 레이저 감수성 안료의 농도는 0.75중량% 내지 1.25중량%, 더욱 특별하게는 1중량%이고, 제 3 안료 층의 레이저 감수성 안료의 농도는, 존재하는 경우에, 1.5중량% 내지 2.5중량%, 더욱 특별하게는 2중량%이다. 추가 바람직한 것으로, 상기 안료 층은 유리 플럭스 안료 및 흡수제를 레이저 감수성 안료에 추가하여, 포함한다.
유리 플럭스 안료 및 흡수제로서, 실리콘 디옥사이드 또는 BaO-CaO-SiO2와 같은 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.
유리 플럭스 안료는 플럭스 작용제(용융을 용이하게 하도록 첨가된 애쥬번트를 위한 용어)와 용융 상태에서 미리 혼합된 분쇄 유리를 포함한다. 이 플럭스 작용제는, 열 팽창의 가능한 작은 증가를 가지는, 용융 온도를 낮추는 목적을 가진 금속 산화물일 수 있다.
유리 플럭스 안료의 하기 입자 크기 분배는 본 발명의 레이저 전달 시트에 타당하다:
Figure pat00001
가능하지만, 하기 분배는 바람직하게 사용되지 않는다:
Figure pat00002
표준 레이저를 사용하는 경우에, 특별히 보편화된 Nd-YAG 고체 상태 레이저(1.06㎛의 파장)를 사용하는 경우에, 레이저 빔은 캐리어 층 및 접착제 층을 통과하고, 안료 층 내에서, 레이저 감수성 안료를 때리고 또한 존재할 수 있는 임의의 유리 플럭스 안료 및 흡수제 아주번트를 때린다.
소결 공정은 일어나며, 여기서, 레이저-감수성 안료는 기판에 전달되고, 이 기판과 내구성, 안정성 결합으로 들어간다.
크리스프, 높은-컨트라스트 스크라이브 마크 및 아이덴터티 마크가 얻어진다.
유리 플럭스 안료가 제공된다면, 소결 공정의 결과로서 형성된 금속 옥사이드는 동시에 유리 층으로 코팅된다.
이러한 종류의 레이저 전달 시트는 DE 102 13 110 A1 및 DE 102 13 111 A1에 기재되어 있다. 언급된 레이저 전달 시트는 유리에 특히 이롭게 사용될 수 있다.
레이저 전달 시트는 연속 롤의 형태로 제공될 수 있거나, Archimedean 스파이럴의 형태로 일반적으로 카드보드 코어에 감길 수 있거나, 다이컷 라벨의 형태로 제공될 수 있다. 레이저는, 특정 최종 용도에 놀랍게 맞춰진, 임의의 바람직한 디자인을 가질 수 있다.
특히 이롭게는 프로세스 마크는 폴리머 매트릭스에 기초된 안료 층으로 생성될 수 있다. 폴리머 매트릭스뿐만 아니라, 안료 층은 티타늄 도너를 추가 성분으로 포함한다. 여기서 티타늄 도너는 순수한 티타늄 또는 티타늄 화합물이다, 이는 에너지에 노출 하, 짧은 기간의 임의의 속도에서, 자유 티타늄을 반응물로서 제공하는 친화성을 가진다. 적당한 경우에, 자유 티타늄의 제공은 또한 티타늄-함유 중간체의 경로를 통해 발생될 수 있다. 추가로 제공된 것은 탄소 도너이다, 다시 말해, 에너지 방사 하에서, 자유 탄소, 즉, 화학적으로 부착되어 있지 않은 탄소를 제공하는 물질이다. 이는 폴리머 매트릭스에 대한 추가 탄소 화합물일 수 있다; 적당한 경우, 그러나, 폴리머 매트릭스 그 자체는 또한 자유 탄소의 공급원으로서 충분할 수 있다.
폴리머 매트릭스가 미분화(pulverization)로, 높은 에너지 레이저 방사선으로 조사되는 경우에 반응되는 것이 필수적이다. 상기 미분화 중, 자유 탄소가 형성되고 티타늄 화합물은 쪼개진다. 이 공정에 증착된 마킹은, 마크될 기판 상의, 새로운 티타늄 화합물, 더욱 특별하게는 티타늄 카바이드이다. 자유 탄소의 충분히 높은 농도로, 이는 또한 새로운 티타늄 화합물에 통합되고, 따라서 마크의 컨트라스트가 특이적 방식으로 영향받도록 한다.
이 레이저-유도된 미분화는 취성 재료(brittle materials)의 경우에 바람직하게 얻어진다. 이 파우더가 충분히 높은 경우에, 증기 모세관은 플라스마와 함게 형성된다. 이 모세관을 통해, 흡수는 상당히 더 높은 값으로 취해지고, 그래서 레이저 방사선은 이 물질로 더욱 깊게 투과할 수 있고, 열 영향의 존 주위의 매트릭스로부터 입자 형태의 플라스틱 물질을 폭발적으로 제거할 수 있다. 이 영향은 전달 물질의 생산을 위해 최적으로 활용될 수 있다, 이 모세관은 반응 공간을 제공한다, 그리고 그 결과의 파우더는 티나늄 카바이드의 합성을 위해 티타늄 도너로서 그리고 탄소 도너로서 반응된다.
현 경우의 폴리머 매트릭스는 폴리머 성분에 기초한 임의의 매트릭스를 위한 용어이다. 폴리머 성분 이외에, 매트릭스는 또한 임의의 바람직한 비폴리머 성분을 포함할 수 있다; 단지 주된 성분은 사실상 폴리머이어야 한다. 더욱 특별하게는 용어 "폴리머 매트릭스"는 또한 베이스 폴리머의 혼합물을 칭한다. 특별히 바람직한 구체예에서, 폴리머 매트릭스는 열경화성 폴리머 매트릭스이다. 특히 열경화성은 미분화를 얻는데 특별히 적합한 것으로 판명되었다.
안료 층은, 에너지 방사 하에서 용융되는 플라스틱으로부터 자유롭게 형성되고, 특히 또한 다른 용융 물질로부터 자유롭게 형성된다. 이에 의해, 일면으로 제품의 구조를 극도로 단순하게 할 수 있고, 다른 면에서 스크라이빙은 플라스틱 또는 다른 물질의 용융에 의해 해롭게 영향받지 않는다. 더구나, 현재의 안료 층의 경우에, 또한 유리 프릿 성분 없이 가능할 수 있다. 놀랍게도, 특히 유리에 대한 마크의 내구성 결합이 유리 프릿 없이도 달성됨이 판명되었다.
유리 프릿은 유리 용융물의 생산에서 중간체로 일반적으로 인식된다. 유리 프릿은 고온에서 용융된 천연 물질 혼합물의 퀀칭에 의해 형성된 다공성 유리 크럼(crumb)이다. 유리 프릿은 에나멜의 생산을 위해 천연 물질로서 사용된다. 에나멜은 유리 프릿의 용융물 및 유리 또는 금속 워크피스 상에, 색상 안료 또는 필러와 같은 추가된 성분에 의해 생성된다. 세라믹 색은 그래서 종종 에나멜 또는 유리 에나멜로 종종 칭해진다.
유리 프릿은 유리 매스의 용융 및 후속 퀀칭에 의해 생성된다. 그 결과의 유리 프릿은 바람직하게 40㎛ 미만의 입자 크기로 분쇄되고 아쥬번트(안료, 필러)와 적당히 혼합된다. 이 파우더는 일반적으로 현탁 매개물과 페이스트된다, 예는 스크린 프린팅 오일이다, 그리고 스크린 프린팅에 의해 바람직하게 데코레이션되어야 하는 물품에 적용된다. 베이킹 작업이 뒤따른다, 여기서 유리 프릿은 연성되고 캐리어 기판 표면 상에 유리 플럭스를 형성한다, 아쥬번트는 이 플럭스에서 엠베디드되고 캐리어 기판 상에 고정된다. 세라믹 색의 충분한 접착은 그래서 캐리어 기판의 탈형 온도 아래에서 발생되어야 한다. 그래서, 예를 들어, 특별히 약 530℃의 탈형 온도를 가진 보로실리케이트 유리의 데코레이션을 위해, 70℃ 아래에서 가열(fire)될 수 있는 낮은 용융 유리 프릿을 사용할 필요가 있다. 모든 전형적 타입의 유리는 유리 프릿으로서 사용될 수 있다.
바람직하게, 티타늄 화합물은 티타늄 디옥사이드, 바람직하게, 루틸 구조(rutile structure)의 티타늄 디옥사이드이다. 이 루틸 구조는 티타늄 디옥사이드의 4개의 크리스탈 다형체 중 하나이다, 이는 기술 문헌으로부터 알려져 있다. 이 루틸 구조의 티타늄 디옥사이드 안료는 2.75의 굴절지수 n을 가지고, 약 430nm 파장에서도 가시광선의 분획을 흡수한다. 이들은 6 내지 7의 경도(Mohs)를 가진다.
추가 바람직한 구체예에서, 안료 층은 티타늄 카바이드의 합성에 필요한 자유 탄소의 제공을 위해 카본 블랙 또는 흑연을 포함한다. 카본 블랙은 에너지 방사 하에서 쪼개진다, 더욱 특별하게는 레이저 조사 하에서 쪼개진다, 그리고 그렇게 함에 있어, 자유 탄소를 형성한다. 더구나, 자유 탄소는 또한 더욱 특별하게는 레이저 조사에 의해 에너지에 노출로, 분해된, 증발된, 산화된, 단량체로된 및/또는 열분해된 폴리머 매트릭스로부터 기인될 수 있다.
6 내지 8의 pH를 가진 중성 카본 블랙을 사용하는 것이 바람직하다. 산성 또는 염기성 물질과 관련된 특별한 안정성 대책(precaution)의 회피를 위해 그리고 조작의 용이성과 관련해서 더욱 특별하게 바람직하다. 바람직한 적합성은 열 블랙, 아세틸렌 블랙 및 램프 블랙에 의해 주되게 지닌다. 램프 블랙은 특히 바람직하다. 램프 블랙의 pH는 전형적으로 7 내지 8이다, 열 블랙의 pH는 7 내지 9이고, 아세틸렌 블랙의 pH는 5 내지 8이다. 퍼니스 블랙(furnace blacks)의 pH는 전형적으로 9 내지 11로 설정되어 있고, 이들은 그래서 매우 염기성이다. 산화된 가스 블랙은 2.5 내지 6에서 전형적으로 설정된 pH를 가지고, 그래서 산성이다. 이러한 산성 또는 염기성 탄소 블랙의 사용은, 그러나, 원칙적으로 배제되지 않는다.
언급된 안료 블랙들은 화학물질에 극히 저항적이고, 높은 빛 고착(high light fastness) 및 마모 저항성에 의해 식별된다. 색의 매우 큰 깊이 및 색 강도 때문에, 그리고, 또한 다른 특이적 특성 때문에, 안료 블랙들은 가장 자주 사용된 블랙 안료이다. 안료 블랙은 탄화수소의 열 쪼개짐 또는 열 산화 쪼개짐에 의해 산업적으로 제조된다. 안료 블랙은 퍼니스 블랙 프로세스, Degussa 가스 블랙 프로세스 또는 램프 블랙 프로세스에 의해서만 거의 생성된다, 이 프로세스들은 이 문헌으로부터 알려져 있다.
본 발명의 또 다른 이로운 구체예에 따라, 폴리머 매트릭스는 방사선 경화된 폴리머 매트릭스이다. 이 폴리머 매트릭스는 니스로 이롭게 이뤄지며, 더욱 특별하게는 경화된 니스, 바람직하게는 방사선 경화된 니스, 특히 바람직한 것은 전자 빔 경화된 지방족 이가 폴리우레탄 아크릴레이트 니스로 이뤄진다. 일 대안적 구체예에서, 폴리머 매트릭스는 폴리에스테르 아크릴레이트로 이뤄진다. 이 경화된 니스는 매우 높은 경도를 가지고 깨짐의 높은 수준을 가진다.
원칙적으로, 폴리머 매트릭스에 이롭게 사용될 수 있는 4가지 타입의 니스는, 단 이들의 안정성은 충분하다면, 예를 들어, 산 경화성 알키드-멜라민 수지, 부가-경화성 폴리우레탄, 자유 라디칼 경화성 스티렌 니스 등이 있다. 그러나, 특별한 이점은 방사선-경화성 니스이다, 왜냐하면 이들은 열의 노출 또는 용매의 긴 증발 없이 빠르게 경화되기 때문이다. 이러한 종류의 니스는 예를 들어, [A. Vrancken (Farbe und Lack 83, 3 (1977) 171)]에 기재되어 있다.
본 발명의 하나의 특별히 이로운 구체예에 따라, 안료 층의 조성은 아래와 같다:
100 phr 폴리머 매트륵시, 더욱 특별하게는 방사선-경화된 지방족, 2가 폴리우레탄 아크릴레이트
0.2 phr 내지 2.5 phr 카본 블랙, 및
45 phr 내지 65 phr 티타늄 디옥사이드
"phr"은 여기서 "parts per hundred resin"를 지칭한다, 혼합물의 조성을 기술하기 위한 폴리머 산업에서 일반적인 단위이다, 모든 폴리머 성분은(그래서, 이 경우에, 폴리머 매트릭스) 100 phr로 설정된다.
추가 바람직한 것으로 이 조성은 아래와 같다:
100 phr 폴리머 매트릭스, 더욱 특별하게는 방사선-경화된 지방족, 2가 폴리우레탄 아크릴레이트
0.4 phr 카본 블랙 및
63.2 phr 티타늄 디옥사이드
안료 층의 두께는 약 20㎛ 내지 약 500㎛, 더욱 특별하게는 약 30㎛ 내지 약 100㎛의 범위로 설정되어, 이에 부가된 요건을 놀랍게 만족시킨다.
이 특성은 안료 층을 하나 또는 그 초과의 첨가제 예컨대 가소제, 필러, 안료, UV 흡수제, 빛 안정화제, 노화 억제제, 가교제, 가교 증진제 또는 탄성체와 혼합함에 의해 최적화될 수 있다.
높은 에너지 레이저 빔이 안료 층을 때리는 경우에, 상기 층은 때림의 지점의 영역에서 작은 입자로 분해되고, 그래서 레이저 발생된 버닝에 의해 안료 층으로부터 제거된 미분화된 물질은 0.5㎛ 내지 2.0㎛의 수 평균 입자 크기를 가진다.
레이저 방사선에 의해, 예를 들어 레이저 펄스의 형태로, 방사선 또는 레이저 빛은 안료 층의 표면과 직접 만나거나 상호작용하고, 폴리머 매트릭스의 미분화를 이끈다. 레이저 빔의 경우에, 빔은 흡수에 의해 물질과 커플링된다. 이 흡수는 물질이 증기화되고, 입자들이 안료 층으로부터 추출되고, 플라스마가 형성될 수 있는 결과를 가진다. 특히 레이저 빔 노출의 이유로, 열 용융 공정의 발생이 있다.
전형적으로, 방사된 에너지는 열로 전환되고, 안료 층의 장쇄 폴리머 성분은 쪼개지고, 열 크래킹의 생성물은 원소 탄소를 포함한다. 요약하면, 폴리머 매트릭스는 높은 에너지 입력의 결과로서 입자형성/증발/분해를 겪는다.
이 탄소는 특히 티타늄 카바이드의 형태로 스크라이브될 제품 상에 증착된다. 스크라이빙 시에 방출 성분은 그래서 안료 층의 폴리머 매트릭스로부터의 탄소 원소, TiO2 및 크래킹 제품이다. 아래 반응은 이 프로세스를 반영할 수 있다, 이 프로세스는 티타늄 카바이드의 제조를 위한 카르보서멀 합성 반응으로서 기재될 수 있다.
Figure pat00003
에너지 입력은 반응물의 상호작용 계수에 의해 결정된다, 특히 이들의 흡수 특성에 의해 결정되며, 또한 방사선의 특성 및 방사선 공급원의 매개변수화에 의해 결정된다. 적합한 방사선 공급원, 더욱 특별하게는 레이저의 선택 후, 방사선 출력 및 스크라이빙 속도를 통해 우선 제어를 수행한다.
티타늄 카바이드(또한 TiC)는 비산화물 세라믹의 맴버이다. 비산화물 세라믹은 상대적으로 높은 공유 및 낮은 이온 결합 성분에 의해 구별된다, 실리케이트 세라믹 및 산화물 세라믹과 비교해 높은 화학 및 열 안정성을 가진다. 산업적 티타늄 카바이드는, 결합된 탄소의 약 19.5질량% 및 결합되지 않은 탄소의 0.5질량% 이하를 함유한다, 결합되지 않은 탄소는 자유 탄소로 칭한다. 이론적 화학양론적 탄소 함량은 20.05질량%이다.
티타늄 카바이드 화합물(TiC)의 특성은 아래와 같다:
색: 흑색 금속성
용융점: 3157℃
밀도: 4.93g/cm3
결정 구조: 모든 8면체 갭이 채워진 경우, 규빅, 클로지스트 구형 팩킹(closest sphere packing): TiC.
Figure pat00004
하기 특성/이점은 특히 티타늄 카바이드와 관련되어 있다:
- 상대적으로 높은 경도 및 마찰 및 마모에 대한 그 결과의 저항성
- 매우 높은 열 저항성
- 부식 안정성
- 우수한 생체적합성
- 강유전성 특성
- 낮은 열 전도성(탄소 분획이 높은 경우)
- 전기 반도체
- 콜드 산(cold acid) 및 알칼리에 대한 저항성
포함 화합물 또는 간질(interstitial) 화합물(격자 간극을 차지함)의 형성의 결과로서, 결정 격자 내 격자 간극 또는 공간에서 작은 탄소 원자가 사이에 낄 수 있다, 이들 원자들은 그 다음에 티타늄 카바이드에 블랙 색을 제공한다. 이는, 궁극적으로 스크라이브되어야 하는 기판 상에 높은 컨트라스트 블랙 스크라이브 마킹을 제공한다.
다시 말해, 스크라이브될 기판 상의 매우 높은 컨트라스트 스크라이브 마킹은 아래 사실의 결과로서 발생된다, 티타늄 카바이드가 기판 상에 증착된다, 여기서, 결정 격자의 공간은, 카본 블랙 또는 폴리머 매트릭스로부터의 크랙된 탄소 원소로부터 기안된 자유 탄소 원자에 의해 투과된다.
본 발명의 추가 이로운 구체예에 따라, 안료 층은, 접착제, 더욱 특별하게는 감압성 접착제로, 부분적으로 또는 이의 전체 영역에 걸쳐 코팅된다. 이러한 종류의 구체예는 안료 층의 쉬운 사용을 가능케 하는데 특히 이롭다. 이 방식으로 형성된 (부분적) 접착제 층에 의해, 안료 층은, 안료 층의 전치(displacement)의 위험 없이, 마크되어야 하는 기판 상에, 스크라이빙 공정 중에, 간단히 고정될 수 있다.
특히, 이 접착제 층은 도트의 형태 또는 스크린 인쇄에 의해, 적당한 경우 한계 인쇄(marginal printing)의 형태로, 적용될 수 있고, 그래서 안료 층은 임의의 바람직한 방식으로 기판에 결합될 수 있다.
당해 접착제는 바람직하게 감압성 접착제(PSA)이다. 이 안료 층은, 용액 또는 분산액의 형태로 또는 100% 폼(예를 들어, 용융물로부터)으로, 바람직한 PSA로 일 또는 두 면 상에 코팅된다. 이 접착제 층 또는 층들은 열 또는 고에너지 방사선에 의해 가교될 수 있고, 필요한 경우 릴리즈 필름 또는 릴리즈 페이퍼로 라이닝될 수 있다. 적합한 PSA는 [D. Satas, Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology (Van Nostrand Reinhold)]에 기재되어 있다. 아크릴레이트, 천연 고무, 열가소성 스티렌 블록 코폴리머 도는 실리콘 기재 PSA가 특히 적합하다.
특성의 최적화를 위해, 사용된 자가 접착성 조성물이 하나 또는 그 초과의 첨가제 점착제(수지), 가소제, 필러, 안료, UV 흡수제, 광안정제, 노화 억제제, 가교제, 가교 증진제 또는 탄성체와 혼합될 수 있다. 접착제의 제형은 특히 의도된 용도에 의해 안내된다, 다시 말해 결합 기판의 특성, 예상된 결합 기간, 주위 조건 등에 의해 안내된다.
혼합에 적합한 탄성체는, 예를 들어, EPDM 고무 또는 EPM 고무, 폴리이소부틸렌, 부틸 고무, 에틸렌-비닐 아세테이트, 디엔의 수화된 블록 코폴리머(예를 들어, SBR, cSBR, BAN, NBR, SBS, SIS 또는 IR의 수화를 통함; 이러한 폴리머는, 예를 들어, SEPS 및 SEBS로 알려져 있다) 또는 아크릴레이트 코폴리머 예컨대 ACM이다.
적합한 점착제는 예를 들어, 탄화수소 수지(불포화된 C5 또는 C7 모노머로부터 형성됨), 테르펜-페놀산 수지, 테르펜 수지(천연 재료로부터) 예컨대 α 또는 β 피넨, 방향족 수지 예컨대 쿠마론-인덴 수진, 또는 스티렌 또는 α-메틸스티렌으로부터 형성된 수지, 예컨대 로진 및 이의 유도체, 예컨대 불균화된, 이량화된 또는 에스테르화된 수지이다, 글리콜, 글리세롤 또는 펜타에리트리톨의 사용은 가능하다, 그리고 또한 [Ullmanns Enzyklopadie der technischen Chemie, volume 12, pages 525 - 555 (4th edition), Weinheim]에 열거된 다른 것들도 가능하다. 특히 적합한 수지는 노화에 안정한 것들이고 올레핀계 이중 결합, 예컨대 수화된 수지를 가지지 않는다.
적합한 가소제의 예는, 지방족, 시클로지방족, 및 방향족 미네랄 오일, 프탈산의 디에스테르 또는 폴리에스테르, 트리멜리트산 또는 아디프산, 액체 고무(예를 들어, 니트릴 고무 또는 폴리이소프렌 고무), 부텐 및/또는 이소부텐의 액체 폴리머, 아크릴 에스테르, 폴리비닐 에테르, 점착제 수지를 위한 원료에 기초한 액체 수지 및 가소제 수지, 울 왁스 및 다른 왁스 또는 액체 실리콘이다.
적합한 가교제의 예는 페놀산 수지 또는 할로겐화된 페놀산 수지, 멜라민 수지 및 포름알데히드 수지이다. 적합한 가교 증진제는, 예를 들어, 말레이미드, 알릴 에스테르 예컨대 트리알릴 시아누레이트, 및 아크릴산 및 메트아크릴산의 다가 에스테르이다.
접착제의 코팅 두께는 바람직하게 약 5g/m2 내지 약 100g/m2, 더욱 특별하게는 약 10g/m2 내지 약 25g/m2의 범위이다.
추가 바람직한 것으로, 안료 층은 캐리어에, 바람직하게는 캐리어 시트에 적용된다. 캐리어에 안료 층을 코팅함에 의해 이롭게 적용이 완성된다.
캐리어 시트로서 바람직하게 투명한 필름, 더욱 특별하게는 폴리올레핀에 기초한 일축성 및 이축성으로 배향된 필름, 에틸렌 유닛 및/또는 폴리프로필렌 유닛을 포함하는 배향된 폴리에틸렌 또는 배향된 코폴리머에 기초한 필름, 및 또한 적당한 경우에, PVC 필름 및/또는 비닐 폴리머, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리아세탈 또는 폴리카르보네이트에 기초한 필름을 사용하는 것이 가능하다. PET 필름은 또한 캐리어로서 놀랍게 적합하다. 에틸렌 유닛 및/또는 폴리프로필렌 유닛을 함유하는 배향된 폴리에틸렌 또는 배향된 코폴리머에 기초한 필름은 또한, 캐리어 시트로서 적합하다.
폴리프로필렌에 기초한 단일-층 이축 또는 일축 배향된 필름 또는 다중 층 이축 도는 일축 필름도 바람직하다. 가소되지 않은 PVC에 기초한 필름은 사용될 수 있다, 가소된 PVC에 기초한 필름이 사용될 수 있는 것과 같다. 폴리에스테르-기초한 필름, 예컨대 폴리-에틸렌 테레프탈레이트는, 예를 들어, 마찬가지로 알려져 있고, 안료 층의 캐리어로서 적합하다.
또한 안료 층의 일부가 부분적으로 적용된 패시브 층에 의해 불활성화 되어 있는 것이 가능하다, 특이적으로 마킹 작업 중에 기판과 접촉되어 있는 면에 가능하다. 이에 의해, 아웃셋(outset)으로부터도 특정 영역의 기판의 마킹을 차단하는 것은 가능하다. 패시브화는, 예를 들어, 요구된 마킹의 일련의 네거티브한 경태로 발생될 수 있어서, 마킹 그 자체는 지면의(areal) 방사에 의해 순차적으로 발생될 수 있다.
캐리어 시트 및/또는 접착제 코팅이 있는 또는 없는, 그리고 모든 추가 층을 가진 안료 층은 본 발명의 목적을 위해 모든 시트와 같은 구조의 형태로 존재할 수 있다, 상기 시트와 같은 구조는, 예를 들어, 2-차원적으로 연장된 필름 또는 필름 섹션, 연장된 길이 및 제한된 너비의 테이프, 테이프 섹션, 다이컷, 라벨 등이다. 또한 가능한 것은, Archimedean 스파이럴을 형성하도록 상대적으로 긴 안료 층의 와인딩이다, 이로부터 바람직한 길이의 섹션은 각 경우에 사용 목적에 따라 나뉜다.
안료 층에 있어서, ㎛ 정도의 크기의 해상도를 가지는 스크라이브된 마크를 얻는 것은 가능하다. 추가 바람직하게, 적용된 마킹은 간섭 홀로그램이다, 왜냐하면, 이 방법의 해상도 질은 빛 강화 및 빛 소멸을 위한 구조를 허락하기 때문이다. 대안적으로 상기 스크라이브된 마크는 또한 컴퓨터-생성된 홀로그램의 형태로 만들어질 수 있다. 홀로그램 구조의 계산 및 레이저 방사에 의한 이 구조의 적용을 통해, 컴퓨터 생성된 홀로그램은 아이덴터디 마킹(identity marking)이 개별화되도록하고, 이 아이덴터디 마킹은 이의 포맷 때문에, 위조가 어렵고 따라서 높은 수준의 위조 방지 보호가 가능하다. 더구나, 이 종류의 구조로 숨겨진 형태로 정보가 도입되는 것은 쉽다.
특별히, 표준 레이저, 더욱 특별하게 보편된 Nd YAG 고체-상태 레이저(1.06㎛ 파장)가 사용된 경우에, 수득된 스크라이브 마킹 및 아이덴터티 마팅은 크리스프(crisp)이고 높은 컨트라스트를 가진다.
추가 바람직한 것으로, 안료 층은 기판, 더욱 특별하게는 유리를 마킹하는 방법에서 사용될 수 있다, 상기 안료 층은 스크라이브될 기판과 직접 접촉하여 압착됨에 의해 얻어진다, 그리고 이 안료 층은 후속하여 높은 에너지 레이저 방사로 방사된다. 이 방사의 결과로서, 폴리머 매트릭스는 미분화된다, 자유 탄소는 형성되다, 그리고 마킹은 방사된 영역의 기판 상에 형성된다. 특히, 상기 기재된 안료 층에 의해 유리의 스크라이빙은 특히 이로운 것으로 증명되었다. 스크라이빙은 상대적으로 짧은 노출 시간으로 이루질 수 있다, 그리고 스크라이브된 마크는 유리에 영속적으로 결합된다. 더구나, 상기 스크라이빙은 또한 가시적 손상 없이 유리에 수행될 수 있다.
안료 층과 기판 사이의 직접 접촉은 사이 공간을 없애고, 이는 레이저 방사 중의 반응 공간의 확대를 가져온다. 이의 결과는 기판 상의 증착이 더 넓은 표면적으로 분배되는 것을 가능하게 하는 것이고, 그래서 얻어지는 스크라이브된 마킹의 등고(contour) 선명도(definition)를 줄이게 된다.
이 방법은 더욱 특별하게 투명 기판, 예를 들어 유리를 마킹하는데 적합하며, 왜냐하면 스크라이빙은 기판을 통해 발생될 수 있기 때문이다. 그래서 방사선은 이 기판을 투과하거나, 튜브와 같은 상응하는 구조의 경우에, 가능하게, 둘 또는 그 초과의 층의 기판을 투과하고, 기판에 있는 안료 층과 상호작용되며, 이의 결과로서, 상기 기재된 바와 같이, 마킹은 방사선 공급원과 떨어져 있는 기판의 일 면에 형성된다.
특히, 유리의 스크라이브된 마킹의 경우에, 본 발명의 안료 층의 모든 이점은 활용된다: 마킹은 극히 저항적인 방식으로 발생된다. 매우 우수한 스크라이빙 결과는 얻어진다. 더구나 생성된 퓸(fume)의 수준은 놀랍게도 낮다. 스크라이빙 공정 직후, 매우 높은 컨트라스트의 징조가 보인다. 고정되지 않은 잔여물은 아이덴터티 마킹 표면의 건식 또는 습식 와이핑에 의해 제거될 수 있다.
안료 층의 적용은 스크라이브될 표면의 세적에 바람직하게 앞선다. 추가로, 높은 에너지 레이저 방사선이 적용된 후에 및 따라서 마크 후에, 기판 표면이 세척되어 잔여물을 제거하고/거나 더 이상 필요하지 않은 안료 층이 제거되는 것이 이롭다. 본원에서, 안료 층이 후속적으로 스크라이브되거나 마크되어야 하는 표면의 영역에만 실질적으로 적용된다면 특히 이롭다.
다이오드-펌프된 고체 상태 레이저를 사용하는 것이 바람직하다, 상기 레이저의 펄스 기간은 40 내지 90ns이고/거나, 초기 출력은 20 와트이고/거나 스크라이빙 속도는 250mm/sec 내지 750mm/sec이며, 스크라이브된 마킹의 양(content)에 의존한다. 그러나, 진행중인 레이저 기술의 관점에서, 훨씬 더 짧은 펄스 길이는 생각될 수 있다, 특히 ps 또는 fs 범위의 펄스 기간 아래가 생각될 수 있다. 이 짧은 펄스 기간은 특히 짧은 노출 사이클의 관점에서 이롭다.
표적 기판이 유리라면, 투과법(transmission technique)은 가능한데, 왜냐하면, 사용된 1.064㎛의 파장이 유리에 투명하기 때문이다.
유리에 발생된 스크라이브된 마킹은 0.25㎛ 내지 3.0㎛의 높이를 가지며, 스크라이브된 마킹의 함량 및 매개변수에 의존한다. 온도 안정성은 50℃ 내지 1200℃의 범위이다. 그러나 낮은 온도 저항성 및 열 저항성은, 크게 더 높다. 마찰에 대한 기계적 저항성은 극해 높다(크로크미터(crockmeter) 테스트(to DIN EN 1096-2) > 1000스트로크).
스크라이브된 마킹은, 사용된 빔 퀄리티에 의존하여, 해상도의 높은 정확성을 보인다, 라인 너비는 70㎛ 내지 80㎛이다. 예를 들어, 가장자리 길이가 1.5mm×1.5mm이고 16 캐릭터의 양(content)을 가진, 기계-판독 가능한 2D 코드를 생성하는 것은 가능하다. 더구나, 로고, 픽토그램, 그림, 영숫자 기호(alphanumeric symbols), 특별한 기호, 및 픽셀 그래픽과 같은 식별 마킹의 모든 전형적 콘텐츠를 실현할 수 있다.
레이저 방법을 통한 구조적 컨텐츠의 높은 정확도 표현의 결과로서, 이 프로세스 마크는 표면 구조의 형태의 회절 컨트롤 마크로서, 편향(deflection) 구조의 형태의, 간섭 구조의 형태의, 기네그램(kinegram)의 형태 및/또는 이와 유사한, 컴퓨터 생성된 홀로그램 또는 간섭 홀로그램으로서, 적용될 수 있고, 특별한 판독 장치를 사용하여 광학적 활성 층으로서 판독될 수 있다. 더구나 이 마크는 보안 요소로서 제공될 수 있다.
레이저 작업을 통해, 극도로 정확한 방식으로 컨트롤 마크를 적용할 수 있다, 오차 ±0.1㎛, 및 높이 0.1 내지 5㎛.
상기 컨트롤 마크는 광학적 활성 층의 형태로 존재하기 때문에, 보통의 보는 조건에서는 보이지 않을 수 있다. 따라서, 일 성분에, 특이적 조명 조건 하에서 인식되거나 판독될 수 있는 프로세스 마크가 눈에 띄지 않게 제공될 수 있다.
그래서, 이 성분은 어떠한 디자인-방해 마크를 가지지 않는다.
이 이점은 약 상자에 컨트롤 마크로서 사용된 형광 마크의 이점과 비교될 수 있다.
그러나, 위치 마크 및 조절 마크가 매우 작은 포맷으로 사용될 수 있다면, 이의 결과로서 광학 탐지 시스템이 단지 열악하게 그리고 충분히 빠르지 않게 이들을 탐지한다면, 본 발명의 방법은 검색 마크를 설정하기 위해 사용될 수 있다. 이들은 더 큰 요소일 수 있거나 그외에 서치 그리드일 수 있다, 여기서 상기 위치 및 조절 마크는 상기 그리드의 가운데 지점에 위치된다. 여기서 서치 그리드는 위치 마크의 빠르고, 자동화된 찾기를 위해 사용되어, 마크 위치 찾기를 위한 서치 타임의 큰 감소를 가져오고 빠르고 자동화된 배열 프로세스를 수행한다.
본 발명은 또한, 마지막으로, 본 발명의 방법을 사용하여 마크된 유리 물품을 포함한다. 용어 "유리 물품"은 유리로 만들어진 모든 물품을 포함한다, 특히 시트, 용기 또는 튜브 및 일반적으로 볼록 또는 오목 곡률의 유리 표면으로 만들어진 물품을 포함한다.
본 발명의 방법은 많은 이점을 제공한다. 레이저를 사용하여, 프로세스 마크는 이의 위치의 관점에서 유연하게 생성될 수 있다, 높은 정확도를 가지며, 특정 성분에 대한 추가 데이터 컨텐츠를 가진다, 즉 위치 특징 뿐만 아니라, 프로ㅔㅅ스 마크는 추가 프로세싱에 대한 개별 정도를 위해 설정된 성분 특이적 데이터를 함유할 수 있다.
이 프로세스 마크는 기판에 보이지 않게 적용될 수 있고, 특별한 조명에 의해 판독될 수 있다.
이 방식으로 광학적 활성화 층은 보안 요소로서 작용된다.
아래에서, 예는 더욱 상세히 폴리머 층의 조성을 예시하고 있다, 이는 임의 제한적이지 않다.
기판 분획[phr]
EB 284 85.1
HDDA 5.0
DVE 3 9.9
카본 블랙 0.4
티타늄 디옥사이드 63.2
총계 163.6
EB 284: 지방족, 이가 폴리우레탄 아크릴레이트(제조자: Cytec)
HDDA: 헥산디올 디아크릴레이트(제조자: BASF)
DVE 3: 디비닐 에테르(제조자: ISP 또는 BASF)
카본 블랙: 56nm의 입자 크기를 가진 퍼니스 블랙, 표면적 45m2/g(제조자: Evonik, Printex 25)
TiO2: (제조자: Kronos, Kronos 2160)
조성물은 코팅되어서 100㎛의 두께를 가진 층을 제공한다. 30-50mm의 섹션은 펀칭에 의해 적용된 코트로부터 만들어진다.
폴리머 층은 프로세스 마크를 생산하도록 사용될 수 있다: 예를 들어, 이의 어셈블리 전에, 개별 기능부에, 의학 장치를 포함하는, 조절 마크 형태의 프로세스 마크 또는 조정 마크(calibrating marks)가 종종 제공되는데, 왜냐하면 이 장치의 특정 성분 또는 어셈블리에 대한 적당한 조정이 이의 생산 중에 필요하기 때문이다.
예를 들어, 혈압 측정 기구의 혈압계 단위는, 어셉블리 중 조정 스케일(calibrated scale)을 가진 유리 커버 성분을 개별 마킹함에 의해 조정될 수 있다. 더구나, 조절 마크는 유리를 위해 적용되어, 혈압계 하우징과 함께 중심된 어셈블리를 가능하게 한다. 이 조절 마크는 그래서, 상이한 혈압계 하우징이 사용된다면, 위치 찾기를 위해 설정된 데이터를 함유할 수 있다.
이 방법은 추가로 예를 들어, 유용한 방식으로 태양광 산업을 위해, 사용될 수 있다, 여기서, 프로세스 마크는, 모든 공정 단계를 통해 박막 필름 모듈을 위한 평평한 태양 커버 플레이트의 조정(alignment)을 위해 적용된다. 최대 정확성을 가진 프로세스 마크의 위치의 결정을 가능하도록 하기 위해, 프로세스 마크는 1D 또는 2D 코드의 형태로 기판에 적용될 수 있다.
조정 마크로서 스케일링을 위해 또는 디멘션닝(dimensioning)을 위해 제공되는, 이미 언급된 상기 조정 마크에 추가하여, 마크가, 상기 언급된 레이저 전달 시트 또는 폴리머 층을 사용하여, 포커싱(패스파인더(pathfinder), 타겟 파인더(target finder), 섹션 이미지 인디케이터(sectional image indicator), 프리즘 그리드(prism grid), 포커싱 에이드(focusing aid)) 또는 탐지(테스트 필드(test field), 어레이, 컷-투-사이즈 마크(cut-to-size marks))을 위해 적용되는 것은 또한 가능하다
마지막으로, 다수의 도면을 사용하여, 유리 물품 상에 프로세스 마크를 생산하는 방법은, 하나의 이로운 구체예에서 폴리머 층을 사용하여, 더욱 상세힌 예시되어 있다, 본 발명을 불필요하게 제한하려는 의도는 없다.
도 1은 레이저에 의해, 투과 기술에 의해, 그리고 안료 층을 사용하여, 유리 물품의 스크라이빙을 보여준다.
도 2는 레이저가 때리는 지점에서의, 안료 층의 폴리머 매트릭스의 미분화 및 후속된 증발 과정을 보여준다.
도 3은 티타늄 카바이드에 의해 유리 물품 상의 프로세스 마크의 형성을 보여준다.
도 1은, 투과법 및 안료층 3을 사용하여, 레이저 빔(2)을 발산하는 레이저에 의해, 유리 물품(1) 상에 프로세스 마크의 생산을 보여준다.
사용된 레이저는 Nd:YAG 레이저이다, 이는 1.064㎛의 파장을 가지며, 이는 유리 물품(1)에 투명하다. 그래서 레이저 빔(2)은 유리 물품(1)을 투과하고 안료층(3)을 때린다, 이는 유리 물품(1)과 직접 접촉해 있다. 안료 층(3)은 폴리머 매트릭스로 이뤄져 있고, 티타늄 디옥사이드(31) 및 카본 블랙(32)이 거이게 혼합에 의해 통합되어 있다.
도 2는, 레이저가 때리는 지점에서, 안료층(3)의 매트릭스의, 미분화 이전, 증발 과정을 보여준다. 안료 층(3) 상의 레이저 빛(2)의 때림은 레이저 빛(2)을 열로 전환시킨다, 이는 안료 층(3)의 표면 상에 작용된다. 폴리머 매트릭스는, 레이저 빛(2)의 흡수의 결과로서, 플라스마(33)(플라스마 클라우드로 불리기도 함)로 국소적으로 전환된다.
플라스마(33)의 형성 결과로서, 반응은 티타늄 디옥사이드(31)과 카본 블랙(32) 사이에 발생되어, 티타늄 카바이드(34)를 제공한다, 이는 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 유리 물품(1)의 표면 상에 증착되고 요구된 프로세스 마크를 형성한다.

Claims (18)

  1. 레이저를 사용하여, 제품, 더욱 특별하게는 유리에 내구성 프로세스 마크를 적용하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 레이저가, 하나 이상의 레이저-감수성 안료를 포함하는 부분적으로 또는 전체적으로 존재하는 안료 층을 가진 레이저 전달 시트에 레이저를 가함을 특징으로 하는, 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 레이저가, 하나 이상의 캐리어 층을 가지는 레이저 전달 시트에 레이저를 가함을 특징을 하는 방법으로서, 여기서, 상기 캐리어 층의 하부 면에 제 1 접착제 층이 부분적으로 또는 전체적으로 존재하며;
    제 1 접착제 층을 지닌 레이저 전달 시트의 캐리어 층의 면에 둘 이상의 안료 층(바람직하게, 일 층은 하나 이상의 유리 플럭스 안료를 포함하는, 제 1 안료 층이 부분적으로 또는 전체적으로 적용된 것이고, 다른 층은 하나 이상의 레이저-감수성 안료를 포함하는 제 2 안료 층이 부분적으로 또는 전체적으로 적용된 것이다)이 있는, 방법.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 레이저가, 하나 이상의 캐리어 층을 가지는 레이저 전달 시트에 레이저를 가함을 특징으로 하는 방법으로서, 여기서, 상기 캐리어 층의 하부 면에, 제 1 접착제 층이 부분적으로 또는 전체적으로 존재하며;
    제 1 접착제 층을 지닌 레이저 전달 시트의 캐리어 층의 면에, 부분적으로 또는 전체적으로 존재하는 레이저-감수성 안료를 포함하는 둘 이상의 안료 층이 있고, 상기 안료 층들의 레이저-감수성 안료의 농도는 상이한, 방법.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 레이저가, 하나 이상의 티타늄 도너 및 또한 레이저 방사 하에서 자유 탄소를 제공하는 탄소 도너를 포함하는, 레이저 방사에 대해 미분화(pulverization)로 주로 반응되는 폴리머 매트릭스에 기초한 안료 층에 레이저를 가함을 특징으로 하는 방법으로서, 상기 안료 층이, 접착제, 더욱 특별하게는 감압성 접착제로 부분적으로 또는 전체적으로 임의로 코팅되는, 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 폴리머 매트릭스가, 에너지 방사 하에서 용융되는 가소제로부터 자유롭게 및/또는 유리 프릿으로부터 자유롭게 형성됨을 특징으로 하는, 방법.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    티타늄 디옥사이드가 티타늄 도너로서 제공됨을 특징으로 하는, 방법.
  8. 제 5항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    카본 블랙 및/또는 폴리머 매트릭스가 탄소 도너로서 제공됨을 특징으로 함에 있어, 상기 자유 탄소가 카본 블랙의 방사에 의해 형성되고/거나 방사선 노출 하에서 분해, 증발, 산화, 탈중합 및/또는 열분해된 폴리머 매트릭스로부터 얻어지며,
    바람직하게는, 오직 카본 블랙 및/또는 폴리머 매트릭스가 탄소 도너로서 제공됨을 특징으로 하는, 방법.
  9. 제 5항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    에너지 방사에 의해 생성된 버닝(burning)에 의해 안료 층으로부터 제거된 미분화된 물질이 약 0.5㎛ 내지 약 2.0㎛의 수평균 입자 크기를 가짐을 특징으로 하는, 방법.
  10. 제 5항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안료 층이 부분적으로 적용된 부동화 층(passivating layer)의 결과로서 비활성화됨을 특징으로 하는 방법으로서, 상기 부동화가 마킹 작업 중, 기판과 접촉하고 있는 안료 층의 면에 이뤄진, 방법.
  11. 제 5항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안료 층이 스크라이브될 기판과 압착에 의해 직접 접촉되며,
    상기 안료 층이 레이저 방사선으로 방사되고, 이의 결과로서 폴리머 매트릭스가 미분화되고 자유 탄소가 형성되며, 상기 방사의 결과로서, 마킹이 기판 상에 형성됨을 특징으로 하는, 방법.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세스 마크가 유리 프릿이 배제되고/거나 에너지 방사 하에서 용융되는 플라스틱이 배제되어, 수행됨을 특징으로 하는, 방법.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    투명 기판, 더욱 특별하게는 유리가 마크되며, 상기 방사가 상기 기판을 통해 이뤄지고, 상기 마킹이 방사선 공급원으로부터 떨어져 있는 기판의 면에 형성됨을 특징으로 하는, 방법.
  14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세스 마크가, 컴퓨터-발생된 홀로그램 또는 간섭 홀로그램(interference hologram)과 같은, 표면 구조의 형태로, 편향 구조(deflection structures)의 형태로, 회절 구조의 형태로, 키네그램(kinegrams)의 형태로 및/또는 이와 유사한 형태로, 회절성 제어 마크(diffractive control mark)로서 적용되고, 특별한 판독 장치로 임의 활성 층으로서 판독될 수 있음을 특징으로 하는, 방법.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세스 마크가, 위치 특징에 추가하여, 추가 공정에 대한 개별 정보를 위해 설정된 성분-특이적 데이터를 포함함을 특징으로 하는, 방법.
  16. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마크가 ± 0.1㎛의 위치 정확도로 적용되고 0.1 내지 5㎛의 높이를 가짐을 특징으로 하는, 방법.
  17. 제 1 항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 따른 안료 층을 사용하여 마크된, 유리 물품, 더욱 특별하게는 시트, 용기 또는 튜브.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 유리 물품이 이의 표면에 티타늄 카바이드를 가짐을 특징으로 하는, 유리 물품.






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