WO1995015833A1 - Procede et dispositif de marquage en couleurs par laser - Google Patents

Description

明 細 書 着色レーザマーキング方法及びその装置

技 術 分 野

本発明は着色レーザマーキング方法及びその装置に係り、 特にワーク表面に異 なる色の絵柄を刻印するに好適な着色レーザマーキング方法及びその装置に関す る 背 景 技 術

従来、 この種の技術と しては、 日本特開昭 5 6年一 1 4 4 9 9 5号の合成物質 表面のマーキング法がある。 これは、 染料と珪素含有物無機化合物とを含む合成 物質の表面を、 又は珪素含有の染料を含む合成物質の表面を、 該表面上で測定し て少なく とも 1 0 0 0 k c m ² の強度のレーザビームで曝すことにより、 該 表面を白、 青、 紫、 赤等で彩色化する技術である。

ところで、 上記従来技術によれば、 白、 青、 紫、 赤等に彩色化できるとのこと であるが、 それ程明瞭でなく とも、 視認できる程度に着色できれば、 有用と考え る。 また、 従来のレーザマーキング装置を大幅に変更することなく、 かつ、 上記 従来技術のように染料を用いることもなく、 ワーク表面にマーキング着色できれ ば有用と考える。

発 明 の 開 示

本発明は、 かかる従来技術及び抱負に鑑みてなされたもので、 ワーク表面に異 なる色の絵柄を刻印するに好適な着色レーザマーキング方法及びその装置を提供 することを目的とする。

本発明に係る着色レーザマーキング方法は、 ワークが有機物と無機化合物とか らなる合成物質であり、 レーザ光照射の際、 ワークでの受光強度を変えることに より、 異なる色の絵柄を得ることを特徴とする。 この構成を発生色によりさ らに 限定すれば、 異なる色は、 視認上、 灰白色、 白色、 黄色及び黄褐色である。 かかる構成によれば、 ワークを有機物と無機化合物とからなる合成物質と した とき、 このワーク表面での受光強度を各種変更することにより、 絵柄が灰白色、 白色、 黄色又は黄褐色と視認できる程度に着色される。 しかしこの着色化につい ては、 未だ理論的に不明である。 また、 この着色を促す受光強度も、 ワークと し ての合成物質の材質差や、 レーザマ一キング装置の仕様差等によって異なるため 、 マ一キング装置全体構成から判断して決定している。

本発明に係る着色レーザマ一キング装置は、 上記着色レーザマーキング方法を 用いた例示装置である。 第 1 の着色レーザマーキング装置は、 レーザ光を照射さ れるワークが有機物と無機化合物とからなる合成物質であるとき、 制御器は、 レ 一ザ発振器、 レーザ発振器の Qスィ ッチ、 マスク及びラスタ走査用偏向器の駆動 モータ等でなるレーザ照射強度可変手段の内の少なく とも一つに対し、 レーザ照 射強度可変信号を出力してなることを特徵とする。 また、 マスクと しては、 透過 形液晶マスクを代表的に例示することができる。

かかる構成における受光強度変更手段は、 受光強度変更指令を発する制御器と 、 この制御器に電気的に接続されて前記指令に基づき制御されるレーザ照射強度 可変手段とで構成される。 つまり、 本構成では、 制御器によってレーザ照射強度 可変手段を適宜駆動させて、 自動的にワーク表面の絵柄を着色させる。

本発明に係る第 2の着色レーザマ一キング装置は、 ワークは有機物と無機化合 物とからなる合成物質であり、 光学系は、 偏向用、 集光用、 拡大用、 分割用、 光 減衰用又はモー ド変更用等となるレンズ、 プリズム又はミ ラー等の少なく とも一 つを備え、 前記レンズ、 プリズム又はミ ラー等光学系の内、 少なく とも一つの光 学系は、 絵柄の発生色が種々異なる程度にレーザ光をパワー分離又は反射散乱さ せる各種ォブショ ン部品によって交換可能なる構成であることを特徴とする。 ま た、 マスクと しては、 透過形液晶マスクを代表的に例示することができる。

かかる構成における受光強度変更手段は、 交換可能な光学系ォプショ ン部品で 構成される。 つまり、 本構成では、 光学系ォプショ ン部品を適宜交換してワーク 表面の絵柄を着色させる。 図面の簡単な説明

図 1 は本発明の実施例に係る着色レーザマーキング装置の全体模式構成図、 図 2 は本実施例に係る装置及び方法による実験成績を示す図表である。 発明を実施するための最良の形態

本発明に係る着色レーザマーキング方法及びその装置について、 好ま しい実施 例を添付図面に従って以下に詳述する。

図 1 に示すように、 本体例は、 ラスタ走査形レーザマ一キング装置である。 本 装置の大略構成は、 Qスィ ッチ付き Y A Gレーザ発振器 1 (以下、 レーザ発振器 1 という） 、 集光レンズ 2、 4、 5、 ラスタ走査用偏向器 3、 透過型液晶マスク 6、 最適ワーク領域照射用偏向器 7、 対物レンズ 8、 ワーク 1 0、 制御器 1 1、 外部端末器 1 2、 モータ 1 3駆動のワークフィ ーダ 1 4、 位置センサ 1 5等であ る。 本実施例でのワーク 1 0例は、 X線分析による成分と して、 二酸化シリ コン 及び三酸価アンチモン等の無機化合物を含んだエポキシ樹脂 （東芝ケミ カル社製 低応力エポキシ樹脂、 T— 3 0 0 ) である。

本装置を詳述する。 ラスタ走査用偏向器 3 は、 スキャ ンミ ラー 3 Yと、 ポリ ゴ ンミ ラー 3 Xとから構成され、 スキャ ンミ ラー 3 Yは、 モータ 3 1 により回動さ れて、 レーザ光 P 2を透過型液晶マスク 6上で Y方向へ偏向させる。 一方、 ポリ ゴンミ ラー 3 Xは、 モータ 3 2により定速回転されて、 レーザ光 P 4を透過型液 晶マスク 6上で X方向へ偏向させる。 また、 最適ワーク領域照射用偏向器 7 は、 スキャ ン ミ ラー 7 Xと、 移動台 7 Yとから構成される。 このスキャ ン ミ ラー 7 X は、 モータ 7 1 により微小角ずつ回動されて、 透過光 P 6をワーク 1 0の刻印領 域 9上で X方向へ偏向させ、 最適ワーク領域照射を確保している。 一方、 移動台 7 Yは、 モータ 7 2により移動されて、 透過光 P 8をワーク 1 0の刻印領域 9上 で Y方向へ偏向させ、 最適ワーク領域照射を確保している。 制御器 1 1 は、 通信線 S 1 によって透過型液晶マスク 6 と、 通信線 S 2によつ てモータ 3 2 と、 通信線 S 3によってレーザ発振器 1 と、 通信線 S 4によってモ 一夕 3 1 と、 通信線 S 5によってモー 7 1 と、 通信線 S 6によってモータ 7 2 と 、 通信線 S 7 1 によって位置センサ 1 5 と、 通信線 S 7 2によってモータ 1 3 と 、 通信線 S 8によって外部端末器 1 2 と、 それぞれ電気的に接続されている。 また、 制御器 1 1 は、 レーザ発振器 1のレーザ発生停止や出力光の強弱、 ラス 夕走査用偏向器 3のラスタ走査速度、 最適ワーク領域照射用偏向器 7の偏向動作 、 ワークフィ ーダ 1 4の移動や停止、 及び、 透過形液晶マスク 6での画像表示や 画像書換えに対し、 同期駆動制御すると共に、 外部端末器 1 2 との指令通信を司 つている。

かかる構成による作動について説明する。 レーザ発振器 1からのレーザ光 P 1 は、 集光レンズ 2で集光されてラスタ走査用偏向器 3へ照射され、 このラスタ走 査用偏向器 3から、 集光レンズ 5を経て、 透過型液晶マスク 6の表示画像面ヘラ スタ照射される。 この集光レンズ 5は、 透過型液晶マスク 6上の画像情報を含ん だ透過光 P 6を、 最適ワーク領域照射用偏向器 7へ集光させる。 この最適ワーク 領域照射用偏向器 7からのレーザ光 P 9は、 ワーク 1 0上の刻印領域 9内に照射 されて、 ワーク 1 0表面に、 前記画像の絵柄を刻印するようになっている。 刻印 が完了すると、 ワークフィ ーダ 1 4を駆動させ、 次のワーク 1 0を刻印位置まで 搬送する。 尚、 補足すれば、 本レーザマ一キング装置は、 絵柄全体を予め分割し 、 各分割絵柄がそれぞれ透過型液晶マスク 6に表示される。 この各分割画像が全 体画像となるように、 各分割画像のレーザ光 P 9を偏向しているのが、 最適ヮ一 ク領域照射用偏向器 7である。

このようなレーザマーキング装置本体において、 レーザ発振器 1 は、 制御器 1 1で Qスィ ッチ制御され、 これにより、 レーザ発生停止は元より、 レーザ光の光 強度や発振間隔の変更が可能となっている。 透過形液晶マスク 6 もまた、 制御器 1 1で印加電圧が制御され、 その透過率の変更が可能となっている。 さらに、 ラ スタ走査用偏向器 3 も、 制御器 1 1で走査速度が制御されている。 即ち、 いずれ も、 制御器 1 1からの指令により、 ワーク 1 0表面での受光強度を変更できる機 器である。 別言すれば、 制御器とこれら機器とにより、 ワーク 1 0表面での受光 強度を制御できるのである。 そして、 かかる制御は、 在来の制御器 1 1のプログ ラムの変更だけで達成できるのである。

ところで、 かかるワーク 1 0表面での受光強度の変更は、 上記制御器 1 1及び レーザ照射強度可変手段による自動化ばかりでなく、 手作業等によっても可能で ある。 つまり、 上記レーザマーキング装置でも、 集光レンズ 2、 4、 5及び対物 レンズ 8に関し、 それらの反射散乱率が種々異なるものをオプショ ン化しておい て、 これらを適宜交換しても達成できる。

また、 レーザマーキング装置は、 他の類似仕様のレーザマーキング装置が各種 存在するため、 上述の制御器及びレーザ照射強度可変手段 （レンズ等） に限定さ れないことは言うまでもない。 制御器による場合、 例えば、 レーザ発振器は、 上 記 Qスィ ッチ付き Y A Gレーザ発振器に限定するものではなく、 C W発振の Y A Gレーザ発振器でも可能である。 尚、 現状において、 他のレーザ発振器では、 場 積上、 制御上、 経済上等の理由から、 レーザマーキング装置用レーザ発振器と し て使用するのは不利と考えられる。 他方、 手作業による場合、 例えば、 単なる偏 向用、 拡大用、 分割用、 モー ド変更用等となるレンズ、 プリズム、 ミ ラー等を、 各種装着したレーザマーキング装置がある。 本発明は、 これら装置でも、 上記の ように、 単なる反射散乱だけでなく、 拡大、 分割又はモー ド変更等により、 ヮ一 ク表面における受光強度を変更できるのである。 つまり、 自動又は手動を問わず 、 更に、 これらを各種組み合わせることにより、 ワーク面での受光強度を、 適宜 変更可能な着色レーザマーキング装置とすることができる。

尚、 上記在来のレーザマーキング装置の本体に関し、 積極的に、 レーザ光源と ワークとの間に、 任意に光減衰器を配することもできる。 これにより、 ワークへ 照射されるレーザ光強度を、 調整して変色させることができる。 この光減衰器と しては、 擦ガラス、 ポーラライザとアナライザとの組み合わせ、 ポッケルスセル 等がある。 このポーラライザとアナライザとの組合せ使用の場合、 両素子の対向 角度の変更により、 レーザ光強度を変更できる。 またポッケルスセル使用の場合 、 外部から、 レーザ光強度の電気的制御が可能である。

本実施例に係る実験成績を示す図 2において、 この図表は、 自動及び単なる交 換 （手動を含む） を問わず、 各種受光強度変更手段をパラメータと して、 その各 値とそれらの組み合わせとによる、 ワーク表面の絵柄の発生色を表示している。 詳しく は、 制御器により変更制御されるレーザ照射強度可変手段を表すパラメ一 夕と して、 レーザ出力、 Qスィ ッチ周波数、 走査線本数、 透過形液晶マスクの透 過率及びポリ ゴンミ ラーの回転数を表記している。 他方、 手作業により制御され る受光強度変更手段のパラメータと して、 レンズ倍率及びビームモー ドを表記し ている。

上記各パラメータにおいて、 ワーク表面での受光強度が大き くなる時は、 レー ザ出力ならばその値が大きいとき、 Qスイ ツチ周波数ならばその値が小さいとき 、 透過率ならばその値が大きいとき、 ポリ ゴンミ ラーの回転数ならばその値が小 さいとき、 走査線本数ならばその値が多いとき、 レンズ倍率ならばその値が小さ いとき （同表の分母の値が大きいとき） 、 ビームモー ドならばシングルのときで ある。 捕足すれば、 各パラメータのそれぞれの値は、 次により得たものである。 即ち、 レーザ出力は、 制御器による励起ランプへの電流制御、 走査線本数は、 制 御器によるスキャ ンミ ラーの回動速度制御、 レンズ倍率は、 異なる倍率の対物レ ンズ交換、 による。 また、 ビームモー ドは、 本来の円形のビーム （シングル） を 、 偏光プリズムを光路上に挟むことにより、 縦形略ピーナッツ形状 （ツイ ン） ィ匕 させて得ている。 以上により、 発生色は、 視認的に、 白色と、 黄色とが得られた 。 詳しく は、 発生色は、 視認的に、 受光強度が大き く なるに従って、 黄褐色、 黄 色、 白色、 灰白色の順に変化する。

ところで、 上記受光強度を、 例えばワーク表面における単位時間及び単位面積 当たりのレーザ照射密度で示すことができれば、 実用上、 誠に便利である。 とこ ろが、 Qスィ ッチ付き Y A Gレーザ発振装置では、 パルス間隔を大き くすると、 尖頭値が極めて高く、 逆に、 尖頭値を小さ くすると、 パルス間隔が狭く、 共に実 測困難となる。 さらに、 上記図 2のパラメ一夕からも分かるように、 レーザマー キング装置の仕様差によって、 また当然ながら、 各ワークの材質差毎の発生色の 閾値の相違によって、 総てのワークに対し、 一律に発生色を特定できるようなレ —ザ照射密度の値を求めることは困難である。

従って実用上は、 レーザマーキング装置本体の仕様とワーク材質とが確定した 時に、 その都度、 例えば、 ワーク表面における単位時間及び単位面積当たりの Q スィ ッチパルス数密度や Qスィ ッチ周波数を、 受光強度と して、 発生色と対応さ せればよい。 この Qスィ ッチパルス数密度や Qスィ ッチ周波数は、 実験的に、 か つ、 経験的に決定できるものであり、 実用上有益である。

上記実施例では、 ワークが有機物と無機化合物との合成物質であるとき、 該ヮ —ク表面でのレーザ光受光部の受光強度を変えることにより、 異なる色の絵柄を 得ることができた。 しかも、 これには、 従来のレーザマーキング装置を大幅に変 更することなく、 かつ、 従来技術のように、 染料を用いることもなく、 確実に視 認できる着色となった。 更なる効果と して、 同一ワークを複数色又は色階調でマ —キング可能である、 ワーク切換時に色替えが可能である、 煤発生が伴い難いこ とがある。 産業上の利用可能性

本発明は、 従来のレーザマーキング方法及びその装置を大幅に変更することな く、 かつ、 染料を用いることなく、 確実に視認できる程度に着色できる着色レ一 ザマーキング方法及びその装置と して有用である。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . ワーク表面にレーザ光を照射して、 絵柄を刻印するレーザマーキング方法に おいて、 前記ワークは有機物と無機化合物とからなる合成物質であり、 前記レー ザ光照射の際、 前記ワークでの受光強度を変えることにより、 異なる色の絵柄を 得ることを特徴とする着色レーザマーキング方法。

2 . 前記異なる色は、 視認上、 灰白色、 白色、 黄色及び黄褐色であることを特徴 とする請求の範囲 1記載の着色レーザマーキング方法。

3 . レーザ発振器と、 前記レーザ発振器からのレーザ光が照射されるマスクと、 制御器とを備え、 前記制御器により、 前記マスクの透過光をワーク表面に照射し て、 前記ワーク表面に前記マスクの画像の絵柄を刻印するレーザマーキング装置 において、 前記ワークが有機物と無機化合物とからなる合成物質であるとき、 前 記制御器は、 前記レーザ発振器、 前記レーザ発振器の Qスィ ッチ、 前記マスク及 びラスタ走査用偏向器の駆動モータ等でなるレーザ照射強度可変手段の内の少な く と も一つに対し、 レーザ照射強度可変信号を出力してなることを特徴とする着 色レーザマーキング装置。

4 . レーザ発振器と、 前記レーザ発振器からのレーザ光が照射される光学系及び マスクとを備え、 前記光学系及び前記マスクの透過光をワーク表面に照射して、 前記ワーク表面に前記マスクの画像の絵柄を刻印するレーザマーキング装置にお いて、 前記ワークは有機物と無機化合物とからなる合成物質であり、 前記光学系 は、 偏向用、 集光用、 拡大用、 分割用、 光減衰用又はモー ド変更用等となるレン ズ、 プリズム又はミ ラー等の少なく とも一つを備え、 前記レンズ、 プリズム又は ミ ラ一等光学系の内、 少なく とも一つの光学系は、 絵柄の発生色が種々異なる程 度に前記レーザ光をパワー分離又は反射散乱させる各種ォプショ ン部品によって 交換可能なる構成であることを特徴とする着色レーザマーキング装置。

5 . 前記マスクは、 透過形液晶マスクであることを特徴とする請求の範囲 3又は 4のいずれかに記載の着色レーザマーキング装置。