JP6008726B2 - Colored sheet and marking processing method - Google Patents
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- Laser Beam Processing (AREA)
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Description
本発明は、着色シート及びマーキング加工方法に関するものである。 The present invention relates to a colored sheet and a marking processing method.
従来、構成部品などの製造過程において、部品の識別を確実に行うために、部品番号や製造年月日などが文字列、又は二次元コードとしてマーキングされている。
マーキングの方法は、マーキング対象となる部品の材質や形状に応じて適宜選択される。例えば、スタイラスを高速振動させながら、金属部品や各種製品等のワークに押し付けることにより、英数字やマークなどを刻印する方法や、熱可塑性樹脂部材からなる対象部品の表面に、染料含有層を形成し、この染料含有層を熱ペン等によって直接加熱することで、前記染料を活性化するとともに基材を軟化させ、基材の表面に染料を定着させる方法が知られている。
Conventionally, in the process of manufacturing component parts and the like, a part number, a manufacturing date, and the like are marked as a character string or a two-dimensional code in order to reliably identify the part.
The marking method is appropriately selected according to the material and shape of the part to be marked. For example, by pressing on a workpiece such as a metal part or various products while vibrating the stylus at high speed, a method that stamps alphanumeric characters or marks, or a dye-containing layer is formed on the surface of a target part made of thermoplastic resin. A method is known in which the dye-containing layer is directly heated with a thermal pen or the like to activate the dye and soften the substrate to fix the dye on the surface of the substrate.
その他にも、レーザー光線を用いるマーキング加工方法として、加工物表面にレーザー光線による損傷や加工を行う方法がある。レーザー光線を用いるマーキングは、高速なマーキングが可能であるため生産性は良いが、大型のレーザー発振器を使用し、高価なガルバノスキャナーや、X−Yステージを用いる必要があるため、装置が高価となっていた。 In addition, as a marking processing method using a laser beam, there is a method of performing damage or processing on a workpiece surface by a laser beam. Marking using a laser beam is good in productivity because high-speed marking is possible, but it is necessary to use a large laser oscillator and an expensive galvano scanner or an XY stage, which makes the apparatus expensive. It was.
そこで、装置の小型化と簡素化を実現するため、特許文献1には、赤外線吸収剤を含む液滴を、インクジェットヘッドを用いて熱可塑性樹脂部材の表面に所定のパターンを形成するように塗布し、塗布した赤外線吸収剤が樹脂の表面に定着するような照射条件で、レーザーヘッドから樹脂表面に赤外領域の波長のレーザー光線を照射し、赤外線吸収剤を樹脂表面に溶融定着させる方法が開示されている。
しかしながら、このマーキング加工方法は、書き込める色が単色で、多色カラー化できない点が大きな制約となっていた。
Therefore, in order to realize downsizing and simplification of the apparatus, Patent Document 1 discloses that a droplet containing an infrared absorber is applied so as to form a predetermined pattern on the surface of a thermoplastic resin member using an inkjet head. And a method of irradiating the resin surface with a laser beam having a wavelength in the infrared region from the laser head under irradiation conditions such that the applied infrared absorber is fixed on the surface of the resin, thereby melting and fixing the infrared absorber on the resin surface. Has been.
However, this marking method has a major limitation in that the color that can be written is a single color and cannot be multicolored.
特許文献2には、多色カラー化を可能にするレーザーカラーマーキングに関する技術として、熱可塑性樹脂部材の表面に色料含有層を形成し、この色料含有層に予め定めるマーキング形状に沿ってレーザー光線を照射して、前記レーザー光線を照射した部分の熱可塑性樹脂部材を軟化させ色料を定着させ、熱可塑性樹脂部材の表面にマーキング形状を発現させる方法が開示されている。
しかしながら、当該方法は、色料含有層を熱可塑性樹脂部材表面の前面に均一に塗布してから、所望形状にレーザー光線を照射するため、多色化するには、色料含有層を再形成する必要があり、生産性が悪いという問題があった。
In Patent Document 2, as a technique relating to laser color marking that enables multicolor coloring, a colorant-containing layer is formed on the surface of a thermoplastic resin member, and a laser beam is applied to the colorant-containing layer along a predetermined marking shape. Is applied to soften the portion of the thermoplastic resin member irradiated with the laser beam to fix the colorant, and to develop a marking shape on the surface of the thermoplastic resin member.
However, in this method, since the colorant-containing layer is uniformly applied to the front surface of the surface of the thermoplastic resin member and then irradiated with a laser beam in a desired shape, the colorant-containing layer is reformed in order to increase the number of colors. There was a problem that it was necessary and productivity was bad.
また、特許文献3には、捺染の分野において、熱可塑性合成繊維からなる布地に、分散染料をパッティングした後、CO2レーザーを照射して照射部分を発熱させ、乾燥と同時に分散染料を繊維内部に拡散染着する染色加工方法が開示されている。
しかしながら、CO2レーザー光線の波長は、いくつかの熱可塑性合成繊維に対して分光透過率が高い(即ち、吸収が小さい)ため、これらの熱可塑性合成繊維の場合、発熱させるためにはレーザー光線の出力を上げなければならず、エネルギー効率が悪いという問題があった。
Further, in Patent Document 3, in the field of textile printing, after disperse dye is put on a fabric made of thermoplastic synthetic fiber, the irradiated portion is heated by irradiating a CO 2 laser, and simultaneously with drying, the disperse dye is put inside the fiber. A dyeing method for diffusion dyeing is disclosed.
However, since the wavelength of the CO 2 laser beam has high spectral transmittance (that is, low absorption) for some thermoplastic synthetic fibers, the output of the laser beam in order to generate heat in these thermoplastic synthetic fibers. There was a problem that energy efficiency was bad.
特許文献4には、熱可塑性樹脂部材の表面部分に、フルカラーでインクをインクジェットによって塗布し、赤外領域で波長選択可能な量子カスケードレーザーの波長を熱可塑性樹脂部材の吸光度により選択し、選択された波長のレーザー光線により、熱可塑性樹脂部材の表面に塗布されたインクの塗布部をスキャン照射し、該熱可塑性樹脂部材の表面部分で生じる発熱により、前記インクを該熱可塑性樹脂部材の表面部分に拡散又は溶融固着させて定着させるマーキング加工方法が開示されている。
当該のマーキング加工方法によって、多色のマーキングが可能となる。また、使用するレーザー照射装置は、小出力の半導体レーザー(量子カスケードレーザー)を使用することができる。
In Patent Document 4, a full-color ink is applied to the surface portion of a thermoplastic resin member by inkjet, and the wavelength of a quantum cascade laser capable of wavelength selection in the infrared region is selected by the absorbance of the thermoplastic resin member. A laser beam having a different wavelength is used to scan and irradiate the applied portion of the ink applied to the surface of the thermoplastic resin member, and the ink is applied to the surface portion of the thermoplastic resin member by heat generated at the surface portion of the thermoplastic resin member. A marking method for fixing by diffusion or melting and fixing is disclosed.
With this marking processing method, multicolor marking can be performed. Moreover, the laser irradiation apparatus to be used can use a low-power semiconductor laser (quantum cascade laser).
しかしながら、特許文献4記載のマーキング加工方法によれば、使用するレーザー光線は、対象となる樹脂成型品の樹脂材料の種類に応じて波長を適宜変更する必要があり、対象となる樹脂材料を変更した場合においては、その都度対象材料に応じた最適な波長を選択し調整する必要があるため産業用として非効率であった。
また、熱可塑性樹脂部材表面へのインク塗布方法としてインクジェット方式を採用しているため、曲面への塗布に不向きであった。即ち、曲面へのレーザーマーキングを行うためには、曲面に追随する3次元動作可能なインクジェットヘッドが必要となり、装置が大型化し、高価になるという問題があった。
さらに、インクと着色対象となる樹脂成型品の馴染み性が悪い場合においては、インクが樹脂成型品の表面で拡散してしまい、明りょうなマーキングができないという問題があった。
However, according to the marking processing method described in Patent Document 4, it is necessary to change the wavelength of the laser beam used according to the type of the resin material of the target resin molded product, and the target resin material was changed. In some cases, it is inefficient for industrial use because it is necessary to select and adjust the optimum wavelength according to the target material each time.
In addition, since an ink jet method is employed as a method of applying ink to the surface of the thermoplastic resin member, it is not suitable for application to a curved surface. That is, in order to perform laser marking on a curved surface, an ink jet head capable of three-dimensional operation following the curved surface is required, and there is a problem that the apparatus becomes large and expensive.
Furthermore, when the compatibility between the ink and the resin molded product to be colored is poor, the ink diffuses on the surface of the resin molded product, and there is a problem that clear marking cannot be performed.
上述した課題を解決するために、本発明は、熱可塑性樹脂部材の表面に向けてレーザー光線を照射し、このレーザー光線の照射位置に対して染料を定着させるマーキング加工を行う際に用いられる着色シートであって、前記レーザー光線の照射により、前記レーザー光線の輻射エネルギーを吸収し発熱する発熱層と、前記熱可塑性樹脂部材の表面に定着させる染料を含む着色層とが積層された構造を有し、前記着色層側を前記熱可塑性樹脂部材の表面に接触させた状態で、前記発熱層側からのレーザー光線の照射により、前記発熱層で発生した熱によって前記着色層の染料を溶融させるとともに前記熱可塑性樹脂部材の表面を軟化させて、前記着色層の染料を前記熱可塑性樹脂部材の表面に定着可能とされたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention is a colored sheet used when performing a marking process for irradiating a laser beam toward the surface of a thermoplastic resin member and fixing a dye to the irradiation position of the laser beam. And having a structure in which a heating layer that absorbs radiation energy of the laser beam to generate heat upon irradiation with the laser beam and a colored layer containing a dye that is fixed on the surface of the thermoplastic resin member are laminated, and the coloring in a state where the layer side is brought into contact with the surface of the thermoplastic resin member, by irradiation of the laser beam from the heating layer side, the by heat generated in the heating layer is melted dye in the colored layer Rutotomoni the thermoplastic resin The surface of the member is softened so that the dye of the colored layer can be fixed on the surface of the thermoplastic resin member.
本発明は、前記着色シートであって、前記発熱層は、黒色を有することを特徴とする。
本発明は、前記着色シートであって、前記発熱層は、金属粒子又は酸化金属粒子を含有することを特徴とする。
本発明は、前記着色シートであって、前記着色層の膜厚が、30μm以下であることを特徴とする。
本発明は、前記着色シートであって、前記着色層の染料が、蛍光塗料であることを特徴とする。
The present invention is the colored sheet, wherein the heat generating layer has a black color.
The present invention is the colored sheet, wherein the heat generating layer contains metal particles or metal oxide particles.
The present invention is the colored sheet, wherein the thickness of the colored layer is 30 μm or less.
The present invention is the colored sheet, wherein the dye of the colored layer is a fluorescent paint.
また、本発明は、熱可塑性樹脂部材の表面に向けてレーザー光線を照射し、このレーザー光線の照射位置に対して染料を定着させるマーキング加工方法であって、前記レーザー光線の照射により発熱する発熱層と、前記熱可塑性樹脂部材の表面に定着させる染料を含む着色層とが積層された構造を有する着色シートを、前記着色層側を前記熱可塑性樹脂部材の表面に接触させた状態で配置する工程と、前記発熱層側から前記レーザー光線を照射し、前記発熱層で発生した熱により前記着色層の染料を溶融させるとともに前記熱可塑性樹脂部材の表面を軟化させて、前記着色層の染料を前記熱可塑性樹脂部材の表面に定着させる工程とを含み、前記レーザー光線が、前記レーザー光線の照射による前記発熱層の発熱により前記熱可塑性樹脂部材を軟化点まで加熱できる出力とされていることを特徴とする。 The present invention also toward the surface of the thermoplastic resin member is irradiated with laser beam, and a marking method to fix the dye, the heat generating layer which generates heat by the irradiation of the laser beam relative to the irradiation position of the laser beam, Arranging a colored sheet having a structure in which a colored layer containing a dye to be fixed to the surface of the thermoplastic resin member is laminated, in a state where the colored layer side is in contact with the surface of the thermoplastic resin member; the laser is irradiated from the heating layer side, said surface of the heat generated in the heating layer is melted dye in the colored layer Rutotomoni the thermoplastic resin member is softened, the thermoplastic dye of the colored layer look including a step of fixing the surface of the resin member, wherein the laser beam, the thermoplastic resin member by heat generation of the heat generating layer by irradiation of the laser beam Characterized in that it is an output that can be heated to the softening point.
本発明によれば、レーザー光線は発熱層において吸収され、熱エネルギーに変換されるため、対象となる熱可塑性樹脂部材材料の分光透過率(即ち、レーザー光線の吸収率)に依存することがない。したがって、対象熱可塑性樹脂部材の材料に応じて波長を適宜調整する必要がなく、装置を簡素化することができる。 According to the present invention, since the laser beam is absorbed in the heat generating layer and converted into thermal energy, the laser beam does not depend on the spectral transmittance (that is, the laser beam absorption rate) of the target thermoplastic resin member material. Therefore, it is not necessary to adjust the wavelength appropriately according to the material of the target thermoplastic resin member, and the apparatus can be simplified.
また、着色シートを対象の熱可塑性樹脂部材上に配置して、その上方よりレーザー光線を照射する構成を有することにより、着色シートが対象とるなる熱可塑性樹脂部材上に倣って配置可能であれば、曲面へのマーキングも可能となる。 Further, if the colored sheet is arranged on the target thermoplastic resin member and has a configuration in which the laser beam is irradiated from above, the colored sheet can be arranged following the target thermoplastic resin member. Marking on curved surfaces is also possible.
さらに、着色シートに着色層が構成されているため、対象となる熱可塑性樹脂部材が、染料と馴染み性が悪い場合であっても染料が拡散することはなく、明りょうなマーキングが可能となる。 Furthermore, since the colored layer is formed on the colored sheet, the target thermoplastic resin member does not diffuse even if the compatibility with the dye is poor, and clear marking is possible. .
加えて、発熱層が黒色を有する場合においては、レーザー照射を行うため、レーザー光線が可視光領域の波長を有する場合においても、当該レーザー光線と同色の染料を対象熱可塑性樹脂部材の表面部分に溶融固着することができる。 In addition, when the heat-generating layer has a black color, laser irradiation is performed, so even when the laser beam has a wavelength in the visible light region, the same color dye as the laser beam is melted and fixed to the surface portion of the target thermoplastic resin member. can do.
以下、本発明を適用した一実施形態である着色シートについて図面を用いて詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
Hereinafter, a colored sheet which is an embodiment to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.
In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, there are cases where the portions that become the features are enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components are not always the same as the actual ones. Absent.
<構成の概要>
図1は、本発明の一実施形態であるマーキング加工方法を示す。本実施形態のマーキング加工方法は、着色シート1をマーキング対象となる熱可塑性樹脂部材2の表面2aに配置し、レーザー照射装置4により、レーザー光線5を前記着色シート1の表面1aに集光照射することで、前記熱可塑性樹脂部材の表面2aにスポット領域Sに対応する位置の染料を定着させマーキングを行う。
<Outline of configuration>
FIG. 1 shows a marking processing method according to an embodiment of the present invention. In the marking processing method of this embodiment, the colored sheet 1 is arranged on the surface 2a of the thermoplastic resin member 2 to be marked, and the laser beam 5 is condensed and irradiated on the surface 1a of the colored sheet 1 by the laser irradiation device 4. Thus, marking is performed by fixing the dye at the position corresponding to the spot region S on the surface 2a of the thermoplastic resin member.
図2(a)〜(d)は、本発明の一実施形態である着色シート1を配置した熱可塑性樹脂部材2に、レーザー光線5を照射しマーキングを行う様子を示す断面模式図である。
着色シート1は、発熱層6と染料を含有する着色層7との少なくとも2層を有することで概略構成されている。また、発熱層6の一面であって、着色層7と反対側の表面6aに、透明のベースシート8を有する構成であっても良い。
なお、本明細書において、着色シート1の表面1aとは、発熱層6と着色層7の層構造のうち、発熱層6が構成される側の表面を意味し、ベースシート8を有する場合においては、ベースシート8の表面が着色シート1の表面1aであるとする。
2A to 2D are schematic cross-sectional views showing a state in which marking is performed by irradiating a laser beam 5 onto a thermoplastic resin member 2 on which a colored sheet 1 according to an embodiment of the present invention is arranged.
The colored sheet 1 is roughly configured by having at least two layers of a heat generating layer 6 and a colored layer 7 containing a dye. Moreover, the structure which has the transparent base sheet 8 in the one surface of the heat generating layer 6 and the surface 6a on the opposite side to the colored layer 7 may be sufficient.
In addition, in this specification, the surface 1a of the colored sheet 1 means the surface on the side where the heat generating layer 6 is formed in the layer structure of the heat generating layer 6 and the colored layer 7, and in the case where the base sheet 8 is provided. Suppose that the surface of the base sheet 8 is the surface 1a of the colored sheet 1.
図2(a)〜(d)に示すように、着色シート1は、着色層7を熱可塑性樹脂部材2側にして(発熱層6を上側として)、熱可塑性樹脂部材2の表面2aに配置されている。
レーザー光線5は、熱可塑性樹脂部材2の表面2aに配置された着色シート1の表面1a、即ちベースシート8の表面に照射される。ベースシート8は透明であるため、レーザー光線5を透過する。したがってレーザー光線5は、発熱層6の表面6aに照射されるとみなすことができる。
As shown in FIGS. 2A to 2D, the colored sheet 1 is disposed on the surface 2 a of the thermoplastic resin member 2 with the colored layer 7 facing the thermoplastic resin member 2 (with the heat generating layer 6 on the upper side). Has been.
The laser beam 5 is applied to the surface 1 a of the colored sheet 1 arranged on the surface 2 a of the thermoplastic resin member 2, that is, the surface of the base sheet 8. Since the base sheet 8 is transparent, it transmits the laser beam 5. Therefore, it can be considered that the laser beam 5 is applied to the surface 6 a of the heat generating layer 6.
図2(a)に示すように、レーザー光線5の輻射エネルギーの大部分は、発熱層6に吸収され、熱エネルギーに変換される。即ち、発熱層6の表面6aであって、レーザー光線5が照射されるスポット領域Sが発熱する。この時、スポット領域Sの中心部は、150℃〜300℃程度に加熱される。
発熱層6の表面6aにおける発熱は、発熱層6の内部に伝熱し、発熱層6の内部に伝熱領域6bを形成する。
As shown in FIG. 2A, most of the radiant energy of the laser beam 5 is absorbed by the heat generating layer 6 and converted into heat energy. That is, the spot region S irradiated with the laser beam 5 on the surface 6a of the heat generating layer 6 generates heat. At this time, the central portion of the spot region S is heated to about 150 ° C. to 300 ° C.
Heat generated on the surface 6 a of the heat generating layer 6 is transferred to the inside of the heat generating layer 6, and a heat transfer region 6 b is formed inside the heat generating layer 6.
図2(b)に示すように、発熱層6の伝熱領域6bは、レーザー光線5の照射時間に応じて広がり、やがて発熱層6と着色層7の境界面7aに達する。発熱層6の熱は着色層7に伝わり、着色層7が加熱され、着色層7の内部に伝熱領域7bを形成する。伝熱領域7bでは、120℃以上となると、含有する染料が活性化する。 As shown in FIG. 2B, the heat transfer region 6 b of the heat generating layer 6 expands according to the irradiation time of the laser beam 5 and eventually reaches the boundary surface 7 a between the heat generating layer 6 and the colored layer 7. The heat of the heat generating layer 6 is transferred to the colored layer 7, and the colored layer 7 is heated to form a heat transfer region 7 b inside the colored layer 7. In the heat transfer region 7b, the contained dye is activated when the temperature is 120 ° C. or higher.
図2(c)、(d)に示すように、着色層7の伝熱領域7bは、レーザー光線5の照射時間に応じて広がり、やがて熱可塑性樹脂部材2の表面2aに達する。着色層7の熱は熱可塑性樹脂部材2に伝わり、熱可塑性樹脂部材2が加熱され、熱可塑性樹脂部材2の内部に伝熱領域2bが形成される。
熱可塑性樹脂部材2内部の伝熱領域2bでは、熱により温度上昇が起こり熱可塑性樹脂の軟化点に達し、熱可塑性樹脂部材2が軟化する。これにより、熱可塑性樹脂の分子格子が開き、開いた部分に前記着色層7の活性化した染料が浸入し、その後にレーザー光線5の照射を停止すると、熱可塑性樹脂部材2が冷え、分子格子2cが閉じ、染料が定着する。
As shown in FIGS. 2C and 2D, the heat transfer region 7 b of the colored layer 7 expands according to the irradiation time of the laser beam 5 and eventually reaches the surface 2 a of the thermoplastic resin member 2. The heat of the colored layer 7 is transmitted to the thermoplastic resin member 2, the thermoplastic resin member 2 is heated, and a heat transfer region 2 b is formed inside the thermoplastic resin member 2.
In the heat transfer region 2b inside the thermoplastic resin member 2, the temperature rises due to heat, reaches the softening point of the thermoplastic resin, and the thermoplastic resin member 2 softens. As a result, the molecular lattice of the thermoplastic resin is opened, the activated dye of the colored layer 7 enters the open portion, and then the irradiation of the laser beam 5 is stopped, the thermoplastic resin member 2 is cooled, and the molecular lattice 2c. Closes and the dye is fixed.
熱可塑性樹脂部材2の伝熱領域2bの挙動について、図3(a)、(b)を基に説明する。図3(a)は加熱前の熱可塑性樹脂部材2の分子格子2cの様子を模式的に示した図である。また、図3(b)は加熱中の熱可塑性樹脂部材2の分子格子2cの様子を模式的に示した図である。
図3(a)に示すように、分子格子2cは、規則的に整った格子構造を有する。熱可塑性樹脂部材2の分子格子2cは、前記着色層7に含有する染料の分子サイズより小さく形成されており、染料が1〜2分程度で熱可塑性樹脂部材2の内部に入り込むことはない。
The behavior of the heat transfer region 2b of the thermoplastic resin member 2 will be described based on FIGS. 3 (a) and 3 (b). FIG. 3A is a diagram schematically showing the state of the molecular lattice 2c of the thermoplastic resin member 2 before heating. FIG. 3B is a diagram schematically showing the state of the molecular lattice 2c of the thermoplastic resin member 2 being heated.
As shown in FIG. 3A, the molecular lattice 2c has a regularly arranged lattice structure. The molecular lattice 2c of the thermoplastic resin member 2 is formed smaller than the molecular size of the dye contained in the colored layer 7, and the dye does not enter the thermoplastic resin member 2 in about 1 to 2 minutes.
一方、図3(b)に示すように、加熱中の分子格子2cは、分子活動が活発になり、その格子サイズが、局所的に前記着色層7に含有する染料の分子サイズより大きくなる。これにより染料が浸入することが可能となる。
この後に、レーザー光線5の照射を停止すると、熱可塑性樹脂部材2が冷え、分子格子2cが閉じる。即ち、図3(a)に示す状態になるため、染料が定着する。
On the other hand, as shown in FIG. 3 (b), the molecular lattice 2c being heated has active molecular activity, and its lattice size is locally larger than the molecular size of the dye contained in the colored layer 7 locally. This allows the dye to enter.
Thereafter, when the irradiation of the laser beam 5 is stopped, the thermoplastic resin member 2 is cooled and the molecular lattice 2c is closed. That is, since the state shown in FIG. 3A is obtained, the dye is fixed.
<構成要素>
以下に、本発明の実施形態に係る構成要素に関して、必要に応じて図を参照し詳細に説明する。
(熱可塑性樹脂部材)
本発明に係るレーザーマーキングを施す対象物である熱可塑性樹脂部材2は、加熱によって軟化する熱可塑性樹脂からなる成型品である。熱可塑性樹脂であれば、汎用プラスチック、準汎用プラスチックの他、エンジニアリングプラスチックも使用することができる。
例えば、ポリエチレン(以下PE)、ポリプロピレン(以下PP)、ポリメタクリル酸メチル樹脂(以下PMMA)が例示されるが、他にも、ポリメチルペンテン、ポリブテン、結晶性ポリブタジエン、ポリスチレン、ポリブタジエン、ポリテトラフルオロエチレン(以下PFE)、スチレンブタジエン樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニリデン、エチレン酢酸ビニル共重合体(EVA、AS、ABS、アイオノマー、AAS、ACS)、ポリメチルメタクリレート、ポリアセタール(ポリオキシメチレン)、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアリレート(Uポリマー)、ポリスチレン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリオキシベンゾイル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、液晶ポリエステル、酢酸セルロース、酪酸セルロース、セロファン、セルロイド、熱可塑性エラストマーを使用することができる。
また、これらの樹脂において、無色透明の物であってもよく、また、いかなる色の物であっても良い。
<Components>
Hereinafter, constituent elements according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as necessary.
(Thermoplastic resin member)
The thermoplastic resin member 2 that is an object to be subjected to laser marking according to the present invention is a molded product made of a thermoplastic resin that is softened by heating. If it is a thermoplastic resin, engineering plastics can be used in addition to general-purpose plastics and semi-general-purpose plastics.
For example, polyethylene (hereinafter referred to as PE), polypropylene (hereinafter referred to as PP), and polymethyl methacrylate resin (hereinafter referred to as PMMA) are exemplified. In addition, polymethylpentene, polybutene, crystalline polybutadiene, polystyrene, polybutadiene, and polytetrafluoro Ethylene (hereinafter PFE), styrene butadiene resin, polyvinyl chloride, polyvinyl acetate, polyvinylidene chloride, ethylene vinyl acetate copolymer (EVA, AS, ABS, ionomer, AAS, ACS), polymethyl methacrylate, polyacetal (polyoxy) Methylene), polyamide, polycarbonate, polyphenylene ether, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyarylate (U polymer), polystyrene, polyethersulfone, polyimide, polyester Amide-imide, polyphenylene sulfide, polyoxybenzoyl, polyether ether ketone, polyetherimide, liquid crystal polyester, cellulose acetate, cellulose butyrate, cellophane, can be used celluloid, a thermoplastic elastomer.
In addition, these resins may be colorless and transparent or any color.
(着色シート)
図2(a)〜(d)に示す様に、着色シート1は、少なくとも発熱層6と着色層7とを有する。また、着色シート1の製造方法として、透明のベースシート8の上に、発熱層6、着色層7を順次形成する製造方法を採用する場合においては、ベースシート8を有していても良い。
(Colored sheet)
As shown in FIGS. 2A to 2D, the colored sheet 1 has at least a heat generating layer 6 and a colored layer 7. Further, in the case of adopting a manufacturing method in which the heat generating layer 6 and the colored layer 7 are sequentially formed on the transparent base sheet 8 as the manufacturing method of the colored sheet 1, the base sheet 8 may be provided.
(着色層)
着色層7の構成に関して、図2(a)〜(d)を基に詳しく説明する。
着色層7の膜厚は、5μm以上30μm以下であることが好ましい。
着色層7の膜厚を5μm以下に薄くすることは、製造工程上困難であるばかりではなく、着色層7の染料の量が不足し、熱可塑性樹脂部材2へ明りょうに着色されない虞がある。
また、着色層7の膜厚を30μm以上とすると、発熱層6で発生し、着色層7に伝わる熱エネルギーが、熱可塑性樹脂部材2に伝わる伝熱過程において、熱可塑性樹脂部材2に至るまでに熱エネルギーが拡散し、熱可塑性樹脂部材2への伝熱効率が悪くなる。即ち、レーザー光線5の照射時間が長くする必要が生じエネルギー効率が悪くなる。さらに、レーザー光線5の照射時間が長くなることで、発熱層6の伝熱領域6b及び着色層7の伝熱領域7bが大きく形成されることとなる。したがって、着色層7との境界面7aへの伝熱も広範囲でなされることとなり、さらに、熱可塑性樹脂部材2の表面2aへの伝熱も広範囲でなされる。これにより、レーザー光線5のスポット径に対して、マーキング範囲が広がってしまい、マーキングが不明りょうとなる。
しかしながら、例えばレーザー出力が150mW以上である場合においては、レーザー光線5の照射時間を短くすることが可能であるため、着色層7の膜厚が30μm以上であっても、明りょうなマーキングが可能となる。
(Colored layer)
The configuration of the colored layer 7 will be described in detail with reference to FIGS.
The thickness of the colored layer 7 is preferably 5 μm or more and 30 μm or less.
It is not only difficult in the manufacturing process to reduce the thickness of the colored layer 7 to 5 μm or less, but the amount of the dye in the colored layer 7 is insufficient, and the thermoplastic resin member 2 may not be clearly colored. .
Further, when the thickness of the colored layer 7 is 30 μm or more, the heat energy generated in the heat generating layer 6 and transmitted to the colored layer 7 reaches the thermoplastic resin member 2 in the heat transfer process transmitted to the thermoplastic resin member 2. The heat energy is diffused into the thermoplastic resin member 2 and the heat transfer efficiency to the thermoplastic resin member 2 is deteriorated. That is, it is necessary to lengthen the irradiation time of the laser beam 5 and the energy efficiency is deteriorated. Furthermore, since the irradiation time of the laser beam 5 becomes longer, the heat transfer region 6b of the heat generating layer 6 and the heat transfer region 7b of the colored layer 7 are formed larger. Therefore, heat transfer to the boundary surface 7a with the colored layer 7 is also performed in a wide range, and furthermore, heat transfer to the surface 2a of the thermoplastic resin member 2 is also performed in a wide range. Thereby, the marking range is widened with respect to the spot diameter of the laser beam 5, and the marking becomes unclear.
However, for example, when the laser output is 150 mW or more, the irradiation time of the laser beam 5 can be shortened, so that clear marking is possible even if the thickness of the colored layer 7 is 30 μm or more. Become.
着色層7において、染料はバインダによって結合されている。バインダは、一例として、ポリビニルアルコール樹脂(以下PVA)又は、PVAとグリセリンの混合物を用いる事ができる。
バインダは、その他にも、塩化ビニル系共重合体、ポリウレタン系樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリロニトリル− ブタジエン系共重合体、ポリアミド系樹脂、ポリビニルブチラール系樹脂、ニトロセルロース、スチレンブタジエン系共重合体、アセタール樹脂、エポキシ系樹脂、フェノキシ系樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ポリブタジエンエラストマー、合成ゴム系樹脂等の熱可塑性樹脂、縮重合するフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン硬化型樹脂、尿素樹脂、ブチラール樹脂、ポリマール樹脂、メラニン樹脂、アルキッド樹脂、シリコーン樹脂、アクリル系反応樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ− ポリアミド樹脂、飽和ポリエステル樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂等の熱硬化性樹脂、放射線硬化性樹脂やこれらの混合物を使用することができる。
これら中でも、熱伝導率の高いものを用いる事が好ましい。
In the colored layer 7, the dye is bound by a binder. As an example of the binder, a polyvinyl alcohol resin (hereinafter referred to as PVA) or a mixture of PVA and glycerin can be used.
Other binders include vinyl chloride copolymers, polyurethane resins, acrylic resins, polyester resins, acrylonitrile-butadiene copolymers, polyamide resins, polyvinyl butyral resins, nitrocellulose, styrene butadiene copolymers. Coalescence, acetal resin, epoxy resin, phenoxy resin, polyether resin, polyimide resin, phenolic resin, polybutadiene elastomer, synthetic rubber resin, and other thermoplastic resins, polycondensation phenol resin, epoxy resin, polyurethane curable resin, Thermosetting of urea resin, butyral resin, polymeric resin, melanin resin, alkyd resin, silicone resin, acrylic reaction resin, polyamide resin, epoxy-polyamide resin, saturated polyester resin, urea formaldehyde resin, etc. Resin, a radiation curable resin or mixtures thereof may be used.
Among these, it is preferable to use one having high thermal conductivity.
着色層7が含有する染料の色は、いかなる色であっても良い。染料として、例えば、株式会社田中直染料店のポリロン(商品名)の各色、紀和化学株式会社のKIWALON POLYESTER MAX−SL(商品名)のBLACK、BLUEを使用する事ができる。 The color of the dye contained in the colored layer 7 may be any color. As the dye, for example, each color of Polylon (trade name) of Tanaka Nao Dye Store, Inc., BLACK, BLUE of KIWALON POLYESTER MAX-SL (trade name) of Kiwa Chemical Co., Ltd. can be used.
また、染料として蛍光染料を用いても良い。蛍光染料を着色層7の染料として使用することで、対象となる熱可塑性樹脂部材に施されたマーキングは、可視光下では視認できないが、紫外線ライトを照射することにより、蛍光染料が蛍光を放ち視認が可能となる。
したがって、紫外線ライトを照射することにより製造担当者のみが認知可能なマーキングとして使用することができ、例えば、シリアルナンバーや、二次元コードを、製品の意匠を損なうことなくマーキングすることが可能となる。
また、偽造防止を目的として使用することもできる。
加えて、蛍光染料は、紫外線ライトの照射により、自らが発光するため、染料の熱可塑性樹脂部材2への溶融固着が微量であっても、十分なコントラストを得ることができるため、認識性が高く、係る点においても有用である。
Further, a fluorescent dye may be used as the dye. By using the fluorescent dye as the dye of the colored layer 7, the marking applied to the target thermoplastic resin member is not visible under visible light, but the fluorescent dye emits fluorescence when irradiated with ultraviolet light. Visual recognition is possible.
Therefore, it can be used as a marking that can be recognized only by a person in charge of manufacturing by irradiating an ultraviolet light. For example, a serial number or a two-dimensional code can be marked without impairing the design of the product. .
It can also be used for the purpose of preventing forgery.
In addition, since the fluorescent dye itself emits light when irradiated with ultraviolet light, sufficient contrast can be obtained even if the dye is melted and fixed to the thermoplastic resin member 2 in a very small amount. It is expensive and useful in this respect.
染料は、バインダとの質量比で1:1〜2:1程度の比率で含有することが好ましい。染料の質量比率が、バインダの質量に対して2倍を超えると着色層7における熱可塑性樹脂部材2との接触面の滑らかさが失われ、熱可塑性樹脂部材2との密着性が悪くなる。これによって、着色層7から熱可塑性樹脂部材2への伝熱効率が低下し、マーキング加工の加工性が悪化する虞がある。また、染料の質量比率が、バインダの質量より低くすると、染料の不足によって、十分なコントラストのマーキングを行うことができない。したがって、染料とバインダの質量比は、上述の範囲が好ましい。 The dye is preferably contained in a mass ratio with the binder of about 1: 1 to 2: 1. When the mass ratio of the dye exceeds twice the mass of the binder, the smoothness of the contact surface with the thermoplastic resin member 2 in the colored layer 7 is lost, and the adhesion with the thermoplastic resin member 2 is deteriorated. Thereby, the heat transfer efficiency from the colored layer 7 to the thermoplastic resin member 2 is lowered, and the processability of the marking process may be deteriorated. If the mass ratio of the dye is lower than the mass of the binder, marking with sufficient contrast cannot be performed due to the lack of the dye. Therefore, the above-mentioned range is preferable for the mass ratio of the dye to the binder.
(発熱層)
発熱層6の構成に関して、図2(a)〜(d)を基に詳しく説明する。
発熱層6は、レーザー照射装置4によるレーザー光線5の輻射エネルギーを吸収することができる色素成分を、PVA等のバインダで結合した構成を有する。したがって、レーザー照射装置4により照射されたレーザー光線5を吸収し、レーザー光線5の輻射エネルギーを、高効率で熱エネルギーに変換することが可能となる。
例えば、レーザー照射装置4として、赤色領域波長のレーザー(赤色レーザー)を照射する半導体レーザー装置を用いる場合は、発熱層6が青色又は緑色等であることにより、赤色レーザーの光エネルギーを効率良く熱エネルギーに変換することができる。
(Heat generation layer)
The configuration of the heat generating layer 6 will be described in detail with reference to FIGS.
The heat generating layer 6 has a configuration in which a pigment component capable of absorbing the radiation energy of the laser beam 5 from the laser irradiation device 4 is bonded with a binder such as PVA. Therefore, it becomes possible to absorb the laser beam 5 irradiated by the laser irradiation device 4 and convert the radiant energy of the laser beam 5 into heat energy with high efficiency.
For example, when a semiconductor laser device that irradiates a laser having a red wavelength region (red laser) is used as the laser irradiation device 4, the heat generation layer 6 is blue or green, so that the light energy of the red laser is efficiently heated. Can be converted into energy.
発熱層6の膜厚は、4μm以上30μm以下であることが好ましい。
発熱層6の膜厚を4μm以下に薄くすることは、製造工程上困難であり、膜厚にムラが出てしまい、即ち熱可塑性樹脂部材2への着色にもムラがでてしまう虞がある。
発熱層6の膜厚を厚くすると、発熱層6で発生した熱エネルギーの伝熱過程において、着色層7に至るまでに熱エネルギーが拡散し、着色層7への伝熱効率が悪くなる。即ち、レーザー光線5の照射時間を長くする必要が生じエネルギー効率が悪くなる。
また、レーザー光線5の照射時間が長くなることで、発熱層6の伝熱領域6bが大きく形成されることとなる。したがって、着色層7との境界面7aへの伝熱も広範囲でなされることとなり、さらに、熱可塑性樹脂部材2の表面2aへの伝熱も広範囲でなされる。これにより、レーザー光線5のスポット径に対して、マーキング範囲が広がってしまい、マーキングが不明りょうとなる。
しかしながら、例えばレーザー出力が150mW以上である場合においては、レーザー光線5の照射時間を短くすることが可能であるため、発熱層6の膜厚が30μm以上であっても、明りょうなマーキングが可能となる。
The film thickness of the heat generating layer 6 is preferably 4 μm or more and 30 μm or less.
It is difficult in the manufacturing process to reduce the thickness of the heat generating layer 6 to 4 μm or less, and the film thickness may be uneven, that is, the thermoplastic resin member 2 may be unevenly colored. .
When the thickness of the heat generating layer 6 is increased, in the heat transfer process of the heat energy generated in the heat generating layer 6, the heat energy is diffused to reach the colored layer 7 and the heat transfer efficiency to the colored layer 7 is deteriorated. That is, it is necessary to lengthen the irradiation time of the laser beam 5 and the energy efficiency is deteriorated.
Moreover, the heat transfer area | region 6b of the heat generating layer 6 will be largely formed because the irradiation time of the laser beam 5 becomes long. Therefore, heat transfer to the boundary surface 7a with the colored layer 7 is also performed in a wide range, and furthermore, heat transfer to the surface 2a of the thermoplastic resin member 2 is also performed in a wide range. Thereby, the marking range is widened with respect to the spot diameter of the laser beam 5, and the marking becomes unclear.
However, for example, when the laser output is 150 mW or more, the irradiation time of the laser beam 5 can be shortened, so that clear marking is possible even if the thickness of the heat generating layer 6 is 30 μm or more. Become.
また、発熱層6の色素成分の種類及び含有量によっては、膜厚を30μm以下とした場合、発熱層6の色の濃さが不十分となり、レーザー光線5の輻射エネルギーを十分に吸収することができない場合がある。この場合には、膜厚を厚くすることで、レーザー光線5の輻射エネルギーを十分に吸収することが可能となり明りょうなマーキングが可能となる。一例として、色素成分に四三酸化鉄(Fe3O4)を用いた場合、発熱層6の膜厚を150μm程度とすることができる。 Further, depending on the type and content of the dye component of the heat generating layer 6, when the film thickness is 30 μm or less, the color density of the heat generating layer 6 becomes insufficient and the radiation energy of the laser beam 5 can be sufficiently absorbed. There are cases where it is impossible In this case, by increasing the film thickness, the radiation energy of the laser beam 5 can be sufficiently absorbed, and clear marking becomes possible. As an example, when triiron tetroxide (Fe 3 O 4 ) is used as the pigment component, the thickness of the heat generating layer 6 can be about 150 μm.
また、発熱層6が黒色である場合においては、黒色は、可視領域の波長の光を吸収するため、レーザー光線5の波長がいかなる可視の領域であっても、発熱層6は、レーザー光線5の輻射エネルギーを高効率で吸収し発熱する。したがって、レーザー照射装置4のレーザー光線5の波長(即ち色)に依存せず、いかなる可視波長領域のレーザーであっても、レーザー光線5の光エネルギーを効率良く熱エネルギーに変換することができる。 When the heat generating layer 6 is black, black absorbs light having a wavelength in the visible region. Therefore, the heat generating layer 6 radiates the laser beam 5 regardless of the visible region of the wavelength of the laser beam 5. Absorbs energy with high efficiency and generates heat. Therefore, regardless of the wavelength (ie, color) of the laser beam 5 of the laser irradiation device 4, the light energy of the laser beam 5 can be efficiently converted into thermal energy, regardless of the laser in any visible wavelength region.
発熱層6の色素成分は、染料、顔料であっても、金属粒子又は酸化金属粒子であっても良い。
特に発熱層6が黒色を有する場合においては、黒色染料を用いる事ができ、例えば、株式会社田中直染料店のポリロン(商品名)の黒、紀和化学株式会社のKIWALON POLYESTER MAX−SL(商品名)のBLACKを使用する事ができる。
The pigment component of the heat generating layer 6 may be a dye, a pigment, or metal particles or metal oxide particles.
In particular, when the heat generating layer 6 has a black color, a black dye can be used. For example, black of Polylon (trade name) of Tanaka Naoten Co., Ltd., KIWALON POLYESTER MAX-SL of Kiwa Chemical Co., Ltd. (trade name) ) BLACK can be used.
また、発熱層6に染料又は顔料を用いて、なおかつ当該染料が着色層7の染料と同色の物を用いる場合においては、発熱層6を有さず、着色層7のみの構成とすることができる。即ち、着色層7が発熱層6の役割を果たすこととなり、着色層7は、レーザー光線5の輻射エネルギーを高効率で吸収し発熱する。 In the case where a dye or pigment is used for the heat generating layer 6 and the dye has the same color as the dye of the colored layer 7, the heat generating layer 6 is not provided and only the colored layer 7 is configured. it can. That is, the colored layer 7 serves as the heat generating layer 6, and the colored layer 7 absorbs the radiation energy of the laser beam 5 with high efficiency and generates heat.
発熱層6の色素成分として、金属粒子又は酸化金属粒子を含有させることで、発熱層6の熱伝導率が向上し、より好ましい。発熱層6の熱伝導率が向上すると、発熱層6で発生した熱エネルギーが、効率よく着色層7へ伝熱する。即ち、レーザー光線5の照射時間が短くなり、エネルギー効率が向上する。
また、レーザー光線5の照射時間が短くなることで、発熱層6の伝熱領域6bを小さくすることができる。したがって、着色層7との境界面7aへの伝熱も狭範囲でなされることとなり、さらに、熱可塑性樹脂部材2の表面2aへの伝熱も狭範囲でなされる。これにより、レーザー光線5のスポット径に対して、マーキング範囲が広がることがなく、マーキングを明りょうなものとすることができる。
By including metal particles or metal oxide particles as the dye component of the heat generating layer 6, the heat conductivity of the heat generating layer 6 is improved, which is more preferable. When the thermal conductivity of the heat generating layer 6 is improved, the heat energy generated in the heat generating layer 6 is efficiently transferred to the colored layer 7. That is, the irradiation time of the laser beam 5 is shortened and energy efficiency is improved.
Moreover, the heat transfer area | region 6b of the heat generating layer 6 can be made small because the irradiation time of the laser beam 5 becomes short. Therefore, heat transfer to the boundary surface 7a with the colored layer 7 is also performed in a narrow range, and further, heat transfer to the surface 2a of the thermoplastic resin member 2 is also performed in a narrow range. Thereby, the marking range does not expand with respect to the spot diameter of the laser beam 5, and the marking can be made clear.
さらに、色素成分として、黒色の酸化金属粒子を使用した場合においては、レーザー光線5の波長がいかなる可視領域であっても、発熱層6は、レーザー光線5の輻射エネルギーを高効率で吸収し発熱することができるのみならず、発熱層6の熱伝導率が向上し、明りょうなマーキングが可能となる。使用することができる黒色の酸化金属粒子として、四三酸化鉄(Fe3O4)、酸化銅などが例示される。 In addition, when black metal oxide particles are used as the dye component, the heat generating layer 6 absorbs the radiation energy of the laser beam 5 with high efficiency and generates heat regardless of the wavelength of the laser beam 5 in any visible region. In addition, the heat conductivity of the heat generating layer 6 is improved, and clear marking becomes possible. Examples of black metal oxide particles that can be used include triiron tetroxide (Fe 3 O 4 ) and copper oxide.
また、黒色に限らず、その他金属粒子又は酸化金属粒子として、γ−Fe2O3、γ−Fe2O3とFe3O4との固溶体、Co化合物被着型γ−Fe2O3、Co化合物ドープ型γ−Fe2O3、Co化合物被着型Fe3O4、Co化合物ドープ型Fe3O4、Co化合物被着型γ−Fe2O3とCo化合物被着型Fe3O4との固溶体、Co化合物ドープ型γ−Fe2O3とCo化合物ドープ型Fe3O4との固溶体、CrO2等の酸化物強磁性粉末、Fe−Co−Ni合金、Fe−Al合金、Mn−Bi合金、Fe−Al−P合金、Fe−Co−Ni−Cr合金、Fe−Ni−Zn合金、Fe−Co−Ni−P合金、Fe−Ni合金、Co−Ni合金、Co−P合金、Fe−Mn−Zn合金、Fe−Ni−Cr−P合金等、Fe、Ni、Coを主成分とする粉末等を用いることができる。 Further, not only black but also other metal particles or metal oxide particles, γ-Fe 2 O 3 , solid solution of γ-Fe 2 O 3 and Fe 3 O 4 , Co compound deposition type γ-Fe 2 O 3 , Co compound-doped γ-Fe 2 O 3 , Co compound-coated Fe 3 O 4 , Co compound-doped Fe 3 O 4 , Co compound-coated γ-Fe 2 O 3 and Co compound-coated Fe 3 O 4 , solid solution of Co compound doped γ-Fe 2 O 3 and Co compound doped Fe 3 O 4 , oxide ferromagnetic powder such as CrO 2 , Fe—Co—Ni alloy, Fe—Al alloy, Mn-Bi alloy, Fe-Al-P alloy, Fe-Co-Ni-Cr alloy, Fe-Ni-Zn alloy, Fe-Co-Ni-P alloy, Fe-Ni alloy, Co-Ni alloy, Co-P Alloy, Fe-Mn-Zn alloy, Fe-Ni-Cr P alloy, can be used powder mainly composed Fe, Ni, and Co.
発熱層6に金属粒子又は酸化金属粒子を含有する場合において、金属粒子又は酸化金属粒子の粒径は、小さく均一のものを用いる事が好ましい。また、金属粒子又は酸化金属粒子の粒形状が針状の物を用いることで伝熱効率が向上するため、なお良い。
粒径が小さく、また均一の金属粒子又は酸化金属粒子を用いることで、発熱層6の内部に分散している各粒子間の距離が小さくなる。これによって、各粒子間に介在しているバインダに吸収される熱エネルギー量を抑制することができ、発熱層6の内部において、エネルギーロスが少なく熱を効率よく伝えることが可能となる。
即ち、発熱層6で発生した熱エネルギーが、効率よく着色層7へ伝熱するため、熱伝導率の向上に寄与し、レーザー光線5の照射時間が短くすることができ、発熱層6の伝熱領域6bを小さくすることができる。したがって、着色層7との境界面7aへの伝熱も狭範囲でなされることとなり、さらに、熱可塑性樹脂部材2の表面2aへの伝熱も狭範囲でなされる。これにより、レーザー光線5のスポット径に対して、マーキング範囲が広がることがなく、マーキングを明りょうなものとすることができる。
明りょうなマーキングを行うためには、金属粒子又は酸化金属粒子の粒径としては、1μm以下のものを用いる事が好ましく、微細なマーキングを行う場合においては、60nm以下であることがより好ましい。
When the heat generating layer 6 contains metal particles or metal oxide particles, it is preferable to use a small and uniform particle size of the metal particles or metal oxide particles. In addition, it is even better because heat transfer efficiency is improved by using needle-shaped particles of metal particles or metal oxide particles.
By using uniform metal particles or metal oxide particles having a small particle size, the distance between the particles dispersed in the heat generating layer 6 is reduced. As a result, the amount of heat energy absorbed by the binder interposed between the particles can be suppressed, and heat can be efficiently transferred within the heat generating layer 6 with little energy loss.
That is, since the heat energy generated in the heat generating layer 6 is efficiently transferred to the colored layer 7, it contributes to the improvement of the thermal conductivity, the irradiation time of the laser beam 5 can be shortened, and the heat transfer of the heat generating layer 6 The region 6b can be reduced. Therefore, heat transfer to the boundary surface 7a with the colored layer 7 is also performed in a narrow range, and further, heat transfer to the surface 2a of the thermoplastic resin member 2 is also performed in a narrow range. Thereby, the marking range does not expand with respect to the spot diameter of the laser beam 5, and the marking can be made clear.
In order to perform clear marking, the particle diameter of the metal particles or metal oxide particles is preferably 1 μm or less, and more preferably 60 nm or less when fine marking is performed.
発熱層6において、前記色素成分はバインダによって結合されている。バインダは、一例として、PVA又は、PVAとグリセリンの混合物を用いる事ができる。
バインダは、その他にも、塩化ビニル系共重合体、ポリウレタン系樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン系共重合体、ポリアミド系樹脂、ポリビニルブチラール系樹脂、ニトロセルロース、スチレンブタジエン系共重合体、アセタール樹脂、エポキシ系樹脂、フェノキシ系樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ポリブタジエンエラストマー、合成ゴム系樹脂等の熱可塑性樹脂、縮重合するフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン硬化型樹脂、尿素樹脂、ブチラール樹脂、ポリマール樹脂、メラニン樹脂、アルキッド樹脂、シリコーン樹脂、アクリル系反応樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ−ポリアミド樹脂、飽和ポリエステル樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂等の熱硬化性樹脂、放射線硬化性樹脂やこれらの混合物を使用することができる。
これら中でも、熱伝導率の高いものを用いる事が好ましい。
In the heat generating layer 6, the pigment component is bound by a binder. As an example of the binder, PVA or a mixture of PVA and glycerin can be used.
Other binders include vinyl chloride copolymers, polyurethane resins, acrylic resins, polyester resins, acrylonitrile-butadiene copolymers, polyamide resins, polyvinyl butyral resins, nitrocellulose, styrene butadiene copolymers. Coalescence, acetal resin, epoxy resin, phenoxy resin, polyether resin, polyimide resin, phenolic resin, polybutadiene elastomer, synthetic rubber resin, and other thermoplastic resins, polycondensation phenol resin, epoxy resin, polyurethane curable resin, Thermosetting of urea resin, butyral resin, polymeric resin, melanin resin, alkyd resin, silicone resin, acrylic reaction resin, polyamide resin, epoxy-polyamide resin, saturated polyester resin, urea formaldehyde resin, etc. It may be used butter, a radiation curable resin or mixtures thereof.
Among these, it is preferable to use one having high thermal conductivity.
(ベースシート)
本発明の着色シート1は、発熱層6の表面6aに、透明のベースシート8を有する構成であっても良い。ベースシート8は、高い透過率でレーザー光線5を透過する材料であればよく、特に限定されるものではないが、例えば、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリアミド(PA)などを用いる事ができる。また、ベースシート8の厚さは特に限定されるものではないが、15μm程度の物を用いる事ができる。
熱可塑性樹脂部材2の表面2aに着色シート1を配置する際には、当該ベースシート8側を上として配置する。レーザー光線5は、透明のベースシート8を透過し、ベースシート8の下面に形成される発熱層6を直接加熱する構成となる。
(Base sheet)
The colored sheet 1 of the present invention may have a configuration having a transparent base sheet 8 on the surface 6 a of the heat generating layer 6. The base sheet 8 is not particularly limited as long as it is a material that transmits the laser beam 5 with high transmittance. For example, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyamide (PA), and the like. Can be used. Further, the thickness of the base sheet 8 is not particularly limited, but a material having a thickness of about 15 μm can be used.
When the colored sheet 1 is disposed on the surface 2a of the thermoplastic resin member 2, the base sheet 8 side is disposed on the top. The laser beam 5 is transmitted through the transparent base sheet 8 and directly heats the heat generating layer 6 formed on the lower surface of the base sheet 8.
発熱層6とベースシート8が一体となったものとして、例えばVHS用ビデオテープ等に用いられる磁気テープを使用することができる。
磁気テープは、熱伝導率が高く、微細な磁性粉末を含有している。また、前記磁性粉が針形状を有する物もある。一例として、粒径が60nmのγ−Fe2O3を含有する磁気テープ等がある。さらに、磁気テープのベーステープ厚みは、約16μmであり、本発明における発熱層6に求められる条件に合致する。
For example, a magnetic tape used for a VHS video tape or the like can be used as the heat generating layer 6 and the base sheet 8 integrated.
The magnetic tape has high thermal conductivity and contains fine magnetic powder. There is also a thing in which the magnetic powder has a needle shape. An example is a magnetic tape containing γ-Fe 2 O 3 having a particle size of 60 nm. Further, the thickness of the base tape of the magnetic tape is about 16 μm, which matches the conditions required for the heat generating layer 6 in the present invention.
(着色シートの製造方法)
以下に着色シート1の作製方法の一例を説明する。なお、ここでは、適宜図2(a)〜(d)を参照し、当該図の符号を用いて説明する。
下準備として、発熱層6となる色素成分混合液及び着色層7となる染料混合液を作製し、これらを順次ベースシート8上に塗布することで、発熱層6及び着色層7を形成し着色シート1を作製することができる。
(Colored sheet manufacturing method)
An example of a method for producing the colored sheet 1 will be described below. In addition, here, it demonstrates using the code | symbol of the said figure with reference to Fig.2 (a)-(d) suitably.
As a preliminary preparation, a dye component mixed solution that becomes the heat generating layer 6 and a dye mixed solution that becomes the colored layer 7 are prepared, and these are sequentially coated on the base sheet 8 to form the heat generating layer 6 and the colored layer 7 to be colored. Sheet 1 can be produced.
まず、発熱層6となる色素成分混合液を作製する。バインダとしての、ポリビニルアルコール(3〜10%水溶液)とグリセリン(ポリビニルアルコール比0〜10%)の混合物に、所定の量の色素成分を混合し、色素成分混合液9を得る。なお、色素成分は、上述したように、レーザー光線5の輻射エネルギーを吸収することができるものを用いる。
バインダに対して色素成分の量を多くすることで、発熱層6の熱伝導率を上げることができる。しかしながら、バインダに対して色素成分の量を多くしすぎると、バインダは、色素成分を結合することができなくなり、色素成分が固定しない。したがって、適度な含有比率とすることが望ましく、例えば、色素成分として四三酸化鉄を用いた場合、バインダと色素成分の質量比率は3:1程度の比率であることが好ましい。
次に、色素成分とバインダの混合液を十分に撹拌し、真空デシケータによって脱気処理を行い、混合液中の気泡を除去する。この工程を経ることにより、色素成分混合液中の空気を除去し、バインダ内で色素成分が均一に分散した色素成分混合液を得ることができる。
First, a dye component mixed solution that becomes the heat generating layer 6 is prepared. A predetermined amount of a dye component is mixed with a mixture of polyvinyl alcohol (3 to 10% aqueous solution) and glycerin (polyvinyl alcohol ratio 0 to 10%) as a binder to obtain a dye component mixture 9. In addition, as a pigment | dye component, what can absorb the radiant energy of the laser beam 5 is used as mentioned above.
The thermal conductivity of the heat generating layer 6 can be increased by increasing the amount of the pigment component relative to the binder. However, if the amount of the dye component is too large relative to the binder, the binder cannot bind the dye component, and the dye component is not fixed. Accordingly, it is desirable that the content ratio is appropriate. For example, when triiron tetroxide is used as the pigment component, the mass ratio of the binder to the pigment component is preferably about 3: 1.
Next, the liquid mixture of the pigment component and the binder is sufficiently stirred, and a degassing process is performed with a vacuum desiccator to remove bubbles in the liquid mixture. By passing through this step, it is possible to remove the air in the dye component mixture and obtain a dye component mixture in which the dye component is uniformly dispersed in the binder.
次に、着色層7となる染料混合液を作製する。発熱層6の形成工程と同様に、バインダとしての、ポリビニルアルコール(8〜20%水溶液)に、染料を混合する。
染料を混合した染料混合液を十分に撹拌し、真空デシケータによって脱気処理を行い、混合液中の気泡を除去する。この工程を経ることにより、染料混合液中の空気を除去し、染料が均一に分散した染料混合液を得ることができる。
Next, a dye mixed solution to be the colored layer 7 is prepared. Similar to the process of forming the heat generating layer 6, a dye is mixed with polyvinyl alcohol (8-20% aqueous solution) as a binder.
The dye mixture liquid in which the dye is mixed is sufficiently stirred and deaerated by a vacuum desiccator to remove bubbles in the mixture liquid. By passing through this step, it is possible to remove air in the dye mixture and obtain a dye mixture in which the dye is uniformly dispersed.
次に、均一な膜厚の発熱層6及び着色層7を作るための工程を説明する。当該の工程において、図4(a)に示す治具14を用いる。治具14は、ベースプレート12と、その上に配置された一対の膜厚調整用シム11と、前記膜厚調整用シム11を保持するシム抑えプレート10とからなる。
ベースプレート12上に、膜厚調整用シム11が所定の間隔を空けて平行に配置され、前記膜厚調整用シム11の対抗する側の一部を露出させるようにして、シム抑えプレート10を設置する。シム抑えプレート10は、前記膜厚調整用シム11を保持する役割を果たす。
Next, a process for producing the heat generating layer 6 and the colored layer 7 having a uniform thickness will be described. In this process, the jig 14 shown in FIG. The jig 14 includes a base plate 12, a pair of film thickness adjusting shims 11 disposed thereon, and a shim restraining plate 10 that holds the film thickness adjusting shims 11.
A film thickness adjusting shim 11 is disposed on the base plate 12 in parallel at a predetermined interval, and the shim suppressing plate 10 is installed so as to expose a part of the opposite side of the film thickness adjusting shim 11. To do. The shim restraining plate 10 serves to hold the film thickness adjusting shim 11.
ベースシート8上に、発熱層6を形成する工程を説明する。図4(b)に示す様に、治具14のベースプレート12上であって、対向する膜厚調整用シム11の間にベースシート8を配置し、ベースシート8の上に、十分量の色素成分混合液9を簡易塗布する。
次に、図4(c)に示す様に、塗布用プレート13を、膜厚調整用シム11の上面であり、シム抑えプレート10から露出した部分に配置し、図4(c)中の手前方向から奥方向又は奥方向から手前方向に向かって、塗布用プレート13を1回〜数回スライドさせることによって、ベースシート8上に簡易塗布された色素成分混合液9を均し、膜厚調整用シム11の厚さに応じた膜厚を有する発熱層6を形成することができる。
A process of forming the heat generating layer 6 on the base sheet 8 will be described. As shown in FIG. 4B, the base sheet 8 is disposed on the base plate 12 of the jig 14 between the opposing film thickness adjusting shims 11, and a sufficient amount of the dye is formed on the base sheet 8. The component mixture 9 is simply applied.
Next, as shown in FIG. 4 (c), the coating plate 13 is disposed on the upper surface of the film thickness adjusting shim 11 and exposed from the shim restraining plate 10, and in front of FIG. 4 (c). The coating component 13 is slid once to several times from the back to the back or from the back to the front, so that the pigment component mixture 9 simply applied on the base sheet 8 is leveled and the film thickness is adjusted. The heat generating layer 6 having a film thickness corresponding to the thickness of the shim 11 can be formed.
さらに、図4(c)で示した工程で作製した色素成分混合液9を均一に塗布したベースシート8を、40℃で30分程度乾燥させる。これによって、色素成分混合液9中の水分が除去され、ベースシート8状に発熱層6が固定される。
なお、当該の乾燥工程は、真空脱気による除湿により行っても良い。以上の工程によって、発熱層6が形成される。
Further, the base sheet 8 uniformly coated with the dye component mixture 9 produced in the step shown in FIG. 4C is dried at 40 ° C. for about 30 minutes. As a result, the moisture in the pigment component mixed solution 9 is removed, and the heat generating layer 6 is fixed to the base sheet 8.
In addition, you may perform the said drying process by dehumidification by vacuum deaeration. The heat generating layer 6 is formed by the above process.
次に、発熱層6の作製方法と同様の治具14を用いて、同様の工程を経て、発熱層6の上に染料混合液を均一に塗布し、40℃で30分程度乾燥させることで、染料混合液中の水分が除去され、発熱層6の上に着色層7が形成される。なお、当該の乾燥工程は、真空脱気による除湿により行っても良い。 Next, using the same jig 14 as in the method for producing the heat generating layer 6, through the same process, the dye mixture is uniformly applied on the heat generating layer 6 and dried at 40 ° C. for about 30 minutes. The water in the dye mixture is removed, and a colored layer 7 is formed on the heat generating layer 6. In addition, you may perform the said drying process by dehumidification by vacuum deaeration.
(レーザーマーキング装置)
レーザー光線の光源であるレーザー照射装置4は化合物半導体レーザーであることが望ましい。化合物半導体レーザーとしては、出力100〜350mW程度でありGaAs系化合物半導体等を用いた安価なものを用いる事ができる。
図5にレーザー照射装置4の基本構成を示す。レーザー照射装置4は、レーザー発振器4dから出射される拡散光をコリメートレンズ4bによって平行光に変換し、その平行光を後段の集光レンズ4aによって精密集光し、対象となる照射対象Wに照射する。
レーザー発振器4dは、例えば波長670nmの赤色レーザーを発振するレーザーダイオードを用いる事ができる。また、レーザー発振器4dには、レーザードライバ及び温度コントローラを備える制御部4cと接続されている。
(Laser marking device)
The laser irradiation device 4 that is a light source of the laser beam is preferably a compound semiconductor laser. As the compound semiconductor laser, an inexpensive laser having an output of about 100 to 350 mW and using a GaAs compound semiconductor or the like can be used.
FIG. 5 shows a basic configuration of the laser irradiation apparatus 4. The laser irradiation device 4 converts the diffused light emitted from the laser oscillator 4d into parallel light by the collimator lens 4b, precisely condenses the parallel light by the subsequent condenser lens 4a, and irradiates the target irradiation target W. To do.
As the laser oscillator 4d, for example, a laser diode that oscillates a red laser having a wavelength of 670 nm can be used. The laser oscillator 4d is connected to a control unit 4c having a laser driver and a temperature controller.
レーザー照射装置4によって、照射対象Wの表面にスポット領域Sの照射が行われる。レーザー照射装置4のスポット領域Sの形状は、レーザー照射装置4の種類に応じて円形のもの、楕円形の物などがある。スポット領域Sの形状がマーキングされる形状と略相似形状となるため、例えばマーキング形状を円形状としたい場合においては、スポット形状が円形のレーザー照射装置4を用いるか、またはスポット形状を円形とするための補正を行う必要がある。
また、レーザー照射装置4は、スポット領域Sを最小0.1mmまで絞ることが可能である。
レーザー照射装置は、一例としてOPENEXT社のHL6545MGを使用することができる。
The laser irradiation device 4 irradiates the surface of the irradiation target W with the spot region S. The shape of the spot region S of the laser irradiation device 4 includes a circular shape and an elliptical shape depending on the type of the laser irradiation device 4. Since the shape of the spot region S is substantially similar to the shape to be marked, for example, when the marking shape is to be circular, the laser irradiation device 4 having a circular spot shape is used, or the spot shape is circular. Correction is necessary.
Further, the laser irradiation device 4 can narrow the spot area S to a minimum of 0.1 mm.
As an example of the laser irradiation apparatus, HL65545MG manufactured by OPENEXT can be used.
(マーキング加工方法)
図1に本実施形態のマーキング加工方法を示す。
マーキング加工方法は、上述した着色シート1をマーキング対象となる熱可塑性樹脂部材2上に配置し、レーザー照射装置4により、レーザー光線5を前記着色シート1の表面1aに照射することで、前記熱可塑性樹脂部材の表面部分に染料を定着させ、マーキングを行う構成を概略有する。
(Marking method)
FIG. 1 shows a marking processing method of this embodiment.
In the marking processing method, the above-described colored sheet 1 is disposed on the thermoplastic resin member 2 to be marked, and the surface 1a of the colored sheet 1 is irradiated with a laser beam 5 by a laser irradiating device 4, thereby the thermoplastic resin. It has the structure which fixes a dye to the surface part of a resin member, and performs marking.
マーキング対象となる熱可塑性樹脂部材2は、熱可塑性樹脂部材2のマーキング対象部分を上として、X−Yテーブル3上に載置される。X−Yテーブル3は、その上方に設置されているレーザー照射装置4と、水平面上を所定の範囲で自由に相対運動することが可能である。X−Yテーブル3とレーザー照射装置4を相対的に動作させ、レーザー光線5のスポット領域Sを熱可塑性樹脂部材2のマーキングを行う部分に設定することで、熱可塑性樹脂部材2の所定の位置にマーキングを行うことができる。 The thermoplastic resin member 2 to be marked is placed on the XY table 3 with the marking target portion of the thermoplastic resin member 2 facing up. The XY table 3 can freely move relative to the laser irradiation device 4 installed above the XY table 3 in a predetermined range on a horizontal plane. The X-Y table 3 and the laser irradiation device 4 are relatively operated, and the spot region S of the laser beam 5 is set to a portion where the marking of the thermoplastic resin member 2 is performed, so that the thermoplastic resin member 2 is placed at a predetermined position. Marking can be performed.
また、レーザー照射装置4は、鉛直方向に動作可能なZステージ(図示略)を備えており、レーザー照射装置4と、熱可塑性樹脂部材2の距離を調整することにより、焦点距離を熱可塑性樹脂部材2上に配置された着色シート1の上面にくるように合わせ、スポット領域Sの大きさを適切に調整することができる。 The laser irradiation device 4 includes a Z stage (not shown) operable in the vertical direction, and the focal distance is adjusted by adjusting the distance between the laser irradiation device 4 and the thermoplastic resin member 2. The size of the spot area S can be appropriately adjusted by matching with the upper surface of the colored sheet 1 disposed on the member 2.
着色シート1は、熱可塑性樹脂部材2のマーキング対象部分に必要十分な大きさで配置される。配置する際には、着色シート1の着色層7と発熱層6のうち、着色層7側を熱可塑性樹脂部材2と接するように配置する。
レーザー光線5を、着色シート1の表面1aに所定の時間照射することで、スポット径と相似形状のマーキングを熱可塑性樹脂部材2に行うことができる。また、レーザー光線5を照射しながら、一定速度で、X−Yステージとレーザー照射装置4を相対運動させることで線を描画することができる。
The colored sheet 1 is arranged in a necessary and sufficient size on the marking target portion of the thermoplastic resin member 2. When arranging, it arrange | positions so that the colored layer 7 side may contact the thermoplastic resin member 2 among the colored layer 7 and the heat generating layer 6 of the colored sheet 1.
By irradiating the surface 1 a of the colored sheet 1 with the laser beam 5 for a predetermined time, the marking having a shape similar to the spot diameter can be performed on the thermoplastic resin member 2. Further, a line can be drawn by relatively moving the XY stage and the laser irradiation device 4 at a constant speed while irradiating the laser beam 5.
レーザー光線5の照射時間は、染料を熱可塑性樹脂部材2に定着させるために100ms程度とされ、生産効率を加味すると、好ましくは65ms、より好ましくは15msとされる。
これらのマーキング加工方法により、熱可塑性樹脂部材2の表面に、マーキングを行い、部品の識別を確実に行うための部品番号や、部品のトレーサビリティを確保するための製造年月日などが文字列、又は二次元コードとしてマーキングされる。
二次元バーコードをマーキングする場合においては、各ドットのサイズは、0.2mm〜0.3mm程度とされる。
The irradiation time of the laser beam 5 is set to about 100 ms in order to fix the dye to the thermoplastic resin member 2, and is preferably 65 ms, more preferably 15 ms in consideration of production efficiency.
By these marking processing methods, markings are made on the surface of the thermoplastic resin member 2, and the part number for reliably identifying the part and the manufacturing date for ensuring the traceability of the part are character strings. Or it is marked as a two-dimensional code.
In the case of marking a two-dimensional barcode, the size of each dot is about 0.2 mm to 0.3 mm.
マーキングの対象となる熱可塑性樹脂部材2は、着色シート1が、当該熱可塑性樹脂部材2に倣って配置することが可能であれば、曲面を有していても良い。
図6に、マーキング対象となる熱可塑性樹脂部材22が曲面を有している場合の、マーキング加工方法を示す。熱可塑性樹脂部材22が曲面を有している場合は、X−Yステージとレーザー照射装置4を相対運動させた際の、レーザー照射装置4と熱可塑性樹脂部材22の距離が一定とならない。したがって、X−Yステージとレーザー照射装置4とが相対運動する際には、レーザー照射装置4に備えられたZステージ(図示略)によって、レーザー照射装置4と熱可塑性樹脂部材22の距離を調整する必要がある。また、線を描画する場合においては、熱可塑性樹脂部材22の曲面形状に応じて、X−YステージとZステージを同期して動作させる。
The thermoplastic resin member 2 to be marked may have a curved surface as long as the colored sheet 1 can be arranged following the thermoplastic resin member 2.
FIG. 6 shows a marking processing method when the thermoplastic resin member 22 to be marked has a curved surface. When the thermoplastic resin member 22 has a curved surface, the distance between the laser irradiation device 4 and the thermoplastic resin member 22 when the XY stage and the laser irradiation device 4 are relatively moved is not constant. Therefore, when the XY stage and the laser irradiation device 4 move relative to each other, the distance between the laser irradiation device 4 and the thermoplastic resin member 22 is adjusted by a Z stage (not shown) provided in the laser irradiation device 4. There is a need to. Further, when drawing a line, the XY stage and the Z stage are operated in synchronization according to the curved surface shape of the thermoplastic resin member 22.
以上のような構成を有することで、レーザー光線5は発熱層6において吸収され、熱エネルギーに変換され、対象となる熱可塑性樹脂部材2、22の材料の分光透過率に依存することがない。したがって、熱可塑性樹脂部材2、22の材料に応じて波長を適宜調整する必要がなく、装置を簡素化することができる。 With the above configuration, the laser beam 5 is absorbed in the heat generating layer 6 and converted into thermal energy, and does not depend on the spectral transmittance of the target thermoplastic resin members 2 and 22. Therefore, it is not necessary to adjust the wavelength appropriately according to the material of the thermoplastic resin members 2 and 22, and the apparatus can be simplified.
また、黒色系粒子を含有する発熱層6に、レーザー照射を行うため、レーザー光線5が可視光領域の波長を有する場合においても、当該レーザー光線5と同色の染料を熱可塑性樹脂部材2、22の表面2a、22a部分に溶融固着することができる。 Further, in order to perform laser irradiation on the heat generating layer 6 containing black particles, even when the laser beam 5 has a wavelength in the visible light region, the surface of the thermoplastic resin members 2 and 22 is dyed with the same color as the laser beam 5. 2a and 22a can be melt-fixed.
さらに、着色シート1を熱可塑性樹脂部材2、22に配置する構成を有することにより、着色シート1が、熱可塑性樹脂部材2、22に倣って配置可能であれば、曲面へのマーキングも可能となる。 Furthermore, by having the configuration in which the colored sheet 1 is arranged on the thermoplastic resin members 2 and 22, if the colored sheet 1 can be arranged following the thermoplastic resin members 2 and 22, marking on the curved surface is also possible. Become.
加えて、着色シート1に着色層7が構成されているため、対象となる熱可塑性樹脂部材2、22が、染料と馴染み性が悪い場合であっても染料が拡散することはなく、明りょうなマーキングが可能となる。 In addition, since the colored layer 7 is formed on the colored sheet 1, the target thermoplastic resin members 2, 22 do not diffuse even if the compatibility with the dye is poor, and clear. Marking is possible.
以下に実施例を示して本発明の特徴をより具体的に説明する。ただし、本発明の範囲は、実施例に限定されない。
表1に記載の構成を有するサンプルNo.1〜11の実施例及び比較例の着色シートを作製した。以下、各構成に関して具体的に説明する。
ベースシートとして、透明のポリプロピレンからなる厚み16μmの物を用いた。このベースシートは、高い透過率を有しレーザー光線を透過する。
発熱層は、色素成分として黒色染料、黒色顔料、四三酸化鉄、酸化コバルト又は酸化銅を用いた。また、バインダとしてPVAを用いて、前記色素成分を結合して発熱層を形成した。発熱層の膜厚は、各サンプルに対して表1に記載のものを用いた。
なお、サンプルNo.1、11の実施例の着色シートは、発熱層とベースシートが一体となったものとして、TDK社製のVHS用ビデオテープHG(VHS)(製品名)の磁気テープを用いた。当該磁気テープは、厚さが5μmのものであり、含有する粒子の粒径は60nm程度とされる。
また、サンプルNo.8、9の比較例の着色シートは、発熱層を有しておらずベースシートと着色層のみで構成されている。
着色層の染料は、赤色の株式会社田中直染料店のポリロン(商品名)を用い、バインダとしてPVAとグリセリンの混合物を用いた。着色層の膜厚は、各サンプルに対して表1に記載のものを用いた。
The features of the present invention will be described more specifically with reference to the following examples. However, the scope of the present invention is not limited to the examples.
Sample No. having the configuration described in Table 1 was used. The colored sheets of Examples 1 to 11 and Comparative Examples were produced. Hereinafter, each configuration will be specifically described.
A base sheet made of transparent polypropylene and having a thickness of 16 μm was used. This base sheet has a high transmittance and transmits a laser beam.
The heat generating layer used black dye, black pigment, iron trioxide, cobalt oxide or copper oxide as a pigment component. In addition, PVA was used as a binder to combine the dye components to form a heat generating layer. As the film thickness of the heat generating layer, those shown in Table 1 were used for each sample.
Sample No. As the colored sheets of Examples 1 and 11, a magnetic tape of VHS video tape HG (VHS) (product name) manufactured by TDK Corporation was used on the assumption that the heat generating layer and the base sheet were integrated. The magnetic tape has a thickness of 5 μm, and the particle diameter of the contained particles is about 60 nm.
Sample No. The colored sheets of Comparative Examples 8 and 9 do not have a heat generating layer and are composed of only a base sheet and a colored layer.
As a dye for the colored layer, red Polylon (trade name) from Tanaka Nao Dye Store Co., Ltd. was used, and a mixture of PVA and glycerin was used as a binder. As the thickness of the colored layer, those described in Table 1 were used for each sample.
レーザー照射装置として、OPENEXT社製HL6545MG(連続動作出力120mW、レーザー光線波長660nm、シングルモード)を使用した。スポット形状は円でスポット径はφ0.2mm、レーザー出力を170mAにおいて、200msのレーザー光線の照射を行った。 HL6545MG (continuous operation output 120 mW, laser beam wavelength 660 nm, single mode) manufactured by OPENEXT was used as the laser irradiation apparatus. The spot shape was a circle, the spot diameter was φ0.2 mm, the laser output was 170 mA, and the laser beam was irradiated for 200 ms.
サンプルNo.1の着色テープによってマーキングされた基材表面の様子を図7に示す。図7を参照するに、レーザー光線のスポット径と略同じ大きさであるφ0.2mm程度の大きさのマーキングを行うことができた。また、マーキングされた領域の内部において、略均一な着色が行われていることが確認された。 Sample No. The state of the surface of the base material marked with the colored tape 1 is shown in FIG. Referring to FIG. 7, marking with a size of about φ0.2 mm, which is substantially the same as the spot diameter of the laser beam, could be performed. It was also confirmed that substantially uniform coloring was performed inside the marked area.
マーキングの評価は、マーキング部を目視、かつ顕微鏡で拡大して目視にて評価し、着色されていないものを×、不明瞭ではあるが着色されているものを△、不均一ではあるが明りょうに着色されているものを○、明りょうかつ均一に着色されているものを◎(即ち図7に示す着色状態と同等のもの)として、4段階の評価を行った。なお、レーザー照射後に、マーキング面をエチルアルコールでふき取った後に、観察を行った。
各実施例及び比較例の詳細及び判定結果を表1に示す。
Marking is evaluated visually by magnifying the marking part with a microscope and visually observing, x for uncolored, △ for unclear but colored, and clear for non-uniform. Evaluation was performed in four stages, with ◯ being colored as ◯ and clear and uniformly colored as being ◎ (that is, equivalent to the colored state shown in FIG. 7). After the laser irradiation, the marking surface was wiped with ethyl alcohol and then observed.
Table 1 shows details and determination results of each example and comparative example.
表1を参照するに、実施例であるサンプルNo.1〜6、10、11においては、マーキング品質の差はあるものの着色されていたのに対して、比較例であるサンプルNo.7〜9は、基材に着色がなされていなかった。
発熱層を構成しないサンプルNo.8、9の比較例においては、ベースシートはレーザー光線を透過するため、赤色の着色層に直接レーザー光線を照射することとなり、レーザー光線の輻射エネルギーを吸収することができず、マーキングができなかったと考えられる。
Referring to Table 1, sample No. which is an example. Samples Nos. 1-6, 10 and 11 were colored although there was a difference in marking quality. In 7 to 9, the base material was not colored.
Sample No. which does not constitute a heat generating layer In the comparative examples 8 and 9, since the base sheet transmits the laser beam, the red colored layer is directly irradiated with the laser beam, so that the radiation energy of the laser beam cannot be absorbed and the marking cannot be performed. .
また、酸化銅を含有する発熱層を形成したサンプルNo.7の比較例においては、発熱層が灰色であるために、十分にレーザー光線の輻射エネルギーを吸収することができず、マーキングができなかったと考えられる。
これ等の比較例に対して、サンプルNo.1〜6、10、11の実施例においては、黒色又は濃灰色の発熱層を有しているために、レーザー光線の輻射エネルギーを吸収し、熱エネルギーに変換し着色層に係る熱を伝えることができたために、マーキングが可能であったと考察される。
In addition, Sample No. with a heat generation layer containing copper oxide was formed. In the comparative example of No. 7, since the heat generating layer is gray, it is considered that the radiation energy of the laser beam could not be sufficiently absorbed and the marking could not be performed.
For these comparative examples, sample no. In the examples of 1 to 6, 10, and 11, since the heat generating layer is black or dark gray, it absorbs the radiation energy of the laser beam, converts it into heat energy, and transfers heat related to the colored layer. It is considered that marking was possible because it was made.
しかしながら実施例であっても、酸化コバルトを発熱層に含有するサンプルNo.6は、発熱層の色が濃灰色であり黒色に対して輻射エネルギーの吸収という点で不利である。これによって、マーキングが比較的不明りょうである△となったと考えられる。
また、サンプルNo.4、5の四三酸化鉄を含有する発熱層を有する実施例の着色テープに関しては、サンプルNo.4の発熱層の膜厚は70μmであり、サンプルNo.5の膜厚は150μmである。四三酸化鉄は、発熱層を形成するにあたり70μmでは薄黒色(灰色)、150μmで黒色となる。よって四三酸化鉄70μmでは赤色レーザーの吸収が弱くマーキング結果として△になり、150μmでは、マーキング結果として○となったと考えられる。
However, even in the examples, the sample Nos. Containing cobalt oxide in the heat generating layer. No. 6 is disadvantageous in that the color of the heat generating layer is dark gray and the radiation energy is absorbed with respect to black. As a result, it is considered that the marking is relatively unclear.
Sample No. For the colored tapes of the examples having the heat-generating layer containing 4 or 5 iron trioxide, sample no. 4 has a thickness of 70 μm. The film thickness of 5 is 150 μm. In forming the heat generating layer, triiron tetroxide becomes light black (gray) at 70 μm and black at 150 μm. Therefore, it is considered that the absorption of the red laser is weak at 70 μm iron trioxide and becomes Δ as a marking result, and at 150 μm, the marking result is ○.
サンプルNo.1とサンプルNo.11の実施例を比較すると、これらは共に発熱層として磁気テープを使用しているが、マーキング結果は、サンプルNo.1は◎、サンプルNo.11は△となっている。これは、着色層の膜厚がサンプルNo.11においては、40μmで厚膜となっているために、着色層から熱可塑性樹脂部材に伝わる伝熱過程において、熱エネルギーが拡散しマーキングが不明りょうとなったためと考えられる。 Sample No. 1 and sample no. Comparing the 11 examples, both use magnetic tape as the heat generating layer. 1 is ◎, sample no. 11 is Δ. This is because the film thickness of the colored layer is Sample No. In No. 11, since it is a thick film with a thickness of 40 μm, it is considered that in the heat transfer process transmitted from the colored layer to the thermoplastic resin member, the thermal energy diffuses and the marking becomes unclear.
1a、2a、6a…表面
2、22…熱可塑性樹脂部材
2b、6b、7b…伝熱領域
2c…分子格子
3…X−Yテーブル
4…レーザー照射装置
4a…集光レンズ
4b…コリメートレンズ
4c…制御部
4d…レーザー発振器
5…レーザー光線
6…発熱層
7…着色層
7a…境界面
8…ベースシート
9…色素成分混合液
10…プレート
11…膜厚調整用シム
12…ベースプレート
13…塗布用プレート
14…治具
S…スポット領域
W…照射対象
1a, 2a, 6a ... surface 2, 22 ... thermoplastic resin members 2b, 6b, 7b ... heat transfer region 2c ... molecular lattice 3 ... XY table 4 ... laser irradiation device 4a ... condensing lens 4b ... collimating lens 4c ... Control unit 4d ... Laser oscillator 5 ... Laser beam 6 ... Heat layer 7 ... Colored layer 7a ... Interface 8 ... Base sheet 9 ... Dye component mixture 10 ... Plate 11 ... Thickness adjusting shim 12 ... Base plate 13 ... Coating plate 14 ... Jig S ... Spot area W ... Target
Claims (6)
前記レーザー光線の照射により、前記レーザー光線の輻射エネルギーを吸収し発熱する発熱層と、
前記熱可塑性樹脂部材の表面に定着させる染料を含む着色層とが積層された構造を有し、
前記着色層側を前記熱可塑性樹脂部材の表面に接触させた状態で、前記発熱層側からのレーザー光線の照射により、前記発熱層で発生した熱によって前記着色層の染料を溶融させるとともに前記熱可塑性樹脂部材の表面を軟化させて、前記着色層の染料を前記熱可塑性樹脂部材の表面に定着可能とされたことを特徴とする着色シート。 A colored sheet used when performing marking processing to irradiate a laser beam toward the surface of the thermoplastic resin member and fix the dye to the irradiation position of the laser beam,
A heat generating layer that generates heat by absorbing radiation energy of the laser beam by the irradiation of the laser beam; and
Having a structure in which a colored layer containing a dye to be fixed on the surface of the thermoplastic resin member is laminated;
Said colored layer side being in contact with the surface of the thermoplastic resin member, wherein the irradiation of the laser beam from the heating layer side, Rutotomoni the heat to melt the dye of the colored layer by heat generated in the heat generating layer A colored sheet , wherein the surface of the plastic resin member is softened so that the dye of the colored layer can be fixed to the surface of the thermoplastic resin member.
前記レーザー光線の照射により発熱する発熱層と、前記熱可塑性樹脂部材の表面に定着させる染料を含む着色層とが積層された構造を有する着色シートを、前記着色層側を前記熱可塑性樹脂部材の表面に接触させた状態で配置する工程と、
前記発熱層側から前記レーザー光線を照射し、前記発熱層で発生した熱により前記着色層の染料を溶融させるとともに前記熱可塑性樹脂部材の表面を軟化させて、前記着色層の染料を前記熱可塑性樹脂部材の表面に定着させる工程とを含み、
前記レーザー光線が、前記レーザー光線の照射による前記発熱層の発熱により前記熱可塑性樹脂部材を軟化点まで加熱できる出力とされていることを特徴とするマーキング加工方法。 A marking method for irradiating a laser beam toward the surface of a thermoplastic resin member and fixing a dye to the irradiation position of the laser beam,
A colored sheet having a structure in which a heat generating layer that generates heat upon irradiation with the laser beam and a colored layer containing a dye to be fixed on the surface of the thermoplastic resin member is laminated, and the colored layer side is the surface of the thermoplastic resin member A step of placing the device in contact with the
The laser is irradiated from the heating layer side, said surface of the heat generated in the heating layer is melted dye in the colored layer Rutotomoni the thermoplastic resin member is softened, the thermoplastic dye of the colored layer a step of fixing the surface of the resin member seen including,
The marking processing method , wherein the laser beam has an output capable of heating the thermoplastic resin member to a softening point by heat generation of the heat generating layer by irradiation of the laser beam .
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