JP3915930B2 - マーキング方法およびマーキングされた成形品 - Google Patents

Description

本発明は、マーキング方法およびマーキングされた成形品に係り、更に詳しくは、マーキング対象にレーザ光を照射することによってマーキングを施す方法とそれによって得られる成形品とに関するものである。また本発明は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を使用または生産する分野で識別が必要な場合等に用いられる。

従来から、樹脂成形品の表面に製品の型式やロット番号などの識別を目的にマーキングを施すことが求められている。

従来の樹脂へのマーキング法としては、熱可塑性樹脂にレーザ光を照射して発泡***させることによりマーキングとするもの（特開昭６２−１３２８７号公報参照）、透明電極基板にレーザ光を照射して基板表面を溶解させることによりマーキングとするもの（特開平９−１７５０２５号公報参照）、樹脂塗料を塗布して樹脂膜層を形成した部位にレーザ光を照射して樹脂膜層を剥離させることなく熱変化させ変色させることによりマーキングとするもの（特開平４−４２１２２号公報参照）、添加物を含有させた樹脂組成物にレーザ光を照射して添加物を変色かつ発泡させることによりマーキングとするもの（特開２００１−１１３８３０号公報参照）、充填材としてカーボンブラックまたはグラファイトを混合したプラスチックにレーザ光を照射して充填材を変色させることによりマーキングとするもの（特公昭６１−１１７７１号公報参照）、ホウ酸塩を配合した熱可塑性樹脂にレーザ光を照射して発泡または分解させることによりマーキングとするもの（特開平８−１４２５１０号公報参照）、充填材としてカーボンブラック、四酸化三鉄、紫外線吸収剤等を充填した熱可塑性樹脂にレーザ光を照射するもの（特開２００１−２９４７５８号公報参照）等が知られている。

しかしながら、これらの方法は、塗膜の一部を剥がしたり、発泡剤や変色剤を樹脂に配合したりしてマーキングをするものであるため、異物が発生する問題、工数が増える問題、特定の配合剤を用いる必要がある問題、マーキングできる材料の組成範囲が限定される問題などがある。また、これらは何れもＰＴＦＥへのマーキングについては何ら言及されていない。

一方、ＰＴＦＥへのマーキング法としては、従来より塗料を塗布したり、スタンピングしたりする方法がとられているが、上記の塗料によるマーキング方法では以下の問題があった。

（１）ＰＴＦＥは材質上の特性としてその表面に撥水性、撥油性を備えているために、塗料のＰＴＦＥへの濡れが悪く、均一に塗布できずにマーキング部にムラが生じたり、不鮮明になったりする不具合がある。
（２）ＰＴＦＥは他材質との接着性が悪いために、マーキングした塗料は簡単に剥離して識別ができなくなったり、また、剥離した塗料が異物となったりして、製品として使う場合には成形品本来の要求特性を満足しなくなることがある。
（３）また、塗料を塗布した場合には塗布部の厚みが部分的に増大するために、成形品本来の要求特性を満足しなくなることがある。
（４）塗料に用いられている水や有機溶剤などの分散媒の乾燥に長時間を要する不都合がある。
（５）マーキング面が平面状でない場合、すなわち曲面、多形をした面へのマーキングには、これらの塗料による印字は使用できない。
（６）マーキングを目的とした専用の添加剤を添加する必要があるが、この添加剤は成形品の本来の機能からすれば不要なものであることから、成形品あるいは完成品ごとにその用途や機能に応じて、使用する添加剤を適宜選択しなければならず、よってその選択や添加工程に多くの手間がかかる不具合がある。また、上記したようにこの添加剤は成形品の本来の機能からすれば不要なものであることから、コンタミ発生の原因となってしまう。

特開昭６２−１３２８７号公報 特開平９−１７５０２５号公報 特開平４−４２１２２号公報 特開２００１−１１３８３０号公報 特公昭６１−１１７７１号公報 特開平８−１４２５１０号公報 特開２００１−２９４７５８号公報

本発明は以上の点に鑑みて、ＰＴＦＥをマーキング対象としてこのマーキング対象に簡易にマーキングを施すことができるマーキング方法と、それによって得られる成形品とを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の請求の範囲第１項によるマーキング方法は、マーキング対象にレーザ光を照射することによりマーキングを施す方法において、前記マーキング対象はＰＴＦＥよりなり、前記マーキング対象にレーザ光を照射し、この照射を受けたＰＴＦＥ表面のみを毛羽立たせることにより、該照射を受けていないＰＴＦＥ表面とは異なる色調を呈することにより白色系マーキングを施すことを特徴とするものである。

また、本発明の請求の範囲第２項による成形品は、マーキング対象にレーザ光を照射することによりマーキングを施された成形品において、前記マーキング対象はＰＴＦＥよりなり、前記マーキング対象にレーザ光を照射し、この照射を受けたＰＴＦＥ表面のみを毛羽立たせることにより、該照射を受けていないＰＴＦＥ表面とは異なる色調を呈することにより白色系マーキングを施されたことを特徴とするものである。

また、本件のポイントは、以下のとおりである。

（１）本件は、充填材を充填していないＰＴＦＥへのマーキングが可能である。その理由は、ＰＴＦＥに本件のマーキングを施した場合、照射部のＰＴＦＥは変質する（毛羽立つ）が、非照射部のＰＴＦＥは変質せず（毛羽立たず）、同じ白色であるため、識別性には若干欠けるものの、光の反射率が異なるため、照射部と非照射部との違いが分かる。

（２）本件は、充填材を充填したＰＴＦＥへのマーキングが可能である。
ａ）充填材の色が白色系以外の場合
白色系以外の充填材が充填されているＰＴＦＥに本件のマーキングを施した場合、照射部のＰＴＦＥはそれ自体の色である白色を呈して変質する（毛羽立つ）ので、コントラストがはっきりするため、識別性に優れている。
ｂ）充填材の色が白色系の場合
充填材の色は白色系でも可能である。白色系の充填材が充填されているＰＴＦＥに本件のマーキングを施した場合、識別性には若干劣るものの、光の反射率が異なるため、照射部と非照射部との違いが分かる。

尚、充填材としては、ガラス繊維、カーボン繊維、ガラスビーズ、カーボン粉末、チタン酸カリウム繊維、アルミナ粉末、ブロンズ粉末、シリカ粉末、窒化ホウ素粉末、二硫化モリブデン粉末、窒化ケイ素粉末、芳香族ポリエステル粉末、ポリエーテルエーテルケトン粉末、ポリイミド粉末などが挙げられるが、上記に限ったものではない。

マーキング対象がＰＴＦＥよりなる場合、このマーキング対象にレーザ光を照射すると、ＰＴＦＥ部分は毛羽立ち、表面はＰＴＦＥに覆われた状態になり、本来のＰＴＦＥである白色系の色を呈し、マーキングの役割を果たす。この表面を覆うＰＴＦＥの量は、ベース材料の色相（マーキング対象の色相）に応じて認識できる程度であれば良い。

本発明によれば特に従来技術と異なり、塗料の剥離、表面層の剥離、特定の充填材などの配合物の変色ないし発色や特定の発泡剤を配合して発泡させるものではなく、ＰＴＦＥを毛羽立たせて白色系のマーキングをするため、ＰＴＦＥであれば、充填材の種類、量に関係なく、ＰＴＦＥが毛羽立つ範囲であれば良い。したがって、ＰＴＦＥと他の樹脂またはエラストマーとの混合物であっても、ＰＴＦＥ部が毛羽立つ組成範囲であれば良い。また、レーザの照射時に異物の発生がほとんどない点も優れている。

従来のレーザマーキングの原理は、図３に示すように、
（１）印刷面剥離（表面のインクや塗装５１を剥離することで表地５２と下地５３の面のコントラストをはっきりさせる）（図３（Ａ）参照）、
（２）表面層剥離（レーザにより表面層５４を剥離する）（図３（Ｂ）参照）、
（３）化学変化による発色（対象物がレーザ光で化学変化を起こすことにより表面５５が発色する）（図３（Ｃ）参照）、
の３パターンで解説されるが、本発明のマーキング方法はこれらの何れにも属さないものである。

尚、本件出願には、以下の実施形態が含まれる。
（１）ＰＴＦＥに対するレーザ装置を用いた白色系マーキング。
（２）ＰＴＦＥにレーザを照射した際に、マーキングされた成形品。
（３）ＰＴＦＥにレーザを照射してマーキングする方法。
（４）充填材入りＰＴＦＥに対するレーザ装置を用いた白色系マーキング。
（５）充填材入りＰＴＦＥにレーザを照射した際に、マーキングされた成形品。
（６）充填材入りＰＴＦＥにレーザを照射してマーキングする方法。
（７）マーキング対象にレーザ光を照射することによりマーキングを施す方法において、ＰＴＦＥよりなる前記マーキング対象にレーザ光を照射してこの照射を受けたＰＴＦＥ表面のみを変質させ、この照射を受けたＰＴＦＥ表面が照射を受けていないＰＴＦＥ表面とは異なる色調を呈することにより白色系マーキングを施すことを特徴とするマーキング方法。
（８）マーキング対象にレーザ光を照射することによりマーキングを施された成形品において、ＰＴＦＥよりなる前記マーキング対象にレーザ光を照射してこの照射を受けたＰＴＦＥ表面のみを変質させ、この照射を受けたＰＴＦＥ表面が照射を受けていないＰＴＦＥ表面とは異なる色調を呈することにより白色系マーキングを施されたことを特徴とする成形品。

本発明は、以下の効果を奏する。

すなわち、上記構成を備えた本発明の請求項１によるマーキング方法および請求項２による成形品においては、ＰＴＦＥをマーキング対象としてこのマーキング対象に簡易に白色系マーキングを施すことが可能である。したがって、ＰＴＦＥよりなる成形品の識別を行なう必要があるときに、識別作業を容易に行なうことができる。

本件のマーキングでは、マーキング対象であるＰＴＦＥの表面を加工することなく、直接マーキングができる。そのため、マーキング部は均一でムラのない鮮明なマーキングができる。

本件のマーキングでは、マーキング部が剥離せず、また剥離による異物の発生がないことから、マーキングが施された成形品本来の機能には何ら悪影響を及ぼさない。故に、本件のマーキングを摺動部となる箇所へ施すこともできる。

本件のマーキングでは、マーキング部の乾燥が不要なため、マーキングに時間を要さない。

本件のマーキングでは、マーキング対象にレーザ光を照射すると、照射部のＰＴＦＥが変質し（毛羽立ち）、ＰＴＦＥの本来の色を呈し、マーキングの役割を果たすために、マーキング表面が平面状でなくともマーキングが可能である。

本件のマーキングでは、成形品もしくは完成品の本来の機能からすれば不要であるマーキングを目的とした専用の添加剤を添加する必要がないために、マーキングの対象ごとに添加剤を選択したりあるいはマーキングの対象に添加剤を添加したりする手間を省くことができる。また、成形品もしくは完成品からのコンタミの発生を抑えることができる。

また、以下の効果を奏することも可能である。

（１）白色系コントラストは、レーザ装置の出力やその照射速度を調整することにより簡単に制御することができる。
（２）マーキングの寸法管理を簡易に行なうことができるので、小さい文字のマーキングも可能である。
（３）従来技術と比較して、塗料の剥離、表面層の剥離、特定の充填材などの配合物の変色ないし発色や、特定の発泡剤の配合に制約されることがなく、ＰＴＦＥであれば、配合上の制約はない。

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

マーキングに使用するレーザ光源としては、ＣＯ_２レーザなどの気体レーザ、半導体レーザ、ＹＡＧレーザなどの固体レーザなどが用いられる。用いるレーザの種類によりマーキングに必要な熱照射量に差はあるものの充分識別可能な程度に照射すれば良い。ここでは、ＣＯ_２レーザを用いた場合の照射条件を中心に本発明を具体的に例示する。

マーキング対象として用いたＰＴＦＥ成形物は、ＰＴＦＥ１００重量部に繊維長１００μｍの炭素繊維を１７重量部分散させた配合物を加圧・焼成して得たシート（２０ｍｍ×２０ｍｍ×２ｍｍ）を用いた。シートの色は黒色系である。

図１には、出力３．６Ｗ、マーキング速度３００ｍｍ／ｓの条件のもとでマーキングした際の電子顕微鏡写真を示す。この図１は、その上側がレーザ光照射部、下側がレーザ光非照射部であり、「レーザ光を照射してＰＴＦＥを変質させる（毛羽立たせる）」とは、この図１の上側の状態を示す。

つぎに、本実施の形態で行なったマーキングの一実施例の条件およびその結果を表１に示す。

この表１に示されるように、マーキング速度を１５０（ｍｍ／ｓ）で固定すると、レーザの出力が１．２Ｗ以上で明瞭な程度に白色系を呈してマーキングできる。

また、マーキング速度を３００（ｍｍ／ｓ）で固定すると、レーザの出力が２Ｗ程度で識別できる程度に照射部のＰＴＦＥは毛羽立ち白色系の色を呈し、３．６Ｗ以上で明瞭な程度に白色系を呈してマーキングできる。

更に、マーキング速度を４００（ｍｍ／ｓ）で固定すると、レーザの出力が２Ｗ程度で識別できる程度に照射部のＰＴＦＥは毛羽立ち白色系の色を呈し、４．８Ｗ以上で明瞭な程度に白色系を呈してマーキングできる。

しかしながら、照射部は非照射部に対して、表面粗さおよび肉厚の変化が生じるため、製品表面状態、すなわち照射部の表面状態が製品の機能に影響を及ぼすことがある。例えば、シールリングにおいては、ＣＯ_２レーザを用いて、レーザビーム径φ１４ｍｍの場合、照射により
（１）変形、例えば真円度の低下、肉厚の変化
（２）表面のへこみ、うねり
（３）表面層の物性低下（機械的強度、伸び、破壊エネルギー、耐摩耗性等）
（４）摺動時の摩擦現象の異常
といったことが生じることから、リーク性能の低下の虞がある。

したがって、たとえ識別が容易なマーキング状態であっても、製品へのマーキング状態としては適さない。

このような観点から、上記表１より、レーザの出力を大きくし、かつマーキング速度を大きくすることで、識別性に優れ、しかも製品本来の機能に何ら悪影響を及ぼさないマーキングを施すことが好ましい。

故に、上記表１より、本実施の形態におけるマーキングの条件は、マーキング速度が１５０ｍｍ／ｓの場合には出力は１．２Ｗ、３００ｍｍ／ｓの場合には出力は３．６〜６Ｗ、マーキング速度が４００ｍｍ／ｓの場合には出力は４．８〜８．４Ｗが好ましい。

尚、照射するレーザの出力やマーキング速度を加減することにより、マーキング状態（コントラスト）を調整することが可能である。すなわち、出力を下げたりマーキング速度を速くしたりするとマーキング状態（コントラスト）が薄くなり、反対に出力を上げたりマーキング速度を遅くしたりするとマーキング状態（コントラスト）が濃くなる。

ＰＴＦＥよりなるマーキング対象にレーザ光を照射した場合、レーザ光照射時の表面温度は、下記文字式をもって推定される。

Ｔｐ＝２βＦ／（√（πλｃρ））×√（ｔ）
Ｔｐ：表面温度（℃）
β：レーザー吸収率
Ｆ：パワー密度（Ｗ／ｃｍ^２）
λ：熱伝導率（ｃａｌ／ｃｍ℃ｓ）
ｃ：比熱（ｃａｌ／℃ｇ）
ρ：密度（ｇ／ｃｍ^３）
ｔ：照射時間（ｓ）

ＰＴＦＥよりなる成形品とは、例えばシールリング、バックアップリング、スラストワッシャ、スリッパシール、ウエアリング、ベローズ、シート等が挙げられるが、上記に限ったものではない。また、本発明のマーキングは前記成形品の中間成形物や最終製品に適用できる。例えば、シールリングで言えば、中間成形物とはカット前の成形品であり、最終製品とはカット後の成形品を指す。

図２に示すような、円周上の一箇所にカット部２を設けたシールリング１においては、予めカット部２に識別マークとして白色系マーキング３を施すことによってカット部２の識別も可能となり、位置決めに用いることもできる。カット部２は組付時に嵌め合い部として利用されるものであって、図示したバイアスカットの他に、ストレートカットやステップカット等がある。

このシールリング１が暗色系の充填材入りＰＴＦＥよりなる場合、このカット部２の外周面部位に本発明方法に基づいてレーザ光を照射すると、図１に示したようにＰＴＦＥ部分が毛羽立つために、ＰＴＦＥ本来の色である白色系をもってマーキング３とすることができる。

したがって、シールリング１の場合、嵌め合い部として利用されるカット部２の識別が容易となったり、類似シールリングの識別、方向性の識別などの適用が可能となる。また、シールリング１を製造するための中間成形物に白色系マーキング３を施す場合には、複数のシールリング１に対してマーキング作業を纏めて行なうことが可能となる。

図示したマーキング３は比較的単純な帯状模様とされているが、社名や製品コード等の各種の文字、記号または図形等をマーキングすることも可能である。

この毛羽立った白色系の照射部位は、摩擦すると、ＰＴＦＥの毛羽立った状態は再び元の稠密な状態に戻ることにより、元の色に戻る。したがって、この作用により、摺動部となる箇所へマーキングをした場合、本件のマーキングは成形品への印付けとしての機能を担うが、その成形品が製品として完成した後、その完成品が摺動部に組み込まれた場合には、そのマーキングは消えてしまう。つまりこの印は成形品の製造工程から組み込み迄の間で有効（マーキングが消えない）であれば良く、組み込み後にマーキングが消えていたとしても、その完成品本来の機能には何ら悪影響を及ぼさない。また、摺動部ではない箇所へのマーキングをした場合、本件のマーキングは、成形品に社名や製品コード等の文字記号等も入れることができる。したがって、摺動部でない箇所へマーキングした場合にはそのマーキングは消えることはないので、完成品の識別が可能となり、機能に悪影響を及ぼすこともない。

本発明の実施例に係るマーキングを施したＰＴＦＥ組成物の表面拡大写真図 本発明の実施例に係るマーキングを施したシールリングの斜視図 従来のレーザマーキング原理を示す説明図

符号の説明

１ シールリング
２ カット部
３ マーキング

Claims (2)

1. マーキング対象にレーザ光を照射することによりマーキングを施す方法において、
   前記マーキング対象はＰＴＦＥよりなり、前記マーキング対象にレーザ光を照射し、この照射を受けたＰＴＦＥ表面のみを毛羽立たせることにより、該照射を受けていないＰＴＦＥ表面とは異なる色調を呈することにより白色系マーキングを施すことを特徴とするマーキング方法。
2. マーキング対象にレーザ光を照射することによりマーキングを施された成形品において、
   前記マーキング対象はＰＴＦＥよりなり、前記マーキング対象にレーザ光を照射し、この照射を受けたＰＴＦＥ表面のみを毛羽立たせることにより、該照射を受けていないＰＴＦＥ表面とは異なる色調を呈することにより白色系マーキングを施されたことを特徴とする成形品。

Images