JPH0332486A - 光加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 皮栗圭恵社枇公立 本発明は、被加工物材料上に光吸収性材料を含有するイ
ンキを用いて画像を作製し、該画像に沿ってレーザー光
を照射して微細加工を行う光加工方法に関する。

本発明の方法によると、紙、合成紙、フィルム、繊維、
布地、木材、プラスチックシート、金　属蒸着紙、金属
蒸着フィルム及び金属箔等の被加工材に対し穴あけ、ピ
ット形成、マーキング、切断、熱処理等の微細加工を手
軽に簡単に行うことができる。

里」０え販 レーザー加工は、レーザーの高エネルギー密度を利用し
た一種の熱加工であり、レーザーを被加工物に照射して
、照射部分の加熱、溶融及び気化により、穴あけ、マー
キング、切断及び熱処理などの加工を行うものである。

このような加工状態を実現するためには、ある程度高出
力のレーザー発振器が必要であり、連続発振レーザーの
場合には出力ｌＯ〜４００Ｗ程度のレザーが加工対象に
応じて使用されている。

このような出力発生が可能で、信頼性が高く、保守も容
易なレーザーとして、Ｎｄ　：　ＹＡＧレザー、ＣＯ，
レーザー、Ａｒレーザー等が実用に供せられている。

、レーザー加工には次のような特徴がある。

（１）　　レーザー光は空間的コヒーレンシイに優れて
おり、レンズ系を用いて集光すると、被加工物上に発振
波長の数倍程度のビーム径に集光できるので、微細加工
に最適である。

（２）　　局部的にのみ加熱加工を行うものであるため
加工部の周囲に対する熱の影響を最小限にすることがで
きる。

（３）　　レーザー加工は非接触加工であるため接触加
工では不可能な部分の加工及び複雑な形状の加工が可能
であるとともに、被加工物に対して加工ひずみを最小に
とどめることができる。

（４）加工プロセスの自動化、無人化に適している。

Ｈが１しようとする課− レーザー光による微細加工は、上記したような優れた特
徴を有しているが、被加工物が、紙、フィルム、繊維、
プラスチック、革着祇、蒸着フィルムなど薄いものや細
いものに微細な加工を施そうとする場合、従来の１０〜
４００Ｗの高出力レーザー加工機では大型過ぎてかえっ
て加工に通さないものが多く、また加工が可能であった
としてもその効率はきわめて悪いものであるのが現状で
あった。

従来のレーザー加工が大出力を必要とした理由は多数考
えられるが、その１つはレーザー光を被加工物が吸収し
ないか吸収しても極僅かなため、レーザー光の本来持っ
ているエネルギーの極一部しか加工エネルギーとして利
用できないためである。又、このような出力のレーザー
は取り扱いに危険を伴うので、この面でも手軽に使用す
ることは困難であった。

そこで、本発明はこれまで加工に利用されていない低出
力のレーザーによっても微細加工を可能とする新規な光
加工方法を提供するものである。

Ｌ　を”するための゛ 本発明は、上記課題を達成するためになされたものであ
って、被加工物の材料面上に光を吸収して熱として放出
する光吸収性材料を含有するインキを用いて画像を作製
し、該画像に沿ってレーザ光を照射することによって低
出力のレーザーを使用して被加工物を微細に加工するこ
とができるようにしたものである。

本発明では、光吸収性材料を含有するインキを用いて画
像を作製し、これとほとんど同時に画像部分に沿ってレ
ーザー光を照射するとよい。

本発明の加工方法を使用するのに特に適している被加工
物としては、紙、合成紙、フィルム、繊維、布地、木材
、プラスチックシート、金属蒸着紙、金属蒸着フィルム
及び金属箔等の薄いシートや細いものであり、それらを
使用する用途の具体例としては、光デスク用プレートや
ブリベートカード等がある。

光吸収性材料は、レーザー光の＋ｔｑ射を受けてこれと
反応するので、レーザー光の発振主波長付近に最大吸収
波長を有するものが好適であり、特に、本発明の好適に
使用される低出力のレーザーは近赤外付近に発振主波長
を有するものが多いので、近赤外領域に主波長を有する
光を吸収して熱変換できる近赤外吸収剤を使用すること
が好ましい。

このような近赤外吸収剤としては、０．７〜３ｆｆ１μ
の近赤外領域に吸収を持つものであればよく、従来公知
の、特開昭５４−４１４２号公報、特開昭５８−２０９
５９４号公報、特開昭５８−９４４９４号公報に開示さ
れている、シアニン色素、チオールニソケル錯体、スク
アリリウム色素を始め、「近赤外吸収色素」（化学工業
４３．１９８６年５月号）にあるニトロソ化合物および
その金属錯体、ポリメチン系色素（シアニン系色素）、
チオールとコバルトあるいはパラジウムとの錯体、フタ
ロシアニン系色素、トリアリルメタン系色素、インモニ
ウムあるいはジインモニウム系色素、ナフトキノン系色
素、あるいは本発明者らが見いだし、平底１年２月６日
付けで特許庁に出ＴＤＭ＜特願平１−２７１８６）　し
た明細書に記載した、１．３−ジフェニルチオウレアや
１，３−ジベンジルチオウレア等のチオ尿素誘導体と周
期律表の！Ａ属及びＩＩＡ属を除く原子１４０以上の金
属の有機酸塩、アルコラードあるいは水酸化物とを混合
加熱処理して得られる処理生成物、あるいは分散性赤外
吸収剤を使用した光記録体に関する本発明者らの出願に
なる特願昭６３−２７２７０２号明細書に記載されてい
る硫化銅や黒鉛などの分散性近赤外吸収剤等がある。こ
れらは、インキ組成に適合する溶剤に溶解し、または微
粒子に分散し、インキ組成中に添加して用いられる。

光吸収材料を含有するインキによって画像を作製する手
段としては光吸収性材料を含むインキを連続噴射型ある
いは圧力パルス、バブルジェット、熱溶融、電界制御等
の方法によるオンデマンド型のインクジェット方弐のい
ずれも用いることができる。

また、光吸収性材料を含有するインキを組込んり水性、
油性のボールペン、ファイバーペン、セラミソクペンを
使用して画像を作製することもできる。

さらに被加工物に一定間隔に光吸収性微小網点を種々の
印刷方式で予め印刷することもできる。

このようにすると印刷パターンに応じてレーザ光を照射
して微細加工を行うことができる。この場合、微小網点
の間隔によっては不連続の加工に適するようにすること
もできる。

加工の精度を高くするには画像の線巾は、レザースポッ
ト径に対応してできるだけ細いことが望ましい。光吸収
性材料の選択によっては肉眼でみて着色が少ないかある
いはほとんど色の無い光吸収性画像を得ることもできる
。このような場合、レーザースポソト径よりも光吸収性
画像の線巾が多少広くても弊害となることはない、光照
射後、不必要な光吸収性材料は洗滌によって取り除くこ
ともできる。

インクジエソト方式及びペン方式で被加工材に積層され
る光吸収性材料の量は、被加工材の性質とレーザー光の
出力により異なり特に限定されるものではなく、被加工
物に目的の加工をする熱が得られる量であれば良い、レ
ーザー光の吸収が、インク中の光吸収剤で主として行わ
れる場合は、光吸収剤の必要量の目安は、該インクで記
録した画像の反射率で得ることができる０画像のレーザ
ー光の主要波長における反射率が２０〜８０％の範囲に
なるようにインクの＠量とインク組成中の光吸収性材料
の量を調整することが望ましい０反射率が低い程、照射
されたレーザー光の吸収が高いことになるので低いエネ
ルギーで加工することができる。２０％以下の反射率と
しても、熱変換効率は余り高くならず、又インクの着量
も多量を要しこの点ても非効率的である。

−Ｍに、近赤外光吸収性材料は高価なものが多く、その
ために使用する用途を限定されるが、本発明のように必
要部分だけに近赤外光吸収性材料を使用し積層すると使
用量が少なくてすみ、使用する用途も拡大される。さら
に、積層後これとほとんど同時にレーザー光を照射する
と安定性に問題のある近赤外光吸収性材料でも使用する
ことができる。

本発明で使用するレーザー光としては、レーザー光の主
要な波長が近赤外領域の７００〜１５００ｎｓ＋にあり
、出力が５ｍＷ”ｌ　Ｗの範囲のものが好ましく、特に
半導体レーザー光がコンパクトでしかも安定性にすぐれ
ているので最も適している。

レーザーダイオードから発光した光は平行光にされた後
、集光レンズによって１−１００μのスボ７）に集光す
ることによって切断、穴開、微小ピント形成およびマー
キングの微細加工ができる。

レーザーの出力が高い場合には集光せずに平行光のまま
で加工することができる。

本発明では光吸収性材料を含むインキによって画像作製
と同時に加工する場合は、被加工物上の加工点にできる
だけ垂直に４５度以内の角度でレザーを照射する方がエ
ネルギーの効率的使用の観点から好ましい、又、加工点
とレーザーとの距離は特に制限はないが、余りに近いと
加工面からの蒸気や粉塵でレーザーに悪影響があり、遠
いと加工点の追尾が難しくなるから散開〜数ｃｍの距離
からレーザー光を照射して微細加工を行うとよい。

？ｊ［雑な微細加工ではその画像の作製方向が一定でな
く、複雑な軌跡をたどる場合、被加工物上の作製ポイン
トと集光されたレーザー光照射点とを一致させて複雑な
軌跡にも対応することが必要であり、より低出力の従っ
て小型のレーザーを使用することができる。

被加工物あるいはレーザー光を走査させる場合には、そ
の走査速度をレーザー光の出力、集光度、レーザー光の
主要波長と光吸収性材料の吸収波長との合致程度、被加
工物上の光吸収性材料量、加工の種類などによって変化
させるとよい。

生貝 本発明では、上記したように被加工物上に光吸収性材料
を含有するインキによって画像を作製し、その画像作製
点や画像ラインに沿ってレーザー光を照射するので、こ
れるまで使用されている出力のレーザー光よりも微小な
エネルギーのレーザ光、例えば半導体のレーザー光を用
いて被加工物を微細加工することができる。

これまで使用されている出力のレーザー光より微小エネ
ルギーのレーザー光によって微細加工できるのは、被加
工物上に光吸収性材料、特に近赤外吸収材料を含有する
インキにより画像を作製し、これにレーザー光を照射す
るので光吸収性材料、特に近赤外吸収性材料にレーザー
光が吸収され、光エネルギーが熱エネルギーに効果的に
変換され、さらに被加工物画像のレーザー光吸収部分が
加熱、溶解、気化することによって加工されるためであ
ると考えられる。

失歇班 次に本発明の実施例を示す。実施例中の部は重量部であ
る。

実施例１ 近赤外吸収剤としてインドシアニングリーン（ＩＣＧ）
１０部、グリセ９７１０部、ジエチレングリコールモノ
メチルエーテル６部、ラウリル硫酸ナトリウム３部、デ
ヒドロ酢酸ナトリウム０．１部及び水７０．９部を、上
記配合に従って撹拌溶解し、ポアサイズが１ミクロン以
下のフィルターで濾過して近赤外吸収性水性ペンインク
を得た。

上記水性ペンインクをプロッタ用ペン（ＭＰ−３２００
−５１専用ペン、グラフティックス社）に注入して近赤
外線吸収性水性ペンを得た。

つぎにペンプロソタ　（Ｍ　Ｐ　−３２００−５１、グ
ラフティックス社〉で上記水性ペンで画像を書きながら
、この画像に沿ってレーザーヘッド（ＬＤＣ−８３３０
−ＣＩＮＣ；アプライドオプティックス社製、中心波長
８３０ｎｍ、出力８０ｍＷ）から集光レンズによって集
光されたレーザースボノト光を照射し、９壽クロンのポ
リエチレンテレフタレートフィルムを？ｊｌ雑な形状の
パターンに切断した。

実施例２ インドシアニングリーン（ＩＣＧ）２部、グリセリン１
０部、ジエチレングリコールモノメチルエーテル６部、
ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム３部、デヒドロ
酢酸ナトリウム０．１部及び水７８．９部を、上記配合
に従って撹拌溶解し、実施例１と同様の方法で赤外光吸
収性インクを得た。

この赤外光吸収性インクを用いてインクジェソト方式に
よって赤外光吸収画像を作製し、実施例１と同様に集光
レンズによって集光されたレーザー光を照射した。イン
クジェソト方式で得られた赤外光吸収画像に沿って１０
ミクロンのポリアクリルフィルムを鮮やかに複雑な形状
のパターンに切断できた。

実施例３ ＩＣＩ製近赤外吸収剤ｓ　、　ｃ　、　１０９５６４の
１０％水溶液３６部、スチレンマレイン酸共重合体の４
０％水溶？＆１２７．５部、ＩＰＡ３０部、水９６部、
クレー９部及び消泡剤としてサーフィノール〔閣すンノ
プコ社製〕１．５部を、上記配合に従って攪拌熔解し、
実施例Ｉの方法に従って印刷用近赤外光吸収性インクを
得た。

この印刷用近赤外光吸収性インクを使用して予めグラビ
ア印刷した３０ミクロンの上質紙に集光レンズを組み込
んだレーザーヘソドを搭載したプロングによってレーザ
ー光をを照射しながら作動すると印刷部分を通過した網
点に微細な穴が開いた。

実施例４ 実施例１で使用した赤外光吸収性インクのイントンアニ
ングリーンの代わりにＮ　Ｋ　−２６１２（日本感光色
素■製）を使用して実施例１と同様の方法で７０Ｇクロ
ンの合成紙に微細な加工を行った。

実施例５ 実施例１で使用した赤外光吸収性インクのインドシアニ
ングリーンの代わりにナフトールグリンＢを使用して実
施例１と同様の方法でチタン蒸着のポリエチレンテレフ
タレートフィルムに微細な加工を行った。

実施例６ 実施例２で使用した赤外光吸収性インクをインクジェッ
ト方式によってポリエステル布地に赤外光吸収画像を作
製し、実施例１と同様に集光レンズによって集光された
レーザースポット光を照射した。インクジェット方式で
得られた赤外光吸収画像に沿って複雑な形状のパターン
を切断できた。

又里坐豊来 本発明では、上記したように被加工物上に光吸収性材料
、特に近赤外吸収材料を含有するインキによって微細加
工に必要な作図を兼ねた画像を作製し、これにレーザー
光を照射して被加工物を微細加工するのでこれまで使用
できなかった低出力の半導体レーザーを微細加工に使用
することかできる。ｔｗ以下のレーザーを使用すると極
めて安全性が高く、特別の防護設備なしにレーザー加工
をすることができる。

また、本発明では、近赤外吸収材料等の光吸収性材料を
微細加工するのに必要な部分だけ使用し、被加工物全面
に塗布しないので、その使用量を節減し、経済的に加工
することができる。さらに、光吸収性材料を含有するイ
ンクで画像を作製し、これを乾燥後直ちにレーザー光照
射すると、不安定な光吸収性材料、特に近赤外吸収材料
を有効に使用することができる。

さらにまた、近赤外波長を有する半導体レーザの光源を
有効に利用することが可能となり、コンパクトな装置で
ヒートモード微細加工の実用化を進める上で好結果をも
たらすものである。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）被加工物材料面上に光を吸収して熱を放出する光
   吸収性材料を含有するインキによって画像を作製し、該
   画像に沿って該光吸収性材料の最大吸収波長を主要な発
   振波長とするレーザー光を照射して微細加工することを
   特徴とする光加工方法。
2. （２）被加工物材料が、紙、合成紙、フィルム、繊維、
   布地、木材、プラスチックシート、金属蒸着紙、金属蒸
   着フィルム及び金属箔よりなる群から選択された材料で
   ある請求項（１）に記載の光加工方法。
3. （３）光吸収性材料を含有するインキをインキジェット
   方式を用いて画像を作製する請求項（１）に記載の光加
   工方法。
4. （４）光吸収性材料が７００〜１５００ｎｍに最大吸収
   波長を有する近赤外吸収剤である請求項（１）に記載の
   光加工方法。