(57)【要約】【課題】  鮮明にマーキングを行うことができ、クラックが発生するのを防止することもできる。【解決手段】  紫外線レーザ光１によってマーキング３０を施すようにしている。紫外線レーザ光１としては、例えば波長が１００〜４００ｎｍの範囲からなり、各種の硬質材料の全てに対して明確にマーキングを施せ、熱衝撃によるクラックを生じさせることのない必要があることから、１５７ｎｍ以上３５５ｎｍ以下の範囲であることが好ましく、更には熱衝撃に特に弱い硬質材料も存在することから、３００ｎｍ以下が望ましい。レーザ発振源としては、Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０、β−ＢａＢ２Ｏ４、Ｓｒ２Ｂｅ２ＢＯ７などの結晶を利用した固体からなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬質材料、若しくは該硬質材料にセラミックス膜を被覆してなる硬質材料の表面に所望形状でマーキングするマーキング方法において、
紫外線レーザ光によりマーキングを施すことを特徴とするマーキング方法。
【請求項２】
単結晶材料、若しくは該単結晶材料を備えてなる電子材料基板の表面、
又は、ガラス材料若しくはガラス基板の表面、又は、電子部品の表面に所望形状でマーキングするマーキング方法において、
紫外線レーザ光によりマーキングを施すことを特徴とするマーキング方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載のマーキング方法において、
前記紫外線レーザ光の波長は、１５７ｎｍ以上３５５ｎｍ以下の範囲であることを特徴とするマーキング方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載のマーキング方法において、
前記紫外線レーザ光の発振源が固体であることを特徴とするマーキング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マーキング方法に係り、特に、超硬合金、サーメットなどからなる硬質材料に、所望形状のマーキングを施すマーキング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超硬合金、サーメット、セラミックス、立方晶窒化ホウ素、ダイヤモンドなどからなる硬質材料の表面、またはそれらの材料にセラミックス膜を被覆した硬質材料の表面にマーキングを施す方法としては、各種のものがあり、従来においては、例えばインクによって印刷したり、導電性の材料には電解腐食を施したり、さらにはＹＡＧレーザを使用した赤外線レーザ光を照射することによって行うことが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００２−２８９７４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述したように、従来のマーキング方法においては、印刷によるマーキング、電解腐食によるマーキング、レーザ光によるマーキングなどが採用されている。
しかしながら、上記インクや電解腐食によるマーキング方法では、マーキングが不鮮明となったりするばかりでなく、工具の使用中にマーキング部分がかすれてしまい、マーキングを判別することができなくなるという問題があった。
また、ＹＡＧレーザによるマーキングでは、鮮明なマーキングが可能となるものの、赤外線レーザ光が照射されると、その熱作用によって硬質材料の表面が急激に加熱・溶融されるものの、その赤外線レーザ光が停止した時点で常温によって急冷されるので、対象物のマーキング部に熱衝撃によるクラックが発生してしまい、使用中に、このクラックから工具が破損してしまうという問題があった。
【０００４】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、鮮明にマーキングを行うことができるのは勿論、クラックが発生するのを防止することもできるマーキング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、硬質材料、若しくは該硬質材料にセラミックス膜を被覆してなる硬質材料の表面に所望形状でマーキングするマーキング方法において、紫外線レーザ光によりマーキングを施すことを特徴とする。
請求項２に係る発明は、単結晶材料、若しくは該単結晶材料を備えてなる電子材料基板の表面、又はガラス材料若しくはガラス基板の表面、又は電子部品の表面に所望形状でマーキングするマーキング方法において、紫外線レーザ光によりマーキングを施すことを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載のマーキング方法において、前記紫外線レーザ光の波長は、１５７ｎｍ以上３５５ｎｍ以下の範囲であることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれかに記載のマーキング方法において、前記紫外線レーザ光の発振源が固体であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１に係る発明によれば、硬質材料にマーキングを施すとき、紫外線レーザ光を照射することでマーキングを行うと、硬質材料に鮮明にマーキングすることができ、また、赤外線レーザ光のように対象物のマーキング部に熱衝撃を与えてクラックが発生するのを防止することができるので、良好なマーキングを行える効果が得られる。
【０００７】
請求項２に係る発明によれば、単結晶材料、若しくは電子材料基板の表面にマーキングを施すとき、紫外線レーザ光を照射することでマーキングを行うと、単結晶材料、電子材料基板上に鮮明にマーキングすることができ、また、マーキングの際に熱衝撃を与えることなくマーキングを施すことができるので、熱衝撃によるクラックの発生を防止することができる。
さらに、単結晶材料、若しくは該単結晶材料を備えてなる電子材料基板の表面、又は、ガラス材料若しくはガラス基板の表面、又は、電子部品等の対象物の表面にマーキングが施されるが施される際に、マーキングが施される部位の平面方向又は深さ方向の近傍においては、熱歪、熱変形が生じる熱影響領域を無視できる程度に、若しくは最小限に抑えることができる。
【０００８】
請求項３に係る発明によれば、紫外線レーザ光の波長が１５７ｎｍ以上３５５ｎｍ以下の範囲であるので、熱衝撃に特に弱い硬質材料に対しても鮮明でかつクラックの生じない良好なマーキングを的確に施すことができる効果が得られる。
【０００９】
請求項４に係る発明によれば、紫外線レーザ光の発振源が固体であるので、エキシマレーザなどのように毒性ガスを取り扱うものに比較すると、安全かつ配管設備などが不要になり、維持コストを安価にすることができる効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図１〜図２はこの発明の第１の実施の形態に係るマーキング方法を示す原理説明図である。
このマーキング方法は、マスクを用いてマーキングを行うマスクマーキング法に適用したものであって、図１に示すよう、レーザ光１がマスク２に照射されると、そのマスク２に設けられているマーク３から通過して通過レーザ光４とされ、その通過レーザ光４がレンズ５を介して対象物６に照射されることで、対象物６の対向面にマーク３と同形状のマーキング３０が施されるようになっている。この場合、図２に示すように、マスク２に穿設されているマーク３上をレーザ１光が矢印ａのように走査されることで、マーク３と対応する形状でレーザ光１が通過するようになっている。
なお、対象物６は、超硬合金、サーメット、セラミックス、立方晶窒化ホウ素、ダイヤモンドなどからなる硬質材料から構成されている。
【００１１】
この実施形態においては、上記レーザ光として、紫外線レーザ光１を用いたものであって、従って、紫外線レーザ光１によってマーキング３０を施すようにしている。
この場合、紫外線レーザ光１としては、波長が１５７ｎｍ以上３５５ｎｍ以下の範囲の紫外線レーザ光１あることが、好ましい。
つまり、波長が３５５ｎｍよりも大きい場合には、レーザ光の熱作用で熱衝撃によるクラックが生じる恐れがあり、また、１５７ｎｍより小さな波長の場合には、実用的なレーザが存在せず安定したマーキングが困難なものとなり、対象物６の表面に良好なマーキング３０を形成することが困難なものとなっている。
また、１５７ｎｍ以上３５５ｎｍ以下の範囲の波長においても、１５７ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲がより好ましい。
つまり、３００ｎｍ以下の波長においては、サーメットやセラミックス等の熱衝撃に特に弱い硬質材料においても、熱衝撃によるクラックを生じさせることなく、良好にマーキングすることができる。
このような紫外線レーザ光１を照射するレーザ装置の発振源としては、例えばＬｉ２Ｂ４Ｏ７（以下、ＬＢ４という）、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（以下、ＣＬＢＯという）、β−ＢａＢ２Ｏ４（以下、ＢＢＯという）、Ｓｒ２Ｂｅ２ＢＯ７（以下、ＳＢＢＦという）などの結晶を利用した固体からなっている。このような固体からなる発振源を用いたレーザ装置では、維持コスト及び安全性などを考慮すれば、ＡｒＦ、ＫｒＦ，Ｆ２ガスなどの毒性ガスを利用するエキシマレーザ装置等より好ましい。
【００１２】
この実施形態のマーキング方法によると、上記のように、対象物６にマーキング３０を施すとき、紫外線レーザ光１を照射することでマーキングを行うと、ＹＡＧレーザのような赤外線レーザ光と異なり、熱効果が少ないので、対象物６にクラックが生じるのを防止することができ、またインクや電解腐食によるマーキングと異なり、鮮明にマーキング３０を設けることができるので、使用中にかすれてしまって判別しにくくなるのを防止することができ、いつまでも判別することができる。
【００１３】
しかも、照射される紫外線レーザ光１の波長が１５７ｎｍ以上３５５ｎｍ以下であり、特に１５７ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲であると、対象物６が特に熱衝撃に弱い硬質材料の場合であっても、クラックが発生するのを確実に防止することができ、従って、鮮明でかつクラックの生じない良好なマーキングを的確に施すことができる。そして、紫外線レーザ光１の発振源が固体であるので、エキシマレーザなどのように毒性ガスを取り扱うものに比較すると、安全かつ配管設備などが不要になり、取り扱いが簡便となるので、維持コストを安価にすることができる。
【００１４】
因みに、対象物として、２０ｍｍ×１０ｍｍ×５ｍｍの寸法からなるＷＣ基超硬合金と、同サイズからなるＴｉＣＮ基サーメットとからなる二種類の試料を用意して実験を行った。実験に際しては、双方の試料のマーキング３０を施す面を研磨仕上げしておき、また、この発明を実施するためのマーキング装置として、上記ＬＢ４結晶を使用した紫外線レーザ装置を用いる一方、比較用として、ＹＡＧ結晶を使用した赤外線レーザ光を照射するマーキング装置も用いた。これらのマーキング装置においては、いずれも１Ｗの範囲で出力を種々変えたりしてマーキング３０を施してみた。
ここで、紫外線レーザ光１の波長を２６６ｎｍとする一方で、ＹＡＧ結晶を使用した赤外線レーザ光は出力調整などの条件を種々変更してマーキング３０を施した。
【００１５】
図３、図４は、波長が２６６ｎｍの紫外線レーザ光１によって、出力０．２Ｗで、１秒間当たり１００ｍｍの走査速度でマーキングを行ったときのものである。
図３（ａ）は、マーキングされることによって得られた試料Ｓのマーキング３０を全体的に概略化した説明図であり、同図（ｂ）及び図４は同図（ａ）のＺ部に相当する拡大写真である。
これら、図３及び図４に示されるように、本実施形態に係るマーキング方法によれば、試料Ｓの表面が溶解したような状況は認められたが、クラックは形成されておらず、綺麗な直線状に認識することができた。
【００１６】
図５〜図８は、種々の赤外線レーザ光によって、出力１Ｗで、１秒間当たり１００ｍｍの走査速度でマーキングを行ったときのものであり、図５（ａ），（ｂ）〜図８（ａ）、（ｂ）は、マーキング３０の拡大図である。
つまり、赤外線レーザ光によって形成されたマーキング３０には、複数のクラックＣが形成されており、その一方で、本実施形態に係るマーキング方法によれば、クラックＣが形成されることなく、良好にマーキングできることが分かる。
【００１７】
即ち、上記試料Ｓの結果から、紫外線レーザ光を利用することで、鮮明でかつクラックの生じないマーキング３０を得ることができ、これにより、対象物６のマーキング３０が判別しにくくなったり、マーキング３０の設けられた工具を使用しているときに、該工具がクラックの影響で破損するというおそれのない良好なマーキング３０を得ることが理解できよう。
なお、上記の実験においては、試料Ｓに対し単なる直線状のマーキング３０を施した例を示したが、実際には図２に示すように、アルファベットなどの文字がマーキングされることとなり、上記実験の内容がそのまま反映されるのは当然である。
以上は、マスクマーキング法に適用した例を示したが、それ以外のマーキング方法に適用することもできる。
また、対象物６は、超硬合金、サーメット、セラミックス、立方晶窒化ホウ素、ダイヤモンドなどからなる硬質材料に限られない。
例えば、超硬合金、サーメット、セラミックス、立方晶窒化ホウ素、ダイヤモンドなどからなる硬質材料にセラミックス膜を被覆した硬質材料により構成された種々の加工を行うための加工工具であってもよい。
さらに、単結晶材料、若しくは該単結晶材料を備えてなる電子材料基板であってもよく、具体的には、単結晶材料としては、半導体材料であるシリコンや、圧電素子となるリチウムタンタレート等が挙げられ、電子材料基板としては、第１のシリコンウェーハと第２のシリコンウェーハとをシリコン酸化膜を介して接合することにより、シリコン酸化膜上にシリコン単結晶薄膜を有するＳＯＩウェーハ等があげられる。
【００１８】
図９は、この発明の第２の実施の形態に係るマーキング方法を示している。
この実施形態は、いわゆるスキャニングマーキング法を適用したものであって、図９に示すように、紫外線レーザ光１がＸ軸ガルバノミラー７及びＹ軸ガルバノミラー８によって反射されることで方向がそれぞれに変換され、またレンズ９を介して対象物６に照射されるとき、Ｘ軸ガルバノミラー７及びＹ軸ガルバノミラー８が、それぞれの駆動源としてのガルバノスキャナ１０、１１によって駆動され、紫外線レーザ光１が対象物６の対向面上で走査されることで、対象物６に所望の形状でマーキング３０が施されるようになっている。
【００１９】
Ｘ軸スキャンミラー７がガルバノスキャナ１０の駆動によって傾動することで紫外線レーザ光１が矢印ｂ方向に走査され、Ｙ軸スキャンミラー８がガルバノスキャナ１１の駆動によって傾動することで紫外線レーザ光１が矢印ｃ方向に走査される。従って、この場合は、マスクを用いず、紫外線レーザ光１が単に走査されることでマーキング３０が施される。
この実施形態においても、紫外線レーザ光１を用いてマーキング３０を施すので、基本的には第１の実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００２０】
図１０及び図１１は、この発明の第３の実施の形態に係るマーキング方法を示している。
この場合は、マスクマーキング法の他の例を適用したものであって、図１０に示すように、例えばＬＢ４を紫外線レーザ発振源とするレーザ光装置１２から照射された紫外線レーザ光１が、集光レンズ１３によって集光された後、フィールドレンズ１４を介して大型のガラスマスク１５に照射されると、そのガラスマスク１５に設けられている所望のマークの形状に応じた通過レーザ光４とされ、その通過レーザ光４が結像レンズ１６などの光路を経ることで、対象物６の対向面にマークと同形状でマーキング３０が施されるようになっている。
【００２１】
その場合、マスクパターン選定用のスキャナ１７により、紫外線レーザ光１が通過するガラスマスク１５上のマークの位置が選定され、また位置変更用スキャナ１８により、結像レンズ１６及び対象物６間の経路を変えられるようになっている。従って、ガラスマスク１５には、図１１に示すように、種々の形状のマーク３が設けられ、そこから所望のマークが一個ずつ選定されることとなる。図１１において、丸枠で囲まれた符号Ａがマーキングの対象となっていることを表している。
この実施形態によれば、紫外線レーザ光１を用いて対象物６にマーキング３０を施すので、第１及び第２の実施形態と同様の作用効果が得られる。
【００２２】
以上説明した図示実施の形態において、レーザ発振源として、ＬＢ４、ＣＬＢＯ、ＢＢＯ、ＳＢＢＦを用いた例を示したが、紫外線レーザ光を照射できると共に、固体からなるものであれば他のレーザ発振源を用いてもよく、図示実施形態に限定されるものではない。
たとえば、１０６４ｎｍの３倍波（３５５ｎｍ）の紫外線レーザを照射できるレーザ発振源に用いる波長変換結晶としては、ＫＤＰ（ＫＨ２ＰＯ４）、ＤＫＤＰ（ＫＤ２ＰＯ４）、ＲＤＡ（Ｒ６Ｈ２ＡｒＯ４）、ＲＤＰ（ＲｂＨ２ＰＯ４）、ＬｉＩＯ３，ＢＢＯ（ＢａＢ２Ｏ４），ＬＢＯ（ＬｉＢ５Ｏ５），ＬＦＭ（ＬｉＣＯＯＨ・Ｈ２Ｏ），ＮａＣＯＯＨなどある。
また、４倍波（２６６ｎｍ）の紫外線レーザを照射することができるレーザ発振源に用いる波長変換結晶としては、ＫＤＰ（ＫＨ２ＰＯ４）、ＤＫＤＰ（ＫＤ２ＰＯ４）、ＡＤＰ（ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４）、ＫＢ５（ＫＢ５Ｏ８・４Ｈ２Ｏ），ＬＦＭ（ＬｉＣＯＯＨ・Ｈ２Ｏ）、ＢＢＯ（ＢａＢ２Ｏ４）、ＢｅＳＯ４・４Ｈ２Ｏ等がある。
さらに、５倍波（２１３ｎｍ）の紫外線を照射することができるレーザ発振源に用いる波長変換結晶としては、ＫＤＰ（ＫＨ２ＰＯ４）、ＡＤＰ（ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４）、ＫＢ５（ＫＢ５Ｏ８・４Ｈ２Ｏ）、Ｕｒｅａ（ＣＯ（ＮＨ２）２）、ＣａＣＯ３、ＢＢＯ（ＢａＢ２Ｏ４）等がある。
または、各波長用に設計、製作された擬位相整合デバイス等がある。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の第１の実施の形態に係るマーキング方法を適用した説明図である。
【図２】図１におけるマスク上に設けられたマークに対して紫外線レーザ光を走査させるときの説明図である。
【図３】（ａ）は、このマーキング方法によって試料に設けられたマーキングを概略的に示す説明図、（ｂ）は（ａ）のＺ部に相当する拡大写真である。
【図４】図３（ａ），（ｂ）のマーキング部の拡大図である。
【図５】（ａ）は、赤外線レーザ光によってマーキングを施した試料を示す、（ｂ）は（ａ）の拡大写真である。
【図６】（ａ）は、赤外線レーザ光によってマーキングを施した試料を示す、（ｂ）は（ａ）の拡大写真である。
【図７】（ａ）は、赤外線レーザ光によってマーキングを施した試料を示す、（ｂ）は（ａ）の拡大写真である。
【図８】（ａ）は、赤外線レーザ光によってマーキングを施した試料を示す、（ｂ）は（ａ）の拡大写真である。
【図９】この発明の第２の実施の形態に係るマーキング方法を示す説明図である。
【図１０】この発明の第３の実施の形態に係るマーキング方法を示す説明図である。
【図１１】図６におけるマスク上に設けられた複数のマークから、一文字ずつマスクを選定してマーキングするときの説明図である。
【符号の説明】
【００２４】
１    紫外線レーザ光
６    硬質材料からなる対象物
３０    マーキング
【図１】
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【図２】
2006000865.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2006000865.tif 000007
【図６】
2006000865.tif 000008
【図７】
2006000865.tif 000009
【図８】
2006000865.tif 000010
【図９】
2006000865.tif 000011
【図１０】
2006000865.tif 000012
【図１１】
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