(57)【要約】【課題】セラミック材の表面にレーザーにより文字や図形を形成でき、特に二次元コードなどの微細な表示が可能なマーキング方法を提供するものである。【解決手段】セラミック材１の表面の同一個所にレーザービーム３を複数回連続して照射し、セラミック材１の表面を熱変形させて、表面の凹凸面より深い凹部４を形成し、マーキング形状に沿ってレーザービーム３またはセラミック材１をを移動させながら順次深い凹部４を形成し、この深い凹部４を暗模様とし、表面の凹凸面２を明模様としたコントラストにより、文字や図形を形成することを特徴とするものである。【選択図】　　図５
2004066299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック材の表面の同一個所にレーザービームを複数回連続して照射し、セラミック材の表面を熱変形させて、表面の凹凸面より深い凹部を形成し、マーキング形状に沿ってレーザービームまたはセラミック材を移動させながら照射して順次深い凹部を形成し、この深い凹部を暗模様とし、表面の凹凸面を明模様としたコントラストにより、文字や図形を形成することを特徴とするセラミック材のレーザーマーキング方法。
【請求項２】
セラミック材表面の凹凸面に、釉薬を塗布して焼付けた透明な釉薬層を設けて平滑に形成したことを特徴とする請求項１記載のセラミック材のレーザーマーキング方法。
【請求項３】
暗模様となる凹部の深さＨが、明模様となる表面の凹凸面の深さｈの２倍以上に形成することを特徴とする請求項１または２記載のセラミック材のレーザーマーキング方法。
【請求項４】
セラミック材の表面に、レーザービームを照射して形成した表面の凹凸面より深い平面円形の凹部を暗模様の単位セルとし、表面の凹凸面を明模様の単位セルとして、これら明暗の単位セルを組合わせて明暗模様のマトリックスによる１セル１ドットの二次元コードを形成することを特徴とする請求項１または２記載のセラミック材のレーザーマーキング方法。
【請求項５】
セラミック材の表面に、レーザービームを照射して表面の凹凸面より深い平面円形の凹部を形成し、これを単位ドットとして、このドットをｎ×ｎ、またはｎ×ｍ（但しｎ、ｍは整数）に縦横に配置して暗模様の単位セルを形成し、レーザービームを照射していない表面の凹凸面を明模様の単位セルとして、これら明暗の単位セルを組合わせて明暗模様のマトリックスによる二次元コードを形成することを特徴とする請求項１または２記載のセラミック材のレーザーマーキング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はセラミック材の表面にレーザーマーキングする方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、セラミック製の基板や刃物、碍子などの表面に、会社名やロゴマーク、製造番号などの識別データを記載する場合には、印刷や転写紙の焼付けにより行なわれていた。しかしながら、印刷面は使用中に擦れて薄くなり、長期間に亘って鮮明に表示することができず、また転写紙の焼付けによるものは微細な表示ができない問題があった。特にセラミック基板のように数センチ角に切断した小さなチップを一個ずつ管理するような場合には、識別データを表示するスペースがなく個別に管理することができなかった。
【０００３】
このためセラミック材の表面に、レーザービームを照射して、文字や二次元コードなどの図形を形成することが検討されていた。セラミック材は、アルミナ（二酸化アルミニウム）などの、細かいセラミック粉を加圧成形して、焼結したもので、ダイヤモンド（　モース硬度１０）　に次ぐモース硬度９と高い硬度を有し、耐磨耗性や、１５００〜１６００℃程度の耐熱性、耐薬品性などに非常に優れた特徴を備えている。また熱伝導率が低く、高温における絶縁抵抗や高電圧に対する絶縁耐力にも優れている。
【０００４】
このような各種の特性を有するセラミック材１は、図１に示すように、表面を研磨して平滑にしているものの、例えば深さが約３μｍ　の細かいギザギザの硬い凹凸面２が形成され、表面で光が乱反射して白色を呈している。このようにセラミック材１の表面は光の反射率が高いため、通常の方法により単にレーザービームを照射しても透過せず、表面で反射され、しかも耐熱性が高いため熱によって変形せず文字や図形を形成することが困難であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題を改善し、セラミック材の表面にレーザーにより文字や図形を形成でき、特に二次元コードなどの微細な表示が可能なマーキング方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載のセラミック材のレーザーマーキング方法は、セラミック材の表面の同一個所にレーザービームを複数回連続して照射し、セラミック材の表面を熱変形させて、表面の凹凸面より深い凹部を形成し、マーキング形状に沿ってレーザービームまたはセラミック材を移動させながら照射して順次深い凹部を形成し、この深い凹部を暗模様とし、表面の凹凸面を明模様としたコントラストにより、文字や図形を形成することを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２記載のセラミック材のレーザーマーキング方法は、セラミック材表面の凹凸面に、釉薬を塗布して焼付けた透明な釉薬層を設けて平滑に形成したことを特徴とするものである。また請求項３記載のセラミック材のレーザーマーキング方法は、暗模様となる凹部の深さＨが、明模様となる表面の凹凸面の深さｈの２倍以上に形成することを特徴とするものである。
【０００８】
請求項４記載のセラミック材のレーザーマーキング方法は、セラミック材の表面に、レーザービームを照射して形成した表面の凹凸面より深い平面円形の凹部を暗模様の単位セルとし、表面の凹凸面を明模様の単位セルとして、これら明暗の単位セルを組合わせて明暗模様のマトリックスによる１セル１ドットの二次元コードを形成することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項５記載のセラミック材のレーザーマーキング方法は、セラミック材の表面に、レーザービームを照射して表面の凹凸面より深い平面円形の凹部を形成し、これを単位ドットとして、このドットをｎ×ｎ、またはｎ×ｍ（但しｎ、ｍは整数）に縦横に配置して暗模様の単位セルを形成し、レーザービームを照射していない表面の凹凸面を明模様の単位セルとして、これら明暗の単位セルを組合わせて明暗模様のマトリックスによる二次元コードを形成することを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の一形態を図１ないし図５を参照して詳細に説明する。図１に示すセラミック材１の表面の１個所に、レーザービーム３を図２に示すように２００〜４００回程度連続照射すると、セラミック材１の表面の凹凸面２が部分的に高温度になり昇華や溶融などの熱変形を受けて、図３に示すように深く窪んだ凹部４が形成される。この場合、凹凸面２でレーザービーム３が一部乱反射されるが、同じ部分に連続的にレーザービーム３を数百回照射するので、次第に温度が上昇し、１６００℃以上の高温度になって昇華や溶融して深い凹部４が形成される。
【００１１】
このようにレーザービーム３を複数回連続照射しながら、マーキング形状に沿って、レーザービーム３を順次移動させ図４に示すように深い凹部４からなる円形のドット５を形成していく。図５に示すように表面のギザギザの凹凸面２の深さ（表面粗さ）ｈは、その研磨状態によって異なるものの、例えば３μｍ程度であるが、レーザービーム３を連続照射して深く窪んだ凹部４の深さＨが、表面の凹凸面２の深さｈの２倍以上に形成することにより、光の一部がこの深い凹部４で吸収される。この結果、表面のギザギザの凹凸面２では光が乱反射して明模様となり、深い凹部４は光が一部吸収されて暗模様となり、この明暗模様のコントラストにより、文字や図形を認識することができる。
【００１２】
この方法により、例えば図６に示すようにセラミック材１で形成された基板の表面にメッシュ６を形成し、この１個の枠７の内側に、レーザービーム３を数百回連続照射して図７に示すように円形のドット５を形成し、レーザービーム３を順次、縦横に移動させながら二次元コード１０を形成することができる。この場合レーザービーム３の照射回数は５０〜４００回程度が好ましく、５０回未満では深い凹部４が十分に形成されず、４００回を超えると作業性が悪くなるからである。
【００１３】
このようにしてレーザービーム３を１個所に連続照射しながら間欠的に縦横方向に移動させていくと、表面のギザギザの凹凸面２では光が乱反射して明模様となり、深い凹部４は暗模様となる。この深い凹部４を暗い単位セル９ａ、光が乱反射して明模様となった表面を明るい単位セル９ｂとし、これら明暗の単位セル９ａ、９ｂを組合わせて１セル１ドットの明暗模様のマトリックスによる二次元コード１０を形成し、この二次元コード１０を読取装置で読取ることができる。
【００１４】
この二次元コード１０は単位面積当たりのデーター量がバーコードに比べて極めて多く、多量の情報を記録できると共に、３６０度どの方向からも読取ることができる利点がある。更にコードの一部が破損したり汚れたりしていてもデーターを回復できる機能がある上、データーを暗号化することにより情報を秘密裏に管理することもできる。
【００１５】
また上記説明では１セル１ドットの明暗模様のマトリックスによる二次元コード１０を形成する場合について示したが、レーザービームを照射して表面の凹凸面２より深い円形の凹部４を単位ドット５として、このドット５をｎ×ｎ、またはｎ×ｍ（但しｎ、ｍは整数）に縦横に配置して暗模様の単位セルを形成し、レーザービームを照射していない表面の凹凸面２を明模様の単位セルとして、これら明暗の単位セルを組合わせて明暗模様のマトリックスによる二次元コード１０を形成しても良い。
【００１６】
図８は本発明の他の実施形態を示すものでセラミック材１で形成されたナイフ１２にレーザーマーキングにより二次元コード１０とマーク１４を形成したものである。
【００１７】
図９は本発明の他の実施形態を示すものでセラミック材１で形成された碍子１３に、二次元コード１０を形成したものである。このようにレーザーマーキングにより、材料種別や製造番号などの識別データを二次元コード１０で表示することができる。
【００１８】
図１０は本発明の他の実施形態を示すものでセラミック材１の表面に、レーザービーム３を数百回連続照射して深い凹部４を形成して円形のドット５とし、レーザービーム３を順次、縦横に移動させながら連続照射して深い凹部４を形成し、円形のドット５で数字の「１３５８」を表示したものである。
【００１９】
図１１は本発明の他の実施形態を示すもので、セラミック材１の表面に、レーザービーム３を数百回連続照射して深い凹部４を形成し、この凹部４に重ねてレーザービーム３を順次縦横に移動させながら照射して連続した深い凹部で、図１２に示すように数字の「１３５８」を形成したものである。
【００２０】
図１３および図１４は本発明の他の実施形態を示すもので、セラミック材１の表面の凹凸面２に、釉薬を塗布して焼付け、図１３に示すように透明な釉薬層１５を形成して表面を平滑にしたものである。この状態でセラミック材１の表面に、レーザービーム３を数百回程度連続照射すると、図１４に示すようにセラミック材１の表面の透明な釉薬層１５を光が透過して凹凸面２が部分的に高温度になり釉薬層１５と共に昇華や溶融などの熱変形を受けて深く窪んだ凹部４が形成される。一方、レーザービーム３を照射しない表面部分は、光沢のある平滑な釉薬層１５が形成されたままになっている。
【００２１】
この方法で形成したものは、透明な釉薬層１５を形成して表面が平滑で滑り性が良く、シリコン半導体基板の設置台などに利用される。これに光が当たると、表面の釉薬層１５を光が透過し、この下の凹凸面２で光が乱反射して明模様となる。また凹部４は暗模様となり、この明暗のコントラストにより、文字や図形を表示することができる。
【００２２】
【実施例】
（実施例１）図６に示すようにセラミック材１で形成された基板の表面に１個の枠７の大きさが縦３００μｍ横６００μｍのメッシュ６を形成し、この１個の枠７の内側に、図７に示すようにレーザービーム３を３００回連続照射して円形のドット５を形成し、レーザービーム３を順次、縦横に移動させながら照射して二次元コード１０を形成した。この円形のドット５の直径は２７μｍで、縦が８セルで長さ２１６μｍ、横が１８セルで長さ４８６μｍの１セル１ドットの二次元コード１０を形成した。
【００２３】
このセラミック材１の表面に形成した二次元コード１０は、この深い凹部４で形成された円形のドット５が暗い単位セル９ａとなり、光が乱反射して明模様となった表面の凹凸面２が明るい単位セル９ｂとなって、これら明暗の単位セル９ａ、９ｂを組合わせた明暗模様のマトリックスによる１セル１ドットの二次元コード１０が形成され、これを読取装置で読取ることができた。
【００２４】
（実施例２）図１０に示すようにセラミック材１で形成された基板の表面に縦３００μｍ横６００μｍの枠７の内側に、レーザービーム３を４００回連続照射して直径は２７μｍの円形のドット５を形成し、縦横に移動させながら照射して円形のドット５を隣接させて数字の「１３５８」を表示した。これは拡大レンズで拡大して肉眼で数字を読み取ることができた。また同様に図１２に示すようにレーザービーム３を４００回連続照射して深い凹部４を形成し、この凹部４に重ねてレーザービーム３を順次縦横に移動させながら照射して深い凹部４で数字の「１３５８」を表示した。
【００２５】
なお上記説明では文字として数字を形成した場合について示したが、アルファベットや漢字、仮名を形成しても良く、また図形としてはマークや二次元コードに限らず、線や模様など線画などを形成することができる。また上記説明では深い凹部４をパターン形状に沿って形成するのに、レーザービームを縦横に移動させる場合について示したが、セラミック材を移動させても良い。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明した如く本発明に係る請求項１記載のセラミック材のレーザーマーキング方法によれば、セラミック材の表面の同一個所にレーザービームを複数回連続して照射し、セラミック材の表面を熱変形させて、表面の凹凸面より深い凹部を形成することにより、ここを暗模様とし、表面の凹凸面を明模様としたコントラストにより、文字や図形を形成することができ、特に二次元コードなどの微細な表示に好適な方法である。
【００２７】
また請求項２記載のセラミック材のレーザーマーキング方法によれば、セラミック材表面の凹凸面に、透明な釉薬層を設けて平滑に形成したので、文字や図形を形成できると共に、表面が平滑であるので、滑り性や光沢が要求されるセラミック材に適用することができる。
【００２８】
また請求項３記載のセラミック材のレーザーマーキング方法によれば、暗模様となる凹部の深さＨが、明模様となる表面の凹凸面の深さｈの２倍以上に形成したので明暗模様のコントラストにより、光学的に読み取ることができる。
【００２９】
また請求項４記載のセラミック材のレーザーマーキング方法によれば、セラミック材の表面に、レーザービームを照射して形成した深い凹部を暗模様の単位セルとし、表面の凹凸面を明模様の単位セルとして、これら明暗の単位セルを組合わせて明暗模様のマトリックスによる１セル１ドットの微細な二次元コードを形成することができる。
【００３０】
また請求項５記載のセラミック材のレーザーマーキング方法によれば、表面の凹凸面より深い平面円形の凹部を形成し、これを単位ドットとして、このドットを縦横に配置して暗模様の単位セルを形成し、表面の凹凸面を明模様の単位セルとして、これら明暗の単位セルを組合わせて明暗模様のマトリックスによる二次元コードを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】セラミック材の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態によるセラミック材の表面にレーザーを照射している状態を示す説明図である。
【図３】セラミック材の表面にレーザーを照射して深い凹部を形成している状態を示す説明図である。
【図４】セラミック材の表面にレーザーを照射して深い凹部を順次形成している状態を示す説明図である。
【図５】セラミック材の表面にレーザーを照射して深い凹部を形成した状態を示す断面図である。
【図６】メッシュをセラミック材の表面に形成した状態を示す平面図である。
【図７】図６に示すメッシュの枠に形成した二次元コードを示す平面図である。
【図８】本発明の他の実施の形態によるマークと二次元コードを形成したナイフの側面図である。
【図９】本発明の他の実施の形態による二次元コードを形成した碍子の正面図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態による数字を形成したセラミック材の正面図である。
【図１１】本発明の他の実施の形態によるセラミック材に連続した深い凹部で数字を形成している状態を示す説明図である。
【図１２】図１１により連続した深い凹部で数字を形成したセラミック材の平面図である。
【図１３】表面に釉薬層を形成したセラミック材の断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態による釉薬層を設けた表面にレーザーを照射して深い凹部を形成してたセラミック材の断面図である。
【符号の説明】
１　　　　セラミック材
２　　　　表面の凹凸面
３　　　　レーザービーム
４　　　　深い凹部
５　　　　円形のドット
６　　　　メッシュ
７　　　　枠
９ａ　　暗模様の単位セル
９ｂ　　明模様の単位セル
１０　　二次元コード
１２　　ナイフ
１３　　碍子
１４　　マーク
１５　　釉薬層
【図１】
2004066299.tif 000003
【図２】
2004066299.tif 000004
【図３】
2004066299.tif 000005
【図４】
2004066299.tif 000006
【図５】
2004066299.tif 000007
【図６】
2004066299.tif 000008
【図７】
2004066299.tif 000009
【図８】
2004066299.tif 000010
【図９】
2004066299.tif 000011
【図１０】
2004066299.tif 000012
【図１１】
2004066299.tif 000013
【図１２】
2004066299.tif 000014
【図１３】
2004066299.tif 000015
【図１４】
2004066299.tif 000016