レーザーマーキング装置の選び方：基材・波長・出力の選定ガイド

用途に適したレーザーマーキング装置の選び方

本記事の要点

• 装置ではなく基材から検討を始めてください。そもそもどの波長が使えるかは、ポリマーとその添加剤処方によって決まります。
• サプライヤーを比較検討する前に、マーキングへの要求仕様（コントラスト、永続性、コードの品質グレード、耐久性）を正確に定義してください。
• スキャンフィールドのサイズは部品に合わせてください。フィールドが大きすぎるとスポット径が拡大し、気付かないうちにマーキング能力が低下します。
• 設備投資を確定する前に、実際の着色剤の添加量やリグラインド（再生材）を含む量産材料で適格性評価を行ってください。

レーザーマーキングシステムの選定は、製造業者が下す設備投資判断の中でも特に影響の大きいものの一つです。選定を誤ると、マーキング品質の低下、基材との不適合、あるいは生産スループットに追随できないシステムという結果を招きます。本ガイドでは、レーザーの種類、波長、出力、システム構成、ソフトウェア統合といった評価すべき主要な変数を順に解説し、確信を持って十分な情報に基づく判断ができるよう支援します。

ステップ1：基材を定義する

すべてはマーキング対象の材料から始まります。レーザーの波長が異なれば材料との相互作用も根本的に異なり、あらゆる材料を最適にマーキングできる万能のレーザーは存在しません。

一般的な目安は次のとおりです。

• ファイバーレーザー（1064 nm）：金属、および濃色または顔料入りのプラスチックに最適です。ステンレス鋼のアニール（酸化発色）マーキングや、レーザー感受性添加剤を配合したABS、ナイロン、PPのマーキングに優れています。
• UVレーザー（355 nm）：熱に敏感なプラスチック、ガラス、および非常に微細な形状解像度が求められる用途に適しています。入熱が小さいため、熱ダメージが懸念されるデリケートな基材にも適用できます。
• CO₂レーザー（9.3〜10.6 μm）：木材、皮革、ガラス、一部のプラスチックといった有機材料に優れています。金属部品への高精度な工業用マーキングに使われることは比較的少ないです。
• グリーンレーザー（532 nm）：銅、金、銀のような高反射材料に有効です。これらの材料では、ファイバーレーザーの反射が危険となる場合があります。

Laser Institute of Americaは、材料カテゴリー別に波長と材料の相互作用に関する包括的なデータを提供しています。

ステップ2：マーキングの要求仕様を定義する

そのマーキングは具体的に何を達成する必要があるのでしょうか。その答えによって、出力、速度、ビーム伝送に対する要求が決まります。

• トレーサビリティコード（QR、データマトリックス、シリアル番号）：高いコントラスト、微細な解像度、安定した形状精度が必要です。材料に応じてUVまたはファイバーを選定します。
• ロゴやグラフィック：微細なスポット径を備えた、より高解像度のガルバノシステムが必要になる場合があります。
• 大面積のマーキング（銘板、パネル）：広いスキャンフィールドと、テレセントリックレンズを備えた高速ガルバノシステムが有利です。
• 深彫り彫刻やアブレーション：より高い平均出力と低速のスキャン速度が必要で、多くの場合は多重パスで加工します。

ステップ3：生産スループットの要求を評価する

レーザーマーキング装置は、お客様のサイクルタイムに適合していなければなりません。主な要因は次のとおりです。

• マーキング面積と複雑さ：単純なシリアル番号はミリ秒単位でマーキングできますが、複雑なロゴでは数秒を要する場合があります。
• パルス繰り返し周波数（PRR）：PRRが高いほど、安定したマーキングに必要なパルスの重なりを保ちながら、より速いスキャン速度を使用できます。
• 平均出力：出力が高いほど、有効なマーキングに必要な1パルスあたりのフルエンスを維持しながら、より速いスキャン速度を使用できます。

システムの導入を決定する前に、実際のマーキング内容を用いたサイクルタイムのシミュレーションを必ずベンダーに依頼してください。

ステップ4：ガルバノスキャナ方式と固定ビーム方式の比較

現在のレーザーマーキング装置の多くは、ガルバノメータ（ガルバノ）方式のビーム走査を採用しています。これは、高精度サーボモータで駆動されるミラーによって、ワークを動かすことなくレーザービームを非常に高速に偏向させる方式です。ガルバノ方式は高速かつ信頼性が高く、複雑なパターンのマーキングにも対応できます。

固定ビーム方式は、部品側がレーザーに対して移動する（例：コンベア上を流れる）構成で、ライン上での連続マーキングに用いられ、非常に長い部品にもマーキングできます。両方式を組み合わせたハイブリッドシステムもあります。

Photonics Mediaのバイヤーズガイドでは、ガルバノ方式と固定ビーム方式の構成についてベンダー比較が掲載されています。

ステップ5：ソフトウェアとシステム統合

レーザーマーキング装置の能力は、そのソフトウェア環境の水準を超えることはありません。次の点を評価してください。

• マーキング内容の柔軟性：連番コード、日時スタンプ、可変データをリアルタイムに生成できますか。
• データベース接続性：トレーサビリティデータのために、お客様のMESやERPへ照会や書き込みができますか。
• ビジョンシステムとの統合：カメラからのトリガーによって、移動する部品上のマーキング位置を動的に補正できますか。
• 遠隔監視：予知保全の監視に向けて、OPC-UAやインダストリー4.0の接続性に対応していますか。

ステップ6：安全クラスと筐体（エンクロージャ）

すべての産業用レーザーマーキング装置は、IEC 60825-1の安全規格に適合していなければなりません。多くの製造現場では、レーザー放射がすべて筐体内に収められ、稼働中に追加の保護具（PPE）を必要としない密閉型のクラス1システムが使用されます。開放ビームのクラス4システムでは、管理された環境、指名されたレーザー安全管理者、厳格な運用手順が求められます。

大多数の生産現場では、完全密閉型のクラス1システムが、安全面と法規制面の両方から見て適切な選択となります。

選定チェックリスト

発注書を発行する前に、基材との適合性、波長の選定、平均出力とPRR、ガルバノのスキャンフィールドサイズ、ソフトウェア統合の機能、筐体の安全クラス、ベンダーのサポート体制を評価済みかどうかご確認ください。実際の量産材料でのサンプルマーキングをご依頼ください。信頼できるレーザーマーキングのベンダーであれば、販売前に用途に応じたサンプルを提供します。

関連記事

• プラスチックへのマーキングにおけるファイバー・UV・CO2レーザーの比較
• MOPAレーザー
• ビーム走査型レーザー
• エンジニアリングサービス

この件でサポートが必要ですか？

The Sabreen Groupは、レーザーシステムの仕様策定と中立的な立場でのサプライヤー評価について、独立したエンジニアリング支援を提供しています。当社のエンジニアリングサービスチームは、プロセス開発、材料の適格性評価、量産時のトラブルシューティングで製造業者を支援しています。お客様の用途についてのご相談は、お問い合わせください。

よくあるご質問

レーザーマーキング装置を選ぶ際、最初に決めるべきことは何ですか？

基材です。ほとんどのプラスチックは1064 nmでの吸収が乏しいため、その樹脂が供給されたままの状態でマーキングできるのか、レーザーマーキング添加剤が必要なのか、あるいは355 nmのUVなど別の波長が必要なのかを、まず確定する必要があります。この答えが、以降のすべての選択を制約します。

レーザー出力はどれくらい必要ですか？

多くの購入担当者が想定するよりも少なくて済みます。プラスチックであれば、20〜50 Wで大半の用途をカバーできます。過剰な出力は入熱を増やすだけで、通常はマーキングを改善するどころか劣化させます。ビーム品質とパルス制御のほうがはるかに重要です。

MOPAレーザーを指定すべきですか？

プロセスの許容幅が必要な場合にMOPAを指定してください。具体的には、熱に敏感なポリマー、濃色プラスチックへの明色マーキング、1台の装置で複数の異なる樹脂を扱う場合、微細なコードをマーキングする場合などです。すでに十分に吸収する樹脂への単純な濃色マーキングであれば、標準的なQスイッチファイバーレーザーのほうが経済的です。

マーキングフィールドのサイズはどれを選ぶべきですか？

部品を無理なくカバーできる最小のサイズです。焦点距離が長いほどフィールドは広くなりますが、集光スポット径が大きくなりパワー密度が低下します。その結果、マーキング品質が低下し、マーキング条件が厳しい材料ではまったくマーキングできなくなることもあります。

必要となる安全クラスは何ですか？

産業用マーキング光源の多くは、開放状態ではクラス4であり、筐体に収めたクラス1製品として供給されます。保守や段取りの際にはビームが露出するため、クラス1の筐体があってもレーザー安全管理プログラムが不要になるわけではありません。ビームの管理に加えて、ヒューム（発生ガス・粉じん）の吸引排気も計画してください。

---