着色剤・顔料がレーザーマーキングの結果をどう変えるか

着色剤・顔料がレーザーマーキングの結果をどう変えるか

要点

• マークの成否は、ベースポリマーよりも着色剤で決まることが多くあります。
• カーボンブラックは1064 nmで強く吸収するため、黒色グレードは添加剤なしでマーキングできることがよくあります。
• 一部の有機顔料は、ビームの下で退色したり色が変わったりして、誰も指定していないマークになります。
• 色ごとに別の適格性評価が必要です。同じグレードのある色で実証したレシピは、別の色には転用できません。

レーザーマークが失敗した理由を尋ねると、通常はポリマーが原因として挙げられます。しかし、うまくいった試料とうまくいかなかった量産ロットとの間で実際に何が変わったかを尋ねれば、その答えは、はるかに多くの場合、色です。着色剤は低い配合量で含まれ、マーキング仕様で議論されることはまれですが、結果を左右する主因となることがよくあります。

着色剤が結果を変える3つの仕組み

3つ目の仕組みは、人々を驚かせるものです。マークは通常、基材を暗くするか明るくするかのどちらかと想定されますが、顔料自体が分解する場合、マークの色は顔料が変化した後の物質によって決まり、そのどちらでもないことがあります。

着色剤の種類ごとの挙動

• カーボンブラック。低い配合量でも1064 nmで強く吸収します。そのため、黒色グレードは、レーザー添加剤なしでマーキングできることが多く、指定する前に確認する価値があります。黒色での難しさはその逆で、明るいマークを得ることです。これには発泡が必要で、通常はMOPA光源が必要です。
• 二酸化チタン（白）。不透明性と散乱性が非常に高い顔料です。暗いマークに対して優れた背景コントラストをもたらしますが、ビームを反射・散乱させるため、マーキングしきい値に達するのにより多くのエネルギーが必要になることがあります。TiO2の配合量が多いと、魅力的なコントラストにもかかわらず、グレードのマーキングが難しくなることがあります。
• 無機顔料（酸化鉄、ウルトラマリン、複合金属酸化物）。一般に熱安定性が高く、マーキング時にも壊れず、予測どおりに挙動します。多くは有用な吸収を示します。
• 有機顔料および染料。最も予測が難しいグループです。多くはマーキング温度で分解し、より明るい色調に退色したり、色相が変化したりします。これを意図的に利用することもできますが、加工性ではなく外観で選ばれた色では、望ましくない結果になることの方がはるかに多くなります。
• パール顔料およびエフェクト顔料。マイカ系のエフェクト顔料は光を散乱させるだけでなくビームにも反応し、視角によって読み取り値が変わるため、コントラストの測定を妨げます。
• 蛍光着色剤。熱に敏感なことが多く、マーク内やその周囲で蛍光が失われ、意図した形状をはるかに超えて目に見えるハローが残ることがあります。

色ごとに個別の適格性評価が必要な理由

あるグレードの1色でマーキングレシピの適格性を評価し、その色系統全体に適用することはよくあります。顔料の構成は、色ごとに配合量、化学的性質、熱安定性が異なるため、この運用は確実に問題を引き起こします。天然色のグレードに合わせたレシピを青色に適用すると弱いマークになり、黒色に合わせたレシピを白色に適用すると焼けてしまいます。

妥当なアプローチは次のとおりです。

• 色を外観上のバリエーションではなく、材料仕様の一部として扱う。マーキングレシピは、グレードと色に対して適格性を評価します。
• すべての量産色を、出力と速度のマトリクスでスクリーニングし、目視ではなくL*で測定する。
• 色ごとに個別のレシピを記録して呼び出し、切り替え時に手作業で調整しない。
• レーザー添加剤が含まれる状態で、色の基準を再調整する。無添加の樹脂で承認された色は、吸収剤をコンパウンドすると維持されません。
• 着色剤の変更を、再適格性評価の契機として明記する。名目上同じ色での顔料サプライヤーの変更も含みます。

色が原因のマーキング問題の診断

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よくあるご質問

同じ樹脂でも、色が違うとマーキングの結果が異なるのはなぜですか？

顔料の構成が、色ごとに配合量、化学的性質、熱安定性で異なり、顔料がビームと直接相互作用するためです。カーボンブラックは強く吸収し、二酸化チタンは散乱し、多くの有機顔料はマーキング温度で分解します。ベースポリマーは同一ですが、レーザーが実際に相互作用する対象は同一ではありません。

黒色のプラスチックにレーザー添加剤は必要ですか？

多くの場合、不要です。カーボンブラックは低い配合量でも1064 nmで強い吸収体であるため、黒色グレードは添加剤なしでも良好にマーキングできることがよくあります。費用をかける前にスクリーニングする価値があります。黒色でより難しいのは明るいマークを得ることで、炭化ではなく発泡が必要となり、通常は短いパルス幅のMOPA光源が求められます。

同じグレードの色違いで、マーキングレシピを共用できますか？

共用すべきではありません。1色で適格性を評価して色系統全体に適用することは一般的な運用ですが、量産上の問題の確実な原因になります。黒色に合わせたレシピは白色を焼いてしまい、天然色に合わせたレシピは顔料入りグレードではほとんどマーキングできないためです。色ごとに個別のレシピを記録して呼び出し、着色剤の変更（名目上同じ色でのサプライヤー変更を含む）は、再適格性評価の契機として扱ってください。

マークの色がまったく違う色になったのはなぜですか？

ポリマーが劣化したのではなく、有機顔料がビームの下で分解した可能性が最も高いです。その場合、マークの色は顔料が何に変化したかで決まり、それはより明るい色、異なる色相、あるいは単に予測できない色になり得ます。色が許容されるなら、熱安定性の高い無機顔料に置き換えることで解決でき、許容されない場合は、顔料を壊さない程度までマーキングのエネルギーを下げる必要があります。

パールやメタリック調のグレードでは、コントラストをどう測定すべきですか？

測定の幾何条件を検査方法で固定し、明記します。エフェクト顔料は、視角や照明によって見え方が変わるためです。それがなければ、サプライヤーと顧客は、同じ部品から正当に異なる読み取り値を得ることになります。最初の紛争の後ではなく、許容値に合意する前に幾何条件を固定してください。

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