シボ加工・つや消し成形面へのレーザーマーキング

シボ加工・つや消し成形面へのレーザーマーキング

要点

• シボは光を散乱させるため、同じマークでも、シボ面では光沢面よりコントラストが低く見えます。
• 金型の表面仕上げはマーキングの変数ですが、変数として記録されることはまれです。
• 測定の幾何条件は、他のどのケースよりも重要です。読み取り値は角度によって変わります。
• 適格性評価は、研磨した試験プラークではなく、量産金型の表面仕上げで行ってください。

レーザーマーキングの開発の多くは、滑らかな成形プラークで行われます。しかし、量産部品の大半は滑らかではありません。自動車の内装、家電のハウジング、ハンドヘルド機器、医療機器の筐体は、圧倒的にシボ加工、つや消し、または軽い梅地仕上げです。シボは成形不良を隠し、グリップ性と外観を向上させるためです。光沢面で適格性を評価したレシピをシボ面の部品に適用すると、材料が何も変わっていないにもかかわらず、期待外れの結果になることがよくあります。

シボがみかけのコントラストを下げる理由

レーザーマークのコントラストとは、光が目やリーダーに戻る仕方の違いです。光沢面は光を鏡面反射し、光は予測可能な方向に入射して出ていくため、光を吸収する炭化マークは、その背景に対して鮮明に際立ちます。

シボ面は、光をあらゆる方向に拡散させます。マークされていない部分もすでにマークと同じように光を返しているため、両者の差は縮まります。その結果、次の3点が生じます。

• マーク自体は化学的に同一であるにもかかわらず、測定されるコントラストは低下します。
• マークの角度依存性が低下します。これは利点になることもあり、シボ面は異なる視線方向からでも、より一貫して読み取れます。
• 小さなコードでは、シボの深さが形状サイズの大きな割合を占めるため、微細な形状の輪郭が失われます。

仕上げごとの挙動

平滑パッドという解決策

シボ面でグレード評価に合格しないコードへの最も確実な対策は、レーザーのパラメータではまったくありません。マーキング位置の金型に、研磨または軽い梅地仕上げの小さなパッドを設けることです。通常は、コードより数ミリ大きい、浅い凸または凹の島状の領域とします。

サイクルタイムのコストはかからず、ほとんどの設計では目立たず、不安定なマーキング工程を安定した工程に変えられます。ただし、金型設計の段階で合意しておく必要があり、金型を加工する前にマーキング要件を把握していなければなりません。マーキングが金型の確定後に指定されることが多いため、これが実際の障害となることがよくあります。

シボ面でのマークの指定と測定

• マーキング仕様に金型の表面仕上げを記載する。シボの指定は、樹脂や色と同様にマーキング条件の一部ですが、記録されることはほとんどありません。
• 量産金型の表面仕上げで適格性を評価する。研磨したプラークでは、達成可能なコントラストが、ときには大幅に過大評価されます。
• 検査方法で照明の幾何条件と角度を固定する。シボは読み取り値に角度依存性をもたらすため、サプライヤーと顧客が異なる設定で同じ部品を測定すれば、正当に異なる結果が出ます。
• コントラストの許容値は、光沢面で得た一般的なΔL*の値ではなく、シボ面の試料から設定する。
• 機械可読コードは、シボ面でISO/IEC 15415に基づいてグレード評価し、ラインのリーダーの照明を適格性評価時の設定に合わせる。
• エネルギーを上げる前に、セルサイズを大きくする。シボ面で出力を上げると熱影響部が広がってセルの縁がぼやけ、通常はグレードが上がるのではなく下がります。

シボそのものがマークになる場合

シボは障害であるだけではありません。レーザーエッチングは、色ではなく表面の仕上げを意図的に変えることで成り立つため、色の変化が得られない、または望ましくない部品では自然な選択肢となります。

• 光沢面にマットでマーキングする。高光沢の成形品では、局所的にエッチングしたマット領域が、着色剤を一切使わずにはっきりと読み取れます。炭化しても有用な結果が得られない、透明や淡色の部品に便利です。
• マット面に光沢でマーキングする。材料によっては逆も可能で、局所的な溶融によりシボ面が滑らかで光沢のある面になります。
• 機能的なシボ。防眩パネル、触覚インジケーター、グリップ部は、いずれも判読性ではなく目的のために施されたシボです。

どちらの方法も、視認には照明が必要であり、これはまさに上述した感受性です。シボを利用したマークを機械で読み取る必要がある場合は、照明の幾何条件を想定に頼らず、マークと併せて設計する必要があります。

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お困りですか？

The Sabreen Groupは、シボ加工成形品のマーキング開発とコードのグレード評価について、独立した立場で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、製造業のお客様とともに、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に取り組んでいます。お客様の用途についてご相談の際は、お問い合わせください。

よくあるご質問

同じマークが、プラークよりシボ加工の部品で弱く見えるのはなぜですか？

シボが光を拡散させるため、マークのない表面もマークとほぼ同じように光を返し、両者の差が縮まるからです。マーク自体は化学的に同一で、変わったのはその周囲の表面の反射の仕方です。研磨したプラークでの適格性評価が、シボ加工の量産部品で達成可能なコントラストを過大評価するのはそのためです。

シボを補うために出力を上げるべきですか？

いいえ。エネルギーを増やすと熱影響部が広がって形状の縁がぼやけ、通常はコードのグレードが上がるのではなく下がります。代わりにコードのセルサイズを大きくするか、コードを平滑パッドに移してください。暗いマークでは不十分な場合は、明るい発泡マークを試す価値があります。発泡は強く散乱するため、シボ面では炭化マークより読み取りやすくなることがあります。

平滑パッドとは何で、どのような場合に使うべきですか？

マーキング位置の金型に設ける、コードより数ミリ大きい、研磨または軽い梅地仕上げの小さな島状の領域です。粗いシボでの不安定なマーキング工程を、サイクルタイムのコストなしに、通常は目立たない形で安定した工程に変えます。制約は、金型を加工する前に合意しておく必要があり、金型設計の段階でマーキング要件を把握していなければならないことです。

シボ加工の部品で、サプライヤーと顧客のコントラストの測定値が異なるのはなぜですか？

照明の幾何条件が異なるためです。シボはコントラストの測定値に強い角度依存性をもたらすため、設定の異なる2台の機器では、同じ部品から正当に異なる数値が得られます。許容値に合意する前に、検査方法で照明の角度、開口、幾何条件を固定し、量産ラインのリーダーも同じ設定に合わせてください。

金型の表面仕上げはマーキング仕様に含めるべきですか？

はい。ほとんどの場合、省略されています。シボの指定は、達成可能なコントラストを大きく変えるため、樹脂のグレードや色と同様にマーキング条件の一部です。樹脂と色を記載していても表面仕上げを記載していない仕様書は、マークが合格するかどうかを決める3つの変数のうち1つが抜けています。

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