被加工糸のレーザマーキング方法および装置
【課題】 被加工糸を高精度で容易に位置決めして、微小領域に微細なマーキングパターンを明確にかつ連続して形成することができる被加工糸のレーザマーキング方法および装置を提供する。
【解決手段】 被加工糸９を供給リール２および巻取リール３間に緊張した状態で張架し、被加工糸９の直径よりも小さい幅およびマーキングパターンの長さのレーザ光照射領域に、糸案内板４によって位置決めして配置し、レーザ光照射装置５によってレーザ光をパルス照射しながら走査して、微細なマーキングパターンを明瞭に形成する。
【解決手段】 被加工糸９を供給リール２および巻取リール３間に緊張した状態で張架し、被加工糸９の直径よりも小さい幅およびマーキングパターンの長さのレーザ光照射領域に、糸案内板４によって位置決めして配置し、レーザ光照射装置５によってレーザ光をパルス照射しながら走査して、微細なマーキングパターンを明瞭に形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モノフィラメントおよびスリットヤーンなどの糸条によって実現される被加工糸に、文字および図柄などの微細なマーキングパターンを明瞭に形成することができる被加工糸のレーザマーキング方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的な従来の技術は、特許文献１に記載されている。この従来の技術では、文字、記号、符号、およびバーコードなどをマスクパターンとして描いたマスクを予め準備し、結像レンズを調整して、ＹＡＧレーザまたは炭酸ガスレーザのレーザ光を、成形品の表面に照射して、一括転写によってマーキングを行っている。
【０００３】
前記成形品は、ポリエステル樹脂組成物から成り、ＹＡＧレーザおよび炭酸ガスレーザのいずれについても、ポリエステルに酸化チタンおよびカーボンブラックの一方または双方を添加したポリエステル樹脂組成物を用いることによって、マーキング性を改善する技術が開示されている。
【０００４】
ポリエステル樹脂組成物は、熱可塑性ポリエステル樹脂５８〜９６重量％に、臭素系難燃剤２〜２５重量％、アンチモン系難燃助剤２〜１５重量％、ならびに高熱伝導度のカーボンブラックおよび／またはグラファイト０．００１〜２重量％を添加した組成物から成る。
【０００５】
マーキング性の評価は、発泡状態、細線性、削れ性およびコントラスト比について判断される。発泡状態は、グラファイトのレーザ光の吸収による発熱によって、周囲のポリマが熱分解して発泡する現象であり、電子顕微鏡によって観察される。また、細線性は、表面粗さ計によって測定されるマーキング部の深さであり、コントラスト比は、５００±５０ルックスの輝度で拡散照明し、バックグラウンド輝度ＢＬと特性輝度ＣＬとを測定し、バックグラウンド輝度ＢＬと特性輝度ＣＬとの比（ＢＬ：ＣＬ）によって求められる。
【０００６】
これらの評価項目について、前記ポリエステル樹脂組成物で組成を変えた実施例および比較例の複数のブロック状のサンプル成形品を作成し、レーザ光を照射部位を観察した結果として、良好なマーキング性が得られる前述の熱可塑性ポリエステル樹脂、臭素系難燃剤、アンチモン系難燃助剤、ならびに高熱伝導度のカーボンブラックおよび／またはグラファイトの配合比が提案されている。
【０００７】
他の従来の技術は、非特許文献１に記載されている。この従来の技術では、ＡＢＳ樹脂成形品の表面にレーザ光を照射して、鮮明な着色、平滑性および光沢のある加飾を実現するために、発色性については成形品の吸光度を制御し、平滑性についてはカーボンブラックの配合量を制御し、光沢についてはレーザ照射部位に照射されるレーザパルスエネルギに対する明度および表面粗さの関係からレーザパルスエネルギを制御することが提案されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平４−２４６４５６号公報
【非特許文献１】桝井 幹生、北村 啓明、佐藤 信、渡辺 治、近藤 真樹 松下電工技報 「配線器具へのレーザ加飾」 Ｄｅｃ．２００１ ｐ４１〜ｐ４５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記特許文献１および非特許文献１に記載される従来の技術では、レーザ光を照射してマーキングされる被加工物が成形品である。この成形品は、特許文献１に記載される従来の技術では、ポリエステル樹脂組成物を押出機によって押し出されたペレット、組成の異なるペレットを用いて成形した成形品、および組成の異なるペレットの一部を用いて成形した成形品が、マーキングされる被加工物とされる。また、非特許文献１に記載される従来の技術では、射出成形機によって成形された平板状の成形物が被加工物とされる。
【００１０】
したがって、これらの従来の技術では、肉眼で充分に識別可能な大きさのマーキングパターンを明瞭に形成する技術を提案するものであるため、肉眼で直接視認することができない大きさ、たとえば幅１ｍｍ以下の微小領域にマーキングパターンを形成することはできない。
【００１１】
肉眼で直接視認することができない大きさの微小領域にマーキングが要求される場合として、たとえば繊維製品の偽造防止という観点から、製造者名、品番、製造年月日およびロゴマークなどの各種の文字・図柄を、たとえば合成樹脂製のモノフィラメントなどの直径０．１ｍｍ程度の細い糸に、マーキングパターンとして形成する技術が求められている。
【００１２】
このような糸にレーザ光によってマーキングする場合には、その糸の幅以下の領域内でレーザ光の照射位置を正確に位置決めして、レーザ光をマーキングパターンに沿って走査させながら照射しなければならないため、高い位置決め精度が要求されるとともに、糸の直径以下の微小領域に文字および図柄などの希望するマーキングパターンを、微細に、しかも明瞭かつ連続して形成することができ、拡大視したときに充分な可判読性が得られなければならない。したがって、前述の特許文献１および非特許文献１に記載の各従来の技術では、被加工糸である糸に対して、マーキングパターンを明瞭にかつ連続して形成することができないという問題がある。
【００１３】
したがって本発明の目的は、被加工糸を高精度で容易に位置決めして、微小領域に微細なマーキングパターンを明確にかつ連続して形成することができる被加工糸のレーザマーキング方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、緊張した状態で張架される被加工糸を、その被加工糸の直径よりも小さい幅および予め定める長さのレーザ光照射領域に位置決めして配置し、
前記レーザ光照射領域に配置された被加工糸に、この被加工糸の直径よりも小さい予め定めるスポット径に集光されたレーザ光を、パルスで照射しながら走査して、所定のマーキングパターンを形成し、
マーキングパターンが形成された被加工糸を、前記レーザ光の走査速度に同期して、間欠的または連続的に移動させて、前記被加工糸にマーキングすることを特徴とする被加工糸のレーザマーキング方法である。
【００１５】
本発明に従えば、被加工糸は緊張した状態で張架され、その被加工糸の直径よりも小さい幅およびマーキングパターンを構成する文字・図柄などの数や形態によって決まる予め定める長さのレーザ光照射領域に、位置決めして、配置される。
【００１６】
このようなレーザ光照射領域に配置された被加工糸には、レーザ光を、パルスで照射しながら走査することによって、前記文字および図柄などによって構成される所定のマーキングパターンが形成される。
【００１７】
前記被加工糸としては、レーザ光の照射によって、熱的および化学的に安定に溶融する合成樹脂を紡糸して製造されるモノフィラメントなどによって実現されてもよく、あるいはスリットヤーンによって実現されてもよい。
【００１８】
前記被加工糸に照射されるレーザ光は、そのスポット径が被加工糸の直径よりも小さい予め定めるスポット径、たとえば直径が約１００μｍの被加工糸であれば１２μｍに集光されるので、幅６０μｍ程度の微小領域に微細なマーキングパターンを明確に形成することができる。前記レーザ光のスポット径を被加工糸の直径よりも小さくなるように集光するにあたっては、レーザ光源から発振されたレーザビーム光を、集光レンズによって集光すればよく、レーザ光の照射面でのエネルギ密度は、被加工糸の材質および表面性状に応じて適宜、調整することによって、最適な発色状態または変色状態でマーキングパターンを明瞭に形成することができる。
【００１９】
また前記被加工糸の位置決めは、たとえばコンピュータによって制御されるレーザ光照射装置に前記レーザ光照射領域を予め設定しておき、このレーザ光照射領域が、被加工糸の前記所定のマーキングパターンが形成されるべき被照射部位に一致するように、レーザ光照射領域または被加工糸を正確に配置し、それらの位置関係が、少なくともレーザ光の照射期間中に変化しないように、被加工糸を治具などによって保持することによって、達成される。
【００２０】
１つのマーキングパターンの一部または全部が形成された被加工糸は、前記レーザ光の走査速度に同期して、間欠的または連続的に移動させて、被加工糸の次の領域にマーキングされる。間欠的に被加工糸を移動させる場合には、１つのマーキングパターンが形成されるたびに被加工糸を移動させてもよく、１つのマーキングパターンを形成する期間を複数に時分割してもよい。
【００２１】
また連続的に被加工糸を移動させる場合には、レーザ光照射装置の走査速度に同期させて追従させることができる範囲で、被加工糸を一定速度で移動させながら連続してレーザ光を照射してもよく、マーキングの進行速度に追従させて被加工糸の送り速度を変化させて、変則的な移動速度で被加工糸を移動させながらレーザ光を連続して照射してもよい。
【００２２】
このように正確に位置決めされた被加工糸に微小なスポット径でレーザ光をパルス照射で走査してマーキングするので、微小領域に微細なマーキングパターンを明確に、しかも連続して形成することができる。
【００２３】
また本発明は、前記被加工糸の位置決めは、その被加工糸にレーザマーキングを行うために予め設定された照射条件のレーザ光を、合成樹脂からなる案内部材に照射して形成された一直線状の案内溝に嵌合させることによって実現されることを特徴とする。
【００２４】
さらに本発明は、前記予め設定された照射条件は、所定の材質および直径の被加工糸に対して、レーザ光のレーザ光照射領域の幅およびスポット径を決定した後、少なくともレーザ光の照射パワー、繰り返し周波数、パルス幅および走査速度を、個別に変化させながら判読可能な値を抽出して、順次的に設定されることを特徴とする。
【００２５】
さらに本発明は、前記案内部材および被加工糸のうち少なくともいずれか一方は、除電されていることを特徴とする。
【００２６】
さらに本発明は、被加工糸が巻回される供給リールと、
被加工糸に所定のマーキングパターンが形成された被加工糸を巻き取る巻取リールと、
供給リールおよび巻取リール間にわたって張架される被加工糸が嵌まり込みかつ被加工糸の張架方向に沿って一直線状に延びる案内溝が形成される案内部材と、
前記案内部材によって前記案内溝に嵌まり込んだ状態で配置される被加工糸に、前記レーザ光照射領域内で前記被加工糸の直径よりも小さい予め定めるスポット径に集光されたレーザ光を、パルスで照射しながら走査して、前記所定のマーキングパターンを被加工糸の直径よりも小さい幅および予め定める長さのレーザ光照射領域に形成するレーザ光照射手段と、
前記供給リールを、被加工糸に張力が発生する方向に回転トルクを付与する供給側トルク付与手段と、
前記巻取リールを、被加工糸の張力および移動速度が一定になるように回転を付与する巻取側回転付与手段とを含むことを特徴とする被加工糸のレーザマーキング装置である。
【００２７】
本発明に従えば、供給リールおよび巻取リール間にわたって張架される被加工糸には、供給リールへの供給側トルク付与手段による回転トルクによって張力が与えられ、案内部材の案内溝に緊張された状態で嵌まり込む。
【００２８】
レーザ光照射手段は、前記案内部材の案内溝に緊張された状態で嵌まり込んだ被加工糸に、レーザ光を照射する。このレーザ光照射手段から被加工糸に照射されるレーザ光は、レーザ光照射領域内で被加工糸の直径よりも小さい予め定めるスポット径に集光され、文字および図柄などの所定のマーキングパターンに沿って走査され、そのマーキングパターンが被加工糸に形成される。
【００２９】
前記マーキングパターンが形成された被加工糸、すなわちマーキング糸は、巻取側回転付与手段によって巻取方向に巻取回転量が付与された巻取リールに一定の移動速度で巻き取られ、レーザ光の照射位置がずれることなく、正確に、連続して、マーキングパターンが形成される。
【００３０】
また本発明は、前記案内部材よりも被加工糸の移動方向上流側および下流側のうち少なくともいずれか一方に設けられ、被加工糸を案内部材の案内溝よりも下方に案内する押さえ手段を含むことを特徴とする。
【００３１】
本発明に従えば、前記案内部材よりも被加工糸の移動方向上流側および下流側のうち少なくともいずれか一方には被加工糸を案内部材の案内溝よりも下方に案内する押さえ手段が設けられるので、被加工糸の案内溝からの抜け出しなどの不所望な被加工糸の挙動が抑制され、案内溝に沿って一定の移動速度で案内される被加工糸に安定に、かつ確実にマーキングパターンが形成される。
【００３２】
さらに本発明は、前記レーザ光照射手段には、所定の材質および直径の被加工糸に対して、レーザ光のレーザ光照射領域の幅およびスポット径を決定した後、少なくともレーザ光の照射パワー、繰り返し周波数、パルス幅および走査速度を、個別に変化させながら判読可能な値を抽出して、順次的に決定されたレーザ光照射条件が設定されていることを特徴とする。
【００３３】
さらに本発明は、前記案内部材および被加工糸のうち少なくともいずれか一方は、除電されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、正確に位置決めされた被加工糸に、微小なスポット径でレーザ光をパルス照射で走査してマーキングするので、微小領域に微細なマーキングパターンを明確に、しかも連続して形成することができる。
【００３５】
また本発明によれば、供給リールおよび巻取リール間にわたって張架される被加工糸を、張力が与えられた状態で案内部材の案内溝によって位置決めし、レーザ光照射手段から被加工糸の直径よりも小さいスポット径のレーザ光をパルス照射しながら走査して、マーキングパターンを形成し、巻取リールに巻き取るように構成されるので、微細なマーキングパターンが明瞭に形成された糸を、連続して製造することができる。
【００３６】
さらに本発明によれば、案内部材よりも被加工糸の移動方向上流側および下流側のうち少なくともいずれか一方に押さえ手段が設けられるので、供給リールに巻回された被加工糸の繰り出し位置に拘らず、被加工糸の案内溝からの抜け出しなどの不所望な被加工糸の挙動が抑制され、案内溝に沿って一定の移動速度で案内される被加工糸を、安定して正確にレーザ光の照射位置に供給することができ、ずれや欠落のない高品質のマーキングパターンを形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
図１は、本発明の実施の一形態の被加工糸のレーザマーキング方法が実施される被加工糸のレーザマーキング装置１の構成を簡素化して示す側面図である。なお、本実施の形態において「被加工糸」とは、その構造形態上、繊維を揃えて長く連続させたものをいい、短い繊維（ステープル）を紡績によって連続させた紡績糸と、長い繊維（フィラメント）を集束させたフィラメント糸とを含み、一例として、単一の繊維からなるモノフィラメント糸へのレーザマーキング方法について説明する。このモノフィラメント糸は、溶融紡糸によって製造されるため、表面に毛羽がなく平滑であり、内部に空隙が少なく緊密であり、撚りがないため、所定の文字、図形およびロゴマークなどのマーキングパターンを連続的に均一な表示品位で形成することができる。
【００３８】
本実施の形態のレーザマーキング装置１は、供給リール２、巻取リール３、案内部材である糸案内板４、レーザ光照射手段であるレーザ光照射装置５、供給側トルク付与手段６、巻取側回転付与手段７、押さえ手段である一対のガイドリング８ａ，８ｂ、および制御装置１０を含む。
【００３９】
前記供給リール２は、図示しない基台に図１の上下方向である鉛直軸線まわりに回転自在に設けられ、被加工糸９が巻回される。巻取リール３は、図示しない基台に図１の紙面に垂直な水平軸線まわり回転自在に設けられ、レーザ光照射装置５によって所定のマーキングパターンが形成された被加工糸９を巻き取る。
【００４０】
これらの供給リール２および巻取リール３間には、前記レーザ光照射装置５が設けられる。レーザ光照射装置５は、レーザ光照射ヘッド１１を有し、このレーザ光照射ヘッド１１の下方には前記糸案内板４が設けられる。糸案内板４は、図示しない位置調整用テーブルに被加工糸９の移動経路に下方から臨むようにして設置され、後述の図６に示されるように、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交３軸方向の直線移動、および各軸Ｘ，Ｙ，Ｚまわりの角変位方向α，β，γの角変位が可能であり、被加工糸９を案内すべき位置に移動させて高精度で位置決めすることができる。
【００４１】
各ガイドリング８ａ，８ｂは、円環状またはＣ字状の滑り性の良好な合成樹脂または金属からなり、前記糸案内板４よりも被加工糸９の移動方向上流側（図１の左側）および下流側（図１の右側）に設けられ、糸案内板４に対する高さ方向（図１の上下方向）および左右方向（図１の紙面に垂直方向）の位置を調整することができるように、図示しない装置フレームなどに対して連結されている。
【００４２】
これらのガイドリング８ａ，８ｂには、被加工糸９が挿通され、その被加工糸９を糸案内板４の前記移動方向上流側および下流側で、糸案内板４に形成される案内溝１２よりも下方に案内して、被加工糸９の案内溝１２からの離脱を防止する。
【００４３】
前記供給側トルク付与手段６は、鉛直軸線まわりに回転駆動される出力軸を有するトルクモータ１５と、トルクモータ１５の出力軸に固定される駆動プーリ１６と、前記供給リール２のリール軸１７の下端部に同軸に固定される従動プーリ１８と、駆動プーリ１６および従動プーリ１８間にわたって巻き掛けられて張架される無端状のベルト１９とを有する。
【００４４】
トルクモータ１５は、制御装置１０によって回転動作が制御され、出力軸を一方向に最適なトルクで回転駆動される。その回転トルクは駆動プーリ１６からベルト１９を経て従動プーリ１８に伝達され、供給リール２に被加工糸９に張力が発生する方向に回転トルクが付与される。
【００４５】
巻取側回転付与手段７は、水平軸線まわりに回転駆動される出力軸を有するステッピングモータ２１と、ステッピングモータ２１の出力軸に固定される駆動プーリ２２と、水平な回転軸線まわりに回転自在に軸支された引張用フリクションドラム２３と、この引張用フリクションドラム２３の軸に同軸に固定される従動プーリ２４と、駆動プーリ２２および従動プーリ２４間にわたって巻き掛けられて張架されるタイミングベルト２５とを有する。
【００４６】
ステッピングモータ２１は、前記制御装置１０によって回転動作が制御され、その回動トルクは駆動プーリ２２からタイミングベルト２５を経て、従動プーリ２４に伝達され、引張用フリクションドラム２３が矢印で示す巻取方向に回転駆動される。この引張用フリクションドラム２３上には、前記巻取リール３が巻回された糸の外周部を接触させた状態で水平な回転軸線まわりに回転自在に設けられ、引張用フリクションドラム２３の回転に従動して、マーキングされた糸を巻き取るように構成される。前記制御装置１０は、巻取リール３の最外周径が変化しても、被加工糸９の移動速度および巻取量が一定になるように、ステッピングモータ２１を連続または間欠で動作させる。このステッピングモータ２１は、引き出し方向に２０μｍで間欠動作させることができる。
【００４７】
前記レーザ光照射装置５は、最大パルス発振出力１０Ｗ（平均出力８Ｗ）で、レーザ照射パワーを０〜１００％、パルス幅を２μｍ〜２００μｍ、繰り返し周波数を５ｋＨｚ〜５０ｋＨｚ、走査速度１ｍｍ／ｓｅｃ〜２０００ｍｍ／ｓｅｃの範囲で制御装置１０から設定可能なスキャニング式ＬＤ励起Ｎｄ−ＹＡＧレーザマーキング装置によって実現される。
【００４８】
また前記制御装置１０は、パーソナルコンピュータによって実現され、オペレータがディスプレイ装置に表示された設定用画像を見ながら、糸案内板４の案内溝１２に嵌まり込んだ被加工糸９に対するレーザ光照射領域を設定し、そのレーザ光照射領域内で前記被加工糸９の直径よりも小さいスポット径、レーザ照射パワー、パルス幅、繰り返し周波数、走査速度などの照射条件を、キーボードおよびマウスなどの入力装置を用いて入力して、設定することができるように構成されている。
【００４９】
図２は、レーザ光照射装置５のレーザ光照射ヘッド１１の具体的構成を示す分解斜視図である。前記レーザ光照射ヘッド１１は、反射ミラー３０、レーザロッド３１、励起ランプ３２、Ｑスイッチ３３、シャッタ３４、出力ミラー３５、ビームエキスパンダ３６、ガルバノスキャナ３７、集光レンズ４０およびＮＤ（Neutral Density）フィルタ３８を含む。
【００５０】
レーザロッド３１は、ＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）の母体結晶にネオジウムイオンＮＤ３＋を活性物質として混入したＮｄ−ＹＡＧレーザ媒質であって、励起ランプ３２の励起光によって励起準位に励起されるとレーザ光が連続発振され、設定されたＱ値に応じてＱスイッチ３３が開くと、パルス幅の短い尖頭値の大きなレーザ光をパルスとして発振する。
【００５１】
出力ミラー３５は、シャッタ３５を介して発振されたレーザ光から特定波長の光だけが分波して取り出し、ビームエキスパンダ３６によって、ビーム径を大きくして広がり角の小さい、回折損失が抑制されたレーザビーム光に修正され、制御装置１０からの走査信号に応答して、ガルバノスキャナ３７の２枚の反射ミラー３９ａ，３９ｂの時系列的な角度変化によって、レーザビーム光を偏向する。こうして偏向しながら出力されるレーザ光は、集光レンズ４０によって所定のスポット径（本実施の形態ではφ＝１２μｍ）に集光され、ＮＤ（Neutral Density）フィルタ３８によって、被加工糸９のマーキングに適した光強度に減衰されて、制御装置１０に設定したレーザ光照射領域Ｓ内で、被加工糸９に照射される。
【００５２】
図３は、糸案内板４の拡大断面図である。前記被加工糸９を保持する糸案内板４は、被加工糸９に対する滑り性が良好な合成樹脂、たとえばジュラコンからなり、形状については、１本の被加工糸９を保持する場合の一例として、厚みＴ＝５ｍｍ、被加工糸９に張架方向に平行なＸ軸方向に沿う長さＡ＝５ｍｍ〜１１５ｍｍ、Ｘ軸方向に水平面上で垂直なＹ軸方向に沿う長さＢ＝１５ｍｍ〜１１５ｍｍ（図２参照）の板状体によって実現される。本実施の形態では、１本の被加工糸９を保持する糸案内板４であり、Ｙ軸方向中央部に、上方（図３の上方）に臨んで開放するＶ字状の案内溝１２が、Ｘ軸方向全長にわたって一直線状に形成される。
【００５３】
前記案内溝１２は、上面４１から垂直な方向（＝Ｚ軸方向）に深さＤを有し、この深さＤは、Ｄ＝約１４０μｍに選ばれる。また案内溝１２を規定する２つの内面４２ａ，４２ｂが成す角度θは、被加工糸９の直径、断面形状、上面４１からの突出量などに応じて、θ＝６０°〜９０°の範囲から決定される。これらの内面４２ａ，４２ｂは、被加工糸９を２つの支持位置４３ａ，４３ｂにおいて安定に支持する。各内面４２ａ，４２ｂの交点４４は、図３の紙面に垂直なＹ軸方向に一直線に延びる。
【００５４】
このような案内溝１２は、前記レーザ光照射装置５を用いたレーザ光の照射による食刻によって形成される。なお、案内溝１２の両側で上面４１から突出する部分４５ａ，４５ｂは、レーザ光の照射によって発生したバリである。
【００５５】
図４は、糸案内板４の表面粗さを確認するための表面粗さ測定結果を示すグラフであり、図５は糸案内溝１２に被加工糸９が支持された状態の表面粗さの測定結果を示すグラフである。前述のように、レーザ光照射装置５によるレーザ照射によって案内溝１２が形成された糸案内板４の表面を、表面粗さ測定機（テーラーホブソン株式会社製 Form Talysurf S4C）して測定したところ、各内面４２ａ，４２ｂは左右対称に高精度で形成されていることが確認された。また、被加工糸９を案内溝１２に装着した状態では、図５に示されるように、各内面４２ａ，４２ｂのほぼ同一高さで被加工糸９が支持されており、これによって各内面４２ａ，４２ｂが高精度で左右対称に形成されていることが確認された。
【００５６】
このような糸案内板４は接地されており、被加工糸９の摺動などによって発生した静電気を除去して、円滑に被加工糸９が案内溝１２を摺動して案内することができるとともに、レーザ光の照射による被加工糸９の蒸散物の再付着を防止し、マーキング品位の低下を防止している。
【００５７】
前記静電気の除去対策としては、前述の糸案内板４の接地に限るものではなく、レーザマーキング装置１が設置される作業空間の空気をブロアなどを備える静電気除去装置によって除電してもよく、被加工糸９だけを接地して除電してもよく、あるいは、これらを選択的に組合せてもよい。
【００５８】
図６は、糸案内板４の案内溝１２に被加工糸９が装着された状態を示す斜視図である。被加工糸９を構成する繊維としては、合成繊維、半合成繊維、再生繊維および無機繊維などを用いることができる。合成繊維は、ポリエステル、脂肪族ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ビニロン、アクリル、ポリビニルアルコールおよびポリウレタンなどが挙げられる。また半合成繊維としては、アセテート、トリアセテートおよびプロミックスなどが挙げられる。さらに無機繊維としては、炭素繊維、セラミック繊維およびガラス繊維などが挙げられる。
【００５９】
上記人造繊維においては、合成繊維が好ましく、この合成繊維の中でもポリエステルがより好ましい。ポリエステルの例としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレートおよびポリテトラメチレンテレフタレートなどが挙げられる。
【００６０】
人造繊維には、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンおよびポリプロピレンなどのプラスチックフィルムをスリットして得られるスリットヤーンを含む。このスリットヤーンは、幅が０．１ｍｍ〜０．８ｍｍ程度が選ばれ、好ましくは０．１５ｍｍ〜０．３７ｍｍに選ばれる。またこのスリットヤーンの厚みは、２０μｍ程度のものが用いられ、好ましくは２μｍ〜１２μｍのものが選ばれる。このような人造繊維は、繊維をそのまま単独で用いてもよく、混紡されたものであってもよく、交撚されたものであってもよく、さらには合撚されたものであってもよい。
【００６１】
また上記の人造繊維は、芯鞘構造であってもよい。芯鞘構造に人造繊維は、例えば芯にスリットヤーンを用い、その周りに他の繊維である紡績糸またはフィラメント糸を巻回したものであってもよく、内部が芯鞘構造のモノフィラメント糸であってもよい。
【００６２】
レーザ光によって変色する充填剤としては、雲母、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、三酸化二アンチモン（Ｓｂ２Ｏ３）、燐酸銅（Ｃｕ３（ＰＯ４）２）トコフェノールおよびリトポンなどが挙げられる。これらの１種または複数種を混合して用いられる。これらの中では、硫酸バリウムおよび三酸化二アンチモンが好ましい。トコフェノール（ビタミンＥ）には、α−トコフェノールおよびβ−トコフェノールが含まれる。
【００６３】
雲母としては、天然雲母の粒子を含有するグリマ−顔料を用いることができる。充填剤は粒子であることが好ましい。平均粒径は１５μｍ程度以下でかつ１μｍ以上に選ばれる。この粒径は、例えばレーザ回折法によって測定することができる。
【００６４】
レーザ光によって全体が変色したように見える充填剤混合物は、レーザ光によって変色する充填剤と白色顔料と混合物、または白色充填剤と黒色顔料との混合物を用いることができる。
【００６５】
レーザ光によって変色する充填剤のうち、雲母、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、三酸化二アンチモン（Ｓｂ２Ｏ３）およびトコフェノールは、白色から黒色に変色する。
【００６６】
これらの充填剤は、繊維中で白色ベースとして働く白色顔料との組み合わせて用いられ、充填剤に白色顔料を混合した混合物は、白色から黒色に変化させる場合に用いられる。
【００６７】
白色顔料としては、炭酸カルシウム、二酸化チタン、酸化亜鉛などを用いることができ、これら１種または複数種の組み合わせが可能である。白色顔料の平均粒径は、１０ｎｍ〜３μｍに選ばれ、好ましくは１０ｎｍ〜１μｍに選ばれる。白色顔料の使用量は、レーザ光によって変色する充填剤に対して、５〜９０重量％、好ましくは１０〜７０重量％に選ばれる。レーザ光によって変色する充填剤が白色である場合、この白色の充填剤は、繊維中で黒色ベースとして働く黒色顔料と組み合わせて使用される。白色の充填剤と黒色の顔料との混合物は、黒色顔料の相分離および気泡の発生などによって、全体が黒色から白色に変色する。白色充填剤には、雲母、硫酸バリウムなどの１種または複数種を組み合わせて含有され、好ましくは硫酸バリウムが用いられる。
【００６８】
黒色顔料としては、カーボンブラック、グラファイト、チタンブラックおよび黒色酸化鉄などが用いられる。カーボンブラックは、アセチレンブラック、ランプブラック、サーマルブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラックおよびケッチェンブラックなどが挙げられる。このような黒色顔料のうち、分散性、コスト面からカーボンブラックが好ましい。黒色顔料は、１種単独でまたは２種以上組み合わせて使用することができる。なお、カーボンブラックは、原料の相違によって、アセチレンブラック、オイルブラック、ガスブラックなどに分類されるが、素材に応じて最適なものが用いられる。
【００６９】
黒色顔料の平均粒径は、１０ｎｍ〜３μｍに選ばれ、好ましくは１０ｎｍ〜１μｍに選ばれる。カーボンブラックの場合は、１０ｎｍ〜３０ｎｍが好ましい。また黒色顔料の使用量は、白色充填剤に対して０．１〜８０重量％に選ばれ、好ましくは１０〜５０重量％に選ばれる。
【００７０】
被加工糸９に含まれる充填剤の量は、糸の全重量に対して０．０１〜１０重量％に選ばれ、好ましくは０．３〜３重量％に選ばれ、さらに好ましくは０．６〜１．２重量％に選ばれる。
【００７１】
使用可能なレーザとしては、前記ＹＡＧレーザの他に、エキシマレーザ、ＣＯ２ガスレーザが挙げられる。レーザ波長は、充填剤が変色する波長として、Ｎｄ・ＹＡＧレーザであれば、３５４ｎｍ、５３２ｎｍ、１０６４ｎｍのいずれかを採用することができる。
【００７２】
充填剤が白色充填剤と黒色顔料との混合物である場合、黒色顔料が相分離などが生じ、白色充填剤が繊維または繊維製品の表面に顕在化し、その結果、レーザ光を照射した部分だけ繊維または繊維製品を黒色から白色に変色させることができる。
【００７３】
前述の「相分離」とは、高分子と溶媒の２成分系における相平衡は、高分子の温度を上げていくと、熱力学的に不安定化し、内部に濃度の揺らぎが発生し、外見上、曇りが生じるため、この点を曇り点と呼ぶが、曇り点を通過して温度を上げると、ある点で相分離が生じ、高分子希薄相と高分子濃厚相とに分離する。高分子濃度が臨界点における高分子濃度よりも低いと、高分子濃厚相の体積比が高分子希薄相の体積比よりも小さくなるが、逆であれば、体積比は逆転する。発色のメカニズムは解明されていないが、熱溶融によって分子間結合力が低い状態の表層の照射領域で、顔料による高い熱吸収によって局部的に高温に曝され、この熱によって照射領域内の表層に存在している顔料およびその周囲の分子が相分離を伴いながら溶融および熱分解した状態となり、照射終了後に冷却されることによって凝固すると推定される。これを外見上、照射領域だけがその周囲に比べて変色しているため、発色したものとして、所定の文字・図柄を発現させることによってマーキングを実現している。
【００７４】
具体的に述べると、プラスチック表面にレーザ光を照射し、エネルギを変化させると、レーザの熱エネルギによってプラスチック表面が燃焼、炭化が相応して発生する。この炭化の度合いによってコントラストが変化する。カーボンブラックはエネルギ吸収率が高い添加剤である。この場合、被加工糸９のベース基材と文字形成とは組成変化していない。
【００７５】
またレーザ発振をパルス化する利点は、パルスオフによる適度な冷却効果と被加工物への入熱過多の防止を図ることができるとともに、レーザ照射部位の周辺への熱影響も低減できるためである。また、前述のように微小スポット径の短パルス照射では、被加工糸９への入熱量がわずかであり、照射時間が短いために、熱伝導範囲が狭く、隆起部の発生も少ない。
【００７６】
本実施の形態では、同じ場所にレーザ光が照射される回数が多くなると、熱溶融によって発生するドロスが冷却されて再凝固し成長してバリが発生するため、パルス周波数は高くして溶融よりも蒸散させることが好ましい。
【００７７】
なお、レーザ光照射装置５は、前述のＹＡＧレーザに限るものではなく、ＹＶＯ４（イットリウム・バナデート結晶）をレーザ媒体として用いるものであってもよい。このＹＶＯ４レーザを用いた場合には、ＹＡＧレーザに比べてさらなる微細化・高精細化を図ることができる。
【００７８】
本件発明者は、最適なレーザ光照射条件を確認するため、照射パワーＰ（Ｗ）、パルス幅Ｗｄ（μｓｅｃ）、繰り返し周波数Ｆ（ｋＨｚ）および走査速度Ｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）について実験を行った。この実験では目視による文字判読の可否によるマーキング状態と照射パワーＰ（Ｗ）との関係を検討する。
【００７９】
実験条件について述べると、実験に使用したレーザ光照射装置５は、前述したように、ＹＡＧレーザであり、照射条件を、装置の平均出力Ｐ０＝０〜１００％、パルス幅Ｗｄ＝２μｓｅｃ〜２００μｓｅｃ、繰り返し周波数Ｆ＝５ｋＨｚ〜５０ｋＨｚ、走査速度Ｖ＝１〜２０００ｍｍ／ｓｅｃの範囲で設定可能なＹＡＧレーザ照射装置を用いた。材料は、直径０．１ｍｍの黒いポリエステル製のモノフィラメントを使用し、スポット径φは１２μｍとし、レーザ光の照射条件を変えて被加工糸上に幅６０μｍのマーキングを行い、その書き込み状態を目視で確認した。
【００８０】
まず、照射パワーＰの違いによるマイクロ文字への影響を確認するため、パルス幅Ｗｄを２μｓｅｃ、繰り返し周波数Ｆを５ｋＨｚ、走査速度Ｖを７５ｍｍ／ｓｅｃに仮定値として設定し、照射パワーＰを８．０Ｗ、７．２Ｗ、６，４Ｗ、５．６Ｗ、４．８Ｗ、４．０Ｗ、３．２Ｗにそれぞれに変化させ、１０％透過フィルタ２枚を透過させてレーザ照射し、文字判読の良否を目視によって確認した。その結果を表１に示す。なお、表１において、エネルギ密度Ｅは、１０％透過フィルタ２枚を透過させたレーザ光の１ｃｍ２あたりのエネルギの値である。
【００８１】
【表１】
【００８２】
このような実験によって、目視で比較的明瞭にマーキング文字が認識できるのは、照射パワーＰが７．２Ｗ、６．４Ｗ、５．６Ｗ、４．８Ｗ、４．０Ｗ、３．２Ｗの場合である。これによって良好にマーキングすることができる照射パワーＰは３．６Ｗ以上でかつ７．２Ｗ以下であることを確認した。
【００８３】
次に、パルス幅Ｗｄの違いによるマイクロ文字への影響を確認するために、上記の表１のうちでマーキングが良好であった照射パワーＰのうちの１つであるＰ＝５．６Ｗを固定値として設定し、繰り返し周波数Ｆを５ｋＨｚ、走査速度Ｖを７５ｍｍ／ｓｅｃを仮定値として設定し、パルス幅Ｗｄを２μｓｅｃ、５０μｓｅｃ、１００μｓｅｃ、１５０μｓｅｃ、２００μｓｅｃにそれぞれ変化させて、文字判読が良好なパルス幅Ｗｄを確認した。その結果を表２に示す。
【００８４】
【表２】
【００８５】
このようなパルス幅Ｗｄをパラメータとした実験によって目視で綺麗にマーキングされたと確認できたのは、パルス幅Ｗｄが２μｓｅｃ、５０μｓｅｃ、１００μｓｅｃの場合であった。これによって良好にマーキングすることができる照射部位へのレーザ光のパルス幅Ｗｄは、２μｓｅｃ以上でかつ１００μｓｅｃ以下であることを確認した。
【００８６】
繰り返し周波数Ｆの違いによるマイクロ文字への影響を確認するために、前述の表２において文字判読が良好であった照射条件のうちの１つである照射パワーＰ＝５．６Ｗおよびパルス幅Ｗｄ＝２μｓｅｃを固定値として設定し、繰り返し周波数Ｆを変化させて、文字判読が良好な繰り返し周波数Ｆを確認した。その結果を表３に示す。
【００８７】
【表３】
【００８８】
このような繰り返し周波数Ｆをパラメータとした実験によって目視で綺麗にマーキングされたと確認できたのは、繰り返し周波数Ｆが５ｋＨｚ、１５ｋＨｚの場合であり、下限は確認不可能であった。これによって良好にマーキングすることができる照射部位へのレーザ光の繰り返し周波数Ｆは、５ｋＨｚ以上でかつ１５ｋＨｚ以下であることを確認した。
【００８９】
最後に、前述の照射パワーＰ、パルス幅Ｗｄおよび繰り返し周波数Ｆに関する実験結果を踏まえて、走査速度Ｖの違いによるマイクロ文字への影響を確認するために、文字判読が良好であった照射条件のうちの１つである照射パワーＰ＝５．６Ｗ、パルス幅Ｗｄ＝２μｓｅｃおよび繰り返し周波数Ｆ＝５ｋＨｚを固定値として設定し、走査速度Ｖを５ｍｍ／ｓｅｃ、５０ｍｍ／ｓｅｃ、７５ｍｍ／ｓｅｃ、１００ｍｍ／ｓｅｃ、１５０ｍｍ／ｓｅｃ、２００ｍｍ／ｓｅｃ、３００ｍｍ／ｓｅｃ、５００ｍｍ／ｓｅｃにそれぞれ変化させて、文字判読が良好な走査速度Ｖを確認した。その結果を表４に示す。
【００９０】
【表４】
【００９１】
このような走査速度Ｖをパラメータとした実験によって目視で綺麗にマーキングされたと確認できたのは、走査速度Ｖが２５ｍｍ／ｓｅｃ、５０ｍｍ／ｓｅｃ、７５ｍｍ／ｓｅｃ、１００ｍｍ／ｓｅｃ、１５０ｍｍ／ｓｅｃ、２００ｍｍ／ｓｅｃの場合であり、これによって良好にマーキングすることができる照射部位へのレーザ光の走査速度Ｖは、２５ｍｍ／ｓｅｃ以上でかつ２００ｍｍ／ｓｅｃ以下であることを確認した。
【００９２】
以上のように本実施の形態によれば、被加工糸９に照射されるレーザ光は、そのスポット径が被加工糸９の直径よりも小さい予め定めるスポット径、たとえば直径が約１００μｍの被加工糸９であれば１２μｍに集光されるので、幅６０μｍ程度の微小領域に微細なマーキングパターンを明確に形成することができる。
【００９３】
前記レーザ光のスポット径を被加工糸９の直径よりも小さくなるように集光するにあたっては、レーザ光源から発振されたレーザビーム光を、集光レンズ４０によって集光すればよく、レーザ光の照射面での照射パワーＰは、被加工糸９の材質および表面性状に応じて適宜、調整することによって、最適な発色状態または変色状態でマーキングパターンを明瞭に形成することができる。
【００９４】
前述の表１〜表４のような照射パワーＰ、パルス幅Ｗｄ、繰り返し周波数Ｆおよび走査速度Ｖの各照射条件に関するデータは、被加工糸９の材質、直径、顔料などのマーキング対象の諸元とともに、コンピュータの学習機能などを利用してサンプリングデータとして蓄積し、それをデータベース化する。これによって、コンピュータの入力手段によって入力した被加工糸９の諸元に対して、最適なレーザ光照射条件を前記データベースから抽出し、その値がレーザ光照射装置５の制御装置１０にレーザ光照射条件として設定されるコンピュータプログラムとして実現されてもよい。
【００９５】
また、前述の実施の形態では、レーザ照射条件の決定は、照射パワーＰ、パルス幅Ｗｄ、繰り返し周波数Ｆおよび走査速度Ｖをこの順序で決定するようにしたが、本発明はこれに限るものではなく、実験データが照射条件とマーキング結果との間の相関を確認し得る程度に蓄積された場合には、前記照射パワーＰ、パルス幅Ｗｄ、繰り返し周波数Ｆおよび走査速度Ｖに対して、被加工糸９の諸元のうちで材料の特性を最もよく表した量、たとえば熱吸収率に着目して重み付けした１つのパラメータとしてデータベース化し、前述のように制御装置１０に抽出させ、その抽出した照射条件を設定するコンピュータプログラムとして実現されてもよい。
【００９６】
また前記被加工糸９の位置決めは、コンピュータによって制御されるレーザ光照射装置５に前記レーザ光照射領域Ｓを予め設定しておき、このレーザ光照射領域Ｓが、被加工糸９の前記所定のマーキングパターンが形成されるべき被照射部位に一致するように、レーザ光照射領域Ｓまたは被加工糸９を正確に配置し、それらの位置関係が、少なくともレーザ光の照射期間中に変化しないように、被加工糸９を治具などによって保持することによって、達成される。
【００９７】
１つのマーキングパターンの一部または全部が形成された被加工糸９は、前記レーザ光の走査速度Ｖに同期して、間欠的または連続的に移動させて、被加工糸９の次の領域にマーキングされる。間欠的に被加工糸９を移動させる場合には、１つのマーキングパターンが形成されるたびに被加工糸９を移動させてもよく、１つのマーキングパターンを形成する期間を複数に時分割してもよい。
【００９８】
また連続的に被加工糸９を移動させる場合には、レーザ光照射装置５の走査速度Ｖに同期させて追従させることができる範囲で、被加工糸９を一定速度で移動させながら連続してレーザ光を照射してもよく、マーキングの進行速度に追従させて被加工糸９の送り速度を変化させて、変則的な移動速度で被加工糸９を移動させながらレーザ光を連続して照射してもよい。
【００９９】
このように正確に位置決めされた被加工糸９に微小なスポット径でレーザ光をパルス照射で走査してマーキングするので、微小領域に微細なマーキングパターンを明確に、しかも連続して形成することができる。
【０１００】
さらに供給リール２および巻取リール３間にわたって張架される被加工糸９には、供給リール２への供給側トルク付与手段６による回転トルクによって張力が与えられ、糸案内板４の案内溝１２に緊張された状態で嵌まり込む。レーザ光照射装置５は、前記糸案内板４の案内溝１２に緊張された状態で嵌まり込んだ被加工糸９に、レーザ光を照射する。このレーザ光照射装置５から被加工糸９に照射されるレーザ光は、集光レンズ４０によって被加工糸９の直径よりも小さい予め定めるスポット径φに集光され、レーザ光照射領域Ｓ内で文字および図柄などの所定のマーキングパターンに沿って走査され、そのマーキングパターンが被加工糸９に形成される。
【０１０１】
前記マーキングパターンが形成された被加工糸９、すなわちマーキング糸は、巻取側回転付与手段７によって巻取方向に巻取回転量が付与された巻取リール３に一定の移動速度で巻き取られ、糸案内板４上で被加工糸９に対するレーザ光の照射位置がずれることなく、正確に、連続して、マーキングパターンが形成される。
【０１０２】
さらに本実施の形態によれば、糸案内板４よりも被加工糸９の移動方向上流側および下流側のうち少なくともいずれか一方には被加工糸９を糸案内板４の案内溝１２よりも下方に案内するガイドリング８ａ，８ｂが設けられるので、被加工糸９の案内溝１２からの抜け出しなどの不所望な被加工糸９の挙動が抑制され、案内溝１２に沿って一定の移動速度で案内される被加工糸９に安定に、かつ確実にマーキングパターンが形成される。
【０１０３】
本発明の実施の他の形態では、図７に示されるように、複数の案内溝１２が平行に形成される糸案内板４ａを用いて、同時に複数の被加工糸９にマーキングを行なうようにしてもよい。
【０１０４】
本発明の実施のさらに他の形態では、図８に示されるように、被加工糸９に中心位置を示す数値「０００」と、この中心位置から軸線に垂直な方向（＝Ｘ軸方向）のずれ量を示す数値「００２５」、「００５０」、「００７５」、「０１００」を、各ずれ量に相当する位置に各数値を対応させてマーキングしてもよい。これによって、所望のマーキングパターンが被加工糸９に中心に対してどの程度ずれているかを、顕微鏡および拡大レンズなどを利用して確認することができる。
【０１０５】
図９は、本発明の実施のさらに他の形態の被加工糸のレーザマーキング方法が実施されるレーザマーキング装置１ａを簡略化して示す側面図である。前述の図１〜図８に示される実施の形態と対応する部分には同一の参照符を付し、重複を避けて説明は省略する。本実施の形態のマーキング装置１ａは、供給リール２、巻取リール３、案内部材である糸案内板４、レーザ光照射手段であるレーザ光照射装置５、供給側トルク付与手段６、巻取側回転付与手段７、および押さえ手段である一対のガイドリング８ａ，８ｂを含み、さらに送り出しロール５０、ニップロール５１、ステッピングモータ５２、ガイドリング８ｃおよび張力検出装置５３を含む。
【０１０６】
供給リール２から繰り出された被加工糸９は、最も糸移動方向の上流側のガイドリング８ｃを挿通して、ニップロール５１に巻回され、このニップロール５１に外周面が被加工糸９に対して適度の摩擦が発生するように粗面状に外周面が表面処理された送り出しロール５０を当接させて、前記ニップロール５１と送り出しロール５０とによって挟着される。前記ニップロール５１は、被加工糸９の滑りを防止し得る最適な硬度の表面層を有する。
【０１０７】
送り出しロール５０と前記ガイドリング８ｃとの間には、前記張力検出装置５３が設けられる。この張力検出装置５３は、ガイドリング８ｃと送り出しロール５０とを最短距離で結ぶ仮想一平面よりも一方側（図９の左側）に突出し、前記仮想一平面に垂直な方向に変位自在な検出ロール５５を有する。この検出ロール５５は、前記一方側から巻き掛けられた被加工糸９の張力変化によって直線変位し、その検出ロール変位量に対応する張力検出信号を出力する。
【０１０８】
張力検出装置５３からの張力検出信号は、前記制御装置１０に入力され、制御装置１０は入力した張力検出信号に応答して、ステッピングモータ５２の回転速度を制御する。ステッピングモータ５２は、その出力軸に駆動プーリ５６が固定され、また送り出しローラ５０には同軸に従動プーリ５７が固定され、これらの駆動プーリ５６および従動プーリ５７には無端状のタイミングベルト５８が巻き掛けられて張架される。したがって、ステッピングモータ５６の出力軸の回転は、駆動プーリ、タイミングベルト、駆動プーリを介して、前記送り出しローラに伝達され、制御装置１０からに前記張力検出信号に基づく回転速度で送り出しローラの送り出し速度が制御される。このような送り出しローラの送り出し動作は、制御装置１０によって、間欠引き出し時の送り出し量２０μｍの精度で制御され、この送り出し制御量に応じて、前記巻取リールの回転トルクが制御される。
【０１０９】
このようなレーザマーキング装置１によれば、２０μｍという高精度で被加工糸９の送り出し量が制御されるので、レーザ光照射装置の照射位置のずれが極めて小さく、高精度でマーキングパターンを被加工糸に形成することができる。
【０１１０】
以上の実施の各形態では、被加工糸であるモノフィラメントへのレーザ光照射によって、マーキングパターンを母材に対して可視光の波長帯域での発色または変色によって発現させる手法について述べたが、本発明の実施の他の形態では、被加工糸のレーザ光照射による発色または変色は、可視光帯域の光に限るものではなく、赤外線帯域などの他の波長帯域における発色および変色であってもよい。この場合には、電荷結合素子（Charge Coupled Device；略称ＣＣＤ）を用いた赤外線用撮像装置によってレーザマーキングされた糸を撮像し、その画像を表示装置によって表示させ、あるいは印刷して、表記された内容を容易に確認することができ、ブランド商品などの模倣の抑制および防止を支援することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の実施の一形態の被加工糸のレーザマーキング方法が実施される被加工糸のレーザマーキング装置１の構成を簡素化して示す側面図である。
【図２】レーザ光照射装置５のレーザ光照射ヘッド１１の具体的構成を示す分解斜視図である。
【図３】糸案内板４の拡大断面図である。
【図４】糸案内板４の表面粗さを確認するための表面粗さ測定結果を示すグラフである。
【図５】糸案内溝１２に被加工糸９が支持された状態の表面粗さの測定結果を示すグラフである。
【図６】糸案内板４の案内溝１２に被加工糸９が装着された状態を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施の他の形態の糸案内板４ａを示す斜視図である。
【図８】中心位置を示す数値および中心位置から軸線に垂直な方向（＝Ｘ軸方向）のずれ量を示す数値がマーキングされた被加工糸９の一部を示す斜視図である。
【図９】本発明の実施のさらに他の形態の被加工糸のレーザマーキング装置１ａを簡略化して示す側面図である。
【符号の説明】
【０１１２】
１，１ａ レーザマーキング装置
２ 供給リール
３ 巻取リール
４ 糸案内板
５ レーザ光照射装置
６ 供給側トルク付与手段
７ 巻取側回転付与手段
８ａ，８ｂ ガイドリング
９ 被加工糸
１０ 制御装置
１１ レーザ光照射ヘッド
１２ 案内溝
１５ トルクモータ
１６，２１ 駆動プーリ
１７ リール軸
１８，２４ 従動プーリ
１９，２５ ベルト
２１ ステッピングモータ
２３ 引張用フリクションドラム
３０ 反射ミラー
３１ レーザロッド
３２ 励起ランプ
３３ Ｑスイッチ
３４ シャッタ
３５ 出力ミラー
３６ ビームエキスパンダ
３７ ガルバノスキャナ
３８ ＮＤフィルタ
４０ 集光レンズ
４１ 上面
４２ａ，４２ｂ 内面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モノフィラメントおよびスリットヤーンなどの糸条によって実現される被加工糸に、文字および図柄などの微細なマーキングパターンを明瞭に形成することができる被加工糸のレーザマーキング方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的な従来の技術は、特許文献１に記載されている。この従来の技術では、文字、記号、符号、およびバーコードなどをマスクパターンとして描いたマスクを予め準備し、結像レンズを調整して、ＹＡＧレーザまたは炭酸ガスレーザのレーザ光を、成形品の表面に照射して、一括転写によってマーキングを行っている。
【０００３】
前記成形品は、ポリエステル樹脂組成物から成り、ＹＡＧレーザおよび炭酸ガスレーザのいずれについても、ポリエステルに酸化チタンおよびカーボンブラックの一方または双方を添加したポリエステル樹脂組成物を用いることによって、マーキング性を改善する技術が開示されている。
【０００４】
ポリエステル樹脂組成物は、熱可塑性ポリエステル樹脂５８〜９６重量％に、臭素系難燃剤２〜２５重量％、アンチモン系難燃助剤２〜１５重量％、ならびに高熱伝導度のカーボンブラックおよび／またはグラファイト０．００１〜２重量％を添加した組成物から成る。
【０００５】
マーキング性の評価は、発泡状態、細線性、削れ性およびコントラスト比について判断される。発泡状態は、グラファイトのレーザ光の吸収による発熱によって、周囲のポリマが熱分解して発泡する現象であり、電子顕微鏡によって観察される。また、細線性は、表面粗さ計によって測定されるマーキング部の深さであり、コントラスト比は、５００±５０ルックスの輝度で拡散照明し、バックグラウンド輝度ＢＬと特性輝度ＣＬとを測定し、バックグラウンド輝度ＢＬと特性輝度ＣＬとの比（ＢＬ：ＣＬ）によって求められる。
【０００６】
これらの評価項目について、前記ポリエステル樹脂組成物で組成を変えた実施例および比較例の複数のブロック状のサンプル成形品を作成し、レーザ光を照射部位を観察した結果として、良好なマーキング性が得られる前述の熱可塑性ポリエステル樹脂、臭素系難燃剤、アンチモン系難燃助剤、ならびに高熱伝導度のカーボンブラックおよび／またはグラファイトの配合比が提案されている。
【０００７】
他の従来の技術は、非特許文献１に記載されている。この従来の技術では、ＡＢＳ樹脂成形品の表面にレーザ光を照射して、鮮明な着色、平滑性および光沢のある加飾を実現するために、発色性については成形品の吸光度を制御し、平滑性についてはカーボンブラックの配合量を制御し、光沢についてはレーザ照射部位に照射されるレーザパルスエネルギに対する明度および表面粗さの関係からレーザパルスエネルギを制御することが提案されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平４−２４６４５６号公報
【非特許文献１】桝井 幹生、北村 啓明、佐藤 信、渡辺 治、近藤 真樹 松下電工技報 「配線器具へのレーザ加飾」 Ｄｅｃ．２００１ ｐ４１〜ｐ４５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記特許文献１および非特許文献１に記載される従来の技術では、レーザ光を照射してマーキングされる被加工物が成形品である。この成形品は、特許文献１に記載される従来の技術では、ポリエステル樹脂組成物を押出機によって押し出されたペレット、組成の異なるペレットを用いて成形した成形品、および組成の異なるペレットの一部を用いて成形した成形品が、マーキングされる被加工物とされる。また、非特許文献１に記載される従来の技術では、射出成形機によって成形された平板状の成形物が被加工物とされる。
【００１０】
したがって、これらの従来の技術では、肉眼で充分に識別可能な大きさのマーキングパターンを明瞭に形成する技術を提案するものであるため、肉眼で直接視認することができない大きさ、たとえば幅１ｍｍ以下の微小領域にマーキングパターンを形成することはできない。
【００１１】
肉眼で直接視認することができない大きさの微小領域にマーキングが要求される場合として、たとえば繊維製品の偽造防止という観点から、製造者名、品番、製造年月日およびロゴマークなどの各種の文字・図柄を、たとえば合成樹脂製のモノフィラメントなどの直径０．１ｍｍ程度の細い糸に、マーキングパターンとして形成する技術が求められている。
【００１２】
このような糸にレーザ光によってマーキングする場合には、その糸の幅以下の領域内でレーザ光の照射位置を正確に位置決めして、レーザ光をマーキングパターンに沿って走査させながら照射しなければならないため、高い位置決め精度が要求されるとともに、糸の直径以下の微小領域に文字および図柄などの希望するマーキングパターンを、微細に、しかも明瞭かつ連続して形成することができ、拡大視したときに充分な可判読性が得られなければならない。したがって、前述の特許文献１および非特許文献１に記載の各従来の技術では、被加工糸である糸に対して、マーキングパターンを明瞭にかつ連続して形成することができないという問題がある。
【００１３】
したがって本発明の目的は、被加工糸を高精度で容易に位置決めして、微小領域に微細なマーキングパターンを明確にかつ連続して形成することができる被加工糸のレーザマーキング方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、緊張した状態で張架される被加工糸を、その被加工糸の直径よりも小さい幅および予め定める長さのレーザ光照射領域に位置決めして配置し、
前記レーザ光照射領域に配置された被加工糸に、この被加工糸の直径よりも小さい予め定めるスポット径に集光されたレーザ光を、パルスで照射しながら走査して、所定のマーキングパターンを形成し、
マーキングパターンが形成された被加工糸を、前記レーザ光の走査速度に同期して、間欠的または連続的に移動させて、前記被加工糸にマーキングすることを特徴とする被加工糸のレーザマーキング方法である。
【００１５】
本発明に従えば、被加工糸は緊張した状態で張架され、その被加工糸の直径よりも小さい幅およびマーキングパターンを構成する文字・図柄などの数や形態によって決まる予め定める長さのレーザ光照射領域に、位置決めして、配置される。
【００１６】
このようなレーザ光照射領域に配置された被加工糸には、レーザ光を、パルスで照射しながら走査することによって、前記文字および図柄などによって構成される所定のマーキングパターンが形成される。
【００１７】
前記被加工糸としては、レーザ光の照射によって、熱的および化学的に安定に溶融する合成樹脂を紡糸して製造されるモノフィラメントなどによって実現されてもよく、あるいはスリットヤーンによって実現されてもよい。
【００１８】
前記被加工糸に照射されるレーザ光は、そのスポット径が被加工糸の直径よりも小さい予め定めるスポット径、たとえば直径が約１００μｍの被加工糸であれば１２μｍに集光されるので、幅６０μｍ程度の微小領域に微細なマーキングパターンを明確に形成することができる。前記レーザ光のスポット径を被加工糸の直径よりも小さくなるように集光するにあたっては、レーザ光源から発振されたレーザビーム光を、集光レンズによって集光すればよく、レーザ光の照射面でのエネルギ密度は、被加工糸の材質および表面性状に応じて適宜、調整することによって、最適な発色状態または変色状態でマーキングパターンを明瞭に形成することができる。
【００１９】
また前記被加工糸の位置決めは、たとえばコンピュータによって制御されるレーザ光照射装置に前記レーザ光照射領域を予め設定しておき、このレーザ光照射領域が、被加工糸の前記所定のマーキングパターンが形成されるべき被照射部位に一致するように、レーザ光照射領域または被加工糸を正確に配置し、それらの位置関係が、少なくともレーザ光の照射期間中に変化しないように、被加工糸を治具などによって保持することによって、達成される。
【００２０】
１つのマーキングパターンの一部または全部が形成された被加工糸は、前記レーザ光の走査速度に同期して、間欠的または連続的に移動させて、被加工糸の次の領域にマーキングされる。間欠的に被加工糸を移動させる場合には、１つのマーキングパターンが形成されるたびに被加工糸を移動させてもよく、１つのマーキングパターンを形成する期間を複数に時分割してもよい。
【００２１】
また連続的に被加工糸を移動させる場合には、レーザ光照射装置の走査速度に同期させて追従させることができる範囲で、被加工糸を一定速度で移動させながら連続してレーザ光を照射してもよく、マーキングの進行速度に追従させて被加工糸の送り速度を変化させて、変則的な移動速度で被加工糸を移動させながらレーザ光を連続して照射してもよい。
【００２２】
このように正確に位置決めされた被加工糸に微小なスポット径でレーザ光をパルス照射で走査してマーキングするので、微小領域に微細なマーキングパターンを明確に、しかも連続して形成することができる。
【００２３】
また本発明は、前記被加工糸の位置決めは、その被加工糸にレーザマーキングを行うために予め設定された照射条件のレーザ光を、合成樹脂からなる案内部材に照射して形成された一直線状の案内溝に嵌合させることによって実現されることを特徴とする。
【００２４】
さらに本発明は、前記予め設定された照射条件は、所定の材質および直径の被加工糸に対して、レーザ光のレーザ光照射領域の幅およびスポット径を決定した後、少なくともレーザ光の照射パワー、繰り返し周波数、パルス幅および走査速度を、個別に変化させながら判読可能な値を抽出して、順次的に設定されることを特徴とする。
【００２５】
さらに本発明は、前記案内部材および被加工糸のうち少なくともいずれか一方は、除電されていることを特徴とする。
【００２６】
さらに本発明は、被加工糸が巻回される供給リールと、
被加工糸に所定のマーキングパターンが形成された被加工糸を巻き取る巻取リールと、
供給リールおよび巻取リール間にわたって張架される被加工糸が嵌まり込みかつ被加工糸の張架方向に沿って一直線状に延びる案内溝が形成される案内部材と、
前記案内部材によって前記案内溝に嵌まり込んだ状態で配置される被加工糸に、前記レーザ光照射領域内で前記被加工糸の直径よりも小さい予め定めるスポット径に集光されたレーザ光を、パルスで照射しながら走査して、前記所定のマーキングパターンを被加工糸の直径よりも小さい幅および予め定める長さのレーザ光照射領域に形成するレーザ光照射手段と、
前記供給リールを、被加工糸に張力が発生する方向に回転トルクを付与する供給側トルク付与手段と、
前記巻取リールを、被加工糸の張力および移動速度が一定になるように回転を付与する巻取側回転付与手段とを含むことを特徴とする被加工糸のレーザマーキング装置である。
【００２７】
本発明に従えば、供給リールおよび巻取リール間にわたって張架される被加工糸には、供給リールへの供給側トルク付与手段による回転トルクによって張力が与えられ、案内部材の案内溝に緊張された状態で嵌まり込む。
【００２８】
レーザ光照射手段は、前記案内部材の案内溝に緊張された状態で嵌まり込んだ被加工糸に、レーザ光を照射する。このレーザ光照射手段から被加工糸に照射されるレーザ光は、レーザ光照射領域内で被加工糸の直径よりも小さい予め定めるスポット径に集光され、文字および図柄などの所定のマーキングパターンに沿って走査され、そのマーキングパターンが被加工糸に形成される。
【００２９】
前記マーキングパターンが形成された被加工糸、すなわちマーキング糸は、巻取側回転付与手段によって巻取方向に巻取回転量が付与された巻取リールに一定の移動速度で巻き取られ、レーザ光の照射位置がずれることなく、正確に、連続して、マーキングパターンが形成される。
【００３０】
また本発明は、前記案内部材よりも被加工糸の移動方向上流側および下流側のうち少なくともいずれか一方に設けられ、被加工糸を案内部材の案内溝よりも下方に案内する押さえ手段を含むことを特徴とする。
【００３１】
本発明に従えば、前記案内部材よりも被加工糸の移動方向上流側および下流側のうち少なくともいずれか一方には被加工糸を案内部材の案内溝よりも下方に案内する押さえ手段が設けられるので、被加工糸の案内溝からの抜け出しなどの不所望な被加工糸の挙動が抑制され、案内溝に沿って一定の移動速度で案内される被加工糸に安定に、かつ確実にマーキングパターンが形成される。
【００３２】
さらに本発明は、前記レーザ光照射手段には、所定の材質および直径の被加工糸に対して、レーザ光のレーザ光照射領域の幅およびスポット径を決定した後、少なくともレーザ光の照射パワー、繰り返し周波数、パルス幅および走査速度を、個別に変化させながら判読可能な値を抽出して、順次的に決定されたレーザ光照射条件が設定されていることを特徴とする。
【００３３】
さらに本発明は、前記案内部材および被加工糸のうち少なくともいずれか一方は、除電されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、正確に位置決めされた被加工糸に、微小なスポット径でレーザ光をパルス照射で走査してマーキングするので、微小領域に微細なマーキングパターンを明確に、しかも連続して形成することができる。
【００３５】
また本発明によれば、供給リールおよび巻取リール間にわたって張架される被加工糸を、張力が与えられた状態で案内部材の案内溝によって位置決めし、レーザ光照射手段から被加工糸の直径よりも小さいスポット径のレーザ光をパルス照射しながら走査して、マーキングパターンを形成し、巻取リールに巻き取るように構成されるので、微細なマーキングパターンが明瞭に形成された糸を、連続して製造することができる。
【００３６】
さらに本発明によれば、案内部材よりも被加工糸の移動方向上流側および下流側のうち少なくともいずれか一方に押さえ手段が設けられるので、供給リールに巻回された被加工糸の繰り出し位置に拘らず、被加工糸の案内溝からの抜け出しなどの不所望な被加工糸の挙動が抑制され、案内溝に沿って一定の移動速度で案内される被加工糸を、安定して正確にレーザ光の照射位置に供給することができ、ずれや欠落のない高品質のマーキングパターンを形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
図１は、本発明の実施の一形態の被加工糸のレーザマーキング方法が実施される被加工糸のレーザマーキング装置１の構成を簡素化して示す側面図である。なお、本実施の形態において「被加工糸」とは、その構造形態上、繊維を揃えて長く連続させたものをいい、短い繊維（ステープル）を紡績によって連続させた紡績糸と、長い繊維（フィラメント）を集束させたフィラメント糸とを含み、一例として、単一の繊維からなるモノフィラメント糸へのレーザマーキング方法について説明する。このモノフィラメント糸は、溶融紡糸によって製造されるため、表面に毛羽がなく平滑であり、内部に空隙が少なく緊密であり、撚りがないため、所定の文字、図形およびロゴマークなどのマーキングパターンを連続的に均一な表示品位で形成することができる。
【００３８】
本実施の形態のレーザマーキング装置１は、供給リール２、巻取リール３、案内部材である糸案内板４、レーザ光照射手段であるレーザ光照射装置５、供給側トルク付与手段６、巻取側回転付与手段７、押さえ手段である一対のガイドリング８ａ，８ｂ、および制御装置１０を含む。
【００３９】
前記供給リール２は、図示しない基台に図１の上下方向である鉛直軸線まわりに回転自在に設けられ、被加工糸９が巻回される。巻取リール３は、図示しない基台に図１の紙面に垂直な水平軸線まわり回転自在に設けられ、レーザ光照射装置５によって所定のマーキングパターンが形成された被加工糸９を巻き取る。
【００４０】
これらの供給リール２および巻取リール３間には、前記レーザ光照射装置５が設けられる。レーザ光照射装置５は、レーザ光照射ヘッド１１を有し、このレーザ光照射ヘッド１１の下方には前記糸案内板４が設けられる。糸案内板４は、図示しない位置調整用テーブルに被加工糸９の移動経路に下方から臨むようにして設置され、後述の図６に示されるように、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交３軸方向の直線移動、および各軸Ｘ，Ｙ，Ｚまわりの角変位方向α，β，γの角変位が可能であり、被加工糸９を案内すべき位置に移動させて高精度で位置決めすることができる。
【００４１】
各ガイドリング８ａ，８ｂは、円環状またはＣ字状の滑り性の良好な合成樹脂または金属からなり、前記糸案内板４よりも被加工糸９の移動方向上流側（図１の左側）および下流側（図１の右側）に設けられ、糸案内板４に対する高さ方向（図１の上下方向）および左右方向（図１の紙面に垂直方向）の位置を調整することができるように、図示しない装置フレームなどに対して連結されている。
【００４２】
これらのガイドリング８ａ，８ｂには、被加工糸９が挿通され、その被加工糸９を糸案内板４の前記移動方向上流側および下流側で、糸案内板４に形成される案内溝１２よりも下方に案内して、被加工糸９の案内溝１２からの離脱を防止する。
【００４３】
前記供給側トルク付与手段６は、鉛直軸線まわりに回転駆動される出力軸を有するトルクモータ１５と、トルクモータ１５の出力軸に固定される駆動プーリ１６と、前記供給リール２のリール軸１７の下端部に同軸に固定される従動プーリ１８と、駆動プーリ１６および従動プーリ１８間にわたって巻き掛けられて張架される無端状のベルト１９とを有する。
【００４４】
トルクモータ１５は、制御装置１０によって回転動作が制御され、出力軸を一方向に最適なトルクで回転駆動される。その回転トルクは駆動プーリ１６からベルト１９を経て従動プーリ１８に伝達され、供給リール２に被加工糸９に張力が発生する方向に回転トルクが付与される。
【００４５】
巻取側回転付与手段７は、水平軸線まわりに回転駆動される出力軸を有するステッピングモータ２１と、ステッピングモータ２１の出力軸に固定される駆動プーリ２２と、水平な回転軸線まわりに回転自在に軸支された引張用フリクションドラム２３と、この引張用フリクションドラム２３の軸に同軸に固定される従動プーリ２４と、駆動プーリ２２および従動プーリ２４間にわたって巻き掛けられて張架されるタイミングベルト２５とを有する。
【００４６】
ステッピングモータ２１は、前記制御装置１０によって回転動作が制御され、その回動トルクは駆動プーリ２２からタイミングベルト２５を経て、従動プーリ２４に伝達され、引張用フリクションドラム２３が矢印で示す巻取方向に回転駆動される。この引張用フリクションドラム２３上には、前記巻取リール３が巻回された糸の外周部を接触させた状態で水平な回転軸線まわりに回転自在に設けられ、引張用フリクションドラム２３の回転に従動して、マーキングされた糸を巻き取るように構成される。前記制御装置１０は、巻取リール３の最外周径が変化しても、被加工糸９の移動速度および巻取量が一定になるように、ステッピングモータ２１を連続または間欠で動作させる。このステッピングモータ２１は、引き出し方向に２０μｍで間欠動作させることができる。
【００４７】
前記レーザ光照射装置５は、最大パルス発振出力１０Ｗ（平均出力８Ｗ）で、レーザ照射パワーを０〜１００％、パルス幅を２μｍ〜２００μｍ、繰り返し周波数を５ｋＨｚ〜５０ｋＨｚ、走査速度１ｍｍ／ｓｅｃ〜２０００ｍｍ／ｓｅｃの範囲で制御装置１０から設定可能なスキャニング式ＬＤ励起Ｎｄ−ＹＡＧレーザマーキング装置によって実現される。
【００４８】
また前記制御装置１０は、パーソナルコンピュータによって実現され、オペレータがディスプレイ装置に表示された設定用画像を見ながら、糸案内板４の案内溝１２に嵌まり込んだ被加工糸９に対するレーザ光照射領域を設定し、そのレーザ光照射領域内で前記被加工糸９の直径よりも小さいスポット径、レーザ照射パワー、パルス幅、繰り返し周波数、走査速度などの照射条件を、キーボードおよびマウスなどの入力装置を用いて入力して、設定することができるように構成されている。
【００４９】
図２は、レーザ光照射装置５のレーザ光照射ヘッド１１の具体的構成を示す分解斜視図である。前記レーザ光照射ヘッド１１は、反射ミラー３０、レーザロッド３１、励起ランプ３２、Ｑスイッチ３３、シャッタ３４、出力ミラー３５、ビームエキスパンダ３６、ガルバノスキャナ３７、集光レンズ４０およびＮＤ（Neutral Density）フィルタ３８を含む。
【００５０】
レーザロッド３１は、ＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）の母体結晶にネオジウムイオンＮＤ３＋を活性物質として混入したＮｄ−ＹＡＧレーザ媒質であって、励起ランプ３２の励起光によって励起準位に励起されるとレーザ光が連続発振され、設定されたＱ値に応じてＱスイッチ３３が開くと、パルス幅の短い尖頭値の大きなレーザ光をパルスとして発振する。
【００５１】
出力ミラー３５は、シャッタ３５を介して発振されたレーザ光から特定波長の光だけが分波して取り出し、ビームエキスパンダ３６によって、ビーム径を大きくして広がり角の小さい、回折損失が抑制されたレーザビーム光に修正され、制御装置１０からの走査信号に応答して、ガルバノスキャナ３７の２枚の反射ミラー３９ａ，３９ｂの時系列的な角度変化によって、レーザビーム光を偏向する。こうして偏向しながら出力されるレーザ光は、集光レンズ４０によって所定のスポット径（本実施の形態ではφ＝１２μｍ）に集光され、ＮＤ（Neutral Density）フィルタ３８によって、被加工糸９のマーキングに適した光強度に減衰されて、制御装置１０に設定したレーザ光照射領域Ｓ内で、被加工糸９に照射される。
【００５２】
図３は、糸案内板４の拡大断面図である。前記被加工糸９を保持する糸案内板４は、被加工糸９に対する滑り性が良好な合成樹脂、たとえばジュラコンからなり、形状については、１本の被加工糸９を保持する場合の一例として、厚みＴ＝５ｍｍ、被加工糸９に張架方向に平行なＸ軸方向に沿う長さＡ＝５ｍｍ〜１１５ｍｍ、Ｘ軸方向に水平面上で垂直なＹ軸方向に沿う長さＢ＝１５ｍｍ〜１１５ｍｍ（図２参照）の板状体によって実現される。本実施の形態では、１本の被加工糸９を保持する糸案内板４であり、Ｙ軸方向中央部に、上方（図３の上方）に臨んで開放するＶ字状の案内溝１２が、Ｘ軸方向全長にわたって一直線状に形成される。
【００５３】
前記案内溝１２は、上面４１から垂直な方向（＝Ｚ軸方向）に深さＤを有し、この深さＤは、Ｄ＝約１４０μｍに選ばれる。また案内溝１２を規定する２つの内面４２ａ，４２ｂが成す角度θは、被加工糸９の直径、断面形状、上面４１からの突出量などに応じて、θ＝６０°〜９０°の範囲から決定される。これらの内面４２ａ，４２ｂは、被加工糸９を２つの支持位置４３ａ，４３ｂにおいて安定に支持する。各内面４２ａ，４２ｂの交点４４は、図３の紙面に垂直なＹ軸方向に一直線に延びる。
【００５４】
このような案内溝１２は、前記レーザ光照射装置５を用いたレーザ光の照射による食刻によって形成される。なお、案内溝１２の両側で上面４１から突出する部分４５ａ，４５ｂは、レーザ光の照射によって発生したバリである。
【００５５】
図４は、糸案内板４の表面粗さを確認するための表面粗さ測定結果を示すグラフであり、図５は糸案内溝１２に被加工糸９が支持された状態の表面粗さの測定結果を示すグラフである。前述のように、レーザ光照射装置５によるレーザ照射によって案内溝１２が形成された糸案内板４の表面を、表面粗さ測定機（テーラーホブソン株式会社製 Form Talysurf S4C）して測定したところ、各内面４２ａ，４２ｂは左右対称に高精度で形成されていることが確認された。また、被加工糸９を案内溝１２に装着した状態では、図５に示されるように、各内面４２ａ，４２ｂのほぼ同一高さで被加工糸９が支持されており、これによって各内面４２ａ，４２ｂが高精度で左右対称に形成されていることが確認された。
【００５６】
このような糸案内板４は接地されており、被加工糸９の摺動などによって発生した静電気を除去して、円滑に被加工糸９が案内溝１２を摺動して案内することができるとともに、レーザ光の照射による被加工糸９の蒸散物の再付着を防止し、マーキング品位の低下を防止している。
【００５７】
前記静電気の除去対策としては、前述の糸案内板４の接地に限るものではなく、レーザマーキング装置１が設置される作業空間の空気をブロアなどを備える静電気除去装置によって除電してもよく、被加工糸９だけを接地して除電してもよく、あるいは、これらを選択的に組合せてもよい。
【００５８】
図６は、糸案内板４の案内溝１２に被加工糸９が装着された状態を示す斜視図である。被加工糸９を構成する繊維としては、合成繊維、半合成繊維、再生繊維および無機繊維などを用いることができる。合成繊維は、ポリエステル、脂肪族ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ビニロン、アクリル、ポリビニルアルコールおよびポリウレタンなどが挙げられる。また半合成繊維としては、アセテート、トリアセテートおよびプロミックスなどが挙げられる。さらに無機繊維としては、炭素繊維、セラミック繊維およびガラス繊維などが挙げられる。
【００５９】
上記人造繊維においては、合成繊維が好ましく、この合成繊維の中でもポリエステルがより好ましい。ポリエステルの例としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレートおよびポリテトラメチレンテレフタレートなどが挙げられる。
【００６０】
人造繊維には、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンおよびポリプロピレンなどのプラスチックフィルムをスリットして得られるスリットヤーンを含む。このスリットヤーンは、幅が０．１ｍｍ〜０．８ｍｍ程度が選ばれ、好ましくは０．１５ｍｍ〜０．３７ｍｍに選ばれる。またこのスリットヤーンの厚みは、２０μｍ程度のものが用いられ、好ましくは２μｍ〜１２μｍのものが選ばれる。このような人造繊維は、繊維をそのまま単独で用いてもよく、混紡されたものであってもよく、交撚されたものであってもよく、さらには合撚されたものであってもよい。
【００６１】
また上記の人造繊維は、芯鞘構造であってもよい。芯鞘構造に人造繊維は、例えば芯にスリットヤーンを用い、その周りに他の繊維である紡績糸またはフィラメント糸を巻回したものであってもよく、内部が芯鞘構造のモノフィラメント糸であってもよい。
【００６２】
レーザ光によって変色する充填剤としては、雲母、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、三酸化二アンチモン（Ｓｂ２Ｏ３）、燐酸銅（Ｃｕ３（ＰＯ４）２）トコフェノールおよびリトポンなどが挙げられる。これらの１種または複数種を混合して用いられる。これらの中では、硫酸バリウムおよび三酸化二アンチモンが好ましい。トコフェノール（ビタミンＥ）には、α−トコフェノールおよびβ−トコフェノールが含まれる。
【００６３】
雲母としては、天然雲母の粒子を含有するグリマ−顔料を用いることができる。充填剤は粒子であることが好ましい。平均粒径は１５μｍ程度以下でかつ１μｍ以上に選ばれる。この粒径は、例えばレーザ回折法によって測定することができる。
【００６４】
レーザ光によって全体が変色したように見える充填剤混合物は、レーザ光によって変色する充填剤と白色顔料と混合物、または白色充填剤と黒色顔料との混合物を用いることができる。
【００６５】
レーザ光によって変色する充填剤のうち、雲母、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、三酸化二アンチモン（Ｓｂ２Ｏ３）およびトコフェノールは、白色から黒色に変色する。
【００６６】
これらの充填剤は、繊維中で白色ベースとして働く白色顔料との組み合わせて用いられ、充填剤に白色顔料を混合した混合物は、白色から黒色に変化させる場合に用いられる。
【００６７】
白色顔料としては、炭酸カルシウム、二酸化チタン、酸化亜鉛などを用いることができ、これら１種または複数種の組み合わせが可能である。白色顔料の平均粒径は、１０ｎｍ〜３μｍに選ばれ、好ましくは１０ｎｍ〜１μｍに選ばれる。白色顔料の使用量は、レーザ光によって変色する充填剤に対して、５〜９０重量％、好ましくは１０〜７０重量％に選ばれる。レーザ光によって変色する充填剤が白色である場合、この白色の充填剤は、繊維中で黒色ベースとして働く黒色顔料と組み合わせて使用される。白色の充填剤と黒色の顔料との混合物は、黒色顔料の相分離および気泡の発生などによって、全体が黒色から白色に変色する。白色充填剤には、雲母、硫酸バリウムなどの１種または複数種を組み合わせて含有され、好ましくは硫酸バリウムが用いられる。
【００６８】
黒色顔料としては、カーボンブラック、グラファイト、チタンブラックおよび黒色酸化鉄などが用いられる。カーボンブラックは、アセチレンブラック、ランプブラック、サーマルブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラックおよびケッチェンブラックなどが挙げられる。このような黒色顔料のうち、分散性、コスト面からカーボンブラックが好ましい。黒色顔料は、１種単独でまたは２種以上組み合わせて使用することができる。なお、カーボンブラックは、原料の相違によって、アセチレンブラック、オイルブラック、ガスブラックなどに分類されるが、素材に応じて最適なものが用いられる。
【００６９】
黒色顔料の平均粒径は、１０ｎｍ〜３μｍに選ばれ、好ましくは１０ｎｍ〜１μｍに選ばれる。カーボンブラックの場合は、１０ｎｍ〜３０ｎｍが好ましい。また黒色顔料の使用量は、白色充填剤に対して０．１〜８０重量％に選ばれ、好ましくは１０〜５０重量％に選ばれる。
【００７０】
被加工糸９に含まれる充填剤の量は、糸の全重量に対して０．０１〜１０重量％に選ばれ、好ましくは０．３〜３重量％に選ばれ、さらに好ましくは０．６〜１．２重量％に選ばれる。
【００７１】
使用可能なレーザとしては、前記ＹＡＧレーザの他に、エキシマレーザ、ＣＯ２ガスレーザが挙げられる。レーザ波長は、充填剤が変色する波長として、Ｎｄ・ＹＡＧレーザであれば、３５４ｎｍ、５３２ｎｍ、１０６４ｎｍのいずれかを採用することができる。
【００７２】
充填剤が白色充填剤と黒色顔料との混合物である場合、黒色顔料が相分離などが生じ、白色充填剤が繊維または繊維製品の表面に顕在化し、その結果、レーザ光を照射した部分だけ繊維または繊維製品を黒色から白色に変色させることができる。
【００７３】
前述の「相分離」とは、高分子と溶媒の２成分系における相平衡は、高分子の温度を上げていくと、熱力学的に不安定化し、内部に濃度の揺らぎが発生し、外見上、曇りが生じるため、この点を曇り点と呼ぶが、曇り点を通過して温度を上げると、ある点で相分離が生じ、高分子希薄相と高分子濃厚相とに分離する。高分子濃度が臨界点における高分子濃度よりも低いと、高分子濃厚相の体積比が高分子希薄相の体積比よりも小さくなるが、逆であれば、体積比は逆転する。発色のメカニズムは解明されていないが、熱溶融によって分子間結合力が低い状態の表層の照射領域で、顔料による高い熱吸収によって局部的に高温に曝され、この熱によって照射領域内の表層に存在している顔料およびその周囲の分子が相分離を伴いながら溶融および熱分解した状態となり、照射終了後に冷却されることによって凝固すると推定される。これを外見上、照射領域だけがその周囲に比べて変色しているため、発色したものとして、所定の文字・図柄を発現させることによってマーキングを実現している。
【００７４】
具体的に述べると、プラスチック表面にレーザ光を照射し、エネルギを変化させると、レーザの熱エネルギによってプラスチック表面が燃焼、炭化が相応して発生する。この炭化の度合いによってコントラストが変化する。カーボンブラックはエネルギ吸収率が高い添加剤である。この場合、被加工糸９のベース基材と文字形成とは組成変化していない。
【００７５】
またレーザ発振をパルス化する利点は、パルスオフによる適度な冷却効果と被加工物への入熱過多の防止を図ることができるとともに、レーザ照射部位の周辺への熱影響も低減できるためである。また、前述のように微小スポット径の短パルス照射では、被加工糸９への入熱量がわずかであり、照射時間が短いために、熱伝導範囲が狭く、隆起部の発生も少ない。
【００７６】
本実施の形態では、同じ場所にレーザ光が照射される回数が多くなると、熱溶融によって発生するドロスが冷却されて再凝固し成長してバリが発生するため、パルス周波数は高くして溶融よりも蒸散させることが好ましい。
【００７７】
なお、レーザ光照射装置５は、前述のＹＡＧレーザに限るものではなく、ＹＶＯ４（イットリウム・バナデート結晶）をレーザ媒体として用いるものであってもよい。このＹＶＯ４レーザを用いた場合には、ＹＡＧレーザに比べてさらなる微細化・高精細化を図ることができる。
【００７８】
本件発明者は、最適なレーザ光照射条件を確認するため、照射パワーＰ（Ｗ）、パルス幅Ｗｄ（μｓｅｃ）、繰り返し周波数Ｆ（ｋＨｚ）および走査速度Ｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）について実験を行った。この実験では目視による文字判読の可否によるマーキング状態と照射パワーＰ（Ｗ）との関係を検討する。
【００７９】
実験条件について述べると、実験に使用したレーザ光照射装置５は、前述したように、ＹＡＧレーザであり、照射条件を、装置の平均出力Ｐ０＝０〜１００％、パルス幅Ｗｄ＝２μｓｅｃ〜２００μｓｅｃ、繰り返し周波数Ｆ＝５ｋＨｚ〜５０ｋＨｚ、走査速度Ｖ＝１〜２０００ｍｍ／ｓｅｃの範囲で設定可能なＹＡＧレーザ照射装置を用いた。材料は、直径０．１ｍｍの黒いポリエステル製のモノフィラメントを使用し、スポット径φは１２μｍとし、レーザ光の照射条件を変えて被加工糸上に幅６０μｍのマーキングを行い、その書き込み状態を目視で確認した。
【００８０】
まず、照射パワーＰの違いによるマイクロ文字への影響を確認するため、パルス幅Ｗｄを２μｓｅｃ、繰り返し周波数Ｆを５ｋＨｚ、走査速度Ｖを７５ｍｍ／ｓｅｃに仮定値として設定し、照射パワーＰを８．０Ｗ、７．２Ｗ、６，４Ｗ、５．６Ｗ、４．８Ｗ、４．０Ｗ、３．２Ｗにそれぞれに変化させ、１０％透過フィルタ２枚を透過させてレーザ照射し、文字判読の良否を目視によって確認した。その結果を表１に示す。なお、表１において、エネルギ密度Ｅは、１０％透過フィルタ２枚を透過させたレーザ光の１ｃｍ２あたりのエネルギの値である。
【００８１】
【表１】
【００８２】
このような実験によって、目視で比較的明瞭にマーキング文字が認識できるのは、照射パワーＰが７．２Ｗ、６．４Ｗ、５．６Ｗ、４．８Ｗ、４．０Ｗ、３．２Ｗの場合である。これによって良好にマーキングすることができる照射パワーＰは３．６Ｗ以上でかつ７．２Ｗ以下であることを確認した。
【００８３】
次に、パルス幅Ｗｄの違いによるマイクロ文字への影響を確認するために、上記の表１のうちでマーキングが良好であった照射パワーＰのうちの１つであるＰ＝５．６Ｗを固定値として設定し、繰り返し周波数Ｆを５ｋＨｚ、走査速度Ｖを７５ｍｍ／ｓｅｃを仮定値として設定し、パルス幅Ｗｄを２μｓｅｃ、５０μｓｅｃ、１００μｓｅｃ、１５０μｓｅｃ、２００μｓｅｃにそれぞれ変化させて、文字判読が良好なパルス幅Ｗｄを確認した。その結果を表２に示す。
【００８４】
【表２】
【００８５】
このようなパルス幅Ｗｄをパラメータとした実験によって目視で綺麗にマーキングされたと確認できたのは、パルス幅Ｗｄが２μｓｅｃ、５０μｓｅｃ、１００μｓｅｃの場合であった。これによって良好にマーキングすることができる照射部位へのレーザ光のパルス幅Ｗｄは、２μｓｅｃ以上でかつ１００μｓｅｃ以下であることを確認した。
【００８６】
繰り返し周波数Ｆの違いによるマイクロ文字への影響を確認するために、前述の表２において文字判読が良好であった照射条件のうちの１つである照射パワーＰ＝５．６Ｗおよびパルス幅Ｗｄ＝２μｓｅｃを固定値として設定し、繰り返し周波数Ｆを変化させて、文字判読が良好な繰り返し周波数Ｆを確認した。その結果を表３に示す。
【００８７】
【表３】
【００８８】
このような繰り返し周波数Ｆをパラメータとした実験によって目視で綺麗にマーキングされたと確認できたのは、繰り返し周波数Ｆが５ｋＨｚ、１５ｋＨｚの場合であり、下限は確認不可能であった。これによって良好にマーキングすることができる照射部位へのレーザ光の繰り返し周波数Ｆは、５ｋＨｚ以上でかつ１５ｋＨｚ以下であることを確認した。
【００８９】
最後に、前述の照射パワーＰ、パルス幅Ｗｄおよび繰り返し周波数Ｆに関する実験結果を踏まえて、走査速度Ｖの違いによるマイクロ文字への影響を確認するために、文字判読が良好であった照射条件のうちの１つである照射パワーＰ＝５．６Ｗ、パルス幅Ｗｄ＝２μｓｅｃおよび繰り返し周波数Ｆ＝５ｋＨｚを固定値として設定し、走査速度Ｖを５ｍｍ／ｓｅｃ、５０ｍｍ／ｓｅｃ、７５ｍｍ／ｓｅｃ、１００ｍｍ／ｓｅｃ、１５０ｍｍ／ｓｅｃ、２００ｍｍ／ｓｅｃ、３００ｍｍ／ｓｅｃ、５００ｍｍ／ｓｅｃにそれぞれ変化させて、文字判読が良好な走査速度Ｖを確認した。その結果を表４に示す。
【００９０】
【表４】
【００９１】
このような走査速度Ｖをパラメータとした実験によって目視で綺麗にマーキングされたと確認できたのは、走査速度Ｖが２５ｍｍ／ｓｅｃ、５０ｍｍ／ｓｅｃ、７５ｍｍ／ｓｅｃ、１００ｍｍ／ｓｅｃ、１５０ｍｍ／ｓｅｃ、２００ｍｍ／ｓｅｃの場合であり、これによって良好にマーキングすることができる照射部位へのレーザ光の走査速度Ｖは、２５ｍｍ／ｓｅｃ以上でかつ２００ｍｍ／ｓｅｃ以下であることを確認した。
【００９２】
以上のように本実施の形態によれば、被加工糸９に照射されるレーザ光は、そのスポット径が被加工糸９の直径よりも小さい予め定めるスポット径、たとえば直径が約１００μｍの被加工糸９であれば１２μｍに集光されるので、幅６０μｍ程度の微小領域に微細なマーキングパターンを明確に形成することができる。
【００９３】
前記レーザ光のスポット径を被加工糸９の直径よりも小さくなるように集光するにあたっては、レーザ光源から発振されたレーザビーム光を、集光レンズ４０によって集光すればよく、レーザ光の照射面での照射パワーＰは、被加工糸９の材質および表面性状に応じて適宜、調整することによって、最適な発色状態または変色状態でマーキングパターンを明瞭に形成することができる。
【００９４】
前述の表１〜表４のような照射パワーＰ、パルス幅Ｗｄ、繰り返し周波数Ｆおよび走査速度Ｖの各照射条件に関するデータは、被加工糸９の材質、直径、顔料などのマーキング対象の諸元とともに、コンピュータの学習機能などを利用してサンプリングデータとして蓄積し、それをデータベース化する。これによって、コンピュータの入力手段によって入力した被加工糸９の諸元に対して、最適なレーザ光照射条件を前記データベースから抽出し、その値がレーザ光照射装置５の制御装置１０にレーザ光照射条件として設定されるコンピュータプログラムとして実現されてもよい。
【００９５】
また、前述の実施の形態では、レーザ照射条件の決定は、照射パワーＰ、パルス幅Ｗｄ、繰り返し周波数Ｆおよび走査速度Ｖをこの順序で決定するようにしたが、本発明はこれに限るものではなく、実験データが照射条件とマーキング結果との間の相関を確認し得る程度に蓄積された場合には、前記照射パワーＰ、パルス幅Ｗｄ、繰り返し周波数Ｆおよび走査速度Ｖに対して、被加工糸９の諸元のうちで材料の特性を最もよく表した量、たとえば熱吸収率に着目して重み付けした１つのパラメータとしてデータベース化し、前述のように制御装置１０に抽出させ、その抽出した照射条件を設定するコンピュータプログラムとして実現されてもよい。
【００９６】
また前記被加工糸９の位置決めは、コンピュータによって制御されるレーザ光照射装置５に前記レーザ光照射領域Ｓを予め設定しておき、このレーザ光照射領域Ｓが、被加工糸９の前記所定のマーキングパターンが形成されるべき被照射部位に一致するように、レーザ光照射領域Ｓまたは被加工糸９を正確に配置し、それらの位置関係が、少なくともレーザ光の照射期間中に変化しないように、被加工糸９を治具などによって保持することによって、達成される。
【００９７】
１つのマーキングパターンの一部または全部が形成された被加工糸９は、前記レーザ光の走査速度Ｖに同期して、間欠的または連続的に移動させて、被加工糸９の次の領域にマーキングされる。間欠的に被加工糸９を移動させる場合には、１つのマーキングパターンが形成されるたびに被加工糸９を移動させてもよく、１つのマーキングパターンを形成する期間を複数に時分割してもよい。
【００９８】
また連続的に被加工糸９を移動させる場合には、レーザ光照射装置５の走査速度Ｖに同期させて追従させることができる範囲で、被加工糸９を一定速度で移動させながら連続してレーザ光を照射してもよく、マーキングの進行速度に追従させて被加工糸９の送り速度を変化させて、変則的な移動速度で被加工糸９を移動させながらレーザ光を連続して照射してもよい。
【００９９】
このように正確に位置決めされた被加工糸９に微小なスポット径でレーザ光をパルス照射で走査してマーキングするので、微小領域に微細なマーキングパターンを明確に、しかも連続して形成することができる。
【０１００】
さらに供給リール２および巻取リール３間にわたって張架される被加工糸９には、供給リール２への供給側トルク付与手段６による回転トルクによって張力が与えられ、糸案内板４の案内溝１２に緊張された状態で嵌まり込む。レーザ光照射装置５は、前記糸案内板４の案内溝１２に緊張された状態で嵌まり込んだ被加工糸９に、レーザ光を照射する。このレーザ光照射装置５から被加工糸９に照射されるレーザ光は、集光レンズ４０によって被加工糸９の直径よりも小さい予め定めるスポット径φに集光され、レーザ光照射領域Ｓ内で文字および図柄などの所定のマーキングパターンに沿って走査され、そのマーキングパターンが被加工糸９に形成される。
【０１０１】
前記マーキングパターンが形成された被加工糸９、すなわちマーキング糸は、巻取側回転付与手段７によって巻取方向に巻取回転量が付与された巻取リール３に一定の移動速度で巻き取られ、糸案内板４上で被加工糸９に対するレーザ光の照射位置がずれることなく、正確に、連続して、マーキングパターンが形成される。
【０１０２】
さらに本実施の形態によれば、糸案内板４よりも被加工糸９の移動方向上流側および下流側のうち少なくともいずれか一方には被加工糸９を糸案内板４の案内溝１２よりも下方に案内するガイドリング８ａ，８ｂが設けられるので、被加工糸９の案内溝１２からの抜け出しなどの不所望な被加工糸９の挙動が抑制され、案内溝１２に沿って一定の移動速度で案内される被加工糸９に安定に、かつ確実にマーキングパターンが形成される。
【０１０３】
本発明の実施の他の形態では、図７に示されるように、複数の案内溝１２が平行に形成される糸案内板４ａを用いて、同時に複数の被加工糸９にマーキングを行なうようにしてもよい。
【０１０４】
本発明の実施のさらに他の形態では、図８に示されるように、被加工糸９に中心位置を示す数値「０００」と、この中心位置から軸線に垂直な方向（＝Ｘ軸方向）のずれ量を示す数値「００２５」、「００５０」、「００７５」、「０１００」を、各ずれ量に相当する位置に各数値を対応させてマーキングしてもよい。これによって、所望のマーキングパターンが被加工糸９に中心に対してどの程度ずれているかを、顕微鏡および拡大レンズなどを利用して確認することができる。
【０１０５】
図９は、本発明の実施のさらに他の形態の被加工糸のレーザマーキング方法が実施されるレーザマーキング装置１ａを簡略化して示す側面図である。前述の図１〜図８に示される実施の形態と対応する部分には同一の参照符を付し、重複を避けて説明は省略する。本実施の形態のマーキング装置１ａは、供給リール２、巻取リール３、案内部材である糸案内板４、レーザ光照射手段であるレーザ光照射装置５、供給側トルク付与手段６、巻取側回転付与手段７、および押さえ手段である一対のガイドリング８ａ，８ｂを含み、さらに送り出しロール５０、ニップロール５１、ステッピングモータ５２、ガイドリング８ｃおよび張力検出装置５３を含む。
【０１０６】
供給リール２から繰り出された被加工糸９は、最も糸移動方向の上流側のガイドリング８ｃを挿通して、ニップロール５１に巻回され、このニップロール５１に外周面が被加工糸９に対して適度の摩擦が発生するように粗面状に外周面が表面処理された送り出しロール５０を当接させて、前記ニップロール５１と送り出しロール５０とによって挟着される。前記ニップロール５１は、被加工糸９の滑りを防止し得る最適な硬度の表面層を有する。
【０１０７】
送り出しロール５０と前記ガイドリング８ｃとの間には、前記張力検出装置５３が設けられる。この張力検出装置５３は、ガイドリング８ｃと送り出しロール５０とを最短距離で結ぶ仮想一平面よりも一方側（図９の左側）に突出し、前記仮想一平面に垂直な方向に変位自在な検出ロール５５を有する。この検出ロール５５は、前記一方側から巻き掛けられた被加工糸９の張力変化によって直線変位し、その検出ロール変位量に対応する張力検出信号を出力する。
【０１０８】
張力検出装置５３からの張力検出信号は、前記制御装置１０に入力され、制御装置１０は入力した張力検出信号に応答して、ステッピングモータ５２の回転速度を制御する。ステッピングモータ５２は、その出力軸に駆動プーリ５６が固定され、また送り出しローラ５０には同軸に従動プーリ５７が固定され、これらの駆動プーリ５６および従動プーリ５７には無端状のタイミングベルト５８が巻き掛けられて張架される。したがって、ステッピングモータ５６の出力軸の回転は、駆動プーリ、タイミングベルト、駆動プーリを介して、前記送り出しローラに伝達され、制御装置１０からに前記張力検出信号に基づく回転速度で送り出しローラの送り出し速度が制御される。このような送り出しローラの送り出し動作は、制御装置１０によって、間欠引き出し時の送り出し量２０μｍの精度で制御され、この送り出し制御量に応じて、前記巻取リールの回転トルクが制御される。
【０１０９】
このようなレーザマーキング装置１によれば、２０μｍという高精度で被加工糸９の送り出し量が制御されるので、レーザ光照射装置の照射位置のずれが極めて小さく、高精度でマーキングパターンを被加工糸に形成することができる。
【０１１０】
以上の実施の各形態では、被加工糸であるモノフィラメントへのレーザ光照射によって、マーキングパターンを母材に対して可視光の波長帯域での発色または変色によって発現させる手法について述べたが、本発明の実施の他の形態では、被加工糸のレーザ光照射による発色または変色は、可視光帯域の光に限るものではなく、赤外線帯域などの他の波長帯域における発色および変色であってもよい。この場合には、電荷結合素子（Charge Coupled Device；略称ＣＣＤ）を用いた赤外線用撮像装置によってレーザマーキングされた糸を撮像し、その画像を表示装置によって表示させ、あるいは印刷して、表記された内容を容易に確認することができ、ブランド商品などの模倣の抑制および防止を支援することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の実施の一形態の被加工糸のレーザマーキング方法が実施される被加工糸のレーザマーキング装置１の構成を簡素化して示す側面図である。
【図２】レーザ光照射装置５のレーザ光照射ヘッド１１の具体的構成を示す分解斜視図である。
【図３】糸案内板４の拡大断面図である。
【図４】糸案内板４の表面粗さを確認するための表面粗さ測定結果を示すグラフである。
【図５】糸案内溝１２に被加工糸９が支持された状態の表面粗さの測定結果を示すグラフである。
【図６】糸案内板４の案内溝１２に被加工糸９が装着された状態を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施の他の形態の糸案内板４ａを示す斜視図である。
【図８】中心位置を示す数値および中心位置から軸線に垂直な方向（＝Ｘ軸方向）のずれ量を示す数値がマーキングされた被加工糸９の一部を示す斜視図である。
【図９】本発明の実施のさらに他の形態の被加工糸のレーザマーキング装置１ａを簡略化して示す側面図である。
【符号の説明】
【０１１２】
１，１ａ レーザマーキング装置
２ 供給リール
３ 巻取リール
４ 糸案内板
５ レーザ光照射装置
６ 供給側トルク付与手段
７ 巻取側回転付与手段
８ａ，８ｂ ガイドリング
９ 被加工糸
１０ 制御装置
１１ レーザ光照射ヘッド
１２ 案内溝
１５ トルクモータ
１６，２１ 駆動プーリ
１７ リール軸
１８，２４ 従動プーリ
１９，２５ ベルト
２１ ステッピングモータ
２３ 引張用フリクションドラム
３０ 反射ミラー
３１ レーザロッド
３２ 励起ランプ
３３ Ｑスイッチ
３４ シャッタ
３５ 出力ミラー
３６ ビームエキスパンダ
３７ ガルバノスキャナ
３８ ＮＤフィルタ
４０ 集光レンズ
４１ 上面
４２ａ，４２ｂ 内面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
緊張した状態で張架される被加工糸を、その被加工糸の直径よりも小さい幅および予め定める長さのレーザ光照射領域に位置決めして配置し、
前記レーザ光照射領域に配置された被加工糸に、この被加工糸の直径よりも小さい予め定めるスポット径に集光されたレーザ光を、パルスで照射しながら走査して、所定のマーキングパターンを形成し、
マーキングパターンが形成された被加工糸を、前記レーザ光の走査速度に同期して、間欠的または連続的に移動させて、前記被加工糸にマーキングすることを特徴とする被加工糸のレーザマーキング方法。
【請求項２】
前記被加工糸の位置決めは、その被加工糸にレーザマーキングを行うために予め設定された照射条件のレーザ光を、合成樹脂からなる案内部材に照射して形成された一直線状の案内溝に嵌合させることによって実現されることを特徴とする請求項１記載の被加工糸のレーザマーキング方法。
【請求項３】
前記予め設定された照射条件は、所定の材質および直径の被加工糸に対して、レーザ光のレーザ光照射領域の幅およびスポット径を決定した後、少なくともレーザ光の照射パワー、繰り返し周波数、パルス幅および走査速度を、個別に変化させながら判読可能な値を抽出して、順次的に設定されることを特徴とする請求項２記載の被加工糸のレーザマーキング方法。
【請求項４】
前記案内部材および被加工糸のうち少なくともいずれか一方は、除電されていることを特徴とする請求項２または３記載の被加工糸のレーザマーキング方法。
【請求項５】
被加工糸が巻回される供給リールと、
被加工糸に所定のマーキングパターンが形成された被加工糸を巻き取る巻取リールと、
供給リールおよび巻取リール間にわたって張架される被加工糸が嵌まり込みかつ被加工糸の張架方向に沿って一直線状に延びる案内溝が形成される案内部材と、
前記案内部材によって前記案内溝に嵌まり込んだ状態で配置される被加工糸に、前記レーザ光照射領域内で前記被加工糸の直径よりも小さい予め定めるスポット径に集光されたレーザ光を、パルスで照射しながら走査して、前記所定のマーキングパターンを被加工糸の直径よりも小さい幅および予め定める長さのレーザ光照射領域に形成するレーザ光照射手段と、
前記供給リールを、被加工糸に張力が発生する方向に回転トルクを付与する供給側トルク付与手段と、
前記巻取リールを、被加工糸の張力および移動速度が一定になるように回転を付与する巻取側回転付与手段とを含むことを特徴とする被加工糸のレーザマーキング装置。
【請求項６】
前記案内部材よりも被加工糸の移動方向上流側および下流側のうち少なくともいずれか一方に設けられ、被加工糸を案内部材の案内溝よりも下方に案内する押さえ手段を含むことを特徴とする請求項５記載の被加工糸のレーザマーキング装置。
【請求項７】
前記レーザ光照射手段には、所定の材質および直径の被加工糸に対して、レーザ光のレーザ光照射領域の幅およびスポット径を決定した後、少なくともレーザ光の照射パワー、繰り返し周波数、パルス幅および走査速度を、個別に変化させながら判読可能な値を抽出して、順次的に決定されたレーザ光照射条件が設定されていることを特徴とする請求項５または６記載の被加工糸のレーザマーキング装置。
【請求項８】
前記案内部材および被加工糸のうち少なくともいずれか一方は、除電されていることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１つに記載の被加工糸のレーザマーキング装置。
【請求項１】
緊張した状態で張架される被加工糸を、その被加工糸の直径よりも小さい幅および予め定める長さのレーザ光照射領域に位置決めして配置し、
前記レーザ光照射領域に配置された被加工糸に、この被加工糸の直径よりも小さい予め定めるスポット径に集光されたレーザ光を、パルスで照射しながら走査して、所定のマーキングパターンを形成し、
マーキングパターンが形成された被加工糸を、前記レーザ光の走査速度に同期して、間欠的または連続的に移動させて、前記被加工糸にマーキングすることを特徴とする被加工糸のレーザマーキング方法。
【請求項２】
前記被加工糸の位置決めは、その被加工糸にレーザマーキングを行うために予め設定された照射条件のレーザ光を、合成樹脂からなる案内部材に照射して形成された一直線状の案内溝に嵌合させることによって実現されることを特徴とする請求項１記載の被加工糸のレーザマーキング方法。
【請求項３】
前記予め設定された照射条件は、所定の材質および直径の被加工糸に対して、レーザ光のレーザ光照射領域の幅およびスポット径を決定した後、少なくともレーザ光の照射パワー、繰り返し周波数、パルス幅および走査速度を、個別に変化させながら判読可能な値を抽出して、順次的に設定されることを特徴とする請求項２記載の被加工糸のレーザマーキング方法。
【請求項４】
前記案内部材および被加工糸のうち少なくともいずれか一方は、除電されていることを特徴とする請求項２または３記載の被加工糸のレーザマーキング方法。
【請求項５】
被加工糸が巻回される供給リールと、
被加工糸に所定のマーキングパターンが形成された被加工糸を巻き取る巻取リールと、
供給リールおよび巻取リール間にわたって張架される被加工糸が嵌まり込みかつ被加工糸の張架方向に沿って一直線状に延びる案内溝が形成される案内部材と、
前記案内部材によって前記案内溝に嵌まり込んだ状態で配置される被加工糸に、前記レーザ光照射領域内で前記被加工糸の直径よりも小さい予め定めるスポット径に集光されたレーザ光を、パルスで照射しながら走査して、前記所定のマーキングパターンを被加工糸の直径よりも小さい幅および予め定める長さのレーザ光照射領域に形成するレーザ光照射手段と、
前記供給リールを、被加工糸に張力が発生する方向に回転トルクを付与する供給側トルク付与手段と、
前記巻取リールを、被加工糸の張力および移動速度が一定になるように回転を付与する巻取側回転付与手段とを含むことを特徴とする被加工糸のレーザマーキング装置。
【請求項６】
前記案内部材よりも被加工糸の移動方向上流側および下流側のうち少なくともいずれか一方に設けられ、被加工糸を案内部材の案内溝よりも下方に案内する押さえ手段を含むことを特徴とする請求項５記載の被加工糸のレーザマーキング装置。
【請求項７】
前記レーザ光照射手段には、所定の材質および直径の被加工糸に対して、レーザ光のレーザ光照射領域の幅およびスポット径を決定した後、少なくともレーザ光の照射パワー、繰り返し周波数、パルス幅および走査速度を、個別に変化させながら判読可能な値を抽出して、順次的に決定されたレーザ光照射条件が設定されていることを特徴とする請求項５または６記載の被加工糸のレーザマーキング装置。
【請求項８】
前記案内部材および被加工糸のうち少なくともいずれか一方は、除電されていることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１つに記載の被加工糸のレーザマーキング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−２８３２１６（Ｐ２００６−２８３２１６Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１０２８１８（Ｐ２００５−１０２８１８）
【出願日】平成１７年３月３１日（２００５．３．３１）
【出願人】（５９０００２３８９）静岡県 (173)
【出願人】（０００２３８２３４）シキボウ株式会社 (33)
【出願人】（０００１１０６４２）ナビタス株式会社 (15)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月３１日（２００５．３．３１）
【出願人】（５９０００２３８９）静岡県 (173)
【出願人】（０００２３８２３４）シキボウ株式会社 (33)
【出願人】（０００１１０６４２）ナビタス株式会社 (15)
【Ｆターム（参考）】
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