技術傑医療機器耐腐食性ブラックマーキングソリューション

ピコ秒レーザーとは何か

    ピコ秒レーザーとは、出力レーザーのパルス幅がピコ秒レベルであるレーザーを指す。繰り返し周波数の調整が可能で、ピークパワーが高いなどの特徴を有する。近年、全固体（DPSS）レーザー技術における一連の新たな進展に伴い、ピコ秒レーザーの応用は様々な工業生産ラインへ急速に導入されつつある。

アプリケーション要件

      2015年、米国食品医薬品局（FDA）は医療製品識別規則を実施し、すべての製品と機器に固有機器識別子（UDI）を付与することを義務付けました。すなわち、医薬品および部品医療機器には識別コードのマーキングが求められます。UDIは以下の基準を満たす必要があります：

• 高コントラストと深い黒；

• 永久、褪色せず、耐食性；

• 機械可読；

• 浅いマーキングで表面の凹凸が少なく、細菌の集積を防ぐ。

ジェプテットピコ秒レーザーの黒色マーキング効果

      レーザーマーキング技術は医療機器において広く応用されており、商標表示、シリアル番号表示、トレーサビリティなどの機能を実現するために使用されている。

ジェプテットピコ秒レーザーの黒色マーキング効果

      では、ピコ秒レーザーは高いマーキング要求においても優れた性能を発揮するのでしょうか？我々は極限的な医療環境を模擬し、ピコ秒レーザーでマーキングしたステンレス鋼を試験しました。

試験方法—耐食性試験

      304ステンレス鋼は最も一般的なステンレス鋼であり、工業、食品、医療、建材などの分野で広く使用されています。304ステンレス鋼を例に、固体ピコ秒赤外レーザー（JPT-PS-IR-30）を用いて304ステンレス鋼表面に黒色マーキングを施します。

      黒化処理後のステンレス鋼を質量分率約5%のNaCl溶液に浸漬する方法で医療用途における環境を模擬し、黒色マーキングの耐食性を評価する。実験手順は以下の通り：

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      JPT-PS-IR-30でマーキングしたステンレス鋼板を比較したところ、NaCl溶液に72時間浸漬した後でも黒度値の変化はごくわずかであった。下図に示す通り：

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      浸漬後のステンレス鋼板表面を拡大観察したところ、JPT-PS-IR-30と表示された黒色部分は72時間の浸漬後も表面に色むらの剥離や退色は見られなかった。下図の通り：

      ステンレス鋼は通常のレーザー照射時、熱効果が支配的である。多数の酸化反応によって生成される黒い酸化薄膜層により黒色マーキングを実現するが、一方で多様な酸化生成物は黒度の不足や不均一を引き起こす。また酸化層は酸・アルカリ・塩環境下で剥離や化学反応を起こしやすく、ステンレス鋼自体の耐食性を損なう。

      超短パルス（ピコ秒）レーザーはステンレス鋼表面に微細構造（下図参照）を生成し、選択的光吸収を引き起こして黒色化させる。これによりステンレス鋼自体の耐食性は維持される。

注：上記の結論は、今回のテストで使用したアセンブリとパラメータ設定にのみ適用されます。

なぜJPT-PSピコ秒レーザーの性能はこれほどまでに異なるのか？

      JPT-PSシリーズピコ秒レーザーは、現在最先端の産業用ピコ秒レーザー増幅方式に基づき、コンパクトな二重共振器構造と簡潔で信頼性の高い電気制御設計を採用し、全天候型の産業レベル生産要求および最先端科学特性評価テストのニーズに対応します。JPT-PSシリーズは現在、赤外線および紫外線出力バージョンを提供しており、パルス幅は6psに達します。JPT-PSピコ秒レーザーはパルスオンデマンド（Pulse on Demand）とバーストモード（Burst Mode）機能を備え、単一パルスから1MHzの周波数出力まで実現可能です。

    従来のレーザーマーキングと比較して、ピコ秒レーザーはより広いプロセスウィンドウを備え、高コントラストで耐久性・耐食性に優れたマーキングを実現します。プロセス技術の継続的な向上に伴い、医療機器の黒色マーキングにおけるピコ秒レーザーの応用優位性はますます顕著となり、高い評価を得ています。