CN101300091A - 向金属玻璃部件表面形成图像图案的方法、用于形成图像图案的装置以及在表面形成有图像图案的金属玻璃部件 - Google Patents

向金属玻璃部件表面形成图像图案的方法、用于形成图像图案的装置以及在表面形成有图像图案的金属玻璃部件 Download PDF

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Abstract

本发明的目的是开发在Zr基、Ti基、Cu基、Ni基以及Fe基金属玻璃的表面上简单且高效率地反复形成反转转印图案的方法，所述金属玻璃的过冷却液体温度区域在400℃以上，成形温度也需要在400℃以上。(a)将图像图案转换成相对于实像进行镜面反转的位图信息，进行准备；(b)然后进行以下加工，即，以极短的时间反复接通/切断高能密度光(15)，在一次照射中一面形成一个点的加工孔(24)，一面在成形模具(20)的表面上进行扫描，根据所述位图信息将图像图案作为点的集合图案(21)形成在成形模具(20)的表面上；(c)然后，利用该集合图案形成模具(20)，对金属玻璃部件(1)在过冷却液体温度区域(Tg－Tx)内进行点的集合图案(21)的反转转印成形。

Description

向金属玻璃部件表面形成图像图案的方法、用于形成图像图案的装置以及在表面形成有图像图案的金属玻璃部件
技术领域
本发明涉及为了在由金属玻璃形成的部件表面形成外观设计或为了在由金属玻璃形成的结构部件等的表面附加装饰图案、图像、文字等而使用的图像图案形成方法、用于形成图像图案的装置以及通过上述方法在表面形成图像图案的金属玻璃部件。
背景技术
目前，为了提高树脂制的机构产品等的表面的外观性，在产品上直接进行基于激光雕刻的照片图像刻印(例如，专利文献1)。在专利文献2中也介绍了同样使用激光加工在金属表面上描绘图像的技术。并且，公开了通过激光在树脂成形用的模具腔室内面刻印图案、向该树脂成形品表面转印形成图案的方法(例如，专利文献3)。而且，作为向金属玻璃的表面形成微细图案的方法，在非专利文献4中介绍了以下的方法，即，将利用电子束平版印刷技术和SiO2蚀刻制作的图案原盘利用Ni电铸反转到模具上，之后向Pd基金属玻璃合金转印成形的方法。
专利文献1：特开2005-152968移动电话用图像刻印装置/テクノポリマ一(株)
专利文献2：特开2004-115901向铝合金表面形成图像的方法/アイシン轻金属(株)
专利文献3：特开2004-291288树脂成形用模具腔室及其制造方法/サンアロ一(株)
非专利文献4：[功能材料]2002年7月刊，Vol.22，No.7，PR16～PR17；CMC出版
但是，现有的图案形成方法具有以下问题。
(a)首先，在专利文献1、2所示的直接对产品进行激光雕刻的方法中，要将精细的图案以高的位置精度刻印在大量的产品上，在作业效率方面有很多困难，不仅需要大量的加工时间，而且为了进行该作业必须准备许多装置。
(b)另外，在专利文献3中，首先对树脂成形用的模具腔室进行激光雕刻，之后，可高效率地向树脂产品进行反转转印，形成大量的具有微细图案的树脂产品，但金属部件当然不能用于形成以金属玻璃部件为对象的图案。
(c)而且，在非专利文献4中，虽然可向金属玻璃部件进行图案转印，但由于使用平版印刷技术和Ni电铸，所以模具的制作工序多，需要长时间，因此价格变高。尤其是Ni电铸的模具，尽管可用于在400℃以下成形的过冷却液体温度区域为低温的Pd基金属玻璃合金，但具有以下问题，即，对于Zr基、Ti基、Cu基、Ni基以及Fe基合金来说模具强度不够、不能使用，所述合金的过冷却液体温度区域为400℃以上，成形温度也需要在400℃以上，并且以Zr、Ti、Cu、Ni、Fe为最大量的构成元素。
为了解决上述课题，本发明的发明者们对减少图案形成所需作业工序、提高图案形成作业本身的效率、即使在400℃以上的成形中也可使用的各种方法和条件以及专用装置进行试制，开展实验研究。其结果得到了以下知识，即，照射高能密度光、对具有耐热性的金属制模具的表面进行图案加工，使用该模具可对尤其是Zr基、Ti基、Cu基、Ni基以及Fe基金属玻璃的表面简单且高效率地反复形成反转转印图案，所述金属玻璃的过冷却液体温度区域在400℃以上，成形温度也需要在400℃以上。
而且还了解到如下情况，即，通过将模具表面的加工范围分割成一条边的长度为大于等于10μm小于等于500μm的矩形区域，将各矩形区域内分割成M个×N个(3≤M，N≤10；M、N为整数)的区域、决定分辨率12，通过对分割后的M个×N个区域形成点的加工孔或不形成孔(而且，通过控制点的加工孔的深度)，在模具上形成具有浓淡的点的集合图案，由此可表现清楚的图像图案。
通过这样的方法，图像图案变得鲜明，可进一步缩短控制高能密度光照射图案的NC程序的制作和照射加工的时间。基于这样的见解、进一步继续研究，结果根据图1所示的基本结构的装置完成了本发明。
发明内容
即，“技术方案1”的“在金属玻璃部件(1)的表面形成图像图案的方法”是“一种用于在金属玻璃部件(1)的表面形成图像图案的方法，其特征在于，
(a)将图像图案转换成相对于实像进行镜面反转的位图信息，进行准备；
(b)然后进行以下加工，即，以极短的时间反复接通/切断高能密度光(15)，在一次照射中一面形成一个点的加工孔(24)一面在成形模具(20)的表面上进行扫描，根据所述位图信息将图像图案作为点的集合图案(21)形成在成形模具(20)的表面上；
(c)然后，利用该集合图案形成模具(20)，对金属玻璃部件(1)在过冷却液体温度区域(Tg-Tx)内进行点的集合图案(21)的反转转印成形。
“技术方案2”的“在金属玻璃部件(1)的表面形成图像图案的方法”，其特征在于，“在技术方案1中，将向点的集合图案(21)转换、加工的模具(20)上的加工范围，分割成一条边的长度为大于等于10μm小于等于500μm的矩形区域(在本实施例中为正方形)，根据在各矩形区域内是否形成点的加工孔，在模具上形成具有浓淡的点的集合图案(21)”。
“技术方案3”的“在金属玻璃部件(1)的表面形成图像图案的方法”，其特征在于，“在技术方案2中，将各矩形区域内分割成M个×N个(3≤M，N≤10；M、N为整数)的区域、决定分辨率，通过对分割后的M个×N个区域形成点的加工孔或者不形成点的加工孔，在模具上形成具有浓淡的点的集合图案”。
“技术方案4”的“在金属玻璃部件(1)的表面形成图像图案的方法”，其特征在于，“如技术方案1至3中任一项所述，控制高能密度光(15)的输出，使加工孔(24)的深度大于等于0.1μm小于等于10μm”。
“技术方案5”的“在金属玻璃部件(1)的表面形成图像图案的方法”，其特征在于，“如技术方案1至4中任一项所述，成形模具(20)使用超硬合金”。
“技术方案6”的“在金属玻璃部件(1)的表面形成图像图案的方法”，其特征在于，“如技术方案1至5中任一项所述，高能密度光(15)是激光”。
“技术方案7”的“在金属玻璃部件(1)的表面形成图像图案的方法”，其特征在于，“如技术方案1至6中任一项所述，金属玻璃部件是以Zr、Ti、Cu、Ni、Fe为最大量的构成元素的Zr基、Ti基、Cu基、Ni基或者Fe基合金”。
“技术方案8”是用于实施上述方法的“向金属玻璃部件(1)的表面形成图像图案的装置”。即，“一种向金属玻璃部件(1)的表面转印形成图像图案的装置，使用成形模具(20)，其特征在于，
具有：
(a)用于将图像图案转换成与实像形成镜面反转的位图信息的数字处理装置(10)；
(b)软件，将成形模具(20)的图像图案形成面的加工范围分割成一条边的长度为大于等于10μm小于等于500μm的矩形的区域，将分配在各区域内的位图信息处理成M个×N个(3≤M，N≤10；M、N为整数)的浓淡等级，然后，进一步转换成在所述图像图案形成面(22)是否有点加工孔(24)的接通/切断信号；
(c)控制用计算机(12)，用于一面反复进行高能密度光(15)的输出和极小时间的接通/切断、一面进行扫描；
(d)通过控制信号产生高能密度光(15)的振荡机(14)、使高能密度光(15)扫描的振镜光学扫描仪(18)的反射镜(19)以及用于保持成形模具(20)的试料台(28)；
(e)在过冷却液体温度区域(Tg-Tx)内，将成形模具(20)的图像图案形成面(22)的镜面反转图像图案、转印·成形在金属玻璃部件(1)上的热成形装置”。
“技术方案9”是在前述装置中形成的“金属玻璃部件(1)”，其特征在于“通过位图状地具有凹凸的点集合，在金属玻璃部件(1)表面上形成表现浓淡的图像图案”。
“技术方案10”是“技术方案9”所述的“金属玻璃部件(1)”，其特征在于，“通过技术方案1至7中任一项所述的方法、在部件表面(22)上形成表现浓淡的图像图案”。
从上述中可以了解，通过本发明的方法或其装置，即使是金属玻璃，特别是以Zr、Ti、Cu、Ni、Fe为最大量构成元素的Zr基、Ti基、Cu基、Ni基以及Fe基金属玻璃合金，也可减少图案形成所需的操作工序，并且，可高效率且高位置精度地在大量的产品上进行图案形成作业，所述金属玻璃合金的过冷却液体温度区域为400℃以上，成形温度也需要为400℃以上。
附图说明
图1是本发明的装置的基本构成图。
图2是本发明的具有代表性的图像图案形成方法的流程图。
图3是在模具上对数字照片的反转图像进行点图案化描绘的本发明的实施例的正视图。
图4是在合金上加工“N”文字的本发明的实施例的正视图。
图5是将利用数码相机制作的图像图案在模具上进行激光加工，进而转印成形在金属玻璃板上的情况下的正视图。
具体实施方式
以下就本发明的优选实施方式进行说明。图1是本发明的基本的装置构成。图2是表示本发明的基本工序流程的流程图，采用以下顺序，即，“输入图像图案的数字、数据”→“制作使镜面反转的位图、数据”→“确定区域尺寸”→“转换成形成N等级浓淡的位图、数据”→“转换成用于进行高能密度光(激光)输出和坐标控制的NC数据”→“通过控制高能密度光(激光)输出、扫描坐标，照射高能密度光(激光)”→“加工反转到模具表面上的图像图案”→“为了转印模具的图像图案而高温成形金属玻璃部件”。并且，也可以是后述的顺序，即，取消“确定区域尺寸”→“转换成形成N等级浓淡的位图、数据”，从“制作使镜面反转的位图、数据”开始进行“转换成用于高能密度光(激光)的输出和坐标控制的NC数据”。
在本发明中，首先“以转换成与实像镜面反转的位图信息的方式准备将图像图案”，图像是利用数码相机等取入的以数码照片或模拟式存在的图像(模拟照片或绘画等其他模拟图像)；输入数据的意思是：利用数码设备(无图示)读取通过数码相机等取入的以上述数码照片的数字信息或模拟式存在的图像图案、进行数字化，利用诸如计算机那样的位图处理装置(10)对这些数字信息进行位图处理，尤其是位图处理方法无需局限于上述方法。此时，图像图案转换成与实像进行镜面反转后的位图信息。
然后，“进行以下加工，即，以极短的时间反复接通/切断高能密度光(15)，一次的照射一面形成一个点的加工孔(24)一面在成形模具表面(22)上扫描，根据上述位图信息将图像图案作为点的集合图案(21)形成在成型模具表面(22)上”，该高能密度光(15)最好是例如最容易处理的YAG激光或YVO4激光，但并不局限于此，也可以是红外激光、紫外激光等。并且，也可以是将各个高次谐波抽出的具有变换波长的激光。而且，也可利用电子束等。并且，模具(20)在用于金属玻璃部件、尤其是以400℃以上的温度向金属玻璃部件转印图像的情况下，最好选择具有代表性的耐热性和高硬度的超硬合金(WC-Co合金)，也可以根据金属玻璃的材质，选择适合的其它的硬质金属材料、例如热模具钢等。并且，模具(20)并不局限于图1所示的块形状，也可以按照作为被转印材料的金属玻璃材料(1)的形状、事先形成三维形状。模具(20)的被加工面(22)原则上最好是镜面状态的平滑的平坦形状，但被加工面(22)的周围也可以通过机械加工或蚀刻加工(皱纹图案加工)等形成其它的图案。
成形模具(20)的图像图案形成面(22)的加工是“按照位图信息将图像图案作为点的集合图案(21)形成在成形模具表面(22)上”，在本发明中，最好按照每个“被分割成一条边的长度为大于等于10μm小于等于500μm的矩形(在本实施例中采用正方形)的区域”进行。各区域被分配成纵、横为M个×N个(3≤M，N≤10；M、N为整数)、进行点加工孔处理(也包括没有孔加工)。将模具(20)上的加工范围分割成一条边的长度为大于等于10μm小于等于500μm的矩形区域的理由是：由于规定了加工速度，如果小于10μm，则分割过细，在数据处理和加工时间方面不现实。相反，如果大于500μm，则处理和加工时间短，失去了图像图案的清晰形状，相对于实像外观明显变差。(另外，此时的间距，纵横为一定、都相同，但也可以使纵横的间距间隔不同)。
并且，将矩形区域内的分割数量形成为M个×N个区域，将M、N限定成大于等于3小于等于10的理由是：如果M、N小于3，则用于表现形状轮廓的信息量减少，在对照片等的精细图像图案进行位图处理时，图像质量严重下降。并且，如果M、N大于10，则尽管分辨率增加，但在浓淡等级方面在对数据进行分解运算处理时太花时间、效率低。(虽然区域的分割数量是纵横为M、N，但纵横的间距可以相同(当然也可以形成不同的宽度(＝长方形区域))，两者形成相同的数量N(也可以如上所述地使数量不同)，可以是正方形区域)。另外，如上所述，也可不进行矩形区域分割，而根据位图信息只进行点加工孔处理。
图像图案的浓淡通过形成在部件表面上的、位图状地形成凹凸的点集合来表现，除此之外，也可使表现图像图案浓淡的点加工孔(24)的深度在大于等于0.1μm小于等于10μm的范围内变化。限定为大于等于0.1μm小于等于10μm的理由是，如果以浅于0.1μm的孔(24)表现，则浓淡不清晰，形成轮廓模糊的图像图案。相反，如果用超过10μm、深的孔(24)表现，则虽然浓淡清晰，但凹凸也清晰地残留在金属玻璃表面上，外观上和手接触时的触感粗糙，不理想。
根据来自控制用计算机(12)的控制信号，利用从振荡机(14)照射的诸如激光那样的高能密度光(15)进行该光加工孔处理，将形成上述N等级浓淡的位图、数据转换成用于进行高能密度光(激光)输出以及坐标控制的NC数据。并且，该高能密度光(15)在振镜光学扫描仪(18)的反射镜(19)上反射，在成形模具(20)的图像图案形成面(22)上进行扫描，通过控制用计算机(12)所搭载的软件进行控制，按照基于NC数据的接通/切断信号进行点加工孔处理。如上所述，通过高能密度光(15)的输出强度控制点孔加工的深度。在这种情况下，如上所述，控制高能密度光(15)的输出，使加工孔(24)的深度大于等于0.1μm小于等于10μm。当然有时也可以不控制点孔加工的深度，只进行一定深度的点孔加工。
振镜光学扫描仪(18)的反射镜(19)通过控制用计算机(12)的指令使高能密度光(15)的反射角度变化，在成形模具(20)的图像图案形成面(22)上进行扫描。
将把图像图案形成面分割成上述矩形的区域的分割信息、以及分配在各区域内的位图信息处理成M个×N个(3≤M，N≤10；M、N为整数)的浓淡等级，然后，进一步将转换成作为是否向上述图像图案形成面上形成点加工孔(24)的接通/切断信号的转换信息(以及在控制高能密度光(15)的输出强度的情况下，其输出信息)等图像图案形成所需的信息写入。
试料台(28)是用于保持成形模具的机构，设置在从振荡机(14)照射的激光那样的高能密度光(15)的被照射侧。
热成形装置(30)的概略结构如图1所示，由具有温度控制加热器(32)的腔室(31)和上下一对加压模具基座(35)(36)构成，内部是高真空或填充惰性气体(氦、氮、氩等)、并使其透气，可在非氧化性环境中进行热加工。金属玻璃部件(1)从无图示的开闭部进出。(另外，热加工也可不在上述的非氧化性环境中，而在大气中进行，但在这种情况下，通过在结晶化之前迅速结束热加工，可使金属玻璃部件(1)的表面的氧化膜形成为保护膜，可防止向内部的氧化侵入，只要满足这样的条件，也可在大气中进行热加工。)加压模具基座由搭载模具(20)的模具搭载用加压模具基座(35)和将金属玻璃部件(1)按压在模具(20)上的工件加压模具基座(36)构成，在本实施例的情况下，设置在上侧的工件加压模具基座(36)进行升降，将金属玻璃部件(1)按压在模具(20)上。上述金属玻璃部件(1)在热成形装置(30)内，在加压时通过温度控制加热器(32)保持为过冷却液体温度区域(Tg-Tx)内的温度。
这样，在通过模具(20)进行的向金属玻璃部件(1)上反转转印成形的过程中，在过冷却温度区域(Tg：金属玻璃转移开始温度～Tx：金属玻璃转移结束温度在该区域具有如同玻璃一样的粘性流动特性，可转印直到纳诺大小的细微部图案)可向金属玻璃部件(1)进行基于模具(20)的超精密反转转印成形。所使用的金属玻璃最好是Zr基、Ti基、Cu基、Ni基以及Fe基合金。其理由是即使在金属玻璃中也具有比较广的过冷却液体温度区域，且不以昂贵的金属元素作为主要构成成分，因此原料便宜，最终可成为经济的加工程序。
图3表示本发明的实施例。是如下的示例，即，在超硬合金模具上使用YVO4激光、对数码照片的反转图像进行点图案处理，用上述的方法形成。而且，图4表示本发明的其它实施例，同样在超硬合金条上加工“N”字母。(a)是加工后的表面的立体图，(b)是其放大图，(c)是从上面放大观察点排列的图。图5表示本发明的其它实施例，是在模具上激光加工利用数码相机制作的图像图案、进一步在金属玻璃板上转印成形后的图。
本发明可在至今为止未能实现的、需要在400℃以上成形的Zr基、Ti基、Ni基、Cu基以及Fe基金属玻璃合金制部件的表面上形成图像图案，极大地提高了这些金属玻璃合金在产业上的有用性。

Claims (10)

1.一种用于在金属玻璃部件的表面上形成图像图案的方法，其特征在于，
(a)将图像图案转换成相对于实像进行镜面反转的位图信息，进行准备；
(b)然后进行以下加工，即，以极短的时间反复接通/切断高能密度光，在一次照射中一面形成一个点的加工孔一面在成形模具的表面上进行扫描，根据所述位图信息将图像图案作为点的集合图案形成在成形模具的表面上；
(c)然后，利用该集合图案形成模具，对金属玻璃部件在过冷却液体温度区域内进行点的集合图案的反转转印成形。
2.如权利要求1所述的在金属玻璃部件的表面形成图像图案的方法，其特征在于，将向点的集合图案转换、加工的模具上的加工范围，分割成一条边的长度为大于等于10μm小于等于500μm的矩形区域，根据在各矩形区域内是否形成点的加工孔，在模具上形成具有浓淡的点的集合图案。
3.如权利要求2所述的在金属玻璃部件的表面形成图像图案的方法，其特征在于，将各矩形区域内分割成M个×N个(3≤M，N≤10；M、N为整数)的区域、决定分辨率，通过对分割后的M个×N个区域形成点的加工孔或者不形成点的加工孔，在模具上形成具有浓淡的点的集合图案。
4.如权利要求1至3中任一项所述的在金属玻璃部件的表面形成图像图案的方法，其特征在于，控制高能密度光的输出，使加工孔的深度大于等于0.1μm小于等于10μm。
5.如权利要求1至4中任一项所述的在金属玻璃部件的表面形成图像图案的方法，其特征在于，成形模具使用超硬合金。
6.如权利要求1至5中任一项所述的在金属玻璃部件的表面形成图像图案的方法，其特征在于，高能密度光是激光。
7.如权利要求1至6中任一项所述的在金属玻璃部件的表面形成图像图案的方法，其特征在于，金属玻璃部件是以Zr、Ti、Cu、Ni、Fe为最大量构成元素的Zr基、Ti基、Ni基、Cu基或者Fe基合金。
8.一种向金属玻璃部件的表面转印形成图像图案的装置，使用成形模具，其特征在于，
具有：
(a)用于将图像图案转换成与实像形成镜面反转的位图信息的数字处理装置；
(b)软件，将成形模具的图像图案形成面的加工范围分割成一条边的长度为大于等于10μm小于等于500μm的矩形的区域，将分配在各区域内的位图信息处理成M个×N个(3≤M，N≤10；M、N为整数)的浓淡等级，然后，进一步转换成在所述图像图案形成面是否有点加工孔的接通/切断信号；
(c)控制用计算机，用于一面反复进行高能密度光的输出和极小时间的接通/切断、一面进行扫描；
(d)通过控制信号产生高能密度光的振荡机、使高能密度光扫描的反射镜以及用于保持成形模具的试料台；
(e)在过冷却液体温度区域内，将成形模具的图像图案形成面的镜面反转图像图案、转印·成形在金属玻璃部件上的热成形装置。
9.一种金属玻璃部件，其特征在于，通过位图状地具有凹凸的点集合，在部件表面上形成表现浓淡的图像图案。
10.如权利要求9所述的金属玻璃部件，其特征在于，通过权利要求1至7中任一项所述的方法，在部件表面上表现浓淡。
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