CN103442839B - 对金属构件的标记方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种对良好地确保了可见性，并确保了标记目标物的耐腐蚀性的冲压加工金属部件的标记方法。标记金属构件的方法具备：基础处理工序，其以第一照射条件对基础处理目标区域照射激光，该基础处理目标区域包含标记目标区域；标记工序，其以第二照射条件对标记目标区域照射激光而形成标记图案，通过使第一照射条件的激光的输入能量还要小于第二照射条件，在标记图案和非照射区域之间，设置残余应力比非照射区域还要大且残余应力比标记图案还要小的基础区域，由此确保可见性。进而，通过使用经过热处理而提高了硬度的金属构件来确保耐腐蚀性。

Description

对金属构件的标记方法
技术领域
本发明涉及一种对金属构件进行标记(marking)的技术，特别是涉及一种通过激光对冲压加工的金属构件进行标记的技术。
背景技术
通常，汽车搭载用(以下，称为车用)金属零部件(例如气体传感器的铠装层等)采用不锈钢(例如，参照专利文献1和专利文献2)。专利文献1中公开了一种用于以氧传感器为代表的汽车用零部件等的具有优异冷加工性的铁素体不锈钢。专利文献2中公开了一种通过铁素体不锈钢的锻造成形来制造用于汽车用传感器的配件的方法。
另外，工业上大量生产的各种零部件在其制造工序中，通常标记(印字)制造商名称、国名、产品型号和批号、个体识别用号码等产品识别信息。这是为了确保在后续工序或进入市场后的可追溯性。作为该标记的一个方法，有利用激光照射进行标记的技术。已知技术有：对液晶用玻璃基板表面照射激光而形成消融的凹部的技术(例如，参照专利文献3)。此外，已知技术还有：在陶瓷制电子设备的表面设置由金属薄膜层构成的标记层，并通过激光在该标记层形成凹部来进行标记的技术(例如，参照专利文献4)。
NOx传感器或氧传感器等车用气体传感器，通常具有用其保护构件、即铠装层(保护层)包覆元件主体部分的结构，并在从汽车引擎排出的废气的配管路径内使其一部分突出的状态下使用。对铠装层而言，将为确保硬度而进行了热处理的不锈钢作为材料，通过对其进行冲压加工而制造。
出于上述目的，对该铠装层也进行利用激光的产品识别信息的标记。对该标记而言，即使车用气体传感器在市场上使用后，为了使产品识别信息清晰可见也有必要进行。但是，当适用专利文献3中公开的进行激光照射而形成凹部的这种比较简单的标记方法时，标记后的铠装层存在耐腐蚀性弱、容易发生应力腐蚀开裂的问题。具体而言，在将标记后的铠装层浸渍于氯化镁水溶液进行的应力腐蚀开裂试验中，容易发生以标记部分为起点的应力腐蚀开裂，这已经由本发明的发明人确认。这是因为：铠装层通过冲压加工(深拉冲压)来制造，想要在原本就存在某种程度凹凸的铠装层的表面设置具有可见性的标记图案，以形成比表面凹凸更深的凹部而照射大强度激光，其结果是激光的被照射区域(标记区域)和周围的残余应力差(或者残余应力梯度)变大。此外，此处所说的可见性是指：概略地，当观察者用肉眼观察目标部分时，能明确地分清目标部分与其周围，并可以容易地识别目标部分给出的视觉信息。
一方面，如果将激光强度抑制在确保耐腐蚀性的范围，则难以充分地得到标记的可见性。其结果，即使将专利文献3中公开的方法通过像上述铠装层那样的实施加工来适用于具有某种程度凹凸的金属零部件，也难以确保耐腐蚀性的同时不能充分地得到产品识别信息的可见性。
另外，对专利文献4中公开的方法而言，虽然确保了可见性，但由于需要在设备附着原本不需要的金属薄膜层，因此工序繁杂，从而成为高成本的主要原因。另外，即使对金属构件适用相同的方法，也难以确保可见性。
现有技术文献：
专利文献
专利文献1：日本国特开2001-200345号公报
专利文献2：日本国特开2002-316236号公报
专利文献3：日本国特开平11-033752号公报
专利文献4：日本国特开2003-197402号公报
发明内容
本发明是鉴于上述课题而提出的，其目的在于提供一种确保标记目标物的耐腐蚀性的标记方法。另外，第二个目的在于提供一种对良好地确保可见性的金属构件的标记方法。
为解决上述课题，本发明的第一方案中，对金属构件进行激光标记的方法具备：基础处理工序，其以第一照射条件对基础处理目标区域照射激光，该基础处理目标区域包含所述金属构件的标记目标面的标记目标区域；标记工序，其以第二照射条件对所述标记目标区域照射所述激光而形成标记图案。通过使所述第一照射条件的所述激光的输入能量设置还要小于所述第二照射条件的所述激光的输入能量，在所述标记图案和所述未照射激光的非照射区域之间，设置残余应力比所述非照射区域的还要大且比所述标记图案的残余应力还要小的基础区域。
本发明的第二方案中，在第一方案的激光标记方法中，所述基础区域的表面粗糙度比所述非照射区域和所述标记图案的表面粗糙度还要小。
本发明的第三方案中，在第二方案的激光标记方法中，所述标记目标面的表面粗糙度为0.01μm以上1.0μm以下。
本发明的第四方案中，在第一至第三的任意一个方案的激光标记方法中，所述金属构件为不锈钢，且具有300Hv以上的硬度。
本发明的第五方案中，在第四方案的激光标记方法中，所述金属构件在所述基础处理工序之前实施了用于提高硬度的热处理。
本发明的第六方案中，在第一至第三的任意一个方案的激光标记方法中，通过将规定的激光发射源对所述标记目标面相对移动来进行所述激光的照射，通过将所述第一照射条件的所述激光的扫描速度比所述第二照射条件的所述激光的扫描速度还要大来设置所述基础区域。
根据本发明的第一至第六方案，通过在标记图案和非照射区域之间设置残余应力比非照射区域还要大且残余应力比标记图案还要小的基础区域，抑制基础区域或者以标记图案为起点的应力腐蚀开裂的发生。
另外，根据本发明的第二和第三方案，通过设置表面粗糙度小的基础区域，在标记图案和其周围的基础区域之间赋予凹凸差，并且，在基础区域和其周围的非照射区域之间、和标记图案和其周围的基础区域之间的表面粗糙度赋予差异。据此，确保标记图案的可见性。
另外，根据本发明的第四或第五方案，标记图案与其周围的基础区域之间的残余应力差、和基础区域与其周围的非照射区域之间的残余应力差与现有方法的标记图案与其周围的残余应力差相比，由于对残余应力差变得足够小的金属构件进行标记，因此更切实地抑制了基础区域或以标记图案为起点的应力腐蚀开裂。
另外，根据本发明的第六方案，无需改变激光发射源的照射状态本身，仅通过机械性动作的控制就能够转换基础处理和标记处理，因此能够容易地进行两者的转换。
附图说明
图1是示意性地表示采用了激光的标记处理的状态的图。
图2是表示本实施方案中实施的标记处理从开始到结束为止的状态的图。
图3是表示本实施方案中实施的标记处理从开始到结束为止的状态的图。
图4是表示本实施方案中实施的标记处理从开始到结束为止的状态的图。
图5是表示本实施方案中实施的标记处理从开始到结束为止的状态的图。
图6是表示本实施方案中实施的标记处理从开始到结束为止的状态的图。
图7是将金属构件M的各部位中的表面位置的平均高度和表面粗糙度的相对大小关系与现有技术的情况一起表示的模式图。
图8是将金属构件M的各部位中的残余应力的相对大小关系与现有技术的情况一起表示的模式图。
图9是将变形例的金属构件M的各部位中的表面位置的平均高度和表面粗糙度的相对大小关系与现有技术的情况一起表示的模式图。
图10是作为本实施方案的标记处理目标的一例的气体传感器100的主体部1的外观立体图。
图11是表示传感器主体部1的主要部分的内部结构的剖面图。
图12是在形成基础区域RE3的基础上将标记图案MP进行标记时的标记图案MP附近的光学显微镜图像。
图13是在形成基础区域RE3的基础上将标记图案MP进行标记时的标记图案MP附近的光学显微镜图像。
图14是在未进行基础处理而将标记图案MP进行标记时的光学显微镜图像、和说明其摄像内容的图。
具体实施方式
〈标记的原理〉
图1是示意性地表示采用了激光的标记处理的状态的图。如图1所示，本实施方案中的标记处理是指：通过对金属构件(又称母材)M的标记目标面M1照射从发射源S发出的激光LB，并使该激光LB向规定的扫描方向DR扫描，对应规定的标记图案(例如文字等)而在标记目标面M1形成线状的加工变质区域或凹部、即加工线L的加工处理。据此，在标记目标面M1形成标记图案。
金属构件M优选为不锈钢或轧制钢板、铝合金、钛合金、镁合金等。此外，本实施方案中，只要没有特别限定就采用如下金属构件：在金属构件M的标记目标面M1形成有表面粗糙度值为0.01μm以上1.0μm以下程度的凹凸。例如，为确保规定硬度在500℃-600℃温度下进行热处理，在此基础上实施深拉等冲压加工后的不锈钢的加工表面等满足上述表面粗糙度的范围。不过，这并不说明：对表面粗糙度值在上述范围外的金属构件M不适用本实施方案的激光标记方法。标记目标面M1的表面凹凸的程度，只要是不影响金属构件M的使用的范围，也可以适用本实施方案的激光标记方法。另外，表面粗糙度值用算术平均粗糙度(Ra)表示，但也可以用平方根粗糙度(RMS)或其他的表面粗糙度指标表示。该情况下，只要满足某种条件的表面粗糙度值的范围对应其指标而设置即可。
作为激光LB，只要使用波长为0.2μm-10μm程度的即可。例如可以使用Nd：YAG激光、Nd：YVO4激光、紫外线激光、光纤维激光等。具体而言，发射源S只要是具备发出这些激光的激光振荡器、和用于调整激光LB的光束形状等的光学系统等即可。
图2至图6是分别表示本实施方案中实施的标记处理从开始到结束位置的状态的图。
首先，如图2所示，在金属构件M的标记目标面M1设定标记目标区域RE1。标记目标区域RE1是欲进行标记的区域，具体而言，是为进行标记而照射激光的区域。在图2至图6所示的例子中，设定有标记目标区域RE1以使五个“A”的文字互相相邻而印字。
另外，本实施方案中，设定标记目标区域RE1时一并设置基础处理目标区域RE2。基础处理目标区域RE2在标记目标面M1中以包含全部标记目标区域RE1的方式设定。此外，图6中，将基础处理目标区域RE2设定为矩形形状，但只要包含全部标记目标区域RE1也可以设定为其他形状。但是，鉴于后述的预备照射处理，基础处理目标区域RE2优选设定为易于进行激光高速扫描的形状。从这点上，基础处理目标区域RE2更适合设定成矩形形状。
接下来，对设定的基础处理目标区域RE2整体进行基础处理。基础处理是如下加工处理：以与进行后述的标记处理时的激光LB的照射条件(以下称为本照射条件)相比给予金属构件M的能量(输入能量)变小的照射条件(基础处理照射条件)，对基础处理目标区域RE2照射激光LB的加工处理。基础处理包括标记目标区域RE1而进行。
进行基础处理时，如图3所示，首先，在某种基础处理照射条件的基础上，通过使发射源S对金属构件M向箭头AR1的方向相对移动，同时对基础处理目标区域RE2照射来自该发射源S的激光LB，进行向箭头AR1的方向的激光LB扫描，从而形成沿着其扫描轨迹的加工线L。之后，在与该加工线L相邻的位置使发射源S的移动方向折回并向箭头AR2的方向扫描激光LB。直到基础处理目标区域RE2整体被加工为止依次重复这些，如图4所示，由此在基础处理目标区域RE2形成基础区域RE3。此外，虽在图3中进行了来回扫描，发射源S在照射激光的同时的相对移动也可以仅向一个方向进行。这在后述的标记处理时也一样。
就对发射源S的金属构件M的相对移动而言，可以通过固定金属构件M并移动发射源S来进行；也可以通过固定发射源S并移动金属构件M(更具体而言，载置固定金属构件M的固定构件)来进行。对于后述的标记处理也一样。
优选地，基础处理照射条件的设定方法如下：优选地，使来自发射源S的激光LB的发射条件(例如，峰值功率等)与本照射条件相同，同时使激光LB的扫描速度(发射源S的移动速度)大于本照射条件。该情况下，由于每个单位区域的激光LB的照射时间变少，因此该单位区域的输入能量变小。另外，通常，对扫描速度的改变而言，由于仅通过机械性动作的控制来实施，因此无需改变来自发射源S的激光LB的照射状态本身，从而具有容易实施的优点。更具体而言，优选地，以标记处理的扫描速度上限的大约3倍-6倍程度的扫描速度照射激光LB。但是，有必要在能够适合进行基础处理本身的范围设定扫描速度。
基础处理中，由于激光LB的输入能量小于标记处理，因此在基础处理时被激光LB照射的地方主要发生的是，照射前为止存在的凸部(突起部)的去除，从而不一定非要控制新的凹部的形成。因此，从平均的角度上看，基础区域RE3与标记目标面M1几乎没有高低差，但表面粗糙度比标记目标面M1还要小，并且成为均匀化、平坦化的部位。用肉眼观察时，多数情况下与未实施基础处理的标记目标面M1具有的金属光泽相比，基础区域RE3失去了那种光泽，并且观察到比标记目标面M1还要淡的色彩。
例如，当基础处理前的基础处理目标区域RE2的表面粗糙度值为0.05μm的程度时，通过进行基础处理而形成的基础区域RE3的表面粗糙度值降低到0.02μm的程度。
本实施方案中，在进行这种基础处理的基础上进行标记处理。即，如图5中的箭头AR3和AR4所示，使发射源S对金属构件M相对移动的同时，以本照射条件仅对标记目标区域RE1照射激光LB，对非标记目标区域RE1的区域不照射激光LB。当然，伴随该照射而发生的加工变质或凹部的形成，仅在被激光LB照射而输入激光能量的地方产生。此外，对图5中的箭头AR3和AR4而言，被激光LB照射的地方用实线表示，除此之外的地方用虚线表示。
对本照射条件的具体的设定内容而言，以形成良好的标记图案MP为前提，只要对应激光LB的种类或金属构件M的材料等来确定即可。但是，如果扫描速度过小，则标记目标区域RE1的每单位时间的照射能量过剩，由此标记图案MP的残余应力变得过大，因此不优选。一方面，如果扫描速度过大，则由于每个单位时间的照射能量不能给予充分的能量，由此标记图案MP的形成本身进行得不充分，因此不优选。鉴于此，扫描速度优选大约90mm/s-500mm/s。
如图6所示，直到标记目标区域RE1的整体被加工为止依次重复照射这种状态的激光LB，由此形成标记图案MP。对得到的标记图案MP而言，与现有的未进行基础处理而形成的标记图案MP相比，具有优异的可见性。此外，本实施方案中，可见性是指：概略地，当观察者用肉眼观察金属构件M的标记目标面M1时，能够明确地分清标记图案MP和周围，并可以容易地识别标记图案MP给出的视觉信息。总而言之，当目标部分和周围的视觉功效的区别(例如，色彩、反差、亮度等的区别)清晰时，可见性高。多数情况下，肉眼观察时观察到标记图案MP比周围的基础区域RE3还要浓的色彩。后面对该可见性的实现进行详述。
另外，对形成有得到的标记图案MP的金属构件M而言，与现有的未进行基础处理而形成的标记图案MP相比，具有优异的耐腐蚀性。但是，本实施方案中，耐腐蚀性是指：对金属构件M抑制基础区域RE3或以标记图案MP的形成地方为起点的应力腐蚀开裂的发生。后面对该耐腐蚀性的实现进行详述。
〈标记图案的可见性〉
图7是分别表示，金属构件M的各部位中的表面位置的平均高度和表面粗糙度的相对大小关系在如现有的激光标记方法那样未进行基础处理而直接对标记目标面M1进行标记处理的情况下、和如本实施方案那样在进行基础处理的基础上进行标记处理的情况下的模式图。此外，在图7中，为了便于说明，将未进行任何基础处理和标记处理的区域(非照射区域)表示为标记目标面M1。图7所示的标记目标面M1的状态表示为非照射区域的状态，并且也表示为进行基础处理和标记处理前的基础区域RE3和标记图案MP的形成区域的状态。另外，标记目标面M1的表面粗糙度值为0.01μm以上1.0μm以下的程度。
首先，图7(a)表示现有方法的情况。该情况下，以将标记图案MP作为比周围的标记目标面M1的平均高度还要低的凹部而形成的照射条件，照射激光LB。换言之，以形成凹部的程度的输入能量照射激光LB。其结果是，此时的标记图案MP的表面粗糙度的程度与标记目标面M1几乎没有差异。此外，图7(a)中，为了简化图示，将标记目标面M1(非照射区域)和标记图案MP的表面粗糙度形成为相同，但实际上两者之间多少存在差异。
对此，图7(b)表示本实施方案的情况。本实施方案的情况下，通过基础处理来形成的基础区域RE3形成为如下区域：与标记目标面M1相比几乎没有变化的区域；或者具有比标记目标面M1(非照射区域)稍微低的平均高度，同时表面粗糙度比标记目标面M1(非照射区域)还要小并进行均匀化、平坦化的区域。这是在基础处理中按照基础处理照射条件通过照射激光LB来实现的，该基础处理照射条件与用于形成标记图案MP的照射条件、即本照射条件相比其激光LB的输入能量还要小。
一方面，通过以本照射条件照射激光LB来形成的标记图案MP，其形成为平均高度比周围的基础区域RE3还要低，且表面粗糙度比基础区域RE3还要大的凹部。即，如图7(b)所示，在标记图案MP与其周围的基础区域RE3之间，平均高度和表面粗糙度两者均存在差异。
由此，在本实施方案的情况下，通过设置表面粗糙度小的基础区域RE3，在标记图案MP和其周围的基础区域RE3之间赋予凹凸差，并且，在基础区域RE3和其周围的标记目标面M1(非照射区域)之间、以及标记图案MP和其周围的基础区域RE3之间赋予表面粗糙度的差异。据此，可以说确保了标记图案MP的可见性。
对此，现有方法的情况下，在标记图案MP和其周围的标记目标面M1(非照射区域)之间，虽然被赋予凹凸差，但是表面粗糙度几乎没有差异。因此，可以认为没有充分得到标记图案MP的可见性。
另外，本实施方案中，作为标记图案MP形成的凹部的深度可以与现有方法的相同，图7(b)中也示出了这种情况。但是，与现有方法不同，由于对表面粗糙度小的基础区域RE3形成标记图案MP，因此即使形成的凹部与现有方法相比浅(深度小)、或者进而在标记图案MP的表面粗糙度比标记目标面M1(非照射区域)小的情况下，也可以形成充分具有可见性的标记图案MP。这意味着：如本实施方案那样在进行基础处理的基础上进行标记处理的情况与未进行基础处理的现有方法的情况相比，即使照射更小输入能量的激光LB，也能够形成比现有技术更具有优异可见性的标记图案MP。
〈标记图案的耐腐蚀性〉
当对金属构件M照射激光LB时，通过瞬间赋予非常大的能量，在该被照射区域产生残余应力。即，在被激光LB照射的区域和未被照射的区域之间，产生应力状态的差异。
图8是分别表示，金属构件M的各部位中的残余应力的相对大小关系在如现有的激光标记方法那样未进行基础处理而直接对标记目标面M1进行标记处理的情况下、和如本实施方案那样在进行基础处理的基础上进行标记处理的情况下的模式图。另外，图8中所示的情况也与图7的情况相同，标记目标面M1的表面粗糙度值为0.01μm以上1.0μm以下的程度。
如现有那样，在未进行基础处理而形成标记图案MP的情况下，大致如图8(a)所示，形成为如下两个等级的分布：在标记图案MP处残余应力相对大，在其周围的标记目标面M1(非照射区域)处残余应力相对小。该标记图案MP和其周围的残余应力差(或者两者之间的残余应力梯度)，其是在用现有方法进行激光标记的金属构件M中产生以标记图案MP的形成地方为起点的应力腐蚀开裂的主要原因。
一方面，如本实施方案那样，在进行基础处理的基础上进行标记处理的情况下，在进行了基础处理的时候，在通过该基础处理来形成的基础区域RE3产生残余应力，进而在进行其后的标记处理时，在标记图案MP产生残余应力。图8(b)中表示了在进行后者时产生与未进行基础处理情况相同程度的残余应力的情况。但是，由于基础处理中的激光LB的输入能量与标记处理的情况相比相对小，因此在基础区域RE3由基础处理而产生的残余应力小于在标记图案MP由标记处理而产生的残余应力。
即，本实施方案的情况下，残余应力形成为三个等级的分布。因此，标记图案MP和其周围的基础区域RE3之间的残余应力差、以及基础区域RE3和其周围的标记目标面M1(非照射区域)之间的残余应力差，小于现有方法的标记图案MP和其周围的残余应力差。或者，在本实施方案中，由于基础区域RE3介于这些之间存在，与现有方法的情况相比，标记图案MP和标记目标面M1(非照射区域)之间的残余应力梯度要小。
然后，金属构件M具有这种残余应力的分布，有助于抑制基础区域RE3或者以标记图案MP为起点的应力腐蚀开裂，即，有助于标记图案MP的耐腐蚀性的提高。
此外，有时对向基础处理和标记处理供应之前的金属构件M进行用于提高硬度的热处理。这种热处理具有减小上述残余应力差的效果。这是因为在标记目标面M1(非照射区域)的残余应力的绝对值变大的状态下向基础处理供应的缘故。例如，在实现残余应力差充分小的状态并更切实地得到耐腐蚀性的方面，优选进行使维氏(Vickers)硬度形成为300Hv以上的热处理。
如上所述，本实施方案中，在对金属构件的标记目标面形成标记图案之前，先对包括其形成目标区域的区域实施基础处理，在由此形成的基础区域上形成标记图案。据此，抑制以标记图案为起点的应力腐蚀开裂的发生。另外，通过设置基础区域而形成的标记图案形成为具有优异可见性的图案。
〈变形例〉
上述实施方案中的激光标记方法也可以适用于如下金属构件：标记目标面M1的表面凹凸比上述还要小，例如表面粗糙度值为0.01μm以下的、表面平坦性更优异的金属构件M。图9是分别表示，金属构件M的各部位的表面位置的平均高度和表面粗糙度的相对大小关系在以该金属构件M为目标未进行基础处理对标记目标面M1直接进行标记处理的情况下、和在进行基础处理的基础上进行标记处理的情况下的模式图。
该情况下，如图9(a)所示，未进行基础处理的情况下的表面位置和表面粗糙度的关系与图7(a)的情况相同，但是进行了基础处理的情况下的两者的关系与图7(b)的情况不同。具体而言，如图9(b)所示，通过进行基础处理而形成的基础区域RE3的表面粗糙度变得比处理前还要大。但是，由于之后进行的用激光标记形成的标记图案MP的表面粗糙度变得比基础区域RE3的表面粗糙度还要大，因此在能够形成充分确保可见性的标记图案MP方面，与金属构件M的表面平坦性优异的情况也相同。
一方面，各部位的残余应力的关系与图8(b)所示的情况相同。即，当对表面平坦性优异的金属构件M进行标记时，由于存在基础区域RE3，因此标记图案MP和周围的残余应力差变小，其结果可以实现优异耐腐蚀性。即，能够形成具有优异可见性和耐腐蚀性的标记图案MP。
在以基础处理照射条件照射激光LB而形成的被照射区域和金属构件M之间，也产生某种程度的反差，因此也可以考虑在该照射条件的基础上对金属构件M进行激光标记的方案。但是，被激光标记的主要是细线字体或标识等，对于这些，由于多数情况下在基础处理照射条件的基础上形成的被照射区域的色彩较淡，即使以该基础处理照射条件形成了细的字体或标识，在可见性方面也劣于上述实施方案。另外，为了提高可见性而增强激光的强度，其结果将会接近现有的方法，从而导致应力腐蚀开裂的可能性变高。一方面，如果激光的强度弱，则可见性本身变低。即，可以说：仅以基础处理照射条件的激光照射而进行标记来形成适合的标记图案的情况，是某种程度的限定。
实施例
(标记目标物)
图10是，作为本实施方案中的标记处理的目标的一例的气体传感器100的主体部(以下称为传感器主体部)1的外观立体图。图11是表示该传感器主体部1的主要部分的内部结构的剖面图。本实施方案中，气体传感器100通过内部具备的传感器元件10(图11)来检测规定的气体成分(例如、NOx等)。
此外，传感器元件10是长柱状或薄板状的构件，该构件将由氧化锆等氧离子导电性固体电解质陶瓷而构成的元件体作为主要构成材料。传感器元件10具有如下的结构：在一顶端部10a侧具备气体导入口或内部空间等，并且，在元件体表面和内部具备各种电极或布线图。在传感器元件10中，导入至内部空间的被测气体在内部空间内被还原或被分解而产生氧离子。在气体传感器100中，基于流向元件内部的氧离子的量与被测气体中的该气体成分的浓度比，求出该气体成分的浓度。
气体传感器100的传感器主体部1的外侧主要包括第一保护套2、固定螺栓3以及第二保护套4。
第一保护套2是使用时在传感器元件10中直接与被测气体接触的部分，具体而言，是用于保护具备气体导入口或内部空间等的一顶端部10a的、大致圆筒状的铠装构件。更详细地说，第一保护套2是具有外侧保护套2a和内侧保护套2b的两层结构。对外侧保护套2a和内侧保护套2b而言，分别在其一侧具有有底圆筒状，并且，在侧面部分设置有可以通过气体的多个贯通孔H1、H2。此外，图10和图11所示的贯通孔H1、H2的配备位置和配备数量只是示例，并不限于此。
固定螺栓3是将传感器主体部1固定于测量位置时使用的环状构件。固定螺栓3具备被螺纹切削的螺栓部3a、在螺纹结合螺栓部3a时被保持的保持部3b。螺栓部3a与设置于传感器主体部1的安装位置的螺母进行螺纹结合。例如，通过将螺栓部3a与设置于汽车排气管的螺母部进行螺纹结合，传感器主体部1在第一保护套2侧露出于排气管内的状态下固定于该排气管。
第二保护套4是用于保护传感器主体部1的其他部位的圆筒状构件。从第二保护套4的端部延伸存在有电线C，该电线C用于电连接传感器主体部1和未图示的驱动控制部。
第二保护套4由在500℃-600℃的温度下进行热处理的奥氏体不锈钢(例如SUS304L等)构成。此外，事先已确认：当热处理温度为500℃-600℃时，该不锈钢的维氏(Vickers)硬度为300Hv以上，当热处理温度低于300℃时，该不锈钢的维氏(Vickers)硬度低于300Hv。另外，均形成为圆筒状的第一保护套2和第二保护套4是通过对由0.2mm-0.6mm程度(例如0.55mm)的上述不锈钢而构成的板进行深拉加工并滚磨其表面而制造的。
对该传感器主体部1而言，在第二保护套4的外侧面标记(印字)制造商名称、国名、产品型号和批号、个体识别用号码等产品识别信息。
在传感器主体部1的内部，如图11所示，对传感器元件10而言，除了具备气体导入口等的一顶端部10a之外，嵌合于相互相邻配备的多个绝缘子和多个密封材料(滑石)的每个轴中心位置。此外，在图11中表示两个绝缘子6、8和两个密封材料7、9，事实上，还设置有与密封材料9相邻的绝缘子。另外，两个绝缘子6、8和它们之间的密封材料7嵌合于大致圆筒状的外壳5的内筒部。并且，该外壳5的一端侧嵌合于第一保护套2，另一端侧嵌合于第二保护套4，该第二保护套4包覆密封材料9及其上部的绝缘子，固定螺栓3固定安装于外壳5的外周。
通过具有以上的结构，传感器主体部1中，在被安装于规定位置的状态下，传感器元件10的一顶端部10a的周围的气氛(第一保护套2内的气氛)和外部的气氛完全被隔离，据此，能够精确地测量目标气体成分在被测气体中的浓度。
(实验例1)
图12和图13是，将传感器主体部1的第二保护套4的外侧面作为标记目标面M1，在形成基础区域RE3的基础上将标记图案M进行标记P时的标记图案MP附近的光学显微镜图像。一方面，在图14中，图14(a)是将传感器主体部1的第二保护套4的外侧面作为标记目标面M1，且未进行基础处理而将标记图案MP进行标记时的光学显微镜图像；图14(b)是说明其摄像内容的图。
在任何一种情况下，作为激光LB都使用了发射波长为1.06μm的Nd：YVO4激光。激光LB的功率(峰值功率)为9.6W，频率为100kHz。扫描速度，在基础处理中设定为3000mm/s，在标记处理中设定为160mm/s。另外，标记图案MP的线宽设定为0.1mm。
从图12和图13可知：当形成基础区域RE3时，标记图案MP具有良好的可见性。一方面，图14(a)中应该标记有图14(b)中所示的“9”、“E”两个文字，但是在标记图案MP和周围的标记目标面M1之间几乎没有反差，由此成为可见性非常低的状态。
即，从图12和图13、与图14(a)的对比中可知：在通过基础处理来形成基础区域的基础上对该基础区域进行标记图案的标记，在确保标记图案可见性方面是有效的。
(实验例2)
在作为母材的金属构件M的种类、基础处理的有无、以及标记处理中的激光照射条件的不同的条件下，共计制造了15种已完成标记处理的第二保护套4(试样No.1-15)，并分别对其进行了应力腐蚀开裂试验。并且，对试验后的试样进行了标记图案MP的可见性确认。此外，除试样No.15之外，试验批量为5。仅No.15的试验批量为2。
具体而言，将进行了热处理的厚度为0.5mm的SUS304L作为母材，并对其进行深拉加工后进行了滚磨，由此得到了第二保护套4。此时的热处理温度用550℃和400℃两种不同的温度。
在基础处理和标记处理中，作为激光LB使用了发射波长为1.06μm的Nd：YVO4激光。激光LB的功率(峰值功率)为9.6W，频率为100kHz。
激光LB的扫描速度(具体而言，发射源S的扫描速度)，在基础处理中设定为3000mm/s。一方面，标记处理时的扫描速度采用了如下不同的五种：45mm/s、90mm/s、160mm/s、500mm/s、1000mm/s。
应力腐蚀开裂试验依据JISG0576的A法而进行。具体而言，作为试验溶液准备了沸点为143℃±1℃的42％氯化镁水溶液，将各种试样浸渍于温度保持在沸点的该试验溶液中，每经过一定时间将试样从试验溶液取出，用放大镜观察并确认有无裂纹现象的发生。另外，用肉眼确认了标记图案MP的可见性。此外，裂纹被认为是伴随应力腐蚀开裂而发生的。在试验溶液中的浸渍时间分别为如下不同的四种：30分、60分、90分、120分。
将各种试样的制备条件、应力腐蚀开裂试验的结果、以及可见性的确认结果表示在表1中。此外，表1和以下当中，将母材为550℃的热处理品且将未进行基础处理的No.1-5的试样总称为A组，将母材为550℃的热处理品且进行了基础处理的No.6-10的试样总称为B组，将母材为400℃的热处理品且进行了基础处理的No.11-15的试样总称为C组。
观察表1所示的A组的试样发现：虽然扫描速度为500mm/s以下的No.1-No.4的试样的可见性良好，但是在浸渍时间为30分至60分的时候，所有的一批都发生了裂纹。一方面，扫描速度为1000mm/s的No.5的试样中，即使在浸渍120分后经确认也没有发生裂纹，但是可见性不是很高。
一方面，观察B组的试样发现：虽然扫描速度为45mm/s的No.6的试样的可见性良好，但是在浸渍时间为60分的时候，所有的一批都发生了裂纹。虽然扫描速度为90mm/s-500mm/s的No.7-No.9的试样的可见性良好，且除了很少的例外(No.7的120分浸渍后的试样中的一批)之外，经确认没有发生裂纹。即，可以说这些试样形成了具有良好的可见性，且具有良好的耐腐蚀性的标记图案。此外，扫描速度为1000mm/s的No.10的试样中，即使在浸渍120分后，经确认也没有发生裂纹，但是可见性不是很高。
更进一步地，观察C组的试样发现：虽然扫描速度为500mm/s以下的No.11-No.14的试样的可见性良好，但是在浸渍时间为30分的时候，所有的一批都发生了裂纹。一方面，扫描速度为1000mm/s的No.15的试样中，在浸渍90分后经确认发生了裂纹，另外，可见性不是很高。
对比A组和B组的结果可以发现：进行基础处理对形成具有耐腐蚀性，且确保可见性的标记图案方面是有效的。此外，B组的No.6的试样中，尽管进行了基础处理却发生了裂纹，这是因为：扫描速度慢使得激光LB的输入能量大于所需能量以上而造成的。一方面，A组的No.5的试样或B组的No.10的试样的可见性不是很高是由于扫描速度过快，并且激光LB的输入能量过小而造成的。另外，B组中，将基础处理的扫描速度设定为No.10的试样的扫描速度1000mm/s的3倍、即3000mm/s意味着，基础处理时用比标记处理时还要小的输入能量照射激光。
另外，对比B组和C组的结果可以发现：对C组试样的母材进行的400℃的热处理是不能达到给予母材充分的硬度的，并且热处理后的标记目标面M1(非照射区域)的残余应力与B组的情况相比小。因此，B组和C组在进行基础处理后进行标记处理这一点上是相同的。而在C组情况下，由于热处理后的母材没有产生充分的残余应力，因此即使在B组中以标记条件进行标记处理，B组中的该标记条件能形成耐腐蚀性良好的标记图案，残余应力差也变大而不能得到耐腐蚀性。此外，No.15的试样中，在浸渍时间为30分的情况下经确认没有发生裂纹的发生，推测其原因是由于扫描速度为1000mm/s，输入能量小，与基础区域RE3的残余应力差与No.11-No.14的试样相比小的缘故。

Claims (6)

1.一种对金属构件的激光标记方法，其特征在于，具备：
基础处理工序，其以第一照射条件对所述金属构件的标记目标面中的基础处理目标区域照射激光，该基础处理目标区域包含标记目标区域；
标记工序，其通过以第二照射条件对所述标记目标区域照射所述激光而形成标记图案，
通过使所述第一照射条件的所述激光的输入能量比所述第二照射条件的所述激光的输入能量还要小，在所述标记图案和未被所述激光照射的非照射区域之间，设置残余应力比所述非照射区域还要大且残余应力比所述标记图案还要小的基础区域。
2.权利要求1所述的对金属构件的激光标记方法，其特征在于，
所述基础区域的表面粗糙度比所述非照射区域和所述标记图案的表面粗糙度还要小。
3.权利要求2所述的对金属构件的激光标记方法，其特征在于，
所述标记目标面的表面粗糙度为0.01μm以上1.0μm以下。
4.权利要求1-3的任一项所述的对金属构件的激光标记方法，其特征在于，
所述金属构件为不锈钢，且具有300Hv以上的硬度。
5.权利要求4所述的对金属构件的激光标记方法，其特征在于，
所述金属构件在进行所述基础处理工序之前实施了用于提高硬度的热处理。
6.权利要求1-3的任一项所述的对金属构件的激光标记方法，其特征在于，
所述激光的照射是通过将规定的激光发射源对所述标记目标面相对移动而进行的，
通过将所述第一照射条件的所述激光的扫描速度比所述第二照射条件的所述激光的扫描速度还要大来设置所述基础区域。
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