JP2017019014A - マーキング方法及びマーキングされた物品 - Google Patents

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Abstract

【課題】ガスタービンや内燃エンジン構成要素のマーキングにおけるマークの消滅、物品の脆弱化、表面の非平坦化を防止するマーキング方法を提供する。【解決手段】表面104及び表面材料106を有する基材102を含む物品100を提供するステップと、表面にマーキング材料108を施工することにより基材の表面上にデザイン110を形成するステップと、を含み、マーキング材料を施工するステップが付加製造法を含む、物品をマーキングする方法が開示される。【選択図】図1

Description

本発明は、マーキング方法及びマーキングされた物品に関する。より詳細には、本発明は、付加製造法を用いたマーキング方法及び付加製造法によってマーキングされる物品に関する。
ガスタービン構成要素、ジェットエンジン構成要素、及び内燃エンジン構成要素などの特定の物品は、多くの一般的なマーキング技法により生成されるマスクの腐食又はマークの消滅を生じる(例えば、マーキングされた表面の酸化によって)状況に晒される。スタンプなどの他の一般的なマーキング技法は、望ましくない応力集中を引き起こし、マーキングされた物品を脆弱化する可能性がある。一部の一般的なマーキング技法は、特定の用途において十分に平坦ではない表面をもたらす。
例示的な実施形態において、物品をマーキングする方法は、表面及び表面材料を有する基材を含む物品を提供するステップと、表面にマーキング材料を施工することにより基材の表面上にデザインを形成するステップと、を含み、マーキング材料を施工するステップが、付加製造法を含む。
別の例示的な実施形態において、物品をマーキングする方法は、第1の表面と該第1の表面に対して凹部を定める第2の表面とを有する表面と表面材料とを含む基材を備えた物品を提供するステップと、第2の表面にマーキング材料を施工することにより、基材の表面上にデザインを形成するステップと、を含み、マーキング材料がマーキング表面を形成し、マーキング表面が、第1の表面と実質的に面一である。マーキング材料を施工するステップが、付加製造法を含む。
別の例示的な実施形態において、マーキング物品は、表面及び表面材料を有する基材と、基材の表面上にマーキング材料を含むデザインと、を備える。マーキング材料は、付加製造法により得られた微細構造を含む。
本発明の他の特徴及び利点は、例証として本発明の原理を示す添付図面を参照しながら、以下の好ましい実施形態のより詳細な説明から明らかになるであろう。
本開示の1つの実施形態による、マーキングされた物品の正面図。 本開示の1つの実施形態による、酸化後の図1のマーキングされた物品の正面図。 本開示の1つの実施形態による、マーキングされた物品の正面図。 本開示の1つの実施形態による、酸化後の図3のマーキングされた物品の正面図。 本開示の1つの実施形態による、物品の斜視図。 本開示の1つの実施形態による、マーキング後の図5の物品の斜視図。 本開示の1つの実施形態による、酸化後の図6の物品の斜視図。 本開示の1つの実施形態による、物品の斜視図。 本開示の1つの実施形態による、マーキング後の図8の物品の斜視図。 本開示の1つの実施形態による、酸化後の図9の物品の斜視図。 本開示の1つの実施形態による、マーキング後の図8の物品の斜視図。 本開示の1つの実施形態による、酸化後の図11の物品の斜視図。
可能な限り、図面全体を通じて同じ要素を示すために同じ参照符号が使用される。
例示的なマーキングされた物品及び物品をマーキングする方法が提供される。本開示の実施形態は、本明細書で開示される1又はそれ以上の特徴要素を利用していない方法及び製品と比べて、高温及び酸化環境などの厳しい動作条件に晒される物品上のマーキングの可読性の改善、マーキングの耐久性の改善、構造的障害の軽減、及び表面平坦化の改善をもたらす。
図1を参照すると、物品100は、表面104及び表面材料106を有する基材102を含む。物品は、マーキング材料108でマーキングされてデザイン110を形成する。物品100は、あらゆる好適な物品である。1つの実施形態において、物品は、ガスタービン構成要素、蒸気タービン構成要素、航空機ジェットエンジン構成要素、内燃エンジン構成要素、タービンシュラウド、タービンブレード、タービンノズル、タービンホイール、近接流路シール、圧縮機ブレード、燃焼サブシステム構成要素、燃料ノズル、燃焼缶、ライナ、移行部品、キャップ、又はこれらの組み合わせとすることができる。
表面材料106は、限定ではないが、金属、合金、セラミック、セラミックマトリックス複合材、熱障壁コーティング、ニッケル基超合金、鋼鉄、MCrAlY、ガラス繊維複合材、炭素複合材、岩石、鉱物、クロムモリブデン、クロムモリブデンバナジウム、又はこれらの組み合わせを含む、あらゆる好適な材料とすることができる。
マーキング材料108は、限定ではないが、金属、合金、セラミック、セラミックマトリックス複合材、熱障壁コーティング、ニッケル基超合金、鋼鉄、MCrAlY、ガラス繊維複合材、炭素複合材、岩石、鉱物、クロムモリブデン、クロムモリブデンバナジウム、又はこれらの組み合わせを含む、あらゆる好適な材料とすることができる。マーキング材料108は、表面材料106と異なるものとして知覚可能である。マーキング材料108と表面材料106との区別は、ヒト感覚器によって識別可能とすることができ、又はヒト感覚器では知覚不能とすることができる。マーキング材料108と表面材料106との区別のベースは、限定ではないが、視覚、光学的知覚、電磁気知覚、触覚、放射線知覚、化学的知覚、磁気知覚、聴覚、熱的知覚、電気知覚、振動知覚、又はこれらの組み合わせを含む、あらゆる好適なセンサベースとすることができる。任意選択的に、視覚又は電磁気知覚は、約380〜約750nmの波長(「可視光」)を有する電磁放射線の知覚を含むことができる。或いは、光学的知覚又は電磁気知覚は、紫外線又は赤外線の知覚を含むことができる。1つの実施形態において、マーキング材料108及び表面材料106は、色差として人間の目で視覚的に知覚可能な標識を含む。
マーキング材料108を施工してデザインを形成することは、限定ではないが、コールドスプレー、直接金属レーザ焼結、選択的レーザ溶融、選択的レーザ焼結、又はこれらの組み合わせを含む、あらゆる好適な付加製造法を含むことができる。
デザイン110は、限定ではないが、バーコード、マトリックスバーコード、クイックレスポンスコード(QRコード(登録商標))、データマトリックスコード、専用コード、トライアングルコード、数字バーコード、英数字バーコード、2次元バーコード、シンボル、手書き文字、書簡、数字、英数字、象形文字、絵文字、音節表記文字、表語文字、又はこれらの組み合わせを含む、あらゆる好適なデザインとすることができる。
図1を参照すると、1つの実施形態において、物品100は、付加製造法により物品100の表面104にマーキング材料108を施工することによりマーキングされて、デザイン110を定める。別の実施形態において、マーキング材料108は、約0.5mm未満、又は約0.2mm未満、又は約0.1mm未満、又は約0.05mm未満、又は約0.02mm未満の厚さを有する薄層である。
図2を参照すると、1つの実施形態において、表面材料106及びマーキング材料108は、酸化又は焼き戻しされて、酸化表面材料200及び酸化マーキング材料204を形成する。酸化表面標識202と酸化マーキング標識206との区別は、ヒト感覚器によって識別可能とすることができ、又はヒト感覚器では知覚不能とすることができる。加えて、酸化表面標識202と酸化マーキング標識206との区別は、センサによって識別可能とすることができる。酸化表面標識202と酸化マーキング標識206との区別のベースは、あらゆる好適なセンサベースとすることができる。1つの実施形態において、酸化表面標識202及び酸化マーキング標識206は、色差として人間の目で視覚的に知覚可能である。マーキング材料108は、限定ではないが、アルミニウム、銅、チタン、又はこれらの組み合わせのように、酸化して独自の色を示す金属又は合金とすることができる。
図3を参照すると、デザイン110は、マーキング材料108なしで定められる。図4を参照すると、酸化又は焼き戻し後のデザイン110はまた、酸化マーキング材料204なしで定めることができる。1つの実施形態において、マーキング材料108は、表面材料106の一部を残すように施工される。別の実施形態において、マーキング材料108の一部は、限定ではないが、機械加工を含むあらゆる好適な技法により初期施工の後で表面104から除去される。
図5を参照すると、物品100は、第1の表面500と第2の表面502とを含むことができ、該第2の表面502は、基材102の表面104において第1の表面500に対して凹部504を定める。凹部504は、限定ではないが、印圧加工、鍛造、加圧成形、スタンピング、エッチング、機械加工、鋳造、又はこれらの組み合わせを含む、あらゆる好適な技法により形成することができる。
図6を参照すると、1つの実施形態において、デザイン110は、限定ではないが、コールドスプレー、直接金属レーザ焼結、選択的レーザ溶融、選択的レーザ焼結、又はこれらの組み合わせを含む、あらゆる好適な付加製造法によってマーキング材料108を第2の表面502(図5に示す)に施工することにより形成される。マーキング材料108を第2の表面502に施工することにより、マーキング表面600が形成される。別の実施形態において、マーキング表面600は、第1の表面500と実質的に面一である。本明細書で使用される場合、「実質的に」は、マーキング表面600と第1の表面500とが、表面104の全体的一致からあまり変化しておらず、マーキング表面600と第1の表面500が適合する場合に、互いに対する高さの分散が、物品100の作動許容範囲を超えず、どのような場合でも約20nm〜約75nm、又は約50nmを超えないことを示している。マーキング表面600及び第1の表面500は、マーキング材料108の施工の結果として実質的に面一とすることができ、或いは、表面104を更に修正して、マーキング材料108の堆積後にマーキング表面600及び第1の表面500が実質的に面一となるようにすることができる。実質的に面一を得るための表面104の更なる修正は、限定ではないが、機械加工又は研磨、もしくはこれらの組み合わせを含むことができる。
図7を参照すると、1つの実施形態において、表面材料106及びマーキング材料108は、酸化又は焼き戻しされて、酸化表面材料200及び酸化マーキング材料204を形成する。酸化マーキング材料204は、酸化表面材料200の酸化表面標識202とは区別される酸化マーキング標識206を含む。酸化表面標識202と酸化マーキング標識206との区別は、ヒト感覚器によって識別可能とすることができ、又はヒト感覚器では知覚不能とすることができる。加えて、酸化表面標識202と酸化マーキング標識206との区別は、センサによって識別可能とすることができる。1つの実施形態において、酸化表面標識202及び酸化マーキング標識206は、色差として人間の目で視覚的に知覚可能である。マーキング材料108は、限定ではないが、アルミニウム、銅、チタン、又はこれらの組み合わせのように、酸化して独自の色を示す金属又は合金とすることができる。
図8を参照すると、凹部504が最終デザイン110の外形に実質的に一致している図5とは対照的に、代替の実施形態では、凹部504は、最終デザイン110の外形に実質的に一致していない。この実施形態において、図9及び11を参照すると、コントラスト材料900がマーキング材料108に加えて施工され、マーキング材料108、コントラスト材料900、及び任意選択的に表面材料106がデザイン110を定めるようになる。図9を参照すると、1つの実施形態において、デザイン110は、マーキング材料108から形成することができる。図11を参照すると、別の実施形態において、デザイン110は、マーキング材料108なしで定めることができる。
コントラスト材料900は、限定ではないが、金属、合金、セラミック、セラミックマトリックス複合材、熱障壁コーティング、ニッケル基超合金、鋼鉄、MCrAlY、ガラス繊維複合材、炭素複合材、岩石、鉱物、クロムモリブデン、クロムモリブデンバナジウム、又はこれらの組み合わせを含む、あらゆる好適な材料とすることができる。コントラスト材料900は、表面材料106と同じ材料とすることができ、又は、表面材料106とは異なる材料とすることができる。
コントラスト材料900は、マーキング材料108と区別して知覚可能である。コントラスト材料900とマーキング材料108の区別は、ヒト感覚器によって識別可能とすることができ、又はヒト感覚器では知覚不能とすることができる。コントラスト材料900とマーキング材料108の区別はまた、センサによって識別可能とすることができる。コントラスト材料900とマーキング材料108の区別のベースは、あらゆる好適なセンサベースとすることができる。1つの実施形態において、コントラスト材料900及びマーキング材料108は、色差として人間の目で視覚的に知覚可能な標識を含む。
コントラスト材料900の施工は、限定ではないが、コールドスプレー、直接金属レーザ焼結、選択的レーザ溶融、選択的レーザ焼結、又はこれらの組み合わせを含む、あらゆる好適な付加製造法を含むことができる。
図10及び11を参照すると、表面材料106、マーキング材料108及びコントラスト材料900は、酸化又は焼き戻しされて、酸化表面材料200、酸化マーキング材料204及び酸化コントラスト材料1000を形成する。酸化マーキング材料204は、酸化表面材料200の酸化表面標識202及び酸化コントラスト材料1000の酸化コントラスト標識1002と区別される酸化マーキング標識206を含む。酸化表面標識202、酸化マーキング標識206、及び酸化コントラスト標識1002の区別は、ヒト感覚器によって識別可能とすることができ、又はヒト感覚器では知覚不能とすることができる。加えて、酸化表面標識202、酸化マーキング標識206、及び酸化コントラスト標識1002の区別は、センサによって識別可能とすることができる。1つの実施形態において、酸化表面標識202、酸化マーキング標識206、及び酸化コントラスト標識1002は、色差として人間の目で視覚的に知覚可能である。マーキング材料108は、限定ではないが、アルミニウム、銅、チタン、又はこれらの組み合わせのように、酸化して独自の色を示す金属又は合金とすることができる。
好ましい実施形態を参照しながら本発明を説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更を行うことができ且つ本発明の要素を均等物で置き換えることができる点は理解されるであろう。加えて、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況又は物的事項を本発明の教示に適合するように多くの修正を行うことができる。従って、本発明は、本発明を実施するために企図される最良の形態として開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、また本発明は、提出した請求項の技術的範囲内に属する全ての実施形態を包含することになるものとする。
最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
[実施態様1]
物品をマーキングする方法であって、
表面及び表面材料を有する基材を含む物品を提供するステップと、
上記表面にマーキング材料を施工することにより上記基材の表面上にデザインを形成するステップと、
を含み、上記マーキング材料を施工するステップが、付加製造法を含む、方法。
[実施態様2]
上記付加製造法がコールドスプレーである、実施態様1に記載の方法。
[実施態様3]
上記付加製造法が、直接金属レーザ焼結、選択的レーザ溶融、選択的レーザ焼結、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、実施態様1に記載の方法。
[実施態様4]
上記デザインが、バーコード、マトリックスバーコード、クイックレスポンスコード(QRコード(登録商標))、データマトリックスコード、専用コード、トライアングルコード、数字バーコード、英数字バーコード、2次元バーコード、シンボル、手書き文字、文字、数字、英数字、象形文字、絵文字、音節表記文字、表語文字、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、実施態様1に記載の方法。
[実施態様5]
上記マーキング材料及び上記表面材料を酸化又は焼き戻しして、酸化マーキング材料及び酸化表面材料を形成するステップを更に含み、上記酸化マーキング材料が、上記酸化表面材料の酸化表面標識とは区別される酸化マーキング標識を有する、実施態様1に記載の方法。
[実施態様6]
上記物品が、タービン構成要素である、実施態様1に記載の方法。
[実施態様7]
物品をマーキングする方法であって、
第1の表面と該第1の表面に対して凹部を定める第2の表面とを有する表面と表面材料とを含む基材を備えた物品を提供するステップと、
上記第2の表面にマーキング材料を施工することにより、上記基材の表面上にデザインを形成するステップと、
を含み、上記マーキング材料がマーキング表面を形成し、上記マーキング表面が、上記第1の表面と実質的に面一であり、上記マーキング材料を施工するステップが、付加製造法を含む、方法。
[実施態様8]
上記付加製造法がコールドスプレーである、実施態様7に記載の方法。
[実施態様9]
上記付加製造法が、直接金属レーザ焼結、選択的レーザ溶融、選択的レーザ焼結、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、実施態様7に記載の方法。
[実施態様10]
上記デザインが、バーコード、マトリックスバーコード、クイックレスポンスコード(QRコード(登録商標))、データマトリックスコード、専用コード、トライアングルコード、数字バーコード、英数字バーコード、2次元バーコード、シンボル、手書き文字、文字、数字、英数字、象形文字、絵文字、音節表記文字、表語文字、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、実施態様7に記載の方法。
[実施態様11]
上記マーキング材料及び上記表面材料を酸化又は焼き戻しして、酸化マーキング材料及び酸化表面材料を形成するステップを更に含み、上記酸化マーキング材料が、上記酸化表面材料の酸化表面標識とは区別される酸化マーキング標識を有する、実施態様7に記載の方法。
[実施態様12]
上記デザインを形成するステップが、上記第2の表面にマーキング材料を施工した後に、上記マーキング表面を上記第1の表面と実質的に面一となるように機械加工するステップを含む、実施態様7に記載の方法。
[実施態様13]
上記物品が、タービン構成要素である、実施態様7に記載の方法。
[実施態様14]
マーキング物品であって、
表面及び表面材料を有する基材と、
上記基材の表面上にマーキング材料を含むデザインと、
を備え、上記マーキング材料が、付加製造法により得られた微細構造を含む、マーキング物品。
[実施態様15]
上記微細構造が、コールドスプレー微細構造である、請求項14に記載の物品。
[実施態様16]
上記微細構造が、直接金属レーザ焼結微細構造、選択的レーザ溶融微細構造、選択的レーザ焼結微細構造、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、実施態様10に記載の物品。
[実施態様17]
上記デザインが、バーコード、マトリックスバーコード、クイックレスポンスコード(QRコード(登録商標))、データマトリックスコード、専用コード、トライアングルコード、数字バーコード、英数字バーコード、2次元バーコード、シンボル、手書き文字、文字、数字、英数字、象形文字、絵文字、音節表記文字、表語文字、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、実施態様14に記載の物品。
[実施態様18]
上記マーキング材料が、上記表面材料を酸化又は焼き戻しすることにより形成される酸化表面材料の酸化表面標識とは区別される酸化マーキング標識を有する酸化マーキング材料への酸化又は焼き戻し特性を含む、実施態様14に記載の物品。
[実施態様19]
上記表面が、第1の表面及び第2の表面を有し、該第2の表面が、該第1の表面に対して凹部を定め、上記マーキング材料が上記凹部を充填し且つマーキング表面を含み、該マーキング表面が、上記第1の表面と実質的に面一である、実施態様14に記載の物品。
[実施態様20]
上記物品が、タービン構成要素である、実施態様14に記載の物品。
100 物品
102 基材
104 表面
106 表面材料
108 マーキング材料
110 デザイン
200 酸化表面材料
202 酸化表面標識
204 酸化マーキング材料
206 酸化マーキング標識

Claims (14)

  1. 物品(100)をマーキングする方法であって、
    表面(104)及び表面材料(106)を有する基材(102)を含む物品(100)を提供するステップと、
    前記表面(104)にマーキング材料(108)を施工することにより前記基材(102)の表面(104)上にデザイン(110)を形成するステップと、
    を含み、前記マーキング材料(108)を施工するステップが、付加製造法を含む、方法。
  2. 前記付加製造法が、コールドスプレー、直接金属レーザ焼結、選択的レーザ溶融、選択的レーザ焼結、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
  3. 前記デザイン(110)が、バーコード、マトリックスバーコード、クイックレスポンスコード(QRコード)、データマトリックスコード、専用コード、トライアングルコード、数字バーコード、英数字バーコード、2次元バーコード、シンボル、手書き文字、文字、数字、英数字、象形文字、絵文字、音節表記文字、表語文字、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
  4. 前記マーキング材料(108)及び前記表面材料(106)を酸化又は焼き戻しして、酸化マーキング材料(204)及び酸化表面材料(200)を形成するステップを更に含み、前記酸化マーキング材料(204)が、前記酸化表面材料(200)の酸化表面標識(202)とは区別される酸化マーキング標識(206)を有する、請求項1に記載の方法。
  5. 物品(100)をマーキングする方法であって、
    第1の表面(500)と該第1の表面(500)に対して凹部(504)を定める第2の表面(502)とを有する表面(104)と表面材料(106)とを含む基材(102)を備えた物品(100)を提供するステップと、
    前記第2の表面(502)にマーキング材料(108)を施工することにより、前記基材(102)の表面(104)上にデザイン(110)を形成するステップと、
    を含み、前記マーキング材料(108)がマーキング表面(600)を形成し、前記マーキング表面(600)が、前記第1の表面(500)と実質的に面一であり、前記マーキング材料(108)を施工するステップが、付加製造法を含む、方法。
  6. 前記付加製造法が、コールドスプレー、直接金属レーザ焼結、選択的レーザ溶融、選択的レーザ焼結、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項5に記載の方法。
  7. 前記デザイン(110)が、バーコード、マトリックスバーコード、クイックレスポンスコード(QRコード)、データマトリックスコード、専用コード、トライアングルコード、数字バーコード、英数字バーコード、2次元バーコード、シンボル、手書き文字、文字、数字、英数字、象形文字、絵文字、音節表記文字、表語文字、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項5に記載の方法。
  8. 前記マーキング材料(108)及び前記表面材料(106)を酸化又は焼き戻しして、酸化マーキング材料(204)及び酸化表面材料(200)を形成するステップを更に含み、前記酸化マーキング材料(204)が、前記酸化表面材料(200)の酸化表面標識(202)とは区別される酸化マーキング標識(206)を有する、請求項5に記載の方法。
  9. 前記デザイン(110)を形成するステップが、前記第2の表面(502)にマーキング材料(108)を施工した後に、前記マーキング表面(600)を前記第1の表面(500)と実質的に面一となるように機械加工するステップを含む、請求項5に記載の方法。
  10. マーキング物品(100)であって、
    表面(104)及び表面材料(106)を有する基材(102)と、
    前記基材(102)の表面(104)上にマーキング材料(108)を含むデザイン(110)と、
    を備え、前記マーキング材料(108)が、付加製造法により得られた微細構造を含む、マーキング物品(100)。
  11. 前記微細構造が、コールドスプレー微細構造、直接金属レーザ焼結微細構造、選択的レーザ溶融微細構造、選択的レーザ焼結微細構造、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項10に記載の物品(100)。
  12. 前記デザイン(110)が、バーコード、マトリックスバーコード、クイックレスポンスコード(QRコード)、データマトリックスコード、専用コード、トライアングルコード、数字バーコード、英数字バーコード、2次元バーコード、シンボル、手書き文字、文字、数字、英数字、象形文字、絵文字、音節表記文字、表語文字、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項10に記載の物品(100)。
  13. 前記マーキング材料(108)が、前記表面材料(106)を酸化又は焼き戻しすることにより形成される酸化表面材料(200)の酸化表面標識(202)とは区別される酸化マーキング標識(206)を有する酸化マーキング材料(204)への酸化又は焼き戻し特性を含む、請求項10に記載の物品(100)。
  14. 前記表面(104)が、第1の表面(500)及び第2の表面(502)を有し、該第2の表面(502)が、該第1の表面(500)に対して凹部(504)を定め、前記マーキング材料(108)が前記凹部(504)を充填し且つマーキング表面(600)を含み、該マーキング表面(600)が、前記第1の表面(500)と実質的に面一である、請求項10に記載の物品(100)。
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