JP2020500712A

JP2020500712A - 工作物のマーキング方法および工作物

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Publication number: JP2020500712A
Application number: JP2019517067A
Authority: JP
Inventors: クリストフシー; トーマスハートリング
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2016-10-05
Filing date: 2017-09-21
Publication date: 2020-01-16
Anticipated expiration: 2037-09-21
Also published as: US11235368B2; US20200030865A1; JP6781835B2; DE102016118842B3; WO2018065228A1; KR20190055239A

Abstract

方法は、一実施形態において、Ａ）未加工材（２）を提供するステップと、Ｂ）未加工材（３）の複数箇所にマーキング（３）を付与するステップと、Ｃ）未加工材（２）を成形して金属体（１１）を形成するステップと、をこの順序で含む。ステップＣ）における成形が圧延であることから、金属体（１１）に向かって未加工材（２）の厚さ（Ｔ）が未加工材（２）の幅（Ｂ）よりも大きく変化し、少なくともステップＣ）の後までマーキング（３）が金属体（１１）に残るとともに成形によって破壊されない。マーキング（３）は、未加工材（２）と金属体（１１）とに対して近紫外線のスペクトル領域、可視光のスペクトル領域および／または近赤外線のスペクトル領域のうちの少なくとも一部分において、少なくとも１５パーセントの反射率の差異および／または散乱の程度の差異および／またはアルベドの差異を有する。

Description

工作物のマーキング方法が記載される。さらに、このように製造される工作物が記載される。

特許文献１において、金属部品に発光物質マーク（Ｌｅｕｃｈｔｓｔｏｆｆｍａｒｋｉｅｒｕｎｇ）が設けられる方法が記載されている。

特許文献２から、熱間成形によるマーク付け方法が知られている。

国際公開第２０１１／１０１００１号独国特許発明第１０２０１５１０７７４４号明細書欧州特許出願公開第２５４９３３０号明細書国際公開第２０１０／０５７４７０号独国第６０２１８９６６号翻訳文

解決されるべき課題は、圧延により製造され、かつ識別マークを有する工作物を提供することである。

上記の課題は、特に、独立請求項の特徴を有する方法および工作物により解決される。好ましい展開形態は従属請求項の主題である。

少なくとも一実施形態では、方法は、未加工材を提供するステップを包含する。未加工材は、例えばスラブであるか、またはコイルとも呼ばれる金属板ロールである。特に未加工材の材料は、鉄、鉄合金、鋼、鋼合金、アルミニウム、アルミニウム合金などの金属、または非鉄金属である。未加工材の重量は、例えば少なくとも０．５ｔまたは１ｔまたは５ｔならびに／あるいは最高２０ｔまたは１２ｔである。

少なくとも一実施形態では、方法は、未加工材上に１つまたは複数のマーキング（Ｋｅｎｎｚｅｉｃｈｎｕｎｇ）を付与するステップを包含する。その際、少なくとも１つのマーキングは、未加工材の全面にではなく複数箇所にだけ付与されることが好ましい。本明細書中および以下において「マーキング」は、任意の種類のマーク（Ｍａｒｋｉｅｒｕｎｇ）またはコード（Ｃｏｄｉｅｒｕｎｇ）を意味し得る。マーキングは、例えば文字列または番号または記号の形態で付与される。マーキングは、例えばバーコードまたは二次元コードの形態の機械可読コードであることが好ましい。マーキングにより、例えば未加工材に一意的な部品番号を与えることが可能である。さらに、例えば未加工材にわたって部分領域の連続番号が付けられることにより未加工材の特定の部分領域を一義的に識別することが可能になり得る。

マーキングは、１つまたは複数の種類の顔料を含むことが好ましい。以下において顔料という用語は、発光物質特性のない、すなわち波長を変換する能力のない着色顔料および発光物質の上位概念として使用される。方法が進行している間、顔料が溶けないか、または少なくとも完全には溶けないことが特に好ましい。顔料は粒子として存在することが好ましい。顔料の平均粒径は、例えば少なくとも０．１μｍまたは０．３μｍおよび／または最大５μｍまたは３μｍである。

方法の少なくとも一実施形態では、未加工材は金属体へと成形される。これは少なくとも圧延により行われる。圧延は、結晶化温度より高い温度で熱間圧延として、またはこれに代えて冷間圧延として行うことができる。特に圧延によって厚さより大きい幅を有し、長さが幅より長い平板製品が作成される。圧延時に未加工材の厚さが未加工材の幅よりも大きく変化することが特に好ましい。

少なくとも一実施形態では、圧延によって未加工材から金属体が形成される。その際、金属体が最終製品である必要はない。金属体は、さらなる圧延などのさらなる方法ステップにおいて、さらなる金属体の別の未加工材として用いられることが可能である。

少なくとも一実施形態では、マーキングは、少なくとも未加工材の成形の後まで金属体に残る。未加工材を金属体へ圧延することによって、マーキングは破壊されず、好ましくは読取可能、特に機械的に読取可能のまま保持される。

少なくとも一実施形態では、マーキングは、未加工材に対しても工作物に対しても、近紫外の、可視の、および／または近赤外のスペクトル領域の少なくとも一部分において少なくとも１５パーセンテージポイントまたは２５パーセンテージポイントまたは５０パーセンテージポイントの反射率の差異および／または散乱の程度の差異（Ｒｅｍｉｓｓｉｏｎｓｇｒａｄｕｎｔｅｒｓｃｈｉｅｄ）および／またはアルベドの差異を有する。

換言すると、マーキングは、その光学的特性に基づいて、成形前の未加工材の表面からも成形後の金属体の表面からも、例えばカメラまたは人の目によって明確に区別できる。言い換えると、マーキングは、少なくともマーキングを読み取るために使用される適当な照明条件下で未加工材および金属体の表面に対して高いコントラストを有している。近紫外スペクトル領域は、特に３００ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲と解され、可視スペクトル領域は、特に４２０ｎｍ〜７６０ｎｍの波長を示し、近赤外スペクトル領域は、７６０ｎｍ〜１５００ｎｍの波長を示す。マーキングを読み取るために、例えば、発光物質の励起波長を遮断する光学フィルタを使用することが可能であり、それにより励起にもとづいた発光物質から生成される発光のみが検出される。特にマーキングはコントラストおよび／または輝度差に関して、直接マーク付けされる部品に対して要求される現在のＩＳＯ／ＴＥＣＴＲ２９１５８規格を満たす。

少なくとも一実施形態では、方法は、
Ａ）未加工材を提供するステップと、
Ｂ）未加工材の所々にマーキングを付与するステップと、
Ｃ）未加工材を金属体へと成形するステップと、を包含し、
−ステップＣ）における成形が圧延であり、それにより金属体へと未加工材の厚さが未加工材の幅より大きく変化し、
−マーキングが少なくともステップＣ）の後まで金属体に残るとともに、成形によって破壊されず、
−マーキングは、未加工材と金属体とに対して近紫外の、可視の、および／または近赤外のスペクトル領域の少なくとも一部分において少なくとも１５パーセンテージポイントの反射率の差異および／または散乱の程度の差異および／またはアルベドの差異を有する。

個々の方法ステップは順次かつ記載された順序で行われることが好ましい。

少なくとも一実施形態では、方法は、ステップＤ）を包含する。ステップＤ）は、ステップＣ）の後に続くことが好ましい。ステップＤ）は、金属体の熱処理である。熱処理は、金属体の焼戻しまたは焼なましであることが好ましい。それは特に再結晶化焼鈍、これに代えて軟化焼鈍、応力除去焼鈍、焼準、粗粒焼鈍、拡散焼鈍、または溶体化焼鈍である。

少なくとも一実施形態では、熱処理時の温度は少なくとも３５０℃または４５０℃または６００℃または７００℃または１０５０℃である。これに代えて、またはこれに加えて、温度は最大１３００℃または９００℃または７５０℃または５５０℃である。特に、温度は、例えば、それぞれ２０℃の許容差を有する５００℃または６５０℃または７１０℃または８００℃または１２００℃である。

少なくとも一実施形態では、熱処理は、少なくとも１ｈまたは１２ｈまたは一日または３日または一週間続く。これに代えて、またはこれに加えて、熱処理は最大一カ月または二週間または一週間続く。したがって熱処理は、未加工材を金属体へと成形するのに比べて比較的非常に長く続く。

少なくとも一実施形態では、未加工材の成形時に、マーキングは未加工材および／または金属体に大部分または完全に押し込まれる。大部分とは、少なくとも５０％または８０％または９５％の割合を意味し得る。特にマーキングは、成形後に金属体から突き出さない。マーキングは金属体の表面と面一に終端し得る。

少なくとも一実施形態では、マーキングは、未加工材を金属体へと成形するステップの前と、熱処理するステップの後とに可読、特に機械可読である。

未加工材を金属体へ成形するステップおよび／または熱処理する場合においてマーキングの少なくとも１つの光学的特性が変化することが可能である。その結果、これらのステップの前および後にマーキングの読み取りが異なったスペクトル領域で行われることになり得る。

少なくとも一実施形態では、マーキングは未加工材の両端に取り付けられる。特に、その場合、マーキングは、未加工材および／または金属体である金属板ロールの両端にある。これに代えて、またはこれに加えて、マーキングは、未加工材および／またはマーキングの互いに向かい合う２つの面、特に主要面（Ｈａｕｐｔｓｅｉｔｅ）にある。マーキングは、未加工材の両端において両面に付与され、成形後に金属体の対応する箇所にまだあることが好ましい。

少なくとも一実施形態では、マーキングは歪んだ状態で（ｖｅｒｚｅｒｒｔ）付与される。その際、歪率（Ｖｅｒｚｅｒｒｕｎｇｓｆａｋｔｏｒ）は、後に成形が続く場合に厚さ変化率および／または長さ変化率に対応することが好ましい。したがってマーキングは、圧延方向に沿って圧縮して（ｇｅｓｔａｕｃｈｔ）付与されることが好ましい。これによって、未加工材を金属体へと成形するときに、成形時にマーキングの圧縮（Ｓｔａｕｃｈｕｎｇ）が解消され、成形後にマーキングを問題なく読み取ることができる長さおよび／または厚さに変化させることが可能である。

少なくとも一実施形態では、マーキングは、顔料として少なくとも１つの耐熱性の着色材料を有するか、またはそのような材料の１つまたは複数からなる。耐熱性材料、したがって顔料は、未加工材および工作物とは異なる色の、例えばセラミックスである。例えば、セラミックスは白色、彩色、または黒色であり、粒子の形態であることが好ましい。マーキングの範囲内での高いコントラストを保証するために、異なった色を有するマーキングの複数の部分領域が存在してもよい。発光物質とは異なり、セラミックスは、発光の波長変換するようには設定されていない。セラミックスは、例えば酸化アルミニウムまたはチタン酸アルミニウムベースのセラミックス、ケイ化物セラミックス、珪酸塩セラミックス、窒化物セラミックス、またはカオリンである。

少なくとも一実施形態では、マーキングは顔料として１つまたは複数の発光物質を有するか、または１つまたは複数の発光物質からなる。その場合、少なくとも１つの発光物質によって、マーキングと未加工材および工作物との間に反射率の差異が生じる。発光物質の反射の程度は、発光物質がフォトルミネセンスにより放出するスペクトル部分領域において１００％を超える。したがって、１００％を超える反射率は、発光物質により生成された二次光によって引き起こされる。発光物質は、セラミックスに加えて存在してもよい。

発光物質または発光物質混合物は、少なくとも１つの下記の発光物質を含むか、または下記の発光物質からなることが好ましい：
（Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋、Ｓｒ（Ｃａ，Ｓｒ）Ｓｉ_２Ａｌ_２Ｎ_６：Ｅｕ^２＋、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３ ^＊Ｓｉ_２Ｎ_２Ｏ：Ｅｕ^２＋、（Ｃａ，Ｂａ，Ｓｒ）_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ^２＋、（Ｓｒ，Ｃａ）［ＬｉＡｌ_３Ｎ_４］：Ｅｕ^２＋など、Ｅｕ^２＋がドープされた窒化物；（Ｇｄ，Ｌｕ，Ｔｂ，Ｙ）_３（Ａｌ，Ｇａ，Ｄ）_５（Ｏ，Ｘ）_１２：ＲＥ、但しＸ＝ハロゲン化物、Ｎまたは２価の元素、Ｄ＝３価または４価の元素、ＲＥ＝希土類金属、例えばＬｕ_３（Ａｌ_１−ｘＧａ_ｘ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋、Ｙ_３（Ａｌ_１−ｘＧａ_ｘ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋など、一般系のザクロ石；（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）Ｓ：Ｅｕ^２＋など、Ｅｕ^２＋がドープされた硫化物；（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）Ｓｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ^２＋など、Ｅｕ^２＋がドープされたＳｉＯＮｅ；Ｌｉ_ｘＭ_ｙＬｎ_ｚＳｉ_１２−（ｍ＋ｎ）Ａｌ（ｍ＋ｎ）Ｏ_ｎＮ_１６−ｎなどの系からのＳｉＡｌＯＮｅ；Ｓｉ_６−ｘＡｌ_ｚＯ_ｙＮ_８−ｙ：ＲＥ_ｚ系からのβ−ＳｉＡｌＯＮｅ；ＡＥ_{２−ｘ−ａ}ＲＥ_ｘＥｕ_ａＳｉＯ_４−ｘＮ_ｘ、ＡＥ_{２−ｘ−ａ}ＲＥ_ｘＥｕ_ａＳｉ_１−ｙＯ_{４−ｘ−２ｙ}Ｎ_ｘ、但しＲＥ＝希土類金属、ＡＥ＝アルカリ土類金属など、ニトリド−オルトケイ酸塩；（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｍｇ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋などのオルトケイ酸塩；Ｃａ_８Ｍｇ（ＳｉＯ_４）_４Ｃｌ_２：Ｅｕ^２＋などのクロロ珪酸塩；（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ^２＋などのクロロリン酸塩；ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ^２＋などのＢａＯ−ＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系からのＢＡＭ発光物質；Ｍ_５（ＰＯ_４）_３（Ｃｌ、Ｆ）：（Ｅｕ^２＋，Ｓｂ^３＋，Ｍｎ^２＋）などのハロリン酸塩；（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ^２＋などのＳＣＡＰ発光物質である。発光物質として、特許文献３に記載された発光物質を使用することも可能である。使用される発光物質については、この特許文献３の開示内容が参照により援用される。

発光物質は、アップコンバージョン（ＵｐＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）とも呼ばれる励起放射の波長を短くするように設定されていてもよく、その場合、例えば赤外光を可視光に変換する。これに代えて、発光物質は、短波光を長波光に変換してもよい。発光物質の励起は、近紫外の、可視の、および／または近赤外のスペクトル領域で行われる。発光物質の読み取りは、可視の、または近紫外のスペクトル領域で行われることが好ましい。

発光物質を、特に圧延中および／または後に続く熱処理中の温度によってルミネッセンス特性に変化させることが可能である。これによって、熱処理および／または圧延が適切なプロセスパラメータで行われているかどうかの品質管理も実現することが可能である。

少なくとも一実施形態では、マーキングは、ステップＢ）において、未加工材に直接付与される。マーキングまたはマーキングのための原料の付与は、例えばスクリーン印刷などのアナログ印刷により、またはインクジェットなどのデジタル印刷により行われる。同様にマーキングまたはマーキングのための原料が吹き付けられてもよいし、または電気泳動または電着などの電圧をかける方法により付与されてもよい。例えば、マーキングまたは原料は、インク特性を有するペーストまたは液体として付与される。同様に、マーキングは、特許文献４に記載されているような、例えば色素粉末などのレーザ書き込みにより付与されてもよい。特許文献４の開示内容は、参照により援用される。

少なくとも一実施形態では、マーキングは例えばアクリレートベースの有機マトリックス材料を有する。この有機マトリックス材料により、マーキング、特にマーキングの、発光物質などの着色構成要素が少なくともステップＢ）において未加工材に固着される。マトリックス材料は、着色構成要素のための一種の接着剤として作用する。有機マトリックス材料は、例えば結合剤、有機溶剤、分散剤、および／または軟化剤を含む。特に、特許文献５に記載されるような燐ペーストの組成が使用される。特許文献５の開示内容は、参照により援用される。

無機マトリックス材料を有することと同じことを意味するのであれ、マーキングが顔料と未加工材との付着のための無機付着媒介剤を含む場合、付着媒介剤（Ｈａｆｔｖｅｒｍｉｔｔｌｅｒ）は、圧延および／または熱処理時に軟化することが好ましい。その際、顔料は、方法が進行している間、軟化しないか、またはほとんど軟化しないことが好ましく、顔料と金属体との結合は、付着媒介剤によって、および／または付着媒介剤の埋込みまたは押込みによっておよびそれに結合した顔料によって達成される。これに代えて、顔料は、圧延中に未加工材に押し込まれることによって独力で金属体に付着する。

少なくとも一実施形態では、完成したマーキングは顔料の粒子とマトリックス材料とからなる。この場合、マトリックス材料は、例えば二酸化珪素ベースのガラスなどの無機材料であることが好ましい。

マーキングが無機付着媒介剤を含まず、無機固体成分としての顔料のみを含む場合、顔料は、方法が進行している間、軟化しないかまたはその表面しか軟化しないのが好ましく、顔料と金属体との結合は、顔料が金属体の材料に直接結合することによって生じる。少なくとも一実施形態では、ステップＣ）の後に、ステップＥ）において、マーキングは、成形済の工作物から、例えば切取りまたは打抜きによって除去される。例えばマーキングは切り取られ、それによりステップＥ）の間に金属体を短くすることができる。

少なくとも一実施形態では、マトリックス材料は、成形時に部分的に破砕され（ｂｒｉｃｈｔ）。すなわち、圧延時に、マトリックス材料は細かく砕かれ得る。その際、顔料粒子は、無傷のままであることが好ましい。

特に、マトリックス材料は顔料粒子より低い硬さを有する。

少なくとも一実施形態では、圧延時に細かく砕かれたマトリックス材料は、後に続いて溶かされる。新たに溶かすことによって、顔料粒子を包み込むことが好ましい。その結果、顔料粒子が、後に続く熱処理時に、例えば周囲雰囲気からのガスとの反応から保護される封印が生じる。

そのようなマトリックス材料に代えて、顔料粒子がコア・シェル構造（Ｋｅｒｎ−Ｓｃｈａｌｅ−Ａｕｆｂａｕ）を有することが可能である。その際、コアは、マーキングのコントラストを担当し、シェルは、例えばコアの化学的破壊を阻止することが好ましい。

少なくとも一実施形態では、顔料粒子は、未加工材、金属体および／または圧延のための圧延工具より高い硬さを有する。顔料粒子の硬さは、未加工材の硬さと圧延工具の硬さとの間であることが好ましい。

少なくとも一実施形態では、圧延時に、未加工材の厚さが金属体へと少なくとも１．２５倍または１．５倍または２倍または３倍だけ変化する。これに代えて、またはこれに加えて、圧延時に、幅は、最大１．００１倍または１．０００１倍または１．００００１倍だけ変化する。換言すると、未加工材の厚さと、したがって長さとは著しく変化するのに対して、未加工材の幅は一定のままである。したがって、圧延時に未加工材の異方性の成形が行われる。

少なくとも一実施形態では、未加工材は、提供時に、および／または金属体は、圧延後に少なくとも１００ｍまたは２５０ｍまたは０．５ｋｍの長さを有する。これに代えて、またはこれに加えて、この長さは最大３０ｋｍまたは１０ｋｍまたは５ｋｍである。

少なくとも一実施形態では、マーキングは、未加工材および／または金属体の全長にわたって付与される。例えば、マーキング領域は、一定間隔で（ｐｅｒｉｏｄｉｓｃｈ）、規則的間隔で付与される。隣り合うマーキング領域間の間隔は例えば少なくとも０．１ｍまたは０．５ｍおよび／または最大１０ｍまたは２ｍである。

少なくとも一実施形態では、マーキングは、上から見たとき、複数の点状の、および島状の部分領域を備えている。部分領域は互いに分離され、マーキングの材料によって互いに結合されていない。部分領域の平均直径は、例えば少なくとも０．５μｍまたは１μｍおよび／または最大５０μｍまたは２０μｍまたは１０μｍである。この場合、マーキングは、上から見たとき、密度変調状態（Ｄｉｃｈｔｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）であってもよい個々の部分領域によって構成されていることが好ましい。その際、マーキングの平均的大きさは、全体として、部分領域の平均直径の少なくとも２０倍または５０倍であることが好ましい。

例えば、顔料は、金属体の表面において均一の、緊密に詰まった（ｄｉｃｈｔｇｅｐａｃｋｔｅｎ）、または略緊密に詰まった、特に単一層の分布（ｅｉｎｌａｇｉｇｅｎＶｅｒｔｅｉｌｕｎｇ）で存在する。島形成（ｅｉｎｅＩｎｓｅｌｂｉｌｄｕｎｇ）がされる場合、マーキング領域にわたって島が均一に分布していることが好ましく、それにより裸眼で、または読み取りシステムで観察したときに島がつながって（ｚｕｓａｍｍｅｎｈａｅｎｇｅｎｄ）いるように見える。

少なくとも一実施形態では、マーキングは、１つのつながったマーキング領域または複数のつながったマーキング領域によって形成されている。個々のマーキング領域は、例えばバーコードのバー、ポイントコードまたはマトリックスコードのエレメント、あるいは数字、文字、またはシンボルを示す。マーキングはマーキング領域内で工作物を完全に、すきまなく、かつつながるように覆う。少なくとも１つのマーキング領域の平均的大きさは、マーキングの着色顔料（Ｆａｒｂｐｉｇｍｅｎｔｅｎ）の平均直径の少なくとも２０倍、または５０倍であることが好ましい。その際、着色顔料は、例えばセラミックの彩色粒子または発光物質粒子である。

さらに、工作物が記載される。工作物は、上述の実施形態のうちの１つまたは複数との関連で記載される方法で製造されている。したがって、方法の特徴は、工作物のためにも開示され、かつ工作物の特徴は、方法のためにも開示される。

少なくとも一実施形態において、工作物は、少なくとも２５０ｍの長さを有する圧延された金属体と、１つまたは複数の異なった顔料を有するマーキングを特に粒子の形態で備えている。顔料は、少なくとも１つの発光物質によっておよび／または少なくとも１つのセラミックスによって形成されている。金属体に焼戻しおよび／または焼きなましが施される。マーキングは、金属体に完全に押し込まれる。マーキングは、金属体の少なくとも両端において互いに対向する金属体の両面に位置する。マーキングは、金属体に対して近紫外の、可視の、および／または近赤外のスペクトル領域の少なくとも一部において、少なくとも１５パーセントポイントの反射率の差異および／または散乱の程度の差異および／またはアルベドの差異を有する。

金属体が圧延され、焼き戻しまたは焼きなましが施されることは、例えば、組織構造、表面構造および／または結晶粒度分布をもとにして検出することができる。

以下、本明細書中に記載される方法、および本明細書中に記載される工作物について実施例をもとに、図面を参照しながら詳しく説明する。その際、個々の図において同じ要素には同じ参照符号を付す。しかし縮尺どおりには描かれず、むしろ理解しやすくするため個々の要素が誇張して大きく描かれていることもある。

本明細書中に記載される工作物の本明細書中に記載される製造方法のステップの実施例を示す模式的斜視図である。本明細書中に記載される工作物の本明細書中に記載される製造方法のステップの実施例を示す模式的断面図である。本明細書中に記載される工作物の本明細書中に記載される製造方法のステップの実施例を示す模式的斜視図である。本明細書中に記載される工作物の本明細書中に記載される製造方法のステップの実施例を示す模式的断面図である。本明細書中に記載される工作物の本明細書中に記載される製造方法のステップの実施例を示す模式的断面図である。本明細書中に記載される工作物の本明細書中に記載される製造方法のステップの実施例を示す模式的断面図である。本明細書中に記載される工作物の本明細書中に記載される製造方法のステップの実施例を示す模式的斜視図である。本明細書中に記載される工作物の本明細書中に記載される製造方法のステップの実施例を示す模式的断面図である。本明細書中に記載される工作物の実施例を示す模式的斜視図である。本明細書中に記載される工作物の実施例を示す模式的斜視図である。本明細書中に記載される工作物の本明細書中に記載される製造方法のステップの実施例を示す模式的断面図である。本明細書中に記載される工作物の本明細書中に記載される製造方法のステップの実施例を示す模式的断面図である。本明細書中に記載される工作物の本明細書中に記載される製造方法のステップの実施例を示す模式的断面図である。本明細書中に記載される工作物の本明細書中に記載される製造方法のステップの実施例を示す模式的断面図である。本明細書中に記載される工作物の実施例を示す模式的上面図である。本明細書中に記載される工作物の実施例を示す模式的上面図である。

図１において、本明細書中に記載される方法の一実施例が示されている。図１Ａによれば、未加工材２としてスラブが置かれている。スラブのおおよその寸法は、例えば１ｍ×５ｍ×０．２ｍである。スラブは、例えば鉄合金である。

これに代えて、図１Ｂによれば、未加工材２として、英語でコイルと呼ばれるロールが用意される。このロールは、例えば図１Ａによるスラブを例えば熱間圧延することにより製造されている。巻回された未加工材２の測定値は、例えば１ｍ×３ｍｍ×５ｋｍのオーダーである。

図１Ｃによれば、未加工材２には複数箇所にマーキング３が付与されている。マーキング３は、例えばペースト／インクとして印刷されるか、または吹き付けられる。ペースト／インクは顔料粒子を含み、オプションで溶剤および／または結合剤を含む。溶剤は、後に続く方法ステップにおいて残留物なしに蒸発するように設定されている。オプションの結合剤は、顔料粒子が互いに、または未加工材２に固着するように設定されていることが好ましい。顔料粒子は、例えばセラミック粒子、または発光物質粒子であり、異なる種類の顔料粒子が混合物として付与されてもよい。

さらに図１Ｃにおいて、マーキング３が歪んだ状態で付与され、それによってマーキング３の個々の領域の大きさが未加工材２の幅Ｂ沿いより長さＬ沿いのほうがかなり小さいことが示されている。図１Ｃの未加工材２は、特に図１Ａのスラブまたは図１Ｂのロールである。

図１Ｄの方法ステップにおいて、未加工材２が金属体１１へと圧延される。これはただ１つの圧延ローラとして模式的に示される少なくとも１つの圧延工具４を用いて行われる。圧延によって未加工材２の厚さＴが金属体１１へと著しく低減され、幅Ｂはそのまま変わらないか、または略変わらない。さらに、圧延によって長さＬが著しく変化する。圧延完了後の金属体１１の長さＬは、数百ｍであることが好ましい。

圧延によって、さらに顔料粒子、特に発光物質３３が金属体１１に完全に押し込まれる。その際、顔料粒子は、未加工材２および金属体１１より高い硬さを有する。図１Ｄのステップは熱間圧延または冷間圧延である。

図１Ｅにおいて、金属体１１の変化が上面図で示されている。矢印で表される圧延によって、長さＬと、したがって長さＬに沿うマーク（Ｍａｒｋｉｅｒｕｎｇ）３の個々の領域間の間隔も変化する。これに対して幅Ｂと平行の方向には工作物１１およびマーク（Ｍａｒｋｉｅｒｕｎｇ）１１は変化しないか、またはさほど変化しない。図１Ｅから厚さの変化は見て取れない。

図１Ｆにおいて、完成した工作物１が金属体１１およびマーキング３とともに示されている。その際、工作物１は、ロールの形に巻回されてある。金属体１１の両端に、および金属体１１の両主要面にマーキング３のそれぞれ１つが位置する。これによってロールの簡単な識別が可能になる。

さらに、図１Ｆのステップにおいて、熱処理、特に再結晶焼鈍が行われる。熱処理は、例えば約７１０℃の温度で、１週間から２週間の期間にわたって行われる。熱処理によってマーキングが破壊されることはない。

どのような種類であれ、熱処理、特に焼なましは、例えば空気、Ｎ_２雰囲気、またはＨ_２雰囲気などのプロセスガス中で行うことができる。この場合、マーキングが、プロセスガスと反応しない、特に酸化または還元しない顔料を含み、それによりコントラスト変化が起こるならば有利である。このようにして合金形成も不可能になる。例えば、一般に使用される顔料であるＴｉＯ_２はＨ_２雰囲気中でＴｉに還元されるであろうし、それによって灰色になるであろうし、場合によっては金属体と金属間相を形成するだろう。このような反応は、顔料およびプロセスガスの選択によって回避されるべきである。

図１Ｇの図において、図１Ｄでの圧延によって、工作物１１だけでなくマーキング３自体も伸張されたことが見て取れる、図１Ｃを参照。したがって圧延後にマーキングを良好に読み取ることができる。

特に圧延後の熱処理時に、炉内には複数の異なったロールが比較的長い時間にわたって入っている。圧延によって破壊されるか、または高温で破壊される有機ベースのインクによる標識を付与する場合とは異なり、マーキング３によってロールを熱処理後も識別することができるのが事実である。

オプションでマーキングを発送前に除去することができ、図１Ｈを参照、結果としてマーキングのない工作物１’になる。その際、マーキングは、例えば打抜きによって跡かたなしに、かつ残留物なしに除去され、マーキングを有する工作物の部分が切り離される。

したがって、特に逆追跡を可能にする目的で、本明細書中に記載される方法により未加工材、半製品、および製品の一意的なマーキングが熱処理の間も可能になる。そうでなければ、他のマーキング法がうまく機能しないような厳しいプロセス条件が設定されることから、いくつかの対象物についてはこのようなマーキングの形成が困難である。そのようなマーキングがなければ、とりわけ製鋼工場や圧延工場においてマーキングの取り違え、またはマーキングの紛失が日常的に起きる。本明細書中に記載されるマーキング方式は、工作物１にマーキング３を永続的に取り付けることを可能にする。それゆえマーキング３の取り違えまたは紛失が生じなくなる。

したがって本明細書中に記載される方法の中心思想は、インク、ペースト、またはそれに類するものの形態で、特にコードの印刷によって材料表面に直接塗布されるマーキング３を付与することにある。その際、ペーストまたはインクは、好ましくは硬い、専ら無機顔料、特に好ましくはセラミック顔料、ならびに無機の色素および発光物質を含み、これらは圧延プロセスにより金属表面に永続的に押し付けられるか、または押し込まれる。この場合、材料表面への顔料の付着は、圧延工具を使うより良好である。

マーキング３によるコードは、例えばバーコードの１Ｄ形式で設けられ、それにより圧延方向にコードを伸張することによってコードの可読性が損なわれることはない。２Ｄ形式のコードは、コードの圧延方向の伸張が適切なアスペクト比で行われるように選択されることが好ましい。なぜならマーキング３は、まず、圧延前の未加工材２に圧縮された形態で付与されるからである。面積分率（Ｆｌａｅｃｈｅｎａｎｔｅｉｌ）に関する顔料濃度が低い場合でも、特に顔料がセラミック発光物質であり得ることによって、工作物表面と顔料とのコントラストは高い。それにより圧延時の工作物の伸張とそれに伴う顔料の面積濃度の低下とがコードの非可読性をもたらすことはない。それにより、好ましくは裸眼では見えない低濃度の顔料を最初から付与および印刷することができる。表面における顔料の濃度が低いことによって、工作物の機能に関連する他の特性が変化しないか、またはごくわずかしか変化せず、特に塗装などの後続のプロセスおよび計画された部品の使用に支障が及ばない。そのようなセラミック顔料は熱安定的であるため長時間の熱処理も可能である。

図２によれば、マーキングは、マーキング３を金属体１１上に連続的に、好ましくは繰り返しパターンとして、例えばバーコードの形態で、またはただ単に点の形態で例えば１ｍの固定間隔で行われることが好ましい。これによって、特に金属体１１をロールからほどいたときに、例えば顔料が客先固有の発光物質顔料の混合物であることよって、ロール全体にわたって真正性の識別が可能である。

その際、マーキング３のための個々の領域は、金属体１１の主要面に、長手軸線に沿って中心に付与されてもよい、図２Ａを参照。同様に、マーキング３の個々の領域が金属体１１の縁にあってもよい、図２Ｂを参照。それにより展開した状態でも金属体１１の識別が行われる。

図３Ａの方法では、未加工材２に顔料粒子、特に発光物質３３が付与される。続いて、例えば低融点ガラスなどのマトリックス材料３５が付与され、オプションで溶かされる。これによって、顔料粒子３３をマトリックス材料３５中に埋設することができる。

図３Ｂにおける図示の前に圧延が行われる。それにより、粒子３３が金属体１１に押し込まれる。この場合、圧延時にマトリックス材料３５が部分的に破壊および破砕された。しかし、マトリックス材料３５は依然として粒子３３を取り囲む。

次のステップにおいて、マトリックス材料３５がもう一度溶かされ、その結果として粒子３３が緊密に封印される、図３Ｃを参照。オプションで、金属体１１の表面の、粒子３３のない残りの領域からマトリックス材料３５が取り除かれる。

これに代えて、セラミックコアまたは発光物質コア３３の周りに封印３５を有するコア・シェル粒子を使用することが、付与するステップにおいてすでに可能である、図３Ｄを参照。このコア・シェル構造は、好ましくも圧延時に破壊されない。

さらに、顔料粒子自体が熱安定的であり、それによりマトリックス材料または封印を省略できることが可能である。

マーキング３の個々の顔料粒子によってグループ化された島状の部分領域３８が形成されている、図４Ａを参照。グループ化された部分領域３８は、マーキング３を、例えばバーコードまたは文字列に構成する。部分領域における個々の顔料粒子は、マーキング３の材料によって互いに結合されない。

図４Ｂにおいて、マーキング３が複数の関連するマーキング領域３９によって形成されていることが示されている。マーキング領域３９の厚さは、例えば少なくとも０．５μｍまたは２μｍおよび／または最大１０μｍまたは２５μｍであり、これに代えて、またはこれに加えて、金属体１１のマーキング領域における顔料粒子の占める程度は、他のすべての実施例でもそうであり得るように、少なくとも５％または１０％、ならびに／あるいは最大５０％または３０％である。

図４Ｂのマーキング領域３９において、顔料粒子３３は緊密に並んでいるか、または略緊密に詰められており、マトリックス材料３５は、つながった層を形成することができる。

本明細書中に記載される発明は、実施例をもとにした説明に限定されない。むしろ本発明はあらゆる新たな特徴、および特徴のあらゆる組合せを含み、このことは特に、特徴または組合せ自体が特許請求の範囲または実施例に明示的に記載されていなくても、特許請求の範囲における特徴のあらゆる組合せを含む。

本特許出願は、独国特許出願第１０２０１６１１８８４２．５の優先権を主張し、その開示内容が本明細書中に参照により援用される。

１工作物
１’ マーキングが除去された工作物
１１金属体
２未加工材
３マーキング
３３発光物質
３５マトリックス材料
３８部分領域
３９マーキング領域
４圧延工具
Ｂ幅
Ｌ長さ
Ｔ厚さ

Claims

Ａ）未加工材（２）を提供するステップと、
Ｂ）前記未加工材（２）の複数箇所にマーキング（３）を付与するステップと、
Ｃ）前記未加工材（２）を金属体（１１）に成形するステップと、
をこの順序で含む工作物（１）のマーキング方法であって、
前記ステップＣ）における成形が圧延であることから、前記金属体（１１）に向かって前記未加工材（２）の厚さ（Ｔ）が前記未加工材（２）の幅（Ｂ）よりも大きく変化し、
少なくとも前記ステップＣ）の後まで、前記マーキング（３）は、前記金属体（１１）に残るとともに前記成形によって破壊されず、
前記マーキング（３）は、前記未加工材（２）と前記金属体（１１）に対して近紫外線のスペクトル領域、可視光のスペクトル領域および／または近赤外線のスペクトル領域のうちの少なくとも一部分において、少なくとも１５パーセントの反射率の差異および／または散乱の程度の差異および／またはアルベドの差異を有する、
方法。
前記方法は、前記ステップＣ）の後に続くステップＤ）をさらに含み、
前記ステップＤ）は、前記金属体（１１）を焼戻しまたは焼なましすることで、前記マーキング（３）を有する前記金属体（１１）を少なくとも一時間の間に少なくとも３５０℃の温度にし、
前記ステップＣ）において、前記マーキング（３）が前記未加工材（２）に完全に押し付けられ、
前記ステップＣ）の前と前記ステップＤ）の後において、前記マーキング（３）は、少なくとも近紫外線のスペクトル領域、可視光のスペクトル領域又は近赤外線のスペクトル領域において、機械的に読取可能となる点で前記未加工材（２）および前記金属体（１１）とは異なる、請求項１に記載の方法。
前記ステップＢ）において、前記マーキング（３）は、前記未加工材（２）の少なくとも両端であって且つ前記未加工材（２）の互いに対向する両面に付与され、
前記ステップＣ）の前と前記ステップＤ）の後において、前記マーキング（３）は、前記可視スペクトル領域において前記未加工材（２）および前記金属体（１１）から機械的に読取可能となる、
請求項１または２に記載の方法。
前記ステップＢ）において、前記マーキング（３）が歪んだ状態で付与されることで、前記マーキング（３）の長手方向の大きさが圧延方向に沿って圧縮され、
前記ステップＣ）において前記マーキング（３）の歪みが除去されるように、前記ステップＣ）において前記未加工材の長さの変更および厚さの変更が行われる、
請求項１から３のうちいずれか一項に記載の方法。
前記マーキング（３）は、前記反射率の差異および／または前記散乱の程度の差異および／または前記アルベドの差異を引き起こす少なくとも１つの発光物質（３３）によって形成されているか、または少なくとも１つの発光物質（３３）を含み、
前記マーキング（３）は、少なくとも前記ステップＣ）の後に前記発光物質（３３）を封印する光透過性および無機のマトリックス材料（３５）を含み、
前記マーキング（３）は、前記マトリックス材料（３）を介して前記未加工材（２）および前記金属体（１）に取り付けられている、
請求項１から４のうちのいずれか一項に記載の方法。
前記ステップＣ）において、前記マトリックス材料（３５）は、部分的に破砕された後に、前記発光物質（３３）を封印するためにもう一度溶かされ、
前記発光物質（３３）は、前記未加工材（２）、前記金属体（１１）、および圧延工具（４）より高い硬さを有する、請求項１から５のうちいずれか一項に記載の方法。
前記ステップＣ）において、前記厚さ（Ｔ）が少なくとも１．５倍だけ変更されると共に、前記幅（Ｂ）が最大１．００１倍だけ変更され、
前記ステップＣ）の後に、前記金属体（１１）が少なくとも２５０ｍの長さ（Ｌ）を有する、
請求項１から６のうちいずれか一項に記載の方法。
前記ステップＢ）において、前記マーキングは、前記未加工材（２）の全長（Ｌ）に亘り一定間隔で付与される、請求項１から７のうちいずれか一項に記載の方法。
前記マーキング（３）は、上面視において、最大５０μｍの平均直径を有する複数の点状および島状の部分領域（３８）によって形成され、
前記マーキング（３）は、上面視において、当該部分領域を全部一緒に観察したとき、前記平均直径の少なくとも２０倍の平均的大きさを有し、
前記マーキング（３）における前記工作物（１）の表面の平均粗さが、前記表面の残りの領域の平均粗さから最大２倍だけ逸脱する、
請求項１から８のうちいずれか一項に記載の方法。
前記マーキング（３）は、少なくとも１つのつながったマーキング領域（３９）によって形成されており、
前記少なくとも１つのマーキング領域（３９）は、前記マーキング（３）の顔料の平均直径の少なくとも２０倍の平均的大きさを有する、
請求項１から８のうちいずれか一項に記載の方法。
請求項１から１０のうちいずれか一項に記載の方法で製造される工作物（１）であって、
少なくとも２５０ｍの長さ（Ｌ）を有する圧延された金属体（１１）と、
少なくとも１つの顔料を有するマーキング（３）と、
を備え、
前記顔料は、少なくとも１つの発光物質（３３）の粒子および／またはセラミック粒子によって形成されており、
前記金属体（１１）は、焼戻し又は焼なましされており、
前記マーキング（３）は、前記金属体（３）に完全に押し付けられており、
前記マーキング（３）は、前記金属体（１１）の互いに向かい合う２つの側の前記金属体（１１）の少なくとも両端にあり、
前記マーキング（３）は、前記金属体（１１）に対して、近紫外線のスペクトル領域、可視光のスペクトル領域および／または近赤外線のスペクトル領域のうちの少なくとも一部分において、少なくとも１５パーセントの反射率の差異および／または散乱の程度の差異および／またはアルベドの差異を有する、
工作物。
請求項３、５、８の特徴を有する方法で製造されている、請求項１から１１のうちのいずれか一項に記載の工作物（１）。