JP2023085383A - 金属発色材料及び金属発色材料製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明に係る金属発色材料(2)は、
金属材料(5)と、
前記金属材料(5)の表面に描画したい画像を複数の領域に分割した分割領域(40)と、
前記分割領域(40)を更に微細な領域に分割した副領域(41,42,43,44,45)と、
前記副領域(41,42,43,44,45)毎に照射条件を変えたレーザ光の照射により形成した酸化膜層(7)と、
を備えたことを要旨とする。
適用例2に記載の金属発色材料(2)は、適用例1に記載の金属発色材料(2)において、
前記酸化膜層(7)は、
前記各副領域(41,42,43,44,45)の間に、入射光による回析を発生させるための所定の間隔(50)を設けたことを要旨とする。
適用例3に記載の発明は、
金属材料(5)の表面に描画したい画像を複数の領域(40)に分割する分割工程と、
前記分割工程で分割した前記複数の領域(40)を更に微細な副領域(41,42,43,44,45)に分割する副分割工程と、
前記副分割工程で分割した前記副領域(41,42,43,44,45)毎に照射条件を変えて、レーザ光を照射することにより、前記複数の副領域毎(41,42,43,44,45)に異なる特性の酸化膜(6)を形成することによって、前記酸化膜(6)に入射する入射光と、前記入射光が前記酸化膜(6)を透過して前記金属材料(5)の表面で反射する反射光との薄膜干渉により前記複数の副領域(41,42,43,44,45)毎に異なる色を発色させて、前記領域(40)毎の発する色を変化させる酸化膜形成工程と、
により金属発色材料(2)を製造することを要旨とする金属発色材料製造方法である。
適用例4に記載の金属発色材料製造方法は、適用例3に記載の金属発色材料製造方法において、
前記酸化膜層形成工程は、
前記各副領域(41,42,43,44,45)の間に、入射光による回析を発生させるための所定の間隔(50)を設ける間隔形成工程を有することを要旨とする。
(レーザ発色加工装置の構成)
図1に基づき、レーザ発色加工装置1の構成について説明する。図1は、レーザ発色加工装置1の概略の構成を示すブロック図である。
カラーマーカ10は、後述する制御部30からの制御データに基づいて、レーザ光を照射する装置であり、照射するレーザ光により、金属材料5の表面に熱を発生させ、発生する熱で、金属材料5の表面に酸化膜を成長させて発色させる。本実施形態では、カラーマーカ10としてオムロン社製 MX-Z2000Gを用いている。
図2に示すように、制御処理では、まずS100において、制御部30の図示しないCPUが、カラーマーキングデータベースの生成と格納を行う。金属材料5表面に所定の色を発色させるためのレーザ光の照射条件(カラーマーキングデータベース)を格納する。
本実施形態では、カラーマーキングデータベースを作成するために、カラーマーカ10において、パターンを1~12、周波数を25~800[Hz]で25[Hz]刻み、パワーを最大出力の20~50[%]で1[%]刻みで変化させてカラーサンプルを作成した。
続くS110において、領域分割を行う。つまり、画像入力部20により読み込んだ画像(以下、「入力画像」と呼ぶ)を、カラーマーキングデータベースで指定したN個の領域に分割する。
図4~図6に基づき、レーザ発色加工装置1を用いて実際に金属材料5表面に描画した結果について説明する。
まず、図4、図5及び図6に基づいて、画像としてグレースケール画像を用いた結果について説明する。図4は、グレースケール画像を用いて、金属材料5の表面にグレースケール画像を描画した結果を示す図である。図5は、カラーマーキングデータベースの一例である。図6は、グレースケール画像を用いて金属材料5表面に描画した結果を示す図である。
生成された領域データに、図5のカラーパターンに示すレーザの照射条件を設定し、カラーマーカ10によって金属材料5表面に描画した結果を図6(a)に示す。また、レーザの照射条件を変えて、青系、緑系、赤系の色で描画した結果を、ぞれぞれ図6(b)~
図6(d)に示す。
次に、図7,8に基づいて、カラー画像に対しても同様の処理を行った結果について説明する。図7は、カラー画像を用いて、金属材料5の表面にカラー画像を描画した結果を示す図である。
以上に説明した、レーザ発色加工装置1では、画像入力部20で入力した画像の各画素のRGB値(第2RGB値)が、照射データ生成部30及び制御処理のS100に格納されているRGB値(第1RGB値)のうち、最も近い値の第1RGB値に置き換えられる。
図10に基づき、金属発色材料2について説明する。図10は、金属発色材料2の概略の構成と発色原理を示す図である。
金属材料5は、描画対象となる材料であり、ステンレスやチタンなどの金属材である。
次に、図11に基づき、第2実施形態について説明する。第2実施形態では、レーザ発色加工装置1の構成、カラーマーキングデータベースの作成、領域分割及び制御データの出力については第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。
第2実施形態における金属発色材料2では、酸化膜層7は、画素に代えて、描画したい画像を複数の領域40(以下、セル40とも呼ぶ)に分割し、分割した複数のセル40を更にサブセル41,42,43に分割する。そして、サブセル41,42,43ごとに照射条件を変えて、レーザ光を照射することにより、複数のサブセル41,42,43毎に異なる特性の酸化膜6を形成している。
これにより、各サブセル41,42,43に形成される酸化膜6の膜厚が異なるため、各サブセル41,42,43が異なる色(例えば、R、G、B)を発することになる。
このようにすることで、色分解能を向上させることが可能となるとともに、細かい模様を表現できるため、テクスチャ画像に有効なものとなる。
さらに、図15に、図13の(ア)~(オ)の面積比のサブセル44,45の発色状態を分光測色計にて測定した分光スペクトルを示す。図15に示すように、(ア)~(オ)の間を、サブセル44,45の面積比に応じて段階的に変化していることが分かる。
次に、図16及び図17に基づき、第2実施形態におけるサブセル44,45の間にギャップ50を形成し、各サブセル44,45の間を離隔させたセル40の構造について説明する。図16は、第3実施形態におけるセル40の概略の構造を示す図(図16(a)は平面図、図16(b)は断面図)であり、図17は、各サブセル44,45の離隔距離(換言すれば、レーザ光の走査間隔)を変化させた場合のセル40の発色状態の変化を示す図である。
[%]、パルス周波数を400[kHz]、パルス幅をパターン1、移動速度を100[mm/s]とし、1つのサブセルの幅Lが10[nm]の帯状となるように複数のサブセル44,45を形成した。
図18に示すように、走査間隔を粗くするにつれて、色相は色相環の時計周りに推移する。ギャップ50の幅が、レーザのビーム径以上の間隔になると、回折による干渉色の影響が顕著になる。上述の酸化膜6の厚みによる薄膜干渉の発色作用と、ギャップ50による回折格子の発色作用が組み合わされることで、金属材料5の金属光沢を維持しつつ、色分解能を高めることができる。
(1)上記実施形態では、画像入力部20としてスキャナを用いたが、他の入力装置であってもよい。
7… 酸化膜層 10… カラーマーカ(レーザ照射部) 20… 画像入力部 30… 制御部(照射データ生成部) 40… 領域(セル) 41,42,43,44,45… サブセル 50… ギャップ。
Claims (4)
- 金属材料と、
前記金属材料の表面に描画したい画像を複数の領域に分割した分割領域と、
前記分割領域を更に微細な領域に分割した副領域と、
前記副領域毎に照射条件を変えたレーザ光の照射により形成した酸化膜層と、
を備えたことを特徴とする金属発色材料。 - 請求項1に記載の金属発色材料において、
前記酸化膜層は、
前記各副領域の間に、入射光による回析を発生させるための所定の間隔を設けたことを特徴とする金属発色材料。 - 金属材料の表面に描画したい画像を複数の領域に分割する分割工程と、
前記分割工程で分割した前記複数の領域を更に微細な副領域に分割する副分割工程と、
前記副分割工程で分割した前記副領域毎に照射条件を変えて、レーザ光を照射することにより、前記複数の副領域毎に異なる特性の酸化膜を形成することによって、前記酸化膜に入射する入射光と、前記入射光が前記酸化膜を透過して前記金属材料の表面で反射する反射光との薄膜干渉により前記複数の副領域毎に異なる色を発色させて、前記領域毎の発する色を変化させる酸化膜形成工程と、
により金属発色材料を製造することを特徴とする金属発色材料製造方法。 - 請求項3に記載の金属発色材料製造方法において、
前記酸化膜層形成工程は、
前記各副領域の間に、入射光による回析を発生させるための所定の間隔を設ける間隔形成工程を有することを特徴とする金属発色材料製造方法。
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