JP4246645B2

JP4246645B2 - レーザによるカラーマーキング方法

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Publication number: JP4246645B2
Application number: JP2004018345A
Authority: JP
Inventors: 義典岩倉; 昌克内田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-01-28
Filing date: 2004-01-27
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2024-01-27
Also published as: JP2004250786A

Description

本発明は、金属の表面にレーザを用いて色彩模様を形成させ、あるいは芸術的な紋様を製作する方法に関するものである。

金属表面、又は透明又は半透明のガラス、又はプラスチック、又はセラミックス等へ文字、模様などの加工で色を付ける加工方法は、従来から例えば刻印を施されたものにインク等の液体を入れ込む、塗装、印刷、エッチング、ブラスト、などの方法がある。
しかし、これらの方法は、手作業によるものが殆どで、その量産性や品質の均一性などの点で難がある。

また、金属表面等に火炎、レーザ等の熱源を加えれば該金属表面が変色することは公知である。
例えば、特許文献１に記載されているように、金属表面にレーザを照射し更に該照射表面を反応性ガス中で熱処理する方法がある。しかし、この方法では、金属表面にレーザを照射した効果が反応性ガス中での熱処理で一部分減じることがある。
また、特許文献２に記載されているように、窒素を含む空気中でレーザを純チタンの金属表面上に照射して発色・模様形成させる方法がある。しかし、この方法は、単に純チタンの金属表面上にレーザを照射するだけなので微妙な色彩が表現できないという欠点がある。
また、基盤表面上にチタンを蒸着し同チタン被膜を酸化処理してその一部を酸化チタン被膜にした上、レーザ照射して該表面を模様化する方法がある。

また、素地の上に下地層と上部層の二層を施し、その上部層のみをレーザによって昇華させ下地層を表面に出すことによりレーザを照射した部分のみ別な色（下地層の色）を表現する方法がある。
しかし、この方法では、手間、コストがかかる欠点がある。

更に、ガラス等の内部にレーザ光を収斂させて焦点で気泡を発生させて紋様を発生させる方法があるが、色彩を出すことが難しいし、ガラス内にバリウム・ストロンチューム、銅等の発色元素を入れてガラス内部に発色させる方法があるがコスト高になるという問題がある。また、ガラス等の裏面に効果的に色彩を出す方法が無いという問題がある。また、加工処理したものを内部から発光させる方法がないという問題もある。

一方、金属の発色については、陽極酸化による酸化膜の形成がすでに知られているが、このような原理を用いて或る文字、模様等を表現するには、表現部以外の部分を樹脂膜等でマスキングを施した上で、これを電解質溶液中に漬けて電流を流す必要があり、特に実用性の点で問題がある。
特開平６−２１２４５１号公報特開平４−４１６６２号公報

本発明は、このような従来の問題を解決しようとするもので、色彩模様を安価に細やかに表現できるレーザによるカラーマーキング方法を提供することを目的とする。

本発明は、レーザ光、熱処理炉、ガス成分、レーザ処理方法を組み合わせることにより、効果的に安価に良い色彩紋様が得られるようにしたものである。

従来技術の課題を解決するため、本発明は、金属を室温よりも高い温度で炉中に挿入保持し、該金属を一様に変色させた後、水素、アンモニア、一酸化炭素、メタンのガスまたはこれらの組合せのガスの雰囲気でレーザ照射し、該変色を還元させて変色程度を減少させ、その後該変色部分内に更に焦点距離を変えてレーザを照射して所定の色に変色させることを特徴とする金属のカラーマーキング方法である。
但し、レーザの１回の照射は、パルスレーザの連続的照射時においてパルスが繰返し照射された際の各パルス毎の照射のことではなく、連続レーザ、パルスレーザにかかわらず照射開始から停止までの連続的な１回の照射を示すものである。

ここで、レーザ光の波長は、炭酸ガスレーザ・ＹＡＧレーザ・エキシマレーザ・ＹＶＯ４レーザ又はこれらのレーザを変調させたものを用いる。更に、連続又はパルスレーザを照射する時間的・空間的間隔、照射強度またはその両方を変化させることにより一度に何色も所望の色を発色させる。このようなカラーマーキングは、色別文字・図柄、模様、芸術的表現を行うことが出来る。また、被加工物の内部から発光させることも特徴とする。

本発明によれば、焦点距離を変えて複数回照射することにより、自動で効率的に複雑な紋様を低コストで金属表面上に描くことが出来る。これにより、カラーマーキングによる多様で且つ精細な色彩により製品の付加価値を高めることが出来る。

本発明の一実施の形態としては、図１に示すように、鉄、鋼、ステンレス鋼、ニッケル、クローム、チタニウム、アルミニウム、銅及びそれらの合金などの金属６の表面にレーザ５ｄを照射し、該表面の全域或いはその一部を変色させた後、該変色部分内に更にレーザ５ｄを照射して所定の色に変色させることを特徴とする金属のカラーマーキング方法である。本方法では、レーザ光を金属表面上に焦点距離を変えて２回以上の複数回照射することにより、彩度が高く色階調の多い複雑な紋様を金属表面に描くことが可能になる。金属の形態としては、板、箔、ブロック、等が利用可能である。また、金属の表面形態としては、通常のグラインダー、サンドブラスト、グリッドブラスト仕上げ、砥粒又は電解研磨、陽極酸化による鏡面仕上げにおいて施工可能である。本発明の方法において、レーザ照射を高出力で行ったのち、２回目以降のレーザ照射を高出力・同出力又は低出力で行うことにより、より彩度の高い紋様を得ることが出来る。また、該２回目以降のレーザ照射の焦点距離を少し変えることにより、見る方向により色が変わる虹色の彩色が可能になる。

また、本発明の他の実施の形態としては、鉄、鋼、ステンレス鋼、ニッケル、クローム、チタニウム、アルミニウム、銅及びそれらの合金などの金属を室温よりも２００℃以上、望むらくは３００℃から９００℃の高温に保持した熱処理炉中に挿入して保持し、該金属表面をモノクロおよびカラーで変色させた後、更に焦点距離を変えて複数回レーザ照射し所定のモノクロおよびカラーに変色させることを特徴とする、金属表面上へのカラーマーキング方法である。本方法を用いることによりレーザによる金属表面上へのカラーマーキングのバックグランドへの均一な色づけを可能にすることが出来る。金属の表面形態としては、通常のグラインダー、サンドブラスト、グリッドブラスト仕上げ、砥粒、陽極酸化、又は電解研磨による鏡面仕上げにおいて施工可能である。

また、本発明のさらに他の実施の形態としては、鉄、鋼、ステンレス鋼、ニッケル、クローム、チタニウム、アルミニウム、銅及びそれらの合金などの金属を室温よりも高い温度２００℃以上、望むらくは２００℃から９００℃の炉中に挿入・保持し、該金属を一様にモノクロおよびカラーで変色させた後、水素、アンモニア、一酸化炭素、メタンのガス、又はこれらの組合せのガスの雰囲気でレーザ照射し、該変色を還元させて変色程度を減少させる。金属の形態としては、板、箔、ブロック等が利用可能である。この実施の形態の特徴の一つは、熱処理炉の利用とレーザによる色の還元作用を利用することである。金属の表面形態としては、通常のグラインダー、サンドブラスト、グリッドブラスト仕上げ、砥粒、陽極酸化、又は電解研磨による鏡面仕上げにおいて施工可能である。

そして、この実施の形態においては、更に、該変色部分内に更に焦点距離を変えてレーザを照射して所定の色に変色させることを特徴とする金属のカラーマーキング方法である。炉中で該金属表面をモノクロおよびカラーで変色させた後、更に焦点距離を変えて一回又は複数回レーザ照射し所定のモノクロおよびカラーに変色させることを特徴とする、金属表面上へのカラーマーキング方法である。この方法を用いることにより、色階調の多い複雑な紋様を金属表面に描くことを可能にし、レーザによる金属表面上へのカラーマーキングのバックグランドへの均一な色づけを可能にすることが出来る。

なお、上述の各実施の形態においては、鉄、鋼、ステンレス鋼、ニッケル、クローム、チタニウム、アルミニウム、銅及びそれらの合金などの金属６の表面にパルスレーザ５ｄを照射する時間的・空間的間隔、その照射強度またはそれらの組み合わせ変化させることにより、該金属表面に連続的な色相の変化をもたらすことが可能である。

本発明の一例として、例えば、炉中に研磨＃４００のＳＵＳ３０４ステンレス鋼を８００℃で２分から５分間熱処理すると表面は青色になり、更に特定の部分にレーザを照射することにより照射した部分だけ炉中処理部分と異なる色を発色させることが出来る。

また、炉中で一様に濃く変色させた後、大気中、水素雰囲気中、窒素雰囲気中でのレーザ照射で色を抜くことができる。

また、表面機械研磨した場合、表面グラインダー研磨した場合、表面電解研磨した場合、サンドブラスト、ショットブラストした場合では、色彩の光沢等で異なる色調が得られる。

本発明に係る金属等へのカラーマーキング方法を示す概要図である。本発明に係る金属等の表面にカラーマーキングする方法を示す概要図である。非金属等の裏面にカラーマーキングする方法を示す概要図である。

符号の説明

１入力編集装置（パソコン）
２レーザのコントローラ
３光ファイバー
４ケーブル
５レーザ発振器
５ａレーザ媒質
５ｂＱスイッチ
５ｃミラー
５ｄレーザ光
５ｅガルバノスキャナ
５ｆｆθレンズ
６ワーク
７金属板又は金属箔又は金属粉
８作業テーブル
９ガラスファイバー

Claims

金属を室温よりも高い温度で炉中に挿入保持し、該金属を一様に変色させた後、水素、アンモニア、一酸化炭素、メタンのガスまたはこれらの組合せのガスの雰囲気でレーザ照射し、該変色を還元させて変色程度を減少させ、その後該変色部分内に更に焦点距離を変えてレーザを照射して所定の色に変色させることを特徴とする金属のカラーマーキング方法。但し、レーザの１回の照射は、パルスレーザの連続的照射時においてパルスが繰返し照射された際の各パルス毎の照射のことではなく、連続レーザ、パルスレーザにかかわらず照射開始から停止までの連続的な１回の照射を示すものである。