JPH0761198A - レーザによる金属のカラーマーキング方法 - Google Patents

レーザによる金属のカラーマーキング方法

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JPH0761198A
JPH0761198A JP21146793A JP21146793A JPH0761198A JP H0761198 A JPH0761198 A JP H0761198A JP 21146793 A JP21146793 A JP 21146793A JP 21146793 A JP21146793 A JP 21146793A JP H0761198 A JPH0761198 A JP H0761198A
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JP
Japan
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laser
color
metal
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predetermined
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JP21146793A
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English (en)
Inventor
Atsushi Yoshioka
敦之 吉岡
Susumu Ueda
進 植田
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B44DECORATIVE ARTS
    • B44CPRODUCING DECORATIVE EFFECTS; MOSAICS; TARSIA WORK; PAPERHANGING
    • B44C1/00Processes, not specifically provided for elsewhere, for producing decorative surface effects
    • B44C1/22Removing surface-material, e.g. by engraving, by etching
    • B44C1/228Removing surface-material, e.g. by engraving, by etching by laser radiation

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  • Health & Medical Sciences (AREA)
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  • Optics & Photonics (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Thermal Transfer Or Thermal Recording In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属に文字や模様等をカラーで半永久的かつ
高品質にマーキング可能とし、装飾性を高める。 【構成】 金属表面にレーザ光を照射して文字,模様に
相当する凹部を金属酸化皮膜とともに形成し、この金属
酸化皮膜からの反射光と基体金属からの反射光との干渉
を利用して発色させる場合に、レーザパワーや周波数な
どの刻印のための条件を適宜に選ぶことにより、所望の
色に発色させられるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、金属の表面に文字や
模様等をマーキングすると同時に色を付けることによ
り、付加価値を高めることができ、しかも製造工程を大
幅に削減することが可能なレーザによる金属のカラーマ
ーキング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】レーザ刻印は良く知られているように、
彫刻,超音波加工またはエッチング等に代わるものとし
て発展利用されて来ており、金属の表面を溶解して凹部
を形成することにより、高精度で永久的なマーキングを
可能とするものである。これらの刻印を施されたものに
色を付けるには、従来から例えば七宝や印刷インク等の
液体を入れ込む方法があるが、これらの作業は手作業で
行なわれる場合が殆どで、その量産性や品質の均一性の
点などで難点がある。
【0003】また、金属素地の上に下地層(特にメッキ
等)と上部層(メッキまたはイオンプレーティングな
ど)の2層を施し、その上部層のみをレーザ刻印により
昇華させ下地層を表面に出すことにより、刻印部のみ別
な色(下地層の色)を表現することも可能であるが、こ
の方法も手間が掛かるだけでなくコスト高になるという
欠点がある。なお、この方法では下地層も昇華させてし
まい、素地が表に出てしまうという恐れもある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】さらに、金属の発色に
ついては陽極酸化による酸化皮膜の形成が既に知られて
いるが、このような原理を用いて或る文字や模様等を表
現するには、表現部以外の部分をすべて樹脂膜等でマス
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。した
がって、この発明の課題は金属に文字,模様等を半永久
的かつ高品質にカラーマーキング可能とし、装飾性を高
めることを低コストで汎用的に実現可能にすることにあ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、この発明では、レーザ刻印機から金属表面にレ
ーザ光を照射して文字,模様に相当する凹部を金属酸化
皮膜とともに形成し、この金属酸化皮膜表面からの反射
光と基体金属からの反射光との干渉を利用して所望の色
を発色させるレーザによる金属のカラーマーキング方法
において、前記レーザ刻印機に与えるレーザ光の電流,
繰り返し周波数,積算光量,照射時間または気温のそれ
ぞれを所定の値に選ぶことにより、所定の色に発色させ
ることを特徴としている。
【0006】
【作用】レーザマーキングにおける電流,繰り返し周波
数,積算光量,照射時間または気温を含むマーキング条
件を所定の値に選定することにより、文字や模様などの
刻印に所定の色(酸化皮膜の干渉色)を出せるようにす
る。
【0007】
【実施例】図1はこの発明の実施例を示す概要図であ
る。同図において、1はスキャナ等の図形入力装置、2
は入力編集装置、3はレーザ制御装置、3aはスタート
スイッチ、4はワーク取付治具、5はワーク、6はレー
ザ発振器、6aはレーザ媒体、6bはレーザ光線、6c
はアパーチャ(絞り)、6dは偏向鏡、6eは集光レン
ズをそれぞれ示している。
【0008】すなわち、図形入力装置1により任意の文
字,模様等を入力し、これを入力編集装置2に記憶させ
るとともに、刻印すべき内容,条件(大きさ,時間,回
数等)の指定を行なう。レーザ制御装置3により出力条
件(電流,繰り返し周波数,積算光量,照射時間,気温
等)を適宜に設定し、所定のアパーチャ6cを選択す
る。しかる後、ワーク5をワーク取付治具4にセット
し、このワーク取付治具4をX,Y,Z方向に動かし、
レーザ照射焦点に位置合わせする。
【0009】ここで、レーザ制御装置3のスタートスイ
ッチ3aをオンにすると、これと連動するレーザ発振器
6のレーザ媒体6aよりレーザ光線6bが発振され、こ
れがアパーチャ6cを通り、偏向鏡6dで反射して集光
レンズ6eを介して集光されるので、ワーク5には図形
入力装置1により入力した任意の文字,模様等がマーキ
ングされる。
【0010】以下、この発明の原理を図2も参照して説
明する。すなわち、レーザ光線6bが例えばチタン等の
金属からなるワーク5に照射されると、その熱によって
その一部が溶解または昇華し刻印凹部7が形成される。
このとき、電解された金属イオン(Ti)と大気中の酸
素イオン(O)とが結合し、酸化皮膜8(ここでは、T
iO2 )が形成される。そして、白色光(自然光)の皮
膜表面の反射光線と、皮膜内の基体金属の反射光線との
相互干渉により、発色する。
【0011】この干渉色は皮膜の厚さによって異なり、
同一金属に同一条件で刻印した場合は、ほぼ同じ発色と
なることが判明している。チタン干渉色の1例を、表1
に示す。なお、このときの金属としてはKS−50チタ
ンと呼ばれる材料を用い、条件としては大気中(気温1
5度)で、 電流=19.5A,時間=30m/s,アパーチャ径=
4φ とした。
【0012】
【表1】 また、例えば周波数(レーザ発振器の繰り返し周波数)
は表1の場合と同様とし、電流値(または積算光量,照
射時間,気温)を変えると干渉色が変化することが確か
められている。つまり、同じ金属材料であっても電流,
繰り返し周波数,積算光量,照射時間または気温を含む
刻印条件を変えれば発色も変わることが判明している。
したがって、或る金属材料で刻印条件を変えて学習を繰
り返し、そのデータを収集しておくことにより、所望の
色を得ることが可能となる。
【0013】
【発明の効果】この発明によれば、電流,繰り返し周波
数,積算光量,照射時間または気温を含むマーキング条
件を所定の値に選定するだけで、文字や模様などの刻印
だけでなく、多彩な色(酸化皮膜の干渉色)を高品質か
つ低コストに出せるという利点がもたらされる。この発
明の方法により酸化発色させたチタン材を最終製品とし
て使用した場合の検査結果を表2に示す。なお、この場
合の条件としては塩化ナトリウム50g/リットル,酢
酸3cc/リットル,塩化第2銅0.2g/リットルの
混合溶液中で、温度35°C,噴霧圧力1Kg/cm2
とした場合の例である。
【0014】
【表2】
【0015】また、条件を酪酸5cc,尿素1g,塩化
ナトリウム7g,メタノール500cc,水500cc
の混合溶液中で、温度15°Cとした例を表3に示す。
【表3】
【0016】なお、酸化発色させた金属材を最終製品と
するものは、加工後そのままでも耐蝕性はあるものの、
図2にも示すように刻印部は酸化皮膜層を形成していて
も、その表面は凹状になっているケースが殆どであり、
そこに汚物等が溜まる可能性が考えられる。そこで、製
品化する際にはこの酸化皮膜層の上あるいは全体に、透
明なコーティング等の表面処理を施しておくのが望まし
いことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例を示す概要図である。
【図2】図1の原理を説明するための説明図である。
【符号の説明】
1…図形入力装置、2…入力編集装置、3…レーザ制御
装置、3a…スタートスイッチ、4…ワーク取付治具、
5…ワーク、6…レーザ発振器、6a…レーザ媒体、6
b…レーザ光線、6c…アパーチャ(絞り)、6d…偏
向鏡、6e…集光レンズ、7…刻印凹部、8…酸化皮膜
層。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ刻印機から金属表面にレーザ光を
    照射して文字,模様に相当する凹部を金属酸化皮膜とと
    もに形成し、この金属酸化皮膜表面からの反射光と基体
    金属からの反射光との干渉を利用して所望の色を発色さ
    せるレーザによる金属のカラーマーキング方法であっ
    て、 前記レーザ刻印機に与えるレーザ光の電流,繰り返し周
    波数,積算光量,照射時間または気温のそれぞれを所定
    の値に選ぶことにより、所定の色に発色させることを特
    徴とするレーザによる金属のカラーマーキング方法。
JP21146793A 1993-08-26 1993-08-26 レーザによる金属のカラーマーキング方法 Pending JPH0761198A (ja)

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