JPH0943770A - セラミック表面の画像形成方法および画像要素 - Google Patents

セラミック表面の画像形成方法および画像要素

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JPH0943770A
JPH0943770A JP8106167A JP10616796A JPH0943770A JP H0943770 A JPH0943770 A JP H0943770A JP 8106167 A JP8106167 A JP 8106167A JP 10616796 A JP10616796 A JP 10616796A JP H0943770 A JPH0943770 A JP H0943770A
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ceramic
zirconia
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laser
contrast
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Dilip K Chatterjee
ケー.チャタージー ディリップ
Syamal K Ghosh
ケー.ゴシュ シャマール
Wayne K Shaffer
ケー.シャファー ウェイン
Alan P Vankerkhove
ピー.バンカーコーブ アラン
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Eastman Kodak Co
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 セラミック表面に画像を形成する方法および
そのための画像要素を提供することを目的とする。 【解決手段】 表面を有し、コントラストを有するセラ
ミックであって、前記セラミックが、ジルコニアと、希
土類酸化物並びにカルシウム、マグネシウム、イットリ
ウム、スカンジウムおよびセリウムの酸化物からなる群
より選ばれるドーピング剤から本質的になり、前記のセ
ラミックでのドーピング剤のジルコニウムに対するモル
比が0.5:99.5〜25:75であり、前記セラミ
ックが本質的に正方晶形結晶粒子を有するセラミックを
用意し;次いで前記のドーピング化酸化ジルコニウムを
還元することにより表面のコントラストを変化させるの
に十分な時間、直径5μm以上のレーザービームの焦点
を前記表面上に合せて画像を形成することを含んでなる
セラミック表面の画像形成方法およびそのための画像要
素。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザーを用いて
可逆方式でセラミック表面に書き込み、マーキングまた
は装飾を施こすことに関する。これらの書き込み、マー
キング、画像形成および押印は、酸化物セラミックの光
アシスト還元に依るものであり、それらの消去は、熱ア
シスト再酸化に依るものである。
【0002】
【従来の技術】セラミック表面、特にジルコニアセラミ
ックまたは酸化物セラミック上に書き込みまたは装飾を
施こすことは、熱艶出し法の複雑さ故に容易ではない。
このような熱艶出し法では、画像のより細い点は通常セ
ラミック表面に再現されない。ガラス上への書き込みは
酸(フッ化水素の)エッチングにより行うことができ
る。セラミックは、典型的に各種の模様等(featu
re)をスクリーンプリントまたはハンドペイントによ
り装飾する。陶磁器およびコーヒーマグは、これらの技
法の実例である。これらの物体上に押印された模様等
を、次に高温で焼き付けて、それらを永久性のあるもの
にするが、この方法をエナメル塗装と称す。セラミック
表面上に画像を可逆的に転写する必要性がある。
【0003】本発明は、セラミック表面上に繊細な書き
込みまたは装飾ができるばかりでなく、電子的に捕捉さ
れた(captured)画像のディジタル転写と両立
可能でもある。ディジタル方式で捕捉された画像は、レ
ーザー方式によりセラミック表面上にプリントすること
ができる。この画像転写法の可逆的特性は本発明の最も
重要な特徴の1つである。レーザー書き込み画像の消去
は簡単かつコスト的に有効な方法で達成することができ
る。
【0004】他の利点および性能と共に本発明をより良
く理解するために、以下の詳細な記載および添付の特許
請求の範囲を、以下の図面および本発明の態様について
の記載と関連づけて参照することができる。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、セラミック表
面に画像を形成する方法である。本発明は、コントラス
トのある表面を有するセラミックであって、前記セラミ
ックが、酸化ジルコニウムと、希土類酸化物並びにカル
シウム、マグネシウム、イットリウム、スカンジウムお
よびセリウムの酸化物からなる群より選ばれるドーピン
グ剤から本質的になり、前記のセラミックでのドーピン
グ剤の酸化ジルコニウムに対するモル比がドーピング剤
の種類に依って約0.5:99.5〜約25:75であ
る。ドーピング剤としてのイットリアについては、イッ
トリアのジルコニアに対する好ましいモル濃度範囲は約
0.5:99.5〜約5.0:95.0である。ジルコ
ニアをドーピングしたセラミックの結晶構造は本質的に
その性質が正方晶形である。表面のコントラストを変化
させそして画像を形成するのに十分な時間、レーザービ
ーム(このレーザービームは5μm以上の直径を有す
る)の焦点をセラミック表面上に合せる。本発明方法
は、画像をその後に消去できる点で可逆的である。
【0006】本発明はまた、初期コントラストを有する
セラミック表面であって、前記セラミック表面が、酸化
ジルコニウムと、希土類酸化物並びにカルシウム、マグ
ネシウム、イットリウム、スカンジウムおよびセリウム
の酸化物からなる群より選ばれるドーピング剤から本質
的になり、前記のセラミックでのドーピング剤のジルコ
ニアに対するモル比がドーピング剤の種類に依って約
0.5:99.5〜約25:75であるセラミック表面
を含んでなる画像要素をも含む。ドーピング剤としての
イットリアについては、イットリアのジルコニアに対す
る好ましいモル範囲は約0.5:99.5〜約5.0:
95.0である。ジルコニアをドーピングしたセラミッ
クの結晶構造は、その性質が本質的に正方晶形である。
初期コントラストを変化させるのに十分な時間、直径5
μm以上のレーザービームの焦点を表面上に合せること
により、表面に画像を形成する。表面上の画像は、加熱
またはCO2 レーザーアシスト加熱のいずれかにより消
去することができる。
【0007】本発明においては、書き込み媒体の粒子サ
イズを極少にすることができるので、セラミック表面上
に形成することができる画質は、極めて繊細な品質のも
のである。加えるに、これらの画像をレーザーにより電
子的に捕捉し、次いでディジタル方式で媒体に転写する
ことができ、レーザーのスポットサイズは適切な光学器
を用いて変動させることができる。本発明の他の重要な
利点としては、より迅速な画像転写、画像消去、熱処理
のような予備処理および後処理が不要であること、化学
品または腐蝕酸を用いないことが挙げられる。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明は、セラミック表面に画像
を形成する方法およびその結果得られる画像形成セラミ
ック製品に関する。本発明は以下の特徴を有する:画像
転写工程が迅速である;最終画像の解像能が高い;本方
法は実施するのが容易である;本方法は、電子的に捕捉
され次いでディジタル方式で保存される画像に適用でき
る;最後に、本方法は、低温(約200℃)熱酸化また
はレーザーアシスト熱酸化のいずれかにより、画像をセ
ラミック表面から消去できる。
【0009】本発明において、画像形成用に選ばれる表
面はジルコニアドーピング化セラミックである。このジ
ルコニアは、希土類酸化物並びにカルシウム、マグネシ
ウム、イットリウム、スカンジウムおよびセリウムの酸
化物からなる群より選ばれる第二の酸化物でドーピング
されており、セラミックでのドーピング剤の酸化ジルコ
ニウムに対するモル比は、ドーピング剤の種類に依って
約0.5:99.5〜約25:75である。最も好まし
くは、第二の酸化物はイットリウムである。ドーピング
剤としてのイットリウムにとって、イットリウムのジル
コニアに対する好ましいモル範囲は約0.5:99.5
〜約5.0:95.0である。ジルコニアドーピング化
セラミックの結晶構造は本質的にその性質は正方晶形で
ある。本発明において用いられるジルコニア表面は、熱
艶出しもしくは機械的艶出しを施こすか、または焼結し
て使用した。ジルコニア表面上へのレーザー書き込み画
像の解像は、レーザースポットのサイズのみならず、使
用したジルコニアの濃度および粒子サイズに依存する。
米国特許第5,290,332号;第5,336,28
2号および第5,358,913号には、極微細の
(0.1〜0.6μm粒子サイズ、平均サイズは0.3
μmである)ジルコニア合金粉末を用いて、極めて高い
濃度(6.03〜6.06g/cc)のジルコニア製品の
製造方法が開示されている。これらのセラミックは、こ
れらの艶出し表面または焼結表面上への画像転写にとっ
て理想的な候補物である。
【0010】ジルコニア表面への画像転写に用いられる
レーザーは、Nd:YAGレーザーであって、Q−スウ
ィッチ、クリプトンアークランプを用いる光学ポンプ作
用を有するものであった。このようなレーザーの波長
は、約1.06×10-6メートルもしくは1.06μm
である。このようなレーザーのスポットサイズまたはビ
ーム直径はTEM∞で約100μm(低次モード、lo
w order mode)である。スポットサイズ
は、163mm焦点レンズを用いて、MM(複合モード、
multimode)で300μmまで増加させること
ができる。このようなレーザーのビーム直径は適切なレ
ンズを用いることにより5μm程度まで下げることがで
きる。しかしながら、レーザースポットサイズは、レー
ザー−物質の相互反応の相関であることに留意すべきで
ある。レーザースポットサイズは、レーザー波長とレン
ズ光学器に依存する。したがって、最終的なドット密度
はレーザーとセラミックにより決定する。
【0011】ジルコニアの焼結セラミック表面への、レ
ーザーによる書き込みおよび画像転写には、以下のパラ
メーターを用いた。 レーザー出力:CW平均−2〜40ワット ピーク出力−50W〜5kW(Q−スウィッチ) パルスレート:50kHz まで パルス幅:100〜150ns 走査フィールド:114.3×114.3mm 走査速度:3メートル/秒まで 反復性:±25μm 本発明に用いるレーザーフォトマーキング操作を以下に
記載する:このマーキングシステムは、ベクトル座標指
示のみを受け入れるものであり、これらの指示をプロッ
トファイルの状態でシステム中にフィードする。これら
のプロットファイルは、走査駆動電子装置に直接装填さ
れている。電子的に保存される写真画像を、多くの市販
ソフトウェアパッケージ(例えば、Corel Dra
w,Envision−It.Envision So
lutions Technology.CA)を用い
てベクトルフォーマットへ変換する。本発明の実施例で
は、ディジタルフラットベッドスキャナーもしくはKo
dakフォトCDを用いて画像を電子的に捕捉する。こ
れらの捕捉画像を、約600ドット/cmの適当なドット
密度に変換した。これらの画像を次に、ハーフトーンに
ディザ(dithering)することにより2色に減
力(reduce)した。ベクトル変換操作へのラスタ
ーを、このハーフトーン画像に施こした。プロットファ
イル状の変換ベクトルファイルを保存し、次いでセラミ
ック表面上をレーザーにより走査した。ジルコニア表面
へレーザーにより書き込み押印した模様等の典型例を図
1および2に示す。これらの模様等は拡大されたもので
あり、そして明確化のためにスケールを示す。
【0012】レーザー書き込み画像を、空気中で表面を
約200℃まで約10分間加熱するかまたは以下のパラ
メータで作動するCO2 レーザーを用いて処理すること
により、ジルコニア表面から容易に消去することができ
る: 波長:10.6μm ピーク出力:300ワット−20%効率(duty)サ
イクルで作動 平均出力:70ワット ビームサイズ:500μmでありビーム幅はパルス変調
した。
【0013】本発明に用いるイットリウムドーピング化
ジルコニアセラミック表面は灰色がかった白色である。
レーザー書き込みはセラミック酸化物を還元し、灰色が
かった白色表面を黒色に変化させる。白色から黒色への
コントラストのこの変化が画像を生じさせる。本発明に
ついては、1250ドット/インチのドット密度が可能
であると信じられている。
【0014】何が本発明の好ましい実施態様であると現
在考えられるかを示しかつ記載したが、添付の特許請求
の範囲により定義される本発明の範囲から逸脱すること
なく各種の変更および修正を行うことができることは当
業者に明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】図面に代る、レーザー書き込みジルコニアセラ
ミックの拡大写真である。
【図2】図面に代る、レーザー書き込みジルコニアセラ
ミックの拡大写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C04B 35/48 Z (72)発明者 ウェイン ケー.シャファー アメリカ合衆国,ニューヨーク 14526, ペンフィールド,カツラ コート 16 (72)発明者 アラン ピー.バンカーコーブ アメリカ合衆国,ニューヨーク 14616, ロチェスター,ベネス アベニュ 64

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面を有し、コントラストを有するセラ
    ミックであって、前記セラミックが、ジルコニアと、希
    土類酸化物並びにカルシウム、マグネシウム、イットリ
    ウム、スカンジウムおよびセリウムの酸化物からなる群
    より選ばれるドーピング剤から本質的になり、前記のセ
    ラミックでのドーピング剤のジルコニアに対するモル比
    が0.5:99.5〜25:75であり、前記セラミッ
    クが本質的に正方晶形結晶粒子を有するセラミックを用
    意し;次いで前記のドーピング化酸化ジルコニウムを還
    元することにより表面のコントラストを変化させるのに
    十分な時間、直径5μm以上のレーザービームの焦点を
    前記表面上に合せて画像を形成する、ことを含んでなる
    セラミック表面に画像を形成する方法。
  2. 【請求項2】 初期コントラストを有するセラミック表
    面であって、前記セラミックが、ジルコニアと、希土類
    酸化物並びにカルシウム、マグネシウム、イットリウ
    ム、スカンジウムおよびセリウムの酸化物からなる群よ
    り選ばれるドーピング剤から本質的になり、前記のセラ
    ミックでのドーピング剤のジルコニアに対するモル比が
    0.5:99.5〜25:75であり、前記セラミック
    は本質的に結晶性の相粒子を有するものであり、ジルコ
    ニアを還元することにより前記の初期コントラストを変
    化させるのに十分な時間、直径5μm以上のレーザービ
    ームの焦点を前記表面上に合せることにより、前記表面
    に画像が形成されるセラミック表面、を含んでなる画像
    要素。
JP8106167A 1995-04-04 1996-04-03 セラミック表面の画像形成方法および画像要素 Pending JPH0943770A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US417318 1995-04-04
US08/417,318 US5543269A (en) 1995-04-04 1995-04-04 Image writing on ceramics

Publications (1)

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JPH0943770A true JPH0943770A (ja) 1997-02-14

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP8106167A Pending JPH0943770A (ja) 1995-04-04 1996-04-03 セラミック表面の画像形成方法および画像要素

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