KR101360805B1

KR101360805B1 - 금속유리 부재 표면에 대한 화상 모양 형성방법, 화상모양을 형성하기 위한 장치, 및 표면에 화상 모양을 형성한금속유리 부재

Info

Publication number: KR101360805B1
Application number: KR1020087013458A
Authority: KR
Inventors: 아키히사 이노우에; 진민 왕; 나오쿠니 무라마츠; 요시마사 콘도; 켄지 카토
Original assignee: 닛폰 가이시 가부시키가이샤
Priority date: 2005-12-13
Filing date: 2006-10-10
Publication date: 2014-02-11
Also published as: KR20080076925A; EP1964622A1; JP5407013B2; WO2007069385A1; US20090044924A1; EP1964622B1; EP1964622A4; JPWO2007069385A1; CN101300091A; CN101300091B

Abstract

본 발명은 과냉각 액체 온도 영역이 400℃ 이상으로 되고, 성형 온도도 400℃ 이상에서 행할 필요가 있는 Zr기, Ti기, Cu기, Ni기 및 Fe기 금속유리의 표면에 간단하고 또한 효율 좋게 반전 전사 모양을 반복하여 형성하는 방법의 개발을 그 과제로 한다. (a) 화상 모양이 실상에 대하여 거울면 반사된 도트맵 정보로 전환하여 준비되고, (b) 다음에 고에너지밀도 광(15)을 미소 시간의 온/오프를 반복하여, 1회의 조사가 1도트의 가공 구멍(24)을 형성하면서 성형금형(20) 표면 상을 주사하여, 상기 도트맵 정보에 따라서 화상 모양을 도트의 집합 패턴(21)으로 하여 성형 금형(20) 표면에 형성하는 가공을 실시하고, (c) 또한, 이 집합 패턴 형성용 금형(20)을 사용하여 금속유리 부재(1)를 과냉각 액체 온도 영역(Tg-Tx) 내에서 도트의 집합 패턴(21)을 반전 전자 성형하는 것을 특징으로 한다.

금속유리, 도트, 전사, 레이저 가공

Description

금속유리 부재 표면에 대한 화상 모양 형성방법, 화상 모양을 형성하기 위한 장치, 및 표면에 화상 모양을 형성한 금속유리 부재{METHOD FOR FORMING IMAGE PATTERN ON SURFACE OF METALLIC GLASS MEMBER, APPARATUS FOR FORMING IMAGE PATTERN, AND METALLIC GLASS MEMBER HAVING IMAGE PATTERN ON ITS SURFACE}

본 발명은 금속유리로 형성된 부재 표면의 의장 형성이나 금속유리로 형성된 기구 부품 등의 표면에 장식 모양, 화상, 문자 등을 부가하기 위해 사용하는 화상 모양 형성방법, 화상 모양을 형성하기 위한 장치, 및 상기 방법에 의해 표면에 화상 모양을 형성한 금속유리 부재에 관한 것이다.

현재, 수지제 기구제품 등의 표면의 의장성을 높이기 위해, 제품에 직접 레이저 마킹하는 사진 화상의 각인이 행하여지고 있다(예를 들면 특허문헌 1). 마찬가지로, 레이저가공을 사용한 금속 표면에 대한 화상 묘사도, 특허문헌 2에 소개되어 있다. 또한, 수지 성형용 금형 캐비티 내면에, 상기 수지 성형품 표면에 전사 형성되어야 하는 모양을 레이저에 의해 각인하는 방법이 개시되어 있다(예를 들면 특허문헌 3). 또한, 금속유리 표면에 미세한 모양을 부여하는 방법으로서, 비특허문헌 4에 전자빔 리소그래피와 SiO₂ 에칭을 사용하여 작성한 모양의 원반을 Ni 전주 로 금형에 반전시키고, 그 후 Pd기 금속유리 합금에 전사 성형하는 방법이 소개되어 있다.

특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 2005-152968 휴대전화용 화상 각인장치/테크노폴리머(주)

특허문헌 2 : 일본 공개특허공보 2004-115901 알루미늄합금 표면에 대한 화상 형성방법/아이신 경금속(주)

특허문헌 3 : 일본 공개특허공보 2004-291288 수지 성형용 금형 캐비티 및 그 제조방법/산알로우(주)

비특허문헌 4 : 「기능 재료」 2002년 7월호, Vol.22, No.7, PR16 내지 RP17; CMC출판

그렇지만, 종래의 모양 형성방법에는 이하와 같은 과제가 있었다.

(a) 우선, 특허문헌 1, 2에 개시된 제품에 직접 레이저 마킹하는 방법에서는 다수 량의 제품에 위치의 정도가 좋고, 세밀한 모양을 각인하려고 하면 작업 효율에 무리가 있고, 많은 가공시간을 필요로 할 뿐만 아니라 상기 작업을 실행하기 위해서 다수의 장치를 준비해야만 하였다.

(b) 다음에, 특허문헌 3에서는, 수지 성형용 금형 캐비티에 먼저 레이저 마킹하고, 그 후, 수지제품에 효율 좋게 반전 전사하여 미세한 모양을 갖는 수지제품을 대량으로 형성할 수 있지만, 금속부재는 물론, 금속유리 부재를 대상으로 하는 모양의 형성에는 이용할 수 없었다.

(c) 또한 비특허문헌 4에서는, 금속유리 부재로의 모양 전사가 가능하지만, 리소그래피나 Ni 전주를 사용하기 때문에, 금형의 작성 공정이 많고, 장시간을 요하기 때문에 고가로 되었다. 특히, Ni 전주의 금형은 400℃ 이하에서 성형되는 과냉각 액체 온도영역이 저온으로 되는 Pd기 금속유리 합금에는 이용할 수 있지만, 과냉각 액체 온도영역이 400℃ 이상으로 되어, 성형 온도도 400℃ 이상에서 행할 필요가 있는 Zr, Ti, Cu, Ni, Fe를 가장 많은 양의 구성원소로 하는 Zr기, Ti기, Cu기, Ni기 및 Fe기 합금에는 금형 강도가 부족하여 적용할 수 없다고 하는 과제가 있었다.

본 발명자 등은 상술한 과제를 해결하기 위해서, 모양 형성에 필요한 작업 공정수가 적고, 모양 형성 작업 자체의 효율이 좋고, 400℃ 이상에서의 성형에서도 적용할 수 있는 여러 가지의 방법이나 조건 및 전용장치의 제작을 시행하여 실험연구를 진행하였다. 그 결과, 고에너지밀도 광을 조사하여 내열성이 있는 금속제 금형의 표면을 모양 가공하고, 이 금형을 사용하여, 특히 과냉각 액체 온도 영역이 400℃ 이상으로 되고, 성형 온도도 400℃ 이상에서 행할 필요가 있는 Zr기, Ti기, Cu기, Ni기 및 Fe기 금속유리의 표면에 간단하고 효율 좋게 반전 전사 모양을 반복하여 형성할 수 있다는 것을 알았다.

또한, 이때, 금형 표면의 가공범위를 한 변의 길이가 10㎛ 내지 500㎛로 되는 직사각형의 도메인으로 분할하여, 각 직사각형 도메인 내를 M개 ×N개(3≤M, N≤10; M, N은 정수)의 영역으로 분할하여 해상도를 결정하고, 분할한 M개 ×N개의 영역에 대해 도트의 가공 구멍을 만들거나 또는 만들지 않을지(또는 도트의 가공구멍의 깊이를 제어하는 것)에서 금형 상에 농담이 있는 도트의 집합 패턴을 형성하는 것으로 명료한 화상 모양을 표현할 수 있다는 것을 알았다.

이러한 방법에 의해 화상 모양이 선명해지고, 고에너지밀도 광의 조사 패턴을 제어하는 NC 프로그램 작성이나 조사 가공의 시간도 더욱 단축할 수 있다는 것을 알았다. 이러한 것에 입각하여, 더욱 예의 연구를 계속한 결과, 도 1에 도시한 기본 구성의 장치 하에서, 본 발명의 완성에 이르렀다.

즉, 「특허청구범위 제 1 항」의 「금속유리 부재(1) 표면에 대한 화상 모양 형성방법」은 「금속유리 부재(1)의 표면에 화상 모양을 형성하기 위한 방법으로서,

(a) 실상에 대하여 거울면 반전된 비트맵 정보로 전환하여 화상 모양이 준비되고, 상기 비트맵 정보를 N 계조의 농담이 되는 비트맵 정보로 전환하고, 상기 N 계조의 비트맵 정보를 고에너지밀도 광의 출력 및 좌표 제어를 위한 NC 데이터로 전환하고,

(b) 다음에 금형 가공 공정에서는, 상기 NC 데이터에 따라 고에너지밀도 광(15)을 미소시간의 온/오프를 반복하여, 1회의 조사가 1도트의 가공구멍(24)을 형성하면서 성형 금형(20) 표면 상을 주사하여, 상기 NC 데이터에 따라서 화상 모양을 도트의 집합 패턴(21)으로 하여 성형 금형(20) 표면에 형성하는 가공을 실시하고,

(c) 또한 전사 공정에서는, 이 집합 패턴 형성용 금형(20)을 사용하여 금속유리 부재(1)를 과냉각 액체 온도 영역(Tg-Tx) 내에서 도트의 집합 패턴(21)을 반전 전사 성형하고,
상기 거울면 반전된 비트맵 정보의 N 계조의 비트맵 정보로의 전환에 있어서, 거울면 반전된 비트맵 정보에 있어서의 성형 도트의 집합 패턴으로 전환하여 가공을 행하는 금형에 대한 가공 범위를, 한 변의 길이가 10㎛ 이상 500㎛ 이하가 되는 직사각형의 도메인으로 분할하고, 각 직사각형 도메인 내를 M개×N개(3≤M, N≤10; M, N은 정수)의 영역으로 분할하여 해상도를 결정하고,
금형 가공 공정에서, 분할한 M개×N개의 영역에 관해서 가공 구멍의 깊이를 0.1㎛ 이상 10㎛ 이하가 되는 도트의 가공 구멍을 만들거나 또는 만들지 않을지 따라서 금형 상에 농담이 있는 도트의 집합 패턴을 형성시키는」 것을 특징으로 한다.

「특허청구범위 제 2 항」의 「금속유리 부재(1) 표면에 대한 화상 모양 형성방법」은 「특허청구범위 제 1 항에 있어서, 상기 반전 전사 성형은, 비산화 분위기하에 있어서, 또는 산화 분위기하에서 형성된 금속유리 부재 표면의 산화피막에 의해 내부로의 산소 침입을 막을 수 있도록 신속하게, 400℃ 이상의 과냉각 액체 온도 영역 내에서, 상기 금속유리 부재의 결정화 전에 행하여지는」 것을 특징으로 한다.

삭제

「특허청구범위 제 6 항」의 「금속유리 부재(1) 표면에 대한 화상 모양 형성방법」은 「특허청구범위 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 성형 금형(20)으로 초경합금을 사용하는」 것을 특징으로 한다.

「특허청구범위 제 7 항」의 「금속유리 부재(1) 표면에 대한 화상 모양 형성방법」은 「특허청구범위 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 고에너지밀도 광(15)이 레이저광인」 것을 특징으로 한다.

「특허청구범위 제 8 항」의 「금속유리 부재(1) 표면에 대한 화상 모양 형성방법」은 「특허청구범위 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 금속유리 부재는 Zr을 가장 많은 양의 구성원소로 하는 Zr기 합금, Ti을 가장 많은 양의 구성원소로 하는 Ti기 합금, Cu를 가장 많은 양의 구성원소로 하는 Cu기 합금, Ni을 가장 많은 양의 구성원소로 하는 Ni기 합금, 또는 Fe을 가장 많은 양의 구성원소로 하는 Fe기 합금이며, 400℃ 이상의 과냉각 액체 온도 영역을 갖는」 것을 특징으로 한다.

「특허청구범위 제 9 항」은 상기 방법을 실시하기 위한 「금속유리 부재(1) 표면에 대한 화상 모양 형성장치」이다. 즉, 「성형 금형(20)을 사용하여 금속유리 부재(1)의 표면에 화상 모양을 전사 형성하기 위한 장치로서,

(a) 화상 모양이 실상과 거울면 반전된 비트맵 정보로 전환하기 위한 비트맵 처리장치(10)와,

(b) 상기 비트맵 처리장치(10)에 의해 얻어진 상기 거울면 반전된 비트맵 정보에 있어서의 성형 금형(20)의 화상 모양 형성면의 가공범위를, 한 변의 길이가 10㎛ 이상 500㎛ 이하가 되는 직사각형의 도메인으로 분할하여, 각 도메인 내에 할당하는 상기 거울면 반전된 비트맵 정보를 M개 ×N개(3≤M, N≤10; M, N은 정수)로, 가공 구멍의 깊이를 0.1㎛ 이상 10㎛ 이하 사이에서 농담 계조로 처리하여 상기 거울면 반전된 비트맵 정보를 N 계조의 비트맵 정보로 전환한 후, 또 상기 화상 모양 형성면(22)에 대한 도트 가공구멍(24)의 유무로 되는, 고에너지밀도 광의 출력 및 좌표 제어용의 온/오프신호를 생성하는 NC 데이터로 전환하는 소프트웨어와,

(c) 상기 소프트웨어를 탑재하고, 고에너지밀도 광(15)의 출력과 미소시간의 온/오프를 반복하면서 주사하기 위한 제어용 컴퓨터(12)와,

(d) 상기 제어용 컴퓨터(12)로부터의 제어신호에 의해서 상기 고에너지밀도 광(15)을 발생시키는 발진기(14)와, 상기 발진기(14)로부터 발생되는 상기 고에너지밀도 광(15)을 시료 스테이지(28)에 의해 유지되는 상기 성형 금형(20) 상에 주사하기 위한 미러(19)와,

(e) 과냉각 액체 온도 영역(Tg-Tx) 내에서 금속유리 부재(1)에 상기 고에너지밀도 광(15)에 의해 형성된 상기 성형 금형(20)의 화상 모양 형성면(22)의 거울면 반전 화상 모양을 전사 성형하는 온간 성형장치(30)로 구성되는」것을 특징으로 한다.

삭제

이상으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 방법 또는 그 장치에 의해서, 금속유리, 특히, 과냉각 액체 온도 영역이 400℃ 이상으로 되고, 성형 온도도 400℃ 이상에서 행할 필요가 있는 Zr, Ti, Cu, Ni, Fe를 가장 많은 양의 구성원소로 하는 Zr기, Ti기, Cu기, Ni기 및 Fe기 금속유리 합금이라도, 모양 형성에 필요로 하는 작업 공정수가 적고, 더구나 다수량의 제품에 효율이 좋고 또한 위치의 정밀도가 좋은 모양 형성 작업이 가능해졌다.

도 1은 본 발명에서의 장치의 기본 구성을 도시하는 도면.

도 2는 본 발명의 대표적인 화상 모양 형성방법을 도시하는 공정 흐름도.

도 3은 금형상에 디지털사진의 반전 화상을 도트 패턴화하여 그린 본 발명의 실시예의 정면도.

도 4는 합금에 "N"의 문자를 가공한 본 발명의 실시예의 정면도.

도 5는 디지털카메라로 만든 화상 모양을 금형에 레이저 가공하고, 또한 금속유리판에 전사 성형한 경우의 정면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 금속유리 부재

10 : 비트맵 처리장치

12 : 제어용 컴퓨터

14 : 발진기

15 : 고에너지밀도 광

18 : 갈바노미터 광학 스캐너

20 : 성형 금형

21 : 집합 패턴

22 : 화상 모양 형성면

24 : 가공구멍

28 : 시료 스테이지

30 : 온간 성형장치

31 : 챔버

32 : 온도 제어 히터

35 : 금형 탑재용 가압 다이 베이스

36 : 공작물 가압 다이 베이스

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다. 도 1은 본 발명의 기본적인 장치 구성이다. 또한, 도 2는 본 발명의 기본이 되는 공정의 흐름을 도시하는 흐름도로서, 「화상 모양의 디지털·데이터 입력」→「거울면 반전시킨 비트맵·데이터의 작성」→「도메인 사이즈의 결정」→「N계조의 농담이 되는 비트맵·데이터로 변환」→「고에너지밀도 광(레이저) 출력 및 좌표 제어하기 위한 NC 데이터로 전환」→「고에너지밀도 광(레이저) 출력·주사 좌표의 제어에 의해 고에너지밀도 광(레이저) 조사」→「금형 표면으로 반전한 화상 모양 가공」→「금형의 화상 모양을 전사하기 위한 금속유리 부재의 온간 성형」이라는 순서가 채택되어 있다. 또한, 후술하지만 「도메인 사이즈의 결정」→「N계조의 농담이 되는 비트맵·데이터로 변환」을 삭제하고 「거울면 반전시킨 비트맵·데이터의 작성」으로부터 「고에너지밀도 광(레이저) 출력 및 좌표 제어하기 위한 NC 데이터로 전환」하도록 하여도 좋다.

본 발명에 있어서, 우선 「화상 모양이 실상과 거울면 반전된 비트맵 정보로 전환하여 준비된다」는 것이지만, 화상은 디지털카메라 등에 의해 취해진 디지털사진이나 아날로그로 존재하는 화상(아날로그사진이나 회화 그 밖의 아날로그 화상)으로, 데이터의 입력은, 디지털카메라 등에 의해 취해진 상기 디지털사진의 디지털 정보나 아날로그로 존재하는 화상 모양을 디지털기기(도시하지 않음)로 판독하여 디지털화하고, 이들 디지털 정보를 예를 들면 퍼스널 컴퓨터와 같은 비트맵 처리장치(10)로 비트맵화하는 것을 의미하고 있고, 특히 비트맵 처리방법은 상기 방법에 한정될 필요는 없다. 이 때, 화상 모양은 실상과 거울면 반전된 비트맵 정보로 전환되게 된다.

다음에, 「고에너지밀도 광(15)을 미소시간의 온/오프를 반복하여, 1회의 조사가 1도트의 가공구멍(24)을 형성하면서 성형 금형(20) 표면 상을 주사하여, 상기 비트맵 정보에 따라서 화상 모양을 도트의 집합 패턴(21)으로 하여 성형 금형(20) 표면에 형성하는 가공을 실시한다」는 것인데, 이러한 고에너지밀도 광(15)에는 예를 들면 가장 취급하기 쉬운 YAG 레이저광이나 YVO₄ 레이저광이 바람직하지만, 이것에 한정될 필요는 없고, 적외 레이저, 자외 레이저 등이어도 좋다. 또한 각각의 고조파를 추출한 변환 파장을 가지는 레이저광이어도 좋다. 또는 전자선 등을 이용하여도 좋다.

또한, 성형 금형(20)은 금속유리 부재, 특히 400℃ 이상의 온도로 금속유리 부재에 대한 화상 전사에 사용되는 경우에는, 대표적으로 내열성과 고경도를 겸비하는 초경합금(WC-Co 합금)이 선택되는 것이 바람직하지만, 금속유리의 재질에 의해 적합한 다른 경질금속 재료, 예를 들면 열간 다이스 강 등이 선택되어도 좋다. 또한, 성형 금형(20)은 도 1에 도시하는 바와 같은 블록형상에 한정될 필요는 없고, 피전사재인 금속유리 부재(1)의 형상에 맞추어 미리 3차원 형상으로 하여도 좋다. 성형 금형(20)의 화상 모양 형성면(22)은 원칙적으로 거울면 상태로 되는 매끄러운 평탄형상이 바람직하지만, 화상 모양 형성면(22)의 주위는 기계 가공이나 에칭 가공(오글쪼글한 주름 모양 가공) 등에 의해서 다른 모양을 부여하여 두어도 좋다.

성형 금형(20)의 화상 모양 형성면(22)의 가공은 「비트맵 정보에 따라서 화상 모양을 도트의 집합 패턴(21)으로 하여 성형 금형(20) 표면에 형성된다」는 것이지만, 본 발명에서는 「한 변의 길이가 10㎛ 내지 500㎛로 되는 직사각형(본 실시예에서는 정사각형을 채용)으로 분할된 도메인」마다 행하여지는 것이 바람직하다. 각 도메인은 세로·가로 M개 ×N개(3≤M, N≤10; M, N은 정수)로 할당되고 도트 가공구멍처리(구멍 가공이 없는 것도 포함함)가 이루어진다. 성형 금형(20) 상의 가공범위를 한 변의 길이가 10㎛ 내지 500㎛로 되는 직사각형의 도메인으로 분할하는 이유는 가공속도를 규정하기 때문에, 10㎛보다도 작으면 분할이 지나치게 작아 데이터처리나 가공시간의 점에서 현실적이지 않기 때문이다. 반대로 500㎛보다도 크면, 처리나 가공 시간은 짧지만 화상 모양이 선명함을 잃어 실상에 대하여 현저히 외관이 떨어지기 때문이다(또, 피치는 이 경우, 세로·가로 일정하고 같지만, 세로·가로의 피치 간격을 다르게 하는 것은 가능하다).

또한, 직사각형 도메인 내의 분할 수를 M개 ×N개의 영역으로 하고, M, N을 3 내지 10으로 한정한 이유는 M, N이 3보다도 작으면 형상의 윤곽을 표현하기 위한 정보량이 줄어, 사진 등의 세밀한 화상 모양을 비트맵화할 때 화상품질이 극단적으로 떨어지기 때문이다. 또한 M, N이 10보다도 크면, 해상도는 증가하지만 농담 계조로 데이터를 분해 연산처리할 때 너무 시간이 길게 걸려 비효율적이기 때문이다(도메인의 분할 수는 세로·가로가 M·N으로 하였지만, 세로·가로의 피치를 동폭[물론, 다른 폭{=직사각형 도메인}으로 하여도 좋지만]으로 하고, 양자 동수의 N[지금까지 기재와 같이 다른 수이어도 좋다]으로 하고, 정사각형 도메인으로 하여 도 좋다). 또, 상술한 바와 같이 직사각형 도메인 분할을 하지 않고, 비트맵 정보에 따라서 단순히 도트 가공구멍처리를 하는 경우도 있다.

화상 모양의 농담은 부재 표면에 형성된 비트맵상에 요철이 형성된 도트의 집합에 의해서 표현되지만, 이것에 덧붙여 화상 모양의 농담을 표현하는 도트 가공구멍(24)의 깊이를 0.1㎛ 내지 10㎛의 범위로 변화시켜도 좋다. 0.1㎛ 내지 10㎛로 한정한 이유는 0.1㎛보다도 얕은 가공 구멍(24)으로 표현하면 농담이 명확하지 않고 윤곽이 희미한 화상 모양이 되어 버리기 때문이다. 반대로, 10㎛를 넘어 깊은 가공 구멍(24)으로 표현하면, 농담은 명확하지만, 금속유리 표면에도 요철이 명백히 남아서, 외관상이나 피부에 닿았을 때의 촉감이 거칠하여 바람직하지 못하기 때문이다.

이 도트 가공구멍처리는, 제어용 컴퓨터(12)로부터의 제어신호에 의해서, 발진기(14)로부터 조사된 레이저광과 같은 고에너지밀도 광(15)에 의해서 실행되는 것이지만, 상기 N계조의 농담으로 되는 비트맵·데이터를 고에너지밀도 광(레이저) 출력 및 좌표 제어하기 위한 NC 데이터로 전환한다. 그리고, 상기 고에너지밀도 광(15)은 갈바노미터 광학 스캐너(18)의 미러(19)에 반사하여, 성형 금형(20)의 화상 모양 형성면(22) 위를 주사하고, 제어용 컴퓨터(12) 탑재의 소프트웨어에 의해서 제어되어, NC 데이터에 근거하는 온/오프신호에 맞추어 도트 가공구멍처리를 한다. 상술한 바와 같이 도트구멍 가공의 깊이가 제어되는 경우는 고에너지밀도 광(15)의 출력 강도에 의한다. 이 경우, 상술한 바와 같이 가공구멍(24)의 깊이를 0.1㎛ 내지 10㎛가 되도록 고에너지밀도 광(15)의 출력을 제어하게 된다. 도트구 멍 가공의 깊이를 제어하지 않고, 단순히 일정 깊이의 도트구멍 가공만을 하는 경우도 당연히 있다.

갈바노미터 광학 스캐너(18)의 미러(19)는 제어용 컴퓨터(12)의 지령에 의해 고에너지밀도 광(15)의 반사각도를 변화시켜, 성형 금형(20)의 화상 모양 형성면(22) 위를 주사하는 것이다.

제어용 컴퓨터(12)에 탑재된 상기 소프트웨어에는, 화상 모양 형성면을 상기 직사각형의 도메인으로 분할하는 분할 정보와, 각 도메인 내에 할당하는 비트맵 정보를 M개 ×N개(3≤M, N≤10; M, N은 정수)의 농담 계조로 처리한 후, 또한 상기 화상 모양 형성면에 대한 도트 가공구멍(24)의 유무로 되는 온/오프신호로 전환하는 전환 정보(및 고에너지밀도 광(15)의 출력 강도를 제어하는 경우에는 그 출력 정보) 등, 화상 모양 형성에 필요한 정보가 기록되어 있다.

시료 스테이지(28)는 성형 금형을 유지하기 위한 것으로, 발진기(14)로부터 조사된 레이저광과 같은 고에너지밀도 광(15)의 피조사측에 설치되어 있다.

온간 성형장치(30)의 개략 구성은 도 1에 도시하는 바와 같이, 온도 제어 히터(32)를 갖는 챔버(31)와 상하 한 쌍의 가압 다이 베이스(35, 36)로 구성되고, 내부는 고진공 또는 불활성가스(헬륨, 질소, 아르곤가스 등)를 충전·통풍시켜, 비산화성 분위기 내에서 온간가공을 할 수 있도록 되어 있다. 금속유리 부재(1)는 도시하지 않은 개폐부로부터 출입되도록 되어 있다(또, 온간가공은 상술한 바와 같은 비산화성 분위기 내가 아니고, 대기 중, 즉 산화 분위기하에서도 가능하지만, 이 경우, 온간가공을 결정화 전에 완료하도록 신속히 행하는 것으로, 금속유리 부재(1) 표면의 산화피막이 보호피막으로 되어 내부로의 산화 침입을 막을 수 있고, 이러한 조건을 만족하는 한 대기 중의 온간가공도 가능하다). 가압 다이 베이스는 성형 금형(20)을 탑재하는 금형 탑재용 가압 다이 베이스(35)와, 금속유리 부재(1)를 성형 금형(20)으로 가압하기 위한 공작물 가압 다이 베이스(36)로 구성되고, 본 실시예의 경우, 상측에 형성된 공작물 가압 다이 베이스(36)가 승강하여 금속유리 부재(1)를 성형 금형(20)으로 가압하도록 되어 있다. 상기 금속유리 부재(1)는 온간 성형장치(30) 내에서, 가압시, 온도 제어 히터(32)에 의해 과냉각 액체 온도 영역(Tg-Tx) 내의 온도로 유지되도록 되어 있다.

이것에 의해, 금속유리 부재(1)에 대한 성형 금형(20)에 의한 반전 전사 성형에는 과냉각 온도 영역(Tg:금속유리 전이 개시 온도 ~ Tx:금속유리 전이 종료 온도 이 영역에서 유리와 같은 점성 유동 특성을 갖고, 나노 사이즈까지의 미세부 모양을 전사할 수 있다)에 있어서 금속유리 부재(1)에 대한 성형 금형(20)에 의한 초정밀 반전 전사 성형이 가능해진다.

사용되는 금속유리는 특히 Zr기, Ti기, Ni기, Cu 기 및 Fe기 합금이 적합해진다. 그 이유는 금속유리 중에서도 비교적 넓은 과냉각 액체 온도 영역을 갖고, 또 고가의 금속원소를 주요 구성성분으로 하지 않았기 때문에 원료가 저렴하게 되어, 최종적으로도 경제적인 공정이 되기 때문이다.

실시예

도 3에 본 발명의 실시예를 도시한다. 초경합금 금형상에 YVO₄ 레이저를 사용하여 디지털사진의 반전 화상을 도트 패턴화하여, 상술한 방법으로 그린 예이다. 또한 도 4는 본 발명의 다른 실시예로, 마찬가지로 초경합금 라인에 "N"의 문자를 가공한 것이다. (a)는 가공 후의 표면을 사시한 도면이고, (b)는 이것을 확대한 도면, 또 (c)는 상면으로부터 도트 배열을 확대 관찰한 도면이다. 도 5는 본 발명의 다른 실시예를 도시하고, 디지털카메라로 만든 화상 모양을 금형에 레이저 가공하고, 또 금속유리판에 전사 성형한 경우의 도면이다.

본 발명은 특히 지금까지 실현되지 않았던 400℃ 이상으로 성형할 필요가 있는 Zr기, Ti기, Ni기, Cu 기 및 Fe기 금속유리 합금제 부재의 표면에 화상 모양을 형성할 수 있게 되고, 이들 금속유리 합금의 산업상의 유용성을 대단히 높일 수 있었다.

Claims

금속유리 부재의 표면에 화상 모양을 형성하기 위한 방법으로서,

(a) 실상에 대하여 거울면 반전된 비트맵 정보로 전환하여 화상 모양이 준비되고, 상기 비트맵 정보를 N 계조의 농담이 되는 비트맵 정보로 전환하고, 상기 N 계조의 비트맵 정보를 고에너지밀도 광의 출력 및 좌표 제어를 위한 NC 데이터로 전환하고,

(b) 다음에 금형 가공 공정에서는, 상기 NC 데이터에 따라 고에너지밀도 광을 미소시간의 온/오프를 반복하여, 1회의 조사가 1 도트의 가공구멍을 형성하면서 성형 금형 표면 상을 주사하여, 상기 NC 데이터에 따라서 화상 모양을 도트의 집합 패턴으로 하여 성형 금형 표면에 형성하는 가공을 실시하고,

(c) 또한 전사 공정에서는, 이 집합 패턴 형성 금형을 사용하여 금속유리 부재를 과냉각 액체 온도 영역 내에서 도트의 집합 패턴을 반전 전사 성형하는 금속유리 부재 표면에 대한 화상 모양 형성방법에 있어서,

상기 거울면 반전된 비트맵 정보의 N 계조의 비트맵 정보로의 전환에 있어서, 거울면 반전된 비트맵 정보에 있어서의 성형 도트의 집합 패턴으로 전환하여 가공을 행하는 금형에 대한 가공 범위를, 한 변의 길이가 10㎛ 이상 500㎛ 이하가 되는 직사각형의 도메인으로 분할하고, 각 직사각형 도메인 내를 M개×N개(3≤M, N≤10; M, N은 정수)의 영역으로 분할하여 해상도를 결정하고,

금형 가공 공정에서, 분할한 M개×N개의 영역에 관해서 가공 구멍의 깊이를 0.1㎛ 이상 10㎛ 이하가 되는 도트의 가공 구멍을 만들거나 또는 만들지 않을지 따라서 금형 상에 농담이 있는 도트의 집합 패턴을 형성시키는 것을 특징으로 하는, 금속유리 부재 표면에 대한 화상 모양 형성방법.
제 1 항에 있어서, 상기 반전 전사 성형은, 비산화 분위기하에 있어서, 또는 산화 분위기하에서 형성된 금속유리 부재 표면의 산화피막에 의해 내부로의 산소 침입을 막을 수 있도록 신속하게, 400℃ 이상의 과냉각 액체 온도 영역 내에서, 상기 금속유리 부재의 결정화 전에 행하여지는 것을 특징으로 하는 금속유리 부재 표면에 대한 화상 모양 형성방법.
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제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 성형 금형으로 초경합금을 사용하는 것을 특징으로 하는, 금속유리 부재 표면에 대한 화상 모양 형성방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 고에너지밀도 광이 레이저광인 것을 특징으로 하는, 금속유리 부재 표면에 대한 화상 모양 형성방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 금속유리 부재는 Zr을 가장 많은 양의 구성원소로 하는 Zr기 합금, Ti을 가장 많은 양의 구성원소로 하는 Ti기 합금, Cu를 가장 많은 양의 구성원소로 하는 Cu기 합금, Ni을 가장 많은 양의 구성원소로 하는 Ni기 합금, 또는 Fe을 가장 많은 양의 구성원소로 하는 Fe기 합금이며, 400℃ 이상의 과냉각 액체 온도 영역을 갖는 것을 특징으로 하는, 금속유리 부재 표면에 대한 화상 모양 형성방법.
성형 금형을 사용하여 금속유리 부재의 표면에 화상 모양을 전사 형성하기 위한 장치로서,

(a) 화상 모양이 실상과 거울면 반전된 비트맵 정보로 전환하기 위한 비트맵 처리장치와,

(b) 상기 비트맵 처리장치에 의해 얻어진 상기 거울면 반전된 비트맵 정보에 있어서의 성형 금형의 화상 모양 형성면의 가공범위를, 한 변의 길이가 10㎛ 이상 500㎛ 이하가 되는 직사각형의 도메인으로 분할하여, 각 도메인 내에 할당하는 상기 거울면 반전된 비트맵 정보를 M개×N개(3≤M, N≤10; M, N은 정수)로, 가공 구멍의 깊이를 0.1㎛ 이상 10㎛ 이하 사이에서 농담 계조로 처리하여 상기 거울면 반전된 비트맵 정보를 N 계조의 비트맵 정보로 전환한 후, 또 상기 화상 모양 형성면에 대한 도트 가공구멍의 유무로 되는, 고에너지밀도 광의 출력 및 좌표 제어용의 온/오프신호를 생성하는 NC 데이터로 전환하는 소프트웨어와,

(c) 상기 소프트웨어를 탑재하고, 고에너지밀도 광의 출력과 미소시간의 온/오프를 반복하면서 주사하기 위한 제어용 컴퓨터와,

(d) 상기 제어용 컴퓨터로부터의 제어신호에 의해서 상기 고에너지밀도 광을 발생시키는 발진기와, 상기 발진기로부터 발생되는 상기 고에너지밀도 광을 시료 스테이지에 의해 유지되는 상기 성형 금형 상에 주사하기 위한 미러와,

(e) 과냉각 액체 온도 영역 내에서 금속유리 부재에 상기 고에너지밀도 광에 의해 형성된 상기 성형 금형의 화상 모양 형성면의 거울면 반전 화상 모양을 전사 성형하는 온간 성형장치로 구성되는 것을 특징으로 하는, 금속유리 부재 표면에 대한 화상 모양 형성장치.
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