JP2000254790A - Surface treatment method for metal - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、金属の表面処理方
法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a metal surface treatment method.
【０００２】[0002]
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】金属の
カラー化には、塗装，メッキ，コーティング等の着色技
術による方法が主流であるが、最近、カラーステンレス
やカラーチタン等の光の干渉を利用した発色方法を採用
したカラー金属が実用化され、日用品や建材等に普及し
てきている。2. Description of the Related Art Colorization of metals is mainly carried out by a coloring technique such as painting, plating, coating or the like. Color metals employing the color development method used have been put to practical use and have become widespread in daily necessities and building materials.
【０００３】このカラー金属は、図１に図示したよう
に、金属１の表面にインコ法等の化学着色処理若しくは
陽極酸化処理を行って該金属１の表面に酸化皮膜２を形
成したもので、図２に図示したように、該酸化皮膜２の
厚さを調節することにより、酸化皮膜２の表面で反射す
る外光４と，酸化皮膜２を透過し金属１の表面で反射す
る外光４'との双方の光路差に起因する光の干渉作用を
調節して特定の波長領域を弱めることで、該金属１がグ
リーンやブルーやマゼンダやゴールド等に見えるもので
ある。図中符号５は化学着色処理を行う為に使用する硫
酸−クロム酸溶液である。As shown in FIG. 1, this color metal is obtained by subjecting a surface of a metal 1 to a chemical coloring treatment such as a parakeet method or an anodizing treatment to form an oxide film 2 on the surface of the metal 1. As shown in FIG. 2, by adjusting the thickness of the oxide film 2, external light 4 reflected on the surface of the oxide film 2 and external light 4 transmitted through the oxide film 2 and reflected on the surface of the metal 1 are adjusted. The metal 1 looks green, blue, magenta, gold, or the like by adjusting the interference effect of light caused by the optical path difference between the two and weakening a specific wavelength region. In the figure, reference numeral 5 denotes a sulfuric acid-chromic acid solution used for performing a chemical coloring treatment.
【０００４】ところで、上記原理を応用することで金属
１の表面に多くの色の異なる模様を形成する方法として
下記のような技術が提案されている。By the way, the following techniques have been proposed as a method for forming a pattern having many different colors on the surface of the metal 1 by applying the above principle.
【０００５】具体的には、図３に図示したように、先ず
金属１の表面に下地色を着色する為に化学着色処理若し
くは陽極酸化処理を行って薄い酸化皮膜２を形成し、続
いて、該金属１の所望模様部分以外にマスキング６を設
け、該マスキング６が設けられた金属１に再び化学着色
処理若しくは陽極酸化処理を行って前記酸化皮膜２に厚
さの厚い部分（符号２ａ）、即ち、下地色とは異なる着
色部を形成し、以下、上記マスキングの工程と上記化学
着色処理若しくは陽極酸化処理の工程とを繰り返すこと
により酸化皮膜２の厚さの厚い部分を順次形成して金属
１に多くの色の異なる模様を形成する方法である（以
下、従来例という）。More specifically, as shown in FIG. 3, first, the surface of the metal 1 is subjected to a chemical coloring treatment or an anodic oxidation treatment in order to color a base color, thereby forming a thin oxide film 2. A masking 6 is provided on a portion other than the desired pattern portion of the metal 1, and the metal 1 on which the masking 6 is provided is again subjected to a chemical coloring treatment or an anodic oxidation treatment, so that a thick portion (reference numeral 2 a) That is, a colored portion different from the base color is formed, and thereafter, the above-mentioned masking process and the above-mentioned chemical coloring process or anodic oxidation process are repeated to sequentially form thick portions of the oxide film 2 to form a metal. One is a method of forming a pattern having many different colors (hereinafter referred to as a conventional example).
【０００６】しかし、この従来例では、マスキングの工
程と化学着色処理若しくは陽極酸化処理の工程とを色の
数だけ何度も繰り返さねばならず、工程が繁雑であり、
しかも、細かい模様の形成が困難で、コストも高く、酸
等の廃棄物も生じるという問題点がある。However, in this conventional example, the masking process and the chemical coloring process or the anodizing process must be repeated as many times as the number of colors, and the process is complicated.
Moreover, it is difficult to form a fine pattern, the cost is high, and waste such as acid is generated.
【０００７】本発明は、上記問題点を解決するもので、
短時間で簡単に金属の表面に形成された酸化皮膜の厚さ
を調節して該金属に任意の色としたり多色模様付を行っ
たりすることができる実用性に秀れた金属の表面処理方
法を提供するものである。The present invention solves the above problems,
A highly practical metal surface treatment that can easily adjust the thickness of the oxide film formed on the surface of the metal in a short time to give the metal any color or multicolor pattern It provides a method.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】添付図面を参照して本発
明の要旨を説明する。The gist of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
【０００９】金属１の表面に形成されている酸化皮膜２
をレーザ光３で除去することで該酸化皮膜２の厚さを調
節して該金属１を任意の色に見えるようにすることを特
徴とする金属の表面処理方法に係るものである。An oxide film 2 formed on the surface of a metal 1
The surface treatment method for a metal is characterized in that the thickness of the oxide film 2 is adjusted so that the metal 1 can be seen in an arbitrary color by removing the oxide film 2 with a laser beam 3.
【００１０】また、請求項１記載の金属の表面処理方法
において、金属１としてカラーステンレスを採用したこ
とを特徴とする金属の表面処理方法に係るものである。[0010] The present invention also relates to a metal surface treatment method according to the first aspect, wherein a color stainless steel is used as the metal 1.
【００１１】また、カラーステンレスやカラーチタンの
表面に形成されている酸化皮膜２をレーザ光３で除去す
ることで該酸化皮膜２の厚さを調節して該金属１を任意
の色に見えるようにすることを特徴とする金属の表面処
理方法に係るものである。Further, the thickness of the oxide film 2 is adjusted by removing the oxide film 2 formed on the surface of the color stainless steel or the color titanium with a laser beam 3 so that the metal 1 can be seen in an arbitrary color. The present invention relates to a metal surface treatment method characterized by the following.
【００１２】また、請求項１〜３いずれか１項に記載の
金属の表面処理方法において、レーザ光３として波長３
００ｎｍ以下のレーザ光３を採用したことを特徴とする
金属の表面処理方法に係るものである。In the metal surface treatment method according to any one of claims 1 to 3, the laser beam 3 has a wavelength of 3 nm.
The present invention relates to a method for treating a surface of a metal, wherein a laser beam 3 of not more than 00 nm is employed.
【００１３】また、請求項１〜３いずれか１項に記載の
金属の表面処理方法において、レーザ光３として波長１
５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下のレーザ光３を採用したこ
とを特徴とする金属の表面処理方法に係るものである。Further, in the metal surface treatment method according to any one of claims 1 to 3, the laser beam 3 has a wavelength of 1
The present invention relates to a metal surface treatment method characterized in that a laser beam 3 having a wavelength of 50 nm or more and 300 nm or less is employed.
【００１４】また、請求項１〜５いずれか１項に記載の
金属の表面処理方法において、レーザ光３の受光部エネ
ルギー密度を３０［ｍｊ／（ｐｕｌｓ・ｃｍ2）］以上
２００［ｍｊ／（ｐｕｌｓ・ｃｍ2）］以下に設定した
ことを特徴とする金属の表面処理方法に係るものであ
る。Further, in the metal surface treatment method according to any one of claims 1 to 5, the energy density of the light receiving portion of the laser beam 3 is not less than 30 [mj / (puls · cm 2 )] and not more than 200 [mj / ( puls · cm 2 )] The method according to the present invention relates to a metal surface treatment method characterized in that:
【００１５】また、請求項１〜６いずれか１項に記載の
金属の表面処理方法において、レーザ光３として、Ａｒ
Ｆ，ＫｒＦ，ＡｒＣｌ，ＫｒＣｌ，ＸｅＢｒ若しくはＦ
2を発振源とするエキシマレーザ光３を採用したことを
特徴とする金属の表面処理方法に係るものである。Further, in the metal surface treatment method according to any one of claims 1 to 6, the laser beam 3 may be Ar
F, KrF, ArCl, KrCl, XeBr or F
The present invention relates to a metal surface treatment method using excimer laser light 3 using 2 as an oscillation source.
【００１６】また、請求項１〜７いずれか１項に記載の
金属の表面処理方法により、酸化皮膜２の厚さを任意に
変化させ、各部を任意の色に見えるようにすることで金
属１の表面に模様を形成することを特徴とする金属の表
面処理方法に係るものである。In addition, by the metal surface treatment method according to any one of claims 1 to 7, the thickness of the oxide film 2 is arbitrarily changed so that each part can be seen in an arbitrary color to make the metal 1 appear. And forming a pattern on the surface of the metal.
【００１７】[0017]
【発明の作用及び効果】本発明は繰り返した実験の結果
得られた作用効果を請求項としてまとめたものである。The present invention summarizes the effects obtained as a result of repeated experiments as claims.
【００１８】所定厚の金属１の酸化皮膜２を除去して該
酸化皮膜２の厚さを薄くしていくと、当然のことながら
該酸化皮膜２を透過する外光４'の光路が変化する為、
該金属１若しくは酸化皮膜２の表面で反射される光４・
４'は波長によっては強められたり弱められたりし、必
然的に該金属１の色が変化することになる。When the oxide film 2 of the metal 1 having a predetermined thickness is removed to reduce the thickness of the oxide film 2, the optical path of the external light 4 'passing through the oxide film 2 changes as a matter of course. For
The light reflected by the surface of the metal 1 or the oxide film 2 4.
4 'is strengthened or weakened depending on the wavelength, and the color of the metal 1 necessarily changes.
【００１９】しかし、酸化皮膜２は極めて薄く（市販の
カラーステンレスでは０.４０μｍ以下程度）、また、
金属１の色と酸化皮膜２との関係も、市販のグリーンの
カラーステンレスの酸化皮膜２を除去して色を変えた場
合、グリーンでは０.２３μｍ、ブルー（１）では０.２
０μｍ、マゼンダでは０.１９μｍ、ゴールドでは０.１
５μｍ程度（製品によって厚さは異なる。尚、ブルーは
２箇所の異なる酸化皮膜２の厚さによって発色する為、
以下、酸化皮膜２が厚い方をブルー（１）、薄い方をブ
ルー（２）とする。）で、着色場所や着色部分を所望通
りとする為には、酸化皮膜２を均一且つ極めて薄く除去
しなければならない。However, the oxide film 2 is extremely thin (approximately 0.40 μm or less for a commercially available color stainless steel).
The relationship between the color of the metal 1 and the oxide film 2 is 0.23 μm for green and 0.2 for blue (1) when the color is changed by removing the oxide film 2 of a commercially available green color stainless steel.
0 μm, 0.19 μm for magenta, 0.1 for gold
Approximately 5 μm (the thickness varies depending on the product. In addition, since blue is colored by the thickness of the oxide film 2 at two different places,
Hereinafter, the thicker oxide film 2 is referred to as blue (1), and the thinner oxide film 2 is referred to as blue (2). ), The oxide film 2 must be uniformly and extremely thinly removed in order to make the colored places and colored portions as desired.
【００２０】従って、例えば、切削工具による切削やエ
ッチング等の手段によって酸化皮膜２を薄く除去するこ
とは理論上は可能ではあるが、現実的には無理である。Therefore, although it is theoretically possible to remove the oxide film 2 thinly by means such as cutting with a cutting tool or etching, it is practically impossible.
【００２１】この点、レーザ光３は、波長や照射時間や
エネルギー密度によって簡単に照射エネルギーを細かく
コントロールすることができ、酸化皮膜２を均一且つ極
めて薄く除去することができる。In this regard, the irradiation energy of the laser light 3 can be easily and finely controlled by the wavelength, irradiation time and energy density, and the oxide film 2 can be uniformly and extremely thinly removed.
【００２２】従って、金属１の酸化皮膜２をレーザ光３
で除去して該酸化皮膜２の厚さを調節することで該金属
１を任意の色に変えることができる。Therefore, the oxide film 2 of the metal 1 is
By adjusting the thickness of the oxide film 2 by removing the metal layer 1, the metal 1 can be changed to an arbitrary color.
【００２３】よって、レーザ光３の照射で金属１の酸化
皮膜２を部分的に任意の厚さとしていくことにより、該
金属１の表面に簡単に模様を形成していくことができ
る。Therefore, the pattern can be easily formed on the surface of the metal 1 by partially arranging the oxide film 2 of the metal 1 by irradiating the laser beam 3 with an arbitrary thickness.
【００２４】また、酸化皮膜２は、特定波長，特定エネ
ルギー密度においては照射パルス数に応じて削れ、必然
的に酸化皮膜２の厚さが変化し、干渉色も変化した。The oxide film 2 was shaved at a specific wavelength and a specific energy density in accordance with the number of irradiation pulses, so that the thickness of the oxide film 2 was inevitably changed and the interference color was also changed.
【００２５】本発明は上述のようにするから、短時間で
簡単に金属の表面に形成された酸化皮膜の厚さを調節し
て該金属を任意の色としたり多色模様付を行ったりする
ことができる実用性に秀れた金属の表面処理方法とな
る。According to the present invention, as described above, the thickness of the oxide film formed on the surface of the metal can be easily adjusted in a short time to make the metal an arbitrary color or perform a multicolor pattern. It is a practical metal surface treatment method with excellent practicality.
【００２６】また、金属１に形成される模様は元々耐食
性に秀れた酸化皮膜２そのものであるから、メッキや塗
装等と異なり長寿命である。The pattern formed on the metal 1 is the oxide film 2 itself, which originally has excellent corrosion resistance, and therefore has a long life unlike plating and painting.
【００２７】また、この模様の形成工程は、従来法と異
なりマスキング５や該マスキング５を除去する為の薬液
等の廃棄物を生成しない。In addition, unlike the conventional method, this pattern forming step does not generate waste such as the masking 5 and a chemical solution for removing the masking 5.
【００２８】また、金属１の表面にいつでも模様の形成
を行える為、工程の自由度が高くなる。Further, since the pattern can be formed on the surface of the metal 1 at any time, the degree of freedom of the process is increased.
【００２９】[0029]
【発明の実施の形態】図４，５は本発明の一実施例を図
示したものであり、以下に説明する。4 and 5 illustrate an embodiment of the present invention, which will be described below.
【００３０】本実施例は、金属１の表面に形成されてい
る酸化皮膜２をレーザ光３で除去する（削る）ことで該
酸化皮膜２の厚さを調節して該金属１を任意の色に見え
るようにし、該任意の色によって金属１の表面に模様を
形成するものである。In this embodiment, the thickness of the oxide film 2 is adjusted by removing (shaving) the oxide film 2 formed on the surface of the metal 1 with a laser beam 3 so that the metal 1 has an arbitrary color. And a pattern is formed on the surface of the metal 1 by the arbitrary color.
【００３１】金属１としては、市販のカラーステンレス
（例えば、ＳＵＳ３０４、ＢＡ（ブライトアニーリン
グ：鏡面仕上に近い光沢を有する）仕上げ等）やカラー
チタン等のカラー金属１を用いる。このカラー金属１の
表面には化学着色処理や陽極酸化処理によって酸化皮膜
２が形成されており、グリーンやブルーやマゼンダやゴ
ールド等の色に見えるようにされている。尚、カラース
テンレスの場合、酸化皮膜２の厚さが厚くなると共に、
ブルー（２）、ゴールド、マゼンダ、ブルー（１）、グ
リーン（最も厚い）の順に色が変わる。As the metal 1, a color metal 1 such as commercially available color stainless steel (for example, SUS304, BA (bright annealing: having a gloss close to a mirror finish)) or color titanium is used. An oxide film 2 is formed on the surface of the color metal 1 by a chemical coloring process or an anodic oxidation process so that the color metal 1 looks like green, blue, magenta, gold or the like. In the case of color stainless steel, as the thickness of the oxide film 2 increases,
The color changes in the order of blue (2), gold, magenta, blue (1), and green (thickest).
【００３２】化学着色処理とは、カラーステンレスの場
合、硫酸等の溶液（インコ法と称される方法では硫酸−
クロム酸溶液）中に金属１を浸漬することにより、該金
属１の表面に金属酸化物や金属水酸化物の膜を形成する
もので、この金属酸化物や金属水酸化物の膜が前記酸化
皮膜２である。この酸化皮膜２は不動態で硬く、元々は
耐食性を目的に形成されていたものである。In the case of color stainless steel, the chemical coloring treatment means a solution of sulfuric acid or the like (in a method called parakeet method, sulfuric acid-
A metal oxide or metal hydroxide film is formed on the surface of metal 1 by immersing metal 1 in a chromic acid solution). Film 2. This oxide film 2 is passive and hard, and was originally formed for the purpose of corrosion resistance.
【００３３】また、陽極酸化処理とは、カラーチタンの
場合、リン酸−硫酸や、リン酸−シュウ酸や、リン酸−
硫酸−過酸化水素等の溶液中において金属１に所定電圧
（１０〜２００Ｖ程度）の電圧を付与して金属１に酸化
皮膜を形成するものである。レーザ光３としては、波長
１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光や波長２４８ｎｍ
のＫｒＦエキシマレーザ光等を用いる。しかし、例えば
波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザ光では、良好
に酸化皮膜２を削ることはできなかった。レーザ光３は
波長が長いとアブレーション加工では熱による効果が強
くなる為、ＸｅＣｌエキシマレーザ光では波長が長すぎ
るものと考えられる。従って、波長３００ｎｍ以下のレ
ーザ光３、例えば波長１５７ｎｍのＦ2レーザ光等でも
良好に酸化皮膜２を削ることができるものと考えられ
る。また、波長１５０ｎｍ未満では現時点においては大
気中ではレーザ光３の吸収が大きくて実用的ではなく、
真空中，希薄空気中若しくは特殊な気体中でなければレ
ーザ光３で酸化皮膜２を削ることができないのではない
かと考えられる。In the case of color titanium, the anodic oxidation treatment means phosphoric acid-sulfuric acid, phosphoric acid-oxalic acid, phosphoric acid-
A voltage of a predetermined voltage (about 10 to 200 V) is applied to the metal 1 in a solution such as sulfuric acid-hydrogen peroxide to form an oxide film on the metal 1. The laser light 3 may be an ArF excimer laser light having a wavelength of 193 nm or a wavelength of 248 nm.
KrF excimer laser light or the like is used. However, for example, the XeCl excimer laser beam having a wavelength of 308 nm could not satisfactorily remove the oxide film 2. If the wavelength of the laser beam 3 is long, the effect due to heat is increased in the ablation process. Therefore, it is considered that the wavelength of the XeCl excimer laser beam is too long. Thus, the wavelength 300nm or less of the laser beam 3, is believed to be able to cut a good oxide film 2 be, for example, the F 2 laser beam having a wavelength of 157 nm. At a wavelength of less than 150 nm, the laser beam 3 is currently not practical in the atmosphere because of its large absorption.
It is considered that the oxide film 2 cannot be removed by the laser beam 3 unless it is in a vacuum, in dilute air, or in a special gas.
【００３４】尚、波長１０６００ｎｍのＣＯ2レーザ光
や１０６０ｎｍのＹＡＧ（ヤグ）レーザ光は、波長が長
すぎてアブレーション加工ではなく熱加工となってしま
い、酸化皮膜２と金属１表面が加熱され、熔融，蒸発し
てしまう。Incidentally, the CO 2 laser beam having a wavelength of 10600 nm and the YAG (yag) laser beam having a wavelength of 1060 nm are too long to be subjected to thermal processing instead of ablation processing, so that the oxide film 2 and the metal 1 surface are heated. Melts and evaporates.
【００３５】また、エキシマレーザ光とは、Ａｒ（アル
ゴン）やＫｒ（クリプトン）等の不活性ガスと、Ｆ（フ
ッ素）やＣｌ（塩素）等のハロゲンとを単独若しくは組
み合わせたものを発振源とするレーザ光３であり、使用
する不活性ガスやハロゲンの種類及び不活性ガスとハロ
ゲンとの組み合わせによって種々の波長のレーザ光３を
得ることができる。The excimer laser light is an oscillation source obtained by singly or in combination of an inert gas such as Ar (argon) or Kr (krypton) and a halogen such as F (fluorine) or Cl (chlorine). The laser light 3 having various wavelengths can be obtained depending on the type of the inert gas or the halogen used and the combination of the inert gas and the halogen.
【００３６】また、このレーザ光３の照射エネルギー
は、該レーザ光３で所定厚さに酸化皮膜２を削る為の制
御し易いエネルギー値に設定される。具体的には、レー
ザ光３の受光部におけるエネルギー密度が３０［ｍｊ／
（ｐｕｌｓ・ｃｍ2）］（＝ミリジュール／（パルス・
平方センチメートル）］以上２００［ｍｊ／（ｐｕｌｓ
・ｃｍ2）］以下となるように設定する。The irradiation energy of the laser light 3 is set to an easily controllable energy value for shaving the oxide film 2 to a predetermined thickness by the laser light 3. Specifically, the energy density of the laser beam 3 at the light receiving portion is 30 [mj /
(Pulses · cm 2 )] (= millijoules / (pulse · cm 2 )
Square centimeter)] or more and 200 [mj / (pulss)
・ Cm 2 )].
【００３７】図４は、本実施例において使用した金属の
表面処理装置であり、符号７はレーザ光発振器、８はミ
ラー、９はレーザ光３のエネルギー密度を可変して、コ
ントロールし易くする為のビームエキスパンダ、10は金
属１に任意の形状の模様を付ける為のマスク、11はレー
ザ光３を収束する為のレンズ、12は前後左右に移動可能
なテーブルであり、レーザ光発振器７以外の部分が金属
１に模様を付ける加工部13で、該加工部13とレーザ光発
振器７とを接続することで金属１の表面に任意の色や模
様を形成することができる処理装置となる。尚、レーザ
光発振器７から発せられるレーザ光３のエネルギー密度
が上記数値範囲の場合にはビームエキスパンダ９を介さ
ずとも良い。FIG. 4 shows a metal surface treatment apparatus used in this embodiment. Reference numeral 7 denotes a laser light oscillator, 8 denotes a mirror, and 9 denotes a variable energy density of the laser light 3 for easy control. A beam expander, 10 a mask for forming a pattern of an arbitrary shape on the metal 1, 11 a lens for converging the laser beam 3, 12 a table which can be moved back and forth, left and right, other than the laser beam oscillator 7. Is a processing unit 13 for forming a pattern on the metal 1, and by connecting the processing unit 13 to the laser light oscillator 7, a processing apparatus capable of forming an arbitrary color or pattern on the surface of the metal 1 is obtained. When the energy density of the laser beam 3 emitted from the laser beam oscillator 7 is within the above-mentioned numerical range, the laser beam 3 does not need to pass through the beam expander 9.
【００３８】また、マスク10には任意形状のレーザ光通
過部14が設けられ、レーザ光３が該レーザ光通過部14を
通過することによって任意断面形状となり、該レーザ光
３により金属１に任意形状の模様が設けられることにな
る。The mask 10 is provided with a laser beam passing portion 14 having an arbitrary shape. The laser beam 3 passes through the laser beam passing portion 14 to have an arbitrary cross-sectional shape. A shape pattern will be provided.
【００３９】以下、本実施例における金属１の表面への
模様付方法について詳述する（図５参照）。Hereinafter, a method of patterning the surface of the metal 1 in this embodiment will be described in detail (see FIG. 5).
【００４０】先ず、表面に酸化皮膜２が形成された金属
１を用意する。First, a metal 1 having an oxide film 2 formed on its surface is prepared.
【００４１】続いて、金属１にレーザ光３を照射し、該
レーザ光３によって酸化皮膜２を部分的に削る。Subsequently, the metal 1 is irradiated with a laser beam 3 and the oxide film 2 is partially shaved by the laser beam 3.
【００４２】酸化皮膜２にレーザ光３が照射されると、
該レーザ光３によって酸化皮膜２にアブレーション加工
（レーザ光３を照射することで、表面を薄く急激に削り
取る加工）が行われ、酸化皮膜２が薄くなっていく。When the oxide film 2 is irradiated with the laser beam 3,
The oxide film 2 is subjected to an ablation process (a process of irradiating the laser beam 3 to thinly and sharply cut the surface) by the laser light 3, and the oxide film 2 becomes thinner.
【００４３】この際、照射するレーザ光３のショット数
（パルス数）や、レーザ光３の出力や、レーザ光３のＭ
値（縮小値）や、ビームエキスパンダ９等により、酸化
皮膜２の削る量を調節する。また、マスク10のレーザ光
通過部14の形状により模様の形状を決定する。At this time, the number of shots (number of pulses) of the laser beam 3 to be irradiated, the output of the laser beam 3,
The amount (reduced value), the beam expander 9, etc., adjusts the shaving amount of the oxide film 2. Further, the shape of the pattern is determined by the shape of the laser beam passage portion 14 of the mask 10.
【００４４】上記工程により、金属１に任意の色，形状
の模様を形成することができる。Through the above steps, a pattern of any color and shape can be formed on the metal 1.
【００４５】本実施例は上述のようにするから、短時間
で簡単に金属１の表面に形成された酸化皮膜２の厚さを
調節して該金属１に任意の色としたり模様付を行ったり
することができる実用性に秀れた技術となる。In the present embodiment, as described above, the thickness of the oxide film 2 formed on the surface of the metal 1 is easily adjusted in a short time to give the metal 1 an arbitrary color or pattern. Technology that can excel in practicality.
【００４６】以下、本発明の実験例について詳述する。Hereinafter, experimental examples of the present invention will be described in detail.
【００４７】材料としては、化学着色処理を行ったカラ
ーステンレス板（ＳＵＳ３０４、ＢＡ仕上げ）と陽極酸
化処理を行ったカラーチタン板（純チタン）とを使用し
た。成分分析結果を下記表１に示す。As a material, a color stainless steel plate (SUS304, BA finish) subjected to a chemical coloring treatment and a color titanium plate (pure titanium) subjected to an anodic oxidation treatment were used. The results of the component analysis are shown in Table 1 below.
【００４８】[0048]
【表１】 [Table 1]
【００４９】金属の表面処理装置として、レーザ光発振
器７はＬｕｍｏｎｉｃｓ製 ＰＭ８４８，エキシマ：Ａ
ｒＦ 波長１９３ｎｍ，パルス幅：１０〜２０ｎｓｅ
ｃ，最高出力４００ｍｊを使用し、加工部13は住友重機
械工業(株)エキシマレーザ光加工システムを使用した。
Ｍ値（縮小率）は最小の３に設定するとともに、加工部
13の光路中にビームエキスパンダ９（２倍）を設置し
た。また光路中の窒素置換は行わなかった。出力は、安
定して発振できる１３０〜３００ｍｊとし、発振周波数
は１０ｐｐｓ（毎秒１０ショット）に固定した。As a metal surface treatment device, a laser light oscillator 7 is manufactured by Lumonics PM848, excimer: A
rF wavelength: 193 nm, pulse width: 10 to 20 ns
c, the maximum output was 400 mj, and the processing unit 13 used was an excimer laser light processing system manufactured by Sumitomo Heavy Industries, Ltd.
Set the M value (reduction ratio) to the minimum of 3, and
A beam expander 9 (2 times) was installed in the 13 optical paths. Also, nitrogen substitution in the optical path was not performed. The output was set to 130 to 300 mj at which stable oscillation was possible, and the oscillation frequency was fixed at 10 pps (10 shots per second).
【００５０】マスク10は、６×１５ｍｍの矩形のものを
使用した。これにより２×５ｍｍの照射部を得た。色彩
と膜厚の測定では、テーブル12を移動させて大面積の照
射部を作成して測定試料とした。また、実験条件を下記
表２に示す。The mask 10 used was a 6 × 15 mm rectangular mask. Thus, a 2 × 5 mm irradiation section was obtained. In the measurement of the color and the film thickness, the table 12 was moved to form a large-area irradiated portion and used as a measurement sample. Table 2 below shows the experimental conditions.
【００５１】[0051]
【表２】 [Table 2]
【００５２】色彩の測定は、ＩＣＳ(株)製 ＣＣＭ装置
８０００型を使用し、ＣＩＥ三刺激値を求めることによ
り行った。The color was measured by using a CCM Model 8000 manufactured by ICS Co., Ltd. to determine the CIE tristimulus value.
【００５３】酸化皮膜２の膜厚の測定は、(株)島津製作
所製 紫外可視分光光度計ＵＶ−２５００ＰＣに鏡面反
射測定装置（入射角５°）を装着して反射スペクトルの
測定を行い、干渉パターンのピーク間隔より計算式を用
いて算出した。酸化皮膜２の膜の屈折率は、カラーステ
ンレスは酸化皮膜２組織がＦｅ3Ｏ4，Ｃｒ2Ｏ3各５０％
として両者の屈折率の平均をとり、また、カラーチタン
はルチルとアナターゼの平均をとった。The thickness of the oxide film 2 was measured by measuring the reflection spectrum by attaching a specular reflection measuring device (incident angle: 5 °) to an ultraviolet-visible spectrophotometer UV-2500PC manufactured by Shimadzu Corporation. It was calculated from the peak interval of the pattern using a formula. The refractive index of the oxide film 2 is 50% for Fe 3 O 4 and Cr 2 O 3 for color stainless steel.
The average of the refractive indices of both was taken, and the average of the rutile and anatase of the color titanium was taken.
【００５４】カラーステンレスにおける実験結果を下記
表３に示す。Table 3 below shows the experimental results of the color stainless steel.
【００５５】[0055]
【表３】 [Table 3]
【００５６】エネルギー密度，照射回数の増加に伴い、
カラーステンレス板の色調は、グリーン、ブルー
（１）、マゼンダ、ゴールドへと変化した。カラーステ
ンレス板の色調は酸化皮膜２の膜厚に依存する。本実験
例の測定では、グリーンは０.２３μｍ、ブルーは０.２
０μｍ、マゼンダは０.１９〜０.１７μｍ、ゴールドは
０.１５〜０.１４μｍ程度の膜厚に対応する。この為、
酸化皮膜２の膜厚が厚いグリーンのカラーステンレス板
にレーザ光３を照射した場合は、酸化皮膜２の膜厚に対
応する色を発色することが可能となるが、ゴールドやブ
ルー（２）等の酸化皮膜２の膜厚が薄い場合には、多色
を発色させることは困難であると思われる。特にブルー
（２９においては、エネルギー密度，照射回数によら
ず、濃いブルーとなっただけであった。As the energy density and the number of irradiations increase,
The color tone of the color stainless plate changed to green, blue (1), magenta, and gold. The color tone of the color stainless steel plate depends on the thickness of the oxide film 2. In the measurement of this experimental example, green was 0.23 μm and blue was 0.2.
0 μm, magenta corresponds to a thickness of about 0.19 to 0.17 μm, and gold corresponds to a thickness of about 0.15 to 0.14 μm. Because of this,
When a green color stainless steel plate having a thick oxide film 2 is irradiated with the laser beam 3, it is possible to develop a color corresponding to the film thickness of the oxide film 2, such as gold or blue (2). When the thickness of the oxide film 2 is small, it is considered that it is difficult to form a multicolor. In particular, in blue (29, it was only dark blue regardless of the energy density and the number of irradiations.
【００５７】カラーチタンにおける実験結果を下記表４
に示す。Table 4 below shows the results of experiments on color titanium.
Shown in
【００５８】[0058]
【表４】 [Table 4]
【００５９】カラーチタンの場合、ショット数を多くす
ると若干の色調の変化が見られたが、やがて酸化皮膜２
の剥離が観察され、カラーステンレス程には明確な色調
の変化は見られなかった。また、酸化皮膜２の膜厚の測
定結果でも明確な変化は見られなかった。In the case of color titanium, when the number of shots was increased, a slight change in color tone was observed.
Was observed, and the color tone was not so clearly changed as in the color stainless steel. Also, no clear change was observed in the measurement results of the thickness of the oxide film 2.
【００６０】以上、実験例によれば、カラーステンレス
もカラーチタンも、レーザ光３の照射によって色が変化
することが確認された。As described above, according to the experimental example, it was confirmed that the color of both the color stainless steel and the color titanium was changed by the irradiation of the laser beam 3.
【００６１】唯、カラーステンレスとカラーチタンとの
結果の違いは、波長１９３ｎｍのレーザ光光に対する吸
収率，吸収係数の違いによるものと考えられる。However, it is considered that the difference between the results of the color stainless steel and the color titanium is due to the difference in the absorptance and the absorptivity of the laser light having a wavelength of 193 nm.
【００６２】カラーステンレスの酸化皮膜２（酸化鉄，
酸化クロム若しくは水酸化鉄，水酸化クロムを主体とす
る混合物）では、該酸化皮膜２に光エネルギーが吸収さ
れてアブレーションが生じ、該酸化皮膜２が削り取られ
ているものと考えられる。Colored stainless steel oxide film 2 (iron oxide,
In the case of chromium oxide or a mixture mainly composed of iron hydroxide and chromium hydroxide, it is considered that light energy is absorbed by the oxide film 2 to cause ablation, and the oxide film 2 is scraped off.
【００６３】これに対し、カラーチタンの酸化皮膜２
（酸化チタン）では、該酸化皮膜２への吸収よりも透過
が主となり、ショット数を増加すると下地のチタンから
の膨張波で酸化皮膜２が剥離するのではないかと推測さ
れる。On the other hand, the color titanium oxide film 2
In the case of (titanium oxide), transmission is more predominant than absorption into the oxide film 2, and it is presumed that when the number of shots is increased, the oxide film 2 may be peeled off by an expansion wave from the underlying titanium.
【図１】化学着色処理の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a chemical coloring process.
【図２】カラー金属１の説明断面図である。FIG. 2 is an explanatory sectional view of a color metal 1.
【図３】従来例の金属の着色工程の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a metal coloring step of a conventional example.
【図４】本実施例の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the present embodiment.
【図５】本実施例の金属の着色工程の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a metal coloring step of the present embodiment.
１ 金属 ２ 酸化皮膜 ３ レーザ光，エキシマレーザ光 Reference Signs List 1 metal 2 oxide film 3 laser light, excimer laser light
Claims (8)
レーザ光で除去することで該酸化皮膜の厚さを調節して
該金属を任意の色に見えるようにすることを特徴とする
金属の表面処理方法。1. A metal characterized in that the oxide film formed on the surface of the metal is removed by a laser beam to adjust the thickness of the oxide film so that the metal can be seen in an arbitrary color. Surface treatment method.
いて、金属としてカラーステンレスを採用したことを特
徴とする金属の表面処理方法。2. The metal surface treatment method according to claim 1, wherein a color stainless steel is used as the metal.
に形成されている酸化皮膜をレーザ光で除去することで
該酸化皮膜の厚さを調節して該金属を任意の色に見える
ようにすることを特徴とする金属の表面処理方法。3. The method according to claim 1, wherein the oxide film formed on the surface of the color stainless steel or the color titanium is removed by a laser beam so as to adjust the thickness of the oxide film so that the metal can appear in an arbitrary color. Characteristic metal surface treatment method.
の表面処理方法において、レーザ光として波長３００ｎ
ｍ以下のレーザ光を採用したことを特徴とする金属の表
面処理方法。4. The metal surface treatment method according to claim 1, wherein the laser light has a wavelength of 300 n.
A method for treating a surface of a metal, wherein a laser beam of not more than m is used.
の表面処理方法において、レーザ光として波長１５０ｎ
ｍ以上３００ｎｍ以下のレーザ光を採用したことを特徴
とする金属の表面処理方法。5. The metal surface treatment method according to claim 1, wherein the laser light has a wavelength of 150 n.
A surface treatment method for metal, wherein a laser beam having a diameter of at least 300 nm is used.
の表面処理方法において、レーザ光の受光部エネルギー
密度を３０［ｍｊ／（ｐｕｌｓ・ｃｍ2）］以上２００
［ｍｊ／（ｐｕｌｓ・ｃｍ2）］以下に設定したことを
特徴とする金属の表面処理方法。6. The metal surface treatment method according to claim 1, wherein the energy density of the light receiving portion of the laser beam is 30 [mj / (puls · cm 2 )] or more.
[Mj / (puls · cm 2 )] A metal surface treatment method characterized by being set to not more than [mj / (puls · cm 2 )].
の表面処理方法において、レーザ光として、ＡｒＦ，Ｋ
ｒＦ，ＡｒＣｌ，ＫｒＣｌ，ＸｅＢｒ若しくはＦ2を発
振源とするエキシマレーザ光を採用したことを特徴とす
る金属の表面処理方法。7. The metal surface treatment method according to claim 1, wherein ArF, K is used as the laser beam.
rF, ArCl, KrCl, surface treatment method of a metal, wherein a XeBr or F 2 employing an excimer laser beam to oscillation source.
の表面処理方法により、酸化皮膜の厚さを任意に変化さ
せ、各部を任意の色に見えるようにすることで金属の表
面に模様を形成することを特徴とする金属の表面処理方
法。8. The metal surface treatment method according to any one of claims 1 to 7, wherein the thickness of the oxide film is arbitrarily changed so that each part can be seen in an arbitrary color. Forming a pattern on a surface of a metal.
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|---|---|---|---|
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Publications (1)
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