(57)【要約】【課題】レーザーを照射することにより、写真のような微妙な画像の濃淡を持たせた画像をアルミニウム合金の表面に形成する方法を提供すること。【解決手段】画像データに基づいてアルミニウム合金１の表面を彫り込むレーザー加工工程と、アルミニウム合金１の表面に陽極酸化皮膜２を形成する陽極酸化処理工程とを備え、レーザー加工工程で、レーザーの彫り込み深さ（Ｈ１１、Ｈ１２、Ｈ１３）を制御して彫り込みの深浅を設ける方法とした。これにより、アルミニウム合金１の表面への画像の濃淡を表すことができる。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像データに基づいてアルミニウム合金の表面を彫り込むレーザー加工工程と、アルミニウム合金の表面に陽極酸化皮膜を形成する陽極酸化処理工程とを備え、
前記レーザー加工工程で、レーザーの彫り込み深さを制御して彫り込みの深浅を設けることにより、画像の濃淡を表すことを特徴とするアルミニウム合金表面への画像形成方法。
【請求項２】
前記レーザー加工工程はドットプロット方式であり、レーザーで彫り込まれるドットの間隔を制御して、前記ドットの密度を調整することを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金表面への画像形成方法。
【請求項３】
前記レーザー加工工程の後に化学研磨処理を施し、その後、前記陽極酸化処理工程を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミニウム合金表面への画像形成方法。
【請求項４】
前記アルミニウム合金は、Ｍｇ：０．４５〜０．９０％（質量％、以下同じ）、Ｓｉ：０．２〜０．６％、Ｃｕ：０．０５〜０．２５％を含有するＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材であることを特徴とする請求項３に記載のアルミニウム合金表面への画像形成方法。
【請求項５】
前記陽極酸化処理工程は、最初に陽極酸化処理を施す第１陽極酸化処理工程と、該第１陽極酸化処理工程よりも後に再び陽極酸化処理を施す第２陽極酸化処理工程とを有し、前記レーザー加工工程は、前記第１陽極酸化処理工程と前記第２陽極酸化処理工程の間に行われることを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミニウム合金表面への画像形成方法。
【請求項６】
前記レーザー加工工程では、前記第１陽極酸化処理工程にて形成される第１陽極酸化皮膜の途中まで彫り込む部位と、彫り込みによって前記第１陽極酸化皮膜の下のアルミニウム合金素材を露呈させる部位を形成することを特徴とする請求項５に記載のアルミニウム合金表面への画像形成方法。
【請求項７】
前記第１陽極酸化処理工程では、電解着色処理又は染色処理を行うことを特徴とする請求項６に記載のアルミニウム合金表面への画像形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザー加工によって、アルミニウム合金の表面に画像を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アルミニウム合金の表面に画像を表現しようとする場合、陽極酸化皮膜を形成した後、スクリーン印刷法やフォトファブリケーションでマスキング処理を行い、アルカリ又は酸性のエッチング剤によりマスキング外の部分の陽極酸化皮膜を除去する方法がとられている。ところが、これらの方法では、マスキング処理＋エッチング処理の工程があり、また専用のスクリーン版が必要な事から、少量他品種生産にはコストが高くなってしまうものであった。
【０００３】
そこで、陽極酸化皮膜を有するアルミニウム板に硫黄酸化物を塗布し、それに直接レーザーを照射することで画像を形成する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この方法は、コンピューターのデジタル情報をレーザーマーカーに取り込み、そのレーザー光をアルミニウム板に照射することで表面の硫黄酸化物を黒色に変化させる方法であり、レーザーを照射した部分と照射しない部分で２色の色合いがはっきりと分かれる為、ネガフィルムの作成が不要であった。
【０００４】
このように、アルミニウム合金の表面にレーザーを照射する技術は、従来から数多く提案されており、陽極酸化着色処理を行う画像を形成する方法も開示されている（例えば、特許文献２参照）。また、レーザー加工を行う前後に陽極酸化処理を２回以上行うことにより、アルミニウム合金の表面を複数の色調にする方法も開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−７８２４５号公報
【特許文献２】
特開昭６４−７９３９９号公報
【特許文献３】
特開平６−２５６９９３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の技術においては、レーザーを照射した照射部と非照射部の発色の差を利用して画像を形成するため、微妙な濃淡をつけた写真のような画像を忠実に表現することが困難であり、文字・デザインの表現にとどまっていた。また、陽極酸化処理とレーザー加工を複数行うことも提案されているが、多色であっても段階的に色を変化させた模様しかできず、やはり写真のような微妙な濃淡をつけることが困難であるとともに、処理工程が増加して作業が煩雑なものであった。
【０００７】
また、陽極酸化処理用である電解質溶液中のアルミニウム合金に、その電解質溶液を通して外部よりレーザーを照射する方法では、電解質溶液から発生するガスや電解質溶液の撹拌によるレーザーの屈折が生じやすくなり、形成する画像の品質が低下する恐れがあった。
【０００８】
それゆえ、本発明は、以上の事情を背景になされたものであり、レーザーを照射することにより、写真のように微妙な濃淡を持たせた画像をアルミニウム合金の表面に形成する方法を提供することを技術的課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載のように、画像データに基づいてアルミニウム合金の表面を彫り込むレーザー加工工程と、アルミニウム合金の表面に陽極酸化皮膜を形成する陽極酸化処理工程とを備え、前記レーザー加工工程で、レーザーの彫り込み深さを制御して彫り込みの深浅を設けることにより、画像の濃淡を表すことを特徴とするアルミニウム合金表面への画像形成方法とした。
【００１０】
本発明に係るアルミニウム合金表面への画像形成方法によれば、レーザー加工工程にてレーザーの彫り込み深さを制御して彫り込みの深浅を設けるので、陽極酸化処理工程との交互作用により、写真のような微妙な画像の濃淡を持たせた画像を得ることができる。尚、本発明においてアルミニウム合金とは、アルミニウムも含むものとする。
【００１１】
好ましくは、請求項２に記載のように、レーザー加工工程はドットプロット方式であり、レーザーで彫り込まれるドットの間隔を制御して、ドットの密度を調整することが望ましい。これにより、より微妙な濃淡や陰影を表現することできる。
【００１２】
より好ましくは、請求項３に記載のように、レーザー加工工程の後に化学研磨処理を施し、その後、前記陽極酸化処理工程を行うことが望ましい。これによれば、レーザー加工工程の後に化学研磨を施すので、レーザー加工により彫り込まれたアルミニウム合金の表面が滑らかとなり、より微妙な濃淡を表現することができる。
【００１３】
より好ましくは、請求項４に記載のように、使用するアルミニウム合金は、Ｍｇ：０．４５〜０．９０％、Ｓｉ：０．２〜０．６％、Ｃｕ：０．０５〜０．２５％を含有するＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金押出材であることが望ましい。これにより、レーザー加工で彫り込まれない部位を光輝調の色調とすることが可能となるので、彫り込まれる部位とのコントラストを鮮明にすることができる。
【００１４】
また、好ましくは、請求項５に記載のように、前記陽極酸化処理工程は、最初に陽極酸化処理を施す第１陽極酸化処理工程と、該第１陽極酸化処理工程よりも後に再び陽極酸化処理を施す第２陽極酸化処理工程とを有し、レーザー加工工程は、第１陽極酸化処理工程と第２陽極酸化処理工程の間に行われることが望ましい。これによれば、第１陽極酸化処理工程により形成された陽極酸化皮膜をレーザー加工で彫り込んだ部位に、再び陽極酸化処理を施すので、第１及び第２陽極酸化処理工程での処理条件の違いにより、画像のコントラストを鮮明にすることができる。
【００１５】
より好ましくは、請求項６に記載のように、レーザー加工工程では、第１陽極酸化処理工程にて形成される第１陽極酸化皮膜の途中まで彫り込む部位と、彫り込みによって第１陽極酸化皮膜の下のアルミニウム合金素材を露呈させる部位を形成することが望ましい。これにより、第１陽極酸化皮膜の途中まで彫り込む部位は第１陽極酸化皮膜が淡く薄くなった色調で、アルミニウム合金素材を露呈させる部位は第２陽極酸化処理工程による色調となるので、より微妙な濃淡を表現した画像を得ることができる。
【００１６】
より好ましくは、請求項７に記載のように、第１陽極酸化処理工程では、電解着色処理又は染色処理を行うことが望ましい。このように、着色された第１陽極酸化皮膜をレーザー加工にて彫り込むことにより、第１陽極酸化皮膜の色が薄く淡くなった色調とすることができる。また、彫り込み深さが浅いと第１陽極酸化皮膜の色調に近く、彫り込み深さが深くなるほど、第１陽極酸化皮膜の色調に対して、より薄く淡くなっていく色調とすることができる。また、着色された陽極酸化皮膜の方が、レーザー加工による彫り込みが容易になるという効果も奏する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態を詳細に説明する。本発明に係るアルミニウム合金表面への画像形成方法は、順に次の工程を経る。
第１陽極酸化処理工程：アルミニウム合金の表面に陽極酸化皮膜を形成する。
レーザー加工工程：画像データに基づいてレーザー加工を行う。
第２陽極酸化処理工程：再び陽極酸化処理を行う。
【００１８】
尚、本発明における陽極酸化処理工程は、要求されるアルミニウム合金表面の画像の品質に応じて、第１陽極酸化処理工程及び第２陽極酸化処理工程のどちらか一方のみを行ってもよい。次に、各工程の詳細について説明する。
【００１９】
第１陽極酸化処理工程は、アルミニウム合金の表面に陽極酸化皮膜（第１陽極酸化皮膜）を化成するのが目的である。従って、必要に応じてバフ研磨を行った後、通常は脱脂洗浄し、アルカリエッチング又は化学研磨を行い、更に酸洗処理を施した後、鉛板・グラファイト等を陰極にして直流又はパルス波形にて電解される。また、用いられる電解液としては、硫酸・しゅう酸・クロム酸・リン酸・芳香族スルホン酸などが広く知られている。また、この第１陽極酸化処理工程で、染料による染色処理や、２次電解アルマイト法、３次電解アルマイト法により予め着色を施しておくことで、鮮明な画像を得ることが可能となる。また陽極酸化後は、必要に応じて封孔処理を行う。この第１陽極酸化処理工程で形成される第１陽極酸化皮膜の膜厚は、１０〜１５μｍが望ましい。
【００２０】
レーザー加工工程は、前工程にて得られた第１陽極酸化皮膜（又はアルミニウム合金表面）に、レーザーマーカーを使用して画像を形成する工程である。本発明に使用されるレーザーマーカーとしては、市販のスキャン型レーザーマーカーでドットプロットタイプのものが使用される。レーザーの種類としては、ＹＡＧレーザーやＣＯ２レーザーが望ましく使用され、レーザーの出力は５〜５０Ｗで、画像や表面処理により調整を行う。
【００２１】
また、本発明の特長である、写真のような微妙な濃淡を表現するために、レーザーマーカーは、レーザーで彫り込まれるドット毎に出力を調整できるものを使用する。本発明では、このレーザー加工工程で、レーザーの彫り込み深さを制御して彫り込みの深浅を設けることにより、画像の濃淡を表すことを可能としていうる。レーザーの彫り込み深さは、５〜２０μｍの間を調整しながら彫り込む。好ましくは、第１陽極酸化皮膜の膜厚の±５μｍとする。例えば、第１陽極酸化皮膜の膜厚が１０μｍの場合は、レーザーの彫り込み深さを５〜１５μｍとする。
【００２２】
レーザーで彫り込まれるドットの間隔は２０〜１００μｍが望ましく、更には３０〜５０μｍが望ましい。ドットの大きさは、直径を２０〜３０μｍとした。形成する画像は、デジタルカメラやスキャナを使用したデジタルデータで必要に応じて編集を行い、それをレーザーマーカーの制御パソコンに取り込み使用する。
【００２３】
第２陽極酸化処理工程は、レーザー加工工程にてレーザーマーキングを行った部位が部分的に陽極酸化皮膜が除去されているため、再度その部分に陽極酸化皮膜を形成するする工程である。陽極酸化方法としては、第１陽極酸化処理工程に示されるような陽極酸化処理を行う。但し、２回目の陽極酸化の場合は、脱脂処理を行った後エッチング・化学研磨処理を行わない。このときに、第１陽極酸化処理工程での着色と異なる色に着色する事で、画像がより鮮明に得られる。
【００２４】
図１に、アルミニウム合金（素材１）に形成された第１陽極酸化皮膜２に、レーザー加工を行った後の概略断面図を示す。図１に示すように、レーザー加工工程にて彫り込まれたドット１１、１２、及び１３は、それぞれ彫り込み深さがＨ１１、Ｈ１２、及びＨ１３となっている。即ち、レーザー加工工程では、第１陽極酸化皮膜２の途中まで彫り込む部位（ドット１１、１２）と、彫り込みによって第１陽極酸化皮膜２の下のアルミニウム合金素材１を露呈させる部位（ドット１３）を形成する。
【００２５】
第１陽極酸化皮膜２の途中まで彫り込む部位（ドット１１、１２）は、第１陽極酸化皮膜２の色が薄く淡くなった色調となっている。また、彫り込み深さが浅いと第１陽極酸化皮膜２の色調に近く、彫り込み深さが深くなるほど、第１陽極酸化皮膜２の色調に対して、より薄く淡くなっていく。即ち、彫り込み深さＨ１１であるドット１１よりも、彫り込み深さがＨ１２であるドット１２の方が、彫り込み深さが深いので、第１陽極酸化皮膜２の色が、より薄く淡くなった色調となっている。
【００２６】
彫り込みによって第１陽極酸化皮膜２の下のアルミニウム合金素材１を露呈させる部位（ドット１３）は、第２陽極酸化処理工程にて第２陽極酸化皮膜が形成されるので、第２陽極酸化皮膜が有する色調となっている。また、アルミニウム合金素材１を露呈させる部位においても、彫り込み深さに深浅を設けることで、画像の濃淡や陰影を表すことが可能となっている。
【００２７】
レーザーで彫り込まれるドットの間隔を２０μｍ以上で制御して、ドットの密度を調整することによっても、画像の濃淡を表すことが可能となっている。即ち、ドットの間隔の広い部位（間隔Ｗ１）や狭い部位（間隔Ｗ２）を設けている。また、彫り込み深さが０μｍの部位（ドット１４）を設けることも可能である。このようにして、写真のように微妙なコントラストは、レーザー光一本により彫り込まれる画像のドットの細かさ（径の大きさ）・間隔（密度）・彫り込み深さを調整することで、より滑らかな濃淡とすることができる。
【００２８】
本発明で使用するアルミニウム合金としては、光輝性が高い方が望ましい。具体的には、Ｍｇ：０．４５〜０．９０％（質量％、以下同じ）、Ｓｉ：０．２〜０．６％、Ｃｕ：０．０５〜０．２５％、Ｆｅ：０．１％以下、不可避不純物：０．１％以下、残部がＡｌからなるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金を鋳造し、５６０〜６１０℃にて２〜２４時間の均熱処理を施して押出成形することが望ましい。Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金の中で一般的に広く使用され、押出性も良好なＪＩＳ−Ａ６０６３合金には、通常はＣｕが添加されていないが、化学研磨により光輝性を出させるため、Ｃｕを添加することととした。このようにして、レーザー加工で彫り込まれない部位を光輝調の色調とすることができる。
【００２９】
次に、本発明の実施例について、更に具体的に説明する。本実施例では、いずれも、アルミニウム合金の押出形材（厚さ５ｍｍ、幅８０ｍｍ、長さ１００ｍｍ）を使用した。また、レーザー加工工程では、ＹＡＧレーザーマーカーを使用し、パソコンからの写真画像のデジタルデータを直接アルミニウム合金にレーザー照射した。
【００３０】
実施例１
ＪＩＳ−Ａ６０６３合金からなる板を鏡面バフ研磨した後、工業用弱アルカリ洗剤で５０℃×５分間洗浄し、その後、ラサ工業製ラサブライト２号を使用して９０℃で１分間の化学研磨処理を施した。そして、水洗後に硝酸１５０ｇ／Ｌ、２０℃×１分間デスマットし、水洗後に硫酸２００ｇ／Ｌ、対極に鉛極板を使用して１３Ｖ×３５分間の陽極酸化処理を施した。形成された陽極酸化皮膜を、Ｓｎ塩の含む電解着色液２５℃の液中に於いて、１２Ｖ×５分間の交流電解着色を行うことで、黒色の１０μｍの陽極酸化皮膜が得られた（第１陽極酸化処理工程）。
【００３１】
この板に、ＹＡＧレーザーマーカーにて最大出力１０Ｗ、ドット間隔４０μｍ以上にて写真画像を彫り込むレーザー加工工程を行った。その後、第２陽極酸化処理工程として、第１陽極酸化処理工程と同様の硫酸２００ｇ／Ｌ、対極に鉛極板を使用し１３Ｖ×３５分間の陽極酸化処理を行ったところ、レーザーにて彫り込んだところがシルバー色〜グレーの中間色で、彫り込まないところが黒色であり、図２に示すような写真画像の濃淡も忠実に形成されたアルミニウム合金の板が得られた。
【００３２】
実施例２
Ｍｇ：０．５％、Ｓｉ：０．３１％、Ｃｕ：０．１３％、Ｆｅ：０．０６％、残部Ａｌからなるアルミニウム合金を鋳造し、５９０℃×４時間の均質化処理を施して押出成形した板を、鏡面バフ研磨した後、陽極酸化処理せずに、ＹＡＧレーザーマーカーにて最大出力１０Ｗ、ドット間隔４０μｍ以上にて写真画像を彫り込むレーザー加工工程を行った。その後、陽極酸化処理工程（第２陽極酸化処理工程のみ）を行った。
【００３３】
具体的には、実施例１と同様に、工業用弱アルカリ洗剤で５０℃×５分間洗浄し、ラサ工業製ラサブライト２号を使用して９０℃で１分間の化学研磨処理を施した。そして、水洗後に硝酸１５０ｇ／Ｌ、２０℃×１分間デスマットし、水洗後に硫酸２００ｇ／Ｌ、対極に鉛極板を使用し１３Ｖ×３５分間の陽極酸化処理を施した。その結果、レーザーにて彫り込んだところが鏡面から艶消しシルバーの中間色で、彫り込まないところがシルバーの鏡面光輝色であり、写真画像の濃淡や陰影も忠実に形成されたアルミニウム合金の板が得られた。
【００３４】
実施例３
実施例２と同様のアルミニウム合金押出材からなる板を、実施例２と同様の条件で陽極酸化処理を施した。即ち、鏡面バフ研磨した後、工業用弱アルカリ洗剤で５０℃×５分間洗浄し、その後、ラサ工業製ラサブライト２号を使用して９０℃で１分間の化学研磨処理を施した。そして、水洗後に硝酸１５０ｇ／Ｌ、２０℃×１分間デスマットし、水洗後に硫酸２００ｇ／Ｌ、対極に鉛極板を使用して１３Ｖ×３５分間の陽極酸化処理を施した。その後に、奥野製薬製の染料ＴＡＣ−ＢＲＯＷＮの溶液中（５ｇ／Ｌ、５０℃）に２分間浸漬し、その後封孔処理を行うことで、濃いブロンズ調の１０μｍの陽極酸化皮膜が得られた（第１陽極酸化処理工程）。
【００３５】
この板を、実施例２と同様なレーザー加工工程及び第２陽極酸化処理工程を行った。その結果、レーザーで彫り込んだところが濃いブロンズから淡いブロンズの中間色で、彫り込まないところが濃いブロンズであり、写真画像の濃淡も忠実に形成されたアルミニウム合金の板が得られた。
【００３６】
実施例４
実施例２と同様のアルミニウム合金押出材からなる板を、鏡面バフ研磨した後、化学研磨処理を行った。その後、硫酸２００ｇ／Ｌ、対極に鉛極板を使用し１３Ｖ×３５分間の陽極酸化処理を施した後、同浴内で３．０Ｖにて交流電解して電流値がピークに達してから３０秒間通電したところで通電を切り、その後、Ｓｎ塩を含む電解着色液２５℃の溶液中において、１２Ｖ×２分間の交流電解着色を行うことで、光沢のあるグレーの１０μｍの３次電解陽極酸化被膜が形成された（第１陽極酸化処理工程）。
【００３７】
この板を、実施例２と同様なレーザー加工工程及び第２陽極酸化処理工程を行った。その結果、レーザーで彫り込んだところがグレーからシルバーの中間色で、彫り込まないところがグレー色であり、写真画像の濃淡も忠実に形成されたアルミニウム合金の板が得られた。
【００３８】
尚、上記した実施形態（実施例１〜４）は、第１陽極酸化処理工程にて電解着色処理又は染色処理等の着色処理を行う例を示したが、本発明の実施にあたっては、着色処理を第２陽極酸化処理工程にて行ってもよい。また、第１陽極酸化処理工程及び第２陽極酸化処理工程の両方ともに着色処理を行ってもよい。更に、着色する色は、白色系（又は着色なしのシルバー系）等の明るい色と、黒色等の暗い色との組み合わせのように、第１陽極酸化処理工程と第２陽極酸化処理工程とでコントラストを大きくすることが望ましいが、上述した色調以外であっても上記した実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、アルミニウム合金にレーザーを照射して彫り込むことにより、写真のように微妙な濃淡を持たせた画像をアルミニウム合金の表面に形成する方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアルミニウム合金表面への画像形成方法の一実施形態を模式的に示す概略断面図である。
【図２】本発明に係る実施例の写真である。
【符号の説明】
１　　　アルミニウム合金（素材）
２　　　第１陽極酸化皮膜（陽極酸化皮膜）
１１、１２、１３　　　ドット
Ｈ１１、Ｈ１２、Ｈ１３　　　彫り込み深さ
Ｗ１、Ｗ２　　　ドット間隔
【図１】
2004115901.tif 000003
【図２】
2004115901.tif 000004