(57)【要約】【課題】製品の強度を低下させることなく、マークの剥がれの恐れなしに、ジルコニアセラミックスに対し、ロット番号を付与したり、商品マークを付与するのを可能とすること。【解決手段】ジルコニアセラミックスに対しシングルモードで発振するレーザー光を照射して、ジルコニアの相変態を引き起こさないように表面を溶融することで、マーキングする。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線回折における単斜晶相のピーク強度の、単斜晶相、立方晶相および正方晶相のピーク強度の和に対する比が１５％未満であるレーザーマーキング領域を設けてなるジルコニアセラミックス。
【請求項２】
ジルコニアセラミックスに対しシングルモードで発振するレーザー光を照射して、ジルコニアの相変態を引き起こさないように表面を溶融することでマーキングすることを特徴とするジルコニアセラミックスに対するレーザーマーキング方法。
【請求項３】
前記シングルモードを発振するレーザーがＹＶＯ４レーザーであることを特徴とする請求項２記載のレーザーマーキング方法
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザーマーキングを施したジルコニアセラミックス及びそのレーザーマーキング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術およびその課題】
ジルコニアセラミックスからなる製品として、部分安定化ジルコニアからなる刃物等がある。
【０００３】
これらの製品に、例えば、ロット番号を付与したり、商品マークを付与する方法としてサンドブラスト処理やシールを貼ることが行われてきた。ＹＡＧレーザーなどによるレーザー加工は、半導体等の分野で広く行なわれているが（特許文献１）、ジルコニアセラミックからなる製品のマーキングとしては用いられていなかった。
【０００４】
前記サンドブラスト処理によるマーキングは、ジルコニアセラミックスの表面部分にクラックなどが発生し、割れの起点となってしまう問題点があった。また、シールによるマーキングも、シールが剥がれるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は製品の強度を低下させることなく、マークの剥がれの恐れなしに、ジルコニアセラミックスに対し、ロット番号を付与したり、商品マークを付与するのを可能とすることを目的とする。
【特許文献１】
特表２００２−５３１９５６号公報
【０００６】
【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のジルコニアセラミックスは、Ｘ線回折における単斜晶相のピーク強度の、単斜晶相、立方晶相および正方晶相のピーク強度比の和に対する比が１５％未満であるレーザーマーキング領域を設けたことを特徴とする。
【０００７】
ジルコニアセラミックスが単斜晶相を多く含む場合、機械的強度が著しく低いことは公知の事項であるが、かかる構成によれば、Ｘ線回折における単斜晶相のピーク強度の、単斜晶相、立方晶相および正方晶相のピーク強度の和に対する比が１５％未満であるであることから、レーザーマーキング領域の強度の低下がほとんどない。したがって、レーザーマーキングを施さない、同様のジルコニアセラミックスとほぼ同等の機械的強度を有する。また、レーザーマーキングを施してあるので、マークの剥がれという問題がない。
【０００８】
次に、請求項２のレーザーマーキング方法は、ジルコニアセラミックスに対しシングルモードで発振するレーザー光を照射して、ジルコニアの相変態を引き起こさないように、表面を溶融することでマーキングすることを特徴とする。
【０００９】
かかる方法によれば、レーザー光を照射したジルコニアセラミックスの表面を溶融させることで、レーザーマーキング領域をその他の表面から視覚的に区別できるような表面とし、マーキングすることができる。ここで重要なことは、シングルモードで発振するレーザーを用いることで、ジルコニアの相変態を引き起こさないということである。
【００１０】
シングルモードで発振するレーザーは、所定出力におけるパワーピークが非常に高くなる。したがって、出力を抑え気味にして少ないエネルギーでマーキングすることが可能であり、前記相変態を発生させ難い。
【００１１】
これに対して、レーザーマーキングにおいて、マルチモードで発振するレーザー（例えば、マルチモードで発振するＹＡＧレーザー）を用いた場合、レーザーマーキング領域で、単斜晶相以外の相のいくらかが単斜晶相に相変態してしまう。これは、所定出力におけるパワーピークがシングルモードに比べて低いことから、大きなパワーピークを得るために出力を大きくする必要がある。そのため、レーザーマーキング領域に大きなエネルギーが与えられることから、前記相変態が起こり易い。
【００１２】
ここで、ジルコニアセラミックスが単斜晶相を多く含む場合、機械的強度が著しく低いことは公知の事項である。したがって、マルチモードで発振するレーザーの場合には、被加工材であるジルコニアセラミックスのレーザーマーキング領域の強度が、前記相変態のために低下するので、レーザーマーキング領域がジルコニアセラミックスの破壊起点となってしまう恐れがある。
【００１３】
これに対して、シングルモードで発振するレーザーを用いた場合、ジルコニアセラミックスに前記相変態が起こらないので、レーザーマーキング領域の強度低下もなく、ジルコニアセラミックスからなる部材全体としての機械的強度低下の心配もない。
【００１４】
前記シングルモードで発振するレーザーとしては、ＹＶＯ４レーザーを用いることが好ましい。ＹＶＯ４レーザーは、微小スポットに照射が可能であり、そのため、熱影響の少ないマーキングを行なえるからである。
【００１５】
シングルモードで発振するレーザーの条件設定事項としては、出力範囲、時間、ステップサイズなどがあるが、目的の加工の形態に応じ、適宜、加工条件を設定すれば良い。
【００１６】
本発明によるレーザーマーキングは、特に、刃物などの厚みの薄い物品に対して有効である。これは、刃物など肉厚の薄い物品は、もともと機械的強度があまり大きくないので、レーザーマーキングなどで機械的強度が低下することは非常に大きな問題となるためである。
【００１７】
【実施例】
部分安定化ジルコニアセラミックス（京セラ株式会社製、材質名：Ｚ２０１Ｎ）からなるセラミック包丁（京セラ株式会社製、製品型番：ＦＫシリーズ  Ｋ５０ＷＨ）の表面に、ＹＶＯ４（イットリウム四酸化バナジウム）結晶を光源とする、シングルモードで発振する、出力６．５Ｗ、波長１，０６４ｎｍのレーザー光で、ＡＢＣＤＥＦＧというロゴをレーザーマーキングした。
【００１８】
レーザーマーキングの条件は、ステップサイズ３０μｍφ、印字繰り返し数２回、時間２０ｓｅｃ、電流パラメーター１７であった。
【００１９】
セラミック包丁の表面をＸ線回折で結晶構造を確認した結果、Ｘ線回折における単斜晶相のピーク強度の、単斜晶相、立方晶相および正方晶相のピーク強度の和に対する比（以下、単斜晶相比と略称する。）は、マーキングした部分以外の焼き肌面で５．１５％であったのに対して、レーザーマーキング領域は３．７３％であった。この結果から、非マーキング領域の焼き肌よりもレーザーマーキングの単斜晶相比は少ないことから、単斜晶相への相変態が起こらなかったことが判る。
［比較例１］
マルチモードで発振する、ＹＡＧレーザーにより実施例１と同様のマーキングを試みた。
【００２０】
なお、レーザーは、波長１，０６４ｎｍの出力１５Ｗのレーザーを用いた。ＹＡＧレーザーでは、これ以下の出力にすると光源の安定性が失われることから、出力を１５Ｗに設定した。
【００２１】
その結果、レーザーマーキング領域の単斜晶相比は２１．５６％であった。すなわち、レーザーマーキングを施した結果、レーザーマーキング領域に単斜晶相への顕著な相変態が発生してしまったことが判った。そして、単斜晶相比が１５％以上になると、強度が大きく劣化することから、ＹＡＧレーザーによるマーキングによれば、ジルコニアセラミックスの強度低下の恐れがある。
［比較例２］
マルチモードで発振する、ＣＯ２レーザーにより実施例１と同様のマーキングを試みた。
【００２２】
なお、レーザーは波長１０．６μｍの出力１５Ｗのレーザーを用いた。この波長は赤外線の領域でエネルギー変換効率が高い。
【００２３】
その結果、レーザーマーキング領域の単斜晶相比は３３．０１％であった。すなわち、レーザーマーキングを施した結果、レーザーマーキング領域に単斜晶相比への顕著な相変態が発生してしまったことが判った。そして、単斜晶相比が１５％以上になると、強度が大きく劣化することから、ＣＯ２レーザーによるレーザーマーキングによれば、ジルコニアセラミックスの強度低下の恐れがある。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、本発明のジルコニアセラミックスは、Ｘ線回折における単斜晶相のピーク強度の、単斜晶相、立方晶相および正方晶相のピーク強度比の和に対する比が１５％未満であるであるレーザーマーキング領域を設けたことから、レーザーマーキングの強度の低下がほとんどない。したがって、レーザーマーキングを施さない同様のジルコニアセラミックスとほぼ同等の機械的強度を有する。また、レーザーマーキングを施してあるので、マークの剥がれという問題がない。
【００２５】
次に、本発明のマーキング方法によれば、ジルコニアセラミックスに対しシングルモードで発振するレーザー光を照射して、ジルコニアの相変態を引き起こさないように表面を溶融することでマーキングすることから、レーザーマーキングの強度低下もなく、ジルコニアセラミックスからなる部材全体としての機械的強度低下の心配もない。
【００２６】
また、前記マーキング方法においてＹＶＯ４レーザーを用いた場合、ＹＶＯ４レーザーは、微小スポットに照射が可能であり、そのため、熱影響の少ないマーキングを行なえることから、前記相変態を全く起こさないことも可能となる。