(57)【要約】  表面（１）、特に金属表面の描画又はマーキング方法であって、描画又はマーキングされる表面（１）が、第一段階において、吸収促進剤（２）により被覆され、次に、吸収促進剤との相互作用により表面（１）を温度上昇を介して着色させる高エネルギー光線（４）、例えばレーザー光線を描画又は着色される表面要素に適用する方法。
2010519050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面（１）、特に金属表面の描画又はマーキング方法であって、描画又はマーキングされる表面（１）が、第一段階において、吸収促進剤（２）により被覆され、次に、吸収促進剤との相互作用により表面（１）を温度上昇を介して変色させる高エネルギー光線（４）、例えばレーザー光線が描画又は着色される表面要素に適用される 、前記方法。
【請求項２】
高エネルギー光線（４）が適用された後、表面（１）が、残留物及び／又はもはや不要となった吸収促進剤を除去するために清浄されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
吸収促進剤（２）が、コーティング剤又は接着若しくは付着フイルム要素として適用可能である ことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
吸収促進剤と表面の間に中間層（７）があることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
中間層（７）が２５〜１００μｍの範囲の厚さｄを有していることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
本質的に、吸収促進剤（２）が後に描画又は着色される表面部分にのみに適用されることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の方法。
【請求項７】
吸収促進剤（２）が広範囲に適用されることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面、特に金属表面の描画又はマーキング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属への描画方法は種々知られている。例えば、描画は、着色料 などの材料の塗布、又は、彫刻などの材料の除去によってなされることができる。
【０００３】
いわゆる焼き戻し描画（Ａｎｌａｓｓｂｅｓｃｈｒｉｆｔｕｎｇ）又は酸化描画 （Ａｎｌａｕｆｂｅｓｃｈｒｉｆｔｕｎｇ ）も行うことができる。これは、金属が、その表面において、適切な温度変化によってその色を部分的に変えることを意味する。所定の温度に加熱された金属は、表面の酸化プロセスによってその表面が有色の外観を呈し、それによって、有色の着色、マーキング又は描画 が得られる。その際、酸素分子の拡散は焼き戻し温度及び／又は焼き戻し時間に依存するので、酸化層の厚さに影響を与えることができる。 
【０００４】
例えば、表面上の異なる酸素層によって、表面は多彩な色 を示す。約５００℃において暗灰色から黒のテンパーカラー を有することから、従来技術ではこの色効果は特殊鋼に使用されている 。
【０００５】
描画を行うためには、焼き戻し描画を生じさせるためにレーザーが使用される。その際、レーザー光が金属のじかの表面に使用されると、不利な表面効果が生じる。なぜなら、レーザー光線が表面へ直接的にカップリングし、それによって、熱の影響域において、ばり、溝、融解及び金属の 構造変化が生じるからである。それによって、表面層は粗くなり及び／又はその構造が変化し、それにより、例えば、材料の脆弱化が起こる恐れがある 。これは特に特定の利用分野、例えば医工学や特に滑らかなまたは鮮明な 描画表面が望ましい他の利用分野において不利になることがある 。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、従来技術の欠点を減じるかまたは回避しそして可能な限り滑らかな描画又はマーキング表面が達成される、金属表面の描画又はマーキング方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、これは請求項１の特徴により達成される 。すなわち、この目的は、表面、特に金属表面の描画又はマーキング方法であって 、描画又はマーキングされる表面が、第一段階において、吸収促進剤により被覆され、次に、描画又はマーキングされる表面要素に、それの表面の温度を 変色を引き起こす温度よりも高くする高エネルギー光線、例えばレーザー光線が適用される方法により、達成される。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
吸収促進剤の適用より前に、表面が清浄されることが好ましい。
さらに、本発明によれば、高エネルギー光線を適用した後に、残留物及び／又はもう不要の吸収促進剤を表面から清浄除去することが有利である。
【０００９】
本発明によれば、吸収促進剤がコーティング剤又は接着若しくは付着フイルム要素として適用可能 であることが特に好ましい。
さらに、吸収促進剤と表面の間に中間層があることが好ましい。この中間層は、２５〜１００μｍの範囲の厚さｄを有することが有利である。
【００１０】
本質的に、吸収促進剤を後に描画又はマーキングされる表面部分にのみに適用することが特に有利である。
さらなる実施形態例においては、吸収促進剤は広範囲に適用することもできる。
有利な形態は従属する請求項に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
以下、本発明を、図面を参照しながら実施例に基づきより詳しく説明する。
【図１】図１は、描画又はマーキングされる表面を示した模式図を示す。
【図２】図２は、グラフを示す
【図３】図３は、本発明の方法を表現したブロック図を示す。
【００１２】
図１は描画又はマーキングされる金属表面を図示したものである。そのために、金属表面に層２が適用され、その際、この層はいわゆる吸収促進剤からなる。 有利には、この層は金属表面から距離ｄを有している。例えばレーザーパルスのようなレーザー放射線４などの高エネルギー放射線の照射 において、放射線若しくはレーザー光は金属表面に直接的に接触若しくは相互作用するのではなくて、レーザー光が吸収促進剤２の層に衝突することでレーザー光が熱に変換され、これが金属表面１に作用する。その際、吸収促進剤は、レーザー光の吸収によって、プラズマ雲とも呼ばれるプラズマ３に局所的に変換される。ここで、プラズマ３は熱を隣接する金属に伝達し、そこで局所的に、焼き戻し温度に到達するまでの加熱を起こす 。吸収促進剤と金属表面の間の距離ｄは、プラズマ若しくはプラズマ雲の良好な伝播に役に立つ。この距離はフイルムなどを介して提供されるのが有利である。当該距離は、有利には、２５〜１００μｍの範囲である。しかし、有利な距離は、使用する光源及び例えばその出力 などによって変化し得る 。有利には、この距離は中間層７により実現する。有利には、中間層は吸収促進剤と共に適用され、この際、この中間層は、スペーサー（Distanzhalter）によって生じさせることもできる。
【００１３】
その際、有利には、その単位面積当たりの高エネルギー密度を有するレーザーパルス４は、金属表面上に高い温度を生じさせることはなく、そして、それ故、局所的な損傷も生じないことが実現される。それ故、生じる高い温度Ｔレーザーは、描画又はマーキングされる金属表面上ではなく、その代わりに、吸収促進剤２の表面に生じる。その吸光収性材料の高い温度によって、吸収促進剤はプラズマに変換される。これは好ましくは比較的局所的に行われ、これにより目的通りの 描画が可能になる。プラズマは温度Ｔプラズマまで引き上げるかまたは当該温度持って生じさせる。そのプラズマ温度Ｔプラズマは、有利には、レーザー放射が金属表面に衝突した時に生じるであろう温度Ｔレーザーよりも低い。さらに、プラズマ温度は、有利には、焼き戻し温度の温度範囲内にあり、それゆえ、Ｔプラズマ＝Ｔ焼き戻し又はＴプラズマ≒ Ｔ焼き戻しにある。
【００１４】
従って、温度Ｔレーザーが金属表面 から大きく離れていることが保証される。何故なら、当該温度は、一般に金属の融解温度Ｔ融解より高く、又、さらに融解温度は焼き戻し温度Ｔ焼き戻しより高いからである。
【００１５】
プラズマ３の形成によって、金属５の表面上で酸化プロセス６が起こる。この酸化プロセスは、制御された状態で行われる、というのも、プラズマ形成を形成する吸収促進剤の材料を介してプラズマ温度が選択できるからである。従って、金属表面の目的通りの酸化によって、表面の着色が目的通りに実施される。
【００１６】
図２はｘ軸に期間をプロットしたグラフ５０を示す。ここで、曲線５１はレーザーのパルス、すなわちレーザーパルスを示す。パルスが継続している間は、材料中へのレーザーパルスの吸収５２、表面の材料の蒸発５３、材料のイオン化５４が発生する。これら３つの事象は、有利には、レーザーパルスの期間中、例えば、約１０ｎｓの間に、生じる。
【００１７】
従来技術のレーザーの直接描画によれば、レーザー光線は直接的に金属表面に衝突し、従って、入射した 放射線の大部分は金属表面で吸収される。それにより、表面の強力な加熱が生じ、材料の蒸発、融解及び加熱などの効果を生じさせる。典型的な方法では、レーザー光線の焦点に高い ピーク出力があり、一般に、それにより、焼き戻し温度を大きく 超える加熱を生み出すこととなる。従って、焦点の種々のモード（エネルギー範囲）、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ−レーザーの故に 、結果として生じる温度だけを照射面の上に発生させることはできない。従って、金属表面の不可避な強力な加熱が生じることとなる。
【００１８】
レーザーによる材料の蒸発は既知であり、ＬＴＦ（レーザー転写法）又はＰＬＤ（パルスレーザー蒸着）と呼ばれている。両方法によれば、目的とする基材上に蒸発した材料が蒸着する。そして、蒸発した材料の物理化学的な結合を生じる。
【００１９】
本発明の吸収促進剤による金属表面のコーティングの場合、有利なことに、金属表面上に材料が永続的に堆積せず 、その代わりに、蒸発した材料が、目的の基材の表面を制御下に焼き戻し温度まで加熱する。吸収促進剤は急速な蒸発を可能にし、形成された「ガス」はレーザーパルス内でエネルギーをさらに吸収する。従って、イオンと原子のガス状状態がプラズマに移行する。１０ｎｓという期間のレーザーパルスを考慮すると（図２参照）、吸収、蒸発及びイオン化の事象は、パルス長又はパルス期間中に生じる。それに続いて、プラズマ雲が空間に広がり 、しかしながら、これは、パルス長に関してはむしろゆっくりと起こる。その後、イオンは電子と再結合し、再び、中性粒子を形成し、その際、例えば、クラスター、ナノ粒子及びその類似物などのより大きな集合体も形成される。再結合と粒子形成の際、目的基材の熱的に制御された加熱が局所的に生じる 。
【００２０】
有利なことに、プラズマ凝縮の際に生じるかもしれない残留物は金属上に固定されず、従って、有利に及び本質的に問題なく、残留物を除去することができる。金属基材の所望の焼き戻し温度への吸収促進剤を使用した熱的プロセスは、制御可能下にかつ金属表面に損傷を与えることなく実施される。
【００２１】
図３は、表面、例えば、好ましくは金属表面、の描画又はマーキングのための本発明の方法の説明のためのブロック図１００を示す。
【００２２】
ブロック１０１においては、場合により事前に清浄された金属表面が吸収促進剤により被覆される。その際、吸収促進剤と表面との間の距離ｄは、事前に若しくは同時に適用される中間層によって達成することができる。被覆は、好ましくは、本質的には、後に描画又はマーキングされる部分にのみ行われる。他方、被覆を広い範囲に行うこともできる。その際、被覆層は、コーティング剤の塗布又は接着若しくは付着フイルムとして適用することができる。ブロック１０２においては、被覆された表面がレーザーパルスにより目的通りに加熱され、その結果、金属表面は、レーザーパルスが適用された部分において、焼き戻し温度よりも高い温度に加熱される。
【００２３】
レーザーにより誘導された表面の加熱と変色の後、任意に表面を清浄することができる（ブロック１０３参照）。それにより残留物及び／又は未だ存在している吸収促進剤の除去が可能となる。
【符号の説明】
【００２４】
１      表面、金属表面
２      層、吸収促進剤
３      プラズマ
４      レーザー光線、高エネルギー光線
５      金属  
６      酸化プロセス
７      中間層
５０    グラフ
５１    曲線
５２    吸収
５３    蒸発
５４    イオン化
１００  ブロック図
１０１  被覆のためのブロック
１０２  レーザー光線などの高エネルギー光線適用のためのブロック
１０３  表面清浄のためのブロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2010519050.tif 000007
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