(57)【要約】【課題】  複雑で化学的な加工プロセスを使用することなく、アルミニウム等の材料表面への多色マーキングを行うことができるマーキング方法を提供する。【解決手段】  Ｘ、Ｙステージ４によって保持された被加工物４となるアルミニウム等の材料表面に、フェムト秒レーザー装置等を用いて発振パルス幅が１ピコ秒以下である超短パルスレーザーを変調、照射して、アルミニウム材料表面部のレーザー光照射部分に微細構造を形成することにより、ある特定の色調をもたせ、加えて照射する位置とレーザーパワーを変えることで、異なる色調を呈するようにし、少なくとも２色の色調でマーキングする。【選択図】図１
2007229778.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物の表面に発振パルス幅が１ピコ秒以下である超短パルスレーザーを照射して、その照射部分に微細構造を形成することにより、前記被加工物の表面に、ある特定の色調をもったマーキングを行うことを特徴とするマーキング方法。
【請求項２】
前記超短パルスレーザーを照射する位置とレーザーパワーを変えることにより、異なる色調をもった複数色のマーキングを行うことを特徴とする請求項１記載のマーキング方法。
【請求項３】
前記被加工物がアルミニウム材料を含むことを特徴とする請求項１記載のマーキング方法。
【請求項４】
被加工物を保持した保持手段と、
前記被加工物の表面に発振パルス幅が１ピコ秒以下である超短パルスレーザーを照射するレーザー照射手段とを有し、
前記被加工物のレーザー照射部分に微細構造を形成することにより、前記被加工物の表面に、ある特定の色調をもったマーキングを行うことを特徴とするマーキング装置。
【請求項５】
前記超短パルスレーザーを照射する位置とレーザーパワーを変える制御手段を有し、前記超短パルスレーザーを照射する位置とレーザーパワーを変えることにより、異なる色調をもった複数色のマーキングを行うことを特徴とする請求項４記載のマーキング装置。
【請求項６】
前記被加工物がアルミニウム材料を含むことを特徴とする請求項５記載のマーキング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウムの着色マーキング方法に係わり、詳しくはアルミニウム表面にレーザー照射を行うことにより複数の色調を呈する多色マーキング方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、金属表面へのマーキングは、彫刻、硬質金属による打刻、機械切削、サンドブラスト処理、エッチング処理などが用いられている。しかし、これらの方法では、色調を変えるという要望には応えられず、他の方法が以下のように提案されている。
【０００３】
一つは、エキシマレーザーやＹＡＧレーザーなどの波長１μｍ前後又は１μｍ以下のレーザー光を照射することにより、金属表面又は塗装層、めっき層等の仕上げ層に物理的乃至化学的変化等を起こさせ、色調を変化させる方法である（例えば特許文献１参照）。
この方法では、いったん変化させた色調が長期に亘って安定した色調を呈し、この色調が変化した部分によって、にじみ、ゆがみ、かすれなどの不具合を生じることなくきれいな表示部を形成することができる。また、非常に細いレーザー光を用いることによって文字等の非常に細かい部分も鮮明に再現しうること、及び、金属の材質や仕上げ処理の種類などに応じてレーザー光の種類や波長、照射時間、ショット数などを種々選択することにより、色調変化によって得られる色合いを変えることができ、これによりマークの色合いを調節することができるという利点がある。
【０００４】
また、もう一つは、アルミニウム及びアルミニウム合金材に陽極酸化処理を施した後、有機酸または無機酸もしくはこれらの塩を主体とする浴中で電解処理する中間電解処理を施し、次に金属塩を含む浴中で電解着色処理を施した後、樹脂固形分に対して０．６〜２．４重量％の白色顔料と０．０４〜２．４重量％の黒色顔料を含有する塗料による電着塗装を施す方法である（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平６−３０５２４１号公報
【特許文献２】特開２００１−３２９３９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来技術は単色の色調を呈する方法であり、２色以上の色調を呈することのできる簡便な方法が望まれている。
【０００６】
そこで本発明は、以上のような実情に鑑み、簡便な多色マーキング方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するため、本発明は、被加工物の表面に発振パルス幅が１ピコ秒以下である超短パルスレーザーを照射して、その照射部分に微細構造を形成することにより、前記被加工物の表面に、ある特定の色調をもったマーキングを行うことを特徴とする。
また、本発明は、前記超短パルスレーザーを照射する位置とレーザーパワーを変えることにより、異なる色調をもった複数色のマーキングを行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のマーキング方法及び装置によれば、超短パルスレーザーによるマーキングを行うことにより、レーザー光の種類や波長、照射時間、ショット数などを種々選択する必要がなく、また、各種の酸や顔料、電解処理を行う必要がなく、簡便に良質のマーキングを行うことができ、また、レーザーパワーを変えることで簡便に多色マーキングを行うことができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、本発明の実施の形態にかかる超短パルスレーザーによるアルミニウムの多色マーキング方法を実施するための装置の一例を示す概略図である。
Ｘ、Ｙステージ４は、アルミニウム製の被加工物５を位置決め保持し、これをＸ、Ｙ方向に移動制御するものであり、フェムト秒レーザー装置１は、超短パルスレーザーとしてのフェムト秒レーザーを偏光制御して照射する。
対物レンズ３は、フェムト秒レーザー装置１からのレーザー光をＸ、Ｙステージ４に保持された被加工物５の面に収束させる。
【００１０】
次に、図１に示す装置で実施するマーキング方法の技術的原理について説明する。
まず、本発明の先行技術として、１ピコ秒以下の超短パルスレーザーを金属材料の表面加工などに用いることが近年になって提唱されるようになった。特に、多光子吸収や熱緩和時間よりも短時間の現象であることなどにより、非熱加工が可能であること、また、非線形応答のため加工分解能は光の回折限界以下であり、高い精度の加工が可能であることは公知である。
【００１１】
また、低フルーエンスの加工では、照射レーザー波長より小さい微細な周期構造が得られることが報告されている（特開２００１−２１２７９６号公報参照）。
この報告では、固体材料表面に低フルーエンスの超短パルスレーザー（フェムト秒レーザー）を偏光制御して照射することで、照射したレーザーの波長より小さいサイズの微細構造を形成する。
そして、超短パルスレーザーを直線偏光させて固体材料表面に照射することで、偏光方向とは直交する方向に沿って細長い突起部からなる微細構造を形成でき、また、円偏光させて照射することで粒状の突起部からなる微細構造を形成できる。こうした微細構造のサイズは、照射するレーザーの波長と正の相関関係があり、波長を選択することで微細構造のサイズを制御することができるという提案である。
【００１２】
また、本件発明者等は、光学的にナノメートルの平滑度で研磨された水晶基板表面に波長７７５μｍ、パルス幅１５０フェムト秒、光学的ビームスポット径１０μｍの直線偏光されたフェムト秒レーザーパルスをアブレーション閾値近傍で単一パルス照射した結果、加工範囲が直径約２μｍで、その内部に約０．５μｍ周期の微細構造を持つ３次元パターンを得ることができた（例えば特開２００５−２７０９９２号公報参照）。
そして、この微細構造をパルスの照射間隔を１μｍ、送り間隔を１μｍでラスター走査して２次元ドットパターン加工を試みたところ、全面に渡って数十ナノメートルの周期的な微細構造を持つパターンを形成できる。
【００１３】
この周期的な微細構造が形成される現象は、種々の固体材料で発生するが、材料表面への超短パルスレーザー照射によって照射部近傍に生成されるプラズマ温度が材料ごとに異なることが予想される。そこで、材料による生成パターンの違いが発生すると考えられる。
【００１４】
そこで、この周期的微細構造の発生が材料によってどのように起こるかを調べるために、種々の材料で周期的微細構造が鮮明に形成されるパワーからレーザーパワーを増大させて行き、生成パターンを観察することとした。
【００１５】
水晶体やガラスでは、照射パワー増大により穴加工となり周期的微細構造は確認できなくなった。
しかし、金属材料では特異な現象が見出された。例えばステンレス鋼を用いて表面加工を行ったところ、平均高さ及び周期が１０μｍほどの周期性を持つ構造が発現した。この個々の構造体表面に０．５μｍほどのランダムな微細構造が形成された（図２参照）。
このとき、加工深さは約１３μｍであり、構造としては前記の周期的微細構造の２０倍である。また、巨視的な色調は黒である。
【００１６】
また、アルミニウムにて同様の加工を行ったところ、周期的微細構造ではなく、ランダムな微細構造が発現した（図３参照）。この場合、高さは最大で０．５μｍほどであるが、大きさは約０．１μｍから数μｍまで分布幅が広がっている。
なお、図３の上方約半面は、レーザーパワー１０．５ｍＷでラスター走査にて照射した部分であり、下方約半面は、０．２５ｍＷでラスター走査にて照射した部分である。また、走査速度、光学的スポット径はいずれも１ｍｍ／秒、１０μｍである。
これらは、それぞれ薄い金色と白みがかった銀色の異なる色調を呈した。
【００１７】
そこで本実施の形態では、この照射するレーザーパワーを変化させることにより、材料表面の色調が変わる性質を用いて、少なくとも２色の色調を持つマーキングを行うことを実現した。
【実施例１】
【００１８】
次に、具体的な数値を用いて実施例１を説明する。
まず、本例のマーキング加工には、発振波長７７５ｎｍ、ピークパワー８００ｍＷ、パルスエネルギー８００μＪ／パルス、パルス幅２００フェムト秒、パルス繰り返し周波数１ｋＨｚのフェムト秒レーザー装置１を用いた。
また、ターゲット材料としては、アルミニウムを用いる。
【００１９】
そして、このアルミニウムの表面に、レーザービーム２を対物レンズ３で集光し、光学的ビームスポット径１０μｍのフェムト秒レーザーのビームスポットを０．１ｍＷから２０ｍＷまで変化させ、Ｘ、Ｙステージ４にてアルミニウム製被加工物５の表面を１ｍｍ／秒の速度で２次元走査した。
なお、本実施例では、２次元走査にＸ、Ｙステージを用いているが、例えばガルバノスキャナを用いてもよく、レーザービームを２次元走査する手段であればよいものとする。
【００２０】
なお、アルミニウム製被加工物５としては、宝飾品や時計の名盤等に適用可能である。
しかし、刻印材料としてアルミニウムを用いるものであれば、その適用形態に拘束されるものではなく、カード類、各種家電製品、家具類、自動車類などであってもよい。
【００２１】
このような本例のマーキング方法は、次のような加工例に用いることができる。
（加工例１）宝飾品にアルミニウムプレートをつけ、そのアルミニウムプレート表面に地紋として１つの色調をマーキングし、もう１つの色調で所有者の氏名や誕生日などをマーキングすることができる。また、２つの色調を用いて絵柄を描いても良い。
（加工例２）時計の名盤にアルミニウムを用いることで、ガラス越しに個別情報をマーキングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態によるマーキング方法を実施するための装置の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態によってアルミニウム表面に形成されたマーキング形状の微細構造を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態によってステンレス鋼表面に形成されたマーキング形状の微細構造を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２３】
１……フェムト秒レーザー装置、２……レーザービーム、３……対物レンズ、４……Ｘ、Ｙステージ、５……アルミニウム製被加工物。
【図１】
2007229778.tif 000003
【図２】
2007229778.tif 000004
【図３】
2007229778.tif 000005