JPH074675B2 - 金属表面の虹色発色加工方法 - Google Patents
金属表面の虹色発色加工方法Info
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- JPH074675B2 JPH074675B2 JP2206980A JP20698090A JPH074675B2 JP H074675 B2 JPH074675 B2 JP H074675B2 JP 2206980 A JP2206980 A JP 2206980A JP 20698090 A JP20698090 A JP 20698090A JP H074675 B2 JPH074675 B2 JP H074675B2
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- metal surface
- mirror
- laser
- polishing
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- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/0604—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、金属表面に入射光の角度や見る方向によって
反射光沢の色合いが虹色様に多彩に変化する模様ないし
領域を形成する虹色発色加工方法に関するものであり、
例えば金属製装飾品、金属製家庭電化用品、金属製工業
用品等の表面加飾手段として利用される。
反射光沢の色合いが虹色様に多彩に変化する模様ないし
領域を形成する虹色発色加工方法に関するものであり、
例えば金属製装飾品、金属製家庭電化用品、金属製工業
用品等の表面加飾手段として利用される。
（従来の技術） 金属表面に可視光の波長域に近い１μｍ程度あるいはそ
れ以下といった微細な凹凸を密に形成した場合、該表面
が回折格子と同様に作用して入射光を分光して反射する
ため、反射光沢の色合いが入射光の方向や見る角度によ
って虹色様に多彩に変化することになる。従って、この
ような微細凹凸加工は、金属表面に塗装や化学的着色で
は不可能な美麗な多色可変発色を与える加飾手段として
極めて有望である。
れ以下といった微細な凹凸を密に形成した場合、該表面
が回折格子と同様に作用して入射光を分光して反射する
ため、反射光沢の色合いが入射光の方向や見る角度によ
って虹色様に多彩に変化することになる。従って、この
ような微細凹凸加工は、金属表面に塗装や化学的着色で
は不可能な美麗な多色可変発色を与える加飾手段として
極めて有望である。
しかるに、近年において金属の各種加工に多用されてい
る通常のレーザビームによるる加工手段では、一般に集
光レンズにて収束可能な最小スポット径が数μｍ〜10μ
ｍ程度であるため、上述のような１μｍ以下といった微
細な凹凸は形成不能である。また仮に上記スポット径を
１μｍ程度に絞り込めたとしても、一回の走査で一本の
溝を形成できるだけであるから、凹凸部分を肉眼で見え
る幅あるいは面状に形成するには膨大な加工時間を要す
ることになる。
る通常のレーザビームによるる加工手段では、一般に集
光レンズにて収束可能な最小スポット径が数μｍ〜10μ
ｍ程度であるため、上述のような１μｍ以下といった微
細な凹凸は形成不能である。また仮に上記スポット径を
１μｍ程度に絞り込めたとしても、一回の走査で一本の
溝を形成できるだけであるから、凹凸部分を肉眼で見え
る幅あるいは面状に形成するには膨大な加工時間を要す
ることになる。
そこで、本発明者らは先に、特願平１−84326号および
特願平１−229567号として、レーザの干渉の照射によっ
て金属表面に該干渉光の干渉縞の強度分布に対応した微
細凹凸を形成するという画期的な手段を提案している。
すなわち、これら提案手段によれば、レーザ光の強さを
干渉縞の明部で金属が溶融、蒸発するエネルギー密度に
設定することにより、金属表面に該明部を凹、暗部を凸
とした凹凸が形成されるため、１回の走査で相互の間隔
が１μｍ程度あるいはそれ以下といった微細な数百本も
の凹凸条を一挙に形成できる。
特願平１−229567号として、レーザの干渉の照射によっ
て金属表面に該干渉光の干渉縞の強度分布に対応した微
細凹凸を形成するという画期的な手段を提案している。
すなわち、これら提案手段によれば、レーザ光の強さを
干渉縞の明部で金属が溶融、蒸発するエネルギー密度に
設定することにより、金属表面に該明部を凹、暗部を凸
とした凹凸が形成されるため、１回の走査で相互の間隔
が１μｍ程度あるいはそれ以下といった微細な数百本も
の凹凸条を一挙に形成できる。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、本発明者らの上記提案より継続する実験
研究の結果、上述のようなレレーザ光の干渉縞に対応す
る微細凹凸が非常に細かいことから、レーザ干渉光を照
射する金属表面の表面状態によって形成される微細凹凸
の鮮明度が大きく左右され、通常の手段では良好な虹色
発色を表出する加工物を安定して得られないことが判明
した。
研究の結果、上述のようなレレーザ光の干渉縞に対応す
る微細凹凸が非常に細かいことから、レーザ干渉光を照
射する金属表面の表面状態によって形成される微細凹凸
の鮮明度が大きく左右され、通常の手段では良好な虹色
発色を表出する加工物を安定して得られないことが判明
した。
本発明は、かかる情況に鑑みて、良好な虹色発色を表出
する加工物が安定的に得られる加工方法を提供し、もっ
て加飾加工の歩留まりおよび加飾品質の向上を実現する
ことを目的としている。
する加工物が安定的に得られる加工方法を提供し、もっ
て加飾加工の歩留まりおよび加飾品質の向上を実現する
ことを目的としている。
（課題を解決するための手段） 本発明に係る金属表面の虹色発色加工方法の第１は、上
記目的を達成する手段として、金属表面を電解研摩によ
って鏡面化し、この鏡面化された表面にレーザの干渉光
を照射することにより、干渉縞の強度分布に対応した微
細凹凸を形成することを特徴とする構成を採用するもの
である。
記目的を達成する手段として、金属表面を電解研摩によ
って鏡面化し、この鏡面化された表面にレーザの干渉光
を照射することにより、干渉縞の強度分布に対応した微
細凹凸を形成することを特徴とする構成を採用するもの
である。
また、本発明に係る金属表面の虹色発色加工方法の第２
は、上記の第１の方法における電解研摩を行う金属表面
がレーザの刻み込み加工による描画を施した面である構
成を採用するものである。
は、上記の第１の方法における電解研摩を行う金属表面
がレーザの刻み込み加工による描画を施した面である構
成を採用するものである。
（作 用） 本発明方法では、被加工物である金属の表面にレーザ干
渉光の照射による微細凹凸を形成する前に該表面を鏡面
化するが、この鏡面化手段として電解研摩を採用するこ
とを最大の特徴としている。
渉光の照射による微細凹凸を形成する前に該表面を鏡面
化するが、この鏡面化手段として電解研摩を採用するこ
とを最大の特徴としている。
ここで、金属表面の鏡面化手段としてはバフ研摩を始め
とする各種機械的研摩や化学研摩もあるが、本発明で目
的とする良好な虹色発色を表出させる上で必要な鏡面と
は、所謂表面粗さとして定義し得る表面の凹凸度合いの
小さい面ではなく、凹凸の度合いが多少は大きくとも鋭
い谷山のない面であり、そのために本発明では電解研摩
を必要とする。すなわち、電解研摩では、金属表面が電
気的溶解によって平滑化するが、電解の開始と共に粘性
の研摩膜を生成して凹部が保護され、凹部に電流が集中
して優先的に溶出が進むため、大きな起伏が残っても鋭
さのないなだらかな表面が得られる。
とする各種機械的研摩や化学研摩もあるが、本発明で目
的とする良好な虹色発色を表出させる上で必要な鏡面と
は、所謂表面粗さとして定義し得る表面の凹凸度合いの
小さい面ではなく、凹凸の度合いが多少は大きくとも鋭
い谷山のない面であり、そのために本発明では電解研摩
を必要とする。すなわち、電解研摩では、金属表面が電
気的溶解によって平滑化するが、電解の開始と共に粘性
の研摩膜を生成して凹部が保護され、凹部に電流が集中
して優先的に溶出が進むため、大きな起伏が残っても鋭
さのないなだらかな表面が得られる。
しかして、レーザ干渉を照射した場合、上記のように表
面になだらかで大きな起伏が存在しても、該起伏に沿っ
て干渉縞に対応する微細凹凸が忠実に形成されるが、他
の研摩手段とりわけ機械的研摩によって得られるような
細かな鋭い起伏のある表面では形成すべき微細凹凸が該
起伏に影響されて明瞭さを喪失することになる。また、
化学研摩では電解研摩に似た鏡面化作用を生じるが、処
理前に予備研摩を施す必要があり、加えて薬品コストが
高く付くという難点がある。
面になだらかで大きな起伏が存在しても、該起伏に沿っ
て干渉縞に対応する微細凹凸が忠実に形成されるが、他
の研摩手段とりわけ機械的研摩によって得られるような
細かな鋭い起伏のある表面では形成すべき微細凹凸が該
起伏に影響されて明瞭さを喪失することになる。また、
化学研摩では電解研摩に似た鏡面化作用を生じるが、処
理前に予備研摩を施す必要があり、加えて薬品コストが
高く付くという難点がある。
なお、虹色発色を行うための上記微細凹凸と共に、製品
としての仕様によって金属表面に通常のレーザの刻み込
み加工による描画を施す場合、該描画を電解研摩の前に
行うのがよい。すなわち、上記刻み込み加工においては
一般的に加工溝を中心に酸化被膜が形成され、ステンレ
ス鋼等では該被膜が茶色っぽい色合いとなってそのまま
では地肌の美しさや虹色発色の鮮明さを損なうことにな
るが、電解研摩を経ることによって該被膜が除去される
ため好都合である。
としての仕様によって金属表面に通常のレーザの刻み込
み加工による描画を施す場合、該描画を電解研摩の前に
行うのがよい。すなわち、上記刻み込み加工においては
一般的に加工溝を中心に酸化被膜が形成され、ステンレ
ス鋼等では該被膜が茶色っぽい色合いとなってそのまま
では地肌の美しさや虹色発色の鮮明さを損なうことにな
るが、電解研摩を経ることによって該被膜が除去される
ため好都合である。
（実施例） 以下、本発明方法を図示実施例に基づいて具体的に説明
する。
する。
第１図（Ａ）は虹色発色加工を施すべき金属板Ｍの未処
理状態での表面部を示す拡大図であり、図示の如く表面
S1には大小様々な鋭い凹凸が存在している。
理状態での表面部を示す拡大図であり、図示の如く表面
S1には大小様々な鋭い凹凸が存在している。
しかるに、本発明では、このような金属板Ｍの表面S1を
電解研摩によって鏡面化する。すなわち、この電解研摩
によれば、まず第１図（Ｂ）の如く電解の開始と共に生
じた研摩膜Ｐが特に凹部を覆い、凸部に電流が集中して
優先的に凸部からの溶出が行われる。しかして研摩膜Ｐ
も徐々に溶解するが、新しい凸部が現れるとその部分よ
りも集中的に溶出するため、第１図（Ｃ）（Ｄ）の如く
次第に平滑化が進み、最終的になだらかな大きな起伏を
残すが鋭い凹凸のない表面S2となる。
電解研摩によって鏡面化する。すなわち、この電解研摩
によれば、まず第１図（Ｂ）の如く電解の開始と共に生
じた研摩膜Ｐが特に凹部を覆い、凸部に電流が集中して
優先的に凸部からの溶出が行われる。しかして研摩膜Ｐ
も徐々に溶解するが、新しい凸部が現れるとその部分よ
りも集中的に溶出するため、第１図（Ｃ）（Ｄ）の如く
次第に平滑化が進み、最終的になだらかな大きな起伏を
残すが鋭い凹凸のない表面S2となる。
このような電解研摩は常法に準じて行えばよいが、研摩
液組成、電流、液温、電解時間等の条件は、言うまでも
なく金属板Ｍの材質によって異なる。その例として、下
表にステンレス鋼を対象とする場合の研摩液と処理条件
を二例示す。
液組成、電流、液温、電解時間等の条件は、言うまでも
なく金属板Ｍの材質によって異なる。その例として、下
表にステンレス鋼を対象とする場合の研摩液と処理条件
を二例示す。
なお、上記の電解研摩を行う金属表面に予め通常のレー
ザの刻み込み加工による描画が施されている場合、その
加工溝を中心として酸化被膜が存在するが、このような
酸化膜は電解研摩の過程で除去されることになる。従っ
て該酸化膜による地肌の着色や虹色発色への悪影響を防
止できる。
ザの刻み込み加工による描画が施されている場合、その
加工溝を中心として酸化被膜が存在するが、このような
酸化膜は電解研摩の過程で除去されることになる。従っ
て該酸化膜による地肌の着色や虹色発色への悪影響を防
止できる。
本発明では、上記の電解研摩にて表面を鏡面化した後、
その表面にレーザの干渉光を照射し、その干渉縞の強度
分布に対応した微細凹凸を形成する。
その表面にレーザの干渉光を照射し、その干渉縞の強度
分布に対応した微細凹凸を形成する。
第２図はレーザ加工工程を示しており、ZYテーブルＴ上
に金属板Ｍが載置され、その上方に設けた加工用集光レ
ンズＬによってレーザビームの干渉光B1が収束されて該
レンズＬの焦点よりも遠い位置で金属板Ｍの鏡面化した
表面S2に照射される。従って、XYテーブルＴをＸ方向に
移動させることにより金属板Ｍの表面が収束された干渉
光B2にて走査されるから、この一回の走査終了ごとにXY
テーブルＴをＹ方向に移動させることによって平行線状
あるいは面状の走査パターンが得られる。しかして、一
回の走査ごとに金属板Ｍの表面S2には、照射スポット径
の幅内に第２図の仮想線円内に示す拡大図のように干渉
パターンの干渉縞の明部に対応した数百本の凹条Ｉが形
成される。
に金属板Ｍが載置され、その上方に設けた加工用集光レ
ンズＬによってレーザビームの干渉光B1が収束されて該
レンズＬの焦点よりも遠い位置で金属板Ｍの鏡面化した
表面S2に照射される。従って、XYテーブルＴをＸ方向に
移動させることにより金属板Ｍの表面が収束された干渉
光B2にて走査されるから、この一回の走査終了ごとにXY
テーブルＴをＹ方向に移動させることによって平行線状
あるいは面状の走査パターンが得られる。しかして、一
回の走査ごとに金属板Ｍの表面S2には、照射スポット径
の幅内に第２図の仮想線円内に示す拡大図のように干渉
パターンの干渉縞の明部に対応した数百本の凹条Ｉが形
成される。
ここで、干渉光B1は、既述の特願平１−84326号に開示
されるように低次のマルチモードのレーザビームにおけ
る明パターン成分相互の重なり、もしくは単一のレーザ
ビームより分割された複数本のビーム相互の重なりによ
って構成するか、あるいは同じく既述の特願平−229567
号に開示されるように、レーザビームの一部を横ずれ変
位させて元のビーム成分に重ねることによって構成すれ
ばよい。しかして、これら干渉光B1を生じさせるための
具体的な装置構成については、上記両特許出願にて開示
されている。
されるように低次のマルチモードのレーザビームにおけ
る明パターン成分相互の重なり、もしくは単一のレーザ
ビームより分割された複数本のビーム相互の重なりによ
って構成するか、あるいは同じく既述の特願平−229567
号に開示されるように、レーザビームの一部を横ずれ変
位させて元のビーム成分に重ねることによって構成すれ
ばよい。しかして、これら干渉光B1を生じさせるための
具体的な装置構成については、上記両特許出願にて開示
されている。
なお、XYテーブルＴのXY両方向の移動を連動制御する
か、あるいは干渉光B1の光軸方向をXYスキャナー等の光
学制御機構にて変化させることにより、走査線を曲線状
としたり複雑な模様をなす軌跡を描くように設定でき、
更にＺ方向変位手段の組み合わせによって曲面等の三次
元形状の金属表面に対する微細凹凸加工も可能となる。
か、あるいは干渉光B1の光軸方向をXYスキャナー等の光
学制御機構にて変化させることにより、走査線を曲線状
としたり複雑な模様をなす軌跡を描くように設定でき、
更にＺ方向変位手段の組み合わせによって曲面等の三次
元形状の金属表面に対する微細凹凸加工も可能となる。
また干渉光B2の照射位置はレンズＬの焦点Ｆよりも浅い
位置に設定してもよい。しかして干渉光B1の収束手段に
は凹面鏡も利用できる。
位置に設定してもよい。しかして干渉光B1の収束手段に
は凹面鏡も利用できる。
第３図はかくして虹色発色加工を施した金属板Ｍの表面
部を示す。図のように鏡面化された表面S2がなだらかで
大きい起伏を有していても、レーザ走査線に対応する微
細凹凸部Ｕの各凹条Ｉは明瞭に刻設されることになる。
そして、この微細凹凸部Ｕは、入射光の角度や見る方向
によって色合いが虹色様に多彩に変化する反射光沢を表
出する。なお、このような微細凹凸Ｕを密に形成し、面
として虹色発色を生じるようにしてもよい。
部を示す。図のように鏡面化された表面S2がなだらかで
大きい起伏を有していても、レーザ走査線に対応する微
細凹凸部Ｕの各凹条Ｉは明瞭に刻設されることになる。
そして、この微細凹凸部Ｕは、入射光の角度や見る方向
によって色合いが虹色様に多彩に変化する反射光沢を表
出する。なお、このような微細凹凸Ｕを密に形成し、面
として虹色発色を生じるようにしてもよい。
（発明特有の効果） 本発明方法によれば、レーザ干渉光の照射によって金属
表面に干渉縞の強度分布に対応した微細凹凸を形成する
前に、該金属表面を電解研摩によって鏡面化することか
ら、明瞭な上記微細凹凸を確実に形成することが可能と
なり、もって入射光の角度や見る方向によって色合いが
虹色様に多彩に変化する独特の虹色発色として鮮明さに
優れた発色を生じる加飾物を安定的に製作できるという
利点がある。
表面に干渉縞の強度分布に対応した微細凹凸を形成する
前に、該金属表面を電解研摩によって鏡面化することか
ら、明瞭な上記微細凹凸を確実に形成することが可能と
なり、もって入射光の角度や見る方向によって色合いが
虹色様に多彩に変化する独特の虹色発色として鮮明さに
優れた発色を生じる加飾物を安定的に製作できるという
利点がある。
また本発明の請求項（２）の構成によれば、金属表面に
上記虹色発色を生じる加飾と共に通常のレーザの刻み込
み加工による描画を施す場合に、該刻み込み加工に伴う
被膜が電解研摩で除去されるから、該被膜による地肌の
着色や虹色発色へ悪影響を格別は処理を要することなく
防止できるという利点がある。
上記虹色発色を生じる加飾と共に通常のレーザの刻み込
み加工による描画を施す場合に、該刻み込み加工に伴う
被膜が電解研摩で除去されるから、該被膜による地肌の
着色や虹色発色へ悪影響を格別は処理を要することなく
防止できるという利点がある。
第１図（Ａ）は本発明に用いる金属板の未処理の表面部
を示す拡大断面図、第１図（Ｂ）〜（Ｄ）は電解研摩に
おける同金属板の表面部を段階的に示す拡大断面図、第
２図はレーザ干渉光による微細凹凸の形成工程を示す概
略斜視図、第３図は上記微細凹凸を形成した金属板の表
面部の拡大断面図である。 B1,B2……レーザの干渉光、Ｍ……金属板、S1……未処
理表面、S2……鏡面化した表面、Ｕ……微細凹凸部。
を示す拡大断面図、第１図（Ｂ）〜（Ｄ）は電解研摩に
おける同金属板の表面部を段階的に示す拡大断面図、第
２図はレーザ干渉光による微細凹凸の形成工程を示す概
略斜視図、第３図は上記微細凹凸を形成した金属板の表
面部の拡大断面図である。 B1,B2……レーザの干渉光、Ｍ……金属板、S1……未処
理表面、S2……鏡面化した表面、Ｕ……微細凹凸部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大島 市郎 兵庫県尼崎市常光寺１丁目９番１号 大阪 富士工業株式会社内 (72)発明者 大島 時彦 兵庫県尼崎市常光寺１丁目９番１号 大阪 富士工業株式会社内 (72)発明者 平田 繁一 兵庫県尼崎市常光寺１丁目９番１号 大阪 富士工業株式会社内 (72)発明者 岡野 良和 兵庫県尼崎市常光寺１丁目９番１号 大阪 富士工業株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】金属表面を電解研摩によって鏡面化し、こ
の鏡面化された表面にレーザの干渉光を照射することに
より、干渉縞の強度分布に対応した微細凹凸を形成する
ことを特徴とする金属表面の虹色発色加工方法。 - 【請求項２】電解研摩を行う金属表面がレーザの刻み込
み加工による描画を施した面である請求項（１）記載の
金属表面の虹色発色加工方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2206980A JPH074675B2 (ja) | 1990-08-03 | 1990-08-03 | 金属表面の虹色発色加工方法 |
| DE4106151A DE4106151A1 (de) | 1990-05-02 | 1991-02-27 | Verfahren und vorrichtung zur bearbeitung metallischer oberflaechen durch laserstrahlen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2206980A JPH074675B2 (ja) | 1990-08-03 | 1990-08-03 | 金属表面の虹色発色加工方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0491874A JPH0491874A (ja) | 1992-03-25 |
| JPH074675B2 true JPH074675B2 (ja) | 1995-01-25 |
Family
ID=16532184
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2206980A Expired - Lifetime JPH074675B2 (ja) | 1990-05-02 | 1990-08-03 | 金属表面の虹色発色加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH074675B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06212451A (ja) * | 1993-01-11 | 1994-08-02 | Osaka Prefecture | 金属表面の加飾加工方法 |
| CN104439956B (zh) * | 2014-11-18 | 2017-04-19 | 清华大学 | 一种利用超快激光实现难连接材料之间连接的方法 |
| CN113811419B (zh) * | 2019-04-16 | 2023-09-19 | 艾普伦 | 在材料表面上产生虹彩效应的方法和实施所述方法的设备 |
| CN112475495B (zh) | 2020-11-17 | 2022-06-14 | 苏州大学 | 一种跨尺寸微纳结构阵列的制备方法 |
| IT202100022757A1 (it) * | 2021-09-02 | 2023-03-02 | Metaly S R L | Metodo di decorazione superfici trattate con rivestimento pvd e superfici decorate ottenute |
-
1990
- 1990-08-03 JP JP2206980A patent/JPH074675B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0491874A (ja) | 1992-03-25 |
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