特開 2021-181112 レーザーカラーマーキング装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-181112(P2021-181112A)

(43)【公開日】2021年11月25日

(54)【発明の名称】レーザーカラーマーキング装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/00 20140101AFI20211029BHJP

   B23K 26/082 20140101ALI20211029BHJP

   B23K 26/03 20060101ALI20211029BHJP

【ＦＩ】

   B23K26/00 B

   B23K26/082

   B23K26/03

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2020-88394(P2020-88394)

(22)【出願日】2020年5月20日

(71)【出願人】

【識別番号】520180541

【氏名又は名称】金澤 伸之

(71)【出願人】

【識別番号】502073496

【氏名又は名称】笠原 敬介

(74)【代理人】

【識別番号】110001793

【氏名又は名称】特許業務法人パテントボックス

(72)【発明者】

【氏名】金澤 伸之

【テーマコード（参考）】

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E168AA01

4E168CA00

4E168CB04

4E168DA02

4E168DA23

4E168DA28

4E168DA29

4E168DA32

4E168EA15

4E168JA02

4E168JA05

4E168JA06

(57)【要約】

【課題】金属ワークに対して、ダイレクトに写真、絵画、文字等をレーザーによって色付け・印字を行うことのできるレーザーカラーマーキング装置を提供する。
【解決手段】金属ワークＷにカラー図柄Ｐを描画するレーザーカラーマーキング装置１である。レーザーカラーマーキング装置１は、レーザービームＬＢを放出するレーザー発振器２１と、レーザービームＬＢを反射する、少なくとも２軸制御のガルバノミラー２２、２３と、レーザービームＬＢを集光する集光レンズ２４と、レーザー発振器２１及びガルバノミラー２２、２３を制御する制御部２５と、元画像から走査データを計算する画像計算部２６と、を備え、制御部２５は、レーザー発振器２１によるレーザービームＬＢの周波数、及び、ガルバノミラー２２、２３によるスキャニングスピードを調整することで、所望のカラーを発色させるようにされている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属ワークにカラー図柄を描画するレーザーカラーマーキング装置であって、
レーザービームを放出するレーザー発振器と、
前記レーザービームを反射する、少なくとも２軸制御のガルバノミラーと、
前記レーザービームを集光する集光レンズと、
前記レーザー発振器及び前記ガルバノミラーを制御する制御部と、
元画像から走査データを計算する画像計算部と、を備え、
前記制御部は、前記レーザー発振器による前記レーザービームの周波数、及び、前記ガルバノミラーによるスキャニングスピードを調整することで、所望のカラーを発色させるようにされている、レーザーカラーマーキング装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記集光レンズによる焦点位置をさらに調整することで、所望のカラーを発色させるようにされている、請求項１に記載された、レーザーカラーマーキング装置。

【請求項3】

前記画像計算部は、前記レーザービームによって前記金属ワークの表面に形成される酸化被膜の厚みに基づいて、発色させるカラーを計算するようになっている、請求項１又は請求項２に記載された、レーザーカラーマーキング装置。

【請求項4】

前記画像計算部は、前記レーザービームによる前記金属ワークの表面の１点当たりの温度を調整することで酸化被膜の厚みを調整するようになっている、請求項３に記載された、レーザーカラーマーキング装置。

【請求項5】

前記レーザー発振器は、近赤外光を放出するようにされている、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載された、レーザーカラーマーキング装置。

【請求項6】

前記金属ワークは、チタン、ステンレス、又は、ニッケルクロム合金である、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載された、レーザーカラーマーキング装置。

【請求項7】

前記金属ワークは、モリブデン鋼、又は、ダマスカス鋼である、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載された、レーザーカラーマーキング装置。

【請求項8】

前記金属ワークは、ナイフ、又は、包丁である、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載された、レーザーカラーマーキング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属表面にレーザーによってカラー図柄を加飾するレーザーカラーマーキング装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、レーザーマーキング技術は、約３５年前から存在し、技術開発が行われてきた経緯がある。例えば、特許文献１に記載されたレーザー加飾装置は、空間光変調器及び制御装置を備えており、空間光変調器は、複数の微小光学素子をアレイ状に配置してなり、入力されたレーザーの出力光の２次元における強度分布を変調する。また、制御装置は、柄を示す画像データによって生成されたレーザー照射用データに基づいて、個々の微小光学 素子から出力される出力光の強度を決定し、強度を決定した出力光の照射パターンに基づいて、出力光をワークの表面に照射させる制御を行っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６−１６８６０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、レーザーマーキング技術の分野に参入している企業数は少なく、レーザーカラーマーキングが現在のところメジャーになっている状況にはない。

【0005】

そこで、本発明は、包丁やナイフといった金属ワークに対して、ダイレクトに写真、絵画、文字等をレーザーによって色付け・印字を行うことのできるレーザーカラーマーキング装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記目的を達成するために、本発明のレーザーカラーマーキング装置は、金属ワークにカラー図柄を描画するレーザーカラーマーキング装置であって、レーザービームを放出するレーザー発振器と、前記レーザービームを反射する、２軸又は３軸制御のガルバノミラーと、前記レーザービームを集光する集光レンズと、前記レーザー発振器及び前記ガルバノミラーを制御する制御部と、元画像から走査データを計算する画像計算部と、を備え、前記制御部は、前記レーザー発振器による前記レーザービームの周波数、及び／又は、出力、前記ガルバノミラーによるスキャニングスピードを調整することで、所望のカラーを発色させるようにされている。

【発明の効果】

【0007】

このように、本発明のレーザーカラーマーキング装置は、レーザー発振器と、ガルバノミラーと、集光レンズと、制御部と、画像計算部と、を備え、制御部は、レーザー発振器によるレーザービームの出力、集光距離、周波数、及び、ガルバノミラーによるスキャニングスピードを調整することで、所望のカラーを発色させるようにされている。このような構成であれば、金属ワークに対して、ダイレクトに写真、絵画、文字等をレーザーによって色付け・印字を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】レーザーカラーマーキング装置の全体図である。

【図2】ダマスカス鋼製の包丁の表面に描画した例である。

【図3】モリブデン鋼製の包丁の表面に描画した例である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。ただし、以下の実施例に記載されている構成要素は例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

【0010】

一般に、レーザーマーキングとは、対象物（ワーク）にレーザー光を照射して表面を溶かしたり、剥離したり、酸化させたりすることで、商品名やシリアル番号等を印字する手段である。このレーザーマーキングは「マスク式」と「スキャン式」の２種類に大別できる。

【0011】

このうち「スキャン式」は、１点のレーザー光を照射して、一筆書きの要領で印字していく方式である。より具体的には、以下に説明するように、レーザー発振器から照射されたレーザー光をスキャニングミラーで走査して対象物に印字するようになっている。ただし、本実施例では、従来の単色の文字だけでなく、カラー図柄を描画することができるようになっていることが特徴である。

【実施例】

【0012】

（構成）
はじめに、図１を用いて本発明のレーザーカラーマーキング装置１の全体構成を説明する。レーザーカラーマーキング装置１は、金属ワークＷにカラー図柄Ｐを描画するレーザーカラーマーキング装置１であって、レーザービームＬＢを放出するレーザー発振器２１と、レーザービームＬＢを反射する、少なくとも２軸制御のガルバノミラー２２、２３と、レーザービームＬＢを集光する集光レンズ２４と、レーザー発振器２１を制御する制御部２５と、元画像から走査データを計算する画像計算部２６と、を備えている。このうち、制御部２５は、レーザーコントローラードライバや空冷クーラーとともに、レーザー電源ユニットの一部として構成されるものである。また、画像計算部２６は、ディスプレイ、キーボード、マウス等が接続された汎用のコンピュータの機能部として構成されるものである。

【0013】

レーザー発振器２１は、ファイバレーザー、固体ロッドレーザー、固体ディスクレーザー、又は炭酸ガスレーザー等のガスレーザーとすることができる。金属表面を加飾するために、レーザー発振器２１は、パルスレーザーであることが好ましい。

【0014】

ガルバノミラー２２、２３は、Ｘ軸及びＹ軸にビームをスキャニングする機構である。それぞれ、例えば、振り振り角最大２５度までのスキャニングができる。

【0015】

集光レンズ２４は、fθレンズを利用し、照射エリア全域を、一定焦点で集光する。このfθレンズは焦点深度を長く設計しているため、ワークの高さ変化に対し、同一条件で加工ができる。

【0016】

制御部２５は、高解像度ガルバのスキャナを使用しているため、微細な位置決めができ、製作画像を忠実な解像度と視認性を持って再現ができる。ソフトウエのアルゴリズムに工夫を凝らし、各色の再現性を正確に行うことが出来る重要部分である。

【0017】

画像計算部２６は、市販の画像ソフトウエアの変換（j-peg＆bitmap等）が容易であり、繊細画像の色バランスを忠実に再現することが出来るように設計されている。

【0018】

ここにおいて、金属ワークＷとしては、例えば、チタン、ステンレス、又は、ニッケルクロム合金であってもよいし、より好ましくは、モリブデン鋼、又は、ダマスカス鋼の包丁やナイフであることが好ましい。

【0019】

（効果）
次に、本発明のレーザーカラーマーキング装置１の奏する効果を列挙して説明する。

【0020】

（１）上述してきたように、本発明のレーザーカラーマーキング装置１は、金属ワークＷにカラー図柄Ｐを描画するレーザーカラーマーキング装置１であって、レーザービームＬＢを放出するレーザー発振器２１と、レーザービームＬＢを反射する、少なくとも２軸制御のガルバノミラー２２、２３と、レーザービームＬＢを集光する集光レンズ２４と、レーザー発振器２１及びガルバノミラー２２、２３を制御する制御部２５と、元画像から走査データを計算する画像計算部２６と、を備え、制御部２５は、レーザー発振器２１によるレーザービームＬＢの周波数、及び、ガルバノミラー２２、２３によるスキャニングスピードを調整することで、所望のカラーを発色させるようにされている。このような構成であるから、金属ワークＷに対して、ダイレクトに写真、絵画、文字等をレーザービームＬＢによって色付け・印字を行うことが可能となる。すなわち、本実施例のレーザーカラーマーキング装置１であれば、レーザーで色を付けることができる。つまり、組織に熱を入れ、酸化被膜の厚みによって色が変わるのである。

【0021】

このようにして、本実施例のレーザーカラーマーキング装置１は、金属に対し、光の応用により、直接ビームをあてることでカラー色を再現できるようにした。レーザーカラーマーキング装置１を用いれば、何十回、何百回加工を行っても、同じ加工状態を再現することができる。また、ビームにて金属表層部位にカラー加飾を行うことにより、よりよい視認性を持もった衛生的なカラー加飾加工を実現する方法である。そして、カラー加飾した画像は、滲みや剥離などがなく、化学系塗料などを一切応用することがない技術である。

【0022】

（２）また、制御部２５は、集光レンズ２４による焦点位置をさらに調整することで、所望のカラーを発色させるようにされている。このような構成であるから、焦点位置を変えることによって、金属ワークＷに対して、より多彩な図柄をレーザービームＬＢによって色付けできる。

【0023】

（３）また、画像計算部２６は、レーザービームＬＢによって金属ワークＷの表面に形成される酸化被膜の厚みに基づいて、発色させるカラーを計算するようになっている。このように酸化被膜の厚みに基づいて走査データを計算することで、きわめて鮮明なカラー図柄を形成できる。

【0024】

（４）さらに、画像計算部２６は、レーザービームＬＢによる金属ワークＷの表面の１点当たりの温度をコントロールすることで酸化被膜の厚みを調整するようになっていることが好ましい。

【0025】

（５）また、レーザー発振器２１は、近赤外光を放出するようにされていることが好ましい。

【0026】

（６）さらに、金属ワークＷは、チタン、ステンレス、又は、ニッケルクロム合金であることが好ましい。

【0027】

（７）さらに、金属ワークＷは、モリブデン鋼、又は、ダマスカス鋼であることが好ましい。

【0028】

（８）さらに、金属ワークＷは、ナイフ、又は、包丁であることが好ましい。

【0029】

（その他の作用・効果）
加えて、本発明のレーザーカラーマーキング装置１には、さらに以下のような作用・効果が認められる。

【0030】

・チタン、ステンレス、ニッケルクロム合金等に対するレーザー発色を繊細に行うことにより将来的には、金属用レーザーカラープリンターにできる技術レベルまで高めた。レーザーのカラー発色においては、ある波長の光を非接触にて、集光レンズにて集光させ、集光させた状態で、指定スピードにて金属表面及び内部に酸化焼き入れを行うことにより、指定のカラーを発色させることを目的とする。最近の発見では、ダマスカス鋼に対するカラー発色がよいことを観察した。

【0031】

・レーザーによる白黒発色切り絵風マーキング技術について：
例えば、日本昔絵、浅草古来切り絵等を包丁の表面に黒色にマーキングすることを目的とする。日本文化を包丁に乗せ世界に発信することが大きな特徴となる。

【0032】

・猫・犬などのペットの写真レーザーカラーマーキングを、常に身近に感じるため、思い出として制作する。お城や寺院などの世界遺産などの画像を、金属商品に加飾することも期待される。

【0033】

・本技術により、錆びない金属に対し、カラー加飾を行うことにより、写真画像や絵を長い時間記録として残すことができる。

【0034】

・本技術応用による実際の加工写真を図２〜図３に示す。

【0035】

・画像の加工範囲は任意に設定ができ、必要に応じ、加工範囲サイズの設定ができる。

【0036】

（本技術によって得られるメリット全般について）
・非接触で光のみを金属表面に照射することで、金属表面に色を植え付ける（加飾）することができる。
・光のみの活用により、インクなどの消耗品は一切使用しない。
・光で直接金属に色を焼き付けることにより、保存性の良い印刷ができる。
・インクや焼き付け塗装とは違い、薄釣り的に剥げることがないため衛生的である。

【0037】

以上、図面を参照して、本発明の実施例を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

【0038】

例えば、実施例では、ガルバノミラーは２軸であるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、３軸のガルバノミラーであっても本発明のレーザーカラーマーキング装置１を適用できる。

【0039】

また、実施例では、包丁にカラーの図柄Ｐを描画するものとして説明したが、これに限定されるものではなく、他の金属製の物の表面にカラーの図柄Ｐを描画することももちろん可能である。

【0040】

また、応用品としてステンレスではなく、包丁に絵（浮世絵、富士山とか）を入れることが好ましい。

【0041】

さらに、近赤外光＝レーザー光は、１００ミクロン以下に絞ると、２０００度から３０００度になる。１点当たりの温度をコントロールすることで焼き具合を調整できる。これは１点あたりの温度を維持しにくいから難しい。ここにおいて、ここは青、ここは黄、などの計算をするのが画像ソフトであり、細かい点ごとに色を認識している。

【符号の説明】

【0042】

１ ：レーザーカラーマーキング装置
２１ ：レーザー発振器
２２ ：ガルバノミラー
２３ ：ガルバノミラー
２４ ：集光レンズ
２５ ：制御部
２６ ：画像計算部
ＬＢ ：レーザービーム
Ｐ ：カラー図柄
Ｗ ：金属ワーク

【図1】

【図2】

【図3】