JP2011194413A - 表面超微細凹凸構造を有する成形品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ微細加工技術を応用することによって、自由な曲面形状を視覚に応用でき、かつ、新たな視覚的効果を生み出すことを提案する。また、レーザ特有の加工痕（シェルマーク）を制御しながら積極的に付加することによって、反射や拡散において今までに無い見え方（視覚）を提案する。
【解決手段】まず加工対象物の加工面に対して所定の深さの加工を行うためのレーザ光のエネルギー密度を設定し、そのエネルギー密度のレーザ光を加工面に繰り返し照射した場合に、加工面に所望の微細形状が形成されるショット数を設定する。また、設定されたショット数のレーザ光を加工面に照射するための、加工面でのレーザ照射領域の移動速度を計算し、その計算された移動速度でレーザ照射領域に対して加工面を移動させながら、その設定されたエネルギー密度のレーザ光を照射し、微細形状が形成される加工面表面にレーザ光照射による加工痕にからなる超微細凹凸構造を形成するものである。
【選択図】図３１

Description

本発明は、例えば家庭用電化製品の外装及び筐体に用いる加飾技術に関するものであり、レーザを用いて３次元表面超微細加工形状を外装（筐体）に付加し、装飾性の高い外装（筐体）を供給する技術に係る。

近年、電気・電子機器の差異化において加飾技術の役割が、非常に大きくなっている。例えば、携帯分野では、クロスカット技法を用いてキラキラと光る視覚に訴えた携帯端末や、しぼり加工を施すことによって皮のような手触りのする触覚に訴えた携帯や、微細形状を付加することによって汚れや水滴がつかないようにした機能に訴えた携帯を発売している。そして、ノートPC分野では、カラフルな金属調をモデルとしたPCのラインナップを各社揃え、オーナーメードのようなオリジナルデザインが注目されている。

ここで重要となるのが樹脂成形品の表面に微細凹凸構造を形成することである。微細凹凸構造を持つ樹脂成形品はその微細形状効果により光透過特性や光反射特性が変化するため、この特性を積極的に利用して光学分野（拡散板や導光板といった光学機能性フィルム）や各種加飾構造部材分野（艶消し調やヘアライン調の金属外観を有するプラスチック部材）として広範囲な工業分野で使用されている。

例えば、樹脂成形品の表面に金属調外観を施す方法で、高級感を減ずることなく意匠性の高い従来の金属材料と置き換える事ができ、同時に軽量化、低コスト化、形状自由度の拡大といった利点を達成できるために、工業的に非常に有益である。

金属調外観を施す第１の方法として、
（１）表面に微細凹凸構造を有する剥離性シート上に蒸着や塗装により金属層を形成したシートを成形金型内に挟み込み、成形金型のキャビティ内に樹脂を射出し、充満させて樹脂成形品を得ると同時にその表面に転写シートを接着させた後、離型シートを剥離して金属層を樹脂成形品表面に形成する方法（成形同時転写法）（特許文献1〜３参照）がある。
また、第２の方法として、
（２）表面に微細凹凸構造を有する基材シート上に金属層等が形成されたインサートシートを成形金型内に挿入し、射出成形と同時に樹脂成形品表面にインサートシートを一体化する方法（インサート法）（特許文献４〜６参照）が挙げられる。
さらに、第３の方法として、
（３）光硬化性樹脂を用いて微細凹凸を作成する方法（特許文献７参照）や、第４の方法として、（４）複数の着色層を積層した転写材を樹脂成形品上に転写して、レーザエッチングによって任意の着色層を除去する方法（特許文献８）が挙げられる。

特許第３１２７３９８号明細書 特許第２９４３８００号明細書 特開２００４−１４２４３９号公報 特許第４１９５２３６号明細書 特許第３８５１５２３号明細書 特許第３９８６７８９号明細書 特開２００７−２３７４５７号公報 特許第４０５４５６９号明細書

しかしながら、上記（１）〜（４）の方法では、微細凹凸構造として自由な曲面形状を付加して視覚に変化を与えるという発想はなかった。例えば（１）の方法において、微細凹凸構造は、物理的に傷をつける掘削法である。そして（２）の方法では、グラビア印刷、オフセット印刷、スクリーン印刷といった、印刷法が用いられる。また（３）の方法は、光硬化性樹脂を用いたヘアライン加工である。さらに（４）の方法は、着色層に加工を施す多色成形であり、微細凹凸形状を作成してはいない。

上記に加えて、従来のヘアライン加工技術は、サンドブラストやサンドマットを使用しているため、出来上がりは不均一で、「平均の粗さ」として制御できるだけであり、正確に設計した形状を制御することはできなかった。

本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであり、レーザ微細加工技術を応用することによって、自由な曲面形状を視覚に応用でき、かつ、新たな視覚的効果を生み出すことを提案するものである。また、レーザ特有の加工痕（いわゆるシェルマーク）を制御しながら積極的に付加することによって、反射や拡散において今までに無い見え方（視覚）を提案するものである。

本発明の表面超微細凹凸構造を有する成形品の製造方法は、１ショットごとにレーザ照射領域を加工対象物の加工面に対して移動させながらレーザを加工面に繰り返し照射する、表面超微細凹凸構造を有する成形品の製造方法であって、まず加工対象物の加工面に対して所定の深さの加工を行うためのレーザ光のエネルギー密度を設定し、そのエネルギー密度のレーザ光を加工面に繰り返し照射した場合に、加工面に所望の微細形状が形成されるショット数を設定する。また、設定されたショット数のレーザ光を加工面に照射するための、加工面でのレーザ照射領域の移動速度を計算し、その計算された移動速度でレーザ照射領域に対して加工面を移動させながら、その設定されたエネルギー密度のレーザ光を照射し、微細形状が形成される加工面表面にレーザ光照射による加工痕からなる超微細凹凸構造を形成するものである。

本発明によれば、照射レーザ光のエネルギー密度および加工面に対するレーザ照射領域の移動速度を適切に設定することにより、自由な微細形状を自由に形成でき、かつ、レーザ照射による加工痕を利用して微細形状表面に超微細形状を形成できる。

本発明によれば、レーザ微細加工技術を応用することによって、自由な曲面形状を視覚に応用でき、かつ、新たな視覚的効果を生み出すことができる。また、レーザ特有の加工痕（シェルマーク）を制御しながら積極的に付加することによって、反射や拡散において今までに無い視覚的効果を生む、表面超微細凹凸構造を得ることができる。

本発明の表面超微細凹凸構造を有する成形品の製造方法が適用されるレーザ加工装置の構成例を示す図である。 ＯＧ法の加工原理を説明する図である。 マスクと加工対象物である基板との相対位置を説明する模式斜視図である。 表面超微細凹凸構造を有する成形品の製造方法で用いられるマスクの一例を示す図である。 ３次元形状を形成するための多次元多項式の曲線について説明する図である。 所望の凸形状を得るためのエッチング断面積について説明する模式図である。 所望の凸形状を得るためのマスク形状について説明する模式図である。 所望の凹形状を得るためのエッチング断面積について説明する模式図である。 所望の凹形状を得るためのマスク形状について説明する模式図である。 レーザ光の照射エネルギーとエッチング深さとの関係を示す図である。 テーブル送り速度とエッチング深さとの関係を示す図である。 マスクのアスペクト比を説明する模式図である。 マスクの一例を説明する模式図である。 図１３に示したマスクによる重ね合わせについて説明する模式図である。 第１の加工形態に係る、直線（三角形）を有するマスクについて説明する模式図である。 図１５に示したマスクを用いて得られる加工形状を示す図である。 図１５に示したマスクを用いて得られる表面微細凹凸構造を示す図である。 図１７に示した表面微細凹凸構造を有する形成品を用いた製品の例を示す概略図である。 第２の加工形態に係る、楕円形の弧を有するマスクについて説明する模式図である。 図１９に示したマスクを用いて得られる加工形状を示す図である。 図２０に示した凸型加工形状からなる表面微細凹凸構造の後方反射効果を説明する図である。 第３の加工形態に係る、楕円形の弧を有するマスクと直線を有するマスクとの同一走査方向への重ね合わせ照射を説明する図である。 直線を有するマスクと楕円形の弧を有するマスクとの同一走査方向への重ね合わせ照射で得られる加工形状を示す図である。 直線を有するマスクと楕円形の弧を有するマスクとの同一走査方向への重ね合わせ照射で得られる表面微細凹凸構造を示す図である。 第４の加工形態に係る、直線を有するマスクと楕円形の弧を有するマスクとの垂直な走査方向への重ね合わせ照射で得られる表面微細凹凸構造を示す図である。 図２５に示した表面微細凹凸構造を有する成形品の製造方法を示すフローチャートである。 図２５に示した表面微細凹凸構造を有する成形品の製造方法を説明する図である。 エキシマレーザを用いた場合の加工痕（シェルマーク）の第１例を説明する模式図である。 エキシマレーザを用いた場合の加工痕（シェルマーク）の第２例を説明する模式図である。 固体レーザを用いた場合の加工痕を説明する図である。 加工痕を利用した超微細形状の形成の説明に供する図である。 加工痕のパターン例を示す図である。 構造色効果が強く得られる場合の加工痕の断面形状の測定例を示す図である。 構造色効果が弱い場合の加工痕の断面形状の測定例を示す図である。 三角形の開口を有するマスクを用いた場合に形成される加工痕の説明に供する図である。 凹曲面を含む開口を有するマスクを用いた場合に形成される加工痕の説明に供する図である。 凸曲面を含む開口を有するマスクを用いた場合に形成される加工痕の説明に供する図である。 円形の開口を有するマスクを用いた場合に形成される加工痕の説明に供する図である。 加工痕（円状）の具体例を示す図である。 加工痕（ライン状）の具体例を示す図である。 視覚評価データの測定方法を説明する図である。 視覚評価結果を示す図である。 視覚評価のまとめを説明する図である。 蝶の翅の表面の微細構造を示す模式図である。 曲線形状の有無による視覚的効果を説明する図である。 加工痕の有無による視覚的効果を説明する図である。 垂直な可視光に対する反射強度分布を示す図である。 成形品を５度傾けたときの可視光に対する反射強度分布を示す図である。 表面超微細凹凸構造を有する成形品が設けられた第１の製品例を示す図である。 表面超微細凹凸構造を有する成形品が設けられた第２の製品例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態の例について、添付図面を参照しながら説明する。説明は下記項目の順に行う。
０．レーザ加工装置およびＯＧ法の説明
１．第１の加工形態（直線（三角形）を有するマスクを用いた例）
２．第２の加工形態（楕円形の弧を有するマスクを用いた例）
３．第３の加工形態（直線（三角形）を有するマスクと楕円形の弧を有する
マスクを同一走査方向で重ね合わせた例）
４．第４の加工形態（直線（三角形）を有するマスクと楕円形の弧を有する
マスクを垂直な走査方向で重ね合わせた例）
５．超微細凹凸構造の説明
６．視覚的効果
７．製品例（表面超微細凹凸構造を有する成形品が適用された製品例）

なお、以下に述べる実施の形態例は、本発明の好適な具体例である。そのため、技術的に好ましい種々の限定が付されている。しかしながら、本発明の技術範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。例えば、以下の説明で挙げる使用材料とその使用量、処理時間、処理順序および各パラメータの数値的条件等は好適例に過ぎず、また説明に用いた各図における寸法、形状および配置関係も概略的なものである。

＜０．レーザ加工装置およびＯＧ法の説明＞
［レーザ加工装置の構成］
本実施の形態に係る表面超微細凹凸構造を有する成形品の製造方法は、光エネルギーを利用して加工対象物へ所望の３次元形状を形成するものである。また、３次元形状を形成しつつ、さらにレーザ特有の加工痕（シェルマーク）を制御して加工面表面に超微細凹凸形状を形成するものである。本発明に用いるレーザ加工装置は、樹脂に吸収され易い紫外領域の波長を持つレーザ光源と、レーザ光源から出射されるレーザ光を加工対象物（基板）の加工面に所定パターンで光学的に投影する光学系とを有するレーザ加工装置である。

紫外領域の波長を持つレーザ光は、例えばポリイミドのような、樹脂材料に吸収されやすく、その結果、高い光子エネルギーで分子間の結合を切断するアブレーションと呼ばれる方法でエッチング加工を実施することができる。アブレーション加工では、熱の発生が少ないために加工面エッジの熱ダレやドロス（盛り上がり）がなく、加工面にマスクパターンを正確に転写可能であるため、微細な形状の加工に非常に有利である。そして、レーザ光のエネルギーの時間当たりの積分量によって、微細な形状のエッチング深さ方向を制御できるため、自由な曲面の作成が可能となる。

以下に本発明の実施の形態に共通なレーザ加工装置の基本構成について、図面を参照して説明する。
図１は、表面微細凹凸構造を有する成形品を製造するためのレーザ加工装置の概略構成の一例を示す図である。図１に示すレーザ加工装置は、レーザ光源１と、ビーム整形器３と、マスクステージ４と、マスクＭと、縮小投影レンズ５と、ミラー６と、ステージ７を含んで構成される。符号２で示された２点鎖線はレーザ光路である。

レーザ光源１は、制御部８からの制御信号に基づいて、レーザ光強度のビームを出射するものである。以下に述べる実施の形態では、例えばエキシマレーザを用いる。エキシマレーザには、レーザ媒質の異なる複数の種類が存在し、波長の長いほうからＸｅＦ（３５１ｎｍ）、ＸｅＣｌ（３０８ｎｍ）、ＫｒＦ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦ（１９３ｎｍ）、Ｆ_２（１５７ｎｍ）が存在する。エキシマレーザの場合、２００〜５００Ｈｚのパルス照射を行う。

ただし、レーザはエキシマレーザに限ることはなく、固体レーザの第２〜４高調波を備えるレーザ等であって構わない。固体レーザの場合、数十ｋＨｚのパルスによるビーム照射であり、一筆書きのようにして微細加工を施していく。ビーム整形器３は、レーザ光源１からのレーザ光の整形およびビーム強度の均一化を行い出力するものである。

マスクＭは、加工形状に対応してレーザ光の透過、非透過の場所が設定された所定パターンの開口を有し、ビーム整形器３で整形されたレーザ光を通過させるものである。このマスクＭは、例えば金属材料で形成された穴明きマスク、透明なガラス材料や金属薄膜で形成されたフォトマスク、誘電体材料で形成された誘電体マスク等が用いられる。マスクＭの代わりに可変アパーチャを適用することもできる。マスクステージ４は、マスクＭを載置し、制御部８からの制御信号に基づいて、レーザ光の光軸に垂直な平面に沿って移動位置決めが可能な機構を備えているものである。

縮小投影レンズ５は、マスクＭのパターンを通過したレーザ光を集光し、所定倍率でステージ７上の加工対象物である基板Ｓの加工面に投影するものである。ステージ７は、縮小投影レンズ５に対して当該縮小投影レンズ５から投影されるレーザ光が基板Ｓの加工面に合焦するように配置されているものである。

このステージ７は、加工対象物である基板Ｓを真空吸着等によって保持するとともに、レーザ光が基板Ｓの加工面上を走査可能なように、制御部８からの制御信号に基づいて、レーザ光の光軸に垂直な平面（ＸＹ平面）に沿って移動位置決めが可能な機構を備えている。また、必要に応じて基板Ｓからの高さ方向（Ｚ方向）に沿った移動もできるようになっている。

このレーザ加工装置では、所定形状の開口を有するマスクＭを介してエキシマレーザ光を基板Ｓの表面に照射しつつ、ステージ７を移動させることで照射領域を走査すなわちレーザの照射領域を加工面上で移動させ、マスクＭの開口形状に基づく基板加工を行う。このような加工は、以下に示す加工原理によるものである。

［ＯＧ法の加工原理］
図２は、ＯＧ法（Orthogonal method）の加工原理を説明する図である。すなわち、ＯＧ法は、所望の開口を備えたマスクＭを介してレーザ光を加工対象物である基板Ｓに照射しつつ、照射領域を走査することで、基板Ｓに３次元形状を得る方法である。

マスクＭには、レーザ光を透過する所定形状の開口ｍ１と、レーザ光を透過しない遮光部ｍ２とが設けられている。ここで、マスクＭの開口ｍ１とは、光を透過する部分のことであり、開口孔になっているものの他、透光窓になっているものを含む。このマスクＭを介してレーザ光を照射すると、基板Ｓ上にはマスクＭの開口ｍ１の形状に応じたレーザ光が照射されることになる。

基板Ｓに開口ｍ１の形状に応じたレーザ光が照射されると、レーザ光によるフォトンエネルギーによってアブレーションと呼ばれる光化学反応が発生し、熱的な影響を抑えつつ基板Ｓを加工することができる。

加工形状は、マスクＭの開口ｍ１を介したレーザ光の照射量の積分値で決定され、この積分値に応じてレーザ光による加工深さが決定される。具体的には、マスクＭの開口面積が小さいほど照射量が少なくなることから、加工深さが浅くなる。

ここで、マスクＭを介して照射されるレーザ光の照射領域を基板Ｓ上で走査すると、照射量は走査方向に沿った積分値となる。つまり、マスクＭの開口ｍ１の形状について、走査方向と直交する方向をｘ軸、走査方向をｙ軸とした場合、ｙ軸方向に沿った開口ｍ１の長さによって加工深さが異なる。

具体的には、ｙ軸方向に沿った開口ｍ１の長さが短いほど照射量の走査方向に沿った積分値が小さくなり、加工深さが浅くなる。一方、ｙ軸方向に沿った開口ｍ１の長さが長いほど照射量の走査方向に沿った積分値が大きくなり、加工深さが深くなる。照射領域を走査することで、この加工深さを断面とした形状が走査方向に連続し、走査方向に延設される３次元形状が形成されることになる。

例えば、図２に示すように、走査方向に沿って頂点が配置される三角形の開口ｍ１を有するマスクＭでは、三角形の頂点に対応する部分が最も深く加工され、ｘ軸に沿う断面視三角形となる凹型形状が走査方向（ｙ軸方向）に連続して形成されることになる。

また、レーザ光源１から出射されるレーザ光のエネルギーが一定の場合、レーザ光照射による加工深さは、照射領域の走査速度にも関係する。すなわち、走査速度が遅いほど単位時間・単位面積当たりの照射量が増加することから、深く加工される。これらのことより、マスクＭの開口ｍ１の形状および照射領域の走査速度の設定によって基板Ｓに形成される３次元形状を制御できることになる。

［ＯＧ法を用いた加工方法］
図３は、マスクと加工対象物である基板との相対位置を説明する模式斜視図である。マスクＭには所定形状の開口ｍ１が設けられており、このマスクＭを介してレーザ光が縮小投影レンズ５に送られる。

縮小投影レンズ５は、マスクＭの開口ｍ１の形状に対応した照射領域の大きさを例えば数分の１に縮小するものであり、照射エネルギーの集中によって高エネルギー密度を得る事を可能とする。

レーザ光を照射した状態で、基板ＳもしくはマスクＭ、またはそれらの両方を走査方向と反対方向に相対移動させる。これにより、レーザ光の照射領域が所定方向に走査され、この走査方向に沿って連続した加工が行われる。

また、１段分の走査が終了したら照射領域を走査方向と直交する方向に１段分移動させ、同様にレーザ光の照射および走査を行う。これを繰り返し行うことで、基板の広範囲にわたる加工が行われる。レーザ光の照射領域の一方向に沿った走査を図３に示すように複数段で行うと、走査方向に連続する３次元形状を形成できる。

また、走査方向に連続する３次元形状を形成した後、レーザ光の走査方向を先と直交する方向にして同様な走査を繰り返すと、直交する２方向の加工が重畳され、格子状の３次元形状を形成することができる。すなわち、マスクＭを介したレーザ光の照射領域を一方向に沿って走査し、走査方向に沿った基板Ｓの加工を行った後、加工済みの基板Ｓに対して先の走査方向と直交する方向に走査方向を変えたレーザ光照射を行う。これにより、一方向の走査で加工された形状が、さらに直交する方向で加工され、格子状の３次元形状を得ることができる。

例えば、レーザ光の走査方向に沿って断面視半円形状が延びる３次元形状が形成される場合、この加工を直交する２方向で行うと、格子状に複数の半球形状（例えば、レンズ形状）が並ぶ加工を行うことできる。この直交する２方向の加工については、後に詳述する。

なお、２方向のレーザ光の走査において、２方向の走査の角度を直交以外にしてもよい。これにより、縦横サイズ比の異なる３次元形状を格子状に形成できることになる。さらに、照射方向は２方向に限らず、３方向（例えば基板Ｓを回転させて走査方向を１２０度ずつずらす等）や４方向なども考えられる。なお、３方向の走査を上記条件で行った場合、加工面を上方より見たときの３方向の走査が交わった箇所の加工形状は６角形になる。その他、異なる直径で円周方向へ走査、渦巻き状の走査、上記円周方向への走査と円周の中心から放射方向への走査とを組み合わせるなど、種々の走査方法が考えられる。

［マスクの構成］
図４は、本実施の形態に係る表面微細凹凸構造を有する成形品の製造方法で用いられるマスクの一例を説明する図である。このマスクＭは、複数の開口ｍ１が縦横に並ぶ開口形成領域を備えている。マスクＭの幅方向が図中横方向、マスクＭを介したレーザ光の照射領域の走査方向（移動方向）が図中縦方向となっている。このマスクＭの開口形成領域には、マスクＭの幅方向に沿って複数の開口ｍ１の列が設けられている。また、この複数の開口ｍ１の列が、マスクＭの幅方向と直交する方向に複数列設けられている。図４では、１列あたり数個の開口ｍ１が走査方向に沿って４列にわたり形成されたマスクが例示されているが、開口数は適宜設計する。例えば１５０ｃｍ（約５インチ）角のマスクに、１個の開口の大きさを約２２ｍｍ角で形成した場合、５×５（＝２５個）の開口を形成することができる。開口ｍ１の大きさは、最終的に所望する加工面の微細凹凸形状と縮小投影レンズ５の縮小率等に応じて決定される。

［マスクの基本概念］
このマスクを用いたＯＧ法で所望の加工形状を得るためには、レーザ光の照射エネルギー、基板の送り速度およびマスクの開口率等の多くのパラメータがあり、これらのパラメータを適宜設定することにより、個々の加工形状に合ったマスクを設計できる。

図５は、ある曲線を示すグラフであり、この曲線は関数Ｆ（ｘ）で表されるものとする。ここで、図５に示す関数Ｆ（ｘ）で表される曲線を反映した凹型加工形状を得るマスクを考える。加工面の加工形状は、マスク内でレーザ光を透過する開口部の縁（エッジ）の形状に応じた積分値でレーザ光の加工深さが決定される。よって、図６に示す基板Ｓへの所望の凹形状を得るためには、基板表面からエッチングする断面積Ｓ（ｘ）は、図６の斜線部に示すとおり、次式で表される。
Ｓ（ｘ）＝ａｂ−∫Ｆ（ｘ）ｄｘ

この加工形状を得るためには、図７に示すような、図５の関数Ｆ（ｘ）を含む略半円形状の開口ｍ１のマスクＭを用いればよい。

なお、一例として凸型形状を得るための基板のエッチング断面積Ｓ’（ｘ）を説明する模式図を、図８に示す。この凸型形状を得るためのマスク形状を説明する模式図を、図９に示す。

次に、レーザ光の照射エネルギー及びテーブルの送り速度と、エッチング深さとの関係を説明する。
図１０は、横軸にレーザ光の照射エネルギー、縦軸にエッチング深さをとった両者の関係を示す図である。また、図１１は、横軸に基板のテーブルの送り速度、縦軸にエッチング深さをとった両者の関係を示す図である。これにより、レーザ光の照射エネルギーが大きいほどエッチング深さが深いことが分かる。また、基板のテーブルの送り速度が速いほどエッチング深さが浅いことが分かる。

図１２（ａ），（ｂ）は、マスクおよびこのマスクによって得られた加工形状の断面を示す模式図である。今、図１２（ａ）に示すマスクＭの一つの開口ｍ１におけるアスペクト比ｈ／ｗと、図１２（ｂ）に示す実際に得られた加工のアスペクト比Ｈ／Ｗとをａ倍したとする。そのときの関係式は、次式で表される。
ａ＝（ｈ／ｗ）／（Ｈ／Ｗ）

上記の係数ａは、レーザ光の照射エネルギーや基板のテーブルの送り速度によって変化する。したがって、このマスクに対応したｆ（ｘ）についての係数ａを実験で求めておく。

［レーザ光の重ね合わせ］
次に、レーザ光の重ね合わせについて説明する。
一例として、図８に示したような加工形状の一部がＦ（ｘ）＝−Ｘ^２で表される関数の曲面を持つ凸型形状に加工する場合の例を示す。この場合、図９に示したマスクＭを用い基板表面からレーザ加工（エッチング）される分の断面積Ｓ’（ｘ）は、図８の斜線部に示す通りである。この断面積Ｓ’（ｘ）は、次式で表される。
Ｓ’（ｘ）＝∫Ｘ^２ｄｘ

この加工形状を得るために、図１３に示す関数ｆ（ｘ）＝−１／２Ｘ^２に対応する曲面を持つマスクＭを用い、同じマスクＭで同一照射領域に２回重ねて照射を行ってもよい。これにより、Ｆ（ｘ）＝−Ｘ^２で表される凸型の加工形状を得ることができる。すなわち、図１３に示すように、関数ｆ（ｘ）で表されるマスクを用いてレーザ光を２回重ねて照射すると、次のように表すことができる。
Ｆ（ｘ）＝ｆ（ｘ）＋ｆ（ｘ）であり、これは、Ｆ（ｘ）＝−１／２Ｘ^２−１／２Ｘ^２となる。

このことは、Ｆ（ｘ）＝−Ｘ^２の関数で表わす加工形状を、ｆ（ｘ）＝−１／２Ｘ^２のマスクを２回重ねて照射することによって実現できることを表している。

これと同様に、例えば、Ｆ（ｘ）＝−２Ｘ^２のプロファイルに対応した凸型形状を加工するには、上記ｆ（ｘ）＝−１／２Ｘ^２に対応したマスクを４回重ねて照射すれば、Ｆ（ｘ）＝−２Ｘ^２に対応した加工形状が得られることになる。

すなわち、所望の関数に対応した加工形状を得るために、個別の関数からなる開口部を有するマスクを用い、これらのマスクを介して同じ位置に重ねてレーザ光を照射する。加工形状は、レーザ光を照射した開口部の積分値で決定されることから、所望の関数（多次元多項式）に対応した加工形状を得ることができる。

＜１．第１の加工形態＞
第１の加工形態は、図１５に示す開口ｍ１の縁に直線を有するマスクを使用し、基板表面に平面的な微細形状を付加する例である。

まず、図１５（ａ）に示すように、開口ｍ１の縁に直線を有するマスクＭ（１）を使用して、ある光エネルギーと加工対象物である基板Ｓの送り速度とを設定し、その結果得られた加工形状を予め測定しておく。

図１５（ｂ）は、マスクＭ（１）を用いて実際に加工した形状から得られたプロファイルを数学的に近似したグラフを示す図である。ここでは、加工される基板表面での加工部分図中左端を原点としたＸＹ軸を設定している。これによる具体的な加工形状は、断面視で逆三角形となっており、深さ（エッチング量）が４０、幅が１６０となっている。なお、数値の単位はμｍである。このグラフから得られる近似式Ｙ１は、次式で表される。
Ｙ１＝（Ｘ／４）−４０

このような三角形に形成されたマスクＭの開口形状を転写しながらステージ７を走査方向へ移動させることにより、三角形の開口形状に対応する２次元的なエネルギー分布を、時間積分して深さ方向のエッチング量に変換する。そして、上記近似式Ｙ１により得られるＸＹ平面に沿う断面の加工形状は、図１６に示すような三角加工形状１１となる。三角加工形状１１は、底辺が幅１６０μｍ、高さ４０μｍであり、全体として底面が三角形の三角柱を、その三角柱の高さ方向が走査方向（矢印方向）に沿うように配置した形状であり、近似式Ｙ１の傾きが当該三角加工形状１１の斜面１０の傾きに対応する。

図１７に、図１５のマスクを用いて成形した３次元形状を示す。図１７に示す成形品は、断面形状が三角加工形状１１である三角柱が、走査方向と垂直な方向（ｘ軸方向）に複数形成され、頂上が鋭角な複数の山を持つ鋸歯状の微細形状を有する。この例では一つの山を三角柱としているが、反射面（斜面１０）が平面となるような形状であれば、どのような形状でも問題ない。

図１８は、図１７に示した表面微細凹凸構造を有する成形品を用いた製品（筐体）の例を示す概略図である。この例では、三角加工形状１１の表面微細凹凸構造を有する基板Ｓの加工面に色層１２が成膜され、その上に保護層１３が成膜されている。

この三角加工形状１１（鋸歯状）の微細形状を有する成形品は、微細形状が無い場合に比べて約４０度の視野角の広がりが観察された。その一方で、反射面（斜面１０）が平面形状のため、臨界角を超えると全く反射が起こらなくなり、何の視覚的変化も見られなくなる。視覚評価については他の微細加工形状とともに後にさらに詳述する。

なお、本加工形態では、基板Ｓはポリカーボネート材を使用しているが、アクリル材、ポリエチレン材、ポリイミド材等、レーザ波長を吸収する材料であれば金属材料を含めて高品位の加工が可能である。また、このように直接、微細形状を加工するのではなく、成形品を原版として金型を起こして形状を転写したり、フィルムを作成して貼り付けたりする方法も可能である。微細形状を持つ原版が得られることで、フィルム積層や印刷に比べて量産性が向上し、製造コストの抑制に繋がる。また、この例では、色層１２を通して表面微細凹凸構造を見る場合を想定しているが、基板Ｓに透明な材料を使用し、色膜１２の反対側から透明な基板Ｓを通して表面微細凹凸構造を見るようにしてもよい。この場合、保護層１３は製品表面に現れないので、保護層１３を削除してもよい。

＜２．第２の加工形態＞
第１の加工形態は、図１９に示す開口ｍ１の縁に楕円形の弧を有するマスクを使用し、基板表面に曲面的な微細形状を付加する例である。

まず、図１９（ａ）に示すように、開口ｍ１の縁に楕円形の弧を有するマスクＭ（２）を使用して、ある光エネルギーと加工対象物である基板Ｓの送り速度とを設定し、その結果得られた加工形状を予め測定しておく。

図１９（ｂ）は、マスクＭ（２）を用いて実際に加工した形状から得られたプロファイルを数学的に近似したグラフを示す図である。ここでは、凸型の加工形状における底部の図中左端を原点としたＸＹ軸を設定している。これによる具体的な加工形状は、断面視で凸型の高さが１６、底部が１６０となっている。なお、数値の単位はμｍである。

このグラフから、０＜Ｘ＜８０のとき楕円の近似式として、
｛（Ｘ−８０）^２／（８０）^２｝＋｛（Ｙ２＋１６）^２／（１６）^２｝＝１…（１）
が得られる。
また、８０＜Ｘ＜１６０のとき楕円の近似式として、
｛（Ｘ−８０）^２／（８０）^２｝＋｛（Ｙ２＋３２）^２／（３２）^２｝＝１…（２）
が得られる。

このような楕円形の弧を含むマスクＭの開口形状を転写しながらステージ７を走査方向へ移動させることにより、楕円形の弧を含む開口形状に対応する２次元的なエネルギー分布を、時間積分して深さ方向のエッチング量に変換する。そして、上記近似式Ｙ２により得られるＸＹ平面に沿う断面の加工形状は、図２０に示すような凸型加工形状２１となる。凸型加工形状２１は、底辺（直線部分）が幅１６０μｍ、高さ１６μｍであり、全体として底面が略楕円形の円柱を、その円柱の高さ方向が走査方向（矢印方向）に沿うように配置した形状であり、近似式Ｙ２の楕円形の弧が凸型加工形状２１の曲面２０に対応する。

この凸型加工形状２１の場合、断面形状が凸型加工形状２１である半円柱が、走査方向と垂直な方向（ｘ軸方向）に複数形成され、頂上部が曲面の複数の山を持つ微細形状を有する。つまり、図１７において、三角加工形状１１の頂上部に丸みを持たせて凸型加工形状２１に置き換えたような成形品となる。

この凸型加工形状２１の微細形状を有する成形品は、微細形状が無い場合に比べて、第１の加工形態に係る三角加工形状１１の微細形状を有する成形品（約４０度の視野角の広がり）を超える視野角の広がりが観察された。これは、加工形状が直線ではない、特に加工形状の頂上部が三角形の頂点ではなく楕円形の弧であるために反射方向が一定にならず、視野角が大幅に広がったと考えられる。

さらに、本実施の形態に係る微細形状を有する成形品では、後方反射効果により色の深みが観察された。図２１は、図２０に示した凸型加工形状２１からなる表面微細凹凸構造の後方反射効果を説明する図である。図２１の例では、２つの凸型加工形状２１−１，２１−２を有し、凸型加工形状２１−１，２１−２の頂上部に入射したレーザ光Ａ，Ｂはそれぞれ当該入射方向と反対方向に反射している。さらに、一方の凸型加工形状２１−１の曲面のうち接線が傾斜する斜め部分に入射したレーザ光Ｂが、隣接する他方の凸型加工形状２１−２の曲面へ向かって反射する。そして、凸型加工形状２１−２の曲面へ向かって反射したレーザ光Ｂは、当該凸型加工形状２１−２の曲面の斜め部分で入射方向と平行かつ逆方向へ反射し、凸型加工形状２１−２の頂上部で反射したレーザ光Ｂと干渉する。このようなレーザ光の干渉により、微細形状のない成形品の（反射光が正反射のみとなる）場合と比較して色の深みが増す。

本加工形態では、加工形状の頂上部の曲面は、三角加工形状１１のような直線ではなく、半円など何らかの曲線であれば楕円形の弧を有する凸型加工形状２１と同じような効果が得られる。視覚評価については他の微細加工形状とともに後にさらに詳述する。

なお、本加工形態においても、第１の加工形態と同様に、基板Ｓの材料としてレーザ波長を吸収する種々の材料を適用できる。また、微細形状を直接加工するのではなく、成形品を原版として金型を起こして形状を転写したり、フィルムを作成して貼り付けたりする方法も可能である。

＜３．第３の加工形態＞
第３の加工形態は、図１５に示す開口ｍ１の縁に直線を有するマスクと、図１９に示す開口ｍ１の縁に楕円形の弧を有するマスクとを使用し、基板表面に曲面的な微細形状を付加する例である。

式（１）乃至式（２）から、０＜Ｘ＜８０のときは式（３）、８０＜Ｘ＜１６０のときは式（４）となる。そして、実際のエッチング量は、式（５）となる。
Ｙ２＝｛１／５√（６４００−（Ｘ−８０）^２｝−１６・・・（３）
Ｙ２＝｛２／５√（６４００−（Ｘ−８０）^２｝−３２・・・（４）
Ｙ＝Ｙ１＋Ｙ２・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（５）

よって、図１５（ａ）に示す直線のマスクＭ（１）と、図１９（ａ）に示す楕円形の弧を有するマスクＭ（２）とを用いて重ねてレーザ光を照射すれば、加工形状として、図２２で示す合成のプロファイルを得ることができる。

ここで、図２２（ａ）は、式（９）に対応するＹ１、および数学的に近似された式（１２）、式（１３）に対応するＹ２を示している。また、図２２（ｂ）は、実際に得られる形状を示したもので、Ｙ１、Ｙ２および重ねてレーザ光を照射した際に得られるエッチング量Ｙを示している。

図２２（ｂ）のような設計を行った場合、図２３に示すような断面形状が非対称かつ曲面３０を有する凸型加工形状３１が形成される。この凸型加工形状３１は、三角加工形状１１の角を丸くしたような形状となっている。

図２４に、図２２（ｂ）の設計に基づいて成形した３次元形状を示す。図２４に示す成形品は、断面形状が凸型加工形状３１である柱状形状が、走査方向と垂直な方向（ｘ軸方向）に複数形成され、頂上部が曲面の複数の山を持つ微細形状を有する。

この凸型加工形状３１の微細形状を有する成形品は、曲面３０を付加したことにより反射角度が拡大し、第１の実施の形態の三角加工形状１１を有する微細形状よりもさらに２０度広い反射視野角の増加が確認できた。視覚評価については他の微細加工形状とともに後にさらに詳述する。

このように、図１５に示す開口ｍ１の縁に直線を有するマスクを使用し、その後で図１９に示す開口ｍ１の縁に楕円形の弧を有するマスクを使用し、三角加工形状１１（三角柱形状）に曲面を持つ凸型加工形状２１（シリンドリカル形状）の要素を付加することができる。すなわち、本実施の形態のレーザ加工技術では、複数の形状を組み合わせた複合形状の加工が可能であり、基板Ｓの加工面に光学特性を考慮した自由な微細形状を形成できる。

なお、本加工形態においても、第１および第２の加工形態と同様に、基板Ｓの材料としてレーザ波長を吸収する種々の材料を適用できる。また、微細形状を直接加工するのではなく、成形品を原版として金型を起こして形状を転写したり、フィルムを作成して貼り付けたりする方法も可能である。

上述した第１〜第３の加工形態に係るマスク構成によれば、複雑なプロファイルの加工形状を得るためのマスクであっても、マスク設定の時間や作成費用を節約することができる。また、少ない関数（多次元単項式）で与えられるマスクであっても、組み合わせ次第で種々の関数（多次元多項式）に対応したプロファイルでの加工形状を得ることができるようになる。

また、マスクパターンのアスペクト比と加工形状のアスペクト比とを倍数で管理ことにより、マスクの開口率等に左右されずに、２次元マスクから３次元加工形状へ正確に転写することができる。

また、多次元多項式の曲線をＣＡＤで設計する必要がないため、変換のソフトを必要としない。さらに、変換時のエラーも避けることができる。

さらに、レーザを用いた３次元微細加工形状を外装（筐体）に付加することにより、耐久性が高くて高品位の外装（筐体）を提供できる。

＜４．第４の加工形態＞
第４の加工形態は、レーザ加工で曲面を有する自由な表面微細形状を作成できる例として、蝶や蛾の翅に見られる、瓦構造を模した複合瓦形状を作成した場合の例である。

図２５は、瓦構造を模した複合瓦形状の例を示す図である。基板Ｓに形成された微細形状の一つの山である加工形状４１は、一方向から見ると三角加工形状４２の平面形状であり、その直角方向から見ると凸型加工形状４３の曲面形状である。この曲面形状は前述のＯＧ法を用いれば、マスクを変えるとともに走査方向を垂直な方向に変えるだけで容易に作成できる。例えば、図１５に示す開口ｍ１の縁に直線を有するマスクと、図１９に示す開口ｍ１の縁に楕円形の弧を有するマスクの走査方向を直交させて形成することができ、三角加工形状４２側の幅１６０μｍ、凸型加工形状４３側の幅１６０μｍである。

以下、図２６に示したフローチャートを参照しながら、図２５に示した表面微細形状を有する製品の製造方法を説明する。
図２６において、まず透明樹脂部品である基板Ｓを用意し、基板内側Ｓｉ（図２７（ａ））が加工面となるようにしてステージ７に載置する（ステップＳ１）。次に、図１５の開口ｍ１の縁に直線を有するマスクを使用してレーザ加工を行い、基板内側Ｓｉに三角加工形状１１（図２７（ｂ）：三角柱パターン）を形成する（ステップＳ２）。

次に、ステージ７を用いて基板Ｓを先の走査方向に対して９０度回転させ、図１９に示す開口ｍ１の縁に楕円形の弧を有するマスクを使用してレーザ加工を行い、基板内側Ｓｉに凸型加工形状２１（図２７（ｃ）：半円柱パターン）を形成する（ステップＳ３）。この処理が終了すると、一方向から見ると三角加工形状４２の平面形状、その直角方向から見ると凸型加工形状４３を有する加工形状４１（図２７（ｄ））が形成される。

続いて、蒸着等の手法により、多数の加工形状４１が形成された加工面に反射膜４４（図２７（ｅ））を成膜する（ステップＳ４）。さらに、反射膜４４の反射作用を補助する目的で裏打ち用の黒色の色膜４５（図２７（ｆ））を付加する（ステップＳ５）。

そして、加工形状１１を有する基板Ｓの加工面側を製品に合わせて取り付ける。基板Ｓの外側（加工面と反対側）に保護膜４６を成膜し（図２７（ｇ））、外側から視覚効果を確認する（ステップＳ６）。なお、この保護膜４６については、加工形状１１が形成される加工面側ではないので、成膜するかどうかは任意に決定すればよい。

このようにして形成される微細形状（図２５）は、後方反射効果により色の深みが観察された。本実施の形態に係る微細形状は、第１〜第３の実施の形態の微細形状と比較して、曲面の形状が複雑なため、複雑な干渉を引き起こしてより色の深みが出るので、これまでにない視覚効果を持つ外装（筐体）を提供できる。例えば、光の反射領域を拡大する等、色の複雑なグラディエーションを生み出すことができる。

＜５．超微細凹凸構造の説明＞
［エキシマレーザによる三角加工形状における加工痕］
ここで述べる超微細凹凸構造を持つ加工形態の例は、レーザを用いた微細加工特有の加工痕を意図的に発生させるようにしたものである。ここでいう加工痕とは、マスクを介してレーザを加工面に照射し、１ショットごとにマスクまたはステージを微小送りしてレーザ照射領域を加工面に対して移動させながら照射することにより生じる、マスクエッジによる不連続な加工の痕をいう。また、その加工痕により形成されるパターンは、特にシェルマークとも呼ばれる。
以下の例では、特に、エキシマレーザとマスクを用い、加工面に深さ方向数百ナノオーダーの加工痕をつけて超微細な凹凸形状を形成するようにしている。深さ数十ナノオーダーでは、人間が回折の効果を認識できるとされ、かつ、回折限界である波長レベルよりサイズが小さいため、拡散効果が極端に少ない。マスクの開口と遮断部の境界線（マスクエッジ）の形状が、基板移動時に加工面に大量の照射痕として転写される。

図２８は、図１５に示す開口ｍ１の縁に直線を有するマスクを使用して加工痕を発生させる例を説明する図である。三角形のマスクパターンを使用しているため、図２８に示すように、三角加工形状１１の特に斜面１０に複数の直線の加工痕５１が付加されている。

このような加工痕５１を発生する方法は２つある。一つ目は、レーザ加工により三角加工形状１１を形成すると同時に、加工痕５１を生成する方法である。二つ目は、三角加工形状１１を形成した後に、再度同じ場所を走査して三角加工形状１１に加工痕５１を生成する方法である。この場合、三角加工形状１１を形成した後に同一部分に再度レーザ光が照射されるため、より多くの加工痕が加工面に形成されることとなり、拡散効果が高くなる。また、基板Ｓに照射されるレーザ光のエネルギー密度は制御部８によって、三角加工形状１１の形状が著しく変形せず、かつ、適度な深さの加工痕が発生する範囲に調整する必要がある。

加工痕５１は、マスク開口形状、エネルギー密度、ステージ送り速度、フォーカス位置等を設計することによって、そのエッチング深さや幅、形状などを自由に制御できる。この加工痕のエッチング深さや幅、形状などを自由に制御する方法については、後述する。なお、図２８では、説明の都合上、加工痕のピッチを実際のものより大きくして表示している。

［エキシマレーザによる凸型加工形状の加工痕］
図２９は、図１５に示す開口ｍ１の縁に直線を有するマスクと、図１９に示す開口ｍ１の縁に楕円形の弧を有するマスクとを使用し、２つのマスクを重ね合わせて加工痕５２を生成している。この場合、後から照射したマスク開口に依存する加工痕が残る。図２９は、図１５のマスク→図１９のマスクの順番で重ねあわせを実施したときの例である。図１５に示す開口ｍ１で形成された斜線（図２８の加工痕５１）は打ち消され、図１９に示す開口ｍ１に依存する形状が残る。図１９（ａ）に示すマスクＭの場合、開口ｍ１の縁に楕円形の弧と直線が存在するが、図２９に示すマスクＭの場合、加工痕５２として、マスクＭの相対的進行方向後方の形状に当たる直線形状が付加される。仮にマスクＭを１８０度反転させて楕円形状が相対的進行方向後方の形状になると、加工痕５２はレーザ照射方向から見て略半円状の曲線形状になる。

［固体レーザによる加工痕］
次に述べる加工形態では、ビーム径が小さく、マスクを使わず直描するタイプの固体レーザを用いた場合の加工痕について説明する。固体レーザはビーム径が約Φ１０〜５０ｕｍのため、ビーム径に同期した、すなわちビーム径に対応した形状の加工痕が加工面に付加される。

図３０は、固体レーザを用いた場合の加工痕を説明する図である。固体レーザを用いた場合、加工痕５３はビーム径の丸形状を走査方向に重ね合わせたような形状となる。例えば、第４高調波（２６６ｎｍ）の固体レーザを用いた場合、ビーム径は一般にΦ１０〜５０ｕｍとなるため、そのビームエッジによる、深さ数百ナノオーダーの加工痕が加工表面に付加される。

このような加工痕（シェルマーク）を利用した超微細凹凸構造は、エッチング深さ数十ｎｍでは波長レベルより回折サイズが小さいため、加飾の効果が薄いが、数百ｎｍのサブミクロンオーダーになるとより効果が現れる。つまり加工痕の深さが波長レベルであれば、加工痕による拡散効果が生じ、色の艶、深みが増すという視覚効果（構造色効果）が表れる。また、加工痕の拡散効果により非干渉性が生まれて、反射視野角が広がる。この超微細凹凸構造の視覚効果は、エッチング深さが数１０ｎｍレベルでは生じないもしくは視覚効果が弱いことが実験により得られている。

以下、加工痕を利用した超微細形状の形成について、さらに詳細に説明する。
図３１は、加工痕を利用した超微細形状の形成の説明に供する図であり、（ａ）は第１の加工形態（三角加工形状）の断面図であり、（ｂ）はマスクパターン（レーザ照射領域）の重なりを示す上面図である。図３２は、加工痕の連続パターンを示す上面図である。なお、図３２に示したｘ−ｘ線は、図３１（ａ）の第１の加工形態の断面形状の断面を描くべき方向を示した図である。

図３１（ａ）の断面図に示した断面形状６０の例は、幅が約１６０μｍ、高さが約３μｍの三角加工形状（第１の加工形態に相当）である。高さ３μｍの断面形状６０を形成するには、加工前の加工面表面から３μｍエッチングする必要があるが、レーザ１ショット当たりのエッチング量（エッチングレート）は、加工対象である基板の材料が同じならば、照射するレーザのエネルギー密度によって決まる。例えば、本実施の形態で使用した樹脂材料では、以下のようなデータが得られている。

エネルギー密度（ｍＪ／ｃｍ^２） エッチングレート（ｎｍ／ショット）
（ａ） １００ 約４６
（ｂ） ２００ 約９３
（ｃ） ３００ 約１４２

高さ３μｍの微細形状を得るためには、図３１（ｂ）に示すように、マスクと基板の移動量を制御し、マスクパターンすなわちレーザ照射領域の一部が重なるようにして、レーザ照射領域６１，６２，６３を進行方向にＷμｍずつ移動させながら、加工面にレーザを複数回照射する。そして、Ｗμｍピッチの加工痕が連続して形成される（図３２参照）。上記データ（高さ約３μｍ）の場合、エネルギー密度１００ｍＪ／ｃｍ^２のときで６４ショット、同２００ｍＪ／ｃｍ^２のときで３２ショット、同３００ｍＪ／ｃｍ^２のときで２１ショットが必要である。ここで、マスクの開口のエッジによって形成される超微細形状による視覚効果は、エッチング深さが１００ｎｍオーダーのときに強く生じるため、上記３（ａ）〜（ｃ）であれば、超微細形状の深さは（ｃ）の約１４２ｎｍが好ましい。よって、（ｃ）のエネルギー密度３００ｍＪ／ｃｍ^２のレーザを用いて微細加工を行うことにより、視覚効果の得られる超微細形状を作ることが可能になる。同じ微細形状を得られる（a）では、微細形状作成時に得られる超微細形状の深さが浅く、視覚に影響を与える拡散効果を得られない。

なお、（ｂ）のエネルギー密度２００ｍＪ／ｃｍ^２のレーザを用いて微細加工する場合は、十分な視覚効果を得られる場合もある。

ここで、隣接する加工痕間の距離（ピッチ）は、レーザ照射領域の加工面上の移動速度（ステージに載置された基板に対するマスクの相対的な送り速度）、レーザ照射の周波数を制御して調整する。例えば、ピッチを大きくする場合は、レーザ照射領域の移動速度を速くするか、レーザ照射の周波数を低くするか、或いはその両方を行う。逆に、ピッチを小さくする場合は、レーザ照射領域の移動速度を遅くするか、レーザ照射の周波数を高くするか、或いはその両方を行う。

このように、加工対象物の材料、レーザ光の波長、レーザ光のエネルギー密度から、超微細加工形状のエッチングレートが決まる。一方、必要形状すなわち形成しようとする微細形状から、マスクの開口形状およびエネルギー密度が決まる。使用可能なエネルギー密度の中から、超微細形状の深さ方向に注目して、最適エネルギー密度を選択することにより、超微細形状による視覚効果（構造色効果）を得ることができる。逆に言うと、レーザ加工の際、この手順を踏んで超微細形状に注目した総合的な条件設定を実施しなければ、加飾に使用できる視覚効果を得られない。

図３３は、超微細形状による視覚効果（構造色効果）が強く得られる場合の加工痕の断面形状の測定例を示す図である。また図３４は、構造色効果が弱い場合の加工痕の断面形状の測定例を示す図である。図３３および図３４はともに、第１の加工形態つまり断面形状が三角加工形状の場合の例である。
図３３の場合、三角加工形状の幅が約１６０μｍ、高さが約３μｍであって、斜面部分の超微細形状の加工痕のピッチが約７．１μｍ、深さが約０．２μｍである。このように超微細形状深さが数百ｎｍオーダーの場合、強い構造色効果を得ることができる。
一方、図３４の場合、三角加工形状の幅が約１６０μｍ、高さが約０．６μｍであって、斜面部分の超微細形状の加工痕のピッチが約７．１μｍ、深さが約０．０５μｍである。このような超微細形状深さが数十ｎｍオーダーの場合では、構造色効果が弱い。

［加工面に形成される加工痕のパターン］
なお、上記加工痕は加工面におけるレーザ照射領域の移動方向によって変化し、それによって加工面を同一方向から見たときの構造色効果も異なる。以下、加工面に形成される加工痕のパターンもしくは向きについて説明する。

レーザ照射領域の重なっている部分では、前にレーザ照射した領域に再度レーザが照射され、前のレーザ照射領域の加工痕は消えるか、もしくは薄くなる。つまり、レーザ照射領域の重なっている部分では、レーザ照射順が後のレーザ照射領域により形成される加工痕が優位になる。これを利用してレーザ照射により生じる加工痕のパターンを制御することができる。

図３５は、三角形の開口を有するマスクを用いた場合に形成される加工痕の説明に供する図である。
直角三角形の開口ｍ１と遮光部ｍ２を有するマスクＭ（図３５（ａ））を使用して、レーザ照射領域７１，７２，７３を直角三角形の斜辺でない一辺と垂直方向に移動させる（図３５（ｂ））。図３５（ｃ）左図の矢印のように、直角三角形の斜辺が重なるようにレーザ照射領域７１，７２，７３を移動させた場合、当該移動方向に垂直な辺によって形成される加工痕が支配的になる。一方、図３５（ｃ）右図の矢印ように、直角三角形の斜辺が重ならないようにレーザ照射領域７１，７２，７３を移動させた場合、斜辺によって形成される加工痕が支配的になる。

図３６は、凹曲面を含む開口を有するマスクを用いた場合に形成される加工痕の説明に供する図である。
凹曲面を含む開口ｍ１と遮光部ｍ２を有するマスクＭ（図３６（ａ））を使用して、レーザ照射領域８１，８２，８３を凹曲面に対向する辺と垂直方向に移動させる（図３６（ｂ））。図３６（ｃ）左図の矢印のように、凹曲面が重なるようにレーザ照射領域８１，８２，８３を移動させた場合、当該移動方向に垂直な辺によって形成される加工痕が支配的になる。一方、図３６（ｃ）右図の矢印ように、凹曲面が重ならないようにレーザ照射領域８１，８２，８３を移動させた場合、凹曲面によって形成される加工痕が支配的になる。

図３７は、凸曲面を含む開口を有するマスクを用いた場合に形成される加工痕の説明に供する図である。
凸曲面を含む開口ｍ１と遮光部ｍ２を有するマスクＭ（図３７（ａ））を使用して、レーザ照射領域９１，９２，９３を凸曲面に対向する辺と垂直方向に移動させる（図３７（ｂ））。図３７（ｃ）左図の矢印のように、凸曲面が重なるようにレーザ照射領域９１，９２，９３を移動させた場合、当該移動方向に垂直な辺によって形成される加工痕が支配的になる。一方、図３７（ｃ）右図の矢印ように、凸曲面が重ならないようにレーザ照射領域９１，９２，９３を移動させた場合、凸曲面によって形成される加工痕が支配的になる。

図３８は、円形の開口を有するマスクを用いた場合に形成される加工痕の説明に供する図である。
円形の開口ｍ１と遮光部ｍ２を有するマスクＭ（図３８（ａ））を使用して、レーザ照射領域１０１，１０２，１０３を、円の中心を通る直線上で移動させる（図３８（ｂ））。図３８（ｃ）左図の矢印のように、円の下側の弧が重なるようにレーザ照射領域１０１，１０２，１０３を移動させた場合、当該移動方向の上手、すなわち円の上側の弧によって形成される加工痕が支配的になる。一方、図３８（ｃ）右図の矢印ように、円の上側が重なるようにレーザ照射領域１０１，１０２，１０３を移動させた場合、当該移動方向の上手、すなわち円の下側の弧によって形成される加工痕が支配的になる。

このように、マスクの開口形状とレーザ照射領域の移動方向によって、加工面に形成する加工痕のパターン（超微細形状）を制御できるので、ユーザの視覚に訴える効果に変化をもたらすことができる。例えば、微細形状は同じでも、ユーザに見せたい外装（筐体）の面に応じて加工痕のパターンを変えたりすることにより、同一製品において面ごとに構造色効果に変化をつけることができる。

図３９および図４０に、加工痕（シェルマーク）の一具体例を示す。図３９の例は、大きな曲線を有する円状の加工痕の例であり、理解の一助として、縦方向の一本の加工痕１１１Ｖ、横方向の一本の加工痕１１１Ｈを強調して表現してある。また、図４０の例は、ライン状の加工痕の例であり、縦方向の一本の加工痕１１２Ｖ、横方向の一本の加工痕１１２Ｈを強調して表現してある。
図３９の例では、加工痕の状態から加工痕１１１Ｈの後に加工痕１１１Ｖが形成されたことがわかる。また、図４０の例では、加工痕１１２Ｖの後に加工痕１１２Ｈが形成されたことがわかる。

上述した加工形態における加工痕によれば、意図的に加工痕が形成された超微細形状を持つ形成品の角度を変えた時に、反射角が広がるだけでなく高品位な質感・色調も同様に広い角度で得られるという効果が確認された。

＜６．視覚的効果＞
［複数の微細形状による比較］
次に、微細形状が施された形成品の視覚評価について説明する。
図４１は、視覚評価データの測定方法を説明する図である。机の上に置かれた角度計１２１のパネル面１２０に測定対象のサンプル１２２を置く。そして、サンプル１２２に対し上方から蛍光灯１２４の光を照射し、机に対する加工面１２２ａ，１２２ｂの角度を変えながら、加工面１２２ａ，１２２ｂをカメラ１２３で撮影し、加工面に形成された微細形状を視覚面から評価する。

図４２は、さまざまな微細形状について、サンプルの角度を変えてカメラ６５で撮影したときの視覚評価結果を示す図である。
撮影したサンプルは、微細加工なし、第１の加工形態に係る三角加工形状（高さ０．５μｍ）、第１の加工形態に係る三角加工形状（高さ３．０μｍ）、第３の加工形態に係る加工形状（高さ０．５μｍ）、第３の加工形態に係る加工形状（高さ３．０μｍ）である。

サンプルの角度が０度のとき、サンプルは机に寝た状態であり、このときはいずれのサンプルも反射はない。次に、サンプルを３０度に起こしたとき、第３の加工形態に係る加工形状（高さ０．５μｍ）並びに第３の加工形態に係る加工形状（高さ３．０μｍ）で反射が始まった。さらに、サンプルを５０度に起こしたとき、第１の加工形態に係る三角加工形状（高さ３．０μｍ）で反射が始まった。一方、第３の加工形態に係る加工形状（高さ０．５μｍ）並びに第３の加工形態に係る加工形状（高さ３．０μｍ）は、正反射に近い反射量となった。

上記測定から、第３の加工形態に係る加工形状の反射視野角は、第１の加工形態に係る加工形状のそれと比較して３０度広いことがわかった。また、第１の加工形態のエッチング深さ０．５μｍのものだけは、超微細形状が数十ｎｍオーダーのため、同じ第１の加工形態のエッチング深さ３．０μｍのものと比較しても視野角特性が一段と低下している事がわかる。

図４３は、図４２の視覚評価結果を、特に反射開始角度と反射状態についてまとめた表である。ｈはエッチング深さである。
図４３から理解されるように、第１の加工形態の場合、エッチング深さ０．５μｍでは、反射しないが、第３の加工形態の場合、エッチング深さ０．５μｍでは、３０度から反射を開始する。また、第１の加工形態の場合、エッチング深さ１．５および３．０μｍでは、５０度から反射を開始する。これに対し、第３の加工形態の場合、エッチング深さ１．５および３．０μｍでは、３０度から反射を開始する。このように、第３の加工形態の場合、エッチング深さに拘わらず反射開始角度が浅く、良好な反射状態の結果が得られた。

［蝶の翅の表面の微細構造の説明］
ここで、本発明の微細形状および超微細形状と類似の効果を持つ、蝶の翅の表面の微細構造について説明する。蝶の翅の表面の微細構造について、ＵＲＬ「http://mph.fbs.osaka-u.ac.jp/~ssc/scvol1pdf/yoshioka.pdf」に説明がある。図４４は、モルフォ蝶の翅の表面の微細構造を示す模式図である。蝶の翅の表面を電子顕微鏡で見ると、図４４のような規則な構造と不規則な構造の両方を併せ持っている。下層鱗と呼ばれる部分には、７段ほどの棚１３１ａ〜１３１ｆを持つミクロな構造体が林立している。上下の棚の間隔は、往復の光学距離が特定の光、例えば青色の波長に対応している。したがって、それぞれの棚からの反射光が多層膜干渉のように強め合い、青色を強く反射する（構造の規則性）。このような蝶の翅の表面にある多層干渉は、図４４の１３１のような構造を再現するか、あるいは実際の製品においては一般的な蒸着膜を（加工表面またはその反対面に）用いて実現しており、本発明の本質にかかわるものではない。

一方、左右に隣り合う下層燐１３１〜１３３の各々の棚の高さは、棚一つ分の高さほどのバラツキが見られる。この高さ方向の乱雑性（不規則性）は、隣り合う棚構造から反射された光が、実質的には規則的な干渉をしなくなることを意味している。この不規則性による非干渉を生じさせる構造が、本発明の微細形状に当たる。さらに、それぞれの棚構造からの反射光は、広い範囲の角度に渡って回折を起こして乱反射のような働きをする。この回折を生じさせる構造が超微細形状（加工痕）に当たる。これらがモルフォ蝶の翅がおよそどの角度から見ても青色であることの理由である。

図４５は、曲線形状の有無による視覚評価の考察を説明する図である。図４５（ａ）は、第１の加工形態に係る微細形状を持つ基板Ｓ、図４５（ｂ）は、第３の加工形態に係る微細形状を持つ基板Ｓである。第１の加工形態に係る微細形状では、直線による平面的な加工形状のため反射視野角は約５０度〜９０度である。一方、第３の加工形態に係る微細形状では、加工形状のＲ部分により光干渉エリアが広がり、反射視野角は約３０度〜９０度である。

［拡散効果］
次に、加工痕を利用した超微細形状による拡散効果について考察する。
図４６は、加工痕の有無による視覚評価の考察を説明する図である。図４６（ａ）は、第１の加工形態に係る微細形状を持つ基板Ｓ、図４６（ｂ）は、加工痕による超微細形状を持つ基板Ｓである。第１の加工形態に係る微細形状では、入射した光は平面的な加工形状の直線部分（斜面）で反射するだけである。一方、加工痕５１が形成された超微細形状の場合、本来は平面的な加工形状の直線部分（斜面）に形成された加工痕５１で光が散乱し、光が拡散されることによって、色に深みが出る。このことは、図４４に示した蝶の翅における回折にあたる。

次に、サンプルの、可視光に対する反射強度を分析した結果を説明する。
図４７は、垂直な可視光に対する反射強度分布を示す図である。また、図４８は、成形品を５度傾けたときの可視光に対する反射強度分布を示す図である。測定器は島津製作所製のＵＶ２４００、サンプルは、微細形状なし（Ｐｔなし）、第１の加工形態に係る深さ０．５μｍの微細形状、第３の加工形態に係る深さ０．５μｍの微細形状である。測定時は測定器備品であるＡｌ鏡面（反射率１００％）を基準とした。

図４７に示すように、垂直光では微細形状なしが最も反射率が高く、第１の加工形態に係る微細形状、第３の加工形態に係る微細形状では、反射率がやや下る。この反射率がやや下るという点は、散乱光が増えていることを示していると考えられる。また、図４８に示すように、わずかでも（５度程度）傾けると、反射率は逆転し、第３の加工形態に係る微細形状、第１の加工形態に係る微細形状、微細形状なしの順になる。これは、第３の加工形態に係る微細形状、第１の加工形態に係る微細形状の順で、より多くの散乱光が生じていることを示している。これは、不規則性による非干渉及び回折の効果であると考えられる。

＜７．製品例＞
［電子機器に適用した例］
次に、本発明の表面微細凹凸構造を有する成形品を製品化した例を説明する。
図４９は、表面微細凹凸構造を有する成形品が設けられた第１の製品例を示す図である。図４９（ａ）のようなノート型パーソナルコンピュータ等の電子機器１４０の筐体に、本発明の表面微細凹凸構造を有する成形品が適用される。例えば、図４９（ｃ）は、図４９（ｂ）の筐体天蓋１４０Ｔのｘ−ｘ線断面図である。この例では、筐体天蓋１４０Ｔの透明外装内側１４１に３次元微細形状が形成されている。

［ヘッドホンに適用した例］
図５０は、表面微細凹凸構造を有する成形品が設けられた第２の製品例を示す図である。この例では、ヘッドホン１５０のヘッドホンユニット１５１に、表面微細凹凸構造を有する成形品が適用されている。透明樹脂部品２の裏面１５３に、微細加工および成膜が施され、その加工面とヘッドホンユニット１５１のカバー部分が接合されている。

上述した各実施の形態のように構成される本発明によれば、レーザ加工技術は自由な曲面形状を創出できるため、加工表面で複雑な光学特性を引き起こすことができる。それ故、光の反射領域を拡大する事ができたり、色の複雑なグラディエーションを生み出したりすることができる。さらに、レーザ加工特有の加工痕（シェルマーク）を利用した超微細形状によって、反射角を向上させるとともに、印刷等の単純な色合いではなく、色の艶・深みを提供することができる。

なお、上述した実施の形態では、２つのマスクを用いて微細加工を行う例を説明したが、３つ以上のマスクを用いて微細加工を行ってもよいことは勿論である。

また、本明細書において、時系列を伴う処理方法を記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理は勿論、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。また、ステップの順番が異なっていてもよい。

１…レーザ光源、２…レーザ光、３…ビーム整形器、４…マスクステージ、５…縮小投影レンズ、６…ミラー、７…ステージ、８…制御部、１０…斜面、１１…三角加工形状、２０…弧、２１…凸型加工形状、３０…曲面、３１，３１−１，３１−２…凸型加工形状、４１…加工形状、４２…三角加工形状、４３…凸型加工形状、４４…反射膜、４５…色膜、５１，５２，５３…加工痕、６０…断面形状、６１，６２，６３…レーザ照射領域、６５…加工痕、７１，７２，７３…レーザ照射領域、８１，８２，８３…レーザ照射領域、９１，９２，９３…レーザ照射領域、１０１，１０２，１０３…レーザ照射領域、１１１Ｈ，１１１Ｖ，１１２Ｈ，１１２Ｖ…加工痕、１４０…ノートＰＣ、１４０Ｔ…筐体天蓋、１４１…加工面、１５０…ヘッドホン、１５１…ヘッドホンユニット、１５２…透明樹脂、１５３…加工面、Ｍ，Ｍ（１），Ｍ（２）…マスク、ｍ１…開口、ｍ２…遮光部、Ｓ…基板、Ｓｉ…基板内側、Ｓｏ…基板外側

Claims (8)

1. １ショットごとにレーザ照射領域を加工対象物の加工面に対して移動させながらレーザを加工面に繰り返し照射する、表面超微細凹凸構造を有する成形品の製造方法であって、
   前記加工対象物の加工面に対して所定の深さの加工を行うためのレーザ光のエネルギー密度を設定し、
   前記エネルギー密度のレーザ光を前記加工面に繰り返し照射した場合に、前記加工面に所望の微細形状が形成されるショット数を設定し、
   前記設定されたショット数のレーザ光を前記加工面に照射するための、前記加工面でのレーザ照射領域の移動速度を計算し、
   前記計算された移動速度で前記レーザ照射領域に対して前記加工面を移動させながら、前記設定されたエネルギー密度のレーザ光を照射し、前記微細形状が形成される加工面表面に前記レーザ光照射による加工痕からなる超微細凹凸構造を形成する
   表面超微細凹凸構造を有する成形品の製造方法。
2. 前記加工痕は、前記レーザ照射領域を決定する、マスクに設けられた開口の縁の形状に基づいて形成される
   請求項１に記載の表面超微細凹凸構造を有する成形品の製造方法。
3. 前記マスクの開口を通過したレーザ光により形成されるレーザ照射領域の前記加工面での移動方向によって、前記加工痕のパターンを制御する
   請求項２に記載の表面超微細凹凸構造を有する成形品の製造方法。
4. 複数の開口が幅方向に並び、前記複数の開口のピッチが同じで形状が異なる第１のマスクと第２のマスクを用い、第１のマスクと第２のマスクを介して加工対象物にレーザ光を照射しながら当該レーザ光のレーザ照射領域を前記幅方向と直交する方向に移動させ、第１のマスクと第２のマスクとで前記レーザ光の照射および前記レーザ照射領域の移動を前記加工対象物に対して同じ位置に行う
   請求項３表面超微細凹凸構造を有する成形品の製造方法。
5. 第１のマスクと第２のマスクを用い、前記光の照射領域の移動を、前記加工対象物上の相直交する２方向で行う
   請求項４に記載の表面超微細凹凸構造を有する成形品の製造方法。
6. 第１のマスクと第２のマスクを用い、前記光の照射領域の移動を、前記加工対象物上の同一方向で行う
   請求項４に記載の表面超微細凹凸構造を有する成形品の製造方法。
7. 前記加工面の加工痕のエッチング深さは、数百ナノメートルである
   請求項４乃至６のいずれかに記載の表面超微細凹凸構造を有する成形品の製造方法。
8. 前記加工痕は、照射されるレーザ光のビーム径に対応した形状に基づいて形成される
   請求項１に記載の表面超微細凹凸構造を有する成形品の製造方法。