JP2023020932A - Surface treatment method, manufacturing method for article, surface treatment device, and article - Google Patents

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Abstract

To provide a method for manufacturing a LIPSS, exhibiting a high quality structural color, over a large area with relatively high productivity.SOLUTION: A surface treatment method in which a first region and a second region arranged in that order along a first direction and adjacent to each other are set on a base-material surface, a plurality of scanning paths parallel to one another extending along the first direction are set in each of the first region and the second region, and a pulse laser is emitted to the base-material surface, is characterized in that, after each of the plurality of scanning paths set in the first region are sequentially scanned while an emitting position of the pulse laser is moved in the first direction, each of the plurality of scanning paths set in the second region is sequentially scanned while the emitting position of the pulse laser is moved in the first direction.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、レーザを用いて物品の表面に微細な周期構造を作成する方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for creating a fine periodic structure on the surface of an article using a laser.

例えばCDやDVDを光にかざすと見られる虹色は、光の波長程度の微細な周期構造による干渉、回折、屈折に起因したもので、構造色と呼ばれる。構造色は、印刷などでは実現できない指向性のある光沢を実現できるため、装飾や偽造防止などの目的で用いられている。
構造色は、レーザ加工を用いて基材の表面に微細な周期構造(回折周期構造)を形成することにより得られることが知られている。レーザ加工により形成された微細な周期構造は、LIPSS(Laser Induced Periodic Surface Structure)と呼ばれている。
For example, the rainbow colors seen when a CD or DVD is held up to light are caused by interference, diffraction, and refraction due to fine periodic structures of about the wavelength of light, and are called structural colors. Structural colors are used for purposes such as decoration and anti-counterfeiting purposes, as they can achieve directional luster that cannot be achieved by printing or the like.
Structural color is known to be obtained by forming a fine periodic structure (diffractive periodic structure) on the surface of a substrate using laser processing. A fine periodic structure formed by laser processing is called LIPSS (Laser Induced Periodic Surface Structure).

特許文献1には、一軸でかつ加工閾値近傍のレーザを基材に照射し、照射部をオーバラップさせながら走査して、入射光と基材表面に沿った散乱光の干渉部分のアブレーションにより、自己組織的に微細な周期構造を形成する方法が記載されている。 In Patent Document 1, a base material is irradiated with a laser that is uniaxial and near the processing threshold, and the irradiated part is scanned while overlapping to ablate the interference part of the incident light and the scattered light along the base material surface. A method for self-organizing fine periodic structures is described.

国際公開第2004/035255号WO2004/035255

例えば、装飾や偽造防止などの目的で構造色を用いる場合には、視覚効果を高めるために、比較的大きな面積に構造色を付与したいという要望が多い。
構造色を付与するため、レーザ加工により微細な周期構造(LIPSS)を形成する場合には、レーザビームを基材に照射する際の入射角度等の照射条件により、周期構造のピッチが変化することが知られている。ピッチが変化したり乱れたりすると構造色の見え方が変わってしまうため、均一性の高い構造色を付与するためには、LIPSSを設ける領域内において、レーザが入射される角度のばらつきを抑制する必要がある。
For example, when a structural color is used for the purpose of decoration or anti-counterfeiting purposes, there are many requests to apply the structural color to a relatively large area in order to enhance the visual effect.
When forming a fine periodic structure (LIPSS) by laser processing in order to impart a structural color, the pitch of the periodic structure changes depending on the irradiation conditions such as the angle of incidence when the laser beam is applied to the base material. It has been known. If the pitch changes or is disturbed, the appearance of the structural color changes, so in order to impart a highly uniform structural color, it is necessary to suppress the variation in the angle at which the laser is incident within the area where the LIPSS is provided. There is a need.

一方、レーザ加工を高速に行うためには、レーザ光源を被加工物に対して機械的に相対移動させるのではなく、ガルバノミラー等の光学的な走査機構を用いてレーザビームを偏向して走査するのが一般的である。光学的に偏向走査する角度を大きくすれば、加工範囲を大きくすることができるため高速に加工するのが可能になるが、加工範囲内における場所ごとの入射角度の違いが大きくなってしまう。
そこで、高品位の構造色を呈するLIPSSを、物品表面の大きな面積にわたり、比較的高い生産性で製造する方法が求められていた。
On the other hand, in order to perform laser processing at high speed, instead of mechanically moving the laser light source relative to the workpiece, an optical scanning mechanism such as a galvanomirror is used to deflect the laser beam for scanning. It is common to If the angle of optically deflected scanning is increased, the processing range can be widened, and high-speed processing becomes possible.
Therefore, there has been a demand for a method for producing LIPSS exhibiting a high-quality structural color over a large surface area of an article with relatively high productivity.

本発明の第1の態様は、基材表面に、第1方向に沿ってこの順に隣接して並ぶ第1領域と第2領域とを設定し、前記第1領域と前記第2領域の各々に、前記第1方向に沿って延びる互いに平行な複数の走査経路を設定し、パルスレーザを前記基材表面に照射する表面処理方法において、前記第1領域に設定された前記複数の走査経路の各々を、前記パルスレーザの照射位置を前記第1方向に移動させながら順次に走査した後に、前記第2領域に設定された前記複数の走査経路の各々を、前記パルスレーザの照射位置を前記第1方向に移動させながら順次に走査する、ことを特徴とする表面処理方法である。 In a first aspect of the present invention, a first region and a second region are set adjacent to each other in this order along a first direction on the surface of a substrate, and each of the first region and the second region , in the surface treatment method of setting a plurality of parallel scanning paths extending along the first direction and irradiating the surface of the base material with a pulsed laser, each of the plurality of scanning paths set in the first region are sequentially scanned while moving the irradiation position of the pulse laser in the first direction, and then each of the plurality of scanning paths set in the second region is scanned by moving the irradiation position of the pulse laser to the first direction. This surface treatment method is characterized in that scanning is performed sequentially while moving in a direction.

また、本発明の第2の態様は、レーザ光源から出力されるレーザ光を光学的に偏向走査する偏向部と、前記偏向部とワークの相対位置を機械的に変更する移動機構と、前記偏向部と前記移動機構を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記ワークの表面に設定された、第1方向に沿ってこの順に隣接して並ぶ第1領域と第2領域と、前記第1領域と前記第2領域の各々に設定された、前記第1方向に沿って延びる互いに平行な複数の走査経路と、に基づいて、前記偏向部が、前記レーザ光の照射位置を前記第1方向に移動させながら、前記第1領域に設定された前記複数の走査経路の各々を順次に走査した後に、前記移動機構が、前記偏向部とワークの前記第1方向の相対位置を変更し、さらに、前記偏向部が、前記レーザ光の照射位置を前記第1方向に移動させながら、前記第2領域に設定された前記複数の走査経路の各々を順次に走査する、ように制御する、ことを特徴とする表面処理装置である。 A second aspect of the present invention includes a deflection unit for optically deflecting and scanning a laser beam output from a laser light source, a moving mechanism for mechanically changing the relative position between the deflection unit and a workpiece, and the deflection unit. and a control unit that controls the movement mechanism, the control unit including a first area and a second area that are set on the surface of the workpiece and are arranged adjacent to each other in this order along a first direction; and a plurality of mutually parallel scanning paths extending along the first direction, which are set in each of the first region and the second region. After sequentially scanning each of the plurality of scanning paths set in the first region while moving in the first direction, the moving mechanism changes the relative positions of the deflection unit and the work in the first direction. Further, the deflecting unit sequentially scans each of the plurality of scanning paths set in the second area while moving the irradiation position of the laser light in the first direction. , is a surface treatment apparatus characterized by:

また、本発明の第3の態様は、基材の表面において第1方向に隣接する第1領域と第2領域の各々に、前記第1方向に沿って延びる互いに平行な複数の凸部を有する周期構造が設けられ、前記第1領域の内部に形成された前記周期構造と、前記第2領域の内部に形成された前記周期構造は、実質的に同一の周期構造であり、前記第1領域と前記第2領域の境界部には、前記第1領域に形成された前記複数の凸部の各々の端部と、前記第2領域に形成された前記複数の凸部の各々の端部が形成されており、前記第1領域に形成された前記複数の凸部の各々の端部における前記凸部の形状は、前記第1領域の内部における前記凸部の形状と異なり、前記第2領域に形成された前記複数の凸部の各々の端部における前記凸部の形状は、前記第2領域の内部における前記凸部の形状と異なる、ことを特徴とする物品である。 In a third aspect of the present invention, each of the first region and the second region adjacent in the first direction on the surface of the substrate has a plurality of mutually parallel protrusions extending along the first direction. A periodic structure is provided, and the periodic structure formed inside the first region and the periodic structure formed inside the second region are substantially the same periodic structure, and the first region and the boundary portion of the second region, an end portion of each of the plurality of protrusions formed in the first region and an end portion of each of the plurality of protrusions formed in the second region and the shape of the protrusion at each end of the plurality of protrusions formed in the first region is different from the shape of the protrusion inside the first region, and is different from the shape of the protrusion in the second region. The shape of the protrusions at each end of the plurality of protrusions formed in the second region is different from the shape of the protrusions inside the second region.

本発明によれば、高品位の構造色を呈するLIPSSを、物品表面の大きな面積にわたり、比較的高い生産性で製造することが出来る。 According to the present invention, LIPSS exhibiting a high-quality structural color can be produced over a large surface area of an article with relatively high productivity.

実施形態に係るレーザ加工装置が備えるレーザヘッド部分を示す模式図。FIG. 2 is a schematic diagram showing a laser head portion provided in the laser processing apparatus according to the embodiment; 実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す模式図。The schematic diagram which shows the structure of the laser processing apparatus which concerns on embodiment. 微細周期構造を平面視の方向から拡大撮影した写真。A photograph of an enlarged fine periodic structure taken from the direction of plan view. 微細周期構造をY方向に沿って切断した断面を模式的に示した図。FIG. 4 is a diagram schematically showing a cross section of the fine periodic structure cut along the Y direction; (a)参考となる走査方法を説明するための模式図。(b)参考となる走査方法によりレーザパルスが照射された履歴を模式的に示した平面図。(a) A schematic diagram for explaining a scanning method to be used as a reference. (b) A plan view schematically showing a history of laser pulse irradiation by a scanning method that serves as a reference. (a)実施形態に係る走査方法を説明するための模式図。(b)実施形態に係る走査方法によりレーザパルスが照射された履歴を模式的に示した平面図。(a) A schematic diagram for explaining a scanning method according to an embodiment. (b) A plan view schematically showing a history of laser pulse irradiation by the scanning method according to the embodiment. (a)実施形態1において複数のパッチを設定して微細な周期構造を形成する手順を説明するための模式的な平面図。(b)実施形態1においてレーザパルスが照射された履歴を模式的に示した平面図。(a) A schematic plan view for explaining a procedure for setting a plurality of patches to form a fine periodic structure in Embodiment 1. FIG. (b) A plan view schematically showing a history of laser pulse irradiation in the first embodiment. (a)参考形態において複数のパッチを設定して微細な周期構造を形成する手順を説明するための模式的な平面図。(b)参考形態におけるレーザパルスが照射された履歴を模式的に示した平面図。(a) A schematic plan view for explaining a procedure for setting a plurality of patches to form a fine periodic structure in the reference embodiment. (b) A plan view schematically showing a history of laser pulse irradiation in the reference embodiment. 図7(a)に示す小領域22を拡大して、照射スポットの重なり方の態様(パターン)を模式的に示した拡大図。FIG. 7B is an enlarged view schematically showing a mode (pattern) of overlapping irradiation spots by enlarging the small area 22 shown in FIG. 7A. (a)実施形態2において複数のパッチを設定して微細な周期構造を形成する手順を説明するための模式的な平面図。(b)実施形態2においてレーザパルスが照射された履歴を模式的に示した平面図。(a) A schematic plan view for explaining a procedure for setting a plurality of patches to form a fine periodic structure in the second embodiment. (b) A plan view schematically showing a history of laser pulse irradiation in the second embodiment. (a)実施形態2に係るパッチ10Aの形態を示す図。(b)実施形態2に係るパッチ10Bの形態を示す図。(c)実施形態2に係るパッチ10Cの形態を示す図。(a) The figure which shows the form of the patch 10A based on Embodiment 2. FIG. (b) The figure which shows the form of the patch 10B based on Embodiment 2. FIG. (c) The figure which shows the form of the patch 10C which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施例に係る成形金型の成形面を平面視した模式図。The schematic diagram which planarly viewed the molding surface of the molding die which concerns on an Example. 実施例に係る成形金型の成形面を撮影した写真。The photograph which image|photographed the molding surface of the molding die which concerns on an Example. (a)三角形のパッチのみを配列した実施形態を示す図。(b)六角形のパッチのみを配列した実施形態を示す図。(a) A diagram showing an embodiment in which only triangular patches are arranged. (b) A diagram showing an embodiment in which only hexagonal patches are arranged. 金型成形面のLIPSSが転写された樹脂成形品をマイクロスコープで観察した写真。A microscopic photograph of a resin molded product to which LIPSS on the molding surface of the mold is transferred. LIPSSが転写されたパッチの拡大図。Enlarged view of the LIPSS-transferred patch. AFMにて測定したデータをFFT処理した結果を示す図。The figure which shows the result of having carried out FFT processing of the data measured by AFM.

図面を参照して、本発明の実施形態である表面処理方法、表面処理装置等について説明する。以下に示す実施形態や実施例は例示であり、例えば細部の構成については本発明の趣旨を逸脱しない範囲において当業者が適宜変更して実施をすることができる。
尚、以下の実施形態及び実施例の説明において参照する図面では、特に但し書きがない限り、同一の参照番号を付して示す要素は、同様の機能を有するものとする。
A surface treatment method, a surface treatment apparatus, and the like according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The embodiments and examples shown below are examples, and for example, detailed configurations can be modified appropriately by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.
It should be noted that in the drawings referred to in the following description of the embodiments and examples, elements indicated with the same reference numbers have the same functions unless otherwise specified.

また、以下の説明において、例えばXプラス方向と記す場合には、図示の座標系におけるX軸矢印が指すのと同じ方向を指し、Xマイナス方向と記す場合には、図示の座標系におけるX軸矢印が指すのと180度反対の方向を指すものとする。また、単にX方向と記す場合には、図示のX軸矢印が指す向きとの異同は関係なく、X軸と平行な方向であることを指すものとする。X以外の方向についても、同様とする。 In the following description, for example, the X plus direction indicates the same direction as the X-axis arrow in the illustrated coordinate system, and the X minus direction indicates the X axis in the illustrated coordinate system. The direction indicated by the arrow is 180 degrees opposite. Moreover, when simply describing the X direction, it means the direction parallel to the X axis regardless of whether it is different from the direction indicated by the X axis arrow in the drawing. The same applies to directions other than X.

(レーザ加工装置)
図1は、LIPSSを形成するのに用いるレーザ加工装置が備えるレーザヘッド部分を示す模式図である。レーザヘッド16の内部にあるレーザ発振器17から出力されたレーザ光は、ガルバノミラー18(偏向部)で所定方向に反射された後、集光レンズ19を経由してビームが成形され、被加工物11(ワーク)に照射される。この際に、ガルバノミラー18を可動させることで、被加工物11上のレーザの照射位置を2次元的に変化させて走査することができる。図中に10として示すのは、レーザビームを光学的走査手段(ガルバノミラー18)で偏向走査することにより加工可能な領域(範囲)であり、これをパッチと呼ぶ。パッチ10の大きさは、ガルバノミラー18の可動範囲の限界と一致させるように設定してもよい。ただし、その場合には、被加工物11の中央部と周辺部とでレーザビームの入射角度の差が大きくなりすぎて、LIPSSを形成した際の構造色に、外観上許容できない不均一が生じる可能性もある。そこで、パッチ10の大きさは、機械的な可動限界より小さくなるとしても、パッチ内における構造色の不均一さが許容できる範囲内に収まるように設定するのが良い。
(laser processing equipment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a laser head portion provided in a laser processing apparatus used for forming LIPSS. A laser beam output from a laser oscillator 17 inside a laser head 16 is reflected in a predetermined direction by a galvanomirror 18 (deflecting portion), passes through a condenser lens 19, and is shaped into a beam. 11 (workpiece) is irradiated. At this time, by moving the galvanomirror 18, the laser irradiation position on the workpiece 11 can be changed two-dimensionally for scanning. Reference numeral 10 in the drawing denotes a region (range) that can be processed by deflecting and scanning the laser beam with an optical scanning means (galvanomirror 18), and is called a patch. The size of the patch 10 may be set so as to match the limit of the movable range of the galvanomirror 18 . However, in that case, the difference in the incident angle of the laser beam between the central portion and the peripheral portion of the workpiece 11 becomes too large, and the structural color when the LIPSS is formed becomes unacceptably uneven in appearance. It is possible. Therefore, even if the size of the patch 10 is smaller than the mechanical movable limit, it is preferable to set the size so that the non-uniformity of the structural color within the patch is within an allowable range.

被加工物11(ワーク)にLIPSSを形成すべき面積が大きいため、一つのパッチ10ではカバーしきれない場合には、隣接する複数のパッチを設定して被加工領域全体をカバーする。隣接するパッチ同士の境界付近において、レーザ光の入射角度の差が大きくなりすぎて構造色の違いが視覚的に許容できる範囲を越えないように、パッチ10の大きさを設定するのが良い。 If the LIPSS is to be formed on the workpiece 11 (work) because the area is too large to be covered by one patch 10, a plurality of adjacent patches are set to cover the entire area to be processed. It is preferable to set the size of the patch 10 so that the difference in the incident angle of the laser light does not become too large near the boundary between adjacent patches and the difference in structural color does not exceed the visually permissible range.

尚、レーザビームを光学的に偏向走査する機構(偏向部)はこの例に限られるわけではなく、例えばポリゴンミラーのように一方向の偏向を連続して高速に行う機構を用いてもよい。 The mechanism (deflector) for optically deflecting and scanning the laser beam is not limited to this example, and a mechanism such as a polygon mirror that continuously deflects in one direction at high speed may be used.

図2に示すのは、前述したレーザヘッド16を備えたレーザ加工装置の構成を示す模式図である。レーザ加工装置51は、加工用のレーザ光52を照射可能なレーザヘッド16と、被加工物11を設置可能な加工ステージ55を備えている。また、レーザ加工装置51は、X軸移動機構、Y軸移動機構、Z軸移動機構を備えており、レーザヘッド16と被加工物11の相対位置を変更することができるように構成されている。レーザヘッド16、X軸移動機構、Y軸移動機構、Z軸移動機構は、制御部100により制御される。 FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a laser processing apparatus having the laser head 16 described above. A laser processing apparatus 51 includes a laser head 16 capable of irradiating a laser beam 52 for processing, and a processing stage 55 on which a workpiece 11 can be placed. The laser processing device 51 also includes an X-axis movement mechanism, a Y-axis movement mechanism, and a Z-axis movement mechanism, and is configured to be able to change the relative position between the laser head 16 and the workpiece 11. . The laser head 16 , the X-axis movement mechanism, the Y-axis movement mechanism, and the Z-axis movement mechanism are controlled by the controller 100 .

制御部100は、レーザ加工装置51の各部の動作を制御するコンピュータであり、CPU、メモリ、I/O制御部等を備えている、制御部100は、更にキーボードやマウスなどの入力装置や、ディスプレイなどの出力装置を備えていてもよい。制御部100内のメモリには、微細な凹凸の周期構造(微細周期構造(ナノ周期構造))を製造するための制御プログラムや、パッチや走査方法の設定に係る情報が記憶されている。係る情報は、入力装置からユーザが入力してもよいし、I/O制御部を介してネットワークを介して外部のコンピュータや記憶装置から入力してもよいし、USBメモリ等の可搬型メモリを装着して入力してもよい。 The control unit 100 is a computer that controls the operation of each unit of the laser processing device 51, and includes a CPU, a memory, an I/O control unit, and the like. An output device such as a display may be provided. The memory in the control unit 100 stores a control program for manufacturing a periodic structure of fine unevenness (a fine periodic structure (nano periodic structure)) and information related to settings of patches and scanning methods. Such information may be input by the user from an input device, may be input from an external computer or storage device via a network via the I/O control unit, or may be input from a portable memory such as a USB memory. You can enter by wearing it.

また、レーザ加工装置51は、不図示ではあるが、被加工物11(ワーク)に照射するレーザ光の偏光方向を調整するための1/4波長板を備えており、1/4波長板は集光レンズ19と被加工物11の間に光軸を中心に回転可能に保持されている。本実施形態では、1/4波長板の回転方向の角度を調整し、被加工物11を照射するレーザ光の偏向方向が、後述する走査線SCの方向(X方向)と直交するように調整可能である。係る調整を行うことにより、走査線SCの方向に沿って各溝の長手方向が揃った良形状のLIPSS構造を形成することができ、被加工物11の表面に高品質の構造色を付与することが可能になる。 In addition, although not shown, the laser processing apparatus 51 includes a quarter-wave plate for adjusting the polarization direction of the laser beam that irradiates the workpiece 11 (work). It is held between the condenser lens 19 and the workpiece 11 so as to be rotatable around the optical axis. In this embodiment, the angle of the rotation direction of the quarter-wave plate is adjusted so that the deflection direction of the laser beam that irradiates the workpiece 11 is orthogonal to the direction of the scanning line SC (X direction), which will be described later. It is possible. By performing such adjustment, it is possible to form a good-shaped LIPSS structure in which the longitudinal direction of each groove is aligned along the direction of the scanning line SC, and impart a high-quality structural color to the surface of the workpiece 11. becomes possible.

レーザヘッド16から出力されたレーザ光は、被加工物11上の照射位置に集光される。尚、レーザヘッド16と被加工物11の間に、ビームの整形や収束を行うため、不図示の光学素子を更に設けてもよい。被加工物11の加工閾値近傍になるようにレーザの照射エネルギー密度を制御する方法の一つとして、焦点位置から一定の距離だけずらしたオフフォーカス位置にて照射するように位置関係を調整してもよい。 The laser light output from the laser head 16 is focused on the irradiation position on the workpiece 11 . An optical element (not shown) may be further provided between the laser head 16 and the workpiece 11 to shape and converge the beam. As one method of controlling the irradiation energy density of the laser so as to be close to the processing threshold of the workpiece 11, the positional relationship is adjusted so that the irradiation is performed at an off-focus position shifted by a certain distance from the focal position. good too.

既に述べたように、レーザヘッド16には、2軸のガルバノスキャナとfθレンズが内蔵されており、ガルバノミラー18を駆動させることで照射位置を高速に移動させることができる。ガルバノミラー18による走査は、X軸移動機構とY軸移動機構によるステージ駆動よりも高速で行うことができるので、一つのパッチ内はガルバノミラー18を用いて走査し、パッチの切り替えは移動機構によりステージを移動させて行う。 As already described, the laser head 16 incorporates a two-axis galvanometer scanner and an fθ lens, and by driving the galvanometer mirror 18, the irradiation position can be moved at high speed. Since scanning by the galvano mirror 18 can be performed at a higher speed than stage driving by the X-axis moving mechanism and the Y-axis moving mechanism, the inside of one patch is scanned using the galvano mirror 18, and the patch is switched by the moving mechanism. Move the stage.

レーザ加工用のレーザ光源には、短パルスの照射を繰り返し行うパルスレーザを好適に用いることが出来る。COレーザやYAGレーザなどのピコ秒やナノ秒のパルスレーザなど、各種のレーザを用いることが可能で、例えば、チタンサファイアレーザを好適に利用することができる。チタンサファイアレーザは、超短パルスの所謂フェムト秒レーザであり、例えばパルス幅120fs、中心波長800nm、繰返し周波数1kHz、1パルスあたりのエネルギー0.25μJ~400μJ、の出力諸元を有する。 As a laser light source for laser processing, a pulse laser that repeatedly irradiates short pulses can be preferably used. Various lasers such as picosecond and nanosecond pulse lasers such as CO 2 laser and YAG laser can be used, and for example, a titanium sapphire laser can be preferably used. The titanium sapphire laser is an ultrashort pulse so-called femtosecond laser, and has output specifications such as a pulse width of 120 fs, a center wavelength of 800 nm, a repetition frequency of 1 kHz, and an energy of 0.25 μJ to 400 μJ per pulse.

(1パッチ内のレーザ走査方法)
図3に、本実施形態に係る周期構造(微細周期構造)を平面視の方向から拡大撮影した写真を示すが、被加工物11(ワーク)の表面を平面視した時に、所定ピッチで多数の微細溝がX方向(第1方向)に沿って平行に並ぶ構造が存在することが分かる。図4は、微細周期構造をY方向(第2方向)に沿って切断した断面を模式的に示した図であり、微細溝(あるいは微細凸部)は12で示されるピッチでY方向に並び、微細溝(あるいは微細凸部)は13で示される深さ(あるいは高さ)を有する。典型的なLIPSSでは、ピッチ12は1μm、深さ(あるいは高さ)13は、0.5μm~0.7μm程度である。
(Laser scanning method within one patch)
FIG. 3 shows a photograph of the periodic structure (fine periodic structure) according to the present embodiment, which is enlarged from a plane view. It can be seen that there is a structure in which fine grooves are arranged in parallel along the X direction (first direction). FIG. 4 is a diagram schematically showing a cross section of the fine periodic structure cut along the Y direction (second direction). , the microgrooves (or microprotrusions) have a depth (or height) indicated by 13 . A typical LIPSS has a pitch 12 of 1 μm and a depth (or height) 13 of about 0.5 μm to 0.7 μm.

パッチ内に、X方向に延びる微細溝を形成するためは、パルスレーザを所定の繰返し周波数で被加工物11に照射しながら、各パルスの照射領域どうしが部分的にオーバラップするようにパルスレーザをX方向(第1方向)に走査し、微細溝を形成する。被加工物11を照射するレーザ光の偏光方向が、後述する走査線SCの方向(X方向)と直交するように調整されている。パルスレーザの繰返し周波数、走査速度、照射ビーム径等は、LIPSSを形成するのに好適な条件、すなわち基材に対する照射エネルギー密度が加工閾値近傍となるように調整される。適宜のエネルギー密度で照射することにより、入射光と基材表面に沿った散乱光の干渉部分のアブレーションにより自己組織的に微細な周期構造が形成される。1本の走査線に沿ってレーザを照射すれば、その走査線に沿って複数の微細溝(あるいは微細凸部)より成る微細周期構造を形成することが出来る。
X方向に延びる微細溝を、ある程度の幅にわたりY方向に並べるためには、レーザをX方向に複数回走査する必要がある。レーザをX方向に走査するには、照射位置を時系列的にXプラス方向に移動させる方法と、時系列的にXマイナス方向に移動させる方法がある。
In order to form fine grooves extending in the X direction in the patch, while irradiating the workpiece 11 with the pulsed laser at a predetermined repetition frequency, the pulsed laser is irradiated so that the irradiation regions of each pulse partially overlap each other. is scanned in the X direction (first direction) to form fine grooves. The polarization direction of the laser light that irradiates the workpiece 11 is adjusted so as to be orthogonal to the direction (X direction) of the scanning line SC, which will be described later. The repetition frequency, scanning speed, irradiation beam diameter, etc. of the pulse laser are adjusted so that conditions suitable for forming LIPSS, that is, the irradiation energy density with respect to the substrate, are close to the processing threshold. By irradiating with an appropriate energy density, a fine periodic structure is formed in a self-organizing manner by ablation of the interference portion between the incident light and the scattered light along the substrate surface. By irradiating a laser along one scanning line, a fine periodic structure consisting of a plurality of fine grooves (or fine protrusions) can be formed along the scanning line.
In order to arrange the fine grooves extending in the X direction in the Y direction over a certain width, it is necessary to scan the laser in the X direction multiple times. In order to scan the laser in the X direction, there are a method of moving the irradiation position in the X plus direction in time series and a method of moving in the X minus direction in time series.

図5(a)および図6(a)は、レーザを走査する場合の2つの方法を説明するための模式図で、説明を簡単化するため、ここではパッチ10に9本の走査線を設定して多数の微細溝を形成する場合を想定している。パッチ10を平面視し、レーザ光を走査する9本の走査線SC(走査経路)の走査順を丸付数字1~丸付数字9で示し、各々の走査線SCについて、照射位置を移動させる方向を矢印で示している。 FIGS. 5(a) and 6(a) are schematic diagrams for explaining two methods of laser scanning. In order to simplify the explanation, nine scanning lines are set in the patch 10 here. It is assumed that a large number of fine grooves are formed by In a plan view of the patch 10, the scanning order of nine scanning lines SC (scanning paths) scanned with laser light is indicated by circled numerals 1 to 9, and the irradiation position is moved for each scanning line SC. Directions are indicated by arrows.

また、図5(b)と図6(b)は、それぞれ図5(a)、図6(a)の走査方法に対応してレーザパルスが照射された場合の照射履歴を模式的に示した平面図である。パルスレーザの照射スポットLSの形状は、典型的には円形で示されるが、時系列的に古い照射スポットの上に、新しい照射スポットを重ね書きして示している。したがって、古いパルスと新しいパルスが重複して照射された部位では、古いパルスの照射形状は新しいパルスの照射形状により隠されて見えなくなっている。 FIGS. 5(b) and 6(b) schematically show irradiation histories when laser pulses are irradiated corresponding to the scanning methods of FIGS. 5(a) and 6(a), respectively. It is a top view. The shape of the irradiation spot LS of the pulse laser is typically shown as a circle, and the new irradiation spot is superimposed on the old irradiation spot in chronological order. Therefore, in a region where the old pulse and the new pulse overlap and are irradiated, the irradiation shape of the old pulse is hidden by the irradiation shape of the new pulse and cannot be seen.

図5(a)に示すように、ビーム移動をXプラス方向とXマイナス方向に交互に切り替えながら走査線を丸付数字1~丸付数字9の順に走査する所謂ラスタスキャンを採用すれば、走査線毎にガルバノスキャナをX方向の同一の始点に回帰させる必要がない。このため、加工に要する時間は短くて済む。一方、図6(a)に示すように、丸付数字1~丸付数字9で示す走査線の全てをXプラス方向にビームを移動させながら照射する場合には、走査線(走査経路)を切り替えるたびに照射位置をX方向の始点まで戻す必要があるため、加工に要する時間は図5(a)よりも大きくなる。 As shown in FIG. 5A, by adopting so-called raster scanning in which the scanning line is scanned in the order of circled numerals 1 to 9 while the beam movement is alternately switched between the X plus direction and the X minus direction, scanning can be performed. There is no need to return the galvo scanner to the same starting point in the X direction for each line. Therefore, the time required for processing can be shortened. On the other hand, as shown in FIG. 6A, when all the scanning lines indicated by circled numerals 1 to 9 are irradiated while moving the beam in the X plus direction, the scanning line (scanning path) is Since it is necessary to return the irradiation position to the starting point in the X direction each time the switching is performed, the time required for processing becomes longer than in FIG.

ここで、パルスの照射履歴を見ると、図5(b)と図6(b)を比較すれば明らかなように、照射スポットLSの重なり方の態様(パターン)が、前者ではパッチ10内で一様ではないのに対し、後者の方が一様性が高いことが分かる。前述のように、LIPSSは、加工閾値近傍の強度でレーザを照射し、照射部をオーバラップさせながら走査して、入射光と基材表面に沿った散乱光の干渉部分のアブレーションにより自己組織的に微細な周期構造を形成するものである。このため、照射スポットLSの重なり方が不均一だと、外観品質に優れた構造色を、パッチ10内に実質的に均一に付与することができない。 Here, looking at the irradiation history of the pulse, as is clear from a comparison of FIG. 5B and FIG. It can be seen that the uniformity is higher in the latter, whereas it is not uniform. As described above, LIPSS irradiates a laser with an intensity near the processing threshold, scans the irradiated area while overlapping it, and ablates the interference portion of the incident light and the scattered light along the substrate surface, thereby forming a self-organized structure. It forms a fine periodic structure in the For this reason, if the irradiation spots LS are unevenly overlapped, it is not possible to substantially uniformly impart a structural color with excellent appearance quality to the patch 10 .

そこで、本発明の実施形態では、図6(a)に示したように、1つのパッチ内では、どの走査線も照射スポットが移動する方向が同一になるようにレーザを走査する。 Therefore, in the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 6A, the laser is scanned so that the irradiation spot moves in the same direction for all scanning lines within one patch.

さらに、複数のパッチを設定して各パッチに微細な周期構造を形成する場合には、パッチ同士の構造色が異なったものにならないようにするため、走査線の方向は複数のパッチ同士で平行になるように設定する。さらに、どのパッチのどの走査線においても、照射スポットが移動する方向が同一になるように走査する。そして、どのパッチ内においても実質的に同質な構造色が付与されるようにする。
以下に、被加工物外面の比較的大面積の領域に構造色を付与するため、複数のパッチを設定して微細な周期構造を形成する手順を説明する。
Furthermore, when setting a plurality of patches and forming a fine periodic structure in each patch, the direction of the scanning lines should be parallel to each other in order to prevent the structural colors of the patches from becoming different. set to be Further, scanning is performed so that the irradiation spot moves in the same direction on any scanning line of any patch. Then, a substantially homogeneous structural color is imparted within any patch.
A procedure for forming a fine periodic structure by setting a plurality of patches in order to impart a structural color to a relatively large area of the outer surface of the workpiece will be described below.

[実施形態1]
図7(a)は、被加工物外面の比較的大面積の領域に構造色を付与するため、微細な周期構造を形成する手順を説明するための模式的な平面図である。本実施形態では、被加工物11(ワーク)の外面の領域21に構造色を付与する。領域21は、単一のパッチではカバーできない大きさのため、本実施形態では9個の正方形のパッチ10を設定し、3×3のマトリクス状に隣接させて配置している。尚、パッチ10の形状は、正方形ではなく、辺の長さが非等長の矩形にしてもよい。
[Embodiment 1]
FIG. 7(a) is a schematic plan view for explaining the procedure for forming a fine periodic structure in order to impart a structural color to a relatively large area of the outer surface of the workpiece. In this embodiment, a structural color is imparted to the outer surface region 21 of the workpiece 11 (workpiece). Since the area 21 is too large to be covered by a single patch, in this embodiment, nine square patches 10 are set and arranged adjacent to each other in a 3×3 matrix. Note that the shape of the patch 10 may be a rectangle with sides of unequal lengths instead of a square.

いずれのパッチ10においても、図6(a)を参照して説明したように、レーザ光の走査線SC(不図示)はX方向と平行に設定され、どの走査線SCにおいても、照射スポットが移動する方向はXプラス方向(第1方向)になるようにレーザ光が走査される。 In any patch 10, as described with reference to FIG. 6A, the scanning line SC (not shown) of the laser beam is set parallel to the X direction, and the irradiation spot is The laser beam is scanned such that the moving direction is the X plus direction (first direction).

そして、本実施形態では、図7(a)においてパッチ内に示した番号順に従って、9個のパッチを順に選択してレーザ光を照射してLIPSSを形成してゆく。パッチのマトリクス配列の横方向(X方向)を行、縦方向(Y方向)を列とすれば、一つの行に並ぶパッチを順次加工した後に、当該行に隣接する別の行のパッチを順次加工してゆく。 In this embodiment, nine patches are sequentially selected according to the numerical order shown in the patches in FIG. 7A, and laser light is irradiated to form LIPSS. If the horizontal direction (X direction) of the matrix arrangement of patches is defined as rows and the vertical direction (Y direction) is defined as columns, after sequentially processing patches arranged in one row, patches in another row adjacent to the row are sequentially processed. be processed.

各パッチ内で走査線を選択していく順番は、図6(a)に示したようにY方向に沿っている。パッチのマトリクス配列内においてパッチの行を選択する順番が並ぶ方向はY方向であり、各パッチ内で走査線を選択していく順番が並ぶ方向と同一である。
例えば、最下行についてみれば、図中に示された1,2,3の番号順にしたがってパッチは加工され、続いてYプラス方向に隣接する行に移り4,5,6の番号順にしたがってパッチが加工されてゆく。本実施形態では、図示のように、マトリクス中のどの行においても、隣接するパッチがXプラス方向(第1方向)に沿った順番で加工されてゆくように構成されている。すなわち、パッチの加工順番が並ぶ方向(Xプラス方向)は、各走査線(走査経路)において照射スポットが移動する方向(Xプラス方向)と一致している。
The order of selecting scanning lines in each patch is along the Y direction as shown in FIG. 6(a). The direction in which the rows of patches are selected in the patch matrix arrangement is the Y direction, which is the same as the direction in which the scanning lines are selected in each patch.
For example, looking at the bottom row, patches are processed according to the numerical order of 1, 2, and 3 shown in the figure, then moving to the adjacent row in the Y plus direction, patches are processed according to the numerical order of 4, 5, and 6. being processed. In this embodiment, as shown in the figure, adjacent patches in any row in the matrix are processed in order along the X plus direction (first direction). That is, the direction (X plus direction) in which the patches are processed coincides with the direction (X plus direction) in which the irradiation spot moves in each scanning line (scanning path).

尚、特許請求の範囲における記載との関係では、例えば図7(a)において走査順が1のパッチを第1領域、走査順が2のパッチを第2領域、走査順が4のパッチを第3領域と呼んでもよい。その際、第1領域が有するX方向と平行な2辺のうち、第3領域と当接する辺を第1の辺と呼び、第3領域が有するX方向と平行な2辺のうち、第1領域と当接する辺を第2の辺と呼んでもよい。 In relation to the description in the scope of claims, for example, in FIG. You can also call it 3 regions. At that time, of the two sides parallel to the X direction of the first region, the side that contacts the third region is called the first side, and the first side of the two sides parallel to the X direction of the third region A side that abuts the region may be called a second side.

ここで比較のため、実施形態とは異なる方法でパッチの加工順を設定した参考形態について、図8(a)を参照して説明する。図8(a)に示す参考形態では、実施形態と同様に、9個の正方形のパッチ10を隣接させて、3×3のマトリクス状に配置し、パッチ内に図示した番号順に従って、9個のパッチを順に選択してレーザを照射してLIPSSを形成してゆく。本参考形態では、図示のように、どの行においても、隣接するパッチがXマイナス方向に沿った順番で加工されてゆくように構成されている。すなわち、パッチの加工順番が並ぶ方向(Xマイナス方向)は、各走査線において照射スポットが移動する方向(Xプラス方向)とは反対方向になっている。 Here, for comparison, a reference embodiment in which the patch processing order is set by a method different from that of the embodiment will be described with reference to FIG. In the reference embodiment shown in FIG. 8(a), as in the embodiment, nine square patches 10 are arranged adjacent to each other in a 3×3 matrix, and nine square patches 10 are arranged according to the numerical order shown in the patch. are sequentially selected and irradiated with a laser to form a LIPSS. In this reference embodiment, as shown in the drawing, adjacent patches are processed in order along the X minus direction in any row. That is, the direction in which patches are processed (minus X direction) is opposite to the direction in which the irradiation spot moves in each scanning line (plus direction X).

図7(b)は、図7(a)に示す実施形態の走査方法に対応してレーザパルスが照射された履歴を模式的に示した平面図である。図8(b)は、図8(a)に示す参考形態の走査方法に対応してレーザパルスが照射された履歴を模式的に示した平面図である。すでに説明した図5(b)や図6(b)と同様に、時系列的に古い照射スポットの上に、新しい照射スポットを上書きして示している。すなわち、古いパルスと新しいパルスが重複して照射された部位では、古いパルスの照射形状は新しいパルスの照射形状により隠されて見えなくなっている。 FIG. 7(b) is a plan view schematically showing a history of laser pulse irradiation corresponding to the scanning method of the embodiment shown in FIG. 7(a). FIG. 8(b) is a plan view schematically showing a history of laser pulse irradiation corresponding to the scanning method of the reference embodiment shown in FIG. 8(a). As in FIGS. 5(b) and 6(b) already described, the new irradiation spots are overwritten on the old irradiation spots chronologically. In other words, in a region where the old pulse and the new pulse overlap and are irradiated, the irradiation shape of the old pulse is hidden by the irradiation shape of the new pulse and cannot be seen.

図7(b)と図8(b)を比較すれば明らかなように、パッチ同士の境界(走査線の端部)における照射スポットLSの重なり方の態様(パターン)が、前者に比べて後者の方が不規則性が大きいことが分かる。LIPSSは、加工閾値近傍の強度でレーザを照射し、照射部をオーバラップさせながら走査して、入射光と基材表面に沿った散乱光の干渉部分のアブレーションにより自己組織的に微細な周期構造を形成するものである。このため、照射スポットLSの重なり方の規則性が周囲に比べて異なる部分があると、微細構造が実質的に周囲と異なったものとなり、周囲の構造色とは異なる見え方になる。すなわち、外観品質に優れた構造色を領域21内に均一に形成することができなくなってしまう。 As is clear from comparing FIG. 7(b) and FIG. 8(b), the aspect (pattern) of how the irradiation spots LS overlap at the boundary between the patches (the end of the scanning line) is greater than that of the former. It can be seen that the irregularity is greater in . LIPSS irradiates a laser with an intensity near the processing threshold, scans while overlapping the irradiated part, and ablate the interference part of the incident light and the scattered light along the base material surface to form a fine periodic structure in a self-organizing manner. to form Therefore, if there is a portion where the overlapping pattern of the irradiation spots LS is different from the surroundings, the fine structure will be substantially different from the surroundings, resulting in a different appearance from the surrounding structural colors. That is, it becomes impossible to uniformly form a structural color having excellent appearance quality in the region 21 .

具体的には、図8(b)に示す参考形態の場合には、X方向に並ぶパッチ同士の境目とY方向に並ぶパッチ同士の境目において、照射スポットの重なり方の規則性が周囲と比べて大きく異なっているのがわかる。このため、LIPSSが形成された領域21を目視すると、虹色の構造色の中に、パッチの境目に対応する縦と横の線が格子状に見えてしまうことになる。 Specifically, in the case of the reference embodiment shown in FIG. 8B, at the boundary between patches aligned in the X direction and the boundary between patches aligned in the Y direction, the regularity of the overlapping of irradiation spots is lower than that of the surroundings. It can be seen that there is a large difference between For this reason, when the region 21 formed with the LIPSS is visually observed, the vertical and horizontal lines corresponding to the borders of the patches appear in a grid pattern in the rainbow structural color.

これに対して、図7(b)に示す実施形態の場合には、Y方向(第2方向)に並ぶパッチ同士の境目、すなわちX軸(第1方向)と平行な境界線の部分では、照射スポットの重なり方の規則性に乱れはない。また、X方向に並ぶパッチ同士の境目、すなわちY軸と平行な境界線の部分では、照射スポットの重なり方の規則性が周囲と比べて若干異なっているが、参考形態に比べれば規則性の乱れは小さい。図9は、図7(a)に示す小領域22を拡大して、照射スポットの重なり方の態様(パターン)を模式的に示した拡大図である。各パッチ内の大部分の領域には、模式的にLSAとして示す照射スポット形状が規則的に並んでいるが、X方向に並ぶパッチ同士の境目(パッチのX方向の端部)においては、LSBおよびLSCとして示す照射スポット形状が示されている。尚、パッチのX方向の端部は、走査線に沿ってレーザを照射してゆく際の始点又は終点に相当する。 On the other hand, in the case of the embodiment shown in FIG. 7B, at the boundary between patches aligned in the Y direction (second direction), that is, at the boundary line portion parallel to the X axis (first direction), There is no disturbance in the regularity of how the irradiation spots overlap. In addition, at the boundary between the patches arranged in the X direction, that is, at the boundary line parallel to the Y axis, the regularity of the overlapping of the irradiation spots is slightly different from that of the surrounding area. Turbulence is small. FIG. 9 is an enlarged view schematically showing how the irradiation spots overlap (pattern) by enlarging the small area 22 shown in FIG. 7(a). In most areas of each patch, irradiation spot shapes schematically shown as LSA are regularly arranged. and illuminated spot shapes denoted as LSC are shown. The end of the patch in the X direction corresponds to the start point or end point of the laser irradiation along the scanning line.

LSBおよびLSCは、LSAとは若干異なるパターンであるが、図8(b)に示す参考形態に比べれば、パッチの境目における照射スポットの重なり方の乱れは小さい。すなわち、模式的にLSAの重なりで示された部分には、実質的に同一の周期構造が形成され、LSBおよびLSCで示された部分には、若干異なる形状の部分が存在するが、その差異は軽微である。 LSB and LSC are patterns slightly different from LSA, but compared to the reference form shown in FIG. That is, substantially the same periodic structure is formed in the portion schematically indicated by the overlap of LSA, and the portions indicated by LSB and LSC have slightly different shapes, but the difference is minor.

以上から明らかなように、参考形態では構造色を呈する領域中に格子状の線が目立ってしまうのに対して、本実施形態によれば、Y方向に並ぶパッチ同士の境目が視認されることは殆ど無く、X方向に並ぶパッチ同士の境目も目立たない。したがって、複数のパッチを設定して大面積の領域にLIPSSを形成して構造色を付与する場合に、パッチの境界における縦線は殆ど目立たす、領域全体に均一性の高い構造色を付与することができる。 As is clear from the above, in the reference embodiment, grid-like lines are conspicuous in the region exhibiting the structural color. , and the boundaries between the patches arranged in the X direction are inconspicuous. Therefore, when a plurality of patches are set and LIPSS is formed in a large area to impart a structural color, the vertical lines at the boundaries of the patches are almost conspicuous, and a highly uniform structural color is imparted to the entire area. be able to.

実施形態1においては、以下の(1)~(5)の条件に基づいてLIPSSを形成した。
(1)正方形ないしは矩形の複数のパッチを設定し、マトリクス状に配置した。
(2)どのパッチにおいても、パッチ内に複数の走査線をX方向と平行に設定した。
(3)どの走査線においても、照射スポットが移動する方向がXプラス方向になるようにレーザ光を走査した。1つのパッチ内において、レーザ光を照射する走査線を選択する順番は、Yプラス方向に沿った順番とした。
(4)パッチのマトリクス配列の横方向(X方向)を行、縦方向(Y方向)を列とすれば、一つの行に並ぶパッチを順次にレーザ加工した後に、別の行のパッチを順次にレーザ加工してゆく(行順次加工)。レーザ加工が一つの行から別の行に移る際は、当該一つの行に対してYプラス方向に隣接する別の行に移るようにした。すなわち、1つのパッチ内においてレーザ光を照射する走査線を選択する順番の方向と、マトリクス内においてパッチの行の加工順番が並ぶ方向とを同一方向(Yプラス方向)にした。
(5)どの行においても、隣接するパッチをXプラス方向に沿った順番で加工した。すなわち、一つの行においてパッチの加工順番が並ぶ方向と、各走査線において照射スポットが移動する方向とを同一方向(Xプラス方向)にした。
In Embodiment 1, the LIPSS was formed under the following conditions (1) to (5).
(1) A plurality of square or rectangular patches were set and arranged in a matrix.
(2) In any patch, a plurality of scanning lines are set parallel to the X direction within the patch.
(3) The laser beam was scanned so that the irradiation spot moved in the X plus direction in any scanning line. In one patch, the order of selecting the scanning lines to be irradiated with the laser light was the order along the Y plus direction.
(4) Assuming that the horizontal direction (X direction) of the matrix arrangement of patches is rows and the vertical direction (Y direction) is columns, patches arranged in one row are sequentially laser-processed, and then patches in another row are sequentially processed. are laser-processed (line-sequential processing). When the laser processing shifts from one row to another row, it shifts to another row adjacent to the one row in the Y plus direction. That is, the direction in which the scanning lines to be irradiated with the laser light are selected in one patch and the direction in which the rows of the patches are processed are arranged in the same direction (Y plus direction).
(5) In any row, adjacent patches were processed in order along the X plus direction. That is, the direction in which the patches are processed in one row and the direction in which the irradiation spot moves in each scanning line are set to be the same direction (X plus direction).

本実施形態によれば、高品位の構造色を呈する微細構造(LIPSS)を、大きな面積にわたり、比較的高い生産性で製造することができる。すなわち、優れた構造色を有する物品を製造する方法および製造装置を提供することができる。 According to this embodiment, a microstructure (LIPSS) exhibiting a high-quality structural color can be manufactured over a large area with relatively high productivity. That is, it is possible to provide a method and a manufacturing apparatus for manufacturing an article having excellent structural color.

本実施形態に係るLIPSSの形成方法は、物品の表面を直接レーザ加工(表面処理)し、当該物品に構造色を付与する態様で実施することができる。更には、物品を直接レーザ加工するのではなく、当該物品を製造する際に用いる金型の成形面をレーザ加工により表面処理する態様でも実施することができる。すなわち、金型の成形面に、物品に構造色を付与するための微細な周期構造(当該物品に形成される微細な周期構造とは凹と凸が逆)をレーザ加工により形成する態様でも実施することができる。係る表面処理を施された成形金型を用いて、成形材料(例えば樹脂材料)に金型の成形面形状を転写すれば、成形面にLIPSSを形成した際のパッチの境目が目立たたず、品位の高い構造色を成形品(例えば樹脂成形品)に付与することができる。 The LIPSS formation method according to the present embodiment can be carried out in a manner in which the surface of an article is directly laser-processed (surface treated) to impart a structural color to the article. Furthermore, instead of directly laser processing the article, the molding surface of the mold used for manufacturing the article can be surface-treated by laser processing. That is, it is also possible to form a fine periodic structure (concave and convex opposite to the fine periodic structure formed on the article) for imparting a structural color to the article on the molding surface of the mold by laser processing. can do. If the molding surface shape of the mold is transferred to a molding material (for example, a resin material) using a molding mold subjected to such a surface treatment, the boundary between patches when LIPSS is formed on the molding surface is inconspicuous. A high-quality structural color can be imparted to a molded product (for example, a resin molded product).

本実施形態に係るLIPSSは、例えば偽造防止シール、各種のプリンタ用部品(例えばプリンタ用のカートリッジ、プリンタのドラムカバー、プリンタの外装部品)をはじめとする種々の物品に形成することが可能である。すなわち、これらの物品の基材表面に、品位の高い構造色を付与することが出来る。 The LIPSS according to this embodiment can be formed on various articles such as anti-counterfeiting seals and various printer parts (for example, printer cartridges, printer drum covers, printer exterior parts). . That is, a high-quality structural color can be imparted to the substrate surface of these articles.

[実施形態2]
実施形態2として、LIPSSを形成する際に、実施形態1とは異なる形状のパッチを設定してレーザ加工をする方法について説明する。尚、実施形態2についての説明の中で、実施形態1の説明と共通する事項については、簡略化ないしは省略をする。
実施形態1では、上述した(1)~(5)の条件に基づいてLIPSSを形成したが、実施形態2は、条件の(1)が実施形態1とは異なり、(2)~(5)については実施形態1と同様である。
[Embodiment 2]
As a second embodiment, a method of setting a patch having a shape different from that of the first embodiment and performing laser processing when forming LIPSS will be described. In the description of the second embodiment, matters common to the description of the first embodiment will be simplified or omitted.
In Embodiment 1, the LIPSS was formed based on the conditions (1) to (5) described above, but in Embodiment 2, condition (1) is different from Embodiment 1, and (2) to (5) is the same as in the first embodiment.

図10(a)は、実施形態2において、被加工物外面の比較的大面積の領域に構造色を付与する際に、複数のパッチを設定してパッチ毎に微細な周期構造を形成してゆく手順を説明するための模式的な平面図である。本実施形態では、被加工物11の外面の領域21に構造色を付与する。本実施形態では、3種類の形状のパッチ10A、パッチ10B、パッチ10Cを設定し、4×3のマトリクス状に隣接して配置して領域21をカバーしている。図11(a)はパッチ10Aを、図11(b)はパッチ10Bを、図11(c)はパッチ10Cを説明するための模式的な平面図である。 FIG. 10(a) shows that, in Embodiment 2, a plurality of patches are set and a fine periodic structure is formed for each patch when imparting a structural color to a relatively large area of the outer surface of the workpiece. It is a typical plan view for explaining the procedure to go. In this embodiment, structural color is imparted to the region 21 of the outer surface of the workpiece 11 . In this embodiment, patches 10A, 10B, and 10C of three different shapes are set and arranged adjacent to each other in a 4×3 matrix to cover the area 21 . 11(a) is a schematic plan view for explaining the patch 10A, FIG. 11(b) is a schematic plan view for explaining the patch 10B, and FIG. 11(c) is a schematic plan view for explaining the patch 10C.

図11(a)~図11(c)に示すように、いずれのパッチにおいても、(2)の条件に記されたように、レーザ光の走査線SCはX方向と平行に設定されている。そして、どの走査線SCにおいても、照射スポットが移動する方向はXプラス方向になるようにレーザ光が走査される。また、1つのパッチ内において、レーザ光を照射する走査線を選択する順番は、実施形態1の図6(a)と同様に、Yプラス方向に沿った順番としている。 As shown in FIGS. 11(a) to 11(c), in any patch, the scanning line SC of the laser light is set parallel to the X direction as described in condition (2). . Then, the laser light is scanned so that the direction in which the irradiation spot moves is the X plus direction in any scanning line SC. Moreover, the order of selecting the scanning lines to be irradiated with the laser light within one patch is the order along the Y plus direction, as in FIG. 6A of the first embodiment.

また、図11(a)~図11(c)においては、図10(a)においてX方向(行方向)に隣接するパッチ同士が当接している辺を、辺CSとして太線で示している。実施形態1では、X方向(行方向)に隣接するパッチ同士が当接する辺は、X方向(行方向)と直交していたが、本実施形態では、辺CSはX方向(行方向)と直交するのではなく、斜めに(90度以外で)交差している。交差角のうち鋭角側(小さい方の角)をαとして図示している。 11(a) to 11(c), the sides where the patches adjacent in the X direction (row direction) in FIG. 10(a) are in contact with each other are indicated by thick lines as sides CS. In the first embodiment, the sides where patches adjacent to each other in the X direction (row direction) abut are orthogonal to the X direction (row direction). They intersect obliquely (other than at 90 degrees) rather than orthogonally. The acute angle side (smaller angle) of the crossing angles is shown as α.

図10(b)は、図10(a)に示す小領域32を拡大して、照射スポットの重なり方の態様(パターン)を示した模式的な拡大図である。各パッチ内の大部分の領域には、模式的にLSAと示す照射スポット形状が規則的に並んでいるが、X方向に並ぶパッチ同士の境目(パッチのX方向の端部)においては、LSBおよびLSCと示す照射スポット形状が示されている。尚、パッチのX方向の端部は、走査線に沿ってレーザを照射してゆく際の始点又は終点に相当する。 FIG. 10(b) is a schematic enlarged view showing an aspect (pattern) of how the irradiation spots overlap by enlarging the small region 32 shown in FIG. 10(a). In most areas of each patch, irradiation spot shapes schematically shown as LSA are regularly arranged. and LSC are shown. The end of the patch in the X direction corresponds to the start point or end point of the laser irradiation along the scanning line.

LSBおよびLSCは、LSAとは若干異なるパターンであるが、本実施形態ではLSBとLSCは辺CSに沿って斜めに並んでおり、図9に示す実施形態1に比べて配置密度が小さいことが分かる。すなわち、パッチの境目において照射スポットの重なり方の乱れが生じる箇所の配置密度が小さいため、領域21に付与された構造色を見た時に、X方向に並ぶパッチ同士の境目は実施形態1よりもさらに目立たないものとなる。 LSBs and LSCs have a slightly different pattern from LSAs, but in this embodiment, LSBs and LSCs are arranged obliquely along side CS, and the arrangement density is lower than that of Embodiment 1 shown in FIG. I understand. That is, since the placement density of the locations where the overlapping of the irradiation spots is disturbed at the boundary of the patches is small, when looking at the structural color imparted to the region 21, the boundary between the patches arranged in the X direction is lower than that in the first embodiment. becomes even more inconspicuous.

交差角であるαを小さくするほど、LSBとLSCはX方向に分散して配置されるため、X方向に並ぶパッチ同士の境目は、より目立たなくなる傾向がある。したがって、αは例えば45度以下とするのが良い。しかし、αを小さくするほど、レーザ加工機の限られた光偏向範囲では光学的に走査できる1パッチの面積は小さくなってしまう。構造色を付与した領域内でパッチ同士の境目を目立たなくする効果と、製造に要する時間の増加とのバランスに鑑みて、αの大きさを設定するのが望ましく、20度以上かつ70度以下の範囲内で適宜設定するのが好ましい。 The smaller the crossing angle α, the more the LSBs and LSCs are dispersed in the X direction, so the boundaries between patches arranged in the X direction tend to become less conspicuous. Therefore, α is preferably set to 45 degrees or less, for example. However, the smaller the α, the smaller the area of one patch that can be optically scanned in the limited optical deflection range of the laser processing machine. Considering the balance between the effect of making the boundaries between patches inconspicuous in the region to which the structural color is imparted and the increase in the time required for manufacturing, it is desirable to set the size of α, which is 20 degrees or more and 70 degrees or less. is preferably set appropriately within the range of

本実施形態によれば、物品の表面に高品位の構造色を呈する微細構造(LIPSS)を、大きな面積にわたり、比較的高い生産性で製造することができる。また、実施形態1と同様に、物品の表面を直接レーザ加工し、当該物品に構造色を付与する態様だけではなく、当該物品を製造する際に用いる金型の成形面をレーザ加工により形成する態様でも実施することができる。係る態様で製造された成形金型を用いて、成形材料(例えば樹脂材料)に成形面形状を転写すれば、金型の成形面をレーザ加工した際のパッチの境目が目立たないようにして樹脂成形品に構造色を付与することができる。 According to this embodiment, a fine structure (LIPSS) exhibiting a high-quality structural color on the surface of an article can be manufactured over a large area with relatively high productivity. Further, as in Embodiment 1, the surface of an article is directly laser-processed to impart a structural color to the article. Aspects can also be implemented. If the molding surface shape is transferred to a molding material (for example, a resin material) using a molding die manufactured in such a manner, the boundary between patches when the molding surface of the mold is laser-processed is inconspicuous, and the resin is molded. A structural color can be imparted to the molded product.

樹脂成型品に加飾性を与えることを狙いとして、成形金型の表面に対してレーザ加工を行ってLIPSS形状を形成した例を示す。図12は、被加工物11である成形金型の成形面を平面視した模式図であり、外縁が円で内縁が長円のリング形状の領域21に、LIPSSを形成した例である。図には、実施形態2の考えを適用して設定したパッチの形状を示す線も図示されている。 An example of forming a LIPSS shape by performing laser processing on the surface of a molding die with the aim of imparting decorativeness to a resin molded product is shown. FIG. 12 is a schematic plan view of the molding surface of the molding die, which is the workpiece 11, and shows an example in which a LIPSS is formed in a ring-shaped region 21 having a circular outer edge and an elliptical inner edge. The figure also shows lines indicating the shape of the patch set by applying the idea of the second embodiment.

成形金型の材料は、STAVAXを使用した。レーザ加工機としては、LP400U(GFマシニングソリューションズ製)を使用した。レーザ光源は、AMPLITUDE SYSTEMS社製の超短パルスレーザ発振器を使用した。波長は1030nmである。1パルスあたりのパルスエネルギーを7.5μJ、レンズの焦点距離は約170mmのものを用い、レンズと成形金型の成形面との距離を調整することで、レーザの照射スポット径を40μmとした。レーザの走査方法としては、ガルバノミラーを用いて、走査速度を500mm/s、走査間隔を5μm、短パルスレーザの照射周波数を101kHzにした。ガルバノミラーによる光学走査でレーザを照射可能な範囲を一辺40mmの正方形とし、各パッチの形状は当該正方形の領域内に収まるものとした。 STAVAX was used as the material of the molding die. As a laser processing machine, LP400U (manufactured by GF Machining Solutions) was used. As a laser light source, an ultrashort pulse laser oscillator manufactured by AMPLITUDE SYSTEMS was used. The wavelength is 1030 nm. A pulse energy of 7.5 μJ per pulse and a lens focal length of about 170 mm were used, and the laser irradiation spot diameter was adjusted to 40 μm by adjusting the distance between the lens and the molding surface of the molding die. As a laser scanning method, a galvanomirror was used, the scanning speed was 500 mm/s, the scanning interval was 5 μm, and the irradiation frequency of the short pulse laser was 101 kHz. A square with a side of 40 mm was assumed to be an area that could be irradiated with a laser by optical scanning using a galvanomirror, and the shape of each patch was assumed to be within the area of the square.

実施形態2で説明した走査方法でレーザを走査して、リング状の領域21にLIPSSを形成した。形成したLIPSSは、図4に模式的に断面を示したような周期構造であり、微細溝(あるいは微細凸部)のピッチ12は約1μm、微細溝(あるいは微細凸部)の深さ(あるいは高さ)13は、0.3~0.5μmであった。 A LIPSS was formed in the ring-shaped region 21 by scanning the laser by the scanning method described in the second embodiment. The formed LIPSS has a periodic structure whose cross section is schematically shown in FIG. height) 13 was 0.3 to 0.5 μm.

図13は、LIPSSが形成された金型の成形面を撮影した写真である。写真では判別が困難であるが、リング状の領域21は肉眼では高品位な構造色を呈しており、領域21内には、パッチの境界線は殆ど視認されなかった。 FIG. 13 is a photograph of the molding surface of the mold on which the LIPSS is formed. Although it is difficult to distinguish from the photograph, the ring-shaped region 21 exhibited a high-quality structural color with the naked eye, and almost no boundary line of the patch was visible in the region 21 .

当該金型を用いて、射出成形により樹脂成形品を作成したところ、金型成形面のLIPSSが転写された樹脂成形品は、高品位な構造色を呈しており、金型をレーザ加工した際のパッチの境界線は肉眼では殆ど視認されなかった。 When a resin molded product was created by injection molding using the mold, the resin molded product to which the LIPSS on the mold molding surface was transferred exhibited a high-quality structural color, and when the mold was laser processed, The boundary line of the patch was hardly visible to the naked eye.

図15は、金型成形面のLIPSSが転写された樹脂成形品をマイクロスコープで観察した写真を示したものである。金型をレーザ加工した際のパッチの境界線は肉眼では殆ど視認されなかったが、マイクロスコープで観察するとLIPSSが転写されたパッチの境界部が黒く観察される。 FIG. 15 shows a microscopic photograph of a resin molded product to which LIPSS on the molding surface of the mold is transferred. The boundary line of the patch when the mold was laser-processed was hardly visible to the naked eye, but when observed with a microscope, the boundary portion of the patch onto which LIPSS was transferred was observed black.

図16は、図15に示す、LIPSSが転写されたパッチの拡大図であって、第1方向に隣接する、第1領域と第2領域と、第1領域の端部あるいは第2領域の端部である境界部を含むA領域の拡大図である。図17は、第1領域の端部あるいは第2領域の端部である境界部の一部分であるB領域と、第1領域の内部の一部分であるC領域についてAFMで観察した結果を示したものである。第1領域にも第2領域にも第1方向に沿って延びる互いに平行な複数の凸部を有する微細周期構造が形成されている。B領域およびC領域において、第1の方向と交差する方向に0.078125μmピッチで16か所、第1の方向に0.078125μmピッチで8列の128か所AFMにて測定する。 FIG. 16 is an enlarged view of the LIPSS-transferred patch shown in FIG. 15, in which the first region and the second region are adjacent in the first direction, and the edge of the first region or the edge of the second region. 3 is an enlarged view of area A including a boundary portion which is a part; FIG. FIG. 17 shows the results of AFM observation of region B, which is part of the boundary that is the end of the first region or the end of the second region, and region C, which is part of the interior of the first region. is. A fine periodic structure having a plurality of mutually parallel protrusions extending along the first direction is formed in both the first region and the second region. In regions B and C, measurements are made by AFM at 16 locations at a pitch of 0.078125 μm in the direction intersecting the first direction and at 128 locations in eight rows at a pitch of 0.078125 μm in the first direction.

図17は、この測定したデータをFFT(fast fourie transform :高速フーリエ変換)処理した結果を示したものである。AFMで測定したデータをFFT(fast fourie transform :高速フーリエ変換)した結果において、一番高さが高い部分の値を凸部の高さとする。第1領域の内部の部分および第2領域の内部における凸部の高さは0.3μm以上であり、境界部の凸部の高さは、0.25μm以下であることがわかる。つまり、境界部においては、凸部の周期構造が崩れて高さが低くなってしまうため、マイクロスコープで観察すると黒く視認されることがわかった。この黒く視認される境界部の中心線(凸部の高さが0.25μm以下の部分の第1の方向における中心を結んだ線)が第1の方向に対して垂直方向に延びていると、肉眼で境界部が視認されてしまうことがわかった。つまり、境界部の中心線と第1の方向とのなす角度が20°以上70°以下になるように傾斜させることが好ましい。これにより、境界部が肉眼では殆ど視認されなくなる。LIPSSが転写されたパッチ(例えば第1領域)の形状は、三角形でもよいし、四角形でもよい。また、六角形であっても多角形であってもしてもよい。さらに、直線のみで構成された多角形でなくともよく、曲線を含む形状にしてもよい。 FIG. 17 shows the results of FFT (fast fourier transform) processing of the measured data. In the result of FFT (fast fourier transform) of the data measured by AFM, the value of the highest portion is taken as the height of the convex portion. It can be seen that the height of the projections inside the first region and inside the second region is 0.3 μm or more, and the height of the projections at the boundary is 0.25 μm or less. In other words, it was found that the periodic structure of the convex portion collapsed and the height became low at the boundary portion, so that it was visually recognized as black when observed with a microscope. It is assumed that the center line of the black boundary portion (the line connecting the centers of the portions where the height of the convex portion is 0.25 μm or less in the first direction) extends in a direction perpendicular to the first direction. , the boundary was visible with the naked eye. That is, it is preferable to incline so that the angle between the center line of the boundary and the first direction is 20° or more and 70° or less. As a result, the border becomes almost invisible to the naked eye. The shape of the patch (for example, the first area) to which the LIPSS is transferred may be triangular or quadrangular. Moreover, it may be hexagonal or polygonal. Furthermore, the shape may not be a polygon composed only of straight lines, and may be a shape including curved lines.

[他の実施形態]
尚、本発明は、以上説明した実施形態や実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。
[Other embodiments]
The present invention is not limited to the embodiments and examples described above, and many modifications are possible within the technical concept of the present invention.

例えば、加工する領域全体をカバーするため、実施形態1では複数の矩形のパッチを設置し、実施形態2では三角形と平行四辺形のパッチを設定して並べる形態を示したが、パッチの形状や配置方法はこの例に限られるものではない。例えば、図14(a)に示すように、三角形のパッチのみを配列してもよいし、図14(b)に示すように六角形のパッチを用いてもよい。また、加工する領域内には、例示した形状とは異なる多角形のパッチを配置してもよい。さらに、パッチの形状は直線のみで構成された多角形でなくともよく、レーザ光の走査方向に対して交差する曲線を含む形状にしてもよい。 For example, in order to cover the entire region to be processed, a plurality of rectangular patches are set in the first embodiment, and triangular and parallelogram patches are set and arranged in the second embodiment. The arrangement method is not limited to this example. For example, only triangular patches may be arranged as shown in FIG. 14(a), or hexagonal patches may be used as shown in FIG. 14(b). In addition, polygonal patches different from the exemplified shape may be arranged in the region to be processed. Furthermore, the shape of the patch need not be a polygon composed only of straight lines, and may be a shape including a curve that intersects the scanning direction of the laser beam.

本発明は、実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。 The present invention provides a program that implements one or more functions of the embodiments to a system or device via a network or storage medium, and one or more processors in the computer of the system or device reads and executes the program. But it is feasible. It can also be implemented by a circuit (for example, ASIC) that implements one or more functions.

以上説明した実施形態は、以下の各項の開示を含む。
[開示1]
基材表面に、第1方向に沿ってこの順に隣接して並ぶ第1領域と第2領域とを設定し、
前記第1領域と前記第2領域の各々に、前記第1方向に沿って延びる互いに平行な複数の走査経路を設定し、
パルスレーザを前記基材表面に照射する表面処理方法において、
前記第1領域に設定された前記複数の走査経路の各々を、前記パルスレーザの照射位置を前記第1方向に移動させながら順次に走査した後に、
前記第2領域に設定された前記複数の走査経路の各々を、前記パルスレーザの照射位置を前記第1方向に移動させながら順次に走査する、
ことを特徴とする表面処理方法。
[開示2]
開示1に記載の表面処理方法において、
前記基材表面に、前記第1方向と交差する第2方向に沿って前記第1領域と隣接して並ぶ第3領域を設定し、
前記第3領域に、前記第1方向に沿って延びる互いに平行な複数の走査経路を設定し、
前記第1領域に設定された前記複数の走査経路の各々を、前記パルスレーザの照射位置を前記第1方向に移動させながら走査する際には、前記第2方向に沿って並んでいる順に走査経路を選択し、前記第1領域の全ての前記走査経路を走査した後に、
前記第3領域に設定された前記複数の走査経路の中から前記第2方向に並んでいる順に走査経路を選択して、前記パルスレーザの照射位置を前記第1方向に移動させながら走査し、前記第3領域の全ての前記走査経路を走査する、
ことを特徴とする表面処理方法。
[開示3]
開示1または2に記載の表面処理方法において、
前記第1領域と前記第2領域の少なくとも一方は、平行四辺形、多角形、あるいは曲線の辺を有する形のいずれかである、
ことを特徴とする表面処理方法。
[開示4]
開示2に記載の表面処理方法において、
前記第1領域は、前記第1方向と平行な第1の辺を有し、
前記第3領域は、前記第1方向と平行な第2の辺を有し、
前記第1の辺と前記第2の辺は当接している、
ことを特徴とする表面処理方法。
[開示5]
開示1乃至4のいずれか1項に記載の表面処理方法において、
前記基材表面に照射される前記パルスレーザの偏光方向が、前記第1方向と直交する、
ことを特徴とする表面処理方法。
[開示6]
開示1乃至5のいずれか1項に記載の表面処理方法により、
前記基材表面に構造色を付与する、
ことを特徴とする表面処理方法。
[開示7]
開示1乃至6のいずれか1項に記載の表面処理方法において、
前記基材表面は、成形金型の成形面である、
ことを特徴とする表面処理方法。
[開示8]
開示7に記載の表面処理方法により、前記成形面に周期構造を形成し、前記成形面の形状を成形材料に転写して、前記成形材料の表面に構造色を付与する、
ことを特徴とする物品の製造方法。
[開示9]
レーザ光源から出力されるレーザ光を光学的に偏向走査する偏向部と、前記偏向部とワークの相対位置を機械的に変更する移動機構と、前記偏向部と前記移動機構を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記ワークの表面に設定された、第1方向に沿ってこの順に隣接して並ぶ第1領域と第2領域と、前記第1領域と前記第2領域の各々に設定された、前記第1方向に沿って延びる互いに平行な複数の走査経路と、に基づいて、
前記偏向部が、前記レーザ光の照射位置を前記第1方向に移動させながら、前記第1領域に設定された前記複数の走査経路の各々を順次に走査した後に、
前記移動機構が、前記偏向部とワークの前記第1方向の相対位置を変更し、
さらに、前記偏向部が、前記レーザ光の照射位置を前記第1方向に移動させながら、前記第2領域に設定された前記複数の走査経路の各々を順次に走査する、ように制御する、
ことを特徴とする表面処理装置。
[開示10]
開示9に記載の表面処理装置において、
前記制御部は、前記ワークの表面に設定された、前記第1方向と交差する第2方向に沿って前記第1領域と隣接して並ぶ第3領域と、前記第3領域に、前記第1方向に沿って延びる互いに平行な複数の走査経路と、に基づいて、
前記偏向部が、前記第1領域に設定された前記複数の走査経路の中から前記第2方向に沿って並んでいる順に走査経路を選択し、前記レーザ光の照射位置を前記第1方向に移動させながら走査し、前記第1領域の全ての前記走査経路を走査した後に、
前記移動機構が、前記偏向部とワークの前記第2方向の相対位置を変更し、
さらに、前記偏向部が、前記第3領域に設定された前記複数の走査経路の中から前記第2方向に並んでいる順に走査経路を選択し、前記レーザ光の照射位置を前記第1方向に移動させながら走査し、前記第3領域の全ての前記走査経路を走査する、ように制御する、
ことを特徴とする表面処理装置。
[開示11]
開示9または10に記載の表面処理装置において、
前記第1領域と前記第2領域の少なくとも一方は、平行四辺形、多角形、あるいは曲線の辺を有する形のいずれかである、
ことを特徴とする表面処理装置。
[開示12]
開示10に記載の表面処理装置において、
前記第1領域は、前記第1方向と平行な第1の辺を有し、
前記第3領域は、前記第1方向と平行な第2の辺を有し、
前記第1の辺と前記第2の辺は当接している、
ことを特徴とする表面処理装置。
[開示13]
開示9乃至12のいずれか1項に記載の表面処理装置において、
前記レーザ光の偏光方向を調整する機構を備え、前記ワークの表面に照射される前記レーザ光の偏光方向を前記第1方向と直交するように調整可能である、
ことを特徴とする表面処理装置。
[開示14]
開示9乃至13のいずれか1項に記載の表面処理装置において、
前記レーザ光は、構造色を呈する構造を前記ワークの表面に形成する、
ことを特徴とする表面処理装置。
[開示15]
基材の表面において第1方向に隣接する第1領域と第2領域の各々に、前記第1方向に沿って延びる互いに平行な複数の凸部を有する周期構造が設けられ、
前記第1領域の内部に形成された前記周期構造と、前記第2領域の内部に形成された前記周期構造は、実質的に同一の周期構造であり、
前記第1領域と前記第2領域の境界部には、前記第1領域に形成された前記複数の凸部の各々の端部と、前記第2領域に形成された前記複数の凸部の各々の端部が形成されており、
前記第1領域に形成された前記複数の凸部の各々の端部における前記凸部の形状は、前記第1領域の内部における前記凸部の形状と異なり、前記第2領域に形成された前記複数の凸部の各々の端部における前記凸部の形状は、前記第2領域の内部における前記凸部の形状と異なる、
ことを特徴とする物品。
[開示16]
開示15に記載の物品において、
前記境界部における凸部の高さは、0.25μm以下であり、前記第1領域に形成された前記複数の凸部は、前記境界部における凸部よりも高いことを特徴とする物品。
[開示17]
開示15または16に記載の物品において、
前記境界部の中心線と前記第1方向とのなす角度が20°以上70°以下であることを特徴とする物品。
[開示18]
開示15乃至17のいずれか1項に記載の物品において、
前記第1領域と前記第2領域の少なくとも一方は、平行四辺形、多角形、あるいは曲線の辺を有する形状のいずれかである、
ことを特徴とする物品。
[開示19]
開示15乃至18のいずれか1項に記載の物品において、
前記基材は、偽造防止シールの基材であることを特徴とする物品。
[開示20]
開示15乃至18のいずれか1項に記載の物品において、
前記基材は、プリンタ用部品の基材であることを特徴とする物品。
[開示21]
開示15乃至18のいずれか1項に記載の物品において、
前記基材の表面は、金型の成形面であることを特徴とする物品。
The embodiments described above include disclosure of the following items.
[Disclosure 1]
setting a first region and a second region adjacent to each other in this order along the first direction on the substrate surface;
setting a plurality of mutually parallel scanning paths extending along the first direction in each of the first region and the second region;
In the surface treatment method for irradiating the substrate surface with a pulse laser,
After sequentially scanning each of the plurality of scanning paths set in the first region while moving the irradiation position of the pulse laser in the first direction,
sequentially scanning each of the plurality of scanning paths set in the second region while moving the irradiation position of the pulse laser in the first direction;
A surface treatment method characterized by:
[Disclosure 2]
In the surface treatment method according to Disclosure 1,
setting a third region adjacent to and aligned with the first region along a second direction intersecting the first direction on the surface of the substrate;
setting a plurality of mutually parallel scanning paths extending along the first direction in the third region;
When scanning each of the plurality of scanning paths set in the first region while moving the irradiation position of the pulse laser in the first direction, scanning is performed in the order in which they are arranged along the second direction. After selecting a path and scanning all of the scan paths of the first area,
selecting a scanning path from among the plurality of scanning paths set in the third region in the order in which they are arranged in the second direction, and scanning while moving the irradiation position of the pulse laser in the first direction; scanning all of the scanning paths of the third region;
A surface treatment method characterized by:
[Disclosure 3]
In the surface treatment method according to Disclosure 1 or 2,
at least one of the first region and the second region is either a parallelogram, a polygon, or a shape with curved sides;
A surface treatment method characterized by:
[Disclosure 4]
In the surface treatment method according to Disclosure 2,
The first region has a first side parallel to the first direction,
the third region has a second side parallel to the first direction,
the first side and the second side are in contact;
A surface treatment method characterized by:
[Disclosure 5]
In the surface treatment method according to any one of Disclosures 1 to 4,
A polarization direction of the pulse laser with which the substrate surface is irradiated is orthogonal to the first direction,
A surface treatment method characterized by:
[Disclosure 6]
By the surface treatment method according to any one of Disclosures 1 to 5,
imparting a structural color to the substrate surface;
A surface treatment method characterized by:
[Disclosure 7]
In the surface treatment method according to any one of Disclosures 1 to 6,
The substrate surface is a molding surface of a molding die,
A surface treatment method characterized by:
[Disclosure 8]
A periodic structure is formed on the molding surface by the surface treatment method according to Disclosure 7, the shape of the molding surface is transferred to the molding material, and a structural color is imparted to the surface of the molding material.
A method for manufacturing an article characterized by:
[Disclosure 9]
A deflection section for optically deflecting and scanning a laser beam output from a laser light source, a movement mechanism for mechanically changing the relative position of the deflection section and a workpiece, and a control section for controlling the deflection section and the movement mechanism. , and
The control unit is set to each of a first region and a second region, which are set on the surface of the workpiece and are arranged adjacent to each other in this order along a first direction, and the first region and the second region. , a plurality of parallel scanning paths extending along the first direction,
After the deflection unit sequentially scans each of the plurality of scanning paths set in the first region while moving the irradiation position of the laser light in the first direction,
the moving mechanism changes the relative positions of the deflection unit and the workpiece in the first direction;
Further, the deflection unit sequentially scans each of the plurality of scanning paths set in the second region while moving the irradiation position of the laser light in the first direction.
A surface treatment apparatus characterized by:
[Disclosure 10]
In the surface treatment apparatus according to Disclosure 9,
The control unit includes a third region set on the surface of the workpiece and arranged adjacent to the first region along a second direction intersecting the first direction; a plurality of parallel scan paths extending along a direction;
The deflection unit selects a scanning path from among the plurality of scanning paths set in the first area in the order in which they are arranged along the second direction, and aligns the irradiation position of the laser light in the first direction. After scanning while moving and scanning all the scanning paths of the first area,
the moving mechanism changes the relative positions of the deflection unit and the work in the second direction;
Further, the deflection unit selects a scanning path from among the plurality of scanning paths set in the third area in the order in which they are arranged in the second direction, and aligns the irradiation position of the laser light in the first direction. Scan while moving, and control to scan all the scanning paths of the third region;
A surface treatment apparatus characterized by:
[Disclosure 11]
In the surface treatment apparatus according to Disclosure 9 or 10,
at least one of the first region and the second region is either a parallelogram, a polygon, or a shape with curved sides;
A surface treatment apparatus characterized by:
[Disclosure 12]
In the surface treatment apparatus according to Disclosure 10,
The first region has a first side parallel to the first direction,
the third region has a second side parallel to the first direction,
the first side and the second side are in contact;
A surface treatment apparatus characterized by:
[Disclosure 13]
In the surface treatment apparatus according to any one of Disclosures 9 to 12,
A mechanism for adjusting the polarization direction of the laser light is provided, and the polarization direction of the laser light irradiated to the surface of the work can be adjusted so as to be orthogonal to the first direction.
A surface treatment apparatus characterized by:
[Disclosure 14]
In the surface treatment apparatus according to any one of Disclosures 9 to 13,
The laser beam forms a structure exhibiting a structural color on the surface of the workpiece,
A surface treatment apparatus characterized by:
[Disclosure 15]
A periodic structure having a plurality of mutually parallel protrusions extending along the first direction is provided in each of the first region and the second region adjacent in the first direction on the surface of the substrate,
The periodic structure formed inside the first region and the periodic structure formed inside the second region are substantially the same periodic structure,
At the boundary between the first region and the second region, an end portion of each of the plurality of protrusions formed in the first region and each of the plurality of protrusions formed in the second region are provided. is formed at the end of
The shape of the protrusion at each end of the plurality of protrusions formed in the first region is different from the shape of the protrusion inside the first region, and the shape of the protrusion formed in the second region is different from the shape of the protrusion inside the first region. The shape of the protrusion at each end of the plurality of protrusions is different from the shape of the protrusion inside the second region,
An article characterized by
[Disclosure 16]
In the article of Disclosure 15,
The article according to claim 1, wherein the height of the protrusions at the boundary is 0.25 μm or less, and the plurality of protrusions formed in the first region are higher than the protrusions at the boundary.
[Disclosure 17]
In the article of Disclosure 15 or 16,
The article, wherein the angle formed by the center line of the boundary portion and the first direction is 20° or more and 70° or less.
[Disclosure 18]
In the article of any one of Disclosures 15-17,
At least one of the first region and the second region is either a parallelogram, a polygon, or a shape having curved sides,
An article characterized by
[Disclosure 19]
In the article of any one of Disclosures 15-18,
An article, wherein the base material is a base material for an anti-counterfeit seal.
[Disclosure 20]
In the article of any one of Disclosures 15-18,
The article, wherein the base material is a base material for printer parts.
[Disclosure 21]
In the article of any one of Disclosures 15-18,
An article, wherein the surface of the substrate is a molding surface of a mold.

10、10A、10B、10C・・・パッチ/11・・・被加工物/12・・・ピッチ/13・・・深さ(あるいは高さ)/16・・・レーザヘッド/17・・・レーザ発振器/18・・・ガルバノミラー/19・・・集光レンズ/21・・・領域/22・・・小領域/32・・・小領域/51・・・レーザ加工装置/52・・・レーザ光/55・・・加工ステージ/100・・・制御部/CS・・・辺/LS・・・照射スポット/LSA、LSB、LSC・・・照射スポット形状/SC・・・走査線/α・・・辺CSとX方向の交差角 10, 10A, 10B, 10C patch/11 workpiece/12 pitch/13 depth (or height)/16 laser head/17 laser Oscillator/18 Galvanomirror/19 Collecting lens/21 Area/22 Small area/32 Small area/51 Laser processing device/52 Laser Light/55... Processing stage/100... Control part/CS... Side/LS... Irradiation spot/LSA, LSB, LSC... Irradiation spot shape/SC... Scanning line/α. .. the crossing angle between the side CS and the X direction

Claims (21)

基材表面に、第1方向に沿ってこの順に隣接して並ぶ第1領域と第2領域とを設定し、
前記第1領域と前記第2領域の各々に、前記第1方向に沿って延びる互いに平行な複数の走査経路を設定し、
パルスレーザを前記基材表面に照射する表面処理方法において、
前記第1領域に設定された前記複数の走査経路の各々を、前記パルスレーザの照射位置を前記第1方向に移動させながら順次に走査した後に、
前記第2領域に設定された前記複数の走査経路の各々を、前記パルスレーザの照射位置を前記第1方向に移動させながら順次に走査する、
ことを特徴とする表面処理方法。
setting a first region and a second region adjacent to each other in this order along the first direction on the substrate surface;
setting a plurality of mutually parallel scanning paths extending along the first direction in each of the first region and the second region;
In the surface treatment method for irradiating the substrate surface with a pulse laser,
After sequentially scanning each of the plurality of scanning paths set in the first region while moving the irradiation position of the pulse laser in the first direction,
sequentially scanning each of the plurality of scanning paths set in the second region while moving the irradiation position of the pulse laser in the first direction;
A surface treatment method characterized by:
請求項1に記載の表面処理方法において、
前記基材表面に、前記第1方向と交差する第2方向に沿って前記第1領域と隣接して並ぶ第3領域を設定し、
前記第3領域に、前記第1方向に沿って延びる互いに平行な複数の走査経路を設定し、
前記第1領域に設定された前記複数の走査経路の各々を、前記パルスレーザの照射位置を前記第1方向に移動させながら走査する際には、前記第2方向に沿って並んでいる順に走査経路を選択し、前記第1領域の全ての前記走査経路を走査した後に、
前記第3領域に設定された前記複数の走査経路の中から前記第2方向に並んでいる順に走査経路を選択して、前記パルスレーザの照射位置を前記第1方向に移動させながら走査し、前記第3領域の全ての前記走査経路を走査する、
ことを特徴とする表面処理方法。
In the surface treatment method according to claim 1,
setting a third region adjacent to and aligned with the first region along a second direction intersecting the first direction on the surface of the substrate;
setting a plurality of mutually parallel scanning paths extending along the first direction in the third region;
When scanning each of the plurality of scanning paths set in the first region while moving the irradiation position of the pulse laser in the first direction, scanning is performed in the order in which they are arranged along the second direction. After selecting a path and scanning all of the scan paths of the first area,
selecting a scanning path from among the plurality of scanning paths set in the third region in the order in which they are arranged in the second direction, and scanning while moving the irradiation position of the pulse laser in the first direction; scanning all of the scanning paths of the third region;
A surface treatment method characterized by:
請求項1または2に記載の表面処理方法において、
前記第1領域と前記第2領域の少なくとも一方は、平行四辺形、多角形、あるいは曲線の辺を有する形のいずれかである、
ことを特徴とする表面処理方法。
In the surface treatment method according to claim 1 or 2,
at least one of the first region and the second region is either a parallelogram, a polygon, or a shape with curved sides;
A surface treatment method characterized by:
請求項2に記載の表面処理方法において、
前記第1領域は、前記第1方向と平行な第1の辺を有し、
前記第3領域は、前記第1方向と平行な第2の辺を有し、
前記第1の辺と前記第2の辺は当接している、
ことを特徴とする表面処理方法。
In the surface treatment method according to claim 2,
The first region has a first side parallel to the first direction,
the third region has a second side parallel to the first direction,
the first side and the second side are in contact;
A surface treatment method characterized by:
請求項1または2に記載の表面処理方法において、
前記基材表面に照射される前記パルスレーザの偏光方向が、前記第1方向と直交する、
ことを特徴とする表面処理方法。
In the surface treatment method according to claim 1 or 2,
A polarization direction of the pulse laser with which the substrate surface is irradiated is orthogonal to the first direction,
A surface treatment method characterized by:
請求項1または2に記載の表面処理方法により、
前記基材表面に構造色を付与する、
ことを特徴とする表面処理方法。
By the surface treatment method according to claim 1 or 2,
imparting a structural color to the substrate surface;
A surface treatment method characterized by:
請求項1または2に記載の表面処理方法において、
前記基材表面は、成形金型の成形面である、
ことを特徴とする表面処理方法。
In the surface treatment method according to claim 1 or 2,
The substrate surface is a molding surface of a molding die,
A surface treatment method characterized by:
請求項7に記載の表面処理方法により、前記成形面に周期構造を形成し、前記成形面の形状を成形材料に転写して、前記成形材料の表面に構造色を付与する、
ことを特徴とする物品の製造方法。
A periodic structure is formed on the molding surface by the surface treatment method according to claim 7, the shape of the molding surface is transferred to the molding material, and a structural color is imparted to the surface of the molding material.
A method for manufacturing an article characterized by:
レーザ光源から出力されるレーザ光を光学的に偏向走査する偏向部と、前記偏向部とワークの相対位置を機械的に変更する移動機構と、前記偏向部と前記移動機構を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記ワークの表面に設定された、第1方向に沿ってこの順に隣接して並ぶ第1領域と第2領域と、前記第1領域と前記第2領域の各々に設定された、前記第1方向に沿って延びる互いに平行な複数の走査経路と、に基づいて、
前記偏向部が、前記レーザ光の照射位置を前記第1方向に移動させながら、前記第1領域に設定された前記複数の走査経路の各々を順次に走査した後に、
前記移動機構が、前記偏向部とワークの前記第1方向の相対位置を変更し、
さらに、前記偏向部が、前記レーザ光の照射位置を前記第1方向に移動させながら、前記第2領域に設定された前記複数の走査経路の各々を順次に走査する、ように制御する、
ことを特徴とする表面処理装置。
A deflection section for optically deflecting and scanning a laser beam output from a laser light source, a movement mechanism for mechanically changing the relative position of the deflection section and a workpiece, and a control section for controlling the deflection section and the movement mechanism. , and
The control unit is set to each of a first region and a second region, which are set on the surface of the workpiece and are arranged adjacent to each other in this order along a first direction, and the first region and the second region. , a plurality of parallel scanning paths extending along the first direction,
After the deflection unit sequentially scans each of the plurality of scanning paths set in the first region while moving the irradiation position of the laser light in the first direction,
the moving mechanism changes the relative positions of the deflection unit and the workpiece in the first direction;
Further, the deflection unit sequentially scans each of the plurality of scanning paths set in the second region while moving the irradiation position of the laser light in the first direction.
A surface treatment apparatus characterized by:
請求項9に記載の表面処理装置において、
前記制御部は、前記ワークの表面に設定された、前記第1方向と交差する第2方向に沿って前記第1領域と隣接して並ぶ第3領域と、前記第3領域に、前記第1方向に沿って延びる互いに平行な複数の走査経路と、に基づいて、
前記偏向部が、前記第1領域に設定された前記複数の走査経路の中から前記第2方向に沿って並んでいる順に走査経路を選択し、前記レーザ光の照射位置を前記第1方向に移動させながら走査し、前記第1領域の全ての前記走査経路を走査した後に、
前記移動機構が、前記偏向部とワークの前記第2方向の相対位置を変更し、
さらに、前記偏向部が、前記第3領域に設定された前記複数の走査経路の中から前記第2方向に並んでいる順に走査経路を選択し、前記レーザ光の照射位置を前記第1方向に移動させながら走査し、前記第3領域の全ての前記走査経路を走査する、ように制御する、
ことを特徴とする表面処理装置。
In the surface treatment apparatus according to claim 9,
The control unit includes a third region set on the surface of the workpiece and arranged adjacent to the first region along a second direction intersecting the first direction; a plurality of parallel scan paths extending along a direction;
The deflection unit selects a scanning path from among the plurality of scanning paths set in the first area in the order in which they are arranged along the second direction, and aligns the irradiation position of the laser light in the first direction. After scanning while moving and scanning all the scanning paths of the first area,
the moving mechanism changes the relative positions of the deflection unit and the work in the second direction;
Further, the deflection unit selects a scanning path from among the plurality of scanning paths set in the third area in the order in which they are arranged in the second direction, and aligns the irradiation position of the laser light in the first direction. Scan while moving, and control to scan all the scanning paths of the third region;
A surface treatment apparatus characterized by:
請求項9または10に記載の表面処理装置において、
前記第1領域と前記第2領域の少なくとも一方は、平行四辺形、多角形、あるいは曲線の辺を有する形のいずれかである、
ことを特徴とする表面処理装置。
In the surface treatment apparatus according to claim 9 or 10,
at least one of the first region and the second region is either a parallelogram, a polygon, or a shape with curved sides;
A surface treatment apparatus characterized by:
請求項10に記載の表面処理装置において、
前記第1領域は、前記第1方向と平行な第1の辺を有し、
前記第3領域は、前記第1方向と平行な第2の辺を有し、
前記第1の辺と前記第2の辺は当接している、
ことを特徴とする表面処理装置。
In the surface treatment apparatus according to claim 10,
The first region has a first side parallel to the first direction,
the third region has a second side parallel to the first direction,
the first side and the second side are in contact;
A surface treatment apparatus characterized by:
請求項9または10に記載の表面処理装置において、
前記レーザ光の偏光方向を調整する機構を備え、前記ワークの表面に照射される前記レーザ光の偏光方向を前記第1方向と直交するように調整可能である、
ことを特徴とする表面処理装置。
In the surface treatment apparatus according to claim 9 or 10,
A mechanism for adjusting the polarization direction of the laser light is provided, and the polarization direction of the laser light irradiated to the surface of the work can be adjusted so as to be orthogonal to the first direction.
A surface treatment apparatus characterized by:
請求項9または10に記載の表面処理装置において、
前記レーザ光は、構造色を呈する構造を前記ワークの表面に形成する、
ことを特徴とする表面処理装置。
In the surface treatment apparatus according to claim 9 or 10,
The laser beam forms a structure exhibiting a structural color on the surface of the workpiece,
A surface treatment apparatus characterized by:
基材の表面において第1方向に隣接する第1領域と第2領域の各々に、前記第1方向に沿って延びる互いに平行な複数の凸部を有する周期構造が設けられ、
前記第1領域の内部に形成された前記周期構造と、前記第2領域の内部に形成された前記周期構造は、実質的に同一の周期構造であり、
前記第1領域と前記第2領域の境界部には、前記第1領域に形成された前記複数の凸部の各々の端部と、前記第2領域に形成された前記複数の凸部の各々の端部が形成されており、
前記第1領域に形成された前記複数の凸部の各々の端部における前記凸部の形状は、前記第1領域の内部における前記凸部の形状と異なり、前記第2領域に形成された前記複数の凸部の各々の端部における前記凸部の形状は、前記第2領域の内部における前記凸部の形状と異なる、
ことを特徴とする物品。
A periodic structure having a plurality of mutually parallel protrusions extending along the first direction is provided in each of the first region and the second region adjacent in the first direction on the surface of the substrate,
The periodic structure formed inside the first region and the periodic structure formed inside the second region are substantially the same periodic structure,
At the boundary between the first region and the second region, an end portion of each of the plurality of protrusions formed in the first region and each of the plurality of protrusions formed in the second region are provided. is formed at the end of
The shape of the protrusion at each end of the plurality of protrusions formed in the first region is different from the shape of the protrusion inside the first region, and the shape of the protrusion formed in the second region is different from the shape of the protrusion inside the first region. The shape of the protrusion at each end of the plurality of protrusions is different from the shape of the protrusion inside the second region,
An article characterized by
請求項15に記載の物品において、
前記境界部における凸部の高さは、0.25μm以下であり、前記第1領域に形成された前記複数の凸部は、前記境界部における凸部よりも高いことを特徴とする物品。
16. The article of claim 15, wherein
The article according to claim 1, wherein the height of the protrusions at the boundary is 0.25 μm or less, and the plurality of protrusions formed in the first region are higher than the protrusions at the boundary.
請求項15または16に記載の物品において、
前記境界部の中心線と前記第1方向とのなす角度が20°以上70°以下であることを特徴とする物品。
An article according to claim 15 or 16,
The article, wherein the angle formed by the center line of the boundary portion and the first direction is 20° or more and 70° or less.
請求項15または16に記載の物品において、
前記第1領域と前記第2領域の少なくとも一方は、平行四辺形、多角形、あるいは曲線の辺を有する形状のいずれかである、
ことを特徴とする物品。
An article according to claim 15 or 16,
At least one of the first region and the second region is either a parallelogram, a polygon, or a shape having curved sides,
An article characterized by
請求項15または16に記載の物品において、
前記基材は、偽造防止シールの基材であることを特徴とする物品。
An article according to claim 15 or 16,
An article, wherein the base material is a base material for an anti-counterfeit seal.
請求項15または16に記載の物品において、
前記基材は、プリンタ用部品の基材であることを特徴とする物品。
An article according to claim 15 or 16,
The article, wherein the base material is a base material for printer parts.
請求項15または16に記載の物品において、
前記基材の表面は、金型の成形面であることを特徴とする物品。
An article according to claim 15 or 16,
An article, wherein the surface of the substrate is a molding surface of a mold.
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