JP5635151B2 - Periodic structure forming method - Google Patents

Periodic structure forming method Download PDF

Info

Publication number
JP5635151B2
JP5635151B2 JP2013079412A JP2013079412A JP5635151B2 JP 5635151 B2 JP5635151 B2 JP 5635151B2 JP 2013079412 A JP2013079412 A JP 2013079412A JP 2013079412 A JP2013079412 A JP 2013079412A JP 5635151 B2 JP5635151 B2 JP 5635151B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
periodic structure
laser
debris
irradiation
forming method
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2013079412A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2014200817A (en
Inventor
博司 沢田
博司 沢田
公介 川原
公介 川原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Machinery Inc
Original Assignee
Canon Machinery Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Machinery Inc filed Critical Canon Machinery Inc
Priority to JP2013079412A priority Critical patent/JP5635151B2/en
Publication of JP2014200817A publication Critical patent/JP2014200817A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5635151B2 publication Critical patent/JP5635151B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Laser Beam Processing (AREA)

Description

本発明は、周期構造形成方法に関するものである。   The present invention relates to a periodic structure forming method.

表面テクスチャリングは摺動特性の改善などさまざまな表面機能を発現させる手法の一つである。微細な周期構造を自己組織的に形成するレーザ加工法はこの表面テクスチャ形成の有力な加工方法である。   Surface texturing is one of the methods for expressing various surface functions such as improvement of sliding characteristics. The laser processing method for forming a fine periodic structure in a self-organizing manner is an effective processing method for forming the surface texture.

前記レーザ加工法としては、加工閾値近傍の照射強度で直線偏光のレーザを照射し、その照射部分をオーバラップさせながら走査して、自己組織的にグレーティング状の周期構造を形成することになる。   As the laser processing method, a linearly polarized laser beam is irradiated with an irradiation intensity in the vicinity of the processing threshold value, and scanning is performed while overlapping the irradiated portions to form a grating-like periodic structure in a self-organized manner.

すなわち、加工閾値近傍のエネルギー密度で直線偏光のレーザを基板に照射すると、入射光と基板の欠陥等を起点とする表面散乱光またはプラズマ波の干渉により、レーザ波長と間程度の周期間隔でエネルギー分布にわずかな粗密が生じる。一般的な加工方法ではレーザ照射面全体が加工されるが、加工閾値近傍のエネルギー密度でレーザ照射することで、高エネルギ一部分を選択的に加工することができる。その結果、1光軸のレーザ照射でありながら、グレーティング状の周期構造が形成される。このとき、加工に用いるレーザのパルス幅が長くなるほど熱影響や加工蒸散物との相互作用によるレーザの散乱によって周期構造に乱れが生じることになる。   In other words, when a linearly polarized laser beam is irradiated onto the substrate at an energy density near the processing threshold, energy is emitted at a periodic interval that is approximately between the laser wavelength due to interference between the incident light and surface scattered light originating from defects on the substrate or plasma waves. A slight roughness occurs in the distribution. In a general processing method, the entire laser irradiation surface is processed, but a portion of high energy can be selectively processed by laser irradiation at an energy density near the processing threshold. As a result, a grating-like periodic structure is formed while performing laser irradiation with one optical axis. At this time, the longer the pulse width of the laser used for processing, the more disturbed the periodic structure is due to the influence of heat and the scattering of the laser due to the interaction with the processed evaporation.

周期構造を形成すると、加工蒸散物がデブリと呼ばれる微粒子となって加工面およびその周囲に再付着する。このデブリは加工に用いるレーザのパルス幅が長いほど多くなる傾向がある。   When the periodic structure is formed, the processed transpiration material becomes fine particles called debris and reattaches to the processed surface and its periphery. This debris tends to increase as the pulse width of the laser used for processing increases.

従来には、レーザを用いるクリーニング装置によって、周期構造を形成した被処理対象物に付着した付着物を除去する除去方法がある(特許文献1)。この特許文献1では、レーザ光を照射する部分に周期構造を設けるものであって、付着物が剥離し易くなる原理として、2つの物体間に作用するメニスカス力、静電力およびファンデルワース力からなる所謂凝着力の形成範囲が小さくなること、および被処理対象物の表面に形成した周期構造が回折格子的に作用、すなわち、入射したレーザ光を散乱させることなく多重的に反射させることにより繰り返し付着物および周期構造に照射されるためと記載している。   Conventionally, there is a removal method for removing deposits attached to an object to be processed having a periodic structure by a cleaning device using a laser (Patent Document 1). In this Patent Document 1, a periodic structure is provided in a portion irradiated with laser light, and as a principle that an attached matter is easily peeled off, a meniscus force acting between two objects, electrostatic force and van der Worth force are used. The so-called adhesion force formation range becomes smaller, and the periodic structure formed on the surface of the object to be processed acts like a diffraction grating, that is, by repeatedly reflecting incident laser light without scattering it. It is described that the deposits and the periodic structure are irradiated.

ところで、前記特許文献1に記載のものは、レーザとしてはナノ秒レーザを用いている。周期構造のピッチより大きな付着物は、ナノ秒レーザなどを用いた一般的なレーザクリーニングでも除去できる。しかしながら、周期構造の溝にトラップされた微細なデブリは表面力の影響が大きく、アンカー効果で周期構造未形成部より密着性が高くなる。このため、通常のレーザクリーニングではデブリ除去に必要なレーザ出力が周期構造の損傷閾値を超え、周期構造に損傷が生じてしまう。   By the way, the thing of the said patent document 1 uses the nanosecond laser as a laser. Deposits larger than the pitch of the periodic structure can be removed by general laser cleaning using a nanosecond laser or the like. However, the fine debris trapped in the groove of the periodic structure is greatly influenced by the surface force, and the adhesion is higher than the portion where the periodic structure is not formed due to the anchor effect. For this reason, in normal laser cleaning, the laser output necessary for debris removal exceeds the damage threshold of the periodic structure, and the periodic structure is damaged.

そのため、周期構造のデブリ除去は、図11に示すような超音波洗浄装置を用いるのが一般的であった。図11に示す超音波洗浄装置は、洗浄液が入った洗浄槽51と、この洗浄槽51に付設される振動子52と、この振動子52を振動させる発振器53と、発振器53に接続される電源54等で構成される。   For this reason, the debris removal of the periodic structure is generally performed using an ultrasonic cleaning apparatus as shown in FIG. The ultrasonic cleaning apparatus shown in FIG. 11 includes a cleaning tank 51 containing a cleaning liquid, a vibrator 52 attached to the cleaning tank 51, an oscillator 53 that vibrates the vibrator 52, and a power source connected to the oscillator 53. 54 etc.

すなわち、洗浄槽51にワーク(周期構造が形成された基板等)を浸漬させ、その状態で、発振器53を介して振動子52を振動させることによって、洗浄槽51内で超音波の振動を発生させる。   That is, a workpiece (a substrate having a periodic structure formed thereon) is immersed in the cleaning tank 51, and in that state, the vibrator 52 is vibrated via the oscillator 53, thereby generating ultrasonic vibrations in the cleaning tank 51. Let

超音波洗浄はキャビテーション効果・加速度・直進流の3つの相乗効果により行われる。キャビテーション効果は、キャビテーションによる衝撃波を利用して汚れをワークから剥離させる。そして、剥離した汚れを加速度により引き剥がし、直進流により分散除去させる。   Ultrasonic cleaning is performed by three synergistic effects: cavitation effect, acceleration, and straight flow. The cavitation effect is to remove the dirt from the workpiece using a shock wave generated by cavitation. The peeled dirt is peeled off by acceleration and dispersed and removed by a straight flow.

すなわち、キャビテーション効果は超音波により液体(洗浄液)に生じた真空の気泡が破裂することにより生じた衝撃波を利用した洗浄方法である。液体に超音波を照射すると、液体が激しく揺さぶられて局所的に圧力が高い部分と低い部分ができる。圧力が低くい部分では液体中に小さな真空の空洞(キャビテーション)ができ、その後再び圧力が高くなり、この空洞が押しつぶされるとき、液体中に衝撃波を発生させる。この衝撃波が、固体表面に付着していた汚を剥離させる。   That is, the cavitation effect is a cleaning method using a shock wave generated by rupturing a vacuum bubble generated in a liquid (cleaning liquid) by ultrasonic waves. When the liquid is irradiated with ultrasonic waves, the liquid is vigorously shaken, and a portion where the pressure is locally high and a portion where the pressure is low are formed. In the part where the pressure is low, a small vacuum cavity (cavitation) is formed in the liquid, and when the pressure becomes high again and the cavity is crushed, a shock wave is generated in the liquid. This shock wave peels off the dirt adhering to the solid surface.

また、超音波の振幅により液体分子が激しく振動する。このため、前記キャビテーション効果により剥離した汚れを引き剥がす効果が加速度効果である。振動子52からの放射圧により、超音波の入力が所定の強度(超音波強度)以上で直進流が発生し、洗浄槽51内でわずかな水流が発生する為、汚れを洗浄物から除去する効果が、直進効果である。   In addition, the liquid molecules vibrate vigorously due to the amplitude of the ultrasonic waves. For this reason, the effect of peeling off the dirt peeled off by the cavitation effect is the acceleration effect. Due to the radiation pressure from the vibrator 52, a straight flow is generated when the input of ultrasonic waves is equal to or higher than a predetermined intensity (ultrasonic intensity), and a slight water flow is generated in the cleaning tank 51. The effect is a straight-ahead effect.

特開2011−32559号公報JP 2011-32559 A

前記図11に示すような超音波洗浄装置を用いれば、いわゆるバッチ処理を行うことになって、生産性が悪い。すなわち、洗浄処理時間が長くなるため、バッチ処理を行うことになる。また、洗浄液を用いるため、除去された付着物を含む洗浄液が大量にでることになって、この洗浄液の管理や処理が必要となり、コスト高となる。さらには、洗浄槽としては、複数の被洗浄体を投入するために大型化し、装置全体として大型化を招く欠点があった。   If an ultrasonic cleaning apparatus as shown in FIG. 11 is used, so-called batch processing is performed, and productivity is poor. That is, since the cleaning process time becomes long, batch processing is performed. Further, since the cleaning liquid is used, a large amount of the cleaning liquid including the removed deposits is produced, and management and processing of the cleaning liquid are necessary, resulting in an increase in cost. Furthermore, the washing tank has a disadvantage that it is increased in size in order to introduce a plurality of objects to be cleaned, and the entire apparatus is increased in size.

本発明は、上記課題に鑑みて、洗浄槽を用いる超音波洗浄を行うことなく、いわゆるドライ工程でもって、デブリの付着が少ない周期構造の形成が可能な周期構造形成方法を提供する。   In view of the above problems, the present invention provides a periodic structure forming method capable of forming a periodic structure with less debris adhesion by a so-called dry process without performing ultrasonic cleaning using a cleaning tank.

本発明の周期構造形成方法は、加工閾値近傍の照射強度で直線偏光の第1工程用パルスレーザを照射し、その照射部分をオーバラップさせながら走査して、自己組織的にグレーティング状の周期構造を形成する第1工程と、前記第1工程における第1工程用パルスレーザに対して±10%以内の波長であって、50ピコ秒以下のパルス幅をもつ第2工程用パルスレーザでその照射部分をオーバラップさせながら単位面積当たりの照射エネルギーが前記第1工程よりも低くなり、かつ、前記第2工程のレーザの偏光方向を、第1工程のレーザの偏光方向の±10°以内となるよう設定して、第1工程で形成されたグレーティング状の周期構造に照射することによって、この入射光と表面電磁波を共鳴させて再走査する第2工程とを備えたものである。 The periodic structure forming method of the present invention irradiates linearly polarized first-step pulse laser with an irradiation intensity in the vicinity of the processing threshold, scans the irradiated portions in an overlapping manner, and forms a grating-like periodic structure in a self-organized manner. And irradiation with a second step pulse laser having a wavelength within ± 10% of the first step pulse laser in the first step and a pulse width of 50 picoseconds or less. Irradiation energy per unit area is lower than that in the first step while overlapping portions, and the polarization direction of the laser in the second step is within ± 10 ° of the polarization direction of the laser in the first step. set as by irradiating the grating shape periodic structure formed in the first step, der that a second step of re-scanned by resonance the incident light and the surface electromagnetic wave .

本発明の周期構造形成方法によれば、まず、第1工程で、グレーティング状の周期構造を被加工体(ワーク)に形成することができる。その後、この第1工程で形成された周期構造に第2工程のレーザを照射することによって、この入射光と表面電磁波が共鳴し、小さな入射エネルギーで、極表層の加工やデブリの除去を行うことができる。   According to the periodic structure forming method of the present invention, first, a grating-like periodic structure can be formed on a workpiece (workpiece) in the first step. Then, by irradiating the periodic structure formed in the first step with the laser in the second step, the incident light and the surface electromagnetic wave resonate to process the extreme surface layer and remove debris with a small incident energy. Can do.

ところで、被加工体(ワーク)へのレーザ照射後、50ピコ秒(ps)程度経過すると加工蒸散物とレーザの相互作用の影響が顕在化する。このため、第2工程で用いるレーザのパルス幅を50ps以下にすると第1工程のパルス幅が第2工程のパルス幅より短い場合でも、周期構造の乱れを起こすことなくデブリを除去できる。一方、第1工程のパルス幅が第2工程のパルス幅より長い場合、第2工程のパルス幅が50ピコ秒(ps)以下であれば周期構造の乱れを修正するとともにデブリを除去することができる。すなわち第2工程が周期構造の仕上げ工程の役割も担うことができる。   By the way, after about 50 picoseconds (ps) elapses after the laser irradiation of the workpiece (workpiece), the influence of the interaction between the processed vaporized material and the laser becomes obvious. For this reason, when the pulse width of the laser used in the second step is 50 ps or less, debris can be removed without causing disturbance of the periodic structure even when the pulse width of the first step is shorter than the pulse width of the second step. On the other hand, if the pulse width of the first step is longer than the pulse width of the second step, the disturbance of the periodic structure can be corrected and debris can be removed if the pulse width of the second step is 50 picoseconds (ps) or less. it can. That is, the second step can also serve as a periodic structure finishing step.

前記第2工程の走査領域を第1工程の走査領域よりも広く設定するのが好ましい。また、前記第2工程の単位面積当たりの照射エネルギーを第1工程の単位面積当たりの照射エネルギーの5%〜30%に設定したり、第2工程における同一位置へのレーザ照射のショット数を1〜10ショットとするのが好ましい。   It is preferable to set the scanning area of the second step wider than the scanning area of the first step. Further, the irradiation energy per unit area of the second step is set to 5% to 30% of the irradiation energy per unit area of the first step, or the number of shots of laser irradiation to the same position in the second step is 1. 10 shots are preferable.

前記第2工程の再走査を複数回とすることもできる。この場合、この第2工程のトータ
ルの照射エネルギーとしては、第1工程の単位面積当たりの照射エネルギーの5%〜30
%に設定するのが好ましい。
The rescanning in the second step can be performed a plurality of times. In this case, the total irradiation energy of the second step is 5% to 30% of the irradiation energy per unit area of the first step.
% Have it is preferable to set in.

本発明の周期構造形成方法では、第1工程で形成した周期構造に対して周期構造の乱れを起こすことなく、第2工程でデブリを除去でき、高品質の周期構造形成された製品を提供できる。また、第2工程での入射エネルギーを小さくできるため、金属よりもレーザの侵入長が長い半導体やセラミックスに対しても乱れとデブリの少ない周期構造を形成することができる利点もある。さらに、第1工程のパルス幅が第2工程のパルス幅より長い場合、第2工程のパルス幅が50ピコ秒(ps)以下であるので、周期構造の乱れを修正するとともにデブリを除去することができることになって、第2工程が周期構造の仕上げ工程の役割も担うことができる。しかも、第2工程での単位面積当たりの照射エネルギーを前期第1工程より低くすることで新たなデブリ発生が抑制され、乱れとデブリの少ない周期構造を形成することに寄与できる。   In the periodic structure forming method of the present invention, debris can be removed in the second step without causing disturbance of the periodic structure with respect to the periodic structure formed in the first step, and a product with a high-quality periodic structure formed can be provided. . Further, since the incident energy in the second step can be reduced, there is an advantage that a periodic structure with less disturbance and debris can be formed even for a semiconductor or ceramic having a laser penetration length longer than that of a metal. Further, when the pulse width of the first step is longer than the pulse width of the second step, the pulse width of the second step is 50 picoseconds (ps) or less, so that the disturbance of the periodic structure is corrected and debris is removed. Therefore, the second step can also serve as a periodic structure finishing step. In addition, the generation of new debris is suppressed by lowering the irradiation energy per unit area in the second step than in the first step in the previous period, which can contribute to the formation of a periodic structure with less disturbance and debris.

第2工程の走査領域が第1工程の走査領域より広く設定することで周期構造未形成部に付着しているデブリも除去することができ、周期構造未形成部としても、高品質を維持できる。また、第2工程の単位面積当たりの照射エネルギーを前記のように設定することによって、周期構造の乱れとデブリの付着を大幅に低減することができる。さらに、第2工程のレーザショット数を前記のように設定することによって、高速走査によって効率よく乱れとデブリの少ない周期構造を形成することができる。第2工程の再走査を複数回繰り返すことでデブリの付着を最小限に抑えることができる。第1工程と第2工程に使用するレーザの偏光方向を同一方向にすることで入射光と表面電磁波の共鳴が効率的に起こり、第2工程の照射エネルギーをさらに低減できるため周期構造の乱れ抑制や仕上げ精度向上に有効となる。なお、第2工程のレーザの偏光方向が第1工程のレーザの偏光方向の±10°以内であっても、周期構造の乱れ抑制や仕上げ精度向上を十分に発揮できる。   By setting the scanning area of the second process wider than the scanning area of the first process, it is possible to remove debris adhering to the periodic structure non-formed part, and it is possible to maintain high quality even as the periodic structure non-formed part. . Further, by setting the irradiation energy per unit area in the second step as described above, it is possible to significantly reduce the disturbance of the periodic structure and the adhesion of debris. Furthermore, by setting the number of laser shots in the second step as described above, it is possible to efficiently form a periodic structure with less disturbance and debris by high-speed scanning. Debris adhesion can be minimized by repeating the rescanning of the second step a plurality of times. By making the polarization directions of the lasers used in the first step and the second step the same direction, resonance between incident light and surface electromagnetic waves occurs efficiently, and the irradiation energy in the second step can be further reduced, so that the disturbance of the periodic structure is suppressed. It is effective for improving finishing accuracy. Even when the polarization direction of the laser in the second step is within ± 10 ° of the polarization direction of the laser in the first step, it is possible to sufficiently exhibit the disturbance of the periodic structure and improve the finishing accuracy.

本発明の実施形態を示す周期構造形成方法のブロック図である。It is a block diagram of the periodic structure formation method which shows embodiment of this invention. 本発明の周期構造形成方法によって形成された周期構造部を有する摺動面構造の要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view of the sliding surface structure which has the periodic structure part formed by the periodic structure formation method of this invention. 前記図2に示す摺動面構造の周期構造部を有する摺動面の簡略図である。FIG. 3 is a simplified view of a sliding surface having a periodic structure portion of the sliding surface structure shown in FIG. 2. 前記摺動面に形成される周期構造部の拡大図である。It is an enlarged view of the periodic structure part formed in the said sliding surface. 前記周期構造形成方法に用いるレーザ表面加工装置の簡略図である。It is a simplified diagram of the laser surface processing apparatus used for the periodic structure forming method. 算術平均粗さの定義を説明するためのグラフ図である。It is a graph for demonstrating the definition of arithmetic mean roughness. 第1工程後の周期構造部と未形成部との境界部を示す電子顕微鏡図である。It is an electron microscope figure which shows the boundary part of the periodic structure part after a 1st process, and an unformed part. 第2工程後の周期構造部と未形成部との境界部を示す電子顕微鏡図である。It is an electron microscope figure which shows the boundary part of the periodic structure part after a 2nd process, and an unformed part. 第1工程と第2工程との境界部を示す電子顕微鏡図である。It is an electron microscope figure which shows the boundary part of a 1st process and a 2nd process. 第1工程と第2工程とを行った発明品と超音波洗浄を行った従来品との摩擦係数を比較したグラフ図である。It is the graph which compared the friction coefficient of the invention which performed the 1st process and the 2nd process, and the conventional product which performed ultrasonic cleaning. 超音波洗浄装置の簡略図である。It is a simplified diagram of an ultrasonic cleaning device.

以下本発明の実施の形態を図1〜図10に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1は本発明に係る周期構造形成方法を示すブロック図を示し、図2は、この周期構造形成方法によって形成された周期構造部を有する摺動面構造である。この摺動面構造は、図2に示すように、第1部材1の摺動面1aと第2部材2の摺動面2aとが潤滑剤L下で相対的に摺動するものである。この場合、第1部材1及び第2部材2は、炭素鋼、銅、アルミニウム、白金、超硬合金等であっても、炭化ケイ素や窒化ケイ素等のシリコン系セラミックスであっても、エンジニアプラスチック等であってもよい。また、潤滑剤Lとしても、水やアルコールであっても、さらにはエンジンオイル等の潤滑油等であってもよい。すなわち、第1・第2部材1、2の材質、使用する環境等に応じて種々の潤滑剤を用いることができる。また、第1部材1を例えば図3に示すようにリング体とし、第2部材2を例えば円盤形状体で構成した。   FIG. 1 is a block diagram showing a periodic structure forming method according to the present invention, and FIG. 2 shows a sliding surface structure having a periodic structure portion formed by this periodic structure forming method. As shown in FIG. 2, this sliding surface structure is such that the sliding surface 1 a of the first member 1 and the sliding surface 2 a of the second member 2 slide relative to each other under the lubricant L. In this case, the first member 1 and the second member 2 may be carbon steel, copper, aluminum, platinum, cemented carbide, silicon ceramics such as silicon carbide or silicon nitride, engineer plastic, etc. It may be. Further, the lubricant L may be water or alcohol, or may be a lubricating oil such as engine oil. That is, various lubricants can be used depending on the material of the first and second members 1 and 2 and the environment in which they are used. Moreover, the 1st member 1 was made into the ring body as shown, for example in FIG. 3, and the 2nd member 2 was comprised by the disk shaped body, for example.

第1部材1の上面が摺動面1aとなり、第2部材2の下面が摺動面2aとなる。第1部材1の摺動面1aにグレーティング状凹凸の周期構造部3と、周期構造部が形成されない周期構造未形成部8とが設けられる。すなわち、第1部材1の摺動面1aの外径側に、スパイラル状の周期構造部3が形成され、第1部材1の摺動面1aの内径側に、周期構造未形成部8が形成される。   The upper surface of the first member 1 becomes the sliding surface 1a, and the lower surface of the second member 2 becomes the sliding surface 2a. The sliding surface 1a of the first member 1 is provided with a periodic structure portion 3 having grating-like irregularities and a periodic structure non-formed portion 8 in which the periodic structure portion is not formed. That is, the spiral periodic structure portion 3 is formed on the outer diameter side of the sliding surface 1 a of the first member 1, and the periodic structure non-formed portion 8 is formed on the inner diameter side of the sliding surface 1 a of the first member 1. Is done.

周期構造部3は図4に示すように、微小の凹部5と微小の凸部6とが交互に所定ピッチで配設されてなるものである。周期構造部3の凹凸ピッチを10μm以下とし、凹部5の深さを1μm以下とするのが好ましい。この場合、周期構造部3の凹部5は、第1部材1の外周縁(摺動面周縁)1bに連通(開口)しているが、第1部材1の内周縁1cには開口していない。そして、周期構造部3の凹部5はスパイラル状に湾曲している。   As shown in FIG. 4, the periodic structure portion 3 is formed by alternately arranging minute concave portions 5 and minute convex portions 6 at a predetermined pitch. It is preferable that the irregular pitch of the periodic structure portion 3 is 10 μm or less and the depth of the concave portion 5 is 1 μm or less. In this case, the recess 5 of the periodic structure portion 3 communicates (opens) with the outer peripheral edge (sliding surface peripheral edge) 1 b of the first member 1, but does not open with the inner peripheral edge 1 c of the first member 1. . And the recessed part 5 of the periodic structure part 3 is curving in spiral shape.

そして、第1部材1と第2部材2との少なくもいずれか一方がその軸心廻りに回転することによって、第1部材1の周期構造部3が、摺動面1aの外周縁側から潤滑剤が第1部材1の内部に導入されるように設定される。この場合、周期構造部3の全凹部5が第1部材1の外周縁1bに開口しているので、摺動面周縁全体から潤滑剤を引き込むことができる。   Then, when at least one of the first member 1 and the second member 2 rotates around its axis, the periodic structure portion 3 of the first member 1 is lubricated from the outer peripheral edge side of the sliding surface 1a. Is set to be introduced into the first member 1. In this case, since all the concave portions 5 of the periodic structure portion 3 are open to the outer peripheral edge 1b of the first member 1, the lubricant can be drawn from the entire peripheral edge of the sliding surface.

周期構造部3は、図5に示すように、レーザ発生器11と光学系10とを備えたレーザ表面加工装置を使用する。そして、本発明の周期構造形成方法は、図1に示すように、グレーティング状の周期構造を形成する第1工程21と、第1工程21にて形成された周期構造に付着しているデブリを除去する第2工程22とを行うことになる。   As shown in FIG. 5, the periodic structure unit 3 uses a laser surface processing apparatus including a laser generator 11 and an optical system 10. As shown in FIG. 1, the periodic structure forming method of the present invention includes a first step 21 for forming a grating-like periodic structure, and debris attached to the periodic structure formed in the first step 21. The second step 22 to be removed is performed.

このレーザ表面加工装置では、レーザ発生器11は、ミラー12により加工材料Wに向けて折り返され、メカニカルシャッタ13に導かれる。レーザ照射時はメカニカルシャッタ13を開放し、レーザ照射強度は1/2波長板14と偏光ビームスプリッタ16によって調整可能とし、1/2波長板15によって偏光方向を調整し、集光レンズ17によって、XYθステージ19上の加工材料W表面に集光照射することになる。   In this laser surface processing apparatus, the laser generator 11 is folded back toward the processing material W by the mirror 12 and guided to the mechanical shutter 13. At the time of laser irradiation, the mechanical shutter 13 is opened, the laser irradiation intensity can be adjusted by the half-wave plate 14 and the polarization beam splitter 16, the polarization direction is adjusted by the half-wave plate 15, and the condenser lens 17 The surface of the work material W on the XYθ stage 19 is focused and irradiated.

第1工程21では、加工閾値近傍の照射強度で直線偏光のレーザを照射し、その照射部分をオーバラップさせながら走査して、自己組織的に形成している。すなわち、アブレーション閾値近傍のフルエンスで直線偏光のレーザをワーク(加工材料)Wに照射した場合、入射光と加工材料Wの表面に沿った散乱光またはプラズマ波の干渉により、レーザ波長と同程度の周期間隔で、エネルギ一分布にわずかな粗密が生じる。一般的な加工方法ではレーザ照射面全体が加工されるが、加工閾値近傍のエネルギー密度でレーザ照射することで、高エネルギ一部分を選択的に加工することができる。その結果、1光軸のレーザ照射でありながら、グレーティング状の周期構造が形成される。このとき、加工に用いるレーザのパルス幅が長くなるほど熱影響や加工蒸散物との相互作用によるレーザの散乱によって周期構造に乱れが生じることになる。   In the first step 21, a linearly polarized laser beam is irradiated with an irradiation intensity in the vicinity of the processing threshold, and the irradiated portion is scanned while overlapping to form a self-organized structure. That is, when a workpiece (working material) W is irradiated with a linearly polarized laser beam at a fluence near the ablation threshold, interference between the incident light and the scattered light or plasma wave along the surface of the processing material W is approximately the same as the laser wavelength. At periodic intervals, there is a slight roughness in the energy distribution. In a general processing method, the entire laser irradiation surface is processed, but a portion of high energy can be selectively processed by laser irradiation at an energy density near the processing threshold. As a result, a grating-like periodic structure is formed while performing laser irradiation with one optical axis. At this time, the longer the pulse width of the laser used for processing, the more disturbed the periodic structure is due to the influence of heat and the scattering of the laser due to the interaction with the processed evaporation.

周期構造を形成すると、加工蒸散物がデブリと呼ばれる微粒子となって加工面およびその周囲に再付着する。このデブリは加工に用いるレーザのパルス幅が長いほど多くなる傾向がある。そこで、この第1工程21にてワーク上に周期構造を形成した後に、第2工程22を行って、このデブリを除去して、電子顕微鏡で撮像した図である図4に示すような周期構造部3を完成する。   When the periodic structure is formed, the processed transpiration material becomes fine particles called debris and reattaches to the processed surface and its periphery. This debris tends to increase as the pulse width of the laser used for processing increases. Therefore, after the periodic structure is formed on the work in the first step 21, the second step 22 is performed to remove the debris, and the periodic structure as shown in FIG. Complete part 3.

第2工程22においても、直線偏光のレーザを照射し、その照射部分をオーバラップさせながら走査(再走査)することになる、この場合、第2工程22では、第1工程21における第1工程用パルスレーザに対して±10%以内の波長であって、50ピコ秒以下のパルス幅をもつ第2工程用パルスレーザでその照射部分をオーバラップさせながら単位面積当たりの照射エネルギーが前記第1工程21よりも低くなるように設定して再走査することになる。   Also in the second step 22, irradiation with linearly polarized laser is performed, and scanning (rescanning) is performed while overlapping the irradiated portions. In this case, in the second step 22, the first step in the first step 21 is performed. The irradiation energy per unit area of the second process pulse laser with a wavelength within ± 10% of the pulse laser for use and having a pulse width of 50 picoseconds or less is overlapped with the first irradiation energy. Re-scanning is performed with setting to be lower than in step 21.

第1工程21であっても第2工程22であっても、レーザのスキャンは、レーザを固定して加工材料Wを支持するXYθステージ19を移動させても、XYθステージ19を固定してレーザを移動させてもよい。あるいは、レーザとXYθステージ19を同時移動させてもよい。   In either the first step 21 or the second step 22, the laser scan may be performed by fixing the laser and moving the XYθ stage 19 that supports the workpiece W, or by fixing the XYθ stage 19 and moving the laser. May be moved. Alternatively, the laser and the XYθ stage 19 may be moved simultaneously.

このように、この第1工程21で形成された周期構造に、第1工程用パルスレーザに対して±10%以内の波長をもつ第2工程22のレーザを照射することによって、この入射光と表面電磁波が共鳴し、小さな入射エネルギーで、極表層の加工やデブリの除去を行うことができる。すなわち、第1工程21で形成した周期構造に対して周期構造の乱れを起こすことなく、第2工程22でデブリを除去でき、高品質の周期構造形成された製品を提供できる。   In this way, the periodic structure formed in the first step 21 is irradiated with the laser of the second step 22 having a wavelength within ± 10% with respect to the pulse laser for the first step. Surface electromagnetic waves resonate, and processing of the extreme surface layer and removal of debris can be performed with a small incident energy. That is, the debris can be removed in the second step 22 without causing disturbance of the periodic structure with respect to the periodic structure formed in the first step 21, and a product having a high-quality periodic structure can be provided.

また、第2工程21での入射エネルギーを小さくできるため、金属よりもレーザの侵入長が長い半導体やセラミックスに対しても乱れとデブリの少ない周期構造を形成することができる利点もある。さらに、第1工程21のパルス幅が第2工程22のパルス幅より長い場合、第2工程22のパルス幅が50ps以下であるので、周期構造の乱れを修正するとともにデブリを除去することができることになって、第2工程22が周期構造の仕上げ工程の役割も担うことができる。しかも、第2工程22での単位面積当たりの照射エネルギーを第1工程21より低くすることで新たなデブリ発生が抑制され、乱れとデブリの少ない周期構造部3を形成することに寄与できる。   Further, since the incident energy in the second step 21 can be reduced, there is an advantage that a periodic structure with less disturbance and debris can be formed even for a semiconductor or ceramic having a laser penetration length longer than that of a metal. Furthermore, when the pulse width of the first step 21 is longer than the pulse width of the second step 22, the pulse width of the second step 22 is 50 ps or less, so that the disturbance of the periodic structure can be corrected and debris can be removed. Thus, the second step 22 can also serve as a periodic structure finishing step. Moreover, by making the irradiation energy per unit area in the second step 22 lower than that in the first step 21, the generation of new debris is suppressed, which can contribute to the formation of the periodic structure portion 3 with less disturbance and debris.

ところで、第2工程22では、第1工程21にて形成された周期構造に付着するデブリを除去するものであるので、通常は、走査領域と第2工程22の走査領域と同一に設定することになる。しかしながら、第2工程22の走査領域を第1工程21の走査領域より広く設定することができる。このように第2工程22の走査領域を広くすることによって、構造未形成部8に付着しているデブリも除去することができ、周期構造未形成部8としても、高品質を維持できる。   By the way, in the second step 22, the debris adhering to the periodic structure formed in the first step 21 is removed. Therefore, the scanning region and the scanning region in the second step 22 are usually set to be the same. become. However, the scanning area of the second step 22 can be set wider than the scanning area of the first step 21. Thus, by widening the scanning region of the second step 22, debris adhering to the structure unformed portion 8 can be removed, and high quality can be maintained as the periodic structure unformed portion 8 as well.

また、第2工程22の単位面積当たりの照射エネルギーを第1工程21の単位面積当たりの照射エネルギーの5%〜30%に設定するのが好ましい。このように設定することによって、周期構造部3の乱れとデブリの付着を大幅に低減することができる。すなわち、5%未満では、デブリの付着の除去作用が発揮されず、30%を越えれば、周期構造部3の乱れが発生するおそれがある。   The irradiation energy per unit area in the second step 22 is preferably set to 5% to 30% of the irradiation energy per unit area in the first step 21. By setting in this way, disturbance of the periodic structure portion 3 and adhesion of debris can be significantly reduced. That is, if it is less than 5%, the effect of removing debris adhesion is not exhibited, and if it exceeds 30%, the periodic structure portion 3 may be disturbed.

第2工程22における同一位置へのレーザ照射のショット数を1〜10ショットとするが好ましい。このように設定することによって、高速走査によって効率よく乱れとデブリの少ない 周期構造部3を形成することができる。第2工程22の再走査を複数回繰り返すようにしてもよい。このように複数回繰り返すことによって、デブリの付着を最小限に抑えることができる。複数回繰り返す場合であっても、周期構造部3の乱れおよびデブリの付着を防止するために、第2工程22のトータルの照射エネルギーとしては、第1工程21の単位面積当たりの照射エネルギーの5%〜30%に設定するのが好ましい。   It is preferable that the number of shots of laser irradiation to the same position in the second step 22 is 1 to 10 shots. By setting in this way, it is possible to efficiently form the periodic structure part 3 with less disturbance and debris by high-speed scanning. The rescan in the second step 22 may be repeated a plurality of times. By repeating a plurality of times in this way, the adhesion of debris can be minimized. Even in the case of repeating a plurality of times, in order to prevent disturbance of the periodic structure portion 3 and adhesion of debris, the total irradiation energy of the second step 22 is 5 of the irradiation energy per unit area of the first step 21. It is preferable to set to 30% to 30%.

また、第1工程21のレーザの偏光方向と、第2工程のレーザの偏光方向と同一にするのが好ましい。レーザの偏光方向を同一方向にすることで入射光と表面電磁波の共鳴が効率的に起こり、第2工程22の照射エネルギーをさらに低減できるため周期構造の乱れ抑制や仕上げ精度向上に有効となる。この場合、第2工程22のレーザの偏光方向を、第1工程21のレーザの偏光方向の±10°以内とする。すなわち、同一としては、完全に一致する方向、および、第1工程21のレーザの偏光方向に対して、時計廻りに10°以内に傾斜する場合と、反時計周りに10°以内に傾斜する場合とを含むものである。このように、第2工程22のレーザの偏光方向が第1工程21のレーザの偏光方向の±10°以内であっても、周期構造の乱れ抑制や仕上げ精度向上を十分に発揮できる。   Further, it is preferable that the polarization direction of the laser in the first step 21 is the same as the polarization direction of the laser in the second step. By making the polarization direction of the laser the same direction, the resonance of the incident light and the surface electromagnetic wave occurs efficiently, and the irradiation energy in the second step 22 can be further reduced, which is effective in suppressing the disturbance of the periodic structure and improving the finishing accuracy. In this case, the polarization direction of the laser in the second step 22 is set within ± 10 ° of the polarization direction of the laser in the first step 21. That is, it is the same when tilted within 10 ° clockwise and within 10 ° counterclockwise with respect to the completely coincident direction and the polarization direction of the laser in the first step 21. Is included. Thus, even if the polarization direction of the laser in the second step 22 is within ± 10 ° of the polarization direction of the laser in the first step 21, it is possible to sufficiently exhibit the disturbance of the periodic structure and improve the finishing accuracy.

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、前記実施形態では、周期構造部3を第1部材1側に設けていたが、周期構造部3を第2部材2側に形成してもよく、第1部材1及び第2部材2の両側に設けてもよい。また、第1部材1と第2部材2の形状としても、図例のものに限らず、他の種々の形状のものにて構成できる。   As mentioned above, although it demonstrated per embodiment of this invention, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible, for example, in the said embodiment, the periodic structure part 3 is the 1st member 1 side. However, the periodic structure portion 3 may be formed on the second member 2 side or on both sides of the first member 1 and the second member 2. Further, the shapes of the first member 1 and the second member 2 are not limited to those in the illustrated example, and can be configured in other various shapes.

第1部材1と第2部材2の相対的な摺動運動は、第1部材1を固定して第2部材2を摺動(回転)させるものであっても、逆に第2部材2側を固定して、第1部材側を摺動(回転)させるものであってもよい。すなわち、周期構造部3が形成されている方を摺動させても、周期構造部3が形成されない方を摺動(回転)させてもよい。また、第1部材1と第2部材2の双方を摺動(回転)させるものであってもよい。   Even if the relative sliding movement of the first member 1 and the second member 2 is such that the first member 1 is fixed and the second member 2 is slid (rotated), the second member 2 side is reversed. May be fixed, and the first member side may be slid (rotated). That is, the direction in which the periodic structure portion 3 is formed may be slid, or the direction in which the periodic structure portion 3 is not formed may be slid (rotated). Further, both the first member 1 and the second member 2 may be slid (rotated).

また、前記実施形態では、図1等に示す周期構造部3においては、凹部5を第1部材1の内周縁1cに開口させることなく外周縁1bに開口させて、外周側から内周側に潤滑剤を引き込むものとしていたが、逆に、凹部5を外周縁1bに開口させることなく内周縁1cに開口させて、内周側から外周側に潤滑剤を引き込むものであってもよい。   Moreover, in the said embodiment, in the periodic structure part 3 shown in FIG. 1 etc., the recessed part 5 is opened to the outer periphery 1b without opening to the inner periphery 1c of the 1st member 1, and it is made to open from an outer peripheral side to an inner peripheral side. The lubricant is drawn in, but conversely, the recess 5 may be opened in the inner peripheral edge 1c without opening in the outer peripheral edge 1b, and the lubricant may be drawn in from the inner peripheral side to the outer peripheral side.

前記実施形態では、周期構造部3の凹部5はスパイラル状に湾曲したものを外周側において全周にわたって形成したが、複数の周期構造部3を周方向に沿って所定ピッチで配設したものであっても、スパイラル状に湾曲させることなく、同心円状に配設されるものであってもよい。また、摺動面構造として、前記実施形態では、第1部材1と第2部材との相対的な回転であったが、直線的な往復動を構成するものであってもよい。   In the embodiment, the concave portion 5 of the periodic structure portion 3 is formed in a spiral shape over the entire circumference on the outer peripheral side. However, the plurality of periodic structure portions 3 are arranged at a predetermined pitch along the circumferential direction. Even if it exists, you may arrange | position in a concentric form, without making it curve in a spiral form. Moreover, as a sliding surface structure, in the said embodiment, although it was the relative rotation of the 1st member 1 and the 2nd member, you may comprise linear reciprocation.

第1工程21に使用するレーザとしては、フェムト秒レーザ、ピコ秒レーザ、及びナノ秒レーザといったパルスレーザを使用することができる。   As the laser used in the first step 21, a pulse laser such as a femtosecond laser, a picosecond laser, and a nanosecond laser can be used.

SiCに加工閾値近傍の照射強度で直線偏光のレーザ(波長1064nm、パルス幅10ps)を照射し、その照射部分をオーバラップさせながら走査して周期構造を形成した(第1工程21)。第1工程21終了後の周期構造部3と未形成部8の境界部の電子顕微鏡像を図7に示す。デブリが周期構造部3だけでなく未形成部8にも付着していることが確認できる。また、図7の倍率では粒子として認識できない非常に小さなデブリが多数付着しており、全体が白っぽく見えている。   SiC was irradiated with linearly polarized laser (wavelength 1064 nm, pulse width 10 ps) at an irradiation intensity in the vicinity of the processing threshold, and scanning was performed while overlapping the irradiated portions to form a periodic structure (first step 21). FIG. 7 shows an electron microscope image of the boundary portion between the periodic structure portion 3 and the non-formed portion 8 after the first step 21 is completed. It can be confirmed that debris is attached not only to the periodic structure portion 3 but also to the unformed portion 8. In addition, many very small debris that cannot be recognized as particles at the magnification of FIG. 7 are attached, and the whole looks whitish.

次にレーザ波長、パルス幅、及び偏光方向を第1工程21と同一とし、単位面積当たりの照射エネルギーが第1工程21の1/6になるようレーザのパルスエネルギーと走査速度を調整し、デブリの付着が認められる周期構造未形成部8を含めて再走査した(第2工程22)。第2工程22後の周期構造部3と未形成部8の境界部の電子顕微鏡像を図8に示す。この図8から乱れとデブリの少ない周期構造部3が形成されていることが確認できる。また、非常に小さなデブリも除去されており、図7と比較して全体に黒っぽく変化している。   Next, the laser wavelength, the pulse width, and the polarization direction are made the same as those in the first step 21, and the laser pulse energy and the scanning speed are adjusted so that the irradiation energy per unit area becomes 1/6 of that in the first step 21. Re-scanning was performed including the periodic structure non-formed part 8 in which the adhesion was observed (second step 22). An electron microscope image of the boundary portion between the periodic structure portion 3 and the unformed portion 8 after the second step 22 is shown in FIG. It can be confirmed from FIG. 8 that the periodic structure portion 3 with less disturbance and debris is formed. In addition, very small debris is also removed, and the whole is changed to blackish as compared with FIG.

デブリが除去された周期構造未形成部8の色調はSiC基板本来の色調とほぼ同じとなった。周期構造部3の途中で第2工程22を中止した際の第1工程21と第2工程22の境界部の電子顕微鏡像を図9に示す。第2工程22による色調の変化がはっきり確認できる。第2工程22の単位面積当たりの照射エネルギーが第1工程21の5%〜30%で同様の現象が確認された。   The color tone of the periodic structure non-formed part 8 from which the debris was removed was almost the same as the original color tone of the SiC substrate. FIG. 9 shows an electron microscope image of the boundary portion between the first step 21 and the second step 22 when the second step 22 is stopped in the middle of the periodic structure portion 3. The change of the color tone by the 2nd process 22 can be confirmed clearly. The same phenomenon was confirmed when the irradiation energy per unit area of the second step 22 was 5% to 30% of the first step 21.

第2工程22のレーザ波長が第1工程21に対し±10%であれば、第1工程21で形成された周期構造に第2工程22のレーザを照射した際に入射光と表面電磁波が共鳴し、小さな入射エネルギーで極表層の加工やデブリの除去が可能になる。入射エネルギーを小さくできるため、金属よりもレーザの侵入長が長い半導体やセラミックスに対しても周期構造の乱れを起こすことなくデブリの除去が可能となる。   If the laser wavelength in the second step 22 is ± 10% with respect to the first step 21, the incident light and the surface electromagnetic wave resonate when the periodic structure formed in the first step 21 is irradiated with the laser in the second step 22. In addition, it is possible to process the extreme surface layer and remove debris with a small incident energy. Since the incident energy can be reduced, it is possible to remove debris without disturbing the periodic structure even for semiconductors and ceramics having a laser penetration length longer than that of metal.

レーザ照射後50ps程度経過すると加工蒸散物とレーザの相互作用の影響が顕在化するため、第2工程22で用いるレーザのパルス幅は50ps以下にすることが望ましい。第1工程21で用いるレーザのパルス幅は短パルスであることが望ましいが、特に、50ps以内に限定するものではない。   When about 50 ps elapses after the laser irradiation, the influence of the interaction between the processed vaporized material and the laser becomes obvious. Therefore, the pulse width of the laser used in the second step 22 is desirably 50 ps or less. The pulse width of the laser used in the first step 21 is desirably a short pulse, but is not particularly limited to within 50 ps.

第1工程21のパルス幅が第2工程22のパルス幅より短い場合、第2工程22のパルス幅が50ps以下であれば周期構造の乱れを起こすことなくデブリが除去できた。第1工程21のパルス幅が第2工程22のパルス幅より長い場合、第2工程22のパルス幅が5Ops以下であれば周期構造の乱れを修正するとともにデブリを除去することができた。第2工程22で用いるレーザの偏光方向が第1工程21の偏光方向と同一であれば入射光と表面電磁波の共鳴が効率的に起こり、周期構造の乱れ抑制や仕上げ精度向上に有効となる。   When the pulse width of the first step 21 was shorter than the pulse width of the second step 22, debris could be removed without causing disturbance of the periodic structure if the pulse width of the second step 22 was 50 ps or less. When the pulse width of the first step 21 is longer than the pulse width of the second step 22, if the pulse width of the second step 22 is 5 Ops or less, the disturbance of the periodic structure can be corrected and debris can be removed. If the polarization direction of the laser used in the second step 22 is the same as the polarization direction of the first step 21, the resonance between the incident light and the surface electromagnetic wave occurs efficiently, which is effective for suppressing the disturbance of the periodic structure and improving the finishing accuracy.

第1工程21と第2工程22とを行って形成した周期構造部3を有する試験片と、第1工程21を行った後、超音波洗浄を行った試験片との摩擦係数を比較した。   The friction coefficient of the test piece having the periodic structure portion 3 formed by performing the first step 21 and the second step 22 and the test piece subjected to ultrasonic cleaning after the first step 21 were compared.

リングオンディスク試験装置を用いて実験を行った。リング試験片を回転側試験片(Sic)、ディスク試験片(アルミナ)を固定側試験片とした。各試験片の表面粗さ(算術平均粗さ)はRa0.02μm以下とした。ディスク試験片は全て鏡面とし、リング試験片(外径16mm、内径10mm)には、図3に示すようなスパイラル状の周期構造部(動圧を発生を目的とした周期構造)を形成した。   Experiments were performed using a ring-on-disk test apparatus. The ring test piece was used as the rotation side test piece (Sic), and the disk test piece (alumina) was used as the fixed side test piece. The surface roughness (arithmetic average roughness) of each test piece was Ra 0.02 μm or less. All the disk test pieces were mirror surfaces, and a spiral periodic structure portion (periodic structure for the purpose of generating dynamic pressure) as shown in FIG. 3 was formed on the ring test pieces (outer diameter 16 mm, inner diameter 10 mm).

算術平均粗さRaは、図6に示すように、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけを抜き取り、この抜取り部分の平均線mの方向にX軸を、縦倍率の方向にY軸を取り、粗さ曲線をy=f(x)で表したときに、次の数1の式によって求められる値をマイクロメートル(μm)で表したものをいう。
As shown in FIG. 6, the arithmetic average roughness Ra is obtained by extracting only the reference length from the roughness curve in the direction of the average line, the X axis in the direction of the average line m of the extracted portion, and the direction of the vertical magnification. When the Y-axis is taken and the roughness curve is represented by y = f (x), the value obtained by the following equation 1 is represented by micrometers (μm).

リング試験片は従来方式(第1工程21+超音波洗浄)(従来品)で周期構造部3を形成したものと、本願方式(第1工程21+第2工程22)(本発明品)で周期構造部3を形成したものの2種類とした。第1工程21および第2工程22には同一のレーザ(波長1064nm、パルス幅10ps)を用いた。第2工程22における単位面積当たりの照射エネルギーは第1工程21の1/6とした。摺動方向に対する周期構造の傾斜角はθ=45°とした。周期構造のピッチは約950nm、深さは約250nmとした。基本的な潤滑特性を評価するため、潤滑剤には極性を持たず熱的・化学的に安定なPAO4(18.82cP @37℃)を用いた。荷重は20N(0.16Ma)とし、摺動速度を81.5mm/sから3.3mm/sまで段階的に低下させながら、各摺動速度における5minの平均摩擦係数を測定した。   The ring test piece is formed by the conventional method (first step 21 + ultrasonic cleaning) (conventional product) and the periodic structure part 3 and the present method (first step 21 + second step 22) (product of the present invention). The periodic structure portion 3 was formed in two types. The same laser (wavelength 1064 nm, pulse width 10 ps) was used in the first step 21 and the second step 22. The irradiation energy per unit area in the second step 22 was set to 1/6 that of the first step 21. The inclination angle of the periodic structure with respect to the sliding direction was θ = 45 °. The pitch of the periodic structure was about 950 nm and the depth was about 250 nm. In order to evaluate basic lubrication characteristics, PAO4 (18.82 cP @ 37 ° C.) having no polarity and being thermally and chemically stable was used as the lubricant. The load was 20 N (0.16 Ma), and the average friction coefficient for 5 min at each sliding speed was measured while the sliding speed was gradually reduced from 81.5 mm / s to 3.3 mm / s.

従来方式および本願方式によりスパイラル状の周期構造を形成したリング試験片の摩擦係数の比較を図10に示す。本願方式の摩擦係数は高速摺動時で若干従来方式より高く、低速摺動時でわずかに低くなったが、これらは実験誤差の範曙であり、両者に有意差はないと判断できる。すなわち、本願方式によれば、バッチ処理や廃液処理が必要な超音波洗浄工程を廃止し、完全ドライ工程で乱れとデブリの少ない周期構造形成が可能である。   FIG. 10 shows a comparison of the coefficient of friction of the ring test piece in which a spiral periodic structure is formed by the conventional method and the present method. The friction coefficient of the method of the present application was slightly higher at the time of high-speed sliding than that of the conventional method and slightly lower at the time of low-speed sliding, but these are in the category of experimental error, and it can be determined that there is no significant difference between the two. That is, according to the method of the present application, it is possible to eliminate the ultrasonic cleaning process that requires batch processing and waste liquid processing, and to form a periodic structure with less disturbance and debris in a complete dry process.

21 第1工程
22 第2工程
21 1st process 22 2nd process

Claims (5)

加工閾値近傍の照射強度で直線偏光の第1工程用パルスレーザを照射し、その照射部分をオーバラップさせながら走査して、自己組織的にグレーティング状の周期構造を形成する第1工程と、前記第1工程における第1工程用パルスレーザに対して±10%以内の波長であって、50ピコ秒以下のパルス幅をもつ第2工程用パルスレーザでその照射部分をオーバラップさせながら単位面積当たりの照射エネルギーが前記第1工程よりも低くなり、かつ、前記第2工程のレーザの偏光方向を、第1工程のレーザの偏光方向の±10°以内となるよう設定して、第1工程で形成されたグレーティング状の周期構造に照射することによって、この入射光と表面電磁波を共鳴させて再走査する第2工程とを備えたことを特徴とする周期構造形成方法。 A first step of irradiating a linearly polarized first-stage pulse laser with an irradiation intensity in the vicinity of a processing threshold, scanning the overlapping portions to overlap, and forming a grating-like periodic structure in a self-organized manner; Per unit area while overlapping the irradiated portion with the second step pulse laser having a wavelength within ± 10% of the first step pulse laser in the first step and having a pulse width of 50 picoseconds or less. In the first step, the irradiation energy of the second step is set to be lower than that of the first step and the polarization direction of the laser in the second step is within ± 10 ° of the polarization direction of the laser in the first step A periodic structure forming method comprising: a second step of re-scanning by resonating the incident light and surface electromagnetic waves by irradiating the formed grating-like periodic structure . 前記第2工程の走査領域を第1工程の走査領域よりも広く設定することを特徴とする請求項1に記載の周期構造形成方法。   2. The method for forming a periodic structure according to claim 1, wherein the scanning region in the second step is set wider than the scanning region in the first step. 前記第2工程の単位面積当たりの照射エネルギーを第1工程の単位面積当たりの照射エネルギーの5%〜30%に設定することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の周期構造形成方法。   3. The periodic structure forming method according to claim 1, wherein the irradiation energy per unit area of the second step is set to 5% to 30% of the irradiation energy per unit area of the first step. 4. . 前記第2工程における同一位置へのレーザ照射のショット数を1〜10ショットとすることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の周期構造形成方法。   The periodic structure forming method according to claim 1, wherein the number of shots of laser irradiation to the same position in the second step is 1 to 10 shots. 前記第2工程の再走査を複数回とすることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の周期構造形成方法。   The periodic structure forming method according to claim 1, wherein rescanning in the second step is performed a plurality of times.
JP2013079412A 2013-04-05 2013-04-05 Periodic structure forming method Active JP5635151B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013079412A JP5635151B2 (en) 2013-04-05 2013-04-05 Periodic structure forming method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013079412A JP5635151B2 (en) 2013-04-05 2013-04-05 Periodic structure forming method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014200817A JP2014200817A (en) 2014-10-27
JP5635151B2 true JP5635151B2 (en) 2014-12-03

Family

ID=52139096

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013079412A Active JP5635151B2 (en) 2013-04-05 2013-04-05 Periodic structure forming method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5635151B2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06339784A (en) * 1993-05-31 1994-12-13 Sumitomo Heavy Ind Ltd Laser beam processing method and device therefor
JP2005262284A (en) * 2004-03-19 2005-09-29 Toppan Printing Co Ltd Method for machining material by ultrashort pulse laser
JP2010516472A (en) * 2007-01-23 2010-05-20 イムラ アメリカ インコーポレイテッド Ultra short laser fine texture printing
JP2012233541A (en) * 2011-05-06 2012-11-29 Canon Machinery Inc Sliding surface structure

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06339784A (en) * 1993-05-31 1994-12-13 Sumitomo Heavy Ind Ltd Laser beam processing method and device therefor
JP2005262284A (en) * 2004-03-19 2005-09-29 Toppan Printing Co Ltd Method for machining material by ultrashort pulse laser
JP2010516472A (en) * 2007-01-23 2010-05-20 イムラ アメリカ インコーポレイテッド Ultra short laser fine texture printing
JP2012233541A (en) * 2011-05-06 2012-11-29 Canon Machinery Inc Sliding surface structure

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014200817A (en) 2014-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101124347B1 (en) Method and apparatus for machining based on titled laser scanning
Ye et al. Laser cleaning of particle and grease contaminations on the surface of optics
CN110139728B (en) Pulse laser processing method for obtaining diamond with smooth transparent surface
TW202032647A (en) Laser machining method and production method for semiconductor member
Sakuma et al. Holographic laser sweeper for in-process debris removal
JP2015020195A (en) Laser processor, laser processing method and laser oscillator
Semaltianos et al. Femtosecond laser surface texturing of a nickel-based superalloy
KR100976864B1 (en) Method of processing hydrophobic surface using laser ablation and solid body having hydrophobic surface of dual scaled structure
JP5635151B2 (en) Periodic structure forming method
JP5538476B2 (en) Sliding surface structure
JP2019103962A (en) Laser cleaning device
JP7123759B2 (en) Laser slicing device and laser slicing method
JP4781941B2 (en) Surface fine structure forming method by laser
JP6382154B2 (en) Laser processing method and laser processing apparatus
JP2018525233A (en) Method and apparatus for processing transparent material
JP5726673B2 (en) Sliding surface structure
KR101335688B1 (en) Laser processing method for formation of microspike
RU2008137489A (en) CARBON NITRIDE COATING AND PRODUCTS WITH SUCH COATING
US20110193268A1 (en) Processing method
JP5619937B2 (en) Sliding surface structure
JP5638455B2 (en) Sliding surface structure
JP2019155457A (en) Manufacturing method of water-repellent article and laser processing apparatus
TW202105481A (en) Laser processing method, semiconductor member manufacturing method, and laser processing device
Häfner et al. Microstructuring Tools for Sheet Bulk Metal Forming-A Designated Application for Picosecond Laser.
TW202032646A (en) Laser machining apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140929

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20141015

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5635151

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250