JPH0394986A - 金属表面のレーザ加工方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はレーザビームによって金属表面に微細な凹凸を
密に形或する加工方法とその装置に関するもので、例え
ば金属製装飾品、金属製家庭電化用品、金属製工業用品
等、種々の金属製品の表面の全体ないし一部の模様等と
して玉虫色様等の美麗な反射光沢を付与する場合等に利
用される。

（従来の技術〉 レーザ光は位相が揃った定波長のコヒーレントな光であ
ってビームとしての指向性に優れており、レンズにて収
束して微小スポットに高エネルギーを集中できることか
ら、近年では金属の切断、穴あけ、溶接等に多用される
ようになっている。しかして、このようなレーザビーム
による従来の金属加工は、いずれも加工用集光レンズの
焦点位置、つまりビームのエネルギー密度が最大となる
位置での高熱を利用し、この焦点位置におけるビームの
スポット径で金属を瞬間的に溶融・蒸発させるものであ
る。

しかるに、レーザビームがレーザ発振器から完全な平行
光として射出されても回折による拡がりを生じると共に
、光路を形威す南光学系の精度にも限界があるため、集
光レンズにより収束可能な最小スボント径は一般的に数
μＩ１〜１０μ糟程度であり、レーザ光の波長程度まで
絞り込むことは極めて困難である。従って、従来のレー
ザ加工では金属表面に１μ僧以下といった微細な凹凸を
形或できなかった。

ところで、ステンレス鋼製品はその不銹性、機械的強度
、重厚さ等の利点から様々な分野で需用が増大している
が、製品表面が金属の地色で冷たい感しを与えることか
ら、近年において該表面に本来の金属光沢をある程度保
持した形で彩色を施して種々の模様を形威する試みがな
されている。

この代表的な彩色加工手段として、例えばステンレス鋼
材の表面を合或樹脂等でマスキングし、このマスクをレ
ーザビームによって多数の筋状に除去し、これを発色用
薬液中に浸漬して上記筋状のマスク除去部分を化学的に
着色した後、残りのマスクを除去する方法がとられてい
た。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記彩色加工手段では、加工部に一定の
色合いを付与できるだけであり、例えば多彩で見る角度
によって色変化を生じるような彩色、即ち虹色や玉虫色
等の多色発色をあしらった加飾加工法は施せず、かつ彩
色のために多くの工程を要して非常に手間がかかると共
にコストが高くつくという難点があった。

一方、本発明者らは、上記のステンレス鋼を始めとする
種々の金属表面に可視光の波長域に近いｌμｍ程度ある
いはそれ以下の微細凹凸を密に形成した場合に、この凹
凸表面が回折格子と同様に入射光を分光して反射するこ
とから、虹色梯の多彩な反射光沢を生じるという知見を
得ている。しかるに、このような微細な凹凸は、前述の
ように従来のレーザビームによる金属加工手段では形或
困難であり、しかも仮に加工用集光レンズによる焦点ス
ボソト径が充分に絞られたとしても、個々の凹凸を一つ
ずつ形成していく必要があるため、加工に膨大な時間を
要し、到底実用に供し得るものではない． そこで、本発明者等は先に、従来のレーザビームによる
金属加工手段とは異なって金属表面に密な微細凹凸を容
易に短時間で形或する画期的な手段として、低次のマル
チモードのレーザビームにおける明パターン成分相互、
もしくは単一のレーザビームより分割された複数本のビ
ーム相互の重なりにて構威される干渉光を加工用集光レ
ンズの焦点より深浅一方向にずれた位置で金属表面に照
射することにより、その照射面で生じる干渉パターンの
強度分布に対応した微細凹凸を該金属表面に形成するよ
うにしたレーザ加工方法及び装置を特願平１．−８４３
２６号として提案している。

しかして本発明は、更に綿密な研究を重ねてなされたも
ので、上記同様に金属表面に密な微細凹凸を容易に短時
間で形成する手段として、上記提案よりも更に加工性に
優れて実用的価値の高いレーザ加工方法及び装置を提供
することを目的としている。

（課題を解決するための手段） 本発明に係る金属表面のレーザ加工方法は、上記目的を
達戒する手段として、レーザビームの一部を横ずれ変位
させて元のビーム成分と変位したビーム成分とが重なっ
たビームとし、このビームを収束して金属表面に照射す
ることにより、上記両ビーム成分の重合領域に生じる干
渉縞の強度分布に対応した微細凹凸を該金属表面に形威
することを特徴とする横或を採用するものである。

また、本発明では、上記加工方法において、固体レーザ
の共振器内に超音波Ｑスイッチ素子を組み込むと共に、
このＱスイッチ素子に印加する高周波信号をレーザ発振
時において該レーザ発振を停止させない強度で残すこと
により、レーザビームの一部を横ずれ変位させる請求項
（２）の構成をそれぞれ好適ｊＪ様としている。

一方、本発明に係る金属表面のレーザ加工装置は、レー
ザ共振器と、この共振器より出射されるレーザビームの
光路中に介在して該ビームの一部を横ずれ変位させて元
のビーム成分と変位したビーム成分とが重なったビーム
とするビーム変位手段と、このビームを収束して被加工
物の金属表面に照射させるビーム収束手段と、このビー
ムの照射位置をｘｙ方向に相対的に変位させる照射位置
変位手段とを具備してなる構或を採用するものである。

しかして、上記加工装置においては、ビーム変位手段が
超音波Ｑスイッチ素子と同一構造の素子からなる請求項
（４）の構或、表面一部反射面と背面の全反射面とを有
する反射鏡からなる請求項（５）の構或、部分透過鏡と
これに近接して平行配置した全反射鏡とからなる請求項
（６）の構或、をそれぞれ好適態様としている。

（作　用） レーザビームは周知の如くコヒーレントな光であって完
全な可干渉性を有するため、その一部を光軸方向に対し
て直交する方向に横ずれ変位させて元のビーム成分と変
位したビーム成分とが重なったビームとすれば、このビ
ームの照射面では両ビーム成分の重合領域が上記変位の
位相傾斜分布に対応した明暗の干渉縞を示すことになる
。従って、上記両成分が重なったビーム゜を集光レンズ
や凹面鏡等の収束手段で収束して、好ましくはその焦点
よりも深浅一方向側にずれた位置で金属表面に照射した
場合、該干渉縞の明部が金属を溶融・蒸発させ得るエネ
ルギー密度であれば、該金属表面に該干渉縞の明部を凹
、暗部を凸とした凹凸、つまり干渉ＩＡの強度分布に対
応した密な凹凸が形成されることになる。

しかして、照射スボノト内の干渉縞は相互の間隔が可視
光の波長域に近い１μ−程度あるいはそれ以下といった
微細な数百本もの明暗縞にて構威されるため、干渉光の
照射位置を金属表面に沿うＸ方向またはＹ方向に相対的
に変位させる一回の走査により、該金属表面に多数（例
えば中程度の出力を有するＹＡＧレーザ加工機でも凹条
として３００本程度）の凹凸条が一挙に形威される．か
くして上記走査を繰り返して得られる金属表面は、微細
な凹凸が密に存在することから、回折格子と同様に作用
して入射光を分光して反射し、虹色様の多彩な色合いで
見る角度や入射光の方向によっても様々に変化する反射
光沢を示す。

これに対し、従来のレーザビームによる金属加工方法で
は、仮に上記レンズの焦点スポット径をｌμｍ程度に絞
り込めたとしても、一回の走査で一本の溝を形或できる
だけであるから、本発明方法と同様の反射光沢を得るに
は数百倍以上の走査数が必要となり、膨大な加工時間を
要することになる。

なお、本発明方法において、金属表面に干渉光の干渉パ
ターンに対応した凹凸を形威するために必要な照射面に
おける干渉光強度は金属の材質と単位面積（長さ）当た
りの照射時間によって異なるため、これらに応してレー
ザ光源の出力、収束手段によるビームの収束度合等の諸
条件を適宜設定すればよい。

しかして、干渉縞を生じる横ずれ変位量は言うまでもな
く波長人の０．５ｎ倍（ｎは整数）を外れる量であれば
よく、第５図（Ａ）　（Ｂ）の如く干渉縞つまり溝Ｉの
方向は元のビーム成分Ｂ１に対する変位したビーム成分
Ｂ２の横ずれ変位方向に対して直交する方向となる。

また、干渉縞の間隔は上記横ずれ変位量によって変位す
るため、この変位量の選択によって溝Ｉの間隔を任意に
設定できる． このようにレーザビームを横ずれ変位させるには、レー
ザ共振器内にビーム変位手段を組込んで該共振器内で横
ずれ変位を生起させる一次的変位方法と、共振器外に設
けたビーム変位手段によって該共振器から出射されるレ
ーザビームを横ずれ変位させる二次的変位方法とがある
。

上記一次的変位方法としては、特に限定されないが、従
来よりＱスイッチパルス発振のために固体レーザの共振
器内に組込まれるＱスイッチ素子を利用する方法が最も
実用的である。すなわちＱスイノチ素子ＱＳは、第２図
で示すように、一般に熔融石英からなる直方形の弾性体
Ｓの一面に振動子（電気一音響交換用トランスデューサ
）ＴＤを固着すると共に、その対向面に超音波吸収体Ａ
Ｓを設けた構造を有しており、高周波信号源ＲＦより振
動子ＴＤに高周波信号を印加した際に該振動子ＴＤが厚
み振動を生起し、この振動が弾性体Ｓ内を超音波の縦波
（粗密波）として進行し、弾性体Ｓ内に光弾性効果によ
る周期的な屈折率変動に基づき等価的に超音波の波長と
同し間隔を持つ位相格子Ｇを形成する。

従って、このＱスイッチ素子ＱＳを図示の如くレーザ共
振器の両側反射鏡Ｍａ，Ｍｂ間にレーザ共振軸が超音波
の波面に対してブラッグ（Ｂｒａｇｇ）条件を満たす角
度をなすように配置すると、高周波信号の印加中に弾性
体Ｓに入射するレーザ光が丁度結晶格子２こよるＸ線の
ブラッグ反射のように回折散乱を受けてレーザ発振が抑
えられ、この間の連続励起によってレーザ媒質ＲＭ内に
大きな反転分布が蓄積されることになり、ここで瞬間的
に超音波信号の印加を停止（ゼロ）すると、蓄積された
エネルギーが一挙に解放されて極く短時間にレーザ発振
が立ち上がって高工不ルギー密度のバルスレーザ光つま
りＱスイッチバルスレーザ光を出力する。第４図（Ａ）
は、この一般的なＱスイッチパルス発振における高周波
信号、レーザ共振器のＱ値及びレーザ発振出力と時間と
の相関図である。

しかして、上記Ｑスイッチ素子ＱＳを本発明方法に利用
する場合は、該素子ＱＳに印加する高周波信号を第４図
（Ｂ）の如くレーザ発振時にもゼロとせずに該発振を停
止させない強度で残すようにすればよい。すなわち、上
述のようにレーザ発振時にＱスイノチ素子ＱＳに弱い高
周波信号ＲＦ．が印加されていると、その弾性体Ｓ内に
弱い位相格子Ｇが残り、この位相格子Ｇの影響を受けて
発振中のレーザビームの一部がずらされて変位し、元の
ビーム成分と横ずれ変位したビーム成分とが重なったビ
ームＲ１が共振器Ｄ＋より出射されることになる。また
、この横ずれ変位量は、印加する高周波信号の周波数に
よって任意に選択できる。

ところで、この場合には、第４図（Ａ）　（Ｂ）の比較
にて示されるように、共振器のＱ値とレーザ発振出力Ｐ
が共に若干低下するが、本発明の金属表面加工には全く
支障はない。

ここで、レーザ発振中に残留させる高周波信号ＲＦ２の
強度は、レーザ発振を仰止するために印加する高周波信
号ＲＦ，の強度の１０〜１５％程度とするのがよい。

なお、一次的変位方法のビーム変位手段としては、上述
Ｑスイノチ素子ＱＳを利用する以外に、複屈折プリズム
を利用したり、共振器の反射鏡自体に横ずれ変位機能を
有するものを用いる等の種々の手段を採用できる。

一方、二次的変位方法においてレーザ共振器の外部に設
けるビーム変位手段は特６こ限定されないが、装置構威
上簡素で且つ制御操作が容易な手段として、上記の超音
波Ｑスインチ素子と同一構造の素子を用いる手段（第７
図参照）、表面の一部反射面と背面の全反射面とを有す
る二重反射鏡を用いる手段（第８図参照）、部分透Ａ鏡
とこれに近接して平行配置した全反射鏡とを用いる手段
（第９図参照）が挙げられる。

すなわち、前一考の超音′＄ｔ．Ｑスイッチ素子と同一
構造の素子を用いる手段では、レーザ共振器から出射さ
れるレーザビームの光路中に、該素子を前記同様に該ビ
ームがブラノグ条件を満たす角度で入射するように配置
し、レーザ発振中に該素子に弱い高周波信号を印加すれ
ばよい。この印加信号の強度は前記のレーザ共振器内に
組み込むＱスインチ素子におけるレーザ発振中の印加強
度と同程度であり、これによって素子の弾性体中に形威
された弱い位相格子によって素子を透過するレーザビー
ムの一部が横ずれ変位し、元のビーム成分と重なった干
渉光として素子から出射されることになる。

また後二者の二重反射鏡を用いる手段と半ｙｉ鏡及び全
反射鏡を用いる手段では、一部反射によるビーム成分が
全反射によるビーム成分に対して光路差に基づく横ずれ
変位を生じることになるから、上記光路差を元のビーム
径より小さく設定することによって反射光ビームは両ビ
ーム成分が重なった干渉光となる。

なお、本発明方法の如くレーザビームの一部を横ずれ変
位させた場合には前述の第４図（Ａ）（Ｂ）の比較でも
示されるようにビームのエネルギー密度が低下すること
になるが、このようなエネルギー密度の低下は言うまで
もなく本来のレーザ加工の主旨からすれば極力嫌避すべ
き事項であるから、従来においては本発明の如きビーム
変位手段を採用した例は皆無である。

（実施例） 以下、本発明を図示実施例に基づいて説明する。

第１図は内部にビーム変位手段を設けたレーザ共振器Ｄ
，を用いた第１実施例のレーザ加工装置を示す。この装
置では、共振器Ｄ．から出射されるレーザビームＲ．が
ビーム成分Ｂ１とこれに対して横ずれ変位したビーム成
分Ｂ２とが重なった干渉光となっており、このビームＲ
１がレンズＬｌ＋Ｌ２を介して拡大された上で方向転換
用反射鏡Ｍ，にて９０″方向転換し、収束レンズＬ３に
て収束され、ＸＹテーブルＴ上に載置された被加工物Ｗ
に照射されるようになされている。

上記構或では、ＸＹテーブルＴをＸ方向に移動させるこ
とにより被加工物Ｗの表面がレーザビームＲ１にて走査
され、この一回の走査が終了するごとにＸＹテーブルＴ
をＹ方向に照射面のビームスポント径に相当する距離だ
け移動させて順次走査を繰り返していくことにより、該
被加工物Ｗの表面全面ないし一部の模様等とする領域全
体のビーム照射を行う。しかして、レーザビームＲ１は
ビーム成分ＢＩ．ＢＺが重なったものであることから、
一回の走査ごとに金属表面には照射スポット内における
両ビーム成分Ｂ，，Ｂ２の重合領域に第５図の（Ａ）ま
たは（Ｂ）のように干渉縞を生じ、その明部に対応した
数百本の凹条■が形威される。

なお、第５図（Ａ）は両ビーム成分Ｂ＋．Ｂｚのずれ方
向が横方向である場合、同（Ｂ）は同じく縦方向である
場合のそれぞれ干渉縞を示している。

第２図は上記第１実施例におけるレーザ共振器Ｄ，の構
或例を示す。すなわち、この共振器Ｄ，は、出射側の反
射鏡Ｍａと反対側の反射鏡Ｍｂとの間のレーザ共振軸上
に、出射側から順次、超音波Ｑスイッチ素子ＱＳ，アバ
ーチャＡＰＳＮｄ　：　ＹＡＧロンドの如き固体のレー
ザ媒質ＲＭが配置されてなる。上記Ｑスイノチ素子ＱＳ
は、周知のように、硬化した溶融石英よりなる直方形の
弾性体Ｓの一面に、外部の高周波信号源ＲＦに接続する
振動子ＴＤが固着されると共に、その対向面に超音波吸
収体Ａｓが設けられた構造を有しており、高周波信号源
ＲＦより印加される高周波信号が振動子ＴＤにて超音波
に変換され、弾性体Ｓ内に進行する超音波による周期的
な屈折率変動に基づき該超音波の波長と同し間隔を持つ
位相格子Ｇを形或するものであり、該超音波の波面に対
してレーザ共振軸がブラッグ条件を溝たす角度をなすよ
うに配置されている。

従って、共振器Ｄ．では、Ｑスイッチ素子ＱＳに高周波
信号を印加することにより、レーザ光が回折散乱を受け
てレーザ発振が抑止され、その間の連続励起によってレ
ーザ媒質ＲＭ内に大きな反転分布が蓄積され、次いで第
４図（Ａ）の如く超音波信号を停止すれば、極く短時間
にレーザ発振が立ち上がり、従来と同様にＱスイッチパ
ルスレーザ光を出力することができる。

しかるに、本発明方法では、第４図（Ｂ）の如く上記レ
ーザ発振時にも超音波信号をゼロとせずにレーザ発振仰
止時の信号強度の１０〜１５％程度残しておくことによ
り、弾性体Ｓ内に残る弱い位相格子Ｇの影響を受けて発
振中のレーザビームの一部かずらされて変位し、共振器
Ｄ．より元のビーム成分Ｂ．と横ずれ変位したビーム成
分Ｂ２とが重なったビームＲ１が出射される。

かお、このようなＱスイッチ素子ＱＳとしては、超音波
を一方向から印加するものと、第３図で示すように弾性
体Ｓの隣接する面にそれぞれ振動子ＴＤｖとＴＤｈを有
する二方向印加型のＱスイッチ素子Ｑ　Ｓ　ｚとがある
。すわなち一方向印加型のＱスイッチ素子ではレーザ光
の散乱損失が入射光の偏光に強く依存し、例えばＮｄ　
：　ＹＡＧレーザでは４０Ｍｌｌｚの超音波振動を印加
した際の超音波の進行方向に平行な偏光面を持つ光の散
乱損失は同しく垂直な偏光面を持つ光の散乱損失に対し
て約５倍となる。これに対し、二方向印加型Ｑスイノチ
素子Ｑ　Ｓ　ｚでは互いに直交するｌ４方向と■方向の
二方向から超音波が進行することになるから、偏光面に
依存しない大きな散乱損失を得ることができる。

ここで、二方向印加型Ｑスイッチ素子Ｑ　Ｓ　ｚを本発
明方法におけるビーム変位手段として利用する場合は、
レーザ発振時に残留させる超音波信号ＲＦ２を二方向の
うち一方向側のみとして他方向側の印加をゼロとするこ
とが望ましい。これは、レーザ光の偏光を直線偏光だけ
で構或することにより、完全な直線状の干渉縞が形威さ
れ易《、本発明のように干渉縞に対応した溝加工を施す
場合に好都合となることによる。なお、この二方向印加
型Ｑスイッチ素子ＱＳ２を用いる場合、振動子ＴＤｖ　
（Ｖ方向）とＴＤｈ　（Ｈ方向）の方向設定により形或
される溝Ｉの方向が９０゜異なることになり、従って溝
Ｉの方向を選択できる。

一方、Ｑスイッチ素子ＱＳが一方向印加型の場合でも、
第６図で示すように、２枚の２波長仮ＰＰ２を組み合わ
せることにより、初期の直線偏光ｔ１を１枚目のス波長
板Ｐ，で円偏光ｔ２に変換して２枚目の２波長仮Ｐｔで
直線偏光Ｌ３に戻すことができるから、２枚目の２波長
仮Ｐ２を回転させることによって直線偏光ｔ３を任意の
方向に設定可能であり、それによって干渉縞に対応した
溝Ｉの方向を任意に選択できる。

？みにレーザ共振器Ｄ１として二方向印加型Ｑスイッチ
素子Ｑ　Ｓ　ｚを内蔵したＹＡＧ　（Ｎｄ３−・Ｙ，Ａ
Ｎ，Ｏ．■）レーザ振動器を使用し、該素子ＱＳＺのＨ
方向の振動子ＴＤｈには４０Ｍ　Ｈ２　・２０Ｗ、■方
向の振動子ＴＤｖには４０ＭＨ２・５Ｗの高周波信号を
印加すると共に、レーザ発振時には振動子ＴＤｈに２〜
３Ｗの高周波信号が印加されるように残して且つ振動子
ＴＤｖへの高周波信号を切る（ゼロ）とする条件により
、Ｑスイッチバルスレーザビーム（発振波長ｌ．０６μ
醜、パルス幅１００ｎｓ，パルス繰り返し周波数ＩＭＨ
ｚ、平均出力４Ｗ）を焦点深度１（＋’ｏ＋＋ａの加工
用集光レンズＬ，にて収束すると共に、その焦点Ｆより
４ｍ上にステンレス鋼板からなる被加工吻Ｗの表面を位
置させ、ＸＹテーブルＴのＸ方向移動速度を１００ｗ／
ｍｉｎに設定して加工を行ったところ、照射面上のビー
ムスボ７ト径が約０．３閣となり、各走査ごとに０．３
ＩＩＩＩｌ幅内に相互間隔及び深さ共に約０．９５μ−
の溝Ｉが約３００本形威された。そして照射を完了した
被加工物の加工表面は、太陽光及び室内照明光のいずれ
の照明下でも虹色の多彩な反射光沢を示し、この色合い
は照明方向及び見る角度によって様々に変化した。なお
、上記素子ＱＳ．の振動子ＴＤｈ，ＴＤｖに対する高周
波信号の印加設定を上記とは逆にした場合は、溝Ｉの方
向が上記とは逆となった。

第７図はレーザ媒体が固体あるいは気体の一般的なレー
ザ共振器Ｄ２を用いた第２実施例のレーザ加工装置を示
す。この装置では、レーザ共振器Ｄ２より出射されるレ
ーザビームＲＯの光路中に前記の第ｌ実施例における超
音波Ｑスイッチ素子と同一構造の素子ＱＳが介在されて
いる。しかして、この素子ＱＳは、高周波信号源ＲＦよ
り印加される高周波信号によって生じる超音波の波面に
対してビームＲｏの入射光がブラソグ条件を満たすよう
に配置している。

この第乏実施例の装置では、素子ＱＳに前記第１実施例
におけるレーザ発振時に印加する高周波信号と同レベル
の弱い高周波信号を継続的に印加することにより、素子
ＱＳの内部に形成される弱い回折格子の影響を受けて入
射したレーザビームＲｏの一部が横ずれ変位し、元のビ
ーム成分Ｂ１と変位したビーム成分Ｂ２とが重なった干
渉光であるビームＲ．として出射される。従って、この
ビームＲ，をレンズＬ＋，Ｌ２及び反射鏡Ｍ，を経て収
束レンズＬ３にて収束し、ＸＹテーブルＴ上の被加工物
Ｗの金属表面に照射することにより、前記同様の干渉縞
に対応した微細溝の加工を行うことができる。

第８図及び第９図は、前記第２実施例と同様の一般的な
レーザ共振器Ｄｔを用いた第３及び第４実施例のレーザ
加工装置を示す。しかして、第３実施例の装置では、前
記第１．２実施例の装置における方向変換用反射鏡Ｍ１
の位置に、表面の一部反射面ｍｔと背面の全反射面ｍ，
とを有する二重反射鏡Ｍ２が配置されている。また第４
実施例の装置では、上記と同位置に、表面で一部反射を
行うと共に背面を反射不能とした部分透過鏡Ｍ，とその
背面側に平行配置した全反射鏡Ｍ４とを有しでいる。

これら、第３，第４実施例の装置においては、レーザ共
振ＨＤｚより出射されてレンズＩ−＋　　　Ｌｔを介し
て拡大されたレーザビームＲｏが、二重反射鏡Ｍ２の両
反射面ｍ＋　，ｍ２にて反射した両反射光の光路差、あ
るいは部分透過鏡Ｍ，と全反射ｔＡ　Ｍ．で反射した両
反射光の光路差により、互いに横ずれ変位したビーム成
分Ｂ＋，Ｂｚとが重なった干渉光であるビームＲ１とし
て収束レンズＬ３に入り、前記同様に収束されてテーブ
ルＴ上の被加工物Ｗの金属表面に照射されることになる
。従って、この照射スポットにおける両ビーム成分Ｂ，
とＢ２との重合領域に干渉縞が形威され、該金属表面に
干渉縞と対応した微細溝加工を施すことができる．しか
して、その溝方向はｋＡ　Ｍ　ｚまたはＭ，とＭ４を回
転させることにより、また満幅は鏡Ｍ２における両反射
面ｍ．，ｍ．の距離あるいは鏡Ｍ，とＭ４の距離の設定
により、それぞれ任意に設定できる。

なお、上記第１〜４実施例では収束レンズＬ３によるビ
ーム照射位置をいずれも該レンズＬ，の焦点よりも浅い
側にて設定しているが、逆に該焦点よりも深い側に設定
しても同様の微細溝加工を行える。金属表面に対する干
渉光の照射位置をＸＹ方向に変位させる照射位置変位手
段は、例示したＸＹテーブルＴに限らず、被加工物の取
付部を可動として被加工物側を変位させるものでもよい
し、ＸＹの各方向変位を担う２枚の回動鏡を組み合わせ
たＸＹスキャナー等で干渉光側を変位させるものでもよ
い。なお、ＸＹスキャナーを利用して金属表面の加工を
行う場合には、回動鏡の角度によって金属表面までのビ
ーム長さが変化するので、これを補正するためにＺスキ
ャナー等の焦点変位手段を組み合゜わせることか望まし
い。また、本発明装置においてレーザビームの光路に像
回転プリズムを介在させれば、該プリズムの回転に伴っ
て干渉パターンの干渉縞の方向が変化するから、金属表
面に形威される溝の方向も変化することになり、金属表
面の見る角度及び入射光の方向による反射光沢の色合い
変化がより顕著となり、丁度オパール石のような玉虫色
の反射光沢を示す。更に、収束手段の光軸方向の焦点位
置を変位させる焦点変位手段を設けることにより、曲面
状等の三次元形状の金属表面に対しても照射面のＺ方向
位置に応して焦点位置を変化させることが可能となり、
照射面の干捗光強度を一定に保持して金属表面の加工部
全体に均一な凹凸を形成することができる。この焦点変
位手段としては、必ずしも収束手段自体を移動させる必
要はなく、光路に介在するレンズのいずれかを光軸方向
に変位させるものであればよい．しかして、焦点変位操
作は、被加工物の表面形状を予め測定し、この測定結果
を制御系にインブソトして数値制御により自動的にレン
ズの光軸方向変位を行うものであり、従来のレーザ加工
に利用されているＺスキャナー（ＤｙｎａｍｔｃＦｏｃ
ｕｓ）を利用できる。

なお、上述したＸＹスキャナー、Ｚスキャナー像回転プ
リズムに関しては、本出願人に係る既述の特順平１　−
８４３２６号にて詳細な開示がある。

しかして、本発明方法及び装置によれば、干渉光の照射
部で金属表面に様々な模様を描くことにより、それ自体
が虹色様に輝く模様を形成することが可能である．この
ような模様形或は、模様のプログラムをＸＹ方向変位手
段あるいはこれとＺ方向変位千段゛の制御系に入力し、
この制御系の信号に基づいて干渉光の照射領域をＸＹ方
向あるいはこれとＺ方向に自動的に変化させるようにす
ればよい。

（発明特有の効果） 本発明方法及び装置によれば、レーザビームの干渉光を
利用して金属表面に１μ鯵程度あるいはそれ以下といっ
た極めて微細な密な凹凸を容易にかつ短時間で形成可能
であるため、該凹凸に基づき表面全体ないし一部の模様
等が虹色様に多彩で診る角度や入射光の方向によって様
々に変化する玉虫色の美麗な反射光沢を示す金属製品を
提供できる． また本発明方法によれば、上記干渉光を横或する二つの
ビーム成分の波面の光路が殆ど同であるため、単一のレ
ーザビームより完全に分割された複数本のビームを重ね
る方法あるいはマルチモードのレーザビームにおける明
パターン成分相互を重ねる方法によって干渉光を形成す
る場合に比較して、光路の空気の擾乱や振動による影響
を受けにくく、それだけ完全な干渉縞が得られ易く加工
精度が向上すると共に、コヒーレンス性の悪いレーザに
も適用可能となる。更に、本発明方法はレーザ媒体が固
体であるレーザと気体であるレーザの両者に適用できる
という利点がある。

しかして、本発明の請求項（２）の方法によれば、従来
のＱスイッチバルスレーザ発振を行うレーザ加工装置を
全く改変することなく利用して、その超音波Ｑスイッチ
素子に対する高周波信号源の回路を僅かに変えるだけで
、本来のＱスイッチングと本発明の特徴たるレーザビー
ムの一部の横ずれ変位との両機能を同時に発揮させるこ
とができ、しかも元のビーム成分と変位したビーム成分
とが重なった干渉光ビームの安定性がよいことから、加
工品位も安定し、加えて高周波信号の周波数の変化によ
って形威される凹凸の間隔を任意に設定できるという利
点がある。

一方、本発明装置によれば、レーザ共振器の外部にビー
ム変位手段を設けることから、該共振器として様々な種
類のものを利用でき、既存のレーザ加工装置を本発明方
法用に転用することが容易である。

また、本発明の請求項（４）〜（６）の各装置によれば
、ビーム変位手段として極めて簡単な光学的部品を利用
でき、それだけ装置全体の構造が簡素化し、設備コスト
が低減されるという利点がある。

更に本発明によれば、レーザ加工の特性、即ち多品種少
量生産に適しており、多種類の模様（絵柄）の加飾加工
を効率的に行うことが可能である。

また本発明によれば、加工される金属表面は、必ずしも
平坦面である必要はなく、クリスタルカノトや多少凹凸
のある金属表面であってもこれに影響されることなく加
工することができ、また非接触加工であるために、加工
途上において被加工材を強固に支持する必要がなく、仮
止め程度でよいから加工作業も容易である． 更に本発明により加工された金属表面の微細凹凸溝は例
えば加熱転写により樹脂フイルムの表面に転写すること
ができ、この転写された樹脂フイルムの表面にアルミ茎
着等の後加工を行うことによって包装紙等に使用される
加飾フイルムを簡単に製作することができるため、本発
明はこれらの転写技術としても応用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第ｌ実施例のレーザ加工装置の概略構
造図、第２図は同装置に使用されたレーザ共振器の概略
構造図、第３図は同共振器に組み込まれる超音波Ｑスイ
ッチ素子の一例を示す斜視図、第４図（Ａ）は超音波Ｑ
スイノチ素子の従来の操作手段における高周波信号一レ
ーザ共振器のＱ値一レーザ発振出力一時間の相関図、第
４図（Ｂ）は同じく本発明の操作手段における上記同様
の相関図、第５図（Ａ）（Ｂ）は本発明方法により金属
表面に照射されたビームスボントの平面図、第６図はＡ
波長板を介在したレーザビームの偏光変化を示す説明図
、第７図〜第９図は本発明の第２〜第４実施例の各々の
レザー加工装置の概略構遣図である。 Ｄ１，Ｄｔ・・・レーザ共振器、Ｒ．・・・変位前のレ
ーザビーム、Ｒ１・・変位後のレーザビーム、Ｂ１・・
元のビーム成分、Ｂ１・・変位したビーム成分、Ｌ３・
・・収束レンズ、Ｔ・・・ＸＹテーブル（照射位置変位
手段）、ＱＳ・・・超音波Ｑスイッチ、ＲＦ，，ＲＦ．
・・・超音波信号、ｌ・・・溝（ｖＩ！．細凹凸）、Ｍ
２・・・二重反射鏡、Ｍ，・・・部分透過鏡、Ｍ４・・
・全反射鏡。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）、レーザビームの一部を横ずれ変位させて元のビ
   ーム成分と変位したビーム成分とが重なったビームとし
   、このビームを収束して金属表面に照射することにより
   、上記両ビーム成分の重合領域に生じる干渉縞の強度分
   布に対応した微細凹凸を該金属表面に形成することを特
   徴とする金属表面のレーザ加工方法。
2. （２）、固体レーザの共振器内に超音波Ｑスイッチ素子
   を組み込むと共に、このＱスイッチ素子に印加する高周
   波信号をレーザ発振時において該レーザ発振を停止させ
   ない強度で残すことにより、レーザビームの一部を横ず
   れ変位させる請求項（１）記載のレーザ加工方法。
3. （３）、レーザ共振器と、この共振器より出射されるレ
   ーザビームの光路中に介在して該ビームの一部を横ずれ
   変位させて元のビーム成分と変位したビーム成分とが重
   なったビームとするビーム変位手段と、このビームを収
   束して被加工物の金属表面に照射させるビーム収束手段
   と、このビームの照射位置をＸＹ方向に相対的に変位さ
   せる照射位置変位手段とを具備してなる金属表面のレー
   ザ加工装置。
4. （４）、ビーム変位手段が超音波Ｑスイッチ素子と同一
   構造の素子からなる請求項（３）記載の金属表面のレー
   ザ加工装置。
5. （５）、ビーム変位手段が表面の一部反射面と背面の全
   反射面とを有する二重反射鏡からなる請求項（３）記載
   の金属表面のレーザ加工装置。
6. （６）、ビーム変位手段が部分透過鏡とこれに近接して
   平行配置した全反射鏡とからなる請求項（３）記載の金
   属表面のレーザ加工装置。