(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面粗さＲａが２．０μｍ以上及び／又は表面粗さＳａが２．０μｍ以上の凹凸を有する基材表面に対し、下記（i）〜（iii）の要件を全て満たすレーザビームを照射し、当該表面を加工する表面処理方法。
（i）レーザビームスポットの中心から半径２５μｍの範囲のパワー密度が、１．０×１０３〜１．０×１０５ｋＷ／ｃｍ２である。
（ii）レーザビームスポット全体のパワー密度が、レーザビームスポットの中心から半径２５μｍの範囲のパワー密度の０．０８〜０．１２倍である。
（iii）レーザビームスポットの中心から半径２５μｍの範囲の作用時間が、１．７×１０−６〜１．０×１０−５秒である。
【請求項２】
下記（ａ）の要件と、下記（ｂ）及び（ｃ）の少なくとも一つの要件とを満たすように前記表面を加工する請求項１に記載の表面処理方法。
（ａ）レーザビーム照射後の被処理面の表面粗さＲａ’が、初期表面粗さＲａの０．８０倍以上、１．２０倍以下である。
（ｂ）レーザビーム照射後の被処理面の表面粗さＲｓｍ’が、初期表面粗さＲｓｍの１．１０倍以上である。
（ｃ）レーザビーム照射後の被処理面の表面粗さＰｃ’が、初期表面粗さＰｃの０．９０倍以下である。
【請求項３】
下記（ｄ）の要件と、下記（ｅ）及び（ｆ）の少なくとも一つの要件とを満たすように前記表面を加工する請求項１に記載の表面処理方法。
（ｄ）レーザビーム照射後の被処理面の表面粗さＳａ’が、初期表面粗さＳａの０．８０倍以上、１．２０倍以下である。
（ｅ）レーザビーム照射後の被処理面の表面粗さＳｐｃ’が、初期表面粗さＳｐｃの０．９０倍以下である。
（ｆ）レーザビーム照射後の被処理面の表面粗さＳｐｄ’が、初期表面粗さＳｐｄの０．９０倍以下である。
【請求項４】
前記凹凸を有する基材表面は、レーザ加工、機械加工、ブラスト、及びエッチングから選ばれる少なくとも一つの前処理によって形成されたものである請求項１〜３のいずれかに記載の表面処理方法。
【請求項５】
前記凹凸を有する基材表面は、基材本体に形成された被覆層である請求項１〜４のいずれかに記載の表面処理方法。
【請求項６】
前記被覆層は、溶射皮膜である請求項５に記載の表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザビームを用いた表面処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザ発振器の発展に伴い、レーザビームによる様々な加工が可能となり、基材表面の粗面化や平坦化など、基材の表面形態を制御する目的にもレーザ加工が用いられている。例えば、特許文献１には、セラミック基材に対してレーザビームを照射し、セラミック基材の表面を粗面化する方法が記載されている。【０００３】
レーザ加工は有用な技術であるが、いくつかの課題もある。例えば、レーザビームによる溝切り加工を行った際、溝の開口部の周囲に残留物が堆積することでバリが発生することがある。発生したバリは、製品の外観を損なう、あるいは接触物に対してキズをつける等の不具合を生じさせる。このようなバリを除去する方法としては、特許文献２、３のように、レーザ加工を行った後、バリを除去するために改めて条件設定を行い、再度レーザ加工を行う方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１６／１７０８９５号
【特許文献２】特開２００７−２０９９９２号公報
【特許文献３】特開２０１５−１７４１０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
バリの例に限らず、レーザ加工の分野では、ある目的を達成するためにレーザ加工を行うと、他の不具合が生じるというケースがしばしば存在する。【０００６】
例えば、ロールやプーリーといった、板、紙、フィルム、糸等の物品を搬送するための設備の表面に微細で鋭利な突起部が存在すると、物品を搬送する際に当該物品の表面にキズをつけるおそれがある。しかし一方で、平滑化のためのレーザ加工によって搬送面全体が平坦になると、搬送される物品がスリップしてしまい、当該設備の本来の機能を損なうおそれがある。このように、物品を保持するために必要な最低限のグリップ性能は保持しつつ、低攻撃性を有する表面形状を得るための方策が求められている。【０００７】
また、例えば、シリンダーやガイドなどの摺動部品の表面に微細で鋭利な突起部が残っていると、摺動時に相手材を攻撃するおそれがある。しかし一方で、平滑化のためのレーザ加工によって摺動面全体が平坦になると、油などの潤滑剤を保持することができなくなることがある。そのため、潤滑剤を保持できる最低限の粗さを維持しつつ、相手材に対して低攻撃性を有する表面形状を得るための方策が求められている。【０００８】
本発明は、従来技術が抱える上述したような問題点を解決するためになされたものであり、基材表面の微細で鋭利な突起部を除去しつつ、表面に一定の粗さを残す表面処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らはまず、上記の課題を解決するために、レーザビーム照射の前後で表面粗さパラメータにどのような変化が見られることが望ましいか検証を行った。その結果、線粗さに着目した場合、下記（ａ）の要件と、（ｂ）及び（ｃ）の少なくとも一つの要件とを同時に満たすことが上記の表面処理方法を実現するための一つの基準になることを見出した。また、面粗さに着目した場合、下記（ｄ）の要件と、（ｅ）及び（ｆ）の少なくとも一つの要件とを同時に満たすことが上記の表面処理方法を実現するための一つの基準になることを見出した。【００１０】
上記（ａ）〜（ｃ）の要件とは、以下のとおりである。
（ａ）レーザビーム照射後の被処理面の表面粗さＲａ’が、初期表面粗さＲａの０．８０倍以上、１．２０倍以下である。
（ｂ）レーザビーム照射後の被処理面の表面粗さＲｓｍ’が、初期表面粗さＲｓｍの１．１０倍以上である。
（ｃ）レーザビーム照射後の被処理面の表面粗さＰｃ’が、初期表面粗さＰｃの０．９０倍以下である。【００１１】
上記（ｄ）〜（ｅ）の要件とは、以下のとおりである。
（ｄ）レーザビーム照射後の被処理面の表面粗さＳａ’が、初期表面粗さＳａの０．８０倍以上、１．２０倍以下である。
（ｅ）レーザビーム照射後の被処理面の表面粗さＳｐｃ’が、初期表面粗さＳｐｃの０．９０倍以下である。
（ｆ）レーザビーム照射後の被処理面の表面粗さＳｐｄ’が、初期表面粗さＳｐｄの０．９０倍以下である。【００１２】
しかしながら、本発明者らが検証を行ったところ、一般的なレーザビームの加工条件では、微小な突起部を取り除くことができる代わりに、被処理面の全体が平坦になる、または深く掘られすぎて粗さ（具体的には、高さ方向の算術平均粗さ（Ｒａ、Ｓａ））が大きくなるというトレードオフの関係にあるという課題に直面した。すなわち、上記（ａ）の要件と、（ｂ）及び（ｃ）の少なくとも一つの要件とを同時に満たす方法、あるいは、上記（ｄ）の要件と、（ｅ）及び（ｆ）の少なくとも一つの要件とを同時に満たす方法はこれまで確立されていなかった。そして、本発明者らが数々の実験を重ねたところ、表面粗さＲａが２．０μｍ以上及び／又は表面粗さＳａが２．０μｍ以上の凹凸を有する基材表面に対しては、下記（i）〜（iii）の要件を全て満たすレーザビームを照射することが、要求される上記表面粗さパラメータの変化を実現する上で有効であることを見出した。【００１３】
すなわち、本発明は、表面粗さＲａが２．０μｍ以上及び／又は表面粗さＳａが２．０μｍ以上の凹凸を有する基材表面に対し、下記（i）〜（iii）の要件を全て満たすレーザビームを照射し、当該表面を加工する表面処理方法である。
（i）レーザビームスポットの中心から半径２５μｍの範囲のパワー密度が、１．０×１０３〜１．０×１０５ｋＷ／ｃｍ２である。
（ii）レーザビームスポット全体のパワー密度が、レーザビームスポットの中心から半径２５μｍの範囲のパワー密度の０．０８〜０．１２倍である。
（iii）レーザビームスポットの中心から半径２５μｍの範囲の作用時間が、１．７×１０−６〜１．０×１０−５秒である。【００１４】
上記本発明によれば、下記（ａ）の要件と、下記（ｂ）及び（ｃ）の少なくとも一つの要件とを同時に満たす加工を行うことが可能となる。
（ａ）レーザビーム照射後の被処理面の表面粗さＲａ’が、初期表面粗さＲａの０．８０倍以上、１．２０倍以下である。
（ｂ）レーザビーム照射後の被処理面の表面粗さＲｓｍ’が、初期表面粗さＲｓｍの１．１０倍以上である。
（ｃ）レーザビーム照射後の被処理面の表面粗さＰｃ’が、初期表面粗さＰｃの０．９０倍以下である。【００１５】
上記本発明によれば、下記（ｄ）の要件と、下記（ｅ）及び（ｆ）の少なくとも一つの要件とを同時に満たす加工を行うことが可能となる。
（ｄ）レーザビーム照射後の被処理面の表面粗さＳａ’が、初期表面粗さＳａの０．８０倍以上、１．２０倍以下である。
（ｅ）レーザビーム照射後の被処理面の表面粗さＳｐｃ’が、初期表面粗さＳｐｃの０．９０倍以下である。
（ｆ）レーザビーム照射後の被処理面の表面粗さＳｐｄ’が、初期表面粗さＳｐｄの０．９０倍以下である。【００１６】
上記（ａ）〜（ｆ）の要件については、更に以下の（ａ’）〜（ｆ’）の要件を満たすことが、より顕著な効果を奏する上で好ましい。
（ａ’）レーザビーム照射後の被処理面の表面粗さＲａ’が、初期表面粗さＲａの０．９０倍以上、１．１０倍以下である。
（ｂ’）レーザビーム照射後の被処理面の表面粗さＲＳｍ’が、初期表面粗さＲＳｍの１．２０倍以上である。
（ｃ’）レーザビーム照射後の被処理面の表面粗さＰｃ’が、初期表面粗さＰｃの０．６０倍以下である。
（ｄ’）レーザビーム照射後の被処理面の表面粗さＳａ’が、初期表面粗さＳａの０．９０倍以上、１．１０倍以下である。
（ｅ’）レーザビーム照射後の被処理面の表面粗さＳｐｃ’が、初期表面粗さＳｐｃの０．８０倍以下である。
（ｆ’）レーザビーム照射後の被処理面の表面粗さＳｐｄ’が、初期表面粗さＳｐｄの０．８０倍以下である。【００１７】
前記凹凸を有する基材表面は、レーザ加工、機械加工、ブラスト、及びエッチングから選ばれる少なくとも一つの前処理によって形成されたものであってもよい。【００１８】
前記凹凸を有する基材表面は、基材本体に形成された被覆層であり、その被覆層は、溶射皮膜であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、表面の微細で鋭利な突起部を除去しつつ、全体としての表面粗さを残す表面処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係るレーザビームを用いた表面処理の一例を表す斜視模式図である。
【図２】図１においてレーザビームの進行方向と直交する方向から見た拡大断面模式図である。
【図３】本発明の表面処理方法を実施するためのレーザ加工装置の一例を示す概略図である。
【図４】本実施形態で使用するレーザビームの出力分布の測定結果の一例を示す図である。
【図５】図４で示されたエネルギー分布の断面プロファイルである。図５中、斜線で示された範囲が、レーザビームスポットの中心から半径２５μｍの範囲である。
【図６】図４で示されたエネルギー分布の断面プロファイルである。図６中、斜線で示された範囲が、レーザビームスポット全体の範囲である。
【図７】レーザビームの照射前の表面形状を二次元で表した断面図である。
【図８】レーザビームの照射後の表面形状を二次元で表した断面図である。
【図９】レーザビームの照射前の表面形状を三次元で表した写真図である。
【図１０】レーザビームの照射後の表面形状を三次元で表した写真図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明の一実施形態について詳しく述べる。図１は、本発明の実施形態に係るレーザビームを用いた表面処理の一例を表す斜視模式図である。図２は図１においてレーザビームの進行方向と直交する方向から見た拡大断面模式図である。
【００２２】
図１及び図２に示すように、凹凸を有する基材２の表面２ａに、一定のエネルギー量を有するレーザビーム１６を照射することで、基材表面２ａの材質に熱反応を生じさせ、基材２の表面形態を変化させることができる。レーザビーム１６は一方向に走査しながら照射し、一列分の照射が終わると隣の列に移動する。そして、隣の列を同じく一方向に走査しながら照射し、照射が終わると更に隣の列に移動する。これらの動作を繰り返し行うことで、被処理面の全体を表面処理する。なお、レーザビーム１６を走査するのではなく、基材側を動かすことで同様の処理を行ってもよい。
【００２３】
基材表面２ａの材質は、金属、セラミックス又はサーメットが好ましい。基材表面２ａは、基材本体上に形成された被覆層からなるものであってもよい。ここでの基材本体とは、バルク体など単一素材からなり、被処理物品の強度的な基本構造になるものを指す。基材の形状は限定されず、板状、柱状、円盤状、椀状、筒状、円環状、テーパー状のいずれであってもよく、一部に段差がある立体形状であってもよい。
【００２４】
基材表面２ａの凹凸は、レーザ加工、機械加工、ブラスト、及びエッチングから選ばれる少なくとも一つの前処理によって形成されたものであってもよい。
【００２５】
基材本体上に被覆層を形成する方法としては、溶射法、めっき法、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法等が挙げられる。溶射直後の皮膜表面には微細で鋭利な突起部が形成されることが多いことから、上記被覆層が溶射皮膜である場合に、本発明は特に良好に適用される。
【００２６】
金属材料としては、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔａ、Ｙ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｂ、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｌａの群から選択される元素の単体金属、及びこれら元素の１種以上を含む合金が挙げられる。
【００２７】
セラミックス材料としては、酸化物セラミックス、窒化物セラミックス、フッ化物セラミックス、炭化物セラミックス、硼化物セラミックス、若しくはそれらを含む化合物、又はこれらの混合物が挙げられる。
【００２８】
サーメット材料としては、ＷＣ、Ｃｒ３Ｃ２、ＴａＣ、ＮｂＣ、ＶＣ、ＴｉＣ、Ｂ４Ｃ、ＳｉＣ、ＣｒＢ２、ＷＢ、ＭｏＢ、ＺｒＢ２、ＴｉＢ２、ＦｅＢ２、ＣｒＮ、Ｃｒ２Ｎ、ＴａＮ、ＮｂＮ、ＶＮ、ＴｉＮ、ＢＮの群から選択される１種以上のセラミックスを、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔａ、Ｙ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｌａの群から選択される１種以上の金属と複合化したものが挙げられる。
【００２９】
使用するレーザは連続発振レーザが望ましく、被処理面の初期形態及び材質に応じてファイバーレーザ、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、半導体レーザ、ディスクレーザ等の一般的なレーザから任意に選択できる。
【００３０】
本実施形態においてレーザビーム１６は、下記（i）〜（iii）の要件を全て満たす条件で照射される。
（i）レーザビームスポットの中心から半径２５μｍの範囲のパワー密度が、１．０×１０３〜１．０×１０５ｋＷ／ｃｍ２である。
（ii）レーザビームスポット全体のパワー密度が、レーザビームスポットの中心から半径２５μｍの範囲のパワー密度の０．０８〜０．１２倍である。
（iii）レーザビームスポットの中心から半径２５μｍの範囲の作用時間が、１．７×１０−６〜１．０×１０−５秒である。
【００３１】
本発明におけるパワー密度及び作用時間は、以下のように定義する。
パワー密度：出力／スポット面積（＝半径２×π）
作用時間：任意の点をレーザのスポットが通り過ぎるのに必要な時間（＝（半径×２）／走査速度）
【００３２】
図３は、本発明の表面処理方法を実施するためのレーザ加工装置１０の一例を示す概略図である。レーザ加工装置１０は、図示しないレーザ発振器、光ファイバー、制御装置、コリメートレンズ、図示のガルバノスキャナ１１、ｆθレンズ１２、基材２をＸ方向及びＹ方向に移動させるＸＹテーブル１３を備えている。
【００３３】
レーザ発振器から出射されたレーザビームは、光ファイバーによって伝送され、ガルバノスキャナ１１の前段に配置されたコリメートレンズに入射する。コリメートレンズに入射したレーザビームは平行光に調整され、ガルバノスキャナ１１に入射する。ガルバノスキャナ１１はミラー１４及びミラー１４の角度を調整するガルバノモーター１５を備えており、ミラー１４を制御することでレーザビーム１６を任意のパターンでスキャニングする。ＸＹテーブル１３は基材２を固定すると共に、ＸＹ方向に移動させることができる。
【００３４】
制御装置は基材２の表面２ａをレーザ加工するための加工プログラム、加工条件などに基づいて、レーザ発振器から出射させるレーザビームの出力や出射タイミング、ガルバノスキャナ１１がスキャンするレーザビームのパターン及びスキャン速度を制御する。
【００３５】
レーザビームを伝送する光ファイバーのコア径、コリメートレンズ及びｆθレンズ１２の焦点距離並びにｆθレンズ１２と基材２との距離を適切に組み合わせることで、スポット径内のエネルギー分布を制御することができる。
【００３６】
ガルバノスキャナ１１によってスキャニングできる基材２の範囲は限定されている。そのため、スキャンニングできる範囲内での加工が終了すると、基材２は未加工領域がスキャニング可能な位置となるようＸＹテーブル１３によって移動させられ、再び加工される。これにより、制御装置に予め入力されている加工プログラムに基づいたパターンで基材２の表面全体をレーザ加工することができる。
【００３７】
図４は、本実施形態で使用するレーザビームの出力分布の測定結果の一例を示す図である。また、図５及び図６は、図４で示されたエネルギー分布の断面プロファイルである。図４〜６から分かるように、レーザビームスポットの中心から半径２５μｍの範囲はエネルギーが大きな領域であり、この領域が基材表面への粗さ付与に大きく寄与する。レーザビームスポットの中心から半径２５μｍの範囲のパワー密度の範囲は、１．０×１０３〜１．０×１０５ｋＷ／ｃｍ２に設定されている。この範囲から外れると、加工が不十分であったり、加工が進みすぎたりする。レーザビームスポットの中心から半径２５μｍの範囲のパワー密度を規定した理由は、この範囲におけるパワー密度を調整したときに、目的とする加工の可否が顕著に現れたからである。
【００３８】
図４〜６に示されているように、本実施形態で使用するレーザビームの強度分布は、レーザビームスポットの中心付近から離れた位置でも一定量のエネルギーを保持している。図５中、斜線で示された範囲の単位面積当たりのエネルギー量が、レーザビームスポットの中心から半径２５μｍの範囲のパワー密度を表す。図６中、斜線で示された範囲の単位面積当たりのエネルギー量が、レーザビームスポット全体のパワー密度を表す。これらのバランスが適切に設定されることで、表面の微細で鋭利な突起部を除去し、滑らかな凹凸面を作ることが可能となる。レーザビームスポット全体のパワー密度は、レーザビームスポットの中心から半径２５μｍの範囲のパワー密度に対して０．０８〜０．１２倍になるように設定されている。この範囲から外れると、加工が不十分であったり、加工が進みすぎたりする。
【００３９】
レーザビームのパワー密度とは別に、レーザビームスポットの中心から半径２５μｍの範囲における作用時間も、表面の微細で鋭利な突起部を除去しつつ、一定の粗さを残すための重要なパラメータの一つである。作用時間が短すぎると充分な加工が行われず、作用時間が長すぎると加工が進みすぎてしまう。レーザビームスポットの中心から半径２５μｍの範囲の作用時間は、１．７×１０−６〜１．０×１０−５秒になるように設定されている。
【００４０】
図７及び図８は、レーザビームの照射前と照射後の表面形状の違いを二次元で表した断面図である。図７はレーザビームの照射前を表し、図８はレーザビームの照射後を表す。このような断面曲線は、例えば、触針式粗さ計を用いて取得することができる。図７に示すように、照射前において基材表面には微細で鋭利な突起部を含むランダムな凹凸面が形成されている。一方、図８に示すように照射後においては、基材表面から微細で鋭利な突起部は消失しており、一方で基材表面に一定の粗さは残されている。
【００４１】
図９及び図１０は、レーザビームの照射前と照射後の表面形状の違いを三次元で表した写真図である。図９はレーザビームの照射前を表し、図１０はレーザビームの照射後を表す。このような写真図は、例えば、レーザ顕微鏡を用いて撮像することができる。図９に示すように、照射前において基材表面には微細で鋭利な突起部を含むランダムな凹凸面が形成されている。これに対し、図１０に示すように照射後においては、基材表面から微細で鋭利な突起部は消失しており、一方で基材表面に一定の粗さは残されている。
【００４２】
本実施形態においてレーザビームは、好ましくは、下記（ａ）の要件と、（ｂ）及び（ｃ）の少なくとも一つの要件とを満たすように照射される。より好ましくは、下記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のいずれの要件も満たすように照射される。
（ａ）レーザビーム照射後の被処理面の表面粗さＲａ’が、初期表面粗さＲａの０．８０倍以上、１．２０倍以下である。好ましくは、レーザビーム照射後の被処理面の表面粗さＲａ’が、初期表面粗さＲａの０．９０倍以上、１．１０倍以下である。
（ｂ）レーザビーム照射後の被処理面の表面粗さＲＳｍ’が、初期表面粗さＲＳｍの１．１０倍以上である。好ましくは、レーザビーム照射後の被処理面の表面粗さＲＳｍ’が、初期表面粗さＲＳｍの１．２０倍以上である。
（ｃ）レーザビーム照射後の被処理面の表面粗さＰｃ’が、初期表面粗さＰｃの０．９０倍以下である。好ましくは、レーザビーム照射後の被処理面の表面粗さＰｃ’が、初期表面粗さＰｃの０．６０倍以下である。
【００４３】
本実施形態においてレーザビームは、好ましくは、下記（ｄ）の要件と、下記（ｅ）及び（ｆ）の少なくとも一つの要件とを満たすように照射される。より好ましくは、下記（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）のいずれの要件も満たすように照射される。
（ｄ）レーザビーム照射後の被処理面の表面粗さＳａ’が、初期表面粗さＳａの０．８０倍以上、１．２０倍以下である。好ましくは、レーザビーム照射後の被処理面の表面粗さＳａ’が、初期表面粗さＳａの０．９０倍以上、１．１０倍以下である。
（ｅ）レーザビーム照射後の被処理面の表面粗さＳｐｃ’が、初期表面粗さＳｐｃの０．９０倍以下である。好ましくは、レーザビーム照射後の被処理面の表面粗さＳｐｃ’が、初期表面粗さＳｐｃの０．８０倍以下である。
（ｆ）レーザビーム照射後の被処理面の表面粗さＳｐｄ’が、初期表面粗さＳｐｄの０．９０倍以下である。好ましくは、レーザビーム照射後の被処理面の表面粗さＳｐｄ’が、初期表面粗さＳｐｄの０．８０倍以下である。
【００４４】
本発明において表面粗さＲａ，Ｒａ’は、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１で規定されている下記式で表される算術平均粗さ（基準長さにおけるＺ（ｘ）の絶対値の平均）で定義される。Ｒａ，Ｒａ’は断面を見たときの高さ方向のパラメータであり、この数値が大きいことは、単位長さ当たりの高さ方向の凹凸差が激しいことを意味する。
【００４５】
初期表面粗さＲａの値は２．０μｍ以上である。ただし、初期表面粗さＲａの値は、表面処理する対象物の使用目的に応じて、例えば３．０μｍ以上であってもよく、４．０μｍ以上であってもよく、５．０μｍ以上であってもよく、例えば２０．０μｍ以下、１５．０μｍ以下、あるいは１０．０μｍ以下であってもよい。
【００４６】
【数１】
0006902175.tif 000002
【００４７】
本発明において表面粗さＲＳｍ，ＲＳｍ’は、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１で規定されている下記式で表される粗さ曲線要素の平均長さ（基準長さにおける輪郭曲線要素の長さＸｓの平均）で定義される。ＲＳｍ，ＲＳｍ’は断面を見たときの横方向のパラメータであり、この数値が大きいことは、単位長さ当たりの表面の凹凸がなだらかであることを意味する。
【００４８】
【数２】
0006902175.tif 000003
【００４９】
初期表面粗さＲＳｍの値は、表面処理する対象物の使用目的に応じて適宜設定されるが、例えば１００μｍ以上であり、例えば６００μｍ以下である。
【００５０】
本発明において表面粗さＰｃ，Ｐｃ’は、ＡＳＭＥ  Ｂ４６．１で規定されているピークカウント（負基準レベル−Ｈを超えてから正基準レベル＋Ｈを超えたときを一山とする方法で計数する評価長さ中の山数）で定義される。Ｐｃ，Ｐｃ’の数値が大きいことは、単位長さ当たりの凸部の数が多いことを意味する。
【００５１】
初期表面粗さＰｃの値は、表面処理する対象物の使用目的に応じて適宜設定されるが、例えば３０以上であり、例えば１００以下である。
【００５２】
本発明において表面粗さＳａ，Ｓａ’は、ＩＳＯ  ２５１７８で規定されている下記式で表される算術平均粗さ（表面の平均高さに対する各点の高さの差の絶対値の平均）で定義される。Ｓａ，Ｓａ’は断面を見たときの高さ方向のパラメータであり、この数値が大きいことは、単位面積当たりの表面の凹凸差が激しいことを意味する。
【００５３】
【数３】
0006902175.tif 000004
【００５４】
初期表面粗さＳａの値は２．０μｍ以上である。ただし、初期表面粗さＳａの値は、表面処理する対象物の使用目的に応じて、例えば３．０μｍ以上であってもよく、４．０μｍ以上であってもよく、５．０μｍ以上であってもよく、例えば２０．０μｍ以下、１５．０μｍ以下、あるいは１０．０μｍ以下であってもよい。
【００５５】
本発明において表面粗さＳｐｃ，Ｓｐｃ’は、ＩＳＯ  ２５１７８で規定されている下記式で表される山頂点の算術平均曲率（表面の山頂点の主曲率の平均）で定義される。Ｓｐｃ，Ｓｐｃ’の数値が大きいことは他の物体と接触する点が尖っていることを意味し、Ｓｐｃ，Ｓｐｃ’の数値が小さいことは他の物体と接触する点が丸みを帯びていることを意味する。
【００５６】
【数４】
0006902175.tif 000005
【００５７】
初期表面粗さＳｐｃの値は、表面処理する対象物の使用目的に応じて適宜設定されるが、例えば２０００／ｍｍ以上であり、例えば１２０００／ｍｍ以下である。
【００５８】
本発明において表面粗さＳｐｄ，Ｓｐｄ’は、ＩＳＯ  ２５１７８で規定されている下記式で表される単位面積当たりの山の頂点密度（表面の単位面積当たりの山頂点の数ｎ）で定義される。Ｓｐｄ，Ｓｐｄ’の数値が大きいことは他の物体との接触点の数が多いことを意味し、Ｓｐｄ，Ｓｐｄ’の数値が小さいことは他の物体との接触点の数が少ないことを意味する。
【００５９】
【数５】
0006902175.tif 000006
【００６０】
初期表面粗さＳｐｄの値は、表面処理する対象物の使用目的に応じて適宜設定されるが、例えば１０００００／ｍｍ２以上であり、例えば２０００００／ｍｍ２以下である。
【００６１】
レーザビームが上記（ａ）を満たし、更に（ｂ）及び（ｃ）の少なくとも一つの要件を満たすように照射されるということは、被処理基材の表面粗さの程度を維持しつつ、滑らかな凹凸面になる、及び／又は接触する物体との接触点が減少した凹凸面になることを意味する。
【００６２】
レーザビームが上記（ｄ）を満たし、更に（ｅ）及び（ｆ）の少なくとも一つの要件を満たすように照射されるということは、被処理基材の表面粗さの程度を維持しつつ、接触する物体との接触点が丸みを帯びた凸部をもつ凹凸面になる、及び／又は接触する物体との接触点の数が減少した凹凸面になることを意味する。
【００６３】
このようにして形成された凹凸面を持つ物品は、接触する物体に対する攻撃性が低く、安全であり、かつ見た目にも美しい外観となりやすい。また、このような物品がロール等の何らかの搬送設備の構造部材として利用される場合は、搬送される物品のグリップ性を保持する（すなわち、スリップを防止する）効果が得やすくなる。さらに、このような物品が何らかの摺動部品として利用される場合は、油等の潤滑剤を保持する効果が得やすくなる。
【００６４】
上記の実施形態及び下記の実施例は例示であり、制限的なものではない。本発明の表面処理方法が適用される分野は、鉄鋼産業、繊維産業、製紙産業、自動車産業、航空機産業、半導体産業、医療産業、食品産業、一般産業機械産業などあらゆる分野における部品、設備等に適用されうる。
【実施例】
【００６５】
以下に、本発明の実施例、及びその比較となる比較例を複数挙げて本発明の効果について更に詳しく説明する。【００６６】
実証例１（線粗さパラメータ）
縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚さ５ｍｍサイズの板材を用意し、表面をブラスト処理で粗面化した後、溶射法により板材表面に溶射皮膜からなる被覆層を形成した試験片を複数用意した（実施例１〜１２、１５、１６、比較例１〜８）。【００６７】
縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚さ５ｍｍサイズの板材を用意し、表面をブラスト処理で粗面化した試験片を複数用意した（実施例１３、１４）。【００６８】
各試験片の表面粗さを、触針式表面粗さ計（東京精密社製、ＳＵＲＦＣＯＭ  １４００Ｄ）を用いて測定した。測定した表面粗さパラメータは、Ｒａ、ＲＳｍ、Ｐｃの３つである。【００６９】
各試験片に対し、レーザビームを照射して表面処理を行い、表面粗さの調整を行った。レーザは連続発振方式のファイバーレーザを用いた。【００７０】
表面処理後の各試験片の表面粗さを、触針式表面粗さ計（東京精密社製、ＳＵＲＦＣＯＭ  １４００Ｄ）を用いて測定した。測定した表面粗さパラメータは、同じくＲａ、ＲＳｍ、Ｐｃの３つである。【００７１】
表１は、以上のようにして作製及び評価した試験片の表面材質、表面粗さ及びレーザの照射条件をまとめた表である。【００７２】
【表１】
0006902175.tif 000007
【００７３】
各試験片の表面処理後の状態を以下に示す。
実施例１〜１０：Ｒａの変化は小さく、ＲＳｍは上昇し、Ｐｃは大きく低下した。
実施例１１：Ｐｃの変化は小さかったが、Ｒａの変化は小さく、ＲＳｍは上昇した。
実施例１２：Ｒａの変化は小さく、ＲＳｍは上昇し、Ｐｃは低下した。
実施例１３：Ｒｓｍの変化は小さかったが、Ｒａの変化は小さく、Ｐｃは低下した。
実施例１４〜１６：Ｒａの変化は小さく、ＲＳｍは上昇し、Ｐｃは低下した。
比較例１：レーザビームスポットの中心部から半径２５μｍの範囲（φ５０μｍ）のパワー密度（ＣＰ）が大きすぎたため、Ｒａが大きく上昇した。また、Ｒｓｍはほとんど変化しなかった。
比較例２：レーザビームスポットの中心部から半径２５μｍの範囲（φ５０μｍ）のパワー密度（ＣＰ）が小さすぎたため、Ｒａは変化しなかったが、Ｒｓｍ及びＰｃも変化しなかった。
比較例３：レーザビームスポットの中心部から半径２５μｍの範囲（φ５０μｍ）の作用時間が長すぎたため、表面が溶融し、Ｒａが大きく低下した。
比較例４：レーザビームスポットの中心部から半径２５μｍの範囲（φ５０μｍ）のパワー密度（ＣＰ）に対するレーザビームスポット全体のパワー密度の比率（ＳＰ／ＣＰ）が小さかったため、Ｒａ及びＰｃが大きく上昇した。
比較例５：レーザビームスポットの中心部から半径２５μｍの範囲（φ５０μｍ）のパワー密度（ＣＰ）が大きすぎたため、Ｒａは大きく上昇し、Ｐｃも上昇した。
比較例６：レーザビームスポットの中心部から半径２５μｍの範囲（φ５０μｍ）のパワー密度（ＣＰ）に対するレーザビームスポット全体のパワー密度の比率（ＳＰ／ＣＰ）が小さく、また、初期粗さＲａが小さかったため、Ｒａは大きく上昇し、ＲＳｍは大きく低下し、Ｐｃが大きく上昇した。
比較例７：初期粗さＲａが小さく、ＲＳｍ及びＰｃの変化が小さかった。
比較例８：初期粗さＲａが小さく、Ｒａが大きく上昇した。【００７４】
実証例２（面粗さパラメータ）
縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚さ５ｍｍサイズの板材を用意し、表面をブラスト処理で粗面化した後、溶射法により板材表面に溶射皮膜からなる被覆層を形成した試験片を複数用意した（実施例１７〜２８、３１、３２、比較例９〜１６）。【００７５】
縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚さ５ｍｍサイズの板材を用意し、表面をブラスト処理で粗面化した試験片を複数用意した（実施例２９、３０）。【００７６】
各試験片の表面粗さを、レーザ顕微鏡（キーエンス社製、ＶＫ−Ｘ２５０／２６０）を用いて測定した。測定した表面粗さパラメータは、Ｓａ、Ｓｐｃ、Ｓｐｄの３つである。【００７７】
各試験片に対し、レーザビームを照射して表面処理を行い、表面粗さの調整を行った。レーザは連続発振方式のファイバーレーザを用いた。【００７８】
表面処理後の各試験片の表面粗さを、レーザ顕微鏡（キーエンス社製、ＶＫ−Ｘ２５０／２６０）を用いて測定した。測定した表面粗さパラメータは、同じくＳａ、Ｓｐｃ、Ｓｐｄの３つである。【００７９】
表２は、以上のようにして作製及び評価した試験片の表面材質、表面粗さ及びレーザの照射条件をまとめた表である。【００８０】
【表２】
0006902175.tif 000008
【００８１】
各試験片の表面処理後の状態を以下に示す。
実施例１７〜２７：Ｓａの変化は小さく、Ｓｐｃ及びＳｐｄは大きく低下した。
実施例２８：Ｓｐｄの変化は小さかったが、Ｓａの変化は小さく、Ｓｐｃは大きく低下した。
実施例２９〜３２：Ｓａの変化は小さく、Ｓｐｃ及びＳｐｄは大きく低下した。
比較例９：レーザビームスポットの中心部から半径２５μｍの範囲（φ５０μｍ）のパワー密度（ＣＰ）が大きすぎたため、Ｓａが大きく上昇した。
比較例１０：レーザビームスポットの中心部から半径２５μｍの範囲（φ５０μｍ）のパワー密度（ＣＰ）が小さすぎたため、Ｓａは変化しなかったが、Ｓｐｃ及びＳｐｄも変化しなかった。
比較例１１：レーザビームスポットの中心部から半径２５μｍの範囲（φ５０μｍ）の作用時間が長すぎたため、表面が溶融し、Ｓａが大きく低下した。
比較例１２：レーザビームスポットの中心部から半径２５μｍの範囲（φ５０μｍ）のパワー密度（ＣＰ）に対するレーザビームスポット全体のパワー密度の比率（ＳＰ／ＣＰ）が小さかったため、Ｓａが上昇し、Ｓｐｃはほとんど変化せず、Ｓｐｄは上昇した。
比較例１３：レーザビームスポットの中心部から半径２５μｍの範囲（φ５０μｍ）のパワー密度（ＣＰ）が大きすぎたため、Ｓａは大きく上昇し、Ｓｐｃも上昇した。また、Ｓｐｄの変化は小さかった。
比較例１４：レーザビームスポットの中心部から半径２５μｍの範囲（φ５０μｍ）のパワー密度（ＣＰ）に対するレーザビームスポット全体のパワー密度の比率（ＳＰ／ＣＰ）が小さく、また、初期粗さＳａが小さかったため、Ｓａは大きく上昇し、Ｓｐｃも上昇した。
比較例１５、１６：初期粗さＳａが小さかったため、Ｓａが大きく上昇した。
【符号の説明】
【００８２】
２    基材
２ａ  基材の表面
１０  レーザ加工装置
１１  ガルバノスキャナ
１２  ｆθレンズ
１３  ＸＹテーブル
１４  ミラー
１５  ガルバノモーター
１６  レーザビーム
【要約】
本発明の表面処理方法は、凹凸を有する基材の表面に対し、レーザビームスポットの中心から半径２５μｍの範囲のパワー密度が、１．０×１０３〜１．０×１０５ｋＷ／ｃｍ２であること、レーザビームスポット全体のパワー密度が、レーザビームスポットの中心から半径２５μｍの範囲のパワー密度の０．０８〜０．１２倍であること、及びレーザビームスポットの中心から半径２５μｍの範囲の作用時間が、１．７×１０−６〜１．０×１０−５秒であること、の３つの要件を全て満たすレーザビームを照射し、当該表面を加工する表面処理方法であり、基材表面の微細で鋭利な突起部を除去しつつ、一定の粗さを残すものである。【図１】
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【図２】
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【図３】
0006902175.tif 000011
【図４】
0006902175.tif 000012
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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