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超短パルスレーザーで繊維表面に周期構造を形成する方法,及びその繊維

国内特許コード P190015925
整理番号 N18045
掲載日 2019年3月25日
出願番号 特願2018-201607
公開番号 特開2020-066824
出願日 平成30年10月26日(2018.10.26)
公開日 令和2年4月30日(2020.4.30)
発明者
  • 山口 昌樹
出願人
  • 国立大学法人信州大学
発明の名称 超短パルスレーザーで繊維表面に周期構造を形成する方法,及びその繊維
発明の概要 【課題】レーザー照射によって容易に繊維表面にナノ領域からマイクロメートル領域の微細な周期構造を形成することが可能であり,しかも繊維の破断,溶着や繊維内部の変質が生じ難い製造方法及び表面に微細な周期構造を有する繊維を提供することを目的とする。
【解決手段】超短パルスレーザーを繊維の長手方向に相対移動させつつ該繊維の表面に照射して繊維表面に微細な周期構造を形成させる。周期構造は表面波干渉及び/又はパーカッション加工によって形成することができる。超短パルスレーザーのパルス幅は20ピコ秒以下100フェムト秒以上であることが好ましい。これにより,周期構造は100マイクロメートル以下100ナノメートル以上のピッチを有する周期的構造とすることができる。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要

Birnbaum は,レーザー加工痕の底面に波長サイズの周期構造が「瞬時に」できることを1965年に偶然発見した (非特許文献1)。この周期構造は,入射光と表面にできるプラズマ波もしくは散乱光との干渉によりできる定常波が,物質表面を選択的に昇華するアブレーション現象であることが解明され,表面波干渉法と呼ばれる。つまり,レーザーによる物質の加工原理には,それまでの熱加工と,新しく発見されたアブレーション (昇華) の2種類がある。レーザーのパワーが十分であればアブレーションのみが起こり熱は発生しない。レーザーのパワーが足りないと,アブレーションと熱加工の両方が発生することになる。そして,レーザーのパワーが低いと,熱加工のみが起こることになる。このいずれかの状況になるかは,パルスレーザーにおいては後述するようにパルス幅に依存する。

繊維分野においても,従来からこのような原理を応用し,レーザーを繊維に照射して繊維表面を改質し,新たな機能を付与するという技術が知られている。例えば特許文献1では,ポリエステル繊維やアラミド繊維に対し,Nd-YAGレーザー光を照射する繊維の表面改質法について記載されている。この繊維の表面改質方法によれば,ポリエステル繊維やアラミド繊維の表面層の化学構造を変化させ,構成元素割合を変化させたり,官能基を生成させて活性を高めたりすることができる。

また,非特許文献2では,パルス紫外線レーザー(エキシマレーザー)を合成繊維に照射し,繊維表面に微細構造を形成させるという技術が記載されている。さらに,非特許文献3では,20nsのパルス紫外線レーザ(エキシマレーザ)をPET樹脂繊維に照射し,レーザーアブレーションによる表面微細構造の形成や表面化学構造の変化について記載されている。また,非特許文献4では,ポリエステルフィルムやポリエステル繊維にパルス紫外線レーザ(エキシマレーザ)を照射し,染色性や濡れ性についてプラズマ処理や電子線処理との違いを検討している。

産業上の利用分野

本発明は,表面に周期構造を有する繊維の製造方法,及びその繊維に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
超短パルスレーザーを,繊維の長手方向に相対移動させつつ該繊維の表面に照射してパーカッション加工を行い,繊維表面に周期構造を形成する方法。

【請求項2】
前記超短パルスレーザーのパルス幅は,20ピコ秒以下100フェムト秒以上であることを特徴とする請求項1に記載の繊維表面に周期構造を形成する方法。

【請求項3】
前記繊維は,化学繊維,炭素繊維,ガラス繊維であることを特徴とする請求項1又は2記載の繊維表面に周期構造を形成する方法。

【請求項4】
前記パーカッション加工は,パルス発振したレーザーを所定の距離間隔及び所定の時間間隔で照射することにより行い,レーザーのスポット径のオーバーラップ率を調整することで表面波干渉の発生度合を調整し,その結果として周期的構造を調整することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の繊維表面に周期構造を形成する方法。

【請求項5】
前記周期構造は,超短パルスレーザーの波長とほぼ等しい長さの構造が繰り返し形成された周期的構造,及びパーカッション加工の所定の距離間隔に等しい周期的構造であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の繊維表面に周期構造を形成する方法。

【請求項6】
前記長手方向に相対移動させる工程は,長辺と短辺を有する楕円軌道を描きながらパーカッション加工することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の繊維表面に周期構造を形成する方法。

【請求項7】
表面に超短パルスレーザーの波長とほぼ等しい長さの構造が繰り返し形成された周期的構造,及びパーカッション加工の所定の距離間隔に等しい周期的構造が設けられた繊維。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2018201607thum.jpg
出願権利状態 公開
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