以下、本発明の好適な実施の形態を図面を� ��照しながら詳細に説明する。
 [第1実施形態]

 図1は、第1実施形態の概要を示す説明図� �あり、10は被加工物、20は被加工面を被覆す� ��被覆体、30はレーザ出射部、31は集光レンズ である。

まず、本実施形態に係る被覆体20について� ��明する。被覆体20は、レーザを吸収してプ� �ズマを発生するプラズマ発生層21と、硬質層 22とを備えている。従って、被膜体20は、レ� �ザ照射によりプラズマ化しやすい板状又は� �状の金属の一面側に適宜の硬化処理を施し� �硬質層22を形成して構成することができる。 例えば、被覆体を鋼材シートとした場合には 、その一面に焼入れ処理、浸炭処理、あるい は浸炭・窒化処理などの硬化処理を施して硬 質層22を形成する。すなわち、鋼材シートの� ��入れ硬化層、浸炭層、あるいは浸窒・窒化� ��などが硬質層22であり、鋼材シートの未処� �部分がプラズマ発生層21である。また、被覆 体20をアルミニウムシートとする場合には、� ��の一面に時効処理あるいは硬質アルマイト� ��理などを施して硬質層22を形成すればよい� �

 被覆体20は上記のような2層構造を有する� ��一材料に限定されることなく、プラズマ発� ��層21の材料と硬質層22の材料とを別材料とし て、両者を接合して一体化した積層体として 構成してもよい。この場合には、レーザ照射 によりプラズマ化しやすい材料をプラズマ発 生層21とし、このプラズマ発生層21よりも硬� �の別の材料を硬質層22とする。例えば、低炭 素鋼のシートをプラズマ発生層21とし、別途� ��炭処理して形成したシート状の浸炭硬化シ� ��トを硬質層22として前記の低炭素鋼シート� �積層し接着剤などで接合して被膜体20として もよい。

被覆体20の硬質層22の被加工面10aに対向す� �側には、凹部221と凸部222とからなる凹凸形� �22aが形成されている。凹凸形状の一例を図2� ��示す。図2は、被覆体20を裏面(被加工面に対 向する面)側から見た斜視図とその断面模式� �である。凹凸形状22aは、(a)のような規則的� �格子形状でもよいし、(b)のような不規則な� �状であってもよい。しかし、凹部221の深さd� ��1~30μmとするとよい。凹部221の深さdが1μm未� ��では被加工面に充分な圧縮残留応力を付与� ��ることができず、また、30μmを超えて深い� �凸形状の形成には通常以上のレーザ出力を� �するので適当ではない。より好ましくは、3~ 10μmである。このような凹凸形状は、エンボ� ��、レーザ加工、圧延などの周知の方法で形� ��することができる。なお、凹凸形状の形成� ��、硬化処理の前でも後でもよい。

上記のように構成される被覆体20の厚さは5 ~120μmとするとよい。被覆体20の厚さが5μm未� �では、プラズマの発生により被覆体20が破損 することがあり、一方、120μmを超えて厚いと 衝撃波による応力を被加工面に効果的に伝達 できないことがある。より好ましくは、15~50� �mである。また、被加工面10aに所望の加圧成� ��を効果的に行うために、被覆体20厚さtの10~3 0%を硬質層22にするとよい。硬質層22が被覆体 厚さtの10%未満では、硬質層が高いプラズマ� �力のため破断することがあり、効果的な加� �成形ができないことがある。30%を超えて厚� �と、被覆体20の剛性が高すぎてレーザ照射に 追随して被覆体20が変形できなくなるので好� ��しくない。硬質層20の厚さは、被覆体40の10~ 20%がより好ましい。

また、レーザエネルギをより効果的に吸収 するために、被覆体20の上面(プラズマ発生層 21の表面)にグラファイトや黒色顔料などを塗 布したレーザ吸収増強層を形成してもよい。

次に、以上のように構成された被膜体20を� ��いて被加工物10の被処理面10aに所望の加圧� �形を施す処理方法について説明する。

まず、被加工物10の被加工面10aに凹凸形状� ��22aを対向させて被覆体20を密着するように� �設する。

 次いで、被覆体20に向けて、パルス幅が1~50n sで出力密度が1[GW/cm ² ]~50[GW/cm ² ]の短パルス高ピーク出力のレーザを照射す� �。具体的には、QスイッチのNd:YAGレーザ装置� ��用い、パルスエネルギーを1.0[mJ/pulse]~2000[mJ/ pulse]、波長を532[nm]~1080[nm]、レーザパワー密� �を5[GW/cm ² ]~15[GW/cm ² ]、周波数を数1[Hz]~数1000[Hz]に設定したパルス レーザを、被覆体20に向けて出射する。この� ��き、レーザ装置におけるレーザ集光部(図示 せず)又はレーザ出射部30に集光レンズ31を設� ��て、被覆体20のプラズマ発生層21表面におけ るレーザ照射径が0.1[mm]~6.0[mm]になるようにレ ーザを集光する。

 上記の如くレーザが出射されると、その� ��ーザLは、被覆体20のプラズマ発生層21に到� �し、プラズマ発生層21が急速に5000[℃]以上の 高温に加熱されて爆発的にプラズマが発生す る。即ち、プラズマ発生層21の一部又は全部� ��プラズマ化し、プラズマ発生層21の構成物� �である原子、分子、イオン、電子等の粒子� �が爆発的に放出される。そして、それら粒� �群の爆発的放出による反作用力が衝撃波と� �て硬質層22から被加工物10の被加工面10aに付� ��される。即ち、被加工面10aに、例えば、1[GP a]~10[GPa](1万気圧~10万気圧)の反作用力が作用� �る。被加工面10aに対向する被覆体20の硬質層 22には凹凸形状22aが形成されているので、プ� ��ズマ発生による加圧力により被加工面10aの� ��層部が塑性変形してこの凹凸形状22aに加圧� ��形される。

次いで、被覆体20を被加工物10から捲り取� �、被加工面10aに所望の凹凸形状22aが加圧形� �された被加工物10を得ることができる。

 このように加圧成形された被加工面を摺� ��部材の摺動面に適用すれば、摺接部(凸部)� �油だまり(凹部)とを摺動面全域に亘って均一 に且つ容易に形成することができる。また、 このような加圧成形を施すことで、被加工面 10aに結晶の細分化、既存クラックの消滅およ び加工硬化などを生じ、加圧成形面に高い耐 摩耗性と疲労強度を付与することができる。

 また、被加工面10aには例えば数GPaという� ��い加圧力が負荷されるので、加圧成形面の� ��部にまで高い圧縮残留応力を付与すること� ��可能である。例えば、このような加圧成形� ��溶接止端部に施すことにより、溶接部の疲� ��強度を高め、溶接構造物の長寿命化を図る� ��とができる。

 なお、本実施形態において、被覆体20への� �ーザ照射は、水を介して実施するようにし� �もよい。例えば、被加工物10に被覆体20を載� ��した状態で水中に配置したり、照射部に水� ��流しながらレーザを照射する方法である。� ��の方法では、被覆体20を覆っている水の慣� �力によりプラズマの膨張が押さえられるの� �、被覆体にレーザを直接照射した場合より� �、被加工物の被加工面に付与する衝撃波の� �度を高めて被加工面に効率よく加圧成形を� �すことができる。この場合には、波長が532[n m]のYAGレーザの2倍波を利用する方が、波長が 1064[nm]の通常のYAGレーザを用いるよりも、容� ��に水を透過させることができるので、レー� ��の波長は、532[nm]にするのが望ましい。
 [第2実施形態]

 第2の実施形態は、前記第1実施形態に加� �て、レーザを照射する前に、被覆体と被加� �面との間に被加工面に固着して被加工面に� �望の機能を付与する固着物を配置すること� �より、被加工面の加圧成形とともに、固着� �を被加工面に固着又は埋設する態様である� �

ここでは、固着物が所望の機能を有する粉 粒体の場合について説明する。所望の機能を 有する粉粒体としては、摺動特性を向上させ る固体潤滑材粒子、セルフクリーニング性や 親水性を有する光触媒粒子、抗菌性を有する 抗菌剤粒子などの粉粒体を例示することがで きる。本実施形態は、レーザ照射前にこれら の粉粒体を被加工面と被覆体との間に配置す る以外は、前記第1実施形態と同様に実施す� �ことができる。

 例えば、図3に示すように被膜体20の凹凸� ��状22aの凹部221に埋設すべき粉粒体40を充填� �て付着させておく。そして、前記第1実施形� ��と同様にこの被覆体20を被加工面10a上に密� �して配置してレーザLを照射する。レーザ照� ��により凹凸形状22aが被加工面10aに加圧成形� ��れるが、同時に粉粒体40が被加工面10aに打� �込まれて埋設される。

図3に示したように、粉粒体40を被覆体20表� ��の凹部221にのみ配置した場合には、粉粒体4 0は、図4(a)に示すように被加工面10aに加圧成� ��された凹凸面22a’の凸部221’頂面にのみ埋� ��することができる。また、粉粒体40を被覆� �20表面の凸部222にのみ配置した場合には、粉 粒体40は、図4(b)に示すように被加工面10aに転 写された凹凸面の凸部222’底面にのみ埋設す ることができる。なお、凸部221’頂面と凹部 221’底面の両方に粉粒体40を埋設してもよい� ��とはいうまでもない。

 例えば、粉粒体40として固体潤滑材を図4( a)のように摺動部材の摺動面に埋設すれば、� ��部222’は油溜まりとなり、凸部221’頂面に� ��設された固体潤滑材粒子が相手部材と摺接� ��ることになる。従って、摺接面積の低減と� ��滑性の向上により摺動面の摩擦抵抗をさら� ��一層低減することができる。また、加圧成� ��面22a’は、結晶の微細化や加工硬化などに� ��り耐摩耗性も向上しているので潤滑性と耐� ��性に優れた摺動面とすることができる。

 また、粉粒体40として抗菌性を有する銀粒� �を図4(b)のようにステンレス板などの表面に� ��成された凹部221’底面に埋設すれば、銀粒� ��はステンレス板表面から容易に脱落するこ� ��はない。従って、ステンレス板の抗菌性を� ��期間維持することができる。
 粉粒体40は、上記の金属粒子に限定される� �となく、例えば、金属化合物、セラミック� �、樹脂などからなる粉粒体を目的に応じて� �宜使用することができる。

本実施形態において、被加工面10aに粉粒体40� ��効果的に固着あるいは埋設するために被覆� ��20の硬質層22の硬さはHV300以上であることが� ��ましい。特に、粉粒体40がCuOやSiO ₂ などのように高硬度の場合には、HV800~1000と� �るとよい。また、硬質層22の厚さは、プラズ マ発生層21と硬質層22の材料構成や粉粒体40の 硬度、大きさあるいは材質によっても異なる が、概ね被膜体20の厚さの10~30%である。10%未� ��では、例えば、金属化合物やセラミックス� ��どの硬度の高いものを効果的に埋設するこ� ��ができない。また、30%を超えて厚いと、被� ��体の延性が低下してプラズマ圧力に追随し� ��変形することができず破断することがある� ��で適当ではない。

以上のように、粉粒体を被加工面に強固に固 着又は埋設するために、埋設される粉粒体が 固着しやすいように予め被加工面に下地処理 を施しておくことが望ましい。
例えば、粉粒体が銀であり、被加工物が粉粒 体よりも高硬度のマルテンサイト系のステン レス鋼(例えばナイフなど)である場合には、� ��加工面に加熱処理、メッキ処理、溶射処理� ��肉盛り処理あるいは蒸着処理などの適宜の� ��地処理を施して、被加工面に埋設する粉粒� ��よりも低硬度の軟質層12を形成しておく。� �の軟質層12の厚さは、粉粒体の種類や下地処 理方法によっても異なるが、概ね2~10μmであ� �。

また、下地処理として被加工面にレーザ加工 により周期的な微細構造を形成することも好 ましい。例えば、歯車などの摺動面にフェム ト秒レーザあるいはエキシマレーザで、幅0.2 ~3μm、深さが1~2μmの溝を0.5~5μmの間隔で格子� �に形成し、この溝に二硫化モリブデンと樹� �の混合物を塗布して上記の被覆体20で覆い、 レーザ照射することで二硫化モリブデン粒子 をこの溝の内部に確実に埋設することができ る。なお、二硫化モリブデンと混合する樹脂 としては、エポキシ系、アクリル系又はポリ アミド系の接着剤あるいは粘着材を例示する ことができる。
[第3実施形態]

本実施形態は、前記第2実施形態における� �粒体に代えて、ICチップや半導体などのマイ クロ部品を固着物として被加工物の所定面に 埋設(装着)する態様であり、固着物が異なる� ��外は、前記第2実施形態と同様に実施するこ とができる。

図5は、本実施形態に係る被膜体20とマイク ロ部品50とを概念的に示した断面模式図であ� ��。被膜体20の硬質層22には被加工物対向面に 凹部221が形成されており、埋設されるマイク ロ部品50の一部が嵌入して保持されている。� ��えば、マイクロ部品50は、凹部221に接着剤60 で接着されて保持されている。このマイクロ 部品50を保持している被膜体20を被加工面10a� �に載置して、前記実施形態と同様にレーザ� �照射する。レーザ照射により、マイクロ部� �50は図5(b)に示すように被加工物10に埋設され る。被加工物10がマイクロ部品50に比べて高� �度の場合には、前記第2実施形態と同様に予� ��マイクロ部品50を打ち込む表面に軟質層12を 形成しておくとよい。

本態様は、例えば、回路基板にICチップやマ� ��クロ抵抗体などのマイクロ部品を埋設(装着 )する場合に好適である。なお、ここで、マ� �クロ部品50は、その体積が0.01~10mm ³ であることが望ましい。
 [他の実施形態]

 本発明は、前記実施形態に限定されるも� ��ではなく、例えば、以下に説明するような� ��施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さ� ��に、下記以外にも本発明の要旨を逸脱しな� ��範囲内で種々変更して実施することができ� ��。

(1)第2実施形態では、金属や樹脂の粉粒体� �ついて説明したが、粉粒体としては、所望� �機能を有する組成物を造粒した造粒体でも� �い。例えば、光触媒機能を有する酸化チタ� �粉末をゼオライトあるいはシリカゲルなど� �ともに粘着材と混合して組成物とし、数μm~� ��100μmのペレットに造粒する。そして、この� ��レットを第2実施形態と同様にして被加工物 表面に埋設する。このようにして被加工面に 親水性や防汚性を付与することができる。

(2)第2実施形態では、被加工物が主として� �属、合金、金属化合物などの無機材料の場� �を説明したが、被加工物は、樹脂、ゴム、� �材、紙あるいは布などの有機材料でもよい� �例えば、衣服にマイクロチップを埋設すれ� �、個体の同定や認識の機能を付与すること� �できる。

(3)前記実施形態では、1回の表面改質で被� �工面に所望の機能を付与することとしたが� �凹凸形状の異なる複数の被覆体を用いたり� �異なる固着物を埋設するなど被加工面に複� �回の加圧成形を施してもよい。これにより� �数の異なる表面機能を備えた被加工物を得� �ことができる。例えば、最初にNi粉粒体を埋 設し、次に樹脂を固着させることで導電性機 能と不導電性機能とを併せ持つ電機部品を得 ることができる。

(4)前記実施形態では、固着物が粉粒体やマ イクロ部品の場合について説明したが、固着 物は金属箔であってもよい。例えば、被加工 物の表面に5~50μm厚さの金属箔を配置して第1� ��施形態のように加圧成形を施す。被加工物� ��面と金属箔とは新生面を生じながら凹凸形� ��に加圧成形されることになるので、マイク� ��接合(クラッディング)により金属箔を強固� �被加工物表面に接合することができる。例� �ば、マイクロ電極にイリジウムや白金の箔� �接合すれば安価な電極を形成することがで� �る。

(5)前記第3実施形態では、マイクロ部品が� �種類の場合について説明したが、複数種類� �マイクロ部品を同時に埋設するようにして� �よい。例えば、硬質層22の被加工物対向面に 図6(a)に示すような凹凸形状を形成し、マイ� �ロ部品52、53、54をそれぞれ所定の凹部に保� �し、被覆体20を適宜の加工面に被覆してレー ザ照射すれば、図6(b)のように凹部222’を形� �するとともに、各マイクロ部品52、53、54を� �時に被加工物表面に埋設することができる� �なお、61は例えば絶縁材などの組成物である 。また、マイクロ部品同士を接続する導電物 を同時に固着させれば被加工面上に電子回路 を形成することもできる。