JP2007014981A

JP2007014981A - 転写ロールの製造方法

Info

Publication number: JP2007014981A
Application number: JP2005197878A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Maeda; 恭志前田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2005-07-06
Filing date: 2005-07-06
Publication date: 2007-01-25

Abstract

【課題】装飾性や塗装鮮映性の向上等を目的として、金属板の表面に転写する凹凸パターンを、正確に低コストで実現することができる転写ロールの製造方法およびこの製造方法を用いた転写ロールを提供する。
【解決手段】金属板の表面に凹凸パターンを転写する転写ロール１ａ、１ｂを、圧延用ロール２の表面に線径が５０μｍ以下の高強度極細線３を、その一端側をロール端部に固定した後、ロール周方向に、極細線３が互いに接触するよう張力を付与しながらロール軸方向に順次巻付けた後、圧延ロール２の他端側に固定して形成するようにしたのである。リソグラフィ加工に比べて極めて簡便にロール表面に凹凸形状を形成することができる。この凹凸形状の凸部の先端形状は円形で摩耗損傷しにくく、極細線３の巻替えのみで摩耗が進行した凹凸形状を更新でき、ロール寿命も向上し、ロール加工コストが低減する。
【選択図】図２

Description

この発明は、金属板の表面に凹凸パターンを形成させるための転写ロールの製造方法とこの方法を用いた転写ロールに関する。

装飾性や塗装鮮映性の向上等を目的として、金属板の表面に凹凸パターン（模様）を転写するために、転写ロールの表面に凹凸形状を形成させる方法については、従来から、ロール表面をバイトなどの加工工具により研削する方法や、ショットブラスト加工によりロール表面をショットダル状に仕上げる方法やレーザーなどの高密度エネルギ源を用いて溶融変形によりロール表面に模様を付ける方法などが知られている。また、例えば、特許文献１では、マイクロリソグラフィ法を用いて、圧延ロールの表面に２種類以上の同一パターンまたは異種パターンを形成し、圧延により金属板表面に装飾性に優れたパターンを転写する装飾用金属板の製造方法が開示されている。さらに、特許文献２では、リソグラフィ法などの微細加工方法により、圧延ロールの表面に凹凸加工を施して凹凸パターンを形成した後、この表面の凸部を研磨加工して微小なうねりを研削する圧延ロールの表面加工方法が開示されている。
特開平５−１７７２０７号公報特開平５−６９０１４号公報

しかし、前記バイト工具による研削加工によって数μｍ〜サブμｍ程度の表面粗さに相当する凹凸形状をロール表面に付与するとなると、精密切削をしない限り、正確な凹凸形状を形成することはできないため、極めて多く手間を要する。また、ショットブラスト加工によりロール表面をショットダル状に仕上げる方法では、表面形態がランダムになって好ましくなく、レーザーなどの高密度エネルギ源を用いて模様を付ける方法では、ロール表面を溶融させるため、再研磨除去量が多くなり、加工コストが高くなる。一方、特許文献１および２に開示されたリソグラフィによる方法では、非常に精密な凹凸パターンの形成は可能であるが、ロール表面にリソグラフィ加工を施すために多くの時間を要し、ロール加工コストが非常に高くなる。

そこで、この発明の課題は、装飾性や塗装鮮映性の向上等を目的として、金属板の表面に転写する凹凸パターンを、正確に低コストで実現することができる転写ロールの製造方法およびこの製造方法を用いた転写ロールを提供することである。

前記の課題を解決するために、この発明では以下の構成を採用したのである。

即ち、請求項１に係る転写ロールの製造方法は、金属板に圧延により凹凸パターンを転写するための凹凸形状が表面に形成された転写ロールの製造方法であって、圧延用ロールの表面に、高強度の極細線をロール周方向に沿ってロール軸方向に順次巻き付けることにより、前記凹凸形状を形成することを特徴とする。

このように、極細線を圧延用ロールの表面に巻付けて凹凸形状を形成することにより、前述のように、ロール表面にリソグラフィ加工を施す場合に比べて極めて簡便に転写ロールを製造することができる。また、この凹凸形状の凸部先端形状は円形であるため、転写圧延中の圧縮応力の作用に対しても、摩耗損傷しにくく、極細線の巻き替えのみで摩耗の進行に伴う凹凸形状の更新が可能である。さらに、転写圧延量の増加に伴い、凹凸形状が形成された転写ロール表面の摩耗が進行したときでも、極細線の巻き替えによって新たな凹凸形状を形成できるため、前記極細線を巻き付ける圧延ロール、即ちロール本体表面の再研磨が不要となり、ロール寿命が向上する。

請求項２に係る転写ロールの製造方法は、前記極細線を前記ロールの一端側に固定した後、そのロール周方向に沿って、互いに接触するように張力を付与しながらロール軸方向に順次巻き付けた後、この極細線を前記ロールの他端側に固定して前記凹凸形状を形成するようにしたことを特徴とする。

このようにすれば、極細線をロール本体表面に簡便に巻き付け、固定することができる。また、転写圧延中は、ロール本体と被圧延材の金属板の両者で保持されているため、ロール本体表面と極細線との間で滑りが発生せず、例えば、ロール本体への溶接など、ロール本体との強固な密着性は不要であり、前記凹凸形状を簡便に付与できる利点がある。さらに、極細線の線径で線間隔（凹凸形状のピッチ）が決まり、巻き付け角度も容易に変化させることができるため、金属板への装飾パターンの変更も容易となる。

請求項３に係る転写ロールの製造方法は、前記極細線の直径が５０μｍ以下であることを特徴とする。

前記極細線の直径が５０μｍ以下であれば、転写パターンによる金属板表面の装飾性に有効であり、塗装鮮映性や塗装密着性についても良好となる。前記極細線の下限直径（線径）は、小さくなるほど装飾性などの前記特性が向上するが、ロール製造コストの面から、市販の極細線を用いることが望ましいため、市販の極細線の下限線径による。また、前記極細線の材質として、高炭素鋼またはステンレス鋼の極細線を用いることができる。

請求項４に係る転写ロールは、金属板に圧延によりの凹凸パターンを転写するための凹凸形状が表面に形成された転写ロールであって、前記凹凸形状が、ロール周方向に沿って、互いに接触するようにロール軸方向に順次巻き付けられた高強度の極細線により形成されたことを特徴とする。

このように転写ロールを形成することにより、転写圧延により、金属板の表面に、装飾性に優れた一定ピッチの規則正しい凹凸パターンを形成することができる。そして、先端が円形の凸形状によりロール表面の凹凸形状が形成されているため、転写に伴う応力による前記凹凸形状の摩耗が低減し、また、極細線の巻き替えという簡便な作業で、摩耗が進行した凹凸パターンを更新することができることにより、ロール本体の寿命も向上し、転写ロールの加工コストも低下する利点がある。

この発明では、金属板の表面に、装飾や塗装鮮映性の向上等を目的とした、転写ロール表面の凹凸形状を、ロール本体表面に極細線を巻き付けて形成するようにしたので、従来のフォトリソグラフィ等による加工方法を用いる場合に比べて、極めて簡便な作業でロール表面に凹凸形状を形成できるため、転写ロールの製造コストが低減する。また、転写ロール表面の凹凸形状の凸部の先端形状が円形であるため、転写圧延中の圧縮応力の作用に対しても、摩耗損傷しにくく、極細線の巻き替えのみで摩耗が進行した凹凸形状の更新が可能で、ロール本体表面の再加工が不要であり、ロール寿命が向上して経済的である。

このように、上記転写ロールでは、その表面に一定ピッチの規則正しい凹凸形状が形成されているため、圧延によりこの凹凸形状が転写された金属板は装飾性の優れた外観を有する。また、金属板に転写された凹凸パターンは、ピッチと深さが揃っているため、表面の凹凸がランダムで凹部の深さがサブミクロンのオーダーである通常の圧延材に比べて、アンカリング効果による塗膜樹脂（塗料）との密着性が向上して塗装鮮映性にも優れる。さらに、この金属板は、転写された凹凸パターンにより表面積が増加しているため、放熱性に優れた材料として使用することも可能となる。

以下に、この発明の実施形態を添付の図１から図４に基づいて説明する。

図１（ａ）および（ｂ）は、圧延により金属板の表面に凹凸パターンを転写する転写ロール１を、圧延用ロールを用いたロール本体２の表面に極細線を巻付け、凹凸形状を付与して形成する方法を示したものである。図１（ａ）に示したように、通常のブライト研磨仕上げされたロール本体２の胴部表面に、ピアノ線などの高炭素鋼またはステンレス鋼からなる直径が５０μｍ以下の極細線３を、その一端側をロール本体２胴部の端部に設けた加工溝４に溶接またはピン止めなどにより固定した後（図１（ｂ）参照）、胴部周方向に沿って、隣り合う極細線３が互いに接触するようにして張力をかけながら、かつ、例えば、横押さえガイド（図示省略）を用いて巻き付けた隣り合う極細線３に接触圧力が発生する程度に、ロール軸方向に押してロール軸方向の滑りを防止しながら、極細線３をロール軸方向に順次巻付けていく。そして、巻付け終了後、他端側をロール胴部の端部に固定することにより、ロール本体２の表面に被転写金属板の幅よりも広い凹凸形状を胴部全周に亘って付与して転写ロール１が形成されている。図２（ａ）は、ロール本体２の表面に極細線を巻付けた転写ロールをパターン化して示したもので、上下の転写ロール１ａ、１ｂは、極細線３の巻付け角度θが等しく、巻付け方向を反転させて形成されている。図２（ｂ）は、上側の転写ロール１ａについて、ロール表面に極細線３を巻付けることにより形成された凹凸形状を、ロール中心軸を通り、極細線３の巻付け方向に直角な断面について示したものである。圧延により金属板に転写される凹凸パターンは、極細線３の線径ｄと図２（ａ）に示した巻付け角度θにより決まる。前記ロール本体２としては、例えば、５％−Ｃｒロールやハイスロールなど、通常の熱間または冷間圧延で使用されているロール材質のものを用いることができる。また、前記極細線３に付与する巻付け時の張力は、１０〜５０ｋｇ／ｍｍ^２程度、即ち極細線３の直径が３０μｍの場合には７〜３５ｇ程度の大きさが目安となる。

例えば、線径３０μｍの極細線を、巻付け角θを１０°として、上下の転写ロール１ａ、１ｂを形成し（図２（ａ）、（ｂ）参照）、この上下一対の転写ロール１ａ、１ｂをスキンパスロールとして、冷延ラインに組み込むと、被圧延材の金属板５は、図３（ａ）に、上転写ロール１ａ側半分について示すように、上下の転写ロールにより圧延されて、その上表面に、図３（ｂ）（断面形状）および図３（ｃ）（平面形状）に模式的に示すように、外観の装飾性に優れた、一定ピッチの規則正しい凹凸パターン（凹凸模様）６が転写される。この凹凸パターン６は、図示を省略した、下転写ロール側の金属板５の下表面にも、そのパターンの方向が上表面の凹凸パターン６と反転した状態で形成される。なお、図３（ｂ）に示したように、線径３０μｍの極細線を巻付けた場合、金属板５の表面に形成される凹凸パターン６の深さは、スキンパスでの圧下率や金属板５の材質（硬さ）等によって異なるが、通常、２〜１０μｍ程度であり、金属板５とロール本体２の表面とは直接には接触しない。

このように、極細線をロール本体２の表面に巻付けて転写ロールを形成することにより、ロール表面に、リソグラフィ加工を施す場合に比べて簡便に凹凸形状を形成することができる。転写ロールでは、金属板の圧延中に生じる圧縮応力のため、その表面に形成された凹凸の角部に大きな応力が作用し、例えば、フォトリソグラフィ等によりエッチングされたロール表面の凹凸形状は、摩耗等の損傷が大きくなる。しかし、前述のように、極細線３によって形成された凹凸パターンは凸形状の先端部が円形であり（図２（ａ）参照）、ロール表面には半円形の凸形状、即ち突起形状が形成されるため、摩耗等の損傷を受けにくく、金属板への凹凸パターンの転写に伴うロール表面の凹凸形状の不必要な摩耗を低減させることができる。また、転写圧延量の増加に伴い、凹凸形状が形成されたロール表面の摩耗が進行したときでも、極細線の巻き替えによって新たなロール表面形状（凹凸形状）を形成できるため、ロール本体２の表面の再研磨が不要となり、ロール寿命が向上する。さらに、図３（ａ）に示したように、ロール本体２の表面に巻き付けられた極細線３は、転写圧延中は、ロール本体２と被圧延材の金属板５の両者で保持されているため、ロール本体２の表面と極細線３との間で滑りが発生せず、ロール本体２への溶接などによるロール本体２との強固な密着性は不要であり、金属板５に凹凸パターンを簡便に付与できる利点がある。

前記極細線３の下限の線径は、例えば、１μｍまたはそれ以下であってもよいが、現実には、市販されている極細線の下限寸法に依存する。現状では、市販極細線の下限寸法は１０μｍ程度である。また、前記上下ロールのいずれか一方のみに、前記極細線を巻付けた転写ロールを用いて、金属板の片側表面にのみ凹凸形状を形成することもできる。

図４（ａ）および（ｂ）は、前記上下の転写ロール１ａ、１ｂ、および１ｃ、１ｄを、冷延ラインに２段に配置し、スキンパス圧延を２回繰り返して、金属板５の表面に凹凸模様が交差したパターンを形成する方法を模式的に示したものである。第１パス目の上側転写ロール１ａの極細線３の巻付け角度θ_ｕ１と、第２パス目の上側転写ロール１ｃの極細線３の巻付け角度θ_ｕ２とは、その大きさを、例えば、１０°とし、その巻付け方向が、ロール中心軸に垂直な方向から互いに反転する方向に極細線３が巻き付けられている。同様に、第１パス目の下側転写ロール１ｂの極細線３の巻付け角度θ_Ｌ１と、第２パス目の下側転写ロール１ｃの極細線３の巻付け角度θ_Ｌ２とは、その大きさを、例えば、１０°とし、その巻付け方向が、ロール中心軸に垂直な方向から互いに反転する方向に極細線３が巻き付けられている。そして、図４（ａ）および（ｂ）から明らかなように、第１パス、第２パスともに、上側の転写ロール１ａ、１ｃと、下側の転写ロール１ｂ、１ｄとは、極細線３の巻付け角度は等しく（θ_ｕ１＝θ_Ｌ１、θ_ｕ２＝θ_Ｌ２）、巻付け方向を反転させ、転写圧延中の金属板５の幅方向（ロール軸方向）の蛇行を防止するようにしている。

このように、上記転写ロール１ａ〜１ｄを組み込んでスキンパス圧延を２回繰り返すことにより、第１パスでは、図４（ｃ）に示したように、金属板５の上表面に巻付け角度θ_ｕ１だけ斜行した凹凸パターン６が形成され、第２パスでは、図４（ｄ）に示したように、この凹凸パターン６と交差する、巻付け角度θ_ｕ２だけ斜行した凹凸パターン６ａが形成される。金属板５の下表面についても同様に、第１パスで、巻付け角度θ_Ｌ１だけ斜行し、前記凹凸パターン６と反転した方向に凹凸パターンが形成され、第２パスで、巻付け角度θ_Ｌ２だけ斜行し、前記凹凸パターン６ａと反転した方向に凹凸パターンが形成される。そして、第１パスおよび第２パスの転写ロールの極細線３の巻付け角度を変更することにより、上下面に任意の角度で斜行した凹凸パターンがそれぞれ形成された金属板の製造が可能となる。この凹凸パターンの斜行角度を変えることにより、外観の装飾性や、塗装鮮映性や塗装密着性などの表面性状を任意に変更することが可能となる。

なお、上述の転写ロールを用いれば、鋼板や、銅板やアルミ板などの非鉄金属板のいずれにも凹凸パターンの転写が可能である。

（ａ）実施形態の、ロール表面に極細線を巻付ける方法を示す説明図（斜視図）である。（ｂ）極細線の一端側をロールに固定する方法を示す説明図（側面図）である。（ａ）極細線を巻付けて表面に凹凸形状を形成した上下一対の転写ロールを模式的に示した外観図である。（ｂ）転写ロール表面の凹凸形状を示す断面図である。（ａ）転写圧延により、金属板の表面に凹凸パターンが形成される状況を模式的に示す説明図である。（ｂ）凹凸パターンが転写された金属板表面を示す説明図（断面図）である。（ｃ）凹凸パターンが転写された金属板表面を模式的に示す説明図（平面図）である。（ａ）、（ｂ）極細線の巻付けた上下一対の転写ロールを模式的に示した外観図である。（ｃ）、（ｄ）金属板の表面に形成された凹凸パターンを模式的に示す説明図（平面図）である。

符号の説明

１、１ａ〜１ｄ・・・転写ロール
２・・・圧延ロール（ロール本体）
３・・・極細線
４・・・加工溝
５・・・金属板
６、６ａ・・・凹凸パターン
Ｆ・・・溶接固定部

Claims

金属板に圧延により凹凸パターンを転写するための凹凸形状が表面に形成された転写ロールの製造方法であって、圧延用ロールの表面に、高強度の極細線をロール周方向に沿ってロール軸方向に順次巻き付けることにより、前記凹凸形状を形成することを特徴とする転写ロールの製造方法。
前記極細線を前記ロールの一端側に固定した後、そのロール周方向に沿って、互いに接触するように張力を付与しながらロール軸方向に順次巻き付けた後、この極細線を前記ロールの他端側に固定して前記凹凸形状を形成するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の転写ロールの製造方法。
前記極細線の直径が５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の転写ロールの製造方法。
金属板に圧延によりの凹凸パターンを転写するための凹凸形状が表面に形成された転写ロールであって、前記凹凸形状が、ロール周方向に沿って、互いに接触するようにロール軸方向に順次巻き付けられた高強度の極細線により形成されたことを特徴とする転写ロール。