JP3311121B2 - 圧延用金属ロール表面へのマーキング用レジスト材 - Google Patents

圧延用金属ロール表面へのマーキング用レジスト材

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JP3311121B2 JP30183493A JP30183493A JP3311121B2 JP 3311121 B2 JP3311121 B2 JP 3311121B2 JP 30183493 A JP30183493 A JP 30183493A JP 30183493 A JP30183493 A JP 30183493A JP 3311121 B2 JP3311121 B2 JP 3311121B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、圧延用金属ロール表面
に所定の凹凸パターンを付与する際に使用されるレジス
ト材に関するものである。
【0002】
【従来の技術】本発明者らは圧延用金属ロール表面に所
定の凹凸からなる模様を負荷する方法として、特開平2
−175882号公報にロール表面に耐酸腐食性樹脂と光吸収
剤からなる塗料を薄膜にて塗布し、その後で低出力のY
AGレーザ光をQスイッチによってパルス状に照射さ
せ、照射個所の薄膜を蒸発除去し、露出したロール表面
をエッチング液にて加工する方法を開示した。
【0003】また、その後本発明者らは特開平4−2832
73号公報に、上記方法に使用する塗料として、アクリル
系合成樹脂をベース樹脂とし、小量のニトロセルロース
と2〜15wt%のカーボンブラックを含むものを開示し
た。しかしながら、上記の塗料は以下のような問題点を
有していた。第一の問題点として、次のことが明らかと
なった。金属圧延ロール表面に塗布された耐酸樹脂(レ
ジスト)膜を低出力のレーザ光にて部分的に蒸発除去す
る際に、透明なアクリル系樹脂だけでは、YAGレーザ
光の吸収が起こらないためにカーボンブラックを添加し
ている。これによりレーザ光エネルギーは添加したカー
ボンブラックの微粒子に吸収され、発熱するから周囲の
アクリル系樹脂を熱分解及び蒸発させることが可能な温
度になると考えられる。
【0004】この事から、レーザビームがレジスト膜に
照射されたビームスポットの中心部では照射エネルギー
が高いために、レジスト膜を構成する主成分の樹脂は分
子結合そのものが破壊されるのでレジスト膜はロール表
面から完全に除去できる。しかしながら、エネルギーの
低いビームスポットの周囲部では図2(a)に示すよう
にロールとの界面に薄膜状レジストが残留する。これ
は、ロールとの界面近傍においてはカーボンブラックの
微粒子自体の温度が上昇しても、透明なアクリル系樹脂
がロールと接触しているために金属ロール面から冷却さ
れ、樹脂が熱分解及び蒸発するに充分な温度に到達せ
ず、界面に樹脂のみの薄膜として残留するものと考えら
れる。従って、エッチング処理する際残留したレジスト
はエッチング初期にエッチング液からロール面を保護し
てしまうので、図3(a)に示すように出来上がったロ
ールの凹部の深さが異なり、エッチング深さの不均一化
の原因となる。
【0005】特に、エッチング量を多く取る場合には、
耐エッチング性を増すためにレジスト膜の膜厚を大きく
しなければならず、レジスト膜が残留する傾向にある。
次に、従来から使用しているレジスト膜の耐エッチング
性が第二の問題点としてある。即ち、レーザ加工後にエ
ッチング処理を行い、レジスト膜の膜厚と耐エッチング
液性との相関を調査した結果について図4に示す。な
お、この図の曲線よりも下側の領域ではロール面から剥
離する。
【0006】その結果、エッチング液の温度が30℃では
エッチング液中での浸漬時間を10分間確保するために
は、レジスト膜の厚みが6μm以上必要である。さら
に、エッチング時間を短くするために、エッチング液の
温度を高くすると、同じレジスト膜の厚みではエッチン
グ液中での浸漬時間をより短縮するか、または同じエッ
チング時間を確保するために、レジスト膜の厚みを増加
することになる。レジスト膜の厚みが増加するとレーザ
光にて部分的に蒸発除去する際のレーザ光照射時間の増
加やレーザ光照射エネルギーの増加を生じ、レーザ光に
よる加工時間の増加とレーザ発生装置の能力アップ等の
経済性及び生産性を低下させる原因となる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、レー
ザビームスポットの周囲部での薄膜状レジストの残留が
殆どない圧延用金属ロール表面へのマーキング用レジス
ト材を提供することである。また本発明の他の目的は、
上記目的に加えさらにエッチング時の耐剥離性に優れた
圧延用金属ロール表面へのマーキング用レジスト材を提
供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、アクリル系合
成樹脂とセルロース誘導体からなる樹脂成分に、カーボ
ンブラックと赤外線吸収能力を有する色素を含有してな
ることを特徴とする圧延用金属ロール表面へのマーキン
グ用レジスト材であり、またアクリル系合成樹脂とセル
ロース誘導体からなる樹脂成分に、カーボンブラックを
添加したレジスト材層を、アクリル系合成樹脂とセルロ
ース誘導体からなる樹脂成分に赤外線吸収能力を有する
色素を添加してなるレジスト材層の上側に形成させてな
ることを特徴とする圧延用金属ロール表面へのマーキン
グ用レジスト材であり、さらに上記アクリル系合成樹脂
が架橋構造を有することが望ましい。
【0009】
【作用】本発明では、光吸収機能を持つものとしてカー
ボンブラック以外に赤外線吸収能力を有する色素を含有
しているために、圧延ロール表面とレジスト膜の界面付
近に生成する薄膜も照射されたレーザ光で加熱されるよ
うになる。光吸収機能としてはカーボンブラックの方が
前述の色素よりも大きいので、レジスト膜の大部分はカ
ーボンブラックの作用によりレーザ光により除去され、
色素の役割は圧延ロール表面とレジスト膜の界面付近に
生成する薄膜の除去である。
【0010】本発明において対象となる色素としては、
例えばYAGレーザ等の 0.8μm〜25μmの赤外線領域
に該当する波長のレーザ光を吸収可能なものであること
が望ましい。具体的にはシアニン色素、スクワリリウム
色素、メチン色素、ナフトキノン色素、キノンイミン色
素、キノンジイミン色素、フタロシアニン色素、ナフタ
ロシアニン色素等がある。
【0011】これらの色素は本発明に使用するアクリル
系樹脂には溶解しないが、極微粒子として樹脂中に均一
に分散していればよく、一次粒子の径が 0.5μm以下で
あることが望ましい。上記の色素の他に、樹脂成分に溶
解するものとして油溶染料の中でカラーインデックスの
ブルー11、グリーン3、ブラウン3、ブラック5等のよ
うな赤外線吸収能力の大きなものが利用できる。これら
の色素は樹脂成分に対して 0.1〜20wt%の範囲が好まし
く、より好ましくは 0.5〜10wt%である。
【0012】本発明では、図1(a)に示すようにカー
ボンブラックと赤外線吸収能力を有する色素をベース樹
脂に混合したレジスト膜を金属ロール表面に形成するこ
とで、その目的を達成することができる。また、本発明
では図1(b)に示すようにカーボンブラックを添加し
たレジスト材層を、赤外線吸収能力を有する色素を添加
してなるレジスト材層の上側に形成させる二層型の塗装
でもよい。この場合は、上側のレジスト層に比べて下側
のレジスト層は1/3以下の薄い膜厚みになるよう塗装
することが好ましい。
【0013】また、本発明では、アクリル系樹脂に架橋
構造を形成することが望ましい。これによりレジスト膜
全体の吸水性が低下し、その結果、レジスト膜の耐エッ
チング性が向上する。具体的には、ヒドロキシル基を含
むアクリル系およびメタクリル系の単量体と他のビニル
化合物との共重合体を合成し、これに低分子量の架橋剤
としてメラミン、ベンゾグアナミン、尿素等とホルムア
ルデヒドとの付加縮合体を少量添加した後に、加熱する
ことで架橋構造を形成することができる。本発明では架
橋構造の形成させる程度としてレジスト膜の耐エッチン
グ性のみが向上すればよく、一方、架橋構造の形成はエ
ッチング後のレジスト膜の剥離性が低下するという問題
もあるので、通常の熱硬化塗料に比べて本発明のレジス
ト膜中の架橋構造はわずかなものでよい。なお、架橋構
造の形成方法は前述の方法以外にも、一分子中に二重結
合を三個以上含むアクリル系およびメタクリル系の単量
体と他のビニル化合物との共重合体を合成し、これにジ
ビニルベンゼン等のジビニル化合物と反応触媒である有
機過酸化物を添加したものでもよい。
【0014】以下に本発明のレジストをロール表面加工
に利用する方法を説明する。 1)ロール表面に本発明にかかわるレジスト材(耐酸腐
食性樹脂塗料)を均一に塗布する。 2)Qスイッチ制御されたパルス状のYAGレーザ光を
照射し、目標とする膜様部位の耐酸腐食性樹脂塗料を蒸
発除去させる。 3)エッチング加工により、ロール表面の露出された部
分(模様)を腐食させ、形成された凹部の集合体で任意
の凹凸パタン(模様)をロール表面に付与する。 4)ロール表面の耐酸腐食性樹脂塗料を除去する。
【0015】本発明のレジスト材はこれらの工程におい
て要求される耐酸腐食性樹脂塗料の特性を満足してい
る。まずレーザ光の照射で蒸発しやすいこと、エッチン
グ工程でロール素地と腐食液間に強固なバリヤーとして
剥離せず存在すること、および研磨、研削等の特別な手
段を講ぜずエッチング後の塗料をロール面から除去でき
ることである。
【0016】なお、本発明に使用されるセルロース誘導
体として、ニトロセルロース、酢酸セルロース、セルロ
ースブチルアセテート等の中でアクリル系合成樹脂と相
溶性を有するものであればよい。また、本発明に使用さ
れるアクリル系合成樹脂は常温乾燥型の塗料ビヒクルと
して利用されているメタクリル酸メチルを主体とする重
合体およびこれに類するものが適当である。
【0017】
【実施例】
実施例1 ベースになる樹脂成分として、アクリル樹脂はメタクリ
ル酸メチルとアクリル酸エチルの共重合体を用い、これ
にニトロセルロース(窒素含有量11%)をアクリル樹脂
100重量部に対して15重量部ブレンドしたものを予め調
整する。
【0018】カーボンブラックとしてはカラーブラック
を選択し、赤外線吸収能力を有する色素としてナフタロ
シアニン色素(一次粒子系は平均 0.3μm)と油溶染料
のブラック5を表1に示す添加量にて加え、レジスト材
を調整する。このレジスト材をシンナーにて固形分濃度
10%になるように希釈し、噴射剤としてDME、LPG
を混合したものを鋼製圧延ロール表面にスプレー塗装す
る。室温にて乾燥後のレジスト膜の厚みは平均8μmで
ある。
【0019】レジストが塗布された金属ロールにQスイ
ッチ制御されたYAGレーザ光のビーム径50μmにして
から照射し、マーキング処理を行った。その後に、エッ
チング液として塩化第二鉄水溶液を用い、マーキングさ
れたロール表面をエッチングし、最後にロール面に残存
したレジスト膜をブラシにて除去した。 実施例2 ベースになる樹脂成分として、アクリル樹脂はメタクリ
ル酸メチルとアクリル酸エチルの共重合体を用い、これ
にニトロセルロース(窒素含有量11%)をアクリル樹脂
100重量部に対して15重量部ブレンドしたものを予め調
整する。カーボンブラックとしてはカラーブラックを樹
脂固形分比として8重量%のみを添加したレジスト材A
と、赤外線吸収能力を有する色素である油溶染料のブラ
ック5を10重量%のみを添加したレジスト材Bを各々調
整する。これらのレジスト材をシンナーにて希釈したも
のを鋼製圧延ロール表面にスプレー塗装する。その際に
最初にレジスト材Bを鋼製圧延ロール表面にスプレー塗
装し、室温にて乾燥後のレジスト膜の厚みが平均1μm
になるように塗装する。次にレジスト材Aを鋼製圧延ロ
ール表面にスプレー塗装し、室温にて乾燥後のレジスト
膜の厚みが平均6μmになるように塗装する。
【0020】
【表1】
【0021】実施例3 ヒドロキシル基を有するアクリル系モノマーとメタクリ
ル酸メチルとの共重合体を合成し、実施例1と同じ割合
でニトロセルロース(窒素含有量11%)をブレンドした
ものを予め調整する。これに、カーボンブラックを8重
量%と赤外線吸収能力を有する色素ブラック5を10重量
%添加し、さらに水溶性メラミン樹脂を6重量%加えた
レジスト材を調整する。以下、実施例1と同様な方法に
て試験した。その結果をレジスト膜が除去された径は30
μmであり、耐エッチング性に関して、エッチング液の
温度が50℃で、エッチング液への浸漬時間が10分の条件
下では、エッチング中のレジスト膜の剥離は全くみられ
ず、エッチング後の膜の剥離特性は良好であった。
【0022】比較例として、前述の樹脂にカーボンブラ
ックとしてはカラーブラックを8重量%のみを添加した
ものを、鋼製圧延ロール表面にスプレー塗装し、室温に
て乾燥後のレジスト膜の厚みが平均7μmになるように
塗装する。レジストが塗布された金属ロールにQスイッ
チ制御されたYAGレーザ光を照射し、マーキング処理
を行った。その後に、エッチング液として塩化第二水溶
液を用い、マーキングされたロール表面をエッチング
し、最後にロール面に残存したレジスト膜をブラシにて
除去した。
【0023】その結果、レーザビームの径が50μmの場
合、比較例では図2(a)に示すように薄膜状残留レジ
スト部が残留し、ロール表面から樹脂が完全に除去され
た金属露出部の径が10μm であったのに対し本発明のレ
ジスト材を用いた場合ではロール表面から樹脂が完全に
除去された金属露出部の径が30μm と大きく改善され
た。図2(b)に示すように、薄膜状残留レジスト部が
無くなったことにより高精度のエッチング処理を可能に
した。
【0024】
【発明の効果】第1及び第2の本発明によれば、従来の
レジスト材よりもレーザ光による蒸発除去特性が大幅に
向上し、マーキング部分に対してより均一なエッチング
が可能となる。また第3の本発明によれば、従来のレジ
スト材よりも耐エッチング性が向上し、エッチング深さ
の増加及びエッチング加工の高速化が可能となるという
優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)、(b)はそれぞれ本発明のレジスト材
を金属ロール面に塗布した際の状態を示す断面図であ
る。
【図2】レーザ光照射後のレジスト膜の除去状況を表す
断面図である。
【図3】エッチング後の金属ロール表面の断面形状を表
すものである。
【図4】耐エッチング性に関し、レジスト材の塗装膜厚
とエッチング液中での浸漬時間の関係を表すものであ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI G03F 7/028 G03F 7/028 7/032 7/032 (56)参考文献 特開 平2−175882(JP,A) 特開 平4−283273(JP,A) 特開 平4−210483(JP,A) 特開 昭63−316438(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C09D 5/00 - 201/10 C23F 1/00 G03F 7/00 - 7/115

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アクリル系合成樹脂とセルロース誘導体
    からなる樹脂成分に、カーボンブラックと赤外線吸収能
    力を有する色素を含有してなることを特徴とする圧延用
    金属ロール表面へのマーキング用レジスト材。
  2. 【請求項2】 アクリル系合成樹脂とセルロース誘導体
    からなる樹脂成分に、カーボンブラックを添加したレジ
    スト材層を、アクリル系合成樹脂とセルロース誘導体か
    らなる樹脂成分に赤外線吸収能力を有する色素を添加し
    てなるレジスト材層の上側に形成させてなることを特徴
    とする圧延用金属ロール表面へのマーキング用レジスト
    材。
  3. 【請求項3】 アクリル系合成樹脂が架橋構造を有する
    ことを特徴とする請求項1又は2記載の圧延用金属ロー
    ル表面へのマーキング用レジスト材。
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