JP3544388B2 - 鱗状表面を有する材料の加工方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、魚の鱗のように折り重なった微細表面形状を有する材料の加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
魚の鱗のように折り重なった微細表面形状（以下、鱗状表面という）を有する材料は、その表面形状の異方性から、摩擦特性の異方性、光学特性の異方性、及び金属表面に付着しにくい物質の強い付着性、等を有し、従来の単純な表面形状（波形、凹み、等）では得られない特有の用途に適用することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、かかる鱗状表面を有する材料は、少なくとも２工程以上の工程を必要とし、加工時間と加工費用がかかり、かつ広い面積の加工が困難であり量産が難しい問題点があった。
【０００４】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、単一の工程で短時間に加工でき、かつ広い面積の加工にも適用でき、量産が可能な鱗状表面を有する材料の加工方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、平面工具の表面に複数の微細な窪みを互いに間隔を隔てて形成し、該平面工具によりロールを圧印加工してロール表面に前記窪みと嵌合する微細な突起を転写し、次いで前記ロールにより圧延時の中立点を入側に寄せて平板を圧延加工する、ことを特徴とする鱗状表面を有する材料の加工方法が提供される。
【０００６】
本発明の好ましい実施例によれば、イオンビームエッチングにより前記平面工具の窪みを形成し、該窪みは円筒形丸穴であり、隣接する丸穴間の肉厚は丸穴の半径より小さい。また、前記丸穴の直径は約１００μｍであり、その間隔は約１３０μｍである。更に、前記圧延加工による平板の圧延率は、厚さの対数ひずみで２０％以上である、ことが好ましい。
【０００７】
【作用】
上記本発明の方法によれば、表面に微細な突起を有するロールを圧印加工で形成し、このロールにより圧延時の中立点を入側に寄せて平板を圧延加工するので、入側に近い中立点付近で、ロールと平板の相対速度がほとんどなく、通常の圧下と同様にロールの突起に対応する凹穴を平板表面に形成することができる。次いでロールによる圧下（すなわち圧延）が完了し、ロールが平板から離れだすと、中立点より下流ではロールと平板の相対速度があり、かつ平板は圧延により伸ばされているので、ロールの突起先端部が凹穴の縁を擦りながら抜け出す。この際、ロールの突起先端部により、平板に形成された凹穴を水平に変形させ、これにより、平板に鱗状表面を形成することができる。従って、鱗状表面を有する平板を、量産に適した通常の圧延加工と同様の単一工程ででき、短時間で広い面積の加工を行うことができる。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の加工方法を示す工程図である。この図において、本発明の鱗状表面を有する材料の加工方法は、▲１▼平面工具１の表面に複数の微細な窪み２を互いに間隔を隔てて形成する第１工程（Ａ）と、▲２▼第１工程で形成された平面工具１によりロール３を圧印加工してロール表面に前記窪み２と嵌合する微細な突起４を転写する第２工程（Ｂ）と、▲３▼第２工程で圧印加工されたロール３により圧延時の中立点Ｎを入側に寄せて平板５を圧延加工する第３工程（Ｃ）と、からなる。なお、図１で、７はイオンビーム、８はマスク、９は引抜き板、１０はスライドニードル軸受である。
【０００９】
図２は、図１の第３工程の詳細を示す説明図である。図２（Ａ）において、圧延加工が行われている部分で、ロール３の周速Ｖ０ と平板５の速度Ｖとが一致する点が中立点Ｎであり、中立点Ｎより出側（下流側）では、平板５の速度Ｖはロール３の周速Ｖ０ より速く、逆に中立点Ｎより入側（上流側）では、平板５の速度Ｖはロール３の周速Ｖ０ より遅い。また、加工が行われていない部分の平板５の速度Ｖは、入側でＶｉｎ（≦Ｖ０ ）であり、出側でＶｏｕｔ （≧Ｖ０ ）である。中立点Ｃの位置は、圧延時の入側、出側の平板の張力、圧下率、ロール３の周速等により調節することができる。
【００１０】
図２（Ｂ）は、（Ａ）の中立点Ｎ付近における加工を模式的に示す図である。中立点Ｎ付近では、ロール３の周速Ｖ０ と平板５の速度Ｖとがほぼ一致するため、通常の圧下と同様にロールの突起４に対応する凹穴６を平板表面に形成することができる。この際、凹穴６の間には壁６ａが形成される。
次いでロール３による圧下（すなわち圧延）が完了し、ロール３が平板から離れだすと、図２（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、中立点より下流ではロール３と平板５の相対速度があり、かつ平板５は圧延により伸ばされているので、ロール３の突起４の先端部が凹穴の壁６ａを擦りながら抜け出す。この際、ロールの突起４の先端部により、平板に形成された凹穴６の間の壁６ａを水平に変形させ、これにより、平板に鱗状表面を形成することができる。従って、鱗状表面を有する平板を、量産に適した通常の圧延加工と同様の単一工程ででき、短時間で広い面積の加工を行うことができる。
【００１１】
以下、本発明の方法を用いた試験結果を説明する。この試験では、図１の第１工程（Ａ）において、イオンビームエッチングにより平面工具１（材質：超硬合金）の窪みを形成した。この窪みは直径約１００μｍの円筒形丸穴であり、その間隔は約１３０μｍ、深さは約２２μｍであった。なお、上述したように丸穴間の壁部分６ａが鱗状に形成されるため、窪みの間隔は、十分狭いことが望ましく、少なくとも隣接する丸穴間の肉厚が丸穴の半径より小さいことが好ましい。
【００１２】
次いで、図１の第２工程（Ｂ）において、平面工具１によりロール３（材質：純アルミニウム）を圧印加工してロール表面に窪み２と嵌合する微細な突起４を転写した。この圧印加工は、約７００Ｎ／ｍｍの押付け力で実施し、平面工具１の窪み２に対応した突起４を形成することができた。次いで、図１の第３工程（Ｃ）において、ロール３により圧延時の中立点Ｃを入側に寄せて平板５を圧延加工した。この結果を図３〜図８に示す。
【００１３】
図３は、工業的純アルミ板材の微細表面加工における圧下力とひずみの関係図である。この図で横軸は圧下力（Ｎｏｒｍａｌ ｌｏａｄ： Ｎ／ｍｍ） 、縦軸は対数ひずみ（Ｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃ ｓｔｒａｉｎ：無次元） であり、図中○は長手方向ひずみ、●は厚さ方向ひずみ（板厚ひずみ）である。図からわかるように、平面ひずみには遠い変形状態であり、圧下力１００Ｎ／ｍｍで（絶対値で）５％程度の板厚ひずみであり、（ｄ） の圧下力２２０〜２４０Ｎ／ｍｍで２０％以上の板厚ひずみであった。
【００１４】
また、平板表面の走査型電子顕微鏡写真から、（ａ） では窪み深さ約６μｍで単独の圧子による押し込みに近いが、突起の運動の影響で窪みから突起の出側に彗星の尾のようなものがでる傾向があり、（ｂ） では深さは１２〜１４μｍとなり、穴はロールの回転方向に伸び、かつ各々の窪みの突起の出側に局部的な盛り上がりが形成され、その高さは９〜１２μｍ程度であった。更に、（ｃ） では深さ約１５μｍで盛り上がり約１０μｍとなり、盛り上がり部分が隣接する穴に覆いかぶさるように干渉して変形し、（ｄ） では穴が消失し鱗状の表面が形成されることがわかった。
【００１５】
図４は、図３の（ｄ） の表面の触針式表面粗さ計による３次元的粗さ曲線図であり、図５は図４の結果から得た圧下力と窪み２深さおよび盛り上がり高さとの関係図である。図４及び図５から、盛り上がりは工具面の拘束のためか１０μｍから大きくでることはなかった。
図６は、図３の（ｄ） の表面の拡大写真（１００倍）、図７は、図６の斜め４５°左から見た走査型電子顕微鏡写真（４００倍）、図８は図３の（ｄ） の表面部分の断面曲線である。図６〜図８から、平板に規則正しく魚の鱗のように折り重なった微細表面形状（鱗状表面）が形成されているのがわかる。かかる鱗状表面を有する材料は、前述したように、その表面形状の異方性から、摩擦特性の異方性、光学特性の異方性、及び金属表面に付着しにくい物質の強い付着性、等を有し、従来の単純な表面形状（波形、凹み、等）では得られない特有の用途に適用することができる。
【００１６】
上述したように、本発明の方法によれば、表面に微細な突起を有するロールを圧印加工で形成し、このロールにより圧延時の中立点を入側に寄せて平板を圧延加工するので、入側に近い中立点付近で、ロールと平板の相対速度がほとんどなく、通常の圧下と同様にロールの突起に対応する凹穴を平板表面に形成することができる。次いでロールによる圧下（すなわち圧延）が完了し、ロールが平板から離れだすと、中立点より下流ではロールと平板の相対速度があり、かつ平板は圧延により伸ばされているので、ロールの突起先端部が凹穴の縁を擦りながら抜け出す。この際、ロールの突起先端部により、平板に形成された凹穴を水平に変形させ、これにより、平板に鱗状表面を形成することができる。
【００１７】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００１８】
【発明の効果】
上述したように、本発明の加工方法によれば、単一の工程で短時間に鱗状表面を有する材料を加工でき、かつ広い面積の加工にも適用でき、量産が可能である、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加工方法を示す工程図である。
【図２】図１の第３工程の詳細を示す説明図である。
【図３】アルミ板材の微細表面加工における圧下力とひずみの関係図である。
【図４】図３の（ｄ） の表面の触針式表面粗さ計による３次元的粗さ曲線である。
【図５】圧下力と窪み深さおよび盛り上がり高さとの関係図である。
【図６】図３の（ｄ） の表面の顕微鏡写真（１００倍）である。
【図７】図６の斜め左から見た走査型電子顕微鏡写真（４００倍）である。
【図８】図３の（ｄ） の表面部分の断面図である。
【符号の説明】
１ 平面工具
２ 窪み
３ ロール
４ 突起
５ 平板
６ 凹穴
７ イオンビーム
８ マスク
９ 引抜き板
１０ スライドニードル軸受
【産業上の利用分野】
本発明は、魚の鱗のように折り重なった微細表面形状を有する材料の加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
魚の鱗のように折り重なった微細表面形状（以下、鱗状表面という）を有する材料は、その表面形状の異方性から、摩擦特性の異方性、光学特性の異方性、及び金属表面に付着しにくい物質の強い付着性、等を有し、従来の単純な表面形状（波形、凹み、等）では得られない特有の用途に適用することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、かかる鱗状表面を有する材料は、少なくとも２工程以上の工程を必要とし、加工時間と加工費用がかかり、かつ広い面積の加工が困難であり量産が難しい問題点があった。
【０００４】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、単一の工程で短時間に加工でき、かつ広い面積の加工にも適用でき、量産が可能な鱗状表面を有する材料の加工方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、平面工具の表面に複数の微細な窪みを互いに間隔を隔てて形成し、該平面工具によりロールを圧印加工してロール表面に前記窪みと嵌合する微細な突起を転写し、次いで前記ロールにより圧延時の中立点を入側に寄せて平板を圧延加工する、ことを特徴とする鱗状表面を有する材料の加工方法が提供される。
【０００６】
本発明の好ましい実施例によれば、イオンビームエッチングにより前記平面工具の窪みを形成し、該窪みは円筒形丸穴であり、隣接する丸穴間の肉厚は丸穴の半径より小さい。また、前記丸穴の直径は約１００μｍであり、その間隔は約１３０μｍである。更に、前記圧延加工による平板の圧延率は、厚さの対数ひずみで２０％以上である、ことが好ましい。
【０００７】
【作用】
上記本発明の方法によれば、表面に微細な突起を有するロールを圧印加工で形成し、このロールにより圧延時の中立点を入側に寄せて平板を圧延加工するので、入側に近い中立点付近で、ロールと平板の相対速度がほとんどなく、通常の圧下と同様にロールの突起に対応する凹穴を平板表面に形成することができる。次いでロールによる圧下（すなわち圧延）が完了し、ロールが平板から離れだすと、中立点より下流ではロールと平板の相対速度があり、かつ平板は圧延により伸ばされているので、ロールの突起先端部が凹穴の縁を擦りながら抜け出す。この際、ロールの突起先端部により、平板に形成された凹穴を水平に変形させ、これにより、平板に鱗状表面を形成することができる。従って、鱗状表面を有する平板を、量産に適した通常の圧延加工と同様の単一工程ででき、短時間で広い面積の加工を行うことができる。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の加工方法を示す工程図である。この図において、本発明の鱗状表面を有する材料の加工方法は、▲１▼平面工具１の表面に複数の微細な窪み２を互いに間隔を隔てて形成する第１工程（Ａ）と、▲２▼第１工程で形成された平面工具１によりロール３を圧印加工してロール表面に前記窪み２と嵌合する微細な突起４を転写する第２工程（Ｂ）と、▲３▼第２工程で圧印加工されたロール３により圧延時の中立点Ｎを入側に寄せて平板５を圧延加工する第３工程（Ｃ）と、からなる。なお、図１で、７はイオンビーム、８はマスク、９は引抜き板、１０はスライドニードル軸受である。
【０００９】
図２は、図１の第３工程の詳細を示す説明図である。図２（Ａ）において、圧延加工が行われている部分で、ロール３の周速Ｖ０ と平板５の速度Ｖとが一致する点が中立点Ｎであり、中立点Ｎより出側（下流側）では、平板５の速度Ｖはロール３の周速Ｖ０ より速く、逆に中立点Ｎより入側（上流側）では、平板５の速度Ｖはロール３の周速Ｖ０ より遅い。また、加工が行われていない部分の平板５の速度Ｖは、入側でＶｉｎ（≦Ｖ０ ）であり、出側でＶｏｕｔ （≧Ｖ０ ）である。中立点Ｃの位置は、圧延時の入側、出側の平板の張力、圧下率、ロール３の周速等により調節することができる。
【００１０】
図２（Ｂ）は、（Ａ）の中立点Ｎ付近における加工を模式的に示す図である。中立点Ｎ付近では、ロール３の周速Ｖ０ と平板５の速度Ｖとがほぼ一致するため、通常の圧下と同様にロールの突起４に対応する凹穴６を平板表面に形成することができる。この際、凹穴６の間には壁６ａが形成される。
次いでロール３による圧下（すなわち圧延）が完了し、ロール３が平板から離れだすと、図２（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、中立点より下流ではロール３と平板５の相対速度があり、かつ平板５は圧延により伸ばされているので、ロール３の突起４の先端部が凹穴の壁６ａを擦りながら抜け出す。この際、ロールの突起４の先端部により、平板に形成された凹穴６の間の壁６ａを水平に変形させ、これにより、平板に鱗状表面を形成することができる。従って、鱗状表面を有する平板を、量産に適した通常の圧延加工と同様の単一工程ででき、短時間で広い面積の加工を行うことができる。
【００１１】
以下、本発明の方法を用いた試験結果を説明する。この試験では、図１の第１工程（Ａ）において、イオンビームエッチングにより平面工具１（材質：超硬合金）の窪みを形成した。この窪みは直径約１００μｍの円筒形丸穴であり、その間隔は約１３０μｍ、深さは約２２μｍであった。なお、上述したように丸穴間の壁部分６ａが鱗状に形成されるため、窪みの間隔は、十分狭いことが望ましく、少なくとも隣接する丸穴間の肉厚が丸穴の半径より小さいことが好ましい。
【００１２】
次いで、図１の第２工程（Ｂ）において、平面工具１によりロール３（材質：純アルミニウム）を圧印加工してロール表面に窪み２と嵌合する微細な突起４を転写した。この圧印加工は、約７００Ｎ／ｍｍの押付け力で実施し、平面工具１の窪み２に対応した突起４を形成することができた。次いで、図１の第３工程（Ｃ）において、ロール３により圧延時の中立点Ｃを入側に寄せて平板５を圧延加工した。この結果を図３〜図８に示す。
【００１３】
図３は、工業的純アルミ板材の微細表面加工における圧下力とひずみの関係図である。この図で横軸は圧下力（Ｎｏｒｍａｌ ｌｏａｄ： Ｎ／ｍｍ） 、縦軸は対数ひずみ（Ｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃ ｓｔｒａｉｎ：無次元） であり、図中○は長手方向ひずみ、●は厚さ方向ひずみ（板厚ひずみ）である。図からわかるように、平面ひずみには遠い変形状態であり、圧下力１００Ｎ／ｍｍで（絶対値で）５％程度の板厚ひずみであり、（ｄ） の圧下力２２０〜２４０Ｎ／ｍｍで２０％以上の板厚ひずみであった。
【００１４】
また、平板表面の走査型電子顕微鏡写真から、（ａ） では窪み深さ約６μｍで単独の圧子による押し込みに近いが、突起の運動の影響で窪みから突起の出側に彗星の尾のようなものがでる傾向があり、（ｂ） では深さは１２〜１４μｍとなり、穴はロールの回転方向に伸び、かつ各々の窪みの突起の出側に局部的な盛り上がりが形成され、その高さは９〜１２μｍ程度であった。更に、（ｃ） では深さ約１５μｍで盛り上がり約１０μｍとなり、盛り上がり部分が隣接する穴に覆いかぶさるように干渉して変形し、（ｄ） では穴が消失し鱗状の表面が形成されることがわかった。
【００１５】
図４は、図３の（ｄ） の表面の触針式表面粗さ計による３次元的粗さ曲線図であり、図５は図４の結果から得た圧下力と窪み２深さおよび盛り上がり高さとの関係図である。図４及び図５から、盛り上がりは工具面の拘束のためか１０μｍから大きくでることはなかった。
図６は、図３の（ｄ） の表面の拡大写真（１００倍）、図７は、図６の斜め４５°左から見た走査型電子顕微鏡写真（４００倍）、図８は図３の（ｄ） の表面部分の断面曲線である。図６〜図８から、平板に規則正しく魚の鱗のように折り重なった微細表面形状（鱗状表面）が形成されているのがわかる。かかる鱗状表面を有する材料は、前述したように、その表面形状の異方性から、摩擦特性の異方性、光学特性の異方性、及び金属表面に付着しにくい物質の強い付着性、等を有し、従来の単純な表面形状（波形、凹み、等）では得られない特有の用途に適用することができる。
【００１６】
上述したように、本発明の方法によれば、表面に微細な突起を有するロールを圧印加工で形成し、このロールにより圧延時の中立点を入側に寄せて平板を圧延加工するので、入側に近い中立点付近で、ロールと平板の相対速度がほとんどなく、通常の圧下と同様にロールの突起に対応する凹穴を平板表面に形成することができる。次いでロールによる圧下（すなわち圧延）が完了し、ロールが平板から離れだすと、中立点より下流ではロールと平板の相対速度があり、かつ平板は圧延により伸ばされているので、ロールの突起先端部が凹穴の縁を擦りながら抜け出す。この際、ロールの突起先端部により、平板に形成された凹穴を水平に変形させ、これにより、平板に鱗状表面を形成することができる。
【００１７】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００１８】
【発明の効果】
上述したように、本発明の加工方法によれば、単一の工程で短時間に鱗状表面を有する材料を加工でき、かつ広い面積の加工にも適用でき、量産が可能である、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加工方法を示す工程図である。
【図２】図１の第３工程の詳細を示す説明図である。
【図３】アルミ板材の微細表面加工における圧下力とひずみの関係図である。
【図４】図３の（ｄ） の表面の触針式表面粗さ計による３次元的粗さ曲線である。
【図５】圧下力と窪み深さおよび盛り上がり高さとの関係図である。
【図６】図３の（ｄ） の表面の顕微鏡写真（１００倍）である。
【図７】図６の斜め左から見た走査型電子顕微鏡写真（４００倍）である。
【図８】図３の（ｄ） の表面部分の断面図である。
【符号の説明】
１ 平面工具
２ 窪み
３ ロール
４ 突起
５ 平板
６ 凹穴
７ イオンビーム
８ マスク
９ 引抜き板
１０ スライドニードル軸受
Claims (4)
- 平面工具の表面に複数の微細な窪みを互いに間隔を隔てて形成し、該平面工具によりロールを圧印加工してロール表面に前記窪みと嵌合する微細な突起を転写し、次いで前記ロールにより圧延時の中立点を入側に寄せて平板を圧延加工する、ことを特徴とする鱗状表面を有する材料の加工方法。
- イオンビームエッチングにより前記平面工具の窪みを形成し、該窪みは円筒形丸穴であり、隣接する丸穴間の肉厚は丸穴の半径より小さい、ことを特徴とする請求項１に記載の鱗状表面を有する材料の加工方法。
- 前記丸穴の直径は約１００μｍであり、その間隔は約１３０μｍである、ことを特徴とする請求項２に記載の鱗状表面を有する材料の加工方法。
- 前記圧延加工による平板の圧延率は、厚さの対数ひずみで２０％以上である、ことを特徴とする請求項１に記載の鱗状表面を有する材料の加工方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09709894A JP3544388B2 (ja) | 1994-05-11 | 1994-05-11 | 鱗状表面を有する材料の加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09709894A JP3544388B2 (ja) | 1994-05-11 | 1994-05-11 | 鱗状表面を有する材料の加工方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07299501A JPH07299501A (ja) | 1995-11-14 |
| JP3544388B2 true JP3544388B2 (ja) | 2004-07-21 |
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ID=14183156
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09709894A Expired - Fee Related JP3544388B2 (ja) | 1994-05-11 | 1994-05-11 | 鱗状表面を有する材料の加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3544388B2 (ja) |
-
1994
- 1994-05-11 JP JP09709894A patent/JP3544388B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07299501A (ja) | 1995-11-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20031201 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
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