JPH04392A - 圧延用ロールの表面加工装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、圧延用ロールの表面に凹凸を形成するレーザ
加工方法及びその装置に関するものである。

［従来の技術］ 近年、圧延ロールの表面に高出力のレーザビームをパル
ス状に直接照射してロール表面を溶融し、この溶融部を
クレータ状に盛上がらせて、無数の凹凸を形成し、この
ロールを用いて、金属を圧延することにより、プレス加
工性、塗装鮮映性の優れた金属板を製造することかでき
るようになった。しかし、この方法では金属を溶融させ
るため、１〜２ＫＷの高エネルギーレーザ装置を必要と
し、工業的には波長１０．６　ｕ　ｍの炭酸ガスレーザ
を用いている。この場合、絞れるビームの太さは波長に
比例するので実際のクレータの大きさは、約１００〜２
００ｕｍ程度の大きさに限定され、その形状もリング状
の盛上りに限られていた。

そこで本発明者らは、ロール表面に耐酸腐食性樹脂膜を
塗布しておき、この面に最小直径を１０μｍφ程度に絞
ったＹＡＧレーザビーム（波長１．０６μｍ）を照射し
、耐酸腐食性樹脂膜を部分的に蒸発させた後、ロール表
面をエツチングする方法を開示した（特願平１−８３８
９４号公報）。

この方法ではロール表面に付与したいパターンを最小約
１０μｍ単位のドツトに分割して２値化しておき、ロー
ルに凹部を付けたい部分のみにおいてレーザビームを照
射して耐酸腐食性樹脂を蒸発させて金属面を露出させ、
その後にエツチングによりこの部分を除去し、凹みを付
与する。したがって、任意のパターンの凹凸をロール面
に付与することが可能となる。

［発明が解決しようとする課題１ この装置によりロール表面の耐酸腐食樹脂膜を蒸発させ
、所定のパターンにロール表面を露出させた。ところが
、レーザ光を照射せずに樹脂膜を残すべき部分でも樹脂
膜が比較的薄い部分においてロール表面が露出すること
があった。

次にこのロールをエツチングしたところ、樹脂膜が比較
的薄い部分では十分な深さの凹みを形成することができ
なかった。これはエツチング時に樹脂膜の耐酸性が弱く
なり、本来ロール面上に凸部として残るべき部分が少し
づつエツチングされたものである。

また、この装置によりロール表面に視覚的に確認できる
ような大きなパターン、絵などをエツチングで得るには
、１〜１０ｇｍの樹脂厚では十分な深さの凹みを作るこ
とができないことがあった。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上言己の問題を解決する方法を提供するもので
あり、圧延ロール表面に耐酸腐食性樹脂膜を形成し、Ｑ
スイッチ・ＹＡＧレーザを用いて該樹脂に模様をマーキ
ング加工する方法において、レーザ共振器内に設けた光
変調器のほかに、レーザ光路の途中に（分光した場合に
は各レーザ光路の途中に）光変調器を２個以上備えたこ
と、及び上記樹脂膜厚を１〜２０μｍとすることにより
解決することができる。

［作用］ Ｑスイッチはレーザのパルス化に当り、１パルス当りの
照射時間を極めて短くし、その分だけビークパワーを高
（するパルス化の手段である。

本発明では、レーザとしてＱスイッチ・ＹＡＧレーザを
用い、使用する耐酸腐食性樹脂にレーザ光の吸収率を上
げるために光吸収材を混入する。

通常の樹脂では吸収率が低（て加工することができない
場合がある。そこで十分な光吸収率が得られない樹脂に
ついては光吸収材を混入することにより所要の目的が容
易に達成されるのである。

ここで光吸収材としてはカーボンブラックもしくは色素
が好適である。

本発明者らの実験によれば上記の光吸収材を混入した樹
脂を使用した場合、１００ＷクラスのＹＡＧレーザを用
いた場合は膜厚は１〜２０ｕｍの間が好適である。これ
はレーザによる樹脂膜の貫通孔はスリバチ状の形に形成
されるため、膜厚が厚すぎると十分な径の穴（ドツト）
が形成されないためであり、またスプレー法などを用い
ると１μｍ以下の膜厚は均一に形成困難であるためであ
る。

［実施例］ 実施例１ 本発明の具体的構成について第１図に示す実施例に基づ
いて説明する。

レーザ発振体３５は、Ｎｄ−ＹＡＧレーザの場合はＹＡ
Ｇロットである。レーザ発振体３５は図示しない放電ラ
ンプ等からの光により励起される。これらと全反射ミラ
ー３６、半透過ミラ３６ａにより公知のレーザ共振器が
構成される。

共振器ミラー３６．３６ａ間に第１の光変調器３７が配
設されており、通常音響光学素子等が用いられる。第１
の光変調器３７のＯＮ、ＯＦＦにより、Ｑスイッチ発振
が行われる。共振器９ａ外のレーザ光３０の光路上に第
２、第３、第４の光変調器３７ａ、３７ａ’　　３７ａ
”が設けられており、これらは前記第１の光変調器３７
と同様のものである。第２、第３の光変調器３７ａ、３
７８′を通過したレーザ光３０はミラー等３８により適
宜光路を変更され、第４の光変調器３７ａ”を通過した
後、集光レンズ３９により集光され、被加工物であるロ
ール１上に照射され、耐酸腐食樹脂膜２８を蒸発させる
。

次に光変調器３７．３７ａ、３７ａ′ ３７ａ”の制御方法について説明する。パルスを発生す
るタイミングをとるための基準信号となる高周波のパル
ス信号はロール１０回転軸に結合されたロータリーエン
コーダ４０が発生する。このパルスはロールの回転速度
によらず、ロール回転角度に応じて出されるので、ロー
ルの回転に正確に追随した信号である。この基準信号は
必要に応じて例えば周波数変換器４１によって整数分の
１に間引され、ロール１の円周ごとのドツト数に変換さ
れる。このときロータリエンコーダ４０からの信号は高
周波であるほど周波数変換器４１によって間引された信
号の周波数の自由度が高くなるからロータリエンコーダ
４０はできるだけ高分解能のものが望ましい。光変調器
３７を駆動する光変調器ドライバ４２は周波数変換器４
１を出た信号を直接用いて制御される。

光変調器ドライバ４２は、光変調器３７が音響光学素子
の場合は高周波電圧を発生し、これを周波数変換器４１
の信号に応じてＯＮ、ＯＦＦすることにより、光変調器
をＯＮ、ＯＦＦする。光変調器ドライバ４２は周波数変
換器４１からの入力信号をそのまま使って制御されるた
め、光変調器３７は被加工物１の表面の全てのドツトの
位置でレーザをＯＮとするように働（。次に光変調器３
７ａ、３７ａ’　、３７ａ”を駆動する光変調器ドライ
バ４２ａは、画像メモリ４３に蓄えられている形成すべ
き画像を作るためのドツトの有無の形として並べたデー
タ（２値化データ）をもとに周波数変換器４１から送ら
れるタイミング信号に応じて光変調器３７ａ、３７ａ′
３７ａ′　を駆動する。すなわち光変調器３７ａ、３７
ａ’　、３７ａ”は被加工物１の表面の画像のうち、画
像を形成するのに必要なドツト位置の画素の位置でのみ
レーザをＯＮとするように構成されている。具体的には
周波数変換器４１からの信号に応じて画像メモリ４３か
らのデータを読み出し、これと前記データ自身との積を
取った信号で光変調器ドライバ４２ａを制御する構成を
とっている。

本発明と本発明者らが先に開示した発明との装置上の差
は本発明では光変調器３７８′３７ａ”を追加設置し、
これらを光変調器ドライバ４２ａで３７ａと同期させ、
ＯＮ、ＯＦＦ制御させたことにある。以下にその効果を
説明する。

一般に、音響光学素子で通過光をＯＦＦしても、入力光
の約５０％は通過してしまう。したがって、３７ａ’　
　３７ａ”を設置しないとレーザ発振器３５から出たレ
ーザ光の約５０％はミラー３８、集光レンズ３９を通し
てロール面に到達してしまう。したがって、光変調器３
７ａをＯＮした時にロール面の樹脂が蒸発し、ＯＦＦし
た時にロール面の樹脂が後のエツチングに耐える厚みだ
け残るようにロール全面上の樹脂膜厚みを均一に塗布し
、それに応じたレーザエネルギーレベルをその都度調整
することは容易ではない。そこでＯＦＦ時にロール面上
の樹脂に到達するエネルギーレベルを下げるために光変
調器３７ａと同期して作動するような光変調器をその光
路上に増設することとした。増設が光変調器３７ａ’１
個の場合、ＯＦＦ時に樹脂に達するエネルギーレベルは
ＯＮ時の２５％に低減するので、膜厚のむらが若干あっ
てもエツチング後のロール凹凸深さの不均一度は大幅に
減する。

第１図の実施例ではさらに光変調器３７ａ”を光路上に
設けてあり、ＯＦＦ時のエネルギーレベルはＯＮ時の１
２．５％に低減するので、樹脂膜に若干のむらがあって
もエツチング後の凹凸深さへの影響は少なくなり、樹脂
塗装時の作業性が大幅に向上した。さらに完璧を期すの
であれば同様に光変調器を増やせばよいが、コストがか
さむ。

なお、第１図の実施例では光変調器３７ａ′３７ａ”を
反射ミラー３８の前後に設置したが、これに限定される
ものではなく、発振器９ａの外部の光路上で集光レンズ
３９までの間のどこに設置してもよいことは、その作用
から明らかである。

以上述べた作用を第５図によって説明する。

第５図（ａ）はロールｌ上に均一な膜厚で塗布された樹
脂層２８に対しレーザビームが照射される状態を模式的
に示したものである。照射部６１の樹脂膜は蒸発し、非
照射部６２は残存し、第５図（ｂ）のような状態になる
。本発明で問題としているのは非照射部６２であり、洩
れ光がＯであれば第５図（ｂ）の実線６３で示すように
非照射６２の樹脂膜は変化しないが、従来法のように洩
れ光が５０％あれば破線６４のように洩れ光の興射作用
により非照射部６２の膜厚が薄くなる。もちろん本発明
のように外部の光変調器を複数個設置すれば洩れ光は０
に近づき、第５図（ｂ）の実線６３に近いようになるの
は先に述べた通りである。ｐ召射後に残存した樹脂膜２
８は後のエツチング工程で、耐酸腐食被膜として作用し
、ロール１０食刻を防止するが、本来厚く残存すべき樹
脂膜２８が、洩れ光により薄くなるとエツチング時に耐
酸皮膜の機能を十分発揮することができず、所定の凹凸
表面のロールの製造ができないことになる。

塗膜厚みにむらがあると、この不良現象は一層顕著にな
る。第５図（Ｃ）は塗膜２８の厚みにむらがある状態を
模式的に示したものでこれにＬ−ザビームを照射した場
合、耐酸皮膜として残るべき非照射部６２に薄い部分が
あれば洩れ光によりその部分が蒸発し、はなはだしい場
合には第５図（ｄ）の破線６５で示すようにロール１の
面が露出することがある。

直径６００ｍｍφ、胴長２０００ｍｍの冷間圧延用５％
Ｃｒ鍜鋼ロールに耐酸腐食性樹脂を塗布した。乾燥後膜
厚を測定したところ３〜１０μｍの間でばらついていた
。このロールに第１図の本発明装置で加°工し、第３図
に示すようなパターンの凹凸をロール面にエツチング加
工しその最大深さを測定した結果、ロール面上で１８〜
２５１Ｊ、　ｍの凹凸差が得られた。一方、樹脂膜厚３
〜８　ｌＬｍのばらつきの同様の冷間圧延用ロールに従
来法による同様な加工を行い、エツチングしてロール面
上の凹凸差を調べたところ、３〜２０μｍのばらつきが
生じており、従来法で凹凸差が小さ（、しかもばらつき
が大きかった。

実施例２ 本発明の別の実施例として、第２図に示すように共振器
９ａを出たレーザ３０光を分光ミラ４７ａ、４７ｂを用
いて複数本に分割し、この分割したレーザ光をそれぞれ
独立に光変調器３７ａ、３７ａ’　　３７ａ”　、３７
ｂ、３７ｂ′３７ｂ”、３７ｃ、３７ｃ’、３７ｃ”に
よって０Ｎ−ＯＦＦＬ、同時にロール１の表面に照射す
る構造をとった。この方法では各光変調器３７ａ〜３７
ａ”　、３７ｂ〜３７ｂ’３７ｃ〜３７ｃ”はそれぞれ
別の画像メモリデータで制御されることになる。この方
法は加工速度を向上させる手段として有効である。

直径６００ｍｍφ、胴長２０００ｍｍの冷間圧延用５％
Ｃｒ鍜鋼ロールに耐酸腐食性樹脂を塗布した。乾燥後、
膜厚を測定したところ１１〜２０μｍの間でばらついて
いた。このロールに第２図に示した本発明装置で加工し
、第４図に示すようなロール表面の模様が視覚的に確認
できるような大きな図柄を描き、エツチングした。エツ
チング時間は２５分であったが、樹脂膜はまだしっかり
しており、更にエツチングしても耐えられる状態であっ
た。エツチング深さは、５０〜６０μｍであった。

一方、同一寸法のロールに従来法により３〜１０μｍの
樹脂を塗布した後、従来法による装置（第２図の光変調
器で３７ａ’　、３７ａ”３７ｂ’　、３７ｂ”　　３
７ｃ’、３７ｃ”を除いた状態）で第４図に示す図柄を
描き、２５分間エツチングした。この結果、樹脂は耐酸
腐食性を失った部分が存在し、凸面として残らなければ
ならないロール面が酸により腐食されてしまい、凹凸差
は２〜３８μｍのばらつきが生じた。

一般に、第３図のような１０μｍ単位の大きさの微細な
凹凸をロール表面に付与する場合には、本発明者らか先
に開示したように樹脂膜厚を薄くして、凹凸構成のため
の分解能を確保する必要があるが、第４図のように図柄
を視覚的にとらえられるように大きくする場合、ロール
面上の凹凸を構成する線は１００〜３００μｍ以上の太
さで、３０μｍ以上の高さが必要であり、そのためには
従来法よりも本発明法か適する。

［発明の効果］ 本発明により、ロール全表面に狙いの深さの凹凸を安定
的に均一に作ることができ、プレス加工性、塗装、鮮映
性、意匠性のある圧延板を製造することができるように
なった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例装置のブロック図、第２図は本
発明装置の他の実施例のブロック図、第３図、第４図は
ロール表面に描く模様の大きさを示す図、第５図はロー
ル表面の樹脂層の模式的断面図である。 １・・・ロール ２８・・・樹脂膜 ３５・・・レーザ発振体 ３６．３６ａ・・・共振ミラ ３７．３７ａ、　３７ａ’　　、３７ａ”３７ｂ、３７
ｂ’　　、　　３７ｂ”　　、３７ｃ、３７ｃ’　、３
７ｃ”・・・光変調器 ３８・・・ミラー ３９・・・レンズ ４０・・・ロータリーエンコーグ ４１・・・周波数変換器 ４２．４２ａ、４２ｂ、４２　ｃ　＝−光変調器ドライ
バ ４３・・・画像メモリー ４７ａ、４７ｂ・・・分光ミラー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　圧延用ロール表面に形成した耐酸腐食性樹脂膜に、
   Ｑスイッチ・ＹＡＧレーザを用いて模様をマーキング加
   工する装置において、 レーザ共振器内に設けた光変調器のほかに、レーザ光路
   の途中に光変調器を２個以上備えたことを特徴とする圧
   延用ロールの表面加工装置。 ２　圧延ロール表面に耐酸腐食性樹脂膜を形成し、Ｑス
   イッチ・ＹＡＧレーザを用いて該樹脂膜に模様をマーキ
   ング加工する方法において、ロール表面に形成する樹脂
   厚さを１〜２０μｍとし、レーザ光路の途中で光変調器
   ２個以上を通して照射することを特徴とする圧延用ロー
   ルの表面加工方法。