JPH04506033A - ワークロールの製造方法および製造装置 - 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】 本発明は、電子ビームを用いてテクスチャローラの表面領域に表面構造を生じさ せるようにしたテクスチャローラを製造する方法、ならびにこの方法を″実施す るための装置に関する。

例えば薄鋼板の領域に表面構造を生じさせるために用いられる。上記の形式のテ クスチャローラまたはドレッシングローラを形成する目的で、従来、種々異なる 方法が用いられていた。一方では、ショット・ピーニングに相応する鋼礫による 粒子印加が行なわれ、他方では電気腐食またはレーザにより、テクスチャローラ の表面領域に凹欠が形成される。しかし電気腐食や鋼礫による粒子照射により、 縁が鋭く区切られた凹欠が生じる。このような凹欠の周縁領域は折れやすく、し かもほこりがたまりやすい、さらに電気腐食やレーザ照射の場合には、ローラ材 料の酸化が生じ、したがって灰が形成される。ローラ表面上に形成されるべき凹 欠の個数は、レーザによる加工処理の場合には使用されるミラーの慣性によって 制限される。

ドイツ連邦共和国特許第２８４０７０２号公報により、薄鋼板の品質を改善する 方法および装置が公知である。この刊行物には、スパイラル状の進路に沿った断 続的なエネルギー照射によりローラ表面上に表面構造を形成することが記載され ている０例えばエネルギー照射としてレーザビームを使用できることが記載され ている。さらに、基本的に電子ビームを使用できることも既に記載されている。

しかし電子ビームを使用した゛場合の方法の過程、あるいはこのプロセスを適用 する装置の構成に関する記載は示されていない。

ヨーロッパ特許第１１９１８２号、公開公報により、レーザビームまたは電子ビ ームによりローラ表面を照射することが公知である。このビームを用しすること 各こより、スパイラル状の路がローラの領域に形成される。

例えばこの場合、ビーム照射領域にガス例えｊｆｌｌ素を吹き込むことが考えら れる。酸素が入ること１二より、ビーム照射領域においてローラ材料の酸化が生 じる。

このことによって照射により形成される凹欠を取り囲むクレータ状壁の形成が十 分に回避される。何故ならば、蒸発しであるいは液状で凹欠から噴出する物質が 著しく迅速に酸素と反応するからである。

フランス国特許第９０２８５０号公報により、レーザビームを用いてテクスチャ ローラの領域に表面構造を形成し、さらにミラーを使用することによって、照射 されるべきテクスチャローラが回転し移動して位置固定されたレーザの前を動（ ことを回避することが公知である。

公知の方法により形成されるテクスチャローラで番よ、満足できる耐用期間が得 られない、何故ならばローラ表面の凹凸がきわめて短期間のうちに減ってしまう ために、作動中の押圧力の増加が必要とされるからである。しかしこのように押 圧力を強めることにより、金属板の特性が変化してしまう０例えば硬度や撓み特 性が変化してしまう、このような変動は製造中に生じるので、一定の製造特性を 保証することはできない。

したがって本発明の課題は、高い員胃に耐え得る表面構造が形成されるように、 電属で述べた形式の方法および装置を改善することにある。

本発明によればこの課題は、方法に関しては以下のようにして解決される。即ち 、テクスチャローラ（２）の表面（１）の領域を電子ビーム（３）により、動作 インターバル（６０）中【よ凹欠（２２）状の表面構造を形成するエネルギー密 度でその都度照射し、さらに前記動作インターバル（６０）の後に位置する後処 理インターバル（６４）中はその実質的に表面構造をその形状に関して変化させ ない比較約１かなエネルギー密度でその都度照射するようにしたことにより解決 される。この方法を実施するための有利な装置は、請求項１１に記載されている 。

上記の方法を用いることにより、凹欠を取り囲むクレータ状壁の領域において著 しく均等な形状の表面構造を、鋭い縁や突出部を回避しながら形成することがで きる。このような不都合な形状を回避することは次のような利点を有する。即ち 、金属板へのビーム照射中、表面構造は僅かな変形しか受けず、したがフて長期 間持続する均一なビーム照射が保証される。さらに上記の縁および突出の回避に より、材料の一部分の折損を避けられるという利点が生じる。このような折損に より、表面構造の変形のほかに例えば塵埃の発生が生じてしまう、この方法に応 じて形成されたテクスチ　、ヤローラを用いることにより、薄鋼板だけでなく他 の任意の成形可能な材料も、例えばアルミニウム板もビーム照射することができ る。この方法を用いることによりきわめて絢−な表面構造が形成できるので、ビ ーム照射される金属板の表面領域に、例えば深絞り成形時に有利である均質な油 膜を形成できる。さらにこの表面構造により、金属板のコーティングに対して、 例えばラッカー塗布に対して、良好な付着性が提供される。

本発明の有利な実施形態によれば、後も環中に少なくともクレータ状壁の溶融が 行なわれる。この溶融によっても、表面構造は実質的にその形状に関して変化さ れないが、金属溶融中の補償力に基づき実質的に表面構造特性が上昇する。この ことにより凹欠およびクレータ状壁の平坦な形状が得られ、したがって負荷に強 い表面構造が得られる。

さらに本発明の別の有利な実施例によれば、電子ビ旭理インターバル中はデフオ ーカシングされる。フォーカシングにより電子ビームのエネルギー密度を変化さ せることにより、次のような利点が得られる。即ち、エネルギー密度の変化を著 しく短い時間遅延で行なうことができ、さらにビーム放射経路に沿ったイオン化 作用は、僅かな変化しか受けない。二のことにより良好な再現性が得られ、さら に電子伝播にはっきりと影響を及ぼす過渡現象が回避される。

さらに本発明の別の実施形態によれば、動作インターバル中も後処理インターバ ル中も実質的に一定な電子ビームの焦点調節が行なわれる。このような一定の焦 点調節により、正確に再現可能な表面構造を形成するのに必要なイオンの平衡が ！＠瑞過程全体に亘って生じるようになる。イオンの平衡が妨げられるとしたら 、補償過程のその都度の発生によりこの方法により作動する装置の動作周波数が 下げられてしまうと１１う欠点が生じてしまう。

さらに別の有利な実施形態によれば、少なくともテクスチャローラの表面領域に おける凹欠の形成中番よ、テクスチャローラと電子ビームを発生させる記録機構 との間の相対運動に適合調整された電子ビームの追従が行なわれる。これにより 、凹欠とクレータ状壁のきわめて対称な形状を形成することができる。このこと により、テクスチャローラにより処理される金属板の領域において、金属板を処 理する際の移動の自由を損なう優先方向が生じてしまうことが回避される。

本発明の詳細は以下の実施例、ならびに本発明の有利な実施形態が実例として示 されている図面により明らかにされる。

第１図は、表面構造を形成する装置の基本構成図、第２ｗｌはビーム発生器の基 本構成図、第３図は前記装置の制御部のブロック図、第４図はレンズ制御部のブ ロック図、第５図はフォーカシングされた電子ビームの基本図、第６図はデフオ ーカシングされた電子ビームの基本図であり、さらに第７図は照射される面に対 する前も環中の電子ビームの強度の分布を示す図、第８図は照射される面に対す る凹欠形成中の電子ビームの強度の分布を示す図、第９図は照射される面に対す る電子ビームの強度の分布を示す図、第１Ｏ図は前処理インターバル、動作イン ターバルならびに後処理インターバルの配分を示すダイアグラム、さらに第１１ 図は多重パルス制御のダイアグラムであって、相続く２つの動作インターバルに それぞれ１つの前！＠現インターバルと後処理インターバルとが配置されてν） る。

第１図には、テクスチャローラ２の表面ｌの領域における表面構造を形成するた めの装置の基本構成が示されている。この装置は実質的に、電子ビーム３を発生 するビーム発生器４、レンズシステム５、ならびにテクスチャローラ２を収容す る真空室６により構成されている。ビーム発生器４とレンズシステム５は、主室 ８と中間室９とに分割されている放射装置７の領域内に配置されている。主室８ 内にはビーム発生器４と焦点距離調節部１０とが配置されており、これらはレン ズシステム５の一部として構成されている。中間室９の領域内には、実質的に可 変絞り１１とフォーカシング部１２とが配置されており、これらは焦点距離調整 部１０とともにレンズシステム５の主要部を構成している。主室８は、真空スロ ットル１３により中間室９と分離されている。真空スロットル１３は、実質的に 中央に配置され電子ビーム３を通過させる開口部１４を有している。この真空ス ロットル１３により、主室８の領域内と中間室９の領域内とを異なる圧力状態に お（ことができる、したがって例えば、主室８の領域を約８ｘＯ，０ＯＯＯ１ｂ ａｒの圧力にし、中間室９の領域内を約ａｘｏ、０Ｏ１ｂａｒの圧力にすること ができる。

ビーム発生！Ｉ４は実質的に、カソード１５、ウェーネルトシリンダ１６、なら びにアノード１７により構成されている。アノード１７の領域には、電子ビーム ３を集束するアノード集束装置１８が配置されている。

電子ビーム３の放射方向においてアノード１７の後方に、後置集束装置２０が配 置されており、この装置も同様に電子ビーム３の集束を行ない、散乱による損失 を回避する。カソード１５は線路１５’　を介して、約５０ＫＶまでの電圧を発 生する高電圧ユニット２１と接続されている（第２図）、典型的な値は約３５Ｋ Ｖである。このような電圧の場合、表面１の領域において代表的には１μｓごと に約７μｍの深さで凹欠２２を形成することができる。高電圧を約２５ＫＶに低 減すると、凹欠２２（第４［１）の典型的な深さはｌμｓごとに約３〜４μｍに なる。さらにカソード１５は加熱電流供給部２３と接続されている（第２図）、 ウェーネルトシリンダ１６は、線路１６′を介して電圧発生＠２４により給電さ れる。この電圧発生器により、カソード１５に照射される電圧に対して約ｔｏｏ ｏｖの電位が形成される。アノード１７の領域には、アノード集束装置１８を構 成する集束コイルのほかに、イオントラップ２５が設けられている。このイオン トラップは、アノード１７の領域中で発生するイオンを電子ビーム３の領域から そらす、アノード１７は抵抗２６を介してアース端子２７と接続されている。さ らに高電圧ユニット２１も、基準端子の領域において抵抗２８を介してアースに 対して接続されている。カソード１５に対する材料として例えばタングステンワ イヤが適している。

焦点距離調整部１０は、第１のズームレンズ２９とＭ２のズームレンズ３０によ り構成されており、これらは放射方向１９において相前後して配置されている（ 第４図）、第１のズームレンズ２９は、ダイナミックレンズ３１とスタティック レンズ３２により構成されている。第２のズームレンズ３０はダイナミックレン ズ３１なして構成されている。主室８の領域における真空状態は真空ポンプ３３ により保持され、中間室９の領域における真空状態は真空ポンプ３４により保持 される（第１図）０例えば、ポンプ３３．３４をターボ分子ポンプとして構成す ることが考えられる。中間室９の領域において、可変絞り１１とフォーカシング 部１２との間に集束装置！３５が設けられており、この装置によって電子ビーム ３の散乱による損失が回避される。フォーカシング部１２は実質的に、スタティ ックレンズ３６とダイナミックレンズ３７とにより構成されている。ダイナミッ クレンズ３はそれぞれ、スタティックレンズ３２．３６の電子ビーム３に面した 側の内面の領域に配置されている。装置７は真空室６に面した側に排出口３８を 有しており、この排出口内にノズル３９が配置されている。

テクスチャローラ２の表面上の凹欠２２の再現可能な位置決め制御のために、テ クスチャローラ２の回転運動と同期化された網目ディスク４０が設けられており 、このディスクは検出１）４１を介して評価部４２と接続されている（第３図） 、評価部４２は、後置接続された制御素子に対してクロックパルスを供給し、こ のクロックパルスによってテクスチャローラ２の瞬時の方向を正確に検出するこ とができる。ゼロ点検出部４３を用いることにより、基準点の明確な決定が行な われる。評価部４２は制御部４４と接続されており、この制御部を例えばＰＬＬ 回路として構成することができる。制御部４４はのこぎり波発生器４５と送りタ イミング発生部４６へ給電する。のこぎり波発生器４５は、印刻用のこぎり波端 子４７と、送り用のこぎり波端子４８とを有している。送りクロックパルス発生 部４６には、送り用ステッピングモータ端子４９が設けられている。評価部４２ はのこぎり波発生器４５と接続されており、さらに制御端子５０′を介してレン ズ制御部５０と接続されている。

レンズ制御部５０はズームレンズ端子５１と、焦点ＷＩＩｆＩＢレンズ端子５２ と、さらに制御端子５３とを有している。

レンズシステム５を制御する目的で、レンズ制御部５０内には信号整形用の複数 個の特性曲線部が設けられている（第４図）、形成されるべき凹欠２２の幾何学 的形状を決定する電子ビーム記祿機構のための制御量は、制御端子５３、線形化 部６４を介して焦点調節部５５と、時間発生器段５６ａ、５６ｂおよび５６ｃ、 ならびにズーミング部５８へ送出される。入力された制御量は、焦点調節部５５ において特性曲線を用いることによりフォーカシング部１２のための設定値へ変 換され、この設定値はフォーカシング部１２のダイナミックレンズ３７へ導かれ る。ズーミング１１５８の特性曲線により、制御量は焦点距離制ｆ部１０のため の相応の設定値へ変換され、さらにこの設定値はダイナミックレンズ３１へ達す る。

凹欠２２を形成する際のプロセス経過の時間的な調整のために、評価部４２で得 られたクロックパルスとのこぎり波発生器４５で発生されたのこぎり波信号とが 用いられる（第４図）。

凹欠２２を形成するために設定される時間インターバルはのこぎり波信号５９の １周期に相応しく第１０図）、この場合、時間インターバルの開始は、その都度 クロックパルスによりマーキングされる。

この時間インターバルは、少なくとも１つの動作インターバル６０と１つの中間 インターバル６１を含む。

有利には、動作インターバル６０の前に位置する前も環インターバル６３、およ び／または動作インターバル６０の後に位置する後処理インターバル６４が設け られる（第１０図）、動作インターバル６０中、フォーカシング部１２は、凹欠 ２２を形成するエネルギー密度ないしこれを拡大するエネルギー密度を電子ビー ム３が有するように制御される。少なくとも動作インターバル６０から中間イン ターバル６１へ移行する間に、凹欠２２を囲繞するクレータ状壁６２（第８図お よび第９図）が溶融し、これにより場合によっては生じる凹凸が平らにされる。

前処理インターバル６３中、凹欠２２およびクレータ状壁６２により形成される 面のクリーニングと温度の予備調節が行われる。この前処理により、クレータ状 壁６２と表面１との持続的な接合が保証される。後処理インターバル６４中、所 定の期間にわたりクレータ状壁６２の溶融が行われる。例えば、１つの時間イン ターバル中に少なくとも２つの動作インターバル６０を設け、そのインターバル において凹欠２２を形成し、それらの動作インターバル６０を別の中間インター バル６１で分離することが考えられる（第１１図）。

基本的に、この時間インターバルにのこぎり波信号５９の複数の周期を割り当て 、さらに例えば各周期中に１つの動作インターバルを設けることも考えられる。

動作インターバル６０、前処理インターバル６３、および／または後処理インタ ーバル６４の個々の持続時間は、レンズ制御部５０の時間発生器段５６ａ、５６ ｂ、５６ｃ（３１４図）において制御量に依存して算出される。このことは特性 曲線を用いて制御量を、インターバルの個々の持続時間を決定するクロックパル ス信号へ変換することにより行われる。

前処理インターバル６３の持続時間を決定する時間発生器段５６ａは、制御端子 ５０’におけるクロックパルスによりトリガされる。前処理インターバル６３の 経過終了後、動作インターバル６０の持続時間を決定する時間発生器段５６ｂは 、時間発生器段５６ａにより起動される。動作インターバル６０の経過終了後、 後処理インターバル６４の持続時間を決定する時間発生器段５６ｃは、時間発生 器段５６ｂにより始動される。

時間発生器段５６ａ、５６ｂ、５６ｃにおいて得られたクロックパルス信号は焦 点調節部５５へ導かれ、前処理インターバル６３、動作インターバル６０、およ び／または後処理インターバル６４においてフォーカシング部１２のための種々 異なる設定値の退出を制御する。

電子ビーム３の追従制御により、ノズル３９に対するテクスチャローラ２の相対 運動の補償を行なうことができる。このことにより電子ビーム３は、予め選ばれ た領域上に正確に合わせられたままになり、きわめて対称的な凹欠２２が形成さ れるようになる。レンズシステム５を制御する際の時間遅延が著しく僅かである ので、毎秒的１５００００個の凹欠２２を形成することができる。適度に高速な 制御装置を使用すれば、毎秒３０００００〜６０００００個までの凹欠の得られ るクロックパルス周波数を実現することもできる。

このようなりロックパルス周波数を実現するために、テクスチャローラは毎秒約 １０回転の回転速度で回転しながら照射され、適切な伝達運動が行われる。凹欠 ２２の形成が約１６μｓの期間である場合、約４５分以内に完全なテクスチャロ ーラがも理される。テクスチャローラによる所要エネルギーは、この期間中、約 ５００Ｗだけである。表面１の領域における不所望な変動は、温度の印加または 類似のプロセスにより取り除かれ、しかもこれは高い確率で取り除かれる。中間 インターバル６１のための期間として、約１μｓの期間が有利であると判明した 。凹欠２２とクレータ状壁６２により約３０〜４００μｍの直径を有する領域が 占有される。

特表千４−５０６０３３　（６） ＦＩＧ、　２ 日９．３ 日９．４ Ｆｉｇ、　５ Ｆｉｇ、　８ Ｆｉｇ、１０ Ｆｉｇ、１１ 要約書 電子ビームを用いて表面領域に表面構造を形成する、テクスチャローラの後処理 を行なうための方法を実行する際、凹欠を形成するエネルギー密度で動作インタ ーバル中に行われる電子ビームの照射の後、後処理インターバル中に電子ビーム によりテクスチャローラを実質的にその形状を変化させないエネルギー密度で照 射する。

国際調査報告 ＋−ｗｍｍａ＾ｎ−ｍ、ＰＣＴ／ＤＥ９＋１００７８４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電子ビーム（３）を用いてテクスチャローラ（２）の表面領域に表面構造を 形成する形式の、テクスチヤローラを製造する方法において、 テクスチャローラ（２）の表面（１）の領域に電子ビーム（３）を、動作インタ ーバル（６０）中は凹欠（２２）状の表面構造を形成するエネルギー密度でその 都度照射し、さらに前起動作インターパル（６０）の後に位置する後処理インタ ーパル（６４）中は実質的に表面構造をその形状に関して変化させない比較的僅 かなエネルギー密度でその都度照射するようにしたことを特徴とする、テクスチ ャローラを製造する方法。 ２．後処理インターパル（６４）中、凹欠（２２）を取り囲むクレータ状壁（６ ２）の溶融がその都度行われるようにした、請求項１記載の方法。 ２．後処理インターパル（６４）中、表面（１）の少なくとも一部の領域におけ る輪部の均等化がその都度行われるようにした、請求項１または２記載の方法。 ４．動作インターパル（６０）の前に位置する前処理インターパル（６３）中、 電子ビーム（４３）によりその都度表面（１）の領域が照射されるようにし、該 領域は実質的に、形成されるべき凹欠（２２）ならびに該凹欠を取リ囲むクレー タ状壁（６２）の大ききに相応する、請求項１〜３のいずれか１項記載の方法。 ５．前処理インターパル（６３）中、表面（１）の少なくとも１つの領域がその 都度溶融されるようにした、請求項４記載の方法。 ６．前処理インターパル（６３）中、表面（１）の汚れのクリーニンゲがその都 度行われるようにした、請求項４記載の方法。 ７．少なくとも動作インターパル（６０）の間、電子ビーム（３）はテクスチャ ローラ（２）の動きを■従すあようにした、請求項１〜６のいずれか１項記載の 方法。 ８．電子ビーム（３）は動作インターパル（６０）中、後処理インターパル（６ ４）中よりも強くフォーカシングされるようにした、請求項１〜７のいずれか１ 項記載の方法。 ９．電子ビーム（３）の焦点■■は、動作インターパル（６０）中も後処理イン ターパル（６４）中も行われるようにした、請求項１〜８のいずけか１項記載の 方法。 １０．電子ビーム（３）のフォーカシングのタイミングは、テクスチャローラ（ ２）の回転位置に依存して行われるようにした、請求項１〜９のいずれか１項記 載の方法。 １１．電子ビーム（３）により表面領域に表面構造が形成されるテクスチャロー ラを製造する装置であって、該装置は、テクスチャローラ（２）を収容する真空 室（６）と、該真空室（６）と連結されたビーム発生装置（７）とにより構成さ れており、該ビーム発生装置は、電子ビーム（３）を発生するビーム発生器（４ ）と、スタティックレンズ（３２）とダイナミックレンズ（３１）を有する焦点 距離の長い第１のレンズ系（２９）と焦点距離の短い第２のレンズ系（３０）を 備えた焦点距離調節装置（１０）と、スタティックレンズ（３６）とダイナミッ クレンズ（３７）を有する第３のレンズ系を備えたフォーカシング装置（１２） と、前記ビーム発生器（４）と接続された第１の制御装置（２１；２３；２４） と、前記焦点距離調節装置（１０）およびフォーカシング装置（１）と接続され た第２の制御装置（４２；４４；４５；４６；５０）とにより構成されている形 式の、テクスチャローラを製造する装置において、 前記第２の制御装置は、前記焦点距離調節装置（１０）および／またはフォーカ シング装置（１２）と接続された時間制御装置（５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５５ ）を有しており、該時間制御装置は、ダイナミックレンズ（３１）および／また はダイナミックレンズ（３７）を調節することにより電子ビーム（３）のエネル ギー密度を時間に依存して制御するように構成されており、 この構成により電子ビーム（３）のエネルギー密度が制御されて、テクスチャロ ーラの表面領域（１）が、動作インターパル（６０）中は凹欠（２２）状の表面 構造を形成するエネルギー密度でその都度照射され、前記動作インターパル（６ ０）の後に位置する後処理インターパル（６３）中は表面構造をその形状に関し て変化させない比較的僅かなエネルギー密度でその都度照射されるようにしたこ とを特徴とする、テクスチャローラを製造する装置。