JPH05185120A - 圧延用金属ロール表面へのマーキング方法およびそれに用いるマーキング用レジスト剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 圧延用金属ロール表面に、非感光性レジスト
剤を塗布して未硬化状態のレジスト膜を形成し、次いで
熱硬化反応開始に必要なエネルギー密度をもち、かつ硬
化レジスト膜の熱分解を生じさせないようなエネルギー
密度でパルス状に照射されるレーザビームにより、レジ
スト膜に模様をマーキング加工してレジスト膜の一部を
熱硬化せしめ、次いで未硬化のレジスト膜を除去せし
め、ついでエッチング処理により凹部を形成した後に、
硬化レジスト膜を除去してロール表面に前記模様を付与
することを特徴とする。 【効果】 本発明の方法、レジスト剤を用いれば、ロー
ル表面への凹部加工速度を大幅に増加することが可能に
なり、特に幅の広い金属圧延ロールに対しての加工が短
時間で実行できるし、大容量のレーザ発生装置を用いな
くともすみ、設備費用の低減化がはかれる産業上極めて
有用な技術である。

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効率よく付与する方法およびそれ
に用いるレジスト剤に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】圧延ロールの表面に高出力の例えばCO₂
レーザ光をパルス状に照射させ、ロール表面に無数の凹
凸を形成し、冷延鋼板の焼鈍後の調質圧延工程において
前記凹凸を形成したロールを使用することにより、鋼板
表面に凹凸パターンを転写する方法が採用されている。
この方法は、一定ピッチでロール全面に均一な凹凸を付
与することが可能であるが、レーザ発振器の制約により
微細な凹凸とか、任意の模様を付与することができな
い。

【０００３】これに対していわゆるフィルム方式による
フォトエッチング法が古くからの技術で、例えば特公昭
41-41973号公報に開示されている。ただしこの方法では
ネガフィルムの製造、フィルムのロールへの着脱、図柄
の継ぎ目処理に膨大な時間を要し、ロールの製造コスト
がかさむ。一方フィルムを用いず微弱なレーザ光を用い
てマーキングする方法がグラビヤ印刷ロールに応用され
ており、例えば特開昭 61-235151号公報にこの技術が開
示されている。この方法は感光性レジスト剤を印刷用ロ
ール表面に塗布し、レーザ光で露光させ、現像、乾燥工
程を経た後にエッチングされる。また、ほぼ同様な方法
によって鋼板の圧延ロールの表面に凹凸パターンを付与
する方法が特開平３-204107 号公報に開示されている。
これらの方法は感光性レジスト剤を金属ロール表面に塗
布し、レーザ光で露光させ、現像、乾燥工程を経た後に
エッチングされる。以上の工程のうち、現像までは外光
を遮光した状態での作業であり、かつレジスト剤の保存
も同様に注意をしなければならない。さらにこの方法は
現像処理を必要とする点が煩雑であり、結果としてロー
ルの製造コストを増加させる要因となる。

【０００４】特公昭62-11922号公報ではその請求項目の
一つに、シリンダ上に化学的腐食に抵抗する物質を予め
置き、局所的に破壊しうる断続的エネルギー放射線によ
りモチーフを複写する方法が開示されている。しかしな
がら明細書中にはこれに関する記述はなく、未完成な技
術であると判断される。しかもエネルギー放射線として
100ワット以上の出力のレーザ放射線で加工することが
述べられている。

【０００５】本発明者らはロール表面に耐腐食性樹脂を
塗布し、低出力のＹＡＧレーザ光をＱスイッチによって
パルス状に照射させ、樹脂膜をレーザ光が持つ熱エネル
ギーにて、瞬時に蒸発させしめ、下地金属面を露出させ
た後に、エッチング処理にて凹部を作ることによって所
望の模様を形成させる実用的な方法を特開平２-175882
号公報で開示した。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平２-175
882 号公報で開示した方法は、ロール表面に規則的な凹
凸模様を加工する上では、実用的かつ画期的な技術であ
るが、低出力（３〜100W）のＹＡＧレーザ光を使用する
ために、マーキング加工の効率を向上させるためにレー
ザ光を複数に分岐させた場合はレーザ光ビームのエネル
ギー密度が低下し、塗料膜の蒸発に時間を要し、かえっ
てマーキング加工速度が低下することになる。即ち、実
用的なマーキング加工速度を得るためには、ＹＡＧレー
ザを用いる場合には１ビーム当り４Ｗ以上のパワーを必
要とする。

【０００７】なお、この方法では、凹部の面積が増加す
ると、レーザ光を照射する面積が増すためにマーキング
加工に時間を要する点が問題であり、さらに、鉄鋼、
銅、アルミニウムのような金属圧延用ロールは印刷ロー
ルに比べて、極めて表面積が大きいものが多くあり、単
一のレーザ光ビームを用いる方法では、加工に十数時間
かかり極めて効率の悪い方法であり、解決すべき大きな
問題となっている。

【０００８】本発明は、このような問題を解決すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の圧延用金属ロー
ル表面へのマーキング方法は、圧延用金属ロール表面
に、非感光性レジスト剤を塗布して未硬化状態のレジス
ト膜を形成し、次いで熱硬化反応開始に必要なエネルギ
ー密度をもち、かつ硬化レジスト膜の熱分解を生じさせ
ないようなエネルギー密度でパルス状に照射されるレー
ザビームにより、レジスト膜に模様をマーキング加工し
てレジスト膜の一部を熱硬化せしめ、次いで未硬化のレ
ジスト膜を除去せしめ、ついでエッチング処理により凹
部を形成した後に、硬化レジスト膜を除去してロール表
面に前記模様を付与することを特徴とする。

【００１０】また、本発明の圧延用金属ロール表面への
マーキング用非感光性レジスト剤は、エポキシ樹脂をベ
ース樹脂とし、潜在性硬化剤と無機質充填剤を含むこと
を特徴とする。

【００１１】

【作 用】以下に本発明を詳細に説明する。本発明によ
るロール表面加工の全体的な工程は以下のとおりであ
る。 ロール表面に本発明にかかわる非感光性レジスト剤を
均一に塗布し、未硬化のレジスト膜を形成する。 Ｑスイッチ制御されたパルス状のＹＡＧレーザ光を照
射し、目標とする模様部位のレジスト膜を熱硬化させ
る。 未硬化であるレジスト膜を除去し、ロール表面に硬化
したレジスト膜のみを残留させる。 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
凹凸パターン（模様）をロール表面に付与する。 ロール表面に残留しているレジスト膜を除去する。

【００１２】これらの工程において要求される非感光性
レジスト剤の特性としては、まずレーザ光の照射で蒸発
成分を生成させることなく硬化し、かつ耐熱分解性を有
するものであること。さらに塗料膜作成時に硬化反応が
開始しないことも必須である。さらに、エッチング工程
でロール素地と腐食液間に強固なバリアーとして塗料膜
が剥離せず存在すること、および研磨、研削のような特
別な手段を講ぜずエッチング後に塗料膜をロール面から
容易に除去できることも必須の要件となる。

【００１３】しかしながら、本発明者らの各種の検討か
ら、上記の特性を満足するような素材はなく次のような
問題点があることが解った。即ち、低出力のＹＡＧレー
ザ光であっても光ビームの径を数十ミクロンに絞った場
合、それが照射された箇所の温度は数百度以上になり、
この温度に耐えられるような樹脂塗料膜はない。なお、
本発明の目的とする圧延用金属ロール表面に微細な凹凸
パターンを加工する上では、レーザ光のビーム径は数十
ミクロン程度は必要とする。

【００１４】これらの条件に適合するベース樹脂とし
て、ロール表面に対して塗装作業性がよく、かつ比較的
耐熱性のよい熱硬化性樹脂としてフェノール樹脂、エポ
キシ樹脂、ポリイミド樹脂等の利用が考えられるが、硬
化反応時に蒸発成分を発生させるものは本発明の目的と
するエッチング工程で腐食液に対してバリアーとならず
適合しない。発明者らの検討結果から、本発明の目的に
は、エポキシ樹脂の中でも特定な構造を有するものが好
ましい。即ち、多官能性エポキシ樹脂であるフェノール
ノボラック型とクレゾールノボラック型のエポキシ樹
脂、多官能性グリシジルアミン樹脂、多官能性グリシジ
ルエーテル樹脂があり、これらの成分を各種組み合わせ
てベース樹脂とする。さらに、上記のエポキシ樹脂に対
して汎用型のビスフェノールＡジグリシジルエーテル構
造のエポキシ樹脂を小量配合することは何ら問題ない。

【００１５】次に、これらのベース樹脂と組み合わせる
硬化剤としては、塗装作業性の面から、一液硬化型エポ
キシ樹脂の配合に利用されている潜在性硬化剤がよい。
即ち、ジシアンジアミドおよびその誘導体、有機酸ヒド
ラジド類、イミダゾール類の金属錯体、三フッ化ホウ素
アミン錯塩その他の高融点の硬化剤を適合量配合すれば
よい。

【００１６】さらに、レーザ光の集光による耐熱性をよ
り一層向上させるためには、無機質充填剤を配合すれば
よいが、無機質充填剤の中でも光反射機能及び熱伝導性
に優れたものが好ましい。即ち、無機質充填剤としてア
ルミニム、ニッケル、ステンレス、銅、銀、金の金属粉
末とアルミナ、酸化チタンのような白色の充填剤を適合
量配合すればよい。

【００１７】これら、本発明のレジスト剤は上記の基本
成分を配合した後、金属ロール表面に塗装する必要があ
り、その塗装方法としては有機溶媒を用いるスプレー塗
装法、ロールコーター塗装法や、本発明の各成分を硬化
が反応開始しない温度で加熱溶融しながら混合し、冷却
後に粉砕し、微粉末にしたものを静電粉体塗装が利用で
きる。

【００１８】本発明の目的から、ロール表面への塗装膜
厚みは 100ミクロン以下でよく、好ましくは５〜50ミク
ロンである。本発明の構成要素のひとつである未硬化レ
ジスト膜の除去方法として、有機溶媒を用いる方法を採
用した場合では、使用した有機溶媒にて洗浄する方法が
よい。また静電粉体塗装方法を採用した場合には、圧縮
空気やブラッシを利用すれば除去できる。

【００１９】さらに硬化レジスト膜を最後に除去する方
法としては、ギ酸のような有機酸や塩素系溶剤のような
剥離剤に浸漬してから除去する方法、または硬化塗料膜
のガラス転移温度以上にロール全体及びロール表面を加
熱し、ブラッシ等で除去する方法も利用できる。本発明
においてはマーキングレジスト剤以外に、ロール表面に
模様をマーキング加工する際に、照射されるレーザ光の
エネルギーの範囲が重要である。即ち、硬化反応開始に
必要なエネルギー密度で、かつ硬化レジスト膜が熱分解
しないエネルギー密度以下に調整する必要がある。ここ
で、硬化反応開始に必要なエネルギーとは、照射された
面の温度が瞬時に硬化反応開始できるもの、これはレジ
スト剤の組成によって異なるが、通常は 100度以上であ
る。もしも硬化反応が始まる温度よりも低い温度になる
レーザ光を照射しても、強固な膜が形成されず、腐食液
に対してバリアーとはならない。

【００２０】また、硬化レジスト膜の熱分解が生じない
エネルギー密度とは、照射箇所の温度が、通常 500度以
下である。もしも熱分解が生じるようなレーザ光を照射
すると強固な塗料膜に多数のピンホールを生じ、かつ脆
弱な塗料膜となるために腐食液に対してバリアーとはな
らない。これらのエネルギー密度の範囲に入るようなレ
ーザ光の単一ビームのエネルギーとして、例えばＹＡＧ
レーザの場合に、１／100 ワット〜１ワットの範囲であ
れば、上記の条件を満足することが出来る。従って、従
来から利用している数ワットのＹＡＧレーザを用いる場
合は、複数個のビームに分岐させれば、前期の条件を満
足することができる。これによってロール表面の凹凸加
工に利用できるビーム本数が多くなり、従って加工速度
が大幅に増加する。

【００２１】なお、本発明において使用されるレーザビ
ームとしては、ＹＡＧレーザにかぎらず特許請求項１記
載の条件を満足すれば、どのようなものでも利用でき
る。本発明の大きな特徴は、レーザビームを照射した部
分がエッチングによってロール表面に凸部を形成する。
これに対して従来の方法はレーザビームを照射した部分
がエッチングによってロール表面に凹部を形成する。そ
のため凹部の面積が多い模様に関して、ロール表面の凹
凸加工速度は著しく向上する。特に、自動車外板に要求
される塗料膜の鮮映性の優れた鋼板には凹部の平坦面積
が多いものがよく、本発明の方法は最適な方法と言え
る。

【００２２】

【実施例】本発明の実施例を比較例とともに説明する。
表１に示すレジスト組成物を有機溶剤にて溶解したもの
を、鉄ロール表面にスプレーガンを用いて吹き付け塗装
する。有機溶剤を蒸発させた後に、薄膜のレジスト膜が
形成する。次に、特開平２-175882 号公報に開示された
装置を使用して、１ワットのＱスイッチＹＡＧレーザを
10本のビームに分岐させ、10個の加工ヘッドを用い、鉄
ロールを回転させながら、該加工ヘッドをロール軸方向
に移動させて約50ミクロンの薄膜が形成されたロール表
面上の所定位置にパルスレーザビームをレンズにて集光
して照射する。ビームが照射された部分は熱せられ、こ
の部分が硬化する。したがって、未照射の部分が有機溶
剤によって溶解するから、マーキング加工後に有機溶剤
をスプレーし、未照射部分の金属面を露出させる。

【００２３】次に、エッチング液として塩化第２鉄水溶
液を吹き付けする。これによってレーザビームの未照射
部分のみが腐食され、ロール表面に凹部を形成する。次
の工程として、塗料膜用剥離剤をスプレーし、ブラシを
併用しながら硬化塗料膜を除去し、その後に水洗、乾燥
させる。本発明の比較例として従来から行われてきたレ
ーザビームによる塗料膜の蒸発除去方法を採用する。こ
の方法はまず、鉄ロール表面にアクリル／ニトロセルロ
ース樹脂にカーボンブラックを添加した塗料を約６ミク
ロンの薄膜が形成されるように塗装する。その後で、特
開平２-175882 号公報に開示された装置を使用して、10
ワットのＱスイッチＹＡＧレーザを２個のビームに分岐
させ、２個の加工ヘッドに導き、鉄ロールを回転させな
がら、該加工ヘッドをロール軸方向に移動させて約６ミ
クロンの薄膜が形成されたロール表面上の所定位置にパ
ルスレーザビームをレンズにて集光して照射する。ビー
ムが照射された部分は熱せられ、瞬時に塗料膜が蒸発す
る。即ち、レーザ照射の部分が金属面を露出させること
になる。次に、エッチング液として塩化第２鉄水溶液を
吹き付けする。これによってレーザビームの照射部分の
みが腐食され、ロール表面に凹部を形成する。最後にロ
ール表面から未照射部の塗料膜を除去する。

【００２４】なお、本実施例に用いたマーキング加工の
際の凸部の頂部面積と凹部の底部面積の比が１：３にな
るような矩形状の模様を採用した。その結果、表２に示
すように本発明の実施例は比較例に比べてマーキング加
工に要する時間が大幅に短縮できた。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】

【発明の効果】本発明の方法、レジスト剤を用いれば、
ロール表面への凹部加工速度を大幅に増加することが可
能になり、特に幅の広い金属圧延ロールに対しての加工
が短時間で実行できるし、大容量のレーザ発生装置を用
いなくともすみ、設備費用の低減化がはかれる産業上極
めて有用な技術である。さらに、本発明の方法は従来の
感光性レジスト剤を利用する方法とは異なり、外光を遮
光した状態での作業が不用になり、かつ現像処理のよう
な煩雑な工程も省略できるのでロール製造コストを低減
できる経済性の高い方法である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 恩田 和雄 千葉県千葉市川崎町１番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧延用金属ロール表面に、非感光性レジ
   スト剤を塗布して未硬化状態のレジスト膜を形成し、次
   いで熱硬化反応開始に必要なエネルギー密度をもち、か
   つ硬化レジスト膜の熱分解を生じさせないようなエネル
   ギー密度でパルス状に照射されるレーザビームにより、
   レジスト膜に模様をマーキング加工してレジスト膜の一
   部を熱硬化せしめ、次いで未硬化のレジスト膜を除去せ
   しめ、ついでエッチング処理により凹部を形成した後
   に、硬化レジスト膜を除去してロール表面に前記模様を
   付与することを特徴とする圧延用金属ロール表面へのマ
   ーキング方法。
2. 【請求項２】 エポキシ樹脂をベース樹脂とし、潜在性
   硬化剤と光反射機能および熱伝導性機能を有する無機質
   充填剤を含むことを特徴とする圧延用金属ロール表面へ
   のマーキング用非感光性レジスト剤。