JPH08141606A - 冷間圧延用ロールのマーキング方法 - Google Patents

冷間圧延用ロールのマーキング方法

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JPH08141606A
JPH08141606A JP6307080A JP30708094A JPH08141606A JP H08141606 A JPH08141606 A JP H08141606A JP 6307080 A JP6307080 A JP 6307080A JP 30708094 A JP30708094 A JP 30708094A JP H08141606 A JPH08141606 A JP H08141606A
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JP
Japan
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roll
etching
condenser lens
marking
film
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP6307080A
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English (en)
Inventor
Kazuo Onda
和雄 恩田
Toshio Imae
敏夫 今江
Akinobu Ishiwatari
亮伸 石渡
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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  • Metal Rolling (AREA)
  • Reduction Rolling/Reduction Stand/Operation Of Reduction Machine (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • ing And Chemical Polishing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】圧延ロールの表面に塗布した耐酸樹脂皮膜にパ
ルス状レーザ光を照射して部分的に蒸発させ、エッチン
グにより模様を加工する方法において、形状精度的なバ
ラツキをなくし、エッチング深さも向上させる。 【構成】レーザを照射する集光レンズの焦点距離fに対
して、集光レンズとロール表面との距離Lを、L=f×
(1.004〜1.008)又はL=f×(0.992
〜0.996)として皮膜を蒸発させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は冷間圧延用ロール表面に
微細な凹凸模様を付与するマーキング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】圧延用ロールの表面に微細な凹凸を多数
加工する方法は様々な技術が開示されている。例えば、
特開平2−175882号公報においては、圧延ロール
表面に、光吸収材を混入した耐酸腐食性樹脂液を塗布し
て樹脂膜を形成し、平均で5〜100Wの出力を有する
QスイッチYAGレーザを用い、樹脂膜に模様をマーキ
ング加工して模様通りに塗膜の一部を除去し、次いでロ
ール表面にエッチング処理を施し、ロール表面に模様を
付与する方法が記載されている。
【0003】この方法は、パルスレーザビームをレンズ
を介して集光して樹脂膜を有するロール表面に照射す
る。パルスレーザビームのエネルギーにより、ビームが
照射された微小な部分の膜は蒸発し、ロールの表面が露
出する。この際、パルスレーザビームのエネルギーを有
効に活用するために、使用するレンズの焦点位置に前記
ロール表面が来るように設定する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このような方法でマー
キング加工して模様通りに塗膜の一部を除去し、次いで
ロール表面にエッチング処理を施し、ロール表面に模様
を付与することが可能であるが、エッチングによる凹部
深さにバラツキを生じ、かつエッチングによる凹部深さ
を大きくするために、エッチング液の温度を高くする
か、処理時間を長くすると塗膜がロール面から剥離して
しまうので、凹部深さの大きいものを製造することが困
難であった。そのために、よりエッチング効率のよいマ
ーキング方法を開発する必要があった。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、冷間圧延
用ロール表面に耐酸性樹脂皮膜を形成し、該ロール表面
にパルス状レーザ光を集光照射し、該皮膜を部分的に蒸
発させて金属露出面を形成し、エッチング液によりロー
ル表面に凹凸模様を形成する方法において、レーザを照
射する集光レンズの焦点距離fに対して、集光レンズと
ロール表面との距離Lを、L=f×(1.004〜1.
008)又はL=f×(0.992〜0.996)とし
て前記皮膜を蒸発させることによって、その後のエッチ
ング工程における加工が良好となることを見出した。
【0006】
【作用】圧延ロール表面に耐酸樹脂膜として、例えばア
クリル系樹脂にカーボンブラックを混合した塗料状の物
質を数μmの膜厚に均一に塗布し乾燥させた後、YAG
レーザ光を部分的に照射し、照射した部分の樹脂を蒸発
除去させる工程に於いて、YAGレーザ光の出力エネル
ギーが圧延ロールの表層に与える影響について説明す
る。
【0007】圧延ロール表面の耐酸樹脂膜を蒸発除去す
るために最低必要なエネルギーがある。これはエネルギ
ーが不足すれば耐酸樹脂膜の一部が蒸発しきれずに圧延
ロール表層に樹脂の状態で残留してしまうことになり、
後工程でのエッチング処理に影響を与えることは容易に
考えられる。圧延ロールをマーキング処理する場合、対
象物の大きさによっては、数時間の連続マーキング処理
を必要としており、レーザ光の出力安定性等を考慮する
と、下限値に近いレーザ出力の設定はマーキングが出来
ない場合もありえるので問題である。上記のような問題
から、レーザ出力は高めに設定し、安定加工を行う必要
がある。
【0008】しかしレーザ出力を高めにすると次のよう
な問題を生じる。一般に、圧延用ロールではCrを多く
含有しており、レーザ光は塗膜を蒸発するのみならず、
ロール金属面まで加熱することになる。したがってロー
ル表層部をレーザにより局部的に加熱した場合、レーザ
1パルス当たりの仕事量が約100μJでも、集光径を
50μmφ程度とすると集光レンズの焦点部では、マー
キング時に熱溶融された面の表層の数nmの部分にCr
23 の不働態皮膜が形成される。
【0009】このような不働態皮膜はエッチングされに
くいので、後工程であるエッチング処理に大きな影響を
与え、マーキング後の表面にエッチング液を噴霧して
も、金属の溶解開始時間が遅れ、エッチングが抑制され
てしまう。また、不働態皮膜の厚さが一定でなければ、
溶解開始時間が不均一となりエッチング後の凹部深さが
バラツクことになる。なお、冷間圧延用ワークロールは
鍛鋼焼入ロールが広く用いられており、一般的にCrが
1.0%以上含有するものである。
【0010】そこで、本発明者らは、上記問題を防止し
安定なマーキング処理を行う目的で図2に示す○印の範
囲でレーザ出力と焦点位置を設定することを提唱する。
図2は、レーザ出力と最適加工可能な焦点位置との関係
を示したものである。横軸は焦点位置を示し、集光レン
ズの焦点距離がロール表面に対する集光レンズの焦点位
置と一致している時を0とし、ロール表面より集光レン
ズの焦点位置が外側に離れた時をマイナス、内側に入っ
た時をプラスで表示した。縦軸はレーザ出力である。マ
ーキング後にエッチング処理を行い評価した評価を〇
印、△印、×印で示した。〇印は最適加工点、△印は加
工性不十分の点、×印は不可である。
【0011】図2中のレーザ出力一定のAライン上で、
最適加工点は次の取りである。すなわち、レーザを照射
する集光レンズの焦点距離fに対し、集光レンズとロー
ル表面との距離Lを、L=f×(1.004〜1.00
8)又はL=f×(0.992〜0.996)の位置で
マーキングすることが、その後のエッチング工程におい
て、優れたなエッチング加工ができることを見いだし
た。
【0012】図3は、それぞれの焦点位置に於けるレー
ザ出力とエッチング深さの関係を示したものである。図
2の焦点位置が焦点距離と一致するBラインに沿うエッ
チング深さのデータを曲線4に、図2の焦点位置が焦点
距離より内側に入ったCラインに沿うエッチング深さの
データを曲線5に示した。図3に示すように、集光レン
ズの焦点位置を加工ロール表面に対して前後に移動させ
たところに、図3中にD、Eで示すように、エッチング
効率の良い範囲があることを確認した。このことは、マ
ーキング時にCr23 皮膜が形成されなかったためで
あることも確認した。
【0013】また、図2に示すようにレーザ出力を高め
ることによって最適焦点位置が変化し、レーザ出力を高
めすぎると、焦点位置をロール表面より大幅に外す必要
があり、この時にはレーザビームのスポット径が大きく
なりすぎて、マーキング精度が低下してしまうので好ま
しくない。
【0014】
【実施例】
実施例1 YAGレーザ光を発振器内のQスイッチにより20〜5
0KHzのパルス状にし、さらに発振器外部に設けた複
数個の外部Qスイッチによりパルス状になったレーザ光
をON−OFF制御する。このようにして作られたレー
ザパルスを光ファイバーによりマーキング対象となる金
属ロール直近の集光レンズ部まで導きマーキングを行っ
た。使用したロール寸法は、直径約60.0mmφ,長
さ約1400mmでロール表面に黒色耐酸樹脂膜を約1
0μmの厚さに均一に塗布した。ON−OFF制御され
たYAGレーザ光は、この耐酸樹脂膜を部分的に蒸発除
去し、樹脂の除去された部分が後工程であるエッチング
処理時にエッチングされ凹部となることにより、金属ロ
ール表面を凹凸加工した。ロール表面でのレーザ光のス
ポット間隔はロール円周方向、胴長方向ともに30μm
に設定し、マーキングを行う際の集光レンズの焦点距離
は16mmであり、レーザ光のスポット径は50μmφ
となっている。
【0015】図1にレーザの出力を2.8Wに設定し、
25KHzでマーキングし、集光レンズの焦点位置を1
0μmピッチで変えたときの、エッチング後のロール表
面の3次元粗さデータ(SRa)を示す。使用したロー
ルは冷間ダイス鋼(Cr含有量10.5%〜13.5
%)であり、エッチング液には塩化第2鉄溶液(ボーメ
45度)を用い、エッチング時間は10分間とした。ま
た、エッチング液は圧空を用いて二流体微噴霧ノズルよ
り、回転中のロールに噴霧した。
【0016】図1の横軸には集光レンズの焦点位置を、
縦軸にはエッチング深さSRaを示した。ロール表面に
対する集光レンズの焦点位置が集光レンズの焦点距離と
一致する位置3(焦点位置が0の位置)すなわち、集光
レンズとロール表面との距離Lが焦点距離fと一致する
部分では、エツチング深さ、SRaも小さくなってい
る。横軸のマイナス表示はロール表面より集光レンズの
焦点位置が外側に離れたことを示すもので、−60μm
〜−120μm近傍[L=f×(1.004〜1.00
8)]にSRaが最も大きな値を示す範囲1があり、ま
た、プラス表示で示す集光レンズの焦点位置がロール表
面より内側に入った場合でも+60μm〜+120μm
近傍[L=f×(0.992〜0.996)]にSRa
の大きな範囲2がある。なお、図1におけるエッチング
処理条件は全て同一であり、このような現象はマーキン
グ時の集光レンズの焦点位置によることを確認した。
【0017】図7〜図11には、焦点位置がそれぞれ、
−120μm、−60μm、0μm、+60μm、+1
20μmである代表的な焦点位置でのエッチング処理後
の3次元プロフィールを示した。集光レンズの焦点位置
がロール表面と一致する0μmのところで、エッチング
形状がかなり悪いことが分かる。これはレーザ光のエネ
ルギー密度が、ある一定の範囲で加工されているもので
あり、集光レンズの焦点距離が変わった場合は絶対値と
しての上記μm数は変わる。実施例2
【0018】図4にレーザ集光部の光学系の基本構成を
示す。光ファイバ10のコア直径dc、集光部13の集
光径をdsとしたとき、ds=dc×f2 /f1 の関係
がある。ここでf1 、f2 はそれぞれレンズ11、12
の焦点距離である。すなわち、dcで示す光ファイバー
のコアー径が100μmφであっても、例えばf2 が1
6mmでf1 が32mmのそれぞれの焦点距離であるレ
ンズ12、11を使用することによって、集光径を50
μmφにすることができる。
【0019】また、図5に示すように、焦点距離の異な
るレンズ12について実験した結果、最終レンズの焦点
距離が変化すると、最適マーキング範囲も変化すること
がわかった。焦点位置が15であるレンズでは、最適マ
ーキング範囲は範囲17で示すとおりであり、焦点位置
が16であるレンズでは、最適マーキング範囲は範囲1
8で示す位置となる。そこで、焦点距離が16mm、2
5mm、32mmの異なる集光レンズ12を用いて最適
マーキング位置の確認実験を行った。結果を図6に示
す。図6は横軸に集光レンズ12の焦点距離を示し、縦
軸にロール表面に対する集光レンズの焦点位置を示し
た。縦軸の0は、集光レンズの焦点距離とロール表面に
対する集光レンズの焦点位置が一致していることを示
す。これは、集光レンズとロール表面との距離をLとす
ると、L=fに相当する。図6中の斜線を施した範囲2
0、21内で最適なマーキングを行うことができること
を確認した。これは、fを最終レンズの焦点距離(m
m)とし、集光レンズとロール表面との距離をLとした
時、L=f×(1.004〜1.008)又はL=f×
(0.992〜0.996)の範囲内でマーキングする
ことであり、上記範囲でマーキングすると、その後のエ
ッチング工程において、効率的な処理を行うことができ
る。
【0020】本発明の加工に用いる集光レンズの焦点距
離については、焦点距離が大きくなると集光径も大きく
なる傾向があり、また焦点距離が小さすぎると加工物ま
での距離がとれず、レンズ保護ガス等の配管設置ができ
なくなることから、自ずと制約を受けるものである。
【0021】
【発明の効果】圧延ロールの表面に耐酸樹脂膜を塗布し
た後、パルス状レーザ光を照射して該皮膜を部分的に蒸
発させ、エッチングによりロール表面に任意の模様を凹
凸加工する方法に於いて、レーザ加工後、エッチング処
理を行った結果に形状精度的なバラツキがあり、安定し
た製造技術が必要であった。さらに凹部深さの大きいも
のを製造することも必要であった。本発明は、上記問題
を大幅に改善するものであり、バラツキも減り、また、
処理効率(エッチング時の深さ)も向上し、ロールの製
造コスト削減に大きく貢献した。
【図面の簡単な説明】
【図1】焦点位置とエッチング深さの関係を示すグラフ
である。
【図2】ロール表面に対する集光レンズの焦点位置とレ
ーザ出力との関係を示すグラフである。
【図3】レーザ出力とエッチング深さの関係を示すグラ
フである。
【図4】集光レンズ部の基本構成を示す図である。
【図5】集光レンズの焦点距離と最適マーキング範囲と
の関係を示す説明図である。
【図6】集光レンズの焦点距離を変えたときの最適マー
キング範囲を示すグラフである。
【図7】エッチング後の3次元プロフィールを示す図で
ある。
【図8】エッチング後の3次元プロフィールを示す図で
ある。
【図9】エッチング後の3次元プロフィールを示す図で
ある。
【図10】エッチング後の3次元プロフィールを示す図
である。
【図11】エッチング後の3次元プロフィールを示す図
である。
【符号の説明】
1、2 範囲 3 位置 4、5 曲線 10 コア 11、12 レンズ 13 集光部 15、16 焦点 17、18、20、21
範囲
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C23F 1/00 102 9352−4K

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 冷間圧延用ロール表面に耐酸性樹脂皮膜
    を形成し、該ロール表面にパルス状レーザ光を集光照射
    し、該皮膜を部分的に蒸発させて金属露出面を形成し、
    エッチング液によりロール表面に凹凸模様を形成する方
    法において、レーザを照射する集光レンズの焦点距離f
    に対して、集光レンズとロール表面との距離Lを、L=
    f×(1.004〜1.008)又はL=f×(0.9
    92〜0.996)として前記皮膜を蒸発させることを
    特徴とする冷間圧延用ロールのマーキング方法。
JP6307080A 1994-11-17 1994-11-17 冷間圧延用ロールのマーキング方法 Withdrawn JPH08141606A (ja)

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JPH08141606A true JPH08141606A (ja) 1996-06-04

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008179132A (ja) * 2006-12-26 2008-08-07 Ricoh Co Ltd 画像処理方法及び画像処理装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008179132A (ja) * 2006-12-26 2008-08-07 Ricoh Co Ltd 画像処理方法及び画像処理装置

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Effective date: 20020205