JPS5825557B2 - ダルロ−ルの粗面化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ダル鋼板圧延用のロールの粗面の形成装置に
関する。

圧延鋼板には例えば材質、物性、形状、寸法など各種の
品質、特性が要求されるが、その１つに表面品質がある
。

表面品質には■美観９、つまり見た目の綺麗さ、■塗装
性、つまり塗装やほうろうの付き具合、■加工性、つま
りプレス加工、ＤＩ加工などの加工難易性、■耐蝕性、
主として発錆性、および■光学特性、つまり可視光や赤
外線の反射、吸収、輻射特性などがあり、これらを決め
る要因には表面の物理的、機械的、化学的性質など多く
の要因があるが、その１つに表面のセミマクロ的な幾何
学的形状即ち表面粗さがある。

。表面粗さを定める因子には凹凸の高さおよび凹凸のピ
ッチなどがあり、前者についてはＲｒｍｓ（凹凸の高さ
の自乗平均値）およびＲａ （中心線平均粗さ）、後者
についてはＰＰＩ （インチ当りの凹凸の個数）などの
評価指数が考えられていて、評価手段は一応確立されて
いる。

ところで圧延製品表面に粗さを付ける最も普通の方法は
、圧延ロールに所要の粗さを付けておき、圧延によって
被圧延材の表面にその粗さを転写する方法である。

従って圧延製品に所望の粗さを付ける問題は、とりも直
さずロール表面に粗さを付ける問題でもある。

粗さ賦与に際しては、単に凹凸の高さだけでなく粗さの
ピッチも所望値にし、しかもこれらを独立に制御できる
ことが必要である。

生産現場で普通に行なわれている現在の粗さ賦与方法は
ショツトブラストによる方法である。

このショツトブラスト法では、先ずロール表面を研削、
研磨して平滑な面にし、か＼るロール面にグリッドと称
する鉄粉、スケールなどの硬い粒子を吹き付けてロール
面を粗くする。

このショツトブラスト法は簡単であり、この加工により
表面硬化してロールの耐摩耗性が上るなどの利点がある
反面、面が不規則、不均一に荒れた面となり、粗さの制
御が困難である欠点がある。

粗さくＲａ、ＰＰＩ等）を変更するには使用するグリッ
ドを取換えねばならず、そしてグリッド吹付機構の中に
ある大量のグリッドを取換えまた各種の細かさのグリッ
ドを用意しておくのは厄介である。

またグリッド自体粒径を正確に揃えられてはいないから
、粗さの正確な調整は不可能に近い。

更に粉塵、騒音の問題もある。

ショツトブラスト法では上記のようにロール面の粗度の
制御が困難であるので、新しい方法として放電加工が試
みられている。

これはロールに電極を対向させ、ロールを回転させかつ
電極をロール軸方向に移動させながらロール、電極間に
火花放電を生じさせ、この放電エネルギでロール表面に
微細なりレータ群を発生させるものである。

この方法では印加する電圧の電圧値と周波数を変えるこ
とによってロール面に制御された粗さを付けることがで
きる。

しかし、クレータの大きさを定める火花の及ぶ範囲は電
極の寸法、形状とロール面形状によって定まるが、これ
はある限界以下に小さくすることはできない。

従って粗さの微細化、特にＰＰＩの増大に限界がある。

また電極はロール面に対し一定の微小間隙を保持する必
要があり、機構が複雑になる。

またロール面には元々微細な凹凸や残留磁場などがあり
、ロール面放電点が乱れて完全に規則的な粗さを付ける
ことはできない。

また電極先端部の劣化消耗があり、電極交換、粗さプロ
フィルの劣化などの問題がある。

また火花によりロール面の金属が溶融し、押しのけられ
、凹部が生じると共にその押しのけられた金属が周囲に
被着して凸部を作り、こうしてクレータが生じるが、該
凸部は機械的に弱く、圧延中にとれてしまったりしてロ
ール粗度の初期変化が著しい。

凹部の耐摩耗性はよいので、凹部で表わされる粗度の寿
命は長いが、凸部を含めた粗度の寿命（初期寿命）は短
い。

また放電加工では急冷効果を出すため全体を油の中に入
れなければならない。

本発明はか＼る点に鑑み、粗さの制御が容易であり、微
細な粗さも付けることができ、耐摩耗性も優れた粗面形
成装置を提供しようとするものである。

次に図面を匈照しながら本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の粗面形成装置の基本構成を示す。

１は被加工ロールであり、９は該ロールを回転させる駆
動部である。

２はレーザ発振器であり、３は該発振器より出力された
レーザ光り。

をレーザ光Ｌ１〜Ｌｎに分割する分配集光器、８は該分
配集光器をロール軸方向に移動させる駆動部である。

４は粗度検出器、７は粗度解析器、６は制御用パルス発
振器、５はレーザ発振制御器である。

レーザ発振器としては連続発振型のガスレーザ例えばＣ
Ｏ２レーザやＹＡＧレーザ、パルス発振型の固体レーザ
例えばルビーレーザなどのいずれでもよく、レーザ光の
ビーム径は波長の３倍まで紋れるから径が数μｍから数
十μｍのものが容易に得られる。

レーザ光分割集光器３の具体例を第２図、第３図、およ
び第４図に示す。

第４図は部分反射および部分透過するミラーを用いる例
で、１ｉ（ｉ＝１ 。

２・・・・・・・・・ｎ）が該ミラーである。

これらのミラーはレーザ発振器２からのレーザ光り。

の光路に沿って一列に等間隔で配設され、そしてｒｉ（
ｉ＝１ 。

２・・・・・・・・・ｎ）なる反射率を持ち、残りを透
過する。

しかもミラー１１から反射されるレーザ光Ｌｉはすべて
等しくなるように、反射率ｒｉを選ぶ。

従ってｎ＝１０とすると、Ｌｌ−Ｌ２＝・・・・・・・
・・Ｌ１□−Ｌｏ／１０であり、反射率ｒｉはｒｌＯ＝
１／１０゜ｒ９＝ １ ／ ９５ ｒＢ＝ １ ／ ８
・・・・・・・・・つまりｒｉ＝１／ｉである。

２１はレンズなどの集光系で、レーザ光Ｌｉを所望の径
に集束する。

第３図ａは環状か″ら段違いに配置した反射鏡を用いる
例を示し、３ｉ （ｉ−１、２・・・・・・・・・ｎ）
は切頭円錐状の鏡面を１／ｎに分割したその個々の扇形
状の鏡面で、回転軸３０に等間隔でかつ３６０／ｎずつ
ずれて配設される。

従ってレーザ発振器２からのレーザ光り。

を軸３０に平行に図示の如く投射すると鏡面３１のいず
れかにレーザ光り。

が当り、反射されてレーザ光Ｌｉとなる。

軸３０を回転させるとレーザ光り。

が当る鏡面が変り、例えば最初鏡面３１に当てたとする
と次は３２になり、以下順に３３ 、３４・・・・・・
・・・となり、レーザ光Ｌ１゜Ｌ２．Ｌ３・・・・・・
・・・が順次得られる。

なおこのレーザＬ１．Ｌ２・・・・・・・・・の発生順
序従って鏡面取付位置の順序は任意でよい。

第３図すはレーザ光Ｌｉの強度分布と時間ｔに対する発
生態様を示す。

第２図の例ではレーザ光Ｌｉはり。

／ｎであったが本例ではＬｉ＝Ｌ□であり、代りに第２
図ではレーザ光Ｌｉ（ｉ＝１，２・・・・・・・・・ｎ
）は同時に得られたが本例ではＬｉは１つずつ逐次得ら
れる。

第４図は第２図と同様な１ ／ ｎのレーザ光が同時に
得られる例であるが、部分透過部分反射ミラーの代りに
レーザ光を柱状から筒状に変換する機構を使用する。

第４図ａに示す機構がその変換部であり、円錐鏡面４１
と、等間隔を置いて該鏡面と対向する切頭円錐状の鏡面
４２からなる。

か５る鏡面機構に、鏡面４２の中央の孔４２ａから細柱
状レーザ光り。

を投射すると、該レーザ光は鏡面４１に当って反射し、
更に鏡面４２に当って再反射し、円筒状レーザ光り。

ａとなって入射光方向へ進行する。

か５る反射を行なわせるため、レーザ光の光軸は円錐鏡
面４１および切頭円錐状鏡面４２の中心軸と一致させ、
鏡面４１，４２の周面が中心軸となす角は４５°にして
おく。

筒状レーザ光り。

ａが得られたら、これを第３図と同様な反射鏡群５ｔ（
ｘ＝１＞２・・・・・・・・・ｎ）に投射すれば反射鏡
面群を回転させる必要なしにＬ□／ｎの強さの平行なレ
ーザ光Ｌｉが得られる。

６１は集光レンズである。

次に再び第１図に戻って本装置の動作を説明するに、レ
ーザ発振器２によりレーザ光り。

を発生し、これをレーザ光分配集光器３により前述のよ
うにレーザ光Ｌ１．Ｌ２・・・・・・・・・Ｌｎにして
ロール１の表面に投射する。

ロール１は駆動部９により回転させ、かつレーザ光分配
集光器３を駆動部８によりロール軸方向に移動させる。

レーザ光Ｌｉ（ｉ−１，２・・・・・・・・・ｎ）はロ
ール長し−ｖの範囲に分布させておき、レーザ光分配集
光器３をロール１がｍ回転（ｍは大なる程ピッチが密に
なるが、ビーム幅を考慮して適当に定める）する間にＬ
／ｎ移動する割合で駆動すれば、第２図のような同時照
射型の場合はロールをｍ回転させることによりまた第３
図のような逐次照射型の場合はロールをｍｎ回転させる
ことによりロール１の全表面をレーザ光により照射する
ことができる。

そしてパルス型のレーザの場合はそのま＼、連続型のレ
ーザの場合は強度を変えることにより、ロール面に加熱
溶融による微細なくぼみをつけるつまり粗面化すること
ができる。

レーザ光パルスの繰り返し周波数またレーザ光強度変調
の変調周波数をｆ、レーザ光の強さをＩとすれば、周波
数ｆを制御することによりＰＰＩをまた強度Ｉを制御す
ることによりＲｒｍｓまたはＲａを変えることができる
。

例えばロール１の径をＤ、回転数をＮ、粗さピッチ（Ｐ
ＰＩ）をδとすれば π・Ｄ−Ｎ＝ｆ・δ・・・・・・・・・・・・ （１）
の関係があるから、これらのパラメータＤ ｔ Ｎ ｔ
ｆを変える、簡単にはｆを変えることにより、粗さピッ
チδを変えることができる。

そこで粗度検出器４によりロール１の表面の粗さを示す
ビデオ信号を得、これを粗度解析器７で解析して粗度例
えばＰＰＩを得、これを制御用パルス発振器６に入力す
る。

該発振器６では粗度を設定値にするに必要な周波数ｆの
修正信号ΔＦを発生し、これをレーザ発振制御器５に加
える。

該制御器５はレーザ発振器２を制御してレーザのパルス
または変調周波数をｆ±ΔＦにし、粗度ＰＰＩを所望値
に制御する。

粗度解析器７で粗度Ｒａを検出する場合も同様で、制御
用パルス発振器６は粗度を設定値に修正するに必要な修
正信号ΔＩを出力し、レーザ発振制御器５はレーザ発振
器２の出力レーザ光の強さＩを１±Δ■にし、粗度Ｒａ
を所望値に制御する。

更に発振器６は駆動部８に対して駆動指令Ｐｃを与え、
ロール１の回転に対応させながら分配集光器３を移動さ
せる。

この装置によれば、レーザ光による投入エネルギ量およ
びレーザ光束径の制御が容易でありかつ光束径を極めて
小にすることができるので、粗さを正確に制御しかつ従
来より遥かに微細な粗面の形成が可能である。

また放電スパークと異なり、極めて微小な部分にかつ短
時間（ｎＳオーダー）にエネルギを集中できるため熱影
響部が小さく、また超急冷組織が得られる。

またロールを油中に浸す必要はなく、それどころか大気
中でよく、レーザ発生部とロール面とは離融できかつ移
動容易なので、ロールは圧延機に取付けたま５で粗面化
処理を行なうこともできる。

このロールのオンラインダル化処理は大きな利点を有す
る。

即ち、ロールは一定時間使用するとロールスタンドから
取外して研削し、研削後ロールスタンドに再び装着する
のが普通であるが、このロール組替作業は時間がか５り
またロールショップの負担が増える。

そのためロールをロールスタンドに組込んだま５研削す
ることが考えられるがその際ダル化処理をどうするかが
問題であり、ショツトブラストや放電加工を用いること
はできない。

この点発明のレーザ加工法は極めて有利である。

更にレーザを用いると上記の如く超急冷効果が得られる
が、これを利用してロール表面の硬化を行なうことがで
きる。

例えばロール表面に前取って塗布するかレーザ投射と同
時に吹付けるかじて焼入性表面耐摩耗性向上効果のある
合金元素をロール表面に添加しておくと、レーザ光照射
に表面硬化処理が行なえてロール面寿命を増すことがで
きる。

第５図はＡＩ 、Ｃ、Ｃｒ 、Ｗなどの元素を用いてレ
ーザ光照射で表面硬化処理した例を示し、曲線Ｃ１は硬
化前の硬度、曲線Ｃ２は硬化後の硬度を示す。

縦軸はロックウェル硬度、横軸は表面からの深さである
。

これにより確実に表面硬化されていることが分る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す説明図、第２〜第４図は
レーザ光分配集光器の谷側を示す説明図、第５図はレー
ザ光照射による表面硬化情況を説明するグラフである。 図面で１はロール、２はレーザ発振器、３はレーザ光分
配集光器、９はロール駆動部、８は集光器３の駆動部、
４，７は粗度検出装置、５，６はレーザ光制御装置であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レーザ発振器と、該レーザ発振器の出力レーザ光を
   複数のビームに配分して被加工ロール表面へ投射するレ
   ーザ光分配集光器と、被加工ロールを回転させる装置と
   、レーザ光分配集光器を被分妃レーザビームの間隔だけ
   ロール軸方向に移動させる装置と、レーザ光により粗面
   化されたロールの粗さを検出する粗度検出装置と、該粗
   度検出装置の出力に従って粗度が所望値になるようにレ
   ーザ発振器の出力レーザ光を制御する装置とを備えるこ
   とを特徴とするダルロールの粗面化装置。 ２ レーザ光分配集光器が、レーザ発振器の出力レーザ
   光の光路に沿って等間隔に配設されそして同じ強さの反
   射光を出力する一部反射一部透過特性を持つ複数の鏡面
   群からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   のダルロールの粗面化装置。 ３ レーザ光分配集光器が、切頭円錐体の周面をｎ分割
   した形状の複数個の鏡面を回転軸に沿って等間隔にかつ
   ３６０°／ｎずつずらして配設した鏡面群からなること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のダルロールの
   粗面化装置。 ４ レーザ光分配集光器が、細い柱状レーザ光を円筒状
   にする変換装置、および切頭円錐体の周面をｎ分割した
   形状の複数の鏡面を軸に沿って等間隔にかつ３６０°／
   ｎずつずらして配設した鏡面群を備えそして前記変換装
   置からの円筒状レーザ光を投射させる装置からなること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のダルロールの
   粗面化装置。