JPS63171280A - ロ−ルの粗面化方法 - 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、ロールの粗面化方法に関し、さらに詳しくは
金属材料の冷間圧延ロールまたは調質圧延ロールの表面
を所望のパターンと凹凸深さに粗面化する方法に関する
。

〔従来の技術〕

自動車子の外板として使用される鋼板は、加工、塗装笠
のプロセスを経て最終的には自動車の外観を支配する重
要な構成要素となる。

近年、自動車の高級化に伴ない、一般の消費者が外観の
良好さ、美観など鮮映性の良さを要求する傾向が強くな
りつつある。この鮮映性に対して、塗装前の鋼板表面の
粗度や凹凸のパターンなどが重大な影響を及ぼすと云わ
れている。従って、鮮映性向上のために、より適切な表
面凹凸パターンを有する鋼板を製造する必要性が生じて
きた。

一般に自動車用鋼板は、調質圧延ライン（スキンパスラ
イン）において、適切な表面粗さを付加されて製造され
る。

このような鋼板の表面粗さは、製造プロセスの条件等に
も左右されるが、鋼板を圧延する圧延ロールそのものの
表面粗さに大きく依存する。

従って、従来から鋼板の目標表面粗さに応じて適切な圧
延ロールが用いられてきた。

従来、調質圧延ロールの表面を粗面に加工する方法とし
てショツトブラスト法などが用いられていた。しかし、
ショー２ドブラスト法では表面粗度が不規則で一様性に
欠け、上記要求にマツチしないので、近年、これに代り
、連続波炭酸ガスレーザを用いてロール表面をレーザダ
ル加工する方法が開発され、普及されつつある。（特開
昭５５−この方法は、回転しているロール表面に回転チ
ョッパを用いてレーザビームを断続的に照射し、ロール
の回転数、チョッピング周波数、レーザ出力等を制御す
ることにより、ロール表面に適切な凹凸パターンを形成
するものであり、ロール表面の粗度値Ｒａが１〜３ｇｍ
程度のものを得ることが可能である。ここでＲａは中心
線平均粗さを表し、粗さ曲線ｙ＝ｆ（ｘ）からカットオ
フ値の３倍以上の測定長さ文をとったとき、次式を単位
ＩＬｍで表した値である。

Ｒａ＝　　（１／４１）ｆ　　Ｉｆ　　（ｘ）　　ｌ　
　ｄｘしかし、上記従来のレーザダル加工方法では、実
際に形成された表面粗度や凹凸のパターンが測定されて
いないため、ロールの表面特性のうち、いかなる要素が
圧延された鋼板の高鮮映性に寄与しているかは従来より
不明の点であり、例えば中心線平均粗さＲａや、その三
次元空間への拡張である中心面平均粗さＳＲａなとの値
によって鮮映性の良否を判断しようとする試みがあった
。しかし、これらの値だけでは次のような観点から評価
しきれないという欠点があった。

すなわち平均粗さ値ＲａまたはＳＲａ値は凹凸の高さ方
向の情報しか含んでいないため対象の平面的な情報を表
わすことができなかった。そのため目標粗度をもつロー
ルを製造すること、これらのロールを分類し適時適切に
使用すること、などのいわゆる適切なロール管理ができ
ないという問題がある。

現状では、ロールの粗度を測定する方法として。

■ロール端部で試しうちした加工部材の粗度パラメータ
をハンディな触針式粗さ計を用いて測定する方法、 ■ロールを静止させて、その表面の微細形状の型取りを
行ない、その型を３次元触針式粗さ計により測定する方
法、 ■顕微鏡を直接ロールに押しあてて、目視にて凹凸パタ
ーンを確認する方法 などがとられていた。

しかし、これらの方法は、目視による方法では適切な定
量評価ができないという欠点があり、また型取りしたの
ちに３次元粗さ計を使用する方法では短時間に測定でき
ないという問題点があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、レーザビームによりロールのダル加工を行う
場合、ロールの表面の凹凸パターンをロールのダル加工
工程中の初期段階で測定し、鮮映性の評価パラメータに
基づいて目標通りの表面粗度加工を行うことができる方
法を提供することを目的とする。

本発明の他の目的はロール表面のダル加工の作業性を高
め低コストのロール粗度加工方法を提供することである
。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明方法は、回転するロールにレーザビームを集光照
射することにより、ロール表面に微細な凹凸形状を形成
するロールの粗面化加工において、 Ａ）　加工中のロールの加工初期にロール端部に加工さ
れた表面の一定面積について、前記凹凸形状を粗さ計に
より三次元的に測定し、Ｂ）　この測定値から得られた
傾斜分布から前記微細凹凸形状における平坦部分測定点
の割合値と中心面平均粗さ等の粗さパラメータ測定値と
を演算し、 Ｃ）　この演算値を予め定めた凹凸形状目標値に一致さ
せるように、ロールの粗面化加工条件を調整する ことを特徴とするロールの粗面化方法である。

〔作用〕

本発明方法の手段を作用と共に説明する。

測定対象加工工程中の初期の加工ずみ部（端部）の一定
面積を、例えば触針式粗さ計で測定して中心面平均粗さ
値などの一般的な粗度パラメータを測定する他に、測定
面内の複数点（ｍＸ　ｎ点）での傾きを差分などの演算
から得た後、その傾きの値の分布を測定した全ての複数
点について調べる。

分布の調べ方としては、傾きの値を一定の分割幅（α）
ごとに分類し、その分割幅内に属する測定点数を数え上
げるものとする。従って分布図を描いた場合には横軸に
傾き値、縦軸に一定の傾き値範囲内に属する測定点全体
に対する割合Ｔを示すことになる。

得られた分布図において最大の割合値Ｔｍａｘ（％）、
半値幅ΔＷ局、および設定した傾き値条件内に属する測
定点数の全体に対する割合（Ｗ　２α）などの値を定義
し、それらの値や中心面平均粗さＳＲａなど、またはそ
れらの演算により得られた値から鋼板の鮮映性に関連す
るロール表面の微細な凹凸形状を評価する。

上記評価パラメータに基づき、予め定めた目標の凹凸パ
ターン形状に一致させるようにロールの粗面化加−Ｌ条
件を調整する。これにより目標通りの鮮映性を有する鋼
板を製造することができるロールの表面粗度加工を行う
ことができる。

以上の測定値を得るための装置としては、測定対象の位
置を二次元的に駆動させるためのＸ−Ｙステージ（ロー
ル微少回動装置を含む）、触針式の表面粗さ計および粗
さ計から得られた測定データを解析して表示するための
データ処理装置および出力装置などから構成される装置
を用いる。

第１図に本発明方法を実現するための具体的な構成例を
示す。

回転するロールｌＯにレーザ加工ヘッド３０からレーザ
ビーム３２が照射され、ロール１０の表面がレーザダル
加工を施される。レーザビーム３２はレーザ発振機３４
で発生し、レーザビーム制御装置３６はロール回転数調
整装置３Ｂ、レーザ加工ヘッド３０の移動装Ｍ４０、回
転チョッパ４２を制御し、適正なレーザ加工面を得るよ
うに作用している。

ロールｌＯの加工面を測定する触針式粗さ計２２によっ
てロール１０の初期加工面の粗度を測定する。

測定位置はｘ−Ｙステージ２０の移動により、位置を変
えなから触針式粗さ計２２により測定される０表面の凹
凸形状に応じて高さ方向に変動する針の位置は電気信号
に変換され、ロール１０およびステージ２０の駆動とも
同期して、その位置信号と共にデータ処理装Ｍ２４へ転
送される。処理装置２４内で処理された結果は、出力装
置２６に表示されロール表面の加工性の良否が判定され
る。出力装置２６の出力は前記レーザビーム制御装置３
６に送られ、レーザビーム制御装置３６はこれを目標値
と比較し、その偏差に基づいてレーザダル加工条件を制
御する。

測定対象の鮮映性は表面の面情報を得る必要がある。そ
こで触針式粗度計によるデータ採取領域は第２図に示す
ようにロール表面をｘ−ｙ平面で表わし、Ｘ軸方向に連
続してｙ軸方向には一定間隔おきに複数本の測定により
得られる領域とする。ここでＸ軸はロール長手方向ｙ軸
はロールの周方向とする。従って厳密にはｘ−ｙ平面は
。

ロール上の三次元空間となるが、ロール径に比較して測
定するｙ軸方向の長さが微少であることから、二次元平
面であるとみなし以下説明する。サンプリング間隔をＸ
方向でΔｘ（ｇｍ）おきにｍ点、Ｘ方向にはΔｙ　（ｕ
Ｌｍ）おきにｎ本とすれば測定面積は。

ΔｘＸ（ｍ−１）ＸΔ７ｘ　（ｎ　−１）　　（＃１．
ｍ″〕の領域となる。

今、測定開始点を三次元空間での原点（０゜０、Ｏ）に
とり、任意の場所での絶対的位置を（ｘｉ、ｙｊ、ｚｉ
、ｊ）とすれば、次の（１）、（２）、（３）式を得る
。

ｚｉ、ｊ　＝　ｆ　（ｘ　ｌ　、　Ｖ　ｊ）　　　　・
”　（１）ただし、ｆｉ凹凸プロフィールを表す関数ｘ
ｉ＝ΔｘＸ　　（ｉ　−１）　　　　　　　−・＝　　
（２）ただし、ｉ＝１．２．・・・、・・・９ｍｙｉ＝
ΔｙＸ（ｊ−１）　　　　　　　・・・・・・　（３）
ただし、ｊ＝１．２．・・・、・・・、ｎである。ここ
で各測定点（ｘｉ、ｙＤでの傾きΔｚ　ｉ、ｊを次の式
で定義する。

Δｚ　ｉ、ｊ ただし、ｉ＝１．２．・・・、（ｍ−１）ｊ＝１，２．
・・・、（ｎ−１） とする。

すなわちΔｚ　ｉ、ｊは隣り合う測定点での差分を計算
することになる。従って得られた傾きの値Δｚ　ｉ、ｊ
は（ｍ　−１）　Ｘ　（ｎ　−１）個となる。

次にこれらの値Δｚ　ｉ、ｊを間隔αで２β個の領域に
分類する。ここでα、βは任意の値である。

すなわち、 α×（−β＋（ｋ−１））≦ｚ　ｉ、ｊくα×（−β十
ｋ）　　　　　・・・・・・（５）ただし、ｋ＝１，２
．・・・、２β ここで、α×（−β＋（ｋ−１））ミγ（ｋ）とすれば
、 γ（ｋ）≦Ｚｌ＋Ｊくγ（ｋ＋１） ・・・・・・（６） である、このｚ　ｉ、ｊを上記（６）式の領域（この領
域をＡ　（ｋ）と呼ぶ）に分類し、それぞれの領域内に
屈する傾き値Δｚ　ｉ、ｊの全個数（ｍ　−１）　Ｘ　
（ｎ　−１）個 に対する割合をＴｏ（ｋ）とする、さらに隣り合う領域
との平均値をＴ　（ｋ）とすると、Ｔ（ｋ） ＝ｙ２ｘ　（Ｔｏ　　（ｋ）　十”ｒＱ　　（ｋ＋　１
））・・・・・・（７） ただし、ｋ＝１．２．・・・、２β−１となり、この（
７）式のＴ　（ｋ）の値をｋを横軸にとってグラフ化す
ると第３図のようになる。にの値は離散的なので、折れ
線グラフとなるが近似曲線を描くことにより緩かなグラ
フを得ることができる。

ここで横軸にｋの値をとることは実際には傾きの値 α×（−β十ｋ） を示すことになる。

ここで、ｋ＝βにおけるＴ（ｋ）値をＴｍａｘ（％）、
β−２≦に≦β＋２におけるＴ（ｋ）値の合計をＷ２Ｃ
，半値幅をΔｗＨなどとする。

すなわちＴ　ｍ　ａ　ｘはΔｚｉ、ｊ＝０なる条件の割
合であり、Ｗ２Ｃは１Δｚ＊、ｊ　ｌ≦２α　なる条件
となる割合で、いずれも測定対象の微細表面形状におい
て、平坦部分の割合を示すことになる。

〔実施例〕

ブライドロール（サンプルｌと呼ぶ）、ショツトブラス
ト法によりダル加工されたロール（ＳＢロール：サンプ
ル２と呼ぶ）、レーザダル加工法によりダル加工された
ロール（ＬＤロール：サンプル３と呼ぶ）をそれぞれ触
針式粗さ計で測定し、前述のＴｍａＸ、Ｗ２Ｃ等の値を
解析したところ、次のような結果を得た。

ここでは、 ｍ＝５０Ｏｎ＝１６０ α＝　０．０３　　　β＝２０ などの値を用いた。

サンプルｌ、２，３について条件の異なるロールを各１
０本用いて測定した結果を第１表に示す。

参考としてＳＲａ（ｐｍ）ｆａも示したが、ＳＲロール
とＬＤロールの場合、中心面平均粗さＳＲａ値にほぼ差
がないのに対して、Ｔ　ｍ　ａ　ｘやＷ２Ｃのイ１が正
確に区別可能であることが分る。

すなわちＳＲａ値では判別できない表面の微細形状の特
徴をＴｍａｘやＷ２Ｃなどの値を用いることによって表
現回部である。これらのロールを用いて鋼板を圧延した
場合、ロールの平坦面より凸部が主として鋼板に転写さ
れ、平坦面より凹んだ部分は転写されずに残る。従って
、圧延鋼板のＴｍａｘ、Ｗ２Ｃ等はロールの場合より大
きくなる傾向にはあるが、大小関係はそのまま保存され
るのでＬＤロールを用いて圧延された鋼板は平坦部分が
多くなることになる。また、これらのパラメータは塗装
後の鮮映性と密接な関係があり平坦部が多い。すなわち
Ｔ　ｍ　ａ　ｘやＷ２Ｃ値も高くなるほど鮮映度が高ま
る傾向にあることが実験により確認されている。

一方中心面平均粗さＳＲａ値が小さくなる程鮮映性は高
くなる。

表面の凹凸形状においてＳＲａは山の高さ情報を、Ｔｍ
ａｘやＷ２Ｃは平坦部の多さに関係した情報を示すこと
になるので、これら２種類の情報を組み合わせれば鮮映
性をより正確に判定し得る情報を抽出できるものと予想
される。

そこでＳ　Ｒａ　／　Ｗ２Ｃなる値を導入し、ロールで
のこの値と通常用いられている鋼板に対する鮮明光沢度
Ｉｃｍ値との相関を調べた。

ＳＲａ／Ｗ２Ｃは２つのパラメータの定義より、鏡面性
の大小を表わすパラメータであると言える。

第４図にＩｃｍとＳＲａ／Ｗ２Ｃの関係を複数のＬＤロ
ールとそれらにより圧延された鋼板の組合わせについて
調べた結果を示した。

これより両者の間には極めて良い相関があるのでＳ　Ｒ
ａ　／　Ｗ　２αなる値は鮮映性を評価するのに有効な
指標となる得る。（ここでＷ２Ｃは百分率でなく割合で
示したもので無次元である。）また本発明の測定、演算
、制御のプロセスフローチャートの例を第５図に示した
。

以上より表面の傾斜分布の解析から得られたパラメータ
により表面の微細形状の特徴を表わしたり鮮映性の良否
を評価することが可能である。

〔発明の効果〕

鋼板やロール表面の微細形状と鮮映性の良否との関係が
従来より不明であり、鮮映度を評価する場合にも結果的
に良否を判定するしか方法がなかった。

しかし本発明による方法は形状そのものの特徴を測定す
るものであるから、より直接的であり、高鮮映性の鋼板
を製造する上でも精度の高い管理指標を提供し得る。

すなわち鮮映性の高い条件の表面凹凸形状を、例えばＷ
２ＣやＳ　Ｒａ　／　Ｗ　２αなどの値から規定して鋼
板の製造条件すなわちロールのレーザダル加工条件を決
定し、管理すれば常に高鮮映性鋼板を製造することが可
能となり産業上、非常に有用である。

なお、粗度測定には触針式粗度計以外にも、光を利用し
た非接触法、例えば光切断法や干渉法を用いた測定装置
を応用することも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実現するための具体的構成因、第
２図は触針式粗さ計による測定位置説明図、第３図は傾
斜分布解析方法の説明図、第４図は鮮明光沢度とＳＲａ
／Ｗ２αとの相関図、第５図は本発明の測定演算制御の
プロセスフローチャートである。 １０…ロール ２２・・・触針式粗さ計 ２４・・・データ処理装置 ２６・・・出力装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　回転するロールにレーザビームを集光照射すること
   によりロール表面に微細な凹凸形状を形成するロールの
   粗面化加工において、 ロールの加工された表面の一定面積につい て、前記凹凸形状を粗さ計により三次元的に測定し、該
   測定値から得られた傾斜分布から前記微細凹凸形状にお
   ける平坦部分測定点の割合値と中心面平均粗さ等の粗さ
   パラメータ測定値とを演算し、該演算値を予め定めた凹
   凸形状目標値に一致させるようにロールの粗面化加工条
   件を調整することを特徴とする ロールの粗面化方法。