KR101080342B1 - 금속 롤러의 제조방법 - Google Patents

금속 롤러의 제조방법 Download PDF

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Abstract

레이저 가공용 마스크에 형성되는 레이저광 통과용 구멍인 개구를, 개구의 중심으로부터 둘레가장자리부를 향해서 복수의 돌기가 방사상으로 이어지는 형상으로 한다. 이 레이저 가공용 마스크를 이용하면, 금속재료 등으로 이루어진 피가공물의 표면에, 레이저 가공에 의해, 치수가 수㎛∼수십㎛이고, 치수 정밀도 및 형상 정밀도가 매우 높은 오목부 패턴을 형성할 수 있다.

Description

금속 롤러의 제조방법{Method for Manufacturing Metal Roller}
본 발명은, 레이저 가공용 마스크를 이용하여 금속 롤러를 제조하는 방법에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은, 주로, 금속 롤러의 제조방법에 사용되는 레이저 가공용 마스크에 형성되는 레이저 조사용 개구 (aperature)의 개량에 관한 것이다.
리튬 이온 이차전지는, 고용량 및 고에너지 밀도를 가지며, 소형화 및 경량화가 용이한 점에서, 예를 들면, 휴대전화, 휴대정보단말(PDA), 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 비디오 카메라, 휴대 게임기 등의 휴대용 소형 전자기기의 전원으로서 범용되고 있다. 대표적인 리튬 이온 이차전지에서는, 양극 활물질로서 리튬 코발트 화합물을 함유하는 양극, 음극 활물질로서 탄소 재료를 함유하는 음극 및 폴리올레핀제 다공질막인 세퍼레이터가 각각 사용되고 있다. 리튬 이온 이차전지는, 전지 용량 및 출력이 높고, 충방전 사이클 특성이 양호하고, 내용 수명(durable life)도 비교적 길다. 그러나, 휴대용 소형 전자기기의 다기능화가 진행되어, 연속 사용 가능 시간의 연장이 요구되고 있는 현상황에서는, 리튬 이온 이차전지의 용량화가 더 필요하게 되어 있다.
리튬 이온 이차전지를 더 고용량화하기 위해서, 예를 들어, 고용량의 음극 활물질의 개발이 진행되고 있다. 고용량의 음극 활물질로서는, 합금계 음극 활물질이 주목을 받고 있다. 합금계 음극 활물질은, 리튬과 합금화함으로써 리튬을 흡장하고, 또한 가역적으로 리튬을 흡장 및 방출한다. 합금계 음극 활물질로서는, 예를 들면, 규소, 주석, 이들 산화물, 이들 질화물, 이들을 함유하는 화합물이나 합금 등이 알려져 있다. 합금계 음극 활물질은 높은 방전 용량을 가지고 있다. 예를 들면, 일본 특허공개공보 2002-83594호에는, 규소의 이론 방전 용량은 약 4199mAh/g이고, 종래로부터 음극 활물질로서 이용되는 흑연의 이론 방전 용량의 약 11배인 것이 기재되어 있다.
합금계 음극 활물질은, 리튬 이온 이차전지의 고용량화를 도모하는 데에는 유효하다. 그러나, 합금계 음극 활물질을 함유하는 리튬 이온 이차전지를 실용화하려면, 몇가지 해결해야 할 과제가 있다. 예를 들면, 합금계 음극 활물질은 리튬 이온을 흡장 및 방출할 때마다, 팽창 및 수축을 반복하고, 그에 따라 비교적 큰 응력이 발생한다. 이러한 응력에 의해서, 음극 활물질층의 분열, 음극 활물질층의 음극집전체로부터의 박리, 음극집전체 나아가서는 음극 전체의 변형 등이 발생하여, 리튬 이온 이차전지의 충방전 사이클 특성을 저하시키는 경우가 있다.
이러한 문제에 비추어, 일본 특허공개공보 2007-103197호에서는, 합금계 음극 활물질을 함유한 음극 활물질층을 구비한 리튬 이온 이차전지에 있어서, 음극집전체의 표면에 볼록부(돌기부)를 형성하는 것이 제안되어 있다. 이 특허공개공보에 의하면, 음극집전체 표면에 볼록부를 형성하는 것에 의해서, 음극집전체와 음극 활 물질층의 접합 강도를 높여 합금계 음극 활물질의 팽창 및 수축에 수반하는, 음극 활물질층의 박리를 방지하고자 하고 있다. 그러나, 이 특허공개공보의 기술에서는, 전해 석출법, 즉 전기 도금법에 의해 볼록부가 형성되므로, 음극집전체와 볼록부의 접합 강도가 충분히 높지 않다. 이 때문에, 합금계 음극 활물질의 팽창 및 수축에 따른 응력에 의해서, 볼록부의 음극집전체로부터의 박리가 발생하기 쉬워지므로, 음극 활물질층의 박리를 충분히 방지할 수 없다.
한편, 일본 특허공개공보 2007-27252호에서는, 금속 등으로 이루어진 기판 표면에 요철을 형성하는 방법이 제안되어 있다. 이 특허공개공보에서는, 표면에 요철이 형성된 롤러가 이용된다. 이 롤러를 2개 이용하여 각각의 축선이 평행해지도록 압접시키고, 이 압접 부분에 기판을 통과시켜, 기판에 압력을 가하여 기판을 구성하는 재료를 소성변형시키는 것에 의해서, 기판 표면에 요철을 형성한다. 또한, 이 특허공개공보에서는, 수지 필름의 표면에 레이저 가공에 의해 요철을 형성하고, 요철이 형성된 표면을 안쪽으로 하여 수지 필름을 원통형상으로 둥글게 하여, 전기주조법에 의해 요철이 형성된 표면에 금속을 석출시킴으로써 롤러를 제작하고 있다.
그러나, 이러한 롤러 제작 방법에서는, 수지 필름이 변형하기 쉽기 때문에, 수지 필름 표면에 형성된 요철을 롤러 표면에 정확하게 전사할 수 없는 경우가 많다. 요철이 수㎛ 오더의 치수를 가진 경우는, 그 경향은 더 현저해진다. 따라서, 이 제작 방법에서 얻어지는 롤러를 이용할 경우, 기판 표면에, 높이 및 지름이 수㎛정도인 미소한 볼록부가 규칙적으로 배열된 요철 패턴을 형성하는 것은 곤란하 다.
본 발명자들은, 음극 활물질로서 합금계 음극 활물질을 함유한 리튬 이온 이차전지에 있어서, 음극 활물질층의 균열, 음극 활물질층의 박리, 음극의 변형 등을 방지하기 위해서, 연구를 거듭해 왔다. 그 연구 과정에서, 음극집전체 표면에, 소성변형에 의해, 높이 및 지름이 수㎛오더(order)인 미소한 볼록부를 규칙적인 패턴으로 형성하고, 상기 볼록부의 표면에 음극 활물질층을 형성하는 경우에는, 종래 기술의 과제를 거의 해결할 수 있는 것을 발견하였다.
또한, 본 발명자들은, 롤러 표면에 볼록부의 치수, 형상 및 배치에 대응하는 오목부 패턴을 형성하고, 이 롤러를 2개 압접시켜 압접부를 형성하고, 이 압접부에 음극집전체를 통과시키는 경우에는, 소성변형에 의해, 음극집전체 표면에 미소한 볼록부를 정확하게 형성할 수 있는 것을 발견하였다.
본 발명자들은, 상기의 지견(知見)에 기초하여, 롤러 표면에 오목부 패턴을 형성하는 방법에 대하여 연구를 더욱 더 거듭했다. 볼록부의 치수, 형상 및 배치에 대응하는 오목부 패턴을 롤러 표면에 정확하게 재현하려면, 레이저 가공을 이용하는 것이 공업적으로 유리하다. 그러나, 일반적인 레이저 가공방법에서는, 수㎛ 오더의 지름 및 높이를 가진 미소 볼록부를 형성하는 것이 매우 곤란하다는 것을 알 수 있다. 레이저 가공방법에서는, 주로 스테인리스강 등의 철계 금속재료로 이루어진 롤러와 레이저 광원의 사이에 마스크를 배치한다. 마스크에는, 볼록부의 수평 단면과 동일한 치수 및 형상을 가진 복수의 개구가 형성된다. 이 마스크를 통하여 레이저광을 조사하는 것에 의해서, 롤러 표면에 볼록부 패턴에 대응하는 오목부 패턴이 형성된다.
그런데, 볼록부의 치수가 미소한 경우에는, 레이저 조사를 받아 롤러 표면이 용융 상태가 되기 쉬운 점 및 롤러 표면이 평탄면이 아닌 점으로부터, 롤러 표면에 형성되는 개개의 오목부의 형상은 설계된 볼록부의 형상과는 달리, 볼록부의 형상을 정확하게 재현하는 것이 매우 곤란하다. 또한, 오목부의 지름, 깊이 등의 치수는, 볼록부의 지름, 높이 등의 실제의 치수보다 커지는 경향이 있다.
레이저 조사시간, 레이저 조사간격, 레이저광 강도 등을 조정하여도, 볼록부의 치수 및 형상에 거의 일치하는 복수의 오목부를 형성하는 것은, 공업적으로는 매우 곤란하다. 또한, 볼록부의 수평 단면과 서로 유사한 형상을 가지며, 치수가 볼록부보다 약간 작은 개구를 가진 마스크를 이용해도, 볼록부의 형상 및 치수에 거의 일치하는 복수의 오목부를 형성하는 것은, 역시 공업적으로는 곤란하다.
본 발명의 목적은, 금속재료 등으로 이루어진 피가공물의 표면에, 수㎛오더의 미소한 치수를 가진 요철 패턴을 형성하는데 유효한 레이저 가공용 마스크를 이용하여, 금속 롤러를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해서 예의 연구를 거듭한 결과, 특정의 형상을 가진 개구가 형성되고, 또한 수㎛오더의 미소한 치수를 가진 요철 패턴을 정확하게 재현할 수 있는 레이저 가공용 마스크를 얻는 것에 성공하여, 본 발 명을 완성하기에 이르렀다.
즉 본 발명은, 소정의 개구 형상 및 치수를 가지는 복수의 미소한 오목부를 표면에 가지고, 상기 오목부의 형상을 금속판에 전사함으로써, 복수의 미소한 볼록부를 가지는 리튬이온 이차전지용 음극 집전체를 제조하기 위하여 사용되는 금속 롤러의 제조방법으로서,
두께 방향으로 관통하는 복수의 개구를 가지며, 상기 개구가, 중심으로부터 둘레가장자리부를 향해서 복수의 돌기가 방사상으로 이어지고, 인접하는 상기 돌기 사이의 변이, 인접하는 상기 돌기의 정점을 연결하여 형성되는 가상선보다도 상기 개구의 중심을 향해 오목하며, 상기 돌기의 정점을 연결하여 형성되는 가상면의 형상이 상기 금속 롤러 표면에서의 상기 오목부의 개구 형상과 일치하는 형상인 레이저 가공용 마스크를 이용하여,
초경합금, 서멧, 하이스강, 다이스강, 및 단강으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 1종의 금속재료를 함유한 피레이저 가공층을 적어도 표면에 가지는 금속 롤러에, 상기 레이저 가공용 마스크의 복수의 상기 개구를 통하여 정형된 레이저광을 조사하는 금속 롤러의 제조방법에 관한 것이다.
개구는, 짝수개의 돌기가 각각 개구의 중심을 사이에 두고 다른 돌기에 대향하도록 배치된 형상을 가진 것이 바람직하다.
개구는, 4개의 돌기가 각각 개구의 중심을 사이에 두고 다른 돌기에 대향하도록 배치되고, 한쪽의 대향하는 2개의 돌기의 정점을 연결하는 직선이 길이 L1과, 다른쪽의 대향하는 2개의 돌기의 정점을 연결하는 직선의 길이 L2가 다른 십자모양의 형상을 가진 것이 더 바람직하다.
L1이 60㎛∼1.2mm, L2가 30∼600㎛이며, 또한 L1이 L2보다 크다.
개구의 변은, 인접한 돌기의 정점을 연결하여 형성되는 가상선보다도, 개구의 중심을 향하여 오목한 것이 바람직하다.
인접한 돌기의 정점을 연결하여 형성되는 가상면의 형상은, 거의 다각형인 것이 바람직하다.
다각형은 사각형, 육각형 또는 팔각형인 것이 바람직하다.
돌기의 선단부는, 반원형상인 것이 바람직하다.
초경합금, 하이스강(high-speed steel) 또는 단강(forged steel)의 레이저 가공에 이용되는 것이 바람직하다.
적어도 바깥둘레면에, 초경합금, 하이스강 또는 단강을 포함한 피레이저 가공층을 가진 롤러의 레이저 가공에 이용되는 것이 더 바람직하다.
또한, 본 발명은, 피가공물 표면에, 본 발명의 레이저 가공용 마스크중의 어느 하나를 개재하여 레이저광을 조사하는 레이저 가공방법에 관한 것이다.
본 발명의 레이저 가공용 마스크를 이용하여 레이저 가공을 행하면, 롤러 등의 피가공물의 표면에, 수㎛오더의 미세한 요철 패턴을 정확하고 용이하게 형성할 수 있다. 특히, 요철 패턴의 형상, 치수(지름, 오목부의 깊이 및 볼록부의 높이), 배치 등을 거의 정확하게 재현할 수 있다. 즉, 본 발명의 레이저 가공용 마스크를 이용하면, 수㎛오더의 볼록부에 거의 대응하는 형상 및 치수를 가진 오목부가 표면에 형성된 롤러를 얻을 수 있다. 이 롤러를 이용하여 집전체의 소성변형 가공을 행하면, 집전체 표면에, 치수가 수㎛오더이고, 거의 설계 그대로의 형상을 가진 볼록부를 공업적으로 유리하게 형성할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시형태의 하나인 레이저 가공용 마스크(1)의 구성을 모식적으로 도시한 상면도이다. 도 2는, 레이저 가공용 마스크(1)에 형성된 개구(10)의 형상을 도시한 상면도이다. 도 2에 도시한 것은, 수평면에 평행한 면에 얹어 놓은 레이저 가공용 마스크(1)를 연직 방향 위쪽에서 보았을 때의 개구(10)의 형상이다. 레이저 가공용 마스크(1)는, 복수의 개구(10)를 가진 것을 특징으로 한다. 레이저 가공용 마스크(1)는, 레이저 가공에 의해, 피가공물 표면에, 치수가 수㎛∼수 십㎛이고 형상이 장방형, 마름모형 등인 오목부를 형성하는데 적합하다.
레이저 가공용 마스크(1)는 시트형상 부재이며, 예를 들면, 구리, 스테인리스강 등의 금속재료로 구성된다. 레이저 가공용 마스크(1) 및 집광렌즈를 개재하여, 집광렌즈에 의한 마스크(1)의 결상면상에 배치된 도시하지 않은 피가공물에 레이저광을 조사하면, 피가공물 표면에, 마스크(1)의 개구부 형상이 확대 또는 축소된 오목부 패턴이 형성된다. 오목부 패턴이 형성된 피가공물을 이용하여, 금속 시트형상물인 집전체를 가압하에 소성변형 가공하면, 집전체 표면에 오목부 패턴에 대응하는 볼록부 패턴이 형성된다. 이 볼록부의 표면에는, 예를 들어, 기둥형상의 활물질층이 형성된다. 이하에서, 레이저 가공용 마스크(1)를 이용하여 레이저 가공되는 피가공물을, 단순히 '피가공물'이라고 한다.
개구(10)는, 레이저 가공용 마스크(1)를 두께 방향으로 관통하는 개구이며, 개구(10)의 중심(10a)으로부터 둘레가장자리부를 향해서 짝수개의 돌기(11,12,13, 14)가 방사상으로 이어지는 십자모양의 형상을 가지고 있다. 개구(10)에 있어서, 돌기(11,12)는 중심(10a)을 사이에 두고 대향하도록 배치되고, 돌기(13,14)도 중심 (10a)을 사이에 두고 대향하도록 배치되고, 이에 따라 개구(10)가 십자모양으로 형상이 되어 있다.
여기서, 개구(10)의 중심(10a)이란, 돌기(11)의 정점(11x)과 돌기(12)의 정점(12x)을 연결하는 일점 쇄선과 돌기(13)의 정점(13x)와 돌기(14)의 정점(14x)을 연결하는 일점 쇄선과의 교점이다. 돌기(11)의 정점(11x)이란, 돌기(11)에 있어서 중심(10a)으로부터의 길이가 가장 큰 점이다.
또한, 본 실시형태에서는, 짝수개의 돌기(11,12,13,14)가 형성되어 있지만, 이것에 한정되지 않고, 3개, 5개 등의 돌기를 형성하여, 거의 삼각형형, 불가사리모양, 별모양 등의 형상을 가진 개구를 형성해도 좋다.
정점(13x,14x)을 연결하는 일점 파선의 길이 L1과, 정점(11x,12x)을 연결하는 일점 파선의 길이 L2는, L1>L2의 관계에 있는 것이 바람직하다. L1 및 L2가 다른 것에 의해서, 피가공물 표면에 형성하고자 하는 오목부의 형상이 장방형, 마름모형 등인 경우의 형상 재현성 및 치수 재현성, 특히 형상 재현성이 한층 향상한다. 여기서, 오목부의 형상이란, 피가공물이 시트형상 부재, 판형상 부재 등인 경우는, 피가공물을 수평면에 평행한 면에 얹어 놓고, 상기 피가공물을 연직 방향 위쪽으로부터 보았을 때의 형상이다.
또한, 피가공물이 롤러형상 부재인 경우는, 먼저, 오목부 형상의 중심을 포함하고, 또한 롤러형상 부재의 축선에 수직인 방향의 오목부 단면의 형상이, 오목부의 형상이다. 한편, 오목부와 개구(10)는 거의 동일한 형상을 가지고 있다. 따라서, 오목부 형상의 중심과 개구(10)의 중심은, 일치하고 있다.
또한, L1의 길이를, 피가공물 표면에 형성되는 오목부의 형상에 있어서, 오목부 형상의 중심을 통과하는 선중의 최장선의 길이에 일치시키고, 또한 L2의 길이를, 상기 최장선에 직교하는 선중에서의 최장선의 길이에 일치시키는 것이 바람직하다. 이에 따라서, 형상 재현성 및 치수 재현성이 한층 향상한다.
또한, 본 실시형태에서는, 정점(13x,14x)을 연결하는 일점 파선의 길이를 L1, 정점(11x,12x)을 연결하는 일점 파선의 길이를 L2로 하고 있지만, 반대로, 정점 (13x,14x)을 연결하는 일점 파선의 길이를 L2, 정점(11x,12x)를 연결하는 일점 파선의 길이를 L1로 해도 좋다. 이 때에도, L1와 L2의 관계는 L1>L2이다.
L1 및 L2의 길이는 특별히 제한되지 않지만, L1은 바람직하게는 60㎛∼1.2mm, 더 바람직하게는 100㎛∼900㎛이다. 또한, L2는 바람직하게는 30∼600㎛, 더 바람직하게는 50∼450㎛이다. L1 및 L2를 상기 범위로 설정하는 것에 의해서, 레이저 가공용 마스크(1)의 치수 재현성을 보다 한층 향상시킬 수 있다. 또한, 피가공물 표면에 있어서의 오목부 형성 패턴의 설계 자유도가 증가한다. 또한, 오목부에 대응하는 볼록부 표면과 기둥 모양 활물질층의 접합 강도를 향상시킬 수 있는 동시에, 상기 접합 강도 등을 장기간에 걸쳐 높은 수준으로 유지할 수 있다.
또한, L1 및 L2를 상기 바람직한 범위로 설정하고, 피가공물 표면의 레이저 광조사 영역에 있어서, L1에 대응하는 부분의 길이가 6∼40㎛ 또한 L2에 대응하는 부분의 길이가 3∼20㎛가 되도록 조정함으로써, 볼록부 형상에 한층 정확하게 대응하는 형상을 가진 오목부를 형성할 수 있다.
또한, L1 및 L2를 상기 더 바람직한 범위로 설정하고, 피가공물 표면의 레이저 광조사 영역에 있어서, L1에 대응하는 부분의 길이가 바람직하게는 10∼30㎛ 또한 L2에 대응하는 부분의 길이가 5∼15㎛가 되도록 조정함으로써, 볼록부 형상에 의 해 한층 정확하게 대응하는 형상을 가진 오목부를 형성할 수 있다. 이러한 조정은, 예를 들면, 레이저 가공용 마스크(1)와 피가공물의 거리, 집광렌즈 등을 적절히 선택함으로써, 용이하게 실시할 수 있다.
또한, 개구(10)의 4개의 변은, 돌기(11,12,13,14) 중에서 인접한 것의 정점 (11x,12x,13x,14x)을 연결하여 형성되는 가상선보다도, 개구(10)의 중심(10a)을 향하여 오목하다. 인접한 돌기란, 돌기(11,13), 돌기(11,14), 돌기(12,13), 및 돌기 (12,14)이다. 가상선은, 도 2중에, 파선으로 도시되어 있다. 예를 들면, 돌기 (11,13)의 정점(11x,13x)을 포함한 변은, 정점(11x,13x)을 연결하는 가상선보다, 개구(10)의 중심(10a)을 향해서 오목하다. 다른 변도 마찬가지이다. 이 오목한 상태를 적절히 조정함으로써, 오목부의 치수가 설계치보다 커지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 오목부의 형상이 장방형, 마름모형 등인 경우의 형상 재현성을 보다 한층 향상시킬 수 있다. 또한 인접한 돌기를 연결하는 변의 오목한 부분의 정점(11a, 13a,12a,14a)을 이 순번으로 연결하면, 장방형이 되도록, 오목부분의 정점을 결정하는 것이 바람직하다.
또한, 돌기(11,12,13,14) 중에서 인접한 것의 정점(11x,12x,13x,14x)을 서로 연결하여 형성되는 가상면의 형상이 거의 다각형인 것이 바람직하다. 다각형으로는 여러 가지 것을 들 수 있지만, 바람직하게는 사각형, 육각형, 팔각형 등이며, 더 바람직하게는 사각형, 육각형 등이다. 한편, 사각형은, 장방형, 마름모형 등을 포함한다. 본 실시형태에서는, 가상면의 형상은 마름모형이다. 가상면의 형상과, 설계되는 볼록부의 형상을 일치시키는 것에 의해, 설계되는 볼록부의 형상을 극히 정 확하게 재현할 수 있다. 즉, 형상 재현성이 한층 향상한다.
본 실시형태에서는, 돌기(11,12,13,14)의 선단부는, 끝이 가느다란 예각형상이지만, 그에 한정되지 않고, 곡률 반경을 가진 선, 즉 곡선으로 형성되어 있어도 좋다. 보다 구체적으로는, 돌기(11,12,13,14)의 선단부는, 예를 들어, 거의 반원형상, 거의 반타원 형상 등이어도 좋다. 선단부가 이러한 형상을 가지고 있으면, 선단부 부근에서의 형상 재현성이 한층 향상한다.
또한, 본 실시형태에서는, 개구(10)는, 레이저 가공용 마스크(1)에서 갈지자 형상으로 배열되어 있지만, 그에 한정되지 않고, 예를 들면, 종횡으로 평행하고 또한 등간격의 배열, 경사 방향으로 평행하게 등간격의 배열 등이어도 좋다.
또한, 본 발명의 레이저 가공용 마스크(1)에 있어서, 개구(10)의 긴 방향(longitudinal direction)의 피치 P1는 특별히 제한되지 않고, 개구(10)의 치수, 개구(10)의 형상 등에 따라서 넓은 범위로부터 적절히 선택할 수 있지만, 바람직하게는 8∼30㎛, 더 바람직하게는 15∼30㎛이다. 마스크(1)의 긴 방향은, 피가공물의 긴 방향에 일치하고, 피가공물이 롤러인 경우는, 롤러의 긴 방향에 일치한다. 개구(10)의 짧은 방향(latitudinal direction)의 피치 P2도 특별히 제한되지 않고, 개구(10)의 치수, 개구(10)의 형상 등에 따라 넓은 범위로부터 적절히 선택할 수 있지만, 바람직하게는 0∼10㎛, 더 바람직하게는 2∼8㎛이다. 마스크(1)의 짧은 방향은, 피가공물의 짧은 방향에 일치하고, 피가공물이 롤러인 경우는, 롤러의 원주 방향에 일치한다.
상기와 같은 피치 P1 및 피치 P2를 가진 레이저 가공용 마스크(1)를 이용하여, 피가공물에 오목부를 형성하면, 오목부의 긴 방향의 피치는 8∼30㎛, 바람직하게는 15∼30㎛가 되고, 오목부의 짧은 방향의 피치는 5∼20㎛, 바람직하게는 10∼20㎛가 된다. 한편, 여기서 피치는, 가로(긴 방향) 또는 세로(짧은 방향)의 오목부의 열(row)에서의 중심선과, 상기 열의 이웃에 있고 상기 열과는 위상이 어긋난 열에서의 중심선과의 거리를 의미하고 있다. 또한, 오목부의 열의 중심선이란, 긴 방향 및 짧은 방향의 어느 것에서나, 개구(10)의 중심(10a)에 대응하는 오목부의 중심점을 연결하는 직선이다.
레이저 가공용 마스크(1)는, 금속재료를 함유하는 피가공물의 레이저 가공에 이용된다. 금속재료로서는 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 스테인리스강 등의 철계 재료를 들 수 있지만, 초경합금, 서멧(cermet), 하이스강, 다이스강(die steel), 단강 등의 고융점 금속재료가 바람직하다. 이들 중에서도, 초경합금, 하이스강, 단강 등이 더 바람직하고, 단강이 특히 바람직하다. 이들 고융점 금속재료는, 레이저 가공이 가능하고, 또한 스테인리스강 등의 철계 재료에 비해 융점 및 비점이 높고, 용융 상태에 머무는 시간이 짧기 때문에, 형상 및 치수의 재현성이 매우 우수하다. 또한, 이들 고융점 재료는, 고융점일 뿐만 아니라, 높은 기계적 강도를 가지고 있다. 따라서, 집전체의 소성변형 가공을 반복 실시해도, 오목부의 형상이 손상되기 매우 어렵고, 장기 내용성이 높다. 피가공물은 1종 또는 2종 이상의 금속재료를 함유해도 좋다.
피가공물의 형상은, 특별히 제한되지 않지만, 판형상, 롤러형상 등이 바람직하고, 롤러형상이 특히 바람직하다. 롤러형상 피가공물로서는, 예를 들어, 금속 롤러, 표면 피복 롤러 등을 들 수 있다. 금속 롤러는, 상기한 금속재료로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 롤러형상으로 성형한 것이다. 표면 피복 롤러는, 심용 롤 (core roller)과 심용 롤의 표면에 설치되는 표면 피복층을 가진다. 심용 롤에는, 예를 들면, 스테인리스강, 철 등의 일반적인 롤러용 금속재료를 사용할 수 있다. 표면 피복층은 상기한 금속재료로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유한다. 표면 피복층의 층두께는 특별히 제한되지 않지만, 금속재료가, 예를 들면 고융점 금속재료인 경우는, 바람직하게는 5∼50mm정도이다. 또한, 심용 롤 및 표면 피복층이 모두 스테인리스강인 경우는, 표면 피복층에 함유되는 스테인리스강을, 심용 롤에 함유되는 스테인리스강보다 경도가 높은 것으로 하는 것이 바람직하다.
표면 피복 롤러는, 표면 피복층에 함유되는 금속재료가 스테인리스강 등인 경우는, 일반적인 방법에 의해 제작할 수 있다. 또한, 표면 피복층에 함유되는 금속재료가 고융점 금속재료인 경우는, 예를 들면, 고융점 재료를 원통형상으로 성형하고, 얻어지는 고융점재료로 제조된 원통을 심용 롤에 열박음(thermal fitting) 또는 냉박음(cool fitting)하는 것에 의해서 제작할 수 있다. 열박음이란, 고융점 재료로 제조된 원통의 안지름이 심용 롤의 바깥지름보다 약간 작아지도록 고융점 재료로 제조된 원통을 제작하여, 이 고융점 재료로 제조된 원통을 따뜻하게 하여 팽창시켜, 심용 롤에 끼워 넣는 것이다. 또한, 냉박음이란, 고융점 재료로 제조된 원통의 안지름이 심용 롤의 바깥지름보다 약간 작아지도록 제작한 고융점 재료로 제조된 원통에, 냉각에 의해 수축시킨 심용 롤을 끼워 넣는 것이다.
이 표면 피복 롤러에 대해, 레이저 가공용 마스크(1)를 이용하여 레이저 가공을 행하여 오목부를 형성하면, 볼록부 형성용 롤러를 얻을 수 있다. 이 볼록부 형성용 롤러를 이용하여 집전체에 볼록부를 형성하면, 정교하게 제작된 금형과 마찬가지로, 극히 높은 치수 정밀도를 장기간에 걸쳐 유지할 수 있다.
초경합금으로서는 공지의 것을 사용할 수 있고, 예를 들어, 원소 주기율표 4A, 5A, 6A족의 금속의 탄화물 입자를 Fe, Co, Ni 등의 금속 바인더를 이용하여 소결한 초경합금 등을 들 수 있다. 초경합금의 구체적인 예로서는, 예를 들면, WC-Co계, WC-Cr3C2-Co계, WC-TaC-Co계, WC-TiC-Co계, WC-NbC-Co계, WC-TaC-NbC-Co계, WC-TiC-TaC-NbC-Co계, WC-TiC-TaC-Co계, WC-ZrC-Co계, WC-TiC-ZrC-Co계, WC-TaC-VC-Co계, WC-TiC-Cr3C2-Co계, WC-TiC-TaC계, WC-Ni계, WC-Co-Ni계, WC-Cr3C2-Mo2C-Ni계, WC-Ti(C,N)-TaC계, WC-Ti(C,N)계 등의 탄화 텅스텐기 초경합금, Cr3CrNi계 등을 들 수 있다.
서멧으로서는 공지의 것을 사용할 수 있고, 예를 들어, TiC-Ni계, TiC-Mo-Ni계, TiC-Co계, TiC-Mo2C-Ni계, TiC-Mo2C-ZrC-Ni계, TiC-Mo2C-Co계, Mo2C-Ni계, Ti(C,N)-Mo2C-Ni계, TiC-TiN-Mo2C-Ni계, TiC-TiN-Mo2C-Co계, TiC-TiN-Mo2C-TaC-Ni계, TiC-TiN-Mo2C-WC-TaC-Ni계, TiC-WC-Ni계, Ti(C,N)-WC-Ni계, TiC-Mo계, Ti(C,N)-Mo계, 붕화물계(MoB-Ni계, B4C/(W,Mo)B2계 등) 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, Ti(C,N)-Mo2C-Ni계, TiC-TiN-Mo2C-Ni계, TiC-TiN-Mo2C-Co계, TiC-TiN-Mo2C-TaC-Ni계, TiC-TiN-Mo2C-WC-TaC-Ni계, Ti(C,N)-WC-Ni계, Ti(C,N)-Mo계 등의 탄질화티탄기 서멧이 바람직하다.
하이스강은, 철에 몰리브덴, 텅스텐, 바나듐 등의 금속을 첨가하고, 더 열처리를 실시하여 경도를 높인 재료이다. 하이스강으로서도 공지의 것을 사용할 수 있으며, 예를 들면, 철을 주성분으로 하고 또한 탄소, 텅스텐, 바나듐, 몰리브덴 및 크롬을 함유하는 하이스강, 철을 주성분으로 하고 또한 탄소, 텅스텐, 바나듐, 몰리브덴, 코발트 및 크롬을 함유하는 하이스강, 철을 주성분으로 하고 또한 탄소, 바나듐, 몰리브덴 및 크롬을 함유하는 하이스강, 철을 주성분으로 하고 또한 규소, 망간, 크롬, 몰리브덴 및 바나듐을 함유하는 하이스강, 철을 주성분으로 하고 또한 탄소, 규소, 망간, 크롬, 몰리브덴 및 바나듐을 함유하는 하이스강, 철을 주성분으로 하고 또한 탄소, 규소, 망간, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 코발트 및 바나듐을 함유하는 하이스강 등을 들 수 있다.
다이스강으로서는 공지의 것을 사용할 수 있으며, 예를 들면, 철, 탄소, 텅스텐, 바나듐, 몰리브덴 및 크롬을 함유하는 다이스강, 철, 탄소, 바나듐, 몰리브덴 및 크롬을 함유하는 다이스강, 철, 탄소, 규소, 망간, 유황, 크롬, 몰리브덴 및/또는 텅스텐, 바나듐, 니켈, 구리 및 알루미늄을 함유하는 다이스강 등을 들 수 있다.
단강은, 용강을 주형에 부어 만들어진 강괴(steel ingot) 또는 그 강괴로부 터 제조되는 강편(steel slab)을 가열하고, 프레스 및 해머로 단조 또는 압연 및 단조함으로써 단련 성형하고, 이것을 열처리하는 것에 의해서 제조된 재료이다. 단강으로서도 공지의 것을 사용할 수 있으며, 예를 들어, 철을 주성분으로 하고 또한 탄소, 크롬 및 니켈을 함유하는 단강, 철을 주성분으로 하고 또한 규소, 크롬 및 니켈을 함유하는 단강, 철을 주성분으로 하고 또한 니켈, 크롬 및 몰리브덴을 함유하는 단강, 철을 주성분으로 하고 또한 탄소, 규소, 망간, 니켈, 크롬, 몰리브덴 및 바나듐을 함유하는 단강, 철을 주성분으로 하고 또한 탄소, 규소, 망간, 니켈, 크롬 및 몰리브덴을 함유하는 단강 등을 들 수 있다.
레이저 가공용 마스크(1)는, 예를 들면, 구리, 스테인리스강 등으로 이루어진 기판에, 절삭 가공, 방전 가공, 포토리소그래피법 및 에칭법을 이용하여, 복수의, 소정의 형상을 가진 개구(10)를 형성함으로써 제작할 수 있다. 또한, 필요에 따라서, 레이저에 의한 마스크(1)의 손상을 저감시키기 위해서, 마스크(1)의 적어도 표면이, 레이저에 대해 반사율이 큰 재료를 포함하거나, 또는, 마스크(1) 표면에 상기 재료로 이루어진 피복층이 형성되어 있어도 좋다. 상기 재료로서는, 예를 들어, 금, 은, 알루미늄 등을 들 수 있다. 이들 재료는, 특히, 파장이 532nm의 레이저광에 유효하다.
도 3은, 다른 형태의 레이저 가공용 마스크에 있어서의 개구(15)의 형상을 모식적으로 도시한 상면도이다. 도시하지 않은 다른 형태의 레이저 가공용 마스크는, 개구(10)에 대신하여 복수의 개구(15)를 가진 것 이외에는, 레이저 가공용 마스크(1)와 동일한 구성을 가지고 있다. 개구(15)는, 돌기(16,17,18,19)의 선단부가 예각형상이 아니라 반원형상 또는 원호형상인 것을 특징으로 한다.
또한, 개구(15)에 있어서, 각 돌기(16,17,18,19)로부터 선택되는 인접한 2개의 돌기를 연결하는 변의 오목부분의 정점(16a,17a,18a,19a)이, 2점 파선으로 도시된 원 A와 접하도록, 이들 정점을 형성하는 것이 바람직하다. 원 A는, 돌기(16)의 정점(16x)과 돌기(17)의 정점(17x)을 연결하는 일점 파선과, 돌기(18)의 정점(18x)과 돌기(19)의 정점(19x)을 연결하는 일점 파선의 교점(15a)을 중심으로 하는, 개구(15)의 내접원이다. 개구(15)는 이러한 특징을 가지고 있다.
개구(15)는, 상기 2개의 특징을 가진 것 이외에는, 개구(10)와 동일한 구성을 가진다.
개구(15)에서는, 예를 들면, 4개의 돌기(16,17,18,19)가, 개구(15)의 중심 (15a)으로부터 개구(15)의 둘레가장자리부를 향해서 방사상으로 형성된다. 또한, 개구(15)에서는, 돌기(16,17) 및 돌기(18,19)가 개구(15)의 중심(15a)을 사이에 두고 각각 대향하도록 형성된다. 또한, 각 돌기의 정점(16x,17x,18x,19x)을 연결하여 형성되는 가상면의 형상이 거의 마름모형이다. 이들 이외의 구성도, 개구(10)와 동일하다.
복수의 개구(15)가 형성된 레이저 가공용 마스크는, 돌기(16,17,18,19)의 선단부가 반원형상이기 때문에, 예를 들어, 마름모형과 거의 가까운 형상을 가진 오목부를 형성하는데 적합하다.
도 4는, 다른 형태의 레이저 가공용 마스크에 있어서의 개구(20)의 형상을 모식적으로 도시한 상면도이다. 도시하지 않은 다른 형태의 레이저 가공용 마스크 는, 개구(10)에 대신하여 복수의 개구(20)를 가진 것 이외에는, 레이저 가공용 마스크(1)와 동일한 구성을 가지고 있다. 개구(20)는, 돌기(21,22,23,24)의 선단부가 예각형상이 아니고 반원형상인 것, 4개의 변이 직선은 아니고 곡선으로 구성되어 있는 것, 및 2개의 인접한 돌기 사이에 있는 변의 오목부분이 곡선형상인 것 이외는, 개구(10)와 동일한 구성을 가진다. 도 4에 도시한 형상의 개구(20)를 가진 레이저 가공용 마스크를 이용하면, 특히 치수 재현성이 높다.
개구(20)에서는, 예를 들면, 4개의 돌기(21,22,23,24)가, 개구(20)의 중심 (20a)으로부터 개구(20)의 둘레가장자리부를 향해서 방사상으로 형성된다. 또한, 개구(20)에서는, 돌기(21,22) 및 돌기(23,24)가 개구(20)의 중심(20a)을 사이에 두고 각각 대향하도록 형성된다. 또한, 각 돌기의 정점(21x,22x,23x,24x)을 연결하여 형성되는 가상면의 형상이 거의 마름모형이다. 이들 이외의 구성도, 개구(10)와 동일하다.
복수의 개구(15)가 형성된 레이저 가공용 마스크는, 돌기(21,22,23,24)의 선단부가 반원형상이기 때문에, 예를 들면, 거의 각 정점간의 조사 사이즈와 동등하고 둥근 정점을 가진 장방형, 마름모형, 장원, 타원 등의 형상, 특히 각이 둥그스름한 마름모형, 타원 등의 형상을 가진 오목부를 형성하는데 적합하다.
도 5는, 다른 형태의 레이저 가공용 마스크에 있어서의 개구(25)의 형상을 모식적으로 도시한 상면도이다. 도시하지 않은 다른 형태의 레이저 가공용 마스크는, 개구(10)에 대신하여 복수의 개구(25)를 가진 것 이외에는, 레이저 가공용 마스크(1)와 동일한 구성을 가지고 있다. 개구(25)는, 돌기(26,27,28,29)의 선단부가 사각형이며, 또한 돌기(26,27,28,29)가 개구(25)의 중심(25a)으로부터 둘레가장자리부를 향해서 동일한 폭으로 형성되는 것 이외에는, 개구(10)와 동일한 구성을 가진다.
개구(25)에서는, 예를 들면, 4개의 돌기(26,27,28,29)가, 개구(25)의 중심 (25a)으로부터 개구(25)의 둘레가장자리부를 향해서 방사상으로 형성된다. 또한, 개구(25)에서는, 돌기(26,27) 및 돌기(28,29)가 개구(25)의 중심(25a)을 사이에 두고 각각 대향하도록 형성된다. 또한, 각 돌기의 정점(26x,27x,28x,29x)를 연결하여 형성되는 가상면의 형상이 거의 마름모형이다. 이들 이외의 구성도, 개구(10)와 동일하다.
복수의 개구(25)가 형성된 레이저 가공용 마스크는, 돌기(26,27,28,29)가 끝이 가늘게 되지 않고, 선단부의 형상이 사각형이며, 또한 돌기(26,27,28,29)의 폭이 어느 부분에서나 거의 동일하기 때문에, 예를 들면, 거의 각 정점간의 조사 사이즈와 동등하고 둥근 정점을 가진 장방형, 마름모형, 육각형, 팔각형 등의 형상을 가진 오목부를 형성하는데 적합하다.
도 6은, 다른 형태의 레이저 가공용 마스크에 있어서의 개구(30)의 형상을 모식적으로 도시한 상면도이다. 도시하지 않은 다른 형태의 레이저 가공용 마스크는, 개구(10)에 대신하여 복수의 개구(30)을 가진 것 이외에는, 레이저 가공용 마스크(1)와 동일한 구성을 가지고 있다. 개구(30)는, 돌기(31,32,33,34)의 선단부가 반원형상인 것 이외에는, 개구(25)와 동일한 구성을 가진다.
개구(30)에서는, 예를 들면, 4개의 돌기(31,32,33,34)가, 개구(30)의 중심 (30a)으로부터 개구(30)의 둘레가장자리부를 향해서 방사상으로 형성된다. 또한, 개구(30)에서는, 돌기(31,32) 및 돌기(33,34)가 개구(30)의 중심(30a)을 사이에 두고 각각 대향하도록 형성된다. 또한, 각 돌기의 정점(31x,32x,33x,34x)을 연결하여 형성되는 가상면의 형상이 거의 마름모형이다. 이들 이외의 구성도, 개구(25) 즉 개구(10)와 동일하다.
복수의 개구(30)가 형성된 레이저 가공용 마스크는, 돌기(31,32,33,34)가 끝이 가늘어지지 않고, 선단부의 형상이 반원형상이며, 또한 돌기(33,34)의 폭이 어느 부분에서나 거의 동일하기 때문에, 예를 들면, 각 정점간의 조사 사이즈와 동등하고 둥근 정점을 가진 장방형, 마름모형 등의 형상을 가진 오목부를 형성하는데 적합하다.
도 7은, 다른 형태의 레이저 가공용 마스크에 있어서의 개구(35)의 형상을 모식적으로 도시한 상면도이다. 도시하지 않은 다른 형태의 레이저 가공용 마스크는, 개구(10)에 대신하여 복수의 개구(35)를 가진 것 이외에는, 레이저 가공용 마스크(1)와 동일한 구성을 가지고 있다. 개구(30)는, 돌기(36,37,38,39)의 선단부가 삼각형상인 것 이외에는, 개구(25)와 동일한 구성을 가진다.
개구(35)에서는, 예를 들면, 4개의 돌기(36,37,38,39)가, 개구(35)의 중심 (35a)으로부터 개구(35)의 둘레가장자리부를 향해서 방사상으로 형성된다. 또한, 개구(35)에서는, 돌기(36,37) 및 돌기(38,39)가 개구(35)의 중심(35a)을 사이에 두고 각각 대향하도록 형성된다. 또한, 각 돌기의 정점(36x,37x,38x,39x)을 연결하여 형성되는 가상면의 형상이 거의 마름모형이다. 이들 이외의 구성도, 개구(25) 즉 개구(10)와 동일하다.
개구(35)에서는, 2개의 돌기 사이에, 직선형상의 함몰 부분(36a,37a,38a, 39a)이 형성되고 있다. 함몰 부분(36a,37a,38a,39a)은, 각각의 연장선의 4개의 교점을 연결하여 생기는 형상이 정방형이 되도록 형성하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 치수 정밀도 및 형상 재현성이 더 향상한다.
복수의 개구(35)가 형성된 레이저 가공용 마스크는, 돌기(36,37,38,39)가 끝이 가늘어지지 않고, 선단부가 삼각형상이며, 또한 돌기(36,37,38,39)의 폭이 어느 부분에서나 거의 동일하기 때문에, 예를 들면, 거의 각 정점간의 조사 사이즈와 동등하고 장방형, 마름모형 등의 형상을 가진 오목부를 형성하는데 적합하다.
본 발명의 레이저 가공방법은, 마스크로서 본 발명의 레이저 가공용 마스크를 사용하는 것 이외에는, 종래의 레이저 가공방법과 동일하게 실시할 수 있다. 본 발명의 레이저 가공방법은, 예를 들면, 도 8에 도시한 레이저 가공 장치(41)를 이용하여 실시된다. 도 8은, 레이저 가공 장치(41)의 구성을 모식적으로 도시한 사시도이다. 도 9는, 도 8에 도시한 레이저 가공 장치(41)에 있어서의 마스크(1)의 동작을 설명하는 사시도이다. 도 10은, 빔 지름 조정 수단(55)의 동작의 일례를 도시한 그래프이다.
레이저 가공 장치(41)는, 롤러 회전 장치(44), 레이저 발진기(45), 가공 헤드(46), 도광로(47), 석정반(stone srface plate, 48) 및 제어수단(49)을 포함하고, 롤러 회전 장치(44)에 의해 자유롭게 회전하여 지지되는 롤러(42)의 표면(바깥둘레면)에, 복수의 오목부(43)를 형성한다.
롤러(42)에는, 예를 들면, 금속 롤러, 표면 피복 롤러 등이 이용된다.
롤러 회전 장치(44)는, 롤러(42)를 그 둘레방향으로 자유롭게 회전하도록 지지하고 또한 롤러(42)를 그 둘레방향으로 회전 구동시키는 부재이다. 롤러 회전 장치(44)는, 심압대(tailstock, 44a), 모터(44b) 및 엔코더(encoder, 44c)를 포함한다. 심압대(44a)는, 롤러(42)를 둘레방향으로 자유롭게 회전하도록 지지한다. 모터 (44b)는 롤러(42)를 회전 구동시킨다. 엔코더(44c)는, 롤러(42)의 회전 횟수, 1회의 회전에 있어서의 회전 각도, 각속도 등을 검지하여, 검지 결과를 전기신호화하여 제어수단(49)에 출력한다.
제어수단(49)은, 엔코더(44c)로부터 입력되는 검지 결과를 기억하는 동시에, 상기 검지 결과에 따라서, 또한 회전이 필요한지의 여부, 또한 회전의 경우의 회전수 및/또는 회전 각도를 연산한다. 또한 제어수단(49)은, 상기 연산 결과를 전기신호화하고, 예를 들면, 모터(44b)로 출력하고, 모터(44b)에 의한 롤러(42)의 회전을 제어한다.
레이저 발진기(45)는, 레이저광(51)을 출력하는 부재이다. 레이저 발진기 (45)에는, 공지의 레이저 발진기를 사용할 수 있으며, 예를 들면 YAG 결정(이트륨, 알루미늄, 가넷)이나 YVO4 결정에 네오디뮴 이온을 혼입하여 이루어지는 레이저 매체를 사용한 고체 레이저 발진기(Nd:YAG레이저, Nd:YVO4 레이저) 등을 들 수 있다.
또한, 레이저 발진기(45)로부터 출력되는 레이저광(51)의 파장은, 바람직하게는 100nm 이상, 600nm 미만, 더 바람직하게는 266nm 이상, 600nm 미만이다. 파장 이 100nm 미만이면, 레이저광(51)의 파워가 불충분하게 되어, 오목부(43)의 형성에 장시간을 필요로 할 우려가 있다. 또한, 원하는 형상 및 치수를 가진 오목부(43)를 형성할 수 없을 우려가 있다. 한편, 파장이 600nm 이상이면, 회절이 커져 정밀도가 악화될 우려가 있다.
상기 범위의 파장을 가진 레이저광(51)을 출력하려면, 예를 들어, 레이저 발진기(45)로서 비선형 광학 결정을 이용하여 고조파를 발생시키는 타입의 Nd:YAG 레이저를 이용하는 것이 바람직하다. 이 Nd:YAG 레이저에 의하면, 파장 532nm의 녹색 레이저광, 파장 355nm의 레이저광 등을 출력할 수 있다.
가공 헤드(46)는, 레이저광(51)을 집광하여 롤러(42)의 바깥둘레면에 조사하는 부재이다. 가공 헤드(46)는, 도시하지 않은 집광렌즈를 구비하고 있으며, 도광로(47)를 통하여 보내져 오는 레이저광(51)을 집광하여 롤러(42)의 바깥둘레면에 조사한다.
가공 헤드(46)의 초점 거리는, 바람직하게는 20∼200mm, 더 바람직하게는 40mm 정도이다. 초점거리가 20mm 미만이면, 롤러(42)로부터 발생하는 더스트가 가공 헤드(46)의 집광렌즈에 부착하여, 결상을 할 수 없게 될 우려가 있다. 한편, 초점거리가 200m를 넘으면, NA(개구수)가 저하하기 때문에, 역시 결상을 할 수 없게 될 우려가 있다. 또한, 가공 헤드(46)의 결상 배율은, 바람직하게는 5∼40배, 더 바람직하게는 16배 정도이다.
도광로(47)는, 레이저 발진기(45)로부터 출력되는 레이저광(51)을 가공 헤드 (46)까지 도광하는 부재이며, 반사 밀러(52), 셔터 장치(53), 아테네이터 (attenuator)(54), 빔 지름 조정 수단(55) 및 마스크부(56)를 포함한다.
반사 밀러(52)는 복수 배치되고, 레이저광(51)을 가공 헤드(46)까지 도입하는 부재이다. 셔터 장치(53)는, 도시하지 않은 광차폐 부재 및 도시하지 않은 구동 수단을 포함하고, 레이저광(51)을 도광로(47)의 하류측을 향하여 통과시키거나 또는 통과를 차단하는 부재이다. 광차폐 부재는, 도시하지 않은 지지수단에 의해 왕복동이 가능하도록 지지된다. 구동 수단은, 광차폐 부재를, 레이저광(51)의 통과를 방해하지 않는 위치와, 레이저광(51)의 통과를 방해하는 위치의 사이에 왕복동시킨다. 구동 수단에는, 예를 들어, 에어 실린더가 이용된다. 셔터 장치(53)의 동작은, 엔코더(44c)의 출력 신호에 따라 제어수단(49)이 제어한다.
아테네이터(54)는, 레이저광(51)의 편향 방향을 조정하고, 특정의 편향 방향의 성분만을 투과 또는 반사시키는 것에 의해, 레이저광의 출력을 제어하는 것이다.
빔 지름 조정 수단(55)은, 예를 들어, 적어도 1개 이상의 렌즈로 구성되어 있으며, 아테네이터(54)에 의해 출력이 조정되는 레이저광(51)의 빔 지름을 조정한다. 보다 구체적으로는, 빔 지름 조정 수단(55)은, 마스크부(56)의 레이저광 통과 구멍(10)과 대응하는 영역에서 에너지가 높아지도록 레이저광(51)의 에너지 분포 및 빔의 확대되는 각을 조절하여, 에너지 효율의 향상과 마스크부(56)의 보호, 및 가공 헤드상의 집광렌즈로 발생하는 수차(aberration)의 저감을 도모한다.
빔 지름 조정 수단(55)의 동작의 일례를 도 10에 도시한다. 도 10에 있어서, 레이저광(51)은, 도광로(47)의 포인트 P1(레이저 발진기(45)로부터의 거리가 약 735mm의 지점)에 설치되어 있는 도시하지 않은 실린드리칼 렌즈(cylindrical lens)에 의해 연직 방향의 빔 지름의 확대가 개시된다. 다음에, 포인트 P2(레이저 발진기(45)로부터의 거리가 약 885mm의 지점)에 설치되어 있는 도시하지 않은 실린드리칼 렌즈에 의해 연직 방향의 빔 지름의 확대가 정지된다.
또한, 포인트 P3(레이저 발진기(45)로부터의 거리가 약 985mm의 지점)에 설치되어 있는 실리드리칼 렌즈에 의해, 수평 방향의 빔 지름의 축소가 개시되고, 포인트 P4(레이저 발진기(45)로부터의 거리가 약 1185mm의 지점)에 설치된 실린드리칼 렌즈에 의해 수직 방향의 빔 지름의 축소가 정지된다.
또한, 포인트 P5(레이저 발진기(45)로부터의 거리가 약 1985mm의 지점)에 설치되어 있는 환렌즈(circular lens)에 의해, 레이저광을 가공 헤드의 렌즈 부근에 집광시키고, 포인트 P6(레이저 발진기(45)로부터의 거리가 약 2105mm의 지점)에 설치되어 있는 마스크부(56)에 의해 레이저광의 윤곽이 정형(整形)된다. 그 후, 레이저광(51)은, 포인트 P7에 배치된 가공 헤드(46)의 집광렌즈에 의해 집광되고, 롤러 (42)의 바깥둘레면에 마스크부(56)의 상이 축소되어 조사된다.
빔 지름 조정 수단(55)은, 렌즈에 한정되지 않고, 예를 들면, 회절 소자 (DOE), 슬릿, 필터 등을 이용하여 구성할 수 있다.
마스크부(56)는, 레이저광의 윤곽을 원하는 형상으로 정형하는 부재이다. 본 실시형태에서는, 상기의 레이저 가공용 마스크(1)를, 마스크부(56)로서 사용한다. 따라서, 마스크부(56)에는, 복수의 개구(10)가 형성되어 있다. 이 개구(10)가, 레이저광통과 구멍이 된다. 레이저광(51)중에서, 개구(10)를 통과한 레이저광(51a) 은, 윤곽이 개구(10)의 형상으로 정형되고, 가공 헤드(46)의 집광렌즈에 의해 개구 (10)의 상이 롤러(42)의 바깥둘레면에 결상된다.
마스크부(56)의 개구(10)는, 가공 헤드(46)의 집광렌즈의 NA, 레이저광(51)의 파장 등에 따라서, 그 형상을 적절히 조정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 레이저광(51)의 파장이 200nm 정도인 경우는, 개구(10)는, 곡률 반경이 10㎛ 미만의 각부(end)를 갖지 않는 형상으로 하는 것이 좋다. 또한, 가공 헤드(46)의 집광렌즈의 NA가 0.3이고, 레이저광(51)의 파장이 500nm이면, 회절 한계는 2.0㎛가 된다. 여기서, 1차 회절광까지 사용한다면 빔 최소 직경은 약 3㎛가 되어, 배율 16배에서는 곡률 반경은 24㎛ 이상으로 할 필요가 있다. 즉, 이 경우, 개구(10)는, 곡률 반경이 24㎛ 미만의 각부를 갖지 않는 형상으로 하는 것이 좋다.
한편, 레이저 발진기(45), 가공 헤드(46) 및 도광로(47)는 지지대(60)에 의해서 일체적으로 지지되고 있다. 이 지지대(60)는, 액츄에이터(61)에 의해, 롤러 회전 장치(44)에 장착되는 롤러(42)의 길이방향 및 길이방향에 수직인 방향으로 왕복동이 가능하도록 지지되고 있다.
석정반(48)은, 롤러 회전 장치(44), 및, 레이저 발진기(45), 가공 헤드(46) 및 도광로(47)를 지지하는 지지대(60) 및 액츄에이터(61)를 지지한다.
제어수단(49)은, 예를 들어, 엔코더(44c)에 의한 검지 결과에 따라서, 롤러 (42)가 소정 각도 회전할 때마다 소정 시간에 걸쳐 레이저광(51)을 조사하도록 셔터 장치(53)를 개폐한다. 이에 따라, 롤러 회전 장치(44)에 의해 회전되는 롤러 (42)의 바깥둘레면에, 일단측(예를 들면, 심압대(44a)의 단면측)으로부터 1열씩, 소정의 각도 피치로 오목부(43)가 형성된다. 그리고, 롤러(42)가 1회전하면, 동일 개소에 레이저광(51)을 조사하는 것을, 바람직하게는 여러 차례(예를 들면, 5회) 반복하는 것에 의해, 오목부(43)를 형성한다.
레이저광(51)의 조사시간은 특별히 제한되지 않지만, 바람직하게는, 1회당 10ps∼200ns이다. 조사시간이 10ps 미만이면, 레이저광(51)의 조사에 의한 열전도가 발생하지 않아서, 원자 1층분밖에 제거할 수 없고, 오목부(43)의 형성이 불충분해질 우려가 있다. 한편, 200ns를 넘으면, 롤러(42)의 회전에 의해 레이저광(51)이 롤러(42) 표면을 스위프(sweep)할 우려가 있다.
레이저 가공 장치(41)는, 도시하지 않은 블로우 장치를 포함할 수 있다. 블로우 장치는, 롤러 회전 장치(44)에 의해 지지되는 롤러(42)의 근방에 설치되고, 롤러(42) 표면, 바람직하게는 롤러(42) 표면의 오목부(43) 형성 개소에 기체 또는 액체를 분사한다. 블로우 장치에 의한 분사 시기는 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면, 레이저광(51)의 조사 전, 레이저광(51)을 롤러(42) 바깥둘레면에 조사하고 나서, 다음에 동일 개소에 레이저광(51)을 조사할 때까지의 동안에, 레이저광(51) 조사의 종료 후 등을 들 수 있다. 이 분사에 의해서, 롤러(42) 바깥둘레면의 오목부(43) 형성 개소로부터 티끌(dust) 등을 제거할 수 있다. 또한, 롤러(42)의 냉각 효과를 높일 수 있으므로, 레이저광(51)의 조사열에 의한 롤러(42) 표면의 팽창이 저감화되어 형성되는 오목부(43)의 치수 정도 및 형상 정도가 한층 향상한다.
레이저 가공 장치(41)에 의하면, 본 발명의 레이저 가공용 마스크를 이용하는 것에 의해서, 피가공물인 롤러(42) 표면에, 수㎛∼수십㎛ 정도의 미세한 치수를 가진 오목부(43)를, 매우 높은 치수 정밀도 및 형상 정밀도로 형성할 수 있다.
본 발명에 의한 레이저 가공용 마스크를 이용하면, 예를 들면, 치수 정밀도 및 형상 정밀도가 매우 높은, 수㎛∼수십㎛ 정도의 미세한 치수를 가진 요철 패턴을 피가공물 표면에 용이하게 형성할 수 있다. 피가공물이 롤러 형상물인 경우는, 예를 들면, 금속판 표면에 미소 사이즈의 볼록부를 형성하는 데에 적합하게 사용할 수 있다. 이 미소 볼록부가 형성된 금속판을, 예를 들어, 전지의 집전체로서 이용하면, 고용량화를 가지며, 장기 내용성(durability)이 양호하고, 안전성이 뛰어난 전지를 얻을 수 있다.
이하에 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명한다.
(실시예 1)
두께 0.3mm, 치수 22mm×22mm의 스테인리스 강판(SUS304)에 방전 가공을 실시하고, 도 3에 도시한 개구(15)의 형상을 가지며, 개구(15)가 도 1에 도시한 바와 같이 갈지자 형상으로 배열된 본 발명의 레이저 가공용 마스크를 제조했다.
또한, 방전 가공은 구체적으로는, 헤드가, 선단에 지름 8㎛의 텅스텐 전극이 부착되고, 서보모터에 의해 정밀한 이동이 가능하도록 지지되어 있는 V형조(V ram-type) 방전 가공장치를 이용하여, 다음과 같이 실시하였다. 우선, 이 방전 가공장치의 시료대에, 두께 0.3mm, 치수 22mm×22mm의 스테인리스 강판(SUS304)을 얹어놓았다. 다음에, 스테인리스 강판과 텅스텐 전극 사이에 RC 회로 전원을 접속하였다. 그리고, RC 회로의 저항을 1㏀, 용량을 10㎊으로 하고, 텅스텐 전극에 전압 70V를 인가하면서, 도 3에 도시한 개구(15)의 형상을 따라 전극 헤드를 이동시켜, 개구 (15)를 형성하였다.
개구(15)의 사이즈는, L1:0.32mm, L2:0.16mm, 각 돌기(16∼19)의 선단부의 곡률 반경:10㎛, 내접원 A의 직경:50㎛로 했다. 또한, 피치 P1:0.32mm, 피치 P2:64㎛로 했다. 이 마스크는, 개구 형상이 마름모형이며, 마름모형의 긴 쪽의 대각선이 20㎛, 짧은 쪽의 대각선이 10㎛인 오목부를 형성할 목적으로 제작했다.
레이저 가공 장치(41)에, Nb:YAG 레이저광으로부터 제2 고조파를 발생시키고, 파장 532nm의 녹색광을 출력하는 유닛을 레이저 발진기(45)로서 장착했다. 가공 헤드(46)로부터 출력되는 레이저광의 강도를 1회의 조사당 23μJ로 설정했다. 또한, 집광렌즈 및 초점거리를 조정하여, 가공 헤드(46)의 결상 배율이 16배가 되도록 설정했다. 즉, 가공 헤드의 결상 사이즈는, 레이저 가공용 마스크의 개구(15)의 1/16배가 되어, L1에 대응하는 치수가 20㎛, L2에 대응하는 치수가 10㎛가 된다. 또한, 마스크부(56)에 레이저 가공용 마스크의 개구(15)의 긴 쪽(longitudinal side)과 짧은 쪽(latitudinal side)에 2개씩 인접하는 합계 4개소가 레이저광 통과 구멍이 되도록 장착했다.
이러한 레이저 가공 장치(41)의 롤러 회전 장치(44)와 심압대(44a)의 사이에, 단강 롤러(Daido Machinery(주) 제품, 직경 50mm, 롤 폭 100mm)를 장착하고, 상기 단강 롤러 표면에, 조사 시간 50나노초, 조사 간격 1밀리 세컨드로, 레이저광을 5회 조사하였다. 레이저광의 조사후, 레이저 광조사 영역을 단강 롤의 긴 방향으로 40㎛ 또는 원주 방향으로 56㎛ 이동시키고, 동시에 레이저광을 5회 조사했다.
한편, 원주 방향의 이동은, 단강 롤러를 회전시키는 것에 의해 행하였다. 긴 방향 및 원주 방향으로의 이동은, 각각 5회씩 행하여, 합계 25개소에 레이저광의 5회 조사를 반복하여 행하고, 오목부 100개를 갈지자 형상으로 형성했다. 또한, 오목부의 긴 방향(단강 롤의 긴 방향)의 피치는 약 20㎛, 짧은 방향(단강 롤의 원주 방향)의 피치는 약 14㎛였다. 한편, 피치는, 갈지자 배치가 되어 있으므로, 오목부의 가로(긴 방향) 또는 세로(짧은 방향)의 열의 중심선과, 이웃한 위상이 어긋난 열의 중심선과의 거리이다. 오목부의 열의 중심선이란, 레이저 가공용 마스크의 개구의 중심점에 대응하는 오목부의 중심점을 연결한 선이다.
상기에서 얻어진 오목부의 100개를, 레이저 현미경(상품명:VK-9500, Keyence사 제품)을 이용하여 개구 형상을 관찰하고, 지름 및 깊이를 측정하여, 평균치를 구했다. 그 결과, 오목부의 개구 형상은 거의 마름모형이며, 긴 대각선:19.5㎛, 짧은 대각선:9.8㎛였다. 이것은, 설계치에 거의 일치했다. 또한, 긴 대각선 및 짧은 대각선의 길이는, 마스크의 개구(15)에 있어서의 L1 및 L2의 값을 결상 배율로 나눈 값과 거의 일치했다. 또한 오목부의 개구부 면적은, 설계치의 120%였다. 이와 같이, 본 발명의 마스크를 이용하여 레이저 가공을 실시하는 것에 의해, 높은 형상 재현성 및 치수 정밀도로, 오목부를 형성할 수 있었다.
(실시예 2)
개구(15)를 도 1 또는 도 2에 도시한 개구(10)로 변경하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 본 발명의 레이저 가공용 마스크를 제작했다. 한편, 개구 (10)는, L1:0.32mm, L2:016mm, 돌기 사이의 변의 오목부분의 정점을 연결하여 생기는 장방형의 치수:0.16mm×0.08mm로 했다. 이 마스크는, 개구 형상이 마름모형이며, 마름모형의 긴 쪽의 대각선이 20㎛, 짧은 쪽의 대각선이 10㎛인 오목부를 형성할 목적으로 제작했다.
이 마스크를 이용하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 단강 롤러 표면에, 오목부 100개를 갈지자 형상으로 형성했다. 또한, 오목부의 긴 방향(단강 롤의 긴 방향)의 피치는 약 20㎛, 짧은 방향(단강 롤의 원주 방향)의 피치는 약 14㎛였다.
얻어진 오목부에 대해서, 실시예 1과 동일하게 하여 레이저 현미경 관찰을 행한 바, 오목부의 개구 형상은 거의 마름모형이며, 긴 대각선:18.5㎛, 짧은 대각선:10.2㎛였다. 이것은, 설계치에 거의 일치했다. 또한, 긴 대각선 및 짧은 대각선의 길이는, 마스크의 개구(10)에 있어서의 L1 및 L2의 값을 결상 배율로 나눈 값과 거의 일치했다. 또한, 오목부의 개구부 면적은, 설계치의 129%였다. 이렇게, 본 발명의 마스크를 이용하여 레이저 가공을 실시하는 것에 의해, 높은 형상 재현성 및 치수 정밀도로 오목부를 형성할 수 있었다.
(실시예 3)
개구(15)를 도 4에 도시한 개구(20)로 변경하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 본 발명의 레이저 가공용 마스크를 제작했다. 한편, 개구(20)는, L1:0.32mm, L2:0.16mm, 돌기(21,22)의 곡률 반경:20㎛, 돌기(23,24)의 곡률 반경;30 ㎛, 2개의 돌기간의 함몰 부분의 곡률 반경:30㎛로 했다. 이 마스크는, 개구 형상이 마름모형이며, 마름모형의 긴 쪽의 대각선이 20㎛, 짧은 쪽의 대각선이 10㎛인 오목부를 형성할 목적으로 제작했다.
이 마스크를 이용하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 단강 롤러 표면에, 오목부 100개를 갈지자 형상으로 형성했다. 또한, 오목부의 긴 방향(단강 롤의 긴 방향)의 피치는 약 20㎛, 짧은 방향(단강 롤의 원주 방향)의 피치는 약 14㎛였다.
얻어진 오목부에 대해서, 실시예 1과 동일하게 하여 주사형 전자현미경 관찰을 행한 바, 오목부의 개구 형상은 거의 마름모형이며, 긴 대각선:20.1㎛, 짧은 대각선:10.3㎛였다. 이것은, 설계치에 거의 일치했다. 또한, 긴 대각선 및 짧은 대각선의 길이는, 마스크의 개구(20)에 있어서의 L1 및 L2의 값을 결상 배율로 나눈 값과 거의 일치했다. 또한, 오목부의 개구부 면적은, 설계치의 133%였다. 이와 같이, 본 발명의 마스크를 이용하여 레이저 가공을 행하는 것에 의해, 높은 형상 재현성 및 치수 정밀도로 오목부를 형성할 수 있었다.
(실시예 4)
개구(15)를 도 5에 도시한 개구(25)로 변경하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 본 발명의 레이저 가공용 마스크를 제작했다. 한편, 개구(25)는, L1:0.32mm, L2:0.16mm, 돌기(26,27,28,29)의 폭;50㎛로 했다. 이 마스크는, 개구 형상이 마름모형이며, 마름모형의 긴 쪽의 대각선이 20㎛, 짧은 쪽의 대각선이 10㎛ 인 오목부를 형성할 목적으로 제작했다.
이 마스크를 이용하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 단강 롤러 표면에, 오목부 100개를 갈지자 형상으로 형성했다. 또한, 오목부의 긴 방향(단강 롤의 긴 방향)의 피치는 약 20㎛, 짧은 방향(단강 롤의 원주 방향)의 피치는 약 14㎛였다.
얻어진 오목부에 대해서, 실시예 1과 동일하게 하여 주사형 전자현미경 관찰을 행한 바, 오목부의 개구 형상은 거의 마름모형이며, 긴 대각선:21.1㎛, 짧은 대각선;10.9㎛였다. 이것은, 설계치에 거의 일치했다. 또한, 긴 대각선 및 짧은 대각선의 길이는, 마스크의 개구(10)에 있어서의 L1 및 L2의 값을 결상 배율로 나눈 값과 거의 일치했다. 또한 오목부의 개구부 면적은, 설계치의 140%였다. 이와 같이, 본 발명의 마스크를 이용하여 레이저 가공을 실시하는 것에 의해, 높은 형상 재현성 및 치수 정밀도로 오목부를 형성할 수 있었다.
(실시예 5)
개구(15)를 도 6에 도시한 개구(30)로 변경하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 본 발명의 레이저 가공용 마스크를 제작했다. 한편, 개구(30)는, L1:0.32mm, L2:0.16mm, 돌기(31,32,33,34)의 선단부의 곡률 반경:24㎛, 돌기(31,32, 33,34)의 폭:48㎛로 했다. 이 마스크는, 개구 형상이 마름모형이며, 마름모형의 긴 쪽의 대각선이 20㎛, 짧은 쪽의 대각선이 10㎛인 오목부를 형성할 목적으로 제작했다.
이 마스크를 이용하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 오목부 100개를 갈지자 형상으로 형성했다. 또한, 오목부의 긴 방향(단강 롤의 긴 방향)의 피치는 약 20㎛, 짧은 방향(단강 롤의 원주 방향)의 피치는 약 14㎛였다.
얻어진 오목부에 대해서, 실시예 1과 동일하게 하여 주사형 전자현미경 관찰을 행한 바, 오목부의 개구 형상은 거의 마름모형이며, 긴 대각선:20.5㎛, 짧은 대각선:10.1㎛였다. 이것은, 설계치에 거의 일치했다. 또한, 긴 대각선 및 짧은 대각선의 길이는, 마스크의 개구(30)에 있어서의 L1 및 L2의 값을 결상 배율로 나눈 값과 거의 일치했다. 또한, 오목부의 개구부 면적은, 설계치의 135%였다. 이와 같이, 본 발명의 마스크를 이용하여 레이저 가공을 행하는 것에 의해, 높은 형상 재현성 및 치수 정밀도로 오목부를 형성할 수 있었다.
(실시예 6)
개구(15)를 도 7에 도시한 개구(35)로 변경하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 본 발명의 레이저 가공용 마스크를 제작했다. 한편, 개구(35)는, L1: 0.32mm, L2: 0.16mm, 돌기(36,37,38,39)의 선단부의 각도: 90°, 돌기(36,37,38,39)의 폭: 50㎛, 직선 형상의 오목부분(36a,37a,38a,39a)를 각각 연장하여 얻어지는 4개의 교점을 연결한 형상: 1변 90㎛의 정방형으로 했다. 이 마스크는, 개구 형상이 마름모형이며, 마름모형의 긴 쪽의 대각선이 20㎛, 짧은 쪽의 대각선이 10㎛인 오목부를 형성할 목적으로 제작했다.
이 마스크를 이용하는 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 단강 롤러 표 면에, 오목부 100개를 갈지자 형상으로 형성했다. 또한, 오목부의 긴 방향(단강 롤의 긴 방향)의 피치는 약 20㎛, 짧은 방향(단강 롤의 원주 방향)의 피치는 약 14㎛였다.
얻어진 오목부에 대해서, 실시예 1과 동일하게 하여 주사형 전자현미경 관찰을 행한 바, 오목부의 개구 형상은 거의 마름모형이며, 긴 대각선:20.4㎛, 짧은 대각선:10.2㎛였다. 이것은, 설계치에 거의 일치했다. 또한, 긴 대각선 및 짧은 대각선의 길이는, 마스크의 개구(35)에 있어서의 L1 및 L2의 값을 결상 배율로 나눈 값과 거의 일치했다. 또한, 오목부의 개구부 면적은, 설계치의 138%였다. 이와 같이, 본 발명의 마스크를 이용하여 레이저 가공을 행하는 것에 의해, 높은 형상 재현성 및 치수 정밀도로, 오목부를 형성할 수 있었다.
(비교예 1)
개구를 L1:0.32mm, L2:0.16mm의 마름모형으로 하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, 마스크를 제작했다. 이 마스크를 이용하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여, 단강 롤러 표면에 오목부를 형성했다. 얻어진 오목부를 주사형 전자 현미경 관찰한 바, 형상은 타원형상이며, L1에 상당하는 부분의 길이는 약 22.5㎛, L2에 상당하는 부분의 길이는 약 11㎛였다. 또한, 오목부의 개구부 면적은, 개구부 면적의 설계치의 205%였다.
도 1은, 본 발명의 실시형태의 하나인 레이저 가공용 마스크의 구성을 모식적으로 도시한 상면도이다.
도 2는, 도 1에 도시한 레이저 가공용 마스크에 형성된 개구의 형상을 도시한 상면도이다.
도 3은, 본 발명의 다른 형태의 레이저 가공용 마스크에 있어서의 개구의 형상을 모식적으로 도시한 상면도이다.
도 4는, 본 발명의 다른 형태의 레이저 가공용 마스크에 있어서의 개구의 형상을 모식적으로 도시한 상면도이다.
도 5는, 본 발명의 다른 형태의 레이저 가공용 마스크에 있어서의 개구의 형상을 모식적으로 도시한 상면도이다.
도 6은, 본 발명의 다른 형태의 레이저 가공용 마스크에 있어서의 개구의 형상을 모식적으로 도시한 상면도이다.
도 7은, 본 발명의 다른 형태의 레이저 가공용 마스크에 있어서의 개구의 형상을 모식적으로 도시한 상면도이다.
도 8은, 레이저 가공 장치의 구성을 모식적으로 도시한 사시도이다.
도 9는, 도 8에 도시한 레이저 가공 장치에 있어서의 마스크의 동작을 설명하는 사시도이다.
도 10은, 빔 지름 조정 수단의 동작의 일례를 도시한 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 레이저 가공용 마스크
10, 15, 20, 25, 30, 35: 개구
11, 12, 13, 14: 돌기
11x, 12x, 13x, 14x: 정점
41: 레이저 가공장치
42: 롤러
44: 롤러 회전장치
45: 레이저 발진기
46: 가공 헤드
47: 도광로
48: 석정반
49: 제어수단
51: 레이저광
52: 반사 밀러
55: 빔 지름 조정수단
56: 마스크부
60: 지지대

Claims (11)

  1. 소정의 개구 형상 및 치수를 가지는 복수의 미소한 오목부를 표면에 가지고, 상기 오목부의 형상을 금속판에 전사함으로써, 복수의 미소한 볼록부를 가지는 리튬이온 이차전지용 음극 집전체를 제조하기 위하여 사용되는 금속 롤러의 제조방법으로서,
    두께 방향으로 관통하는 복수의 개구를 가지며, 상기 개구가, 중심으로부터 둘레가장자리부를 향해서 복수의 돌기가 방사상으로 이어지고, 인접하는 상기 돌기 사이의 변이, 인접하는 상기 돌기의 정점을 연결하여 형성되는 가상선보다도 상기 개구의 중심을 향해 오목하며, 상기 돌기의 정점을 연결하여 형성되는 가상면의 형상이 상기 금속 롤러 표면에서의 상기 오목부의 개구 형상과 일치하는 형상인 레이저 가공용 마스크를 이용하여,
    초경합금, 서멧, 하이스강, 다이스강, 및 단강으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 1종의 금속재료를 함유한 피레이저 가공층을 적어도 표면에 가지는 금속 롤러에, 상기 레이저 가공용 마스크의 복수의 상기 개구를 통하여 정형된 레이저광을 조사하는 금속 롤러의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 개구는, 짝수개의 상기 돌기가 각각 상기 개구의 중심을 사이에 두고 다른 상기 돌기에 대향하도록 배치된 형상을 가진 금속 롤러의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 개구는, 4개의 상기 돌기가 각각 상기 개구의 중심을 사이에 두고 다른 상기 돌기에 대향하도록 배치되고, 한쪽의 대향하는 2개의 상기 돌기의 정점을 연결하는 직선이 길이 L1과, 다른쪽의 대향하는 2개의 상기 돌기의 정점을 연결하는 직선의 길이 L2가 다른 십자모양의 형상을 가진 금속 롤러의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서, L1이 60㎛∼1.2mm, L2가 30∼600㎛이며, 또한 L1이 L2보다 큰 금속 롤러의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 인접한 상기 돌기의 정점을 연결하여 형성되는 상기 가상면의 형상이 다각형인 금속 롤러의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 다각형이 사각형, 육각형 또는 팔각형인 금속 롤러의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 돌기의 선단부가, 반원형상인 금속 롤러의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 오목부의 개구 형상이 마름모형인 금속 롤러의 제조방법.
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