JPS63171281A - レーザ光線による円筒表面のマーキング方法 - 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】 本発明は、集光レーザ光線による円筒表面のマーキング
方法に関する。さらにと（には、帯鋼の冷間圧延円筒表
面における粗さの形成に関する。

従来技術とその問題点 円筒表面のこのようなマーキング方法は、とくにベルギ
ー特許第Ａ−８８０．９９６号により既知である。

要するにこの方法は、回転円筒の表面上へこの表面に直
角に集光レーザ光線を投影することからなり、集光レー
ザ光線は連続衝当点において円筒表面を溶解してその表
面内にらせん軌道に沿って分配された一連の微小クレー
タを形成する。この微小クレータとそれを包囲する盛上
り部との形成は、レーザ光線の衝当領域内における圧縮
酸素の吹込みにより容易となる。

この既知の方法は、通常の粗さ形成のためには一般的に
満足な結果を与える。ここで、用語の意味として、粗さ
とは、その定義が基準化されているＲａの値、すなわち
算術平均粗さであることを示しておこう。

一方ある場合には、たとえば８ないし１０μｍ以上のオ
ーダーの大きな粗さを形成する必要があろう。

前記の方法に基ずく論理的方法は、より大きな微小クレ
ータを掘るために酸素ジェットの流量したがって圧力を
増加するか、またはレーザ光線の強さを増加するかによ
る。

ある程度の粗さく８ないし１０μｍ）以上では、この解
決方法は一方で２つの重大な不便さを示す。

まず、より深いクレータを得るためには、より多量の金
属を溶解しなければならない。金属は、増加された酸素
の圧力を受けて、円筒表面の冷たい部分の上へすなわち
レーザ光線による加熱域の外へ追い出される。盛上り部
を形成するためのこの金属は円筒表面への付着が悪（、
それは表面に溶着されずにただ押つけられただけである
。このような盛上り部はきわめて急速に損傷されや丁（
または帯鋼の圧延中に消滅され、したがって所定の粗さ
が得られなくなる。

さらに、増加された酸素ジェットの圧力は微小クレータ
および盛上り部がこの酸素ジェットの方向に伸長すると
ころの微小クレータおよび盛上り部の変化を生じさせる
。

発明の要約 本発明は、円筒表面内に、よ（付着された盛上り部によ
り包囲された規則的な形状の微小フレｉりを形成させて
所定の大きな粗さ形成を保証する方法を提案する。

本発明が目的とする方法は、上記の方法の改善に関する
研究中に出願人が経験した思いがけない観察を基礎にし
ている。

結局、上記の方法によるマーキングは集光レーザ光線に
より加熱された円筒表面部分の上に局限してプラズマを
形成させることは明らかであり；と（に、このプラズマ
の大部分はレーザ光線の衝当領域内の表面の溶解部分の
直上に配置される。

このプラズマはと（に周囲雰囲気から発生されたイオン
化ガスで構成されるが、同時にレーザ光線のエネルギに
よりきわめて高温にされて蒸発させられた円筒表面の金
属からも構成される。この方法においては、プラズマは
溶解金属に軽い圧力を与え、したがりて不規則な小さい
盛上り部で包囲されたあまり深くないくぼみの形状を有
する溶解金属の任意の軽い変形を発生させる。

本発明は、プラズマの特殊な電気的性質を応用して、プ
ラズマから溶解金属上に与えられる圧力を制御させるこ
と基礎にしており、この結果規則的な粗さと、対称形を
なす微小クレータおよび盛上り部と、が得られる。

結局本発明が目的とする方法は基本的には、前記溶解金
属の表面に加えられる前記プラズマの圧力が制御される
ようにプラズマが作用を受けること、およびこれにより
所定の粗さを与えるような規則的な盛上り部を微小クレ
ータの周囲に形成するように溶解金属の制御量が微小ク
レータの外側に押出されること、を特徴とする特 本発明の第１の実施例では、前記プラズマは集光レーザ
光線の軸に対し直角方向を向く磁界の作用を受け、これ
により、プラズマは集光レーザ光線の軸に平行で前記溶
解金属の表面の方向に向けけられる力を受ける。

磁界の強さは一定としてもよく、または集光レーザ光線
の軸に平行な方向に沿って変化をさせてもよい。

この強さの変化は、溶解金属の方向に減少する磁界勾配
とするのが好ましい。

本発明の他の実施例では、前記プラズマは集光レーザ光
線の軸に平行な方向で溶解金属の方向を向く電界の作用
を受け、これにより、プラズマは前記溶解金属の表面の
方向に向けられた力を受ける。

本発明の範囲内で、円筒表面上のレーザ光線の衝当領域
内に、金属の溶解を助けるには十分であるがプラズマお
よび／または盛上り部には影響を与えない程度の圧力で
酸化性のガスと（に酸素のジェットを吹込むこともまた
好ましい。

本発明の他の好ましい特徴によれば、磁界および電界の
強さをそれぞれ変化させ、これにより、溶解金属上に加
えられるブラズムの圧力を変化させ、したがって円筒の
粗さの調節範囲を決定することが可能である。

本発明の方法を、添付図面を用いて簡単な図でさらに詳
細に説明する。

二九−一度一一月一 図を見やすくするために、いずれの場合も略図によりた
だ１つの微小クレータだけを示している。

しかし基本的には、円筒の表面にはきわめて多数のこの
ような微小クレータが設けられ；実際にはこの数は１ｃ
ｒｒＬ四方につき１００．０００個にも達し、表面の平
面内の１個の微小クレータの大きさは約３０μｍないし
２５０μｍである。２つの図において対応する部分には
同一参照番号がつけられ、本発明の理解に不可欠ではな
い部分の図示は省略されている。

第１図において、立面図は平面図の平面Ｉ−Ｉによる円
筒の表面層の部分１の断面を示す。回転円筒はその回転
軸２により略図化されている。断継的なレーザ光線３は
レンズ４により集光されて点０において円筒１０表面に
垂直に衝当する。これにより点線で囲まれた領域５は加
熱され、と（限られた領域６は溶解される。レーザ光線
の衝当領域内に当てられる酸素（０２）ジェットは、加
熱および溶解のこの２つの作用を加速する。領域６の溶
解金属は、と（にレーザ光線により放出される放射線の
わずかな圧力により軽い変形を受ける。

しかしながら、溶解金属の基本的な変形は酸素（０□）
ジェットの機械的圧力によるものであり；実際にこの圧
力が全溶解金属を領域６の外側へ追出す。この溶解金属
の大部分は酸素ジェットの方向に清って追出され、大き
な粗さの場合はレーザ光線により加熱された領域５の外
側まで追出される。したがって非対称な盛上り部７が形
成され、盛上り部７は領域５の外側で円筒によ（付着せ
ず、これは最初の圧延作業で取除かれてしまう。

第１図はさらにペラズマ８の図示を含み、プラズマ８は
レーザ光線の作用の下で領域６の上に形成される。この
プラズマはと（に周囲雰囲気から発生されるガスのイオ
ンとくにジェットにより供給される酸素のイオンと、お
よびレーザ光線により蒸発された領域６の金属から発生
された金属イオンとで構成される。このプラズマはこの
場合二次的作用を行なうにすぎない。

第２図は本発明が目的とする方法の原理を略図で示す。

円筒１ν２およびレーザ光線３１４の形状は第１図のそ
れと同一であり、レーザ光線は領域５を加熱し領域６を
溶解する。

本発明による本実施例忙おいては、円筒１０表面付近で
プラズマ８により占有される領域内にてレーザ光線の軸
に垂直に磁界Ｈが形成される。磁界の作用の下でプラズ
マ８の一部は力Ｆを受け、その結果溶解金属の表面の方
向へ変位される。したがってプラズマ８は溶解金属に均
等な圧力を与え、このとき溶解金属は均等に領域６の周
縁方向に追出され、ここで加熱領域５からはみ出すこと
な（規則的な盛上り部７を形成する。冷却しながら盛上
り部７は円筒の表面に強固に溶着し、したかって円筒の
表面における頂上（盛上り部）と谷（微小クレータ）と
の組合せが制御粗さを形成する。磁界Ｈの強さを変化さ
せることによりてプラズマにより溶解金属に加えられる
圧力を変化させ、これにより所定の粗さの関数である微
小クレータの深さと盛上り部の高さとを調節することが
可能である。

したがって本発明の方法は規則的な形状の微小クレータ
と周縁盛上り部とを形成可能で、これにより円筒表面の
粗さの等方性を保証する。粗さの所定の深さは、補助的
な酸素ジェットがな（てもまた盛上り部にいかなる変形
も与えることのないように少な（ともジェットの流量お
よび圧力を減少しても達成可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、かなり強力な酸素ジェットにより変形された
微小クレータの立面図および平面図；および 第２図は、本発明により得られた規則的な形状の微小ク
レータの立面図および平面図を示す。 １・・・円筒、２・・・回転軸、６・・・レーザ光線、
４・・・レンズ、５・・・加熱領域、６・・・溶解領域
、７・・・盛上り部、８・・・プラズマ Ｈ・・・磁界、０□・・・酸素ジェット（外４名）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）制御粗さを表面に与える微小クレータを表面に形
   成するために、この表面上に集光されたレーザ光線によ
   り円筒表面が局部的に溶解され、前記溶解はレーザ光線
   により溶解される金属部分の直上にプラズマ形成を導入
   するところのレーザ光線による円筒表面のマーキング方
   法において：前記溶解金属の表面に加えられる前記プラ
   ズマの圧力が制御されるようにプラズマが作用を受ける
   こと；および これにより前記微小クレータの周囲に規則的な盛上り部
   を形成するように、前記溶解金属の制御量が微小クレー
   タの外側に押出されること；を特徴とするレーザ光線に
   よる円筒表面のマーキング方法。
2. （２）前記プラズマは集光レーザ光線の軸に対し直角方
   向を向く磁界の作用を受け、これにより、プラズマは集
   光レーザ光線の軸に平行で前記溶解金属の表面の方向に
   向けられる力を受けることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の方法。
3. （３）前記磁界の強さは溶解金属の方向に減少する勾配
   を示すことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の
   方法。
4. （４）前記プラズマは集光レーザ光線の軸に平行な方向
   で溶解金属の方向を向く電界の作用を受け、これにより
   、プラズマは前記溶解金属の表面の方向に向けられる力
   を受けることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の方法。
5. （５）前記溶解金属に加えられる前記プラズマの圧力が
   制御されること；および これにより円筒の表面に与えられる粗さの深さが調節さ
   れること； を特徴とする特許請求の範囲前記各項のいずれかに記載
   の方法。
6. （６）前記圧力は、前記プラズマに作用する磁界および
   電界の強さをそれぞれ変化させることにより調節される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の方法。