專利名稱：輥加工方法以及輥加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及輥加工方法以及輥加工裝置。更詳細地說，例如涉及加工 如下的輥的方法及裝置，該輥在作為電池用集電體的坯材的金屬箔的表面 上形成預(yù)定形狀的突起，以使在輥表面上形成有預(yù)定形狀的突起。
背景技術(shù)：
近年來，伴隨著個人計算機、便攜電話等移動設(shè)備的普及，作為移動 設(shè)備的電源的電池的需求增大。在上述用途中使用的電池要求具有高能量 密度和優(yōu)異的循環(huán)特性。
為了應(yīng)對這種要求，關(guān)于正極和負極分別新開發(fā)了用于獲得高容量的 活性物質(zhì)的技術(shù)。例如，對于負極的活性物質(zhì)，通過使用能夠獲得高容量 的含有硅或者錫的合金或氧化物來應(yīng)對上述要求。此處，問題在于負極的 極板的變形。S卩，在充放電時鋰離子反復(fù)進入極板和從極板脫離，由此活 性物質(zhì)反復(fù)地較大地膨脹和收縮。因此，極板較大地變形，從而在極板上 產(chǎn)生彎曲。其結(jié)果是，在極板和分離器之間產(chǎn)生空間，充放電反應(yīng)變得不 均勻，充放電循環(huán)特性下降。
關(guān)于上述問題，例如在專利文獻1中提出了用于抑制集電體的變形的 技術(shù)。在該專利文獻1中，在集電體的表面上形成凹凸，并且在集電體的 表面的各突起上以堆積活性物質(zhì)的方式形成由活性物質(zhì)形成的薄膜。此時， 在堆積在各突起上的活性物質(zhì)的塊彼此之間形成有寬度隨著朝向集電體的 表面而變寬的孔隙。
發(fā)明人等立足于上述的方案反復(fù)進行了銳意的討論，結(jié)果得出了以下 結(jié)論如果在集電體的表面上理想地等間隔地配置多個頂點為菱形的細微 的突起，則能夠形成如上述專利文獻1中所示的由活性物質(zhì)形成的薄膜。 為了在集電體的表面上形成如上所述的突起，考慮在輥等加壓工具的表面 上等間隔地形成形狀與上述突起對應(yīng)的凹部，并利用該加壓工具對集電體
4進行加壓的方法。進而，當在輥的表面上形成如上所述的凹部時，利用激 光加工形成上述凹部的方法在加工速度等方面是優(yōu)選的。
作為與上述方面相關(guān)聯(lián)的現(xiàn)有技術(shù)，存在專利文獻2所記載的平板印 刷版用支承體的制造方法。此處，如圖IOA和圖IOB所示，對沖壓使用鋁 板的平板印刷版用支承體的轉(zhuǎn)印輥的表面照射激光從而形成凹部61，進而， 利用此時產(chǎn)生的熔化成分的隆起形成凸部62。
并且，在下述專利文獻3中提出了用于防止伴隨著充放電產(chǎn)生的集電 體的褶鈹、并減少體積變化的技術(shù)。具體而言，在具備由未與鋰合金化的 金屬形成的集電體和形成在集電體的表面上的含有與鋰合金化了的元素的 薄膜的薄膜電極中，在上述集電體上具備凹凸，并且，集電體的有效厚度 為15(im 300(om。
并且，在專利文獻4中示出了如下的方法如圖11所示，當在由陶瓷 或者金屬碳化物形成的液體轉(zhuǎn)印用圓柱狀部件的表面上形成多個離開的激
光雕刻單元63時，使用兩個以上的相互連續(xù)且離開的脈沖組形成一個單元。 并且，在專利文獻5中示出了如下的方法在由陶瓷材料形成的液體
轉(zhuǎn)印件的表面上分別依次照射兩個分離的激光束從而形成單元。
并且，在專利文獻6中示出了如下的方法對輥表面照射脈沖徼光從 而使輥表面的照射點熔融或者蒸騰，由此在該輥的表面上形成凹凸圖案。 此處，利用多面反射鏡使照射點掃描從而形成凹凸圖案。
并且，在專利文獻7中示出了如下的方法對表面由感光性樹脂硬化
物覆蓋的圓筒狀的樹脂制印刷基體材料的表面照射平均輸出為0. 01 5W、 每個脈沖的能量為10 50J、光束直徑為0.4 15^m的激光，由此形成寬 度為0.4 20pm、深度為1 10(Vm的細微的凹圖案。 專利文獻l:日本特開2002 — 313319號公報
專利文獻2:日本特許第3010403號公報(日本特開平6 — 171261號公
報)
專利文獻3:日本特開2005 — 38797號公報
專利文獻4:日本特許第2727264號公報(日本特開平4—231186號公
報)
專利文獻5:日本特開2001 — 191185號公報
5專利文獻6:日本特開2004—351443號公報 專利文獻7:日本特開2006 — 248191號公報
此處，由于上述輥是用于對金屬部件進行加壓從而在金屬部件的表面 上形成突起的部件，因此其材質(zhì)需要是極硬的金屬。但是，當通過激光加 工在上述材質(zhì)的輥的表面上形成凹部時，由于通過激光的照射引起的熱膨 脹等原因，存在所形成的凹部的俯視形狀越朝向底部越遠離期望形狀(例 如菱形)的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)吸就是鑒于上述問題而做出的，其第一目的在于，提供一種能夠 盡可能地排除由激光的照射引起的熱的影響，從而能夠在輥表面上形成期 望形狀的細微的凹部的輥加工方法以及輥加工裝置。
并且，為了解決上述課題，需要抑制通過激光加工形成凹部時的溫度 上升。為此，將為了得到期望深度的凹部所需的激光的照射分成多次并隔 開預(yù)定的間隔執(zhí)行的方法是有效的。本發(fā)明就面向于用于將上述技術(shù)思想 實用化的方法及裝置。
然而，例如在為了在作為電池用集電體的坯材的金屬箔上形成如上所 述的突起，而在作為其加工工具的輥的表面上形成凹部的情況下，需要以 pm級別的間距配置^im級別的凹部。進而，為了在比較短的時間內(nèi)完成上 述加工，需要一邊使輥旋轉(zhuǎn)， 一邊在與上述間距對應(yīng)的時刻斷續(xù)地對上述 表面照射激光，從而反復(fù)進行多次每當輥旋轉(zhuǎn)一周就對輥的表面的同一部 位照射激光的作業(yè)。
然而，在一邊使輥旋轉(zhuǎn)一邊對其表面的同一部位以級別的精度照 射激光的情況下，存在以下說明的技術(shù)上的困難性。
艮口，為了檢測輥的旋轉(zhuǎn)位置通常使用回轉(zhuǎn)式編碼器。為了以預(yù)定的間 距在輥的表面上形成凹部，反復(fù)進行以下步驟對回轉(zhuǎn)式編碼器的輸出信 號進行計數(shù)，并且每當計數(shù)的信號數(shù)達到與上述間距相當?shù)男盘枖?shù)時就對 輥表面照射激光。
然而，在與上述間距相當?shù)男盘枖?shù)不是能夠整除在輥旋轉(zhuǎn)一周的期間 內(nèi)從回轉(zhuǎn)式編碼器輸出的信號數(shù)的數(shù)量的情況下，無法進行每當輥旋轉(zhuǎn)一周時就對輥的表面上的同一部位照射激光的作業(yè)。以下說明理由。
如圖12所示，考慮以預(yù)定間距LP在輥50的表面的周向形成n個凹部 H (1) H (n)的情況。在該情況下，如果與輥50旋轉(zhuǎn)一周相當?shù)幕剞D(zhuǎn) 式編碼器的輸出信號數(shù)不能被與間距LP相當?shù)男盘枖?shù)整除，則輥每旋轉(zhuǎn)一 周激光的照射位置就會產(chǎn)生與未被整除的余數(shù)對應(yīng)的信號數(shù)的量的偏移 (E1)。因此，即便想要重復(fù)對通過上次的激光照射形成的凹陷(凹部H(1)) 照射激光53，也會在長度偏移了E1的位置形成凹陷(凹部H (n+l))。當 反復(fù)多次進行上述作業(yè)時，每反復(fù)一次激光的照射位置都會偏移。因此， 在上述偏移(El)大到某種程度以上的情況下，無法一邊使輥旋轉(zhuǎn)一邊分 多次對輥的表面的同一部位照射激光從而形成期望形狀的凹部。
艮口，在上述的方法中，能夠在輥50的表面上形成凹部的間距LP由回 轉(zhuǎn)式編碼器每旋轉(zhuǎn)一周的輸出信號數(shù)限制。因此，在以各種各樣的間距在 輥的表面上形成凹部的情況下，需要準備每旋轉(zhuǎn)一周的輸出信號數(shù)不同的 多個回轉(zhuǎn)式編碼器，并根據(jù)期望的間距進行更換回轉(zhuǎn)式編碼器的作業(yè)，以 對輥進行激光加工。然而，在需要精密加工的裝置中，特別是在更換編碼 器等測量設(shè)備時，為了進行調(diào)整需要很多時間，實際上可以說不可能實現(xiàn) 上述的對應(yīng)。
本發(fā)明就是鑒于上述問題點而做出的，其第二目的在于，在反復(fù)進行 多次每當輥旋轉(zhuǎn)一周時就對旋轉(zhuǎn)的輥的表面的同一部位照射激光的作業(yè)從 而以預(yù)定間距形成凹部的情況下，提供一種能夠極其細微地調(diào)節(jié)形成凹部 的間距的輥加工方法以及輥加工裝置。
用于達成上述目的的本發(fā)明是用于在由金屬材料形成的輥的表面上形 成多個凹部的輥加工方法，所述輥加工方法包含以下工序工序a，使所述 輥旋轉(zhuǎn)；工序b，檢測所述旋轉(zhuǎn)的輥的位置；以及工序c，反復(fù)進行多次每 當所述輥旋轉(zhuǎn)一周時就對所述輥的表面的同一部位照射激光的作業(yè)，從而 在所述輥的表面上形成所述凹部。
在本發(fā)明的優(yōu)選方式中，輥加工方法還包含以下工序工序d，根據(jù)所 述檢測到的輥的絕對位置，每當所述輥旋轉(zhuǎn)預(yù)定角度時就產(chǎn)生脈沖信號； 以及工序e，根據(jù)在所述輥的表面上形成所述凹部的間距來設(shè)定在所述輥旋 轉(zhuǎn)一周的期間內(nèi)產(chǎn)生的所述脈沖信號的數(shù)量，在所述工序c中，對所述產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，每當所述脈沖信號的數(shù)量達到與所述間距相當?shù)?數(shù)量時就對所述輥的表面照射所述激光。
在本發(fā)明的更加優(yōu)選的方式中，在所述工序e中設(shè)定的脈沖信號的數(shù) 量是能夠被與所述間距相當?shù)乃雒}沖信號的數(shù)量整除的數(shù)量、或者是被 與所述間距相當?shù)乃雒}沖信號的數(shù)量除時的余數(shù)在預(yù)定值以下的數(shù)量。
在本發(fā)明的更加優(yōu)選的方式中，所述輥加工方法還包含工序f，與所述 輥的直徑對應(yīng)地預(yù)先選定在所述工序e中設(shè)定的脈沖信號的數(shù)量的候補并 存儲起來。
并且，在本發(fā)明的更加優(yōu)選的方式中，所述工序c包含以下工序工 序g，將所述激光的輪廓整形成與所述凹部的形狀相似的形狀；以及工序h， 使所述輪廓被整形后的激光縮小成像在所述輥的表面。
并且，本發(fā)明提供一種用于在由金屬材料形成的輥的表面上形成多個 凹部的輥加工裝置，所述輥加工裝置具備激光振蕩器，輸出激光；加工 頭，具有對所述激光聚光的功能，以使由所述激光振蕩器輸出的激光照射 在所述輥的表面的預(yù)定位置；輥旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，使所述輥旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)位置檢測 機構(gòu)，輸出與所述旋轉(zhuǎn)的輥的位置對應(yīng)的信號；以及控制機構(gòu)，根據(jù)所述 旋轉(zhuǎn)位置檢測機構(gòu)的輸出信號對所述激光振蕩器進行控制，以反復(fù)進行多 次每當所述輥旋轉(zhuǎn)一周時就對所述旋轉(zhuǎn)的輥的表面的同一部位照射所述激 光的作業(yè)，從而形成所述凹部。
在本發(fā)明的優(yōu)選方式中，所述輥加工裝置還具備脈沖信號產(chǎn)生機構(gòu)， 根據(jù)所述檢測到的輥的絕對位置，每當所述輥旋轉(zhuǎn)預(yù)定角度時就產(chǎn)生脈沖 信號；以及脈沖數(shù)設(shè)定機構(gòu)，根據(jù)在所述輥的表面上形成所述凹部的間距 來設(shè)定在所述輥旋轉(zhuǎn)一周的期間內(nèi)產(chǎn)生的所述脈沖信號的數(shù)量；所述控制 機構(gòu)對所述脈沖數(shù)進行計數(shù)，并對所述激光振蕩器進行控制，以便每當所 述脈沖數(shù)的數(shù)量達到與所述間距相當?shù)臄?shù)量時就對所述輥的表面照射所述 激光。
在本發(fā)明的其他優(yōu)選方式中，所述輥的材質(zhì)是硬質(zhì)合金、粉末冶金高 速鋼或者鍛鋼。
在本發(fā)明的其他的優(yōu)選方式中，所述激光的波長為266nm 600nm。 發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，能夠在由極硬的金屬材料形成的輥的表面上形成與突起 對應(yīng)的期望形狀的細微的凹部，所述輥是用于對由金屬材料形成的部件進 行加壓從而在該部件的表面上形成細微的突起的加工工具。
并且，根據(jù)本發(fā)明，在反復(fù)進行多次每當輥旋轉(zhuǎn)一周時就對旋轉(zhuǎn)的輥 的表面的同一部位照射激光的作業(yè)從而形成期望形狀的凹部的情況下，能 夠細致地調(diào)節(jié)凹部形成的間距。


圖1是示出本發(fā)明的實施方式1所涉及的輥加工裝置的概要結(jié)構(gòu)的立 體圖。
圖2示出該裝置的掩模部的功能，是掩模部、聚光透鏡以及輥的立體圖。
圖3是形成在輥的表面上的凹部的俯視圖。 圖4是示出對激光的光束直徑進行調(diào)整的一例的曲線圖。 圖5是示出本發(fā)明的實施方式2所涉及的輥加工裝置的概要結(jié)構(gòu)的立 體圖。
圖6是圖5的裝置的編碼器和脈沖轉(zhuǎn)換器的立體圖。 圖7是示出編碼器的輸出信號的曲線圖。
圖8是示出將普通的增量式回轉(zhuǎn)式編碼器與輥連接后的狀態(tài)的立體圖。 圖9A是示出增量式回轉(zhuǎn)式編碼器的輸出信號的A發(fā)送信號的曲線圖。 圖9B是示出增量式回轉(zhuǎn)式編碼器的輸出信號的B發(fā)送信號的曲線圖。 圖9C是示出對增量式回轉(zhuǎn)式編碼器的輸出信號進行4倍頻的信號的曲 線圖。
圖9D是示出每統(tǒng)計60個上述四倍頻信號就接通 截止的信號的曲線圖。
圖10A是利用現(xiàn)有的輥加工方法形成的凹部的俯視圖。 圖IOB是該凹部的立體圖。
圖11是利用現(xiàn)有的其他的輥加工方法形成的凹部的立體圖。 圖12是為了說明利用現(xiàn)有的輥加工方法形成凹部時的問題點而參照的 輥的立體圖。
9本發(fā)明涉及用于在由金屬材料形成的輥的表面上形成多個凹部的輥加
工方法。本發(fā)明包含以下工序使輥沿周向旋轉(zhuǎn)的工序a;檢測輥的旋轉(zhuǎn)位 置的工序b;以及工序C，反復(fù)進行多次每當輥旋轉(zhuǎn)一周時就對輥的表面的 同一部位照射激光的作業(yè)，從而在輥的表面上形成凹部。
并且，本發(fā)明涉及用于在由金屬材料形成的輥的表面上形成多個凹部 的輥加工裝置。本裝置具備激光振蕩器，輸出激光；加工頭，具有對激 光進行聚光的功能，以便使從激光振蕩器輸出的激光照射到輥表面的預(yù)定 位置；輥旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，使輥旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)位置檢測機構(gòu)，輸出與旋轉(zhuǎn)的輥的位 置對應(yīng)的信號；以及控制機構(gòu)，根據(jù)旋轉(zhuǎn)位置檢測機構(gòu)的輸出信號對激光 振蕩器進行控制，以反復(fù)進行多次每當所述輥旋轉(zhuǎn)一周時就對旋轉(zhuǎn)的輥的 表面的同一部位照射激光的作業(yè)，從而形成凹部。
具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明并不是通過激光的連續(xù)的一次照射形成凹部， 而是通過反復(fù)進行多次每當輥旋轉(zhuǎn)一周時就對同一部^L照射激光的作業(yè)來 形成凹部。因此，激光的一次的照射能量變小，并且在從激光照射到輥的 表面上到激光下一次照射到同一部位為止的期間內(nèi)該部位被冷卻。因此， 能夠緩和激光的熱的影響，能夠在輥表面上形成形狀為期望的形狀的細微 的凹部。
其結(jié)果是，上述輥例如是用于對集電體等由金屬材料形成的部件的表 面進行加壓從而在該部件的表面上形成多個突起的輥，即便在其材質(zhì)是硬 質(zhì)合金、粉末冶金高速鋼、或者鍛鋼之類的極硬的金屬的情況下，也能夠 在這種輥的表面上形成與上述突起對應(yīng)的期望形狀的凹部。例如能夠形成 深度為5 50pm、且開口部和底面大致為菱形的細微的凹部。
并且，即便在這些材質(zhì)的輥的表面上實施了由DLC涂層(DLC: Diamond Like Carbon，類金剛石碳膜)、或者TiN或TiCN等鈦涂層而成的 PVD涂層(PVD: Physical Vapor Deposition,物理氣相沉積)，也能夠形成 期望形狀的凹部。
下面進行詳細說明，對于硬質(zhì)合金、粉末冶金高速鋼以及鍛鋼這種非 常硬的金屬，熔點和沸點之間的溫度差大，即便被激光照射也不會升華，而是以熔融狀態(tài)大量殘留在凹部中。再加上熱膨脹的影響，形成的凹部的 形狀不會成為像激光的輪廓那樣的形狀，從而無法形成期望形狀的凹部。 并且，在本發(fā)明的上述方法中還包含以下工序工序d，根據(jù)檢測到的
輥的位置，每當輥旋轉(zhuǎn)預(yù)定角度時就產(chǎn)生脈沖信號；以及工序e，根據(jù)在輥
的表面上形成凹部的間距來設(shè)定輥旋轉(zhuǎn)一周的期間內(nèi)產(chǎn)生的脈沖信號的數(shù)
量。在這樣的本發(fā)明中，在上述工序c中對產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，每
當脈沖信號的數(shù)量達到與上述間距相當?shù)臄?shù)量時就對輥的表面照射激光。
并且，本發(fā)明的上述裝置還具備脈沖信號產(chǎn)生機構(gòu)，根據(jù)檢測到的 輥的位置，每當輥旋轉(zhuǎn)預(yù)定角度時就產(chǎn)生脈沖信號；以及脈沖數(shù)設(shè)定機構(gòu)，
根據(jù)在輥的表面上形成凹部的間距來設(shè)定輥旋轉(zhuǎn)一周的期間內(nèi)產(chǎn)生的上述 脈沖信號的數(shù)量。此處，控制機構(gòu)對上述脈沖數(shù)進行計數(shù)，并對激光振蕩 器進行控制，以便每當脈沖信號的數(shù)量達到與上述間距相當?shù)臄?shù)量時就對 輥的表面照射激光。
此時，在上述工序e中設(shè)定的脈沖信號的數(shù)量可以是能夠被與上述間 距相當?shù)拿}沖信號的數(shù)量整除的數(shù)量、或者是被與上述間距相當?shù)拿}沖信 號的數(shù)量除時的余數(shù)在預(yù)定值以下的數(shù)量。
通過以上的結(jié)構(gòu)，反復(fù)進行多次每當輥旋轉(zhuǎn)一周時就對旋轉(zhuǎn)的輥的表 面的同一部位照射激光的作業(yè)，從而以預(yù)定間距形成凹部。此時，檢測旋 轉(zhuǎn)的輥的位置，并根據(jù)檢測到的輥的位置，每當輥旋轉(zhuǎn)預(yù)定角度時就產(chǎn)生 脈沖信號。
進而，與在輥的表面上形成凹部的間距對應(yīng)地設(shè)定輥旋轉(zhuǎn)一周的期間 內(nèi)產(chǎn)生的脈沖信號的數(shù)量，每當產(chǎn)生的脈沖信號的數(shù)量達到與上述間距相 當?shù)臄?shù)量時就對輥的表面照射激光。由此，每當輥旋轉(zhuǎn)與上述間距對應(yīng)的 角度時就對輥的表面照射激光，輥每旋轉(zhuǎn)一周就多次對同一部位照射激光， 從而以預(yù)定間距形成凹部。
此處，由于在輥旋轉(zhuǎn)一周的期間內(nèi)產(chǎn)生的脈沖信號的數(shù)量根據(jù)在輥的 表面上形成凹部的間距來設(shè)定，因此能夠以各種各樣的間距在輥的表面上 形成微小的凹部。
更具體地說，將與輥旋轉(zhuǎn)一周相當?shù)拿}沖信號的數(shù)量設(shè)定成能夠被與 上述間距相當?shù)拿}沖信號的數(shù)量整除的數(shù)量、或者是被與上述間距相當?shù)拿}沖信號的數(shù)量除時的余數(shù)在預(yù)定值以下的數(shù)量從而每旋轉(zhuǎn)一周時的照射 位置的偏移不會超過容許范圍。由此，能夠防止從對輥的表面的預(yù)定部位 照射激光到輥旋轉(zhuǎn)一周后再次對同一部位照射激光時照射位置的偏移超過 容許范圍。因此，每當輥旋轉(zhuǎn)一周時都能夠準確地對旋轉(zhuǎn)的輥的表面的同 一部位照射激光。
并且，在本發(fā)明的上述方法中也可以包含如下的工序f:與輥的直徑對 應(yīng)預(yù)先選定在上述工序e中設(shè)定的脈沖信號的數(shù)量的候補并存儲起來。
由此，僅通過呼出存儲的脈沖數(shù)并進行設(shè)定，就能夠以各種各樣的間 距在直徑相同的輥的表面上形成凹部。
并且，在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，上述工序C包含以下工序工序g， 將激光的輪廓整形成與凹部的形狀相似的形狀；以及工序h，使輪廓被整形 后的激光縮小成像在輥的表面上。
由此，由于輪廓形成為與凹部的形狀相似的形狀的激光縮小成像并照 射到輥的表面上，因此能夠形成形狀更接近期望形狀的細微的凹部。艮P， 根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，當對激光的輪廓進行整形時，由于在比較大的形狀的狀態(tài) 下進行整形，因此能夠抑制由衍射等引起的激光的擴散。
以上述方式對輪廓進行了整形后的激光能夠抑制像差從而高精度地進 行聚光，能夠在輥的表面上以期望形狀成像。由此，能夠更精密地將凹部 的形狀形成為期望形狀。
上述情況的結(jié)果是，自不必說圓形的凹部，能夠在上述輥的表面上形
成開口部的長軸直徑為6 401im、短軸直徑為3 20pm、且深度為5 50pm 的期望形狀(例如菱形)的凹部。 <實施方式1>
以下，參照圖1 圖4對本發(fā)明的實施方式進行說明。圖1是示出本發(fā) 明的實施方式1所涉及的輥加工裝置的概要結(jié)構(gòu)的立體圖。圖2示出該裝 置的掩模部的功能，是掩模部、聚光透鏡以及輥的立體圖。圖3是形成在 輥的表面上的凹部的俯視圖。圖4是示出激光的光路中的光束直徑的調(diào)整 的一例的曲線圖。
圖1的輥加工裝置1是用于在輥2的表面上形成與突起對應(yīng)的形狀的 凹部41 (參照圖3)的裝置，該輥2用于對由金屬材料形成的未圖示的電池用集電體進行加壓從而在其表面上形成多個預(yù)定形狀的細微的突起。
更具體地說，輥加工裝置l具備激光振蕩器3，輸出激光21;以及 加工頭4，對激光21進行聚光并使其照射到輥2的表面上。并且，輥加工
裝置1具備輥旋轉(zhuǎn)裝置5，該輥旋轉(zhuǎn)裝置5將輥2支承為能夠旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動著 輥2沿周向旋轉(zhuǎn)。
激光振蕩器3和加工頭4由二軸致動器26支承為與水平面平行地移動 自如。二軸致動器26和輥旋轉(zhuǎn)裝置5載置在石平臺20上。
并且，輥加工裝置1具備控制部24，該控制部24對激光振蕩器3輸出 (以下也稱為射出)激光21的時刻等進行控制。
輥2例如是用于在由金屬材料形成的電池用集電體的表面上形成突起 的部件，由硬質(zhì)合金、粉末冶金高速鋼或者鍛鋼等非常硬的金屬制作(參 照后面的實施例)。激光振蕩器3例如由使用了將釹離子混入YAG (釔鋁 石榴石)晶體或者YV04 (釩酸釔)晶體而成的激光介質(zhì)的固體激光振蕩器 (Nd: YAG激光器或者Nch YVCV激光器)構(gòu)成。
輥旋轉(zhuǎn)裝置5具備尾座5a，用于將輥2支承為沿周向旋轉(zhuǎn)自如；馬 達5b，用于驅(qū)動著輥2旋轉(zhuǎn)；以及編碼器5c，輸出與輥2的旋轉(zhuǎn)位置對應(yīng) 的信號。編碼器5c的輸出信號被輸入控制部24中。
并且，在從激光振蕩器3到加工頭4的激光21的光路22中配設(shè)有以
下部件多個反射鏡8 14，它們用于將激光21引導(dǎo)到加工頭4;衰減器7;
光束直徑調(diào)整器15，調(diào)整激光21的光束直徑；以及掩模部6，用于將激光 的輪廓整形成期望形狀。配設(shè)于光路22中的這些部件與激光振蕩器3和加 工頭4 一起通過二軸致動器26與水平面平行地自由移動。
衰減器7通過調(diào)整激光21的偏光方向、并僅使特定的偏光方向的成分 透射或者反射來控制或者調(diào)節(jié)激光21的輸出(能量)。
下面，參照圖2對掩模部6進行說明。掩模部6具備與應(yīng)當形成在輥2 的表面上的凹部的形狀相似的形狀(例如菱形)的激光通過孔6a。通過激 光通過孔6a后的激光21的輪廓被整形成上述形狀，并通過加工頭4的聚 光透鏡4a縮小成像到輥2的表面上。
由此，如圖3所示，能夠在輥2的表面上形成平面形狀不是圓形，而 是例如短軸直徑L2相對于長軸直徑Ll的比在0.8以下的期望形狀的凹部41 。此處，長軸的長度Ll例如為6 4(^mi，短軸的長度L2例如為3 20pm。
此時，可以通過加工頭4使照射到輥2的表面上的激光21的能量的90% 以上都照射到直徑比上述短軸的長度L2還小的直徑為L3的區(qū)域內(nèi)。由此， 能夠緩和熱膨脹的影響，從而能夠形成更接近期望形狀的凹部41。
下面，對光束直徑調(diào)整器15進行說明。光束直徑調(diào)整器15是調(diào)節(jié)激 光21的能量分布和光束的擴散角以使激光的能量在與掩模部6的激光孔通 過孔6a對應(yīng)的區(qū)域中變高的部件，該光束直徑調(diào)整器15包含至少一個透 鏡。由此，能夠提高能量效率、保護掩模部6、并降低在加工頭4中產(chǎn)生的 像差。另外，在圖1中，考慮視覺辨認度，僅圖示了一個光束直徑調(diào)整器 15。但是，實際上，也可以在光路22的多個部位配置光束直徑調(diào)整器15。
以下，參照圖4對使用光束直徑調(diào)整器15等調(diào)整激光21的光束直徑 的例子進行說明。在圖示例中，激光21的b軸方向(鉛直方向)的光束直 徑通過在光路22中配置于距離激光振蕩器3的距離大約為700mm的點Pl 處的未圖示的由圓柱透鏡構(gòu)成的光束直徑調(diào)整器15被放大。接著，通過配 置于上述距離大約為900mm的點P2處的未圖示的由圓柱透鏡構(gòu)成的光束 直徑調(diào)整器15停止對b軸方向的光束直徑的放大。
其次，a軸方向(水平方向)的光束直徑通過配置于上述距離大約為 1000mm的點P3處的未圖示的由圓柱透鏡構(gòu)成的光束直徑調(diào)整器15被縮 小，并通過配置于上述距離大約為1200mm的點P4處的未圖示的由圓柱透 鏡構(gòu)成的光束直徑調(diào)整器15停止對a軸方向的光束直徑的縮小。
進一步，b軸方向的光束直徑通過配置于上述距離大約為2000mm的 點P5處的未圖示的由圓透鏡構(gòu)成的光束直徑調(diào)整器15被縮小。由此，能 夠?qū)⒓す?1聚光到配設(shè)于上述距離大約為2100mm的點P6處的掩模部6 的激光通過孔6a。通過掩模部6的激光通過孔6a后的激光21的輪廓例如 被整形成菱形。然后，激光21通過配設(shè)于點P7處的加工頭4的聚光透鏡 4a被聚光。由此，輪廓通過掩模部6例如被整形成菱形的激光21縮小成像 并照射到輥2的表面上。
另夕卜，光束直徑調(diào)整器15并不限于透鏡，也可以使用DOE (diffractive Optical Elements:衍射光學元件)、狹縫、或者濾光器構(gòu)成。
下面，對通過控制部24的控制在輥2的表面上形成凹部41時的輥加
14工裝置l的動作進行說明。
在由輥旋轉(zhuǎn)裝置5驅(qū)動著旋轉(zhuǎn)的輥2的表面上形成從一端部(例如尾 座5a側(cè)的端部)開始一列一列地沿周向以預(yù)定的間距排列的凹部41。此時， 控制部24對二軸致動器26進行控制，從而使加工頭4移動到與想要形成 凹部41的列對應(yīng)的位置。進而，根據(jù)回轉(zhuǎn)式編碼器5c的輸出信號對激光 振蕩器3進行控制，以便每當輥2旋轉(zhuǎn)與上述間距對應(yīng)的角度時就對輥2 的表面照射激光21。此時，照射到輥2的表面上的激光21的能量是形成期 望的凹部41所需的能量的若干分之一。
當輥2在上述狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)一周時，控制部24進行控制，以便對與上次 激光21所照射的部位相同的部位照射激光21。通過反復(fù)進行預(yù)定次數(shù)(例 如5 8次)的上述作業(yè)形成一列凹部41。在形成一列凹部41的作業(yè)結(jié)束 后，控制部24對二軸致動器26進行控制，使加工頭4沿輥2的軸向移動 預(yù)定距離，以形成下一列凹部41。
此處，激光21每次照射到輥2的表面上10ps 200ns的時間。這是因 為，如果照射時間在10ps以下則幾乎不發(fā)生熱傳導(dǎo)，通過一次照射僅能夠 除去從一層原子到0.1pm的厚度。另一方面，當在200ns以上時，通過輥2 的旋轉(zhuǎn)，激光掃掠(sweep)輥表面，從而在微米級別的凹部的加工中無法 達到充分的位置精度。例如在輥2的直徑為130mm，旋轉(zhuǎn)速度為60rpm的 情況下，如果使照射時間在200ns以下，則能夠?qū)⑤?的表面的掃掠量抑 制在0.08pm以下。
并且，優(yōu)選從激光振蕩器3射出的激光21的波長為100 600nm，優(yōu) 選加工頭4的焦距為20 200mm，優(yōu)選成像倍率為5 40倍。更優(yōu)選焦距 大約為40mm。這是因為，如果焦距過短則從輥2產(chǎn)生的加工粉塵會附著 在加工頭4的聚光透鏡4a上。并且，如果焦距過長則聚光透鏡4a的NA(數(shù) 值孔徑)下降從而無法成像。并且，成像倍率可以是16倍左右。
并且，更優(yōu)選激光21的波長為266 600nm。這是因為，如果激光21 的波長超過600nm則衍射變大從而精度劣化。并且，在激光21的波長不 滿266nm的情況下能量不足。在該情況下，如果是Nd: YAG激光器，則 作為激光振蕩器3應(yīng)用使用非線性光學晶體以產(chǎn)生諧波的類型的Nd: YAG 激光器，只要能夠輸出波長532nm的綠色光、或者波長355nm的紫外線即可。
并且，雖然也與上述加工頭4的聚光透鏡4a的NA、以及激光21的波 長有關(guān)，但是，為了避免由激光21的衍射引起的擴散，可以將掩模部6的 激光通過孔6a形成為沒有曲率半徑不足lOpm的角部的形狀。這是當激光 21的波長為200nm左右時的情況。但是，例如如果加工頭4的聚光透鏡的 NA為0.3、激光21的波長為500nm，則衍射極限為2.0pm。此處，如果使 用一次衍射光則光束最小直徑大約為3pm，在16倍的倍率下需要使曲率半 ^S在24iini以上o
以下示出上述實施方式1所涉及的本發(fā)明的實施例和比較例。另外， 本發(fā)明并不限定于這些實施例。 <實施例1>
作為用于形成凹部41的輥2使用富士模具(株式會社)(富士夕、V7) 制作的W—Co硬質(zhì)合金輥。上述輥2的寬度為100mm，直徑為50mm。將 上述輥2設(shè)置在輥加工裝置1的輥旋轉(zhuǎn)裝置5上，并使其以llrpm的轉(zhuǎn)速 旋轉(zhuǎn)。
凹部的目標形狀是短軸直徑為llpm、長軸直徑為22pm的菱形。掩模 部6是作為激光通過孔6a通過放電加工形成有短軸直徑為150pm、長軸直 徑為300^im的菱形的開口，并在不銹鋼板上實施鍍金而成的部件，該掩模 部6配置在光路上的成像比為16: l的位置。
作為激光振蕩器3使用7^夕卜， 7^^:y夕7 (Spectra-Physics) (株式會社)制作的Nd: YAG 二次諧波的激光器(波長為532nm、脈沖 寬度大約為50ns)，并對其進行控制，以使激光振蕩器3在輥表面的間距為 29.1pm的時刻射出激光。
利用光束直徑調(diào)整器15將激光21的直徑整形成l.Omm，并使其通過 掩模部6的激光通過孔6a，并利用加工頭4使其照射到輥2的表面上。使 加工點處的激光輸出為25^J，通過對同一部位反復(fù)照射8次來形成凹部41 。 并且，在結(jié)束形成一列的量的凹部41的作業(yè)后，使加工頭4沿輥2的軸向 移動22pm，并以與形成前列凹部的方式相同的方式在輥2的表面上形成凹 部41。這樣，在輥2的表面上在90mm的寬度范圍內(nèi)形成凹部41。此時， 對激光21的射出時刻進行調(diào)節(jié)，以使所形成的凹部41的輥2的周向的位置在相鄰的列之間相互沿周向錯幵。由此，在輥2的表面上以形成斜格子
狀或者鋸齒配置的方式形成凹部41 。
在顯微鏡下觀察在上述條件下加工的輥2的表面，其結(jié)果是開口部是 短軸直徑為llpm、長軸直徑為22pm的菱形，且深度為10pm。這樣，根 據(jù)本發(fā)明，確認了與后面所示的基于現(xiàn)有技術(shù)的比較例相比能夠形成形狀 更接近期望形狀的凹部。
<實施例2>
作為用于形成凹部41的輥2使用日立金屬(株式會社)制作的粉末冶 金高速鋼輥。將該輥2設(shè)置在輥加工裝置1的輥旋轉(zhuǎn)裝置5上，并使其以 22rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。凹部41的目標形狀是短軸直徑為7pm、長軸直徑為 24pm的菱形。對于掩模部6，將激光通過孔6a形成短軸直徑為150pm、 長軸直徑為400pm的菱形。
使加工點處的激光輸出為18pJ，通過對同一部位反復(fù)照射5次來形成 凹部41。在結(jié)束形成一列的量的凹部41的作業(yè)后，使加工頭4沿輥2的軸 向移動25pm。除了以上記載的條件以外，在與實施例l相同的條件下以與 實施例1相同的方式在輥2的表面上形成凹部41。
在顯微鏡下觀察在上述條件下加工的輥2的表面，其結(jié)果是開口部是 短軸直徑為7pm、長軸直徑為24pm的菱形，深度為12pm。這樣，根據(jù)本 發(fā)明，確認了與后面所示的基于現(xiàn)有技術(shù)的比較例相比能夠形成形狀更接 近期望形狀的凹部。
<實施例3〉
.作為用于形成凹部41的輥2使用大同機械(株式會社)(大同7、乂于 i; 一)制作的鍛鋼輥。將該輥2設(shè)置在輥加工裝置1的輥旋轉(zhuǎn)裝置5上， 并使其以22rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。凹部41的目標形狀是短軸直徑為7^im、長軸 直徑為25pm的菱形。對于掩模部6，將激光通過孔6a形成短軸直徑為 100pm、長軸直徑為400jim的菱形。
通過使加工點處的激光輸出為18J，對同一部位反復(fù)照射5次來形成凹 部41。在結(jié)束形成一列的量的凹部41的作業(yè)后，使加工頭4沿輥2的軸向 移動25pm。除了以上記載的條件以外，在與實施例l相同的條件下以與實 施例1相同的方式在輥2的表面上形成了凹部41 。在顯微鏡下觀察在上述條件下加工的輥2的表面，其結(jié)果是開口部是 短軸直徑為10,、長軸直徑為25pm的菱形，深度為12pm。這樣，根據(jù) 本發(fā)明，確認了與后面所示的基于現(xiàn)有技術(shù)的比較例相比能夠形成形狀更 接近期望形狀的凹部。
<比較例1>
作為用于形成凹部41的輥2使用大同機械(株式會社)制作的鍛鋼輥。 將該輥2設(shè)置在輥加工裝置1的輥旋轉(zhuǎn)裝置5上。凹部41的目標形狀是短 軸直徑為7pm、長軸直徑為25pm的菱形。對于掩模部6，將激光通過孔 6a形成短軸直徑為100pm、長軸直徑為400pm的菱形。
作為激光振蕩器3使用7^夕卜歹 7Y^:y夕7 (株式會社)制作 的Nd: YAG 二次諧波的激光器(波長為532nm、脈沖寬度大約為5pns)， 在使輥2停止并以2kHz對相同位置重復(fù)發(fā)射5次激光21后，使輥2旋轉(zhuǎn)， 并在激光的照射點移動29pm后的部位再次使輥停止，并以2kHz對相同位 置重復(fù)發(fā)射5次激光，反復(fù)進行以上步驟從而以29pm的間距形成凹部。 使加工點處的激光輸出為18pJ。并且，在結(jié)束形成一列的量的凹部41的作 業(yè)后，使加工頭4沿輥2的軸向移動25pm，并以與上面記載的形成上列的 方式相同的方式在輥2的表面上形成凹部41。除了以上記載的條件以外， 在與實施例1相同的條件下，在輥2的表面上形成凹部41。
在顯微鏡下觀察在上述條件下加工的輥2的表面，其結(jié)果是開口部是 短軸直徑為14pm、長軸直徑為22,的菱形，深度為11,。與上述的作 為目標形狀的7X25pn的菱形形狀相比，該結(jié)果的短軸直徑大約大7pm， 與上述的作為目標形狀的形狀差異較大。
<實施方式2>
下面對本發(fā)明的實施方式2進行說明。實施方式2是對實施方式1進 行改變后的實施方式，以下主要對不同的部分進行說明。 圖5示出實施方式2所涉及的輥加工裝置的概要結(jié)構(gòu)。 輥加工裝置1A是在實施方式1的輥加工裝置1上附加了脈沖轉(zhuǎn)換器 25的裝置。并且，編碼器5c使用輸出與輥2的絕對位置對應(yīng)的信號的絕對 式回轉(zhuǎn)式編碼器構(gòu)成。該編碼器5c的輸出信號經(jīng)由脈沖轉(zhuǎn)換器25輸入控 制部24。
18下面，參照圖6和圖7對編碼器5c和脈沖轉(zhuǎn)換器25進行詳細說明。 作為絕對式回轉(zhuǎn)式編碼器的編碼器5c輸出與輥2的旋轉(zhuǎn)的絕對位置對應(yīng)的 預(yù)定位數(shù)(在圖示例中為17位)的信號(例如葛萊碼)。由此不用統(tǒng)計來 自基準位置的信號數(shù)就能夠檢測輥2的旋轉(zhuǎn)的絕對位置。
脈沖轉(zhuǎn)換器25包含脈沖信號生成部25a和脈沖數(shù)設(shè)定部25b。脈沖信 號生成部25a從編碼器5c的輸出信號生成具有相同的周期和脈沖寬度且相 位不同的兩個脈沖信號(A相信號和B相信號，參照圖9A和圖9B)。脈 沖數(shù)設(shè)定部25b根據(jù)在輥2的表面上形成凹部的間距來設(shè)定與輥2旋轉(zhuǎn)一 周相當?shù)纳鲜鰞蓚€脈沖信號的各自的數(shù)量。另外，在圖6中，脈沖信號生 成部25a和脈沖數(shù)設(shè)定部25b分離配置，但是，脈沖信號生成部25a和脈 沖數(shù)設(shè)定部25b也可以構(gòu)成為將作為脈沖信號生成部25a發(fā)揮功能的芯片 和作為脈沖數(shù)設(shè)定部25b發(fā)揮功能的芯片設(shè)在一個基板上。
以下，為了容易理解本發(fā)明，舉例示出具體的數(shù)值來對實施方式2中 的控制的步驟進行說明。此處，假設(shè)在直徑為125mm的輥2的表面上形成 凹部41。另外，這些數(shù)值只不過是為了說明的方便而確定的例子。
(1) 預(yù)先設(shè)定每當輥2旋轉(zhuǎn)一周時脈沖轉(zhuǎn)換器25從編碼器5c的輸出 信號生成的A相信號和B相信號的脈沖數(shù)。例如在編碼器5c的輸出信號 為17位的情況下，輥2每旋轉(zhuǎn)一周的期間內(nèi)的脈沖數(shù)為131072。操作人員
(操作者)考慮輥2的直徑(125mm)，預(yù)先對脈沖轉(zhuǎn)換器25設(shè)定成從該 131072脈沖的信號分別生成每當輥2旋轉(zhuǎn)一周時的脈沖數(shù)例如為2400、 2500、……、3900的彼此相差100的16種脈沖數(shù)的A相信號和B相信號。 脈沖轉(zhuǎn)換器25在這些預(yù)先設(shè)定的16種脈沖數(shù)的信號中，進一步分別生成 操作人員指定的脈沖數(shù)的A相信號和B相信號并輸出。
(2) 計算使設(shè)定的脈沖數(shù)的A相信號和B相信號成為原來的4倍頻 (遁倍)時的脈沖數(shù)。由此，導(dǎo)出9600(=2400X4)、 10000(=2500X4)、......、
15600 (=3900X4)的彼此相差400的16種4倍頻后的脈沖數(shù)。
(3) 計算以期望間距形成凹部41時的每當輥2旋轉(zhuǎn)一周時的孔數(shù)。 例如在直徑125mm的輥2的表面上以28!im、 29|im、 30pm、 31pm的各種 間距形成凹部41的情況下，每旋轉(zhuǎn)一周的孔數(shù)分別為14025 ("125X兀+ 0.028)、 13541 ( " 125 X n+0.029)、 13090 ( ^ 125 X jt+0.030)、 12668("125X oi +0.031)。
(4) 從上述步驟2的4倍頻后的脈沖數(shù)中選擇最接近上述步驟3的計 算結(jié)果的脈沖數(shù)。例如如果是28(im的間距則選擇14000 (=3500X4)脈沖， 如果是29pm的間距則選擇13600 (=3400X4)脈沖，如果是30pm的間距 則選擇13200 (=3300X4)脈沖，如果是31|im的間距則選擇12800 (=3200 X4)脈沖。
(5) 從在上述步驟1中設(shè)定的脈沖數(shù)中指定與在上述步驟4中選擇的 4倍頻的脈沖數(shù)對應(yīng)的A相信號和B相信號的脈沖數(shù)。例如如果是28pm 的間距則指定3500 (=14000+4)脈沖，如果是29,的間距則指定3400
(=13600+4)脈沖，如果是30pm的間距則指定3300 (=13200+4)脈沖， 如果是31pm的間距則指定3200 (=12800+4)脈沖。此時，如果輥2的直 徑為125mm,則實際的間距分別為28.05 (&125X :x +14000) pm (誤差 0,05nm)， 28.87 (" 125X冗+13600) )im (誤差0.13pm)， 29.75 ("125 X兀+13200) pm (誤差0.25fim)， 30.70 (&125X jt +12800) pm (誤差 0.30,)。
如上所述，對于直徑為125mm的輥2，如果將在輥2旋轉(zhuǎn)一周的期間 內(nèi)脈沖轉(zhuǎn)換器25a根據(jù)編碼器5c的輸出信號產(chǎn)生的信號的脈沖數(shù)設(shè)定成 2400 3900的彼此相差100的16種脈沖數(shù)，則能夠以較小的誤差在輥2 的表面上以間距為24 39pm的彼此相差lpm的16種間距形成凹部41。 在上述例子中，如果輥2的直徑變化，能夠通過調(diào)整設(shè)定脈沖數(shù)的設(shè)定的 間隔(在上述例子中為彼此相差100)進行應(yīng)對。并且，在需要以上述范圍 以外的間距(例如20nm的間距或者42)im的間距)形成凹部的情況下，只 要改變設(shè)定脈沖數(shù)的范圍(在上述例子中為2400 3900)即可。
以下，為了進行參考，對利用現(xiàn)有技術(shù)在輥2的表面上以預(yù)定的間距 形成凹部41的情況進行說明。圖8所示的編碼器(此處為增量式回轉(zhuǎn)式編 碼器)51經(jīng)由聯(lián)接器52與輥50連接。
通過輥50的旋轉(zhuǎn)，該編碼器51輸出如圖9A和圖9B所示的由脈沖信 號構(gòu)成的A相信號和B相信號。此處，如果設(shè)輥50旋轉(zhuǎn)一周的期間內(nèi)的A 相信號和B相信號的脈沖數(shù)分別為81000，則如圖9C所示，對A相信號 和B相信號進行4倍頻時的信號數(shù)為324000。如圖9D所示，如果每當統(tǒng)計到60個上述4倍頻后的信號時就生成反 復(fù)接通，截止的信號，并且每當信號接通*截止時就照射激光21，則如果 是直徑50mm的輥50則能夠以大約為29.1 ( "50000 (50mm) X jt +5400) ^m的間距在輥50的表面上形成5400 (=324000 + 60)個凹部41。
當利用該方法例如以28nm的間距形成凹部時，只要每當統(tǒng)計到58個 4倍頻后的信號時就生成反復(fù)接通，截止的信號，并且每當信號接通*截止 時就照射激光21即可。然而，當用58除上述輥50每旋轉(zhuǎn)一周的信號數(shù)即 324000時得到的數(shù)大約為5586.2 (除法運算的余數(shù)為12)。這樣，由于不 能整除而是產(chǎn)生"12"的余數(shù)，因此在該例中輥50每旋轉(zhuǎn)一周就會產(chǎn)生12 個計數(shù)量即大約6pm的較大的偏移。因此，每當輥2旋轉(zhuǎn)一周時就無法對 輥2的表面的同一部位照射激光。
因此，僅能以與能夠整除上述輥50每旋轉(zhuǎn)一周的信號數(shù)(324000)、 或者雖然不能整除但是余數(shù)小的計數(shù)對應(yīng)的間距形成凹部。在該例中，僅 能以26pm、 29pm、 32pm的彼此相差3pm的間距形成凹部41 。因此，為 了以27(im的間距或28,的間距形成凹部，需要使用每旋轉(zhuǎn)一周的輸出信 號數(shù)不同的其他的回轉(zhuǎn)式編碼器。
對于該點，根據(jù)本發(fā)明，能夠利用一個回轉(zhuǎn)式編碼器自由地選定間距 并在輥2的表面上形成凹部。
以下，對實施方式2所涉及的本發(fā)明的實施例進行說明。另外，本發(fā) 明并不限定于這些實施例。
<實施例4>
作為用于形成凹部41的輥2使用富士模具(株式會社)制作的W— Co硬質(zhì)合金輥。該輥2的寬度為100mm，直徑為50mm。將該輥2設(shè)置在 輥加工裝置1A的輥旋轉(zhuǎn)裝置5上，并使其以llrpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。
作為編碼器5c使用光學式絕對式回轉(zhuǎn)式編碼器。該編碼器5c輸出與 旋轉(zhuǎn)的絕對位置對應(yīng)的17位信號(例如葛萊碼)，最大轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/分。 并且，使用差動行驅(qū)動線發(fā)送數(shù)據(jù)。
作為脈沖轉(zhuǎn)換器25使用利用差動行接收器接收從編碼器5c輸出的17 位信號，并輸出相位不同的兩個脈沖信號(A相信號、B相信號)和表示 特定的角度位置的脈沖信號(原點信號)的部件。該脈沖轉(zhuǎn)換器是通過以二進制方式輸入脈沖數(shù)選擇信號來輸出設(shè)定脈沖數(shù)的A相信號和B相信號 的部件。此處，在脈沖轉(zhuǎn)換器25中作為與輥旋轉(zhuǎn)一周相當?shù)拿}沖數(shù)預(yù)先設(shè) 定從2400到3900的16種彼此相差100的脈沖計數(shù)。
凹部41的目標形狀是短軸直徑為llpm、長軸直徑為22pm的菱形。 掩模部6通過放電加工在實施了鍍金的不銹鋼板上形成短軸直徑為15(^m、 長軸直徑為300|im的菱形開口作為激光通過孔6a,并配置在光路上的成像 比為16: l的位置。
作為激光振蕩器3使用7^夕h， 7一-、;/夕7 (株式會社)制作 的Nd: YAG二次諧波的激光器(波長為532nm、脈沖寬度大約為50ns)， 對該激光振蕩器3進行控制，以使該激光振蕩器3在輥表面的間距為29^m 的時刻射出激光。
通過光束直徑調(diào)整器15將激光21整形成直徑為l.Omm，并使其通過 掩模部6的激光通過孔6a，并利用加工頭4使其照射到輥2的表面上。設(shè) 加工點處的激光輸出為25mJ，通過對同一部位反復(fù)照射8次來形成凹部41 。 并且，在結(jié)束形成一列的量的凹部41的作業(yè)后，使加工頭4沿輥2的軸向 移動22pm，以與形成前列凹部的方式相同的方式在輥2的表面上形成凹部 41。這樣，在輥2的表面上在90mm的寬度范圍內(nèi)形成凹部41。此時，對 激光21的射出時刻進行調(diào)節(jié)，以使所形成的凹部41的輥2的周向的位置 在相鄰的列之間相互沿周向錯開。由此，在輥2的表面上以形成斜格子狀 或者鋸齒配置的方式形成凹部41 。
在顯微鏡下觀察在上述條件下加工的輥2的表面，其結(jié)果是開口部是 短軸直徑為llpm、長軸直徑為22|im的菱形，深度為10prn。這樣，根據(jù) 本發(fā)明，確認了與后面所示的基于現(xiàn)有技術(shù)的比較例相比能夠形成形狀更 接近期望形狀的凹部。
<實施例5>
作為用于形成凹部的輥2使用日立金屬(株式會社)制作的粉末冶金 高速鋼輥。將該輥2設(shè)置在輥加工裝置1A的輥旋轉(zhuǎn)裝置5上，并使其以 22rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。凹部41的目標形狀是短軸直徑為7Mm、長軸直徑為 24pm的菱形。掩模部6將激光通過孔6a形成為短軸直徑為100pm、長軸 直徑為400pm的菱形。設(shè)加工點處的激光輸出為18^J，通過對同一部位反復(fù)照射5次來形成凹部41。在形成一列的量的凹部41的作業(yè)結(jié)束后，使加工頭4沿輥2的軸向移動25|im。
在顯微鏡下觀察在上述條件下加工的輥2的表面，其結(jié)果是開口部是短軸直徑為10pm、長軸直徑為21pm的菱形，深度為12pm。這樣，根據(jù)本發(fā)明，確認了與后面所示的基于現(xiàn)有技術(shù)的比較例相比能夠形成形狀更接近期望形狀的凹部。
<實施例6>
作為用于形成凹部41的輥2使用大同機械(株式會社)制作的鍛鋼輥。將該輥2設(shè)置在輥加工裝置1A的輥旋轉(zhuǎn)裝置5上，并使其以22rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。凹部41的目標形狀是短軸直徑為7pm、長軸直徑為25pm的菱形。掩模部6將激光通過孔6a形成為短軸直徑為100pm、長軸直徑為400pm的菱形。設(shè)加工點處的激光輸出為18^iJ，對同一部位反復(fù)照射5次。在形成一列的量的凹部41的作業(yè)結(jié)束后，使加工頭4沿輥2的軸向移動25pm。
在顯微鏡下觀察在上述條件下加工的輥2的表面，其結(jié)果是開口部是短軸直徑為10pm、長軸直徑為24pm的菱形，深度為llnm。這樣，根據(jù)本發(fā)明，確認了與后面所示的基于現(xiàn)有技術(shù)的比較例相比能夠形成形狀更接近期望形狀的凹部。
以上，根據(jù)實施方式和實施例對本發(fā)明進行了說明，但是，本發(fā)明并不限于此，能夠進行各種改變。例如，反復(fù)照射激光的次數(shù)并不限于5 8次，可以在加工速度和加工精度平衡的范圍內(nèi)適當增減。
并且，也可以在輥2的周圍配設(shè)朝輥2的表面吹出氣體或者液體的吹出裝置，在將激光21照射到輥2表面上之后、下次對同一部位照射激光21之前的期間內(nèi)對該部位吹出上述氣體或者液體。由此，能夠從輥2表面的激光21的照射部位除去灰塵。并且，能夠冷卻輥2的表面，進一步，能夠形成精度高的期望形狀的凹部。
作為朝輥2的表面吹出的氣體，雖然例如即便是壓縮氣體等也具有除塵、冷卻的效果，但是優(yōu)選使用氮、氬等惰性氣體，能夠抑制加工時的氧化反應(yīng)，能夠降低由氧化熱引起的加工形狀的劣化。
并且，作為液體優(yōu)選對激光照射部位的周邊吹出液氮等在常溫下瞬時揮發(fā)的液體。由此，能夠提高冷卻效果并且能夠使加工面保持干燥狀態(tài)，不會阻礙激光的成像。產(chǎn)業(yè)上的可利用性
根據(jù)基于本發(fā)明的輥加工裝置以及輥加工方法，能夠在用于對金屬部件進行加壓從而在其表面上形成突起的輥的表面上形成期望形狀的細微的凹部。因此，主要在用于制造電池的集電體的輥的加工中是有用的。
權(quán)利要求
1、一種輥加工方法，用于在由金屬材料形成的輥的表面上形成多個凹部，其特征在于，包括；工序a，使所述輥旋轉(zhuǎn)；工序b，檢測所述旋轉(zhuǎn)的輥的位置；以及工序c，反復(fù)進行多次每當所述輥旋轉(zhuǎn)一周時就對所述輥的表面的同一部位照射激光的作業(yè)，從而在所述輥的表面上形成所述凹部。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輥加工方法，其特征在于，還包括-工序d，根據(jù)所述檢測到的輥的位置，每當所述輥旋轉(zhuǎn)預(yù)定角度時就產(chǎn)生脈沖信號；以及工序e,根據(jù)在所述輥的表面上形成所述凹部的間距來設(shè)定在所述輥旋轉(zhuǎn)一周的期間內(nèi)產(chǎn)生的所述脈沖信號的數(shù)量；在所述工序c中，對所述產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，每當所述脈沖信號的數(shù)量達到與所述間距相當?shù)臄?shù)量時就對所述輥的表面照射所述激光。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的輥加工方法，其特征在于，在所述工序e中設(shè)定的脈沖信號的數(shù)量是能夠被與所述間距相當?shù)乃雒}沖信號的數(shù)量整除的數(shù)量、或者是被與所述間距相當?shù)乃雒}沖信號的數(shù)量除時的余數(shù)在預(yù)定值以下的數(shù)量。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的輥加工方法，其特征在于，所述輥加工方法還包括工序f，在所述工序f中，與所述輥的直徑對應(yīng)地預(yù)先選定在所述工序e中設(shè)定的脈沖信號的數(shù)量的候補并存儲起來。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輥加工方法，其特征在于，所述工序c包括以下工序工序g，將所述激光的輪廓整形成與所述凹部的形狀相似的形狀；以及工序h，使所述輪廓被整形后的激光縮小成像在所述輥的表面上。
6、 一種輥加工裝置，用于在由金屬材料形成的輥的表面上形成多個凹部，其特征在于，包括激光振蕩器，輸出激光；加工頭，具有使所述激光聚光的功能，以使由所述激光振蕩器輸出的激光照射在所述輥的表面的預(yù)定位置；輥旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，使所述輥旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)位置檢測機構(gòu)，輸出與所述旋轉(zhuǎn)的輥的位置對應(yīng)的信號；以及控制機構(gòu)，根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)位置檢測機構(gòu)的輸出信號對所述激光振蕩器進行控制，以便反復(fù)進行多次每當所述輥旋轉(zhuǎn)一周時就對所述旋轉(zhuǎn)的輥的表面的同一部位照射所述激光的作業(yè)，從而形成所述凹部。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的輥加工裝置，其特征在于，還包括脈沖信號產(chǎn)生機構(gòu)，根據(jù)所述檢測到的輥的位置，每當所述輥旋轉(zhuǎn)預(yù)定角度時就產(chǎn)生脈沖信號；以及脈沖數(shù)設(shè)定機構(gòu)，根據(jù)在所述輥的表面上形成所述凹部的間距來設(shè)定在所述輥旋轉(zhuǎn)一周的期間內(nèi)產(chǎn)生的所述脈沖信號的數(shù)量；所述控制機構(gòu)對所述脈沖數(shù)進行計數(shù)，并對所述激光振蕩器進行控制，以便每當所述脈沖數(shù)的數(shù)量達到與所述間距相當?shù)臄?shù)量時就對所述輥的表面照射所述激光。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的輥加工裝置，其特征在于，所述輥的材質(zhì)是硬質(zhì)合金、粉末冶金高速鋼或者鍛鋼。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的輥加工裝置，其特征在于，所述激光的波長為266nm 600nm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種輥加工方法以及輥加工裝置，利用加工頭(4)使由激光振蕩器(3)輸出的激光(21)聚光并使其照射到輥(2)的表面上。編碼器(5c)輸出與輥(2)的旋轉(zhuǎn)位置對應(yīng)的信號?？刂撇?24)根據(jù)編碼器(5c)的輸出信號對激光振蕩器(3)進行控制，以便重復(fù)進行多次每當輥(2)旋轉(zhuǎn)一周就對輥(2)的表面的同一部位照射激光(21)的作業(yè)，從而形成凹部。
文檔編號B23K103/04GK101678504SQ20088002092
公開日2010年3月24日 申請日期2008年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月5日
發(fā)明者桃井一嘉, 片山仁, 田口良文, 西村卓寬, 野野下孝 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社