CN101977770A - 凹印滚筒的加工方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及凹印滚筒(4)的加工方法和装置(2)，该凹印滚筒具有金属表面、雕刻在该金属表面中的穴槽以及在穴槽雕刻时出现的毛刺或熔疤。为了除去毛刺或熔疤，带有雕刻出的穴槽的该凹印滚筒(4)被浸入电解液槽(14)中，该毛刺或熔疤在该电解液槽(14)中被电化学蚀除。

Description

凹印滚筒的加工方法和装置
技术领域
本发明涉及根据权利要求1和10的前序部分的凹印滚筒的加工方法和装置。
背景技术
一种已知的用于通过直接雕刻来制造凹印滚筒的方法在于，钢制的印版滚筒具有金属镀层，金属镀层通常呈铜基层和其上镀有剥离铜皮的形式，随后是在金属镀层表面抛光之后，在印刷时用于盛纳印刷油墨的穴槽借助雕刻机被直接雕刻到金属镀层中。
在金属镀层由铜构成的情况下，穴槽的雕刻可以按照机电方式借助一个伸入铜镀层的的切屑钻石雕刻刀或者依靠能量借助蒸发或熔化镀层金属的激光束来进行。在机电雕刻中可能沿穴槽边缘出现几微米的微小突出毛刺的形成，而在激光雕刻时在穴槽周围的镀层圆柱形表面上出现所谓的熔疤，该熔疤由在激光雕刻时熔化的且在穴槽周围沉积在镀层表面上的金属构成。因为突出的毛刺和熔疤在印刷时导致对印刷图案的影响，所以它们必须在凹印滚筒的继续处理之前被除去，例如在金属镀层电镀上铬之前。
为了除去在机电雕刻时产生的切割毛刺，很早就已经知道紧接在穴槽雕刻之后沿金属镀层表面引导一个例如由钻石构成的抛光工具并且将抛光工具压到该表面上，例如如DE1159761所公开的那样。但是，可能出现切割毛刺的一部分未被抛光工具除去，而是窝入穴槽中，这造成穴槽体积和进而印刷图案的不希望地改变。
另外，在印版滚筒的激光直接雕刻中还已经公开了，为了去除熔疤，经过雕刻的金属镀层表面用作用于镀层金属的腐蚀液体浸润，在铜的情况下，例如用硝酸浸润，用于通过化学溶解来除去熔疤。不过，在使用该方法时无法完全保证只除去熔疤。在不利情况下，侵蚀液体还可以作用于在穴槽内和外的周围表面，这同样可能导致印刷图案不期望地改变。
一种类似方法也被用在金属高压模具的机电加工中，在这里，出现的毛刺按照上述的DE1159761被如此去除，涂有耐酸保护层的印版在雕刻后接受短暂的化学二次蚀刻，这足以溶解毛刺。但是，该方法可以仅在该表面涂有耐酸保护层的情况下进行。
发明内容
由此出发，本发明的任务是提供上述类型的方法和装置，借此可以可靠地除去毛刺或熔疤，但没有不希望地改变印刷图案且不要求在凹印滚筒表面上有保护层。
就方法而言，根据本发明，如此完成该任务，带有雕刻出的穴槽的凹印滚筒被浸入电解液槽，以除去毛刺或熔疤，并且该毛刺或熔疤在电解液槽中被电化学蚀除。
与已知的方法相比，在电解液槽中的毛刺或熔疤的电化学蚀除有以下优点，微观不平结构如毛刺或熔疤优选被蚀除，因为在该微观不平结构的表面上出现较高的场线密度，进而还出现较高的电流密度，这导致毛刺或熔疤的快速蚀除，而在周围的光滑表面上仅出现很小的场线密度和电流密度，这只导致很弱的电化学蚀除。
本发明方法的一个优选实施方式规定，在凹印滚筒和一个与凹印滚筒周面间隔开地布置在电解液槽中的反电极上施加直流电压、脉冲直流电压或者经过整流的交流电压，其中，印版滚筒作为阳极接线，反电极作为阴极接线，用于由此产生从凹印滚筒至反电极的带正电金属离子流，这导致在金属镀层的微观不平结构上的金属的电化学蚀除。
凹印滚筒最好仅部分且合适的是以大约一半被浸入电解液槽，其中，在电化学蚀除毛刺或熔疤时有利地使凹印滚筒转动起来。通过使印版滚筒转动，首先，沿整个周面用于均匀蚀除毛刺或熔疤，其做法是，使整个周面连续经过电解液槽并且用于在转动过程中将在电解液槽内的所有周面部分大致同等时间地经过反电极或者说在与反电极相对置的区域内停留相同的时间。其次，在反电极沿该凹印滚筒的浸入电解液槽的周面部分离周面部分没有恒定距离的情况下，也保证了毛刺和熔疤的均匀蚀除。第三，可以通过转动还保证凹印滚筒的当时未浸入电解液槽的周面部分的最好连续无间隙的润湿，结果，尤其在凹印滚筒沿周面部分具有铜镀层时，防止了铜因空气中氧气而不希望地氧化。凹印滚筒的未浸入部分的这样的连续无间隙润湿最好如此实现，调节电解液的组成和/或流变性能，从而在凹印滚筒的从电解液槽伸出的周面部分上形成一个完整的膜或者连续的泡沫层。
但是，作为替代方式，尤其在小凹印滚筒的情况下也可以将滚筒完全浸入电解液槽，其中在此情况下，凹印滚筒在蚀除时转动也是有利的，尤其是当反电极没有沿其整个周面包围凹印滚筒时。
印版滚筒的转速将优选根据印版滚筒的半径或直径来如此调节，一方面，在毛刺和熔疤上获得期望的电流密度，另一方面，在凹印滚筒部分浸入电解液槽的情况下，避免了在凹印滚筒表面上的完整膜或连续的泡沫层的破损。转速还影响电化学蚀除效果，其中电化学蚀除效果可以根据电解液成分而波动。
为了做到在凹印滚筒在电解液槽中转动时在雕刻出的穴槽的在凹印滚筒周向上的相反两侧面上的毛刺或熔疤均匀地被电解液迎面冲击，本发明的另一个优选实施方式规定，使凹印滚筒交替以相反的转动方向转动，例如3-4分钟顺时针转动，接着3至4分钟逆时针转动。转动方向的交替变换有以下优点，避免在凹印滚筒周面上形成流动痕迹。
关于装置，该任务按照本发明将通过用于在电解液槽中电化学蚀除毛刺或熔疤的机构来完成。
根据本发明的一个优选实施方式，该机构包括一个具有直流电压源或者整流器电路的电路，该直流电压源或者整流器电路为了电化学蚀除毛刺或熔疤而能长时间或间歇地与浸入电解液槽的且作为阳极接线的凹印滚筒和与凹印滚筒间隔开地布置在电解液槽内的阴极相连接。
为了沿整个凹印滚筒周面均匀的蚀除毛刺或熔疤，凹印滚筒优选可在电解液槽中转动，从而其周面能均匀地经过反电极。一个转动方向可反转的旋转驱动机构优选用于使凹印滚筒转动，该旋转驱动机构适当地以相反的转动方向交替使凹印滚筒转动，在这里，有利地如此选择最大转动角度，使电流从固定不动的、把印版滚筒保持在电解液槽中的支座传输至转动的印版滚筒不需要集电环。
支座优选包括两个支架，这两个支架安置在印版滚筒的彼此相反的端头上，该端头以突出的轴头可转动地支撑或夹紧在该支架中。合适的是，其中的至少一个支架包括旋转驱动机构，借助该旋转驱动机构，可以使由支撑装置保持的印版滚筒转动起来。为了避免支架和旋转驱动机构受损，凹印滚筒适当地仅如此深地浸入电解液槽，即支架和旋转驱动机构位于该电解液槽的液面上方。此外，该支架适当地被护罩包围。
浸入电解液槽的凹印滚筒的转速优选是可调的，从而转速可以依据凹印滚筒的浸没深度和/或半径或直径、反电极的形状和尺寸或者凹印滚筒周面和固定不动的反电极之间的距离或者依据电解液成分被改变，以获得从凹印滚筒至反电极的带正电金属离子流的期望的电流密度以及期望作用时间，因为这两个参数影响磨光效果。或者，还可以借助可调的整流器电路或通过改变在凹印滚筒和反电极之间施加的电压来调节出期望的电流密度。
毛刺或熔疤的蚀除程度可以适当地通过改变工艺参数例如电流密度和/或凹印滚筒在电解液槽中的停留时间或者说电流工作时间、电解液的密度、温度和电导来控制。根据电解液成分，在凹印滚筒表面上的电流密度可以有利地处于4-8A/dm2之间或者8-15A/dm2之间，在这里，电解液槽中的停留时间有利地大于8至9分钟，在15至30分钟之间。
为了避免电解液因相对高的电流密度而过度变热，该装置优选具有用于监测电解液槽温度的机构和用于使电解液翻滚的机构，它们同时用于将新鲜电解液均匀送至凹印滚筒周面。
因为在毛刺或熔疤的电化学蚀除中可能产生有毒的或危害环境的气体，所以电解液槽适当地具有盖子，盖子在凹印滚筒被加入后可被关闭，以避免气体顺畅排出。此外，该装置可以适当地配设有抽排机构，用于抽排该气体，并且气体或是在后续热处理机构中在高温下与氧气反应或者说氧化，或者在清洗装置中将其清洁。
在期望的毛刺或熔疤蚀除之后，凹印滚筒从电解液槽中被如此取出，电解液优选从电解液槽被排出或泵排出。随后，原先经过电化学处理的金属镀层表面可以被如此清洁，它用适当地由去离子水或蒸馏水构成的清洁液冲洗或者用湿布擦拭，以便除去附着在周面上的电解液残余。
在金属镀层由铜构成的情况下，电解液优选包括由磷酸和乙醇构成的混合物，该混合物中可添加其它添加剂，例如表面活性物质和/或硫酸。
因为在电化学蚀除时没有完全除去所有的毛刺，所以清洁后的凹印滚筒在清洁后以机械方式被打磨或抛光。
在经过雕刻的膜层由铜构成的情况下，该膜层随后被电镀上铬层，用于延长凹印滚筒的使用寿命。不过，金属镀层或者还可以包括一个外铬层，在外铬层中已经通过激光直接雕刻出穴槽。在此情况下，凹印滚筒还是可以在电化学蚀除熔疤后且在冲洗后可选地被打磨或抛光，但是随后无需进一步的电镀作业。
附图说明
以下，将结合附图所示的实施例来详细描述本发明，其中：
图1示意表示用于从凹印滚筒的经过雕刻的剥离铜皮或其它雕刻后的金属镀层上蚀除毛刺和熔疤的本发明装置，随后凹印滚筒被浸入该装置的电解液槽，
图2是对应图1的视图，但是在凹印滚筒被浸入电解液槽之后。
具体实施方式
附图所示的、用于雕刻凹印滚筒4的电化学处理的装置2被用于电化学平整凹印滚筒4上的金属镀层表面如剥离铜皮，其中尤其是超出表面的毛刺、熔疤或其它微观不平结构被蚀除，毛刺、熔疤或其它微观不平结构在现有的在膜层中机电雕刻或激光直接雕刻穴槽时沿该表面上的穴槽的边缘出现。
装置2基本上由一个上盆6和一个设置在上盆6下面且用于容纳流动电解液10的下盆8、一个与上盆6和下盆8连通的且用于将电解液10从下盆8送入一个形成在上盆6内的且待处理的雕刻后凹印滚筒4可浸入其中的电解液槽14的输送泵12、一个在上盆6内的、用于将电解液10从上盆6排放到下盆8的高度可调的溢流道16、一个用于保持待处理的凹印滚筒4的支撑装置18以及一个电路20组成，该电路包括一个通过变压器24与交流电网22相连的可调的桥式整流器电路26，用于将交流电转换为直流电。在整流器电路26的输出上有一个正极28和一个负极30，其中的正极在电化学处理期间内能与作为阳极接线的凹印滚筒4导电连接，负极能与作为阴极接线的且设置在电解液槽14内的反电极32导电连接。
因为在装置2工作中从凹印滚筒4上蚀除的金属的一部分沉积在作为阴极接线的反电极32上，所以电路20可变换极性，用于根据需要通过材料蚀除来清洁反电极32。
在金属镀层由铜构成的情况下，如在剥离铜皮中那样，流动的电解液10基本上由磷酸和水的混合物组成，但该混合物中可以混入不同的添加剂例如乙醇、硫酸和/或表面活性物质。
用于保持凹印滚筒4的支撑装置18包括两个可沿上盆6移动的支承座34(只能看到一个)，这两个支承座可以借助驱动轴36和38平行于凹印滚筒4的纵轴线相对运动并且分别具有一个安装在水平支持臂42上的且用于容纳一个突出于凹印滚筒4的相邻端面的轴头(未示出)的支架40。支架40可以配设有夹紧装置(看不到)，相应的轴头可以被如此夹紧在其中，从而凹印滚筒4可绕其纵轴线转动。此外，两个支架40中的至少一个配设有一个旋转驱动机构(未示出)，从而可使凹印滚筒4绕纵轴线转动，用于使事先雕刻好的金属膜在周向上经过反电极32。
如此构成夹紧装置，凹印滚筒4的轴头在夹紧后与夹紧装置导电接触，夹紧装置又通过支架40中的导线44与整流器电路26的正极28电连接。为了在固定不动的导线44和可转动的夹紧装置之间产生导电接触，可以采用集电环，尤其是当凹印滚筒4要在转动方向不变的情况下被驱动转动。但优选的是，采用一个转动方向可反转的旋转驱动机构，借此可以使凹印滚筒4绕其纵轴线交替地顺时针转动一定角度和逆时针转动一定角度，从而其整个周面经过弓形的反电极32。其中保证，金属镀层的相应一个周面部分位于反电极32对面的时间段对于金属镀层的整个周面都是相同的。在此情况下，电接触也可以通过软电线(看不到)在导线44和夹紧装置之间产生，因为夹紧装置在不到360度的转动角度时没有过度转动。此外，转动方向的反转具有以下优点，在金属镀层表面上没有出现像在以转动方向保持不变的转动时会出现的流动痕迹。
凹印滚筒4虽然可以完全浸入电解液槽14中，但有利的是仅部分浸入电解液槽14，如图2所示。优选的是，如此选择浸入深度，支架40连同夹紧装置和旋转驱动机构留在电解液槽14的液面46上方，在这里，支架受到护罩(未示出)保护而免受喷溅。这样，可以避免该部件与侵蚀性电解液接触并且避免该部件和反电极32之间的电流流动。
反电极32由弯成盆形的且耐电解液10的金属板构成，它在大约120度圆周角范围内位于浸没的凹印滚筒4的周面的对面并且离周面的距离基本上恒定不变，以便在凹印滚筒4的与反电极相对的周面部分上顾及到均匀的或相同的电流密度。反电极32通过导线47与整流器电路26的负极30连接。为使反电极32接近浸没的凹印滚筒4的周面或为了避免反电极32处于干燥，当电解液10在凹印滚筒4处理结束后被部分从上盆6排放至下盆8时，反电极32可根据需要相对上盆6升降，如通过图2中的箭头A所示。
为了从凹印滚筒4的经过雕刻的金属镀层的表面上电化学蚀除毛刺和熔疤，凹印滚筒首先借助起重机(未示出)提升到支撑装置18的两个支承座34之间并且在相对侧轴向接近支承座34之后可绕纵轴线转动地被夹紧在支架40的夹紧装置中。
随后，借助输送泵12将如此多的电解液10从下盆8泵送入上盆6，直到液面46到达图2所示的高度并且凹印滚筒4浸入电解液槽14达期望的浸入深度。然后，接通电路20，脉冲直流电随之流经电路20。该电流造成凹印滚筒4的金属镀层表面释放带正电金属离子，其转移到上盆6内的电解液10并且经电解液槽14移动向反电极32。
因为在金属镀层表面上的电场线密度和进而电流密度是变化的，其中在微观不平结构如在雕刻中产生的毛刺或熔疤的表面上的电场线密度和电流密度比在周围光滑表面上的或穴槽内的电场线密度和电流密度高许多，优选在那里出现电化学蚀除，即金属转化为可溶解的金属离子和金属离子离开该表面。这样，毛刺或熔疤可被除去，而没有电解液明显作用于周围的光滑表面。
为了电化学蚀除部分浸入电解液槽14的凹印滚筒4上的毛刺，首先，就浸入电解液槽14的凹印滚筒4表面而言，在凹印滚筒4缓慢转动的情况下，在可控制的整流器电路26上暂时即大约2分钟调节出约8A/dm2的电流密度以起动反电极32。随后，电流密度约经过双倍时间即大约4分钟被减少至一半，即至大约4A/dm2，这样一来，尤其可以减小毛刺高度。为平整在穴槽内外的凹印滚筒4表面，随后，电流密度将重新被提高到约8A/dm2约2至3分钟。平整毛刺或熔疤所需要的、凹印滚筒4在电解液槽14中的停留时间不算准备时间地总共为大约9至11分钟。在这段时间内，凹印滚筒4以一律的低转速转动，以便整个周面运动经过反电极32。转动交替地沿顺时针方向和逆时针方向进行，如上所述，其做法是，凹印滚筒例如顺时针转动2至4分钟并随后逆时针转动2至4分钟。转速此时将适应于凹印滚筒4的半径或直径，但一般小到凹印滚筒4在任何转动方向上仅转动最多360度。
因凹印滚筒4转动，原先未浸入电解液槽14的凹印滚筒4周面部分用电解液被润湿。此时如此调节电解液的成分和黏度，即在周面部分上形成稳定完整的电解液膜，它不开裂，因而防止电化学蚀除表面接触空气中的氧气，进而防止表面氧化。在浸入电解液槽14的凹印滚筒4的周面的一部分上，毛刺因交替的转动方向而从两侧被电解液迎面冲击，这用于从两侧均匀蚀除毛刺。另外，防止形成在转动方向保持不变时会出现的流动痕迹。
在蚀除毛刺或熔疤的过程中将监测电解液槽14的温度，以阻止过度变热。为了冷却电解液，下盆8具有冷却软管(未示出)。另外，电解液10可以在下盆8和上盆6之间或在上6内翻滚，在这里将如此适当选择在上盆6内的流动状况，即凹印滚筒4被新鲜电解液10迎面冲击。
因为在凹印滚筒4的电化学处理中可能产生有毒的或危害环境的应防止其流出到环境或大气中的气体，所以上盆6在支撑装置18上方配设有盖子48，盖子可以沿凹印滚筒4的纵轴线的横向移动并且可以在将凹印滚筒4送入电解液槽14后被关闭，如图2所示。
此外，上盆6在电解液10的最高液面46的上方具有一个抽排孔50，抽排孔通过抽吸通道52与负压泵或鼓风机54和后接的再燃烧加热机构(未示出)连通。这样，可以在液面46上方在上盆6中保持轻微负压，以避免有毒气体或危害环境的气体通过缝隙或其它泄漏点逸出。
在凹印滚筒4处理之后，电解液10将通过在上盆6底面中的阀门50被完全排流到下盆8中。随后，凹印滚筒4将在上盆6中用蒸馏水或去离子水进行冲洗，以便从金属镀层表面除去任何附着的电解液残余。
在金属镀层由铜构成的情况下，像在剥离铜皮中那样，镀层随后被电镀上铬层，必要时在铜膜表面的在先机械抛光之后。在金属镀层由铜基层和镀在铜基层上的铬层构成的情况下，在其中已经通过激光雕刻直接雕刻出穴槽，凹印滚筒4可以在从铬层表面电化学蚀除熔疤和冲洗铬层之后无需其它加工步骤地被用于印刷。

Claims (20)

1.一种凹印滚筒的加工方法，该凹印滚筒具有金属表面、雕刻在该金属表面中的穴槽以及在穴槽雕刻时出现的毛刺或熔疤，其特征是，带有雕刻出的穴槽的该凹印滚筒(4)被浸入电解液槽(14)中以便除去毛刺或熔疤并且该毛刺或熔疤在该电解液槽(14)中被电化学蚀除。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，在毛刺或熔疤的电化学蚀除过程中使该凹印滚筒(4)绕其纵轴线转动。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征是，该凹印滚筒(4)交替地以相反的转动方向转动。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征是，该凹印滚筒(4)仅部分浸入该电解液槽(14)。
5.根据权利要求2和4所述的方法，其特征是，该凹印滚筒(4)的从该电解液槽伸出的部分在该凹印滚筒(4)转动时被覆上稳定完整的电解液膜或电解液泡沫。
6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其特征是，在该凹印滚筒(4)和与该凹印滚筒(4)间隔设置在该电解液槽(14)中的反电极(32)上施加直流电压、脉冲直流电压或经过整流的交流电压，其中该凹印滚筒(4)作为阳极接线，该反电极(32)作为阴极接线。
7.根据权利要求1至6之一所述的方法，其特征是，在一个以该凹印滚筒(4)为阳极并以该反电极(32)为阴极的电路(20)中，在电化学蚀除毛刺或熔疤过程中，减小并又增大电流密度。
8.根据权利要求1至7之一所述的方法，其特征是，该凹印滚筒(4)的具有雕刻成的穴槽的金属表面由铜构成并且在毛刺或熔疤的电化学蚀除之后被电解镀铬。
9.根据权利要求1至7之一所述的方法，其特征是，该凹印滚筒(4)的具有雕刻成的穴槽的金属表面由铬构成。
10.一种凹印滚筒的加工装置，该凹印滚筒具有金属表面、雕刻到该金属表面中的穴槽以及在穴槽雕刻时出现的毛刺或熔疤，其特征是，具有用于在电解液槽(14)中电化学蚀除毛刺或熔疤的机构(6，8，18，20，32)。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征是，具有用于使该凹印滚筒(4)在该电解液槽(14)中转动的机构。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征是，使凹印滚筒(4)转动的该机构包括使该凹印滚筒(4)的转动方向倒转的机构。
13.根据权利要求11或12所述的装置，其特征是，使凹印滚筒(4)转动的该机构包括用于调节该凹印滚筒(4)的转速的机构。
14.根据权利要求10至13之一所述的装置，其特征是，具有用于容放该凹印滚筒(4)的支撑装置(18)，该支撑装置包括两个在电化学蚀除该毛刺或熔疤时设置在该电解液槽(14)的液面(46)上方的支架(40)，用于容放该凹印滚筒(4)的两个相对的轴头。
15.根据权利要求10至14之一所述的装置，其特征是，用于电化学蚀除毛刺或熔疤的该机构(6，8，18，20，32)包括一个具有直流电压源或整流器电路(26)的电路(20)，该直流电压源或整流器电路为了电化学蚀除毛刺或熔疤而能长时间或间歇地与浸入电解液槽(14)的且作为阳极接线的凹印滚筒(4)和与该凹印滚筒(4)分隔开地设置在该电解液槽(14)中的且作为阴极接线的反电极(32)相连。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征是，该反电极(32)具有弧形表面，该弧形表面以基本保持不变的间距围绕该凹印滚筒(4)的周面的一部分延伸。
17.根据权利要求15或16所述的装置，其特征是，该反电极(32)围绕该凹印滚筒(4)的周面延伸超过60度角的范围。
18.根据权利要求15至17之一所述的装置，其特征是，该凹印滚筒(4)和该反电极(32)之间的间距是可调的。
19.根据权利要求15至18之一所述的装置，其特征是，具有用于调节在电化学蚀除时在电路(20)流动的电流的电流密度的机构(26)。
20.根据权利要求10至19之一所述的装置，其特征是，具有抽排在蚀除毛刺或熔疤时出现的气体的机构。
CN200980109964.7A 2008-03-20 2009-03-18 凹印滚筒的加工方法和装置 Active CN101977770B (zh)

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