JP2004504952A - 金属表面の仕上げおよび関連適用例 - Google Patents

Abstract

金属表面を仕上げるためのプロセスであって、第１の範囲のブラストノズル気圧で与えられる、第１の直径の範囲の研磨グリットを用いた第１の一連の連続したブラストパスと、第１の範囲よりも低い第２の範囲のブラストノズル気圧で与えられる、第１の直径の範囲よりも小さな第２の直径の範囲の研磨グリットを用いた第２の一連の連続したブラストパスとを含む、連続したグリットブラストパスに、表面をさらすステップを含む。その後、第１の範囲よりも低い第３の範囲のブラストノズル気圧で、第２の直径の範囲よりも小さな第３の直径の範囲のガラスグリットを用いた第３の一連の連続したブラストパスを施す。

Description

【０００１】
【発明の分野】
この発明は、一般に、金属表面の仕上げに関し、たとえば、ポリプロピレンのシート等の押出成形されたプラスチックシートの浮出しに用いられる金属仕上げロールの表面を準備するのに特に有用である。この発明は、後者の適用例を特に参照して説明されるが、この発明の概念がより一層広い適用分野を有することが強調される。この発明は、関連する表面特性を有するプラスチックシート材料にも向けられる。
【０００２】
【背景技術】
ポリプロピレンのシートは、微細に調整されてシート特性を決定することのできる対向した金型を通して、溶融されて押出成形されたカーテンを延伸することによって形成される。結果的に生じたシートの表面のパターンは、適切な相補的表面仕上げを有する大きなステンレススチールロール上を通過させることによって決定される。これらのロールは、磨耗による取換えが稀にしか生じないにもかかわらず、ロールの操作または機械の調整中に容易に損傷し、損傷すると、たとえそれが軽微であっても使用不能にならざるを得ないという点において、高価である。
【０００３】
このようにして生成されたポリプロピレンのシートは、広く多彩な適用例を見出し、これらの大きな割合が、シートの印刷を伴なう。たとえばオフセット印刷を最適化するためには、インクを保持するのに十分なつや消し状態でありかつインクの広がりの最適な均一性を達成する表面トポグラフィを有する、高品質の仕上げが望ましい。この種の印刷表面を拡大すると、インク被覆領域において、大きな表面張力を有するインク液と、この表面の微細なトポグラフィ上の特徴との間の相互作用から生じる間隙を見せることがよくある。このようなインクの間隙は、肉眼では容易に見えないかもしれないが、印刷の品質に悪影響を及ぼすおそれがある。
【０００４】
さらなる考慮事項とは、ポリプロピレンが、接触する表面を正確に複写するために、仕上げロール表面のどのような欠陥をもプラスチックシートの表面に忠実に再現してしまうことである。
【０００５】
ステンレススチールロールの表面を仕上げるための公知の方法は、６０ｐｓｉのブラストノズル気圧でアルミナ粒子を用いるグリットブラストによる。より大きいサイズの範囲のアルミナグリットを用いた最初の一連のパスの後に、より小さいサイズの範囲のグリットを用いた一連のパスが続き、その後、同一の、より大きいサイズの範囲の１回のパスが続く。これらはすべて、均一なブラストノズル気圧で行なわれる。このプロセスは、アルミナのパスの気圧よりも低い気圧で、アルミナよりもオーダが１つ小さいサイズの微細なガラスビーズを用いた１回のパスで完了する。
【０００６】
この発明の目的は、高さの変動が限定されてはいるが最小である、表面の最適な均一性を達成するために、金属表面を仕上げるためのプロセスを提供することである。
【０００７】
【発明の概要】
この発明により、上述の公知のプロセスは、グリットブラストパスの新規の形態によって適合されかつ実質的に改良され得ることが認識される。
【０００８】
したがって、この発明は、第１の局面において、金属表面を仕上げるためのプロセスを提供し、
（ａ）　第１の範囲のブラストノズル気圧で与えられる、第１の直径の範囲の研磨グリットを用いた第１の一連の連続したブラストパスと、
（ｂ）　上述の第１の範囲よりも低い第２の範囲のブラストノズル気圧で与えられる、上述の第１の直径の範囲よりも小さな第２の直径の範囲の研磨グリットを用いた第２の一連の連続したブラストパスと、
（ｃ）　その後、第１の範囲よりも低い第３の範囲のブラストノズル気圧で与えられる、上述の第２の直径の範囲よりも小さな第３の直径の範囲のガラスグリットを用いた第３の一連の連続したブラストパスとを含む、連続したグリットブラストパスに、表面をさらすステップを含む。
【０００９】
第２の局面において、この発明は、この発明の第１の局面によるプロセスによって処理される金属表面に向けられ、その表面は、好ましくは、山から谷までの最大距離が一般に５ミクロン未満であることを特徴とする。好ましくは、山から谷までの平均距離は、約３ミクロンである。好ましくは、材料の表面は、抽出した長さの範囲内の平均線からの粗さプロファイルの距離の相加平均を示す粗さパラメータとして、０．５ミクロン未満の値であることをさらに特徴とする。
【００１０】
第３の局面において、この発明は、金属、好ましくはスチールの表面と接触することによって、好ましくはロールの円筒状の表面でロールすることによって、仕上げられるプラスチック材料のシートを提供し、その金属表面は、この発明の第１の局面に従ったプロセスによって仕上げられる。
【００１１】
第４の局面において、この発明は、山から谷までの距離が一般に５ミクロン未満、好ましくは４ミクロン未満であることを特徴とする表面を有するプラスチック材料のシートにさらに向けられる。好ましくは、プラスチックシートの表面は、０．５ミクロン未満の粗さパラメータ（上述）をさらに特徴とする。有利な適用例において、材料はポリプロピレンである。
【００１２】
【発明の好ましく最適な特徴】
このプロセスによって仕上げられる好ましい金属表面は、浮出し加工用ローラに好適なローラグレードスチールであり、たとえば、押出成形されたプラスチックシートの後の仕上げに特に適用することのできるスチールである。
【００１３】
有利にも、一連の連続したパスの少なくとも１つ、好ましくはそれらの各々は、３つのパスを含むが、各々は少なくとも２つのパスを有する。
【００１４】
研磨グリットは、適宜、アルミナ（酸化アルミニウム）等の金属酸化物グリットであってよい。他の可能なグリットは、二酸化シリコンおよび二酸化マンガンを含むが、それらに限定されない。好ましいガラスグリットは、球形のガラスビーズを含む。
【００１５】
ガラスグリットブラストのステップの後に、表面は、好ましくは、たとえば１０〜１００ミクロンの範囲の厚さに、クロムメッキされるか、または別の態様で保護金属被覆を施される。このステップの特に好適な形態は、２５ミクロンの厚さにフラッシュクロムめっきを行なうことである。
【００１６】
便利なグリットブラスト構成の簡単な図が図１に示される。ブラストノズル１２は、ロールが支持シャフトまたはマンドレル１４上で回転するにつれ、ロール１０を長手方向に横切る。ノズル１２には、ダクト１６と、ブラストノズルヘッドの圧力を決定することによって上述のブラストノズル気圧を決定する絞り１８とを介して、空気の混入されたグリットが供給される。
【００１７】
第１の範囲のブラストノズル気圧は、好ましくは５０〜７０ｐｓｉであり、有利には約６０ｐｓｉである。第２の範囲のブラストノズル気圧は、好ましくは３０〜５０ｐｓｉであり、最も好ましくは約４０ｐｓｉである。
【００１８】
好ましくは、第２および第３の範囲のブラストノズル気圧は、実質的に同一である。
【００１９】
この明細書は、ブラストノズル「空気」圧について述べているが、この用語は、特定の適用例のための他のガスを包含する。
【００２０】
或る範囲が別の範囲よりも低いことを述べる際に、言及されている第１の範囲が他の範囲とは必ずしも離れておらず、これら２つが部分的に重複してもよいことが認識される。実際に、部分的な重複は、上述の第１の直径の範囲と第２の直径の範囲との間において好ましい。しかしながら、低い方の範囲の上限が、高い方の範囲の上限を超えないことが意図される。
【００２１】
第１の直径の範囲および第２の直径の範囲は、好ましくは部分的に重複する。たとえば、第１の範囲は５０〜１００ミクロン（１５０〜２３０グリット）、好都合には１８０グリット、すなわち６３〜９０ミクロン（アルミナグリット用の、市販の利用可能な範囲）であってよく、第２の直径の範囲は４０〜９０ミクロン（１８０〜３２０グリット）であってよく、たとえば２２０グリット、すなわち５３〜７５ミクロンであってよい。第３の直径の範囲は、３０〜７５ミクロンであってよく、たとえば３２０グリット、すなわち４０〜５０ミクロンであってよい。
【００２２】
好ましくは、第３の範囲のグリットの直径は、明らかに他の範囲よりも狭い。
ガラスビーズの複数のパスの好ましい適用は、以前のようなわずか１回のパスに比べ、最終的な結果を最適化するのに有用であると考えられる。一方では、１回のパスは、表面プロファイルにおけるトポグラフィ上の山を適切に削ることによって、インクの表面張力から生じるこれらの山から谷へのインクの流落によって生じるインク層の局部的な間隙を減らすのには、十分ではないと考えられる。他方では、パスが多すぎると、表面を過剰に滑らかにしてしまう。すなわち、たとえ均一な粗さであっても、何らかの程度の最終的な粗さがインクの保持に必要である。
【００２３】
研磨グリットの第２のパスに対して気圧を下げることは、上に述べた従来例とは対照的であり、グリット粒子が金属表面内に貫入することを減じるか、またはなくすという点で有利であると考えられる。すなわち、このことは以前の従来例で生じており、当然ながら、グリット粒子によってトポグラフィ上の山を同時に減じることに対して非生産的であると考えられている。
【００２４】
この発明に従って仕上げられ、後にクロムめっきを施された表面を有するスチールロールを用い、ポリプロピレンのシートをロールすることによって生じる表面は、トポグラフィ上の山から谷までの距離の変動が一般には５ミクロン未満、好ましくは４ミクロン未満、好ましくは約３ミクロンであるが、高度につや出しを施されているようには見えず、光沢仕上げではなくてつや消しのような印象を呈することが確認される。ポリプロピレンのシートのロールされた表面の有利な特徴は、プロファイルに極めて高い山がないことである。プロファイルの山の最大高さは、好ましくは２ミクロン未満であり、典型的には１〜１．５ミクロンである。このパラメータは、表面が印刷される際に高品質の印刷特性を得るためには特に有利である。
【００２５】
図２は、この発明の方法の一実施例を適用することによって生成された、例示的なロール表面仕上げの光学顕微鏡写真である。図３は、同倍率での、従来のグリットブラストを施されたロール表面仕上げの光学顕微鏡写真である。２つを比較すると、この発明のロールにおいて、きめ（ｇｒａｉｎ）の微細構造は、５ミクロン以下のオーダで比較的より一層細かく、その分布は比較的にきわめて均一であるのに対し、従来のきめの微細構造はより一層大きく、均一性はより少ない。従来の表面の起伏の微細構造は、５０〜１００ミクロンのオーダである。
【００２６】
図４および図５は、図２および図３でそれぞれ示されたロールを用いてロールされたポリプロピレンのシートの表面の、対応する光学顕微鏡写真である。ここでもまた、これらの写真は、この発明の方法の一実施例によって生成されたロール表面を用いて形成された表面（図４）の、比較的より一層細かくかつより均一な微細構造を示す。実際に、上で規定された粗さパラメータは、図４の表面では約０．５ミクロンであり、それに比べ、図５の表面では３〜３．５ミクロンである。山から谷までの平均距離は、図４の表面では明らかに５ミクロン未満であり、典型的には約３ミクロンであるが、図５の従来の表面では約２０ミクロンである。プロファイルの山の最大高さは図４の表面では１．５ミクロンであるが、従来の表面では７．５ミクロンであることが分かった。

Claims (26)

1. 金属表面を仕上げるためのプロセスであって、
   （ａ）　第１の範囲のブラストノズル気圧で与えられる、第１の直径の範囲の研磨グリットを用いた第１の一連の連続したブラストパスと、
   （ｂ）　前記第１の範囲よりも低い第２の範囲のブラストノズル気圧で与えられる、前記第１の直径の範囲よりも小さな第２の直径の範囲の研磨グリットを用いた第２の一連の連続したブラストパスと、
   （ｃ）　その後、前記第１の範囲よりも低い第３の範囲のブラストノズル気圧で与えられる、前記第２の直径の範囲よりも小さな第３の直径の範囲のガラスグリットを用いた第３の一連の連続したブラストパスとを含む、連続したグリットブラストパスに、前記表面をさらすステップを含む、プロセス。
2. 前記金属表面は、浮出し加工用ローラに用いられるのに好適なローラグレードスチールからなる、請求項１に記載のプロセス。
3. 前記スチールは、押出成形されたプラスチックシートの後の仕上げに好適である、請求項２に記載のプロセス。
4. 前記第１、第２、および第３の一連の連続したブラストパスの少なくとも１つは、３つのパスを含む、請求項１、２、または３に記載のプロセス。
5. 前記第１、第２、第３の一連の連続したブラストパスの各々は、３つのパスを含む、請求項４に記載のプロセス。
6. 前記研磨グリットは金属酸化物のグリットである、請求項１から請求項５のうちのいずれか１つに記載のプロセス。
7. 前記ガラスグリットは、球状のガラスビーズを含む、請求項１から請求項６のうちのいずれか１つに記載のプロセス。
8. 前記ガラスグリットのブラストパスの後に、前記表面に保護金属被覆を施すステップをさらに含む、請求項１から請求項７のうちのいずれか１つに記載のプロセス。
9. 前記表面は、前記表面をクロムめっきすることによって保護金属被覆を施される、請求項８に記載のプロセス。
10. 前記保護金属被覆は１０〜１００ミクロンの範囲の厚さである、請求項８または請求項９に記載のプロセス。
11. 前記第１の範囲のブラストノズル気圧は５０〜７０ｐｓｉである、請求項１から請求項１０のうちのいずれか１つに記載のプロセス。
12. 前記第２の範囲のブラストノズル気圧は３０〜５０ｐｓｉである、請求項１から請求項１１のうちのいずれか１つに記載のプロセス。
13. 前記第２および第３の範囲のブラストノズル気圧は、実質的に同一である、請求項１から請求項１２のうちのいずれか１つに記載のプロセス。
14. 前記第１および第２の直径の範囲は部分的に重複する、請求項１から請求項１３のうちのいずれか１つに記載のプロセス。
15. 前記第３の直径の範囲は、他の範囲よりも明らかに狭い、請求項１から請求項１４のうちのいずれか１つに記載のプロセス。
16. 請求項１から請求項１５のうちのいずれか１つに記載のプロセスによって処理される金属表面。
17. 前記表面は、山から谷までの最大距離が一般に５ミクロン未満であることを特徴とする、請求項１６に記載の金属表面。
18. 山から谷までの平均距離は約３ミクロンである、請求項１６または請求項１７に記載の金属表面。
19. 抽出した長さの範囲内の平均線からの粗さプロファイルの距離の相加平均を示す粗さパラメータとして、０．５ミクロン未満の値であることを特徴とする、請求項１６、１７、または１８に記載の金属表面。
20. 金属表面と接触することによって仕上げられるプラスチック材料のシートであって、前記金属表面は、請求項１から請求項１５のうちのいずれか１つに記載のプロセスによって仕上げられる、シート。
21. 前記金属表面は、ロールの円筒状の表面であり、前記接触は、前記円筒状の表面でロールすることによる、請求項２０に記載のシート。
22. 山から谷までの距離が一般に５ミクロン未満であることを特徴とする表面を有するプラスチック材料のシート。
23. プラスチックシートの表面は、０．５ミクロン未満の粗さパラメータをさらに特徴とし、前記パラメータは、抽出した長さの範囲内の平均線からの粗さプロファイルの距離の相加平均を示す、請求項２２に記載のシート。
24. 前記プラスチック材料はポリプロピレンである、請求項２０から請求項２３のうちのいずれか１つに記載のプラスチック材料のシート。
25. 前記表面は、トポグラフィ上の山から谷までの距離の変動が一般に４ミクロン未満である、請求項２４に記載のシート表面。
26. プロファイルの山の最大高さは２ミクロン未満であり、典型的に１〜１．５ミクロンである、請求項２５に記載のシート。