JP2021041362A - グラビアロール及びそれを用いた塗工物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】塗工外観不良が発生する虞を低減できるとともに、塗工液の液ダレが発生する虞を低減できるグラビアロールを提供する。【解決手段】本発明によるグラビアロール３は、ロール本体３０と、ロール本体３０の周面に設けられ、ロール本体３０の周面に互いに仕切られた複数のハニカム状のセル３３を形成する区画壁３１と、互いに離間して区画壁３１の頂部からロール本体３０の径方向外方に突出された複数の凸部３２とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、例えば塗料等の塗工液を周面の凹部に保持するグラビアロール及びそれを用いた塗工物の製造方法に関する。

下記の特許文献１には、インクを貯留するドクターチャンバーと、ドクターチャンバーから供給されたインクを保持するグラビアロールと、グラビアロールからインクが転写される印刷ロールとを備えた印刷装置が記載されている。グラビアロールの周面にはインクを保持するための凹部が加工されている。凹部の形状としては、格子型及びハニカム型等のセル形状、並びにグラビアロールの軸方向に沿って螺旋状に延びるように形成された斜線形状等がある。

特開２０００−１４１６０９号公報 特開２０１８−１３０６９８号公報 特開２０１８−１３０６９６号公報

従来、ドクターチャンバーを利用した塗装は、インクを対象にした多色刷り等に適用されている。一方、特許文献２及び特許文献３に開示されているようにプレコート用の塗装鋼板の塗装方法としても適用が検討され始めている。プレコート用の塗料は、インクに比べ粘度が高いため適用するグラビアロールのセル形状に工夫がされている。

粘度の高い塗工液を塗工するための塗工液装置に上述のようなグラビアロールを用いることを試みたところ、セル形状の凹部で以下のような問題がそれぞれ生じた。すなわち、セル形状の凹部の場合、線状ムラのような塗膜外観不良が発生した。プレコート用の高粘度塗料には、有機溶剤に溶解した樹脂以外に、サブミクロンから数十ミクロンの顔料が入っており、塗装時の塗膜の形状は、焼付け後においても残存しやすい。セル形状の凹部位の場合、グラビアロールからアプリケータロール（オフセットゴムロール）に塗料が転写される際に、グラビアロール表面の形状がアプリケータロールの液膜に残存し、最終的に鋼板に液膜が転写された際にもセル状のスジ模様が鋼板に残ってしまうためと考えられる。グラビアロールから鋼板に液膜が転写される場合も同様である。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、塗工外観不良が発生する虞を低減できるとともに、塗工液の液ダレが発生する虞を低減できるグラビアロール及びそれを用いた塗工物の製造方法を提供することである。

本発明に係るグラビアロールは、ロール本体と、ロール本体の周面に設けられ、ロール本体の周面に互いに仕切られた複数のハニカム状のセルを形成する区画壁と、互いに離間して区画壁の頂部からロール本体の径方向外方に突出された複数の凸部とを備える。

本発明に係る塗工物の製造方法は、上述のグラビアロールを用いて被塗工物に塗工液を塗工する工程を含む。

本発明のグラビアロール及びそれを用いた塗工物の製造方法によれば、区画壁が複数のハニカム状のセルを形成するとともに、区画壁の頂部から複数の凸部が互いに離間して径方向外方に突出されているので、塗工外観不良が発生する虞を低減できるとともに、塗工液の液ダレが発生する虞を低減できる。

本発明の実施の形態に係るグラビアロールを含む塗工装置の構成を示す説明図である。 図１のグラビアロールを示す正面図である。 図２の区画壁を拡大して示す拡大斜視図である。 レーザー彫刻により形成したセルを示す３Ｄ形状測定画像（第１例）である。 レーザー彫刻により形成したセルを示す３Ｄ形状測定画像（第２例）である。 レーザー彫刻により形成したセルを示す３Ｄ形状測定画像（第３例）である。 図２のグラビアロールの第１変形例を示す説明図である。 図２のグラビアロールの第２変形例を示す説明図である。 図２のグラビアロールの第３変形例を示す説明図である。 図２のグラビアロールの第４変形例を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。本発明は各実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。

図１は、本発明の実施の形態に係るグラビアロール３を含む塗工装置１の構成を示す説明図である。図１に示す塗工装置１は、塗工液１ａを被塗工物の表面に塗工するための装置である。塗工液１ａとしては、例えばインク、塗料及び化成処理液等を挙げることができる。塗工液１ａは、有機溶剤に溶解した樹脂に加えて、サブミクロンから数十ミクロンの顔料を含むことができる。被塗工物としては、例えば紙、プラスチック又は金属等の素材からなる帯状部材を挙げることができる。特に、塗工装置１は、被塗工物としての例えば鋼鈑等の金属板の表面に塗工液１ａとしての塗料を塗布する用途に適用できる。塗工液１ａを塗工した金属板は、塗装金属板と呼ばれることもある。塗工液１ａの粘度（＃４フォードカップ粘度）は、１０ｓ以上かつ３００ｓ以下、より詳細には６０ｓ以上かつ１８０ｓ以下であり得る。

塗工装置１は、ドクターチャンバー２及びグラビアロール３を有している。

ドクターチャンバー２は、内部に塗工液１ａが溜められる容器体である。ドクターチャンバー２には、チャンバー本体２０、上流側ドクターブレード２１及び下流側ドクターブレード２２が含まれている。チャンバー本体２０は、前部に開口を有する断面略Ｃ字状の部材である。上流側ドクターブレード２１は、グラビアロール３の回転方向に係るチャンバー本体２０の開口の上流側に配置された長手状部材である。同様に下流側ドクターブレード２２は、グラビアロール３の回転方向に係るチャンバー本体２０の開口の下流側に配置された長手状部材である。各ドクターブレード２１、２２は、グラビアロール３の回転方向に係る上流側及び下流側においてチャンバー本体２０の開口を部分的に覆っている。

グラビアロール３は、全体として金属製のロール体であり、上流側ドクターブレード２１及び下流側ドクターブレード２２の先端間に形成された開口部２３を通してドクターチャンバー２の内部に臨むように配置されている。ドクターチャンバー２の周面にはドクターブレード２１、２２の先端が突き当てられている。グラビアロールが回転駆動されることで、ドクターチャンバー２内の塗工液１ａがグラビアロール３の周面に順次付着する。下流側ドクターブレード２２は、ドクターチャンバー２の周面の塗工液１ａを掻きとり、ドクターチャンバー２の周面に付着する塗工液１ａの付着量を調整する。グラビアロール３の周面に付着した塗工液１ａが被塗工物に塗工される。グラビアロール３と被塗工物との間に他のロール（アプリケータロール）が介在されてもよいし、グラビアロール３から被塗工物に直接的に塗工液１ａの塗工が行われてもよい。

グラビアロール３の製造方法としては、以下の二つを挙げることができる。一つ目の方法は、金属ロール表面を平滑に研磨した後、所定の凹凸形状が形成された母型金型を押し付けて凹凸形状を転写する転造による方法である。凹凸表面にはハードクロムめっきを施す場合が一般的である。二つ目の方法は、まず金属部材の表面を平滑に研磨した後、その表面にセラミックスを溶射法で吹き付けて表面にセラミックス層を形成し、表面を研磨して平滑にする。続いて、レーザーアブレーションにより所定の凹凸パターンを彫刻する方法である。レーザー彫刻は転造に比べ、複雑な形状を彫刻できることが特徴である。レーザー種としては、ＣＯ₂レーザーやＹＡＧレーザー等がある。セラミックス種としては、酸化クロム、アルミナ、ジルコニア等がある。

次に、図２は図１のグラビアロール３を示す正面図であり、図３は図２の区画壁３１を拡大して示す拡大斜視図である。また、図４〜図６は、レーザー彫刻により形成したセル３３を示す３Ｄ形状測定画像（第１〜第３例）である。図２および図３に示すように、グラビアロール３は、ロール本体３０、区画壁３１及び複数の凸部３２を有している。ロール本体３０は、グラビアロール３の径方向中央部分を構成する円柱状部分である。

区画壁３１は、ロール本体３０の周面に立設された壁体であり、互いに仕切られた複数のセル３３をロール本体３０の周面に形成している。各セル３３は、区画壁３１によって囲まれた凹部である。

本実施の形態の区画壁３１は、ハニカム状のセル３３を形成するように配設されている。ハニカム状のセル３３は、六角形又は亀甲形のセル３３と呼ぶこともできる。本実施の形態のセル３３は、正六角形の外形を有している。各セル３３の形状は、辺の長さが異なる六角形であってもよい。

上述のように、各セル３３は転造又はレーザー彫刻により形成され得る。これらの方法、特にレーザー彫刻にて各セル３３を形成した場合、各セル３３の実際の形状は、図２及び図３のように整った六角形とならず、図４〜図６に示すような崩れた形状（角が丸まり円形に近い形状）となる場合もある。本発明におけるハニカム状のセル３３には、このような崩れた形状のセル３３が並べられた構造も含まれる。

各セル３３の容積は、例えば６０ｍｌ／ｍ²以上かつ８０ｍｌ／ｍ²以下とすることができる。グラビアロール３の線数は、セル容積に応じて任意に選択可能であり、低い値であれば塗工液の転写量が増し、高い値であれば塗工液の転写量が減少する。グラビアロール３の線数は、４０Ｌ／ｉｎｃｈ以上かつ８０Ｌ／ｉｎｃｈとすることができる。本実施の形態のグラビアロール３における線数は、直線３４に沿うか又は直線３４と平行な１インチの線分と交差する区画壁３１の数をｎとした場合、ｎ−１と理解することができる。

ここで、互いに隣接する２つのセル３３を第１及び第２セル３３１，３３２（図２参照）と呼ぶ。第１セル３３１を形成する区画壁３１と、第２セル３３２を形成する区画壁３１とは互いに異なる直線上に位置する。すなわち、互いに隣接する一対のセル３３（第１及び第２セル３３１，３３２）を形成する区画壁３１は同一直線上に配置されていない。グラビアロール３の表面に付着した塗工液１ａが被塗工物又はアプリケータロール等の転写対象に転写される際、その転写対象に直線的な長い液膜の凹部が形成される虞を低減できる。

図３に示しているように、区画壁３１の高さは等しくされていることが好ましい。また、区画壁３１はそれぞれの延在方向に一様の高さを有していることが好ましい。区画壁３１のうち、区画壁３１が互いに交わる箇所に位置しセル３３の角部に隣接する部分を交点部３１ａと呼び、交点部３１ａ間に位置する部分を壁部３１ｂと呼ぶことがある。

凸部３２は、互いに離間して区画壁３１の頂部からロール本体３０の径方向外方に突出された突状体である。本実施の形態の凸部３２は、区画壁３１の交点部３１ａから突出されている。より具体的には、本実施の形態の凸部３２はすべての交点部３１ａから突出されている。凸部３２の頂部は、グラビアロール３の径方向に係る最外面を構成している。

凸部３２の形状は任意である。図３に示すように、凸部３２は先細り状の形状を有していることがある。図３では凸部３２を円錐台によって表しているが、図４〜図６に示すように、凸部３２は複雑形状となることもある。凸部３２の頂部は曲面によって構成されていてもよい。凸部３２は、直方体等の区画壁３１の延在方向に長く延びる形状であってもよい。２以上の数の凸部３２が互いに接触していてもよい。

各凸部３２の頂部の幅３２ｗは、区画壁３１の厚み方向に関して区画壁３１の厚み３１ｗ以下であって、区画壁３１の延在方向に関して交点部３１ａ間の距離以内であることが好ましい。各凸部３２の頂部の幅３２ｗは、下流側ドクターブレード２２の先端とグラビアロール３の外面との間の接触が点接触とみなすことができる程度に小さくすることが好ましい。各凸部３２の頂部の幅３２ｗは、区画壁３１の厚み方向及び延在方向のいずれにおいても例えば０．０２ｍｍ以上かつ１．０ｍｍ以下とすることができる。

図２に特に表されているように、凸部３２は、ロール本体３０の軸方向３０ａに対して傾斜して延在する直線３４に沿って配置されることが好ましい。本実施の形態では、区画壁３１が形成するハニカム状の模様を軸方向３０ａに対して傾斜させることにより、軸方向３０ａに対して傾斜する直線３４に沿って凸部３２（交点部３１ａ）を位置させている。しかしながら、ハニカム状の模様を軸方向３０ａに対して傾斜させず、凸部３２を交点部３１ａの位置からずらして配置することによって、軸方向３０ａに対して傾斜する直線３４に沿って凸部３２を位置させてもよい。

ロール本体３０の軸方向３０ａに対して傾斜して延在する直線３４に沿って凸部３２が配置されることで、グラビアロール３が回転されるとき軸方向３０ａに関してドクターブレード２２の先端をいずれかの凸部３２に当接させることができる。これによりドクターブレード２２がバタついて塗料の掻きとりが不均一となることを防止できる。

軸方向３０ａに対する直線３４の傾斜角度は、０.１°以上かつ５°以下であることが好ましい。傾斜角度が０．１°未満だと、ドクターブレード２２のバタつきを抑えにくくなる。傾斜角度が５°を越えるとローピング模様が生じる虞が大きくなる。傾斜角度は、０．１５°以上かつ２°以下であることがさらに好ましい。

次に、図７は、図２のグラビアロール３の第１変形例を示す説明図である。図２では凸部３２がすべての交点部３１ａから突出されている態様を示したが、図７に示すように凸部３２が一部の交点部３１ａから突出されていてもよい。図２の態様に対して半分の数の凸部３２が設けられている態様を図７に示している。すなわち、図７では、１つのセル３３の周囲に位置する６つの交点部３１ａのうち、３つの交点部３１ａから凸部３２が突出されている。

次に、図８は、図２のグラビアロール３の第２変形例を示す説明図である。図２では凸部３２が交点部３１ａのみから突出されるように説明したが、図８に示すように凸部３２が壁部３１ｂから突出されていてもよい。図８では、すべての交点部３１ａ及びすべての壁部３１ｂから凸部３２が突出されている態様を示している。また、図８では、交点部３１ａ間の中央に位置するように壁部３１ｂから凸部３２が突出されている態様を示している。しかしながら、一部の交点部３１ａ及び一部の壁部３１ｂから凸部３２が突出されていなくてもよい。また、壁部３１ｂから突出される凸部３２は、交点部３１ａ間の中央に位置されていなくてもよい。

次に、図９は、図２のグラビアロール３の第３変形例を示す説明図である。図２では凸部３２が交点部３１ａのみから突出されるように説明したが、図９に示すように凸部３２が壁部３１ｂのみから突出されていてもよい。図９では、すべての壁部３１ｂから凸部３２が突出されている態様を示している。また、図９では、交点部３１ａ間の中央に位置するように壁部３１ｂから凸部３２が突出されている態様を示している。しかしながら、一部の壁部３１ｂから凸部３２が突出されていなくてもよい。また、凸部３２は、交点部３１ａ間の中央に位置されていなくてもよい。

次に、図１０は、図２のグラビアロール３の第４変形例を示す説明図である。図９ではすべての壁部３１ｂから凸部３２が突出されている態様を示したが、図１０に示すように凸部３２が一部の壁部３１ｂから突出されていてもよい。図９の態様に対しておおよそ半分の数の凸部３２が設けられている態様を図１０に示している。すなわち、図１０では、２つのセル３３に関して６つの凸部３２が設けられている。

凸部３２の配置はランダムであってもよい。

本発明の実施の形態に係る塗工物の製造方法は、上述のグラビアロール３を用いて被塗工物に塗工液１ａを塗工する工程を含む。より具体的には、ドクターチャンバー２に貯められた塗工液１ａをグラビアロール３の周面に付着させるとともに、グラビアロール３の周面に付着した塗工液１ａを、他のロール（アプリケータロール）を介して被塗工物に転写するか、又は被塗工物に直接転写する工程を含む。

このようなグラビアロール３及びそれを用いた塗工物の製造方法では、区画壁３１の頂部から複数の凸部３２が突出されているので、下流側ドクターブレード２２によって塗工液１ａが掻きとられるときに、凸部３２の間を通して塗工液１ａがグラビアロール３の外周面を移動することができる。特に塗工液１ａは、例えば区画壁３１の延在方向等の特定の方向に限定されず、任意の方向に移動し得る。このため、粘度が高い塗工液１ａを用いる場合でも、十分な量の塗工液１ａをより均一に各セル３３に入れることができ、塗工外観不良が発生する虞を低減できる。一方で、区画壁３１が複数のセル３３を形成しているので、塗工液１ａの移動を一定の範囲に抑えることができる。また、グラビアロール３の表面からアプリケータロール等に塗工液１ａが転写される際、アプリケータロール等の上の液膜最表層には、凸部３２のみが接触している。アプリケータロール等の上の液膜から凸部３２が離れる際、液膜には点状の凹部が存在することも考えられる。しかしながら、本実施の形態のグラビアロール３では、凸部３２ではなく区画壁３１の上面全体がアプリケータロール等と接触する場合と比較して、液膜の凹部は小さい。このため即座に液膜が平滑化されて、塗工外観不良が発生する虞を低減できる。

また、凸部３２の頂部の幅が区画壁３１の厚み３１ｗ以下であって、交点部３１ａ間の距離以内であるので、塗工液１ａが凸部３２の間を通してより円滑に移動でき、より確実に塗工外観不良が発生する虞を低減できる。また、アプリケータロール等の上の液膜から凸部３２が離れる際の液膜の凹部を小さくでき、塗工外観不良が発生する虞を低減できる。

さらに、凸部３２は、ロール本体３０の軸方向３０ａに対して傾斜して延在する直線３４に沿って配置されているので、グラビアロール３が回転されるときロール本体３０の軸方向３０ａに関してドクターブレード２２の先端をいずれかの凸部３２に当接させることができる。これにより、ドクターブレード２２がバタついて塗料の掻きとりが不均一となることを防止できる。

さらにまた、軸方向３０ａに対する直線３４の傾斜角度が０．１°以上かつ５°以下であるので、ドクターブレード２１、２２のバタつきをより確実に抑えつつ、ローピング模様が生じる虞を低減できる。傾斜角度は、０．１５°以上かつ２°以下であることがさらに好ましい。

１ 塗工装置
１ａ 塗工液
２ ドクターチャンバー
２０ チャンバー本体
２１ 上流側ドクターブレード
２２ 下流側ドクターブレード
３ グラビアロール
３１ 区画壁
３１ａ 交点部
３１ｂ 壁部
３２ 凸部
３３ セル

Claims (7)

1. ロール本体と、
   前記ロール本体の周面に設けられ、前記ロール本体の周面に互いに仕切られた複数のハニカム状のセルを形成する区画壁と、
   互いに離間して前記区画壁の頂部から前記ロール本体の径方向外方に突出された複数の凸部と
   を備えているグラビアロール。
2. 前記区画壁には、前記区画壁が互いに交わる箇所に位置する交点部が含まれており、
   前記凸部の頂部の幅は、前記区画壁の厚み方向に関して前記区画壁の厚み以下であって、前記区画壁の延在方向に関して前記交点部間の距離以内である、
   請求項１記載のグラビアロール。
3. 前記凸部は、前記ロール本体の軸方向に対して傾斜して延在する直線に沿って配置されている、
   請求項１又は請求項２に記載のグラビアロール。
4. 前記軸方向に対する前記直線の傾斜角度が０．１°以上かつ５°以下である、
   請求項３記載のグラビアロール。
5. 前記区画壁には、前記区画壁が互いに交わる箇所に位置する交点部と、前記交点部間に位置する壁部とが含まれており、
   前記凸部は、前記交点部に設けられている、
   請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のグラビアロール。
6. 前記区画壁には、前記区画壁が互いに交わる箇所に位置する交点部と、前記交点部間に位置する壁部とが含まれており、
   前記凸部は、前記壁部に設けられている、
   請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のグラビアロール。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のグラビアロールを用いて被塗工物に塗工液を塗工する工程を含む、
   塗工物の製造方法。

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