JP4313532B2 - ドクター・ブレード - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、セラミック・コーティングを備えるインク・ローラと直接接触するドクター・ブレードに関する。特に、このドクター・ブレードは、フレキソ印刷に有用である。本発明は、また、ドクター・ブレード・ユニットおよび新規なドクター・ブレードで作動するフレキソ印刷プリンタも提供する。
【０００２】
【技術の背景および現状】
本発明は、セラミック・コーティングを備えるインク・ローラと直接接触するすべてのドクター・ブレードに適用できるが、主としていわゆるフレキソ印刷に関して説明する。
【０００３】
フレキソ印刷術では、インク量は、いわゆるアニロックス・ローラを使用して容積測定に基づいて計量される。このローラは、通常、セラミック・コーティングを施した金属シリンダによって構成されている。セラミックは、通常、溶射法によって塗布される。インクの容積測定目的のために、セラミック表面は、レーザ彫刻され、印刷版に均一なインク・フィルムを運ぶための均一なセルを作成される。
【０００４】
アニロックス・ローラあるいはインク・ローラの表面から過剰なインクを取り除くために、現状の技術は、好ましくは、いわゆる「チャンバ式ドクター・ブレード」を使用している。米国特許第５７３５２１０号は、このようなドクター・ブレード概念を利用している従来技術の一例を示している。この米国特許は、回転印刷機のインク付けシステムのためのドクター・ブレード・ユニットを記載しており、このユニットは、ほぼ屋根の形状に２つのドクター・ブレードを支持するビームを包含する。これらのドクター・ブレードは、インク・ローラと協働するインク・チャンバを構成しており、ポジティブ・ブレードとも呼ばれる入口側ブレードが、チャンバをシールする機能を有し、ネガティブ・ブレードとも呼ばれる出口側ブレードが、余剰インクを掻き落とすようになっている。
【０００５】
従来技術のドクター・ブレードは、種々の材料、たとえばＰＶその他の繊維補強ポリマーで作られるが、通常は鋼で作られる。通常、硬化または強化炭素鋼あるいはステンレス鋼が使われる。そして、このような鋼のストリップは、比較的薄い。代表的には０.１５mmである。鋼製ブレードは、種々の設計を有し得るが、いずれも、丸みを付けた縁、おそらく斜面を有し、いわゆる薄板ブレードである。このようなものが、たとえば米国特許第４１８４４２９号に開示されている。ブレード材料の硬度は、インク・ローラのセラミック・コーティングの硬度と比較して非常に低い、すなわち、１２００より大きいミクロ・ビッカーズ硬度に比して約６００ミクロ・ビッカーズ硬度しかないので、ブレードの摩耗が急激であり、定期的に交換しなければならない。この急激なブレード摩耗は、時間が経つにつれて拭い作用を不均一にする。さらに、このような頻繁なブレード交換によって、印刷プロセスの生産性がかなり低下する。
【０００６】
さらに、インクの種類およびその顔料含有量に依存して、ブレードの摩耗がさらに寿命を減らす。たとえば、非常に粗い顔料としてＴｉＯ₂を含有するいわゆる白インクを使用する場合には、これが当てはまる。印刷作業でブレードを交換する理由はいくつかある。たとえば、
・ロールに加えられるブレードの高圧負荷に関連することが多い過剰な滑り摩耗。
・インク漏洩の原因となる、チャンバ式ドクター・ブレードの両側部におけるブレードの縁摩耗。
・印刷作業で硬質の顔料を使用したときの過剰な摩耗。
【０００７】
これらすべてのケースにおいて、ならびにまたその組み合わせにおいて、シーリング機能および拭い機能が適切に果たされることはない。これらおよび他の理由のために、たとえばフレキソ印刷で使用するために、耐摩耗性を改良したドクター・ブレードの開発が必要とされている。
【０００８】
【発明の目的】
本発明の主目的は、セラミック・コーティング、シェルまたはスリーブを備えるインク・ローラと直接接触するドクター・ブレードを提供することにある。
本発明の別の目的は、寿命を延ばし、従って、作業生産性を改良するドクター・ブレードを提供することにある。
【０００９】
本発明のさらに別の目的は、早期摩耗によってアニロックス・セラミック表面の機能性を変えることなく、寿命を延ばしたドクター・ブレードを提供することにある。
本発明のまたさらに別の目的は、本発明によるドクター・ブレードを対向させて配置したドクター・ブレード・ユニットを提供することにある。
本発明のさらに別の目的は、このようなドクター・ブレード・ユニットを包含するフレキソ・プリンタを提供することにある。
【００１０】
【発明の開示】
実験的な調査では、薄い鋼ストリップ上にセラミックを塗布することによって、ブレードの耐摩耗性がかなり改善され、しかも、所望量のインクを転送するインク・ローラの能力を損なわないことがわかった。したがって、ブレードの耐摩耗性を改善すると、インク・ローラの早期摩耗を生じさせないのである。さらに、ブレードにセラミック・コーティングを使用すると、コーティングのない鋼ブレードを使用するときに普通経験されるいかなる汚れ現象も無くなるのである。このような汚れ現象は、セラミック・インク・ローラに対する鋼接触面のプラスチック流によって生じる。さらに、鋼に比してセラミックの耐摩耗性が高いので、これも粗い顔料を使用するときのブレードの寿命をかなり改善する。
【００１１】
最後に、セラミック材料は、荷重差にそれほど敏感でないので、鋼ブレードで経験される代表的な縁摩耗がかなり遅くなるのである。したがって、縁漏れもかなり遅くなる。
【００１２】
予想外であったが、ブレード上のセラミック・コーティングの硬度とインク・ローラ上のセラミック表面の硬度との比が、本発明の重要な要素のうちの１つとなることがわかった。したがって、硬度比、すなわち、ブレード・セラミック硬度対セラミック・ローラ硬度の比が、約０.５５〜約０.８の範囲内になければならないことがわかった。０.５５未満の比では、０.５以下の代表的な比を与える鋼ブレードと比較して、重大な利点が得られないのである。０.８より高い比の場合には、セラミック・インク・ローラ上の摩耗が増大し始める。その結果、セル体積が減少し、それによって、転送インク量が減るのである。
【００１３】
本発明の別の重要な局面は、ブレード・コーティング・セラミックの選択にある。以下の理由のために、セラミックの靱性が、もう１つの重要なパラメータであるとわかった。
・顕微鏡スケールでは、セラミックの耐摩耗性は、材料の亀裂抵抗すなわち靱性に直接関係する。したがって、硬い顔料に抵抗するためには、靱性の高いセラミックを選ばなければならない。
・さらに、肉眼視スケールでは、チッピングなしに、セラミック層の縁のところで、機械振動、チャタリング、接触荷重に耐えなければならない。
【００１４】
これらの局面を考慮すると、溶射によって塗布されるとき、ＴｉＯ₂の添加の有無にかかわらず、Ａｌ₂Ｏ₃−ＺｒＯ₂ファミリ内の材料が、靱性および適切な硬度の要件を満たすことがわかった。
【００１５】
したがって、本発明は、セラミック・コーティングまたはシェルを備えたインク・ローラと直接接触するドクター・ブレードであって、金属キャリア材料からなるストリップを包含し、このストリップが、前記インク・ローラに対面する１つの縁部分に沿ってセラミック・コーティングを備え、このセラミック・コーティングが、前記スリーブよりも低く、前記ストリップよりも高い耐摩耗性を有するドクター・ブレードを提供する。
【００１６】
前記セラミック・コーティングは、好ましくは前記セラミック・スリーブの硬度の約５５〜約８０％の範囲内の硬度を有する。
ブレードを形成しているストリップは、約０.０５〜約０.２５mmの厚さを有する鋼バンドによって構成されていると好ましい。
ブレード上のセラミック・コーティングは、好ましくは約２０〜約１００μm、代表的には約５０μmの厚さと、約１〜約８mm、特に約４〜約６mm、たとえば５mmの幅を有する。
【００１７】
セラミック・ブレード・コーティングの組成に関して、それは、好ましくはＡｌ₂Ｏ₃に基づくものであり、約２０〜約５０重量％の量でＺｒＯ₂を包含する。場合によって、セラミック・コーティングは、付加的に約２０重量％の量でＴｉＯ₂を包含する。これらすべてのパーセンテージは、組成物の総重量に基づいている。
好ましい具体例によれば、セラミック・コーティングは、インク・ローラの表面に一致する先端斜面を備える。
【００１８】
本発明はまた、セラミック・コーティングまたはスリーブを有するインク・ローラを備える印刷機のインク付けシステムのためのドクター・ブレード・ユニットを提供する。このユニットは、互いに対向して設置した２つのドクター・ブレードを支持するドクター・ブレード・ホルダを包含する。これらのブレードは、上述したセラミック・コーティングを備え、前記インク・ローラと直接接触するようになっている。インク・ローラに対して、一方のブレード（５）は、後続位置に設置され、他方のブレードは、突き合わせ位置に設置され、インク・ローラと共にインク付けチャンバを構成する。後続位置、突き合わせ位置は、それぞれポジティブ・ブレード・モードと、ネガティブ・ブレード・モードに対応する。
【００１９】
最後に、本発明は、フレキソ・プリンタであって、セラミック・コーティングまたはスリーブを有するインク・ローラと、このインク・ローラのためのインク付けシステムと、印刷版シリンダと、圧力ローラとを包含するフレキソ・プリンタを提供する。作動に当たって、プリンタは、印刷版シリンダと圧力ローラとの間に生じたニップ部を通っていどうする紙ウェブを受け入れる。このフレキソ・プリンタにおいて、インク付けシステムは、上述したようなドクター・ブレード・ユニットと、印刷インク容器と、容器からインク付けシステムへインクを転送するインク供給ポンプを含むインク供給導管と、余剰インクを容易機に戻すための戻し導管（３５）とを包含する。
【００２０】
【特別な具体例についての説明】
以下、本発明を、添付図面を参照しながら特別な具体例によって説明する。
図１に概略的な側面図で示すフレキソ印刷プリンタ１は、図２に関連してさらに説明するように２つのブレード５、７を支持するブレード・ホルダ９を有するインク付けブレード・ユニット３を備えている。さらに、プリンタ１は、セラミック・スリーブまたはシェルで覆った鋼ドラムによって構成されるインク・ローラ１５を有する。インク付けブレード・ユニット３は、印刷インク容器２７と、インク供給源３７からインク付けブレード・ユニット３へ印刷インクを移送するためのインク供給ポンプ３１と接続するインク供給導管２９とに組み合わせてある。さらに、余剰印刷インクを容器２７へ戻すための戻し導管３５が設けてある。
最後に、プリンタ１は、印刷版１９を支持する印刷版シリンダ２１と圧力ローラ２３とを備えている。印刷用の紙ウェブ２５は、図１に示す方向においてローラ２１、２３間のニップ部を移動する。
【００２１】
図２において、図１の点線正方形内に含まれるような、インク付けブレード・ユニット３まわりの配置が拡大側面図で示してある。ブレード・ホルダ９は、２つのキャリア・フランジ１１、１３を備えており、各キャリア・フランジは、インク・ローラ１５に関して、それぞれ、突き合わせ位置、後続位置で作動するブレード５、７を支持している。インク・ローラ１５は、セラミック・シェルまたはスリーブ１７によって覆われた鋼シリンダ１５からなる。
【００２２】
図２からわかるように、ブレード７は、シーリング機能を有するのに対し、ブレード５は、セラミック・スリーブ１７の表面から過剰な印刷インクを除去する拭い機能を有する。インク付けブレード・ユニット３は、インク・ローラ１５およびこのインク・ローラ１５の表面に係合するブレード５、７と共にインク付けチャンバ１０を構成している。ブレード５、７は、各々、インク・ローラ１５の表面に対面するセラミック・コーティング４１を備えている。
【００２３】
図３ａ〜３ｄは、本発明によるドクター・ブレードの４つの異なった具体例を示している。
図３ａは、セラミック・コーティング４３ａで被覆した縁部分４５を有する鋼ストリップ４１を側面図で示している。図３ｂは、同様の配置を示しているが、セラミック・コーティング４３ｂがインク・ローラ１５の表面に一致するようになっている斜面４４を備えている。
図３ｃは、鋼ストリップ４１が縁部分に斜面４５を備え、セラミック・コーティング４３ｃが対応する三角形の形態を有する具体例を示している。
最後に、図３ｄは、薄板タイプの具体例を示しており、そこにおいて、ストリップ縁部分は、セラミック・コーティング４３ｄの反対側にくぼみを有する。
【００２４】
以下、本発明を、その発明概念を使用する実験手順およびデータを開示している実施例によってさらに詳しく説明する。使用したインク・ローラは、市販されているアニロックス・ロール・タイプである。アニロックス・ロールは、主として溶射し、レーザ彫刻したＣｒ₂Ｏ₃によって構成されたセラミック材料に基づいている。これらのセラミック材料のミクロ・ビッカーズ硬度は約１２００〜約１４００の範囲にある。しかしながら、本発明が実施例に開示された条件、材料に限定されるものではなく、特許請求の範囲によってのみ限定されるものであることは了解されたい。
【００２５】
【実施例】
実施例１
ドクター・ブレードの耐摩耗性
この実験は、異なるブランドの現存ドクター・ブレードを、ここに説明する研究成果に対応する１つの選定したセラミック材料と比較するために実施した。
以下のパラメータを使用して多量の摩耗実験を選んだ。
フレキソ・テスト・ユニット：チャンバ式ドクター・ブレード、Masterflex 160A^(R) (Bobst)、印刷は行われなかった。
アニロックス・ロール：φ２１６mm、８０ライン／cm Ucarlox^(R)(Praxair)
インク：白いＴｉＯ₂、２２−２４秒粘度（Sicpa）
速度：１６０ｍ／分
負荷：２.２〜２.４バール
持続時間：７時間
【００２６】
これらの条件は、すべての試験において一定に保った。各テストについて、両ブレード位置に対して同じブレードを選んだ。摩耗量は、ブレードの幅減少によって測定した。以下の表は、その結果を示している。
【００２７】
【表１】

【００２８】
セラミック・チップド・ブレード（タイプＩ）は、を通知されるセラミックは、０.１５０mm厚の鋼ドクター・ブレード（図４１ａ参照）の頂面にある５０μm層からなる。使用した材料は、６０％Ａｌ₂Ｏ₃−４０％ＺｒＯ₂の重量割合でＡＰＳ溶射Ａｌ₂Ｏ₃−ＺｒＯ₂セラミックである。
ミクロ・ビッカーズ硬度は約８５０ＨＶ０.３であり、セラミック・ロールと比較した硬度比は０.６〜０.７である。
セラミック層の幅は８mmであった。
これらの結果から、本発明によるブレードによって、ブレード摩耗量がかなり減少したことがわかる。
【００２９】
実施例２
アニロックス摩耗検査
別の実験において、実施例１で使用したのと同じセラミック・ブレード、タイプＩを、アニロックス摩耗検査のために実験的なフレキソ・テスト・システムで操作した。このとき、テストの前後にセル体積を測定した。条件は以下の通りであった。
フレキソ・テスト・ユニット：チャンバ式ドクター・ブレード（Tresu）
アニロックス・ロール：１２０ライン／cm、８cm³／m²、Ucarlox^(R)（Praxair）
インク：８５％のタイム水
１５％のタイム・ドライ
速度：３７０ｍ／分
持続時間：１００時間
ＵＲＭＩ技術によって実施したセル測定は、以下の結果を与えた。
前：７.４±１cm³／m²
後：７.６±１cm³／m²
【００３０】
実施例３
実印刷検査
３回目の実験において、本発明によるブレード材料（セラミック・タイプII）の別の組成物を、数ヶ月にわたってウェブ・フレキソ機において普通の状態で使用した。ここで、ブレードの摩耗およびアニロックス・ロールの検査を評価した。条件は以下の通り。
フレキソ・テスト・ユニット：チャンバ式ドクター・ブレード（Fischer & Krecke）、ブレードはネガティブ位置にある。
アニロックス・ロール：新２６０ｌ／ｍ、φ１８７mm、移送値４.０〜４.３cm³／m²、Ucarlox^(R)（Praxair）（供給元データ）
インク：シアン
速度範囲：２６０〜３３０ｍ／分
【００３１】
【表２】

【００３２】
この期間中、１４ｍｉｏメーターを印刷した。ＵＲＭＩ結果ならびにセル深さは、わずかな減少を示している。これは、アニロックスが、開始時に新しく、したがって、セル間のブリッジがより良好に定められるまで若干の高い初期摩耗を与え得るという事実によって説明できる。また、セラミック・チップド・ブレードが許容範囲の高い硬度比にあり、若干の摩耗が、実際にアニロックス・ロールに生じたと結論することができる。
この場合、選定したセラミック・チップド・ブレード（タイプII）は、次の通りであった。
鋼厚さ：０.１５０mm
セラミック厚さ：５０μm、図３ａによる
セラミック幅：５mm
セラミック・タイプ：Ａｌ₂Ｏ₃／ＺｒＯ₂（８０％Ａｌ₂Ｏ₃、２０％ＺｒＯ₂）、ＡＰＳ溶射、硬度９５０ＨＶ０.３
セラミック・ロールとの硬度比：０.７〜０.８
本発明によるブレードの寿命は、記録として１６日ノンストップ、平均８日に達した。
【００３３】
ブレードの詳細な説明
代表的なチャンバ式ドクター・ブレード状況は、図１に示してある。
ブレード先端の好ましい具体例は、図３ａ〜ｄに示してある。鋼厚さ（ｔ）は０.０５〜０.２５mmであり得る。鋼幅（ｗ）は１０〜６０mmである。すりあわせ後のセラミック層厚さ（ct）は、代表的に５０μmであり、２０〜１００μmの範囲である。
セラミック幅（cw）は、好ましくは５mmであるが、１mm〜８mmの範囲であってもよい。
セラミック先端は、面取りしなくても、面取りしてもよい。面取りしない場合、任意のチャンバ式ドクター・ブレード構成に適応できるという利点がある。非常にねばり強いセラミック縁が必要である。
セラミック組成はＡｌ₂Ｏ₃ベースであり、ＺｒＯ₂量は２０〜５０％であり、好ましくは４０％である。
必要に応じて、ＴｉＯ₂（０〜２０％）を添加すると、さらに摺動特性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 フレキソ印刷用の普通の機械を示す概略側面図である。
【図２】 図１に示す点線四角形内に収容された配置を示す側面図である。
【図３】 ３ａ〜３ｄはドクター・ブレードの４つの異なった具体例を示す概略側面図である。

Claims (14)

1. インク・ローラ（１５）と直接接触するドクター・ブレード（５、７）であって、前記インク・ローラーは１２００ミクロ・ビッカーズ硬度から１４００ミクロ・ビッカーズ硬度の範囲内の硬度を有するセラミック・スリーブ（１７）を備え、該ドクター・ブレードは金属キャリア材料からなるストリップ（４１）を包含し、このストリップが、前記インク・ローラに接触するようにされているその１つの縁部分（４５）に沿ってコーティング（４３）を備え、前記コーティング（４３）が、前記セラミック・スリーブ（１７）の硬度の０.５５〜０.８０の範囲内の硬度を有するセラミック・コーティングであることを特徴とするフレキソ印刷用ドクター・ブレード。
2. ストリップ（４１）が、０.０５〜０.２５mmの範囲内の厚さを有する鋼バンドによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載のフレキソ印刷用ドクター・ブレード。
3. セラミック・コーティング（４３）が、２０〜１００μmの範囲内の厚さ（ct）及び１〜８mmの幅（cw）を有している請求項１または２に記載のフレキソ印刷用ドクター・ブレード。
4. セラミック・コーティング（４３）が、Ａｌ₂Ｏ₃に基づくものであり、組成物の総重量に基づいて２０〜５０重量％の量でＺｒＯ₂を含有している請求項１〜３のいずれか１項に記載のフレキソ印刷用ドクター・ブレード。
5. セラミック・コーティング（４３）が、組成物の総重量に基づいて２０重量％迄の量でＴｉＯ₂をさらに含有する請求項４に記載のフレキソ印刷用ドクター・ブレード。
6. セラミック・コーティング（４３ｂ）が、インク・ローラ(１５)の表面に一致する先端斜面（４４）を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のフレキソ印刷用ドクター・ブレード。
7. セラミック・コーティングまたはスリーブ（１７）を有するインク・ローラ（１５）を備える印刷機（１）のインク付けシステムのためのドクター・ブレード・ユニットであって、前記ユニットが、請求項１〜６のいずれか１項に記載の互いに対向した２つのドクター・ブレード（５、７）を支持するドクター・ブレード・ホルダ（９）を包含し、前記ブレード（５、７）が、前記インク・ローラ(１５)と直接接触するようになっており、前記ローラ（１５）に対して、一方のブレード（５）が後続位置にあり、他方のブレード（７）が突き合わせ位置にあり、それによって、前記ローラ（１５）と共にインク付けチャンバ（１０）を画定していることを特徴とするフレキソ印刷用ドクター・ブレード・ユニット。
8. フレキソ印刷プリンタであって、セラミック・コーティングまたはスリーブ（１７）を有するインク・ローラ（１５）と、このインク・ローラ（１５）のためのインク付けシステムと、印刷版シリンダ（２１）と、圧力ローラ（２３）と、前記シリンダ（２１）と前記圧力ローラ（２３）との間に生じたニップ部で移動する紙ウェブとを包含し、前記インク付けシステムが、請求項７に記載のドクター・ブレード・ユニットと、印刷インク容器（２７）と、インク供給ポンプ（３１）を含むインク供給導管（２９）と、余剰インクのための戻し導管（３５）とを包含することを特徴とするフレキソ印刷プリンタ。
9. フレキソ印刷用インク付け装置であって、セラミック・スリーブ（１７）を有するインク・ローラ（１５）と、このインク・ローラと直接接触するようにされたドクター・ブレード（５、７）を備えており、該ドクター・ブレードは金属キャリア材料からなるストリップ（４１）を包含し、このストリップが、前記インク・ローラ(１５)に対面するその１つの縁部分（４５）に沿ってコーティング（４３）を備え、該コーティング（４３）が、前記セラミック・スリーブ（１７）の硬度の０.５５〜０.８０の範囲内の硬度を有するセラミック・コーティングであることを特徴とするフレキソ印刷用インク付け装置。
10. セラミック・コーティング（４３）が、セラミック・スリーブ（１７）の硬度の０.６〜０.７の範囲内の硬度を有する請求項９に記載のフレキソ印刷用インク付け装置。
11. セラミック・コーティング（４３）が、Ａｌ₂Ｏ₃に基づくものであり、組成物の総重量に基づいて２０〜５０重量％の量でＺｒＯ₂を含有している請求項９に記載のフレキソ印刷用インク付け装置。
12. セラミック・コーティング（４３）が、組成物の総重量に基づいて２０重量％迄の量でＴｉＯ₂をさらに含有する請求項１１に記載のフレキソ印刷用インク付け装置。
13. セラミック・コーティング（４３）が、２０〜１００μmの範囲内の厚さ（ct）及び１〜８mmの幅（cw）を有している請求項９〜１２のいずれか１項に記載のフレキソ印刷用インク付け装置。
14. インク・ローラー（１５）のセラミック・スリーブ（１７）が、溶射されついでレーザー彫刻されたロール表面からなる請求項９〜１３のいずれか１項に記載のフレキソ印刷用インク付け装置。

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