JP7009062B2 - ローラ表面の乾燥抑制装置 - Google Patents

Description

本発明は、水性インキを使用する印刷機などで、ローラ表面の乾燥を抑制するローラ表面の乾燥抑制装置に関するものである。

印刷の方式には、いくつかの種類がある。水性インキの導入が進んでいるのは、グラビア印刷とフレキソ印刷である。水性インキは、油性インキに比べれば揮発する有機溶剤の成分が少ない。そのため、近年になって、利用が拡大している。

一方で、水性インキは、油性インキと異なり、印刷機の上で、インキ濃度が安定しにくい。油性インキは、空気に接触すると、表面から硬化する。油性インキは、インキの内部まで硬化するには、時間が必要である。油性インキの硬化は、表面部分から進行するので、全体として濃度（希釈度）は、安定である。

水性インキは、水がインキの希釈剤である。水性インキは、表面だけではなく、インキ全体で硬化が始まる。水性インキは、ローラに付着しているインキの膜の全体がほぼ同時に乾燥するため、濃度の維持が難しい。特にインキの膜厚が薄い版ローラやアニロックスローラの上では安定しない。

水性インキの濃度を安定化するには、乾燥を抑制するのがよい。すなわち、グラビア印刷機やフレキソ印刷機では、水性インキを使用する場合は、水分の乾燥を防止する手段を講じることが望ましい。画線数が多い印刷を行うときには、特に乾燥の抑制の必要性が高い。

従来は、乾燥を抑制するために、印刷機内の湿度を高くしていた。しかし、大型の印刷ユニットの乾燥を防止するのは難しい。
発明者は、水性インキを使用する印刷機のローラの表面の乾燥を抑制する手段を実験しながら検討した。

特許文献１には、オフセット印刷機の湿し水の供給機構の技術が示されている。ここに示された技術は、湿し水の供給に飽和水蒸気を利用する。往復ローラに沿って配置したダクト状のケース内を飽和湿度にする。さらに、飽和水蒸気の温度を、往復ローラの表面温度よりも高くしている。この結果、往復ローラの表面に結露が生じて、水膜が形成されるとしている。

特許文献２には、特許文献１に記載された技術とよく似た湿し水の供給機構が記載されている。ここに示された技術は、ケース内を負圧にすることにより、ケースとローラの隙間から湿った加湿用の気体が漏れないようにしている。

特許文献３には、水性インキを使用する水なし平版印刷機の加湿に関する技術の記載がある。ここに示された技術では、印刷ユニット全体を加湿するとしている。

特開平０５－１５４９８１ 特開２０００－１４１５９６ 特開２０１５－１５５１９１

従来は、水性インキを使用する印刷機などで、余分な部分への結露等を起こさないで、ローラ表面の乾燥を効果的に抑制することができず、インキ濃度が安定しないという課題があった。

例えば、特許文献１に記載された発明では、ローラの表面に水膜ができる程度の加湿が必要になるにもかかわらず、高湿度ケースの内壁への結露を防止しながら加湿することは困難である。
また、特許文献２に記載された湿し水の供給機構は、構造が複雑で、かつローラに付着する湿し水の量の制御が難しいという問題があった。また、シールドの内壁への結露は避けることができない。
更に、特許文献３に記載された発明では、印刷ユニット全体を加湿した場合は、加湿の効率が悪く加湿の不要な部分にも結露が生じるという問題があった。

本発明は、係る実情に鑑み、従来の水性インキを使用する印刷機では、ローラの表面のインキの乾燥を抑制することが難しかったという課題を解決するとともに、複雑ではない簡単な構造の装置を用いて、対象となるローラの表面の乾燥を抑制し、ローラの表面以外の周囲の結露を起こしやすいという課題も解決しようとするものである。

本発明の乾燥抑制装置は、回転するローラの表面の乾燥を抑制するための乾燥抑制装置において、長手方向に沿って、前記ローラの表面に対向する開口を備え、かつ加湿気体の導入口を備えた箱状の加湿ダクトと、前記導入口に加湿気体を供給する加湿気体供給部と、から構成され、前記加湿ダクト内の前記加湿気体の温度は、回転している前記ローラの表面の温度よりも高い温度でかつ相対湿度が７０％よりも高いことを備えている。
これにより、簡単な構造でありながら、対象となるローラの表面の乾燥を抑制し、ローラの表面以外の周囲の結露を防止することができる。

また、本発明の乾燥抑制装置は、前記加湿ダクトは、前記加湿気体に面した部分が露点温度以上になるように加温されていることを備えている。
これにより、加湿ダクトの壁への結露を防止できるので、加湿ダクトの壁に結露した水滴がローラに落下することにより生じる印刷障害を防ぐことができる。

更に、本発明の乾燥抑制装置は、前記加湿ダクト内の前記加湿気体は、温度が回転している前記ローラの表面の温度よりも高く、かつ湿度は、前記ローラ表面に結露が生じる湿度であることを備えている。
これにより、ローラ表面に水がつくことにより、インキの乾燥を強く防ぐことができる。

更にまた、本発明の乾燥抑制装置は、前記加湿ダクトは、前記加湿ダクト内の前記加湿気体を前記加湿ダクト外に排気する排気部を備えている。
これにより、加湿ダクト内の加湿気体は、ローラの長手方向に沿って送られることにより、加湿気体の一部は、回転するローラの長手方向全体にわたって隙間から漏れてローラの表面全体を覆うように流れ、ローラの表面に加湿抑制効果が得られる。

また、本発明の乾燥抑制装置は、前記加湿ダクト内の前記加湿気体は、前記ローラの長手方向に沿って流れることを備えている。
これにより、上記同様加湿気体の一部は、回転するローラの長手方向全体にわたって隙間から漏れてローラの表面全体を覆うように流れ、ローラの表面に加湿抑制効果が得られる。

更に、本発明の乾燥抑制装置は、前記加湿ダクトは、前記加湿気体に接する側に、前記加湿気体の温度を均一化する熱伝導体のフィンを備えていることを備えている。
これにより、壁の温度を加湿気体に効果的に伝えることができるので、加湿気体の温度を安定化させることができる。

更にまた、本発明の乾燥抑制装置は、前記加湿ダクトは、前記加湿気体供給部と前記排気部の間に、前記加湿ダクト内の前記加湿気体が、前記ローラの回転円周方向に沿って流れ、かつ前記加湿気体は、流れの方向が前記ローラの回転と連れまわり方向に流れるように整流部を備えている。
これにより、ローラの層流の影響を受けにくくし、加湿気体の流れをローラの表面の移動速度に近づけることができるので、ローラ表面の乾燥を効果的に防止することができる。

また、本発明の乾燥抑制装置は、前記加湿ダクト内の前記加湿気体の前記ローラの回転円周方向に沿った流れの流速は、前記ローラの表面速度と略同一であることを備えている。
これにより、ローラの層流の影響を受けにくくし、ローラ表面の乾燥を効果的に防止することができる。

本発明は、水性インキを使用する印刷機などで、ローラ表面の乾燥を効果的に抑制することができるので、インキ濃度が安定するという効果がある。

本発明の構成の概要を示した構成図である。 図１のＫで示す位置の加湿ダクトの断面図である。 加湿気体供給部の断面図である。 空気線図である。 加湿ダクトの他の構造の例を示した構成図である。 加湿ダクトの更に他の構造の例を示した構成図である。 加湿ダクトの中央に供給チューブを接続した構成の概要を示した構成図である。 加湿気体供給部の別の構成を示した構成図である。 加湿気体供給部の更に別の構造の例を示した構成図である。

図１は、本発明の構成の概要を示した構成図である。１は、ローラ表面の乾燥抑制装置である。乾燥抑制装置１は、加湿ダクト２及び加湿気体供給部３を備えている。４は、乾燥を抑制しようとするローラである。ローラ４は、例えば、矢印５に示すように、反時計方向に回転している。ローラ４は、版ローラや、アニロックスローラなどである。

加湿ダクト２は、ローラ４の長手方向に沿って配置され、内部は空洞であり、かつローラ４の表面側に対向して開口を備えている。

６は、加湿ダクト２への加湿気体の導入口としての供給チューブである。加湿気体供給部３は、加湿した気体を発生する。供給チューブ６は、加湿気体供給部３と加湿ダクト２とを接続している。加湿気体供給部３から供給される加湿気体は、供給チューブ６を通って、加湿ダクト２に供給される。

７は、排気部としての排気チューブである。排気チューブ７は、供給チューブ６から供給され、加湿ダクト２を通過した加湿気体を排気する。

図２は、図１のＫで示す位置の加湿ダクト２の断面図である。加湿ダクト２は、壁８、壁９、壁１０で囲まれた空洞１１を備え、空洞１１は、開口１２を備える。開口１２は、ローラ４の表面１３を向いている。空洞１１内の加湿気体は、表面１３に接する。

図３は、加湿気体供給部３の断面図である。１４は、加湿気体の湿度の元になる水である。１５は、霧発生ユニットである。霧発生ユニット１５は、市販の超音波を使用した霧発生装置が使用できる。１６は、発生した霧である。１７は、送風ファンである。１８は、加湿気体供給部３の空気室である。送風ファン１７は、空気室１８の外部から空気を吸い込み、空気室１８に送り込む。加湿気体供給部３は、供給チューブ６を介して空洞１１に加湿気体を供給する。空洞１１内の加湿気体は、回転しているローラ４の表面１３の温度よりも高く維持される。

１９は、加温部である。加温部１９は、例えば電熱線等の発熱体で構成され、送風ファン１７によって、空気室１８に送られる空気を加温する。そうすると、空気室１８の温度は、霧１６とともに加温される。２０は、ヒーターである。空気室１８の空気は、霧１６によって、加湿気体となる。加湿気体の温度が高い場合は、その温度と湿度によって、空気室１８の壁に結露が生じる。ヒーター２０は、空気室１８の内側を加熱して、空気室１８の内側の結露を抑制する。ヒーター２０としては、電熱線等の様々な発熱体を採用することができるが、空気室１８の内側の壁を効果的に加温するために面状発熱体を採用することができる。なお、水１４の温度も、空気室１８の加湿気体と同等の温度まで加温されているのが望ましい。もし、水１４の温度が低い場合は、空気室１８の加湿気体の水成分が水１４に吸収されて、湿度が低下する。

２１は、供給チューブ６を加温するヒーターである。これは、供給チューブ６を通過する加湿気体が供給チューブ６の内部で結露することを抑制する。ヒーター２１は、供給チューブ６に結露が生じた場合に、水滴が加湿ダクト２に入らない構造であれば、省略することが可能である。供給チューブ６に生じた水滴が加湿ダクト２に入らないようにするには、供給チューブ６の水滴を加湿ダクト２の手前で排出する構造にしたり、供給チューブ６に生じた水滴が加湿気体供給部３に戻るように、供給チューブ６を傾けたりすることで実現可能である。

図４は、空気線図である。湿度測定法は、ＪＩＳ Ｚ ８８０６：２００１に記載されているが、空気線図は、湿度、気温、結露温度などをグラフ化したものである。横軸は、温度の目盛りであり、縦軸は絶対湿度の目盛りである。各曲線は、それぞれ相対湿度が１００％、９０％、８０％、７０％、６０％、５０％、４０％の場合を示している。空気線図では、ローラ４の表面温度、加湿ダクト２内の空洞１１の加湿気体の温度、同じく加湿気体の相対湿度の３つが分かれば、ローラ４が結露する条件を求めることができる。すなわち、グラフ全体は、１００％の曲線を境に左上と右下の２つの部分に分けられ、左上側の条件が満たされればローラ４の表面１３は結露し、右下側の条件では結露しない。例示すれば、Ａ点は、加湿ダクト２の加湿気体の温度が２５℃、相対湿度が７５％であることを示し、ローラ４の表面１３の温度が２０℃より低ければ、結露する。同じく、Ｂ点で、加湿気体の温度が２８．５℃、相対湿度が６０％である場合も、ローラ４の表面１３の温度が２０℃よりも低ければ結露する。

すなわち、ローラ４の表面１３を結露させるのであれば、ローラ４の表面１３の温度が決まれば、加湿気体の温度及び相対湿度の組み合わせを決定することができる。

（実験準備）
実験は、グラビア印刷のセラミック製のアニロックスローラを想定したローラモデルを対象として、図１及び図２の構造で行った。ローラ４の直径は２００ｍｍとし、表面に水性フレキソインキ（大日精化工業株式会社 ハイドリックＦＣＧ（商品名））を０．０１ｍｍ程度の厚さで塗布し、毎分３０回転で回転させた。ローラ４の表面１３の温度を、放射温度計で計測し、２０℃であることを確認した。

（比較例）
まず、乾燥抑制の効果を確かめるにあたり、比較例として、室温２０℃、相対湿度６０％の中で、ローラ４から加湿ダクト２を取り外し、ローラ４を回転させた。そして、ローラ４の回転を止めて、インキの乾燥を観察した。そうすると、回転させた時間が５秒程度であるにもかかわらず、インキが乾燥し始めている現象が見られた。

（実施例）
次に、実施例として、加湿ダクト２を取り付けて、図３に示す加湿気体供給部３であって、霧発生ユニット１５に、市販の超音波式の霧発生装置を使用して加湿気体を生成した。霧１６は、送風ファン１７の作用によって、霧を含んだまま空洞１１まで到達した。空洞１１は、加湿気体で満たされ、このときの温度は３０度であった。空洞１１の相対湿度は、霧発生ユニット１５の出力を調整することで、ある程度変更可能である。

空洞１１の加湿気体の相対湿度は、７０％程度を超えると、ローラ４に塗布したインキの乾燥が遅くなることがわかった。しかし、７０％を下回ると、乾燥抑制の効果はあまり見られない。一方、１００％近くになると、ローラ４の表面に水がつきはじめる。この水は、結露か、又は霧の付着であると考えられた。この実験の結果、空洞１１内の加湿気体は、ローラ４の表面１３の温度よりも高く、相対湿度が７０％よりも高いと比較例に比べて乾燥抑制効果があることがわかった。空洞１１の相対湿度が高いほど、ローラ４の表面１３の乾燥の抑制効果が高く、乾燥抑制の効果を長時間維持するには、９０％以上が良い。

図４に示す空気線図から、原理的には、加湿ダクト２の空洞１１の加湿気体は、相対湿度が７０％以下でもローラ４の表面１３の温度に比較して十分高温であれば、乾燥抑制の効果はある。しかし、加湿気体の温度とローラ４の表面温度１３の温度差が大きい場合は、ローラ４の表面１３の温度が、空洞１１の加湿気体の温度によって上がるので、加湿抑制の効果が低下し、安定しない。従って、ローラ４の表面１３の温度と加湿ダクト２の空洞１１の加湿気体の温度差は、少ない場合でも、ローラ４の表面１３の乾燥の抑制効果が得られる状態のほうが望ましい。

ローラ４が回転しているときは、表面１３には層流が生じており、空洞１１の加湿気体は、必ずしも表面１３に直接接触するわけではない。それでも、空洞１１内の加湿気体の温度と湿度の状態を所定の範囲に維持することにより、大幅に乾燥を抑制することが可能である。

また、乾燥の抑制は、必ずしもローラ４の表面１３に結露又は水滴が付着することまでは必要ない。すなわち、本発明における乾燥抑制とは、表面１３に水膜ができるように濡れる場合だけではなく、乾燥に時間がかかる場合を含んでいる。乾燥が抑制されて、印刷に障害が出る程度の乾燥までに時間がかかるのであれば、実用上有効だからである。

一方、印刷機によっては、表面１３に、薄く結露が生じたり、水が付着したりするのが望ましい場合もある。これは、印刷中のインキの供給と水の供給による濃度調整をバランスさせる場合に有効である。この状態を実現するには、加湿ダクト２の空洞１１の加湿気体の温度がローラ４の表面１３の温度よりも高く、かつ湿度を高くする。これは、図４の空気線図において、ローラ４の表面１３の温度が、空洞１１内の加湿気体から見て、露点温度以下になるように、加湿気体の温度と湿度を設定することに他ならない。

図２に示す加湿ダクト２の壁８、９、１０は、露点温度以下であると、空洞１１の側に結露が生じる。露点温度とは、図４の１００％の曲線上の温度のことであって、空洞１１の加湿気体の温度と湿度に依存する結露が始まる温度である。図４に示すように、壁８、９、１０は、露点温度よりも温度が高ければ結露しない。２２、２３、２４は、壁８、９、１０の温度をあげるヒーターである。壁８、９、１０の温度が低いと結露が生じ、液化した水がローラ４に落下する。ローラ４に水が落下すると、印刷障害の原因となる。

また、図１に示す排気チューブ７は、排気ファンを追加することができる。排気チューブ７に排気ファンを追加すると、加湿ダクト２の内部の加湿気体の流れを円滑にすることができる。

図１では、ローラ４の長手方向に沿って設けた加湿ダクト２の両端に対向するように供給チューブ６及び排気チューブ７を設ける例を示した。この場合は、加湿ダクト２内の加湿気体は、ローラ４の長手方向沿って送られる。一方、加湿気体の一部は、回転するローラ４と加湿ダクト２の隙間から漏れて、ローラ４の表面１３を覆うように流れる。ローラ４の表面１３が加湿気体で覆われるので、加湿抑制効果が得られる。排気チューブ７からは、余った加湿気体が排気される。

図５は、加湿ダクト２の他の構造の例である。２５、２６、２７は、壁８、９、１０に設けた放熱フィンである。放熱フィン２５、２６、２７は、壁８、８、１０の熱を、空洞１１を通過する加湿気体に伝達する。この結果、壁８、９、１０の温度が安定していれば、空洞１１内の加湿気体の温度は安定する。

この放熱フィン２５、２６、２７は、熱伝導性の良い熱伝導体を用いたフィンであり、熱伝導性の良い材料で構成することができる。熱伝導性の良い材料としては、アルミニウム、銅等が考えられ、これらで構成されることが好ましいが、この材料に限定されるのでは無く、金属全般を用いることができるし、各種合金を用いても良い。また、熱伝導体を含んだ樹脂材料を使用することもできるし、ヒートパイプで構成することもできる。

さらに、壁８、９、１０の温度を、ローラ４の長手方向の位置によって変化させれば、加湿気体の温度の制御が容易になる。ローラ４の長さが長い場合は、加湿気体の温度は、供給チューブ６側で高く、排気チューブ７側で低くなる。この場合は、ヒーター２２、２３、２４を分割して部分的に温度制御可能な構成にすれば、加湿気体の温度を、供給チューブ６側より排気チューブ７側で高くなるようにすることも可能である。

図６は、さらに加湿ダクト２の他の構造の例である。２８は、整流部としての整流フィンである。整流フィン２８は、加湿ダクト２の全長にわたって、加湿ダクト２内の空洞１１を、上流空洞２９と下流空洞３０に分割するように、壁９に取り付けられている。上流空洞２９には、加湿気体供給部３が接続され、下流空洞３０には、排気チューブ７が接続される。

上流空洞２９に供給された加湿気体は、下流空洞３０に向けて移動する。加湿気体の流れ方向は、ローラ４の回転方向５と連れまわり方向である。これにより、加湿気体とローラ４の表面１３の相対速度が低下する。その結果、加湿気体は、ローラ４の層流の影響を受けにくくなる。整流フィン２８は、上流空洞２９から下流空洞３０に向けて移動する加湿気体の流れを整流するものであって、加湿気体の流れを、ローラ４の表面１３の移動速度とほぼ同じにすることも可能である。

ローラ４の長さが長い場合は、加湿ダクト２の内部の加湿気体の温度や湿度を、ローラ４の全長にわたって均一にするのは難しいことがある。この場合は、図７に示すように、加湿ダクト２の中央に供給チューブ６を接続し、排気チューブ７を両端に設けるようにすることをできる。この場合は、加湿ダクト２の内部であって、供給チューブ６の部分に、加湿気体の流れを遮る整流板３１を設けることができる。この整流板３１は、供給チューブ６から加湿ダクト２に送られる加湿気体が、直接ローラ４に当たることを防止する。

また、ローラ４の長さがかなり長い場合は、加湿ダクト２の内部の加湿気体の温度や湿度を、ローラ４の全長にわたって均一にするために、複数の供給チューブ６を用意し、加湿ダクト２の複数箇所に接続しても良い。この場合も上記と同様に、供給チューブ６の部分に、加湿気体の流れを遮る整流板３１を設けることが望ましい。この整流板３１により、供給チューブ６から加湿ダクト２に送られる加湿気体が、直接ローラ４に当たることを防止するためである。

図８は、加湿気体供給部３の別の構成を示したものである。３２は、ヒーターである。ヒーター３２は、水１４を加熱して、空気室１８内の空気を加湿する。図３に示した加湿気体供給部３は、超音波を利用した霧発生装置を使用した例を示した。超音波霧発生装置は、霧の温度は上昇せず、冷えたままである。一方、図８のように、水１４を加熱した場合は、空気室１８内は、加温された湿った空気で満たされ、かつ透明である。このように、ヒーター３２を使用した加湿気体供給部３は、供給チューブ６の部分で、温度及び湿度の安定性が高い。

図９は、加湿気体供給部３の別の構造の例を示したものである。３３は、蒸発板である。蒸発板３３は、空気に接触する表面積を広くした繊維体であり、セルロースを貼ったフレームで実現できる。蒸発板３３は、毛細管現象を利用して水１４を吸い上げる。蒸発板３３を使用した加湿気体供給部３の利点は、構造が簡単であることである。

なお、加湿気体供給部３の構成で、供給チューブ６を通過する加湿気体は、図３のように超音波霧発生装置をしようすると、白い霧が見え、図８のように加熱ヒーターを使用したり、図９のように蒸発板を使用したりした場合は透明である。いずれの場合も、図４に示した空気線図を使用して設計することができる。

１ 乾燥抑制装置
２ 加湿ダクト
３ 加湿気体供給部
４ ローラ
５ 回転方向
６ 供給チューブ
７ 排気チューブ
８ 壁
９ 壁
１０ 壁
１１ 空洞
１２ 開口
１３ 表面
１４ 水
１５ 霧発生ユニット
１６ 霧
１７ 送風ファン
１８ 空気室
１９ 加温部
２０ ヒーター
２１ ヒーター
２２ ヒーター
２３ ヒーター
２４ ヒーター
２５ 放熱フィン
２６ 放熱フィン
２７ 放熱フィン
２８ 整流フィン
２９ 上流空洞
３０ 下流空洞
３１ 整流板
３２ ヒーター
３３ 蒸発板

Claims (6)

1. 回転するローラの表面の乾燥を抑制するための乾燥抑制装置において、
   長手方向に沿って、前記ローラの表面に対向する開口を備え、かつ加湿気体の導入口を備えた箱状の加湿ダクトと、
   前記導入口に加湿気体を供給する加湿気体供給部と、から構成され、
   前記加湿ダクト内の前記加湿気体の温度は、回転している前記ローラの表面の温度よりも高い温度でかつ相対湿度が７０％よりも高く、
   前記加湿ダクト内の前記加湿気体は、温度が回転している前記ローラの表面の温度よりも高く、かつ湿度は、前記ローラ表面に結露が生じる湿度であり、
   前記加湿気体は、前記ローラ表面に直接接触するように前記開口から送られ、
   前記加湿ダクトは、前記加湿ダクト内の前記加湿気体を前記加湿ダクト外に排気する排気部を備えていることを特徴とする乾燥抑制装置。
2. 前記加湿ダクトは、前記加湿気体に面した部分が露点温度以上になるように加温されていることを特徴とする請求項１に記載の乾燥抑制装置。
3. 前記加湿ダクト内の前記加湿気体は、前記ローラの長手方向に沿って流れることを特徴とする請求項１に記載の乾燥抑制装置。
4. 前記加湿ダクトは、前記加湿気体に接する側に、前記加湿気体の温度を均一化する熱伝導体のフィンを備えていることを特徴とする請求項１に記載の乾燥抑制装置。
5. 前記加湿ダクトは、前記加湿気体供給部と前記排気部の間に、前記加湿ダクト内の前記加湿気体が、前記ローラの回転円周方向に沿って流れ、かつ前記加湿気体は、流れの方向が前記ローラの回転と連れまわり方向に流れるように整流部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の乾燥抑制装置。
6. 前記加湿ダクト内の前記加湿気体の前記ローラの回転円周方向に沿った流れの流速は、前記ローラの表面速度と略同一であることを特徴とする請求項５に記載の乾燥抑制装置。

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