JP7262316B2 - グラビアロール及びこれを備えたグラビア塗工装置 - Google Patents

Description

本発明は、基材の塗液を塗工するためのグラビアロール及びこれを用いたグラビア塗工装置に関する。

特許文献１には、連続走行している帯状の基材に塗液を塗工する塗工装置として、塗液を貯留するマニホールドブロックと、塗液を基材に転移させるマイクログラビア版と、マイクログラビア版の外周面に付着した余分な塗液を掻き落とすためのドクターとを備えたマイクログラビアコーターが記載されている。また、特許文献２には、リバースグラビア塗工装置に用いるグラビアロールの表面に、塗液を掻き上げるための螺旋状の複数の斜線彫刻溝を形成することが記載されている。

特開２０１２－１７０９３９号公報 特開２０１０－００５５４３号公報

特許文献２に記載されるような斜線彫刻溝を設けたグラビアロールを用いて塗液を塗工する際、グラビアロールの回転に伴って塗液が彫刻溝に沿って移動し、グラビアロールの一方端から他方端へ向かう塗液の流れが生じる。彫刻溝の加工上の制約により、彫刻溝の端部の深さはそれ以外の部分よりも浅くなっているため、ワークに対して高速で塗工を行うと、塗液の流れの上流側となる彫刻溝の端部において塗液の供給不足が発生し、塗液中に気泡が混入する場合がある。混入した気泡は塗液の流れに伴ってグラビアロールの軸方向に移動し、塗工不良を引き起こす可能性がある。

それ故に、本発明は、基材上の塗膜の塗工不良を抑制できるグラビアロール及びこれを備えたグラビア塗工装置を提供することを目的とする。

本発明は、基材の表面に塗液を塗工するために用いられる略円柱形状のグラビアロールに関する。本発明に係るグラビアロールは、グラビアロールの軸方向における一方端側に設けられる第１の塗布部と、グラビアロールの軸方向における他方端側に設けられ、グラビアロールの軸方向において第１の塗布部に隣接する第２の塗布部とを備える。第１の塗布部には、塗工時におけるグラビアロールの所定の回転方向への回転に伴って、第１の塗布部及び第２の塗布部の境界部から一方端へと向かう塗液の流れを発生させる複数の第１の彫刻溝が設けられる。第２の塗布部には、塗工時におけるグラビアロールの所定の回転方向への回転に伴って、境界部から他方端へと向かう塗液の流れを発生させる複数の第２の彫刻溝が設けられ、第１の彫刻溝は、グラビアロールの所定の回転方向と逆方向に向かうにつれて一方端に近づく螺旋形状を有しており、第２の彫刻溝は、グラビアロールの所定の回転方向と逆方向に向かうにつれて他方端に近づき、かつ、第１の彫刻溝の螺旋形状と回転方向が逆の螺旋形状を有しており、第１の塗布部には、グラビアロールの所定の回転方向と逆方向に向かうにつれて境界部に近づき、かつ、第１の彫刻溝の螺旋形状と回転方向が逆の螺旋形状を有する複数の第３の彫刻溝が更に設けられ、第２の塗布部には、グラビアロールの所定の回転方向と逆方向に向かうにつれて境界部に近づき、かつ、第２の彫刻溝の螺旋形状と回転方向が逆の螺旋形状を有する複数の第４の彫刻溝が更に設けられ、第３の彫刻溝の数及び第４の彫刻溝の数は、それぞれ、第１の彫刻溝の数及び第２の彫刻溝の数よりも少ない。

また、本発明に係るグラビア塗工装置は、上記のグラビアロールと、グラビアロールを所定の回転方向に回転させる駆動機構と、グラビアロールに塗液を供給するマニホールドブロックと、グラビアロールから過剰な塗液を掻き取るドクターブレードとを備える。

本発明によれば、基材上の塗膜の塗工不良を抑制できるグラビアロール及びこれを備えたグラビア塗工装置を提供できる。

実施形態に係るグラビア塗工装置の概略構成を示す斜視図 図１に示すＩＩ－ＩＩラインに沿う断面図 従来のグラビアロールを用いて高速塗工を行った場合の問題点を説明するための図 実施形態に係るグラビアロールの概略構成を示す正面図 実施形態に係るグラビアロールの使用状態を示す図 実施形態に係るグラビアロールに設けられた彫刻溝のピッチを説明するための図 変形例に係るグラビアロールの概略構成を示す正面図

図１は、実施形態に係るグラビア塗工装置の概略構成を示す斜視図であり、図２は、図１に示すＩＩ－ＩＩラインに沿う断面図である。

グラビア塗工装置１は、基材１０の表面に塗液を塗工するための装置であり、グラビアロール１１と、駆動機構２と、マニホールドブロック３と、ドクターブレード４とを備える。

グラビアロール１１は、略円柱形状を有し、中心軸周りに回転可能に支持されている。グラビアロール１１は、所定の回転方向に回転しながら、マニホールドブロック３から供給された塗液を基材１０の表面に塗工する。グラビアロール１１は、例えば、金属により形成することができる。グラビアロール１１は、グラビア塗工装置１を上方から平面視したときに、基材１０の搬送をガイドするための搬送ロール５及び６の間に位置するように配置される。グラビアロール１１の表面には、マニホールドブロック３から塗液を掻き上げて保持するための複数の彫刻溝が形成されているが、彫刻溝の詳細については後述する。

駆動機構２は、モータ及びコントローラを含むアクチュエータであり、コントローラによる制御に従ってグラビアロール１１を中心軸周りに回転させる。

マニホールドブロック３は、グラビアロール１１の円柱面に対応する形状の凹部７と、図示しない送液装置から供給された塗液を貯留するマニホールド８と、マニホールド８を凹部７に連通させるスリット９とを有する。図示しない送液装置から供給された塗液は、マニホールド８及びスリット９を介して凹部７に供給される。図２に示すように、グラビアロール１１の下方部は、凹部７の内面との間に所定の隙間が生じるように凹部７に収容されており、凹部７内の塗液がグラビアロール１１の表面に供給される。

ドクターブレード４は、マニホールドブロック３と基材１０との間に配置される。ドクターブレード４の端縁は、グラビアロール１１と基材１０との接触箇所より上流側（グラビアロールの回転方向と逆方向側）において、グラビアロール１１の外周面に所定の接触圧力で当接しており、グラビアロール１１の表面から過剰な塗液を掻き取る。

塗工時には、基材１０は、搬送ロール５及び６によってガイドされながら、図示しない搬送装置によって所定の搬送速度で矢印の方向に搬送される。グラビアロール１１は、搬送ロール５及び６の間の部分で基材１０に接触しており、駆動機構２の駆動力によって、基材１０の搬送速度に同期した回転速度で図１及び２の矢印の方向に回転しながら、マニホールドブロック３から供給された塗液を基材１０の表面（図１及び図２における下面）に塗工する。一例として、グラビアロール１１の直径は６０ｍｍ以下であり、塗工時には、１１０～２７０ｒｐｍの回転数で使用される。

ここで、本実施形態に係るグラビアロール１１の詳細な説明に先立ち、従来のグラビアロールの構成と課題を説明する。尚、以下で説明する図３、図４、図６及び図７では、グラビアロールの表面に形成された螺旋状の彫刻溝を簡略化して斜線で表す。

図３は、従来のグラビアロールを用いて高速塗工を行った場合の問題点を説明するための図である。図３は、図１に示したＦ－Ｆラインから見た図に相当する図であり、図３においては、簡略化のため、搬送ロール５と、従来のグラビアロール９０と、基材１０のみを模式的に示している。

グラビアロール９０の表面には、複数の彫刻溝９１が形成されている。図３の例では、全ての彫刻溝９１が、右巻きの螺旋形状を有する。塗工時にグラビアロール９０を図３に示す矢印方向に回転させると、グラビアロール９０上の塗液に働く慣性力に従い、彫刻溝９１上に保持された塗液は彫刻溝９１に沿って、図３における右下方向に移動する。複数の彫刻溝９１に沿った塗液の動きにより、グラビアロール９０の表面において、図３における左側から右側へと向かう塗液の流れが発生する。ここで、彫刻溝９１の端部の深さは、加工上の制約により、それ以外の部分よりも浅くなっている。グラビアロール９０を高速回転させて、基材１０に対して塗液を高速で塗工した場合、塗液の流れの上流側となる彫刻溝９１の端部（図３で破線で囲んだ部分）において、マニホールドブロックからグラビアロール９０への塗液の供給不足が発生する。塗液の供給不足が発生すると、グラビアロール９０と基材１０との接触箇所に形成されるビード１９に気泡２０が混入する場合があるが、ビード１９内に混入した気泡２０は、発生した右方向への塗液の流れに乗ってビード１９内を右方向に移動する。基材１０は、塗工時に長手方向に連続搬送されているので、気泡２０がビード１９内において基材１０の幅方向に移動すると、基材１０の搬送方向に対して斜め方向に延びる線状の痕跡（図３に二点鎖線で示す）が残り、この痕跡が塗工不良となる場合がある。

そこで、本実施形態に係るグラビア塗工装置１においては、グラビアロール１１の表面に形成する彫刻溝を工夫することにより、図３で説明した塗工不良を抑制する。以下、本実施形態に係るグラビアロール１１の詳細を説明する。

図４は、実施形態に係るグラビアロールの概略構成を示す正面図であり、図５は、実施形態に係るグラビアロールの使用状態を示す図である。図４は、図１に示したＦ－Ｆラインから見た図に相当する図であり、図４においては、簡略化のため、搬送ロール５と、グラビアロール１１と、基材１０のみを模式的に示している。

本実施形態に係るグラビアロール１１は、複数の第１の彫刻溝２１が形成された第１の塗布部１３と、複数の第２の彫刻溝２２が形成された第２の塗布部１４とを有する。第１の塗布部１３及び第２の塗布部１４は、グラビアロール１１の軸方向に隣接して設けられており、第１の塗布部１３がグラビアロール１１の一方の端部１５側に位置し、第２の塗布部１４がグラビアロール１１の他方の端部１６側に位置する。

第１の塗布部１３に形成された第１の彫刻溝２１は、塗工時におけるグラビアロール１１の回転方向（矢印で示す）と逆方向に向かうにつれて端部１５に近づく螺線形状を有する。より具体的には、本実施形態における第１の彫刻溝２１は、左巻きの螺線形状を有する。塗工時にグラビアロール１１を回転させると、グラビアロール１１上の塗液は第１の彫刻溝２１に沿って図５における左下方向に移動するので、第１の塗布部１３には、第１の塗布部１３及び第２の塗布部１４の境界部１７から端部１５に向かう塗液の流れが発生する。

一方、第２の塗布部１４に形成された第２の彫刻溝２２は、塗工時におけるグラビアロール１１の回転方向と逆方向に向かうにつれて端部１６に近づく螺線形状を有する。第２の彫刻溝２２の螺線形状は、第１の彫刻溝２１と逆回転の螺線形状である。より具体的には、本実施形態における第２の彫刻溝２２は、右巻きの螺線形状を有する。塗工時にグラビアロール１１を回転させると、グラビアロール１１上の塗液は第２の彫刻溝２２に沿って図５における右下方向に移動するので、第２の塗布部１４には、第１の塗布部１３及び第２の塗布部１４の境界部１７から端部１６に向かう塗液の流れが発生する。

尚、螺旋形状の「右巻き」とは、グラビアロール１１の中心軸Ａｘに直交する平面から螺旋の進行方向を見たときに、中心軸Ａｘを中心とした螺旋の回転方向が右回り（時計回り）であることをいい、螺旋形状の「左巻き」とは、グラビアロール１１の中心軸Ａｘに直交する平面から螺旋の進行方向を見たときに、中心軸Ａｘを中心とした螺旋の回転方向が左回り（反時計回り）であることをいう。

第１の彫刻溝２１がグラビアロール１１の中心軸Ａｘに対してなす角度θ１と、第２の彫刻溝２２がグラビアロール１１の中心軸Ａｘに対してなす角度θ２は、いずれも３０～６０°であることが好ましい。第１の彫刻溝２１及び第２の彫刻溝２２は、螺旋状であり、平面視したときに第１の彫刻溝２１及び第２の彫刻溝２２は厳密には直線とはならない。したがって、θ１及びθ２はいずれも第１の彫刻溝２１及び第２の彫刻溝２２の近似直線が中心軸Ａｘに対してなす角度である。具体的には、グラビアロール１１を平面視したときに、グラビアロール１１の頂点を中心とした所定長さの彫刻溝にフィットする直線を近似曲線としてθ１及びθ２を算出することができる。θ１及びθ２が３０～６０°の範囲内であれば、境界部１７から端部１５及び１６のそれぞれに向かう適度な塗液の流れを発生させることができるので、第１の彫刻溝２１の端部または第２の彫刻溝２２の端部からビード１９内への気泡の混入を防止することができる。また、図５に示すように、何らかの要因で塗液のビード１９内に気泡２０が混入したとしても、境界部１７から端部１５及び１６のそれぞれに向かう塗液の流れにより、図３に示した従来のグラビアロール９０ と比べて、より速やかに混入した気泡２０をビード１９の外部へと排出することができる。θ１及びθ２が小さくなりすぎると、グラビアロール１１の塗液の保持量の均一性が低下する可能性がある。一方、θ１及びθ２が大きくなりすぎると、境界部１７から端部１５または１６へ向かう塗液の流れが少なくなりすぎ、何らかの要因でビード１９に混入した気泡２０を外部に排出することが困難となったり、気泡２０の排出に要する時間が長くなったりする。したがって、θ１及びθ２は上記の範囲内とすることが好ましい。

上述した通り、θ１及びθ２は、第１の彫刻溝２１及び第２の彫刻溝２２を直線に近似したときに求められる値である。θ１及びθ２の大きさは、第１の彫刻溝２１及び第２の彫刻溝２２のそれぞれのピッチと対応して定まる値である。したがって、θ１及びθ２に代えて第１の彫刻溝２１及び第２の彫刻溝２２のピッチを用いれば、第１の彫刻溝２１及び第２の彫刻溝２２の好ましい条件をより厳密に定義することが可能である。

図６は、実施形態に係るグラビアロールに設けられた彫刻溝のピッチを説明するための図である。より詳細には、図５は、グラビアロール１１の外周面に形成された一周期分の第１の彫刻溝２１及び一周期分の第２の彫刻溝２２を平面に展開した展開図である。ここで、彫刻溝のピッチとは、一周期分（すなわち、グラビアロール１１の１周分）に相当する彫刻溝の一部の両端間の距離（中心軸Ａｘ方向の距離）である。図５に示す展開図上において、中心軸Ａｘ方向に対して第１の彫刻溝２１及び第２の彫刻溝２２がなす角度をそれぞれθ１’及びθ２’とする。境界部１７から端部１５及び端部１６へと向かう適度な塗液の流れを発生させるためには、図４で説明した理由により、θ１’及びθ２’もまた３０～６０°の範囲内であることが好ましい。ここで、グラビアロール１１の直径をＲとすると、グラビアロール１１の周長はπＲであるので、θ１’及びθ２’が３０°の場合、彫刻溝のピッチは√３・πＲとなり、θ１’及びθ２’が６０°の場合、彫刻溝のピッチは１／√３・πＲとなる。したがって、第１の彫刻溝２１及び第２の彫刻溝２２の一周期分のピッチは、１／√３・πＲ～√３・πＲであることが好ましい。第１の彫刻溝２１及び第２の彫刻溝２２の一周期分のピッチがこの範囲内であれば、境界部１７から端部１５及び１６のそれぞれに向かう適度な塗液の流れを発生させて、第１の彫刻溝２１の端部または第２の彫刻溝２２の端部からビード内への気泡の混入を防止することができ、何らかの要因で塗液のビード内に混入した気泡を速やかに外部に排出することができる。

尚、第１の彫刻溝２１及び第２の彫刻溝２２の数（条数）は、特に限定されない。また、第１の塗布部１３及び第２の塗布部１４の中心軸Ａｘ方向の長さは同一であっても異なっていても良いが、第１の塗布部１３及び第２の塗布部１４の中心軸Ａｘ方向の長さが同一であれば、境界部１７近傍に混入した気泡をより速やかに排出できるので好ましい。

図７は、変形例に係るグラビアロールの概略構成を示す正面図である。

変形例に係るグラビアロール１２は、第１の塗布部１３及び第２の塗布部１４に、更に、複数の第３の彫刻溝２３及び複数の第４の彫刻溝２４がそれぞれ設けられている。

第３の彫刻溝２３は、第１の彫刻溝２１の螺旋形状と回転方向が逆の螺旋形状、すなわち、塗工時におけるグラビアロール１２の回転方向（矢印で示す）と逆方向に向かうにつれて境界部１７に近づく螺線形状を有する。より具体的には、本変形例における第３の彫刻溝２３は、右巻きの螺線形状を有する。第３の彫刻溝２３の数は、第１の彫刻溝２１の数より少なく設定される。

第４の彫刻溝２４は、第２の彫刻溝２２の螺旋形状と回転方向が逆の螺旋形状、すなわち、塗工時におけるグラビアロール１２の回転方向（矢印で示す）と逆方向に向かうにつれて境界部１７に近づく螺線形状を有する。より具体的には、本変形例における第４の彫刻溝２４は、左巻きの螺線形状を有する。第４の彫刻溝２４の数は、第２の彫刻溝２２の数より少なく設定される。

塗工時にグラビアロール１２を回転させると、グラビアロール１２上の塗液は、第１の彫刻溝２１に沿って図４における左下方向に移動すると共に、第２の彫刻溝２２に沿って図５における右下方向に移動する。したがって、グラビアロール１２上に、第１の塗布部１３及び第２の塗布部１４の境界部１７から端部１５及び１６のそれぞれに向かう塗液の流れが発生する。第３の彫刻溝２３及び第４の彫刻溝２４は、それぞれ第１の彫刻溝２１及び第２の彫刻溝２２と逆の螺旋形状を有しているので、第１の塗布部１３及び第２の塗布部１４に発生した塗液の流れを弱める働きをする。第３の彫刻溝２３及び第４の彫刻溝２４を、第１の彫刻溝２１及び第２の彫刻溝２２のそれぞれより少ない本数だけ設けることにより、塗工時における塗液の流れを調整することが可能となる。

尚、第３の彫刻溝２３及び第４の彫刻溝２４がグラビアロール１２の中心軸Ａｘに対してなす角度は、上記の第１の彫刻溝２１及び第２の彫刻溝２２と同様に、３０～６０°とすることが好ましい。あるいは、第３の彫刻溝２３及び第４の彫刻溝２４の一周期分のピッチを１／√３・πＲ～√３・πＲとすることが好ましい。

（その他の変形例）
上記の実施形態及び変形例では、グラビアロールに設ける彫刻溝を等ピッチの螺旋状とした例を説明したが、彫刻溝は、ピッチが一定でない螺旋状としても良い。また、彫刻溝の形状は螺旋状に限定されず、グラビアロールの回転に伴って意図した方向に塗液の流れを発生させることができるものであれば、他の形状であっても良い。

本発明は、基材に塗液を塗工するためのグラビアロール及びグラビア塗工装置に利用できる。

１ グラビア塗工装置
２ 駆動機構
３ マニホールドブロック
４ ドクターブレード
１０ 基材
１１、１２ グラビアロール
１３ 第１の塗布部
１４ 第２の塗布部
１５、１６ 端部
１７ 境界部
２１ 第１の彫刻溝
２２ 第２の彫刻溝
２３ 第３の彫刻溝
２４ 第４の彫刻溝

Claims (3)

1. 基材の表面に塗液を塗工するために用いられる略円柱形状のグラビアロールであって、
   前記グラビアロールの軸方向における一方端側に設けられる第１の塗布部と、
   前記グラビアロールの軸方向における他方端側に設けられ、前記グラビアロールの軸方向において前記第１の塗布部に隣接する第２の塗布部とを備え、
   前記第１の塗布部には、塗工時における前記グラビアロールの所定の回転方向への回転に伴って、前記第１の塗布部及び前記第２の塗布部の境界部から前記一方端へと向かう前記塗液の流れを発生させる複数の第１の彫刻溝が設けられ、
   前記第２の塗布部には、塗工時における前記グラビアロールの前記所定の回転方向への回転に伴って、前記境界部から前記他方端へと向かう前記塗液の流れを発生させる複数の第２の彫刻溝が設けられ、
   前記第１の彫刻溝は、前記グラビアロールの前記所定の回転方向と逆方向に向かうにつれて前記一方端に近づく螺旋形状を有しており、
   前記第２の彫刻溝は、前記グラビアロールの前記所定の回転方向と逆方向に向かうにつれて前記他方端に近づき、かつ、前記第１の彫刻溝の螺旋形状と回転方向が逆の螺旋形状を有しており、
   前記第１の塗布部には、前記グラビアロールの前記所定の回転方向と逆方向に向かうにつれて前記境界部に近づき、かつ、前記第１の彫刻溝の螺旋形状と回転方向が逆の螺旋形状を有する複数の第３の彫刻溝が更に設けられ、
   前記第２の塗布部には、前記グラビアロールの前記所定の回転方向と逆方向に向かうにつれて前記境界部に近づき、かつ、前記第２の彫刻溝の螺旋形状と回転方向が逆の螺旋形状を有する複数の第４の彫刻溝が更に設けられ、
   前記第３の彫刻溝の数及び前記第４の彫刻溝の数は、それぞれ、前記第１の彫刻溝の数及び前記第２の彫刻溝の数よりも少ない、グラビアロール。
2. 前記グラビアロールの直径をＲとしたとき、前記第１の彫刻溝及び前記第２の彫刻溝の螺線形状のピッチが１／√３・πＲ～√３・πＲである、請求項１に記載のグラビアロール。
3. 請求項１または２に記載のグラビアロールと、
   前記グラビアロールを前記所定の回転方向に回転させる駆動機構と、
   前記グラビアロールに前記塗液を供給するマニホールドブロックと、
   前記グラビアロールから過剰な塗液を掻き取るドクターブレードとを備える、グラビア塗工装置。

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