JP5463713B2

JP5463713B2 - グラビアコーティング用ドクター

Info

Publication number: JP5463713B2
Application number: JP2009089730A
Authority: JP
Inventors: 悠松浦; 充裕岩坂
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2009-04-02
Filing date: 2009-04-02
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2029-04-02
Also published as: JP2010240897A

Description

本発明は、主に光学部材やエレクトロニクス分野等の精密な要求品質を必要とする分野における、グラビアコーティングにおいて使用されるドクターに関する。更に詳しく言えば、連続的に搬送される長尺状の支持体に対して連続的に加工を行うグラビアコーティングにおいて、ドクターの掻き取りにより発生する様々な塗布欠陥を起こさないドクターに関する。

連続的に搬送される長尺状支持体上に、所望の膜厚に塗布液を塗布する方法の一つとして、グラビアコーティングは古くから包装材料、産業資材、電子基盤材料等の塗布において用いられてきた。グラビアコーティングは薄膜であっても精度良く塗布が可能であり、塗布可能な粘度範囲が広いという特長を有している。

一般的にグラビアコーティング装置は図１に示すように、円筒の表面に版面（グラビア版）がセル状或いはらせん状に彫刻が施された版胴１、塗布液を溜めたインキパン２、余分な塗布液を掻き落とす板状のドクター３、ドクター３を固定するドクターホルダー４、版胴１に支持体（紙などの被印刷物）５を押し付けるバックロール６、及び図示していないインキパンに塗布液を供給するポンプシステムより構成され、支持体５上に均一な塗布膜７を形成する事が出来る。インキパン２に溜められた塗布液が、版胴１が回転することにより版面で掻き上げられ、版面で掻き上げられた塗布液はドクター３により適正量に計量され、図示しない巻き出し装置より連続的に供給された長尺状可撓性の支持体５上に、均一に転移されることによって、均一な塗布膜７が形成される。

グラビアコーティング装置には、図１に示すような長尺状支持体の進行方向と同一方向に版胴が回転する正転方式、また、長尺状支持体の進行方向と反対方向に版胴が回転するリバース方式や、長尺状支持体の後ろにバックロールの無いフローティング方式、また図２に示すようにそれらを組み合わせたフローティングリバース方式等がある。フローティングリバース方式等では、版胴１の両側にガイドロール８が配設され、それらガイドロール８により支持体５が版胴１に押し付けられる。

グラビアコーティング装置においては、インキパンから版胴によって掻き上げられた塗布液は、ドクターの刃先によって版面のセル内に有るもの以外はインキパンに掻き落とされ、セル内に残った塗布液が均一にコーティングされる。したがって、ドクターは塗布液の掻き取り精度が直接塗工面に大きな影響を与えるために、ドクターの刃先表面を一様に削る事によりドクターの幅方向全面に均一にし、不均一な欠陥が発生しないようにする必要がある。

しかしながら回転する版胴と、ドクターホルダーにより固定されたドクターの刃先は常に接触摩擦状態にあり、それ故に連続コーティング中にドクターの刃先に不均一な磨耗が発生し、掻き落とされる塗布液が適正量とならず、塗布スジを発生させる事がしばしばあり、連続生産における収率の低下をもたらす重大な問題を生じていた。また、このような不具合が発生した場合には、ドクターを新品に交換して対応するしかなく、その場合、交換作業時間のロスや、ドクターの慣らし運転による時間ロスが稼働率に重大な影響を与える。さらにドクターは塗布液の掻き取り精度が直接塗工面に大きな影響を与えることから、限定された材料を使って、高価な製造装置により作られるために、生産コストの面でも負荷となる。

塗布スジを改善する為には、ドクターの刃先が均一であること、磨耗しないこと、磨耗したときの磨耗幅がばらつきなく均一であることが重要である。

これに対して、耐磨耗性を向上させたドクター（例えば、特許文献１参照。）が知られている。

このドクターは、弾性を有する材料で形成された板状の母体と、この母体の表面に被覆され、この母体より硬質の材料で形成された耐磨耗層を具備し、該ドクターのバネ定数が２．５〜５．０Ｎ／ｍｍであり、耐磨耗層のビッカース硬度が１０００〜３８００Ｈｖに施されている。また、ドクターの耐磨耗層の形成にＣＶＤ法およびＰＶＤ法を適用することで表面の凹凸を抑制している。

しかしながら、弾性を有する母体に耐磨耗層を具備したドクターであっても、グラビアコーティング装置では、ドクターホルダーにより保持され、ドクターの保持部分が長い為に、版胴の版面に接触する際にドクターのしなる長さが短くなってしまうことで弾性力が不十分となってしまい、ドクターの自由度が小さくなってしまう。

ドクターのしなりが不十分であると版面との接触の際に密着状態に偏りが生じてしまい、磨耗に不均一な状態を生じてしまう。

また、ドクターは版面と接触させて使用する為に、グラビア版を保護する目的から、ドクターの硬度はグラビア版よりも通常弱いものを使用する。

したがって、上記ドクターのように耐磨耗層を有していても磨耗を完全に抑制することはできず、連続塗工中に磨耗が発生する。この磨耗幅が均一であれば、磨耗しても塗布面に不具合を生じさせないが、磨耗幅にばらつきが生じると塗布スジ等の不具合が発生してしまう。主に光学部材やエレクトロニクス分野等の精密な要求品質を必要とする分野では、塗工直後には塗工面が良好であっても、連続塗工中に塗布スジが発生する問題が完全に解決できない。

特開平８−１９７７１１

本発明は上記したような、回転する版胴の版面と固定したドクターが接触摩擦を起こすことによって発生する、ドクター刃先の不均一な磨耗、ドクターの寿命等を解決することが可能なグラビアコーティングにおける、ドクターを提供することである。

本発明は上記の課題を解決するために鋭意努力を重ねた結果、本発明を完成するに至った。
請求項１に係る発明は、被取り付け部と、この被取り付け部から該被取り付け部の厚さよりも小さい寸法の厚さで薄板状に突設された刃部とを有するグラビア印刷用のドクターであって、前記ドクターの長さは１５５０ｍｍであり、前記刃部が前記被取り付け部から突設された方向における長さは、１．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であり、前記被取り付け部の厚さは０．１０ｍｍ〜０．６０ｍｍ、幅は４０ｍｍ〜８０ｍｍであり、前記刃部の厚さは、０．０５ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下であり、前記被取り付け部と前記刃部とは共通の母材を有し、前記母材は、弾性と靭性を備えた軟鋼であり、前記刃部は、さらに、前記母材の表面を覆う表面層を有し、前記刃部の母材の厚さは０．０４９〜０．１９９ｍｍであり、前記表面層の厚さは、０．００１〜０．０５ｍｍであり、前記表面層は、粒径が０．５〜５．０μｍのＳｉＣ粒子が分散されたＮｉ−Ｐ系のメッキで構成され、前記表面層のビッカース硬度が９２０Ｈｖ以上１５００Ｈｖ以下であることを特徴とする。
請求項２に係る発明は、円筒の表面に版面が形成された版胴と、前記版面上の余分な塗布液を掻き落とす請求項１記載のドクターを備えるグラビアコーティング装置の塗布装置である。
請求項３に係る発明は、支持体の少なくとも一方の面に塗布膜を形成する塗布物の製造方法であって、請求項２記載の塗布装置を用い連続搬送される支持体上に塗布液を塗布し、支持体上に塗布膜を形成したことを特徴とする塗布物の製造方法である。
請求項４に係る発明は、前記塗布液が酸性塗液であることを特徴とする請求項３記載の塗布物の製造方法である。

本発明によれば、グラビアコーティングにおける、グラビア版との接触面における局所的な磨耗量の変動ばらつき抑制、ドクターの長寿命化が可能となる。
また、連続コーティング中に発生するドクター磨耗量の不均一を低減でき、塗布スジの発生を抑制できる。

本発明のドクターを使用するグラビアコーティング方式の塗布装置一具体例を示す断面図である。本発明のドクターを使用するグラビアコーティング方式の塗布装置の図１の他の一具体例を示す断面図である。本発明のドクターを使用するグラビアコーティング方式のグラビア版とドクターの拡大を示す一具体例を示す断面図である。本発明のドクターを使用するグラビアコーティング方式のグラビア版とドクターの拡大を示す図３の他の一具体例を示す断面図である。本発明のドクターの形状の一具体例を示す断面図である。

本発明は、上記目標を達成するために、被取り付け部２０と、この被取り付け部２０から該被取り付け部２０の厚さＴ１よりも小さい寸法の厚さＴ２で薄板状に突設された刃部２２とを有するグラビア印刷用のドクター３である。
被取り付け部２０は、ドクターホルダー４に取り付けられる箇所である。
刃部２２が被取り付け部２２から突設された方向における長さＬ１は、１．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であり、かつ刃部２２の表面のビッカース硬度が９２０Ｈｖ以上１５００Ｈｖ以下であることを特徴とする。
かかる構成を有することにより刃部２２にしなりを付与し、グラビア版とドクターが接触する摩擦力を軽減し、さらにグラビア版との均一な密着を維持するものである。さらに刃部２２の刃先２２Ａにおけるにより磨耗量を低減することができ、磨耗量の絶対量が小さいために磨耗量のばらつきを抑制できる。これにより、局所的な磨耗量の違いにより発生する塗布スジを抑制できるものである。

本発明のドクターを実施の形態に沿って以下に図面を参照にしながら詳細に説明する。図１〜図５は本発明の一具体例を示す。

図１には、本発明のドクターを使用するグラビアコーティング方式の塗布装置の一具体例を示す。本発明のドクターは、図１に示すようにインキパン２に溜められた塗布液が、版胴１が回転することにより掻き上げられ、掻き上げられた塗布液がドクター３と接触することにより適量となる。したがって、版面であるグラビア版とドクター３の刃部２２の刃先２２Ａが均一に密着をすることにより、基材５に均一な塗布膜７を形成することが可能となる。

また、図３はグラビア版とドクター３の刃先２２Ａが接触する部分を拡大したものを示す一具体例である。通常、版胴１は母材１２と、版面を構成する表面処理層１３によって形成されている。

版胴１の母材１２は加工精度を上げる為に比較的加工のし易い円筒状の炭素鋼あるいはステンレス鋼等が通常使用されている。そして、精密な彫刻を施す必要がある為に、加工性の良い材質、例えば、Ｓ２０Ｃ〜Ｓ３０Ｃ程度の低炭素鋼が望ましい。

また、酸性度の高い塗布液を塗布する場合には、版胴１の母材にステンレス鋼を使用することが好ましく、さらに、磨耗の防止を図る為にその表面をＣｒメッキすることが望ましい。

本発明では、ドクター３を形成する母材９の大きさ、形状などは特に限定するものではないが、一般的なドクター３の形状は、図５に示す被取り付け部２０の厚さＴ１が０．１０ｍｍ〜０．６０ｍｍ、幅４０〜８０ｍｍ程度の帯状鋼板で、その片側あるいは両側の端部には塗布液を掻き落とす為の刃部２２が形成されている。ドクター３の母材９の材質としては、軟鋼、ステンレス、プラスチック等であるが、加工精度が高く、弾性と靭性を備えた鋼材がもっとも好ましい。

本発明では、図５に示すように、刃部２２の長さＬ１が１．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲で、かつ、刃部２２の表面のビッカース硬度が９２０Ｈｖ以上１５００Ｈｖ以下であることを特徴とする。この範囲を満たしていれば、刃部２２でのしなりとグラビア版との接触磨耗の低減により、塗布スジなどを抑制できる。

また、ドクター３の刃部２２の厚さＴ２は、０．０５ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下であることが望ましく、刃先２２Ａにかかる圧力を低減することができる。ドクター３の刃部２２の厚さＴ２が０．０５ｍｍに満たないと、刃先の強度不足により、版面に十分な押圧を加えることができず、版面との接触の際に密着状態に偏りが生じてしまい、磨耗に不均一な状態を生じてしまう。ドクター３の刃部２２の厚さＴ２が０．２０ｍｍを超えるとドクターのしなりが不十分となり、版面との接触の際に抵抗が大きくなり、密着状態に偏りが生じてしまい、磨耗に不均一な状態を生じてしまう。

また、被取り付け部２０と刃部２２とは共通の母材９を有し、刃部２２は、さらに、母材９の表面を覆う表面層２４を有している。
ここで、刃部２２の母材９の厚さは０．０４９〜０．１９９ｍｍであり、表面層２４の厚さは、０．００１〜０．０５ｍｍである。
」表面層２４は均一なセラミック粒子を含有する無機粒子分散複合メッキ層が母材９に積層されて構成され、前記セラミック粒子としては、例えば、Ａｌ_２Ｏ_２、ＳｉＯ_２、ＳｉＣ、ＴｉＮ等が例示できる。そして、前記セラミック粒子を含有する無機粒子分散複合メッキとして、中でもＳｉＣが分散されたＮｉ−Ｐ系のメッキであることが好ましい。さらに、粒径は０．５〜５．０μｍとすることが望ましく、ドクターの幅方向での硬度ばらつきを抑えることができる。

次ぎに、図４はグラビア版１とドクター３が接触する部分を拡大したものを示す他の一具体例である。

グラビア版は図３と同様に母材１２とその表面のメッキ１３によって形成されている。
また、被取り付け部２０と刃部２２とは共通の母材９を有し、刃部２２は、さらに、母材９の表面を覆う表面層２４を有している。
表面層２４は、均一なセラミック粒子を含有する無機粒子分散複合メッキ層２４が母材９に積層されて構成され、さらに、この無機粒子分散複合メッキ層２４を覆うフッ素系樹脂粒子を含有した有機樹脂分散複合メッキ層２６で構成されている。
フッ素系樹脂粒子を含有した有機樹脂分散複合メッキ層２６としては、例えば、ＰＴＦＥの微粒子が分散されたＮｉ−Ｐ系のメッキであることが好ましい。

続いて、実施例を用いて、本発明における効果を説明するが、本発明は以下の記載により限定されるものではない。なお、実施例および比較例による表面処理ドクターの表面硬度はビッカース硬度計にて測定した。

＜実施例１＞
軟鋼製母材９にＳｉＣが分散されたＮｉ−Ｐ系のメッキ２４を施してドクター３を得る。被取り付け部２０の厚さＴ１を０．１５ｍｍとした。ドクター３の幅が６０ｍｍ、ドクター３の長さＬ２が１５５０ｍｍの片端部に、長さＬ１が１．５ｍｍ、厚さＴ２が０．０９ｍｍの刃部２２を加工した。表面硬度が９５０Ｈｖのスチール製刃付きドクター３となった。このドクター３を使用して、グラビアコーターにより塗布加工を行った。
塗布条件として、塗布液には、粘度２ｍＰａ・ｓの溶剤希釈酸性溶液を用い、１８０分連続塗布を行った。その結果、塗布スジの発生も無く、安定して良品を製作する事が出来た。

＜実施例２＞
実施例１と同様の塗布条件にて、軟鋼製母材９に、ＳｉＣが分散されたＮｉ−Ｐ系のメッキ２４を施してドクター３を得る。被取り付け部２０の厚さＴ１を０．１５ｍｍとした。ドクター３の幅が６０ｍｍ、ドクター３の長さＬ２が１５５０ｍｍの片端部に、長さＬ１が１．６ｍｍ、厚さＴ２が０．０９ｍｍの刃部２２を加工した。表面硬度が９５０Ｈｖのスチール製刃付きドクター３となった。このドクター３を使用して、グラビアコーターにより塗布加工を行った。その結果、塗布スジの発生も無く、安定して良品を製作する事が出来た。

＜比較例１＞
実施例１と同様の塗布条件にて、軟鋼製母材９に、ＳｉＣが分散されたＮｉ−Ｐ系のメッキ２４を施してドクター３を得る。被取り付け部２０の厚さＴ１を０．１５ｍｍとした。ドクター３の幅が６０ｍｍ、ドクター３の長さＬ２が１５５０ｍｍの片端部に、長さＬ１が１．４ｍｍ、厚さＴ２が０．０９ｍｍの刃部２２を加工した。表面硬度が９００Ｈｖのスチール製刃付きドクター３となった。このドクター３を使用して、グラビアコーターにより塗布加工を行った。その結果、目視にて確認出来る塗布スジが連続塗布途中より発生し、良品を得る事が出来なかった。

＜比較例２＞
実施例１と同様の塗布条件にて、軟鋼製母材９に、ＳｉＣが分散されたＮｉ−Ｐ系のメッキ２４を施してドクター３を得る。被取り付け部２０の厚さＴ１を０．１５ｍｍとした。ドクター３の幅が６０ｍｍ、ドクター３の長さＬ２が１５５０ｍｍの片端部に、長さＬ１が１．４ｍｍ、厚さＴ２が０．０９ｍｍの刃部２２を加工した。表面硬度が９５０Ｈｖのスチール製刃付きドクター３となった。このドクター３を使用して、グラビアコーターにより塗布加工を行った。その結果、目視にて確認出来る塗布スジが連続塗布途中より発生し、良品を得る事が出来なかった。

＜比較例３＞
実施例１と同様の塗布条件にて、軟鋼製母材９に、ＳｉＣが分散されたＮｉ−Ｐ系のメッキ２４を施してドクター３を得る。被取り付け部２０の厚さＴ１を０．１５ｍｍとした。ドクター３の幅が６０ｍｍ、ドクター３の長さＬ２が１５５０ｍｍの片端部に、長さＬ１が１．５ｍｍ、厚さＴ２が０．０９ｍｍの刃部２２を加工した。表面硬度が９００Ｈｖのスチール製刃付きドクター３となった。このドクター３を使用して、グラビアコーターにより塗布加工を行った。その結果、目視にて確認出来る塗布スジが連続塗布途中より発生し、良品を得る事が出来なかった。

実施例１、２および比較例１、２、３において用いたドクターの磨耗幅測定結果、塗布加工結果を表１に示した。なお、ドクターの磨耗幅の測定方法、塗布加工の評価方法は次の通りである。

＜磨耗幅測定方法＞
１８０分連続塗布後のドクターについて、グラビア版と接触する刃先部分２２Ａをマイクロスコープにて観察を行い、先端部から削れている部分までの磨耗幅を幅方向で7点測定し、その平均値を磨耗幅とした。

＜塗布加工の評価方法＞
塗布加工を行ったサンプルを目視にて評価した。目視評価の結果、塗布スジが発生していないものを二重丸印（◎）、塗布スジが弱く発生しているものを三角印（△）、塗布スジが強く発生しているものをバツ印（×）とした。

本発明のドクターの製造方法は、高精度な品質を要求する、光学膜、電子基板、食品用包装材、医療用包装材等の、グラビアコーティング方式を利用した大量生産分野において、安定した生産品質を確保し、低コスト化、高精度化に寄与できる可能性が高い。

１…版胴
２…インキパン
３…ドクター
４…ドクターホルダー
５…支持体
６…バックロール
７…塗布膜
８…ガイドロール
９…ドクター母材
２４…セラミック樹脂を含有した無機粒子分散複合メッキ層
２６…フッ素樹脂を含有した有機樹脂分散複合メッキ層
１２…グラビア版母材
１３…グラビア版表面処理層
Ｔ２…ドクターの刃部の厚さ
Ｌ１…ドクターの刃部の長さ
Ｌ２…ドクターの長さ
Ｔ１…ドクターの被取り付け部の厚さ

Claims

被取り付け部と、この被取り付け部から該被取り付け部の厚さよりも小さい寸法の厚さで薄板状に突設された刃部とを有するグラビア印刷用のドクターであって、
前記ドクターの長さは１５５０ｍｍであり、
前記刃部が前記被取り付け部から突設された方向における長さは、１．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であり、
前記被取り付け部の厚さは０．１０ｍｍ〜０．６０ｍｍ、幅は４０ｍｍ〜８０ｍｍであり、
前記刃部の厚さは、０．０５ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下であり、
前記被取り付け部と前記刃部とは共通の母材を有し、
前記母材は、弾性と靭性を備えた軟鋼であり、
前記刃部は、さらに、前記母材の表面を覆う表面層を有し、
前記刃部の母材の厚さは０．０４９〜０．１９９ｍｍであり、前記表面層の厚さは、０．００１〜０．０５ｍｍであり、
前記表面層は、粒径が０．５〜５．０μｍのＳｉＣ粒子が分散されたＮｉ−Ｐ系のメッキで構成され、
前記表面層のビッカース硬度が９２０Ｈｖ以上１５００Ｈｖ以下である、
ことを特徴とするドクター。
円筒の表面に版面が形成された版胴と、前記版面上の余分な塗布液を掻き落とす請求項１記載のドクターを備えるグラビアコーティング装置の塗布装置。
支持体の少なくとも一方の面に塗布膜を形成する塗布物の製造方法であって、
請求項２記載の塗布装置を用い連続搬送される支持体上に塗布液を塗布し、支持体上に塗布膜を形成したことを特徴とする塗布物の製造方法。
前記塗布液が酸性塗液であることを特徴とする請求項３記載の塗布物の製造方法。