制造照相凹版滾筒的方法
【專利說(shuō)明】制造照相凹版滾筒的方法 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及用于制造照相凹版或凹版滾筒的方法。
[0002] 本發(fā)明還涉及如此獲得的照相凹版滾筒。
[0003] 本發(fā)明還涉及照相凹版滾筒在印刷工業(yè)中用于印刷包裝材料（通過(guò)將油墨從印 刷滾筒轉(zhuǎn)移至包裝材料）比如例如凹版印刷工藝的用途。
[0004] 發(fā)明背景
[0005] 凹版滾筒由滾筒基底、銅層和保護(hù)層組成（見示出這種滾筒的圖1)，所述滾筒基 底通常由鋼或鋁制成（1，圖1 ;及1，圖2)，所述銅層通常是0.5mm至Imm厚（2,圖1 ;及2， 圖2)，所述保護(hù)層通常是典型地6 μ m至8 μ m厚的鉻層（3,圖1 ;及3,圖2)。
[0006] 銅層被電鍍到滾筒基底上且形成通過(guò)化學(xué)方法或電動(dòng)機(jī)械（金剛石）方法或電子 (激光）方法用將被印刷（轉(zhuǎn)移）到包裝材料（紙、塑料薄膜、鋁箔等）上的圖案雕刻或蝕 刻的表面。銅是用于雕刻的主要表面，因?yàn)槠湟子诘窨獭５窨痰臐L筒上的鉻層保護(hù)滾筒表 面免受在印刷工藝（將油墨轉(zhuǎn)移至包裝材料上）期間由刮刀施加在印刷滾筒上的壓力。
[0007] 滾筒主體通常由滿足對(duì)精度的要求和在印刷過(guò)程中需要的小偏差的鋼制成。可選 擇地，對(duì)于印刷工業(yè)，滾筒主體可以由輕重量金屬如鋁或鋁合金制造。鋁具有約2700kg/m 3 的比重，然而鋼具有約7800kg/m3的比重。使用鋁作為滾筒基底產(chǎn)生較輕的照相凹版滾筒 (輕約三分之一），這意味著顯著減少的運(yùn)輸成本和在生產(chǎn)階段期間較安全的操作。
[0008] 然而，鋁是電化學(xué)鈍性材料且將其電鍍銅是相當(dāng)有挑戰(zhàn)性的。這已經(jīng)限制鋁用于 滾筒基底的用途。在使用鋁的程度上來(lái)說(shuō)，其需要多個(gè)工藝步驟以便獲得用于鋁主體的適 當(dāng)?shù)你~表面。
[0009] 用于制造包括鋁基底、銅表面和鉻保護(hù)層的照相凹版滾筒的一種方法從 W02011/073695A2中是已知的。銅表面在包括不少于六個(gè)步驟的工藝中產(chǎn)生。
[0010] 在第一步驟中，通過(guò)機(jī)械手段比如砂紙、噴砂增加下方的滾筒的表面粗糙度。此 后，10-50 μπι厚度的銅涂層在熱噴涂工藝中被沉積。銅涂層被認(rèn)為是用于隨后的電鍍的襯 底。然后，進(jìn)行用砂紙的另外的表面處理。
[0011] 在第四步驟中，進(jìn)行預(yù)鍍銅步驟，其中鍍上約l〇〇-30〇ym的銅層。在沒有硬化劑 的情況下鍍銅，產(chǎn)生100-120HV的維氏硬度（Vickers hardness)。
[0012] 此步驟之后的是另外的鍍銅步驟，這使用包含硬化劑的浴，以便獲得具有優(yōu)選地 200-240HV的維氏硬度的銅雕刻層。已知這樣的維氏硬度對(duì)于雕刻是最佳的；在較低的值， 雕刻的單元圖案失去清晰度。此外，如果硬度超過(guò)240HV，在電子雕刻期間經(jīng)常被用于雕刻 滾筒的金剛石刻刀（styli)的壽命可能減少。W02011/073695的銅雕刻層以約200 μπι的厚 度被沉積。最后，進(jìn)行拋光步驟以實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)卦?. 03-0. 07mm的范圍內(nèi)的預(yù)定的表面粗糙 度。
[0013] 根據(jù)此方法，非常硬的銅雕刻層用較少硬的堆疊支撐。眾所周知，鋁或鋁合金的維 氏硬度是相對(duì)低的；已知中等強(qiáng)度的鋁合金比如鋁合金6082具有35HV的維氏硬度。包括 銅粘附層和特別地隨其的預(yù)鍍層的銅支撐體具有在鋁基底和硬銅層之間的中間硬度。此 外，根據(jù)此方法，至少0. 5mm的銅層中的約一半作為支撐體存在。需要這樣的層厚度，以便 獲得在其頂上硬銅可以生長(zhǎng)的合適地均勻的層的微結(jié)構(gòu)。
[0014] 然而，在關(guān)于根據(jù)W02011/073695A2制造的滾筒的另外的研宄中，觀察到滾筒的 可靠性少于期望的。特別地，約1-5%的滾筒在客戶使用后相對(duì)迅速地發(fā)生缺陷。然而，缺 陷以不可預(yù)知的方式不規(guī)則地發(fā)生。這類缺陷明顯地導(dǎo)致不期望的對(duì)替換缺陷滾筒的需 求。
[0015] 發(fā)明概述
[0016] 因此，目標(biāo)是克服來(lái)自現(xiàn)有技術(shù)的已知的缺點(diǎn)，且提供具有良好的可靠性的具有 鋁基底、銅支撐體和硬銅層的照相凹版滾筒的制造方法。
[0017] 另外的目標(biāo)是提供具有改進(jìn)的性質(zhì)的產(chǎn)生的照相凹版滾筒及這種改進(jìn)的滾筒用 于印刷工藝的用途。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供制造照相凹版滾筒的方法，其中銅支撐體被提供到 圓柱形基底上，并且銅雕刻層被電鍍到銅支撐體上，且其中銅雕刻層此后根據(jù)期望的圖案 被雕刻且用保護(hù)層保護(hù)。在本文中提供銅支撐體包括通過(guò)至少部分熔融沉積的銅顆粒形成 在基底的圓周處的銅層。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供中間產(chǎn)品，所述中間產(chǎn)品包括鋁圓柱形基底，圓周銅 層（circumferential copper layer)延伸到所述錯(cuò)圓柱形基底上，基底和圓周銅層具有共 同的界面，其中圓周銅層用固有的壓縮應(yīng)力在下方的基底上獲得且充當(dāng)電鍍的銅雕刻層的 支撐體。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了提供照相凹版滾筒的方法，所述方法包括用預(yù)定 的圖案雕刻中間產(chǎn)品的雕刻層及隨后沉積保護(hù)層的步驟。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的另外的方面，提供隨其可獲得的照相凹版滾筒及這種照相凹版滾筒 用于通過(guò)將油墨從照相凹版滾筒轉(zhuǎn)移至包裝材料來(lái)印刷包裝材料的用途。
[0022] 在導(dǎo)致本發(fā)明的研宄中發(fā)現(xiàn)，缺陷起因于不足夠的粘附。令人驚訝地，用本發(fā)明的 改進(jìn)的工藝（其中銅被至少部分地熔融）可以強(qiáng)有力地改進(jìn)此粘附。此外，意想不到的是， 改進(jìn)的工藝產(chǎn)生連續(xù)的圓周層，以便引起壓縮應(yīng)力。
[0023] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，具有鋁基底的凹版滾筒的制造工藝被簡(jiǎn)化。特別地，與如在上文 提到的W02011/073695的現(xiàn)有技術(shù)方法中描述的軟銅表面鍍相比，滾筒表面的粗化處理可 以被消除。
[0024] 更確切地說(shuō)，本發(fā)明允許產(chǎn)生銅支撐體，所述銅支撐體可以由單層組成且然而匹 配特別地具有鋁的基底和具有高硬度的銅雕刻層之間的性質(zhì)差異。這被實(shí)現(xiàn)，因?yàn)殂~支撐 體包括在基底周圍圓周地延伸的銅層且包含壓縮應(yīng)力。此壓縮應(yīng)力更特別地起因于在至少 部分熔融后圓周層的冷卻。其中的層具有固有的收縮傾向，且多于下方的基底。這被適當(dāng) 地實(shí)現(xiàn)，其中銅顆粒被加熱超過(guò)任何的圓柱形基底。
[0025] 銅顆粒在噴涂工藝中被適當(dāng)?shù)爻练e。更優(yōu)選地，使用高速噴涂工藝。在這樣的工 藝中，顆粒以比如至少300m/s的高速度被應(yīng)用到滾筒。適當(dāng)?shù)?，在本文中滾筒在沉積工藝 期間旋轉(zhuǎn)。顆粒將沖擊圓柱形基底，這導(dǎo)致大量的能量以熱的形式釋放。這樣的熱將使顆 粒加溫以便至少部分地熔融。
[0026] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，銅支撐體層和銅雕刻層可以是薄的，優(yōu)選地各自小于100 ym。 這變得可能，因?yàn)樾纬傻膱A周銅層具有非常低的孔隙度，適當(dāng)?shù)匦∮?.0%，優(yōu)選地小于 0. 5%或甚至小于0. 2%。這與W02011/073695A2的現(xiàn)有技術(shù)的銅支撐體層相對(duì)照。分析根 據(jù)現(xiàn)有技術(shù)制成的照相凹版滾筒證實(shí)大孔隙度，在單個(gè)滾筒之間具有明顯的鋪展，這僅僅 通過(guò)沉積厚的預(yù)鍍層來(lái)克服。
[0027] 在一個(gè)實(shí)施方案中，圓周層具有至少50 μπκ更優(yōu)選地至少60 μπι的厚度。這具有 圓周層可以具有與隨后沉積的銅雕刻層的厚度大體上對(duì)應(yīng)的厚度的優(yōu)點(diǎn)。
[0028] 在可選擇的優(yōu)選的實(shí)施方案中，提供以小于50 μπκ優(yōu)選地小于40 μπι或甚至至多 30 ym的厚度的圓周層。具有這樣的小厚度的適當(dāng)?shù)膱A周層用高速噴涂步驟、隨后的磨削步 驟來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0029] 最適當(dāng)?shù)?，圓周層在形成后甚至重新變薄。這種變薄例如通過(guò)鋸削進(jìn)行。潤(rùn)滑劑 溶液可以與冷卻同時(shí)應(yīng)用。此外，此工藝產(chǎn)生圓周層表面的適當(dāng)?shù)膾伖?。然后，拋光的圓周 層適合用于銅雕刻層的電鍍。
[0030] 附圖簡(jiǎn)述
[0031] 本發(fā)明的這些和其他方面還將關(guān)于以下的附圖來(lái)闡明，其中：
[0032] 圖1示出照相凹版滾筒的鳥瞰示意圖；
[0033] 圖2示出照相凹版滾筒的橫截面示意圖；
[0034] 圖3示出照相凹版滾筒的端板的示意圖。
[0035] 詳細(xì)實(shí)施方案的例證討論
[0036] 圖1、2和3未按比例繪制且它們僅被意圖用于例證性的目的。在不同的圖中相等 的參考數(shù)字指的是相同的或相應(yīng)的圖。
[0037] 本文中，術(shù)語(yǔ)"照相凹版滾筒"指的是照相凹版滾筒和/或用于印刷工業(yè)、特別地 用于印刷包裝材料的任何的凹版滾筒。這種滾筒的長(zhǎng)度通常是至少1. 〇米，更優(yōu)選地在 1. 5-2. 5米左右。
[0038] 如在本發(fā)明的上下文中使用的術(shù)語(yǔ)"圓柱形基底"不需要基底是塊狀材料。更確 切地說(shuō)，基底可以是中空的。可選擇地，基底可以包括若干層，比如鋼芯和鋁頂層。
[0039] 本發(fā)明中的術(shù)語(yǔ)鋁指的是純鋁、具有少量添加的其他材料的鋁、或鋁合金。同樣 地，術(shù)語(yǔ)銅指的是純銅、具有少量添加的其他材料的、或銅合金。然而，最適當(dāng)?shù)?，在根?jù)本 發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方案的工藝中，噴涂包含至少99%的銅、更優(yōu)選地至少99. 5%的銅或更 多的顆粒。
[0040] 術(shù)語(yǔ)高速噴涂涉及其中顆粒以至少300m/s、更優(yōu)選地至少500m/s、至少800m/s或 甚至至少1，〇〇〇m/ S的速度被噴涂的噴涂工藝。優(yōu)選地，利用具有超過(guò)所述顆粒速度的速度 的噴射。超速噴射的產(chǎn)生被認(rèn)為是最有利的。本文中，噴射速度可以高于l，400m/s。
[0041] 高速噴涂可以例如用高速空氣燃料（HVAF)技術(shù)和如從來(lái)自O(shè)ilville，VA 23129, USA 的 Uniquecoat Technologies, LLC 商購(gòu)的槍實(shí)施。
[0042] 術(shù)語(yǔ)"至少部分熔融"指的是其中至少單個(gè)顆粒的表面被熔融以便產(chǎn)生均勻?qū)拥?工藝。不排除的是，所述顆粒的內(nèi)芯保持在固體形式。此外，不排除的是，通過(guò)熔融銅顆粒 產(chǎn)生的圓周層實(shí)際上是具有下方的圓柱形基底的某些鋁的合金。這樣的合金很可能產(chǎn)生， 特別地是在接近于與圓柱形基底的界面處。因此，遠(yuǎn)離圓柱形基底的圓周層的組成可以與 靠近所述界面的組成不同。
[0043] 在優(yōu)選的實(shí)施方案（其