制造照相凹版滚筒的方法
【专利说明】制造照相凹版滚筒的方法 发明领域
[0001] 本发明涉及用于制造照相凹版或凹版滚筒的方法。
[0002] 本发明还涉及如此获得的照相凹版滚筒。
[0003] 本发明还涉及照相凹版滚筒在印刷工业中用于印刷包装材料（通过将油墨从印 刷滚筒转移至包装材料）比如例如凹版印刷工艺的用途。
[0004] 发明背景
[0005] 凹版滚筒由滚筒基底、铜层和保护层组成（见示出这种滚筒的图1)，所述滚筒基 底通常由钢或铝制成（1，图1 ;及1，图2)，所述铜层通常是0.5mm至Imm厚（2,图1 ;及2， 图2)，所述保护层通常是典型地6 μ m至8 μ m厚的铬层（3,图1 ;及3,图2)。
[0006] 铜层被电镀到滚筒基底上且形成通过化学方法或电动机械（金刚石）方法或电子 (激光）方法用将被印刷（转移）到包装材料（纸、塑料薄膜、铝箔等）上的图案雕刻或蚀 刻的表面。铜是用于雕刻的主要表面，因为其易于雕刻。雕刻的滚筒上的铬层保护滚筒表 面免受在印刷工艺（将油墨转移至包装材料上）期间由刮刀施加在印刷滚筒上的压力。
[0007] 滚筒主体通常由满足对精度的要求和在印刷过程中需要的小偏差的钢制成。可选 择地，对于印刷工业，滚筒主体可以由轻重量金属如铝或铝合金制造。铝具有约2700kg/m 3 的比重，然而钢具有约7800kg/m3的比重。使用铝作为滚筒基底产生较轻的照相凹版滚筒 (轻约三分之一），这意味着显著减少的运输成本和在生产阶段期间较安全的操作。
[0008] 然而，铝是电化学钝性材料且将其电镀铜是相当有挑战性的。这已经限制铝用于 滚筒基底的用途。在使用铝的程度上来说，其需要多个工艺步骤以便获得用于铝主体的适 当的铜表面。
[0009] 用于制造包括铝基底、铜表面和铬保护层的照相凹版滚筒的一种方法从 W02011/073695A2中是已知的。铜表面在包括不少于六个步骤的工艺中产生。
[0010] 在第一步骤中，通过机械手段比如砂纸、喷砂增加下方的滚筒的表面粗糙度。此 后，10-50 μπι厚度的铜涂层在热喷涂工艺中被沉积。铜涂层被认为是用于随后的电镀的衬 底。然后，进行用砂纸的另外的表面处理。
[0011] 在第四步骤中，进行预镀铜步骤，其中镀上约l〇〇-30〇ym的铜层。在没有硬化剂 的情况下镀铜，产生100-120HV的维氏硬度（Vickers hardness)。
[0012] 此步骤之后的是另外的镀铜步骤，这使用包含硬化剂的浴，以便获得具有优选地 200-240HV的维氏硬度的铜雕刻层。已知这样的维氏硬度对于雕刻是最佳的；在较低的值， 雕刻的单元图案失去清晰度。此外，如果硬度超过240HV，在电子雕刻期间经常被用于雕刻 滚筒的金刚石刻刀（styli)的寿命可能减少。W02011/073695的铜雕刻层以约200 μπι的厚 度被沉积。最后，进行抛光步骤以实现适当地在0. 03-0. 07mm的范围内的预定的表面粗糙 度。
[0013] 根据此方法，非常硬的铜雕刻层用较少硬的堆叠支撑。众所周知，铝或铝合金的维 氏硬度是相对低的；已知中等强度的铝合金比如铝合金6082具有35HV的维氏硬度。包括 铜粘附层和特别地随其的预镀层的铜支撑体具有在铝基底和硬铜层之间的中间硬度。此 外，根据此方法，至少0. 5mm的铜层中的约一半作为支撑体存在。需要这样的层厚度，以便 获得在其顶上硬铜可以生长的合适地均匀的层的微结构。
[0014] 然而，在关于根据W02011/073695A2制造的滚筒的另外的研宄中，观察到滚筒的 可靠性少于期望的。特别地，约1-5%的滚筒在客户使用后相对迅速地发生缺陷。然而，缺 陷以不可预知的方式不规则地发生。这类缺陷明显地导致不期望的对替换缺陷滚筒的需 求。
[0015] 发明概述
[0016] 因此，目标是克服来自现有技术的已知的缺点，且提供具有良好的可靠性的具有 铝基底、铜支撑体和硬铜层的照相凹版滚筒的制造方法。
[0017] 另外的目标是提供具有改进的性质的产生的照相凹版滚筒及这种改进的滚筒用 于印刷工艺的用途。
[0018] 根据本发明的第一方面，提供制造照相凹版滚筒的方法，其中铜支撑体被提供到 圆柱形基底上，并且铜雕刻层被电镀到铜支撑体上，且其中铜雕刻层此后根据期望的图案 被雕刻且用保护层保护。在本文中提供铜支撑体包括通过至少部分熔融沉积的铜颗粒形成 在基底的圆周处的铜层。
[0019] 根据本发明的第二方面，提供中间产品，所述中间产品包括铝圆柱形基底，圆周铜 层（circumferential copper layer)延伸到所述错圆柱形基底上，基底和圆周铜层具有共 同的界面，其中圆周铜层用固有的压缩应力在下方的基底上获得且充当电镀的铜雕刻层的 支撑体。
[0020] 根据本发明的第三方面，提供了提供照相凹版滚筒的方法，所述方法包括用预定 的图案雕刻中间产品的雕刻层及随后沉积保护层的步骤。
[0021] 根据本发明的另外的方面，提供随其可获得的照相凹版滚筒及这种照相凹版滚筒 用于通过将油墨从照相凹版滚筒转移至包装材料来印刷包装材料的用途。
[0022] 在导致本发明的研宄中发现，缺陷起因于不足够的粘附。令人惊讶地，用本发明的 改进的工艺（其中铜被至少部分地熔融）可以强有力地改进此粘附。此外，意想不到的是， 改进的工艺产生连续的圆周层，以便引起压缩应力。
[0023] 本发明的优点是，具有铝基底的凹版滚筒的制造工艺被简化。特别地，与如在上文 提到的W02011/073695的现有技术方法中描述的软铜表面镀相比，滚筒表面的粗化处理可 以被消除。
[0024] 更确切地说，本发明允许产生铜支撑体，所述铜支撑体可以由单层组成且然而匹 配特别地具有铝的基底和具有高硬度的铜雕刻层之间的性质差异。这被实现，因为铜支撑 体包括在基底周围圆周地延伸的铜层且包含压缩应力。此压缩应力更特别地起因于在至少 部分熔融后圆周层的冷却。其中的层具有固有的收缩倾向，且多于下方的基底。这被适当 地实现，其中铜颗粒被加热超过任何的圆柱形基底。
[0025] 铜颗粒在喷涂工艺中被适当地沉积。更优选地，使用高速喷涂工艺。在这样的工 艺中，颗粒以比如至少300m/s的高速度被应用到滚筒。适当地，在本文中滚筒在沉积工艺 期间旋转。颗粒将冲击圆柱形基底，这导致大量的能量以热的形式释放。这样的热将使颗 粒加温以便至少部分地熔融。
[0026] 本发明的优点是，铜支撑体层和铜雕刻层可以是薄的，优选地各自小于100 ym。 这变得可能，因为形成的圆周铜层具有非常低的孔隙度，适当地小于1.0%，优选地小于 0. 5%或甚至小于0. 2%。这与W02011/073695A2的现有技术的铜支撑体层相对照。分析根 据现有技术制成的照相凹版滚筒证实大孔隙度，在单个滚筒之间具有明显的铺展，这仅仅 通过沉积厚的预镀层来克服。
[0027] 在一个实施方案中，圆周层具有至少50 μπκ更优选地至少60 μπι的厚度。这具有 圆周层可以具有与随后沉积的铜雕刻层的厚度大体上对应的厚度的优点。
[0028] 在可选择的优选的实施方案中，提供以小于50 μπκ优选地小于40 μπι或甚至至多 30 ym的厚度的圆周层。具有这样的小厚度的适当的圆周层用高速喷涂步骤、随后的磨削步 骤来实现。
[0029] 最适当地，圆周层在形成后甚至重新变薄。这种变薄例如通过锯削进行。润滑剂 溶液可以与冷却同时应用。此外，此工艺产生圆周层表面的适当的抛光。然后，抛光的圆周 层适合用于铜雕刻层的电镀。
[0030] 附图简述
[0031] 本发明的这些和其他方面还将关于以下的附图来阐明，其中：
[0032] 图1示出照相凹版滚筒的鸟瞰示意图；
[0033] 图2示出照相凹版滚筒的横截面示意图；
[0034] 图3示出照相凹版滚筒的端板的示意图。
[0035] 详细实施方案的例证讨论
[0036] 图1、2和3未按比例绘制且它们仅被意图用于例证性的目的。在不同的图中相等 的参考数字指的是相同的或相应的图。
[0037] 本文中，术语"照相凹版滚筒"指的是照相凹版滚筒和/或用于印刷工业、特别地 用于印刷包装材料的任何的凹版滚筒。这种滚筒的长度通常是至少1. 〇米，更优选地在 1. 5-2. 5米左右。
[0038] 如在本发明的上下文中使用的术语"圆柱形基底"不需要基底是块状材料。更确 切地说，基底可以是中空的。可选择地，基底可以包括若干层，比如钢芯和铝顶层。
[0039] 本发明中的术语铝指的是纯铝、具有少量添加的其他材料的铝、或铝合金。同样 地，术语铜指的是纯铜、具有少量添加的其他材料的、或铜合金。然而，最适当地，在根据本 发明的优选的实施方案的工艺中，喷涂包含至少99%的铜、更优选地至少99. 5%的铜或更 多的颗粒。
[0040] 术语高速喷涂涉及其中颗粒以至少300m/s、更优选地至少500m/s、至少800m/s或 甚至至少1，〇〇〇m/ S的速度被喷涂的喷涂工艺。优选地，利用具有超过所述颗粒速度的速度 的喷射。超速喷射的产生被认为是最有利的。本文中，喷射速度可以高于l，400m/s。
[0041] 高速喷涂可以例如用高速空气燃料（HVAF)技术和如从来自Oilville，VA 23129, USA 的 Uniquecoat Technologies, LLC 商购的枪实施。
[0042] 术语"至少部分熔融"指的是其中至少单个颗粒的表面被熔融以便产生均匀层的 工艺。不排除的是，所述颗粒的内芯保持在固体形式。此外，不排除的是，通过熔融铜颗粒 产生的圆周层实际上是具有下方的圆柱形基底的某些铝的合金。这样的合金很可能产生， 特别地是在接近于与圆柱形基底的界面处。因此，远离圆柱形基底的圆周层的组成可以与 靠近所述界面的组成不同。
[0043] 在优选的实施方案（其