(57)【要約】【課題】本発明の課題は、アルミ缶などの筒状体の内面を傷付けることなく、繰り返し使用しても摩耗が少ない印刷用マンドレルを提供することにある。また、安価で簡単に製造することができ、再利用が可能な印刷用マンドレルを提供することにある。【解決手段】本発明の印刷用マンドレルは、筒状体に曲面印刷をするときに筒状体を保持するために筒状体に嵌挿するマンドレルであって、金属製の芯材と、芯材の表面に、高耐摩耗性樹脂からなるコーティング層とを有することを特徴とする。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状体に曲面印刷をするときに筒状体を保持するために筒状体に嵌挿するマンドレルであって、金属製の芯材と、該芯材の表面に、高耐摩耗性樹脂からなるコーティング層とを有する印刷用マンドレル。
【請求項２】
前記芯材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、前記高耐摩耗性樹脂は、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、エチレンクロロテトラフルオロエチレンポリマおよびポリアミドからなる群より選ばれる少なくとも１つである請求項１に記載の印刷用マンドレル。
【請求項３】
前記高耐摩耗性樹脂は、ポリアミドイミドであり、前記コーティング層の厚さは、５０μｍ〜２５０μｍである請求項１または２に記載の印刷用マンドレル。
【請求項４】
前記筒状体は、アルミニウム缶である請求項１〜３のいずれかに記載の印刷用マンドレル。
【請求項５】
ＪＩＳ−Ｋ７２０４にもとづく３０００回転後の前記コーティング層の摩耗質量が、２０ｍｇ以下である請求項１〜４のいずれかに記載の印刷用マンドレル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム缶（以下、「アルミ缶」という。）などの筒状体に曲面印刷をする際に、筒状体を保持するために筒状体に嵌挿して使用する印刷用のマンドレル（「スピンドル」ともいう。）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビールおよび清涼飲料水などの容器として、展性の大きいアルミニウムなどの金属板をプレス加工により打ち抜き、缶の底部と胴部とが一体成形されるツーピース缶が多く生産されるようになっている。ツーピース缶は、プレス加工をする前に予め胴部に印刷をしておくことができないため、筒状体に成形した後で曲面印刷され、胴部の曲面印刷に際しては、筒状体を保持するためマンドレルを筒状体の空孔部に嵌挿する。
【０００３】
特開平６−２４９２３３号公報の実施例には、本体すべてをポリアミドイミドで製造した印刷用マンドレルが紹介されている。かかるポリアミドイミド製の印刷用マンドレルは、耐久性に優れるため、平均１億２百万缶の通缶が可能であり、ナイロン製のスリーブからなる印刷用マンドレルと比較して５倍以上の耐摩耗性を発揮する。また、本体がすべてポリアミドイミドからなるため、金属性の芯材を有する印刷用マンドレルと比較して軽量であり、精密で良好な印刷が可能であり、さらに、缶の内面に傷を付けることがないと紹介されている。しかし、本体のすべてをポリアミドイミドで製造すると、ポリアミドイミドは高価な材料であるため、製造コストが高くなる。また、ポリアミドイミドの成形は、射出成形などにより行ない、成形が難しく、不良品が生じやすい。さらに、金型などの付属装置が必要で、やはり製造コストが高くなる。
【０００４】
特開２０００−２８０４４５号公報には、金属製内装部と、金属製内装部上にポリアミドイミド製スリーブと、ポリアミドイミド製スリーブの外周面に窒化ケイ素系セラミックコーティング層と、からなる印刷用マンドレルが紹介されている。また、特開平１１−１９５７２号公報には、金属製スリーブと、金属製スリーブの外周部に窒化ケイ素焼結体からなるセラミックスリーブと、セラミックスリーブの外表面にダイアモンドライクカーボンの被膜またはダイアモンドの被膜と、からなる印刷用マンドレルが紹介されている。これらの印刷用マンドレルは、耐摩耗性に優れ、筒状体の内面を傷付けず、長期間にわたり精密な印刷を繰り返し行なうことができると紹介されている。しかし、これらの印刷用マンドレルは、アルミ缶より硬いため、アルミ缶の内面を傷付けることが明らかである。また、効果が不十分であるにもかかわらず、材料が高価であり、製造コストが高く、実用的ではない。さらに、いずれも使用済の印刷用マンドレルを再利用することができない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、アルミ缶などの筒状体の内面を傷付けることなく、繰り返し使用しても摩耗が少ない印刷用マンドレルを提供することにある。また、安価で簡単に製造することができ、再利用が可能な印刷用マンドレルを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の印刷用マンドレルは、筒状体に曲面印刷をするときに筒状体を保持するために筒状体に嵌挿するマンドレルであって、金属製の芯材と、芯材の表面に、高耐摩耗性樹脂からなるコーティング層とを有することを特徴とする。
【０００７】
芯材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、高耐摩耗性樹脂は、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、エチレンクロロテトラフルオロエチレンポリマおよびポリアミドからなる群より選ばれる少なくとも１つである印刷用マンドレルが好ましい。また、高耐摩耗性樹脂が、ポリアミドイミドであり、コーティング層の厚さが５０μｍ〜２５０μｍである印刷用マンドレルが好ましい。さらに、ＪＩＳ−Ｋ７２０４にもとづく３０００回転後のコーティング層の摩耗質量が、２０ｍｇ以下の印刷用マンドレルが好ましい。一方、筒状体が、アルミニウム缶である場合に本発明の印刷用マンドレルは好適に使用される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（印刷用マンドレル）
本発明の印刷用マンドレルは、図１に示すように、金属製の芯材１１と、芯材１１の表面に、高耐摩耗性樹脂からなるコーティング層１２とを有することを特徴とする。典型的には、芯材１１は筒状であり、ボールベアリング１３とニードルベアリング１４とを有し、印刷に際しては、曲面印刷機の軸（図示していない。）を挿入される。曲面印刷機の軸に、印刷用マンドレルはボールベアリング１３とニードルベアリング１４とを介して保持、装着される。
【０００９】
本発明の印刷用マンドレルは、ポリアミドイミドなどの高耐摩耗性樹脂を、芯材の表面に薄くコーティングした構造を有するため、印刷用マンドレル全体が、高価なポリアミドイミドなどからなるものに比べて、ポリアミドイミドなどの使用量を節減し、製造コストの低減が可能である。また、印刷用マンドレル全体がポリアミドイミドからなる場合には、射出成形などにより成形しなければならないが、本発明の印刷用マンドレルは、ポリアミドイミドなどに代表される高耐摩耗性樹脂をコーティングすることにより製造するため、製造が容易であり、不良品の発生率が低く、それだけ製造コストを安価にすることができる。さらに、射出成形などで成形されるものは熱可塑性樹脂であるが、非熱可塑性樹脂で設計でき、機械的性質のよい印刷用マンドレルを得ることができるため、得られる印刷用マンドレルの耐摩耗性が高い。一方、曲面印刷機は一般に高価であり、生産性も高いことから、摩耗した印刷用マンドレルの交換のために印刷を停止すると、製造コストが高くなる。また、印刷用マンドレルの交換には、微調整と熟練を要する。本発明によれば、耐摩耗性の高い印刷用マンドレルが得られ、交換のための印刷の停止頻度が小さく、この点においても製造コストの低減に大きく貢献する。
【００１０】
本発明の印刷用マンドレルは、金属製の芯材の表面に、高耐摩耗性樹脂をコーティングした構造を有するため、容易にリサイクルすることができる。すなわち、金属製の芯材は、そのまま再使用が可能であり、また、高耐摩耗性樹脂は芯材の表面に薄くコーティングしているだけであるため、摩耗後５０μｍ程度以下になったコーティング層を除去するとしても廃棄部分はわずかであり、一方、摩耗した印刷用マンドレルの上から直接、高耐摩耗性樹脂を再コーティングすることもでき、いずれにしてもリサイクルが容易である。
【００１１】
芯材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるものが、加工性および重量の点から好ましい。アルミニウムまたはアルミニウム合金は、軽量であるため、最終的に得られる印刷用マンドレルを軽量化することができる。また、機械加工性に優れているので、安価に製造することができる。さらに、耐久性がよいので、印刷機の運転コストを低減することができる。また、全体が樹脂でできているものに比べて全体の強度が高く、印刷時にブランケットとの接触性が向上する。さらに、印刷時の接触感を重視して芯材を変更し、たとえば鉄その他の材料を使用することも、本発明のコーティング方式では可能である。また、印刷用マンドレルの製造においては、高耐摩耗性樹脂をコーティングする前に、高耐摩耗性樹脂層と芯材との接合強度を高めるために、芯材の表面をサンドブラスト法などにより加工することが好ましいが、アルミニウムまたはアルミニウム合金は鉄などと比較して柔らかいため、このような表面加工適性に優れる。
【００１２】
高耐摩耗性樹脂としては、ポリアミドイミド、ポリアミド、ポリイミド、エチレンクロロテトラフルオロエチレンポリマ、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルイミド、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンポリマ、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルスルフォン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネートなどを使用することができるが、これらのなかでは、柔軟性がよいため、アルミ缶などの筒状体の内面を傷付けにくく、また、耐摩耗性がよいため、筒状体の脱着を繰り返しても寿命の長い曲面印刷ができる点で、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、エチレンクロロテトラフルオロエチレンポリマ、ポリアミドまたはこれらの混合物が好ましい。特に、ポリアミドイミドは、柔軟性および耐摩耗性がよい上に、強度が大きく、湿度の変化に対する寸法安定性にも優れる点でより好ましい。
【００１３】
高耐摩耗性樹脂としてポリアミドイミドを使用するときは、高耐摩耗性樹脂からなるコーティング層の厚さは、５０μｍ〜２５０μｍが好ましく、５０μｍ〜１５０μｍがより好ましい。コーティング層の厚さが５０μｍ未満では、ポリアミドイミドを使用する場合であっても、筒状体の脱着により短時間のうちに摩耗してしまい、印刷用マンドレルの交換頻度が大きくなり、それに応じて製造コストが高くなってしまう。一方、コーティング層の厚さが２５０μｍより厚いと、印刷用マンドレルの製造に際し、焼成工程においてコーティング層内部の溶剤が気泡として残りやすい。
【００１４】
高耐摩耗性樹脂には、必要に応じて、ガラス繊維、カ−ボン繊維、アラミド繊維、チタン酸カリウムウィスカ、カーボンブラック、二硫化モリブデン、タルクなどの増強剤、帯電防止剤または滑剤を配合することができる。
【００１５】
アルミ缶などの柔軟な筒状体は、表面が傷付きやすいが、本発明の印刷用マンドレルは、筒状体と直接接触するコーティング層が柔軟な樹脂で構成されているため、曲面印刷に際して筒状体の表面を傷付けにくい。したがって、本発明の印刷用マンドレルは、アルミ缶などの柔軟な筒状体の印刷用マンドレルとして好適に使用される。また、アルミ缶などの筒状体の表面を保護するために、本発明の印刷用マンドレルのコーティング層の表面粗さ（１０点平均粗さＲｚ）は、３μｍ以下のものが好ましく、１．５μｍ以下のものがより好ましい。一方、筒状体の着脱による摩耗を減らし、製造コストを安価なものとするため、本発明の印刷用マンドレルのコーティング層は、ＪＩＳ−Ｋ７２０４にもとづく３０００回転後の摩耗質量が、２０ｍｇ以下であるものが好ましく、５ｍｇ以下のものがより好ましい。
【００１６】
本明細書において、ＪＩＳ−Ｋ７２０４にもとづく摩耗質量は、つぎの方法で評価する。すなわち、摩耗輪としてＣＳ−１７を用い、毎分６０回転とし、１回の試験において連続１０００回転させた後、試験片を取出し、摩耗質量（ｍｇ）を測定し、摩耗輪をドレッシングする。同様の操作を合計３回繰返し、合計３０００回転による摩耗質量を計算し、これをＪＩＳ−Ｋ７２０４にもとづく３０００回転後の摩耗質量とする。
【００１７】
（印刷用マンドレルの製造方法）
本発明の印刷用マンドレルは、たとえばつぎの方法により製造することができる。まず、印刷する筒状体の形状に合わせて通常の方法で成形したアルミニウムまたはアルミニウム合金などからなる金属製の芯材を用意し、高耐摩耗性樹脂をコーティングする。コーティングに先立ち、芯材とコーティング層との接合強度を高めるために、サンドブラスト法などにより、芯材に一様な粗面を形成しておくことが好ましい。
【００１８】
コーティングは、塗布、乾燥および焼成の各工程からなる。塗布は、図２に示すように、金属製の芯材２１をチャックシリンダ２２により取り付け、回転モータ２３により金属製の芯材２１を回転させながら行なう。アミドイミドなどからなる溶液を、スプレーガン２４により芯材２１の表面に塗布する。塗布は、ガン移動モータ２５によりスプレーガン２４を移動しながら行ない、排気ファン２６により吸気フィルタ２７および排気フィルタ２８を介して、新しい空気を導入しながら行なう。
【００１９】
塗布後、乾燥する。均一なコーティング層を得るために、このような塗布、乾燥の工程を数回繰り返して行ない、所定のコーティング層を得る。厚さ５０μｍ〜２５０μｍ程度の所定のコーティング層が得られると、つぎに焼成により硬化して、ポリアミドイミドなどからなる高耐摩耗性樹脂層を形成する。焼成に際しては、塗布層の表面温度が高いと、表面の硬化が早く起こり過ぎる結果、塗布層内部の溶剤が蒸発せず、気泡となって残りやすくなるため、緩やかに昇温し、長時間かけて硬化することが好ましい。焼成の条件は、塗布量、溶剤の種類などにより異なるが、たとえば、１２０℃×８時間、１８０℃×１時間、さらに２５０℃×１時間のように設定する。
【００２０】
最後に、図１に示すように、コーティング層１２が形成されている芯材１１に、ボールベアリング１３およびニードルベアリング１４とを圧入し、止め輪を挿入した後、研磨仕上げすると、本発明の印刷用マンドレルが得られる。
【００２１】
【実施例】
実施例１
図１に示すようなアルミニウム製の芯材１１（長さＬ１６０ｍｍ、外径Ｄ６５ｍｍ、胴壁部の肉厚Ｔ８ｍｍ）を用意し、高耐摩耗性樹脂をコーティングしない部分をテープにより被覆した後、サンドブラスト処理（吹き付け圧３ｋｇ／ｃｍ２）を施した。エアーダストガンにより異物を除去してから、芯材１１の表面に高摩耗性樹脂をコーティングした。
【００２２】
塗布は、住友ゴム工業株式会社製アミドイミドワニスを用い、スプレーガン（エアー圧力３ｋｇ／ｃｍ２）により吹きつけし、乾燥は、１２０℃で、２０分間行ない、１回の塗布、乾燥により、乾燥後の厚さが１３μｍとなるようにし、合計１０回コーティングした。したがって、最終的に１３０μｍコーティングした。
【００２３】
続いて、１２０℃×８時間、１８０℃×１時間、２５０℃×１時間の条件で焼成した後、ベアリングを圧入し、止め輪を押し入れた。つぎに、樹脂層の表面を研磨し、印刷用マンドレルを得た。得られた印刷用マンドレルは、コーティング層のＲｚが０．７μｍであった。
【００２４】
つぎに、ポリアミドイミドのコーティング層を有する印刷用マンドレルの摩耗性を評価するために、ＪＩＳ−Ｋ７２０４にもとづく摩耗質量を測定した。アルミ缶による印刷用マンドレルの摩耗を想定し、アルミ製試験片（縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚さ３ｍｍ、５００ｇ）上に、アミドイミドワニスを塗布し、乾燥し、焼成して、厚さ１００μｍのコーティング層を形成した。ＪＩＳ−Ｋ７２０４にもとづく摩耗質量の測定結果を図３に示す。３０００回転後の摩耗質量は８ｍｇであった。
【００２５】
比較例１
マンドレル全体がポリアミドイミド成形品である印刷用マンドレルの摩耗性を評価するため、全体がポリアミドイミド成形品である試験片（縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚さ３ｍｍ）を調製し、実施例１と同様に、ＪＩＳ−Ｋ７２０４にもとづく摩耗質量を測定した。その結果を図３に示す。３０００回転後の摩耗質量は１４ｍｇであった。
【００２６】
したがって、実施例１の結果と合わせて考察すると、印刷用マンドレル全体がポリアミドイミド成形品であるものよりも、表面をポリアミドイミドでコーティングしたものの方が、耐摩耗性が高いことがわかった。
【００２７】
実施例２
ポリイミドのコーティング層を有する印刷用マンドレルの摩耗性を評価するために、アミドイミドの代わりに、イミドを用いた以外、実施例１と同様にして、ＪＩＳ−Ｋ７２０４にもとづく摩耗質量を測定した。その結果を図３に示す。３０００回転後の摩耗質量は２１ｍｇであった。
【００２８】
比較例２
マンドレル全体がナイロン系成形体である印刷用マンドレルの摩耗性を評価するため、全体がナイロン系成形体である試験片を用いた以外は、比較例１と同様にして、ＪＩＳ−Ｋ７２０４にもとづく摩耗質量を測定した。その結果を図３に示す。３０００回転後の摩耗質量は４０ｍｇであった。
【００２９】
実施例３
エチレンクロロテトラフルオロエチレンポリマのコーティング層を有する印刷用マンドレルの摩耗性を評価するために、ポリアミドイミドの代わりに、エチレン：クロロテトラフルオロエチレン（ＣＦ２＝ＣＦＣｌ）＝１：１の共重合体を用いた以外、実施例１と同様にして、ＪＩＳ−Ｋ７２０４にもとづく摩耗質量を測定した。その結果を図３に示す。３０００回転後の摩耗質量は１６ｍｇであった。
【００３０】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、アルミ缶などの筒状体の内面を傷付けることなく、繰り返し使用しても摩耗が少ない印刷用マンドレルを提供することができる。また、安価で簡単に製造することができ、再利用が可能な印刷用マンドレルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の印刷用マンドレルの構造を示す断面図である。
【図２】本発明の印刷用マンドレルの製造において使用する塗布装置の構造を示す断面図である。
【図３】ＪＩＳ−Ｋ７２０４にもとづく摩耗質量の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
１１　芯材、１２　コーティング層、１３　ボールベアリング、１４　ニードルベアリング。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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