(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体転写表面を製造するための方法であって、流体転写表面は、操作において、二次表面の上に流体を恒常的または反復的に転写し、持続的かつ一様な量の流体を受け止めて転写させることが可能である設計された形態を有する流体転写表面であり、
前記方法は：
（ａ）チタンまたはチタン合金の表面を用意する工程；及び
（ｂ）チタンまたはチタン合金の表面を侵入型元素の吸収による表面硬化に供し、それにより硬化した表面を形成する工程
を含む、前記方法。
【請求項２】
硬化した表面を彫刻し、それにより所望の表面形態を形成する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
表面硬化は、適切な元素を含むガスの存在下での表面の局部溶融によって達成される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
適切な元素を含むガスは不活性ガスとの混合物として用いられる、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ガスは窒素、二酸化炭素、又は空気である、請求項３または４に記載の方法。
【請求項６】
表面の局部溶融はレーザーを用いて行われる、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
硬化した表面はレーザーを用いて彫刻される、請求項１から６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
硬化した表面はエンボス加工またはナーリング加工によって彫刻される、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
硬化した表面は化学エッチングによって彫刻される、請求項１から８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
チタンまたはチタン合金の表面はシリンダーの外側の表面である、請求項１から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
チタンまたはチタン合金の表面はチタンまたはチタン合金の粉末をコールドスプレーすることによって製造されたものである、請求項１から１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
チタンまたはチタン合金の表面は基材要素の表面上にチタンまたはチタン合金の粒子をコールドスプレーすることによって製造されたものである、請求項１から１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
基材要素はシリンダー、プレートまたはダイである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
チタンまたはチタン合金の表面は１種以上の機能的に有効な添加材を含む複合材料である、請求項１から１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
チタンまたはチタン合金の表面は一つ以上の彫刻工程と一つ以上の硬化工程を含む処理サイクルに供される、請求項２に記載の方法。
【請求項１６】
流体転写表面を修復する方法であって、流体転写表面は、操作において、二次表面の上に流体を恒常的または反復的に転写し、持続的かつ一様な量の流体を受け止めて転写させることが可能である設計された形態を有する流体転写表面であり、前記方法は、流体転写表面の上にチタンまたはチタン合金の粒子をコールドスプレーすることによってその流体転写表面の上にチタンまたはチタン合金の層を形成する工程、及びそのチタンまたはチタン合金の層を侵入型元素の吸収による表面硬化に供し、それにより硬化した表面を形成する工程を含む、前記方法。
【請求項１７】
硬化した表面を彫刻し、それにより所望の表面形態を形成する工程を更に含む、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流体転写表面（fluid transfer surface）の製造、それによって製造された流体転写表面、および流体転写表面の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体転写操作において、流体を帯びた表面（流体転写表面）は、上に流体が適用される二次表面（例えば、印刷版、ブランケット胴、ゴムローラーまたはターゲット支持体の表面）に対して恒常的または反復的に接触している。流体転写表面は通常、その使用寿命にわたって変わらないままでなければならない正確に設計された形態を有する。その表面はまた、持続的かつ一様な量の流体を繰り返し受け止めて転写させることが可能でなければならず、従って、硬くて耐摩耗性でなければならない。使用または不注意な取り扱いにより徐々に摩耗することによって生じる表面の何らかの損傷は、予定された製品における欠陥に至るかもしれない。
【０００３】
留意すべき別の問題は、二次表面に適用される流体はかなり腐食性であるかもしれない、ということである。例えば、フレキソ印刷インクは典型的にアルカリ性であり、それらはしばしば高含有量のアンモニアを含み、これが銅やアルミニウムなどの金属を侵蝕するだろう。さらに、最新の印刷用インクはクレーや炭酸カルシウムや無機顔料などの粒状充填物質を含む複雑な配合物であり、それらの充填剤は印刷ロールおよび／またはドクターブレードの表面のような比較的軟らかい印刷表面を摩耗させる原因となるかもしれない。
【０００４】
表面上にクロムの層を堆積させることによって（ローラーの）表面を摩耗や腐食から保護するために、クロム電気めっき（または「硬質クロム」）が用いられてきた。しかし、それには欠点がある。堆積したクロム層はピンポイントの多孔性を有し、従って、腐食性の印刷用流体に対して完全に有効なバリヤーを与えない。このために、クロム層を堆積させる前に下塗りとして適切な表面の上に堆積させる、より密集した（ニッケルのような）バリヤー膜の使用が必要となる。さらに、クロムめっきは環境上および健康上の危険を必然的に伴う。めっき浴ではクロム酸を用い、これは重大な危険を引き起こす。しかし、もっと懸念されることは、めっきすることは６価の形のクロム（Ｃｒ６＋）の使用を伴い、これは人体の発癌性物質だということである。使用済みの溶液は、その高い酸含有量と重金属を含有することにより、注意深く扱う必要もある。
【０００５】
１９７０年代以降、酸化クロムの厚い層をプラズマ溶射することが、流体転写表面に摩耗と腐食に対する耐性を付与する手段としてクロム電気めっきに対して幾分取って代わった。酸化クロムは極めて硬く（ＨＶ約１５００）、そしてクロムめっきよりも耐摩耗性が高い。プラズマ溶射に続いて、酸化クロムの表面は切削され、次いで、レーザーによってセル（マス目）または溝からなる一様なパターンで彫刻される。
【０００６】
しかし、この方法はそれ自体問題を伴わずには行えない。酸化クロム粉末の従来の大気プラズマ溶射の堆積効率は比較的低く（約４５％未満）、またプラズマ溶射は大きな出力要件を必要とし、これらの両方のことはプラズマ溶射装置の運転コストが比較的高いことを意味する。さらに、プラズマ溶射した被膜には構造上の欠陥が常に存在し、また多孔度も高い傾向がある。理解されているであろうが、被膜の中の欠陥は腐食性流体に対するバリヤーとしてのその有効性を減じる。腐食性流体が下にある支持体と接触すると、被膜と支持体の境界面において破損が一般的に生じる。また、高いレベルの多孔度は彫刻することのできるセルの総数を制限することがあり、そのため製作しうる印刷の品質が制限される。
【０００７】
クロムをベースとする粉末を溶射することによるＣｒ６＋の形成の可能性についての懸念も存在していた。実際に、２００４年にカリフォルニア州大気資源委員会は決議案０４−４４を承認し、これはクロムを含む材料を用いる溶射の操作によって６価クロムの有害な空気伝達性濃縮物が生じる可能性があり、この危険に対処する制御手段を示すべきであることを明言している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
かかる背景に対して、硬質で耐摩耗性があり、使用する間に表面と接触するであろう流体による腐食に対して耐性である流体転写表面（例えば、印刷表面）を製造するための代替手段を提供することが望ましいであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
従って、本発明は流体転写表面を製造するための方法を提供するものであり、この方法は下記の工程を含む：
チタンまたはチタン合金の表面を用意する工程；
チタンまたはチタン合金の表面を侵入型元素の吸収による表面硬化に供し、それにより硬化した表面を形成する工程；および、必要に応じて、
表面を彫刻し、それにより所望の表面形態を形成する工程。
【００１０】
彫刻を行う工程に関しては、これが必要な場合は、チタンまたはチタン合金の表面を表面硬化に供する工程の前および／または後に行ってもよい。
チタンとチタン合金は、大気腐食およびアルカリ性の媒体を含めた攻撃的な溶液による侵蝕に対して優れた耐性を有する。チタンの密度は４．５ｇ/ｃｍ３であり、本発明の趣旨において、このことは過剰な重量のために扱いにくいものである大きなダイや加圧ロールに対して魅力的な選択となる。しかし、チタンとチタン合金は摩擦特性が劣る傾向があり、そのために、流体転写表面に対する場合のような表面が互いに滑るような状況に対しては不適切なものとなる。
【００１１】
本発明はチタンとチタン合金の望ましい特性を増進させることを探求し、その一方で、それらの低い耐摩耗性の問題に対処するものである。本発明によれば、このことは、チタンまたはチタン合金に対して表面を硬化させる処理を行うことによって成される。本発明によれば、これは侵入型元素の吸収の機構によって達成される。
【００１２】
本発明はまた、本発明の方法によって製造される流体転写表面を提供し、またそのような表面を流体転写のプロセスにおいて使用することに関する。本発明はさらに、二次表面の上に流体を供給する方法を提供し、この方法は、転写すべき流体を本発明に係る流体転写表面の上に供給し、そして流体転写表面を二次表面と接触させ、それにより流体転写表面から二次表面に流体を転写する工程を含む。ここで、「二次表面」という語句は、その上に流体を転写すべき表面を示すものとして用いられる。二次表面は、最終製品または支持体の表面上に（例えば、印刷版、ブランケット胴またはローラーの上に）流体を転写するためにそれ自体が用いられる表面であってもよい。ローラーは典型的には、天然または合成のポリマー（一般にはゴム）または金属で形成される。あるいは、二次表面は、上に流体を付与すべき最終製品または支持体自体であってもよい。最終製品または支持体の例としては、プラスチックのフィルムおよびシート（例えば、ＰＥ、ＰＥＴ、ＰＰ、ＢＯＰＰ、ビニル、ＰＶＣ、ポリカーボネート、ポリスチレン、ナイロンおよびＰＴＦＥ）および金属被覆したフィルムがある。フィルムは、流延成形したフィルムまたはブロー成形したフィルムまたはラミネート（貼り合せシート）であってもよい。あるいは、最終製品または支持体は、紙のシートまたはロール、材木または金属のシートまたは金属箔であってもよい。本発明は印刷の操作の際に流体を転写するための表面を製造することに関して格別な有用性を有するであろう。
【００１３】
本明細書およびそれに続く特許請求の範囲を通して、文脈において他のことが求められていない限り、「含む」という語句および「含むこと」といったその変形は、明示された完全体または工程あるいは完全体または工程の群を含むことを意味するが、しかし任意のその他の完全体または工程あるいは完全体または工程の群を排除しないことが理解されよう。
【００１４】
本明細書において何らかの先行する出版物（またはそれから得られる情報）または何らかの公知の事柄に言及していることは、その先行する出版物（またはそれから得られる情報）または公知の事柄が本明細書で関連を示そうと試みている分野において常識的かつ一般的な知識の一部を形成していることを認容または自認しているのではなく、あるいは何らかの形で示唆しているのではなく、またそのように解釈されるべきでもない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
本発明の態様を、添付する非限定的な図面を参照して説明する。
【図１】図１は実施例１に記載した発明に従って製造したチタン表面の光学顕微鏡画像である。
【図２】図２は実施例１に記載した発明に従って製造したチタン表面のエッチング（蝕刻）した断面の走査型電子顕微鏡画像である。
【図３】図３は実施例２に記載した発明に従って製造したチタン表面の光学顕微鏡画像である。
【図４】図４は実施例３に記載した発明に従って製造したチタン表面の走査型電子顕微鏡画像である。
【図５】図５は実施例４に記載した発明に従って製造したチタン表面の光学顕微鏡画像である。
【図６】図６は実施例５に記載した発明に従って製造したチタン表面の光学顕微鏡画像である。
【図７】図７は実施例６において言及している印刷機の試験におけるインク槽、ローラーおよびドクターブレードの集成体の配置を例示する概略図である。
【図８】図８は実施例７に記載した発明に従って製造したチタン表面の損傷領域の光学顕微鏡画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明によれば、チタンまたはチタン合金の表面の耐摩耗性と表面硬度は、その表面（または表面の一つ以上の領域）をチタンと反応して望ましい表面特性をもたらす１種以上の侵入型元素で富ませることによって増大する。チタン合金が用いられる場合は、その元素は合金化金属、特に例えばアルミニウム、バナジウムおよびクロムのような合金化元素と反応することもできる。典型的には、侵入型元素は窒素、酸素、炭素および水素のうちの１種以上から選択される。必要とされる表面硬化は、適切な元素を含むガスの存在下での表面の局部溶融によって達成してもよい。本発明のこの見地は溶融硬化の工程とみなすこともできる。しかし、別の態様において、チタンまたはチタン合金の表面の局部溶融を行わずに所望の表面硬化を達成することもできる。この態様は固体状態での硬化を含み、処理すべき表面を適当な熱源および適切な侵入型元素を含むガスに曝露することによって達成することができる。典型的に、本発明を用いて達成される表面硬度は少なくともＨＫ８００（１０ｇの荷重の下でのヌープ硬度）となるはずであり、好ましくは少なくともＨＫ１２００である。用いられるガスは純粋なものであっても、あるいはガスの混合物であってもよい。別の態様において、侵入型元素を供給するために用いられるガスは、不活性ガスとの混合物として供給されてもよい。
【００１７】
ガスとして、純粋な窒素（あるいはアルゴンやヘリウムなどの不活性ガスで希釈した窒素）を用いてもよい。窒素は加熱したチタンまたはチタン合金の表面に吸収されることができて、そして冷却すると、窒化チタンを含む微細構造および／または金属チタンの格子中の窒素からなる固溶体を形成する。このプロセスは窒化として知られる。
【００１８】
同様に、処理環境中に酸素または炭素を含む特定のガスは、処理される表面によるこれらの元素の吸収を可能にする。例えば、窒素と酸素の両方に富む空気を、酸窒化反応を生じさせるために用いることができる。ＣＯまたはＣＯ２のような炭質ガスを、浸炭を行うために用いることができる。一般的に生じるものは、チタンの格子の隙間にＮ、Ｃ、Ｏおよび／またはＨが溶解した表面微細構造および窒化チタン、炭化物、酸化物、水素化物および／または混合相（例えば酸窒化物）である。
【００１９】
本発明の態様において、一連の段階において段階どうしの間でガス環境を変化させて表面硬化を行うことによって、１種よりも多い元素の吸収による侵入型硬化が達成されるだろう。
【００２０】
別の態様において、処理する表面の特定の領域に応じて、用いるガスを変化させてもよい。この場合、組成ひいては表面硬化の効果を表面全体にわたって変化させることができる。
【００２１】
加えて、あるいはその代わりとして、表面を加熱する強さおよび／または加熱時間を変化させることによって、処理する表面の全体にわたって表面硬化の効果を操作してもよい。用いるガス環境とともに、これらの加工パラメーターも侵入型元素の吸収に影響を及ぼすであろう。
【００２２】
所望により、表面上の異なる位置において差異のある元素吸収、ひいては差異のある特性を実現するために、用いるガス、加熱の強さまたはタイプおよび／または加熱の時間などの様々な加工変数を適用してもよい。例えば、表面が流体の転写のために用いられる場合、表面の領域ごとの摩耗特性に基づいて支持体のそれら異なる領域にわたって異なる表面硬化の効果を達成するのが望ましいかもしれない。この場合、より大きな摩耗を受ける表面の領域は、少ない摩耗を受ける同じ表面上の領域と比較して、高い表面硬度が付与されるように処理してもよい。
【００２３】
表面または表面の領域の表面硬度特性は二次表面への流体の転写の有効性にも影響するかもしれず、そして本発明は上述した加工パラメーターを操作することによって流体転写特性の最適化を可能にするだろう。
【００２４】
チタンまたはチタン合金の支持体表面は、印刷版または印刷シリンダーのような流体転写要素自体であってもよく、あるいはチタンまたはチタン合金は、流体転写要素を与えるための別の材料または別の要素の上の表面被膜または表面層あるいはスリーブとして用いられてもよい。いずれの場合においても、その要素は通常のデザインのものであって、シリンダー（円筒）（すなわち、それはロールまたはローラーであろう）、プレート（板）などの形状のものでよい。その要素は流延成形（キャスティング）、圧延、押出し、穿孔および溶接などの一般的な方法によって製造することができる。
【００２５】
本発明の別の態様において、チタンまたはチタン合金の層の表面は、下にある材料（要素）の上に（直接に）コールドスプレー（低温高速スプレーとしても知られる）によって設けられる。次いで、コールドスプレーによって形成された層を本発明に従って加工してもよい。コールドスプレーは、例えば米国特許５３０２４１４号に記載されている固体状態での堆積プロセスである。このプロセスにおいては、粉末粒子がガスの超音速の流れの中で加速され、それらが加工物の表面に衝突すると変形し、そして結合する。加速用のガスは典型的に窒素、ヘリウムまたは空気、あるいはこれらのうちの二つ以上のものの混合物である。粒子は約３００〜約１２００メートル/秒の速度まで加速される。このプロセスは比較的低い温度で行われ、従って、スプレーされる粒子の飛行中の溶融は起こらない。本発明の趣旨において、コールドスプレーは、材料（要素）の上にチタンまたはチタン合金の（典型的に３ｍｍ未満、例えば０．１〜１．５ｍｍの範囲の）薄いがしかし密集した層を堆積するために用いることができる。チタンまたはチタン合金の層は典型的に材料の上に直接設けられる。このようにして、チタンまたはチタン合金をシリンダー（円筒）、プレート（板）またはダイ（die）のような基材要素の表面上の被膜としてコールドスプレーすることができる。その要素は、鋼や鋳鉄のような鉄系合金、アルミニウム合金、ポリマーをベースとする複合材（例えば、ポリマーの母材中のガラス繊維または炭素繊維）、またはこれらの任意の組み合わせを含めた、何らかの適当な支持材料から成っていてもよい。十分に厚いチタンまたはチタン合金の層が堆積した場合は、次にそれを、要素の全体的な寸法を許容範囲内に戻し、そして粗くてスプレーしたままの表面を除去するために、切削してもよい。平均粗さ（Ｒａ）は彫刻を行う前に一般に０．５ミクロン未満とすべきであるが、この数値は彫刻の細度にも依存する。しかし、ある場合においては、この追加の切削工程は必要でないかもしれない。次いで、チタンまたはチタン合金の被膜は表面硬化に供され、そして（おそらくは）本発明の方法論に従って彫刻に供される。この方法と関連する費用上の利益は、安価な要素材料を用いることができることと、用いるチタンまたはチタン合金の量を最小限にしうることであろう。
【００２６】
別の態様において、使用に適するには摩耗しすぎたか、あるいは損傷してしまった予め存在する流体転写表面の上にチタンまたはチタン合金の層を設けるためにコールドスプレーを用いてもよい。この場合、流体転写表面の摩耗または損傷した領域の上にチタンまたはチタン合金の新たな層を設けるためにコールドスプレーを用いてもよい。典型的には、コールドスプレーを行う前に摩耗または損傷した領域を削り取ることによって、コールドスプレーする粒子が表面に付着するような適切な表面を形成する。摩耗または損傷した領域の上にチタンまたはチタン合金が十分に堆積した後、その堆積したチタンまたはチタン合金を必要に応じて削り取ってもよく、次いで、新たに付与された表面を本発明に従って加工に供する。その目的は、修復する領域が最初の表面と同じ表面特性（表面硬度および表面の浮き彫り（レリーフ）または模様に関する特性）を有するようにすることである。従って、本発明はまた、流体転写表面を修復する方法を提供するものであり、この方法は、流体転写表面の上にチタンまたはチタン合金の粒子をコールドスプレーすることによってその流体転写表面の上にチタンまたはチタン合金の層を形成し、そしてそのチタンまたはチタン合金の層を侵入型元素の吸収による表面硬化に供し、それにより硬化した表面を形成し、そして必要に応じて、硬化した表面を彫刻し、それにより所望の表面形態を形成することを含む。すでに言及したように、コールドスプレーを行う前に（最初の）流体転写表面を削り取るか、そして／または、表面硬化を行う前に堆積したチタンまたはチタン合金の層を削り取る必要があるかもしれない。
【００２７】
別の態様において、予め存在する流体転写表面の表面形態部分を変更するのが望ましい場合があり、そして現在ある形態に対してチタンまたはチタン合金の新しい層で「上書きする」ためにコールドスプレーを用いることができる。典型的には、切削することによって最初の表面形態部分を除去し、次いで、コールドスプレーを行うことによってチタンまたはチタン合金の新しい層を形成する。ある場合においては切削することは必須ではないかもしれないが、しかし切削加工はコールドスプレーによって塗布される層の接着性の点での改善された結果をもたらすだろう。次いで、必要に応じて、新しい（コールドスプレーした）層を削り取ってもよく、次に本発明に従って処理して、それにより流体の転写のための新たな表面形態部分を有する流体転写表面が形成される。これの変形として、最初の流体転写表面を切削する代わりに、流体転写形態部分を埋めて、チタンまたはチタン合金からなる適度に厚い層に仕上げるためにコールドスプレーを用いてもよく、それにより本発明に従って新たな流体転写表面を造ることができる。コールドスプレーによってチタンまたはチタン合金を堆積した後、通常は、本発明に従って硬化と彫刻を行う前に表面を削り取る。
【００２８】
別の態様において、チタンまたはチタン合金の要素（例えば、シリンダー（円筒）、プレート（板）またはその他の形状のもの）をコールドスプレーによって直接製作してもよい。コールドスプレーによる直接の製作または直接の製造は、粉末の供給原料を粒状の供給材料だけからなる密集した凝集性の自立性要素に転化することを含む。これは、粉末をマンドレルまたは支持材の上にスプレーし、次いで、それらマンドレルまたは支持材を除去することによって達成することができる。スプレーしたままの要素は許容範囲内の最終製品に必要な寸法になっているか、あるいは、特定の寸法を得るための最低限の切削加工だけを必要とする（ＷＯ（国際公開）２００９／１０９０１６号「パイプの製造」を参照されたい）。
【００２９】
さらなる態様において、チタンまたはチタン合金の層を、下にある支持体の上にレーザークラッディング（レーザー被着）によって形成してもよい。この技術は当分野で公知である。
【００３０】
様々なグレードのチタンおよび様々なタイプのチタン合金を本発明において用いることができる。別の態様において、チタンまたはチタン合金は１種以上の機能的に有効な添加材を含む複合材料であってもよい。例えば、チタンまたはチタン合金は、チタンまたはチタン合金に高い耐摩耗性を与える粒子（例えば、ナノ粒子）を含んでいてもよい。そのような粒子にはホウ化物、炭化物または酸化物の化合物が含まれるかもしれない。例示として、炭化ケイ素の使用を挙げることができる。
【００３１】
機能的に有効な添加剤は公知の手段によってチタンまたはチタン合金に取り込むことができる。これに関して、そのような添加剤を含むチタンまたはチタン合金を製造するために、コールドスプレーの使用は特に便利な方法であろう。
【００３２】
別の態様において、チタンまたはチタン合金は、表面硬化を行う間に加えた熱によって蒸発または燃焼する犠牲的な成分を含んでいてもよい。これにより、チタンまたはチタン合金の支持体の中に細孔が形成され、またこの支持体の表面の浮き彫り（レリーフ）が増加するだろう。このことは、流体転写のプロセスにおいて支持体の表面が流体を捕捉して保持する能力を増大させるので、望ましいかもしれない。例として、犠牲物質は（粒子として用いられる）ポリマーであってもよい。コールドスプレーは、そのような犠牲的な成分を含むチタンまたはチタン合金を製造するために便利なやり方として用いられるだろう。
【００３３】
以下において、特に指摘しない限り、チタンおよびチタン合金について言及するときは、上述した様々な可能性を包含していることが意図されている。
表面硬化を促進するためのチタンまたはチタン合金の表面の加熱は、様々なやり方で達成されるだろう。例えば、適切な元素を含むガスに表面を曝露しながら、表面を適度に加熱してもよい。本発明の態様において、処理すべき表面に、不活性ガスと適切な元素を含むガスとの混合物を含んだプラズマの噴射をスプレーしてもよい。プラズマの噴射は典型的に、プラズマを生成するための電極を含むトーチを用いてスプレーされる。当業者であれば、この技術と、それをどのように実施すればよいかをよく知っているであろう。
【００３４】
好ましくは、表面の加熱を、表面硬化すべきチタンまたはチタン合金の範囲と厚さに限定する。実際に、例えば、チタンまたはチタン合金が熱に対して感受性の高い要素（例えば、ポリマー複合材料）の上に形成される場合は、かなり局部化した加熱を行うのは望ましくないかもしれない。
【００３５】
従って、本発明の好ましい態様において、表面の溶融を行うためにレーザーを用いて溶融硬化が実施される。この場合、極めて局在化した表面の加熱を与えるためにレーザーを用いることができる。彫刻した表面にレーザー硬化が適用されるときは、通常は溶融深さを制限するために処理条件を制御し、それにより溶融深さが彫刻の深さを超えないようにする。さもなければ、彫刻構造の過剰な平滑化とゆがみが生じるかもしれない。例えば、１インチ当り８０のラインがある斜線版のパターン（trihelical pattern）は約５０マイクロメートルのセル深さを有するので、その後のレーザー硬化工程を行う間の表面溶融は５０マイクロメートル以下に制限するのがベストである。さらに、侵入型元素の吸収に基づくレーザーによる表面硬化の使用はかなり適応性が高く、そのため制御可能なやり方でチタンまたはチタン合金の表面に広範囲の特性をもたらすことが見いだされた。従って、特定の流体転写を適用するのに適するように、表面を調整することができる。一般に、気体レーザーまたは固体レーザー（例えば、ＣＯ２レーザー、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーまたはファイバーレーザー）を用いることができ、当業者であればそれらの操作をよく知っているであろう。様々な操作パラメーターが、本発明に従って達成される表面硬化の効果に影響すると考えられ、それぞれのものの影響およびそれぞれを組み合わせたものの影響は実験によって調査することができる。大ざっぱに言えば、操作パラメーターは、レーザーの操作、レーザーと表面の相対的な移動、およびガスの供給量と関係している。
【００３６】
用いられるレーザーに関して、関連のある操作パラメーターは、用いられるレーザー源およびそのレーザー源の操作モードに依存するだろう。パルスモードにおいて、関連のある操作パラメーターには、レーザーパルスのエネルギー、パルス幅、反復速度およびビーム拡大用望遠鏡の設定が含まれる。連続モード（例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーを用いる連続モード）において、関連のあるパラメーターはレーザー出力である。操作モード、光学要素などについての異なる選択を行い、様々なタイプのレーザーを操作することによって、同様の硬化または彫刻の硬化を得ることができる。
【００３７】
レーザーとチタンまたはチタン合金の表面との間の相対的な移動に関して、関連のあるパラメーターには横断速度と重なり率が含まれる。レーザーを静止させて、それに対してチタンまたはチタン合金の表面を移動させることができるが、その逆でもよい。
【００３８】
ガスの供給に関して、関連のあるパラメーターにはガスの濃度、ガスの流量および流れの方向が含まれる。
一般に、硬化の深さは、チタンまたはチタン合金の表面を加熱している間に関連のある侵入型元素と反応する（表面の）層の厚さに依存する。例えば、低いレーザーエネルギーにおける溶融硬化の場合、溶融深さは比較的浅いだろう。ピーク硬度は、表面における（窒化物や炭化物のような）硬化相の濃度およびそれらの組成と関係している。チタンまたはチタン合金と処理ガスとの反応によって表面の親水性も操作されるかもしれない。
【００３９】
レーザーを用いるとき、処理される表面の粗さはレーザー出力、横断速度、パスどうしの間隔、および処理雰囲気と相関するものであることが見いだされた。窒素に富む雰囲気中では、独特の粗いサンゴ状の表面形態が生成することが見いだされた（図４を参照されたい）。レーザー出力を大きくすると、非常に滑らかな処理表面に変化する。切削されたチタンまたはチタン合金においては、レーザー処理の後には０．３μｍ未満の表面粗さ（Ｒａ）の値を容易に達成することができる。
【００４０】
本発明の態様によれば、彫刻する工程を必要とすることなく、流体の転写に適した硬化表面を生成することができるかもしれない。この場合、表面硬化によって流体の転写のために直ちに役立つ表面形態または浮き彫り（レリーフ）が得られ、従って、彫刻することは実際には必要とされない。これはレーザー処理によって適度な表面粗さが生じるような場合であり、これは上に挙げた特定の操作パラメーターを変化させることによって制御することができるだろう。特に、この点においてはレーザーエネルギーが関連すると考えられる。大ざっぱに言って、流体の転写のために有用であるためには、垂直走査型干渉計または立体ビデオ解析を用いるような一般的な方法によって測定して、表面は１〜３００ｃｃ/ｍ２の表面容積容量を有するべきであり、例えば１〜１１０ｃｃ/ｍ２、特に２〜２０ｃｃ/ｍ２の表面容積容量を有するべきである。一般に、平均の粗さの深さ（Ｒｚ）は、例えば触針式粗さ計を用いて測定して、２００μｍ未満、例えば５〜１００μｍとすべきである。
【００４１】
他の態様において、意図される流体転写機能に基づいて所望の形態または表面の浮き彫りを得るために表面が加工（彫刻）され、そしてこれは一般的な技術を用いて行うことができる。これらは本質的に機械的なものでもよく、例えばエンボス加工またはナーリング加工（knurling）がある。あるいは、彫刻は化学エッチングまたはレーザー彫刻を用いて行ってもよい。これらの技術のうちの二つ以上の組み合わせを用いてもよい。
【００４２】
プロセスのうちの表面硬化の段階を行う前、および／またはその後に、彫刻を行ってもよい。彫刻を行う前に硬化を行ってもよく、その逆でもよい。一つ以上の領域を彫刻し、他の領域は彫刻しないようにすることができる。
【００４３】
本発明の好ましい態様において、正確な計量と流体の転写のために有用な形態的特徴部を表面に彫刻するためにレーザーが用いられる。レーザーによる表面の彫刻は、酸化クロムを被覆したアニロックス（Anilox）ロールのような流体計量ロールの製造において標準的に実施されるものである。一般的な形態は、表面の全体でハニカムパターンを形成する同一の六角形のセル（マス目）からなる繰返しのパターンである（図１に示すもの）。別の一般的な形態は正方形のパターンである。セルのパターンの形態は、レーザーの直線的な移動とロールの回転の組み合わせによって生じる彫刻の角度に依存する。グラビア印刷用ロールにおいてしばしば用いられる別の形態は連続した平行な溝であり、これは通常、斜線版（trihelical）の配置をとる。
【００４４】
硬化と彫刻の操作について同じレーザー装置を用いることが、効率の点で有利であろう。すでに述べたように、硬化は彫刻操作の前および／または彫刻操作の後に行うことができる。十分な耐摩耗性を得るためには二つ以上の硬化の段階が必要かもしれない。加えて、硬化工程または彫刻工程の前に表面を調製するためにレーザーを用いてもよく、この場合、レーザー出力は適宜選択されるだろう。すなわち、未加工のチタンまたはチタン合金の表面が一連のレーザー操作によって十分に処理されるように加工の管理が計画され、それにより流体転写の目的に適したものになる。
【００４５】
これは、以下に述べる幾つかの異なる構成のレーザー装置によって達成することができる。
−  表面での異なる操作を異なるタイミングで行うように制御される単一のレーザービーム。この場合、操作パラメーターはそれぞれの個々のタイプの操作について特に設定される。
−  複数のビームに分割される単一のレーザーであって、各々のビームは加工物の表面上の異なる物理的な位置にエネルギーを伝える。
−  多重ビーム装置（一般に、単一のレンズを通る二つ以上のビーム）。
−  多重レーザー。様々な表面操作によって要求されるレーザーと表面との相互作用のタイプにおける異なる要件のために、一つよりも多いタイプのレーザーが必要であるかもしれない。様々なレーザー源が固有波長における放射を生成する。さらに、Ｑスイッチング、モードロックまたはその他の方法によって可能となる極めて短いパルスのような、特定の操作モードが用いられるかもしれない。これらは極めて短い時間間隔で大量のエネルギーを表面に伝えることを可能にする。しかしながら、これは全てのレーザー装置について可能ではないかもしれない。さらに、各々のレーザーが一つ以上のビームを加工物の表面に伝えるかもしれない。
【００４６】
上記のレーザー構成のいずれにおいても、加工物の表面の各々の地点について、以下の手段によって複数の操作を行うことができる。
−  時間的に分離した個別の操作。例えば、円筒形の加工物の場合、円筒の各々の回転ごとにレーザー操作を時間を分けて行ってもよい。あるいは、次の工程を開始する前に表面全体にわたって一つの加工工程を完了するのが有利かもしれない。
−  互いに物理的にずらした複数の処理領域。例えば、彫刻パルスを適用する前、適用している間、または適用した後に、硬化操作を分散してもよい。
−  上のことの任意の組み合わせ。例えば、円筒形の加工物の場合、レーザーエネルギーを、円周方向および／または軸方向に互いにずらした複数の地点に適用し、それと同時に円筒を複数回回転させると、この処理の連続の繰返しとなる。
−  一つの位置に適用されて、一致して操作される複数のレーザービーム。
【００４７】
本発明の一つの態様において、チタンまたはチタン合金の表面は、一つ以上の彫刻工程と一つ以上の硬化工程を（任意の順序で）含む処理サイクルに供される。例として、この態様は２〜１０回の処理サイクルを含んでもよいが、１０回のサイクルまでとは限定されない。
【００４８】
複数の処理操作によって得られる多くの利益がある。例えば、繰り返しの彫刻パルス（これはしばしば「マルチヒット彫刻」として知られる）によって、セル構造（マス目構造）の均一さがかなり改善され、レーザー出力の時間的な変化が平均化され、レーザーモードの時間的な変化が平均化され、そして彫刻構造が改善される。チタンの表面において彫刻操作と硬化操作を同時に行うことは、彫刻構造を形成しながらセルの壁を完全に硬化することができるという利点を有する。本発明のこの面において、彫刻構造を保持しながら、彫刻後の（硬化）処理だけによって可能なレベルよりも高い処理レベルがしばしば可能である。処理レベルが改善されることに加えて、処理と彫刻を同時に行うことのさらなる利益には、完成する構造についての大きな制御性、彫刻パラメーターの選択についての適応性、加工時間の短縮、廃物の減少、加工の単純化、および処理前または処理後に彫刻することによっては得ることのできない複雑な構造の形成が含まれる。
【００４９】
本発明の態様において、加工を少なくとも部分的に自動化することができる。例えば、一つ以上の適切に配置されたレーザーを用いて表面の硬化と彫刻を連続して行ってもよい。例えば、硬化されて彫刻されるべきチタンまたはチタン合金の表面を有する円筒形の基材の周囲に、これらレーザーを配置することができる。また、処理すべき適当なチタンまたはチタン合金の表面を与えるために、一つ以上のレーザーの「上流に」コールドスプレー位置を付け足すことも可能であろう。コールドスプレーによって形成された表面を表面硬化および彫刻する前に切削加工する必要があるかもしれないが、しかしこれは、コールドスプレーによって形成されたままの表面の平滑さによっては必要でないかもしれない。
【００５０】
本発明はさらに、二次表面の上に流体を供給する方法を提供し、この方法は、本発明に従って転写すべき流体を流体転写表面の上に供給し、そして流体転写表面を二次表面と接触させ、それにより流体転写表面から二次表面に流体を転写することを含む。流体の転写が意図した通りに有用かつ有効であるように、チタンまたはチタン合金の表面は、均一な容量の流体がその表面上に計量して提供され、そしてその表面または流体が二次表面と接触したときにその表面から二次表面の上に転写されることを可能にすることが意図された表面の形態または浮き彫り（レリーフ）（空洞、くぼみ、溝など）を有するだろう。流体転写表面から二次表面への流体の転写が起こる機構は典型的には、表面張力と関連している。
【００５１】
本発明に従って調製される表面については多数の実際的な用途がある。理解されるであろうが、本発明は従来のセラミック被覆、クロムめっきまたは金属の流体転写ローラーの代わりに用いることのできるチタンまたはチタン合金のローラーを得るために用いることができる。フレキソ印刷機の場合には、流体計量ロール（この場合、アニロックス（Anilox）ロールとして知られる）の機能は、インク容器から印刷版へのインクの流れを制御することである。フレキソ印刷は広範囲の基材の上に印刷するために用いられる印刷法である。これらはナローウェブ（狭いウェブ）とワイドウェブ（広いウェブ）の用途に分類することができる。ナローウェブには付け札やラベル、封筒およびカートン（ボール紙）が含まれる。ワイドウェブはポリエチレン、ポリプロピレン、ＰＥＴおよびセロファンを含めた全ての種類の可撓性の包装材に及ぶ。食品産業において用いられる包装や袋は主要な市場要素である。ワイドウェブには紙と新聞紙も含まれる。
【００５２】
正確な量の流体を計量（および転写）することを要する、他の多くの工業用途がある。例えば、ロール塗布法は、粘着テープからビニール製の壁紙までにわたって、液体の均一な薄膜を二次表面に塗布するために、ある範囲の工業にまたがって用いられる。彫刻を施したシリンダー（円筒）は、塗料の膜を鋼のコイルまたはアルミニウムシートに塗布するために用いられる。ラミネート工業におけるグラビアロールはフレキソ印刷のアニロックスロールと同様のやり方で操作され、それらはセルの総数と形態および各々のセルの容量保持能力によって制御される液体の量を計量する。この場合、グラビアロールという用語はロートグラビア印刷（輪転グラビア印刷、凹版印刷）において用いられるグラビアロールと混同してはならず、後者においてはロールが基材と接触したときに基材の上に複製される彫刻画を用いる。アニロックスローラーはまた、液晶ディスプレー（ＬＣＤ）における配向膜、レーザーホログラムラベルおよび偽造保護ラベルの製造においても用いられる。
【００５３】
本発明の趣旨において、「流体」という用語は液体には限定されないことを認識されたい。実際に、上述した用途のうちの幾つかにおいて、インクと塗料は高い固体含有量を有する。従って、この用語はスラリーにも適用され、あるいはポリマーの粉末や金属酸化物の粉末（例えば、ＴｉＯ２）のような（流動性の）粉末にも適用されるだろう。二次表面に付着させるのに望ましいであろう流体のさらなる例としては、熱溶融液（例えば、樹脂系接着剤やシーラント）、接着剤（例えば、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）およびウレタン）、顔料、食料品や食料品配合剤（例えば、澱粉）、および生物医学試剤がある。
【００５４】
転写される流体は、印刷面に機能性を付与する粒子を含んでいてもよい。一つの例は磁気インク文字認識（ＭＩＣＲ）であり、これにおいては、銀行業務で用いられる小切手にセキュリティー特徴部を付与するために強磁性酸化物顔料を用いる。本発明の有用性が見いだされる別の分野は、適当な電気的または電磁気的な性質を有する比較的厚い膜が可撓性の二次表面に付与される、可撓性の電子デバイスの製造である。その膜は、銀または銀合金のような導電性材料からなる粒子を含んでいてもよい。一つの一般的な例は無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグである。他の新たな用途は、フレキシブルディスプレーのための有機発光ダイオード（ＯＬＥＤｓ）や有機薄膜トランジスター（ＯＴＦＴｓ）のような、大規模な高解像度印刷を必要とするかもしれない。有機太陽電池またはポリマー太陽電池についての開発中の分野において、ロール焼付け（roll-to-roll printing）の技術の採用は実験室的試行から全面的な生産への大規模化の手段になるかもしれない。これに関して、流体はアルコールなどの適当なキャリヤーの中に付与したＴｉＯ２粉末のスラリーであってもよい。スラリーを二次表面の上に転写した後、アルコールを蒸発させることによってＴｉＯ２の堆積を形成することができる。
【００５５】
本発明の主な利点は以下の通りである。
−  チタンおよびチタン合金の使用による、腐食およびその他の化学的攻撃に対する耐性。
−  環境と人間の健康に対して脅威となるクロム含有材料の回避。
−  硬化工程と彫刻工程のためのレーザーの使用による製造プロセスの単純化と効率の向上の可能性。
−  加工の制御の可能性。例えば、粗さ、表面エネルギーおよび硬度などの表面の重要な性質を、レーザー処理のパラメーターを操作することによって制御することができる。
−  処理したチタン表面の修復可能性。摩耗または損傷した領域をコールドスプレーのような追加の方法を用いて再形成し、次いで、その再形成した材料を彫刻し、硬化することができる。これは、例えば、被覆した表面の全体をローラー基材から剥ぎ取って、被膜を再び付与することを要する現行のセラミック被覆ローラーと比較して、時間と労力のかなりの節約になる。
本発明の具体的態様は以下のとおりである。
[１]
流体転写表面を製造するための方法であって：
チタンまたはチタン合金の表面を用意する工程；
チタンまたはチタン合金の表面を侵入型元素の吸収による表面硬化に供し、それにより硬化した表面を形成する工程；および、必要に応じて、
硬化した表面を彫刻し、それにより所望の表面形態を形成する工程；
を含む前記方法。
[２]
表面硬化は、適切な元素を含むガスの存在下での表面の局部溶融によって達成してもよい、[１]に記載の方法。
[３]
適切な元素を含むガスは不活性ガスとの混合物として用いられる、[２]に記載の方法。
[４]
ガスは窒素である、[２]または[３]に記載の方法。
[５]
ガスは二酸化炭素である、[２]または[３]に記載の方法。
[５]
ガスは空気である、[２]または[３]に記載の方法。
[６]
表面の局部溶融はレーザーを用いて行われる、[１]から[５]のいずれかに記載の方法。
[７]
硬化した表面はレーザーを用いて彫刻される、[１]から[６]のいずれかに記載の方法。
[８]
硬化した表面はエンボス加工またはナーリング加工によって彫刻される、[１]から[７]のいずれかに記載の方法。
[９]
硬化した表面は化学エッチングによって彫刻される、[１]から[８]のいずれかに記載の方法。
[１０]
チタンまたはチタン合金の表面はシリンダーの外側の表面である、[１]から[９]のいずれかに記載の方法。
[１１]
チタンまたはチタン合金の表面はチタンまたはチタン合金の粉末をコールドスプレーすることによって製造されたものである、[１]から[１０]のいずれかに記載の方法。
[１２]
チタンまたはチタン合金の表面は基材要素の表面上にチタンまたはチタン合金の粒子をコールドスプレーすることによって製造されたものである、[１]から[１１]のいずれかに記載の方法。
[１３]
基材要素はシリンダー、プレートまたはダイである、[１２]に記載の方法。
[１４]
チタンまたはチタン合金の表面は１種以上の機能的に有効な添加材を含む複合材料である、[１]から[１３]のいずれかに記載の方法。
[１５]
チタンまたはチタン合金の表面は一つ以上の彫刻工程と一つ以上の硬化工程を含む処理サイクルに供される、[１]に記載の方法。
[１６]
流体転写表面を修復する方法であって、流体転写表面の上にチタンまたはチタン合金の粒子をコールドスプレーすることによってその流体転写表面の上にチタンまたはチタン合金の層を形成する工程、そしてそのチタンまたはチタン合金の層を侵入型元素の吸収による表面硬化に供し、それにより硬化した表面を形成する工程、および、必要に応じて、硬化した表面を彫刻し、それにより所望の表面形態を形成する工程を含む、前記方法。
[１７]
[１]から[１６]のいずれかに記載の方法によって製造された流体転写表面。
[１８]
二次表面の上に流体を供給する方法であって、転写すべき流体を[１７]に記載の流体転写表面の上に供給する工程、そして流体転写表面を二次表面と接触させ、それにより流体転写表面から二次表面に流体を転写する工程を含む、前記方法。
[１９]
[１７]に記載した流体転写表面の流体転写のプロセスにおける使用。
【実施例】
【００５６】
以下の非限定的な実施例を参照して本発明の態様を例証する。
実施例１
以下の実施例は、チタンの表面に彫刻と硬化の操作を実施するためのレーザーの使用を説明するために提供される。この目的のために、０．４ｍｍの厚さの等級２のチタンシートを市販品供給者から得た。他の何らかの形状またはサイズの加工物に対して同じ順序の加工工程を適用できなかった理由は何もないが、分析用の後処理の容易さを考慮したチタンの物理的形態を選択した。
【００５７】
シートを７５ｍｍの直径の円筒の周りに巻き、円周方向の表面速度が０．２５ｍ/ｓになるように回転させた。三つの個別の工程で表面の彫刻と窒化を行うためにＮｄ：ＹＡＧレーザーを用いた。彫刻を行うためにレーザーをＱスイッチＴＥＭ００モードで操作した。彫刻を行う間、レーザーノズルヘッドを通して加工領域の中にＮ２を注入した。六角形のセルのパターンを形成するために６０°のスクリーン（網目）角度を用いた。硬化を行うためにマルチモードＴＥＭ１１を用いた。最初の硬化工程において、表面を窒化するために、やはりＮ２ガスを用いた。これに続いて、Ｎ２ガスの注入を行わずに表面を再処理し、それにより加熱した表面を周囲空気に曝露して、その結果、酸窒化した。
【００５８】
最後の酸窒化処理段階の後の表面の光学顕微鏡画像を図１に示す。セルの測定はロールスコープ干渉計を用いて行った。測定したスクリーンの数は１インチ当り１４２本の線であった。平均のセル深さは５４．８６μｍであった。
【００５９】
次いで、シートを切断し、エポキシ樹脂に嵌め込み、そして標準的な金属組織学的方法を用いて研磨した。処理した表面の様々な位置における微小硬度を、ヌープ圧子を用いて１０ｇの荷重の下で測定した。セルの壁の最も先端の部分における微小硬度はＨＫ１８００〜２１００の範囲内の値に達することがわかった。基材の影響を受けていない領域において、表面下の極めて深い位置（少なくとも２００μｍ）での微小硬度はＨＫ１７６±２であった。
【００６０】
次いで、研磨した断面をクロル液（フッ化水素酸と硝酸の水溶液）を用いてエッチングした。処理領域の微細構造の典型的な走査型電子顕微鏡画像を図２に示す。窒化チタンの立方体の樹枝状晶（デンドライト）が表面において見いだされ、特にセル壁の内部に見いだされる。この樹枝状晶は、酸素および窒素に富むチタンの融液が凝固する間の酸窒化物の形成を示している。ヌープ押込みによって測定された硬化の大部分は、微細構造のこの部分と関連していた。二段階の硬化処理の後、樹枝状晶は特に間隔が密になったことが見いだされ、このことは、得られた微小硬度の示数をさらに高めた。表面下のもっと深い位置では他の微細構造の複合物の連続が通常に見いだされ、これには、レーザー加熱によって影響を受けるには深すぎる基材の部分での六角形のチタンの樹枝状晶、針状のチタンのマルテンサイトおよびチタンの多角形の結晶粒が含まれていた。
【００６１】
実施例２
以下の実施例は、チタンの上に様々な表面構造を形成することに対する本発明で説明する方法の適用性を示すものである。
【００６２】
前の実施例におけるものと同様の０．４ｍｍで等級２のチタンシート材料を用いた。このシートを同じ方法で円筒の上に固定し、表面速度が０．２５ｃｍ/ｓになるように回転させた。Ｎｄ：ＹＡＧレーザーを用いてＱスイッチＴＥＭ００モードで彫刻を行った。レーザーをプログラムで設定して、円筒の軸に対して４５°の角度の二組の真っ直ぐな溝からなるパターンが彫刻されるようにした。ひと組の溝は一定の１７０μｍの間隔を保つようにし、一方、第二の溝は第一の溝に対して垂直に配向し、そして一定の３５０μｍの間隔を保つようにした。組み合わせると、図３に示すように、二組の溝によって１７０×３５０μｍの長方形が画定された。断面の分析によって、溝の深さは約３０μｍであることが示された。
【００６３】
彫刻に続いて、加工物にビームの焦点を当てるマルチモードＴＥＭ１１でのレーザーを用いて表面を窒化した。図３は光学顕微鏡画像であり、左上において彫刻されて窒化された領域からなる縁部と、彫刻されているが窒化はされていない周囲の領域が示されている。レーザーで窒化するために、ある範囲のレーザー出力の設定を試行した。図３は約５２Ｗの一定のワット数まで弱めたレーザーを用いた効果を示している。窒化した後にも溝の構造は明瞭に保持された。肉眼では、図３の左上の領域は光沢のある金色に変化した。異なるレーザー窒化の設定を用いると、そして特に処理領域の中に異なるガスを導入すると、広範囲の様々な色と反射率の程度を生じさせることができた。
【００６４】
次いで、シートを切断し、エポキシ樹脂に嵌め込み、そして標準的な金属組織学的方法を用いて研磨した。１０ｇの荷重の下でのヌープ微小硬度は、表面に最も近い位置でＨＫ１４００〜１６００の範囲内の値に達することがわかった。
【００６５】
実施例３
本実施例は、レーザー処理の条件を正しく選択するとチタンの表面を単一の操作で溶融させることができ、それによって表面が硬化し、そしてマイクロメートルの程度の起伏のある特徴部とくぼみを有する形態が生じることを証明するものである。
【００６６】
７５ｍｍの直径と３ｍｍの壁厚を有する等級２のチタン製円筒の一部分を、実験のために選んだ。これを、マルチモードＴＥＭ１１の下で操作され、そして約３３Ｗの一定のワット数まで弱めたＮｄ：ＹＡＧレーザーを用いて処理した。加工物の上でのスポットサイズを広くするために、レーザーの焦点を表面から１．０ｍｍ±０．１ｍｍだけずらした。処理を行う間に、加工領域の中にＮ２ガスを注入した。表面の線速度が０．２５ｍ/ｓになるように円筒を回転させ、そして１回転するごとにレーザーノズルを軸方向に一定の０．０２ｍｍで移動させた。
【００６７】
図４は処理した表面の走査型電子顕微鏡画像を示し、これはサンゴ状の形態を呈した。深いくぼみが存在し、それらにより、比較的滑らかな表面よりも多くの流体を表面が保持することができる。触針式粗さ計を用いて測定した平均の粗さの深さ（Ｒｚ）は１３．９±０．９μｍであった。
【００６８】
サンプルを切断し、嵌め込みを行い、そして微小硬度の特徴を分析するために研磨した。ヌープ圧子を用いて１０ｇの荷重を負荷した。隆起部分の先端において、微小硬度は１０００〜１２００ＨＫに達し、このことはレーザー窒化による有効な硬化を表している。
【００６９】
実施例４
本実施例は、レーザー彫刻の工程とレーザー硬化の工程を連続して交互に行うマルチパスの処理を例証する。
【００７０】
実施例１および２におけるものと同様の０．４ｍｍで等級２のチタンシート材料を用いた。このシートを同じ方法で円筒の上に固定し、表面速度が０．２５ｃｍ/ｓになるように回転させた。Ｎｄ：ＹＡＧレーザーを用いて、以下の６回の処理パスを実施した。
パス１：ＱスイッチＴＥＭ００モードでの彫刻。焦点−２．０ｍｍ（ターゲット表面の上）。
パス２：ＣＷ ＴＥＭ１１モードでの硬化。焦点＋０．５ｍｍ（ターゲット表面の下）。
パス３：ＱスイッチＴＥＭ００モードでの彫刻。焦点−２．０ｍｍ（ターゲット表面の上）。
パス４：ＣＷ ＴＥＭ１１モードでの硬化。焦点＋０．５ｍｍ（ターゲット表面の下）。
パス５：ＱスイッチＴＥＭ００モードでの彫刻。焦点−１．０ｍｍ（ターゲット表面の上）。
パス６：ＣＷ ＴＥＭ１１モードでの硬化。焦点＋０．５ｍｍ（ターゲット表面の下）。
【００７１】
彫刻と硬化の両方について、加工領域の周囲に窒素ガスを注入した。彫刻したパターンは、１インチ当り２２５本の線からなるスクリーン（網目）の数を有する６０°の六角形構造であった。
【００７２】
図５は得られた表面を示す光学顕微鏡画像である。
実施例５
以下の実施例において、コールドスプレーしたサーメット複合材被膜の上にレーザーによる彫刻と硬化を実施した。
【００７３】
炭化ケイ素（ＳｉＣ）の粉末をチタン粉末と混合して、２５重量％のＳｉＣと７５重量％のチタンの混合物を製造した。チタン粉末の粒子は角張った形態と２４．９μｍの平均粒子サイズを有していた。ＳｉＣ粒子も角張っていて、このＳｉＣ粉末を−２５μｍにふるい分けた。次いで、ＣＧＴキネティクス４０００装置を用いて混合物をコールドスプレーした。キャリヤーガスとして窒素を用いてコールドスプレーを行い、このときノズルから直近の上流の位置で３．５ＭＰａの圧力および８００℃のガス条件を用いた。ＣＧＴ ２４ＴＣノズルを用い、これは５．６の膨張比（広がり率）と１２９．５ｍｍの散開部分の長さを有していた。７５ｍｍの外径と３ｍｍの壁厚を有する軟鋼製の円筒基材の上に被膜を堆積した。円筒を旋盤の上で回転させた。コールドスプレーガンをＡＢＢロボットによって制御した。ガンを基材の表面に対して垂直に保持し、このとき基材からノズルの先端までの離隔距離を一定の３０ｍｍとし、被膜を堆積させるためにノズルを円筒の長手方向に沿って３３回上下させた。１．２ｍｍの厚さの被膜が生じ、これは金属チタンの母材中にＳｉＣ粒子を含んでいた。
【００７４】
次いで、被覆した円筒を削り取って７７．１ｍｍの均一な直径にした。レーザーによる彫刻と硬化をＮｄ：ＹＡＧレーザーを用いて行い、このとき円筒を０．２５ｍ/ｓの表面周速度で回転させた。最初に、被覆した表面をレーザーを用いてＱスイッチＴＥＭ００モードで彫刻し、そして加工領域の中にＮ２ガスを注入した。円筒軸に対して４５°傾いた、１インチ当り８０本の線からなる斜線版のパターンが形成された。次いで、この表面の領域を、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーを用いて連続波（ＣＷ）ＴＥＭ１１モードでＮ２ガスを注入しながら硬化した。窒素の下で硬化した後、表面は金色に変化した。
【００７５】
図６は彫刻した表面の光学顕微鏡画像を示し、図６の左上には硬化した領域がある。次いで、サンプルを分割し、エポキシ樹脂に嵌め込み、そして研磨した。研磨した断面のヌープ微小硬度の測定により、セル壁におけるピーク硬度は１６００〜２０００ＨＫの範囲であることが示され、このことは有効なレーザー硬化を表している。
【００７６】
実施例６
本実施例は、本発明の方法論を用いてフレキソ印刷機のためのアニロックスローラーを製造することを例証する。
【００７７】
軟鋼製のローラー基部は、両端のジャーナルを含めて５７９ｍｍの全長を有していた。円筒形の加工表面（ローラー面）は、直径が６９．０ｍｍで長さが３５０ｍｍであった。ＣＧＴキネティクス４０００コールドスプレー装置を用いてローラー面の上にチタンの被膜を堆積させた。供給原材料は、実施例５で用いたのと同様の２４．９μｍの平均粒子サイズを有する角張ったチタン粉末であった。コールドスプレー装置を３．５ＭＰａの窒素ガスを用いて運転し、そしてＣＧＴ ２４ＴＣ収束-拡張ノズルへの入口位置で８００℃に加熱した。スプレーしたままの被膜の厚さは０．９ｍｍであった。被膜を切削して、ローラーの全直径を７０．７ｍｍにした。
【００７８】
切削した被膜の表面をＮｄ：ＹＡＧレーザーを用いて彫刻し、それにより、ローラーの軸に対して４５°傾いた溝からなり、１インチ当り１５０本の線からなるスクリーン（網目）の数を有する斜線版のパターンが形成された。彫刻を行うために、レーザーをＱスイッチＴＥＭ００モードで操作し、このときレーザーノズルヘッドを通して加工領域の中にＮ２ガスを注入した。次いで、レーザーを用いて連続波（ＣＷ）ＴＥＭ１１モードでＮ２ガスを注入しながら表面を再溶融することによって、彫刻した表面を硬化した。最後に、彫刻して硬化した表面を、ダイヤモンドを添加したフィルムを用いてラップ仕上げした。このラッピング操作は最も高いピークを研磨して除去するためにアニロックスローラーについて用いられる一般的な技術であり、これにより、通常の印刷機で使用する間にローラーと接触する他の表面の摩耗を低減するものである。
【００７９】
ローラーの摩耗試験をＲＹ３２０-５Ｂフレキソ印刷機（Hexiang（中国）から購入）において行った。実験装置の側面図を図７に示す。印刷機においてローラー１を毎秒６０メートルの印刷速度で操作した。３５０ｍｍの長さの白い炭素鋼のドクターブレード（０．２ｍｍの薄板）２を、逆角度（reverse angle）の配置でアニロックスローラーと常に接触させた。ドクターブレードの端部がアニロックスローラー１の表面に対して一定の力を加えた状態を維持するために、ブレードホルダーのピボット軸４から６０ｍｍの位置で二つの２５９ｇの重し３をロッドに付設した。摩耗したブレードの端部から、ブレードの接触角は３０°であると判定した。試験の目的は印刷することではなく、ローラー１の耐摩耗性を評価することであったから、版シリンダーと圧シリンダーの使用または紙の供給は行わなかった。フレキソ印刷インクは蒸発しやすく、また試験の全体を通して一定の条件を与える必要があるので、インクの代わりに１部のフレキソクリーン洗浄剤と１０部の水道水の混合物６をインクトレー５に充填した。直径７０．５ｍｍのゴム製のインク出しローラー７によって洗浄剤溶液６をインクトレー５から巻き上げ、そしてチタンで被覆したアニロックス１に送った。ゴムローラー７の表面とアニロックス１の表面は接触していなかったが、しかし洗浄剤溶液６がアニロックスローラー１を濡らすのに十分なほど接近していた。チタンで被覆したアニロックス１から過剰な溶液をドクターブレード２によって掻き取った。チタンで被覆したローラー１をこのようにして全体で２２４時間操作したが、これは８０７．８４ｋｍの走行と同等である。この試験後に行った表面形態の干渉計による分析により、斜線版の寸法の変化は示されなかった。
【００８０】
比較として、未硬化のコールドスプレーしたローラーは同じ条件の下でわずか４０．００ｋｍ（１１．１時間）の後にかなり摩耗し、表面の全体の領域でセルが完全に消滅した。
【００８１】
実施例７
以下の短い手順はローラーの修復可能性を証明する。図８における光学顕微鏡写真は、重い鋼の物体による衝撃によってくぼんだ表面の領域を示す。斜線版のパターンは目に見えるほどに損傷した。ローラー表面で損傷した領域の周りの３０ｍｍの帯域を削り取り、そして同じ２４ＴＣノズルを有するＣＧＴキネティクス装置と３．０ＭＰａで８００℃まで予熱したＮ２ガスを用いて同様のチタン粉末を再スプレーした。再び冷却したスプレーした領域を切削し、そして最初の処理と同じ手順を用いてレーザー処理した。ローラーを０．２５ｍ/ｓの表面周速度になるように回転させた。加工領域の中にＮ２ガスを注入しながらＱスイッチＴＥＭ００モードでＮｄ：ＹＡＧレーザーを用いて、ローラーの軸に対して４５°の斜線版パターンの彫刻を行った。窒化を行うために、Ｎ２ガスを注入しながらＣＷ ＴＥＭ１１モードを用いた。再スプレーした被膜は、レーザー処理を行う間に表層剥離を起こす兆候を何ら示さなかった。修復した表面のセルの測定をロールスコープ干渉計を用いて行った。測定したスクリーンの数は１インチ当り１５０本の線であった。
【符号の説明】
【００８２】
１  ローラー、  ２  ドクターブレード、  ３  重し、  ４  ピボット軸、  ５  インクトレー、  ６  フレキソクリーン洗浄剤と水道水の混合物、  ７  インク出しローラー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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