枚葉オフセット印刷機では、版胴、ブランケット胴、圧胴が画像を保持し、インキを転写し、用紙をブランケットに押し付けます。これらの胴を両端でどのように支持するかによって、印刷圧が用紙の片側から反対側まで均一に保たれるかどうかが決まり、稼働速度の上限も左右されます。20世紀の大半において、標準的な答えはすべり軸受でした。現在販売される新しい印刷機のほぼすべては、代わりに転がり軸受を使用しています。この変化は、1つの巧妙な部品によるものではなく、周辺のエンジニアリングの進歩によるものです。
すべり軸受が得意としていたこと
低速および中速の稼働速度では、胴のジャーナルはすべり軸受の中で回転していました。この設計は長径比が大きく、低対偶接触で動作するため、油膜が衝撃を吸収し、駆動が滑らかに回ります。長い接触線が胴を剛直にし、印刷圧によるたわみが減少し、圧力が軸方向に沿って一定に保たれます。すべり軸受はまた、加工が容易で、取り付けも容易で、保守も容易です。当時の印刷機の速度では、あらゆるプロセス要件を満たしていたため、これほど広く使用されていました。
速度の上限
1980年代から印刷機メーカーは生産性を高め始め、最初に取り組んだのが速度でした。すべり軸受は抵抗しました。摩擦係数が高く、ジャーナルの接触面積が大きく、摩擦対偶のすき間が小さく、熱が逃げにくいため、わずかな速度上昇でも軸がブッシュ内で焼き付くリスクが生じます。焼き付きを避けるためにすき間を広げると、フレームの剛性が失われ、伝動精度が低下し、用紙にインキの筋が現れます。この時点で、すべり軸受がボトルネックとなり、関心は転がり要素へと移りました。それまでに機械設計と製造の改善により障害は取り除かれていました。転がり軸受は長径比が小さく、低対偶接触を高対偶接触に変えるため、印刷圧荷重下で胴体が失う剛性を回復します。
メーカーがためらった理由と、何が変わったか
かつての反対理由はたわみでした。大きな印刷圧の下で胴は曲がり、そのたわみ曲線は垂れ下がり、胴の中央は両端よりも圧力が低くなり、中央の網点や文字は薄く印刷され、用紙は規格を満たしません。有限要素解析が計算を変えました。設計者は現在、胴の構造と内部空洞を最適化し、リブやウェブプレートの数、形状、断面寸法を配分することで、全体の剛性を高め、荷重下のたわみを許容範囲内に保っています。
胴の製造も同じ時期に改善されました。材料と硬度は現在、溶解、鋳造、熱処理を通じて管理されています。印刷機の胴はまた、静的精度と剛性だけでなく、動的精度、および疲労やクリープ後の精度も維持する必要があります。動的精度は、質量の分布と金属の冶金組織および化学成分に依存します。振れは胴がほぼ停止している状態で測定されますが、稼働速度では質量分布と結晶粒構造が完全に均一になることはないため、誤差が異なります。
軸受の供給体制も成熟しました。選定、はめ合い、組立、検査は日常的な作業となり、高精度軸受は国産・輸入品とも技術的な障壁なく入手できます。周辺部品もそれに合わせて改良されました。シリンダー歯車の精度は、運動精度群と円滑性群のいずれも4級以上に達しており、航空機用歯車と同じ等級です。フレームの穴と端面はCNC中ぐりフライス盤で1回のクランプで加工されるため、寸法、形状公差、表面粗さは過拘束のフレーム構造を満たします。こうした部品の改良により、印刷機の運転はより安定し、振動源が減り、シリンダー系に必要な衝撃吸収も少なくなりました。ハイデルベルク、三菱、小森、KBAはいずれも転がり軸受支持を標準装備しており、海外で蓄積された経験は国内メーカーにとって明確な参考になります。
現在採用されている軸受の種類
まず決めるのはどの軸受構造を採用するかであり、メーカーによって答えは異なります。
- ハイデルベルクは針状ころ軸受を好み、組立時に針を測定して適合する組に分けて組み込み、実働すきまを設定します。
- ローランドは多列短円筒ころ軸受とスラスト軸受の組み合わせを基本とし、ラジアル荷重とアキシャル荷重を別々に調整します。実働すきまは軸受メーカーが保証し、精度要求は高くなります。
- 三菱は円すいころ軸受を使用します。ラジアル荷重とアキシャル荷重を同時に受けられるためレイアウトが簡素になり、すきまは組立時に設定し、はめ合い技能への要求が高くなります。
- 一部の国内メーカーは米国特許に基づく中空円筒ころ軸受を採用し、高い予圧とわずかな締めしろで運転します。
これらの方式はいずれもオフセット印刷機に適合します。それぞれに特性があり、理論上はどれでもシリンダーを支持できます。選択は、メーカーの設計能力と工程水準、技術チームが各軸受形式をどれだけ理解しているか、工場の状況によって決まり、客観的な限界と技術的判断が同じ地点で一致します。どの方式でも、すきま管理が共通の課題です。
予圧と実働すきま
2つ目の技術課題は予圧です。軸受対間のすきまを調整して系の剛性を高める必要があり、据付時の予圧後に残るすきまが最終的な印刷品質と機械寿命の両方を左右します。剛性を高め騒音を抑えるには、転がり軸受は負の実働すきまで運転するべきです。
理論と現場の経験は目標値で一致します。実働すきまが約-10 μmのとき疲労寿命が最も長くなります。負の値をさらに大きくすると疲労寿命は急激に低下します。軸受温度が大きく上昇すると、熱膨張により実効すきまは台上で設定した値よりさらに負になります。そのため組立時にはこの変化分の余裕を見込む必要があります。