DE3739829A1 - Druckvorrichtung und -verfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein die Drucktechnik und näherhin die Tiefdrucktechnik.

Tiefdruck findet in großem Umfang zur Herstellung von Maga­ zinen, insbesondere solchen, für die Farbdruck erforderlich ist, Anwendung. Diese Technik ist ein Intaglio- bzw. Gravurverfahren, d.h. das gedruckte Bild wird durch ein Muster von Ausnehmungen in einer glatten Oberfläche einer umlaufenden Walze gebildet. Die Ausnehmungen werden mit Druckfarbe gefüllt, die unter Bildung des Druckbildes auf Papier übertragen werden. Die Walze wird aus einem Bad mit Druckfarbe versorgt, wobei überschüssige Druckfarbe von einer benachbart der Walzenoberfläche angeordneten Rakelklinge entfernt wird. Für hohe Druckgeschwindigkeit bei gleich­ zeitiger Aufrechterhaltung einer guten Druckqualität hat es sich als notwendig erwiesen, die Rakelklinge aus einem harten elastischen Material wie beispielsweise einem hochwertigen, von Einschlüssen freien Stahl herzustellen. Um den Verschleiß der Walze zu verringern, ist es not­ wendig, auch die Walze mit einer harten Oberfläche aus­ zubilden.

Herkömmlicherweise weist eine Druckwalze eine Stahlwalze auf, deren Oberfläche mit einem weichen Metall, beispiels­ weise Kupfer, überzogen ist (einem sogenannten Ballard Mantel). Das zu druckende Muster wird in das Kupfer eingeätzt. Im all­ gemeinen wird für diesen Zweck eine Flüssig-Ätzung oder ein Diamantgriffel verwendet. Sodann wird die Druckwalze mit Chrom oberflächenplattiert, um die erforderliche Verschleißbeständigkeit zu erhalten. Sowohl im Verfahrens­ stadium der Kupferplattierung wie bei der Chromplattierung muß die Walze mechanisch abgezogen werden, um die erfor­ derliche Genauigkeit der Oberfläche zu gewährleisten. Diesem Vorgang kommt kritische Bedeutung zu, um einen Abriebverschleiß durch die Rakelklinge während des Druckvorgangs zu vermeiden.

Nach Beendigung des Druckvorgangs werden die Chrom- und Kupferschichten von der Walze abgelöst und das Verfahren zur Bildung eines neuen Druckmusters wiederholt.

Das Tiefdruckverfahren vermag so zwar eine gute Druckquali­ tät bei hoher Druckgeschwindigkeit zu gewährleisten, es leidet jedoch an dem Nachteil, daß die Herstellung einer Druckwalze vor jedem Druckvorgang ein langsamer und schwieriger und aufwendiger Prozeß ist.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, diesen Nach­ teil zu vermeiden oder doch weitest möglich zu verringern.

Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Tiefdruckwalze, bei welchem eine Vielzahl von Ausnehmungen, welche das Druckmuster bestimmen, in einer auf der Walze vorgesehenen harten Oberflächen­ schicht gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen als regelmäßige Anordnung auf der Walzen­ oberfläche erzeugt werden, und daß bestimmte ausgewählte Ausnehmungen selektiv mit einem wieder entfernbaren Material ausgefüllt werden, derart daß durch die verbleibenden un­ gefüllten Ausnehmungen ein gewünschtes Druckmuster de­ finiert wird. Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Tiefdruckwalze, welche einen Zylinderkör­ per mit einer harten Oberflächenschicht aufweist, in welcher eine Vielzahl von das Druckmuster definierenden Ausnehmungen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen als regelmäßige Anordnung auf der Walzenoberfläche vorgesehen sind, wobei bei der Anwendung ausgewählte Ausnehmungen mit einem wieder entfernbaren Material ausgefüllt werden, derart daß durch die verblei­ benden nicht-gefüllten Ausnehmungen ein gewünschtes Druckmuster definiert wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung betrifft sie ein Tiefdruckverfahren, bei welchem eine Walze mit einer Anordnung von Oberflächenausnehmungen erzeugt wird, Druckfarbe auf die Walze aufgebracht wird, derart daß die offenen Ausnehmungen mit Druckfarbe gefüllt werden, überschüssige Druckfarbe von der Walzenoberfläche ent­ fernt wird und ein Substrat in Berührung mit der Walze gebracht wird, um Druckfarbe aus den Ausnehmungen auf das Substrat zu übertragen zur Bildung eines Druckbildes, dadurch gekennzeichnet, daß die das Druckmuster definie­ renden Ausnehmungen von einer regelmäßigen Anordnung von Ausnehmungen gebildet werden, von welchen bestimmte se­ lektiv mit einem wieder entfernbaren Material gefüllt werden, wodurch das Druckmuster bestimmt wird.

Die Druckwalzenoberfläche wird mit einer regelmäßigen Anordnung von dicht gepackten Ausnehmungen versehen. Die Ausnehmungen werden ausgefüllt, beispielsweise mit einem Polymermaterial, und diejenigen Ausnehmungen, welche ein spezielles Druckmuster bilden sollen, werden sodann durch Entfernung des Polymermaterials aus diesen Aus­ nehmungen geöffnet.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen die

Fig. 1 bis 5 ein Verfahren zur Herstellung einer Tiefdruckwalze.

Wie in der Zeichnung dargestellt, ist ein Stahlzylinder 11 mit einem Oberflächenüberzug 12 aus Aluminium versehen. Typischerweise wird dieser Überzug durch Vakuumaufdampfung aufgebracht und hat eine Dicke von etwa 40 Mikron. Die Aluminiumschicht 12 wird sodann mit einem typischerweise 2 Mikron dicken Film 13 aus Siliziumoxid überzogen. Auf die Siliziumoxid-Schicht 13 wird ein Photo-Resist­ bzw. Photoabdecker-Muster 14 (Fig. 2) abgeschieden und die Gesamtanordnung sodann durch eine Anordnung von Öffnungen 15 in dem Photoresist 14 hindurch anisotropisch plasmageätzt, wodurch das freiliegende Siliziumoxid ent­ fernt und in dem darunterliegenden Aluminium Ausnehmungen 16 geätzt werden. Typischerweise besitzen die Ausnehmungen 16 eine Tiefe von etwa 25 Mikron. Der Photoresist 14 und das verbliebene Siliziumoxid 13 werden als nächstes entfernt, beispielsweise durch Plasmaätzung mit einer Schwefelhexafluorid-Atmosphäre.

Das Gebilde wird sodann formgleich (Fig. 3) mit einer Schicht 17 aus Siliziumnitrid überzogen, beispielsweise durch Plasmaabscheidung. Die Nitridschicht 17 wird an­ isotropisch geätzt, derart daß eine Nitridschicht 17 a nur an den Seitenflächen der Ausnehmungen zurückbleibt (Fig. 4). Sodann wird das Gebilde anodisiert, um den oberen Teil der Aluminium-Metallschicht in hartes anodisches Oxid 18 umzuwandeln, typischerweise über eine Tiefe von 30 Mikron. Die Ausnehmungen werden mit einem Kunststoff­ material 19 ausgefüllt (Fig. 5) und der Überstand unter Verwendung einer (nicht dargestellten) Rakelklinge zur Fluchtung mit der Oxidoberfläche entfernt. Schließlich wird ein gewünschtes Druckbild erzeugt, indem man die Kunststoff-Füllungen 19 aus einigen der Ausnehmungen ent­ fernt, derart daß sie ein gewünschtes Druckmuster defi­ nieren.

Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von her­ kömmlichen Verfahren dadurch, daß die Ausnehmungen direkt in dem harten Überzug und nicht in einem darunterliegenden weichen Überzug erzeugt werden. Des weiteren kann durch die Anwendung einer Matrixanordnung von Ausnehmungen die Walze wieder verwendet werden, ohne daß hierzu der harte Überzug entfernt werden muß, indem man einfach die leeren Ausnehmungen wieder füllt und ein neues Muster definiert.

Typischerweise werden die Ausnehmungen in einer Anordnung entsprechend 100 bis 150 Linien pro cm erzeugt. Die Öff­ nung der Ausnehmungen zur Bildung des gewünschten Druck­ musters kann dadurch erfolgen, daß man das Kunststoff­ material mit einem Laser, beispielsweise einem modulierten Excimer-Laser entfernt. Durch geeignete Steuerung der Laser- Leistung kann die Abtragtiefe des Plastikmaterials ge­ steuert werden, um eine Grau- oder Intensitätsskala zu erzeugen. Alternativ können die Ausnehmungen mit einem negativ arbeitenden Photoresist-Material gefüllt werden, mit nachfolgender Belichtung der Walze durch eine Maske, deren Konfiguration dem gewünschten Druckmuster ent­ spricht. Der belichtete Photoresist wird sodann unter Bildung des Druckmusters entfernt. Mit einem geeigneten Photoresist kann dieses Verfahren zur Bildung eines photographischen Bildes auf der Druckwalze angewandt werden. Man erkennt, daß die Tiefe, bis zu welcher der Photoresist einer bestimmten Ausnehmung belichtet wird, von der Lichtintensität am Ort dieser Ausnehmung abhängt. Dies bedeutet eine Modulation der Tiefe der Ausnehmungen und verleiht dem fertigen Bild eine Tönung oder Grauskalen- Abstufung. Dieses Verfahren stellt so ein Analogverfahren dar.

In einer alternativen digitalen Ausführung können ausge­ wählte Ausnehmungen jeweils in einer oder in mehreren Reihen gleichzeitig mit Licht belichtet werden, das durch ein streifenartiges Maskengebilde auf die Walze gerichtet wird. Typischerweise kann hierfür ein Streifen von be­ nachbart der Walze parallel zur Walzenachse angeordneten Flüssigkristallzellen verwendet werden. Die Walze wird hierbei schrittweise weitergedreht, mit einem Schritt­ vorschub um jeweils eine Reihe von Ausnehmungen, wobei je­ weils bestimmte geeignete unter den Flüssigkristallzellen betätigt werden, um den Photoresist in den entsprechenden Ausnehmungen zu belichten. Die Daten werden in die Flüssig­ kristallzellanordnung in serieller Weise eingegeben und jeweils parallel auf die Walze übertragen. Die Geschwindig­ keit, mit welcher die Walze herstellbar ist, kann erhöht werden, indem man eine Anzahl von Masken verwendet und eine entsprechende Anzahl von Reihen von Ausnehmungen parallel belichtet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die Ausneh­ mungen mit einem Polymermaterial gefüllt und die Walzen­ oberfläche sodann mit einem ähnlichen Material unter Bildung eines "negativen" Bildes bedruckt. Sodann wird das Gebilde einer Plasmaätzung unterworfen, um das aufgedruckte Polymer bis auf die Walzenoberfläche abzu­ tragen und gleichzeitig das Polymer aus den freiliegenden Ausnehmungen abzutragen, d.h. den nicht durch das aufgedruckte Negativbild bedeckten Ausnehmungen. Auf diese Weise wird das Profil des aufgedruckten Polymers auf die Walze übertragen. Auch hier läßt sich durch Tiefenmodula­ tion der Ausnehmungen eine Tönung erzielen.

Nach ihrer Verwendung kann die Druckwalze für einen neuen Druckvorgang wieder aufbereitet werden. Hierzu wird das Kunststoffmaterial aus den Ausnehmungen entfernt, bei­ spielsweise indem man die Walzenoberfläche der Einwirkung eines Hochfrequenz-Sauerstoffplasmas aussetzt. Sodann werden die Ausnehmungen wieder gefüllt und wie zuvor selektiv bestimmte Ausnehmungen geöffnet, zur Bildung des neuen Druckmusters. In diesem Verfahren wird die Walze mit einem harten Material überzogen und sodann mit einer Photoresist-Maske versehen, welche Fenster entsprechend dem gewünschten Druckmuster aufweist. Die Anordnung wird sodann einer Plasmaätzung durch die Maskenöffnungen hin­ durch unterworfen, zur Bildung des entsprechenden Musters von Ausnehmungen. Nach Entfernung der Maske kann die Walze sodann zum Drucken verwendet werden.

Die Walze eignet sich zur Verwendung in einer Druckmaschine, und zwar entweder allein oder mit weiteren gleichartigen Walzen, in gleicher Weise wie eine herkömmliche Druck­ walze, d.h. sie ist direkt substituierbar. Des weiteren kann die hier beschriebene erfindungsgemäße Druckwalze zusammen mit herkömmlichen Druckwalzen in der gleichen Druckmaschine eingesetzt werden.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung einer Tiefdruckwalze, bei welchem eine Vielzahl von Ausnehmungen, welche das Druckmuster bestimmen, in einer auf der Walze vorge­ sehenen harten Oberflächenschicht gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (16) als regelmäßige Anordnung auf der Walzenoberfläche (18) erzeugt werden, und daß bestimmte ausgewählte Ausnehmungen selektiv mit einem wieder entfernbaren Material (19) ausgefüllt werden, derart daß durch die verbleibenden ungefüllten Ausnehmungen ein gewünschtes Druckmuster definiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die harte Oberflächenschicht (18) anodisches Aluminiumoxid aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen mit einem negativarbeitenden Photoresist bzw. Photoabdecker ausgefüllt werden, daß ausgewählte Ausnehmungen selektiv belichtet wer­ den und daß anschließend der belichtete Photoresist unter Bildung eines Druckmusters entfernt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die selektive Belichtung der ausgewählten Ausneh­ mungen durch eine Flüssigkristallmaske hindurch erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen mit einem Kunststoffmaterial gefüllt werden und das Plastikmaterial selektiv aus ausgewählten Ausnehmungen durch Laserverdampfung entfernt wird, zur Bildung eines Druckmusters.

6. Tiefdruckwalze, welche einen Zylinderkörper mit einer harten Oberflächenschicht aufweist, in welcher eine Vielzahl von das Druckmuster definierenden Ausneh­ mungen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (16) als regelmäßige Anordnung auf der Walzenoberfläche (18) vorgesehen sind, wobei bei der Anwendung ausgewählte Ausnehmungen mit einem wieder entfernbaren Material (19) ausgefüllt werden, derart daß durch die verbleibenden nicht-gefüllten Ausnehmungen ein gewünschtes Druckmuster definiert wird.

7. Druckwalze nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der harte Überzug anodisches Aluminiumoxid auf­ weist.

8. Druckvorrichtung, die mit einer oder mehreren Druck­ walze(n) gemäß den Ansprüchen 6 oder 7 versehen ist.

9. Tiefdruckverfahren, bei welchem eine Walze mit einer Anordnung von Oberflächenausnehmungen erzeugt wird, Druckfarbe auf die Walze aufgebracht wird, derart daß die offenen Ausnehmungen mit Druckfarbe gefüllt wer­ den, überschüssige Druckfarbe von der Walzenoberfläche entfernt wird und ein Substrat in Berührung mit der Walze gebracht wird um Druckfarbe aus den Ausnehmungen auf das Substrat zu übertragen zur Bildung eines Druckbildes, dadurch gekennzeichnet, daß die das Druckmuster definierenden Ausnehmungen von einer regelmäßigen Anordnung von Ausnehmungen gebildet werden, von welchen bestimmte selektiv mit einem wieder entfernbaren Material gefüllt werden, wodurch das Druck­ muster bestimmt wird.