JP2007327114A - 計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】危険をともなわず、エッチング条件の定量的な計測および管理を行うことができ、グラビアシリンダーの表面への加工液の当たり具合が分かる計測装置を提供することにある。
【解決手段】噴射圧分布を計測するための所定加工領域内に配置して噴射された加工液を受ける少なくともひとつの受圧部と、その受圧部と本体部分との間に、その受圧部へ噴射された加工液の噴射圧を検出する圧力検出手段とを具備することを特徴とする計測装置。
【選択図】図１

Description

本発明は液体の噴射圧分布を計測する技術分野に属する。特に、グラビアシリンダーの周面にセルを形成するために、レジストマスクが形成されたグラビアシリンダーにエッチング槽においてエッチング液を噴射するときのエッチング液の噴射圧分布を計測するために使用する計測装置に関する。

グラビア印刷版の製造過程にグラビアシリンダーの周面にセルを形成する過程が存在する。凹版ともいわれるようにグラビア印刷版は周面に多数配列で形成された小さなセル（凹部）を有する。グラビア印刷（凹版印刷）はそのセルの体積によって決まる量のインキをインキパンから印刷用紙に転移させることによって行われる。このとき体積の大きいセルが形成された部位は印刷濃度が大きく、体積の小さいセルが形成された部位は印刷濃度が小さくなる。すなわち、セルの体積によって印刷絵柄の濃淡が決定される。したがって、所望の印刷再現を得るためには、セルを形成する過程を十分に管理する必要性がある。

セルを形成する方式の１つとして、レジストマスクを介してグラビアシリンダーの周面をエッチングするエッチング方式がある。この方式はたとえば下記の手順から構成される。
（手順１）銅めっきされたグラビアシリンダーの周面に感光性レジストを塗布する。
（手順２）その感光性レジスト膜に版パターンを露光して潜像パターンを作り、現像することによりセルとなる部分の銅めっき面を露出させたレジスト膜を得る。
（手順３）そのレジスト膜を介してグラビアシリンダーの周面にエッチング液を噴射して露出した銅部分をエッチングすることによりグラビアシリンダーの周面にセルを形成する。

このときエッチング液の噴射量と噴射圧の制御が印刷再現の品質に重大な影響を与える。グラビアシリンダーのエッチング槽は、一般的な例では、エッチング液を噴射する多数のノズルをグラビアシリンダーの軸方向に配列させ、グラビアシリンダーをその軸周りに回転させる構造となっている（図４参照）。このとき噴射液量や噴射液圧の分布が不適正であると腐食の進行速度が変化するためエッチングのムラが発生する。特に、グラビアシリンダー軸方向のエッチングのムラが発生しやすい。このようなエッチングのムラはセル深度とセル面形状に起因するセル体積のムラであり、当然、印刷物の場所による印刷再現のムラとなって顕在化する。

エッチング液の噴射条件の管理は、エッチング槽にグラビアシリンダーが取り付けられていない状態で液を噴射し、作業員が目視で個々のノズルからの噴霧状態を確認する方法で行われている。その理由は、エッチング液がフリーの塩酸を含む塩化第２銅液を主成分とする強酸性のもので、ノズルより強力に噴射されるため、作業員が噴射液を容器で受けるなどの直接的な計量・計測には重大な危険を伴うことによるものである。この目視による方法は、各作業員の感覚と経験に頼るものであり次のような問題がある。
（問題１）要管理項目である噴射液量および噴射液圧とそれらの再現性および面内安定性の定量的な測定・管理が不可能である。
（問題２）グラビアシリンダーがない状態での確認のため、グラビアシリンダー表面の液の当たり具合が判らない。

本発明者によって加工液を噴射して加工対象物を加工する加工装置において、加工対象物表面における加工液の噴射量分布を計量するための装置、特にグラビアシリンダーの周面をエッチングする際のエッチング液噴射量を定量的に計量する方法の提案がなされている（特許文献１）。たとえばグラビアシリンダーと外径が一致した円筒型の本体部に複数のエッチング液受入口を設け、円筒内に測定箇所ごとに区画分けされたエッチング液溜部を設け、本体に取り付けられた放出口から所定の計測時間内に液溜部に溜められたエッチング液を計量することで液量分布を計測する。しかし加工液の噴射量分布を定量的に計量することでセル深度のバラつきを定量的に管理することはできるが、グラビアシリンダーの銅めっきをエッチングするためのエッチング液は等方性エッチング特性を有するため、液圧がバラつくことによるレジストマスク下へのサイドエッチング量を制御することはできなかった。またノズルの向き・角度の傾きによるエッチング液噴射領域の傾きなどを検出することが困難であり、グラビアシリンダー軸方向のセル面形状のバラつきは管理すること困難であった。

エッチング液噴射圧を直接測定しエッチングのバラつきを制御する方法が開示されている。たとえばシャドウマスクの孔およびブリッジのエッチングにおいて、エッチング液供給管に液圧測定センサーを設置し送液管内での液圧を定量測定する（特許文献２）。しかし、グラビア印刷版のエッチング槽ではエッチング液供給管から１００個程度のノズル（エッチング液噴出口）がグラビアシリンダー軸方向に配されており、その各々に液圧測定センサーを設置し液圧を管理することはコストの面で非常に困難である。加えて個々のノズルの向きや角度、詰まりに起因するセル面形状、セル深度のバラつきを管理することが不可能である。このため、生産現場においてセル面形状のバラつきを定量的に測定することが困難であった。
特願２００６−１０３９７３ 特開平３−２０２４８１

本発明は上記の問題を解決するためになされたものである。その目的は、危険をともなわず、エッチング条件の定量的な計測および管理を行うことができ、グラビアシリンダーの表面への加工液の当たり具合が分かる計測装置を提供することにある。

本発明の請求項１に係る計測装置は、加工液を噴射して加工対象物を加工する加工装置において、前記加工液の噴射圧分布を計測するために使用する計測装置であって、前記噴射圧分布を計測するための所定加工領域内に配置して前記噴射された加工液を受ける少なくともひとつの受圧部と、前記受圧部と本体部分との間に、前記受圧部へ噴射された加工液の噴射圧を検出する圧力検出手段とを具備するようにしたものである。
また本発明の請求項２に係る計測装置は、請求項１に係る計測装置において、前記本体部分は前記加工対象物と外形が一致し、かつ前記受圧部の受圧面が前記本体部分表面に一致または前記受圧部が前記本体部分の表面形状に相似し、前記本体部分表面に設けられるようにしたものである。
また本発明の請求項３に係る計測装置は、請求項１または請求項２に係る計測装置において、前記本体部分は前記加工対象物と外形が一致し、前記加工液の噴射圧を検出する前記圧力検出手段が、前記受圧部と一体の構造であり前記本体部分表面に設けられるようにしたものである。
また本発明の請求項４に係る計測装置は、請求項１〜３のいずれかに係る計測装置において、前記加工対象物はグラビアシリンダーであり、前記本体部分はそのシリンダー表面と外径が一致する円筒形状であり、その円筒表面または外周に設けた受圧部を前記受圧部とするものである。
また本発明の請求項５に係る計測装置は、請求項１〜４いずれかに記載の計測装置において、前記加工液はエッチング液であって、そのエッチング液に接触する部位の材料としてエッチング加工されない耐エッチング性材料を使用、または耐エッチング性材料によって被覆されているものである。

本発明の請求項１に係る計測装置によれば、加工液を噴射して加工対象物を加工する加工装置において、加工液の噴射圧分布を計測するために使用する計測装置であって、受圧部が噴射量分布を計測するために少なくとも一つ配置されており、その受圧部によって噴射液を受け、受圧部と本体部分との間に設けられた圧力検出手段によってグラビアシリンダー表面部での加工液の噴射圧を計測する。圧力検出信号は、信号線などによって取り出すことができ、作業者の安全を損なうことなく、定量的な計測・管理を行うことができる計測装置が提供される。
また本発明の請求項２に係る計測装置によれば、加工液の噴射を受ける本体部分は加工対象物と外形が一致するものとされ、かつ受圧部が本体部分表面に一致または前記受圧部が前記本体部分の表面形状に相似し、本体部分表面に設置される。したがって、加工対象物の表面への加工液の当たり具合がわかる計測装置が提供される。
また本発明の請求項３に係る計測装置によれば、本体部分は加工対象物と外形が一致し、加工液の噴射圧を検出する圧力検出手段が、受圧部と一体の構造であり本体部分表面に設けられるようにしたものである。したがって、加工対象物の表面への加工液の当たり具合がわかる計測装置が提供される。
また本発明の請求項４に係る計測装置によれば、加工対象物はグラビアシリンダーであり、本体部分がそのシリンダー表面と外径が一致する円筒形状とされ、その円筒表面または外周に受圧部を設ける。したがってグラビアシリンダーの表面への加工液の当たり具合が判り、印刷濃度のバラつきを検出可能な計測装置が提供される。
また本発明の請求項５に係る計測装置によれば、加工液はエッチング液であってそのエッチング液に接触する部位の材料としてエッチング加工されない耐食性材料が使用される、もしくは耐食性材料で被覆される。したがって、耐腐食性を有するエッチング液の噴射圧計測装置が提供される。

次に、本発明の実施について図を参照しながら説明する。本発明の計測装置における構成の一例を図１に示す。図１において、１は円筒部、２a , ２ｂはフランジ（輪縁）、３a , ３ｂは軸孔、４a , ４ｂ , …受圧部、 ５a , ５ｂ…圧力検出手段、６a , ６b…信号線である。
本発明の計測装置はグラビアシリンダーと概ね同一形状となっている。グラビアシリンダーには軸付と軸無とが存在するが、図１に示す一例においては、軸無グラビアシリンダーと概ね同一形状の計測装置が示されている。
軸無グラビアシリンダーはエッチング槽やグラビア印刷機の印刷ユニットにおいて軸無グラビアシリンダーを回転するための駆動軸によって支持される。その駆動軸の先端部分は、通常は円錐形のテーパーコーン（チャッキングコーン）となっており、軸無グラビアシリンダーの側面に設けられた軸孔とはめ合う構造となっている。本発明の計測装置においても図１に示すように必要に応じて両側面にフランジ（輪縁）が設置され、エッチング加工を行うグラビアシリンダーと同様に、本発明の計測装置はこの軸孔３a , ３ｂにおいて、エッチング槽における駆動軸とはめ合わされることによって支持される（回転駆動は通常行わない）。

円筒部１は前述したようにグラビアシリンダーの胴部に相当する計測装置の本体部分である。また円筒部１の周面はグラビアシリンダーの周面（版面）に相当する。円筒部１の直径はグラビアシリンダーの胴部の直径と必ずしも一致させなければならないものではない。しかし、噴射されたエッチング液の周面における挙動を、円筒部１とグラビアシリンダーとの再現性を得るためには、できるだけ一致させた方が望ましい。一致させたときには、作業者にはグラビアシリンダー周面へのエッチング液の当たり具合が判る。すなわち、全範囲に平均して滑らかに当たっているか、局在して飛び散っているか、等の適否を判定することができる。円筒部１の全長（軸方向の寸法）についても同様であり、できるだけ一致させた方が望ましい。

受圧部４a , ４ｂ…は、円筒外周表面を有する本体部分に設置され、ノズル７１a , ７２a…から噴射されるエッチング液を受けるための受圧部である。受圧部はグラビアシリンダー加工領域と一致する所定加工領域内に少なくともひとつ配置されており、各受圧部４a , ４ｂ…と円筒部１との間には圧力検出手段５a , ５ｂ…が設置されている。この圧力検出手段はたとえば市販のひずみゲージ式荷重センサー、等の圧力または荷重が計測できるものであれば良い。配置する個数は所望の分布精度によって任意に選択できる。受圧部４a , ４ｂ…はそれぞれ円筒部１の表面形状に相似し、圧力検出手段により円筒中心方向の圧力（円筒接線に垂直な方向）を検出することができ、受圧部内の圧力検出手段を配した領域におけるエッチング液の噴射圧を計測することができる。計測値はエッチング液供給ノズルの向き・角度・ノズルの詰まりや閉め具合によって変わり、従来の経験や勘に依って判断していたエッチング条件の差を定量的に計測することが可能である。上述では所定加工領域を５分割した領域の各々にひとつの受圧部が設置された場合を例示しているが、これは所定加工領域全体を覆うような受圧部または受圧部を走査し、結果所定加工領域内全域に渡るエッチング液の噴射圧を測定し得る受圧部などでもよい。

上述の計測装置の構造として受圧部と圧力検出可能な素子からなる圧力検出手段が円筒部１表面に設置された場合（図３Ａ）を想定しているが、たとえば市販の圧力シート、感圧シート、等を使用し受圧部と圧力検出手段が一体とした場合にも同様の効果が得られる（図３Ｂ）。図３Ｃに示すように円筒部の切取部に受圧部を設け本体部分表面と一致させる場合、等も同様の効果が得られる。

それぞれ圧力検出手段５a , ５ｂ…には信号線６a , ６ｂ…が接続されており、圧力データは信号線によってエッチング槽の外部にある信号表示記録装置により加工液噴射圧を定量的に計測できる。

なお、本発明の計測装置において、エッチング液に接触する部位の材料としてエッチング加工されない耐エッチング性材料（耐腐食性材料）を使用する。この耐エッチング性材料としては、高分子材料（プラスチック、ゴム）、ガラス、セラミック、無機材料、表面処理をした金属材料、それらの複合材料、等使用することができる。特に、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、等の高分子材料またはそれを主成分とする複合材料はコスト面においても好適である。

以上、構成について説明した。次に、本発明の計測装置における動作と使用方法について説明する。
最初に、本発明の計測装置によって噴射液圧分布を測定する対象の装置であるグラビアシリンダーのエッチング装置について、図４を参照し、説明しておく。図４において、７１a , ７２a…はノズル、１２１ , １２２は配管、８１a , ８２aはエッチング液、２００はグラビアシリンダーである。
エッチング装置は、図４に示すように、グラビアシリンダー２００を中央に配置し、グラビアシリンダー２００の軸方向と平行方向に２列に配列するノズル７１a , ７２a…からエッチング液を噴出しグラビアシリンダー２００に噴きかける構造になっている。２列に配列するノズル７１a , ７２a…には、配管１２１ , １２２を通してエッチング液が供給される。このとき、図４に強調して示すように、その供給における上流側のノズルと下流側のノズルとでは噴出量が上流側において多く、下流側において少なくなる傾向がある。その相違を相殺する意味で２つの配管１２１ , １２２において反対方向からエッチング液を供給する構成となっている。

まず、ステップＳ１において、本発明の計測装置における円筒部分１に対応する本体部分と、受圧部４a , ４ｂ…および圧力検出手段５a , ５ｂ…をエッチング装置に設置する。この設置は、エッチング加工を実際に行うときにグラビアシリンダー２００を設置するのと同様の方法・手順で行われる。すなわち、エッチング装置の駆動軸の先端部分（チャッキングコーン）と、計測装置の本体部分の軸孔３a , ３ｂとフランジ（輪縁）２a , ２ｂに設けられた孔をはめ合わせ保持させることにより設置する。エッチング加工を行うときには、エッチング装置の駆動軸を回転するが、本発明の計測装置によって計測を行うときには駆動軸の回転は行わない。

次に、ステップＳ２において、エッチング装置においてエッチング加工を行うときの噴出条件でエッチング液を噴出させる操作を行う。
次に、ステップＳ３において、時間計測における時間経過をチェックして所定の加工時間中、圧力検出手段５a , ５b…から信号線６a , ６b…を通じてエッチング槽外部の信号表示記憶装置に逐次データ転送される。この際信号処理系はエッチング噴霧時間内において計測時間内において数秒間隔（好ましくは０．１秒から１．０秒間隔）で計測し、表示・記録するものが好ましい。
次に、ステップＳ４においてエッチング装置において、エッチング液の噴出を停止させる操作を行う。

次に、ステップＳ５において、前記ステップＳ３で計測した噴射液圧の計測値の評価を行う。
次に、ステップＳ６において、エッチング液の噴出が安全に停止し安全が確認されたところで前記ステップＳ５において得られた評価結果をもとにノズル７１a , ７２a…の向き・角度・詰まりの調整を行う。ステップＳ１〜Ｓ６に渡る作業チャートを図５に示す。

前記ステップＳ１〜Ｓ６において、受圧部は少なくともひとつ設けられ、所望のグラビアシリンダー軸方向の噴射圧分布の測定精度および設置コストなどにより設置数は任意に選べる。上述において受圧部が複数設置されている場合が想定され得るが、所定加工領域内全域を覆う受圧部または少なくともひとつの可動受圧部をグラビアシリンダー軸方向の所定加工領域内を走査させながら前記ステップＳ１〜Ｓ３を行い、走査終了後に前記ステップＳ４〜Ｓ６を行い所定加工領域内全体の噴射液圧分布を計測し、噴射液圧分布のバラつきを計測することも可能である。

計測を行った結果としての噴射液圧分布の一例を棒グラフとして図６に示す。図６の一例においては、エッチング槽におけるグラビアシリンダー２００の円周面の幅方向（軸方向）の位置、２００ｍｍ（ミリメートル）、４００ｍｍ、６００ｍｍ、８００ｍｍ、１０００ｍｍにおける各々の検出荷重は２９．６ｋＰａ（キロパスカル）、３５．５ｋＰａ、３１．７ｋＰａ、３３．４ｋＰａ、３３．０ｋＰａである。この噴射圧分布の数値に基づいて、エッチング槽における噴射圧分布が許容範囲内となるように噴射液圧分布の管理を行うことができる。その結果、作業者の思い込み（主観）、作業者の熟練度に基づく個人差が完全に排除され、安定したプロセス管理が可能となる。

本発明の計測装置における構成について一例を示す図である。 本発明の計測装置における構成と機能について一例を示す図である。 本発明の計測装置における受圧部および圧力検出手段の形態についての一例を示す図である。 グラビアシリンダーのエッチング装置における構成についての説明図である。 本発明の計測装置における噴射液圧分布測定方法に関するチャートである。 計測を行った結果としての噴射液圧分布の一例を棒グラフとして示す図である。

符号の説明

１ 円筒部
２a , ２b フランジ（輪縁）
３a , ３b 軸孔
４a , ４b , … 受圧部
５a , ５b , … 圧力検出手段
６a , ６a , … 信号線
７１a , ７２b , … ノズル
８１a , ８２b , … エッチング液
１２１ , １２２ 配管
２００ グラビアシリンダー

Claims (5)

1. 加工液を噴射して加工対象物を加工する加工装置において、前記加工液の噴射圧分布を計測するために使用する計測装置であって、
   前記噴射圧分布を計測するための所定加工領域内に配置して前記噴射された加工液を受ける少なくともひとつの受圧部と、
   前記受圧部と本体部分との間に、前記受圧部へ噴射された加工液の噴射圧を検出する圧力検出手段と、
   を具備することを特徴とする計測装置。
2. 請求項１記載の計測装置において、前記本体部分は前記加工対象物と外形が一致し、かつ前記受圧部の受圧面が前記本体部分表面に一致または前記受圧部が前記本体部分の表面形状に相似し、前記本体部表面に設けられることを特徴とする計測装置
3. 請求項１または請求項２記載の計測装置において、前記本体部分は前記加工対象物と外形が一致し、前記加工液の噴射圧を検出する前記圧力検出手段が、前記受圧部と一体の構造であり前記本体部表面に設けられることを特徴とする計測装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の計測装置において、前記加工対象物はグラビアシリンダーであり、前記本体部分はそのシリンダー表面と外径が一致する円筒形状であり、その円筒表面または外周に設けた受圧部を前記受圧部とすることを特徴とする計測装置。
5. 請求項１〜４いずれかに記載の計測装置において、前記加工液はエッチング液であって、そのエッチング液に接触する部位の材料としてエッチング加工されない耐エッチング性材料を使用、または耐エッチング性材料によって被覆されることを特徴とする計測装置。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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