JP2015085538A - グラビアオフセット印刷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配線パターンの断線やショート、形状変化が無く、安定的な印刷を連続的に可能とするグラビアオフセット印刷装置を提供する。【解決手段】グラビアオフセット印刷装置は、凹版１０２の凹部１０１にインキ１１０を供給すると共に凹部１０１内のインキ１１０を擦切りするドクターブレード１０４又はドクターブレード固定治具１４０２に取り付けられた超音波振動子１４０３を具備する。【選択図】図１４

Description

本発明は、ドクターブレードを有するグラビアオフセット印刷装置に関する。

近年、建材分野、パッケージ分野、出版分野、エレクトロニクス分野など生活系、電気系、情報系さまざまな分野における工業製品の製造方法として、グラビアオフセット印刷を用いるケースが増加している。グラビアオフセット印刷とは、印刷対象物の表面にインキ（樹脂、導電ペーストなど）として各種の粘度の高い塗布材料を用いて、広範囲に高解像力、高寸法精度を有する優れた画像を安定的に印刷するための技術である。例えば、ＩＣカードアンテナ（コイル状のパターン）や太陽電池バックシート導配線、電磁シールド、タッチパネルＩＴＯ配線等を印刷目的として、ＰＥＴ、ＰＥＮ、アクリル等のシート上に導電性インキ、導電性ペースト等を広範囲の面積に高解像で印刷する。特許文献１には、グラビアオフセット印刷などのオフセット方式の印刷方法が記載されている。

特開昭５５−５８５６号公報

ところで、グラビアオフセット印刷により、ＩＣカードアンテナ（コイル状のパターン）や太陽電池バックシートの導配線、電磁波シールド、又はタッチパネル用の信号取出し配線等を、導電性インキ、又は導電性ペースト等を用いて、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、アクリル、又はガラス等からなる基材上に、広範囲の面積に高精細で印刷する場合、下記のような内容が要求される。
［１］広範囲に均一かつ安定した高精細な細線の印刷を可能にすること。
［２］被印刷体に印刷された細線が、断線、ショートしないこと。
［３］安定した膜厚の細線を印刷できること。

無断線の安定した膜厚の細線パターンを形成するには、予めドクターブレード等で所望の凹部パターン内にインキを挿入および擦切りして、その凹部パターン内に満たされたインキ面を平滑にし、インキ剥離性の転写層を有する転写体との圧着時に、そのインキ面が転写体に均等に接触する事が必要である。

凹部パターン内に満たされたインキをインキ剥離性の転写層を有する転写体へ確実に均一な厚さで転移させ、転写体を被印刷体に圧着して転写体上のインキ皮膜のパターンを被印刷体に転写する工程を経て、安定した膜厚の細線を形成するには、インキの粘度、弾性特性に応じた、凹部パターン内のインキ面を均す手段が必要である。

しかし、凹部パターン内ではインキ面が平滑にならない場合がある。この原因としては、ドクターブレードで凹部パターン内にインキを挿入および擦切りする際に生じるドクターブレードの落ち込み、ドクターブレードが凹版パターンを通過する際に生じる負圧、又は、ドクターブレードの分子間力により、凹部パターンに満たされるべきインキが、ドクターブレードに持ち去られ、凹部パターンのインキ表面レベルが下がることが挙げられる。また、インキ粘度及び弾性特性によっては、レベリングせずに凹部パターンの一部が持ち去られて、窪みが出来たままの状態になる。このような場合、次の工程において、インキ剥離性の転写層を有する転写体への転移が不十分となり、断線が発生するという問題が生じていた。

更に、凹部パターン外の凹版の表面にインキが残ってしまうのを防ぐ為に、ドクターブレードを一定の押し込み量で押し込みながらインキの挿入および擦切りを行うが、このときに、ドクターブレードによって凹版に傷や欠けが生じ、印刷パターンの形状変化、細線の短絡が起こってしまうといった問題が生じていた。

また、凹版へのインキ挿入後にドクターブレードを持ち上げる際に、ドクターブレードと凹版の間に存在するインキがドクターブレードに引っ張り上げられ、結果として、凹版上のインキが減少し、インキ不足に陥り、連続印刷が困難になるといった問題が生じていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、配線パターンの断線やショート、形状変化が無く、安定的な印刷を連続的に可能とするグラビアオフセット印刷装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、凹版の凹部にインキを供給すると共に凹部内のインキを擦切りするドクターブレード又はドクターブレード固定治具に取り付けられた超音波振動子を具備することを特徴とするグラビアオフセット印刷装置である。

第２の態様は、第１の態様において、ドクターブレードによって凹版の凹部へインキを供給して凹部のインキを擦切りする際に、超音波振動子が超音波振動をドクターブレードに付与することを特徴とするグラビアオフセット印刷装置である。

第３の態様は、第１の態様において、凹版からインキを掻き終ったドクターブレードを離す際に、超音波振動子が超音波振動をドクターブレードに付与することを特徴とするグラビアオフセット印刷装置である。

本発明によれば、凹部パターン内へのインキ充填性を向上させ、ドクターブレードの凹版への押し込み量も軽減でき、微細配線の断線、短絡、パターン変化を阻止することが可能となる。また、凹版からドクターブレードが離れる際にインキがドクターブレードから離れやすくなるため、凹版上へのインキ追加頻度を下げることが可能となる。

実施の形態におけるグラビアオフセット印刷装置の概略構成図 図１に示すグラビアオフセット印刷装置の動作を説明するための模式図 実施の形態におけるグラビアオフセット印刷装置のインキ充填工程を示す模式図 図３に示すインキ充填工程において、インキ充填後の状態を示す模式図 実施の形態におけるグラビアオフセット印刷装置のインキ転移工程を示す模式図 超音波振動子を駆動しない場合のグラビアオフセット印刷装置のインキ充填工程において、ドクターブレードが凹部パターンに到来する前の概略図 超音波振動子を駆動しない場合のグラビアオフセット印刷装置のインキ充填工程において、ドクターブレードが凹部パターン上を通過中の概略図 超音波振動子を駆動しない場合のグラビアオフセット印刷装置のインキ充填工程において、ドクターブレードが凹部パターンを通過後の概略図 超音波振動子を駆動しない場合のグラビアオフセット印刷装置のインキ充填工程において、図８の状態からドクターブレードがさらに右側へ移動した後の凹部パターンの概略図 超音波振動子を駆動しない場合のグラビアオフセット印刷装置のインキ転移工程において、転写体が凹版に接する状態の概略図 超音波振動子を駆動しない場合のグラビアオフセット印刷装置のインキ転移工程において、転写体が凹版から離れた状態の概略図 超音波振動子を駆動しない場合のグラビアオフセット印刷装置の転写工程において、転写体が被印刷体に押し付けられた状態の概略図 超音波振動子を駆動しない場合のグラビアオフセット印刷装置において、転写体が被印刷体から離れた状態の図であり、被印刷体上で発生する問題を示す概略図 本実施の形態のグラビアオフセット印刷装置のドクターブレードの固定治具に超音波振動子を取り付けた状態の概略図 本実施の形態のグラビアオフセット印刷装置に使用した超音波振動子の写真

図１は、グラビアオフセット印刷方式を採用したグラビアオフセット印刷装置の概略構成を示す。グラビアオフセット印刷装置は、凹部パターン１０１が形成された凹版１０２を固定する第１の固定部材１０３（第１の定盤）と、凹版１０２上のインキ１１０（導電性ペースト又は樹脂等のインキ）を掻き取るドクターブレード１０４と、凹部パターン１０１からインキ１１０が移されてインキ皮膜１０６が形成されるインキ剥離性の転写体１０５と、転写体１０５上のインキ皮膜１０６が転写されて印刷パターン１０９が形成される被印刷体１０７を固定する第２の固定部材１０８（第２の定盤）とを、少なくとも備えている。凹部パターン１０１は、印刷パターンに対応した平面形状を有する凹部（溝）であり、凹版１０２の表面に形成されている。

凹版１０２は、グラビアオフセット印刷方式で使用するガラスまたは金属製の印刷版である。凹版１０２には、エッチング、レーザー、又は電鋳法等でなどで、幅１０μｍから数ｍｍおよび深さ５から２０μｍ程度の凹部パターン１０１が形成されている。また、ドクターブレード１０４は、凹版１０２の凹部パターン１０１の中へのインキの供給（挿入）およびインキの擦切りを行う為の鋼製または樹脂製の部材である。本実施の形態では、後述する超音波振動子１４０３（図１４参照）が、ドクターブレード１０４に対して直接的または間接的に設けられている。図１、図２−４、図６−８では、超音波振動子１４０３の記載を省略している。超音波振動子１４０３については後述する。また、転写体１０５は、円筒状に形成され、一定の圧力で凹版１０２上を転がすことで、凹部パターン１０１内に挿入および擦切りで満たされたインキ１１０を安定して剥離できる転写層を有している。また、被印刷体１０７は、凹部パターン１０１からインキ１１０が剥離されることによって転写体１０５に残るインキ皮膜１０６を印刷する為に、凹版１０２を固定する定盤１０３の対面において定盤１０８に固定される。

グラビアオフセット印刷装置は、被印刷体１０７を固定した定盤１０８側へインキ剥離性の転写体１０５を転がして、転写体１０５に残るインキ皮膜１０６を一定の圧力で被印刷体１０７に印刷することで、凹部パターン１０１と同じ形状の細線パターン１０９（印刷パターン）を形成する。

図１のグラビアオフセット印刷装置では、円筒状の転写体１０５を駆動することでパターン印刷を行ったが、凹版１０２用の定盤１０３や、被印刷体１０７用の定盤１０８を駆動してもよく、本発明では、駆動する部分は限定されない。

図２は、図１に示すグラビアオフセット印刷装置の動作を説明するための模式図である。図２は、凹版１０２の凹部パターン１０１にドクターブレード１０４で挿入および擦切りされたインキ１１０をインキ剥離性の転写体１０５を介して、被印刷体１０７へ印刷する工程を横から見た図である。図２は、図２の右側から左側へ、インキ剥離性の転写体１０５を転がす場合を示している。

図３は、インキ充填工程を示す模式図であり、図２の右側にある凹版１０２を固定した定盤１０３上で行う工程概略図である。図３は、凹版１０２を固定した定盤１０３上をドクターブレード１０４が図の左側から右側へ凹版１０２の表面を移動し、凹版１０２に刻まれた凹部パターン１０１へインキ１１０を挿入及び擦切りする工程を示している。

図４は、インキ充填工程においてインキ充填後の状態を示す模式図（工程概略図）である。図４は、インキ充填工程において凹部パターン１０１にインキ１１０を擦切りしながら挿入した結果、凹部パターン１０１以外の凹版１０２の表面にはインキ１１０が殆ど残存していない状態を示している。

ドクターブレード１０４によるインキ挿入（充填）および擦切りによって凹部パターン１０１以外のインキを掻き落とす為には、ドクターブレード１０４を凹版１０２に向かって一定量押し込まなければならない。そのため、凹版１０２に傷がつく、欠けるといった事態が起こる事がある。凹版１０２に傷、欠けが発生すると、その凹版１０２は使用できなくなるため、凹版１０２を交換する必要がある。

図５は、転写体１０５へインキ１１０を転移させるインキ転移工程を示す模式図（工程概略図）である。図５は、図３のインキ充填工程で凹版１０２の凹部パターン１０１内に挿入されたインキ１１０を、インキ剥離性の転写体１０５で凹版１０２の上側表面に一定の圧力を加えながら、転写体１０５を図の右側から左側へ転がす事により、凹部パターン１０１内にあるインキ１１０を凹版１０２から剥離し、インキ剥離性の転写体１０５上にインキ皮膜１０６を形成する工程を示している。

ここで、グラビアオフセット印刷装置において、後述する超音波振動子１４０３を駆動しない場合の問題点について、図６から図１３を用いて説明する。図６は、インキ充填工程においてドクターブレード１０４が凹部パターン１０１に到来する前の拡大図（工程概略図）である。図６は、図３のインキ充填工程における、凹版１０２の凹部パターン１０１の部分と凹版１０２表面に一定の角度・圧力で接するドクターブレード１０４と、ドクターブレード１０４の進行方向側に注入したインキ１１０の部分とを拡大して示している。

図７は、インキ充填工程においてドクターブレード１０４が凹部パターン１０上を通過中の拡大図（工程概略図）である。図７は、図６の状態から、図７の左側から右側へドクターブレード１０４が凹版１０２表面を移動しながらインキを擦切りしている状態で、インキ１１０がドクターブレード１０４の先端部７０１に回り込みながらまとわり付いている状態を示している。

図８は、インキ充填工程において、ドクターブレード１０４が凹部パターン１０１を通過後の拡大図（工程概略図）である。図８は、図７の状態から、図８の右側へドクターブレード１０４が移動して凹版１０２の凹部パターン１０１上を通過完了直後の状態を示している。図８は、ドクターブレード１０４の先端部７０１にまとわり付いたインキ１１０が、インキ１１０自体の分子間力、ドクターブレード１０４の移動で発生する負圧、または分子間引力によって、凹部パターン１０１外へ引き上げられた結果、凹部パターン１０１に充填されたインキ１１０の液面の一部が大きく窪んで窪み８０１が形成された状態を示している。

図９は、インキ充填工程において、図８の状態からドクターブレード１０４がさらに右側へ移動して凹部パターン１０１から離れた状態の拡大図（工程概略図）である。図９は、凹版１０２の凹部パターン１０１の中に残されたインキ１１０がインキ１１０の粘度が高い為にレベリングせずに窪み８０１が残り、凹部パターン１０１外へあふれたインキ９０１が凹版１０２表面に残された状態を示している。

図１０は、インキ転移工程において転写体１０５が凹版１０２に接する状態の拡大図（工程概略図）である。図１０は、図９の状態の凹版１０２に対して上方より転写体１０５が一定の圧力で接して、凹版１０２の凹部パターン１０１に溜まったインキ１１０が転写体１０５に密着する際に、窪み８０１が存在することによって、転写体１０５とインキ１１０が密着しない部分が発生した状態を示している。

図１１は、インキ転移工程において転写体１０５が凹版１０２から離れた状態の拡大図（工程概略図）である。図１１は、図１０の状態から転写体１０５が凹版１０２から離れると同時に、凹部パターン１０１に溜まっていたインキ１１０が凹部パターン１０１から剥離された結果、転写体１０５上にインキ皮膜１０６が形成され、凹部パターン１０１外へあふれたインキ９０１も転写体１０５に付着したパターン外のインキ皮膜１２０１となった状態を示している。

図１２は、転写工程において転写体１０５が被印刷体１０７に押し付けられた状態を示す拡大図（工程概略図）である。図１２は、図１１でインキ剥離性の転写体１０５に転写されたインキ皮膜１０６およびパターン外のインキ皮膜１２０１が、被印刷体１０７に一定の圧力で密着した状態を示している。

図１３は、インキの転写後に、転写体１０５が被印刷体１０７から離れた状態を示す拡大図である。図１３は、転写体１０５上のインキ皮膜１０６およびパターン外のインキ皮膜１２０１が被印刷体１０７上に印刷されてパターン１３０１が形成された状態を示している。

このように、超音波振動子１４０３を駆動せずにグラビアオフセット印刷装置で印刷すると、被印刷体１０７上に転写された印刷されたパターン１３０１の断面形状において、窪み８０２が残り、極端な場合は、窪み８０２の底面において、全くインキ１１０が被印刷体１０７に印刷されず断線の原因となってしまう。

また、図８に示すように、インキ１１０はドクターブレード１０４に密着した状態で移動する。ドクターブレード１０４の移動終点にてドクターブレード１０４は上昇するが、この際に、インキ１１０がドクターブレード１０４から離れずに持ち上げられてしまい、結果として、凹版１０２上のインキ量が減少しインキ不足になってしまう。

本発明は、上記断線および凹版傷、欠けが発生せず、凹版１０２上のインキ不足を改善する事を目的とした、グラビアオフセット印刷装置（印刷方法）であり、本発明に係る実施の形態の詳細を以下に示す。

図１４は、本発明のグラビアオフセット印刷装置のドクターブレード１０４の部分概略図である。ドクターブレード１０４を保持するホルダー１４０２（ドクターブレード固定治具）には、超音波振動子１４０３が取り付けられている。

なお、図１４の超音波振動子１４０３の位置は、図１４の位置に限定されるわけではなく、ドクターブレード１０４に超音波振動子１４０３を直接取りつけてもよく、ドクターブレード１０４に超音波振動子１４０３による超音波振動が伝わるように超音波振動子１４０３を設ければよい。また、超音波振動子１４０３の数についても限定されず、１つであってもよいし、複数であってもよい。

超音波振動子１４０３で発生させる超音波の波長は、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの波長が望ましい。

インキ１１０は、樹脂、導電ペーストなどの各種の粘度の高い塗布材料のことであり、レオロジー測定器によるコーンプレート径２０ｍｍ、角度２°による測定を行った場合、角速度１０〜１００ｒａｄ／秒で、５〜１０００Ｐａ・ｓのインキ１１０を使用することができる。

超音波振動子１４０３は、長時間使用すると超音波振動子１４０３自体が発熱し、故障する原因となる。その為、インキ充填工程において、インキ挿入（インキ供給）及びインキ擦切り中（つまり、ドクターブレード１０４が凹版１０２上を移動している期間）、及び、インキ充填後にドクターブレード１０４を凹版１０２から離す際（例えば、ドクターブレード１０４が凹版１０２に接触する状態から接触しない状態へ変化する期間）に、超音波振動子１４０３を駆動することが望ましい。

インキ１１０として導電性銀ペーストを使用し、導線部幅５０μｍの凹版パターン１０１を有する凹版１０２を使用し、被印刷体１０７としてＰＥＴ基材を用いて、本発明のグラビアオフセット印刷装置で、ＰＥＴ基材上に印刷を行った。

凹版１０２は、ガラス製の縦１２０ｍｍ×横１２０ｍｍ×高さ３ｍｍの平板であり、凹部パターン１０１として、幅５０μｍ、長さ５００μｍ、及び深さ１５μｍの溝をエッチングによって彫刻したものを使用した。

ＰＥＴ基材は、厚さ１２５μｍ×縦１２０ｍｍ×横１２０ｍｍの基材を使用し、導電性銀ペーストは、レオロジー測定装置で角速度１０ｒａｄ／秒で、９．５Ｐａ・ｓのインキ１１０を使用し、インキ剥離性の転写体１０５は、シリコンゴムを主体とするゴム硬さ（ＪＩＳ Ａ）４５°、ゴム厚さ ０．６ｍｍを円筒に巻いたものを使用し、ドクターブレード１０４として東京製作所社製ドクターブレードのレギュラータイプを使用した。

本発明のグラビアオフセット印刷装置は、既存の印刷装置を使用し、凹版１０２を定盤１０３に固定し、被印刷体１０７であるＰＥＴ基材をもう一方の定盤１０８に固定し、それぞれインキ剥離性の転写体１０５との接触幅を１０ｍｍに調整し、ドクターブレード１０４によるインキ１１０の凹部パターン１０１への挿入および擦切りの速度、インキ剥離性の転写体１０５の凹版１０２上を転がる周速度、インキ剥離性の転写体１０５のＰＥＴ基材上を転がる周速度をそれぞれ５０ｍｍ／秒として設定した。また、株式会社サワーコーポレーション製の超音波振動子（図１５）１５０１をドクターブレード固定治具１４０２に設置した。

まず、超音波振動子１５０１の電源を切った状態にて印刷を行った。印刷パターン上の一部において厚みが薄くなるという結果が得られた。また、連続で印刷を行うことで、厚みが薄くなる部分にインキ抜けが発生した。これはインキ充填性だけではなく、凹版１０２上のインキがドクターブレード１０４に付着したことでインキ量が減少した影響である。

次に、超音波振動子１５０１の電源をＯＮにして、超音波振動子１５０１の周波数を４０ｋＨｚ前後に調整して、超音波の振幅可変が可能な出力コントロールを使い、１００Ｖに調節し、ドクターブレード１０４による凹版１０２へのインキ挿入及び擦り切り、ドクターブレード１０４の持ち上げまでの間に亘って電源をＯＮさせて、印刷を行った。

インキ充填工程において超音波振動子１５０１を駆動することでドクターブレード１０４によるインキ挿入及び擦切りの際に、超音波振動子１５０１を駆動しないときと比較して、凹版１０２に対してかける圧力を小さくすることが可能である。例えば、本実施例において、超音波振動子１５０１を駆動しないときは、ドクターブレード１０４を凹版１０２に対して４０μｍ押し込まないと凹部パターン１０１外のインキ１１０を完全に除去することが出来なかったが、超音波振動子１５０１をＯＮにすることで、２０μｍの押し込み量で凹部パターン１０１外のインキを除去することが可能であった。

インキ充填工程において超音波振動子１５０１を駆動した場合において、本発明のグラビアオフセット印刷装置によって印刷した印刷物を確認したところ、パターン上の断面形状において厚みが安定しており、薄くなっている部分が減少した。また、連続で印刷を行ったところ、超音波振動子１５０１を駆動しない場合は、２５枚で印刷物に一部カスレが生じたが、超音波振動子１５０１を駆動することで５０枚以上カスレ無しで印刷が可能であった。

本実施例によって、レベリング効果のあった膜面を持ち、断線、ショートの可能性を少なくした細線印刷ができた。また、連続印刷枚数も向上した。

本発明によって、エレクトロニクス用デバイス関連等の配線パターンの安定品質の量産化が可能である。また、本発明によって、エレクトロニクス用デバイス関連等の導線層、及び絶縁層から形成される多層回路を容易に形成できる。また、本発明によって、ＰＥＴ等の樹脂基材ロール原反巻きからロール印刷された巻き印刷の連続印刷技術の向上を加速させることが可能である。

本発明は、ドクターブレードを有するグラビアオフセット印刷装置等に利用可能である。

１０１・・・凹部パターン（凹部）
１０２・・・凹版
１０３・・・凹版を固定した定盤
１０４・・・ドクターブレード
１０５・・・インキ剥離性の転写体
１０６・・・転写体上のインキ皮膜
１０７・・・被印刷体
１０８・・・被印刷体を固定した定盤
１０９・・・細線パターン
１１０・・・インキ
７０１・・・ドクターブレードの先端部
８０１・・・凹部パターン内のインキの窪み
８０２・・・被印刷体上のインキの窪み
９０１・・・凹部パターン外のインキ
１２０１・・・パターン外のインキ皮膜
１３０１・・・印刷されたパターン
１４０２・・・ドクターブレード固定治具
１４０３・・・超音波振動子
１５０１・・・超音波振動子

Claims (3)

1. グラビアオフセット印刷装置であって、
   凹版の凹部にインキを供給すると共に前記凹部内のインキを擦切りするドクターブレード又はドクターブレード固定治具に取り付けられた超音波振動子を具備することを特徴とするグラビアオフセット印刷装置。
2. 前記ドクターブレードによって前記凹版の前記凹部へインキを供給して前記凹部のインキを擦切りする際に、前記超音波振動子が超音波振動を前記ドクターブレードに付与することを特徴とする、請求項１に記載のグラビアオフセット印刷装置。
3. 前記凹版からインキを掻き終った前記ドクターブレードを離す際に、前記超音波振動子が超音波振動を前記ドクターブレードに付与することを特徴とする、請求項１に記載のグラビアオフセット印刷装置。