JP5760363B2 - スクリーン印刷装置およびその印刷方法 - Google Patents

Description

本発明は、印刷対象物の表面に各種インキ、樹脂、導電ペーストなどの各種の粘度の高い塗布材料を、広範囲に高解像力、高寸法精度のある優れた画像を安定的に印刷するための印刷方法に関するものである。具体的には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で高細線の印刷することに関する。

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、スクリーン印刷法のナイロンおよび金属のメッシュ、多孔構造を持つシートに印刷する画像の部分を除いた樹脂膜または、ニッケル、銅、クロム箔などの金属箔のマスクを貼り付けた積層シートのマスクが無い側から、ゴムまたは金属のスクレーパーを用いて、印刷対象物の表面に各種インキ、樹脂、導電ペーストなどの粘度の高い塗布材料を高解像、高寸法精度で、広範囲に印刷することが要求されていた（特許文献１）。

そのためには、スクリーン印刷法等の孔版印刷法には、下記のような機能がさらに必要である。
［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］印刷対象物に印刷された細線が、断線しないこと。
［３］安定した膜厚の細線を印刷できること。

量産をする為には、一度に印刷できる面積を増やし、一度に印刷できるパターンの数を増加させることである。広範囲に高粘度の樹脂を均一に印刷することを可能にするには、上記スクリーンメッシュおよびマスクで形成された細線パターンの孔を高粘度の樹脂が、均等により多く通過し、印刷対象物に転移させることが必要となる。

広範囲に無断線の細線パターンを形成するには、マスクに形成された細線パターンの孔の中を通過する高粘度の樹脂を、広範囲に均一に印刷対象物に転移させることが必要である。

このように広範囲に均一に印刷対象物に転移させ、安定した膜厚の細線を可能にするには、常に安定した量の樹脂を、マスクの細線パターンの孔に充填し、印刷対象物全体に均等な印圧をかけることが必要である。

しかし、従来知られている金属箔を使用したメタルマスクや、乳剤を使用した樹脂マスクを使用し、広範囲に高精細線や高膜厚の細線を印刷すると、スクリーン枠にナイロンや金属のメッシュ、多孔構造を持つシートを高い張力で貼り付けている為に、中心から枠周辺に向かって高精細線の線幅および膜厚が減少し、断線の発生量が増加する問題が生じていた。
特に、この傾向は、高精細線用に開発されている高い張力で張る事ができるナイロンおよび金属メッシュを使ったスクリーン枠に顕著に見られていた。

特開２００８−２７２９７８号公報

本発明は、上記従来技術において発生していた問題を解決するためになされたものであり、その課題はスクリーン印刷において、特に高粘度の樹脂を、広範囲に均一で安定した膜厚で、高精細な細線を印刷することができる印刷装置及び方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための本発明の構成を以下に示す。
スクリーン印刷を行う際に、被印刷物を保持する面状のステージであって、
前記ステージの形状は、
ｚ方向から観察した形状は正方形又は長方形であり、
前記ｚ方向と垂直なｘ方向から観察した断面形状は長方形であり、
前記ｚ方向及び前記ｘ方向と垂直なｙ方向から観察した断面形状は、横長の長方形の上部に、その中央部を頂点とする放物線を下側に凸となるように組み込んだ形状であることを特徴とするスクリーン印刷用ステージ。
さらに、前記ステージを観察した際の前記放物線が、
L=ｋ×ｍ ^２
（但し、L：紗のｚ方向軸上における変異量とし、ｍ：紗のｘ方向軸上の位置、但し中央部を０とし、ｋ：Lおよびmの2次方程式によって導きだされた紗固有の係数とする）
により表せることを特徴とする。
さらに、前記紗がステンレス又はナイロンであることを特徴としてもよい。
また、本スクリーン印刷用ステージを用いたことを特徴とするスクリーン印刷装置としてもよい。
また、本スクリーン印刷装置を用いたことを特徴とするスクリーン印刷方法としてもよい。

本発明によれば、樹脂や金属を使用した紗（スクリーン）を用いたスクリーン印刷方法で、広範囲の面積で高粘度樹脂を高細線で安定して印刷することができた。
また、本発明によれば、広範囲の面積で高細線の印刷が可能になったことで、電子回路の配線パターンを印刷した際に、個々の配線パターンの導電性を示す指標である抵抗値のバラツキが少なくすることができた。エッチング法によって従来形成されていた、金属性回路を導電性インキ、導電性ペーストで置き換えることが容易になった。

既存のスクリーン印刷方式の外観概略図である。 既存のスクリーン印刷方式の概略図である。 既存のスクリーン印刷方式の問題点を示した概略図である。 既存のスクリーン印刷方式の問題点をグラフ化した概略図である。 本発明のスクリーン印刷装置のステージ断面をグラフ化した概要図および方程式である。 本発明のスクリーン印刷方法の外観概略図である。 本発明のスクリーン印刷装置を適用した結果、得られる効果の概略図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

図１には、既存のスクリーン印刷方式として公知のスクリーン版を示すものである。
アルミ等の金属製または木製の四角い枠１０１に、ナイロンまたはステンレス等の紗１０２が張られている。この紗１０２の裏側もしくは下側表面に、多数の大小の穴により画線パターンを開口したシート１０３が設置されている。
このスクリーン版の上面側に金属または樹脂で形成した板状のスクレーパーもしくはドクター１０４が設けられている。

その枠の下に、印刷対象物を配置する為、真空吸着等による固定システム等を有するステージ１０５が設けられており、ステージ上に印刷対象物が搭載されている。

図２aは、図１に示す従来の印刷方式を使用し、印刷中央付近における樹脂等で構成されたインキまたはペースト２０２が紗１０２の部分に残り、紗１０２裏側に形成した大小の穴または画線パターンを開口した部分２０３に一度印刷したことによって形成された空間２０４が出来た状態から、上側の紗１０２側から樹脂等で構成されたインキまたはペースト２０２を金属または樹脂で形成した板状のスクレーパーもしくはドクター１０５で図左側から右側へ掻きはじめる状態を示したものである。

図２ｂは、上側の紗１０２側から樹脂等で構成されたインキまたはペースト２０２を金属または樹脂で構成した板状のスクレーパーもしくはドクター１０５で図左側から右側へ掻き終わった状態で、被印刷物２０１へ樹脂等で構成されたインキまたはペースト２０２が、転写された状態を示したものである。

図２ｃで示す状態は、図２ｂまでの工程によって転移させた樹脂等で構成されたインキまたはペースト２０２が載った被印刷物２０１と大小の穴または画線パターンを開口したシート１０３とが離れ、転移された樹脂等で構成されたインキまたはペースト２０２の膜高さ５０７が均一および高い状態、転移幅が開口幅に近い状態であることを示したものである。

図３ａで示す状態は、図１に示す印刷方式を使用し、印刷中央から遠いアルミ等の金属製または木製の四角い枠１０１に近いところの開口部において、上側の紗１０２側から樹脂等で構成されたインキまたはペースト２０２を金属または樹脂で構成した板状のスクレーパーもしくはドクター１０５で図左側から右側へ掻き終わった状態で、被印刷物２０１へ樹脂等で構成されたインキまたはペースト２０２が、転写された状態を示したものである。

図３ａで示す状態は、図２ｂの状態と異なり、紗１０２の張力が枠１０１に近い部分になることによって、高くなってしまうことで、上方向へ紗１０２が被印刷物２０１から離れてしまう現象を示したものである。

よって、図３ａで示す状態は、上側の紗１０２側から樹脂等で構成されたインキまたはペースト２０２を金属または樹脂で構成した板状のスクレーパーもしくはドクター１０５で図左側から右側へ掻き終わった状態で、被印刷物２０１へ樹脂等で構成されたインキまたはペースト２０２が、完全に転写されず、少量転写された状態を示したものである。

図３ｂで示す状態は、図２ｂまでの工程によって転移させた樹脂等で構成されたインキまたはペースト２０２が載った被印刷物２０１と大小の穴または画線パターンを開口したシート１０３とが離れ、転移された樹脂等で構成されたインキまたはペースト２０２の膜高さ５０７が不均一および低い状態、転移幅が開口幅より狭い状態であることおよび開口部にインキが残ることによりインキが詰まった状態を示したものである。

図４で示すグラフおよび概略図は、既存スクリーン印刷の悪さを示したものである。

図４で示すグラフおよび概略図は、図１で示すステージ１０５を上側から見下ろした図を中心に図２で示した印刷方式の左から右への掻き工程を図１の手前側から見た図を上に、図１の左側面側から見た図を右に、図２ｂの工程時に被印刷物２０１に加わる圧力分布グラフを図１手前側から見たときの場合を下に、図１の左側面側から見た場合を左に、図２ｃの工程時に被印刷物２０１に転写された膜５０７の状態を示した従来方式の転写図２０９を下に示したものである。

図４で示すグラフおよび概略図によれば、スキージ移動方向２０５の場合、被印刷物２０１上下方向に中心軸２０６をとった場合、中心軸２０６を原点として左右に直交する形で圧力分布が、２次曲線の圧力分布をとることを被印刷物２０１の濃淡および下グラフ２０７にて示す。

また、中心軸を横から並行する形での圧力分布が、ほぼ直線的に推移する事を左グラフ２０８で示す。

左グラフ２０８の横軸は圧力、縦軸はスキージ移動量、下グラフ２０７の横軸はアルミ等の金属製または木製の四角い枠内側の幅、縦軸は圧力である。

上記の既存の印刷方式では、従来方式の転写図２０９で示すように、被印刷物２０１に転写された膜５０７の転写量および細線幅が被印刷物２０１の中央から左右方向に減衰する形で推移してしまう。

つまり、細線印刷を行った場合、中心から外側へ向かって、徐々に細線が細くなり、外側ではインキ等のカスレ、欠落等が発生しやすいことを示している。

図５で示すグラフおよび数式は、上記の問題を解決する為の本発明で採用した所定の法則を示したものである。

図５で示すグラフは、図４で示した下グラフ２０７の縦軸をナイロンまたはステンレス等の紗１０２の変異量、横軸をナイロンまたはステンレス等の紗１０２が張られたアルミ等の金属製または木製の四角い枠１０１の内側寸法に置き換え、ナイロンまたはステンレス等の紗１０２の変異量をＬ、ナイロンまたはステンレス等の紗１０２が張られたアルミ等の金属製または木製の四角い枠１０１の内側寸法の２分の１をｍとし、原点０を通るkを係数とする２次曲線グラフである。

本発明のステージの形状は、ｚ方向から観察した形状は正方形又は長方形であり、ｚ方向と垂直なｘ方向から観察した断面形状は長方形であり、ｚ方向及び前記ｘ方向と垂直なｙ方向から観察した断面形状は、横長の長方形の上部に、その中央部を頂点とする放物線を下側に凸となるように組み込んだ形状である。
この放物線（２次曲線）は、ちょうど上記図４の２次曲線を示した圧力分布を上下反転させた形をとり、以下の数式で表される。

ステージ１０５の断面の上側曲線形状を以下の２次曲線
L=ｋ×ｍ^２
と、定義する。
L： 縦軸をナイロンまたはステンレス等の紗１０２の変異量または、ステージ曲線を形成すると
きの変異量
ｍ：横軸をナイロンまたはステンレス等の紗１０２が張られたアルミ等の金属製または木製の四
角い枠１０１の内側寸法÷２はたは、ステージを形成する際の幅寸法÷２
ｋ：Lおよびmの2次方程式によって導きだされた紗固有の係数

ｋの張力係数の導き方は、印刷に使用する横軸をナイロンまたはステンレス等の紗１０２が張られたアルミ等の金属製または木製の四角い枠１０１の内側寸法の２×ｍに対し、紗１０２中央に約２．３５Nの荷重をかけたときの変異量をLに代入し、枠１０１うち寸法÷２で求めた値をｍに代入して、ｋを求める。

約２．３５Nの荷重は、一般的に「テンションゲージ STG80A」を使用する。

よって、求まったｋを係数とした２次方程式で形成された曲線をステージ１０５の断面の上側曲線形状に採用する。

次に、この曲線形状を中心軸２０６基準にステージ奥行き分積分することによってステージ１０５に必要な本発明のステージ面が形成される。

ステージの材質として、アルミ、ステンレス、多孔質材、‥などがあげられ、各辺２０ｃｍ〜５００ｃｍの正方形、長方形とすることができる。
また、このような曲線形状のステージを製造する方法として、切削法、研磨法、鋳造法、板を曲げる等の板金法などがあげられる。

静電容量タッチパネルのメタル配線を導線部幅５０μm、被導線部幅５０μｍ、線ピッチ１００μｍをＰＥＴ基材上に導電性銀ペーストを使って、スクリーン印刷方式で印刷を行った。

スクリーン版は、アサダメッシュ製ＨＳ-Ｄ５００の高張力紗を５５０ｍｍ×５５０ｍｍアルミ角パイプ枠に張り、200ｍｍ×300ｍｍを有効印刷範囲とする大小の穴または画線パターンを開口したシートを紗下側に配置したものを使用した。

上記スクリーン版に必要な、被印刷物を搭載するステージ１０５に、本発明である２次方程式の曲線を積分した形状に加工したものを採用し印刷を実施した。

アサダメッシュ製ＨＳ-Ｄ５００の高張力紗を５５０ｍｍ×５５０ｍｍアルミ角パイプ枠内側寸法５００ｍｍであったため、５００÷２＝２５０ｍｍをｍとし、「テンションゲージ STG80A」で紗中央を測定した変異量０．２１ｍｍをＬとして、上記方程式へ代入しｋを求めた。

ｋ＝Ｌ÷ｍ^２＝０．２１÷（２５０）^２＝０．３３×１０^−５
であるから
使用するステージ１０５の形状は
L=ｋ×ｍ^２
Ｌ＝０．３３×１０^−５×ｍ^２
を断面曲線とした形状とした。

つまり、ステージ幅６００ｍｍ×奥行き６００ｍｍとして、ｍ＝６００÷２＝３００ｍｍ
とし、
Ｌ＝０．３３×１０^−５×ｍ^２＝０．３３×１０^−５×３００^２＝０．２９７ｍｍ
となり、
ステージ幅６００ｍｍ×奥行き６００ｍｍのステージの左右端の高さが、ステージ中央を原点と
して、左右３００ｍｍの位置における高さ０．２９７ｍｍ高い点を通る２次曲線を奥行き６００ｍｍ分積分した面を持つステージを製作した。

上記、ステージを使い、スキージをミノグループ既製品である、Bタイプスキージ ミノプレーン９ｍｍY WSカット加工付幅２７５mm、スキージ全体に加わる圧力を１０ｋｇｆとして、印刷を実施した。

結果、図７概略図で示されたような、広範囲に均等な膜厚、線幅の細線印刷ができた。

この発明によって、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。

この発明によって、エレクトロニクス用デバイス関連等の導線層、絶縁層、から形成される多層回路形成が、容易に形成できる。

この発明によって、圧力分布起因である印刷の欠落頻度が下がる。

１０１・・・アルミ等の金属製または木製の四角い枠
１０２・・・ナイロンまたはステンレス等の紗
１０３・・・大小の穴または画線パターンを開口したシート
１０４・・・金属または樹脂で形成した板状のスクレーパーもしくはドクター
１０５・・・ステージ
２０１・・・被印刷物または印刷対象物
２０２・・・樹脂等で構成されたインキまたはペースト
２０３・・・紗裏側に形成した大小の穴または画線パターンを開口した部分
２０４・・・一度印刷したことによって形成された空間
２０５・・・スキージ移動方向
２０６・・・中心軸
２０７・・・下グラフ
２０８・・・左グラフ
２０９・・・従来方式の転写図
５０７・・・樹脂等で印刷された膜

Claims (4)

1. スクリーン印刷を行う際に、被印刷物を保持する面状のステージであって、
   前記ステージの形状は、
   ｚ方向から観察した形状は正方形又は長方形であり、
   前記ｚ方向と垂直なｘ方向から観察した断面形状は長方形であり、
   前記ｚ方向及び前記ｘ方向と垂直なｙ方向から観察した断面形状は、横長の長方形の上部に、その中央部を頂点とする放物線を下側に凸となるように組み込んだ形状であり、
   前記ステージを観察した際の前記放物線が、
   L=ｋ×ｍ ^２
   （但し、L：紗のｚ方向軸上における変異量とし、ｍ：紗のｘ方向軸上の位置、但し中央部を０とし、ｋ：Lおよびmの2次方程式によって導きだされた紗固有の係数とする）
   により表せることを特徴とするスクリーン印刷用ステージ。
2. 前記紗がステンレス又はナイロンであることを特徴とする請求項１に記載のスクリーン印刷用ステージ。
3. 請求項１〜２のいずれかに記載のスクリーン印刷用ステージを用いたことを特徴とするスクリーン印刷装置。
4. 前記請求項３に記載のスクリーン印刷装置を用いたことを特徴とするスクリーン印刷方法。