JP6067846B2 - 濡れ性を良くする表面改質処理がなされた構造体及び印刷用孔版、これらを製造する方法 - Google Patents
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Description
本出願は、日本国特許出願2013−106025(2013年5月20日出願)に基づく優先権を主張し、この内容は参照により全体として本明細書に組み込まれる。
樹脂メッシュからなるコンビネーションにて450mm×450mmの印刷枠に支持された#500−19−28ステンレス鋼メッシュを基材として公知のジアゾ系の感光乳剤を塗布した上で、公知のフォトリソグラフィー法によって300μm×100μmの四角形のパターン開口部が50μmスペースで縦一列に配置されたパターン列と、このパターン列から100μmのスペースを空けて、250μm×100μmの四角いパターン開口部が100μmスペースで縦一列に配置されたパターン列とが交互の縦列となったものを印刷パターンエリア(150mm×150mm)に形成、配置されたコンデンサの電極のような印刷するための乳剤版を準備した。準備した試料のスキージ面(パターン開口部、メッシュの露出部及び乳剤部)にArガスを原料とするプラズマを大気圧にて照射したものを実施例1とし、大気(窒素及び酸素からなる空気)を大気圧にてプラズマ照射したものを実施例2とし、こうしたプラズマを用いた表面処理を施さないものを比較例1とした。さらに、準備した試料(乳剤版)の印刷基板面側のみから、フッ素含有シランカップリング剤(フロロテクノロジー社、FG−5010Z130−0.2)を不織布に含ませて塗布した上で、スキージ面にArガスを原料とするプラズマを大気圧にて照射したものを実施例3とし、スキージ面に大気(窒素及び酸素からなる空気)を大気圧にてプラズマ照射したものを実施例4とし、こうしたプラズマを用いた表面処理を施さないもの(印刷基板面側からフッ素含有シランカップリング剤を塗布しただけの状態のもの)を比較例2とした。また、前述した#500−19−28ステンレス鋼メッシュを450mm×450mmの印刷枠に貼り付けたのみのもの(乳剤を塗布していないメッシュのみの状態)を4つ準備し、そのままの状態で表面処理を行わないものを比較例3とし、印刷基板面側のみからフッ素含有シランカップリング剤を塗布したものを比較例4とし、この比較例4と同様にフッ素含有シランカップリング剤をメッシュに塗布した後、Arガスを原料とするプラズマを大気圧にてスキージ面側から照射したものを実施例5、比較例4と同様にフッ素含有シランカップリング剤をメッシュに塗布した後、大気(窒素及び酸素からなる空気)のプラズマをスキージ面側から大気圧にて照射したものを実施例6とした。
<Arガスによるプラズマ処理>
株式会社ウェル社製装置型式:HPW-01
プラズマヘッドからのプラズマ照射範囲:φ5mm
プロセス条件:
プラズマ電源(RF電源)出力:200W
アルゴンガス流量:6L/min
プラズマヘッドの(ワーク処理面上の)送り(通過)速度:220mm/sec
プラズマヘッドとワーク表面の距離:8mm
照射部分における照射処理回数:処理対象面部上を往復させプラズマ照射を処理対象面部に計2回照射を行う工程を1工程とする方法。(行き、帰りの1往復)
上記のようなプラズマ照射方法、照射工程にて処理対象試料の必要処理面を1工程終了する毎に、4mmの距離ずつ試料をスライドさせながら試料の改質必要面全面を処理する方法で行っている。
<大気によるプラズマ処理>
株式会社ウェル社製装置型番:WAP003、
プラズマヘッドからのプラズマ照射範囲: φ10mm
プロセス条件:
プラズマ電源出力:282〜285W
キャリアガス:コンプレッサーから供給された清浄圧縮空気
流量:19.4〜19.6L/min
プラズマヘッドの(ワーク処理面上の)送り(通過)速度:220mm/sec
プラズマヘッドとワーク表面の距離:8mm
にて、処理対象面部上を往復させ、処理対象面部にプラズマ照射を計4回(プラズマヘッドを2往復させる方法)行う工程を1工程とする方法。
上記のようなプラズマ照射方法、照射工程にて処理対象試料の必要処理面を1工程終了する毎にプラズマヘッドのプラズマ照射範囲:φ10mmの半分の距離(5mm)ずつ試料をスライドさせながら試料の改質必要面全面を処理する方法で行っている。
このように、大気圧プラズマを乳剤版のスキージ面から照射することで、スキージ面のみでなく、反対側の印刷基板面側の面粗度を粗くすることが可能であることが確認できた。このことは、大気圧プラズマを乳剤版のスキージ面側から照射することにより、プラズマ照射面の化学的な活性の向上のみならず、面粗度の粗化によりスキージ面の表面濡れ性を一層向上できること、さらに、反対側の面である乳剤版の印刷基板面の面粗度も同時に向上させることが可能になることから、スキージ面側より大気圧プラズマを照射した乳剤版の印刷基板面側を撥水性としたい場合、前記撥水性(凹凸構造に伴う構造撥水性、撥油性表面の形成が為される)をより向上させることにも寄与することを示唆していると考えることができる。
なお、本明細書記載の全ての接触角測定は、
測定機器: 協和界面科学(株) ポータブル接触角計 PCA-1
測定範囲: 0〜180°(表示分解能0.1°)
測定方法: 測定液滴下5秒間後の接触角を測定(液適法)
測定液: 純水、ミネラルスピリット
滴下量: 1.5μl/測定毎(1回)(純水、ミネラルスピリット同様)
測定環境: 常圧、室温25℃±3℃、湿度:30%±5%
にて行っている。なお、以下の接触角の測定結果の記載において、「水」との表記は純水(との接触角)を示し、「油」との表記はミネラルスピリット(との接触角)を示している。また、水(純水)と油(ミネラルスピリット)を使用するのは、印刷に使用されるインクに水性、油性が存在するため、またミネラルスピリット(石油系溶剤)が油性インクの希釈剤として使用される場合があるからである。
また、比較例、比較例に対応する各実施例においては、各試料の大気プラズマ照射後、ほぼ同等の時間が経過した時点で接触角の測定を行うように、接触角測定時間を調整している。
水:106.3° 油:31.9°
となった。なお、無処理のため片面測定のみであり、印刷基板面側の測定は行っていない。この水との接触角の測定結果から、水性インクについては、無処理の状態でステンレス鋼製スクリーンメッシュ#500−19−28のメッシュ開口部への充填において、逆毛管現象(圧力)が既に発生しており、インクの充填が困難になり、この結果、メッシュ開口部に空気が残存し、スキージング時に水性インクがメッシュ開口部に充填され難く、印刷基板側に透過、転写され難いこと、また、残存する空気が気泡となって、スキージングによりインクに巻き込まれて印刷シートに転写され易い状態であることが推定できる。
続いて、ステンレス鋼板(参考例)の接触角の測定結果を示す。
・参考例1(プラズマを照射していないもの)
水:114.3° 油:53.8°
撥水・撥油性が発現していることが確認できる。
・参考例2(Arガスプラズマを照射したもの)
水:65.9° 油:21.3°
・参考例3(大気プラズマを照射したもの)
水:62.7° (水のみ)
Arガス、並びに大気のプラズマを照射することでステンレス鋼板表層の水、及び油との接触角が大幅に低下することを確認した。
この事から、フッ素シランカップリング剤等の参考例1における接触角測定結果のような強い撥水撥油性の皮膜が形成されている部分においても、後に大気圧プラズマを照射することで、前記撥水撥油性を示す皮膜の構造がプラズマにより破壊、改質されることで撥水撥油性が大きく抑制可能であると推定できる。
<乳剤パターンのあるもの>
続いて、印刷用孔版の乳剤パターンのあるものの測定結果を示す。なお接触角の測定に使用した純水(水)とミネラルスピリット(油)の液滴は、乳剤パターンの開口部、またこの開口部に露出するステンレス鋼製スクリーンメッシュに跨る形になる。なお、開口パターンの無い乳剤のみの面状部分に今回の検証と同様な撥水、撥油処理を行い、接触角を測定すると、水で110°前後、油で50°前後の接触角を示す。
・比較例2(Arガスプラズマ照射前)の印刷基板面
水:128.7° 油:85.5°
・比較例2(Arガスプラズマ照射前)のスキージ面
水:129.6° 油:89.5°
但し、油の測定点10点中、2点で93.1°、92.3°と90°を超える接触角が確認されている。撥水、撥油処理を行った開口パターンの無い乳剤のみの面状部分に比べて、水、油ともに非常に大きな接触角を示すことが判る。また、フッ素含有シランカップリング剤を塗布していないスキージ面においても、水、油ともに印刷基板面側とほぼ同等の大きな接触角が測定され、フッ素含有シランカップリング剤が、塗布を行った印刷基板面からスキージ面に回りこんでいることも推定できた。本測定結果より、水や油との接触角が90°を超えた部分(乳剤パターン開口部、またはこの開口部に露出するスクリーンメッシュの開口部)においては、水(水性インク)や油(油性インクや溶剤バインダー、希釈剤などを含むインク)が逆毛管圧力を受け、開口部に進入・浸透しにくい状態が発生していることを強く推定できる。
・実施例3(Arガスプラズマ照射後)の印刷基板面
水:85.1° 油:66.4°
・実施例3(Arガスプラズマ照射後)のスキージ面
水:98.7° 油:77.1°
・実施例4(大気プラズマ照射後)の印刷基板面
水:80.6° 油:69.3°
・実施例4(大気プラズマ照射後)のスキージ面
水:82.8° 油:74.9°
このように、Arガス、または大気プラズマをスキージ面側から照射することで水、油との接触角を大幅に低下させ、乳剤パターン開口部に水や油がより進入しやすい状態(逆毛管圧力の抑制)が確認でき、油については、接触角が90°未満となり、水(水性インク)や油(油性インク)に対する逆毛管圧力が大幅に抑制された状態になったことがわかる。さらに、Arガスをプラズマ化して照射したものに比べて、電子吸引性の酸素、窒素原子を含むプラズマを照射する大気プラズマの方が水との接触角を小さくできていることも確認できた。
続いて、ステンレス鋼製スクリーンメッシュのみの各試料に各大気圧プラズマにより表面改質を行ったものの測定結果を示す。
・比較例4(Ar並びに大気プラズマ照射前)の印刷基板面
水:132.6° 油:97.5°
・比較例4(Ar並びに大気プラズマ照射前)のスキージ面
水:131.8° 油:94.9°
全く無処理のステンレス鋼製スクリーンメッシュ#500−19−28の接触角(水:106.3°、油:31.9°)に比べ、水、油とも非常に大きな接触角が測定されている。接触角が大きな値で測定される理由は、メッシュに撥水撥油処理が加えられたことによる構造撥水性や構造撥油性の増大に起因し、スクリーンメッシュの開口部が小さく、油についても90°を超える接触角が測定され、水(水性インク)や油(油性インク)に対する逆毛管圧力が非常に大きいことが推定できる。続いて、各大気圧プラズマにより表面改質を行ったものの測定結果を示す。
・実施例5(Arガスプラズマ照射後)の印刷基板面
水:88.6° 油:81.6°
・実施例5(Arガスプラズマ照射後)のスキージ面
水:88.8° 油:60.3°
・実施例6(大気プラズマ照射後)の印刷基板面
水:79.6° 油:83.1°
・実施例6(大気プラズマ照射後)のスキージ面
水:70.8° 油:85.9°
このように、プラズマ照射によって、フッ素含有シランカップリング剤の撥水撥油効果が抑制され、90°未満の水と油に対する接触角が確認できた。なお、ステンレス鋼製の平板上に於いては各種大気圧プラズマを照射した面において、90°に比べ大きく接触角が低下していたが、<乳剤パターンのあるもの>、<ステンレス鋼製スクリーンメッシュのみのもの>での接触角の見掛け上の低下が少ない理由は、スキージ面側のみが大気圧プラズマ処理されているため、スキージ面側、または印刷基板面側から滴下された接触角測定用の水(純水)滴、または油(ミネラルスピリット)滴が、スクリーンメッシュの開口部を通して反対側の面に達し、スキージ面側、または印刷基板面側双方の濡れ性の異なる面に接触した場合の接触角が示されているものと考えられる。結果、大気圧プラズマ処理を行ったスキージ面側の水、または油の接触角は、実際のこの部分のみの接触角(平板の場合のように、フッ素含有シランカップリング剤が塗布された後、この部分に直接プラズマ照射を受け、改質された面部分のみの接触角)に比べ大きな接触角を示し、印刷基板面側については実際のこの部分のみの接触角(平板にフッ素含有シランカップリング剤が塗布された後、プラズマ照射を受けていない状態の面部分のみの接触角)に比べ小さな接触角を示していると推定できる。このことから、実際の印刷等において、孔版の厳密な印刷基板面部分(フッ素含有シランカップリング剤が塗布された後、プラズマ照射を受けていない状態の面部分)においては、例えば、印刷用スクリーン版と離れる場合の最終のインク接触部の版離性(孔版の撥水撥油性)や、厳密なスキージ面部分(フッ素含有シランカップリング剤が塗布された後、この部分に直接プラズマ照射を受け、改質された面部分)においては、インクを馴染ませ、インクに回転運動等を与えるインクへの親和性(孔版の親水、親油性)が部分的には発現されていると推定できる。
印刷用孔版や印刷用のスクリーンメッシュは、例えば印刷基板面側とスキージ面側が貫通口を介して繋がっており、しかも、印刷基板面側はインクの滲み防止や切れを良くするため撥水(撥油)性が必要で、一方スキージ面側はインクの充填性やチクソ性を発現させるためのインクとの親和性が要求される場合がある。大気圧プラズマ処理による表面改質を印刷用孔版や印刷用のスクリーンメッシュの一方の面より行った場合の他方の面への影響を確認した。
ステンレス鋼(SUS304)メッシュ(#500−19−28)を準備し、コンビネーション内部のメッシュ部の大きさが200mm×200mmであり印刷パターン有効エリアが150mm×150mmである450mm×450mm(450角枠)の乳剤スクリーン版(印刷用孔版)を準備した。なお、乳剤の厚みは約2μmとした。このスクリーン版の印刷パターン有効エリアの全面に、開口部が600μm×300μmであるパターンを縦横両方向に200μmのスペースを空けて形成した。
・実施例7
株式会社ウェル社製
機器型番:WAP003、
プラズマヘッドからのプラズマ照射範囲: φ10mm
プロセス条件:
プラズマ電源出力:282〜285W
キャリアガス:コンプレッサーから供給された清浄圧縮空気
流量:19.4〜19.6L/min
プラズマヘッドの(ワーク処理面上の)送り(通過)速度:220mm/sec
プラズマヘッドとワーク表面の距離:8mm
にて、処理対象面部上を往復させ、処理対象面部にプラズマ照射を計4回(プラズマヘッドを2往復させる方法)行う工程を1工程とする方法。
上記のようなプラズマ照射方法、照射工程にて処理対象試料の必要処理面(スキージ面側の概ねコンビネーション内部の大きさが200mm×200mmのパターンエリアを含む範囲)を1工程終了する毎にプラズマヘッドのプラズマ照射範囲:φ10mmの半分の距離(5mm)だけ試料をスライドさせながら、試料の改質必要面全面を処理する方法で行っている。
・実施例8
装置型式:HPW-01
ヘッドプラズマ照射範囲:φ5mm
プロセス条件:
プラズマ電源(RF電源)出力:200W
アルゴンガス流量:6L/min
プラズマヘッドの(ワーク処理面上の)送り(通過)速度:220mm/sec
プラズマヘッドとワーク表面の距離:8mm
照射部分における照射処理回数:処理対象面部上を往復させプラズマ照射を処理対象面部に計2回行う工程を1工程とする方法。(行き、帰りの1往復)
にて行った。
上記のようなプラズマ照射方法、照射工程にて処理対象試料の必要処理面(スキージ面側の概ねコンビネーション内部の200mm×200mmのパターンエリアを含む範囲)を1工程終了する毎に4mmの距離だけ試料をスライドさせながら、試料の改質必要面全面を処理する方法で行っている。
Claims (15)
- スクリーン印刷に用いられ、印刷パターン開口部を有する構造体であって、
少なくともスキージ面の前記印刷パターン開口部を除く部分に濡れ性を良くする表面改質処理が施されている、
構造体。 - 前記スキージ面の前記表面改質処理が施されている部分は、ミネラルスピリットとの接触角(室温、湿度25〜35%)が90°未満である請求項1記載の構造体。
- 前記スキージ面の前記表面改質処理が施されている部分は、純水との接触角(室温、湿度25〜35%)が90°未満である請求項1記載の構造体。
- 請求項1記載の構造体であって、
印刷基板面が撥水性を示し、
前記スキージ面の前記表面改質処理が施されている部分は、純水との接触角(室温、湿度25〜35%)が99°以下である、
構造体。 - 前記スキージ面の前記表面改質処理が施されている部分は、純水との接触角(室温、湿度25〜35%)が90°未満である請求項4記載の構造体。
- 前記印刷基板面は、フッ素原子を含む請求項4記載の構造体。
- 前記表面改質処理は、プラズマドライプロセスによる被膜形成処理、又は、プラズマドライプロセスによる改質ガスをプラズマ化して照射する処理である請求項1記載の構造体。
- 前記プラズマドライプロセスは、大気圧プラズマ法である請求項7記載の構造体。
- 前記改質ガスは、不活性ガス、窒素及び酸素のうち少なくとも一つを含む請求項7記載の構造体。
- 請求項1記載の構造体であって、
熱変形温度以上の加熱を経て形成されたステンレス鋼部分を含み、印刷基板面の少なくとも一部に前記表面改質処理が施されている基材と、
前記基材の前記印刷基板面の前記表面改質処理が施されている部分に、当該基材の官能基と縮合反応により−O−M結合可能な元素M(ここで、Mは、Ti、Al、及び、Zrからなる群から選ばれる)を含むカップリング剤を介した撥水性及び/又は撥油性の撥水/撥油層、又は、更にフッ素を含む当該カップリング剤から成る撥水/撥油層と、
を備える構造体。 - 前記構造体は、スクリーンメッシュ、多孔性シート、メタルマスクのいずれかを含む請求項1記載の構造体。
- 請求項1記載の構造体を備える印刷用孔版であって、
前記構造体は、複数の貫通口を有するスクリーンメッシュと、前記スクリーンメッシュ上に形成され印刷パターン開口部を有する乳剤層とによって構成され、
少なくともスキージ面の前記乳剤層の前記印刷パターン開口部を除く部分に濡れ性を良くする表面改質処理が施されている、
印刷用孔版。 - 請求項12記載の印刷用孔版であって、
前記表面改質処理は、大気圧プラズマ法による改質ガスをプラズマ化して照射する処理であり、
前記乳剤層の少なくとも前記表面改質処理が施された部分にシワ状及び/又は斑点状の凹凸形状が形成されている、
印刷用孔版。 - スクリーン印刷に用いられる構造体を製造する方法であって、
(a)基材に印刷パターン開口部を形成する工程と、
(b)少なくとも前記基材のスキージ面の前記印刷パターン開口部を除く部分に濡れ性を良くする表面改質処理を施す工程と、
を備える方法。 - スクリーン印刷に用いられる印刷用孔版を製造する方法であって、
(a)複数の貫通口を有するスクリーンメッシュを準備する工程と、
(b)前記スクリーンメッシュ上に印刷パターン開口部を有する乳剤層を形成する工程と、
(c)少なくともスキージ面の前記乳剤層の前記印刷パターン開口部を除く部分に濡れ性を良くする表面改質処理を施す工程と、
を備える方法。
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