JP6188964B2 - スクリーン印刷ステンシル、およびその描画方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念の構成を備えたスクリーン印刷ステンシルに関する。

スクリーンおよび織物の産業上の用途は、種々の専門分野から公知である。
濾過分野において使用する場合、正方形の網目形状が通常の実施形態となる。印刷用途には、かかる網目形状を転用する。使用可能な感光層および公知の塗布手法を用いると、妥当な画像解像度は、多数の「サポート」を用いてしか達成することができない。よって、メッシュ数が多い織物が使用されることが増えてきている。

エレクトロニクス印刷では、ペーストの良好な通流を保証し、極上の精細度の画像モチーフを可能とするため、可能な限り細いワイヤを用いた可能な限り薄いスクリーンないしは織物が使用される。
太陽電池の成膜すなわち太陽電池のメタライジングでは、大量のペースト塗布と、正確かつ微細な画像解像度が要求される。たとえば、太陽電池の高い効率を保証すべく、太陽電池のカバー部分を可能な限り小さくして、電流フィンガとしての導体路を塗布するためである。
エレクトロニクス印刷に使用される種類のスクリーンないしは織物は非常に高価であり、処理時に影響を受けやすいので、ロータリスクリーン印刷用のスクリーン印刷版の製造にはほとんど適さない。かかる適性の欠如は、ロータリスクリーンの場合、スクリーン織物を一方向にしか、すなわち円筒長手軸の方向にしか緊張させることができないことにも起因するが、それに対してフラットスクリーン印刷では２次元に緊張させることができる。

ロータリスクリーン印刷では、スクリーンの回転時にスキージを立てたときにスキージ上半部手前に生じる流体圧によって、インクをスクリーンに通過させて移送する。構造上の理由により、開放型または半開放型のスキージシステムしか使用することができないので、力学的な圧力は、たとえば粘性、充填量および回転速度等の多くのファクタに影響を受けてしまう。回転速度の上昇またはインク量の増加により、流体圧を簡単に増幅させることができる。
かかるロータリスクリーン印刷ユニットは、たとえば国際公開第９９／１９１４６号に記載されている。

従来技術では、スクリーン材料の基本的構造として、平織りによる特殊鋼織物が使用されることが多かった。そのスクリーン開口部、接触面および織物厚さの比は、適切であることが証明されている。かかる構造の厚さすなわち織物厚さ（カレンダ加工前の初期寸法）は、ワイヤの太さの２倍にほぼ等しい。この基本的構造は、後続の工程においてカレンダ加工プロセスで処理されて、所望の原織物厚にされる。また、かかる処理によってスクリーンの平滑性を向上させ、これによりスクリーンおよびスキージの摩耗を少なくすることができる。その次のニッケルめっき工程において、機械的安定性および耐摩耗性を高くする目的で織物に補強を施し、交点の領域におけるサポート点を拡大する。

かかるスクリーン材料の製造手法は、たとえば欧州特許出願公開第０１８２１９５号明細書に記載されている。

織物のスクリーン材料に代えて択一的に、エレクトロフォーミングにより作製されたステンシルも使用される。
また、金属不織布、プラスチック織物、孔板、金属箔を使用することも可能であり、またこれらを互いに組み合わせて使用することも可能である。

インク点やインク線が正確に印刷されるのを保証するためには、スクリーン材料の描画時に、スクリーン材料のスキージ側から当該スクリーン材料の被印刷材側まで線状または点状の貫通孔、いわゆるインクチャネルが確実に貫通するようにしなければならない。かかるインクチャネルは、織物の糸によって途切れたりないしは遮断されたりしてはならない。よって、従来技術のインクチャネルは、織物糸の直径の倍数（少なくとも２倍から２．５倍）に等しい幅を有するように形成される。かかるスクリーン材料は、独国特許出願公開第１０２０１１０１６４５３号明細書に記載されている。

しかし、たとえば電子部品や太陽電池等にて必要とされるような、微細な線（約１０μｍから１００μｍ）や点を印刷する場合、インクチャネルが有することができる幅はごく僅かのみである。

それでもなお、スクリーン材料のスキージ側から被印刷材側へインクが流れるのを保証するためには、非常に微細なウェブ構造を有する織物が用いられる。かかる織物は、３００以上のメッシュ数（２５．４ｍｍあたりの網目の数）を実現できるように、３０μｍ未満の直径の糸を織ったものであることが多い。かかる微細なスクリーン材料の製造コストは高価であり、その安定性は悪い。
エレクトロフォーミングにより作製されたステンシルの場合、公知の６角形、４角形および丸形の幾何形状の孔は、特に微細に形成される。

本発明の課題は、十分な安定性を有し、微細な線ないしは点の印刷を可能にするスクリーン印刷ステンシルを実現することである。さらに、かかるスクリーン印刷ステンシルに描画できる方法を実現することも課題とする。

前記課題は、請求項１の構成を備えたスクリーン印刷ステンシルと、請求項７に記載の方法と、によって解決される。

本発明のスクリーン印刷ステンシルは、少なくとも１つのスクリーン状の織物層と、描画されたステンシル層とを有し、当該織物層はとりわけ、互いに角を成すように配置された織物糸を支持構造体として備えており、当該織物糸はとりわけ互いに直角に配置されている。ここでは、エレクトロフォーミングにより作製された例えばニッケル製のステンシル、および孔板または孔フィルム、たとえば特殊鋼箔も、スクリーン状の織物層とみなす。ステンシル層と織物層とは互いに結合されており、織物層の少なくとも一部はステンシル層に埋め込まれている。ステンシル層には、スクリーン印刷ステンシルのスキージ側から当該スクリーン印刷ステンシルの被印刷材側へのインクの流れを可能とするための貫通孔が設けられている。本発明では、各貫通孔がそれぞれ、スクリーン印刷ステンシルの被印刷材側において、当該スクリーン印刷ステンシルのスキージ側の開口より小さい開口すなわち小さい幅の開口を有することにより、インクに対する貫通孔としての、スキージ側から被印刷材側まで貫通する流路を成す。本発明では、スキージ側の貫通孔の開口は、場合によってはコーティングされている織物糸の糸径より大きい。被印刷材側の貫通孔の開口は、最大で、場合によってはコーティングされている織物糸の糸径に等しい。このことにより、特に微細な構造を印刷することができる。被印刷材側の貫通孔の開口は、場合によってはコーティングされている織物糸の糸径より格段に小さくすることもできる。各貫通孔は、インク線を印刷できるように、または個々の点のみを印刷できるように、ある程度の寸法を有する線状または点状とすることができる。印刷すべき画像に応じて、各貫通孔を織物糸と同一位置とすること、または織物糸に対して斜めの角度で配置すること、または平行にオフセットさせることができる。

かかるスクリーン印刷ステンシルにより、特に微細な線や点を印刷できるようにすることができるという利点が奏される。貫通孔の被印刷材側の開口が小さいことにより、特に微細な線幅を実現することができ、なおかつ、スキージ側の開口がより大きいことにより、インクの連続的な流れが保証され、これにより、線や点を連続的なインク塗布量により、すなわち一定の線高で印刷することができる。

かかる構成の各貫通孔は、「インクチャネル」とも称し得る。

本発明のスクリーン印刷ステンシルの有利な実施形態では、各１つの貫通孔が、複数の異なる構成のチャネル壁を有することができる。たとえば、斜行および／または段状および／または凸状および／または凹状のチャネル壁が有利であると考えられる。

スクリーン印刷ステンシルの織物層を、織られた鋼織物、特に特殊鋼製の鋼織物とする実施形態が特に有利であり、よって、かかる実施形態が優先的に使用される。これに代えて、ポリエステル織物を用いることもできる。さらに有利なのは、織物層に安定化用の金属コーティングを施すことである。この金属コーティングは、特にニッケルを含有するものである。織物層は、場合によってはカレンダ加工することができる。また、最大でワイヤ１本分の厚さまで非常に強くカレンダ加工することも、有利となり得る。有利には、ステンシル層はポリマーにより形成され、特にフォトポリマーすなわち感光性ポリマーにより形成される。これにより、特に簡単な描画を実現することができる。

本発明はまた、支持構造体としての少なくとも１つのスクリーン状の織物層と描画可能なステンシル層とを有するスクリーン印刷ステンシルの描画方法であって、描画時に当該ステンシル層に、スクリーン印刷ステンシルのスキージ側から被印刷材側へのインク流を可能にするための、「インクチャネル」と称し得る貫通孔を設ける描画方法に関する。本発明では、各貫通孔がスクリーン印刷ステンシルの被印刷材側において、スキージ側の開口より小さい開口を有するように、各貫通孔を形成する。これにより、上述の利点が奏される。

本発明の方法の有利な実施形態では、レーザを用いてステンシル層に描画する。このレーザが複数の異なる侵入深さを有するように、すなわち、ステンシル層の表面下の種々の距離まで作用するように、当該レーザを制御する。レーザにより、描画は、重合による硬化と、感光層の焼却除去（レーザ切除に似たもの）という２つの選択肢を含むこととなる。これに代えて、複数の膜マスクを用いて古典的な露光で、露光時間および露光強度を調整してステンシル層に描画することもできる。本方法の他の択一的な変形形態では、複数の異なる光スペクトルにより、すなわち、複数の異なる波長領域の光により、ステンシル層に描画する。こうするために、それぞれ感度が異なる複数のエマルション層からステンシル層を構成することができる。また、特殊な構成のマスクを用いて、たとえば、光透過率が局所的に異なる膜マスクを用いて、ステンシル層に描画することもできる。

本発明はまた、上述のスクリーン印刷ステンシルの作製用の、上述の方法を実施するためのスクリーン印刷ステンシル描画用の装置にも関する。

本発明の上述の発明および上述の有利な実施形態、すなわち複数の異なる構成のチャネル壁を設ける態様は、互いに組み合わされた場合にも、本発明の有利な実施形態となる。

濾過用にも、高度に微細な通路が必要とされる。たとえば、ポリマー膜には有利には、上述のスクリーンステンシルを使用することができる。かかる使用によって洗浄が簡単になり、逆流洗浄時の付着の減少に寄与する。

本発明の他の利点と、有利な実施形態の構造的および機能的観点については、従属請求項と、添付の図面を参照した本発明の実施例の説明とを参照されたい。

実施例
添付の図面に基づき、本発明をさらに詳細に説明する。図面中、互いに対応する構成要素や部品には、同一の符号を付している。図面を概観しやすくするため、実寸の比率通りの図示は控えている。

本発明のスクリーン印刷ステンシルの断面図である。 従来技術のスクリーン印刷ステンシルの断面図である。 本発明のスクリーン印刷ステンシルの一実施形態を示す図である。 本発明のスクリーン印刷ステンシルの別の実施形態を示す図である。 本発明のスクリーン印刷ステンシルの別の実施形態を示す図である。 本発明のスクリーン印刷ステンシルの別の実施形態を示す図である。 本発明のスクリーン印刷ステンシルの別の実施形態を示す図である。 本発明のスクリーン印刷ステンシルの別の実施形態を示す図である。 インクチャネルの平面図である。 点状の貫通孔を有するスクリーン印刷ステンシルの片面の平面図である。 点状の貫通孔を有するスクリーン印刷ステンシルのもう１つの片面の平面図である。 スクリーン印刷ステンシルの俯瞰図である。 ロータリスクリーン印刷用スクリーンとしてのスクリーン印刷ステンシルの使用を示す図である。

図６に、従来技術の織物層１を備えたスクリーン面材１０を示す。このスクリーン面材１０の片面には、フォトポリマー層２が設けられている（直接ステンシル）。これに対して代替的な、図示されていない他の１つの実施形態では、既に描画されたフィルムをスクリーン構造体１０上に被着することもできる（間接ステンシル）。かかる場合、ニッケルめっきされたスクリーン面材１０は織物１から構成される。このようにして種々の織物型が可能となる。

本発明のスクリーン印刷ステンシル１０にもなる上述のスクリーン面材１０は、ロータリスクリーン印刷において使用される。図７に、スクリーン面材１０を備えた、ロータリスクリーン印刷用の円筒スリーブ形状のスクリーン１００を示す。スクリーン面材１０は、具体的に示されていないエンドピースにより、その円筒形状で保持されている。スクリーン１００の内側に、インクをスクリーン面材１０に押し込んで通すための、スクリーン印刷ユニットのスキージが設けられており、このスキージは同図では見えない。スキージの向きは、スクリーン１００の回転軸に対して平行とすることができる。印刷時にスクリーン１００が回転する方向である、当該スクリーン１００の周方向Ｕは、双方向矢印により示されている。

図１に、本発明のスクリーン印刷ステンシル１０の断面の一部を示す。スクリーン印刷ステンシル１０は、織物層１の少なくとも一部をステンシル層２に埋め込んだものから成る。この織物層１はカレンダ加工されている。また本発明では、カレンダ加工されていない織物層１、または、より強くカレンダ加工された織物層１を用いることも可能である。ステンシル層２はフォトポリマーとすることができる。織物層１は、多数の織物糸６を互いに織り合わせたものにより構成される。図１の断面図では、３つの織物糸６と、これに対して直角に延在する２つの織物糸６とが示されている。

スクリーン印刷ステンシル１０は被印刷材側４とスキージ側５とを有する。スキージ側５にはインク貯蔵部が設けられており、これは、スクリーン印刷ステンシル１０のスキージ側５にある、図示されていないスキージにより塗布される。インクチャネルを成す貫通孔３を通って、インク３０がスクリーン印刷ステンシル１０の被印刷材側４に到達し、ここで被印刷材２０と接触する。被印刷材２０にインク３０を高品質で印刷できるようにするためには、スクリーン印刷ステンシル１０の貫通孔３を通るインク流Ｆが良好である必要がある。特に微細な点およびインク線３０を被印刷材２０に印刷できるように、すなわち、印刷可能な線幅ａを特に小さく実現するためには、スクリーン印刷ステンシル１０の被印刷材側４の開口９の幅を小さくしなければならない。

こうするためには、スクリーン印刷ステンシル１０の貫通孔３は、以下説明する構成を有する。スキージ側５の開口９の幅ｌは、被印刷材側４の開口９の幅ｄより大きい。すなわち、ｄ＜ｌを満たす。また、スキージ側開口９の幅ｌは、コーティングされた織物糸６の糸径Ｄより大きい。それに対して被印刷材側開口の幅ｄは、コーティングされた織物糸６の糸径Ｄより小さい。すなわち、ｌ＞Ｄ＞ｄを満たす。かかる構成により、インク３０のインク流がチャネル壁８と織物糸６との間を通って、スキージ側５から被印刷材側４へ特に確実に、連続的に生じることが保証される。

図１に示されたような本発明のスクリーン印刷ステンシル１０と、従来技術のスクリーン印刷ステンシルと、の相違点を分かりやすくするため、図２に従来技術のスクリーン印刷ステンシル１０を示す。この公知のスクリーン印刷ステンシルは、その寸法にわたって一定の幅の、実に広幅の貫通孔３を、インクチャネルとして有する。かかる構成により、確かに良好なインク流Ｆが生じることが保証されるが、印刷可能な線幅ａは制限されるので、被印刷材２０に印刷できるインク線３０が比較的広幅になってしまう。この印刷可能な線幅ａは、貫通孔３の開口９の被印刷材側の幅ｄから求められ、この幅ｄは、スキージ側開口９の幅ｌとほぼ等しい。すなわちｄ≒ｌを満たす。ここでは、スキージ側開口９の幅ｌは、コーティングされた織物糸の糸径Ｄの複数倍である。すなわち、ｌ＞＞Ｄを満たす。

図１のスクリーン印刷ステンシル１０の実施例では、貫通孔３のチャネル壁８は斜行した構成となっているのに対し、図３ａから図３ｆでは、これに代わる他の択一的な幾何形状のチャネル壁８を示しており、かかる幾何形状も同様に有利であると考えられる。たとえば、チャネル壁８は図３ａの構成では、凹状に形成されている。図３ｂの実施形態では、チャネル壁８は凸状に形成されている。図３ｃの実施形態では、チャネル壁８は図１の構成と同様に実質的に斜行した構成となっているが、当該チャネル壁８の、貫通孔３の被印刷材側の端部領域における形状は、スクリーン印刷ステンシル１０の表面に対して直角に延在するものとなっている。図３ｄの構成のチャネル壁８は、段状ないしは階段状の幾何形状を有する。また、チャネル壁８の段数は、図３に示された１段のみより多くすることもできる。図３ｅに示されているように、チャネル壁８の形状を自由形状線とすること、すなわち、全く任意の幾何形状とすることもできる。また図３ｆに示されているように、両チャネル壁８それぞれに異なるチャネル壁構成を組み合わせたものを使用することも可能である。よって、特に図１および図３ａから図３ｅに示された幾何形状の変形態様を互いに組み合わせることができる。

図４は、スキージ側５から見た貫通孔３の平面図である。この貫通孔は、線を印刷するために線状のインクチャネル３として形成されている。
それに対して図５は、点状の貫通孔３を有するスクリーン印刷ステンシル１０を、当該スクリーン印刷ステンシルの両面から見た平面図であり、図５ａは被印刷材側４から見た図であり、図５ｂはスキージ側５から見た図である。被印刷材側に直径ｄを有する点状の貫通孔３のおかげで、直径ａの微細な点を印刷することができる。

１ 織物層
２ ステンシル層
３ インクチャネルとしての貫通孔
４ 被印刷材側
５ スキージ側
６ 織物糸
７ コーティング
８ チャネル壁
９ ステンシル層の開口
１０ スクリーン印刷ステンシル
２０ 被印刷材
３０ インク（インク線、インク点）
１００ ロータリスクリーン印刷用スクリーン
ａ 印刷可能な線幅（インク線幅ないしはインク点径）
ｄ 被印刷材側開口の幅
ｌ スキージ側開口の幅
Ｄ 織物糸の糸径
Ｕ 周方向
Ｆ インク流

Claims (8)

1. 支持構造体としての少なくとも１つのスクリーン状の織物層（１）であって、互いに角を成すように配置された複数の織物糸（６）を有する織物層（１）と、
   描画されたステンシル層（２）と、
   を有するスクリーン印刷ステンシル（１０）であって、
   前記ステンシル層（２）と前記織物層（１）とは、互いに結合されており、
   前記ステンシル層（２）には、貫通孔（３）が設けられており、
   各貫通孔（３）がそれぞれ、前記スクリーン印刷ステンシル（１０）の被印刷材側（４）において、前記スクリーン印刷ステンシル（１０）のスキージ側（５）の開口より小さい開口（９）を有し、貫通するチャネルを成す、スクリーン印刷ステンシル（１０）において、
   前記スキージ側（５）の開口（９）は、１つの織物糸（６）の糸径（Ｄ）より大きく（ｌ＞Ｄ）、
   前記被印刷材側（４）の開口（９）は、最大で、１つの織物糸（６）の糸径（Ｄ）に等しい（ｄ≦Ｄ）、
   スクリーン印刷ステンシル（１０）。
2. 各貫通孔（３）は、線状または点状のインクチャネルを成す、
   請求項１記載のスクリーン印刷ステンシル。
3. 各貫通孔（３）は、それぞれ、少なくとも１つの斜行および／または段状および／または凸状および／または凹状のチャネル壁（８）を有する、
   請求項１または２記載のスクリーン印刷ステンシル。
4. 前記織物層（１）は、鋼織物であり、特殊鋼製である、
   請求項１から３までのいずれか１項記載のスクリーン印刷ステンシル。
5. 前記織物層に、金属コーティング（７）が施されており、
   前記金属コーティングは、ニッケルを含有する、
   請求項１から４までのいずれか１項記載のスクリーン印刷ステンシル。
6. 前記ステンシル層（２）は、ポリマーまたはフォトポリマーにより形成される、
   請求項１から５までのいずれか１項記載のスクリーン印刷ステンシル。
7. 支持構造体としての少なくとも１つのスクリーン状の織物層（１）であって、互いに角を成すように配置された複数の織物糸（６）を有する織物層（１）と、
   描画可能なステンシル層（２）と、
   を有するスクリーン印刷ステンシル（１０）の描画方法であって、
   描画時に前記ステンシル層（２）に、前記スクリーン印刷ステンシル（１０）のスキージ側（５）から被印刷材側（４）へのインク流れ（Ｆ）を可能にするための貫通孔（３）を設ける描画方法において、
   各貫通孔（３）が前記スクリーン印刷ステンシル（１０）の被印刷材側（４）において、スキージ側（５）の開口より小さい開口（９）を有するように、各貫通孔（３）を形成し、
   前記スキージ側（５）の開口（９）は、１つの織物糸（６）の糸径（Ｄ）より大きく（ｌ＞Ｄ）、
   前記被印刷材側（４）の開口（９）は、最大で、１つの織物糸（６）の糸径（Ｄ）に等しい（ｄ≦Ｄ）、
   描画方法。
8. レーザを用いて前記ステンシル層（２）に直接描画するか、または、複数の異なる光スペクトルを用いて、もしくは、複数の異なる膜マスクを用いて、露光を適応調整しながら、もしくは、特殊な構成の膜フィルムを用いて露光することにより、前記ステンシル層（２）に描画する、
   請求項７記載のスクリーン印刷ステンシルの描画方法。

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