JP6415471B2 - レーザ加工用多孔質印材およびこれを用いた多孔質印版、並びにその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、連続押出成形が可能なレーザ加工用多孔質印材、および、これを用いた多孔質印版、並びにその製造方法に関する。

インク内蔵スタンプやインク浸透印の印面は、連続気泡を有する多孔質印材によって形成される。多孔質印材の材質としては、一般に、ＮＢＲ（ニトリルゴム）等の加硫ゴムや熱硬化性樹脂が使用される。また、特許文献１，２には、熱可塑性樹脂を印材に用いることが記載されている。さらに、熱可塑性樹脂に耐熱性を高めるため架橋剤を加えたものも知られている。印材として、加硫ゴムや熱硬化性樹脂、架橋剤を加えた熱可塑性樹脂を用いる場合、印版の製作には、通常、プレス成形法が採用される。架橋しない熱可塑性樹脂を印材に用いる場合は、印版を製作するのに押出成形法が採用可能である。

多孔質印材で製作した印版材料の表面に所望の印面（印影）を形成する手段として、レーザビーム照射による加工が従来行われている。ＮＢＲ等の加硫ゴム素材は、精度の高いレーザ加工が可能であるが、加工時に異臭を発生するため、加工設備に排気装置を付設することが必要である。また加工後の印面上に滓が付着するので、印面の洗浄が必要であるという問題を有している。

架橋剤を含まない熱可塑性樹脂の多孔質印材は、押出成形が可能であるが、レーザ加工には適していない。その理由は、レーザビームを照射した部分の樹脂が燃焼蒸発する前に、照射箇所およびその周辺の樹脂が溶融してしまうため、シャープなエッジ（明確な輪郭）を有する印面を形成するのが不可能であるからである。このような印版で製作したインク内蔵スタンプの印影は必要以上に細くなり、輪郭がぼやける。また、レーザ照射によって印材が溶融してしまう結果、印版の目詰まり現象を招くおそれもある。

特許文献３に、熱可塑性樹脂を印材に用いて、レーザ加工を可能にする技術が記載されている。特許文献３の技術は、レーザ加工で印版を製造する際、主に熱可塑性物質で構成した多孔質印材に、あらかじめ水等の液状物質を含ませておくことによって、通常のレーザ加工を可能にするというものである。

特許文献３の多孔質印材は、２０質量％以上の熱可塑性物質と、ゴム状弾性物質と、多くはないが加硫剤とを構成要素として含んでいる。熱可塑性物質は、熱可塑性樹脂または熱可塑性エラストマーである。多孔質印材の孔内に含ませる液状物質は、水、グリセリン、エチレングリコール、プロピレングリコール、メチルアルコール、エチルアルコール、水を主体にした水性インキなどである。

特許文献３の技術は、熱可塑性物質がレーザ加工時の熱の伝播による影響を受けて、印影形成が不良になるという問題を、あらかじめ多孔質の孔内に水等の液状物質を含ませることによって解決する。特許文献３には、この技術により、熱可塑性樹脂の印材に対し通常のレーザ加工が可能であり、シャープな印影が得られ、加工時に異臭などの発生もなく、加工時に発生する滓が、溶融した熱可塑性物質中に取り込まれることにより表面に残留しないので、加工後の洗浄が不要であり、加工後の印面状態も良好である、という効果を奏すると記載されている。

特開２０００−６５０９号公報 特開２０００−３３５０６８号公報 特開２００２−３６１９９２号公報

多孔質印材として一般的なＮＢＲ等の加硫ゴム素材は、レーザ加工時に異臭を発生させる問題、および、加工後の印面上に滓が残存するという問題がある。
特許文献１，２に記載されるような架橋剤を含まない熱可塑性樹脂の多孔質印材は、レーザ加工ができないという問題がある。
特許文献３の技術は、熱可塑性樹脂を印材に用いてレーザ加工を可能にするが、多孔質印材にあらかじめ水等の液状物質を含ませる工程が必要であるため、生産能率が悪く、また、液状物質を含ませるための設備が必要なので、製造コストを増大させるという問題がある。
さらに、加硫ゴムや特許文献３の熱可塑性樹脂は架橋されるため、これらを印材として用いる印版は、プレス成形でしか製造できず、押出成形法による製造が不可能であるという問題がある。

本発明の目的は、成形材料を架橋することなく、連続的に押出成形することが可能な熱可塑性樹脂によるレーザ加工用多孔質印材およびこれを用いた多孔質印版、並びにその製造方法を提供することである。

前記目的を達成するための請求項１に係る本発明は、熱可塑性樹脂と、熱可塑性樹脂１００重量部に対し５０−２５０重量部の水酸化化合物とを含み、気孔径が１０−６０μｍである連続孔を有する多孔質体からなり、水酸化化合物の脱水開始温度が１００−５００℃であることを特徴とする多孔質印材である。

請求項２に係る本発明は、前記水酸化化合物は、水酸化アルミニウムまたは水酸化マグネシウムである請求項１に記載の多孔質印材である。

請求項３に係る本発明は、前記水酸化化合物は、平均粒径が５μｍ以下である請求項１または２に記載の多孔質印材である。

請求項４に係る本発明は、請求項１−３のいずれか１項に記載の多孔質印材を用いて製作されたことを特徴とする多孔質印版である。

請求項５に係る本発明は、
ａ）少なくとも熱可塑性樹脂１００重量部と、脱水開始温度が１００−５００℃である水酸化化合物５０−２５０重量部と、平均粒径が１０−６０μｍである水溶性形孔材とを含む材料を混合して混合材料を得る工程、
ｂ）得られた混合材料を用いて、押出成形法により押出成形体を得る工程、
ｃ）得られた押出成形体を水系溶媒で処理して水溶性形孔材を溶出させることにより、気孔径が１０−６０μｍである連続孔を有する多孔質印材を得る工程、
ｄ）得られた多孔質印材を用いて、レーザ加工法により、印版を製作する工程、
よりなることを特徴とする多孔質印版の製造方法である。

請求項１に係る本発明は、熱可塑性樹脂を含む多孔質印材において、熱可塑性樹脂１００重量部に対し、５０−２５０重量部の水酸化化合物を含み、水酸化化合物の脱水開始温度が１００−５００℃であることを特徴とするものである。本発明では、水酸化化合物が熱可塑性樹脂に対し適量存在し、かつ水酸化化合物の脱水開始温度は、熱可塑性樹脂が溶融または蒸発する温度に近い温度に設定されている。したがって、本発明の多孔質印材を用いてレーザ加工法により印版を製作すると、レーザを照射した部分において、熱可塑性樹脂が蒸発するとともに、水酸化化合物が脱水分解し、その際の吸熱反応と水の気化反応とによって、周囲の昇温を抑制する。その結果、レーザ照射部分以外の熱可塑性樹脂の溶融が抑制され、輪郭の明確な印面を確実に形成することができる。

請求項２に係る本発明は、前記水酸化化合物として、安価で入手の容易な水酸化アルミニウムまたは水酸化マグネシウムを選択したので、本発明を低コストで実現することが可能である。特に水酸化アルミニウムは、熱分解による脱水開始温度が１８０℃程度の低温であり、低融点の熱可塑性樹脂に対応できる利点がある。他方、水酸化マグネシウムは、脱水開始温度が約４００℃の高温であり、高融点の熱可塑性樹脂に用いることができる。

請求項３に係る本発明は、水酸化化合物を、平均粒径が５μｍ以下の微粒子とすることにより、熱可塑性樹脂からなる印材の基体と確実に一体化することができる。水酸化化合物の平均粒径は、小さいほど好ましく、１μｍ以下とするが望ましい。水酸化化合物の平均粒径が５μｍより大きくなると、成形後の水系溶媒による形孔材の溶出処理の際に、水酸化化合物が溶出する可能性がある。

請求項４に係る本発明は、請求項１−３のいずれか１項に記載の多孔質印材を用いて製作された印版であるから、レーザ加工法を用いて、輪郭が明確に形成された印版とすることができる。

請求項５に係る本発明は、少なくとも熱可塑性樹脂１００重量部と、脱水開始温度が１００−５００℃である水酸化化合物５０−２５０重量部と、平均粒径が１０−６０μｍである水溶性形孔材とを含む材料を混合して得た混合材料を用い、架橋反応を含まないから、連続的な押出成形が可能である。そして、押出成形法により得られた押出成形体を、水系溶媒で処理して水溶性形孔材を溶出させ、気孔径が１０−６０μｍである連続孔を有する多孔質印材を得、この多孔質印材を用いて、レーザ加工法により印版を製作する。得られた多孔質印材は、含有される水酸化化合物によって、レーザ照射部分以外の熱可塑性樹脂の溶融が抑制されるから、輪郭の明確な印面を確実に形成することができる。

図（Ａ）は、本発明に係る多孔質印材を用いて製作した印版の印面の一例を示す図、図（Ｂ）は、印版の拡大断面図である。 図１の図（Ａ）におけるＴ１の幅寸法およびＴ２の幅寸法について、水酸化アルミニウムの配合量を変化させたときの測定値を示す表である。

本発明に係る多孔質印材は、熱可塑性樹脂と、熱可塑性樹脂１００重量部に対し５０−２５０重量部の水酸化化合物とを含み、気孔径が１０−６０μｍである連続孔を有する多孔質体からなり、水酸化化合物の脱水開始温度が１００−５００℃であることを特徴とする。

熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂、エチレンビニルアルコール重合体（ＰＥＶＡ）、エチレンーグリシジルメタクリレート共重合体（ＰＥＧＭ）等が用いられるが特に限定はされない。

水酸化化合物としては、水酸化アルミニウム（脱水開始温度約１８０℃）、水酸化マグネシウム（脱水開始温度約４００℃）などの金属水酸化物が好適であるが、脱水開始温度が１００−５００℃であれば、これらに限定されるものではない。また、水酸化アルミニウムと水酸化マグネシウムとを組み合わせるなど、複数の水酸化化合物を併用することも可能である。

水酸化化合物は、レーザ加工時のレーザ照射によって、吸熱反応を伴う熱分解を起こすとともに、それによって生成する水が水蒸気に気化する際に気化熱を吸収するから、周囲の温度上昇を抑制して、レーザ照射部分以外の熱可塑性樹脂が溶融するのを防止する。

熱可塑性樹脂１００重量部に対する水酸化化合物の配合量を５０−２５０重量部としたのは、５０重量部未満であると、熱可塑性樹脂に対する存在量が不足し、レーザ加工時の熱を十分に吸収することができなくなるので、レーザ照射部周囲の熱可塑性樹脂の溶融を防止できないからである。反対に、配合量が２５０重量部を超えても、熱吸収効果は変わらないだけでなく、あまり大量に配合すると、印面の加工精度を低下させるおそれがあるからである。

水酸化化合物の平均粒径は、５μｍ以下、好ましくは１μｍ以下とする。粒径が小さいほど、基体である熱可塑性樹脂との一体化が確実になり、後述する水系溶媒による処理の際に、脱落しにくくなる。

形孔剤は、高分子樹脂には溶解しないが、水系溶媒には溶解する粒子状の水溶性高分子物質を用いる。また、形孔剤の融点は、後述する混練工程や押出成形工程における加熱温度よりも高いことが望ましい。このようなものには、例えばペンタエリスリトール（２．２−ジヒドロキシメチル−１．３−プロパンジオール）等の多価アルコール樹脂、コーンスターチ、コムギ澱粉やジャガイモ澱粉等の澱粉、アスパルテームやサッカリンなどの人工甘味料、ヘミセルロース等の多糖類の他、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の酸可溶性無機化合物、食塩などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。形孔材は、１種を単独で用いてもよいが、２種以上を用いることも可能である。

形孔剤の平均粒径は１０−６０μｍとする。これにより、多孔質印材の気孔径を、印材として最適な１０−６０μｍとすることができる。形孔材の配合量は特に限定されないが、得ようとする多孔質印材の空隙率に応じて調整される。たとえば、空隙率を４−８０％とする場合、形孔材を、熱可塑性樹脂１００重量部に対し、２５０−４５０重量部配合するのが好ましい。

必要に応じ、形孔助剤が配合される。形孔助剤は、形孔剤の水溶出時間を短縮するために用いられるものであって、沸点が高く、少量で樹脂の流動性を向上させることができ、被熱減量の小さいものが好ましい。そのようなものとしては、多価アルコールの単量体又は重合体、具体的にはポリエチレングリコール等のポリアルキレングリコールやジエチレングリコールが挙げられる。これらは形孔剤の水溶出時間を短縮するだけでなく、樹脂の可塑度を向上させる作用、インクの浸透速度を速める作用をも有している。形孔助剤の配合量も特に限定されないが、熱可塑性樹脂１００重量部に対し３０−１５０重量部配合するのが好ましい。３０重量部未満では形孔助剤配合による効果が得られず、１５０重量部を超えて配合しても効果の増大は認められないからである。

さらに、可塑剤を同時に配合することも可能である。可塑剤は、多孔質印材の膨張率を小さくする作用がある。したがって、可塑剤の配合により、多孔質印材のインク吸収後の膨張率が小さくなり、印面の膨らみ、たわみを減少させるので好ましい。可塑剤として具体的には、フタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）、アジピン酸ジオクチル（ＤＯＡ）、ヴルカノール等が用いられる。可塑剤を用いる場合、熱可塑性樹脂１００重量部に対し５−３０重量部配合される。

さらに必要に応じて、顔料を配合してもよい。顔料により、印面を所望の色で着色したり、印面の画像部分と非画像部分とを色分けしたりすることが考えられる。

次に、本発明に係る多孔質印材の製造方法を説明する。はじめに、熱可塑性樹脂１００重量部、脱水開始温度が１００−５００℃である水酸化化合物５０−２５０重量部、平均粒径が１０−６０μｍである水溶性形孔材、および所望により形孔助剤を準備し、これらを混練して、混合材料を得る。混練温度は特に限定されず、使用する熱可塑性樹脂の種類に応じて適宜設定され、通常１３０−１８０℃で行われる。

次に、混練して得られた混合材料を、押出成形機により押出成形する。本発明では、従来の多孔質印材が製造に必要としていた架橋工程を含まないから、混合材料の連続的な押出成形か可能である。押出成形体の形状は特に限定されないが、通常はシート状である。

押出成形工程中、混合材料は、可塑性を維持するために加熱されるが、この加熱温度は、配合した水酸化化合物の熱分解温度より低いことが必要である。したがって、押出成形機内での混合材料の保持温度および押出温度は、熱可塑性樹脂の軟化温度以上で、水酸化化合物の熱分解温度未満の範囲内で設定される。

続いて、得られた押出成形体は、必要に応じ適宜寸法に裁断されたのち、水系溶媒で処理して、水溶性の形孔材を溶出させる。水系溶媒としては、水、温水、水可溶性低級脂肪族アルコール、稀酸水、稀アルカリ水等が挙げられる。通常は、水または温水が好ましい。なお水系溶媒として、酸やアルカリを用いる場合には、なるべく低濃度で使用することが望ましい。なお水系溶媒による処理とは、押出成形体を水系溶媒に浸漬して撹拌する処理、または、流動する水系溶媒中に押出成形体を浸漬する処理などが考えられる。

水系溶媒による処理により、押出成形体中から形孔材および形孔助剤が溶出し、熱可塑性樹脂と水酸化化合物とを主体とし、連続孔を有する多孔質体からなる多孔質印材が製作される。形孔材の平均粒径が１０−６０μｍであるので、多孔質体の気孔径を１０−６０μｍに形成することができる。多孔質体の平均気孔径は、水銀圧入法による細孔分布測定や、窒素ガス吸着装置によるガス吸着法などにより求めることができる。

こうして得られた多孔質印材は、脱水処理、乾燥処理を施したのち、レーザ加工による印版の製作に供される。レーザ加工工程において、多孔質印材におけるレーザビームが照射された部分では、熱可塑性樹脂が熱により蒸発するとともに、水酸化化合物が熱分解して脱水反応を生じさせる。このとき、水酸化化合物の熱分解時の吸熱反応と、生成した水の気化反応とが生じることにより、レーザ照射部分の周囲の昇温を抑制して、周囲部分の熱可塑性樹脂が溶融するのを阻止する。その結果、熱可塑性樹脂の溶融部分と非溶融部分との境界が明瞭になるので、輪郭の明確な印面を確実に形成することができる。

従来のレーザ加工用印材は、耐熱性を高めるための架橋処理が施された熱可塑性樹脂や、耐熱性の高い加硫ゴムなどを使用している。このため、印面形成用のレーザビームを照射したときに、印材が燃焼蒸発して、異臭のあるガスや煙を発生させることが多い。この発生ガスは、人体に悪影響を及ぼしたり、機械・装置などを腐食させたりするおそれがある。また、印材の燃焼滓が発生する。したがって従来の印材のレーザ加工設備には、ガスや煙の排気装置や、燃焼滓の除去装置が必要であり、設備コストの増大をもたらしている。

これに対し本発明の多孔質印材は、熱可塑性樹脂と水酸化化合物とを主体とし、架橋反応を伴わないから、レーザ加工時にガスや煙をほとんど発生させず、滓の飛散もほとんど生じない。よって本発明は、排気装置や滓の除去装置を不要または簡略化することが可能であるから、レーザ加工設備の周辺を簡素化することができるとともに、製造設備コストの低減化がもたらされるという利点を有している。

また本発明に係る多孔質印材は、架橋反応を伴わないので、たとえば押出成形時に発生した不良品を、リターン材として再利用することが可能である。よって、製造工程における廃棄量を減少させることができ、その結果、生産コストの軽減がもたらされるとともに、廃棄物の発生量を抑制して、環境に対する負荷を低減させることができる。

［実施例１］
熱可塑性樹脂としてオレフィン系エラストマー２ｋｇと、水酸化化合物として水酸化アルミニウム３．２ｋｇと、気孔材７．５ｋｇと、形孔助剤としてポリエチレングリコール１．７ｋｇとを、１０リッターニーダー設定１５０℃で１５分混錬し、２軸押出機にてペレット状に成形した。成形したペレットを、押出成形機にて、押出速度５０ｋｇ／時、シリンダー温度１３０℃以下の条件で押出成形し、シート状の押出成形体を得た。得られたシート状押出成形体を、４０℃の温水を用い、水中の気孔材の濃度が検出不可になるまで攪拌しながら洗浄した。次いで、ローラーで脱水後、乾燥機で４０℃の温風で乾燥し、オレフィン系エラストマーと水酸化アルミニウムとを主体とする多孔質体から成る多孔質印材を製作した。

得られた多孔質印材は、気孔径が１７μｍである連続孔を有していた。

［実施例２］
実施例１に従って製作した本発明に係る多孔質印材について、水酸化アルミニウムの配合比率と、レーザ加工により形成した印面の輪郭の明確性との関係を調べた。
試験方法は、水酸化アルミニウムの配合量が異なる多孔質印版を複数製作し、各多孔質印版において、レーザ照射により、図１の図（Ａ）（Ｂ）に示すように、幅１ｍｍ、高さ１ｍｍを目標とする凸版のＴ字を形成する。そして、実際に製作された印面におけるＴ字の横線のｔ１断面における幅寸法Ｔ１（表面のフラット量）および縦線のｔ２断面における幅寸法Ｔ２（表面のフラット量）を計測した。

この試験では、目的とするＴ字部分の周囲の多孔質印材を、レーザ照射により蒸発させて、印面を形成する。印面がレーザ照射による熱の影響を受ける場合は、レーザ照射部分と非照射部分との境界部分においても熱可塑性樹脂が溶融し、両者の境界の輪郭が曖昧になると考えられる。したがって、印面表面のフラット量Ｔ１，Ｔ２の値が１ｍｍに近いほど、レーザ照射による熱の影響を受けず、輪郭がより明確であると判定することができる。

試験結果は図２の表に示すとおりである。なお表中の水酸化アルミニウムの比率（％）は、熱可塑性樹脂１００重量部に対する配合量の値である。水酸化アルミニウムを配合しない比較例（０％）では、レーザ照射の熱によって非照射部分も同時に溶融し、印面をほとんど形成することができなかった。水酸化アルミニウムを５０重量部配合することにより、印面に非溶融部分が残存することから、レーザ非照射部分への熱の影響を緩和できることが示される。そして、水酸化アルミニウムの配合量を１５０重量部以上とすることにより、レーザ非照射部分に対する熱の影響を阻止する効果が顕著になり、２５０重量部配合することによって、この効果が上限に達することが理解される。

［その他の実施例］
前記実施例は、オレフィン系エラストマーに対し、水酸化アルミニウムを配合して、レーザ照射による熱の影響を緩和するものであるが、熱可塑性樹脂の種類に応じて、他の水酸化化合物を使用することが可能である。たとえば、融点が高い各種のエンジニアリング・プラスチックなどの熱可塑性樹脂に対しては、水酸化マグネシウムなどの脱水開始温度が高い水酸化化合物を使用すればよい。

また前記実施例では、多孔質印材を押出成形法により製造したが、射出成形、ブロー成形、カレンダー成形など、熱可塑性樹脂の一般的な成形法を採用することが可能である。

本発明に係る多孔質印材は、スタンプの印版に用いられるほか、インク浸透印の印版、プリント基板へのエッチング用部材、ゴムや金属への精密プライマー処理用部材、印刷機のプリンタヘッドなどにも使用することができる。

Claims (5)

1. 熱可塑性樹脂と、熱可塑性樹脂１００重量部に対し５０−２５０重量部の水酸化化合物とを含み、気孔径が１０−６０μｍである連続孔を有する多孔質体からなり、水酸化化合物の脱水開始温度が１００−５００℃であることを特徴とする多孔質印材。
2. 前記水酸化化合物は、水酸化アルミニウムまたは水酸化マグネシウムである請求項１に記載の多孔質印材。
3. 前記水酸化化合物は、平均粒径が５μｍ以下である請求項１または２に記載の多孔質印材。
4. 請求項１−３のいずれか１項に記載の多孔質印材を用いて製作されたことを特徴とする多孔質印版。
5. ａ）少なくとも熱可塑性樹脂１００重量部と、脱水開始温度が１００−５００℃である水酸化化合物５０−２５０重量部と、平均粒径が１０−６０μｍである水溶性形孔材とを含む材料を混合して混合材料を得る工程、
   ｂ）得られた混合材料を用いて、押出成形法により押出成形体を得る工程、
   ｃ）得られた押出成形体を水系溶媒で処理して水溶性形孔材を溶出させることにより、気孔径が１０−６０μｍである連続孔を有する多孔質印材を得る工程、
   ｄ）得られた多孔質印材を用いて、レーザ加工法により、印版を製作する工程、
   よりなることを特徴とする多孔質印版の製造方法。

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