JP6890408B2 - 印刷装置 - Google Patents

Description

本発明は、印刷装置に関する。

近年、電子デバイスを印刷方式にて製造する技術が開発されている。なかでも、電子デバイスを１０ミクロン以下といった高解像度で印刷する手法として、反転印刷法（リバースオフセット）が検討され、印刷機の開発が進められている。

印刷機で高精度な印刷を行うには、印刷圧力の均一化を図る必要がある。従来は、印刷ニップ（押し当ての意味であり、以下の明細書中または図中で「ＮＩＰ」と表示する場合がある）の押込み量を一定にすることで印刷圧力の均一化を実現していた場合があった（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２０００−０９８７６９号公報 特開２００２−０３６５１２号公報 特開２０１１−０５６７７８号公報

しかしながら、印刷ニップの押込み量を一定としても、ニップ先の平面度（対平板）や円筒度（対ロール）の不均一性により印刷圧力にばらつきが生じることがある。また、印刷ニップの押込み力を一定としても、ニップ動作を補助するガイド（直線ガイド）で摺動抵抗（移動抵抗）が発生し、印刷圧力にばらつきが生じることがある。

本発明は、印刷ニップの押込み力のばらつきを減少させて印刷圧力の均一化を図った印刷装置を提供することを目的とする。

かかる課題を解決するべく、本発明は、ロールツーロール方式にて基材に印刷を行う装置であって、
印刷用のインクを供給するインク供給部材と、
該インク供給部材から供給され表面に塗付されたインクの一部を前記基材に転写するブランケット胴と、
該ブランケット胴の表面に塗付された前記インクの一部を除去する版胴と、
前記ブランケット胴が固定される台座と、
前記版胴を支持し、該台座上を移動するスライダーと、
該スライダーの前記台座に対する移動抵抗を低減させる移動抵抗低減装置と、
前記版胴に前記ブランケット胴へのニップ圧を作用させる版胴ニップ装置と、
を備える印刷装置である。

この印刷装置においては、移動抵抗低減装置の作用により、台座に対するスライダーの移動抵抗が低減していることから、印刷ニップの押込み力のばらつきが抑えられて減少しやすい。これによれば、印刷圧力の均一化を図ることができる。

つまり、これまでのように押込み量をパラメーターにして位置制御しようとすると印刷圧力にばらつきが生じるのは上述したとおりであるが、これに対し、スライダーの移動抵抗を低減した構成の印刷装置によれば、外因による印刷圧力のばらつきが吸収されて少なくなり、印刷圧力を均一化することが可能となる。この結果、印刷の品質が向上する。

印刷装置における前記版胴ニップ装置は、前記ニップ圧をパラメーターとして前記スライダーへ押圧力を制御するものであってもよい。

前記移動抵抗低減装置は、前記スライダーを前記台座から浮かせるエア吹出装置であってもよい。

前記版胴ニップ装置は、力点を介して前記スライダーを押圧するものであってもよい。

この印刷装置においては、前記力点が、前記版胴の回転軸と同じ高さに配置されていてもよい。

前記スライダーに、前記台座に対してエアを吹き出すエア吹出口が設けられていてもよい。

前記スライダーが、エアパッド又はエアガイドを含むものであってもよい。

前記エア吹出口は、前記スライダーの移動方向に垂直な対称軸を中心にして線対称に配置されていてもよい。

印刷装置は、前記版胴を前記ブランケット胴に近づけまたは前記ブランケット胴から離す方向にのみ前記スライダーを案内するガイド部材をさらに備えていてもよい。

前記ガイド部材は、前記ブランケット胴の回転軸と垂直な方向に前記スライダーを案内するものであってもよい。

前記エアパッドは、前記スライダーおよび該スライダーに積載される装置の重心から等距離に配置されていてもよい。

本発明によれば、印刷ニップの押込み力のばらつきを減少させて印刷圧力の均一化を図ることができる。

反転印刷装置の構成例を示す図である。 印刷装置の部分拡大図であって、クリーニングフィルムからなる版洗浄部材である構成を示す図である。 ロールツーロール印刷装置を構成する各装置と、基材（フィルム）の搬送経路の概要を示す図である。 印刷装置におけるスライダー（版胴支持部材）の移動抵抗低減装置の構成例を示す前方右側上方からの斜視図である。 印刷装置におけるスライダー（版胴支持部材）の移動抵抗低減装置の構成例を示す後方右側上方からの斜視図である。 印刷装置におけるスライダー（版胴支持部材）の移動抵抗低減装置の構成例を示す後方左側上方からの斜視図である。 印刷装置におけるスライダー（版胴支持部材）の移動抵抗低減装置の構成例を示す前方左側上方からの斜視図である。 版胴とその駆動源の構成例を示す前方から見た図である。 図８に示す装置の側面図である。 図８に示す装置の平面図である。 版胴ニップ装置の構成例を示す図である。 エアパッドの斜視図である。 ガイド部材およびエアガイドの斜視図である。 ガイド部材およびエアガイドの正面図である。 印刷装置の試作前におけるスライダー移動抵抗の目標値と、試作後の達成値とを示す表である。 （Ａ）従前の印刷装置（商用ＮＩＰ）における版胴移動装置の移動抵抗と、（Ｂ）本発明の実施例における印刷装置のスライダーの移動抵抗と、を示すグラフである。 本発明の実施例における印刷装置の印圧のばらつきを示すグラフである。

以下、図面を参照しつつ本発明を適用したロールツーロール印刷装置の好適な実施形態を詳細に説明する（図１〜図１４参照）。

ロールツーロール印刷装置１は、繰出装置２、反転印刷装置３、巻取装置４などで構成される装置である（図３参照）。ロールツーロール印刷装置１においては、まず、ロール状となっている基材Ｂを繰出装置２によって繰出し、各種ローラー５等からなる搬送装置で反転印刷装置３に搬送し、反転印刷を行う。印刷後、基材Ｂを搬送装置で巻取装置４まで搬送し、ロール状に巻き取る。

基材Ｂは、例えば可撓性フィルムで構成されており、反転印刷装置３においてその表面に印刷される。当初、基材Ｂは巻かれてロール状になっており、繰出装置２によって該ロールから繰り出され、所定の経路に沿って印刷工程へと送り込まれ（図１中の矢印参照）、反転印刷装置３によってインクパターンが転写されて印刷される。印刷工程を経た後は、特に図示はしていないが、乾燥工程、張力検出工程などを経て、巻取装置４でロール状に巻き取られる。

反転印刷装置３は、基材Ｂに印刷をする装置である。本実施形態の反転印刷装置３は、インク供給部材２０、ブランケット胴３０、版胴４０、版洗浄部材５０を備えており（図１参照）、さらに、圧胴６０等を備えている（図２参照）。

インク供給部材（コーティング装置）２０は、ブランケット胴３０に印刷用のインクＫを供給する部材（装置）である。例えば本実施形態のインク供給部材２０は、ブランケット胴３０の真下（鉛直方向下側）に配置され、ブランケット胴３０に向けてインクＫを塗布するスリットダイコーター（「スロットダイコーター」ともいう）で構成されているが、配置、構成ともにこれは好適な例にすぎない。

ブランケット胴３０は、回転しながら、基材Ｂの表面にインクＫを転写する部材である。ブランケット胴３０の表面に塗付されたインクＫの一部は版胴４０によって除去される。除去されずブランケット胴３０の表面に残ったインクＫは、基材Ｂに転写される（図２等参照）。ブランケット胴３０は、柔らかくて変形しやすい材質、例えばＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）インクの一部をパターンどおり除去する（パターン抜きする）部材である。本実施形態の版胴４０は、軸受４１ｂ，４１ｃによって軸受けされた回転軸４１ａとともにブランケット胴３０と逆方向に回転しながら、その表面をブランケット胴３０の表面に接触させてインクの不要部分を除去する（図１、図２、図８〜図１０参照）。

また、版胴４０はカップリング４８を介して版胴回転モータ４７と接続されており、該版胴回転モータ４７により駆動されて回転する（図８参照）。

版洗浄部材５０は、版胴４０に付着したインクＫをはぎ取って洗浄する部材である。版洗浄部材５０の具体例は特に限られるものではないが（図１参照）、例えば図２に示す版洗浄部材５０は、クリーニングフィルム５１と、該クリーニングフィルム５１を版胴４０に押し付けるローラー５２とで構成されている（図２参照）。クリーニングフィルム５１は、例えば片面に粘着性を有するアクリル系粘着剤が形成されたポリオレフィンフィルムで構成されている。

版洗浄部材５０は、版胴４０と一体的に設けられていてもよい。こうした場合、版胴４０と版洗浄部材５０とが一体になって動く構成とすることができる。本実施形態では、台座４６上に直動可能に設けられてブランケット胴３０に接近離反するスライダー（版胴支持部材）４４に版胴４０が回転可能に積載されて支持されており、かつ、版洗浄部材５０もまたスライダー４４に積載されている（図１参照）。この反転印刷装置３においては、スライダー４４の位置にかかわらず版洗浄部材５０と版胴４０の相対位置が一定なので、版胴４０に対する版洗浄部材５０の接触圧力を一定に維持しやすい。

また、本実施形態では、版胴４０と版洗浄部材５０をスライダー４４ごと移動させる構造とし、ブランケット胴３０の回転軸の位置を固定していることから、印刷精度を確保しやすい。

版胴ニップ装置４２は、版胴４０をブランケット胴３０の表面に押し付ける装置である。上述したように版胴４０はスライダー４４に回転可能な状態で積載されており、版胴ニップ装置４２は、スライダー４４を移動方向Ｄの前方（本明細書では、版胴４０から見てブランケット胴３０のある側を「前方」、これとは逆側を「後方」と呼ぶ場合がある）に直線的に移動させ、ブランケット胴３０の表面に版胴４０を適度な力で押し付ける（図１参照）。また、本実施形態の版胴ニップ装置４２は、ニップ圧（ニップ動作によりニップ対象が実際に受けている圧力のことをいう）をパラメーターとしてスライダー４４への押圧力を制御するように構成されており、印刷ニップの押込み力を一定とするのではなく当該ニップ圧を媒介として制御することから、印刷圧力のばらつきが少ない。これによれば、超高精度な印圧制御を実現することができる。

また、版胴ニップ装置４２は、台座４６に対する相対位置が変わらない態様で、当該版胴ニップ装置４２からスライダー４４へと前方へ向けて力を作用させる点（本明細書では「力点」といい、図中では符号４２Ｅで示す）を介してスライダー４４を押圧するように構成されている。本実施形態のロールツーロール印刷装置１における版胴ニップ装置４２は、力点４２Ｅが版胴４０の回転軸と同じ高さに配置されている。このように構成された反転印刷装置３によれば、力点４２Ｅ、版胴４０の回転軸、そして版胴４０とブランケット胴３０との接触領域とが同一平面内に位置し、より均一にニップ圧を作用させることができる。

また、版胴ニップ装置４２によって、版胴４０の移動可能範囲すなわちスライダー４４の直動可能な範囲を制限することができる。このようにスライダー４４および版胴４０の直動可能な範囲を制限することでそのストローク幅が規制され、より均一な圧力で版胴４０をブランケット胴３０にコンタクトさせることが可能となる。

圧胴６０および圧胴ニップ装置６２は、基材Ｂをブランケット胴３０の表面に押し付ける装置であり、上述した版胴ニップ装置４２と同様の方法で転写の安定化制御、超高精度な印圧制御を可能にしている。具体的な構成は以下のとおりである。ローラー状の圧胴６０は、フレーム６６上を直動可能な圧胴支持部材６４に回転可能に積載されている。圧胴ニップ装置６２は、圧胴支持部材６４をリニアに移動させて圧胴６０を押圧し、基材Ｂをその裏側からブランケット胴３０の表面に適度な力で押し付ける（図１参照）。押込み量を一定とする制御だと圧力にばらつきが生じ、印刷の精度に影響が生じうるのに対し、上述のように機能する圧胴ニップ装置６２は、転写の安定化制御、超高精度な印圧制御を可能とする。

なお、ブランケット胴３０、版胴４０などの配置は特に限定されるものではないが、本実施形態では、上述した版胴４０と、ブランケット胴３０と、該ブランケット胴３０に基材Ｂを圧接させる圧胴６０とを一の水平面上に並ぶように直線状に配置し、同一平面上にて、ブランケット胴３０からのインク除去と、ブランケット胴３０から基材Ｂへのインク転写とを同一の水平面上で行うこととしている（図１参照）。こうした場合、荷重のオフセットがないことから、ブランケット胴３０を中心とした左右の荷重のバランスがとりやすい。

続いて、移動抵抗低減装置８０について説明する（図４〜図７等参照）。なお、図４〜図７中における符号５３，５４は版洗浄部材５０を構成する別のローラー、符号５５はローラー５４等を駆動するモータである。

移動抵抗低減装置８０は、スライダー４４の台座４６上での移動抵抗を低減させる装置である。本実施形態の移動抵抗低減装置８０は、エア吹出装置７０を備える装置として構成されている。

エア吹出装置７０は、吹き出したエアを利用してスライダー４４を台座４６から浮かせるための装置である。本実施形態のエア吹出装置７０は、エアパッド８９、エア吹出口９０を備え、さらに、エアガイド９１を備える。

版胴ニップ装置４２のエア供給部８２は、圧縮されたエア（圧縮エア）を取り込み、ピストン８３へ送り込む。

ピストン８３に供給された圧縮エアは、エアベアリング８４、あるいはサーボ弁８６を経由して排気部８７から排出される。

エアベアリング８４は、作動流体に圧縮エアを用いた、ピストン８３のすべり軸受（空気軸受）である。

位置センサ８５は、スライダー４４の位置を検出する装置である。位置センサ８５によって検出された位置情報は、制御装置８８へ送信される。

サーボ弁８６は、制御装置８８からの命令信号に従い開閉する弁である。このサーボ弁８６の開閉を制御することで、空気圧が調整される。

排気部８７は、エアベアリング８４から吹き出されるエア以外のエアを必要に応じて装置外へと排出する。

制御装置８８は、サーボ弁８６などを制御する装置である。本実施形態の制御装置８８は、位置センサ８５が検出した位置情報、版胴ニップ装置４２による版胴４０の圧力に関する情報（荷重情報）を受信し、これらに基づいてサーボ弁８６などのアクチュエータをフィードバック制御する（図１１参照）。

エアパッド８９は、スライダー４４の下部に設けられ、台座４６に接触する部材である。スライダー４４が台座４６から浮き上がっているときを除き、エアパッド８９は、台座４６上に接する脚部として機能する（図８等参照）。

エア吹出口９０は、エア吹出装置７０から台座４６に向けてエアを吹き出す開口部である。本実施形態では、エアパッド８９の底面にエア吹出口９０を設け、当該エアパッド８９の底面から台座４６に向けてエアを吹き出すようにしている（図８、図１２等参照）。

また、エアパッド８９は、例えば、スライダー４４および該スライダー４４に積載された版胴４０、版洗浄部材５０などの重量の重心（以下、装置重心といい、図中において符号Ｃで示す）に対して均等に配置されるなど、各エアパッド８９に作用する荷重が均一になるように配置されていることが好ましい。本実施形態では、３つのエアパッド８９を、これら３つのエアパッドの３点からなる三角形（二等辺三角形）の重心が装置重心Ｃに一致するように配置し、スライダー４４およびその積載装置の重量を、３箇所のエアパッド８９に設けられた狭小な領域のエア吹出口９０でバランスよく支えられるようにしている（図１０参照）。

なお、各エアパッド８９が、スライダー４４および該スライダー４４に積載される装置の重心（すなわち装置重心Ｃ）から等距離に配置されていてもよい。また、エア吹出口９０は、スライダー４４の移動方向Ｄに垂直な対称軸ＳＡを中心にして線対称に配置されていてもよい（図１０参照）。

エアガイド９１は、台座４６に設けられた直線状のガイド部材４９に案内されてスライダー４４を直線的に移動させる部材である（図８〜図１０、図１３等参照）。本実施形態では、断面Ｔ形のガイド部材４９で、該ガイド部材４９を覆う断面チャネル形状のエアガイド９１を案内してスライダー４４を直線的に移動させる。

ガイド部材４９は、版胴４０をブランケット胴３０に近づけ、またはブランケット胴３０から離す方向にのみスライダー４４を案内するように設けられている。本実施形態のガイド部材４９は、ブランケット胴３０の回転軸と垂直な方向にスライダー４４を案内する（図９、図１０等参照）。

エアガイド９１にエア吹出口９０が設けられていてもよい。本実施形態ではエアガイド９１の内側面にエア吹出口９０を設け、エアガイド９１の内側に向けてエアを吹き出す構成としている（図８、図１４参照）。なお、エア吹出口９０からのエア吹き出し方向は特に限定されるものではなく、要は、エアガイド９１の内部スペースに向けてエアを吹き出すようにエア吹出口９０が構成されていればよい（図１４参照）。エアガイド９１の内部スペースに向けて吹き出されたエアは、その圧力によってスライダー４４などを浮上させる。また、エア吹出口９０から吹き出されたエアは、エアガイド９１とガイド部材４９との間から外部へ漏れる（図１４等参照）。

以上のように構成された移動抵抗低減装置８０を備えたロールツーロール印刷装置１においては、台座４６上におけるスライダー４４の移動抵抗、つまりは移動時における摩擦抵抗を極小化することができる。これによれば、圧力や位置の変動を吸収しやすく追従性に優れ、版胴４０の印刷ニップの押込み力のばらつきが抑えられて減少しやすい（機器の設計等によるが、一例を挙げるならば、押込み力のばらつきが0.02N以下になる）ことから、版胴４０とブランケット胴３０とを均一にコンタクトさせて圧力の均一化を図ることができる。また、従前の印刷装置におけるように印刷ニップの押し込み量を管理する作業は不要である。

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の実施形態では、エア吹出装置７０（エアパッド８９、エア吹出口９０、エアガイド９１）を備え、スライダー４４の移動時の抵抗をエアを利用して低減させる構成の移動抵抗低減装置８０を説明したがこれは好適な一例にすぎず、この他の構成によって移動時の抵抗を低減させ得ることはいうまでもない。例を挙げれば、ボールねじやコロといった転がり抵抗が低い転動体を用いて移動抵抗低減装置８０を構成し、摩擦抵抗を低減させることができる。

また、上述した実施形態ではエアパッド８９が３つである場合を例示したがこれは好適な一例にすぎず、４つ以上のエアパッド８９を配置することもできる。

また、上述した実施形態では、本発明に係る印刷装置を、反転印刷装置３を有する装置に適用した形態を示したがこれは好適な一例にすぎない。この他、例えば、ロールを備え、該ロールのニップ圧を一定にする要請のある印刷装置（反転印刷ではない装置）においても本発明を適用することができる。

発明者は、スライダー４４の移動抵抗、印圧のばらつきの各項目において目標値を設定したうえで、移動抵抗低減装置８０を備えたロールツーロール印刷装置１を試作して各項目の実際の値（達成値）を測定し、従前の印刷装置（以下、「商用ＮＩＰ」と呼ぶ）と比較した（図１５等参照）。

接触ガイド式の商用ＮＩＰの場合、版胴を移動させる装置の移動抵抗は0.68[N]であったのに対し、本例のロールツーロール印刷装置１におけるスライダー４４の移動抵抗は0.03[N]であった（図１６参照）。この結果、本例によれば、商用ＮＩＰに対し、(0.03-0.68)/0.68 の計算結果から、移動抵抗が９５％低減したことが確認された。ちなみに、移動抵抗 0.03[N] というのは１円玉３枚(3[g])の力で動くレベルであり、超高精度印圧制御の実現を可能とする。

また、設定荷重50[N]、押付時間0.5[sec] での荷重精度（設定荷重の対する荷重の振れ幅）を測定したところ、0.02[N] 以下であった（図１７参照）。この結果、印圧のばらつきは、0.02/50 の計算結果から、0.04％となったことが確認された。なお、図１６、図１７中の各用語について説明しておくと、InP Pos：位置指令、FB Pos：位置フィードバック、Inp Frc：荷重指令、FB Frc：荷重フィードバック である。

以上から、本例に係るロールツーロール印刷装置１が、目標値を大幅に上回る移動抵抗および印圧ばらつきを達成するものであることが確認された（図１５参照）。また、以上から、本例に係るロールツーロール印刷装置１が、商用ＮＩＰを大幅に超える超高精度印圧制御技術を確立しうるものであることが確認された。

本発明は、ロールツーロール方式にて版胴で基材に印刷を行う装置に適用して好適である。

１…ロールツーロール印刷装置（印刷装置）
３…反転印刷装置
２０…インク供給部材
３０…ブランケット胴
４０…版胴
４２…版胴ニップ装置
４２Ｅ…力点
４４…スライダー
４６…台座
４９…ガイド部材
５０…版洗浄部材
６０…圧胴
６２…圧胴ニップ装置
８０…移動抵抗低減装置
７０…エア吹出装置
８２…エア供給部
８３…ピストン
８４…エアベアリング
８５…位置センサ
８６…サーボ弁
８７…排気部
８８…制御装置
８９…エアパッド
９０…エア吹出口
９１…エアガイド
Ｂ…基材
Ｃ…装置重心
Ｄ…スライダーの移動方向
Ｋ…インク
ＳＡ…対称軸

Claims (10)

1. ロールツーロール方式にて基材に印刷を行う装置であって、
   印刷用のインクを供給するインク供給部材と、
   該インク供給部材から供給され表面に塗付されたインクの一部を前記基材に転写するブランケット胴と、
   該ブランケット胴の表面に塗付された前記インクの一部を除去する版胴と、
   前記ブランケット胴が固定される台座と、
   前記版胴を支持し、該台座上を移動するスライダーと、
   該スライダーを前記台座から浮かせるエア吹出装置で構成され、当該スライダーの前記台座に対する移動抵抗を低減させる移動抵抗低減装置と、
   前記版胴に前記ブランケット胴へのニップ圧を作用させる版胴ニップ装置と、
   を備える、印刷装置。
2. 前記版胴ニップ装置は、前記ニップ圧をパラメーターとして前記スライダーへ押圧力を制御する、請求項１に記載の印刷装置。
3. 前記版胴ニップ装置は、力点を介して前記スライダーを押圧する、請求項１に記載の印刷装置。
4. 前記力点が、前記版胴の回転軸と同じ高さに配置されている、請求項３に記載の印刷装置。
5. 前記スライダーに、前記台座に対してエアを吹き出すエア吹出口が設けられている、請求項４に記載の印刷装置。
6. 前記スライダーが、エアパッド又はエアガイドを含む、請求項５に記載の印刷装置。
7. 前記エア吹出口は、前記スライダーの移動方向に垂直な対称軸を中心にして線対称に配置されている、請求項５に記載の印刷装置。
8. 前記版胴を前記ブランケット胴に近づけまたは前記ブランケット胴から離す方向にのみ前記スライダーを案内するガイド部材をさらに備える、請求項６に記載の印刷装置。
9. 前記ガイド部材は、前記ブランケット胴の回転軸と垂直な方向に前記スライダーを案内する、請求項８に記載の印刷装置。
10. 前記エアパッドは、前記スライダーおよび該スライダーによって支持される装置の重心から等距離に配置されている、請求項８に記載の印刷装置。
    

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