TWI671207B - 凹印滾筒及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明是在於提供一種具備表面強化被覆層的凹印滾筒及其製造方法以及使用彼之印刷物的製造方法，該表面強化被覆層是作為凹印滾筒的耐摩耗性良好，具有與使用六價鉻的鍍鉻同等或以上的耐摩耗性。
凹印滾筒是包含：版母材、及設於前述版母材的表面且在表面形成有多數的凹部的凹部層、及以氮化鉻或氮化碳來被覆前述凹部層而成的表面強化被覆層，前述表面強化被覆層是藉由反應性濺射來形成。

Description

凹印滾筒及其製造方法
本發明是有關凹印滾筒及其製造方法以及使用彼之印刷物的製造方法。
凹版印刷(gravure)是對於版母材，形成對應於製版資訊的微小的凹部(凹印單元)而製作版面，在該凹印單元中充填墨水而轉印至被印刷物者。在以往一般的凹印滾筒(凹版印刷用製版軋輥)中，是在鋁或鐵等的金屬製中空軋輥之版母材或CFRP(碳纖維強化塑膠)等的塑膠製中空軋輥之版母材的表面設置版面形成用的鍍銅層，在該鍍銅層塗佈光阻劑，使前述光阻劑曝光．顯像而形成阻劑圖案，藉由蝕刻法或電子雕刻法來形成對應於製版資訊的多數的微小的凹部(凹印單元)，其次藉由用以增加凹印滾筒的耐刷力的鍍鉻來形成硬質的鉻層，作為表面強化被覆層，成為製版完了的凹印滾筒。
但，在鍍鉻工程中，由於使用有毒的六價鉻，因此為了謀求作業的安全維持，而需要多餘的成本。 又，若不進行鍍鉻的廢液處理，則亦有公害發生的問題，現在的狀態是期待取代鉻層的表面強化被覆層的出現。
例如，在專利文獻1中揭示凹版印刷用軋輥的製造方法，其特徵為：在凹版印刷用軋輥的表面施以電氣鍍銅之後，賦予對應於印刷用原圖的凹凸，其次，藉由真空蒸鍍來形成鉻或鉻化合物的表面塗層膜。
但，對於專利文獻1所揭示那樣的鍍銅，若所欲藉由真空蒸鍍或離子鍍敷來將鉻、氮化鉻、或碳化鉻予以成膜，則凹版印刷用軋輥的溫度會上昇至400℃前後，在鍍銅產生變形。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平6-39994
本發明是有鑑於上述以往技術的問題點而研發者，以提供一種具備表面強化被覆層的凹印滾筒及其製造方法以及使用彼之印刷物的製造方法為目的，該表面強化被覆層是作為凹印滾筒的耐摩耗性良好，具有與使用六價鉻的鍍鉻同等或以上的耐摩耗性。
為了解決上述課題，本發明的凹印滾筒是包含：版母材、及設於前述版母材的表面且在表面形成有多數的凹部之凹部層、及以氮化鉻或氮化碳來被覆前述凹部層而成的表面強化被覆層，前述表面強化被覆層是藉由反應性濺射所形成者。
在前述凹部層與前述表面強化被覆層之間形成中間層為理想。
前述中間層是金屬中間層為理想。前述中間層是由Ni、不鏽鋼、黃銅、Fe、Cr、Zn、Sn、Ti、Cu、Al所成的群來選擇的至少一種的材料所成為適。另外，因為是至少一種的材料，所以當然亦可為合金。
前述金屬中間層是以濺射或電鍍所形成的鉻層為理想。
在前述凹部層與前述中間層之間形成黏著劑(binder)層為理想。
前述黏著劑層是金屬黏著劑層為理想。前述黏著劑層是由Ni、不鏽鋼、黃銅、Fe、Cr、Zn、Sn、Ti、Cu、Al所成的群來選擇的至少一種的材料所成為適。另外，因為是至少一種的材料，所以當然亦可為合金。
前述金屬黏著劑層是以濺射或電鍍所形成的鎳層為理想。
本發明的凹印滾筒的製造方法是包含：準備版母材之工程、及在前述版母材的表面設置形成有多數的 凹部的凹部層之工程、及以反應性濺射來形成以氮化鉻或氮化碳被覆前述凹部層的表面強化被覆層之工程者。
在前述凹部層與前述表面強化被覆層之間形成中間層為理想。
前述中間層是金屬中間層為理想。前述中間層是由Ni、不鏽鋼、黃銅、Fe、Cr、Zn、Sn、Ti、Cu、Al所成的群來選擇的至少一種的材料所成為適。另外，因為是至少一種的材料，所以當然亦可為合金。
前述金屬中間層是以濺射或電鍍所形成的鉻層為理想。
在前述凹部層與前述中間層之間形成黏著劑層為理想。
前述黏著劑層是金屬黏著劑層為理想。前述黏著劑層是由Ni、不鏽鋼、黃銅、Fe、Cr、Zn、Sn、Ti、Cu、Al所成的群來選擇的至少一種的材料所成為適。另外，因為是至少一種的材料，所以當然亦可為合金。
前述金屬黏著劑層是以濺射或電鍍所形成的鎳層為理想。
本發明的印刷物的製造方法是包含利用前述凹印滾筒來印刷於被印刷物而成的工程之印刷物的製造方法。本發明的印刷物是藉由前述印刷物的製造方法來印刷的印刷物。
有關前述表面強化被覆層的厚度，雖未特別 加以限定，但由生產效率的觀點來看，1μm~10μm為理想，3μm~6μm更理想，3μm~4μm更加理想。
前述版母材是由鎳、鎢、鉻、鈦、金、銀、白金、不鏽鋼、鐵、銅、鋁所成的群來選擇的至少一種的材料所成為適。另外，因為是至少一種的材料，所以當然亦可為合金。並且，版母材是亦可適用CFRP(碳纖維強化塑膠)。
前述版母材是具備由橡膠或具有緩衝性的樹脂所成的緩衝層為理想。亦即，前述基材是亦可為具備在由橡膠或具有緩衝性的樹脂所成的緩衝層上形成有金屬基材而成的緩衝層之版母材。前述緩衝層是可使用矽橡膠等的合成橡膠或聚氨酯、聚苯乙烯等的具有彈力性的合成樹脂。此緩衝層的厚度是只要可賦予緩衝性亦即彈力性的厚度即可，並無特別加以限定，例如只要有1cm~5cm程度的厚度即充分。
若根據本發明，則具有可提供具備表面強化被覆層的凹印滾筒及其製造方法以及使用彼之印刷物的製造方法的顯著效果，該表面強化被覆層是作為凹印滾筒的耐摩耗性良好，具有與使用六價鉻的鍍鉻同等或以上的耐摩耗性。
10‧‧‧版母材
12‧‧‧金屬電鍍層
14‧‧‧凹印單元
15‧‧‧中間層
16‧‧‧表面強化被覆層
17‧‧‧黏著劑層
18a、18b、18c‧‧‧凹印滾筒
圖1是模式性地表示本發明的凹印滾筒之一實施形態的製造工程的說明圖，(a)是版母材的全體剖面圖，(b)是表示在版母材的表面形成鍍銅層的狀態的部分擴大剖面圖，(c)是表示在版母材的鍍銅層形成凹部作為凹部層的狀態的部分擴大剖面圖，(d)是表示以表面強化被覆層來被覆凹部層的狀態的部分擴大剖面圖。
圖2是表示圖1所示的凹印滾筒的製造方法的工程順序的流程圖。
圖3是模式性地表示本發明的凹印滾筒的別的實施形態的製造工程的說明圖，(a)是版母材的全體剖面圖，(b)是表示在版母材的表面形成鍍銅層的狀態的部分擴大剖面圖，(c)是表示在版母材的鍍銅層形成凹部的凹部層的狀態的部分擴大剖面圖，(d)是表示在凹部層上形成中間層的狀態的部分擴大剖面圖，(e)是表示更以表面強化被覆層來被覆的狀態的部分擴大剖面圖。
圖4是表示圖3所示的凹印滾筒的製造方法的工程順序的流程圖。
圖5是模式性地表示本發明的凹印滾筒的另外別的實施形態的製造工程的說明圖，(a)是版母材的全體剖面圖，(b)是表示在版母材的表面形成鍍銅層的狀態的部分擴大剖面圖，(c)是表示在版母材的鍍銅層形成凹部作為凹部層的狀態的部分擴大剖面圖，(d)是表示在凹部層上形成黏著劑層的狀態的部分擴大剖面圖，(e)是表示在黏著劑層上形成中間層的狀態的部分擴大剖面圖， (f)是表示更以表面強化被覆層來被覆的狀態的部分擴大剖面圖。
圖6是表示圖5所示的凹印滾筒的製造方法的工程順序的流程圖。
以下說明本發明的實施形態，但該等實施形態是舉例說明者，當然可在不脫離本發明的技術思想的範圍內實施各種的變形。另外，同一構件是以同一符號表示。
在圖1，圖3及圖5中，符號10是表示版母材之鋁製的圓筒狀中空軋輥。
根據圖1及圖2來說明本發明的凹印滾筒之一的實施形態的製造工程。首先，準備版母材10(圖1(a)及圖2的步驟100)。其次，在版母材10的表面藉由電鍍處理來形成鍍銅層12(圖1(b)及圖2的步驟102)。
在前述鍍銅層12的表面是形成有凹部層14，該凹部層14是形成有多數的微小的凹部(凹印單元)(圖1(c)及圖2的步驟104)。凹部層14的形成方法是可使用蝕刻法(在版腹面塗佈感光液，直接烙上後蝕刻，而形成凹印單元)或電子雕刻法(藉由數位訊號來使鑽石雕刻針機械性地作動，在銅表面雕刻凹印單元)等的公知的方法，但蝕刻法為合適。
其次，在前述凹部層14的表面形成氮化鉻或氮化碳的表面強化被覆層16予以被覆(圖1(d)及圖2的步驟110)。表面強化被覆層16的形成是以反應性濺射來進行。
藉由以上述的表面強化被覆層16所被覆，可取得無毒性且公害發生的擔憂亦皆無的同時耐刷力佳的凹印滾筒18a。
在此，濺射是一旦將離子化的濺射氣體(惰性氣體)衝擊所欲形成薄膜的材料(靶材料)，則材料會飛濺，使此飛濺的材料堆積於基板上，製作薄膜的方法，具有靶材料的限制少，可將薄膜大面積再現性佳製作等的特徵。
在本發明中，濺射為使用反應性濺射。亦即，不僅濺射氣體，還將反應性氣體導入至腔室內進行濺射。
其次，根據圖3及圖4來說明本發明的凹印滾筒的別的實施形態的製造工程。
首先，準備版母材10(圖3(a)及圖4的步驟100)。其次，在版母材10的表面藉由銅的金屬電鍍處理來形成金屬電鍍層12(圖3(b)及圖4的步驟102)。
在前述金屬電鍍層12的表面是形成有凹部層14，該凹部層14是形成有多數的微小的凹部(凹印單元)(圖3(c)及圖4的步驟104)。凹印單元的形成方 法是可使用蝕刻法(在版腹面塗佈感光液，直接烙上後蝕刻，而形成凹印單元)或電子雕刻法(藉由數位訊號來使鑽石雕刻針機械性地作動，在銅表面雕刻凹印單元)等的公知的方法，但蝕刻法為合適。
其次，在前述凹部層14的表面形成中間層15(圖3(d)及圖4的步驟108)。
前述中間層15是金屬中間層為理想，由Ni、不鏽鋼、黃銅、Fe、Cr、Zn、Sn、Ti、Cu、Al所成的群來選擇的至少一種的材料所成為適。另外，因為是至少一種的材料，所以當然亦可為合金。並且，前述中間層15是以濺射或電鍍所形成的鉻層為理想。
其次，形成氮化鉻或氮化碳的表面強化被覆層16(圖3(e)及圖4的步驟110)。表面強化被覆層16的形成是以反應性濺射來進行。
藉由以上述的表面強化被覆層16所被覆，可取得無毒性且公害發生的擔憂亦皆無的同時耐刷力佳的凹印滾筒18b。
其次，根據圖5及圖6來說明本發明的凹印滾筒的另外別的實施形態的製造工程。
首先，準備版母材10(圖5(a)及圖5的步驟100)。其次，在版母材10的表面藉由銅的金屬電鍍處理來形成金屬電鍍層12(圖5(b)及圖6的步驟102)。
在前述金屬電鍍層12的表面是形成有凹部層 14，該凹部層14是形成有多數的微小的凹部(凹印單元)(圖5(c)及圖5的步驟104)。凹印單元的形成方法是可使用蝕刻法(在版腹面塗佈感光液，直接烙上後蝕刻，而形成凹印單元)或電子雕刻法(藉由數位訊號來使鑽石雕刻針機械性地作動，在銅表面雕刻凹印單元)等的公知的方法，但蝕刻法為合適。
其次，在前述凹部層14的表面形成黏著劑層17(圖5(d)及圖6的步驟106)。
前述黏著劑層17是金屬黏著劑層為理想，由Ni、不鏽鋼、黃銅、Fe、Cr、Zn、Sn、Ti、Cu、Al所成的群來選擇的至少一種的材料所成為適。另外，因為是至少一種的材料，所以當然亦可為合金。並且，前述黏著劑層17是以濺射或電鍍所形成的鎳層為理想。
其次，在前述黏著劑層17的表面形成中間層15(圖5(e)及圖6的步驟108)。
前述中間層15是金屬中間層為理想，由Ni、不鏽鋼、黃銅、Fe、Cr、Zn、Sn、Ti、Cu、Al所成的群來選擇的至少一種的材料所成為適。另外，因為是至少一種的材料，所以當然亦可為合金。並且，前述中間層15是以濺射或電鍍所形成的鉻層為理想。
其次，在前述中間層15的表面形成氮化鉻或氮化碳的表面強化被覆層16(圖5(f)及圖6的步驟110)。表面強化被覆層16的形成是以反應性濺射來進行。
藉由以上述的表面強化被覆層16所被覆，可取得無毒性且公害發生的擔憂亦皆無的同時耐刷力佳的凹印滾筒18c。
[實施例]
以下舉實施例更具體地說明本發明，但該等的實施例是舉例說明者，當然不應限定解釋。
(實施例1)
準備圓周600mm、面長1100mm的版母材(鋁中空軋輥)，利用NewFX(Think Laboratory Co.,Ltd.製全自動雷射凹印製版系統)來進行後述的凹印滾筒(凹印製版軋輥)的製造。首先，將被處理軋輥之版母材(鋁中空軋輥)安裝於鍍銅槽，使中空軋輥全沒於電鍍液，以30A/dm2、6.0V來形成40μm的鍍銅層。電鍍表面是無凸粒或凹坑的產生，取得成為基材的均一的鍍銅層。利用2頭型研磨機(Think Laboratory Co.,Ltd.製研磨機)來研磨此鍍銅層的表面，以該鍍銅層的表面作為均一的研磨面。
其次，在形成前述鍍銅層的被處理軋輥的表面塗佈(噴塗機)感光材(熱阻劑：TSER2104E4(Think Laboratory Co.,Ltd.製))，乾燥。被取得的感光材的膜厚以膜厚計(FILLMETRICS社製F20，Panasonic Techno Trading Co.,Ltd.販賣)來計測時，為4.5μm。接著，將畫 像雷射曝光顯像。上述雷射曝光是利用Laser Stream FX，以曝光條件300mJ/cm2來進行預定的圖案曝光。並且，上述顯像是使用TLD顯像液(Think Laboratory Co.,Ltd.製顯像液)，以顯像液稀釋比率(原液1：水7)進行24℃ 90秒，形成預定的阻劑圖案。其次，以上述形成的阻劑圖案作為蝕刻遮罩，腐蝕鍍銅層。腐蝕液是使用氯化銅液，以噴霧器進行35℃ 100秒。其次，使用氫氧化鈉，以稀釋比率20g/L進行40℃ 180秒，進行阻劑圖案的阻劑剥離。如此一來，形成深度為20μm，1邊為145μm的正方形的多數的凹部(凹印單元)。
為了形成黏著劑層，將在表面形成有多數的凹部之被處理軋輥安裝於鎳電鍍槽，使被處理軋輥全沒於電鍍液，以3A/dm2、6.0V來形成2μm的鎳電鍍層。電鍍表面是無凸粒或凹坑的產生，取得均一的鎳電鍍層的黏著劑層。
然後，將濺射裝置內的腔室予以真空排氣至1.0×10-3Pa以下，對於形成鎳電鍍層的被處理軋輥，為了除去成膜對象物的表面氧化膜，而進行Ar轟擊(表面溫度100℃)。
其次，為了提升與版母材的密著力，而以濺射形成Cr層作為中間層。將前述中間層形成的條件顯示於表1。Cr層的厚度是0.05μm。
其次，在中間層上以反應性濺射來形成氮化鉻層作為表面強化被覆層。將前述表面強化被覆層形成的條件顯示於表2。
如表2所示般，一邊使製程氣體的Ar氣體與N2氣體的流量及分壓比或製程壓力變化，一邊從傾斜膜1依序形成至傾斜膜4。如此，藉由慢慢地增多N2氣體的量，來形成牢固的氮化鉻層。前述表面強化被覆層的膜厚 是4μm。
反應性濺射的終了後，將被處理軋輥冷卻，從腔室取出。如此製造凹印滾筒。以光學顯微鏡來觀察此凹印滾筒的表面時，被觀察到在表面形成有多數的凹部之高精細的凹印單元。
(實施例2)
與實施例1同樣，在版母材的表面形成多數的凹部(凹印單元)之後，形成鎳電鍍層作為黏著劑層，以濺射來形成Cr層作為中間層。然後，將製程氣體變成N2氣體及甲烷氣體，在中間層上以反應性濺射來形成氮化碳層作為表面強化被覆層。將前述表面強化被覆層形成的條件顯示於表3。
反應性濺射的終了後，將被處理軋輥冷卻，從腔室取出。如此製造凹印滾筒。以光學顯微鏡來觀察此凹印滾筒的表面時，被觀察到在表面形成有多數的凹部之高精細的凹印單元。前述表面強化被覆層的膜厚是4μm。
(比較例1)
準備圓周600mm、面長1100mm的版母材(鋁中空軋輥)，利用NewFX(Think Laboratory Co.,Ltd.製全自動雷射凹印製版系統)來進行後述的凹印滾筒(凹印製版軋輥)的製造。首先，將被處理軋輥之版母材(鋁中空軋輥)安裝於鍍銅槽，使中空軋輥全沒於電鍍液，以30A/dm2、6.0V來形成40μm的鍍銅層。電鍍表面是無凸 粒或凹坑的產生，取得成為基材的均一的鍍銅層。利用2頭型研磨機(Think Laboratory Co.,Ltd.製研磨機)來研磨此鍍銅層的表面，以該鍍銅層的表面作為均一的研磨面。
其次，在形成前述鍍銅層的被處理軋輥的表面塗佈(噴塗機)感光材(熱阻劑：TSER2104E4(Think Laboratory Co.,Ltd.製))，乾燥。被取得的感光材的膜厚以膜厚計(FILLMETRICS社製F20，Panasonic Techno Trading Co.,Ltd.販賣)來計測時，為4.5μm。接著，將畫像雷射曝光顯像。上述雷射曝光是利用Laser Stream FX，以曝光條件300mJ/cm2來進行預定的圖案曝光。並且，上述顯像是使用TLD顯像液(Think Laboratory Co.,Ltd.製顯像液)，以顯像液稀釋比率(原液1：水7)進行24℃ 90秒，形成預定的阻劑圖案。其次，以上述形成的阻劑圖案作為蝕刻遮罩，將鍍銅層腐蝕。腐蝕液是使用氯化銅液，以噴霧器進行35℃ 100秒。其次，使用氫氧化鈉，以稀釋比率20g/L進行40℃ 180秒，進行阻劑圖案的阻劑剥離。如此一來，形成深度為20μm，1邊為145μm的正方形的多數的凹部(凹印單元)。
將在表面形成有多數的凹部之被處理軋輥安裝於鍍鉻槽，使被處理軋輥全沒於電鍍液，以30A/dm2、6.0V來形成4μm的六價鉻的鍍鉻層。電鍍表面是無凸粒或凹坑的產生，取得均一的鍍鉻層。如此製造凹印滾筒。以光學顯微鏡來觀察此凹印滾筒的表面時，被觀察到在表 面形成有多數的凹部之高精細的凹印單元。鍍鉻層的膜厚是4μm。
<評價試驗方法>
利用試驗片來實施Ball-on-Disk.Method之磨耗試驗，作為依據實施例及比較例所製造的凹印滾筒表面的耐摩耗性的評價。
藉由與實施例1及2以及比較例同樣的手法，在各試驗片(鍍銅80μm)將表面強化被覆層分別成膜4μm。
試驗裝置是使用Anton Paar社(瑞士)製的「磨耗試驗機(Tribometer)」，在測定裝置裝上各試驗片，將作為對象材直徑6mm的礬土球安裝於夾具，以荷重：1N、旋轉速度：10cm/sec、旋轉半徑3mm、旋轉數20000rap、無潤滑條件來進行試驗。
磨耗量是以磨耗寬度及磨耗深度的乘積來數值化。
測定裝置是使用菱化系統公司製的「白色干涉計(VertScan)」，由磨耗剖面來測定磨耗寬度及磨耗深度。將評價結果顯示於表4。

Claims (3)

  1. 一種凹印滾筒，其特徵係包含：版母材；凹部層，其係設於前述版母材的表面且在表面形成有多數的凹部；黏著劑層，其係被形成於前述凹部層的表面；中間層，其係被形成於前述黏著劑層的表面；及表面強化被覆層，其係以氮化鉻或碳化鉻來被覆前述中間層而成，前述表面強化被覆層係藉由反應性濺射而形成，前述黏著劑層為以濺射或電鍍所形成的鎳層，前述中間層為以濺射或電鍍所形成的鉻層。
  2. 一種凹印滾筒的製造方法，其特徵係包含：準備版母材之工程；在前述版母材的表面設置形成有多數的凹部的凹部層之工程；在前述凹部層的表面形成黏著劑層之工程；在前述黏著劑層的表面形成中間層之工程；及以反應性濺射來形成以氮化鉻或碳化鉻被覆前述中間層的表面的表面強化被覆層之工程，前述中間層為以濺射或電鍍所形成的鉻層，前述黏著劑層為以濺射或電鍍所形成的鎳層。
  3. 一種印刷物的製造方法，其特徵係包含利用申請專利範圍第1項所記載的凹印滾筒來印刷至被印刷物而成的工程。
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