JP2013123836A - 凸版印刷装置 - Google Patents

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裕猛 伊藤
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Abstract

【課題】連続印刷物中に異物の混入が少なく、かつドクターロール上でのインキ堆積を低減することで、ムラのない高品質な印刷が可能な凸版印刷装置を提供する。
【解決手段】少なくとも、印刷パターンが形成された樹脂製の凸版と、前記凸版を着装するシリンダー状版胴と、前記凸版にインキを供給するアニロックスロールと、前記アニロックスロールにインキを供給するインキチャンバと、前記アニロックスロール上の余剰インキを掻き落とすドクターロールと、前記ドクターロール上に堆積したインキを吸引するインク吸引ノズルと、吸引されたインクを再利用するための循環装置と、被印刷物を載置する定盤とを具備することを特徴とする凸版印刷装置。
【選択図】図1

Description

本発明は、機能性薄膜を高品質に形成するための凸版印刷装置に関する。
近年、微細薄膜パターン形成において、量産性に優れ、製造コストを低く抑えることが可能である公知の印刷方式を利用する試みが検討されている。特にディスプレイ分野では、画面の大型化、コストの低減化に対応するため、印刷方式によって有機半導体や、導電材料を代表とする機能性薄膜をパターン形成する検討が進められている。
具体的な印刷方式としてはオフセット印刷、グラビア印刷、グラビアオフセット印刷、凸版印刷法などが検討されている。
これらの各種印刷手法の中で特に樹脂からなる凸版を用いる樹脂凸版印刷法は、前記凸版と、アニロックスロールと呼ばれる表面に細かい凹部(セル)が彫刻されたインキ供給ロールと、溶剤乾燥型のインキからなる印刷方式であり、従来から包装紙などの印刷物に広く使用されている。この樹脂凸版印刷法は、膜厚0.01〜0.2μm程度の薄膜の形成に特に適している。
また、樹脂凸版印刷法はキスタッチと称されるごく低印圧での印刷が可能であることから、ガラス基板や高い圧力をかけることによって特性が破壊され易い透明電極等が成膜された基板に対する印刷にも適しており、ディスプレイ等の電子部品のパターン形成に特に適した印刷方法である。
以下に、図2を参照に一般的な凸版印刷装置200について説明する。
この凸版印刷装置200は、凸版204の版面にインキを供給するためのセルを有するアニロックスロール201と、アニロックスロールにインキを供給するインキチャンバ208と版下クッション203を介してパターン形成用の凸版204が装着される回転式の版胴205と、被印刷基板207が載置される基板定盤206と、インキを掻き落とすドクタリングを行うドクターブレード202を有して構成されている。
次に、図2の凸版印刷装置200を用いた際の印刷の流れについて説明する。
まず基板定盤206上に被印刷基板207が載置された後、版胴205の直下まで移動する。基板定盤206が移動したならば、版胴205が基板定盤206の動作と同期回転し、版胴205と等速で動作するアニロックスロール201より、凸版204へインキが供給される。凸版204へインキが供給された後速やかに凸版上のインキは被印刷基板207へ転写され印刷動作が終了する。
ここで、ドクターブレード202はアニロックスロール201上に塗布されたインキのうち余剰インキを掻き落とすことによってアニロックスロールセル内に均一にインキを押し込むために、20kPa程度の圧力でアニロックスロールへ押し当てられる。そのため、アニロックスロール、ドクターブレードの両者が磨耗し、その削れ分がインキの中へ混入する問題があった。
アニロックスロール201やドクターブレード202は一般的に、金属酸化物、若しくは樹脂からなる為、これらが異物としてインキ内に混入することとなる。インキ中に混入した異物は最終的に印刷膜中に残留する。
この異物は、従来の樹脂凸版印刷法において主な対象であった一般印刷物ならば、大きな問題とならないが、有機半導体薄膜や、有機EL薄膜などを代表とする機能性薄膜の微細パターニングなどを目的としたエレクトロニクス部材向け印刷では、削れた異物が原因で製品不良となる。特に異物が金属の場合、導電することによりショートを起こすなどの不具合が発生するため、異物を低減する必要がある。
以上のように、アニロックスロール上のインキを掻き落とす手段としては主として、ドクターブレードが用いられているが、その他の手段として特許文献1に示すように、ゴムロールをドクターとして使用するドクターロール手法も使用されている。
ドクターロール手法を用いることによって、ドクターブレード手法で発生したような異物の発生は低く抑えられることが出来るが、本手法は連続で印刷する際、ドクターロール上にわずかに堆積するインキにより、印刷回数が増えると堆積量が増え面内の膜厚にムラが生じる問題があった。
特開2001−083495号公報
上記問題点を鑑みて、本発明では、連続印刷物中に異物の混入が少なく、かつドクターロール上でのインキ堆積を低減することで、ムラのない高品質な印刷が可能な凸版印刷装置を提供することにある。
上記課題を解決する為に、本発明者らが鋭意研究を行った結果、ドクターロールを用い連続でドクタリングを実施した際に発生するドクタリング不良発生原因は、ドクターロール上でのインキの乾燥による堆積が起こり、アニロックスロール上のインキの掻きとりにムラが発生することによることが分かった。
上記課題を解決するために、本発明の請求項1に係る発明は、少なくとも、印刷パターンが形成された樹脂製の凸版と、前記凸版を着装するシリンダー状版胴と、前記凸版にインキを供給するアニロックスロールと、前記アニロックスロールにインキを供給するインキチャンバと、前記アニロックスロール上の余剰インキを掻き落とすドクターロールと、前記ドクターロール上に堆積したインキを吸引するインキ吸引ノズルと、吸引されたインキを再利用するための循環装置と、被印刷物を載置する定盤とを具備することを特徴とする凸版印刷装置である。
また、請求項2に係る発明は、前記ドクターロールと前記インキ吸引ノズルとは非接触であり、且つ、前記インキ吸引ノズルがスリットノズル形状であることを特徴とする請求項1に記載の凸版印刷装置である。
また、請求項3に係る発明は、前記インキ吸引ノズルのスリット幅が、0.1mmから1mmであることを特徴とする請求項1または2に記載の凸版印刷装置である。
また、請求項4に係る発明は、前記インキ吸引ノズルのノズル先端の設置位置が、前記アニロックスロールと前記ドクターロールの接触位置から連れ回り方向に90°の位置以下の範囲であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の凸版印刷装置である。
また、請求項5に係る発明は、前記インキ吸引ノズルと前記ドクターロールとのクリアランスが、0.01mmから0.5mmであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の凸版印刷装置である。
また、請求項6に係る発明は、前記循環装置が、エジェクター回収タンク、回収ポンプ、送液ポンプ、プレフィルター、フィルター、粘度調整装置を具備することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の凸版印刷装置である。
本発明の凸版印刷装置を用いることによって、印刷物中に異物が含まれることなく、また、ムラがなく均一な機能性薄膜を有する機能性材料を提供することが出来る。
本発明の一実施形態を示す凸版印刷装置の断面模式図である。 従来の凸版印刷装置の断面模式図である
以下、この発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお。本発明はこれに限るものではない。
図1は本発明の一実施形態を示す凸版印刷装置100の断面模式図であり、特にアニロックスロール101からなるインキ供給の機構を中心に説明する。
図1に示す凸版印刷装置100は、パターン形成用の樹脂製の凸版104が装着されるシリンダー式の版胴105、凸版104に接してインキを供給するアニロックスロール101、アニロックスロールへインキを供給する為のインキチャンバ108、アニロックスロール101上の余剰インキを掻き落とすドクターロール102、ドクターロールの上に堆積したインキを吸引するインキ吸引ノズル110、吸引されたインキを再利用するための循環装置120、及び前記凸版のインキが転写される被印刷物107を載置する位置決め定盤106を具備することを特徴とする凸版印刷装置である。
本発明の凸版印刷装置100に用いることが出来るアニロックスロール101としては、SUS材などで作成された芯ロール上に、酸化クロムをプラズマ溶射して形成した酸化クロム皮膜を、レーザー彫刻によってパターニングしたセラミックスロール、又は、芯ロール上に銅メッキを施した後樹脂を塗布し、レーザーパターニングした後に腐食処理をし、得られたパターン上にクロムメッキを施したクロムロールのいずれも用いることが出来る。前記のアニロックルロール上に形成されるパターンとしては、ヘリカルパターン、FMパターン、ハニカムパターン、ダイヤパターン、ドットパターンなどいずれのパターンも用いることが出来る。
また、これらのパターンはモアレを防止する為に適宜角度を設けても良い。
これらのパターンが形成された後、アニロックスロール101表面は、ドクターロール102側に傷をつけるのを防止する為に研磨されることが望ましい。具体的にはアニロックスロールのパターン土手部において4μm以上の突起がなくなるよう研磨されることが望ましい。
アニロックスロール101を回転する機構としては、回転速度ムラが印刷物に大きな影響を与える為、高精度に回転を制御可能なサーボモータでダイレクトドライブを行うことが望ましい。また、必要トルクを得るために減速機構を使用する場合にはバックラッシュレスの機構を用いることが望ましい。
次に、使用することが出来るドクターロール102としてはSUS材などで作成された芯ロールに、ニトリルゴム、シリコーンゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、アクリロニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、ウレタンゴムなどを巻きつけて作成してもよいし、これらのゴムローラ上に、PFA熱収縮チューブを巻きつけたものなどを用いることが出来る。これらゴム材は、インキとして使用する溶剤に対する耐性から選定される。
これらゴムロールの表面は算術表面粗さRaが0.1μm以下、最大高さRzが1μm以下であることが望ましい。これらの条件を満たすことによって低発塵かつ、平滑なドクタリング面を得ることが出来る。
次に、本発明の凸版印刷装置100に使用するドクターロール102の硬度としてはJIS−A硬度で30°〜70°の範囲でいずれも使用することが出来る。
ドクターロール102を回転する機構としては、回転速度ムラが印刷物に大きな影響を与える為、高精度に回転を制御可能なサーボモータを使用し、ダイレクトドライブで行うことが望ましく、アニロックスロール101の回転と同期回転可能な形で制御することが出来るシステムを持つことが望ましい。
次に前記凸版印刷装置100を用いた際の実際の動作について説明する。
基板定盤上106に、ガラス基板107を載置した後、印刷開始指示によって印刷動作が開始される。
この間、アニロックスロール101上にはインキが供給されドクタリングが継続的に実施され平滑にドクタリングされた表面が常に保持されている。ドクタリングする際の速度はドクタリングが安定する領域で任意に選択することが出来る。
次にインキ吸引ノズル110について説明する。
形状は幅方向で均一に吸引可能なスリットノズルが望ましい。ドクターロール102上に発生したムラは堆積し、アニロックスロール101上の余剰インキの掻きにムラが生じ転写不良の原因となる。そのために、前記インキ吸引ノズル110のスリット幅は0.1mm〜1mmが好ましい。この範囲であれば、ドクターロール102上に堆積したインキの塊サイズに対してムラなく吸引できる。
また、前記インキ吸引ノズル110はドクターロール102に非接触位置で使用することにより、ドクターロール102のインキ拭き取りロールなど接触する方式に比べ異物発生源がなく、有機EL薄膜などを代表とする機能性薄膜の微細パターニングなどを目的としたエレクトロニクス部材向け印刷では、削れた異物が原因を減少できる。
また、前記インキ吸引ノズル110とドクターロール102とのクリアランスは、ドクターロール102に付着する液滴と十分に接しドクターロール102とインキ吸引ノズル110の間に毛細管現象を起こす距離、0.01mm〜0.5mmの範囲が望ましい。
吸引方法としては、機械的運動によるポンプ、圧縮空気から直接吸引を得る事ができるエジェクターがあるが、圧縮空気から直接吸引を得る事ができるエジェクター111が異物の混入がなく、吸引圧力は0.01Mpa〜0.1Mpaが望ましい。吸引力がこれより小さいと液の回収が十分にできず、インキの残渣が残り、ムラとなる。また吸引圧が大きいとインキが揮発性溶剤の場合、乾燥を促してしまいムラの原因となる。
インキ吸引ノズル110の設置位置は、ドクターロール102に付着したインキが乾燥する前のウエットな状態で吸引するため接触位置から近い位置である、ドクターロール1
02とアニロックロール101の接点から連れ回り方向に90°の範囲以内の位置にあることが望ましい。インキ吸引ノズル110の設置位置が90°を越えると、インキの一部に乾燥が生じ、インキの吸引が不十分となる。
またインキの乾燥による凝集と固着を防ぐため、溶剤を塗出させ再溶解しインキ吸引ノズル110でインキ回収してもよい。その際、溶剤塗出のノズルの形態として、1流体ノズル・2流体ノズル・パルスジェットなどのスプレーやスリットノズルを使用してもよいが、洗浄液の飛散を防止するためカバーや局所排気を設置する必要がある。また液の溶剤塗出後に溶剤がドクターロール上で垂れないようインキ吸引ノズル110の位置は、溶剤塗出部から近い位置で吸引することが望ましい。
本発明に係る前記循環装置120は、前記インキ吸引ノズル110から回収したインキを再生し前記インキチャンバ108へ循環する装置であり、エジェクター回収タンク111、回収ポンプ112、プレフィルター114、フィルター115、粘度調整装置113で構成される。
前記循環装置120により、インキ吸引ノズル110で吸引されたインキを、インキチャンバー108内に戻し再利用することができるため、有機半導体や導電材料を代表とする高価なインキを用いて機能性薄膜を形成することにおいて、インキの利用効率を大幅に向上させる作用効果が得られる。
具体的には前記循環装置120により以下の循環サイクルで再利用される。すなわち、インキは、インキ吸引ノズル110で吸引された後に、プレフィルター114により大きなインキ凝集物を取り除きながらエジェクター回収タンク111に回収され、次に回収ポンプ112によってエジェクター回収タンク111から粘度調整装置113に液が流れ込み、さらに溶剤滴下により粘度調整されて、送液ポンプ116にてフィルター115を通り、インキチャンバー108へ送られ再利用される。
前記エジェクター回収タンク111は、真空エジェクタータンク、蒸気エジェクター、水エジェクターがあるが、インキ中に水分などの混入など面から真空エジェクタータンクが望ましい。
前記回収ポンプ112は、エジェクター回収タンク111から粘度調整装置113までの送液を行うものであり、ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプ、プランジャーポンプいずれでも良いが、使用するインキの溶剤や目標粘度によって選定される。また前記送液ポンプ115は、粘度調整装置113からインキチャンバー108をまでの送液を行うものであり、ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプ、プランジャーポンプいずれでも良いが、使用するインキの溶剤や目標粘度によって選定される。
前記プレフィルター114は、大きな凝集固形インキを取り除くために設置し、前記フィルター115は、プレフィルターよりも目の細かいものを使用すること望ましい。プレフィルター114フィルター115の材質は、インキに対する耐性によって選定される。
前記粘度調整装置113は、インキを溜め込む形状になっており粘度計と攪拌装置と溶剤滴下装置が設置され、また、インキチャンバー108内のインキの粘度を計測した結果をもとに、フィードバックしインキ滴下のタイミングを自動的に制御できることから、溶剤滴下の命令信号をだす粘度の値を設定することで、コントロールしたい粘度の上限以下で系内のインキ粘度をコントロールすることが可能となる。
次に基板定盤106が版胴直下に移動した後、アニロックスロール101より版上へイ
ンキが転写され、その後版胴回転と同期した基板上に置かれたガラス基板107へ印刷が行われる。アニロックスロール101から版上へインキを転写する際のアニロックスロール表面速度は、ドクタリング速度と等速でもよいが、ドクタリング速度が低速の場合は転写に時間がかかる為、転写速度を早くしても良い。ただし、転写速度を早くする場合には、安定したドクタリング表面が版に転写されるように転写開始位置を調整する必要がある。
以上の動作を実施することによって良質な印刷物を得ることが出来る。
以下に、本発明の実施例について述べる。なお、本発明は実施例に限定されるものではなく、本発明を達成できる範囲での改良・変形等は、本発明の趣旨を逸脱するものではない。
<実施例1>
図1に示した凸版印刷装置により、以下に記載の高分子型有機発光材料を用いてガラス板上へ印刷した。
<アニロックスロールのパターン形成>
アニロックスロールとして、面長200mmのクロムメッキロールを用いた。前記アニロックスロールには、1辺65μmの正方形のセルを、72.5μmピッチで、ロール水平線より60°傾けてパターン形成した。なお、上記パターンはアニロックスロールの周面に180mmにわたり形成した。
<ドクターロール>
ドクターロールとして、SUS芯上に硬度JIS−A50°のウレタンゴムを巻き付け、円柱状に加工した。加工したウレタンゴムロール上にPFA(ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂)熱収縮チューブを巻きつけた後、研磨を実施しRaが0.05μm、Rzが1μmとした。
前記アニロックスロールに対して、前記ドクターロールを50μm押込む形で設置した。設置されたアニロックスロール及び、ドクターロールはそれぞれサーボモータで駆動される。
<インキ吸引ノズル>
インキ吸引ノズルとして、幅方向で均一に吸引可能なスリット幅180×1mmの、材質SUS304製スリットノズルを用いた。ドクターロールとのクリアランスは0.5mmとドクターロールとスリットノズルの間に十分液が毛細管現象を起す位置に設置。さらにアニロックスロールとドクターロールとの接点から90°の位置にノズル先端を設置し、吸引はエジェクターを使用し圧力を0.05Mpaとし常時吸引とした。
<樹脂による凸版の作製>
厚さ0.2mmのSUS304製の板の表面に反射抑制層として黒色油性染料を厚さ1.5μmになるようにダイコート法により塗工した。この積層体の表面にポリアミドを主成分とするネガ型感光性樹脂を総厚が100μmとなるように塗工し、凸版のベースとした。
次に、前記凸版のベースに対し、ストライプ上のパターンを有するネガパターン(有効領域開口106μm*100mm、非開口スペース392μm*100mm、総有効線数400本、サイス゛W200mm L100mm)が描画されたクロムマスクを用いて、50μmのプロキシミティギャップを開けて、露光を行った。露光の後、温水を掛け流し
ながら現像を行い、凸部の高さ90μm、凸部のライン幅106μm、スペース392μmの凸版を作製した。作製した前記凸版を前記凸版印刷装置の版胴に、0.5mm厚の印刷用クッションテープを用いて貼り付けた。
<インキ>
高分子有機発光材料であるポリフェニレンビニレン誘導体を濃度2%になるようにアニソールに溶解させた有機発光インキを用意した。用意したインキの、粘度を測定したところ60mPa・sであり、表面張力は34mN/mであった。その後、インキを前記凸版印刷装置のチャンハ゛ーへ投入した。
<循環装置>
インキ吸引ノズル、エジェクター回収タンク、プレフィルター、フィルター、粘度調整装置、各装置間を径φ4のテフロン(登録商標)チューブで繋げ、プレフィルターは1μmのメンブレンフィルターフィルターの0.45μmのメンブレンフィルターを使用した。
回収、送液ポンプは、シールレスで定量性に優れているダイヤフラムポンプを使用し、アニソール溶剤耐性と粘度60mPa・sで定量性のあるものを使用した。
粘度調整装置は、SUS304製の液溜め槽の中に、マグネット式の攪拌機と振動式粘度計と連動させた滴下装置を備え、粘度計の値から、その信号をフィードバックさせ液溜め槽へアニソールを滴下させ、粘度を60mPa・sから±5mPa・sの範囲で調整した。
<印刷>
以上の装置、版、発光材料インキを用いて300mm角0.7mm厚みのソーダガラス上に印刷を行った。印刷はタクト60sで行い、ドクタリング速度は10mm/s、印刷速度は100mm/sとし、連続で50枚印刷を行った。
<比較例1>
インキ吸引ノズルの設置をせずに、他は実施例1と同様にして印刷を行なった。
<比較例2>
ドクターロールにウレタンゴムを巻き付けた状態で使用した他は、実施例1と同様にして印刷を行なった。
<比較例3>
インキ吸引ノズルを90°以上に設置した以外は、実施例1と同様にして印刷を行った。
<評価>
実施例1及び比較例1〜3で得られた印刷物及びドクターロール表面について、以下の評価をおこない、その結果を表1に示す。
1.異物混入〜顕微鏡確認による判定 ○:異常なし、×:異物確認
2.印刷ムラ〜目視確認による判定 ○:異常なし、×:異物確認
<比較結果>
実施例1で得られた本発明品は、連続50枚の印刷の結果、印刷物の印刷ムラやドクターロールの異物混入及び汚れはなく、良好な結果が得られた。一方、比較例1で得られた印刷物は、10枚目でインキの堆積(凝集物)によるムラとドクターリング不良によるムラが確認された。また、比較例2では、38枚目で削れによる異物とインキ凝集物によるムラ、及び45枚目で異物が確認された。またさらに、比較例3では、33枚目でドクターロール上での乾燥によるインキ凝集物のムラが確認された。
100 本発明の凸版印刷装置
101 アニロックスロール
102 ドクターロール
103 版下クッション
104 凸版
105 版胴
106 基板定盤
107 被印刷基板
108 インキチャンバ
110 インキ吸引ノズル
111 エジェクター回収タンク
112 粘度調整装置
113 回収ポンプ
114 プレフィルター
115 フィルター
116 送液ポンプ
120 循環装置
200 従来の凸版印刷装置
201 アニロックスロール
202 ドクターブレード
203 版下クッション
204 凸版
205 版胴
206 基板定盤
207 被印刷基板
208 インキチャンバ

Claims (6)

  1. 少なくとも、印刷パターンが形成された樹脂製の凸版と、前記凸版を着装するシリンダー状版胴と、前記凸版にインキを供給するアニロックスロールと、前記アニロックスロールにインキを供給するインキチャンバと、前記アニロックスロール上の余剰インキを掻き落とすドクターロールと、前記ドクターロール上に堆積したインキを吸引するインク吸引ノズルと、吸引されたインクを再利用するための循環装置と、被印刷物を載置する定盤とを具備することを特徴とする凸版印刷装置。
  2. 前記ドクターロールと前記インク吸引ノズルとは非接触であり、且つ、前記インク吸引ノズルがスリットノズル形状であることを特徴とする請求項1に記載の凸版印刷装置。
  3. 前記インク吸引ノズルのスリット幅が、0.1mmから1mmであることを特徴とする請求項1または2に記載の凸版印刷装置。
  4. 前記インク吸引ノズルのノズル先端の設置位置が、前記アニロックスロールと前記ドクターロールの接触位置から連れ回り方向に90°の位置以下の範囲であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の凸版印刷装置。
  5. 前記インク吸引ノズルと前記ドクターロールとのクリアランスが、0.01mmから0.5mmであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の凸版印刷装置。
  6. 前記循環装置が、エジェクター回収タンク、回収ポンプ、送液ポンプ、プレフィルター、フィルター、粘度調整装置を具備することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の凸版印刷装置。
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