2023年の初っ端にタンポ印刷機の仕組みについて「まとめ記事」をUPしました。これはパチンコONLYの記事構成に加えて新しい事をやるよという意志表示だったと思います。無論、その前にも其れ以降にもパチンコ以外のジャンルを沢山UPしてるんですけど、当時の意識としてはここまでパチンコ以外の事を記事にする意図はありませんでした。宣伝というよりは、私どもの会社に「新しく入ってくる人」向けの技術資料という意図があったと思います。

タンポ印刷

この言葉を聞いてピンとくる人は限られています。日本人の中でも0.1%もいないはず。世界中のマーケットを考えてもそんなもので極僅かなマーケットの中にいる訳ですけど、この技術はなかなか無くなりそうで無くならない。デジタル全盛の時代においてもアナログのタンポ印刷が未だに通用してるのには訳がありまして

ライバルが少ないからです。

マーケットが小さいが故に真似をしようとする企業が少なかった訳で、私どもはそのような「隙間商売」を続けています。小規模・零細企業が故に技術の伝承という部分では文書化・デジタル化されていないことが多く、これが新入社員が入ってきたときの問題だと思ってきましたので2023年の記事になった訳です。

Do You Have a TOYOTAというタイトルにしたのはDo You Have a HONDAというテレビコマーシャルを真似したから。このCMを観た事がある人がどれくらいいるかは分かりませんが、ホンダが開発したカルチベーター(耕運機)をひとりの若者が自由気ままに動かしている映像。BGMには日曜日よりの使者。シャララーラの音楽と共に男性がカルチベーターを操る姿は斬新でした。新しい事をやろうよということがテーマだったかと思いますが、其れを真似て僕もそういう記事にしたかった。とある高校の放課後。キーンコーンカーンと鐘がなるとひとりの青年がリンゴをかじるシーンが映し出され

 

<CM.Do You Have a HONDA>

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その青年がカルチベーターを操り始めると、女子高校生がキャーキャーと騒ぎはじめます。何で女子高校生が騒ぐのかは置いといて僕はこの宣伝を観た時は心に衝撃が走りました。車とかバイクなら兎も角、カルチベーターですよ。このCMが放送されたのは2003年の事でそのちょっと前に、僕はDIYショウに類似品を出展。インテック大阪で会場内に土をまいてカルチベーターの実演とMCをやってました。

カルチャーは文化
カルチベーターは土地を耕すという意味です。

家庭菜園用の耕運機なのですが、カルチをテレビで宣伝しても販売台数が大幅に伸びるってことはないでしょう。家庭菜園をやってる人が日本にどれくらいいるんか？そのうちにカルチ買う人がどれくらいいるんか？って思うけどホンダが販売目的でこのコマーシャルをやったんじゃないことは明らか。Do You Have a HONDAをこの国に知らしめるためのイメージ戦略CMなのですが、果たしてこういう事がうちの会社にやれるのか？って思うと衝撃が止まらなかった。今でもこのCMは頭に焼き付いて離れないのですが、新しい事をやる時は

Do You Have a HONDAなのですよ。

従ってひとつの記事だけでタンポ印刷を語ることは不可能だと悟り色々と文章化を試みました。今回はその一環です。

工業印刷には凸版、凹版、孔版という3つの種類があります。

凸版の代表格はハンコですね。凹版の代表格はグラビア印刷です。孔版の代表格はスクリーン印刷(シルク印刷)です。

グラビア印刷は、円形のロール(版)に凹みを付けてインクを回していく。刃物でインクをかきとり残った窪みの中のインクを平面の透明樹脂に転写していきます。これを延々と繰り返すことで、お菓子袋のパッケージを完成する訳です。一般に食品スーパーやコンビニで目にする食料品の袋はほぼグラビア印刷です。似たような構造のものにタンポ印刷があります。グラビアはほぼ食料品への印刷ですが、タンポ印刷は食料以外の工業製品への加飾です。

タンポ印刷も凹版

平面の鉄版の一部を掘って凹んだ部分を作り、その凹みだけにインクを残す。凹みの中のインクをシリコンパッドで押圧すると中のインクの一部がシリコンの表面に付着します。其れを今度は製品の上に移動押圧。するとシリコン表面に付着していたインクが全部製品の上に移動することで加飾できるのです。

シリコン表面のインクが、製品の上に転写される訳です。

つまり凹んだ中にあるインクを凹みの中だけに閉じ込める技術が必要です。一旦は覆い被せて、その後かきとる。かきとるという表現が正しいのか？そぎ取るの方が分かり易いかも知れませんがこの業界は、かきとるという言葉を使っています。これを英語では

DoctorとかDoctoringといいます。

インクを溜めておくインク皿とそのインクを覆い被せてかきとる矩形の鉄板が必要です。鉄板は「版」と呼ばれます。

100×100×10t(mm)
100×200×10t(mm)
125×270×10t(mm)

サイズは色々ありますが厚みは10mmです。一般的には鉄かステンレスですけど、掘ってインクをかきとるとなると極めて精巧な平滑性が求められますので仕入れ価格が半端ないです。125×270mmで10mm厚を完ぺきに平滑にするのは容易ではありませんからね。仕入れ価格が高くなれば客が購入する価格も高くなるので、客は買い難いし私どもは売り難い。という事で

10mm厚のアルミニウムの板に0.4mm厚のステンレス版を乗せる

上の写真は100×100でアルミの板と0.4mm厚のステンレス版です。真ん中辺りに楕円形のようなものが見えるのが凹部です。其れがインクを転写する絵デザインとなります。アルミを加工するのは簡単なので、10mm厚アルミ＋0.4mmステンレスの方がお値段が割安。つまり版は

①10mm厚ステンレス
②10mm厚アルミ＋0.4mm厚ステンレス

①に対しても②に対しても、ステンレスに25μの凹みを作ります。0.4mmは400μだから、ここに25μを掘っても何も問題はありません。

1ミクロン⇒10の6乗分の1メートルだから
1mm⇒1/1000m
1ミクロンは1/1000mm
400/1000mmは400μ
25/1000mmは25μ
 

かきとりに使用される刃物はカッターのナイフのようなものですけど厚さが0.2から0.45mm。この刃物の事をドクターブレードと呼び、其れを支える治具をドクターフォルダと呼ぶ。其れはかきとり⇒doctorだから。このドクターブレードが鉄板の上を走る訳ですけど、実際には刃物が動くのではなくて、その下の板(皿)だけが動いてドクターブレードは同じ位置で刃物を上に上げるか、下げるかだけしています。刃物は垂直面に対して20度の角度を付けているけれど、これは摩擦力を小さくするため。

例えば机にこぼした液体を定規で集めようとしたら皆様は定規を面に対して直角で当てますか？

最初は直角に当てても、その内斜めに振るでしょう。

刃物と平面が直角に当たると、横方向に移動した時に抵抗が大きくなって上手く移動できないはずです。実際に直角に当たって移動すると刃物が上下に踊って刃物と鉄板の間に隙間ができてインクがこぼれてしまいます。その為にほんのちょっぴり斜めに角度を付けているんですけど、20度斜めにするだけで摩擦力が小さくなってスムーズに皿が移動するのです。

平面に対してブレードフォルダには真下に加圧されますから、直角で当ててしまうと衝突した時に刃先が割れる事もあります。其れも考えて20度振ってる訳。5kg重の力といっても刃物厚は0.4mmしかないので結構な力がかかります。面と面なら5kg重なら大した力にはなりませんが、0.4mmなので刃先が割れてしまうほどの圧力です。この状態で平面に対して直角に当てて横移動すると刃先が踊りインクが漏れる。インクを漏らさないように平面と刃物を横に移動するにはこれくらいの角度が必要という事ですね。

版の上に盛ったインクと其れをかきとった位置関係です。刃先が踊らなければ平面に対して直角でかきとる時が最も凹みの中のインクを外に漏らさずにそぎ取ることができます。インクの粘度が低ければ低いほど中のインクが外に出る量は少なくなります。然しながらタンポ印刷には900センチポイズの粘度がありますから、かきとられて行くインクに追随して外に出ようとするインクが何割かは存在するのです。

外に出たインクに引っ張られて中のインクが外に出る。
 

面に対して刃物の角度が45度くらいまで寝てしまうと。インクを漏らさずに取るのには都合が良いけど、凹みの中のインクをかきとった時に、追随して外にはみ出してしまうインクの量が増える。つまり寝かさなきゃ摩擦力が大き過ぎて刃物が踊るし、横移動し難いけれど寝かし過ぎると凹みの中のインクが外に引っ張られて出てしまう。

鉄板に対して25μの凹みを作ると言いましたけれど、引っ張られてインクが外にはみ出すと25μのインク層が22μとか23μまで薄くなってしまう。そういう事でこの角度を20度にしています。

角度を直角にすれば、凹みの中のインクは外に逃がさないけど歯が踊る

角度を45度にすれば刃は踊らずにスムーズに移動するけど、凹みの中のインクを外に出してしまう。

という事で20度の角度にしています。

凹んだ部分の事を凹版といいます。凹版の中だけにインクを残すことは意外と難しいです。100×100の鉄板があったとして、凹版以外の面にはインクが少しも残らずそぎとれて、凹版の中のインクは全て残す。これがタンポ印刷における最初の関門ですね。勿論凹版を構成するデザインにも依ります。デザインが文字とか線のように細くて狭い面積ならばインクが外にはみ出る事はありません。ベタ面の方が追随してインクが出易いという事はいうまでもありません。

タンポインクには900センチポイズの粘度があります。このような液体を凹みの中だけに残すのは結構難しいです。ある程度の粘度がなければきれいに転写できないですし、粘性を持った物体は外に出ていくものに追随しますからね。

900センチポイズ⇒900mPAS
水の粘度が1センチポイズ
 

900センチポイズは水の900倍の粘度だけど、お好み焼きの生地くらいのシャビシャビだから、追随して外に出るとは思えないんだけど其れでも何割かのインクはつられて出てしまう。粘度をこれ以上小さくすると印刷がにじむのでこの条件は変えられない。

タンポ印刷の粘度
800センチポイズ⇒印刷がにじむ
900センチポイズ⇒適正
1000センチポイズ⇒印刷文字が欠ける

かきとりの仕組みはこんな感じです。

ブレードフォルダとかブレードは同じ場所に留まっていて動きません。ブレードだけは上に上がったり、下に降りたりするんですけど位置はそのまま。ブレードの下にあるインク皿がこの図では左右に移動します。実機では前後に移動。皿にあるインクをフォルダが前に押し出して版の上に乗せて、凹版の上に覆いかぶさる訳です。インク皿が奥に引っ込むだけで皿の中のインクが版の上に移動します。一旦はインクで凹版周辺に覆い被せておいて、次にインクをかきとる訳です。

インク皿が前に出るとインクのかきとりがはじまり、完全に前に出た時には凹版の中だけにインクが埋まり、其れ以外の平面には何もない状態になります。この状態でシリコンパッドが降りてきて版を押圧する訳です。この時の圧力は100kg重くらいありますね。

ドクターブレードの位置は変わらずに
ブレードが上昇⇒版が奥に引っ込んでインクを覆い被せる
ブレードが下降⇒版が前に出てインクのかきとりが完成する
シリコンパッドが降りてきて版を押圧⇒シリコン表面にインクが付着
シリコンパッドが移動して製品を押圧⇒シリコン表面のインクが製品に転写

これを何百回も何千回も繰り返しているのです。

生インクの物量が60gあれば有機溶剤を15gから20g混ぜて希釈したものが粘度900センチポイズ。ところがこれを上記サイクルで数百回、数千回と繰り返すと溶剤だけが揮発するので粘度が上昇しますよね。初っ端の粘度が900センチポイズであっても、途中で粘度が上昇し1000センチポイズを超えたら印刷ができないので

個室にシャッターを付けて密閉してるんですね。
 

シリコンパッドが下降する時だけ、シャッターが上昇し版が前に出てくるという仕組みにしています。

これが密閉式の構造ですね。元々はインクフォルダとインク皿以外何もない状態で印刷をやってたのが始まり。そうするとインクの中にある有機溶剤が揮発して見る見るうちにインク粘度が上昇してしまいます。900センチポイズのインクが1000を超えるのにさほど時間はかかりません。昔はそのたびにインク皿に有機溶剤を添加してインクの粘度を保っていたのですね。其れでは無人で作業を行うのは不可能なので弊社は上図のように個室に閉じ込めて粘度上昇を抑制しています。溶剤トレイに有機溶剤を充填し、そこに脱脂綿で部屋全体に溶剤が行き渡り飽和状態を作ることで揮発しにくい構造になっているのです。インク皿が前に出る時だけシャッターが上に上がり印刷を開始する。印刷が終われば元に戻りシャッターを閉じるという行為の繰り返しですね。インク皿が個室内に戻った時に凹版の中にインクが覆いかぶさり、常にインクが濡れた状態になるという事で連続印刷を可能にしているのです。

個室のない印刷機では1時間に1回は溶剤の追加添加が必要

其れを個室にすることで4～5時間くらいは連続して印刷を行うことができるようになりました。

この仕組みを作った時は、競合他社にはない構造だったので随分と真似をされました。タンポ印刷は常にアナログ。自動化は不可能とされていた時代から弊社は独自の技術開発で1日のタクト(生産量)を版の交換なしで行えるような印刷機を開発、現在に至ります。

ちょっと前の記事でタンポ印刷の膜厚という事を書きました。1押しで3.6μ、2押しで4.8μという奴です。
 

 10mm厚のアルミの上に
0.4mmのステンレス版を置いて
0.025mmの凹みを作る(凹版)
0.0036mmのインク層がシリコンに転写
これを製品の上に押圧すると0.0036mmの印刷ができる

これがタンポ印刷の基本的な仕組みです。25μのインク層にシリコンを押圧するとそのうちの1/7が付着するという仕組みでこの僅かな層厚が印刷にどう影響するのかって事ですけど、印刷面が白ならば問題はありませんが、印刷面が白以外であれば下地色の影響をもろに受けます。オフセット印刷は白い紙に印刷するので問題はないですけど、タンポの場合は相手が自動車、家電その他様々な業界なので下地の色は白よりも色地、特に黒色って事が多いです。

赤いインクを白い紙の上にタンポ印刷すると

①上から順に深さ25μ版で1押し印刷
②次に深さ25μ版で2押し印刷
③次に深さ40μ版で1押し印刷

①よりも②③の方が色が濃く見えます。其れだけインク層の厚みがあるのです。

同じインクを黒い紙の上に印刷すると
 

25μ版1押しではほぼ赤い色には見えません。茶色く濁っているだけです。下地黒の上に3.6μの赤インクを乗せるとほぼ下地の黒の影響を受けて茶色くなるだけですね。2押しになるとちょっとだけ赤っぽくなります。従って下地が黒の場合は、赤、青、黄色、緑は全く再現できないことになり2押しになってようやく色をどうするかって事になります。実際にはこれに白いインクを混ぜて明度と彩度を上げるんです。白を入れれば入れるほど明るくなるけれど、反面色は赤⇒ピンクになっていき色相は離れてしまう。その妥協点で色出しを決めるって事ですね。

25μ⇒40μ深さの版で印刷すると

25μ1押しと2押しの中間くらいの色になりました。25μ凹んだ中にあるインクにシリコンを押圧すると3.6μだけが転写されましたけど、この時の版の深さを大きくするとシリコンに付着する膜厚も大きくなるのです。正確に測ってはいませんが感覚的には

25μ1押し⇒3.6μ
40μ1押し⇒4.2μ
25μ2押し⇒4.8μ

版の深さが変わると印刷した時の色が変わる。勿論赤が青になるとか、青が赤になるとかの話ではありませんよ。あくまでもインク層の厚さが変わるだけなので、インクの隠ぺい力が大きくなるのです。

黒塗装の鉄とか黒い樹脂への印刷依頼は多いです。1押し3.6μでは色地ヘの印刷は無理なので、このようにして妥協点をお客様に
提案するのです。

①1押しから2押しへ
②純赤から白混入赤へ
③25μ版から40μ版へ

タンポインクの構成は
①樹脂⇒アクリル、ポリエステル、ウレタン等
②顔料⇒白チタン、黒カーボン、その他金属系
③有機溶剤⇒シクロヘキサノン、酢酸ブチル等

最も標準的なのは無顔料のメジューム(透明)、白(酸化チタン)、黒(カーボンブラック)でしょうけど其れ以外にも標準色として
 

レモンイエロー
中黄⇒卵
オレンジ
金赤⇒朱色
赤
濃赤⇒血
マゼンタ⇒牡丹
浅葱⇒水色
青⇒藍
群青⇒紺色
紫
緑

これくらいの顔料がありますね。茶色とピンクと黄緑色の顔料はありません。

これを混ぜ合わせて無限に色を再現する訳ですけど、これだけでは再現できない色が沢山あります。そうです、金銀とか蛍光色ですね。上記のインクに添加する助材としては

①金粉
②銀粉
③蛍光顔料
④パール粉
⑤マット材

この5種類があります。マット材というのは文字通り、艶のあるインクの艶を消すための材料なのですが上記5種類の添加材は全て入れればツヤ消しの効果があります。つまりマット材じゃなくてもマットになるんですけど、①から④は色に影響を及ぼすけど⑤だけは色に影響を及ぼさないって事ですね。

グロス⇒艶あり
マット⇒艶なし

色調を変えずに艶だけをなくしたい時だけマット材を入れます。マット材の主成分はシリコンの粉末なので混入すればするほど、密着性が悪くなりますので少量しか入れません。シリコンは離形効果が高いので、入れ過ぎると剥離しやすいのはお分かりですね。蛍光顔料というのは一般の色素よりも明るく鮮やかな色を発色する顔料です。警察が夜間の目印用にと蛍光色の標を体に巻き付けるとか、蛍光ペンをイメージしてください。タンポ印刷の世界では彩度を上げるために使われます。パールは真珠というよりかは貝殻のようなイメージですが、紙幣に使われてる「ホログラム」のような発色を生みます。金銀は説明不要ですね。

金粉には
①赤金
②青金
③中金

という3種類があります。勿論金ではなくてそれ以外の金属粉ですが
①赤金⇒銅100%
②青金⇒銅78%と錫22%の合成。つまり真鍮です。
③中金⇒赤金と青金の間、銅と錫が8対1くらいでしょうか

金粉はいずれも5μから15μと小さいのであまり問題にはなりませんが銀粉は結構やばいです。

銀粉はアルミほぼ100%ですが
①5μから10μ⇒マット系の銀色
②10μから15μ⇒マット系
③15μから20μ⇒一般的
④20μから30μ⇒ギラギラ、金属質感が高い

数字は粒子の大きさを示すものですが、粒子が大きいほど金属感が出ます。故に④を希望するお客様は多いのですが、これには結構深刻な問題があります。何故ならばタンポ印刷用に作られる金属販の凹部は深さが25μだからです。勘の良い人ならもうお気づきでしょうけど粒子が版深さよりもでかいとインクを外にかき出してしまいます。

版の深さよりも大きいアルミの粉があると、ブレードに当たって外に出そうとするからです。
 

ベタ面のインクだけが外に飛び出してますよね。ABとかSPACEの部分はインクがはみ出てないことが良く分かります。

ここでさっきの話にかえりますけど、ベタ面のように広い面ではインクが追随して外に出易くなっており、大きな粒子につられて小さな粒子までもが外に引っ張られ、中に残ったインクが僅かしかありません。其れが故月が欠けたような印刷になる訳です。これではダメなので25μよりももっと深い版を作り印刷します。

これで正常な印刷ができるようになりました。上述した5つの助材の中で、銀粉とパールだけは大きな粒子の製品があるので25μの版では印刷できないことがあります。金粉、蛍光顔料、マット材は其れほど大きな粒子ではないので25μ版でいけるけど、銀粉で粒子の大きい製品とかパール粉は40μの版じゃないと印刷できないってことですね。

タンポ印刷では、如何にして凹版の中のインクを外に出さないように閉じ込めるかが肝でした。

基本的には深さ25μがデフォルトですけど、粒子の大きい助材を使った時や、下地が黒で1押しで隠ぺい力を上げたい時は25μ⇒40μにして膜厚を確保する。下地が黒の金属塗装とか、プラスチックへの印刷では基本的には無条件で「2押し」提案となりますが印刷の性格上「1押し」しか許されないお客様もいます。

1押ししか許されない条件とは
①自動車部品へのマーキング
②お守りやその他繊維への印刷

タイヤ、ショックアブソーバー、スタビライザー、バネ全般に対するマーキングは黒地1押ししかやりようがないです。車はメーカーの車種毎に足回りの部品に対して「着色」することで管理しています。昔は人による「手塗り」が一般的でしたが、手塗りは時代遅れという事で最近はタンポを利用するケースが増えています。このようなマーキングに関してはきれいな印刷を施す必要がないので黒地1押ししか許して貰えません。そうは言うものの、十数種類にも及ぶ色を明確に色分けするためには、ある程度の発色が求められるので25μではなくて40μを提案することになりますね。

お守り。その他繊維製品への印刷は、1度押印すると2度目には位置がほんの僅かにずれてしまうので2工程印刷が許されません。尚且つ、赤、青その他濃色への印刷は発色が極めて難しい。これは隠ぺい力というよりは、孔からインクが落ちてしまうという事の影響の方が大きい。このような案件に対してもタンポ印刷は40μを推奨するという事になりますね。

25μ版1押し⇒3.6μ膜厚
40μ版1押し⇒4.2μ膜厚
25μ版2押し⇒4.8μ膜厚

この辺の数字は覚えておかねばなりません。

本日紹介した内容は、概ね「直線型の刃物」によるタンポ印刷でした。初期の頃はこうした刃物による印刷機しかありませんでしたが、最近では直線刃物よりも、円形刃物による印刷機の方が一般的になっています。次回は

円形型刃物⇒カップ型の印刷機について記事をUPします。