タンポ印刷機が日本に入ってきたときはブレード式のタンポ印刷機しかなかったんで、まずはその技術的な事を書きました。ドイツのタンポドラッグ社が開発した技術ですが、恐らくはタンポ社としても最初はブレードタイプから。その後ブレードによるかきとり方式から円形の刃物によるかきとり方式に代っていったと思いますけれど、何故か国内生産の印刷機は殆ど発売されませんでした。

タンポ社の技術⇒ダイイチメカテックに引き継がれ
ナビタス⇒中国からの調達
ミノグループ⇒中国からの調達
弊社⇒中国からの調達

という事で日本製のタンポ印刷機ってのは殆どないと思いますね。小さな市場規模に投資する企業がなかったってことですけどアジア圏では割と積極的に作られていて中国製のタンポ印刷機がマーケットの中心でした。日本市場に広まった段階では、工場の加飾ラインに組み込まれることはなくて殆どが街の印刷屋さん。人が30分に1回とか1時間に1回有機溶剤を継ぎ足して粘度を一定に保ちながら印刷するってのが当たり前で、工場の無人化ラインに組み込む考えはなかったと思います。其れが故に印刷機はブレードタイプがメインで弊社のように個室で囲む機械もなかった訳ですけれど…

徐々に街の印刷屋さんから

工場の最終工程に組み込まれるようになっていきます。

前者から後者へ移行するためには、インクの粘度を一定に保つという事が必須になった訳ですね。そこで弊社が売り出した個室タイプの印刷機をミノやナビタスが真似するようになったのですが、其れを更に発展させたのが

カップ式タンポ印刷機ですね。

カップの中にインクを閉じ込めた。

鉄版の上に円形の刃物がついたカップ状の容器を置いて、その上にマグネットを配置して鉄版とカップをくっつける。
 

カップをひっくり返せばこんな感じ
 

横から見た断面図です。版の上にカップを置いて其れを磁石で固定する。溶剤で希釈したインクを注ぎ込んでからフタをして個室状態にする。凹版の上にカップがある時、版の中は常に「濡れた」状態となりインクが乾くことはありません。ブレード式印刷機の個室よりももっと密閉された状態といえるでしょう。この仕組みこそが、工場の生産ラインの要求を満たす印刷機として受け入れられてタンポ印刷機は、街の印刷屋さんから工場の加飾を担うものとして大きく飛躍する事になりました。ここまでの論理ではタンポ印刷機の最重要課題は

揮発性を抑える

事にあったと思います。閉じ込めなければ長時間印刷ができない。その為の工夫としてブレードを個室で囲う。有機溶剤で飽和状態を作りできるだけ凹版の中が乾かないようにする。其れが開発の方向性でした。其れを助長したのがカップ式印刷機であり、上述した4社はこぞって「カップ式印刷機」の開発に力を入れ始めました。開発といっても日本で作る訳じゃなく、中国の開発会社に依頼する訳ですけど、兎も角として4社はカップをメインに考えたのです。

版の上にカップがありますが、その周辺も個室になっていて有機溶剤で飽和状態を作っています。溶剤トレイの中に酢酸ブチルとシクロを入れて脱脂綿に染み込ませると、毛細管現象により有機溶剤は綿をつたって外に出ようとします。これで個室の中が飽和状態となりインクの乾きを抑えます。
 

ブレード式印刷機と似たような仕組みです。異なるのはインク皿がカップに変わっただけ。

既にカップの中が個室になってるから揮発は少ないけれど、シャッターが上昇した時に僅かに混入する空気に対する措置ですね。版の上は印刷するときに一瞬だけ空気にさらされますから乾く可能性があり、其れさえも抑えようとした結果です。

今回もブレードタイプと同様に、カップの位置は動きません。

移動するのはカップを支えている版だけです。1番上の状態で印刷機に版とカップをセットした後、版を奥に引っ込めます⇒①。この後版は①⇒②⇒③⇒④の順番で前に出ます。④の状態になった時は凹みの中だけにインクが残り、其れ以外はインクがきれいにかきとられています。ここで版は一旦停止し、シリコンが下降してインクを押圧。上昇したあと移動し製品の上にインクを転写するのです。

①から④までの所要時間は1秒もかかりません。0コンマ何秒という高速で移動します。

シリコンパッドが上昇した後版は⑤⇒⑥⇒⑦と移動し元の位置に戻るのです。

④の位置の時シリコンパッドが降りてきて版の上を押圧。ここでシリコンに付着したインクが移動して製品の上に転写される。
 

ここまでの動きはこの前UPした「ブレード式タンポ印刷」の動きと同じです。刃物の位置は固定され、其れを支持するインク皿とか版だけが前後に移動してインクを被せる⇒インクをかきとるという一連の動作を完了し、シリコンパッドへとインクが移動します。異なるのはブレードフォルダでインクを被せるか、カップの中に閉じ込めたインクを被せるかの違いですが、長時間インクの粘度を維持するという点では後者の方が圧倒的に有利。液体状のインクを常時カップの中に閉じ込めておけば有機溶剤が揮発する量が劇的に減るからです。

一般的に見て

世界中のタンポ印刷機ではここまででした。

ところが弊社の場合は「揮発性を抑える」という事に特化しました。其れがインクカップと溶剤カップを上下2弾に配置したWカップ構造です。
 

インクカップの上に有機溶剤だけのカップを置いて二段重ねにしました。その心はカップの内部でも有機溶剤の飽和状態を作りたかったから。カップの外では個室による飽和状態。カップの中でも飽和状態にするという事。この仕組みの良さは上段カップの溶剤が脱脂綿の毛細管現象により綿をつたって外に漏れ落ちること。
 

上段カップから漏れ落ちた溶剤がインクカップに混入し、インクの粘度を一定に保ちます。

この状態で印刷を行うと4から5時間どころか10時間を超えても粘度を維持できるようになりました。ロングランテストを行ったところ何と16時間まで粘度が1000センチポイズを超えることなく印刷することができたので長時間稼働のテストとしては他に類をみない結果でしたね。

私が長時間稼働をテストした時は最初は880センチポイズから始めて

8時間後には900センチポイズ
12時間後には940センチポイズ
16時間後には980センチポイズ

このテストを持って、弊社のタンポ印刷機の仕組みはほぼ完成したと思っております。ブレード式印刷方式では6時間が限界だったものが、上下2段カップにすることで16時間まで連続印刷が可能となり、工場ライン内の無人化、自動化に対応できる印刷機になりましたね。

ブレード式印刷機の記事を書いたとき、刃物を鉄板の上で移動すれば摩擦力が大きくなるということを書いたと思います。この問題はカップ式の印刷機にも同じような壁にぶつかります。ブレードの場合は、かきとりを始める時にブレードが下降し、かきとりが終わるとブレードが上昇する。従って刃と面が当たってるのは一方通行だけでした。然しながらカップの場合は刃物で取り囲んだカップの中にインクがあるから刃物を浮かすことはできません。前に進むときも、後ろに進むときも刃と面はぶつかったまま。刃と面の角度は一方で鋭角になれば、また一方では鈍角になる。

ただし円形ですからね。

直線で進む時とは条件が異なります。

金属で先端を削って刃物にするために上記のような形にしてるけど、このような形では長方形とか楕円形ならば必ずどちらかの刃物が踊ることになります。カップを鉄板の上で移動すると必ずどちらかの面が鋭角になり、どちらかの面が鈍角になる。ならば刃物の両側に角度を付ければ良いけれど、金属をそのように加工するのは極めて難しいです。

これが円形となると話がややこしい。直線の時に比べると例え鈍角でも刃が踊りません。従って金属の刃物は円形カップだけに採用しています。

このような楕円形のカップでは、上下に移動すると刃が踊りますね。

楕円形カップに刃を取り付けるには金属刃のような形では、移動すると刃が踊るので刃物をセラミックで作ることにしました。セラミックは型に入れて流すだけなので金属よりも自由な形を作れます。片方に60度の角度を付けて、もう片方には70度の角度を付けました。これならば前に進む時も、後ろに進むときも鋭角で進むため摩擦力を小さくすることができます。

従って

円形のカップの刃先は①のような形になってるし
楕円形のカップの刃先は②のような形になってます。

当初は円形のカップしか発売していなくて弊社カップ用の刃物は全て金属でした。然しながら私がこの研究を続けている時に、摩擦力の大小がかきとりに大きく影響することに気付き

金属板の上に金属の刃物で移動するよりも、金属板の上にセラミックの刃物で移動した方が摩擦力が小さくなるということで、今では円形のカップに対しても金属よりもセラミックを推奨しています。摩擦力が大きいと刃が踊り易くなり、刃が踊るとインクが漏れる。摩擦力を小さくした方がきれいにインクをかきとれるという結論に達しました。この仕事をやってたのは2009年から2010年頃ですが、当時はセラミックよりも金属(タングステン)の方が高価な材質であり、競合他社がセラミック刃を採用しているけれど弊社はタングステンだから、弊社の方が優れているみたいな考え方が深く浸透しており、この固定概念を覆すのには大変苦労しました。

ナビタスは安価なセラミック刃だから安物だ。

うちはタングステンだからナビタスよりも優れた性能であると。

材質の仕入れ価格が高いか安いかには関係なく、かきとりに適しているのはタングステンよりもセラミックだという事を訴求し続けてようやく皆を説得したという経緯があります。従ってこのロジックは私にとっては思い入れの強いことであります。分かりにくい内容をくどくどと書いてきたのはそういうこと。古い人間の頭ん中を覆すには、其れなりの根拠と報告書が必要であり、インクのかきとりには摩擦力が命だと何度も主張を続けた結果認められたロジックなのです。

インクをきれいにかきとる為には摩擦力は小さければ小さいほど良い。

ブレード式のタンポ印刷機しかなかった頃は、この仕組みは割と単純で版の平滑性さえ確保できたら問題は有機溶剤を含んだインクの粘度をどうやって維持するかだけが心配事でした。凹みを作った鉄板にカッターのナイフを空気圧で押して移動するだけ。かきとりが終わると版の上には凹みの中だけにインクが残ってそれ以外はなくなっている。残ったインクをシリコンパッドを押圧してインクを転写するという事でこの仕組みはどの会社の印刷機も似たような構造ですね。ところが溶剤の揮発を抑えるためにカップにインクを閉じ込めるようになると

カップに取り付ける刃の形状と材質
カップの刃先と版を密着させる方法
カップと版の移動方法

選択肢ができましたね。私どものカップ印刷機ではブレードはタングステンかセラミック。版の上にカップを置いて、其れに磁石を載せてカップと版をくっつけています。カップの位置は動かず版が前後に移動することでかきとりを行っています。このような構造でカップ式のタンポ印刷機を作った時

ブレード式のタンポ印刷機による印刷と
カップ式のタンポ印刷機による印刷では

印刷された「色」は同じになるでしょうか？

版の深さは同じ。版の上に凹んだ面にインクを残し、この上にシリコンパッドを押圧するのも同じ。其れならば仕上がりの印刷結果も同じと考える人が多いでしょうけど、実際には若干異なります。この場合の若干とは、色相ではなくて明度と彩度です。赤が青に変わったり、青が赤になることはありませんが明るさと鮮やかさに関してはほんの僅かに変わるのです。

下地の色が白ならば⇒カップよりもブレードの方が明度が下がります。
下地の色が黒ならば⇒カップよりもブレードの方が明度と彩度が上がります。

グレイの丸い部分にだけインクが残ってるとお考え下さい。矢印の方法にカップの刃先が移動するパターンと、矢印の方向に直線のカッターナイフが移動するパターンを考えて欲しいのですが、このようにインクをかきとると刃先の形状に関係なく

直線の刃物よりも、円形の刃物でかきとった方が中のインクが外に出易くなります。

この問題はあまり気が付かない人が多いというか、きちんと対応できていないタンポ印刷機メーカーが多いと思うけど最初は弊社営業サイドからの注文だった。調色の作業はブレードタイプでしかできません。何故かというと新しい色を作る仕事の依頼があると最初は色の配合を頭で考えて大まかに調合する訳。印刷結果を基にして微調整を加えながら最終目的に辿り着くわけですけど、この作業をやるのに「カップ式の印刷機」を使って印刷していたら手間かかって仕方ありません。1回しか印刷しないインクを印刷する作業を何度も繰り返すけれど、1回印刷するたびに版の上を洗浄し、カップの中身を洗浄していたら話しにならんでしょ？1度印刷するだけなら、版の周りには囲みを外し、版の上にはヘラでインクを乗せるだけ。印刷が終われば版とブレードのインクを拭くだけでこの作業を終えるには1分もかかりません。其れがカップ式の印刷機で印刷すると洗浄には15分くらいかかっちゃいますから。

其れが故に色を調合する作業に関してはシンプルな構造のブレードじゃないと無理だけど

営業はブレードとカップでは印刷結果が異なるんじゃないか？カップ式の印刷機がメインの時代に、調色だけがブレードで作業してるのは如何なものかとクレームがつく。その時に私が真剣に考えた結果今日のロジックに辿り着いたのです。

深さが25μの版を直線ブレードでかきとるとほぼ25μ深さのインクが残るけど、円形のブレードでかきとると23μくらいのインクしか残らない。円に沿って外に出るインクにつられて、中のインクが飛び出してしまうのです。何故直線のブレードを移動した時にはインクが残るのに、円形になると飛び出すかというと

地引網をイメージしてください。

地引網で魚を獲るときは最初は真っすぐ横方向に伸びてますけど、浜辺に近づくに従って段々と円弧上になるかと思います。これは両端だけで引っ張るからですけど、直線で引っ張った方が都合が良いのであれば両端を引っ張りながら移動するはずですけど、実際漁の現場ではそんなことしていません。円弧上に引っ張ると力学が真ん中に集まってきて中のものを外に押し出す力が強くなるのです。其れが直線形状のまま移動すると、力が四方八方に広がっていき逃げてしまいます。これが原因で直線で移動した時は

凹みの中のインクが外に出難いのです。

インク切れが良いとも言いますよね。直線のカッターでかきとるとインク切れが良くてインクが追随することなく凹みの中に残るけど、円弧上のカッターでかきとるとインクが追随して外に出てしまう。その結果、カップ式印刷機で印刷するとシリコンに付着するインクの膜厚が薄くなるんですね。

膜厚が薄いと
①白地に印刷すると明るくなる
②黒字に印刷すると色が濁り暗くなる

膜厚が厚いと
①白地に印刷すると明度が下がる
②黒字に印刷すると彩度と明度が上がる

これを研究しカップ印刷の膜厚とブレード印刷の膜厚を比較して、どれくらいの差が出るかを調べたところ、ブレード式印刷機による版の深さ25μでは、カップ印刷機では23μに相当することが分かりました。其れが故に営業サイドからカップ式印刷機で色合わせをして欲しいと頼まれた時には、25μ版⇒23μの版で印刷することでカップで印刷することを想定した色出しができる事を証明したのです。

つまり我々の仕事は、状況によって
版の深さを23μ、25μ、30μ、40μと使い分けているのです。

①標準の印刷では25μの版を使い
②カップ式印刷機での色出しを要求されたら23μの版を使い
③若干大きめの銀粉で印刷する案件には30μの版を使い
④マーキング用途での色出しを要求されたら40μの版を使う

これが色を作るという事なのです。

調色の仕事は単純に「客が依頼した色」を求めてインクを調合するのではなくて、客が本当に求める色を予測して色出しを行う。それなりに技術を要求されるのです。

ここまでのお話でタンポ印刷にはブレードとカップがあることが分かり、其れを支える鉄板には10mm厚のステンレスと、10mm厚のアルミの上に0.4mmのステンレス版を乗せるやり方があるってことが分かると思います。元々は10mm厚の鉄板の上に直線のカッターナイフを走らせてインクをかきとる方法でした。ところが直線の刃物では、インクに含まれた溶剤が揮発するのでカップの中に閉じ込めるようになっていった。版の深さは10mm厚ステンを調達するのはコストがかかるからアルミとステンレスを組み合わせることで版を作る事が主流になりました。

ブレードからカップへ
厚い鉄板から薄い鉄板へ

これが今の主流ですけどカップ式印刷機において、厚版と薄版ではインクをかきとる条件が変わります。何故ならば、10mm厚の鉄板は磁石の力で引っ張られても変形しないけど、0.4mm厚のステンレスは磁石に引っ張られて持ち上がるからです。
 

ここまで極端ではないですがね。版の中央部を中心にしてほんの僅かに磁力によって持ち上がります。従って版と刃先との隙間が埋まりインクのかき残しがなくなるから、きれいなかきとりが行えます。今まで10mm厚のアルミと書いてきましたが、正確にいえば9.5mm厚のアルミ板と0.4mm厚のステンレスです。

従って10mm厚鉄板+ブレードから0.4mm厚ステンレス+ブレード
10mm厚鉄板+カップから0.4mm厚ステンレス+カップ

こういう流れになってるんですけど欠点もあります。

0.4mm厚ステンレス＋カップ式印刷機では版の中のインクを外にかきだし易いからです。

地引網の原理でブレードよりもカップの方がインクを外に出し易いということを書きました。それに加えてカップに0.4mm厚の版を組み合わせると、磁力に引っ張られて更に凹みの中にあるインクが外に出易くなります。先ほどはブレード25μ、カップ23μと書きましたけど、厳密にいえば

①10mm厚版ブレード⇒25μ深さ版
②0.4mm厚版ブレード⇒25μ深さ版
③10mm厚版カップ⇒23.5μ深さ版
④0.4mm厚版カップ⇒23μ深さ版

こうなりますね。最近は10mm厚版を購入するお客様が減っているので、先ほどの調色の話では0.4mm厚版+カップ式印刷機にフォーカスして記事を書きましたけど厳密にいえば③と④ではインクの層厚は僅かに変わるわけです。そこまで厳密に色の違いを気にするお客様はいないので23μ深さと25μ深さの版しか使っていないですね。

ただこれがベタ面積への印刷となると

影響が出るんですね。

タンポ印刷の大きな特徴として、ある程度の大きさのベタ面を均一に塗るのが得意と書きました。然しながら其れはあくまでもある程度の大きさによる。タンポ印刷は一旦シリコンに付着させたインクを別の製品上に転写させるので、穴から落とすスクリーン印刷のように大きな面積を印刷することはできません。ある程度というのは精々5cm×5cmでしょうね。これ以上大きくなると

凹みの中のインクが外に出て、凹みの中でインクの均一性を失います。

つまりベタ面への印刷に関しては
①カップならば薄版よりも厚版
②カップよりもブレード

という事になります。この辺のお話は次回「製版」というテーマで書くことにします。