(57)【要約】  基材の張力を微細に制御する性能を備えるべく、ロールツーロール方式にて基材にシームレスで印刷を行うロールツーロール印刷装置は、基材（Ｂ）を版胴へ供給する駆動ロール（７４）と、該駆動ロール（７４）を回転させる駆動ロールアクチュエータと、基材（Ｂ）のパスライン長を変化させて基材（Ｂ）の張力を変化させるダンサアクチュエータ（８４）と、基材（Ｂ）の張力を検出する張力検出装置（７８）と、該張力検出装置（７８）の検出結果に応じて駆動ロールアクチュエータとダンサアクチュエータ（８４）とを制御し、基材（Ｂ）の張力変動を補償する張力制御装置（８０）と、を備える。張力制御装置（８０）は、基材（Ｂ）の張力変動を補償する際、比較的粗い制御を駆動ロールアクチュエータで行い、比較的細かい制御をダンサアクチュエータ（８４）で行う。
2018088407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材を繰り出す繰出ユニットと、該繰出ユニットから繰り出された前記基材に印刷を行う印刷ユニットと、該印刷ユニットにより印刷された前記基材を巻き取る巻取ユニットと、を備え、ロールツーロール方式にて前記基材にシームレスで印刷を行うロールツーロール印刷装置であって、
前記基材を印刷部へ供給する駆動ロールと、
該駆動ロールを回転させる駆動ロールアクチュエータと、
前記駆動ロールと駆動ロールとの間に配置され、前記基材のパスライン長を変化させて前記基材の張力を変化させるダンサアクチュエータと、
前記基材の張力を検出する張力検出装置と、
該張力検出装置の検出結果に応じて前記駆動ロールアクチュエータと前記ダンサアクチュエータとを制御し、前記基材の張力変動を補償する張力制御装置と、
を備え、
前記張力制御装置は、前記基材の張力変動を補償する際、比較的粗い制御を前記駆動ロールアクチュエータで行い、比較的細かい制御を前記ダンサアクチュエータで行う、ロールツーロール印刷装置。
【請求項２】
前記ダンサアクチュエータは連続する２つの前記駆動ロールの間に配置されている、請求項１に記載のロールツーロール印刷装置。
【請求項３】
前記張力制御装置は、前記ダンサアクチュエータにより、当該ダンサアクチュエータの前段に配置された前記駆動ロールの前記駆動ロールアクチュエータに対してはフィードバック制御し、当該ダンサアクチュエータの後段に配置された前記駆動ロールの前記駆動ロールアクチュエータに対してはフィードフォワード制御する、請求項２に記載のロールツーロール印刷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロールツーロール印刷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
このような反転印刷システムのひとつとして、ロールツーロール方式にて基材にシームレスで反転印刷を行うロールツーロール印刷装置が提案されている。ロールツーロール方式であるロールツーロール印刷装置には、基材を送る２つの駆動ロールの回転速度差をもって該当ロール間の張力を制御するコンペンレス制御方式と、同速回転する駆動ロール間にダンサアクチュエータを入れパスライン長を操作することで該当ロール間張力を制御するコンペンセータロール方式とがある。どちらの方式でも、張力変動と重ね合わせ印刷精度との関係をモデル化し、フィードフォワード制御により、前段ユニット内で発生する操作量によって張力変動の影響を後段ユニット操作量で相殺し、後段での重ね合わせ印刷精度を維持している（例えば特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−０５５７０７号公報
【特許文献２】特開２０１０−０９４９４７号公報
【特許文献３】特開２００２−２４８７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、コンペンレス制御方式では、操作可能なアクチュエータが慣性の大きい駆動ロールであるため、微細な制御を実施するにも限界がある。一方、コンペンセートロール方式では、操作範囲に限界があるため、対応できる張力変動にも限りがあることから、実際に起り得る張力変動を抑制可能な装置設計となり、その結果、慣性が大きくなりアクチュエータ精度が劣ることになり、重ね合わせ印刷精度が出ないという課題があった。【０００６】
本発明は、基材の張力を微細に制御する性能を備えたロールツーロール印刷装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る印刷装置は、基材を繰り出す繰出ユニットと、該繰出ユニットから繰り出された基材に印刷を行う印刷ユニットと、該印刷ユニットにより印刷された基材を巻き取る巻取ユニットと、を備え、ロールツーロール方式にて基材にシームレスで印刷を行うロールツーロール印刷装置であって、
基材を版胴へ供給する駆動ロールと、
該駆動ロールを回転させる駆動ロールアクチュエータと、
駆動ロールと駆動ロールとの間に配置され、基材のパスライン長を変化させて基材の張力を変化させるダンサアクチュエータと、
基材の張力を検出する張力検出装置と、
該張力検出装置の検出結果に応じて駆動ロールアクチュエータとダンサアクチュエータとを制御し、基材の張力変動を補償する張力制御装置と、
を備え、
張力制御装置は、基材の張力変動を補償する際、比較的粗い制御を駆動ロールアクチュエータで行い、比較的細かい制御をダンサアクチュエータで行うというものである。【０００８】
ダンサアクチュエータは物理的な摩擦抵抗を軽減するなど通が応答性に優れた構成であるから、通常のダンサよりも即応性の高い高精度な（感度の高い）アクチュエータ性能を有するものを採用することで、感度特性の差ができ、ダンサおよび該ダンサを駆動するアクチュエータといった従前の組み合わせよりも高い精度で基材の張力を制御して張力変動を抑制することが可能である。したがって、従来、一般にはアクチュエータによって駆動ロールを変位させて張力制御し、張力変動を補填するということが行われているのに対し、本態様のロールツーロール印刷装置によれば、ダンサアクチュエータを使ってさらに細かに張力制御することにより、張力変動を高精度に行うことができる。【０００９】
ダンサアクチュエータは連続する２つの駆動ロールの間に配置されていてもよい。【００１０】
張力制御装置は、ダンサアクチュエータにより、当該ダンサアクチュエータの前段に配置された駆動ロールの駆動ロールアクチュエータに対してはフィードバック制御し、当該ダンサアクチュエータの後段に配置された駆動ロールの駆動ロールアクチュエータに対してはフィードフォワード制御してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、基材の張力を微細に制御する性能を備えたロールツーロール印刷装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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。
【図２】ロールツーロール印刷装置における張力制御の第１の高度化手法における制御モデルを表す図である。
【図３】ロールツーロール印刷装置における張力制御の第２の高度化手法における制御モデルを表す図である。
【図４】ロールツーロール印刷装置における張力制御の第３の高度化手法における制御モデルを表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
【００１４】
ロールツーロール印刷装置１は、繰出ユニット２、印刷ユニット３、巻取ユニット４などで構成され、ロールツーロール方式にて基材Ｂにシームレスで印刷を行う印刷装置である（図１参照）。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を繰出ユニット２によって繰出し、フリーロール７２、インフィードロール８５等からなる駆動ロールで印刷ユニット３に搬送し、印刷を行い、その後、基材Ｂを巻取ユニット４まで搬送して巻き取る。
【００１５】
基材Ｂは、例えば可撓性フィルムで構成されており、印刷ユニット３においてその表面に印刷される。当初、基材Ｂは繰出ロール２Ｒに巻かれてロール状になっており、該繰出ロール２Ｒ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）、印刷ユニット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、巻取ユニット４の巻取ロール４Ｒによってロール状に巻き取られる。
【００１６】
印刷ユニット３における印刷は、印刷部３２において、版胴４０、圧胴６０などを利用して行われる。圧胴６０は、圧胴アクチュエータ７６によって駆動される（図１参照）。
【００１７】
また、本実施形態のロールツーロール印刷装置１は、上述した構成に加え、フリーロール７２、張力センサ７８、張力制御装置８０、ダンサ８２、ダンサアクチュエータ８４などをさらに備えており、基材Ｂの繰り出しや巻き取りを行い、かつ、基材Ｂの張力を制御して張力変動を抑制する。
【００１８】
フリーロール７２は、繰出ユニット２から印刷ユニット３を経て巻取ユニット４に至るまでの基材Ｂの経路に配置されていて、基材Ｂが搬送されるに伴い回転する。
【００１９】
張力センサ７８は、所定の箇所における基材Ｂの張力を検出する（図１参照）。一例として、本実施形態のロールツーロール印刷装置１における張力センサ７８は、繰出ユニット２中の最後段と、印刷ユニット３の印刷部３２の前段にそれぞれ配置されており、当該位置における基材Ｂの張力を検出し、検出データを張力制御装置８０へ送信する。
【００２０】
張力制御装置８０は、例えば、プログラマブルなドライブシステムによって構成される装置で、張力センサ７８の検出信号を受信し、検出結果に応じてインフィードロール８５とダンサアクチュエータ８４を制御する（図１参照）。
【００２１】
ダンサ８２は、基材Ｂに一定の荷重を作用させる装置（ダンサロール）である。本実施形態のダンサ８２は、吊り下げられたウェイトに応じた所定の荷重を、ロールを介して基材Ｂに作用させる（図１参照）。なお、本実施形態のロールツーロール印刷装置１で用いられているダンサ８２は、可動範囲中におけるダンサ自身の位置を把握するための検出器や、ダンサ自体を駆動するためのアクチュエータ等を有していない公知の装置である。
【００２２】
ダンサアクチュエータ８４は、ダンサ８２と比較して質量および慣性が非常に小さいため感度と追従性に優れており、機敏に動作して基材Ｂの張力を超高精度に制御することを可能とする。また、ダンサアクチュエータ８４は自己のダンサの位置検出機能と位置制御機能とを備える。本実施形態では、このダンサアクチュエータ８４を単なるダンサとしてではなく張力制御用のアクチュエータとして機能させる。具体的には、所定の低周波数帯域の張力変動については該変動を打ち消すように駆動ロールアクチュエータを制御し、所定の高周波数帯域の張力変動については該変動を打ち消すようにダンサアクチュエータ８４を制御する。
【００２３】
＜印刷装置におけるコンペンレス方式、コンペンセータロール方式の制御について＞
グラビア印刷装置などにおける一般的な印刷の制御方式は、アクチュエータを適切に調節することで調節量を変化させ、制御したい量を制御したいように動かすことを目的としている。制御対象には、非線形性が存在している。しかし、実際に制御系を構成するには、計算負荷や対象を動かす領域を考慮し、線形近似を行う。線形近似をするためには、定常状態を作り出す必要がある。定常状態とは、一定操作量を各アクチュエータに与えた状態でバランスする状態を意味する。コンペンレス方式もコンペンセータロール方式も、その定常状態をベースにして、見当誤差を如何にして抑制するかという問題に対して、機構、発生現象を基にモデル化し、目的を果たす制御入力（アクチュエータの動かし方）を決定している。
【００２４】
アクチュエータを動かすことで，必然的に動く量が「変数」としている箇所である。アクチュエータを動かすことで、「変数」を動かして、結果として「制御したい量」を動かすことになる。
【表１】
2018088407.tif 000003
【００２５】
＜ダンサアクチュエータを用いた張力制御モデル＞
ダンサアクチュエータ８４を用いた張力制御モデルについて説明する。
【００２６】
(1) 各ユニット２〜４の張力変動は、そのユニット前後の駆動ロール（圧胴ロール６０、版胴ロール４０）、フリーロール７２の速度変化と、その前段の張力変動の影響、およびそのユニットにあるダンサの位置変化の仕方により決定される。
【００２７】
(1)-2  基材Ｂに重ね合わせ印刷された複数層の各層（各セクション）の張力変動が、その前後の駆動ロール（圧胴ロール６０、版胴ロール４０）、フリーロール７２の速度変化に依存するため、前段の張力制御を行う目的で行う操作は、必ず後段に影響を与える。よって、その影響を後段で相殺するためにユニット間でのフィードフォワード制御が必要になる。
【００２８】
(2)印刷ユニット３では，操作量がインフィードロール８５等の駆動ロールの速度変化とダンサアクチュエータ８４への荷重指令となる。ダンサアクチュエータ８４にとっては、荷重を一定にするか、位置を保持するために荷重を変化させるかは表裏一体なので、ここを位置指令とすることも可能である。
【００２９】
(3) 各ユニットの張力変動モデルは、ライン速度（以下に示すユニットモデル中の「ｒ*ω*」（半径ｒ*と角速度ω*との積）で表される）に依存して、インフィードロール８５等の駆動ロールやダンサアクチュエータ８４を操作した影響の速さ（時定数）が変わる。また，基材Ｂのヤング率や設定張力によって、操作した影響の大きさ（ゲイン）が変わる。
【００３０】
＜張力制御モデル＞
ロールツーロール印刷装置１において基材Ｂの張力を制御する際のモデルを表す数式（数式１〜１１）を示す。数式１〜４は汎用形式モデル、数式５〜６は繰出ユニット２のモデル、数式７〜８は印刷ユニット３のモデル、そして数式９〜１１は巻取ユニット４のモデルをそれぞれ表す。これらは、物理式をベースに入出力関係をモデル化したものである。
【００３１】
【数１】
2018088407.tif 000004
【数２】
2018088407.tif 000005
【数３】
2018088407.tif 000006
【数４】
2018088407.tif 000007
【数５】
2018088407.tif 000008
【数６】
2018088407.tif 000009
【数７】
2018088407.tif 000010
【数８】
2018088407.tif 000011
【数９】
2018088407.tif 000012
【数１０】
2018088407.tif 000013
【数１１】
2018088407.tif 000014
【００３２】
なお、数式１〜１１中の文字が表す内容は以下に表２として示すとおりである。
【表２】
2018088407.tif 000015
【００３３】
続いて、ダンサアクチュエータ８４を備えた本実施形態のロールツーロール印刷装置１における張力制御の高精度化手法の内容について、具体例を３つ挙げて説明する。
【００３４】
＜第１の高精度化手法＞
図２に示す制御モデルの基本ストラテジは、駆動ロール用の制御仕様とダンサアクチュエータ８４用の制御仕様を切り分けることである。
【００３５】
なお、図２中の各表記の内容は以下のとおりである。
P1(s)……駆動ロールから張力への振る舞いを表す伝達関数（実制御対象）
P2(s)……ダンサアクチュエータから張力への振る舞いを表す伝達関数（実制御対象）
C1(s)……駆動ロールへの操作量を計算する制御器
C2(s)……ダンサアクチュエータへの操作量を計算する制御器
M1(s)……P1(s)部分のモデル
【００３６】
この制御モデルは、C2(s)の動きをC1(s)による制御の結果付近の微調整にするための構成を検討するに適する。また、この制御モデルによれば、C1(s)系のモデル化誤差をC2(s)が補正することができる場合がある。
【００３７】
なお、この制御モデルにおける閉ループ伝達関数を数式１２，１３に示す。
【数１２】
2018088407.tif 000016
【数１３】
2018088407.tif 000017
【００３８】
線形近似モデルで先に説明したとおり、各ユニットの張力変動は、当該ユニットを挟む前後の駆動ロールの影響をうける。第１の高精度化手法では、基本的に印刷ユニット３は前段側の駆動ロールを操作し、繰出ユニット２、巻取ユニット４では、繰出ロール２Ｒ、巻取ロール４Ｒを操作することで張力制御を行う。つまり、１ユニット内で制御に用いる駆動ロールは１つとして、制御自体の干渉を抑制する。
【００３９】
印刷ユニット３においては、駆動ロールとダンサアクチュエータ８４の２つが操作量として存在する。慣性の大きい駆動ロールで大まかな印刷ユニット３の張力フィードバック制御系を構成し、ベースの安定性を補償する。この張力フィードバック制御系は，P1のモデルであるM1に基づいて設計される。P1とM1は一致していることが理想だが、現実にはズレ（「モデル化誤差」という）がある。このモデル化誤差を補償するために、ダンサアクチュエータ（図２中の記号u2を参照）を用いて、モデル化誤差に起因する制御性能のズレを補償するとともに、外乱による張力変動への影響も軽減する。
【００４０】
＜第２の高精度化手法＞
図３に示す制御モデルの基本ストラテジは、駆動ロール用の制御仕様とダンサアクチュエータ８４用の制御仕様を切り分けることである。
【００４１】
なお、図３中の各表記の内容は以下のとおりである。
P1(s)……駆動ロールから張力への振る舞いを表す伝達関数（実制御対象）
P2(s)……ダンサアクチュエータから張力への振る舞いを表す伝達関数（実制御対象）
C1(s)……駆動ロールへの操作量を計算する制御器
C2(s)……ダンサアクチュエータへの操作量を計算する制御器
GTr*(s) ……C1(s)で構成される閉ループ系の理想応答
【００４２】
この制御モデルは、C2(s)の動きをC1(s)による制御の結果付近の微調整にするための構成を検討するに適する。また、この制御モデルによれば、C1(s)系の所望の動き方からの逸脱部分を，C2(s)が補正することができる場合がある。
【００４３】
なお、この制御モデルにおける閉ループ伝達関数を数式１４〜１６に示す。
【数１４】
2018088407.tif 000018
【数１５】
2018088407.tif 000019
【数１６】
2018088407.tif 000020
【００４４】
線形近似モデルで先に説明したとおり、各ユニットの張力変動は、当該ユニットを挟む前後の駆動ロールの影響をうける。第２の高精度化手法では、基本的に印刷ユニット３は前段側の駆動ロールを操作し、繰出ユニット２、巻取ユニット４では、繰出ロール２Ｒ、巻取ロール４Ｒを操作することで張力制御を行う。つまり、１ユニット内で制御に用いる駆動ロールは１つとして、制御自体の干渉を抑制する。
【００４５】
印刷ユニット３においては、駆動ロールとダンサアクチュエータ８４の２つが操作量として存在する。慣性の大きい駆動ロールで大まかな印刷ユニット３の張力フィードバック制御系を構成し、ベースの安定性を補償する。この張力フィードバック制御系は、P1のモデルであるM1に基づいて設計される。P1とM1は一致していることが理想だが、現実にはズレ（「モデル化誤差」という）がある。このモデル化誤差により、本来このように動いてほしいという動き方を既定した理想応答GTrと実際の動きとの間に乖離が発生する。その乖離を埋めるために、ダンサアクチュエータ（図３中の記号u2を参照）を用いて、モデル化誤差に起因する理想応答とのズレを補償するとともに、外乱による影響も緩和する。
【００４６】
＜第３の高精度化手法＞
図４に示す制御モデルの基本ストラテジは、駆動ロール用の制御仕様とダンサアクチュエータ８４用の制御仕様を切り分けることである。
【００４７】
なお、図４中の各表記の内容は以下のとおりである。
P1(s)……駆動ロールから張力への振る舞いを表す伝達関数（実制御対象）
P2(s)……ダンサアクチュエータから張力への振る舞いを表す伝達関数（実制御対象）
C1(s)……駆動ロールへの操作量を計算する制御器
C2(s)……ダンサアクチュエータへの操作量を計算する制御器
GTr*(s) ……C1(s)で構成される閉ループ系の理想応答
【００４８】
この制御モデルは、C1(s)による制御の結果とC2(s)による制御の結果を双方のアクチュエータの性能違いを考慮して制御系設計に組み込む。C1(s)系は緩やかな制御を、C2(s)系は素早い制御が可能なように制御系設計されている。この制御モデルによれば、C1(s)とC2(s)のバランスにより所望の動き方を実現することが可能である。
【００４９】
なお、この制御モデルにおける閉ループ伝達関数を数式１７に示す。
【数１７】
2018088407.tif 000021
【００５０】
線形近似モデルで先に説明したとおり、各ユニットの張力変動は、当該ユニットを挟む前後の駆動ロールの影響をうける。第１の高精度化手法では、基本的に印刷ユニット３は前段側の駆動ロールを操作し、繰出ユニット２、巻取ユニット４では、繰出ロール２Ｒ、巻取ロール４Ｒを操作することで張力制御を行う。つまり、１ユニット内で制御に用いる駆動ロールは１つとして、制御自体の干渉を抑制する。
【００５１】
印刷ユニット３においては、駆動ロールとダンサアクチュエータ８４の２つが操作量として存在する。慣性の大きい駆動ロールで大まかな印刷ユニット３の張力フィードバック制御系を構成し、ベースの安定性を補償する。この制御では、P1とP2の特性の違いを考慮して、系全体としてC1系で基本的な安定性を補償し、C2系では外乱抑制を行うような応答特性を持つ制御系に設計する。
【００５２】
また、本実施形態のロールツーロール印刷装置１は、駆動ロール間に超高精度な張力制御が可能なダンサアクチュエータ８４を配し、該ダンサアクチュエータ８４自体を張力制御のアクチュエータとして（いわば、新しいダンサユニットとして）機能させる構成とすることで、張力変動を補償する役割を、その操作性能の違いに基づき駆動ロールとダンサアクチュエータ８４とに分けることを可能としている。こうした場合には、大まかな比較的粗い制御（定常状態の実現）を駆動ロールおよび駆動ロールアクチュエータにて担い、微細な比較的細かい制御を超高精度であるダンサアクチュエータ８４で担うというように分担することで、それぞれの方式のみでは実現が難しい広い操作可能範囲と微細な張力制御性能を実現している。
【００５３】
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。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、ロールツーロール方式にて基材にシームレスで印刷を行うロールツーロール印刷装置に適用して好適である。
【符号の説明】
【００５５】
１…ロールツーロール印刷装置、２…繰出ユニット、２Ｒ…繰出ロール、３…印刷ユニット、４…巻取ユニット、４Ｒ…巻取ロール、２０…インク供給部材、３０…ブランケット胴、４０…版胴、６０…圧胴、７２…フリーロール、７６…圧胴アクチュエータ、７８…張力センサ（張力検出装置）、８０…張力制御装置、８２…ダンサ、８４…ダンサアクチュエータ、８５…インフィードロール、Ｂ…基材
【図１】
2018088407.tif 000022
【図２】
2018088407.tif 000023
【図３】
2018088407.tif 000024
【図４】
2018088407.tif 000025
【国際調査報告】
2018088407.tif 000026
2018088407.tif 000027
2018088407.tif 000028
2018088407.tif 000029