CN109963718B - 卷对卷印刷装置 - Google Patents

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Abstract

为了具备对基材的张力微细地进行控制的性能，以卷对卷方式对基材无缝地进行印刷的卷对卷印刷装置具备：驱动辊(74)，其用于向印版滚筒供给基材(B)；驱动辊致动器，其用于使该驱动辊(74)旋转；张力调节致动器(84)，其能够使基材(B)的迹线长度变化来使基材(B)的张力变化；张力检测装置(78)，其用于检测基材(B)的张力；以及张力控制装置(80)，其根据该张力检测装置(78)的检测结果控制驱动辊致动器和张力调节致动器(84)，从而补偿基材(B)的张力变动。张力控制装置(80)在补偿基材(B)的张力变动之际，利用驱动辊致动器进行比较粗疏的控制，利用张力调节致动器(84)进行比较精细的控制。

Description

卷对卷印刷装置
技术领域
本发明涉及一种卷对卷印刷装置。
背景技术
近年来，开发了一种以印刷方式来制造电子器件的技术。其中，作为以10微米以下这样的高分辨率来印刷电子器件的方法，研究反转印刷法(reverse offset)，不断进行印刷机的开发。
作为这样的反转印刷系统之一，提出了以卷对卷方式对基材无缝地进行反转印刷的卷对卷印刷装置。在作为卷对卷方式的卷对卷印刷装置中，存在无补偿控制方式和补偿辊方式，在无补偿控制方式中，利用输送基材的两个驱动辊的转度差来控制该辊间的张力，在补偿辊方式中，在以相同速度进行旋转的驱动辊之间放入张力调节致动器并操作迹线长度，从而控制该辊间张力。无论哪种方式，都使张力变动与重叠印刷精度之间的关系模型化，通过前馈控制，利用后级单元操作量将因在前级单元内产生的操作量而导致的张力变动的影响抵消，维持了后级处的重叠印刷精度(参照例如专利文献1～3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-055707号公报
专利文献2：日本特开2010-094947号公报
专利文献3：日本特开2002-248743号公报
发明内容
发明要解决的问题
但是，在无补偿控制方式中，由于能够操作的致动器是惯性较大的驱动辊，因此在实施细微的控制方面也存在限度。另一方面，在补偿辊方式中，由于操作范围存在限度，因此能够应对的张力变动也有限，由此成为能够对可能实际产生的张力变动进行抑制的装置设计，其结果是，惯性变大，致动器精度变差，存在达不到重叠印刷精度这样的课题。
本发明的目的在于提供一种具备对基材的张力微细地进行控制的性能的卷对卷印刷装置。
用于解决问题的方案
本发明的一技术方案提供一种卷对卷印刷装置，其具备：放出单元，其用于放出基材；印刷单元，其用于对被从该放出单元放出来的基材进行印刷；以及卷取单元，其用于将利用该印刷单元印刷后的基材卷取起来，该卷对卷印刷装置以卷对卷方式对基材无缝地进行印刷，其中，
该卷对卷印刷装置具备：
驱动辊，其用于向印版滚筒供给基材；
驱动辊致动器，其用于使该驱动辊旋转；
张力调节致动器，其配置于驱动辊与驱动辊之间，该张力调节致动器能够使基材的迹线长度变化来使基材的张力变化；
张力检测装置，其用于检测基材的张力；以及
张力控制装置，其根据该张力检测装置的检测结果控制驱动辊致动器和张力调节致动器，从而补偿基材的张力变动，
张力控制装置在补偿基材的张力变动之际，利用驱动辊致动器进行比较粗疏的控制，利用张力调节致动器进行比较精细的控制。
由于张力调节致动器是使物理性的摩擦阻力减轻等那样在响应性方面优异的结构，因此，通过采用快速响应性(日文：即応性)比通常的张力调节件高的具有高精度的(灵敏度较高)致动器性能的张力调节致动器，能够产生灵敏度特性的差别，从而能够利用以比张力调节件和对该张力调节件进行驱动的致动器这样的从前的组合的精度高的精度来控制基材的张力而抑制张力变动。因而，以往，通常的做法是，利用致动器使驱动辊位移而进行张力控制，以弥补张力变动，与此相对，根据本技术方案的卷对卷印刷装置，通过使用张力调节致动器来进一步精细地进行张力控制，能够高精度地进行张力变动。
也可以是，张力调节致动器配置于连续的两个驱动辊之间。
也可以是，张力控制装置利用张力调节致动器对在该张力调节致动器的前级配置的驱动辊的驱动辊致动器进行反馈控制，对在该张力调节致动器的后级配置的驱动辊的驱动辊致动器进行前馈控制。
发明的效果
根据本发明，能够提供具备对基材的张力微细地进行控制的性能的卷对卷印刷装置。
附图说明
图1是表示构成卷对卷印刷装置的各装置和基材(膜)的输送路径的概要的图。
图2是表示卷对卷印刷装置中的张力控制的第1高度化方法中的控制模型的图。
图3是表示卷对卷印刷装置中的张力控制的第2高度化方法中的控制模型的图。
图4是表示卷对卷印刷装置中的张力控制的第3高度化方法中的控制模型的图。
具体实施方式
参照附图对本发明的优选的实施方式进行说明。
卷对卷印刷装置1由放出单元2、印刷单元3、卷取单元4等构成，是以卷对卷方式对基材B无缝地进行印刷的印刷装置(参照图1)。在卷对卷印刷装置1中，首先，利用放出单元2将成为卷状的基材B放出，利用包括自由辊72、进料辊(日文：インフィードロール)85等在内的驱动辊将基材B输送至印刷单元3并进行印刷，之后，将基材B输送至卷取单元4而进行卷取。
基材B由例如挠性膜构成，在印刷单元3中，对基材B的表面进行印刷。最初，基材B被卷绕于放出辊2R而成为卷状，将基材B从该放出辊2R放出并将基材B沿着预定的路径送向印刷工序(参照图1中的箭头)，利用印刷单元3转印墨图案来进行印刷。在经过印刷工序之后，经过干燥工序、张力检测工序等，利用卷取单元4的卷取辊4R将基材B以卷状卷取起来，其中，对于干燥工序、张力检测工序等，并未特别图示。
印刷单元3中的印刷是在印刷部32中利用印版滚筒40、压印滚筒60等来进行的。压印滚筒60被压印滚筒致动器76驱动(参照图1)。
另外，本实施方式的卷对卷印刷装置1不仅包括上述结构，还包括自由辊72、张力传感器78、张力控制装置80、张力调节件82、张力调节致动器84等，该卷对卷印刷装置1对基材B进行放出、卷取，且控制基材B的张力，从而抑制张力变动。
自由辊72配置在从放出单元2经过印刷单元3到达卷取单元4为止的基材B的路径上，自由辊72随着基材B的输送而旋转。
张力传感器78对预定部位处的基材B的张力进行检测(参照图1)。作为一个例子，本实施方式的卷对卷印刷装置1中的张力传感器78分别配置于放出单元2中的最后级和印刷单元3的印刷部32的前级，张力传感器78对该位置处的基材B的张力进行检测并将检测数据向张力控制装置80发送。
张力控制装置80是例如由可编程的驱动系统构成的装置，其接收张力传感器78的检测信号并根据检测结果来控制进料辊85和张力调节致动器84(参照图1)。
张力调节件82是使恒定的载荷作用于基材B的装置(张力调节辊)。本实施方式的张力调节件82使与被悬挂的配重相对应的预定的载荷经由辊作用于基材B(参照图1)。此外，本实施方式的卷对卷印刷装置1所使用的张力调节件82是公知的装置，其不具有用于把握可动范围中的张力调节件本身的位置的检测器、用于对张力调节件本身进行驱动的致动器等。
与张力调节件82相比，张力调节致动器84的质量和惯性都非常小，因此灵敏度和追随性优异，能够灵敏地进行动作来对基材B的张力超高精度地进行控制。另外，张力调节致动器84具备自己的张力调节件的位置检测功能和位置控制功能。在本实施方式中，使该张力调节致动器84作为张力控制用的致动器发挥功能，而不单纯作为张力调节件发挥功能。具体而言，对于预定的低频带的张力变动，控制驱动辊致动器来消除该变动，对于预定的高频带的张力变动，控制张力调节致动器84来消除该变动。
＜对于印刷装置中的无补偿方式、补偿辊方式的控制＞
凹版印刷装置等中的通常的印刷的控制方式的目的在于，通过适当调节致动器来改变调节量，使致动器如想要控制那样移动欲控制的量。在控制对象中存在非线性。但是，对于实际构成控制系统，考虑计算载荷、使对象移动的区域，并进行了线性近似。为了进行线性近似，需要形成稳定状态。稳定状态是指在对各致动器赋予了恒定操作量的状态下实现平衡的状态。无补偿方式和补偿辊方式均针对以该稳定状态为基础，如何抑制套准误差这样的问题，基于机构、产生现象进行模型化，决定实现目的的控制输入(致动器的移动方式)。
通过使致动器移动，必然地进行动作的量为作为“变量”的部位。通过使致动器移动，从而使“变量”移动，其结果，使致动器移动“欲控制的量”。
(表1)
Figure GDA0002765922560000051
＜使用了张力调节致动器的张力控制模型＞
说明使用了张力调节致动器84的张力控制模型。
(1)各单元2～4的张力变动由该单元前后的驱动辊(压印滚筒辊60、印版滚筒辊40)、自由辊72的速度变化，其前级的张力变动的影响，以及位于该单元的张力调节件的位置变化的方式决定。
(1)-2重叠印刷于基材B的多层中的各层(各部分)的张力变动取决于其前后的驱动辊(压印滚筒辊60、印版滚筒辊40)、自由辊72的速度变化，因此，以对前级进行张力控制为目的进行的操作必然对后级造成影响。因此，为了在后级抵消该影响而需要单元间的前馈控制。
(2)在印刷单元3中，操作量为进料辊85等驱动辊的速度变化和对张力调节致动器84发出的载荷指令。对于张力调节致动器84而言，要么使载荷恒定，要么为了保持位置而使载荷变化，两者呈表里一致的关系(日文：表裏一体)，因此，在此也能够设为位置指令。
(3)在各单元的张力变动模型中，取决于线速度(由以下所示的单元模型中的“r*ω*”(半径r*和角速度ω*的积)表示)，对进料辊85等驱动辊、张力调节致动器84进行操作后的影响的快慢(时间常数)发生变化。另外，因基材B的杨氏模量、所设定的张力的不同，操作后的影响的大小(增益)发生变化。
＜张力控制模型＞
示出表示在卷对卷印刷装置1中对基材B的张力进行控制之际的模型的数学式(数学式1～数学式11)。数学式1～数学式4表示通用形式模型，数学式5和数学式6表示放出单元2的模型，数学式7和数学式8表示印刷单元3的模型，数学式9～数学式11表示卷取单元4的模型。这些是以物理式为基础对输入输出关系进行模型化而得到的。
[数学式1]
Figure GDA0002765922560000061
[数学式2]
Figure GDA0002765922560000062
[数学式3]
Figure GDA0002765922560000071
[数学式4]
Figure GDA0002765922560000072
[数学式5]
Figure GDA0002765922560000073
[数学式6]
Figure GDA0002765922560000074
Figure GDA0002765922560000075
[数学式7]
Figure GDA0002765922560000076
[数学式8]
Figure GDA0002765922560000077
Figure GDA0002765922560000078
[数学式9]
Figure GDA0002765922560000079
[数学式10]
Figure GDA00027659225600000710
[数学式11]
Figure GDA00027659225600000711
此外，数学式1～数学式11中的文字所表示的内容如下。
ri第i个辊的半径。
ωi第i个辊的角速度。
yi第i个张力调节件的移动速度。
xi第i个张力调节件的位置。
Ti第i个区间的张力变动。
△ωi第i个辊的相对于平衡状态的控制输入
△Ti第i个区间的相对于平衡状态的张力变动。
Li0第i个区间的无张力条件下的基材长度。
△Li第i个区间的基准张力条件下的相对于基材长度的变化。
Di,Mi表示第i个张力调节件的移动特性的系数。
ei第i个单元中的对准误差(套准误差)。
εi第i个单元中的相对应变。
εp*应变系数。
△εp附加应变，设想反转印刷部处的因夹紧压力等而产生的变动
fi第i个张力调节件是致动器张力调节件的情况下的载荷指令。
A基材截面积。
E杨氏模量。
L由对准发生部位(印刷部位)处的基材长度和搬送速度决定的无效时间(对准误差受到张力变动的影响。对准误差是与前级印刷位置之间的相对偏移，因此，L是直至出现前级的影响为止的时间的偏差)。
r(t)目标参照输入。
d(t)干扰信号。
接着，举出3个具体例来说明包括张力调节致动器84的本实施方式的卷对卷印刷装置1中的张力控制的高精度化方法的内容。
＜第1高精度化方法＞
图2所示的控制模型的基本策略是划分驱动辊用的控制规格和张力调节致动器84用的控制规格。
此外，图2中的各标记的内容如下所述。
P1(s)表示从驱动辊对张力进行动作的传递函数(实际控制对象)。
P2(s)表示从张力调节致动器对张力进行动作的传递函数(实际控制对象)。
C1(s)计算对驱动辊施加的操作量的控制器。
C2(s)计算对张力调节致动器施加的操作量的控制器。
M1(s)P1(s)部分的模型。
该控制模型适于对用于使C2(s)的动作成为基于C1(s)的控制结果附近的微调整的结构进行研究。另外，根据该控制模型，存在C2(s)能够校正C1(s)系统的模型化误差的情况。
此外，将该控制模型中的闭环传递函数表示在数学式12、13中。
[数学式12]
Figure GDA0002765922560000091
[数学式13]
若没有模型化误差，则(M1(s)＝P1(s))
Figure GDA0002765922560000092
在线性近似模型中，如先前说明的那样，各单元的张力变动受到夹着该单元的前后的驱动辊的影响。在第1高精度化方法中，基本上，在印刷单元3中，通过操作前级侧的驱动辊来进行张力控制，在放出单元2、卷取单元4中，通过操作放出辊2R、卷取辊4R来进行张力控制。也就是说，在一个单元内用于控制的驱动辊为一个，从而抑制控制本身的干扰。
在印刷单元3中，驱动辊和张力调节致动器84这两者作为操作量存在。由惯性较大的驱动辊构成粗略的印刷单元3的张力反馈控制系统，以补偿基础的稳定性。该张力反馈控制系统基于作为P1的模型的M1进行设计。理想的是，P1与M1一致，但现实中有偏差(称作“模型化误差”)。为了补偿该模型化误差，使用张力调节致动器(参照图2中的记号u2)来补偿由模型化误差引起的控制性能的偏差，并且减轻干扰(日文：外乱)对张力变动的影响。
＜第2高精度化方法＞
图3所示的控制模型的基本策略是划分驱动辊用的控制规格和张力调节致动器84用的控制规格。
此外，图3中的各标记的内容如下所述。
P1(s)表示从驱动辊对张力进行动作的传递函数(实际控制对象)。
P2(s)表示从张力调节致动器对张力进行动作的传递函数(实际控制对象)。
C1(s)计算对驱动辊施加的操作量的控制器。
C2(s)计算对张力调节致动器施加的操作量的控制器。
GTr*(s)由C1(s)构成的闭环系统的理想响应。
该控制模型适于对用于使C2(s)的动作成为基于C1(s)的控制结果附近的微调整的结构进行研究。另外，根据该控制模型，存在C2(s)能够校正C1(s)系统的脱离期望的动作方式的脱离部分的情况。
此外，将该控制模型中的闭环传递函数表示在数学式14～数学式16中。
[数学式14]
Figure GDA0002765922560000101
[数学式15]
Figure GDA0002765922560000102
[数学式16]
若C1系统设为理想响应，则(C1(s)＝C1*(s))
Figure GDA0002765922560000111
在线性近似模型中，如先前说明的那样，各单元的张力变动受到夹着该单元的前后的驱动辊的影响。在第2高精度化方法中，基本上，在印刷单元3中，通过操作前级侧的驱动辊来进行张力控制，在放出单元2、卷取单元4中，通过操作放出辊2R、卷取辊4R来进行张力控制。也就是说，在一个单元内用于控制的驱动辊为一个，从而抑制控制本身的干扰。
在印刷单元3中，驱动辊和张力调节致动器84这两者作为操作量存在。由惯性较大的驱动辊构成粗略的印刷单元3的张力反馈控制系统，以补偿基础的稳定性。该张力反馈控制系统基于作为P1的模型的M1进行设计。理想的是，P1与M1一致，但现实中有偏差(称作“模型化误差”)。因该模型化误差而在按照原本期望如此移动的动作方式定下来的理想响应GTr与实际的动作之间产生背离。为了弥补该背离，使用张力调节致动器(参照图3中的记号u2)来补偿由模型化误差引起的与理想响应之间的偏差，并且缓和干扰造成的影响。
＜第3高精度化方法＞
图4所示的控制模型的基本策略是划分驱动辊用的控制规格和张力调节致动器84用的控制规格。
此外，图4中的各标记的内容如下所述。
P1(s)表示从驱动辊对张力进行动作的传递函数(实际控制对象)。
P2(s)表示从张力调节致动器对张力进行动作的传递函数(实际控制对象)。
C1(s)计算对驱动辊施加的操作量的控制器。
C2(s)计算对张力调节致动器施加的操作量的控制器。
GTr*(s)由C1(s)构成的闭环系统的理想响应。
在该控制模型中，考虑双方的致动器的性能差异而将基于C1(s)的控制结果和基于C2(s)的控制结果编入控制系统设计。C1(s)系统被进行控制系统设计，从而能够进行平缓的控制，C2(s)系统被进行控制系统设计，从而能够进行快速的控制。根据该控制模型，能够通过C1(s)和C2(s)的平衡来实现期望的动作方式。
此外，将该控制模型中的闭环传递函数表示在数学式17中。
[数学式17]
Figure GDA0002765922560000121
在线性近似模型中，如先前说明的那样，各单元的张力变动受到夹着该单元的前后的驱动辊的影响。在第3高精度化方法中，基本上，在印刷单元3中，通过操作前级侧的驱动辊来进行张力控制，在放出单元2、卷取单元4中，通过操作放出辊2R、卷取辊4R来进行张力控制。也就是说，在一个单元内用于控制的驱动辊为一个，从而抑制控制本身的干扰。
在印刷单元3中，驱动辊和张力调节致动器84这两者作为操作量存在。由惯性较大的驱动辊构成粗略的印刷单元3的张力反馈控制系统，以补偿基础的稳定性。在该控制中，考虑P1和P2的特性的差异，作为整个系统，设计成如下那样的控制系统，即，利用C1系统来补偿基本的稳定性，在C2系统中具有能进行抑制干扰那样的响应特性。
另外，在本实施方式的卷对卷印刷装置1中，通过设为在驱动辊之间配置能够进行超高精度的张力控制的张力调节致动器84且使该张力调节致动器84本身作为张力控制的致动器(所谓的新的张力调节单元)发挥功能的结构，能够将对张力变动进行补偿的作用根据其操作性能的差异分给驱动辊和张力调节致动器84。在这样的情况下，通过进行分配而使驱动辊和驱动辊致动器承担粗略的比较粗疏的控制(稳定状态的实现)且使超高精度的张力调节致动器84承担细微的比较精细的控制，从而谋求了难以仅靠各自的方式实现的、较大的可操作范围和细微的张力控制性能。
此外，上述实施方式是本发明的一个适宜的实施例，但并不限定于此，能够在不脱离本发明的主旨的范围内以各种变形来实施。
产业上的可利用性
本发明适宜应用于以卷对卷方式对基材无缝地进行印刷的卷对卷印刷装置。
附图标记说明
1、卷对卷印刷装置；2、放出单元；2R、放出辊；3、印刷单元；4、卷取单元；4R、卷取辊；20、墨供给构件；30、胶印滚筒；40、印版滚筒；60、压印滚筒；72、自由辊；76、压印滚筒致动器；78、张力传感器(张力检测装置)；80、张力控制装置；82、张力调节件；84、张力调节致动器；85、进料辊；B、基材。

Claims (3)

1.一种卷对卷印刷装置，其具备：放出单元，其用于放出基材；印刷单元，其用于对被从该放出单元放出来的所述基材进行印刷；以及卷取单元，其用于将利用该印刷单元印刷后的所述基材卷取起来，该卷对卷印刷装置以卷对卷方式对所述基材无缝地进行印刷，其中，
该卷对卷印刷装置具备：
驱动辊，其设于所述印刷单元的前级，用于向所述印刷单元的印刷部供给所述基材；
驱动辊致动器，其用于使该驱动辊旋转；
印版滚筒，其设于所述印刷单元，用于进行向所述基材的印刷；
张力调节致动器，其配置于所述驱动辊与所述印版滚筒之间，该张力调节致动器能够使所述基材的迹线长度变化来使所述基材的张力变化；
张力检测装置，其设于所述印刷单元的前级，用于检测所述驱动辊与所述印版滚筒之间的所述基材的张力；
张力控制装置，其根据该张力检测装置的检测结果控制所述驱动辊致动器和所述张力调节致动器，从而补偿所述基材的张力变动，
所述张力控制装置在补偿所述基材的张力变动之际，利用所述驱动辊致动器进行比较粗疏的控制，利用所述张力调节致动器进行比较精细的控制。
2.根据权利要求1所述的卷对卷印刷装置，其中，
所述张力调节致动器配置于连续的两个所述驱动辊之间。
3.根据权利要求2所述的卷对卷印刷装置，其中，
所述张力控制装置利用所述张力调节致动器对在该张力调节致动器的前级配置的所述驱动辊的所述驱动辊致动器进行反馈控制，对在该张力调节致动器的后级配置的所述驱动辊的所述驱动辊致动器进行前馈控制。
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