JP2021008075A - 印刷ロボット、印刷装置および印刷方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 立体物のような三次元の曲面を有するワークの表面に対して、あらゆる方向から高いパターン精細度で印刷を行うことができる印刷ロボット、印刷装置及び印刷方法の提供。【解決手段】 印刷ロボットは、一端に先端軸まわりに回転する回転部を有する多関節アームと、その側面にインク受け面を含むとともに所定の軸部材まわりに回転する中間転写体と、一端が上記回転部に着脱自在に取り付けられ且つ他端に中間転写体が回転自在に保持された保持機構と、制御ユニットと、を備える。さらに、保持機構は中間転写体を回転原点に復帰させる回転原点復帰機構を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、エレクトロニクスデバイス製造に用いられる立体物であるワークにオフセット印刷を行う印刷ロボット、これを用いた印刷装置および印刷方法に関する。

印刷型エレクトロニクス（プリンテッドエレクトロニクス、プリンタブルエレクトロニクス）は、従来のシリコン型エレクトロニクスとは異なり、大規模な生産設備が必要なく、かつフレキシブルな基板を利用できることから、ロール・ツー・ロールを目指した高い生産性と低コスト性を両立する新しい手法として期待されている。これらのフレキシブルな基板を用いて作製されたエレクトロニクスデバイスは、各種センサを同一基板上に作りこんだ上で、測定対象物に貼り付けることで、有用なデータを大規模に収集できる。

ここで、上記したエレクトロニクスデバイスで測定しようとする測定対象物は必ずしも平面状とは限らず、曲面や凹凸など、様々な形状を有していることが普通である。ところが、従来のフレキシブル基板によるエレクトロニクスデバイスは、平面またはごく限られた条件の曲面にのみ貼り付けが可能であって、適用範囲が狭いという問題があった。また、測定対象物の製造プロセスや製品の性質上、こうしたフレキシブル基板を貼り付けることができない場合もある。

このように、測定対象物にフレキシブル基板を貼り付けることが難しい場合には、測定対象物であるワークの表面に直接的にエレクトロニクスデバイスを作りこむことが必要となる。このような技術としては、マスク等を用いて選択的にめっき部分を形成してデバイスとする方法や、エアロゾル化した材料を微小噴霧してデバイスを形成する方法等が考案されているが、より生産性が高く、かつ装置のコストダウンにより広く普及する可能性が高い方法として、ワークの表面にエレクトロニクスデバイスを直接印刷する方法が知られている。

例えば、特許文献１では、印刷版、被印刷物を固定、搬送するステージ、及びブランケット、並びに、印刷版表面とブランケット表面とが接して相対的に移動する機構、及びステージ上に固定された被印刷物とブランケット表面とが接して相対的に移動する機構と、を有し、ブランケットが金属のシリンダ上に所定厚さのゴムがロール状に設けられ、このロールの直径及びゴムの表面硬度を所定範囲とした印刷装置を開示している。この印刷装置によれば、曲面に追従してその表面に対して微細で高精度なパターンを歪みなく印刷することができるとしている。

また、特許文献２では、多軸型ロボットと、この多軸型ロボットに接続されたプッシュ式インクジェットヘッドと、このプッシュ式インクジェットヘッドにインクを供給するインクタンクと、多軸型ロボットの動作状態に従ってインクタンクに加えられる圧力を制御する機能を有する圧力制御部と、を有し、多軸型ロボットは、プッシュ式インクジェットヘッドの高さ、水平面内位置及び傾斜をそれぞれ独立して制御できる機能を有するインクジェット装置を開示している。このインクジェット装置によれば、三次元的な曲面を有するワークに対して、印刷エレクトロニクスで要求される高い印刷品質でインクジェット印刷を行うことができるとしている。

特開２０１６−１８２７２８号公報 特開２０１６−１３１９１４号公報

立体物のような三次元の曲面を有するワークの表面に対してエレクトロニクスデバイスを直接形成する場合、適用できるワークの種類（形状、材質）の多さ、パターン形成速度、およびパターン精細度の３つの要素が、特に重要である。これまでの直接形成方法では、これら３つの要素のうち、１つあるいは２つの要素で優れるものはあったが、３つの要素の全てに優れるものはなかった。例えば、マスク等を用いて選択的にめっきする方法は、様々な形状の立体物に適用できるものの、適用できる材質が制限されるとともに、パターン形成速度とパターン精細度が十分とは言えない。また、エアロゾル化した材料を噴霧する方法は、様々な形状および材質のワークに適用できるが、パターン形成速度とパターン精細度が不足することが多い。

一方、グラビアオフセット印刷を利用した方法（特許文献１）では、速度と精細度に優れるが、形状の制限が多い。インクジェット印刷を利用した方法（特許文献２）では、適用できる立体物の形状および材質は多いが、精細度が不足することが多い。また、インクジェット用インクは粘度を１０ｍＰａ・ｓ程度と低くする必要があるため、印刷後に液垂れを起こす可能性がある。

本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、立体物のような三次元の曲面を有するワークの表面に対して、あらゆる方向から高いパターン精細度で印刷を行うことができる印刷ロボット、印刷装置及び印刷方法を提供することにある。

本発明者らは、ブランケットを用いたオフセット印刷におけるワークの形状に対する制限を克服することを意図して、当該ブランケットの取り回しを容易とするために多軸型ロボットアームを用いることに着目し、その際に印刷のパターン精細度を向上させる上でブランケットの印刷基準位置を正確に制御する必要がある点を見出したことにより、本発明に想到した。

詳細には、本発明の一態様による、立体物であるワークにオフセット印刷を行う印刷ロボットであって、一端に先端軸まわりに回転する回転部を有する多関節アームと、その側面にインク受け面を含むとともに所定の軸部材まわりに回転する中間転写体と、一端を前記回転部に着脱自在に取り付けられ且つ他端に前記中間転写体を回転自在に保持された保持機構と、制御ユニットと、を備え、前記保持機構は、前記中間転写体を回転原点に復帰させる回転原点復帰機構を含むことを特徴とする。このとき、前記保持機構は、前記中間転写体を進退させる進退機構をさらに含むように構成してもよい。

また、本発明の別の態様として、上記した印刷ロボットと、印刷されるワークを保持するワーク保持機構と、前記ワークに転写されるインクが与えられた印刷版を保持する印刷版保持台と、を備えた印刷装置としてもよい。

かかる発明によれば、多関節アームを用いることにより形状追従性を高めるとともに、中間転写体によるオフセット印刷とすることにより印刷のパターン精細性を向上させることができる。そしてその際に、中間転写体を印刷基準となる回転原点に復帰させる機能を備えることにより、立体物のような三次元の曲面を有するワークの表面に対して、あらゆる方向から高いパターン精細度で印刷を行うことができる。

上記した発明において、前記中間転写体は、前記軸部材に取り付けた少なくとも１つの圧力センサをさらに含み、前記制御ユニットは、前記少なくとも１つの圧力センサから得られた接触圧力に基づいて、前記多関節アームの位置調整を行うように構成してもよい。このとき、前記保持機構は、前記軸部材の一端を回転自在に保持するとともに、前記軸部材の保持角度を調整可能に構成されている、あるいは、前記保持機構は、前記軸部材の両端を回転自在に保持する軸保持部材をさらに含み、前記軸保持部材は、前記軸部材の保持角度を調整可能に構成されてもよい。かかる発明によれば、中間転写体とワークとの接触圧力に基づいて多関節アームの位置調整や軸部材の角度の微調整を行うため、印刷のパターン精細度をさらに高めることができるとともに、中間転写体にかかるワークからの反力による負荷を低減できる。

上記した発明において、前記保持機構は、ドクターブレードをさらに取り付けられており、前記回転部の回転により、前記中間転写体と前記ドクターブレードとの前記ワークへの対面が切り替えられるように構成してもよい。かかる発明によれば、ドクターブレードも中間転写体と共通の多関節アームで位置調整できるため、いわゆるドクターリングを行う際に、ドクターブレードへの付け替え等の追加的な動作を省略することができる。

また、本発明のさらに別の態様である、印刷ロボットを用いて、立体物であるワークにオフセット印刷を行う印刷方法において、前記印刷ロボットは、一端に先端軸まわりに回転する回転部を有する多関節アームと、その側面にインク受け面を含むとともに所定の軸部材まわりに回転する中間転写体と、一端を前記回転部に着脱自在に取り付けられ且つ他端に前記中間転写体を回転自在に保持された保持機構と、制御ユニットと、を備えており、前記中間転写体の回転原点において前記インク受け面を前記ワークに接触させた後、前記インク受け面の前記ワークとの接触を維持しつつ前記多関節アームを動かして、前記中間転写体を回転させつつ前記ワークに沿って移動させることにより、前記インク受け面のインクを前記ワーク表面に転写することを特徴とする。

かかる発明によれば、多関節アームを用いることにより形状追従性を高めるとともに、中間転写体によるオフセット印刷とすることにより印刷のパターン精細性を向上させることができる。そしてその際に、中間転写体を印刷基準となる回転原点に復帰させる機能を備えることにより、立体物のような三次元の曲面を有するワークの表面に対して、あらゆる方向から高いパターン精細度で印刷を行うことができる。

上記した発明において、前記中間転写体と前記ワークとが接触している間の接触圧力を検出し、前記接触圧力に基づいて、前記多関節アームの位置調整を行うようにしても良い。このとき、前記保持機構は、前記軸部材の一端を回転自在に保持するとともに、前記軸部材の保持角度を調整可能に構成される、あるいは、前記保持機構は、前記軸部材の両端を回転自在に保持する軸保持部材をさらに含み、前記軸保持部材は、前記軸部材の保持角度を調整可能に構成されてもよい。また、前記保持角度は、前記接触圧力に基づいて調整されてもよい。かかる発明によれば、中間転写体とワークとの接触圧力に基づいて多関節アームの位置調整や軸部材の角度の微調整を行うため、印刷のパターン精細度をさらに高めることができるとともに、中間転写体にかかるワークからの反力による負荷を低減できる。

上記した発明において、前記中間転写体と前記ワークとを接触させる前に、前記ワークに転写されるインクが与えられた印刷版に、前記中間転写体のインク受け面を回転させつつ接触させて前記インクを前記インク受け面に転写するようにしてもよい。かかる発明によれば、印刷版の表面に任意のパターンのインクを形成しておくことにより、当該任意のパターンをあらゆる方向から高いパターン精細度で印刷することができる。

上記した発明において、前記保持機構は、ドクターブレードがさらに取り付けられており、前記インク受け面に前記インクを転写する前に、前記印刷版の表面を前記ドクターブレードで平らにしておくようにしてもよい。かかる発明によれば、ドクターブレードも中間転写体と共通の多関節アームで位置調整できるため、いわゆるドクターリングを行う際に、ドクターブレードへの付け替え等の追加的な動作を省略することができる。

実施例１による印刷ロボットの概要図である。 図１に示した中間転写体の概要図である。 中間転写体が印刷版から印刷用インクを受ける動作を示す概略図である。 実施例２による印刷ロボットの概要図である。 実施例３による印刷ロボットの概要図である。 図４に示した中間転写体の概要図である。 実施例４による印刷ロボットの概要図である。 中間転写体が印刷版から印刷用インクを受ける動作を示す概略図である。 実施例１の印刷方法を説明する図である。 実施例２の印刷方法を説明する図である。 実施例３の印刷方法を説明する図である。 実施例４の印刷方法を説明する図である。

本発明の代表的な一例による、立体物であるワークにオフセット印刷を行う印刷ロボット、オフセット印刷装置及び印刷方法について、図１乃至１２を用いて説明する。

＜実施例１＞
図１に示すように、本発明の一例による印刷ロボット１０は、立体物であるワークにオフセット印刷を行うものであって、一端に先端軸Ｃ１まわりに回転する回転部２２を有する多関節アーム２０と、その側面にインク受け面３０ａを含むとともに所定の軸部材３２まわりに回転する中間転写体３０と、一端が回転部２２に着脱自在に取り付けられ且つ他端に中間転写体３０が回転自在に保持された保持機構４０と、制御ユニット（図示せず）と、を備える。また、上記した印刷ロボット１０と、ワークＷに転写される印刷用インクが与えられた印刷版５２を保持する印刷版保持台５０と、ワークＷを保持するワーク保持機構６０と、により印刷装置１を構成する。

多関節アーム２０は、その一例として、その一端の近傍で回転部２２が回動自在に取り付けられた第１アーム２４と、この第１アーム２４の他端に取り付けられた回動関節２４ａと、この回動関節２４ａに一端が取り付けられた第２アーム２６と、この第２アーム２６の他端に取り付けられた回動関節２６ａと、この回動関節２６ａに取り付けられるとともに本体部２９に対して回転軸Ｃ２まわりに回転自在に取り付けられた回転ベース２８と、を含む。本体部２９には、例えば上記した制御ユニットが内蔵されている。

図２に併せて示すように、中間転写体３０は、軸部材３２と、この軸部材３２に取り付けられた略円柱形状又は円筒形状の芯部材３４と、この芯部材３４の外周面にさらに取り付けられた略円筒形状の表面部材３６と、を含む。軸部材３２は、後述する芯部材３４及び表面部材３６とともに共通の軸まわりに供回りするように構成されている。

芯部材３４は、表面部材３６に比べて硬質な材料からなる部材であって、合金を含む金属材料、樹脂材料又は複合材料等の任意の材料を適用し得る。このとき、芯部材３４は軸部材３２と別体で形成されて取り付けられてもよく、軸部材３２と同一の材料で一体に形成されてもよい。

表面部材３６は、芯部材３４に比べて軟質な材料からなる部材であって、各種のゴム材料、シリコン樹脂材料、フッ素樹脂材料等で形成される。表面部材３６は、その外表面３０ａで印刷版５２から印刷用インクを受ける機能を有する。

芯部材３４と表面部材３６との厚さ（半径）の比は、その一例として１００対１程度に設定される。このような比率とすることで、平坦性の高いワークＷの表面に高いパターン精細度で印刷する場合に適する。一方、表面部材３６の厚さを極端に厚くし、厚さ比を１００対１００から１００対３００程度に上げるように構成してもよい、このような中間転写体３０は、軟質な表面部材３６の厚さが極めて大きい（いわゆる「ソフトブランケット」と称される）ことから、平坦性が低く凹凸が大きいワークＷの表面に印刷する場合に適する。

保持機構４０は、一端が多関節アーム２０の回転部２２に取り付けられており、他端に中間転写体３０の軸部材３２の一端が回転自在かつ着脱自在に保持されている。ここで、保持機構４０は、中間転写体３０の軸部材３２を回転原点に復帰させる回転原点復帰機構（図示せず）を含む。

印刷版保持台５０は、その一例として、上面に真空チャック機構（図示せず）等を介して印刷版５２を保持する。このとき、印刷版５２の表面５２ａ（図３参照）には、オフセット印刷により転写される印刷用インクが印刷されている。これにより、固定金具等で凹凸を生じさせることなく、印刷版５２を固定することが可能となる。なお、印刷版保持台１２に版を固定させる面は、上面ではなく側面、下面でも良い。また、ワーク保持機構６０は、チャック６２等を介して立体物であるワークＷを保持する。これらの印刷版保持台５０及びワーク保持機構６０は、いずれも多関節アーム２０の可動範囲内に設置されている。

図３に示すように、中間転写体３０は、多関節アーム２０の動きにより、印刷版保持台５０に保持された印刷版５２の表面５２ａに対して、外表面３０ａが接触した状態で矢印Ａの方向に移動される。これにより、中間転写体３０の外表面３０ａが印刷版５２の表面５２ａ上を回転しつつ移動して印刷用インクを受け、ワーク保持機構６０に保持されたワークＷ（図１参照）にその印刷用インクを転写する。

上記のような中間転写体３０を用いることにより、本発明による印刷方法のオフセット印刷において、印刷用インクの物性を制御することができる。すなわち、印刷用インクを一旦中間転写体３０の外表面３０ａに受けることによって、印刷用インクに含まれる溶媒の一部を中間転写体３０の表面部材３６に吸収させ、転写に適した物性に変化させることができる。これにより、印刷用インクの粘度が上昇するため、ワークＷの表面に転写した後の液垂れを防止することが可能となる。

中間転写体３０は、印刷版５２から印刷用インクを受ける時、あるいはその印刷用インクをワークＷの表面に転写する時に、印刷版５２又はワークＷの表面に接触しつつ回転することになる。このため、正確な印刷（転写）位置の制御を行うには、中間転写体３０が印刷用インクを受ける時あるいは転写する時に、常にその開始位置が一定となる必要がある。

そこで、中間転写体３０の軸部材３２を保持する保持機構４０に、例えば回転原点を検知する位置センサとロータリーアクチュエータとを組み合わせた回転原点復帰機構を設ける。これにより、中間転写体３０が印刷版５２と接触した後やワークＷの表面への転写した後、さらには軸部材３２が空回りした後等においても、常に中間転写体３０の外表面３０ａを回転原点に復帰させることにより、正確な転写を行うことが可能となる。

また、保持機構４０は、中間転写体３０を所定の直線上に進退させる進退機構（図示せず）を備えるように構成してもよい。中間転写体３０が印刷版５２から印刷インクを受ける時の圧力とワークＷの表面に転写する時の圧力とは、できる限り近いことが好ましいが、多関節アーム２０の位置決めのみでその制御を行うことは実際上困難である。そこで、保持機構４０が進退機構を備えることにより、中間転写体３０の精緻な位置決めとともに、中間転写体３０と印刷版５２あるいはワークＷの表面との接触圧力を精密に制御することが可能となる。

上記のような構成を備えることにより、実施例１による印刷ロボット１０は、多関節アーム２０を用いることにより形状追従性を高めるとともに、中間転写体３０によるオフセット印刷とすることにより印刷のパターン精細性を向上させることができる。そしてその際に、保持機構４０が中間転写体３０を印刷基準となる回転原点に復帰させる機能を備えることにより、立体物のような三次元の曲面を有するワークＷの表面に対して、あらゆる方向から高いパターン精細度で印刷を行うことができる。

＜実施例２＞
図４に示すように、実施例２による印刷ロボット１０は、その一例として、実施例１で説明した構成に加えて、中間転写体３０の内部に一つ又は複数の圧力センサ５を設けるとともに、保持機構４０が軸部材３２の保持角度を調整する機能を備えることを特徴とする。なお、以下において、実施例１で説明したものと同一又は共通する構成については同一の符号を付して、繰り返しの説明を省略する。

実施例２による印刷ロボット１０において、中間転写体３０の軸部材３２に少なくとも１つの圧力センサ３８が取り付けられている。この圧力センサ３８としては、ひずみセンサや圧電センサ等の表面部材３６への接触圧力（接触負荷）を電気信号や数値に変換できるセンサが適用できる。このとき、圧力センサ３８は、中間転写体３０の内部に設置されるため、無線通信によって検出値を外部に送信できることが好ましい。

少なくとも１つの圧力センサ３８は、中間転写体３０が印刷版５２と接触した際、あるいは中間転写体３０がワークＷと接触した際の接触圧力を検出する。この検出信号を受信した制御ユニットは、得られた接触圧力値に基づいて多関節アーム２０の位置をフィードバック制御することにより、中間転写体３０の精密な位置決めが可能となる。このとき、保持機構４０が進退機構をさらに備える場合には、より精緻な位置決めを行うことができる。

実施例２による印刷ロボット１０において、保持機構４０は、保持する軸部材３２の保持角度を調整可能に構成されてもよい。図４に示すように中間転写体３０が２つの圧力センサ３８を軸部材３２の両端に備える場合、これらの圧力センサ３８の検出値の差分を求め、その差分から軸部材３２の傾斜すなわち保持角度を調整することが可能となる。これにより、多関節アーム２０だけでは位置決めの精度が不足する場合でも、軸部材３２の保持角度を微調整できるため、より精緻な位置決めを行うとともに、中間転写体３０の外表面３０ａと印刷版５２あるいはワークＷの表面との平行度も向上させることができる。

上記のような構成を備えることにより、実施例２による印刷ロボット１０は、実施例１において得られた効果に加えて、中間転写体３０と印刷版５２あるいはワークＷとの接触圧力の検出値に基づいて、多関節アーム２０の位置調整や軸部材３２の保持角度の微調整を行うため、印刷のパターン精細度をさらに高めることができる。また、２以上の圧力センサ３８を設けることにより中間転写体３０と印刷版５２あるいはワークＷとの平行度を高められるため、中間転写体３０にかかる印刷版５２やワークＷからの反力による負荷を低減することができる。

＜実施例３＞
図５に示すように、実施例３による印刷ロボット１０は、その一例として、実施例１で説明した構成に加えて、保持機構４０が中間転写体３０の軸部材３２の両端を回転自在に保持する軸保持部材４２を備えるとともに、軸部材３２の保持角度を調整する機能をさらに備えることを特徴とする。なお、以下において、実施例１で説明したものと同一又は共通する構成については同一の符号を付して、繰り返しの説明を省略する。

実施例３による印刷ロボット１０において、中間転写体３０は、図６に併せて示すように、軸部材３２の両端を回転自在に保持する軸保持部材４２を介して保持機構４０に取り付けられている。軸保持部材４２は、保持機構４０の一端に取り付けられる取付部４２ａと、この取付部４２ａの一端に取り付けられた梁部４２ｂと、この梁部４２ｂの両端から直交して伸びる一対の保持部４２ｃとにより構成されている。そして、これら一対の保持部４２ｃには、例えば軸受（図示せず）が設けられており、軸部材３２の両端をそれぞれ回転自在に保持できる。

ここで、実施例３による印刷ロボット１０においても、実施例２の場合と同様に、中間転写体３０の軸部材３２に少なくとも１つの圧力センサ３８を取り付けて、制御ユニットが得られた接触圧力値に基づいて多関節アーム２０の位置をフィードバック制御するように構成してもよい。さらに、軸保持部材４２の取付部４２ａあるいは一対の保持部４２ｃを、軸部材３２の保持角度を調整できるような構成としてもよい。

上記のような構成を備えることにより、実施例３による印刷ロボット１０は、実施例１あるいは実施例２において得られた効果に加えて、保持機構４０に保持される中間転写体３０の軸部材３２の保持角度が異なる（例えば９０度）ため、ワークの形状や印刷面の角度が様々に変わった場合であっても、オフセット印刷が可能となる。例えば、中空形状のワークの内側に奥深くまで多関節アーム２０を突入させて、その内面に印刷パターンを形成することも可能になる。

＜実施例４＞
図７に示すように、実施例４による印刷ロボット１０は、その一例として、実施例１で説明した構成に加えて、保持機構４０にドクターリング工程に使用されるドクターブレード４４が取り付けられていることを特徴とする。なお、以下において、実施例１で説明したものと同一又は共通する構成については同一の符号を付して、繰り返しの説明を省略する。

実施例４による印刷ロボット１０において、保持機構４０の側面にはドクターブレード４４が取り付けられている。ドクターブレード４４は、印刷版５２に印刷用インクを充填する工程（ドクターリング工程）において使用される。ここで、ドクターブレード４４は、保持機構４０に対してある程度の弾性を持った蝶番構造あるいは板バネ等で接続されることが好ましい。これにより、ドクターリング工程時のブレード圧力を適切な範囲内に維持することができる。

次に、図８を用いて、実施例４による印刷方法において、中間転写体３０が印刷版５２から印刷用インクを受ける動作について説明する。図８（ａ）に示すように、印刷版５２に印刷用インクを充填する工程、すなわちドクターリング工程を行う際に、ドクターブレード４４は、その端辺４４ａが印刷版保持台５０の上面（印刷版５２が固定され、印刷用インクが充填されている表面５２ａ）と平行になるように位置決めされる。

そして、印刷版５２の表面５２ａにドクターブレード４４の端辺４４ａを押し付けるようにしながら、矢印Ａの方向に向かって多関節アーム２０を平行移動させることで、ドクターリングを行う。このドクターリング工程により、印刷版５２の中に印刷用インクが充填される。

次に、中間転写体３０に印刷用インクを受ける工程を実施する際には、図８（ｂ）に示すように、多関節アーム２０の回転部２２を１８０度回転させ、保持機構４０に取り付けられたドクターブレード４４が上側に、中間転写体３０が下側に来るように配置する。そして、中間転写体３０の外表面３０ａが印刷版保持台５０の上面（印刷版５２が固定され、印刷用インクが充填されている表面５２ａ）と平行になるように位置決めされる。

そして、印刷版５２の表面５２ａに中間転写体３０の外表面３０ａを押し付けるようにしながら、矢印Ａの方向に向かって多関節アーム２０を平行移動させることで、中間転写体３０を軸部材３２のまわりに回転させて、外表面３０ａに印刷用インクを受ける。なお、中間転写体３０に印刷用インクを受ける工程においては、上記した実施例２あるいは実施例３で示した少なくとも１つの圧力センサ３８を用いた接触圧力に基づく制御を行うことが好ましい。

また、ドクターリング工程においても、ドクターブレード４４の取付部に圧力センサ（図示せず）を設けてもよい。これにより、ドクターブレード４４の印刷版５２との接触圧力を検出し、これに基づく多関節アーム２０の制御を行うことが可能である。

上記のような構成を備えることにより、実施例４による印刷ロボット１０は、実施例１乃至実施例３において得られた効果に加えて、印刷版５２に印刷用インクを充填する工程、すなわちドクターリング工程を多関節アーム２０により自動化することができる。これにより、印刷版５２に充填される印刷用インクの表面性状が安定するため、中間転写体３０に印刷用インクを受ける毎回の作業精度も安定することとなり、何度でも安定した同条件でオフセット印刷することが可能となる。

以下に、図９乃至１２を用いて、本発明による印刷方法の具体的な実施例を説明する。ここで、以下に示す実施例では、曲面を有する立体物であるワークの表面に金属配線をオフセット印刷する場合を示すものとし、印刷用インクは配線材料として利用される銀インクを用いる。また、図示するのは中間転写体からワークに印刷用インクをオフセット印刷する転写工程であって、当該転写工程の前にドクターリング工程および印刷用インクを受ける工程を終わらせているものとする。

図９（ａ）に示すように、上記した実施例１において、円柱形状のワークＷ１の外周面Ｓ１に転写する場合、中間転写体３０の軸部材３２は、ワークＷ１の中心軸ＣＷ１とほぼ平行になるように位置決めされる。そして、中間転写体３０を回転原点に復帰させた状態で、その外表面３０ａをワークＷ１の外周面Ｓ１に押し付ける。このとき、軸部材３２に圧力センサ３８を設けて接触圧力を検出し、その検出値に基づいて押圧制御するのが好ましい。

続いて、図９（ｂ）に示すように、多関節アーム２０を動かすことにより、中間転写体３０とワークＷ１との接触を維持した状態で、中間転写体３０を中心軸ＣＷ１まわりに移動（公転）させる。これにより、中間転写体３０はワークＷ１との接触を維持しつつ回転するため、ワークＷ１の外周面Ｓ１に中間転写体３０の外表面３０ａから印刷パターンＰ１が転写される。このとき、圧力センサ３８からの検出値に基づいて、ワークＷ１の中心軸ＣＷ１と中間転写体３０の軸部材３２との距離が一定となるように制御するのが好ましい。

続いて、図９（ｃ）に示すように、多関節アーム２０を動かすことにより、中間転写体３０とワークＷ１との接触を維持した状態で、中間転写体３０を中心軸ＣＷ１まわりにさらに移動（公転）させる。このように、ワークＷ１に対して中間転写体３０の接触を維持しつつ、中間転写体３０をワークＷ１の中心軸ＣＷ１のまわりに１周公転させると、曲面であるワークＷ１の外周面Ｓ１に印刷パターンＰ１が転写される。そして、１周の転写後に、焼成等の適切な後処理を行うことによって、印刷パターンＰ１に導電性を持たせて金属配線とすることができる。

ここで、ワークＷ１の外周面Ｓ１に１周の印刷パターンＰ１を形成する際に、その上下方向をややずらすことにより、印刷パターンＰ１をコイルとして利用することが可能となる。このように、本発明による印刷方法によれば、他の立体配線形成技術とは異なり、多数の配線を同時に印刷することができる。

例えば、印刷版５２として凹版（グラビア版）を用いた場合、金属配線のラインアンドスペースはいずれも１００μｍ以下とすることができる。その上で、中間転写体３０の軸部材３２方向の長さを１００ｍｍ程度に設定すれば、少なくとも５００回巻のコイルを一回の印刷工程で形成できることになる。これは、基本的に「一筆書き」でパターンを形成していく他の立体配線形成技術（選択的メッキ、エアロゾル、インクジェット）に対して、高い生産性を得られることを意味する。

図１０（ａ）に示すように、上記した実施例２において、円筒形状のワークＷ２の内周面Ｓ２に転写する場合、中間転写体３０の軸部材３２は、ワークＷ２の中心軸ＣＷ２とほぼ平行になるように位置決めされる。そして、中間転写体３０を回転原点に復帰させた状態で、その外表面３０ａをワークＷ２の内周面Ｓ２に押し付ける。このとき、実施例１と同様に、軸部材３２に圧力センサ３８を設けて接触圧力を検出し、その検出値に基づいて押圧制御するのが好ましい。

続いて、図１０（ｂ）に示すように、多関節アーム２０を動かすことにより、中間転写体３０とワークＷ２との接触を維持した状態で、中間転写体３０を中心軸ＣＷ２まわりに移動（公転）させる。これにより、中間転写体３０はワークＷ２との接触を維持しつつ回転するため、ワークＷ２の内周面Ｓ２に中間転写体３０の外表面３０ａから印刷パターンＰ２が転写される。このとき、実施例１と同様に、圧力センサ３８からの検出値に基づいて、ワークＷ２の中心軸ＣＷ２と中間転写体３０の軸部材３２との距離が一定となるように制御するのが好ましい。

続いて、図１０（ｃ）に示すように、多関節アーム２０を動かすことにより、中間転写体３０とワークＷ２との接触を維持した状態で、中間転写体３０を中心軸ＣＷ２まわりにさらに移動（公転）させる。このように、ワークＷ２に対して中間転写体３０の接触を維持しつつ、中間転写体３０をワークＷ２の中心軸ＣＷ２のまわりに１周公転させると、曲面であるワークＷ２の内周面Ｓ２に印刷パターンＰ２が転写される。

そして、実施例１の場合と同様に、１周の転写後に、焼成等の適切な後処理を行うことによって、印刷パターンＰ２に導電性を持たせて金属配線とすることができる。このように、本発明による印刷方法によれば、多関節アーム２０を用いて中間転写体３０を中空部材であるワークＷ２の内側に入れ込むことで、ワークＷ２の内周面Ｓ２に配線パターンを印刷することができる。ワークＷ２の内側の面に金属配線のパターン形成することで、例えば外から見たときの美観を損ねない製品の設計に活かすことができる。

図１１（ａ）に示すように、上記した実施例３において、円錐形状のワークＷ３の円錐面Ｓ３に転写する場合、中間転写体３０としてワークＷ３と相似な円錐形状のものを用いるとよい。そして、中間転写体３０の軸部材３２はワークＷ３の中心軸ＣＷ３とほぼ平行になるように位置決めされ、中間転写体３０を回転原点に復帰させた状態で、その外表面３０ａをワークＷ３の円錐面Ｓ３に押し付ける。このとき、実施例１と同様に、軸部材３２に圧力センサ３８を設けて接触圧力を検出し、その検出値に基づいて押圧制御するのが好ましい。

続いて、図１１（ｂ）に示すように、多関節アーム２０を動かすことにより、中間転写体３０とワークＷ３との接触を維持した状態で、中間転写体３０を中心軸ＣＷ３まわりに移動（公転）させる。これにより、中間転写体３０はワークＷ３との接触を維持しつつ回転するため、ワークＷ３の円錐面Ｓ３に中間転写体３０の外表面３０ａから印刷パターンＰ３が転写される。このとき、実施例１と同様に、圧力センサ３８からの検出値に基づいて、ワークＷ３の中心軸ＣＷ３と中間転写体３０の軸部材３２との距離が一定となるように制御するのが好ましい。

続いて、図１１（ｃ）に示すように、多関節アーム２０を動かすことにより、中間転写体３０とワークＷ３との接触を維持した状態で、中間転写体３０を中心軸ＣＷ３まわりにさらに移動（公転）させる。このように、ワークＷ３に対して中間転写体３０の接触を維持しつつ、中間転写体３０をワークＷ３の中心軸ＣＷ３のまわりに１周公転させると、曲面であるワークＷ３の円錐面Ｓ３に印刷パターンＰ３が転写される。

そして、図９の場合と同様に、１周の転写後に、焼成等の適切な後処理を行うことによって、印刷パターンＰ３に導電性を持たせて金属配線とすることができる。このように、本発明による印刷方法によれば、単純な公転だけで、円錐のような斜面であっても金属配線等の印刷パターンを形成することが可能となる。なお、本発明による印刷装置及び印刷方法においては、中間転写体３０及び軸部材３２をワークの形状に併せて（相似形に）成型することで、それぞれの製品形状に適した印刷パターンの転写を行うことができる。

図１２（ａ）に示すように、上記した実施例に４において、リング形状のワークＷ４の内周面Ｓ４に転写する場合、中間転写体３０の軸部材３２は、ワークＷ４の中心軸ＣＷ４とほぼ平行になるように位置決めされる。そして、中間転写体３０を回転原点に復帰させた状態で、その外表面３０ａをワークＷ４の内周面Ｓ２に押し付ける。このとき、実施例１と同様に、軸部材３２に圧力センサ３８を設けて接触圧力を検出し、その検出値に基づいて押圧制御するのが好ましい。

続いて、図１２（ｂ）に示すように、多関節アーム２０を動かすことにより、中間転写体３０とワークＷ４との接触を維持した状態で、中間転写体３０を中心軸ＣＷ４まわりに移動（公転）させる。これにより、中間転写体３０はワークＷ４との接触を維持しつつ回転するため、ワークＷ４の内周面Ｓ４に中間転写体３０の外表面３０ａから印刷パターンＰ２が転写される。このとき、実施例１と同様に、圧力センサ３８からの検出値に基づいて、ワークＷ４の中心軸ＣＷ４と中間転写体３０の軸部材３２との距離が一定となるように制御するのが好ましい。

続いて、図１２（ｃ）に示すように、多関節アーム２０を動かすことにより、中間転写体３０とワークＷ２との接触を維持した状態で、中間転写体３０を中心軸ＣＷ２まわりにさらに移動（公転）させる。このとき、印刷したい内周面Ｓ４の軌道上に柱や梁等の障害となる構造物が存在するような場合であっても、多関節アーム２０を動かすことにより上記した障害となる構造物を避けて中間転写体３０を移動させることができる。

そして、図９の場合と同様に、内周面Ｓ４への転写後に、焼成等の適切な後処理を行うことによって、印刷パターンＰ４に導電性を持たせて金属配線とすることができる。このように、本発明による印刷方法によれば、単なる公転運動だけでなく、軌道上に障害物等が存在する場合であっても、多関節アーム２０を用いて中間転写体３０を任意の軌跡上で動かすことが可能となり、目的のワークの形状に合わせて柔軟に対応できる。

以上説明したとおり、本発明による印刷ロボット、印刷装置及び印刷方法によれば、多関節アームを用いることにより形状追従性を高めるとともに、中間転写体によるオフセット印刷とすることにより印刷のパターン精細性を向上させることができる。そしてその際に、中間転写体を印刷基準となる回転原点に復帰させる機能を備えることにより、立体物のような三次元の曲面を有するワークの表面に対して、あらゆる方向から高いパターン精細度で印刷を行うことができる。

また、多関節アームに保持機構を介して取り付けられた中間転写体を備えた構成を採用したことにより、これまで限定的にしか利用されてこなかった立体物に対する印刷手法を、様々な用途に利用できる。具体的には、立体物の側面や角に沿った回路配線、あるいは立体物の下面、側面、上面にわたった大規模な立体の回路配線等を、高速かつ高精細に形成することが可能となる。さらに、様々な曲面形状を有する工業製品に対する電子回路や加飾パターンの追加形成が可能となり、特に類似技術では対応が困難であったワークへの一周印刷、内面印刷、斜面印刷、隙間印刷等も可能となる。

以上、本発明による代表的な実施例及びこれに伴う変形例について述べたが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、適宜、当業者によって変更され得る。すなわち、当業者であれば、添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、種々の代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。

１ 印刷装置
１０ 印刷ロボット
２０ 多関節アーム
２２ 回転部
３０ 中間転写体
３２ 軸部材
３４ 芯部材
３６ 表面部材
３８ 圧力センサ
４０ 保持機構
４２ 軸保持部材
４４ ドクターブレード
５０ 印刷版保持台
５２ 印刷版
６０ ワーク保持機構

実施例１による印刷ロボットの概要図である。 図１に示した中間転写体の概要図である。 中間転写体が印刷版から印刷用インクを受ける動作を示す概略図である。 実施例２による印刷ロボットの概要図である。 実施例３による印刷ロボットの概要図である。 図４に示した中間転写体の概要図である。 実施例４による印刷ロボットの概要図である。 中間転写体が印刷版から印刷用インクを受ける動作を示す概略図である。 実施例１の印刷方法を説明する図である。 実施例２の印刷方法を説明する図である。 （削除） 実施例４の印刷方法を説明する図である。

なお、上記した実施例３において、円錐形状のワークの円錐面に転写する場合、中間転写体３０として当該ワークと相似な円錐形状のものを用いるとよい。

実施例１による印刷ロボットの概要図である。 図１に示した中間転写体の概要図である。 中間転写体が印刷版から印刷用インクを受ける動作を示す概略図である。 実施例２による印刷ロボットの概要図である。 実施例３による印刷ロボットの概要図である。 図４に示した中間転写体の概要図である。 実施例４による印刷ロボットの概要図である。 中間転写体が印刷版から印刷用インクを受ける動作を示す概略図である。 実施例１の印刷方法を説明する図である。 実施例２の印刷方法を説明する図である。 実施例４の印刷方法を説明する図である。

Claims (15)

1. 立体物であるワークにオフセット印刷を行う印刷ロボットであって、
   一端に先端軸まわりに回転する回転部を有する多関節アームと、その側面にインク受け面を含むとともに所定の軸部材まわりに回転する中間転写体と、一端を前記回転部に着脱自在に取り付けられ且つ他端に前記中間転写体を回転自在に保持された保持機構と、制御ユニットと、を備え、
   前記保持機構は、前記中間転写体を回転原点に復帰させる回転原点復帰機構を含むことを特徴とする印刷ロボット。
2. 前記保持機構は、前記中間転写体を進退させる進退機構をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の印刷ロボット。
3. 前記中間転写体は、前記軸部材に取り付けた少なくとも１つの圧力センサをさらに含み、
   前記制御ユニットは、前記少なくとも１つの圧力センサから得られた接触圧力に基づいて、前記多関節アームの位置調整を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の印刷ロボット。
4. 前記保持機構は、前記軸部材の一端を回転自在に保持するとともに、前記軸部材の保持角度を調整可能に構成されていることを特徴とする請求項３記載の印刷ロボット。
5. 前記保持機構は、前記軸部材の両端を回転自在に保持する軸保持部材をさらに含み、
   前記軸保持部材は、前記軸部材の保持角度を調整可能に構成されていることを特徴とする請求項３記載の印刷ロボット。
6. 前記制御ユニットは、前記接触圧力に基づいて、前記保持角度の調整を行うことを特徴とする請求項４又は５に記載の印刷ロボット。
7. 前記保持機構は、ドクターブレードをさらに取り付けられており、
   前記回転部の回転により、前記中間転写体と前記ドクターブレードとの前記ワークへの対面が切り替えられることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の印刷ロボット。
8. 請求項１乃至７のいずれか１つに記載の印刷ロボットと、印刷されるワークを保持するワーク保持機構と、前記ワークに転写されるインクを与えられる印刷版を保持する印刷版保持台と、を備えたことを特徴とする印刷装置。
9. 印刷ロボットを用いて、立体物であるワークにオフセット印刷を行う印刷方法であって、
   前記印刷ロボットは、一端に先端軸まわりに回転する回転部を有する多関節アームと、その側面にインク受け面を含むとともに所定の軸部材まわりに回転する中間転写体と、一端を前記回転部に着脱自在に取り付けられ且つ他端に前記中間転写体を回転自在に保持された保持機構と、制御ユニットと、を備えており、
   前記中間転写体の回転原点において前記インク受け面を前記ワークに接触させた後、前記インク受け面の前記ワークとの接触を維持しつつ前記多関節アームを動かして、前記中間転写体を回転させつつ前記ワークに沿って移動させることにより、前記インク受け面のインクを前記ワーク表面に転写することを特徴とする印刷方法。
10. 前記中間転写体と前記ワークとが接触している間の接触圧力を検出し、前記接触圧力に基づいて、前記多関節アームの位置調整を行うことを特徴とする請求項９記載の印刷方法。
11. 前記保持機構は、前記軸部材の一端を回転自在に保持するとともに、前記軸部材の保持角度を調整可能に構成されていることを特徴とする請求項１０記載の印刷方法。
12. 前記保持機構は、前記軸部材の両端を回転自在に保持する軸保持部材をさらに含み、
    前記軸保持部材は、前記軸部材の保持角度を調整可能に構成されていることを特徴とする請求項１０記載の印刷方法。
13. 前記保持角度は、前記接触圧力に基づいて調整されることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の印刷方法。
14. 前記中間転写体と前記ワークとを接触させる前に、前記ワークに転写されるインクが与えられた印刷版に、前記中間転写体のインク受け面を回転させつつ接触させて前記インクを前記インク受け面に転写することを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか１つに記載の印刷方法。
15. 前記保持機構は、ドクターブレードがさらに取り付けられており、
    前記インク受け面に前記インクを転写する前に、前記印刷版の表面を前記ドクターブレードで平らにしておくことを特徴とする請求項１４記載の印刷方法。
    
    
    

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