JP4287296B2 - キャリアシートの張力制御方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、キャリアシートを搬送する場合におけるキャリアシートに発生する張力を所望の一定値に制御するキャリアシートの張力制御方法、及びキャリアシートの張力制御装置に関するものである。

多層配線基板や積層セラミック電子部品を製造する場合、生産性の観点からキャリアシートが用いられる場合がある。このキャリアシートは、薄い長尺の樹脂フィルムであり、その上にセラミックスラリーを一定厚さに塗布しセラミック膜を形成している。キャリアシートの搬送・停止を繰り返しながらセラミックスラリーに微細な導体パターンを形成する。導体パターンが形成された複数のシートを積層し、熱処理をした後、切断することにより、多層配線基板や積層セラミック電子部品の素子構成部分を作製する。

このようなキャリアシートを搬送するにあたって、キャリアシートが変形すると、素子のパターン形成精度が低下するので、キャリアシートに変形や伸びを生じさせないように、キャリアシートに一定の張力をかける必要がある。
図６は、このようなキャリアシートに、一定の張力を与えながら搬送する搬送装置を示す模式図である（例えば特許文献１参照）。この搬送装置は、キャリアシート１を巻き取った第２のサクションロール１０２からキャリアシート１を送り出して、第１のサクションロール１０１に巻き替える。この送り出す間に、加工装置（図示せず）により、キャリアシート１に塗布されたセラミックスラリーの加工などを行う。第１のサクションロール１０１はサーボモータ１０６により回転駆動され、サーボモータ１０６は、ドライバ１０７により制御される。第２のサクションロール１０２はサーボモータ１０８により回転駆動され、サーボモータ１０８は、ドライバ１０９により制御される。

この搬送装置は、キャリアシート１の張力を一定に保つために、テンションローラ１０３を設けている。テンションローラ１０３に張力センサ１０４を連結して、この張力センサ１０４の検出値が一定になるように、テンションローラ１０３の位置またはバネ定数を調整している。すなわち、張力センサ１０４で検出された張力が弱くなると、テンションローラ１０３を引っ張り、張力センサ１０４で検出された張力が強くなると、テンションローラ１０３を緩める。なお、１０５は、張力センサ１０４で検出出力を取り出すための増幅器である。
特開2001-213557号公報

ところが、近年の多層配線基板や積層セラミック電子部品は、それらが搭載される装置（携帯電話、ＰＤＡ、コンピュータなど）の小型化、高機能化により、ますます高い精度が要求されている。このためキャリアシートとなる樹脂フィルムも薄くなり、またセラミック膜の厚さも１μｍ以下と薄くなってきており、たわみや伸びによるセラミック膜の変形が起こりやすい状態にある。

例えば、コンデンサ素子製造用のＰＥＴフィルムについて、厚み３８μｍ、幅２００ｍｍ、長さ８００ｍｍのＰＥＴフィルムの一端を固定し、他端を３３Ｎ（3.38kg）で引っ張ると、０．１１９ｍｍ（0.015％）伸びる。フィルムの厚みを薄く、幅を狭くすると、伸びはさらに大きくなる。
たわみやわずかな変形があれば、セラミック膜にクラックが生じ、完成品となった多層配線基板や積層セラミック電子部品の構造欠陥や電気性能不良が発生する。

そこで、キャリアシートの搬送時の張力を厳密に一定に保つ必要がある。
ところが前記図６に示したような従来の搬送装置では、キャリアシート加減速時に搬送加速度の急激な変化が生じるこのときに、テンションローラの慣性定数や回転粘性といった負荷要素が作用してキャリアシートの張力の検出が正確に行えないという問題がある。
さらに、テンションローラでキャリアシートの方向を変えるので、キャリアシートが不要に曲げられることになり、この曲げがキャリアシートに悪い影響を与える。

そこで、本発明は、キャリアシートの搬送において、張力を測定するローラを削除し、キャリアシートを搬送するローラによりキャリアシートの搬送時の張力を厳密に制御し、もって多層配線基板や積層セラミック電子部品などの製品の性能を向上させることのできるキャリアシートの張力制御方法及び制御装置を提供することを目的とする。

本発明のキャリアシートの張力制御方法は、キャリアシートの搬送下流側に配置された第１のローラと、上流側に配置された第２のローラと、それぞれのローラを回転駆動する２つのトルクサーボモータと、トルクサーボモータのトルクを制御するトルク発生器とを用いて、キャリアシートを搬送する方法において、第１のローラの半径をＲa、回転角をθa，第２のローラの半径をＲb、回転角をθb、第１のローラを駆動するトルクサーボモータで発生するトルクをＴa，第２のローラを駆動するトルクサーボモータで発生するトルクをＴb、第１のローラの慣性定数をＪa、粘性定数をＤa、第２のローラの慣性定数をＪb、粘性定数をＤb、キャリアシートのバネ定数をＫとした場合に、次式（１）又は（２）のいずれか一方又は両方に基づいて、トルクサーボモータのトルクを制御することにより、キャリアシートの張力が一定になるように制御をすることを特徴とする。

（Ｔa−Ｊaθa″−Ｄaθa′）／Ｒa＝Ｋ（Ｒaθa−Ｒbθb） (1)
（Ｔb−Ｊbθb″−Ｄbθb′）／Ｒb＝Ｋ（Ｒbθb−Ｒaθa） (2)
（式中「′」は時間微分d/dtを表し、「″」は時間二次微分d²/dt²を表す）
この方法によれば、キャリアシートの張力を検出するセンサを特に設けなくても、トルクサーボモータのトルクを、前記（１）式または（２）式に従って制御することにより、キャリアシートの速度を制御し、もってキャリアシートの張力が一定になるように制御をすることができる。

前記キャリアシートは、例えば、セラミックスラリーを塗布したシートが用いられる。
前記キャリアシートの材質は、例えば、ナイロンフィルム、フッ素フィルム、ポリエステル系フィルム、ポリオレフィン系フィルム、ポリイミドフィルムの中から選ばれる１種類、又は複数種類の混合である。
前記キャリアシートの厚みは、典型的には、１μｍ以上１００μｍ以下である。

また、本発明のキャリアシートの張力制御装置は、前記キャリアシートの張力制御方法を実施するための装置であって、実質的に前記キャリアシートの張力制御方法と同一の発明にかかる装置である。

以上のように本発明によれば、張力を測定するローラがなくても、キャリアシートの搬送時の張力を厳密に制御することができる。したがって、キャリアシート上に塗布した膜の精密な加工が可能になり、多層配線基板や積層セラミック電子部品などの製品の性能向上が実現できる。特に、多層配線基板や積層セラミック電子部品などの小型化に従って、キャリアシートの薄膜化が要望されているが、この場合にキャリアシートはますます伸びやすく、セラミック膜もクラックが発生しやすくなっており、本発明の張力制御方法の適用は、いっそう有効である。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明のキャリアシートの搬送装置の一例を示す模式図である。この搬送装置は、キャリアシート１を搬送するために設けた２つの搬送用ローラ２ａ，２ｂと、それぞれの搬送用ローラ２ａ，２ｂを回転駆動する２つのトルクサーボモータ３ａ，３ｂとを備えている。キャリアシート１を搬送する下流の搬送用ローラ２ａを「第１のローラ２ａ」、上流の搬送用ローラ２ｂを「第２のローラ２ｂ」ということがある。２つのローラ２ａ，２ｂ間にはキャリアシート１の張力を測定するローラは配置されていない。

キャリアシート１には、ナイロンフィルム、フッ素フィルム、ポリエステル系フィルム（例えばポリエチレンテレフタレート；ＰＥＴ、ポリエチレンナフタレート；ＰＥＮ）、ポリオレフィン系フィルム、ポリイミドフィルムなどが使用される。このうち、ＰＥＴフィルムはコンデンサ素子のキャリアシートとしてよく使用される。ＰＥＮフィルムも耐熱性がよく、使用される。

本発明の搬送装置によれば、第２のローラ２ｂに巻き取られているキャリアシート１は、第２のローラ２ｂから取り出され、水平に搬送され、第１のローラ２ａに巻き取られる。この搬送途中に、加工装置（図示せず）により、キャリアシートに塗布されているセラミックスラリーの加工等が行われる。
本発明では、張力を測定するローラを用いないで、トルクサーボモータ３ａおよび／または３ｂのトルクを制御することにより、キャリアシート１の張力が一定になるように制御をする。

図１において、トルクサーボモータ３ａを制御するドライバを５ａで、ドライバ５ａの中のトルク発生器を４ａで示し、トルクサーボモータ３ｂを制御するドライバを５ｂで、ドライバ５ｂの中のトルク発生器を４ｂで示している。
トルクサーボモータ３ａの回転角をθa，トルクサーボモータ３ｂの回転角をθb、トルクサーボモータ３ａで発生するトルクをＴa，トルクサーボモータ３ｂで発生するトルクをＴbとする。第１のローラ２ａの慣性定数をＪa、粘性定数をＤa、第２のローラ２bの慣性定数をＪb、粘性定数をＤbとする。また、キャリアシート１のバネ定数をＫとする。また第１のローラ２ａ側に加わる変動分をＴＬa、第２のローラ２b側に加わる変動分をＴＬbとする。

第１、第２のローラ２ａ，２ｂの慣性定数Ｊa,Ｊbは、ローラ自体の慣性定数とモータ軸の慣性定数によって決まるものであり、第１、第２のローラ２ａ，２ｂの粘性定数Ｄa,Ｄbは、主としてモータ軸のグリス粘性によって決まるものである。
運動方程式は、次の（３）（４）式のように表される。式中、１つのドット「・」は、「′」と同じ意味であり、時間微分d/dtをす。２つのドット「・・」は、「″」と同じ意味であり、時間二次微分d²/dt²を表す。

前記（３）（４）式において、変動分ＴＬa，ＴＬbは、慣性定数の変動分ΔＪa,ΔＪbと、粘性定数の変動分ΔＤa,ΔＤbと、バネ定数の変動分ΔＫと、外乱Ｔea,Ｔebとを用いて次の（５）（６）式で表される。

第１、第２のローラ２ａ，２ｂは、継続的に使用しても、変形等が生じにくい材質を採用し、ガタが生じにくい組み付けを行っているので、慣性定数の変動分ΔＪa,ΔＪbと、粘性定数の変動分ΔＤa,ΔＤbとをそれぞれゼロとすることができる。
そこで、前記（３）（５）式を整理すると、次の（７）式のようになる。添え字ｎは、前記変動分を無視した値、すなわち公称値（ノミナル値という）であることを表す。

この（７）式で、搬送中に外乱Ｔeaが発生することはないとして、Ｔea＝０とする。（７）式の右辺
（Ｋn＋ΔＫ）（Ｒa²θa−ＲaＲbθb）
つまり
（Ｋn＋ΔＫ）Ｒa（Ｒaθa−Ｒbθb）
のうち
（Ｋn＋ΔＫ）（Ｒaθa−Ｒbθb）
は、第１のローラ２ａの回転角と半径との積から、第２のローラ２ｂの回転角と半径との積を引いた差にバネ定数をかけたもの、すなわち張力を表す。また（７）式の左辺のＪa,Ｄaは、ノミナル値であり、角速度θa ′、角加速度θa″は、リアルタイムで把握できる値である。そこで前記張力が一定になるように、（７）式の左辺のトルクＴaを制御することができる。

また、前記（４）（６）式を整理すると、次の（８）式のようになる。ここでもノミナル値を用いている。

この（８）式で、外乱Ｔeaが発生することはないとして、Ｔea＝０とする。（８）式の右辺
（Ｋn＋ΔＫ）（Ｒb²θb−ＲaＲbθa）
つまり
（Ｋn＋ΔＫ）Ｒb（Ｒbθb−Ｒaθa）
のうち
（Ｋn＋ΔＫ）（Ｒbθb−Ｒaθa）
は、張力を表す。この張力が一定になるように、（８）式の左辺のトルクＴbを制御するようにしてもよい。

さらに、前記（７）（８）式を両方用いて、張力が一定になるように、トルクＴa,Ｔbを同時に制御するようにしてもよい。
図２は、本発明の張力制御方法を説明するためのブロック線図である。図２において、Ｒaは第１のローラ２ａの半径、Ｒbは第２のローラ２ｂの半径である。
キャリアシート１が単位時間（例えば200ms）あたり進む距離を決め、これを時間で割って、角度指令値θ^*を決める。また、張力指令値Ｆ^*を設定する。

第１のローラ２ａの制御を記述すると、次のようになる。加算器２０において、前記角度指令値θ^*を加 算し、第１のローラ２ａの角度θaを減算する。この差をＰＩ制御器２１に通して角速度指令値θ^*′を得、加算器２２において、これと第１のローラ２ａの角速度θa′との差を求める。この差をＰＩ制御器２３に通してトルク指令値Ｔa^*を得て、この値を、トルクサーボモータ３ａを駆動するためのトルク発生器２４に入力する。

トルク発生器２４の出力側の加算器２５において、トルク発生器２４で発生するトルクＴaが出力される。加算器２５の出力に１／（Ｊa・ｓ）が作用し角速度θa′が決まる。この角速度θa′に,粘性定数Ｄaが作用したものを、加算器２５において負荷となるとともに、この角速度θa′を、前述したようにＰＩ制御器２２の入力側の加算器２２において減算する。さらに、角速度θa′から角度θaが決まり、これをＰＩ制御器２１の入力側の加算器２０に減算する。

第２のローラ２ｂ側においては、加算器３０において角速度指令値θ^*′と第２のローラ２ｂの角速度θb′との差を求める。この差をＰＩ制御器３１に通して、その出力を加算器３２において加算する。加算器３２の出力からトルク指令値Ｔb^*を得てトルクサーボモータ３ｂを駆動するためのトルク発生器３３に入力する。
トルク発生器３３で発生したトルクＴbを加算器２７において出力し、加算器２７の出力に１／（Ｊb・ｓ）が作用し角速度θb′が決まる。この角速度θb′に,粘性定数Ｄbが作用したものが、前記トルク発生器３３の出力側の加算器２７の負荷となる。さらにこの角速度θb′を、前述したように加算器３０に減算する。

一方、加算器２６において、トルク発生器２４側から得た角度θaに第１のローラ２ａの半径Ｒaを用いて直線距離の次元になったものと、トルク発生器３３側から得た角度θbに第２のローラ２ｂの半径Ｒbを用いて直線距離の次元になったものとの差に、バネ定数Ｋをかける。これに半径Ｒaを用いたものが、前記加算器２５の負荷となり、また、これに半径Ｒbを用いたものが前記加算器２７の負荷となる。

また、加算器２８において、トルク指令値Ｔb^*を加算し、前記角速度θb′に粘性定数のノミナル値（公称値）Ｄbnをかけたものと、角速度θb′を微分して加速度としたものに慣性定数のノミナル値Ｊbnをかけたものを減算する。そして加算器２９において、張力指令値Ｆ^*に第２のローラ２ｂの半径Ｒbをかけたもの、すなわちトルク指令値Ｔ^*を加算するとともに、前記加算器２８における加算後の値を減算する。この操作は、
Ｆ^*・Ｒb−（Ｔb^*−θb′Ｄn−θb″Ｊn） (9)
に相当する。この加算器２９で得られたトルク差を、ＰＩ制御器３４を通して、トルク発生器３３に入力する。

前記角速度θb′、角加速度θb″はリアルタイムに把握できる値である。ノミナル値である慣性定数Ｊbn、粘性定数Ｄbnを用い、トルクＴbを制御することによって、張力が一定の目的値となるように制御することが可能となる。
以上のように、キャリアシートの搬送時の張力を一定に制御することができる。
図３は、本発明の他の張力制御方法を説明するためのブロック線図であり、図２と異なるところは、加算器２９の出力がＰＩ制御器３４を通して、加算器３０の前段に設けた加算器３５に加算されているところである。その他の構成は図２と同様であり、効果も異ならない。

図４は、本発明のさらに他の張力制御方法を説明するためのブロック線図である。図２と異なるところは、図２では、前記角速度θb′に第２のローラ２ｂの粘性定数Ｄbnをかけたものと、第２のローラ２ｂの慣性定数Ｊbnをかけたものとを減算し、さらに、トルク指令値Ｔb^*を加算していたが、図４では、角速度θa′に、第１のローラ２ａの粘性定数Ｄanをかけたものと、慣性定数Ｊanをかけたものとを減算し、さらに、トルク指令値Ｔa^*を加算しているところが異なっている。したがって、第１のローラ２ａで検出されるトルクと、トルク指令値との差を、第２のローラ２ｂのトルク発生器３３の入力にフィードバックしていることになる。したがって、第１のローラ２ａで検出されるトルクに基づいて、第２のローラ２ｂのトルクを制御することにより、張力制御を行うことになる。

図５は、本発明のさらに他の張力制御方法を説明するためのブロック線図であり、図４と異なるところは、加算器２９の出力がＰＩ制御器３４を通して、加算器３０の前段に設けた加算器３５に加算されているところである。その他の構成は図２と同様であり、効果も異ならない。
以上に説明した本発明の張力制御方法およびその方法を実現する装置を用いることにより、常にキャリアシートの張力を一定に保ちながらキャリアシート搬送することができ、キャリアシートのたわみ、伸び、変形を防止することができる。したがって、キャリアシート上に塗布されたセラミックスラリーの加工時に、寸法の正確さを保つことができ、多層配線基板や積層セラミック電子部品などの製品の性能向上が実現できる。

以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。

本発明のキャリアシートの搬送装置の一例を示す模式図である。 本発明の張力制御方法を説明するためのブロック線図である。 本発明の他の張力制御方法を説明するためのブロック線図である。 本発明のさらに他の張力制御方法を説明するためのブロック線図である。 本発明のさらに他の張力制御方法を説明するためのブロック線図である。 従来のキャリアシート搬送装置を示す模式図である。

符号の説明

１ キャリアシート
２ａ,２ｂ 搬送用ローラ
３ａ,３ｂ トルクサーボモータ
４ａ，４ｂ トルク発生器
５ａ，５ｂ ドライバ
２０，２２，２５，２６，２７，２８，２９，３０，３２，３５ 加算器
２１，２３，３１，３４ ＰＩ制御器
２４，３３ トルク発生器

Claims (5)

1. キャリアシートの搬送下流側に配置された第１のローラと、上流側に配置された第２のローラと、それぞれのローラを回転駆動する２つのトルクサーボモータと、トルクサーボモータのトルクを制御するトルク発生器とを用いて、キャリアシートを搬送する方法において、
   第１のローラの半径をＲa、回転角をθa，第２のローラの半径をＲb、回転角をθb、第１のローラを駆動するトルクサーボモータで発生するトルクをＴa，第２のローラを駆動するトルクサーボモータで発生するトルクをＴb、第１のローラの慣性定数をＪa、粘性定数をＤa、第２のローラの慣性定数をＪb、粘性定数をＤb、キャリアシートのバネ定数をＫとした場合に、次式（１）又は（２）のいずれか一方又は両方に基づいて、トルクサーボモータのトルクを制御することにより、キャリアシートの張力が一定になるように制御をすることを特徴とするキャリアシートの張力制御方法。
   （Ｔa−Ｊaθa″−Ｄaθa′）／Ｒa＝Ｋ（Ｒaθa−Ｒbθb） (1)
   （Ｔb−Ｊbθb″−Ｄbθb′）／Ｒb＝Ｋ（Ｒbθb−Ｒaθa） (2)
   （式中「′」は時間微分d/dtを表し、「″」は時間二次微分d²/dt²を表す）
2. 前記キャリアシートは、セラミックスラリーを塗布したシートである請求項１記載のキャリアシートの張力制御方法。
3. 前記キャリアシートの材質は、ナイロンフィルム、フッ素フィルム、ポリエステル系フィルム、ポリオレフィン系フィルム、ポリイミドフィルムの中から選ばれる１種類、又は複数種類の混合である請求項１又は請求項２記載のキャリアシートの張力制御方法。
4. 前記キャリアシートの厚みは、１μｍ以上１００μｍ以下である請求項１から請求項３のいずれかに記載のキャリアシートの張力制御方法。
5. キャリアシートの搬送下流側に配置された第１のローラと、上流側に配置された第２のローラと、それぞれのローラを回転駆動する２つのトルクサーボモータと、トルクサーボモータのトルクを制御するトルク発生器とを備えるキャリアシート搬送装置に用いられ、
   第１のローラの半径をＲa、回転角をθa，第２のローラの半径をＲb、回転角をθb、第１のローラを駆動するトルクサーボモータで発生するトルクをＴa，第２のローラを駆動するトルクサーボモータで発生するトルクをＴb、第１のローラの慣性定数をＪa、粘性定数をＤa、第２のローラの慣性定数をＪb、粘性定数をＤb、キャリアシートのバネ定数をＫとした場合に、次式（１）又は（２）のいずれか一方又は両方に基づいて、トルクサーボモータのトルクを制御することにより、キャリアシートの張力が一定になるように制御をする制御手段を備えることを特徴とするキャリアシートの張力制御装置。
   （Ｔa−Ｊaθa″−Ｄaθa′）／Ｒa＝Ｋ（Ｒaθa−Ｒbθb） (1)
   （Ｔb−Ｊbθb″−Ｄbθb′）／Ｒb＝Ｋ（Ｒbθb−Ｒaθa） (2)
   （式中「′」は時間微分d/dtを表し、「″」は時間二次微分d²/dt²を表す）

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