JP6189022B2

JP6189022B2 - フレキソ印刷用印刷装置

Info

Publication number: JP6189022B2
Application number: JP2012159750A
Authority: JP
Inventors: 正治中西; 憲二小林; 由明若王子
Original assignee: Komura-Tech Co Ltd
Current assignee: Komura-Tech Co Ltd
Priority date: 2012-07-18
Filing date: 2012-07-18
Publication date: 2017-08-30
Anticipated expiration: 2032-07-18
Also published as: CN103568522A; KR101928108B1; TW201412560A; JP2014019059A; TWI604958B; CN103568522B; KR20140011263A

Description

本発明は、印刷版上のインクを、基板等の被印刷物に高精度に転写することのできるフレキソ印刷用印刷装置（以下「印刷装置」とする）に関するものである。

近年のフラットパネルディスプレイや太陽電池パネル等の大形化（大面積化）に伴い、従来、エッチングやリソグラフィにより形成されていた基板上の導電層や絶縁層のパターンを、印刷（転写）法により形成しようとする試みがなされている。なかでも、フレキソ印刷法やグラビアオフセット印刷法等、柔軟な樹脂製の印刷版を用いる印刷法は、ガラス基板の表面や配線等を傷つけることなく、均一な薄膜（層）を再現性良く高速で印刷できることから、液晶（ＬＣＤ），有機ＥＬ，有機ＴＦＴ等の電子（表示）デバイスの製造工程において、各種インクを用いた電極層やシール剤層，マスキング剤層等のパターン形成に利用され始めている（例えば、特許文献１，２等を参照）。

図５，図６は、上記ガラス基板等の上に印刷版を用いて導電層等を転写（パターン形成）する際に用いられる従来の印刷装置の構成例である。
図５に示すように、この印刷装置は、印刷版（フレキソ印刷版）Ｐと、この印刷版Ｐを外周に巻き付けて取り付けるための版胴Ｄと、上記印刷版Ｐに所定量のインクを保持させるためのアニロックスロールＡおよびドクターブレードＢと、インクを供給するインクタンクＴと、上面に固定された被印刷物（基板＝ワークＷ）を上記版胴Ｄの回転と同期して搬送する印刷ステージ２等を主体として構成されている。

上記版胴Ｄは、図６のように、その中心軸（回転軸＝シャフトＳ）を介して版胴駆動用のモータＭ１に連結されており、制御部（コントローラ，図示せず）等の指令により、上記印刷ステージ２の動作（図中ｘ軸方向のスライド移動）と同期して回転するようになっている。また、上記印刷ステージ２は、上記ｘ軸方向に沿ったガイドレール（直動軸受）Ｇ，Ｇの上にスライド自在に取り付けられた走行ベース（土台）１の上に配設されており、これらガイドレールＧ，Ｇの間に設けられたリニアモータＭ２により、上記版胴Ｄ（印刷版Ｐ）の回転と同期して移動するようになっている。

上記引用文献１，２によれば、印刷装置（印刷機）に、印刷版と被印刷物（基板）との距離（印刷ギャップである隙間）を精密に制御する手段を設け、印刷版を適正な接圧（いわゆる「キスタッチ」）で基板に押し付けてインクを転写することにより、高精度な印刷を行うことができる。

特開２００７−２４５４１７号公報特開２００９−２４１４６９号公報

ところで、上記のような印刷装置を用いた転写（パターン形成）は、被印刷物が長尺の連続印刷機とは異なり、一動作（過程）で基板一つずつの印刷（転写）を完了させる枚葉式（バッチ式）の印刷となっている。そのため、上記印刷装置においては、製造品種の転換や印刷版の消耗等により、比較的頻繁に印刷版や版胴を交換する必要が生じる。

しかしながら、上記印刷版や版胴を交換する頻度が多いほど、以下のような不具合が発生する確率が高くなる。例えば、上記印刷装置におけるパターンの転写状態を示す図７（平面図）に示すように、印刷版Ｐは版胴Ｄの外周に張力（テンション）をかけて巻回・固定されるため、印刷版装着時に、印刷版Ｐが版胴Ｄに対して歪んだり曲がったりして取り付けられた場合、印刷前の基板Ｗが印刷ステージ２上に正確に位置決めされていても、印刷版Ｐ上のパターンは歪んだ形で転写されてしまう（印刷後の基板Ｗ’上の斜線部分を参照）。なお、図７において線Ｌ３−Ｌ３’は、転写加工中における上記印刷ステージ２の中心点の移動軌跡である。

また、図８に示すように、版胴組み付け時に、万一、版胴Ｄと一体のシャフトＳが、モータＭ１等の回転駆動手段の中心軸に対して傾いた状態で取り付けられた場合も、同様に、印刷版Ｐ上のパターンは、基板Ｗに対して曲がった形で転写されてしまう（印刷後の基板Ｗ’上の斜線部分を参照）。図８中の線Ｌ４−Ｌ４’は、転写加工中における上記印刷ステージ２の中心点の移動軌跡である。

上記いずれかの不具合により転写パターンに異常が生じた場合、印刷後のパターンの仕上がりを補正するために、実際の被印刷物を用いたテストプリントを行い、その結果を見て上記印刷版の位置や版胴の傾きを手作業で微調整するフィードバック作業が、上記転写パターンが適正になるまで、何度か繰り返し行われる。このように、上記従来の印刷装置では、製造開始前の工数や材料のロスが大きいため、その改善が望まれている。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、印刷版や版胴が適切に取り付けられていない場合でも、その転写のずれや曲がりに応じた補正を印刷時に自動的に行うことにより工程ロスが少なく、設計通りの高精度な転写を再現することのできる印刷装置の提供をその目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の印刷装置は、印刷版装着用の円筒状の版胴と、この版胴を所定の周速度で回転させる版胴駆動手段と、上記版胴の回転軸に直交する方向にスライド移動する基台と、上記基台の上に配設された被印刷物載置用の印刷ステージと、上記基台を水平方向に移動させて上記印刷ステージを移動させる基台駆動手段と、これら版胴の回転および基台の移動を制御する制御手段とを備え、上記制御手段からの信号により上記基台を版胴の回転動作に同期して移動させ、この版胴の外周に巻き付けられて装着された印刷版を、上記印刷ステージの上面に載置された被印刷物に接触させて、この印刷版の表面に保持されたインクを上記被印刷物の表面に転写する印刷装置であって、上記基台と印刷ステージとの間に、この印刷ステージを互いに直交する三軸方向に移動自在に支持するとともにステージを鉛直方向の回転軸周りに回転自在に支持するステージ位置微調整手段と、上記ステージ位置微調整手段の作動状況をフィードバックさせるフィードバック手段とが配設され、上記制御手段に予め入力された補正用データと上記フィードバック手段からのフィードバックデータにもとづき、この制御手段が、上記印刷版が被印刷物へ当接している間に上記ステージ位置微調整手段を上記版胴の回転と基台の移動に同期して作動させ、転写パターンのずれおよび曲がりの少なくとも一方を補正することにより、上記インクが被印刷物に対して適正に転写されるようになっているという構成をとる。

すなわち、本発明者は、前記課題を解決するために研究を重ね、一動作で基板一つずつの転写を完了させる枚葉式の印刷装置において、版胴の回転に同期する被印刷物載置用の印刷ステージを、印刷版の歪み，曲がりや版胴の回転軸ずれに対応してこれを補正することのできる、ステージ位置微調整手段の上に配設して移動させることを着想した。そして、予め行ったテストプリント等から得られる上記曲がりやずれ等の（最初の）データを利用し、かつ、ステージ位置微調整手段の作動状況のフィードバックデータに基づいて、上記ステージ位置微調整手段により、転写の際にオンタイム（リアルタイム）で印刷版の曲がりやずれ等を自動で修正することによって、テストプリントを繰り返すことなく、上記印刷版上の印刷パターンを、被印刷物上に、素早く正確に再現できることを見出し、本発明に到達した。

以上のように、本発明の印刷装置は、水平方向にスライド移動する基台と、その上面に被印刷物を載置して固定するための印刷ステージとの間に、この印刷ステージを互いに直交する三軸（ｘｙｚ軸）方向に移動自在に、かつ、鉛直方向の回転軸（θ軸）周りに回転自在に支持するステージ位置微調整手段が配設されており、このステージ位置微調整手段が、上記印刷ステージおよび基台と一体となって、版胴の回転動作に同期してスライド移動するようになっている。そして、このステージ位置微調整手段は、上記スライド移動中に、印刷装置の制御手段に予め入力（記憶）された補正用データとステージ位置微調整手段の作動状況のフィードバックデータにもとづき、上記版胴の回転位置（すなわち、印刷版と被印刷物の接触位置）に対応して、上記三軸方向のステージ位置とステージの回転角を変更し、印刷位置（印刷版と被印刷物の当接位置）を自動で補正するようになっている。これにより、本発明の印刷装置は、印刷版や版胴が適正に取り付けられていない場合でも、印刷時にパターンの曲がりやずれ等が、転写の進行とともにリアルタイムで適切に補正され、所期の目標通りの高精度な転写を再現することができる。

本発明の実施形態における印刷装置の概略構成図である。上記印刷装置の制御ブロック図である。上記印刷装置における印刷ステージの動きと転写結果を説明する図である。上記印刷装置における印刷ステージの動きと転写結果を説明する図である。印刷装置の基本構成を説明する図である。従来の印刷装置の概略構成図である。従来の印刷装置における印刷ステージの動きと転写結果を説明する図である。従来の印刷装置における印刷ステージの動きと転写結果を説明する図である。

つぎに、本発明の実施の形態を、図面にもとづいて詳しく説明する。ただし、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。

本実施形態における印刷装置は、一動作でワークＷ（被印刷物）の一つに一回の転写を完了させる、枚葉式の印刷装置であり、その主要部分は、従来例と同様、印刷版Ｐを取り付けるための版胴Ｄと、上記印刷版Ｐに所定量のインクを保持させるためのアニロックスロールＡおよびドクターブレードＢと、インクを供給するインクタンクＴと、上面に固定されたワークＷを搬送する印刷ステージ２、および、これらを管理する制御手段（図示せず）等から構成されている（図５参照）。

また、本実施形態の印刷装置は、図１に示すように、上記版胴Ｄが、シャフトＳを介して版胴駆動用のモータＭ１に連結され、周方向に回転駆動されるようになっている。また、上記印刷ステージ２は、スライド自在の走行ベース１（基台）の上に配設されており、この走行ベース１と印刷ステージ２とが、一体となって、リニアモータＭ２の駆動によりｘ軸方向に移動するようになっている。上記印刷ステージ２の移動と上記版胴Ｄの回転とは、図２に示すように、上記制御手段からの指令（信号）により同期するようになっている。

そして、上記印刷装置は、上記走行ベース１と印刷ステージ２との間に、この印刷ステージ２を互いに直交する三軸（ｘｙｚ軸）方向に移動自在に支持するとともに印刷ステージ２を鉛直方向の回転軸（θ軸）周りに回転自在に支持するステージ位置微調整手段〔ｘ−ｙ軸駆動ユニット３，ｚ軸駆動ユニット４およびθ軸回転用モータ５〕が配設され、上記制御手段に予め入力された補正用データとステージ位置微調整手段の作動状況のフィードバックデータにもとづいて、このステージ位置微調整手段（３，４，５）が、上記版胴Ｄの回転と印刷ステージ２の移動に同期して作動することにより、上記印刷版Ｐ上に保持されたインクが、ワークＷに対して適正に転写されるようになっている。これが、本発明の印刷装置の特徴である。

上記印刷装置の構成について、詳しく説明すると、上記版胴Ｄは真円筒状で、その中心（回転中心）に、これを支持するためのシャフトＳが、筒長方向に貫通している。この版胴Ｄの外周には、外周面に巻き付けられた上記印刷版Ｐの両端部（回転方向端部）を固定するためのくわえ部（図示省略）が、版胴周方向に離間して２個所設けられており、上記印刷版Ｐが、これら両側のくわえ部の間に、周方向にテンションをかけて若干引っ張られた状態で、所定の位置に固定されるようになっている。

上記版胴Ｄを支持するシャフトＳは、中実の長い円筒状で、その一端が、上記版胴Ｄを回転駆動するモータＭ１に接続されている。このモータＭ１には、低速で定速回転可能なステッピングモータ等が用いられ、後記する印刷ステージ２の移動（直線速度）と上記版胴Ｄの回転速度（周速度）とを一致（同期）させやすいように構成されている。

つぎに、上記ワークＷおよび印刷ステージ２を移動させるための走行ベース１は、ｘ軸方向に沿った２本のガイドレールＧ，Ｇと、その上にそれぞれ載置された鞍形部材とからなる直動軸受（滑り軸受）の上に、跨るように形成されており、その上に配設される印刷ステージ２および後記のステージ位置微調整手段（３，４，５）を、上記ｘ軸方向にスライド自在に支持するようになっている。

上記２本のガイドレールＧ，Ｇの間に配設されたリニアモータＭ２は、ガイドレールＧと同様にｘ軸方向に沿ったバー状の固定子（マグネット側）と、上記走行ベース１の裏面（図では見えない）側に配置された可動子（コイル側）とで構成されており、上記ｘ軸方向に沿った精密な位置決めと、設定された定速でのスライド移動が可能になっている。

上記走行ベース１上に配設される印刷ステージ２は、ワークＷ（基板等）を載置するための上面を備え、後記するステージ位置微調整手段（３，４，５）により、ｘｙｚの３軸方向と、上記上面の中心軸（θ軸）周りの回転が可能になっている。なお、印刷ステージ２の上面には、この上に載置されるワークＷを印刷（転写）の度に毎回同じ位置にセットするためのガイド等（図示省略）が設けられている。

上記印刷ステージ２と走行ベース１の間のステージ位置微調整手段は、先にも述べたように、ｘ−ｙ軸駆動ユニット３と、ｚ軸駆動ユニット４（ステージ昇降用モータ）と、θ軸回転用モータ５とから構成されている。このｘ−ｙ軸駆動ユニット３は、上記走行ベース１上に配設された２組の小形のリニアモータで構成されており、これら各リニアモータが、ｘ軸方向およびｙ軸方向に互いに直交するように配置されることにより、上記走行ベース１上における印刷ステージ２の小刻みな位置調整が可能になっている。なお、印刷ステージ２の調整方向は図中の矢印Ｘ，Ｙで表示している。また、リニアモータの形状は簡略化して描いている。

また、上記ｚ軸駆動ユニット４は、図示しないリンク機構を介して、印刷ステージ２をｚ軸方向（略鉛直方向）に昇降させるものであり、前記版胴駆動用モータＭ１と同様、ステッピングモータ等を用いることにより、正確な高さ調整が可能になっている（調整方向は図中の矢印Ｚで表示）。そして、上記θ軸回転用モータ５にも、同様のステッピングモータ等が採用され、このθ軸周りの上記印刷ステージ２の正確な回転（θ軸周りの位相角制御）ができるようになっている（調整方向は図中の矢印θで表示）。

つぎに、上記印刷装置の運転（同期）制御について説明する。
図２は、上記印刷装置の運転方法を説明するブロック図である。なお、図中の二点鎖線で囲まれた部分（下側３段）が、本発明のステージ位置微調整手段を制御するために追加されたブロックである。また、図中の制御装置には、テストプリント等により得られた「印刷版Ｐの曲がり」（図７参照）や「版胴Ｄの回転軸のずれ」（図８参照）等に起因する転写位置ずれや曲がりの詳細なデータが、この制御装置の備えるメモリ等の記憶手段（図示省略）に予め記憶（入力）されているものとして説明する。

この図のように、上記印刷装置の制御手段（制御装置）は、「運転命令」を受けると、まず、印刷ステージ２の移動と版胴Ｄの回転の駆動を開始する。この際、先にも述べたように、上記印刷ステージ２の移動速度（位置）と版胴Ｄの回転速度（角度）とは、上記印刷版Ｐが印刷ステージ２上のワークＷの決められた位置に当接するように、同期制御される（同期運転制御部）。なお、印刷ステージ２の移動は、先にも述べたように、走行ベース１の駆動により行われる。また、この印刷版ＰのワークＷへの当接が、理想とする「キスタッチ」に近づくように、上記ｚ軸駆動ユニット４（ステージ昇降用モータ）により、その印刷ステージ２の高さが、予め適切に制御される。

上記印刷版ＰのワークＷへの当接のタイミングが近づくと、予め行ったテストプリント等から得られた「転写パターンのずれや曲がり」等のデータを利用して演算された補正値、すなわち、図においては「印刷ステージ昇降（ｚ軸）駆動演算部」，「印刷ステージｘ−ｙ軸駆動演算部」，「印刷ステージ回転（θ軸）駆動演算部」から出力される「補正値」にもとづき、「同期運転制御部」から各モータドライバに対して指令（信号）が発せられ、ｘ−ｙ軸駆動ユニット３，θ軸回転用モータ５およびステージ昇降用のｚ軸駆動ユニット４の駆動と制御を開始する。

例えば、図７（従来例）のように、印刷版Ｐが版胴Ｄに対して歪んだり曲がったりして取り付けられたことに起因する転写パターンのずれや曲がり等がある場合、上記印刷装置では、図３のように、印刷版ＰがワークＷへ当接している間に、上記補正指令によりｘ−ｙ軸駆動ユニット３を作動させ、上記印刷ステージ２を、そのスライド移動に同期してこれに直交する方向（図１におけるＹ方向）に移動させ、上記印刷版ＰのワークＷへの接触位置を微調整する。これにより、上記転写パターンのずれや曲がり等が解消され、図３のように、印刷版Ｐの表面に保持されたインクを、所期の設計どおりのパターンに正確に転写することができる（印刷ステージ２の中心点の移動軌跡Ｌ１−Ｌ１’を参照）。

また、図８（従来例）のように、版胴Ｄが回転軸に対して傾いた状態で取り付けられたことに起因する転写パターンのずれや曲がり等がある場合、上記印刷装置では、図４のように、印刷版ＰがワークＷへ当接している間に、補正信号によりｘ−ｙ軸駆動ユニット３とθ軸回転用モータ５とを作動させ、上記印刷ステージ２を、そのスライド移動に同期してこれに直交する方向（図１におけるＹ方向）に移動させながら、θ軸周りにステージを回転させ、上記版胴Ｄ上の印刷版ＰのワークＷへの接触位置を微調整する。これにより、上記転写パターンのずれや曲がり等が解消され、図４のように、印刷版Ｐの表面に保持されたインクを、所期の設計どおりのパターンに正確に転写することができる（印刷ステージ２の中心点の移動軌跡Ｌ２−Ｌ２’を参照）。

なお、図２に示すように、上記ｘ−ｙ軸駆動ユニット３，ｚ軸駆動ユニット４，θ軸回転用モータ５を駆動する各モータには、それぞれエンコーダが取り付けられており、上記各モータの作動状況（すなわち、印刷ステージ２の位置，角度，速度等）が、各モータのドライバにフィードバックされるようになっている。これにより、上記各ステージ位置微調整手段（３，４，５）は、各駆動演算部から発せられる「補正値」に沿った正確な動作が可能になっている。

また、上記例では、補正信号によりｘ−ｙ軸駆動ユニット３（Ｙ方向）とθ軸回転用モータ５とを作動させる例を示したが、テストプリント等から得られる転写位置のずれや曲がりの方向や程度等に応じて、各ステージ位置微調整手段（ｘ−ｙ軸駆動ユニット３，ｚ軸駆動ユニット４，θ軸回転用モータ５）の作動を組み合わせれば、どのような転写位置のずれや曲がりにも対応することができる。

また、上記実施形態では、印刷ステージ２のｘｙ軸方向の駆動手段として２組のリニアモータを、ｚ軸方向の駆動手段（ステージ昇降手段）としてリンク機構とステッピングモータの組み合わせを、θ軸周りの駆動手段としてステッピングモータを、それぞれ例示したが、その他の駆動手段を用いることもできる。例えば、上記ｘ−ｙ軸方向およびｚ軸の駆動手段としては、リニアモータ，ステッピングモータ等のデジタル制御可能なモータやアクチュエータ等が使用できる。上記θ軸周りの駆動手段としては、モータまたはアクチュエータ等と、角度（位相角）センサとを組み合わせて利用してもよい。

本発明の印刷装置は、工程におけるロスが少なく、設計通りの高精度な転写を再現できるため、液晶（ＬＣＤ），有機ＥＬ，有機ＴＦＴ等の電子デバイスの製造工程で用いられる、各種インクを用いた電極層やシール剤層，マスキング剤層等のパターン形成に適する。

１走行ベース
２印刷ステージ
３ｘ−ｙ軸駆動ユニット
４ｚ軸駆動ユニット
５ θ軸回転用モータ
Ｄ版胴
Ｐ印刷版
Ｗワーク

Claims

印刷版装着用の円筒状の版胴と、この版胴を所定の周速度で回転させる版胴駆動手段と、上記版胴の回転軸に直交する方向にスライド移動する基台と、上記基台の上に配設された被印刷物載置用の印刷ステージと、上記基台を水平方向に移動させて上記印刷ステージを移動させる基台駆動手段と、これら版胴の回転および基台の移動を制御する制御手段とを備え、上記制御手段からの信号により上記基台を版胴の回転動作に同期して移動させ、この版胴の外周に巻き付けられて装着された印刷版を、上記印刷ステージの上面に載置された被印刷物に接触させて、この印刷版の表面に保持されたインクを上記被印刷物の表面に転写する印刷装置であって、上記基台と印刷ステージとの間に、この印刷ステージを互いに直交する三軸方向に移動自在に支持するとともにステージを鉛直方向の回転軸周りに回転自在に支持するステージ位置微調整手段と、上記ステージ位置微調整手段の作動状況をフィードバックさせるフィードバック手段とが配設され、上記制御手段に予め入力された補正用データと上記フィードバック手段からのフィードバックデータにもとづき、この制御手段が、上記印刷版が被印刷物へ当接している間に上記ステージ位置微調整手段を上記版胴の回転と基台の移動に同期して作動させ、転写パターンのずれおよび曲がりの少なくとも一方を補正することにより、上記インクが被印刷物に対して適正に転写されるようになっていることを特徴とするフレキソ印刷用印刷装置。