電子装置製造の連続工程ロールツーロール印刷のための超精密レジスタ制御方法

专利摘要:
本発明は、電子装置製造のための連続工程ロールツーロール印刷方法に係り、より具体的には、上流印刷シリンダーの速度変化によるレジスタエラーをフィードフォワード制御ロジックを用いて補償することにより、追加のレジスタエラーを除去することができる、電子装置製造の連続工程ロールツーロール印刷時の超精密レジスタ制御方法に関する。電子装置製造の連続工程ロールツーロール印刷時の超精密レジスタ制御方法、上流印刷シリンダーの速度変化によるレジスタエラーは、フィードフォワード制御ロジックを用いて補償される。本発明によれば、現スパンのレジスタエラー値のみを補償する効果をもたらすので、一般的なフィードバック制御ロジックのみを使用する場合より精密な印刷システムのレジスタ制御を実現することができるという優れた効果がある。
公开号:JP2011512274A
申请号:JP2010546685
申请日:2008-06-28
公开日:2011-04-21
发明作者:カン，ヒュン−キョー；シン，ケー−ヒュン
申请人:コンク ユニバーシティー インダストリアル コーオペレイション コーポレイション；
IPC主号:B41F33-14

专利说明:

[0001] 本発明は、電子装置製造のための連続工程ロールツーロール印刷方法に係り、より具体的には、上流印刷シリンダーの速度変化によるレジスタエラーを制御ロジックを用いて補償することにより、追加のレジスタエラーを除去することができる、電子装置製造のための連続工程ロールツーロール印刷時の超精密レジスタ制御方法に関する。]
背景技術

[0002] 最近、伝統的印刷工程で使用する連続工程ロールツーロール（ｒｏｌｌ−ｔｏ−ｒｏｌｌ）印刷方式を用いた大量かつ低価格の電子装置生産に関心が集中している。既存のバッチ（ｂａｔｃｈ）方式による電子装置生産は、断続的な生産方式とエッチングなどによる生産工程の複雑性により生産性が高くなかった。]
[0003] それに対して、連続工程を用いたロールツーロール方式の生産は、素材を連続的に生産することができ、銀またはニッケルなどの金属ナノ粒子が含まれたインクを直接素材に印刷することにより、生産速度が急激に増加する。ところが、一般印刷媒体に使用される伝統的な印刷工程を電子装置ロールツーロール印刷に適用するためには印刷精度を高めなければならないという問題がある。伝統的な印刷工程の精度は１００ミクロンであり、これはヒトの目で認識できる最小誤差を意味する。ところが、電子装置はその適用対象に応じて１〜５０ミクロン以下の印刷精度を要求する。]
[0004] 通常、連続工程印刷機は、セクショナルタイプのレジスタ制御器と補償ロールタイプのレジスタ制御器が存在し、最近の連続工程印刷はセクショナルタイプのレジスタ制御器が使用されている。]
[0005] より具体的に、図１および図２を参照してそれぞれを考察する。
まず、図１は補償ロールタイプのレジスタ制御器の構成図である。図１を参照すると、前記補償ロールタイプのレジスタ制御器が一つのメインモーターを用いて駆動力を伝達して各印刷シリンダーを回転させる。この際、各ローラーにはギアボックスが設置されており、全ての印刷シリンダーは同一の速度で回転することが分かる。また、印刷シリンダーの間には補償ロールが設置されており、この補償ロールの動きによってスパン長さを調節して印刷位置を制御する。ところが、このような方式では、補償ロール、メインモーター、ギアボックス、リニアモーションガイドなどの追加装備を設置しなければならないので、費用および空間活用の面で効率が比較的低い。
このような欠点を改善するために、図２のようなセクショナルタイプのレジスタ制御器が使用されている。前記セクショナルタイプのレジスタ制御器は、メイン軸を無くし、各印刷シリンダーを個別的なモーターで駆動する方式であって、各印刷シリンダーの個別的な速度制御が可能なので、補償ロールも無くなる。
したがって、レジスタエラーの制御方式も異なる。既存の補償ロールタイプの印刷機では、補償ロールの動きによってスパン長さを変化させて印刷シリンダー間の位相差を生じさせてレジスタエラーを補償したが、セクショナルタイプの印刷機では、各印刷シリンダーのモーターの速度変化によってエラーを補償する。すなわち、レジスタエラーの大きさだけ印刷シリンダーの位相を変化させることにより、レジスタエラーを補償する原理である。
この際、セクショナルタイプの印刷機で最も重要だと考えられる点は、既存の補償ロールタイプでは補償ロールの動きが次のスパンの長さに影響を及ぼさないが、セクショナルタイプではエラー補償のための印刷シリンダーの速度入力が印刷シリンダーの前−後間の位相変化に直接的な影響を及ぼすことである。したがって、現スパンのエラーは補償がなされたが、これによりその次のスパンにもレジスタエラーが発生する。
これは図３に示されている。図３は２番目の印刷シリンダーの速度をパルスを用いて変化させるとき、１番印刷シリンダーと２番印刷シリンダー間、および２番印刷シリンダーと３番印刷シリンダー間のレジスタエラーを示すグラフおよび構成図であるが、各レジスタエラーＹ２、Ｙ３が発生し、同じ大きさ、異なる方向に存在することが分かる。
伝統的印刷システムでは、このようなエラーを補償するために、各印刷シリンダー毎にＰＩＤコントロールなどのフィードバック制御（ｆｅｅｄｂａｃｋ ｃｏｎｔｒｏｌ）方法によって、各スパンから発生するレジスタエラーを制御している。ところが、電子装置ロールツーロール印刷のための超精密レジスタ制御を実現するためには、このような次のスパンに発生するレジスタエラーを正確な値で予め補償してレジスタエラーの発生可能性を減らさなければならない。] 図１ 図２ 図３
発明が解決しようとする課題

[0006] 本発明者は、上述した問題点を解決するためのものに長年研究し尽力した結果、レジスタモデルと張力モデルを用いて、印刷シリンダーの速度入力により発生する次のスパンのレジスタエラーを補償するための上流レジスタ補償制御技法を開発し、本発明を完成した。]
[0007] したがって、本発明の目的は、上流印刷シリンダーの速度変化によるレジスタエラーをフィードフォワード制御ロジックを用いて補償することにより、追加のレジスタエラーを除去することができる、電子装置製造のための連続工程ロールツーロール印刷時の超精密レジスタ制御方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、印刷精度を向上させることにより、電子装置の印刷に適したロールツーロール電子装置印刷システムの実現を可能にする超精密レジスタ制御技法を提供することにある。]
課題を解決するための手段

[0008] 上記目的を達成するために、本発明は、電子装置製造のための連続工程ロールツーロール印刷時の超精密レジスタ制御方法において、上流印刷シリンダーの速度変化によるレジスタエラーをフィードフォワード制御ロジックによって補償する段階を含むことを特徴とする、超精密レジスタ制御方法を提供することにある。]
[0009] 好ましくは、前記フィードフォワード制御ロジックは、アンワインダー区間とインフィード区間を介して１番印刷シリンダーに入ってくる素材の張力を制御する段階と、２番印刷シリンダーを通過した素材に対して、２番印刷シリンダーの後端に設置されているレジスタセンターを用いてレジスタエラー値を計算した後、フィードバック制御器を用いて第１フィードバック制御補償信号を計算する段階と、前記２番印刷シリンダーに前記第１フィードバック制御補償信号を入力する段階と、３番印刷シリンダーを通過した前記素材に対して、前記３番印刷シリンダーの後端に設置されているレジスタセンサーを用いてレジスタエラー値を計算した後、フィードバック制御器を用いて第２フィードバック制御補償信号を計算すると同時に、前記２番印刷シリンダーに入力される信号を入力値としてフィードフォワード制御器を用いて第１リード補償制御信号を計算する段階と、前記３番印刷シリンダーに、前記第２フィードバック制御補償信号と第１リード補償制御信号とを加えて得た値を入力する段階とを含む。]
[0010] 好ましくは、前記フィードフォワード制御ロジックは、４番印刷シリンダーを通過した前記素材に対して、前記４番印刷シリンダーの後端に設置されているレジスタセンサーを用いてレジスタエラー値を計算した後、フィードバック制御器を用いて第３フィードバック制御補償信号を計算すると同時に、前記３番印刷シリンダーに入力される信号を入力値として用いてフィードフォワード制御器を用いて第２リード補償制御信号を計算する段階と、前記４番印刷シリンダーに、第３フォードバック制御補償信号と第２リード補償制御信号とを加えて得た値を入力する段階とをさらに含む。]
[0011] 好ましくは、前記３番印刷シリンダーの速度は下記の式に示される：]
[0012] 式中、Ｖ３は３番印刷シリンダーの速度、Ｖ２は２番印刷シリンダーの速度、τは時定数、ｓはラプラスドメイン変数（複素変数）をそれぞれ示す。]
発明の効果

[0013] 本発明の超精密レジスタ制御方法は、次の優れた効果を持つ。]
[0014] まず、本発明の超精密レジスタ制御方法によれば、上流印刷シリンダーの速度変化によるレジスタエラーを制御ロジックを用いて補償することにより、追加のレジスタエラーを除去することができる。]
[0015] また、本発明の超精密レジスタ制御方法によれば、印刷精度を向上させることにより、電子装置印刷に適したロールツーロール電子装置印刷システムの実現を可能にする。]
図面の簡単な説明

[0016] 図１は補償ロールタイプレジスタ制御器の構成図である。
図２はセクショナルタイプレジスタ制御器の構成図である。
図３は２番目の印刷シリンダーの速度をパルスを用いて変化させるときの、１番と２番印刷シリンダ間および２番印刷シリンダーと３番印刷シリンダー間のレジスターエラーを示すグラフおよび構成図である。
図４は３つの印刷シリンダーを有する印刷システムの構成図である。
図５はＶ３の制御入力量を示す図である。
図６はＹ２、Ｙ３のレジスタエラーを示す図である。
図７はレジスタエラー補償に対する制御信号を示す構成図である。] 図１ 図２ 図３ 図４ 図５ 図６ 図７
実施例

[0017] 以下、本発明の添付図面および好適な実施例を参照して本発明の技術的構成に基づいて詳細に説明する。
図４は３つの印刷シリンダーを有する印刷システムを示す構成図である。各スパンのレジスタと張力モデルを用いて本発明の上流レジスタ補償制御器を設計することをより具体的に説明する。
張力モデル
下記式は、図４に示すように、２つのスパンを有するシステムの張力モデルを表す。] 図４
[0018] ]
[0019] ここで、Ｔｉ：ｉ番目の張力（Ｎ）、Ｖｉ０：ｉ番目の印刷シリンダーの初期速度（ｍ／ｓ）、Ｌ：スパン長さ（ｍ）、Ｖｉ：ｉ番目の印刷シリンダーの速度変化量（ｍ／ｓ）、Ａ：素材の断面積（ｍ２）、Ｅ：素材の縦弾性係数（Ｎ／ｍ３）。
２．レジスタエラーモデル
図４に示すように、２つのスパンを有するシステムのレジスタモデルは下記式（１）および（２）のとおりである。] 図４
[0020] ]
[0021] ここで、τ：時定数、∈ｉ：ｉ番目のスパン変形率、Ｙｉ：ｉ番目のスパンのレジスタエラー、ｖ（上に傍線）：運転速度（ｍ／ｓ）。
また、∈ｉ（ｔ＝１、２、３）はストレイン（ｓｔｒａｉｎ）の変化量であって、式（３）のような関係にある。]
[0022] この際、Ａは素材の断面積であり、Ｅは素材の縦弾性係数である。
上述した張力とレジスタとの関係を用いてレジスタエラーＹ３を補償するのに必要となる補償値は、式（４）のとおりである、]
[0023] ここで、Ｖ３は３番印刷シリンダーの速度、Ｖ２は２番印刷シリンダーの速度、τは時定数、ｓはラプラスドメイン変数（複素変数）をそれぞれ示す。
Ｖ３は具体的に図５のような形態である。Ｖ３の入力が図５のように与えられたとき、レジスタエラーＹ２およびＹ３は図６のとおりである。
すなわち、レジスタエラーを補償するとき、同一位相のパルス入力を与えるが、その次のスパンに発生するレジスタエラーを低減するためには、レジスタエラーの数学的モデルにおいてエラーが「０」となる速度関係に基づき、その次のロールの速度を図５の分布通りに入力させる。
このような方法によって、下流にある印刷シリンダーの速度を調節し、レジスタエラー補償による下流の所望しないレジスタエラーを図６のように補償することができる。
図７を参照して、電子装置製造のための連続工程ロールツーロール印刷時の超精密レジスタ制御方法をより具体的に考察する。
まず、１番印刷シリンダーに入ってくる素材の張力を、アンワインダー区間とインフィード区間を介して制御する。
その後、１番および２番印刷シリンダーを通過した素材に対して、２番印刷シリンダーの後端に設置されているレジスタセンサー（ビジョンシステムあるいは光センサーあるいはレーザー変位測定センサーなど）を用いてレジスタエラー値を計算した後、フィードバック制御器を用いて第１フィードバック制御補償信号を計算し、前記計算された第１フィードバック制御補償信号を２番ロールに入力する。
２番および３番を通過した素材に対して、３番印刷シリンダーの後端に設置されているレジスタセンサーを用いてレジスターエラー値を計算した後、フィードバック制御器を用いて第２フィードバック制御補償信号を計算し、これと同時に前記２番印刷シリンダーに入力される第１フィードバック制御補償信号を入力値としてフィードフォワード制御器を用いて第１リード補償制御信号を計算する。
前記３番印刷シリンダーに、第２フィードバック制御補償信号と第１リード補償制御信号とを加えて得た値を入力する。
３番および４番印刷シリンダーを通過した素材に対して、４番印刷シリンダーの後端に設置されているレジスタセンサーを用いてレジスタエラー値を計算した後、フィードバック制御器を用いて第３フィードバック制御補償信号を計算し、これと同時に前記３番印刷シリンダーに入力される信号（第２フィードバック制御補償信号＋第１リード補償制御信号）を入力値としてフィードフォワード制御器を用いて第２リード補償制御信号を計算する。
前記４番印刷シリンダーに、第３フィードバック制御補償信号と第２リード補償制御信号とを加えて得た値を入力する。
このような方法で上流印刷シリンダーの速度変化によるレジスタエラーをフィードフォワード制御ロジックを介して補償することにより、追加のレジスタエラーを除去することができる。その結果、現スパンのレジスタエラー値のみを補償する効果を持つので、本発明によれば、従来の技術のように一般的なフィードバック制御ロジックのみを使用する場合より、精密な印刷システムのレジスタ制御を実現することができるようにして、ロールツーロール電子装置印刷システムの実現が可能である。
一方、本発明は好適な実施例を参考として説明されたが、これらの実施例は例示的なものに過ぎず、当該分野における通常の知識を有する者であれば、多様な変形および均等な実施が可能であることを理解するであろう。本発明の技術的保護範囲は添付の特許請求の範囲によって定められるべきであろう。] 図５ 図６ 図７

权利要求:

請求項1
電子装置製造のための連続工程ロールツーロール印刷時の超精密レジスタ制御方法において、フィードフォワード（ｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄ）による補償信号に加える制御ロジックによって、上流印刷シリンダーの速度変化によるレジスタエラーを補償する段階を含むことを特徴とする、超精密レジスタ制御方法。
請求項2
前記フィードフォワード制御ロジックは、アンワインダー区間とインフィード区間を介して１番印刷シリンダーに入ってくる素材の張力を制御する段階と、２番印刷シリンダーを通過した素材に対して、前記２番印刷シリンダーの後端に設置されているレジスタセンターを用いてレジスタエラー値を計算した後、フィードバック制御器を用いて第１フィードバック制御補償信号を計算する段階と、前記２番印刷シリンダーに前記第１フィードバック制御補償信号を入力する段階と、３番印刷シリンダーを通過した前記素材に対して、前記３番印刷シリンダーの後端に設置されているレジスタセンサーを用いてレジスタエラー値を計算した後、フィードバック制御器を用いて第２フィードバック制御補償信号を計算すると同時に、前記２番印刷シリンダーに入力される信号を入力値として利用しフィードフォワード制御器を用いて第１リード補償制御信号を計算する段階と、前記３番印刷シリンダーに、前記第２フィードバック制御補償信号と前記第１リード補償制御信号とを加えて得た値を入力する段階とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の超精密レジスタ制御方法。
請求項3
前記フィードフォワード制御ロジックは、４番印刷シリンダーを通過した前記素材に対して、前記４番印刷シリンダーの後端に設置されているレジスタセンサーを用いてレジスタエラー値を計算した後、フィードバック制御器を用いて第３フィードバック制御補償信号を計算すると同時に、前記３番印刷シリンダーに入力される信号を入力値としてフィードフォワード制御器を用いて第２リード補償制御信号を計算する段階と、前記４番印刷シリンダーに、前記第３フォードバック制御補償信号と前記第２リード補償制御信号とを加えて得た値を入力する段階とをさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の超精密レジスタ制御方法。
請求項4
前記３番印刷シリンダーの速度は下記の式を満たすことを特徴とする、請求項２に記載の超精密レジスタ制御方法。（式中、Ｖｉ＋１はｉ＋１番目の印刷シリンダーの速度、Ｖｉはｉ番目の印刷シリンダーの速度、τは時定数、ｓはラプラスドメイン変数（複素変数）をそれぞれ示し、ｉ＝１、２、３、４・・・。）