JP2009173036A - 印刷機 - Google Patents

Abstract

【課題】印刷機のモジュールにおいて、少なくとも一部の振動を減少させてモジュールを動作させる。
【解決手段】モジュール１２と、モジュールの少なくとも１つの部分を動作させるためのカム伝動装置とを備えた印刷機１０が開示される。カム伝動装置のカムが、カムの運動範囲内で連続微分不可能な領域、特に折れ曲がりまたは段差を含む曲率形状を有している。カム伝動装置が、連続微分不可能な領域によってモジュール１２の少なくとも一部に発生する衝突を時間的にずらすためのアクチュエータ１８を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、モジュールと、モジュールの少なくとも１つの部分を動作させるためのカム伝動装置とを備えた印刷機に関する。

印刷機、特に枚葉紙印刷機を動作させるために、カム伝動装置、連結伝動装置、またはこれらの伝動装置の組み合わせのような、強制的（zwanglaeufig）な一様でない伝達を行う伝動装置が多くの箇所で用いられている。枚葉紙印刷機における一様でない運動は、例えば、前当て運動や引き針運動、先行くわえづめ（Vorgreifer）の往復運動またはくわえづめ装置の開閉運動などである。強制的な一様でない伝達を行う伝動装置は、多くの場合、印刷機の一様に作動する主駆動装置に固定して連結されている。このような種類の伝動装置は、運動精度やプロセス速度に対する高い要求に関しては、高い信頼性で満たしている。しかしながら、運動の進行中に印加される力および慣性力によって、例えばくわえづめ装置などのモジュールや作動機構に有害な振動がしばしば引き起こされる。このとき、発生する振動振幅の大きさは、主として、用いられる一様でない伝達を行う伝動装置の伝達関数、特にカム伝動装置の場合にはカムディスクの構成と、印刷機の運転状況、特に印刷機の印刷速度とに依存して決まっている。

一方で、一様でない伝達を行う伝送装置において運動精度が高く、高いプロセス速度およびプロセス安定性を実現するという利点は、生成される運動の柔軟性が低くなるという点とは相反している。例えば、カム伝動装置の伝達挙動は、カムの構成、特にカムディスクにおける構成によって規定される。特に装置の振動低減を目的として、印刷機のさまざまな運転状況に合わせて伝達関数を柔軟に適応させることは、カムディスクの駆動装置が一様に回転している場合には不可能である。

一般に、カム伝動装置の構造や設計に際して、ＶＤＩ（Ｖｅｒｅｉｎ Ｄｅｕｔｓｃｈｅｒ Ｉｎｇｅｎｉｅｕｒｅ、ドイツ技術者協会）規格２１４３を考慮することが定められている。規格２１４３（非特許文献１参照）には、カム伝動装置の０次から２次の有利な伝達関数を計算するための数学的基礎が記載されている。カムは、複数の運動領域を有することができる。すなわち、カムに、互いに異なる伝達関数、または区分的に連続した伝達関数を有する複数の区域を存在させることができる。このとき０次の伝達関数とは、駆動角（特にカムディスクの回転角、角度φ₁）と、カム伝動装置の従動角もしくは従動経路（特にフォロアレバー（Rollenhebel）の回転角、角度ψ₁）との間の関数関係である。１次および２次の伝達関数は、これに対応する導関数ｄψ₁／ｄφ₁およびｄ²ψ₁／ｄφ₁ ²である。規格によれば、連続的な２次伝達関数を有するカム伝動装置の従動運動の構成だけが、振動工学上有利であるとして明確に推奨されている。規格２１４３では、これに対応する０次伝達関数ついては、適切な多項式関数または三角関数を用いて数学的に記述されている。印刷機で使用されるような高速回転するカム伝動装置では、このような運動法則は、機械装置の高い振動励起につながることが多い。

有利な伝達関数を構成するために一般に行われている別の方法は、高調波合成であり、すなわち、カム伝動装置の０次伝達関数を高調波成分の合計（正弦関数と余弦関数との合計）として記述することである。文献では、このような種類の運動法則はＨＳ（Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ、高速）運動法則とも呼ばれている。この場合、ＨＳ運動法則の高調波成分の最大周波数は、駆動された機械装置の固有周波数、例えば印刷機におけるカム制御の爪軸の固有周波数を明らかに下回っている。したがって、このような固有周波数はわずかな程度しか励起されず、それにより、多くの場合、駆動された装置の振動を効果的に低減することができる。しかし、ＨＳ運動法則は原理上、従動部材の運動中に休止期（カム伝動装置の従動部材が静止している期間）を厳密には実現できないという欠点を有している。しかしながら、休止期を有する振動の少ない運動は、印刷機ではしばしば必要とされる。

振動の少ない運動を実現するためのさらに別の方法は、一様でない伝達を行う伝動装置（カム伝動装置や連結伝動装置、およびこれらの組み合わせ）と、少なくとも１つの電気駆動装置とを組み合わせることである。

例えば非特許文献２には、従動運動の速度変化が時間的に変化するような運動を実現するためのハイブリッド機構が記載されている。この場合、強制的な一様でない伝達を行う伝動装置では、駆動量φ₁（例えば一様に回転するカムディスクの角度位置）と、従動量ψ₁（例えばカムディスクとともに作動するフォロアレバーの角度位置）との間の関係を一定にしながら、各関数ψ₁（φ₁）を限度内で変えることができる。記載されている機構は、２自由度（Laufgrad）を有する２次元的な（ebenen）５要素からなる連鎖にそれぞれ基づいており、そこで、互いに独立した２つの駆動運動によって従動運動が実現することになる。それに応じて、伝動装置は、一様に回転する主駆動装置と、伝動装置の従動運動を限度内で的確に調節することができる電子制御の調節用駆動装置とを有している。単一の駆動装置を備えた伝動装置と比べて、伝動装置の自由度が上がると共に、伝動部材やジョイントの個数も増加することになる。それによって、一方では設計コストも上昇し、場合によっては、装置の動的挙動にマイナスの影響を及ぼしかねない余計な可撓性や軸受クリアランス（Lagerspiel）も同様に生じることになる。

単一の電子制御モータによって駆動される、一様でない伝達を行う伝動装置（カム伝動装置および連結伝動装置）も、さまざまな刊行物に記載されている。一例として、非特許文献３、非特許文献４、非特許文献５を挙げておく。カム伝動装置または連結伝動装置は、通常は、一様に回転する駆動モータを有している。速度変化が一様でない所望の従動運動は、カム伝動装置の場合は、カムディスクの相応の構成によって実現され、連結伝動装置の場合は、その伝達比の位置依存性によって実現される。上記の各文献によれば、駆動モータの角速度が一定であるという制約が解消されて、カム伝動装置または連結伝動装置を駆動するために制御もしくは調節されたモータが用いられ、特に、有害な振動を最低限に抑えることを目的とした駆動モータの制御を行うこともできる。このとき、駆動モータは、相応にコストを要する閉じた制御ループで作動することになる。特に、印刷機にこのような種類の解決法を適用する場合には、数多くの補助機能や運動が高いプロセス安定性を有するように調整されて進行されなければならないという懸念が生じる。このことは、現在の印刷機では、それぞれの補助機能（例えば、前当ての運動や引き針の運動、先行くわえづめの運動、胴の回転運動、くわえづめの制御など）に対して、中心的な単一の主駆動装置を用いることで実現される。局所的な駆動概念（制御もしくは調節された補助機能の個別の駆動装置）が用いられている場合、調整された運動の経過は、いずれの場合にも同じ確かさで実現することはできない。一例として、使用される個別の駆動装置を正確に制御もしくは調節することが限定的にしか保証されないような（場合によっては停電と関連する）緊急停止状況が挙げられる。

印刷機では、駆動機構またはモジュールをできるだけ振動が少なく動作させるためのアクチュエータとして、圧電アクチュエータがしばしば用いられている。これに関連して、特に以下の文献が挙げられる。

特許文献１には、圧電アクチュエータを用いて、枚葉紙印刷機において能動的な振動調節を行うための一般的な方法が記載されている。その場合、例えばくわえづめや爪軸のような振動する構成部材が、圧電アクチュエータを直接備えている。アクチュエータの適切な制御によって装置に力を印加して、有害な振動に対処することができる。

特許文献２、特許文献３、特許文献４、および特許文献５は、振動を調節するために能動的な支持部を利用することを提案している。その場合、ロータの軸受、例えば印刷機の胴の軸受が、アクチュエータを備えている。それにより、軸受をそれぞれロータの回転軸に対して垂直に動かすことが可能となる。アクチュエータを適切に制御することで、例えば版胴、ブランケット胴、圧胴などの曲げ振動や互いに転動する各胴の接触力の振動など、ロータの振動を減らすことができる。そのために必要な軸受の位置変位は一般に小さいので、このような用途にも圧電型のアクチュエータが提案されている。

特許文献６には、印刷機で回転する胴にアクチュエータを組み込むことが記載されている。アクチュエータによって胴を的確に歪ませることができる。作動時に振動によって発生する有害な歪みは、アクチュエータを適切に制御することで少なくとも部分的に補償することができる。

特許文献７には、枚葉紙印刷機の先行くわえづめのための駆動装置が記載されている。その場合、カム伝動装置と制御されたアクチュエータとの運動の重ね合わせによって、先行くわえづめの周期的な運動が、特に運動誤差を補正するために行われている。この場合、特に圧電型のアクチュエータの使用も提案されている。

能動的に振動を低減させる場合、適切なアクチュエータによって、作動機構の振動に対処する力が振動する装置へと的確に印加される。多くの場合、特に圧電型のアクチュエータは、そのダイナミクスが高いため、相応の力信号（Kraftsignal）を生成するのに利用することができる。このような技術的解決法では、アクチュエータは閉じた制御ループで作動し、そこでは、対処すべき振動が測定されて、アクチュエータを制御するための相応の信号に換算される。特に、アクチュエータが制御されていないと、振動低減作用を完全に利用することはできない。

独国特許出願公開第１０３３５６２１号明細書 独国特許出願公開第２００１１９４８号明細書 独国特許出願公開第１９６５２７６９号明細書 国際公開第０３／０６４７６３号パンフレット 独国特許出願公開第１０１０７１３５号明細書 独国特許第１９９６３９４５号明細書 独国特許出願公開第１９８３１９７６号明細書

「カム伝動装置の運動法則（Bewegungsgesetze fuer Kurbengetriebe）」、ドイツ技術者協会規格２１４３、(独国）、ボイト出版社（Beuth VerLag）、１９８０年 エム・ベルガー（M. Berger）およびジェイ・マティス（J. Matthes）、「可変の伝達運動・案内運動を生成するためのハイブリッド型駆動装置（Hybride Antriebssystem zur Erzeugung veraenderlicher Uebersetzungs- und Fuehrungsbewegungen）」、ドイツ技術者協会レポート（VDI-Berichte）、（独国）、ドイツ技術者協会出版社（VDI Verlag）、２００６年、第１９６３号、ｐ．６３１−６４２ アール・ブラウネ（R. Braune）、「高速処理機械におけるサーボドライブを備えた連結伝動装置（Koppelgetriebe mit Servo-Antrieb in schnellen Verarbeitungsmaschinen）」、処理機械・包装工学会議紀要（Tagungsband zur Tagung Verarbeitungsmaschinen und Verpackungstechnik）、（独国）、ドレスデン工科大学（Technische Universitaet Dresden）、２００６年 エム・コールセン（M. Callesen）およびアール・ブラウネ（R. Braune）、「連結伝動装置を備えた制御駆動装置の組み合わせ−利用の潜在的可能性と概念設計の諸相（Kombination von gesteuerten Antrieben mit Koppelgetrieben - Nutzungspotentiale und Konzipierungsaspekte」、ドイツ技術者協会・ドイツ電気技術者協会電気機械駆動装置会議紀要（Tagungsband zur VDI/VDE-Tagung Elektrisch-mechanische Antriebssysteme）、（独国）、ドイツ技術者協会出版社（VDE Verlag）、２００４年 ビー・コルベス（B. Corves）、外５名、「一様でない伝達を行う伝動装置を備えたメカトロニクス運動装置の設計方法（Methoden zum Entwurf mechatronischer Bewegungssysteme mit ungleichmaessig uebersetzenden Getrieben）」、ドイツ技術者協会レポート（VDI-Berichte）、（独国）、ドイツ技術者協会出版社（VDI Verlag）、２００６年、第１９６３号、ｐ．５５７−５７３頁

本発明の目的は、印刷機のモジュールにおいて、少なくとも一部の振動を減少させてモジュールを動作させることである。

この目的は、本発明によれば、請求項１に記載の特徴を備えた印刷機によって達成される。本発明の有利な発展例は、従属請求項にその特徴が記載されている。

モジュールと、モジュールの少なくとも一部を動作させるためのカム伝動装置とを備えた本発明による印刷機、特に枚葉紙印刷機および／またはオフセット印刷機は、カム伝動装置のカムを有しており、そのカムは、カムの運動範囲内で連続微分不可能な領域を含む曲率形状（Kruemmungsverlauf）を有している。

このようにして、特にモジュールの固有振動の挙動に合わせて特別に調整された、カムディスク断面の曲率形状における連続微分不可能な領域によって、有害な振動を大幅に削減することができ、全面的に排除することまでが可能となる。

運動は、特に一様でなくてよい。運動は、特に周期的および／またはサイクル的であってよい。カム伝動装置は、強制的および／または一様でない伝達を行うものであってよい。曲率形状は、（好ましくは）曲面形状（Kurvenverlauf）の２次導関数であってよく、または２次導関数より高次導関数であってよい。本発明によれば、曲率形状は、特に曲率（Kruemmung）または加加速度（Ruck）であってよい。言い換えれば、曲率形状は、関数として認識されるカムの曲率が、カムの微分積分または数理解析の意味において、不連続となるか、または微分不可能となる点を有することができる。特にこのような点の位置は、駆動されるモジュールの固有振動の挙動に合わせて調整されたり、適応させたりしていてよい。カム伝動装置は、本来の意味でのカム伝動装置であってよく、または別の伝動機構要素、特に連結伝動装置と組み合わされたカム伝動装置であってよい。カム伝動装置は、駆動装置、特に印刷機のモジュールのための駆動装置の一部であってよい。このモジュールは、印刷機のアセンブリの作動機構であってよく、または、印刷機のコンポーネントの作動機構であってよい。

本発明による印刷機では、連続微分不可能な領域が、カムの曲率形状における折れ曲がりまたは段差であってよい。ただし、曲率形状における折れ曲がりまたは段差は、２次伝達関数または２次伝達関数よりも高次の伝達関数における相応の折れ曲がりまたは段差と同じ意味である。言い換えれば、本発明による印刷機は、微分不可能または不連続な、２次または２次よりも高次の伝達関数を備えたカム伝動装置を有している。カムの曲率における段差、すなわち（フォロアレバーの角加速度変化に相当する）カム伝動装置の２次伝達関数における段差を有するカムディスクの構成に代えて、駆動される装置の目的となる振動励起（作動機構の補償振動の励起）を得るために、より高次の伝達関数に段差が設けられていてもよい。特に、カム伝動装置の２次伝達関数における相応の段差は、相応のカムディスク断面の曲率形状における段差である。３次伝達関数（加加速度関数）に段差がある場合、曲率形状に折れ曲がりを備えたカムディスク断面が生じることになる。別の表現で言うと、（フォロアレバーの加加速度変化に相当する）カム伝動装置の３次伝達関数に段差が設けられて、断面曲率に折れ曲がりを備えたカムディスクが生じることになる。

本発明による印刷機の好ましい実施態様では、カムが、カムディスクの円周線であるか、またはカムディスクの輪郭である。別の表現で言うと、カムは、カムディスクによって特徴づけられており、特に閉曲線および／またはサイクル的曲線および／または周期的曲線である。

本発明によるカム伝動装置は、本発明の印刷機において、原則として任意の一様でない運動を実現するために使用することができる。適用分野としては、特に、前当て駆動機構、先行くわえづめ駆動機構、くわえづめ制御、反転ドラムのギアセグメントへのアクチュエータの統合などが有利となる。

本発明による印刷機の一実施態様において、カム伝動装置が、連続微分不可能な領域、特に折れ曲がりおよび段差によってモジュールの少なくとも一部に発生する衝突を時間的ずらすためのアクチュエータを有していることが特別に有利である。アクチュエータは、特に、制御されているか、電気的に制御されているか、または電気的に調節されていてよい。カム伝動装置とアクチュエータをあわせて駆動装置と呼ぶことができる。特にアクチュエータは、カムに案内されるフォロアレバーに接続された圧電アクチュエータであってよい。圧電アクチュエータは、従動系の連結部に統合させることができ、または、従動系の連結部に作用することができる。これに加えて、またはこれに代えて、本発明による印刷機が、印刷速度に依存してアクチュエータを制御可能な制御ユニットを有するようになっていてよい。例えば、制御ユニットは、一般的な印刷機の制御装置であってよい。

この有利な実施態様では、ある程度の限度内で生成される運動を、印刷機の運転状況に適応させることができる。どのような印刷速度についても、振動を明らかに低減することが可能である。増加する設計コストはわずかである。

圧電アクチュエータに代えて、動電型のアクチュエータ、特に電動モータや電動リニアモータを利用することができる。本発明に基づく用途にとって、比較的少ない作動経路で、高いダイナミクスと力密度（Kraftdichte）を備えたアクチュエータが必要とされる。圧電型のアクチュエータは、このような要求を特別に有利に満たすことになる。

本発明による印刷機のいくつかの実施態様は、あらゆる運動形態を生成するためのエネルギーの主要部分を供給し、印刷機周期のサイクルも設定する主駆動装置を有することができる。カム伝動装置が、印刷機の主駆動装置に連結されていてもよい。それによって、場合により使用されるアクチュエータ、またはその制御部や調節部の考えられる不具合に対するプロセス安定性が実現されることが、特に有利である。本発明によるカム伝動装置は、たとえ不都合な振動挙動であっても、衝突の危険なしに実行可能な状態に保たれる。

印刷機の特別に好ましい実施態様では、曲率形状の連続微分不可能な領域が、モジュールの一部の振動が当該部分の運動の休止期で低減または補償されるように、カム上の位置に設けられている。休止期は、モジュールの駆動部分、特にカム伝動装置の従動部材または従動系が静止している期間または時間間隔として定義される。

これに加えて、またはこれに代えて、印刷機の特別に好ましい実施態様では、曲率形状の連続微分不可能な２つの領域が、カムの設計速度においてカムに対して相対運動を行うカムフォロアによってカムが走査される際に、モジュールの振動周期の半分の倍数の間に通過するような間隔を置いてカム上に位置している。偶数倍の場合については、奇数倍での状況と比べると、連続微分不可能な２番目の領域で振幅が反転した衝突が起こり、同等の状況が実現される。

具体的な一実施態様では、印刷機が、枚葉紙印刷機、特に多色刷り枚葉紙印刷機であり、モジュールが、第１の印刷ユニットで枚葉紙の位置設定（Anlage）を行うための前当て機構である。前当て機構については、単純な３要素からなるカム伝動装置を基本伝動装置として利用可能であることが有利である。このようにして、可撓性が増大することはなく、余計な軸受クリアランスが回避される。

不連続な加速度変化を有するカム制御の運動（不連続な曲率形状を有するカムディスク）および電子制御のアクチュエータの運動を重ね合わせるための駆動装置を示す概略図である。 駆動装置の好ましい実施形態を示す概略図である。 質量ｍの運動に関する経路の時間変化（正確な休止期を有する目標曲線、および休止期には振動が減衰する従来のカムディスクの構成での曲線）を示す例図である。 固定された設計速度でのカムディスクの曲率における段差の振動補償作用を示す図である。 枚葉紙印刷機用の前当て駆動機構の好ましい実施形態を示す（ａ）斜視図および（ｂ）側面図である。 図５の前当て駆動機構の動作を示す連続図であり、それぞれ（ａ）待機位置および（ｂ）揺動変位位置を示す図である。 １時間あたり１５０００枚の印刷において前当てが減衰する様子を示す図である。 さまざまな印刷速度に対する相対的な動的上昇を示す図である。 １時間あたり１２０００枚の印刷に対する減衰曲線を示す図である。 さまざまな印刷速度に対するアクチュエータのストローク変化を示す図である。 アクチュエータの適切な制御（速度に依存した「インプットシェーピング（Input Shaping）」）によって振動が低減する様子を示す図である。 段差のないカムディスクを備えた従来の駆動装置の場合と、能動的なフォロアレバーを備えた本発明による駆動装置を使用した場合での減衰の様子を示す図である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明による印刷機１０の実施形態で利用可能な駆動装置であって、不連続な加速度変化を有するカム制御の運動（不連続な曲率形状を有するカムディスク）および電子制御のアクチュエータの運動を重ね合わせるための駆動装置を示す概略図である。以下においては、本発明による印刷機１０における駆動されるモジュール１２は、振動機械装置とし、厳密に言えば、質量ｍ、剛性ｃと減衰定数ｋ、入力量φ_sおよび出力量ψ_sを有する１自由度振動系（Einmassenschwinger）とする（図１の符号ｃを付した領域参照）。具体的な実施例として、前当て伝動機構や上当て伝動機構、先行くわえづめ装置、または圧胴や紙渡し胴のくわえづめ装置が挙げられる。例えば、印刷機１０で通常用いられる枚葉紙用のカム制御のくわえづめ装置では、入力量φ_sとして、駆動された端部での爪軸の回転角が定義され、印刷に関連した出力量ψ_sとして、くわえづめの方向が定義される。本発明の好ましい発展例では、本発明による印刷機１０は、モジュール１２のための駆動装置を有しているか、あるいは、主にモジュール１２を駆動するためのカム伝動装置（図１の補助装置ａ参照）と電子制御のアクチュエータ１８（図１の補助装置ｂ参照）とを含む作動機構を有している。本発明によれば、カムディスク１４は、特別な特徴として少なくとも１つ、好ましくは複数の段差または折れ曲がりを輪郭の曲率形状に有しており、これは不連続な曲率を有するカムディスクとしても特徴づけられる。段差または折れ曲がりは、カムディスクにおける大きさと場所に応じて、印刷機１０の駆動された作動機構の振動（出力量ψ_sの時間変化における振動、図１参照）が低減するように構成され、印刷機の運転状況に合わせて最適に設計や適応がなされている場合には、完全に除去さえされるように構成されている。電子制御のアクチュエータ１８は、その動きがカム伝動装置の従動運動に重ね合わされ、入力量φ_s（駆動される装置の入力量、図１参照）の時間変化を、印刷機の運転状況、例えば印刷速度に合わせて柔軟に適応させる役目を有している。図２に、駆動装置の好ましい一実施形態が概略的に示されている。

従来構成のカム伝動装置および連結伝動装置に対して、図１および図２に示す本発明による印刷機１０の駆動装置またはカム伝動装置では、曲率形状に段差１６を有する少なくとも１つのカムディスク１４が用いられている。カムディスク断面におけるこれらの段差１６の大きさと場所は、駆動されたモジュール１４の振動を能動部材（制御または調節されたアクチュエータ１８）を利用せずとも明らかに低減可能なように計算されてカムディスク上で実現されている。本発明によれば、振動低減のための能動部材を備えたカム伝動装置および連結伝動装置と比べて、電子制御のアクチュエータ（例えば図２の圧電アクチュエータ）は、動作挙動の改善を作業速度のできる限り広い範囲で行うために用いられるにすぎない。電子制御の駆動モータを備えた慣用のカム伝動装置または連結伝動装置とは異なり、本発明によるメカニズムのカムディスク１４は、所定の印刷速度の場合は常に一定の角速度で回転し、それによって、印刷機の主駆動装置に固定して連結できることがさらに有利である。

揺れ腕２２の運動は、カム伝動装置の従動運動と、制御されたアクチュエータ１８の運動との重ね合わせによって発生している。ここで補足すると、このような運動を生成するには、原則として、２自由度のあらゆる伝動装置、特に５要素からなる連鎖を使用することができる。能動的なフォロアレバー２０を備えた図示している実施例、特に図５および図６に示すような固定ジョイントを用いてアクチュエータがレバーと直接統合された場合、５要素からなる連鎖に基づくカムと連結伝動装置との組み合わせとは異なり、その構成は少数の構成部材およびジョイントで済ますことができる。

次に、上記のようなカムディスク断面およびアクチュエータ１８における基礎的な物理的原理およびその他の特徴的な特性について、以下の図面を参照しながら説明する。

まず最初に、本発明による印刷機の駆動装置の実施形態および作動原理に関する基本概念について説明する。ここで提示される駆動装置（図２参照）は、まず第一に、機械フレームに設置された一様に回転するカムディスク１４（回転中心Ａ₀）と、同じくフレームに支持されたフォロアレバー２０とから構成されている。図には、段差１６を有するカムディスクの曲率のホドグラフ２４と、カム断面の変曲点２６（曲率が０になる点）も示されている。フォロアレバー２０の運動は、電子制御のアクチュエータ１８によって揺れ腕２２に伝達される（揺動中心Ｂ₀）。揺れ腕２２の揺動角φ_sは、カム伝動装置の従動角ψ₁と、フォロアレバー２０と揺れ腕２２との間の角度ψ₂との合計に相当している。このとき角度ψ₂は、アクチュエータ１８のストロークによって規定されている。揺れ腕２２は、図２では振動する装置（１自由度振動系）で表される、印刷機１０の作動機構（例えばくわえづめ装置、前当てや横当てなどのモジュール１２）を動作させる。揺動角の時間変化φ_s（ｔ）がこの装置の入力量であり、質量ｍのストロークの時間変化ψ_s（ｔ）は、印刷機１０の作動機構の運動を表している。ここで概略的に例示した伝動装置は、休止期を有する質量ｍの振動運動を生成するものとする。対応する変化量ψ_s（ｔ）を図３に示す。変数ｔは時間を表している。

まず、アクチュエータ１８が非制御（アクチュエータのストロークが一定）の従来のカムディスクの構成だと、カムディスク１４の休止期２８において、質量ｍに所望しない振動が発生することになる（図３参照）。このような振動に対処するために、カムディスク１４は、特別な特徴として、その断面の曲率に段差１６を有している。これに対応する曲率のホドグラフ２４（曲率半径の逆数）は、図２に示されている。揺れ腕２２の角加速度φ_s”＝ｄ²φ_s／ｄｔ²の時間変化では、このような段差１６は、矩形波信号で応答するか、あるいは矩形波信号を発生させる。図３には、一方では、出力量ψ_s（ｔ）の目標曲線３０が示されており、他方では、従来の（曲率が連続する）カムディスクを使用した場合のψ_s（ｔ）の実際の変化３２が示されている。カムディスク１４の休止期２８中に、ψ_s（ｔ）に振動が発生している様子が明らかに見てとれる。休止期２８の開始は、符号ｔ_Rastで表されている。

図４は、連続する加速度変化を有するカムディスクの運動法則に対する質量ｍの振動応答ψ_s,stetig（第１の振動応答３４、曲率が連続するカムディスク１４の場合での質量ｍの経路）と、カムディスク断面の曲率形状における段差１６によって生成される矩形の加速度信号に対する振動応答ψ_s,Rechteck（第２の振動応答３６）とを示している。休止域２８における質量ｍの各振動は互いに逆相で等しくなることが、明らかに見ることができる。さらに、カムディスクの曲率における段差に基づいたフォロアレバー２２の角速度φ_s”の割合が示されている。図２のカムディスク断面では、矩形の加速度信号が、連続する加速度変化を有する運動法則に重ね合わされる。この場合、質量ｍのストロークの時間変化ψ_s（ｔ）は、図４に示す変化量ψ_s,stetigとψ_s,Rechteckの合計として求められる。カムディスクの休止域２８では、これらの変化量の各振動が消えており、質量ｍの休止が厳密に実現されることになる。

まず、休止域における質量ｍの完全な無振動は、ある特定の、伝動装置を設計する際に自由に選択可能なカムディスク１４の角速度ｄφ_1Auslegung／ｄｔによって実現される。カムディスクの設計に関して特徴的なことは、この設計角速度では、カムディスク１４の曲率形状における少なくとも２回の段差が、駆動された機械装置の遷移期間（Einschwingdauer）の半分の整数倍だけ、本実施例では、駆動された機械装置の振動周期Ｔ（図２の１自由度振動系の振動周期）だけオフセットされて、それぞれ行われていることである。言い換えれば、（限度内で自由に選択可能な）設計速度を有する駆動装置の作動時に、フォロアレバー２０の加速度変化における少なくとも２つの段差が、質量ｍの遷移振動周期（Einschwingungsdauer）だけそれぞれオフセットされていることになる。この設計速度では、休止域（ｔ＞ｔ_Rast）において振動が発生することはない。設計速度とは異なる角速度でカムディスク１４が作動する場合には、制御されたアクチュエータ１８が特別に重要となる。この角速度は、特に印刷機の作業速度または印刷速度に依存している。角速度は印刷速度に比例していることがしばしばであり、それは、例えばカム伝動装置が印刷機の主駆動装置に連結されているような場合である。

カムディスク１４の角速度が設計速度ω_1Auslegungと異なっていると、従動運動の休止域において振動を完全に除去することはできない。制御されたアクチュエータ１８（図２参照）の役割は、質量ｍの振動がプロセス的に（prozesstechnisch）重要である従動運動の休止域２８において発生しないように、揺れ腕２２の運動を指定された作業速度の領域全体にわたって修正することである。このために、アクチュエータは高いダイナミクスでわずかなストロークしか必要としない場合が多く、そのため、圧電型のアクチュエータをこの役割のために利用することが有利である。

次に、本発明による印刷機における具体的な適用例として、図５から図１２を参照しながら、本発明によるオフセット印刷機の前当て機構について説明する。

図５（ａ）には、詳細に上述した駆動装置を備えた前当て３８のための前当て機構の斜視図を示し、図５（ｂ）には、その側面図を示す。前当て軸４０の運動は、２次元的な３要素、すなわち、一様に回転するように駆動されるカムディスク１４と、カムフォロア４２を備えたフォロアレバー２０とからなるカム伝動装置によって生成される。このような本発明によるカム伝動装置の実施形態では、フォロアレバー２０は、固定ジョイント４６と、２つのリニアアクチュエータ４４とを有している（原理的に機能を果たすためには１つのアクチュエータで十分であるが、対称性の理由から、本実施例では２つのアクチュエータを用いている）。これらのアクチュエータは、圧電積層アクチュエータとして製作されているのが好ましい。カムディスク１４は、ここでは図示しない印刷機の主駆動装置に固定して連結されており、所定の印刷速度では、一定の角速度で回転する。電子制御のリニアアクチュエータ４４は、補助駆動装置として、前当て軸４０に追加の回転運動を印加するために用いられている。

前当て３８は、図６（ａ）に示す待機位置から離れるように揺動し、このとき同時に、搬送中の枚葉紙４８の下へと降下して（図６（ｂ）参照）、次の枚葉紙の前端を揃えるために定位置へと戻る。前当て先端部Ｓの運動を枚葉紙の搬送方向で見たときに、前当て先端部Ｓの現在位置は、固定のｘ，ｙ座標系における座標ｘ_Sによって与えられる。枚葉紙を揃えるために、前当て３８はできるだけ完全に静止しているのがよい（ｘ_S＝０；ｄｘ_S／ｄｔ＝０）。しかし、前当て軸４０の振動によって、指定された休止期においても前当ては動いてしまう。

図７には、前当て軸４０の自由端における前当て３８（図５）の座標ｘ_Sに関する典型的な減衰曲線が、機械角度の関数として例示されている。一方では、前当て軸４０で発生するねじり振動によってもたらされる、実際の曲線５０の振動している様子が図示されている。他方では、１時間あたり１５０００枚（１時間あたりの製品見本または枚葉紙）を印刷するために構成された本発明による不連続なカムディスク形状によって得られる目標曲線５２が図示されている。動的挙動を表す基準として、曲線ｘ_S（φ）（機械角度φ、図４参照）における最大値ｘ_S,maxを用いることができる。枚葉紙の前端を正確に揃えるために、上昇ｘ_S,maxはできるだけ小さいことが要求される。整列期５４では、本発明のカムディスクを使用しないと発生する振動が除去されている様子を、明らかに見ることができる。

詳しい解説を行うために、まず、リニアアクチュエータ４４が動作しない場合の動きについて説明する。図８には、前当て運動（前当て３８、図２参照）の動的上昇が、１時間あたりの印刷枚数で表したさまざまな印刷速度に対して示されている。値をより比較しやすくするために、算出した上昇分ｘ_s,maxは、１時間あたり１５０００枚を印刷する場合の最大値ｘ_s,max、1₅₀₀₀に対して相対的に示されている。第１の曲線５６は、連続する曲率形状を有するカムディスク１４を用いた場合に得られたものである。第２の曲線５８は、カムディスクの曲率に的確に配置された段差１６を有するカムディスクを用いた場合に得られたものである。以下の定量的な計算のために、駆動装置の設計速度として１時間あたり１２０００枚の印刷速度を選択した。図８から明らかなように、まず、ここで提示される駆動装置をリニアアクチュエータ４４が無制御の状態で使用した場合だと、ちょうど上記の印刷速度では、曲線ｘ_S（φ）の動的上昇はもはや事実上発生していない。前当ての振動は、休止期においてほぼ完全に除去されることになる。図９には、連続する曲率形状を有するカムディスク１４を用いた場合の第１の減衰曲線６０が示されている。この第１の減衰曲線６０は、このグラフも明らかに見ることができる振動を含んでいる。さらには、カムディスクの曲率に的確に配置された段差１６を有するカムディスクを用いた場合の第２の減衰曲線６２が示されている。第１の減衰曲線６０の振動は補償されている。

印刷速度が１時間あたり１２０００枚を印刷する設計速度から外れた場合、原理上、カムディスク断面における曲率段差の振動低減作用は少なくとも部分的に失われることになる（図８の第２の曲線５８参照）。ここでは、この不具合は、リニアアクチュエータの適切な制御によって克服することが可能となる。

次に、本発明による印刷機の駆動装置の動作に関してより詳細な解説を行うために、リニアアクチュエータ４４が制御される動作について説明する。

制御されたリニアアクチュエータ４４は、基本的には、フォロアレバー２０で同一のストローク運動を行っている。ここで補足すると、運動学的な機能を果たすには、原理的には単一のアクチュエータが組み込まれていれば十分であるが、具体的な構造上の理由およびフォロアレバー２２の所望しない変形を防止する理由から、好適な本実施形態では２つのアクチュエータが用いられている。さらに、本発明によれば、曲率形状に段差を有するカムディスクが（１時間あたり１２０００枚を印刷する設計速度で）用いられている。固定ジョイント４６でのフォロアレバー２２の相応の変形を伴うリニアアクチュエータ４４の直線運動によって、カムディスクの構成だけにより生じる前当て軸４０の回転角ψ（図６（ｂ）参照）に、追加の値Δψが加算される。リニアアクチュエータ４４を適切に制御することで、設計速度の際にはカムディスク断面の不連続な曲率形状だけから生じる、フォロアレバー２２の角加速度変化における段差が、時間的にずらされることになる。それにより、印刷機のどのような運転状況、特にどのような印刷速度の場合でも、フォロアレバー２２の角加速度変化における段差によりちょうど良い時点で振動が低減することが実現される。

図１０には、さまざまな印刷速度、ここでは１時間あたり３０００枚、６０００枚、９０００枚、および１５０００枚の各印刷速度におけるリニアアクチュエータ４４のストローク変化が機械角度の関数として示されている。１時間あたり１２０００枚の印刷速度については、この運転状況ではカムディスクの構成だけで前当て３８の有害な振動がほぼ完全な低減されるため、アクチュエータのストロークは一定で０となる。リニアアクチュエータ４４のストロークは、特に印刷速度が高速の場合はわずか０．数ｍｍのスケールでしか動いておらず、それにより、圧電積層アクチュエータを備えた能動的なフォロアレバーの実施形態が機械的に簡素かつメンテナンスフリーで実現できることが有利である。

本発明に基づいて駆動される印刷機モジュールの動作挙動が、１時間あたり１５０００枚の印刷の場合の最大値ｘ_S,max,15000に対する相対的な動的上昇ｘ_S,maxを用いて、１時間あたり３０００枚から１５０００枚までの速度範囲の印刷速度の関数として、図１１に示されている。第３の曲線６４は、リニアアクチュエータが動いていない状態で、段差のないカムディスクを用いた動作挙動を示している。第４の曲線６６は、リニアアクチュエータが動いていない状態で、（１時間あたり１２０００枚を印刷するために設計された）本発明によるカムディスクを用いた動作挙動に対応している。第５の曲線６８は、リニアアクチュエータが動いている状態で、本発明によるカムディスクを用いた動作挙動を表している。要約すれば、曲線ｘ_S（φ）の動的上昇ｘ_S,maxは、リニアアクチュエータ４４を利用することで、すべての速度範囲でほぼ完全に抑制されていると言える。

図１２は、改善が実現されていることを明示するために、１時間あたり１５０００枚を印刷する場合の前当て３８（図２参照）の減衰曲線を、機械角度の関数として、曲率が不連続なカムディスク１４と能動的なフォロアレバー２０とを有する本発明による駆動装置を用いていない場合（第３の減衰曲線７０）と、用いた場合（第４の減衰曲線７２）について示している。図示しているスケールでは、第３の減衰曲線７０は明らかに振動しているのに対して、本発明による駆動装置を用いて得られた減衰曲線７２は、許容閾値を著しく下回る、ほんのわずかな振動しか示していない。

１０ 印刷機
１２ モジュール
１４ カムディスク
１６ 段差
１８ アクチュエータ
２０ フォロアレバー
２８ 休止期
３８ 前当て

Claims (10)

1. モジュール（１２）と、該モジュールの少なくとも一部を動作させるためのカム伝動装置とを備えた印刷機において、
   前記カム伝動装置のカムが、該カムの運動範囲内で連続微分不可能な領域を含む曲率形状を有していることを特徴とする印刷機。
2. 連続微分不可能な前記領域が、前記カムの曲率形状における折れ曲がりまたは段差（１６）である、請求項１に記載の印刷機。
3. 前記カムが、カムディスク（１４）の円周線である、請求項１または２に記載の印刷機。
4. 前記カム伝動装置が、連続微分不可能な前記領域によって前記モジュール（１２）の前記少なくとも一部に発生する衝突を時間的にずらすためのアクチュエータ（１８）を有している、請求項１から３のいずれか１項に記載の印刷機。
5. 前記アクチュエータ（１８）が、前記カムに案内されるフォロアレバー（２０）に接続された圧電アクチュエータである、請求項４に記載の印刷機。
6. 印刷速度に依存して前記アクチュエータ（１８）を制御可能な制御ユニットを有している、請求項４または５に記載の印刷機。
7. 前記カムディスクが、前記印刷機の主駆動装置に連結されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の印刷機。
8. 曲率形状の連続微分不可能な前記領域が、前記モジュール（１２）の前記一部の振動が該部分の運動の休止期（２８）に低減または補償されるように、前記カム上の位置に設けられている、請求項１から７までのいずれか１項に記載の印刷機。
9. 曲率形状の連続微分不可能な２つの前記領域が、前記カムの設計速度において前記カムに対して相対運動を行うカム従動子によって前記カムが走査される際に、前記モジュール（１２）の振動周期の半分の倍数の間に通過するような間隔を置いて前記カム上に位置している、請求項１から８までのいずれか１項に記載の印刷機。
10. 前記印刷機が枚葉紙印刷機であり、前記モジュールが、第１の印刷ユニットで枚葉紙の位置設定を行うための前当て機構である、請求項１から９までのいずれか１項に記載の印刷機。

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