JP2014136217A

JP2014136217A - 回転３次元体へ印刷画像を形成する方法

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Publication number: JP2014136217A
Application number: JP2014007203A
Authority: JP
Inventors: Fischer Joerg-Achim; フィッシャーイェアク−アーヒム
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date: 2013-01-18
Filing date: 2014-01-17
Publication date: 2014-07-28
Anticipated expiration: 2034-01-17
Also published as: EP2756956A1; EP2756956B1; CN103935136A; CN103935136B; JP6226754B2; US20140204135A1; US8974015B2; DE102013000888A1

Abstract

【課題】印刷ユニットに面した印刷すべき表面セクションのウェブ速度が変化する場合にも所望の印刷解像度で回転３次元体への印刷が可能となるようにする。
【解決手段】回転３次元体へ印刷画像を形成する方法であって、所定の印刷クロックで印刷を行うインクジェット印刷ユニットと、回転３次元体と、回転３次元体の回転を駆動するモータとが設けられており、モータを駆動するための基本周波数ｆ_０（ｔ）が設定され、基本周波数ｆ_０（ｔ）でモータが駆動され、回転３次元体の平均径Ｒ_０が設定される。さらに、回転３次元体の回転中、回転３次元体の径変化量ΔＲ（ｔ）が求められ、インクジェット印刷ユニットの印刷クロックに対する補正値ｋ（ｔ）がｋ（ｔ）＝１＋ΔＲ（ｔ）／Ｒ_０によって計算され、印刷クロックに対する周波数ｆ（ｔ）すなわちｆ（ｔ）＝ｆ_０（ｔ）・ｋ（ｔ）でインクジェット印刷ユニットが駆動される。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載されている、回転３次元体へ印刷画像を形成する方法に関する。

米国特許第７９５５４５６号明細書から、ブリスターパックへのインクジェット印刷法が公知である。ブリスターパックはほぼ２次元の印刷すべき封緘フォイルを含み、直線状にフィードされる。製造速度が高速であるにもかかわらず、印刷自体は問題なく可能である。困難なのは、空間的に湾曲した外面を有する３次元成形された物体への印刷である。これは特に、こうした物体を印刷のためにしばしば回転させなければならないことによる。

また、瓶詰システムにおけるボトル容器などの回転３次元体に対してインクジェット印刷ユニットによって印刷を行うことも知られており、この場合、回転体が目標位置からずれることにより形成される印刷画像に障害が生じるという問題が認識されている。

独国公開第１０２００９００３８１０号明細書には、容器への印刷を行う装置が記載されている。ここでは、通常の６００ｄｐｉでの高速フィード印刷にとっては支持部材もしくは容器のセンタリングが重要となるという問題が扱われている。この問題は、センサを使用して容器の位置および角度を求め、その値を制御装置へ伝送して印刷ヘッドを自動調整することによって解決される。ただし、ここではインクジェット印刷ユニットのクロックの適合化は考察されていない。

独国公開第１０２００９０１４６６３号明細書には、センサユニットおよび測定マークを用いた非接触（電気光学式もしくは電気機械式）でのボトル容器の回転位置検出法が記載されている。その段落００２０には容器の長手軸線ＢＡが近似的に回転軸線ＤＡに対応することが明示されており、偏心回転するボトル容器は問題として認識されておらず、解決手段も提案されていない。クロックの適合化についても考察されていない。

偏心された状態で回転テーブル上に配置されている物体は、回転テーブルの角速度が一定であっても、定置された印刷ユニットまでの距離がつねに変化する。これにより、印刷ユニットに面した物体の印刷すべき表面セクションはウェブ速度の変化をつねに受けることになる。この場合、印刷解像度が変化するので、形成される印刷画像に望ましくなくしかも目立つエラーが生じる。物体が回転テーブル上にセンタリングされて収容されても、印刷すべきセクションの外面が円筒状もしくは部分円筒状でない場合や、回転テーブルの角速度が変化する場合には、同様の問題が発生する。とは云え、帯状体の速度もしくはその変化量の直接の測定は簡単には行えない。

米国特許第７９５５４５６号明細書独国公開第１０２００９００３８１０号明細書独国公開第１０２００９０１４６６３号明細書

したがって、本発明の課題は、従来技術に比べて改善された方法を提供し、印刷ユニットに面した印刷すべき表面セクションのウェブ速度が変化する場合にも所望の印刷解像度で回転３次元体への印刷が可能となるようにすることである。

この課題は、請求項１に記載されている、所定の印刷クロックで印刷を行うために実質的に直線上に配置された複数のインクジェットノズルを備えたインクジェット印刷ユニットと、上記直線に対してほぼ平行な回転軸線を中心として回転する回転３次元体と、回転３次元体の回転を駆動するモータとが設けられており、モータを駆動するための基本周波数ｆ_０（ｔ）を設定するステップと、基本周波数ｆ_０（ｔ）でモータを駆動するステップと、回転３次元体の平均径Ｒ_０を設定するステップとを含む、回転３次元体へ印刷画像を形成する方法において、さらに、回転３次元体の回転中、回転３次元体の径変化量ΔＲ（ｔ）を求めるステップと、インクジェット印刷ユニットの印刷クロックに対する補正値ｋ（ｔ）をｋ（ｔ）＝１＋ΔＲ（ｔ）／Ｒ_０によって計算するステップと、印刷クロックに対する周波数ｆ（ｔ）すなわちｆ（ｔ）＝ｆ_０（ｔ）・ｋ（ｔ）で、インクジェット印刷ユニットを駆動するステップとを含むことにより解決される。

本発明の有利な実施形態は、従属請求項、以降の説明及び図面から得られる。

回転体への印刷装置の動作時のフローに則して本発明の方法の有利な実施例を示す概略図である。

本発明の方法によれば、有利には、印刷すべき表面のうちインクジェット印刷ユニットに面したセクションのウェブ速度が変化する場合にも、回転３次元体の（外側）表面、例えばボトル容器の外面もしくはその一部に対し、インクジェットプロセスにより、所望の印刷解像度、例えば一定のｄｐｉ値で印刷を行うことができる。本発明によれば、回転３次元体の回転中、その径変化量が有利には固定の測定位置で求められる。測定位置での径変化量は例えば回転３次元体の偏心配置から生じる。こうした偏心配置は、回転３次元体の非円筒形の形状、又は、回転の角速度の変化に起因する。

本発明によれば、径変化量から補正値が計算され、基本周波数に対して補正された周波数で印刷ユニットが駆動される。つまり、インクジェットノズルに対する印刷クロックが、径変化量、ひいては、印刷位置での印刷すべき外面のセクションのウェブ速度の変化に適合するように調整される。

したがって、測定位置及び印刷位置は、有利には、少なくとも１つの相関を有するように選定される。例えば測定位置は回転３次元体の回転方向で印刷位置の前方に位置し、空間的距離が時間的距離へ変換され、印刷ユニットの駆動時に考慮される。測定位置は印刷位置とほぼ同一であるか、又は、回転軸線に対して平行にずれている（後者の方式は回転軸線の方向で回転３次元体の径が変化しない場合に有利である）。

本願では、所定の変数が時間ｔに依存するものとして、例えばｆ_０（ｔ），ΔＲ（ｔ），ｋ（ｔ），ｆ（ｔ）のように記述される。これに代えて、各変数を、回転の角速度αに依存するものとして記述してもよく、この場合、α＝ω（ｔ）・ｔであり、ω（ｔ）は回転の角速度である。角速度ω_０が一定であれば、値α＝０から３６０°に対する変数を記述するか、又は、内部のみで印刷が行われる場合、より狭い角度領域の変数を記述すれば充分である。

径変化量の計算は、有利には、時間的に印刷の直後に行われる。これに代えて径変化量の計算を例えば印刷前の数秒から数分の時間範囲を利用して行い、結果を制御曲線として格納し、印刷時にこの結果を周波数補正に利用するように構成してもよい。径変化量の問題が主として回転３次元体の（外）形状による問題のみによって生じる場合、こうした形状もしくは径変化量が完全な１回転に際して持続的に記憶されて回転３次元体の印刷時につねに読み出されるように構成すると有利である。

本発明の方法の有利な一実施形態によれば、径変化量ΔＲ（ｔ）を求める際に、距離センサ、特に三角測定装置を用いた非接触測定が行われる。これにより、接触動作する距離センサもしくは距離測定装置とは異なって、印刷すべき表面もしくは既に印刷がなされた表面に対して変形もしくは捲れなどに起因する障害影響が生じなくなり、印刷画像中のエラーが有利に回避されるという利点が得られる。三角測定装置もしくは三角センサを用いることにより、さらに、ほぼ全ての材料を検出でき、きわめて迅速な測定が可能となるという利点が得られる。これに代えて、容量式もしくは誘導式で動作する距離センサを使用することもできる。

本発明の方法の有利な別の実施形態によれば、距離センサにより、インク滴が回転３次元体の表面へ当たる位置でのインクジェットノズルから当該表面までの距離Ｄ（ｔ）が測定され、ここで、
ΔＲ（ｔ）＝Ｄ（ｔ）_Ｍ−Ｄ（ｔ）
が成り立ち、Ｄ（ｔ）_ＭはＤ（ｔ）の時間平均値である。この手法は、特に、三角測定装置が使用される場合、表面までの距離すなわち距離Ｄ（ｔ）を直接に測定できるので有利である。当該距離から径変化量を計算することができる。

本発明の方法の別の有利な実施形態によれば、時間平均値Ｄ（ｔ）_Ｍに対して
Ｄ（ｔ）_Ｍ＝Ｄ_０−Ｒ_０
が成り立ち、ここでＤ_０はインクジェットノズルから回転軸線までの距離である。Ｄ_０及びＲ_０が既知となれば、Ｄ_（ｔ）が簡単に求められる。ひいては、一定の径Ｒ_０を有するボトル容器の印刷すべき表面セクションに印刷を行う場合や、このボトル容器を、所定の回転軸線を有する回転テーブル上にインクジェットノズルまでの一定の距離Ｄ_０で位置決めする場合に、ΔＲ（ｔ）を求めることがきわめて簡単となる。

本発明の方法の別の有利な実施形態によれば、回転３次元体の平均径Ｒ_０が
Ｒ_０＝Ｄ_０−Ｄ（ｔ）_Ｍ
に基づいて設定され、ここで、Ｄ_０はインクジェットノズルから回転軸線までの距離であり、Ｄ（ｔ）_ＭはＤ（ｔ）の時間平均値である。例えば、回転３次元体が、既知かつ一定の径Ｒ_０を有するボトル容器とは異なって、不規則な（外側）形状を有する場合、有利には、３６０°の一回転（又は、周の一部のみに印刷が行われる場合には３６０°より小さい回転）に相当する時間領域にわたる平均値形成により、上掲の式のＲ_０を計算することができる。

本発明の方法の別の有利な実施形態によれば、本発明の方法はさらに、回転３次元体の回転の角速度ω（ｔ）を設定するステップを含み、ここで、基本周波数ｆ_０（ｔ）に対して
ｆ_０（ｔ）＝ω（ｔ）・Ｒ_０／ａ
が成り立ち、ａは印刷画像の解像度である。角速度と基本周波数との比例関係に基づいて、印刷時に達成すべき解像度（例えば周方向での印刷点間の所望の最小距離）が既知であれば、基本周波数を簡単に計算することができる。

本発明の方法の別の有利な実施形態によれば、角速度は定数ω_０であり、基本周波数は定数ｆ_０であり、ここで
ｆ_０＝ω_０・Ｒ_０／ａ
である。

本発明の方法の別の有利な実施形態によれば、補正値ｋ（ｔ）の計算が主として連続的に行われる。例えば、径変化量が少なくとも回転３次元体の完全な１回転（又は、周の一部のみに印刷が行われる場合には１回転より小さい回転）にわたって連続的に求められ、ΔＲ（ｔ）の値からｋ（ｔ）の値が計算され、そこから制御のためのｆ（ｔ）の値が計算される。測定位置が印刷位置に実質的に一致する場合、又は、測定から印刷までの時間差Δｔが既知である場合、有利には、迅速なコンピュータ及びデータコネクションを使用して、制御周波数ｆ（ｔ）を、ほぼリアルタイムで又は場合により所定の時間差Δｔで、補正することができる。

本発明は、上述した本発明の方法を実行する装置及びその実施態様にも関連している。こうした装置は、本発明の方法の各ステップを実行するのに必要な部品、すなわち、インクジェット印刷ユニット及びその制御回路、モータ及びその制御回路、補正値を計算するコンピュータなどを含む。

本発明の個々の特徴は、有利な実施形態として、単独でもしくは任意に組み合わせても本発明の対象となる。

本発明の構造的及び／又は機能的な実施態様を、以下に、図示の有利な実施例に基づいて詳細に説明する。

図１には、回転３次元体２に印刷画像を形成する印刷装置１が示されている。実施例として、印刷が行われるボトル容器が示されているが、このボトル容器３の全面に印刷が行われるケースだけでなく、表面３の一部のセクション４、例えばラベルや帯封にのみ印刷が行われるケースもある。ここでのボトル容器は実質的に回転対称であるが、回転テーブル５にセンタリングされていない状態で収容されている。つまり、ボトル容器の対称軸線は回転テーブルの回転軸線Ａに一致していない。通常は望ましくない回転テーブルへのこうした偏心収容によって、回転テーブルの回転中、ひいては回転３次元体２の回転中、回転３次元体２の表面からインクジェット印刷ユニット６もしくは実質的に直線Ｇ上に配置されたインクジェットノズル７までの距離Ｄ（ｔ）が時間ｔにともなって変化し、径Ｒ（ｔ）も時間変化する。径Ｒ（ｔ）は、ここでは、回転３次元体２のうちインクジェット印刷ユニット６に面した表面（インク滴８が当該表面に当たる位置）から回転軸線Ａまでの距離として定義される。回転軸線Ａは直線Ｇに対してほぼ平行に配向されている。Ｄ_０はインクジェットノズル７から回転軸線Ａまでのほぼ一定の距離を表しており、Ｒ_０は回転３次元体の平均径、例えばほぼ一定のボトル容器直径を表している。ΔＲ（ｔ）は、回転３次元体２のうちインクジェット印刷ユニットに面した表面と、仮想の回転３次元体２’、すなわち、回転テーブルにセンタリングされて収容された場合の回転３次元体のうち、インクジェット印刷ユニット６に面した表面との間の径変化量を表している。インクジェット印刷ユニット６から仮想の回転３次元体２’のインクジェット印刷ユニットに面した表面までの距離はＤ（ｔ）_Ｍで表されている。なお、距離Ｄ（ｔ）_Ｍは時間ｔにともなって変化する距離Ｄ（ｔ）の時間平均値とも解釈できる。

印刷装置１は、さらに、距離センサ９、特に三角測定装置を備えており、これを用いて非接触測定により径変化量ΔＲ（ｔ）の検出が行われる。この場合、距離センサ９はまず値Ｄ（ｔ）を測定する。値Ｄ（ｔ）とその平均値Ｄ（ｔ）_Ｍとから、式
ΔＲ（ｔ）＝Ｄ（ｔ）_Ｍ−Ｄ（ｔ）
によってΔＲ（ｔ）を計算できる。この計算は、測定結果Ｄ（ｔ）が供給される制御ユニット１０において行われる。最も簡単なケースでは、一定かつ既知の径Ｒ_０を有するボトル容器が式
Ｄ（ｔ）_Ｍ＝Ｄ_０−Ｒ_０
によって簡単に求められ、そこから
ΔＲ（ｔ）＝Ｄ_０−Ｒ_０−Ｄ（ｔ）
が得られる。他方、回転３次元体の平均径Ｒ_０が設定される場合（回転３次元体が回転非対称に切り欠かれた形状を有するか又は不規則な形状に成形されている場合）には、式
Ｒ_０＝Ｄ_０−Ｄ（ｔ）_Ｍ
に基づいて計算することができる。

図１には、さらに、回転３次元体２、すなわち、図示の実施例では回転テーブル５の回転駆動のためのモータ１１が示されている。モータ１１は設定された基本周波数ｆ_０（ｔ）で駆動される。例えば、回転３次元体２の回転の角速度ω（ｔ）が制御ユニット１０によって設定され、これがモータ制御ユニット１２へ伝送されるか又はモータ制御ユニット１２からモータ１１へ伝送される。ここで、基本周波数ｆ_０（ｔ）に対し、印刷画像の解像度をａとして、
ｆ_０（ｔ）＝ω（ｔ）・Ｒ_０／ａ
が成り立つ。設定された角速度が定数ω_０である場合、基本周波数ｆ_０（ｔ）も定数ｆ_０となり、
ｆ_０＝ω_０・Ｒ_０／ａ
が成り立つ。簡単なケースとして、例えば、一定の径Ｒ_０を有する回転対称の回転３次元体２が、一定の角速度ω_０で、ただし偏心回転するという場合が挙げられる。

インクジェットノズル７は、印刷に際して、インク滴を噴射するための印刷クロックｆ（ｔ）を必要とする。当該印刷クロックは制御ユニット１０によって周波数として形成され、印刷制御ユニット１３へ伝送され、さらに印刷ユニット６へ伝送される。印刷クロックに対する周波数ｆ（ｔ）での印刷ユニット６の駆動は、本発明では、式
ｆ（ｔ）＝ｆ_０（ｔ）・ｋ（ｔ）
によって行われ、ここでｋ（ｔ）はモータ１１を駆動するための周波数補正値である。印刷ユニットの印刷クロックに対する周波数補正値ｋ（ｔ）の計算は、本発明によれば、式
ｋ（ｔ）＝１＋ΔＲ（ｔ）／Ｒ_０
にしたがって行われる。

次の例は基本原理を明らかにするものである：回転３次元体２が印刷ユニット６の表面３に偏心配置されている場合、回転中、インク滴８の当たる表面位置でウェブ速度が高まるようにする。なぜならこの位置では回転軸線Ａまでの距離（径Ｒ（ｔ））が大きくなるからである。よって、インク滴は、設定された解像度ａを維持するために、高い周波数で噴射される必要がある。表面が離れる場合には、ウェブ速度は小さくなり、周波数も相応に低下させなければならない。

補正値ｋ（ｔ）の計算は、有利には、実質的に連続的に行われる。このために、連続して（又は、実質的に連続して、もしくは、印刷周波数のオーダー以上のクロック周波数でクロック制御されて）距離センサ９によって距離Ｄ（ｔ）の測定が行われ、この値が補正値ｋ（ｔ）を計算するための制御ユニット１０において、印刷クロック
ｆ（ｔ）＝ｆ_０（ｔ）・ｋ（ｔ）
での印刷ユニット６の駆動制御に用いられる。

１印刷装置、２回転３次元体、２’ 仮想回転３次元体、３表面、４セクション、５回転テーブル、６インクジェット印刷ユニット、７インクジェットノズル、８インク滴、９距離センサ、１０制御ユニット、１１モータ、１２モータ制御ユニット、１３印刷制御ユニット、Ａ回転軸線、Ｇ直線、Ｄ（ｔ）距離、Ｄ（ｔ）_Ｍ平均距離、Ｄ_０距離、Ｒ（ｔ）径、 ΔＲ（ｔ）径変化量、Ｒ_０距離

Claims

所定の印刷クロックで印刷を行うために実質的に直線（Ｇ）上に配置された複数のインクジェットノズル（７）を備えたインクジェット印刷ユニット（６）と、前記直線（Ｇ）に対してほぼ平行な回転軸線（Ａ）を中心として回転する回転３次元体（２）と、前記回転３次元体（２）の回転を駆動するモータ（１１）とが設けられており、
前記モータ（１１）を駆動するための基本周波数ｆ_０（ｔ）を設定するステップと、
前記基本周波数ｆ_０（ｔ）で前記モータ（１１）を駆動するステップと、
前記回転３次元体（２）の平均径Ｒ_０を設定するステップ（２）と
を含む、
回転３次元体へ印刷画像を形成する方法において、
さらに、
前記回転３次元体（２）の回転中、前記回転３次元体（２）の径変化量ΔＲ（ｔ）を求めるステップと、
前記インクジェット印刷ユニット（６）の前記印刷クロックに対する補正値ｋ（ｔ）を
ｋ（ｔ）＝１＋ΔＲ（ｔ）／Ｒ_０
によって計算するステップと、
前記印刷クロックに対する周波数ｆ（ｔ）、すなわち、
ｆ（ｔ）＝ｆ_０（ｔ）・ｋ（ｔ）
で、前記インクジェット印刷ユニット（６）を駆動するステップと
を含む
ことを特徴とする回転３次元体へ印刷画像を形成する方法。
前記径変化量ΔＲ（ｔ）を求めるステップを、距離センサ（９）、例えば三角測定装置を用いた非接触測定として行う、
請求項１記載の回転３次元体へ印刷画像を形成する方法。
前記距離センサ（９）により、インク滴が前記回転３次元体（２）の表面（３）へ当たる位置で、前記インクジェットノズル（７）から前記表面（３）までの距離Ｄ（ｔ）を測定し、
ΔＲ（ｔ）＝Ｄ（ｔ）_Ｍ−Ｄ（ｔ）
が成り立ち、
ここで、Ｄ（ｔ）_Ｍは距離Ｄ（ｔ）の時間平均値である、
請求項２記載の回転３次元体へ印刷画像を形成する方法。
前記時間平均値Ｄ（ｔ）_Ｍに対して
Ｄ（ｔ）_Ｍ＝Ｄ_０−Ｒ_０
が成り立ち、
ここで、Ｄ_０は前記インクジェットノズル（７）から前記回転軸線（Ａ）までの距離である、
請求項３記載の回転３次元体へ印刷画像を形成する方法。
前記回転３次元体（２）の平均径Ｒ_０を設定するステップを、
Ｒ_０＝Ｄ_０−Ｄ（ｔ）_Ｍ
の計算に基づいて行い、
ここで、Ｄ_０は前記インクジェットノズル（７）から前記回転軸線（Ａ）までの距離であり、Ｄ（ｔ）_Ｍは前記距離Ｄ（ｔ）の時間平均値である、
請求項１から４までのいずれか１項記載の回転３次元体へ印刷画像を形成する方法。
さらに、前記回転３次元体（２）の回転の角速度ω（ｔ）を、前記基本周波数ｆ_０（ｔ）に対して
ｆ_０（ｔ）＝ω（ｔ）・Ｒ_０／ａ
が成り立つように設定するステップを含み、
ここで、ａは印刷画像の解像度である、
請求項１から５までのいずれか１項記載の回転３次元体へ印刷画像を形成する方法。
前記角速度が定数ω_０であり、前記基本周波数が定数ｆ_０であり、
ｆ_０＝ω_０・Ｒ_０／ａ
である、
請求項６記載の回転３次元体へ印刷画像を形成する方法。
前記補正値ｋ（ｔ）の計算を実質的に連続的に行う、請求項１から７までのいずれか１項記載の回転３次元体へ印刷画像を形成する方法。