JP2023082284A - 印刷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトかつ汎用性の高い印刷装置を提供する。【解決手段】印刷装置１００は、被印刷物Ｂを一定方向に向かって搬送する搬送部１０と、インクの吐出部を含むヘッド部２０と、ヘッド部２０を上下方向に昇降させる昇降部３０と、ヘッド部２０を搬送部１０の幅方向に進退させる進退部４０と、搬送部１０の搬送面における被印刷物Ｂの高さを検出する高さ検出部５０と、搬送部１０の搬送面上における被印刷物Ｂの印刷対象部位の幅方向における位置を検出するための幅位置検出部６０と、高さ検出部５０及び幅位置検出部６０による検出情報に基づいてヘッド部２０が被印刷物Ｂの印刷対象部位に当接又は近接するように昇降部３０及び進退部４０を制御する制御部８０を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、包装箱などの被印刷物の側面に印刷を行うための印刷装置に関する。より具体的に説明すると、本発明は、被印刷物のサイズが異なる場合でも連続的に印刷を行うことが可能な印刷装置に関するものである。

従来から、例えばダンボール箱の側面にインクジェット方式にて商品情報や送り先の情報などを印字することのできる印刷装置が知られている。特に、従来の印刷装置においては、ダンボール箱のサイズが毎回異なる場合でもその側面に印字できる手法が採用されたものが知られている。

例えば、特許文献１には、封函機にて閉じられたダンボール箱を片寄せコンベアに載せることで、このダンボール箱を印字ヘッドが設けられた搬送用コンベアの片側に寄せて、ダンボール箱の側面に印字ヘッドにより印字を施すことが開示されている

また、特許文献２及び特許文献３には、ダンボール箱を封函機で閉じた後、コンベアによる搬送中にこのダンボール箱の一方の側面を加圧手段によって押し込むことで印字ヘッドが設けられた搬送用コンベアの片側に寄せて、ダンボール箱の他方の側面に印字ヘッドにより印字を施すことが開示されている。

特開２０１０－１２０７７６号公報 特開平１０－０７７０１３号公報 特開２０１５－０９０６６９号公報

ところで、特許文献１のように、片寄せコンベアを利用してダンボール箱を印字ヘッドに向かって近づける場合、封函機から印字ヘッドまでの距離を確保する必要があり、生産ラインが長大化するという課題がある。このため、このような印刷装置は、設置場所に制約があるような場合に不向きであるとされている。

また、特許文献２及び特許文献３のように、加圧手段を利用してダンボール箱を印字ヘッドに向かって近づける場合、ダンボール箱の押圧箇所に凹みが生じることがあり、品質低下を招く恐れがある。このため、このような印刷装置は、耐久度や剛性の低いダンボール箱に印字を行うような場合に不向きであるとされている。

そこで、本発明は、サイズが異なる被印刷物に対して連続的に印刷可能な印刷装置であって、コンパクトかつ汎用性の高いものを提供することを主な目的とする。

本発明の発明者は、上記従来技術の課題の解決手段について鋭意検討した結果、被印刷物を印字ヘッドに向かって移動させるのではなく、印字ヘッドを被印刷物の印刷対象部位へと移動させる機構を採用することで、コンパクトかつ汎用性の高い印刷装置を提供できるという知見を得た。そして、本発明者は、上記知見に基づけば従来技術の課題を解決できることに想到し、本発明を完成させた。具体的に説明すると、本発明は以下の構成を有する。

本発明は、印刷装置１００に関する。本発明に係る印刷装置１００は、搬送部１０、ヘッド部２０、昇降部３０、進退部４０、高さ検出部５０、幅位置検出部６０、及び制御部８０を含む。搬送部１０は、被印刷物Ｂを一定方向に向かって搬送する。ヘッド部２０は、インクの吐出部を含む。昇降部３０は、ヘッド部２０を上下方向（Ｙ方向）に昇降させる。進退部４０は、ヘッド部２０を搬送部１０の搬送方向（Ｘ方向）に対して平面視において直交する方向である幅方向（Ｚ方向）に進退させる。高さ検出部５０は、搬送部１０の搬送面上における被印刷物Ｂの高さを検出する。幅位置検出部６０は、搬送部１０の搬送面上における被印刷物Ｂの幅方向における位置を検出する。制御部８０は、高さ検出部５０及び幅位置検出部６０による検出情報に基づいて、ヘッド部２０が被印刷物Ｂの印刷対象部位に当接又は近接するように昇降部３０及び進退部４０を制御する。被印刷物Ｂの印刷対象部位は、例えば被印刷物Ｂが六面体の包装箱である場合に、その側面であってもよいし天面であってもよい。つまり、印刷装置１００は、包装箱の側面に印刷することともできるし、その天面に印刷することも可能である。

上記構成のように、本発明に係る印刷装置１００では、被印刷物Ｂをヘッド部２０に向けて近づけるのではなく、発想を転換して、ヘッド部２０を被印刷物Ｂの印刷対象部位に近づけることとした。これにより、あらゆるサイズの被印刷物Ｂに対して効率良く印刷を施すことができる。また、封函機からヘッド部２０までの距離を確保する必要がなくなるため、印刷装置全体をコンパクトにすることができる。また、被印刷物Ｂにはヘッド部２０が接触又は近接するに過ぎないため、被印刷物Ｂに凹み等が生じるリスクを低減でき、その品質を維持できる。さらに、従来は印字ヘッドの高さが固定されているため、被印刷物Ｂがどのようなサイズであっても同じ高さにしか印刷を行うことができなかったが、本発明によれば、ヘッド部２０を上下に昇降させることができるため、被印刷物Ｂのサイズに応じて印刷を行う高さを可変とすることができる。

本発明に係る印刷装置１００は、トリガー検出部７０をさらに含むことが好ましい。トリガー検出部７０は、搬送部１０の搬送方向において、高さ検出部５０及び幅位置検出部６０より前に、搬送部１０の搬送面上の被印刷物Ｂを検出する。この場合、制御部８０は、トリガー検出部７０が被印刷物Ｂを検出した場合に、高さ検出部５０及び幅位置検出部６０が検出を開始するようにこれらを制御する。これにより、高さ検出部５０及び幅位置検出部６０による誤検出を防止することができる。

本発明に係る印刷装置１００は、搬送部１０による被印刷物Ｂの搬送移動中にヘッド部２０を介して被印刷物Ｂの印刷対象部位に印刷を行うことが好ましい。ヘッド部２０による印刷時に搬送部１０による搬送を一時停止することもできるが、その場合印刷効率が低下するため、上記構成のように流れ作業的に印刷を行うことが好ましい。

本発明に係る印刷装置１００において、幅位置検出部６０は、特定位置に設置されており、被印刷物Ｂの側面までの距離を測定するものであることが好ましい。この場合に、制御部８０は、被印刷物Ｂの搬送中に幅位置検出部６０に被印刷物Ｂの側面までの距離を少なくとも２度測定させ、その測定値に基づいて搬送方向に対する前記被印刷物の側面の傾きが正常な範囲であるか否かを判定することが好ましい。これにより、搬送部１０の搬送面上の被印刷物Ｂが、ヘッド部２０によって印刷できるように適切な向きで置かれているかどうかを自動的に判定できる。制御部８０は、被印刷物の側面の傾きが正常な範囲にないと判定した場合には、搬送部１０による搬送を一時停止することとしてもよいし、警告音や警告等にて警報を出力することとしてもよい。

本発明によれば、コンパクトかつ汎用性の高い印刷装置を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る印刷装置を示した側面図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る印刷装置を示した平面図である。 図３は、本発明に係る印刷装置の動作を模式的に示している。 図４は、被印刷物Ｂの傾きを検出する動作の一例を示している。

以下、図面を用いて本発明を実施するための形態について説明する。本発明は、以下に説明する形態に限定されるものではなく、以下の形態から当業者が自明な範囲で適宜変更したものも含む。

図１は、本発明の一実施形態に係る印刷装置１００の側面図であり、図２は、当該印刷装置１００の平面図である。また、図３は、印刷装置１００の動作を示すために、その主要な構成要素を簡略化して示している。各図には、Ｘ，Ｙ，Ｚの三次元の直交座標軸を示している。Ｘ軸は左右方向であり、Ｙ軸は上下方向であり、Ｚ軸は奥行方向である。

印刷装置１００は、立体的な被印刷物Ｂの側面に、商品情報や輸送先情報などを印刷するための装置である。被印刷物Ｂの例は、ダンボール箱などの立体的に組み立てられた包装箱である。ただし、被印刷物Ｂは、包装箱に限定されず、平坦な側面を有する立体物であれば、本発明の印刷装置１００による印刷対象とすることができる。

図１から図３に示されるように、印刷装置１００は、主要な構成要素として、搬送部１０、ヘッド部２０、昇降部３０、進退部４０、高さ検出部５０、幅位置検出部６０、トリガー検出部７０、及び制御部８０を備える。なお、印刷装置１００は、これらの構成要素を適所に配置及び保持するためのフレームを備えている。

搬送部１０は、被印刷物Ｂを一定方向に向かって搬送するための要素である。搬送部１０は、具体的にはコンベアにより構成される。コンベアの種類は特に限定されず、ベルトコンベア、ローラコンベア、チェーンコンベアなどの公知のものを採用できる。その中でも、コンベアの搬送面と被印刷物Ｂの底面の間にある程度の摩擦抵抗を生じさせながら、被印刷物Ｂを安全に搬送するという観点から、ベルトコンベアを採用することが好ましい。搬送部１０（コンベア）の搬送方向は、図中のＸ軸に沿った一定方向となる（図中右から左へ）。また、搬送部１０の搬送面は、ＸＺ面と平行となる

ヘッド部２０は、インクの吐出部を含み、被印刷物Ｂの側面（印刷対象部位）に当接又は近接して所定の印刷を行うための要素である。ヘッド部２０は、搬送部１０のコンベアの片側に配置される。ヘッド部２０としては、例えばインクジェット方式にて吐出部からインクを射出して被印刷物Ｂの側面に付着させるものを採用すればよい。また、ヘッド部２０は、紫外線硬化インクを射出した後、紫外線照射装置によってそのインクを硬化させるという構成を採用することも可能である。なお、インクは、Ｂ（ブラック）のみであってもよいし、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンダ）、Ｙ（イエロー）などのカラーを含んでいても良い。また、ヘッド部２０には、これらのインクを保持したトナーが備え付けられていてもよい。

昇降部３０は、制御部８０による制御に応じて、ヘッド部２０を上下方向（Ｙ軸方向）に昇降させるための要素である。昇降部３０は、例えば電動シリンダなど、ヘッド部２０を上下方向に移動させるのに適した公知のアクチュエータを採用すればよい。図３（ａ）及び図３（ｂ）には、昇降部３０の構成例を示している。昇降部３０は、例えば、ヘッド部２０の左右両端を保持するホルダ３１と、このホルダ３１の上下方向に摺動経路を規制するガイドピラー３２と、ヘッド２０の一端に固定されたスライダ３４と、このスライダ３４を上下に昇降させる垂直シリンダ３４を含む。このように、制御部８０によって垂直シリンダ３４の駆動を制御することで、ヘッド部２０による印刷の高さを制御できる。さらに、昇降部３０は、垂直シリンダ３４とガイドポール３２がベースプレート３５上に設けられている。このため、進退部４０の動作によって、前述した要素３１～３４がベースプレート３５とともに奥行方向（Ｚ軸方向）に進退することとなる。

進退部４０は、制御部８０による制御に応じて、ヘッド部２０を奥行方向（Ｚ軸方向）に進退させるための要素である。すなわち、進退部４０は、搬送部１０を構成するコンベアの搬送方向に対して平面視において直交する方向である幅方向に、ヘッド部２０を進退させるものである。本実施形態において、前述のとおりヘッド部２０は前述の通り昇降部３０により保持されていることから、進退部４０は、この昇降部３０と共にヘッド部２０を幅方向に進退させることとなる。具体的には、進退部４０は、昇降部３０のベースプレート３５を幅方向に進退させる水平シリンダを含んで構成される。このため、制御部８０によって水平シリンダの駆動を制御することで、ヘッド部２０を被印刷物Ｂの印刷対象部位に当接又は近接させることができる。

高さ検出部５０は、搬送部１０の搬送面上に載置された被印刷物Ｂの高さを検出するための要素である。高さ検出部５０としては、例えば反射型の光センサが用いられる。高さ検出部５０を構成する光センサは、搬送部１０の直上に配置され、真下に向かって検査光を出射する。このため、光センサからの光は搬送部１０の搬送面に向かって垂直に出射される。光センサは、投光素子と受光素子を有し、投光素子から出射され被印刷物Ｂの表面にて反射した反射光が受光素子に入射する。受光素子が光を受光すると電気信号に変換されて、その電気信号が制御部８０に伝達される。これにより、制御部８０は、投光素子から出射された光が受光素子に入射するまでの時間に基づいて、光センサから反射表面までの距離を検出できる。具体的には、光センサから搬送面までの距離と光センサから被印刷物Ｂの表面までの距離との差分から、搬送面上における被印刷物Ｂの高さ（全高）を求めることができる。

幅位置検出部６０は、搬送部１０の搬送面上に載置された被印刷物Ｂにおける印刷対象部位の幅方向の位置を検出するための要素である。幅位置検出部６０としては、高さ検出部５０と同様に、例えば反射型の光センサが用いられる。幅位置検出部６０を構成する光センサは、ヘッド部２０と同じく搬送部１０のコンベアの片側に配置されており、ヘッド部２０によって印刷が施される被印刷物Ｂの側面に検査光を当てる。このため、光センサからの光は搬送部１０の搬送面と平行となるように水平に出射される。被印刷物Ｂの側面で反射した検査光を光センサが受光すると電気信号に変換されて、その電気信号が制御部８０に伝達される。これにより、制御部８０は、光センサから被印刷物Ｂの側面までの距離を特定できる。具体的には、制御部８０は、被印刷物Ｂの印刷対象部位の搬送部１０の搬送面上における幅方向における位置を特定できる。

トリガー検出部７０は、搬送部１０の搬送面上に被印刷物Ｂが載置されたか否かを検出するための要素である。トリガー検出部７０の設置は任意である。トリガー検出部７０としては、高さ検出部５０や幅位置検出部６０と同様に、例えば反射型の光センサが用いられる。トリガー検出部７０を構成する光センサは、搬送部１０の搬送方向において、高さ検出部５０及び幅位置検出部６０よりも前の位置に配置されている。トリガー検出部７０は、搬送面上に被印刷物Ｂを確実に検出できるように、幅位置検出部６０と同様に、搬送部１０の搬送面と平行に光を出射するように配置されていることが好ましい。例えば被印刷物Ｂの側面で反射した検査光を光センサが受光すると電気信号に変換されて、その電気信号が制御部８０に伝達される。これにより、制御部８０は、トリガー検出部７０からの電気信号に基づいて、搬送面上に被印刷物Ｂが載置されているか否かを特定できる。

制御部８０は、印刷装置１００全体を制御するための要素である。制御部８０は、制御基板等を含み、高さ検出部５０、幅位置検出部６０、及びトリガー検出部７０の各種センサからの検出情報に基づいて、搬送部１０、ヘッド部２０、昇降部３０、及び進退部４０の制御を行う。また、制御部８０は、所定のプログラムに従って制御処理を実行するＣＰＵ等のプロセッサを含んで構成されたものであってもよい。

具体的に説明すると、封函機（図示省略）によりダンボール箱等の被印刷物Ｂが閉じられると、印刷装置１００の搬送部１０を構成するコンベア上に被印刷物Ｂが載置される。搬送部１０は、この被印刷物Ｂを搬送方向下流に向かって搬送する。搬送部１０の搬送面上に置かれた被印刷物Ｂは、まずトリガー検出部７０により検出される。すると、制御部８０は、トリガー検出部７０からの検出情報に基づいて、高さ検出部５０及び幅位置検出部６０による検出を開始する。次に、被印刷物Ｂは、さらに搬送方向下流に搬送されると、高さ検出部５０によりその高さが検出されるとともに、幅位置検出部６０により搬送面上における幅方向の位置が検出される。これらの検出情報は、制御部８０へと伝達される。

続いて、制御部８０は、高さ検出部５０及び幅位置検出部６０からの検出情報に基づいて、昇降部３０及び進退部４０の制御を行う。すなわち、制御部８０は、高さ検出部５０の検出情報から被印刷物Ｂの全高を特定して、ヘッド部２０の高さが被印刷物Ｂの側面の印刷対象部位の高さに揃うように昇降部３０を制御する。例えば、被印刷物Ｂの印刷対象部位の高さは、被印刷物Ｂのサイズ（主に全高）ごとに異なるように設定されていてもよい。例えば、あるサイズの被印刷物Ｂについては搬送面から第１の高さに印刷対象部位が設定され、別のサイズの被印刷物Ｂについては搬送面から第２の高さに印刷対象部位が設定されているといったように、サイズごとに印刷対象部位の高さを設定できる。これにより、被印刷物Ｂのサイズに応じた適所に所定の印刷を施すことが可能となる。

また、制御部８０は、幅位置検出部６０の検出情報から搬送面上における被印刷物Ｂの側面（印刷対象部位）の幅方向の位置を特定し、ヘッド部２０がこの被印刷物Ｂの側面（印刷対象部位）に当接又は近接するように進退部４０を制御する。より印刷を確実の行うためにヘッド部２０は被印刷物Ｂの側面に接触することが好ましいが、インクジェット方式等により印刷を行える程度の距離でヘッド部２０と被印刷物Ｂの側面の間に間隙が存在していても問題はない。

また、制御部８０は、昇降部３０及び進退部４０を制御してヘッド部２０を被印刷物Ｂの側面（印刷対象部位）に近づけた後、このヘッド部２０からインクを射出して、その側面に所定の文字情報等を印刷する。印刷する文字情報等は、被印刷物Ｂの種類やサイズに応じて適宜変更できる。制御部８０は、被印刷物Ｂに印刷する文字情報を記憶するための記憶装置を有していてもよい。また、被印刷物Ｂに印刷する文字情報は、コントローラ等を利用して、操作者が制御部８０に直接入力したり、あるいは操作者が複数の候補の中から選択することも可能である。

このように、本発明に係る印刷装置１００では、被印刷物Ｂを印刷用のヘッド部２０に近づけるのではなく、被印刷物Ｂの印刷対象部位に対してヘッド部２０を近づけるように移動させることとしている。このため、被印刷物Ｂのサイズや被印刷物Ｂが載置された搬送面上の位置によらずに、あらゆる被印刷物Ｂに対して汎用的かつ連続的に所定の印刷を行うことができる。また、一般的に被印刷物Ｂをヘッド部２０に近づけるためには搬送部１０による搬送距離を長く確保する必要があるが、本発明によれば搬送部１０の全長をコンパクトにすることが可能である。

図４は、搬送部１０の搬送面上における被印刷物Ｂの傾きを検出する方法を示している。図４に示されるように、図４に示した例では、被印刷物Ｂの搬送中に、幅位置検出部６０が同じ被印刷物Ｂの側面までの距離を一定時間間隔（例えば１秒）で２回に亘って検出するように、制御部８０は幅位置検出部６０を制御している。このとき、第１回目の側面の検出点をＰとし、第２回目の側面の検出点をＱとする。この場合に、搬送方向（Ｘ軸方向）における第１の検出点Ｐから第２の検出点Ｑまでの距離ｌは、搬送部１０による被印刷物Ｂの搬送速度ｖと検出点Ｐ，Ｑの間の時間間隔ｔから求められる（ｌ＝ｖ×ｔ）。また、奥行き方向（Ｚ軸方向）における検出点Ｐ，Ｑの幅差分Δｄは、幅位置検出部６０を構成する光センサから第１の検出点Ｐまでの距離ｄ_１と同光センサから第２の検出点Ｑまでの距離ｄ_２から求められる（Δｄ＝｜ｄ_１－ｄ_２｜）。また、搬送方向（ｘ軸）に対する検出点Ｐ，Ｑを繋ぐ線分の傾きθは、距離ｌと幅差分Δｄから求められる（θ＝ｔａｎ^－１（Δｄ／ｌ））。

この場合に、制御部８０は、上記のようにして求めた幅差分Δｄ及び／又は傾きθが所定の正常範囲内であるかを判定する。幅差分Δｄ及び／又は傾きθが正常範囲である場合には、被印刷物Ｂの側面（特に検出点Ｐ，Ｑが属する面）について、ヘッド部２０により適切に印刷ができるといえるため、制御部８０は、被印刷物Ｂの搬送を継続する。一方で、幅差分Δｄ及び／又は傾きθが正常範囲ではない場合、被印刷物Ｂの側面がヘッド部２０により適切に印刷ができないほど傾いて配置されているといえるため、制御部８０は、被印刷物Ｂの搬送を一時的に停止する。その際に、制御部８０は、作業員に対して音や光で警報を発することとしてもよい。これにより、搬送上面の被印刷物Ｂの配置の向きが悪いことが原因で、被印刷物Ｂの側面に対する印刷品質が低下するという問題を解消できる。

以上、本願明細書では、本発明の内容を表現するために、図面を参照しながら本発明の実施形態の説明を行った。ただし、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本願明細書に記載された事項に基づいて当業者が自明な変更形態や改良形態を包含するものである。

１０…搬送部 ２０…ヘッド部 ３０…昇降部
４０…進退部 ５０…高さ検出部 ６０…幅位置検出部
７０…トリガー検出部 ８０…制御部 １００…印刷装置

Claims (4)

1. 被印刷物を一定方向に向かって搬送する搬送部（１０）と、
   インクの吐出部を含むヘッド部（２０）と、
   前記ヘッド部を上下方向に昇降させるための昇降部（３０）と、
   前記ヘッド部を前記搬送部の搬送方向に対して平面視において直交する方向である幅方向に進退させるための進退部（４０）と、
   前記搬送部の搬送面における前記被印刷物の高さを検出するための高さ検出部（５０）と、
   前記搬送部の搬送面上における前記被印刷物の前記幅方向における位置を検出するための幅位置検出部（６０）と、
   前記高さ検出部及び前記幅位置検出部による検出情報に基づいて、前記ヘッド部が前記被印刷物の印刷対象部位に当接又は近接するように前記昇降部及び前記進退部を制御する制御部（８０）を含む
   印刷装置。
2. 前記搬送部の搬送方向において、前記高さ検出部及び前記幅位置検出部より前に、前記搬送部の搬送面上の前記被印刷物を検出するトリガー検出部（７０）をさらに含み、
   前記制御部は、前記トリガー検出部が前記被印刷物を検出した場合に、前記高さ検出部及び前記幅位置検出部が検出を開始するようにこれらを制御する
   請求項１に記載の印刷装置。
3. 前記搬送部による前記被印刷物の搬送移動中に前記ヘッド部を介して前記被印刷物の印刷対象部位に印刷を行う
   請求項１又は請求項２に記載の印刷装置。
4. 前記幅位置検出部は、特定位置に設置され、前記被印刷物の側面までの距離を測定するものであり、
   前記制御部は、前記被印刷物の搬送中に前記幅位置検出部に前記被印刷物の側面までの距離を少なくとも２度測定させ、その測定値に基づいて前記搬送方向に対する前記被印刷物の側面の傾きが正常な範囲であるか否かを判定する
   請求項１から請求項３のいずれかに記載の印刷装置。

Images