JP3682908B2 - グラビア彫刻装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、画像データに応じてグラビアシリンダーにグラビア印刷用のセル（小孔）を彫刻するグラビア彫刻装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
グラビアシリンダーにグラビア印刷用のセルを形成する装置の１つとして、ダイヤモンド製のバイト（彫刻針）を備えたスタイラスの振動により当該シリンダー表面を機械的に彫刻するグラビア彫刻装置がある。このグラビア彫刻装置では、回転するシリンダーに対し前記スタイラスを備えた彫刻ヘッドをシリンダー軸芯方向に沿って移動させることで前記シリンダー上を走査して彫刻を行う。（以下、シリンダーの回転方向を主走査方向、シリンダーの軸線方向を副走査方向という）そしてグラビア印刷では、前記セルの大きさ（深さや幅）により転写するインキ量が決まり、画像の濃淡を表現することができる。
【０００３】
一方、一般的なグラビアシリンダーは鉄芯に銅メッキがなされたものであって、当該シリンダー表面には微妙な湾曲（凹凸）が存在する。そしてシリンダー周面に湾曲があると、前記スタイラスの振動量が正確であっても、彫刻されるセルの大きさが正確に反映されず、前記湾曲量に起因して画像濃度に変動が生じてしまうという問題がある。
【０００４】
従って、従来のグラビア彫刻装置では、前記彫刻ヘッドとシリンダー表面との間隔を一定に保つためにシューと呼ばれる摺接手段が彫刻ヘッドに設けられていた。このシューが備えられた彫刻ヘッドは前記シリンダー表面に対し接離する方向に移動可能に設けられており、またシューが常にシリンダー表面に対し当接するよう付勢されていた。従って、シリンダー周面に湾曲があっても、前記シューがシリンダー表面上に沿って摺動することで、シューとシリンダー表面との間隔、すなわち彫刻ヘッドとシリンダー表面との間隔を一定に保つことができた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記シューを用いたグラビア彫刻装置では、彫刻ヘッドとシリンダー表面との間隔を一定に保つことはできるが、まだ次の点で問題があった。すなわち、前記シューとスタイラスとは物理的に同位置には設けることができないので、近接して設けられても数ｍｍの間隔が開く。従って、実際の彫刻が行われるスタイラスの位置とシューの位置とでシリンダー表面の凹凸が異なる場合はセルの大きさは変動する。例えばシリンダー作成工程では、メッキ処理の後その周面を砥石などにより研磨する工程があるが、この場合シリンダー表面には前記砥石の幅に応じて微妙な凹凸が線状に存在する、所謂、研磨ムラがあった。このシリンダーの凹凸により従来のシューを使用したグラビア彫刻装置であっても画像ムラが生じる可能性がある。特に特願平１０−１５８１８０号に示すように複数の彫刻手段を併設した場合や、彫刻手段をシリンダー回転方向に沿った縦方向に駆動する場合には、スタイラスとシューとの間隔を小さくできないため上記問題は発生しやすい。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、スタイラスとシューとの間隔が大きくても画像ムラなどが生じないグラビア彫刻装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、シリンダーを回転可能に支持するシリンダー支持手段と、前記シリンダーに対し彫刻針を振動させてセルを形成する彫刻ヘッドと、前記彫刻ヘッドをシリンダーの軸線方向に沿って移動させる副走査テーブルとを備え、前記彫刻針に先導してシリンダー表面を摺接する摺接部材を前記彫刻ヘッドに設けることで前記彫刻ヘッドがシリンダーの湾曲に応じて移動するグラビア彫刻装置において、前記彫刻ヘッドによる彫刻動作とともに、前記彫刻ヘッドの前記シリンダーに向かう方向への移動量を測定する測定手段と、前記測定手段により測定した移動量をシリンダー上の座標に対応させて記憶する記憶手段と、前記記憶手段により記憶した移動量に応じて、前記彫刻針の振動量を補正する補正手段と、を有する。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記摺接部材は、前記シリンダーの軸方向に関して距離Ｐだけ前記彫刻針を先導しており、前記補正手段は、前記彫刻針によって前記シリンダー上に形成される彫刻ラインの間隔を彫刻ライン間隔ＰＸとしたときに、現在の彫刻ラインよりもｍライン前（ただし、ｍ＝ｉｎｔ（Ｐ／ＰＸ）；ｉｎｔ（ｘ）は、変数ｘの整数部を出力する関数）の前記彫刻ヘッド移動量を前記記憶手段から読み出し、当該読み出した彫刻ヘッドの移動量と現在の彫刻ヘッドの移動量との差分に応じて前記彫刻針の振動量を補正する。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２いずれかに記載の発明において、前記補正手段は、読み出した移動量と現在の彫刻ヘッドの移動量との差分を、彫刻データに対するオフセット量として加算することにより前記彫刻針の振動量を補正する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係るグラビア彫刻装置のシリンダー軸線方向から見た断面図、図２は同方向から見た彫刻ヘッドの拡大図、図３は彫刻ヘッドを正面から見た平面図である。また、図４は本実施の形態に係るグラビア彫刻装置の主要部を表すブロック図である。
【００１１】
図１において、グラビア彫刻装置は、グラビアシリンダーＣの両端を回転可能に支持するシリンダー支持手段１と、このグラビアシリンダーＣに対し彫刻を行う彫刻ヘッド２と、この彫刻ヘッドを前記シリンダーの軸線方向に沿って移動させる副走査移動手段３と、これら各部を制御するための制御手段４（図４に図示）とからなる。
【００１２】
シリンダー支持手段１は、グラビアシリンダーＣを挟持するためシリンダーの両端に形成された貫通孔に対し嵌装される１対の保持部材１１と、この保持部材１１をそれぞれ対向した状態で回転可能に支持する１対の支持台１２と、この支持台１２の少なくとも一方を他方の支持台１２に対し接離する方向に移動させる支持台移動手段１３とからなる。なお、前記保持部材１１の少なくとも一方は駆動モータ１４（図４に図示）によって回転するように構成されており、これによりグラビアシリンダーＣを回転駆動させることができる。そして前記グラビアシリンダーＣの回転位置（主走査方向座標）は回転軸と同軸に設けられたエンコーダ１５（図４に図示）により検出される。
【００１３】
前記支持台移動手段１３は、サイズの異なるグラビアシリンダーＣを挟持するために前記一方の支持台１２をシリンダーの軸線方向（図１において紙面に直交する方向）に移動させるものであって、一方の支持台１２を前記移動方向に案内する２本のガイド部材１６と、この支持台１２を直線駆動するためのボールネジ手段１７と、このボールネジ手段１７を回転駆動するための図示しない駆動モータとからなる。
【００１４】
彫刻ヘッド２は、図２および図３に示すように、彫刻ヘッド本体２１と、この彫刻ヘッド本体２１に対し設けられた彫刻手段２２と、この彫刻手段２２に並列して前記彫刻ヘッド本体２１に固設されたシュー２３とからなる。
【００１５】
彫刻ヘッド本体２１は前記彫刻手段２２を収納する筐体であって、後述するヘッド載置テーブル３３上において前記グラビアシリンダーＣに向かう方向に回動可能なように設けられている。彫刻手段２２は、図示しない電磁駆動機構により振動するスタイラス２４を備えており、このスタイラスの先端には前記グラビアシリンダーＣを彫刻するためのバイト２５が設けられている。シュー２３はグラビアシリンダーＣの周面に当接した状態で摺動可能な耐摩耗性部材からなり、前記彫刻ヘッド２とシリンダーとの間の距離を一定に保つように、前記彫刻ヘッド本体２１から予め定められた量だけシリンダー側に突出している。なおシュー２３の突出量はマイクロメータ２６によって手動調整可能なように構成されている。
【００１６】
前記副走査移動手段３は、図１に示すように、副走査テーブル３１と、この副走査テーブル３１を前記グラビアシリンダーＣの軸線方向（副走査方向）に沿って移動させるテーブル移動手段３２とからなる。前記副走査テーブル３１は前記グラビアシリンダーＣに対し接離する方向に直線移動するヘッド載置テーブル３３を備え、このヘッド載置テーブル３３上には、図２に示すように、前記彫刻ヘッド２が軸３４を中心として回動可能なように支持されている。そして彫刻ヘッド２は、ヘッド載置テーブル３３に設けられたバネ３５によって、常にシュー２３がシリンダー表面に当接するように付勢されている。この構成によりシリンダー表面に湾曲があっても彫刻ヘッドとシリンダーとの間の間隔を一定に保つことができる。
【００１７】
また図２に示すようにヘッド載置テーブル３３には、前記グラビアシリンダーＣの湾曲量を測定するために前記彫刻ヘッド２の回動による移動量を検出する変位センサー３６が備えられている。この変位センサー３６は、例えば光学式センサーであって、前記彫刻ヘッドの下端部までの距離から彫刻ヘッド２の移動量を検出するものである。なお、この実施の形態では、前記変位センサー３６は、前記軸３４からシュー２３までの距離と同じ距離だけ離れた位置に配置されているため、前記変位センサー３６の検出量は前記シューによる彫刻ヘッド２の移動量、すなわちグラビアシリンダーＣの湾曲量と等しいようになっている。以下、単に「彫刻ヘッド２の移動量」と記載する場合は、彫刻ヘッド２がシュー２３によってグラビアシリンダーＣに対して接離する方向に移動する量、すなわちグラビアシリンダーＣの湾曲量を表すものとする。
【００１８】
図１に戻って、テーブル移動手段３２は前記副走査テーブル３１を副走査方向に案内する２本のガイド部材３７と、この副走査テーブル３１を直線駆動するボールネジ手段３８と、このボールネジ手段３８を駆動するための駆動モータ３９（図４に図示）とからなる。なお、このテーブル移動手段３２にもエンコーダ４０（図４に図示）が設けられており、彫刻ヘッド２の副走査位置（副走査方向座標）を検出することができる。
【００１９】
制御手段４は、各種入出力手段や信号処理手段などを備えたマイクロコンピュータを基幹とするシステムであって、記憶手段としてのメモリ４１を備える。
図４において、この制御手段４は、駆動モータ１４と駆動モータ３９に対し接続されており、制御信号を出してグラビアシリンダーＣの主走査方向の回転と副走査テーブルの副走査移動とを行なう。そして制御手段４は彫刻ヘッド２の彫刻手段２２にも接続されており、画像データに応じた彫刻信号を与えて前記グラビアシリンダーＣ上にセルの彫刻を行う。またグラビアシリンダーＣ上における前記彫刻ヘッド２の座標位置は、前述したエンコーダ１５とエンコーダ４０とからの出力によって検出することができる。なお、本実施の形態では、彫刻ヘッド２の座標は、前記バイト２５が位置する座標を表すものとする。
【００２０】
一方、制御手段４は、前記変位センサー３６にも接続されており、変位センサー３６からの出力によって、彫刻ヘッド２の移動量を検出することができる。上記のように本実施の形態では、制御手段４は各部の制御と、本発明に係る補正量の演算などのデータ処理とを行う。
【００２１】
次に図５および図６を用いて本発明の動作説明を行う。なお図５は彫刻手段２２のバイト２５の位置とシュー２３の位置との関係を模式的に表した説明図、図６は本実施の形態における彫刻動作を表すフロー図である。
【００２２】
まず図５（Ａ）において、丸印はシュー２３の位置を、三角印はバイト２５の位置を表しており、両者は彫刻ヘッド２上において副走査方向に距離Ｐだけ離れて配置されているものとする。またグラビアシリンダーＣ上における副走査方向における彫刻ライン間隔をＰｘとし、彫刻開始からｊ番目の主走査ラインにおけるｉ番目のセルの位置をグラビアシリンダーＣ上の座標として（ｉ，ｊ）で表すものとする。
【００２３】
この状態では、図５（Ｂ）で示すようにバイト２５がグラビアシリンダーＣにおけるｎ番目の彫刻ライン（図においてｊ＝ｎで示すライン）上で彫刻する場合、シュー２３は副走査方向に距離Ｐだけ先行した位置に当接しており、前記座標に換算すると、ｍ＝Ｐ／Ｐｘライン分だけ副走査方向に先行する。ただしＰ／Ｐｘは整数にならない場合があるため、本実施の形態では前記ｍは、ｍ＝ｉｎｔ（Ｐ／Ｐｘ）として扱う。（ここでｉｎｔ（ｘ）は、変数ｘの整数部を出力する関数である。）このようにバイト２５とシュー２３との間は距離Ｐだけ隔たっているため、この間でシリンダーの湾曲量に差異がある場合は彫刻量に誤差が生じる。
【００２４】
そこで本発明では、（Ｃ）で示すようにシュー２３がｊ＝ｎライン上に位置するときの彫刻ヘッド２の移動量を予め記憶しておき、この移動量と現在の移動量との差分に基づいて彫刻信号を補正するようにしている。なお一般的なグラビア彫刻装置では前記距離Ｐは数mm、彫刻ライン間隔Ｐｘは数十μｍのオーダーであるため、前記ｍの小数部を無視しても従来よりは遙かに高い精度が得られることになる。
【００２５】
以下、彫刻フローについて説明する。図６において、まず本グラビア彫刻装置ではステップＳ１において、各部の原点復帰や使用変数のリセット、例えばｉ＝１、ｊ＝１などの初期設定を行う。次にステップＳ２では、グラビアシリンダーＣの回転と彫刻ヘッド２の副走査を開始する。そして彫刻開始ライン（ｊ＝１ライン）よりも所定ライン数ｍだけ先行して彫刻ヘッド２の移動量を測定する。なお、ｍライン分先行して移動量が測定されるのは、彫刻開始時の位置での移動量を予め準備しておく必要があるからである。このようにして測定した移動量は、シュー２３の位置する座標に応じてメモリ４１に記憶される。
【００２６】
彫刻ヘッド２が彫刻開始位置につけば、ステップＳ３に進む。なお以降のステップＳ３からステップＳ８までは、グラビアシリンダーＣの主走査方向座標ｉが＋１されるまでのリアルタイム中に行われる。
【００２７】
まずステップＳ３では、彫刻ヘッド２が座標（ｉ，ｊ）に移動し、この座標に関係する彫刻データα（ｉ，ｊ）を制御手段４が図示しない記憶手段などから読み込む。次のステップＳ４では、前記変位センサー３６により現在の彫刻ヘッド２の移動量Ｘを測定する。ここで、移動量Ｘは前記制御手段４によってシュー２３の座標（ｉ，ｊ＋ｍ）に関連付けてメモリ４１に記憶される。
【００２８】
ステップＳ５では、制御手段４内において、バイト２５が現在位置する座標（ｉ，ｊ）に対応して予め記憶した移動量Ｘ’がメモリ４１から読み込まれる。
ステップＳ６では、制御手段４によりステップＳ３およびＳ４で得た補正量ＸおよびＸ’から、補正量Ｅ＝Ｘ’−Ｘを演算する。
【００２９】
ステップＳ７では、制御手段４により、前記ステップで得た補正量Ｅにて彫刻データα（ｉ，ｊ）を補正する。具体的には、彫刻データαに対し補正量Ｅをオフセット量として加算すればよい。
ステップＳ８では、補正した彫刻データに基づく彫刻信号が彫刻ヘッド２に送られて彫刻動作がなされる。ステップＳ９では、主走査方向座標ｉを＋１増加してステップＳ１０に進む。ここでステップＳ１０で主走査方向座標ｉが所定値に達すれば１ライン分の彫刻が終了したと判断してステップＳ１１に進む。１ライン分の彫刻が終了していない場合は、ステップＳ３に戻って次のセルの彫刻動作を行う。
【００３０】
ステップＳ１１では、副走査方向座標ｊが＋１増加して、彫刻ヘッド２が副走査方向に移動する。なお主走査方向座標ｉは初期値１にリセットされる。
ステップＳ１２では、副走査方向座標ｊが所定値に達していれば全体の彫刻作業の終了と判断する。次のラインの彫刻があれば、ステップＳ３に戻って彫刻動作を行う。
【００３１】
［第２の実施の形態］
上記実施の形態では、彫刻ヘッドに接触式のシューを用いたが、彫刻ヘッドに非接触式の距離検出センサーを備え、この距離検出センサーの検出値（ヘッドからグラビアシリンダーの表面までの距離）に基づいて前記彫刻ヘッドをシリンダーに対し接離する方向に駆動する方式が考えられ、例えば特開平６−２４２８３２号に記載された装置がある。この場合でも、前記スタイラスと距離検出センサーとは物理的に同じ位置に設けられないという問題がある。以下、本発明を、非接触で彫刻ヘッドのシリンダーに対する距離を制御する方式の彫刻装置に応用した場合を説明する。
【００３２】
図７は、非接触式で彫刻ヘッドを制御する構成を示す図である。図において、彫刻ヘッド１００は副走査テーブル１０１上で、グラビアシリンダーＣに対し接離する方向へ移動可能に支持されている。そして彫刻ヘッド１００には、グラビアシリンダーＣを彫刻するための彫刻手段１０２と、彫刻ヘッド１００とグラビアシリンダーＣとの間の距離を測定するための距離検出センサー１０３とが設けられている。なお距離検出センサー１０３としては、光学式、静電容量式などの非接触で被測定物との距離を測定可能なセンサーを用いる。
【００３３】
この彫刻手段１０２と距離検出センサー１０３とは物理的に同じ位置には設けられないので、距離検出センサー１０３が彫刻手段１０２に対し走査方向で距離Ｐ’だけ先行するように配置されている。そして彫刻ヘッド１００は駆動手段１０４によりグラビアシリンダーＣに対し接離する方向に駆動される。ここで駆動手段１０４としては、積層した圧電素子による圧電アクチュエータを用い、制御手段からの信号に応じて微小量の押圧変位を彫刻ヘッド１００に与えるものである。また圧電アクチュエータの代わりにボイスコイルモータなどを用いて駆動するようにしても良い。
なお駆動手段１０４は微小量を高速移動させるためのものであるため、グラビアシリンダーＣの直径の変更に対応するように別途移動量が大きい駆動手段を併設してもよい。
【００３４】
このグラビア彫刻装置では、距離検出センサー１０３が検出した距離を距離検出センサー１０３に対応する座標で記憶手段に記憶する。この距離検出センサーの座標は、先に説明した実施の形態におけるシューの座標の関係と同じである。
【００３５】
この後彫刻手段１０２が当該座標に位置するときには、対応する座標で記憶した値を読み出し、その値に基づいて前記駆動手段１０４を駆動して彫刻ヘッドを位置決めすることができる。この実施の形態においても、彫刻手段１０２と距離検出センサー１０３との距離差に起因するような彫刻ムラを極力防止することができる。
【００３６】
［その他の実施の形態］
（１）上記第１および第２の実施の形態では、彫刻動作とともに彫刻ヘッドの移動量（もしくは彫刻ヘッドとシリンダーとの間の距離）を順次検出してリアルタイムに補正するようにしているが、予めシリンダーの全面に渡って彫刻ヘッドの移動量（もしくは彫刻ヘッドとシリンダーとの間の距離）を測定しておいても良い。この場合リアルタイム処理の負荷が少なくなるため、高速な彫刻システムにも採用しやすいという利点があるが、２回走査しなければならないという問題もある。従って、予めシリンダーの全面に渡って彫刻ヘッドの移動量（もしくは彫刻ヘッドとシリンダーとの間の距離）を測定しておく場合は、多少精度は悪くなるが例えば副走査方向の送り量を増加するなど実際の彫刻動作よりも低い解像度で前記測定を行うことが考えられる。
【００３７】
（２）本発明は、特願平１０−１５８１８０号に示すように複数の彫刻ヘッドを併設した場合や、彫刻手段をピエゾ素子を用いて主走査方向に沿って振動させる場合にも適用することができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明におけるグラビア彫刻装置によれば、彫刻ヘッドにおけるシュー（もしくは距離検出センサー）と彫刻手段との間隔が大きくても正確な彫刻が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に用いるグラビア彫刻装置の断面を示す図。
【図２】図１における彫刻ヘッドの拡大図。
【図３】同彫刻ヘッドの正面図。
【図４】同グラビア彫刻装置の制御を示すブロック図。
【図５】同彫刻ヘッドにおけるシューと彫刻手段との間隔を説明するための図。
【図６】同グラビア彫刻装置における彫刻動作のフローを示すフロー図。
【図７】第２の実施の形態における彫刻ヘッドを説明するための図。
【符号の説明】
１ シリンダー支持手段
２ 彫刻ヘッド
３ 副走査移動手段
４ 制御手段
２２ 彫刻手段
２３ シュー
２５ バイト
３１ 副走査テーブル
３６ 変位センサー
４１ メモリ
１００ 彫刻ヘッド
１０１ 副走査テーブル
１０２ 彫刻手段
１０３ 距離検出センサー
１０４ 駆動手段
Ｃ グラビアシリンダー
Ｅ 補正量
Ｘ，Ｘ’彫刻ヘッドの移動量（グラビアシリンダーの湾曲量）
α 彫刻データ

Claims (3)

1. シリンダーを回転可能に支持するシリンダー支持手段と、前記シリンダーに対し彫刻針を振動させてセルを形成する彫刻ヘッドと、前記彫刻ヘッドをシリンダーの軸線方向に沿って移動させる副走査テーブルとを備え、前記彫刻針に先導してシリンダー表面を摺接する摺接部材を前記彫刻ヘッドに設けることで前記彫刻ヘッドがシリンダーの湾曲に応じて移動するグラビア彫刻装置において、
   前記彫刻ヘッドによる彫刻動作とともに、前記彫刻ヘッドの前記シリンダーに向かう方向への移動量を測定する測定手段と、
   前記測定手段により測定した移動量をシリンダー上の座標に対応させて記憶する記憶手段と、
   彫刻針の位置する座標に対応して予め記憶された移動量を前記記憶手段から読み出すとともに、読み出した移動量と現在の彫刻ヘッドの移動量との差分に応じて、前記彫刻針の振動量をリアルタイムに補正する補正手段と、を有するグラビア彫刻装置。
2. 前記摺接部材は、前記シリンダーの軸方向に関して距離Ｐだけ前記彫刻針を先導しており、
   前記補正手段は、前記彫刻針によって前記シリンダー上に形成される彫刻ラインの間隔を彫刻ライン間隔ＰＸとしたときに、現在の彫刻ラインよりもｍライン前（ただし、ｍ＝ｉｎｔ（Ｐ／ＰＸ）；ｉｎｔ（ｘ）は、変数ｘの整数部を出力する関数）の前記彫刻ヘッド移動量を前記記憶手段から読み出し、当該読み出した彫刻ヘッドの移動量と現在の彫刻ヘッドの移動量との差分に応じて前記彫刻針の振動量を補正することを特徴とする、請求項１に記載のグラビア彫刻装置。
3. 前記補正手段は、読み出した移動量と現在の彫刻ヘッドの移動量との差分を、彫刻データに対するオフセット量として加算することにより前記彫刻針の振動量を補正することを特徴とする、請求項１または請求項２いずれかに記載のグラビア彫刻装置。

Images