JP5803019B2 - 印刷方法および印刷用治具 - Google Patents

Description

本発明は、印刷方法および印刷用治具に関するものである。

従来、三次元顔面成形体への印刷方法及び印刷用治具に関し特許文献１記載の発明が知られている。当該発明は、顔面像をコンピュータとインク噴射式印刷機を介して三次元顔面成形体に印刷するシステム等に関するものであり、平板状の印刷用治具の上面に、被印刷物である表面を立体的に形成した三次元顔面成形体を装着し、インク噴射式印刷機を用いて立体的な三次元顔面成形体の表面に印刷を行うというものである。
三次元顔面成形体は、人形体の顔の一部を模した立体的な造形物として形成されており、当該立体的な造形物の表面に、インク噴射式印刷機を用いて目、口、鼻等の顔画像を印刷するものである。そして、印刷が完了した三次元顔面成形体をキャラクター本体の頭部に嵌め込むことで、印刷による目、口、鼻等の顔画像が設けられた人形体の頭部を形成するものである。

特開２００８−６２６３４号公報

上記の例では、顔を印刷した人形体の頭部を形成するために、別体として形成した三次元顔面成形体を設けて顔画像を印刷し、当該顔画像を印刷した三次元顔面成形体をキャラクター本体の頭部に嵌め込むことで、人形体の頭部を形成している。
このように人形体の頭部を２分割体としたのは、立体物の表面に印刷しようとすると、水平移動するインク噴射式印刷機のノズルと、立体的である被印刷面との間に高低差が生じ、ノズルと被印刷面との間隔に印刷の限界を超えた部分が生じて印刷できない箇所が発生するからである。
また、印刷のためだけに立体物を複数の部品で構成するのは設計上および製品制作上の工数面から見ても無駄である。本発明は当該事情に鑑み発明されたものであって、被印刷物となる立体物を分割することなく、インク噴射式印刷機を用いて立体物の表面に印刷を行うことができる方法および当該方法に用いる治具を提供することを目的とするものである。

また、インク噴射式印刷機を用いた印刷では、印刷機のノズルからの距離が２ｍｍ程度を超えるとインクが拡散して印刷の品質が悪化するため、立体物への印刷といっても２ｍｍ程度の高低差内に収まる範囲にしか印刷ができないものであった。したがって、立体物といっても小さな物品であるか、若しくは多少の盛り上がりを有する程度の立体物にしか印刷ができないものであった。
本発明は当該事情に鑑み発明されたものであって、従来と同様のインク噴射式印刷機を用いつつ、印刷範囲を広げることができる方法および当該方法に用いる治具を提供することも目的の一つとするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を有する。すなわち、
立体的な被印刷物を固定する固定面を有した印刷治具と、当該印刷治具を装着可能な印刷部を有したインク噴射式印刷機を用いた印刷方法であって、
前記印刷治具の固定面を、インク噴射式印刷機が有するノズルの移動面に対して傾斜した傾斜面によって構成し、
前記被印刷物を前記傾斜面に固定した後に、前記ノズル部に対向し近接した当該被印刷物の表面に印刷を行い、
前記印刷の後、前記傾斜面に固定した被印刷物の反転若しくは被印刷物を固定した固定面自体の回動若しくは固定面の傾斜方向を異ならせた他の印刷治具への装着によって、前記印刷が行われた部位と印刷が行われていない部位を入れ代え、新たに前記ノズル部に対向し近接した被印刷物の印刷が行われていない部位に印刷を行うことを特徴とする。
また、インク噴射式印刷機の印刷部に装着可能な立体的な被印刷物の印刷治具であって、
前記被印刷物を着脱可能に装着することができる固定面を有するとともに、
当該固定面をインク噴射式印刷機が有するノズルの移動面に対して傾斜させたことを特徴とする。

本発明は、インク噴射式印刷機を用いて立体的な被印刷物の表面に印刷を行う場合に、印刷機のノズル部に対向する被印刷面(印刷部位)を、印刷治具を用いることによって変えることができるものである。すなわち、ノズル部からの距離が遠くなって一度では印刷ができない立体物の印刷範囲（被印刷面）を複数領域に分けて印刷することを可能とするものであって、領域の分割数に応じてノズル部に対向する印刷領域を段階的に変化させるものである。
最も単純な例は、発明を実施するための形態に記載した如く、被印刷物を４５度傾斜した取付面に固定して印刷を行い、一方の面を印刷した後にノズル部からの距離が遠いために印刷が行われない領域を、被印刷物を付け替え（若しくは別の印刷治具に付け直し、あるいは印刷治具が備える機構による被印刷物の回動）によって印刷ができるようにノズル部に対向させるというものである。
一般的なインク噴射式印刷機は、一定の送り量で移動する被印刷物の表面に、一軸上を往復移動するノズル部によってインクを噴射するものである。したがって、通常の使用形態としては２次元的な平面上に印刷を行うものであるから、高度なプログラムによって動作するロボットアームを有する塗装機械のような三次元的な動作によって立体表面に印刷を行うものではない。
しかしながら、本発明は平面用の印刷機を用いた場合であっても、印刷品質が悪化することのないインクの到達可能距離の範囲で被印刷物の向きを変えつつ、複数回に分けて印刷を行うことによって、安価かつ容易に立体物の表面にも印刷を行うことができるという効果を有するものである。

本発明に係る印刷治具の一例を表した外観図である。 本発明によって印刷を行う被印刷物の一例を表した説明図である。 本発明に係る印刷治具の細部を表した外観図である。 本発明に係る印刷治具と被印刷物を表した説明図である。 本発明に係る印刷方法を説明するための説明図である。 本発明に係る印刷治具の他の例を表した外観図である。 本発明に係る印刷治具のさらに他の例を表した写真である。

図１は本発明に係る印刷システムに用いる印刷治具１を表し、図２は当該印刷治具１に装着される被印刷物として形成された人形体の頭部模型２の説明図を表している。
印刷治具１は、平板状に形成されたトレー３を有している。当該トレー３は、アルミニウムや鉄等の金属板によって形成されたものであり、印刷装置内の印刷位置に着脱可能に固定されるように形成されたものである。
トレー３の上面には、複数個の固定具５が取付けられている。当該固定具５は、一例として細幅の金属板を板金加工によって長手方向に沿って折り曲げた形状に形成されている。そして、折り曲げた金属板の一方をトレー３に対する固定部とし、他方をトレー３の表面に対して４５度の角度で傾斜させた取付面４としたものである。当該取付面４には、頭部模型２が設定された位置および姿勢で着脱可能に精度良く取り付けられるようになっている。

取付面４には、頭部模型２を取り付けるための複数の取付部６が設けられている。本実施の形態に係る取付部６は、一例として一定の条件を満たすように形成された孔（被係合部）として形成されている。当該一定の条件とは、被印刷物となる複数の頭部模型２を定められた位置および姿勢で配置するために必要な条件のことである。
被印刷物を定められた位置および姿勢で配置するために、取付部６となる孔は被印刷物（頭部模型２）の外形的特徴に合致した嵌合部を構成するようになっている。孔の最適な形成方法はレーザー加工機を用いた加工であり、同一形状の孔を同一ピッチで精度良く形成できるものとなっている。
なお、上記取付部として形成した孔には、後述する図７に示した印刷治具のように上端を開放した切欠を有する孔も含まれる。

前記頭部模型２は、一例として直径約１２ｍｍの円柱状に形成されたものであり、別途形成された胴体部に装着される人形の頭部として形成されたものである。図２は当該頭部模型２を表しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は背面図、（ｄ）は平面図、（ｅ）は底面図を表している。なお、形状は円柱状に限らないものであり、後述する印刷装置のノズルに接触しない形状であれば、頭部模型を図７に示したような目、鼻、口等を含む立体的な形状としても差し支えがないものである。
頭部模型２は、頭頂部を模した円柱形状部９と背面側に設けた突起（係合部）７を有している。当該突起７は孔として形成した前記取付部６と精度良く嵌合することで、トレー３上における頭部模型２の位置および姿勢を精度良く固定するようになっている。

上記頭部模型２と取付部６の嵌合構造をさらに詳しく説明する。頭部模型２の背面には、円柱形状部９を除き取付面４と当接する平坦部８を設けている。平坦部８は、取付面４の表面に接することで、当該取付面４に対する頭部模型２表面までの高さを精度良く保つ作用を有している。
また、取付面４上に設けた取付部６（孔）の位置は、トレー３の底面を基準として定められた高さに設けられている。トレー３の底面は、印刷に用いるインク噴射式印刷機に装着される際の基準面となる部位であるので、前記取付部６（孔）の位置は、トレー３の底面を基準として定められている。その結果、頭部模型２の位置および姿勢が印刷装置の内部で精度良く保たれるようになっている。

突起７および円柱形状部９を含む頭部模型２は、前記取付部６によって傾斜した取付面４上に固定される。また、当該取付面４と平行な平面内で頭部模型２が傾いたり回転したりしないように、頭部模型２の突起７および外形と取付部６の関係が定められている。このように、頭部模型２の被印刷部と印刷機のノズルが適正な配置となるような構造を有することで、プログラム制御によって駆動される印刷装置によって頭部模型２の表面上に所定の印刷が行われるようになっている。

一例として、固定具５および取付部６（孔）の具体的な形状を説明する。図３（ａ）は固定具５の傾斜した取付面４を直角を成す方向からみた状態の平面図、図３（ｂ）は前記図３（ａ）に対応する固定具５の側面図を表している。
複数の固定具５の各上縁１０は、トレー３に固定された状態でトレー３の底面からの高さが一定となるように形成されている。印刷機のノズルは、上下せずに水平移動を行うものであるので、この水平移動の際にノズルと固定具５が接触することがないように、上縁１０の位置が定められている。

孔として形成された取付部６の孔（ヌキ）形状は、頭部模型２の位置を高さ方向、横方向（長手方向）の双方において拘束し、かつ取付面４上での回転を抑制することを目的とした形状を有している。
当該目的のため、取付部６のヌキ形状は、第１にトレー３の底面と平行に設けられた２本の平行な側縁１１（１１ａ、１１ｂ）部を有している。当該２本の平行な側縁１１の間隔は、頭部模型２背面の突起（係合部）７の幅と嵌合可能な程度に一致している。
また、上記２本の平行部の両端には、上下方向に幅を拡幅した形状の膨出部１２が設けられている。当該膨出部１２の大きさは、装着された頭部模型２の円柱形状部９が丁度嵌る程度の大きさに形成されている。

上記ヌキ形状を有する取付部６に頭部模型２を装着すると、頭部模型２の平行な２面を有する矩形状の突起７が、取付部６の平行な側縁１１（１１ａ、１１ｂ）の内面と接触し、さらに円柱形状部９が膨出部１２の内面に接触する。この係合によって、図４に示すように、頭部模型２は固定具５の取付面４上において移動することなく固定される。また、本実施の形態では頭部模型２の向きを１８０度反転させても同様の装着が可能となるように、取付部６は対称形状に形成されている。

次に、図５を用いて実際の印刷例について説明する。
はじめに、固定具５の取付面４上に頭部模型２を装着する。取付面４は４５度傾斜した斜面として形成されているので、取付面４上に装着された頭部模型２も傾斜した状態で取り付けられる。このため、傾斜した状態で取り付けられた頭部模型２の表面の概ね半分の面積である半面１３が被印刷面として上方を向くようになっている。
次いで、上記頭部模型２を装着したトレー３を、インク噴射式印刷機に対して装着する。インク噴射式印刷機は、プログラムに従いノズルＰを水平駆動しながら下方にインクを噴射することで印刷を行うようになっている。ノズルＰから噴射されたインクは、ノズルＰからの距離が遠くなるに従って拡散するので、遠すぎると印刷品質が著しく劣化する。本願発明で使用するインク噴射式印刷機は、ノズルＰからの距離が２ｍｍを超えるとインクの飛散によって印刷品質が劣化するので、一度に印刷する領域はノズルＰからの距離Ｈ２が２ｍｍを超えない範囲となっている。
また、印刷機を破損しないよう、ノズルＰから固定具５の最上点までの距離Ｈ１は必ず設けられるようになっている。

本発明に係る印刷方法は、上記のようなノズルＰからの印刷距離Ｈ２が短い印刷機であっても、この印刷距離を超えた高低差を有する立体の表面に印刷を行えるようにしたものである。
上記図５（ａ）に示す状態で印刷を行うと、円柱表面の略半分である半面１３に印刷を行うことができる。図示した例では、頭部模型２の顔の半分に目、鼻、口が印刷されている。上記半面の印刷が終わった後、頭部模型２を固定具５から一旦取り外し、向きを変えて再び装着し印刷を行う。
図５（ｂ）は、半面１３の印刷の後、頭部模型２の向きを変えてトレー３に装着した状態を表している。頭部模型２の向きを反転させると、前工程では印刷可能範囲に無かった半面１４をノズルＰと対向する位置に表出させることができる。この半面１４は、ノズルＰからの距離Ｈ２が２ｍｍを超えない位置に設けられている領域であるので印刷が可能となっている。

なお、当然ながらインク噴射式印刷機も、印刷領域に応じて分割された印刷データに基づいて印刷を行うようになっており、半面ずつ個別に印刷することで一体として一つの印刷物を構成するようになっている。そして、上記の通り半面ずつの印刷が完了すると、頭部模型２の円周の約半分を締める領域に顔の絵が印刷されるようになっている。
また、本実施の形態では、向きを変える前の被印刷物と向きを変えた後の被印刷物を一つのトレー３に装着するようにしているが、被印刷物が複雑な立体的形状を成している場合には、それぞれの向き固有のトレーを設けても差し支えがないものである。すなわち、被印刷物が複雑な形状を有している場合には、片面毎に異なるトレーに装着して印刷を行うようにしてもよいものである。
また、前記本実施の形態は、頭部模型２の背面に取付用の突起（係合部）７を設け、印刷治具１の取付面４に対応する孔を形成したものである。しかしながら、頭部模型の形状は図示した形状に限らず様々な立体的形状を成すものであり、取付用の突起を設けない場合もある。この場合には、頭部模型の外観形状と嵌合する孔を取付面４に形成したり、孔とともに印刷を妨害しないようなガイド用の取付補助具を設けても差し支えがないものである。

また、前記本実施の形態は、取付面の傾斜角度を４５度に形成しているが、当該角度に限るものではなく、さらに被印刷物の形状に応じて可変的に角度が変更できるように構成しても差し支えがないものである。
図６は、取付面を回動可能に形成した印刷治具の他の例を表している。当該印刷治具は、平板状に形成されたトレー３ａを有している。当該トレー３ａは、樹脂、アルミニウムや鉄等の板状体によって形成されたものであり、印刷装置内の印刷位置に着脱可能に固定されるように形成されたものである。
トレー３ａの上面には、複数個の固定具１５が取付けられている。当該固定具１５は、一例として細幅の金属板として形成された取付面４ａを設けるとともに、両端部を折り曲げてトレー３ａの軸部１６によって回動可能に支持されるものである。取付面４ａ上には、前述した取付面４と同様に孔等による被印刷物２ａの取付部が設けられている。

そして、前述した例と同様に、取付面４ａに被印刷物２ａを取り付けた後印刷機に装着し、ノズル側に面した半面１３ａに所定の印刷を行う（図６ａ参照）。次いで、取付面４ａを設けた固定具１５を軸部１６を中心にＲ方向に回動させると半面１４ａがノズル側に移動するので、この状態で印刷を行うことによって残りの半面１４ａにも印刷を行うことが出来るようになっている（図６ｂ参照）。このように、取付面を設けた固定具をトレー上で回動させることによって被印刷物２ａを回動させることができるので、２つの印刷面（半面１４ａ、半面１４ｂ）を選択的にノズルに対向させることができるようになっている。なお、当然ながら印刷機によって、分割した印刷領域に応じた印刷画像の分割や印刷位置および向きの補正が行われる。

以上説明した印刷方法を用いると、ノズルＰから被印刷面までの印刷距離Ｈ２が一定範囲に限られた印刷機であっても、被印刷物の向きを変えつつ複数回にわけて印刷を行うことで、上記の印刷距離を超えた高低差を有する立体物の表面に対しても印刷が行えるものである。

図７は他の例に係る印刷治具および被印刷物となる頭部模型を表した写真である。図７ａは頭部模型２１を装着した印刷治具２０の斜視図であり、図７ｂは図７ａに示した印刷治具２０の他方向からの斜視図であり、図７ｃは頭部模型２１の正面図、図７ｄは頭部模型２１の側面図を表している。印刷治具２０の外形的な特徴は前述した印刷治具１と同様であり、頭部模型２１と印刷装置との位置関係も前述の例とほぼ同様となるように形成されている。
印刷治具２０は、頭部模型２１の取付部として孔２２を有している。当該例における頭部模型２１は、上方および側方に突出させた角のような突出部位を有した複雑な形状を成している。孔２２の形状は、前記角状の部位と嵌合できるように頭部模型２１に合わせた形状に形成されている。また、本実施例に係る印刷治具２０は、前記角状の部位の形状が大きいので、孔２２の一部に切欠２３を設け上縁部に開口を設けたような形状になっている。

頭部模型２１の背面には、矩形状の突起２４が設けられており、当該突起２４が前記孔２２の一部として形成された矩形部の内縁２５と嵌合するようになっている。この突起２４と内縁２５の嵌合によって、頭部模型２１が印刷治具２０上において精度良く固定されるようになっている。
当該例における印刷治具２０を用いた頭部模型２１の印刷（塗装）も、印刷装置のノズル先端から顔半面部分を構成する被印刷面までの距離が概ね２ｍｍ以内となるようになっている。そして、頭部模型２１表面の凹凸形状にあわせたプログラムの通りに彩色が行われるようになっている。また、半面の印刷が終わると、別途用意している（図示せず）反対面用の印刷治具に頭部模型２１を装着し同様に残りの半面に彩色を行うようになっている。このように、表面形状が複雑な被印刷物であっても、印刷治具を用いることによって分割印刷を行うことができるようになっている。

本発明は、立体物の表面に印刷するための装置および方法に利用可能である。

１ 印刷治具
２ 頭部模型
３ トレー
４ 取付面
５ 固定具
６ 取付部
７ 突起（係合部）
８ 平坦部
９ 円柱形状部
１０ 上縁
１１（１１ａ、１１ｂ） 側縁
１２ 膨出部
１３ 半面
１４ 半面
Ｈ１ 距離
Ｈ２ 印刷距離
Ｐ 印刷機（ノズル）

Claims (2)

1. 立体的な被印刷物を固定する取付面を有した印刷治具と、当該印刷治具を装着可能な印刷部を有したインク噴射式印刷機を用いた印刷方法であって、
   前記印刷治具が有する前記取付面を、インク噴射式印刷機が有するノズルの移動面に対して一定の角度に傾斜した傾斜面によって構成するとともに、当該取付面に前記被印刷物に形成した取付用の突起と嵌合する孔を設け、
   前記孔を２本の平行部を有する形状に形成し、当該孔と嵌合する前記被印刷物の突起によって当該被印刷物の回転、高さ方向および横方向の位置を抑制するものであり、
   前記被印刷物を前記傾斜した取付面に固定した後に、前記ノズル部に対向し近接した当該被印刷物の表面に印刷を行い、
   前記印刷の後、前記傾斜した取付面に固定した被印刷物の反転若しくは取付面の傾斜方向を異ならせた他の印刷治具への装着によって、前記印刷が行われた部位と印刷が行われていない部位を入れ代え、新たに前記ノズル部に対向し近接した被印刷物の印刷が行われていない部位に印刷を行うことを特徴とする印刷方法。
2. インク噴射式印刷機の印刷部に装着可能な立体的な被印刷物の印刷治具であって、
   立体的な被印刷物を固定する取付面を有し、
   当該印刷治具が有する前記取付面を、インク噴射式印刷機が有するノズルの移動面に対して一定の角度に傾斜した傾斜面によって構成するとともに、当該取付面に前記被印刷物に形成した取付用の突起と嵌合する孔を複数個設け、
   前記孔を２本の平行部を有する形状に形成し、当該孔と嵌合する前記被印刷物の突起によって当該被印刷物の回転、高さ方向および横方向の位置を抑制するものであることを特徴とする被印刷物の印刷治具。