JP7190428B2 - 印刷装置 - Google Patents

Description

本開示は、物体の表面に画像を印刷するための少なくとも１つの印刷ステーションを含む処理ステーションの間で物体が運搬される印刷装置に関する。

多くの産業が、多数の物体を連続した処理で処理する大量かつ複雑な印刷プロセスを必要としている。例えば、そのようなプロセスにおける各物体は、数回のインク堆積及び仕上げ処理を受ける可能性がある。このような産業印刷プロセスの１つの例は、高解像度のデジタル画像が一連の印刷動作で円筒缶の本体に貼り付けられるデジタル缶印刷である。

大量かつ複雑な印刷プロセスの分野で知られている問題は、装置に必要な物理的空間を最低限に抑えながら物体に印刷が行われる速度（スループット）を最大化するように、物体の処理ステーション及び運搬装置をどのように配置するかである。

多数の物体を効率的に処理するために、産業印刷プロセスは一般に、複数の物体に異なる動作を同時に行うことを含む。物体は、それぞれの物体がどの時点においても他の物体と異なるプロセスを受けながら進行をずらして一連の処理ステーションを通って運搬される。プロセスには一般に、物体の積載及び取り出し、検査、１種類以上のインク堆積物の塗布、乾燥及びオーバープリントワニスの塗布が含まれる。

印刷ステーション間に物体を運搬するための知られている装置は、マンドレルホイールシステム（スピンドルディスクとしても知られている）である。マンドレルホイールシステムでは、複数のマンドレルが回転ホイール又は間欠回転ホイールの周りに等間隔に取り付けられる。ホイールは、物体がマンドレルによりステーションからステーションに運搬される間に一連の増分回転により間欠回転する。ホイールが増分回転するたびに、各マンドレルは、隣接するマンドレルによってそれまで占められていた位置に移動する。どの時点においても、所与のマンドレルホイールにある物体は、前段階において隣接するマンドレルホイールにある物体に対して行われていたプロセスを受けている。

マンドレルホイールシステムに関する問題は、各間欠回転工程の継続時間が一連のプロセス中の最も遅いプロセスによって制限されることである。したがって、比較的速いプロセスを受けている物体は、最も遅いプロセスが完了する間非活動状態に保たれなければならない。例えば最も遅いプロセスが速いプロセスよりも２倍長い時間を要する場合、物体はプロセスの実行にかかる時間の２倍長い時間、より速い処理ステーションに非活動状態のままでいる必要がある。この非活動時間は印刷プロセスにおける非効率性の原因である。

マンドレルホイールシステムはまた、隣接するマンドレル間の最小距離が少なくとも最長の処理ステーションの長さ程度であるという要件によって制限される。したがって、円周の全長は、少なくとも最長の処理ステーションの長さに処理ステーションの数を乗じたものである。いくつかの処理ステーションが最長のステーションより短い長さを有する場合、間欠動作が機能するためには短い処理ステーションの間に余剰スペースをとることが必要である。余剰スペースに起因する装置サイズの増大は、マンドレルホイール印刷システムにおける非効率性のさらなる原因である。

時間差の間欠処理がもたらす大量印刷の利点を保ちつつ、マンドレルホイール装置に関する問題を解決可能な印刷装置が必要である。

本発明の第１の態様において、物体に印刷するための印刷装置であって、それぞれが物体を保持し回転させるように構成された回転可能な操作装置を備えた、印刷対象物体を運搬するための複数の運搬装置と、複数の運搬装置のそれぞれが移動できる経路を画定するトラックと、運搬された物体がプロセスを受ける間に運搬装置が静止しているか又は移動している場所を含みトラックに沿って配置され少なくとも１つの印刷ステーションを含む複数の処理ステーションと、トラックに沿った互いに対する運搬装置のそれぞれの位置及び速度を独立に制御するように構成されたコントローラと、を備えた印刷装置が提供される。

したがって本発明は、物体が他の物体が静止したままである間に、例えば処理ステーション間を移動することを可能にする。

複数の運搬装置を互いに独立してトラックを移動させることができる装置を提供することは、物体の移動を必要とするプロセスを静止した物体を必要とするプロセスと同時に行うことができる印刷システム、隣接する処理ステーション間の距離が最も大きい処理ステーションのフットプリントによって制限されない印刷システム、及び、並列印刷動作が最も遅い処理ステーションのスループットによって制限されないスループットを達成可能にし、これによって最も最適に小型化された機械設計が可能になる印刷システムを可能にするため、既知の印刷システムより有利である。

好ましくは、コントローラは、複数の運搬装置の少なくとも１つが速度ゼロの場合がある第１の速度でトラックを移動することを可能にするように構成される一方、複数の運搬装置の他の少なくとも１つは、第１の速度と等しくない第２の速度でトラックを移動する。

好ましくは、複数の処理ステーションはさらに、少なくとも１つの乾燥ステーション、少なくとも１つの積載ステーション、及び少なくとも１つの取り出しステーションのうちの１つ以上を含む。

好ましくは、コントローラは、物体が少なくとも１つの印刷ステーションで印刷される間に、各運搬装置が静止しているか又は第１の速度で移動するように各運搬装置の位置及び速度を制御するように構成され、各運搬装置は、第１の速度と等しくない第２の速度で少なくとも１つの乾燥ステーションを通過する。

好ましくは、コントローラは、複数の運搬装置のうちの１つが印刷ステーションにおいて静止しているか又は第１の速度で移動することを可能にするように構成される一方、複数の運搬装置の別の１つは第２の速度で乾燥ステーションを通過する。

好ましくは、操作装置は、複数の処理ステーションの少なくとも１つにある物体を、トルクが少なくとも１つの処理ステーションにある駆動装置から操作装置に伝達されるように駆動装置に結合することによって回転させるように構成される。

好ましくは、印刷装置は、トラックに隣接して取り付けられたレール又はパッドを備え、操作装置は、トラックに沿って移動するときにレール又はパッドに接触することによって、トラックに沿って移動するときに操作装置を回転させるように構成されたホイールを備える。

好ましくは、トラックは、運搬装置が移動できる閉経路を形成する。

好ましくは、処理ステーションの少なくとも１つはトラックに反復配置され、これによりトラックの異なる位置にある複数の物体が同じプロセスを同時に受けることを可能にする。

好ましくは、コントローラは、少なくとも１つの運搬装置が、通常であれば運搬された物体を処理する反復配置された処理ステーションの第１のステーションをそのまま通過し、その代わりに同じタイプの反復配置された処理ステーションの第２のステーションで処理されることによって、第１の処理ステーションを装置の動作を中断することなく動作不能にできるように少なくとも１つの運搬装置を移動させるように構成される。

好ましくは、複数の処理ステーションは、互いに並列に配設されるが、その印刷軸に沿ってオフセットさせて配置された少なくとも２つの印刷ステーションを含む。

本発明の第２の態様において、第１の態様の印刷装置を使用する方法であって、第２の運搬装置が第２の処理ステーションに静止したままの状態で、第１の運搬装置を第１の処理ステーションにおいてトラックに沿って移動させることを含み、第１及び第２の運搬装置が同じトラック上に配設されている方法が提供される。このように、第２の処理ステーションが１つの物体を処理している間、第１の処理ステーションは複数の物体を処理することが可能である。

本発明の第３の態様において、物体に印刷する方法であって、第１のプロセスを実行するように構成された第１の処理ステーションの近くに第１の物体を運搬するように構成された第１の運搬装置を移動させること、第２の物体を運搬するように構成された第２の運搬装置を第１の処理ステーションの近くに移動させる間に、第１の運搬装置をアイドル位置に移動させること、第１の運搬装置を第２のプロセスを実行するように構成された第２の処理ステーションに移動させると同時に、第２のプロセスを実行するように構成された第３の処理ステーションに第２の運搬装置を移動させること、を含む方法が提供される。

上記の工程は、並列プロセスを閉トラック上で個々のプロセスと直列に行うことができ、その結果、既知の方法よりもスループットを増大させることができる物体に印刷する方法を提供する。

好ましくは、第２のプロセスの継続時間は第１のプロセスの継続時間より長い。

好ましくは、方法は、第１及び第２の運搬装置がそれぞれ第２及び第３の処理ステーションにとどまっている間に、第３の物体を運搬するように構成された第３の運搬装置を第１の処理ステーションの近くからアイドル位置に移動させることを含む。

好ましくは、第１のプロセスは、運搬装置により運搬される物体の積載、検査、取り出し、洗浄、表面エネルギー修正、印刷、コーティング、乾燥、硬化又は固定のうちの少なくとも１つを含み、好ましくは、第２及び第３の処理ステーションは印刷ステーションであり、第２のプロセスは１つのカラーを物体の表面に印刷することを含む。

好ましくは、方法は、各運搬装置によって保持された第１及び第２の物体が印刷される間、第１及び第２の運搬装置を第２及び第３の処理ステーションに留置することを含む。

好ましくは、方法は、第２及び第３の処理ステーションで印刷されたカラーと同じではない、互いに同じ１つのカラーを用いて印刷動作を実行するようにそれぞれ構成された第４及び第５の処理ステーションに第１及び第２の運搬装置を共に移動させること、及び、第１及び第２の運搬装置によって保持された第１及び第２の物体に印刷することを含む。

好ましくは、トラックは閉トラックである。

本発明の第４の態様において、それぞれが物体を保持し回転させるように構成された回転可能な操作装置を備えた、印刷対象物体を運搬するための複数の運搬装置と、複数の運搬装置のそれぞれが移動できる経路を画定するトラックと、トラックに対する運搬装置のそれぞれの位置及び速度を独立に制御するように構成されたコントローラと、トラックに沿って配置され少なくとも１つの印刷ステーションを含み少なくとも１つがトラックに反復配置された複数の処理ステーションと、を備えた印刷装置を動作させる方法であって、少なくとも１つの運搬装置が、通常であれば運搬された物体を処理する反復配置された処理ステーションの第１のステーションをそのまま通過し、その代わりに同じタイプの反復配置された処理ステーションの第２のステーションで処理されることによって、第１の処理ステーションを装置の動作を中断することなく動作不能にできるように少なくとも１つの運搬装置を移動させることを含む方法が提供される。

重複した処理ステーションを有する装置を設け、停止させずに選択された処理ステーションを通過させることによって、例えば処理ステーションの保守、修理又は交換中に装置の動作を中断することなくステーションを非活動化することが可能である。

本発明の装置及び方法は、これらに限定されないが、従来の接触式手段（例えばオフセットリソグラフィ及びフレキソ印刷）、デジタル式接触式手段（例えば電子写真印刷、デジタルオフセット印刷及びベルト転写印刷）、及びデジタル式非接触式手段（例えばインクジェット印刷、静電インクジェット印刷及び圧電インクジェット印刷）を含む広範な印刷プロセスに適用可能である。

印刷は一般に、トラックに沿って配置された１つ以上の印刷ステーションで行われる。印刷ステーションは一般に、トラックに沿って配置された、積載／取り出しステーション、乾燥ステーション、硬化ステーション及び他の処理ステーションも含み得るより多くの処理ステーションの一部を形成する。

本発明の一部の実施形態では、様々な印刷方法が組み合わせられる。例えば第１の印刷ステーションが、オフセット印刷を使用して白色の基層などの第１の印刷層を物体に塗布できる一方、後続の印刷ステーションは、インクジェットなどのデジタル印刷を使用して物体の表面にプロセスカラー画像を印刷することができる。

本発明の装置及び方法は、これらに限定されないが、水性インク、炭化水素溶剤ベースのインク及びＵＶ硬化インクを含む多様なインクの１つ以上を使用する印刷プロセスに適用可能である。カラー印刷は、プロセスカラーモデル（例えばＣＭＹＫ及び拡張色域モデル：ヘキサクローム、ＣＭＹＫＯＧＶ、及びＣＭＹＫＲＧＢ）に従って行うことができる。白、金属インク、蛍光インク、透明塗料及び機能性インク（例えば磁気）を含むスポットカラーインクを使用してよい。

以下の開示は、マンドレルホイールを使用する同等のシステムと比較して、スループットを増大させる及び／又は全体の大きさを小型化する本発明の装置を使用した特定の間欠運動機構の実施例も提供する。

本開示は、首のある又は首のない円筒形の一体構造容器の本体への印刷に関連した印刷プロセスについて説明しているが、本発明の装置及び方法は、缶、瓶、管、ポット、カップ又は他の容器又は蓋（例えばワインの瓶のねじ蓋）などを含む様々な物体への「直接（direct to shape）」印刷に適用可能である。物体の材料には、金属、被覆金属、あらかじめ印刷された材料、プラスチック、紙、カードが含まれてよい。印刷対象物体は円筒形であることが好ましいが、他の形状でもよい。

これから添付の図面を参照して本発明の態様を例として説明する。

本発明の一実施形態に係る印刷装置の概略的なブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る印刷装置の概略的なブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係る印刷装置の概略的なブロック図である。 図３に示した装置の動作中に行われる連続する工程の例を示す。 図３に示した装置の動作中に行われる連続する工程の例を示す。 図３に示した装置の動作中に行われる連続する工程の例を示す。 図３に示した装置の動作中に行われる連続する工程の例を示す。 図３に示した装置の動作中に行われる連続する工程の例を示す。 本発明の第４の実施形態に係る印刷装置の概略的なブロック図である。 本発明の一部の実施形態における物体操作装置の回転を駆動するのに使用される磁気回転結合器の斜視図である。 本発明の一部の実施形態における物体操作装置の回転を駆動するのに使用される磁気回転結合器の斜視図である。

本発明は、運搬装置がトラックに沿って設けられ、トラックに沿って互いに対して独立に移動可能である印刷装置及び印刷方法を提供する。独立に移動可能な運搬装置の使用により、既知の装置で可能であるよりはるかに柔軟性のある間欠運動機構の可能性が与えられる。

以下の開示は、マンドレルホイールを使用した等価システムと比較してスループットが大きい及び／又は全体のサイズが小さい本発明の装置を使用した特定の間欠運動機構の実施例を提供する。

図１及び図２は、本発明の実施形態に係る印刷装置１００の実施例を示している。各実施形態において、装置は、複数の運搬装置１０４（以下「キャリッジ」）が配設され、これに沿ってキャリッジ１０４が移動可能なトラック１０２を備える。

複数の処理ステーション１０６がトラック１０２に沿って配置され、複数のキャリッジ１０４のそれぞれは、容器１０８を処理ステーション１０６のそれぞれの近くに連続的に運搬するように構成される。図１に示す実施形態では、処理ステーション１０６は、積載ステーション１０６Ａと、検査ステーション１０６Ｂと、それぞれ異なる色分解（シアン、マゼンタ、イエロー及びブラック）を印刷する４つの印刷ステーション１０６Ｃと、乾燥ステーション１０６Ｄと、コーティングステーション１０６Ｅと、取り出しステーション１０６Ｆとを含む。図２に示す実施形態では、処理ステーション１０６は、積載ステーション１０６Ａと、検査ステーション１０６Ｂと、それぞれ異なる色分解（ホワイト、シアン、マゼンタ、イエロー、オレンジ、グリーン、バイオレット及びブラック）を印刷する８つの印刷ステーション１０６Ｃと、乾燥ステーション１０６Ｄと、コーティングステーション１０６Ｅと、取り出しステーション１０６Ｆとを含む。各処理ステーションは、最大５つの容器１０８を同時に処理できる乾燥ステーション１０６Ｄ以外は、一度に１つの容器１０８に処理を行うように構成される。

図１及び図２の一連の処理ステーション１０６は、物体１０８が積載され、検査され、４つ又は８つの分解印刷プロセスを用いて印刷され、乾燥され、コーティングされ、取り出される印刷装置を提供するように選ばれる。しかしながら、当業者は、この図及び以下の図を参照して説明される処理ステーションの数、種類及び順番は、他の応用例で使用するために本発明の範囲内で異なる可能性があることを理解するであろう。本発明の範囲内で使用可能な別の種類の処理ステーションの例は、洗浄（接触又は非接触）、前コーティング、プラズマ又は火炎処理などの表面エネルギーを修正するための前処理、コーティング又は印刷の硬化、及び印刷の固定である。

一部の実施形態において、図１及び図２の装置は、印刷前に物体から塵又は他の埃を除去するための洗浄ステーション（図示せず）を印刷ステーション１０６Ｃの前に備える。洗浄ステーションは、検査ステーション１０６Ｂの前又は後に位置してもよいし、検査ステーション１０６Ｂと結合されてもよい。洗浄ステーションは、物体の表面から塵粒子を除去するためのエアナイフクリーナを備えてよい。

一部の実施形態において、図１及び図２の装置は、印刷ステーション１０６Ｃの後に位置する印刷品質検査ステーション（図示せず）を備える。印刷品質検査ステーションは、印刷ステーション１０６Ｃで行われた印刷の品質を検査するように構成された１つ以上のカメラを備える。

トラック１０２に対するキャリッジ１０４のそれぞれの位置及び速度を独立に制御するために、制御装置１１０が直接又はトラック１０２を介してキャリッジ１０４のそれぞれと通信する。

各キャリッジ１０４は、第１に束縛力によって、第２に原動力によってトラック１０２に結合される。束縛力は、キャリッジにトラック１０２の経路に沿ってのみ移動することを求め、キャリッジ１０４を高い精度でトラックに沿って誘導することを可能にする。一部の実施形態において、キャリッジ１０４はトラックに係合するリニアベアリングを備える。リニアベアリング１０４とトラック１０２の間の係合は、キャリッジ１０４の動きを１つの自由度に制約する。

この実施例では、キャリッジ１０４とトラック１０２の間の原動力は、磁気リニアモータシステムにより与えられる。キャリッジ１０４は、トラック１０２の周囲に隔置された電磁石のシステムに電磁結合する永久磁石素子を有する。位置検出システムがトラック１０２上の各キャリッジ１０４の位置を測定し、制御装置１１０が、トラック１０２に沿って隔置された電磁石の磁化を制御することによってトラック１０２上の各キャリッジ１０４の位置、速度及び加速度を制御するのに使用される。制御装置１１０は通常、あらかじめ決められた順序に従ってキャリッジ１０４を処理ステーション１０６間で移動させるようにプログラムされており、各キャリッジ１０４が各ステーション１０６で費やす時間は事前に決められている。

一部の実施形態において、キャリッジ１０４とトラック１０２の間の動的結合は、磁気リニアモータシステムによる代わりに、各キャリッジがトラック１０４に対して独立に移動することを可能にする別のシステムによる場合がある。１つの代替的な実施形態では、個々に制御可能な回転ホイールを各キャリッジ１０４に取り付け、トラック１０２と接触させる。別の代替的な実施形態では、キャリッジ１０４は、各キャリッジの速度を可変的に制御可能なクラッチシステムを使用してトラック１０２に機械的に結合される。上記の代替的な実施形態では、コントローラは、無線インターフェイスを介してキャリッジ１０４と直接通信することができる、又はトラックに埋設された能動又は受動トランスポンダを介して通信することができる。

本発明で使用される適当なトラックシステムの例は、HepcoMotion社製のPrecision Track Systems及びRockwell Automation社製のiTRAK Intelligent Track Systemである。

図１の実施形態によると、トラック１０２は、キャリッジ１０４がその開始位置に戻る間に、キャリッジ１０４がサイクルの終わりに遅延がない経路の反復ループを構成できるようにする閉経路を形成する。この実施形態では、トラック１０２は、形状が実質的にディスコ長方形で、互いに垂直方向にオフセットされた２つの水平線形部１０２Ａ及び１０２Ｂを有する。上方線形部１０２Ａの第１の端部が、実質的に垂直な面にある半円弧１０２Ｃによって下方線形部１０２Ｂの第１の端部に接続されている。同様に、上方部１０２Ａの第２の端部がもう１つの半円弧１０２Ｄによって下方部１０２Ｂの第２の端部に接続されている。閉トラック１０２の他の形状も可能であり、用いられるプロセスの要件に応じて（例えば処理装置の動作の好適な向きの結果として）有益な場合がある。一部の他の実施形態において、トラックは、処理ステーションが配置され、その上部及び下部が半円弧部によって互いに接続された垂直線形部を有してよい。他の実施形態において、線形部は平行ではなく、同じ面にもない場合がある。

キャリッジ１０４は、この実施形態では容器を運搬するように適合された回転マンドレルである操作装置を備える。各マンドレルは、マンドレルがその中心軸を軸として回転し、これによって取り付けられた容器をマンドレルと同軸の中心軸を軸として回転させることが可能なベアリングを介して各キャリッジ１０４に取り付けられる。

一部の実施形態において、操作装置は、内部又は外部保持クリップや頸部保持用チャックなどの保持装置を使用して物体を運搬するように適合されてよい。保持装置は、他の印刷対象物体を固定するように適合されてもよい。

操作装置は、駆動されたときに軸の周りを回転することができる。操作装置を回転させるためのドライブは、キャリッジに取り付けられ、パワートラック、データトラック又は無線手段によりキャリッジとの接続を介して電力供給及び制御が行われるサーボモータを含む様々な方法で達成することができる。代替的に、キャリッジ１０４は、操作装置の駆動がキャリッジ上にない駆動装置からの回転運動を操作装置に連結することによって達成される受動的なものでよい。好ましくは、キャリッジ１０４は、電力供給、制御配線、物体を装置保持するための空気圧又は他の接続の形をとる外部サービスを必要としない受動的なものである。

回転運動のマンドレル（又は他の操作装置）への連結は、プロセスが物体の回転を要求する処理ステーション１０６において行われる。ドライブ（回転移動の源）は、個別のサーボモータ、複数の隣接するステーションに対応する共通のモータからのギア又はベルト駆動、回転磁場を生成する固定子コイルなどでよい。連結は機械力、磁力、又はこれらの組み合わせにより行われてよい。この特徴は図６を参照してより詳細に考察される。

乾燥ステーション１０６Ｄは、堆積されたインク中の液体を蒸発させるために印刷された物体の表面上に強制的に空気を送り、蒸発した蒸気を抽出するための空気ポンプ又はファンを備えてよい。

他の実施形態では、乾燥ステーション１０６Ｄに代えて又は加えて、固定又は硬化ステーションが設けられてもよい。一部の実施形態において、固定又は硬化ステーションは、印刷された物体の表面に赤外線放射、紫外線放射及び誘導加熱のうちの１つ以上を行うための手段を備える。

乾燥ステーション１０６Ｄは、トラック１０２の一部に沿って延在してよく、物体は離散位置間を間欠的にではなく、乾燥器の中を連続移動するように制御される。乾燥ステーション１０６Ｄ又は固定もしくは硬化ステーションは、印刷プロセスが異なる色分解を印刷する間にインクの乾燥、固定又は硬化を必要とする場合に、印刷ステーション１０６Ｃの間に配置されてよい。

コーティングステーション１０６Ｅは、印刷及び乾燥が行われた物体の表面上にオーバープリントワニス（ＯＰＶ）の層を塗布する。ワニスは、ローラ又はスプレーコータを用いて塗布されてよい。ＯＰＶ自体は、例えば光沢や耐摩耗性などの有益な特性を印刷された物体に与えるものであり、物体の表面素材及びインクとの適合性で選ばれてよい。ワニスは熱硬化性、ＵＶ硬化性などでよく、硬化は、装置の一部として部分的もしくは完全に、又は装置の下流にある独立したキュア装置によって行われてよい。

キャリッジ１０４はトラック１０２の１つのループを実行するとき、選択された処理ステーション１０６を順次訪れる。以下に示された工程は、図１及び図２に示した実施形態において、トラック１０２の１つのループの間に１つのキャリッジに関して行われる一連のプロセスの一例を説明する。

前回のサイクルの終わりに印刷された容器を取り出した後、キャリッジ１０４は、印刷されていない容器１０８がコンベヤ（図示せず）によって積載ステーション１０６Ａに運ばれる間、積載ステーション１０６Ａの近くに運び込まれ停止される。容器１０８は、キャリッジ１０４のマンドレルと同軸上に提示され、キャリッジ１０４のマンドレル上に移される。

キャリッジ１０４は、容器を積載ステーション１０６Ａから欠陥検査装置を備えた検査ステーション１０６Ｂに運搬する。キャリッジ１０４は検査ステーション１０６Ｂで再度停止し、ここで容器１０８はマンドレルの少なくとも１回の完全な回転によって回転する。この回転中に、欠陥検査装置は、印刷プロセスに悪影響を及ぼすおそれがある変形又は汚染物質が容器１０８の表面上にあるかどうかをチェックする。容器１０８の回転は、検査ステーション１０６Ｂにある駆動装置の回転運動と、キャリッジ１０４が検査ステーション１０６Ｂに停止しているときに係合するマンドレル／操作装置の間の磁気結合によって達成される。検査装置は、光学カメラシステム、電流検出システムを備えた導電性バー、又は任意のその他の適当な表面検査装置でよい。欠陥が検出された場合、容器１０８は検査ステーション１０６Ｂでマンドレルから放出される。先へ進む前に、マンドレルは、物体の取り出しが成功したかを確かめるために点検されてよく、その後、空のマンドレルは、各処理ステーションにおける処理工程が空のマンドレルに対して機能しないことを除いては装置内を正常に進み続ける。

検査が成功した後、キャリッジ１０４及び容器１０８は第１の印刷ステーション１０６Ｃに移動する。そこで容器１０８は、印刷プロセスが行われている間、用いられている印刷プロセスに適切な回転速度及び回転数でマンドレル上で回転する。上記のように、印刷プロセスはどの１つの方法にも制約されず、容器への印刷に適した又は容器への印刷が可能な任意の適切な印刷プロセスを含み得る。これらはオフセットリソグラフィ、フレキソ印刷、もしくはロータリースクリーン印刷などの従来の接触印刷方式、又は電子写真術もしくは非接触インクジェット印刷などのデジタル方式でよい。プリントヘッドが容器表面に印刷された画素より広い間隔の吐出部を有するインクジェット方式の印刷法の例では、容器１０８は、キャリッジが印刷ステーションにある間に複数回完全に回転する。容器１０８の各回転中、プリントヘッドは印刷対象の画像に応じてインクを吐出しているため、プリントヘッドは容器の軸に平行な方向に１画素間隔の距離だけ移動する。これは容器１０８の複数回の回転にわたって継続し、結果としてプリントヘッドの下の容器表面の複数のインターリーブパスから容器１０８の表面の完全な画像被覆率が得られる。他のプロセスにおいて異なる回転数が必要となる場合もある。

検査ステーション１０６Ｂと同様に、印刷ステーション１０６Ｃにおける容器１０８の回転は、キャリッジが印刷ステーション１０６Ｃにあるときに、印刷ステーション１０６Ｃにあるドライブの回転運動又はトルクを操作装置に連結することによって行われる。

容器１０８の表面位置への印刷の登録は、プリントヘッド又は印刷装置の同期を、操作装置に取り付けられたロータリーインクリメンタルエンコーダリング６１２の角度位置を読み取る非接触読取ヘッド６１１により得られる位置信号に応じて制御することによって印刷ステーション１０６Ｃにおいて行われる。

エンコーダリング６１２は、操作装置の角度位置、したがって容器１０８の角度位置を推測するのに使用可能な情報を符号化している。固定読取ヘッド６１１が、印刷ステーション１０６Ｃにおけるトラック１０２に対する定位置に別個に取り付けられ、ここで操作装置は駆動装置に結合することによって回転する。読取ヘッド６１１は、エンコーダリング６０２が読取ヘッド６１１と整列するトラック１０２上の位置にキャリッジ１０４があるときに、エンコーダリング６１２で符号化された角度位置データを読み取り、情報を制御装置１１０に提供するように構成される。適切なエンコーダ装置は、Renishaw社製のTONiC（商標）光学読取ヘッド及びＲＥＳＭロータリーエンコーダリングである。

固定読取ヘッドの使用によって、装置内を進むとき、特定のキャリッジ１０４に永続的に関連付けられたデータを処理ステーション１０６間で交換する必要なく、所与の処理ステーションにあるプロセスコントローラに必要とする現在そのステーション１０６にある容器１０８の位置に関するリアルタイムデータが自動的に提供される。さらにこれにより、ある処理ステーション１０６にある容器１０８の角度位置を読み取るためのキャリッジ１０４への電力又はデータ接続の必要性がなくなる。

キャリッジ１０４上のエンコーダリング６１２から読み取りを行う固定読取ヘッドを印刷ステーション１０６Ｃに配置することによって、エンコーダリングの直径が印刷されている物体と同じである場合、印刷ステーション１０６Ｃにあるキャリッジ１０４の線形位置誤差が自動的に補正される。これは、物体の軸をプリントヘッドに対して移動させ、それ以外の場合は印刷登録誤りをもたらすトラックに沿った小さな並進誤差又は並進運動が、読取ヘッドにエンコーダリング６０２の回転と同じように同じ接線距離だけ現れるからである。したがって、印刷ステーションにおけるキャリッジ位置の小さな並進誤差から印刷登録誤りは生じない。

次にキャリッジ１０４及び容器１０８は、後の印刷動作が容器１０８に対して順次実行される後の印刷ステーション１０６Ｃに移動する。後の印刷動作は、さらなるプロセス色分解又はスポットカラーを追加するために、最初の印刷動作と同じ又は異なる印刷方法を用いることができる。後の印刷ステーション１０６Ｃは、第１の印刷ステーションとカラーインクが同じであるが第１の印刷ステーションに対して印刷の軸（ここで印刷の軸は、プリントヘッドの吐出部もしくはノズルのアレイの線、又はプリントローラの容器との接触線などの方向と定義される）に沿った方向に変位した第２の印刷ステーションを備えることによって、１つの印刷ステーションの幅を超えて印刷の幅を拡大するように作動してよい。一般に、容器に作用する一連の印刷ステーション１０６Ｃは、所望の効果を達成するために様々な印刷方法を有してよい。容器１０８に対する印刷の回転及び登録の制御は、各印刷ステーション１０６Ｃにおいて第１の印刷ステーション１０６Ｃと同じ方法で行われる。

印刷ステーション１０６Ｃの後ろに印刷品質検査ステーションが設けられた実施形態において、物体は、印刷速度より低いカメラデータ収集速度を考慮するために、印刷品質検査ステーションにおいて印刷ステーション１０６Ｃにおけるより低い回転速度（例えば５ｒｐｓに対して３ｒｐｓ）で回転することができる。

印刷されると、キャリッジ１０４及び容器１０８は、乾燥ステーション１０６Ｄを通過する。乾燥器１０６Ｄは、印刷された容器１０８を運搬するキャリッジ１０４が１つ以上のステーションに停止するのではなく乾燥器１０６Ｄの中を進み続けるように実現されてよい。この実施例では、乾燥は空気の流れにより行われているが、他の実施例では熱風、赤外線放射、容器本体の誘導加熱、紫外線放射などが使用されてよい。本発明のキャリッジ１０４は独立に移動可能であるため、あるキャリッジ１０４は、他のキャリッジ１０４が他の処理ステーション１０６で停止している間に乾燥ステーション１０６Ｄを連続的に通過することができる。

一実施形態では、容器１０８は、各操作装置に取り付けられたホイールと、トラックと平行に取り付けられたレールと、の転がり接触によってキャリッジ１０４が乾燥器の中を移動するときに回転する。ホイールは、キャリッジがトラックに沿って移動するときのレールとの転がり接触によって回転し、これによって容器１０８が回転する。このようなレールは、キャリッジがトラックに沿って移動するときに、容器１０８を回転させることが望ましいトラックのどの位置に取り付けられてもよい。回転方向の初期角運動量を与えてステーション１０６における結合をより迅速に同期するために、短いレール又はパッドを、操作装置を駆動装置６１０によって回転させるステーション１０６の前に役立つように配置してもよい。

乾燥プロセスの後、キャリッジ１０４及び印刷された容器１０８は、オーバープリントワニス（ＯＰＶ）が塗布されるコーティングステーション１０６Ｅに運ばれる。ワニスは、ＯＰＶの制御層をアニロックスローラから容器１０８の表面に転写するローラによって塗布される。この動作の間、容器１０８は、検査ステーションにおけるのと同じ方法で磁気結合を介して少なくとも１回完全に回転する。ＯＰＶは一般には、乾燥及び硬化したときに印刷に操作及び摩耗からの高度な保護を与える熱硬化剤である。

次にキャリッジ１０４及び容器１０８は、印刷された容器１０８をマンドレルから取り外す取り出しステーション１０６に移動する。一部の実施形態では、印刷された容器は、ＯＰＶを硬化するための装置とは別個のキュア装置に印刷及びワニスの塗布が行われた容器１０８を運ぶ真空式ベルト（図示せず）に移される。印刷された容器１０８がキャリッジ１０４から取り外された後、マンドレルは、容器が適切に取り外されたかを確かめるために点検されてよく、その後、空のキャリッジ１０４は積載ステーション１０６に戻って後続のサイクルを開始する。

キャリッジ１０４及び容器１０８が上記のプロセスを受けている間、他のキャリッジ１０４及び容器１０８は、同じ一連のプロセスをずれたタイミングで受ける。したがって、１つ以上の容器１０８が印刷ステーション１０６Ｃに位置する間に、他の容器が一連のステーションの中の検査ステージ１０６Ｂ及び積載ステージ１０６Ａにあることになる。一般に、各容器１０８は各処理ステーション１０６を順番に訪れる。各処理ステーション１０６はまた、容器１０８がシステムに追加された順番に各容器１０８の訪問を受ける。プロセスの効率性を最大化するために、各処理ステーション１０６は、できるだけ大きな割合の時間活動状態であるべきである。

上記の装置及び方法は、背景部分で説明したマンドレルホイール装置より有利である。上記の装置によって、１つの容器１０８が、他の容器が処理ステーション１０６に保持されている間に乾燥ステーションの中を進み続けることが可能になる。このことは、可能な同時プロセスの点でこれまで知られている装置より大きな柔軟性を提供する。上記の装置及びプロセスはまた、隣接する処理ステーション１０６間の距離が最も大きい処理ステーション１０６のフットプリントによって制限されないシステムを可能にする。これは個別に制御されたキャリッジ１０４間の距離をトラックの周囲で変えることができるために可能である。

図３は、より遅い処理サイクルを有する（すなわち容器に対してプロセスを実行するのに長い時間を要する）処理ステーション１０６が、より速い処理サイクルを有する処理ステーション１０６が繰り返されないのに対して、経路に沿って繰り返される本発明の別の実施形態を示す。装置内の処理ステーション１０６のそれぞれを順次訪れるのではなく、キャリッジ１０４があらゆる繰り返されない処理ステーション１０６で停止するが、一部の繰り返される処理ステーション１０６を停止することなく通過する。これは、２つ以上の容器１０８が繰り返される処理ステーション１０６において同じプロセスを同時に受けることができ、より遅いプロセスをトラック１０２上で並列に行うことを可能にするシステムを提供する。より速いプロセスを順次に行いながら、より遅いプロセスを並列に行うことによって、印刷プロセスのスループットは、各容器１０８があらゆる処理ステーション１０６を訪れる印刷装置と比較して増大する。

図３の印刷装置は、トラック１０２に沿って設けられた積載ステーション１０６Ａと、検査ステーション１０６Ｂと、８つの印刷ステーション１０６Ｃと、乾燥ステーション１０６Ｄと、コーティングステーション１０６Ｅと取り出しステーション１０６Ｆと、を備える。この実施形態では、各印刷ステーション６Ｃが行う印刷プロセスの持続時間は、積載プロセス、検査プロセス、コーティングプロセス及び取り出しプロセスより長い。１つの容器１０８の乾燥プロセスは印刷プロセスより遅い場合があるが、乾燥ステーション１０６Ｄは最大５つの容器１０８を同時に処理できるため、個々の印刷ステーション１０６Ｃよりスループットが大きい。

８つの印刷ステーション１０６Ｃは、トラック１０２に沿って設けられた同じステーション１０６Ｃの４つの対１１２を含む。第１の対１１２Ｃは、第１のシアン印刷ステーション１１２Ｃｉと第２のシアン印刷ステーション１１２Ｃｉｉとを含む。第２の対１１２Ｍは、第１のマゼンタ印刷ステーション１１２Ｍｉと第２のマゼンタ印刷ステーション１１２Ｍｉｉとを含む。第３の対１１２Ｙは、第１のイエロー印刷ステーション１１２Ｙｉと第２のイエロー印刷ステーション１１２Ｙｉｉとを含む。第４の対１１２Ｋは、第１のブラック印刷ステーション１１２Ｋｉと第２のブラック印刷ステーション１１２Ｋｉｉとを含む。（プロセスカラーの順番Ｃ－Ｍ－Ｙ－Ｋは、使用する印刷プロセスに合わせて別の選択が行われてよい）。

各キャリッジ１０４は、装置の中を通過するとき、積載ステーション１０６Ａ、検査ステーション１０６Ｂ、コーティングステーション１０６Ｅ及び取り出しステーション１０６Ｅで逐次的に停止する。一定のキャリッジ１０４は、各印刷ステーション１０６Ｃで停止するのではなく、印刷ステーションの各対１１２の第１又は第２の印刷ステーション１０６Ｃでのみ停止する。連続するキャリッジ１０４は、先頭のキャリッジ１０４が各対１１２の第１の印刷ステーション１０６Ｃで停止した場合に、次のキャリッジ１０４が各対１１２の第２の印刷ステーション１０６Ｃで停止し、次のキャリッジ１０４がまた各対１１２の第１の印刷ステーション１０６Ｃで停止するなどというように、交互に印刷ステーション１０６Ｃで停止する。

印刷ステーション１０６Ｃの上記の構成は、各容器１０８が装置のあらゆる印刷ステーション１０６Ｃを通過する同等の装置よりスループットが増大する。このようなシステムは、キャリッジ１０４を個別に制御可能な印刷装置を使用することによって可能になる。個別に制御可能なキャリッジ１０４を設けることにより、容器１０８の第１の組は、他の容器１０８がより遅い処理ステーション１０６で（トラック１０２に対して）静止状態に保持される間に、逐次的に一連のより速いステーションを通って運搬される（又はアイドル待機領域に運び込まれる）。

当業者は、上記装置の原理を様々な数のプリントヘッド、例えば６個１組のプリントヘッド３組を有するシステムに適用できることを理解するであろう。所与の実施形態で使用されるプリントヘッド１０６の組み合わせは、ユーザの特定の目的だけでなく、装置における異なるプロセスの相対処理時間にも依存することになる。

図４ＡからＥは、複数のキャリッジＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ及びＦが複数の容器を、検査ステーション６Ｂ及び図３の印刷装置の印刷ステーションを通って運搬する工程を示している。図４ＡからＥに示すキャリッジ及び容器の位置は、本発明の実施形態に係る方法で現れる順番で示される。

図４Ａにおいて、第１のキャリッジＡは、検査ステーション１０６Ｂで静止しており、ここで保持している第１の容器が検査される。このとき第２のキャリッジＢは、積載ステーション１０６Ａで静止しており、ここで第２の容器が積載される。

図４Ｂにおいて、キャリッジＡはアイドル位置４０２に移動し停止すると同時に、キャリッジＢが保持する第２の容器は検査ステーション１０６Ｂで検査される。このとき第３の容器は第３のキャリッジＣに積載される。

図４Ｃにおいて、第２の容器の検査が完了した後、キャリッジＡ及びＢは共に１対のシアン印刷ステーション１１２Ｃに移動する、すなわちキャリッジＡは第２のシアン印刷ステーション１１２Ｃｉｉに、キャリッジＢは第１のシアン印刷ステーション１１２Ｃｉに着く。シアン印刷ステーション１１２Ｃは、キャリッジＡ及びキャリッジＢがそれぞれ保持する第１及び第２の容器に対する印刷を開始する。同時に、キャリッジＣは検査ステーション１０６Ｂに移動し、ここで第３の容器が検査され、第４の容器は積載ステーション１０６Ａに位置する第４のキャリッジに積載される。

図４Ｄにおいて、キャリッジＣがアイドル位置４０２に移動すると同時に、キャリッジＤは検査ステーションに移動し、ここで第４の容器が検査される。第５のキャリッジＥは積載ステーション１０６Ａに移動し、ここで第５の容器が積載される。印刷ステーション１１２Ｃｉ及び１１２Ｃｉｉにおける印刷プロセスの継続時間は積載プロセス及び検査プロセスより長いため、キャリッジＡ及びＢは、それぞれシアン印刷ステーション１１２Ｃｉ及び１１２Ｃｉｉにとどまり印刷が続けられる。

図Ｅにおいて、シアン印刷プロセスが完了すると、キャリッジＡ及びＢは共に１対のマゼンタ印刷ステーション１１２Ｍに移動する。ほぼ同時に第４の容器の検査が完了し、キャリッジＣ及びＤは共にシアン印刷ステーション１１２Ｃｉ及び１１２Ｃｉに移動する、すなわちキャリッジＣはアイドル位置４０２から第２のシアン印刷ステーション１１２Ｃｉｉに移動し、キャリッジＤはアイドル位置４０２に停止することなく検査ステーション１０６Ｂから第１のシアン印刷ステーション１１２Ｃｉに移動する。同時にキャリッジＥは検査ステーション１０６Ｂに移動し、第５のキャリッジＦは積載ステーション１０６Ａで第５の容器が積載される。

プロセスが直列にしか実行されない装置の場合、装置の総スループットは最も遅い素子のスループットによって制限される。

例えば最も遅いプロセス工程が、定常印刷継続時間が０．８秒で、印刷ステーション間で間欠運動する時間が０．２秒の印刷工程である場合、印刷ステーション、すなわち装置全体を通じた最大スループットは１容器／秒（６０容器／分）である。

並行印刷プロセスを用いることによって、装置の総スループットは、サイクル中の最も遅いプロセスのスループットを超えて増大する可能性がある。以下の表Ａは、図３の印刷装置を使用して遅いプロセスを並列に実行するプロセスシーケンスの詳細な例を示している。印刷ステーション１０６の定常印刷継続時間が０．８秒で、印刷ステーション間で間欠運動する時間が０．４秒である場合、装置は、１００容器／分に等しい１．２秒当たり２容器のスループットを提供できることがわかる。

一連の各ステージのプロセスタイミングの詳細を表Ａに示す。

物体又はキャリッジが静止していることに言及する場合は、トラック１０２に沿ったキャリッジ１０４の位置を指すことを理解されたい。当業者は、この関連における「stationary」（静止している）という用語は、キャリッジ及び物体の操作装置のその軸周りの回転を含む他の運動の可能性を含むことを理解するであろう。

上記の実施例は、本発明に係る並列処理の１つのスキームを詳細に説明している。上記の概念を異なる機能要件を有する広範囲の印刷装置に適用できることは当業者に理解されるであろう。プロセス及び並列操作の数は、装置の個別的要件に依存することになる。

例えば、別の実施形態では、印刷対象物体の対は並列に積載され、順次に検査され、一度に３つずつ印刷される。一般に並列処理は、各動作の継続時間の割合が、各動作に提供される並列ステーションの数の割合と最も厳密に一致する場合に最も効率的になる可能性がある。

さらに、物体の動きを独立に制御し、重複した処理ステーションを有する上記のシステムは、処理を行うことなく選択された処理ステーションを、例えば処理ステーションの保守、修理又は交換中に装置の動作を中断させずに通過させることができる冗長性を提供する。

図５は、図３の装置で使用される同じ組の８つの印刷ステーション１０６Ｃが、代替的な方法で機械のスループットではなく印刷領域の幅を拡大するように構成されてよい。この実施形態では、プリントヘッド１１２の各対について、第１及び第２のプリントヘッドは、印刷対象物体の軸に平行な方向に１つのプリントヘッド１０６Ｃから印刷幅以下の距離だけ互いにオフセットされている。物体がカラー印刷プロセスを受ける８つの印刷ステーションの全てに対して間欠運動される。結果として生じる物体への印刷は、１つのプリントヘッド１０６Ｃの幅の最大２倍である。

図６Ａ及び６Ｂは、処理ステーションで使用されて上記の実施形態の物体操作装置１０４を駆動することができるタイプの磁気回転結合システム６００の一例を示す。結合システムは、モータ（図示せず）によって回転する駆動ディスク６０１を有する駆動装置６１０（図６Ａに示す）を備える。駆動装置６１０は処理ステーションに位置し、可動運搬装置１０４の一部を形成する受動結合ディスク６０３を駆動する。

この実施例において結合器は、２つの非磁性ディスク、すなわち処理ステーションに駆動ディスク６０１を、そしてキャリッジ１０４に被駆動ディスク６０３を備える。２つの非磁性ディスク６０１及び６０３は、ディスク６０１及び６０３の接面に相互補完的なパターンで挿入された永久磁石６０４を保持する。２つのディスク６０１及び６０３の軸が処理ステーションに到着したキャリッジ１０４により整合されるとき、被駆動ディスク６０３はその角度が駆動ディスク６０１の角度と自動整合し、これによってその回転を駆動ディスク６０１の回転に同期させる。

キャリッジと別個の駆動システムを使用する利点は、キャリッジが電気的接続を全く必要としないことである。操作装置は、容器の制御された回転が、印刷対象物体の回転を必要とする処理ステーションに位置する駆動装置からの結合を介して達成される受動装置である。キャリッジに電気的接続がないことにより、キャリッジがトラックを独立に移動できる適切な装置を設計する難易度が大幅に低下する。

Claims (11)

1. 物体に印刷するための印刷装置であって、
   それぞれが物体を保持及び回転するように構成された回転可能な操作装置を備えた、印刷対象物体を運搬するための複数の運搬装置と、
   前記複数の運搬装置のそれぞれが移動できる経路を画定するトラックと、
   前記トラックに沿って配置され、少なくとも１つの印刷ステーションを含む複数の処理ステーションと、
   前記トラックに対する前記運搬装置のそれぞれの位置及び速度を独立に制御するように構成されたコントローラと、を備え、
   前記操作装置が、前記複数の処理ステーションの少なくとも２つにある物体を、トルクが前記少なくとも２つの処理ステーションに配設されたそれぞれの駆動装置から前記操作装置に伝達されるようにそれぞれの前記駆動装置に結合することによって回転させるように構成される、印刷装置。
2. 前記コントローラが、前記複数の運搬装置の少なくとも１つが速度ゼロの場合がある第１の速度で前記トラックを移動することを可能にするように構成される一方、
   前記複数の運搬装置の他の少なくとも１つが、前記第１の速度と等しくない第２の速度で前記トラックを移動する、請求項１に記載の印刷装置。
3. 前記複数の処理ステーションがさらに、少なくとも１つの乾燥ステーション、少なくとも１つの積載ステーション、及び、少なくとも１つの取り出しステーション、のうちの１つ以上を含む、請求項１又は２に記載の印刷装置。
4. 前記コントローラが、物体が前記少なくとも１つの印刷ステーションで印刷される間に各運搬装置が静止しているか又は第１の速度で移動するように各運搬装置の位置及び速度を制御するように構成され、
   各運搬装置が、前記第１の速度と等しくない第２の速度で前記少なくとも１つの乾燥ステーションを通過する、請求項３に記載の印刷装置。
   
5. 前記コントローラが、前記複数の運搬装置のうちの１つが印刷ステーションにおいて静止しているか又は第１の速度で移動することを可能にするように構成される一方、
   前記複数の運搬装置の別の１つが、第２の速度で前記少なくとも１つの乾燥ステーションを通過する、請求項３又は４に記載の印刷装置。
   
6. 前記トラックに隣接して取り付けられたレール又はパッドを備え、
   前記操作装置が、前記トラックに沿って移動するときに前記レール又はパッドに接触することによって、前記トラックに沿って移動するときに前記操作装置を回転させるように構成されたホイールを備える、請求項１から５の何れか一項に記載の印刷装置。
7. 前記トラックが、前記運搬装置が移動することができる閉経路を形成する、請求項１から６の何れか一項に記載の印刷装置。
8. 前記処理ステーションの少なくとも１つが、前記トラックに反復配置され、これにより前記トラックの異なる位置にある複数の物体が同じプロセスを同時に受けることを可能にする、請求項１から７の何れか一項に記載の印刷装置。
9. 前記コントローラが、前記複数の運搬装置のうち少なくとも１つの運搬装置が、通常であれば運搬された物体を処理する反復配置された前記処理ステーションのうち第１の処理ステーションをそのまま通過し、その代わりに同じタイプの反復配置された前記処理ステーションのうち第２の処理ステーションで処理されることによって、前記印刷装置の動作を中断することなく前記第１の処理ステーションを動作不能にできるように前記少なくとも１つの運搬装置を移動させるように構成される、請求項８に記載の印刷装置。
   
10. 前記複数の処理ステーションが、互いに並列に配設されるが、その印刷軸に沿ってオフセットさせて配置された少なくとも２つの印刷ステーションを含む、請求項１から９の何れか一項に記載の印刷装置。
11. 請求項１から１０の何れか一項に記載の印刷装置を使用する方法であって、
    前記複数の運搬装置のうち第２の運搬装置が前記複数の処理ステーションのうち第２の処理ステーションに静止したままの状態で、前記複数の運搬装置のうち第１の運搬装置を前記複数の処理ステーションのうち第１の処理ステーションにおいて前記トラックに沿って移動させることを含み、
    前記第１及び第２の運搬装置が、同じトラック上に配設される、方法。
    
    

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