JP7181066B2 - ワーク保持装置、印刷システムおよび印刷方法 - Google Patents

Description

この発明は、回転対称軸まわりに回転対称な形状を有するガラス容器やプラスチック容器などのワークの側面に印刷を行うために、当該ワークを回転対称軸まわりに回転自在に保持する保持技術に関するものである。

例えば化粧品などの付加価値の高い商品を収容するガラス製やプラスチック製の容器やボトルなどにおいては、当該容器等の側面に対して高品質な印刷を施すことが近年望まれている。このようなニーズに対応するために、回転対称軸まわりに回転対称な形状を有するガラス容器やプラスチック容器などの容器（本発明の「ワーク」の一例に相当）については、グラビアオフセット印刷によりワークの側面（容器の胴部）に高精度な印刷を行うことが提案されている。すなわち、印刷装置において凹版にインクを充填させてインクパターンを形成し、当該インクパターンを円筒状のブランケットロールの表面に受理させる。そして、同印刷装置でインクパターンを担持するブランケットロールに対してワークの側面を当接させながら回転対称軸まわりにワークを回転させることで、ブランケットロール上のインクパターンがワークに転写される。また、互いに異なる複数の印刷装置の間でワークを移動させ、複数層のインクパターンをワークの側面で互いに重ね合せることで多色印刷が実現される。

ここで、ワークへのインクパターンの転写を行う際には、ワークを回転対称軸まわりに回転自在に保持する必要がある。そこで、例えば特許文献１や特許文献２などに記載されているようにマンドレルを用いることが考えられる。

国際公開２００９／０４４５６９号 特開２００９－１０１６０５号公報

しかしながら、マンドレルは回転対称軸の軸方向におけるワークの一方側よりワークの内部に挿入されてワークを内側から支持するものであるため、ワークの種類によってはマンドレルを使用することができないケースがある。また、仮にマンドレルを使用することができたとしても、上記転写処理を良好に行うためには、ブランケットロールに対してワークの側面を強く押し当てる必要がある。このとき、マンドレルは、いわゆる片持ち状態でワークの内部に挿入されてワークを内側から支持しているため、マンドレルの先端側と後端側とでワークを支持する力が相違してブランケットロールに対してワークの側面を均一に押し当てることが難しい場合がある。また、ワークの肩部分にインクパターンを転写することが要望されているが、このニーズをさらに満足するためには、押当力を高める必要がある。しかしながら、片持ち状態で支持するマンドレルでは十分な押当力が得られないという問題もあった。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、回転対称軸まわりに回転対称な形状を有するガラス製あるいはプラスチック製の容器やボトルなどのワークの側面に印刷を行う際に、ワークの種類を問わず、ワークを良好に支持しながら回転対称軸まわりに回転自在に保持することができるワーク保持装置、ならびに当該ワーク保持装置を用いてワークの側面に対して印刷を良好に行うことができる印刷システムおよび印刷方法を提供することを目的とする。

この発明の第１の態様は、回転対称軸まわりに回転対称な形状を有するワークの側面に対して印刷装置を相対的に押し当てて印刷を行う際にワークを回転対称軸まわりに回転自在に保持するワーク保持装置に関するものである。
第１の態様の一のワーク保持装置は、保持本体部と、回転対称軸の軸方向におけるワークの一方端部を保持本体部に対して回転自在に保持する第１保持部と、軸方向におけるワークの他方端部を保持本体部に対して回転自在に保持する第２保持部と、ワークの側面に当接して回転対称軸まわりに回転自在な姿勢のワークを支持するとともに、回転対称軸と平行な軸周りに回転自在に設けられた第１バックアップ部材と、を備え、第１保持部は自動調心軸受を介してワークの一方端部を保持し、ワークはボトルであり、第１保持部は自動調心軸受を介して保持本体部に対して回転自在に設けられた状態でボトルの口元部を保持する口元保持部材を有し、第２保持部はボトルの底部を保持する底保持部材を有し、口元保持部材は、口元部に設けられた雄ネジ部に対して螺合可能な雌ネジ部を有し、雌ネジ部を口元部の雄ネジ部に螺合させてボトルを保持することを特徴としている。
第１の態様の他のワーク保持装置は、保持本体部と、回転対称軸の軸方向におけるワークの一方端部を保持本体部に対して回転自在に保持する第１保持部と、軸方向におけるワークの他方端部を保持本体部に対して回転自在に保持する第２保持部とを備え、 第１保持部は自動調心軸受を介してワークの一方端部を保持し、印刷装置を押し当てる押当方向においてワークを挟んで印刷装置の反対側に配置され、ワークの側面に当接して回転対称軸まわりに回転自在な姿勢のワークを支持する第１バックアップ部材を備え、鉛直方向において第１バックアップ部材よりも低い位置でワークの側面に当接して回転対称軸まわりに回転自在な姿勢のワークを支持する第２バックアップ部材を備えることを特徴としている。
第１の態様の別のワーク保持装置は、保持本体部と、回転対称軸の軸方向におけるワークの一方端部を保持本体部に対して回転自在に保持する第１保持部と、軸方向におけるワークの他方端部を保持本体部に対して回転自在に保持する第２保持部とを備え、第１保持部は自動調心軸受を介してワークの一方端部を保持し、第１保持部に対して回転駆動力を与え、第１保持部および第２保持部により保持されたワークを回転対称軸まわりに回転させる回転駆動部を備え、回転駆動部は、回転駆動力を発生させる駆動源と、駆動源から第１保持部に回転駆動力を伝達する動力伝達機構とを有し、動力伝達機構は、駆動源から第１保持部への回転駆動力の伝達と回転駆動力の伝達遮断とを切り替えるクラッチを有し、動力伝達機構は、駆動源からの回転駆動力を受けて回転する第１プーリと、第１保持部に連結される第２プーリと、第１プーリおよび第２プーリに対して変位可能に設けられる第３プーリと、第１プーリ、第２プーリおよび第３プーリに掛架された無端ベルトと、第３プーリを第１プーリおよび第２プーリから離間する方向に付勢することで無端ベルトに張力を与える付勢部材とを有することを特徴としている。

また、この発明の第２の態様は、回転対称軸まわりに回転対称な形状を有するワークの側面に対して印刷を行う印刷システムであって、上記ワーク保持装置と、ワーク保持装置に保持されたワークの側面に第１の印刷パターンを印刷する第１の印刷装置と、ワーク保持装置に保持されたワークの側面に第２の印刷パターンを印刷する第２の印刷装置と、ワークを保持したワーク保持装置を第１の印刷装置と第２の印刷装置との間で搬送させる搬送装置とを備えることを特徴としている。

さらに、この発明の第３の態様は、印刷方法であって、回転対称軸まわりに回転対称な形状を有するワークを上記ワーク保持装置により保持する工程と、ワークを保持したワーク保持装置を第１の印刷装置および第２の印刷装置の順序で搬送させる工程と、第１の印刷装置に搬送されてきたワーク保持装置に保持されたワークの側面に第１の印刷装置により第１の印刷パターンを印刷する工程と、第１の印刷装置から第２の印刷装置に搬送されてきたワーク保持装置に保持されたワークの側面に第２の印刷装置により第２の印刷パターンを印刷する工程とを備えることを特徴としている。

このように構成された発明では、回転対称軸の軸方向においてワークの一方端部および他方端部がそれぞれ第１保持部および第２保持部で回転自在に保持される。このため、ワークはワーク保持装置により良好に保持される。したがって、当該ワークの側面に対して印刷装置に印刷を行う際に、ワークの側面に対して印刷装置を相対的にしっかりと押し当てた状態でワークの側面への印刷が実行される。また、ワークの個体差により回転対称軸が多少ずれたとしても、自動調心軸受が回転対称軸のずれを吸収し、ワークを安定的に回転させる。

以上のように、本発明によれば、回転対称軸まわりに回転対称な形状を有するワークの種類を問わず、ワークを良好に回転対称軸まわりに回転自在に保持することができるとともに、ワークの側面に対して印刷を良好に行うことができる。

本発明に係るワーク保持装置の第１実施形態を用いてワークの側面を印刷する印刷システムの概略構成例を示す模式図である。 版ステージユニットおよびインク充填ユニットの構成を示す図である。 ボトル保持装置およびボトル保持装置に保持されたボトルの構成を示す図である。 ボトル保持装置に装備される回転駆動部の構成を模式的に示す斜視図である。 図３に示すボトル保持装置の側面図である。 図３に示すボトル保持装置によりボトルを回転させた際の偏心特性を示すグラフである。 本発明に係るワーク保持装置の第２実施形態を示す図である。 本発明に係るワーク保持装置の第３実施形態を示す図である。

図１は本発明に係るワーク保持装置の第１実施形態を用いてワークの側面を印刷する印刷システムの概略構成例を示す模式図である。この印刷システム１００は、例えばガラス製の容器やボトル、樹脂製の容器やボトル等、回転対称軸（図３の符号ＡＲ）まわりに回転対称な形状を有する物品（以下においては、これら総称して「ボトルＢ」と称する）の側面Ｂａに印刷を行うためのシステムであり、ボトルＢが本発明の「ワーク」の一例に相当し、ボトルＢを保持するためのボトル保持装置が本発明の「ワーク保持装置」の一例に相当している。ここで、各図における方向を統一的に示すために、図１に示すようにＸＹＺ直交座標系を設定する。例えばＸＹ平面を水平面、Ｚ軸を鉛直軸と考えることができる。以下においては（－Ｚ）方向を鉛直下向きとする。また、以下の各図において構成要素の近傍に付された点線矢印は、当該構成要素の動きを示すものである。

印刷システム１００は、ボトルＢの側面Ｂａに対し、それぞれが１つのインク色で印刷を行う２組の印刷装置、すなわち第１の印刷装置１０１および第２の印刷装置１０２を備えている。したがって、この印刷システム１００はボトルＢの側面Ｂａに対して２色印刷を行うことができる。なお、印刷装置を１組とした単色印刷システム、あるいは印刷装置を３組以上備えた多色印刷システムを構成することも可能である。

第１の印刷装置１０１および第２の印刷装置１０２は、版ステージユニット１、インク充填ユニット２、転写ユニット３および仮硬化ユニット４をそれぞれ備えている。これらの各ユニットは、（－Ｙ）方向側から（＋Ｙ）方向側に向けて上記の順番で並べて配置される。また、第２の印刷装置１０２の近傍には本硬化装置２００が設けられている。これら第１の印刷装置１０１、第２の印刷装置１０２、本硬化装置２００およびボトル着脱ステーション（図示省略）の間で、ボトルＢはボトル保持装置３００で保持された状態でボトル搬送装置４００により循環搬送される。なお、本実施形態では、ボトル保持装置３００に対するボトルＢの装着および取り外しは上記ボトル着脱ステーションにてオペレータによる手動作業によって行われる。一方、それ以外の作業を自動化するために、印刷システム１００はさらに、これらの各ユニット動作を制御する制御装置９００を備えている。

第１の印刷装置１０１および第２の印刷装置１０２は、以下に説明するように、同じ構成を有し、同様の動作を実行する。また、ボトル保持装置３００の構成および動作については後で詳述する。

印刷システム１００における印刷処理は、
（１）版ステージユニット１およびインク充填ユニット２による光硬化性インクを用いたインクパターンの形成、
（２）インクパターンの転写ユニット３への転写、
（３）インクパターンの転写ユニット３からボトルＢの側面Ｂａへの転写、
（４）仮硬化ユニット４からの光照射によるインクの仮硬化、
の各工程からなる単色印刷動作を各印刷装置１０１，１０２でそれぞれ実行した後、
（５）本硬化装置２００によるインクの本硬化、
を実行することにより完結する。

より具体的には、ボトルＢはボトル着脱ステーションでオペレータによる手動操作にてボトル保持装置３００に着脱される。つまり、印刷済のボトルＢがボトル保持装置３００から取り外された後で印刷すべきボトルＢがボトル保持装置３００に装着される。こうして装着されたボトルＢはボトル保持装置３００より回転対称軸まわり回転自在に保持され、その状態でボトル保持装置３００と一体的にボトル搬送装置４００によって第１の印刷装置１０１に搬送される。この第１の印刷装置１０１においてボトル保持装置３００でボトルＢを回転自在に保持したまま当該ボトルＢに対し上記（１）～（４）の各工程が実行される。その後で、ボトルＢを保持したボトル保持装置３００が第１の印刷装置１０１から第２の印刷装置１０２に搬送される。

図２は版ステージユニットおよびインク充填ユニットの構成を示す図である。版ステージユニット１は、インクパターンを形成するための版（例えば凹版）Ｐを上面に載置するステージ１１を備えている。ステージ１１はアライメント機構１２を介してベース部１３に取り付けられている。アライメント機構１２は、制御装置９００からの制御指令に応じて、ステージ１１をＸＹＺ方向およびＺ軸回りの回転方向に移動させる。例えばクロスローラベアリング機構をアライメント機構１２として使用することができる。

ベース部１３は、印刷システム１００の台座にＹ方向に延設されたガイドレール１４に係合され、ガイドレール１４に沿ってＹ方向に往復移動可能となっている。より具体的には、ベース部１３には制御装置９００により制御される図示しない駆動機構が連結されており、駆動機構が作動することにより、ベース部１３は（－Ｙ）方向および（＋Ｙ）方向に移動する。ベース部１３の可動範囲のうち最も（－Ｙ）方向側に寄った位置（図２に実線で示す位置）がベース部１３のホームポジションである。

ホームポジションに位置決めされた状態におけるステージ１１の上方にはアライメントカメラ１５，１５が配置されている。アライメントカメラ１５，１５はステージ１１に載置された版Ｐの周縁部または版Ｐの上面に設けられたアライメントマークを撮像し、画像データを制御装置９００に送出する。制御装置９００はステージ１１上における版Ｐの位置を検出し、必要に応じてアライメント機構１２を動作させることで、版Ｐの位置を適正位置に調整する。

ベース部１３がホームポジションから（＋Ｙ）方向に移動する経路に沿って、インク充填ユニット２および転写ユニット３が設けられている。インク充填ユニット２は、直下を通過するステージ１１に載置された版Ｐの上面に対向するノズル２１を備えている。ノズル２１には、制御装置９００により制御されるインク供給部２２から光硬化性インク（以下、単に「インク」ということがある）が供給される。供給されたインクはノズル２１の下端に設けられた吐出口から吐出され、版Ｐの上面に塗布される。

光硬化性インクは、顕色剤としての顔料、重合により強固なポリマー層を構成するポリマー材料（モノマーおよびオリゴマーの少なくとも一方を含む）、および光照射を受けて化学変化することで生じる活性種によりポリマー材料の重合反応を促進する光重合開始剤を含むものである。

ノズル２１の（＋Ｙ）方向側にはドクターブレード２３が設けられている。ドクターブレード２３はインクが供給された版Ｐの表面を摺擦してインクを掻き取る。これにより、版Ｐの上面に設けられた凹部にインクが充填される一方、それ以外の余剰インクが除去されてインクパターンが形成される。

こうしてインクが充填された版Ｐは、さらに（＋Ｙ）方向に移動して転写ユニット３の配設位置に到達する。図１および図２に示すように、転写ユニット３は、ブランケットロール３０とこれを回転させるモータ３３とを備えている。より詳しくは、ブランケットロール３０は、例えば金属製の円筒であるブランケット胴３１と、その表面に巻き付けられたブランケット３２とを備えており、全体として概略円筒形状をなしている。ブランケットロール３０は、図示しないフレームにより回転自在に支持されており、制御装置９００により制御されるモータ３３により、図１に一点鎖線で示す中心軸回りに回転駆動される。

ブランケット３２は弾性を有する樹脂材料、例えばシリコン樹脂製であり、その表面にインクパターンを担持可能である。ブランケット３２はボトルＢの側面ＢａであるボトルＢの表面に生じ得る凹凸よりも十分に大きな厚さを有している。図２に示すように、ステージ１１に載置された版Ｐがブランケットロール３０の直下位置を通過するとき、ブランケット３２の表面が版Ｐの上面に当接する。このとき、版Ｐの凹部に充填されているインクがブランケット３２の表面に移行する。こうして版Ｐ上のインクパターンがブランケット３２に受理される。

こうしていったんブランケット３２に受理（一次転写）されたインクパターンは、最終的なボトルＢの側面ＢａであるボトルＢの表面に二次転写される。このように、ブランケット３２は、ボトルＢの側面Ｂａに最終転写されるインクパターンを一時的に担持する中間転写体として機能するものである。なお、本実施形態では、２つの印刷装置１０１、１０２が装備されて２種類のインクパターンを形成しているが、印刷装置１０１、１０２で形成されるインクパターンがそれぞれ本発明の「第１の印刷パターン」および「第２の印刷パターン」の一例に相当している。

図３はボトル保持装置およびボトル保持装置に保持されたボトルの構成を示す図である。ボトル保持装置３００は、同図に示すように、ボトルキャップ（図示省略）を外した状態でボトルＢを保持可能となっている。このボトルＢは例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を主材料とした樹脂材料やガラス材料で成形されており、回転対称軸ＡＲまわりに回転対称な形状を有している。本実施形態ではボトルＢの胴部Ｂｂが円筒形状に仕上げられ、当該胴部Ｂｂの表面、つまりボトルＢの側面Ｂａに対して２種類のインクパターンが重ね合わせて印刷される。また、ボトルＢの内部に水、お茶、ジュースなどの飲料物や化粧品などを貯留可能となっている。このボトルＢでは、回転対称軸ＡＲの軸方向Ｘにおける一方側、つまり（＋Ｘ）方向側で口元部Ｂｃが形成されている。ここに言う口元部Ｂｃは胴部Ｂｂの肩部から概ねボトルキャップが装着される範囲を概略的に口元部とするものである。口元部Ｂｃの（＋Ｘ）方向端面には開口が設けられる一方、開口の近くから（－Ｘ）方向に向かって雄ネジ部Ｂｄが適宜形成されている。このように構成された口元部ＢｃおよびボトルＢの底部Ｂｅがそれぞれボトル保持装置３００の第１保持部３１０および第２保持部３２０により保持されてボトルＢは横向き姿勢で回転対称軸ＡＲまわりに回転自在に保持され、さらに適宜回転駆動される。

ボトル保持装置３００は、第１保持部３１０および第２保持部３２０を介してボトルＢを回転自在に保持する保持本体部３３０を有している。この保持本体部３３０は、平板状の基台３３３と、第１支持部３３１と、第２支持部３３２とを有している。第１支持部３３１は、（＋Ｘ）方向側で基台３３３から上方に立設されている。また、第２支持部３３２は、第１支持部３３１からボトルＢの高さ（図３におけるＸ方向サイズに相当）よりも少し広い間隔だけ（－Ｘ）方向に離間した位置で基台３３３から上方に立設されている。

第１保持部３１０はＸ方向に延設されたシャフト３１１を有している。このシャフト３１１は第１支持部３３１に対して回転自在に軸支されており、その（－Ｘ）方向端部には自動調心軸受３１２を介して口元保持部材３１３が取り付けられている。口元保持部材３１３の内側に雌ネジ部が形成されている。このため、オペレータがボトルＢを保持してボトルＢの回転を規制しながらシャフト３１１の（＋Ｘ）方向端部に取り付けられた摘み部材３１４を回転操作すると、口元部Ｂｃに設けられた雄ネジ部Ｂｄと螺合して口元保持部材３１３は横向き姿勢のボトルＢと連結される。逆に、オペレータがボトルＢの回転を規制しながら摘み部材３１４を反対側に回転させることでボトルＢから口元保持部材３１３を取り外すことが可能となっている。なお、口元保持部材３１３による口元部Ｂｃの保持形態は上記したネジ構造に限定されるものではなく、例えば複数の把持部材で把持するグリップ構造を採用してもよい。

一方、第２保持部３２０はＸ方向に延設されたシャフト３２１を有している。このシャフト３２１は、シャフト３１１の軸線と一致するように配置された状態で、第２支持部３３２に対して回転自在に軸支されている。また、このシャフト３２１の（＋Ｘ）方向端部には、ボトルＢの底部Ｂｅと係合可能な形状に仕上げられた底保持部材３２２が取り付けられている。この底保持部材３２２と第２支持部３３２の（＋Ｘ）側壁面との間でバネ部材３２３がシャフト３２１に遊挿されており、底保持部材３２２をボトルＢの底部Ｂｅに付勢する。このため、図３に示すように、ボトルＢを横向き姿勢で配置するとともに口元部Ｂｃを口元保持部材３１３で連結した状態で底保持部材３２２がボトルＢの底部Ｂｅを付勢して保持することでボトルＢの回転対称軸ＡＲがシャフト３１１、３２１の軸線とほぼ一致して回転対称軸ＡＲまわりボトルＢが回転自在となる。一方、シャフト３２１の（－Ｘ）方向端部に取り付けられた摘み部材３２４をオペレータがバネ部材３２３の付勢力に抗いながら（－Ｘ）方向に引っ張ることで底保持部材３２２がボトルＢの底部Ｂｅから離れてボトルＢの取り外しが可能となる。

このようにボトル保持装置３００では、第１保持部３１０および第２保持部３２０によってボトルＢを回転対称軸ＡＲまわりに回転可能に保持しているが、さらに回転駆動部３４０が第１支持部３３１に設けられ、シャフト３１１を回転駆動してボトルＢを回転させることが可能となっている。以下、図３および図４を参照しつつ回転駆動部３４０の構成および動作について詳述する。

図４はボトル保持装置に装備される回転駆動部の構成を模式的に示す斜視図である。回転駆動部３４０は、第１支持部３３１に固定されたモータ３４１を本発明の「駆動源」とし、モータ３４１で発生した回転駆動力を動力伝達機構３４２を介して適宜シャフト３１１に与えてボトルＢを回転対称軸ＡＲまわりに回転させるものである。動力伝達機構３４２は、２つのギア３４３ａ、３４３ｂと、３つのプーリ３４４ａ～３４４ｃと、プーリ３４４ａ～３４４ｃの間に掛架された無端ベルト３４５と、クラッチ３４６とを有している。ギア３４３ａはモータ３４１の回転軸に取り付けられている。このギア３４３ａに対してギア３４３ｂが歯合し、さらにギア３４３ｂに対してプーリ３４４ａがクラッチ３４６を介して接続されている。また、プーリ３４４ａは無端ベルト３４５によりプーリ３４４ｂ、３４４ｃと連結されている。これらのうちプーリ３４４ｂはシャフト３１１に取り付けられ、プーリ３４４ｃは揺動部材３４７に取り付けられている。この揺動部材３４７はバネ部材３４８による付勢力を受けてプーリ３４４ａ、３４４ｂから離間する方向Ｒに付勢されている。このようにプーリ３４４ｃはプーリ３４４ａ、３４４ｂに対して変位可能に設けられ、いわゆるテンションプーリとして機能し、無端ベルト３４５はプーリ３４４ａ～３４４ｃの間で張架され、プーリ３４４ｃの変位に伴って張力を受けている。したがって、制御装置９００からの伝達指令に応じてクラッチ３４６がＯＮ状態に切り替わると、ギア３４３ｂとともにプーリ３４４ａが回転してシャフト３１１への動力伝達が行われる。その結果、ボトルＢが回転対称軸ＡＲまわりに回転駆動される。一方、クラッチ３４６がＯＦＦ状態に切り替わると、上記動力伝達が遮断される。その結果、ボトルＢが回転対称軸ＡＲまわりに回転自在な状態に維持され、ブランケット３２からインクパターンの転写を受ける際にはブランケット３２の移動に伴ってボトルＢを従動回転させることが可能となっている。

このように回転駆動部３４０によりボトルＢは横向き姿勢で回転駆動されたり、ブランケット３２に対して従動回転するが、ボトルＢを補助的に支持してボトルＢの姿勢を安定させるために、ボトル保持装置３００は図５に示すように２本のバックアップローラ３５１、３５２を備えている。

図５は図３に示すボトル保持装置の側面図である。バックアップローラ３５１、３５２はＸ方向を軸方向とする軸体構造を有し、第１支持部３３１と第２支持部３３２とに対して回転自在に支持されている。このうちバックアップローラ３５１は、ボトルＢの側面Ｂａを印刷装置１０１、１０２のブランケット３２に押し当てる押当方向Ｙにおいて、ボトルＢを挟んでブランケット３２の反対側、つまり（＋Ｙ）方向側に配置されている。このバックアップローラ３５１がボトルＢの（＋Ｙ）方向側側面に当接することで、（＋Ｙ）方向へのボトルＢの変位を規制する。

また、もう一方のバックアップローラ３５２は鉛直方向Ｚにおいてバックアップローラ３５１よりも低い位置に配置されている。このバックアップローラ３５２がボトルＢの側面Ｂａに下方から当接することで、重力方向、すなわち（－Ｚ）方向へのボトルＢの変位を規制する。このように、本実施形態では、バックアップローラ３５１、３５２がそれぞれ本発明の「第１バックアップ部材」および「第２バックアップ部材」として機能している。

このように構成された印刷システム１００では、制御装置９００によってボトル搬送装置４００が制御されることで、ボトル保持装置３００がボトル着脱ステーション、第１の印刷装置１０１、第２の印刷装置１０２および本硬化装置２００の順序で循環搬送される。このうちボトル着脱ステーションでは、搬送されてきたボトル保持装置３００に対し、オペレータがボトルＢの着脱作業をマニュアルで行う。つまり、ボトル保持装置３００に印刷済のボトルＢが装着されている場合、オペレータは摘み部材３１４、３２４を操作して第１保持部３１０および第２保持部３２０によるボトルＢの保持を解除して印刷済のボトルＢをボトル保持装置３００から取り外す。一方、ボトル保持装置３００に対して印刷前のボトルＢが未装着の場合には、オペレータは印刷前のボトルＢをボトル保持装置３００に運び込み、摘み部材３１４、３２４を操作して第１保持部３１０および第２保持部３２０に保持させる。こうしてボトルＢの装着操作が完了し、その旨を操作パネルなどの入力装置（図示省略）に入力すると、それを受け取った制御装置９００はボトルＢを保持したボトル保持装置３００を第１の印刷装置１０１に搬送して印刷処理を行う。

この印刷処理は、制御装置９００が予め記憶されたプログラムを実行し装置各部に所定の動作を実行させることにより実現される。この印刷処理では、版Ｐが第１の印刷装置１０１に搬入されてステージ１１にセットされ、アライメント調整を受ける。一方、第１の印刷装置１０１に搬送されてきたボトル保持装置３００では、制御装置９００からの駆動指令に応じてモータ３４１が作動を開始するとともに伝達指令に応じてクラッチ３４６がＯＮ状態に切り替わってモータ３４１の回転駆動力を伝達する。これによってボトルＢが回転対称軸ＡＲまわりに回転する。その回転中にボトルＢの印刷開始位置を検出し、検出結果に基づいてボトルＢの回転量を調整することで当該印刷開始位置が印刷装置１０１と対向するようにボトルＢが位置決めされる。なお、この位置決め処理については、版Ｐのアライメント調整処理と同様にカメラによるボトルＢを撮像して得られる画像に基づいて行ってもよいし、ボトルＢの特定部位をセンサで検出することでセンサから出力される検出信号に基づいて行ってもよい。いずれにしても、本実施形態では、版Ｐのアライメント調整処理と並行して、印刷装置１０１に対するボトルＢの位置決め処理を自動的に行っている。もちろん、ボトルＢの位置決め処理を次に説明する印刷装置１０１でのインクパターンの受理処理と並行して行うように構成してもよい。

続いて、第１の印刷装置１０１のステージ１１が（＋Ｙ）方向に移動を開始し、版Ｐの上面にインク充填ユニット２のノズル２１から光硬化性インクＩＫが塗布され、ドクターブレード２３により余剰インクが掻き取られることで、版面にインクが充填される。ステージ１１がさらに移動し、回転するブランケットロール３０の直下位置を通過することで、版Ｐに形成されたインクパターンがブランケット３２の表面に受理される。その後で、ボトル保持装置３００が（－Ｙ）方向に移動し、ボトルＢの側面Ｂａの印刷開始位置をブランケット３２の表面に押し当てる。これにより、ブランケット３２からボトルＢへのインクパターンの転写が開始される。この転写処理では、インクパターンを受理しているブランケット３２とボトルＢとが当接しながら互いにウィズ回転することにより、ブランケット３２表面のインクパターンが順次ボトルＢに転写されてゆく。

ここで、ボトルＢの胴部Ｂｂはバックアップローラ３５１、３５２に当接しており、ボトルＢの回転に伴いインクパターンがバックアップローラ３５１、３５２との当接位置に到達すると、未硬化のインクがボトルＢからバックアップローラ３５１、３５２に転写されることがある。また、ボトルＢが１周以上回転する場合、ボトルＢの側面Ｂａのインクパターンがブランケット３２に再転写されてしまうことがある。これらはボトルＢの側面Ｂａのインクパターンを乱すとともに、ブランケット３２やバックアップローラ３５１、３５２をインクにより汚染することになる。

この問題を防止するために、比較的低露光量の紫外線照射による仮硬化処理が行われる。すなわち、ブランケット３２からインクパターンの転写を受けた直後のボトルＢの表面に向けて、仮硬化ユニット４から光（紫外線）が照射される。後述するように、仮硬化ユニット４から照射される光は、インクに含まれるポリマー材料の一部を重合させることでインクの粘度を増大させるが、インク全体を硬化させるには至らない性質を有するものである。

こうしてインクの粘度が増大することで他の物体への付着性が低下し、インクを担持するボトルＢの側面Ｂａがバックアップローラ３５１、３５２またはブランケット３２に接触したときにインクがこれらに転写されてしまうことが防止される。

印刷装置１０１での印刷処理が完了すると、上記インクパターンが印刷されたボトルＢを保持したままボトル保持装置３００は第１の印刷装置１０１から第２の印刷装置１０２に搬送される。そして、第２の印刷装置１０２により、第１の印刷装置１０１と同様にして、印刷処理が行われる。これによって、既に印刷されたインクパターンの上に第２の印刷装置１０２による別のインクパターンが重ね合わせて印刷される。その後で、これらのインクパターンが印刷されたボトルＢを保持したままボトル保持装置３００は第２の印刷装置１０２から本硬化装置２００に搬送される。

この時点ではインクは完全に硬化していない。これを完全に硬化させるために本硬化装置２００は仮硬化ユニット４よりも大出力の光（紫外線）をボトルＢに照射する。これによって、インクが完全に硬化して印刷を完了する。その後で、ボトルＢを保持したままボトル保持装置３００は本硬化装置２００から着脱ステーションに戻される。このような一連の動作が繰り返して実行される。

以上のように、本実施形態では、回転対称軸ＡＲの軸方向ＸにおいてボトルＢの両端部、つまり口元部Ｂｃおよび底部Ｂｅをそれぞれ第１保持部３１０および第２保持部３２０で回転自在に保持している。このため、上記したように胴部Ｂｂが円筒形状であるボトルＢはもちろんのこと他の種類のボトル、例えば回転対称軸ＡＲまわりに回転対称な形状であるものの側面Ｂａの外径寸法が軸方向Ｘにおいて変化する形状を有するボトルについても良好に支持しながら回転対称軸ＡＲまわりに回転自在に保持することができる。したがって、当該ボトルＢの側面Ｂａに対しても印刷を良好に行うことができる。

また、ボトルＢは大量生産されるものの、それらの間で個体差をゼロとすることは事実上不可能である。例えばボトルキャップと螺合する雄ネジ部の形状はある程度均一であるものの、その回転軸ＡＲに対する角度は複数のボトルＢの間でばらついていることが多い。したがって、ボトルＢの口元部Ｂｃおよび底部Ｂｅをそれぞれ口元保持部材３１３および底部Ｂｅで保持したとしても、ボトルＢを常時安定して回転させることは難しく、口元部Ｂｃの変形度が大きい場合には口元部Ｂｃに対して多大な応力が作用してボトルＢを破損する可能性がある。しかしながら、本実施形態では、第１保持部３１０のシャフト３１１と口元保持部材３１３との間に自動調心軸受３１２を介在させているため、ボトルＢを安定して回転対称軸ＡＲまわりに回転させることができ、印刷処理中に口元部Ｂｃに対して多大な応力が作用するのを防止することができる。

また、本実施形態に係るボトル保持装置３００では、ボトルＢを保持して回転させる場合、ボトルＢの偏心をゼロとすることも事実上不可能であるが、本実施形態によれば、偏心量を抑えて安定して回転させることができるとともに、ボトルＢの偏心特性の変動も少なく、高い再現性でボトルＢを回転させることができる。例えばボトル保持装置３００によりボトルＢを保持して複数回（図６に示す検証実験では３回）回転対称軸ＡＲまわりに回転させながら偏心特性を計測すると、図６に示す結果が得られた。

図６は図３に示すボトル保持装置によりボトルを回転させた際の偏心特性を示すグラフであり、同図中の（ａ）～（ｃ）はそれぞれ１回転目、２回転目および３回転目の偏心特性を示し、（ｄ）はそれらの偏心特性を重ね合わせたグラフである。同図における横軸は回転位置を示し、縦軸はボトル保持装置３００の基台３３３の上面からボトルＢの側面中央部までの距離を示している。これらのグラフからわかるように、ボトルＢの偏心量を抑えながら高い再現性でボトルＢを回転対称軸ＡＲまわりに回転させることができる。したがって、このようなボトル保持装置３００でボトルＢを保持したまま各印刷装置１０１、１０２で印刷処理を行うことで各インクパターンの歪みを抑えて印刷することができるだけでなく、両インクパターンの間での位置ずれも抑制することができ、優れた品質で所望画像をボトルＢの側面Ｂａに印刷することができる。

さらに本実施形態では、ボトル保持装置３００にモータ３４１および動力伝達機構３４２を設け、各印刷装置１０１、１０２での印刷処理前に位置決め処理を行っているので、高精度な印刷を行うことができる。しかも、動力伝達機構３４２にクラッチ３４６を設け、クラッチ３４６による回転駆動力の伝達と伝達遮断との切替制御によって位置決め処理に適したモータ駆動による回転と転写処理に適したブランケット３２の回転に従動した回転とを切り替えている。このように位置決め処理および転写処理に適した態様でボトルＢを回転させることができ、ボトルＢの側面Ｂａへの印刷をさらに良好に行うことができる。

以上説明したように、上記実施形態においては、ボトルＢが本発明の「ワーク」の一例に相当し、ボトル保持装置３００が本発明の「ワーク保持装置」の一例に相当している。また、ボトルＢの口元部Ｂｃおよび底部Ｂｅをそれぞれ本発明の「ワークの一方端部」および「ワークの他方端部」の一例に相当している。また、プーリ３４４ａ～３４４ｃがそれぞれ本発明の「第１プーリ」、「第２プーリ」および「第３プーリ」の一例に相当している。また、バネ部材３４８が本発明の「付勢部材」の一例に相当している。さらに、ボトル搬送装置４００が本発明の「搬送装置」の一例に相当している。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態の印刷システム１００では、３つのプーリ３４４ａ～３４４ｃと無端ベルト３４５とを組み合わせてモータ３４１からの回転駆動力をシャフト３１１に伝達しているが、例えば図７に示すように２つのギア３４９ａ、３４９ｂをそれぞれクラッチ３４６のクラッチ板（図示省略）およびシャフト３１１に取り付けて動力伝達するように構成してもよい（第２実施形態）。

また、上記実施形態では、印刷処理を行う際にはモータ３４１で発生した回転駆動力の伝達を遮断してブランケット３２の回転に伴ってボトルＢを従動回転させているが、印刷処理においても回転駆動力によりボトルＢをブランケット３２と同期して回転させてもよい。

また、上記実施形態では、回転駆動部３４０をボトル保持装置３００に設け、シャフト３１１を回転駆動してボトルＢを回転させるように構成しているが、回転駆動部３４０を省略して常にボトルＢを従動回転させるように構成してもよい。

また、上記実施形態では、２本のバックアップローラ３５１、３５２でボトルＢを補助的に支持しているが、バックアップローラの本数はこれに限定されるものではなく、例えば図８に示すように４本のバックアップローラ３５３～３５６によりボトルＢを補助的に支持してもよい（第３実施形態）。この第３実施形態では、バックアップローラ３５３、３５４は、押当方向ＹにおいてボトルＢを挟んでブランケット３２の反対側、つまり（＋Ｙ）方向側に配置され、ボトルＢの（＋Ｙ）方向側側面に当接することで（＋Ｙ）方向へのボトルＢの変位を規制する。また、残りのバックアップローラ３５５、３５６は鉛直方向Ｚにおいてバックアップローラ３５３、３５４よりも低い位置に配置され、ボトルＢの側面Ｂａに下方から当接することで、重力方向、すなわち（－Ｚ）方向へのボトルＢの変位を規制する。このように、本実施形態では、バックアップローラ３５３、３５４が本発明の「第１バックアップ部材」として機能する一方、バックアップローラ３５５、３５６が本発明の「第２バックアップ部材」として機能している。なお、第１保持部３１０および第２保持部３２０によりボトルＢを安定して保持可能な場合には、バックアップローラを省いてもよい。

また、上記実施形態では、２台の印刷装置１０１、１０２および２台のボトル保持装置３００を装備して２種類のインクパターンをボトルＢの側面Ｂａに重ね合せて印刷する印刷システム１００に本発明を適用しているが、印刷装置およびボトル保持装置３００の台数はこれに限定されるものではなく、１台あるいは３台以上装備してもよい。

また、上記実施形態では、固定されたブランケットロール３０に対し、版ステージ１１が版Ｐを、ボトル保持装置３００がボトルＢをそれぞれ移動させることで印刷処理における互いの位置決めがなされる。しかしながら、これらの移動は相対的に実現されていればよく、どの装置を可動とするかについては上記に限定されず任意である。

さらに、上記実施形態では、略円筒形状のボトルＢが本発明の「ワーク」の一例であるが、ワークはこれに限定されるものではない。例えば両端部が開放された筒状の物体や、概ね円筒面である表面に対し凹凸が設けられた物体に対しても、各物体が回転対称軸まわりに回転対称な形状を有する限り、上記したボトル保持装置３００と同様に構成されたワーク保持装置によって回転自在に保持するとともに印刷システム１００でワーク保持装置を用いて印刷処理を実行することが可能である。

この発明は、回転対称軸まわりに回転対称な形状を有するワークの側面に対して印刷を行う際にワークを回転対称軸まわりに回転自在に保持するワーク保持装置全般、ならびにワーク保持装置によりワークを保持しながらワークの側面に対して印刷を行う印刷技術全般に適用可能である。

１００…印刷システム
１０１…第１の印刷装置
１０２…第２の印刷装置
３００…ボトル保持装置
３１０…第１保持部
３１２…自動調心軸受
３１３…口元保持部材
３２０…第２保持部
３２２…底保持部材
３４８…バネ部材（付勢部材）
３３０…保持本体部
３３１…第１支持部
３３２…第２支持部
３３３…基台
３４０…回転駆動部
３４１…モータ（駆動源）
３４２…動力伝達機構
３４４ａ…（第１）プーリ
３４４ｂ…（第２）プーリ
３４４ｃ…（第３）プーリ
３４５…無端ベルト
３４６…クラッチ
３５１、３５３、３５４…（第１）バックアップローラ
３５２、３５５、３５６…（第２）バックアップローラ
４００…ボトル搬送装置
ＡＲ…回転対称軸
Ｂ…ボトル（ワーク）
Ｂａ…（ボトルの）側面
Ｂｃ…（ボトルの）口元部
Ｂｄ…雄ネジ部
Ｂｅ…（ボトルの）底部
Ｘ…軸方向
Ｙ…押当方向
Ｚ…鉛直方向

Claims (8)

1. 回転対称軸まわりに回転対称な形状を有するワークの側面に対して印刷装置を相対的に押し当てて印刷を行う際に前記ワークを前記回転対称軸まわりに回転自在に保持するワーク保持装置であって、
   保持本体部と、
   前記回転対称軸の軸方向における前記ワークの一方端部を前記保持本体部に対して回転自在に保持する第１保持部と、
   前記軸方向における前記ワークの他方端部を前記保持本体部に対して回転自在に保持する第２保持部と、
   前記ワークの側面に当接して前記回転対称軸まわりに回転自在な姿勢の前記ワークを支持するとともに、前記回転対称軸と平行な軸周りに回転自在に設けられた第１バックアップ部材と、を備え、
   前記第１保持部は自動調心軸受を介して前記ワークの一方端部を保持し、
   前記ワークはボトルであり、
   前記第１保持部は前記自動調心軸受を介して前記保持本体部に対して回転自在に設けられた状態で前記ボトルの口元部を保持する口元保持部材を有し、
   前記第２保持部は前記ボトルの底部を保持する底保持部材を有し、
   前記口元保持部材は、前記口元部に設けられた雄ネジ部に対して螺合可能な雌ネジ部を有し、前記雌ネジ部を前記口元部の前記雄ネジ部に螺合させて前記ボトルを保持する
   ことを特徴とするワーク保持装置。
2. 請求項１に記載のワーク保持装置であって、
   前記第１バックアップ部材は、前記印刷装置を押し当てる押当方向において前記ワークを挟んで前記印刷装置の反対側に配置される、ワーク保持装置。
3. 回転対称軸まわりに回転対称な形状を有するワークの側面に対して印刷装置を相対的に押し当てて印刷を行う際に前記ワークを前記回転対称軸まわりに回転自在に保持するワーク保持装置であって、
   保持本体部と、
   前記回転対称軸の軸方向における前記ワークの一方端部を前記保持本体部に対して回転自在に保持する第１保持部と、
   前記軸方向における前記ワークの他方端部を前記保持本体部に対して回転自在に保持する第２保持部とを備え、
   前記第１保持部は自動調心軸受を介して前記ワークの一方端部を保持し、
   前記印刷装置を押し当てる押当方向において前記ワークを挟んで前記印刷装置の反対側に配置され、前記ワークの側面に当接して前記回転対称軸まわりに回転自在な姿勢の前記ワークを支持する第１バックアップ部材を備え、
   鉛直方向において前記第１バックアップ部材よりも低い位置で前記ワークの側面に当接して前記回転対称軸まわりに回転自在な姿勢の前記ワークを支持する第２バックアップ部材を備えるワーク保持装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載のワーク保持装置であって、
   前記第１保持部に対して回転駆動力を与え、前記第１保持部および前記第２保持部により保持された前記ワークを前記回転対称軸まわりに回転させる回転駆動部を備えるワーク保持装置。
5. 請求項４に記載のワーク保持装置であって、
   前記回転駆動部は、前記回転駆動力を発生させる駆動源と、前記駆動源から前記第１保持部に前記回転駆動力を伝達する動力伝達機構とを有し、
   前記動力伝達機構は、前記駆動源から前記第１保持部への前記回転駆動力の伝達と前記回転駆動力の伝達遮断とを切り替えるクラッチを有するワーク保持装置。
6. 回転対称軸まわりに回転対称な形状を有するワークの側面に対して印刷装置を相対的に押し当てて印刷を行う際に前記ワークを前記回転対称軸まわりに回転自在に保持するワーク保持装置であって、
   保持本体部と、
   前記回転対称軸の軸方向における前記ワークの一方端部を前記保持本体部に対して回転自在に保持する第１保持部と、
   前記軸方向における前記ワークの他方端部を前記保持本体部に対して回転自在に保持する第２保持部とを備え、
   前記第１保持部は自動調心軸受を介して前記ワークの一方端部を保持し、
   前記第１保持部に対して回転駆動力を与え、前記第１保持部および前記第２保持部により保持された前記ワークを前記回転対称軸まわりに回転させる回転駆動部を備え、
   前記回転駆動部は、前記回転駆動力を発生させる駆動源と、前記駆動源から前記第１保持部に前記回転駆動力を伝達する動力伝達機構とを有し、
   前記動力伝達機構は、前記駆動源から前記第１保持部への前記回転駆動力の伝達と前記回転駆動力の伝達遮断とを切り替えるクラッチを有し、
   前記動力伝達機構は、前記駆動源からの前記回転駆動力を受けて回転する第１プーリと、前記第１保持部に連結される第２プーリと、前記第１プーリおよび前記第２プーリに対して変位可能に設けられる第３プーリと、前記第１プーリ、前記第２プーリおよび前記第３プーリに掛架された無端ベルトと、前記第３プーリを前記第１プーリおよび前記第２プーリから離間する方向に付勢することで前記無端ベルトに張力を与える付勢部材とを有するワーク保持装置。
7. 回転対称軸まわりに回転対称な形状を有するワークの側面に対して印刷を行う印刷システムであって、
   請求項１ないし６のいずれか一項に記載のワーク保持装置と、
   前記ワーク保持装置に保持された前記ワークの側面に第１の印刷パターンを印刷する第１の印刷装置と、
   前記ワーク保持装置に保持された前記ワークの側面に第２の印刷パターンを印刷する第２の印刷装置と、
   前記ワークを保持した前記ワーク保持装置を前記第１の印刷装置と前記第２の印刷装置との間で搬送させる搬送装置と
   を備えることを特徴とする印刷システム。
8. 回転対称軸まわりに回転対称な形状を有するワークを請求項１ないし６のいずれか一項に記載のワーク保持装置により保持する工程と、
   前記ワークを保持した前記ワーク保持装置を第１の印刷装置および第２の印刷装置の順序で搬送させる工程と、
   前記第１の印刷装置に搬送されてきた前記ワーク保持装置に保持された前記ワークの側面に前記第１の印刷装置により第１の印刷パターンを印刷する工程と、
   前記第１の印刷装置から前記第２の印刷装置に搬送されてきた前記ワーク保持装置に保持された前記ワークの側面に前記第２の印刷装置により第２の印刷パターンを印刷する工程と
   を備えることを特徴とする印刷方法。

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