JP4336089B2

JP4336089B2 - 建築板印刷装置

Info

Publication number: JP4336089B2
Application number: JP2002280894A
Authority: JP
Inventors: 友祥矢部
Original assignee: Nichiha Corp
Current assignee: Nichiha Corp
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2022-09-26
Also published as: JP2004114500A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は建築板印刷装置に係り、特に、意匠面に凹凸や起伏が形成された建築板を搬送させながらインクジェット印刷を施す建築板印刷装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、窯業系建築板が建物の外壁部に広く施工されており、その意匠デザインとしては、これまで、レンガ積み調やタイル張り調を基本とするものが多かった。昨今、建物外壁部施工の高級化志向に伴い、凹凸のある意匠面を有する外壁板を使用して建物外壁部を施工する例が増えている。更に、より立体感に富み、高級感を発現するために、厚ものの外壁板が使用されるケースも多くなっている。
【０００３】
厚もの（例えば、流し込み成形法等により製造される。）を使用した場合には、造形性の高い、彫りの深い意匠面を得ることが可能となる。厚ものの窯業系建築板を使用する場合、最高位の凸部位置から最低位の凹部位置までの高低差としては、２.５〜１５ｍｍ程度に及ぶこともある。このような凹凸のある意匠面を有する外壁板で外壁が施工された場合、外壁を眺める方角や、１日における太陽光線の外壁面に対する照射方向などの変化に伴い、外壁面の様相が刻々と変化していくために、極めて味わい深い外壁外観を得ることが可能となる。
【０００４】
また、外壁材を塗装するために外壁材表面の３次元データに基づいてスプレーの噴射時間を制御したり、色彩を選択したりすることが行われている（例えば特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１８６８８７号公報（請求項１、段落番号００１８−００１９）
【発明が解決しようとする課題】
ところで、紙面（平面）に対する一般的なインクジェットフルカラー印刷（平面印刷）の場合、インク噴射ノズルと紙面との距離（すなわち、インク滴の噴射距離となる。）は、１ｍｍ以内に設定されている。
【０００６】
これに対して、高低差が２.５〜１５ｍｍ程度もある窯業系建築板の意匠面を被印刷面とする場合には、走行する建築板の表面と固定されたノズルとの距離が、建築板の走行に従って、刻々と変化することとなるため、印刷条件を一定にすることができないという避けられない問題がある。
【０００７】
かかる問題に対しては、次なる対策が考えられる。（１）印刷ヘッドの方を、建築板の走行方向に直交する方向に等速で往復移動させ（一般的なパソコンプリンタの方式である。）、更に、（２）インク滴の飛行速度を建築板の走行速度よりも遥かに大きな速度となし、加えて、（３）ノズルと建築板表面との離隔距離を十分にとる。この方法をとれば、被印刷面の凹凸状態の影響を少なくして印刷することが可能となる。
【０００８】
しかしながら、建築板の大量印刷を行おうとする場合には、建築板の高速走行運動に対して、印刷ヘッドの往復移動の方が追随できず、工業化は困難であると言わざるを得ない。例えば、有効印刷幅が５００ｍｍ程度の建築板を、２０〜３０ｍ／分程度、あるいはそれ以上の高速度で走行させるというような生産性が必要とされる場合、印刷ヘッドの往復移動機構自体が、とても板の走行運動に対応できるものではなくなる。また、ノズルと建築板との離隔距離を必要以上に離してしまうと、噴射されたインク滴が、高速走行する建築板によって発生する随伴空気流（風）の影響をもろに受けてしまい、インク滴の周辺への飛散は避けられず、インク滴を建築板の所定の被印刷点に正確に着弾させるという印刷品質上の最大重要要素がとても実現できるものにはならない。もちろん、インク滴飛散による作業環境の悪化も避けられない。
【０００９】
一方、生産性を無視して、前述の方法を採用した場合でも、次のような問題は回避されない。すなわち、凹凸のある被印刷面に対して、対向して平行に配される固定ノズルから、直下にインク滴が噴射される方式（窯業系建築板が重量物であることから、その意匠面を傷つけないようにするために、意匠面を上にし、平坦裏面をコンベアで支持して搬送させる方式が必然的に採用される。）をとるため、板を真上から見れば、確かに写真画質が描かれているようには見えるが、凹凸意匠面を斜めから眺めた場合には、印刷解像度が、意匠面の傾斜度に応じて変わってしまうために、特に外壁デザインのような自然感を発現させる必要があるような場合には、眺める方向性による外観意匠上の違和感を回避することができないのである。
【００１０】
本発明は、かかる問題を解決するためなされたものであり、凹凸意匠面を有する建築板に対して、高精度で高品質のインクジェット工業印刷を実現する建築板印刷装置を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため本発明に係る建築板印刷装置は、建築板意匠面の３次元データを記憶する記憶手段と、該記憶手段から建築板意匠面の３次元データを読出して、該３次元データを複数の建築板に対して使用して、同じ大きさの正方形の所定領域毎に印刷ヘッドから被印刷点までの距離に基づいてインクジェットノズルから噴射されるインクの速度を制御すると共に、４つの互いに隣接する前記領域についての３次元データから前記領域の４倍の大きさの領域毎に算出される前記建築板意匠面の傾斜度に基づいて印刷の解像度を制御するノズル駆動制御部とを備える。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００１６】
図１は、建築板の意匠面の表面形状の測定方法を示す図である。まず、図１に示すように、原板を製造するために使用される基本型板（ポジ：建築板と同じ形である。）について、その表面（凹凸形状）データを取得する。この場合、表面凹凸データそのものではなく、被印刷面と固定ノズルとの距離（インク滴の噴射距離に該当する。）を、レーザ計測器を使って測定する。（実際の板は、型板データを縦横に所定倍して作成する。）
なお、レーザ計測器としては、本出願人が特開平１１−７２３２２号公報で提案した厚み測定装置を用いることができる。ただし、本実施の形態では、建築板の表側意匠面のみを測定することになる。
【００１７】
測定原理としては、レーザ計測器の測定ヘッドを、基本型板の全表面に対して主走査（建築板の搬送方向に直交する方向の走査）、副走査（主走査方向に直交する方向、すなわち、建築板の進行方向の走査）させ、測定ヘッド下面のレーザ照射部から照射されたレーザビームが、原板表面上のサンプリングピッチΔＳ毎の各測定ポイントにて反射した後、レーザ受光部に到達するまでの往復時間が計測されるので、
ｄｉ＝光速×計測時間／２
を計算することで、測定ヘッドと各測定ポイントとの実測距離（ｄｉ）が求められる。測定ヘッド下面の高さ位置に多数のインクジェットノズルが固定されているものと想定すれば、実測距離（ｄｉ）は、噴射されたインク滴の飛行距離に該当することになる。
【００１８】
使用するレーザ計測器は図示しないが、ＸＹプロッタのペンに替えて、測定ヘッドが取り付けられている構成のものであり、測定テーブル上に基本型板を載置して、意匠面上の各ポイントについて測距するようになっている。測定ヘッドの各ポイントに対する位置決め精度は、ＸＹプロッタを使用することから極めて高い。
【００１９】
図２は、レーザ計測器によって計測取得された被印刷面上の各被印刷候補ラインまでのインク滴飛行距離データラインを１枚の板の被印刷面について、ｘｙｚ３次元座標上に示す図である。例えば、ｙ＝ｙnのインク滴飛行距離データラインは印刷開始位置から印刷終了位置までを（ｄｉ）_yn（ｉ＝０,１,・・・,ｘm）と表される。
【００２０】
図３は、単位サンプリングエリア（ΔＳ×ΔＳ矩形投影平面）に属する被印刷面の一例を示す図である。この例では、単位サンプリングエリア内において、上昇傾斜面と下降傾斜面の２つが連続して存在している。そこで、この単位サンプリングエリアの４隅（Ａ,Ｂ,Ｃ,Ｄ）における４つのインク滴飛行距離データ（ｄｉ）について、その算術平均値を求め、それを代表値ｄｍとする。
【００２１】
ｄｍ＝（ｄＡ＋ｄＢ＋ｄＣ＋ｄＤ）／４
図４（ａ）は各単位サンプリングエリアにおけるインク滴飛行距離データの代表値ｄｍを、図２に示すｘｙｚ座標上に表わす図である。ここで、代表値ｄｍについて、まずその最大値ｄｍ（ｍａｘ）と最小値ｄｍ（ｍｉｎ）を求め、この間を例えば４つのレベルに分別して、図４（ｂ）に示すように各代表値ｄｍの値を４つのレベルのいずれかに数値化（１〜４に整数化）する。すなわち、図４（ｂ）は、被印刷面の各被印刷候補点におけるインク滴飛行距離レベル値ｄｌを示している。後述するが、この各インク滴飛行距離レベル値ｄｌ（１〜４）は、インク噴射制御電圧を決める値となる。
【００２２】
次に、被印刷面の所定領域について、代表傾斜度ｄｓを求める。例えば、図４（ｃ）に示すように、単位サンプリングエリアの４倍の領域（２ΔＳ×２ΔＳ）を該所定領域とし、その領域内の最頻レベル値（最も頻度が多いレベル値）と最高レベル値（最も大きいレベル値）との差を求め、その値に＋１した値を、その所定領域における代表傾斜度とする。具体的に｛３、３、４、２｝の組み合わせからなる領域については、最高レベル値｛４｝−最頻レベル値｛３｝＝１に＋１した２を代表傾斜度とする。
【００２３】
最頻レベル値が最高レベル値である場合には、最頻レベル値と最低レベル値との差を求め、その値に同じく＋１した値を、その所定領域における代表傾斜度とする。具体的に｛１、３、３、２｝の組み合わせからなる領域については、最頻レベル値｛３｝−最低レベル値｛１｝＝２に＋１した３を代表傾斜度とする。
【００２４】
同様に｛３、３、３、２｝の組み合わせからなる領域については、最頻レベル値｛３｝−最低レベル値｛２｝＝１に＋１した２を代表傾斜度とする。
【００２５】
同数レベルからなる領域については、０＋１＝１を代表傾斜度とする。
【００２６】
このようにして、各所定領域に対して、１〜４の４レベルの代表傾斜度が決められる。後述するが、この代表傾斜度ｄｓ（１〜４）の値は、該当被印刷領域における印刷解像度を決める値となる。
【００２７】
ここで、インク滴飛行距離レベル値ｄｉと代表傾斜度ｄｓを具体的制御データに対応させると、次のようになる。
【００２８】
インク滴飛行距離レベル１→ピエゾ制御電圧Ｖ１（基準値）
インク滴飛行距離レベル２→ピエゾ制御電圧Ｖ２
インク滴飛行距離レベル３→ピエゾ制御電圧Ｖ３
インク滴飛行距離レベル４→ピエゾ制御電圧Ｖ４
インク滴飛行距離レベル１は、最短飛行距離の場合であって、ピエゾ制御電圧Ｖ１が基準値であって、最も低い値である。そして、Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３＜Ｖ４となる。
【００２９】
すなわち、インク滴の飛行距離が長くなる程、制御電圧を高めて、インク滴の噴射速度を速めるものとする。また、
代表傾斜度１→印刷解像度１（基準値）
代表傾斜度２→印刷解像度２
代表傾斜度３→印刷解像度３
代表傾斜度４→印刷解像度４
代表傾斜度１は、平坦面（水平面）に対する印刷の場合であって、基準となる印刷解像度で印刷される。もちろん、インク滴飛行距離レベルとしては、１〜４の場合がある。
【００３０】
ところで、印刷解像度については、ピエゾ素子の駆動周波数で決められるので、代表傾斜度の値に応じて、駆動周波数を変化させることになる。具体的には、傾斜度の大きい被印刷面程、印刷解像度を高めるように制御する。
【００３１】
しかしながら、建築板の進行方向と直交する方向に配置されるノズル列の配列ピッチについては固定されてしまうことから、その方向の印刷解像度については固定されてしまうことになる。
【００３２】
そこで、本実施の形態による建築板印刷装置では、４レベルの印刷解像度による印刷を実現するために、図５に示すように、ノズルピッチの異なる４つのノズルアレイ（ピッチｐ１〜ピッチｐ４）を、各印刷ヘッド（１・１）〜（１・ｎ），（２・１）〜（２・ｎ−１）おいて、建築板の進行方向に配列している。したがって、先の代表傾斜度ｄｓに応じて、どのノズルアレイにおける何番から何番までのノズルを使用するかが、所定領域毎に決められることになる。
【００３３】
図５は、本実施の形態による建築板印刷装置の印刷ヘッドの配置及びノズルアレイの構造を示す図である。建築板印刷装置は、印刷ヘッド（１・１）〜（１・ｎ）からなる進みヘッドグループと、印刷ヘッド（２・１）〜（２・ｎ−１）からなる遅れヘッドグループとを備える。各印刷ヘッドを「（ヘッドグループ・ヘッド番号）」で示している。
【００３４】
各印刷ヘッドは、クロ色のインクを噴射するノズルアレイ群Ｋと、シアン色のインクを噴射するノズルアレイ群Ｃと、マゼンタ色のインクを噴射するノズルアレイ群Ｍと、イエロー色のインクを噴射するノズルアレイ群Ｙとを備える。
【００３５】
各ノズルアレイ群Ｋ，Ｃ，Ｍ，Ｙは、基準となる解像度のノズルアレイ（ピッチｐ１）と、第２解像度のノズルアレイ（ピッチｐ２）と、第３解像度のノズルアレイ（ピッチｐ３）と、第４解像度のノズルアレイ（ピッチｐ４）とを備える。
【００３６】
この４つのノズルピッチｐとインク滴噴射周波数ｆについては、具体的に、建築板の走行速度ｖとインク滴噴射周波数ｆとの関係式：ｖ＝ｐ×ｆより、印刷解像度１の基準値の場合の印刷ドットピッチｐ１をもとに、建築板の走行速度ｖ１に従って基準周波数ｆ１を求める。そして、ｖ１を一定にして、被印刷面の傾斜状況に応じてノズルピッチｐ２〜ｐ４を決め、それらの値に応じて、制御周波数ｆ２〜ｆ４を求める。
【００３７】
そこで、先に決定した被印刷面の所定領域ごとに使用される個々のノズルについて、建築板の進行方向に動作させる制御周波数ｆ１〜ｆ４を割り当てる。更に、被印刷面の各所定領域の印刷を行う個々のノズルからのインク滴噴射のためのピエゾ制御電圧Ｖを割り当てる。
【００３８】
このようにして、凹凸ある被印刷面上の所定の被印刷領域に属する各被印刷点に対するピエゾ制御電圧と、その供給周波数の制御データが取得されるので、その制御データに従って、柄模様パターンのカラー印刷データによるフルカラーインクジェット工業印刷を実施していけばよい。
【００３９】
図６は、所定領域に対する印刷制御信号の例を示す図である。所定領域Ａ１の制御周波数レベル２に基づいて第２解像度のノズルアレイ（ピッチｐ２）が選択され、ピッチｐ２に対応した制御周波数（インク滴噴射周波数）ｆ２が設定される。そして、所定領域Ａ１内の各領域の制御電圧レベルに基づいて印刷制御信号の電圧レベル（Ｖ１〜Ｖ４）が決定される。同様に、次順の所定領域Ａ２に対しては、制御周波数レベル３に基づいて第３解像度のノズルアレイ（ピッチｐ３）が選択され、ピッチｐ３に対応した制御周波数（インク滴噴射周波数）ｆ３が設定される。そして、所定領域Ａ２内の各領域の制御電圧レベルに基づいて印刷制御信号の電圧レベル（Ｖ１〜Ｖ４）が決定される。
【００４０】
図７は、本実施の形態による建築板印刷装置の印刷制御部の一具体例を示す図である。図６に示したように、印刷制御信号は、基準とするインパルス信号に対して振幅変調及び周波数変調した信号である。印刷制御部４０は、印刷制御パターンメモリ４１と、ノズル駆動制御回路５０と、ピエゾ素子駆動信号発生回路４２と、ピエゾ素子を備えた各ノズル６０とからなる。ノズル駆動制御回路５０は、印刷制御データ受信回路５１と、Ｉ／Ｏバス５２と、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）を用いて構成したコントロール部５３と、ＲＡＭ５４と、ＲＯＭ５５と、パルスジェネレータ５６とからなる。パルスジェネレータ５６は、デコーダ５７とＤＳＰ−ＰＬＬ（デジタルシグナルプロセッサ−位相同期ループ）５８とを備える。ＤＳＰ−ＰＬＬ５８は、ＶＣＯ（電圧制御発振器）１１１を備えたＰＬＬ変調器１１０と、パルス増幅器１２０とからなる。
【００４１】
コントロール部５３によって使用するノズルが決定され、その担当する印刷ラインに対する印刷制御パターンが印刷制御パターンメモリ４１から読み出される。印刷制御パターンメモリ４１から読み出された印刷制御パターンは、印刷制御データ受信回路５１及びＩ／Ｏバス５２を介してパルスジェネレータ５６内のデコーダ５７に供給される。デコーダ５７は、印刷制御パターンの中から周波数制御データ（４レベル）及び制御電圧データ（４レベル）を解読する。ＰＬＬ変調器１１０は、４レベルの周波数制御データに対応した周波数ｆ１〜ｆ４のパルス信号を発生する。ＰＬＬ変調器１１０で発生したパルス信号はパルス増幅器１２０に供給される。パルス増幅器１２０は、４レベルの制御電圧データに基づいてパルス信号の出力電圧を４段階（Ｖ１〜Ｖ４）に変化させる。パルス増幅器１２０から出力された印刷制御信号は、ピエゾ素子駆動信号発生回路４２に供給される。そして、ピエゾ素子駆動信号発生回路４２を介して各ノズル６０に設けられたピエゾ素子が駆動される。これにより、建築板の所定の被印刷点に正確に着弾させるインク滴が該当するノズル６０から噴射される。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、凹凸意匠面を有する建築板に対しても、その凹凸に追随してインク滴を建築板の所定の被印刷点に正確に着弾させ、高精度で高品質のインクジェット工業印刷を実現でき、凹凸意匠面を斜めから眺めた場合でも良好な外観意匠を発現させることができ、さらに、印刷解像度の制御よりもインク速度の制御をきめ細かくしつつ、扱うデータ量を減らして、制御負担を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】建築板の意匠面の表面形状の測定方法を示す図である。
【図２】被印刷面上の各被印刷候補ラインまでのインク滴飛行距離データラインを１枚の板の被印刷面についてｘｙｚ３次元座標上に示す図である。
【図３】単位サンプリングエリア（ΔＳ×ΔＳ矩形投影平面）に属する被印刷面の一例を示す図である。
【図４】図４（ａ）は各単位サンプリングエリアにおけるインク滴飛行距離データの代表値ｄｍをｘｙｚ座標上に表わす図、図４（ｂ）は被印刷面の各被印刷候補点におけるインク滴飛行距離レベル値ｄｌを示す図、図４（ｃ）は被印刷面の所定領域の代表傾斜度ｄｓを示す図である。
【図５】本実施の形態による建築板印刷装置の印刷ヘッドの配置及びノズルアレイの構造を示す図である。
【図６】所定領域に対する印刷制御信号の例を示す図である。
【図７】本実施の形態による建築板印刷装置の印刷制御信号生成部の一具体例を示す図である。
【符号の説明】
（１・１）〜（１・ｎ），（２・１）〜（２・ｎ−１）印刷ヘッド
Ｋ，Ｃ，Ｍ，Ｙノズルアレイ群
ｐ１基準となる解像度のノズルアレイ
ｐ２第２解像度のノズルアレイ
ｐ３第３解像度のノズルアレイ
ｐ４第４解像度のノズルアレイ
４０印刷制御部
４１印刷制御パターンメモリ
４２ピエゾ素子駆動信号発生回路
５０ノズル駆動制御回路
５１印刷制御データ受信回路
５２Ｉ／Ｏバス
５３コントロール部
５４ＲＡＭ
５５ＲＯＭ
５６パルスジェネレータ
５７デコーダ
５８ＤＳＰ−ＰＬＬ（デジタルシグナルプロセッサ−位相同期ループ）
６０ノズル
１１０ＰＬＬ変調器
１１１ＶＣＯ（電圧制御発振器）
１２０パルス増幅器

Claims

建築板意匠面の３次元データを記憶する記憶手段と、
該記憶手段から建築板意匠面の３次元データを読出して、該３次元データを複数の建築板に対して使用して、同じ大きさの正方形の所定領域毎に印刷ヘッドから被印刷点までの距離に基づいてインクジェットノズルから噴射されるインクの速度を制御すると共に、４つの互いに隣接する前記領域についての３次元データから前記領域の４倍の大きさの領域毎に算出される前記建築板意匠面の傾斜度に基づいて印刷の解像度を制御するノズル駆動制御部と
を備えることを特徴とする建築板印刷装置。