JP4917700B1

JP4917700B1 - 印字装置

Info

Publication number: JP4917700B1
Application number: JP2011548457A
Authority: JP
Inventors: 繁中島
Original assignee: IMARI STEEL CENTER CO., LTD.
Current assignee: IMARI STEEL CENTER CO., LTD.
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2031-09-27
Also published as: WO2013046344A1; JPWO2013046344A1

Abstract

厚さの異なる被印字材Ｗ上に印字を行うに際して、被印字材Ｗと印字ヘッド１１との干渉を確実に防ぐ。印字装置１は、被印字材Ｗ上にドット状の塗料を吐出する塗料吐出部１０と、塗料吐出部１０を複数個線状に配列した印字ヘッド１１と、印字ヘッド１１と被印字材Ｗとを塗料吐出部１０の配列方向と交差する方向に沿って相対的に移動させる移動手段２０と、印字ヘッド１１を昇降自在に支持する支持部１２と、複数の塗料吐出部１０の夫々に塗料を供給する塗料供給手段３０と、被印字材Ｗの移動距離を検出し、入力された印字情報に基づいて、塗料吐出部の吐出動作を制御する制御手段４０とを備え、支持部１２は、印字ヘッド１１に干渉する厚さの被印字材Ｗ上に乗り上げて印字ヘッド１１を被印字材Ｗ上に退避させる保護車輪１２Ｊを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、被印字材上にドット状の印字を行う印字装置に関するものである。

造船などの大型構造物を製造するに際して、構成部品の鋼材などに部品を管理するための文字や記号を記入して、その後の部品管理を円滑に行うことがなされている。一般には、人手を介して鋼材の表面に文字や記号を書き込むことが行われているが、鋼材の搬送速度を高めて作業効率の向上を図ろうとする場合に、人手による書き込み作業がボトルネックになって高い作業効率が得られない問題が生じる。

これに対処するために、構成部品の鋼材などを被印字材とする印字装置が提案されている。下記特許文献１に記載の印字装置は、鋼材などの表面にドットマトリクスで印字を行う装置であり、鋼材の搬送方向に対して垂直な方向にペンキ又はインクを吐出する複数のノズルを配置した印字ヘッドを備えている。

特開平１０−８６４４８号公報

このような印字装置では、印字されるドットの大きさを設定された大きさにするために、印字ヘッドの先端から被印字材までの距離を均一に維持することが必要になる。これに対して被印字材の厚さは様々であるから、比較的薄厚の被印字材の流れの中に厚手の被印字材が混在している場合などは、被印字材が印字ヘッドに干渉して、印字ヘッドを破損させてしまう問題が生じる。

このような問題を解消するためには、印字ヘッドと被印字材との距離を一定に保つように印字ヘッドを昇降制御することが考えられる。このような制御がなされている場合であっても、予期せぬ事態で昇降制御が非作動になった場合や、距離センサの検知後に被印字材が変形した場合には、印字ヘッドが被印字材に干渉することがあり、一旦印字ヘッドが破損してしまうと印字ラインを停止せざるを得ないので、作業効率が大きく低下してしまう問題があった。

本発明は、このような問題に対処することを課題の一例とするものである。すなわち、印字ヘッドと被印字材等との干渉による印字ヘッドの損傷を未然に防ぎ、印字装置の作業効率を良好に維持することができること、印字ヘッドの昇降制御におけるフェールセーフを実現できること等が、本発明の目的である。

このような目的を達成するために、本発明による印字装置は、以下の構成を少なくとも具備するものである。

被印字材上にドット状の塗料を吐出する塗料吐出部と、該塗料吐出部を複数個線状に配列した印字ヘッドと、前記印字ヘッドと被印字材とを前記塗料吐出部の配列方向と交差する方向に沿って相対的に移動させる移動手段と、前記印字ヘッドを昇降自在に支持する支持部と、複数の前記塗料吐出部の夫々に塗料を供給する塗料供給手段と、被印字材の移動距離を検出し、入力された印字情報に基づいて、前記塗料吐出部の吐出動作を制御する制御手段とを備え、前記支持部は、前記印字ヘッドに干渉する厚さの被印字材上に乗り上げて前記印字ヘッドを被印字材上に退避させる保護車輪を備え、前記印字ヘッドと前記保護車輪との重量バランスをとるカウンターウエイトを備えることを特徴とする印字装置。

本発明の印字装置は、印字ヘッドを昇降自在に支持する支持部が、印字ヘッドに干渉する厚さの被印字材上に乗り上げて印字ヘッドを被印字材上に退避させる保護車輪を備えるので、どのような厚さの被印字材に対しても機械的に印字ヘッドを被印字材上に退避させることができ、被印字材との干渉による印字ヘッドの損傷を未然に防止することが可能になる。

本発明の一実施形態に係る印字装置の全体構成を示した説明図である。本発明の実施形態に係る印字装置において、印字ヘッドの支持部を平面的に示した説明図である。本発明の実施形態に係る印字装置において、保護車輪の機能を具体的に示した説明図である。本発明の実施形態に係る印字装置において、印字ヘッドの昇降制御の具体的な制御例を示した説明図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の一実施形態に係る印字装置の全体構成を示した説明図である。印字装置１は、塗料吐出部１０と、この塗料吐出部１０を備える印字ヘッド１１と、被印字材Ｗを移動させる移動手段２０と、塗料吐出部１０に塗料を供給する塗料供給手段３０と、塗料吐出部１０の吐出動作を制御する制御手段４０を備えている。

塗料吐出部１０は、塗料供給手段３０によって供給流路３１を経由して供給される塗料を吐出して、被印字材Ｗ上にドット状の文字を印字するものである。この塗料吐出部１０は、例えば、制御手段４０からの出力で制御される高圧エアーで駆動する塗料ガンを用いることができる。塗料吐出部１０の吐出動作は制御手段４０からの出力によって吐出タイミングと吐出時間が任意に調整できるようになっている。

印字ヘッド１１は、複数の塗料吐出部１０を備えており、塗料吐出部１０が複数個（例えば１０個）線状に配列されている。また、印字ヘッド１１は、必要に応じて、移動手段２０の移動方向と塗料吐出部１０の配列方向との交差角度が変更自在になるように回転自在に軸支されている。

印字装置１は、印字ヘッド１１を昇降自在に支持する支持部１２を備えている。この支持部１２は印字ヘッドの昇降と一体に揺動するスイングアーム１２Ｅと、スイングアーム１２Ｅを揺動させるチェーン１２Ｇと、チェーン１２Ｇを巻き上げ又は巻き戻す昇降モータ１２Ｆを備えている。

具体的には、支持部１２は、支持部本体１２Ａ、平行リンク１２Ｂ、連結アーム１２Ｃを備えており、回転軸１２Ｄを介して印字ヘッド１１が回転自在に支持されている。また、支持部本体１２Ａには平行リンク１２Ｂと一体にスイングアーム１２Ｅが軸支されており、昇降モータ１２Ｆがチェーン１２Ｇを巻き上げると、スイングアーム１２Ｅが立ち上がり平行リンク１２Ｂを引き起こして印字ヘッド１１が上昇する。昇降モータ１２Ｆがチェーン１２Ｇを緩めると印字ヘッド１１は自重で下降する。支持部本体１２Ａには印字ヘッド１１とのウエイトバランスを維持するため、平行リンク１２Ｂとスイングアーム１２Ｅと一体にカウンターウエイト１２Ｈが軸支されている。

移動手段２０は、被印字材Ｗを塗料吐出部１０の配列方向と交差する方向に沿って移動させるものであり、スラットコンベヤやローラコンベヤなどの各種搬送装置を用いることができる。図示の例は、被印字材Ｗを点支持するスラットバー２１を矢印方向に移動させるスラットコンベヤを示している。この移動手段２０はスラットバー２１の移動を検出するエンコーダ２２を備えており、このエンコーダ２２の検出信号が制御手段４０に入力されることで、制御手段４０は移動手段２０による被印字材Ｗの移動距離を認識することができる。

塗料供給手段３０は、図示省略した塗料タンクや塗料タンクから所定圧で供給流路３１に塗料を供給する加圧手段などを備えている。供給流路３１には電磁弁３２が設けられ、制御手段４０からの出力信号によって電磁弁３２を開閉制御できるようにしている。

制御手段４０は、塗料吐出部１０の吐出タイミングや吐出時間などを制御するものであり、移動手段２０に設けたエンコーダ２２からの検出信号，支持部１２に設けた被印字材Ｗの検出センサ１３からの検出信号，回転軸１２Ｄに設けた回転角センサ１４からの検出信号がそれぞれ入力され、塗料吐出部１０の吐出動作（吐出タイミングと吐出時間），電磁弁３２の開閉動作，塗料供給手段３０の供給動作（供給圧など）を制御するものである。

また、制御手段４０は、印字ヘッド１１の昇降動作を制御する。支持部１２における昇降モータ１２Ｆの動作が制御手段４０によって制御されており、検出センサ１３によって検出される被印字材Ｗまでの距離に応じて、制御手段４０は印字ヘッド１１と被印字材Ｗとの距離が適正な距離になるように、印字ヘッド１１を昇降制御する。

図２は、本発明の実施形態に係る印字装置において、印字装置の支持部を平面的に示した説明図である。前述した支持部本体１２Ａは、支持アーム１２Ａ１を一体に備えている。この支持アーム１２Ａ１は一対の軸支部１２Ａ２を備えており、一対の軸支部１２Ａ２間に動作軸１２Ａ３が回転自在に軸支されている。そして、この動作軸１２Ａ３に平行リンク１２Ｂを形成する一対の下部リンク１２Ｂ１の一端が固定されている。この動作軸１２Ａ３には前述したスイングアーム１２Ｅの一端と前述したカウンターウエイト１２Ｈの一端が固定されており、昇降モータ１２Ｆがチェーン１２Ｇを巻き上げると、スイングアーム１２Ｅが揺動することで作動軸１２Ａ３が回動し、これに伴って一対の下部リンク１２Ｂ１が揺動する。

一対の下部リンク１２Ｂ１の他端間には、支持軸１２Ｃ１が軸支されている。平行リンク１２Ｂを形成する上部リンク１２Ｂ２は、一端が支持アーム１２Ａ１に軸支され、他端が連結アーム１２Ｃの一端に軸支されている。連結アーム１２Ｃの他端は支持軸１２Ｃ１に軸支されており、この支持軸１２Ｃ１に回転軸１２Ｄを介して印字ヘッド１１が軸支されている。

そして、この印字ヘッド１１が軸支された支持軸１２Ｃ１には保護車輪１２Ｊが回転自在に軸支されている。すなわち、印字ヘッド１１を昇降自在に支持する支持部１２が保護車輪１２Ｊを備えている。この保護車輪１２Ｊは、印字ヘッド１１に干渉する厚さの被印字材Ｗ上に乗り上げて印字ヘッド１１を被印字材Ｗ上に退避させる機能を有している。図示の矢印は被印字材Ｗの移動方向を示している。

図３は、保護車輪の機能を具体的に示した説明図である。同図（ａ）に示すように、比較的薄い被印字材Ｗに対しての通常の印字動作時には、印字ヘッド１１の高さが被印字材Ｗ上の所定の高さになるように制御され、保護車輪１２Ｊは被印字材Ｗ上の若干離れた位置に配置されている。一方、比較的厚い被印字材Ｗが移動手段２０によって移動してきた場合には、先ずは、制御手段４０の昇降制御によって、被印字材Ｗの厚さに応じて印字ヘッド１１の上昇動作が行われることになる。しかしながら、この上昇動作に何からの不具合が生じた場合などには、同図（ｂ）に示すように、保護車輪１２Ｊが被印字材Ｗの上に乗り上げることで、印字ヘッド１１を安全に被印字材Ｗの上に退避させる。

図３（ｂ）に示した状態では、印字ヘッド１１の支持部１２は保護車輪１２Ｊによって強制的に上昇することになるので、チェーン１２Ｇが弛んだ状態になり、昇降動作自体は一時的に作動不能な状態になる。しかしながら、保護車輪１２Ｊと印字ヘッド１１との高さ関係を適正に設定しておくことで、保護車輪１２Ｊが被印字材Ｗ上に乗り上がった場合にも、被印字材Ｗの表面に適正な印字を行うことが可能になる。

保護車輪１２Ｊには、保護車輪１２Ｊに当接して移動する被印字材Ｗの移動距離を検出する移動距離検出手段１２Ｊ１を設けることができる。これによって、移動手段２０におけるコンベヤチェーンの連結によるガタやたるみで被印字材Ｗの移動精度が悪化した場合であっても、保護車輪１２Ｊを被印字材Ｗに直接押し当てて計測することによって、被印字材Ｗの正確な移動距離を計測できるようになる。この際には、カウンターウエイトを調整自在にすることで、保護車輪１２Ｊの被印字材Ｗ上への押し付け力を調整することが好ましい。カウンターウエイトの調整によって保護車輪１２Ｊが被印字材Ｗ上で軽く押し当てられて回転するようになれば、保護車輪１２Ｊの押し当てで被印字材Ｗが変形したり、車輪痕が付いたりすることがなく、より精度の高いドット間隔の調整が可能になる。

以下に、印字装置１の基本的な印字動作を説明する。印字装置１は、制御手段４０の出力によって印字の準備動作を行う。印字の準備動作としては、塗料供給手段３０が所定の圧力で塗料を供給流路３１に送り、印字情報が印加されるまでは、電磁弁３２は閉止状態になっている。移動手段２０が被印字材Ｗを矢印で示す一方向に沿って設定された速度で移動させている状態で、制御手段４０に印字情報が入力されると、制御手段４０はエンコーダ２２からの検出信号に基づいて被印字材Ｗの移動距離を認識し、検出センサ１３が被印字材Ｗを検出した後に、電磁弁３２を開放して、設定されたタイミングで印字ヘッド１１の複数の塗料吐出部１０を吐出動作させる。印字の基本動作としては、印字情報に基づく吐出タイミングで各塗料吐出部１０を設定された吐出時間だけ動作させる。これによって、被印字材Ｗの設定された位置に印字情報に基づくドットマトリクス状の文字が印字される。

また、塗料吐出部１０の吐出動作は移動手段２０の移動動作に連動しており、制御手段４０はエンコーダ２２からの検出信号によって移動手段２０が停止又は逆転したことを検知すると、塗料吐出部１０の吐出動作を停止させ、移動手段２０が正規の方向に再度移動したことを検知すると、塗料吐出部１０の吐出動作を再開させる。これによって、移動手段２０の一旦停止、再始動、速度変動があった場合にも、印字される文字のドット間隔が乱れないようにしている。

制御手段４０による印字ヘッドの昇降動作制御と塗料吐出部１０の吐出動作制御について説明する。本発明の実施形態に係る印字装置１の制御手段４０は、エンコーダ２２の出力と検出センサ１３の出力に基づいて、移動手段２０の移動方向に沿った空間距離の変化パターンを認識しており、この変化パターンに基づいて、塗料吐出部１０の吐出動作と印字ヘッド１１の昇降動作を制御している。ここでの空間距離とは、印字ヘッド１１の下端から被印字材Ｗの表面や移動手段２０の表面までの距離を指している。

図４は、印字ヘッド１１の昇降制御の具体的な制御例を示した説明図である。この制御例では、制御手段４０は、前述した空間距離の変化パターンによって、被印字材Ｗの高さが印字ヘッド１１の昇降を必要とする高さであると判断した場合に、被印字材Ｗと印字ヘッド１１との距離が衝突を避けうる最接近距離に達したときに、印字ヘッド１１を昇降動作させている。

図４においては、厚さの異なる複数の被印字材Ｗ（Ｗ１〜Ｗ５）が移動手段２０によって並んで移動しており、これに対して、印字ヘッド１１を被印字材Ｗの厚さに応じて昇降制御している。図４（ａ）では、比較的厚さの薄い被印字材Ｗ１上に印字ヘッド１１が配置されており、その後方に比較的厚さの厚い被印字材Ｗ２が大きな間隔を開けないで配列されている。このような状況で、制御手段４０は、印字ヘッド１１と被印字材Ｗ２との距離が被印字材Ｗ２との衝突を避けうる最接近距離Ｘｎに達するまで印字ヘッド１１の高さを維持し、最接近距離Ｘｎに達した後に最大上昇軌跡Ｕｍで印字ヘッド１１の高さを被印字材Ｗ２上の目標高さに上昇制御している。

この際の最接近距離Ｘｎは、印字ヘッド昇降手段１２の昇降速度Ｖｚと移動手段２０の移動速度Ｖｘに基づいて設定される。図示の最大上昇軌跡Ｕｍの上昇角度はｔａｎθ＝Ｖｚ／Ｖｘによって決められるが、制御手段４０は、前述した空間距離の変化パターンを認識しているので、どの程度まで接近したときに最大上昇軌跡Ｕｍでの上昇で被印字材Ｗ２との衝突を避けうるかを判断でき、最接近距離Ｘｎを認識することができる。このような制御を行うことで、被印字材Ｗ１上での印字ヘッド１１の印字範囲を最大限に確保することができる。

図４（ｂ）は、比較的厚さの厚い被印字材Ｗ２上に印字ヘッド１１が配置されており、その後方に比較的厚さの薄い被印字材Ｗ３が大きな間隔を開けないで配列されている場合を示している。このような状況で、制御手段４０は、印字ヘッド１１と被印字材Ｗ２との衝突を避け且つ最も被印字材Ｗ２に接近する最大下降軌跡Ｄｍで印字ヘッド１１の高さを被印字材Ｗ３上の目標高さに下降制御している。

この際の最大下降軌跡Ｄｍの下降角度もｔａｎθ＝−Ｖｚ／Ｖｘによって決められるが、制御手段４０は、前述した空間距離の変化パターンを認識しているので、どの程度まで接近したときに最大下降軌跡Ｄｍでの下降で被印字材Ｗ２との衝突を避けうるかを判断できる。このような制御を行うことで、被印字材Ｗ２上での印字ヘッド１１の印字範囲を最大限に確保できると共に、被印字材Ｗ３上での印字ヘッド１１の印字範囲を最大限に確保できる。

これに対して、図４（ｃ）に示すように、被印字材Ｗ４と被印字材Ｗ５の間隔が空いている場合で、その間に被印字材Ｗが存在しない場合には、制御手段４０は、前述した空間距離の変化パターンに基づいて、被印字材Ｗの厚さに変化が無く、その間に厚さの異なる被印字材が存在しないことを認識できるので、昇降動作を行わない制御がなされる。

本発明の実施形態に係る印字装置１は、このような印字ヘッド１１の昇降制御を行うことが可能であるが、更に、印字ヘッド１１の損傷を未然に回避するために、印字ヘッド１１を昇降自在に支持する支持部１２に保護車輪１２Ｊを設けている。これによると、故障等の予期せぬ事態で昇降制御が非作動になる場合があったとしても、保護車輪１２Ｊによって機械的に印字ヘッド１１を被印字材Ｗ上に退避させることができるので、印字ヘッド１１を確実に保護することが可能になる。すなわち、保護車輪１２Ｊは印字ヘッド１１の昇降制御においてはフェールセーフ機能を担っている。

そして、支持部１２は、印字ヘッド１１と保護車輪１２Ｊとの重量バランスをとるカウンターウエイト１２Ｈを備えているので、保護車輪１２Ｊが被印字材Ｗに接触するとその反力がカウンターウエイト１２Ｈの重量に加わり、小さな反力であっても印字ヘッド１１と保護車輪１２Ｊを上方に跳ね上げる。これによって、印字ヘッド１１の上方への退避を円滑に行うことが可能になり、印字ヘッド１１の保護を更に未然に防止している。

なお、前述の説明では、制御手段４０が印字ヘッド１１の昇降制御を行う場合を例にして説明したが、このような昇降制御の機能を持たない場合も、本発明の実施形態として含まれる。昇降制御の機能を持たない場合は、保護車輪１２Ｊが常に被印字材Ｗ上に接触した状態になり、保護車輪１２Ｊと印字ヘッド１１の高さ関係で印字ヘッド１１と被印字材Ｗとの間隔が設定されることになる。

また、印字ヘッド１１の昇降制御を行う動作モードと昇降制御を行わない動作モードを切り替えるようにすることも可能である。この場合には、前述した昇降制御を行う動作モードにおいて、制御手段４０にモード切り替え信号を入力すると、昇降モータ１２Ｆが作動して、印字ヘッド１１と保護車輪１２Ｊを設定された高さまで下降させ、保護車輪１２Ｊが常時被印字材Ｗ上に接触する状態にする。この状態では、前述したようにチェーン１２Ｇは弛んだ状態になり昇降制御は非作動状態になる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。上述の各図で示した実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの記載内容を組み合わせることが可能である。また、各図の記載内容はそれぞれ独立した実施形態になり得るものであり、本発明の実施形態は各図を組み合わせた一つの実施形態に限定されるものではない。

Claims

被印字材上にドット状の塗料を吐出する塗料吐出部と、
該塗料吐出部を複数個線状に配列した印字ヘッドと、
前記印字ヘッドと被印字材とを前記塗料吐出部の配列方向と交差する方向に沿って相対的に移動させる移動手段と、
前記印字ヘッドを昇降自在に支持する支持部と、
複数の前記塗料吐出部の夫々に塗料を供給する塗料供給手段と、
被印字材の移動距離を検出し、入力された印字情報に基づいて、前記塗料吐出部の吐出動作を制御する制御手段とを備え、
前記支持部は、前記印字ヘッドに干渉する厚さの被印字材上に乗り上げて前記印字ヘッドを被印字材上に退避させる保護車輪を備え、前記印字ヘッドと前記保護車輪との重量バランスをとるカウンターウエイトを備えることを特徴とする印字装置。
前記支持部は、
前記印字ヘッドを昇降動作させる昇降モータを備え、
前記制御手段は、前記昇降モータを制御して前記印字ヘッドの昇降制御を行うことを特徴とする請求項１記載の印字装置。
前記保護車輪には、当該保護車輪に当接して移動する被印字材の移動距離を検出する移動距離検出手段が設けられ、
前記カンターウエイトを調整自在にすることで、前記保護車輪の被印字材上への押し付け力を調整することを特徴とする請求項１又は２に記載された印字装置。