WO2013024552A1 - 印字装置 - Google Patents

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print head
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繁 中島
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株式会社伊万里鉄鋼センター
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J25/00—Actions or mechanisms not otherwise provided for
    • B41J25/001—Mechanisms for bodily moving print heads or carriages parallel to the paper surface
    • B41J25/003—Mechanisms for bodily moving print heads or carriages parallel to the paper surface for changing the angle between a print element array axis and the printing line, e.g. for dot density changes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C51/00—Measuring, gauging, indicating, counting, or marking devices specially adapted for use in the production or manipulation of material in accordance with subclasses B21B - B21F
    • B21C51/005—Marking devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
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    • B41J25/304—Bodily-movable mechanisms for print heads or carriages movable towards or from paper surface
    • B41J25/308—Bodily-movable mechanisms for print heads or carriages movable towards or from paper surface with print gap adjustment mechanisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J3/00—Typewriters or selective printing or marking mechanisms characterised by the purpose for which they are constructed
    • B41J3/407—Typewriters or selective printing or marking mechanisms characterised by the purpose for which they are constructed for marking on special material
    • B41J3/4073—Printing on three-dimensional objects not being in sheet or web form, e.g. spherical or cubic objects

Definitions

  • the present invention relates to a printing apparatus that prints by discharging paint on a printing material.
  • Patent Document 1 is a device that performs printing with a dot matrix on the surface of a steel material or the like, and has a plurality of nozzles that eject paint or ink in a direction perpendicular to the conveying direction of the steel material. It is.
  • the above-described conventional printing apparatus needs to maintain a uniform distance from the front end of the print head to the printing material in order to set the size of dots to be printed to a set size.
  • the thickness of the printing material is various, adjustment for making the distance between the tip of the print head and the printing material constant is performed every time the thickness of the printing material changes, This adjustment has a problem that requires a lot of labor.
  • the print medium may interfere with the print head and damage the print head if the adjustment described above is neglected. There was also a problem.
  • the present invention is an example of a problem to deal with such a problem. That is, even when the thickness of the printing material changes, it is possible to perform high-precision printing while maintaining the distance between the printing head and the printing material without making complicated adjustments, In addition, even when the thickness of the printing material changes, it is possible to avoid the problem that the printing material collides with the printing head and damages the printing head, and the printing material is transported like a slat conveyor.
  • the object of the present invention is to accurately detect the leading end portion of the printing material and print characters or the like at a set position on the printing material even when moving by means.
  • the printing apparatus of the present invention has at least the following configuration.
  • a paint discharge unit that discharges dot-like paint onto the printing material, a print head in which a plurality of the paint discharge units are arranged in a line, and a direction in which the printing material intersects the arrangement direction of the paint discharge unit
  • a moving means for moving the printing head a printing head raising / lowering means for raising and lowering the print head along a thickness direction of the printing material, a moving distance detection means for detecting a moving distance of the moving means, and a reference on the printing material
  • a spatial distance detection means for detecting a spatial distance along the thickness direction of the printing material from a position; and a control means for controlling the discharge operation of the paint discharge section and the lift operation of the print head lift means.
  • the means recognizes the change pattern of the spatial distance along the movement direction of the movement means based on the output of the movement distance detection means and the output of the spatial distance detection means, and based on the change pattern, the paint Of the discharge part Printing apparatus characterized by controlling the vertical movement of the operation and the print head lifting means out.
  • the printing apparatus having such a feature, since the change pattern of the spatial distance between the paint discharger and the printing material is recognized and the print head lifting means is controlled based on this changing pattern, the printing material Even when the thickness of the printing medium changes, it is possible to perform printing with high accuracy while maintaining the distance between the print head and the printing material without making complicated adjustments. Also, even when a relatively thick print material is mixed with a relatively thin print material, it avoids the problem that the print material interferes with the print head and damages the print head. can do.
  • the change pattern of the spatial distance between the paint discharge part and the printing material is recognized and the discharge operation of the paint discharge part is controlled based on this change pattern, Even when the printer is moved by a transport means such as a slat conveyor, the leading edge of the printing material is accurately detected by distinguishing the printing material and the slat bar, and characters etc. are set at the set position on the printing material. Can be printed.
  • FIG. 1A is a side view
  • FIG. 1B is a plan view
  • FIG. 1A is a side view
  • FIG. 1B is a plan view
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing the overall configuration of a printing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the printing apparatus 1 includes a paint discharge unit 10, a print head 11 including the paint discharge unit 10, a moving unit 20 that moves a printing material W, a paint supply unit 30 that supplies a paint to the paint discharge unit 10, A print head lifting / lowering means 12 for lifting / lowering the print head 11 along the thickness direction of the printing material W, and a control means 40 for controlling the discharge operation of the paint discharge unit 10 and the lifting / lowering operation of the print head lifting / lowering means are provided.
  • the paint discharge unit 10 discharges the paint supplied by the paint supply means 30 via the supply flow path 31 and prints dot-like characters on the printing material W.
  • a paint gun that is driven by high-pressure air that is controlled by an output from the control unit 40 can be used as the paint discharge unit 10.
  • the discharge operation of the paint discharge unit 10 can arbitrarily adjust the discharge timing and discharge time by the output from the control means 40.
  • the print head 11 includes a plurality of paint discharge units 10, and a plurality (for example, 10) of the paint discharge units 10 are arranged in a linear shape.
  • the print head 11 is lifted and lowered along the thickness direction of the printing material W by the print head lifting means 12.
  • one end of the parallel link 12B is pivotally supported by the support portion 12A, and the print head 11 is supported by a connecting arm 12C that connects the other end of the parallel link 12B.
  • a swing arm 12E is pivotally supported integrally with the parallel link 12B on the support portion 12A.
  • the lifting motor 12F winds up the chain 12G
  • the swing arm 12E rises to raise the parallel link 12B and the print head 11 rises.
  • the lifting motor 12F loosens the chain 12G the print head 11 is lowered by its own weight.
  • a counterweight 12H is pivotally supported integrally with the parallel link 12B and the swing arm 12E in order to maintain a weight balance with the print head 11 on the support portion 12A.
  • the operation of the lifting motor 12F is controlled by the control means 40.
  • the support portion 12 ⁇ / b> A includes a spatial distance detection unit 13 that detects a spatial distance along the thickness direction of the printing material W from a reference position on the printing material W.
  • the spatial distance detection means 13 can use an ultrasonic sensor or the like, and detects the spatial distance from the sensor position to the printing material W or the like when there is a printing material W or the like below the sensor position.
  • the spatial distance detection means 13 is provided at a set distance X 0 away from the installation position of the paint discharge unit 10 on the upstream side in the movement direction of the movement means 20, and this detection signal is input to the control means 40.
  • the control unit 40 recognizes the above-described spatial distance before the printing material W reaches the lower part of the paint discharge unit 10.
  • an approach detection means 14 for detecting that the printing material W has moved closer to the paint discharge unit 10 than the set distance is provided at the position of the paint discharge unit 10.
  • the approach detection means 14 can use an ultrasonic sensor similar to the spatial distance detection means 13, detects that an object has approached the paint discharge unit 10 excessively, and sends the detection signal to the control means 40. To enter.
  • the control means 40 recognizes that the printing material W has approached the paint discharge unit 10 excessively by this detection signal.
  • the moving means 20 is for moving the printing material W along the direction intersecting with the direction of arrangement of the paint discharge sections 10, and a slat conveyor is used here.
  • the slat conveyor moves the slat bar 21 that supports the printing material W in the direction of the arrow.
  • the moving means 20 is provided with a moving distance detecting means (encoder) 22 for detecting the movement of the slat bar 21.
  • the controlling means 40 is The moving distance of the printing material W by the moving unit 20 can be recognized.
  • the paint supply means 30 includes a paint tank (not shown) and a pressurizing means for supplying paint to the supply flow path 31 with a predetermined pressure from the paint tank.
  • the supply flow path 31 is provided with an electromagnetic valve 32 so that the electromagnetic valve 32 can be controlled to open and close by an output signal from the control means 40.
  • the control unit 40 controls the discharge operation (discharge timing, discharge time, etc.) of the paint discharge unit 10 and the lifting / lowering operation of the print head lifting / lowering unit 12, and the moving distance detecting unit (encoder) 22 provided in the moving unit 20.
  • a detection signal from the spatial distance detection means 13 and a detection signal from the approach detection means 14 are inputted, respectively, and the discharge operation (discharge timing and discharge time) of the paint discharge unit 10, the opening and closing operation of the electromagnetic valve 32,
  • the lifting / lowering operation of the print head lifting / lowering means 12 (the operation of the lifting motor) is controlled.
  • FIG. 2 is an explanatory view showing the structure of the print head (FIG. 2A is a side view and FIG. 2B is a plan view).
  • the print head 11 includes a plurality of paint discharge portions 10 arranged in a line.
  • the print head lifting / lowering means 12 is connected by a rotation shaft 12D substantially perpendicular to the print surface Wa of the printing material W.
  • the arm 12C is rotatably supported.
  • a plurality of branch supply passages 31a branched from one supply passage 31 are connected to each of the paint discharge sections 10, and the paint supply means 30 discharges a plurality of paints via the plurality of branch supply passages 31a.
  • the paint is supplied to each of the parts 10.
  • the number of the print head 11 may be one, or a plurality of units may be provided. When a plurality of units are provided, the plurality of units are arranged at predetermined intervals along the connecting arm 12C.
  • Rotation of the print head 11 around the rotation axis 12D may be manual or automatic.
  • a drive motor (not shown) is driven by a signal from the control means 40 to rotate the print head 11 by a set angle.
  • the arrangement direction of the coating material discharge units 10 is changed, and the arrangement direction becomes the movement direction (arrow direction shown in the drawing) of the moving means 20 as shown by the solid line in FIG.
  • the state is changed from a state perpendicular to the inclined state as shown by a one-dot broken line in FIG.
  • the printing apparatus 1 performs a printing preparation operation according to the output of the control means 40.
  • the solenoid valve 32 is closed until the coating material supply means 30 sends the coating material to the supply channel 31 at a predetermined pressure and the printing information is applied.
  • the control unit 40 moves the movement distance detection unit 22.
  • the movement distance of the printing material W is recognized on the basis of the detection signal from, and after the spatial distance detection means 13 detects the printing material W, the electromagnetic valve 32 is opened and the print head 11 is moved at a set timing.
  • the paint discharge unit 10 (10 1 to 10 10 ) is discharged.
  • each paint discharge unit 10 (10 1 to 10 10 ) is operated for a set discharge time at a discharge timing based on print information.
  • a dot matrix character based on the print information is printed at the set position of the printing material W.
  • the discharge operation of the paint discharge unit 10 is interlocked with the movement operation of the moving means 20, and when the control means 40 detects that the moving means 20 is stopped or reversed by the detection signal from the moving distance detecting means 22, When the discharge operation of the discharge unit 10 is stopped and it is detected that the moving unit 20 has moved again in the normal direction, the discharge operation of the paint discharge unit 10 is restarted. As a result, even when the moving means 20 is temporarily stopped, restarted, or the speed fluctuates, the dot spacing of the characters to be printed is not disturbed.
  • the control unit 40 of the printing apparatus 1 generates a change pattern of the spatial distance along the moving direction of the moving unit 20 based on the output of the moving distance detecting unit 22 and the output of the spatial distance detecting unit 13. Based on this change pattern, the discharge operation of the paint discharge unit 10 and the lifting operation of the print head lifting means 12 are controlled.
  • FIG. 3A shows a change pattern of the spatial distance.
  • the spatial distance detection means 13 is installed at a height (sensor height) at a distance L 0 from the upper surface of the slat bar 21 as a reference height. And the lower spatial distance L is detected from the sensor height.
  • the spatial distance refers to the distance from the sensor height to the object when some object is present below the spatial distance detection means 13.
  • the slat bar 21 passes under the spatial distance detection means 13
  • the distance from the sensor height to the surface of the slat bar 21 becomes the spatial distance
  • the printing material W passes under the spatial distance detection means 13.
  • the distance from the sensor height to the printing surface Wa of the printing material W is the spatial distance.
  • the control means 40 stores the spatial distance L detected by the spatial distance detection means 13 in correspondence with the movement distance X of the movement means 20, and stores the spatial distance L for each measurement section of the minute movement distance X. ing.
  • the control unit 40 recognizes a change pattern of how the spatial distance L changes along the moving direction of the moving unit 20.
  • the spatial distance L changes relatively large within the set movement distance ⁇ X. To do. This is because the spatial distance detecting means 13 detects the curved surface of the cylindrical slat bar 21. On the other hand, when the printing material W passes under the spatial distance detection means 13, the spatial distance detection means 13 detects the flat print surface Wa of the printing material W, so the set movement distance ⁇ X. In this range, the spatial distance L is substantially constant.
  • the control means 40 determines not only whether or not there is an object passing under the spatial distance detection means 13 but also whether the object is the slat bar 21 or the printing material W. . Then, only when it is recognized that the object passing under the spatial distance detection means 13 is the printing material W, the print head elevating means 12 is moved up and down to set the discharge end of the paint discharge section 10 on the print surface Wa. Disposed by a distance, the paint discharge unit 10 performs a discharge operation toward the print surface Wa. Specifically, when the change rate ⁇ L / ⁇ X of the change pattern is equal to or less than the set value, the change pattern is recognized as a pattern on the printing material W.
  • this change rate ⁇ L / ⁇ X is sequentially obtained along the movement distance X, and when the detection surface is a large convex curved surface, it is determined that the detection surface is the slat bar 21, and the detection surface is a linear surface. In this case, the detection surface may be determined as the printing material W.
  • the control unit 40 controls the distance from the discharge end of the paint discharge unit 10 to the print material W to be constant by controlling the elevation of the print head elevation unit 12 based on the change pattern of the spatial distance L. Thereby, even when the printing material W having a different thickness is conveyed by the moving unit 20, the distance from the discharge end of the paint discharge unit 10 to the printing surface Wa of the printing material W is always constant. Printing can be performed with a uniform dot diameter.
  • the control means 40 controls the lifting / lowering operation of the printing head lifting / lowering unit 12, assuming that the set distance from the discharge end of the coating material discharging unit 10 to the printing material W is Le, Control is performed so that the discharge end of the paint discharge unit 10 is positioned at a target height at which the distance from the reference height is T + Le.
  • the control means 40 determines whether the printing material W is reached before reaching the lower part of the paint discharge unit 10 that is a distance X 0 from the distance X 0 and further controls the elevation of the print head 11 toward the target height. I do.
  • FIG. 3B shows an example in which the height of the print head 11 is adjusted from the standby height to the target height.
  • control means 40 detects the leading end of the printing material W based on the change pattern of the spatial distance L, and the paint discharging unit is configured to perform printing on the printing material W separated from the leading edge by a set distance. 10 discharge operations are controlled. That is, as shown in FIG. 3C, when the controller 40 recognizes that the material to be printed W passes under the spatial distance detector 13 based on the change pattern of the spatial distance L, By this recognition, the front end of the printing material W is detected, and the discharge end is targeted during the distance X 0 from when the printing material W passes under the spatial distance detection means 13 until it reaches under the paint discharge unit 10.
  • the height is set, and when the set distance X 1 is detected from the front end of the printing material, the discharge operation of the paint discharge unit 10 is started.
  • the set distance X 1 By setting the set distance X 1 to be larger than the distance X 0 , it becomes possible to print characters at a set position on the printing surface Wa of the printing material W. Further, when the set distance X 1 is set to be smaller than the distance X 0 , the paint can be thrown out and discharged except on the printing material W, whereby the cleaning operation of the paint discharge unit 10 can be performed.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing a more specific control example of the lifting control of the print head lifting means.
  • the control unit 40 determines that the height of the printing material W is a height that requires the lifting and lowering of the print head 11 based on the change pattern of the spatial distance L.
  • the print head lifting / lowering means 12 is operated.
  • a plurality of printing materials W (W1 to W5) having different thicknesses are moved side by side by the moving means 20, and the print head 11 is moved in accordance with the thickness of the printing material W. Is controlled up and down.
  • the print head 11 is arranged on a relatively thin printing material W1, and a relatively thick printing material W2 is arranged behind the printing head 11 without a large gap. ing.
  • the control means 20 maintains the height of the print head 11 until the distance between the print head 11 and the printing material W2 reaches the closest distance Xn that can avoid a collision with the printing material W2. After reaching the closest distance Xn, the height of the print head 11 is controlled to increase to the target height on the print-receiving material W2 with the maximum rising locus Um.
  • the closest approach distance Xn is set based on the elevation speed Vz of the print head elevation means 12 and the movement speed Vx of the movement means 20.
  • the control means 40 recognizes the change pattern of the spatial distance L, the maximum rising locus Um It is possible to determine whether or not a collision with the printing material W2 can be avoided by increasing the distance, and the closest distance Xn can be recognized. By performing such control, the printing range of the print head 11 on the printing material W1 can be ensured to the maximum.
  • the print head 11 is disposed on a relatively thick print material W2, and a relatively thin print material W3 is arranged behind the print head 11 without a large gap. Shows the case.
  • the control unit 20 avoids the collision between the print head 11 and the printing material W2 and sets the height of the printing head 11 on the printing material W3 with the maximum descending trajectory Dm closest to the printing material W2. The descent is controlled to the target height.
  • the control means 40 recognizes the change pattern of the spatial distance L, the maximum descending locus when it approaches. It can be determined whether or not a collision with the printing material W2 can be avoided by descending at Dm. By performing such control, the print range of the print head 11 on the printing material W2 can be secured to the maximum, and the printing range of the print head 11 on the printing material W3 can be secured to the maximum.
  • the printing apparatus 1 includes an approach detection means (approach detection sensor) 14 for protecting the print head 11 in the print head 11, as shown in FIG. Yes.
  • the approach detection means 14 detects that the printing material W has approached the print head 11 from the set distance, and the control means 40 is connected to the print head 11 and the object to be printed based on the output of the approach detection means 14.
  • the raising / lowering operation of the print head 11 is switched to the collision avoiding operation.
  • the distance between the print head 11 and the printing material W is 10 mm or less, the lowering operation of the printing head 11 is prohibited. Further, the distance between the printing head 11 and the printing material W is 5 mm. In the following case, control is performed such that the print head 11 is forcibly raised.
  • the print head 11 and the printing material W can be adjusted without complicated adjustment.
  • the front end portion of the printing material W can be accurately determined by discriminating between the slat bar 21 of the slat conveyor and the printing material W. Characters and the like can be printed at the set positions on the printing material W upon detection.
  • control means 40 performs discharge control of the printing head raising / lowering means 12 and the coating material discharge part 10 based on the change pattern of the spatial distance L, the several to-be-printed material W from which thickness differs moves continuously. Even in this case, it is possible to set the widest print range on each printing material W while avoiding the collision between the print head 11 and the printing material W. As a result, it is possible to print a sufficient amount of information at a desired position on the printing material W.

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Abstract

　被印字材の厚さなどが変わった場合にも、煩雑な調整を行うこと無く、印字ヘッドと被印字材との距離を設定された距離に保って精度の高い印字を行うことができる。塗料吐出部１０の吐出動作と印字ヘッド昇降手段１２の昇降動作を制御する制御手段４０とを備え、制御手段４０は、移動距離検出手段２２の出力と空間距離検出手段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Ｌの変化パターンを認識し、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昇降手段１２の昇降動作を制御する。

Description

印字装置
　本発明は、被印字材上に塗料を吐出して印字する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ものである。
特開平１０－８６４４８号公報
　前述した従来の印字装置は、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、印字ヘッドの先端と被印字材までの距離を一定にするための調整を被印字材の厚さが変わる毎に行うことになり、この調整に多大な労力を要する問題があった。また、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、前述した調整を怠ると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もあった。
　また、被印字材における所望の位置に印字を行うためには、被印字材の先端部（エッジ）を検出する必要があるが、スラットコンベヤで被印字材を搬送する場合などは、被印字材の上方から被印字材の位置を検知しようとすると、被印字材と一緒に移動するスラットバーと被印字材との区別がつかず、被印字材の先端部を正確に検出することができない問題があった。これに対して、被印字材の側方からその厚さを検知することも考えられるが、幅広の鋼材などが被印字材になる場合は鋼材の歪みや、塗料かすなどの異物で検出誤差が生じやすく、精度の高い先端部の検出や厚さの検知ができない問題があった。
　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、被印字材の厚さが変わった場合にも、煩雑な調整を行うこと無く、印字ヘッドと被印字材との距離を設定された距離に保って精度の高い印字を行うことができること、また、被印字材の厚さが変わった場合にも、被印字材と印字ヘッドが衝突して印字ヘッドを破損させてしまう不具合を回避することができること、被印字材がスラットコンベヤのような搬送手段で移動する場合にも、被印字材の先端部を正確に検出して被印字材上の設定された位置に文字等を印字することができること、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、本発明の印字装置は、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、被印字材を前記塗料吐出部の配列方向と交差する方向に沿って移動させる移動手段と、前記印字ヘッドを被印字材の厚さ方向に沿って昇降させる印字ヘッド昇降手段と、前記移動手段の移動距離を検出する移動距離検出手段と、被印字材上の基準位置から被印字材の厚さ方向に沿った空間距離を検出する空間距離検出手段と、前記塗料吐出部の吐出動作と前記印字ヘッド昇降手段の昇降動作を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記移動距離検出手段の出力と前記空間距離検出手段の出力に基づいて、前記移動手段の移動方向に沿った前記空間距離の変化パターンを認識し、該変化パターンに基づいて、前記塗料吐出部の吐出動作と前記印字ヘッド昇降手段の昇降動作を制御することを特徴とする印字装置。
　このような特徴を有する印字装置によると、塗料吐出部と被印字材との間の空間距離の変化パターンを認識して、この変化パターンに基づいて印字ヘッド昇降手段を制御するので、被印字材の厚さなどが変わった場合にも、煩雑な調整を行うこと無く、印字ヘッドと被印字材との距離を設定された距離に保って精度の高い印字を行うことができる。また、比較的薄手の被印字材の中に比較的厚手の被印字材が混在して流れている場合にも、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るような不具合を回避することができる。
　更には、この印字装置によると、塗料吐出部と被印字材との間の空間距離の変化パターンを認識して、この変化パターンに基づいて塗料吐出部の吐出動作を制御するので、被印字材がスラットコンベヤのような搬送手段で移動する場合にも、被印字材とスラットバーを判別することで被印字材の先端部を正確に検出して被印字材上の設定された位置に文字等を印字することができる。
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。 本発明の一実施形態に係る印字装置における印字ヘッドの構造を示した説明図である（同図（ａ）が側面図、同図（ｂ）が平面図）。 本発明の一実施形態に係る印字装置の制御手段による印字ヘッド昇降手段の昇降動作制御と塗料吐出部の吐出動作制御を説明する説明図である。 本発明の一実施形態に係る印字装置における印字ヘッド昇降手段の昇降制御の更に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、印字ヘッド１１を被印字材Ｗの厚さ方向に沿って昇降させる印字ヘッド昇降手段１２と、塗料吐出部１０の吐出動作と印字ヘッド昇降手段の昇降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。印字ヘッド１１は印字ヘッド昇降手段１２によって被印字材Ｗの厚さ方向に沿って昇降される。
　図示の例では、印字ヘッド昇降手段１２は、支持部１２Ａに平行リンク１２Ｂの一端側が軸支されており、平行リンク１２Ｂの他端側を連結する連結アーム１２Ｃに印字ヘッド１１が支持されている。また、支持部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と一体にカウンタウエイト１２Ｈが軸支されている。そして、昇降モータ１２Ｆの動作が制御手段４０によって制御されている。
　支持部１２Ａには、被印字材Ｗ上の基準位置から被印字材Ｗの厚さ方向に沿った空間距離を検出する空間距離検出手段１３が備えられている。空間距離検出手段１３は、超音波センサなどを用いることができ、センサ位置から下方に被印字材Ｗなどが存在する場合にセンサ位置からそこまでの空間距離を検出する。この空間距離検出手段１３は、塗料吐出部１０の設置位置に対して移動手段２０の移動方向上流側に設定距離Ｘ0だけ離して設けており、こ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は前述した空間距離を塗料吐出部１０の下に被印字材Ｗが到達する前に認識する。
　また、塗料吐出部１０の位置には、塗料吐出部１０に被印字材Ｗが設定距離より接近したことを検知する接近検知手段１４を設けている。この接近検知手段１４は、空間距離検出手段１３と同様の超音波センサを用いることができ、塗料吐出部１０に対して過剰に何らかの物体が接近したこと検知して、この検知信号を制御手段４０に入力する。制御手段４０は、この検知信号によって被印字材Ｗが塗料吐出部１０に過剰に接近したことを認識する。
　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、ここでは、スラットコンベヤが用いられている。スラットコンベヤは、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ものである。この移動手段２０はスラットバー２１の移動を検出する移動距離検出手段（エンコーダ）２２を備えており、この移動距離検出手段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の吐出動作（吐出タイミングや吐出時間など）と印字ヘッド昇降手段１２の昇降動作を制御するものであり、移動手段２０に設けた移動距離検出手段（エンコーダ）２２からの検出信号，空間距離検出手段１３からの検出信号，接近検知手段１４からの検知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，印字ヘッド昇降手段１２の昇降動作（昇降モータの動作）を制御する。
　図２は、印字ヘッドの構造を示した説明図である（同図（ａ）が側面図、同図（ｂ）が平面図）。印字ヘッド１１は、複数個線状に配列した塗料吐出部１０を備えており、図示の例では、被印字材Ｗの印字面Ｗａに略垂直な回転軸１２Ｄによって、印字ヘッド昇降手段１２の連結アーム１２Ｃに回転自在に支持されている。塗料吐出部１０のそれぞれには一本の供給流路３１から分岐した複数の分岐供給流路３１ａが接続しており、塗料供給手段３０は複数の分岐供給流路３１ａを介して複数の塗料吐出部１０のそれぞれに塗料を供給している。印字ヘッド１１は一つであっても、複数のユニットを備えていても良く、複数のユニットを備える場合は、連結アーム１２Ｃに沿って複数のユニットが所定の間隔で並べて配置される。
　印字ヘッド１１の回転軸１２Ｄ回りの回転は手動であっても自動であってもよい。自動の場合は制御手段４０からの信号で図示省略した駆動モータが駆動して印字ヘッド１１を設定角度だけ回転させる。印字ヘッド１１を回転軸１２Ｄ回りに回転させると、塗料吐出部１０の配列方向が変更され、図２（ｂ）の実線で示すように配列方向が移動手段２０の移動方向（図示矢印方向）に対して垂直な状態から、図２（ｂ）の一点破線で示すように傾斜した状態に変更される。
　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は移動距離検出手段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、空間距離検出手段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の塗料吐出部１０（１０1～１０10）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（１０1～１０10）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は移動距離検出手段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。
　次に、図３に基づいて、制御手段による印字ヘッド昇降手段の昇降動作制御と塗料吐出部の吐出動作制御について更に詳細に説明する。本発明の実施形態に係る印字装置１の制御手段４０は、移動距離検出手段２２の出力と空間距離検出手段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、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昇降手段１２の昇降動作を制御している。
　図３（ａ）は、空間距離の変化パターンを示している。空間距離検出手段１３は、スラットバー２１の上面を基準高さとしてそこから距離Ｌ0の高さ（センサ高さ）に設置されている。そして、そのセンサ高さから下方の空間距離Ｌを検出している。空間距離とは空間距離検出手段１３の下方に何らかの物体が存在する場合のセンサ高さから物体までの距離を指す。空間距離検出手段１３の下をスラットバー２１が通過する場合には、センサ高さからスラットバー２１の表面までの距離が空間距離になり、空間距離検出手段１３の下を被印字材Ｗが通過する場合には、センサ高さから被印字材Ｗの印字面Ｗａまでの距離が空間距離になる。
　制御手段４０は、空間距離検出手段１３によって検出される空間距離Ｌを移動手段２０の移動距離Ｘに対応して記憶しており、微小な移動距離Ｘの計測区間毎に空間距離Ｌを記憶している。そして、制御手段４０は、移動手段２０の移動方向に沿って空間距離Ｌがどのように変化するかの変化パターンを認識している。
　図３に示すように、空間距離Ｌの変化パターンは、空間距離検出手段１３の下をスラットバー２１が通過する場合には、設定された移動距離ΔＸの範囲で空間距離Ｌが比較的大きく変化する。これは、空間距離検出手段１３が円柱状のスラットバー２１の曲面を検出しているからである。一方、空間距離検出手段１３の下を被印字材Ｗが通過する場合には、空間距離検出手段１３が被印字材Ｗの平坦な印字面Ｗａを検出しているので、設定された移動距離ΔＸの範囲で空間距離Ｌはほぼ一定になっている。
　制御手段４０は、この変化パターンに基づいて、空間距離検出手段１３の下を通過する物体の有無だけで無く、その物体がスラットバー２１であるのか、或いは被印字材Ｗであるのかを判別する。そして、空間距離検出手段１３の下を通過する物体が被印字材Ｗであると認識したときだけ、印字ヘッド昇降手段１２を昇降動作させて塗料吐出部１０の吐出端を印字面Ｗａ上に設定距離だけ離して配置し、印字面Ｗａ上に向けて塗料吐出部１０の吐出動作を実行する。具体的には、変化パターンの変化率ΔＬ／ΔＸが設定値以下の場合に、その変化パターンを被印字材Ｗ上のパターンであると認識する。また、この変化率ΔＬ／ΔＸを移動距離Ｘに沿って逐次求め、検出面が大きな凸曲面である場合には検出面がスラットバー２１であると判別し、検出面が直線的な面である場合には検出面を被印字材Ｗであると判別するようにしてもよい。
　制御手段４０は、空間距離Ｌの変化パターンに基づいて印字ヘッド昇降手段１２を昇降制御することによって、塗料吐出部１０の吐出端から被印字材Ｗ上までの距離を一定に制御する。これにより、厚さの異なる被印字材Ｗが移動手段２０によって搬送されてきた場合にも、塗料吐出部１０の吐出端から被印字材Ｗの印字面Ｗａまでの距離は常に一定になるので、均一なドット径で印字を行うことができる。
　具体的には、図３（ａ）に示すように、空間距離検出手段１３の下を被印字材Ｗが通過していることを認識した場合の空間距離をＬａとすると、被印字材Ｗの厚さＴはＴ＝Ｌ0－Ｌａとして制御手段４０に認識される。そして、制御手段４０による印字ヘッド昇降手段１２の昇降動作制御は、図３（ｂ）に示すように、塗料吐出部１０の吐出端から被印字材Ｗまでの設定距離をＬｅとすると、例えば、基準高さからの距離がＴ＋Ｌｅとなる目標高さに塗料吐出部１０の吐出端が位置するように制御がなされる。この際、空間距離検出手段１３と塗料吐出部１０とは移動手段２０の移動方向に沿ってＸ0の距離だけ離れているので、空間距離検出手段１３の下を被印字材Ｗが通過してから距離Ｘ0だけ離れた塗料吐出部１０の下に到達するまでの間に、制御手段４０は被印字材Ｗであることの判別を行い、更に目標高さに向けた印字ヘッド１１の昇降制御を行う。図３（ｂ）においては、印字ヘッド１１の高さを待機高さから目標高さに合わせる例を示している。
　また、制御手段４０は、空間距離Ｌの変化パターンに基づいて被印字材Ｗの先端を検知し、この先端から設定距離だけ離れた被印字材Ｗ上に印字がなされるように、塗料吐出部１０の吐出動作を制御する。すなわち、制御手段４０は、図３（ｃ）に示すように、空間距離Ｌの変化パターンに基づいて空間距離検出手段１３の下を通過したものが被印字材Ｗであると認識した場合は、この認識によって被印字材Ｗの先端を検知し、被印字材Ｗが空間距離検出手段１３の下を通過してから塗料吐出部１０の下に到達するまでの距離Ｘ0間に吐出端を目標高さに設定し、被印字材の先端から設定距離Ｘ1が検出された時点で、塗料吐出部１０の吐出動作を開始する。設定距離Ｘ1を距離Ｘ0より大きく設定することで、被印字材Ｗの印字面Ｗａ上の設定された位置に文字を印字することが可能になる。また、設定距離Ｘ1を距離Ｘ0より小さく設定すると被印字材Ｗの上以外で塗料を捨て吐きすることができ、これによって塗料吐出部１０のクリーニング動作を実行することが可能になる。
　図４は、印字ヘッド昇降手段の昇降制御の更に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、空間距離Ｌ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、印字ヘッド昇降手段１２を動作させている。
　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２０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、空間距離Ｌ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２０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、空間距離Ｌ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、空間距離Ｌ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。
　また、本発明の更に具体的な実施形態によると、印字装置１は、図１に示すように、印字ヘッド１１に印字ヘッド１１を保護するための接近検知手段（接近検知センサ）１４を備えている。この接近検知手段１４は、印字ヘッド１１に対して被印字材Ｗが設定距離より接近したことを検知するものであり、制御手段４０は、接近検知手段１４の出力に基づいて印字ヘッド１１と被印字材Ｗが過剰に接近した場合に印字ヘッド１１の昇降動作を衝突回避動作に切り替える。具体的には、印字ヘッド１１と被印字材Ｗとの距離が１０ｍｍ以下になった場合は、印字ヘッド１１の下降動作を禁止する、更に、印字ヘッド１１と被印字材Ｗとの距離が５ｍｍ以下になった場合には印字ヘッド１１の強制上昇を実行する、といった制御がなされる。
　以上説明したように、本発明の実施形態に係る印字装置１によると、被印字材Ｗの厚さが変わった場合にも、煩雑な調整を行うこと無く、印字ヘッド１１と被印字材Ｗとの距離を設定された距離に保って精度の高い印字を行うことができる。また、被印字材Ｗの厚さが変わった場合にも、被印字材Ｗと印字ヘッド１１が衝突して印字ヘッド１１を破損させてしまう不具合を回避することができる。更には、被印字材Ｗがスラットコンベヤのような搬送手段で移動する場合にも、スラットコンベヤのスラットバー２１と被印字材Ｗとを判別することで、被印字材Ｗの先端部を正確に検出して被印字材Ｗ上の設定された位置に文字等を印字することができる。
　そして、制御手段４０は、空間距離Ｌの変化パターンに基づいて印字ヘッド昇降手段１２と塗料吐出部１０の吐出制御を行うので、厚さの異なる複数の被印字材Ｗが連続して移動している場合にも、印字ヘッド１１と被印字材Ｗとの衝突をさけながら、各被印字材Ｗ上に最大限広域な印字範囲を設定することができる。これによって、被印字材Ｗ上の所望の位置に十分な情報量の印字を行うことが可能になる。
　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。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。
１：印字装置，１０：塗料吐出部，１１：印字ヘッド，
１２：印字ヘッド昇降手段，
１３：空間距離検出手段，１４：接近検知手段，
２０：移動手段，２１：スタットバー，２２：移動距離検出手段，
３０：塗料供給手段，３１：供給流路，３２電磁弁，
４０：制御手段，
Ｗ：被印字材

Claims (7)

  1. 　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、
    　被印字材を前記塗料吐出部の配列方向と交差する方向に沿って移動させる移動手段と、
    　前記塗料吐出部に塗料を供給する塗料供給手段と、
    　前記印字ヘッドを被印字材の厚さ方向に沿って昇降させる印字ヘッド昇降手段と、
    　前記移動手段の移動距離を検出する移動距離検出手段と、
    　被印字材上の基準位置から被印字材の厚さ方向に沿った空間距離を検出する空間距離検出手段と、
    　前記塗料吐出部の吐出動作と前記印字ヘッド昇降手段の昇降動作を制御する制御手段とを備え、
    　前記制御手段は、前記移動距離検出手段の出力と前記空間距離検出手段の出力に基づいて、前記移動手段の移動方向に沿った前記空間距離の変化パターンを認識し、該変化パターンに基づいて、前記塗料吐出部の吐出動作と前記印字ヘッド昇降手段の昇降動作を制御することを特徴とする印字装置。
  2. 　前記制御手段は、前記変化パターンに基づいて前記印字ヘッド昇降手段を昇降制御することによって、前記塗料吐出部の吐出端から被印字材上までの距離を一定に制御することを特徴とする請求項１記載の印字装置。
  3. 　前記制御手段は、前記変化パターンに基づいて被印字材の先端を検知し、該先端から設定距離だけ離れた被印字材上に印字がなされるように、前記塗料吐出部の吐出動作を制御することを特徴とする請求項１記載の印字装置。
  4. 　前記制御手段は、前記変化パターンの変化率に基づいて、当該変化パターンを被印字材上のパターンであると認識することを特徴とする請求項１～３のいずれか記載の印字装置。
  5. 　前記空間距離検出手段を前記塗料吐出部の位置に対して前記移動手段の移動方向上流側に設定距離だけ離して設け、
    　前記制御手段は、前記変化パターンによって、被印字材の高さが前記印字ヘッドの昇降を必要とする高さであると判断した場合に、被印字材と前記印字ヘッドとの距離が衝突を避けうる最接近距離に達したときに、前記印字ヘッド昇降手段を動作させることを特徴とする請求項１に記載の印字装置。
  6. 　前記最接近距離は、前記印字ヘッド昇降手段の昇降速度と前記移動手段の移動距離に基づいて設定されることを特徴とする請求項５記載の印字装置。
  7. 　前記空間距離検出手段は、前記塗料吐出部の設置位置に対して前記移動手段の移動方向上流側に設定距離だけ離して設け、
    　前記印字ヘッドには当該印字ヘッドに被印字材が設定距離より接近したことを検知する接近検知手段を設けており、
    　前記制御手段は、前記接近検知手段の出力に基づいて前記印字ヘッドと被印字材が過剰に接近した場合に前記印字ヘッドの昇降動作を衝突回避動作に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の印字装置。
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