JP2015098103A - インクジェットプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】曲面状の表面形状を有する被プリント物に高解像度で鮮明な絵柄をプリントすることができるインクジェットプリンタを提供する。【解決手段】ターンテーブル３０と、ターンテーブル３０の回転中心３３を通る直線上を往復運動可能なスライダ３５、インクジェットノズル前後移動機構２２ａ〜２２ｅによりそれぞれ独立して前後移動可能に保持された複数のインクジェットノズル２０ａ〜２０ｅを有するノズルヘッド２０と、ノズルヘッド２０を上下方向に移動させるノズルヘッド上下移動機構１１とを備え、ターンテーブル３０の回転、スライダ３５の直線移動、インクジェットノズル２０ａ〜２０ｅの独立した前後移動、ノズルヘッド２０の上下移動を適宜組み合わせながら動作させることによりインクジェットノズル２０ａ〜２０ｅがプリント面に対してできるだけ垂直になるように被プリント物３を動かしつつプリントを行う。【選択図】図２

Description

本発明はインクジェットプリンタに関し、さらに詳しくは、曲面状の表面形状を有する被プリント物の表面であるプリント面に絵柄などをプリントするインクジェットプリンタに関する。

従来、インクジェットプリンタによってプリントされる被プリント物は、紙等のように、プリント面が平面状のものが主であり、立体状のもの、例えば、二輪車用のヘルメットなどのように、曲面状の表面を有する被プリント物の表面にインクジェットプリンタを用いて絵柄をプリントすることは困難であったが、特許文献１ではこれを可能とするインクジェットプリント装置が提案されている。

特許文献１に示されたインクジェットプリント装置は、略水平に横架した支持ガイドロッドにインクジェットユニットを走査自在に支持する共に、インクジェットユニットの下方で、かつ、支持ガイドロッドと直交する方向に印刷対象物送りテーブルを位置させ、印刷対象物をインクジェットユニットの走査運動と同期させて支持ガイドロッド方向へ間欠的に定量送りし得るように構成し、そして、送りテーブル上に厚みを有する立体的な印刷対象物を位置ずれが生じないように確実に保持できる印刷対象物保持治具を設置すると共に、送りテーブルとインクジェットユニットとの間隔を変更し得る間隔可変機構を設けることにより、曲面状のプリント面へプリントするというものである。

特開２００１−２７００９６号公報

しかしながら、曲面形状を有する被プリント物の湾曲したプリント面にインクジェット方式でプリントを行う場合、インクジェットノズルから吐出されるインクの吐出方向とプリント面の角度はできるだけ垂直になるように位置される必要があり、インクの吐出方向とプリント面の角度が傾斜しているとプリント面に塗布されたインクは小さな円形状のドットとならず、扇型状に広がった、いわゆるレインドロップ状となって解像度が低下し、プリント画質が低下するという問題がある。この点、特許文献１ではかかる問題点についての認識又は示唆はなされていない。一方、インクジェットノズルを、例えば、多軸ロボット等に把持させてロボット制御を行わせることも考えられるがコストの面から見て実用性は極めて薄い。

そこで、上記問題点に鑑み本発明の目的は、曲面状の表面形状を有する被プリント物に高解像度で鮮明な絵柄をプリントすることができるインクジェットプリンタを提供することを目的とする。具体的には、インクジェットノズルを被プリント物の曲面状のプリント面に対してできるだけ垂直になるように被プリント物を移動させてプリントを行うことが可能であり、しかもコストも押さえたインクジェットプリンタを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の本発明は、曲面状の表面形状を有する被プリント物の表面であるプリント面にプリントを行うインクジェットプリンタであって、ターンテーブルと、前記ターンテーブル上に配置され、被プリント物を載置して前記ターンテーブルの回転中心を通る直線上を往復運動可能なスライダと、水平、且つ、インクジェットノズル前後移動機構により前記ターンテーブルの回転中心に向かってそれぞれ独立して前後移動可能に保持された複数のインクジェットノズルを有するノズルヘッドと、前記ノズルヘッドを上下方向に移動させるノズルヘッド上下移動機構とを備え、前記ターンテーブルの回転、前記スライダの直線移動、複数の前記インクジェットノズルの独立した前後移動、及び、前記ノズルヘッドの上下移動を適宜組み合わせながら動作させることにより前記インクジェットノズルがプリント面に対してできるだけ垂直になるように被プリント物を動かしつつプリントを行うことを特徴とする。

本発明に係るインクジェットプリンタによれば、ターンテーブル、スライダ、複数のインクジェットノズルの独立した前後移動、及び、ノズルヘッドの上下移動を適宜に組み合わせることにより、インクジェットノズルから吐出されたインクが被プリント物の曲面状のプリント面に対してできるだけ垂直になるように被プリント物を動かしながらプリントを行うように構成したので、曲面状のプリント面に塗布されたインクを円形状の小さなドットとすることができ、その結果、高い解像度の画像を曲面状のプリント面にプリントすることができるという効果がある。しかも、プリントにかかるコストパフォーマンスも高いという効果がある。

本発明に係るインクジェットプリンタの好ましい一実施形態の側面図である。 ノズルヘッドが下がった状態を示すインクジェットプリンタの側面図である。 ノズルヘッドの構成を示す斜視図である。 インクジェットノズル前後移動機構を示す説明図である。 制御装置の構成を示すブロック図である。 （ａ）はインクジェットノズルをプリント面に対しほぼ垂直に位置させた状態を示す説明図、（ｂ）はインクジェットノズルがプリント面に対し傾斜した状態を示す説明図である。 被プリント物の他の載置状態を示す側面図である。

以下、本発明に係るインクジェットプリンタについて好ましい一実施形態の図面を参照しながら説明する。図１は本発明に係るインクジェットプリンタの好ましい一実施形態の側面図である。図示されたインクジェットプリンタ１は、概略として、基台１０上に配置された回転モータ３１によって水平に回転するターンテーブル３０と、ターンテーブル３０上に配置された直線状のレール３６の上を往復運動するスライダ３５と、インクを吐出する複数のインクジェットノズル２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ（図３参照）を水平、且つ、インクジェットノズル前後移動機構２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ（図４参照）によりターンテーブル３０の回転中心３３に向かってそれぞれ独立して前後移動可能に保持したノズルヘッド２０と、ノズルヘッド２０を上下方向に移動させるために基台１０上に配置されたノズルヘッド上下移動機構１１を備えて構成されている。

［ターンテーブルの構成］
ターンテーブル３０は、基台１０上に配置された回転モータ３１によって回転軸３２を中心として所定の速度で回動可能に配置された円盤状の部材である。ターンテーブル３０の回転方向は特に限定されるものではなく左右いずれの方向も回転可能とされている。また、ターンテーブル３０の作動及び停止や回転速度等の動作の制御は後述する制御装置５０によって行われるようになっている。そして、インクジェットノズル２０ａ〜２０ｅのインクの吐出方向がターンテーブル３０の回転中心３３に向かうようしてノズルヘッド２０が配置されている。

［スライダの構成］
スライダ３５は、被プリント物３をターンテーブル３０の回転中心３３を通る直線上を適宜移動させる部材である。スライダ３５は、ターンテーブル３０の表面上に配置されたマグネットレール３６上を直線移動する、いわゆるリニアアクチュエータによって形成されている。すなわち、ターンテーブル３０の表面にはターンテーブル３０の略直径に相当するような長さのマグネットレール３６が敷設されており、マグネットレール３６上にはリニアアクチュエータにおける可動テーブルであるスライダ３５が走行可能に取り付けられている。そして、スライダ３５にはプリントが施される被プリント物３を載置するための載置台３７が設けられている。載置台３７に載置された被プリント物３は、ターンテーブル３０上に配置されて、ターンテーブル３０の回転に伴って回転しながら回転中心３３を通るマグネットレール３６上を直線移動可能とされている。尚、スライダ３５は、循環式の転動体（ボール）を介在させることによりレール上を直線移動するブロックによって構成されるいわゆる直動装置（図示せず）によって形成することもできる。

［ノズルヘッドの構成］
ノズルヘッド２０は、インクを吐出する複数のインクジェットノズル２０ａ〜２０ｅを保持する部材であり、図３に示すように、複数のインクジェットノズル２０ａ〜２０ｅがノズル保持体２１に保持されて構成されている。本実施形態では、インクジェットノズル２０ａ〜２０ｅは下からＷＹＭＣＫのインクが吐出されるような順番で配置されている。すなわち、インクジェットノズル２０ａからは白（Ｗ）のインクが吐出され、インクジェットノズル２０ｂからは黄色（Ｙ）のインクが吐出され、インクジェットノズル２０ｃからはマゼンタ（Ｍ）のインクが吐出され、インクジェットノズル２０ｄからはシアン（Ｃ）のインクが吐出され、インクジェットノズル２０ｅからは黒（Ｋ）のインクが吐出されるようになっている。そして、各色のインクは支持アーム１７上に配置されたインクタンク２９から各インクジェットノズル２０ａ〜２０ｅへそれぞれ適宜に供給されるようになっている。

［インクジェットノズル前後移動機構の構成］
また、ノズルヘッド２０に保持された各インクジェットノズル２０ａ〜２０ｅは、それぞれ被プリント物３のプリント面に近接することができるようにインクジェットノズル前後移動機構２２ａ〜２２ｅを備えており、各インクジェットノズル２０ａ〜２０ｅはインクジェットノズル前後移動機構２２ａ〜２２ｅにより前後方向に独立して移動可能とされている。インクジェットノズル２０ａを例にしてインクジェットノズル前後移動機構２２ａについて説明する。図４に示すように、インクジェットノズル２０ａには、平板状のラック歯車２６ａが取り付けられており、このラック歯車２６ａに噛み合う円形状のピニオン歯車２７ａが設けられている。そして、ピニオン歯車２７ａにはピニオン歯車２７ａを回転駆動するＷノズル駆動モータ２５ａが取り付けられている。このＷノズル駆動モータ２５ａはノズル保持体２１内に内蔵されている。そして、そして、Ｗノズル駆動モータ２５ａを後述する制御装置５０によってその動作を駆動制御することにより、インクジェットノズル２０ａを被プリント物３のプリント面に近接させることができるようになっている。また、他のインクジェットノズル２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅも同様に、ラック歯車、ピニオン歯車、Ｙノズル駆動モータ、Ｍノズル駆動モータ、Ｃノズル駆動モータ（いずれも図示せず）、Ｋノズル駆動モータ２５ｅ（図３参照）によって構成された図示しないインクジェットノズル前後移動機構２２ｂ〜２２ｅを有している。そして、各インクジェットノズル２０ａ〜２０ｅがそれぞれ独立してターンテーブル３０の回転中心３３に向かって前後方向への移動可能となるような位置関係でノズルヘッド２０が配置されている。

［ノズルヘッド上下移動機構の構成］
ノズルヘッド上下移動機構１１は、複数のインクジェットノズル２０ａ〜２０ｅを保持したノズルヘッド２０を上下方向に昇降移動させる上下移動機構であり、例えばボールネジ機構によって形成されている。すなわち、基台１０上には支柱１２が垂直に立設されており、支柱１２の上部には上板１２ａが配置され、この上板１２ａに昇降モータ１４が配置されている。そして、上板１２ａと基台１０との間にはボールネジのねじ軸であるシャフト１３が支柱１２と平行に立設されており、シャフト１３は昇降モータ１４によって回動可能に支持されている。そして、シャフト１３にはシャフト１３の回動によって上下移動可能なナット１５が螺合されている。尚、上板１２ａと基台１０にはシャフト１３の端部を軸支する図示しない軸受けが配置されている。

また、ナット１５には、支柱１２を案内レールとして上下移動可能に取り付けられたブロック１６を介して水平方向に配置された支持アーム１７が取り付けられている。そして、支持アーム１７の先端側にノズルヘッド２０が配置されている。かかる構成を備えたノズルヘッド上下移動機構１１は、昇降モータ１４を駆動させることによりシャフト１３を所定の速度で回動させ、それによってナット１５を上下方向に移動させることができる。これによりナット１５の先端に配置されたノズルヘッド２０は上下方向に移動可能とされる。また、支持アーム１７は、支柱１２を案内レールとして上下移動可能に取り付けられたブロック１６にも支持されているのでノズルヘッド２０をブレなく安定して上下移動させることができるようになっている。

［制御装置の構成］
ターンテーブル３０の回動、スライダ３５の直線移動、各インクジェットノズル２０ａ〜２０ｅの前後移動、ノズルヘッド２０の上下移動、さらには、インクジェットノズル２０ａ〜２０ｅからのインクの吐出などのインクジェットプリンタ１に係る動作は制御装置５０によって制御されるようになっている。制御装置５０は、図５に示すように、ターンテーブル３０の回動を制御する回転モータ駆動制御部６１，スライダ３５の直線移動を制御するスライダ駆動制御部６２，ノズルヘッド２０の昇降を制御する昇降モータ駆動制御部６３，インクジェットノズル２０ａの前後移動を制御するＷノズル駆動制御部６５ａ，インクジェットノズル２０ｂの前後移動を制御するＹノズル駆動制御部６５ｂ，インクジェットノズル２０ｃの前後移動を制御するＭノズル駆動制御部６５ｃ，インクジェットノズル２０ｄの前後移動を制御するＣノズル駆動制御部６５ｄ，インクジェットノズル２０ｅの前後移動を制御するＫノズル駆動制御部６５ｅ，そして、各インクジェットノズル２０ａ〜２０ｅから所定の色のインクの吐出を制御するノズル動作制御部６７を備えている。尚、回転モータ駆動制御部６１やスライダ駆動制御部６２等の上記した各駆動制御部を総称して以下単に「駆動制御部」、また、ノズルヘッド上下移動機構１１やターンテーブル３０等の駆動部分を総称して以下単に「駆動部」ということがある。

制御装置５０は、ＣＰＵ、記憶装置等のハードウェア（図示せず）と、ターンテーブル３０、スライダ３５、インクジェットノズル前後移動機構２２ａ〜２２ｅ、ノズルヘッド上下移動機構１１を駆動させ、各インクジェットノズル２０ａ〜２０ｅからのインクの吐出等を実行するためのプログラムであるソフトウェアによって構成された演算部５１を備えている。そして、演算部５１による各駆動部に対する制御信号はモーションコントローラ５５によって回転モータ駆動制御部６１，スライダ駆動制御部６２などの各駆動制御部へ送られ、各駆動制御部からそれぞれの各駆動部へ制御信号が送られて各駆動部の動作の制御が実行される。また、インクジェットノズル２０ａ〜２０ｅからのインクの吐出はモーションコントローラ５５及び演算部５１から出力されてバッファメモリ５３を介してノズルタイミング発生部５７に送られたインクジェットノズル２０ａ〜２０ｅの動作を制御する制御信号に基づいて実行される。また、被プリント物３の形状に関するデータや、被プリント物３のプリント面にプリントする絵柄などに関するプリントデータはデータ出入力装置７０から制御装置５０へ入力されるようになっている。尚、データ出入力装置７０は、ＰＣ本体７１，モニタ７２，キーボード７３，マウス７４を備えて構成されたいわゆるパーソナルコンピュータであり、制御装置５０の動作に関する必要な情報は演算部５１を介してデータ出入力装置７０のモニタ７２に表示されるようになっている。

［インクジェットプリンタの動作］
次に、上述したインクジェットプリンタ１の動作について説明する。初めに、被プリント物３の形状に関する情報、例えば、被プリント物３の外形形状に関する高さや幅などのサイズ情報や曲面の曲率情報などを含む三次元情報（３Ｄ情報）及び被プリント物３のプリント面にプリントすべき絵柄のデザイン情報等をデータ入力装置７０を介して入力する。入力された３Ｄ情報やデザイン情報等の入力データは制御装置５０の演算部５１に送られ、演算部５１はその入力データに基づいて回転モータ駆動制御部６１，スライダ駆動制御部６２などの各駆動部を動作させるための制御情報を算出する。算出された制御情報は制御信号としてモーションコントローラ５５を経由して各駆動制御部に送られ、各駆動部が制御信号に従ってそれぞれ動作することにより被プリント物３のプリント面に対するプリントが行われる。尚、プリント時における被プリント物３のプリント面に対する各インクジェットノズル２０ａ〜２０ｅの位置関係や各インクジェットノズル２０ａ〜２０ｅからのインクの吐出については、被プリント物３の入力データから正確に把握することができ、しかも、各駆動部は各制御駆動部からの制御信号により被プリント物３に対する所定の位置へ正確に案内することができる。

ここで、図１は被プリント物３として二輪車用のヘルメット（以下「ヘルメット」という。）が示されており、このヘルメット３に絵柄を描く場合について説明する。まず、ヘルメット３の外形形状に関する３Ｄ情報（大きさや曲面の曲率等）及びヘルメット３のプリント面にプリントする絵柄のデザイン情報をデータ入力装置７０を介して入力する。そして、載置台３７にヘルメット３を載置する。そして、モニタ７２に表示された図示しない印刷開始ボタンをマウス７４でクリックすることにより演算部５１に格納されたプログラムに従ってプリントが開始される。

上記プリント開始の合図により、演算部５１はターンテーブル３０、スライダ３５、ノズルヘッド上下移動機構１１を初めとする各駆動部に対する制御情報を算出して各駆動制御部へ送り、各駆動制御部から各駆動部にそれぞれ制御信号が送られてプリント動作が実行される。すなわち、昇降モータ駆動制御部６３からの制御信号に基づいて昇降モータ１４を駆動させることによりノズルヘッド２０を所定の速度で降下又は上昇させる。尚、本実施形態ではノズルヘッド２０は図１に示す状態から図２に示す状態となるように、上から下へ向かって移動させながらプリントが行われるようになっている。また、回転モータ駆動制御部６１からの制御信号に基づいて回転モータ３１を駆動させることによりターンテーブル３０を所定の回転速度で左方向又は右方向へ回転させる。また、スライダ駆動制御部６２からの制御信号に基づいてリニアアクチュエータを動作させることによりマグネットレール３６上のスライダ３５を直線移動させる。また、各ノズル駆動制御部６５ａ〜６５ｅからの制御信号に基づいて各ノズル駆動モータ２５ａ〜２５ｅを動作させ各インクジェットノズル２０ａ〜２０ｅをヘルメット３のプリント面に接近するようにそれぞれ前後移動させる。そして、上述した各駆動部の動作を適宜組み合わせながらヘルメット３を動かし、ノズル動作制御部６７は各インクジェットノズル２０ａ〜２０ｅからそれぞれインクを吐出させることによりプリント面に絵柄をプリントしていく。

このとき、制御装置５０は、各インクジェットノズル２０ａ〜２０ｅがプリント面に対してできるだけ垂直となる位置関係となるようにターンテーブル３０、スライダ３５、ノズルヘッド上下移動機構１１を駆動させてヘルメット３の位置を適宜に移動させる。また、制御装置５０は、各インクジェットノズル２０ａ〜２０ｅがインク吐出時にプリント面に近接するように各インクジェットノズル前後移動機構２２ａ〜２２ｅを駆動させて各インクジェットノズル２０ａ〜２０ｅを前後移動させる。ここで、各インクジェットノズル２０ａ〜２０ｅをプリント面に対してできるだけ垂直となるように位置させるのは以下の理由による。すなわち、ヘルメット３が図６（ｂ）に示すような位置にあるとインクジェットノズル２０ａは回転中心３３に向かって位置してはいるが、プリント面とインクジェットノズル２０ａのインクの吐出方向のなす角度θ_２は９０°よりも大きいため、インクジェットノズル２０ａから吐出されたインクはプリント面に対し傾斜した状態で吐出されることとなる。そのためプリント面に付着したインクはいわゆるレインドロップ状に拡散した形状となってしまいプリントの解像度が低下する。

これに対し、ヘルメット３を図６（ａ）に示すように位置させことによりプリント面とインクジェットノズル２０ａのインクの吐出方向のなす角度θ_１を略垂直とすることができるのでインクジェットノズル２０ａから吐出されたインクはプリント面に円形状の小さなドットして付着する。このように、本発明に係るインクジェットプリンタはヘルメット３の曲面状の表面であるプリント面にインクを拡散させることなく円形状の小さなドットとして描くことができるので高い解像度を得ることができ、鮮明な絵柄をプリントすることが可能となる。

尚、ヘルメット３の頂部付近など、被プリント物３の有する曲面状態によっては、例えば、図７に示すように、被プリント物（ヘルメット）３を縦置きするなど、被プリント物３の載置する姿勢を適宜に変更することにより、被プリント物３の曲面状のプリント面に対しインクジェットノズル２０ａ〜２０ｅをできるだけ垂直に近い状態に位置させることができ、被プリント物（ヘルメット）３の全面に絵柄をプリントすることができる。

以上のように、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能であることはいうまでもない。

１ インクジェットプリンタ
３ 被プリント物（ヘルメット）
１０ 基台
１１ ノズルヘッド上下移動機構
１２ 支柱
１２ａ 上板
１３ シャフト
１４ 昇降モータ
１５ ナット
１６ ブロック
１７ 支持アーム
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ インクジェットノズル
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ インクジェットノズル前後移動機構
２５ａ Ｗノズル駆動モータ
２５ｂ Ｙノズル駆動モータ
２５ｃ Ｍノズル駆動モータ，
２５ｄ Ｃノズル駆動モータ
２５ｅ Ｋノズル駆動モータ
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ ラック歯車
２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ，２７ｅ ピニオン歯車
２９ インクタンク
３０ ターンテーブル
３１ 回転モータ
３２ 回転軸
３３ 回転中心
３５ スライダ
３６ マグネットレール
３７ 載置台
５０ 制御装置
５１ 演算部
５３ バッファメモリ
５５ モーションコントローラ
５７ ノズルタイミング発生部
６１ 回転モータ駆動制御部
６２ スライダ駆動制御部
６３ 昇降モータ駆動制御部
６５ａ Ｗノズルモータ駆動制御部
６５ｂ Ｙノズルモータ駆動制御部
６５ｃ Ｍノズルモータ駆動制御部
６５ｄ Ｃノズルモータ駆動制御部
６５ｅ Ｋノズルモータ駆動制御部
７０ データ出入力装置
７１ ＰＣ本体
７２ モニタ
７３ キーボード
７４ マウス

Claims (1)

1. 曲面状の表面形状を有する被プリント物の表面であるプリント面にプリントを行うインクジェットプリンタであって、
   ターンテーブルと、
   前記ターンテーブル上に配置され、被プリント物を載置して前記ターンテーブルの回転中心を通る直線上を往復運動可能なスライダと、
   水平、且つ、インクジェットノズル前後移動機構により前記ターンテーブルの回転中心に向かってそれぞれ独立して前後移動可能に保持された複数のインクジェットノズルを有するノズルヘッドと、
   前記ノズルヘッドを上下方向に移動させるノズルヘッド上下移動機構と、
   を備え、
   前記ターンテーブルの回転、前記スライダの直線移動、複数の前記インクジェットノズルの独立した前後移動、及び、前記ノズルヘッドの上下移動を適宜組み合わせながら動作させることにより前記インクジェットノズルがプリント面に対してできるだけ垂直になるように被プリント物を動かしつつプリントを行うことを特徴とするインクジェットプリンタ。

Images