JP2020019275A - 液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】塗料ドットの吐出を制御することにより画像品質を向上する液体吐出装置を提供する。【解決手段】吐出対象物に液体を吐出するヘッドと、吐出対象物またはヘッドの少なくとも一方を移動させる移動機構と、吐出対象物又はヘッドを所定の方向へ移動させながら液体を吐出することにより形成されるドット行に対し、ドット行の上に重なるようにヘッドを所定の方向と反対方向へ移動させるとともに、反対方向へ移動する際の最初に吐出するドットの中心位置を、所定の方向へ移動する際の最後のドットの中心位置から距離ｄ以上移動させるコントローラと、を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、液体吐出装置に関する。

被塗装物上の塗装領域、例えば、縦約２００ｍｍ、横約１，０００ｍｍの長方形の塗装領域をＸＹ駆動テーブルに保持した液体吐出ヘッドによって塗装を行う場合、液体吐出ヘッドから吐出される塗料ドットは縦横方向とも等間隔で被塗装物上に置かれる。一例を被塗装物上に置かれるドット群を拡大して示すと図６に示すようになる。ノズル口径が０．１５ｍｍ、Ｘ方向のノズルのスピードが６４０ｍ／ｓ、被塗装面と液体吐出ヘッドの間隔が１０ｍｍ、ドットの直径が２．０ｍｍ、ドット間隔が０．２ｍｍとして、実際に塗装をしてみると、Ｘ方向には１行５，０００個のドットが打たれて約１，０００ｍｍ（正確には１，００２ｍｍ）がカバーされる。一方、Ｙ方向には１列１，０００個のドットが打たれて約２００ｍｍ（正確には２０２ｍｍ）がカバーされる。従って、約２００ｍｍ×約１，０００ｍｍの塗装領域は５，０００×１，０００＝５×１０６個のドットが配置されることによりカバーされることになる。

Ｘ方にはＸＹ駆動テーブルに搭載されたノズルヘッドが左右に等速で移動し、目的の塗装領域内に入ったときにドットが吐出される。Ｙ方向も０．２ｍｍ間隔ごとにドットが配置されるようにＸＹテーブルのＹ軸移動により液体吐出ヘッドを移動させる。以上が液体吐出ヘッドによる従来の塗装方法である。

しかし、上述した従来の塗装方法には次のような問題がある。これについて図７を参照して説明する。図７（ａ）に示すように、塗装領域１０１の左端と右端に薄い縦線に見えるドット群１０２が、塗装領域１０１からはみ出して見える。これを顕微鏡で拡大してみると、図７（ｂ）に示すように、ドット群１０２は、直径が１００μｍほどの小さなドットが目的の塗装領域１０１からはみ出すようにして存在していることで形成されたもので、左から右方向に打たれたドットの最後のドットの右横と、右から左方向に打たれたドットの最後のドットの左横とに存在している。このはみ出しているドットの存在は見切りのきれいな塗装領域が望まれるのに反して、ノイズとして不要な存在である。

ここで、このようなノイズドットが発生する原因について説明する。液体吐出ヘッドのノズルから塗料ドットが吐出されるメカニズムについては、例えば、非特許文献１の１５１〜１５４頁に示されているが、ストロボ顕微鏡等を使用して更に詳しく観察してみると、液体吐出ヘッドのノズルから吐出される塗料（インク）ドットの時間的変化は図８（ａ）〜（ｅ）に示すようになる。ここで、図８はドットが形成される過程を示し、図８（ａ）は吐出前の状態を示すノズルの断面図、図８（ｂ）は吐出直後の状態を示すノズルの断面図、図８（ｃ）は図８（ｂ）の状態から塗料ドットが親ドットとサテライトドットとに分離した状態を示す図、図８（ｄ）は図８（ｃ）の状態から更に所定時間経過後の状態を示す図、図８（ｅ）は親ドットが着弾してサテライトドットが飛翔中である状態を示す図である。

それぞれについて説明すると。ノズル２Ｎの先端部内における塗料が充満状態となったら（図８（ａ））、後方から圧力がかけられて塗料が塗料ドット２ａとして吐出される。そして、塗料ドット２ａが吐出される瞬間には塗料ドット２ａの尻部がノズル２Ｎの先端部内の塗料２０の粘性と表面張力により後方に引っ張られ、鋭い円錐状となる（図８（ｂ））。尻部分の塗料は本体部分のドット（親ドット２ｂ）から分離して小ドット２ｃとなる。この小ドット２ｃは「サテライトドット」と呼ばれる（図８（ｃ））。サテライトドット２ｃの落下速度は尻部が後方に引っ張られたことにより、親ドット２ｂの落下速度より遅くなる。親ドット２ｂが被塗装物１００上の塗装領域１０１に落ちて平たく広がる瞬間のとき、サテライトドット２ｃはまだ空中に存在し（図８（ｄ））、その後に親ドット２ｂ上に落ちる（図８（ｅ））。

実際の塗装においては、液体吐出ヘッドはＸ方向に例えば右側に等速で移動しており、従って、図９に示すように、落下速度の遅いサテライトドット２ｃは落下速度の速い親ドット２ｂに対してベクトル領域速度をみてわかるように親ドット２ｂの右側にずれて着弾することになる。そして、ノズル２Ｎが左側に移動する場合には左側にずれて着弾する。このサテライトドット２ｃが塗装領域の左端と右端にはみ出して見えるノイズドットとなる。

例えば、ｘ方向に６４０ｍｍ／ｓの等速で移動する口径０．１５ｍｍのノズルから塗料を吐出させると親ドット２ｂの垂直落下速度は５，８５０ｍｍ／ｓ、サテライトドット２ｃの垂直落下速度は４,３００ｍｍ／ｓで、１０ｍｍ下方の被塗装物１００上に着弾した親ドット２ｂの直径は２．０ｍｍ、サテライトドット２ｃの直径は０．１ｍｍであり、サテライトドット２ｃの着弾が親ドット２ｂの端から０．４ｍｍ離れたところに観察された。

ところで、上述のサテライトドットの問題を解決する１つの方法が特許文献１に示されておいる。特許文献１に示されるインクジェット・プリント方法は、多数のノズルを有するインクジェット・プリントヘッドをプリント媒体のシートに隣接して位置決めし、シートまたはプリントヘッドを走査軸方向に移動させてプリントを行うに際し、インク小滴（サテライトドット）をノズルの一つから走査軸に垂直な方向から偏った放出方向に放出させるとともに、インク小滴の主部分と尾部分とが媒体シート上の同じ場所に当るようにパラメータ及び走査の速度を選択するものである。

岩本・小寺責任編集、「シリーズ先端ディスプレィ技術８、デジタルハードコピー技術」共立出版株式会社、２０００年１１月、ｐ．１５１−１５４

特許第４２１００１４号公報

しかしながら特許文献１に示された方法は、ノズルのオリフィスの入口孔及び出口孔に対し、出口孔の中心は法線軸を定義し、更に入口孔の中心はオフセット量だけ法線軸からずらせた形状とする必要があるために、専用のノズルが必要とされるという不都合がある。

そこで、本発明はかかる問題点に鑑みなされたもので、塗料ドットの吐出を制御することにより画像品質を向上することを目的とする。

上記課題を解決するために請求項１に記載の発明は、ＸＹテーブルに保持された液体吐出ヘッドをＸＹ方向に移動させながら塗料を等間隔で吐出して塗装を行う場合に、所定のドット行の最後のドットの端から前記インクジェット型ノズルの移動方向に距離ｄだけ離れた位置に着弾するサテライトドットによって生じるノイズを解消する液体吐出ヘッドを使用した塗装方法であって、前記液体吐出ヘッドを所定の方向へ移動させながら塗料を等間隔で吐出することにより塗装された所定のドット行に対し、当該ドット行の上に重なるようにして前記ドット行と同じ間隔で塗料を吐出するように前記液体吐出ヘッドを反対方向へ移動させると共に、反対方向へ移動する最初のドットの中心位置を前記最後のドットの中心から前記サテライトドット側へ距離ｄ以上を離すことを特徴とする液体吐出ヘッドを使用した塗装方法を提供する。

上記課題を解決するために請求項２に記載の発明は、ＸＹテーブルに保持された液体吐出ヘッドをＸＹ方向に移動させながら塗料を等間隔で吐出して塗装を行う場合に、所定のドット行の最後のドットの端から前記インクジェット型ノズルの移動方向に距離ｄだけ離れた位置に着弾するサテライトドットによって生じるノイズを解消する液体吐出ヘッドを使用した塗装方法であって、前記液体吐出ヘッドを所定の方向へ移動させながら塗料を等間隔で吐出することにより塗装された所定のドット行に対し、当該インクジェット型ノズルの移動方向に対して垂直方向へ所定のピッチ間隔ｐだけ移動した位置に前記ドット行と同じ間隔で塗料を吐出するように前記液体吐出ヘッドを反対方向へ移動させると共に、前記インクジェット型ノズルから被塗装面に吐出されたメインドットの半径をｒとした場合、反対方向へ移動する最初のドットの中心位置を前記最後のドットの中心から前記サテライトドット側へ下記の（１）式に基づいて算出される距離以上を離すことを特徴とする液体吐出ヘッドを使用した塗装方法を提供する。

・・・（１）

本発明により、塗料ドットの吐出を制御することにより画像品質を向上することができる。

液体吐出ヘッドを使用したインクジェットプリント装置の一実施例を示す構成図である。 コントローラの一実施形態を示すブロック図である。 本発明に係る塗装方法の第一の実施形態を示す説明図である。 本発明に係る塗装方法の第二の実施形態を示す説明図である。 第二の実施形態に係る塗装方法のドットのずらし量を示す説明図である。 塗料ドット群を示す拡大図である。 （ａ）は塗装領域からドット群がはみ出して見える状態を示す図、（ｂ）はドット群の状態からはみ出し部位を拡大して示した図である。 ドットが形成される過程を示し、（ａ）は吐出前の状態を示すノズルの断面図、（ｂ）は吐出直後の状態を示すノズルの断面図、（ｃ）は（ｂ）の状態から塗料ドットが親ドットとサテライトドットとに分離した状態を示す図、（ｄ）は（ｃ）の状態から更に所定時間経過後の状態を示す図、（ｅ）は親ドットが着弾してサテライトドットが飛翔中である状態を示す図である。 親ドットとサテライトドットの着弾の方向を示す説明図である。

以下、本発明に係る液体吐出ヘッドを使用した塗装方法について、図面を参照しつつ好ましい一実施形態に基づいて詳細に説明する。初めに、本発明に係る液体吐出ヘッドを使用した塗装方法を実施するために使用されるインクジェットプリント装置の一実施形態について説明する。

［インクジェットプリント装置の構成］
液体吐出ヘッドを備えたインクジェットプリント装置（以下、単に「プリント装置」という。）１は、図１に示すように、被塗装物１００の塗装領域１０１に向けて塗料ドットを吐出する液体吐出ヘッド（以下、単に「ノズルヘッド」という。）２と、ノズルヘッド２をＸ軸方向に往復動させるＸ軸移動機構３と、Ｘ軸移動機構３を保持すると共にノズルヘッド２をＹ軸方向に往復動させる一対のＹ軸移動機構４，４と、Ｙ軸移動機構４，４を所定の高さに保持すべくその両端をするＸＹテーブル枠５と、ノズルヘッド２に塗料を供給する塗料供給装置６と、ノズルヘッド２、Ｘ軸移動機構３及びＹ軸移動機構４，４（ＸＹテーブル）を塗装内容に従って制御するコントローラ７とを備えて構成されている。ここで、インクジェットプリント装置１は、「液体吐出装置」の一例である。

ノズルヘッド２は、Ｘ軸移動機構３とＹ軸移動機構４，４によって被塗装物１００の塗装領域１０１の表面上をＸＹ方向に移動し、その過程でノズルヘッド２の図示しない複数のインクジェット型ノズルからドット状の塗料を被塗装面である塗装領域１０１に向かって吐出することにより塗膜が塗装領域１０１に形成される。

図２はコントローラの一実施形態を示すブロック図である。コントローラ７は、格納されているプログラムに従ってプリント装置１を制御するコンピュータ（ＰＣ）７０と、コンピュータ７０によって所定の順序で制御動作をするＰＬＣ（programmable logic controller）７１を主体に構成され、コンピュータ（ＰＣ）７０には、各種の入力操作に用いられるキーボード７２やノズルヘッド２の駆動を制御するノズル制御回路７３が接続されている。このノズル制御回路７３にはノズルヘッド２をノズル制御回路７３の制御の基に駆動するノズルドライブ回路７４が接続されている。

また、コンピュータ７０及びノズル制御回路７３に基づいて動作するＰＬＣ７１には、各種の表示を行うとともに画面をタッチすることで各種の入力操作が可能なタッチパネル表示器７５と、Ｘ軸移動機構３及びＹ軸移動機構４，４の駆動用モータ（図示せず）を制御するモーターコントローラー７６と、モーターコントローラー７６の制御の基に上記駆動用モータを駆動するモータードライブ回路７７とを備えて構成されている。

塗装領域１０１が約２００ｍｍ×約１,０００ｍｍである場合、上述したように５,０００×１,０００＝５×１０６個のドットが配置されることによって塗装がカバーされることになる。この場合、Ｘ方向にはＸ軸移動機構３に搭載されたノズルヘッド２が左右に等速で移動され、目的の塗装領域内に入ったときにドットが吐出される。また、Ｙ方向は、０．２ｍｍ間隔ごとにドットが配置されるようにＹ軸移動機構４，４を駆動してノズルヘッド２を移動させる。

コンピュータ７０は、予め格納されているプログラムに従ってＰＬＣ７１及びノズル制御回路７３を制御し、Ｘ軸移動機構３及びＹ軸移動機構４，４を駆動することによって、ノズルヘッド２が所定の印字パターンで移動する。その際、ノズルヘッド２から吐出される塗料ドットは縦横方向とも等間隔で被塗装物１００上に吐出される。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを使用した塗装方法について説明する。まず、第一の実施形態に係る塗装方法について説明する。

［第一の実施形態に係る塗装方法］
第一の実施形態に係る塗装方法は、左から右に打たれるある１列のドット行の上に重なるようにして右から左にドット行が同じ間隔（ピッチ）で打たれる時、右から左に打たれるドットの中心位置が左から右に打たれるドットの中心位置から、左から右に打たれるドットの端からはみ出したサテライトドットまでの距離ｄ以上だけ右にずらすことにより、サテライトドットを見えなくするものである。以下、図３を用いて詳しく説明する。

図３は本発明に係る塗装方法の第一の実施形態を示す説明図である。図中、ＲＳは左から右に打たれる所定のドット行の最初のドット、ＲＬは同じく最後のドット、ＳＲは最後のドットＲＬのサテライトドットである。また、ＬＳは右から左に打たれるドット行の最初のドット、ＬＬは同じく最後のドット、ＳＬは最後のドットＬＬのサテライトドットである。

図３に示すように、左から右に打たれるドット行の最後のドットＲＬの右端からサテライトドットＳＲまでの距離をｄとすれば、右から左に打たれるドットの中心位置を左から右に打たれるドットの中心位置からｄ以上だけ右側にずらしてやればサテライトドットＳＲは見えなくなる。すなわち、右から左に打たれる最初のドットＬＳの中心位置を左から右に打たれる最後のドットＲＬの中心位置からｄ以上だけ右側にずらしてやればサテライトドットＲＳは右から左に打たれる最初のドットＬＳに取り込まれるので見えなくなる。そして、右から左に打たれる最後のドットＬＬの中心位置は左から右に打たれる最初のドットＲＳの中心位置からｄ以上だけ右側にずれているのでサテライトドットＳＬは左から右に打たれるドット行の最初のドットＲＳ上に着弾するためサテライトドットＳＬは見えなくなる。

このような制御は、予めコンピュータ（ＰＣ）７０に上述の距離ｄが生じるようにＰＬＣ７１、ノズル制御回路７３及びモーターコントローラー７６を制御する制御プログラムをインストールしておき、この制御プログラムに従ってノズルヘッド２をモーターコントローラー７６によってＸＹテーブルのＸ軸移動機構３及びＹ軸移動機構４，４の動作を制御することにより最適な速度で移動させ、また、ノズル制御回路７３によって塗料の吐出タイミングや吐出量を制御することにより達成することができる。

また、本実施形態では、所定の速度で記録ヘッドを動かした際の距離を図示しないカメラ等で撮影し、コントローラは撮影した画像に基づいて距離ｄを特定し、図示しない記憶部に記憶させることができる。また、所定の速度と異なる速度で記録ヘッドを動かす際には、コントローラは所定の速度と記録ヘッドの速度に基づいて、距離ｄを変更することができる。

［第一の実施形態の効果］
第一の実施形態に係る液体吐出ヘッドを使用した塗装方法によれば、ノズルヘッド２を所定の方向へ移動させながら塗料を等間隔で吐出することにより塗装された所定のドット行に対し、当該ドット行の上に重なるようにしてドット行と同じ間隔で塗料を吐出するようにノズルヘッド２を反対方向へ移動させると共に、反対方向へ移動する最初のドットの中心位置を最後のドットの中心からサテライトドット側へ距離ｄ以上を離すようにしたので、ノズルヘッド２を特殊な形状にすることなく通常仕様のノズルヘッド２を用いながら、ノイズドットの発生しない綺麗な見切りの端面を実現することができるという効果がある。

なお、本実施形態では、ＸＹテーブルに保持されたヘッドをＸＹ方向に移動させながら吐出する点について説明したが、これに限定されるものではない。ヘッドを固定して、吐出対象物をＸＹ方向に移動させてもよいし、ヘッドと吐出対象物の両方を移動させてもよい。また、ＹＺ方向やＸＺ方向にヘッドを移動させながら液体を吐出してもよい

［第二の実施形態に係る塗装方法］
次に、第二の実施形態に係る塗装方法について説明する。図４は本発明に係る塗装方法の第一の実施形態を示す説明図である。尚、図３と同様に、ＲＳは左から右に打たれるドット行の最初のドット、ＲＬは同じく最後のドット、ＳＲは最後のドットＲＬのサテライトドット、ＬＳは右から左に打たれるドット行の最初のドット、ＬＬは同じく最後のドット、ＳＬは最後のドットＬＬのサテライトドットである。ただし、右から左に打たれるドット行の最初のドットＬＳから最後のドットＬＬは左から右に打たれるドット行の最初のドットＲＳから最後のドットＲＬより所定のピッチ間隔ｐだけＹ方向に下がっている。第二の実施形態に係る塗装方法は、左から右に打たれる所定のドット行の下に所定のピッチ間隔だけ下げて、右から左に上のドット行と同じ間隔でドット行を打つとき、所定のドット行の最後のドットの端からそのサテライトドットまでの距離をｄ、ドットの半径をｒ、ピッチ間隔をｐとした場合、図４に示すように、右から左に打たれるドットの中心位置を左から右に打たれるドットの中心位置から（１）式によって算出される距離以上だけずらすことによりサテライトドットを見えなくなるようにするものである。

・・・（１）
図５を参照しつつさらに説明する。

図５は第二の実施形態に係る塗装方法のドットのずらし量を示す説明図であり、ｒはドットの半径、ｐはピッチ間隔、ｄは最後のドットＲＬの右端からサテライトドットＳＲまでの距離である。

図５に示すように、右から左に打たれる最初のドットＬＳの中心位置を左から右に打たれる最後のドットＲＬの中心位置から（ｄ＋ｄ'）以上ずらすことにより、サテライトドットＳＲは右から左に打たれるドット行の最初のドットＬＳと重なり、サテライトドットＳＲは見えなくなる。ただし、ｄ'は以下に示す（２）式によって算出される。

・・・（２）

例えば、ｒ＝１．０ｍｍ、ｐ＝０．２ｍｍである場合には、ｄ'＝０．０２ｍｍとなり、右から左に打たれるドットの中心位置は（ｄ＋ｄ'）、つまり０．４＋０．０２ｍｍ＝０．４２ｍｍだけ右にずらせばよい。

ここで、図５を参照して、（３）式による上記ｄ'の算出過程を示す。

・・・（３）

このような制御は、第一の実施形態と同様に、予めコンピュータ（ＰＣ）７０に上述の距離ｄが生じるようにＰＬＣ７１、ノズル制御回路７３及びモーターコントローラー７６を制御する制御プログラムをインストールしておき、この制御プログラムに従ってノズルヘッド２をモーターコントローラー７６によってＸＹテーブルのＸ軸移動機構３及びＹ軸移動機構４，４の動作を制御して最適な速度及びピッチで移動させ、また、ノズル制御回路７３によって塗料の吐出タイミングや吐出量を制御することにより達成することができる。

［第二の実施形態の効果］
第二の実施形態に係る液体吐出ヘッドを使用した塗装方法によれば、ノズルヘッド２から吐出して塗装された所定のドット行に対し、当該インクジェット型ノズルの移動方向に対して垂直方向へ所定のピッチ間隔ｐだけ移動した位置にドット行と同じ間隔で塗料を吐出するようにノズルヘッド２を反対方向へ移動させると共に、ノズルヘッド２から被塗装面に吐出されたメインドットの半径をｒとした場合、反対方向へ移動する最初のドットの中心位置を、最後のドットの中心からサテライトドット側へ下記（１）式で示される値に基づいて算出される距離以上に離すようにしたので、ノズルヘッド２を特殊な形状にすることなく通常仕様のノズルヘッド２を用いながら、ノイズドットの発生しない綺麗な見切りの端面を実現することができるという効果がある。

・・・（１）

本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々の変形が可能である。

１ インクジェットプリント装置（液体吐出装置の一例）
２ ノズルヘッド
２ａ 塗料ドット
２ｂ 親ドット
２ｃ サテライトドット（小ドット）
３ Ｘ軸移動機構
４ Ｙ軸移動機構
５ ＸＹテーブル枠
６ 塗料供給装置
７ コントローラ
２０ 塗料
７０ コンピュータ（ＰＣ）
７１ ＰＬＣ
７２ キーボード
７３ ノズル制御回路
７４ ノズルドライブ回路
７５ タッチパネル表示器
７６ モーターコントローラー
７７ モータードライブ回路

Claims (4)

1. 吐出対象物に液体を吐出するヘッドと、
   前記吐出対象物または前記ヘッドの少なくとも一方を移動させる移動機構と、
   前記吐出対象物又は前記ヘッドを所定の方向へ移動させながら液体を吐出することにより形成されるドット行に対し、前記ドット行の上に重なるように前記ヘッドを前記所定の方向と反対方向へ移動させるとともに、前記反対方向へ移動する際の最初に吐出するドットの中心位置を、前記所定の方向へ移動する際の最後のドットの中心位置から距離ｄ以上移動させるコントローラと、
   を有する液体吐出装置。
2. 吐出対象物に液体を吐出するヘッドと、
   前記吐出対象物または前記ヘッドの少なくとも一方を移動させる移動機構と、
   前記吐出対象物又は前記ヘッドを所定の方向へ移動させながら液体を吐出することにより形成されるドット行に対し、前記ヘッドの移動方向に対して垂直方向へ所定のピッチ間隔ｐだけ移動した位置に液体を吐出するように前記ヘッドを前記所定の方向と反対方向へ移動させるとともに、前記ヘッドから前記吐出対象物に吐出されたメインドットの半径をｒとした場合、前記反対方向へ移動する際の最初に吐出するドットの中心位置を、前記所定の方向へ移動する際の最後のドットの中心位置から下記の（１）式に基づいて算出される距離以上移動させるコントローラと、
   を有する液体吐出装置。
   

   

   ・・・（１）
3. 前記コントローラは、
   前記吐出対象物又は前記ヘッドを前記所定の方向へ移動させながら、前記ヘッドに液体を所定の間隔で吐出させ、
   前記吐出対象物又は前記ヘッドを前記反対方向に移動させながら、前記ヘッドに液体を前記所定の間隔で吐出させる
   請求項１、又は２に記載の液体吐出装置。
4. 前記コントローラは、
   前記反対方向へ移動する際の最初に吐出するドットの中心位置を、前記所定の方向へ移動する際の最後のドットの中心位置から、サテライトドット側へ距離ｄ以上移動させる
   請求項１乃至３の何れか１項に記載の液体吐出装置。

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