JP2020192011A - 吐出ヘッドを備えた装置、液体の吐出方法、およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 簡素な構成でインク着弾面とインク飛行方向が成す角を直角に近づけ、インク着弾率の低下を抑制することを目的とする。【解決手段】 吐出ヘッドと、前記吐出ヘッドを回転可能にする回転手段と、対象物を載置するステージと、前記回転手段のみで前記吐出ヘッドの吐出口と前記ステージとを対向させつつ回転可能に支持する対向回転支持手段と、を有することを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、吐出ヘッドを備えた装置に関するものであり、さらには、三次元の曲面に描画する装置に関するものである。

プリンタヘッドからインクを噴射して爪にネイルデザインを印刷するネイルプリンタが知られている。一般的なネイルプリンタの構成はインクジェット方式プリンタヘッドを印刷対象物の上方を水平移動しながら印刷を行うというものである。しかし、爪の形状は紙のように平面ではなく、爪の両脇部は爪の中央部と比較して大きな曲率を持つ曲面である。そのため、インク着弾面とインク飛行方向が成す角が直角から離れてしまう爪の両脇部では、インク着弾面とインク飛行方向が成す角が浅いため、インクの着弾性が低下し、画像品質が低下する不具合が生じる。

このような課題に対し、特許文献１では、爪部の湾曲が大きなところではインクを濃縮して噴出することで印刷のぼやけを低減する技術が開示されている。

また特許文献２では、チルト角が可変のインクジェットヘッドを用いて主走査方向の移動中に、距離センサによって検出された印刷媒体表面の凹凸に応じて、インクジェットヘッドを倣わせて描画する技術が開示されている。具体的にはヘッド位置調節機構によるギャップ距離を伸縮させつつ、昇降駆動部により回転軸を昇降させるとともに、回転駆動部によってインクジェットヘッドを回動させるものである。

しかしながら、特許文献１における装置は、インク着弾面とインク飛行方向が成す角が浅い爪の両脇部では、着弾できなかったインクがミストとなり、印刷画質が低下する問題がある。また特許文献２における装置は、インクジェットヘッド吐出口の上方に回転軸が設置されている。そのため、インクジェットヘッドからのインクの噴出方向の制御には、主走査方向の位置座標と昇降駆動部の位置座標と回転角度の制御を同時に行う必要があり、それにともない装置および制御機構が複雑化、大型化する問題があった。

特開２０００−１９４８３８ 特開２０１７−１３２０７５

簡素な構成で、曲面に対するインク着弾性の低下を抑制する吐出ヘッドを備えた装置を提供する。

上記課題を解決する装置は、
液体吐出ヘッドと
前記液体吐出ヘッドを回転可能に支持する支持手段と
対象物を載置するステージを有し、
前記液体吐出ヘッドの外部の回転中心に対して、
前記液体吐出ヘッドの吐出口を対向させつつ回転可能に支持されている。

上述の特徴的な装置を用いることで、簡素な構成で、曲面に対するインク着弾性の低下を抑制し、印刷画質を向上させることができる。

本発明に係る第１実施形態の装置を示す図である。 本発明に係る第１実施形態の指を載せた状態の装置を示す図である。 本発明に係る第１実施形態の装置の動きを示す図である。 本発明に係る第２実施形態の指を載せた状態の装置を示す図である。 本発明に係る第２実施形態の装置の動きを示す図である。 本発明に係る第３実施形態の指を載せた状態の装置を示す図である。 本発明に係る第３実施形態の装置の動きを示す図である。 本発明に係る加工部を備えた装置を含む加工システムを示す図である。

以下、本発明の第１実施形態にかかる吐出ヘッドを備えた装置を、図面を参照して説明する。

本願発明にかかる液体吐出ヘッドを備えた装置は、一例として液体吐出ヘッドと液体吐出ヘッドを回転可能に支持する支持手段と、対象物を載置するステージを有している。そして、液体吐出ヘッドの外部の回転中心に対して、液体吐出ヘッドの吐出口を対向させつつ回転可能に支持されている装置である。さらには撮影手段を有し、対象物の撮影情報に基づき、対象物の表面に描画するものである。

図８には液体吐出ヘッドを一例とする加工部を備えた装置を含む加工システムを示す。
加工システムの本体は、カメラ等を有する撮像部を有し、対象物の表面形状データをデジタル信号として取得できるように構成されている。撮像部で得られた対象物の表面形状データは画像処理部にて画像処理され、対象物の輪郭、エッジ、あるいは領域等が抽出されることで対象物の表面形状が認識される。認識された対象物の表面形状と、メモリに蓄積されたデザインデータとが制御部にてマッチングし、適宜デザインデータが修正され、加工データとして加工部へ出力される。この加工データに基づき対象物が加工部にて加工され、対象物の表面に前述したデザインデータあるいは修正されたデザインデータに基づく加工がなされる。加工部による加工の際には対象物と加工部とは相対的な位置姿勢が可変に構成されていてよい。

このような一連の処理は、本体に設けられたユーザインターフェース（ＵＩ）にてユーザーの操作による入力を受け付けることで実行されてもよいし、通信可能に構成された操作端末が有する本体制御部に格納されたソフトウェアに基づき、ユーザーの操作による入力を受け付けることで実行されてもよい。また操作端末はインターネットやインターネット上に仮想的に構成されたクラウドに接続され、必要なデータおよびプログラムが操作端末に適宜配信あるいはダウンロードできるように構成されてよい。

以下、一例としてネイルプリンタ装置を挙げて具体的に説明するが、本発明の趣旨を逸脱しない限り、様々な曲面描画の装置および用途に適用できる。

液体が吐出される対象物の表面は、曲面あるいは異なる平面を複数有するものであってよい。

［第１実施形態］
図１はネイルプリンタ装置を示す図であり、（ａ）は装置正面、（ｂ）は装置側面を、ネイルプリンタ装置の外装を一部省略して示す図である。図１において、インクジェットヘッド１０１はインクを吐出するインクジェットヘッド吐出口１０２を備えており連結部材１１１に支持されており、連結部材１１１は回転軸１１０に対して回転可能な構成となっている。液体吐出ヘッドはサーマル式、あるいはピエゾ式のインクジェットヘッドを用いてよく、加圧式のディスペンサーヘッドを用いてもよい。

インクジェットヘッド吐出口１０２より、インクは飛行方向１０３の向きに吐出される。上述の構成により、インクジェットヘッド吐出口１０２は軌道１０４に沿って移動可能に構成される。画像情報を取得するための視野角１０６をもつカメラ１０５をさらに備えており、不図示の照明とともに用いる。指を載置するためのステージ１０７はネイルプリンタ装置の外部から指あるいはネイルチップを、不図示の外装の外部から挿通可能に構成されており、不図示のステージ上下機構により高さ調整が可能である。インクジェットヘッド吐出口１０２をクリーニングするためのウエスで構成されたクリーニング部材１０８がさらに設けられている。回転可能であり、かつ、エンコーダを有しており回転角度を取得可能なモータ１０９によって、回転軸１１０に対して連結部材１１１とインクジェットヘッド１０１が一体的に回転する。この回転軸１１０は液体吐出ヘッドの外部の回転中心である。

本実施形態においてはインクジェットヘッド１０１、カメラ１０５、モータ１０９が連結する連結部材１１１に設けられている。

ステージ１０７とクリーニング部材１０８とモータ１０９との連結はフレーム１１２が担っている。入出力部１１３はインクジェットヘッド１０１とカメラ１０５とモータ１０９を制御する不図示の制御部への入力と制御部からの出力を行うものであり、フレーム１１２へ取り付けられている。

制御部はネイルプリンタ装置に設けられていてもよいし、ネイルプリンタ装置とは別の端末に設けられていてもよい。また端末はモバイル端末であってもよく、スマートフォンやタブレット端末等のデバイス上で起動するアプリとして構成されてもよい。

このように、本実施形態にかかる装置は、吐出ヘッドと、吐出ヘッドを回転可能にする回転手段と、対象物を載置するステージと、回転手段で吐出ヘッドの吐出口と前記ステージとを対向させつつ回転可能に支持する手段と、を有する。

図２は爪を備えた指を載せた状態のネイルプリンタ装置を示す図であり、（ａ）は装置正面、（ｂ）は装置側面を示す図である。図２において、２０１は指、２０２は爪である。

図３はネイルプリンタ装置の動きを示す図であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）の順に動作する。図３を用いてネイルプリンタ装置の動きを説明する。図３（ａ）のように、入出力部１１３よりネイルデザインの選択を行い、指２０１をステージ１０７に載置する。

＜（ａ）工程＞
カメラ１０５が指２０１と爪２０２を認識し、爪２０２の全域が視野角１０６内に載置されるとカメラ１０５による撮影が実行され、その取得画像を用いて、カメラ１０５と指２０１および爪２０２との相対位置情報を取得する。相対位置情報は、距離情報であってよく、その場合は三角測量方式を採用してもよい。例えばモータ１０９の回転を利用して少なくとも二つの異なる位置および姿勢から撮影することにより、複数の取得画像を用いて三角測量方式で距離情報を取得することができる。また相対位置情報は、爪２０２の輪郭情報や面積情報であってもよい。このように撮影工程を実行することによりカメラ１０５と爪２０２との相対位置情報を取得し、インクジェットヘッド吐出口１０２の位置と爪２０２の位置を関連付けることができる。

ステージ１０７は不図示の上下機構より指２０１および爪２０２の載置高さを調整する。この際、ステージ１０７位置とカメラ１０５位置とインクジェットヘッド１０１およびインクジェットヘッド吐出口１０２の位置とモータ回転軸１１０は設計値より既知である。よって、ステージ１０７位置はインクジェットヘッド吐出口１０２がモータ１０９の回転により移動するインクジェットヘッド吐出口軌道１０４と指２０１および爪２０２が接触しないように調整される。なお相対位置情報を元に載置高さを調整してもよいし、載置高さを調整した後に前述した撮影工程を実行してもよい。

なお、本実施形態の設計値としては、自身の指の測定値よりモータ回転軸１１０とインクジェットヘッド吐出口１０２との距離を１２ｍｍとした。カメラ１０５が取得した爪２０２の画像情報とインクジェットヘッド吐出口軌道１０４より吐出移動領域が算出される。ステージ１０７の高さ調整値は、その吐出移動領域においてインクジェットヘッド吐出口１０２と指２０１および爪２０２の最小距離を１ｍｍとなるように設定した。さらに、カメラ１０５の取得画像と予め準備しておいた爪モデルデータとを比較することにより爪領域を認識する。爪モデルデータは爪形状に対応する三次元モデルであってもよいし、撮影された画像情報に対応する二次元モデルであってもよい。

この爪領域を認識した結果情報と上述の相対位置情報（たとえば距離情報）より爪部と爪部以外の指部が区別された爪部の三次元形状情報を作成する。モータ回転軸１１０と、インクジェットヘッド吐出口１０２位置から算出される極座標情報と、爪部の三次元形状情報と、選択されたネイルデザインに基づいて、インクジェットヘッド１０１へ吐出指示する描画制御情報を作成する。

＜（ｂ）工程＞
図３（ｂ）のように、インクジェットヘッド吐出口１０２はモータ１０９の回転により、ウエスで構成されたクリーニング部材１０８にてクリーニングされる工程が、必要に応じて実行される。この際、クリーニング部材１０８の位置とインクジェットヘッド１０１およびインクジェットヘッド吐出口１０２の位置とモータ回転軸１１０は設計値より既知であることを利用してもよい。すなわち、クリーニング工程を実行する際には、モータ回転軸１１０に対して所定の角度に回転させるとよい。そうすることで、クリーニング部材１０８とインクジェットヘッド吐出口１０２とが接し、インクジェットヘッド吐出口１０２の近傍の付着物を除去するクリーニング工程を実行することができる。また、インクジェットヘッド１０１へ吐出指示の信号が無い場合にはクリーニング部材１０８とインクジェットヘッド吐出口１０２とが接するように動作するモードを構成し、必要に応じてクリーニングモードを起動するように構成してもよい。このように、付着物を除去する、あるいはインクジェットヘッド吐出口を良好な状態に保つクリーニング工程を実行することにより、インクジェットヘッド吐出口１０２の目詰まりや乾燥物の付着などによる印字精度の低下を抑えることができる。

＜（ｃ）工程＞
図３（ｃ）のように、（ａ）工程で作成した描画制御情報に基づき、描画開始位置へ、モータ１０９の回転によりインクジェットヘッド１０１を移動する。

＜（ｄ）工程＞
図３（ｄ）のように、描画制御情報に基づいて、インクジェットヘッド吐出口１０２からインクの吐出を開始し、爪２０２に対する選択されたネイルデザインの描画工程を開始する。

＜（ｅ）工程＞
図３（ｅ）のように、描画制御情報に基づいて描画する。つまり、インクジェットヘッド１０１の外部の回転中心（モータ回転軸１１０）に対して、インクジェットヘッド吐出口１０２を対向させつつ回転するとともに爪２０２に対してインクを吐出する。

＜（ｆ）工程＞
選択されたネイルデザインの描画が完了した場合、図３（ｆ）のように、描画制御情報に基づいて描画を完了する。

このように、曲率を持つ爪の両脇部においても簡素な構成でインク着弾面とインク飛行方向が成す角を直角に近づけることができ、インク着弾性の低下を抑制でき、画像品位を高めることができる。

なお、本実施例１の構成や各部材などは記載内容に限定されるものではなく、機能を満足すれば、様々なものが使用可能になる。例えば、装置の入出力部を装置とは別の通信端末であるＰＣやスマートフォンに導入されるアプリを介して行っても良い。ネイルデザインのデザインデータは、予め保持しておく他、インターネットを介して装置部とは別のスマートフォン等の入出力部にダウンロード可能に構成してもよい。その際には入出力部の端末で課金機能を備え、端末を介して決済できる機能を構成してもよい。

このように液滴を吐出する液体吐出ヘッドを備えた装置と、インターネットと接続可能に構成された前記装置とは別の入出力部を備えたシステムが構成される。

カメラ１０５と指２０１および爪２０２との相対位置情報としての距離情報を取得する方法としては、カメラを複数配置して距離を測定するステレオカメラ方式やカメラのピントボケから距離を測定するＤＦＤ方式を用いても良い。またカメラとともにレーザーを用いてＬＩＤＡＲ方式により距離を取得しても良い。ＴＯＦ方式距離画像センサと光源を用いてＴＯＦ方式で距離を取得しても良い。ステージの上下機構は電動でも手動でも良い。ステージの高さ調整値に許容範囲を設定して、その許容範囲に指を載置できていない場合はエラーを出力してユーザーに喚起しても良い。

その許容範囲に指を載置した場合は描画実行可能であることをユーザーの操作端末に出力して表示することにより、ユーザーに注意喚起しても良い。モータ回転軸１１０とインクジェットヘッド吐出口１０２との距離の設計値は１２ｍｍとする以外にも服のサイズのように、Ｓ、Ｍ、Ｌとサイズ別に設計して個人によって異なる指の大きさに対応しても良い。また、個人毎に指の測定を事前に行い、適切な値に設計してオーダーメイドとしても良い。クリーニング部材はワイパ、ブレード、スポンジ、ゴムローラーなどのプリンタ部品に用いられているものを用いても良い。カメラとインクジェットヘッドは同心円上に配置されているので、インク吐出後の印刷対象物の様子を画像取得しても良い。この画像より印刷状態を取得してインクおよび吐出材料の品質向上に活用しても良い。この画像よりインクの着弾形状、色または反応色を取得して爪のケア状態またはユーザーの健康状態を評価しても良い。この画像と描画制御情報とを比較してカメラとインクジェットヘッドとモータ回転軸と回転角度の位置関係を補正しても良い。この画像と描画制御情報とを比較して次の描画制御情報を補正しても良い。インクジェットヘッドから吐出する物質はインク以外にもネイルのベースコート材やトップコート材でも良い。インクジェットヘッドから吐出する物質はオイル、ビタミン、イオウ、ケイ素、香料などで構成される美容液でも良い。インクジェットヘッドはインクカートリッジを交換可能または不可能な構成としても良い。インクカートリッジにはＩＣタグなどを設けて、中身の名称または、物性を読み取り、入出力部へ表示しても良く、中身に応じて吐出制御を変更しても良い。印刷方向は時計回りでも反時計回りでも良い。印刷工程を時計回りと反時計回りの往復動作を１セットとして印刷しても良い。または、複数セットを印刷１工程としても良い。モータの回転は一方向に３６０度回転しても良い。その際はステージ下にインクジェットヘッドとカメラが干渉しないように空間を設ける。モータは電磁式でも超音波式（ＵＳＭ）でも良い。インクジェットヘッド吐出口には装置未使用時のインクジェットヘッド保護のための蓋を設けても良い。インクジェットヘッド保護の機能を満たすのであれば、ステージの左右および下に空間を設けて装置内に配置しても良い。

以上の説明では印刷対象物は爪２０２を中心に説明したが、ネイルチップや皮膚でも良い。上述してきたような構成、動作をすることにより、本発明の装置では簡素な構成でインク着弾面とインク飛行方向が成す角を直角に近づけ、インク着弾性の低下を抑制することができる。

［第２実施形態］
本実施形態にかかる装置は、液体吐出ヘッドを複数備え、複数の前記液体吐出ヘッドを同心円状に配置した点に特徴がある。以下、本発明の第２実施形態を、図面を参照して説明する。第１実施形態と同様の構成物は同符号を付し、説明を省略する。

図４はネイルプリンタ装置を示す図である。図４において、４０１はシアンインクを備えたインクジェットヘッドである。４０２はマゼンダインクを備えたインクジェットヘッドである。４０３はイエローインクを備えたインクジェットヘッドである。４０４はホワイトインクを備えたインクジェットヘッドである。これらのインクジェットヘッドが連結部材１１１に対して設けられており、一体的に回転可能に構成されている。またインクジェットヘッド吐出口をクリーニングするためのクリーニング部材４０５を備えている。

図５はネイルプリンタ装置の動きを示す図であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）の順に動作する。なお、装置の動きで実施例１と異なる部分である（ｂ）、（ｃ）、（ｅ）について説明するとともに、図中で相対位置が変わらない各インクジェットヘッドに関しては、煩雑を避けるためシアンインクを備えたインクジェットヘッド４０１を表記し、他は省略する。

（ｂ）のようにクリーニング部材４０５より、ホワイトインクジェットヘッド４０４とイエローインクジェットヘッド４０３をクリーニングする。（ｃ）のようにクリーニング部材４０５より、シアンインクジェットヘッド４０１とマゼンダインクジェットヘッド４０２をクリーニングする。（ｅ）のように、各インクジェットヘッドが同心円上に配置されているので、一軸の回転のみで各インクの飛行方向を制御できるという効果がある。なお、本実施例２の構成や各部材などは記載内容に限定されるものではなく、機能を満足すれば、様々なものが使用可能になる。例えば、カメラの位置とインクジェットヘッドの位置の順番を入れ替えても良い。カメラの位置に対してインクジェットヘッドの位置を片寄らせても良い。インクジェットヘッドから吐出する物質の組み合わせをトップコート材、ホワイトインク、レッドインク、ベースコート材としても良く、インクジェットヘッドの数は限定せず、増やしても減らしても良い。本装置を複数設置して複数指を同時に印刷する装置構成へと応用しても良い。

［第３実施形態］
本実施形態にかかる装置は、液体吐出ヘッドを前記支持手段の回転半径方向に移動可能にする移動手段を備えている点に特徴がある。以下、本発明の第３実施形態を、図面を参照して説明する。

図６はネイルプリンタ装置を示す図であり、（ａ）は装置正面、（ｂ）は装置側面を示す図である。図６において、インクジェットヘッドをモータ回転軸１１０の回転半径方向に移動可能である直動ユニット６０１が設けられている点が他の実施形態と異なる。

図７はネイルプリンタ装置の動きを示す図であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）の順に動作する。なお、装置の動きで実施例１と異なる部分である（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）について説明する。（ｄ）のように直動ユニット６０１によりインクジェットヘッドを爪へ近づけてインクを吐出する。（ｅ）のように直動ユニット６０１によりインクジェットヘッドを爪より遠ざけてインクを吐出する（ｆ）のように直動ユニット６０１によりインクジェットヘッドを爪へ近づけてインクを吐出する。なお、本実施例３の構成や各部材などは記載内容に限定されるものではなく、機能を満足すれば、様々なものが使用可能になる。例えば、直動ユニットは電磁式でも超音波式（ＵＳＭ）でも良い。直動ユニットの移動量はインクジェットヘッド吐出口と爪との距離が一定となるように設定できる。これにより、インクジェットヘッド吐出口と爪との距離の差異による印刷ドット径の差異を低減できるという効果がある。さらに、この直動ユニットの移動によってはインク飛行方向が変化しないため、制御が容易であるという効果もある。また、ステージとインクジェットヘッド吐出口の距離（回転半径）を変更できるので、適応できる指または爪の大きさの範囲を拡大させることができるという効果もある。

１０１ インクジェットヘッド
１０２ インクジェットヘッド吐出口
１０３ インク飛行方向
１０４ インクジェットヘッド吐出口軌道
１０５ カメラ
１０６ カメラの視野角
１０７ ステージ
１０８ クリーニング部材
１０９ モータ
１１０ モータ回転軸
１１１ 連結部材
１１２ フレーム
１１３ 入出力部
２０１ 指
２０２ 爪
４０１ シアンインクジェットヘッド
４０２ マゼンダインクジェットヘッド
４０３ イエローインクジェットヘッド
４０４ ホワイトインクジェットヘッド
４０５ クリーニング部材
６０１ 直動ユニット

Claims (17)

1. 液体吐出ヘッドと
   前記液体吐出ヘッドを回転可能に支持する支持手段と
   対象物を載置するステージを有し、
   前記液体吐出ヘッドの外部の回転中心に対して、
   前記液体吐出ヘッドの吐出口を対向させつつ回転可能に支持されている装置。
2. 前記支持手段は前記液体吐出ヘッドを複数備え、複数の前記液体吐出ヘッドを一体に移動可能に構成されている請求項１に記載の装置。
3. 複数の前記液体吐出ヘッドを同心円状に配置した請求項２に記載の装置。
4. 前記液体吐出ヘッドを前記支持手段の回転半径方向に移動可能にする移動手段を有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置。
5. 撮影手段を有し、前記対象物の撮影情報に基づき、前記対象物の表面に描画する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記装置に設けられた入出力部により前記装置が制御されるよう構成される請求項１乃至５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記装置とは別の入出力部から前記装置が制御されるよう構成される請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記対象物は爪、皮膚、ネイルチップである請求項１乃至７のいずれか１項に記載の装置。
9. 支持手段によって回転可能に支持された液体吐出ヘッドを、前記液体吐出ヘッドの外部の回転中心に対して、前記液体吐出ヘッドの吐出口を対向させつつ回転するとともに前記液体吐出ヘッドから対象物に液滴を吐出する吐出方法。
10. 前記支持手段は前記液体吐出ヘッドを複数備え、複数の前記液体吐出ヘッドを一体に移動させる請求項９に記載の吐出方法。
11. 複数の前記液体吐出ヘッドは同心円状に配置された請求項１０に記載の吐出方法。
12. インターネットを介して取得されたデザインデータに基づき対象物に対して液滴を吐出する請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の吐出方法。
13. 前記支持手段および液体吐出ヘッドを備えた装置部に対し、前記装置部とは別の入出力部から制御する請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の吐出方法。
14. 前記入出力部に導入されるアプリによって制御する請求項９乃至１３のいずれか１項に記載の吐出方法。
15. 対象物の表面は、曲面あるいは異なる平面を複数有するものである請求項９乃至１４のいずれか１項に記載の吐出方法。
16. 前記対象物は爪、皮膚、ネイルチップである請求項９乃至１５のいずれか１項に記載の吐出方法。
17. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の装置と、インターネットと接続可能に構成された前記装置とは別の入出力部を備えたシステム。

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