JP2023097032A - 液体吐出装置、液体吐出方法およびプログラム - Google Patents

液体吐出装置、液体吐出方法およびプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】被付与面への液体の付与品質に優れた液体吐出装置を提供すること。【解決手段】本発明の一態様に係る液体吐出装置は、被付与面に液体を付与する液体吐出装置であって、前記液体を吐出し、前記被付与面に付与するヘッドと、前記被付与面において前記液体が付与される付与位置の、鉛直方向に沿った高さに基づいて、前記ヘッドによる前記液体の吐出を制御する制御部と、を有する。【選択図】図12

Description

本発明は、液体吐出装置、液体吐出方法およびプログラムに関する。
従来、ヘッドから吐出された液体を被付与面に付与する液体吐出装置が知られている。
上記の液体吐出装置として、3次元的な曲面形状(2方向に湾曲)を有する物体に液体を付与するために、基準となる基準長さと、吐出する3次元曲面の位置での複数のノズル直下の曲線長さと、を比較し、基準長さと曲線長さとの比に応じてインクジェットヘッドの複数のノズルから吐出される液滴量を変化させる構成が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
液体吐出装置では、被付与面への液体の付与品質に優れたものが求められる。
本発明は、被付与面への液体の付与品質に優れた液体吐出装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る液体吐出装置は、被付与面に液体を付与する液体吐出装置であって、前記液体を吐出し、前記被付与面に付与するヘッドと、前記被付与面において前記液体が付与される付与位置の、鉛直方向に沿った高さに基づいて、前記ヘッドによる前記液体の吐出を制御する制御部と、を有する。
本発明によれば、被付与面への液体の付与品質に優れた液体吐出装置を提供できる。
実施形態に係る液体吐出装置の全体構成を例示する側面図である。 実施形態に係る液体吐出装置の全体構成を例示する正面図である。 実施形態に係る制御部のハードウェア構成を例示する図である。 実施形態に係る供給ユニットの構成を例示する図である。 実施形態に係るヘッドの構成を例示する斜視図である。 図5の平面S1により切断したヘッドの断面図である。 第1実施形態に係る制御部の機能構成を例示する図である。 第1実施形態に係る液体吐出装置の動作を例示するフロー図である。 比較例に係るインク吐出を示す図である。 図9の吐出により被付与面に付与されたインクを示す図である。 図10の状態からインクだれした後の状態を示す図である。 第1実施形態に係るインク吐出例を示す図である。 図12の吐出により被付与面に付与直後のインク例の図である。 図12の状態からインクだれした後の状態を例示する図である。 第2実施形態に係る制御部の機能構成を例示する図である。 被付与面傾きが小さい場合の高さとインク量の関係例の図である。 被付与面傾きが大きい場合の高さとインク量の関係例の図である。 第2実施形態に係るインク吐出例を示す図である。 図18の吐出により被付与面に付与されたインク例の図である。 図19の状態を側方から視た図である。 図20の状態からインクだれした後の状態を例示する図である。 被付与面が平面状の傾斜面である場合のインク吐出例の図である。 第3実施形態に係る制御部の機能構成を例示する図である。 第3実施形態に係るインク吐出例を示す図である。 図24の吐出により被付与面に付与直後のインク例の図である。 実施形態に係る液体吐出装置の塗装ロボットへの適用例の図である。
本発明の実施形態に係る液体吐出装置について図面を参照しながら詳細に説明する。但し、以下に示す形態は、本実施形態の技術思想を具現化するための液体吐出装置を例示するものであって、以下に限定するものではない。また、実施形態に記載されている構成部の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさ、位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。また、以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており詳細説明を適宜省略する。
以下に示す図においてX軸、Y軸およびZ軸により方向を示す場合があるが、X軸に沿うX方向は、実施形態に係る液体吐出装置が備えるキャリッジが移動する主走査方向を示し、Y軸に沿うY方向は、主走査方向と交差する副走査方向を示し、Z軸に沿うZ方向は、X方向およびY方向のそれぞれに交差する方向を示すものとする。
X方向で矢印が向いている方向を+X方向、+X方向の反対方向を-X方向と表記し、Y方向で矢印が向いている方向を+Y方向、+Y方向の反対方向を-Y方向と表記する。またZ方向で矢印が向いている方向を+Z方向、+Z方向の反対方向を-Z方向と表記する。実施形態では一例として、Y方向は鉛直方向に沿っており、Z方向は鉛直方向に略直交する水平方向に沿っている。但し、これらのことは、液体吐出装置の使用時における向きを制限するものではなく、液体吐出装置の向きは任意である。
[実施形態]
<液体吐出装置1000の全体構成例>
図1および図2を参照して、実施形態に係る液体吐出装置1000の構成について説明する。図1および図2は、液体吐出装置1000の全体構成を例示する図であり、図1は側面図、図2は正面図である。
液体吐出装置1000は、対象物100の被付与面100aに、液体の一例であるインクを付与するものである。被付与面100aに付与されたインクは、乾燥した後に被付与面100aに固着する。液体吐出装置1000による吐出方式には、連続吐出方式および液滴吐出方式のいずれを適用することもできる。連続吐出方式には、弁体の動作を制御することによりノズルを開閉させて吐出制御するバルブ方式、またはノズルから連続的に吐出したインク粒を帯電させ、偏向電極で曲げて印字面に吹き付けるコンティニュアス方式等が含まれる。
対象物100の被付与面100aは、例えば車やトラック、航空機のボディ等の非浸透性を有する面が挙げられる。非浸透性とは、表面に付与された液体が内部に浸透していかない性質をいう。液体吐出装置1000は、車やトラック、航空機のボディにインクを付与することによりボディを塗装することができる。図1では、平面状の被付与面100aを例示している。
但し、被付与面100aは非浸透性を有する面に限定されず、浸透性を有する面であってもよい。また被付与面100aは、平面状の面に限らず、X方向またはY方向に曲率を有する面であってもよい。液体吐出装置1000の用途は、塗装に限定されるものではなく、用紙やフィルム等の記録媒体に、インクによって画像形成(印刷)する用途等であってもよい。
図1および図2に示すように、液体吐出装置1000は、ヘッド300と、移動機構110と、制御部500と、を有する。液体吐出装置1000は、ヘッド300が被付与面100aに向き合うように配置される。
ヘッド300は、Y方向に所定間隔により配列した複数のノズルを有し、複数のノズルそれぞれから吐出したインクを被付与面100aに付与する。ヘッド300は、キャリッジ1に搭載されている。但し、ヘッド300は必ずしも複数のノズルを有さなくてもよく、1つのノズルのみを有する構成であってもよい。
移動機構110は、被付与面100aの表面に沿ってヘッド300と被付与面100aとを相対移動させる機構である。本実施形態では、移動機構110は、被付与面100aの表面に沿ったX方向およびY方向のそれぞれに、ヘッド300と被付与面100aとを相対移動させる。移動機構110は、X軸レール101と、Y軸レール102と、を含む。
Z軸レール103は、キャリッジ1がZ方向に移動可能にキャリッジ1を保持する。X軸レール101は、キャリッジ1を保持したZ軸レール103がX方向に移動可能にZ軸レール103を保持する。Y軸レール102は、X軸レール101がY方向に移動可能にX軸レール101を保持する。
Z方向駆動部92は、Z軸レール103に沿ってZ方向にキャリッジ1を移動させる。X方向駆動部72は、X軸レール101に沿ってX方向にZ軸レール103を移動させる。Y方向駆動部82は、Y軸レール102に沿ってY方向にX軸レール101を移動させる。なお、キャリッジ1およびヘッド300のZ方向への移動は、Z方向と平行でなくてもよく、少なくともZ方向の成分を含んでいれば斜めの移動であってもよい。
制御部500は、液体吐出装置1000による被付与面100aへの付与動作を制御する。制御部500は、電気基板上に実装されたプロセッサまたは電気回路等により構成される。制御部500は、少なくとも、移動機構110を駆動させる各駆動部と、ヘッド300と、に対し、有線または無線により電気的に接続している。但し、制御部500が実装された電気基板の配置位置は任意であり、該電気基板はヘッド300等に対して遠隔配置されてもよい。
液体吐出装置1000は、X方向、Y方向およびZ方向それぞれにキャリッジ1を移動させながら、ヘッド300から被付与面100aに向けてインクを吐出し、被付与面100aにインクを付与する。
より詳しくは、液体吐出装置1000は、主走査方向であるX方向にヘッド300と被付与面100aとを相対移動させながらヘッド300からインクを吐出して被付与面100aにインクを付与する。
液体吐出装置1000は、X方向への1回の相対移動が完了した後、副走査方向であるY方向にヘッド300と被付与面100aとを相対移動させる。また液体吐出装置1000は、Y方向への1回の相対移動が完了した後、再びX方向にヘッド300と被付与面100aとを相対移動させながらヘッド300からインクを吐出して被付与面100aにインクを付与する。液体吐出装置1000は、このようなX方向およびY方向それぞれへの相対移動を繰り返して被付与面100aにインクを付与する。
液体吐出装置1000は、被付与面100aがX方向およびY方向に沿った平面状の物体である場合には、インクの付与動作中にZ方向へのヘッド300と被付与面100aとの相対移動を行わない。被付与面100aがZ方向に高さが異なる形状を有する場合には、液体吐出装置1000は、インクの付与動作中に被付与面100aの形状に応じて、Z方向へのヘッド300と被付与面100aとの相対移動を行う。
<制御部500のハードウェア構成例>
図3は、液体吐出装置1000が有する制御部500のハードウェア構成を例示するブロック図である。制御部500は、CPU(Central Processing Unit)501と、ROM(Read Only Memory)502と、RAM(Random Access Memory)503と、I/F(Interface)504と、を有する。これらは、システムバスを介して相互に電気的に接続している。制御部500は、例えばコンピュータにより構築される。
また制御部500は、ヘッド300、X方向駆動部72、Y方向駆動部82、Z方向駆動部92、記憶部511、表示部512および操作パネル513等と電気的に接続している。
CPU501は、RAM503を作業領域として使用し、ROM502に格納されているプログラムを実行することにより、制御部500全体の動作を制御する。
ROM502は、CPU501への記録動作等の制御を実行するためのプログラムおよびその他の固定データを格納する不揮発性のメモリである。
RAM503は、被付与面100aに描く絵柄や文字等の画像データや、対象物100のボディの形状情報等を一時格納する揮発性のメモリである。
I/F504は、ホストPC(Personal Computer)等の外部装置と、制御部500と、を通信可能にするインターフェースである。
記憶部511は、予め設定された設定値を格納するHDD(Hard Disk Drive)またはSSD(Solid State Drive)等の外部記憶装置である。記憶部511に格納されている情報は、CPU501が読み出しプログラム実行時に使用することもある。
表示部512は、制御部500により制御下において、液体吐出装置1000によるインクの付与条件等の設定画面等を表示する。
操作パネル513は、液体吐出装置1000の操作を受け付けるタッチパネル、キーボードまたはマウス等の操作入力装置である。操作パネル513は、被付与面100aにインク吐出を行う領域を特定するための値(座標)、キャリッジ1の移動速度、被付与面100aへのインク付与に用いる画像データや3次元座標情報(ボディデータ)の特定、およびヘッド300と被付与面100aとの距離等の入力に使用される。
なお、表示部512と操作パネル513は、タッチパネル等により1つの画面により行えるようにしてもよい。
X方向駆動部72は、制御部500からの指示に基づき、キャリッジ1をX方向に駆動させる。Y方向駆動部82は、制御部500からの指示に基づき、キャリッジ1をY方向に駆動させる。Z方向駆動部92は、制御部500からの指示に基づき、キャリッジ1をZ方向に駆動させる。
制御部500は、X方向駆動部72およびY方向駆動部82の動作を制御することにより、ヘッド300等を搭載するキャリッジ1のX方向およびY方向への移動を制御する。また制御部500は、Z方向駆動部92の動作を制御することにより、キャリッジ1に対するヘッド300のZ方向への移動を制御する。さらに制御部500は、ヘッド300からのインクの吐出を制御する。
<供給ユニット200の構成例>
図4は、液体吐出装置1000における供給ユニット200の構成を例示する図である。供給ユニット200は、ヘッド300にインクを供給する。
ヘッド300は、イエロー(Y)のインクを吐出するヘッド300Yと、マゼンタ(M)のインクを吐出するヘッド300Mと、シアン(C)のインクを吐出するヘッド300Cと、ブラック(K)のインクを吐出するヘッド300Kと、を含む。なお、ヘッド300は、ヘッド300Y、300M、300Cおよび300Kを特に区別しない場合の総称表記である。
また、ヘッド300は、オーバーコートインクを吐出するヘッド300Qおよびプライマインクまたはホワイトインクを吐出するヘッド300P等の他のインクを吐出するヘッドをさらに有してもよい。供給ユニット200は、各色のヘッド300に各色のインクを供給できる。
供給ユニット200は、各ヘッド300から吐出される各色のインク325を収容した密閉容器としてのインクタンク330を含む。インクタンク330とヘッド300の注入口(供給ポート)とは、それぞれチューブ333を介して、インクが流通可能に接続している。
一方、インクタンク330は、エアーレギュレータ332を含むパイプ331を介してコンプレッサ230に接続しており、コンプレッサ230は加圧空気を供給する。これにより、加圧された各色のインク325は各ヘッド300の注入口へ供給され、液体吐出装置1000は各ヘッド300のノズルからインク325を吐出する。
<ヘッド300の構成例>
図5および図6は、ヘッド300の構成を例示する図である。図5は斜視図、図6は図5の平面S1により切断したヘッド300の断面図である。
ヘッド300は、ハウジング10内に1列または複数列に並べて配置した複数の吐出モジュール310を有する。
ヘッド300は、供給ポート11および回収ポート12を有し、供給ポート11は吐出モジュール310に対して外部から加圧したインクを供給し、回収ポート12は吐出しなかったインクを外部に排出する。また、ハウジング10はコネクタ2を有する。
吐出モジュール310は、インクを吐出するノズル321を備えたノズル板311と、ノズル321が連通し加圧した液体を供給する流路322と、ノズル321を開閉するニードル状の弁体を駆動する圧電素子324とを有する。
ノズル板311はハウジング10と接合している。流路322はハウジング10に設けた複数の吐出モジュール310に共通の流路であり、供給ポート11から加圧インクを供給し、回収ポート12からインクを排出する。なお、被付与面100aに対してインクを吐出している期間は、ノズル321からのインクの吐出効率を低下させないようにするため、回収ポート12からのインクの排出を一時的に行わなくてもよい。
[第1実施形態]
<制御部500の機能構成例>
図7は、制御部500の機能構成を例示するブロック図である。制御部500は、取得部51と、インク量決定部52と、吐出制御部53と、移動制御部54と、を有する。
制御部500は、液体吐出装置1000の動作を制御し、被付与面100aにインクを付与させる。本実施形態では特に、制御部500は、ホストPC等から取得部51を介して取得した被付与面100aの形状情報に基づいて、インク量決定部52によりヘッド300から吐出するインク325の量を決定し、吐出制御部53によりヘッド300からインク325を吐出させる。また制御部500は、被付与面100aの形状情報に基づいて、移動制御部54により移動機構110を制御し、ヘッド300と被付与面100aとを相対移動させる。
制御部500は、CPU501がROM502に格納されているプログラムをRAM503に展開して実行することにより、取得部51、インク量決定部52、吐出制御部53、および移動制御部54の各機能を実現する。
なお、制御部500が有する各機能の少なくとも一部を、ヘッド300等の制御部500以外の構成部が有してもよい。また制御部500が有する各機能の少なくとも一部を、制御部500と制御部500以外の構成部が分散して実現してもよい。
取得部51は、ホストPC等の外部装置から被付与面100aの形状情報Sdを入力することにより取得する。形状情報Sdは、被付与面100aの形状を表す3次元情報である。但し、取得部51は、記憶部511等に予め記憶された形状情報Sdを記憶部511等から読み出すことによって取得してもよい。あるいは、液体吐出装置1000は、被付与面100aの形状を検出するための検出部を有し、取得部51は、該検出部により検出された被付与面100aの形状情報Sdを該検出部から入力することによって取得してもよい。取得部51は、取得した形状情報Sdをインク量決定部52に出力する。
インク量決定部52は、取得部51から入力した形状情報Sdに基づき、ヘッド300から吐出されるインク量m(液体の量)を決定する。本実施形態では、インク量決定部52は、被付与面100aにおいてインク325が付与される付与位置Pの鉛直方向に沿った高さhが高いほど、インク量mを多くするように決定する。
例えばインク量決定部52は、形状情報Sdに基づき、ヘッド300から吐出されるインクが被付与面100aにおいて付与される付与位置Pの鉛直方向に沿った高さhに基づいて、記憶部511に格納されたテーブル520を参照してインク量mを決定する。テーブル520は、予め定められた高さhとインク量mとの関係を示すテーブルである。インク量決定部52は、付与位置Pごとでのインク量mの情報を吐出制御部53に出力する。
吐出制御部53は、インク量決定部52により決定されたインク量mのインク325をヘッド300に吐出させる。吐出制御部53は、インク量決定部52から入力した付与位置Pごとでのインク量mの情報をRAM503等に一次記憶し、移動機構110によるヘッド300の相対移動により変化する付与位置Pに応じて、ヘッド300から吐出されるインク量mを制御する。
吐出制御部53は、連続吐出方式の場合には、ヘッド300がインク325を吐出する時間、インク325の吐出速度、またはノズルの開口面積等を制御することにより、ヘッド300から吐出されるインク量mを制御できる。また吐出制御部53は、液滴吐出方式の場合には、インク325から形成されるインク滴の体積、あるいはヘッド300内のインクに加える圧力等を制御することにより、ヘッド300から吐出されるインク量mを制御できる。吐出制御部53は、例えば複数のインク滴を結合させることによりインク滴の体積を大きくすることができる。
移動制御部54は、移動機構110による相対移動を制御する。本実施形態では、移動制御部54は、X方向駆動部72、Y方向駆動部82およびZ方向駆動部92を制御することによって移動機構110による相対移動を制御する。本実施形態では特に、移動制御部54は、移動機構110による複数回の相対移動によってヘッド300から吐出されたインク325を被付与面100aに付与するように、ヘッド300によるインク325の吐出と、移動機構110による相対移動と、を制御する。
<液体吐出装置1000の動作例>
図8は、液体吐出装置1000の動作を例示するフローチャートである。図8は、液体吐出装置1000による被付与面100aへのインク付与動作を例示している。液体吐出装置1000は、例えば操作パネル513を用いてユーザにより入力された被付与面100aへのインク付与指示を、液体吐出装置1000が受け付けた時に図8の動作を開始する。
まずステップS81において、液体吐出装置1000は、取得部51により、ホストPC等の外部装置から被付与面100aの形状情報Sdを入力することによって取得する。
続いてステップS82において、液体吐出装置1000は、インク量決定部52により、取得部51から入力した形状情報Sdに基づき、ヘッド300から吐出されるインク量mを決定する。インク量決定部52は、決定したインク量mの情報を吐出制御部53に出力する。
続いてステップS83において、液体吐出装置1000は、移動制御部54により、移動機構110によるヘッド300と被付与面100aとの相対移動を制御する。また液体吐出装置1000は、吐出制御部53により、ヘッド300からのインク325の吐出を制御することによって、被付与面100aにインク325を付与する。
続いて、ステップS84において、液体吐出装置1000は、制御部500により、被付与面100aへのインク付与動作を終了するか否かを判定する。例えば制御部500は、操作パネル513を用いたユーザによる操作入力、あるいは画像データに基づき、被付与面100aへのインク付与動作を終了するか否かを判定できる。
ステップS84において、終了すると判定された場合には(ステップS84、Yes)、液体吐出装置1000は動作を終了する。一方、終了しないと判定された場合には(ステップS84、No)、液体吐出装置1000は、ステップS83以降の動作を再度行う。
以上のようにして、液体吐出装置1000は、被付与面100aにインク325を付与することができる。なお、本実施形態では、ステップS83においてインク325を被付与面100aに付与する前にインク量決定部52が被付与面100a全体における付与位置Pごとでのインク量mを予め決定する動作を例示したが、これに限られない。液体吐出装置1000は、ヘッド300の相対移動により被付与面100aへの付与位置Pが変化するたびにインク量決定部52によりインク量mを決定し、吐出制御部53に出力してもよい。
<液体吐出装置1000の作用>
図9から図14を参照して、液体吐出装置1000の作用について説明する。
図9から図11は、比較例に係るインク付与を示す図である。図9は、インク吐出を説明する図、図10は、図9の吐出により被付与面に付与された直後のインクを示す図、図11は、図10の状態から時間が経過することによりインクだれした後の状態を示す図である。
ここで、インクだれとは、被付与面に付与されたインクが重力の作用によって、被付与面上の高い位置から低い位置に垂れ落ちることをいう。
図12から図14は、本実施形態に係るインク付与を例示する図である。図12は、インク吐出を例示する図、図13は、図12の吐出により被付与面に付与された直後のインクを例示する図、図14は、図12の状態から時間が経過することによりインクだれした後の状態を例示する図である。
図9に示すように、比較例に係るヘッド300Xは、被付与面100aXにインク325Xを吐出する。図9では、ヘッド300Xは、インク325Xにより形成された3滴のインク滴を吐出している。比較例では、3滴のインク滴の体積は略等しい。
図10に示すように、ヘッド300Xから吐出されたインク325Xは、被付与面100aXに付与された直後において、被付与面100aX上にインク膜326Xを形成する。被付与面100aXに付与された直後においては、インク325Xは乾燥しておらず流動性を有するため、重力作用によりインクだれが生じ、被付与面100aX上の高い位置から低い位置に移動する。そして、時間の経過により乾燥が進むにつれて移動量が小さくなり、やがて停止して被付与面100aXに固着する。
インク膜326Xにおけるインク325Xが下方(-Y方向側)にインクだれすることにより、図11に示すように、被付与面100aXには下方側に向かうにつれて膜厚が厚くなるインク膜327Xが形成される。
以上のように、比較例では、被付与面100aに形成されるインク膜327Xの膜厚が不均一になる。
本実施形態では、図12に示すように、液体吐出装置1000は、被付与面100aにおける付与位置Pの高さが高いほど、ヘッド300から吐出されるインク325のインク量mを多くする。付与位置P1、P2およびP3は、鉛直方向における高さが異なる3つの付与位置Pを表している。
付与位置P1は基準高さから高さh1の位置であり、付与位置P2は基準高さから高さh2の位置であり、付与位置P3は基準高さから高さh3の位置である。基準高さは任意に定めてよいが、例えば液体吐出装置1000が設置された地面の高さである。高さh1は高さh2およびh3よりも高く、高さh2は高さh3よりも高い。つまり高さh1、h2およびh3は、h1>h2>h3の関係にある。
ヘッド300は、被付与面100aの付与位置P1へは、インク325により形成されるインク滴である大滴325aを吐出して付与する。またヘッド300は、付与位置P2へは、インク325により形成されるインク滴であって大滴325aよりも体積が小さい中滴325bを吐出して付与する。さらにヘッド300は、付与位置P3へは、インク325により形成されるインク滴であって中滴325bよりも体積が小さい小滴325cを吐出して付与する。インク滴の体積が大きいほど、インク量は多くなる。
図13に示すように、ヘッド300から吐出されたインク325は、被付与面100aに付与された直後において、被付与面100aにインク膜326を形成する。インク膜326は、付与位置P1、P2およびP3に付与されたインク滴の体積に応じて付与位置P1が厚く、付与位置P2および付与位置P1の順に膜厚が薄くなる。換言すると、被付与面100aに付与された直後においては、インク膜326は上方側(+Y方向側)ほど厚い不均一な膜厚になる。
インク膜326の状態から、インク325の流動性によりインクだれが生じると、付与位置P1に付与されたインク325の一部が下方側に流れる。この結果、図14に示すように、鉛直方向に沿った付与位置Pごとでのインク量が略均等化されることにより、膜厚が略均一化されたインク膜327が得られる。
<液体吐出装置1000の効果>
以上説明したように、本実施形態に係る液体吐出装置1000は、被付与面100aにインク325を付与するものである。液体吐出装置1000は、インク325を吐出し、被付与面100aに付与するヘッド300と、被付与面100aにおいてインク325が付与される付与位置Pの鉛直方向に沿った高さhに基づいて、ヘッド300によるインク325の吐出を制御する制御部500と、を有する。
例えば制御部500は、ヘッド300から吐出されるインク325のインク量mを制御し、付与位置Pの高さhが高いほど、ヘッド300から吐出されるインク量mを多くする。
ヘッド300から吐出されたインク325により被付与面100aに形成されるインク膜326は、被付与面100aに付与された直後においては、付与位置Pの高さhが高いほど膜厚が厚くなる。しかしながら、流動性を有するインク325が重力の作用によりインクだれすることにより、膜厚が厚い上方から膜厚が薄い下方に流れる。この結果、鉛直方向に沿った付与位置Pごとでのインク量が略均等化されることにより、膜厚が略均一化されたインク膜327が得られる。このようにして本実施形態では、被付与面100aへのインク325の付与品質に優れた液体吐出装置1000を提供できる。
本実施形態では、インク滴の体積を変化させることにより、インク量mを変化させる例を示したが、これに限定されるものではない。ヘッド300が連続吐出方式である場合には、ヘッド300よりインク325を吐出する時間または速度、あるいはヘッド300に設けられたノズルの断面積等を変化させることにより、インク量mを変化させてもよい。またヘッド300が液滴吐出方式である場合にも、ヘッド300によりインク325の吐出周波数、または吐出のためにヘッド300内のインク325に加える圧力等を変化させることにより、インク量mを変化させてもよい。
また本実施形態では、液体吐出方式1000は、被付与面100aとヘッド300とを少なくともX方向(所定方向)に沿って相対移動させる移動機構110を有する。制御部500は、移動機構110による複数回の相対移動により、ヘッド300から吐出されたインク325を被付与面100aに付与するように、ヘッド300によるインク325の吐出と、移動機構110による相対移動と、を制御する。これにより液体吐出装置1000は、移動機構110により被付与面100aの広い範囲にヘッド300を配置させ、インク325を付与することができる。また液体吐出方式1000は、移動機構110により被付与面100aとヘッド300とをY方向にも相対移動させることにより、被付与面100aのさらに広い範囲にもインク325を付与できる。さらに液体吐出装置1000は、Z方向にも被付与面100aとヘッド300とを相対移動させることにより、被付与面100aが3次元的な曲面である場合にも、被付与面100aの所望の位置にインク325を付与できる。
また本実施形態では、液体吐出装置1000は、被付与面100aの形状情報Sdを取得する取得部51を有し、制御部500は、取得部51により取得された被付与面100aの形状情報Sdに基づいて、ヘッド300によるインク325の吐出を制御する。これにより被付与面100aが車体ボディの面等の既知の3次元形状を有する面である場合にも、高さhに応じたインク量mのインク325を付与できる。
[第2実施形態]
次に第2実施形態に係る液体吐出装置1000aについて説明する。なお、既に説明した実施形態と同一の構成部には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。この点は、以下に示す実施形態および変形例においても同様とする。
本実施形態では、液体吐出装置1000aが有する制御部500aは、鉛直方向に沿った付与位置Pの高さhと、付与位置Pにおける水平方向に対する被付与面100bの傾きθと、に基づいて、ヘッド300によるインク325のインク量mを制御する。
図15は、制御部500aの機能構成を例示するブロック図である。制御部500aは、インク量決定部52aを有する。
インク量決定部52aは、取得部51から入力した形状情報Sdに基づき、ヘッド300から吐出されるインク量mを決定する。本実施形態では、インク量決定部52aは、付与位置Pの高さhが高いほど、ヘッド300から吐出されるインク325のインク量mを多くする。またインク量決定部52aは、付与位置Pにおける被付与面100bの傾きθが大きいほど、所定の高低差に応じたインク量mの変化が大きくなるようにインク量mを決定する。
例えばインク量決定部52aは、形状情報Sdに基づき、ヘッド300から吐出されるインク325が被付与面100bにおいて付与される付与位置Pの、鉛直方向に沿った高さhと、付与位置Pにおける水平方向に対する被付与面100bの傾きθと、を演算により取得する。インク量決定部52aは、取得された高さhおよび傾きθに基づいて、記憶部511に格納されたテーブル520aを参照してインク量mを決定する。テーブル520aは、予め定められた高さhおよび傾きθとインク量mとの関係を示すテーブルである。インク量決定部52aは、付与位置Pごとでのインク量mの情報を吐出制御部53に出力できる。
ここで、図16は、被付与面100bの傾きθが小さい場合における高さhとインク量mの関係の一例を示す図である。また図17は、被付与面100bの傾きθが大きい場合における高さhとインク量mの関係の一例を示す図である。
図16および図17において、横軸は高さh、縦軸はインク量mをそれぞれ表している。高低差Δhは、単位長さ当たりの高低差であり、所定の高低差の一例である。単位長さは例えば1mmである。
図16に示すように、被付与面100bの傾きθが大きい場合には、高低差Δhに応じたインク量mの変化はΔm1となる。一方、図17に示すように、被付与面100bの傾きθが大きい場合には、高低差Δhに応じたインク量mの変化はΔm2となる。変化Δm2は変化Δm1よりも大きい。
以上のようにインク量決定部52aは、付与位置Pにおける被付与面100bの傾きθが大きいほど、高低差Δhに応じたインク量mの変化Δmが大きくなるようにインク量mを決定することができる。
<液体吐出装置1000aの作用>
図18から図21を参照して、液体吐出装置1000aの作用について説明する。図18は、液体吐出装置1000aによるインク325の吐出を例示する図である。図19は、図18の吐出により被付与面100bに付与されたインク325の一例を示す図である。図20は、図19の状態を側方から視た図である。図21は、図20の状態から時間が経過することによりインクだれした後の状態を例示する図である。
図18に示すように、付与位置P4、P5およびP6は、被付与面100bにおいてインク325が付与される位置を表している。付与位置P4は基準高さから高さh4の位置であり、付与位置P5は基準高さから高さh5の位置であり、付与位置P6は基準高さから高さh6の位置である。高さh4は高さh5およびh6よりも高く、高さh5は高さh6よりも高い。すなわち、高さh4、h5およびh6の関係は、h4>h5>h6である。
傾きθは、付与位置P5における被付与面100bの水平方向(Z方向)に対する傾きを示している。被付与面100bは、少なくとも1方向に曲率を有する面であり、本実施形態ではY方向において曲率を有する曲面である。付与位置P4における水平方向に対する傾きは傾きθよりも小さく、付与位置P6における水平方向に対する傾きは傾きθよりも大きい。
液体吐出装置1000aは、例えば付与位置P4におけるインク量mを、付与位置P6におけるインク量mよりも多くする。また液体吐出装置1000aは、付与位置P4における高低差Δhに応じたインク量mの変化Δmよりも、付与位置P6における高低差Δhに応じたインク量mの変化Δmが大きくなるようにする。
図18の例では、液体吐出装置1000aは、インク325による液滴であって体積が大きい大滴325aをヘッド300から吐出して付与位置P4へ付与する。また液体吐出装置1000aは、大滴325aよりも体積が小さい中滴325bをヘッド300から吐出して付与位置P5へ付与する。さらに液体吐出装置1000aは、中滴325bよりも体積が小さい小滴325cをヘッド300から吐出して付与位置P6へ付与する。但し、付与位置P4における傾きは、付与位置P4における傾きよりも小さいため、付与位置P4におけるインク量mと付与位置P6におけるインク量mとの差は、高さh4と高さh6の差に基づくインク量mの差と比較して小さくなる。
図19に示すように、被付与面100bには、インク325が付与されることにより第1領域111および第2領域112が形成される。第1領域111は、大滴325aが付与されることにより形成され、第2領域112は小滴325cが付与されることにより形成されている。第1領域111は、第2領域112よりも鉛直方向において高い位置に位置する。
被付与面100bに付与された直後のインク325は流動性を有し、重力の作用によりインクだれして被付与面100b上の高い位置から低い位置に移動する。そして、時間の経過により乾燥が進むにつれて移動量が小さくなり、やがて停止して被付与面100bに固着する。
第1領域111には大滴325aが付与されるため、インクだれするインク量mは多く、第2領域112には小滴325cが付与されるため、インクだれするインク量mは少ない。
図20に示すように、ヘッド300から吐出されたインク325は、被付与面100aに付与された直後において、被付与面100aにインク膜326を形成する。付与位置P1、P2およびP3に付与されたインク滴の体積に応じて、インク膜326は、上方側ほど膜厚が厚い不均一な膜厚になる。例えばインク膜326のうち、上方側の領域326aでは膜厚が厚い。
図20におけるインク膜326の状態から、インク325の流動性によりインクだれが生じると、インク325の一部が下方側に流れる。この結果、図21に示すように、被付与面100bにおける付与位置Pごとでのインク量が略均等化されることにより、膜厚が略均一化されたインク膜327が得られる。
<液体吐出装置1000aの効果>
以上説明したように、本実施形態に係る液体吐出装置1000aが有する制御部500aは、鉛直方向に沿った付与位置Pの高さhと、付与位置Pにおける水平方向に対する被付与面100bの傾きθと、に基づいて、ヘッド300によるインク325のインク量mを制御する。
例えば制御部500aは、付与位置Pの鉛直方向に沿った高さhが高いほど、被付与面100bに付与されるインク量mを多くする。また制御部500aは、付与位置Pにおける被付与面100bの傾きθが大きいほど、高低差Δh(所定の高低差)に応じたインク量mの変化Δmが大きくなるように制御する。
ヘッド300から吐出されたインク325により被付与面100bに形成されるインク膜326は、被付与面100bに付与された直後においては、付与位置Pの高さhが高いほど膜厚が厚くなる。しかしながら、流動性を有するインク325が重力の作用によりインクだれすることにより、膜厚が厚い上方から膜厚が薄い下方に流れる。この結果、鉛直方向に沿った付与位置Pごとでのインク量が略均等化されることにより、膜厚が略均一化されたインク膜327が得られる。このようにして本実施形態では、被付与面100bへのインク325の付与品質に優れた液体吐出装置1000aを提供できる。
また本実施形態では、被付与面100bは、少なくとも1方向に曲率を有する面である。液体吐出装置1000aは、このように被付与面100bの場合にも、被付与面100bへのインク325の付与品質を確保できる。
液体吐出装置1000aにおける上記以外の効果は、第1実施形態に係る液体吐出装置1000と同様である。
ここで、本実施形態では、少なくとも1方向に曲率を有する曲面を被付与面100bとして例示したが、被付与面100bは、平面状の傾斜面であってもよい。図22は、被付与面100bが平面状の傾斜面である場合のインク325の吐出を例示する図である。
図22に示すように、被付与面100bは、Z方向(水平方向)に対して傾きθだけ傾いている平面状の傾斜面である。液体吐出装置1000aは、制御部500aにより、鉛直方向に沿った付与位置Pの高さhと、付与位置Pにおける水平方向に対する被付与面100bの傾きθと、に基づいて、ヘッド300によるインク325のインク量mを制御する。これにより上述した液体吐出装置1000aと同様の作用効果を得ることができる。
[第3実施形態]
次に第3実施形態に係る液体吐出装置1000bについて説明する。
本実施形態では、液体吐出装置1000bが有する制御部500bは、ヘッド300から吐出され、被付与面100bに付与される隣り合うインク325同士の間隔dを制御する。
図23は、制御部500bの機能構成を例示するブロック図である。制御部500bは、間隔決定部55を有する。
間隔決定部55は、取得部51から入力した形状情報Sdに基づき、ヘッド300から吐出され、被付与面100bに付与される隣り合うインク325同士の間隔dを決定する。本実施形態では、間隔決定部55は、付与位置Pの鉛直方向に沿った高さhが高いほど、被付与面100bに付与される隣り合うインク325同士の間隔dを狭くする。また間隔決定部55は、付与位置Pにおける被付与面100bの傾きθが大きいほど、被付与面100bに付与される隣り合うインク325同士の間隔dの、所定の高低差に応じた変化Δdが大きくなるように間隔dを決定する。
例えば間隔決定部55は、形状情報Sdに基づき、ヘッド300から吐出されるインク325が被付与面100bにおいて付与される付与位置Pの鉛直方向に沿った高さhと、付与位置Pにおける水平方向に対する被付与面100bの傾きθと、を演算により取得する。間隔決定部55は、取得された高さhおよび傾きθに基づいて、記憶部511に格納されたテーブル520bを参照して間隔dを決定する。テーブル520bは、予め定められた高さhおよび傾きθと間隔dとの関係を示すテーブルである。間隔決定部55は、付与位置Pごとでの間隔dの情報を吐出制御部53に出力できる。
<液体吐出装置1000bの作用>
図24および図25を参照して、液体吐出装置1000bの作用について説明する。図24は、液体吐出装置1000bによるインク吐出を例示する図である。図25は、図24の吐出により被付与面100bに付与されたインク325を例示する図である。
付与位置P4の高さh4は、付与位置P6における高さh6よりも高い。また付与位置P6における被付与面100bの傾きθは、付与位置P6における被付与面100bの傾きθよりも大きい。
液体吐出装置1000bは、付与位置P4における被付与面100bに付与される隣り合うインク325同士の間隔d4を、付与位置P6における被付与面100bに付与される隣り合うインク325同士の間隔d6よりも狭くする。また液体吐出装置1000bは、付与位置Pにおける被付与面100bの傾きθが大きいほど、被付与面100bに付与される隣り合うインク325同士の間隔dの、高低差Δhに応じた変化Δdが大きくなるようにする。
図24の例では、付与位置P4における隣り合うインク325同士の間隔はd4である。また付与位置P6における隣り合うインク325同士の間隔はd6である。間隔d4は間隔d6よりも狭い。但し、付与位置P4における傾きθは、付与位置P4における傾きθよりも小さいため、付与位置P4における間隔d4と付与位置P6における間隔d6との差は、高さh4と高さh6の差に基づく間隔dの差と比較して小さくなる。
図25に示すように、被付与面100bには、インク325が付与されることにより第3領域113および第4領域114が形成されている。第3領域113は、第4領域114よりも鉛直方向において高い位置に位置する。隣り合うインク325同士の間隔dは、第4領域114における間隔d6よりも第3領域113における間隔d4が狭い。なお、第3領域113および第4領域114に付与されるインク滴の体積は略等しい。
被付与面100bに付与されたインク325は流動性を有し、重力の作用によりインクだれして被付与面100b上の高い位置から低い位置に移動する。そして、時間の経過により乾燥が進むにつれて移動量が小さくなり、やがて停止して被付与面100bに固着する。
被付与面100bのインク325同士の間隔dが狭いほど、インク量mは多くなるため、第3領域113におけるインク量mは、第4領域114におけるインク量mよりも多くなる。
図25の状態から、インク325の流動性によりインクだれが生じると、第3領域113および第4領域114それぞれに付与されたインク325の一部が下方側に流れる。この結果、被付与面100bにおける付与位置Pごとでのインク量が略均等化されることにより、膜厚が略均一化されたインク膜が得られる。
<液体吐出装置1000bの効果>
以上説明したように、本実施形態に係る液体吐出装置1000bが有する制御部500bは、ヘッド300から吐出され、被付与面100bに付与される隣り合うインク325同士の間隔dを制御する。
例えば制御部500bは、付与位置Pの鉛直方向に沿った高さhが高いほど、被付与面100bに付与される隣り合うインク325同士の間隔dを狭くする。また制御部500bは、付与位置Pにおける被付与面100bの傾きθが大きいほど、被付与面100bに付与される隣り合うインク325同士の間隔dの、高低差Δhに応じた変化Δdが大きくなるように制御する。
ヘッド300から吐出されたインク325により被付与面100bに形成されるインク膜は、被付与面100bに付与された直後においては、付与位置Pの高さhが高いほど膜厚が厚くなる。しかしながら、流動性を有するインク325が重力の作用によりインクだれすることにより、膜厚が厚い上方から膜厚が薄い下方に流れる。この結果、鉛直方向に沿った付与位置Pごとでのインク量が略均等化されることにより、膜厚が略均一化されたインク膜が得られる。このようにして本実施形態では、被付与面100bへのインク325の付与品質に優れた液体吐出装置1000bを提供できる。
なお、液体吐出装置1000bは、付与位置Pの高さhのみに基づき間隔dを制御してもよい。また液体吐出装置1000bは、付与位置Pの高さhのみに基づきインク量mおよび間隔dを制御してもよい。さらに液体吐出装置1000bは、付与位置Pの高さhおよび付与位置Pにおける被付与面100bの傾きθに基づき、インク量mおよび間隔dを制御してもよい。液体吐出装置1000bにおける上記以外の効果は、第1実施形態に係る液体吐出装置1000と同様である。
[その他の好適な実施形態]
液体吐出装置1000、1000aまたは1000bは、様々な用途に適用できる。図26は、液体吐出装置1000の塗装ロボット8000への適用の一例を示す図である。塗装ロボット8000は、自動車の車体(ボディ)を塗装するものである。
塗装ロボット8000は、複数の関節によって人間の腕のように自由な動きを可能としたロボットアーム810を備え、ロボットアーム810の先端にインクを吐出するヘッド820を備えている。また、ロボットアーム810はヘッド820の近傍に3Dセンサ830を備えている。
塗装ロボット8000としては、5軸、6軸、7軸等の適宜の軸数を備えた多関節ロボットを使用できる。塗装ロボット8000は、3Dセンサ830によって対象物100(本実施形態では車体)に対するヘッド820の位置を検知し、その検知結果に基づきロボットアーム810を動かして対象物100を塗装する。この場合において、ヘッド820として実施形態に係るヘッド300を用いることが可能である。
以上、実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されない。すなわち、本発明の範囲内で種々の変形および改良が可能である。
実施形態において、ヘッド300から吐出される液体は、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、DNA、アミノ酸やたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどでもよい。これらは例えば、インクジェット用インク、塗装用塗料、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、3次元造形用材料液等の用途で用いることができる。
被付与面100aを有する対象物100は、液体が付着して固着するもの、付着して浸透するものなどを意味する。具体例としては,車体、建材、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層(粉末層)、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。
また実施形態は、液体吐出方法も含む。例えば液体吐出方法は、被付与面に液体を付与する液体吐出装置による液体吐出方法であって、前記液体吐出装置が、ヘッドにより、前記液体を吐出して前記被付与面に付与し、制御部により、前記被付与面において前記液体が付与される付与位置の、鉛直方向に沿った高さに基づいて、前記ヘッドによる前記液体の吐出を制御する。このような液体吐出方法により、上述した液体吐出装置と同様の効果を得ることができる。
また実施形態は、プログラムも含む。例えばプログラムは、被付与面に液体を付与する液体吐出装置に実行させるプログラムであって、ヘッドにより、前記液体を吐出して前記被付与面に付与し、制御部により、前記被付与面において前記液体が付与される付与位置の、鉛直方向に沿った高さに基づいて、前記ヘッドによる前記液体の吐出を制御する処理を前記液体吐出装置に実行させる。このようなプログラムにより、上述した液体吐出装置と同様の効果を得ることができる。
実施形態の各機能は、一又は複数の処理回路によって実現することが可能である。ここで、本明細書における「処理回路」とは、電子回路により実装されるプロセッサのようにソフトウェアによって各機能を実行するようプログラミングされたプロセッサや、上記で説明した各機能を実行するよう設計されたASIC(Application Specific Integrated Circuit)、DSP(digital signal processor)、FPGA(field programmable gate array)や従来の回路モジュール等のデバイスを含むものとする。
1 キャリッジ
2 コネクタ
10 ハウジング
11 供給ポート
12 回収ポート
51 取得部
52 インク量決定部
53 吐出制御部
54 移動制御部
72 X方向駆動部
82 Y方向駆動部
92 Z方向駆動部
100 対象物
100a 被付与面
101 X軸レール
102 Y軸レール
103 Z軸レール
110 移動機構
111 第1領域
112 第2領域
113 第3領域
114 第4領域
200 供給ユニット
230 コンプレッサ
300、820 ヘッド
310 吐出モジュール
311 ノズル板
321 ノズル
322 流路
324 圧電素子
325 インク
326、327 インク膜
500 制御部
501 CPU
502 ROM
503 RAM
504 I/F
511 記憶部
512 表示部
513 操作パネル
520 テーブル
810 ロボットアーム
830 3Dセンサ
1000 液体吐出装置
8000 塗装ロボット
X方向 主走査方向
Y方向 副走査方向
h1、h2、h3、h4、h5、h6 高さ
Δh 高低差
Δm、Δm1、Δm2 インク量の変化
Δd 間隔の変化
m インク量
P、P1、P2、P3、P4、P5、P6 付与位置
Sd 形状情報
θ 傾き
特開2016―123942号公報

Claims (13)

  1. 被付与面に液体を付与する液体吐出装置であって、
    前記液体を吐出し、前記被付与面に付与するヘッドと、
    前記被付与面において前記液体が付与される付与位置の、鉛直方向に沿った高さに基づいて、前記ヘッドによる前記液体の吐出を制御する制御部と、を有する、液体吐出装置。
  2. 前記制御部は、前記鉛直方向に沿った前記付与位置の高さと、前記付与位置における水平方向に対する前記被付与面の傾きと、に基づいて、前記ヘッドによる前記液体の吐出を制御する請求項1に記載の液体吐出装置。
  3. 前記被付与面は、少なくとも1方向に曲率を有する面である、請求項1または請求項2に記載の液体吐出装置。
  4. 前記制御部は、前記ヘッドから吐出される前記液体の量を制御する、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の液体吐出装置。
  5. 前記制御部は、前記付与位置の前記高さが高いほど、前記ヘッドから吐出される前記液体の量を多くする、請求項4に記載の液体吐出装置。
  6. 前記制御部は、前記付与位置における前記被付与面の傾きが大きいほど、所定の高低差に応じた前記液体の量の変化が大きくなるように制御する、請求項4または請求項5に記載の液体吐出装置。
  7. 前記制御部は、前記ヘッドから吐出され、前記被付与面に付与される隣り合う前記液体同士の間隔を制御する、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の液体吐出装置。
  8. 前記制御部は、前記付与位置の前記鉛直方向に沿った高さが高いほど、前記被付与面に付与される隣り合う前記液体同士の間隔を狭くする、請求項7に記載の液体吐出装置。
  9. 前記制御部は、前記付与位置における前記被付与面の傾きが大きいほど、前記被付与面に付与される隣り合う前記液体同士の間隔の、所定の高低差に応じた変化が大きくなるように制御する、請求項7または請求項8に記載の液体吐出装置。
  10. 前記被付与面と前記ヘッドとを少なくとも所定方向に沿って相対移動させる移動機構を有し、
    前記制御部は、前記移動機構による複数回の相対移動により、前記ヘッドから吐出された前記液体を前記被付与面に付与するように、前記ヘッドによる前記液体の吐出と、前記移動機構による相対移動と、を制御する、請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の液体吐出装置。
  11. 前記被付与面の形状情報を取得する取得部を有し、
    前記制御部は、前記取得部により取得された前記被付与面の形状情報に基づいて、前記ヘッドによる前記液体の吐出を制御する、請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の液体吐出装置。
  12. 被付与面に液体を付与する液体吐出装置による液体吐出方法であって、
    前記液体吐出装置が、
    ヘッドにより、前記液体を吐出して前記被付与面に付与し、
    制御部により、前記被付与面において前記液体が付与される付与位置の、鉛直方向に沿った高さに基づいて、前記ヘッドによる前記液体の吐出を制御する、液体吐出方法。
  13. 被付与面に液体を付与する液体吐出装置に実行させるプログラムであって、
    ヘッドにより、前記液体を吐出して前記被付与面に付与し、
    制御部により、前記被付与面において前記液体が付与される付与位置の、鉛直方向に沿った高さに基づいて、前記ヘッドによる前記液体の吐出を制御する
    処理を前記液体吐出装置に実行させるプログラム。
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