JP5016509B2 - 三次元プリンタ - Google Patents

Description

本発明は、三次元形状表面を有する印刷対象物に対してプリンタヘッドからインクを吐出して前記表面に所定の印刷を施す三次元プリンタに関する。

紙等のプリント対象物に文字、図柄等を印刷するプリンタ装置は従来から種々のものが知られており、例えば、コンピュータに繋がって紙面に印刷するプリンタ装置等は業務用、家庭用として広く用いられている。従来のプリンタは、プリント対象物となる紙もしくはシート材を所定方向に送りながら、プリンタヘッドをこの送り方向と直角に走査移動させながら印刷を行う形式のものが一般的であった。例を挙げれば、特許文献１および２に記載のプリンタ装置がある。

特開２００３−１９１４５５号公報 特開２００４−１４８６６６号公報

このような従来のプリンタ装置は、平面状のシート材もしくは固体物の平面に対して所定の印刷を行うものであり、全て二次元の印刷を行うものであったが、最近において三次元形状の表面（例えば、円筒面、球面、その他のさまざまな曲面）を有する対象物に対して印刷を行うことができるようなプリンタが要求されている。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、円筒面、球面、その他のさまざまな曲面、すなわち、三次元形状表面を有する印刷対象物に対してプリンタヘッドからインクを吐出してこの三次元形状の表面に所望の印刷を施すことができる三次元プリンタを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために第１の本発明に係るプリンタは、三次元形状表面を有する印刷対象物に対してプリンタヘッドからインクを吐出して表面に所定の印刷を施す三次元プリンタであって、印刷対象物を保持する保持装置と、保持装置およびプリンタヘッドを、互いに直交するＸ，ＹおよびＺ軸方向に相対移動可能に支持するとともに、プリンタヘッドに対して保持装置をＸ軸を中心とした回転、Ｙ軸を中心とした相対回転およびＸ軸と直交する面内を延びる首振り軸（例えば、実施形態における軸Ｕ）を中心とした相対回転可能に支持する支持装置と、支持装置により支持された保持装置およびプリンタヘッドを、Ｘ，ＹおよびＺ軸方向に相対移動させる制御および保持装置をＸ軸、Ｙ軸および首振り軸を中心として相対回転させる制御を行う移動制御装置と、移動制御装置による相対移動および相対回転制御に応じてプリンタヘッドからのインクの吐出制御を行うプリント制御装置とを備え、首振り軸は、保持装置がＸ軸を中心として回転制御されることに同期して、Ｘ軸と直交する面内で回転変位するようにして定まるよう構成される。

第２の本発明に係るプリンタも、三次元形状表面を有する印刷対象物に対してプリンタヘッドからインクを吐出して表面に所定の印刷を施す三次元プリンタであって、ベース部材と、ベース部材上に平面方向に延びるＸ軸方向に移動自在に支持された第１支持部材と、第１支持部材上に平面方向に対して垂直に延びるＺ軸方向に移動自在に支持された第２支持部材と、第２支持部材上にＸ軸およびＺ軸方向と直角なＹ軸方向に延びる第１回転軸を中心として回転自在に支持された第３支持部材と、第３支持部材上に、第１回転軸と直交する面内において延びる第２回転軸を中心として回転自在に支持された第４支持部材（例えば、実施形態における保持シャフト２５）と、第４支持部材上に、第２回転軸と直交する面内を延びる首振り軸を中心として回転自在に支持されて、印刷対象物を保持する保持装置（例えば、実施形態における保持チャック２６）と、ベース部材上に設けられ、保持装置により保持された印刷対象物の上方をＹ軸方向に移動可能に支持されたプリンタヘッドと、第１〜第４支持部材および保持装置の移動および回転制御並びにプリンタヘッドの移動制御を行う移動制御装置と、移動制御装置による移動および回転制御に応じてプリンタヘッドからのインクの吐出制御を行うプリント制御装置とを備え、首振り軸は、保持装置が第２回転軸を中心として回転制御されることに同期して第２回転軸と直交する面内で回転変位するようにして定まるよう構成される。

以上のように構成された第１の本発明に係るプリンタによれば、移動制御装置により、保持装置およびプリンタヘッドをＸ，ＹおよびＺ軸方向に相対移動させる制御および保持装置をＸ軸およびＹ軸を中心として相対回転させる制御を行うとともに、保持装置を首振り軸を中心として相対回転させる制御を行うことにより、保持装置に保持された印刷対象物の表面三次元形状に対して、プリンタヘッドを常に所定の間隔を有して所定の位置関係となるように相対移動させることができ、これに応じてプリンタ制御装置によりプリンタヘッドからのインクの吐出制御を行うことにより、三次元形状を有した印刷対象物の表面に所望のプリントを簡単に且つ自動的に行うことができる。このとき、上記首振り軸は、保持装置のＸ軸を中心とした回転に同期するようにして定まるため、保持装置をＸ軸を中心として回転させることにより首振り軸を任意に位置させることができ、これにより首振り軸を中心とした回転（位置決め）の自由度が向上して、曲面形状の如何に拘わらず正確且つ良好な印刷を行うことができる。

第２の本発明に係るプリンタの場合も同様に、移動制御装置により、ベース部材上での第１支持部材のＸ軸方向の移動、第１支持部材に対する第２支持部材のＺ軸方向の移動、第２支持部材に対する第３支持部材の第１回転軸を中心とした回転、第３支持部材に対する第４支持部材の第２回転軸を中心とした回転、第４支持部材に対する保持装置の首振り軸を中心とした回転および、ベース部材上でのプリンタヘッドのＹ軸方向の移動を制御することにより、保持装置に保持された印刷対象物の表面三次元形状に対して、プリンタヘッドを常に印刷を施すのに適した間隔および位置関係となるように相対移動させることができ、このようにして相対移動させる際に、プリント制御装置によりこの移動に応じてプリンタヘッドからのインクの吐出制御を行えば、三次元形状を有した印刷対象物の表面に所望のプリントを簡単に且つ自動的に行うことができる。このとき、上記首振り軸は、保持装置の第２回転軸を中心とした回転に同期するようにして定まるため、保持装置を第２回転軸を中心として回転させることにより首振り軸を任意に位置させることができ、これにより首振り軸を中心とした回転（位置決め）の自由度が向上して、曲面形状の如何に拘わらず正確且つ良好な印刷を行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。まず、図１を参照して、本発明のプリンタ装置における保持装置により保持された印刷対象物８０と、プリンタヘッド８５との相対移動制御および印刷制御の概要を説明する。図１に示す印刷対象物８０は切頭円錐形状の部材であり、その円錐状の外表面８１にプリンタヘッド（インクジェットヘッド）８５からインクを吐出して所望の印刷を行うように構成されたプリンタの作動原理を図１を用いて説明する。

このプリンタは、図示しないが、印刷対象物８０を支持する支持装置を有し、この支持装置は、切頭円錐の中心軸Ｘが前後に延びるとともにこの軸Ｘを中心として回転自在（矢印Ａで示す回転）に印刷対象物８０を支持し、この状態で軸Ｘ上の点Ｏ１を通り軸Ｘと直交して左右に延びる軸Ｙを中心として印刷対象物８０が回転自在（矢印Ｂで示す回転）となるように支持し、さらに、この印刷対象物８０をＸ軸方向に沿って前後に移動（矢印Ｄ（ｘ）で示す移動）可能且つＸ軸およびＹ軸に直交して垂直に延びるＺ軸に沿って上下に移動（矢印Ｄ（ｚ）で示す移動）可能に支持するように構成されている。このように図示しない支持装置により支持された印刷対象物８０の上方に、プリンタヘッドがＹ軸方向に移動（矢印Ｄ（ｙ）で示す移動）可能になって配設されている。

また、図示しない支持装置は印刷対象物８０を、軸Ｘ上の点Ｏ２を通り軸Ｘと直交する軸Ｕを中心として印刷対象物８０が回転自在（矢印Ｃで示す回転）となるように支持する。この軸Ｕは、印刷対象物８０が軸Ｘを中心として回転するのと同期して、点Ｏ２において軸Ｘを中心として回転するよう設定されている。例えば、印刷対象物８０が軸Ｘを中心として時計方向に角度θだけ回転した場合（印刷対象物８０の前端部における点Ｅが点Ｅ′まで回転して位置した場合）には、軸Ｕも点Ｏ２において軸Ｘを中心として時計方向に角度θだけ回転した位置に定められて、この位置に位置した軸Ｕを中心として印刷対象物８０が回転自在（矢印Ｃ′で示す回転）となる。

なお、プリンタヘッド８５は下面に多数のインク吐出孔を有し、図示しないインク供給装置から供給されてくるインクを、プリント制御装置により各インク吐出孔毎に制御して吐出させ、印刷対象物８０の表面８１に所定の印刷を行うようになっている。

このように支持装置により支持された印刷対象物８０の円錐状の表面８１にプリンタヘッド８５の下面のインク吐出孔からインクを吐出して所望の印刷を行うには、インク吐出孔を印刷対象物８０の表面の印刷対象位置に対向するとともに所定の印刷間隔を有する接近した位置（インク吐出孔から吐出するインクを表面８１に付着させて印刷を行うのに最適な間隔を有する位置）に位置させる。さらにこのとき、印刷対象位置の表面に対してプリンタヘッド８５の下面インク吐出孔が正面を向くように、すなわち、インク吐出孔からのインクの吐出方向が表面８１に対して直交し、吐出されたインクが表面８１に垂直に当たるように向ける必要がある。

例えば、印刷対象物８０の表面における図示の点Ｐ０にプリンタヘッド８５からインクを吐出して印刷を行うには、図６に示すように、点Ｐ０の位置における表面がプリンタヘッド８５の下面８６と所定印刷間隔だけ離れた位置まで接近させ、且つ点Ｐ０の位置における印刷対象物８０の表面がプリンタヘッド下面８６と平行になるように位置決めする必要がある。

このため、図１に示すように印刷対象物８０を支持した状態から、印刷対象物８０をＸ軸方向に沿って前後に移動（矢印Ｄ（ｘ）で示す移動）させるとともに軸Ｘを中心として回転（矢印Ａで示す回転）させ、印刷対象点Ｐ０を真上に向けるとともにプリンタヘッド８５の真下位置になるように移動させる。次に、軸Ｙを中心として回転（矢印Ｂで示す回転）させて印刷対象点Ｐ０を通る稜線Ｌ１が水平に延びるように位置させ、プリンタヘッド８５の下面８６（のインク吐出を行うノズル孔）が印刷対象点Ｐ０の真上に位置するようにプリンタヘッド８５をＹ軸方向に移動（矢印Ｄ（ｙ）で示す移動）させ、プリンタヘッド８５の下面８６（のインク吐出を行うノズル孔）が印刷対象点Ｐ０と所定印刷距離だけ離れた近接位置に位置するようにＺ軸に沿って上方に移動（矢印Ｄ（ｚ）で示す移動）させる。なお、この移動および回転の順序は、印刷対象物８０とプリンタヘッド８５とが干渉しない限りどのような順序でも良い。

このようにして、例えば図６に示すように、プリンタヘッド８５の下面８６（のインク吐出を行うノズル孔）が印刷対象点Ｐ０と所定印刷距離だけ離れ、且つ互いに正面を向いて対向する位置に位置した状態で、プリンタヘッド８５の下面８６のノズル孔からプリント制御装置による制御に基づいて図６において矢印で示すようにインクの吐出が行われ、点Ｐ０に沿った範囲（点Ｐ０を通る稜線Ｌ１に沿った範囲）に対する印刷が行われる。そして、例えば、印刷対象物８０の表面における周方向に沿って印刷を行うには、印刷対象物８０の外表面における周方向に沿った点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３・・・が、プリンタヘッド８５の下面８６（のインク吐出を行うノズル孔）と所定印刷距離だけ離れて正面を向いて対向する位置関係を維持しつつ、上述した支持装置による印刷対象物８０の支持位置を変更しながら、プリント制御装置により制御してインク吐出を行わせる。

この場合に、印刷対象物８０が上述のように切頭円錐形状であれば、図６に示すように、プリンタヘッド８５の多数のインク吐出孔が開口する下面８６を稜線Ｌ１に沿って平行に延びるとともに所定印刷距離だけ離れた位置関係を維持しつつ、全インク吐出孔からインクを吐出させる制御が行われる。これにより稜線Ｌ１に沿った且つプリンタヘッド８５の幅に対応する広い範囲内での良好な印刷を行うことができる。

しかしながら、図７に示すように、上述した切頭円錐形状の印刷対象物８０の表面８１に凹凸がある場合には、プリンタヘッド８５の下面８６と対向する部分の稜線Ｌ１との間隔が凹凸の部分において一定ではなく変動し吐出孔からの吐出方向が表面８１に対して直交しないことになる。この場合には、上述したような印刷対象物８０の移動および回転を行った上で、まず、稜線Ｌ１が水平に延びるように位置させる。次に、軸Ｕ（図７において図示されないが、点Ｏ２を通り、この図７の紙面に対して垂直方向に延びるよう位置する）を中心として回転（矢印Ｃで示す回転のうち反時計方向Ｃ１の回転）させることにより印刷対象点Ｐ１０を通る稜線Ｌ２（稜線Ｌ１の一部を構成する稜線）が水平に延びるように位置させることができる。そして、プリンタヘッド８５の下面８６（のインク吐出を行うノズル孔）が印刷対象点Ｐ１０と所定印刷距離だけ離れた接近位置に位置するようにＺ軸に沿って上方に移動（矢印Ｄ（ｚ）で示す移動）させることにより、吐出されたインクが表面８１に垂直に当たることとなる。

また、稜線Ｌ３（稜線Ｌ１の一部を構成する稜線）上の点Ｐ１１に印刷を行う場合には、軸Ｕを中心として回転（矢印Ｃで示す回転のうち時計方向Ｃ２の回転）させることにより稜線Ｌ３が水平に延びるように位置させることができる。なお、印刷対象物８０を軸Ｙを中心として回転させることにより稜線Ｌ２，Ｌ３が水平に延びるように位置させることもできるが、上述のように稜線Ｌ１全体については軸Ｙを中心とした回転により水平に位置決めした上で、凹凸部分に対応する稜線Ｌ２，Ｌ３についての微小な位置決めはＵ軸を中心として回転を行う方が、後述する本発明の一実施形態に係るプリンタ装置構成において、位置決めの自由度が向上し複雑な曲面等にも対応が容易になる。

また、図８（Ａ）に示すように、印刷対象物８０の印刷対象点Ｐ２０を通る稜線Ｌ４が、プリンタヘッド８５の前後方向に延びる中心軸Ｎに対して平面視において位置ずれをしている場合には、プリンタヘッド８５の下面８６と対向する部分の稜線Ｌ４との間隔が一定ではなく変動する。この場合には、印刷対象物８０を首振り軸Ｕを中心として回転（矢印Ｃで示す回転のうち時計方向の回転）させ、図８（Ｂ）に示すように、稜線Ｌ４をプリンタヘッド８５の中心軸Ｎに平面視において平行する位置に移動させる。そして、プリンタヘッド８５の下面８６（のインク吐出を行うノズル孔）が印刷対象点Ｐ２０の真上に位置するようにプリンタヘッド８５をＹ軸方向に移動（矢印Ｄ（ｙ）で示す移動）させ、稜線Ｌ４をプリンタヘッド８５の中心軸Ｎに平面視において一致させることができる。これによりプリンタヘッド８１の吐出孔からのインクの吐出方向が表面８１に対して直交し、吐出されたインクが表面８１に垂直に当たることとなる。なお、このとき軸Ｕは点Ｏ２を通り、図８の紙面に対して垂直方向に延びるよう位置する（図８において図示しない）。

このように、印刷対象物８０は、軸Ｘを中心として回転可能な軸Ｕを中心とした回転を行うことができるため、印刷対象物８０の表面に最適な印刷を行うように軸Ｘおよび軸Ｕを回転させて位置決めを行うことができる。このため、印刷の品質を低下させることなく、良好な印刷制御を行うことができる。

以上説明した作動原理に基づいて三次元プリントを行うための具体的なプリンタ装置構成を図２〜図５を参照して説明する。このプリンタ装置においては、ベース１の上に、左右一対の支持脚２ａ，２ｂおよびこれら支持脚２ａ，２ｂの上端を繋いで左右に延びた支持桁２ｃとからなる門型支持フレーム２が固設されている。また、右支持脚２ｂに隣接して操作盤６ａを有する第１制御装置６が設けられ、左支持脚２ａに隣接してメンテナンスステーション８を有する第２制御装置７が設けられている。なお、第１および第２制御装置６，７は、後述する各種部材の移動および回転作動制御を行う移動制御装置、プリンタヘッドからのインク吐出制御を行うプリント制御装置や、電源制御装置等、各種制御装置からなる。

支持桁２ｃの上面に前後一対の左右ガイドレール３ａ，３ｂが左右方向（Ｙ軸方向）に延びて設けられており、この上に左右に移動自在（矢印Ｄ（ｙ）方向に移動自在）にプリンタキャリッジ４が取り付けられている。このプリンタキャリッジ４を左右に移動させるために、ボールネジ機構等の送り機構が設けられており、その駆動制御によりプリンタキャリッジ４の左右方向移動を制御できる。なお、このような送り機構は周知なのでその構成説明は省略する。

プリンタキャリッジ４は左右ガイドレール３ａ，３ｂにより支持される部分から前方に延びて下方に折れ曲がるとともに前方に延びた、側面視クランク形状の部材であり、前端部４ａ上に複数のプリンタヘッドモジュール５が取り付けられている。プリンタヘッドモジュール５はインクジェットヘッドモジュールとも称され、下面に多数のインク吐出孔が形成されており、例えば、各モジュールはそれぞれ色の異なるインクをインク吐出孔から吐出するように構成されている。このインクの吐出制御はプリント制御装置により各インク吐出孔毎になされるが、これについては従来から周知の構成であるのでその説明は省略する。本明細書においては、プリンタヘッドモジュール５単体が、もしくはプリンタヘッドキャリッジ４にプリンタヘッドモジュール５が搭載されたプリンタヘッドキャリッジ４が、請求の範囲に規定するプリンタヘッドに該当する。

このようにプリンタヘッドモジュール５が搭載されたプリンタヘッドキャリッジ４が左右ガイドレール３ａ，３ｂ上を左右に移動可能であるが、図２に示すように、左端部に位置した状態で、メンテナンスステーション８が上動してプリンタヘッドモジュール５の下面のインク吐出孔の乾燥防止および清掃が行われるようになっている。

ベース１の上に、門型支持フレーム２の左右支持脚２ａ，２ｂの間に位置して、前後方向（Ｘ軸方向）に延びる一対の前後ガイドレール１ａ，１ｂが設けられており、この前後ガイドレール１ａ，１ｂの上に前後に移動自在（矢印Ｄ（ｘ）方向に移動自在）に第１支持部材１０が設けられている。この第１支持部材１０を前後に移動させるために、ボールネジ機構等の送り機構が設けられており、その駆動制御により第１支持部材１０の前後方向移動を制御できる。このような送り機構は周知なのでその構成説明は省略する。

第１支持部材１０の上に、垂直に起立した状態で垂直支持部材１１が固設されており、この垂直支持部材１１の前面に垂直方向（Ｚ方向）に延びる一対の上下ガイドレール１２ａ，１２ｂが設けられている。この上下ガイドレール１２ａ，１２ｂに支持されて上下に移動自在（矢印Ｄ（ｚ）方向に移動自在）に第２支持部材１５が設けられている。この第２支持部材１５を上下に移動させるために、ボールネジ機構等の送り機構が設けられており、その駆動制御により第２支持部材１５の上下方向移動を制御できる。このような送り機構は周知なのでその構成説明は省略する。

第２支持部材１５の前面１５ａは、第２支持部材１５に対して定まる所定点Ｏ１（後述するように印刷対象物８０が位置し得る位置に設定された点）を通りＹ軸方向に延びる第１回転軸Ｙ０を中心とする円筒面形状に形成されており、この円筒面形状の前面１５ａに接合する円筒面形状の後面２０ａを有した第３支持部材２０が前面１５ａに沿って摺動自在に設けられている。すなわち、第３支持部材２０の円筒状の後面２０ａが第２支持部材１５の円筒状の前面１５ａと摺接して移動可能であり、これにより、第３支持部材２０は第２支持部材１５に対して第１回転軸Ｙ０を中心として回転（矢印Ｂで示す回転）自在となって支持される。

このように支持した第３支持部材２０を第２支持部材１５に対して第１回転軸Ｙ０を中心として回転移動させるために、第３支持部材２０の図２における左側部の前面に第１回転軸Ｙ０を中心とした内歯車２１が形成されている。そして、第２支持部材１５の左側部の前面に駆動モータ１６が取り付けられ、この駆動モータ１６の駆動シャフトに取り付けられた駆動ピニオン１７が内歯車２１と噛合している。このため、駆動モータ１６により駆動ピニオン１７を回転駆動すれば、これに噛合する内歯車２１が回転駆動され、第３支持部材２０を第１回転軸Ｙ０を中心として回転させることができる。

第３支持部材２０の前面側に保持シャフト２５が前後方向（Ｘ軸方向）に延びるとともに上記所定点Ｏ１を通る第２回転軸Ｘ０を中心として回転自在に設けられて前方に突出しており、その前端に印刷対象物を保持する保持チャック２６が取り付けられている。保持シャフト２５は第３支持部材２０の内部に配設された駆動モータ（図示せず）により回転駆動制御されるようになっており、保持チャック２６は印刷対象物８０を保持可能な構成を有している。このため、保持チャック２６により印刷対象物８０を保持した状態で保持シャフト２５を回転駆動すれば、印刷対象物８０を第２回転軸Ｘ０を中心として回転させることができるようになっている。

この保持シャフト２５により請求の範囲に規定する第４支持部材が構成されるとともに、保持チャック２６により請求の範囲に規定する保持装置が構成される。なお、上述のように第３支持部材２０は第１回転軸Ｙ０を中心として回転自在であるため、第３支持部材２０が所定回転位置（図３に示す回転位置）に位置したときに第２回転軸Ｘ０は前後方向（Ｘ軸方向）に延びるが、第３支持部材２０の回転位置に応じて第２回転軸Ｘ０は上下に振られる。また、図示のように第１回転軸Ｙ０および第２回転軸Ｘ０はともに所定点Ｏ２を通り互いに交差しているが、これは交差せずにずれていても良い。但し、交差している方が、印刷対象物８０の位置演算が容易であり、移動制御装置による移動制御が簡単である。

保持チャック２６は、図５に示すように、この保持チャック２６の後部に一体に形成されたブラケット２６ａが保持シャフト２５の前端部２５ａに取り付けられ、所定点Ｏ２を通る第３回転軸Ｕ０を中心として回転自在となっている。保持シャフト２５の前端部２５ａは、保持チャック２６のブラケット２６ａを挿入可能なよう中央に空部を有する二股状に形成される。そして、ブラケット２６ａに固着されて、図５において左右に延びるブラケットシャフト２６ｂが、前端部２５ａの貫通孔２５ｂに取り付けられた軸受け３６，３７にそれぞれ嵌合して、軸Ｕ０回りに回転自在とされる。

また、保持シャフト２５の前端部２５ａには駆動モータ３０が取り付けられ、この駆動モータ３０の駆動シャフト３１に同軸に取り付けられた小径歯車３２が、ブラケットシャフト２６ｂに同軸に取り付けられた大径歯車３３と噛合している。このため、駆動モータ３０により小径歯車３２を回転駆動すれば、これに噛合する大径歯車３３が回転駆動され、保持チャック２６を回転軸Ｕ０を中心として回転させることができるようになっている。なお、これら駆動モータ３０、小径歯車３２および大径歯車３３は、保持シャフト２５の前端部２５ａに取り付けられる略箱形状のモータカバー３４に覆われている。

保持シャフト２５を第２回転軸Ｘ０を中心として回転させると、これに伴ってこの第２回転軸Ｘ０を中心として保持チャック２６も回転して、この回転に応じて第３回転軸Ｕ０の位置が定まることとなる。したがって、保持チャック２６は、保持シャフト２５による第２回転軸Ｘ０を中心とした回転位置に応じて定まる第３回転軸Ｕ０を中心として回転を行うことができることとなる。例えば、保持シャフト２５が第２回転軸Ｘ０を中心として回転して、ブラケットシャフト２６ｂが水平に延びるように位置した場合には、第３回転軸Ｕ０も水平に延びるよう定まるため、保持チャック２６はこの第３回転軸Ｕ０を中心として上下方向に回転可能となる。また、ブラケットシャフト２６ｂが上下方向に延びるように位置した場合には、第３回転軸Ｕ０も上下方向に延びるよう定まるため、保持チャック２６はこの第３回転軸Ｕ０を中心として水平方向に回転可能となる。

以上の構成のプリンタ装置において、保持シャフト２５の回転中心となる第２回転軸Ｘ０が図１に示す作動原理構成における軸Ｘに該当し、第３支持部材２０の回転中心となる第１回転軸Ｙ０が図１の作動原理構成の軸Ｙに該当し、保持チャック２６の回転中心となる第３回転軸Ｕ０が図１に示す作動原理構成の軸Ｕに該当する。この第３支持部材２０を支持する第２支持部材１５は第１支持部材１０によりＺ軸方向（上下方向）に移動（矢印Ｄ（ｚ）で示す移動）可能に支持され、第１支持部材１０はベース１上にＸ軸方向（前後方向）に移動（矢印Ｄ（ｘ）で示す移動）可能に支持されている。また、プリンタヘッドは印刷対象物８０の上方においてベース１に対してＹ軸方向（左右方向）に移動（矢印Ｄ（ｙ）で示す移動）可能に支持されている。すなわち、第１図に示す作動原理と同一の作動を行うことができるように構成されている。

このことからも分かるように図２〜図５に示す構成のプリンタ装置によれば、図１を用いて説明した作動原理に基づき、印刷対象物８０の表面８１にプリンタヘッドモジュール５の下面に形成されたインク吐出孔からインクを吐出付着させて所望の印刷を行うことができる。なお、図１においては、切頭円錐状の印刷対象物８０の円錐形状表面に印刷を行う例を示したが、印刷対象物の形状はこれに限られず、円筒面、球面を含む任意の曲面形状に対する印刷が可能である。

このプリンタ装置では、印刷対象物８０は第２回転軸Ｘ０を中心として回転自在であるとともに、この回転位置に応じて定まる第３回転軸Ｕ０を中心として回転自在であるため、曲面形状に応じてこの第３回転軸Ｕ０を中心とした回転を行わせて位置決めの自由度を向上させ、曲面形状の如何に拘わらず良好な印刷品質が得られることとなる。

本発明に係るプリンタの作動原理を説明する概略図である。 本発明の一実施形態に係るプリンタ装置の正面図である。 上記プリンタ装置の側面図である。 上記プリンタ装置の一部を取り出して示す斜視図である。 上記プリンタ装置の一部を構成する保持チャックと保持シャフトとを説明するための平面図である。 上記プリンタ装置におけるプリンタヘッドと印刷対象物との関係を説明する概略側面図である。 印刷対象物表面に凹凸がある場合のプリンタヘッドと印刷対象物との関係を説明する概略側面図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、プリンタヘッドの中心線と印刷対象点を通る稜線とが平面視において一致するまでの状態を示す平面図である。

符号の説明

１ ベース
２ 門型支持フレーム
４ プリンタキャリッジ
１０ 第１支持部材
１５ 第２支持部材
２０ 第３支持部材
２５ 保持シャフト（第４支持部材）
２５ａ 前端部
２６ 保持チャック（保持装置）
２６ａ ブラケット
２６ｂ ブラケットシャフト
３０ 駆動モータ
３２ 小径歯車
３３ 大径歯車
８０ 印刷対象物
Ｕ０ 第３回転軸（首振り軸）

Claims (2)

1. 三次元形状表面を有する印刷対象物に対してプリンタヘッドからインクを吐出して前記表面に所定の印刷を施す三次元プリンタであって、
   前記印刷対象物を保持する保持装置と、
   前記保持装置および前記プリンタヘッドを、互いに直交するＸ，ＹおよびＺ軸方向に相対移動可能に支持するとともに、前記プリンタヘッドに対して前記保持装置を前記Ｘ軸を中心とした回転、前記Ｙ軸を中心とした相対回転および前記Ｘ軸と直交する面内を延びる首振り軸を中心とした相対回転可能に支持する支持装置と、
   前記支持装置により支持された前記保持装置および前記プリンタヘッドを、前記Ｘ，ＹおよびＺ軸方向に相対移動させる制御および前記保持装置を前記Ｘ軸、前記Ｙ軸および前記首振り軸を中心として相対回転させる制御を行う移動制御装置と、
   前記移動制御装置による相対移動および相対回転制御に応じて前記プリンタヘッドからのインクの吐出制御を行うプリント制御装置とを備え、
   前記首振り軸は、前記保持装置が前記Ｘ軸を中心として回転制御されることに同期して前記面内で回転変位するようにして定まるよう構成されたことを特徴とする三次元プリンタ。
2. ベース部材と、
   前記ベース部材上に平面方向に延びるＸ軸方向に移動自在に支持された第１支持部材と、
   前記第１支持部材上に前記平面方向に対して垂直に延びるＺ軸方向に移動自在に支持された第２支持部材と、
   前記第２支持部材上に前記Ｘ軸および前記Ｚ軸方向と直角なＹ軸方向に延びる第１回転軸を中心として回転自在に支持された第３支持部材と、
   前記第３支持部材上に、前記第１回転軸と直交する面内において延びる第２回転軸を中心として回転自在に支持された第４支持部材と、
   前記第４支持部材上に、前記第２回転軸と直交する面内を延びる首振り軸を中心として回転自在に支持されて、印刷対象物を保持する保持装置と、
   前記ベース部材上に設けられ、前記保持装置により保持された印刷対象物の上方を前記Ｙ軸方向に移動可能に支持されたプリンタヘッドと、
   前記第１〜前記第４支持部材および前記保持装置の移動および回転制御並びに前記プリンタヘッドの移動制御を行う移動制御装置と、
   前記移動制御装置による移動および回転制御に応じて前記プリンタヘッドからのインクの吐出制御を行うプリント制御装置とを備え、
   前記首振り軸は、前記保持装置が前記第２回転軸を中心として回転制御されることに同期して前記第２回転軸と直交する前記面内で回転変位するようにして定まるよう構成されたことを特徴とする三次元プリンタ。

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