JP5237063B2 - インクジェットプリンタ - Google Patents

Description

本発明は、三次元形状のメディア表面にインクジェットヘッドからインクを吐出してこのメディア表面に印刷を行う三次元インクジェットプリンタに関する。

一般のインクジェットプリンタは、プラテン上に搬送された平面状のメディアにインクジェットヘッドからインクを吐出することで、メディア表面に印刷を行っている。

ところが、近年、三次元形状のメディアに対しても印刷を行いたいとの要求から、特許文献１に記載された三次元インクジェットプリンタが考えられてきた。この特許文献１に記載された三次元インクジェットプリンタは、三次元形状のメディアを保持するメディア保持部を昇降させるとともにメディア保持部とインクジェットヘッドとを三次元空間内において相対的に移動させながら、インクジェットヘッドからメディア表面にインクを吐出させている。
特開２００８−１０８９７１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の三次元インクジェットプリンタでは、メディア保持部は、三次元形状のメディアを保持するとともに、メディア保持部自体に三次元空間内において移動させる移動機構を備えるため、大重量化する傾向にある。このため、このインクジェットプリンタでは、メディア保持部を昇降させる際やメディア保持部を昇降方向において停止させる際に、メディア保持部を昇降方向に移動させる駆動源に大きな負荷がかかるという問題があった。

そこで、本発明は、三次元形状のメディアを保持するメディア保持部を昇降方向に移動させる駆動源の負荷を低減することができる三次元インクジェットプリンタを提供することを目的とする。

本発明に係るインクジェットプリンタは、三次元形状のメディアを保持するメディア保持部とインクジェットヘッドとを相対的に移動させながらメディアの表面にインクジェットヘッドからインクを吐出してメディア表面に印刷を行う三次元インクジェットプリンタであって、メディア保持部を昇降方向に移動可能に支持するＺ軸支持部と、メディア保持部を昇降方向に移動させるＺ軸用駆動部と、を有し、メディア保持部は、他端に錘が連結されたワイヤによりＺ軸支持部に懸架されていることを特徴とする。

本発明にかかる三次元インクジェットプリンタによれば、Ｚ軸用駆動部の駆動制御によりメディア保持部を昇降方向に移動させることで、メディア保持部とインクジェットヘッドとを昇降方向において相対的に移動させることができ、このとき、インクジェットヘッドからインクを吐出することで、メディアの表面に印刷を行うことができる。そして、このメディア保持部が他端に錘が連結されたワイヤによりＺ軸支持部に懸架されることで、メディア保持部と錘との重量バランスが取れるため、メディア保持部を昇降させる際及びメディア保持部の昇降方向において停止させる際に、Ｚ軸用駆動部にかかる負荷を低減させることができる。これにより、Ｚ軸駆動部の小規模化を図ることができ、更に、Ｚ軸駆動部の長寿命化を図ることができる。

この場合、上記ワイヤは、Ｚ軸支持部に回転可能に支持されたプーリに架け渡されていることが好ましい。この三次元インクジェットプリンタによれば、ワイヤがプーリに掛け渡されているため、メディア保持部を昇降方向に移動させる際に、メディア保持部の移動を円滑に行うことができる。

また、上記錘は、メディア保持部と同じ重さであることが好ましい。この三次元インクジェットプリンタによれば、メディア保持部と錘とを同じ重さにすることで、メディア保持部と錘との重量バランスが良好となるため、Ｚ軸用駆動部にかかる負荷をより低減させることができる。

また、上記錘は、メディア保持部よりも重いことが好ましい。この三次元インクジェットプリンタによれば、メディア保持部よりも錘の方を重くすることで、メディア保持部に重いメディアを保持させた場合におけるメディア保持部と錘との重量バランスが良好となるため、Ｚ軸用駆動部にかかる負荷をより低減させることができる。

本発明によれば、三次元形状のメディアを保持するメディア保持部を昇降方向に移動させる駆動源の負荷を低減することができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る三次元インクジェットプリンタの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、全図中、同一又は相当部分には同一符号を付すこととする。

図１は、本実施形態に係る三次元インクジェットプリンタの正面図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図であり、図３は、図１に示した三次元インクジェットプリンタの一部斜視図である。なお、本実施形態では、図１の左右方向（図２の前後方向）をＹ軸方向とし、図１の前後方向（図２の左右方向）をＸ軸方向とし、図１の上下方向（図２の上下方向）をＺ軸方向とする。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係る三次元インクジェットプリンタ１は、インクを吐出するインクジェットヘッド２０と三次元形状のメディアＭを保持するメディア保持部４０とを相対的に移動させて、インクジェットヘッド２０からインクを吐出させることで、メディアＭの表面に画像等を印刷するものである。

三次元インクジェットプリンタ１は、基台となるベース１０に、Ｙ軸方向に沿って配置される左右一対の支持脚１１，１２が立設されている。Ｙ軸方向において右側に配置される支持脚１１には、作業者による指示操作を受け付ける操作盤１３が搭載された第１制御装置１４が固定されており、Ｙ軸方向において左側に配置される支持脚１２には、インクジェットヘッド２０をクリーニングするメンテナンスステーション１５が搭載された第２制御装置１６が固定されている。第１制御装置１４及び第２制御装置１６は、後述するメディア保持部４０とインクジェットヘッド２０との相対移動制御やインクジェットヘッド２０のインク吐出制御などを行う制御装置である。なお、本実施形態では、第１制御装置１４と第２制御装置１６とが別体であるものとして説明するが、物理的及び機能的に１つであってもよく、複数に分割されていてもよい。

左右一対の支持脚１１，１２の間には、Ｙ軸方向に沿って延在する支持桁１７が掛け渡されている。そして、支持桁１７の上面には、支持桁１７の延在方向に延びる一対のＹ軸ガイドレール１８ａ，１８ｂがＸ軸方向に並列して配設されている。そして、この一対のＹ軸ガイドレール１８ａ，１８ｂに、インクジェットヘッド２０を搭載するヘッドキャリッジ２１がＹ軸方向に移動可能に取り付けられている。

インクジェットヘッド２０は、複数色のインクを吐出して、メディア保持部４０に保持されたメディアＭにカラー画像を印刷するものである。このため、インクジェットヘッド２０には、イエロー、マゼンダ、シアン及びブラックなどのインクを吐出する複数のノズルが形成されている。そして、インクジェットヘッド２０は、メディア保持部４０に保持されたメディアＭに対向するように、ヘッドキャリッジ２１の下端部に配置されている。

ヘッドキャリッジ２１は、支持桁１７に取り付けられた搬送機構（不図示）に連結されている。搬送機構は、例えば、駆動モータに連結されたボールねじと、このボールねじの軸受けとなるボール軸受けとで構成される周知の機構で実現される。そして、ヘッドキャリッジ２１は、第１制御装置１４又は第２制御装置１６による搬送機構の駆動制御により、一対のＹ軸ガイドレール１８ａ，１８ｂにガイドされてＹ軸方向に移動する。そして、ヘッドキャリッジ２１の移動によりインクジェットヘッド２０のノズルがメンテナンスステーション１５の上方に位置すると、メンテナンスステーション１５が昇降してインクジェットヘッド２０のノズルをクリーニングする。

また、ベース１０の上面には、一対の支持脚１１，１２の間に、Ｘ軸方向に延びる一対のＸ軸ガイドレール１９ａ，１９ｂがＹ軸方向に並列して配設されている。そして、この一対のＸ軸ガイドレール１９ａ，１９ｂには、メディア保持部４０を載置するためのＸテーブル３１がＸ軸方向に移動可能に取り付けられている。

Ｘテーブル３１は、メディア保持部４０を、インクジェットヘッド２０に対してＸ軸方向に相対移動させるテーブルであり、ベース１０に取り付けられた搬送機構（不図示）に連結されている。搬送機構は、例えば、駆動モータに連結されたボールねじと、このボールねじの軸受けとなるボール軸受けとで構成される周知の機構で実現される。そして、Ｘテーブル３１には、Ｚ軸方向に延びるＺ軸支持部３２が立設されている。

Ｚ軸支持部３２は、メディア保持部４０をＺ軸方向に昇降可能に支持する支持部材である。このため、Ｚ軸支持部３２には、Ｚ軸方向に立設される一対の側壁部３３ａ，３３ｂと、一対の側壁部３３ａ，３３ｂの上面を連結する天板部３４が取り付けられている。そして、一対の側壁部３３ａ，３３ｂの間には、側壁部３３ａ，３３ｂに沿ってメディア保持部４０をＺ軸方向に昇降させる昇降機構３５が取り付けられている。

昇降機構３５は、一対の側壁部３３ａ，３３ｂの間に配置されてＸテーブル３１に固定されたＺ軸用駆動モータ３７と、Ｚ軸用駆動モータ３７の出力軸に連結されてＺ軸方向に立設されるボールねじ３８と、ボールねじ３８の軸受けとなってメディア保持部４０に連結されるボール軸受け３９とにより構成される。そして、第１制御装置１４又は第２制御装置１６によるＺ軸用駆動モータ３７の駆動制御により、ボールねじ３８が回転するとともに、ボールねじ３８の回転によるボール軸受け３９のＺ軸方向における昇降により、メディア保持部４０がＺ軸方向に昇降する。

メディア保持部４０は、メディアＭを回転可能に保持するものである。このため、メディア保持部４０には、昇降機構３５のボール軸受け３９に取り付けられるＺテーブル４１と、Ｚテーブル４１からＸ軸方向に突出する一対のアーム４２ａ，４２ｂと、一対のアーム４２ａ，４２ｂに回転可能に取り付けられるＡ軸回転部４３と、Ａ軸回転部４３に回転可能に取り付けられてメディアＭを保持するチャック４４とにより構成されている。

一対のアーム４２ａ，４２ｂは、Ｙ軸方向に対向配置されており、Ａ軸回転部４３を回転可能に保持するものである。すなわち、対向される一対のアーム４２ａ，４２ｂの先端にＹ軸方向に延びる回転軸が取り付けられており、この回転軸にＡ軸回転部４３が取り付けられている。そして、この回転軸には、一方のアーム４２ａ固定されたＡ軸用駆動モータ４５の出力軸が連結されている。Ａ軸用駆動モータ４５は、一対のアーム４２ａ，４２ｂに取り付けられた回転軸回りの回転方向Ａに回転駆動するものである。このため、Ａ軸用駆動モータ４５が回転駆動することで、Ａ軸回転部４３が回転方向Ａ（Ａ軸方向）に回転することが可能となる。

Ａ軸回転部４３は、チャック４４を回転可能に保持するものである。すなわち、Ａ軸回転部４３には、Ａ軸回転部４３の回転軸に対して垂直な方向の軸を回転軸として、この回転軸回りの回転方向Ｂに回転駆動するＢ軸用駆動モータ４６が取り付けられている。そして、Ｂ軸用駆動モータ４６の出力軸に、チャック４４が取り付けられている。このため、Ｂ軸用駆動モータ４６が回転駆動することで、チャック４４が回転方向Ｂ（Ｂ軸方向）に回転することが可能となる。

このように、Ｚ軸用駆動モータ３７、Ａ軸用駆動モータ４５、Ｂ軸用駆動モータ４６の回転駆動により、メディア保持部４０のチャック４４に保持されたメディアＭが、Ｚ軸方向に昇降するとともに、回転方向Ａ及び回転方向Ｂに回転する。

また、Ｚ軸支持部３２には、Ｘ軸方向において後側に、Ｚ軸方向に立設される一対のＺ軸ガイドレール３６ａ，３６ｂがＹ軸方向に並列して配置されている。そして、一対のＺ軸ガイドレール３６ａ，３６ｂには、所定重量の錘５０がＺ軸方向に昇降可能に取り付けられている。

錘５０は、立方体に形成されており、メディア保持部４０との重量バランスを取るためのものである。Ｚ軸支持部３２の上部には、一対のプーリ５１ａ，５１ｂが回転可能に支持されており、各プーリ５１ａ，５１ｂには、ワイヤ５２が掛け渡されている。

ワイヤ５２は、１本の金属線又は多数本の金属線が編込まれた金属線であり、引張方向の荷重に対して高い剛性を有している。そして、ワイヤ５２は、錘５０に取り付けられた一対のフックに通されており、その両端がメディア保持部４０のＺテーブル４１にネジなどで固定されている。このため、メディア保持部４０と錘５０とは、ワイヤ５２によりＺ軸支持部３２に懸架されている。そして、錘５０は、プーリ５１ａ，５１ｂに掛け渡されたワイヤ５２を介してメディア保持部４０との重量バランスを取るために、メディア保持部４０の重量と同じ重量、又は、メディア保持部４０とメディア保持部４０で保持するメディアＭとの総重量と同じ重量に設定する。なお、メディアＭの重量が不明な場合や、様々な重量のメディアＭを保持する場合は、錘５０の重量を、メディア保持部４０よりも所定の重量を加算した重量にするのが好ましい。

図４〜図６は、メディア保持部と錘との関係を説明するための図である。図４〜図６では、わかりやすくするため、三次元インクジェットプリンタ１の一部分のみを示している。上述したように、メディア保持部４０と錘５０とは、プーリ５１ａ，５１ｂに掛け渡されたワイヤ５２に連結されているため、重量バランスが取れている。このため、図４〜図６に示すように、メディア保持部４０をＺ軸方向において所定高さに保持させたい場合は、メディア保持部４０と錘５０との差分重量を保持するだけの負荷をＺ軸用駆動モータ３７に与えるだけで済むため、Ｚ軸用駆動モータ３７の負荷を小さくすることができる。一方、メディア保持部４０をＺ軸方向に昇降させたい場合も、メディア保持部４０と錘５０との差分重量に、プーリ５１ａ，５１ｂ、Ｚ軸ガイドレール３６ａ，３６ｂ及びＺ軸ガイドレール３６ａ，３６ｂにおいて生ずる摩擦抵抗等を加えた分だけの負荷をＺ軸用駆動モータ３７に与えるだけで済むため、Ｚ軸用駆動モータ３７の負荷を小さくすることができる。

このように、本実施形態に係る三次元インクジェットプリンタ１よれば、Ｚ軸用駆動モータ３７の駆動制御によりメディア保持部４０をＺ軸方向（昇降方向）に移動させることで、メディア保持部４０とインクジェットヘッド２０とを昇降方向において相対的に移動させることができ、このとき、インクジェットヘッド２０からインクを吐出することで、メディアＭの表面に印刷を行うことができる。そして、このメディア保持部４０が他端に錘５０が連結されたワイヤ５２によりＺ軸支持部３２に懸架されることで、メディア保持部４０と錘５０との重量バランスが取れるため、メディア保持部４０を昇降させる際及びメディア保持部４０の昇降方向において停止させる際に、Ｚ軸用駆動モータ３７にかかる負荷を低減させることができる。これにより、Ｚ軸用駆動モータ３７の小規模化を図ることができ、更に、Ｚ軸用駆動モータ３７の長寿命化を図ることができる。

そして、ワイヤ５２がプーリ５１ａ，５１ｂに掛け渡されているため、メディア保持部４０を昇降方向に移動させる際に、メディア保持部４０の移動を円滑に行うことができる。

更に、メディア保持部４０と錘５０とを同じ重さにすることで、メディア保持部４０と錘５０との重量バランスが良好となるため、Ｚ軸用駆動モータ３７にかかる負荷をより低減させることができる。

一方、メディア保持部４０よりも錘５０の方を重くすることで、メディア保持部４０に重いメディアＭを保持させた場合におけるメディア保持部４０と錘５０との重量バランスが良好となるため、Ｚ軸用駆動モータ３７にかかる負荷をより低減させることができる。
できる。

以上、本発明の好適な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るものではない。例えば、上記実施形態において、昇降機構３５は、ボールねじ機構を用いるものとして説明したが、メディア保持部４０を昇降させることができれば如何なる機構であってもよく、例えば、駆動モータにより、ワイヤ５２が掛け渡されているプーリ５１ａ，５１ｂを回転駆動させることにより、メディア保持部４０を昇降させてもよい。

また、上記実施形態において、ワイヤ５２は金属線であるものとして説明したが、メディア保持部４０と錘５０とを懸架することができれば、如何なる材質及び形状であってもよく、例えば、樹脂やゴム製であってもよく、扁平した紐状であってもよい。

本実施形態に係る三次元インクジェットプリンタの正面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図１に示した三次元インクジェットプリンタの一部斜視図である。 メディア保持部と錘との関係を説明するための図である。 メディア保持部と錘との関係を説明するための図である。 メディア保持部と錘との関係を説明するための図である。

符号の説明

１…三次元インクジェットプリンタ、１０…ベース、１１…支持脚、１２…支持脚、１３…操作盤、１４…第１制御装置（駆動手段）、１５…メンテナンスステーション、１６…第２制御装置（駆動手段）、１７…支持桁、１８ａ，１８ｂ…Ｙ軸ガイドレール、１９ａ，１９ｂ…Ｘ軸ガイドレール、２０…インクジェットヘッド、２１…ヘッドキャリッジ、３１…Ｘテーブル、３２…Ｚ軸支持部、３３ａ，３３ｂ…側壁部、３４…天板部、３５…昇降機構、３６ａ，３６ｂ…Ｚ軸ガイドレール、３７…Ｚ軸用駆動モータ、３８…ボールねじ、３９…ボール軸受け、４０…メディア保持部、４１…Ｚテーブル、４２…アーム、４３…Ａ軸回転部、４４…チャック、４５…Ａ軸用駆動モータ、４６…Ｂ軸用駆動モータ、５０…錘、５１ａ，５１ｂ…プーリ、５２…ワイヤ、Ｍ…メディア。

Claims (4)

1. 三次元形状のメディアを保持するメディア保持部とインクジェットヘッドとを相対的に移動させながら前記メディアの表面に前記インクジェットヘッドからインクを吐出して前記メディア表面に印刷を行う三次元インクジェットプリンタであって、
   前記メディア保持部を昇降方向であるＺ軸方向に移動可能に支持するＺ軸支持部と、
   前記メディア保持部を前記Ｚ軸方向に移動させるＺ軸用駆動部と、
   を有し、
   前記メディア保持部は、他端に錘が連結されたワイヤにより前記Ｚ軸支持部に懸架されており、
   前記メディア保持部は、
   前記メディアを保持するＡ軸回転部と、
   前記Ｚ軸方向に垂直な方向であり、かつ、前記インクジェットヘッドの移動するＹ軸方向に垂直な方向である、Ｘ軸方向に突出する一対のアーム部とを備え、
   前記一対のアーム部は、前記Ｙ軸方向に対向しており、前記Ｙ軸を回転軸として、前記Ａ軸回転部を回転可能に保持していることを特徴とする三次元インクジェットプリンタ。
2. 前記ワイヤは、前記Ｚ軸支持部に回転可能に支持されたプーリに架け渡されていること
   を特徴とする請求項１に記載の三次元インクジェットプリンタ。
3. 前記錘は、前記メディア保持部と同じ重さであることを特徴とする請求項１又は２に記
   載の三次元インクジェットプリンタ。
4. 前記錘は、前記メディア保持部よりも重いことを特徴とする請求項１又は２に記載の三
   次元インクジェットプリンタ。

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