JP7494687B2 - 立体物印刷装置および立体物印刷方法 - Google Patents

Description

本発明は、立体物印刷装置および立体物印刷方法に関する。

立体物の表面にインクジェット方式により印刷を行う立体物印刷装置が知られている。例えば、特許文献１に記載の装置は、ロボットアームと、ロボットアームの端部に固定されるプリントヘッドと、を有する。特許文献１には、プリントすべき対象物として車両の湾曲した表面が記載される。

特開２０１４－５０８３２号公報

複数の可動部の動作の組み合わせによりプリントヘッドを走査経路に沿って線状に移動させるとき、以下のような課題が発生する虞がある。プリントヘッドが移動すべき経路の指示として単に理想経路をコントローラーに与えても、各関節部の動作誤差が走査経路の途中における様々なタイミングで出現するので、実際の経路が蛇行するように当該理想経路に対してずれてしまい、印刷画質の低下を招くという課題がある。

以上の課題を解決するために、本発明に係る立体物印刷装置の一態様は、液体を吐出する複数のノズルで構成されるノズル列が設けられたノズル面を有する液体吐出ヘッドと、立体的なワークに対する前記液体吐出ヘッドの位置を変化させる移動機構と、前記ワークに対する前記液体吐出ヘッドの位置関係を検出するセンサーと、を有し、前記ノズル面の法線に平行な軸を第１軸とし、前記ノズル面に平行であり、かつ、前記ノズル列の延びる方向に交差する軸を第２軸とし、前記第１軸および前記第２軸の両方に交差する軸を第３軸とするとき、前記センサーは、前記第３軸に沿う方向における前記ワークに対する前記液体吐出ヘッドの相対的な位置関係を検出する。

本発明に係る立体物印刷装置の他の一態様は、液体を吐出する複数のノズルで構成されるノズル列が設けられたノズル面を有する液体吐出ヘッドと、立体的なワークに対する前記液体吐出ヘッドの位置を変化させる移動機構と、前記ワークに対する前記液体吐出ヘッドの位置関係を検出するセンサーと、を有し、前記液体吐出ヘッドからの液体の吐出方向に平行な軸を第１軸とし、前記移動機構による前記ワークに対する前記液体吐出ヘッドの走査方向に平行な軸を第２軸とし、前記第１軸および前記第２軸の両方に交差する軸を第３軸とするとき、前記センサーは、前記第３軸に沿う方向における前記ワークに対する前記液体吐出ヘッドの相対的な位置関係を検出する。

本発明に係る立体物印刷方法の一態様は、液体を吐出する複数のノズルで構成されるノズル列が設けられたノズル面を有する液体吐出ヘッドと、立体的なワークに対する前記液体吐出ヘッドの位置を変化させる移動機構と、を用いて、前記ワークに対して印刷を行う立体物印刷方法であって、
前記液体吐出ヘッドからの液体の吐出方向に平行な軸を第１軸とし、
前記移動機構による前記ワークに対する前記液体吐出ヘッドの走査方向に平行な軸を第２軸とし、
前記第１軸および前記第２軸の両方に交差する軸を第３軸とするとき、
前記第３軸に沿う方向における前記ワークに対する前記液体吐出ヘッドの相対的な位置関係を検出する検出動作を実行する

第１実施形態に係る立体物印刷装置の概略を示す斜視図である。 第１実施形態に係る立体物印刷装置の電気的な構成を示すブロック図である。 第１実施形態における液体吐出ヘッドユニットの概略構成を示す斜視図である。 液体吐出ヘッドの構成例を示す断面図である。 第１実施形態に係る立体物印刷方法の流れを示すフローチャートである。 第１実施形態における第１印刷動作および第２印刷動作を説明するための図である。 第１実施形態における各印刷動作を説明するための図である。 第２実施形態に係る立体物印刷装置の電気的な構成を示すブロック図である。 第２実施形態に係る立体物印刷方法の流れを示すフローチャートである。 図９に示すポイントデータの生成の流れを示すフローチャートである。 理想的な走査経路を示すポイントデータを説明するための図である。 理想的な走査経路を示すポイントデータを用いた場合における実際の走査経路に関する位置の検出を説明するための図である。 理想的な走査経路に対する実際の走査経路のずれを説明するための図である。 実際の走査経路に基づいて補正したポイントデータの例を説明するための図である。 実際の走査経路に基づいて補正したポイントデータの他の例を説明するための図である。 補正したポイントデータを用いた場合における実際の走査経路を説明するための図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態を説明する。なお、図面において各部の寸法または縮尺は実際と適宜に異なり、理解を容易にするために模式的に示している部分もある。また、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られない。

以下の説明は、互いに交差するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を適宜に用いて行う。また、Ｘ軸に沿う一方向をＸ１方向といい、Ｘ１方向と反対の方向をＸ２方向という。同様に、Ｙ軸に沿って互いに反対の方向をＹ１方向およびＹ２方向という。また、Ｚ軸に沿って互いに反対の方向をＺ１方向およびＺ２方向という。

ここで、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、後述のワークＷおよび基台２１０が設置される空間に設定されるベース座標系の座標軸である。典型的には、Ｚ軸が鉛直な軸であり、Ｚ２方向が鉛直方向での下方向に相当する。なお、Ｚ軸は、鉛直な軸でなくともよい。また、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、典型的には互いに直交するが、これに限定されず、直交しない場合もある。例えば、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸が８０°以上１００°以下の範囲内の角度で互いに交差すればよい。

１．第１実施形態
１－１．立体物印刷装置の概略
図１は、第１実施形態に係る立体物印刷装置１００の概略を示す斜視図である。立体物印刷装置１００は、立体的なワークＷの表面にインクジェット方式により印刷を行う装置である。

ワークＷは、印刷対象となる面ＷＦを有する。図１に示す例では、ワークＷが直方体であり、面ＷＦがＺ１方向を向く平面である。なお、印刷対象は、ワークＷが有する複数の面のうち面ＷＦ以外の面でもよい。また、ワークＷの大きさ、形状または設置姿勢は、図１に示す例に限定されず、任意である。

図１に示す例では、立体物印刷装置１００は、垂直多関節ロボットを用いるインクジェットプリンターである。具体的には、図１に示すように、立体物印刷装置１００は、ロボット２００と、液体吐出ヘッドユニット３００と、液体貯留部４００と、供給流路５００と、「制御部」の一例である制御装置６００と、を有する。以下、まず、立体物印刷装置１００の各部を順次簡単に説明する。

ロボット２００は、ワークＷに対する液体吐出ヘッドユニット３００の位置および姿勢を変化させる移動機構の一例である。図１に示す例では、ロボット２００は、いわゆる６軸の垂直多関節ロボットである。具体的には、ロボット２００は、基台２１０とアーム２２０とを有する。

基台２１０は、アーム２２０を支持する台である。図１に示す例では、基台２１０は、Ｚ１方向を向く床面等の設置面にネジ止め等により固定される。なお、基台２１０が固定される設置面は、いかなる方向を向く面でもよく、図１に示す例に限定されず、例えば、壁、天井、移動可能な台車等が有する面でもよい。

アーム２２０は、基台２１０に取り付けられる基端と、当該基端に対して３次元的に位置および姿勢を変化させる先端と、を有する６軸のロボットアームである。具体的には、アーム２２０は、アーム２２１、２２２、２２３、２２４、２２５および２２６を有し、これらがこの順に連結される。

アーム２２１は、基台２１０に対して第１回動軸Ｏ１まわりに回動可能に関節部２３１を介して連結される。アーム２２２は、アーム２２１に対して第２回動軸Ｏ２まわりに回動可能に関節部２３２を介して連結される。アーム２２３は、アーム２２２に対して第３回動軸Ｏ３まわりに回動可能に関節部２３３を介して連結される。アーム２２４は、アーム２２３に対して第４回動軸Ｏ４まわりに回動可能に関節部２３４を介して連結される。アーム２２５は、アーム２２４に対して第５回動軸Ｏ５まわりに回動可能に関節部２３５を介して連結される。アーム２２６は、アーム２２５に対して第６回動軸Ｏ６まわりに回動可能に関節部２３６を介して連結される。

図１に示す例では、関節部２３１～２３６のそれぞれは、隣り合う２つのアームの一方を他方に対して回動可能に連結する機構である。図示しないが、関節部２３１～２３６のそれぞれには、隣り合う２つのアームの一方を他方に対して回動させる駆動機構が設けられる。当該駆動機構は、例えば、当該回動のための駆動力を発生させるモーターと、当該駆動力を減速して出力する減速機と、当該回動の角度等を検出するロータリーエンコーダー等のエンコーダーと、を有する。なお、当該駆動機構は、後述の図２に示すアーム駆動機構２３０に相当する。

第１回動軸Ｏ１は、基台２１０が固定される図示しない設置面に対して垂直な軸である。第２回動軸Ｏ２は、第１回動軸Ｏ１に対して垂直な軸である。第３回動軸Ｏ３は、第２回動軸Ｏ２に対して平行な軸である。第４回動軸Ｏ４は、第３回動軸Ｏ３に対して垂直な軸である。第５回動軸Ｏ５は、第４回動軸Ｏ４に対して垂直な軸である。第６回動軸Ｏ６は、第５回動軸Ｏ５に対して垂直な軸である。

なお、これらの回動軸について、「垂直」とは、２つの回動軸のなす角度が厳密に９０°である場合のほか、２つの回動軸のなす角度が９０°から±５°程度の範囲内でずれる場合も含む。同様に、「平行」とは、２つの回動軸が厳密に平行である場合のほかに、２つの回動軸の一方が他方に対して±５°程度の範囲内で傾斜する場合も含む。

以上のアーム２２１の先端、すなわち、アーム２２６には、エンドエフェクターとして、液体吐出ヘッドユニット３００が装着される。

液体吐出ヘッドユニット３００は、液体の一例であるインクをワークＷに向けて吐出する液体吐出ヘッド３１０を有する機構である。本実施形態では、液体吐出ヘッドユニット３００は、液体吐出ヘッド３１０のほか、液体吐出ヘッド３１０に供給されるインクの圧力を調整する圧力調整弁３２０と、ワークＷに対する液体吐出ヘッド３１０の相対的な位置関係を検出するセンサー３３０と、を有する。これらは、ともにアーム２２６に固定されるので、互いの位置および姿勢の関係が固定される。

液体吐出ヘッド３１０については、後に詳述する。圧力調整弁３２０は、液体吐出ヘッド３１０内のインクの圧力に応じて開閉する弁機構である。この開閉により、液体吐出ヘッド３１０内のインクの圧力が所定範囲内の負圧に維持される。このため、液体吐出ヘッド３１０のノズルＮに形成されるインクのメニスカスの安定化が図られる。この結果、ノズルＮ内に気泡が入り込んだり、ノズルＮからインクが溢れ出したりすることが防止される。

なお、図１に示す例では、液体吐出ヘッドユニット３００が有する液体吐出ヘッド３１０および圧力調整弁３２０のそれぞれの数が１個であるが、当該数は、図１に示す例に限定されず、２個以上でもよい。また、圧力調整弁３２０およびセンサー３３０の設置位置は、アーム２２６に限定されず、例えば、他のアーム等でもよいし、基台２１０に対して固定の位置でもよい。

センサー３３０は、液体吐出ヘッド３１０からのインクの吐出方向と液体吐出ヘッド３１０の走査方向との両方に交差する方向におけるワークＷに対する液体吐出ヘッド３１０の相対的な位置関係を検出する。具体的には、センサー３３０は、ワークＷに対して相対的な位置が固定される基準面ＲＦとの間の距離を計測する光学式変位計等の距離センサーである。基準面ＲＦは、図１中の二点鎖線で示される物体Ｏの表面である。

なお、物体Ｏの形状は、図１に示す例に限定されず、任意である。また、図１に示す例では、物体ＯがワークＷと別体であるが、物体ＯがワークＷと一体でもよい。すなわち、基準面ＲＦは、ワークＷに対して相対的な位置が固定されていれば、いかなる物体の表面でもよく、ワークＷの表面であってもよいし、ワークＷとは別体の物体の表面であってもよい。また、基準面ＲＦの向く方向は、あらかじめワークＷの面ＷＦに対する位置および姿勢が把握されていればよく、図１に示す例に限定されず、任意である。

液体貯留部４００は、インクを貯留する容器である。液体貯留部４００は、例えば、可撓性のフィルムで形成された袋状のインクパックである。液体貯留部４００に貯留されるインクは、例えば、染料または顔料等の色材を含むインクである。なお、液体貯留部４００に貯留されるインクの種類は、色材を含むインクに限定されず、例えば、金属粉末等の導電材料を含むインクでもよい。また、インクが紫外線硬化性等の硬化性を有してもよい。インクが紫外線硬化性等の硬化性を有する場合、例えば、液体吐出ヘッドユニット３００に紫外線照射機構が搭載される。

図１に示す例では、液体貯留部４００は、常に液体吐出ヘッド３１０よりもＺ１方向に位置するように、壁、天井または柱等に固定される。すなわち、液体貯留部４００は、液体吐出ヘッド３１０の移動領域よりも鉛直方向での上方に位置する。このため、ポンプ等の機構を用いなくても、液体貯留部４００から液体吐出ヘッド３１０に所定の加圧力でインクを供給することができる。

なお、液体貯留部４００の設置場所は、液体貯留部４００から液体吐出ヘッド３１０に所定の圧力でインクを供給することができればよく、液体吐出ヘッド３１０よりも鉛直方向での下方に位置してもよい。この場合、例えば、ポンプを用いて、液体貯留部４００から液体吐出ヘッド３１０に所定の圧力でインクを供給すればよい。

供給流路５００は、液体貯留部４００から液体吐出ヘッド３１０にインクを供給する流路である。供給流路５００の途中には、圧力調整弁３２０が設けられる。このため、液体吐出ヘッド３１０と液体貯留部４００との位置関係が変化しても、液体吐出ヘッド３１０内のインクの圧力の変動を低減することができる。

供給流路５００は、圧力調整弁３２０により上流流路５１０と下流流路５２０とに区分される。すなわち、供給流路５００は、液体貯留部４００と圧力調整弁３２０とを連通させる上流流路５１０と、圧力調整弁３２０と液体吐出ヘッド３１０とを連通させる下流流路５２０と、を有する。

上流流路５１０および下流流路５２０のそれぞれは、例えば、管体の内部空間で構成される。ここで、上流流路５１０に用いる管体は、例えば、ゴム材料またはエラストマー材料等の弾性材料で構成されており、可撓性を有する。このように、可撓性を有する管体を用いて上流流路５１０を構成することにより、液体貯留部４００と圧力調整弁３２０との相対的な位置関係の変化が許容される。したがって、液体貯留部４００の位置および姿勢を固定したまま、液体吐出ヘッド３１０の位置または姿勢が変化しても、液体貯留部４００から圧力調整弁３２０へインクを供給することができる。一方、下流流路５２０に用いる管体は、可撓性を有さなくてもよい。したがって、下流流路５２０に用いる管体は、ゴム材料またはエラストマー材料等の弾性材料で構成されてもよいし、樹脂材料等の硬質材料で構成されてもよい。

なお、上流流路５１０の一部が可撓性を有しない部材で構成されてもよい。また、下流流路５２０は、管体を用いる構成に限定されない。例えば、下流流路５２０の一部または全部は、圧力調整弁３２０からのインクを複数箇所に分配する分配流路を有する構成でもよいし、液体吐出ヘッド３１０または圧力調整弁３２０と一体で構成されてもよい。

制御装置６００は、立体物印刷装置１００の各部の駆動を制御する装置である。ここで、制御装置６００は、液体吐出ヘッド３１０およびロボット２００の駆動を制御するロボットコントローラーである。制御装置６００については、以下の立体物印刷装置１００の電気的な構成の説明とともに詳述する。

１－２．立体物印刷装置の電気的な構成
図２は、第１実施形態に係る立体物印刷装置１００の電気的な構成を示すブロック図である。図２では、立体物印刷装置１００の構成要素のうち、電気的な構成要素が示される。図２に示すように、制御装置６００は、処理回路６１０と記憶回路６２０と電源回路６３０と駆動信号生成回路６４０とを有する。

なお、以下に述べる制御装置６００に含まれるハードウェア構成は、適宜に分割されてもよい。例えば、制御装置６００のアーム制御部６１２と駆動信号生成回路６４０とは異なるハードウェア構成において個別に設けられることもある。また、制御装置６００の機能の一部または全部は、制御装置６００に接続される外部装置７００により実現されてもよいし、ＬＡＮ（Local Area Network）またはインターネット等のネットワークを介して制御装置６００に接続されるＰＣ（personal computer）等の他の外部装置により実現されてもよい。

処理回路６１０は、立体物印刷装置１００の各部の動作を制御する機能と、各種データを処理する機能と、を有する。処理回路６１０は、例えば、１個以上のＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサーを含む。なお、処理回路６１０は、ＣＰＵに代えて、または、ＣＰＵに加えて、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等のプログラマブルロジックデバイスを含んでもよい。

記憶回路６２０は、処理回路６１０が実行するプログラムＰＧ１等の各種プログラムと、処理回路６１０が処理するワーク情報ＤａおよびポイントデータＤｃ等の各種データと、を記憶する。記憶回路６２０は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性のメモリーとＲＯＭ（Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）またはＰＲＯＭ（Programmable ROM）等の不揮発性メモリーとの一方または両方の半導体メモリーを含む。なお、記憶回路６２０は、処理回路６１０の一部として構成されてもよい。

ワーク情報Ｄａは、ワークＷの面ＷＦの位置および形状を示す情報である。ワーク情報Ｄａは、例えば、ワークＷの３次元形状を示すＣＡＤ（computer-aided design）データ等の情報を前述のベース座標系に対応付けた情報である。なお、ワーク情報Ｄａは、後述のデータ生成部６１４により生成される。また、ワークＷの３次元形状を示す情報は、例えば、印刷データＩｍｇに含まれるか、または、印刷データＩｍｇとは別途に外部装置７００から制御装置６００に入力される。

ポイントデータＤｃは、液体吐出ヘッド３１０が通過すべき位置を示す情報である。ポイントデータＤｃは、例えば、ワークＷに対する液体吐出ヘッド３１０の走査経路をベース座標系の座標値で示す。なお、ポイントデータＤｃは、後述のデータ生成部６１４により生成される。

電源回路６３０は、図示しない商用電源から電力の供給を受け、所定の各種電位を生成する。生成した各種電位は、立体物印刷装置１００の各部に適宜に供給される。例えば、電源回路６３０は、電源電位ＶＨＶとオフセット電位ＶＢＳとを生成する。オフセット電位ＶＢＳは、液体吐出ヘッドユニット３００に供給される。また、電源電位ＶＨＶは、駆動信号生成回路６４０に供給される。

駆動信号生成回路６４０は、液体吐出ヘッド３１０が有する各圧電素子３１１を駆動するための駆動信号Ｃｏｍを生成する回路である。具体的には、駆動信号生成回路６４０は、例えば、ＤＡ変換回路と増幅回路とを有する。駆動信号生成回路６４０では、当該ＤＡ変換回路が処理回路６１０からの後述の波形指定信号ｄＣｏｍをデジタル信号からアナログ信号に変換し、当該増幅回路が電源回路６３０からの電源電位ＶＨＶを用いて当該アナログ信号を増幅することで駆動信号Ｃｏｍを生成する。ここで、駆動信号Ｃｏｍに含まれる波形のうち、圧電素子３１１に実際に供給される波形の信号が駆動パルスＰＤである。駆動パルスＰＤは、圧電素子３１１を駆動するための駆動回路３４０を介して、駆動信号生成回路６４０から圧電素子３１１に供給される。駆動回路３４０は、後述の制御信号ＳＩに基づいて、駆動信号Ｃｏｍに含まれる波形のうちの少なくとも一部を駆動パルスＰＤとして供給するか否かを切り替える。

以上の制御装置６００では、処理回路６１０が、記憶回路６２０に記憶されるプログラムＰＧ１を実行することにより、立体物印刷装置１００の各部の動作を制御する。具体的には、処理回路６１０は、プログラムＰＧ１の実行により、情報取得部６１１、アーム制御部６１２、吐出制御部６１３およびデータ生成部６１４として機能する。

情報取得部６１１は、ロボット２００および液体吐出ヘッドユニット３００の駆動に必要な各種情報を取得する。具体的には、情報取得部６１１は、外部装置７００からの印刷データＩｍｇと、アーム駆動機構２３０に含まれるエンコーダーからの情報Ｄ１と、センサー３３０からの検出データＤｂと、記憶回路６２０からのワーク情報ＤａおよびポイントデータＤｃ等の情報と、を取得する。また、情報取得部６１１は、取得後の各種情報を記憶回路６２０に適宜に記憶する。なお、検出データＤｂは、センサー３３０からの出力信号の示す情報であり、ワークＷに対する液体吐出ヘッド３１０の相対的な位置関係に関する情報である。

アーム制御部６１２は、情報取得部６１１からの情報に基づいて、ロボット２００の駆動を制御する。具体的には、アーム制御部６１２は、情報Ｄ１とワーク情報Ｄａと検出データＤｂとポイントデータＤｃとに基づいて、制御信号Ｓｋを生成する。制御信号Ｓｋは、液体吐出ヘッド３１０が所望の位置および姿勢となるように、アーム駆動機構２３０に含まれるモーターの駆動を制御する。

なお、情報Ｄ１と液体吐出ヘッドの位置および姿勢との対応関係は、あらかじめ、キャリブレーション等により取得されており、記憶回路６２０に記憶される。そして、アーム制御部６１２は、実際のアーム駆動機構２３０からの情報Ｄ１と、当該対応関係と、に基づいて、実際の液体吐出ヘッド３１０の位置および姿勢に関する情報を取得する。その上で、アーム制御部６１２は、当該位置および姿勢に関する情報を用いて、液体吐出ヘッド３１０が所望の位置および姿勢となるように制御を行う。

ここで、アーム制御部６１２は、検出データＤｂおよびポイントデータＤｃに基づいて、液体吐出ヘッド３１０の位置を制御する。本実施形態では、印刷データＩｍｇに基づく画像を印刷する後述の印刷動作ＭＰの実行中に、ポイントデータＤｃを用いて液体吐出ヘッド３１０のＸ座標、Ｙ座標およびＺ座標に関する位置が制御される。ここで、Ｘ座標に関しては、ポイントデータＤｃに加え、検出データＤｂも用いて位置が制御される。

なお、印刷データＩｍｇに基づく画像は、パス数を示すＮ（Ｎは１以上の自然数）回の印刷動作ＭＰにより印刷される。以下では、Ｎパス目の印刷動作ＭＰが「印刷動作ＭＰ＿Ｎ」と表記される。ここで、１パス目の印刷動作ＭＰは、第１印刷動作ＭＰ＿１である。２パス目の印刷動作ＭＰは、第２印刷動作ＭＰ＿２である。

吐出制御部６１３は、情報取得部６１１からの情報に基づいて、液体吐出ヘッドユニット３００の駆動を制御する。具体的には、吐出制御部６１３は、印刷データＩｍｇに基づいて、制御信号ＳＩと波形指定信号ｄＣｏｍとを生成する。制御信号ＳＩは、液体吐出ヘッド３１０が有する後述の圧電素子３１１の動作状態を指定するためのデジタルの信号である。ここで、制御信号ＳＩには、圧電素子３１１の駆動タイミングを規定するためのタイミング信号等の他の信号が含まれてもよい。当該タイミング信号は、例えば、アーム駆動機構２３０に含まれるエンコーダーからの情報Ｄ１に基づいて生成される。波形指定信号ｄＣｏｍは、駆動信号Ｃｏｍの波形を規定するためのデジタル信号である。印刷データＩｍｇは、２次元または３次元の画像を示す情報であり、パーソナルコンピューター等の外部装置７００から供給される。

以上のような吐出制御部６１３による液体吐出ヘッド３１０の駆動制御は、印刷動作ＭＰにおいて、前述のアーム制御部６１２によるロボット２００の駆動制御と同期して行われる。ここで、ロボット２００が面ＷＦに対して液体吐出ヘッド３１０を所定方向に走査させつつ、液体吐出ヘッド３１０がインクを吐出することにより、ワークＷの面ＷＦにインクによる画像が印刷される。

データ生成部６１４は、ポイントデータＤｃを生成する。後に詳述するが、データ生成部６１４は、ワーク情報Ｄａを生成し、ワーク情報Ｄａに基づいて理想的な走査経路を示すポイントデータＤｃを生成する。当該理想的な走査経路は、例えば、後述の基準経路ＲＵに相当する。ここで、ワーク情報Ｄａの生成は、前述のように、前述のベース座標系にキャリブレーションされている図示しないセンサーまたはカメラ等を用いてワークＷを認識し、ワークＷの３次元形状を示す情報と前述のベース座標系との対応付けることにより行われる。

１－３．液体吐出ヘッドユニット
図３は、実施形態における液体吐出ヘッドユニット３００の概略構成を示す斜視図である。

以下の説明は、互いに交差するａ軸、ｂ軸およびｃ軸を適宜に用いて行う。ａ軸は、「第２軸」の一例である。ｂ軸は、「第３軸」の一例である。ｃ軸は、「第１軸」の一例である。また、ａ軸に沿う一方向をａ１方向といい、ａ１方向と反対の方向をａ２方向という。同様に、ｂ軸に沿って互いに反対の方向をｂ１方向およびｂ２方向という。また、ｃ軸に沿って互いに反対の方向をｃ１方向およびｃ２方向という。

ここで、ａ軸、ｂ軸およびｃ軸は、液体吐出ヘッドユニット３００に設定されるツール座標系の座標軸であり、前述のロボット２００の動作により前述のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸との相対的な位置および姿勢の関係が変化する。図３に示す例では、ｃ軸が前述の第６回動軸Ｏ６に平行な軸である。なお、ａ軸、ｂ軸およびｃ軸は、典型的には互いに直交するが、これに限定されず、例えば、８０°以上１００°以下の範囲内の角度で交差すればよい。

液体吐出ヘッドユニット３００は、前述のように、液体吐出ヘッド３１０と圧力調整弁３２０とセンサー３３０とを有する。これらは、図３中の二点鎖線で示される支持体３５０に支持される。

支持体３５０は、例えば、金属材料等で構成されており、実質的な剛体である。なお、図３では、支持体３５０が扁平な箱状をなすが、支持体３５０の形状は、特に限定されず、任意である。

以上の支持体３５０は、前述のアーム２２０の先端、すなわちアーム２２６に装着される。このため、液体吐出ヘッド３１０と圧力調整弁３２０とセンサー３３０とのそれぞれは、アーム２２６に固定される。

図３に示す例では、圧力調整弁３２０は、液体吐出ヘッド３１０に対してｃ１方向に位置する。センサー３３０は、液体吐出ヘッド３１０に対してａ２方向に位置する。

また、図３に示す例では、供給流路５００の下流流路５２０の一部が流路部材５２１で構成される。流路部材５２１は、圧力調整弁３２０からのインクを液体吐出ヘッド３１０の複数箇所に分配する流路を有する。流路部材５２１は、例えば、樹脂材料で構成される複数の基板の積層体であり、各基板には、インクの流路のための溝または孔が適宜に設けられる。

液体吐出ヘッド３１０は、ノズル面Ｆと、ノズル面Ｆに開口する複数のノズルＮと、を有する。図３に示す例では、ノズル面Ｆの法線方向がｃ２方向であり、当該複数のノズルＮは、ａ軸に沿う方向に互いに間隔をあけて並ぶ第１ノズル列Ｌ１と第２ノズル列Ｌ２とに区分される。第１ノズル列Ｌ１および第２ノズル列Ｌ２のそれぞれは、「ノズル列」の一例であり、ｂ軸に沿う方向に直線状に配列される複数のノズルＮの集合である。ここで、液体吐出ヘッド３１０における第１ノズル列Ｌ１の各ノズルＮに関連する要素と第２ノズル列Ｌ２の各ノズルＮに関連する要素とがａ軸に沿う方向で互いに略対称な構成である。

ただし、第１ノズル列Ｌ１における複数のノズルＮと第２ノズル列Ｌ２における複数のノズルＮとのｂ軸に沿う方向での位置が互いに一致してもよいし異なってもよい。また、第１ノズル列Ｌ１および第２ノズル列Ｌ２のうちの一方の各ノズルＮに関連する要素が省略されてもよい。以下では、第１ノズル列Ｌ１における複数のノズルＮと第２ノズル列Ｌ２における複数のノズルＮとのｂ軸に沿う方向での位置が互いに一致する構成が例示される。

図４は、液体吐出ヘッド３１０の構成例を示す断面図である。図４に示すように、液体吐出ヘッド３１０は、流路基板３１２と圧力室基板３１３とノズル板３１４と吸振体３１５と振動板３１６と複数の圧電素子３１１と配線基板３１７と筐体部３１８とを有する。

流路基板３１２および圧力室基板３１３は、複数のノズルＮにインクを供給するための流路を形成する。流路基板３１２と圧力室基板３１３とは、この順でｃ１方向に積層される。流路基板３１２および圧力室基板３１３のそれぞれは、ｂ軸に沿う方向に長尺な板状部材である。流路基板３１２および圧力室基板３１３は、例えば接着剤により、互いに接合される。

圧力室基板３１３よりもｃ１方向に位置する領域には、振動板３１６と配線基板３１７と筐体部３１８と駆動回路３４０とが設置される。他方、流路基板３１２よりもｃ２方向に位置する領域には、ノズル板３１４と吸振体３１５とが設置される。これらの各要素は、概略的には流路基板３１２および圧力室基板３１３と同様にｂ軸に沿う方向に長尺な板状部材であり、例えば接着剤により、互いに接合される。

ノズル板３１４は、複数のノズルＮが形成された板状部材である。複数のノズルＮのそれぞれは、インクを通過させる円形状の貫通孔である。ノズル板３１４は、例えば、ドライエッチングまたはウェットエッチング等の加工技術を用いる半導体製造技術によりシリコン単結晶基板を加工することにより製造される。ただし、ノズル板３１４の製造には、他の公知の方法および材料が適宜に用いられてもよい。

ここで、前述のノズル面Ｆは、液体吐出ヘッド３１０の外形を構成する面のうち、ノズルＮのｃ２方向での一端の開口からｃ軸に垂直な方向に沿って拡がる面である。図４に示す例では、液体吐出ヘッド３１０のｃ２方向を向く面がノズル面Ｆであり、ノズル面Ｆには、ノズル板３１４のｃ２方向を向く面が含まれる。

流路基板３１２には、第１ノズル列Ｌ１および第２ノズル列Ｌ２のそれぞれについて、空間Ｒａと複数の供給流路３１２ａと複数の連通流路３１２ｂと供給液室３１２ｃとが設けられる。空間Ｒａは、ｃ軸に沿う方向でみた平面視で、ｂ軸に沿う方向に延びる長尺状の開口である。供給流路３１２ａおよび連通流路３１２ｂのそれぞれは、ノズルＮごとに形成される貫通孔である。供給液室３１２ｃは、複数のノズルＮにわたりｂ軸に沿う方向に延びる長尺状の空間であり、空間Ｒａと複数の供給流路３１２ａとを互いに連通させる。複数の連通流路３１２ｂのそれぞれは、当該連通流路３１２ｂに対応する１個のノズルＮに平面視で重なる。

圧力室基板３１３は、第１ノズル列Ｌ１および第２ノズル列Ｌ２のそれぞれについて、キャビティと称される複数の圧力室Ｃｖが形成された板状部材である。複数の圧力室Ｃｖは、ｂ軸に沿う方向に配列される。各圧力室Ｃｖは、ノズルＮごとに形成され、平面視でａ軸に沿う方向に延びる長尺状の空間である。流路基板３１２および圧力室基板３１３のそれぞれは、前述のノズル板３１４と同様に、例えば、半導体製造技術によりシリコン単結晶基板を加工することにより製造される。ただし、流路基板３１２および圧力室基板３１３のそれぞれの製造には、他の公知の方法および材料が適宜に用いられてもよい。

圧力室Ｃｖは、流路基板３１２と振動板３１６との間に位置する空間である。第１ノズル列Ｌ１および第２ノズル列Ｌ２のそれぞれについて、複数の圧力室Ｃｖがｂ軸に沿う方向に配列される。また、圧力室Ｃｖは、連通流路３１２ｂおよび供給流路３１２ａのそれぞれに連通する。したがって、圧力室Ｃｖは、連通流路３１２ｂを介してノズルＮに連通し、かつ、供給流路３１２ａと供給液室３１２ｃとを介して空間Ｒａに連通する。

圧力室基板３１３のｃ２方向を向く面には、振動板３１６が配置される。振動板３１６は、弾性的に振動可能な板状部材である。振動板３１６は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）で構成される弾性膜と、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）で構成される絶縁膜と、を有し、これらが積層される。当該弾性膜は、例えば、シリコン単結晶基板の一方の面を熱酸化することにより形成される。当該絶縁膜は、例えば、スパッタ法によりジルコニウムの層を形成し、当該層を熱酸化することにより形成される。

振動板３１６のｃ１方向を向く面には、第１ノズル列Ｌ１および第２ノズル列Ｌ２のそれぞれについて、各ノズルＮに対応する複数の圧電素子３１１が配置される。各圧電素子３１１は、前述の駆動パルスＰＤの供給により変形する受動素子である。各圧電素子３１１は、平面視でａ軸に沿う方向に延びる長尺状をなす。複数の圧電素子３１１は、複数の圧力室Ｃｖに対応するようにｂ軸に沿う方向に配列される。圧電素子３１１の変形に連動して振動板３１６が振動すると、圧力室Ｃｖ内の圧力が変動することで、インクがノズルＮからｃ２方向に向けて吐出される。

筐体部３１８は、複数の圧力室Ｃｖに供給されるインクを貯留するためのケースである。図４に示すように、本実施形態の筐体部３１８には、第１ノズル列Ｌ１および第２ノズル列Ｌ２のそれぞれについて、空間Ｒｂが形成される。筐体部３１８の空間Ｒｂと流路基板３１２の空間Ｒａとは、互いに連通する。空間Ｒａと空間Ｒｂとで構成される空間は、複数の圧力室Ｃｖに供給されるインクを貯留するリザーバーである液体貯留室Ｒとして機能する。液体貯留室Ｒには、筐体部３１８に形成された導入口３１８ａを介してインクが供給される。液体貯留室Ｒ内のインクは、供給液室３１２ｃと各供給流路３１２ａとを介して圧力室Ｃｖに供給される。吸振体３１５は、液体貯留室Ｒの壁面を構成する可撓性のフィルム状のコンプライアンス基板であり、液体貯留室Ｒ内のインクの圧力変動を吸収する。

配線基板３１７は、駆動回路３４０と複数の圧電素子３１１とを電気的に接続するための配線が形成された板状部材である。配線基板３１７のｃ２方向を向く面は、振動板３１６に導電性の複数のバンプＴを介して接合される。一方、配線基板３１７のｃ１方向を向く面には、駆動回路３４０が実装される。

駆動回路３４０は、各圧電素子３１１を駆動するための駆動信号および基準電圧を出力するＩＣ（Integrated Circuit）チップである。具体的には、駆動回路３４０は、前述の制御信号ＳＩに基づいて、複数の圧電素子３１１のそれぞれについて、駆動信号Ｃｏｍを駆動パルスＰＤとして供給するか否かを切り替える。

配線基板３１７のｃ１方向を向く面には、図示しないが、制御装置６００に電気的に接続される外部配線の端部が接合される。当該外部配線は、例えば、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）またはＦＦＣ（Flexible Flat Cable）等の接続部品で構成される。なお、配線基板３１７がＦＰＣまたはＦＦＣ等であってもよい。

１－４．立体物印刷装置の動作および立体物印刷方法
図５は、第１実施形態に係る立体物印刷方法の流れを示すフローチャートである。当該立体物印刷方法は、立体物印刷装置１００を用いて行われる。立体物印刷装置１００では、図５に示すように、まず、ステップＳ１１０において、ワークＷが設置される。なお、ワークの設置は、ユーザーによる手作業で行ってもよいし、プログラムＰＧ１に従うロボット２００の動作等により自動で行ってもよい。

次に、ステップＳ１２０において、前述のようにワークＷのＣＡＤデータ等を用いてワーク情報Ｄａがデータ生成部６１４により生成される。その後、ステップＳ１３０において、ポイントデータＤｃがデータ生成部６１４により生成される。本実施形態では、ステップＳ１３０において生成されるポイントデータＤｃは、基準経路として理想的な走査経路を示す。そして、ステップＳ１４０において、ステップＳ１３０で生成したポイントデータＤｃを用いて、パス数に応じたＮ回の印刷動作ＭＰが行われる。本実施形態の印刷動作ＭＰでは、センサー３３０を用いてワークＷに対する液体吐出ヘッド３１０の相対的な位置関係が検出される。本実施形態の各印刷動作ＭＰでは、ポイントデータＤｃだけでなく、センサー３３０からの検出データＤｂを用いて、液体吐出ヘッド３１０の位置が制御される。

図６は、第１実施形態における第１印刷動作ＭＰ＿１および第２印刷動作ＭＰ＿２を説明するための図である。図６では、印刷動作ＭＰの回数であるパス数が２回である場合が例示される。図６に示す例では、各動作において、液体吐出ヘッド３１０がＹ軸に沿う方向に走査される。ここで、液体吐出ヘッド３１０の走査方向は、前述のツール座標系におけるａ軸に沿う。

１パス目の印刷動作ＭＰである第１印刷動作ＭＰ＿１による印刷は、ワークＷの第１領域ＲＰ１に対して行われる。同様に、２パス目の印刷動作ＭＰである第２印刷動作ＭＰ＿２による印刷は、ワークＷの第２領域ＲＰ２に対して行われる。ここで、第１領域ＲＰ１および第２領域ＲＰ２は、互いの一部同士が重なるように、Ｘ軸に沿う方向にずれて配置される。典型的には、第１領域ＲＰ１および第２領域ＲＰ２のそれぞれは、液体吐出ヘッド３１０の走査方向に延びる帯状の領域である。図６に示す例では、パス数は２回であるが、パス数はこれに限定されず、１回でもよいし、３回以上でもよい。

図７は、第１実施形態における各印刷動作ＭＰを説明するための図である。なお、図７では、液体吐出ヘッド３１０の複数のノズルＮが模式的に示される。また、図７では、理想的な走査経路である基準経路ＲＵと、理想的な走査経路の走査と液体吐出ヘッド３１０からの液体の吐出によって、ワークＷ上に形成される複数のドットＤＴの集合である印刷画像が模式的に示される。図７に示す例では、液体吐出ヘッド３１０の走査方向ＤＳに沿う直線的な経路であるが、理想的な走査経路は、ワークＷの形状等に応じて、湾曲または屈曲する部分を有してもよく、印刷画像もこれに応じてワークＷ上で湾曲または屈曲して形成される

図７に示す例では、ポイントデータＤｃは、データＰＳおよびＰＥを含む複数のデータで構成される。データＰＳは、液体吐出ヘッド３１０の走査経路における開始位置を示す。データＰＥは、液体吐出ヘッド３１０の走査経路における終了位置を示す。図示しないが、ポイントデータＤｃは、データＰＳおよびＰＥのほか、液体吐出ヘッド３１０の走査経路における開始位置と終了位置との間の位置を示す複数のデータを含む。なお、液体吐出ヘッド３１０の走査経路における開始位置と終了位置との間の位置を示すデータの数は、任意である。なお、図７に示す例では、液体吐出ヘッド３１０の姿勢は理想的に、Ｘ軸とｂ軸が平行であり、Ｙ軸とａ軸が平行であり、Ｚ軸とｃ軸が平行であるようにロボット２００によって配置され、移動されるが、ツール座標系とベース座標系のこうした対応関係は、後述する誤差によってずれが生じる。

図７に示すように、本実施形態の印刷動作ＭＰでは、液体吐出ヘッド３１０がＹ軸に沿って移動する。このとき、理想的な走査経路である基準経路ＲＵに対して実際の走査経路が近づくように、センサー３３０の検出結果に基づいて液体吐出ヘッド３１０の位置が制御される。本実施形態の印刷動作ＭＰでは、ポイントデータＤｃを用いて液体吐出ヘッド３１０のＸ座標、Ｙ座標およびＺ座標に関する位置が制御される。ここで、Ｘ座標に関しては、ポイントデータＤｃに加え、検出データＤｂも用いて位置が制御される。

図７に示す例では、基準面ＲＦは、Ｘ２方向を向く平面である。ここで、センサー３３０の検出軸ＡＳは、Ｘ１方向を向いており、基準面ＲＦに交差する。センサー３３０の出力は、Ｘ軸に沿う方向におけるワークＷに対する液体吐出ヘッド３１０の位置関係に応じて変化する。したがって、本実施形態のように基準面ＲＦが液体吐出ヘッド３１０の走査方向ＤＳに平行である場合、センサー３３０の出力が一定となるように、ロボット２００の駆動を制御することにより、液体吐出ヘッド３１０の実際の走査経路がＸ軸に沿う方向における基準経路ＲＵからのずれが低減される。

以上の立体物印刷装置１００は、前述のように、液体吐出ヘッド３１０と、「移動機構」の一例であるロボット２００と、センサー３３０と、を有する。ここで、液体吐出ヘッド３１０は、「液体」の一例であるインクを吐出する複数のノズルＮで構成される「ノズル列」の一例である第１ノズル列Ｌ１または第２ノズル列Ｌ２が設けられたノズル面Ｆを有する。ロボット２００は、立体的なワークＷに対する液体吐出ヘッド３１０の位置を変化させる。センサー３３０は、ワークＷに対する液体吐出ヘッド３１０の位置関係を検出する。

また、前述のように、「第１軸」の一例であるｃ軸は、ノズル面Ｆの法線に平行な軸であるか、または、液体吐出ヘッド３１０からのインクの吐出方向に平行な軸である。「第２軸」の一例であるａ軸は、ノズル面Ｆに平行であり、かつ、第１ノズル列Ｌ１または第２ノズル列Ｌ２の延びる方向に交差する軸であるか、または、ロボット２００によるワークＷに対する液体吐出ヘッド３１０の走査方向に平行な軸である。「第３軸」の一例であるｂ軸は、ｃ軸およびａ軸の両方に交差する軸であり、好ましくは、第１ノズル列Ｌ１または第２ノズル列Ｌ２に沿う方向に延びる軸である。

このように、ｃ軸を「第１軸」とし、ａ軸を「第２軸」とし、ｂ軸を「第３軸」とするとき、センサー３３０は、ｂ軸に沿う方向におけるワークＷに対する液体吐出ヘッド３１０の相対的な位置関係を検出する。このため、この検出結果を用いてロボット２００の駆動を制御することにより、ａ軸に沿う方向にワークＷに対して液体吐出ヘッド３１０を移動させる場合、基準経路ＲＵに対する液体吐出ヘッド３１０の走査経路のｂ軸に沿う方向での蛇行を低減することができる。すなわち、センサー３３０による検出結果を用いてロボット２００の駆動を制御することにより、ワークＷに対する液体吐出ヘッド３１０のｂ軸に沿う方向での位置の変動が低減される。

ここで、ワークＷに対する液体吐出ヘッド３１０のｂ軸に沿う方向での位置の変動は、ワークＷに対する液体吐出ヘッド３１０のａ軸やｃ軸に沿う方向での位置の変動に比べて、印刷画像の品質に与える影響が大きい。

1回の印刷動作によってワーク上に形成される印刷画像を形成する場合を図７に示す例で説明する。当該印刷画像は、液体吐出ヘッド３１０ｂ軸方向に対応するＸ軸方向に端部を有し、この端部はワーク上で画像が形成される領域と画像が形成されない領域とのＸ軸方向の境界となる。ロボット２００の駆動によるｂ軸方向の位置の変動は、このＸ軸方向の境界の蛇行となって目立ちやすく、印刷画像の品質に与える影響が大きくなる。

一方、当該印刷画像はａ軸に対応するＹ軸方向にも端部を有し、ワーク上で画像が形成される領域と画像が形成されない領域とのＹ軸方向の境界となるが、Ｙ軸方向と対応するａ軸方向においてはノズルＮ同士の位置があらかじめ固定されているため、１回の印刷動作ではＹ軸方向の境界の蛇行は生じない。また、複数回の印刷動作で１つの印刷画像を形成する場合でも、個々の印刷動作による画像のつなぎ目以外では、Ｙ軸方向の境界にずれは生じない。このため、ロボット２００の駆動によるａ軸方向の位置の変動が印刷画像の品質に与える影響は、ｂ軸方向の位置の変動に比べて小さい。

また、液体吐出ヘッド３１０はｃ軸に沿って液滴を吐出し、吐出される液滴にはｃ軸に沿った方向に付勢力が働くため、ｃ軸方向の位置の変動が印刷画像の品質に与える影響は、ｂ軸方向の位置の変動に比べて小さい。

以上より、ワークＷに対する液体吐出ヘッド３１０のｂ軸に沿う方向での位置の変動を低減することは、立体物印刷装置１００において印刷画像の品質を高めるうえで有用である。なお、レールに沿って液体吐出ヘッドを搭載したキャリッジが往復移動する方式、いわゆるマルチパス方式で用紙への印刷を行う通常のプリンタにおいては、走査方向とインクの吐出方向とに交差する方向、つまり上述のｂ軸方向に対応する方向における位置の変動はレールによって規制されるため、この方向の位置の変動は問題になりにくい。

本実施形態では、前述のように、センサー３３０は、距離センサーである。また、液体吐出ヘッド３１０に対するセンサー３３０の相対的な位置が固定される。そして、センサー３３０は、ワークＷに対する相対的な位置が固定される基準面ＲＦとの間の距離を測定する。このため、ｂ軸に沿う方向におけるワークＷに対する液体吐出ヘッド３１０の相対的な位置関係をセンサー３３０で検出することができる。

なお、ワークＷに対するセンサー３３０の相対的な位置を固定しても、ｂ軸に沿う方向におけるワークＷに対する液体吐出ヘッド３１０の相対的な位置関係をセンサー３３０で検出することも可能である。ただし、ワークＷに対するセンサー３３０の相対的な位置を固定する構成では、センサー３３０の検出範囲が液体吐出ヘッド３１０の移動範囲を包含するような広範囲となるため、センサー３３０を多数設ける必要がある。これに対し、液体吐出ヘッド３１０に対するセンサー３３０の相対的な位置を固定する構成では、センサー３３０の数が１個でよいため、立体物印刷装置１００の構成を簡単化できるという利点がある。

前述のように、基準面ＲＦは、液体吐出ヘッド３１０の走査方向に平行な軸であるａ軸に対して平行に延びる部分を有する。このため、センサー３３０の検出結果が一定となるように、ロボット２００の駆動を制御することにより、液体吐出ヘッド３１０のｂ軸に沿う方向での蛇行を低減することができる。これに対し、基準面ＲＦがａ軸に対して平行でない場合、基準面ＲＦの形状または傾斜等の状態をあらかじめ把握しておき、その状態を加味して、センサー３３０の検出結果に基づいて、ロボット２００の駆動を制御する必要がある。このため、基準面ＲＦがａ軸に対して平行でない場合、基準面ＲＦがａ軸に対して平行である場合に比べて、ロボット２００の駆動を制御する際の演算が複雑になる。

また、前述のように、立体物印刷装置１００は、ワークＷの第１領域ＲＰ１に対して、ロボット２００が液体吐出ヘッド３１０を相対的に移動させつつ、液体吐出ヘッド３１０がインクを吐出する第１印刷動作ＭＰ＿１を実行する。また、立体物印刷装置１００は、ワークＷの第１領域ＲＰ１に部分的に重なる第２領域ＲＰ２に対して、ロボット２００が液体吐出ヘッド３１０を相対的に移動させつつ、液体吐出ヘッド３１０がインクを吐出する第２印刷動作ＭＰ＿２を実行する。

ここで、第１印刷動作ＭＰ＿１におけるａ軸およびｃ軸のそれぞれに沿う方向での液体吐出ヘッド３１０の移動量は、第１印刷動作ＭＰ＿１におけるｂ軸に沿う方向での液体吐出ヘッド３１０の移動量よりも大きい。また、第１印刷動作ＭＰ＿１におけるａ軸に沿う方向での液体吐出ヘッド３１０の移動量は、第１印刷動作ＭＰ＿１におけるｃ軸に沿う方向での液体吐出ヘッド３１０の移動量よりも大きい。

前述のように、ロボット２００は、液体吐出ヘッド３１０を含む「エンドエフェクター」の一例である液体吐出ヘッドユニット３００が装着される多関節ロボットである。ロボット２００は、複数の関節部２３１～２３６の動作の組み合わせにより液体吐出ヘッドユニット３００を直線状または曲線状等の線状の経路に沿って移動させる。このとき、液体吐出ヘッド３１０が移動すべき経路の指示として理想的な走査経路である基準経路ＲＵ等をロボット２００に単に与えても、各アームの加工誤差または組み立て誤差等の各種誤差、各アームの機械的振動、モーターまたは減速機の偏心、ロータリーエンコーダーの分解の粗さ等の要因により、各関節部の動作誤差が様々なタイミングで出現するので、実際の経路が蛇行して当該理想経路に対してずれてしまう。このようなずれは、あらかじめ予測することが難しい。したがって、このようなロボット２００を移動機構として用いた場合、基準経路ＲＵに関する情報だけでなくセンサー３３０の検出結果を用いてロボット２００の駆動を制御することは、液体吐出ヘッド３１０を理想的な走査経路に沿って移動させるうえで特に有用である。なお、理想的な走査経路に対する実際の経路の前述のようなずれは多関節ロボット以外の移動機構、つまりは複数の可動部の動作の組み合わせによって移動が可能な機構においても同様に生じ得るものであり、センサー３３０の検出結果を用いて当該移動機構を制御することは、液体吐出ヘッド３１０を理想的な走査経路に沿って移動させるうえで同様に有用である。

本実施形態の立体物印刷装置１００は、センサー３３０による検出を第１印刷動作ＭＰ＿１の実行中に行う。このため、センサー３３０の検出結果に基づくフィードバック制御により、液体吐出ヘッド３１０の位置を制御しながら、第１印刷動作ＭＰ＿１による印刷を行うことができる。

ここで、前述のように、ロボット２００の駆動を制御する「制御部」の一例である制御装置６００をさらに有する。本実施形態では、センサー３３０は、第１印刷動作ＭＰ＿１の実行中に、ワークＷに対する液体吐出ヘッド３１０の相対的な位置関係に関する検出データＤｂを制御装置６００に対して出力する。そして、制御装置６００は、検出データＤｂに基づいて、第１印刷動作ＭＰ＿１におけるロボット２００の駆動を制御する。より具体的には、制御装置６００は、検出データＤｂに基づいて、第１印刷動作ＭＰ＿１におけるｂ軸に沿う方向でのワークＷに対する液体吐出ヘッドの相対的な位置を調整する。このため、第１印刷動作ＭＰ＿１において、センサー３３０からの検出結果に基づくフィードバック制御により、ｂ軸に沿う方向における液体吐出ヘッド３１０の位置が制御される。

２．第２実施形態
図８は、第２実施形態に係る立体物印刷装置１００Ａの電気的な構成を示すブロック図である。立体物印刷装置１００Ａは、プログラムＰＧ１に代えてプログラムＰＧ２を用いることを以外は、前述の第１実施形態の立体物印刷装置１００と同様である。

立体物印刷装置１００Ａでは、処理回路６１０が、記憶回路６２０に記憶されるプログラムＰＧ２を実行することにより、情報取得部６１１、アーム制御部６１２Ａ、吐出制御部６１３およびデータ生成部６１４Ａとして機能する。

アーム制御部６１２Ａは、印刷データＩｍｇに基づく画像を印刷する印刷動作ＭＰに先立ち、液体吐出ヘッド３１０の実際の走査経路を検出する後述の検出動作ＭＤを実行する。後に詳述するが、検出動作ＭＤは、液体吐出ヘッド３１０からのインクの吐出を行わずに、センサー３３０がワークＷに対する液体吐出ヘッド３１０の相対的な位置関係を検出する。

ここで、検出動作ＭＤは、理想的な走査経路を示すポイントデータＤｃを用いてロボット２００を駆動させつつ、センサー３３０による検出を行う。データ生成部６１４Ａは、前述の理想的な走査経路を示すポイントデータＤｃを生成する機能のほか、検出動作ＭＤでセンサー３３０から出力される検出データＤｂに基づいて、ポイントデータＤｃを補正する機能を有する。本実施形態の印刷動作ＭＰは、補正後のポイントデータＤｃを用いて、液体吐出ヘッド３１０の位置を制御する。

なお、検出動作ＭＤは、印刷動作ＭＰの回数に対応してＮ回行われる。以下では、Ｎパス目の検出動作ＭＤが「印刷動作ＭＤ＿Ｎ」と表記される。ここで、１パス目の検出動作ＭＤは、第１検出動作ＭＤ＿１である。２パス目の検出動作ＭＤは、第２検出動作ＭＤ＿２である。また、以下では、Ｎパス目に用いるポイントデータＤｃをポイントデータＤｃ＿Ｎと表記する場合がある。

図９は、第２実施形態に係る立体物印刷方法の流れを示すフローチャートである。当該立体物印刷方法は、立体物印刷装置１００Ａを用いて行われる。立体物印刷装置１００Ａでは、図９に示すように、まず、前述の第１実施形態と同様、ステップＳ１１０およびステップＳ１２０が実行される。

その後、ステップＳ１３０Ａにおいて、ポイントデータＤｃがデータ生成部６１４Ａにより生成される。このとき、パス数に応じたＮ回の検出動作ＭＤが行われる。そして、ステップＳ１４０Ａにおいて、ステップＳ１３０Ａで生成した補正後のポイントデータＤｃを用いて、パス数に応じたＮ回の印刷動作ＭＰが行われる。ここで、本実施形態の印刷動作ＭＰでは、補正後のポイントデータＤｃを用いて液体吐出ヘッド３１０のＸ座標、Ｙ座標およびＺ座標に関する位置が制御される。

図１０は、図９に示すポイントデータＤｃの生成の流れを示すフローチャートである。以下、図１０に基づいて、図９に示すステップＳ１３０Ａにおける処理の流れを説明する。図１０に示すように、まず、液体吐出ヘッド３１０の実際の走査経路を検出する検出動作ＭＤが行われる。

検出動作ＭＤでは、最初に、ステップＳ１３１において、ワーク情報Ｄａに基づいて、基準経路として理想的な走査経路を示すポイントデータＤｃがデータ生成部６１４Ａにより生成される。次に、ステップＳ１３２において、ステップＳ１３１で生成したポイントデータＤｃを用いてロボット２００を動作させつつ、センサー３３０を用いて実際の走査経路が検出される。

次に、ステップＳ１３３において、検出動作ＭＤの検出結果、すなわちステップＳ１３２で検出した実際の走査経路に基づいて、補正した経路を示すポイントデータＤｃがデータ生成部６１４Ａにより生成される。その後、確認動作ＭＣが行われる。なお、確認動作ＭＣは、必要に応じて実行すればよく、要求される印刷品質の程度などによっては適宜省略し、ポイントデータＤｃの調整に要する時間を短縮することも可能である。言い換えると、ステップＳ１３３でポイントデータＤｃを生成した後、ステップＳ１３６へと直接進んでも良い。

確認動作ＭＣでは、最初に、ステップＳ１３４において、ステップＳ１３３で生成したポイントデータＤｃを用いてロボット２００を動作させつつ、センサー３３０を用いて実際の走査経路が検出される。その後、ステップＳ１３５において、ステップＳ１３４で検出した実際の走査経路が所望の走査経路であるか否かが判断される。例えば、ステップＳ１３４で検出した実際の走査経路と基準経路との差が所定範囲内である場合、ステップＳ１３４で検出した実際の走査経路が所望の走査経路であると判断される。

実際の走査経路が所望の走査経路でない場合、前述のステップＳ１３３に戻り、実際の走査経路が基準経路に近づくように、ポイントデータＤｃの調整が行われる。一方、実際の走査経路が所望の走査経路である場合、ステップＳ１３６において、ステップＳ１３５からの移行回数がＮ回目であるか否かにより、Ｎパス目か否かが判断される。

Ｎパス目に達していない場合、前述のステップＳ１３１に戻り、後続するパスについて、前述と同様の処理が行われる。一方、Ｎパス目に達した場合、前述の図５に示すステップＳ１４０Ａに移行し、印刷が行われる。

図１１は、理想的な走査経路を示すポイントデータＤｃを説明するための図である。図１１では、１パス目の検出動作ＭＤにおける理想的な走査経路である基準経路ＲＵ＿１を示すポイントデータＤｃ＿１が示される。なお、図１１では、液体吐出ヘッド３１０の複数のノズルＮが模式的に示される。また、図１１では、理想的な走査経路が液体吐出ヘッド３１０の走査方向ＤＳに沿う直線的な経路であるが、理想的な走査経路は、必要に応じて、湾曲または屈曲する部分を有してもよい。

図１１に示す例では、ポイントデータＤｃ＿１は、データＰＳ、Ｐ１～Ｐ１５およびＰＥの１７個のデータで構成される。データＰ１～Ｐ１５は、液体吐出ヘッド３１０の走査経路における開始位置と終了位置との間の位置を示す。なお、液体吐出ヘッド３１０の走査経路における開始位置と終了位置との間の位置を示すデータの数は、図１１に示す例に限定されず、任意である。

図１２は、理想的な走査経路を示すポイントデータＤｃを用いた場合における実際の走査経路ＲＵａに関する位置の検出を説明するための図である。図１２では、１パス目の検出動作ＭＤにおける実際の走査経路ＲＵａである第１走査経路ＲＵａ＿１が示される。１パス目の検出動作ＭＤでは、図１２に示すように、理想的な走査経路を示すポイントデータＤｃを用いて液体吐出ヘッド３１０の位置が制御される。このとき、液体吐出ヘッド３１０からのインクの吐出が行われず、センサー３３０による検出が並行して行われる。

図１２に示す例では、第１走査経路ＲＵａ＿１が理想的な走査経路からずれて蛇行する状態が示される。第１走査経路ＲＵａ＿１の検出は、センサー３３０の検出結果を用いて行われる。

図１３は、理想的な走査経路に対する実際の走査経路ＲＵａのずれを説明するための図である。図１３では、１パス目の検出動作ＭＤにおける実際の走査経路である第１走査経路ＲＵａ＿１が基準経路ＲＵ＿１と対比して示される。

図１４は、実際の走査経路ＲＵａに基づいて補正したポイントデータＤｃ＿１の例を説明するための図である。図１４では、１パス目の検出動作ＭＤの検出結果を用いて補正したポイントデータＤｃ＿１が示される。前述のステップＳ１３３において生成される補正後のポイントデータＤｃ＿１は、図１４に示すように、基準経路ＲＵ＿１に対する第１走査経路ＲＵａ＿１のずれを相殺するように移動する補正経路ＲＣ＿１を求め、この補正経路ＲＣ＿１の位置を示すように、ポイントデータＤｃ＿１を補正することにより得られる。

図１４に示す例では、基準経路ＲＵ＿１と補正経路ＲＣ＿１との差の絶対値が基準経路ＲＵ＿１と第１走査経路ＲＵａ＿１との差の絶対値と等しい。すなわち、基準経路ＲＵ＿１と補正経路ＲＣ＿１との差の絶対値を、基準経路ＲＵ＿１と第１走査経路ＲＵａ＿１との差の絶対値に係数αを乗じた補正量としたとき、αは、１である。

図１５は、実際の走査経路ＲＵａに基づいて補正したポイントデータＤｃ＿１の他の例を説明するための図である。図１５に示す例では、基準経路ＲＵ＿１と補正経路ＲＣ＿１との差の絶対値が基準経路ＲＵ＿１と第１走査経路ＲＵａ＿１との差の絶対値よりも大きい。すなわち、基準経路ＲＵ＿１と補正経路ＲＣ＿１との差の絶対値を、基準経路ＲＵ＿１と第１走査経路ＲＵａ＿１との差の絶対値に係数αを乗じた補正量としたとき、αは、１よりも大きい。つまり、実際の走査経路ＲＵａに基づいたポイントデータＤｃ＿１の補正の度合いは係数αによって任意に設定することが可能である。図１５では、αが１よりも大きい場合を示したが、αを１よりも小さく設定することも可能である。

図１６は、補正したポイントデータＤｃ＿１を用いた場合における実際の走査経路ＲＵｂを説明するための図である。図１６では、確認動作ＭＣまたは印刷動作ＭＰにおいて、検出動作ＭＤの検出結果に基づいて補正したポイントデータＤｃ＿１を用いてロボット２００を動作させつつ印刷した状態が示される。また、図１６では、前述の図１５に示す補正経路ＲＣ＿１が実際の走査経路との対比のために図示される。

図１６に示すように、第２走査経路ＲＵｂ＿１は、理想的な走査経路に対するずれが低減される。

以上の第２実施形態によっても、前述の第１実施形態と同様、立体的なワークＷに対する印刷の画質を高めることができる。本実施形態の立体物印刷装置１００Ａは、前述のように、検出動作ＭＤを実行した後、検出データＤｂを用いて第１印刷動作ＭＰ＿１を実行する。ここで、検出データＤｂは、センサー３３０がワークＷに対する液体吐出ヘッド３１０の相対的な位置関係に関する情報である。検出動作ＭＤは、ロボット２００がワークＷに対して液体吐出ヘッド３１０を移動させつつ、検出データＤｂを出力する。

このように、検出動作ＭＤの実行により得られた検出データＤｂを用いて第１印刷動作ＭＰ＿１が実行される。このため、センサー３３０の検出結果に基づくフィードフォワード制御により、液体吐出ヘッド３１０の位置を制御しながら、第１印刷動作ＭＰ＿１による印刷を行うことができる。当該フィードフォワード制御では、液体吐出ヘッド３１０の走査速度を速くしても、前述の第１実施形態のようなフィードバック制御を用いる構成に比べて、液体吐出ヘッド３１０の蛇行を低減しやすい。言い換えると、当該フィードフォワード制御では、前述の第１実施形態のようなフィードバック制御を用いる構成に比べて、液体吐出ヘッド３１０の走査速度を速くすることができる。また、本実施形態は、前述の第１実施形態に比べて、液体吐出ヘッド３１０の位置の制御が外乱の影響を受け難いという利点もある。

ここで、前述のように、立体物印刷装置１００Ａは、検出データＤｂに基づいて、検出動作ＭＤにおけるワークＷに対する液体吐出ヘッド３１０の走査経路よりも基準経路に近づくように、第１印刷動作ＭＰ＿１における液体吐出ヘッド３１０が通過すべき位置を示すポイントデータＤｃを生成する。このため、第１印刷動作ＭＰ＿１において、生成されたポイントデータＤｃを用いて、液体吐出ヘッド３１０の走査経路を基準経路に近づくように制御することができる。

３．変形例
以上の例示における各形態は多様に変形され得る。前述の各形態に適用され得る具体的な変形の態様を以下に例示する。なお、以下の例示から任意に選択される２以上の態様は、互いに矛盾しない範囲で適宜に併合され得る。

３－１．変形例１
前述の形態では、移動機構として６軸の垂直多軸ロボットを用いる構成が例示されるが、当該構成に限定されない。移動機構は、ワークに対して液体吐出ヘッドの相対的な位置および姿勢を３次元的に変化させることができればよい。したがって、移動機構は、例えば、６軸以外の垂直多軸ロボットでもよいし、水平多軸ロボットでもよい。また、ロボットアームが有する可動部は、回動機構に限定されず、例えば、伸縮機構等でもよい。

３－２．変形例２
前述の形態では、ロボットアームの先端に対する液体吐出ヘッドの固定方法としてネジ止め等を用いる構成が例示されるが、当該構成に限定されない。例えば、ロボットアームの先端に装着されるハンド等の把持機構により液体吐出ヘッドを把持することにより、ロボットアームの先端に対して液体吐出ヘッドを固定してもよい。

３－３．変形例３
また、前述の形態では、液体吐出ヘッドを移動させる構成の移動機構が例示されるが、当該構成に限定されず、例えば、液体吐出ヘッドの位置が固定されており、移動機構がワークを移動させ、液体吐出ヘッドに対してワーク相対的な位置および姿勢を３次元的に変化させる構成でもよい。この場合、例えば、ロボットアームの先端に装着されるハンド等の把持機構によりワークが把持される。

３－４．変形例４
前述の形態では、１種類のインクを用いて印刷を行う構成が例示されるが、当該構成に限定されず、２種以上のインクを用いて印刷を行う構成にも本発明を適用することができる。

３－５．変形例５
本発明の立体物印刷装置の用途は印刷に限定されない。例えば、色材の溶液を吐出する立体物印刷装置は、液晶表示装置のカラーフィルターを形成する製造装置として利用される。また、導電材料の溶液を吐出する立体物印刷装置は、配線基板の配線や電極を形成する製造装置として利用される。また、立体物印刷装置は、接着剤等の液体をワークに塗布するジェットディスペンサーとしても利用できる。

１００…立体物印刷装置、１００Ａ…立体物印刷装置、２００…ロボット（移動機構）、３００…液体吐出ヘッドユニット（エンドエフェクター）、３１０…液体吐出ヘッド、３３０…センサー（距離センサー）、６００…制御装置（制御部）、ＡＳ…検出軸、ＤＳ…走査方向、Ｄｂ…検出データ、Ｆ…ノズル面、Ｌ１…第１ノズル列（ノズル列）、Ｌ２…第２ノズル列（ノズル列）、ＭＤ…検出動作、ＭＤ＿１…第１検出動作、ＭＤ＿２…第２検出動作、ＭＤ＿Ｎ…印刷動作、ＭＰ…印刷動作、ＭＰ＿１…第１印刷動作、ＭＰ＿２…第２印刷動作、ＭＰ＿Ｎ…印刷動作、Ｎ…ノズル、ＲＦ…基準面、ＲＰ１…第１領域、ＲＰ２…第２領域、Ｗ…ワーク。

Claims (20)

1. 液体を吐出する複数のノズルで構成されるノズル列が設けられたノズル面を有する液体吐出ヘッドと、
   立体的なワークに対する前記液体吐出ヘッドの位置を変化させる移動機構と、
   前記ワークに対する前記液体吐出ヘッドの位置関係を検出するセンサーと、を有し、
   前記ノズル面の法線に平行な軸を第１軸とし、
   前記ノズル面に平行であり、かつ、前記ノズル列の延びる方向に交差する軸を第２軸とし、
   前記第１軸および前記第２軸の両方に交差する軸を第３軸とするとき、
   前記センサーは、前記第３軸に沿う方向における前記ワークに対する前記液体吐出ヘッドの相対的な位置関係を検出する、
   ことを特徴とする立体物印刷装置。
2. 前記移動機構は、前記第２軸に沿う方向に前記ワークに対して前記液体吐出ヘッドを走査させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の立体物印刷装置。
3. 液体を吐出する複数のノズルで構成されるノズル列が設けられたノズル面を有する液体吐出ヘッドと、
   立体的なワークに対する前記液体吐出ヘッドの位置を変化させる移動機構と、
   前記ワークに対する前記液体吐出ヘッドの位置関係を検出するセンサーと、を有し、
   前記液体吐出ヘッドからの液体の吐出方向に平行な軸を第１軸とし、
   前記移動機構による前記ワークに対する前記液体吐出ヘッドの走査方向に平行な軸を第２軸とし、
   前記第１軸および前記第２軸の両方に交差する軸を第３軸とするとき、
   前記センサーは、前記第３軸に沿う方向における前記ワークに対する前記液体吐出ヘッドの相対的な位置関係を検出する、
   ことを特徴とする立体物印刷装置。
4. 前記第２軸は、前記ノズル面に平行であり、かつ、前記ノズル列の延びる方向に直交する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の立体物印刷装置。
5. 前記第３軸は、前記ノズル列に沿う方向に延びる軸である、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の立体物印刷装置。
6. 前記センサーは、距離センサーであり、
   前記液体吐出ヘッドに対する前記距離センサーの相対的な位置が固定されており、
   前記距離センサーは、前記ワークに対する相対的な位置が固定される基準面との間の距離を測定する、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の立体物印刷装置。
7. 前記基準面は、前記第２軸に対して平行に延びる部分を有する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の立体物印刷装置。
8. 前記ワークの第１領域に対して、前記移動機構が前記液体吐出ヘッドを相対的に移動させつつ、前記液体吐出ヘッドが液体を吐出する第１印刷動作を実行する、
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の立体物印刷装置。
9. 前記第１印刷動作における前記第１軸および前記第２軸のそれぞれに沿う方向での前記液体吐出ヘッドの移動量は、前記第１印刷動作における前記第３軸に沿う方向での前記液体吐出ヘッドの移動量よりも大きい、
   ことを特徴とする請求項８に記載の立体物印刷装置。
10. 前記第１印刷動作における前記第２軸に沿う方向での前記液体吐出ヘッドの移動量は、前記第１印刷動作における前記第１軸に沿う方向での前記液体吐出ヘッドの移動量よりも大きい、
    ことを特徴とする請求項８または９に記載の立体物印刷装置。
11. 前記ワークの前記第１領域に部分的に重なる第２領域に対して、前記移動機構が前記液体吐出ヘッドを相対的に移動させつつ、前記液体吐出ヘッドが液体を吐出する第２印刷動作を実行する、
    ことを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載の立体物印刷装置。
12. 前記移動機構は、前記液体吐出ヘッドを含むエンドエフェクターが装着される多関節ロボットである、
    ことを特徴とする請求項８から１１のいずれか１項に記載の立体物印刷装置。
13. 前記センサーによる検出を前記第１印刷動作の実行中に行う、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の立体物印刷装置。
14. 前記多関節ロボットの駆動を制御する制御部をさらに有し、
    前記センサーは、前記第１印刷動作の実行中に、前記ワークに対する前記液体吐出ヘッドの相対的な位置関係に関する検出データを出力し、
    前記制御部は、前記検出データに基づいて、前記第１印刷動作における前記移動機構の駆動を制御する、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の立体物印刷装置。
15. 前記制御部は、前記検出データに基づいて、前記第１印刷動作における前記第３軸に沿う方向での前記ワークに対する前記液体吐出ヘッドの相対的な位置を調整する、
    ことを特徴とする請求項１４に記載の立体物印刷装置。
16. 前記移動機構が前記ワークに対して前記液体吐出ヘッドを移動させつつ、前記センサーが前記ワークに対する前記液体吐出ヘッドの相対的な位置関係に関する検出データを出力する検出動作を実行した後、前記検出データを用いて前記第１印刷動作を実行する、
    ことを特徴とする請求項８から１１のいずれか１項に記載の立体物印刷装置。
17. 前記検出データに基づいて、前記検出動作における前記ワークに対する前記液体吐出ヘッドの走査経路よりも基準経路に近づくように、前記第１印刷動作における前記液体吐出ヘッドが通過すべき位置を示すポイントデータを生成する、
    ことを特徴とする請求項１６に記載の立体物印刷装置。
18. 液体を吐出する複数のノズルで構成されるノズル列が設けられたノズル面を有する液体吐出ヘッドと、立体的なワークに対する前記液体吐出ヘッドの位置を変化させる移動機構と、を用いて、前記ワークに対して印刷を行う立体物印刷方法であって、
    前記液体吐出ヘッドからの液体の吐出方向に平行な軸を第１軸とし、
    前記移動機構による前記ワークに対する前記液体吐出ヘッドの走査方向に平行な軸を第２軸とし、
    前記第１軸および前記第２軸の両方に交差する軸を第３軸とするとき、
    前記第３軸に沿う方向における前記ワークに対する前記液体吐出ヘッドの相対的な位置関係を検出する検出動作を実行する、
    ことを特徴とする立体物印刷方法。
19. 前記ワークの第１領域に対して、前記移動機構が前記液体吐出ヘッドを相対的に移動させつつ、前記液体吐出ヘッドが液体を吐出する第１印刷動作の実行中に、前記検出動作による検出を行う、
    ことを特徴とする請求項１８に記載の立体物印刷方法。
20. 前記移動機構が前記ワークに対して前記液体吐出ヘッドを移動させつつ、前記検出動作による検出を行うことにより、前記ワークに対する前記液体吐出ヘッドの相対的な位置関係に関する検出データを生成した後、
    前記検出データに基づいて、前記ワークの第１領域に対して、前記移動機構が前記液体吐出ヘッドを相対的に移動させつつ、前記液体吐出ヘッドが液体を吐出する第１印刷動作を実行する、
    ことを特徴とする請求項１８に記載の立体物印刷方法。

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