JP7826745B2 - 液体吐出装置、液体吐出方法、及び、プログラム - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出装置、液体吐出方法、及び、プログラムに関する。

従来、液体吐出ヘッドから液体を吐出し、対象物に付与する液体吐出装置が知られている。このような液体吐出装置は、対象物の塗装や記録媒体への画像形成等の様々な用途に使用される。

例えば、特許文献１に記載の液体吐出装置は、インクを吐出するノズル孔と、ノズル孔に加圧されたインクを供給するインク室と、インク室内に設けられ、ノズル孔を開閉するニードル弁と、ニードル弁を駆動する駆動機構と、を備える。

しかしながら、特許文献１に記載の構成では、液体が有するチクソトロピー性、及び吐出による液圧降下によって、液体の付与開始時において液体付与品質が低下する場合がある。

本発明の液体吐出装置は、液体吐出ヘッドの複数のノズル孔から液体を吐出し、対象物に付与する液体吐出装置であって、液体吐出ヘッドは、ノズル孔を開閉する開閉弁と、開閉弁を駆動させる弁駆動機構と、を備え、対象物の第１領域に対する走査開始時において、第１領域に対して第１駆動ノズル数のノズル孔から液体を吐出する第１吐出動作と、対象物の第２領域に対する走査開始時において第２領域に対して第１駆動ノズル数よりも多い第２駆動ノズル数のノズル孔から液体を吐出する第２吐出動作と、第１吐出動作の前に液体を吐出する第１空吐出動作と、第２吐出動作の前に液体を吐出する第２空吐出動作と、を実行可能であり、第１吐出動作では、対象物の第１領域に対する走査開始時において第１弁開放時間でノズル孔から液体を吐出し、第１空吐出動作では、第１弁開放時間よりも長い弁開放時間において空吐出を実施し、第２吐出動作では、対象物の第２領域に対する走査開始時において第２弁開放時間でノズル孔から液体を吐出し、第２空吐出動作では、第２弁開放時間よりも長い弁開放時間において空吐出を実施し、第２空吐出動作における合計の液体の吐出量である第２総空吐出量は、第１空吐出動作における合計の液体の吐出量である第１総空吐出量よりも多いことを特徴とする。

本発明は、液体付与の開始時における液体付与品質の低下を抑制できる。

実施形態に係る液体吐出装置を搭載した塗装ロボットを示す概略図である。 実施形態に係る液体吐出装置を示す概略図である。 実施形態に係る液体吐出装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 実施形態に係る液体吐出装置の機能ブロック図である。 塗装ルート生成処理の手順を示すフローチャートである。 液滴の吐出時間と塗料の粘度との関係を示すグラフである。 液滴の吐出時間と塗料の液圧との関係を示すグラフである。 駆動ノズル数が異なる場合の液滴の吐出時間と塗料の液圧との関係を示すグラフである。 塗装時に使用する駆動ノズル数以上のノズル孔Ｎを用いて空吐出を実行した場合の液滴の吐出時間と塗料の液圧との関係を示すグラフである。 デキャップ時間と塗料の粘度との関係を示すグラフである。 対象物に含まれる第１領域及び第２領域を示す平面図である。

＜液体吐出装置の概略＞
はじめに図１を用いて液体吐出装置の概略を説明する。図１は、本発明の実施形態に係る液体吐出装置の全体概略図である。ここに例示した液体吐出装置は、自動車の車体などを塗装する塗装ロボットである。なお、各図において、互いに交差する３方向であるＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向を示す矢印を図示する場合がある。Ｘ軸方向は、例えば塗装対象物である車体の前後方向に沿う。Ｙ軸方向は車体の幅方向に沿う。Ｚ軸方向は上下方向に沿う。

図１に示すように、塗装ロボット１０００は、自動車の車体側面などの対象物３０００に対向して設置されている。塗装ロボット１０００は、ベース１００、第１アーム１０１、第２アーム１０２、及びヘッドユニット１０３を備える。第１アーム１０１は、ベース１００に連結されている。第２アーム１０２は、第１アーム１０１に連結されている。ヘッドユニット１０３は、第２アーム１０２に連結されている。

塗装ロボット１０００は、第１ジョイント１０４、第２ジョイント１０５、及び第３ジョイント１０６を備える。第１ジョイント１０４は、ベース１００と第１アーム１０１とを連結する。第２ジョイント１０５は、第１アーム１０１と第２アーム１０２とを連結する。第３ジョイント１０６は、第２アーム１０２とヘッドユニット１０３とを連結する。

塗装ロボット１０００は、例えば多関節ロボットである。ベース１００はＺ軸方向に延びる軸を回転軸として、ａ方向に旋回可能である。ベース１００は、第１ジョイント１０４を介して第１アーム１０１の一端部を支持する。

第１アーム１０１は、Ｘ－Ｙ面に平行な軸を回転軸として、ｂ方向に旋回可能である。第１アーム１０１の他端部は、第２ジョイント１０５を介して第２アーム１０２の一端部に支持する。第２アーム１０２は、Ｘ－Ｙ面に平行な軸を回転軸として、ｃ方向に揺動可能である。また、第２アーム１０２は、第２アーム１０２の長手方向に延在する軸を回転軸として、ｄ方向に回転可能である。

第２アーム１０２の他端部は、第３ジョイント１０６を介してヘッドユニット１０３を支持する。ヘッドユニット１０３は、第２アーム１０２の長手方向と交差する方向に延在する軸を回転軸として、ｅ方向に回転可能である。また、ヘッドユニット１０３は、ヘッドユニット１０３と第３ジョイント１０６とが離間する方向に延在する軸を回転軸として、ｆ方向に回転可能である。

塗装ロボット１０００は、対象物３０００に対してヘッドユニット１０３を自由に動かすことができる。塗装ロボット１０００は、対象物３０００に対してヘッドユニット１０３を正確に配置できる。塗装ロボット１０００は、塗装する位置に対して正確にヘッドユニット１０３を配置できる。塗装ロボット１０００は、対象物３０００に向けて塗料を吐出し、対象物３０００を塗装する。

なお、本実施形態では、塗装ロボット１０００を、対象物３０００を挟んで両側に１台ずつ配置したシステム構成を例示したが、塗装ロボット１０００は、対象物３０００を挟んで両側に配置されるもの限定されない。塗装ロボット１０００の設置台数は、対象物３０００に対して１台でもよく、３台以上でもよい。

図２は、液体吐出装置２００を示す概略図である。塗装ロボット１０００は、液体吐出装置２００を有する。液体吐出装置２００は液体吐出方法を実行できる。液体吐出装置２００は、タンク２、吐出ヘッド（液体吐出ヘッド）１０、及び制御装置５００を備える。液体吐出装置２００は、配管１、配管４及び配管８を備える。

タンク２は、吐出ヘッド１０に供給される液体を貯留する容器である。タンク２は、液体の一例である塗料３を貯留する。タンク２には、配管１が接続されている。配管１は、例えばコンプレッサが接続されている。コンプレッサは、加圧されたエアをタンク２に供給する。コンプレッサは、配管１を介して、タンク２の内部の圧力を昇圧できる。配管１はタンク２内の液体に圧力を供給する圧力供給経路として機能する。

配管４は、タンク２と吐出ヘッド１０とを接続する流路である。タンク２内の塗料３は、配管４内を流れて、吐出ヘッド１０に供給される。配管４は、吐出ヘッド１０に塗料３を供給する液体供給流路として機能する。

吐出ヘッド１０は、ノズル孔Ｎ、インク室１１及び開閉弁１２を有する。吐出ヘッド１０は、開閉弁１２を駆動するための弁駆動機構１３を有する。ノズル孔Ｎは、インク室１１に連通する。インク室１１は、タンク２から供給された塗料３を貯留する。開閉弁１２は、インク室１１内に配置されている。開閉弁１２は、ノズル孔Ｎを開閉する。開閉弁１２は例えばニードル弁である。吐出ヘッド１０は、インク室１１内の塗料３をノズル孔Ｎから吐出する。吐出ヘッド１０は、加圧された塗料３を吐出し、対象物３０００に付着させる。弁駆動機構１３は、制御装置５００から供給された駆動信号に従って、開閉弁１２を駆動する。開閉弁１２は、ノズル孔Ｎに接近して、ノズル孔Ｎを閉状態とする。開閉弁１２はノズル孔Ｎから離間してノズル孔Ｎを開状態とする。

制御装置５００及びＰＣ６００は、吐出ヘッド１０による液体吐出を制御する。制御装置５００及びＰＣ６００は、開閉弁１２を動作させて、塗料３を吐出する。

配管８は、吐出ヘッド１０に連通する。配管８には、弁９が設けられている。インク室１１内に塗料３を充填する際には、弁９が開放されて、インク室１１内の圧力が逃がされる。吐出ヘッド１０のノズル孔Ｎから塗料３を吐出する際には、弁９は閉じられる。

＜ハードウェア構成＞
次に、図３を参照して、第１実施形態に係る液体吐出装置２００のハードウェア構成について説明する。図３は、第１実施形態に係る液体吐出装置２００のハードウェア構成を示すブロック図である。図３に示すハードウェア構成は、必要に応じて追加の構成要素を含むことができる。ハードウェアは、必要に応じて図３に示される構成要素を備えていなくてもよい。

液体吐出装置２００は、制御装置５００を備える。制御装置５００は、ＣＰＵ（Center Processing Unit）５０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）５０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）５０３、ＮＶＲＡＭ（Random Access Memory）５０４、及びＨＤＤ（Hard Disk Drive）を有する。ＣＰＵ５０１は、液体吐出装置２００全体の制御を司る。ＲＯＭ５０２には、ＣＰＵ５０１に液体吐出制御を実行させるための各種プログラムの他、塗装に必要な各種データ等が記憶されている。また、ＲＯＭ５０２には、吐出ヘッド１０を走査するためのプログラムが記憶されている。

ＲＡＭ５０３は、吐出ヘッド１０の位置データ等を一時的に記憶する。ＮＶＲＡＭ５０４は、不揮発性メモリであり、液体吐出装置２００の電源が遮断されている間もデータを保持できる。制御装置５００は、主制御部５００Ａを有し、主制御部５００Ａは、ＣＰＵ５０１、ＲＯＭ５０２及びＲＡＭ５０３を含む。

制御装置５００は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）５０５を有する。ＡＳＩＣ５０５は、液体吐出装置２００の装置全体を制御するための入出力信号を処理する。また、ＡＳＩＣ５０５は、画像データに対して各種信号処理を実行できる。ＡＳＩＣ５０５は、制御装置５００に入力された画像データについて画像処理を実行できる。

制御装置５００は、外部機器であるＰＣ６００との間でデータ等の送受信を行うための外部インタフェース（外部Ｉ／Ｆ）５０６を備える。ＰＣ６００は、例えばＲＩＰ部６０１を有する。ＲＩＰ部６０１はレタリング部６０２を含む。

ＰＣ６００には、入力装置６０３が接続されている。また、ＰＣ６００には、位置測定装置１５が接続されている。

ＲＯＭ５０２、ＲＡＭ５０３、ＮＶＲＡＭ５０４、及びＨＤＤ５０８等のメモリは、コンピュータ６００から受信した画像データ、塗装範囲に関するデータを格納する。塗装範囲に関するデータは、塗装対象のサイズ等のデータを含む。

また、制御装置５００は、センサ類１８から出力された検知信号を取り込むための入出力部（Ｉ／Ｏ）５０７を含む。センサ類１８は、例えば、温度センサ、圧力センサ、粘度センサ等があげられる。

制御装置５００は、吐出ヘッド１０を駆動制御するヘッド制御装置５１０を含む。ヘッド制御装置５１０は、吐出ヘッド１０の駆動装置を制御できる。ヘッド制御装置５１０は、吐出ヘッド１０の駆動装置を制御して、液体吐出を実行できる。ヘッド制御装置５１０は、吐出ヘッド１０の開閉弁１２の駆動制御を実行できる。吐出ヘッド１０は、タンク２内の圧力を制御できる。吐出ヘッド１０は、弁９の駆動制御を実行できる。ヘッド制御装置５１０は、吐出ヘッド１０に関する各種制御を実行できる。

制御装置５００は、ロボット制御装置５１１を含む。ロボット制御装置５１１は、ＣＰＵ５０１からの指令に従い、ロボット駆動機構３１を制御する。塗装ロボット１０００は、ロボット駆動機構３１を備える。ロボット駆動機構３１は、例えばモーターを含む。ロボット駆動機構３１は、ベース１００の回転軸を駆動する。ロボット駆動機構３１は、同様に、第１アーム１０１の回転軸、第２アーム１０２の回転軸、ヘッドユニット１０３の回転軸、第１ジョイント１０４の回転軸、第２ジョイント１０５の回転軸、第３ジョイント１０６の回転軸を駆動する。

塗装ロボット１０００は、エンコーダセンサ３２を備える。制御装置５００は、Ｉ／Ｏ５０７を介して、エンコーダセンサ３２から信号を入力する。エンコーダセンサ３２は、第１ジョイント１０４、第２ジョイント１０５、及び第３ジョイント１０６に対してそれぞれ設けられている。これらの第１ジョイント１０４、第２ジョイント１０５、及び第３ジョイント１０６には、回転軸とともに回転するスリットが設けられている。エンコーダセンサ３２は、スリットを光学的に検出する。エンコーダセンサ３２は、第１ジョイント１０４、第２ジョイント１０５、及び第３ジョイント１０６の回転角度を検出する。

塗装ロボット１０００は、位置測定装置１５を備える。位置測定装置１５は、吐出ヘッド１０の位置を測定する。位置測定装置１５は、例えば３Ｄセンサ又は３Ｄカメラでもよい。位置測定装置１５は、吐出ヘッドの１０のＸＹ方向の位置を測定できる。位置測定装置は、吐出ヘッド１０の傾きを測定できる。位置測定装置１５は、塗装開始位置を検出できる。位置測定装置１５は、塗装対象サイズを検出してもよい。

位置測定装置１５は、レーザ変位計を含んでもよい。位置測定装置１５は、対象物３０００のＺ軸方向における長さを測定できる。位置測定装置１５は、対象物３０００のルーフの高さ位置を測定してもよい。位置測定装置１５は、測定結果をコンピュータ６００に出力する。

ＰＣは、位置測定装置１５から吐出ヘッド１０の位置データを取得できる。制御装置５００は、ＰＣ６００を介して、吐出ヘッド１０の位置データを入力できる。制御装置５００は、Ｉ／Ｏ５０７を介して、位置測定装置１５からデータを入力してもよい。

ＰＣ６００には、入力装置６０３が接続されている。入力装置６０３は、画像データ及び位置データをＰＣ６００に入力できる。位置測定装置１５は、測定した吐出ヘッド１０の位置データをＰＣ６００に入力してもよい。

ＰＣ６００は、塗装ロボット１０００による塗装ルートを生成する。レタリング部６０２は、塗装部のデータを走査ごとのデータに分解する。塗装部は、例えば装が施される領域である。レタリング部６０２は、各走査における駆動ノズル数及び空吐出実施可否を決定する。駆動ノズル数の吐出ヘッド１０において液体を吐出するノズル孔Ｎの数量である。空吐出とは、走査前にノズル孔Ｎから液体を吐出することを含む。レタリング部６０２は、空吐出を実施するか否かを決定できる。

ＰＣ６００は、走査時の弁開放時間を決定できる。ＰＣ６００の弁開放時間制御部１３１は、予め作成された駆動ノズル数ごとの印字時間に関するデータに従い、走査時の弁開放時間を決定する。駆動ノズル数ごとの印字時間に関するデータは、液体圧力変動に基づいて予め決定されている。「液体圧力変動」とは、例えば吐出ヘッド１０内の液体の圧力変動である。

コンピュータ６００は、ＲＩＰ（Routing Information Protocol）部６０１を有する。ＲＩＰ部６０１は、カラープロファイルやユーザの設定に応じて画像処理を実行できる。

ＲＩＰ部６０１は、レタリング部６０２を含む。レタリング部６０２は、対象物３０００に施す塗装部のデータを走査毎（例えばヘッド３００の主走査方向の移動毎）の塗装（画像）データに分解する。対象物３０００は、例えば自動車の車体である。「走査毎」は、例えば主走査方向に沿う吐出ヘッド１０の移動毎である。「主走査方向」は、例えば、対象物３０００の長手方向に沿う方向でもよく、任意の方向でもよい。

コンピュータ６００には、入力装置６０３が接続されている。ユーザは、入力装置６０３を操作して、各種データをコンピュータ６００に入力できる。コンピュータ６００は、入力装置６０３を介して、対象物３０００において塗装される領域を示す画像データ及び座標データを入力できる。

コンピュータ６００は、入力装置６０３から信号を入力し、塗装モードを設定できる。ユーザは、入力装置６０３を操作して、塗装モードを選択できる。コンピュータ６００は、入力装置６０３から信号を入力し、塗装範囲を設定できる。コンピュータ６００は、塗装開始位置及び塗装終了位置を設定できる。コンピュータ６００は、塗装の開始タイミングを設定できる。ユーザは、入力装置６０３を介して、コンピュータ６００を操作して、各種設定を変更できる。

入力装置６０３は、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル等を含むことができる。また、コンピュータ６００は、塗装ロボット１０００が備える位置測定装置１５から吐出ヘッド１０の位置データを取得できる。コンピュータ６００は、取得した位置データに基づいて、吐出ヘッド１０の塗装ルートを生成できる。塗装ルートは、吐出ヘッド１０が移動する移動経路に関する位置データを含む。塗装ルートは、その他のデータを含むことができる。

なお、塗装システム２０００は、液体吐出システムの一例である。塗装システム２０００は、液体吐出装置２００及びコンピュータ６００を備える。

＜機能構成＞
次に、図４を参照して、実施形態に係る液体吐出装置２００の機能構成について説明する。図４は、実施形態に係る液体吐出装置２００の機能ブロック図である。図３に示すＣＰＵ５０１は、ＲＯＭ５０２等の記憶部に記憶されているプログラムを実行することで、図４に示すシステム制御部２２１、弁開放時間制御部２３１、吐出周期信号生成部２３２、メモリ生成部２３３、データ格納部２３４、及び同期制御部２３５の各機能を実現する。

システム制御部２２１は、塗装システム２０００の全体の動作を制御する。システム制御部２２１は、コンピュータ６００から受信した塗装領域の画像データや指令信号を受信して、塗装システム２０００の全体の動作を制御できる。

弁開放時間制御部２３１は、開閉弁１２における弁開放時間を制御する。弁開放時間は、開閉弁１２が開いた状態であり、液体を吐出可能な時間の長さである。

メモリ制御部９０１３は、ＲＯＭ５０２、ＲＡＭ５０３、ＮＶＲＡＭ５０４、及びＨＤＤ５０８等のメモリを制御する。

同期制御部２３５は、エンコーダセンサ３２から出力された出力信号、及びコンピュータ６００から出力された画像データの解像度を示す情報に基づいて、吐出周期信号を生成する。吐出周期信号は、ノズル孔Ｎから吐出される塗料の吐出周期を示す信号である。

同期制御部２３５は、コンピュータ６００から受信した画像データ及び塗装指示信号等に基づいて、複数の塗装ロボット１０００の動きと吐出ヘッド１０における塗料の吐出動作との整合を行う。

ヘッド制御装置５１０は、吐出周期信号を受信し、受信した吐出周期信号に基づいて吐出ヘッド１０の液体吐出動作を制御する。ロボット制御装置５１１は、同期制御信号を受信し、受信した同期制御信号に基づきロボット駆動機構３１を制御する。制御装置５００は、ロボット駆動機構３１を制御して、第１アーム１０１、第２アーム１０２、及びヘッドユニット１０３を所望の位置に移動する。

なお、システム制御部２２１、弁開放時間制御部２３１、吐出周期信号生成部２３２、メモリ生成部２３３、データ格納部２３４、及び同期制御部２３５は、記憶部に記憶されているプログラムにより、ソフトウェアで実現できる。これらのシステム制御部２２１、弁開放時間制御部２３１、吐出周期信号生成部２３２、メモリ生成部２３３、データ格納部２３４、及び同期制御部２３５うち全部又は一部を、ＩＣ（Integrated Circuit）等のハードウェアで実現してもよい。

また、プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイル情報でＣＤ－ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）などのコンピュータ装置で読み取り可能な記録媒体に記録され、このような記録媒体を介して、液体吐出装置２００に提供され得る。また、プログラムは、ＣＤ－Ｒ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ブルーレイ（登録商標）ディスク、半導体メモリ等のコンピュータ装置で読み取り可能な記録媒体に記録され、このような記録媒体を介して、液体吐出装置２００に提供され得る。また、プログラムは、インターネット等のネットワーク経由でインストールする態様で液体吐出装置２００に提供されるものでもよい。また、プログラムは、液体吐出装置２００内のＲＯＭ等に予め組み込まれていてもよい。

また、制御装置５００は、コンピュータ６００が実行する機能を実行してもよい。同様にコンピュータ６００は、制御装置５００が実行する機能を実行してもよい。

＜塗装ルートの生成＞
次に、塗装ルートの生成について説明する。図５は、塗装ルート生成処理の手順を示すフローチャートである。ＣＰＵ５０１は、入力された画像データ及び吐出ヘッド１０と対象物３０００との相対的な位置関係に基づいて、塗装ルートを生成する。

コンピュータ６００は、画像データを入力する（ステップＳ１１）。画像データは、例えば、対象物３０００を撮像した画像データである。次に、コンピュータ６００は、画像データに基づいて、塗装データを作成する（ステップＳ１２）。塗装データは、例えば、塗装が施工される範囲を示す位置データを含む。

位置測定装置１５は、吐出ヘッド１０と対象物３０００との相対位置を検出する（ステップＳ１３）。位置測定装置１５は、検出した相対位置に関するデータをコンピュータ６００に出力する。

コンピュータ６００は、塗装データを走査データに分解し、塗装ルートを生成する（ステップＳ１４）。塗装ルートは、吐出ヘッド１０が移動する移動経路に関する位置情報を含む。コンピュータ６００は、生成した塗装ルートに関する情報を制御装置５００に出力する。制御装置５００は、塗装ルートに従ってロボット駆動機構３１を制御する。

＜従来技術の課題＞
次に従来技術の課題について説明する。従来技術に係る液体吐出装置では、塗料が有するチクソトロピー性と吐出による液圧降下によって、塗装初めに塗装品質が低下するという問題があった。

塗料は、例えば車体を塗装するための塗料でもよい。「チクソトロピー性」は、塑性固体であるゲルと非ニュートン液体であるゾルの中間的な物質が示す性質である。「チクソトロピー性」とは、液体の粘度が時間経過とともに変化する性質をいう。チクソトロピー性を有する塗料は、吐出開始直後は、せん断応力に対して相対的に高粘度状態となる。チクソトロピー性を有する塗料の粘度は、時間経過とともに徐々に低下する。

塗料を加圧して液滴を吐出する液体吐出装置では、吐出後に液圧が降下する。一定時間後に、吐出ヘッド１０内の圧力が供給圧力とつりあうことで、圧力降下が安定する。液体吐出装置における塗装開始直後において吐出ヘッド１０内の液圧は徐々に減少する。

＜塗料の粘度及び液圧＞
次に、図６及び図７を参照して、液滴の吐出時間に対する塗料の粘度及び液圧の関係について説明する。図６は、液滴の吐出時間と塗料の粘度との関係を示すグラフである。図７は、液滴の吐出時間と塗料の粘度との関係を示すグラフである。図６では、横軸に液滴の吐出時間を示し、縦軸に塗料の粘度を示す。図７では、横軸に液滴の吐出時間を示し、縦軸に塗料の液圧を示す。

吐出時間Ｔ０は、塗装開始時間である。塗料の粘度及び液圧は、吐出時間Ｔ０である吐出開始から徐々に低下する。吐出時間が経過し、吐出量が一定量を超えると、塗料の粘度及び液圧は一定の値となる。吐出時間Ｔ１を超えると、塗料の粘度Ｖ１は安定する。吐出時間Ｔ１を超えると、塗料の液圧Ｐ１は安定する。

液体吐出装置２００では、印字前に空吐出動作を行う。液体吐出装置２００では、塗料の粘度及び液圧が安定するまで、空吐出動作を行う。なお、「空吐出動作」とは、対象物３０００に対して液滴を吐出する印字前において、吐出ヘッド１０から液滴を吐出する動作をいう。「空吐出動作」では、例えば、廃液用の容器に対して、液滴を吐出してもよい。また、「印字」とは、対象物３０００に対して液滴を吐出して塗装を行う動作をいう。また、「印字」では、対象物３０００に対して液滴を吐出して、付着させればよく、文字を印刷しなくてもよい。

例えば、制御装置５００のメモリは、吐出時間と塗料の粘度との関係を示すデータを記憶できる。制御装置５００のメモリは、吐出時間と塗料の液圧との関係を示すデータを記憶できる。制御装置５００のメモリは、空吐出動作の回数、空吐出動作における液滴の吐出量に関するデータを記憶できる。

次に、図８を参照して、駆動ノズル数が異なる場合の液滴の吐出時間と塗料の液圧との関係を示すグラフである。図８では、横軸に液滴の吐出時間を示し、縦軸に塗料の液圧を示す。図８は、駆動ノズル数が少ない場合（ケース１）の液圧のプロファイルＰＡ、及び駆動ノズル数が多い場合（ケース２）の液圧のプロファイルＰＢを示す。「駆動ノズル数」とは、液滴を吐出するノズル孔Ｎの数量をいう。

例えば、インク室１１内が飽和に至るまでに必要な時間及び飽和液圧は駆動ノズル数によって異なる。駆動ノズル数が増加すると、空吐出する廃液量は増加する。制御装置５００のメモリは、駆動ノズル数ごとの液圧のプロファイルＰＡ，ＰＢを予め記憶している。制御部５００は、駆動ノズル数ごとに、圧力降下に基づいて総空吐出量を決定できる。「総空吐出量」とは、例えば、液圧が降下し始めてから液圧が安定するまでに、駆動ノズル数に対応するノズル孔Ｎから吐出された液滴の流量の合計である。

例えば、駆動ノズル数が少ない場合（ケース１）の総空吐出量は、吐出時間Ｔ０から吐出時間Ｔ１までに、ノズル孔Ｎから吐出された液滴の流量である。ケース１では、吐出時間Ｔ０において、液圧は液圧Ｐ０であり、吐出時間Ｔ１において、液圧は液圧Ｐ１に降下する。ケース１では、吐出時間Ｔ１を超えると、液圧は液圧Ｐ１で安定する。

例えば、駆動ノズル数が多い場合（ケース２）の総空吐出量は、吐出時間Ｔ０から吐出時間Ｔ２までに、ノズル孔Ｎから吐出された液滴の流量である。ケース２では、吐出時間Ｔ０において、液圧は液圧Ｐ０であり、吐出時間Ｔ２において、液圧は液圧Ｐ２に降下する。ケース２では、吐出時間Ｔ２を超えると、液圧は液圧Ｐ２で安定する。吐出時間Ｔ２は、吐出時間Ｔ１よりも大きい値である。液圧Ｐ２は液圧Ｐ１よりも小さい値である。

液体吐出装置２００は、液圧の降下に基づいて、駆動ノズル数ごとに総空吐出量を調整できるので、総空吐出量を最小限に抑えつつ、塗料の粘度及び液圧が安定した状態で塗装を実施できる。

なお、塗装開始時に使用される駆動ノズル数に基づいた液圧に達していればよいので、空吐出に使用されるノズル数や弁開放時間よりも大きくてもよい。ここでいう「塗装開始時」とは、ケース１では吐出時間Ｔ１であり、ケース２では吐出時間Ｔ２である。

次に、図９を参照して、塗装時に使用する駆動ノズル数以上のノズル孔Ｎを用いて空吐出を実行した場合の液滴の吐出時間と塗料の液圧との関係を示すグラフである。図９は、塗装開始時に使用される駆動ノズル数と、空吐出において使用される駆動ノズル数とが同じ場合（ケース３）の液圧のプロファイルＰＣ、及び塗装開始時に使用される駆動ノズル数以上のノズル孔Ｎを用いて空吐出を行う場合（ケース４）の液圧のプロファイルＰＤを示す。なお、塗装開始時の弁開放時間よりも弁開放時間が長い場合の液圧のプロファイルは、図９に示されるプロファイルＰＤと同様である。

ケース３では、時間Ｔ０において、液圧は液圧Ｐ０であり、時間Ｔ１２において、液圧は液圧Ｐ１１に降下する。ケース３では、時間Ｔ１２を超えると、液圧は液圧Ｐ１１で安定する。

ケース４では、時間Ｔ０において、液圧は液圧Ｐ０であり、時間Ｔ１１において、液圧は液圧Ｐ１２に降下する。時間Ｔ１１で空吐出を停止すると、液圧は上昇し、時間Ｔ１２において、液圧は液圧Ｐ１２となる。時間Ｔ１２から塗装を開始すると、液圧は液圧Ｐ１２で安定する。

空吐出を停止すると塗料の粘度及び液圧は、空吐出する前の状態に近づくように変化する。そのため、塗装開始前のデキャップ時間には制限が存在する。「デキャップ時間」とは、開閉弁１２が閉じている不吐出状態の時間をいう。

次に、図１０を参照して、塗料の粘度が支配的な場合における、空吐出の終了から塗装開始までのデキャップ時間と吐出開始時における塗料の粘度との関係について説明する。図１０は、デキャップ時間と塗料の粘度との関係を示すグラフである。図１０では、横軸にデキャップ時間を示し、縦軸に塗料の粘度を示す。

図１０は、駆動ノズル数が「小」である場合（ケース５）の粘度のプロファイルＰＥ、駆動ノズル数が「中」である場合（ケース６）の粘度のプロファイルＰＦ、及び駆動ノズル数「大」である場合（ケース７）の粘度のプロファイルＰＧを示す。

ケース５では、時間Ｔ２０において、粘度は粘度Ｖ２１であり、時間Ｔ２３まで粘度は微増する。ケース５において、時間Ｔ２０から時間Ｔ２３までの間の粘度の増加分ΔＶは、僅かであり、塗装品質に影響を与えない。ケース５では、時間Ｔ２３を過ぎると、粘度が上昇し、時間Ｔ２４において、粘度は粘度Ｖ２０となる。時間Ｔ２４を過ぎると、粘度は粘度Ｖ２０で安定する。

ケース６では、時間Ｔ２０において、粘度は粘度Ｖ２２であり、時間Ｔ２２まで粘度は微増する。ケース６において、時間Ｔ２０から時間Ｔ２２までの間の粘度の増加分ΔＶは、僅かであり、塗装品質に影響を与えない。ケース６では、時間Ｔ２２を過ぎると、粘度が上昇し、時間Ｔ２４において、粘度は粘度Ｖ２０となる。時間Ｔ２４を過ぎると、粘度は粘度Ｖ２０で安定する。なお、時間Ｔ２２は、時間Ｔ２３よりも小さい値である。また、粘度Ｖ２２は、粘度Ｖ２１よりも小さい値である。ケース６では、ケース５よりも早く粘度が上昇し始める。

ケース７では、時間Ｔ２０において、粘度は粘度Ｖ２３であり、時間Ｔ２１まで粘度は微増する。ケース７において、時間Ｔ２０から時間Ｔ２１までの間の粘度の増加分ΔＶは、僅かであり、塗装品質に影響を与えない。ケース７では、時間Ｔ２１を過ぎると、粘度が上昇し、時間Ｔ２４において、粘度は粘度Ｖ２０となる。時間Ｔ２４を過ぎると、粘度は粘度Ｖ２０で安定する。なお、時間Ｔ２１は、時間Ｔ２２よりも小さい値である。また、粘度Ｖ２３は、粘度Ｖ２２よりも小さい値である。ケース７では、ケース５及びケース６よりも早く粘度が上昇し始める。

粘度は、デキャップ時間が開始して一定時間まで微増する。その後、塗料のチクソトロピー性に起因して、粘度が上昇する。液体吐出装置２００は、粘度が安定している時間内に塗装を開始することで、塗装の開始直後において、安定した吐出量及び液滴速度を維持することができる。

図１０には、吐出異常の発生が予想される時間である吐出異常発生時間ＴＩが示されている。吐出異常発生時間ＴＩは、駆動ノズル数が多いほど短い。吐出異常発生時間ＴＩは、粘度の上昇が吐出異常を生じさせる最短時間でもよい。粘度の増加分ΔＶが一定以下である場合には、塗装品質に影響を与えない。粘度の上昇が、閾値となる増加分ΔＶを超えると、吐出異常を生じさせるおそれがある。

制御装置５００のメモリは、図１０に示される駆動ノズル数ごとにおいてデキャップ時間と塗料の粘度との関係を示す情報を記憶することができる。制御装置５００のメモリは、吐出異常発生時間ＴＩに関する情報を記憶していてもよい。制御装置５００は、吐出異常発生時間ＴＩが経過する前に、ノズル孔Ｎから液滴を吐出させて、塗装を開始するように制御できる。ノズル孔Ｎから液滴を吐出していない状態では、駆動ノズル数が少ない場合は、駆動ノズルが多い場合と比較して、吐出異常発生時間ＴＩが長い。

制御装置５００は、駆動ノズル数に応じて、空吐出終了後から塗装を開始するまでの時間を変更できる。制御装置５００は、駆動ノズル数の多い場合に、駆動ノズル数が少ない場合と比較して、空吐出終了後から塗装を開始するまでの時間を短くできる。これにより、液体吐出装置２００は、粘度及び液圧が安定している状態において、塗装を開始することができ、安定した塗装品質を実現できる。

本実施形態に係る液体吐出装置２００の吐出ヘッド１０は、走査開始時において第１領域Ｒ１に対して第１駆動ノズル数のノズル孔Ｎから液体を吐出する第１吐出動作と、走査開始時において第２領域Ｒ２に対して第１駆動ノズル数よりも多い第２駆動ノズル数のノズル孔Ｎから液体を吐出する第２吐出動作と、第１吐出動作の前に液体を吐出する第１空吐出動作と、第２吐出動作の前に液体を吐出する第２空吐出動作と、を実行可能である。

図１１は、対象物３０００に含まれる第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２を示す平面図である。例えば、第２領域Ｒ２は、第１領域Ｒ１よりも広い。吐出ヘッド１０は、走査開始時において第１領域Ｒ１に対して、第１駆動ノズル数のノズル孔Ｎから液体を吐出して、第１吐出動作を行い、第１領域Ｒ１を塗装できる。吐出ヘッド１０は、走査開始時において第２領域Ｒ２に対して、第２駆動ノズルのノズル孔Ｎから液体を吐出して、第２吐出動作を行い、第２領域Ｒ２を塗装できる。なお、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２の位置、大きさ、及び形状は、特に限定されない。

吐出ヘッド１０は、第１吐出動作の前に、ノズル孔Ｎから液体を吐出する第１空吐出動作を実行できる。第１空吐出動作で実行される空吐出は、塗装に寄与しない液体の吐出をいう。吐出ヘッド１０は、第２吐出動作の前に、ノズル孔Ｎから液体を吐出する第２空吐出動作を実行できる。第２空吐出動作で実行される空吐出は、塗装に寄与しない液体の吐出をいう。

第２空吐出動作における合計の液体の吐出量である第２総空吐出量は、第１空吐出動作における合計の液体の吐出量である第１総空吐出量よりも多い。吐出ヘッド１０は、第１空吐出動作において、第１総空吐出量の液体を空吐出する。吐出ヘッド１０は、第２空吐出動作において、第１総空吐出量よりも多い第２総空吐出量の液体を空吐出する。

このような液体吐出装置２００によれば、第１空吐出動作における第１総空吐出量及び第２空吐出動作における第２総吐出量を調整することで、第１総空吐出量及び第２総空吐出量を抑えつつ、塗装開始時における液圧降下及び粘度降下を抑制でき、塗装品質の低下を抑制できる。液体吐出装置２００では、塗装品質の向上を図ることができる。

液体吐出装置２００は、第１空吐出動作において、第１駆動ノズル数より多い数量のノズル孔Ｎを使用して空吐出を実施できる。制御装置５００は、走査開始時の第１吐出動作における第１駆動ノズル数を基準として設定し、第１空吐出動作において、第１駆動ノズル数よりも多い数量のノズル孔から液体を吐出するように第１空吐出動作を制御できる。吐出ヘッド１０は、第１空吐出動作において、第１吐出動作における第１駆動ノズル数よりも多い数量のノズル孔を使用して第１空吐出動作を実行できる。これにより、液体吐出装置２００では、第１空吐出動作の時間を短縮できる。なお、液体吐出装置２００は、第１空吐出動作において、第１駆動ノズル数と同じ数量のノズル孔Ｎを使用して空吐出を実施できる。

液体吐出装置２００は、第２空吐出動作において、第２駆動ノズル数より多い数量のノズル孔Ｎを使用して空吐出を実施できる。制御装置５００は、走査開始時の第２吐出動作における第２駆動ノズル数を基準として設定し、第２空吐出動作において、第２駆動ノズル数よりも多い数量のノズル孔から液体を吐出するように第２空吐出動作を制御できる。吐出ヘッド１０は、第２空吐出動作において、第２吐出動作における第２駆動ノズル数よりも多い数量のノズル孔を使用して第２空吐出動作を実行できる。これにより、液体吐出装置２００では、第２空吐出動作の時間を短縮できる。なお、液体吐出装置２００は、第２空吐出動作において、第２駆動ノズル数と同じ数量のノズル孔Ｎを使用して空吐出を実施できる。

また、液体吐出装置２００は、第１吐出動作では、走査開始時において第１弁開放時間分、ノズル孔Ｎから液体を吐出できる。第１弁開放時間は、例えば１回の吐出における弁の開放時間の長さである。液体吐出装置２００は、第１空吐出動作では、第１弁開放時間よりも長い弁開放時間において空吐出を実施できる。液体吐出装置２００は、第１空吐出動作における弁開放時間を、第１吐出動作における第１弁開放時間よりも長くできる。これにより、液体吐出装置２００は、第１空吐出動作の時間を短縮できる。なお、液体吐出装置２００は、第１空吐出動作において、弁開放時間を第１開放時間と同じ長さとして、空吐出を実施できる。

また、液体吐出装置２００は、第２吐出動作では、走査開始時において第２弁開放時間分、ノズル孔Ｎから液体を吐出できる。第２弁開放時間は、例えば１回の吐出における弁の開放時間の長さである。液体吐出装置２００は、第２空吐出動作では、第２弁開放時間よりも長い弁開放時間において空吐出を実施できる。液体吐出装置２００は、第２空吐出動作における弁開放時間を、第２吐出動作における第２弁開放時間よりも長くできる。これにより、液体吐出装置２００は、第２空吐出動作の時間を短縮できる。なお、第１部材２００は、第２空吐出動作において、弁開放時間を第２開放時間と同じ長さとして、空吐出を実施できる。

本実施形態の液体吐出装置２００によれば、複数のノズル孔から液体を吐出しない不吐出時間が、予め定められた吐出異常発生時間ＴＩを超えた場合に、吐出ヘッド１０は空吐出を実施できる。制御装置５００は、不吐出時間を計測し、不足吐時間が吐出異常発生時間ＴＩを超えた場合に、吐出ヘッド１０に空吐出を実施させる制御を行う。

制御装置５００は、走査開始時の駆動ノズル数において、吐出異常発生時間ＴＩを変更できる。制御装置５００は、走査開始時の駆動ノズル数が少ない場合の吐出異常発生時間を、走査開始時の駆動ノズル数が多い場合と比較して長くすることができる。

制御装置５００は、液体のチクソトロピー性に起因する粘度の単位時間当たりの変化量に基づいて吐出異常発生時間ＴＩを決定してもよい。例えば、予め実験等を行うことにより、液体のチクソトロピー性に起因する粘度の単位時間当たりの変化量に関するデータを取得してもよい。制御装置５００のメモリは、液体のチクソトロピー性に起因する粘度の単位時間当たりの変化量と、吐出異常発生時間ＴＩとの関係を示すデータを記憶することができる。制御装置５００は、メモリに記憶されているデータに基づいて、吐出異常発生時間ＴＩを決定できる。

制御装置５００は、液体の圧力の単位時間当たりの変化量に基づいて吐出異常発生時間ＴＩを決定してもよい。制御装置５００のメモリは、吐出ヘッド１０内の液体の圧力の単位時間当たりの変化量と、吐出異常発生時間ＴＩとの関係を示すデータを記憶することができる。制御装置５００は、メモリに記憶されているデータに基づいて、吐出異常発生時間ＴＩを決定することができる。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々の変形が可能である。

２００ 液体吐出装置
１０ 吐出ヘッド（液体吐出ヘッド）
１２ 開閉弁
１３ 弁駆動機構
５００ 制御装置（制御部）
Ｎ ノズル孔

特許第４１２３８９７号明細書

Claims (4)

1. 液体吐出ヘッドの複数のノズル孔から液体を吐出し、対象物に付与する液体吐出装置であって、
   前記液体吐出ヘッドは、
   前記ノズル孔を開閉する開閉弁と、
   前記開閉弁を駆動させる弁駆動機構と、を備え、
   前記対象物の第１領域に対する走査開始時において、前記第１領域に対して第１駆動ノズル数の前記ノズル孔から液体を吐出する第１吐出動作と、
   前記対象物の第２領域に対する走査開始時において前記第２領域に対して第１駆動ノズル数よりも多い第２駆動ノズル数の前記ノズル孔から液体を吐出する第２吐出動作と、
   前記第１吐出動作の前に液体を吐出する第１空吐出動作と、
   前記第２吐出動作の前に液体を吐出する第２空吐出動作と、を実行可能であり、
   前記第１吐出動作では、前記対象物の前記第１領域に対する走査開始時において第１弁開放時間で前記ノズル孔から液体を吐出し、
   前記第１空吐出動作では、前記第１弁開放時間よりも長い弁開放時間において空吐出を実施し、
   前記第２吐出動作では、前記対象物の前記第２領域に対する走査開始時において第２弁開放時間で前記ノズル孔から液体を吐出し、
   前記第２空吐出動作では、前記第２弁開放時間よりも長い弁開放時間において空吐出を実施し、
   前記第２空吐出動作における合計の液体の吐出量である第２総空吐出量は、前記第１空吐出動作における合計の液体の吐出量である第１総空吐出量よりも多いことを特徴とする、液体吐出装置。
2. 前記第１空吐出動作では、
   前記第１駆動ノズル数より多い数量の前記ノズル孔を使用して空吐出を実施し、
   前記第２空吐出動作では、
   前記第２駆動ノズル数より多い数量の前記ノズル孔を使用して空吐出を実行することを特徴とする、請求項１に記載の液体吐出装置。
3. ノズル孔を開閉する開閉弁と、前記開閉弁を駆動させる弁駆動機構と、を備える液体吐出ヘッドの複数の前記ノズル孔から液体を吐出し、対象物に付与する液体吐出方法であって、
   前記対象物の第１領域に対する走査開始時において、前記第１領域に対して第１駆動ノズル数の前記ノズル孔から液体を吐出する第１吐出動作を行うことと、
   前記対象物の第２領域に対する走査開始時において前記第２領域に対して第１駆動ノズル数よりも多い第２駆動ノズル数の前記ノズル孔から液体を吐出する第２吐出動作を行うことと、
   前記第１吐出動作の前に液体を吐出する第１空吐出動作を行うことと、
   前記第２吐出動作の前に液体を吐出する第２空吐出動作を行うことと、を含み、
   前記第１吐出動作では、前記対象物の前記第１領域に対する走査開始時において第１弁開放時間で前記ノズル孔から液体を吐出し、
   前記第１空吐出動作では、前記第１弁開放時間よりも長い弁開放時間において空吐出を実施し、
   前記第２吐出動作では、前記対象物の前記第２領域に対する走査開始時において第２弁開放時間で前記ノズル孔から液体を吐出し、
   前記第２空吐出動作では、前記第２弁開放時間よりも長い弁開放時間において空吐出を実施し、
   前記第２空吐出動作における合計の液体の吐出量である第２総空吐出量は、前記第１空吐出動作における合計の液体の吐出量である第１総空吐出量よりも多いことを特徴とする、液体吐出方法。
4. ノズル孔を開閉する開閉弁と、前記開閉弁を駆動させる弁駆動機構と、を備える液体吐出ヘッドの複数の前記ノズル孔から液体を吐出し、対象物に付与させる処理をコンピュータに実行させるプログラムであって、
   前記プログラムは、
   前記対象物の第１領域に対する走査開始時において、前記第１領域に対して第１駆動ノズル数の前記ノズル孔から液体を吐出する第１吐出動作を実行させる処理と、
   前記対象物の第２領域に対する走査開始時において前記第２領域に対して第１駆動ノズル数よりも多い第２駆動ノズル数の前記ノズル孔から液体を吐出する第２吐出動作を実行させる処理と、
   前記第１吐出動作の前に液体を吐出する第１空吐出動作を実行させる処理と、
   前記第２吐出動作の前に液体を吐出する第２空吐出動作を実行させる処理と、を前記コンピュータに実行させ、
   前記第１吐出動作では、前記対象物の前記第１領域に対する走査開始時において第１弁開放時間で前記ノズル孔から液体を吐出し、
   前記第１空吐出動作では、前記第１弁開放時間よりも長い弁開放時間において空吐出を実施し、
   前記第２吐出動作では、前記対象物の前記第２領域に対する走査開始時において第２弁開放時間で前記ノズル孔から液体を吐出し、
   前記第２空吐出動作では、前記第２弁開放時間よりも長い弁開放時間において空吐出を実施し、
   前記第２空吐出動作における合計の液体の吐出量である第２総空吐出量は、前記第１空吐出動作における合計の液体の吐出量である第１総空吐出量よりも多いことを特徴とする、プログラム。