JPWO2010067445A6 - 三次元インクジェットプリンタ - Google Patents
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Abstract
インクジェットヘッドとメディアの印刷位置との位置関係を均一化させて、印刷画像を高画質化する。
三次元インクジェットプリンタ(1)のベース(10)には、Y軸用駆動部(22)によりY軸方向に移動する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)が取り付けられている。また、ベース(10)には、X軸用駆動部(23)によりX軸方向に移動するXテーブル(31)の上に、Z軸用駆動モータ(37)によりZ軸方向に昇降するメディア保持部(40)が取り付けられたZ軸支持部(32)が立設されている。そして、メディア保持部(40)は、Z軸用駆動部(23)に取り付けられたZテーブル(41)からX軸方向に突出するアーム部(42a,42b)と、A軸用駆動モータ(45)によりA軸方向に揺動するA軸回転部(43)と、B軸用駆動モータ(46)によりB軸方向に回転してメディア(M)を保持するチャック(44)とにより構成される。
三次元インクジェットプリンタ(1)のベース(10)には、Y軸用駆動部(22)によりY軸方向に移動する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)が取り付けられている。また、ベース(10)には、X軸用駆動部(23)によりX軸方向に移動するXテーブル(31)の上に、Z軸用駆動モータ(37)によりZ軸方向に昇降するメディア保持部(40)が取り付けられたZ軸支持部(32)が立設されている。そして、メディア保持部(40)は、Z軸用駆動部(23)に取り付けられたZテーブル(41)からX軸方向に突出するアーム部(42a,42b)と、A軸用駆動モータ(45)によりA軸方向に揺動するA軸回転部(43)と、B軸用駆動モータ(46)によりB軸方向に回転してメディア(M)を保持するチャック(44)とにより構成される。
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2007−008110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、印刷位置によってインクジェットヘッドとメディアとの位置関係が異なるため、十分に印刷画像を高画質化できないという問題があった。
そこで、本発明は、インクジェットヘッドとメディアとの位置関係を均一化させて、印刷画像を高画質化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、前記インクジェットヘッドを主走査方向であるY軸方向に移動させるY軸用駆動部と、前記メディア保持部をY軸方向に垂直な昇降方向であるZ軸方向に移動可能に支持するZ軸支持部と、前記Z軸支持部をY軸方向及びZ軸方向に垂直なX軸方向に移動させるX軸用駆動部と、前記メディア保持部を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、Y軸方向の軸周りの回転方向であるA軸方向に前記メディアを揺動させるA軸用駆動部と、Y軸方向に垂直な軸周りの回転方向であるB軸方向に前記メディアを回転させるB軸用駆動部と、を備えることを特徴とする三次元インクジェットプリンタ。
本発明に係る三次元インクジェットプリンタによれば、Y軸用駆動部により、インクジェットヘッドとメディアとをY軸方向に相対的に移動させ、Z軸用駆動部により、インクジェットヘッドとメディアとをZ軸方向に相対的に移動させ、X軸用駆動部により、インクジェットヘッドとメディアとをX軸方向に相対的に移動させ、A軸用駆動部により、インクジェットヘッドとメディアとをA軸方向に相対的に移動させ、B軸用駆動部により、インクジェットヘッドとメディアとをB軸方向に相対的に移動させることができる。そして、このように、Y軸、X軸、Z軸、A軸及びB軸の5軸制御により、インクジェットヘッドとメディアとを相対的に移動させることで、メディアの印刷位置によらず、インクジェットヘッドとメディアとの離間距離と、インクジェットヘッドに対するメディアの面方向とを均一化させることができるため、印刷画像を高画質化することができる。
この場合、上記メディア保持部は、前記Z軸支持部に支持されてX軸方向に突出するアーム部と、前記アーム部の先端部に支持されて前記A軸用駆動部によりA軸方向に揺動されるA軸回転部と、前記A軸回転部に取り付けられて前記B軸用駆動部によりB軸方向に回転され、前記メディアを保持するメディア取付部と、を更に備えることが好ましい。
この三次元インクジェットプリンタによれば、Z軸支持部からX軸方向に突出するアーム部に、A軸方向に揺動されるA軸回転部が支持されており、このA軸回転部に、B軸方向に回転されるメディア取付部が保持されているため、メディアは、Z軸支持部に干渉されること無く、三次元空間を移動することができる。
本発明によれば、インクジェットヘッドとメディアの印刷位置との位置関係を均一化させて、印刷画像を高画質化することができる。
1…三次元インクジェットプリンタ、10…ベース、11,12…支持脚、13…操作盤、14…第1制御装置、15…メンテナンスステーション、16…第2制御装置、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、22…Y軸用駆動部、23…X軸用駆動部、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、42a,42b…アーム部、43…A軸回転部、44…チャック(メディア取付部)、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。
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Y軸用駆動部22に連結されている。Y軸用駆動部22には、例えば、Y軸方向の軸周りに回転するY軸用駆動モータと、このY軸用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Y軸用駆動部22の駆動制御によりY軸用駆動テーブルが回転駆動し、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X軸用駆動部23に連結されている。X軸用駆動部23は、例えば、X軸方向の軸周りに回転するX軸用駆動モータと、このX軸用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は、第1制御装置14又は第2制御装置16によるX軸用駆動部23の駆動制御によりX軸用駆動テーブルが回転駆動し、一対のX軸ガイドレール19a,19bにガイドされてX軸方向に移動する。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部42a,42bと、一対のアーム部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。
一対のアーム部42a,42bは、Y軸方向に対向配置されており、A軸回転部43を揺動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部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、一方のアーム部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、一対のアーム部42a,42bに取り付けられた回転軸回りの回転方向であるA軸方向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A軸方向に揺動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であるB軸方向に回転駆動する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、メディアMを保持するチャック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、A軸方向及びB軸方向に回転する。
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。
そして、このように構成される三次元インクジェットプリンタ1では、第1制御装置14又は第2制御装置16が、X軸用駆動部23、Y軸用駆動部22、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を駆動制御することにより、インクジェットヘッド20とメディアMとが三次元空間において相対的に移動する。
すなわち、Y軸用駆動部22を駆動制御することで、メディアMに対してインクジェットヘッド20がY軸方向に水平移動する。X軸用駆動部23を駆動制御することで、インクジェットヘッド20に対してメディアMがX軸方向に水平移動する。Z軸用駆動モータ37を駆動制御することで、インクジェットヘッド20に対してメディアMがZ軸方向に昇降移動する。A軸用駆動モータ45を駆動制御することで、インクジェットヘッド20に対してメディアMがA軸方向に揺動(回転)する。B軸用駆動モータ46を駆動制御することで、インクジェットヘッド20に対してメディアMがB軸方向に回転する。そして、メディアMに画像を印刷する際は、インクジェットヘッド20とメディアMの印刷位置との離間距離と、インクジェットヘッド20に対するメディアMの印刷位置の面方向とが一致するように各軸を駆動制御しながら、インクジェットヘッド20のインク吐出制御を行う。これにより、三次元形状のメディアM表面に、高画質の画像を印刷することができる。
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、Y軸用駆動部22により、メディアMに対してインクジェットヘッド20をY軸方向に移動させ、X軸用駆動部23により、インクジェットヘッド20に対してメディアMをX軸方向に移動させ、Z軸用駆動モータ37により、インクジェットヘッド20に対してメディアMをZ軸方向に移動させ、A軸用駆動モータ45により、インクジェットヘッド20に対してメディアMをA軸方向に揺動させ、B軸用駆動モータ46により、インクジェットヘッド20に対してメディアMをB軸方向に回転させることができる。そして、このように、Y軸、X軸、Z軸、A軸及びB軸の5軸制御により、インクジェットヘッド20とメディアMとを相対的に移動させることで、メディアMの印刷位置によらず、インクジェットヘッド20とメディアMとの離間距離と、インクジェットヘッド20に対するメディアMの面方向を均一化させることができるため、印刷画像を高画質化することができる。
また、この三次元インクジェットプリンタ1によれば、Z軸支持部32からX軸方向に突出するアーム部42に、A軸方向に揺動されるA軸回転部43が支持されており、このA軸回転部43に、B軸方向に回転されるチャック44が保持さているため、メディアMは、Z軸支持部32に干渉されること無く、三次元空間を移動することができる。
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、各軸は、ボールねじ機構を用いて移動させるものとして説明したが、各軸方向にインクジェットヘッド20とメディアMとが相対的に移動することができれば如何なる手段により移動させてもよい。
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として利用可能である。
Claims (2)
- 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、
前記インクジェットヘッドを主走査方向であるY軸方向に移動させるY軸用駆動部と、
前記メディア保持部をY軸方向に垂直な昇降方向であるZ軸方向に移動可能に支持するZ軸支持部と、
前記Z軸支持部をY軸方向及びZ軸方向に垂直なX軸方向に移動させるX軸用駆動部と、
前記メディア保持部を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、
Y軸方向の軸周りの回転方向であるA軸方向に前記メディアを揺動させるA軸用駆動部と、
Y軸方向に垂直な軸周りの回転方向であるB軸方向に前記メディアを回転させるB軸用駆動部と、
を備えることを特徴とする三次元インクジェットプリンタ。 - 前記メディア保持部は、
前記Z軸支持部に支持されてX軸方向に突出するアーム部と、
前記アーム部の先端部に支持されて前記A軸用駆動部によりA軸方向に揺動されるA軸回転部と、
前記A軸回転部に取り付けられて前記B軸用駆動部によりB軸方向に回転され、前記メディアを保持するメディア取付部と、
を更に備え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。
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