JP2021088108A

JP2021088108A - 印刷装置

Info

Publication number: JP2021088108A
Application number: JP2019219458A
Authority: JP
Inventors: 日向　亮二; Ryoji Hiuga; 亮二日向; 敬行阿部; Takayuki Abe; 吉田　英博; Hidehiro Yoshida; 英博吉田; 亨中川; Toru Nakagawa; 信岡崎; Makoto Okazaki
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2019-12-04
Filing date: 2019-12-04
Publication date: 2021-06-10
Anticipated expiration: 2039-12-04
Also published as: JP7482421B2

Abstract

【課題】三次元の曲面を有するワークに対して精度良く印刷できるようにする。【解決手段】ワーク駆動ユニット３０は、Ｙ軸直動機構３１、Ｚ軸直動機構３２、Ａ軸回転機構３５、Ｂ軸回転機構３６、Ｃ軸回転機構３７を有する。ワーク駆動ユニット３０は、ワークＷの姿勢を変更して、ワークＷの表面とヘッド部２１との距離を調整する。印刷ユニット１０は、ワークＷの表面に液滴２５を吐出する。【選択図】図２

Description

本発明は、印刷装置に関するものである。

従来より、インクジェットを用いて、曲面を有するワークに印刷する印刷装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、インクジェットヘッドの主走査方向を軸方向とする筒状体のワークの側面に対して、副走査方向にノズル列を傾けてインク滴を吐出するようにした構成が開示されている。

特許第６４２６０３８号公報

ところで、特許文献１の発明では、印刷可能なワークの断面形状が筒状体のものに限定されている。そこで、筒状体のワークに限定されることなく、任意の三次元の曲面を有するワークに対しても、高精度に印刷することが可能な印刷装置が望まれていた。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、三次元の曲面を有するワークに対して精度良く印刷できるようにすることにある。

本発明は、曲面を有するワークに対して液滴を吐出することで所定の画像を印刷する印刷装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の発明は、前記ワークの表面に液滴を吐出するヘッド部を有する印刷ユニットと、
前記ワークの姿勢を変更して、該ワークの表面と前記ヘッド部との距離を調整するワーク駆動ユニットとを備え、
前記ワーク駆動ユニットは、少なくとも５軸の駆動機構を有し、
前記５軸の駆動機構のうち少なくとも３軸は、回転機構で構成されている。

第１の発明では、ワーク駆動ユニットが少なくとも５軸の駆動機構を有し、そのうちの少なくとも３軸を回転機構で構成している。

これにより、ワークの姿勢の調整幅を広げることができ、ワークの曲面に応じた姿勢調整を高速化するとともに、ワークに対して精度良く印刷することができる。

第２の発明は、第１の発明において、
前記印刷ユニットは、少なくとも１軸の駆動機構を有する。

第２の発明では、印刷ユニットが少なくとも１軸の駆動機構を有している。これにより、例えば、凹面や凸面を有するワークに対しても、自由度の高い印刷を行うことができる。

第３の発明は、第２の発明において、
前記印刷ユニットは、前記ヘッド部を主走査方向に移動させる主走査直動機構と、１軸の回転機構とを有する。

第３の発明では、印刷ユニットが主走査直動機構と回転機構とを有している。これにより、ヘッド部を主走査方向に移動させながら、ワークに対するヘッド部のノズル位置を回転機構によって微調整することができる。

例えば、ヘッド部の副走査方向に沿って１列に並ぶ複数のノズルの列を、主走査方向に対して斜めに傾けた姿勢とすることで、ノズル間のピッチを小さくして、印刷解像度を高めることができる。

また、ヘッド部のノズルの列を、主走査方向に対して９０°回転させ、印刷方向を変更することで、インクの着弾精度を高めることができる。

第４の発明は、第２の発明において、
前記印刷ユニットは、複数の前記ヘッド部と、該複数のヘッド部を主走査方向に移動させる主走査直動機構と、該複数のヘッド部のうち少なくとも１つを該主走査方向と交差する副走査方向に移動させる副走査直動機構とを備えている。

第４の発明では、複数のヘッド部のうち少なくとも１つが副走査方向に移動可能となっている。このように、印刷対象となる色のヘッド部のみをワークに近付けて印刷することで、その他のヘッド部がワークに干渉するのを避けることができる。これにより、ワークの姿勢調整動作の自由度を高めることができる。

第５の発明は、第２の発明において、
前記印刷ユニットは、複数の前記ヘッド部と、該複数のヘッド部を主走査方向に移動させる主走査直動機構と、該複数のヘッド部のうち少なくとも１つを前記ワークに対して進退させる進退直動機構とを有する。

第５の発明では、複数のヘッド部のうち少なくとも１つをワークに対して進退させる。このように、印刷対象となる色のヘッド部のみをワークに近付けて印刷することで、その他のヘッド部がワークに干渉するのを避けることができる。これにより、ワークの姿勢調整動作の自由度を高めることができる。

第６の発明は、第１乃至第５の発明のうち何れか１つにおいて、
前記ワーク駆動ユニットは、
主走査方向であるＸ方向に直交するＹ方向に前記ワークを移動させるＹ軸直動機構と、
前記Ｙ軸直動機構に設けられ、前記Ｘ方向及びＹ方向に直交するＺ方向に前記ワークを移動させるＺ軸直動機構と、
前記Ｚ軸直動機構に設けられ、前記Ｘ方向に延びるＡ軸を中心に前記ワークを回転させるＡ軸回転機構と、
前記Ａ軸回転機構に設けられ、前記Ｙ方向に延びるＢ軸を中心に前記ワークを回転させるＢ軸回転機構と、
前記Ｂ軸回転機構に設けられ、前記Ｚ方向に延びるＣ軸を中心に前記ワークを回転させるＣ軸回転機構とを有する。

第６の発明では、ワーク駆動ユニットを、２軸の直動機構と３軸の回転機構とで構成している。これにより、ワークの姿勢の調整幅を広げることができ、ワークの曲面に応じた姿勢調整を高速化するとともに、ワークに対して精度良く印刷することができる。

第７の発明は、第１乃至第５の発明のうち何れか１つにおいて、
前記ワーク駆動ユニットは、
主走査方向であるＸ方向に直交するＹ方向に前記ワークを移動させるＹ軸直動機構と、
前記Ｙ軸直動機構に設けられ、前記Ｘ方向及びＹ方向に直交するＺ方向に延びるＣ軸を中心に前記ワークを回転させるＣ軸回転機構と、
前記Ｃ軸回転機構に設けられ、前記Ｚ方向に前記ワークを移動させるＺ軸直動機構と、
前記Ｚ軸直動機構に設けられ、前記Ｘ方向に延びるＡ軸を中心に前記ワークを回転させるＡ軸回転機構と、
前記Ａ軸回転機構に設けられ、前記Ｙ方向に延びるＢ軸を中心に前記ワークを回転させるＢ軸回転機構とを有する。

第７の発明では、ワーク駆動ユニットを、２軸の直動機構と３軸の回転機構とで構成している。これにより、ワークの姿勢の調整幅を広げることができ、ワークの曲面に応じた姿勢調整を高速化するとともに、ワークに対して精度良く印刷することができる。

本発明によれば、三次元の曲面を有するワークに対して精度良く印刷することができる。

本実施形態１に係る印刷装置の概略構成を示す正面図である。印刷装置の概略構成を示す側面図である。印刷装置の概略構成を示す平面図である。インクジェット部の構成を示す平面図である。ヘッド部を印刷方向に対して傾けた状態を示す平面図である。枠状の画像を印刷する際のヘッド部の向きを説明する平面図である。インクジェット部の別の構成を示す平面図である。インクジェット部の別の構成を示す平面図である。印刷装置の別の概略構成を示す平面図である。ヘッド部のノズルとワークの表面との距離を示す図である。ワークの姿勢を変更したときの、ヘッド部のノズルとワークの表面との距離を示す図である。ワークと塗布線との関係を示す斜視図である。ワークの印刷座標にノズルを対向させた状態を示す側面図である。ワークの次の印刷座標にノズルを対向させた状態を示す側面図である。ワークの曲面における第１領域を示す斜視図である。ワークの曲面における第１領域及び第２領域を示す斜視図である。本実施形態２に係る印刷装置の概略構成を示す正面図である。本実施形態３に係る印刷装置の概略構成を示す正面図である。本実施形態４に係る印刷装置の概略構成を示す正面図である。本実施形態５に係る印刷装置の概略構成を示す正面図である。印刷装置の概略構成を示す側面図である。本実施形態６に係る印刷装置の概略構成を示す側面図である。本実施形態７に係る印刷装置の概略構成を示す側面図である。本実施形態８に係る印刷装置の概略構成を示す側面図である。本実施形態９に係る印刷装置の概略構成を示す側面図である。本実施形態１０に係る印刷装置の概略構成を示す側面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

《実施形態１》
図１〜図３に示すように、印刷装置１は、三次元の曲面を有するワークＷに対して液滴を吐出して所定の画像を印刷するものである。ワークＷは、例えば、樹脂成形品で構成されている。

印刷装置１は、印刷ユニット１０と、ワーク駆動ユニット３０と、制御部１５とを備えている。印刷装置１は、架台２と、架台２から立設した門型のガントリー３とを有する。架台２には、ワーク駆動ユニット３０が設けられている。ガントリー３には、印刷ユニット１０が設けられている。

〈印刷ユニット〉
印刷ユニット１０は、ワークＷの印刷面よりも上方に配置されている。印刷ユニット１０は、２軸の駆動機構と、インクジェット部２０とを有する。２軸の駆動機構は、Ｘ軸直動機構１１（主走査直動機構）と、Ｃ’軸回転機構３８とを有する。

Ｘ軸直動機構１１は、ガントリー３に取り付けられている。Ｃ’軸回転機構３８は、Ｘ軸直動機構１１に取り付けられている。インクジェット部２０は、Ｃ’軸回転機構３８を介してＸ軸直動機構１１に取り付けられている。Ｃ’軸回転機構３８は、上下方向に延びるＣ’軸を中心にインクジェット部２０のヘッド部２１を水平方向に回転させる。

インクジェット部２０は、Ｘ軸直動機構１１によって、主走査方向（図１で左右方向）に移動する。インクジェット部２０は、主走査方向に移動しながらワークＷに向かって液滴２５を吐出することで、ワークＷの表面に画像を印刷する。このとき、ワーク駆動ユニット３０によって、インクジェット部２０に対してワークＷを相対移動させることで、主走査方向に直交する副走査方向（図２で左右方向）にも画像を印刷することができる。

図４に示すように、インクジェット部２０は、ヘッド部２１を有する。ヘッド部２１には、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の４色に対応して４つのノズル列が設けられている。

ノズル列は、副走査方向に沿って１列に並ぶ複数のノズル２２を有する。ここで、隣接するノズル２２間のピッチＰ１は、例えば、１５０〜１２００ｄｐｉに設定されている。なお、ノズル２２を副走査方向に沿って２列以上、並べて配置した構成としてもよい。

なお、図４に示す例では、ノズル２２間のピッチについて分かりやすく説明するために、４つのノズル列における複数のノズル２２を、印刷方向から見て同じ位置に並べて配置しているが、この形態に限定するものではない。例えば、４つのノズル列における複数のノズル２２を、印刷方向から見て互いに重なり合わない位置にずらして配置してもよい。

インクジェット部２０は、ピエゾ方式であり、制御部１５から供給される駆動信号に応じて、ノズル２２から鉛直下方に向かって、所定量の液滴２５を吐出する。

ここで、図５に示すように、ワークＷに対して印刷を行う際に、Ｃ’軸回転機構３８によって、ヘッド部２１を印刷方向に対して斜めに傾けた姿勢とすればよい。これにより、ノズル列におけるノズル２２間のピッチＰ２が、ヘッド部２１を傾ける前のピッチＰ１（図４参照）よりも小さくなる。

このように、ヘッド部２１を印刷方向に対して斜めに傾けた姿勢とすることで、印刷解像度を高めることができる。

また、図６に示すように、ワークＷに対して矩形枠状の画像（図６に仮想線で記載）を印刷する際には、Ｃ’軸回転機構３８によって、ヘッド部２１を、ノズル列と印刷方向とが直交した姿勢とする。

具体的に、図６で左上隅部から右側に向かって印刷する際には、ヘッド部２１を、ノズル列が図６で上下方向に延びた姿勢で右上隅部まで移動させる。

ヘッド部２１が図６で右上隅部に到達した後、ヘッド部２１を時計回り方向に９０°回転させる。これにより、ヘッド部２１は、ノズル列が図６で左右方向に延びた姿勢となる。その後、ヘッド部２１を、図６で右上隅部から右下隅部まで移動させる。

そして、図６で右下隅部に到達したヘッド部２１を時計回り方向に９０°回転させ、ノズル列が図６で上下方向に延びた姿勢とする。その後、ヘッド部２１を、図６で右下隅部から左側に移動させる。

そして、図６で左下隅部に到達したヘッド部２１を時計回り方向に９０°回転させ、ノズル列が図６で左右方向に延びた姿勢とする。その後、ヘッド部２１を、図６で左下隅部から上側に移動させ、矩形枠状の画像を完成させる。

このように、ヘッド部２１のノズル列を、主走査方向に対して９０°回転させ、印刷方向を変更することで、インクの着弾精度を高めることができる。

なお、図４に示すインクジェット部２０では、１つのヘッド部２１が設けられているが、複数のヘッド部２１が設けられていてもよい。この場合、全てのヘッド部２１が異なる色である必要はなく、同じ色が複数あってもよい。

また、インクジェット部２０には、ヘッド部２１のみが単体で設けられているが、この形態に限定するものではない。例えば、図７に示すように、インクジェット部２０は、ヘッド部２１と、硬化部２３とを有していてもよい。

具体的に、インクジェット部２０は、ヘッド部２１と、ヘッド部２１の印刷方向（図７で左右方向）の両側に配置された２つの硬化部２３とを有する。なお、インクジェット部２０は、ヘッド部２１と、１つの硬化部２３とを有する構成としてもよい（図８参照）。

硬化部２３は、インクや塗料を硬化させるものである。硬化部２３は、塗布するインクや塗料の種類によって選択される。例えば、硬化部２３として、メタルハライドランプやＵＶ−ＬＥＤ等の紫外線光源、ハロゲンランプや赤外線レーザーダイオード、赤外線レーザー等の赤外線光源、ヒーターによる熱源等を用いることができる。

ここで、２つの硬化部２３が、ヘッド部２１の印刷方向の両側にそれぞれ配置されているので、インクジェット部２０の往復動作中に、２つの硬化部２３を用いて、液滴２５を硬化させることができる。

また、図８に示すように、インクジェット部２０は、ヘッド部２１と、距離測定部２４とを有する構成としてもよい。

距離測定部２４は、インクジェット部２０とワークＷとの距離を測定する。距離測定部２４は、ワークＷを構成する材料の種類によって選択される。例えば、距離測定部２４として、接触式のプローブを用いることができる。また、レーザ変位計や超音波変位計、ＬＥＤ等の光をワークＷに照射してから受光素子（図示省略）に返ってくるまでの時間に基づいて距離を測定する非接触方式のものを用いることができる。

ここで、ワークＷに液滴２５を吐出して印刷する前に、距離測定部２４によって、ワークＷと印刷ユニット１０との距離を測定するようにしている。

具体的に、樹脂成形品によってワークＷが構成されている場合には、製品の設計ＣＡＤデータに対して、±１ｍｍ以上の寸法差が生じることとなる。

そこで、インクジェット部２０とワークＷとの距離を事前に測定しておくことで、印刷時に、インクジェット部２０とワークＷとが衝突することなく、且つ液滴が確実に届く距離間である印刷ギャップを適切に設定することができる。

なお、距離測定部２４によって、ワークＷの形状を測定し、測定データに基づいて、ワークＷのサーフェスデータに変換するようにしても良い。これにより、ワークＷのサーフェスデータを印刷に使用することができる。また、印刷するエリアの代表点のみを測定して、印刷ギャップを変更しても良い。

このような作業は、印刷する部品の全数でも取得してもよいし、抜き取りでも良い。なお、このような距離測定のための手順は、寸法の安定性に優れた材料であれば、特に実施する必要はない。

なお、インクジェット部２０は、ヘッド部２１、硬化部２３、及び距離測定部２４を有する構成としてもよい。

ここで、各色のインク又は塗料は、紫外線（ＵＶ）で硬化する材料で構成されている。なお、プライマーやクリアー等は、紫外線タイプのものでもよいし、溶剤型でもよい。また、メタリック調の材料も、紫外線タイプや溶剤型でもよい。

なお、各色のインク又は塗料は、紫外線（ＵＶ）で硬化するものが望ましいが、溶剤タイプのものでもよい。

〈ワーク駆動ユニット〉
図１〜図３に示すように、ワーク駆動ユニット３０の先端には、固定治具４０が取り付けられている。固定治具４０には、ワークＷが固定されている。ワーク駆動ユニット３０は、固定治具４０に固定されたワークＷを、印刷ユニット１０の下方に搬送する。

ワーク駆動ユニット３０は、５軸の駆動機構を有する。５軸の駆動機構のうち２軸は、Ｙ軸直動機構３１及びＺ軸直動機構３２である。５軸の駆動機構のうち３軸は、Ａ軸回転機構３５、Ｂ軸回転機構３６、及びＣ軸回転機構３７である。

Ｙ軸直動機構３１は、架台２に載置されている。Ｙ軸直動機構３１は、ワークＷを副走査方向に移動させる。

Ｚ軸直動機構３２は、Ｙ軸直動機構３１に取り付けられている。Ｚ軸直動機構３２は、ワークＷを上下方向に移動させる。

Ａ軸回転機構３５は、Ｚ軸直動機構３２に取り付けられている。Ａ軸回転機構３５は、Ｘ方向に延びるＡ軸を中心にワークＷを旋回させる。

Ｂ軸回転機構３６は、上方が開口した箱状の保持体４２を介してＡ軸回転機構３５に取り付けられている。Ｂ軸回転機構３６は、Ｙ方向に延びるＢ軸を中心にワークＷを旋回させる。

Ｃ軸回転機構３７は、支持アーム４１を介してＢ軸回転機構３６に取り付けられている。Ｃ軸回転機構３７には、固定治具４０が取り付けられている。Ｃ軸回転機構３７は、Ｚ方向に延びるＣ軸を中心にワークＷを旋回させる。

ワーク駆動ユニット３０は、Ｙ軸直動機構３１、Ｚ軸直動機構３２、Ａ軸回転機構３５、Ｂ軸回転機構３６、及びＣ軸回転機構３７を動作させることで、インクジェット部２０の下方にワークＷを移動させる。このとき、ワーク駆動ユニット３０によって、ワークＷの位置及び姿勢が調整される。

ここで、図３に示すように、Ｂ軸回転機構３６及びＣ軸回転機構３７を介してワークＷを保持している保持体４２は、Ａ軸回転機構３５によって片持ち支持されている。そのため、特に、ワークＷの重量が大きい場合には、Ａ軸回転機構３５に加わる応力が大きくなってしまう。

そこで、図９に示すように、保持体４２を挟んで左右両側に、Ｙ軸直動機構３１、Ｚ軸直動機構３２、Ａ軸回転機構３５をそれぞれ配置して、保持体４２を両端支持するようにしてもよい。

これにより、Ａ軸回転機構３５に加わる応力を分散させ、ワークＷをスムーズに回転させることができる。

〈制御部〉
図１に示すように、制御部１５は、例えば、パソコンやＰＬＣ（Programmable Logic Controller）で構成されている。制御部１５は、印刷ユニット１０及びワーク駆動ユニット３０の動作を制御する。

制御部１５は、印刷ユニット１０に対して、Ｘ軸直動機構１１及びＣ’軸回転機構３８を動作させるための制御や、ヘッド部２１から液滴２５を吐出させるための制御を行う。

制御部１５は、ワーク駆動ユニット３０に対して、Ｙ軸直動機構３１、Ｚ軸直動機構３２、Ａ軸回転機構３５、Ｂ軸回転機構３６、及びＣ軸回転機構３７を動作させるための制御を行う。

〈印刷する際のワークの姿勢と向き〉
図１０に示すように、インクジェット部２０の複数のノズル２２のうち中央付近のノズル２２ａからワークＷの表面に向かって下ろした垂線と、ワークＷの表面とが交差した点を、交点７５とする。

なお、ヘッド部２１のＸ方向の中心線及びＹ方向の中心線が交差する点（図４参照）からワークＷの表面に向かって下ろした垂線と、ワークＷの表面とが交差した点を、交点７５としてもよい。

交点７５におけるワークＷの表面に対する接線７６は、インクジェット部２０の下面（ノズル２２が配置された面）と平行である。ここで、ノズル２２とワークＷの表面との距離をＤとする。

制御部１５は、Ｚ軸直動機構３２、Ｙ軸直動機構３１、Ａ軸回転機構３５、Ｂ軸回転機構３６、及びＣ軸回転機構３７を駆動させることで、中央付近のノズル２２ａとワークＷの表面の交点７５との距離Ｄ１が略一定となるように、ワークＷの姿勢と向きを調整する。

ここで、距離Ｄ１は、０．３〜７ｍｍの範囲で任意の値に設定される。なお、この範囲は、上述したように、液滴２５を安定して塗布できる範囲である。なお、ワークＷの曲面や印刷精度など、必要に応じて変更すればよい。

ところで、中央付近のノズル２２ａとワークＷの表面の交点７５との距離Ｄ１を略一定にしても、ワークＷの表面には曲率の異なる箇所が存在するため、ノズル２２とワークＷの表面との距離が変わってしまう。

そして、ノズル２２とワークＷとの距離Ｄが所定値よりも長い部分では、液滴２５がワークＷに到達する時間が長くなるため、周囲の気流の影響を受けやすくなる。そのため、液滴２５の着弾位置がずれてしまい、にじみやかすれ、色ずれなどの現象が生じる。つまり、ワークＷの表面における三次元の曲面上の所定の位置に液滴２５を精度良く配置させなければ、印刷画像が低画質となるおそれがある。

具体的に、図１１で左端のノズル２２とワークＷとの距離は、図１０で左端のノズル２２とワークＷとの距離よりも長くなっている。そのため、液滴２５を高精度に配置するためには、ノズル列の塗布幅を、ワークＷの表面の曲率に応じて変える必要がある。

制御部１５は、ＣＡＤ等のデータに基づいて、以下の手順で塗布領域を設定する。その後、インクジェット部２０は、塗布領域ごとに、ワークＷの表面に液滴２５を塗布する。

具体的に、図１２に示すように、ワークＷの表面上に塗布線５０を設定する。塗布線５０は、ワークＷの表面における最も曲率が小さな平面に近い部分に設定するのがよい。

次に、図１３にも示すように、塗布線５０上に、等しいピッチ５１に分割した複数の印刷座標５２を設定する。印刷座標５２は、必要な印刷解像度に応じてＣＡＤデータから算出する。例えば、印刷座標５２は、印刷解像度のピッチで設定するのが好ましい。また、印刷座標５２は、印刷解像度の整数倍のピッチで設定してもよい。

そして、塗布線５０上で、インクジェット部２０をワークＷに対して相対的に移動させる。具体的に、インクジェット部２０のヘッド部２１における中央付近のノズル２２ａからワークＷの表面に向かって下ろした垂線が、印刷座標５２と一致するように、インクジェット部２０をワークＷに対して相対的に移動させる。このとき、ノズル２２とワークＷの表面との距離Ｄが略一定となるように、ワークＷの姿勢と向きを調整する。

次に、図１４に示すように、ノズル２２に対向している印刷座標５２と、次の印刷座標５２とを繋ぐ線分５３の傾きが、０の近傍（ノズル面と平行及び水平）になるように、ワークＷを移動及び回転させる。

これにより、ワークＷは、図１３に示す状態から図１４に示す状態となる。図１３及び図１４では、各々の印刷座標５２での曲面の接線と、ノズル面とは平行である。ここで、印刷座標５２での曲面の接線は、塗布線５０に垂直である。

次に、塗布線５０上の全ての印刷座標５２に対して、インクジェット部２０を相対的に移動させる。そして、複数のノズル２２のうち、印刷座標５２において、ノズル２２とワークＷの表面との距離Ｄが一定の範囲Ｄ２であるノズル２２のみを選定する（図１０及び図１１参照）。例えば、距離Ｄが５ｍｍ以内のノズル２２のみを選定すればよい。

図１５に示すように、選定されたノズル２２で塗布可能な領域を、第１領域５５とする。第１領域５５は、塗布線５０に平行な２つの線で挟まれた領域に設定する。

第１領域５５を設定した後、第１領域５５に隣接する位置に、次の塗布線５４を設定する。そして、上述したプロセスを繰り返すことで、第２領域５６を設定する（図１６参照）。

このようなプロセスを、ワークＷの必要な塗布領域について繰り返す。その後、設定した領域ごとに、インクジェット部２０で液滴２５を塗布する。

ここで、各領域の表面の曲率が異なると、領域の幅が異なり、選定されるノズル２２の数も異なることとなる。そこで、ノズル２２とワークＷの表面との間の距離Ｄを一定の範囲内とすることで、液滴２５を精度良く塗布することができる。

また、ワークＷの塗布領域を複数の領域に分ける際には、各領域間に隙間が生じない方がよい。例えば、塗布線５４を、第１領域５５の端部とすれば、第１領域５５と第２領域５６との間に隙間が生じることはない。しかしながら、隙間が生じる場合でも、別途、隙間が生じた部分に別の領域を設けて、液滴２５を塗布すればよい。

なお、ノズル２２とワークＷの表面との距離Ｄを設定する際に、中央付近のノズル２２ａを基準にしたが、別のノズル２２を基準としてもよい。特に、領域を隙間無く設定したり、広く領域設定するために、ノズル列の両端部に配置されたノズル２２を基準にしてもよい。さらに、領域設定時と塗布時とで、異なるノズル２２を使用してもよい。

なお、ワークＷの表面の曲率が大きい場合には、使用回数が少ないノズル２２が生じることとなる。そこで、一定時間使用されないノズル２２については、クリーニングのためにダミー塗布を行うのがよい。

これにより、曲面を有するワークＷに対して高精度にパターンを描画することができる。このように、印刷装置１は、製品外観のデザイン形成や三次元表面の配線パターン描画等に利用可能である。

《実施形態２》
図１７は、本実施形態２に係る印刷装置の概略構成を示す平面図である。以下、前記実施形態１と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。

図１７に示すように、印刷ユニット１０は、２軸の駆動機構と、インクジェット部２０とを有する。２軸の駆動機構は、Ｘ軸直動機構１１と、Ｃ’軸回転機構３８とを有する。

Ｃ軸回転機構３７は、Ｙ軸直動機構３１に取り付けられている。Ｃ軸回転機構３７は、Ｚ方向に延びるＣ軸を中心にワークＷを旋回させる。

Ｚ軸直動機構３２は、Ｃ軸回転機構３７に取り付けられている。Ｚ軸直動機構３２は、ワークＷを上下方向に移動させる。

Ｂ軸回転機構３６は、保持体４２を介してＡ軸回転機構３５に取り付けられている。固定治具４０は、支持アーム４１を介してＢ軸回転機構３６に取り付けられている。Ｂ軸回転機構３６は、Ｙ方向に延びるＢ軸を中心にワークＷを旋回させる。

このような構成とすれば、ワークＷの姿勢の調整幅を広げることができ、ワークＷの曲面に応じた姿勢調整を高速化するとともに、ワークＷに対して精度良く印刷することができる。

《実施形態３》
図１８に示すように、印刷ユニット１０は、２軸の駆動機構と、インクジェット部２０とを有する。２軸の駆動機構は、Ｘ軸直動機構１１と、Ｃ’軸回転機構３８とを有する。

Ｃ軸回転機構３７は、第１アーム６１を介してＺ軸直動機構３２に取り付けられている。Ｃ軸回転機構３７は、Ｚ方向に延びるＣ軸を中心にワークＷを旋回させる。

Ａ軸回転機構３５は、第２アーム６２を介してＣ軸回転機構３７に取り付けられている。Ａ軸回転機構３５は、Ｘ方向に延びるＡ軸を中心にワークＷを旋回させる。

Ｂ軸回転機構３６は、第３アーム６３を介してＡ軸回転機構３５に取り付けられている。固定治具４０は、Ｂ軸回転機構３６に取り付けられている。Ｂ軸回転機構３６は、Ｙ方向に延びるＢ軸を中心にワークＷを旋回させる。

《実施形態４》
図１９に示すように、印刷ユニット１０は、２軸の駆動機構と、複数のインクジェット部２０とを有する。２軸の駆動機構は、Ｘ軸直動機構１１と、複数のＣ’軸回転機構３８とを有する。

複数のインクジェット部２０は、複数のＣ’軸回転機構３８を介してＸ軸直動機構１１にそれぞれ取り付けられている。Ｃ’軸回転機構３８は、上下方向に延びるＣ’軸を中心にインクジェット部２０のヘッド部２１を水平方向に回転させる。

Ｘ軸直動機構１１は、リニアモータ式の駆動機構で構成され、複数のインクジェット部２０をＸ方向にそれぞれ別々に駆動させる。なお、Ｘ軸直動機構１１は、ベルト式の駆動機構で構成してもよい。これにより、印刷に関与するインクジェット部２０のみをワークＷの表面に対向させるとともに、印刷に関与しないインクジェット部２０をワークＷから退避させることができる。

このような構成とすれば、印刷対象の材料を含むインクジェット部２０のみをワークＷに近付けて印刷することで、その他のインクジェット部２０がワークＷに干渉するのを避けることができる。その結果、ワークＷの姿勢調整動作の自由度を高めることができる。

《実施形態５》
図２０及び図２１に示すように、印刷ユニット１０は、１軸の駆動機構であるＸ軸直動機構１１と、インクジェット部２０とを有する。インクジェット部２０は、Ｘ軸直動機構１１に取り付けられている。

Ｂ軸回転機構３６は、Ｚ軸直動機構３２に取り付けられている。Ｂ軸回転機構３６は、Ｘ方向に延びるＢ軸を中心にワークＷを上下方向に旋回させる。

Ａ軸回転機構３５は、支持アーム４１を介してＢ軸回転機構３６に取り付けられている。Ａ軸回転機構３５は、Ｚ方向に延びるＡ軸を中心にワークＷを旋回させる。

《実施形態６》
図２２は、本実施形態６に係る印刷装置の概略構成を示す側面図である。以下、前記実施形態５と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。

図２２に示すように、印刷ユニット１０は、２軸の駆動機構と、インクジェット部２０とを有する。２軸の駆動機構は、Ｘ軸直動機構１１と、Ｃ’軸回転機構３８とを有する。

Ｃ’軸回転機構３８は、Ｘ軸直動機構１１に取り付けられている。インクジェット部２０は、Ｃ’軸回転機構３８を介してＸ軸直動機構１１に取り付けられている。Ｃ’軸回転機構３８は、上下方向に延びるＣ’軸を中心にヘッド部２１を水平方向に回転させる。

このような構成とすれば、Ｘ軸直動機構１１によって、ヘッド部２１を主走査方向に移動させるとともに、Ｃ’軸回転機構３８によって、ワークＷに対するヘッド部２１のノズル２２の位置を微調整することができる。これにより、印刷ピッチを変えて、ワークＷに画像を印刷することができる。

《実施形態７》
図２３に示すように、印刷ユニット１０は、２軸の駆動機構と、インクジェット部２０とを有する。２軸の駆動機構は、Ｘ軸直動機構１１と、Ｙ’軸直動機構１３（副走査直動機構）とを有する。

Ｙ’軸直動機構１３は、Ｘ軸直動機構１１に取り付けられている。インクジェット部２０は、Ｙ’軸直動機構１３を介してＸ軸直動機構１１に取り付けられている。

インクジェット部２０は、複数のヘッド部２１を有する。Ｙ’軸直動機構１３は、複数のヘッド部２１のうち少なくとも１つを副走査方向に移動させる。例えば、複数のヘッド部２１のうち、印刷対象の材料（色や素材など）を含むヘッド部２１のみを副走査方向に移動させる。

このような構成とすれば、印刷対象の材料を含むヘッド部２１のみをワークＷに近付けて印刷することで、その他のヘッド部２１がワークＷに干渉するのを避けることができる。その結果、ワークＷの姿勢調整動作の自由度を高めることができる。

《実施形態８》
図２４に示すように、印刷ユニット１０は、２軸の駆動機構と、インクジェット部２０とを有する。２軸の駆動機構は、Ｘ軸直動機構１１と、Ｚ’軸直動機構１４（進退直動機構）とを有する。

Ｚ’軸直動機構１４は、Ｘ軸直動機構１１に取り付けられている。インクジェット部２０は、Ｚ’軸直動機構１４を介してＸ軸直動機構１１に取り付けられている。

インクジェット部２０は、複数のヘッド部２１を有する。Ｚ’軸直動機構１４は、複数のヘッド部２１のうち少なくとも１つをワークＷに対して進退させる。例えば、複数のヘッド部２１のうち、印刷対象の材料（色や素材など）を含むヘッド部２１のみを下方に移動させる。

また、ワークＷの表面に凹部がある場合でも、ヘッド部２１を凹部に近付けて液滴２５を吐出することができ、ワークＷに対して高精度にパターンを描画することができる。

《実施形態９》
図２５に示すように、印刷ユニット１０は、２軸の駆動機構と、インクジェット部２０とを有する。２軸の駆動機構は、Ｘ軸直動機構１１と、Ｚ’軸直動機構１４とを有する。

Ｃ軸回転機構３７は、Ｚ軸直動機構３２に取り付けられている。Ｃ軸回転機構３７は、水平方向に延びるＣ軸を中心にワークＷを上下方向に旋回させる。

Ｂ軸回転機構３６は、第１アーム６１を介してＣ軸回転機構３７に取り付けられている。Ｂ軸回転機構３６は、第１アーム６１の長手方向に沿って延びるＢ軸を中心にワークＷを旋回させる。

Ａ軸回転機構３５は、第２アーム６２を介してＢ軸回転機構３６に取り付けられている。Ａ軸回転機構３５は、第２アーム６２の長手方向に沿って延びるＡ軸を中心にワークＷを旋回させる。

このような構成とすれば、ワーク駆動ユニット３０の駆動機構の数を増やすことで、ワークＷの姿勢の調整幅をさらに広げることができる。

なお、印刷ユニット１０は、Ｘ軸直動機構１１と、ヘッド部２１を副走査方向に移動させるＹ’軸直動機構とを有する構成であってもよい。

《実施形態１０》
図２６に示すように、印刷ユニット１０は、２軸の駆動機構と、インクジェット部２０とを有する。２軸の駆動機構は、Ｘ軸直動機構１１と、Ｚ’軸直動機構１４とを有する。

ワーク駆動ユニット３０は、７軸の駆動機構を有する。７軸の駆動機構のうち１軸は、Ｙ軸直動機構３１である。７軸の駆動機構のうち６軸は、Ａ軸回転機構３５、Ｂ軸回転機構３６、Ｃ軸回転機構３７、Ｄ軸回転機構６６、Ｅ軸回転機構６７、及びＦ軸回転機構６８である。

Ｆ軸回転機構６８は、Ｙ軸直動機構３１に取り付けられている。Ｆ軸回転機構６８は、上下方向に延びるＦ軸を中心にワークＷを水平方向に旋回させる。

Ｅ軸回転機構６７は、第１アーム６１を介してＦ軸回転機構６８に取り付けられている。Ｅ軸回転機構６７は、Ｘ方向に延びるＥ軸を中心にワークＷを旋回させる。

Ｄ軸回転機構６６は、第２アーム６２を介してＥ軸回転機構６７に取り付けられている。Ｄ軸回転機構６６は、Ｘ方向に延びるＤ軸を中心にワークＷを旋回させる。

Ｃ軸回転機構３７は、第３アーム６３を介してＤ軸回転機構６６に取り付けられている。Ｃ軸回転機構３７は、第３アーム６３の長手方向に沿って延びるＣ軸を中心にワークＷを旋回させる。

Ｂ軸回転機構３６は、第４アーム６４を介してＣ軸回転機構３７に取り付けられている。Ｂ軸回転機構３６は、Ｘ方向に延びるＢ軸を中心にワークＷを旋回させる。

Ａ軸回転機構３５は、第５アーム６５を介してＢ軸回転機構３６に取り付けられている。Ａ軸回転機構３５は、第５アーム６５の長手方向に沿って延びるＡ軸を中心にワークＷを旋回させる。

以上説明したように、本発明は、三次元の曲面を有するワークに対して精度良く印刷することができるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。

１印刷装置
１０印刷ユニット
１１Ｘ軸直動機構（主走査直動機構）
１２ヘッド回転機構
１３Ｙ’軸直動機構（副走査直動機構）
１４Ｚ’軸直動機構（進退直動機構）
２１ヘッド部
２５液滴
３０ワーク駆動ユニット
３１Ｙ軸直動機構
３２Ｚ軸直動機構
３５Ａ軸回転機構
３６Ｂ軸回転機構
３７Ｃ軸回転機構
３８Ｃ’軸回転機構
Ｗワーク

Claims

曲面を有するワークに対して液滴を吐出することで所定の画像を印刷する印刷装置であって、
前記ワークの表面に液滴を吐出するヘッド部を有する印刷ユニットと、
前記ワークの姿勢を変更して、該ワークの表面と前記ヘッド部との距離を調整するワーク駆動ユニットとを備え、
前記ワーク駆動ユニットは、少なくとも５軸の駆動機構を有し、
前記５軸の駆動機構のうち少なくとも３軸は、回転機構で構成されている印刷装置。
請求項１において、
前記印刷ユニットは、少なくとも１軸の駆動機構を有する印刷装置。
請求項２において、
前記印刷ユニットは、前記ヘッド部を主走査方向に移動させる主走査直動機構と、１軸の回転機構とを有する印刷装置。
請求項２において、
前記印刷ユニットは、複数の前記ヘッド部と、該複数のヘッド部を主走査方向に移動させる主走査直動機構と、該複数のヘッド部のうち少なくとも１つを該主走査方向と交差する副走査方向に移動させる副走査直動機構とを備えた印刷装置。
請求項２において、
前記印刷ユニットは、複数の前記ヘッド部と、該複数のヘッド部を主走査方向に移動させる主走査直動機構と、該複数のヘッド部のうち少なくとも１つを前記ワークに対して進退させる進退直動機構とを有する印刷装置。
請求項１乃至５のうち何れか１つにおいて、
前記ワーク駆動ユニットは、
主走査方向であるＸ方向に直交するＹ方向に前記ワークを移動させるＹ軸直動機構と、
前記Ｙ軸直動機構に設けられ、前記Ｘ方向及びＹ方向に直交するＺ方向に前記ワークを移動させるＺ軸直動機構と、
前記Ｚ軸直動機構に設けられ、前記Ｘ方向に延びるＡ軸を中心に前記ワークを回転させるＡ軸回転機構と、
前記Ａ軸回転機構に設けられ、前記Ｙ方向に延びるＢ軸を中心に前記ワークを回転させるＢ軸回転機構と、
前記Ｂ軸回転機構に設けられ、前記Ｚ方向に延びるＣ軸を中心に前記ワークを回転させるＣ軸回転機構とを有する印刷装置。
請求項１乃至５のうち何れか１つにおいて、
前記ワーク駆動ユニットは、
主走査方向であるＸ方向に直交するＹ方向に前記ワークを移動させるＹ軸直動機構と、
前記Ｙ軸直動機構に設けられ、前記Ｘ方向及びＹ方向に直交するＺ方向に延びるＣ軸を中心に前記ワークを回転させるＣ軸回転機構と、
前記Ｃ軸回転機構に設けられ、前記Ｚ方向に前記ワークを移動させるＺ軸直動機構と、
前記Ｚ軸直動機構に設けられ、前記Ｘ方向に延びるＡ軸を中心に前記ワークを回転させるＡ軸回転機構と、
前記Ａ軸回転機構に設けられ、前記Ｙ方向に延びるＢ軸を中心に前記ワークを回転させるＢ軸回転機構とを有する印刷装置。