特開 2023-133859 液体吐出装置、液体吐出方法、及び、プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023133859

(43)【公開日】2023-09-27

(54)【発明の名称】液体吐出装置、液体吐出方法、及び、プログラム

(51)【国際特許分類】

   B05C 11/10 20060101AFI20230920BHJP

   B05C 5/00 20060101ALI20230920BHJP

   B05D 1/26 20060101ALI20230920BHJP

   B05D 3/00 20060101ALI20230920BHJP

【ＦＩ】

B05C11/10

B05C5/00 101

B05D1/26 Z

B05D3/00 D

B05D3/00 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022039087

(22)【出願日】2022-03-14

(71)【出願人】

【識別番号】000006747

【氏名又は名称】株式会社リコー

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】大村 泰斗

【テーマコード（参考）】

4D075

4F041

4F042

【Ｆターム（参考）】

4D075AC06

4D075AC09

4D075AC84

4D075AC88

4D075AC91

4D075AC95

4D075CA47

4D075CA48

4D075DC12

4D075EA05

4D075EA33

4F041AA07

4F041AB01

4F041BA05

4F041BA35

4F042AA09

4F042AB00

4F042BA07

4F042BA08

4F042BA21

4F042CB02

4F042CB08

4F042DH09

(57)【要約】

【課題】 塗装品質の低下を抑制する。
【解決手段】 液体吐出装置２００は、液体を吐出するノズル孔Ｎと、ノズル孔Ｎを開閉する開閉弁１２と、開閉弁１２を駆動させる弁駆動機構１３と、を有する液体吐出ヘッド１０を備え、加圧された液体を吐出し、対象物３０００に付与する液体吐出装置２００であって、液体吐出ヘッド１０に供給される液体の圧力に基づいて、開閉弁１２の弁開放時間を変更する制御部５００を備える。
【選択図】図１２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体を吐出するノズル孔と、
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、
を有する液体吐出ヘッドを備え、加圧された前記液体を吐出し、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に供給される前記液体の圧力に基づいて、前記開閉弁の弁開放時間を変更する制御部を備えることを特徴とする液体吐出装置。

【請求項2】

液体を吐出する複数のノズル孔と、
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、
を有する液体吐出ヘッドを備え、加圧された前記液体を吐出し、対象物に付与する液体吐出装置であって、
液体付与中において液体を吐出する前記ノズル孔の数量である駆動ノズル数に基づいて、前記開閉弁の弁開放時間を変更する制御部を備えることを特徴とする液体吐出装置。

【請求項3】

前記液体吐出ヘッドは、
第１領域に対して第１液圧で前記ノズル孔から液体を吐出する第１吐出動作と、
第２領域に対して第２液圧で前記ノズル孔から液体を吐出する第２吐出動作と、を実行可能であり、
前記制御部は、前記第２液圧が前記第１液圧より低い場合に、前記第２吐出動作における前記弁開放時間を、前記第１吐出動作における前記弁開放時間よりも長くすることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記弁駆動機構に印加する電圧波形の電圧デューティーを変更して、前記弁開放時間を変更することを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載の液体吐出装置。

【請求項5】

前記制御部は、前記ノズル孔の内部の前記液体の圧力の時間変化率が、第１時間変化率よりも大きい第２時間変化率である場合に、前記時間変化率が前記第１時間変化率である場合と比較して、前記弁開放時間の切り替え間隔を短くすること特徴する請求項１～３の何れか一項に記載の液体吐出装置。

【請求項6】

液体を吐出するノズル孔と、
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、
を有する液体吐出ヘッドを用いて、加圧された前記液体を吐出し、対象物に付与する液体吐出方法であって、
前記液体吐出ヘッドに供給される前記液体の圧力に基づいて、前記開閉弁の弁開放時間を変更することを特徴とする液体吐出方法。

【請求項7】

液体を吐出する複数のノズル孔と、
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、
を有する液体吐出ヘッドを用いて、加圧された前記液体を吐出し、対象物に付与する液体吐出方法であって、
液体付与中において液体を吐出する前記ノズル孔の数量である駆動ノズル数に基づいて、前記開閉弁の弁開放時間を変更することを特徴とする液体吐出方法。

【請求項8】

液体を吐出するノズル孔と、
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、
を有する液体吐出ヘッドを使用して、加圧された前記液体を吐出し、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、
前記液体吐出ヘッドに供給される前記液体の圧力に基づいて、前記開閉弁の弁開放時間を変更する処理を、前記コンピュータに実行させること特徴とする、プログラム。

【請求項9】

液体を吐出する複数のノズル孔と、
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、
を有する液体吐出ヘッドを用いて、加圧された前記液体を吐出し、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、
液体付与中において液体を吐出する前記ノズル孔の数量である駆動ノズル数に基づいて、前記開閉弁の弁開放時間を変更する処理を、前記コンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載の構成では、液体の吐出動作の開始直後や液体を吐出するノズル孔の数量が変動した時に、吐出ヘッドから吐出される液体の吐出量が減少し、対象物への液体付与品質が低下する場合がある。

【0005】

本発明は、対象物への液体付与品質の低下を抑制することが可能な液体吐出装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の液体吐出装置は、液体を吐出するノズル孔と、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、を有する液体吐出ヘッドを備え、加圧された液体を吐出し、対象物に付与する液体吐出装置であって、液体吐出ヘッドに供給される液体の圧力に基づいて、開閉弁の弁開放時間を変更する制御部を備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明は、対象物への液体付与品質の低下を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】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。

【図2】実施形態に係る液体吐出装置を示す概略図である。

【図3】実施形態に係る吐出ヘッドの一例を示す全体斜視図である。

【図4】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。

【図5】実施形態に係る液体吐出装置の機能ブロック図である。

【図6】ヘッド内液圧の時間変化を示す図である。

【図7】吐出量の時間変化を示す図である。

【図8】ヘッド内液圧の時間変化を示す図であり、駆動ノズル数による違いを示す図である。

【図9】駆動波形の一例を示す図である。

【図10】弁開放時間と吐出量の関係を示す図である。

【図11】ヘッド内液圧、弁開放時間、及び吐出量の一例を示す図である。

【図12】ヘッド内液圧、弁開放時間、及び吐出量の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

＜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。

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。液体吐出装置２００は、吐出ヘッド１０内の液体の圧力を検出する圧力センサ５を備える。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

圧力センサ５は、例えば配管４に設けられている。圧力センサ５は、例えば、吐出ヘッド１０のインク室１１の近傍に設けられている。圧力センサ５は、検出した液体の圧力に関するデータを制御装置５００に出力する。制御装置５００は、圧力センサ５から入力したデータに基づいて、吐出ヘッド１０に供給される液体の圧力を検出できる。また、制御装置５００は、吐出ヘッド１０内の液体の圧力を算出してもよい。吐出ヘッド１０内の液体の圧力が変化すると、吐出ヘッド１０に供給される液体の圧力も変化する。

【0024】

＜吐出ヘッドの構成＞
次に、図３を用いて吐出ヘッド１０の概略構成を説明する。図３は、実施形態に係る吐出ヘッドの一例を示す全体斜視図である。

【0025】

図３に示される吐出ヘッド１０はバルブインクジェット方式を採用したヘッドである。吐出ヘッド１０は、ノズル面３０１、ノズル孔Ｎおよびハウジング３０３を主に備える。ノズル面３０１は、ハウジング３０３の一面に設けられている。ノズル面３０１は、液体を吐出するための複数のノズル孔Ｎを有する。ノズル孔Ｎは、微小な開口である。上述したように、弁駆動機構１３は、ノズル孔Ｎを開閉できる。ノズル孔Ｎを開状態とすることで、吐出ヘッド１０はノズル孔Ｎから液体を吐出する。例えば、ハウジング３０３は、弁駆動機構１３を内蔵する。

【0026】

なお、ノズル孔Ｎを有するノズル面３０１は、ハウジング３０３とは別部材であるノズル板に形成されていてもよい。ハウジング３０３は、ノズル面３０１を有するノズル板を備える構成でもよい。また、ノズル孔Ｎの数は、例えば１８個でもよく、１８個より多くてもよい。ノズル孔Ｎの数は、複数に限定されず、１個でもよい。または、液体吐出装置２００は、１個のノズル孔Ｎを有する複数の吐出ヘッド１０を備える構成でもよい。例えば、弁開放時間を変更する制御を行う場合には、１個のノズル孔Ｎを備える吐出ヘッド１０を用いることができる。また、複数のノズル孔Ｎが並ぶノズル列は、１列でもよく、複数列でもよい。

【0027】

＜ハードウェア構成＞
次に、図４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４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４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４に示される構成要素を備えていなくてもよい。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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（Routing Information Protocol）部６０１を有する。ＲＩＰ部６０１はレタリング部６０２を含む。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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、図２に示される圧力センサ５を含む。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。位置測定装置１５は、対象物３０００の曲率を検出できる。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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、例えば塗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。

【0043】

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。

【0044】

コンピュータ６００は、ＲＩＰ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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

＜機能構成＞
次に、図５を参照して、第１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５は、第１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５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、メモリ制御部２３３、及び同期制御部２３５の各機能を実現する。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

メモリ制御部２３３は、ＲＯＭ５０２、ＲＡＭ５０３、ＮＶＲＡＭ５０４、及びＨＤＤ５０８等のメモリを制御する。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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、メモリ制御部２３３、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、メモリ制御部２３３、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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

＜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は、開閉弁の開閉により液体を吐出する弁型インクジェットノズルを有する。従来技術に係る液体吐出装置は、液体である塗料の吐出による圧力損失分だけ液圧が降下する。そのため、塗装開始直後や、駆動ノズル数が変動した時に液圧が平衡状態になるまでの間に、吐出ヘッドから吐出される液体の吐出量が減少する。吐出ヘッドの吐出量が減少すると、塗装品質が低下するという問題が生じる。

【0061】

＜吐出ヘッド内の液体の圧力と吐出量の時間変化＞
次に、図６及び図７を参照して、弁型インクジェットノズルを有する吐出ヘッドを使用して塗料を吐出した際の吐出ヘッド内の液体の圧力と吐出量の時間変化の一例ついて説明する。なお、「吐出ヘッド内の液体の圧力」を「ヘッド内液圧」又は「液圧」と省略する場合がある。図６は、ヘッド内液圧の時間変化を示す図である。図７は、吐出量の時間変化を示す図である。図６では、横軸に時間を示し、縦軸にヘッド内液圧を示す。図７では、横軸に時間を示し、縦軸に吐出量を示す。

【0062】

時間Ｔ０は、吐出が開始される前の時間である。時間Ｔ１は吐出開始時間である。吐出ヘッドでは、一定の供給圧力で塗料を加圧して、開閉弁を開けてノズル孔Ｎから液体を吐出する。そのため、吐出開始と同時にヘッド内液圧が減少する。これは、吐出ヘッドを有する系の圧力が新たな平衡状態になるまで、ある程度時間がかかることに起因する。吐出ヘッドを有する系が新たな平衡状態になるまで、ヘッド内液圧が低下したままの状態になる。そのため、図７に示されるように、吐出量が吐出開始直後から減少するので、塗装品質が不均一になり、塗装品質が低下する。時間Ｔ１を過ぎると、すぐに、ヘッド内液圧及び吐出量が低下する。

【0063】

＜駆動ノズル数に基づくヘッド内液圧の時間変化＞
次に、図８を参照して、駆動ノズル数に基づくヘッド内液圧の時間変化について説明する。図８は、ヘッド内液圧の時間変化を示す図であり、駆動ノズル数による違いを示す図である。図８では、横軸に時間を示し、縦軸にヘッド内液圧を示す。

【0064】

図８では、複数の弁型インクジェットノズルを有する吐出ヘッドを使用する場合について、駆動ノズル数の増減によるヘッド内液圧の変動幅の違いを示す。ヘッド内液圧ＰＡは、駆動ノズル数が多い場合であり、ヘッド内液圧ＰＢは、駆動ノズル数が少ない場合である。駆動ノズル数が多い場合、駆動ノズル数が少ない場合と比較して、吐出による圧力損失が大きくなる。

【0065】

例えば、吐出開始時間である時間Ｔ１において、ヘッド内液圧ＰＡ，ＰＢは、ヘッド内液圧Ｐ０で同じあるが、時間の経過に伴い、ヘッド内液圧ＰＡとヘッド内液圧ＰＢとの差が大きくなる。一定時間が経過した後の時間Ｔ２では、ヘッド内液圧ＰＡは、ヘッド内液圧Ｐ２１となり、ヘッド内液圧ＰＢは、ヘッド内液圧Ｐ２２となる。ヘッド内液圧Ｐ２２は、ヘッド内液圧Ｐ２１よりも低い圧力である。ヘッド内液圧Ｐ２２における吐出量は、ヘッド内液圧Ｐ１における吐出量よりも少ない。駆動ノズル数が多い場合のヘッド内液圧ＰＡにおける吐出量の減少量は、駆動ノズル数が少ない場合のヘッド内液圧ＰＢにおける吐出量の減少量より少ない。

【0066】

このように、駆動ノズル数が違う場合に、時間Ｔ２において、駆動ノズル数が切り替わると、吐出量が違うことに起因して、塗装品質が不均一になる。

【0067】

＜駆動電圧波形＞
次に図９を参照して、吐出ヘッド１０に印加する駆動波形について説明する。図９は、駆動波形の一例を示す図である。図９では、横軸に時間を示し、縦軸に駆動電圧を示す。時間Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ２１，Ｔ２２，Ｔ３１，Ｔ３２，Ｔ４１の順に時間が経過する。時間Ｔ１１から時間Ｔ２１までが１駆動周期Ｓ１である。同様に、時間Ｔ２１から時間Ｔ３１までが１駆動周期Ｓ１である。時間Ｔ３１から時間Ｔ４１までが１駆動周期Ｓ１である。

【0068】

駆動電圧は、駆動電圧Ｖ１と駆動電圧Ｖ２に変化する。１駆動周期Ｓ１において、駆動電圧は、駆動電圧Ｖ１と駆動電圧Ｖ２に変化する。例えば、駆動電圧Ｖ１において、開閉弁１２が閉じられた状態となり、駆動電圧Ｖ２において、開閉弁１２が開放されて、液体がノズル孔Ｎから吐出される。１駆動周期Ｓ１において、駆動電圧Ｖ２に維持される時間Ｔ１０の長さが弁開放時間である。

【0069】

例えば、時間Ｔ１１から時間Ｔ１２までが、駆動電圧Ｖ２に維持されて、開閉弁１２が開放される。この時間Ｔ１１から時間Ｔ１２までの時間Ｔ１０の長さが、弁開放時間である。時間Ｔ１２において、駆動電圧Ｖ２から駆動電圧Ｖ１に変化して、開閉弁１２が閉じられる。時間Ｔ１２から時間Ｔ２１までが、駆動電圧Ｖ１に維持され、開閉弁１２が閉じた状態となる。

【0070】

時間Ｔ２１において、駆動電圧Ｖ１から駆動電圧Ｖ２に変化して、開閉弁１２が開放される。このように、時間Ｔ１１から時間Ｔ２１において、開閉弁１２が開閉される。制御装置５００の弁開放時間制御部２３１は、弁開放時間を最小０秒から最大１駆動周期Ｓ１の間で設定できる。弁開放時間制御部２３１は、１駆動周期Ｓ１ごとに、弁開放時間を変更できる。

【0071】

＜弁開放時間と吐出量との関係＞
次に、図１０を参照して、弁開放時間と吐出量との関係について説明する。図１０は、弁開放時間と吐出量との関係を示す図である。図１０では、横軸に弁開放時間の長さを示し、縦軸にノズル孔Ｎから吐出される液体の吐出量を示す。

【0072】

図１０は、異なる液圧ＰＣ，ＰＤ，ＰＥについて、弁開放時間と吐出量との関係を示す。液圧ＰＣ，ＰＤ，ＰＥの順で液圧が高い。液圧ＰＣ，ＰＤ，ＰＥのうち、液圧ＰＣが最も高く、液圧ＰＥが最も低い。同じ液圧において、ノズル孔Ｎから吐出される液体の吐出量は、弁開放時間に比例する。同じ液圧において弁開放時間が長いほど、吐出量は増加する。液圧ＰＣ，ＰＤ，ＰＥにおける吐出量の増加率は、液圧が高いほど大きい。液圧ＰＣにおける吐出量の増加率は、液圧ＰＤ，ＰＥにおける吐出量の増加率より大きい。図１０に示されるグラフの傾きは、液圧ＰＣの場合が最も大きく、液圧ＰＥの場合が最も小さい。

【0073】

制御装置５００のメモリは、異なる液圧における吐出量の変化に関するデータを記憶できる。制御装置５００の弁開放時間制御部２３１は、液圧ごとに弁開放時間を設定して、吐出量を同一にできる。弁開放時間制御部２３１は、液圧ＰＣ，ＰＤ，ＰＥごとに、異なる弁開放時間Ｔ５１，Ｔ５２，Ｔ５３を設定して、同一の吐出量Ｑ１０に設定できる。時間Ｔ５１，Ｔ５２，Ｔ５３のうち、時間Ｔ５１が最も短く、時間Ｔ５３が最も長い。

【0074】

＜ヘッド内液圧、弁開放時間、及び吐出量の一例＞
次に、図１１及び図１２を参照して、ベッド内液圧、弁開放時間、及び吐出量の一例について説明する。図１１及び図１２は、ヘッド内液圧、弁開放時間、及び吐出量の一例を示す図である。図１１に示される例は、図１２に示される例と異なる。図１１に示す例は、駆動ノズル数が増加する場合であり、図１２に示す例は、駆動ノズル数が減少する場合である。

【0075】

図１１及び図１２では、上段にヘッド内液圧の時間変化を示し、中段に弁開放時間の時間変化を示し、下段に吐出量の時間変化を示す。時間変化とは時間ごとの変化である。

【0076】

図１１に示す例では、時間Ｔ６１において、吐出が開始され、時間Ｔ６２において、駆動ノズル数が、第１駆動ノズル数から第２駆動ノズル数に増加する。第２駆動ノズル数は、第１駆動ノズル数よりも大きい値である。

【0077】

ヘッド内液圧は、吐出開始直後、ヘッド内液圧Ｐ０から減少し、時間Ｔ６２において、ヘッド内液圧Ｐ６２となる。弁開放時間は、吐出開始直後、弁開放時間Ｔ７１から増加し、時間Ｔ６２において、弁開放時間Ｔ７２となる。弁開放時間制御部２３１は、ヘッド内液圧が減少するほど、弁開放時間を長くする。

【0078】

制御装置５００は、時間Ｔ６２において、駆動ノズル数を増加させる。ヘッド内液圧は、駆動ノズル数の増加後、ヘッド内液圧Ｐ６２から減少し、時間Ｔ６２において、ヘッド内液圧Ｐ６３となる。ヘッド内液圧Ｐ６３は、ヘッド内液圧Ｐ６２よりも低い値である。弁開放時間は、駆動ノズル数の増加後、弁開放時間Ｔ７２から増加し、時間Ｔ６３において、弁開放時間Ｔ７３となる。弁開放時間制御部２３１は、ヘッド内液圧が減少するほど、弁開放時間を長くする。

【0079】

制御装置５００は、ヘッド内液圧が減少するほど、弁開放時間を増加する。これにより吐出量は一体の値となり、吐出量Ｑ６０となる。液体吐出装置２００は、ヘッド内液圧の変化によらず、一定の吐出量Ｑ６０の液体を吐出できる。液体吐出装置２００は、駆動ノズル数の変動によらず、吐出量を一定にすることができる。液体吐出装置２００では、液体の吐出直後から吐出量を一定とすることができるので、塗装品質の均一化を実現できる。

【0080】

図１２に示す例では、時間Ｔ８１において、吐出が開始され、時間Ｔ８２において、駆動ノズル数が、第２駆動ノズル数から第１駆動ノズル数に減少する。第１駆動ノズル数は、第２駆動ノズル数よりも小さい値である。

【0081】

ヘッド内液圧は、吐出開始直後、ヘッド内液圧Ｐ０から減少し、時間Ｔ８２において、ヘッド内液圧Ｐ８３となる。弁開放時間は、吐出開始直後、弁開放時間Ｔ９１から増加し、時間Ｔ８２において、弁開放時間Ｔ９３となる。弁開放時間制御部２３１は、ヘッド内液圧が減少するほど、弁開放時間を長くする。

【0082】

制御装置５００は、時間Ｔ８２において、駆動ノズル数を減少させる。ヘッド内液圧は、駆動ノズル数の減少後、ヘッド内液圧Ｐ８３から増加し、時間Ｔ８２において、ヘッド内液圧Ｐ８２となる。ヘッド内液圧Ｐ８２は、ヘッド内液圧Ｐ８３よりも高い値である。弁開放時間は、駆動ノズル数の減少後、弁開放時間Ｔ９３から減少し、時間Ｔ８３において、弁開放時間Ｔ９２となる。弁開放時間制御部２３１は、ヘッド内液圧が増加するほど、弁開放時間を短くする。

【0083】

制御装置５００は、ヘッド内液圧が減少するほど、弁開放時間を増やし、ヘッド内液圧が増加するほど、弁開放時間を減らす。これにより吐出量は一体の値となり、吐出量Ｑ８０となる。液体吐出装置２００は、ヘッド内液圧の変化によらず、一定の吐出量Ｑ８０の液体を吐出できる。液体吐出装置２００は、駆動ノズル数の変動によらず、吐出量を一定にすることができる。液体吐出装置２００では、液体の吐出直後から吐出量を一定とすることができるので、塗装品質の均一化を実現できる。

【0084】

＜駆動ノズル数が減少する例＞
次に、駆動ノズル数が減少する例について説明する。例えば、目標塗装面積が走査方向に減少するとき、駆動ノズル数が減少する。例えば、ルーフ部からピラー部にかけて塗装する場合に、目標塗装面積が走査方向に減少し、駆動ノズル数が減少する。例えば、目標塗装面積が大面積から走査幅未満の面積に減少する場合に、駆動ノズル数が減少する。「走査幅」とは、走査方向と交差する方向における目標塗装面積に対応する領域の長さである。また、目標塗装部最終行が走査幅未満の面積になったときに、駆動ノズル数が減少する。制御装置５００は、対象物３０００について走査して、駆動ノズル数を算出できる。

【0085】

「駆動ノズル数」とは、対象物３０００に対して塗装する際に、液体を吐出するノズル孔Ｎの数量をいう。走査方向において、目標塗装面積が変化しない場合には、駆動ノズル数は変化しない。走査方向において、目標塗装面積が増加する場合には、駆動ノズル数が増加し、目標塗装面積が減少する場合には、駆動ノズル数が減少する。「目標塗装面積」とは、対象物３０００において、塗装される面積をいう。

【0086】

例えば、塗装条件によって、使用できないノズル孔Ｎが発生する場合に、駆動ノズル数が制限される。例えば、ギャップや入射角などの塗装条件によって、使用できないノズル孔Ｎが発生する場合がある。「ギャップ」とは、対象物３０００とノズル孔Ｎとの間のギャップである。「入射角」とは、対象物３０００の塗装面に対する液滴の入射角度である。

【0087】

例えば、対象物３０００である車体内板部のような曲率変化が大きい場所に対して塗装を行う場合、曲率が小さい場所から曲率が大きい場所へ塗装する過程において、ギャップや入射角が一定の値以上になることが予想される。このような場合、駆動ノズル数が減少する。

【0088】

＜駆動ノズル数が増加する例＞
次に、駆動ノズル数が増加する例について説明する。例えば、駆動ノズル数は、印字開始時に０ｃｈから初期駆動ノズル数に増加する。「印字開始時」とは、「塗装開始時」でもよく、「吐出開始時」でもよい。「０ｃｈ」とは、駆動ノズル数が「０」であることをいう。

【0089】

例えば、塗装条件によって、使用できないノズル孔Ｎが発生していた場合に、塗装条件が変わることで、使用が制限されていたノズル孔が使用できるようになる場合がある。このような場合に、使用が制限されていたノズル孔が使用できるようになるので、駆動ノズル数が増加する。

【0090】

例えば、車体内板部のような曲率が大きい場所に対して塗装を行う場合において、ギャップや入射角が一定の値以上になる曲率が大きい場所から曲率が小さい場所に向かって塗装する場合に駆動ノズル数が増加する。制御装置５００は、駆動ノズル数の増減に応じて、弁開放時間を変更して、吐出量を一定にすることができる。

【0091】

このような液体吐出装置２００によれば、吐出ヘッド１０に供給される液圧に基づいて、開閉弁１２の弁開放時間を変更できる。これにより、ノズル孔Ｎから吐出される液体の吐出量の変動を抑制して、塗装品質の均一化を実現できる。「吐出ヘッドに供給される液圧」とは、吐出ヘッドに供給される液体の圧力のことである。

【0092】

液体吐出装置２００では、塗装中（印字中）において液体を吐出するノズル孔Ｎの数量である駆動ノズル数に基づいて、開閉弁１２の弁開放時間を変更できる。これにより、駆動ノズル数の変動による影響を軽減し、ノズル孔Ｎから吐出される液体の吐出量の変動を抑制して、塗装品質の均一化を実現できる。

【0093】

液体吐出装置２００の吐出ヘッド１０は、第１領域に対して第１液圧でノズル孔Ｎから液体を吐出する第１吐出動作と、第２領域に対して第２液圧でノズル孔Ｎから液体を吐出する第２吐出動作と、を実行できる。吐出ヘッド１０内の液圧は、第１液圧から第２液圧へ減少し、第２液圧から第１液圧へ増加する場合がある。「第１液圧」及び「第２液圧」は、任意の値でよい。

【0094】

液体吐出装置２００では、第２液圧が第１液圧より低い場合に、第２吐出動作における弁開放時間を、第１吐出動作における弁開放時間よりも長くできる。液体吐出装置２００では、吐出ヘッド１０に供給される液圧に応じて、弁開放時間を調節して、吐出量を一定にできる。

【0095】

液体吐出装置２００は、弁駆動機構１３に印加する駆動電圧波形の電圧デューティーを変更して、弁開放時間を変更できる。液体吐出装置２００は、例えば図８に示される駆動電圧波形を弁駆動機構１３に供給して開閉弁１２を開閉する。電圧デューティーは、１駆動周期Ｓ１に対する駆動電圧Ｖ２のパルス幅である。制御装置５００は、吐出ヘッド１０に供給される液圧に基づいて、駆動電圧波形のパルス幅を変えることで、弁開放時間を変更できる。制御装置５００は、駆動ノズル数に応じて、駆動電圧波形のパルス幅を変えることで、弁開放時間を変更できる。

【0096】

液体吐出装置２００は、吐出ヘッド１０内の液圧の時間変化率が、第１時間変化率よりも大きい第２時間変化率である場合に、時間変化率が第１時間変化率である場合と比較して、弁開放時間の切り替え間隔を短くできる。

【0097】

例えば図１１及び図１２に示されるように、ヘッド内液圧は、時間に応じて変化率が異なる。ヘッド内液圧の時間変化を示すグラフの傾きは、時間変化率の大きさを示す。液体吐出装置２００は、液圧の時間変化率が大きい場合に、液圧の時間変化率が小さい場合と比較して、弁開放時間の切り替え間隔を短くできる。これにより、弁開放時間の変化率をヘッド内液圧の変化率に合わせることができる。ヘッド内液圧の時間変化率が大きい場合には、弁開放時間の変化率を大きくすることができ、ヘッド内液圧の時間変化率が小さい場合に、弁開放時間の変化率を小さくすることができる。弁開放時間の変化率は、図８に示される駆動電圧波形における弁開放時間Ｔ１０の長さを変えることで調節できる。また、弁開放時間の変化率は、駆動電圧波形の１駆動周期Ｓ１の長さを変えることで調整できる。

【0098】

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。

【0099】

上記の実施形態では、複数のノズル孔Ｎを有する吐出ヘッド１０を備える液体吐出装置２００について説明しているが、１つのノズル孔Ｎを有する吐出ヘッド１０において、「弁開放時間の制御」を実行してもよい。

【符号の説明】

【0100】

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）
３０００ 対象物
Ｎ ノズル孔

【先行技術文献】

【特許文献】

【0101】

【特許文献1】特許第４１２３８９７号明細書

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】