特開 2024-58163 印刷方法、エンドエフェクター、及びロボットシステム

(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】P2024058163

(43)【公開日】2024-04-25

(54)【発明の名称】印刷方法、エンドエフェクター、及びロボットシステム

(51)【国際特許分類】

   B25J 17/00 20060101AFI20240418BHJP

   B41J 2/01 20060101ALI20240418BHJP

【ＦＩ】

B25J17/00 A

B41J2/01 303

B41J2/01 401

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022165337

(22)【出願日】2022-10-14

(71)【出願人】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100179475

【弁理士】

【氏名又は名称】仲井 智至

(74)【代理人】

【識別番号】100216253

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡 宏紀

(74)【代理人】

【識別番号】100225901

【弁理士】

【氏名又は名称】今村 真之

(72)【発明者】

【氏名】宮澤 孝雄

(72)【発明者】

【氏名】岩▲崎▼ 友寿

【テーマコード（参考）】

2C056

3C707

【Ｆターム（参考）】

2C056EC03

2C056EC11

2C056HA37

2C056HA38

2C056KD10

3C707BS12

3C707BT13

3C707CX01

3C707HS01

3C707HS30

3C707LT12

3C707LV04

(57)【要約】

【課題】リニアステージのボールにフレッチングが発生し難い印刷方法、エンドエフェクター、及びロボットシステムを提供する。
【解決手段】印刷方法は、ピエゾ駆動するリニアステージ１１を介してインクジェットヘッド１５を備えるロボットアーム２２０を用いて、対象物に印刷を行う方法であって、インクジェットヘッド１５からインクが吐出されていないときに、リニアステージ１１がロボットアーム２２０に対して相対的に移動し、インクジェットヘッド１５がインクを吐出しながら移動する方向に対して、リニアステージ１１の移動する方向が直交している。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ピエゾ駆動するリニアステージを介してインクジェットヘッドを備えるロボットアームを用いて、対象物に印刷を行う方法であって、
前記インクジェットヘッドからインクが吐出されていないときに、前記リニアステージが前記ロボットアームに対して相対的に移動し、
前記インクジェットヘッドが前記インクを吐出しながら移動する方向に対して、前記リニアステージの前記移動する方向が直交している、
印刷方法。

【請求項2】

前記リニアステージの前記移動する距離は、前記リニアステージのボール外周１周以上、前記リニアステージの可動限界以下、である、
請求項１に記載の印刷方法。

【請求項3】

前記リニアステージの前記移動は、前記印刷の改行のときに行う、
請求項１に記載の印刷方法。

【請求項4】

前記リニアステージが前記移動して停止する位置は、移動開始時の位置より、ボール外周１周分以上離れている、
請求項１に記載の印刷方法。

【請求項5】

前記リニアステージの前記移動は、前記対象物の切り替わり時に行う、
請求項１に記載の印刷方法。

【請求項6】

ロボットアームに接続し、ピエゾ駆動するリニアステージと、
対象物に印刷を行うインクジェットヘッドと、を備え、
前記リニアステージは、前記インクジェットヘッドからインクが吐出されていないときに、前記ロボットアームに対して相対的に移動し、
前記インクジェットヘッドが前記インクを吐出しながら移動する方向に対して、前記リニアステージの前記移動する方向が直交している、
エンドエフェクター。

【請求項7】

ロボットアームと、
請求項６に記載のエンドエフェクターと、を備える、
ロボットシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、印刷方法、エンドエフェクター、及びロボットシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１にロボットのアーム部にインクジェット印刷ヘッドを装着し、対象物に印刷するロボットシステムが記載されている。このロボットシステムは、印刷軌道のずれをピエゾステージによりインクジェット印刷ヘッドを印刷方向と直交する方向に移動させることで補正している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３－２０２７８１号公報

【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に記載のロボットシステムは、印刷方向のずれを補正する補正量が小さいため、ピエゾステージの移動量も小さい。そのため、ピエゾステージ内のリニアガイドのボールがフレッチングを起こしてしまい、補正精度が低下するという課題があった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

印刷方法は、ピエゾ駆動するリニアステージを介してインクジェットヘッドを備えるロボットアームを用いて、対象物に印刷を行う方法であって、前記インクジェットヘッドからインクが吐出されていないときに、前記リニアステージが前記ロボットアームに対して相対的に移動し、前記インクジェットヘッドが前記インクを吐出しながら移動する方向に対して、前記リニアステージの前記移動する方向が直交している。

【0006】

エンドエフェクターは、ロボットアームに接続し、ピエゾ駆動するリニアステージと、対象物に印刷を行うインクジェットヘッドと、を備え、前記リニアステージは、前記インクジェットヘッドからインクが吐出されていないときに、前記ロボットアームに対して相対的に移動し、前記インクジェットヘッドが前記インクを吐出しながら移動する方向に対して、前記リニアステージの前記移動する方向が直交している。

【0007】

ロボットシステムは、ロボットアームと、上記に記載のエンドエフェクターと、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態に係るロボットシステムの全体構成を示す斜視図。

【図2】第１実施形態に係るエンドエフェクターの構成を示す斜視図。

【図3】リニアガイドのキャリッジの内部構造を説明する斜視図。

【図4】第１実施形態に係る印刷方法を示すフローチャート図。

【図5】第２実施形態に係る印刷方法を示すフローチャート図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

１．第１実施形態
先ず、第１実施形態に係るロボットシステム１００について、図１～図３を参照して説明する。
尚、説明の便宜上、以降の図２及び図３には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸を図示している。また、Ｘ軸に沿った方向を「Ｘ方向」、Ｙ軸に沿った方向を「Ｙ方向」、Ｚ軸に沿った方向を「Ｚ方向」と言う。また、各軸の矢印側を「プラス側」、矢印と反対側を「マイナス側」とも言う。また、Ｚ方向プラス側を「上」、Ｚ方向マイナス側を「下」とも言う。

【0010】

本実施形態のロボットシステム１００は、図１に示すように、対象物に印刷を行うエンドエフェクター１０と、エンドエフェクター１０を保持し、エンドエフェクター１０を印刷方向へ移動させるロボット２００と、ロボット２００の駆動を制御するロボット制御装置９００と、を有する。

【0011】

ロボット２００は、６つの駆動軸を有する６軸ロボットである。ロボット２００は、床に固定された基台２１０と、基台２１０に接続されたロボットアーム２２０と、ロボットアーム２２０に接続されたエンドエフェクター１０と、を有する。

【0012】

また、ロボットアーム２２０は、複数のアーム２２１，２２２，２２３，２２４，２２５，２２６が回動自在に連結されたロボティックアームであり、６つの関節Ｊ１～Ｊ６を備えている。このうち、関節Ｊ２，Ｊ３，Ｊ５は、曲げ関節であり、関節Ｊ１，Ｊ４，Ｊ６は、ねじり関節である。また、関節Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６には、それぞれ、駆動源であるモーターＭと、モーターＭの回転量又はアームの回動角を検出するエンコーダーＥと、が設置されている。

【0013】

エンドエフェクター１０は、ロボットアーム２２０に接続されており、より具体的には、ロボットアーム２２０の先端部のアーム２２６に接続されている。エンドエフェクター１０は、図２に示すように、アーム２２６に接続し、ピエゾ駆動するリニアステージ１１と、リニアステージ１１の移動ステージ１３に搭載され、対象物に印刷を行うインクジェットヘッド１５と、リニアステージ１１を制御する制御部１７と、を有する。

【0014】

リニアステージ１１は、固定ステージ１２及び移動ステージ１３で構成されている。固定ステージ１２は、アーム２２６にネジ１８により固定され、Ｘ方向の両端に複数のキャリッジ２０が接続されている。内部に配置された超音波モーター１９によって移動ステージ１３を矢印Ｂ方向であるＹ方向に移動させる。移動ステージ１３は、インクジェットヘッド１５や制御部１７が搭載され、支持部１４上面にレール２１が固定されている。また、移動ステージ１３には、複数の超音波モーター１９が配置され、超音波モーター１９をピエゾ駆動することにより移動ステージ１３を矢印Ｂ方向であるＹ方向に移動させることができる。インクジェットヘッド１５は、上面側にインクタンク１６を備え、下面側にインクタンク１６に対応した数の図示しないノズルを備えており、ノズルからインクを吐出しながらＹ方向と直交する矢印Ａ方向であるＸ方向にロボットアーム２２０により移動し、対象物に印刷を行う。

【0015】

次に、固定ステージ１２に固定されたキャリッジ２０の内部構造について、図３を参照して説明する。尚、キャリッジ２０は、内部の構成が分り易くするために、ボール２２を覆うキャリッジ２０の一部を取り除いて図示してある。キャリッジ２０には、移動ステージ１３に固定されたレール２１との間にボール２２が配置されている。具体的には、ボール２２が固定ステージ１２のキャリッジ２０と移動ステージ１３のレール２１との間に、Ｙ方向に並んで複数設けられている。そのため、リニアステージ１１において、移動ステージ１３に固定された超音波モーター１９をピエゾ駆動させ移動ステージ１３を矢印Ｂ方向であるＹ方向に移動させる際に、ボール２２は、レール２１と共に移動ステージ１３をＹ方向に滑らかに移動させることができる。従って、リニアステージ１１は、インクジェットヘッド１５の印刷方向であるＸ方向と直交するＹ方向に移動ステージ１３を精度良く移動させることができる。

【0016】

リニアステージ１１は、ロボットアーム２２０によってインクジェットヘッド１５を移動し対象物に印刷を行う際に、印刷方向と直交する方向にインクジェットヘッド１５がずれるのを補正するために配置されている。具体的には、リニアステージ１１は、インクジェットヘッド１５が搭載された移動ステージ１３を印刷方向と直交する方向に移動させることで、Ａ方向にインクジェットヘッド１５が移動するときに生じる、Ａ方向と直交したＢ方向のずれを補正する。

【0017】

尚、補正するずれ量は、高々数百μｍであり、補正動作は微小範囲での動作となる。一方、リニアステージ１１内のボール２２は、直径０．５ｍｍ程度であり、補正動作の範囲は、ボール２２の円周長１．５７ｍｍよりも非常に小さい。このため、ボール２２が一回転以下の移動量の繰り返し動作となるため、フレッチングと言われる接触する２体が微小往復運動を繰り返すことで発生する表面損傷を発生する虞がある。フレッチングが発生した箇所では、引っ掛かり等で滑らかに動作し難くなり、補正精度が低下し印刷品質が悪くなってしまう。
従って、本実施形態のロボットシステム１００では、インクジェットヘッド１５からインクが吐出されていないときに、リニアステージ１１をロボットアーム２２０に対して相対的に移動することで、補正動作時のボール２２同士の接触位置を変えることができ、フレッチングの発生を抑制している。

【0018】

次に、第１実施形態に係る印刷方法について、図４を参照して説明する。

【0019】

本実施形態のロボットシステム１００による印刷方法は、図４に示すように、先ず、ステップＳ１において、対象物を所定の位置に配置する等の印刷準備を行う。

【0020】

次に、ステップＳ２において、インクジェットヘッド１５を印刷開始位置へ移動する。

【0021】

その後、ステップＳ３において、インクジェットヘッド１５が印刷開始位置へ移動している間に、リニアステージ１１をロボットアーム２２０に対して相対的に移動する。具体的には、リニアステージ１１の移動ステージ１３を印刷方向に直交する方向に移動させる。尚、リニアステージ１１の移動する距離は、リニアステージ１１のボール２２外周１周以上、リニアステージ１１の可動限界以下、である。インクジェットヘッド１５からインクが吐出されていないときに、リニアステージ１１をロボットアーム２２０に対して相対的に移動することで、補正動作時のボール２２同士の接触位置を変えることができ、フレッチングの発生を抑制することができる。

【0022】

次に、ステップＳ４において、インクジェットヘッド１５が印刷開始位置に到達していない場合は、「ＮＯ」として、ステップＳ３に戻り、リニアステージ１１を移動するこの動作をインクジェットヘッド１５が印刷開始位置に到達するまで繰り返す。また、インクジェットヘッド１５が印刷開始位置に到達している場合は、「ＹＥＳ」として、ステップＳ５に進み、リニアステージ１１の動作を停止する。

【0023】

その後、ステップＳ６において、インクジェットヘッド１５からインクを吐出しながら印刷方向に移動し、対象物に印刷を行う。尚、印刷方向に直交する方向のずれが生じた場合には、リニアステージ１１を補正量移動し、印刷方向に直交する方向のずれを補正する。

【0024】

次に、ステップＳ７において、次の行を印刷する場合、つまり、先に印刷した行から次の行に改行して印刷する場合は、「ＹＥＳ」として、ステップＳ２に戻り、次の行の印刷開始位置へインクジェットヘッド１５を移動し、ステップＳ３でリニアステージ１１を移動する。従って、リニアステージ１１の移動は、印刷の改行のときに行う。また、次の行を印刷しない場合は、「ＮＯ」として、対象物への印刷を終了する。

【0025】

尚、本実施形態の印刷方法では、インクジェットヘッド１５が印刷開始位置に到達する前や印刷の改行ごとに、リニアステージ１１を移動することで、隣り合うボール２２が略同じ位置で接触し微小往復運動を繰り返すことがなくなるので、フレッチングの発生を抑制することができる。

【0026】

また、フレッチングの発生を抑制するためのリニアステージ１１の移動は、対象物の切り替わり時に行っても良い。尚、対象物の切り替わり時とは、対象物が例えば印刷用紙の場合、１枚目の印刷用紙に印刷が終了し、２枚目に印刷するように、印刷用紙が１枚目から２枚目に切り替わることを言う。

【0027】

また、フレッチングの発生を抑制するためのリニアステージ１１の移動は、１つの対象物の印刷が終了し、次の対象物を準備するまでの待機期間でも良く、また、所定時間経過毎に行っても良い。

【0028】

以上述べたように本実施形態のロボットシステム１００による印刷方法は、インクジェットヘッド１５からインクが吐出されていないときに、リニアステージ１１がロボットアーム２２０に対して相対的に移動し、インクジェットヘッド１５がインクを吐出しながら移動する方向に対して、リニアステージ１１の移動する方向が直交している。そのため、リニアステージ１１内のボール２２のフレッチングの発生を抑制することができ、且つ、印刷方向に直交する方向のずれを高精度に補正することができる。

【0029】

２．第２実施形態
次に、第２実施形態に係る印刷方法について、図５を参照して説明する。

【0030】

本実施形態のロボットシステム１００による印刷方法は、印刷の改行毎に、リニアステージ１１の初期位置を変更すること以外は、第１実施形態の印刷方法と同様である。

【0031】

本実施形態のロボットシステム１００による印刷方法は、図５に示すように、先ず、ステップＳ１１において、対象物を所定の位置に配置する等の印刷準備を行う。

【0032】

次に、ステップＳ１２において、リニアステージ１１の初期位置を設定する。尚、初期位置とは、リニアステージ１１の移動開始時の位置である。

【0033】

その後、ステップＳ３において、リニアステージ１１をステップＳ１２で設定した初期位置に移動する。インクジェットヘッド１５が印刷開始位置へ移動している間に、リニアステージ１１をロボットアーム２２０に対して相対的に移動する。具体的には、リニアステージ１１の移動ステージ１３を印刷方向に直交する方向に移動させる。尚、リニアステージ１１の移動する距離は、リニアステージ１１のボール２２外周１周分以上離れた位置である。

【0034】

次に、ステップＳ１４において、ロボットアーム２２０でインクジェットヘッド１５を印刷開始位置に移動する。

【0035】

その後、ステップＳ１５において、インクジェットヘッド１５からインクを吐出しながら印刷方向に移動し、対象物に印刷を行う。尚、印刷方向に直交する方向のずれが生じた場合には、リニアステージ１１を補正量移動し、印刷方向に直交する方向のずれを補正する。

【0036】

次に、ステップＳ１６において、次の行を印刷する場合、つまり、先に印刷した行から次の行に改行して印刷する場合は、「ＹＥＳ」として、ステップＳ１２に戻り、移動開始時の位置より、ボール２２外周１周分以上離れた位置を初期位置として設定する。改行毎にリニアステージ１１の初期位置を変更することで、補正動作時のボール２２同士の接触位置を変えることができ、フレッチングの発生を抑制することができる。また、次の行を印刷しない場合は、「ＮＯ」として、対象物への印刷を終了する。

【0037】

このような印刷方法とすることで、改行毎にリニアステージ１１の初期位置を移動開始時の位置より、ボール２２外周１周分以上離れた位置とすることで、補正動作時のボール２２同士の接触位置を変えることができ、フレッチングの発生を抑制することができる。

【符号の説明】

【0038】

１０…エンドエフェクター、１１…リニアステージ、１２…固定ステージ、１３…移動ステージ、１４…支持部、１５…インクジェットヘッド、１６…インクタンク、１７…制御部、１８…ネジ、１９…超音波モーター、２０…キャリッジ、２１…レール、２２…ボール、１００…ロボットシステム、２００…ロボット、２１０…基台、２２０…ロボットアーム、２２１，２２２，２２３，２２４，２２５，２２６…アーム、９００…ロボット制御装置、Ａ…矢印、Ｂ…矢印、Ｅ…エンコーダー、Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４，Ｊ５，Ｊ６…関節、Ｍ…モーター。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】