特許 7537221 立体物印刷装置および立体物印刷方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-13

(45)【発行日】2024-08-21

(54)【発明の名称】立体物印刷装置および立体物印刷方法

(51)【国際特許分類】

   B05C 11/10 20060101AFI20240814BHJP

   B41J 2/01 20060101ALI20240814BHJP

   B05D 1/26 20060101ALI20240814BHJP

   B05D 3/06 20060101ALI20240814BHJP

   B05D 7/00 20060101ALI20240814BHJP

   B05D 3/00 20060101ALI20240814BHJP

   B05C 9/12 20060101ALI20240814BHJP

   B05C 5/00 20060101ALN20240814BHJP

   B05B 12/00 20180101ALN20240814BHJP

【ＦＩ】

B05C11/10

B41J2/01 109

B41J2/01 401

B41J2/01 127

B41J2/01 303

B05D1/26 Z

B05D3/06 Z

B05D7/00 K

B05D3/00 D

B05C9/12

B05C5/00 101

B05B12/00 A

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2020175184

(22)【出願日】2020-10-19

(65)【公開番号】P2022066696

(43)【公開日】2022-05-02

【審査請求日】2023-09-15

(73)【特許権者】

【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】熊谷 勝

(72)【発明者】

【氏名】石井 裕樹

【審査官】山崎 晶

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－０５０８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】登録実用新案第３１９７３７３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１７－１４４６４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１７５３５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０３３５４９４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０５Ｃ １１／１０

Ｂ４１Ｊ ２／０１

Ｂ０５Ｄ １／２６

Ｂ０５Ｄ ３／０６

Ｂ０５Ｄ ７／００

Ｂ０５Ｄ ３／００

Ｂ０５Ｃ ９／１２

Ｂ０５Ｃ ５／００

Ｂ０５Ｂ １２／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体を吐出するノズルが設けられたノズル面を有する液体吐出ヘッドと、
前記液体吐出ヘッドからの液体を硬化または固化させるエネルギーを出射する出射面を有するエネルギー出射部と、
立体的なワークに対する前記液体吐出ヘッドおよび前記エネルギー出射部の相対的な位置および姿勢を変化させる移動機構と、を有し、
前記液体吐出ヘッドが前記ワークに対して液体を吐出しつつ、前記移動機構が前記ワークに対する前記液体吐出ヘッドの相対的な位置を変化させる第１ステップと、
前記エネルギー出射部が前記ワーク上の液体に対してエネルギーを照射しつつ、前記移動機構が前記ワークに対する前記液体吐出ヘッドの相対的な位置を変化させる第２ステップと、を実行し、
前記ノズル面の法線方向における前記ワークと前記ノズル面との間の距離をＬ１とし、 前記出射面の法線方向における前記ワークと前記出射面との間の距離をＬ２とするとき、
前記第１ステップは、Ｌ１＜Ｌ２の関係を満たし、
前記第２ステップは、Ｌ１＞Ｌ２の関係を満たす、
ことを特徴とする立体物印刷装置。

【請求項2】

前記第２ステップにおける前記液体吐出ヘッドは、前記ワークに対して液体を吐出しない、
ことを特徴とする請求項１に記載の立体物印刷装置。

【請求項3】

前記第１ステップにおいて、前記エネルギー出射部が前記ワーク上の液体に対してエネルギーを照射する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の立体物印刷装置。

【請求項4】

前記第１ステップにおける前記エネルギー出射部は、前記ワーク上の液体の一部を硬化および固化させない、
ことを特徴とする請求項３に記載の立体物印刷装置。

【請求項5】

前記第２ステップにおける前記エネルギー出射部から前記ワーク上の液体に照射されるエネルギーの単位面積あたりの量は、前記第１ステップにおける前記エネルギー出射部から前記ワーク上の液体に照射されるエネルギーの単位面積あたりの量よりも大きい、
ことを特徴とする請求項３または４に記載の立体物印刷装置。

【請求項6】

前記第２ステップにおける前記エネルギー出射部から前記ワーク上の液体に照射されるエネルギーの単位面積あたりの時間は、前記第１ステップにおける前記エネルギー出射部から前記ワーク上の液体に照射されるエネルギーの単位面積あたりの時間よりも長い、
ことを特徴とする請求項５に記載の立体物印刷装置。

【請求項7】

前記第２ステップにおける前記エネルギー出射部から前記ワーク上の液体に照射されるエネルギーの強度は、前記第１ステップにおける前記エネルギー出射部から前記ワーク上の液体に照射されるエネルギーの強度よりも高い、
ことを特徴とする請求項５に記載の立体物印刷装置。

【請求項8】

前記第２ステップにおける前記出射面の法線と前記ワークの面とがなす角度は、前記第２ステップにおける前記ノズル面の法線と前記ワークの面とがなす角度よりも９０度に近い、
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の立体物印刷装置。

【請求項9】

前記液体吐出ヘッドと前記エネルギー出射部との相対的な位置が固定されており、
前記移動機構は、前記液体吐出ヘッドおよび前記エネルギー出射部の両方を同時に移動させる、
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の立体物印刷装置。

【請求項10】

前記ノズル面および前記出射面の両方は、前記第１ステップおよび前記第２ステップのそれぞれにおいて前記ワークに対向する、
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の立体物印刷装置。

【請求項11】

前記移動機構によって前記ワークに対する前記液体吐出ヘッドの相対的な位置が変化する方向は、前記第１ステップと、前記第２ステップと、で互いに同一である、
ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の立体物印刷装置。

【請求項12】

液体を吐出するノズルが設けられたノズル面を有する液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドからの液体を硬化または固化させるエネルギーを出射する出射面を有するエネルギー出射部と、を含む機器と、
立体的なワークに対する前記機器の相対的な位置および姿勢を変化させる移動機構と、を用いて、
前記ワークに印刷を行う立体物印刷方法であって、
前記機器内の位置を示す第１基準点と、前記機器内の前記第１基準点とは異なる位置を示す第２基準点と、前記第１基準点の移動すべき第１経路と、前記第２基準点の移動すべき第２経路と、を設定し、
前記液体吐出ヘッドが前記ワークに対して液体を吐出しつつ、前記移動機構が前記ワークに対する前記第１基準点の相対的な位置を前記第１経路に沿って変化させる第１ステップを実行し、
前記エネルギー出射部が前記ワーク上の液体に対してエネルギーを照射しつつ、前記移動機構が前記ワークに対する前記第２基準点の相対的な位置を前記第２経路に沿って変化させる第２ステップと、を実行し、
前記ワークと前記第１基準点との間の距離をＬ１とし、前記ワークと前記第２基準点との間の距離をＬ２とするとき、
前記第１ステップは、Ｌ１＜Ｌ２の関係を満たし、
前記第２ステップは、Ｌ１＞Ｌ２の関係を満たす、
ことを特徴とする立体物印刷方法。

【請求項13】

前記第１基準点は、前記液体吐出ヘッドの位置を示す点であり、
前記第２基準点は、前記エネルギー出射部の位置を示す点である、
ことを特徴とする請求項１２に記載の立体物印刷方法。

【請求項14】

前記第１基準点は、前記出射面よりも前記ノズル面に近い点であり、
前記第２基準点は、前記ノズル面よりも前記出射面に近い点である、
ことを特徴とする請求項１２または１３に記載の立体物印刷方法。

【請求項15】

前記第１経路は、前記ノズル面の法線方向における前記ワークと前記第１基準点との間の距離が一定となるように設定される、
ことを特徴とする請求項１２から１４のいずれか１項に記載の立体物印刷方法。

【請求項16】

前記第２経路は、前記出射面の法線方向における前記ワークと前記第２基準点との間の距離が一定となるように設定される、
ことを特徴とする請求項１２から１５のいずれか１項に記載の立体物印刷方法。

【請求項17】

液体を吐出するノズルが設けられたノズル面を有する液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドからの液体を硬化または固化させるエネルギーを出射する出射面を有するエネルギー出射部と、を用いて、立体的なワークに印刷を行う立体物印刷方法であって、
前記液体吐出ヘッドから前記ワークに対して液体を吐出させつつ、前記ワークに対する前記液体吐出ヘッドの相対的な位置を第１経路に沿って変化させる第１ステップと、
前記エネルギー出射部から前記ワーク上の液体に対してエネルギーを照射させつつ、前記ワークに対する前記液体吐出ヘッドの相対的な位置を第２経路に沿って変化させる第２ステップと、を実行し、
前記ノズル面の法線方向における前記ワークと前記ノズル面との間の距離をＬ１とし、 前記出射面の法線方向における前記ワークと前記出射面との間の距離をＬ２とするとき、
前記第１ステップは、Ｌ１＜Ｌ２の関係を満たし、
前記第２ステップは、Ｌ１＞Ｌ２の関係を満たす、
ことを特徴とする立体物印刷方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、立体物印刷装置および立体物印刷方法に関する。

【背景技術】

【0002】

立体物の表面にインクジェット方式により印刷を行う立体物印刷装置が知られている。例えば、特許文献１に記載のシステムは、ロボットと、ロボットに配置される印刷ヘッドと、を有し、車両の湾曲した表面に対して印刷ヘッドからインク滴を噴射させる。

【0003】

特許文献１には、印刷ヘッドと隣り合うようにロボットに配置された硬化用ヘッドを印刷ヘッドと同一にトレースさせることにより塗布直後のインクを硬化させることが記載される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特表２０１５－５２００１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の装置では、印刷ヘッドと硬化用ヘッドとが隣り合うように配置されている。このように、印刷ヘッドおよび硬化用ヘッドの互いの位置関係を固定した装置においては、印刷ヘッドを所望の位置および姿勢とすると、硬化用ヘッドを所望の位置および姿勢とすることができない場合がある。換言すれば、印刷ヘッドと硬化用ヘッドのいずれか一方は所望の位置および姿勢にできない場合がある。このため、例えば印刷品質を保つために印刷ヘッドを所望の位置および姿勢とすると、硬化用ヘッドが所望の位置および姿勢にすることができず、これに起因して硬化用ヘッドによるインクの硬化を効率的に行うことが難しいという課題があった。

【課題を解決するための手段】

【0006】

以上の課題を解決するために、本発明に係る立体物印刷装置の一態様は、液体を吐出するノズルが設けられたノズル面を有する液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドからの液体を硬化または固化させるエネルギーを出射する出射面を有するエネルギー出射部と、立体的なワークに対する前記液体吐出ヘッドおよび前記エネルギー出射部の相対的な位置および姿勢を変化させる移動機構と、を有し、前記液体吐出ヘッドが前記ワークに対して液体を吐出しつつ、前記移動機構が前記ワークに対する前記液体吐出ヘッドの相対的な位置を変化させる第１ステップと、前記エネルギー出射部が前記ワーク上の液体に対してエネルギーを照射しつつ、前記移動機構が前記ワークに対する前記液体吐出ヘッドの相対的な位置を変化させる第２ステップと、を実行し、前記ノズル面の法線方向における前記ワークと前記ノズル面との間の距離をＬ１とし、前記出射面の法線方向における前記ワークと前記出射面との間の距離をＬ２とするとき、前記第１ステップは、Ｌ１＜Ｌ２の関係を満たし、前記第２ステップは、Ｌ１＞Ｌ２の関係を満たす。

【0007】

本発明に係る立体物印刷方法の一態様は、液体を吐出するノズルが設けられたノズル面を有する液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドからの液体を硬化または固化させるエネルギーを出射する出射面を有するエネルギー出射部と、を含む機器と、立体的なワークに対する前記機器の相対的な位置および姿勢を変化させる移動機構と、を用いて、前記ワークに印刷を行う立体物印刷方法であって、前記機器内の位置を示す第１基準点と、前記機器内の前記第１基準点とは異なる位置を示す第２基準点と、前記第１基準点の移動すべき第１経路と、前記第２基準点の移動すべき第２経路と、を設定し、前記液体吐出ヘッドが前記ワークに対して液体を吐出しつつ、前記移動機構が前記ワークに対する前記第１基準点の相対的な位置を前記第１経路に沿って変化させる第１ステップを実行し、前記エネルギー出射部が前記ワーク上の液体に対してエネルギーを照射しつつ、前記移動機構が前記ワークに対する前記第２基準点の相対的な位置を前記第２経路に沿って変化させる第２ステップと、を実行する。

【0008】

本発明に係る立体物印刷方法の他の一態様は、液体を吐出するノズルが設けられたノズル面を有する液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドからの液体を硬化または固化させるエネルギーを出射する出射面を有するエネルギー出射部と、を用いて、立体的なワークに印刷を行う立体物印刷方法であって、前記液体吐出ヘッドから前記ワークに対して液体を吐出させつつ、前記ワークに対する前記液体吐出ヘッドの相対的な位置を第１経路に沿って変化させる第１ステップと、前記エネルギー出射部から前記ワーク上の液体に対してエネルギーを照射させつつ、前記ワークに対する前記液体吐出ヘッドの相対的な位置を第２経路に沿って変化させる第２ステップと、を実行し、前記ノズル面の法線方向における前記ワークと前記ノズル面との間の距離をＬ１とし、前記出射面の法線方向における前記ワークと前記出射面との間の距離をＬ２とするとき、前記第１ステップは、Ｌ１＜Ｌ２の関係を満たし、前記第２ステップは、Ｌ１＞Ｌ２の関係を満たす。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態に係る立体物印刷装置の概略を示す斜視図である。

【図2】実施形態に係る立体物印刷装置の電気的な構成を示すブロック図である。

【図3】実施形態における液体吐出ユニットの概略構成を示す斜視図である。

【図4】実施形態に係る立体物印刷方法の流れを示すフローチャートである。

【図5】実施形態における基準点および経路の設定を説明するための図である。

【図6】実施形態における第１ステップを説明するための模式図である。

【図7】実施形態における第２ステップを説明するための模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態を説明する。なお、図面において各部の寸法または縮尺は実際と適宜に異なり、理解を容易にするために模式的に示している部分もある。また、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られない。

【0011】

以下の説明は、互いに交差するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を適宜に用いて行う。また、Ｘ軸に沿う一方向をＸ１方向といい、Ｘ１方向と反対の方向をＸ２方向という。同様に、Ｙ軸に沿って互いに反対の方向をＹ１方向およびＹ２方向という。また、Ｚ軸に沿って互いに反対の方向をＺ１方向およびＺ２方向という。

【0012】

ここで、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、後述のワークＷおよび基台２１０が設置される空間に設定されるベース座標系の座標軸である。典型的には、Ｚ軸が鉛直な軸であり、Ｚ２方向が鉛直方向での下方向に相当する。なお、Ｚ軸は、鉛直な軸でなくともよい。また、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、典型的には互いに直交するが、これに限定されず、直交しない場合もある。例えば、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸が８０°以上１００°以下の範囲内の角度で互いに交差すればよい。

【0013】

１．第１実施形態
１－１．立体物印刷装置の概略
図１は、実施形態に係る立体物印刷装置１００の概略を示す斜視図である。立体物印刷装置１００は、立体的なワークＷの表面にインクジェット方式により印刷を行う装置である。

【0014】

ワークＷは、印刷対象となる面ＷＦを有する。図１に示す例では、面ＷＦが曲率の異なる複数の部分を有する凸状の曲面である。なお、印刷対象は、ワークＷが有する複数の面のうち面ＷＦ以外の面でもよい。また、ワークＷの大きさ、形状または設置姿勢は、図１に示す例に限定されず、任意である。

【0015】

図１に示す例では、立体物印刷装置１００は、垂直多関節ロボットを用いるインクジェットプリンターである。具体的には、図１に示すように、立体物印刷装置１００は、ロボット２００と液体吐出ユニット３００と液体供給ユニット４００とコントローラー６００とを有する。以下、まず、図１に示す立体物印刷装置１００の各部を順次簡単に説明する。

【0016】

ロボット２００は、ワークＷに対する液体吐出ユニット３００の位置および姿勢を変化させる移動機構である。図１に示す例では、ロボット２００は、いわゆる６軸の垂直多関節ロボットである。具体的には、ロボット２００は、基台２１０とアーム２２０とを有する。

【0017】

基台２１０は、アーム２２０を支持する台である。図１に示す例では、基台２１０は、Ｚ１方向を向く床面等の設置面にネジ止め等により固定される。なお、基台２１０が固定される設置面は、いかなる方向を向く面でもよく、図１に示す例に限定されず、例えば、壁、天井、移動可能な台車等が有する面でもよい。

【0018】

アーム２２０は、基台２１０に取り付けられる基端と、当該基端に対して３次元的に位置および姿勢を変化させる先端と、を有する６軸のロボットアームである。具体的には、アーム２２０は、アーム２２１、２２２、２２３、２２４、２２５および２２６を有し、これらがこの順に連結される。

【0019】

アーム２２１は、基台２１０に対して第１回動軸Ｏ１まわりに回動可能に関節部２３０＿１を介して連結される。アーム２２２は、アーム２２１に対して第２回動軸Ｏ２まわりに回動可能に関節部２３０＿２を介して連結される。アーム２２３は、アーム２２２に対して第３回動軸Ｏ３まわりに回動可能に関節部２３０＿３を介して連結される。アーム２２４は、アーム２２３に対して第４回動軸Ｏ４まわりに回動可能に関節部２３０＿４を介して連結される。アーム２２５は、アーム２２４に対して第５回動軸Ｏ５まわりに回動可能に関節部２３０＿５を介して連結される。アーム２２６は、アーム２２５に対して第６回動軸Ｏ６まわりに回動可能に関節部２３０＿６を介して連結される。なお、以下では、関節部２３０＿１～２３０＿６のそれぞれを関節部２３０という場合がある。

【0020】

関節部２３０は、「可動部」の一例である。図１では、関節部２３０の数Ｎが６個である場合が例示される。図１に示す例では、関節部２３０＿１～２３０＿６のそれぞれは、隣り合う２つのアームの一方を他方に対して回動可能に連結する機構である。図１では図示しないが、関節部２３０＿１～２３０＿６のそれぞれには、隣り合う２つのアームの一方を他方に対して回動させる駆動機構が設けられる。当該駆動機構は、例えば、当該回動のための駆動力を発生させるモーターと、当該駆動力を減速して出力する減速機と、当該回動の角度等の動作量を検出するロータリーエンコーダー等のエンコーダーと、を有する。なお、当該駆動機構の集合体は、後述の図２に示すアーム駆動機構２４０に相当する。また、当該エンコーダーは、後述の図２等に示すエンコーダー２４１に相当する。

【0021】

第１回動軸Ｏ１は、基台２１０が固定される図示しない設置面に対して垂直な軸である。第２回動軸Ｏ２は、第１回動軸Ｏ１に対して垂直な軸である。第３回動軸Ｏ３は、第２回動軸Ｏ２に対して平行な軸である。第４回動軸Ｏ４は、第３回動軸Ｏ３に対して垂直な軸である。第５回動軸Ｏ５は、第４回動軸Ｏ４に対して垂直な軸である。第６回動軸Ｏ６は、第５回動軸Ｏ５に対して垂直な軸である。

【0022】

なお、これらの回動軸について、「垂直」とは、２つの回動軸のなす角度が厳密に９０°である場合のほか、２つの回動軸のなす角度が９０°から±５°程度の範囲内でずれる場合も含む。同様に、「平行」とは、２つの回動軸が厳密に平行である場合のほかに、２つの回動軸の一方が他方に対して±５°程度の範囲内で傾斜する場合も含む。

【0023】

以上のアーム２２０の先端、すなわち、アーム２２６には、エンドエフェクターとして、液体吐出ユニット３００が装着される。

【0024】

液体吐出ユニット３００は、液体の一例であるインクをワークＷに向けて吐出する液体吐出ヘッド３１０と、液体吐出ヘッド３１０からワークＷ上に吐出されたインクを硬化または固化させるエネルギーを出射するエネルギー出射部３３０と、を有する機器である。本実施形態では、液体吐出ユニット３００は、液体吐出ヘッド３１０およびエネルギー出射部３３０のほか、液体吐出ヘッド３１０に供給されるインクの圧力を調整する圧力調整弁３２０を有する。これらは、ともにアーム２２６に固定されるので、互いの位置および姿勢の関係が固定される。

【0025】

当該インクとしては、特に限定されず、例えば、水系溶媒に染料または顔料等の色材を溶解させた水系インク、紫外線硬化型等の硬化性樹脂を用いた硬化性インク、および、有機溶剤に染料または顔料等の色材を溶解させた溶剤系インク等が挙げられる。中でも、硬化性インクが好適に用いられる。硬化性インクは、特に限定されず、例えば、熱硬化型、光硬化型、放射線硬化型および電子線硬化型等のいずれでもよいが、紫外線硬化型等の光硬化型が好適である。なお、当該インクは、溶液に限定されず、分散媒に色材等を分散質として分散させたインクでもよい。また、当該インクは、色材を含むインクに限定されず、配線等を形成するための金属粒子等の導電性粒子を分散質として含むインクでもよい。

【0026】

図１では図示しないが、液体吐出ヘッド３１０は、圧電素子と、インクを収容するキャビティと、当該キャビティに連通するノズルと、有する。ここで、当該圧電素子は、キャビティごとに設けられており、当該キャビティの圧力を変化させることにより、当該キャビティに対応するノズルからインクを吐出させる。このような液体吐出ヘッド３１０は、例えば、エッチング等により適宜に加工したシリコン基板等の複数の基板を接着剤等により貼り合わせることにより得られる。なお、当該圧電素子は、後述の図２に示す圧電素子３１１に相当する。また、ノズルからインクを吐出させるための駆動素子として、当該圧電素子に代えて、キャビティ内のインクを加熱するヒーターを用いてもよい。

【0027】

圧力調整弁３２０は、液体吐出ヘッド３１０内のインクの圧力に応じて開閉する弁機構である。この開閉により、液体吐出ヘッド３１０内のインクの圧力が所定範囲内の負圧に維持される。このため、液体吐出ヘッド３１０のノズルＮに形成されるインクのメニスカスの安定化が図られる。この結果、ノズルＮ内に気泡が入り込んだり、ノズルＮからインクが溢れ出したりすることが防止される。

【0028】

なお、図１に示す例では、液体吐出ユニット３００が有する液体吐出ヘッド３１０および圧力調整弁３２０のそれぞれの数が１個であるが、当該数は、図１に示す例に限定されず、２個以上でもよい。また、圧力調整弁３２０の設置位置は、アーム２２６に限定されず、例えば、他のアーム等でもよいし、基台２１０に対して固定の位置でもよい。

【0029】

エネルギー出射部３３０は、インクの種類に応じて、光、熱、電子線または放射線等のエネルギーを出射する。例えば、インクが紫外線硬化型である場合、当該エネルギーは、紫外線である。エネルギー出射部３３０は、当該エネルギー種類に応じた構成を有する。例えば、当該エネルギーが紫外線である場合、エネルギー出射部３３０は、紫外線を出射するＬＥＤ（light emitting diode）等の発光素子等の光源を含む。なお、エネルギー出射部３３０は、エネルギーの出射方向または出射範囲等を調整するためのレンズ等の光学部品等を有してもよい。

【0030】

ここで、エネルギー出射部３３０は、出射されるエネルギーの強度を調整可能であることが好ましい。この場合、後述の印刷動作時にエネルギーの強度を小さくすることによりノズル詰まりを低減するとともに、後述の硬化動作時にエネルギーの硬度を大きくすることによりインクの硬化または固化に要する時間を短縮することができる。

【0031】

液体供給ユニット４００は、インクを液体吐出ヘッド３１０に供給するための機構である。液体供給ユニット４００は、液体貯留部４１０と供給流路４２０とを有する。

【0032】

液体貯留部４１０は、インクを貯留する容器である。液体貯留部４１０は、例えば、可撓性のフィルムで形成された袋状のインクパックである。

【0033】

図１に示す例では、液体貯留部４１０は、常に液体吐出ヘッド３１０よりもＺ１方向に位置するように、壁、天井または柱等に固定される。すなわち、液体貯留部４１０は、液体吐出ヘッド３１０の移動領域よりも鉛直方向での上方に位置する。このため、ポンプ等の機構を用いなくても、液体貯留部４１０から液体吐出ヘッド３１０に所定の加圧力でインクを供給することができる。

【0034】

なお、液体貯留部４１０の設置場所は、液体貯留部４１０から液体吐出ヘッド３１０に所定の圧力でインクを供給することができればよく、液体吐出ヘッド３１０よりも鉛直方向での下方に位置してもよい。この場合、例えば、ポンプを用いて、液体貯留部４１０から液体吐出ヘッド３１０に所定の圧力でインクを供給すればよい。

【0035】

供給流路４２０は、液体貯留部４１０から液体吐出ヘッド３１０にインクを供給する流路である。供給流路４２０の途中には、圧力調整弁３２０が設けられる。このため、液体吐出ヘッド３１０と液体貯留部４１０との位置関係が変化しても、液体吐出ヘッド３１０内のインクの圧力の変動を低減することができる。

【0036】

供給流路４２０は、例えば、管体の内部空間で構成される。ここで、供給流路４２０に用いる管体は、例えば、ゴム材料またはエラストマー材料等の弾性材料で構成されており、可撓性を有する。このように、可撓性を有する管体を用いて供給流路４２０を構成することにより、液体貯留部４１０と圧力調整弁３２０との相対的な位置関係の変化が許容される。したがって、液体貯留部４１０の位置および姿勢を固定したまま、液体吐出ヘッド３１０の位置または姿勢が変化しても、液体貯留部４１０から圧力調整弁３２０へインクを供給することができる。

【0037】

なお、供給流路４２０の一部が可撓性を有しない部材で構成されてもよい。また、供給流路４２０の一部は、インクを複数箇所に分配する分配流路を有する構成でもよいし、液体吐出ヘッド３１０または圧力調整弁３２０と一体で構成されてもよい。

【0038】

コントローラー６００は、ロボット２００の駆動を制御するロボットコントローラーである。図１では図示しないが、コントローラー６００には、液体吐出ユニット３００における吐出動作を制御する制御モジュールが電気的に接続される。コントローラー６００および当該制御モジュールには、コンピューターが通信可能に接続される。なお、当該制御モジュールは、後述の図２に示す制御モジュール５００に相当する。当該コンピューターは、後述の図２に示すコンピューター７００に相当する。

【0039】

１－２．立体物印刷装置の電気的な構成
図２は、第１実施形態に係る立体物印刷装置１００の電気的な構成を示すブロック図である。図２では、立体物印刷装置１００の構成要素のうち、電気的な構成要素が示される。また、図２では、エンコーダー２４１＿１～２４１＿６を含むアーム駆動機構２４０が示される。アーム駆動機構２４０は、関節部２３０＿１～２３０＿６を動作させる前述の駆動機構の集合体である。エンコーダー２４１＿１～２４１＿６は、関節部２３０＿１～２３０＿６に対応して設けられ、エンコーダー２４１＿１～２４１＿６の回転角度等の動作量を計測する。なお、以下では、エンコーダー２４１＿１～２４１＿６のそれぞれをエンコーダー２４１という場合がある。

【0040】

図２に示すように、立体物印刷装置１００は、前述のロボット２００と液体吐出ユニット３００とコントローラー６００のほか、制御モジュール５００とコンピューター７００とを有する。なお、以下に述べる電気的な各構成要素は、適宜に分割されてもよいし、一部が他の構成要素に含まれてもよいし、他の構成要素と一体で構成されてもよい。例えば、制御モジュール５００またはコントローラー６００の機能の一部または全部は、コントローラー６００に接続されるコンピューター７００により実現されてもよいし、ＬＡＮ（Local Area Network）またはインターネット等のネットワークを介してコントローラー６００に接続されるＰＣ（personal computer）等の他の外部装置により実現されてもよい。

【0041】

コントローラー６００は、ロボット２００の駆動を制御する機能と、液体吐出ヘッド３１０の吐出動作をロボット２００の動作に同期させるための信号Ｄ３を生成する機能と、を有する。コントローラー６００は、記憶回路６１０と処理回路６２０とを有する。

【0042】

記憶回路６１０は、処理回路６２０が実行する各種プログラムと、処理回路６２０が処理する各種データと、を記憶する。記憶回路６１０は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性のメモリーとＲＯＭ（Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）またはＰＲＯＭ（Programmable ROM）等の不揮発性メモリーとの一方または両方の半導体メモリーを含む。なお、記憶回路６１０の一部または全部は、処理回路６２０に含まれてもよい。

【0043】

記憶回路６１０には、基準点情報Ｄａおよび経路情報Ｄｂが記憶される。基準点情報Ｄａは、液体吐出ヘッド３１０およびエネルギー出射部３３０のそれぞれの位置に関する情報である。具体的には、基準点情報Ｄａは、ツールセンターポイントとして設定される後述の第１基準点ＴＣＰ１および第２基準点ＴＣＰ２に関する情報である。

【0044】

経路情報Ｄｂは、液体吐出ヘッド３１０およびエネルギー出射部３３０の移動すべき経路を示す情報である。具体的には、経路情報Ｄｂは、後述の第１基準点ＴＣＰ１の移動すべき経路である後述の第１経路ＲＵ＿１を示す情報と、後述の第２基準点ＴＣＰ２の移動すべき経路である後述の第２経路ＲＵ＿２を示す情報と、を含む。ただし、第１経路ＲＵ＿１および第２経路ＲＵ＿２は、同一でもよいし、異なってもよい。経路情報Ｄｂは、例えば、ベース座標系の座標値を用いて表される。経路情報Ｄｂは、ワークＷの位置および形状を示すワーク情報に基づいて決められる。当該ワーク情報は、ワークＷの３次元形状を示すＣＡＤ（computer-aided design）データ等の情報を前述のベース座標系に対応付けることにより得られる。以上の経路情報Ｄｂは、コンピューター７００から記憶回路６１０に入力される。

【0045】

処理回路６２０は、経路情報Ｄｂに基づいて関節部２３０＿１～２３０＿６の動作を制御するとともに、信号Ｄ３を生成する。具体的には、処理回路６２０は、経路情報Ｄｂを各関節部２３０＿１～２３０＿６の回転角度および回転速度等の動作量に変換する演算である逆運動学計算を行う。そして、処理回路６２０は、各関節部２３０＿１～２３０＿６の実際の回転角度および回転速度等の動作量が前述の演算結果となるように、ロボット２００のアーム駆動機構２４０に含まれるエンコーダー２４１＿１～２４１＿６からの出力Ｄ１＿１～Ｄ１＿６に基づいて、制御信号Ｓｋ＿１～Ｓｋ＿６を出力する。制御信号Ｓｋ＿１～Ｓｋ＿６は、関節部２３０＿１～２３０＿６に対応しており、対応する関節部２３０に設けられるモーターの駆動を制御する。なお、出力Ｄ１＿１～Ｄ１＿６は、エンコーダー２４１＿１～２４１＿６に対応する。以下では、出力Ｄ１＿１～Ｄ１＿６のそれぞれを出力Ｄ１という場合がある。

【0046】

また、処理回路６２０は、エンコーダー２４１＿１～２４１＿６のうちの少なくとも１つからの出力Ｄ１に基づいて、信号Ｄ３を生成する。例えば、処理回路６２０は、エンコーダー２４１＿１～２４１＿６のうちの１つのエンコーダー２４１からの出力Ｄ１が所定値となるタイミングのパルスを含むトリガー信号を信号Ｄ３として生成する。

【0047】

以上の処理回路６２０は、例えば、１個以上のＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサーを含む。なお、処理回路６２０は、ＣＰＵに代えて、または、ＣＰＵに加えて、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等のプログラマブルロジックデバイスを含んでもよい。

【0048】

制御モジュール５００は、コントローラー６００から出力される信号Ｄ３とコンピューター７００からの印刷データとに基づいて、液体吐出ヘッド３１０の吐出動作を制御する回路である。制御モジュール５００は、タイミング信号生成回路５１０と電源回路５２０と制御回路５３０と駆動信号生成回路５４０とを有する。

【0049】

タイミング信号生成回路５１０は、信号Ｄ３に基づいてタイミング信号ＰＴＳを生成する。タイミング信号生成回路５１０は、例えば、信号Ｄ３の検出を契機としてタイミング信号ＰＴＳの生成を開始するタイマーで構成される。

【0050】

電源回路５２０は、図示しない商用電源から電力の供給を受け、所定の各種電位を生成する。生成した各種電位は、立体物印刷装置１００の各部に適宜に供給される。例えば、電源回路５２０は、電源電位ＶＨＶとオフセット電位ＶＢＳとを生成する。オフセット電位ＶＢＳは、液体吐出ユニット３００に供給される。また、電源電位ＶＨＶは、駆動信号生成回路５４０に供給される。

【0051】

制御回路５３０は、タイミング信号ＰＴＳに基づいて、制御信号ＳＩと波形指定信号ｄＣｏｍとラッチ信号ＬＡＴとクロック信号ＣＬＫとチェンジ信号ＣＮＧとを生成する。これらの信号は、タイミング信号ＰＴＳに同期する。これらの信号のうち、波形指定信号ｄＣｏｍは、駆動信号生成回路５４０に入力され、それ以外の信号は、液体吐出ユニット３００のスイッチ回路３４０に入力される。

【0052】

制御信号ＳＩは、液体吐出ヘッド３１０が有する圧電素子３１１の動作状態を指定するためのデジタルの信号である。具体的には、制御信号ＳＩは、圧電素子３１１に対して後述の駆動信号Ｃｏｍを供給するか否かを指定する。この指定により、例えば、圧電素子３１１に対応するノズルからインクを吐出するか否かを指定したり、当該ノズルから吐出されるインクの量を指定したりする。波形指定信号ｄＣｏｍは、駆動信号Ｃｏｍの波形を規定するためのデジタル信号である。ラッチ信号ＬＡＴおよびチェンジ信号ＣＮＧは、制御信号ＳＩと併用され、圧電素子３１１の駆動タイミングを規定することにより、ノズルからのインクの吐出タイミングを規定する。クロック信号ＣＬＫは、タイミング信号ＰＴＳに同期した基準となるクロック信号である。以上の信号のうち、液体吐出ユニット３００のスイッチ回路３４０に入力される信号については、後に詳述する。

【0053】

以上の制御回路５３０は、例えば、１個以上のＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサーを含む。なお、制御回路５３０は、ＣＰＵに代えて、または、ＣＰＵに加えて、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等のプログラマブルロジックデバイスを含んでもよい。

【0054】

駆動信号生成回路５４０は、液体吐出ヘッド３１０が有する各圧電素子３１１を駆動するための駆動信号Ｃｏｍを生成する回路である。具体的には、駆動信号生成回路５４０は、例えば、ＤＡ変換回路と増幅回路とを有する。駆動信号生成回路５４０では、当該ＤＡ変換回路が制御回路５３０からの波形指定信号ｄＣｏｍをデジタル信号からアナログ信号に変換し、当該増幅回路が電源回路５２０からの電源電位ＶＨＶを用いて当該アナログ信号を増幅することで駆動信号Ｃｏｍを生成する。ここで、駆動信号Ｃｏｍに含まれる波形のうち、圧電素子３１１に実際に供給される波形の信号が駆動パルスＰＤである。駆動パルスＰＤは、スイッチ回路３４０を介して、駆動信号生成回路５４０から圧電素子３１１に供給される。スイッチ回路３４０は、制御信号ＳＩに基づいて、駆動信号Ｃｏｍに含まれる波形のうちの少なくとも一部を駆動パルスＰＤとして供給するか否かを切り替える。

【0055】

コンピューター７００は、コントローラー６００に基準点情報Ｄａおよび経路情報Ｄｂを供給する機能と、制御モジュール５００に印刷データを供給する機能と、を有する。また、本実施形態のコンピューター７００は、前述のエネルギー出射部３３０に電気的に接続されており、コントローラー６００または制御モジュール５００からの信号に基づいて、エネルギー出射部３３０の駆動を制御する信号Ｄ２を出力する。

【0056】

１－３．液体吐出ユニット
図３は、第１実施形態における液体吐出ユニット３００の概略構成を示す斜視図である。

【0057】

以下の説明は、互いに交差するａ軸、ｂ軸およびｃ軸を適宜に用いて行う。また、ａ軸に沿う一方向をａ１方向といい、ａ１方向と反対の方向をａ２方向という。同様に、ｂ軸に沿って互いに反対の方向をｂ１方向およびｂ２方向という。また、ｃ軸に沿って互いに反対の方向をｃ１方向およびｃ２方向という。

【0058】

ここで、ａ軸、ｂ軸およびｃ軸は、液体吐出ユニット３００に設定されるツール座標系の座標軸であり、前述のロボット２００の動作により前述のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸との相対的な位置および姿勢の関係が変化する。図３に示す例では、ｃ軸が前述の第６回動軸Ｏ６に平行な軸である。なお、ａ軸、ｂ軸およびｃ軸は、典型的には互いに直交するが、これに限定されず、例えば、８０°以上１００°以下の範囲内の角度で交差すればよい。

【0059】

液体吐出ユニット３００は、前述のように、液体吐出ヘッド３１０と圧力調整弁３２０とエネルギー出射部３３０とを有する。これらは、図３中の二点鎖線で示される支持体３５０に支持される。

【0060】

支持体３５０は、例えば、金属材料等で構成されており、実質的な剛体である。なお、図３では、支持体３５０が扁平な箱状をなすが、支持体３５０の形状は、特に限定されず、任意である。

【0061】

以上の支持体３５０は、前述のアーム２２０の先端、すなわちアーム２２６に装着される。このため、液体吐出ヘッド３１０と圧力調整弁３２０とエネルギー出射部３３０とのそれぞれは、アーム２２６に固定される。

【0062】

図３に示す例では、圧力調整弁３２０は、液体吐出ヘッド３１０に対してｃ１方向に位置する。エネルギー出射部３３０は、液体吐出ヘッド３１０に対してａ２方向に位置する。

【0063】

供給流路４２０は、圧力調整弁３２０により上流流路４２１と下流流路４２２とに区分される。すなわち、供給流路４２０は、液体貯留部４１０と圧力調整弁３２０とを連通させる上流流路４２１と、圧力調整弁３２０と液体吐出ヘッド３１０とを連通させる下流流路４２２と、を有する。図３に示す例では、供給流路４２０の下流流路４２２の一部が流路部材４２２ａで構成される。流路部材４２２ａは、圧力調整弁３２０からのインクを液体吐出ヘッド３１０の複数箇所に分配する流路を有する。流路部材４２２ａは、例えば、樹脂材料で構成される複数の基板の積層体であり、各基板には、インクの流路のための溝または孔が適宜に設けられる。

【0064】

液体吐出ヘッド３１０は、ノズル面Ｆ１と、ノズル面Ｆ１に開口する複数のノズルＮと、を有する。図３に示す例では、ノズル面Ｆ１の法線方向がｃ２方向であり、当該複数のノズルＮは、ａ軸に沿う方向に互いに間隔をあけて並ぶ第１ノズル列Ｌａと第２ノズル列Ｌｂとに区分される。第１ノズル列Ｌａおよび第２ノズル列Ｌｂのそれぞれは、「ノズル列」の一例であり、ｂ軸に沿う方向に直線状に配列される複数のノズルＮの集合である。ここで、液体吐出ヘッド３１０における第１ノズル列Ｌａの各ノズルＮに関連する要素と第２ノズル列Ｌｂの各ノズルＮに関連する要素とがａ軸に沿う方向で互いに略対称な構成である。

【0065】

ただし、第１ノズル列Ｌａにおける複数のノズルＮと第２ノズル列Ｌｂにおける複数のノズルＮとのｂ軸に沿う方向での位置が互いに一致してもよいし異なってもよい。また、第１ノズル列Ｌａおよび第２ノズル列Ｌｂのうちの一方の各ノズルＮに関連する要素が省略されてもよい。以下では、第１ノズル列Ｌａにおける複数のノズルＮと第２ノズル列Ｌｂにおける複数のノズルＮとのｂ軸に沿う方向での位置が互いに一致する構成が例示される。

【0066】

エネルギー出射部３３０は、紫外線等のエネルギーを出射する出射面Ｆ２を有する。図３に示す例では、出射面Ｆ２の法線方向がｃ２方向であり、かつ、出射面Ｆ２が前述のノズル面Ｆ１と同一平面上に配置される。なお、出射面Ｆ２の法線方向は、ノズル面Ｆ１の法線方向と異なってもよい。また、出射面Ｆ２は、ノズル面Ｆ１と同一平面上に位置しなくてもよく、例えば、ノズル面Ｆ１に対してｃ１方向またはｃ２方向に位置してもよい。

【0067】

立体物印刷装置１００は、液体吐出ユニット３００内の互いに異なる位置を示す第１基準点ＴＣＰ１および第２基準点ＴＣＰ２をツールセンターポイントとして設定可能であり、第１基準点ＴＣＰ１が所定の経路に沿って移動するようにロボット２００を駆動する印刷動作と、第２基準点ＴＣＰ２が所定の経路に沿って移動するようにロボット２００を駆動する硬化動作と、を選択的に実行する。なお、印刷動作では、第１基準点ＴＣＰ１を原点とするツール座標系が用いられる。硬化動作では、第２基準点ＴＣＰ２を原点とするツール座標系が用いられる。

【0068】

第１基準点ＴＣＰ１は、液体吐出ヘッド３１０の位置を示す点である。図３に示す例では、第１基準点ＴＣＰ１がノズル面Ｆ１の中心点である。また、第２基準点ＴＣＰ２は、エネルギー出射部３３０の位置を示す点である。図３に示す例では、第２基準点ＴＣＰ２が出射面Ｆ２の中心点である。なお、第１基準点ＴＣＰ１は、ノズル面Ｆ１の中心に限定されず、液体吐出ユニット３００内における出射面Ｆ２よりもノズル面Ｆ１に近い位置であればよい。また、第２基準点ＴＣＰ２は、出射面Ｆ２の中心に限定されず、液体吐出ユニット３００内におけるノズル面Ｆ１よりも出射面Ｆ２に近い位置であればよい。

【0069】

１－４．立体物印刷装置の動作および立体物印刷方法
図４は、実施形態に係る立体物印刷方法の流れを示すフローチャートである。当該立体物印刷方法は、前述の立体物印刷装置１００を用いて行われる。立体物印刷装置１００は、図４に示すように、基準点および経路を設定するステップＳ１１０と、印刷動作を行うステップＳ１２０と、硬化動作を行うステップＳ１３０と、をこの順で実行する。

【0070】

図５は、実施形態における基準点および経路の設定を説明するための図である。前述のステップＳ１１０では、まず、第１基準点ＴＣＰ１および第２基準点ＴＣＰ２が設定される。この設定は、例えば、これらの基準点のうちの一方の基準点とすべき液体吐出ユニット３００の部位をベース座標系における既知の位置に移動させることにより行われる。他方の基準点は、これらの基準点間の位置関係に基づいて設定される。このように第１基準点ＴＣＰ１および第２基準点ＴＣＰ２を設定することにより、前述の基準点情報Ｄａが生成される。

【0071】

次に、ワークＷの位置および形状を示すワーク情報に基づいて、第１基準点ＴＣＰ１の移動すべき経路として第１経路ＲＵ＿１が設定される。図５では図示しないが、同様に、ワークＷの位置および形状を示すワーク情報に基づいて、第２基準点ＴＣＰ２の移動すべき経路として後述の第２経路ＲＵ＿２が設定される。このように第１経路ＲＵ＿１および第２経路ＲＵ＿２を設定することにより、前述の経路情報Ｄｂが生成される。なお、第１経路ＲＵ＿１および第２経路ＲＵ＿２は、互いに同一でも異なってもよい。ただし、液体吐出ユニット３００の構成等を簡単化しつつ印刷および硬化を好適に行う観点から、これらの経路は、互いに平行または略平行であることが好ましく、また、面ＷＦの法線方向にみて互いに一致または略一致することが好ましい。

【0072】

図６は、実施形態における第１ステップの一例であるステップＳ１２０を説明するための模式図である。ステップＳ１２０では、第１基準点ＴＣＰ１が第１経路ＲＵ＿１に沿って移動しながら、液体吐出ヘッド３１０がワークＷの面ＷＦに向けてインクを吐出することにより、印刷が行われる。このとき、液体吐出ヘッド３１０がエネルギー出射部３３０よりも当該移動方向での前方に位置する。すなわち、前述のツール座標系におけるａ１方向が第１経路ＲＵ＿１の方向を向く。

【0073】

ここで、第１経路ＲＵ＿１と面ＷＦとの間の距離が一定または略一定であり、かつ、液体吐出ヘッド３１０のノズル面Ｆ１の法線と面ＷＦとのなす角度が一定または略一定である。したがって、ノズル面Ｆ１の法線方向における第１基準点ＴＣＰ１と面ＷＦとの間の距離を距離Ｌ１としたき、距離Ｌ１は第１経路ＲＵ＿１の全域にわたり一定である。このため、液体吐出ヘッド３１０から面ＷＦへのインクの着弾誤差を低減することができる。また、図６に示す例では、ノズル面Ｆ１の法線が面ＷＦに直交または略直交する。このため、ノズル面Ｆ１の法線が面ＷＦに対して傾斜する場合に比べて、印刷品質を高めやすい。

【0074】

これに対し、出射面Ｆ２の法線方向における第２基準点ＴＣＰ２と面ＷＦとの間の距離を距離Ｌ２としたとき、距離Ｌ２はステップＳ１２０において、面ＷＦの曲率の変化に伴って変動する。また、面ＷＦが凸状の曲面であり、かつ、前述のように液体吐出ヘッド３１０のノズル面Ｆ１の法線が面ＷＦに直交または略直交するので、ステップＳ１２０において、距離Ｌ２は、距離Ｌ１よりも大きい。

【0075】

ステップＳ１２０では、エネルギー出射部３３０からエネルギーを出射させないか、または、エネルギー出射部３３０からのエネルギーの強度が面ＷＦ上のインクを完全硬化させずにピニングさせる程度である。このため、ステップＳ１２０においてステップＳ１３０と同程度にエネルギー出射部３３０からエネルギーを出射させる場合に比べて、ノズルＮの詰まりが防止または低減される。また、前述のピニングを行う場合、面ＷＦ上の所望位置からのインクのずれを防止または低減することができる。

【0076】

ここで、ステップＳ１２０における面ＷＦに照射される単位面積あたりのエネルギー量がステップＳ１３０よりも少ないことが好ましい。この場合、当該エネルギー量がステップＳ１３０と同等以上である場合に比べて、ノズルＮの詰まりが低減される。

【0077】

図７は、実施形態における第２ステップの一例であるステップＳ１３０を説明するための模式図である。ステップＳ１３０では、第２基準点ＴＣＰ２が第２経路ＲＵ＿２に沿って移動しながら、エネルギー出射部３３０が面ＷＦ上のインクに向けてエネルギーを出射することにより、当該インクが硬化または固化される。このとき、前述のステップＳ１２０と同様、液体吐出ヘッド３１０がエネルギー出射部３３０よりも当該移動方向での前方に位置する。

【0078】

ここで、ステップＳ１３０では、液体吐出ヘッド３１０からのインクの吐出を行わない。このため、エネルギー出射部３３０から出射されたエネルギーが液体吐出ヘッド３１０からのインクの吐出に影響することはない。

【0079】

また、第２経路ＲＵ＿２と面ＷＦとの間の距離が一定または略一定であり、かつ、エネルギー出射部３３０の出射面Ｆ２の法線と面ＷＦとのなす角度が一定または略一定である。したがって、出射面Ｆ２の法線方向における第２基準点ＴＣＰ２と面ＷＦとの間の距離を距離Ｌ２としたとき、距離Ｌ２は第２経路ＲＵ＿２の全域にわたり一定である。このため、エネルギー出射部３３０から面ＷＦへのエネルギーの照射ムラを低減することができる。また、図６に示す例では、出射面Ｆ２の法線が面ＷＦに直交または略直交する。このため、出射面Ｆ２の法線が面ＷＦに対して傾斜する場合に比べて、面ＷＦで反射してノズルＮ付近に至るエネルギー量を低減しやすい。

【0080】

これに対し、ノズル面Ｆ１の法線方向における第１基準点ＴＣＰ１と面ＷＦとの間の距離を距離Ｌ１としたとき、距離Ｌ１はステップＳ１３０において、面ＷＦの曲率の変化に伴って変動する。また、面ＷＦが凸状の曲面であり、かつ、前述のようにエネルギー出射部３３０の出射面Ｆ２の法線が面ＷＦに直交または略直交するので、ステップＳ１３０において、距離Ｌ１は、距離Ｌ２よりも大きい。言い換えると、ステップＳ１３０において、距離Ｌ２は、距離Ｌ１よりも小さい。このため、エネルギー出射部３３０からエネルギーを出射しても、面ＷＦで反射したエネルギーがノズルＮ付近に至りにくい。

【0081】

ステップＳ１３０では、エネルギー出射部３３０からのエネルギーの強度が面ＷＦ上のインクを完全硬化させる程度である。このため、ステップＳ１３０後に面ＷＦ上のインクの剥がれ等が防止または低減される。ここで、ステップＳ１３０における面ＷＦに照射される単位面積あたりのエネルギー量は、ステップＳ１２０よりも多い。

【0082】

ここで、生産性を高める観点から、ステップＳ１３０における第２経路ＲＵ＿２に沿う第２基準点ＴＣＰ２の移動速度は、ステップＳ１２０における第１経路ＲＵ＿１に沿う第１基準点ＴＣＰ１の移動速度よりも速いことが好ましい。このような移動速度は、エネルギー出射部３３０から出射されるエネルギーの強度を高めることにより実現される。

【0083】

以上の立体物印刷装置１００は、前述のように、液体吐出ヘッド３１０と、エネルギー出射部３３０と、「移動機構」の一例であるロボット２００と、を有する。ここで、液体吐出ヘッド３１０は、「液体」の一例であるインクを吐出するノズルＮが設けられたノズル面Ｆ１を有する。エネルギー出射部３３０は、インクを硬化または固化させるエネルギーを出射する出射面Ｆ２を有する。ロボット２００は、立体的なワークＷに対する液体吐出ヘッド３１０およびエネルギー出射部３３０の相対的な位置および姿勢を変化させる。なお、「硬化」とは、熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂等の硬化性樹脂が重合反応等の反応により硬化することを含む概念である。「固化」とは、溶液から溶媒を除去することにより溶質由来の固体を得るか、または、分散液から分散媒を除去することにより分散質由来の固体を得ることを含む概念である。

【0084】

特に、立体物印刷装置１００は、前述のように、「第１ステップ」の一例であるステップＳ１２０と、「第２ステップ」の一例であるステップＳ１３０と、を実行する。ステップＳ１２０は、液体吐出ヘッド３１０がワークＷに対してインクを吐出しつつ、ロボット２００がワークＷに対する液体吐出ヘッド３１０の相対的な位置を第１経路ＲＵ＿１に沿って変化させる。ステップＳ１３０は、エネルギー出射部３３０がワークＷ上のインクに対してエネルギーを照射しつつ、ロボット２００がワークＷに対する液体吐出ヘッド３１０の相対的な位置を第２経路ＲＵ＿２に沿って変化させる。

【0085】

ここで、ノズル面Ｆ１の法線方向における第１基準点ＴＣＰ１と面ＷＦとの間の距離をＬ１とし、出射面Ｆ２の法線方向における第２基準点ＴＣＰ２と面ＷＦとの間の距離をＬ２とするとき、ステップＳ１２０は、Ｌ１＜Ｌ２の関係を満す。これに対し、ステップＳ１３０は、Ｌ１＞Ｌ２の関係を満たす。

【0086】

なお、Ｌ１は、必ずしも第１基準点ＴＣＰ１と面ＷＦとの間の距離に限定されず、ノズル面Ｆ１の法線方向におけるワークＷとノズル面Ｆ１との間の距離をＬ１とすることもできる。また、Ｌ２は、必ずしも第２基準点ＴＣＰ２と面ＷＦとの間の距離に限定されず、出射面Ｆ２の法線方向におけるワークＷと出射面Ｆ２との間の距離をＬ２することもできる。この場合においても、ステップＳ１２０は、Ｌ１＜Ｌ２の関係を満す。これに対し、ステップＳ１３０は、Ｌ１＞Ｌ２の関係を満たす。

【0087】

以上の立体物印刷装置１００では、ステップＳ１２０において、Ｌ１＜Ｌ２の関係を満すことにより、液体吐出ヘッド３１０からワークＷへのインクの着弾誤差を低減することができる。そのうえで、ステップＳ１３０において、Ｌ１＞Ｌ２の関係を満たすことにより、Ｌ１＜Ｌ２の関係を満す場合に比べて、ワークＷ上のインクを効率的に硬化または固化させることができる。この結果、ワークＷ上の所望の位置に着弾したインクを硬化または固化させることにより形成された高品質な画像が得られる。

【0088】

ここで、ステップＳ１２０とは別途にステップＳ１３０が実行されるので、ステップＳ１２０では、エネルギー出射部３３０からエネルギーを出射する必要がないか、または、エネルギー出射部３３０から出射するエネルギー量がステップＳ１３０に比べて少なくて済む。このため、ステップＳ１２０において、エネルギー出射部３３０からのエネルギーによるノズルＮ付近のインクの硬化または固化を防止または低減することができる。

【0089】

また、ステップＳ１３０では、Ｌ１＞Ｌ２の関係を満たすので、エネルギー出射部３３０からエネルギーを出射しても、エネルギー出射部３３０からノズルＮ付近にエネルギーが至らないか、または、Ｌ１＜Ｌ２の関係を満す場合に比べて、エネルギー出射部３３０からノズルＮ付近に至るエネルギー量を少なくすることができる。このため、エネルギー出射部３３０からワークＷ上のインクを十分に硬化し得る量のエネルギーを出射させても、エネルギー出射部３３０からのエネルギーによるノズルＮ付近のインクの硬化または固化を防止または低減することができる。

【0090】

ここで、前述のように、ステップＳ１２０で液体吐出ヘッド３１０からワークＷへのインクの吐出が行われるので、ステップＳ１３０では、液体吐出ヘッド３１０からワークＷへのインクの吐出が必要ない。したがって、ステップＳ１３０における液体吐出ヘッド３１０は、ワークＷに対してインクを吐出しない。

【0091】

また、前述のように、ステップＳ１２０において、エネルギー出射部３３０がワークＷ上のインクに対してエネルギーを照射することが好ましい。この場合、ワークＷ上に着弾したインクをエネルギー出射部３３０からのエネルギーにより半硬化または半固化させることができる。この結果、ワークＷ上のインクがステップＳ１２０における着弾後からステップＳ１３０におけるエネルギー照射までの間に不本意に移動することが防止される。また、この場合、ステップＳ１２０においては、ワークＷ上のインクの不本意な移動を防止できる程度に面ＷＦ上のインクを硬化または固化させることができればよく、ワークＷ上のインクを完全硬化および固化させる必要はない。よって、ステップＳ１２０においてエネルギー出射部３３０から出射されるエネルギー量が少なくて済む。この結果、ステップＳ１２０においてエネルギー出射部３３０からのエネルギーによるノズルＮの詰まりが防止または低減される。

【0092】

ここで、ステップＳ１３０におけるエネルギー出射部３３０からワークＷ上のインクに照射されるエネルギーの単位面積あたりの量は、ステップＳ１２０におけるエネルギー出射部３３０からワークＷ上のインクに照射されるエネルギーの単位面積あたりの量よりも大きいことが好ましい。この場合、ステップＳ１２０においてエネルギー出射部３３０からのエネルギーによるノズルＮの詰まりが防止または低減しつつ、ステップＳ１３０でエネルギー出射部３３０からのエネルギーによりワークＷ上のインクを完全に硬化または固化させることができる。

【0093】

また、ステップＳ１３０におけるエネルギー出射部３３０からワークＷ上のインクに照射されるエネルギーの単位面積あたりの時間は、ステップＳ１２０におけるエネルギー出射部３３０からワークＷ上のインクに照射されるエネルギーの単位面積あたりの時間よりも長いことが好ましい。この場合、ステップＳ１３０でエネルギー出射部からのエネルギーによりワーク上のインクを完全に硬化または固化させることが容易である。

【0094】

また、ステップＳ１３０におけるエネルギー出射部３３０からワークＷ上のインクに照射されるエネルギーの強度は、ステップＳ１２０におけるエネルギー出射部３３０からワークＷ上のインクに照射されるエネルギーの強度よりも高いことが好ましい。この場合、ステップＳ１３０でエネルギー出射部からのエネルギーによりワーク上のインクを完全に硬化または固化させることが容易である。

【0095】

また、前述のように、液体吐出ヘッド３１０とエネルギー出射部３３０との相対的な位置が固定されており、ロボット２００は、液体吐出ヘッド３１０およびエネルギー出射部３３０の両方を同時に移動させる。このため、ワークＷを移動させる構成に比べて、ステップＳ１２０およびステップＳ１３０におけるロボット２００の駆動制御のための基準点および経路の設定が容易である。また、ワークＷを移動させる構成においては、ワークを移動する際にワークＷが振動し、理想的な移動経路との誤差が生じてしまう場合がある。こうした誤差は、ワークＷの寸法がロボット２００に対して比較的大きい場合や、ワークＷの剛性が低いにおいて顕著である。このため、印刷時にワークを移動させず、ロボット２００が、液体吐出ヘッド３１０およびエネルギー出射部３３０の両方を移動させることで、ワークＷの振動による、理想的な移動経路との誤差を低減できる。

【0096】

また、ノズル面Ｆ１および出射面Ｆ２の両方は、ステップＳ１２０およびステップＳ１３０のそれぞれにおいてワークＷに対向する。このため、ノズル面Ｆ１および出射面Ｆ２の一方がステップＳ１２０またはステップＳ１３０においてワークＷに対向しない構成に比べて、両ステップ間での動作の切り替えに要する時間を短くすることができる。また、ノズル面Ｆ１および出射面Ｆ２の両方がステップＳ１２０においてワークＷに対向する構成によれば、ステップＳ１２０においてピニングを行う場合に動作の効率を高めることができる。これは、ノズル面Ｆ１に設けられたノズルからワークＷへのインクの吐出と、出射面Ｆ２からワークＷ上のインクに対するエネルギーの照射と、同時に行うことができるためである。

【0097】

また、ロボット２００によってワークＷに対する液体吐出ヘッド３１０の相対的な位置が変化する方向は、ステップＳ１２０と、ステップＳ１３０と、で互いに同一であることが好ましい。つまり、第１経路ＲＵ＿１および第２経路ＲＵ＿２の方向が互いに同一であることが好ましい。この場合、ワークＷに対する液体吐出ヘッド３１０の相対的な位置が変化する方向は、ステップＳ１２０と、ステップＳ１３０と、で互いに異なる場合に比べて、ワークＷ上のインクの着弾からエネルギー照射までの時間長さのバラつきを低減することができ、この結果、印刷品質を向上させることができる。

【0098】

前述のように、立体物印刷装置１００は、液体吐出ヘッド３１０とエネルギー出射部３３０とを含む「機器」の一例である液体吐出ユニット３００を有し、第１基準点ＴＣＰ１と第２基準点ＴＣＰ２と第１経路ＲＵ＿１と第２経路ＲＵ＿２とを設定する。第１基準点ＴＣＰ１は、液体吐出ユニット３００内の位置を示す。第２基準点ＴＣＰ２は、液体吐出ユニット３００内の第１基準点ＴＣＰ１とは異なる位置を示す。第１経路ＲＵ＿１は、第１基準点ＴＣＰ１の移動すべき経路である。第２経路ＲＵ＿２は、第２基準点ＴＣＰ２の移動すべき経路である。

【0099】

ステップＳ１２０は、液体吐出ヘッド３１０がワークＷに対してインクを吐出しつつ、ロボット２００がワークＷに対する第１基準点ＴＣＰ１の相対的な位置を第１経路ＲＵ＿１に沿って変化させる。ステップＳ１３０は、エネルギー出射部３３０がワークＷ上のインクに対してエネルギーを照射しつつ、ロボット２００がワークＷに対する第２基準点ＴＣＰ２の相対的な位置を第２経路ＲＵ＿２に沿って変化させる。

【0100】

このように第１基準点ＴＣＰ１および第２基準点ＴＣＰ２を用いることにより、各ステップに応じた第１経路ＲＵ＿１および第２経路ＲＵ＿２の設定が容易である。ここで、第１基準点ＴＣＰ１は、液体吐出ヘッド３１０の位置を示す点であり、より具体的には、出射面Ｆ２よりもノズル面Ｆ１に近い点である。第２基準点ＴＣＰ２は、エネルギー出射部３３０の位置を示す点であり、より具体的には、ノズル面Ｆ１よりも出射面Ｆ２に近い点である。

【0101】

また、前述のように、第１経路ＲＵ＿１は、ノズル面Ｆ１の法線方向におけるワークＷと第１基準点ＴＣＰ１との間の距離Ｌ１が一定となるように設定されることが好ましい。この場合、液体吐出ヘッド３１０からワークＷへのインクの着弾誤差を低減することができる。

【0102】

また、前述のように、第２経路ＲＵ＿２は、出射面Ｆ２の法線方向におけるワークＷと第２基準点ＴＣＰ２との間の距離Ｌ２が一定となるように設定されることが好ましい。この場合、エネルギー出射部３３０からワークＷ上のインクへのエネルギーの照射ムラを低減することができる。

【0103】

２．変形例
以上の例示における各形態は多様に変形され得る。前述の各形態に適用され得る具体的な変形の態様を以下に例示する。なお、以下の例示から任意に選択される２以上の態様は、互いに矛盾しない範囲で適宜に併合され得る。

【0104】

２－１．変形例１
前述の形態では、移動機構として６軸の垂直多軸ロボットを用いる構成が例示されるが、当該構成に限定されない。移動機構は、ワークに対して液体吐出ヘッドの相対的な位置および姿勢を３次元的に変化させることが可能であればよい。したがって、移動機構は、例えば、６軸以外の垂直多軸ロボットでもよいし、水平多軸ロボットでもよい。また、ロボットアームが有する可動部は、回動機構に限定されず、例えば、伸縮機構等でもよい。

【0105】

２－２．変形例２
前述の形態では、ロボットアームの先端に対する液体吐出ヘッドの固定方法としてネジ止め等を用いる構成が例示されるが、当該構成に限定されない。例えば、ロボットアームの先端に装着されるハンド等の把持機構により液体吐出ヘッドを把持することにより、ロボットアームの先端に対して液体吐出ヘッドを固定してもよい。

【0106】

２－３．変形例３
また、前述の形態では、液体吐出ヘッドを移動させる構成の移動機構が例示されるが、当該構成に限定されず、例えば、液体吐出ヘッドの位置が固定されており、移動機構がワークを移動させ、液体吐出ヘッドに対してワーク相対的な位置および姿勢を３次元的に変化させる構成でもよい。この場合、例えば、ロボットアームの先端に装着されるハンド等の把持機構によりワークが把持される。

【0107】

２－４．変形例４
前述の形態では、１種類のインクを用いて印刷を行う構成が例示されるが、当該構成に限定されず、２種以上のインクを用いて印刷を行う構成にも本発明を適用することができる。

【0108】

２－５．変形例５
本発明の立体物印刷装置の用途は印刷に限定されない。例えば、色材の溶液を吐出する立体物印刷装置は、液晶表示装置のカラーフィルターを形成する製造装置として利用される。また、導電材料の溶液を吐出する立体物印刷装置は、配線基板の配線や電極を形成する製造装置として利用される。また、立体物印刷装置は、接着剤等の液体をワークに塗布するジェットディスペンサーとしても利用できる。

【符号の説明】

【0109】

１００…立体物印刷装置、２００…ロボット（移動機構）、３００…液体吐出ユニット（機器）、３１０…液体吐出ヘッド、３３０…エネルギー出射部、Ｆ１…ノズル面、Ｆ２…出射面、Ｌ１…距離、Ｌ２…距離、Ｎ…ノズル、ＲＵ＿１…第１経路、ＲＵ＿２…第２経路、Ｓ１２０…ステップ（第１ステップ）、Ｓ１３０…ステップ（第２ステップ）、ＴＣＰ１…第１基準点、ＴＣＰ２…第２基準点、Ｗ…ワーク。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】