特許 7596710 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】2024-12-02

(45)【発行日】2024-12-10

(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 5/00 20060101AFI20241203BHJP

   B41J 2/01 20060101ALI20241203BHJP

   B05C 11/10 20060101ALI20241203BHJP

   B05B 12/00 20180101ALI20241203BHJP

   B05B 13/04 20060101ALI20241203BHJP

   B05D 1/02 20060101ALI20241203BHJP

   B05D 1/26 20060101ALI20241203BHJP

   B05D 7/00 20060101ALI20241203BHJP

   B25J 9/06 20060101ALI20241203BHJP

【ＦＩ】

B05C5/00 101

B41J2/01 109

B05C11/10

B05B12/00 A

B05B13/04

B05D1/02 B

B05D1/26 Z

B05D7/00 K

B25J9/06 A

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2020179514

(22)【出願日】2020-10-27

(65)【公開番号】P2022070443

(43)【公開日】2022-05-13

【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】望月 建寿

(72)【発明者】

【氏名】須貝 圭吾

【審査官】山崎 晶

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０２４４０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２２０４０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１８８８８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０５Ｃ ５／００

Ｂ４１Ｊ ２／０１

Ｂ０５Ｃ １１／１０

Ｂ０５Ｂ １２／００

Ｂ０５Ｂ １３／０４

Ｂ０５Ｄ １／０２

Ｂ０５Ｄ １／２６

Ｂ０５Ｄ ７／００

Ｂ２５Ｊ ９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

立体的なワークに対して液体を吐出する液体吐出ヘッドと、
前記液体吐出ヘッドを移動させるロボットであって、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を変化させる前記ロボットと、を有し、
前記ロボットは、互いに異なる回動軸まわりに回動可能なＮ個（ただし、Ｎは、２以上
の自然数である）の関節を有し、
前記ロボットが前記ワークに対して前記液体吐出ヘッドの相対的な位置を変化させつつ
、前記液体吐出ヘッドが液体を吐出する印刷動作を実行する場合、
前記ロボットは、前記液体吐出ヘッドを移動経路に沿って移動させ、
前記Ｎ個の関節のうち前記印刷動作の実行中に回動する関節の数は、Ｍ個（ただし、Ｍ
は、Ｎより小さい自然数である）であり、
前記ロボットが前記ワークに対して前記液体吐出ヘッドの相対的な位置を変化させつつ
、前記液体吐出ヘッドが液体を吐出しない非印刷動作を実行する場合、
前記Ｎ個の関節のうち前記非印刷動作の実行中に回動する関節の数は、Ｍ個よりも多く
、かつ、Ｎ個以下である、
ことを特徴とする立体物印刷装置。

【請求項2】

立体的なワークに対して液体を吐出する液体吐出ヘッドと、
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移動機構と、を有
し、
前記移動機構は、互いに異なる回動軸まわりに回動可能なＮ個（ただし、Ｎは、２以上
の自然数である）の関節を有し、
前記移動機構が前記ワークに対して前記液体吐出ヘッドの相対的な位置を変化させつつ
、前記液体吐出ヘッドが液体を吐出する印刷動作を実行する場合、前記Ｎ個の関節のうち
前記印刷動作の実行中に回動する関節の数は、Ｍ個（ただし、Ｍは、Ｎより小さい自然数
である）であり、
前記Ｎ個の関節は、
第１回動軸まわりに回動する第１関節と、
第２回動軸まわりに回動する第２関節と、
第３回動軸まわりに回動する第３関節と、を有し、
前記印刷動作の実行中において、前記第１関節および前記第３関節のそれぞれが回動し
、かつ、前記第２関節が回動せず、
前記印刷動作の開始タイミングにおいて、前記第１回動軸と前記第３回動軸とのなす角
度は、前記第１回動軸と前記第２回動軸とのなす角度よりも小さい、
ことを特徴とする立体物印刷装置。

【請求項3】

前記第２回動軸は、前記Ｎ個の関節の回動軸のうち、前記第１回動軸とのなす角度が最
も大きい回動軸である、
ことを特徴とする請求項２に記載の立体物印刷装置。

【請求項4】

前記第１回動軸および前記第３回動軸は、互いに平行である、
ことを特徴とする請求項２または３に記載の立体物印刷装置。

【請求項5】

前記Ｎ個の関節は、第４回動軸まわりに回動する第４関節をさらに有し、
前記印刷動作の開始タイミングにおいて、前記第１回動軸と前記第３回動軸と前記第４
回動軸とが互いに平行であり、
前記印刷動作の実行中において、前記第１関節と前記第３関節と前記第４関節とのそれ
ぞれが回動する、
ことを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の立体物印刷装置。

【請求項6】

前記液体吐出ヘッドは、ノズル列軸に沿って並ぶ複数のノズルを有しており、
前記印刷動作の実行中において、前記第１回動軸および前記ノズル列軸が互いに平行で
ある、
ことを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の立体物印刷装置。

【請求項7】

前記印刷動作は、
前記Ｍ個の関節を回動させつつ前記ワークの第１領域に対して印刷を行う第１印刷動作
と、
前記Ｍ個の関節を回動させつつ前記ワークの前記第１領域とは異なる第２領域に印刷を
行う第２印刷動作と、を含み、
前記移動機構は、前記第１印刷動作と前記第２印刷動作との間の期間中に、前記ワーク
と前記液体吐出ヘッドとの相対的な位置を前記第１印刷動作および前記第２印刷動作の実
行中とは異なる方向に移動させる可動部を有する、
ことを特徴とする請求項２から６のいずれか１項に記載の立体物印刷装置。

【請求項8】

立体的なワークに対して液体を吐出する液体吐出ヘッドと、
前記液体吐出ヘッドを移動させるロボットであって、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を変化させる前記ロボットと、を有し、
前記ロボットが前記ワークに対して前記液体吐出ヘッドの相対的な位置を変化させつつ
、前記液体吐出ヘッドが液体を吐出する印刷動作と、
前記ロボットが前記ワークに対して前記液体吐出ヘッドの相対的な位置を変化させつつ
、前記液体吐出ヘッドが液体を吐出しない非印刷動作と、を実行する立体物印刷装置であ
って、
前記ロボットは、前記印刷動作において、前記液体吐出ヘッドを移動経路に沿って移動
させ、
前記ロボットは、互いに異なる回動軸まわりに回動可能な複数の関節を有し、
前記複数の関節は、
前記印刷動作および前記非印刷動作のそれぞれの実行中に回動する第１関節と、
前記印刷動作の実行中に回動せず、かつ、前記非印刷動作の実行中に回動する第２関節
と、を含む、
ことを特徴とする立体物印刷装置。

【請求項9】

立体的なワークに対して液体を吐出する液体吐出ヘッドと、
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移動機構と、を有
し、
前記移動機構が前記ワークに対して前記液体吐出ヘッドの相対的な位置を変化させつつ
、前記液体吐出ヘッドが液体を吐出する印刷動作と、
前記移動機構が前記ワークに対して前記液体吐出ヘッドの相対的な位置を変化させつつ
、前記液体吐出ヘッドが液体を吐出しない非印刷動作と、を実行する立体物印刷装置であ
って、
前記移動機構は、互いに異なる回動軸まわりに回動可能な複数の関節を有し、
前記複数の関節は、
前記印刷動作および前記非印刷動作のそれぞれの実行中に回動する第１関節と、
前記印刷動作の実行中に回動せず、かつ、前記非印刷動作の実行中に回動する第２関節
と、
第３関節と、を含み、
前記第１関節が第１回動軸まわりに回動し、
前記第２関節が第２回動軸まわりに回動し、
前記第３関節が第３回動軸まわりに回動し、
前記印刷動作の実行中において、前記第１関節および前記第３関節のそれぞれが回動し
、かつ、前記第２関節が回動せず、
前記印刷動作の開始タイミングにおいて、前記第１回動軸と前記第３回動軸とのなす角
度は、前記第１回動軸と前記第２回動軸とのなす角度よりも小さい、
ことを特徴とする立体物印刷装置。

【請求項10】

前記第２回動軸は、前記複数の関節の回動軸のうち、前記第１回動軸とのなす角度が最
も大きい回動軸である、
ことを特徴とする請求項９に記載の立体物印刷装置。

【請求項11】

前記第１回動軸および前記第３回動軸は、互いに平行である、
ことを特徴とする請求項９または１０に記載の立体物印刷装置。

【請求項12】

前記複数の関節は、第４回動軸まわりに回動する第４関節をさらに有し、
前記印刷動作の開始タイミングにおいて、前記第１回動軸と前記第３回動軸と前記第４
回動軸とが互いに平行であり、
前記印刷動作の実行中において、前記第１関節と前記第３関節と前記第４関節とのそれ
ぞれが回動する、
ことを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項に記載の立体物印刷装置。

【請求項13】

前記液体吐出ヘッドは、ノズル列軸に沿って並ぶ複数のノズルを有しており、
前記印刷動作の実行中において、前記第１回動軸および前記ノズル列軸が互いに平行で
ある、
ことを特徴とする請求項９から１２のいずれか１項に記載の立体物印刷装置。

【請求項14】

前記印刷動作は、
前記ワークの第１領域に対して印刷を行う第１印刷動作と、
前記ワークの前記第１領域とは異なる第２領域に印刷を行う第２印刷動作と、を含み、
前記移動機構は、前記第１印刷動作と前記第２印刷動作との間の期間中に、前記ワーク
と前記液体吐出ヘッドとの相対的な位置を前記第１印刷動作および前記第２印刷動作の実
行中とは異なる方向に移動させる可動部を有する、
ことを特徴とする請求項９から１３のいずれか１項に記載の立体物印刷装置。

【請求項15】

立体的なワークに対して液体を吐出する液体吐出ヘッドと、
前記液体吐出ヘッドを移動させるロボットであって、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を変化させる前記ロボットと、を用いて前記ワークに対して印刷を
行う立体物印刷方法であって、
前記ロボットが前記ワークに対して前記液体吐出ヘッドの相対的な位置を変化させつつ
、前記液体吐出ヘッドが液体を吐出する印刷動作と、
前記ロボットが前記ワークに対して前記液体吐出ヘッドの相対的な位置を変化させつつ
、前記液体吐出ヘッドが液体を吐出しない非印刷動作と、を実行し、
前記ロボットは、互いに異なる回動軸まわりに回動可能なＮ個（ただし、Ｎは、２以上
の自然数である）の関節を有し、
前記印刷動作を実行する場合、
前記ロボットは、前記液体吐出ヘッドを移動経路に沿って移動させ、
前記Ｎ個の関節のうち前記印刷動作の実行中に回動する関節の数は、Ｍ個（ただし、
Ｍは、Ｎより小さい自然数である）であり、
前記非印刷動作を実行する場合、
前記Ｎ個の関節のうち前記非印刷動作の実行中に回動する関節の数は、Ｍ個よりも多
く、かつ、Ｎ個以下である、
ことを特徴とする立体物印刷方法。

【請求項16】

立体的なワークに対して液体を吐出する液体吐出ヘッドと、
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移動機構と、を用
いて前記ワークに対して印刷を行う立体物印刷方法であって、
前記移動機構が前記ワークに対して前記液体吐出ヘッドの相対的な位置を変化させつつ
、前記液体吐出ヘッドが液体を吐出する印刷動作と、
前記移動機構が前記ワークに対して前記液体吐出ヘッドの相対的な位置を変化させつつ
、前記液体吐出ヘッドが液体を吐出しない非印刷動作と、を実行し、
前記移動機構は、互いに異なる回動軸まわりに回動可能な複数の関節を有し、
前記複数の関節は、
前記印刷動作および前記非印刷動作のそれぞれの実行中に回動する第１関節と、
前記印刷動作の実行中に回動せず、かつ、前記非印刷動作の実行中に回動する第２関節
と、
第３関節と、を含み、
前記第１関節が第１回動軸まわりに回動し、
前記第２関節が第２回動軸まわりに回動し、
前記第３関節が第３回動軸まわりに回動し、
前記印刷動作の実行中において、前記第１関節および前記第３関節のそれぞれが回動し
、かつ、前記第２関節が回動せず、
前記印刷動作の開始タイミングにおいて、前記第１回動軸と前記第３回動軸とのなす角
度は、前記第１回動軸と前記第２回動軸とのなす角度よりも小さい、
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】

立体的なワーク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、複数の可動ジョイント部材からなる多軸のロボットと、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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【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】

【0004】

特許文献１に記載の装置は、印刷中に、ロボットの有する複数の可動ジョイント部材のすべてを動作させる。このため、特許文献１に記載の装置では、各可動ジョイント部材の動作誤差が重畳することにより、印刷ヘッドの理想的な移動経路に対する実際の移動経路のずれが大きくなってしまい、この結果、印刷画質の低下を招くという課題がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

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、立体的なワークに対して液体を吐出する液体吐出ヘッドと、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移動機構と、を有し、前記移動機構は、互いに異なる回動軸まわりに回動可能なＮ個（ただし、Ｎは、２以上の自然数である）の関節を有し、前記移動機構が前記ワークに対して前記液体吐出ヘッドの相対的な位置を変化させつつ、前記液体吐出ヘッドが液体を吐出する印刷動作を実行する場合、前記Ｎ個の関節のうち前記印刷動作の実行中に回動する関節の数は、Ｍ個（ただし、Ｍは、Ｎより小さい自然数である）である。

【0006】

本発明に係る立体物印刷装置の他の一態様は、立体的なワークに対して液体を吐出する液体吐出ヘッドと、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移動機構と、を有し、前記移動機構が前記ワークに対して前記液体吐出ヘッドの相対的な位置を変化させつつ、前記液体吐出ヘッドが液体を吐出する印刷動作と、前記移動機構が前記ワークに対して前記液体吐出ヘッドの相対的な位置を変化させつつ、前記液体吐出ヘッドが液体を吐出しない非印刷動作と、を実行する立体物印刷装置であって、前記移動機構は、互いに異なる回動軸まわりに回動可能な複数の関節を有し、前記複数の関節は、前記印刷動作および前記非印刷動作のそれぞれの実行中に回動する第１関節と、前記印刷動作の実行中に回動せず、かつ、前記非印刷動作の実行中に回動する第２関節と、を含む。

【0007】

本発明に係る立体物印刷方法の一態様は、立体的なワークに対して液体を吐出する液体吐出ヘッドと、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移動機構と、を用いて前記ワークに対して印刷を行う立体物印刷方法であって、前記移動機構は、互いに異なる回動軸まわりに回動可能なＮ個（ただし、Ｎは、２以上の自然数である）の関節を有し、前記移動機構が前記ワークに対して前記液体吐出ヘッドの相対的な位置を変化させつつ、前記液体吐出ヘッドが液体を吐出する印刷動作を実行する場合、前記Ｎ個の関節のうち前記印刷動作の実行中に回動する関節の数は、Ｍ個（ただし、Ｍは、Ｎより小さい自然数である）である。

【0008】

本発明に係る立体物印刷方法の他の一態様は、立体的なワークに対して液体を吐出する液体吐出ヘッドと、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移動機構と、を用いて前記ワークに対して印刷を行う立体物印刷方法であって、前記移動機構が前記ワークに対して前記液体吐出ヘッドの相対的な位置を変化させつつ、前記液体吐出ヘッドが液体を吐出する印刷動作と、前記移動機構が前記ワークに対して前記液体吐出ヘッドの相対的な位置を変化させつつ、前記液体吐出ヘッドが液体を吐出しない非印刷動作と、を実行し、前記移動機構は、互いに異なる回動軸まわりに回動可能な複数の関節を有し、前記複数の関節は、前記印刷動作および前記非印刷動作のそれぞれの実行中に回動する第１関節と、前記印刷動作の実行中に回動せず、かつ、前記非印刷動作の実行中に回動する第２関節と、を含む。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第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】第１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】第１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】第１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】第１実施形態におけるワークに対する液体吐出ヘッドの移動経路を説明するための図である。

【図6】印刷動作を説明するための模式図である。

【図7】印刷動作の実行中に駆動する関節の数が６個である場合の各関節の動作量の経時的変化を示す図である。

【図8】印刷動作の実行中に駆動する関節の数が３個である場合の各関節の動作量の経時的変化を示す図である。

【図9】液体吐出ヘッドの走査方向での位置と理想経路からのずれ量との関係を示すグラフである。

【図10】第２実施形態に係る立体物印刷装置の概略を示す上面図である。

【図11】第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12】第２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13】第１印刷動作および第２印刷動作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、第１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、ワークＷは、長軸ＡＸまわりの長球状をなすラグビーボールであり、面ＷＦは、曲率の一定でない曲面である。本実施形態では、ワークＷは、長軸ＡＸがＸ軸に平行となるように配置される。なお、ワークＷは、ラグビーボールに限定されない。ここで、ワークＷの形状または大きさ等の態様は、図１に示す例に限定されず、任意である。例えば、ワークＷの表面は、平面、段差面または凹凸面等の面を有してもよい。また、ワークＷの設置姿勢も、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】

ここで、関節部２３０＿１～２３０＿６のそれぞれは、「関節」の一例である。図１に示す例では、関節部２３０の数Ｎが６個である。また、関節部２３０＿１が「第２関節」の一例であり、回動軸Ｏ１が「第２回動軸」の一例である。関節部２３０＿２が「第１関節」の一例であり、回動軸Ｏ２が「第１回動軸」の一例である。関節部２３０＿３が「第４関節」の一例であり、回動軸Ｏ３が「第４回動軸」の一例である。関節部２３０＿５が「第３関節」の一例であり、回動軸Ｏ５が「第３回動軸」の一例である。

【0021】

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。

【0022】

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。回動軸Ｏ２は、回動軸Ｏ１に対して垂直な軸である。回動軸Ｏ３は、回動軸Ｏ２に対して平行な軸である。回動軸Ｏ４は、回動軸Ｏ３に対して垂直な軸である。回動軸Ｏ５は、回動軸Ｏ４に対して垂直な軸である。回動軸Ｏ６は、回動軸Ｏ５に対して垂直な軸である。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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と、ワークＷとの間の距離を計測するセンサー３３０と、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。

【0026】

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。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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

センサー３３０は、液体吐出ヘッド３１０とワークＷとの間の距離を計測する光学式の変位センサーである。なお、センサー３３０は、必要に応じて設ければよく、省略してもよい。また、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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

記憶回路６１０には、経路情報Ｄａが記憶される。経路情報Ｄａは、液体吐出ヘッド３１０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Ｄａは、前述のツール座標系の原点を示すツールセンターポイントの移動すべき経路を示す情報を含む。経路情報Ｄａ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Ｄａ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Ｄａは、コンピューター７００から記憶回路６１０に入力される。

【0043】

処理回路６２０は、経路情報Ｄａ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Ｄａ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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

コンピューター７００は、コントローラー６００に経路情報Ｄａ等の情報を供給する機能と、制御モジュール５００に印刷データ等の情報を供給する機能と、を有する。また、本実施形態のコンピューター７００は、前述のセンサー３３０に電気的に接続されており、センサー３３０からの信号Ｄ２に基づいて、経路情報Ｄａを補正するための情報をコントローラー６００に供給する。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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とセンサー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。

【0058】

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。

【0059】

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とセンサー３３０とのそれぞれは、アーム２２６に固定される。

【0060】

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。センサー３３０は、液体吐出ヘッド３１０に対してａ２方向に位置する。

【0061】

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。

【0062】

液体吐出ヘッド３１０は、ノズル面Ｆと、ノズル面Ｆ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Ｆ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、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。

【0063】

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。

【0064】

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、第１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、非印刷動作を行うステップＳ１１０と、印刷動作を行うステップＳ１２０と、非印刷動作を行うステップＳ１３０と、をこの順で実行する。

【0065】

ステップＳ１１０の非印刷動作は、印刷動作の前にロボット２００がワークＷに対して液体吐出ヘッド３１０の相対的な位置を変化させる動作である。当該非印刷動作では、液体吐出ヘッド３１０がインクを吐出しない。当該非印刷動作は、例えば、ロボット２００が液体吐出ヘッド３１０を印刷開始位置に移動させるとともに回動軸Ｏ２と回動軸Ｏ３と回動軸Ｏ５とを互いに平行な状態とする動作等の準備動作を含む。当該非印刷動作では、ロボット２００の有する６個の関節部２３０のすべてを動作させることが可能であり、印刷動作よりも多い数の関節部２３０の動作により液体吐出ヘッド３１０の移動が行われる。

【0066】

ステップＳ１２０の印刷動作は、ロボット２００がワークＷに対して液体吐出ヘッド３１０の相対的な位置を変化させつつ、液体吐出ヘッド３１０がインクを吐出する動作である。当該印刷動作では、非印刷動作よりも少ない数の関節部２３０の動作により液体吐出ヘッド３１０の移動が行われる。このため、非印刷動作に比べて、液体吐出ヘッド３１０の理想的な経路に対する実際の移動経路のずれが低減される。本実施形態の当該印刷動作では、ロボット２００の有する６個の関節部２３０のうち３個の関節部２３０の動作により液体吐出ヘッド３１０の移動が行われる。当該印刷動作については、後に詳述する。

【0067】

ステップＳ１３０の非印刷動作は、印刷動作の後にロボット２００がワークＷに対して液体吐出ヘッド３１０の相対的な位置を変化させる動作である。当該非印刷動作では、液体吐出ヘッド３１０がインクを吐出しない。当該非印刷動作は、例えば、ロボット２００が液体吐出ヘッド３１０を印刷終了位置から他の位置に移動させる動作等の動作を含む。当該非印刷動作では、ロボット２００の有する６個の関節部２３０のすべてを動作させることが可能であり、印刷動作よりも多い数の関節部２３０の動作により液体吐出ヘッド３１０の移動が行われる。

【0068】

図５は、第１実施形態におけるワークＷに対する液体吐出ヘッド３１０の移動経路ＲＵを説明するための図である。図５では、長軸ＡＸがＸ軸に平行となるように配置されたワークＷの面ＷＦに対して印刷する場合が例示される。ここで、ワークＷは、ロボット２００よりもＸ２方向の位置に載置される。

【0069】

印刷動作では、図５に示すように、ロボット２００が液体吐出ヘッド３１０を移動経路ＲＵに沿って移動させる。移動経路ＲＵは、位置ＰＳから位置ＰＥまでの面ＷＦに沿う経路である。移動経路ＲＵは、Ｚ２方向にみてＸ軸に沿って延びる直線状をなす。

【0070】

印刷動作では、ロボット２００は、６個の関節部２３０のうち３個の関節部２３０を動作させる。図５に示す例では、ロボット２００は、印刷動作の実行中において、関節部２３０＿２と関節部２３０＿３と関節部２３０＿５とのそれぞれの回動軸をＹ軸に平行な状態とし、これらの関節部を動作させる。このように、３個の関節部２３０の動作により液体吐出ヘッド３１０を移動経路ＲＵに沿って移動させることができる。

【0071】

印刷動作の実行中において、ロボット２００は、液体吐出ユニット３００に設定されるツール座標系のｂ軸と、ベース座標系のＹ軸と、が互いに平行な状態保たれるように６個の関節部２３０のうち３個の関節部２３０を動作させる。つまり、印刷動作の実行中において、ロボット２００は、第１ノズル列Ｌａおよび第２ノズル列Ｌｂが、動作させる３個の関節部２３０と平行な状態を保つ。換言すれば、印刷動作の実行中において、ロボット２００は、回動軸がＹ軸と平行でない関節部２３０である関節部２３０＿１と関節部２３０＿４と関節部２３０＿６とを動作させない。

【0072】

なお、本実施形態の印刷動作は、回動軸Ｏ２と回動軸Ｏ３と回動軸Ｏ５とを互いに平行な状態とするが、これに限定されず、例えば、回動軸Ｏ２と回動軸Ｏ３と回動軸Ｏ６とを互いに平行な状態としてもよい。この場合、関節部２３０＿２と関節部２３０＿３と関節部２３０＿６との動作により液体吐出ヘッド３１０を移動経路ＲＵに沿って移動させる。この場合、アーム２２６に対するヘッドユニット３００の固定方向を図５の例とは異ならせる必要がある。例えば、ノズル列が沿うｂ軸と、回転軸Ｏ６とが互いに平行になるように、ヘッドユニット３００をアーム２２６に対して固定することで、移動経路ＲＵでのワークＷに対する印刷動作が可能となる。

【0073】

図６は、印刷動作を説明するための模式図である。図６では、移動経路ＲＵの一部における液体吐出ヘッド３１０の状態が模式的に示される。また、図６では、実線で示されるタイミングよりも前の所定のタイミングにおける液体吐出ヘッド３１０が二点鎖線で示される。図６に示すように、印刷動作において、液体吐出ヘッド３１０と面ＷＦとの間の距離Ｌ１は、所定範囲内に維持される。また、印刷動作において、液体吐出ヘッド３１０が一定の姿勢で面ＷＦに対向する。図６に示す例では、ノズル面Ｆが面ＷＦに平行となるように対向する。なお、印刷動作の実行中、ノズル面Ｆが面ＷＦに対してＹ軸まわりに傾斜してもよいし、その傾斜角度が変化してもよい。

【0074】

図７は、印刷動作の実行中に駆動する関節部２３０の数が６個である場合の各関節部２３０の動作量の経時的変化を示す図である。図８は、印刷動作の実行中に駆動する関節部２３０の数が３個である場合の各関節部２３０の動作量の経時的変化を示す図である。ここで、図７中および図８中、「Ｊ１動作量」は、関節部２３０＿１の回動量を示す。同様に、図７中および図８中、「Ｊ２～Ｊ６動作量」は、関節部２３０＿２～２３０＿６の回動量を示す。

【0075】

本実施形態では、図８に示すように、ロボット２００は、印刷動作の実行中において、関節部２３０＿２と関節部２３０＿３と関節部２３０＿５との３個の関節部２３０を動作させる。一方、関節部２３０＿１と関節部２３０＿４と関節部２３０＿４との他の３個の関節部２３０は動作させない。なお、図７および図８に示す各動作量は、一例であり、これに限定されない。

【0076】

なお、図８はワークＷの配置を図５と同様に配置した場合における関節部２３０の回動量を示す。一方、図７はワークＷの配置を図５とは異ならせて配置した場合における関節部２３０回動量を示す。例えば、ワークＷを長軸ＡＸがＹ軸に平行となるように配置し、Ｚ２方向にみて移動経路ＲＵがＹ軸に沿って延びる直線状をなすように移動経路ＲＵを設定した場合、関節部２３０は図７に示すような回動量となる。

【0077】

図９は、液体吐出ヘッド３１０の走査方向での位置と理想経路からのずれ量との関係を示すグラフである。図９中の横軸「走査方向での位置」は、液体吐出ヘッド３１０のＸ軸に沿う方向での位置である。図９中の縦軸「理想経路からのずれ量」は、液体吐出ヘッド３１０のＹ軸に沿う方向での位置である。つまり、「理想経路からのずれ量」は移動経路ＲＵで液体吐出ヘッド３１０を移動する際における、液体吐出ヘッド３１０の意図しない蛇行である。ここで、図９中の縦軸の数値がゼロであることは、液体吐出ヘッド３１０が理想経路上に位置することを示す。

【0078】

図９中の実線で示すように３個の関節部２３０を動作させる場合、図９中の破線で示すように６個の関節部２３０を動作させる場合に比べて、液体吐出ヘッド３１０の理想経路に対する実際の移動経路のずれが低減される。

【0079】

以上のように、立体物印刷装置１００は、液体吐出ヘッド３１０と、「移動機構」の一例であるロボット２００と、を有する。液体吐出ヘッド３１０は、立体的なワークＷに対して、「液体」の一例であるインクを吐出する。ロボット２００は、ワークＷに対する液体吐出ヘッド３１０の相対的な位置を変化させる。ロボット２００は、互いに異なる回動軸まわりに回動可能なＮ個（ただし、Ｎは、２以上の自然数である）の「関節」の一例である関節部２３０を有する。本実施形態では、Ｎが６である。このように、ロボット２００は、複数の関節部２３０を有する。

【0080】

立体物印刷装置１００は、ロボット２００がワークＷに対して液体吐出ヘッド３１０の相対的な位置を変化させつつ、液体吐出ヘッド３１０がインクを吐出する印刷動作を実行する場合、Ｎ個の関節部２３０のうち印刷動作の実行中に回動する関節部２３０の数は、Ｍ個（ただし、Ｍは、Ｎより小さい自然数である）である。このように、印刷動作の実行中に回動する関節部２３０の数をＮ個より少ないＭ個とすることにより、印刷動作の実行中に回動する関節部２３０の数がＮ個である構成に比べて、関節部２３０の動作誤差の影響が小さくなるので、液体吐出ヘッド３１０の理想的な移動経路に対する実際の移動経路のずれを低減することができる。この結果、印刷画質を高めることができる。

【0081】

一方、立体物印刷装置１００は、ロボット２００がワークＷに対して液体吐出ヘッド３１０の相対的な位置を変化させつつ、液体吐出ヘッド３１０がインクを吐出しない非印刷動作を実行する場合、Ｎ個の関節のうち非印刷動作の実行中に回動する関節の数は、Ｍ個よりも多く、かつ、Ｎ個以下である。本実施形態では、ロボット２００の有する複数の関節部２３０は、印刷動作および非印刷動作のそれぞれの実行中に回動する「第１関節」の一例である関節部２３０＿２と、印刷動作の実行中に回動せず、かつ、非印刷動作の実行中に回動する「第２関節」の一例である関節部２３０＿１と、を含む。

【0082】

このように、非印刷動作の実行中に回動する関節部２３０の数をＭ個よりも多くすることにより、非印刷動作の実行中に回動する関節部２３０の数がＭ個である構成に比べて、非印刷動作におけるロボット２００の動作の自由度が増す。このため、関節部２３０の数がＭ個である構成に比べて、非印刷動作での利便性等を高めることができる。

【0083】

本実施形態では、前述のように、Ｎ個の関節部２３０は、「第１関節」の一例である関節部２３０＿２と、「第２関節」の一例である関節部２３０＿１と、「第３関節」の一例である関節部２３０＿５と、を有する。関節部２３０＿２は、「第１回動軸」の一例である回動軸Ｏ２まわりに回動する。関節部２３０＿１は、「第２回動軸」の一例である回動軸Ｏ１まわりに回動する。関節部２３０＿５は、「第３回動軸」の一例である回動軸Ｏ５まわりに回動する。

【0084】

立体物印刷装置１００では、印刷動作の実行中において、関節部２３０＿２および関節部２３０＿５のそれぞれが回動し、かつ、関節部２３０＿１が回動せず、印刷動作の開始タイミングにおいて、回動軸Ｏ２と回動軸Ｏ５とのなす角度は、回動軸Ｏ２と回動軸Ｏ１とのなす角度よりも小さい。本実施形態では、回動軸Ｏ２および回動軸Ｏ５が互いに平行であり、これらの回動軸のなす角度は、０°である。また、本実施形態では、回動軸Ｏ２および回動軸Ｏ１が互いに直交しており、これらの回動軸のなす角度は、９０°である。

【0085】

前述のように、回動軸Ｏ１は、Ｎ個の関節部２３０の回動軸のうち、回動軸Ｏ２とのなす角度が最も大きい回動軸である。ここで、「回動軸Ｏ２とのなす角度が最も大きい」とは、９０°に最も近いことを意味する。

【0086】

また、前述のように、回動軸Ｏ２および回動軸Ｏ５は、互いに平行である。このため、関節部２３０＿２および関節部２３０＿５を動作させることにより、回動軸Ｏ２または回動軸Ｏ５に垂直な方向にみて液体吐出ヘッド３１０を直線的に移動させることができる。つまり、ロボット２００は、Ｘ軸とＺ軸とによって形成される仮想的な平面に対して、液体吐出ヘッド３１０を平行に移動することができる。

【0087】

前述のように、Ｎ個の関節部２３０は、「第４関節」の一例である関節部２３０＿３を有する。関節部２３０＿３は、「第４回動軸」の一例である回動軸Ｏ３まわりに回動する。立体物印刷装置１００では、印刷動作の開始タイミングにおいて、回動軸Ｏ２と回動軸Ｏ５と回動軸Ｏ３とが互いに平行であり、印刷動作の実行中において、関節部２３０＿２と関節部２３０＿５と関節部２３０＿３とのそれぞれが回動する。このため、関節部２３０＿２と関節部２３０＿５と関節部２３０＿３とを動作させることにより、ワークＷの形状によらず、液体吐出ヘッド３１０とワークＷの表面との間の距離を所望の範囲内に維持しつつ、回動軸Ｏ２または回動軸Ｏ５に垂直な方向にみて液体吐出ヘッド３１０を直線的に移動させることができる。

【0088】

前述のように、液体吐出ヘッド３１０は、「ノズル列軸」の一例であるｂ軸に沿って並ぶ複数のノズルＮを有する。立体物印刷装置１００では、印刷動作の実行中において、回動軸Ｏ２およびｂ軸が互いに平行である。このため、回動軸Ｏ２まわりに関節部２３０＿２を動作させて、回動軸Ｏ２と直交する方向に液体吐出ヘッド３１０を走査することで、ｂ軸に沿う複数のノズルＮの幅にわたる範囲の印刷を行うことができる。

【0089】

２．第２実施形態
以下、本発明の第２実施形態について説明する。以下に例示する形態において作用や機能が第１実施形態と同様である要素については、第１実施形態の説明で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。

【0090】

図１０は、第２実施形態に係る立体物印刷装置１００Ａの概略を示す上面図である。立体物印刷装置１００Ａは、可動部８００を追加した以外は、前述の第１実施形態の立体物印刷装置１００と同様である。本実施形態のワークＷは、直方体であり、Ｚ１方向を法線とする面ＷＦを有する。

【0091】

可動部８００は、ロボット２００の動作とは別途の動作により、ワークＷに対して液体吐出ヘッド３１０を相対的に移動させる機構である。図１０に示す例では、可動部８００は、ワークＷをＸ軸に沿う方向に移動させる直動機構である。具体的には、可動部８００は、１対のレール８１０とテーブル８２０と駆動機構８３０とを有する。１対のレール８１０は、互いに平行に配置され、Ｘ軸に沿う方向に延びる部材である。テーブル８２０は、１対のレール８１０に対して直動軸受等を介してＸ軸に沿って移動可能に取り付けられる。駆動機構８３０は、１対のレール８１０に対してテーブル８２０をＸ軸に沿って移動させる直動モーター等の機構である。なお、図示しないが、駆動機構８３０には、１対のレール８１０に対するテーブル８２０のＸ軸に沿う方向での位置を検出するエンコーダーが設けられる。

【0092】

以上の構成の可動部８００は、ワークＷの面ＷＦの第１領域ＲＰ１に対して液体吐出ヘッド３１０が対向する第１状態から、ワークＷの面ＷＦの第１領域ＲＰ１とは異なる第２領域ＲＰ２に対して液体吐出ヘッド３１０が対向する第２状態まで、ワークＷを移動させる。当該第１状態では、ロボット２００が液体吐出ヘッド３１０を第１移動経路ＲＵ＿１に沿って移動させつつ、液体吐出ヘッド３１０が第１領域ＲＰ１に向けてインクを吐出する第１印刷動作が実行される。当該第２状態では、ロボット２００が液体吐出ヘッド３１０を第２移動経路ＲＵ＿２に沿って移動させつつ、液体吐出ヘッド３１０が第２領域ＲＰ２に向けてインクを吐出する第２印刷動作が実行される。

【0093】

図１１は、第２実施形態に係る立体物印刷装置１００Ａの電気的な構成を示すブロック図である。図１１に示すように、可動部８００は、コンピューター７００に電気的に接続される。コンピューター７００は、第１印刷動作と第２印刷動作との間の期間に、ワークＷを移動させる。

【0094】

図１２は、第２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１００Ａを用いて行われる。立体物印刷装置１００Ａは、図１２に示すように、非印刷動作を行うステップＳ２１０と、印刷動作を行うステップＳ２２０と、非印刷動作を行うステップＳ２３０と、をこの順で実行する。

【0095】

ステップＳ２１０の非印刷動作は、印刷動作の前にロボット２００がワークＷに対して液体吐出ヘッド３１０の相対的な位置を変化させる動作である。当該非印刷動作では、液体吐出ヘッド３１０がインクを吐出しない。当該非印刷動作は、例えば、ロボット２００が液体吐出ヘッド３１０を第１印刷動作の印刷開始位置に移動させるとともに回動軸Ｏ２と回動軸Ｏ３と回動軸Ｏ５とを互いに平行な状態とする動作等の準備動作を含む。当該非印刷動作では、ロボット２００の有する６個の関節部２３０のすべてを動作させることが可能であり、印刷動作よりも多い数の関節部２３０の動作により液体吐出ヘッド３１０の移動が行われる。

【0096】

ステップＳ２２０の印刷動作は、ロボット２００がワークＷに対して液体吐出ヘッド３１０の相対的な位置を変化させつつ、液体吐出ヘッド３１０がインクを吐出する動作である。当該印刷動作は、第１印刷動作を行うステップＳ２２１と、可動部８００を駆動するステップＳ２２２と、第２印刷動作を行うステップＳ２２３と、をこの順で実行する。当該第１印刷動作および当該第２印刷動作のそれぞれでは、前述の第１実施形態の印刷動作と同様、ロボット２００の有する６個の関節部２３０のうち３個の関節部２３０の動作により液体吐出ヘッド３１０の移動が行われる。このため、非印刷動作に比べて、液体吐出ヘッド３１０の理想的な経路に対する実際の移動経路のずれが低減される。ステップＳ２２２については、後述の図１３に基づいて説明する。

【0097】

ステップＳ２３０の非印刷動作は、印刷動作の後にロボット２００がワークＷに対して液体吐出ヘッド３１０の相対的な位置を変化させる動作である。当該非印刷動作では、液体吐出ヘッド３１０がインクを吐出しない。当該非印刷動作は、例えば、ロボット２００が液体吐出ヘッド３１０を第２印刷動作の印刷終了位置から他の位置に移動させる動作等の動作を含む。当該非印刷動作では、ロボット２００の有する６個の関節部２３０のすべてを動作させることが可能であり、印刷動作よりも多い数の関節部２３０の動作により液体吐出ヘッド３１０の移動が行われる。他の位置の例としては、液体吐出ヘッド３１０のメンテナンスを行うメンテナンスユニット（不図示）が設けられた位置などが挙げられる。

【0098】

図１３は、第１印刷動作および第２印刷動作を説明するための模式図である。図１３では、第１印刷動作の実行中の可動部８００および液体吐出ヘッド３１０が示される。可動部８００は、第１印刷動作と第２印刷動作との間の期間中に、ワークＷを、実線で示す位置から二点鎖線で示す位置にＸ軸に沿う方向ＤＴに移動させる。この移動の距離Ｌは、第１領域ＲＰ１と第２領域ＲＰ２との位置関係に応じて決められる。図１３に示す例では、第１領域ＲＰ１と第２領域ＲＰ２との一部同士が重なる。このため、距離Ｌは、Ｘ軸に沿う第１領域ＲＰ１または第２領域ＲＰ２の幅よりも、この重なり分短い長さである。なお、第１領域ＲＰ１と第２領域ＲＰ２とが重ならなくてもよい。

【0099】

以上の第２実施形態によっても、前述の第１実施形態と同様、印刷品質を向上させることができる。また、本実施形態では、ステップＳ２２０で実行される印刷動作は、前述のように、ステップＳ２２１で実行される第１印刷動作と、ステップＳ２２３で実行される第２印刷動作と、を含む。第１印刷動作は、Ｍ個の関節部２３０を回動させつつワークＷの第１領域ＲＰ１に対して印刷を行う。第２印刷動作は、Ｍ個の関節部２３０を回動させつつワークＷの第１領域ＲＰ１とは異なる第２領域ＲＰ２に印刷を行う。ロボット２００は、可動部８００を有する。可動部８００は、第１印刷動作と第２印刷動作との間の期間中に、ワークＷと液体吐出ヘッド３１０との相対的な位置を第１印刷動作および第２印刷動作の実行中とは異なる方向に移動させる。本実施形態では、当該方向がＸ１方向である。このように、可動部８００が複数の関節部２３０によらずにワークＷに対して液体吐出ヘッド３１０を相対的に移動させることにより、複数の関節部２３０の動作を変更せずに第１領域ＲＰ１および第２領域ＲＰ２のそれぞれに印刷を行うことができる。

【0100】

なお、本実施形態では、可動部８００とロボット２００の基台２１０との位置関係が固定である構成が例示されるが、当該構成に限定されない。例えば、リニアアクチュエーターで構成される可動部を液体吐出ヘッド３１０とロボット２００のアーム２２０の先端との間に設けることによっても、本実施形態と同様の効果が得られる。

【0101】

３．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。

【0102】

３－１．変形例１
前述の形態では、印刷動作の実行中に、３個の関節部２３０を動作させる構成が例示されるが、これに限定されず、印刷動作の実行中に動作する関節部２３０の数が非印刷動作の実行中よりも少なければよい。ただし、ワークＷの形状が限定されない点で、前述の形態のように、互いに回動軸の平行な３個の関節部２３０を動作させることが好ましい。なお、当該３個の関節部２３０の回動軸は、Ｚ軸に直交する場合に限定されず、任意である。

【0103】

３－２．変形例２
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、ロボットアームは、回動機構で構成される関節部に加えて、伸縮機構等を有してもよい。ただし、印刷動作での印刷品質と非印刷動作での移動機構の動作の自由度とのバランスの観点から、移動機構は、６軸以上の多軸ロボットであることが好ましい。

【0104】

３－３．変形例３
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。

【0105】

３－４．変形例４
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。

【0106】

３－５．変形例５
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。

【0107】

３－６．変形例６
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】

【0108】

１００…立体物印刷装置、１００Ａ…立体物印刷装置、２００…ロボット（移動機構）、２３０…関節部（関節）、２３０＿１…関節部（第２関節）、２３０＿２…関節部（第１関節）、２３０＿３…関節部（第４関節）、２３０＿４…関節部、２３０＿５…関節部（第３関節）、２３０＿６…関節部、３１０…液体吐出ヘッド、８００…可動部、Ｎ…ノズル、Ｏ１…回動軸（第２回動軸）、Ｏ２…回動軸（第１回動軸）、Ｏ３…回動軸（第４回動軸）、Ｏ４…回動軸、Ｏ５…回動軸（第３回動軸）、Ｏ６…回動軸、ＲＰ１…第１領域、ＲＰ２…第２領域、ＲＵ…移動経路、ＲＵ＿１…第１移動経路、ＲＵ＿２…第２移動経路、Ｗ…ワーク。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】