特許 7596865 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】

   B41J 2/01 20060101AFI20241203BHJP

   B41J 2/165 20060101ALI20241203BHJP

   B41J 2/175 20060101ALI20241203BHJP

   B41J 2/14 20060101ALI20241203BHJP

   B05D 1/26 20060101ALI20241203BHJP

   B05D 3/00 20060101ALI20241203BHJP

【ＦＩ】

B41J2/01 109

B41J2/165 101

B41J2/01 303

B41J2/165 211

B41J2/165 303

B41J2/175 503

B41J2/14 611

B05D1/26 Z

B05D3/00 D

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2021037082

(22)【出願日】2021-03-09

(65)【公開番号】P2022137548

(43)【公開日】2022-09-22

【審査請求日】2024-02-13

(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】中村 真一

(72)【発明者】

【氏名】阿部 優太

(72)【発明者】

【氏名】松浦 佑一郎

(72)【発明者】

【氏名】石井 裕樹

【審査官】上田 正樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１７２３７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１３６２５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２７２２９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／００６３０９６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ４１Ｊ ２／０１

Ｂ４１Ｊ ２／１６５

Ｂ４１Ｊ ２／１７５

Ｂ４１Ｊ ２／１４

Ｂ０５Ｄ １／２６

Ｂ０５Ｄ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体を吐出する複数のノズルが設けられたノズル面を有するヘッドと、
基部と、前記ヘッドを支持する腕部とを有し、前記基部から前記腕部にかけて複数の回
動部が設けられ、前記回動部の回動により前記基部に対する前記ヘッドの位置を変化させ
るロボットと、
前記ノズル面を被覆するキャップ部と、
を有し、
前記ノズル面が前記キャップ部に被覆される位置に、前記ロボットが前記ヘッドを位置
させるキャップ動作と、
前記ロボットがワークに対する前記ヘッドの位置を前記キャップ動作の実行中とは異な
る位置で変化させつつ、前記ヘッドが前記ワークに対して液体を吐出する印刷動作と、を
実行し、
前記キャップ動作の実行中での前記ヘッドのヨー角と前記印刷動作の実行中での前記ヘ
ッドのヨー角とが互いに異なる、
ことを特徴とする立体物印刷装置。

【請求項2】

前記印刷動作の実行中に前記ヘッドが通過する２つの位置を第１位置および第２位置と
するとき、
前記ヘッドの前記第１位置でのピッチ角と前記第２位置でのピッチ角とが互いに異なる
、
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】

前記印刷動作は、前記ヘッドのヨー角およびロール角を一定に維持しつつ前記ワークに
対する前記ヘッドの位置を変化させる動作を含む、
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】

前記基部の平面視で、
前記複数のノズルの配列方向をノズル列方向とし、
前記印刷動作の実行中での前記ヘッドと前記基部とを結ぶ仮想的な線分を第１線分とし
、
前記印刷動作の実行中での前記第１線分と前記ノズル列方向とのなす角度をθ１とし、
前記キャップ動作の実行中での前記ヘッドと前記基部とを結ぶ仮想的な線分を第２線分
とし、
前記キャップ動作の実行中での前記第２線分と前記ノズル列方向とのなす角度をθ２と
し、
前記第１線分と前記第２線分とのなす角度をθ３としたとき、
｜θ１－θ２｜＜θ３
の関係を満たす、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の立体物印刷装置。

【請求項5】

前記キャップ動作の実行終了から前記印刷動作の実行開始までの間の期間内に前記ロボ
ットが前記ヘッドを移動させる第１移動動作をさらに実行し、
前記複数の回動部のうち、
前記基部に最も近い回動部を第１回動部とし、
前記基部から最も遠い回動部を第２回動部とするとき、
前記第１移動動作の実行期間にわたる前記第２回動部の回動量は、前記第１移動動作の
実行期間にわたる前記第１回動部の回動量よりも小さい、
ことを特徴とする請求項１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】

前記印刷動作の実行終了から前記キャップ動作の実行開始までの間の期間内に前記ロボ
ットが前記ヘッドを移動させる第２移動動作をさらに実行し、
前記第２移動動作の実行期間にわたる前記第２回動部の回動量は、前記第２移動動作の
実行期間にわたる前記第１回動部の回動量よりも小さい、
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１移動動作または前記第２移動動作の実行期間にわたる前記ヘッドのヨー角の変
化は、４５°以上である、
ことを特徴とする請求項６に記載の立体物印刷装置。

【請求項8】

前記第１移動動作または前記第２移動動作の実行期間にわたる前記ヘッドのヨー角の変
化は、９０°以上である、
ことを特徴とする請求項７に記載の立体物印刷装置。

【請求項9】

前記キャップ動作の実行終了時には、前記ヘッドが前記ノズル面の法線方向に沿って前
記キャップ部から離間する、
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】

前記キャップ動作の実行開始時には、前記ヘッドが前記ノズル面の法線方向に沿って前
記キャップ部に接近する、
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】

前記キャップ動作の実行中での前記ノズル面は、水平である、
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】

前記キャップ動作の実行中に前記キャップ部を前記ノズル面に向けて付勢する付勢機構
をさらに有する、
ことを特徴とする請求項１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】

前記キャップ動作の実行中に前記キャップ部と前記ノズル面との間に形成される空間を
減圧する吸引機構をさらに有する、
ことを特徴とする請求項１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】

前記キャップ部に隣り合う位置に配置され、前記ノズル面を拭うワイパー部をさらに有
する、
ことを特徴とする請求項１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】

前記ヘッドに液体を供給する供給管をさらに有し、
前記供給管は、前記腕部の外部に設けられる、
ことを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の立体物印刷装置。

【請求項16】

前記ヘッドを駆動する電気信号を前記ヘッドに供給する駆動配線をさらに有し、
前記駆動配線は、前記腕部の外部に設けられる、
ことを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の立体物印刷装置。

【請求項17】

液体を吐出する複数のノズルが設けられたノズル面を有するヘッドと、
基部と、前記ヘッドを支持する腕部とを有し、前記基部から前記腕部にかけて複数の回
動部が設けられ、前記回動部の回動により前記基部に対する前記ヘッドの位置を変化させ
るロボットと、
前記ノズル面を被覆するキャップ部と、
を用いた立体物印刷方法であって、
前記ノズル面が前記キャップ部に被覆される位置に、前記ロボットが前記ヘッドを位置
させるキャップ動作と、
前記ロボットがワークに対する前記ヘッドの位置を前記キャップ動作の実行中とは異な
る位置で変化させつつ、前記ヘッドが前記ワークに対して液体を吐出する印刷動作と、を
実行し、
前記キャップ動作の実行中での前記ヘッドのヨー角と前記印刷動作の実行中での前記ヘ
ッドのヨー角とが互いに異なる、
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に記載の装置は、ロボットアームと、ロボットアームの先端に固定されるプリントヘッドと、を有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１４－０５０８３２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に記載の印刷装置では、プリントヘッドのノズル付近のインクが外光の影響または外気による乾燥により増粘または固化することにより、ノズルが詰まってしまい、その結果、吐出不良が生じるという課題がある。

【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、液体を吐出する複数のノズルが設けられたノズル面を有するヘッドと、基部と、前記ヘッドを支持する腕部とを有し、前記基部から前記腕部にかけて複数の回動部が設けられ、前記回動部の回動により前記基部に対する前記ヘッドの位置を変化させるロボットと、前記ノズル面を被覆するキャップ部と、を有し、前記ノズル面が前記キャップ部に被覆される位置に、前記ロボットが前記ヘッドを位置させるキャップ動作と、前記ロボットが前記ワークに対する前記ヘッドの位置を前記キャップ動作の実行中とは異なる位置で変化させつつ、前記ヘッドが前記ワークに対して液体を吐出する印刷動作と、を実行し、前記キャップ動作の実行中での前記ヘッドのヨー角と前記印刷動作の実行中での前記ヘッドのヨー角とが互いに異なる。

【0006】

本発明に係る立体物印刷方法の一態様は、液体を吐出する複数のノズルが設けられたノズル面を有するヘッドと、基部と、前記ヘッドを支持する腕部とを有し、前記基部から前記腕部にかけて複数の回動部が設けられ、前記回動部の回動により前記基部に対する前記ヘッドの位置を変化させるロボットと、前記ノズル面を被覆するキャップ部と、を用いた立体物印刷方法であって、前記ノズル面が前記キャップ部に被覆される位置に、前記ロボットが前記ヘッドを位置させるキャップ動作と、前記ロボットが前記ワークに対する前記ヘッドの位置を前記キャップ動作の実行中とは異なる位置で変化させつつ、前記ヘッドが前記ワークに対して液体を吐出する印刷動作と、を実行し、前記キャップ動作の実行中での前記ヘッドのヨー角と前記印刷動作の実行中での前記ヘッドのヨー角とが互いに異なる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【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】ヘッドを含むヘッドユニットの概略構成を示す斜視図である。

【図4】キャップ部を含むメンテナンスユニットの概略構成を示す斜視図である。

【図5】実施形態に係る立体物印刷装置の動作を示すフローチャートである。

【図6】印刷動作の実行中のロボットの側面図である。

【図7】印刷動作の実行中の立体物印刷装置の平面図である。

【図8】キャプ動作の実行中の立体物印刷装置の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

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および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。

【0009】

以下の説明は、便宜上、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、以下の説明では、Ｘ軸に沿う一方向がＸ１方向であり、Ｘ１方向と反対の方向がＸ２方向である。同様に、Ｙ軸に沿って互いに反対の方向がＹ１方向およびＹ２方向である。また、Ｚ軸に沿って互いに反対の方向がＺ１方向およびＺ２方向である。

【0010】

ここで、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、後述のロボット２が設置される空間に設定されるワールド座標系の座標軸に相当する。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。当該ワールド座標系には、ロボット２の基部を基準とするベース座標系がキャリブレーションにより対応付けられる。以下では、便宜上、ワールド座標系をロボット座標系として用いてロボット２の動作を制御する場合が例示される。

【0011】

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。

【0012】

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１の概略を示す斜視図である。立体物印刷装置１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。

【0013】

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が長球状をなすラグビーボールであり、面ＷＦが曲面である。印刷時のワークＷは、必要に応じて、例えば、所定の設置台、ロボットハンドまたはコンベアー等の構造体により支持される。なお、ワークＷまたは面ＷＦ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。また、ワークＷまたは面ＷＦの印刷時での位置または姿勢は、印刷可能であればよく、図１に示す例に限定されず、任意である。

【0014】

図１に示すように、立体物印刷装置１は、ロボット２と、ヘッドユニット３と、メンテナンスユニット４と、コントローラー５と、配管部１０と、配線部１１と、を有する。以下、まず、これらを順に簡単に説明する。

【0015】

ロボット２は、ワールド座標系でのヘッドユニット３の位置および姿勢を変化させるロボットである。図１に示す例では、ロボット２は、いわゆる６軸の垂直多関節ロボットである。

【0016】

図１に示すように、ロボット２は、基部２１０と、腕部２２０と、を有する。

【0017】

基部２１０は、腕部２２０を支持する台である。図１に示す例では、基部２１０は、Ｚ１方向を向く床面等や基台等の設置面にネジ止め等により固定される。なお、基部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。また、以下では、基部２１０の設置面に対して垂直な方向にみること、すなわち、本実施形態ではＺ１方向またはＺ２方向にみることを「基部２１０の平面視」または単に「平面視」という場合がある。

【0018】

腕部２２０は、基部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、腕部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、基部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。

【0020】

関節部２３０＿１～２３０＿６のそれぞれは、「回動部」の一例であり、基部２１０およびアーム２２１～２２６のうち互いに隣り合う２つの部材の一方を他方に対して回動可能に連結する機構である。ここで、関節部２３０＿１～２３０＿６のうち最も基部２１０に近い関節部２３０＿１は、「第１回動部」の一例である。また、関節部２３０＿１～２３０＿６のうち最も基部２１０から遠い関節部２３０＿６は、「第２回動部」の一例である。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。

【0021】

図１では図示しないが、関節部２３０＿１～２３０＿６のそれぞれには、対応する当該互いに隣り合う２つの部材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、関節部２３０＿１～２３０＿６の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２ａに相当する。

【0022】

回動軸Ｏ１は、基部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】

以上のロボット２の腕部２２０の最も先端に位置するアーム２２６には、エンドエフェクターとして、ヘッドユニット３がネジ止め等により固定された状態で装着される。

【0025】

ヘッドユニット３は、「液体」の一例であるインクをワークＷに向けて吐出するヘッド３ａを有するアセンブリーである。本実施形態では、ヘッドユニット３は、ヘッド３ａのほか、圧力調整弁３ｂと硬化用光源３ｃと距離センサー３ｄとを有する。なお、ヘッドユニット３の詳細については、後述の図３に基づいて説明する。

【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。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、例えば、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し、クリアインクでもよいし、ワークＷの表面処理のための処理液でもよい。

【0027】

ヘッドユニット３には、配管部１０および配線部１１のそれぞれが接続される。配管部１０は、図示しないインクタンクからのインクをヘッドユニット３に供給する供給管１０ａを含む配管または配管群である。供給管１０ａは、例えば、ゴム材料またはエラストマー材料等で構成される可撓性の管体である。配線部１１は、ヘッド３ａを駆動する電気信号を供給する駆動配線１１ａを含む配線または配線群である。駆動配線１１ａは、例えば、可撓性の各種電気配線で構成される。なお、配管部１０には、供給管１０ａのほか、例えば、ヘッドユニット３から排出されるインクを移送するための配管等の他の配管が含まれてもよい。また、配線部１１には、駆動配線１１ａのほか、例えば、ヘッド３ａの駆動に必要な後述の制御信号ＳＩ等の他の電子信号を伝送するための各種配線が適宜に含まれる。

【0028】

このような配管部１０および配線部１１のそれぞれは、ヘッドユニット３との接続により固定位置ＦＸ１でヘッドユニット３に対して固定される。固定位置ＦＸ１は、エンドエフェクター内の位置であり、具体的には、配管部１０および配線部１１とヘッドユニット３との接続のための図示しないコネクタの位置である。また、配管部１０および配線部１１のそれぞれは、固定位置ＦＸ２、ＦＸ３、ＦＸ４で前述のロボット２の腕部２２０に対して結束バンド等により固定される。固定位置ＦＸ２は、前述のアーム２２４上の位置である。固定位置ＦＸ３は、前述のアーム２２３上の位置である。固定位置ＦＸ４は、前述のアーム２２２上の位置である。このように腕部２２０の複数位置に部分的に配管部１０および配線部１１を固定することにより、腕部２２０の動作を十分に許容しつつ腕部２２０と配管部１０および配線部１１との位置関係を所定範囲内に維持することができる。なお、図１では、配管部１０および配線部１１の引き回される経路が互いに同一である構成が例示されるが、配管部１０および配線部１１の引き回される経路が互いに異なる部分を有してもよい

【0029】

メンテナンスユニット４は、ヘッドユニット３のヘッド３ａのメンテナンスを行うための機構である。図１に示す例では、メンテナンスユニット４は、ケース４ａとキャップ部４ｂと支持台４ｃと吸引機構４ｄとワイパー部４ｅとを有する。ケース４ａは、ロボット２の基部２１０と同様に、Ｚ１方向を向く床面等や基台等の設置面にネジ止め等により固定される。なお、メンテナンスユニット４の詳細については、後述の図３に基づいて説明する。また、メンテナンスとは、ヘッド３ａのノズル面Ｆをキャップ部４ｂによって被覆することや、吸引機構４ｄによって吸引を行うこと、ワイパー部４ｅによってワイピングすることなどを含む概念である。

【0030】

コントローラー５は、ロボット２の駆動を制御するロボットコントローラーである。以下、図２に基づいて、立体物印刷装置１の電気的な構成について、コントローラー５の詳細な説明を含めて説明する。

【0031】

１－２．立体物印刷装置の電気的な構成
図２は、実施形態に係る立体物印刷装置１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１の構成要素のうち、電気的な構成要素が示される。図２に示すように、立体物印刷装置１は、前述の図１に示す構成要素のほか、コントローラー５に通信可能に接続される制御モジュール６と、コントローラー５および制御モジュール６に通信可能に接続されるコンピューター７と、を有する。以下、コントローラー５の詳細に説明に先立ち、まず、制御モジュール６およびコンピューター７を順に説明する。

【0032】

なお、図２に示す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、コントローラー５または制御モジュール６の機能の一部または全部は、コンピューター７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５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。

【0033】

コントローラー５は、ロボット２の駆動を制御する機能と、ヘッドユニット３でのインクの吐出動作をロボット２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。なお、本実施形態のコントローラー５は、メンテナンスユニット４の駆動を制御する機能をも有するが、当該機能は、コンピューター７等の他の機器のより実現されてもよい。

【0034】

コントローラー５は、記憶回路５ａと処理回路５ｂとを有する。

【0035】

記憶回路５ａは、処理回路５ｂが実行する各種プログラムと、処理回路５ｂが処理する各種データと、を記憶する。記憶回路５ａ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５ａの一部または全部は、処理回路５ｂに含まれてもよい。

【0036】

記憶回路５ａには、経路情報Ｄａが記憶される。経路情報Ｄａは、ヘッドユニット３の移動すべき経路と当該経路におけるヘッドユニット３の姿勢とを示す情報である。ここで、経路情報Ｄａは、当該経路および当該姿勢を示す情報として、ワークＷに対して印刷を行う際のヘッドユニット３の移動経路および姿勢を示す情報と、ヘッドユニット３の当該印刷時の位置とメンテナンスユニット４によるメンテナンス時の位置との間の移動経路および姿勢を示す情報と、を含む。経路情報Ｄａは、例えば、ワークＷの形状等に基づいて決められ、ベース座標系またはワールド座標系の座標値を用いて表される。ワークＷの形状は、例えば、ワークＷの３次元形状を示すＣＡＤ（computer-aided design）データにより求められる。以上の経路情報Ｄａは、コンピューター７から記憶回路５ａに入力される。

【0037】

処理回路５ｂは、経路情報Ｄａに基づいてロボット２のアーム駆動機構２ａの動作を制御するとともに、信号Ｄ３を生成する。処理回路５ｂ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５ｂ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。

【0038】

ここで、アーム駆動機構２ａは、前述の関節部２３０＿１～２３０＿６の駆動機構の集合体であり、関節部ごとに、ロボット２の関節部を駆動するためのモーターと、ロボット２の関節部の回転角度を検出するエンコーダーと、を有する。

【0039】

処理回路５ｂは、経路情報Ｄａをロボット２の各関節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５ｂは、当該各関節の実際の回転角度および回転速度等の動作量が経路情報Ｄａに基づく前述の演算結果となるように、アーム駆動機構２ａの各エンコーダーからの出力Ｄ１に基づいて、制御信号Ｓｋ１を出力する。制御信号Ｓｋ１は、アーム駆動機構２ａのモーターの駆動を制御する。ここで、制御信号Ｓｋ１は、必要に応じて、距離センサー３ｄからの出力に基づいて処理回路５ｂにより補正される。

【0040】

また、処理回路５ｂは、アーム駆動機構２ａの複数のエンコーダー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５ｂは、当該複数のエンコーダーのうちの１つからの出力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。

【0041】

制御モジュール６は、コントローラー５から出力される信号Ｄ３とコンピューター７からの印刷データとに基づいて、ヘッドユニット３でのインクの吐出動作を制御する回路である。制御モジュール６は、タイミング信号生成回路６ａと電源回路６ｂと制御回路６ｃと駆動信号生成回路６ｄとを有する。

【0042】

タイミング信号生成回路６ａ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６ａ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。

【0043】

電源回路６ｂ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、制御モジュール６およびヘッドユニット３の各部に適宜に供給される。例えば、電源回路６ｂ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、ヘッドユニット３に供給される。また、電源電位ＶＨＶは、駆動信号生成回路６ｄに供給される。

【0044】

制御回路６ｃ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６ｄに入力され、それ以外の信号は、ヘッドユニット３のスイッチ回路３ｅに入力される。

【0045】

制御信号ＳＩは、ヘッドユニット３のヘッド３ａが有する駆動素子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、当該駆動素子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、当該駆動素子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、当該駆動素子の駆動タイミングを規定することにより、当該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。

【0046】

以上の制御回路６ｃ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６ｃ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。

【0047】

駆動信号生成回路６ｄは、ヘッドユニット３のヘッド３ａの有する各駆動素子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６ｄ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６ｄでは、当該ＤＡ変換回路が制御回路６ｃ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６ｂ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、当該駆動素子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、ヘッドユニット３のスイッチ回路３ｅを介して、駆動信号生成回路６ｄから当該駆動素子に供給される。

【0048】

ここで、スイッチ回路３ｅ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回路である。

【0049】

コンピューター７は、コントローラー５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６に印刷データ等の情報を供給する機能と、を有する。コンピューター７は、例えば、これらの機能を実現するプログラムをインストールしたデスクトップ型またはノート型等のコンピューターである。

【0050】

１－３．ヘッドユニットの構成
図３は、ヘッド３ａを含むヘッドユニット３の概略構成を示す斜視図である。以下の説明は、便宜上、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、以下の説明では、ａ軸に沿う一方向がａ１方向であり、ａ１方向と反対の方向がａ２方向である。同様に、ｂ軸に沿って互いに反対の方向がｂ１方向およびｂ２方向である。また、ｃ軸に沿って互いに反対の方向がｃ１方向およびｃ２方向である。

【0051】

ここで、ａ軸、ｂ軸およびｃ軸は、ヘッドユニット３に設定されるツール座標系の座標軸に相当し、前述のロボット２の動作により前述のワールド座標系またはロボット座標系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。なお、ツール座標系とベース座標系またはロボット座標系とは、キャリブレーションにより対応付けされる。また、ツール座標系は、例えば、後述のノズル面Ｆの中心が基準（ツールセンターポイント）となるように設定される。

【0052】

ヘッドユニット３は、前述のように、ヘッド３ａと圧力調整弁３ｂと硬化用光源３ｃと距離センサー３ｄ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３ｆに支持される。なお、図３に示す例では、ヘッドユニット３が有するヘッド３ａおよび圧力調整弁３ｂのそれぞれの数が１個であるが、当該数は、図３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３ｂ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、基部２１０に対して固定の位置でもよい。

【0053】

支持体３ｆ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３ｆが扁平な箱状をなすが、支持体３ｆの形状は、特に限定されず、任意である。

【0054】

以上の支持体３ｆは、前述のアーム２２６に装着される。したがって、ヘッド３ａ、圧力調整弁３ｂ、硬化用光源３ｃおよび距離センサー３ｄが支持体３ｆにより一括してアーム２２６に支持される。このため、アーム２２６に対するヘッド３ａ、圧力調整弁３ｂ、硬化用光源３ｃおよび距離センサー３ｄのそれぞれの相対的な位置が固定される。図３に示す例では、ヘッド３ａに対してｃ１方向の位置には、圧力調整弁３ｂが配置される。ヘッド３ａに対してａ２方向の位置には、硬化用光源３ｃが配置される。ヘッド３ａに対してａ１方向の位置には、距離センサー３ｄが配置される。

【0055】

ヘッド３ａ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ノズル列Ｌａとノズル列Ｌｂとに区分される。ノズル列Ｌａおよびノズル列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、ヘッド３ａにおけるノズル列Ｌａの各ノズルＮに関連する要素とノズル列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。また、後述するノズル列方向ＤＮはｂ軸に平行である。

【0056】

なお、本実施形態におけるノズル面Ｆとは、ノズルプレートによって形成される面と、固定板やカバーヘッドによって形成される面との両方を含む概念である。ノズルプレートとは、シリコン(Ｓｉ)や金属などを材料とした板状部材にノズルＮが開口した部材であり、固定板およびカバーヘッドとは、当該ノズルプレートの固定や保護などの目的でノズルプレートの周囲に設けられた部材である。固定板およびカバーヘッドはヘッドの構成によっては設けらない場合もあり、図３に示すノズル面Ｆはノズルプレートのみによって形成されたものである。

【0057】

ただし、ノズル列Ｌａにおける複数のノズルＮとノズル列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、ノズル列Ｌａおよびノズル列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、ノズル列Ｌａにおける複数のノズルＮとノズル列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。

【0058】

図示しないが、ヘッド３ａは、ノズルＮごとに、駆動素子である圧電素子と、インクを収容するキャビティと、有する。ここで、当該圧電素子は、当該圧電素子に対応する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。このようなヘッド３ａ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、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。

【0059】

以上のヘッド３ａには、前述のように、供給管１０ａを介して図示しないインクタンクからインクが供給される。ここで、供給管１０ａとヘッド３ａとの間には、圧力調整弁３ｂが介在する。

【0060】

圧力調整弁３ｂは、ヘッド３ａ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、ヘッド３ａと前述の図示しないインクタンクとの位置関係が変化しても、ヘッド３ａ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、ヘッド３ａ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。また、圧力調整弁３ｂからのインクは、図示しない分岐流路を介してヘッド３ａの複数箇所に適宜に分配される。ここで、図示しないインクタンクからのインクは、ポンプ等により所定の圧力で供給管１０ａ内に移送される。

【0061】

硬化用光源３ｃは、ワークＷ上のインクを硬化または固化させるための光、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性を有する場合、硬化用光源３ｃは、紫外線を出射するＬＥＤ（light emitting diode）等の発光素子等で構成される。また、硬化用光源３ｃ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適宜に有してもよい。

【0062】

なお、硬化用光源３ｃは、ワークＷ上のインクを完全硬化または完全固化させなくてもよい。この場合、例えば、ロボット２の基部２１０の設置面上に別途に設置される硬化用の光源からのエネルギーにより、硬化用光源３ｃからのエネルギー照射後のインクを完全硬化または完全固化させればよい。また、硬化用光源３ｃは、必要に応じて設ければよく、省略されてもよい。

【0063】

距離センサー３ｄは、ヘッド３ａ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。本実施形態の距離センサー３ｄは、ｃ軸に沿う方向におけるヘッド３ａとワークＷとの間の距離に応じた信号を出力する。なお、距離センサー３ｄは、必要に応じて設ければよく、省略されてもよい。

【0064】

１－４．メンテナンスユニットの構成
図４は、キャップ部４ｂを含むメンテナンスユニット４の概略構成を示す斜視図である。図４に示すメンテナンスユニット４は、前述のように、ケース４ａとキャップ部４ｂと支持台４ｃと吸引機構４ｄとワイパー部４ｅとを有する。

【0065】

ケース４ａは、キャップ部４ｂ、支持台４ｃ、吸引機構４ｄおよびワイパー部４ｅを支持する箱状の構造体である。なお、ケース４ａの形状等は、図４に示す例に限定されず、任意である。

【0066】

キャップ部４ｂは、ヘッド３ａのノズル面Ｆを被覆するキャップ４ｂ１と、ガイド部４ｂ２と、付勢機構４ｂ３と、を有する構造体である。図４に示す例では、キャップ部４ｂは、長手形状をなす。キャップ４ｂ１は、ゴム材料またはエラストマー材料等で構成される弾性を有する蓋体であり、ヘッド３ａのノズル面Ｆを被覆することにより、ヘッド３ａのノズルＮ付近のインクの乾燥を防止する。キャップ４ｂ１には、ヘッド３ａのノズル面Ｆに当接する外枠部と、当該外枠部に対してＺ２方向に凹んだ底面と、キャップ４ｂ１を貫通する孔と、が設けられる。ヘッド３ａのノズル面Ｆをキャップ部４ｂによって被覆する後述のキャップ動作において、当該外枠部は、水平状態のノズル面Ｆに設けられたノズルＮを囲むように、ヘッド３ａのノズル面Ｆに当接する。また、このとき、底面はノズル面Ｆに対向する。当該孔は、当該凹部の底面に開口する一端開口と、吸引機構４ｄに接続される他端開口と、を有する。

【0067】

付勢機構４ｂ３は、キャップ４ｂ１を支持し、かつ、Ｚ１方向に付勢する機構であって、バネまたはゴム等の弾性体によって構成される。ガイド部はキャップ４ｂ１のＺ方向と異なる方向の動きを規制する部材である。ヘッド３ａのノズル面Ｆと前述の外枠部とが当接する際には、付勢機構４ｂ３の弾性体はＺ方向に縮むように弾性変形する。なお、付勢機構４ｂ３はガスステー等の機構であってもよい。

【0068】

以上のキャップ部４ｂは、支持台４ｃに支持される。支持台４ｃは、キャップ部４ｂが固定される天面部４ｃ１と、天面部４ｃ１を支持する複数の脚部４ｃ２によって構成される。天面部４ｃ１は、金属材料等で構成される板状の部材であり、天面部４ｃ１には、キャップ部４ｂおよびワイパー部４ｅがネジ止め等により固定される。

【0069】

吸引機構４ｄは、キャップ部４ｂとノズル面Ｆとの間に形成される空間を減圧する機構である。当該減圧により、キャップ部４ｂにノズル面Ｆが覆われた状態のヘッド３ａのノズルＮからインクが吸引されることにより、ノズルＮ内のインクがリフレッシュされる。吸引機構４ｄは、図示しないが、減圧タンクと減圧ポンプ４ｄ２とを有する。当該減圧タンクは、例えば、減圧される内部空間を有する金属製のチャンバーであり、前述のケース４ａ内に配置される。当該減圧タンクは、前述のキャップ部４ｂの孔に連通するとともに、当該減圧ポンプに連通する。当該減圧ポンプは、当該減圧タンク内から空気を排出することにより当該減圧タンク内を減圧する機構である。なお、当該減圧タンクとキャップ部４ｂとの間、および、当該減圧タンクと当該減圧ポンプとの間のそれぞれには、圧力調整または開閉のためのバルブ等が設けられる。

【0070】

ワイパー部４ｅは、キャップ部４ｂに隣り合う位置に配置され、ノズル面Ｆを拭うワイパー４ｅ１を有する構造体である。図４に示す例では、ワイパー部４ｅは、長手形状をなしており、キャップ部４ｂと平行となるように配置される。ワイパー４ｅ１は、ゴム材料またはエラストマー材料等で構成される弾性を有するブレード状の部材であり、ヘッド３ａのノズル面Ｆをワイピングすることにより、当該ノズル面Ｆを清掃する。ワイパー４ｅ１は、支持体４ｅ２を介して支持台４ｃの天面部４ｃ１上にネジ止め等より固定される。

【0071】

１－５．立体物印刷装置１の動作
図５は、実施形態に係る立体物印刷装置１の動作を示すフローチャートである。立体物印刷装置１は、まず、図５に示すように、ステップＳ１において、印刷指示があるか否かを判断する。この判断は、例えば、コンピューター７から印刷の実行指示があったか否かを処理回路５ｂで判断することにより行われる。

【0072】

印刷指示があった場合、立体物印刷装置１は、ステップＳ２において、第１移動動作を行う。この第１移動動作は、ヘッド３ａを後述の印刷動作の実行開始位置に移動させる動作であり、処理回路５ｂが経路情報Ｄａに基づいてロボット２の駆動を制御することにより行われる。

【0073】

ステップＳ２の後、立体物印刷装置１は、ステップＳ３において、印刷動作を行う。この印刷動作は、ヘッド３ａからのインクによりワークＷに対して印刷を行う動作であり、処理回路５ｂが経路情報Ｄａに基づいてロボット２の駆動を制御するとともに、制御モジュール６がヘッド３ａの駆動を制御することにより行われる。

【0074】

ステップＳ３の後、または、印刷指示がない場合、立体物印刷装置１は、ステップＳ４において、キャップ指示があるか否かを判断する。この判断は、例えば、コンピューター７からキャップ指示があったか否かを処理回路５ｂで判断することにより行われる。なお、処理回路５ｂは、コンピューター７からの印刷指示およびキャップ指示が所定時間以上ない場合、キャップ指示があったものと判断してもよい。

【0075】

キャップ指示がない場合、立体物印刷装置１は、前述のステップＳ１に戻る。一方、キャップ指示がある場合、立体物印刷装置１は、ステップＳ５において、第２移動動作を行う。この第２移動動作は、ヘッド３ａを後述のキャップ動作の実行開始位置に移動させる動作であり、処理回路５ｂが経路情報Ｄａに基づいてロボット２の駆動を制御することにより行われる。

【0076】

ステップＳ５の後、立体物印刷装置１は、ステップＳ６において、キャップ動作を行う。このキャップ動作は、例えば、ヘッド３ａのノズル面Ｆとキャップ部４ｂとが当接することで、ノズル面Ｆをキャップ部により覆う動作であり、処理回路５ｂが経路情報Ｄａに基づいてロボット２の駆動を制御することにより行われる。なお、キャップ動作は、ノズル面Ｆとキャップ部４ｂとが厳密には当接しない動作も含むこと場合がある。例えば、ノズル面Ｆとキャップ部４ｂとが数ミリメートル離間する場合や、ノズル面Ｆとキャップ部４ｂとの間にインクなどが介在する場合がこれに該当する。

【0077】

ステップＳ６の後、立体物印刷装置１は、ステップＳ７において、終了指示があるか否かを判断する。この判断は、例えば、コンピューター７から終了指示があったか否かを処理回路５ｂで判断することにより行われる。

【0078】

立体物印刷装置１は、終了指示がない場合、前述のステップＳ１に戻り、一方、終了指示がある場合、動作を終了する。

【0079】

図６は、ステップＳ３の印刷動作の実行中のロボット２の側面図である。図６では、長球状をなすワークＷの長軸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２よりもＸ２方向の位置に載置される。なお、図６に実線で示すヘッド３aの姿勢においては、ａ軸とＸ軸とが平行であり、ｂ軸とＹ軸とが平行であり、ｃ軸とＺ軸とが平行である。

【0080】

印刷動作では、図６に示すように、ロボット２がヘッド３ａ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。

【0081】

印刷動作では、ロボット２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６に示す例では、ロボット２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の動作によりヘッド３ａを移動経路ＲＵに沿って安定的に移動させることができる。

【0082】

ここで、ロボット２は、面ＷＦに対するヘッド３ａからのインクの着弾方向が一定となるように、面ＷＦの曲面に応じてヘッド３ａの姿勢を制御することが好ましい。このため、移動経路ＲＵでのヘッド３ａのヨー角およびロール角は、一定であることが好ましい。一方、移動経路ＲＵでのヘッド３ａのピッチ角は、変化することが好ましい。すなわち、移動経路ＲＵでの任意の２点である第１位置Ｐ１および第２位置Ｐ２でのヘッド３ａのピッチ角が互いに異なることが好ましい。なお、本実施形態において、移動経路ＲＵは、ヘッド３ａが吐出するインク滴の吐出方向ベクトルが、常に鉛直下向きの成分を含むように設定される。換言すれば、ｃ２方向のベクトルがＺ２方向の成分を含む。こうした移動経路ＲＵの設定によれば、ヘッド３ａがインク滴を重力に抗う方向に吐出することがないため、インク滴の飛翔が安定する。

【0083】

以上の印刷動作によりワークＷに対して印刷が行われる。

【0084】

ここで、ヘッドのヨー角、ロール角、ピッチ角について説明する。ヘッド３ａのヨー角、ロール角、ピッチ角とは、任意に設定されるヘッド３ａの基準姿勢に対するｃ軸、ａ軸、ｂ軸まわりの回転量として表される。なお、ヘッド３ａの基準姿勢においては、ａ軸、ｂ軸、ｃ軸とＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸との関係が一意に固定される。

【0085】

ヘッド３ａの第１姿勢におけるヘッドのヨー角とは、基準姿勢から第１姿勢への姿勢変化に要するｃ軸まわりの回転量として表される。このｃ軸まわりの回転量とは、基準姿勢におけるａ軸と、第１姿勢におけるａ軸と、を基準姿勢におけるc軸に沿った方向にみたときのなす角の絶対値である。もしくは、ｃ軸まわりの回転量とは、基準姿勢におけるｂ軸と、第１姿勢におけるｂ軸と、を基準姿勢におけるc軸に沿った方向にみたときのなす角の絶対値である。

【0086】

また同様に、ヘッド３ａの第１姿勢におけるヘッドのロール角とは、基準姿勢から第１姿勢への姿勢変化に要するａ軸まわりの回転量として表される。このａ軸まわりの回転量とは、基準姿勢におけるｂ軸と、第１姿勢におけるｂ軸と、を基準姿勢におけるａ軸に沿った方向にみたときのなす角の絶対値である。もしくは、ａ軸まわりの回転量とは、基準姿勢におけるｃ軸と、第１姿勢におけるｃ軸と、を基準姿勢におけるａ軸に沿った方向にみたときのなす角の絶対値である。

【0087】

また同様に、ヘッド３ａの第１姿勢におけるヘッドのピッチ角とは、基準姿勢から第１姿勢への姿勢変化に要するｂ軸まわりの回転量として表される。このｂ軸まわりの回転量とは、基準姿勢におけるａ軸と、第１姿勢におけるａ軸と、を基準姿勢におけるｂ軸に沿った方向にみたときのなす角の絶対値である。もしくは、ｂ軸まわりの回転量とは、基準姿勢におけるｃ軸と、第１姿勢におけるｃ軸と、を基準姿勢におけるｂ軸に沿った方向にみたときのなす角の絶対値である。

【0088】

図６を用いてヘッド３ａのヨー角、ロール角、ピッチ角についてさらに説明する。例えば、ヘッド３ａの基準姿勢をａ軸とＸ軸とが平行かつ、ｂ軸とＹ軸とが平行かつ、ｃ軸とＺ軸とが平行である姿勢として設定する。このとき、図６に実線で示すヘッド３ａのヨー角、ロール角、ピッチ角はいずれも０°となる。一方、図６に破線で示すヘッド３ａのピッチ角は約４５°となり、ヨー角、ロール角、は０°となる。つまり、図６に実線で示すヘッド３ａと、破線で示すヘッド３ａとはピッチ角が互いに異なる。

【0089】

図７は、印刷動作の実行中の立体物印刷装置１の平面図である。図７に実線で示すヘッド３ａの姿勢においては、ａ軸とＸ軸とが平行であり、ｂ軸とＹ軸とが平行であり、ｃ軸とＺ軸とが平行である。印刷動作の実行中では、図７示すように、基部２１０の平面視で、ヘッド３ａの複数のノズルＮの配列方向であるノズル列方向ＤＮが前述の移動経路ＲＵでのヘッド３ａの走査方向ＤＳに直交する。ここで、基部２１０の平面視で印刷動作の実行中でのヘッド３ａと基部２１０とを結ぶ仮想的な線分を第１線分Ｌ１とするとき、ノズル列方向ＤＮと第１線分Ｌ１とのなす角度θ１は、９０°である。ただし、角度θ１は、９０°に限定されず、例えば、７０°以上１１０°以下の範囲内にあればよい。なお、第１線分Ｌ１は、基部２１０の平面視で印刷動作の実行中でのノズル面Ｆの中心点と回動軸Ｏ１とを結ぶ仮想的な線分として、より厳密に規定することもできる。

【0090】

印刷動作の実行後、前述の第２移動動作により、図７中の二点鎖線で示すように、ヘッド３ａがキャップ部４ｂ上に移動する。図７に二点鎖線で示すヘッド３ａの姿勢においては、ｃ軸とＺ軸とは平行であるが、ａ軸とＸ軸とのなす角は４５°であり、ｂ軸とＹ軸とのなす角は４５°である。

【0091】

ここで、ヘッド３ａの基準姿勢をａ軸とＸ軸とが平行かつ、ｂ軸とＹ軸とが平行かつ、ｃ軸とＺ軸とが平行である姿勢として設定する。このとき、図７に実線で示すヘッド３ａのヨー角、ロール角、ピッチ角はいずれも０°となる。一方、図７に二点鎖線で示すヘッド３ａのヨー角は４５°となり、ロール角、ピッチ角は０°となる。つまり、図７に実線で示すヘッド３ａと、二点鎖線で示すヘッド３ａとはヨー角が互いに異なる。換言すれば、ワールド座標系における任意の座標からＺ１方向にみたノズルＮのノズル列方向ＤＮが、印刷動作の実行中と、移動動作の実行後またはキャップ動作の実行中と、で互いに異なる。より具体的には、印刷動作の実行中におけるノズル列方向ＤＮと、移動動作の実行後またはキャップ動作の実行中におけるノズル列方向ＤＮと、のなす角が４５°である。

【0092】

第２移動動作は、主に関節部２３０＿１を動作させることに行われる。ここで、前述の印刷動作に用いる関節部２３０＿２と関節部２３０＿３と関節部２３０＿５を動作させてもよいが、関節部２３０＿４および関節部２３０＿６を動作させないことが好ましい。この場合、再度印刷動作を行う場合、印刷動作でのロボット２の動作の再現性を高めることができる。

【0093】

図８は、キャプ動作の実行中の立体物印刷装置１の平面図である。図８示すように、基部２１０の平面視でキャップ動作の実行中でのヘッド３ａと基部２１０とを結ぶ仮想的な線分を第２線分Ｌ２とするとき、ノズル列方向ＤＮと第２線分Ｌ２とのなす角度θ２は、９０°である。ただし、角度θ２は、９０°に限定されず、例えば、７０°以上１１０°以下の範囲内にあればよい。なお、第２線分Ｌ２は、基部２１０の平面視でキャップ動作の実行中でのノズル面Ｆの中心点と回動軸Ｏ１とを結ぶ仮想的な線分として、より厳密に規定することもできる。

【0094】

ここで、基部２１０の平面視で第１線分Ｌ１と第２線分Ｌ２とのなす角度をθ３とするとき、角度θ１、θ２、θ３は、｜θ１－θ２｜＜θ３の関係を満たす。また、配管部１０および配線部１１の捻じれを低減する観点から、｜θ１－θ２｜は、できる限り小さいことが好ましい。

【0095】

キャップ動作の実行後、前述の第１移動動作により、図８中の二点鎖線で示すように、ヘッド３ａが前述の印刷位置に移動する。第１移動動作は、第２移動動作と同様、主に関節部２３０＿１を動作させることに行われる。

【0096】

以上の立体物印刷装置１は、前述のように、ヘッド３ａとロボット２とキャップ部４ｂとを有する。ヘッド３ａは、「液体」の一例であるインクを吐出する複数のノズルＮが設けられたノズル面Ｆを有する。ロボット２は、基部２１０と、ヘッド３ａを支持する腕部２２０とを有し、基部２１０から腕部２２０にかけて「複数の回動部」の一例である関節部２３０＿２～２３０＿６が設けられ、関節部２３０＿２～２３０＿６の回動により基部２１０に対するヘッド３ａの位置を変化させる。キャップ部４ｂは、ノズル面Ｆを被覆する。

【0097】

そのうえで、立体物印刷装置１は、前述のように、ステップＳ６のキャップ動作とステップＳ３の印刷動作とを実行する。ステップＳ６のキャップ動作では、ノズル面Ｆがキャップ部４ｂに被覆される位置に、ロボット２がヘッド３ａを位置させる。ステップＳ３の印刷動作では、ロボット２がワークＷに対するヘッド３ａの位置をステップＳ６のキャップ動作の実行中とは異なる位置で変化させつつ、ヘッド３ａがワークＷに対してインクを吐出する。ここで、ステップＳ６のキャップ動作の実行中でのヘッド３ａのヨー角とステップＳ３の印刷動作の実行中でのヘッド３ａのヨー角とが互いに異なる。

【0098】

以上の立体物印刷装置１では、ステップＳ６のキャップ動作の実行中にノズル面Ｆがキャップ部４ｂに被覆されるので、ステップＳ３の印刷動作が長期にわたり実行されなくても、ノズル面Ｆのインクの増粘または固化を低減することができる。この結果、各ノズルＮのインクによる詰まりを低減することができる。また、ヘッド３ａのヨー角をステップＳ６のキャップ動作の実行中とステップＳ３の印刷動作の実行中とで異ならせることにより、これらの動作の実行位置間でヘッド３ａを移動させる際に、ロボット２の複数の関節部２３０のうちの最もヘッドに近い関節部２３０＿６の回動量を低減することができる。この結果、ヘッド３ａに関連する配線類の捻じれによる損傷を低減することができる。

【0099】

ここで、立体物印刷装置１は、ヘッド３ａにインクを供給する供給管１０ａと、ヘッド３ａを駆動する電気信号をヘッド３ａに供給する駆動配線１１ａと、をさらに有する。供給管１０ａおよび駆動配線１１ａのそれぞれは、腕部２２０の外部に設けられる。このような供給管１０ａおよび駆動配線１１ａのそれぞれは、ヘッド３ａのヨー角を一定に維持したままステップＳ３の印刷動作とステップＳ６のキャップ動作とを繰り返し実行すると、捻じれにより損傷する可能性がある。したがって、このような供給管１０ａまたは駆動配線１１ａを用いる場合、ヘッド３ａのヨー角をステップＳ３の印刷動作とステップＳ６のキャップ動作とで異ならせることによる前述の効果が顕著となる。

【0100】

また、配線類の捻じれによる損傷を低減する観点から、前述のように、基部２１０の平面視で、ステップＳ３の印刷動作の実行中での第１線分Ｌ１とノズル列方向ＤＮとのなす角度をθ１とし、ステップＳ６のキャップ動作の実行中での第２線分Ｌ２とノズル列方向ＤＮとのなす角度をθ２とし、第１線分Ｌ１と第２線分Ｌ２とのなす角度をθ３としたとき、｜θ１－θ２｜＜θ３の関係を満たすことが好ましい。ここで、ノズル列方向ＤＮは、基部２１０の平面視で、複数のノズルＮの配列方向である。第１線分Ｌ１は、基部２１０の平面視で、ステップＳ３の印刷動作の実行中でのヘッド３ａと基部２１０とを結ぶ仮想的な線分である。第２線分Ｌ２は、基部２１０の平面視で、ステップＳ６のキャップ動作の実行中でのヘッド３ａと基部２１０とを結ぶ仮想的な線分である。

【0101】

角度θ１、θ２およびθ３が前述の関係を満たす場合、ヘッド３ａのヨー角がステップＳ６のキャップ動作の実行中とステップＳ３の印刷動作の実行中とで等しい場合に比べて、ステップＳ６のキャップ動作およびステップＳ３の印刷動作の実行位置間でヘッド３ａを移動させる際に、関節部２３０＿６の回動量を低減することができる。

【0102】

立体物印刷装置１では、ステップＳ３の印刷動作の実行中にヘッド３ａが通過する２つの位置を第１位置Ｐ１および第２位置Ｐ２とするとき、ヘッド３ａの第１位置Ｐ１でのピッチ角と第２位置Ｐ２でのピッチ角とが互いに異なることが好ましい。この場合、ワークＷの印刷面が曲面等であっても、当該印刷面の対象部位に対するヘッド３ａの姿勢を一定に保つことができる。したがって、ワークＷの印刷面の形状によらず、画質を高めやすいという利点がある。

【0103】

ここで、ステップＳ３の印刷動作は、ヘッド３ａのヨー角およびロール角を一定に維持しつつワークＷに対するヘッド３ａの位置を変化させる動作を含むことが好ましい。この場合、ステップＳ３の印刷動作の実行中にヘッド３ａからワークＷに吐出されるインクの粗密ムラを低減することができる。この結果、画質を高めやすいという利点がある。

【0104】

また、立体物印刷装置１は、前述のように、ステップＳ２の第１移動動作をさらに実行する。ステップＳ２の第１移動動作では、ステップＳ６のキャップ動作の実行終了からステップＳ３の印刷動作の実行開始までの間の期間内にロボット２がヘッド３ａを移動させる。このため、ステップＳ２の第１移動動作によりステップＳ６のキャップ動作からステップＳ３の印刷動作への移行を行うことができる。

【0105】

そのうえで、ステップＳ２の第１移動動作の実行期間にわたる関節部２３０＿６の回動量は、ステップＳ２の第１移動動作の実行期間にわたる関節部２３０＿１の回動量よりも小さい。ここで、関節部２３０＿１は、「第１関節部」の一例であり、複数の関節部２３０のうち、基部２１０から最も近い関節部２３０である。関節部２３０＿６は、「第２関節部」の一例であり、複数の関節部２３０のうち、基部２１０から最も遠い関節部２３０である。関節部２３０＿６が回動すると、関節部２３０＿１が回動する場合に比べて、ヘッド３ａに関連する前述の供給管１０ａおよび駆動配線１１ａ等の配線類が捻じれやすい。したがって、ステップＳ２の第１移動動作の実行期間にわたる関節部２３０＿６の回動量をステップＳ２の第１移動動作の実行期間にわたる関節部２３０＿１よりも小さくすることにより、ステップＳ２の第１移動動作における当該配線類の捻じれを低減することができる。

【0106】

また、立体物印刷装置１は、前述のように、ステップＳ５の第２移動動作をさらに実行する。ステップＳ５の第２移動動作では、ステップＳ３の印刷動作の実行終了からステップＳ６のキャップ動作の実行開始までの間の期間内にロボット２がヘッド３ａを移動させる。このため、ステップＳ５の第２移動動作によりステップＳ３の印刷動作からステップＳ６のキャップ動作への移行を行うことができる。

【0107】

そのうえで、ステップＳ５の第２移動動作の実行期間にわたる関節部２３０＿６の回動量は、ステップＳ５の第２移動動作の実行期間にわたる関節部２３０＿１の回動量よりも小さい。このため、前述のステップＳ２の第１移動動作と同様、ステップＳ５の第２移動動作における当該配線類の捻じれを低減することができる。

【0108】

このようなステップＳ２の第１移動動作またはステップＳ５の第２移動動作の実行期間にわたるヘッド３ａのヨー角の変化は、４５°以上であることが好ましく、９０°以上であることがより好ましい。このようにヨー角の変化が大きいほど、ステップＳ６のキャップ動作の実行中におけるヘッドユニット３の位置と、ステップＳ３の印刷動作の実行中におけるワークＷの位置とが離間する。このため、キャップ動作の実行中にワークＷの設置または撤去や、ワークＷの位置調整などの作業を行う際に、ヘッドユニット３が干渉することを抑制できる。

【0109】

また、前述のように、ステップＳ６のキャップ動作の実行終了時には、ヘッド３ａがノズル面Ｆの法線方向に沿ってキャップ部４ｂから離間する。このため、ステップＳ６のキャップ動作の実行終了時に、ノズル面Ｆがキャップ部４ｂに接触した状態のまま移動することが低減されるので、キャップ部４ｂに付着したインクによるノズル面Ｆの汚れが防止される。

【0110】

同様の観点から、前述のように、ステップＳ６のキャップ動作の実行開始時には、ヘッド３ａがノズル面Ｆの法線方向に沿ってキャップ部４ｂに接近する。このため、ステップＳ６のキャップ動作の実行開始時に、ノズル面Ｆがキャップ部４ｂに接触した状態のまま移動することが低減されるので、キャップ部４ｂに付着したインクによるノズル面Ｆの汚れが防止される。

【0111】

また、前述のように、ステップＳ６のキャップ動作の実行中でのノズル面Ｆは、水平であることが好ましい。この場合、ステップＳ６のキャップ動作の実行中に、各ノズルＮ内のインクのメニスカスが安定化するので、ノズル面Ｆが水平面に対して傾斜する場合に比べて、各ノズルＮ付近でのインクが増粘し難い。

【0112】

本実施形態の立体物印刷装置１は、前述のように、付勢機構４ｂ３をさらに有する。付勢機構４ｂ３は、ステップＳ６のキャップ動作の実行中にキャップ部４ｂをノズル面Ｆに向けて付勢する。このため、ステップＳ６のキャップ動作の実行中でのキャップ部４ｂとノズル面Ｆとを安定的に密着させることができる。

【0113】

また、本実施形態の立体物印刷装置１は、前述のように、吸引機構４ｄをさらに有する。吸引機構４ｄは、ステップＳ６のキャップ動作の実行中にキャップ部４ｂとノズル面Ｆとの間に形成される空間を減圧する。このため、ノズルＮ付近で増粘または固化したインクを吸引機構４ｄの作用により除去することができる。

【0114】

さらに、本実施形態の立体物印刷装置１は、前述のように、ワイパー部４ｅをさらに有する。ワイパー部４ｅは、キャップ部４ｂに隣り合う位置に配置され、ノズル面Ｆを拭う。このため、ノズル面Ｆに付着したインクをワイパー部４ｅの作用により除去することができる。特に、ワイパー部４ｅがキャップ部４ｂに隣り合う位置に配置されるので、キャップ部４ｂおよびワイパー部４ｅの両方を用いたメンテナンスを効率的に行うことができる。

【0115】

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。

【0116】

２－１．変形例１
前述の形態では、ロボットとして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。ロボットは、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、ロボットの腕部は、回動機構で構成される回動部に加えて、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ロボットの動作の自由度とのバランスの観点から、ロボットは、６軸以上の多軸ロボットであることが好ましい。

【0117】

２－２．変形例２
前述の形態では、ロボットに対する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、ロボットのエンドエフェクターとして装着されるハンド等の把持機構によりヘッドを把持することにより、ロボットに対してヘッドを固定してもよい。

【0118】

２－３．変形例３
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。

【0119】

２－４．変形例４
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】

【0120】

１…立体物印刷装置、２…ロボット、２ａ…アーム駆動機構、３…ヘッドユニット、３ａ…ヘッド、３ｂ…圧力調整弁、３ｃ…硬化用光源、３ｄ…距離センサー、３ｅ…スイッチ回路、３ｆ…支持体、４…メンテナンスユニット、４ａ…ケース、４ｂ…キャップ部、４ｂ１…キャップ、４ｂ２…ガイド部、４ｂ３…付勢機構、４ｃ…支持台、４ｃ１…天面部、４ｃ２…脚、４ｄ…吸引機構、４ｄ２…減圧ポンプ、４ｅ…ワイパー部、４ｅ１…ワイパー、４ｅ２…支持体、５…コントローラー、５ａ…記憶回路、５ｂ…処理回路、６…制御モジュール、６ａ…タイミング信号生成回路、６ｂ…電源回路、６ｃ…制御回路、６ｄ…駆動信号生成回路、７…コンピューター、１０…配管部、１０ａ…供給管、１１…配線部、１１ａ…駆動配線、２１０…基部、２２０…腕部、２２１…アーム、２２２…アーム、２２３…アーム、２２４…アーム、２２５…アーム、２２６…アーム、２３０…関節部（第１回動部、回動部）、２３０＿１…関節部（回動部）、２３０＿２…関節部（回動部）、２３０＿３…関節部（回動部）、２３０＿４…関節部（回動部）、２３０＿５…関節部（回動部）、２３０＿６…関節部（第２回動部、回動部）、ＡＸ…長軸、ＣＬＫ…クロック信号、ＣＮＧ…チェンジ信号、Ｃｏｍ…駆動信号、Ｄ１…出力、Ｄ３…信号、ＤＮ…ノズル列方向、ＤＳ…走査方向、Ｄａ…経路情報、Ｆ…ノズル面、ＦＸ１…固定位置、ＦＸ２…固定位置、ＦＸ３…固定位置、ＦＸ４…固定位置、Ｌ１…第１線分、Ｌ２…第２線分、ＬＡＴ…ラッチ信号、Ｌａ…ノズル列、Ｌｂ…ノズル列、Ｎ…ノズル、Ｏ１…回動軸、Ｏ２…回動軸、Ｏ３…回動軸、Ｏ４…回動軸、Ｏ５…回動軸、Ｏ６…回動軸、Ｐ１…第１位置、Ｐ２…第２位置、ＰＤ…駆動パルス、ＰＴＳ…タイミング信号、ＲＵ…移動経路、Ｓ１…ステップ、Ｓ２…ステップ、Ｓ３…ステップ、Ｓ４…ステップ、Ｓ５…ステップ、Ｓ６…ステップ、Ｓ７…ステップ、ＳＩ…制御信号、Ｓｋ１…制御信号、ＶＢＳ…オフセット電位、ＶＨＶ…電源電位、Ｗ…ワーク、ＷＦ…面、ｄＣｏｍ…波形指定信号、θ１…角度、θ２…角度。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】