JP5407092B2 - 三次元インクジェットプリンタ - Google Patents

Description

本発明は、三次元形状のメディア表面にインクジェットヘッドからインクを吐出してこのメディア表面に印刷を行う三次元インクジェットプリンタに関する。

一般のインクジェットプリンタは、プラテン上に搬送された平面状のメディアにインクジェットヘッドからインクを吐出することで、メディア表面に印刷を行っている。

ところが、近年、三次元形状のメディアに対しても印刷を行いたいとの要求から、特許文献１に記載された三次元インクジェットプリンタが考えられてきた。この特許文献１に記載された三次元インクジェットプリンタは、三次元形状のメディアを保持するメディア保持部を昇降させるとともにメディア保持部とインクジェットヘッドとを三次元空間内において相対的に移動させながら、インクジェットヘッドからメディア表面にインクを吐出させている。
特開２００７−００８１１０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の三次元インクジェットプリンタでは、印刷位置によってインクジェットヘッドとメディアとの位置関係が異なるため、十分に印刷画像を高画質化できないという問題があった。

そこで、本発明は、インクジェットヘッドとメディアとの位置関係を均一化させて、印刷画像を高画質化することができる三次元インクジェットプリンタを提供することを目的とする。

本発明に係るインクジェットプリンタは、三次元形状のメディアを保持するメディア保持部とインクジェットヘッドとを相対的に移動させながら前記メディアの表面に前記インクジェットヘッドからインクを吐出して前記メディアの表面に印刷を行う三次元インクジェットプリンタであって、前記インクジェットヘッドを主走査方向であるＹ軸方向に移動させるＹ軸用駆動部と、前記メディア保持部をＹ軸方向に垂直な昇降方向であるＺ軸方向に移動可能に支持するＺ軸支持部と、前記Ｚ軸支持部をＹ軸方向及びＺ軸方向に垂直なＸ軸方向に移動させるＸ軸用駆動部と、前記メディア保持部をＺ軸方向に移動させるＺ軸用駆動部と、を有し、前記メディア保持部は、Ｙ軸方向の軸周りの回転方向であるＡ軸方向に前記メディアを揺動させるＡ軸用駆動部と、Ｙ軸方向に垂直な軸周りの回転方向であるＢ軸方向に前記メディアを回転させるＢ軸用駆動部と、前記Ｚ軸支持部に支持されてＸ軸方向に突出するアーム部と、前記アーム部の先端部に支持されて前記Ａ軸用駆動部によりＡ軸方向に揺動されるＡ軸回転部と、前記Ａ軸回転部に取り付けられて前記Ｂ軸用駆動部によりＢ軸方向に回転され、前記メディアを保持するメディア取付部と、を備えることを特徴とする三次元インクジェットプリンタ。

本発明に係る三次元インクジェットプリンタによれば、Ｙ軸用駆動部により、インクジェットヘッドとメディアとをＹ軸方向に相対的に移動させ、Ｚ軸用駆動部により、インクジェットヘッドとメディアとをＺ軸方向に相対的に移動させ、Ｘ軸用駆動部により、インクジェットヘッドとメディアとをＸ軸方向に相対的に移動させ、Ａ軸用駆動部により、インクジェットヘッドとメディアとをＡ軸方向に相対的に移動させ、Ｂ軸用駆動部により、インクジェットヘッドとメディアとをＢ軸方向に相対的に移動させることができる。そして、このように、Ｙ軸、Ｘ軸、Ｚ軸、Ａ軸及びＢ軸の５軸制御により、インクジェットヘッドとメディアとを相対的に移動させることで、メディアの印刷位置によらず、インクジェットヘッドとメディアとの離間距離と、インクジェットヘッドに対するメディアの面方向とを均一化させることができるため、印刷画像を高画質化することができる。

この三次元インクジェットプリンタによれば、Ｚ軸支持部からＸ軸方向に突出するアーム部に、Ａ軸方向に揺動されるＡ軸回転部が支持されており、このＡ軸回転部に、Ｂ軸方向に回転されるメディア取付部が保持されているため、メディアは、Ｚ軸支持部に干渉されること無く、三次元空間を移動することができる。

本発明によれば、インクジェットヘッドとメディアの印刷位置との位置関係を均一化させて、印刷画像を高画質化することができる。

本実施形態に係る三次元インクジェットプリンタの正面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図１に示した三次元インクジェットプリンタの一部斜視図である。

符号の説明

１…三次元インクジェットプリンタ、１０…ベース、１１，１２…支持脚、１３…操作盤、１４…第１制御装置、１５…メンテナンスステーション、１６…第２制御装置、１７…支持桁、１８ａ，１８ｂ…Ｙ軸ガイドレール、１９ａ，１９ｂ…Ｘ軸ガイドレール、２０…インクジェットヘッド、２１…ヘッドキャリッジ、２２…Ｙ軸用駆動部、２３…Ｘ軸用駆動部、３１…Ｘテーブル、３２…Ｚ軸支持部、３３ａ，３３ｂ…側壁部、３４…天板部、３５…昇降機構、３６ａ，３６ｂ…Ｚ軸ガイドレール、３７…Ｚ軸用駆動モータ、３８…ボールねじ、３９…ボール軸受け、４０…メディア保持部、４１…Ｚテーブル、４２ａ，４２ｂ…アーム部、４３…Ａ軸回転部、４４…チャック（メディア取付部）、４５…Ａ軸用駆動モータ、４６…Ｂ軸用駆動モータ、５０…錘、５１ａ，５１ｂ…プーリ、５２…ワイヤ、Ｍ…メディア。

以下、図面を参照して、本発明に係る三次元インクジェットプリンタの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、全図中、同一又は相当部分には同一符号を付すこととする。

図１は、本実施形態に係る三次元インクジェットプリンタの正面図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図であり、図３は、図１に示した三次元インクジェットプリンタの一部斜視図である。なお、本実施形態では、図１の左右方向（図２の前後方向）をＹ軸方向とし、図１の前後方向（図２の左右方向）をＸ軸方向とし、図１の上下方向（図２の上下方向）をＺ軸方向とする。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係る三次元インクジェットプリンタ１は、インクを吐出するインクジェットヘッド２０と三次元形状のメディアＭを保持するメディア保持部４０とを相対的に移動させて、インクジェットヘッド２０からインクを吐出させることで、メディアＭの表面に画像等を印刷するものである。

三次元インクジェットプリンタ１は、基台となるベース１０に、Ｙ軸方向に沿って配置される左右一対の支持脚１１，１２が立設されている。Ｙ軸方向において右側に配置される支持脚１１には、作業者による指示操作を受け付ける操作盤１３が搭載された第１制御装置１４が固定されており、Ｙ軸方向において左側に配置される支持脚１２には、インクジェットヘッド２０をクリーニングするメンテナンスステーション１５が搭載された第２制御装置１６が固定されている。第１制御装置１４及び第２制御装置１６は、後述するメディア保持部４０とインクジェットヘッド２０との相対移動制御やインクジェットヘッド２０のインク吐出制御などを行う制御装置である。なお、本実施形態では、第１制御装置１４と第２制御装置１６とが別体であるものとして説明するが、物理的及び機能的に１つであってもよく、複数に分割されていてもよい。

左右一対の支持脚１１，１２の間には、Ｙ軸方向に沿って延在する支持桁１７が掛け渡されている。そして、支持桁１７の上面には、支持桁１７の延在方向に延びる一対のＹ軸ガイドレール１８ａ，１８ｂがＸ軸方向に並列して配設されている。そして、この一対のＹ軸ガイドレール１８ａ，１８ｂに、インクジェットヘッド２０を搭載するヘッドキャリッジ２１がＹ軸方向に移動可能に取り付けられている。

インクジェットヘッド２０は、複数色のインクを吐出して、メディア保持部４０に保持されたメディアＭにカラー画像を印刷するものである。このため、インクジェットヘッド２０には、イエロー、マゼンダ、シアン及びブラックなどのインクを吐出する複数のノズルが形成されている。そして、インクジェットヘッド２０は、メディア保持部４０に保持されたメディアＭに対向するように、ヘッドキャリッジ２１の下端部に配置されている。

ヘッドキャリッジ２１は、支持桁１７に取り付けられたＹ軸用駆動部２２に連結されている。Ｙ軸用駆動部２２には、例えば、Ｙ軸方向の軸周りに回転するＹ軸用駆動モータと、このＹ軸用駆動モータに連結されたボールねじと、このボールねじの軸受けとなるボール軸受けとで構成される周知の機構で実現される。そして、ヘッドキャリッジ２１は、第１制御装置１４又は第２制御装置１６によるＹ軸用駆動部２２の駆動制御によりＹ軸用駆動テーブルが回転駆動し、一対のＹ軸ガイドレール１８ａ，１８ｂにガイドされてＹ軸方向に移動する。そして、ヘッドキャリッジ２１の移動によりインクジェットヘッド２０のノズルがメンテナンスステーション１５の上方に位置すると、メンテナンスステーション１５が昇降してインクジェットヘッド２０のノズルをクリーニングする。

また、ベース１０の上面には、一対の支持脚１１，１２の間に、Ｘ軸方向に延びる一対のＸ軸ガイドレール１９ａ，１９ｂがＹ軸方向に並列して配設されている。そして、この一対のＸ軸ガイドレール１９ａ，１９ｂには、メディア保持部４０を載置するためのＸテーブル３１がＸ軸方向に移動可能に取り付けられている。

Ｘテーブル３１は、メディア保持部４０を、インクジェットヘッド２０に対してＸ軸方向に相対移動させるテーブルであり、ベース１０に取り付けられたＸ軸用駆動部２３に連結されている。Ｘ軸用駆動部２３は、例えば、Ｘ軸方向の軸周りに回転するＸ軸用駆動モータと、このＸ軸用駆動モータに連結されたボールねじと、このボールねじの軸受けとなるボール軸受けとで構成される周知の機構で実現される。そして、Ｘテーブル３１は、第１制御装置１４又は第２制御装置１６によるＸ軸用駆動部２３の駆動制御によりＸ軸用駆動テーブルが回転駆動し、一対のＸ軸ガイドレール１９ａ，１９ｂにガイドされてＸ軸方向に移動する。そして、Ｘテーブル３１には、Ｚ軸方向に延びるＺ軸支持部３２が立設されている。

Ｚ軸支持部３２は、メディア保持部４０をＺ軸方向に昇降可能に支持する支持部材である。このため、Ｚ軸支持部３２には、Ｚ軸方向に立設される一対の側壁部３３ａ，３３ｂと、一対の側壁部３３ａ，３３ｂの上面を連結する天板部３４が取り付けられている。そして、一対の側壁部３３ａ，３３ｂの間には、側壁部３３ａ，３３ｂに沿ってメディア保持部４０をＺ軸方向に昇降させる昇降機構３５が取り付けられている。

昇降機構３５は、一対の側壁部３３ａ，３３ｂの間に配置されてＸテーブル３１に固定されたＺ軸用駆動モータ３７と、Ｚ軸用駆動モータ３７の出力軸に連結されてＺ軸方向に立設されるボールねじ３８と、ボールねじ３８の軸受けとなってメディア保持部４０に連結されるボール軸受け３９とにより構成される。そして、第１制御装置１４又は第２制御装置１６によるＺ軸用駆動モータ３７の駆動制御により、ボールねじ３８が回転するとともに、ボールねじ３８の回転によるボール軸受け３９のＺ軸方向における昇降により、メディア保持部４０がＺ軸方向に昇降する。

メディア保持部４０は、メディアＭを回転可能に保持するものである。このため、メディア保持部４０には、昇降機構３５のボール軸受け３９に取り付けられるＺテーブル４１と、Ｚテーブル４１からＸ軸方向に突出する一対のアーム部４２ａ，４２ｂと、一対のアーム部４２ａ，４２ｂに回転可能に取り付けられるＡ軸回転部４３と、Ａ軸回転部４３に回転可能に取り付けられてメディアＭを保持するチャック４４とにより構成されている。

一対のアーム部４２ａ，４２ｂは、Ｙ軸方向に対向配置されており、Ａ軸回転部４３を揺動可能に保持するものである。すなわち、対向される一対のアーム部４２ａ，４２ｂの先端にＹ軸方向に延びる回転軸が取り付けられており、この回転軸にＡ軸回転部４３が取り付けられている。そして、この回転軸には、一方のアーム部４２ａ固定されたＡ軸用駆動モータ４５の出力軸が連結されている。Ａ軸用駆動モータ４５は、一対のアーム部４２ａ，４２ｂに取り付けられた回転軸回りの回転方向であるＡ軸方向に回転駆動するものである。このため、Ａ軸用駆動モータ４５が回転駆動することで、Ａ軸回転部４３がＡ軸方向に揺動することが可能となる。

Ａ軸回転部４３は、チャック４４を回転可能に保持するものである。すなわち、Ａ軸回転部４３には、Ａ軸回転部４３の回転軸に対して垂直な方向の軸を回転軸として、この回転軸回りの回転方向であるＢ軸方向に回転駆動するＢ軸用駆動モータ４６が取り付けられている。そして、Ｂ軸用駆動モータ４６の出力軸に、メディアＭを保持するチャック４４が取り付けられている。このため、Ｂ軸用駆動モータ４６が回転駆動することで、チャック４４がＢ軸方向に回転することが可能となる。

このように、Ｚ軸用駆動モータ３７、Ａ軸用駆動モータ４５、Ｂ軸用駆動モータ４６の回転駆動により、メディア保持部４０のチャック４４に保持されたメディアＭが、Ｚ軸方向に昇降するとともに、Ａ軸方向及びＢ軸方向に回転する。

また、Ｚ軸支持部３２には、Ｘ軸方向において後側に、Ｚ軸方向に立設される一対のＺ軸ガイドレール３６ａ，３６ｂがＹ軸方向に並列して配置されている。そして、一対のＺ軸ガイドレール３６ａ，３６ｂには、所定重量の錘５０がＺ軸方向に昇降可能に取り付けられている。

錘５０は、立方体に形成されており、メディア保持部４０との重量バランスを取るためのものである。Ｚ軸支持部３２の上部には、一対のプーリ５１ａ，５１ｂが回転可能に支持されており、各プーリ５１ａ，５１ｂには、ワイヤ５２が掛け渡されている。

ワイヤ５２は、１本の金属線又は多数本の金属線が編込まれた金属線であり、引張方向の荷重に対して高い剛性を有している。そして、ワイヤ５２は、錘５０に取り付けられた一対のフックに通されており、その両端がメディア保持部４０のＺテーブル４１にネジなどで固定されている。このため、メディア保持部４０と錘５０とは、ワイヤ５２によりＺ軸支持部３２に懸架されている。そして、錘５０は、プーリ５１ａ，５１ｂに掛け渡されたワイヤ５２を介してメディア保持部４０との重量バランスを取るために、メディア保持部４０の重量と同じ重量、又は、メディア保持部４０とメディア保持部４０で保持するメディアＭとの総重量と同じ重量に設定する。なお、メディアＭの重量が不明な場合や、様々な重量のメディアＭを保持する場合は、錘５０の重量を、メディア保持部４０よりも所定の重量を加算した重量にするのが好ましい。

そして、このように構成される三次元インクジェットプリンタ１では、第１制御装置１４又は第２制御装置１６が、Ｘ軸用駆動部２３、Ｙ軸用駆動部２２、Ｚ軸用駆動モータ３７、Ａ軸用駆動モータ４５、Ｂ軸用駆動モータ４６を駆動制御することにより、インクジェットヘッド２０とメディアＭとが三次元空間において相対的に移動する。

すなわち、Ｙ軸用駆動部２２を駆動制御することで、メディアＭに対してインクジェットヘッド２０がＹ軸方向に水平移動する。Ｘ軸用駆動部２３を駆動制御することで、インクジェットヘッド２０に対してメディアＭがＸ軸方向に水平移動する。Ｚ軸用駆動モータ３７を駆動制御することで、インクジェットヘッド２０に対してメディアＭがＺ軸方向に昇降移動する。Ａ軸用駆動モータ４５を駆動制御することで、インクジェットヘッド２０に対してメディアＭがＡ軸方向に揺動（回転）する。Ｂ軸用駆動モータ４６を駆動制御することで、インクジェットヘッド２０に対してメディアＭがＢ軸方向に回転する。そして、メディアＭに画像を印刷する際は、インクジェットヘッド２０とメディアＭの印刷位置との離間距離と、インクジェットヘッド２０に対するメディアＭの印刷位置の面方向とが一致するように各軸を駆動制御しながら、インクジェットヘッド２０のインク吐出制御を行う。これにより、三次元形状のメディアＭ表面に、高画質の画像を印刷することができる。

このように、本実施形態に係る三次元インクジェットプリンタ１よれば、Ｙ軸用駆動部２２により、メディアＭに対してインクジェットヘッド２０をＹ軸方向に移動させ、Ｘ軸用駆動部２３により、インクジェットヘッド２０に対してメディアＭをＸ軸方向に移動させ、Ｚ軸用駆動モータ３７により、インクジェットヘッド２０に対してメディアＭをＺ軸方向に移動させ、Ａ軸用駆動モータ４５により、インクジェットヘッド２０に対してメディアＭをＡ軸方向に揺動させ、Ｂ軸用駆動モータ４６により、インクジェットヘッド２０に対してメディアＭをＢ軸方向に回転させることができる。そして、このように、Ｙ軸、Ｘ軸、Ｚ軸、Ａ軸及びＢ軸の５軸制御により、インクジェットヘッド２０とメディアＭとを相対的に移動させることで、メディアＭの印刷位置によらず、インクジェットヘッド２０とメディアＭとの離間距離と、インクジェットヘッド２０に対するメディアＭの面方向を均一化させることができるため、印刷画像を高画質化することができる。

また、この三次元インクジェットプリンタ１によれば、Ｚ軸支持部３２からＸ軸方向に突出するアーム部４２に、Ａ軸方向に揺動されるＡ軸回転部４３が支持されており、このＡ軸回転部４３に、Ｂ軸方向に回転されるチャック４４が保持さているため、メディアＭは、Ｚ軸支持部３２に干渉されること無く、三次元空間を移動することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態において、各軸は、ボールねじ機構を用いて移動させるものとして説明したが、各軸方向にインクジェットヘッド２０とメディアＭとが相対的に移動することができれば如何なる手段により移動させてもよい。

本発明は、三次元形状のメディア表面にインクジェットヘッドからインクを吐出してこのメディア表面に印刷を行う三次元インクジェットプリンタとして利用可能である。

Claims (1)

1. 三次元形状のメディアを保持するメディア保持部とインクジェットヘッドとを相対的に移動させながら前記メディアの表面に前記インクジェットヘッドからインクを吐出して前記メディアの表面に印刷を行う三次元インクジェットプリンタであって、
   前記インクジェットヘッドを主走査方向であるＹ軸方向に移動させるＹ軸用駆動部と、
   前記メディア保持部をＹ軸方向に垂直な昇降方向であるＺ軸方向に移動可能に支持するＺ軸支持部と、
   前記Ｚ軸支持部をＹ軸方向及びＺ軸方向に垂直なＸ軸方向に移動させるＸ軸用駆動部と、
   前記メディア保持部をＺ軸方向に移動させるＺ軸用駆動部と、
   を有し、
   前記メディア保持部は、
   Ｙ軸方向の軸周りの回転方向であるＡ軸方向に前記メディアを揺動させるＡ軸用駆動部と、
   Ｙ軸方向に垂直な軸周りの回転方向であるＢ軸方向に前記メディアを回転させるＢ軸用駆動部と、
   前記Ｚ軸支持部に支持されてＸ軸方向に突出するアーム部と、
   前記アーム部の先端部に支持されて前記Ａ軸用駆動部によりＡ軸方向に揺動されるＡ軸回転部と、
   前記Ａ軸回転部に取り付けられて前記Ｂ軸用駆動部によりＢ軸方向に回転され、前記メディアを保持するメディア取付部と、
   を備えることを特徴とする三次元インクジェットプリンタ。

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