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JP7753801B2 - 印刷装置 - Google Patents
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JP7753801B2 - 印刷装置 - Google Patents

印刷装置

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Description

本開示は、印刷装置に関する。
多関節ロボット等のロボットを用いるインクジェット方式の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、インクジェットヘッドであるヘッドと、ヘッドを保持するロボットと、を有する。
特開2016-215438号公報
複数色のインクを用いて印刷する場合、一般に、ヘッドには、インクの色ごとの複数のノズル列が設けられる。特許文献1には、複数色のインクを吐出する場合における複数のノズル列の配置について何ら記載がない。ロボットを用いてヘッドを移動させる印刷装置では、複数色のインクを用いて印刷する場合、良好な印刷品位が得られるよう、複数のノズル列の適切な配置の実現が望まれる。
以上の課題を解決するために、本開示に係る印刷装置の一態様は、第1インクを吐出する複数のノズルを配列した第1ノズル列と、第2インクを吐出する複数のノズルを配列した第2ノズル列と、を含むヘッドと、先端、基端および複数の関節を有する腕部と、前記基端に接続される基部と、を有し、前記先端には、前記ヘッドが支持されており、ワークに対する前記ヘッドの位置および姿勢を変化させるロボットと、を有し、前記第2インクの明度は、前記第1インクの明度よりも低く、前記第2ノズル列と前記基端との間の距離は、前記第1ノズル列と前記基端との間の距離よりも小さい。
本開示に係る印刷装置の他の一態様は、第1インクを吐出する複数のノズルを配列した第1ノズル列と、第2インクを吐出する複数のノズルを配列した第2ノズル列と、を含むヘッドと、先端、基端および複数の関節を有する腕部と、前記基端に接続される基部と、を有し、前記先端には、前記ヘッドが支持されており、ワークに対する前記ヘッドの位置および姿勢を変化させるロボットと、を有し、前記第2インクの明度は、前記第1インクの明度よりも低く、前記ワーク上の所定の位置に前記第1ノズル列から前記第1インクを吐出するタイミングを第1タイミングとし、前記所定の位置に前記第2ノズル列から前記第2インクを吐出するタイミングを第2タイミングとし、前記複数の関節は、前記第1タイミングおよび前記第2タイミングのそれぞれにおいて前記所定の位置からの距離が変化する少なくとも1つの関節を含んでおり、前記少なくとも1つの関節のうち、前記先端から最も離れた関節を第1関節としたとき、前記第2タイミングでの前記第2ノズル列と前記第1関節との間の距離は、前記第1タイミングでの前記第1ノズル列と前記第1関節との間の距離よりも小さい。
第1実施形態に係る印刷装置の概略を示す斜視図である。 第1実施形態に係る印刷装置の電気的な構成を示すブロック図である。 第1実施形態に用いるヘッドユニットの概略構成を示す斜視図である。 第1実施形態に係る印刷装置の印刷動作を説明するための図である。 第1タイミングでのロボットの状態を示す図である。 第1タイミングでのロボットの腕部の先端と基端との間の距離を説明するための図である。 第2タイミングでのロボットの状態を示す図である。 第2タイミングでのロボットの腕部の先端と基端との間の距離を説明するための図である。 第2実施形態での印刷動作を説明するための図である。 第3実施形態に係る印刷装置の電気的な構成を示すブロック図である。 第3実施形態に用いるヘッドユニットの概略構成を示す斜視図である。 第3実施形態に係る印刷装置の印刷動作を説明するための図である。 第4実施形態に用いるヘッドユニットの概略構成を示す斜視図である。 第4実施形態でのヘッドの移動経路を説明するための図である。
以下、添付図面を参照しながら本開示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、本開示の範囲は、以下の説明において特に本開示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。
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。
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の後述の基部210の位置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。
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。
1.第1実施形態
1-1.印刷装置の概略
図1は、第1実施形態に係る印刷装置1の概略を示す斜視図である。印刷装置1は、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。
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が直方体であり、面WFが平面である。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。例えば、面WFが湾曲または屈曲した部分を有してもよいし、ワークWが紙または布等のシート材であってもよい。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。
図1に示すように、印刷装置1は、ロボット2と、ヘッドユニット3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。
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。
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。
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方向を向く床面または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。
腕部220は、基部210に取り付けられる基端EBと、基端EBに対して3次元的に位置および姿勢を変化させる先端ET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、リンクとも称されるアーム221、222、223、224、225および226を有する。これらは、アーム221、222、223、224、225および226の順に連結される。
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230_6を介して連結される。
関節230_1~230_6のそれぞれは、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。なお、以下では、関節230_1~230_6のそれぞれを「関節230」という場合がある。ここで、基端EBは関節230が回動してもベース座標系における位置が変化しない腕部220の一端であり、先端ETは関節230_6の回動によってベース座標系における位置が変化する腕部220の他端である。基端EBは、例えば、基部210とアーム221との境界と、回動軸O1と、の交点として定めることができる。また、先端ETは、例えば、アーム226のうち最もアーム225から離間した端面もしくは当該端面を延長した面と、回動軸O6と、の交点として定めることができる。
図1では図示しないが、関節230_1~230_6のそれぞれには、対応する当該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。
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。
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。
以上のロボット2の腕部220の先端ET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。
ヘッドユニット3は、互いに明度の異なる複数種のインクをワーク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とエネルギー出射部3cと光学センサー3g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。
本実施形態では、互いに明度の異なる第1インク、第2インク、第3インクおよび第4インクからなる4種のインクを用いる場合が例示される。これらのインクの明度は、高いほうから低いほうへ、第1インク、第3インク、第4インク、第2インクの順である。フルカラー印刷を行う場合、典型的には、当該4種のインクは、イエローインク、マゼンタインク、シアンインクおよびブラックインクである。この場合、第1インクがイエローインクであり、第2インクがブラックインクであり、第3インクおよび第4インクのうち、一方がマゼンタインクであり、他方がシアンインクである。ここで、明度は、例えば国際照明委員会(CIE)で規定されたCIE L*a*b*色空間の明度で定義することができる。本実施形態においては、CIE L*a*b*色空間の明度が、イエローインクで83、マゼンタインクで54、シアンインクで56、ブラックインクで11である。なお、インクの明度の値は、例えば、印刷紙等の媒体上にインクを付与することにより所定のカラーパッチを作成した後、当該カラーパッチを測色機によって測色することにより取得される。ここで、複数種のインクの明度の大小比較は、当該複数種のインクのそれぞれについて同一の媒体に同一量のインクを用いてカラーパッチを作成し、当該複数種のインクのカラーパッチを測色した値を比較することにより行われる。
このような各インクは、例えば、溶剤に染料または顔料等の色材を溶解または分散させた液状の媒体である。なお、各インクは、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のいずれでもよいが、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。また、色材を含むインクは、イエローインク、マゼンタインク、シアンインクおよびブラックインクに限定されず、例えば、ホワイトインク、グレーインク、ライトシアンインク、ライトマゼンタインク等でもよい。
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に供給する配管群である。配線部11は、ヘッド3aを駆動する電気信号を供給する配線または配線群である。
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、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。
1-2.印刷装置の電気的な構成
図2は、第1実施形態に係る印刷装置1の電気的な構成を示すブロック図である。図2では、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、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。
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。
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。
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。
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。
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。経路情報Daは、例えば、ダイレクトティーチングまたはオフラインティーチング等により取得される情報と、ワークWの形状を示すCAD(computer-aided design)データ等の情報と、を用いて生成される。経路情報Daは、例えば、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。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。
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。
ここで、アーム駆動機構2aは、前述の関節230_1~230_6の駆動機構の集合体であり、関節230ごとに、関節230を駆動するためのモーターと、関節230の回転角度を検出するエンコーダーと、を有する。
処理回路5bは、経路情報Daをロボット2の各関節230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、各関節230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ための信号である。ここで、制御信号Sk1は、必要に応じて、光学センサー3g等からの出力に基づいて処理回路5bにより補正される。
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。
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Img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。
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。タイミング信号PTSは、例えば、出力D1に基づいて規定されるパルスを含む。
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。
制御回路6cは、タイミング信号PTSに基づいて、印刷データ信号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。
印刷データ信号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、印刷データ信号SIは、印刷データに基づいて、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、印刷データ信号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。
以上の制御回路6cは、例えば、1個以上のCPU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等のプログラマブルロジックデバイスを含んでもよい。
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。
ここで、スイッチ回路3eは、印刷データ信号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スイッチング素子を含む回路である。
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Img等の情報を供給する機能と、を有する。本実施形態のコンピューター7は、これらの機能のほか、エネルギー出射部3cの駆動を制御する機能を有する。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。
1-3.ヘッドユニットの構成
図3は、第1実施形態に用いるヘッドユニット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。
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、後述の吐出面FNの中心が基準(TCP:ツールセンターポイント)となるように設定される。
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とエネルギー出射部3cと光学センサー3g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、ヘッドユニット3に限定されず、例えば、アーム226等でもよいし、基部210に対して固定の位置でもよい。
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。図3に示す例では、支持体3fがa軸に直交する方向に広がる扁平な板状をなす。本実施形態では、支持体3fのa1方向を向く面には、ヘッド3aが取り付けられる。一方、支持体3fのa2方向を向く面には、エネルギー出射部3cが取り付けられる。ここで、光学センサー3gは、図示しない部材を介して、支持体3fに取り付けられる。なお、支持体3fの形状は、図3に示す例に限定されず、任意であり、例えば、箱状等であってもよい。
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、エネルギー出射部3cおよび光学センサー3g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、エネルギー出射部3cおよび光学センサー3g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a1方向の位置には、光学センサー3gが配置される。ヘッド3aに対してa2方向の位置には、エネルギー出射部3cが配置される。
ヘッド3aは、吐出面FNと、吐出面FNに開口する複数のノズルNと、を有する。吐出面FNは、ノズルNが開口するノズル面であり、例えば、シリコン(Si)または金属等の材料で構成される板状部材にノズルNが貫通孔として設けられるノズルプレートの面で構成される。
図3に示す例では、吐出面FNの法線方向がc2方向であり、当該複数のノズルNは、第1ノズル列L1、第2ノズル列L2、第3ノズル列L3および第4ノズル列L4に区分される。これらのノズル列は、a2方向に向けて、第1ノズル列L1、第3ノズル列L3、第4ノズル列L4、第2ノズル列L2の順に、互いに間隔をあけて並ぶ。
第1ノズル列L1、第2ノズル列L2、第3ノズル列L3および第4ノズル列L4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。なお、本実施形態において、各ノズル列に含まれる個々のノズルNのb軸に沿う方向におけるノズル密度は300npi(ノズル数/インチ)である。しかしながら、本発明はこれに限定されず、より低いノズル密度であってもよいが、印刷品位や効率の観点から25npi以上のノズル密度であることが好ましい。また、こうしたノズル密度を実現するために、各ノズル列においてノズルNを千鳥配置としてもよい。ここで、第1ノズル列L1、第2ノズル列L2、第3ノズル列L3および第4ノズル列L4は、互いに異なる種類のインクを吐出する。具体的には、第1ノズル列L1は、第1インクを吐出する。第2ノズル列L2は、第2インクを吐出する。第3ノズル列L3は、第3インクを吐出する。第4ノズル列L4は、第4インクを吐出する。いずれのインクも理想的な条件においてはc2方向に吐出されるため、c2方向は吐出方向として表現すこともできる。
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ーと、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ーの圧力を変化させることにより、当該キャビティー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、キャビティー内のインクを加熱するヒーターを用いてもよい。ヘッド3aが以上のような構成を有することにより、インクの吐出の有無や吐出の量が、前述の制御モジュール6によって個々のノズルNごとに個別に制御され、インクによる画像を形成することが可能となる。
以上のヘッド3aには、第1供給管10a1、第2供給管10a2、第3供給管10a3および第4供給管10a4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、第1供給管10a1、第2供給管10a2、第3供給管10a3および第4供給管10a4のそれぞれとヘッド3aとの間には、圧力調整弁3bが介在する。第1供給管10a1は、第1インクをヘッド3aに供給するための管である。第2供給管10a2は、第2インクをヘッド3aに供給するための管である。第3供給管10a3は、第3インクをヘッド3aに供給するための管である。第4供給管10a4は、第4インクをヘッド3aに供給するための管である。
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、ポンプや水頭差を利用すること等により所定の圧力で第1供給管10a1、第2供給管10a2、第3供給管10a3および第4供給管10a4内に移送される。なお、図示しないが、圧力調整弁3bは、前述の4種のインクのそれぞれの圧力を個別に調整し得るよう、インクの種類ごとに、インクの流路および圧力調整のための構成を有する。
エネルギー出射部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、エネルギー出射部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、エネルギー出射部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。
ここで、エネルギー出射部3cは、当該エネルギーを出射する出射面FLを含んでおり、出射面FLがc2方向を向くように配置される。また、前述のように、エネルギー出射部3cがヘッド3aに対してa2方向の位置に配置されることから、第2ノズル列L2と出射面FLとの間の距離DL2は、第1ノズル列L1と出射面FLとの間の距離DL1よりも小さい。
なお、エネルギー出射部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、エネルギー出射部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。
光学センサー3gは、受光部FSを含む光学式の変位計または撮像装置等のセンサーである。受光部FSは、c2方向を向く面を有し、例えば、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサーまたはCMOS(Complementary MOS)イメージセンサー等に光を導入するための光学部品である。ここで、第2ノズル列L2と受光部FSとの間の距離DS2は、第1ノズル列L1と受光部FSとの間の距離DS1よりも大きい。
1-4.印刷装置の印刷動作
図4は、第1実施形態に係る印刷装置1の印刷動作を説明するための図である。図4では、Z軸に沿う方向にみてロボット2の基部210よりもY2方向の位置に載置されるワークWの面WFの所定領域RPに対して印刷する場合が例示される。なお、所定領域RPは、Y軸に沿う方向にみてロボット2の基部210よりも、X2方向の位置に設けられる。
印刷動作では、ロボット2がヘッド3aの位置および姿勢を変化させながら、ヘッド3aがインクを吐出する。ヘッド3aの位置および姿勢の変化は、経路情報Daに基づいて行われる。これにより、ヘッド3aは、面WFに対して所定の姿勢を保ちつつ移動経路RUに沿って移動する。なお、各色のインクの吐出ごとに移動経路RUに沿うヘッド3aの移動が複数回行われてもよいし、移動経路RUに沿うヘッド3aの1回の移動中にすべてのインクの吐出が並行して行われてもよい。
移動経路RUは、位置PSから位置PEまでの経路である。位置PSは、Z2方向にみて所定領域RPよりもX1方向の位置である。位置PEは、Z2方向にみて所定領域RPよりもX2方向の位置である。ヘッド3aが位置PSから所定領域RP上に達するまでの期間では、ヘッド3aが所定速度になるまで加速する。ヘッド3aが所定領域RP上に位置する期間では、ヘッド3aが当該所定速度で定速移動する。ヘッド3aが所定領域RP上から位置PEに達するまでの期間では、ヘッド3aが位置PEで停止し得るように減速する。ここで、所定領域RPは、移動経路RUに沿って位置PR1から位置PR2にわたる領域である。
図4に示す例では、移動経路RUは、Z2方向にみて直線状をなす。本実施形態では、ロボット2は、印刷動作の実行中、6個の関節230のうち関節230_2、230_3、230_5を含む4個以上の関節230を動作させることにより、ヘッド3aを移動経路RUに沿って直線的に移動させる。また、ロボット2は、ヘッド3aを基部210から離れる方向に移動させる。ここで、前述のa1方向がヘッド3aの移動方向での前方を向く。したがって、エネルギー出射部3cは、ヘッド3aの移動方向で、ヘッド3aよりも後方に位置する。このため、ヘッド3aから面WF上に着弾した直後のインクに対してエネルギー出射部3cからのエネルギーを照射することができる。また、光学センサー3gは、ヘッド3aの移動方向で、ヘッド3aよりも前方に位置する。
なお、ワークWは、Y軸に沿う方向における位置が基部210の位置と一致するように、ロボット2の基部210よりもX2方向の位置に載置されてもよい。この場合、移動経路RUは、Z2方向にみてX軸に沿う直線状をなす。また、この場合、ロボット2は、印刷動作の実行中、6個の関節230のうち3個の関節230を動作させることにより印刷動作を行う。より具体的には、ロボット2は、印刷動作の実行中において、関節230_2と関節230_3と関節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230を動作させる。このような3個の関節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。
また、印刷動作の実行中、前述のa1方向がヘッド3aの移動方向での前方を向くので、基部210に対して遠いほうから近いほうへ向かって、前述の第1ノズル列L1、第3ノズル列L3、第4ノズル列L4、第2ノズル列L2の順に、これらが並ぶ。したがって、面WFの同一位置に第1インク、第2インク、第3インクおよび第4インクを吐出する場合、各インクの吐出タイミングにおけるロボット2の姿勢が互いに異なる。
ここで、面WFの同一位置に第1インク、第2インク、第3インクおよび第4インクを吐出するタイミングについて、第1インクの吐出タイミングが「第1タイミング」であり、第2インクの吐出タイミングが「第2タイミング」であり、第3インクの吐出タイミングが「第3タイミング」であり、第4インクの吐出タイミングが「第4タイミング」である。以下、第1タイミングおよび第2タイミングを代表的に説明する。
図5は、第1タイミングでのロボット2の状態を示す図である。図6は、第1タイミングでのロボット2の腕部220の先端ETと基端EBとの間の距離DAを説明するための図である。図5および図6では、第1ノズル列L1が位置PR2に第1インクを吐出するタイミングを第1タイミングとする状態が例示される。なお、図5および図6では、説明の便宜上、ロボット2およびヘッドユニット3の各部が模式的に図示される。
図5および図6に示すように、第1タイミングでは、基部210に対して遠いほうから近いほうへ向かって、第1ノズル列L1、第3ノズル列L3、第4ノズル列L4、第2ノズル列L2の順に、これらが並ぶ。このため、これらのノズル列と基端EBとの間の距離は、大きいほうから小さいほうへ、第1ノズル列L1と基端EBとの間の距離DN1、第3ノズル列L3と基端EBとの間の距離DN3、第4ノズル列L4と基端EBとの間の距離DN4、第2ノズル列L2と基端EBとの間の距離DN2の順である。なお、本実施形態においては、距離DN1は、第1ノズル列L1の中心と基端EBの中心との間の水平方向での最短距離とした。同様に、距離DN2、DN3、DN4のそれぞれは、対応するノズル列の中心と基端EBの中心との間の水平方向での最短距離とした。しかしながら、距離DN1、DN2、DN3、DN4は方向を考慮せず、単に各ノズル列の中心と基端EBの中心との間の直線距離としてもよい。
このようなノズル列の並び順は、所定領域RPに対する印刷動作の実行中において維持されることが好ましい。
本実施形態では、ヘッド3aが基部210から離れる方向に移動することから、アーム224の延びる方向とアーム222の延びる方向とのなす角度θ1は、印刷動作中のヘッド3aの移動に伴って、大きくなる。これに対し、アーム222の延びる方向と回動軸O1とのなす角度θ2は、印刷動作中のヘッド3aの移動に伴って、小さくなる。
図7は、第2タイミングでのロボット2の状態を示す図である。図8は、第2タイミングでのロボット2の腕部220の先端ETと基端EBとの間の距離を説明するための図である。図7および図8では、第2ノズル列L2が位置PR2に第2インクを吐出するタイミングを第2タイミングとする状態が例示される。なお、図7および図8では、説明の便宜上、ロボット2およびヘッドユニット3の各部が模式的に図示される。
図7および図8に示すように、第2タイミングでは、第1タイミングと同様、基部210に対して遠いほうから近いほうへ向かって、第1ノズル列L1、第3ノズル列L3、第4ノズル列L4、第2ノズル列L2の順に、これらが並ぶ。このため、これらのノズル列と基端EBとの間の距離は、大きいほうから小さいほうへ、第1ノズル列L1と基端EBとの間の距離DN1、第3ノズル列L3と基端EBとの間の距離DN3、第4ノズル列L4と基端EBとの間の距離DN4、第2ノズル列L2と基端EBとの間の距離DN2の順である。
ただし、第2タイミングでの距離DN1は、第1タイミングでの距離DN1よりも大きい。これらの距離DN1の差は、第1ノズル列L1と第2ノズル列L2との距離に応じた大きさである。同様に、第2タイミングでの距離DN2は、第1タイミングでの距離DN2よりも大きい。第2タイミングでの距離DN3は、第1タイミングでの距離DN3よりも大きい。第2タイミングでの距離DN4は、第1タイミングでの距離DN4よりも大きい。
ここで、第2タイミングでの腕部220は、第1タイミングでの腕部220に比べて伸びた状態である。このため、第2タイミングでの角度θ1は、第1タイミングでの角度θ1よりも大きい。また、第2タイミングでの角度θ2は、第1タイミングでの角度θ2よりも小さい。
以上のように、印刷装置1による印刷動作は、所定領域RP上に沿ってヘッド3aを走査しつつ、ヘッド3aが所定領域RPに対して第1ノズル列L1から第1インクを吐出させる第1期間を含む。また、印刷装置1による印刷動作は、所定領域RP上に沿ってヘッド3aが走査しつつ、ヘッド3aが所定領域RPに対して第2ノズル列L2から第2インクを吐出させる第2期間を含む。
第1期間および第2期間のそれぞれにおいて、第2ノズル列L2と基端EBとの間の距離DN2は、第1ノズル列L1と基端EBとの間の距離DN1よりも小さい。また、複数の関節230は、第1期間および第2期間のそれぞれにおいて所定領域RPに対する位置が変化する少なくとも1つの関節230として関節230_3、230_4、230_5、230_6を含む。ここで、関節230_3は、第1関節の一例であり、当該少なくとも1つの関節230のうち、前記先端ETから最も離れた関節230である。そして、第1期間および第2期間のそれぞれにおいて、第2ノズル列L2と関節230_3との間の距離DA2は、第1ノズル列L1と関節230_3との間の距離DA1よりも小さい。また、第1期間および第2期間のそれぞれにおいて、関節230_3は、複数の関節230のうち最も回動量の大きい関節である。なお、第1期間および第2期間の少なくとも一部同士が互いに重なってもよいし、第1期間および第2期間が互いに重ならなくてもよい。
ここで、関節230_3、230_4、230_5、230_6は、第1タイミングおよび第2タイミングのそれぞれにおいて所定の位置PR1からの距離が変化する関節230である。また、関節230_3は、関節230_3、230_4、230_5、230_6のうち、先端ETから最も離れた関節230が関節230_3である。ここで、回動軸O3と回動軸O2は互いに平行である。このため、第1関節の一例である関節230_3は、互いに回動軸が平行となる第2関節の一例である関節230_2を基端BEとの間に有する関節230のうち、最も先端ETから離れた関節として表すこともできる。また、第2タイミングでの第2ノズル列L2と関節230_3との間の距離DA2は、第1タイミングでの第1ノズル列L1と関節230_3との間の距離DA1よりも小さい。なお、図5や図7で示すように、距離DA1を第1ノズル列L1と回動軸O3との間の距離としてもよく、距離DA2を第2ノズル列L2と回動軸O3との間の距離としてもよい。
以上の印刷装置1は、前述のように、ヘッド3aと、ワークWに対する前記ヘッド3aの位置および姿勢を変化させるロボット2と、を有する。ここで、ヘッド3aは、第1インクを吐出する複数のノズルNを配列した第1ノズル列L1と、第2インクを吐出する複数のノズルNを配列した第2ノズル列L2と、を含む。ロボット2は、先端ET、基端EBおよび複数の関節230を有する腕部220と、基端EBに接続される基部210と、を有し、先端ETには、ヘッド3aが支持される。第2インクの明度は、第1インクの明度よりも低い。
そのうえで、第2ノズル列L2と基端EBとの間の距離DN2は、第1ノズル列L1と基端EBとの間の距離DN1よりも小さい。
以上の印刷装置1では、第2インクの明度が第1インクの明度よりも低いので、ワークWに対する第2インクの着弾誤差がワークWに対する第1インクの着弾誤差に比べて目立ちやすい。すなわち、第2インクは、第1インクに比べて、ワークWに対する着弾誤差による印刷品位の低下を招きやすい。そこで、印刷品位を向上させるべく、第2ノズル列L2と基端EBとの間の距離DN2は、第1ノズル列L1と基端EBとの間の距離DN1よりも小さい。なお、このような距離DN1および距離DN2の大小関係は、ロボット2の同一姿勢または同一タイミングでの比較による。
より具体的に説明すると、関節230は、腕部220のうちの可動する部分であり、減速機のバックラッシュ等に起因するガタツキを有することから、腕部220の関節230以外の部分に比べて、腕部220の振動の原因になりやすい。ここで、複数の関節230のうち、関節230_1が、腕部220の振動の原因として最も影響の大きい関節となる場合がある。より具体的には、関節230_1は、複数の関節230のうち最も基端EBに近い関節230であるため、腕部220の先端ETに配置されるヘッド3aを質点とする回動軸まわりのモーメントが他の関節230に比べて大きくなりやすい。したがって、距離DN2を距離DN1よりも小さくすることにより、第2ノズル列L2に対する当該モーメントの影響を第1ノズル列L1に比べて抑えることができ、この結果、複数の関節230の振動に伴う第2ノズル列L2の振動を第1ノズル列L1の振動に比べて小さくすることができる。このため、ワークWに対する第2インクの着弾誤差を低減することができる。
一方、複数の関節230の振動に伴う第1ノズル列L1の振動は第2ノズル列L2の振動に比べて大きいが、第1ノズル列L1では、第2インクに比べて着弾誤差の目立ち難い第1インクが用いられる。
以上のように、互いに明度の異なる第1インクおよび第2インクのうち、着弾誤差の目立ち難いほうの第1インクの着弾精度に比べて、着弾誤差の目立ちやすいほうの第2インクの着弾精度を高めることにより、全体として、ワークWに対するインクの着弾誤差による印刷品位の低下を低減することができる。したがって、距離DN2が距離DN1に比べて大きい構成に比べて、印刷品位を向上させることができる。
また、前述のように、ヘッド3aは、第3インクを吐出する複数のノズルNを配列した第3ノズル列L3をさらに含む。第3インクの明度は、第1インクの明度よりも低く、かつ、第2インクの明度よりも高い。そのうえで、第3ノズル列L3と基端EBとの間の距離DN3は、第1ノズル列L1と基端EBとの間の距離DN1よりも小さく、かつ、第2ノズル列L2と基端EBとの間の距離DN2よりも大きい。このため、第1インクおよび第2インクに加えて第3インクを用いた場合においても、ワークWに対するインクの着弾誤差に起因する印刷品位の低下を低減することができる。
また、本実施形態においては、ロボット2がワークW上の所定の位置PR2を含む所定領域RP上に沿ってヘッド3aを走査させつつ第1ノズル列L1から第1インクを吐出させる期間と、ロボット2が所定領域RP上に沿ってヘッド3aを走査させつつ第2ノズル列L2から第2インクを吐出させる期間と、の両方において、第2ノズル列L2と基端EBとの間の距離DN2が第1ノズル列L1と基端EBとの間の距離DN1よりも小さい状態が維持される。
ここで、前述のように、複数の関節230は、第1期間および第2期間のそれぞれにおいて所定領域RPに対する位置が変化する少なくとも1つの関節230を含む。そして、第1期間および第2期間のそれぞれにおいて、第2ノズル列L2と関節230_3との間の距離DA2は、第1ノズル列L1と関節230_3との間の距離DA1よりも小さい。ここで、関節230_3は、当該少なくとも1つの関節230のうち、先端ETから最も離れた関節230である。すなわち、関節230_3は、当該少なくとも1つの関節230のうち、腕部220の先端ETに配置されるヘッド3aを質点とする回動軸まわりのモーメントが最も大きくなりやすい関節230である。このため、関節230_3の回動によるヘッド3aの振動が大きくなりやすい。したがって、距離DA2を距離DA1よりも小さくすることにより、第2ノズル列L2に対する当該モーメントの影響を第1ノズル列L1に比べて抑えることができる。したがって、距離DA2を距離DA1よりも小さくすることは、ワークWに対するインクの着弾誤差に起因する印刷品位の低下を低減するうえで特に有用である。なお、第2ノズル列L2と関節230_3との間の距離DA2は、第1ノズル列L1と関節230_3との間の距離DA1よりも小さいという関係は印刷動作の実行中において維持されることが好ましい。また、この関係は印刷動作の実行中以外においては必ずしも維持される必要はない。
また、前述のように、第1期間および第2期間のそれぞれにおいて、関節230_3は、複数の関節230のうち最も回動量の大きい関節であるため、振動を発生させやすい。したがって、この点でも、距離DA2を距離DA1よりも小さくすることは、ワークWに対するインクの着弾誤差に起因する印刷品位の低下を低減するうえで特に有用である。
ここで、ワークW上の所定の位置PR1に第1ノズル列L1から第1インクを吐出するタイミングを第1タイミングとし、所定の位置PR1に第2ノズル列L2から第2インクを吐出するタイミングを第2タイミングとし、複数の関節230は、第1タイミングおよび第2タイミングのそれぞれにおいて所定の位置PR1からの距離が変化する少なくとも1つの関節230を含んでおり、当該少なくとも1つの関節230のうち、先端ETから最も離れた関節230が関節230_3である。また、第2タイミングでの第2ノズル列L2と関節230_3との間の距離DA2は、第1タイミングでの第1ノズル列L1と関節230_3との間の距離DA1よりも小さい。
さらに、前述のように、印刷装置1は、エネルギー出射部3cをさらに有する。エネルギー出射部3cは、先端ETに支持され、第1インクおよび第2インクのそれぞれを硬化させるエネルギーを出射する出射面FLを含む。このため、ワークWに対する第2インクの着弾タイミングから当該第2インクへのエネルギー照射タイミングまでの期間を、ワークWに対する第1インクの着弾タイミングから当該第1インクへのエネルギー照射タイミングまでの期間よりも短くすることができる。ここで、第2インクの明度が第1インクの明度よりも低いため、第2インクが第1インクに比べてワークW上での滲みが目立ちやすい。したがって、ワークWに対する第2インクの着弾タイミングから当該第2インクへのエネルギー照射タイミングまでの期間を短くすることは、印刷品位を高めることができるという効果がある。なお、第1インクが第2インクに比べてワークW上での滲みが目立ち難いため、ワークWに対する第1インクの着弾タイミングから当該第1インクへのエネルギー照射タイミングまでの期間が長くなっても、印刷品位を低下させるという問題が生じ難い。
また、本実施形態では、印刷装置1は、光学センサー3gをさらに有する。光学センサー3gは、先端ETに支持され、受光部FSを含む。
そのうえで、第2ノズル列L2と受光部FSとの間の距離DS2は、第1ノズル列L1と受光部FSとの間の距離DS1よりも大きい。このため、受光部FSに付着する第2インクの量を第1インクの量に比べて少なくすることができる。ここで、第2インクの明度が第1インクの明度よりも低いため、第2インクが第1インクに比べて受光部FSへの光を吸収しやすい。したがって、受光部FSに付着する第2インクの量を少なくすることは、受光部FSでの受光効率の低下を抑制できるという効果がある。なお、第1インクが第2インクに比べて受光部FSへの光を吸収し難いため、受光部FSに付着する第1インクの量が多くなっても、受光部FSでの受光効率が低くなるという問題が生じ難い。
また、前述のように、印刷装置1は、第1供給管10a1と第2供給管10a2とをさらに有する。第1供給管10a1は、第1ノズル列L1に第1インクを供給するための間である。第2供給管10a2は、第2ノズル列L2に第2インクを供給するための管である。第1供給管10a1および第2供給管10a2のそれぞれの一部は、腕部220に保持される。そして、第2供給管10a2の長さは、第1供給管10a1の長さよりも短いことが好ましい。ロボット2の動作に伴う第2供給管10a2の変形が大きくなると、第2供給管10a2内の流路抵抗が変動することにより、第2インクの吐出不良が生じる虞がある。そこで、第2供給管10a2の長さを第1供給管10a1の長さよりも短くすることにより、腕部220の動作に伴う第2供給管10a2の変形量を第1供給管10a1の変形量よりも小さくすることができる。この結果、第2インクの吐出不良を防止することができる。ここで、前述のように、距離DN2が距離DN1よりも小さいことから、第1供給管10aが必要以上に長くなることなく、第2供給管10a2の長さを第1供給管10a1の長さよりも短くすることができる。
本実施形態では、前述のように、第2インクは、ヘッド3aから吐出されるインクのうち、最も明度の低いインクである。このため、印刷品位を好適に高めることができる。
さらに、前述のように、第2インクは、ブラックインクである。一般に、フルカラー印刷等に用いる複数色のインクのうち、最も明度の低いインクは、ブラックインクである。したがって、ブラックインクを第2インクとすることにより、フルカラー印刷等の印刷品位を好適に高めることができる。
本実施形態では、前述のように、第1インクは、ヘッド3aから吐出されるインクのうち、最も明度の高いインクである。このため、印刷品位を好適に高めることができる。
さらに、前述のように、第1インクは、イエローインクである。一般に、フルカラー印刷等に用いる複数色のインクのうち、最も明度の高いインクは、イエローインクである。したがって、イエローインクを第1インクとすることにより、フルカラー印刷等での印刷品位を好適に高めることができる。なお、5種以上のインクを用いる構成等においては、最も明度の高いインクとして、ホワイトインクを用いる場合がある。この場合には、第1インクがホワイトインクでもよい。
また、前述のように、ヘッド3aは、インクを吐出する複数のノズル列として、第1ノズル列L1、第2ノズル列L2、第3ノズル列L3および第4ノズル列L4を含む。ここで、第1ノズル列L1および第2ノズル列L2は、当該複数のノズル列から選択される任意の2つのノズル列のうち、基端EBとの間の距離が遠いほうのノズル列から吐出されるインクの明度は、基端EBとの間の距離が近いほうのノズル列から吐出されるインクの明度よりも高い。すなわち、当該複数のノズル列は、基端EBとの間の距離が大きいほど、ノズル列から吐出されるインクの明度が高くなるように配置される。このため、複数種のインクを用いた場合において、ワークWに対するインクの着弾誤差に起因する印刷品位の低下を好適に低減することができる。
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および機能が第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。
図9は、第2実施形態での印刷動作を説明するための図である。本実施形態は、所定領域RPが異なること以外は、前述の第1実施形態と同様である。第1実施形態では、印刷動作の実行中に各ノズル列と基端EBとの間の距離DN1~DN4の大小関係が変化しない態様が例示されるが、当該大小関係が変化してもよい。
本実施形態では、印刷領域PRが第1実施形態に比べてX1方向に拡張されている。ここで、所定領域RPは、Z軸に沿う方向にみて、基端EBを通過し、かつ、移動経路RUに沿うヘッド3aの走査方向に直交する仮想的な直線YBにより、領域RP1と領域RP2とに区分される。
図9に示す例では、Z軸に沿う方向にみて、移動経路RUがX軸に平行であるため、直線YBがY軸に平行である。領域RP1は、Z軸に沿う方向にみて、直線YBに対して、X1方向に位置する。これに対し、領域RP2は、Z軸に沿う方向にみて、直線YBに対して、X2方向に位置する。
このような所定領域RPに対してヘッド3aを移動経路RUに沿ってX2方向に向けて位置PSから位置PEに移動させる期間中に印刷を行う場合、ノズル列からのインクの吐出は、領域RP1内の位置PR1で開始され、領域RP2内の位置PR2で停止される。ここで、印刷期間の全域にわたりX軸に沿う方向におけるノズル列の並び順が維持される。このため、距離DN1~DN4の大小関係が印刷期間の途中で変化する。
より具体的には、先端ETが領域RP2に位置する状態では、第1実施形態と同様、各ノズル列と基端EBとの間の距離の大小関係は、DN1>DN2を満たす関係となる。これに対し、先端ETが領域RP1に位置する状態では、各ノズル列と基端EBとの間の距離の大小関係は、DN1<DN2を満たす関係となる。このように、先端ETが直線YB上を通過する時点で、距離DN1~DN4の大小関係が印刷期間の途中で変化する。
印刷品位を高める観点では、DN1<DN2の関係となる状態で印刷を行うことは好ましくない。したがって、所定領域RPは、DN1<DN2の関係となる領域RP1が存在しないことが好ましい。あるいは、所定領域RPが領域RP1を含んでいても、DN1>DN2の関係となるよう、ロボット2の動作を制御することが好ましい。
ただし、DN1<DN2の関係となる状態で印刷を行ってもよい。すなわち、DN1<DN2の関係となる状態での印刷が許容される場合がある。ここで、所定領域RPが領域RP1を含む場合、印刷品位と生産性とのバランスの観点から、移動経路RUに沿う領域RP1の長さは、移動経路RUに沿う領域RP2の長さよりも短いことが好ましい。より好ましくは、移動経路RUに沿う領域RP1の長さは、移動経路RUに沿う領域RP2の長さに対して、1/2以下である。このように、移動経路RUに沿う領域RP1の長さがある程度短ければ、DN1<DN2の関係となる状態で印刷を行う期間が存在しても、DN1>DN2の関係となる状態で印刷を行う期間が存在することにより、印刷品位と生産性とのバランスに優れた印刷を行うことができる。
3.第3実施形態
以下、本発明の第3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および機能が第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。
図10は、第3実施形態に係る印刷装置1Aの電気的な構成を示すブロック図である。
印刷装置1Aは、ヘッドユニット3に代えてヘッドユニット3Aを備える以外は、第1実施形態の印刷装置1と同様に構成される。ヘッドユニット3Aは、光学センサー3gが省略されるとともにエネルギー出射部3cの配置が異なる以外は、ヘッドユニット3と同様に構成される。
図11は、第3実施形態に用いるヘッドユニット3Aの概略構成を示す斜視図である。図11に示すように、ヘッドユニット3Aでは、ヘッド3aに対して、a1方向の位置には、エネルギー出射部3cが配置される。したがって、第2ノズル列L2と出射面FLとの間の距離DL2は、第1ノズル列L1と出射面FLとの間の距離DL1よりも大きい。
図12は、第3実施形態に係る印刷装置1Aの印刷動作を説明するための図である。図12では、前述の図4と同様、Y軸に沿う方向にみてロボット2の基部210よりもX2方向の位置に載置されるワークWの面WFの所定領域RPに対して印刷する場合が例示される。
本実施形態では、ロボット2は、ヘッド3aを基部210に近づく方向に移動させる。ここで、a2方向がヘッド3aの移動方向での前方を向く。したがって、第1実施形態と同様、基部210に対して遠いほうから近いほうへ向かって、第1ノズル列L1、第3ノズル列L3、第4ノズル列L4、第2ノズル列L2の順に、これらが並ぶ。
また、エネルギー出射部3cは、ヘッド3aの移動方向で、ヘッド3aよりも後方に位置する。このため、ヘッド3aから面WF上に着弾した直後のインクに対してエネルギー出射部3cからのエネルギーを照射することができる。
以上の第3実施形態によっても、印刷品位を高めることができる。本実施形態では、印刷装置1Aは、エネルギー出射部3cを有するが、第1実施形態と異なり、第2ノズル列L2と出射面FLとの間の距離DL2は、第1ノズル列L1と出射面FLとの間の距離DL1よりも大きい。このため、出射面FLに付着する第2インクの量を第1インクの量に比べて少なくすることができる。ここで、第2インクの明度が第1インクの明度よりも低いため、第2インクが第1インクに比べて出射面FLからのエネルギーを吸収しやすい。したがって、出射面FLに付着する第2インクの量を少なくすることは、出射面FLから各インクへのエネルギーの照射効率の低下を抑制したり、出射面FLのクリーニング等のメンテナンス頻度を少なくしたりすることができるという効果がある。なお、第1インクが第2インクに比べて出射面FLからのエネルギーを吸収し難いため、出射面FLに付着する第1インクの量が多くなっても、出射面FLに第2インクが付着する場合に比べて、出射面FLから各インクへのエネルギーの照射効率が低くなったり、出射面FLのクリーニング等のメンテナンス頻度が多くなったりするという問題が生じ難い。
なお、距離DL1および距離DL2の大小関係を第1実施形態および第3実施形態のうちのいずれの関係とするかは、第2インクの滲みやすさ等を考慮して決定される。例えば、第2インクが滲みやすい場合、第1実施形態のように、距離DL2が距離DL1よりも小さい構成が採用される。これに対し、第2インクが滲み難い場合、第2実施形態のように、距離DL2が距離DL1よりも大きい構成が採用される。
4.第4実施形態
以下、本発明の第4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および機能が第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。
図13は、第4実施形態に用いるヘッドユニット3Bの概略構成を示す斜視図である。
印刷装置1Bは、2個のヘッドユニット3を備える以外は、第1実施形態の印刷装置1と同様に構成される。図13に示すように、ヘッドユニット3Aでは、2個のエネルギー出射部3cのうち、一方のエネルギー出射部3cがヘッド3aに対してa1方向の位置に配置され、他方のエネルギー出射部3cがヘッド3aに対してa2方向の位置に配置される。
図14は、第4実施形態でのヘッド3aの移動経路RU1、RU2を説明するための図である。移動経路RU1は、位置PS1から位置PE1までの経路である。ロボット2は、移動経路RU1に沿って、ヘッド3aを基部210から離れる方向に移動させる。このとき、a1方向がヘッド3aの移動方向での前方を向く。移動経路RU2は、位置PS2から位置PE2までの経路である。ロボット2は、移動経路RU2に沿って、ヘッド3aを基部210に近づく方向に移動させる。このとき、a2方向がヘッド3aの移動方向での前方を向く。
ここで、位置PS1および位置PE2のそれぞれは、図示しないが、Z2方向にみて所定領域RPよりもX1方向の位置である。位置PE1お酔い位置PS2のそれぞれは、図示しないが、Z2方向にみて所定領域RPよりもX2方向の位置である。
以上の第4実施形態によっても、印刷品位を高めることができる。本実施形態では、前述のように、ヘッド3aを介して2個のエネルギー出射部3cが配置される。このため、ヘッド3aを基部210に対して離れる方向と近づく方向とのいずれの方向で印刷を行っても、距離DN1および距離DN2の関係を第1実施形態および第3実施形態と同様に維持したまま、ワークW上に着弾直後のインクにエネルギーを照射することができる。
5.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。
5-1.変形例1
前述の形態では、基部210に対して遠いほうから近いほうへ、第1ノズル列L1、第3ノズル列L3、第4ノズル列L4、第2ノズル列L2の順で、これららのノズル列が配置されるが、第2ノズル列L2が第1ノズル列L1よりも基部210に対して近い位置に配置されていればよく、前述の形態の配置に限定されない。例えば、基部210に対して遠いほうから近いほうへ、第1ノズル列L1、第4ノズル列L4、第3ノズル列L3、第2ノズル列L2の順で、これららのノズル列が配置されてもよい。
5-2.変形例2
前述の形態では、4種類のインクを用いて印刷を行う構成が例示されるが、第1インクおよび第2インクを用いる構成であればよく、当該構成に限定されず、2種類、3種類または5種類以上のインクを用いて印刷を行う構成にも本開示を適用することができる。また、第1インクは、第2インクよりも明度の高いインクであればよく、イエローインクに限定されない。また、第2インクは、第1インクよりも明度の低いインクであればよく、ブラックインクに限定されない。
5-3.変形例3
前述の形態では、エネルギー出射部3cを用いる構成が例示されるが、当該構成に限定されず、エネルギー出射部3cが省略されてもよい。この場合、例えば、ワーク上のインクを硬化または固化させる光を出射する別途の手段がロボット2の外部に配置されてもよい。
5-4.変形例4
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、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、伸縮機構または直動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。
5-5.変形例5
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。
5-6.変形例6
本開示の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、印刷装置は、接着剤等の液体を媒体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。
1…印刷装置、1A…印刷装置、1B…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…ヘッドユニット、3B…ヘッドユニット、3a…ヘッド、3b…圧力調整弁、3c…エネルギー出射部、3e…スイッチ回路、3f…支持体、3g…光学センサー、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…第1供給管、10a1…第1供給管、10a2…第2供給管、10a3…第3供給管、10a4…第4供給管、11…配線部、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、230_1…関節、230_2…関節、230_3…関節(第1関節)、230_4…関節、230_5…関節、230_6…関節、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、DA…距離、DA1…距離、DA2…距離、DL1…距離、DL2…距離、DN1…距離、DN2…距離、DN3…距離、DN4…距離、DS1…距離、DS2…距離、Da…経路情報、EB…基端、ET…先端、FL…出射面、FN…吐出面、FS…受光部、Img…印刷データ、L1…第1ノズル列、L2…第2ノズル列、L3…第3ノズル列、L4…第4ノズル列、LAT…ラッチ信号、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、PD…駆動パルス、PE…位置、PE1…位置、PE2…位置、PR1…位置、PR2…位置、PS…位置、PS1…位置、PS2…位置、PTS…タイミング信号、RP…所定領域、RU…移動経路、RU1…移動経路、RU2…移動経路、SI…印刷データ信号、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。

Claims (17)

  1. 第1インクを吐出する複数のノズルを配列した第1ノズル列と、第2インクを吐出する複数のノズルを配列した第2ノズル列と、を含むヘッドと、
    先端、基端および複数の関節を有する腕部と、前記基端に接続される基部と、を有し、前記先端には前記ヘッドが支持されており、ワークに対する前記ヘッドの位置および姿勢を変化させるロボットと、を有し、
    前記第2インクの明度は、前記第1インクの明度よりも低く、
    前記第1ノズル列から前記第1インクが吐出される所定の位置を含む前記ワークの所定領域に前記ヘッドが対向し、前記所定の位置に前記第1ノズル列から前記第1インクが吐出されるとき、前記第2ノズル列と前記基端との間の距離は、前記第1ノズル列と前記基端との間の距離よりも小さい、
    印刷装置。
  2. 前記ヘッドは、第3インクを吐出する複数のノズルを配列した第3ノズル列をさらに含み、
    前記第3インクの明度は、前記第1インクの明度よりも低く、かつ、前記第2インクの明度よりも高く、
    前記ヘッドが前記所定領域に対向し、前記所定の位置に前記第1ノズル列から前記第1インクが吐出されるとき、前記第3ノズル列と前記基端との間の距離は、前記第1ノズル列と前記基端との間の距離よりも小さく、かつ、前記第2ノズル列と前記基端との間の距離よりも大きい、
    請求項1に記載の印刷装置。
  3. 前記ロボットが前記所定領域上に沿って前記ヘッドを走査させつつ前記第1ノズル列から前記第1インクを吐出させる第1期間と、
    前記ロボットが前記所定領域上に沿って前記ヘッドを走査させつつ前記第2ノズル列から前記第2インクを吐出させる第2期間と、
    の両方において、前記第2ノズル列と前記基端との間の距離が前記第1ノズル列と前記基端との間の距離よりも小さい状態が維持される、
    請求項1または2に記載の印刷装置。
  4. 前記複数の関節は、前記第1期間および前記第2期間のそれぞれにおいて前記所定領域に対する位置が変化する少なくとも1つの関節を含んでおり、前記少なくとも1つの関節のうち、前記先端から最も離れた関節を第1関節としたとき、
    前記第1期間および前記第2期間のそれぞれにおいて、前記第2ノズル列と前記第1関節との間の距離は、前記第1ノズル列と前記第1関節との間の距離よりも小さい、
    請求項3に記載の印刷装置。
  5. 前記第1期間および前記第2期間のそれぞれにおいて、前記第1関節は、前記複数の関節のうち最も回動量の大きい関節である、
    請求項4に記載の印刷装置。
  6. 前記先端に支持され、前記第1インクおよび前記第2インクのそれぞれを硬化させるエネルギーを出射する出射面を含むエネルギー出射部をさらに有し、
    前記第2ノズル列と前記出射面との間の距離は、前記第1ノズル列と前記出射面との間の距離よりも大きい、
    請求項1から5のいずれか1項に記載の印刷装置。
  7. 前記先端に支持され、前記第1インクおよび前記第2インクのそれぞれを硬化させるエネルギーを出射する出射面を含むエネルギー出射部をさらに有し、
    前記第2ノズル列と前記出射面との間の距離は、前記第1ノズル列と前記出射面との間の距離よりも小さい、
    請求項1から5のいずれか1項に記載の印刷装置。
  8. 前記先端に支持され、受光部を含む光学センサーをさらに有し、
    前記第2ノズル列と前記受光部との間の距離は、前記第1ノズル列と前記受光部との間の距離よりも大きい、
    請求項1から7のいずれか1項に記載の印刷装置。
  9. 前記第1ノズル列に前記第1インクを供給するための第1供給管と、
    前記第2ノズル列に前記第2インクを供給するための第2供給管と、をさらに有し、
    前記第1供給管および前記第2供給管のそれぞれの一部は、前記腕部に保持されており、
    前記第2供給管の長さは、前記第1供給管の長さよりも短い、
    請求項1から8のいずれか1項に記載の印刷装置。
  10. 前記第2インクは、前記ヘッドから吐出されるインクのうち、最も明度の低いインクである、
    請求項1から9のいずれか1項に記載の印刷装置。
  11. 前記第2インクは、ブラックインクである、
    請求項1から10のいずれか1項に記載の印刷装置。
  12. 前記第1インクは、前記ヘッドから吐出されるインクのうち、最も明度の高いインクである、
    請求項1から11のいずれか1項に記載の印刷装置。
  13. 前記第1インクは、イエローインクまたはホワイトインクである、
    請求項1から12のいずれか1項に記載の印刷装置。
  14. 前記ヘッドは、インクを吐出する複数のノズル列を含んでおり、
    前記複数のノズル列は、前記第1ノズル列および前記第2ノズル列を含み、
    前記複数のノズル列から選択される任意の2つのノズル列のうち、前記基端との間の距離が遠いほうのノズル列から吐出されるインクの明度は、前記基端との間の距離が近いほうのノズル列から吐出されるインクの明度よりも高い、
    請求項1から13のいずれか1項に記載の印刷装置。
  15. 第1インクを吐出する複数のノズルを配列した第1ノズル列と、第2インクを吐出する複数のノズルを配列した第2ノズル列と、を含むヘッドと、
    先端、基端および複数の関節を有する腕部と、前記基端に接続される基部と、を有し、前記先端には前記ヘッドが支持されており、ワークに対する前記ヘッドの位置および姿勢を変化させるロボットと、を有し、
    前記第2インクの明度は、前記第1インクの明度よりも低く、
    前記ワーク上の所定の位置に前記第1ノズル列から前記第1インクを吐出するタイミングを第1タイミングとし、
    前記所定の位置に前記第2ノズル列から前記第2インクを吐出するタイミングを第2タ
    イミングとし、
    前記複数の関節は、前記第1タイミングおよび前記第2タイミングのそれぞれにおいて前記所定の位置からの距離が変化する少なくとも1つの関節を含んでおり、前記少なくとも1つの関節のうち、前記先端から最も離れた関節を第1関節としたとき、
    前記第2タイミングでの前記第2ノズル列と前記第1関節との間の距離は、前記第1タイミングでの前記第1ノズル列と前記第1関節との間の距離よりも小さい、
    印刷装置。
  16. 第1インクを吐出する複数のノズルを配列した第1ノズル列と、前記第1インクよりも明度が低い第2インクを吐出する複数のノズルを配列した第2ノズル列と、を含むヘッドと、
    先端、基端および複数の関節を有する腕部と、前記基端に接続される基部と、を有し、前記先端には前記ヘッドが支持されており、ワークに対する前記ヘッドの位置および姿勢を変化させるロボットと、を有する印刷装置における印刷方法において、
    前記ロボットが前記ヘッドを前記基部から離れるように移動させつつ、前記ヘッドが前記第1インクおよび前記第2インクを吐出する印刷動作を含み、
    前記印刷動作において、前記第2ノズル列と前記基端との間の距離は、前記第1ノズル列と前記基端との間の距離よりも小さい、
    印刷方法。
  17. 第1インクを吐出する複数のノズルを配列した第1ノズル列と、前記第1インクよりも明度が低い第2インクを吐出する複数のノズルを配列した第2ノズル列と、を含むヘッドと、
    先端、基端および複数の関節を有する腕部と、前記基端に接続される基部と、を有し、前記先端には前記ヘッドが支持されており、ワークに対する前記ヘッドの位置および姿勢を変化させるロボットと、を有する印刷装置における印刷方法において、
    前記ロボットが前記ヘッドを前記基部に近づけるように移動させつつ、前記ヘッドが前記第1インクおよび前記第2インクを吐出する印刷動作を含み、
    前記印刷動作において、前記第2ノズル列と前記基端との間の距離は、前記第1ノズル列と前記基端との間の距離よりも小さい、
    印刷方法。
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