(57)【要約】【課題】曲面形状を有する被印刷体の表面に画像を印刷する際の印刷品質を向上させること。【解決手段】曲面印刷装置１０は、画像を形成するインクを基材２０に対して吐出するインク吐出口１０２Ａを備えるプリントヘッド１０２と、基材２０を保持し、基材２０をプリントヘッド１０２に対して少なくとも１軸方向に移動可能な被印刷体移動手段１０４とを備え、曲面形状を有する基材２０の表面に画像を印刷する。曲面印刷装置１０では、プリントヘッド１０２を固定し、基材２０を動かしながら印刷するため、インクの吐出方向を安定させることができ、印刷品質を向上させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲面形状を有する被印刷体の表面に画像を印刷する曲面印刷装置であって、
移動不能に配置され、前記画像を形成するインクを前記被印刷体に対して吐出するインク吐出口を備えるプリントヘッドと、
前記被印刷体を保持し、前記被印刷体を前記プリントヘッドに対して少なくとも１軸方向に移動可能な被印刷体移動手段と、
前記画像の形状情報および前記被印刷体における印刷位置情報を含む印刷指示情報に基づいて、前記被印刷体移動手段の移動方向および移動量を制御して、前記被印刷体を前記プリントヘッドに対して所望の位置に移動させるとともに、前記プリントヘッドによる前記インクの吐出タイミングおよび吐出量を制御して前記被印刷体に所望の画像を印刷するよう制御する印刷制御手段と、
を備えることを特徴とする曲面印刷装置。
【請求項２】
前記インクは、エネルギー照射によって硬化する硬化型インクであり、
前記インクが吐出された前記被印刷体にエネルギー照射をおこなうインク硬化手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の曲面印刷装置。
【請求項３】
前記被印刷体の形状または前記被印刷体と前記プリントヘッドとの間の距離の少なくともいずれかを検知する被印刷体検知手段を備え、
前記印刷制御手段は、前記被印刷体検知手段によって検知された前記被印刷体の形状または前記プリントヘッドとの間の距離の少なくともいずれかと前記印刷指示情報とに基づいて、前記被印刷体移動手段の移動および前記プリントヘッドによる前記インクの吐出を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の曲面印刷装置。
【請求項４】
前記被印刷体に吐出された前記インクの形状を検知するインク検知手段を備え、
前記印刷制御手段は、前記インク検知手段によって検知された前記インクの形状と前記印刷指示情報とに基づいて、前記被印刷体移動手段の移動および前記プリントヘッドによる前記インクの吐出を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の曲面印刷装置。
【請求項５】
前記インク吐出口の画像を撮影するインク吐出口撮影手段を備え、
前記印刷制御手段は、前記インク吐出口撮影手段によって検知された前記インク吐出口の画像とに基づいて、前記インク吐出口のインク詰まりの有無を検知することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の曲面印刷装置。
【請求項６】
前記プリントヘッドは、前記被印刷体に対する前記インク吐出口の位置を調整する位置調整機構を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の曲面印刷装置。
【請求項７】
前記被印刷体移動手段の移動可能方向は４軸未満であり、前記プリントヘッドに対する前記被印刷体の移動を倣う倣い機構を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の曲面印刷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、曲面形状を有する被印刷体の表面に画像を印刷する曲面印刷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、曲面形状を有する被印刷物に対してインクジェット方式によって印刷をおこなう技術が知られている。たとえば、下記特許文献１には、プリントヘッドを多関節ロボットにツールとして持たせ、物体の湾曲した表面上に印刷をおこなう技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１１−５１４２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来技術では、プリントヘッドに加速度が生じるため、インクの液面が安定せず、また、インクの吐出方向が不安定となる。また、上述した従来技術では、プリントヘッドからのインクの出射方向が重力方向とずれるため、インクの飛しょうが安定しにくい。このため、上述した従来技術では、印刷品質の向上が困難であるという問題点がある。
【０００５】
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、曲面形状を有する被印刷体の表面に画像を印刷する際の印刷品質を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した問題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる曲面印刷装置は、曲面形状を有する被印刷体の表面に画像を印刷する曲面印刷装置であって、移動不能に配置され、前記画像を形成するインクを前記被印刷体に対して吐出するインク吐出口を備えるプリントヘッドと、前記被印刷体を保持し、前記被印刷体を前記プリントヘッドに対して少なくとも１軸方向に移動可能な被印刷体移動手段と、前記画像の形状情報および前記被印刷体における印刷位置情報を含む印刷指示情報に基づいて、前記被印刷体移動手段の移動方向および移動量を制御して、前記被印刷体を前記プリントヘッドに対して所望の位置に移動させるとともに、前記プリントヘッドによる前記インクの吐出タイミングおよび吐出量を制御して前記被印刷体に所望の画像を印刷するよう制御する印刷制御手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明にかかる曲面印刷装置は、画像を形成するインクを被印刷体に対して吐出するインク吐出口を備えるプリントヘッドと、被印刷体を保持し、被印刷体をプリントヘッドに対して少なくとも１軸方向に移動可能な被印刷体移動手段とを備え、曲面形状を有する被印刷体の表面に画像を印刷する。このため、本発明にかかる曲面印刷装置によれば、プリントヘッドを固定し（静止させておき）、被印刷体を動かしながら印刷するため、インクの吐出方向を安定させることができ、印刷品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態にかかる曲面印刷装置１０の構成を示す説明図である。
【図２】被印刷体移動手段１０４の移動方向の一例を示す説明図である。
【図３】曲面印刷装置１０による印刷処理の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、本発明にかかる曲面印刷装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１０】
（実施の形態）
図１は、実施の形態にかかる曲面印刷装置１０の構成を示す説明図である。曲面印刷装置１０は、曲面を有する基材２０に対して配線パターンを印刷することができる。一般的に、配線パターンは、フレキシブル基板をエッチングしてパターンを作成する。しかしながら、このように作成した配線パターンを曲面形状を有する基材２０に形成するのは困難である。曲面印刷装置１０を用いて曲面を有する基材２０に配線パターンを印刷することにより、基材上に自由に配線パターンを配置することができる。
【００１１】
曲面印刷装置１０は、プリントヘッド１０２、被印刷体移動手段１０４、印刷制御手段１０６、インク硬化手段１０８、被印刷体検知手段１１０、インク検知手段１１２、インク吐出口撮影手段１１４によって構成され、曲面形状を有する被印刷体の表面に画像を印刷する。本実施の形態では、被印刷体（ワーク）の一例として、半球状の基材２０を挙げて説明する。
【００１２】
プリントヘッド１０２は、第１の支持部材２２に支持され、移動不能に配置されるとともに、画像を形成するインクを基材２０に対して吐出するインク吐出口１０２Ａを備える。プリントヘッド１０２は、たとえばインク吐出口１０２Ａからのインク吐出方向が重力方向と一致するように下向きに支持されている。インク吐出口１０２Ａは、プリントヘッド１０２に複数備えられていてもよい。
【００１３】
また、プリントヘッド１０２は、基材２０に対するインク吐出口１０２Ａの位置を調整する位置調整機構を備えていてもよい。位置調整機構としては、たとえば多軸ロボットを用いることができる。このような位置調整機構を設けることによって、被印刷体移動手段１０４の動きの自由度を高めることができ、印刷効率を向上させることができる。
【００１４】
プリントヘッド１０２から吐出されるインクは、たとえば、エネルギー照射によって硬化する硬化型インクである。導体素材を用いた硬化型インクによって周波数選択素子のパターンを描画し、後述するインク硬化手段１０８を用いてインクを硬化させることによって、曲面形状を有する基材２０の表面に周波数選択素子を形成することが可能となる。
【００１５】
被印刷体移動手段１０４は、基材２０を保持し、基材２０をプリントヘッド１０２に対して少なくとも１軸方向に移動可能とする。図１では、被印刷体移動手段１０４で基材２０を保持した状態を図示している。被印刷体移動手段１０４は、具体的には軸方向に移動可能なロボットであり、望ましくは４軸以上の移動方向を有する多軸ロボットである。本実施の形態では、被印刷体移動手段１０４として６軸多関節ロボットを用いる。
【００１６】
図２は、被印刷体移動手段１０４の移動方向の一例を示す説明図である。図２に示した被印刷体移動手段１０４は６軸多関節ロボットであり、主に体部１０４Ａ、腕部１０４Ｂ、手首部１０４Ｃによって構成される。被印刷体移動手段１０４の体部１０４Ａは、Ｓ軸を中心として回転可能であり、また、Ｌ軸を中心として前後方向に揺動可能である。被印刷体移動手段１０４の腕部１０４Ｂは、Ｒ軸を中心に回転可能であり、また、Ｕ軸を中心として上下方向に揺動可能である。被印刷体移動手段１０４の手首部１０４Ｃは、Ｔ軸を中心に回転可能であり、また、Ｂ軸を中心に上下方向に揺動可能である。本実施の形態では、基材２０は治具を介して手首部１０４Ｃに支持され、被印刷体移動手段１０４の移動に追従して移動される。
【００１７】
なお、図２には６軸多関節ロボットを示したが、被印刷体移動手段１０４の移動可能方向が４軸未満である場合、カム等を用いてプリントヘッド１０２に対する基材２０の移動を倣う倣い機構を設けてもよい。これにより、被印刷体移動手段１０４の移動可能方向が少ない場合でも、精度よく基材２０の移動をおこなうことができ、印刷品質を向上させることができる。
【００１８】
図１の説明に戻り、印刷制御手段１０６は、画像の形状情報および基材２０における印刷位置情報を含む印刷指示情報に基づいて、被印刷体移動手段１０４の移動方向および移動量を制御して、基材２０をプリントヘッド１０２に対して所望の位置に移動させるとともに、プリントヘッド１０２によるインクの吐出タイミングおよび吐出量を制御して基材２０に所望の画像を印刷するよう制御する。また、印刷制御手段１０６は、後述する被印刷体検知手段１１０およびインク検知手段１１２による検知結果と印刷指示情報とに基づいて、被印刷体移動手段１０４の移動およびプリントヘッド１０２によるインクの吐出を制御する。
【００１９】
印刷制御手段１０６は、たとえばＣＰＵ、制御プログラムなどを格納・記憶するＲＯＭ、制御プログラムの作動領域としてのＲＡＭ、各種データを書き換え可能に保持するＥＥＰＲＯＭ、周辺回路等とのインターフェースをとるインターフェース部などを含んで構成される。
【００２０】
また、印刷制御手段１０６は、たとえばメインコントローラ１０６Ａ、プリントヘッド１０２を制御するインクジェット制御部１０６Ｂ、および被印刷体移動手段１０４を制御する移動制御部１０６Ｃによって構成される。本実施の形態では、メインコントローラ１０６Ａ、インクジェット制御部１０６Ｂおよび移動制御部１０６Ｃを印刷制御手段１０６として一体に構成したが、メインコントローラ１０６Ａ、インクジェット制御部１０６Ｂおよび移動制御部１０６Ｃをそれぞれ設置してもよい。なお、図１において印刷制御手段１０６と曲面印刷装置１０の各部とを接続する配線の図示は省略している。
【００２１】
インク硬化手段１０８は、第２の支持部材２３に支持され、インクが吐出された基材２０にエネルギー照射をおこなう。インク硬化手段１０８は、硬化型インクの種類に合わせて、たとえばレーザ、熱源、フラッシュ光、ＵＶ光などを照射することにより、基材２０の表面に吐出された硬化型インクを硬化させる。インク硬化手段１０８は、多関節ロボットにツールとして持たせずに、図１に示すように第２の支持部材２３に設置することによって安全性を向上させることができる。
【００２２】
被印刷体検知手段１１０は、基材２０の形状または基材２０とプリントヘッド１０２との間の距離の少なくともいずれかを検知する。被印刷体検知手段１１０としては、たとえば形状センサや位置センサ、基材２０を撮影範囲に含めて設置されたカメラなど（以下、「センサ類」という）を用いることができる。被印刷体検知手段１１０として、基材２０の形状を検知するセンサ類と基材２０とプリントヘッド１０２との間の距離を検知するセンサ類とを別体で設けてもよい。
【００２３】
被印刷体検知手段１１０による検知結果は、印刷制御手段１０６に入力される。印刷制御手段１０６は、被印刷体検知手段１１０によって検知された基材２０の形状またはプリントヘッドとの間の距離の少なくともいずれかと、印刷指示情報とに基づいて、被印刷体移動手段１０４の移動およびプリントヘッド１０２によるインクの吐出を制御する。たとえば、基材２０の形状の検知結果を用いて、基材２０の各点の位置座標を抽出し、被印刷体移動手段１０４の移動軌跡を計算することができる。これにより、基材２０の製造バラつきや設置位置のバラつきによる影響を排除して、印刷品質を向上させることができる。
【００２４】
インク検知手段１１２は、基材２０に吐出されたインクの形状、すなわち印刷内容の外観を検知する。インク検知手段１１２としては、たとえば形状センサや基材２０を撮影範囲に含めて設置されたカメラなど（以下、「センサ類」という）を用いることができる。インク検知手段１１２による検知結果は、印刷制御手段１０６に入力される。印刷制御手段１０６は、インク検知手段１１２によって検知されたインクの形状と印刷指示情報とに基づいて、被印刷体移動手段１０４の移動およびプリントヘッド１０２によるインクの吐出を制御する。すなわち、印刷制御手段１０６は、印刷内容の外観と印刷指示情報とを比較して、両者の間に相違点があった場合には部分的な再印刷等をおこなう。これにより、実際の印刷内容を印刷指示情報に合わせて補正することができ、印刷品質を向上させることができる。
【００２５】
インク吐出口撮影手段１１４は、インク吐出口１０２Ａの画像を撮影する。インク吐出口撮影手段１１４は、たとえばインク吐出口１０２Ａを撮影範囲に含めて設置されたカメラである。インク吐出口撮影手段１１４による撮影画像は、印刷制御手段１０６に入力される。印刷制御手段１０６は、インク吐出口撮影手段１１４によって検知されたインク吐出口１０２Ａの画像に基づいて、インク吐出口１０２Ａのインク詰まりの有無を検知する。具体的には、印刷制御手段１０６は、たとえばそれぞれのインク吐出口１０２Ａから吐出されたインクの液滴を監視して、基準量よりも液滴量が少ない場合はインク詰まりが発生していると判断する。これにより、インク詰まりが生じているインク吐出口１０２Ａの位置を特定することができ、たとえばインク詰まりが生じているインク吐出口１０２Ａの代わりに、他のインク吐出口１０２Ａを用いて印刷をおこなうようにプリントヘッド１０２を制御することができる。これにより、画像の欠陥を防止して印刷品質を向上させることができる。
【００２６】
つづいて、曲面印刷装置１０の動作について説明する。
図３は、曲面印刷装置１０による印刷処理の手順を示すフローチャートである。図３のフローチャートにおいて、曲面印刷装置１０は、印刷制御手段１０６に印刷指示情報が入力され、印刷開始が指示されると（ステップＳ３０１：Ｙｅｓ）、被印刷体検知手段１１０によって被印刷体（基材２０）の位置（プリントヘッド１０２との距離）や被印刷体（基材２０）の形状を検知する（ステップＳ３０２）。
【００２７】
印刷制御手段１０６は、被印刷体検知手段１１０による検知結果と印刷指示情報とに基づいて、被印刷体移動手段１０４の移動方向や移動量を規定する移動軌跡データおよびプリントヘッド１０２からのインクの吐出タイミングおよび吐出量を規定するインク吐出データを計算する（ステップＳ３０３，Ｓ３０４）。
【００２８】
印刷制御手段１０６は、各部（被印刷体移動手段１０４およびプリントヘッド１０２）に移動軌跡データおよびインク吐出データをそれぞれ出力し、当該データに沿って被印刷体移動手段１０４およびプリントヘッド１０２が動作することによって印刷を開始する（ステップＳ３０５）。
【００２９】
印刷中、曲面印刷装置１０は、インク検知手段１１２で被印刷体（基材２０）表面のインク形状を検知して（ステップＳ３０６）、印刷制御手段１０６で印刷結果（被印刷体（基材２０）表面のインク形状）が印刷指示情報と合致するか否かを判断する（ステップＳ３０７）。印刷結果が印刷指示情報と合致する場合は（ステップＳ３０７：Ｙｅｓ）、ステップＳ３０９に移行する。印刷結果が印刷指示情報と合致しない場合（ステップＳ３０７：Ｎｏ）、印刷制御手段１０６は、被印刷体（基材２０）表面のインク形状を印刷指示情報と合致させるように移動軌跡データおよびインク吐出データを補正して（ステップＳ３０８）、各部に出力する。
【００３０】
また、印刷中、曲面印刷装置１０は、インク吐出口撮影手段１１４でインク吐出口１０２Ａを撮影して（ステップＳ３０９）、印刷制御手段１０６でインク詰まりが生じているか否かを判断する（ステップＳ３１０）。インク詰まりが生じている場合（ステップＳ３１０：Ｙｅｓ）、印刷制御手段１０６は、インク詰まりが生じているインク吐出口１０２Ａを用いずに印刷をおこなうように移動軌跡データおよびインク吐出データを補正して（ステップＳ３１１）、各部に出力する。インク詰まりが生じていない場合は（ステップＳ３１０：Ｎｏ）、ステップＳ３１２に移行する。
【００３１】
被印刷体（基材２０）への印刷が終了するまでは（ステップＳ３１２：Ｎｏ）、ステップＳ３０６に戻り、以降の処理をくり返す。そして、被印刷体（基材２０）への印刷が終了すると（ステップＳ３１２：Ｙｅｓ）、インク硬化手段１０８によって被印刷体（基材２０）表面のインクを硬化させて（ステップＳ３１３）、本フローチャートによる処理を終了する。
【００３２】
以上説明したように、実施の形態にかかる曲面印刷装置１０は、画像を形成するインクを基材２０に対して吐出するインク吐出口１０２Ａを備えるプリントヘッド１０２と、基材２０を保持し、基材２０をプリントヘッド１０２に対して少なくとも１軸方向に移動可能な被印刷体移動手段１０４とを備え、曲面形状を有する基材２０の表面に画像を印刷する。曲面印刷装置１０では、プリントヘッド１０２を固定し、基材２０を動かしながら印刷するため、インクの吐出方向を安定させることができ、印刷品質を向上させることができる。
【００３３】
また、曲面印刷装置１０は、基材２０の形状または基材２０とプリントヘッド１０２との間の距離の少なくともいずれかを検知する被印刷体検知手段１１０を備え、被印刷体検知手段１１０によって検知された基材２０の形状またはプリントヘッドとの間の距離の少なくともいずれかと、印刷指示情報とに基づいて、被印刷体移動手段１０４の移動およびプリントヘッド１０２によるインクの吐出を制御するようにしたので、基材２０の製造バラつきや設置位置のバラつきによる影響を排除して、印刷品質を向上させることができる。
【００３４】
また、曲面印刷装置１０は、基材２０に吐出されたインクの形状を検知するインク検知手段１１２を備え、印刷内容の外観と印刷指示情報とを比較して、両者の間に相違点があった場合には部分的な再印刷等をおこなう。これにより、実際の印刷内容を印刷指示情報に合わせて補正することができ、印刷品質を向上させることができる。
【００３５】
また、曲面印刷装置１０は、インク吐出口の画像を撮影するインク吐出口撮影手段１１４を備え、インク詰まりが生じているインク吐出口１０２Ａの位置を特定することができるので、画像の欠陥を防止して印刷品質を向上させることができる。
【００３６】
１０……曲面印刷装置、２０……基材、１０２……プリントヘッド、１０２Ａ……インク吐出口、１０４……被印刷体移動手段、１０６……印刷制御手段、１０８……インク硬化手段、１１０……被印刷体検知手段、１１２……インク検知手段、１１４……インク吐出口撮影手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
2014117930.tif 000005