(57)【要約】【課題】大型旅客機の機体表面のように湾曲した被プリント面にきわめて短時間で絵柄や文字をプリントすることができるプリント装置を提供する。【解決手段】  インクが充填されたインクタンク６に加圧空気を印加することによりインクを遠方に吐出するインクジェットノズル１６を複数配列したヘッドアレイ３が往復直線移動可能に取り付けられたリニアレール４を多関節ロボット５のロボットアーム５ａに保持させ、ロボットアーム５ａの配置位置を位置情報に基づいて制御すると共に、位置情報に連動させてヘッドアレイ３中の所定のノズル１６の駆動を制御することを特徴とする。【選択図】図２
2015027636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲面状の被プリント面の所定の場所に所定のインクを吐出して絵柄や文字をプリントするプリント装置において、
インクが充填されたインクタンクに加圧空気を送り込むことにより高圧の気圧を印加してインクを遠方に吐出するインクジェットノズルが複数配列されたヘッドアレイと、
前記ヘッドアレイを往復直線移動させるリニアレールと、
前記リニアレールを適宜所定の位置へ移動させ、且つ、その位置で保持するロボットアームを備えた多関節ロボットと、
位置情報に基づいて前記ロボットアームの駆動を制御するロボットアームコントローラと、
前記ロボットアームコントローラに位置情報を提供すると共に、当該位置情報に連動して前記ヘッドアレイ中の所定の前記インクジェットノズルを駆動制御するコントローラと、
を備えて構成されたことを特徴とするプリント装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプリント装置において、
前記リニアレールは、互いに直交する２本のレールを備えていることを特徴とするプリント装置。
【請求項３】
請求項１に記載のプリント装置において、
前記リニアレールは、前記ロボットアームに取り付けられた支持部材であって、二股に枝分かれしたフォーク状の支持部材の左右の先端に互いに平行になるようにして取り付けられた２つの垂直リニアレールに移動可能に支持されていることを特徴とするプリント装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプリント装置に係り、特に、大型旅客機の機体表面のように湾曲した被プリント面に短時間で絵柄や文字をプリントすることができるプリント装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１（米国特許第８，１２３，３５０）に開示されているように、複数のノズルが配列されたヘッドアレイを６軸の多関節ロボットのロボットアームに保持させて、このヘッドアレイを被プリント面の所定の場所に移動させ、ノズルからインクを吐出させることによりプリントを行うプリント装置が提案されている。このプリント装置は被プリント面が曲面の場合には曲面の位置情報をロボットアームに付与することにより曲面へのプリントを可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第８，１２３，３５０号明細書
【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、特許文献１のプリント装置は、ロボットアームにプリントヘッドアレイを直接保持させているので制御装置からのロボットアームへの位置情報の送受信や、ロボットアームの駆動によるプリントヘッドの移動に時間がかかることからプリント速度が非常に遅く、実用に供することが困難であるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は上記の問題に鑑み、例えば、大型旅客機の機体表面のように湾曲した被プリント面であってもきわめて短時間で絵柄や文字をプリントすることができるプリント装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の本発明は、曲面状の被プリント面の所定の場所に所定のインクを吐出して絵柄や文字をプリントするプリント装置において、インクが充填されたインクタンクに加圧空気を送り込むことにより高圧の気圧を印加してインクを遠方に吐出するインクジェットノズルが複数配列されたヘッドアレイと、前記ヘッドアレイを往復直線移動させるリニアレールと、前記リニアレールを適宜所定の位置へ移動させ、且つ、その位置で保持するロボットアームを備えた多関節ロボットと、位置情報に基づいて前記ロボットアームの駆動を制御するロボットアームコントローラと、前記ロボットアームコントローラに位置情報を提供すると共に、当該位置情報に連動して前記ヘッドアレイ中の所定の前記インクジェットノズルを駆動制御するコントローラとを備えて構成されたことを特徴とする。
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載のプリント装置において、前記リニアレールは互いに直交する２本のレールを備えていることを特徴とする。
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項３に記載の本発明は、請求項１に記載のプリント装置において、前記リニアレールは、前記ロボットアームに取り付けられた支持部材であって、二股に枝分かれしたフォーク状の支持部材の左右の先端に互いに平行になるようにして取り付けられた２つの垂直リニアレールに移動可能に支持されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るプリント装置によれば、ヘッドアレイを往復直線移動可能に取り付けたリニアレールを多関節ロボットのロボットアームに保持させることとしたので従来装置に比べて数百倍のスピードでプリントすることができるという効果がある。
【００１０】
また、本発明のプリント装置によれば、例えば、大型旅客機の機体表面のように被プリント面が曲面であっても早く正確にムラなくプリントすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るプリント装置を用いて大型旅客機にプリントする状態を示す説明図である。
【図２】本発明に係るプリント装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図３】ロボットアームコントローラとコントローラを示すブロック図である。
【図４】ヘッドアレイの構成を示す説明図である。
【図５】インクジェットノズルとインクタンクの構成を示すブロック図である。
【図６】本発明に係るプリント装置の第二の実施形態を示す説明図である。
【図７】本発明に係るプリント装置の第三の実施形態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係るプリント装置について好ましい一実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は本発明に係るプリント装置を用いて大型旅客機にプリントする状態を示す説明図、図２は本発明に係るプリント装置の一実施形態を示す斜視図、図３はロボットアームコントローラとコントローラを示すブロック図である。である。
【００１３】
［本発明の第一の実施形態］
本発明に係るプリント装置の一実施形態として図２に示すプリント装置２は、概略として、インクが充填されたインクタンク群６に加圧空気を印加することによりインクを遠方に吐出するインクジェットノズル１６（図４参照）が複数配列されたヘッドアレイ３と、ヘッドアレイ３を往復直線移動させるリニアレール４と、リニアレール４を適宜所定の位置へ移動させ、且つ、その位置で保持するロボットアーム５ａを備えた多関節ロボット５と、図３に示すように、位置情報に基づいてロボットアーム５ａの駆動を制御するロボットアームコントローラ７と、ロボットアームコントローラ７に位置情報を提供すると共に、この位置情報に連動してヘッドアレイ３中の所定のインクジェットノズル１６を駆動制御するコントローラ８を備えて構成されている。
【００１４】
多関節ロボット５は、複数の関節によって人間の腕のように自由な動きを可能としたロボットアーム５ａを備えており、ロボットアーム５ａの先端を自由に移動させ且つ正確な位置に配置することができる装置である。多関節ロボット５としては、例えば、６つの軸、すなわち６つの関節を備えた６軸制御型の産業用ロボットを用いることができる。６軸型の多関節ロボットによれば予め動作に関する情報をティーチングしておくことできわめて正確、且つ、迅速に後述するリニアレール４を被プリント面１の所定位置に対峙させることができる。多関節ロボット５は６軸に限定されるものではなく、５軸、７軸など適宜の軸数を備えた多関節ロボットを用いることができる。尚、多関節ロボット自体は公知であるためその詳しい説明は省略する。
【００１５】
ヘッドアレイ３は、ノズルから所定の色のインクを吐出して被プリント面１にプリントを行う装置であり、図４に示すように、ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー、ホワイトの各色のインクが吐出される複数のノズルを備えたノズル群１６が内蔵されている。ノズル群１６は、ブラックのインクを吐出する複数のノズルが一列に配置されたブラックノズル群１６ａ、シアンのインクを吐出する複数のノズルが一列に配置されたシアンノズル群１６ｂ、マゼンタのインクを吐出する複数のノズルが一列に配置されたシアンノズル群１６ｃ、イエローのインクを吐出する複数のノズルが一列に配置されたイエローノズル群１６ｄ、ホワイトのインクを吐出する複数のノズルが一列に配置されたホワイトノズル群１６ｅによって形成されている。
【００１６】
ヘッドアレイ３の各ノズル群１６には、図５に示すように、ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー、ホワイトの各色のインクが充填されたインクインクタンク群６とチューブ１８を介して連通されている。具体的には、ブラックのインクが充填されたインクタンクブラック６ａとブラックノズル群１６ａはチューブ１８ａを介して連通されており、シアンのインクが充填されたインクタンクシアン６ｂとシアンノズル群１６ｂはチューブ１８ｂを介して連通されており、マゼンタのインクが充填されたインクタンクマゼンタ６ｃとマゼンタノズル群１６ｃはチューブ１８ｃを介して連通されており、イエローのインクが充填されたインクタンクイエロー６ｄとイエローノズル群１６ｄはチューブ１８ｄを介して連通されており、ホワイトのインクが充填されたインクタンクホワイト６ｅとホワイトノズル群１６ｅはチューブ１８ｅを介して連通されている。そして、エアコンプレッサ１９からの加圧エアがエアレギュレータ２０によって所定の圧力に調整されてパイプ２１を介して各インクタンク群６にそれぞれ送られるようになっている。
【００１７】
ロボットアームコントローラ７は、予めティーチングされた位置情報に基づいてロボットアーム５ａの動作の制御を行なう電子回路である。そして、この位置情報はコントローラ８からロボットアームコントローラ７へ送られるようになっている。
【００１８】
コントローラ８は、ロボットアーム５ａの位置決め情報を処理するロボット位置決め処理部９と、ヘッドアレイ３に備えられた各ノズル群１６を動作させるノズル駆動部１０と、ヘッドアレイ３を所定の位置に位置させるリニアレール駆動部１１と、被プリント面１へプリントするプリント内容の画像を処理する画像処理部１２を備えている。
【００１９】
コントローラ８は、いわゆる汎用型のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１３と接続されており、ＰＣ１３の図示しない記憶装置には、被プリント面１である大型旅客機の機体表面１の曲面データ（３Ｄ形状データ）などの被プリント面１に関する情報を記録保存する被プリント面データベース部（被プリント面ＤＢ）１４と、被プリント面１にプリントするプリント内容を指定する画像データを記録保存する画像データベース（画像ＤＢ）１５が設けられている。すなわち、被プリント面１へプリントする画像データや被プリント面１の湾曲状態などの必要な情報がＰＣ１３へ入力される。そして、ＰＣ１３は、入力された被プリント面１の曲面データ（３Ｄ形状データ）と、プリント内容を特定する画像データに基づいて被プリント面１の位置情報と画像データとの関連付けを行い、被プリント面１のどの場所に画像データに基づく画像をどのようにプリントするのかを特定し、この関連付けされた位置情報と画像データに関する情報をコントローラ８に送るように構成されている。
【００２０】
コントローラ８へ送られた関連付けされた位置情報と画像データに関する情報に基づいて、画像処理部１２は被プリント面１へプリントするプリント内容の画像の処理を行い、ロボット位置決め処理部９はロボットアームコントローラ７を介してロボットアーム５ａを所定の位置に配置させ、リニアレール駆動部１１はヘッドアレイ３を所定の位置に位置させ、ノズル駆動部１０はヘッドアレイ３に備えられた各ノズル群１６を動作させる。これにより、ロボットアーム５ａの所定位置への移動配置とヘッドアレイ３の中のノズル群１６の駆動が連動して行われる。すなわち、ノズル駆動部１０からヘッドアレイ３へケーブル１７ａを介してノズル駆動信号１７が送出され、一方、エアレギュレータ２０を備えたエアコンプレッサ１９から加圧空気がインクタンク加圧エアパイプ２１を通して送られ、インクタンク群６に対して安定した高圧の気圧が印加されて、各チューブ１８ａ〜１８ｅを介して各インクタンク６ａ〜６ｅからインクが送り込まれ、ノズル駆動信号１７に応じて各色のインクが被プリント面１の所定の位置に吐出される。
【００２１】
［本発明装置と従来装置の比較］
従来例として示したロボットアームにヘッドアレイが直接取り付けたプリント装置の場合、ロボットアームコントローラからロボットアームに対して位置情報を伝達するのに５０ｍｓから１５０ｍｓを要する。また、ロボットアームが所定の位置へ移動するまでに必要な時間は、きわめて近い所に移動する場合であっても１０ｍｓから１００ｍｓを必要とする。従って、ある所定の位置でヘッドアレイのノズルから所定のインクを吐出させ、次の所定の位置にロボットアームを移動させてヘッドアレイのノズルから次の所定のインクを吐出させるためにはノズルの駆動時間を考慮に入れなくても平均２００ｍｓの時間を要することとなる。
【００２２】
すなわち、ロボットアームに直接ヘッドアレイを保持させた従来のプリント装置の場合、例えば、１ｍ離れたＡ点からＢ点へ正確にヘッドアレイを移動させることは可能である。しかしながら、ロボットアームによるヘッドアレイの移動の軌跡は一定でなく、バラバラであり、且つ、この１ｍの中におけるヘッドアレイの移動スピードと移動距離も正確に把握管理することができない。従って、Ａ点からＢ点への移動途中で多数のドットを正確な微小間隔で正確な位置に打つことはできない。従って、正確な位置にドットを打つためには位置信号のやり取りとロボットアーム、つまり、ヘッドアレイの移動に２００ｍＳ前後の時間が必要となるのである。
【００２３】
これに対し、上記実施形態に示したような本発明に係るプリント装置の場合には、ヘッドアレイ３がリニアレール４に取り付けられており、このリニアレール４をロボットアーム５ａが保持している。リニアレール４はヘッドアレイ３を直線上で高速で移動させることが可能であり、ヘッドアレイ３の位置を正確に制御することができる。この相違によって生じる本発明に係るプリント装置と従来のプリント装置のプリントに要する時間について以下に説明する。尚、プリントに要する時間の計算を単純化するためにヘッドアレイの中の１本のノズルのみでプリントする場合を例にして説明する。
【００２４】
［プリント時間］
縦約１ｍ（１，０００ｍｍ）、横幅約１ｍ（１，０００ｍｍ）の曲面を解像度１００ＤＰＩ（０．２５４ｍｍピッチ）でノズル１本でベタにプリントする場合の従来のプリント装置と本発明に係るプリント装置のプリント所要時間を比較する。
横方向のドット数は１，０００ｍｍ÷０．２５４ｍｍ＝３，９３７ドット
縦方向のドット数は１，０００ｍｍ÷０．２５４ｍｍ＝３，９３７ドット
１ｍ２のドットの総数は３，９３７×３，９３７＝１５，４９９，９６９ドット
【００２５】
［従来装置の場合］
先ほど説明したように、従来のプリント装置で、あるドットから隣のドットをプリントするためには平均２００ｍｓ必要とするから、プリント所要時間の合計はノズルの駆動に要する時間を考慮に入れなくても以下のようになる。
３，９３７×３，９３７×２００ｍｓ＝３，０９９，９９３（秒）
これを時間に直すと以下のようになる。
３，０９９，９９３ｓ÷（６０×６０）＝８６１．１時間
つまり、８６１．１時間かかることになる。
【００２６】
［本発明装置の場合］
本発明に係るプリント装置の場合、リニアレール４がヘッドアレイ３、つまり、所定のノズルを横方向に正確に等速度で移動させるのに必要な時間は約２秒もあれば十分であり、ノズルが１ドット吐出した後でさらに隣のドットを打つのに必要な時間はノズル駆動信号１７の伝達時間を含めて０．５ｍｓもあれば十分である。
従って、リニアレール４が約１ｍの長さを備えているとした場合、約１ｍのラインを２秒で移動するので２秒間で打てるドットの数は以下のようになる。
２ｓ÷０．５ｍｓ＝４，０００
すなわち、２秒間で４，０００個のドットを等間隔で打つことができる。そして、１００ＤＰＩであるから１ラインで３，９３７個のドットが打てることになる。１ラインのドットを打つのに２秒かかるとすれば３，９３７ラインでは以下のようになる。
３，９３７×２秒＝７，８７４秒
すなわち、７，８７４秒かかることになる。
【００２７】
加えて、ヘッドアレイ３をあるラインから次のラインに移動させるためにロボットアーム５ａを駆動するのに平均２００ｍｓ必要とすれば必要な駆動時間は以下のようになる。
３，９３７×０．２秒＝７８７．４秒
よって、必要な時間は合計で以下のようになる。
７，８７４秒＋７８７．４秒＝８６６１．４秒
これを時間に直すと以下のようになる。
８６６１．４÷（６０×６０）＝２．４時間
つまり、本発明に係るプリント装置の場合では２．４時間となり、実に、従来のプリント装置と比べて３５８倍のスピードでプリントできることがわかる。但し、実際にはヘッドアレイ３が保持するノズル数は複数であるから単純に１０本ノズルならプリント所要時間は１本ノズルに比べて１０分の１となり、このことは、従来のプリント装置においても同じである。
【００２８】
［本発明の第二の実施形態］
上述した第一の実施形態において、上述したように、加圧空気をインクタンク群６送り込むことによって高圧の気圧を印加することによりインクを遠方まで吐出できるノズル群１６を用いることにより各ノズル群１６から吐出されるインクが直線的に前方に長い距離に吐出させることが可能となるが、インクの飛距離には限界がある。例えば、１００ｍｍ前方に吐出させるとした場合、大型旅客機の機体表面のように、ノズル群１６と被プリント面１との距離が曲面の高い所と低い所でその差が１００ｍｍ以上ある場合には１００ｍｍ以上離れている面にはドットを正確に打つことはできない。
【００２９】
そこで、これを補うために、図６に示す第二の実施形態のプリント装置２は、リニアレール４の上にこれに直交する直交リニアレール２２をさらに追加し、この直交リニアレール２２の上にヘッドアレイ３を保持させたものである。これにより、ヘッドアレイ３を保持した直交リニアレール２２を１番目のリニアレール４上で図６における左右方向に移動させつつこれに直交する方向にヘッドアレイ３を前後移動させることにより被プリント面１とノズル群１６との距離を略一定に保つことでドットの飛距離によるブレを補うことが可能となる。尚、第二の実施形態のプリント装置２の場合は、リニアレール４に加えて直交リニアレール２２の移動制御に追加時間がかかることから第一の実施形態におけるプリント装置に比べプリントスピードはやや落ちる。
【００３０】
［本発明の第三の実施形態］
さらに、図７に示す第三の実施形態のプリント装置２は、ロボットアーム５ａに二股に枝分かれしたフォーク状の支持部材２４を設け、この支持部材２４の左側の枝部２４ａの先端に垂直リニアレール２３ａを、右側の枝部２４ｂの先端に垂直リニアレール２３ｂを平行になるようにして取り付け、ヘッドアレイ３を保持したリニアレール４の両端を２つの垂直リニアレール２３ａ，２３ｂにそれぞれ架け渡すようにして支持させたものである。そして、垂直リニアレール２３ａ，２３ｂを駆動することによりヘッドアレイ３をあるラインから次のラインに移動させることができる。
【００３１】
この第三の実施形態では、第一の実施形態のようにヘッドアレイ３を次のラインに移動させるのに平均２００ｍｓを要していたものが、平均５０ｍｓで移動可能となるので、プリントスピードをさらに速くすることができる。上述した１ｍ２のプリントの例では、以下のように、約５９０秒だけ早くなる。
３，９３７×０．０５秒＝１９６．９秒
７８７．４秒−１９６．９秒＝５９０．５秒
【００３２】
以上のように、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００３３】
１      被プリント面
２      プリント装置
３      ヘッドアレイ
４      リニアレール
５      多関節ロボット
５ａ      ロボットアーム
６      インクインクタンク群
７      ロボットアームコントローラ
８      コントローラ
９      ロボット位置決め処理部
１０      ノズル駆動部
１１      リニアレール駆動部
１２      画像処理部
１３      ＰＣ
１４      被プリント面ＤＢ
１５      画像ＤＢ
１６      ノズル群
１７      ノズル駆動信号
１８      チューブ
１９      エアコンプレッサ
２０      エアレギュレータ
２１      インクタンク加圧エアパイプ
２２      直交リニアレール
２３ａ，２３ｂ      垂直リニアレール
２４      支持部材
２４ａ，２４ｂ      枝部
【図１】
2015027636.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2015027636.tif 000007
【図６】
2015027636.tif 000008
【図７】
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