(57)【要約】【課題】三次元形状表面を有する印刷対象物に対してその表面に所望の印刷を施す。【解決手段】ベース１と、ベース上にＸ軸方向に移動自在に支持された第１支持部材１０と、第１支持部材上にＺ軸方向に移動自在に支持された第２支持部材１５と、第２支持部材上にＹ軸方向に延びる第１回転軸Ｙ０を中心として回転自在に支持された第３支持部材２０と、第３支持部材上に第２回転軸Ｘ０を中心として回転自在に支持されて印刷対象物８０を保持する保持チャック２６と、ベース１上に設けられ、印刷対象物８０の上方をＹ軸方向に移動可能に支持されたプリンタヘッド５とを備える。そして、移動制御装置により第１〜前記第３支持部材および保持チャックの移動および回転制御並びにプリンタヘッド５の移動制御が行われ、プリント制御装置により制御装置による移動および回転制御に応じてプリンタヘッド５からのインクの吐出制御を行う。【選択図】図２
2008114493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元形状表面を有する印刷対象物に対してプリンタヘッドからインクを吐出して前記表面に所定の印刷を施す三次元プリンタであって、
前記印刷対象物を保持する保持装置と、
前記保持装置および前記プリンタヘッドを、互いに直交するＸ，ＹおよびＺ軸方向に相対移動可能に支持するとともに、前記プリンタヘッドに対して前記保持装置を前記Ｘ軸を中心とした回転および前記Ｙ軸を中心とした相対回転可能に支持する支持装置と、
前記支持装置により支持された前記保持装置および前記プリンタヘッドを、前記Ｘ，ＹおよびＺ軸方向に相対移動させる制御および前記保持装置を前記Ｘ軸および前記Ｙ軸を中心として相対回転させる制御を行う移動制御装置と、
前記制御装置による移動および回転制御に応じて前記プリンタヘッドからのインクの吐出制御を行うプリント制御装置とを備えたことを特徴とする三次元プリンタ。
【請求項２】
ベース部材と、
前記ベース部材上に平面方向に延びるＸ軸方向に移動自在に支持された第１支持部材と、
前記第１支持部材上に前記平面方向に対して垂直に延びるＺ軸方向に移動自在に支持された第２支持部材と、
前記第２支持部材上に前記Ｘ軸および前記Ｚ軸方向と直角なＹ軸方向に延びる第１回転軸を中心として回転自在に支持された第３支持部材と、
前記第３支持部材上に、前記第１回転軸と直交する面内において延びる第２回転軸を中心として回転自在に支持されて、印刷対象物を保持する保持装置と、
前記ベース部材上に設けられ、前記保持装置により保持された印刷対象物の上方を前記Ｙ軸方向に移動可能に支持されたプリンタヘッドと、
前記第１〜前記第３支持部材および前記保持装置の移動および回転制御並びに前記プリンタヘッドの移動制御を行う移動制御装置と、
前記制御装置による移動および回転制御に応じて前記プリンタヘッドからのインクの吐出制御を行うプリント制御装置とを備えたことを特徴とする三次元プリンタ。
【請求項３】
前記第１回転軸と前記第２回転軸とが交差することを特徴とする請求項２に記載の三次元プリンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元形状表面を有する印刷対象物に対してプリンタヘッドからインクを吐出して前記表面に所定の印刷を施す三次元プリンタに関する。
【背景技術】
【０００２】
紙等のプリント対象物に文字、図柄等を印刷するプリンター装置は従来から種々のものが知られており、例えば、コンピュータに繋がって紙面に印刷するプリンター装置等は業務用、家庭用として広く用いられている。従来のプリンターは、プリント対象物となる紙もしくはシート材を所定方向に送りながら、プリンタヘッドをこの送り方向と直角に走査移動させながら印刷を行う形式のものが一般的であった。例を挙げれば、特許文献１および２に記載のプリンター装置がある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１９１４５５号公報
【特許文献２】特開２００４−１４８６６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような従来のプリンター装置は、平面状のシート材もしくは固体物の平面に対して所定の印刷を行うものであり、全て二次元の印刷を行うものであったが、最近において三次元形状の表面（例えば、円筒面、球面、その他のさまざまな曲面）を有する対象物に対して印刷を行うことができるようなプリンタが要求されている。
【０００５】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、円筒面、球面、その他のさまざまな曲面、すなわち、三次元形状表面を有する印刷対象物に対してプリンタヘッドからインクを吐出してこの三次元形状の表面に所望の印刷を施すことができる三次元プリンタ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】
第１の本発明に係るプリンタは、三次元形状表面を有する印刷対象物に対してプリンタヘッドからインクを吐出して前記表面に所定の印刷を施す三次元プリンタであって、前記印刷対象物を保持する保持装置と、前記保持装置および前記プリンタヘッドを、互いに直交するＸ，ＹおよびＺ軸方向に相対移動可能に支持するとともに、前記プリンタヘッドに対して前記保持装置を前記Ｘ軸を中心とした回転および前記Ｙ軸を中心とした相対回転可能に支持する支持装置と、前記支持装置により支持された前記保持装置および前記プリンタヘッドを、前記Ｘ，ＹおよびＺ軸方向に相対移動させる制御および前記保持装置を前記Ｘ軸および前記Ｙ軸を中心として相対回転させる制御を行う移動制御装置と、前記制御装置による移動および回転制御に応じて前記プリンタヘッドからのインクの吐出制御を行うプリント制御装置とを備えて構成される。
【０００７】
第２の本発明にかかるプリンタも、三次元形状表面を有する印刷対象物に対してプリンタヘッドからインクを吐出して前記表面に所定の印刷を施す三次元プリンタであって、ベース部材と、前記ベース部材上に平面方向に延びるＸ軸方向に移動自在に支持された第１支持部材と、前記第１支持部材上に前記平面方向に対して垂直に延びるＺ軸方向に移動自在に支持された第２支持部材と、前記第２支持部材上に前記Ｘ軸および前記Ｚ軸方向と直角なＹ軸方向に延びる第１回転軸を中心として回転自在に支持された第３支持部材と、前記第３支持部材上に、前記第１回転軸と直交する面内において延びる第２回転軸を中心として回転自在に支持されて、印刷対象物を保持する保持装置と、前記ベース部材上に設けられ、前記保持装置により保持された印刷対象物の上方を前記Ｙ軸方向に移動可能に支持されたプリンタヘッドと、前記第１〜前記第３支持部材および前記保持装置の移動および回転制御並びに前記プリンタヘッドの移動制御を行う移動制御装置と、前記制御装置による移動および回転制御に応じて前記プリンタヘッドからのインクの吐出制御を行うプリント制御装置とを備えて構成される。
【０００８】
なお、前記第１回転軸と前記第２回転軸とが交差するように構成するのが、作動制御が容易になるので好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように構成された第１の本発明に係るプリンタによれば、移動制御装置により、保持装置およびプリンタヘッドをＸ，ＹおよびＺ軸方向に相対移動させる制御および保持装置をＸ軸およびＹ軸を中心として相対回転させる制御を行うことにより、保持装置に保持された印刷対象物の表面三次元形状に対して、プリンタヘッドを常に所定の間隔を有して所定の位置関係となるように（すなわち、プリンタヘッドから吐出されるインクを印刷対象表面に付着させて印刷を施すのに適した間隔および位置関係となるように）相対移動させることができ、このようにして相対移動させる際に、プリント制御装置によりこの移動に応じてプリンタヘッドからのインクの吐出制御を行えば、三次元形状を有した印刷対象物の表面に所望のプリントを簡単に且つ自動的に行うことができる。
【００１０】
第２の本発明に係るプリンタの場合も同様に、移動制御装置により、ベース部材上での第１支持部材のＸ軸方向の移動、第１支持部材に対する第２支持部材のＺ軸方向の移動、第２支持部材に対する第３支持部材の第１回転軸を中心とした回転、第３支持部材に対する保持装置の第２回転軸を中心とした回転および、ベース部材上でのプリンタヘッドのＹ軸方向の移動を制御することにより、保持装置に保持された印刷対象物の表面三次元形状に対して、プリンタヘッドを常に印刷を施すのに適した間隔および位置関係となるように相対移動させることができ、このようにして相対移動させる際に、プリント制御装置によりこの移動に応じてプリンタヘッドからのインクの吐出制御を行えば、三次元形状を有した印刷対象物の表面に所望のプリントを簡単に且つ自動的に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。まず、図１を参照して、本発明のプリンタ装置における保持装置により保持された印刷対象物８０と、プリンタヘッド８５との相対移動制御および印刷制御の概要を説明する。図１に示す印刷対象物８５は切頭円錐形状の部材であり、その円錐状の外表面８１にプリンタヘッド（イングジェットヘッド）８５からインクを吐出して所望の印刷を行うように構成されたプリンタの作動原理を図１を用いて説明する。
【００１２】
このプリンタは、図示しないが、印刷対象物８０を支持する支持装置を有し、この支持装置は、切頭円錐の中心軸Ｘが前後に延びるとともにこの軸Ｘを中心として回転自在（矢印Ａで示す回転）に印刷対象物８０を支持し、この状態で軸Ｘ上の点Ｏ１を通り軸Ｘと直交して左右に延びる軸Ｙを中心として印刷対象物８０が回転自在（矢印Ｂで示す回転）となるように支持し、さらに、この印刷対象物８０をＸ軸方向に沿って前後に移動（矢印Ｄ（ｘ）で示す移動）可能で且つＸ軸およびＹ軸に直交して垂直に延びるＺ軸に沿って上下に移動（矢印Ｄ（ｚ）で示す移動）可能に支持するように構成されている。このように図示しない支持装置により支持された印刷対象物８０の上方に、プリンタヘッドがＹ軸方向に移動（矢印Ｄ（ｙ）で示す移動）可能になって配設されている。なお、プリンタヘッド８１は下面に多数のインク吐出孔を有し、図示しないインク供給装置から供給されてくるインクを、プリント制御装置により各インク吐出孔毎に制御して吐出させ、印刷対象物８０の表面８１に所定の印刷を行うようになっている。
【００１３】
このように支持装置により支持された印刷対象物８０の円錐状の表面８１にプリンタヘッド８５の下面のインク吐出孔からインクを吐出して所望の印刷を行うには、インク吐出孔を印刷対象物８０の表面の印刷対象位置に所定の印刷間隔を有する接近した位置（インク吐出孔から吐出するインクを表面８１に付着させて印刷を行うのに最適な間隔を有する位置）に位置させる必要がある。さらにこのとき、印刷対象位置の表面に対してプリンタヘッド８５の下面インク吐出孔が正面を向くように、すなわち、インク吐出孔からのインクの吐出方向が表面８１に対して直交するように向ける必要がある。例えば、印刷対象物８０の表面における図示の点Ｐ０にプリンタヘッド８５からインクを吐出して印刷を行うには、点Ｐの位置における表面がプリンタヘッド８５の下面８６と所定印刷間隔だけ離れた位置まで接近させ、且つ点Ｐの位置における表面がプリンタヘッド下面８６と平行になるように位置決めする必要がある。
【００１４】
このため、図１に示すように印刷対象物８０を支持した状態から、印刷対象物８０をＸ軸方向に沿って前後に移動（矢印Ｄ（ｘ）で示す移動）させて印刷対象点Ｐ０がプリンタヘッド８５の直下位置まで移動させ、軸Ｘを中心として回転（矢印Ａで示す回転）させて印刷対象点Ｐ０を真上に位置させ、軸Ｙを中心として回転（矢印Ｂで示す回転）させて印刷対象点Ｐ０を通る稜線Ｌ１が水平に延びるように位置させ、プリンタヘッド８５の下面８６（のインク吐出を行うノズル孔）が印刷対象点Ｐ０の真上に位置するようにプリンタヘッド８５をＹ軸方向に移動（矢印Ｄ（ｙ）で示す移動）させ、プリンタヘッド８５の下面８６（のインク吐出を行うノズル孔）が印刷対象点Ｐ０と所定印刷距離だけ離れた接近位置に位置するようにＺ軸に沿って上方に移動（矢印Ｄ（ｚ）で示す移動）させる。なお、この移動および回転の順序は、印刷対象物８０とプリンタヘッド８５とが干渉しない限りどのような順序でも良い。
【００１５】
このようにして、プリンタヘッド８５の下面８６（のインク吐出を行うノズル孔）が印刷対象点Ｐ０と所定印刷距離だけ離れ、且つ正面を向いて対向する位置に位置した状態で、プリントヘッド８５の下面８６のノズル孔からプリント制御装置による制御に基づいてインクの吐出が行われ、点Ｐ０に対する印刷が行われる。そして、例えば、印刷対象物８０の表面における周方向に沿って印刷を行うには、印刷対象物８０の外表面における周方向に沿った点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３・・・が、プリンタヘッド８５の下面８６（のインク吐出を行うノズル孔）と所定印刷距離だけ離れて正面を向いて対向するにうに、上述した支持装置による印刷対象物８０の支持位置を変更しながら、プリント制御装置により制御してインク吐出を行わせる。
【００１６】
以上説明した作動原理に基づいて三次元プリントを行うための具体的なプリンタ装置構成を図２〜図４を参照して説明する。このプリンタ装置においては、ベース１の上に、左右一対の支持脚２ａ，２ｂおよびこれら支持脚２ａ，２ｂの上端を繋いで左右に延びた支持桁２ｃとからなる門型支持フレーム２が固設されている。また、右支持脚２ｂに隣接して操作盤６ａを有する第１制御装置６が設けられ、左支持脚２ａに隣接してメンテナンスステーション８を有する第２制御装置７が設けられている。なお、第１および第２制御装置６，７は、後述する各種部材の移動および回転作動制御を行う移動制御装置、プリンタヘッドからのインク吐出制御を行うプリント制御装置や、電源制御装置等、各種制御装置からなる。
【００１７】
支持桁２ｃの上面に前後一対の左右ガイドレール３ａ，３ｂが左右方向（Ｙ軸方向）に延びて設けられており、この上に左右に移動自在（矢印Ｄ（ｙ）方向に移動自在）にプリンタキャリッジ４が取り付けられている。このプリンタキャリッジ４を左右に移動させるために、ボールネジ機構等の送り機構が設けられており、その駆動制御によりプリンタキャリッジ４の左右方向移動を制御できるが、このような送り機構は周知なのでその構成説明は省略する。
【００１８】
プリンタキャリッジ４は左右ガイドレール３ａ，３ｂにより支持される部分から前方に延びて下方に折れ曲がるとともに前方に延びた、側面視クランク形状の部材であり、前端部４ａ上に複数のプリンタヘッドモジュール５が取り付けられている。プリンタヘッドモジュール５はインクジェットヘッドモジュールとも称され、下面に多数のインク吐出孔が形成されており、例えば、それぞれ色の異なるインクをインク吐出孔から吐出するように構成されている。このインクの吐出制御はプリント制御装置により各インク吐出孔毎になされるが、これについては従来から周知の構成であるのでその説明は省略する。なお、本明細書においては、プリンタヘッドモジュール５単体が、もしくはプリンタヘッドキャリッジ４にプリンタヘッドモジュール５が搭載されたプリンタヘッドキャリッジ４が、請求の範囲に規定するプリンタヘッドに該当する。
【００１９】
このようにプリンタヘッドモジュール５が搭載されたプリンタヘッドキャリッジ４が左右ガイドレール３ａ，３ｂ上を左右に移動可能であるが、図２に示すように、左端部に位置した状態で、メンテナンスステーション８が上動してプリンタヘッドモジュール５の下面のインク吐出孔の乾燥防止および清掃が行われるようになっている。
【００２０】
ベース１の上に、門型支持フレーム２の左右支持脚２ａ，２ｂの間位置して、前後方向（Ｘ軸方向）に延びる一対の前後ガイドレール１ａ，１ｂが設けられており、この前後ガイドレール１ａ，１ｂの上に前後に移動自在（矢印Ｄ（ｘ）方向に移動自在）に第１支持部材１０が設けられている。この第１支持部材１０を前後に移動させるために、ボールネジ機構等の送り機構が設けられており、その駆動制御により第１支持部材１０の前後方向移動を制御できるが、このような送り機構は周知なのでその構成説明は省略する。
【００２１】
第１支持部材１０の上に、垂直に起立した状態で垂直支持部材１１が固設されており、この垂直支持部材１１の前面に垂直方向（Ｚ方向）に延びる一対の上下ガイドレール１２ａ，１２ｂが設けられている。この上下ガイドレール１２ａ，１２ｂに支持されて上下に移動自在（矢印Ｄ（ｚ）方向に移動自在）に第２支持部材１５が設けられている。この第２支持部材１５を上下に移動させるために、ボールネジ機構等の送り機構が設けられており、その駆動制御により第２支持部材１５の上下方向移動を制御できるが、このような送り機構は周知なのでその構成説明は省略する。
【００２２】
第２支持部材１５の前面１５ａは、第２支持部材１５に対して定まる所定点Ｏ１（後述するように印刷対象物８０が位置し得る位置に設定された点）を通りＹ軸方向に延びる第１回転軸Ｙ０を中心とする円筒面形状に形成されており、この円筒面形状の前面１５ａに接合する円筒面形状の後面２０ａを有した第３支持部材２０が前面１５ａに沿って摺動自在に設けられている。すなわち、第３支持部材２０の後面２０ａが第２支持部材１５の前面１５ａと摺接移動可能であり、これにより、第３支持部材２０は第２支持部材１５に対して第１回転軸Ｙ０を中心として回転（矢印Ｂで示す回転）自在となって支持される。
【００２３】
このように支持した第３支持部材２０を第２支持部材１５に対して第１回転軸Ｙ０を中心として回転移動させるために、第３支持部材２０の図２における左側部の前面に第１回転軸Ｙ０を中心とした内歯車２１が形成されている。そして、第２支持部材１５の左側部の前面に駆動モータ１６が取り付けられ、この駆動モータ１６の駆動シャフトに取り付けられた駆動ピニオン１７が内歯車２１と噛合している。このため、駆動モータ１６により駆動ピニオン１７を回転駆動すれば、これに噛合する内歯車２１が回転駆動され、第３支持部材２０を第１回転軸Ｙ０を中心として回転させることができる。
【００２４】
第３支持部材２０の前面側に保持シャフト２５が前後方向（Ｘ軸方向）に延びるとともに上記所定点Ｏ１を通る第２回転軸Ｘ０を中心として回転自在に設けられて前方に突出しており、その前端に印刷対象物を保持する保持チャック２６が取り付けられている。保持シャフト２５は第３支持部材２０の内部に配設された駆動モータ（図示せず）により回転駆動制御されるようになっており、保持チャック２６は印刷対象物８０を保持可能な構成を有している。このため、保持チャック２６により印刷対象物８０を保持した状態で保持シャフト２５を回転駆動すれば、印刷対象物８０を第２回転軸Ｘ０を中心として回転させることができるようになっている。
【００２５】
これら保持シャフト２５および保持チャック２６により請求の範囲に規定する保持装置が構成される。なお、上述のように第３支持部材２０は第１回転軸Ｙ０を中心として回転自在であるため、第３支持部材２０が所定回転位置（図３に示す回転位置）に位置したときに第２回転軸Ｘ０は前後方向（Ｘ軸方向）に延びるが、第３支持部材２０の回転位置に応じて第２回転軸Ｘ０は上下に振られる。また、図示のように第１回転軸Ｙ０および第２回転軸Ｘ０はともに所定点Ｏ１を通り互いに交差しているが、これは交差せずにずれていても良い。但し、交差している方が、印刷対象物８０の位置演算が容易であり、移動制御装置による制御が簡単である。
【００２６】
以上の構成のプリンタ装置において、保持シャフト２５の回転中心となる第２回転軸Ｘ０が図１に示す作動原理構成における軸Ｘに該当し、第３支持部材２０の回転中心となる第１回転軸Ｙ０が図１の作動原理構成の軸Ｙに該当する。この第３支持部材２０を支持する第２支持部材１５は第１支持部材１０によりＺ軸方向（上下方向）に移動（矢印Ｄ（ｚ）で示す移動）可能に支持され、第１支持部材１０はベース１上にＸ軸方向（前後方向）に移動（矢印Ｄ（ｘ）で示す移動）可能に支持されている。また、プリンタヘッドは印刷対象物８０の上方においてベース１に対してＹ軸方向（左右方向）に移動（矢印Ｄ（ｙ）で示す移動）可能に支持されている。すなわち、第１図に示す作動原理と同一の作動を行うことができるように構成されている。
【００２７】
このことから分かるように図２〜図４に示す構成のプリンタ装置によれば、図１を用いて説明した作動原理に基づき、印刷対象物８０の表面８１にプリンタヘッドモジュール５の下面に形成されたインク吐出孔からインクを吐出付着させて所望の印刷を行うことができる。なお、図１においては、切頭円錐状の印刷対象物８０の円錐形状表面に印刷を行う例を示したが、印刷対象物の形状はこれに限られず、円筒面、球面を含む任意の曲面形状に対する印刷が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係るプリンタの作動原理を説明する概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るプリンタ装置の正面図である。
【図３】このプリンタ装置の側面図である。
【図４】このプリンタ装置の一部を取り出して示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  ベース                      ２  門型支持フレーム
４  プリンタキャリッジ          ５  プリンタヘッドモジュール
１０  第１支持部材              １５  第２支持部材
２０  第３支持部材              ２６  保持チャック
８０  印刷対象物
【図１】
2008114493.tif 000003
【図２】
2008114493.tif 000004
【図３】
2008114493.tif 000005
【図４】
2008114493.tif 000006