(57)【要約】【課題】印刷対象物の３次元形状表面とプリンタヘッドとの干渉を未然に回避することにより、稼動効率を高めた３次元プリンタを提供する。【解決手段】印刷対象物８０の表面８１に対してプリンタヘッド８５からインクを吐出して所定の印刷を施す３次元プリンタであって、印刷対象物を保持する保持チャック２６と、保持チャックを空間内で移動可能に支持する第１〜第３支持部材１０，１５，２０と、プリンタヘッドを保持する前端部４ａを保持チャックにより保持された印刷対象物に対して直線移動可能に支持するプリンタヘッドキャリッジ４と、発光素子８７，受光素子８９とを備えている。発光素子８７から発射された検査光８７ｂが、過度に接近した印刷対象物８０に遮られることによって受光素子８９において受光されず、プリンタ制御部によって所定の印刷が停止される。【選択図】図５
2009183803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３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印刷対象物の表面に所定の印刷を施す３次元プリンタであって、
前記印刷対象物を保持する対象物保持装置と、
前記対象物保持装置を３次元空間内において移動可能に支持する３次元移動支持装置と、
前記プリンタヘッドを保持するヘッド保持装置を、前記対象物保持装置により保持された前記印刷対象物に前記プリンタヘッドが対向する位置を通って直線移動可能に支持するヘッド移動支持装置と、
発光手段により発光された検査光を前記プリンタヘッドと前記印刷対象物の表面との間隙を通過させ、前記間隙を通過した前記検査光を受光手段により受光する光センサ装置と、
前記受光手段における受光結果に基づいて前記所定の印刷を停止させる印刷規制手段と、
前記３次元移動支持装置による前記対象物保持装置の３次元移動制御および前記ヘッド移動支持装置による前記ヘッド保持装置の直線移動制御に応じて、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３次元プリンタ。
【請求項２】
前記発光手段は、前記間隙内を前記プリンタヘッドの下面に沿って前記検査光を発射可能となって前記プリンタヘッド側に設置され、
前記受光手段は、前記間隙内を前記プリンタヘッドの下面に沿って進行する前記検査光を受光可能となって前記プリンタヘッド側に設置されており、
前記印刷規制手段は、前記プリンタヘッドの下面に沿って進行する前記検査光を前記印刷対象物等が遮ることによって、前記受光手段において前記検査光が受光されないときに前記所定の印刷を停止させることを特徴とする請求項１に記載の３次元プリンタ。
【請求項３】
前記光センサ装置は、
前記発光手段から発射された前記検査光を入射させて、前記間隙内を前記プリンタヘッドの下面に沿って反射させる第１反射面を備えて前記プリンタヘッドの第１側面の下端部に配設された第１反射部材と、
前記第１反射面において反射されて前記間隙内を前記プリンタヘッドの下面に沿って進行する前記検査光を入射させて、前記受光手段に向けて反射させる第２反射面を備えて前記プリンタヘッドの第２側面の下端部に配設された第２反射部材とを備えていることを特徴とする請求項２に記載の３次元プリンタ。
【請求項４】
前記発光手段は、前記間隙内を前記プリンタヘッドの下面に対して斜め下方に前記検査光を発射可能となって前記プリンタヘッド側に設置され、
前記受光手段は、前記プリンタヘッドの下面に対して所定接近距離に接近した前記印刷対象物等の表面において反射する前記検査光を受光可能となって前記プリンタヘッド側に設置されており、
前記印刷規制手段は、前記受光手段において前記検査光が受光されたときに前記所定の印刷を停止させることを特徴とする請求項１に記載の３次元プリンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３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３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装置は従来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２次元の印刷を行うものであったが、最近において３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。さらには、この３次元形状の表面に凹凸形状が形成されているものも存在し、このような印刷対象物に対してプリンタヘッドと印刷対象物とを相対移動させながら印刷を行う際に、凹凸形状によってはプリンタヘッドと印刷対象物の表面とが干渉するという課題があった。
【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、印刷対象物の３次元形状表面とプリンタヘッドとの干渉を未然に回避することにより、稼動効率を高めた３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】
前記課題を解決するために本発明に係る３次元プリンタは、３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印刷対象物の表面に所定の印刷を施す３次元プリンタであって、前記印刷対象物を保持する対象物保持装置と、前記対象物保持装置を３次元空間内において移動可能に支持する３次元移動支持装置と、前記プリンタヘッドを保持するヘッド保持装置を、前記対象物保持装置により保持された前記印刷対象物に前記プリンタヘッドが対向する位置を通って直線移動可能に支持するヘッド移動支持装置と、発光手段により発光された検査光を前記プリンタヘッドと前記印刷対象物の表面との間隙を通過させ、前記間隙を通過した前記検査光を受光手段により受光する光センサ装置と、前記受光手段における受光結果に基づいて前記所定の印刷を停止させる印刷規制手段と、前記３次元移動支持装置による前記対象物保持装置の３次元移動制御および前記ヘッド移動支持装置による前記ヘッド保持装置の直線移動制御に応じて、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】
上記構成の３次元プリンタにおいて、前記発光手段は、前記間隙内を前記プリンタヘッドの下面に沿って前記検査光を発射可能となって前記プリンタヘッド側に設置され、前記受光手段は、前記間隙内を前記プリンタヘッドの下面に沿って進行する前記検査光を受光可能となって前記プリンタヘッド側に設置されている。そして、前記印刷規制手段は、前記プリンタヘッドの下面に沿って進行する前記検査光を前記印刷対象物等が遮ることによって、前記受光手段において前記検査光が受光されないときに前記所定の印刷を停止させる構成が好ましい。
【０００８】
また、上記構成の３次元プリンタにおいて、前記光センサ装置は、前記発光手段から発射された前記検査光を入射させて、前記間隙内を前記プリンタヘッドの下面に沿って反射させる第１反射面を備えて前記プリンタヘッドの第１側面の下端部に配設された第１反射部材と、前記第１反射面において反射されて前記間隙内を前記プリンタヘッドの下面に沿って進行する前記検査光を入射させて、前記受光手段に向けて反射させる第２反射面を備えて前記プリンタヘッドの第２側面の下端部に配設された第２反射部材とを備えていることが好ましい。
【０００９】
さらに、上記構成の３次元プリンタにおいて、前記発光手段は、前記間隙内を前記プリンタヘッドの下面に対して斜め下方に前記検査光を発射可能となって前記プリンタヘッド側に設置され、前記受光手段は、前記プリンタヘッドの下面に対して所定接近距離に接近した前記印刷対象物等の表面において反射する前記検査光を受光可能となって前記プリンタヘッド側に設置されている。そして、前記印刷規制手段は、前記受光手段において前記検査光が受光されたときに前記所定の印刷を停止させる構成が好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に関する３次元プリンタによれば、発光手段により発光された検査光を、プリンタヘッドと印刷対象物の表面との間隙を通過させ、間隙を通過した検査光を受光手段により受光する光センサ装置が備えられている。さらに、この受光手段における受光結果（検査光を受光したか否か）に基づいて、印刷対象物への所定の印刷を停止させる印刷規制手段を有している。この構成により、受光手段における受光結果からプリンタヘッドの下面と印刷対象物の表面とが過度に接近していることを検知可能で、過度に接近していると検知した場合には、印刷規制手段を作動させることにより所定の印刷を停止させて、プリンタヘッドと印刷対象物との干渉を未然防止可能となっている。そのため、３次元プリンタの故障を減少させてメンテナンスのための稼働停止時間を減少させることが可能で、３次元プリンタの稼動効率を高めることができる。
【００１１】
また、発光手段は間隙内をプリンタヘッドの下面に沿って検査光を発射し、受光手段は間隙内をプリンタヘッドの下面に沿って進行する検査光を受光するように配置された構成が好ましい。このように構成された場合には、プリンタヘッドの下面と印刷対象物の表面とが過度に接近すると、印刷対象物がプリンタヘッドの下面に沿って進行する検査光を遮って、受光手段において検査光が受光されなくなる。よって、プリンタヘッドと印刷対象物とが過度に接近している状態を確実に検知することができ、印刷規制手段の作動精度をさらに高めることが可能となる。また、プリンタヘッドの下面と検査光との距離を任意に設計変更可能な構成となっており、印刷対象物の表面状態（凹凸の大きさ等）に応じてこの距離を変更することにより、種々の印刷対象物に対して印刷規制手段を作動させながら印刷可能となる。
【００１２】
光センサ装置は、検査光が発光手段から発射されて受光手段において受光される間の光路中に反射部材を有した構成が好ましい。このように構成された場合には、発光手段および受光手段を必ずしもプリンタヘッドの下端近傍に設置する必要はなく、発光手段および受光手段を自由に配置可能となる。
【００１３】
さらに発光手段は、間隙内をプリンタヘッドの下面に対して斜め下方に検査光を発射し、受光手段はプリンタヘッドの下面に対して所定接近距離に接近する印刷対象物の表面において反射する検査光を受光するような構成が好ましい。このように構成された場合には、受光手段による検査光の発光方向、および受光手段の検査光の受光方向を任意に設計変更可能となっており、印刷対象物の表面状態（凹凸の大きさ等）に応じてこれらの方向を変更することにより、種々の印刷対象物に対して印刷規制手段を作動させながら印刷可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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、実施例１および実施例２を挙げて説明する。まず、図１に示す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。ここで、印刷対象物８０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（インクジェットヘッド）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について説明する。
【００１５】
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を支持するように構成されている。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）となるように支持されている。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８５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８５は下面８６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。
【００１６】
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に対して、プリンタヘッド８５の下面８６に形成されたインク吐出孔から、インクを吐出して所望の印刷を行う。このとき、インク吐出孔を印刷対象物８０の表面８１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、印刷対象位置の表面８１に対して、プリンタヘッド８５の下面に形成された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８１における、図示の印刷対象点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、印刷対象点Ｐ０の位置における表面８１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、且つ印刷対象点Ｐ０の位置における表面８１が、プリンタヘッドの下面８６と平行になるように位置決めする必要がある。
【００１７】
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る。そして、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る。そして、プリンタヘッド８５の下面８６（のインク吐出孔）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）させる。そして、プリンタヘッド８５の下面８６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。
【００１８】
このようにして、プリンタヘッド８５の下面８６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において、プリンタヘッド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８１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と所定印刷距離だけ離れて正面を向いて対向するように、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。こうすることにより、点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３・・・が、プリンタヘッド８５の下面８６と所定印刷距離だけ離れて正面を向いて対向することが可能となり、点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３・・・に対して所望の印刷が行われる。
【実施例１】
【００１９】
以上説明した作動原理に基づいて、実施例１に係る３次元プリントを行うための具体的なプリンタ装置３０の構成を、図２〜図５を参照しながら説明する。
【００２０】
プリンタ装置３０は、図２に示すように、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および電源制御装置等の、各種制御装置からなる。
【００２１】
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。
【００２２】
プリンタキャリッジ４は、図３に示すように、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る。このプリンタキャリッジ４の前端部４ａ上に対して、複数のプリンタヘッドモジュール８５が取り付けられている。プリンタヘッドモジュール８５は、インクジェットヘッドモジュールとも称され、下面８６に多数のインク吐出孔（図示せず）が形成されており、例えば、それぞれ異なる色の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。また、本明細書において、プリンタヘッドモジュール８５の詳細な形状説明は省略するとともに、模式的に略直方体に示す。
【００２３】
プリンタヘッドモジュール８５の下端部近傍には、図５に示すように、発光素子８７、左右一対となった反射プリズム８８ａ，８８ｂ、および受光素子８９が配設されている。発光素子８７は、発光素子（図示せず）を有し、発光素子が発光することにより検査光８７ａを発射するように構成されており、プリンタヘッドモジュール８５の側面に設置されて、下方に向けて検査光８７ａを発射可能となっている。反射プリズム８８ａ，８８ｂは、入射光を反射面８８ｃ，８８ｄにおいて反射させて９０度だけ方向を変えて出射させるようになっている。また、反射プリズム８８ａ，８８ｂは、プリンタヘッドモジュール８５の互いに対向する側面の下端部に設置されるとともに、その一部が下面８６よりも下方に突出するように設置されている。そのため、反射プリズム８８ａの反射面８８ｃにおいて反射された検査光８７ｂは、下面８６から下方に限界距離ｄ２の位置を、下面８６に沿うように反射プリズム８８ａから反射プリズム８８ｂへと向かって進行する。なお、インク吐出孔からインクを吐出させても検査光８７ｂの進行の妨げとはならないように、発光素子８７、反射プリズム８８ａ，８８ｂ、および受光素子８９が、プリンタヘッドモジュール８５に取付けられている。
【００２４】
受光素子８９は、発光素子８７から発射された後、反射プリズム８８ａ，８８ｂの反射面８８ｃ，８８ｄによって反射された検査光８７ｃを受光可能な受光部（図示せず）を有して構成されている。そして、受光素子８９は、その受光部が下方に向くようにしてプリンタヘッドモジュール８５の側面に設置されており、反射プリズム８８ｂの反射面８８ｄによって反射されることによって、上方に向けて進行する検査光８７ｃを受光可能となっている。また、受光素子８９は、印刷中において検査光８７ｃを受光しているとの信号（受光信号）、もしくは受光していないとの信号（遮断信号）を、後述するプリンタ制御部（図示せず）に対して連続的に出力する構成となっている。プリンタ制御部は、受光素子８９からの信号を連続的に入力し、受光信号が入力されている間は作動規制を行わず、一方で遮断信号が入力されると、例えばプリンタ装置３０の作動規制（例えば、インク吐出を含めたすべての駆動を緊急停止させる）を行うように構成されている。
【００２５】
前端部４ａは、プリンタヘッドモジュール８５の下面８６と対向する部分が上下に開口しており、下面８６に形成されたインク吐出孔から前端部４ａの下方に位置する印刷対象物８０に向けてインクが吐出されることにより、所望の印刷が行われる。なお、このインクの吐出制御は、プリント制御装置によりインク吐出孔毎になされるが、この制御は周知なので説明は省略する。このようにプリンタヘッドモジュール８５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８５の下面８６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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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）自在に支持される。
【００２９】
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。
【００３０】
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ための保持チャック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。
【００３１】
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。
【００３２】
以上の構成のプリンタ装置３０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８５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）可能に支持されており、すなわち、図１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。
【００３３】
なお、本明細書における前端部４ａが、請求の範囲に規定するヘッド保持装置に該当し、同様に、プリンタヘッドキャリッジ４がヘッド移動支持装置、プリンタヘッドモジュール８５がプリンタヘッドおよび回転軸Ｚ２が第１首振り軸にそれぞれ該当する。また、本明細書における保持シャフト２５および保持チャック２６により、請求の範囲に規定する対象物保持装置が構成される。本明細書における第１支持部材１０、第２支持部材１５および第３支持部材２０を主体として、請求の範囲に規定する３次元移動支持装置が構成される。
【００３４】
以上ここまでは、プリンタ装置３０の構成部材について説明したが、以下において、上記のプリンタ装置３０を用いて、印刷対象物８０に所望の印刷を行うときの各構成部材の作動について説明する。ここで、本発明の特徴構成を分かりやすく説明するために、プリンタヘッドモジュール８５、発光素子８７、受光素子８９および保持チャック２６に保持された印刷対象物８０の作動を中心に説明する。
【００３５】
図１に示すような作動原理に基づき、印刷対象物８０の表面８１における周方向に沿って印刷を行う場合には、印刷を行う前段階として、例えば各移動制御装置が原点に位置した状態において、印刷対象物８０の表面８１の形状データを取得し、取得された形状データがプリンタ装置３０の演算処理部（図示せず）に記憶されている。また、各移動制御装置が駆動した場合にもその駆動量を検出することにより、印刷対象物８０の表面８１の各位置を算出できる構成となっている。ここで、各移動制御装置を駆動させて、印刷対象点Ｐ０がプリンタヘッドモジュール８５の直下に位置するように移動させる。
【００３６】
このとき、上記形状データより印刷対象点Ｐ０の位置が算出され、図５に示すように、表面８１上の印刷対象点Ｐ０と、プリンタヘッドモジュール８５の下面８６とが、所定印刷距離ｄ１だけ離れた接近位置に位置するように各移動制御装置を駆動させる。上記接近位置への移動が完了すると、発光素子８７より検査光８７ａが連続的に発射され、反射プリズム８８ａ，８８ｂの反射面８８ｃ，８８ｄによって反射された検査光８７ｃが、受光素子８９において受光される。そしてプリンタヘッドモジュール８５の下面８６からインクを吐出させて、印刷対象点Ｐ０に対して所望の印刷が行われるが、このとき、限界距離ｄ２＜所定印刷距離ｄ１となっているために検査光８７ｂは表面８１によって遮られることがなく、常に検査光８７ｃが、受光素子８９において受光される。よって、この印刷の間、受光素子８９はプリンタ制御部に対して受光信号を出力し続け、作動規制が行われることなく所望の印刷が行われる。
【００３７】
その後、第２回転軸Ｘ０を中心として印刷対象物８０が回転されることにより、次に印刷を行う印刷対象点Ｐ１を下面８６の下方に位置させる。ここで印刷対象点Ｐ１は、２点破線で示された断面視凸形状の表面８１ａの頂点に位置するとともに、印刷対象点Ｐ１は下面８６に対して限界距離ｄ２よりも接近している。そのため、検査光８７ｂは印刷対象点Ｐ１によって遮れ、受光素子８９において検査光８７ｃが受光されないことによって、受光素子８９からプリンタ制御部に対して遮断信号が出力される。すると、プリンタ制御部はプリンタ装置３０に対して作動規制を行うことによってすべての駆動を停止させ、プリンタヘッドモジュール８５が印刷対象物８０と干渉して破損することを未然に防止できる。このように、プリンタヘッドモジュール８５と印刷対象物８０との干渉を防止しながら、印刷対象物８０に対して所望の印刷が行われる。
【００３８】
ここで、第１の実施例に係るプリンタ装置３０の効果について簡単にまとめると、第１に、プリンタヘッドモジュール８５と印刷対象物８０とが、干渉して破損することが未然に防止できるので、プリンタ装置３０の故障を減少させメンテナンスのためのプリンタ装置３０の稼働停止時間を減少させることができ、よって、プリンタ装置３０の稼動効率を高めることができる。第２に、発光素子８７、反射プリズム８８ａ、８８ｂおよび受光素子８９を配設するという簡素な構成によって、印刷対象物８０が下面８６に過度に接近していることを高精度に検知することが可能となっている。第３に、発光素子８７から連続的に発射される検査光を用いて、受光素子８９においてこの検査光が受光されるか否かによって、印刷対象物８０が下面８６に過度に接近していることを検知する構成より、上記過度に接近していることが検知されてからプリンタ装置３０に対して作動規制を行うまでのタイムラグはほとんどなく、プリンタヘッドモジュール８５と印刷対象物８０との干渉を確実に回避できる。
【実施例２】
【００３９】
図２〜図４および図６に、第２の実施例に係るプリンタ装置４０を示す。このプリンタ装置４０は、第１の実施例に係るプリンタ装置３０とほぼ同一構成となっており、以下においてプリンタ装置３０と異なる構成部分を中心に説明する。なお、プリンタ装置３０と同一番号が付された部材は上述の第１の実施例で説明した通りであり、上述のプリンタの作動原理に基づいて印刷を行う構成となっている。
【００４０】
プリンタヘッドモジュール８５の下端部近傍には、図６に示すように、一対となった発光素子９０および受光素子９１が配設されている。発光素子９０は、発光素子（図示せず）を有し、発光素子が発光することにより検査光９０ｂ（９０ｃ）を発射するように構成されている。また、発光素子９０は、プリンタヘッドモジュール８５の下端部に設置されるとともに、発光部９０ａが下面８６よりも下方に突出するように設置されており、この発光部９０ａから斜め下方に向けて検査光９０ｂ（９０ｃ）を発射可能となっている。受光素子９１は、発光素子９０と同様に、プリンタヘッドモジュール８５の下端部に設置されるとともに、受光部９１ａが下面８６よりも下方に突出するように設置されており、この受光部９１ａにおいて検査光を受光可能となっている。
【００４１】
ここで、下面８６から下方に限界距離ｄ４以下にとなるように表面８１が接近すると、検査光９０ｂは表面８１において反射し、検査光９０ｂの反射光である検査光９０ｄが受光部９１ａにおいて受光される。また、受光素子９１は、検査光９０ｄの受光状態に応じて受光信号もしくは遮断信号をプリンタ制御部（図示せず）に連続的に出力するように構成されている。具体的には、受光部９１ａで検査光９０ｄが受光されていない状態においては、受光素子９１はプリンタ制御部に遮断信号を出力し、一方で、受光部９１ａで検査光９０ｄが受光されている状態においては、受光素子９１はプリンタ制御部に受光信号を出力する構成となっている。
【００４２】
そして、プリンタ制御部は、遮断信号が入力されている間においてはプリンタ装置４０の作動規制を行わず、一方で、受光信号が入力されるとプリンタ装置４０の作動規制（例えば、インク吐出を含めたすべての駆動を緊急停止させる）を行うように構成されている。なお、インク吐出孔からインクを吐出させても検査光９０ｂ，９０ｃ，９０ｄの進行の妨げとはならないように、発光素子９０および受光素子９１がプリンタヘッドモジュール８５に取付けられている。
【００４３】
以上ここまでは、プリンタ装置４０のプリンタヘッド部分の構成について説明したが、以下において、上記のプリンタ装置４０を用いて印刷対象物８０に所望の印刷を行うときの各構成部材の作動について説明する。ここで、本発明の特徴構成を分かりやすく説明するために、プリンタヘッドモジュール８５、発光素子９０、受光素子９１および保持チャック２６に保持された印刷対象物８０の作動を中心に説明する。
【００４４】
上述のプリンタの作動原理に基づき、印刷対象物８０の表面８１における周方向に沿って印刷を行う場合には、上記第１実施例と同様に、印刷対象物８０の表面８１の形状データを取得した上で、各移動制御装置を駆動させて、印刷対象点Ｐ０がプリンタヘッドモジュール８５の直下に位置するように移動させる。図６に示すように、表面８１上の印刷対象点Ｐ０と、プリンタヘッドモジュール８５の下面８６とが、所定印刷距離ｄ１だけ離れた接近位置に位置するように各移動制御装置を駆動させる。上記接近位置への移動が完了すると、発光素子９０より検査光９０ｃが連続的に発射されるとともに、限界距離ｄ４＜所定印刷距離ｄ１となっているため、表面８１における検査光９０ｃの反射光は受光素子９１の受光部９１ａにおいて受光されない。そして、プリンタヘッドモジュール８５の下面８６からインクを吐出させて、印刷対象点Ｐ０に対して所望の印刷が行われるが、このとき、受光素子９１からプリンタ制御部に遮断信号が連続的に出力されており、作動規制が行われることなく所望の印刷が行われる。
【００４５】
その後、第２回転軸Ｘ０を中心として印刷対象物８０が回転されることにより、次に印刷を行う印刷対象点Ｐ１を下面８６の下方に位置させる。ここで印刷対象点Ｐ１は、２点破線で示された断面視凸形状の表面８１ｂの頂点に位置するとともに、印刷対象点Ｐ１は下面８６に対して限界距離ｄ４よりも接近している。そのため、検査光９０ｂは印刷対象点Ｐ１によって反射するとともに、検査光９０ｄが受光部９１ａにおいて受光され、受光素子９１からプリンタ制御部に対して受光信号が出力される。このとき、プリンタ制御部はプリンタ装置４０に対して作動規制を行うことによってすべての駆動を停止させて、プリンタヘッドモジュール８５が印刷対象物８０と干渉して破損することを未然に防止できる。このように、プリンタヘッドモジュール８５と印刷対象物８０との干渉を防止しながら、印刷対象物８０に対して所望の印刷が行われる。
【００４６】
ここで、第２の実施例に係るプリンタ装置４０の効果について簡単にまとめると、第１の実施例に係る効果に加えて、第１に、発光素子９０および受光素子９１を用いて構成され、第１の実施例と比較してもさらに簡素な部材構成となっており、コスト低減に対して有利な構成となっている。第２に、発光素子９０，受光素子９１のプリンタヘッドモジュール８５に対する取付け位置、および発光部９０ａ，受光部９１ａの傾斜角度を変更することで限界距離ｄ４が可変となっており、種々の大きさの凹凸形状が形成された印刷対象物８０に対して適応可能となっている。
【００４７】
上述の第１および第２の実施例において示す構成は、プリンタヘッドモジュール８５と印刷対象物８０との干渉を防止するための構成例であって、この構成に限定されるものではない。つまり、発光素子および受光素子を用いることにより、プリンタヘッドモジュール８５に対して印刷対象物８０が、限界距離よりも接近することを防止可能に構成されていれば良い。
【００４８】
上述の第１および第２の実施例において、例えばプリンタヘッドモジュール８５の下面８６に、表面８１と下面８６との距離を連続検出可能である距離検出器（図示せず）を設置する構成も可能である。この距離検出器において検出された距離および取得された表面８１の形状データに基づいて、各移動制御装置が駆動されるように構成することで、プリンタヘッドモジュール８５と印刷対象点との相対位置精度をさらに高めることができ、高品質な印刷が可能となる。
【００４９】
上述の第１および第２の実施例において、プリンタ制御部は遮断（受光）信号が入力されると、プリンタ装置３０（４０）全体の駆動を緊急停止させるように構成されているが、この構成に限定されず、所定の一部の駆動装置（構成部分）のみを緊急停止させるように構成することも可能である。
【００５０】
上述の第１および第２の実施例において、下面８６に対して印刷対象物８０が過度に接近したときに、プリンタ装置３０（４０）全体の駆動を緊急停止させるように構成されているが、印刷対象物８０以外の物体、例えばプリンタ装置３０（４０）の構成部材が、下面８６に対して過度に接近したときにも同様に、緊急停止させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【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】本発明に係るプリンタ装置を示した正面図である。
【図３】このプリンタ装置の側面図（一部断面図）である。
【図４】このプリンタ装置の一部を取り出して示した斜視図である。
【図５】第１実施例の構成を示した側面図である。
【図６】第２実施例の構成を示した側面図である。
【符号の説明】
【００５２】
４  プリンタヘッドキャリッジ（ヘッド移動支持装置）
４ａ  前端部（ヘッド保持装置）
１０  第１支持部材（３次元移動支持装置）
１５  第２支持部材（３次元移動支持装置）
２０  第３支持部材（３次元移動支持装置）
２５  保持シャフト（対象物保持装置）
２６  保持チャック（対象物保持装置）
３０  プリンタ装置（３次元プリンタ）
８０  印刷対象物
８５  プリンタヘッドモジュール（プリンタヘッド）
８７，９０  発光素子（発光手段）
８８ａ，８８ｂ  反射プリズム（第１反射部材，第２反射部材）
８８ｃ，８８ｄ  反射面（第１反射面，第２反射面）
８９，９１  受光素子（受光手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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