JP2024108552A - インクジェット装置を用いた印刷方法及びインクジェット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】３次元のワークに、効率的に印刷を行うことができる、インクジェット装置を用いた印刷方法及びインクジェット装置を提供すること。【解決手段】本開示の印刷方法は、曲面を含む印刷面の３Ｄデータを取得するステップと、印刷画像を取得するステップと、前記３Ｄデータと前記印刷画像とから、前記印刷面への印刷領域を決定するステップと、印刷時にインクジェットヘッドが通る経路を決定するステップと、前記経路のデータに基づいて、印刷を実行するステップと、を含み、前記経路を決定するステップでは、少なくとも、前記印刷面と前記インクジェットヘッドとの距離を表す情報に基づいて、前記経路を決定する。【選択図】図３５

Description

本開示は、曲面を有する３次元の印刷対象物（以下これを「ワーク」と呼ぶ）に対してインクを塗布する際に、曲面の形状に応じた塗布制御を行う、インクジェット装置を用いた塗布方法及びインクジェット装置に関する。

従来、ワークの曲面の形状に応じた塗布制御を行う技術として、特許文献１等に記載されたものがある。特許文献１には、湾曲した領域に、インク滴の密度を変化させて塗布することで、曲面に起因する印刷像の視覚的な変化を抑える方法が記載されている。特許文献１では、曲面の形状、及び、インクジェットヘッドと対象物との相対速度などに応じて、インク滴の吐出密度を変化させることが記載されている。

特許第６８３５６１６号公報

ところで、曲面を有する３次元のワークに所望の画像を印刷するにあたっては、特許文献１に記載されたようなインク滴の吐出密度の制御以外にも様々な課題がある。このような様々な課題が生じる原因は、３次元のワークは、機能性やデザイン性の観点から形状が決定されており、一様な曲率で形成されていることは少なく、印刷に適した曲率で形成されているとは限らないからである。

そのため、インクジェットで印刷したい領域に、印刷を行うためには一様な変化でない曲率を考慮した印刷方法が必要であるが、一様でない曲率に対して、どのように印刷を行うのかについては、これまで十分な検討がなされていなかった。

本開示は、以上の点を考慮してなされたものであり、３次元のワークに、効率的に印刷を行うことができる、インクジェット装置を用いた印刷方法及びインクジェット装置を提供する。

本開示のインクジェット装置を用いた印刷方法の一つの態様は、
曲面を含むワークに対する、インクジェット装置の印刷方法であって、
前記曲面を含む印刷面の３Ｄデータを取得するステップと、
印刷画像を取得するステップと、
前記３Ｄデータと前記印刷画像とから、前記印刷面への印刷領域を決定するステップと、
印刷時にインクジェットヘッドが通る経路を決定するステップと、
前記経路のデータに基づいて、印刷を実行するステップと、
を含み、
前記経路を決定するステップでは、
少なくとも、前記印刷面と前記インクジェットヘッドとの距離を表す情報に基づいて、前記経路を決定する。

本開示のインクジェット装置の一つの態様は、
曲面を有するワークに対して液滴を吐出することで所定の画像を印刷するインクジェット装置であって、
前記ワークの表面に液滴を吐出するインクジェットヘッドを有する印刷ユニットと、
前記ワークの姿勢を調整するワーク駆動ユニットと、
前記印刷ユニット及び前記ワーク駆動ユニットを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
少なくとも、前記ワークの印刷面と前記インクジェットヘッドとの距離を表す情報に基づいて、印刷時にインクジェットヘッドが通る前記印刷面上の経路を決定する。

本開示によれば、３次元のワークに、効率的に印刷を行うことができる、インクジェット装置を用いた印刷方法及びインクジェット装置を実現できる。

インクジェットヘッドを下方から見た平面図 ノズルからの液滴の飛翔を示した図 ワークの面が上に凸の形状である場合における塗布幅の説明に供する図 ワークの面が上に凸の形状である場合における塗布幅の説明に供する図 ワークの面が下に凸の形状である場合における塗布幅の説明に供する図 ワークの面が下に凸の形状である場合における塗布幅の説明に供する図 ワークの面が上に凸の形状である場合における、面の曲率半径と塗布幅との関係を示すグラフ ワークの面が下に凸の形状である場合における、面の曲率半径と塗布幅との関係を示すグラフ 凸形状曲面の一部への経路データの作成方法の一例を示す図 凸形状曲面の一部への経路データの作成方法の一例を示す図 凸形状曲面の一部への経路データの作成方法の別の例を示す図 凸形状曲面の一部への経路データの作成方法の別の例を示す図 仮想経路を曲面に投影した状態を示す斜視図 凸形状曲面への経路データの作成方法の例を示す図 凸形状曲面への経路データの作成方法の例を示す図 １番最初の経路線に、最大塗布幅の条件を与える例の説明に供する図 １番最初の経路線に、最大塗布幅の条件を与える例の説明に供する図 ヘッドが、曲面に対してヘッド近接距離の条件を与える例を示す図 インクジェット装置が、曲面に対してインク到達距離の条件を与える例を示す図 曲面上の基準経路に沿ってインク到達領域を作成する例を示す図 曲面上の基準経路に沿ってインク到達領域を作成する例を示す図 基準経路に作成したインク到達領域が、外れていないか判定する例を示す図 基準経路上で作成した経路上に軌跡を作成した様子の一例を示した図 基準経路上で作成した経路上に軌跡を作成した様子の一例を示した図 基準経路の隣の経路の作成の説明に供する図 基準経路の隣の経路の作成の説明に供する図 基準経路の隣で、曲面上の基準経路に沿ってインク到達領域を作成する例を示した図 基準経路の隣で、曲面上の基準経路に沿ってインク到達領域を作成する例を示した図 基準経路の隣で、基準経路に作成したインク到達領域が、外れていないか判定をする例の説明に供する図 基準経路の隣で、作成した経路上に軌跡を作成する例を示した図 自由曲線で表現されている経路を、印刷の解像度のピッチ、もしくはそれの倍数の数字で分割する例を示す図 経路と軌跡とを示す図 スムージング処理を行った例を示す図 実施の形態のインクジェット装置の構成例を示す概略図 実施の形態の動作の説明に供するフローチャート 経路データ作成ステップにおいて実行される処理の説明に供するフローチャート

＜１＞本開示に至った知見
実施の形態を詳細に説明する前に、本開示に至った発明者らによる知見について説明する。

図１は、インクジェットヘッド（以下これを単に「ヘッド」と呼ぶ）１０を下方（－Ｚ方向）から見た平面図である。ヘッド１０は複数のノズル１１を有する。複数のノズル１１は、ピッチａの間隔でノズル配列方向（Ｙ方向）に配列されている。ここで、ノズル配列方向の中心をヘッド中心Ｃ０、ノズル配列方向での両端のノズル１０間の距離を最大塗布幅Ｗ０と定義する。また、ヘッド１０のＸ方向のサイズをｘ０、Ｙ方向のサイズをｙ０とする。ここで、Ｘ方向は、印刷における走査方向である。なお、本実施の形態の場合、ヘッド中心とは、より厳密には、Ｙ方向及びＸ方向の中心（換言すれば、図１におけるｘ０とｙ０の交点）である。

図２は、ノズル１１からの液滴１２の飛翔を示した図ある。ノズル１１から吐出された液滴１２は速度ｖで飛翔する。ノズル１２は液滴１２を真下（－Ｚ方向）に吐出するように設計されているが、飛翔空間での気流や、ノズル１１からの僅かな吐出方向のずれに起因して、飛翔距離が長くなるほど、着弾位置がＸＹ方向にずれる傾向にある。例えば飛翔距離が、３ｍｍを超えると液滴１２の位置ズレが数１００μｍ程度となり、印刷像ににじみやかすれなどが生じる。よって、実施の形態では、着弾位置のずれが許容できる飛翔距離の範囲を、許容到達距離Ｌ１として設定する。実施の形態では、許容到達距離Ｌ１は、例えば２．５ｍｍに設定される。

図３及び図４は、ヘッド１０に対向するワーク２０の曲面が上に凸の形状である場合における塗布幅Ｗ１の説明に供する図である。図３は曲面の曲率半径が大きい場合、図４は面２０の曲率半径が小さい場合を示す。

図３に示したように、曲面の曲率半径が大きい場合には、ノズル１１からの距離が許容到達距離Ｌ１以内の範囲が広いので、塗布幅Ｗ１が広くなる。一方、図４に示したように、曲面の曲率半径が小さい場合には、ノズル１１からの距離が許容到達距離Ｌ１以内の範囲が狭く、塗布幅Ｗ１が狭くなる。

図５及び図６は、ヘッド１０に対向するワーク２０の曲面が下に凸の形状である場合における塗布幅Ｗ１の説明に供する図である。図５は曲面の曲率半径が小さい場合、図６は面２０の曲率半径が大きい場合を示す。

図５に示したように、曲面の曲率半径が小さい場合には、ノズル１１からの距離が許容到達距離Ｌ１以内の範囲は、ノズル配列の両端近傍に塗布幅Ｗ１で現れる。一方、図６に示したように、面２０の曲率半径が大きい場合には、ノズル１１からの距離が許容到達距離Ｌ１以内の範囲が広く、塗布幅Ｗ１が広くなる。

ここで注意する点は、上に凸の面に対してはヘッドが最も接近するのはヘッド１０の中心であり、一方、下に凸の面に対してはヘッド１０が最も接近するにはヘッドの両端である可能性が高いことである。よって、ヘッドと印刷面の接触を回避しつつ、ヘッドと印刷面との距離を一定に保つためには、上に凸の面に対してはヘッドの中心から面までの距離を基準とし、一方、下に凸の面に対してはヘッドの両端から面までの距離を基準とすることが好ましい。以下、ヘッドが最も接近する距離を、「ヘッド近接距離」と呼ぶ。

図７は、ワーク２０の曲面が上に凸の形状である場合における、曲面の曲率半径と塗布幅Ｗ１との関係を示すグラフである。曲率半径が大きくなるにつれて塗布幅Ｗ１は大きくなっていき、曲面がほぼ平面となったときに塗布幅Ｗ１は最大塗布幅Ｗ０となる。

図８は、曲面が下に凸の形状である場合における、曲面の曲率半径と塗布幅Ｗ１との関係を示すグラフである。曲率半径がある値になるまでは（換言すれば、曲面がほぼ平坦になるまでは）塗布幅Ｗ１はほとんど０に近く、曲率半径がある値になると塗布幅Ｗ１は急激に大きくなる。

ここで、ヘッド近接距離と許容到達距離Ｌ１とを設定することで、印刷できる曲率半径（曲率）と塗布幅Ｗ１を計算することが可能である。

本開示の発明者らは、このような知見に基づき、ワーク２０の印刷面の曲率と、印刷面からヘッド１０までの距離と、塗布幅Ｗ１との関係とに基づいて、印刷時にヘッド１０が通る経路を決定すれば、曲面を有する３次元のワーク２０に効率的に印刷を行うことができると考え、本開示に至った。

＜２＞経路についての考察
ここでは、ワーク２０の表面に印刷のための経路を作成する方法について説明する。経路とは、ヘッド１０が印刷時にワーク２０の曲面と一定の距離を保って相対的に移動する際に、ヘッド１０が通る軌跡の基となる、曲面上の曲線で表現されるものである。逆に軌跡とは、この経路を基にヘッド１０が曲面と一定の間隔（ヘッド近接距離）を保って、相対的に移動する曲線で表現できる。

同じ形状の曲面に対しても、経路の作成方法は複数ある。その方法を順に示す。

図９及び図１０は、凸形状の曲面の一部への経路データの作成方法の一例を示す図である。ここで説明する方法はワーク２０の曲面に対して、直線の経路４０及び軌跡５０を作成する方法である。また、図９及び図１０の方法は、３Ｄ（三次元）モデリングで経路４０を作成する一例を示している。

図９に示したように、印刷したい３Ｄのワーク２０の印刷領域３０の表面に相対する位置に１本の直線で軌跡５０を作成する。軌跡５０は経路４０を基に作成される。軌跡５０は、ヘッド１０の吐出面の中心が、印刷領域３０の表面とある距離（ヘッド近接距離ｄ）を保ち相対的に移動する線である。例えば、図１０に示す例では、印刷したい曲面に対して、その印刷領域３０の中心部分から、法線方向に作成した平面上に経路４０が直線で存在しており、さらに平面を法線方向に離した位置に軌跡５０が存在する。印刷したい画像がヘッド１０の塗布幅（印刷領域３０の幅）内に収まらない場合は、最初に作成した直線の経路４０に対して、次の経路４０を平面上で隣接して作成する。

図１１及び図１２は、凸形状の曲面の一部への経路データの作成方法の別の例を示す図である。ここで説明する方法は経路を曲面に沿って曲線で作成する方法である。図１１及び図１２の方法は、３Ｄモデリングで経路を作成する一例を示す。

図１１及び図１２には、曲面上に配置した仮想経路４１が示されている。図１１は斜視図であり、図１２は上面図である。印刷したい３Ｄのワーク２０の表面から離した位置で、仮想経路４１を１本作成する。この仮想経路４１として、ワーク２０の表面とヘッド１０との距離、ヘッド１０の寸法及び許容到達距離Ｌ１に基づいて、塗布幅（印刷領域３０の幅）に相当する複数の仮想経路４１を作成する。複数の仮想経路４１は直線であると作成がしやすい。

図１３は、この仮想経路４１を曲面に投影した状態を示す斜視図である。複数の仮想経路４１を印刷領域３０に投影する。投影された経路は、ヘッド１０の吐出面の中心が、印刷領域３０の表面とある距離を保ち、相対的に移動する軌跡５０の基になる。このようにして、曲面の表面に経路４０を作成できる。

印刷領域３０の全ての領域において、隣り合う塗布領域の少なくとも一部が重なるように経路及び塗布幅を設定する。隣り合う塗布領域が重なっていない状態から、隣り合う塗布領域の少なくとも一部が重なっているようにするために、本実施の形態では、経路及び塗布幅を変更する。その際、隣り合う塗布領域の重なりが最小となるような経路及び塗布幅を探索する。

一例として、本開示では、以下のステップを実行する。
ステップ１）；一定の塗布幅で経路４０を作成する。
ステップ２）；塗布幅に重なっていない部分があれば、上記一定の塗布幅を変更（最大幅の１／２や１／３など）する。
ステップ３）；ステップ１、２を塗布したい面に重なりが生じるまで繰り返す。
要は、塗布幅の重なりが経路間で０ｍｍ以上になるような塗布幅を探す処理を行う。

ここまでは、各経路４０間の距離が一定である場合における、塗布幅の設定処理について説明した。ワークの曲率に応じて塗布可能な幅が異なる（曲率によっては、ヘッドの端部が塗れない場合がある）。隣同士の塗布幅が重なっていれば、所定の領域を全て塗布できるが、隣同士の塗布幅に隙間が空くと、塗れない領域が生じてしまう。これを回避するために、上記のステップ１）～３）では、塗布幅を変えて（隙間ができない塗布幅を探索して）、経路を作成するようにしている。

なお、本実施の形態では、計算の簡略化のため、ヘッドとワーク間の距離を一定として、経路を探索する例について説明したが、ヘッドとワーク間の距離を可変にして経路を探索してもよい。

以下では、各経路４０間の距離が変わる例について説明する。

図１４及び図１５は、凸形状の曲面への経路データの作成方法の例を示す図である。ここで説明する方法は曲面に沿って経路４０を曲線で作成する方法である。図１４及び図１５から分かるように、経路４０間の距離が変更されている。図１４及び図１５の方法は、３Ｄモデリングで経路を作成する一例を示す。

図１４は、１番最初の経路４０－１を示す図である。これを基準経路とする。図１５は、基準経路及び２本目の経路を示す図である。曲面上に経路４０を複数増やす際の、基準ピッチを用意する。基準経路４０－１と基準ピッチの方向は、直交する軸に配置する。図１４及び図１５の場合は、基準経路４０－１はＹ方向であり、基準ピッチはＸ方向である。なお、図１４及び図１５の例では、基準経路４０－１を印刷領域３０の中央に作成しているが、基準経路４０－１は印刷領域３０の端に作成してもよい。図１５から分かるように、基準経路の隣に基準ピッチに沿って２本目の経路が形成される。

図１６及び図１７は、１番最初の基準経路４０－１に、最大塗布幅Ｗ０の条件を与える例の説明に供する図である。ヘッド１０の中心が基準経路４０－１を通過する場合で考える。図１７は、図１６におけるヘッド位置を含むＹＺ断面図である。図１７を用いて、ある基準ピッチの経路４０の端を断面方向から確認する。基準経路４０－１の端にて、最大印刷幅Ｗ０に相当する領域を作成する。基準経路４０－１に対して最大塗布幅Ｗ０に相当する寸法にて、曲面上の座標を決定する。印刷幅左端（Ｘｐｌ，Ｙｐｌ，Ｚｐｌ）と印刷幅右端（Ｘｐｒ，Ｙｐｒ，Ｚｐｒ）がこの座標に該当する。

図１８は、ヘッド１０が、曲面に対してヘッド近接距離の条件を与える例を示す図である。ヘッド近接距離は例えば１ｍｍである。基準経路４０－１とヘッド中心との交点から、最大塗布幅Ｗ０にあたる座標を決定する。塗布幅左端（Ｘａｌ，Ｙａｌ，Ｚａｌ）と塗布幅右端（Ｘａｒ，Ｙａｒ，Ｚａｒ）がこの座標に該当する。

図１９は、インクジェット装置が、曲面に対して許容到達距離Ｌ１の条件を与える例を示す図である。図中の網掛けで示したインク到達領域は、許容到達距離Ｌ１に基づくものである。許容到達距離Ｌ１は例えば２．５ｍｍである。塗布幅左端（Ｘａｌ，Ｙａｌ，Ｚａｌ）と塗布幅右端（Ｘａｒ，Ｙａｒ，Ｚａｒ）とから、許容到達距離Ｌ１を曲面の法線方向へ垂線を下した座標を決定する。仮想液滴左端（Ｘｌ，Ｙｌ，Ｚｌ）と仮想液滴位置右端（Ｘｒ，Ｙｒ，Ｚｒ）がこの座標に該当する。図１９の例では、仮想液滴左端（Ｘｌ，Ｙｌ，Ｚｌ）よりも塗布幅左端（Ｘａｌ，Ｙａｌ，Ｚａｌ）の座標位置が上にあるため、正常な液滴の塗布を行うことができる。

図２０及び図２１は、曲面上の基準経路４０－１に沿って許容到達距離Ｌ１に対応するインク到達領域を作成する例を示す図である。図２１は、図２０の塗布領域を線Ｌ０を含むＹＺ平面で切った拡大断面図である。図２２の拡大断面図から分かるように、塗布幅左端（Ｘａｌ，Ｙａｌ，Ｚａｌ）と塗布幅右端（Ｘａｒ，Ｙａｒ，Ｚａｒ）と仮想液滴左端（Ｘｌ，Ｙｌ，Ｚｌ）と仮想液滴位置右端（Ｘｒ，Ｙｒ，Ｚｒ）の座標から、曲面の一部でのインク到達領域（図中の網掛けで表されている領域）を定義できる。

図２２は、基準経路４０－１に作成したインク到達領域が、外れていないか判定する例を示す図である。作成したサーフェス断面と、曲面のサーフェスとの交差曲線を作成する。塗布幅が正しい場合には、面交差曲線を作成できる。一方、塗布幅が正しくない場合には、面交差曲線が作成できない。基準経路４０－１の左右で、面交差曲線の存在を確認することで、基準経路４０－１に作成したインク到達領域が外れていないかを判定できる。

図２３及び図２４は、基準経路４０－１上に軌跡５０－１を作成した様子を示した図である。図２４は、図２３の塗布領域を線Ｌ０を含むＹＺ平面で切った拡大断面図である。

図２５、図２６及び図２７は、基準経路４０－１の隣の経路の作成の説明に供する図である。図２５は斜視図であり、図２６は断面図であり、図２７は面交差曲線を含む位置の拡大断面図である。図中のＷ０は最大塗布幅を示し、Ｗ０´は最大塗布幅Ｗ０の２倍の塗布幅を示す。図の例では、塗布幅右端（曲面と円との交点）から、塗布幅Ｗ０に対応する円を描いているので、基準経路４０－１の隣の経路を含めた塗布幅Ｗ０´の円は塗布幅Ｗ０の２倍となっている。図２６に示す右端（Ｘｐｒ，Ｙｐｒ，Ｚｐｒ）すなわち基準経路４０－１の片側の端の部分から、最大塗布幅Ｗ０の半径の円がこの断面おける次に塗布可能な領域である。

次いで、基準経路４０－１の隣に、図１８及び図１９で説明したのと同様の処理を行うことで２本目の経路を作成する。２本目の経路作成について詳しく説明する。

先ず、図２６に示すように、１本目の経路の印刷幅の右端（座標（Ｘｐｒ，Ｙｐｒ，Ｚｐｒ）を中心とし、半径が最大塗布幅Ｗ０´の円を描き、当該円とワークとの右側の交点を、２本目の経路の印刷幅の右端（Ｘｐｒ２，Ｙｐｒ２，Ｚｐｒ２）とする。図２７に示すように、２本目の経路の印刷幅の左端（座標（Ｘｐｌ２，Ｙｐｌ２，Ｚｐｌ２）を、１本目の経路の印刷幅の右端（座標（Ｘｐｒ，Ｙｐｒ，Ｚｐｒ）に設定する。２本目の印刷幅の左端と右端の点を直線で結ぶ。この直線をＺ軸の正方向に平行移動して、インク到達距離とヘッド近接距離が分かる線を作成する。次いで、経路全体でインク到達距離の範囲内であるかを、面交差曲線を作成して判定する。つまり、経路全体において面交差曲線を作成できる場合には、その経路を２本目の経路と決定する。一方、経路の一部において面交差曲線を作成できない場合には、塗布幅を最大塗布幅Ｗ０より小さくする。この処理を、経路全体において面交差曲線が存在するようになるまで行う。３本目以降の経路も同様に作成する。

２本目以降の経路についても、図２２に示したように、インク到達領域と曲面との関係から面交差曲線が作成できるか否かを判定し、経路に作成したインク到達領域が外れていないかを判定する。この判定処理は、図２２を用いて上述したの同様である。

図２８、図２９及び図３０は、基準経路４０－１の隣に、２本目の経路４０－２（図３０）を作成するまでの様子を示す図である。２本目の経路は、１つ目の経路４０－１の端部を基準点（基準線）として、１つ目の経路４０－１の端部にヘッド１０の端部を合わせることで作成する。

これを基準経路にそって、同様の処理を繰り返すことで、複数の経路を作成する。

図１４～図３０で示した曲面は長軸方向と短軸方向からなるが、経路を作成する方向は、図１４～図３０について説明した例のように長軸方向に沿ってもよいし、短軸方向に沿ってもよい。許容到達距離Ｌ１と最大塗布幅Ｗ０から塗布回数が少なる方に選択を行うことが好ましい。

このように作成した経路４０は、例えばＮＵＲＢＳ曲線と呼ばれる自由曲線にて表現される。経路４０から法線方向にある一定の距離をヘッド１０が移動して塗布を行うことで、３Ｄ曲面への印刷が可能となる。一般的に液滴のサイズと解像度といわれる各液滴の間隔によって印刷画像の画質が決定される。

図３１に示したように、自由曲線で表現されている経路４０（図３１Ａ）を、印刷の解像度のピッチ、もしくはそれの倍数の数字で分割する（図３１Ｂ）。このことで、印刷したい領域において、経路４０が通過する部分に対して３次元的な座標（ｘ，ｙ，ｚ）や（ｕ，ｖ，ｗ）として、表現することができる。

図３２は、経路４０と、軌跡（ヘッドの移動経路と言ってもよい）５０とを示す図である。インクジェット装置で印刷したい領域上に、複数の経路４０があり、その経路４０上には印刷解像度のピッチか、その倍数などで分割された３次元的な座標（ｘ，ｙ，ｚ）や（ｕ，ｖ，ｗ）が作成されている。そのデータを用いて、法線方向に空間上一定距離を離した位置の座標（図中の×印の座標）を計算する。この一定距離は、上述したヘッド近接距離に相当する。計算した各座標をつなぎ、ヘッド１０が移動する曲線を作成する。この曲線が上述した軌跡５０に相当する。

さらに、この作成した曲線を改めて、印刷解像度に該当するピッチに分割する。ここで急激な曲率の変化が無いように、図３３に示したように、隣接するデータを逐次平均化するなど、いわゆるスムージング処理を行うことでスムージング処理後の軌跡５０´を作成するとより好ましい。

なお、上記印刷解像度のピッチや、その倍数の数字で分割したデータは、印刷する絵のデータである。例えば1200dpi＝25.4mm÷1200≒21μｍなどである。一方、軌跡５０や軌跡５０´のピッチは、印刷速度に関するピッチである。軌跡のピッチは、印刷解像度のピッチと同一でもよいが、異なっていてもよい。例えば、軌跡のピッチは印刷機ヘッドが実際に動作可能な速度や加減速から決めてもよい。印刷解像度のピッチより大きくすることで、急激な速度変化や加減速変化を避けることができる。

インクジェット装置は、経路データを作成すると、当該経路データを基にインクジェット装置を構成する軸を動かす座標を計算する。

この計算は、一般的にＣＡＭ（Computer-Aided Manufacturing）と呼ばれるソフトウェアで言われるワーク表面の各座標データ（いわゆるＣＬデータ）を工作機械データ（いわゆるＮＣデータ）へ変換する処理に相当する。

図３２及び図３３に示したような、ヘッド１０が通る軌跡の各座標値から、インクジェット装置の各軸（ｘ、ｙ、ｚ、Ａ、Ｂ）のポイントごとの座標を計算する。この座標値を順次指令として送ることで、インクジェット装置が動作する。ここで、ｘ、ｙ、ｚは直動軸機構であり、A、Bは回転軸機構である。

＜３＞インクジェット装置の構成
図３４は、本実施の形態のインクジェット装置の構成例を示す概略図である。インクジェット装置１００は、三次元の曲面を有するワーク２０に対して液滴１２を吐出して所定の画像を印刷する。ワーク２０は、例えば、樹脂成形品で構成されている。

インクジェット装置１００は、印刷ユニット１１０と、ワーク駆動ユニット１３０と、制御部１１５とを備えている。インクジェット装置１００は、架台１０２と、架台１０２から立設した門型のガントリー１０３とを有する。架台１０２には、ワーク駆動ユニット１３０が設けられている。ガントリー１０３には、印刷ユニット１１０が設けられている。

印刷ユニット１１０は、ワーク２０の印刷面よりも上方に配置されている。印刷ユニット１１０は、１軸の駆動機構であるＸ軸直動機構１１１（主走査直動機構）と、複数のインクジェット部１２０とを有する。

Ｘ軸直動機構１１１は、ガントリー１０３に取り付けられている。複数のインクジェット部１２０は、Ｘ軸直動機構１１１にそれぞれ取り付けられている。複数のインクジェット部１２０は、Ｘ軸直動機構１１１によって、同一の主走査方向（図３４で左右方向）にそれぞれ移動する。

具体的には、Ｘ軸直動機構１１１は、リニアモータ式の駆動機構で構成されている。Ｘ軸直動機構１１１は、複数のインクジェット部１２０をＸ方向にそれぞれ別々に駆動させる。これにより、印刷に関与するインクジェット部１２０のみをワーク２０の表面に対向させるとともに、印刷に関与しないインクジェット部１２０をワークＷから退避させること、インクジェット部１２０は、例えば、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の４色に対応して４つ設けられている。

インクジェット部１２０は、主走査方向に移動しながらワーク２０に向かって液滴１２を吐出することで、ワーク２０の表面に画像を印刷する。このとき、ワーク駆動ユニット１３０によって、インクジェット部１２０に対してワーク２０を相対移動させることで、主走査方向に直交する副走査方向にも画像を印刷することができる。

インクジェット部１２０は、ヘッド１０を有する。また、インクジェット部１２０は、紫外線光源やヒーター等からなり塗布されたインクを硬化させる硬化部（図示せず）を有する。

インクジェット部１２０は、ピエゾ方式であり、制御部１１５から供給される駆動信号に応じて、ヘッド１０のノズルから鉛直下方に向かって、所定量の液滴１２を吐出する。

距離測定部１２４は、インクジェット部１２０とワーク２０との距離を測定する。距離測定部１２４は、ワーク２０を構成する材料の種類によって選択される。例えば、距離測定部１２４として、接触式のプローブを用いることができる。また、レーザ変位計や超音波変位計、ＬＥＤ等の光をワーク２０に照射してから受光素子（図示省略）に返ってくるまでの時間に基づいて距離を測定する非接触方式のものを用いることができる。

ここで、ワーク２０に液滴１２を吐出して印刷する前に、距離測定部１２４によって、ワーク２０と印刷ユニット１１０との距離を測定するようにしている。

具体的には、樹脂成形品によってワーク２０が構成されている場合には、製品の設計ＣＡＤデータに対して、±１ｍｍ以上の寸法差が生じることとなる。

そこで、インクジェット部１２０とワーク２０との距離を事前に測定しておくことで、印刷時に、インクジェット部１２０とワーク２０とが接触することなく、且つ液滴が確実に届く距離間である印刷ギャップを適切に設定することができる。

なお、距離測定部１２４によって、ワーク２０の形状を測定し、測定データに基づいて、ワーク２０のサーフェスデータに変換するようにしてもよい。これにより、ワーク２０のサーフェスデータを印刷に使用することができる。また、印刷するエリアの代表点のみを測定して、印刷ギャップを変更してもよい。

このような作業は、印刷する部品の全数でも取得してもよいし、抜き取りでもよい。なお、このような距離測定のための手順は、寸法の安定性に優れた材料であれば、特に実施する必要はない。

また、インクジェット部１２０は、ヘッド１０に加えて、距離測定部１２４を有してもよい。また、インクジェット部１２０は、それぞれ、複数のヘッド１０を有していてもよい。そして、複数のヘッド１０が設けられている場合、全てのヘッド１０が異なる色である必要はなく、同じ色が複数あってもよい。また、１つのインクジェット部１２０のヘッド１０に、複数の色のノズル列を加えてもよい。

ワーク駆動ユニット１３０の先端には、固定治具１４０が取り付けられている。固定治具１４０には、ワーク２０が固定されている。ワーク駆動ユニット１３０は、固定治具１４０に固定されたワーク２０を、印刷ユニット１１０の下方に搬送する。

ワーク駆動ユニット１３０は、４軸の駆動機構を有する。４軸の駆動機構のうち２軸は、Ｙ軸直動機構１３１及びＺ軸直動機構１３２である。４軸の駆動機構のうち２軸は、Ａ軸回転機構１３５及びＢ軸回転機構１３６である。

Ｙ軸直動機構１３１は、架台１０２に載置されている。Ｙ軸直動機構１３１は、ワーク２０を副走査方向に移動させる。Ｚ軸直動機構１３２は、Ｙ軸直動機構１３１に取り付けられている。Ｚ軸直動機構１３２は、ワーク２０を上下方向に移動させる。

Ａ軸回転機構１３５は、Ｚ軸直動機構１３２に取り付けられている。Ａ軸回転機構１３５は、Ｘ方向に延びるＡ軸を中心にワーク２０を旋回させる。Ｂ軸回転機構１３６は、支持アーム１４１を介してＡ軸回転機構１３５に取り付けられている。固定治具１４０は、Ｂ軸回転機構１３６に取り付けられている。Ｂ軸回転機構１３６は、Ｚ方向に延びるＢ軸を中心にワーク２０を旋回させる。

ワーク駆動ユニット１３０は、Ｙ軸直動機構１３１、Ｚ軸直動機構１３２、Ａ軸回転機構１３５、及びＢ軸回転機構１３６を動作させることで、インクジェット部１２０の下方にワーク２０を移動させる。このとき、ワーク駆動ユニット１３０によって、ワーク２０の位置及び姿勢が調整される。

なお図示していないが、ワーク駆動ユニット１３０に、Ｃ軸があってもよい。Ｚ軸ユニットはアームを介してＡ軸ユニットが接続され、Ａ軸ユニットにアームを介してＢ軸ユニットが、Ｂ軸ユニットにアームを介してＣ軸ユニットが接続されている。さらに印刷ユニット１１０に、Ｃ軸があってもよい。インクジェット部１２０が、Ｃ軸ユニットに接続されて、Ｃ軸ユニットとＸ軸直動機構１１１に接続されている。

制御部１１５は、例えば、パソコンやＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等で構成されている。制御部１１５は、印刷ユニット１１０及びワーク駆動ユニット１３０の動作を制御する。

制御部１１５は、印刷ユニット１１０に対して、Ｘ軸直動機構１１１によって複数のインクジェット部１２０を動作させるための制御や、ヘッド１０から液滴１２を吐出させるための制御を行う。また、制御部１１５は、ワーク駆動ユニット１３０に対して、Ｙ軸直動機構１３１、Ｚ軸直動機構１３２、Ａ軸回転機構１３５、及びＢ軸回転機構１３６を動作させるための制御を行う。

制御部１１５は、Ｚ軸直動機構１３２、Ｙ軸直動機構１３１、Ａ軸回転機構１３５、及びＢ軸回転機構１３６を駆動させることで、ヘッド１０の中央付近のノズルとワーク２０の表面との距離が略一定となるように、ワーク２０の姿勢と向きを調整する。この距離は、上述したように、液滴１２を安定して塗布できる範囲である。なお、この距離は、ワーク２０の曲面や印刷精度など、必要に応じて変更すればよい。

ところで、上述したように中央のノズルとワーク２０の表面の距離を略一定にしても、ワーク２０の表面には曲率の異なる箇所が存在するため、ノズルとワーク２０の表面との距離が変わってしまう。

そして、上述したように、ノズルとワーク２０との距離が所定値よりも長い部分では、液滴１２がワーク２０に到達する時間が長くなるため、周囲の気流の影響を受けやすくなる。そのため、液滴１２の着弾位置がずれてしまい、にじみやかすれ、色ずれなどの現象が生じる。よって、液滴１２を高精度に配置するためには、ノズル列の塗布幅を、ワーク２０の表面の曲率に応じて変える必要がある。

制御部１１５は、ＣＡＤ等のデータに基づいて、以下の手順で塗布領域を設定する。その後、インクジェット部１２０は、塗布領域ごとに、ワーク２０の表面に液滴１２を塗布する。

＜４＞実施の形態の動作
図３５は、本実施の形態のインクジェット装置１００の動作の説明に供するフローチャートである。図３５の処理は、インクジェット装置１００の制御部１１５において実行される。なお、インクジェット装置１００には、図３５の処理の前処理として、または図３５の処理の処理中に、ヘッド１０のサイズのデータ、ヘッド近接距離のデータ、許容到達距離のデータが設定される。

制御部１１５は、ステップＳ１において、ワーク２０の３Ｄ形状データ取得する。

次いで、制御部１１５は、ステップＳ２において、印刷画像を取得する。

次いで、制御部１１５は、ステップＳ３において、印刷面（すなわちワーク２０の曲面）への印刷領域３０を決定する。この印刷領域３０は、３Ｄ形状データと印刷画像とから決定される。

次いで、制御部１１５は、ステップＳ４において、経路データを作成する。この経路データは上述した軌跡５０を表すデータである。制御部１１５は、この経路データを、上述したように、少なくとも、印刷面とヘッド１０との距離に基づいて決定する。

次いで、制御部１１５は、ステップＳ５において、印刷を実行する。具体的には、印刷は、制御部１１５が作成した経路データに基づいてワーク駆動ユニット１３０を制御しつつ、印刷ユニット１１０を制御することにより行われる。

図３６は、ステップＳ４の経路データ作成処理で行われる詳しい処理例を示すフローチャートである。

ステップＳ１１において、制御部１１５は、任意の基準点を決定する。この基準点は、印刷領域３０の中心点でもよいし、端の点でもよい。

ステップＳ１２において、制御部１１５は、印刷領域３０の長軸方向を走査方向と設定する。なお、必ずしも長軸方向を走査方向としなくてもよいが、長軸方向を走査方向とすることで走査回数を減らすことができる。

ステップＳ１３において、制御部１１５は、基準点（基準線）における、ヘッド１０とワーク２０との距離を印刷可能距離（許容到達距離Ｌ１に相当）内で決定する。この際、基準点にヘッド１０の中心を合わせ、ヘッド１０の中心での距離を、印刷領域３０がヘッド１０に対して上に凸の関係にある場合には最小距離とし、印刷領域３０がヘッド１０に対して下に凸の関係にある場合には最大距離とする。

ステップＳ１４において、制御部１１５は、中心線上でヘッド１０とワーク２０との距離を固定しながら走査した場合の印刷可能空間を特定する。この処理は、上述した図１６及び図１７等で説明した処理に相当する。

ステップＳ１５において、制御部１１５は、印刷可能空間に含まれ、領域の端から端まで一定の最大塗布幅を決定する。この処理は、上述した図１８～図２４等で説明した処理に相当する。

ステップＳ１６において、制御部１１５は、１つ目の経路の塗布幅Ｗ１を決定する。この処理は、上述した図１８～図２４等で説明した処理に相当する。

ステップＳ１７において、制御部１１５は、１つ目の経路４０－１の端部を基準点（基準線）として、同様に２つ目の経路４０－２を作成する。具体的には、１つ目の経路４０－１の端部に、ヘッド１０の端部を合わせることで、２つ目の経路４０－２を作成する。この処理は、上述した図２５～図３０等で説明した処理に相当する。

ステップＳ１８において、印刷領域３０が全て埋まるまで、経路４０を作成する。このように、本実施の形態では、経路４０を決めることによって塗布幅Ｗ１が決まり、塗れてない隣の領域に対して、再び経路４０と塗布幅Ｗ１を決めて塗っていく。

＜５＞まとめ
以上説明したように、本実施の形態によれば、少なくとも、ワーク２０の印刷面とヘッド１０との距離を表す情報に基づいて、経路４０を決定したことにより、３次元のワーク２０に、効率的に印刷を行うことができる、インクジェット装置１００を用いた印刷方法及びインクジェット装置１００を実現できる。

本実施の形態では、ヘッド１０の経路データを作成するにあたって、まず、印刷領域３０内に基準点を決定し、その基準点から最大塗布幅で印刷することができるように、端から順に経路４０を作っていく。

経路データを作成後に、一番シンプルな例ではその経路データに従って印刷していく。実施例では、ヘッド１０の中心とワーク２０との距離を２ｍｍに設定している。オプションとして、ワーク２０とヘッド１０とを相対的に動かした場合に、ワーク２０とヘッド１０とが接触しないで動かすことができるかを検査する処理を加えてもよい。そして、接触すると判断した場合には、経路を作り直すようにしてもよい。

接触の確認では、印刷面がヘッド１０に対して上に凸の関係にある場合には、ワーク２０を保持している部品とヘッド１０とが接触しないかを検査するとよい。印刷面がヘッド１０に対して下に凸の関係にある場合には、例えばヘッド１０の両側に設けられた紫外線照射部とワーク２０とが接触しないかを検査するとよい。

上述の実施の形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することの無い範囲で、様々な形で実施することができる。

本開示のインクジェット装置を用いた印刷方法及びインクジェット装置は、曲面を有するワークに対して液滴を吐出することで所定の画像を印刷する印刷方法及びインクジェット装置に広く適用可能である。

１０ インクジェットヘッド（ヘッド）
１１ ノズル
１２ 液滴
２０ ワーク
３０ 印刷領域
４０ 経路
５０ 軌跡
１００ インクジェット装置
Ｌ１ 許容到達距離
Ｗ０ 最大塗布幅
Ｗ１ 塗布幅

Claims (5)

1. 曲面を含むワークに対する、インクジェット装置の印刷方法であって、
   前記曲面を含む印刷面の３Ｄデータを取得するステップと、
   印刷画像を取得するステップと、
   前記３Ｄデータと前記印刷画像とから、前記印刷面への印刷領域を決定するステップと、
   印刷時にインクジェットヘッドが通る経路を決定するステップと、
   前記経路のデータに基づいて、印刷を実行するステップと、
   を含み、
   前記経路を決定するステップでは、
   少なくとも、前記印刷面と前記インクジェットヘッドとの距離を表す情報に基づいて、前記経路を決定する、
   印刷方法。
2. 前記経路を決定するステップでは、
   前記印刷面と前記インクジェットヘッドとの距離が予め設定された値を維持し、かつ、前記印刷面と前記インクジェットヘッドとの距離が許容到達距離以内の関係にあるヘッド幅に対応する印刷幅が一定となるように、前記経路を決定する、
   請求項１に記載の印刷方法。
3. 前記経路を決定するステップは、
   基準点における、前記インクジェットヘッドと前記印刷面との距離を許容到達距離内で決定するステップと、
   前記インクジェットヘッドと前記印刷面との距離を固定しながら走査した場合の印刷可能空間を特定するステップと、
   を含む、
   請求項１に記載の印刷方法。
4. 前記経路を決定するステップは、
   前記印刷可能空間に含まれ、前記印刷領域の端から端まで一定の最大塗布幅を決定するステップを、さらに含む、
   請求項３に記載の印刷方法。
5. 曲面を有するワークに対して液滴を吐出することで所定の画像を印刷するインクジェット装置であって、
   前記ワークの表面に液滴を吐出するインクジェットヘッドを有する印刷ユニットと、
   前記ワークの姿勢を調整するワーク駆動ユニットと、
   前記印刷ユニット及び前記ワーク駆動ユニットを制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   少なくとも、前記ワークの印刷面と前記インクジェットヘッドとの距離を表す情報に基づいて、印刷時にインクジェットヘッドが通る前記印刷面上の経路を決定する、
   インクジェット装置。
   
   
   

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