JP5165527B2 - ３次元プリンタおよびそれを用いた印刷方法 - Google Patents

Description

本発明は、３次元形状表面を有する印刷対象物の表面に対して所定の印刷を施す３次元プリンタに関し、さらに詳細には、プリンタヘッドからインクを吐出させるとともに紫外線照射装置からの紫外線を照射して印刷を施す３次元プリンタに関する。

紙等の印刷対象物に文字、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。従来のプリンタ装置は、印刷対象物となる紙もしくはシート材を所定方向に送るとともに、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インクを吐出させることで、印刷を行う形式のものが一般的であった。このようなプリンタ装置（インクジェットプリンタ）には、紫外線が照射されて硬化する性質を有した紫外線硬化型インク（以下、ＵＶインクと称す）を、プリンタヘッドから吐出させて印刷を行うものがある。

上記ＵＶインクは、耐候性および耐水性に優れているため、印刷物を例えば屋外広告宣伝ビラ等に用いることが可能となり、水溶性インクを用いた場合と比較して印刷物の使用用途が格段に広がるという利点がある。このＵＶインクを用いたプリンタ装置は、一般的に、ＵＶインクを硬化させるための紫外線照射装置が搭載されて構成される。例えば特許文献１の図１には、色毎の記録ヘッド２を搭載したキャリッジ１の周囲に、紫外線光源４ａ,４ｂを備えた紫外線照射装置３ａ,３ｂを配設した構成が開示されている。

図７（ａ）および図７（ｂ）に、従来のＵＶインクを用いたプリンタ装置における印刷ユニット５００を示す。印刷ユニット５００は、例えばマゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）からなるプリンタヘッド５２０Ｍ，５２０Ｙ，５２０Ｃ，５２０Ｋ、および紫外光源が内部に配設された紫外線照射装置５３０を、キャリッジ５１０に搭載して構成される。印刷時には、この印刷ユニット５００を左右へ移動させながら、各プリンタヘッドから下方に向けてＵＶインクを吐出させるとともに、紫外線照射装置５３０から下方に向けて紫外線を照射させて、印刷対象物の表面に印刷を施すようになっている。図７（ａ）は、上記印刷対象物として平面状の印刷シート８００を用いた場合を示しており、各プリンタヘッドと印刷シート８００との距離、および紫外線照射装置５３０と印刷シート８００との距離が、それぞれほぼ等しい印刷間隔ａおよび照射間隔ｃに設定される。こうすることにより、吐出されたＵＶインクを確実に印刷シート８００に付着させることができるとともに、十分な強度の紫外線が照射されて付着したＵＶインク同士が滲まない程度に硬化させることができる。
特開２００５−３１３４４５号公報

ところで最近においては、平面状のものばかりでなく、３次元形状表面を有する印刷対象物（例えば、円筒、半球および球等）に印刷を施したいという要求がある。上記印刷ユニット５００を用いて、紙面奥から手前に延びた円筒状の円筒印刷物９００の表面に印刷を施す場合を図７（ｂ）に示している。例えば、所定点Ｇを中心に円筒印刷物９００を反時計回りに回転させながら、印刷間隔ａに設定されたプリンタヘッド５２０ＣからＵＶインクを吐出させる場合、円筒印刷物９００の径によっては、紫外線照射装置５３０と円筒印刷物９００との距離（照射間隔ｂ）が、印刷間隔ａよりもはるかに大きくなることがある。

この場合、プリンタヘッド５２０ＣからのＵＶインクを、確実に円筒印刷物９００の表面に付着させることができる一方、付着したＵＶインク同士が滲まない程度に硬化させる照射強度（照射量）の紫外線を照射するためには、例えば紫外線紫外光源を高出力に設定する必要がある。そのため、消費電力増加に伴うランニングコストの増加、および高負荷状態で使用することにより紫外光源の寿命が短くなるという課題があった。さらに、紫外光源としてメタルハライドランプを用いた場合、高出力に設定することで発熱量が一気に増加しやすいため、紫外線照射装置５３０の冷却構成を強化する必要があり、より一層コストの増加を招くという課題もあった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、比較的簡易な構成でコストを抑えつつ、３次元形状表面を有する印刷対象物に対してＵＶインクを用いた印刷が可能な３次元プリンタ、およびその印刷方法を提供することを目的とする。

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の表面に対してプリンタヘッドからインクを吐出するとともに紫外線照射装置から紫外線を照射して、前記表面に所定の印刷を施す３次元プリンタであって、印刷対象物を保持する保持装置（例えば、実施形態における保持シャフト２５、保持チャック２６）と、複数の前記プリンタヘッドを略直線状に第１の方向に並んだ状態で搭載するヘッドキャリッジ（例えば、実施形態におけるメインキャリッジ４１）と、前記保持装置により保持された前記印刷対象物の表面における印刷面と前記プリンタヘッドとが対向するように互いの位置関係を保ちながら、前記保持装置および前記ヘッドキャリッジを３次元空間内において相対移動させる制御を行う移動制御装置（例えば、実施形態における第１制御装置６、第２制御装置７、第１支持部材１０、第２支持部材１５、第３支持部材２０）と、
前記ヘッドキャリッジ上において、前記表面に対して複数のそれぞれの前記プリンタヘッドを離れる方向に独立して移動可能なヘッド移動装置（例えば、実施形態におけるヘッド保持装置４２）と、前記プリンタヘッドに対して前記紫外線照射装置を前記第１の方向に移動可能な照射ユニット移動装置（例えば、実施形態におけるサブキャリッジ４４）とを備え、前記ヘッド移動装置により前記表面から離れる方向に移動された前記プリンタヘッドと前記表面との隙間を通り、前記表面から離れる方向に移動されることなく前記印刷面と対向した前記プリンタヘッドの前記第１の方向における側方に隣接するように、前記照射ユニット移動装置により前記紫外線照射装置を移動させる。

なお、上記３次元プリンタにおいて、前記第１の方向は前記印刷面に対して略平行となっており、前記ヘッドキャリッジは、前記保持装置に保持された前記印刷対象物の上方を通って前記第１の方向に直線移動可能に構成されており、前記ヘッド移動装置は、前記第１の方向に対して直交する第２の方向に前記プリンタヘッドを移動させて前記表面から前記プリンタヘッドを離れるように移動させることが好ましい。

また、前記照射ユニット移動装置が、前記ヘッドキャリッジに搭載されて構成されたことが好ましい。

さらに、前記ヘッド移動装置は、印刷に用いない前記プリンタヘッドを前記表面から離れる方向に移動させ、印刷に用いる前記プリンタヘッドを前記印刷面に対向させることが好ましい。

また、前記保持装置が、保持した前記印刷対象物の表面形状に応じて設定される回転軸を中心として、前記印刷対象物を回転可能に構成されたことが好ましい。

本発明に係る印刷方法は、上述のように構成された３次元プリンタを用いて行う印刷方法であって、３次元形状表面を有する印刷対象物の表面における印刷面に対して、プリンタヘッドからインクを吐出するとともに紫外線照射装置から紫外線を照射して、前記表面に所定の印刷を施すように構成されており、第１の方向に並んだ複数のそれぞれの前記プリンタヘッドを前記表面に対して離れる方向に独立して移動可能なヘッド移動装置により、前記表面から離れるように前記プリンタヘッドを移動させる第１のステップと、前記紫外線照射装置を前記第１の方向に移動可能な照射ユニット移動装置により、前記第１のステップにおいて移動された前記プリンタヘッドと前記表面との隙間を通り、前記表面から離れる方向に移動されることなく前記印刷面と対向した前記プリンタヘッドの前記第１の方向における側方に隣接するように前記紫外線照射装置を移動させる第２のステップと、前記印刷面と対向した前記プリンタヘッドからインクを吐出させるとともに、前記第２のステップにおいて移動された前記紫外線照射装置から前記表面に紫外線を照射して印刷を施す第３のステップとを有する。

本発明に関する３次元プリンタは、ヘッドキャリッジ上で、印刷対象物の表面に対してプリンタヘッドを離れる方向に独立して移動可能なヘッド移動装置、および移動されたプリンタヘッドと表面との隙間を通り、印刷面と対向したプリンタヘッドの側方に隣接するように紫外線照射装置を移動させることが可能な照射ユニット移動装置を備えている。この構成より、ヘッド移動装置によりプリンタヘッドを移動させ、例えば印刷に用いるプリンタヘッドの側方に照射ユニット移動装置により紫外線照射装置を位置させることが可能となる。よって、３次元形状表面を有する印刷対象物の表面と紫外線照射装置との距離を、印刷対象物の表面と印刷に用いるプリンタヘッドとの距離に対して略同一となるように、縮めることが可能である。そのため、紫外線照射装置を比較的低出力に設定した状態でも、印刷対象物の表面に十分な強度の紫外線を照射可能となって、ヘッド移動装置および照射ユニット移動装置を設けるという比較的簡易な構成としてコストを抑えつつ、３次元形状表面を有する印刷対象物に対してＵＶインクを用いた印刷が可能となる。

なお、ヘッドキャリッジは、印刷対象物の上方を通って印刷面と略平行な第１の方向に移動可能に構成され、ヘッド移動装置は、第１の方向に対して直交する第２の方向にプリンタヘッドを移動させる構成が好ましい。このように構成した場合、各構成部材の移動方向を第１の方向、またはこの第１の方向に直交する第２の方向に設定できるので、各構成部材における移動機構構成を簡易に形成することができ、且つこれらの移動制御が容易になる。

また、照射ユニット移動装置が、ヘッドキャリッジに搭載された構成が好ましい。上述のようにヘッドキャリッジには、プリンタヘッドがヘッド移動装置により移動可能な状態で搭載されているため、ヘッド移動装置および照射ユニット移動装置を制御するという比較的簡易な方法により、プリンタヘッドと紫外線照射装置との位置関係を高精度に制御可能となる。

ヘッド移動装置は、印刷に用いないプリンタヘッドを表面から離れる方向に移動させる一方、印刷に用いるプリンタヘッドを印刷面に対向させることが好ましい。このように構成した場合には、ヘッド移動装置により印刷に用いないプリンタヘッドは表面から離れる方向に移動されるので、照射ユニット移動装置により印刷に用いるプリンタヘッドの近傍に紫外線照射装置を確実に位置させることが可能となる。よって、紫外線照射装置を比較的低出力に設定した状態でも、印刷対象物の表面に十分な強度の紫外線を照射できて高品質な印刷が可能となる。

さらに、保持装置が、印刷対象物の表面形状に応じて設定される回転軸を中心として、印刷対象物を回転させる構成が好ましい。このように構成した場合、例えばヘッドキャリッジを固定しておき、保持装置が印刷対象物を回転させることで、保持装置およびヘッドキャリッジを３次元空間内において相対移動させることが可能となるので、移動制御装置による相対移動制御が容易になる。また、例えば円筒状または球状の印刷対象物に印刷を施す場合には、特に有効となる。

本発明に関する印刷方法は、プリンタヘッドを印刷対象物の表面から離れるように移動させる第１のステップと、第１のステップにおいて移動されたプリンタヘッドと表面との隙間を通って、印刷面と対向したプリンタヘッドの側方に隣接するように紫外線照射装置を移動させる第２のステップと、印刷面と対向したプリンタヘッドからインクを吐出させるとともに、第２のステップにおいて移動された紫外線照射装置から紫外線を照射して印刷を施す第３のステップとを有する。この構成により、表面と紫外線照射装置との距離を、表面とインクを吐出するプリンタヘッドとの距離に対して略同一となるように縮めることができる。よって、紫外線照射装置を比較的低出力に設定した状態においても、印刷対象物の表面に十分な強度の紫外線を照射可能となり、ランニングコスト等を抑えつつ、３次元形状表面を有する印刷対象物に対してＵＶインクを用いた高品質な印刷が可能となる。

以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。説明の便宜上、各図面に示す矢印方向を左右、前後および上下と定義して説明を行う。まず、図１および図２を参照して、本発明を適用した３次元プリンタ３０の構成について説明する。図１は３次元プリンタ３０を前方から見た図を、図２は３次元プリンタ３０を左方から見た図をそれぞれ示している。

３次元プリンタ３０は、図１に示すように、ベース１の上に左支持脚２ａおよび右支持脚２ｂが設けられ、これら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。支持桁２ｃの上面に前後一対の左右ガイドレール３ａ，３ｂが、左右に延びて設けられており、この上に左右へ移動自在に後述する印刷ユニット４０が取り付けられている。また、左支持脚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、右支持脚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、後述する第１支持部材１０、第２支持部材１５、第３支持部材２０、保持シャフト２５および印刷ユニット４０等の、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からなるとともに、プリンタヘッド４３からのインクの吐出制御、ヘッド保持装置４２の作動制御およびサブキャリッジ送り機構（図示せず）の作動制御を行うメイン制御部等の、各種制御装置からなる。

ベース１の上に、左支持脚２ａと右支持脚２ｂとの間に位置して、前後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、これらの上に前後へ移動自在に第１支持部材１０が設けられている。図２に示すように、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、上下へ移動自在に第２支持部材１５が設けられている。上記第１支持部材１０を前後移動させるため、およびこの第２支持部材１５を上下移動させるために、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これらの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。

第２支持部材１５の前面は、第２支持部材１５に対して定まる所定点Ｇを通り、左右方向に延びる第１回転軸Ｙを中心とする円筒面形状に形成されている。この第２支持部材１５の前面に対して接合可能に後面が形成された第３支持部材２０が、第２支持部材１５の前面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は、第２支持部材１５に対して第１回転軸Ｙを中心として、矢印Ｂで示す方向に回転自在に支持される。

図１に示すように、第２支持部材１５の右側前面に駆動モータ１６が取り付けられており、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、第３支持部材２０の右側前面に第１回転軸Ｙを中心として形成された内歯車２１と噛合している。このため、駆動モータ１６を回転駆動すれば内歯車２１が回転駆動され、第３支持部材２０を第１回転軸Ｙ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。

図２に示すように、第３支持部材２０の前面に、保持シャフト２５が上記所定点Ｇを通る第２回転軸Ｘ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により印刷対象物を保持した状態で保持シャフト２５を回転駆動させることで、印刷対象物を第２回転軸Ｘ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。

印刷ユニット４０の構成について、図３および図４を追加参照して説明する。図３は印刷ユニット４０を前方から見た図を、図４は図３中のＩＶ−ＩＶ部分の断面図をそれぞれ示している。

印刷ユニット４０は、図３および図４に示すように、メインキャリッジ４１、プリンタヘッド４３、ヘッド保持装置４２、サブキャリッジ４４、紫外線照射装置４５を主体に構成される。プリンタヘッド４３は、例えばマゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）からなるプリンタヘッド４３Ｍ，４３Ｙ，４３Ｃ，４３Ｋにより構成される。このプリンタヘッド４３はそれぞれ、下面に複数の吐出ノズル（図示せず）が形成されており、この吐出ノズルから下方に向けてインクを吐出可能となっている。ヘッド保持装置４２は、上記プリンタヘッド４３のそれぞれに対応して、メインキャリッジ４１の前面に取付けられており、プリンタヘッド４３を左右から挟むようにして保持する構成となっている。また、ヘッド保持装置４２は、例えばサーボモータ駆動機構を備えており、この機構により、メインキャリッジ４１に対してそれぞれのプリンタヘッド４３を独立して上下移動できるように構成されている。

サブキャリッジ４４は、左右に延びた本体部４４ａ、およびその上面に取付けられた左右に延びる左右ガイドレール４４ｂから構成され、この本体部４４ａの前部下面側に、紫外線照射装置４５が取付けられている。紫外線照射装置４５は、略直方体となっており、その内部に紫外線を発射可能な紫外光源（図示せず）が配設されており、この紫外光源からの紫外線を、下面から下方に向けて一定の照射角度で照射可能に構成されている。本実施においては、この紫外光源として、紫外線を発射する発光ダイオード（ＵＶＬＥＤ）を用いた場合を例示している。

メインキャリッジ４１は、図４から分かるように略Ｌ字状となっており、印刷ユニット４０を構成する上記構成部材の取付ベースとなっている。メインキャリッジ４１の前方側下部には、左右に延びた移動空間４１ｄが形成されており、この移動空間４１ｄの上面に、上記左右ガイドレール４４ｂと嵌合可能なガイド溝４１ｃが左右に延びて形成されている。また、メインキャリッジ４１の後部下面には、左右ガイドレール３ａ，３ｂと嵌合可能なガイド溝４１ａ，４１ｂが左右に延びて形成されている。

上述のように構成された印刷ユニット４０は、ボールネジ機構等から構成されるメインキャリッジ送り機構（図示せず）により、支持桁２ｃに対して、メインキャリッジ４１が左右にスライド移動可能となっている。また、上記メインキャリッジ送り機構とは別に設けられた、ボールネジ機構等のサブキャリッジ送り機構（図示せず）により、メインキャリッジ４１に対して、サブキャリッジ４４（紫外線照射装置４５）が左右にスライド移動可能となっている。つまり、支持桁２ｃに対するメインキャリッジ４１のスライド移動と、メインキャリッジ４１に対するサブキャリッジ４４のスライド移動とを独立させて行うことができるようになっている。なお、印刷が行われていない待機状態において、サブキャリッジ４４（紫外線照射装置４５）は、例えば図３に示すようにプリンタヘッド４３Ｍの右方に位置している。よって、特許請求の範囲に記載された側方方向および直交方向が、実施形態における左右方向および上下方向にそれぞれ該当する。

以上ここまでは、３次元プリンタ３０の構成について説明したが、以下において、この３次元プリンタ３０により印刷対象物に所望の印刷を施すときの作動について、図３〜図６を参照しながら説明する。図５は印刷ユニット４０を前方から見た図を、図６は図５中のＶＩ−ＶＩ部分の断面図をそれぞれ示している。

なお、本発明を適用した３次元プリンタ３０の特徴を分かりやすく説明するために、以下において印刷ユニット４０の作動を中心に説明する。また、以下の説明では、切頭円錐形状の印刷対象物８０の表面８１に印刷を施す場合を例示して説明するが、３次元プリンタ３０により切頭円錐形状以外（例えば球形状）の印刷対象物の表面に対しても、所定の印刷を施すことができる。

一般に、プリンタヘッドからインクを吐出させて、所望のパターンで付着させて印刷を施す場合（いわゆる、インクジェットタイプの場合）、複数の色（例えば、上記マゼンダ、イエロー、シアン、ブラック）を重ねて付着させることにより、所望の印刷を施すようになっている。以下の説明では、表面８１に対して最初にマゼンダのＵＶインクを付着させた後、この表面８１に対してイエロー、シアン、ブラックの順にＵＶインクを付着させて印刷を施す印刷方法を例示して説明する。このように、１色毎にＵＶインクを付着させることで、ＵＶインクを吐出するプリンタヘッド４３の下面と表面８１とを精度良く対向させることができるので、吐出されたインクを制御通りの位置に付着させることが可能となり、高品質な印刷が可能となる。

印刷対象物８０の表面８１に印刷を施すに際して、まず、この表面８１とプリンタヘッド４３の下面とが対向し且つその間隔が印刷間隔ａとなるように、上記移動制御装置により各構成部の移動制御が行われる。例えば、表面８１の形状に応じて、水平面に対する第２回転軸Ｘの傾斜角度が設定されることで、図３に示すように、例えば表面８１とプリンタヘッド４３Ｍの下面とが印刷間隔ａを隔てて対向した状態となる。このとき、紫外線照射装置４５は、プリンタヘッド４３Ｍの右方に隣接して位置しているため、紫外線照射装置４５の下面から表面８１までの距離（照射間隔ｃ）は、印刷間隔ａとほぼ同程度であって比較的小さい。この状態で、プリンタヘッド４３Ｙ，４３Ｃ，４３ＫからはＵＶインクを吐出させず、プリンタヘッド４３Ｍの吐出ノズルからＵＶインクをさせるとともに、紫外線照射装置４５から紫外線を照射させながら、所定点Ｇを中心に印刷対象物８０を反時計回りに回転させる。こうすることにより、図４に示すように、印刷対象物８０を取り巻くように形成された帯状領域８２にマゼンダのＵＶインクを付着させることができるとともに、照射間隔ｃが比較的小さいため帯状領域８２に十分な強度の（照射量の）紫外線を照射して、付着したＵＶインクを滲まない程度に硬化させることができる。

次に、プリンタヘッド４３ＹからイエローのＵＶインクを吐出させて、上記帯状領域８２に付着させる。このとき、図５に示すように、メインキャリッジ送り機構を駆動させることで、支持桁２ｃに対してメインキャリッジ４１を右方にスライド移動させて、表面８１とプリンタヘッド４３Ｙの下面とが印刷間隔ａに設定される。そして、プリンタヘッド４３Ｍを保持するヘッド保持装置４２のサーボモータ駆動機構を駆動させて、プリンタヘッド４３Ｍを上方に移動させた後、サブキャリッジ送り機構を駆動させ、メインキャリッジ４１に対してサブキャリッジ４４を左方へスライド移動させる。そうすることにより、上記サーボモータ駆動機構を駆動させることで形成されたプリンタヘッド４３Ｍと表面８１との隙間に、紫外線照射装置４５をプリンタヘッド４３Ｙの右方に隣接するように位置させることができる。上記サーボモータ駆動機構は、この紫外線照射装置４５がスライド移動する際に、プリンタヘッド４３Ｍと干渉しないように、プリンタヘッド４３Ｍを上方へ移動させる構成となっている。

図５には、プリンタヘッド４３Ｍの真下に紫外線照射装置４５を移動させた場合を例示しており、このように紫外線照射装置４５をスライド移動させることで、上記照射間隔ｃを印刷間隔ａとほぼ同等までに小さくすることができる。この状態で、上述のマゼンダの場合と同様にして、プリンタヘッド４３ＹからイエローのＵＶインクを吐出させて帯状領域８２に付着させるとともに、照射間隔ｃが比較的小さいため帯状領域８２に十分な強度の紫外線を照射して、付着したイエローのＵＶインクを滲まない程度に硬化させることができる。また、プリンタヘッド４３Ｙの右方に紫外線照射装置４５が隣接しているため、イエローのＵＶインクは、帯状領域８２に付着した直後に紫外線が照射され、ＵＶインク同士の滲みが防止されて高品質な印刷が可能となる。

ところで、本発明の特徴構成である紫外線照射装置４５をスライド移動させる構成を備えていない従来のプリンタにおいては、例えばプリンタヘッド４３Ｍからプリンタヘッド４３Ｙへと、ＵＶインクを吐出させるプリンタヘッド４３が切り替わっても、図５の紫外線照射装置４５'のように、常にプリンタヘッド４３Ｍの右方に位置した状態で紫外線を照射する構成となっていた。そのため、例えばプリンタヘッド４３ＹからＵＶインクを吐出させる場合、紫外線照射装置４５'の下面から表面８１までの照射間隔ｂは、印刷間隔ａや照射間隔ｃよりもはるかに大きくなってしまい、帯状領域８２に付着したＵＶインク同士を滲まない程度に十分な強度の紫外線を照射して硬化させるためには、紫外線照射装置４５'に配設されている紫外光源を高出力に設定する必要があった。

このように、紫外光源を高出力に設定して使用すると、紫外光源における消費電力が増大することに伴い、３次元プリンタのランニングコストの増大に繋がったり、紫外光源が高負荷の状態で使用されるために寿命が短くなるという問題があった。また、紫外光源として、メタルハライドランプを用いた構成の場合、紫外線照射装置４５'における発熱量が一気に増大しやすく、紫外線照射装置４５'の冷却構造を強化する必要があった。さらに、プリンタヘッド４３からのＵＶインクの吐出制御によっては、ＵＶインクを吐出するプリンタヘッド４３と紫外線照射装置４５'とが左右に離れて位置する場合があり、帯状領域８２のＵＶインクに対して付着直後に紫外線を照射することが困難となって紫外線の照射タイミングが遅れるため、ＵＶインク同士が滲みやすいという問題もあった。

上記の従来構成に対し、本発明を適用した３次元プリンタ３０においては、左右へ移動可能となった紫外線照射装置４５を、ＵＶインクを吐出させるプリンタヘッド４３に隣接するようにスライド移動させる構成となっている。このようにスライド移動させることで、ＵＶインクを吐出させるプリンタヘッド４３に応じて、常に照射間隔ｃを印刷間隔ａとほぼ同一にすることができるので、紫外光源を比較的低出力に設定した状態でありながら、帯状領域８２に付着したＵＶインク同士が滲まないように十分な強度の紫外線を照射することができる。よって、消費電力の増大や冷却構造強化にともなうコスト増大の問題が解決されてコスト低減が図れるとともに、紫外光源の寿命を延ばすことが可能となる。

一般にＵＶインクは、粒状に盛り上がった状態で印刷媒体に付着した後、時間の経過とともに徐々に平らに平滑化していく特性を有している。そのため、紫外線の照射タイミングが早すぎる場合、十分に平滑化せず粒状に盛り上がった状態で硬化されることになり印刷品質の低下を招く一方で、紫外線の照射タイミングが遅すぎる場合、印刷媒体に付着したＵＶインク同士が混ざり合って滲みが発生して印刷品質の低下に繋がる。このように、印刷品質を向上させるためには、紫外線の照射強度のみならず照射タイミングも重要である。この点に関して、本発明を適用した３次元プリンタ３０においては、紫外線照射装置４５を左右へ移動させることにより、紫外線の照射タイミングを制御できる構成となっており、よって、滲みの発生を抑えつつ平滑化した状態で硬化させることができ、印刷品質を高めることが可能である。

続いて、プリンタヘッド４３ＣからシアンのＵＶインクを吐出させて、帯状領域８２に付着させる。このとき、上述と同様に、メインキャリッジ４１を右方にスライド移動させて、表面８１とプリンタヘッド４３Ｃの下面とが印刷間隔ａに設定される。そして、プリンタヘッド４３Ｙを保持するヘッド保持装置４２のサーボモータ駆動機構を駆動させて、プリンタヘッド４３Ｙを上方に移動させた後、サブキャリッジ４４を左方へスライド移動させて、プリンタヘッド４３Ｃの右方に隣接する位置（例えば、プリンタヘッド４３Ｙの真下）に紫外線照射装置４５を移動させる。こうすることで、紫外線照射装置４５の下面から表面８１までの照射間隔ｃを、印刷間隔ａとほぼ同等にすることができる。この状態で、プリンタヘッド４３ＣからシアンのＵＶインクを吐出させて帯状領域８２に付着させるとともに、紫外線照射装置４５からの紫外線により、帯状領域８２に付着したシアンのＵＶインクを滲まない程度に硬化させることができる。

次に、プリンタヘッド４３ＫからブラックのＵＶインクを吐出させて、帯状領域８２に付着させる。このときも上述と同様に、メインキャリッジ４１を右方にスライド移動させて、表面８１とプリンタヘッド４３Ｋの下面とが印刷間隔ａに設定される。そして、プリンタヘッド４３Ｃを保持するヘッド保持装置４２のサーボモータ駆動機構を駆動させて、プリンタヘッド４３Ｃを上方に移動させた後、サブキャリッジ４４を左方へスライド移動させて、プリンタヘッド４３Ｋの右方に隣接する位置（例えば、プリンタヘッド４３Ｃの真下）に紫外線照射装置４５を移動させる。こうすることで、紫外線照射装置４５の下面から表面８１までの照射間隔ｃを、印刷間隔ａとほぼ同等にすることができる。この状態で、プリンタヘッド４３ＣからブラックのＵＶインクを吐出させて帯状領域８２に付着させるとともに滲まない程度に硬化させて、この帯状領域８２に対する印刷は完了となる。上述のような印刷を、印刷対象物８０を前後に移動させて表面８１の全体に施すことで、印刷対象物８０への印刷が終了する。

上述の実施形態において、１色毎にＵＶインクを吐出して付着させる制御を説明したが、この制御方法に限定されない。例えば、まず、図３に示すプリンタヘッド４３Ｍの右方に紫外線照射装置４５が位置した状態で、プリンタヘッド４３Ｍ，４３Ｙから２色のＵＶインクを吐出させて付着させるとともに、紫外線照射装置４５から紫外線を照射させる。続いて、プリンタヘッド４３Ｍ，４３Ｙを上方に移動させた後、サブキャリッジ４４を左方へスライド移動させて、プリンタヘッド４３Ｃの右方に隣接する位置（例えば、プリンタヘッド４３Ｙの真下）に紫外線照射装置４５を移動させる。その後、プリンタヘッド４３Ｃ，４３ＫからＵＶインクを吐出させて付着させるとともに、紫外線照射装置４５から紫外線を照射させて印刷を施しても良い。このようにして印刷を施すことで、印刷時間の短縮が可能となる。

上述の実施形態において、プリンタヘッド４３の左右配設間隔で紫外線照射装置４５を左右にスライドさせる制御を例示したが、この構成に限定されない。例えば、印刷に用いるＵＶインクの特性（例えば、粘度や硬化速度）等に応じて、紫外線照射装置４５の左右へのスライド移動制御を行うことにより、より一層最適な照射タイミングで紫外線を照射することが可能となる。

本発明に係る３次元プリンタを示した正面図である。 上記３次元プリンタの側面図（一部断面図）である。 印刷ユニット近傍の正面図である。 図３中のＩＶ−ＩＶ部分の断面図である。 印刷ユニット近傍の正面図である。 図５中のＶＩ−ＶＩ部分の断面図である。 従来の構成における印刷ユニット近傍の正面図で、（ａ）は平面状印刷対象物の表面に印刷を施す場合を、（ｂ）円筒状印刷対象物の表面に印刷を施す場合を示す。

符号の説明

６ 第１制御装置（移動制御装置）
７ 第２制御装置（移動制御装置）
１０ 第１支持部材１０（移動制御装置）
１５ 第２支持部材１５（移動制御装置）
２０ 第３支持部材２０（移動制御装置）
２５ 保持シャフト（保持装置）
２６ 保持チャック（保持装置）
３０ ３次元プリンタ
４１ メインキャリッジ（ヘッドキャリッジ）
４２ ヘッド保持装置（ヘッド移動装置）
４３ プリンタヘッド
４４ サブキャリッジ（照射ユニット移動装置）
４５ 紫外線照射装置
８０ 印刷対象物
８１ 表面

Claims (6)

1. ３次元形状表面を有する印刷対象物の表面に対してプリンタヘッドからインクを吐出するとともに紫外線照射装置から紫外線を照射して、前記表面に所定の印刷を施す３次元プリンタであって、
   印刷対象物を保持する保持装置と、
   複数の前記プリンタヘッドを略直線状に第１の方向に並んだ状態で搭載するヘッドキャリッジと、
   前記保持装置により保持された前記印刷対象物の表面における印刷面と前記プリンタヘッドとが対向するように互いの位置関係を保ちながら、前記保持装置および前記ヘッドキャリッジを３次元空間内において相対移動させる制御を行う移動制御装置と、
   前記ヘッドキャリッジ上において、前記表面に対して複数のそれぞれの前記プリンタヘッドを離れる方向に独立して移動可能なヘッド移動装置と、
   前記プリンタヘッドに対して前記紫外線照射装置を前記第１の方向に移動可能な照射ユニット移動装置とを備え、
   前記ヘッド移動装置により前記表面から離れる方向に移動された前記プリンタヘッドと前記表面との隙間を通り、前記表面から離れる方向に移動されることなく前記印刷面と対向した前記プリンタヘッドの前記第１の方向における側方に隣接するように、前記照射ユニット移動装置により前記紫外線照射装置を移動させることを特徴とする３次元プリンタ。
2. 前記第１の方向は前記印刷面に対して略平行となっており、
   前記ヘッドキャリッジは、前記保持装置に保持された前記印刷対象物の上方を通って前記第１の方向に直線移動可能に構成されており、
   前記ヘッド移動装置は、前記第１の方向に対して直交する第２の方向に前記プリンタヘッドを移動させて前記表面から前記プリンタヘッドを離れるように移動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。
3. 前記照射ユニット移動装置が、前記ヘッドキャリッジに搭載されて構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の３次元プリンタ。
4. 前記ヘッド移動装置は、印刷に用いない前記プリンタヘッドを前記表面から離れる方向に移動させ、印刷に用いる前記プリンタヘッドを前記印刷面に対向させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の３次元プリンタ。
5. 前記保持装置が、保持した前記印刷対象物の表面形状に応じて設定される回転軸を中心として、前記印刷対象物を回転可能に構成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の３次元プリンタ。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の３次元プリンタを用いて行う印刷方法であって、
   ３次元形状表面を有する印刷対象物の表面における印刷面に対して、プリンタヘッドからインクを吐出するとともに紫外線照射装置から紫外線を照射して、前記表面に所定の印刷を施すように構成されており、
   第１の方向に並んだ複数のそれぞれの前記プリンタヘッドを前記表面に対して離れる方向に独立して移動可能なヘッド移動装置により、前記表面から離れるように前記プリンタヘッドを移動させる第１のステップと、
   前記紫外線照射装置を前記第１の方向に移動可能な照射ユニット移動装置により、前記第１のステップにおいて移動された前記プリンタヘッドと前記表面との隙間を通り、前記表面から離れる方向に移動されることなく前記印刷面と対向した前記プリンタヘッドの前記第１の方向における側方に隣接するように前記紫外線照射装置を移動させる第２のステップと、
   前記印刷面と対向した前記プリンタヘッドからインクを吐出させるとともに、前記第２のステップにおいて移動された前記紫外線照射装置から前記表面に紫外線を照射して印刷を施す第３のステップとを有することを特徴とする印刷方法。

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