DE19644905A1

DE19644905A1 - Druckkopf-Führungsvorrichtung

Info

Publication number: DE19644905A1
Application number: DE1996144905
Authority: DE
Inventors: Bradley Stephen Jadrich
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1995-11-01
Filing date: 1996-10-29
Publication date: 1997-05-07
Also published as: GB2306685A; JPH09169149A; GB9622466D0

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckkopf-Führungsvorrichtung mit einer ersten und einer parallel dazu angeordneten zweiten Führungsstange sowie einem ent lang den Führungsstangen bewegbaren Schlitten.

Die durch Nennung als hierin aufgenommen betrachtete, gleichzeitig anhän gige Patentanmeldung US-08/123,839 beschreibt ein Verfahren und eine Vor richtung zum Belichten lichtempfindlicher Medien mit mehreren Lichtquellen. Bei dieser Patentanmeldung ist ein LED-Druckkopf auf der Außenfläche eines sich drehenden Rotors angeordnet, der Licht auf ein lichtempfindliches Material wirft, etwa auf Fotopapier. Bei einer derartigen Vorrichtung sind sehr strenge Leistungsanforderungen hinsichtlich der Positionierung und/oder Geschwindig keit der Translationsvorrichtung zu wahren. Die Bewegung muß mit hoher Ge nauigkeit erfolgen, um die bekannten Streifenartefakte zu vermeiden, die vom menschlichen Auge deutlich wahrgenommen werden können. Diese Artefakte werden typischerweise durch unterschiedliche Positionierfehler innerhalb der digitalen Druckvorrichtung verursacht. Bei linearen Translationsvorrichtungen sind zwei Hauptkomponenten für die Genauigkeit der Bewegung zuständig. Die erste ist die Antriebseinheit, bei es sich im Falle der gleichzeitig anhängenden Patentanmeldung um eine Spindel handelt, die mit einem kleineren Bolzen- als Gewindedurchmesser geschnitten wurde und von einem Drehschrittmotor an getrieben wird. Die zweite Hauptkomponente ist die Führungseinheit, anhand derer der Schlitten linear auf einer vorgegebenen Bahn läuft. Typischerweise ist der Schlitten über Rollenelemente mit zwei parallel zueinander angeordne ten Wellen verbunden, die es dem Schlitten ermöglichen, entlang der linearen Bahn zu verfahren.

Die Erfindung bewirkt für die lineare Translation des Schlittens eine sehr ge naue und reibungslose Schlittenbewegung, deren Konstruktion und Montage relativ preisgünstig ist, und die das Problem der Streifenartefakte minimiert, das durch derartige Vorrichtungen verursacht werden kann.

Nach einem Aspekt der Erfindung wird eine Druckkopf-Führungsvorrichtung mit einer ersten und einer parallel dazu angeordneten zweiten Führungsstange sowie einem entlang den Führungsstangen bewegbaren Schlitten bereitge stellt, wobei der Schlitten folgendes umfaßt:
einen Rahmen,
mindestens zwei einander zugeordnete Rollenlager, die am Rahmen befestigt sind und derart angeordnet sind, daß sie mit der ersten Führungsstange in Eingriff bringbar sind, um eine lineare Bewegung des Schlittens entlang der ersten Führungsstange zu bewirken,
mindestens eine obere Lagereinheit, die auf dem Rahmen derart angeordnet ist, daß sie mit der zweiten Führungsstange in Eingriff gelangt,
eine erste Halterungseinheit, die mindestens eine untere Rollenlagereinheit aufweist, wobei das mindestens eine obere und untere Rollenlager derart posi tioniert ist, daß es in Eingriff mit der dazwischenliegenden zweiten Führungs stange gelangt, und wobei die erste Halterungseinheit derart auf dem Rahmen schwenkbar gelagert ist, daß eine parallele Fehlausrichtung zwischen den Füh rungsstangen ausgeglichen wird, und die vorgespannt ist, um eine Ladekraft auszuüben, so daß die Führungsstangen und die Rollenlager formschlüssig in Eingriff miteinander gelangen.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Druckkopf-Führungs vorrichtung mit einer ersten und einer parallel dazu angeordneten zweiten Füh rungsstange sowie einem entlang den Führungsstangen bewegbaren Schlitten bereitgestellt, wobei der Schlitten folgendes umfaßt:
einen Rahmen,
eine Vielzahl von Rollenlagereinheiten, die derart am Rahmen befestigt sind, daß der Schlitten entlang der Führungsstangen bewegbar ist, wobei minde stens eine der Rollenlagereinheiten eine äußere Eingreiffläche aufweist, die aus einem Kunststoffmaterial besteht, dessen Elastizitätsmodul geringer ist als der der Führungsstange, mit der sie in Eingriff steht.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Druckkopf-Führungs vorrichtung mit einer ersten und einer parallel dazu angeordneten zweiten Füh rungsstange sowie einem entlang den Führungsstangen bewegbaren Schlitten bereitgestellt, wobei der Schlitten folgendes umfaßt:
einen Rahmen,
mindestens zwei einander zugeordnete Führungsstangeneingreifelemente, die am Rahmen befestigt und derart angeordnet sind, daß sie mit der ersten Füh rungsstange in Eingriff bringbar sind, um eine lineare Bewegung des Schlittens entlang der ersten Führungsstange zu bewirken,
mindestens ein oberes Führungsstangen-Eingreifelement, das auf dem Rah men derart angeordnet ist, daß es mit der zweiten Führungsstange in Eingriff gelangt,
eine erste Halterungseinheit, die mindestens ein unteres Führungsstangen-Eingreifelement aufweist, wobei das mindestens eine obere und untere Füh rungsstangen-Eingreifelement derart positioniert ist, daß es in Eingriff mit der dazwischenliegenden zweiten Führungsstange gelangt und wobei die erste Halterungseinheit derart auf dem Rahmen schwenkbar gelagert ist, daß eine parallele Fehlausrichtung zwischen den Führungsstangen ausgeglichen wird, und die vorgespannt ist, um eine Ladekraft auszuüben, so daß die Führungs stangen und die Führungsstangen-Eingreifelemente formschlüssig in Eingriff miteinander gelangen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter Ausfüh rungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine auseinandergezogene isometrische Darstellung einer erfin dungsgemäßen Schlitteneinheit,

Fig. 2 eine Seitenansicht der kompletten Schlitteneinheit aus Fig. 1 zur Darstellung der Anordnung des Schlittens in bezug zu zwei Füh rungsstangen,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Schlitteneinheit aus Fig. 1 in einer anderen Perspektive,

Fig. 4 eine vergrößerte, perspektivische Teilansicht aus Fig. 3, die teil weise angeschnitten ist, um darzustellen, wie die untere Halte rungseinheit am Rahmen befestigt ist,

Fig. 5 eine auseinandergezogene Schnittdarstellung einer einzelnen, in der Vorrichtung aus Fig. 1 benutzten Lagereinheit,

Fig. 6a den gemessenen Schlittenpositionierfehler bei einer Schlittenein heit mit Rollenlagern aus Edelstahl, die an Edelstahlführungs stangen laufen,

Fig. 6b den gemessenen Schlittenpositionierfehler für Verbundkunststoff rollenlager, die an Edelstahlführungsstangen laufen

Fig. 7 eine auseinandergezogene isometrische Ansicht einer erfin dungsgemäßen, modifizierten Schlitteneinheit,

Fig. 8 eine auseinandergezogene isometrische Ansicht einer erfin dungsgemäßen, modifizierten Schlitteneinheit,

Fig. 9 eine Seitenansicht der Schlitteneinheit aus Fig. 8 zur Darstellung der Anordnung des Schlittens in bezug zu zwei Führungsstangen,

Fig. 10 eine vergrößerte Ansicht einer der Kufeneinheiten, die zur Anord nung der Schlitteneinheit auf den Führungsstangen benutzt werden,

Fig. 11 eine Seitenansicht entlang Linie 11-11 aus Fig. 10,

Fig. 12 eine mit Fig. 10 vergleichbare Ansicht zur Darstellung eines der Freiheitsgrade, in der sich die Kufeneinheit bewegen kann, und

Fig. 13-15 verschiedene andere Freiheitsgrade, in denen sich die Kufen einheit bewegen kann.

Bezugnehmend auf Fig. 1-4 wird eine erfindungsgemäße Druckkopf-Führungs vorrichtung 10 beschrieben. Die Druckkopf-Führungsvorrichtung 10 ist insbe sondere in einer LED-Druckvorrichtung verwertbar, die zur Belichtung eines lichtempfindlichen Materials (z. B. Fotopapier) vorgesehen ist, wie detaillierter in der zuvor genannten gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung US-08/123,839 beschrieben. Die Führungsvorrichtung kann allerdings auch in ver schiedenen anderen Druckern benutzt werden, wo lichtempfindliches Material durch einen darüber verfahrenden Druckkopf belichtet wird. Beispielsweise kann ein Laserschreibkopf benutzt werden, wobei diese Beispiel nicht als ein schränkend zu verstehen ist, um ein lichtempfindliches Material, etwa fotografi schen Film, Fotopapier, Thermomedien oder eine elektrostatische Oberfläche zu belichten. Die Vorrichtung 10 umfaßt eine Schlitteneinheit 12 und zwei pa rallele Führungsstangen 14, 16, auf denen die Schlitteneinheit 12 zur linearen Bewegung entlang einer zu den Achsen der Führungsstangen 14, 16 parallel verlaufenden Bahn verfahren wird. Die Schlitteneinheit 12 umfaßt einen Rah men 17 und ist derart an den Führungsstangen 14, 16 befestigt, daß die Bewe gung der Schlitteneinheit 12 nur in einem Freiheitsgrad möglich ist, der parallel zu den Führungsstangen 14, 16 liegt. Die Translation der Schlitteneinheit 12 entlang der Führungsstangen 14, 16 kann durch jede gewünschte Vorrichtung erzielt werden. In der dargestellten Ausführungsform wird dies durch eine Ver stellschraubenspindel 18 und einen Schrittmotor 20 bewirkt, die an der (nicht gezeigten) Druckvorrichtung befestigt sind, in der die Druckkopf-Führungsvor richtung 10 verwendet wird. Die Verstellschraubenspindel 18 greift derart in die Schlitteneinheit 12 ein, daß die Drehung der Verstellschraubenspindel 18 eine Bewegung der Schlitteneinheit 12 entlang der Führungsstangen 14,16 bewirkt. In der gezeigten Ausführungsform ist ein rotierender Druckkopf 19 vorgesehen, um ein lichtempfindliches Material zu bedrucken, und zwar insbesondere Foto papier oder fotografischen Film, das bzw. der später in bekannten, herkömmli chen Entwicklungsmaschinen entwickelt wird. Die Schlitteneinheit 12 kann al lerdings jede gewünschte Art von Druckvorrichtungen aufnehmen, um diese über das lichtempfindliche Material zu verfahren. Die Verstellschraubenspindel 18 kann auf bekannte, herkömmliche Weise an der Vorrichtung befestigt wer den. Vorzugsweise wird die Verstellschraubenspindel an der Schlitteneinheit 12 so befestigt, daß sich die Schlitteneinheit 12 mit im wesentlichen konstanter linearer Geschwindigkeit bewegt und/oder genau positioniert wird. Ein geeigne tes Beispiel für das Eingreifen der Verstellschraubenspindel in die Antriebsvor richtung wird in US-A-5,392,662 beschrieben, die durch Nennung als hierin aufgenommen betrachtet wird. Selbstverständlich kann jede andere ge wünschte Kupplungsvorrichtung vorgesehen werden, die in der Lage ist, die Drehbewegung auf die Verstellschraubenspindel zwecks translatorischer Be wegung der Schlitteneinheit 12 entlang der Führungsstangen 14, 16 zu über tragen.

Die Schlitteneinheit 12 wird auf der Führungsstange 14 über eine Vielzahl von Rollenlagereinheiten 22, 24, 26, 28 angeordnet. Die Rollenlager 22, 24, 26, 28 sind derart angeordnet, daß die Rollenlager 22, 24 sich an einer ersten Posi tion befinden und derart auf dem Schlitten beabstandet sind, daß sich die Füh rungsstange 14 dazwischen in Eingriff befindet. Ebenso sind Rollerlagereinhei ten 26, 28 an dem Schlitten an einer zweiten, zur ersten Position beabstande ten Position befestigt und derart auf dem Rahmen 17 angeordnet, daß sich die Führungsstange 14 ebenfalls dazwischen in Eingriff befindet. Die Rollenlager einheiten 22, 24, 26, 28 greifen in die Führungsstange 14 derart ein, daß eine lineare Bewegung der Schlitteneinheit 12 entlang der Führungsstange 14 be wirkt wird.

Die Schlitteneinheit 12 ist zudem durch die Halterungseinheiten 30, 32 auf der Führungsstange 16 angeordnet. Die Halterungseinheit 30 umfaßt ein Halte rungselement 34, das derart auf dem Rahmen 17 befestigt ist, daß das Halte rungselement 34 um eine zur Führungsstange 14 im wesentlichen senkrecht verlaufende Achse geschwenkt werden kann, wie in der Abbildung durch Pfeil 35 dargestellt. In der gezeigten besonderen Ausführungsform ist das Halte rungselement 34 mit einem Haltestift 36 befestigt, der einen Kopf 37, einen zum Kopf 37 benachbarten Schaftbereich 38 und ein Gewindeende 39 auf weist. Der Schaftbereich 38 ist so bemessen, daß das Halterungselement 34 um den Haltestift 36 schwenken kann, und das Gewindeende 39 ist so bemes sen, daß es in die (nicht gezeigte) Gewindebohrung im Rahmen 17 eingreifen kann, so daß die Halterungseinheit 30 am Rahmen 17 befestigt wird. Das Hal terungselement 34 ist zudem mit zwei beabstandeten oberen Rollenlagerein heiten 44, 46 versehen, um sich mit dem Rahmen 17 gegen die Führungs stange 16 abzustützen.

Die Halterungseinheit 32 ist an Rahmen 17 befestigt und umfaßt einen Tragrahmen 48 mit einem Halterungselement 50 und einem U-förmigen Ele ment 51 mit einem Basisteil 52 und zwei hochstehenden Vorsprüngen 53. Die Halterungseinheit 32 ist auf dem Rahmen 17 derart angeordnet, daß eine Schwenkbewegung um eine im wesentlichen parallel zur Verfahrrichtung der Schlitteneinheit 12 verlaufende Achse erfolgt wie durch Pfeil 75 bezeichnet. Zu diesem Zweck ist ein Haltestift 55 mit einem Schaftbereich 57 vorgesehen, der durch zwei ausgerichtete Öffnungen 61 in den Vorsprüngen 53 geführt ist. Der Haltestift 55 weist zudem eine Öffnung 59 auf, durch die ein Haltestift 63 ge führt ist und der den Tragrahmen 48 am Rahmen 17 befestigt. Der Haltestift 63 kann auf gewünschte Weise am Rahmen 17 befestigt werden.

Das U-förmige Element 51 ist schwenkbar am Halterungselement 50 angeord net, so daß das Halterungselement 50 im wesentlichen senkrecht zur Verfahr richtung der Schlitteneinheit 12 bewegt werden kann. Das U-förmige Element 51 ist an dem Halterungselement 50 mit Hilfe eines Haltestifts 58 befestigt, der einen Kopf 60, einen Schaftbereich 62 und ein Gewindeende 64 aufweist. Der Schaftbereich 62 ist so konstruiert, daß er derart durch eine Öffnung 66 im Halterungselement 50 hindurchgeführt wird, daß das Gewindeende 64 in eine Gewindebohrung 67 im U-förmigen Element 51 eingreift (siehe Fig. 4). Ein Fe derelement 68 ist am Rahmen 17 mit Hilfe des Haltestifts 69 befestigt, der durch eine Öffnung 71 im Federelement 68 hindurchgeführt wird und in eine (nicht gezeigte) Gewindebohrung in Rahmen 17 eingreift. Das Federelement 68 ist so konstruiert, daß es in eine Lagerfläche 70 eingreift, die jedem der Vorsprünge 52 zugeordnet ist. Das Federelement 68 dient gleichzeitig als Fe der, um eine Vorspannung gegen die Lagerfläche 70 aufzubauen, so daß der Tragrahmen 48 in der durch den Pfeil 54 bezeichneten Richtung schwenken kann. Zwei untere Rollenlagereinheiten 72, 74 sind an den seitlichen Enden des Halterungselements 50 befestigt. Die Halterungseinheiten 30, 32 sind der art positioniert, daß die Führungsstange 16 zwischen den Rollenlagereinheiten 44, 46, 72, 74 erfaßt wird, und daß sich die Schlitteneinheit 12 entlang der Füh rungsstange 16 bewegen kann. Wie in der Abbildung ersichtlich ist, können die Halterungseinheiten 30, 32 in die durch die Pfeile 35 bzw. 75 bezeichneten Richtungen schwenken, so daß sie derart in die Führungsstange 16 eingreift, daß eine parallele Fehlausrichtung der Führungsstangen 14, 16 vermieden wird. Da das Federelement 68 an Rahmen 17 befestigt ist, übt das Federele ment 68 eine Ladekraft auf die zugeordneten Rollenlagereinheiten 72, 74 aus, so daß die Führungsstange 16 mit einer Kraft beaufschlagt wird, wodurch die übrigen Rollenlagereinheiten formschlüssig mit der jeweiligen Führungsstange in Eingriff gelangen.

Die Rollenlagereinheiten 22, 24, 26, 28, 44, 46, 72, 74 sind jeweils an ihren entsprechenden Elementen befestigt. Bezugnehmend auf Fig. 5 wird detailliert die Konstruktion einer erfindungsgemäßen Rollenlagereinheit 22 gezeigt, die für die Konstruktion der übrigen Rollenlagereinheiten 24, 26, 28, 44, 46, 72, 74 repräsentativ ist. Die Rollenlagereinheit 22 umfaßt ein Radialinnenlager 80, das in einer äußeren Laufbuchse 82 sitzt. In der bevorzugten Ausführungsform besteht die äußeren Laufbuchse 82 aus einem Verbundkunststoff und weist eine äußere Eingreiffläche 83 auf. Das Material der Laufbuchse 82 hat vor zugsweise einen Elastizitätsmodul, der kleiner als der Elastizitätsmodul der Führungsstange ist, mit der sie in Eingriff steht. Das Kunststoffmaterial der Laufbuchse 82 wurde nach dem für ein Kunststoffmaterial relativ hohen Ela stizitätsmodul ausgewählt, der vorzugsweise mindestens 0,7 × 10⁶ psi beträgt. Eine Vielzahl anderer Verbundstoffe oder mit Zusatzstoffen versehener Thermoplaste, die einen vergleichbar hohen Elastizitätsmodul aufweisen, wä ren jedoch auch für die Erfindung geeignet. Ein hoher Elastizitätsmodul ist für die Laufbuchse wünschenswert, um die Verformung der Kunststofflaufbuchse zu minimieren, wenn sie durch eine Kompressionskraft gegen ihre entspre chende Führungsstange beaufschlagt wird. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform bestehen die Führungsstangen 14, 16 jeweils aus Edelstahl, der ein Elastizitätsmodul von ca. 28,0 × 10⁶ psi aufweist, wogegen die äußeren Laufbuchsen jeder Rollenlagereinheit aus einem Verbundkunststoff bestehen. In der dargestellten Ausführungsform besteht die Laufbuchse aus 6/6 Nylon mit 20% Kohlenstoffasern und weist ein Elastizitätsmodul von ca. 2,4 × 10⁶ psi auf. Das Kunststoffmaterial sollte nicht aus einem Material hergestellt werden, des sen Elastizitätmodul zu dicht an dem der Stangen liegt, mit denen es sich in Eingriff befindet. Der Elastizitätsmodul des Kunststoffmaterials sollte vorzugs weise nicht mehr als 10% über dem der Führungsstange liegen, mit dem es sich in Eingriff befindet. So ist der Elastizitätsmodul der Laufbuchse 82 in der gezeigten Ausführungsform nicht größer als 2,8 × 10⁶ psi.

Die Rollenlagereinheiten können an Rahmen 17 oder an Halterungseinheiten 30, 32 in jeder gewünschter Weise befestigt werden. In der dargestellten, be vorzugten Ausführungsform wird eine Bundschraube 90 zum Befestigen der Rollenlagereinheiten an ihren jeweiligen Halterungselementen benutzt.

Ein wichtiger Aspekt der Erfindung besteht darin, daß die Kunststoffbuchse 82 der Rollenlagereinheit, die in Rolleingriff mit der Führungsstange steht, dem Schlitten ein gewisses Maß an Dämpfung und Laufruhe gibt. Zur Verwendung mit der Schlitteneinheit wurden zunächst Rollenlagereinheiten mit äußeren Edelstahlbuchsen untersucht. Es stellte sich heraus, daß bei Einsatz von Edelstahl-Rollenlagereinheiten in Verbindung mit Edelstahlführungsstangen die lineare Positioniergenauigkeit der Schlitteneinheit wesentlich schlechter war als bei Verwendung von Rollenlagereinheiten mit Kunststoffbuchsen in Verbindung mit Edelstahlführungsstangen.

Bezugnehmend auf Fig. 6a und 6b wird ein Vergleich des Translationsverhal tens zwischen einer Schlitteneinheit mit Edelstahlrollenlagereinheiten und einer Schlitteneinheit mit Kunststoffrollenlagereinheiten gezeigt, wobei jede Schlit teneinheit auf Edelstahlführungsstangen läuft. Fig. 6a zeigt den Einsatz von Edelstahlrollenlagereinheiten in Verbindung mit Edelstahlführungsstangen, Fig. 6b zeigt den Einsatz von Kunststoffrollenlagereinheiten in Verbindung mit Edelstahlführungsstangen. Die in Fig. 6a und 6b gezeigten Kurven wurden durch Berechnung der Fourier-Transformation des Schlittenpositionierfehlers erzeugt, wobei zur Messung ein Laserinterferometer herangezogen wurde. Die Edelstahlführungsstangen und die Edelstahlrollenlagereinheiten wiesen ein Elastizitätsmodul von ca. 28 × 10⁶ psi auf. Die Kunststoffrollenlagereinheiten bestanden aus einer Außenbuchse aus 17% Kevlar gefüllt mit 6/6 Nylon (von A. L. Hyde Co. unter dem Markennamen "Hydlar Z" erworben). Der Nylon kunststoff wies ein Elastizitätsmodul von ca. 0,9 × 10⁶ psi auf. Wie anhand der vertikalen Linien in Fig. 6a gezeigt, trat eine erhebliche Positionierabweichung im Vergleich zur Verwendung von Kunststoffrollenlagereinheiten in Verbindung mit den Führungsstangen auf. In den Edelstahlrollenlagereinheiten trat ein er heblicher Anteil unerwünschter Spektralenergie zwischen 0,5-4,0 Zyklen/mm auf, die nicht vorhanden ist, wenn Rollenlagereinheiten mit Verbundkunststoff-Laufbuchsen benutzt werden, wie in Fig. 6b gezeigt. Dies zeigt eine Laufruhe oder Dämpfung, durch die die Kunststoffrollenlagereinheiten zu einem guten Translationsverhalten des Schlittens beitragen. Die Oberflächengüte (d. h. Rauhigkeit) der Kontaktfläche der Kunststofflaufbuchse sollte übrigens mög lichst klein gehalten werden, um eine optimale Leistung zu erreichen. Die Oberflächenrauhigkeit sowohl der Kunststoff- als auch der Edelstahlrollenlager ist vorzugsweise kleiner als ca. 81,3 µm. Die Rundlaufabweichung der Rollen lagereinheit sollte auf ein Minimum begrenzt werden, um die optimale Leistung zu erzielen. Vorzugsweise ist die Rundlaufabweichung kleiner als ca. 0,0127 mm.

Um die Punktbeanspruchung zwischen den Rollenlagereinheiten und den Füh rungsstangen zu minimieren, sollte die Form und Konfiguration der Eingreifflä che 83 in bezug zur Führungsstange, mit der sie sich in Eingriff befindet, ange paßt werden. Diese Anpassung wird unter Bezug auf Fig. 5 dargestellt. Der Radius R1 der Eingreiffläche 83 sollte gleich oder etwas größer als der Radius R2 der Außenfläche der Führungsstangen sein. Obwohl R1 und R2 identisch sein können, sollte R1 vorzugsweise etwas größer sein, um Toleranzabwei chungen zu kompensieren. Vorzugsweise liegt R1 im Bereich von ca. 101 bis 110% von R2. In der dargestellten Ausführungsform ist R1 ca. 103% von R2. Da die äußere Laufbuchse der Lager ein kleineres Elastizitätsmodul als die Edelstahlstangen aufweist, werden die Kunststofflaufbuchsen 82 stärker kom primiert als der Edelstahl. Die Last wird dabei über einen größeren konkaven Bereich verteilt, wodurch sich die Berührungsspannung zwischen der Füh rungsstange und der Kunststoffbuchse verringert. Bei Einsatz der erfindungs gemäßen Konfiguration war nach einem Schlittenweg von 2 540 000 cm kein sichtbares Anzeichen von Verschleiß auf den Führungsstangen oder den Kunststoffbuchsenflächen erkennbar. Dies stand im krassen Gegensatz zu dem erheblichen Verschleiß auf den Führungsstangen und Lagerflächen, der bei Sichtprüfung nach nur 508 000 cm feststellbar war, wenn Edelstahlrollenla gereinheiten und Edelstahlführungsstangen benutzt wurden.

Bezugnehmend auf Fig. 7 wird eine erfindungsgemäße, modifizierte Führungs vorrichtung 110 gezeigt. Die Führungsvorrichtung 110 ist mit der Druckkopf-Führungsvorrichtung 10 vergleichbar, wobei gleiche Bezugsziffern gleiche Teile bezeichnen. In der Führungsvorrichtung 110 ist nur eine einzige Rollen lagereinheit jeder Halterungseinheit 30, 32 zugeordnet. Die Halterungseinheit 32 ermöglicht weiterhin die Kompensierung einer parallelen Fehlausrichtung zwischen den Führungsstangen 14, 16 und beaufschlagt die Führungsstange 16 mit einer Vorspannkraft, wodurch alle Rollenlagereinheiten formschlüssig in Eingriff gelangen. Doch diese Ausführungsform hat hinsichtlich der vorherigen Ausführungsform den Nachteil, daß jede der Rollenlagereinheiten 120, 122 mit höheren Berührungskräften beaufschlagt werden. Dies wird dann wichtig, wenn das Gewicht des Schlittens eine Rolle spielt. Die Verwendung mehr als einer Rollenlagereinheit mit jeder der Halterungseinheiten 30, 32, wie in der Ausfüh rungsform von Fig. 1-4 gezeigt ermöglicht den Einsatz von Schlitten höheren Gewichts. Indem die Halterungseinheiten 30, 32 in den anhand der Pfeile 35, 75 bezeichneten Richtungen geschwenkt werden können, wird das mit dem Einsatz beabstandeter Rollenlagereinheiten verbundene Problem minimiert oder beseitigt.

Unter Bezugnahme auf Fig. 8 und 9 wird eine erfindungsgemäße, modifizierte Druckkopf-Führungsvorrichtung 200 veranschaulicht. Die Druckkopf-Führungs vorrichtung 200 ist ähnlich der Druckkopf-Führungsvorrichtung 10, wobei glei che Ziffern gleiche Teile und Betriebsabläufe bezeichnen. Die Druckkopf-Führungsvorrichtung 200 umfaßt eine Schlitteneinheit 212, die auf der Füh rungsstange 14 über eine Vielzahl von Führungskufeneinheiten 222, 224, 226, 228 angeordnet ist. Die Führungskufen 222, 224, 226, 228 sind derart ange ordnet, daß sich die Führungskufen 222, 224 an einer ersten Position auf der Schlitteneinheit 212 befinden, so daß sich die Führungsstange 14 dazwischen in Eingriff befindet. Ebenso sind Führungskufeneinheiten 226, 228 an dem Schlitten an einer zweiten, zur ersten Position beabstandeten Position befestigt und derart auf der Schlitteneinheit 12 angeordnet, daß sich die Führungs stange 14 ebenfalls dazwischen in Eingriff befindet. Die Führungskufen 222, 224, 226, 228 greifen in die Führungsstange 14 derart ein, daß eine lineare Bewegung der Schlitteneinheit 12 entlang der Führungsstange 14 bewirkt wird.

Die Schlitteneinheit 212 ist ebenfalls anhand von Halterungseinheit 30, 32 an Führungsstange 16 auf fast die gleiche Weise wie die Schlitteneinheit 12 aus Fig. 1 angeordnet. Im Unterschied hierzu werden anstelle der Rollenlagerein heiten 44, 46 zwei Führungskufeneinheiten 244, 246 verwendet, die die Schlitteneinheit 212 berühren und tragen. Obwohl die Rollenlagereinheiten 22, 24, 26, 28 bei Standarddruckformaten eine genaue und laufruhige Bewegung bewirken, wurde festgestellt, daß bei großen Druckformaten der Abstand L zwi schen den Trägerelementen (wie in Fig. 9 gezeigt) bei der Belichtung zu Strei fenartefakten führen kann. Ein weiteres Problem bei Rollenlagern besteht darin, daß bei der Ablagerung von Staub, Papier oder sonstigen Teilchen auf den Führungsstangen Artefakte auftreten können, wenn die Rolleneinheiten über die Teilchen laufen, wobei die Artefakte aufgrund der großen Entfernun gen L möglicherweise noch verstärkt werden. Die in dieser Ausführungsform verwendeten Führungskufeneinheiten minimieren oder beseitigen dieses Pro blem in Geräten für große Druckformate und entsprechend große Entfernungen L. Ein weiterer Vorteil der Führungskufeneinheiten besteht darin, daß sie in der Bewegung zwischen dem Schlitten und den Führungsstangen einen größeren Freiheitsgrad ermöglichen.

Bezugnehmend auf Fig. 10 und 11 wird eine vergrößerte Ansicht einer einzel nen Führungskufeneinheit 222 gezeigt, um darzustellen, wie der Schlitten auf der Schlitteneinheit 12 angeordnet ist. Die übrigen Führungskufeneinheiten 224, 226, 228 sind auf gleiche Weise wie die Führungskufeneinheit 222 kon struiert, so daß hier nur eine detaillierte Beschreibung einer einzelnen Füh rungskufeneinheit 222 erfolgt. Die Führungskufeneinheit 222 umfaßt ein Fe derelement 230, das an einer Kufe 232 befestigt ist. Das Federelement 230 besteht aus einem Material, das die von den Führungsstangen auf die Schlit teneinheit einwirkende Last tragen kann, ist aber ausreichend flexibel, um die gewünschte Biegung zu ermöglichen. In der gezeigten Ausführungsform weist das Federelement 230 einen ersten Halterungsbereich 234 mit zwei Öffnungen 236 auf, anhand derer das Federelement 230 mit zwei Schrauben 238 an der Schlitteneinheit 212 befestigt werden kann, die in die Gewindebohrungen 241 in der Schlitteneinheit 212 eingreifen. Das Federelement 230 umfaßt zudem einen zweiten Halterungsbereich 239, der dazu dient, die Kufe 232 am Halte rungsbereich 239 zu befestigen. In der dargestellten Ausführungsform umfaßt der Halterungsbereich 239 zwei Öffnungen 240, durch die das Federelement 230 mit zwei Halterungsschrauben 242 an der Kufe 232 befestigt werden kann. Das Federelement 230 kann allerdings auf jede gewünschte Weise an der Schlitteneinheit 212 oder an der Kufe 232 befestigt werden. Das Federelement 230 weist einen zentralen, verformbaren Biegebereich 243 auf. In der darge stellten Ausführungsform umfaßt der Biegebereich 243 zwei Tragglieder 246, 248, die zwischen den Halterungsbereichen 234, 239 ein V bilden. Das Feder element 230 besteht aus kaltgewalztem Stahl, der zur Erzielung guter Federei genschaften vergütet wurde.

Die Kufe 232 weist eine Kontaktfläche 250 auf, wie am besten in Fig. 13 zu erkennen ist. Diese Fläche dient als Gleit- und Kontaktfläche auf der Füh rungsstange. Die Kufe 232 besteht vorzugsweise aus einem thermoplastischen Material mit internen Schmierstoffen, die für geringe Reibung und geringen Schlupf sorgen. Ein für die Kufen geeignetes Material ist Acetalkunststoff mit 18% Teflon und 2% Silikon. Ein geeignetes Material kann von LNP Engineering Plastics, Inc. bezogen werden (Produkt-Nr. KL-4540B). Die Führungskufen können im Spritzgießverfahren hergestellt werden, vorzugsweise in der Umge bung des Halterungsbereichs 239 des Federelements 230, um eine integrierte Führungskufen-Federungseinheit zu erhalten, die auf weitere Befestigungs elemente verzichten kann. Der Radius RP der Kontaktfläche 250 ist etwas grö ßer als der Radius R2 der Führungsstange. Die Kontaktfläche 250 reduziert die Punktkontaktbeanspruchung der Kufe 232.

Es wurde festgestellt, daß eine erfindungsgemäß hergestellte Führungskufen einheit einen Verfahrweg von über 5.080.000 cm zurücklegen kann und dabei eine Dezentrierung der Rotordrehachse von ca. 0,02286 mm aufweist, was ak zeptabel ist. In der getesteten Umgebung haben die Führungskufen einen Ra dius RP von ca. 10,49 mm, während die Führungsstange einen Radius R2 von ca. 9,25 mm aufweist.

Bezugnehmend auf Fig. 12-15 werden verschiedene mögliche Freiheitsgrade der Führungskufeneinheit gezeigt. Diese Freiheitsgrade ermöglichen es den Führungskufeneinheiten, sich auf die Führungsstange selbst auszurichten, mit der sie in Kontakt sind, was im Laufe der Zeit einem verminderten Verschleiß zugute kommt. Insbesondere Fig. 12 zeigt die Kompensation eines Paralleli tätsfehlers zwischen der Führungsstange und der Schlitteneinheit, wie durch θX bezeichnet. Bezugnehmend auf Fig. 13 wird die Kompensation eines Paral lelitätsfehlers zwischen der Führungsstange und der Schlitteneinheit in Rich tung θZ gezeigt. In Fig. 14 wird die Kompensation in bezug auf eine Winkelab weichung zwischen der Führungsstange und der Schlitteneinheit gezeigt, wie durch Drehung um die Y-Achse θY dargestellt. Hieraus ist zu ersehen, daß sich die Führungskufeneinheiten ursprünglich in der Y- und Z-Richtung befinden und dennoch eine Bewegung in alle anderen Richtungen zur Fehlerkompensa tion ermöglichen, um somit eine verschleißmindernde Einheit zu bilden. Der Verschleiß würde ansonsten Artefakte hinsichtlich der Fokussierung des opti schen Systems verursachen. Diese Einheit ist auch gegenüber einem transla torischen Aufschaukeln unempfindlich. Zudem erfordert diese robuste Kon struktion weniger Bauteile mit kritischen Toleranzen.

Selbstverständlich kann die Erfindung verschiedenen anderen Änderungen und Abwandlungen unterzogen werden, beispielsweise können, ohne darauf be schränkt zu sein, die Kufen aus jedem geeigneten Material hergestellt werden. Auch andere geeignete Materialien, wie etwa thermoplastische Materialien, können mit einem Kohlenstoffzusatz und internen Teflonschmiermitteln benutzt werden. Die höhere Steifigkeit, die auf den Kohlenstoffzusatz zurückzuführen ist, führt mit hoher Wahrscheinlichkeit zu einem im Laufe der Zeit niedrigeren Verschleiß.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bewirkt eine laufruhige und genaue Positio nierung eines Schlittens bei gleichzeitig langer Lebensdauer.

Die zahlreichen Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der detaillierten Beschreibung ersichtlich, wobei die anhängenden Ansprüche alle diese Merk male und Vorteile der Erfindung abdecken, die in den Schutzumfang der Erfin dung fallen. Obwohl einige erfindungsgemäße Ausführungsformen aufgezeigt und beschrieben wurden, ist die Erfindung natürlich nicht auf diese beschränkt, sondern kann zahlreichen, Fachleuten bekannten Änderungen und Abwand lungen unterzogen werden, so daß die hier gezeigten und beschriebenen Ein zelheiten nicht einschränkend zu verstehen sind, sondern so, daß alle einem einschlägigen Fachmann offenkundigen Änderungen und Abwandlungen der Erfindung abgedeckt werden.

Bezugszeichenliste

10 Druckkopf-Führungsvorrichtung
12 Schlitteneinheit
14, 16 Führungsstangen
15, 50 Halterungselement
17 Rahmen
18 Verstellschraubenspindel
20 Schrittmotor
22, 24, 26, 28, 44, 46, 72, 74, 120, 122 Rollenlagereinheiten
30, 32 Halterungseinheiten
34 Halterungselement
35, 54, 75 Pfeil
36, 55, 58, 63 Haltestift
37 Kopf
38, 57 Schaftbereich
39 Gewindeende
40, 59, 66, 71 Bohrung
48 Tragrahmen
50 Halterungselement
51 U-förmiges Element
52 Basisteil
53 senkrechte Vorsprünge
60 Kopf
61 ausgerichtete Öffnungen
62 Schaftbereich
64 Gewindeende
67 Bohrung
68 Federelement
70 Lagerfläche
80 Radiallager
82, 87 Laufbuchse
83 Eingreiffläche
90 Bundschraube
110 Führungsvorrichtung
200 Druckkopf-Führungsvorrichtung
212 Schlitteneinheit
222, 224, 226, 228 Führungskufeneinheiten
230, 242 Federelement
232 Kufe
234, 239 Halterungsbereich
236, 230 Bohrungen
238, 242 Schrauben
241 Gewindebohrungen
243 Biegebereich
244, 246 Tragelemente
250 Kontaktfläche

Claims

1. Druckkopf-Führungsvorrichtung (200) mit einer ersten und einer parallel dazu angeordneten zweiten Führungsstange (14, 16) sowie einem ent lang den Führungsstangen bewegbaren Schlitten (212), gekennzeichnet durch:

- einen Rahmen (17),
- mindestens zwei einander zugeordnete Führungskufeneinheiten, die am Rahmen (17) befestigt und derart angeordnet sind, daß sie sich mit der ersten Führungsstange in Eingriff befinden, um eine lineare Bewe gung des Schlittens entlang der ersten Führungsstange zu bewirken,
- mindestens eine derart auf dem Rahmen angeordnete obere Führungskufeneinheit, daß sie mit der zweiten Führungsstange in Eingriff gelangt,
- eine erste Halterungseinheit mit mindestens einer unteren Lagerein heit, wobei die mindestens eine obere Führungskufeneinheit und die unteren Rollenlagereinheiten derart angeordnet sind, daß sie in Eingriff mit der dazwischenliegenden zweiten Führungsstange gelangen, und wobei die erste Halterungseinheit derart auf dem Rahmen schwenkbar gelagert ist, daß eine parallele Fehlausrichtung zwischen den Füh rungsstangen ausgeglichen wird, und die vorgespannt ist, um eine Ladekraft auszuüben, so daß die Führungsstangen und die Rollenla gereinheiten formschlüssig in Eingriff miteinander gelangen.

2. Druckkopf-Führungsvorrichtung (200) nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß mindestens eine der Führungskufeneinheiten (222, 224, 226, 228) ein Federelement (230) und eine Kufe (232) umfaßt, die sich in Eingriff mit einer Führungsstange befindet.

3. Druckkopf-Führungsvorrichtung (200) nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das Federelement (230) aus einem flexiblen Federstahl hergestellt ist.

4. Druckkopf-Führungsvorrichtung (200) nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kufe (232) aus einem thermoplastischen Material mit darin befindlichen Schmierstoffen besteht.

5. Druckkopf-Führungsvorrichtung (200) nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kufe (232) aus Acetal mit 18% Teflon und 2% Silikon besteht.

6. Druckkopf-Führungsvorrichtung (200) nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kontaktfläche (250) der Kufe (232) einen Radius auf weist, der größer als der Radius der Führungsstange ist, mit dem sie in Kontakt ist.

7. Druckkopf-Führungsvorrichtung (200) mit einer ersten und einer parallel dazu angeordneten zweiten Führungsstange (14, 16) sowie einem ent lang den Führungsstangen bewegbaren Schlitten (212), gekennzeichnet durch:

- einen Rahmen (17),
- eine Vielzahl einander zugeordneter Führungskufeneinheiten (222, 224, 226, 228), die am Rahmen (17) derart befestigt sind, daß sich der Schlitten (212) entlang der Führungsstangen bewegen kann, wobei mindestens eine der Führungskufeneinheiten ein Federelement (230) und eine Kufe (232) aufweist.

8. Druckkopf-Führungsvorrichtung (200) nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Vielzahl der Führungskufeneinheiten (222, 224, 226, 228) folgendes umfaßt:

- zwei erste einander zugeordnete Führungskufeneinheiten,
- zwei zweite einander zugeordnete Führungskufeneinheiten, die zu den beiden ersten Führungskufeneinheiten axial beabstandet sind, wobei die ersten und zweiten beiden Führungskufeneinheiten derart an dem Rahmen (17) befestigt und angeordnet sind, daß sie sich mit der ersten Führungsstange im Eingriff befinden, um eine lineare Bewegung des Schlittens (212) entlang der ersten Führungsstange zu bewirken,
- mindestens eine derart auf dem Rahmen angeordnete obere Führungskufeneinheit, daß sie mit der zweiten Führungsstange in Eingriff gelangt,
- eine erste Halterungseinheit mit mindestens einer Führungskufenein heit, wobei die mindestens eine Führungskufeneinheit derart angeord net ist, daß sie in Eingriff mit der zweiten Führungsstange gelangt und wobei die erste Halterungseinheit derart auf dem Rahmen schwenkbar gelagert ist, daß eine parallele Fehlausrichtung zwischen den Füh rungsstangen ausgeglichen wird, und die vorgespannt ist, um eine Ladekraft auszuüben, so daß die Führungsstangen und die Rollenla gereinheiten formschlüssig in Eingriff miteinander gelangen.

9. Druckkopf-Führungsvorrichtung (200) mit einer ersten und einer parallel dazu angeordneten zweiten Führungsstange sowie einem entlang den Führungsstangen bewegbaren Schlitten (212), gekennzeichnet durch:

- einen Rahmen (17),
- eine Vielzahl einander zugeordneter Führungskufeneinheiten (222, 224, 226, 228), die am Rahmen (17) derart befestigt sind, daß sich der Schlitten (212) entlang der Führungsstangen bewegen kann, wobei mindestens eine der Führungskufeneinheiten eine äußere Eingreifflä che (83) aufweist, und wobei die Führungskufe aus einem Kunststoff material besteht, dessen Elastizitätsmodul geringer ist als der der Füh rungsstange, mit der sie in Eingriff steht.

10. Druckkopf-Führungsvorrichtung (200) nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß die Führungsstangen (14, 16) jeweils aus einem Material bestehen, das ein Elastizitätsmodul von ca. 28,0 × 10⁶ psi aufweist, wo gegen die Außenseite der Führungskufe aus einem Material mit einem Elastizitätsmodul besteht, der geringer als ca. 2,8 × 10⁶ ist.

11. Druckkopf-Führungsvorrichtung (200) nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß die äußere Eingreiffläche (83) der Führungskufe aus einem Material besteht, das ein Elastizitätsmodul aufweist, der nicht größer als 10% des Elastizitätsmoduls des Materials ist, aus dem die Führungsstan gen bestehen.

12. Druckkopf-Führungsvorrichtung (200) nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß mindestens eine der Führungskufeneinheiten eine Kufe aufweist, die aus einem Kunststoffmaterial besteht, dessen Elastizitäts modul größer oder gleich 0,7 × 10⁶ ist.

13. Druckkopf-Führungsvorrichtung (200) nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kontaktfläche der Kufe einen Radius aufweist, der grö ßer als der Querschnittsradius der Führungsstange ist, mit der sie sich in Eingriff befindet.

14. Drucker mit einer beweglichen Schlitteneinheit (12), um einen Druckkopf derart zu bewegen, daß ein lichtempfindliches Material beschrieben wird, gekennzeichnet durch:

- eine erste und eine parallel dazu angeordnete zweite Führungsstange (14, 16),
- eine entlang der Führungsstangen bewegbare Schlitteneinheit (12), wobei die Schlitteneinheit (12) einen Rahmen (17) aufweist, minde stens zwei einander zugeordnete Führungskufeneinheiten, die am Rahmen (17) befestigt sind und derart angeordnet sind, daß sie mit der ersten Führungsstange in Eingriff bringbar sind, um eine lineare Bewe gung des Schlittens entlang der ersten Führungsstange zu bewirken, mindestens eine obere Führungskufeneinheit, die auf dem Rahmen derart angeordnet ist, daß sie mit der zweiten Führungsstange in Ein griff gelangt, eine erste Halterungseinheit, die mindestens eine untere Lagereinheit aufweist, wobei die mindestens eine Führungsstange der art angeordnet ist, daß sie in Eingriff mit der zweiten Führungsstange gelangt, und wobei die erste Halterungseinheit derart auf dem Rahmen schwenkbar gelagert ist, daß eine parallele Fehlausrichtung zwischen den Führungsstangen ausgeglichen wird, und die vorgespannt ist, um eine Ladekraft auszuüben, so daß die Führungsstangen und die Rol lenlager formschlüssig in Eingriff miteinander gelangen.

15. Drucker nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkopf mindestens eine Leuchtdiode umfaßt.

16. Drucker nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtemp findliche Material Fotopapier umfaßt.

17. Drucker nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Rollenlagereinheiten eine äußere Laufbuchse besitzt, die aus einem Kunststoffmaterial mit einem Elastizitätsmodul von 0,7 × 10⁶ psi oder größer besteht.