JP2018176732A - ３次元の（３ｄ）物体の表面の印刷中その物体を保持する装置 - Google Patents

Abstract

【課題】印刷するための３次元の物体を保持するホールディング機構の操作能力が制限されないこと。【解決手段】ホールディング機構は、ホールディング機構のフレームの一方の端に接続するワイヤ１５４のアレイを用い、ワイヤが反対側の端に延在し、それにより、このワイヤとフレームの後ろでこのフレームから離れて配置されるバックプレート１５５との間に物体１２２が保持されるようにする。物体の最大表面面積が印刷可能になるよう、最小の数のワイヤを用いて最小の数の位置決めピンに対して物体を保持する。【選択図】図４

Description

本開示は、一般に３次元（３Ｄ）の物体の表面を印刷するシステムに関し、より具体的には、非製造の環境で一般の物体を保持するよう適用される装置に関する。

通常、商業製品の印刷はその製品の製造過程で行われる。例えば、ボールの表面に模様やロゴを印刷する際、ボールが完成し膨らませる前に印刷が行われる。したがって、例えば、潜在的な製品の顧客がプロや大学のチームを応援する分野で製品をカスタマイズする、物流サイトなどの非製造業者は、様々なチームのロゴ入り製品を持っていなければならない。様々なロゴごとに製品の正確な数を注文して在庫を維持していくことは面倒である。

非製造業者のアウトレットが抱えるこういった問題に対処する方法の１つとして、印刷されていない製品のバージョンを在庫として持ち、物流サイトにその表面にパターンやロゴを印刷することが挙げられる。２次元（２Ｄ）媒体印刷技術などの既知の印刷技術を適用することは、画像コンテンツを３次元の物体に塗布することであり難しい。印刷される面を比較的平坦な２次元の面として印刷ヘッドに向けるため、その製品の一部が印刷ヘッドと平行な平面になるよう、物体を慎重に、かつ巧みに操らなければならない。

ある印刷システムでは、Ｗａｙｎｅ Ａ．Ｂｕｃｈａｒ ｅｔ ａｌ（弁理士番号第２０１５０７４７ＵＳ０１号）による２０１６年５月２５日出願の「ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＰＲＩＮＴＩＮＧ ＯＮ ＴＨＲＥＥ−ＤＩＭＥＮＳＩＯＮＡＬ（３Ｄ）ＯＢＪＥＣＴＳ」と題する本発明の譲受人に譲渡された同時係属中で米国特許出願第１５／１６３，８８０号明細書で開示された技術でこれを実現している。この印刷システムは、マーキング材料を吐出するようそれぞれが構成される、２Ｄアレイ内に配列される、複数の印刷ヘッドと、印刷ヘッドの２Ｄアレイにより形成される平面と平行になるよう配置される支持部材と、その支持部材に移動可能に取り付けられた部材と、移動可能に取り付けられた部材に動作可能に接続して、移動可能に取り付けられた部材を支持部材に沿って動かせるようにするアクチュエータと、移動可能に取り付けられた部材に取り付けられて、移動可能に取り付けられた部材が支持部材に沿って移動するとき、印刷ヘッドのアレイを通過できるよう構成される物体ホルダと、複数の印刷ヘッドとアクチュエータに動作可能に接続し、アクチュエータを操作し、印刷ヘッドのアレイを通過させて物体ホルダを動かして、複数の印刷ヘッドを操作して、物体ホルダが印刷ヘッドのアレイを通過するとき、物体ホルダに保持される物体にマーキング材料を吐出するよう構成される制御装置と、を含む。

このアプローチが抱える問題は、印刷される部品ごとに一意の部品ホルダを必要とすることである。これらの部品ホルダは、現在、各ホルダにマシン加工された専用の位置決め取付け機能を有するマシン加工された金属ブラケットである。これでは、エンドユーザが持ち込む一般の物体へ印刷する操作能力が制限されてしまう。

この短所に対する解決策として、ホルダの一方の端から他方の端に延在するワイヤのアレイを用いる一般化ホールディング機構が開示されている。このホールディング機構のワイヤとバックプレートの間に保持された装置が挟まれる。最小数のワイヤを用いて、この装置の最大の面を印刷できるよう最小数の位置決めピンで物体を保持する。

続く説明では、添付図面に関連して、画像を３Ｄの物体の表面に印刷する印刷システムの前述の様態およびその他の特徴を説明する。

図１は、３Ｄ物体の表面を印刷するよう構成される例示的な印刷システム１００を示す図である。 図２は、図１に示される例示的な印刷システム１００をインストール可能なキャビネットを示す図である。 図３Ａは、汎用物体ホルダおよび図１に示される移動可能に取り付けられた部材を詳細に示す図である。 図３Ｂは、汎用物体ホルダおよび図１に示される移動可能に取り付けられた部材を詳細に示す図である。 図４は、図３Ａに示される、様々な種類の物体を保持する汎用物体ホルダを示す図である。 図５は、図３Ａに示される汎用ホルダの平面図である。 図６Ａは、図４の汎用物体ホルダで用いられるスリッパクラッチ張力調整システムを示す図である。 図６Ｂは、図４の汎用物体ホルダで用いられるスリッパクラッチ張力調整システムを示す図である。

本実施形態の一般的な理解を得るために図面を参照する。これらの図面では、全体を通して、同様の要素には同様の参照符号が用いられる。

図１には、３Ｄ物体の表面を印刷するよう構成された例示的な印刷システム１００が示されている。この印刷システム１００は、印刷ヘッド１０４のアレイと、支持部材１０８と、支持部材１０８に移動可能に取り付けられた部材１１２と、移動可能に取り付けられた部材１１２に動作可能に接続するアクチュエータ１１６と、移動可能に取り付けられた部材１１２を取り付けるよう構成される汎用物体ホルダ１５０と、複数の印刷ヘッドとアクチュエータに動作可能に接続する制御装置１２４と、を含む。図１に示される通り、印刷ヘッド１０４のアレイは２次元アレイで配列される（この図では、１０×１のアレイであるが、その他の構成のアレイも使用可能である。）。各印刷ヘッドはマーキング材料の供給部（図示せず）に流体接続し、その供給部から受け取ったマーキング材料を吐出するよう構成される。いくつかの印刷ヘッドが、同じ供給部に接続してもよい、あるいは各印刷ヘッドが別々のマーキング材料を吐出できるよう、各印刷ヘッドがその独自の供給部に接続してもよい。

支持部材１０８は印刷ヘッドのアレイにより形成される平面と平行に配置され、この図で示される通り、支持部材１０８の一端が支持部材のもう一方の端より高い重力ポテンシャルを有するよう方向付けされる。このように方向付けすることにより、印刷システム１００は印刷ヘッドのアレイを水平に方向付けする別の実施形態よりも小さい実装面積を有することができ、水平に並んだ印刷ヘッドを通過した物体を物体ホルダが通過して、印刷ヘッドが下方の物体に向けてマーキング材料を吐出できるよう支持部材、移動可能に取り付けられた部材、および物体を構成する。

この部材１１２は、支持部材に沿ってスライドできるよう、支持部材１０８に移動可能に取り付けられる。いくつかの実施形態では、この部材１１２は支持部材に沿って双方向に移動可能である。その他の実施形態では、この支持部材１０８は、支持部材の下部端に戻る経路を提供して、移動可能に取り付けられた部材のためのトラックを形成するよう構成される。アクチュエータ１１６が移動可能に取り付けられた部材１１２を支持部材１０８に沿って動かせるよう、このアクチュエータ１１６は移動可能に取り付けられた部材１１２に動作可能に接続し、移動可能に取り付けられた部材１１２に接続する物体ホルダ１５０が印刷ヘッドの２次元アレイの一方の寸法でその印刷ヘッド１０４のアレイを通過できるようにする。この図で示されている実施形では、汎用物体ホルダ１５０が、滑車とベルトの使用、あるいはねじ回しなどの従来の手段により、印刷ヘッド１０４のアレイの全長の寸法に沿って物体１２２動かす。

制御装置１２４は、この制御装置に動作可能に接続するメモリ１２８に格納されるプログラム命令と伴に構成され、制御装置がプログラム命令を実行して、印刷システム１００内の構成部品を操作できるようにする。したがって、制御装置１２４は、アクチュエータ１１６を操作して、物体ホルダ１５０を動かし印刷ヘッド１０４のアレイを通過させ、印刷ヘッド１０４のアレイを物体ホルダが通過するとき、印刷ヘッド１０４のアレイを操作して、物体ホルダ１５０に保持される物体にマーキング材料を吐出するよう構成される。

図１に示されているシステム構成は、複数の様態で特に強みを有する。まず、上記の通り、印刷ヘッド１０４のアレイと支持部材１０８とを垂直な構成にすることで、アレイと支持部材を水平に方向付けする構成のシステムよりシステム１００の実装面積をより小さくすることができる。このようにシステムの実装面積を小さくすることで、システム１００を図２に示される単一のキャビネット１９０に収納し、非製造業のアウトレット内にインストールすることができる。インストールされた後、汎用すなわち一般的な物体ホルダ（以下にさらに詳しく説明する）をこのシステムと共に用いて、印刷されるまで商標の表示のない様々な商品に印刷を行うことができる。図１に示されるシステム１００のその他の強みは、物体ホルダ１５０により運ばれる物体と印刷ヘッド１０４のアレイ内の印刷ヘッドの間に隙間をつくることができることである。この実施形態の場合、この隙間は約５〜６ｍｍの範囲である。これまでは、この隙間は約１ｍｍを中心とした範囲に維持されてきた。隙間が小さければ小さいほど、吐出する印刷ヘッドからのインクをより正確な位置に配置できる。しかし、間隙が大きいと、印刷ヘッドとマーキング材料の滴を受ける面の間の隙間を流れる層流の影響が少なくなり、特に大きな３Ｄ物体ではインク滴配置の精度が維持されることに出願者は気が付いた。以前記載した通り、この影響は特により大きな滴サイズで大きい。印刷ヘッドと近接する物体の動きにより発生する乱流が無ければ、吐出されるインク滴の勢いはインク滴が発射されたコースを維持するのに十分であり、別の印刷ヘッドからのインク滴の位置合わせも保持されて画質が維持される。それに加えて、この制御装置１２４は、プログラム命令により、アクチュエータ１１６を操作して、システム１００で使用する印刷ヘッドと物体の表面の間の大きな隙間の空気の乱れを抑える速度で物体ホルダを動かすよう構成され得る。

次に本開示に戻ると、汎用すなわち一般的な物体ルームホルダ１５０が図３Ａおよび図３Ｂに示される様々なサイズの物体を収納することができる。図３Ａのルームホルダ１５０は、その中に開口１５２を有するバックプレート１５５を含み、これらの開口を用いて、図１の物体１２２をバックプレート１５５に固定し、物体の表面を印刷する。図３Ｂに示される通り、バックプレート１５５はルームフレーム１５１から離して配置され、様々なサイズの物体を配置できるよう２つの部材の間に深さを設ける。ドッキングピン１５３は、ルームフレーム１５１に取り付けられ、移動可能に取り付けられた部材１１２に物体ホルダ１５０を選択的に取り付けるよう構成される。物体をバックプレート１５５に保持するために、一端にビード１５７を有する可適応ワイヤ１５４のアレイがルームフレーム１５１の一方の端で滑車１５６の周りに取り付けられ、そこからルームフレーム１５１を横断しルームフレーム１５１の反対側のビードホルダ１５８に挿入される。ワイヤのテンションが取り除かれると、ユーザはホルダからビードを素早く引っ張って、ワイヤを取り外すことができる。

図４では、保持されている物体１２２が示されている。物体１２２は３つの位置決めピン１５９で留められている。位置決めピン１５９はバックプレート１５５内のホール１５２のアレイに挿入される。ワイヤ１５４のうち何本かは物体１２２に印刷を行うときに干渉するため、ビードホルダ１５８から取り外され引っ込められる。図５を参照すると、物体が保持されるとき、印刷ヘッド１０４と物体１２２の間の印刷ヘッドの隙間は、距離プローブ１７０またはライトカーテン１６０のどちらかでチェックされ、従来のＺ軸モータ（図示せず）により必要に応じて調整される。

図６Ａおよび図６Ｂには、物体ホルダ張力調整システム１８０が示されており、このシステムは中央回転軸１８４に接続するワイヤスプールおよびスリッパクラッチ１８２を含む。テンションを与えるために、図６Ｂに示される通り、モータまたはオペレータロッキングレバー１８６により軸１８４を反時計回りに回転させる。ロッキングレバー１８６を係合させて、全ての回転要素を保持しその位置に固定する。これにより、全てのワイヤ１５４に一貫性のあるテンションがかかり、物体が保持される。全ての中間回転要素は中央軸１８４上を軸方向に移動し、きつく接触することができる。クランプパッド１８８はスプールと上面および底面ブラケット１８９の間に十分な摩擦をかけて、さらに回転してしまうことを防ぐ。

要約すると、印刷するための様々な３Ｄ物体サイズの保持は、フレームに接続し、各物体の上を延在しテンションをかけられるスプールの付いたワイヤのアレイにより実現される。物体は、ワイヤのテンションによりフレーム内の移動可能なバックプレートに対して押し付けられ、位置決めピンにより移動可能なバックプレートと並べられる。物体をバックプレートに対して保持するのに実際に使われないワイヤを緩めフレームから取り外し、スプールの周りから引っ込めることができる。物体が所定の位置に配置され、テンションが完全にかかると、オーバー中心ロッキングレバーを用いて、スプールを所定の場所にロックすることができる。

Claims (10)

1. 印刷システムであって、
   ２次元アレイ内に配列される複数の印刷ヘッドであって、各印刷ヘッドがマーキング材料を吐出するよう構成される、複数の印刷ヘッドと、
   印刷ヘッドの２次元アレイにより形成される平面と平行に配置される支持部材と、
   前記支持部材に移動可能に取り付けられた部材と、
   アクチュエータであって、前記移動可能に取り付けられた部材に動作可能に接続して、前記アクチュエータが前記移動可能に取り付けられた部材を前記支持部材に沿って動かせるようにする、アクチュエータと、
   前記移動可能に取り付けられた部材に取り付けて、前記移動可能に取り付けられた部材が前記支持部材に沿って移動するとき、前記物体ホルダが前記印刷ヘッドのアレイを通過できるよう構成される物体ホルダと、
   前記複数の印刷ヘッドと前記アクチュエータに動作可能に接続する制御装置であって、前記アクチュエータを操作して、前記印刷ヘッドのアレイを通過させて前記物体ホルダを動かし、前記複数の印刷ヘッドを操作して、前記物体ホルダが前記印刷ヘッドのアレイを通過するとき、前記物体ホルダに保持される物体にマーキング材料を吐出するよう構成される制御装置と、を含み、
   前記物体ホルダが、前記フレームの一方の端から前記フレームの反対側の端に延在するよう適用されるワイヤのアレイが取り付けられたフレームを含む、印刷システム。
2. フレームから離れて配置されるバックプレートを含む請求項１に記載の印刷システム。
3. 前記バックプレートが、その中に一連の開口を含む、請求項２に記載の印刷システム。
4. 前記保持される物体の形状によって、前記バックプレート内の前記開口に挿入されるよう適用される複数の位置決めピンを前記物体ホルダが含む、請求項３に記載の印刷システム。
5. 前記ワイヤが、その外側の端にビードを含み、前記フレーム内に配置される滑車で支持される、請求項４に記載の印刷システム。
6. 印刷するための３次元の物体を保持する装置を含むプリンタであって、
   それぞれがマーキング材料を吐出するよう構成される印刷ヘッドのアレイと、
   前記印刷ヘッドのアレイにより形成される平面と平行に配置される支持部材と、
   前記支持部材に移動可能に取り付けられて、物体ホルダが前記支持部材に沿って移動するとき、前記物体ホルダが前記印刷ヘッドのアレイを通過できるよう構成される物体ホルダであって、前記ホルダの一方の端から前記ホルダの反対側の端に引っ張られるよう適用されるワイヤのアレイを含む物体ホルダと、を含むプリンタ。
7. 前記ホルダがバックプレートを含み、前記ワイヤのアレイのうちの選択されたワイヤで印刷される物体が前記バックプレートに対して保持される、請求項６に記載のプリンタ。
8. 複数の位置決めピンにより、前記印刷される物体が、前記バックプレートと並べられる、請求項７に記載のプリンタ。
9. 前記バックプレートが、一連の開口を含み、前記複数の位置決めピンが、前記一連の開口のうちの選択される開口に挿入されるよう適用される、請求項８に記載のプリンタ。
10. 前記ワイヤのアレイの端がビードを含む、請求項９に記載のプリンタ。

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