(57)【要約】      （修正有）【課題】三次元（３Ｄ）物体上に印刷するための物体ホルダーとして、特有の部品ホルダーを必要としないユニバーサル部品ホルダーを提供する。【解決手段】三次元の物体２０５を、その上への印刷のために保持するためのユニバーサル物体ホルダー２００は、２部品の背板内のあるパターンの穴内に取り付けられた複数の適合性把持球体２２０を使用し、複数の適合性把持球体２２０が、物体２０５の中に圧入され、それが順にプリントヘッドから所望の離間を提示する基準面に押圧される。複数の適合性把持球体２２０には真空が適用されたときに複数の適合性把持球体２２０を硬質にさせる粒子状物質が充填されており、圧力源２２４により物体を把持する複数の適合性把持球体２２０を真空にする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユニバーサル物体ホルダーであって、
支持固定具と、
シャフト上に取り付けられた複数の適合性把持球体であって、その中に粒子を含む、適合性把持球体と、
あるパターンの穴を中に含む２部品の背板であって、前記複数の適合性把持球体の前記シャフトが、前記背板内の前記穴を通って直行方向に延在し、前記複数の適合性把持球体を、物体と係合し、また係合から外れるように、水平に移動させるために、前記背板内で深さ調節をするように構成される、２部品の背板と、
前記背板の前記２部品を共に力によって付勢するための付勢部材と、
前記粒子が物体の表面の輪郭を形成するように緩み、自由に移動するように前記複数の適合性把持球体の中に正圧を適用し、前記適合性把持球体内の前記粒子が硬質になり、物体を把持するように前記複数の適合性球体に真空圧を適用するための圧力源と、
物体が前記複数の適合性把持球体によって把持されるように上に設置されているステージング棚と、
さらなる加工のために所定の平面内の前記物体の場所を確実にするように構成された基準板と、を備える、ユニバーサル物体ホルダー。
【請求項２】
前記付勢部材が、ばねである、請求項１に記載のユニバーサル物体ホルダー。
【請求項３】
前記基準板が、物体が前記ステージング棚上に装填されているとき開位置にあり、前記複数の適合性球体が前記物体に接触するとき閉位置にある、請求項２に記載のユニバーサル物体ホルダー。
【請求項４】
前記適合性把持球体の前記シャフトが移動することを防止するように操作されるよう適合された係止レバーを含む、請求項３に記載のユニバーサル物体ホルダー。
【請求項５】
様々な物体の形状を把持するための装置であって、
支持デバイス及び前記支持デバイス内で水平移動するように構成された複数の適合性把持球体であって、前記複数の適合性把持球体は、真空が適用されたとき、適合性から硬質の状態に進む粒状材料が充填されている、支持デバイス及び適合性把持球体と、
前記粒状材料を緩ませ、自由に移動させるために前記複数の適合性把持球体の中に空気圧を適用し、続いて前記粒状材料間の摩擦を除去し、それにより物体に前記複数の適合性把持球体を締めて、係止するために前記複数の適合性把持球体に真空を適用するように適合された圧力源と、
物体の設置のためのステージング棚と、
前記複数の適合性把持球体を前記支持デバイス内で物体に向かって、及び物体から離れて移動させるように構成された機械的機構と、
前記支持デバイス及び前記複数の適合性把持球体を物体に抗して装填するための付勢部材と、
物体が前記ステージング棚上に設置されているとき第１の位置に、及び物体が前記複数の適合性把持球体によって把持された後に第２の位置に設置されるように適合された基準板であって、物体がさらなる加工のために所定の平面内に位置決めされることを確実にするように構成されている、基準板と、を備える、装置。
【請求項６】
前記支持デバイスが、２部品の背板を含む、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記付勢部材が、ばねを備える、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
様々な形状及び大きさの物体を保持するための方法であって、
固定具を提供することと、
前記固定具に移動可能に接続された２部品の背板であって、ばね付勢され、あるパターンの穴をその中に含む、２部品の背板を提供することと、
前記２部品の背板内に複数の適合性把持球体であって、真空が適用されたとき、適合性から硬質の状態に進む粒状材料が充填されている、複数の適合性把持球体を提供することと、
ステージング棚を提供することと、
前記ステージング棚上に物体を設置することと、
前記適合性把持球体の深さをそれらが前記物体の縁に係合するように調節することと、
基準板を提供し、前記基準板を前記物体に隣接する位置内に枢動し、係止することと、
前記物体を前記ばね付勢された２部品の背板及び前記複数の適合性把持球体と係合し、装填することと、
前記粒状材料間の摩擦を除去し、それにより前記物体に前記複数の適合性把持球体を締めて、係止するために、前記物体へ接触後、前記複数の適合性把持球体に真空を適用することと、
さらなる加工のために、前記物体から前記基準板を離して枢動させて、前記物体を露出させることと、を含む、方法。
【請求項９】
前記適合性把持球体の前記深さの前記調節が、少なくとも１つの適合性把持球体が前記物体の背面に係合することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記固定具にドッキング位置決めピンを提供することを含む、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、概して、三次元（３Ｄ）物体上に印刷するためのシステムに関し、より具体的には、非製造環境において一般的な物体を保持するように適合された装置に関する。
【０００２】
商品印刷は、物品の製造中に典型的に発生する。例えば、ボールの表皮は、ボールが完成し、膨らませられる前に模様またはロゴが印刷される。それゆえ、例えば、潜在的な製品の顧客が複数のプロまたは大学チームを支持している地域において、製品をカスタマイズする流通現場などの非製造施設は、様々なチームのロゴを有する製品の在庫を保つ必要がある。在庫を維持するために各々異なるロゴ用に正確な数の製品を発注することが、問題である場合がある。
【０００３】
非製造直販店におけるこれらの問題に対処するための１つの方法は、印刷されていないバージョンの製品を保管し、流通現場でそれらにパターンまたはロゴを印刷することであるだろう。二次元（２Ｄ）媒体印刷技術などの既知の印刷技術を適合して、三次元物体上に画像内容を塗布することは、困難である。印刷される表面が、比較的平坦な、二次元の表面として表されなければならないために、物体は、プリントヘッドに対して平行な面として物品の一部を表すように慎重に操作されなければならない。
【０００４】
これを達成する１つの物体直接印刷システム（Ｄｉｒｅｃｔ  ｔｏ  Ｏｂｊｅｃｔ  ｐｒｉｎｔｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）は、Ｗａｙｎｅ  Ａ．Ｂｕｃｈａｒら（代理人整理番号２０１５０７４７ＵＳ０１）により、２０１６年５月２５日に出願され、同時係属中の同一出願人による、米国特許出願第１５／１６３，８８０号、名称「ＳＹＳＴＥＭ  ＦＯＲ  ＰＲＩＮＴＩＮＧ  ＯＮ  ＴＨＲＥＥ−ＤＩＭＥＮＳＩＯＮＡＬ（３Ｄ）ＯＢＪＥＣＴＳ」において開示される。この印刷システムは、各プリントヘッドがマーキング材料を吐出するように構成され、２Ｄ配列で配置された複数のプリントヘッド、２Ｄ配列のプリントヘッドによって形成された面に並行となるように位置付けされた支持部材、支持部材に移動可能に取り付けられた部材、アクチュエータが支持部材に沿って移動可能に取り付けられた部材を移動させることを可能とするために、移動可能に取り付けられた部材に操作可能に接続されたアクチュエータ、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につれて物体ホルダーがプリントヘッドの配列を通り過ぎることを可能とするために、移動可能に取り付けられた部材に取り付けるように構成された物体ホルダー、及び複数のプリントヘッドならびにアクチュエータに動作可能に接続されたコントローラを含み、コントローラは、物体ホルダーがプリントヘッドの配列のそばを通って移動するようにアクチュエータを動作させ、物体ホルダーがプリントヘッドの配列を通ると、物体ホルダーにより保持された物体上にマーキング材料を吐出するように複数のプリントヘッドを動作させるように構成されている。
【０００５】
この手法の問題点は、印刷される各部品用に特有の部品ホルダーを必要とするということである。現在、印刷装置は、一組の標準的な物体ホルダーを装備しており、追加のホルダーが、他の物体用に、及び「標準的な」物体の形状における変更にさえも注文されなければならない。部品ホルダーは、金属ブラケットに各ホルダー内に機械加工された専用の位置決め及び締結特性をこれまでのところ機械加工されている。このことは、操作者がエンドユーザによる要望通りに一般的な物体上に印刷をする能力を限定している。粒状材料を充填した独立型球形状の適合性把持部が、米国特許第８，８８２，１６５号において示され、米国特許第７，６００，４５０Ｂ１号は、 石油産業において使用された湾曲適合性把持金型を示している。
【発明の概要】
【０００６】
この問題への答えとして、多種類の物体のためのユニバーサルホルダーが開示される。ユニバーサルホルダーは、保持される物体の都合よい幾何学形状の周りで選択的に位置付けされた粒子充填弾性球体を含む、複数の小把持部を含む。真空が、把持球体の内部空間に適用され、粒子状物質がコンパクトになり、把持部の大部分が硬質となることをもたらす。球体の弾性表面からの摩擦が、物体をその配置で保持する。複数の把持球体は、単体の把持球体よりも大きな物体を保持することを可能とする。左右の把持球体は、ばね力によってともに引かれる。把持球体はまた、物体の内部で使用され得る。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
３Ｄ物体上に画像を印刷する印刷システムのためのユニバーサルホルダーの前述の態様及び他の特性は、添付の図面に関連して得られる以下の記載において説明される。
【０００８】
【図１】３Ｄ物体上に印刷するように構成された例示的な印刷システム１００を示す。
【図２】図１において示される例示的な印刷システム１００が中に設置され得る、キャビネットを図示する。
【図３】物体キャプチャ位置にある小把持球体を含む例示的なユニバーサル３Ｄ物体ホルダーを示す。
【図４Ａ】複数の把持球体の位置付けを示す図３の例示的なユニバーサル３Ｄ物体ホルダーの前上面図を示す。
【図４Ｂ】複数の把持球体の位置付けを示す図３の例示的なユニバーサル３Ｄ物体ホルダーの前上面図を示す。
【図５Ａ】携帯電話形状の物体を保持している図３の例示的なユニバーサル３Ｄ物体ホルダーの前面及び側面図を示す。
【図５Ｂ】携帯電話形状の物体を保持している図３の例示的なユニバーサル３Ｄ物体ホルダーの前面及び側面図を示す。
【図６Ａ】ブーメラン形状の物体に接触している図３のユニバーサル３Ｄ物体ホルダーの前面及び上面図を図示する。
【図６Ｂ】ブーメラン形状の物体に接触している図３のユニバーサル３Ｄ物体ホルダーの前面及び上面図を図示する。
【図７Ａ】基準板が開閉している図３のユニバーサル３Ｄ物体ホルダーの上面図を示す。
【図７Ｂ】基準板が開閉している図３のユニバーサル３Ｄ物体ホルダーの上面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本実施形態を概して理解するために、図面を参照する。図面中、類似の参照番号は、類似の要素を指すために全体を通して使用されている。
【００１０】
図１は、３Ｄ物体上に印刷するように構成された例示的な印刷システム１００を示す。印刷システム１００は、プリントヘッドの配列１０４、支持部材１０８、支持部材１０８に移動可能に取り付けられた部材１１２、移動可能に取り付けられた部材１１２に操作可能に接続されたアクチュエータ１１６、移動可能に取り付けられた部材１１２に取り付けるように構成されたユニバーサル物体ホルダー２００、及び複数のプリントヘッドならびにアクチュエータに操作可能に接続されたコントローラ１２４を含む。図１において示されるように、プリントヘッド１０４の配列は、二次元配列で配置され、図面中は１０×１配列であるが、他の配列構成も使用され得る。各プリントヘッドは、マーキング材料（図示せず）の供給体に流体接続され、供給体から受容したマーキング材料を吐出するように構成される。いくつかのプリントヘッドは、同じ供給体に接続され得、または各プリントヘッドが、それ自体の供給体に接続され得、そのため各プリントヘッドは、異なるマーキング材料を吐出することができる。
【００１１】
支持部材１０８は、プリントヘッドの配列によって形成された平面に並行に位置決めされ、図において示されるように、支持部材１０８の１つの端部が、支持部材の他方の端部よりも高い重力ポテンシャルであるように配向される。この配向により、印刷システム１００は、プリントヘッドの配列を水平に配向し、支持部材、移動可能に取り付けられた部材、及び物体ホルダー２００が、物体ホルダーが物体を水平に配置したプリントヘッドのそばを通って通過させることを可能とするように構成する代替的な実施形態よりも小さな設置面積を有することを可能とし、プリントヘッドは、物体上にマーキング材料を下方へ吐出することができる。
【００１２】
部材１１２は、支持部材１０８に移動可能に取り付けられ、部材が支持部材に沿って摺動することを可能とする。いくつかの実施形態において、部材１１２は、支持部材に沿って双方向に移動することができる。他の実施形態において、支持部材１０８は、移動可能に取り付けられた部材のための進路を形成するために、支持部材の下方端部に戻り通路を提供するように構成される。アクチュエータ１１６は、移動可能に取り付けられた部材１１２に操作可能に接続され、そのためアクチュエータ１１６は、支持部材１０８に沿って移動可能に取り付けられた部材１１２を移動させることができ、移動可能に取り付けられた部材１１２に接続された物体ホルダー２００が、プリントヘッド１０４の配列をプリントヘッドの二次元配列のうちの一次元で通過することを可能とする。図において図示された実施形態において、ユニバーサル物体ホルダー２００は、プーリ、ベルト、またはスクリュードライブを使用するような、従来型の手段によってプリントヘッド１０４の配列の長さ寸法に沿って、物体２０５を移動させる。
【００１３】
コントローラ１２４は、コントローラに操作可能に接続されたメモリ１２８内に記憶されたプログラム済みの命令を有して構成され、コントローラは、印刷システム１００内の構成部品を操作するために、プログラム済みの命令を実行することができる。そのため、コントローラ１２４は、アクチュエータ１１６が、物体ホルダー２００をプリントヘッド１０４の配列のそばを通って移動するように操作し、物体ホルダーがプリントヘッド１０４の配列を通過するとき、プリントヘッド１０４の配列が、物体ホルダー２００によって保持された物体の上にマーキング材料を吐出するように操作するように構成される。
【００１４】
図１に示されるシステム構成は、多くの態様において特に有利である。１つには、上述されるように、プリントヘッド１０４の配列及び支持部材１０８の垂直構成が、システム１００が水平配向の配列及び支持部材で構成されたシステムよりも小さな設置面積を有することを可能とすることである。このシステムのより小さな接地面積は、システム１００が図２において図示されるように、単体のキャビネット１８０内に収容され、非製造直販店内に設置されることを可能とする。一旦設置されると、さらに下記で記載されるように、ユニバーサルまたは一般的な物体ホルダーが、印刷されるまでは外観上ノーブランドの様々な商品を印刷するシステムを有して使用され得る。
【００１５】
次に本開示を見てみると、図３におけるノーブランドのまたはユニバーサルの物体把持部２００は、印刷物を受容するために物体２０５を支持する再位置決め可能な支持固定具２０１を含む。基準板部材２３０は、固定具２０１を囲み、図７Ａのユニバーサル物体把持部２００のピン２１１が、図１の移動可能に取り付けられた部材１１２内の穴１１０に挿入されるたき、物体２０５にプリントヘッド１０４から離れた所望の空間を提示する。支持固定具２０１は、図４Ａに示される穴２０６を通して背板２０４内部で水平に移動するために、その一部を支持された複数の弾性及び適合性把持球体２２０を含む。適合性把持球体２２０の一実施例は、Ｅｍｐｉｒｅ  Ｒｏｂｏｔｉｃｓ製ＶＥＲＳＡＢＡＬＬ（登録商標）Ｋｉｔである。可撓性ホースまたはチューブ２２２が、正及び負両方の圧力源２２４に接続され、適合性把持球体２２０に空気圧または真空圧を適用する。適合性把持球体２２０はその内部に、加圧されたときいずれの形状でも輪郭を形成するように緩んで自由に移動し、反対に真空圧が適用されたとき硬質となる、粒状材料を含む。適合性把持球体２２０に接続されたラック２１０及びピニオン２１２機構は、シャフト２０２に沿って物体２０５から適合性把持球体２２０を後退させるために、時計回りの方向でレバー２１４を移動させることにより制御される。係止レバー２１６は、球体を適所に保持する。適合性把持球体２２０は、背板２０４内の穴２０６のグリッドパターンのうちの１つに把持部シャフトを位置決めすることにより、所望されるように位置付けられ得、背板２０６における異なる深さに適合球体２２０に接続されたシャフトを螺合することによって物体に向かって調節され得る。複数の把持球体は、単体の把持用球体に比べて、大きさの大きな物体を保持することを可能とし、物体の内部を把持するために使用され得る。単体の球体を上回る物体を把持するために複数の適合球体２２０を使用する利点は、特に平坦で、薄く、長方形の物体に対して、背後から物体を支持し、ならびに側面でそれらを把持するための能力を含む。
【００１６】
図４Ａ及び４Ｂにおいて、適合性把持球体２２０は、図４Ａにおいてプリントヘッド１０４から開口部２０６を通して見るように、背板２０４上に位置付けられて示される。背板２０４は、物体を適合性把持球体２２０の制御下で安定させることに貢献するばね２０８によって接続された２つの部品、及び複数の物体の形状ならびに大きさを収容することを可能とする開口部２０６を有する。背板２０４の２つの部品の左右の適合性把持球体は、ばね２０８のばね力によってともに引き合うが、それらはまた、物体の内部を把持するとき、例えば、コップの底に印刷するときに圧縮ばね力によって離間して広がり得る。携帯電話形状の物体を把持している適合性把持球体２２０の位置決めが、図５Ａ及び５Ｂにおいて示され、図６Ａ及び６Ｂには、適合性把持球体２２０が、ブーメラン形状の物体２０９を把持するために位置決めされて示される。図６Ｂに示されるシム２０７は、基準板２３０に押圧された場合、直接把持するには浅すぎとなり得る薄い物体用に使用される。シムは、物体を基準板２３０からわずかに離して持ち上げるが、持ち上げの距離は印刷ギャップを増加させ利用可能な許容度をいくらか使用するため、平坦な物体にのみ使用されるべきである。図６Ｂにおいて示されるように、適合性把持球体２２０は、安定性を改善するために平坦な物体の裏に抗して使用され得る。
【００１７】
図７Ａにおいて示される基準板２３０は、物体２１３を装填するために、枢動板２３１上を時計回り方向に開位置に枢動される。基準板２３０は、適合性把持球体２２０による物体２１３の獲得のために、図７Ｂにおいて、閉められ、ラッチ２３５によって固定される。一旦物体２１３が適合性把持球体２２０により適所に保持されると、基準板２３０は、図７Ａにおいて示されるような開位置に枢動され、このことにより、印刷装置は印刷場所に設置される間、印刷を行うために基準板２３０を揺動開放するための十分な空間を有するという必要性を除去することにより、印刷装置１００用のより小さな設置面積を可能とする。その後、ユニバーサル物体ホルダー２００は、ドッキング位置決めピン２１１を、図１における移動可能に取り付けられた部材１１２内の穴１１０内部へ挿入することにより、印刷システム１００に設置される。
【００１８】
実際に、レバー２１４は、適合性把持球体２２０を格納するために使用され、物体は、ステージング棚２０３上に設置される。適合性把持球体２２０は、それらが、背板２０４のグリッドパターン内の穴２０６内にそれらのシャフトを設置することを通して、物体の縁を係合するように調節される。適合性把持球体２２０を直行方向に位置付けることは、それらのシャフトを背板２０６内の異なる深さに螺合することによって達成される。一旦適合性把持球体２２０が概して位置付けられると、基準板２３０は、閉位置に回転し、ラッチ２３５により固定される。全ての適合性把持球体２２０に沿って、背板２０４は、ばね２０８の加重下で係合することが可能となり、真空源２２４により適合性把持球体２２０から排出された空気が、それらを硬質にする。物体は、プリントヘッド１０４の表面に対して既知の配向面を提示する基準板２３０に押圧され、それにより、物体が印刷のために適切に配向されることが確実になる。一旦物体が把持されると、基準板２３０は、開放され印刷を開始することができる。
【００１９】
物体直接印刷において物体を保持するために使用され得るユニバーサル物体ホルダーは、機械プリントヘッドにより画定された基準を提示するステージング面を含み示されることが理解されるはずである。印刷される物体は、この基準に抗して実施され、穴を通して位置付けられる直列の弾性把持球体は、物体の形状にあわせて適合し、物体に押圧されるばね付勢された背板である。真空が、直列の把持球体に適用され、それらが周りで折りたたまれ、物体を把持することをもたらす。ユニバーサル物体ホルダーに把持されている物体は、画像化すると、図２内のキャビネット１８０内に設置される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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