(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
印刷システム用のキャリッジであって、
第１の側面に第１の球形セグメント（８）を、および第１の側面の反対側に延びる第２の側面に第２の球形セグメント（９）を備えるプリントヘッド（４、４０）と、
プリントヘッド（４、４０）を受け入れるスロット（３）が設けられ、第２の球形セグメント（９）を受け入れる凹所（６）をスロット（３）の周縁に備える、キャリッジのフレーム（２）とを備えており、
キャリッジのフレーム（２）がさらに、プリントヘッド（４、４０）を所定の位置に付勢する位置決め手段（５、１７）を備えており、
位置決め手段（５、１７）が、第１の球形セグメント（８）を受け入れるようになっている曲線状の板ばねからなり、曲線状の板ばねは、第１の球形セグメント（８）を受け入れた後、径方向および接線方向の成分を有する力を第１の球形セグメントに加え、プリントヘッドが所定の場所に位置したときに接線方向の成分を最小にするような形状を有していることを特徴とする、前記キャリッジ。
【請求項２】
フレーム（２）が、補助手段（３６、３７）を備え、補助手段（３６、３７）は、フレーム（２）の平面から垂直方向（Ｚ方向）にプリントヘッド（４、４０）が移動するのを防止することを特徴とする、請求項１に記載のキャリッジ。
【請求項３】
曲線状の板ばねが、対称形であり、円弧の半分より大きい範囲を囲むことを特徴とする、請求項１に記載のキャリッジ。
【請求項４】
位置決め手段（５、１７）が、フレーム（２）を有するユニットを形成し、同一工作物から機械加工することにより作製されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のキャリッジ。
【請求項５】
凹所（６）が、Ｖ字型溝として形成されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のキャリッジ。
【請求項６】
凹所（６）が、円錐形であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のキャリッジ。
【請求項７】
印刷システム用のキャリッジであって、
プリントヘッドを受け入れるスロットが設けられた、キャリッジのフレームを備えており、
キャリッジのフレームが、スロットの周縁にある第１の側面に第１の球形セグメントを、および第１の側面の反対側に延びる第２の側面に第２の球形セグメントを備えており、
プリントヘッドが、第１の側面に、第２の球形セグメント受け入れる凹所を、および第１の側面の反対側に延びる第２の側面に、プリントヘッドを所定の位置に付勢する位置決め手段を備えており、
位置決め手段が、第１の球形セグメントを受け入れるようになっている曲線状の板ばねからなり、曲線状の板ばねは、第１の球形セグメントを受け入れた後、径方向および接線方向の成分を有する力を第１の球形セグメントに加え、プリントヘッドが所定の場所に位置したときに接線方向の成分を最小にするような形状を有していることを特徴とする、前記キャリッジ。
【請求項８】
フレームが補助手段を備え、補助手段は、フレームの平面から垂直方向（Ｚ方向）にプリントヘッドが移動するのを防止することを特徴とする、請求項７に記載のキャリッジ。
【請求項９】
曲線状の板ばねが、対称形であり、円弧の半分より大きい範囲を囲んでいることを特徴とする、請求項７または８に記載のキャリッジ。
【請求項１０】
凹所が、Ｖ字型溝として形成されていることを特徴とする、請求項７から９のいずれか一項に記載のキャリッジ。
【請求項１１】
凹所が、円錐形であることを特徴とする、請求項７から９のいずれか一項に記載のキャリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目的物を、フレームの平面（平面Ｘ−Ｙ）の方向に延びる平面に対して所定の位置にあるフレームの開口に位置決めする装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置は、米国特許第５６４６６５８号から知られており、この特許において、インクカートリッジの外側表面が、フレームの特定表面に押し付けられ、インクカートリッジが、フレームの両側の表面に置かれたばねにより、フレームに対して垂直方向およびカートリッジの長さ方向にフレームに押される。カートリッジは、スペーサおよび止めねじによって位置合わせされることができ、止めねじは、フレームに平行な方向およびカートリッジの長さ方向に垂直な方向に延びる。
【０００３】
この装置の欠点は、エンドユーザが複数の操作を実行する必要があり、さらにカートリッジを第１のばねとフレームとの間に配置した後にだけ、第２のばねを、第１のばねの反対側に位置決めされたフレームに配置することができることである。第２のばねを加えた後、少なくとも３つのねじを締め付けて、カートリッジをＹ方向に位置合わせさせる必要がある。
【特許文献１】米国特許第５６４６６５８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、従来技術の欠点を取り除く装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的のために、プリアンブルによる装置が発明され、目的物は、第１の側面に第１の球形セグメント、および第１の側面の反対側にある第２の側面に第２の球形セグメントを備え、フレームは、少なくとも１つの位置決め手段を有し、位置決め手段は、目的物を配置後、径方向および接線方向の成分を有する力を、第１の球形セグメントで目的物に加え、接線方向の成分は、目的物が所定の位置に置かれ、かつ第２の球形セグメントを位置決め手段により押し付けられることができる凹所に置かれた状態で最小に達する。
【０００６】
本発明により、交換可能な目的物は、最初、位置決め手段を備えたフレームに不正確に取り付けられることできる。目的物が設置された後、位置決め手段は、目的物に力を加えて、目的物を所定の位置に正確に移動させることができる。この位置において、移動方向の力は最小に達し、位置決め手段は目的物をその位置に正確に保持する。
【０００７】
この原理によれば、位置決め手段もまた、位置合わせする目的物に取り付けられることができることは明らかである。これは別の実施形態において適用でき、フレームは、第１の側面に第１の球形セグメント、および第１の側面の反対側にある第２の側面に第２の球形セグメントを備え、目的物は、位置決め手段を有し、位置決め手段は、目的物を配置後、径方向および接線方向の成分を有する力を第１の球形セグメントで目的物に加え、接線方向の成分は、目的物が所定の位置に置かれ、かつ第２の球形セグメントを位置決め手段により押し付けることができる凹所に置かれた状態で最小に達する。
【０００８】
別の実施形態においては、フレームは、目的物の高さ方向（Ｚ方向）への移動を防止するための補助手段が設けられる。このように、位置決め後、目的物は、動的環境においてフレームから緩むように作用できず、機械的安定性が得られる。
【０００９】
１つの実施形態においては、位置決め手段は、曲線状の板ばねなどの弾性部材である。これは、ばねが、目的物を所定の位置に移動させるのに必要な方向の力を発生するように、偏り方向に対する反対方向に力を発生することができる。曲線状の板ばねは、前述の方向付ける力に加えて、目的物をフレーム凹所に押し付けることができる力をさらに発生することができる別の特性を有する。
【００１０】
本発明の別の実施形態は、円弧の半分より大きい範囲を囲む、対称形の曲線状の板ばねを備える。対称形の板ばねを選択することにより、方向付ける力は、常に前記ばねの所定の平衡状態の方向である。円弧の半分より大きい範囲を囲む曲線状の板ばねをこのように選択することにより、目的物を導入後にスキューの場合にも、所定の位置への修正移動を達成できる。
【００１１】
本発明の１つの実施形態において、位置決め手段は、フレームを有するユニットを形成し、同一工作物から機械加工することにより作製される。これは、装置全体の作製において利点を有する。同一基本材料から装置全体を作製することにより、位置決め手段を含むフレーム全体は、１回の作業で作製できる。これはさらに、位置決め手段とフレームとの間の接続の弾性荷重性能に良好な効果を有する。
【００１２】
前述の本発明による装置を適用することによる利点の１つは、プリントヘッドを、キャリッジの平面（平面Ｘ−Ｙ）の方向に延びる平面に対して所定の位置にあるキャリッジフレームの開口に位置決めするためのキャリッジを備えたプリンタであって、プリントヘッドは、第１の側面に第１の球形セグメント、および第１の側面の反対側にある第２の側面に第２の球形セグメントを備え、キャリッジフレームは、少なくとも１つの位置決め手段を備え、この位置決め手段は、目的物を配置後、径方向および接線方向の成分を有する力を、第１の球形セグメントでプリントヘッドに加え、接線方向の成分は、プリントヘッドが所定の位置に置かれ、かつ第２の球形セグメントを位置決め手段により押し付けることができる凹所に置かれた状態で最小に達する。
【００１３】
本発明の原理は、プリントヘッドの位置決め精度が、基体上のプリント品質に直接表れるので、この構成において有利に適用できる。実際のプリントヘッドの位置決定は、極めて高い位置決定精度を得る必要がある、正確に制御される環境では頻繁には行なわれないが、エンドユーザにより頻繁に行なわれる。それにもかかわらず、本発明により、高度なプリント品質に必要とされる位置決め精度は、キャリッジで交換可能プリントヘッドのこの制御されない配置を介して、本発明により達成できる。
【００１４】
次に、以下の図面に示される例を参照して、本発明を詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１、図２、及び図３は、本発明による装置１の平面図であって、目的物４は、ベースフレーム２に正確に位置決めされている。装置１はスロット３を備え、このスロットに目的物４を配置できる。装置１は、複数の部品を備え、これらの部品は、目的物４を、目的物４の６つの全ての自由度、すなわち３つの並進運動（Ｘ、Ｙ、およびＺ方向）および３つの回転運動（相互に垂直であるＸ、Ｙ、およびＺ方向の前述の３つの軸周り）に関して、ベースフレームに対してスロット３で正確に位置決めさせる。装置１は、目的物４を前記ベースフレーム２に取り外し可能に接続するための部品を備えている。再現性および正確性の要件に適合するために、各自由度は、一度だけ構成において正確に固定される。
【００１６】
この目的のために、ベースフレーム２は、スロット３の上端部に、対称的形状の板ばね５を備えている。この板ばねは、図の平面から垂直に、線ＩＩＩ−ＩＩＩを通り延びる平面で対称である。この板ばね５は、例えば、スパークエロージョン（ｓｐａｒｋ  ｅｒｏｓｉｏｎ）を利用して作製できる。金属ベースプレートからスロット３の基本形状のスパークエロージョン後、ベース材料と同一プレートの板ばね５の周囲の間隔が、スパークエロージョンにより侵食される。この工程では、極めて高精度の対称形状の板ばね５を残して、周囲の材料を高精度で除去することができる。
【００１７】
図１および図２は、板ばね５がアーチ形に形成される１つの実施形態を示し、図３では、板ばね１７に直線部材が追加されている。
【００１８】
図１、図２、および図３に示されるとおり、目的物４は、両端の接触側面に球状セグメント８および９を備えている。この場合に、これらの球状セグメントは、目的物４に押し込まれるボールの形状で作製されているが、例えば、目的物側面を球形、円筒形、またはたる型として作製することもできる。これのいくつかの例が、図５ａから図５ｄに示されており、これらの図では、それぞれ、ボール８１、水平方向の配置ピン８２、たる型の目的物８３、および垂直方向の配置ピン８４が押し込まれている。
【００１９】
図１、図２、および図３に示されるように、Ｖ字型溝６が、２つの接触点１０、１１を有する底部の球形セグメント９を介して目的物４と接触する。これらの接触点は、接触表面に加わる荷重により変形する。変形の程度は、材料および実施形態の構造特性に応じる。以後、これらの位置を接触点と称する。目的物４をスロット３に導入することにより、目的物４の球形セグメント８は、板ばね５に接して位置決めされ、板ばねは変形して、板ばね５のアーチ形セグメントの径方向および接線方向の両方の方向成分を有する力が、板ばね５によって目的物４に及ぼされる。図２および図３においてＦｒで示されているばね力の径方向成分は、板ばね５との接触点における球形セグメント８による板ばね５の径方向の変形で与えられ、板ばね５の剛性に比例する。この径方向のばね力は、球形セグメント９をＶ字型溝６に押し付け、ベースフレーム２との接触は、２つの点接触面により変形される。図２および図３においてＦｔで示される接線成分は、板ばね５の構造から生じる。板ばね５の対称構成および円弧の１８０°より大きい範囲を囲むアーチ形セグメントを選択する結果として、目的物４の中心線を、線ＩＩＩ−ＩＩＩを通して平面で正確に押し付ける方向付ける力が発生し、これにより、目的物をベースフレーム２に対して位置合わせさせる。目的物４が正確に位置合わせされて配置されていない場合、位置合わせ誤差の方向と反対の接線方向の力成分が生成される。板ばね５は、接線方向の力成分が消滅するまで、目的物４をＶ字型溝６で球形セグメント９の周りに回転させる。これは、目的物４が、Ｖ字型溝６の対称軸および板ばね５の対称軸を通る、図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩで示される線の長さ方向に位置合わせされるときに発生する。目的物４は、これらの力成分によりベースフレーム２の平面で、６つの自由度を持たずに明らかに固定されて並進移動および回転で正確に位置決めされる。
【００２０】
図４は、図１に示される装置の線ＩＩＩ−ＩＩＩの断面の斜視図であり、図では、目的物はプリントヘッド４０である。この種のプリントヘッド４０は、一定量のインクを含み、とりわけインクジェットプリタで使用される。プリントヘッド４０は、底部に複数のノズル４２を有するノズルプレート４１を備えている。プリントヘッド４０を画像状に作動することにより、インク滴が、ノズル（図示せず）に沿って移動する受け取り材料のシートの方向に噴射され、受け取り材料に画像が形成される。この画像品質に関連して、ノズルプレート４１が、受け取り材料に対して極めて高精度で平行に延びることが重要である。これは、ベースフレーム２の平面に対してプリントヘッド４０を非常に正確に位置決めすることにより達成される。この精度は、このようなプリントヘッド４０を繰り返して使用しても達成されなければならない。目的物をフレームに正確に位置決めするための前述の原理を用いて、再現性が保障される。ベースフレーム２で前述の位置決めを達成するために、プリントヘッド４０は圧入ボール８および９を備える。
【００２１】
装置が作動して、プリントヘッド４０により受け取り材料に画像を転写する間、大きい温度差が発生する。工程の段階に応じて、プリントヘッド４０は、急激に加熱または急激に冷却する。異なる材料は、同一加熱または冷却の状態で、膨張係数の差により異なって膨張または収縮する。これらの状況下で位置決めされたプリントヘッドを正確な位置に保持しておくために、装置１は、温度伝達を最小にする構成要素を備えることができる。例えば、装置１は、プリントヘッド４０とベースフレーム２の間の接触点に熱絶縁材料、例えばセラミック球形セグメントおよび接触表面を備えるか、または前記部材に熱絶縁コーティングを施すことにより実現できる。
【００２２】
装置１内の温度差を最小にする構成要素とは別に、装置１は、存在する熱膨張の差を制御するための構成要素を備えることもできる。一方側での全方向（Ｘ、Ｙ、およびＺ）の膨張移動を固定し、かつ反対側に剛性を提供することにより、プリントヘッド４０の位置決めは、熱膨張に差があっても保持される。例えばＸ方向において、プリントヘッド４０の膨張は、Ｖ字型溝６により固定され、一方で、板ばね５は、剛性および膨張の可能性を提供する。
【００２３】
別の実施形態（図示せず）において、ベースフレームは、前述の実施形態におけるＶ字型溝の球形セグメントを備える一方で、プリントヘッドの球形セグメントをＶ字型溝に置き換えることにより、プリントヘッドは、２つの接触点によりベースフレームに接続される。反対側では、ベースフレームは球形セグメントを備える一方で、プリントヘッドは板ばねを有して構成され、それらの間に接触点がある。
【００２４】
図６は、インクジェットの適用で一般に見られる、本発明による装置の組合せを示す。さまざまなプリントヘッド４０が、複数のスロット３で位置決めされている。
【００２５】
前述の実施形態において、６つの自由度のうちの３つだけ、すなわちベースフレーム２の平面でのＸおよびＹ方向への２つの並進移動、およびこの平面に垂直なＺ軸周りの回転運動が固定される。これらの自由度を固定可能にするため、装置１は、下側に、図１、図２、および図３に示されるような接触面３４および３５を備える。目的物の自由度を固定する方法は、目的物の幾何形状に応じる。図７は、プリントヘッド４０のこれら後者の自由度を固定する１つの可能性を示す。ベースフレーム２の平面に垂直なＺ方向における正確な位置決め、およびベースフレーム２の平面の相互に垂直な２つの軸周り、すなわちＸおよびＹ方向の回転における正確な位置決めを達成するために、プリントヘッド４０は、下側３１に、２つの平滑な接触表面３２および３３を備える。これらの接触表面３２および３３は、この目的のために形成され、かつベースフレーム２に置かれ、ベースフレーム２の平面に平行に延びる接触表面３４および３５に位置決めされる。ベースフレーム２のサブフレーム３８および３９に回転可能に取り付けられた２つのねじ３６および３７を回すことにより、プリントヘッド４０は、ねじ３６および３７により接触表面５０および５１を押し付けられ、ベースフレーム２の平面に垂直な力ＦＺで接触表面３４および３５に接触する。この力ＦＺを加えることにより、並進移動は、垂直方向に固定され、ベースフレームの平面の軸周り２つの回転運動に固定される。垂直方向を固定する力が、Ｚ方向だけの力であることが望ましい。ここでは、このような力ＦＺをプリントヘッド４０に加えるあらゆる構成を使用できる。この実施形態においては、接触側に自由に回転する球形セグメント（図示せず）を備えたねじが用いられる。結果的に、ねじの回転の間に、接線方向の力成分が、ねじ３６および３７とプリントヘッド４０との間の接触点５０、５１で目的物に伝達され、加えられた力はＺ方向だけに向けられる。
【００２６】
前述のとおり、本発明による装置の適用の１つの例は、プリントヘッドを、キャリッジの平面（平面Ｘ−Ｙ）の方向に延びる平面に対して所定の位置にあるキャリッジフレームのスロットに位置決めするためのキャリッジを備えたプリンタであって、プリントヘッドは、第１の側面に第１の球形セグメント、および第１の側面の反対側に延びる第２の側面に第２の球形セグメントを備え、キャリッジフレームは、少なくとも１つの位置決め手段を備え、この位置決め手段は、プリントヘッドを配置後、径方向および接線方向の成分を有する力を第１の球形セグメントでプリントヘッドに加え、接線方向の成分は、プリントヘッドが所定の位置に置かれ、かつ第２の球形セグメントを位置決め手段により押し付けることができる凹所に置かれた状態で最小に達する。本発明の別の実施形態においては、前述のプリンタにおいて、キャリッジフレームに補助手段を設けて、フレームの平面から垂直の方向（Ｚ方向）へのプリントヘッドの移動を防止する。本発明によるプリンタの前述の実施形態における位置決め手段は、弾性部材として構成できる。本発明によるプリンタでは、弾性部材は、円弧の半分より大きい範囲を囲む、対称形の曲線状の板ばねを備えることができる。本発明によるプリンタにおいて、曲線状の板ばねは、キャリッジフレーム材料から作製できる。
【００２７】
本発明によるプリンタの前述の実施形態における凹所は、円錐形でもよく、またはＶ字型溝で形成してもよい。
【００２８】
前述のとおり、本発明による装置の適用の別の例は、プリントヘッドを、キャリッジの平面（平面Ｘ−Ｙ）の方向に延びる平面に対して所定の位置にあるキャリッジフレームのスロットに位置決めするためのキャリッジを備えたプリンタであって、キャリッジフレームは、第１の側面に第１の球形セグメント、および第１の側面の反対側の第２の側面に第２の球形セグメントを備え、プリントヘッドは、位置決め手段を備え、この位置決め手段は、プリントヘッドを配置後、径方向および接線方向の成分を有する力を、第１の球形セグメントでプリントヘッドに加え、接線方向の成分は、プリントヘッドが所定の位置に置かれ、かつ第２の球形セグメントを位置決め手段により押し付けることができる凹所に置かれた状態で最小に達する。本発明の別の実施形態において、前述のプリンタのキャリッジフレームに補助手段を設けて、フレームの平面から垂直の方向（Ｚ方向）へのプリントヘッドの移動を防止する。本発明のプリンタの前述の実施形態における位置決め手段は、弾性部材として構成できる。
【００２９】
本発明によるプリンタの弾性部材は、円弧の半分より大きい範囲を囲む、対称形の曲線状の板ばねを備えることができる。本発明によるプリンタにおける曲線状の板ばねは、キャリッジフレーム材料から作製できる。
【００３０】
本発明によるプリンタの前述の実施形態における凹所は、円錐形でもよく、またはＶ字型溝で形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による装置の平面図である
【図２】図１の装置の一部を省略して拡大した平面図である。
【図３】本発明の別の実施形態の一部を省略して拡大した平面図である。
【図４】図１の装置の線ＩＩＩ−ＩＩＩの断面の斜視図であり、目的物はプリントヘッドである。
【図５ａ】図１の装置の線ＩＩＩ−ＩＩＩの断面の球形セグメントの例を示す図である。
【図５ｂ】図１の装置の線ＩＩＩ−ＩＩＩの断面の球形セグメントの例を示す図である。
【図５ｃ】図１の装置の線ＩＩＩ−ＩＩＩの断面の球形セグメントの例を示す図である。
【図５ｄ】図１の装置の線ＩＩＩ−ＩＩＩの断面の球形セグメントの例を示す図である。
【図６】図４に示す一組の装置の斜視図である。
【図７】目的物を垂直方向に位置決めする手段を追加した、図４に示す装置の側面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  装置
２  ベースフレーム
３  スロット
４  目的物
５  板ばね
６  Ｖ字型溝
８、９  球状セグメント
１０、１１  接触点
１７  板ばね
３３、３３、５０、５１  接触表面
３４、３５  接触面
３６、３７  ねじ
３８、３９  サブフレーム
４０  プリントヘッド
４１  ノズルプレート
４２  ノズル
８１  ボール
８２  水平方向の配置ピン
８３  たる型目的物
８４  垂直方向の配置ピン
【図１】
0004620507.tif 000002
【図２】
0004620507.tif 000003
【図３】
0004620507.tif 000004
【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
0004620507.tif 000008
【図５ｄ】
0004620507.tif 000009
【図６】
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【図７】
0004620507.tif 000011