JP2015112871A - プリントヘッドモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】ブラケットから容易に取り外すことのできるプリントヘッドモジュールを提供する。
【解決手段】プリントヘッドモジュールは、ブラケットと、モータと、プリントヘッドとを含む。ブラケットは、スライドレールにスライド可能に配置され、収容溝と、少なくとも１つの第１係止部とを含む。モータは、ブラケットに結合され、スライドレールに沿ってスライドするようブラケットを駆動する。プリントヘッドは、材料供給路と、ノズルと、前記第１係止部に構造的に対応する第２係止部とを含む。材料供給路は、ノズルに接続されるため、プリントヘッドが収容溝内に着脱可能に配置された時、第２係止部が第１係止部に係止されて、プリントヘッドがブラケットに固定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、プリントヘッドモジュールに関するものであり、特に、３Ｄプリンタに適用可能なプリントヘッドモジュールに関するものである。

コンピュータ支援製造（computer-aided manufacturing, CAM）の進歩に伴い、製造業において３Ｄ印刷の技術が発展し、設計のオリジナル概念から製品を迅速に製造できるようになった。３Ｄ印刷技術は、事実上、一連のラピッドプロトタイピング（rapid prototyping, RP）技術の総称であり、基本原理は、ラピッドプロトタイピング機械を使用し、Ｘ‐Ｙ平面上にスキャンした加工物の断面形状を形成して、Ｚ座標で層厚を断続的に移動させ、最終的に３Ｄ物体を形成する積層製造である。３Ｄ印刷技術は、どの幾何形状にも応用可能であり、ＲＰ技術は、特に複雑な部品に対して優れた作品を生み出すため、労力と加工時間を大幅に節約することができる。３Ｄ印刷技術は、ＣＡＤ（computer-aided design）ソフトウェアによって設計されたデジタル３Ｄモデルの物体を短時間でユーザーに提供し、モデルの幾何曲線を触ったり、実際に感じたりできるだけでなく、部品の組み立て可能性や可能な機能の試験を行うこともできる。

しかしながら、上述したＲＰ技術を利用する現在の３Ｄプリンタは、通常、スライドレールに沿ってスライドするよう適合されたブラケットにプリントヘッドが直接固定配設されるため、プリントヘッドがスライドレールに沿って前後にスライドして、３Ｄプリンタのベースに熱溶融材料を噴射することができる。このような配置により、プリントヘッドは、スライド可能なブラケットに固定配設されることから、プリントヘッドを単独で取り外すことは非常に困難であり、不可能でもある。したがって、プリントヘッドのクリーニング、交換またはメンテナンスが難しいため、現在の３Ｄプリンタは、メンテナンスの面で非常に不便であり、たくさんの労力もかかる。

本発明は、ブラケットから容易に取り外すことのできるプリントヘッドモジュールを提供する。

本発明のプリントヘッドモジュールは、スライドレールに沿ってスライドするよう適合され、ブラケットと、モータと、プリントヘッドとを含む。ブラケットは、スライドレールにスライド可能に配置され、収容溝と、少なくとも１つの第１係止部とを含む。モータは、ブラケットに結合され、スライドレールに沿ってスライドするようブラケットを駆動する。プリントヘッドは、収容溝内に着脱可能に配置され、第１係止部に構造的に対応する少なくとも１つの第２係止部を含む。プリントヘッドが収容溝内に配置された時、第２係止部が第１係止部に係止されて、プリントヘッドがブラケットに固定される。

本発明は、第１係止部と第２係止部が互いに構造的に干渉し、それぞれ、スライド可能なブラケットおよびプリントヘッドに配置される。したがって、プリントヘッドがブラケットの収容溝内に配置された時、第１係止部と第２係止部が互いに係止して、プリントヘッドがブラケットに固定されるが、この係止関係は、容易に解除することができる。このようにして、本発明の３Ｄプリンタおよびプリントヘッドモジュールは、プリントヘッドの取り外しや組み立てが容易で、クリーニング、交換またはメンテナンスがしやすいため、３Ｄプリンタおよびプリントヘッドモジュールのメンテナンスおよび使用上の便利性をさらに向上させることができる。

本発明の上記および他の目的、特徴、および利点をより分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に説明する。

本発明の１つの実施形態に係る３Ｄプリンタの概略図である。 本発明の１つの実施形態に係るプリントヘッドモジュールの一部の構成要素の概略的分解図である。 図２のプリントヘッドモジュールの組み立てた後の概略図である。 本発明の１つの実施形態に係る第２係止部の概略図である。 本発明の１つの実施形態に係る第２係止部に係止された第１係止部の概略的断面図である。 本発明の１つの実施形態に係るプリントヘッドモジュールの一部の構成要素の概略図である。 本発明の１つの実施形態に係るプリントヘッドモジュールの概略的断面図である。 本発明の１つの実施形態に係るプリントヘッドモジュールのファンおよび放熱ブロックの概略的組立図である。 本発明の１つの実施形態に係るプリントヘッドモジュールのプリントヘッドおよび放熱ブロックの概略的組立図である。

図１は、本発明の１つの実施形態に係る３Ｄプリンタの概略図である。図１を参照すると、本実施形態において、３Ｄプリンタ１０は、プリントヘッドモジュール１００と、ベース２００と、スライドレール３００とを含む。ベース２００は、搬送面２１０を含み、プリントヘッドモジュール１００によって提供された熱溶融材料を運ぶ。スライドレール３００は、ベース２００の上方に配置される。本実施形態において、スライドレール３００の延伸方向は、搬送面２１０に平行であり、プリントヘッドモジュール１００は、スライドレール３００に沿って前後にスライドするよう構成され、ベース２００は、例えば、プリントヘッドモジュール１００に平行であり、且つ相対して移動する。詳しく説明すると、３Ｄプリンタ１０は、プリントヘッドモジュール１００に結合された制御ユニットを含み、デジタル３Ｄモデル情報の読み出しおよび処理を行う。このようにして、制御ユニットは、デジタル３Ｄモデル情報に基づいて、スライドレール３００に沿って移動するようプリントヘッドモジュール１００を制御する。移動している時、プリントヘッドモジュール１００は、搬送面２１０に熱溶融材料を層毎に分配し、それにより、３Ｄ物体２０が形成される。

図２は、本発明の１つの実施形態に係るプリントヘッドモジュールの一部の構成要素の概略的分解図である。図３は、図２のプリントヘッドモジュールの組み立てが完了した後の概略図である。図２および図３を参照すると、本実施形態において、プリントヘッドモジュール１００は、ブラケット１１０と、モータ１２０と、プリントヘッド１３０とを含む。ブラケット１１０は、図１に示すように、スライドレール３００にスライド可能に配置される。本実施形態において、ブラケット１１０は、ブラケット１１０の下部に設置された複数のスルーホール１１６を含み、スルーホールは、スライドレール３００に套設される。つまり、スライドレール３００は、スルーホール１１６を貫通し、ブラケット１００をスライドレール３００に沿って前後にスライドさせる。ブラケット１１０は、さらに、収容溝１１２と、少なくとも１つの第１係止部１１４（図では、２つを図示）とを含む。モータ１２０は、ブラケット１１０に結合され、スライドレール３００に沿ってスライドするようブラケット１１０を駆動する。本実施形態において、３Ｄプリンタの制御ユニットは、デジタル３Ｄモデル情報に基づいて、モータ１２０を制御し、スライドレール３００に沿ってスライドするようブラケット１１０を駆動することにより、さらにプリントヘッドモジュール１００全体の動きを制御する。プリントヘッド１３０は、収容溝１１２内に着脱可能に配置され、第１係止部１１４と構造的に干渉する少なくとも１つの第２係止部１３２（図では、２つを図示）とを含む。プリントヘッド１３０が組立方向Ｄ１に沿って収容溝１１２内に配置された時、第２係止部１３２が第１係止部１１４に自動的に係止され、プリントヘッド１３０がブラケット１１０に固定される。

図４は、本発明の１つの実施形態に係る第２係止部の概略図である。図５は、本発明の１つの実施形態に係る第２係止部に係止された第１係止部の概略的断面図である。図３〜図５を同時に参照すると、具体的に、第１係止部１１４は、図３に示すように、開口１１４である。第２係止部１３２は、図４に示すように、プリントヘッド１３０の側面１３４ａに配置された弾性片１３２である。本実施形態において、プリントヘッド１３０は、図３に示すように、さらに、ケース１３４と、本体１３５とを含む。図４は、ケース１３４の概略図である。ケース１３４は、本体１３５を覆い、ケース１３４の上に第２係止部１３２が固定配設される。弾性片１３２は、開口１１４に対応する突出部１３２ｂと、突出部１３２ｂに接続された押圧部１３２ａとを含む。

このような配置により、プリントヘッド１３０が組立方向Ｄ１に沿って収容溝１１２内に配置された時、まず、収容溝１１２の内壁が突出部１３２ｂの下部に接触し、側面１３４ａに向かって突出部を押し出す。突出部１３２ｂは、開口部１１４を通過した時に最初の位置に戻るため、突出部１３２ｂは、開口部１１４を通過することにより、開口部１１４に係止される。このようにして、プリントヘッド１３０が収容溝１１２内に配置された時、第２係止部１３２が第１係止部１１４に自動的に係止され、プリントヘッド１３０がブラケット１１０に固定される。また、ユーザーがプリントヘッド１３０をブラケット１１０から取り外す時は、側面１３４ａに向かって押圧部１３２ａを押すだけでよい。その結果、押圧部１３２ａが突出部１３２ｂを側面１３４ａに向かって移動させるため、突出部１３２ｂは、開口１１４との構造的干渉が解除される。この時、ユーザーは、プリントヘッド１３０をブラケット１１０から容易に取り外すことができる。

図６は、本発明の１つの実施形態に係るプリントヘッドモジュールの一部の構成要素の概略図である。図７は、本発明の１つの実施形態に係るプリントヘッドモジュールの概略的断面図である。図６および図７を同時に参照し、さらに詳しく説明すると、プリントヘッド１３０は、材料供給路１３８と、ノズル１３９とを含む。材料供給路１３８は、ノズル１３９に接続される。また、プリントヘッドモジュール１００は、さらに、少なくとも１つの材料供給フィラメント１４０と、加熱ユニット１５０とを含む。材料供給フィラメント１４０は、材料供給路１３８に接続され、熱溶融材料を供給する。熱溶融材料は、材料供給路１３８を介してノズル１３９に伝送される。本実施形態において、材料供給フィラメント１４０は、熱溶融材料で構成された固体のフィラメントであり、材料供給路１３８内に配置されて、そこを通ってノズル１３９に伝送される。加熱ユニット１５０は、ノズル１３９に伝送された熱溶融材料を加熱して溶融状態にし、溶融基材を形成する。溶融基材は、プリントヘッド１３０から押し出され、搬送面２１０に層毎に積み重ねられ、それにより、複数の溶融基材層を形成する。溶融基材層は、一緒に積み重ねられて、３Ｄ物体２０を形成する。本実施形態において、溶融材料は、例えば、ポリ乳酸（polylactic acid, PLA）またはＡＢＳ（acrylonitrile butadiene styrene）樹脂等の熱溶融高分子材料である。

この他、プリントヘッド１３０は、さらに、ノズル１３９に結合された温度検知ユニット１３６を含み、ノズル１３９の温度を検知する。本実施形態において、３Ｄプリンタ１０の制御ユニットは、温度検知ユニット１３６を用いてノズル１３９の温度を取得し、それによって、さらにノズル１３９の温度を特定範囲内に制御する。言及すべきこととして、ノズル１３９の温度は、熱溶融材料の融点温度よりも実質的に高くなるよう制御されるため、熱溶融材料は、溶けて溶融基材になる。

本実施形態において、プリントヘッド１３０は、さらに、図７に示すように、材料供給路１３８内に配置された断熱管１３７を含む。断熱管１３７は、材料供給フィラメント１４０を収容するためのビアを含む。本実施形態のノズル１３９は、金属ノズルであるため、加熱ユニット１５０によって生成された熱エネルギーをノズル１３９全体に迅速に伝送する。断熱管１３７は、材料供給路１３８内に配置され、ノズル１３９の高温に対する断熱を提供し、材料供給路１３８の温度が高くなりすぎて、熱溶融材料が急に柔らかくなったり溶けたりするのを防ぐ

図８は、本発明の１つの実施形態に係るプリントヘッドモジュールのファンおよび放熱ブロックの概略的組立図である。図９は、本発明の１つの実施形態に係るプリントヘッドモジュールのプリントヘッドおよび放熱ブロックの概略的組立図である。図８および図９を同時に参照すると、上述した配置に加え、プリントヘッドモジュール１００は、さらに、ファン１６０と、放熱ブロック１７０とを含み、材料供給路１３８の放熱を行う。ファン１６０は、プリントヘッド１３０の上に配置され、ファン１６０の排気口が材料供給路１３８に面して、材料供給路１３８に冷却空気流を提供する。放熱ブロック１７０は、材料供給路１３８に套設されるため、材料供給路１３８の熱が放熱ブロック１７０に直接伝送される。さらに、放熱ブロック１７０は、ファン１６０に接続されるため、ファン１６０は、冷却空気流を提供することによって放熱ブロック１７０の放熱を行うことができる。本実施形態において、ファン１６０は、図８に示すように、複数のボルトを含む。ボルトは、それぞれプリントヘッド１３０のケース１３４および放熱ブロック１７０に係止され、それにより、プリントヘッド１３０、放熱ブロック１７０およびファン１６０間の接続関係を固定する。したがって、材料供給路１３８の温度は、ファン１６０が提供した冷却空気流によって下がる。また、材料供給路１３８の熱エネルギーが放熱ブロック１７０に伝送された後、放熱ブロック１７０がファン１６０によって冷却される。その結果、材料供給路１３８の温度が下がるため、材料供給路１３８内の熱溶融材料が急に柔らかくなったり溶けたりするのを防ぐことができる。

本発明は、第１係止部と第２係止部が互いに構造的に干渉し、それぞれ、スライド可能なブラケットおよびプリントヘッドに配置される。したがって、プリントヘッドがブラケットの収容溝内に配置された時、第１係止部と第２係止部が互いに自動的に係止して、プリントヘッドがブラケットに固定される。さらに、第１係止部と第２係止部の間の構造的干渉は、第２係止部の押圧部を押すことによって解除されるため、プリントヘッドをブラケットから容易に分離することができる。このようにして、本発明の３Ｄプリンタおよびプリントヘッドモジュールは、プリントヘッドの取り外しや組み立て容易で、クリーニング、交換またはメンテナンスがしやすいため、３Ｄプリンタおよびプリントヘッドモジュールの使用およびメンテナンス上の便利性をさらに向上させることができる。

以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。

１０ ３Ｄプリンタ
２０ ３Ｄ物体
１００ プリントヘッドモジュール
１１０ ブラケット
１１２ 収容溝
１１４ 第１係止部、開口
１１６ スルーホール
１２０ モータ
１３０ プリントヘッド
１３２ 第２係止部、弾性片
１３２ａ 押圧部
１３２ｂ 突出部
１３４ ケース
１３４ａ 側面
１３５ 本体
１３６ 温度検知ユニット
１３７ 断熱管
１３８ 材料供給路
１３９ ノズル
１４０ 材料供給フィラメント
１５０ 加熱ユニット
１６０ ファン
１７０ 放熱ブロック
２００ ベース
２１０ 搬送面
３００ スライドレール
Ｄ１ 組立方向

Claims (9)

1. スライドレールに沿ってスライドするよう適合され、ベースの搬送面に３Ｄ物体を形成するプリントヘッドモジュールであって、
   前記プリントヘッドモジュールが、
   前記スライドレールにスライド可能に配置され、収容溝および少なくとも１つの第１係止部を含むブラケットと、
   前記ブラケットに結合され、前記スライドレールに沿ってスライドするよう前記ブラケットを駆動するモータと、
   材料供給路、ノズルおよび前記第１係止部に構造的に協同する少なくとも１つの第２係止部を含むプリントヘッドと、
   を含み、前記材料供給路が、前記ノズルに接続されて、前記プリントヘッドを収容溝内に着脱可能に配置し、前記第２係止部が、前記第１係止部に係止されて、前記プリントヘッドを前記ブラケットに固定するプリントヘッドモジュール。
2. 前記第１係止部が、係止開口を含み、前記第２係止部が、前記プリントヘッドの一側面に配置された弾性片を含み、前記弾性片が、前記開口に対応する突出部と、前記突出部に接続された押圧部とを含み、前記突出部が、前記開口を通過して前記開口と構造的に干渉するよう適合され、前記押圧部が押された時、前記押圧部が、前記突出部を前記側面に向かって移動させ、前記突出部と前記開口の間の前記構造的干渉を解除する請求項１に記載のプリントヘッドモジュール。
3. 前記プリントヘッドが、さらに、ケースと、本体とを含み、前記ケースが、前記本体を覆い、前記第２係止部が、前記ケースに固定配設された請求項１に記載のプリントヘッドモジュール。
4. 前記プリントヘッドモジュールが、さらに、
   前記材料供給路に接続され、前記材料供給路を通って前記ノズルに伝送される熱溶融材料を供給する少なくとも１つの材料供給フィラメントと、
   前記プリントヘッドに結合されるとともに、前記ノズル内の前記熱溶融材料を加熱するよう構成され、前記熱溶融材料を溶かして溶融基材にし、前記溶融基材を前記ノズルから押し出す加熱ユニットと、
   を含む請求項１に記載のプリントヘッドモジュール。
5. 前記プリントヘッドが、さらに、前記ノズルに結合され、前記ノズルの温度を検知する温度検知ユニットを含む請求項１に記載のプリントヘッドモジュール。
6. 前記プリントヘッドが、さらに、前記材料供給路内に配置された断熱管を含む請求項１に記載のプリントヘッドモジュール。
7. 前記プリントヘッドモジュールが、さらに、前記プリントヘッドに配置されたファンを含み、前記ファンの排気口が前記材料供給路に面した請求項１に記載のプリントヘッドモジュール。
8. 前記プリントヘッドモジュールが、さらに、前記材料供給路に配置され、前記ファンに接続された放熱ブロックを含む請求項７に記載のプリントヘッドモジュール。
9. 前記ブラケットが、さらに、複数のスルーホールを含み、前記スライドレールが、前記スルーホールを通過して、前記ブラケットを前記スライドレールに沿ってスライドするよう適合させる請求項１に記載のプリントヘッドモジュール。

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