JP2008115368A - 押し出し、ロール成形、及びスエージ加工による固形インクスティックの製造 - Google Patents

Abstract

【課題】相変化インクジェット画像形成装置に用いるためのインクスティックを製造する方法を提供する。
【解決手段】相変化インク材料を押し出し温度になるまで熱制御し、周囲より高い温度で、押し出しオリフィスを通してインク材料を押し出し、押し出されたインク・レールを形成し、前記インク・レールが押し出し方向に移動するとき、該押し出されたインク・レールをロール成形し、前記押し出し方向に対して横断方向の形状の一部を部分的に形成し、前記部分的に成形された押し出されたインク・レールをスエージ加工し、該押し出されたインク・レールをインクスティックに分割すると同時に、前記インクスティックに最終形状を与える、ステップを含む方法。
【選択図】図５

Description

本開示は、一般に、相変化インクジェットプリンタ、そのようなインクジェットプリンタに用いられる固形インクスティック、及びそのようなインクスティックの製造に用いられる方法に関する。

固形インク又は相変化インクプリンタは、通常、ペレット又はインクスティックのいずれかで、固体形態のインクを受け取る。固形インクのペレット又はインクスティックは、供給シュートに配置され、供給機構は、固形インクをヒータ組立体に送給する。固形インクスティックは、供給シュートを通してヒータ組立体におけるヒータプレートの方向に、重力により供給されるか又はばね付勢される。ヒータプレートは、プレートに衝突する固形インクを溶融して液体にし、その液体は、記録媒体に噴射するためにプリントヘッドに送給される。

カラー印刷のための相変化インクは、一般に、相変化インクと両立する着色剤と組み合わされた相変化インク・キャリア組成物を含む。特定の実施形態においては、インク・キャリア組成物を、両立する減法混色の原色着色剤と組み合わせることにより、一連の着色された相変化インクを形成することが可能である。減法混色の原色の相変化インクは、４つの成分の染料、即ち、シアン、マゼンタ、イエロー、黒色を含むことができるが、これら４色に限定されるものではない。これらの減法混色の原色のインクは、単一の染料又は染料の混合物によって形成することができる。例えば、溶剤性レッド染料の混合物を用いることによって、マゼンタを得ることができ、或いは、幾つかの染料を混合することによって、複合黒色を得ることができる。

現在使用されているインクスティックは、一般に、成形されたタブ及び流れ充填工程を用いて製造される。この方法においては、成分の染料及びキャリア組成物が、液体状態になるまで加熱され、次いで所望の完成したインクスティック形状に対応する内部形状を有するタブに注ぎ込まれる。所望であれば、タブはまた、インクスティック内にキー溝形状の特徴（ｋｅｙｉｎｇ ｆｅａｔｕｒｅ）及びコード化特徴（ｃｏｄｉｎｇ ｆｅａｔｕｒｅ）を形成するための陥凹部及び突出部を有するように形成することもできる。この製造方法は、非線形形状の形成を可能にするが、スティックの寸法が、所望の許容範囲を超えて変動することがある。インクの不均一な冷却によって高さ制御の不良及び応力割れが生じることがある。具体的には、溶融インク及びキャリアの外側層は、熱を外気に放出し、混合物の内部よりも速く冷却される。この状況は、上面の上が開いており、側部及び底部のタブ周囲領域とは異なる速度で冷却されるという事実により悪化する。さらに、この方法を用いて上面に特徴を形成することはできない。上面は、制御されていない平坦でない形状に固化するのがほとんどであるため、スティック同士及びスティックにわたる領域の高さは様々である。高さ制御の不良により、出荷及び輸送中、さらにプリンタ又は画像形成装置の作動中でも、スティックの望ましくない移動が可能になる。非常に速く、費用対効果が大きいため、これらの制限にも関わらず、流れ充填工程が用いられている。押し出し方法は、質量の大きい形態を非常に迅速且つ経済的に生成する別の方法である。しかしながら、押し出しにより、特徴を長手方向にのみ組み込む形態が生成される。供給方向に対して垂直な特徴を直接作ることはできない。

１つの実施形態においては、相変化インクジェット画像形成装置に用いるためのインクスティックを製造する方法は、相変化インク材料が可鍛性状態である押し出し温度まで、相変化インク材料を加熱するステップを含む。次いで、加熱されたインク材料は、押し出しオリフィスを通して押し出され、押し出し要素を形成する。次いで、鍛造要素を押し出し要素に押し付け、インクスティックを形成する。

別の態様は、インクスティックを製造するためのシステムを含む。システムは、相変化インク材料を押し出し温度まで加熱するためのヒータを含む。押出機は、インク材料を、押し出しオリフィスを通して押し出し方向に押し出し、押し出し要素を形成する。このシステムはまた、成形要素を押し出し要素に押し付け、インクスティックを形成するための成形部材を含む。熱は、高温のインク材料を介してシステムに伝えられるので、種々の要素の温度が、理想的な温度より高くなることがある。熱制御装置は、冷却ユニットを含み、成分及び／又は押し出し材料の所望の温度を確立する及び／又は保持するために、選択的に冷却を行うこと又は行わないこと、及び、押し出しシステムの全て又は一部を冷却することができる。

さらに別の態様においては、インクスティックを製造するためのシステムは、相変化インク材料を押し出し温度まで加熱するためのヒータと、インク材料を、押し出しオリフィスを通して押し出し方向に押し出し、押し出し要素を形成するための押出機とを含む。システムはまた、押し出し要素を受け取るためのダイと、ダイ内に受け取った押し出し要素の少なくとも一部に押し付け、ダイを押し出し要素で実質的に充填し、インクスティックを形成するための成形要素と、成形されたインクスティックをダイから分離するための分離装置とを含む。成形要素は、一般に、最適な成形性能及び分離性能を達成するために、加熱及び／又は冷却する能力を含む、温度制御式にすることができる。

本実施形態の一般的な理解のために、図面を参照する。図面では、全体にわたって同じ要素を示すのに、同じ参照符号が用いられる。

図１は、上面１２及び側面１４を有する外側ハウジングを含む、固形インク又は相変化インクプリンタ１０を示す。フロントパネル表示画面１６のようなユーザ・インターフェース・ディスプレイが、プリンタの状態に関する情報、及びユーザ命令を表示する。プリンタの動作を制御するためのボタン１８又は他の制御要素は、ユーザ・インターフェース・ウィンドウに隣接しているか、又はプリンタ上の他の位置にあってもよい。インクジェット印刷機構（図示せず）が、ハウジングの内部に収容される。インク供給システムは、インクを印刷機構に送給する。インク供給システムは、プリンタ・ハウジングの上面の下方に収容される。ハウジングの上面は、ユーザがインク供給システムにアクセスできるように、図２に示されるように開くヒンジ取り付けされたインク・アクセス・カバー２０を含む。

図示される特定のプリンタにおいては、プリンタ・アクセス・カバー２０これが持ち上げられたとき、インク支持リンク機構２２が摺動し、インク支持位置までピボット運動するように、インク・アクセス・カバー２０がインク支持リンク機構要素２２に取り付けられている。図２に見られるように、インク・アクセス・カバーを開けると、キー付き開口部２４Ａ〜２４Ｄを有するキープレート２６が見えるようになる。各々のキー付き開口部２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄは、固形インク供給システムの幾つかの個々の供給チャネル２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ、２８Ｄの１つの挿入端へのアクセスを与える（図２及び図３を参照されたい）。
各々の長手方向供給チャネル２８Ａ〜２８Ｄは、１つの特定の色のインクスティック３０を対応する溶融プレート３２に送給する。供給チャネルの溶融端は、溶融プレートに隣接している。溶融プレートは、固形インクスティックを溶融して液体の形態にする。溶融されたインクは、供給チャネルの溶融端と溶融プレートとの間の間隙３３を通って、液体インク・リザーバ（図示せず）内に滴下する。

カラープリンタは、通常、４色のインク（イエロー、シアン、マゼンタ、及び黒色）を使用する。各々の色のインクスティック３０は、供給チャネル２８Ａ〜２８Ｄの個々の対応するものを通して送給される。正確な色のインクスティックだけが各々の供給チャネルに挿入されることを確実にするようにプリンタ・オペレータを助けるために、キープレート２６は、キー付き開口部２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄを有する。キープレートの各々のキー付き開口部２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ、２４Ｄは、固有の形状を有する。その供給チャネルのための色のインクスティック３０は、キー付き開口部の形状に対応する形状を有する。キー付き開口部とこれに対応するインクスティックの形状は、その供給チャネルのための正確な色のインクスティック以外の全ての色のインク供給チャネルのインクスティックを除外する。

供給システムにおいて用いるための例示的な固形インクスティック３０が、図４に示される。示されるインクスティック本体は、底面５２と、上面５４とを有する。上面及び底面は、実質的に互いに平行に示される。しかしながら、インクスティック本体の表面は平坦である必要はないし、互いに平行又は垂直である必要もない。図示される実施形態は、２つの端面６１、６２と、２つの横方向側面５６とを含む４つの側面を含む。横方向側面５６は、実質的に互いに平行であり、かつ、上面及び底面５２、５４に対して実質的に垂直である。端面６１、６２もまた、実質的に互いに平行であり、かつ、上面及び底面、及び横方向側面に対して実質的に垂直である。インクスティックは、インクスティック本体の２つの横方向側面５６が、供給チャネルの長手方向の供給方向に沿って配向された状態で、供給チャネル内に嵌合されるように構成される。インクスティック本体はまた、立方体以外の形状で形成することもできる。

例えば、インクスティックは、楕円形の水平方向断面形状、多数の真っ直ぐな線形側部を有する形状、又は湾曲した側部と線形側部の組み合わせさえも有することができる。
固形インクスティック３０は、相変化インク・キャリア組成物及び相変化インクと両立する着色剤を含む相変化インク組成物で形成される。組成物は、典型的には、室温で固体であり、かつ、融解インクを基材に適用するのに用いられる印刷装置の動作温度より低い融点を有する必要がある。

上記の説明は、相変化インクジェットプリンタ、及びこうしたプリンタによって用いられる固形インクスティックの一般的な動作を示すのに十分なものでなければならない。ここで図５を参照すると、固形インクスティックを形成するために動作可能なシステム６００の例示的な概略図が示される。システム６００は、相変化インクが一般的な断面インク形態に押し出される押し出し区域６０４と、押し出されたインク形態が、高温で可鍛性である間、即ち半固体状態である間に最終プロファイルに加工される二次成形区域６０８とを含む。

押し出し区域６０４は、押し出しダイ６１０と、所定の熱及び圧力条件下で材料を押し出しダイ６１０内に供給するための押出機６１４と、溶融した相変化インクを受け取り、該インクを押出機６１４内に供給するように設計された溶融インク入口６１８とを含む。例示的な実施形態においては、押出機６１４は、単軸押出機（ｓｉｎｇｌｅ ｓｃｒｅｗ ｅｘｔｒｕｄｅｒ）を含む。二軸押出機（ｔｗｉｎ ｓｃｒｅｗ ｅｘｔｒｕｄｅｒ）、同方向回転式二軸押出機（ｃｏ−ｒｏｔａｔｉｎｇ ｔｗｉｎ ｓｃｒｅｗ ｅｘｔｒｕｄｅｒ）（両方のねじが同じ方向に回転する）、逆回転式二軸押出機（ｃｏｕｎｔｅｒ−ｒｏｔａｔｉｎｇ ｔｗｉｎ ｓｃｒｅｗ ｅｘｔｒｕｄｅｒ）（ねじが反対方向に回転する）、ピストン等を含む、いずれかの所望の又は有効な押出機を用いることができる。押出機６１４は、相変化インクを溶融（液体）状態で受け取り、溶融インクを押出機６１４内に供給するための、上部に取り付けられた溶融インク入口６１８を有する。溶融インク入口６１８は、押し出された材料を受け取るための１つ又はそれ以上のホッパ又はフィーダを含むことができる。

溶融した相変化インクは、溶融インク入口６１８内に受け取られ、次いで押出機６１４に案内される。押出機６１４において、溶融した相変化インクは、該インクが押し出し温度に到達するまで選択的に冷却される。押出機内の加熱要素（図示せず）は、相変化インクが押し出しダイに供給される前、相変化インクを押し出し温度に維持するのを助ける。押し出し温度は、インク・キャリア／着色剤組成物を適切な可鍛性状態に維持する助けになる熱レベルに対応する。相変化インクが可鍛性であるか又は半固体であるとき、組成物について幾分ペースト状のインク・コンシステンシーが確立され、このことにより、押し出しダイを通した比較的低圧での供給、及び、高度の成形性が可能になる。特定の材料の状態、よって、最適な押し出し温度は、インクの配合と、非ニュートンであり得る物理的特性に大きく依存する。適切なコンシステンシーのために理想的な温度範囲を達成し、保持することは、熱制御装置、即ち、ヒータ及び／又は冷却装置、温度感知ユニット、及び／又は温度を調整するための温度制御ユニット要素の使用から恩恵を受け、必要に応じてシステムを加熱し又は冷却するのを可能にする。材料が、溶融材料の混合を含む製造工程から直接供給される場合には、押し出し工程のための特別な加熱は必要ない。空気流を用いて、冷却を達成することができる。材料が押し出しダイ及び／又はシステムの他の機能領域に接近するときの材料の温度によって、冷却動作が選択的に行われる。

押出機のねじ６２０は、所定の圧力及び速度で、押し出し温度に維持された相変化インクを押し出しダイ６１０に供給し、押し出しダイ６１０の押し出しオリフィス（図示せず）を通してインクを強制的に押し出すように動作可能である。ねじ６２０は、螺旋状にすることができ、又は半固体の相変化インクを混合し、押出機６１４を通して流すように動作可能な他のいずれかの形状とすることができる。インクが押出機を通して供給され、押し出しのための理想的な温度にされたとき、押出機及び内部のインクの長さに沿った温度勾配ある。

押し出しダイ６１０は、半固体の相変化インクを強制的に押し出す（押し出す）１つ又はそれ以上の押し出しオリフィス又はアパーチャ（図示せず）を有する。押し出しダイ６１０は、押出機の半固体の相変化インク流を低減させ、特定の断面形状又は幾何学的形状を有する押し出し要素を生成する流線型オリフィスを備えた成形装置である。押し出しダイ６１０は、合金工具鋼又はアルミニウム、或いは他のいずれかの適切な材料から機械加工することもできる。ダイは、事実上無制限アレイの形状及び寸法を形成するように作製することもできる。押し出しオリフィスは、押し出された材料の厚さ及び幅を制御する。材料は、押し出しダイ６１０を通して押し出され、円形、矩形、又は他のいずれかの所望の又は適切な形状とすることができる一般的な断面形状を有する押し出し要素を形成する。押し出しダイ６１０を出た後、押し出し要素は、依然として高温で半固体状態にある間、二次成形区域６０８に指向される。

図６に示されるように、一実施形態においては、二次成形区域６０８は、押し出し要素を所望の最終形状に成形するための成形ステーション７００と、押し出し要素（図示せず）を押し出し方向Ｄに搬送するための押し出し要素搬送部７０４とを含む。例示的な実施形態においては、押し出し要素搬送部７０４は、押し出し要素を、押し出し速度に対応する速度で、押出機から成形ステーションまで押し出し経路に沿って移動させるように構成された１つ又はそれ以上のコンベヤベルトを含む。

成形ステーション７００は、固形相変化インクスティックの所望の最終形状に対応する、可変の断面内部形状を有する１つ又はそれ以上の成形ダイ・セット７０８を含む。図７を参照すると、各々の成形ダイ・セット７０８は、１対の嵌合する鍛造要素又はスエージ要素７１０、７１４を含む。鍛造要素７１０、７１４の対は、協働して、互いに押し付けられたとき、固形相変化インクスティックの所望の最終形状に対応する内部形状を有するキャビティ７１８を形成する。以後の成形への影響のためにインク材料の特性が適切に材料を抑制する限り、嵌合するダイが、形状の成形を行うために実際に互いに接触する必要はない。所望の成形キャビティを形成するのに十分に嵌合するように配向された３つ、４つ、又はそれ以上の成形ダイを、押し出し部の周りに半径方向に配置することができる。鍛造部は、サイズを変更する（ｓｉｚｉｎｇ）、平坦化する（ｆｌａｔｔｅｒｉｎｇ）、直角にする（ｓｑｕａｒｉｎｇ）、湾曲させる（ｃｕｒｖｉｎｇ）、コーナー部を鋭利にする（ｃｏｒｎｅｒ ｓｈａｒｐｅｎｉｎｇ）、或いは、他の予備的成形又は最終成形のために、最小の内部形状を有する又は内部形状を有さないプレートを含むことができる。鍛造要素７１０、７１４は、カム７２０とすることができる機構の移動によって互いに押し付けられる。押し出し要素がカム７２４の回転により成形ステーションを通って移動するにとき、成形ダイ７０８は、押し出し要素の流れに従う。アーム７２８は、カム７２４、及び、それぞれの成形要素に取り付けることができる。カム７２０の回転により、成形要素７１０及び７１４が互いに押し付けられて押し出し要素をキャビティ７１８内に閉じ込めるので、カム７２４の回転は、成形ダイ７０８を押し出し方向に押し出し速度で移動させ、その結果、押し出し要素は、依然として半固体状態である間に、キャビティ７１８の内部形状を少なくとも部分的に充填し、少なくともある程度、その形態を形成する。押し出し要素が成形ダイ７０８内に閉じ込められ、最終的なインクスティック形状に成形されると、回転するカム７２０又は代替的な機構が移動して鍛造要素７１０、７１４を開き、これにより、鍛造ダイが元の開始位置に往復運動される。成形ローラ及び／又はダイは、一回の動作でインクスティックを成形することができ、或いは、連続的に、又は漸進的に成形ステーションにおいて、部分的にインク形状に影響を与え得ることに留意されたい。単一の成形、又は漸進的連続的な成形、或いは多数ステーションの成形は、説明された成形方法又は代替的な成形方法のいずれか１つ又はそれらの組み合わせを用いて行うことができる。対向する対のローラ又は成形要素を説明する際、多数の対を用い得ることが推測されることを理解すべきである。

図７に示されるように、鍛造要素７１０、７１４は、互いに対して、及び、押し出し経路に対して水平方向に、かつ、両側に配置される。代替的に、鍛造要素７４０の対を、互いに対して及び押し出し経路に対して垂直方向に配向してもよい。この実施形態においては、鍛造要素の対の１つは、下部成形要素を構成する。下部成形要素は、押し出し要素が押出機から押し出されるとき、押し出し要素を受け取るように、搬送部上に配置される。次いで、上部成形要素は、ピストン又は他の何らかの適切な方法により、下部成形要素に向けて押し下げられ、これにより、押し出し要素が成形要素内に閉じ込められ、押し出し要素の形態が、成形要素によって確立されたキャビティの内部形状によって修正される。ピストン作動式成形ダイの代替物として、回転式ダイ・セット又は他の運動機構を用いることもできる。この実施形態においては、回転式ダイ・セットは、押し出し要素が押し出し方向に移動するときに、押し出し要素の外面に沿って回転するように回転する回転ダイを含む。

成形ステーションは、所定の位置で押し出し要素をトリミングするための切削部材７３０をさらに含むことができる。切削部材７３０は、第１の切削要素７３４を含む。切削を容易にするために、第１の切削要素は、押し出し要素の押し出し温度より高い温度とすることができる切削温度まで加熱することができる。押し出し要素の切削部分が互いに再び結合しないことを保証するために、第１の切削要素の切削温度より低温で維持される第２の切削要素７３８を含ませることができる。より低温の第２の切削要素７３８は、第１の切削要素７３４と平行し、第１の切削要素７３４と、高温の切削要素７３４からちょうど十分なだけ遠ざかるように離間された押し出しダイ６１０との間で押し出し経路に沿って配置され、高温の切削要素７３４によって切削された押し出された材料の半分が再び結合するのを防止する。例示的な実施形態においては、第１の切削要素７３４及び第２の切削要素７３８は、ワイヤを含む。或いは、所定の位置で押し出し要素をトリミングするために、フライング・ブレード・カッター又は他の何らかの好適な装置若しくは方法、或いはそれらの組み合わせを用いることができる。切削が完了した後、前区域の移動速度を増すことによって、切削区域の分離を容易にすることもできる。

鍛造ステーションは、押し出し要素が成形ステーションを通るときに、押し出し要素の形状を維持し、押し出し要素の位置を制御するためのガイド部材７４０をさらに含むことができる。ガイド部材７４０は、当接した関係で平行軸の周りに押し出し経路に隣接して回転可能に取り付けられたローラの対を含むことができ、ローラの対のうちの一方の周囲は、ローラの対のうちのもう一方の周囲に係合し、その上で回転し、これに対して移動可能である。ローラの対は、押し出し速度に対応する速度で、逆の回転方向に回転される。ローラの対の周囲は協働して、押し出し要素が押し出し経路に沿って成形ステーションに移動するときに、押し出し要素の形状を維持し、押し出し要素の位置を制御するように働く開口部を間に定める。例示的な実施形態においては、第１のローラの対７４０は、切削部材７３０の前に、押し出しダイに隣接して配置することができ、第２のローラの対７４０は、切削部材７３０の後に、押し出し経路上に配置することができる。

成形区域の要素の全てを、押し出し経路に沿って個別に取り付け、支持することができるが、代替的に、要素の全てを単一の構造体上に取り付けることができ、又は単一の構造体内に含ませることができる。成形段階の際に押し出し速度に従い、その後、次のサイクルのために開始点に再設定するように、この構造体に往復式周期運動を与えることもできる。

この工程は、全ての特徴を充填するために、過剰な量のインクを所定の鍛造ダイ内に配置することから利益を得ることができるので、鍛造ステーションは、押出機を通って再溶融される又は再利用される必要がある材料を最小にするか又は排除するために、結果として生じるインクのオーバーフローをダイの押し出された質量側に向けることを含むことができるオーバーフロー制御部（図示せず）を含む。最終的な成形インクスティックを互いから分離することは、成形ダイ、又は分離切削ステーション、或いは他のいずれかの好適な方法の機能とすることができる。インクの配合及びインクスティックのサイズ及び構成は変わるので、最適な結果を達成するために、特定の押し出し温度、押し出し力、押し出し速度、鍛造ダイの数及びそれらの温度、補足的回転ダイの数及び機能並びにそれらの温度、並びに他の動作及び装置パラメータを変えなければならない。

別の実施形態において、二次成形区域６０８は、ロール成形・スエージ・ステーション８００を含む。図８を参照すると、ロール成形・スエージ・ステーション８００は、押し出し要素搬送部８０４と、ロール成形区域８０８と、鍛造又はスエージ区域８１０とを含む。スエージという用語は、ここでは一般に、便宜上、押し出された材料のローラ成形前区域に対して形状修正することができる、及び／又は、押し出された部分から押し出し材料の成形された部分を切断する「絞り出し」ダイを示唆することによって、鍛造と区別するように用いられる。押し出し要素搬送部８０４は、押し出し要素搬送部７０４と類似しており、これと同じ動作を有する。この実施形態において、押出機は、押し出しダイ６１０によって命令される一般的な断面形状を有する可鍛性の相変化インク（図示せず）のレールを押し出す。押し出し要素搬送部８０４は、押し出し速度に対応する速度で、ロール成形・スエージ・ステーション８００を通して、押し出されたインク・レールを搬送するように構成される。

図８を参照すると、ロール成形区域８０８は、押し出されたインク・レールにおける長手方向形状の実質的表現を確立するためのローラ・ガイド８１２を含む。成形ダイ８２０は、押し出されたインク・レールの長手方向形状に対して横断方向の形状の一部をさらに成形する。ローラ・ガイド８１２は、当接する関係で平行軸の周りに隣接して回転可能に取り付けられたローラの対８１４、８１６、８１８を含み、ローラの対の一方の周囲は、ローラの対のうちのもう一方の周囲に係合し、その上で回転し、それに対して移動可能である。ローラの対８１４、８１６、８１８は、押し出し速度に対応する速度で、逆の回転方向に回転される。ローラの対の周囲は協働して、押し出し要素が押し出し経路に沿って鍛造ステーションまで移動する際に、押し出し要素の形状を維持し、かつ、制御可能に変え、押し出し要素の位置を制御するように働く開口部を間に定める。例示的な実施形態においては、図８及び図９に示されるように、押し出されたインク・レールの上部及び下部を長手方向に成形するために、ローラの対８１４及び８１８は、対の一方のローラが押し出し経路の上になり、対のもう一方のローラが押し出し経路の下になるように配置される。押し出されたインク・レールの側面を成形するために、ローラの対８１６は、押し出し経路に対して横方向に配置される。押し出された材料の所定領域の既存形状を抑制又は維持する非成形ローラ又はプレートを、いずれかの説明された又は代替的な押し出し後成形工程と共に用い、インク成形が、不正確な配置又は制御されていない変形を生じさせずに成形されるように意図された材料領域まで及ぶことを保証できることに留意されたい。

成形ダイ８２０は、成形要素８２４、８２８を含む。成形要素の対８２４、８２８は、協働して、互いに押し付けられたときに、固形インクスティックの所望の最終形状の一部に対応する内部形状を有するキャビティ８３０を形成する。成形要素８２４、８２８は、カム８３４の動きによって互いに押し付けられる。カム８３４の回転により、成形要素８２４、８２８が互いの方向に移動され、押し出し要素をキャビティ８３０内に部分的に閉じ込め、これにより、押し出されたインク・レールの長手方向形状に対して横断方向の形状の一部がさらに成形される。

押し出されたインク・レールがローラ・ガイド８１２及び成形ダイ８２０によって長手方向に成形されると、長手方向に成形されたレールは、スエージ区域８１０に移動される。スエージ区域８１０は、成形されたインク・レールにおいてスエージ工程を行うように構成され、最終形状を確立し、インク・レールを個々のスティックに切断する。再び図８及び図９を参照すると、スエージ区域８１０は、複数のスエージ部材８３８を含むことができる。スエージ部材８３８は、押し出し経路の周りにおよそ９０度の間隔で半径方向に配置することができる。スエージ部材８３８の各々は、インク・レールに半径方向に係合して所望のスエージを生じさせる位置に摺動可能に取り付けることができる。こうした２つのスエージ部材８３８が示されるが、装置は、如何なる適切な数のスエージ部材８３８を有することもできる。半径方向内端部にあるスエージ部材８３８の各々は、それぞれスエージ・ダイ８４０を支持する。各々のスエージ・ダイ８４０は、所定の形状を与え、押し出されたインク・レールの長手方向形状に対して横断方向の形状の成形を終了させ、インク・レールを本質的に所望の最終形状を有する個々のスティックに分割するように構成される。最終的なインク形態の意図される形状によって、ロール成形後に、二次スエージ又は鍛造を必要としない場合もあることに留意されたい。

一実施形態において、スエージ部材８３８は、往復式に駆動することができる。押し出されたインク・レールがスエージ区域８１０に入るとき、スエージ部材８３８は、レールに形状を型押しする位置まで、スエージ駆動装置（図示せず）によって半径方向に駆動され、次に、定位置に戻る。スエージ駆動装置は、電気式、油圧式、又は空気圧式に制御されたアクチュエータのような、機械的要素を往復式に駆動するいずれかの既知の又は好適な手段を含むことができる。隣接するスエージ部材８３８は、交互に作動させることができるので、該隣接するスエージ部材８３８は、ダイの相互干渉なしに、その輪郭全体にわたってインク・レールに係合することができる。ダイの間に十分な間隔がある場合には、スエージ部材８３８を同時に作動させることができる。

上述のように、インク・レールは、これがスエージ区域８１０に達する前にロール成形区域８０８において長手方向に成形される。スエージ区域８１０は、レールをスエージ加工し、個々のインクスティックに分離することによって、押し出されたインク・レールを最終形状に加工するように構成される。スエージ部材８３８は、線形又は半径方向の動きを有するものとして説明されたが、代替的に、ピボット運動又はロッカー運動、或いはいずれかの類似した又は適切な動作を有するスエージ装置を設けることもできる。

押し出し及び成形工程の要素は、最終形態に要求される全てのサイズ制御及び特徴を有するインクスティックを生成するのが理想的であるが、別個の仕上げ工程における付加的な成形ステップを用いて、最終的なものではない形態を生成することも望ましい。一例として、感知特徴のような、異なるモデルに関するわずかな特徴の可変性だけを有するインクスティック・セットを用いる一群の製品が、意図される製品の販売需要に基づいて更に修正される共通の基本的形状の製造及び在庫を促進することもできる。付加的な鍛造又はスエージ加工、穿孔、フライス加工、鋸引き、加熱された成形工具による溶融、１つ又はそれ以上のキャビティ又は差込部をプラグ又は溶融材料で充填すること、型打ち又は他の方法により専門語を付加すること、バーコード又は他の光学的に読み取り可能な感知要素を付加することを含む、種々の形態修正方法を用いて、最終形状及び／又は外観の変更を達成することができる。

さらに別の実施形態において、二次成形区域６０８は、繊維又はフィラメント９０８として押し出される押し出し要素を蓄積させるための繊維加工ステーション９００を含む（図１０を参照せよ）。この実施形態においては、押し出しダイは、１つ又はそれ以上のインク・フィラメント９０８を提供するために、所望の直径の１つ又はそれ以上のオリフィス又はアパーチャ（図示せず）を有する紡糸口金９０４を含む。ここで用いられる押し出されたインク繊維又はフィラメントは、破断することなく、繊維の可撓性及び機械化された処理を容易にするのに十分に薄い、押し出し方向に対して横断方向の少なくとも１つの断面寸法を有するインク材料の押し出しを含む。１つの実施形態においては、押し出されたインク・フィラメント９０８は、およそ６ｍｍ未満の断面を有する。可撓性は、一般に、フィラメントが小さいほど向上し、１ｍｍ又は２ｍｍ、或いはさらに小さい断面を有することもできる。紡糸口金９０４のアパーチャは、如何なる適切な所望の断面サイズ及び形状とすることもできる。例示的な実施形態においては、アパーチャの断面は丸いが、四角形、三角形、楕円形、又は他の形状の断面も考えられる。図１０においては、紡糸口金のアパーチャは、単列で配置される。しかしながら、紡糸口金のアパーチャ・パターンは、多数の列、マトリクス・パターン、或いは１つ又はそれ以上の同心円を含む如何なる所望の構成にすることもできる。

一実施形態において、繊維加工ステーションは、コイル要素の周りに押し出されたフィラメントを巻き付けることによって、押し出されたインク・フィラメントを蓄積するように構成される。この実施形態においては、個々のインク・フィラメントは、コイル部材９２４に送られ、そこで、インク・フィラメントは、トラバース９３０の助けにより、巻きスプール又はボビンのようなコイル要素９２８の周りに巻き付けられ、パッケージを形成する。フィラメントは、意図されるコイル・パッケージのサイズに応じて、適切な直径が達成されるまで、コイル要素９２８上に巻き付けられる。コイル部材９２４は、適切な直径が達成されたときに繊維を切断するために、コイル要素９１４に隣接して配置された切削部材（図示せず）をさらに含むことができる。繊維加工ステーションは、紡糸口金を通して押し出される各フィラメントについてのコイル部材を含むことができる。従って、一実施形態においては、複数のインク・フィラメントを同時に押し出し、蓄積するために別個のコイル部材に送ることができる。これに対する１つの変形は、コイル手法ではなく、重なり合う８字型又はジグザグ形成といった折畳み手法を用いることにより、フィラメントをより高い密度にパッケージしたものである。

別の実施形態においては、繊維加工ステーションは、蓄積前に、複数ののインク・フィラメントを組み合わせて、マルチ繊維又はインクのマルチ・フィラメント・ストランドにするように構成される。この実施形態においては、紡糸口金９０４を通る押し出しに続いて、フィラメント配置又はバンドル部材９１０に進む前に、収束ガイド９０６によって、紡糸口金９０４から複数のフィラメント９０８を下流に収集することができる。収束ガイド９０６は、ピグテール型小穴、スロット付きローラ、又はいずれかの従来の収束又は収集手段とすることができる。フィラメント９０８が収束されると、フィラメント９０８を、ハブ９１８、及び、例えばハブ９２０のような１つ又はそれ以上のハブの周りに巻き付け、フィラメント９０８に張力を与え、これを調整することができる。

次いで、フィラメント９０８は、フィラメント・バンドル部材９１０に進む。フィラメント・バンドル部材９１０は、撚ること（ｔｗｉｓｔｉｎｇ）、螺旋状にすること（ｓｐｉｒａｌｉｎｇ）、織ること（ｗｅａｖｉｎｇ）、編組（ｂｒａｉｄｉｎｇ）、又は織編（ｉｎｔｅｒｌａｃｉｎｇ）などにより、フィラメント９０８を束ねて、多数の繊維断面を有する統合された繊維バンドル９１４にするように構成される。別の実施形態においては、繊維バンドル部材９１０は、フィラメント９０８を処理して結合された繊維バンドルにするように構成することができる。この実施形態においては、フィラメント９０８は、隣接する繊維の連続的部分を互いに溶融することによって、又は、制御された量の溶融インクを隣接した繊維の部分に適用することによって、互いに結合される。結合された繊維バンドルは、隣接する繊維の全長を結合し、ねじ状の周囲を有する固形インク「丸太」を生成することによって形成することができる。代替的に、機械結合、熱結合、及び化学結合などのいずれかの結合方法を用いて、フィラメント９０８を互いに結合させることができる。

次に、統合された又は結合されたフィラメント・バンドル９１４は、コイル部材９２４に送られ、そこで、バンドル９１４は、トラバース９３０の助けにより、巻きスプール又はボビンのようなコイル要素９２８の周りに巻き付けられ、パッケージを形成する。バンドル９１４は、意図されるコイル・パッケージのサイズに応じて、適切な直径が達成されるまで、コイル要素９２８上に巻き付けられる。コイル部材９２４は、適切な直径が達成されたときに繊維を切断するように、コイル要素９２８に隣接して配置された切削部材（図示）をさらに含むことができる。別の実施形態においては、アキュムレータが、押し出されたフィラメントを切断し、積み重ね、スティック状の部分にする。

繊維バンドルの各々の繊維の断面が小さいため、このようなバンドルで形成された固形インク構成は、有益な溶融特性を示す。例えば、小さい断面の繊維は、固形インクスティックに、より効率的な溶融速度及び流速のための表面積対体積の増大をもたらす。所望のサイズ及び構成の繊維バンドル９１４が形成されると、上述のように繊維バンドルを巻き付け、任意の長さに切断し、真っ直ぐにし、曲げ、或いは最終的なパッキングに挿入するために所望のように成形することができる。最終的なフィラメントの断面サイズ又はバンドル・サイズは、印刷エンジンのインク段階及び送給システムの要件によって、種々のレベルの剛性及び可撓性を目標とすることができる。

図１１は、押し出し及び二次成形工程により、固形インクスティックを成形する方法の例示的な流れ図である。この方法は、相変化インク材料を押し出し温度まで加熱するステップを含む（ブロック３００）。上述されたように、インク組成物は、押し出されたストランドが固体と液体の間の特性を示す可鍛性の半固体状態を保持するのを可能にする熱レベルに保持される。次いで、インクは、押し出しオリフィスを通して押し出し方向に押し出され、押し出し要素を形成する（ブロック３０４）。押し出し要素に二次成形工程が実施される（ブロック３０８）。

図１１に示される方法の１つの実施形態において、二次工程は、鍛造工程である（ブロック３１０）。この実施形態において、押し出し後、押し出し要素が、鍛造要素内に閉じ込められる（ブロック３１２）。押し出し要素は、押し出し方向に沿って、可変の断面内部形状を有する。次に、押し出し要素は、鍛造要素に押し付けられるので、可鍛性のインク材料が、鍛造要素の内部形状を実質的に充填する（ブロック３１４）。

代替的に、二次成形工程は、ロール成形・スエージ工程である（ブロック３１６）。この実施形態においては、押し出し後、押し出し要素がロール成形され、押し出し要素の長手方向形状を実質的に確立する（ブロック３１８）。その後、ロール成形された押し出し要素がスエージされて、最終形態を確立し、個々のインクスティックに切断される（ブロック３２０）。単軸成形された形状を有するスティックに関しては、最終形態を確立するのに、回転だけで十分である。

さらに別の実施形態においては、二次成形工程はフィラメント加工工程を含む（ブロック３２４）。この実施形態においては、押し出し要素は、一般に、１２ｍｍ以下の、オプションとして６ｍｍ又はそれより小さい断面を有する押し出された繊維を含む。押し出し後、押し出されたフィラメントは、織ること、螺旋状にすること、織編等によって、統合されるか又は結合されてフィラメント・バンドルにされる（ブロック３２８）。フィラメントが統合されるか又は結合されてバンドルを形成すると、バンドルは、コイル要素に巻き付けることによって蓄積される（ブロック３３０）。最終的な構成の可撓性は、材料の特性、及び使用時にインクが曝される環境条件に基づくので、具体的な直径はあまり重要ではない。例えば、可撓性のインク材料は、２５ｍｍの直径を可能にし、可撓性でない材料は、６ｍｍ未満の直径を必要とする。従って、許容可能なサイズを確立するための基準は、所定のシステム及びインク配合の実世界の破壊傾向に、より多く基づいている。繊維形態で供給されるインクは、作動温度及び供給速度で破壊されることなく、供給のために自由に真っすぐにならなければならない。インク破壊は、巻き戻す速度又は真っ直ぐにされる速度に影響される傾向を示すので、ゆっくり溶融装置に供給される大きい直径の繊維は、同等の溶融速度で速く供給される小さい直径のものと比べて、あまり破壊しやすくない。

プリンタのトップカバーが閉じられた、相変化プリンタの斜視図である。 インク・アクセス・カバーが開いて、固形インクスティックが供給チャネルに支持されるべき位置にある状態を示す、相変化プリンタの拡大部分平面斜視図である。 図２の線３−３に沿って取られた、固形インク供給システムの供給チャネルの側断面図である。 固形インクスティックの一実施形態の斜視図である。 固形インクスティックを形成するためのシステムの概略図である。 図５の固形インクスティックを形成するためのシステムの一実施形態の側面概略図である。 図５の固形インクスティックを形成するためのシステムの一実施形態の上面概略図である。 図５の固形インクスティックを形成するためのシステムの一実施形態の側面概略図である。 図５の固形インクスティックを形成するためのシステムの一実施形態の上面概略図である。 図５の固形インクスティックを形成するためのシステムの別の実施形態の概略図である。 固形インクスティックを形成する方法のフローチャートである。

符号の説明

１０：相変化インクプリンタ
３０：インクスティック
６００：システム
６０４：押し出し区域
６０８：二次成形区域
６１０：押し出しダイ
６１４：押出機
７００：成形ステーション
７０４、８０８：押し出し要素搬送部
７０８、８２０：成形ダイ
７１０、７１４：鍛造要素
７２０、７２４、８３４：カム
７３０、７３４：切削部材
８００：ロール成形・スエージ・ステーション
８０８：ロール成形区域
８１０：スエージ区域
８１２：ローラ・ガイド
８２４、８２８：成形要素
８３８：スエージ部材
９００：繊維加工ステーション
９０４：紡糸口金
９０６：収束ガイド
９０８：フィラメント
９１４：バンドル
９２４：コイル部材
９２８：コイル要素

Claims (4)

1. 相変化インクジェット画像形成装置に用いるためのインクスティックを製造する方法であって、
   半固体の形態である相変化インク材料を押し出し温度になるまで熱制御し、
   周囲より高い温度で、押し出しオリフィスを通してインク材料を押し出し、押し出されたインク・レールを形成し、
   前記インク・レールが押し出し方向に移動するとき、該押し出されたインク・レールをロール成形し、前記押し出し方向に対して横断方向の形状の一部を部分的に形成し、
   前記部分的に成形された押し出されたインク・レールをスエージ加工し、該押し出されたインク・レールをインクスティックに分割すると同時に、前記インクスティックに最終形状を与える、
   ステップを含むことを特徴とする方法。
2. 前記相変化インク材料を押し出し温度になるまで熱制御するステップは、
   前記インク材料を前記押し出し装置内に搬送することを可能にする高温まで、該インク材料を加熱し、
   必要に応じて、前記加熱されたインク材料を選択的に冷却し、前記押し出し温度を達成する、
   ステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 相変化インクジェット画像形成装置に用いるためのインクスティックを製造するためのシステムであって、
   相変化インク材料を押し出し温度までもっていくための熱制御装置と、
   前記インク材料を、押し出しオリフィスを通して押し出し、押し出されたインク・レールを形成するための押出機と、
   前記インク・レールが押し出し方向に移動するとき、該押し出されたインク・レールをロール成形し、前記押し出し方向に対して横断方向の形状の一部を部分的に形成するためのロール成形部材と、
   前記部分的に成形された押し出されたインク・レールをスエージ加工し、該押し出されたインク・レールをインクスティックに分割し、前記インクスティック形状の形態にさらに影響を与えるためのスエージ部材と、
   を備えることを特徴とするシステム。
4. 相変化インクジェット画像形成装置に用いるためのインクスティックを製造するためのシステムであって、
   相変化インク材料を押し出し温度までもっていくための熱制御装置と、
   前記インク材料を、押し出しオリフィスを通して押し出し、押し出されたインク・レールを形成するための押出機と、
   成形経路に沿って、前記押し出されたインク・レールを搬送するための搬送部材と、
   前記インク・レールが押し出し経路に沿って移動するとき、該押し出されたインク・レールをロール成形し、該押し出されたインク・レールの長手方向軸に対して横断方向の形状の一部を部分的に形成するためのロール成形部材と、
   各々が、前記部分的に成形された押し出されたインク・レールをスエージ加工し、該押し出されたインク・レールをインクスティックに分割すると同時に、前記インクスティックの形状にさらに影響を与えるための内端のスエージ・ダイを含む、前記ロール成形部材後の前記押し出し経路の周りに半径方向に配置された複数のスエージ部材と、
   を備えることを特徴とするシステム。

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