KR101353272B1

KR101353272B1 - 가요성 성형 공구를 이용한 고형 잉크 스틱 형성 장치 및방법

Info

Publication number: KR101353272B1
Application number: KR1020080027204A
Authority: KR
Inventors: 브렌트 로드니 존스; 브라이언 월터 아즈노에
Original assignee: 제록스 코포레이션
Priority date: 2007-03-27
Filing date: 2008-03-25
Publication date: 2014-01-22
Also published as: JP2008238821A; US7862324B2; US20080237940A1; KR20080087700A; JP4951565B2

Abstract

성형 공구는 고형 잉크 스틱을 형성하기 위하여 제공된다. 성형 공구는 용융된 상 변화 잉크 물질을 수용하기 위한 캐비티를 형성하는 적어도 하나의 측벽을 가지는 용기를 포함한다. 성형 공구는 용기의 캐비티 위에 있는 개구를 덮기 위한 덮개를 포함한다. 덮개는 캐비티를 부분적으로 봉입하기 위한 내부면을 가진다. 봉입된 캐비티는 잉크 스틱 형상의 적어도 일부분에 대응하는 형상을 가진다. 용기의 측벽 및/또는 덮개의 내부면중 적어도 하나는 캐비티로부터 적어도 부분적으로 고화된 잉크 스틱의 분리를 촉진하기 위하여 휘어지도록 구성된다.

잉크젯 프린터, 고형 잉크 스틱, 성형 공구

Description

가요성 성형 공구를 이용한 고형 잉크 스틱 형성 장치 및 방법{SOLID INK STICK FORMATION WITH FLEXIBLE MOLDING TOOL}

본 발명은 대체로 상 변화(phase change) 잉크젯 프린터, 이러한 잉크젯 프린터에서 사용되는 고형 잉크 스틱, 및 이러한 잉크 스틱을 제조하는데 사용되는 방법에 관한 것이다.

고형 잉크 또는 상 변화 잉크젯 프린터는 종래에 펠릿으로서 또는 잉크 스틱으로서 고형 형태로 잉크를 수용한다. 고형 잉크 펠릿 또는 잉크 스틱은 공급 슈트(feed chute)에 배치되고, 공급 메커니즘은 이후에 스틱 또는 잉크로서 지칭되는 고형 잉크를 공급 슈트를 통해 히터 조립체로 전달하도록 동작한다. 공급 메커니즘은 공급 슈트를 통하여 잉크를 강제로 밀어내기 위하여 중력 또는 기계적인 편향(bias)을 사용하도록 구성될 수 있어서, 잉크는 히터 조립체에 있는 히터 플레이트 상에 충돌한다. 히터 플레이트는 플레이트 상에 충돌하는 고형 잉크를 액체 잉크로 용융시키고, 액체 잉크는 기록 매체 상으로 분출하기 위하여 수집되어 프린트 헤드로 전달된다.

컬러 인쇄를 위한 상 변화 또는 고형 잉크는 전형적으로 호환 가능한 안료(colorant)와 결합되는 잉크 캐리어 조성물을 포함한다. 특정 실시예에서, 일련의 컬러 잉크는 호환 가능한 안료와 잉크 캐리어 조성물을 결합함으로써 형성될 수 있다. 결과적인 감색(subtractive) 고형 잉크의 주요 색상은 다른 색상이 제조될 수 있을지라도 전형적인 색상 세트, 즉 청록, 자홍, 황색 및 흑색을 산출하도록 용융될 수 있다.

역사적으로 사용되고 있는 잉크 스틱은 성형된 통(tub)과 유량 충전(flow-fill) 공정으로 제조된다. 이러한 방법에 있어서, 잉크 화합물은 필요한 최종 잉크 스틱 형상에 일치하는 내부 형상을 가지는 통 내로 부어진다. 통은 또한 필요하면 잉크 스틱에 있는 변조(keying) 및 코딩(coding) 특징부를 형성하기 위한 만입부(indentation) 및 돌기가 형성될 수 있다. 이러한 제조 방법은 스틱의 바닥 및 측부에서의 유입(inset) 특징부 및 외형을 구비한 잉크 스틱을 형성하지만, 스틱 주변에 부정확한 허용 오차 제어 및 제한된 복잡성을 유발할 수 있다. 날카롭게 형성된 특징부와, 통으로부터 잉크 스틱의 제거 방향을 횡단하는 언더컷 특징부는 스틱의 압출 동안 보존하는 것이 어렵다.

이러한 방법은 또한 스틱의 높이 또는 상부면에 있는 특징부를 제어하는데 비효율적이다. 성형 통의 상부가 공정 동안 개방되어 있기 때문에, 잉크 물질의 상부면은 균일하지 않게 고화할 수 있다. 액체 잉크는 냉각함으로써 체적에 있어서 수축하고, 이러한 크기 변화는 잉크를 변형시키고 응력을 발생시킨다. 균일한 냉각은 이러한 경향을 악화시키지 않는다. 결과적으로, 상부면은 크랙과, 불규칙한 형상을 구비한 응고물을 포함할 수 있다. 이러한 불규칙성은 취급시에 취성을 초래할 수 있다. 일부 예에서, 높이 변화는 스틱의 로딩 및 운반에 악영향을 주기에 충분히 클 수 있다.

주입 성형(pour molding)은 상기된 바와 같은 통 대신에 성형 공구와 함께 사용될 수 있다. 전형적인 성형 공구는 대체로 강성이며, 알루미늄 또는 강과 같은 내열성의 가공 가능한 물질로 만들어진다. 종이 및 슬라이드(transparencies)와 같은 매체에 부착되도록 의도된 잉크 물질의 물리적 성질은 전형적인 성형 공구의 캐비티에 잉크를 부착시킬 수 있다. 잉크 물질의 왁스형 특성은 공구로부터 추출하는 것이 어려울 수 있다. 작은 체적의 잉크는 잉크 스틱 본체로부터 분열될 수 있으며, 잉크 스틱 추출 이후에 공구에 잔류할 수 있다. 긴 냉각기간 및/또는 예를 들어 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE)과 같은 저마찰 분리(release) 코팅은 공구에 대한 잉크 고착의 가능성을 감소시키는 것을 도울 수 있다. 분리 코팅은 비용을 추가하고 점진적으로 악화시키며, 스틱의 기하학적 제한 문제를 해결하지 못한다.

이전에 공지된 고형 잉크 스틱을 제조하는 유량 충전 방법과 관련된 곤란성을 처리하기 위하여, 향상된 성형 특징부의 복잡성을 가진 고형 잉크 스틱의 제거를 용이하게 하는 개선된 성형 공구가 개발되었다. 성형 공구는 용융된 상 변화 잉크 물질을 수용하기 위한 캐비티를 형성하는 적어도 하나의 측벽을 가지는 용기(vessel)를 포함한다. 용융 공구는 용기의 캐비티 위에 있는 개구를 덮기 위한 덮개를 포함한다. 덮개는 캐비티를 적어도 부분적으로 봉입하기(enclose) 위한 내부면을 가진다. 봉입된 캐비티는 적어도 잉크 스틱의 일부분에 일치하는 형상을 가진다. 용기의 적어도 하나의 측벽 및/또는 덮개의 내부면은 캐비티로부터 적어도 부분적으로 고화된 잉크 스틱을 용이하게 분리하기 위하여 휘어지도록 구성된다.

또 다른 실시예에서, 고형 잉크 스틱을 형성하기 위한 장치는 용융된 상 변화 잉크 물질을 수용하기 위한 캐비티를 형성하는 측벽을 가지는 용기와, 캐비티를 봉입하기 위한 덮개를 포함하는 적어도 하나의 가요성 성형 공구를 포함한다. 봉입된 캐비티는 잉크 스틱 형상의 적어도 일부분을 형성한다. 가요성 성형 공구가 적어도 부분적으로 가요성의 내온 물질로 형성되어서, 적어도 측벽의 일부분과 덮개는 캐비티로부터 적어도 부분적으로 고화된 잉크 스틱을 용이하게 분리하기 위하여 휘어지도록 구성된다. 장치는 또한 적어도 하나의 가요성 성형 공구의 적어도 하나의 캐비티 내로 용융된 상 변화 잉크 물질을 도입하기 위한 용융된 상 변화 잉크 분배기를 포함한다.

여전히 또 다른 실시예에서, 고형 잉크 스틱을 형성하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 가요성 성형 공구의 캐비티 내로 용융된 잉크 물질을 도입하는 단계를 포함한다. 그런 다음, 덮개는 캐비티 내의 용융된 잉크 물질을 봉입하도록 캐비티 위에 배치된다. 봉입된 캐비티는 적어도 잉크 스틱 형상의 일부분에 일치하는 내부 형상을 가진다. 적어도 가요성 성형 공구의 일부분은 캐비티로부터 적어도 부분적으로 고화된 잉크 스틱의 분리를 용이하게 하도록 휘어진다.

다음에 더욱 상세하게 기술되는 장치 및 방법은 양호한 높이 제어 및 일관적인 형상뿐만 아니라 변조, 정렬 및 정위 특징부와 같은 복잡한 특징부를 형성하는 능력을 가지는 고형 잉크 스틱의 형성을 가능하게 한다. 고형 잉크 스틱을 형성하는 장치의 다른 이점 및 유익함은 다음의 도면 및 상세한 설명을 읽고 이해하는 것으로 명백하게 된다.

본 발명에 따른 가요성 성형 공구를 이용한 고형 잉크 스틱 형성 장치 및 방법은 비용을 추가하지 않고 스틱의 기하학적 제한 문제를 해결한다.

본 발명의 일반적인 이해를 위하여, 도면에 대한 참조가 만들어진다. 도면에서, 동일한 도면 부호는 동일한 요소를 지시하도록 사용되었다.

도 1은 고형 잉크, 또는 상 변화 잉크 프린터(10)의 한 실시예를 도시한다. 고형 잉크 프린터는 상부면(12)과 측면(14)을 가지는 외부 하우징을 포함한다. 전면 패널 디스플레이 스크린(16)과 같은 사용자 인터페이스 디스플레이는 프린터의 상태와, 사용자 명령에 관한 정보를 디스플레이한다. 프린터의 동작을 제어하기 위한 버튼(18) 또는 다른 제어 요소는 사용자 인터페이스 윈도우에 인접하거나, 또는 프린터 상의 다른 위치에 있을 수 있다. 잉크젯 인쇄 메커니즘(도시되지 않음)은 하우징 내측에 수용된다. 잉크 공급 시스템은 프린터 메커니즘으로 잉크를 전달한다. 잉크 공급 시스템은 프린터 하우징의 상부면 아래에 수용된다.

하우징의 상부면은 잉크 로더에 대한 사용자 접근성을 제공하도록 도 2에 도시된 바와 같이 개방하는 힌지 연결된 잉크 출입 커버(20)를 포함한다. 특히 도시된 프린터에서, 잉크 출입 커버(20)는 잉크 로딩 링크 요소(22)에 부착되어서, 프 린터 잉크 출입 커버(20)가 상승될 때, 잉크 로딩 링크 요소(22)는 잉크 로딩 위치로 슬라이딩하여 선회한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 잉크 출입 커버를 개방하는 것은 변조된 개구(24A, 24B, 24C, 24D, keyed opening)를 가지는 키 플레이트(26)를 노출시킨다. 각각의 변조된 개구((24A, 24B, 24C, 24D)는 고형 잉크 로더의 몇 개의 개별적인 공급 채널(28A, 28B, 28C, 28D)중 하나의 삽입 단부에 대한 접근을 제공한다.

공급 시스템에서 사용하기 위한 예시적인 잉크 스틱(30)이 도 3에 도시되어 있다. 잉크 스틱 본체는 대체로 바닥면(52)에 의해 표현되는 바닥, 및 대체로 상부면(54)으로 표현되는 상부를 가지는 실질적으로 입방체이다. 상부면 및 바닥면은 실질적으로 서로 평행하게 도시되어 있다. 그러나, 잉크 스틱 본체의 표면은 반드시 평탄하거나, 서로 평행하거나 또는 직각일 필요는 없다. 그럼에도, 이러한 도시는 표면들이 3차원 지형도를 가지거나 또는 서로에 대해 각을 이룰지라도 보는 사람에게 시각적으로 도움을 주게 된다. 잉크 스틱 본체는 또한 측면(56, 61, 62)과 같은 다수의 측면 말단부를 가진다. 도시된 실시예는 2개의 단부면(61, 62)과 2개의 횡방향 측면(56)을 포함하는 4개의 측면을 포함한다. 횡방향 측면(56)은 실질적으로 서로 평행할 수 있으며, 상부면(54)과 바닥면(52)에 대해 실질적으로 직각이다. 단부면(61, 62)은 또한 실질적으로 서로 평행하고, 상부면과 바닥면에 대해 그리고 횡방향 측면에 대해 실질적으로 직각이다.

잉크 스틱은 공급 채널의 종방향의 공급 방향을 따라서 정위되는 잉크 스틱의 2개의 횡방향 측면(56)이 공급 채널 내로 끼워 맞추어지도록 구성된다. 잉크 스 틱이 공급 채널 내로 삽입되면, 도 3에 도시된 잉크 스틱의 단부면은 공급 채널의 공급 경로에 대해 다소 직각으로 방향 정위된다. 단부면(61) 중 하나는 전방 또는 선단 단부면이며, 다른 단부면(62)은 후방 또는 후미 단부면이다. 바닥면은 측방 가장자리(58)를 가지며, 측방 가장자리에서, 바닥면(52)은 횡방향 측면(56)을 교차한다.

잉크 스틱은 잉크 스틱의 정확한 로딩, 안내 및 지지를 돕는 다수의 특징부를 포함할 수 있다. 이러한 로딩 특징부는 예를 들어 변조, 안내, 정렬, 방향 정위, 확인 및/또는 센서 작동 특징부를 포함할 수 있다. 로딩 특징부는 잉크 로더에서의 보완적인 위치에 위치되는 키 요소, 가이드, 지지부, 센서 등과 상호 작용하기 위하여 잉크 스틱 상의 상이한 부분에 위치되는 돌기 및/또는 만입부를 포함할 수 있다. 부가하여, 로딩 특징부는 사용자가 잉크 스틱을 시각적으로 확인하고 삽입을 위하여 잉크 스틱을 정확하게 정위시키고 삽입을 위한 정확히 변조된 개구를 선택하는 것을 돕도록 위치되고, 각을 이루고 및/또는 그 밖에 구성되는 표면을 포함한다. 이러한 표면은 또한 컬러 슬롯 식별자, 로고, 또는 작업장(shop) 유지 유닛(SKU) 지정과 같은 표시 및/또는 심볼을 포함할 수 있다.

예를 들어, 도 3의 잉크 스틱 본체는 특정의 사전 결정된 크기, 형상, 및 잉크 스틱 본체의 외주변 상의 위치에 대한 키 요소(70)를 포함한다. 도시된 특정 실시예에서, 잉크 스틱 키 요소(70)는 횡방향 측면의 최외측 부분에 의해 형성된 종방향 주변 세그먼트(segment)에 형성된다. 특정 색상의 잉크 스틱을 위하여, 잉크 스틱 키 요소(70)는 키 플레이트에 있는 변조된 개구의 주변에 형성된 보완적인 키(72)와 일치한다(도 2 참조). 앞서의 설명은 상 변화 프린터와, 이러한 프린터에 의해 이용되는 고형 잉크 스틱의 일반적인 동작을 예시하는 목적을 위하여 충분하여야 한다.

잉크 스틱을 형성하기 위한 가요성 성형 공구의 실시예가 도 4에 도시되어 있다. 가요성 성형 공구(100)는 가요성의 내온성(temperature resistant) 물질로 만들어질 수 있다. 상기 물질은 휨(warpage) 또는 다른 불리한 충격없이 통상의 용융된 잉크의 온도에 견딜 수 있다. 유익하게, 물질은 의도하지 않은 변형 또는 파손의 위험을 겪지 않고 대략 80℃ 내지 100℃의 온도까지 그 가요성을 유지한다. 이러한 물질은 잉크 스틱을 형성하도록 공구 내로 부어질 수 있는 다양한 상 변화 잉크 물질에 대해 낮은 표면 접착성을 가진다. 하나의 실시예에서, 가요성 성형 공구는 비록 예를 들어 폴리설파이드 또는 폴리우레탄 화합물과 같은 임의의 적절한 가요성 물질이 사용될지라도 실리콘중합체 물질로 형성된다. 성형 공구를 만들기 위해 실리콘중합체와 같은 가요성 물질을 사용하는 것은, 성형 공구가 잉크 스틱의 수축을 촉진하도록 캐비티 또는 캐비티의 부분을 확장하도록 휘어지거나 또는 팽창될 수 있다는 이점을 가진다. 물질의 낮은 접착성은 잉크 스틱이 성형 공구에 최소의 점착 또는 점착 없이 제거되는 것을 허용한다. 가요성 성형 공구는 예를 들어 사출 성형 또는 압축 성형과 같은 임의의 적절한 방법을 사용하여 형성될 수 있다.

하나의 실시예에서, 성형 공구는 도 4에 도시된 바와 같이 투피스의 성형 공구를 포함한다. 도 4의 예시적인 성형 공구는 용기(104)와 덮개(108)를 포함한다. 용기(104)와 덮개는 잉크 스틱의 필요한 형상에 대응하는 형상을 가지는 캐비티(110)를 봉입하도록 접합한다. 덮개는 용기의 상부를 덮으며 유입(inset) 또는 깊이를 거의 또는 전혀 가지지 않는 것으로서 도시되었지만, 용기와 덮개는 성형 캐비티의 일부 또는 상당 부분을 제공할 수 있다. 아래에 기술된 실시예에서, 단일 잉크 스틱을 제조할 수 있는 성형 공구가 기술된다. 또 다른 실시예에서, 성형 공구는 다수의 잉크 스틱을 동시에 제조하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 다수의 용기와 덮개가 다수의 잉크 스틱을 동시에 성형하기 위한 성형 공구를 형성하도록 프레임 내에 통합될 수 있다. 성형 공구는 2개 이상의 부품으로 형성될 수 있다. 성형 공구의 일부분은 강성일 수 있으며, 또 다른 부분 내에 통합될 수 있다. 이러한 조립체는 하나 이상의 강성 부품들 주위로 펼쳐서 밀봉하는 것과 같은 하나 이상의 성형 부품의 가요성 성질에 의해 용이하게 될 수 있다. 강성 물질은 또한 더욱 가요성인 물질과 함께 오버 몰딩될 수 있다. 이러한 것과 다른 성형 공구 제조 방법은 전체 또는 부분적인 성형 공구 유연성 능력의 현 개념의 이점을 얻는데 적절하다.

용기(104)는 하나 이상의 내부면 또는 측벽을 가지는 중공 부분 또는 캐비티를 가지며, 이것은 잉크 스틱 형상의 적어도 일부를 형성한다. 예를 들어, 성형 공구가 구형 또는 라운드형 잉크 스틱을 형성하도록 구성되는 실시예에서, 캐비티는 구형 잉크 스틱 형상의 적어도 일부를 형성하는 단일 측벽일 수 있다. 성형 공구가 도 3의 잉크 스틱과 같은 잉크 스틱을 형성하도록 구성되는 실시예에서, 캐비티는 5개의 측벽, 또는 4개의 측벽과 하나의 바닥을 포함한다. 용융된 잉크 물질은 개구(114)를 통하여 캐비티(110) 내로 공급될 수 있다. 개방 상부(114)는 용기(104) 의 전체 상부를 포위할 수 있거나, 또는 개방 상부의 일부만을 채울 수 있다. 측벽 및 바닥의 내부면은 잉크 스틱의 바닥과 측벽에 일치할 필요는 없으며, 스틱은 제조 공정 동안 보다 사용시에 상이하게 방향 정위된다. 임의의 또는 모든 측벽, 바닥 및 상부 또는 다른 형성 표면은 삽입 및/또는 돌출 또는 3차원 형상을 포함할 수 있다. 이러한 3차원 형상, 특징부 또는 형태는 심미적 이점, 시각적 역할을 제공할 수 있으며, 및/또는 한 세트의 잉크 스틱 또는 다중 세트의 잉크 스틱 사이의 구분기(differentiator)로서 사용될 수 있다.

덮개(108)는 용융된 잉크 물질이 도 5에 도시된 바와 같이 용기의 중공부에 수용된 후에 캐비티(110)를 봉입하도록 용기의 개구(114) 위에 배치될 수 있다. 덮개(108)는 용기(104)의 측벽의 단부면 상에 또는 개구의 테두리(rim)를 따라서 형성될 수 있는 보완적인 인터페이스 특징부(118)와 접합하기 위한 경계 특징부(120)를 포함할 수 있다(도 6). 잉크가 캐비티 내로 도입된 후에, 이 특징부는 덮개(108)가 용기(104)에 분리 가능하게 고정되는 것을 가능하게 한다. 비록 기술된 실시예에서의 덮개와 용기가 함께 성형 공구를 고정하기 위한 보완적인 인터페이스 특징부를 가질지라도, 덮개가 용기 상의 적소에서 잔류하는 것을 보장하도록 임의의 적절한 방법이 사용될 수 있어서, 공구에서의 스틱 물질의 고화동안 개구가 덮여지고 캐비티가 봉입된다. 예를 들어, 덮개와 용기는 바이스형(vise-like) 장치에서 함께 눌려져 유지될 수 있다.

대안적인 실시예에서, 잉크는 캐비티 내로 저압 사출될 수 있는 반면에, 방법이 보다 전형적인 사출 성형 방법과 가장 유사한 방법으로 덮개는 적소에 있다. 이러한 접근으로, 입구는 용기 또는 덮개 상의 임의의 부분에 위치된 오리피스일 수 있다. 다중 입구 오리피스가 사용될 수 있다. 외부 전달 튜브, 분사, 도관 또는 다른 액상 잉크 공급 장치가 수축될 때, 분사 오리피스는 그 자체가 폐쇄하도록 유연성 능력으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 11a 내지 도 11c를 참조하여, 비록 개구 또는 다중 개구가 용기(104) 또는 덮개(108)의 임의의 적절한 표면에 형성될지라도, 가요성 분사 개구(138)는 덮개(108)에 형성될 수 있다. 도 11a는 분사 노즐(140)의 삽입 전에 페쇄 상태에 있는 가요성 개구를 도시한다. 잉크가 도 11b에 도시된 바와 같이 성형 공구의 봉입된 캐비티(110) 내로 분사될 수 있도록, 개구(138)는 노즐(140)의 삽입을 허용하기 위하여 휘어지도록 구성된다. 용융된 잉크가 캐비티(110) 내로 전달되었으면, 노즐은 가요성 개구로부터 수축하여서, 가요성 개구가 도 11c에 도시된 바와 같이 폐쇄되는 것을 허용한다.

덮개(108)는, 캐비티(110)의 개구에서 노출된 잉크 물질에 있는 특징부를 형성하도록 구성되는 몰딩 특징부(124)를 가지는 하부면을 포함한다. 이러한 특징부들은 키 요소, 가이드 특징부, 명명(nomenclature) 표시, 방향 정위 특징부 등을 포함할 수 있다. 함께 배치될 때, 덮개(108)와 바닥과 측벽과 같은 캐비티(110)의 내부면은 상기 특징부뿐만 아니라 고정된 높이를 포함하는 잉크 스틱 형상을 형성한다. 성형 공구의 완전히 봉입된 캐비티(110)는 성형 공구에 있는 잉크 물질의 전체 표면 영역에 걸쳐서 상당히 고른 속도의 냉각을 촉진한다.

용기의 내부면과 덮개의 성형 표면은 고형 잉크 스틱의 임의의 필요한 구성을 제조하도록 디자인될 수 있다. 또한 봉입된 체적은 잉크 물질에 그 일반적인 형 상을 주는 것에 더하여, 잉크 물질의 표면에 변조 및 방향 정위 특징부를 부과하기 위하여 사전 결정된 위치에 형성된 돌기, 만입부 및/또는 시각적으로 인식 가능한 심볼을 포함한다.

덮개가 용기의 개구를 커버할 때, 용융된 잉크가 용기의 캐비티를 완전히 충전하는 것을 보장하도록, 초과량의 용융된 잉크는 캐비티 내로 도입될 수 있다. 초과량의 잉크를 보상하기 위하여, 가요성 성형 공구는 용융된 잉크의 일부가 봉입된 캐비티 외부로 유출되는 오버플로우 통로를 포함할 수 있으며, 유출된 잉크는 수집되어 재사용될 수 있다. 하나의 실시예에서, 오버플로우 통로가 성형 공구의 덮개에 형성될 수 있어서, 압력 하에 있는 잉크는 성형 공구의 상부면 상에서 수집되도록 덮개에 있는 통로를 통하여 흐를 수 있다. 예를 들어, 덮개는 슬릿(128, slit)을 포함할 수 있다. 덮개가 개구 위에 배치됨에 따라서, 성형 공구의 캐비티(110)에서의 초과 잉크는 덮개(108)를 팽창시키고, 도 9에 도시된 바와 같이 슬릿(128)을 개방한다. 개구(128)는 캐비티(110)에서 압력하에 있는 일부 잉크가 도 7에 도시된 바와 같이 덮개 상의 수용 영역(130)으로 슬릿을 통하여 흐르는 것을 허용한다. 캐비티(110)에서 압축된 잉크가 평형화되면, 덮개는 슬릿을 폐쇄하도록 그 본래의 형상으로 복귀한다. 캐비티가 조립된 용기와 덮개 내로 잉크를 분사하도록 구성될 때, 슬릿 또는 오리피스를 빠져나온 공기는 공기를 비우는 데 사용될 수 있다. 이 경우에, 과충전은 또한 캐비티를 과충전하고 그런 다음 덮개를 설치하는 것과 유사한 최적 및 완전 형상 순응성(compliance)을 보장하는 것이 가능하다. 어느 경우에도, 오버플로우 통로는 또한 캐비티에서의 공기 포획(entrapment)의 통기를 허용할 수 있다.

한 실시예에서, 캐비티와 덮개의 표면의 가요성은 성형 공구의 한 부분이 성형 공구의 다른 부분보다 어느 정도 가요성이 있도록 제어될 수 있다. 몰드의 영역들의 가요성을 변화시키는 것에 의하여, 성형 공구는 잉크에서의 응력을 감소시키고 스틱간의 치수 균일성을 개선하도록 잉크 물질과 함께 팽창 및/또는 수축하도록 구성될 수 있다. 이러한 성형 공구는 최종 잉크 스틱 형상이 외관, 성능 등을 위한 필요한 허용 공차 레벨 내에 있는 것을 돕는다. 하나의 실시예에서, 성형 공구의 부분의 가요성은 선택된 영역에 있는 성형 공구의 두께를 변화시키는 것에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 휘어지는 것이 필요한 성형 공구의 영역은 성형 공구의 다른 부분보다 얇을 수 있다. 보다 강성인 물질이 형성 또는 분리를 위해 상당한 휘어짐을 요구하지 않는 영역에 사용될 수 있어서, 용기 및/또는 덮개는 단일 또는 다중 물질로 구성될 수 있다. 공구의 다양한 영역에서 휘어짐의 정도를 선택적으로 선택하는 것은 형상 유지 및 분리의 용이성을 촉진하고, 또한 캐비티의 오버플로우 팽창을 가능하게 하여서, 잉크 수축은 냉각함으로써 보다 계획적으로 필요한 크기 및/또는 형상으로 수축한다. 캐비티 팽창에 부가하여 또는 이에 대한 대안으로서, 오버플로우 통로 수용 영역은 고화하는 잉크의 수축을 보상하도록 내부 잉크 형성 캐비티 내로 흡인될 수 있는 여분의 잉크를 제공할 수 있다.

도 10은 잉크 스틱을 형성하도록 상기된 가요성 성형 공구를 사용하는 시스템(200)의 단순화된 개략도이다. 시스템(200)은 적어도 하나의 가요성 성형 공구, 성형 공구 폐쇄기(208), 및 잉크 스틱 추출기(218)를 포함한다. 분배기(204)는 용 융된 상 변화 잉크 물질을 용기의 캐비티 내로 도입한다. 성형 공구 폐쇄기(208)는 성형 공구의 캐비티에 있는 잉크 물질을 봉입하도록 용기 상에 덮개를 배치한다. 잉크 스틱 추출기(218)는 가요성 성형 공구로부터 전체적으로 또는 부분적으로 고화된 잉크 스틱을 제거하도록 구성된다. 추출기는 전체적으로 또는 부분적으로 고화된 잉크가 기하학적 형태 및 제어된 가요성으로 인하여 파지되는 특징부를 포함하고, 및/또는 캐비티 내로 공기를 분사하는 것에 의하여 스틱의 용이한 분리를 위해 캐비티를 팽창시키거나 또는 캐비티 벽 아웃보드(outboard)의 적절한 부분을 당기도록 진공 또는 외부 디바이스를 사용하는 것에 의하여 증가될 수 있다. 추출기는 용기 및/또는 덮개와 별개인 성형 공구의 부품일 수 있지만, 이러한 부품들이 모여서 봉입된 캐비티를 형성함에 따라 용기 및/또는 덮개의 일부를 형성하는 성형 공구의 부품일 수 있다. 실시예에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 성형 공구가 컨베이어(220)에 고정되어, 제조 공정동안 스테이션 사이에서 운반될 수 있다. 대안적으로, 시스템(200)은 가요성 성형 공구가 정지 상태로 유지되고 다양한 공정 단계들이 원위치에서 수행되도록 구성될 수 있다. 그러므로, 다양한 작용 및 기구가 단지 하나의 스테이션 또는 임의의 수의 스테이션에서 다양한 단계를 완수하도록 배열되고 유기적으로 통합될 수 있다.

하나의 실시예에서, 용융된 잉크 분배기(104)는 용융된 잉크 저장소 또는 호퍼(224)와 하나 이상의 잉크 분배기(228)를 포함한다. 호퍼(224)는 용융된 잉크를 유지하고, 분배기(228)는 호퍼(224)로부터 용융된 잉크를 방출하여서, 성형 공구 용기(104)의 캐비티 내로 용융된 잉크가 흐른다. 용융된 잉크 호퍼(224)는 호퍼 에 있는 잉크를 용융된 상태로 유지하기 위한 가열 요소(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 잉크 분배기(228)는 캐비티 내로 사전 결정된 양의 용융된 잉크를 분배하도록 동작하는 밸브를 포함한다. 용융된 잉크는 압축 흐름 또는 양(positive)의 변위와 같은, 캐비티 내로 잉크를 분배하는 임의의 적절한 방법이 사용될 수 있을지라도 잉크 분배기에 있는 개구를 통하여 중력으로 공급된다. 상기된 실시예에서, 잉크가 분배되기 위하여 통과하는 개구는 캐비티의 상부에 위치된다. 성형 공구의 다른 실시예에서, 용기로 공급되도록 잉크가 통과하는 개구는 용기의 측벽 또는 바닥에 제공될 수 있다. 성형 공구를 형성하도록 사용된 물질의 가요성은 벽 또는 바닥에 있는 개구가 잉크 물질의 전달을 위해 휘어져 개방하는 것을 허용하거나, 또는 잉크 물질의 전달이 완료될 때 폐쇄하는 것을 허용한다.

용기의 캐비티 내로 용융된 잉크의 분배에 앞서, 용기는 예열기(210)에 의해 가열될 수 있다. 용기의 예열은 캐비티가 완전히 충전되기 전에 용융된 잉크가 용기에서 고화하는 것을 방지한다. 용융된 잉크의 조기 고화를 방지하는 것은 잉크 스틱의 표면에서의 결함을 감소시키는 것을 돕는다. 부가하여, 캐비티를 예열하는 것은 빈 곳(voids) 등의 형성없이 캐비티의 표면 전체에 걸쳐서 잉크의 전개를 촉진할 수 있다. 예열 온도 및 시간은 크기, 디자인 복잡성, 잉크 물질 및 채택된 성형 공구 물질에 따라서 변할 수 있다.

용융된 잉크가 예시된 개방 상부 용기(104)의 캐비티 내로 도입되었으면, 덮개(108)는 성형 공구에서 용융된 잉크 물질을 봉입하도록 용기의 개구 위에 배치된다. 도 10의 실시예에서, 덮개가 개구 위에 수동으로 배치될지라도, 자동 몰드 폐쇄기(208)가 사용된다. 몰드 폐쇄기는 로봇 아암(230)을 포함하며, 로봇 아암은, 상부 및 용기의 보완적인 인터페이스 특징부들이 접합하도록, 용기(104) 상으로 덮개(108)를 누르도록 구성된다. 공압 램(ram) 또는 다른 공지된 기계적 또는 전자기계적 디바이스가 또한 용기 상에 덮개를 위치시키도록 사용될 수 있다. 유사하게, 램 또는 다른 디바이스는 잉크를 냉각함으로써 몰드의 가요성 영역의 형상을 일시적으로 한정하거나 또는 영향을 주도록 사용될 수 있다.

용융된 잉크 물질이 가요성 성형 공구의 캐비티에 봉입된 후에, 공구는 잉크의 고화동안 스테이징 영역(staging area)에 배치될 수 있다. 시스템은 고화를 조장하는 열 제어 스테이션(214)을 포함할 수 있다. 열 제어 스테이션(214)은 제어된 방식으로 잉크 물질로부터 열을 추출하도록 구성된다. 도 10에서, 열 제어 스테이션(214)은 성형 공구의 외부면에 걸쳐서 공기를 순환시키기 위한 전기 팬(fan)을 가지는 냉각 터널을 포함할 수 있다. 성형 공구는 열 제어 스테이션 또는 가동성 열 제어 스테이션으로 이동될 수 있거나, 또는 외피(envelope)가 성형 공구 주위에서 전체적으로 또는 부분적으로 배치될 수 있다. 그러나, 예를 들어 공기 흐름 또는 냉 유체조(cold fluid bath)에 성형 공구를 담그거나 침지하는 고화를 향상시키는 임의의 적절한 방법도 사용될 수 있다.

가요성 성형 공구는 몰드에서 보다 큰 가요성 또는 감소된 시간을 허용할 수 있다. 전체적으로 또는 부분적으로 가요성인 성형 공구는 잉크 물질이 냉각하여 수축함으로써 형상을 적절하게 변화하여, 응력과 결과적인 크랙을 감소시킨다. 종래의 강성 성형 공구로부터 고마찰 분리의 구조적 요구는, 잉크 스틱이 제거되기 전 에 상당한 양의 고화를 요구한다. 상기된 가요성 성형 공구는 잉크 스틱의 분리 동안 마찰을 감소시킨다. 그 결과, 잉크 스틱은 잉크 스틱의 잉크 코어가 여전히 용융되는 동안 제거될 수 있다. 잉크 스틱이 분리되면, 전체 외부면은 보다 균일한 냉각을 제공하고 및/또는 임의의 냉각 영향에 보다 용이하게 반응할 수 있다. 그러므로, 변형 및 응력 크랙이 더욱 최소화될 수 있다.

부분적으로 고화된 잉크 스틱은 다양한 방법으로 가요성 성형 공구로부터 제거될 수 있다. 제거 방법은 예를 들어, 잉크 스틱의 구성, 성형 공구 디자인, 및 성형 공구의 가요성과 같은 다수의 변수에 의존한다. 도 10의 실시예에서, 자동화된 잉크 스틱 추출기(218)가 사용된다. 예시된 실시예에서, 덮개(108)는, 이러한 덮개의 제거가 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같은 용기로부터 잉크 스틱을 또한 추출하여, 잉크 스틱을 "유지"하도록 구성될 수 있다. 덮개(108)는 잉크 스틱이 캐비티를 빠져 나와 수용 영역(130)에서 고화하는 것을 허용한다. 덮개(108)의 제거 동안, 잉크 스틱(30)은 개구(134)를 통하여 수용 영역(130)에서 고화된 잉크에 부착되어 유지되고, 손, 또는 기계화된 분리, 복구 또는 배치 디바이스에 의해 자유롭게 파손될 수 있는 용기로부터 추출된다.

다른 제거 방법은 잉크 스틱 추출을 위하여 진공 챔버 또는 포트(pot)에 가요성 성형 공구를 배치하는 단계를 포함한다. 챔버에서의 진공은 잉크 스틱의 제거를 허용하도록 성형 공구의 벽들을 확장 또는 팽창시킨다. 유사하게, 압축 공기 또는 유체는 공구의 벽을 팽창시키도록 캐비티 내로 도입될 수 있다. 또 다른 방법에서, 팽창 포켓이 예를 들어 공기 또는 유체에 의하여 고화동안 확장될 수 있는 성 형 공구의 벽에 형성되고, 이어서 잉크 스틱을 제거하도록 캐비티에 공간을 제공하도록 비워질 수 있다. 이러한 포켓은 스틱에 진공 압력을 작용시키는 것에 의하여 스틱 제거를 증가시키도록 구성될 수 있다. 고형의 개시 전에 전체적으로 비워질 필요가 없는 몰드의 팽창 포켓 및/또는 가요성 영역들은 적적하게 과충전하는 것이 가능하여서, 냉각 잉크는 의도된 크기 및/또는 형태로 보다 밀접하게 되는 계획된 형상으로 수축한다.

잉크 스틱이 성형 공구로부터 제거되었으면, 잉크 스틱은 포장되거나 또는 추가 처리될 수 있다. 하나의 실시예에서, 시스템은 트리밍을 위한 또는 그 밖에 잉크 스틱으로부터 플래싱(flashing)을 제거하기 위한 플래싱 제거부를 포함할 수 있다. 플래싱은 성형 공구에 있는 접합(juncture) 또는 솔기(seam)에서 잉크 스틱에 형성되는 잉크 물질의 웨브(web) 또는 흔적(trail)을 포함한다. 플래싱은 임의의 적절한 방법을 사용하여 제거될 수 있다. 예를 들어, 잉크 물질의 특성은 플래싱을 용융하기 위하여 열에 잠깐 노출하는 것에 의하여 또는 직접적인 공기 분출 블라스트(jet blast)에 의하여, 또는 이들 또는 다른 방법의 조합에 의하여 플래싱이 제거되는 것을 허용한다.

당업자는 많은 변경이 상기된 특정 실시에 대해 만들어질 수 있다는 것을 인식할 것이다. 당업자는 잉크 스틱이 예시된 것과 다른 많은 형상 및 구성으로 형성될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 부가하여, 잉크 스틱 형성 시스템의 스테이션, 섹션, 및 다른 부품의 많은 다른 구성이 본 발명의 범위 내에서 만들어질 수 있다. 그러므로, 다음의 특허청구범위는 상기되고 예시된 특정 실시예에 한정되지 않는 다. 원출원 및 보정된 바와 같은 특허청구범위는 현재 예측 또는 예상할 수 없는 것을 포함하고 예를 들어 출원인/특허권자 등으로부터 발생할 수 있는 것을 포함하는 본 명세서에 개시된 실시예 및 기술의 변형, 대안, 변경, 개선, 등가물, 실질적인 등가물을 포함한다.

도 1은 프린터 상부 커버가 폐쇄된 일반적인 상 변화 프린터의 사시도.

도 2는 공급 채널 내로 로딩된 고형 잉크 스틱을 도시하는, 잉크 출입 커버가 개방된 일반적인 상 변화 프린터의 확대 부분 평면 사시도.

도 3은 고형 잉크 스틱의 실시예의 사시도.

도 4는 고형 잉크 스틱을 형성하기 위한 가요성 성형 공구의 한 실시예의 단면도.

도 5는 충전된 도 4의 가요성 성형 공구의 단면도.

도 6은 폐쇄된 도 4의 가요성 성형 공구의 단면도.

도 7은 폐쇄된 후에 도 4의 가요성 성형 공구의 단면도.

도 8은 캐비티에서 압력 하에 있는 잉크를 도시한 도 4의 가요성 성형 공구의 단면도.

도 9는 잉크 스틱의 추출 방법을 도시한 도 4의 가요성 성형 공구의 단면도.

도 10은 도 4의 가요성 성형 공구를 사용하여 고형 잉크 스틱을 성형하기 위한 장치의 개략도.

도 11a는 고형 잉크 스틱을 형성하기 위한 가요성 성형 공구의 실시예의 단면도.

도 11b는 저압 사출에 의해 충전되는 도 11a의 가요성 성형 공구의 단면도.

도 11c는 충전된 후에 도 11a의 가요성 성형 공구의 단면도.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

30 : 잉크 스틱 100 : 가요성 성형 공구

104 : 용기 108 : 덮개

110 : 캐비티 114 : 개구 또는 개방 상부

Claims

고형 잉크 스틱 형성 장치로써,

용융된 상 변화 잉크 물질을 수용하기 위한 캐비티를 형성하는 측벽을 구비하는 용기를 가지는, 적어도 하나의 가요성 성형 공구로, 상기 캐비티가 잉크 스틱 형상의 적어도 일부분을 형성하며, 상기 가요성 공구는 가요성의 내온성 물질로 형성되어서 상기 측벽이 상기 캐비티로부터 적어도 부분적으로 고화된 잉크 스틱의 분리를 촉진하는, 상기 적어도 하나의 가요성 성형 공구;

용융된 상 변화 잉크 물질을 상기 적어도 하나의 가요성 성형 공구의 상기 적어도 하나의 캐비티 내로 도입하기 위한 용융된 상 변화 잉크 분배기;

오버플로우 통로 및 수용 영역을 가지는 가요성의 내온성 물질로 부분적으로 구성되는 덮개; 및,

상기 덮개를 파지하여 상기 캐비티로부터 상기 부분적으로 고화된 잉크 스틱을 빼내도록 구성되는 잉크 스틱 추출기를 포함하며,

상기 덮개는 용융된 상 변화 잉크 물질로 충전된 상기 캐비티를 둘러싸도록 구성되며, 상기 오버플로우 통로는 팽창되도록 구성되어 상기 용융된 상 변화 물질의 일부를 상기 오버플로우 통로를 통하여 유동하고 상기 수용영역에서 고화하며, 상기 수용 영역은 상기 덮개의 상부면에 대하여 리세스되고 상기 덮개상에 위치되는 것에 의해 상기 수용 영역내의 고화된 용융 상 변화 잉크 물질이 상기 수용 영역내의 고화된 용융 상 변화 잉크 물질 및 캐비티 내의 고화된 상 변화 잉크 사이에서 상기 덮개의 일부에 접촉하고 상기 덮개를 상기 캐비티 내의 고화된 상 변화 잉크 물질에 결합시키는, 고형 잉크 스틱 형성 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 가요성 성형 공구는 적어도 부분적으로 실리콘중합체를 포함하는 화합물로 구성되는 고형 잉크 스틱 형성 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 오버플로우 통로는 적어도 하나의 슬릿을 또한 포함하며, 상기 적어도 하나의 슬릿은 상기 용융된 상 변화 잉크 물질을 상기 캐비티 안으로 분배하기 위해 상기 덮개를 통하여 노즐을 삽입시키고 노즐의 제거시에 폐쇄되도록 휘어지게 구성되며, 상기 슬릿은 또한 상기 캐비티를 용융된 상변화 잉크 물질로 과충전하는 것에 의해 발생된 상기 캐비티내의 압력에 반응하여 팽창하도록 구성되는 고형 잉크 스틱 형성 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 덮개는 적어도 부분적으로 상기 가요성의 내온성 물질로 형성된 적어도 하나의 분사 개구를 포함하는 고형 잉크 스틱 형성 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 가요성의 내온성 물질은 적어도 부분적으로 실리콘중합체를 포함하는 화합물로 구성되는 고형 잉크 스틱 형성 장치.
고형 잉크 스틱 형성 장치로써,

용융된 상 변화 잉크 물질로 충전되어 잉크 스틱을 형성하도록 구성된 캐비티를 형성하는 측벽을 가지는 용기;

상기 용기의 상기 캐비티를 용융된 상 변화 잉크 물질로 충전하기 위한 용융된 상 변화 잉크 분배기;

오버플로우 통로 및 수용 영역을 가지는 가요성 덮개;및

상기 덮개를 파지하여 상기 캐비티로부터 적어도 부분적으로 고화된 잉크 스틱을 빼내도록 구성된 잉크 스틱 추출기를 포함하며,

상기 덮개는 적어도 부분적으로 가요성의 내온성 물질로 형성되며, 용융된 상 변화 잉크 물질로 충전된 용기와 접합하여 용융된 상 변화 잉크 물질을 커버하도록 구성되며, 상기 오버플로우 통로는 팽창하도록 구성되어 상기 용융된 상 변화 잉크 물질의 일부가 상기 캐비티로부터 상기 오버플로우 통로를 통하여 상기 수용 영역으로 유동하여 상기 수용 영역에서 고화되며, 상기 수용 영역내의 상기 상 변화 잉크 물질의 일부가 상기 수용 영역 및 상기 캐비티내의 상기 용융된 상 변화 잉크 물질을 적어도 부분적으로 고화하는 것에 반응하여 상기 캐비티 내의 상기 상 변화 잉크 물질 및 상기 수용 영역 내의 상기 상 변화 잉크 물질의 일부 사이에서 상기 덮개의 일부에 접촉하는, 고형 잉크 스틱 형성 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 가요성 덮개는 적어도 부분적으로 실리콘중합체를 포함하는 화합물로 구성되는 고형 잉크 스틱 형성 장치.