KR20080033067A - 압출, 롤 성형 및 스웨이징에 의한 고체 잉크스틱 제조방법및 제조시스템 - Google Patents

Abstract

상변화 잉크젯 이미징장치에서 사용하기 위한 잉크스틱을 제조하는 방법은 상변화 잉크재료가 유연한 상태로 되는 압출온도로 상변화 잉크재료를 가열하는 것을 포함한다. 다음에 잉크재료가 압출오리피스를 통해 압출되어 압출된 잉크레일로 형성된다. 다음에 압출된 잉크레일은 압출방향으로 이동할 때 압출방향에 대해 횡단하는 형상의 일부분을 부분적으로 형성하기 위해 롤 성형된다. 다음에 압출된 잉크레일을 더 형성하여 잉크스틱으로 분할하기 위해 스웨이징 프로세스가 실시된다.

프린터, 상변화, 잉크젯, 잉크스틱, 압출소자, 단조소자.

Description

압출, 롤 성형 및 스웨이징에 의한 고체 잉크스틱 제조방법 및 제조시스템{Solid ink stick fabrication by extrusion, roll forming and swaging}

본 발명은 일반적으로 상변화 잉크젯 프린터, 상기 잉크젯 프린터에 사용하기 위한 고체 잉크스틱(stick), 및 상기 잉크스틱을 제조하는데 사용되는 방법에 관한 것이다.

고체 잉크 또는 상변화 잉크 프린터는 종래에는 펠릿(pellet) 또는 잉크스틱과 같이 고체 형태로 잉크를 수용하고 있다. 고체 잉크 펠릿 또는 잉크스틱은 공급 슈트(chute)에 배치되고, 공급기구가 고체 잉크를 히터조립체로 배달한다. 고체 잉크스틱은 공급 슈트를 통해 히터조립체내의 히터판을 향해 중력으로 공급되거나 또는 스프링에 의해 밀린다. 히터판은 이 판에 충돌하는 고체 잉크를 용융하여 액체로 만들며, 이 액체는 프린트헤드로 운반되어 기록매체에 분사된다.

칼라 인쇄를 위한 상변화 잉크는 통상적으로 상변화 잉크에 적합한 색소와 혼합되어 있는 상변화 잉크 캐리어 구성물(carrier composition)을 포함한다. 특별한 실시예에서, 일련의 칼라 상변화 잉크는 잉크 캐리어 구성물을 적합한 서브트랙티브(subtractive) 1차 색소와 혼합시킴으로써 형성될 수 있다. 서브트랙티브 1 차 칼라 상변화 잉크는 4개의 성분 염료, 즉 청록색(cyan), 자홍색(magenta), 노란색 및 검은색을 포함하며, 그러나 잉크들은 이러한 4가지 색으로 제한하지 않는다. 이러한 서브트랙티브 1차 칼라 잉크는 단일 염료 또는 염료들의 혼합물을 사용함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 자홍색은 솔벤트 레드 염료(Solvent Red Dye)들의 혼합물을 사용하여 얻어질 수 있고, 또는 복합 검은색(composite black)은 여러 개의 염료를 혼합하여 얻어질 수 있다.

현재 사용되는 잉크스틱은 통상 성형된 통(formed tub)과 유동 충전 프로세스에 의해 제조되고 있다. 이 방법에서, 성분 염료 및 캐리어 구성물은 액체 상태로 가열되고 다음에, 필요한 대로 완성된 스틱 형상(stick shape)에 해당하는 내부 형상을 갖는 통 안으로 흐르게 된다. 통에는 또한 잉크스틱의 키잉(keying) 및 코딩(coding) 피처(feature)를 형성하기 위해 요철이 형성되어 있다. 이러한 제조법은 비선형 형상을 형성할 수 있게 하지만, 스틱을 위한 치수는 필요한 오차 범위를 넘어서 변할 수 있다. 부정확한 높이 제어 및 응력 크랙들은 잉크의 불균일한 냉각에 의해 초래될 수 있다. 특히, 용융된 잉크의 외부층과 캐리어는 열을 외부 공기로 방출하므로 혼합물의 내부보다 더 빨리 식어버린다. 이러한 상황은, 상부면이 개방된 뚜껑이어서 측면과 바닥에서의 통 주변 영역과는 다른 속도로 냉각된다는 사실 때문에 더 악화된다. 더구나, 이러한 방법에서는 상부면에 피처가 형성될 수 없다. 상단면은 거의 항상 불규칙한 평평하지 않은 형상으로 경화되므로 스틱간에 높이가 다르고 또 스틱을 가로지르는 영역들이 높이가 다르게 된다. 부정확한 높이 제어는 취급 및 운송중에 그리고 심지어 프린터 또는 이미징(imaging) 장치의 작동중에 스틱들이 불필요하게 변위하도록 허용한다. 압출 프로세스는 일정한 질량(a lot of mass)을 갖는 형태들을 매우 신속하게 경제적으로 만드는 다른 방법이다. 그러나, 압출은 피처들을 종방향으로만 합체하는 형태들을 만든다. 공급 방향에 대해 직각인 피처들은 직접 제조될 수 없다.

하나의 실시예에서, 상변화 잉크젯 이미징 장치에서 사용하기 위한 잉크스틱을 제조하는 방법은 상변화 잉크 재료가 유연한(malleable) 상태로 되는 압출온도까지 상변화 잉크 재료를 가열하는 것을 포함한다. 가열된 잉크 재료는 다음에 압출소자(extruded element)를 형성하도록 압출 오리피스를 통해 압출된다. 다음에 단조소자가 압출소자에 대해 가압되어 잉크스틱을 형성하게 된다.

다른 양상은 잉크스틱을 제조하는 시스템을 포함한다. 이 시스템은 상변화 잉크 재료를 압출온도로 가열하는 히터를 포함한다. 압출기는 압출소자를 형성하도록 잉크 재료를 압출방향으로 압출 오피리스를 통해 압출한다. 또한 이 시스템은 잉크스틱을 형성하도록 성형소자(forming element)를 압출소자를 향해 가압하기 위한 성형부재를 포함한다. 열이 잉크 재료의 상승한 온도를 거쳐 시스템으로 전달되면, 여러 소자들은 이상적인 값을 넘는 온도로 증가할 것이다. 열적 제어기는 구성부품 및/또는 압출재료의 필요한 온도를 확립하거나 유지하기 위해 압출시스템의 모든 부분 또는 일부분을 냉각하거나 냉각을 선택적으로 실행하지 않는 냉각유닛을 포함할 수 있다

다른 양상에서, 잉크스틱 제조 시스템은 상변화 잉크 재료를 압출온도로 가열하는 히터와, 압출소자를 형성하도록 잉크 재료를 압출방향으로 압출 오피리스를 통해 압출하는 압출기를 포함한다. 또한, 이 시스템은 압출소자를 수용하기 위한 다이와; 다이를 압출소자로 실질적으로 채워서 잉크스틱을 형성하도록 다이에 수용된 압출소자의 적어도 일부분을 가압하기 위한 성형소자와; 성형된 잉크스틱을 다 이로부터 분리하기 위한 분리기를 포함한다. 성형 구성부품들은 온도가 제어되며, 일반적으로 최적의 성형 및 분리 성능을 달성하도록 가열 및/또는 냉각을 할 수 있는 능력을 포함한다.

본 발명에 의하여, 정확한 높이 제어는 취급 및 운송중에 그리고 프린터 또는 이미징(imaging) 장치의 작동중에 잉크스틱들이 불필요하게 변위하지 않는다. 본 발명의 잉크스틱 제조방법은 일정한 질량을 갖는 잉크스틱들을 매우 신속하게 경제적으로 만든다. 또한, 잉크스틱의 모든 측면에서 공급 방향에 대해 직각인 피처들을 직접 제조할 수 있다.

본 발명을 일반적으로 이해시키기 위해 도면을 참고한다. 도면에서 동일한 도면부호는 전체적으로 동일한 구성요소를 지칭하는데 사용되었다.

도 1은 상단면(12) 및 측면(14)을 갖는 외부하우징을 포함하는 고체잉크, 또는 상변화 잉크 프린터(10)를 도시한다. 전면패널 디스플레이 스크린(16)과 같은 사용자 인터페이스 디스플레이는 프린터의 상태에 대한 정보와 사용자 지령을 표시한다. 프린터의 작동을 제어하기 위한 버튼(18) 또는 제어요소는 사용자 인터페이스 윈도우에 인접하거나, 또는 프린터의 다른 장소에 배치될 수 있다. 잉크젯 인쇄기구(도시안됨)는 하우징 내부에 포함되어 있다. 잉크 공급시스템은 잉크를 인쇄기구에 공급한다. 잉크 공급시스템은 프린터 하우징의 상단면 아래에 수용되어 있다. 하우징의 상단면은 잉크 공급시스템에 사용자 접근(access)을 제공하기 위하여 도 2에 도시된 바와 같이 열려 있는 힌지식 잉크 접근 덮개(20)를 포함한다.

도시된 특별한 프린터에서, 잉크 접근 덮개(20)는, 프린터의 잉크 접근 덮개(20)가 올라갔을 때 잉크로드 링키지(ink load linkage: 22)가 미끄러지며 잉크로드위치로 선회하도록 잉크로드 링키지(22)에 부착되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 잉크 접근 덮개가 열리면 키형(keyed) 개구(24A 내지 24D)를 갖는 키판(26)이 노출된다. 키형 개구(24A, 24B, 24C, 24D) 각각은 고체 잉크공급 시스템의 여러 개의 개별 공급채널(28A, 28B, 28C, 28D) 중 하나의 삽입단부에 접근할 수 있게 한다(도 2 및 도 3 참조).

각각의 종방향 공급채널(28A 내지 28D)은 특별한 색의 잉크스틱(30)을 대응하는 용융판(32)으로 전달한다. 공급채널의 용융단부는 용융판에 인접하여 있다. 용융판은 고체 잉크스틱을 액체 형태로 녹인다. 용융된 잉크는 공급채널의 용융단부와 용융판 사이의 갭(33)을 통해 떨어지며 액체 잉크 저장소(도시안됨)로 들어간다. 칼라 프린터는 통상 4가지 색의 잉크(노란색, 청록색, 자홍색 및 검은색)를 사용한다. 각각의 색의 잉크스틱(30)은 공급채널(28A 내지 28D) 중 대응하는 하나의 공급채널을 통해 전달된다. 키판(26)은 프린터 사용자가 적절한 색의 잉크스틱만이 각각의 공급채널 안에 삽입되어 있음을 확신할 수 있도록 키형 개구(24A, 24B, 24C, 24D)를 가진다. 키판의 키형 개구(24A, 24B, 24C, 24D) 각각은 독특한 형상을 가진다. 해당 공급채널에 대한 색의 잉크스틱(30)은 키형 개구의 형상에 일치하는 형상을 가진다. 키형 개구의 형상과 이에 대응하는 잉크스틱의 형상은 해당 공급채널에 대한 적절한 색의 잉크스틱을 제외한 나머지 색의 잉크스틱을 각각의 잉크 공 급채널에서 거부한다.

공급시스템에 사용하기 위한 고체 잉크스틱(30)이 실례로서 도 4에 도시되어 있다. 도시된 잉크스틱 몸체는 하단면(52), 및 상단면(54)을 가진다. 상단면 및 하단면을 실질적으로 서로 평행하게 도시되어 있다. 그러나, 잉크스틱 몸체의 표면들은 평평할 필요는 없으며, 서로 평행하거나 서로에 대해 직각을 이룰 필요도 없다. 도시된 실시예는 2개의 단부면(61,62)과 2개의 횡방향 측면(56)을 포함하는 4개의 측면을 구비한다. 횡방향 측면(56)은 실질적으로 서로 평행하며, 상단면(52) 및 하단면(54)에 대해 실질적으로 직각이다. 또한 단부면(61,62)들은 실질적으로 서로 평행하고, 상단면 및 하단면에 대해 그리고 횡방향 측면에 대해 직각이다. 잉크스틱은 공급채널의 종방향 공급방향을 따라가는 방향으로 놓인 잉크스틱 몸체의 2개의 횡방향 측면(56)에 의해 공급채널내에 끼워지도록 구성되어 있다. 잉크스틱 몸체는 또한 정육면체가 아닌 다른 형상으로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 잉크스틱은 타원형 수평 횡단면 형상, 복수의 평면을 갖는 형상, 또는 심지어 곡면과 평면의 조합으로 이루어질 수 있다.

고체 잉크스틱(30)은 상변화 잉크 캐리어 구성물 및 상변화 잉크 적합성 색소를 포함하는 상변화 잉크 구성물로 형성된다. 구성물은 통상 실온에서 고체이며, 용융된 잉크를 기판에 적용하는데 사용되는 인쇄장비의 작동온도보다 낮은 용융점을 가진다.

위의 설명은 상변화 잉크젯 프린터의 일반적인 작동과 그러한 프린터에 사용되는 고체 잉크스틱을 도시하기 위한 목적에 사용되기에 충분할 것이다. 이제 도 5 를 참고하면, 고체 잉크스틱을 형성하는 작용을 하는 시스템(600)의 예시적인 개략도가 도시되어 있다. 시스템(600)은 상변화 잉크를 일반적인 횡단면 잉크 형태로 압출하는 압출부(604)와, 압출된 잉크 형태가 과열되어 유연한 상태 또는 반고체 상태로 있는 동안 최종 프로필로 처리하는 2차 성형부(608)를 포함한다.

압출부(604)는 압출다이(610), 소정의 열 및 압력 조건하에서 재료를 압출다이(610)로 공급하기 위한 압출기(614), 및 용융된 상변화 잉크를 수용하여 그 잉크를 압출기(614)로 공급하도록 구성된 용융된 잉크 입구(618)를 포함한다. 실시예에서, 압출기(614)는 단일 스크루 압출기로 이루어진다. 이중 스크루 압출기, 동시회전하는 이중 스크루 압출기(즉 양쪽 스크루가 동일한 방향으로 회전한다), 역회전하는 이중 스크루 압출기(즉 스크루들이 반대방향으로 회전한다), 피스톤 등을 포함하는 어떤 필요한 또는 효과적인 압출기가 사용될 수 있다. 압출기(614)는 상변화 잉크를 용융된(액체) 상태로 수용하여 용융된 잉크를 압출기(614)로 공급하기 위해 상단에 장착된 용융된 잉크 입구(618)를 구비한다. 용융된 잉크 입구(618)는 압출되는 재료들을 수용하기 위한 하나 이상의 호퍼 또는 피더(feeder)를 포함할 수 있다.

용융된 상변화 잉크는 용융된 잉크 입구(618)로 수용된 다음에 압출기(614)로 주입된다. 압출기(614)에서, 용융된 상변화 잉크는 압출온도에 도달할 때까지 선택적으로 냉각된다. 압출기내의 가열소자(들)(도시안됨)는 상변화 잉크가 압출다이에 공급되기 전에 상변화 잉크를 압출온도로 유지하는 역할을 한다. 압출온도는 잉크 캐리어/색소 구성물을 적절한 유연한 상태로 유지하는데 이바지하는 열 수준 에 해당한다. 상변화 잉크가 유연하게 되거나 또는 반고체일 때, 다소 풀과 같은 잉크의 농도가 구성물에 설정되어 구성물이 비교적 낮은 압력에서 압출다이를 통해 공급되어 고도의 성형성(formability)을 가능하게 한다. 특정한 재료 상태, 즉 최적의 압출온도는, 비뉴턴(non-Newtonian)의 성질을 가질 수가 있는 잉크 제형화(formulation) 및 물리적 특성에 크게 의존한다. 열 제어기, 즉 온도를 조절하여 필요한 대로 가열 또는 냉각할 수 있게 되어 있는 가열기 및/또는 냉각기, 온도 감지 및/또는 온도제어유닛 소자를 갖는 시스템을 사용함으로써 적절한 농도를 위해 이상적인 온도범위를 달성하여 유지하는 이익을 얻게 된다. 용융된 재료의 혼합 작용을 포함하는 제조공정에서 직접 재료가 공급된다면, 특별히 압출공정을 위해 가열할 필요는 없다. 냉각 작용은 공기 흐름으로 달성될 수 있다. 냉각 작용은 재료가 압출다이 및/또는 시스템의 다른 기능영역에 근접해 있을 때 재료의 온도에 의존하여 선택적으로 실행될 수 있다.

압출기에 있는 스크루(620)는 압출온도로 유지된 상변화 잉크를 소정의 압력 및 속도로 압출다이(610)에 공급하여 압출다이(610)의 압출 오리피스(도시안됨)를 통해 잉크를 배출시키는 작용을 한다. 스크루(620)는 반고체 상변화 잉크를 압출기(614)를 통해 혼합하여 흐르게 하는 작용을 할 수 있는 나선형(helical) 또는 어떤 다른 형상이 될 수 있다. 잉크가 압출기를 통해 공급되어 압출을 위한 이상적인 온도에 도달될 때 압출기의 길이를 따라 내부의 잉크에는 온도구배가 있을 수 있다. 압출다이(610)는 하나 이상의 오리피스 또는 구멍(도시안됨)을 가지며 이 구멍을 통해 반고체 상변화 잉크가 압출된다. 압출다이(610)는 압출기에서의 반고체 상 변화 잉크의 흐름을 감소시키며 특별한 단면 형상 또는 기하(geometry)를 갖는 압출소자를 만들어내는, 유선형 오리피스를 갖는 형상화 장치이다. 압출다이(610)는 합금공구강 또는 어떤 다른 적절한 재료로 가공될 수 있다. 다이는 사실상 제한하지 않는 형상 및 치수의 어레이를 형성하도록 제조될 수 있다. 압출 오리피스는 압출된 재료의 두께 및 폭을 제어한다. 재료는 압출다이(610)를 통해 압출되어서 원형, 사각형 또는 기타 다른 필요한 또는 적절한 형상이 되는 일반적인 단면 형태를 갖는 압출소자를 형성하게 된다. 압출다이(610)에서 나온 후에, 여전히 고온의 반고체 상태로 있는 압출소자는 2차 성형부(608)로 향하게 된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 하나의 실시예에서, 2차 성형부(608)는 압출소자를 필요한 최종 형상으로 형성하기 위한 성형 스테이션(700)과, 압출소자(도시안됨)를 압출방향 D로 운송하기 위한 압출소자 운송부(transport: 704)를 포함한다. 실시예에서, 압출소자 운송부(704)는 압출소자를 압출기로부터 성형 스테이션으로 압출 경로를 따라 압출속도에 해당하는 속도로 이동시키도록 구성된 하나 이상의 컨베이어 벨트를 포함한다.

성형 스테이션(700)은 고체 상변화 잉크스틱의 필요한 최종 형상에 해당하는 가변 횡단면 내부 형상을 갖는 하나 이상의 성형다이세트(708)를 포함한다. 도 7을 참고하면, 각각의 성형다이세트(708)는 짝을 이루는 한 쌍의 단조(forging) 또는 스웨이징 소자(710,714)를 포함한다. 한 쌍의 단조 소자(710,714)는 함께 압축될 때 협동하여 캐비티(718)를 형성하며, 이 캐비티는 고체 잉크스틱의 필요한 최종 형상에 해당하는 내부 형상을 가지게 된다. 짝짓는 다이들은 잉크 재료가 후속의 성형에 영향을 주기 위해 재료를 적절하게 억제하는 한, 형상을 성형하기 위해 서로 실질적으로 접촉할 필요는 없다. 3개 또는 4개 이상의 성형다이가 필요한 성형 캐비티를 형성할 정도로 충분하게 정합하도록 그렇게 배치된 압출에 대하여 반경방향으로 배치될 수 있다. 또한 단조는 사이징(sizing), 평탄화, 스퀘어링(squaring), 곡면화, 코너 끝걷기(corner sharpening), 또는 기타 예비 또는 최종 성형을 위해, 내부 형상이 아닌 최소의 형상을 갖는 플레이트를 포함할 수 있다. 단조 소자(710,714)는 캠(720)이 될 수 있는 메카니즘의 운동에 의해 함께 압축된다. 성형다이(708)는 캠(724)의 회전에 의해 성형 스테이션을 통해 이동할 때 압출소자의 흐름을 따라간다. 암(arm: 728)이 캠(724) 및 각각의 성형소자에 부착될 수 있다. 캠(724)이 회전함으로써 성형다이세트(708)를 압출방향에서 압출속도로 이동시키고 동시에 캠(720)이 회전하여 성형소자(710,714)를 함께 압축하여 압출소자를 캐비티(718)내에 넣고 따라서 압출소자가 여전히 반고체 상태에 있는 동안 적어도 부분적으로 캐비티(718)의 내부형상을 채우며 적어도 어느 정도까지 그 형태를 취한다. 압출소자가 성형다이(708)내에 들어가서 최종의 잉크스틱 형상으로 형성되면, 회전하는 캠(720) 또는 다른 메카니즘이 이동하여 단조 소자(710,714)를 개방시키고 이에 의해 단조다이를 시작위치로 복귀시킨다. 성형 롤러 및/또는 다이가 한번의 작업에서 잉크 형상을 형성할 수 있으며 또는 연속적 또는 단계적(progressive) 성형 스테이션에서 잉크 형상에 부분적으로 영향을 줄 수 있다는 것에 주목하기 바란다. 단일 또는 단계적 연속 또는 복수의 스테이션에서의 성형은 상술한 성형방법 또는 다른 성형방법 중 어느 하나 또는 이들의 조합에 의해 실행 될 수 있다. 대향한 한 쌍의 롤러 또는 성형소자를 설명하고 있지만 복수의 쌍이 또한 사용될 수 있다는 것으로 해석되어야 한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 단조 소자(710,714)는 서로에 대하여 그리고 압출경로에 대하여 양측면에 수평으로 배치된다. 대안으로서, 한 쌍의 성형소자(740)가 서로에 대하여 그리고 압출경로에 대하여 수직방향으로 배치될 수도 있다. 이 실시예에서, 한 쌍의 성형소자 중 하나는 하부성형소자가 된다. 하부성형소자는 압출기로부터 압출될 때 압출소자를 수령하도록 운송부(transport)에 배치된다. 다음에 상부성형소자는 피스톤 또는 다른 적절한 방법에 의해 하부성형소자를 향해 가압되고, 이에 의해 압출소자가 성형소자들 안에 들어가게 되며 압출소자가 성형소자들에 의해 달성된 캐비티의 내부 형상에 의해 형태가 변형된다. 피스톤으로 작동되는 성형다이의 대안으로서, 회전다이세트 또는 다른 운동기구가 사용될 수 있다. 이 실시예에서, 회전다이세트는, 압출소자가 압출방향으로 이동할 때 압출소자의 외측면을 따라 굴러가도록 회전하게 되는 롤링다이를 구비한다.

성형 스테이션은 추가로 압출소자를 소정 위치에서 트리밍(trimming)하기 위한 절삭부재(730)를 포함할 수 있다. 절삭부재(730)는 제1절삭소자(734)를 구비한다. 절삭을 용이하게 하기 위하여, 제1절삭소자는 절삭온도로 가열될 수 있으며, 여기서 절삭온도는 압출소자의 압출온도보다 더 큰 온도가 될 수 있다. 압출소자의 절삭된 부분들이 함께 접착되지 않도록 하기 위하여, 제2절삭소자(738)가 포함될 수 있으며 제1절삭소자의 절삭온도보다 더 낮은 온도에서 유지된다. 더 차가운 제2절삭소자(738)는 제1절삭소자(734)에 평행하게 연장하며, 뜨거운 절삭소자(734)에 의해 절삭된 압출된 재료의 절반들이 서로 접착되지 않도록 뜨거운 절삭소자(734)에서 충분히 멀리 떨어진 압출다이(610)와 제1절삭소자(734) 사이에서 압출경로를 따라 배치된다. 실례로서, 제1절삭소자(734) 및 제2절삭소자(738)는 와이어로서 구성된다. 대안으로, 압출소자를 소정 위치에서 트리밍하기 위해 비행 블레이드 커터 또는 기타 적절한 장치 또는 방법이나 이들의 조합이 사용될 수 있다. 절삭된 부분들을 분리하는 것은 절삭이 완료된 후 선단부(leading section)의 이동속도를 증가시킴으로써 용이하게 실시될 수 있다.

단조 스테이션은 추가로 압출소자가 성형 스테이션을 통과할 때 압출소자의 형상을 유지하며 위치를 제어하기 위한 안내부재(740)를 포함할 수 있다. 안내부재(740)는 평행한 축선에 대하여 압출경로에 인접하게 맞대는 관계로 회전가능하게 장착된 롤러쌍을 포함하며, 상기 롤러쌍 중 하나의 주변이 다른 롤러의 주변과 결합하여 회전하며 상대이동할 수 있다. 롤러쌍은 압출속도에 해당하는 속도에서 대향한 회전방향으로 회전된다. 롤러쌍의 주변들은 협동하여 그들 사이에서 구멍(opening)을 한정하며, 이 구멍은 압출소자가 압출경로를 따라 성형 스테이션으로 이동할 때 압출소자의 형상을 유지하며 압출소자의 위치를 제어하는 작용을 한다. 실례로서, 제1롤러쌍(74)이 절삭부재(730) 앞에서 압출다이에 인접하게 배치될 수 있고, 제2롤러쌍(740)이 절삭부재(730) 이후에 압출경로상에 배치될 수 있다.

성형부의 모든 소자들이 압출경로를 따라 개별적으로 장착되고 지탱될 수 있는 반면에, 대안으로서 모든 소자들이 단일 구조체에 장착되거나 내장될 수도 있다. 이러한 구조체는 성형 단계중에 압출속도를 따라가고 다음 사이클을 위한 시작 점으로 리셋되도록 왕복 사이클 운동을 구비할 수 있다.

이 프로세스가 잉크의 과다용량이 모든 피처(feature)를 채우도록 주어진 단조다이에 배치되는 이익을 얻을 수 있을 때, 단조 스테이션은 압출기를 통해 재용융되거나 재순환될 필요가 있는 재료를 최소로 하거나 제거하기 위하여 잉크의 생성된 과다흐름을 다이의 압출된 질량측을 향하도록 안내하는 것을 포함하는 과다흐름 제어장치(도시안됨)을 포함한다. 최종적으로 형성된 잉크스틱들을 서로 분리하는 것은 성형다이 또는 개별 절삭 스테이션의 기능으로 하거나 또는 기타 다른 적절한 방법으로 할 수 있다. 잉크 제형화 및 잉크스틱 크기와 형태가 변화되므로, 특정한 압출온도, 압출력, 압출속도, 단조다이의 개수 및 그들의 온도, 보조 롤링다이의 개수 및 기능과 그들의 온도, 기타 작동, 및 장비 파라미터가 최적의 결과를 달성하도록 가변될 수 있어야 한다.

다른 실시예에서, 2차 성형부(608)는 롤 성형-스웨이징 스테이션(800)을 포함한다. 도 8을 참고하면, 롤 성형-스웨이징 스테이션(800)은 압출소자 운송부(804), 롤 성형부(808), 및 단조부 또는 스웨이징부(810)를 포함한다. 용어 스웨이징은 일반적으로 본원에서 압출된 재료의 롤러 형성된 부분을 형상 변경할 수 있는 "압착(squeezing)" 다이를 제안하고 및/또는 압출재료의 형성된 부분을 압출된 부분으로부터 절단함으로써 단조와는 구별되도록 편리하게 사용되었다. 압출소자 운송부(804)는 상기 압출소자 운송부(704)와 유사하며 동일한 작동을 한다. 이 실시예에서, 압출기는 압출다이(610)에 의해 규정된 일반적인 단면형태를 갖는 유연한 상변화 잉크(도시안됨)의 레일을 압출한다. 압출소자 운송부(804)는 압출된 잉 크레일을 롤 성형-스웨이징 스테이션(800)을 통과하며 압출속도에 해당하는 속도로 운송하도록 구성되어 있다.

도 8에서, 롤 성형부(808)는 압출된 잉크레일에서 종방향 형상의 실질적인 화상을 확립하기 위한 롤러가이드(812)를 포함한다. 성형다이(820)는 추가로 압출된 잉크레일에서 종방향에 대해 횡단하는 형상의 일부분을 형상화한다. 롤러가이드(812)는 평행한 축선에 대하여 인접하게 맞대는 관계로서 회전가능하게 장착된 롤러쌍(814,816,818)을 포함하며, 롤러쌍의 하나의 주변은 다른 롤러의 주변과 결합하여 회전하며 상대이동할 수 있다. 롤러쌍(814,816,818)은 압출속도에 해당하는 속도에서 대향한 회전방향으로 회전된다. 롤러쌍의 주변들은 협동하여 그들 사이에서 구멍(opening)을 한정하며, 이 구멍은 압출소자가 압출경로를 따라 단조 스테이션으로 이동할 때 압출소자의 형상을 유지하며 동시에 제어가능하게 변경하며 또한 압출소자의 위치를 제어하는 작용을 한다. 실례로서, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 롤러쌍(814,818)은, 압출된 잉크레일의 상단 및 하단을 종방향으로 형상화하기 위해 롤러쌍중 하나의 롤러가 압출경로 위에 위치하고 다른 롤러가 압출경로 아래에 위치하도록 배치되어 있다. 롤러쌍(816)은 압출된 잉크레일의 횡방향 측면을 형상화하기 위해 압출경로에 대하여 횡방향으로 배치되어 있다. 잉크 형성물(formation)이 부정확한 배치 또는 제어되지 않은 변형을 초래하기보다는 형상화하고자 하는 재료영역들로 연장하는 것을 보장하기 위하여 상술한 또는 대안의 포스트 압출 성형프로세스의 성형 소자들과 관련하여, 압출된 재료의 주어진 영역의 현재 형상을 한정하거나 유지하는 성형롤러 또는 성형플레이트가 사용되지 않아도 된다는 것에 주목하기 바란다.

성형다이(820)는 성형소자(824,828)를 포함한다. 한 쌍의 성형소자(824,828)는 함께 가압될 때 협동하여 캐비티(830)를 형성하며, 이 캐비티는 고체 잉크스틱의 필요한 최종 형상의 일부에 해당하는 내부 형상을 가진다. 성형소자(824,828)는 캠(834)의 운동에 의하여 함께 가압된다. 캠(834)은 회전하여 성형소자(824,828)가 각각을 향하여 이동하도록 만들어서 압출소자를 캐비티(830) 안으로 부분적으로 들어가게 하며 이에 의하여 압출된 잉크레일에서 종방향에 대해 횡단하는 형상의 일부분을 추가로 형상화하게 된다.

일단 압출된 잉크레일이 롤러가이드(812) 및 성형다이(820)에 의하여 종방향으로 형상화되면, 종방향으로 형상화된 레일이 스웨이징부(810)로 이동된다. 스웨이징부(810)는 최종 형태를 확립하여 잉크 레일을 개별 스틱으로 절단하기 위하여 잉크의 형상화된 레일에 스웨이징 프로세스를 실행하도록 구성되어 있다. 다시 도 8 및 도 9를 참고하면, 스웨이징부(810)는 다수의 스웨이징부재(838)를 포함할 수 있다. 스웨이징부재(838)는 압출경로에 대하여 반경방향으로 약 90도 간격으로 배치될 수 있다. 각각의 스웨이징부재(838)는 잉크 레일과 반경방향으로 결합하여 필요한 스웨이지를 만들기 위하여 한 위치에 활주식으로 장착될 수 있다. 그러한 스웨이징부재(838)가 2개가 도시되어 있는 반면에, 본 장치는 어떤 적절한 개수의 스웨이징부재(838)를 구비할 수 있다. 각각의 스웨이징부재(838)는 그들의 반경방향 내측단부에서 각각의 스웨이징다이(840)를 구비한다. 각각의 스웨이징다이(840)는 압출된 잉크레일의 종방향 형상에 횡단하는 형상에 소정의 형상 및 마무리 성형을 부여하고 또 반드시 최종적으로 필요한 형상을 갖는 잉크스틱으로 잉크레일을 분할하도록 구성되어 있다. 최종 잉크 형태의 의도한 형상에 따라 롤 성형 이후에 2차 스웨이징 또는 단조가 요구되지 않는다는 것에 주목하기 바란다.

하나의 실시예에서, 스웨이징부재(838)는 왕복운동 방법으로 구동될 수 있다. 압출된 잉크레일이 스웨이징부(810)를 들어갈 때, 스웨이징부재(838)는 레일에 형상을 각인하는 위치로 스웨이지 드라이버(도시안됨)에 의하여 반경방향으로 구동된 다음에 본래위치로 복귀한다. 스웨이지 드라이버는 기계적 소자들을 왕복운동 방법으로 구동하는 어떤 공지된 적절한 수단으로 구성될 수 있는데, 즉 전기제어식, 유압제어식 또는 공압제어식 액추에이터가 있다. 인접한 스웨이징부재(838)들은 다이들의 상호 간섭을 일으키지 않고 잉크 레일의 전체 외형과 결합할 수 있도록 교대로 작동될 수 있다. 스웨이징부재(838)는 다이들 사이에 충분한 간격이 있으면 동시에 작동될 수도 있다.

전술한 바와 같이, 잉크레일은 스웨이징부(810)에 도달하기 전에 롤 성형부(808)에서 종방향으로 형상화된다. 스웨이징부(810)는 레일을 스웨이징하여 개별 잉크스틱으로 분리함으로써 압출된 잉크레일을 그 최종 형태로 가공하도록 구성되어 있다. 스웨이징부재(838)가 직선형 또는 반경방향 운동을 하는 것으로 설명되어 있지만, 대안으로 스웨이징장치가 피벗팅(pivoting) 또는 로커(rocker) 운동 또는 이와 유사하거나 어떤 적절한 작용을 하는 것으로 제공될 수 있다.

압출 및 성형 프로세스 소자들은 최종 형태에서 필요로 하는 피처 및 모든 치수 제어된 잉크스틱을 이상적으로 제조한다. 그러나, 최종 형태가 아닌 것을 만 들어서 개별적인 마무리 프로세스에서 부가의 성형 단계들을 가지는 것을 요구할 수도 있다. 실례로서, 감지 피처(sensing feature)와 같이 다른 모델을 위해 작은 피처 변화성을 갖는 잉크스틱 세트를 사용하는 제품집단은, 의도한 제품에 대한 판매 수요에 기초하여 더 변경되는 공통의 기본 형상의 제조 및 재고를 촉진할 수 있다. 다양한 형태 변경 방법들이 최종 형상 및/또는 외모 변화를 달성하기 위해 사용될 수 있는데, 즉 보조 단조 또는 스웨이징, 드릴링, 밀링, 톱질, 가열된 폼 공구에 의한 용융, 플러그 또는 용융된 재료로서 하나 이상의 캐비티 또는 인세트를 충전하기, 압인 또는 다른 방법으로 명칭을 추가하기, 바코드 또는 기타 광학판독식 감지소자를 추가하기 등이 있다.

다른 실시예에서, 2차 성형부(608)는 파이버(fiber) 또는 필라멘트(908)로서 압출되는 압출소자를 축적하기 위한 파이버 처리 스테이션(900)을 포함한다(도 10). 이 실시예에서, 압출다이는 하나 이상의 잉크 필라멘트(908)을 공급하기 위하여 필요한 직경을 갖는 하나 이상의 오리피스 또는 구멍(도시안됨)을 소유하는 방사판(spinneret: 904)을 포함한다. 본원에서 사용된 바와 같이, 압출된 잉크 파이버 또는 필라멘트는 끊어짐이 없이 파이버의 가요성 및 기계적 취급을 용이하게 하도록 충분히 얇은, 압출방향에 횡단하는 적어도 하나의 단면 치수를 갖는 잉크재료의 압출을 포함한다. 하나의 실시예에서, 잉크(908)의 압출된 필라멘트는 대략 6 mm 보다 작은 단면을 가진다. 가요성은 일반적으로 더 작은 필라멘트에 의해 개선되며 1 또는 2 mm 또는 심지어 이보다 더 작은 단면을 가질 수 있다. 방사판(904)의 구멍들은 적절하고 필요한 단면 치수 및 형상을 가질 수 있다. 실례로서, 구멍 의 단면은 원형, 직사각형, 삼각형, 타원형이거나 또는 기타 다른 형상의 단면을 고려할 수 있다. 도 10에서, 방사판의 구멍들은 한 줄로 배열되어 있다. 그러나, 방사판에서의 구멍 패턴은 다수의 줄, 매트릭스 패턴 또는 하나 이상의 동심원을 포함하는 어떤 필요한 형태를 가질 수 있다.

하나의 실시예에서, 파이버 처리 스테이션은 압출된 필라멘트를 코일링(coiling) 소자 주위에 감아서 압출된 잉크 필라멘트를 축적하도록 구성되어 있다. 이 실시예에서, 개별 잉크 필라멘트는 코일링부재(924)로 지나가며, 코일링부재에서 잉크 필라멘트가, 감는 실패와 같은 코일링소자(928) 주위에 감기며 트래버스(930)의 도움을 받아 패키지를 형성하게 된다. 필라멘트는 의도한 코일 패키지의 치수에 따라 적절한 직경에 도달할 때까지 코일링소자(928)에 감긴다. 코일링부재(924)는 추가로 적절한 직경에 도달되었을 때, 파이버를 절단하기 위해 코일링소자(928)에 인접하게 배치된 절단부재(도시안됨)를 포함할 수 있다. 파이버 처리 스테이션은 방사판을 통해 압출된 각각의 필라멘트를 위한 코일링부재를 포함할 수 있다. 따라서, 하나의 실시예에서, 다수의 잉크 필라멘트가 동시에 압출되어 축적하기 위한 개별 코일링부재로 나아가게 된다. 이것의 변형은 겹치는(overlapping) 8자형 또는 갈짓자 형태와 같이 코일 접근법보다는 중첩(fold) 접근법을 사용함으로써 필라멘트를 더욱 조밀하게 패키지하는 것이다.

다른 실시예에서, 파이버 처리 스테이션은 축적하기 전에 다수의 잉크 필라멘트를 잉크의 다중파이버 또는 다중필라멘트 스트랜드(strand)로 조합하도록 구성될 수 있다. 이 실시예에서, 방사판(904)을 통하여 압출한 후에, 다수의 필라멘 트(908)는 방사판(904)에서 하류에 필라멘트 배열 또는 번들링(bundling) 부재(910)로 진행하기 전에 수렴가이드(906)에 의하여 수집될 수 있다. 수렴가이드(906)는 돼지꼬리형 아일릿, 슬롯형 롤러, 또는 어떤 종래의 수렴 또는 수집 수단이 될 수 있다. 일단 필라멘트(908)가 수렴되면, 필라멘트(908)는 허브(918) 둘레에 감길 수 있으며, 필라멘트(908)에 장력을 부여하고 조절하기 위해 하나 이상의 보조 허브, 예로서 허브(920)를 구비할 수 있다.

다음에 필라멘트(908)는 필라멘트 번들링 부재(910)로 진행한다. 필라멘트 번들링 부재(910)는 필라멘트(908)를 비틀기작업, 스파이럴링(spiraling), 위빙(weaving), 편조(braiding), 또는 인터레이싱(interlacing) 등과 같은 작업을 함으로써 다중 파이버 단면을 갖는 통합된 파이버 번들(914)로 만들도록 구성되어 있다. 다른 실시예에서, 파이버 번들링 부재(910)는 필라멘트(908)를 접합된 파이버 번들로 가공하도록 구성될 수도 있다. 이 실시예에서, 필라멘트(908)는 인접한 파이버의 연속부분들을 다 함께 융합하거나 또는 용융된 잉크의 제어량을 인접한 파이버의 부분에 적용함으로써 함께 접합된다. 접합된 파이버 번들은 인접한 파이버의 전체 길이를 접합하고 스크루형 주변을 갖는 고체 잉크 "로그(log)"로 제작함으로써 형성될 수 있다. 대안으로서, 필라멘트(908)는 기계적 접합, 열 접합, 및 화학 접합과 같은 어떤 접합방법을 사용하여 함께 접합될 수 있다.

다음에 통합된 또는 접합된 필라멘트 번들(914)은 코일링부재(924)로 진행하며, 여기서 번들(914)이 트래버스(930)의 도움을 받아 패키지를 형성하도록 감기 실패 또는 보빈과 같은 코일링 소자(928) 주위에 감긴다. 번들(914)은 계획한 코일 패키지의 치수에 따라 적절한 직경에 도달할 때까지 코일링소자(928)에 감긴다. 코일링부재(924)는 적절한 직경에 도달하였을 때 파이버를 절단하기 위해 코일링소자(914)에 인접하게 배치된 절단부재(도시안됨)를 추가로 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 어큐뮬레이터(accumulator)가 압출된 필라멘트(들)를 절단하여 스틱 모양의 조각들로 적층할 수 있다.

파이버 번들에서 각각의 파이버의 단면이 작기 때문에, 그러한 번들로 형성된 고체 잉크 형태는 유익한 용융 특성을 발휘한다. 예를 들어, 파이버의 작은 단면은 고체 잉크스틱에 넓은 표면적을 제공하여 더욱 효율적인 용융속도 및 유동속도를 위한 체적을 부여하게 된다. 필요한 치수 및 형태의 파이버 번들(914)이 형성되면, 파이버 번들(914)은 상술한 바와 같이 코일링되거나 또는 어떤 길이로 절단되어 직선화 되거나, 구부러지거나 또는 최종 패키징으로 삽입하기에 필요한 형상으로 만들어질 수 있다. 최종적인 필라멘트 단면 치수 또는 번들 치수는, 프린트 엔진 잉크 스테이징(staging) 및 운반시스템의 필요조건에 의존하여 강성도 및 가요성의 여러 레벨로 목표가 정해질 수 있다.

도 11은 압출 및 2차 성형 프로세스에 의하여 고체 잉크스틱을 형성하는 방법의 흐름도의 실례를 도시하고 있다. 이 방법은 상변화 잉크 재료를 압출온도로 가열하는 것을 포함한다(블록 300). 전술한 바와 같이, 잉크 구성물은 압출된 스트랜드가 고체와 액체 사이의 성질을 발휘하는 유연한 반고체(malleable semi-solid)로 유지할 수 있게 하는 열 수준에서 유지된다. 다음에 잉크가 압출소자를 형성하도록 압출 오리피스를 통해 압출방향으로 압출된다(블록 304). 2차 성형 프로세스 가 압출소자에서 실행된다(블록 308).

도 11에 도시된 방법의 하나의 실시예에서, 2차 프로세스는 단조 프로세스이다(블록 310). 이 실시예에서, 압출 후, 압출소자는 단조소자 안에 들어가게 된다(블록 312). 압출소자는 압출방향을 따라서 가변성 단면 내부 형상을 가진다. 다음에 압출소자가 단조소자를 향해 가압되어서 유연한 잉크 재료가 단조소자의 내부 형상을 실질적으로 채우게 된다(블록 314).

대안으로서, 2차 성형 프로세스는 롤 성형 및 스웨이징 프로세스이다(블록 316). 이 실시예에서, 압출 후, 압출소자는 롤 성형되어 실질적으로 압출소자의 종방향 형상을 확립하게 된다(블록 318). 이어서, 롤 성형된 압출 소자는 스웨이징되어 최종 형태를 확립하며 개별 잉크스틱으로 절단된다(블록 320). 단일축 성형된 형상(single axis formed shape)을 갖는 스틱에서는, 최종 형태를 확립하는데 롤링만으로 충분하다.

다른 실시예에서, 2차 성형 프로세스는 필라멘트가공 프로세스를 포함한다(블록 324). 이 실시예에서, 압출소자는 일반적으로 12 mm 보다 작으며 최적의 크기로는 6 mm 이하의 단면을 갖는 압출된 파이버를 포함한다. 압출 후, 압출된 필라멘트는 위빙, 스파이럴링, 인터레이싱 등과 같은 작업에 의하여 필라멘트 번들로 통합 또는 접합된다(블록 328). 필라멘트가 번들로 통합 또는 접합되었으면, 번들은 코일링소자에 감겨서 축적된다(블록 330). 최종 형태의 가요성이 잉크가 사용 시간에 노출되는 환경 조건 및 재료 특성에 기초로 하기 때문에 직경을 규정하는 것은 중요하지 않다. 가요성 잉크 재료는 25 mm 의 직경을 가질 수 있으며, 가요성 이 없는 재료는 실례로서 6mm 미만의 직경을 필요로 한다. 따라서 허용 치수를 확립하는 기준은 주어진 시스템과 잉크 제형화의 실제적인 파손 경향에 기초하고 있다. 파이버 형태로 공급되는 잉크는 작동 온도 및 공급 속도에서 파손되지 않고 공급중에 자유로이 일직선으로 진행되어야 한다. 잉크 파손은 코일링이 펴지거나 일직선으로 진행되는 속도에 의해 영향을 받는 경향이 있으며, 따라서 용융 장치로 느리게 공급되는 대직경의 파이버는 동일한 용융속도로 더욱 신속하게 공급되는 소직경의 파이버보다 잘 파손되지 않는다.

도 1은 프린터 상단덮개로 덮인 상변화 프린터의 사시도.

도 2는 잉크 접근 덮개가 열려서 공급채널로 적재되어야 할 위치에 있는 고체 잉크스틱을 도시하는 상변화 프린터의 부분 확대 상단 사시도.

도 3은 도 2의 선 3-3을 취한 고체 잉크 공급시스템의 공급채널의 측단면도.

도 4는 고체 잉크스틱의 하나의 실시예의 사시도.

도 5는 고체 잉크스틱을 형성하기 위한 시스템의 개략도.

도 6은 도 5의 고체 잉크스틱을 형성하기 위한 시스템의 실시예의 측면 개략도.

도 7은 도 5의 고체 잉크스틱을 형성하기 위한 시스템의 실시예의 상단 개략도.

도 8은 도 5의 고체 잉크스틱을 형성하기 위한 시스템의 실시예의 측면 개략도.

도 9는 도 5의 고체 잉크스틱을 형성하기 위한 시스템의 실시예의 상단 개략도.

도 10은 도 5의 고체 잉크스틱을 형성하기 위한 시스템의 다른 실시예의 개략도.

도 11은 고체 잉크스틱을 형성하는 방법에 대한 흐름도.

Claims (4)

1. 상변화 잉크젯 이미징장치에서 사용하기 위한 잉크스틱을 제조하는 방법에 있어서,

   상변화 잉크재료를, 상변화 잉크재료가 반고체 형태로 되는 압출온도로 열적제어하는 단계와;

   압출된 잉크레일을 형성하기 위해 대기보다 높은 온도에서 잉크재료를 압출오리피스를 통해 압출하는 단계와;

   잉크레일이 압출방향으로 이동할 때 압출방향에 대해 횡단하는 형상의 일부분을 부분적으로 형성하기 위해 압출된 잉크레일을 롤 성형하는 단계와;

   압출된 잉크레일을 잉크스틱으로 분할함과 동시에 잉크스틱에 최종 형상을 부여하기 위해 부분적으로 형상화된 압출된 잉크레일을 스웨이징하는 단계를 포함하는 잉크스틱 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 잉크재료를 압출온도로 열적제어하는 단계는:

   잉크재료를 압출장치로 운송할 수 있게 하는 상승온도로 잉크재료를 가열하는 단계와;

   압출온도를 달성하기 위해 필요에 따라 가열된 잉크재료를 선택적으로 냉각하는 단계를 추가로 포함하는 잉크스틱 제조방법.
3. 상변화 잉크젯 이미징장치에서 사용하기 위한 잉크스틱 제조시스템에 있어서,

   상변화 잉크재료를 압출온도로 가열하기 위한 열적 제어기와;

   압출된 잉크레일을 형성하기 위해 잉크재료를 압출오리피스를 통해 압출하는 압출기와;

   잉크레일이 압출방향으로 이동할 때 압출방향에 대해 횡단하는 형상의 일부분을 부분적으로 형성하기 위해 압출된 잉크레일을 롤 성형하는 롤 성형부재와;

   압출된 잉크레일을 잉크스틱으로 분할하고 또한 잉크스틱 형상의 형성에 영향을 주기 위해 부분적으로 형상화된 압출된 잉크레일을 스웨이징하는 스웨이징부재를 포함하는 잉크스틱 제조시스템.
4. 상변화 잉크젯 이미징장치에 사용하기 위한 잉크스틱 제조시스템에 있어서,

   상변화 잉크재료를 압출온도로 가열하기 위한 열적 제어기와;

   압출된 잉크레일을 형성하기 위해 상기 잉크재료를 압출오리피스를 통해 압출하는 압출기와;

   압출된 잉크레일을 성형경로를 따라 운송하기 위한 운송부재와;

   잉크레일이 압출경로를 따라 이동할 때 압출방향에 대해 횡단하는 형상의 일부분을 부분적으로 형성하기 위해 압출된 잉크레일을 롤 성형하기 위해 압출경로에 배치된 롤 성형부재와;

   롤 성형부재 다음에 압출경로에 대하여 반경방향으로 배치된 다수의 스웨이 징부재를 포함하고,

   상기 다수의 스웨이징부재는 각각 압출된 잉크레일을 잉크스틱으로 분할하고 또한 잉크스틱 형상의 형성에 영향을 주기 위해 부분적으로 형상화된 압출된 잉크레일을 스웨이징하기 위해 내측단부에서 스웨이징다이를 포함하는 잉크스틱 제조시스템.

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