(57)【要約】【課題】ソリッドインクが、供給リザーバにおける溶融インクの適切なレベルを保つのに適した速度で溶融するのを保証するソリッドインクプリンタを提供する。【解決手段】ソリッドインクプリンタで使用するソリッドインク溶融装置は、ソリッドインクを受け取る開口を有するハウジングと、ハウジング内に取り付けられた第１の回転部材と、第１の回転部材をソリッドインクの溶融温度まで加熱する加熱器と、第１の回転部材に連結され、ソリッドインクが加熱された回転部材によって溶融するとソリッドインクをせん断するようにハウジング内で回転部材を回転させるモータとを含む。【選択図】図１
2010208123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソリッドインクを受け取る開口を有するハウジングと、
前記ハウジング内に取り付けられた第１の回転部材と、
前記第１の回転部材をソリッドインクの溶融温度まで加熱する加熱器と、
前記第１の回転部材に連結され、前記ソリッドインクが加熱された前記回転部材によって溶融すると前記ソリッドインクをせん断するように前記ハウジング内で前記回転部材を回転させるモータと、を含む、
ソリッドインクプリンタで使用するソリッドインク溶融装置。
【請求項２】
前記ハウジング内に取り付けられた前記第１の回転部材に近接しているが空間的には離間して取り付けられた第２の回転部材をさらに含み、
前記モータは、前記第２の回転部材に連結され、前記第２の回転部材が前記第１の回転部材の移動と協働し、前記ソリッドインクが前記ハウジング内で溶融すると前記ソリッドインクのせん断を助けるように前記第２の回転部材を前記ハウジング内で移動させる、
請求項１記載の溶融装置。
【請求項３】
前記加熱器は前記第１の回転部材内に配置され、
前記第２の回転部材は、前記第２の回転部材内に配置され、前記第２の回転部材をソリッドインクの溶融温度まで加熱する第２の加熱器を含む、請求項２記載の溶融装置。
【請求項４】
前記モータは回転出力軸を有する交流（ＡＣ）同期モータであり、
ギヤトレインが前記ＡＣ同期モータの出力軸と前記第１および第２の回転部材とを連結する、請求項２記載の溶融装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
以下に開示するソリッドインク溶融装置は一般にソリッドインクプリンタに関し、より具体的には速い溶融インクの生成速度を要するソリッドインクプリンタに関する。
【背景技術】
【０００２】
ソリッドインクまたは相変化インクによる画像形成装置（以下、ソリッドインクプリンタとする）は、プリンタや多機能装置などの種々の画像形成装置を含んでいる。このようなプリンタには、レーザ画像形成装置や水性インクジェット画像形成装置などの他の種類の画像形成装置よりも多くの利点がある。従来、ソリッドインクプリンタまたは相変化インクプリンタは、固形のインクをペレットまたはインクスティックのいずれかとして受け取る。カラープリンタは典型的に４色のインク（イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック）を使う。
【０００３】
ソリッドインクペレットまたはインクスティック（以下、インク、スティック、またはインクスティックとする）は溶融装置に運搬される。この溶融装置は典型的にインクローダに連結されており、ソリッドインクを液体に変換する。典型的なインクローダは複数のフィードチャンネルを含み、各チャンネルは画像形成装置で使用するインクの各色に対応している。各チャンネルには挿入開口があり、そこに特定の色のインクスティックを配置し、それをフィードチャンネルに沿って重力によって送るかまたはコンベヤもしくはばね入りのプッシャによって付勢する。各フィードチャンネルは、中にあるソリッドインクを端に位置する溶融装置へと方向付ける。各溶融装置は、自身が接続されるフィードチャンネルからソリッドインクを受け取り、衝突するソリッドインクを加熱して液体インクへと変換する。液体インクはプリントヘッドに運搬され、記録媒体または中間転写面に噴射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６，９０５，２０１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ソリッドインクプリンタが分当たりに印刷するページ数が多くなると、プリンタにおけるインクの需要も高まる。大量のソリッドインクを供給するために、フィードチャンネルの断面積を広げることができる。もちろんフィードチャンネルを広げることによってより大量のインクが溶融装置に与えられる。しかし溶融装置がソリッドインクを素早く溶融できなければ、溶融インクリザーバに連結されるプリントヘッドが供給された溶融インクを使い果たしてしまうかもしれない。ソリッドインクが、供給リザーバにおける溶融インクの適切なレベルを保つのに適した速度で溶融するのを保証することが重要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ソリッドインクプリンタは、これまでに知られているソリッドインクプリンタよりも速い速度で画像担体にインクを噴出することができる。このソリッドインクプリンタは、溶融インクを噴出するプリントヘッド、プリントヘッドを通過してこのプリントヘッドから噴出した溶融インクを受け取る画像担体のウェブ、プリントヘッドの下流に位置し、ニップを形成してその間に画像担体のウェブを通過させインクを画像担体のウェブ上で定着させる１対の定着ローラ、プリントヘッドに連結され、溶融インクをプリントヘッドに供給する溶融装置を含む。この溶融装置は、ソリッドインクを受け取る開口を有するハウジング、このハウジング内に取り付けられた第１の回転部材、溶融ハウジング内に取り付けられた第１の回転部材に近接しているが空間的には離間してハウジングに取り付けられた第２の回転部材、第１の回転部材内に配置され、この第１の回転部材をソリッドインクの溶融温度まで加熱する加熱器、第１の回転部材と第２の回転部材に連結され、ソリッドインクが加熱された第１の回転部材によって溶融するとソリッドインクをせん断するようにハウジング内で第１の回転部材と第２の回転部材を回転させるモータとを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図２の溶融装置を使用可能なソリッドインクプリンタの斜視図である。
【図２】ソリッドインクのせん断と溶融の両方を行う、図１に示すプリンタの溶融装置の斜視図である。
【図３】図２に示す溶融装置の動作を制御するシステムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１に示すように、相変化インクプリントシステムはウェブ供給／処理システム６０、プリントヘッドアセンブリ１４、ウェブ加熱システム、定着アセンブリ５０を含む。ウェブ供給／処理システム６０は、媒体ウェブ２０を画像形成装置に供給するための１本またはそれより多くの媒体供給ロール３８を含むことができる。供給／処理システムは、画像形成装置の媒体通路に沿って印刷ゾーン１８、ウェブ加熱システム、定着アセンブリ５０を通るべく周知の方法で媒体ウェブを送るように構成されている。そのために供給／処理システム６０は、駆動ローラ、アイドラローラ、張力付与棒などといった、媒体ウェブを画像形成装置内で移動させるためのあらゆる適切な装置６４を含むことができる。このシステムは、印刷動作の実行後に媒体ウェブ２０を受け取るための巻き取りロール（図示せず）を含むことができる。或いは、媒体ウェブ２０を個別のシートに切断するための、当該技術分野では周知の切断装置（図示せず）に媒体ウェブを送ることもできる。
【０００９】
図１に示すプリントシステムでは、インクはソリッドインク供給部２４からプリントヘッドアセンブリ１４に供給される。相変化インクによる画像形成装置１０はマルチカラー装置であるため、インク供給部２４は相変化インクであるソリッドインクの４つの異なる色ＣＹＭＫ（シアン、イエロー、マゼンタ、ブラック）に対して４つの溶融インク供給部２８、３０、３２、３４を含む。相変化インクシステム２４は、相変化インクを固体から液体へ溶融または相変化させ、そしてこの液体インクをプリントヘッドアセンブリ１４に供給する相変化インク溶融／制御アセンブリまたは装置（図２）も含む。
【００１０】
インクの液滴がプリントヘッドアセンブリによって移動中のウェブに噴出されて画像が形成されると、このウェブは定着アセンブリ５０を通り、そこで噴出されたインク液滴、すなわち画像がウェブに定着される。図１の実施形態では、定着アセンブリ５０は媒体ウェブが送られるニップを形成するように互いに相対して位置する少なくとも１対の定着ローラ５４を含む。媒体ウェブ上のインク液滴はニップが形成する圧力によってウェブに対して押圧されウェブ上に広がる。定着アセンブリ５０は１対の定着ローラとして示されているが、この定着アセンブリは、インク画像を媒体上に定着させることができる、当該技術分野では周知のあらゆる適切な種類のデバイスまたは装置でよい。
【００１１】
装置１０の種々のサブシステム、構成要素、機能の動作や制御は、コントローラ４０によって実行される。コントローラ４０は、以下により詳細に説明する通り溶融装置の動作を制御するように構成されたプロセッサでよい。コントローラは、プログラムされた命令を保存する関連メモリを有する汎用プロセッサでよい。プログラムされた命令を実行することによって、コントローラは溶融装置の温度を監視し、ソリッドインクペレットをせん断し加熱された歯車歯面に押し付ける溶融装置内の回転部材をオンオフすることができる。溶融装置のコントローラは全体的なシステムコントローラである必要はなく、溶融装置の動作のためにプリント回路上に設定された特定用途向け集積回路または電子コンポーネント群でよい。したがってコントローラはハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはハードウェアとソフトウェアの組み合わせで実施することができる。１実施形態では、コントローラ４０は中央処理装置（図示せず）と電子記憶装置（図示せず）を有する内臓型のマイクロコンピュータからなる。電子記憶装置は、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）などの不揮発性メモリでもＥＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリなどのプログラマブル不揮発性メモリでもよい。コントローラ４０は、アセンブリ１４のプリントヘッドに常に液体インクが供給されるように溶融インクの生成を調整すべく構成される。
【００１２】
図２に示すように、例示の溶融装置１００はハウジング１０４、２つの回転部材１０８と１１０、２つの加熱素子１１４と１１８を含む。ハウジング１０４と回転部材１０８、１１０は１実施形態ではアルミニウムから構成されるが、他の金属も使用できる。回転部材に提供するソリッドインクに対して優れた熱導体であり、その表面でせん断構造物を支持できる程度の十分な剛性があり、２つの回転部材の間で溶融するソリッドインクペレットにせん断力と圧縮力を加えることができるならば、他の材料も回転部材１０８、１１０に使用することができる。回転部材１０８、１１０それぞれの両端はバイトン（Ｖｉｔｏｎ）クワッドシールで塞がれている。このクワッドシールによって、部材がその周りを回転する軸受周りの摩擦嵌合がＯシールなどよりもよくなる。回転部材内に加熱器を挿入することができ、この加熱器はハロゲン石英ヒーター、電気抵抗ヒーター、高放射フラックスマイカヒーターなどを含むことができる。回転部材を比較的早くソリッドインクの溶融温度まで加熱することができるならば、他の種類の加熱器も使用することができる。
【００１３】
回転部材の加熱に誘導加熱器を使用することができる。このような加熱器は上述の対流型の加熱器よりも高価であるが、誘導加熱器は回転部材を３〜５秒以内で溶融温度まで加熱することができる。誘導加熱器を設けるためには、ステンレススチール製スリーブをアルミニウム製の各回転部材内にスウェット嵌合(sweat fit)する必要がある。スウェット嵌合は、加熱した部品と冷却した部品を嵌合しこの２つの部品の相対的なエネルギー差を消散させる方法における１つの参考である。出来上がった嵌合部がある動作温度範囲において一貫して安定した状態を保てるようにするために、部品の相対的な厚さと部品を加熱または冷却する温度は経験的テストによって決める。ステンレススチール製スリーブを回転部材内に嵌合した後、銅線などの伝導コイルを部材内に配置する。この伝導コイルは、コイルから発生する可変の磁束線がスリーブを横切れるようにスリーブの近くに配置される。伝導コイルに交流が流れることで変動磁界が生成される。変動磁束線がスリーブを加熱し、このスリーブが、自身が嵌合する回転部材を加熱する。伝導コイルの形状は、実験によって決められる。およそ２０，０００分の１インチの厚さのステンレススチール製スリーブと、約２０ＫＨｚ〜約４０ＫＨｚの範囲の周波数でおよそ４アンペアの電流を提供する交流電源に動作可能に連結される銅線が多くの用途に適していると考えられている。
【００１４】
より詳細にいうと、回転部材１０８、１１０は駆動軸の周りに取り付けられた中空の円筒形構造体であるが、ソリッドインクがこの２つの回転部材の間を通過する際に互いに協働してソリッドインクを溶融、せん断できるならば、他の形状も使用できる。駆動軸はハウジング１０４の壁１２０から外側に延出しているため、図２では見ることができない。駆動軸は壁１２０内でバイトンクワッドシールとジャーナル軸受内に取り付けられているため、回転部材は駆動軸がアクチュエータによって駆動されることに応答して回転することができる。加熱器１１４、１１８用の電気リード（図示せず）が壁１２４から延出し、電源に連結している。この電源は以下に説明するようにコントローラによって加熱器に選択的に連結され、加熱器が生成する熱を調整する。図２に示す実施形態によって回転部材の一端から加熱器にアクセスでき、もう一端からは駆動軸が延出できるが、他の構成も使用することができる。
【００１５】
回転部材の外面には歯１２２が形成されている。このような歯は縦に長く、各回転部材の全長にわたって延出している。或いは、歯はそれぞれ回転部材の円周を取り囲む隆起した突起でもよい。ただし図２に示す実施形態では、部材１０８の歯は３つの溝１４０、１４４、１４８によって中断している。部材１１０の歯は単一の溝１５０によって中断しているが、部材１０８に示されている溝と同じ位置にある溝を伴うように部材１１０を形成することもできる。１実施形態では、溝１４４、１４８は中心溝１４０と部材１０８の端との間にそれぞれ配置され、中心溝１４０よりも狭い。１実施形態では溝１５０は溝１４０よりも狭いが、この２つの溝は同じ幅でもよい。図２に示す全ての溝はＶ字形の溝であるが、他の溝形状も使用することができる。このような溝によって溶融インクは部材１０８、１１０を通過して流れ、この回転部材から流れ出ることができる。中心溝１４０は、中心の流量が溝１４４、１４８における流量よりも大きくなるように、他の溝よりも広い。この構成は、溶融装置の中心領域においてより大量の溶融インクを回収するのに役立つ。溝１４４、１４８によって、溶融インクが回転部材の両端に溜まり壁１２０を超えてしまうかもしれないという可能性が低くなる。１実施形態では、溝１４０の幅はおよそ５ｍｍで、溝１４４、１４８、１５０の幅はおよそ３ｍｍである。他の溝の構成や幅も使用することができる。
【００１６】
２つの回転部材１０８、１１０は、歯のフィンまたは側壁がもう一方の回転部材の歯とかみ合うように、互いに近接して取り付けることができる。この種の動作によって歯がソリッドインクをせん断、圧縮することができ、ソリッドインクは２つの回転部材内のかみ合いゾーンで溶融する。また、歯がかみ合うことによってこの歯は空間的には互いから離間したままでいることができ、回転部材の動作寿命の延長にも役立つ。ギヤ歯のスライド面はソリッドインクペレットのせん断、圧縮に役立ち、かみ合いゾーンにおけるソリッドインクペレットと２つの回転部材との接触によって生じる熱伝導性と表面積を最大にする。この相互作用は粒子温度の上昇に役立ち、溶融熱に十分なエネルギーを与える。１実施形態では、このプロセスはおよそ２１０ｇ／分の流量でおよそ１，２００ワットを使用する。
【００１７】
図２に示す構成要素の構成では２つの回転部材１０８、１１０が水平構造で示されているが、他の構成も使用することができる。例えば、２つの回転部材１０８、１１０を垂直に向け、ハウジング１０４の側壁にある開口を通じてソリッドインクを運搬してもよい。このような構成では、溶融インクはかみ合いゾーンから出て回転部材の全長に沿って回収領域へと下方に流出する。或いはまたはさらに、ワイパーまたは方向付けられた空気力を提供して溶融インクが現れるかみ合いゾーンの側部を定期的にスイープし、溶融インクの重力による流れを助けてもよい。溶融装置を僅かに傾け、溶融インクの流れを装置の一端に向けて片寄らせてもよい。
【００１８】
図２に示す実施形態では、ハウジング１０４には２つの回転部材１０８、１１０の上に開口１２６がある。ソリッドインクは、この開口を通って２つの回転部材の間のかみ合いゾーンへと方向付けられる。ソリッドインクはマイクロペレットまたは平底形状の液滴の形態であることが好ましい。このようなソリッドインクペレットまたは液滴の直径はおよそ０．７ｍｍ±３ｍｍであるが、回転部材の長さや直径に応じて他の形状やサイズも使用することができる。図面に例示しここに説明する特定の実施形態は、潜熱と融解熱の両方の要求に必要なエネルギーを最小にするために、熱と粒子サイズに対する溶融インク流量で設計されている。
【００１９】
他の実施形態では、ソリッドインクスティックを上述の原理にしたがって構成された研磨装置に送ることもできる。このような実施形態では、加熱された回転部材の第１のセットをかなり広い距離だけ離間させてかみ合いゾーンにおいてソリッドインクスティックの外側からチップをせん断し、加熱された回転部材の第２のセットを第１のセットの下に配置して部材の第１のセットからチップを受け取る。この実施形態では、回転部材の第１のセットは加熱されてチップを離し、チップは回転部材の第２のセットに移動する。すると加熱された回転部材の第２のセットはチップを上述のようにせん断し、圧縮し、溶融する。一旦スティックの溶融とせん断が始まると、インクスティックが溶融装置に運搬される限りこのプロセスは溶融とせん断を続ける。或いは、各々が平滑な外面を有する１対の回転部材がソリッドインクスティックを受け取ることもできる。この２つの部材は、回転時に隙間がありソリッドインクスティックを支持するように互いに対して配置される。スティックが回転部材の加熱面で溶融すると、溶融インクはこの２つの部材間に滴下する。２つの回転部材間の隙間の寸法は、ソリッドインクの薄片が２つの部材から滑り落ちてしまう可能性を減らすように決められる。一旦スティックの溶融が始まると、インクスティックが溶融装置に運搬される限りこのプロセスは溶融を続ける。
【００２０】
溶融装置の動作を制御するシステムのブロック図を図３に示す。このシステム３００は、温度センサ３０８、スイッチ３１４、３１８、３２４に電気的に連結されるコントローラ３０４を含む。コントローラ３０４は信号を生成し、この信号によって、スイッチ３２４は、アクチュエータ３１０を電源３２８に連結したり非連結としたりする。１実施形態では、アクチュエータ３１０は回転出力軸を有する電気モータである。この電気モータは、直流（ＤＣ）モータでも交流（ＡＣ）モータでもよい。１実施形態では、ＡＣ同期モータがスイッチ３２４に連結されてコントローラ３０４に制御され、モータの回転出力軸はギヤトレイン３２０を通じて回転部材１０８、１１０の駆動軸に連結する。溶融インク供給部に溶融インクが必要とされていることを示す信号に応答してコントローラ３０４は信号を生成し、モータ３１０をスイッチ３２４を介して電源３２８に連結して回転出力軸を回転させる。ギヤトレインは出力軸の回転に応え、回転部材１０８、１１０の駆動軸を回転させる。ギヤトレインは、双方向でもよいモータの回転出力に連結する１つまたはそれより多くのギヤからなる。ギヤは、回転部材の回転と部材１１４、１１８が生成するトルクに適した速度範囲を得るために利用される。さらに、モータによる回転入力の方向を変えるためにギヤを使用することもできる。
【００２１】
さらに図３を参照すると、コントローラはスイッチ３１４、３１８に対して信号を生成し、加熱器１１４、１１８を電源３２８に連結し、加熱器が回転部材１０８、１１０を加熱できるようにする。コントローラは温度センサ３０８から電気信号を受け取り、この信号を温度閾値と比較する。閾値より高い温度に応答し、コントローラは加熱器と電源の連結を解除する。温度が閾値よりも低い限り、コントローラは加熱器を電源に連結し、２つの回転部材を加熱し続ける。温度センサはサーミスタでも周囲の大気の温度を示す電気信号を生成する他の電気構成要素でもよい。温度センサを回転部材の一方の内部またはハウジング１０４の壁の１つに取り付けてもよい。
【００２２】
システム３００によって溶融装置は自動調整することができる。加熱器が作動している限り、回転部材は回転していなくてもソリッドインクを溶融する温度に到達する。したがってあまりに大量のソリッドインクがかみ合いゾーンに入り回転部材の回転が止まってしまっても、ソリッドインクの外側は最終的には溶融温度に到達し液化を始める。ソリッドインクが溶融すると、駆動軸に対するモータとギヤトレインの途切れることのない作用がソリッドインクの抵抗に勝り、ソリッドインクのせん断が始まる。ペレットのかみ合いゾーンへの質量流量を調整するために電流センサを使用する。
【００２３】
動作において、溶融装置はソリッドインクプリンタにおいてこのプリンタの各フィードチャンネルに対して配置される。溶融インクリザーバは溶融インクを受け取るべく各溶融装置に近接して配置される。溶融インクリザーバは適切なプリントヘッドに連結され、このプリントヘッドは溶融リザーバ内に含まれるカラーインクを噴出する。フィードチャンネルにソリッドインクを装てんし特定の色の溶融インクを示す信号が生成されると、該当する溶融装置がそのハウジング内にある回転部材の加熱と回転を開始し、溶融インクを生成し、溶融装置の各溶融インクリザーバに送る。
【図１】
2010208123.tif 000003
【図２】
2010208123.tif 000004
【図３】
2010208123.tif 000005