KR20000053609A - 잉크 수납 용기 및 잉크 이송 시스템 - Google Patents

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두덴회퍼크리스티
킹윌리암에프
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디. 크레이그 노룬드
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Abstract

잉크 수납 용기(12, 172)는 잉크(32)의 내부식 효과, 공기가 잉크(32)로 집입하는 것을 방지하는 능력, 치수 안정성이 향상된 것을 특징으로 한다. 이 시스템은 또한 잉크 공급부(32)로부터 휘발성 성분의 증발성 손실을 방지한다. 잉크 수납 용기(12, 172)는 폴리에틸렌 나프탈레이트, 적어도 하나의 액정 폴리머, 또는 적어도 하나의 액정 폴리머와 조합된 폴리에틸렌 나프탈레이트로 제조된다. 전술한 특정 물질로 제조된 용기(12, 172) 내부에 잉크(32)를 저장하면 전술한 많은 효과를 제공할 수 있으며 전체 잉크 이송 시스템(10, 170)의 작동 효율을 상당히 향상할 수 있다.

Description

잉크 수납 용기 및 잉크 이송 시스템{HIGH-DURABILITY INK CONTAINMENT UNIT FOR USE IN AN INK DELIVERY SYSTEM}
본 발명은 일반적으로 잉크 프린팅 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 잉크의 부식성에 저항하고, 공기의 잉크로의 진입을 방지하며, 휘발성 잉크 성분이 그로부터 증발하는 것을 피하며, 제조중 및 그 후에 치수적으로 안정된, 잉크 이송 시스템에 사용하기 위한 특정 잉크 수납 용기에 관한 것이다. 결과적으로, 전체 잉크 이송 시스템의 전체 수명 및 작동 효율이 향상된다.
전자 프린팅 기술 분야에 실질적인 진보가 있었다. 신속하고 정확한 방식으로 잉크를 분배할 수 있는 광범위한 고 효율의 프린팅 시스템이 당해 기술분야에 존재한다. 잉크젯 시스템은 이와 관련하여 매우 중요하다. 열적 잉크젯 기술을 사용하는 프린팅 장치는 복수개의 박막 가열 레지스터를 그 위에 갖는 기판(바람지직하는 실리콘으로 제조됨)과 유체 연통하는 적어도 하나의 잉크 저수부를 포함하는 장치와 기본적으로 관련있다. 기판과 레지스터는 "프린트헤드"로서 보통 특징되는 구조체 내부에 유지된다. 선택적인 레지스터의 활성은 저수부 챔버 내측에 저장된 잉크 물질의 열적 여기 및 프린트헤드로부터의 분출을 야기한다. 대표적인 열적 잉크젯 시스템은 버크(Buck) 등의 미국 특허 제 4,500,895 호와, 코위저(Cowger) 등의 미국 특허 제 4,794,584 호와, 로우(Low) 등의 미국 특허 제 4,509,062 호와, 모리스(Morris)의 미국 특허 제 4,929,969 호와, 베이커(Baker) 등의 미국 특허 제 4,771,295 호와, 키페(Keefe) 등의 미국 특허 제 5,278,584 호 및 휴렛-팩카드 저널 볼륨 39, 넘버 4(1988년 8월)에 개시되어 있으며, 이들 모두 참고로 본 명세서에 인용되어 있다.
전술한 잉크 이송 시스템(및 다른 잉크 분출 장치를 사용하는 다른 프린팅 장치)은 보통 잉크 카트리지를 형성하기 위해서 그 내부에 자체 보유량의 잉크를 갖는 잉크 수납 장치(예컨대, 하우징, 용기 및 탱크)를 포함한다. 표준 잉크 카트리지에 있어서, 잉크 수납 장치는 카트리지의 나머지 구성요소에 직접 부착되어 일체형의 균일한 구조체를 제조할 수 있으며 여기서 잉크 공급부는 "온-보드"로서 간주된다. 그러나, 다른 경우에 있어서, 잉크 수납 장치는 프린터 내부의 원거리 위치에 제공될 것이며, 수납 장치는 하나 또는 그 이상의 잉크 전달 도관을 사용하여 프린트헤드와 유체 연통하며 동작이 접속되어 있다. 이들 특정 시스템은 "오프-축"프린팅 장치로서 보통 알려져 있다. 대표적인, 비-제한 "오프-축" 잉크 이송 시스템은, 발명의 명칭이 "내외막층으로 형성된 다층 벽 백을 갖는 잉크 수납 시스템"(올슨 등)인 미국 특허 출원 제 08/869,446 호(97/5/6 출원됨)와, 본 출원인과 공동 출원되었으며 발명의 명칭이 "자유-잉크젯 펜용 레귤레이터"(ㅁ호크 등)인 미국 특허 출원 제 08/873,612 호(97/11/6 출원됨)에 개시되어 있으며 이들 모두 본 명세서에 참고로 인용되어 있다. 본 발명은 이들 장치 모두에 적용가능할 것이며, 열 이외의 잉크젯 기술에 채용되는 잉크 프린팅 장치와 접속되어 마찬가지로 사용될 수도 있다. 따라서, 청구된 본 발명은 열적 잉크젯 프린팅 시스템을 주로 참조하여 설명될 것이지만, 부식성과 휘발성 잉크 성분을 갖는 잉크 공급부를 그 내부에 수납하는 하우징, 용기 및 잉크통을 채용하는 임의의 잉크 이송 장치에 마찬가지로 적용가능하다.
프린팅 시스템의 열적 잉크젯(또는 다른 타입)에 사용되는 잉크 수납 장치의 개발에 있어서 중요한 고려사항은 잉크 공급부와 프린트헤드로의 실질적인 공기 진입을 피하게 하는 수납 장치의 능력이다. 과도한 공기 진입(임계 용량에 도달)은 시스템 배압의 손실을 야기할 수 있는데, 이것은 보통 잉크 분출 구성요소의 작동 결합을 야기하며 결과적으로 전체 프린트헤드의 수명을 단축시킨다. 또한, 휘발성 성분의 잉크 공급부로부터의 증발을 방지하는 것이 중요하다. 이들 휘발성 성분은 물과, 2-피롤리돈, 1,5-펜탄디올, N-메틸 피롤리돈, 2-프로판놀, 2-에틸-2-하이드록시메틸-1,3-프로판디올, 싸이클로헥산올 및 이하에서 자세히 설명되는 다른 것과 같은 유기 용제를 함유한다. 용제 증발은 잉크 공급부의 화학적 열화를 야기할 수 있으며, 이것은 전체적인 인쇄질을 저하시키며 잉크 이송 프린트헤드의 조기 손상을 야기할 수 있다. 따라서, 이들 요인들은, 잉크 수납 유닛(예컨대, 하우징, 용기 또는 잉크통)가 프린트헤드에 "온-보드"형이든 멀리 배치되어 있든 상관없이 잉크 이송 시스템에 주의깊게 고려되어야 한다.
많은 잉크 카트리지 유닛은 그 내부에 잉크를 수납하는 강성의 후벽 잉크 저장 하우징을 채용하는데, 잉크는 하우징안에 "자유 유동하는" 무제한 형태로 존재하거나 다수의 셀형 포옴 부재안에 수납된다. 이들 강성의 잉크 수납 시스템 타입을 채용하는 대표적인 잉크 카트리지 유닛은 미국 특허 제 5,185,614 호 및 미국 특허 제 5,168,285 호에 도시된다. 플라스틱이 이들 및 다른 카트리지 유닛과 결합된 하우징을 구성하는데 보통 사용된다. 이를 위해서 과거에 사용된 대표적인 플라스틱 성분은 폴리테트라플루오로에틸렌(Teflon : 등록상표), 폴리스티렌 플라스틱, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리설펀 및 폴리카본네이트 성분을 들 수 있지만 이들에 제한되지 않는다. 이들 물질은 보통 양호한 물리적 강성을 가지지만, 화학적으로 열화되기 쉬우며, 불필요한 액체 투과성 문제, 잉크 공급부로의 가스 진입 및 유출 문제 및 이송될 특정 잉크 성분에 좌우되는 다른 관련 조건에 노출되기 쉽다. 이들 문제점들이 실제로 발생하면, 전술한 바와 같은 당면한 프린팅 시스템의 작동 문제("운전중지시간" 증가, 유지보수의 필요성 증가, 잉크 열화 등)을 야기할 것이다. 마찬가지로, 많은 재료가, 플라스틱 제품(상술된 것들을 포함)과 접촉 배치될 때 "부식성"을 특징으로 하는 전통적인 잉크 포뮬레이션에 많은 재료들이 채용된다. "부식성"(또는, 보다 바람직하게는 화학적 열화)는 보통 본 명세서에서 대략 설명한 문제점을 창출할 수 있는 잉크 제품내의 다양한 유기 용제에 의해서 야기된다.
따라서, 전술한 모든 시스템(즉, 자체 수납형 유닛 및 "오프-축형" 유닛)에 적용할 수 있고, 내구성있고, 충격 저항성이 있으며, (1)잉크 부식성 문제를 적절히 방어할 수 있고, (2)공기가 잉크 공급부로 진입하는 것을 방지하며, (3)유기 용제와 물을 함유한 휘발성 잉크 성분이 잉크로부터 증발하는 것을 회피할 수 있는 잉크 수납 유닛에 대한 상당한 필요성이 존재한다. 이하의 본 발명은 이들 문제를 독특하고 매우 효과적인 방식으로 해결한다. 상세하게는, 잉크재의 부식 효과와 관련된 것들을 포함하는 신규한 잉크 수납 유닛(보통, 하우징, 용기 또는 잉크통의 형태임)와 잉크 수납 방법은 대략 설명한 문제점들에 대한 해결책을 제공한다. 게다가, 본 발명의 잉크 수납 용기를 제공하는데 사용된 이하의 조성물 및 재료들은 제조중 및 그 이후에도 상당한 정도의 열적 및 치수 안정성(thermal and dimensional stability)을 제공한다. 이들 장점에 따르면, 우수한 작동 효율, 놀랄만한 인쇄질 및 수명 연장이 잉크 이송 시스템과 관련하여 여러 조건에서 유지된다. 본 발명의 청구범위(그외에 그 상세한 설명)와 관련된 이들 및 다른 장점들은 이하에서 더 상세히 설명될 수 있을 것이다.
발명의 요약
본 발명의 목적은 작동 효율이 향상되고 작동 수명이 연장된 잉크 이송 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 열적 잉크젯 시스템 및 열을 이용하지 않는 잉크젯 시스템(non-thermal-inkjet systems)을 모두 포함하는 광범위한 여러가지 프린팅 장치에 적용할 수 있는 잉크 이송 시스템에 사용하는, 향상된 잉크 수납 유닛(또한 본 명세서에 있어서 "하우징", "용기", 또는 "잉크통")을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 프린트헤드에 "온-보드"(예컨대, 프린트헤드에 직접 장착됨)식이나, 원거리 접속된 "오프-축형" 방식인 잉크 공급부를 채용하는 잉크 이송 시스템에 사용되는 향상된 잉크 수납 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 잉크 조성물의 부식 효과에 저항성이 있는 잉크 이송 시스템에 사용되는 향상된 잉크 수납 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 공기가 유닛안으로 진입되는 것을 방지하여 고도의 인쇄질과 프린트헤드의 연장 수명을 유지하는, 잉크 이송 시스템에 사용하기 위한 향상된 잉크 수납 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 유닛안에 수납된 잉크 공급부로부터 휘발성 잉크 성분(유기 용매 및 물을 함유)의 증발을 제어하는, 잉크 이송 시스템에 사용하기 위한 향상된 잉크 수납 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 잉크 조성물과 보통 결합되는 가스 및 액체(예컨대 물 및/또는 유기 용제)에 거의 액체 불투과성인, 잉크 이송 시스템에 사용하기 위한 향상된 잉크 수납 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 제조중 및 그 이후에 열적으로 그리고 치수적으로 안정된, 잉크 이송 시스템에 사용하기 위한 향상된 잉크 수납 유닛을 제공하는 것이다. 보다 상세하게는, 유닛은, 제조중 및 사용중 보통 만나게 되는 열 및/또는 물리적 힘에 노출될 때 불필요하게 변형되지 않는다.
본 발명의 다른 목적은 내구성있고, 부식 저항성이 있으며, 광범위한 잉크 이송 시스템에 효과적으로 사용될 수 있는, 잉크 이송 시스템에 사용하기 위한 향상된 잉크 수납 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 대량 생산 기술을 사용하여 원가 절감 방식으로 쉽게 제조되는 잉크 이송 시스템에 사용하기 위한 향상된 잉크 수납 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 많은 다양한 형상, 크기, 용량 및 설계 구조로 제조될 수 있어서 전술한 자체-수납형 열적 잉크젯 카트리지 및 "오프-축형" 장치을 갖는 다수의 프린팅 시스템에 채용될 수 있는, 잉크 이송 시스템에 사용하기 위한 향상된 잉크 수납 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 작동적으로 접속되는 본 발명의 잉크 수납 용기를 가져 전술한 장점을 달성할 수 있는 프린트헤드의 형태로 잉크 이송 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 잉크 이송 시스템내의 잉크 공급부로 공기의 진입을 방지하여 전술한 신규의 잉크 수납 유닛 내측에 잉크 공급부를 보유함으로써 그로부터 휘발성 잉크 성분의 증발을 제어하는 효과적인 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 독특한 잉크 수납 시스템은 내구성, 내약품성(chemical-resistance) 및 치수 안정성을 향상하도록 설계된 특수 물질("배리어 조성물"로 칭함.)로 제조된 저장 용기를 포함한다. 이 용기(본 명세서에서, "하우징", "잉크통", 또는 "수납 용기"일 수도 있음)의 신규한 특징을 이제 요약할 것이다. 특정 구성 물질에 따른 세부 사항 및 및 다른 중요한 파라미터는 이하의 바람직한 실시예의 상세한 설명에서 주어질 것이다.
본 발명에 따르면, 매우 효과적인 잉크 수납 용기가 잉크 이송 시스템에 사용하기 위해서 제공된다. "잉크 이송 시스템"이란, 제한없이 그 내부에 잉크 공급부를 직접 저장한 "자체-수납형" 카트리지 유닛을 갖는 광범위한 다른 장치에 관한 것이다. 또한 이 용어의 범위에는 잉크통, 용기, 하우징 또는 전술한 다른 등가의 구조물의 형태로 멀리 배치된 잉크 수납 유닛에 하나 또는 그 이상의 도관 부재(또는 유사 구조체)에 의해서 접속된 프린트헤드를 채용하는 "오프-축형" 프린팅 유닛이 포함된다. 본 발명의 잉크 수납 용기는, 이하에서 설명되는 바와 같이 시스템을 밀봉하는데 선택적으로 채용된 임의로 적용가능한 캡 부재 또는 "크라운"을 포함하도록 구성될 수도 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
본 발명의 배리어 조성물로 이루어진 신규한 잉크 수납 용기는 임의의 특정 크기, 모양, 용량 및 고려중의 특정 잉크 이송 시스템에 따라 선택될 전체 구성에 제한되지 않을 것이다. 끝으로, 본 발명은 열적 잉크젯 기술을 채용한 시스템을 주로 참조하여 이하에서 설명할 것이지만, 마찬가지로, 전술한 문제점(예컨대, 휘발성 잉크 조성물의 증발, 불필요한 유체 투과성 등)을 야기할 수 있는 잉크 공급부를 포함하는 열을 이용하지 않는 잉크젯 프린팅 유닛(이하에서 예를 듬)에 적용가능하다. 따라서, 넓은 의미에서, 본 발명은 프린팅 시스템, 프린팅 응용 및 프린팅 환경의 다양한 그룹에 널리 적용가능하다.
당해 특정 화학적 조성물로 제조된 본 잉크 수납 용기는 측벽으로 둘러싸인 내부 캐비티를 가진다. 측벽은 균일한, 단일 조각의 구성으로 선택될 것이다. 잉크 수납 용기의 측벽을 제공하기 위해서 채용된 특성 조성물은 이하에서 상세히 설명될 것이며, 이들 물질의 사용은 종래의 잉크 수납 시스템과의 차이점이다. 이들 물질은 모두 공통 속성 즉, 잉크 물질의 부식 효과에 저항하고, 실질적으로 유체/가스 불투과성이며, 치수 안정성이 있으며, 전술한 다른 모든 장점을 제공하는 잉크 수납 용기의 생산성을 가진다. 따라서, 본 물질은 다른 기능적 속성 및 다른 중요한 특징의 면에서 연관되어 있다. 이런 이유로, 이들은 모두 잉크 물질은 본 용기안에 효율적인 잉크 저항 방식으로 저장하는 그들의 능력에 따라 "배리어 조성물"을 구성한다. 제 1 실시예에 있어서, 잉크 수납 용기의 측벽은 "폴리에틸렌 나프탈레이트"(예컨대, "PEN")로서 본 명세서에서 지정된 물질로 제조되며, 이 물질은 또한 디메틸2, 6-나프탈렌디카복실레이트 및 에틸렌 글리콜의 호모폴리머로서 알려져 있다. 상세하게는 이하의 화학식을 가진다.(또 다른 실시예가 적용가능함):
화학식 1
바람직한 실시예에 있어서, 상기 구조체의 n = 약 10 내지 약 1000이다.
이 물질의 화학적 특성에 관해서, 이들은 32,000 lbs./sq.in.의 인장 강도와 750,000 lbs./sq.in.의 인장 계수를 가진다. 폴리에틸렌 나프탈레이트의 수분 증기 투과율은 3.6 gm/㎡/일 부근에 기록되었다. 이들 파라미터는 ASTM D-882-88을 기준으로 한 표준 과정에 따라 결정되었다. 또한 폴리에틸렌 나프탈레이트는 약 120℃의 유리 전이 온도(Tg)와 262℃의 용융 온도를 가진다. 예컨대, 폴리에틸렌 테레프탈레이트("PETE")에 비해, 폴리에틸렌 나프탈레이트는 유리 전이 온도가 43℃ 더 높고, 인장 계수가 50% 더 크며, 인장 강도가 33%로 더 크고, 가스 배리어의 기능면에서 5배 향상되었으며, 가수분해 저항성은 3배, 수분 배리어 특성은 4배 향상되었으며, 내약품성면에서도 우수한다. 이에 관하여, 폴리에틸렌 나프탈레이트는 잉크 물질의 부식 효과에 상당한 정도의 내약품성과, 잉크 수납 용기 제조에 관련된 제조 공정동안 통상 나타나는 비교적 고온을 지탱하는 능력과, 저 수분 흡수율, 저 수증기 투과율, 가수분해 조건에 노출된 후 인장 강도의 고 보유율, 전기적 환경에 지속되는 고온 특성, 종래의 분출 성형 기술을 사용하여 신속하고 효과적인 방식으로 많은 형상으로 성형되는 능력에 따라 잉크 수납 용기의 측벽을 제조하는 데 사용될 때 매우 장점이 있다. 폴리에틸렌 나프탈레이트는 이들 모든 장점을 제공하지만 재료 원가 기준면에서 경제적이기도 하다. 따라서, 본 명세서의 특정 목적을 위해서 폴리에틸렌 나프탈레이트를 사용하는 것은 많은 장점을 제공하며 잉크 수납 용기 제조 기술분야에 상당한 기술적 장점을 나타낸다.
폴리에틸렌 나프탈레이트는 많은 다른 소오스로부터 얻어질 수도 있지만, 미국 델라웨아주 윌밍톤의 임페리얼 케미컬 인더스트리("ICI")와 미국 조지아주의 아모코 폴리머 인코포레이티드로부터 상표명 "KALADEX"로 시장에서 구입할 수 있다.
이점에서, 본 발명과 그 다양한 실시예는 달리 본 명세서에서 설명되지는 않았지만 임의의 특정 조성물, 물질, 성분비, 양 및 다른 파라미터에 제한되지 않는다. 이하에 제공되는 모든 수치 및 수치 범위는 단지 예를 들기 위해서 제공되었지만, 최대 작동 효율을 달성하도록 의도된 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸다. 마찬가지로, 본 발명의 다양한 실시예는 본 잉크 수납 용기와 본 명세서에 기재된 특정 배리어 조성물과 관련된 임의의 특정 제조 기술에 제한되지 않을 것이다. 그러나, 대량 생산을 위해서 설계된 바람직한 실시예에 있어서, 플라스틱 구성요소 제조에 관한 당해 기술분야에 공지된 표준 사출 성형 공정이 임의의 적용가능한 캡 부재 또는 이와 결합된 "크라운"을 갖는 본 잉크 수납 용기를 제조하는데 채용될 수 있다.
제 2 실시예(고려중의 잉크 조성물의 화학적 특성을 고려하는 일반적인 예비 파일롯 테스팅에 따라 구비될 수도 있음)에 있어서, 잉크 수납 용기의 측벽은 적어도 하나 또는 그 이상의 "액정 폴리머"로 구성될 수도 있다. "액정 폴리머"란 용융 상태와 고체 상태 모두에서 매우 정돈된 구조를 나타내며, 방향족 백본(backbone)과 결합하는 열가소성 폴리머족을 포함하는 것으로 정의된다. 특히, 액정 폴리머는 완전히 방향족 단위체로 제조된다. 일반적으로 액정 폴리머의 방향 캐릭터는 장점적인 잉크 저항 특성, 우수한 기계적 특성 및 고도의 열적/열산화 안정성에 기여한다. 액정 폴리머의 주문 캐릭터는 마찬가지로 다른 폴리머 성분에 비해 이들 재료의 특별한 특징이다. 따라서, 액정 폴리머는 표준 제조 방법을 사용하여 다양한 구성으로 매우 쉽게 성형되거나 보다 효과적으로 제조된다. 본 명세서에 있어서, "방향족"은 하나 또는 그 이상의 벤젠 링 단위를 그 내부에 함유된 물질을 포함할 것이다. 또한, 미국 뉴욕주의 존 윌리 앤드 선스, 인코포레이티드 (John Wiley & Sons, Inc.)의 엔싸이클로페디아 오프 폴리머 사이언스 앤드 엔지니어링(Encyclopedia of Polymer Science and Engineering)(크로쉬비츠, 제이. 에드.), 9권(제목 "Liquid Crystal Polymers to Mining Applications), 1 내지 8쪽(본 명세서에 참고로 인용됨)에 개시된 바와 같은 구조적인 입장에서, 액정 폴리머는 "고축비(분자의 폭대 길이의 비, 종횡비 : x)"를 강성 체인에 제공하는 연속 파라(para) 배향 링 구조체"를 포함하도록 더 규정된다. 이 참고 문헌에 더 설명된 바와 같이, "저 분자량의 LC 컴파운드의 공통된 구조적 특징"은 분자 형태가 비대칭이며, 보통 로드는 3 이상인 단축 배열 또는 2축 배열의 얇은 판체를 특징으로 한다."
액정 폴리머는 부식성이 있는, 잉크 물질이 채용되는 본 잉크 수납 용기를 제조하는데 특히 유용하다. 또한, "부식성"이란 소정의 물질을 분해 또는 열화시키는 특정 화학적 능력에 관한 것이다. 따라서, 잉크 수납 용기(특히 열적 잉크젯 시스템에 있어서)의 측벽을 형성하기 위해서 액정 폴리머를 사용하는 것은 많은 장점을 제공하므로 잉크 이송 기술 분야에 있어서 또 다른 상당한 진보를 이룬다.
본 발명의 실시예는 임의의 특정 액정 폴리머 또는 그 조합체에 제한되지 않을 것이다. 하나의 액정 폴리머나 또는 다수의 액정 폴리머가 제한없이 조합하여 사용될 수도 있다. 전술한 바와 같이 잉크 수납 용기의 구성에 채용될 수 있는 예시적이며 비제한적인 액정 폴리머의 예들은 다음의 시장에서 구입할 수 있는 액정 폴리머 물질과 관련있다:
1. 미국 뉴저지주 서미트 소재의 휘흐트 캄파니(Hoechst Co.)에 의해서 제품명/상표명 "Vectra"로 판매되는 제품. 내약품성면에서, 이 특허의 조성물은 기본적으로 2개의 다른 치환물을 갖거나 알콜, 산 또는 아민과 관련된 치환물을 갖는 방향족 이산, 방향족 디알콜 및 방향부로 제조된 완전히 방향족인 폴리에스테르/폴리아미드로 이루어진다. 특히, 액정 폴리머의 "Vectra" 계열은 (A) 2-옥시나프탈렌-6-카조닐 단위체로 변형된 p-하이드록시벤존산, (B) 테레프탈오일 단위체로 변형된 2,6-디옥시나프탈렌을 포함하는 몇개의 조성물과 관련되어 있지만 이에 제한되지 않는다.
2. 미국 조지아주 알파레타 소재의 아모코 폴리머스 인코포레이티드에 의해서 명칭/상표명 "Xdar"로 판매되는 제품. 화학적으로 이 조성물은 기본적으로 4,4'바이페놀 및 테레프탈산과 p-하이드로벤존산의 변형 산물로 이루어진다.
3. 미국 델라웨어주 윌밍통 소재의 이. 아이. 듀퐁 드 느므르 앤드 캄파니(E. I. DuPont de Nemours & Company)에 의해 명칭/상표명 "Zenite"로 판매되는 제품.
채용될 수 있는 다른 액정 폴리머로는 이하의 물질을 들 수 있지만 이에 제한되지 않는다: 방향족 폴리아미드, 방향족 폴리옥스아미드, 방향족 폴리하이드라자이드, 방향족 폴리(옥살릭 하이드라자이드), 방향족 폴리(아민 하이드라자이드), 폴리(p-페닐렌벤조비시아졸) 및 폴리이미드를 들 수 있다.
전술한 물질에도 불구하고, 본 발명은 임의의 특정 액정 폴리머 또는 그 혼합물에 제한되지 않을 것이며 이를 위해서 적합한 시장에서 구매할 수 있는 많은 조성물들이 이용될 수 있다. 많은 이들 물질들이 특허성이 있으며 전술한 기본 정의안에 적합하며 또한 전술한 효과를 제공한다.
끝으로, 제 3 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 신규한 잉크 수납 용기는 전술한 바와 같이 적어도 하나 또는 그 이상의 액정 폴리머와 조합하여 폴리에틸렌 나프탈레이트로 구성되어 폴리에틸렌 나프탈레이트/액정 폴리머 "블렌드"를 형성할 수도 있다. 제 1 및 제 2 실시예에 채용되는 바와 같은 폴리에틸렌 나프탈레이트 및 액정 폴리머에 관하여 앞서 제기된 정보, 파라미터, 예, 구매원 및 다른 데이타들은 모두 본 실시예에 똑같이 적용가능하며 참고적으로 인용될 수 있다. 폴리에틸렌 나프탈레이트와 조합하여 적어도 하나의 액정 폴리머를 사용하는 것이 전술한 바람직한 특성들(잉크 재료에 대한 내약품성 및 가스/액체 불투과성 문제의 제어)을 더 향상시키기 위해서 의도된다. 특히, 폴리에틸렌 나프탈레이트와 조합된 적어도 하나의 액정 폴리머의 블랜드는 양 조성물의 가장 좋은 특징이 단일 혼합 합성물에 채용될 수 있게 한다. 따라서, 양 물질의 블랜드를 사용함으로써, 결과적으로 합성된 산물(화학적 조성면에서)은 고려중인 잉크 조성물의 유형에 따라 잉크 수납 용기를 적절히 재단하는데 필요한 대로 적절히 "조정"될 수 있다. 다시 말해서, 일정량의 각각의 물질을 선택된 블랜드로 적절히 제어함으로서, 잉크 수납 용기에 부가되는 소망 특징이 이송될 잉크 조성물에 대한 예비적인 선행 연구에 따라 정확히 선택될 수 있다. 따라서, 잉크 수납 용기의 측벽을 제조하기 위해서 폴리에틸렌 나프탈레이트와 조합하여 적어도 하나의 액정 폴리머를 사용하면 잉크 이송 기술 분야에 부가의 진보를 달성할 수 있다. 조합된 이들 물질은 모두 전술한 바와 같이 놀랄만큼 우수한 결과를 제공한다.
(1) 폴리에틸렌 나프탈레이트와 (2) 적어도 하나 또는 그 이상의 액정 폴리머의 조합물과 관련된 본 실시예에 따르면, 본 발명은 어떤 수치적 비율에 제한되지 않을 것이다. 그러나, 최적의 결과를 제공하도록 의도된 대표적인 실시예에 있어서, 선택된 잉크 수납 용기의 측벽은 약 10 내지 50 중량%의 폴리에틸렌 나프탈레이트와 약 50 내지 90 중량%의 총 액정 폴리머(단일 물질이 사용되든지 또는 다수의 폴리머가 조합하여 사용되든지, 전술한 범위는 조합물에 함유된 액정 폴리머의 총량과 연관된다)이 실시예에 있어서 폴리에틸렌 나프탈레이트 및 액정 폴리머의 비율에 관한 결정은 고려중 잉크 물질을 고려한 일반적인 예비 테스트와 그들의 화학적 특성에 따라 수행될 것이다.
청구의 조합물 및 잉크 수납 용기를 결합하는 잉크 이송 시스템의 구성에 관하여, 많은 다른 시스템(열적 잉크젯 시스템 및 열을 이용하지 않는 잉크젯 시스템)이 이를 위해서 채용되며 상기의 미국 특허에 개시된 것들을 들 수 있다. 대표적인 바람직한 장치는 요구에 따라 잉크를 프린트헤드와 이에 작동적으로 접속되며 유체 연통하는 잉크 수납 용기로부터 분출시키는 적어도 하나의 잉크 이젝터를 갖는 프린트헤드를 포함할 것이다. 신규한 잉크 수납 용기는 용기안에 잉크 공급부를 보유하는데 사용되는 측벽에 의해서 둘러싸인 내부 캐비티를 그 내부에 포함할 것이다. 측벽(전술한 장점들과 함께 공기 및 휘발성 잉크 성분이 이것을 통과하지 못하도록 특히 의도됨)은 전술한 특정 배리어 성분으로 제조된다. 이들 물질은 다시 (1) 폴리에틸렌 나프탈레이트, (2) 적어도 하나의 액정 폴리머, (3) 적어도 하나 또는 그 이상의 액정 폴리머와 조합하여 형성된 폴리에틸렌 나프탈레이트의 전술한 "블랜드"를 포함한다. 게다가, 프린트헤드와 잉크 수납 용기 사이에 상호관계를 특정하는데 사용되는 "작동적인 접속"이란, (A) 잉크 수납 용기가 프린트헤드에 직접 부착되어 유체 접속하여 예컨대 "온-보드" 잉크 공급부를 갖는 단일 카트리지 유닛을 형성하는 시스템과, (B) 잉크 수납 용기가 프린트헤드로부터 멀리 이격 배치되어 프린트헤드에 "직접" 부착되지 않는 "오프축" 시스템을 포함하는 광의의 개념이다. 시스템(B)에서, 잉크 수납 용기는 프린트헤드와 용기 사이에 접속되는 적어도 하나의 잉크 이송 도관을 사용하여 프린트헤드와 유체 접속하는 것이 바람직하다. 이들 시스템은 본 발명의 잉크 수납 유닛 및 잉크 보유 방법의 다양한 모든 실시예에 적용가능할 것이다.
마찬가지로 본 발명은 그 내부에 잉크 공급부를 갖는 잉크 이송 시스템으로부터 휘발성 잉크 성분(예를들면, 유기 용제 및/또는 물)의 증발 및 누출을 방지하기 위한 일반적인 방법을 포함한다. 본 방법은 또한 공기의 잉크 공급부로의 진입을 피하며 시스템의 전체적인 내약품성을 향상시킨다. 이들 목표는 요구에 따라 (1) 잉크를 프린트헤드로부터 분출시키는 적어도 하나의 잉크 이젝터를 갖는 프린트헤드를 갖는 전술한 유형의 잉크 이송 시스템을 제공하고, (2) 프린트헤드에 작동적으로 접속하고 유체 연통하는 잉크 수납 용기안에 일정량의 잉크를 저장하는데,잉크 수납 용기의 측벽을 공기 및 휘발성 잉크 성분이 통과하는 것을 방지하도록 함으로써 달성된다. 측벽은 이하의 배리어 조성물: [A] 폴리에틸렌 나프탈레이트; [B] 적어도 하나 또는 그 이상의 액정 폴리머; 또는 [C] 적어도 하나 또는 그 이상의 액정 폴리머와 조합하여 "블랜드"를 형성하는 폴리에틸렌 나프탈레이트로 구성된다. 따라서, 대표적인 잉크 이송 시스템, 잉크 수납 유닛 및 바람직한 배리어 조성물과 관련하여 상기에 제시된 모든 정보들은 본 방법에 대해서 참고적으로 결합된다. 이들 방법은 본 명세서에 달리 기재되어 있지 않다면, 임의의 특정 물질, 구성 방법, 성분 배열체 및 다른 파라미터에 제한되지 않을 것이다.
본 발명은 잉크 프린팅 기술 및 양질의 화상 발생 기술분야에 상당한 기술적 진보를 나타낸다. 이하에서 자세히 설명하는 구조, 성분 및 방법은 (1) 잉크 재료의 부식 효과에 대한 저항성, (2) 프린팅 시스템내에 수납된 잉크 공급부로의 공기 진입 방지성, (3) 증발성 잉크 손실의 회피 및 (4) 잉크 공급부로부터의 유체 누출 방지성 등의 중요한 많은 장점을 제공한다. 또한, 본 조성물로 제조된 수납 용기는, 용기에 열 및/또는 물리적 힘의 인가여부에 상관없이 제조중 및 제조 후 치수가 안정적이다. 결과적으로, 고 작동 효율, 고 인쇄질 및 수명 연장이 잉크 이송 시스템과 관련하여 유지된다. 이들 및 다른 장점, 목적, 특징 및 장점들은 이하의 도면의 간단한 설명 및 바람직한 실시예의 상세한 설명에서 토의될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 구성요소 및 방법에 사용하기에 적합한 잉크 카트리지의 형태인 대표적인 잉크 이송 시스템의 개략적으로 도시된 확대 사시도로서, 도 1의 잉크 카트리지는 카트리지에 직접 부착된 잉크 수납 용기를 가져 "온-보드" 잉크 공급부를 제공한다.
도 2는 본 명세서에 개시된 특정 배리어 조성물로 제조될 수도 있는 다른 잉크 수납 용기를 개략적으로 도시한 사시도.
도 3은 "오프-축형" 시스템으로 적어도 하나의 잉크 이송 도관을 사용하여 프린트헤드에 작동적으로 접속되는 3-3 선을 따라 취한 도 2에 도시된 잉크 수납 용기의 부분 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명 *
10, 170 : 잉크 이송 시스템 12, 172 : 잉크 수납 용기
32 : 잉크 24 : 전방벽
26 : 후방벽 16 : 상부벽
18 : 하부벽 20 : 제 1 측부 패널
22 : 제 2 측부 패널
도면에 있는 임의의 도면 번호는 고려중인 도면 모두에 적용가능한 공통 주 구성요소로 구성한다. 본 명세서에 제시된 도면은 예시를 위해서 확대된 개략적인 포맷으로 도시된다.
본 발명은 열적 잉크젯 기술을 채용하는 잉크 이송 시스템에 사용하기 위한 용기, 하우징 또는 탱크 형태의 내구성이 큰 잉크 수납 용기를 포함한다. 편리를 위해서, "잉크 수납 용기"란 이 이후에 전술한 모든 용어와 동일하다는 이해를 바탕으로 사용될 것이다. 신규의 잉크 수납 용기는 잉크 재료의 부식 효과에 의해서 야기되는 화학적 열화를 쉽게 받지 않는 매우 특별한 화학적 컴파운드로 제조된다. 마찬가지로, 본 명세서에 개시된 화학적 조성물들은 공기가 관통하는 것(해당 잉크 공급부로)을 거의 방지할 수 있으며, 유기 용제와 물 등의 휘발성 잉크 조성물의 이탈을 동시에 제어한다. 이와 같은 방식으로, 전체 프린팅 시스템의 인쇄질이 좋은 상태의 수명이 연장된다. 게다가, 본 잉크 수납 용기는 열 및/또는 물리적인 힘에 노출될 때 제조중 및 사용중에 유체-불투과성이며 치수가 안정적이다. "치수가 안정적이다"라는 것은 잉크 수납 용기가 제조중 및 사용중 보통 발생하는 물리적 힘에 노출 및/또는 가열될 때 원치않는 변형을 겪지 않는 상태와 관련있다. 본 발명은 열적 잉크젯 기술을 주로 참조하여 이하에서 설명될 것이지만, 많은 다른 잉크 이송 시스템이 프린트헤드와 결합된 적어도 하나의 잉크 이젝터를 갖는 프린트헤드를 갖기만 하면, 동일한 결과에 채용될 수도 있다. "잉크 이젝터"란 프린트헤드로부터 요구에 따라 잉크를 분출시키는데 사용될 수도 있는 임의의 구성요소, 장치, 요소 또는 구조체에 관한 것이다. 예를들어, 열적 잉크젯 프린팅 시스템에 있어서, "잉크 이젝터"란 이하에서 더 자세히 설명되는 바와 같이 하나 또는 그 이상의 선택적으로 여자화하는 박막 가열 레지스터를 사용하는 것을 포함할 것이다. 이에 관하여, 본 발명에 따른 재료, 방법 및 구조체는 상세한 설명으로부터 쉽게 알 수 있듯이 "시스템-전용(system-specific)"은 아니다. 본 발명의 명백하고 완전한 이해를 제공하기 위해서, 이하의 설명은 3개의 섹션 즉 (1) "A. 열적 잉크젯 기술 및 이와 관련된 잉크 조성물의 총괄적 개관(A General Overview of Thermal Inkjet Technology and Compositions Associated Therewith)"; (2) "B. 신규의 잉크 수납 용기(The Novel Ink Containment Vessels)"; 및 (3) "C. 부가의 정보 및 사용 방법(Additional Information and Methods of Use)"으로 나뉜다.
열적 잉크젯 기술 및 이와 관련된 잉크 조성물의 총괄적 개관
본 발명은 (1) 프린트헤드; (2) 프린트헤드와 연관된 적어도 하나의 "잉크 이젝터"; 및 (3) 프린트헤드에 작동적으로 접속되고 이에 유체 연통하는 본 명세서에 개시된 유형의 잉크 수납 용기를 갖는 광범위한 잉크 카트리지 시스템에 적용가능하다. 잉크 수납 용기는 프린트헤드에 직접 부착될 수도 있으며 또한 멀리 접속되어 하나 또는 그 이상의 잉크 전달 도관을 사용하는 "오프-축형" 시스템 일 수 있다. 프린트헤드와 잉크 수납 용기에 적용될 때 "작동적으로 접속하는"이란 용어는 이들의 변형예 및 등가의 구조체를 모두 포함할 것이다. 전술한 바와 같이, "잉크 이젝터"는 프린트헤드로부터 요구에 따라 잉크를 선택적으로 분출 및 방출하는 임의의 구성요소, 시스템 또는 디바이스를 포함하는 것으로 정의된다. 잉크 이젝터로서 다수의 가열 레지스터를 사용하는 열적 잉크젯 카트리지는 이를 위해서 바람직하다. 그러나, 본 발명은 특정 잉크 이젝터 또는 잉크 인쇄 기술에 제한되지 않을 것이다. 광범위한 여러가지 잉크 이송 장치는 스미스(Smith)의 미국 특허 제 4,329,698 호에 개시된 일반적인 유형의 압전 드롭 시스템과, 고바야시(Kobayashi) 등의 미국 특허 제 4,749,291 호에 개시된 다양한 도트 매트릭스 장치 뿐만 아니라 하나 또는 그 이상의 잉크 이젝터를 사용하여 잉크를 이송하도록 의도된 이와 유사한 다른 시스템 및 기능적으로 등가인 시스템을 들 수 있지만, 이에 제한되지 않는 본 발명의 범위안에 포함될 수도 있다. 이들 변형 시스템과 관련된 전용 작동 구성요소(예컨대, 미국 특허 제 4,329,698 호의 시스템에 있어서 압전 요소)는 앞서 정의된 "잉크 이젝터"란 용어의 범위안에 포함될 것이다.
열적 잉크젯 기술(해당 기술의 가장 바람직한 시스템)에 적용될 때 본 구성요소와 방법의 완전한 이해를 용이하게 하기 위해서, 열적 잉크젯 기술의 개관이 제공될 것이다. 열적 잉크젯 카트리지 유닛 형태의 대표적인 잉크 이송 시스템(10)은 도 1에 도시되어 있다. 카트리지(10)는 예를 들기 위해서 본 명세서에 제공되어 있으며 비제한적이라는 것을 이해할 것이다. 카트리지(10)는 도 1에 개략적인 포맷으로 도시되어 있으며, 카트리지(10)에 관한 보다 상세한 정보와 그들의 가변 특징들(유사 시스템등)이 북(Buck) 등의 미국 특허 제 4,500,895 호와, 코위저(Cower) 등의 미국 특허 제 4,794,409 호와, 로우(Low) 등의 미국 특허 제 4,409,062 호와, 모리스의 미국 특허 제 4,929,969 호와, 베이커(Baker) 등의 미국 특허 제 4,771,295 호와, 키페(Keefe) 등의 미국 특허 제 5,278,584 호 및 Hewlett-Packard Journal Vol.39, No.4(1988년, 3월)에 제공되어 있으며, 이들은 모두 본 명세서에 참고로 인용되어 있다.
계속해서 도 1을 보면, 카트리지(10)는 우선 이하에서 설명하는 특정 배리어 조성물로 제조된 하우징(12) 형태의 잉크 수납 용기(11)를 포함한다. 전술한 바와 같이, 하우징(12)은 본 발명의 잉크 수납 유닛을 구성할 것이며, "잉크 수납 용기", "하우징", "용기" 및 "잉크통"이란 용어는 모두 기능적인 면 및 구조적인 면에서 등가의 것으로 고려될 것이다. 하우징(12)은 또한 상부벽(16), 하부벽(18), 제 1 측부 패널(20) 및 제 2 측부 패널(22)을 더 포함한다. 도 1의 바람직한 실시예에 있어서, 상부벽(16)과 저부벽(18)은 서로에 대해 거의 평행하다. 마찬가지로, 제 1 측부 패널(20)과 제 2 측부 패널(22)은 또한 서로에 대해 거의 평행하다.
하우징(12)은 도시된 바와 같이 전방벽(24)과, 전방벽(24)에 거의 평행한 후방벽(26)을 부가적으로 포함한다. 전방벽(24), 후방벽(26), 상부벽(16), 하부벽(18), 제 1 측부 패널(20) 및 제 2 측부 패널(22)에 의해서 하우징(12)(도 1에 가상선으로 도시됨) 내부에 내부 챔버 또는 격실(30)이 둘러싸여 있으며, 하우징(12)는 비제한적인 형태(예컨대, "자유 유동") 또는 다수의 셀형 포옴 구조체안에 보유된 형태인 잉크 성분(32)의 공급부를 그 내부에 보유하도록 설계된다.
전방벽(24)은 또한 거의 직사각형의 중앙 캐비티(50)를 포함하는 외측에 배치되고, 외향으로 연장되는 프린트헤드 지지구조체(34)를 구비한다. 중앙 캐비티(50)는 그 내부에 잉크 유출구(54)를 갖는 도 1에 도시된 저부벽(52)을 구비한다. 잉크 유출구(54)은 하우징(12)을 완전히 관통하여 결과적으로 하우징(12) 내측의 격실(30)과 연통하여 잉크 물질이 잉크 유출구(54)를 통해 격실(30)로부터 외측으로 유동할 수 있다. 또한, 직사각형의 상향으로 연장되는 장착 프레임(56)이 중앙 캐비티(50)안에 배치되며, 이들의 기능은 이하에서 설명될 것이다. 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 장착 프레임(56)은 프린트헤드 지지 구조체(34)의 전방면(60)과 거의 균일(동일면)하다. 장착 프레임(56)은 특별히 이중의 기다란 측벽(62, 64)을 구비한다.
계속해서 도 1을 참조하면, 도 1의 프린트헤드(80)가 잉크 카트리지(10)의 하우징(12)에 단단히 고정되어 있다[예컨대, 외향으로 연장된 프린트헤드 지지구조체(34)에 부착됨]. 본 발명을 위해서 종래의 기술에 따르면, 프린트헤드(80)는 서로 단단히 고정된 2개의 주 구성요소를 실질적으로 포함한다. 프린트헤드(80)를 제조하는데 사용된 제 1 주 구성요소로는 바람직하게는 실리콘으로 제조된 기재(84)가 있다. 표준 박막 제조 기술을 사용하여, "잉크 이젝터"로서 작용하며 바람직하게는 레지스터의 구성으로 당해 기술분야에 공지된 탄탈륨-알루미늄으로 제조되는 복수개의 개별적으로 여자가능한 박막 레지스터(86)가 기재(82)의 상부면(84)에 고정되어 있다. 단지 소수의 레지스터(86)가 도 1의 개략적인 대표도에 도시되며, 레지스터(86)는 명백하게 하기 위해서 확대 포맷으로 제공되어 있다. 또한, 종래의 포토리소그래픽 기술을 사용하여 기재(82)의 상부면(84)상에 레지스터(86)와 전기적으로 연통하는 복수개의 금속 전도성 트레이스(90)(예컨대, 회로 요소)가 형성되어 있다. 전도성 트레이스(90)는 마찬가지로 상부면(84)상의 기재(82)의 단부(94, 05)에 위치된 다수의 금속 매드형 접속 영역(92)과 연통한다. 조합하여 본 명세서에서 "레지스터 조립체(96)"로서 총괄적으로 지칭되는 이들 모든 구성요소의 기능은 이하에서 요약될 것이다.
많은 다른 물질 및 설계 구성은 레지스터 조립체(96)를 구성하는데 사용될 수도 있으며, 본 발명은 이를 위해서 어떤 특정 요소, 물질 및 구성요소에 제한되지 않는다. 그러나, 바람직하며, 대표적이지만 비제한적인 실시예에 있어서, 레지스터 조립체(96)는 대략 0.5 인치 길 것이며, 마찬가지로 300개의 레지스터(86)를 가질 것이므로 인치당 600 도트의 해상도(단위 "DPI")를 가질 수 있다. 그 위에 레지스터(86)를 갖는 기재(82)는 바람직하게는 장착 프레임(56)의 측벽(62, 64) 사이에 거리 "D" 이하의 폭 "W"을 가질 것이다. 결과적으로, 잉크 유동 통로는 기재(82)의 양 측부상에 형성되어 중앙 캐비티(50)에서 잉크 유출구(54)로부터의 잉크 유동은 최종적으로 레지스터(86)와 접속될 수 있다. 기재(82)는 고려중의 잉크 카트리지(10)의 타입에 따라 많은 다른 구성요소(도시안함)를 그 위에 포함할 수도 있다. 예컨대, 기재(82)는 마찬가지로 미국 특허 제 5,278,584 호에 개시된 바와 같은 종래의 구성의 "디멀티플렉서(demultiplexer)" 뿐만 아니라 레지스터(86)의 작동을 정밀하게 작동하기 위한 복수개의 논리 트랜지스터를 구비할 수도 있다. 디멀티플렉서는 진입 멀리플렉스 신호를 분해하여 다양한 박막 레지스터(86)에 이들 신호를 분포시킨다. 이를 위해서 디펄티플렉서를 사용하면 기재(82)에 형성된 회로[예컨대, 접속 영역(92) 및 트레이스(90)]의 복잡성과 양을 감소할 수 있다.
프린트헤드(80)의 제 2 주 구성요소는 기재(82)의 상부면(84)(사이에 잉크 배리어층을 갖는 다수의 개재 물질층을 가짐)에 단단히 고정된다. 상세하게는, 소정의 잉크 조성물을 지정 인쇄매체 재료(예컨대, 종이)에 분포시키는데 사용되는 오리피스판(104)이 도 1에 도시된 바와 같이 제공된다. 본 발명에 따르면, 오리피스판(104)은 하나 또는 그 이상의 금속 조성물(예컨대 금도금 니켈[Ni] 등)로 제조된 패널 부재(106)(도 1에 개략적으로 도시됨)로 이루어진다. 전형적이며 비제한적이고 대표적인 실시예에 있어서, 오리피스판(104)은 약 5 내지 30㎜의 길이 "L"및 3 내지 15㎜의 폭 "W1"을 가질 것이다. 그러나, 본 발명은 본 명세서에서 달리 지시하지 않으면 특정 오리피스판 파라미터에 제한되지 않을 것이다.
오피리스판(104)은 적어도 하나 및 바람직하게는 복수개의 개구 또는 "오리피스(108)"를 더 포함한다. 이들 오리피스(108)는 도 1에 확대된 포맷으로 도시되어 있다. 대표적인 실시예에 있어서, 각각의 오리피스(108)는 0.01 내지 0.05㎜의 직경을 가질 것이다. 완성된 프린트헤드(80)에 있어서, 전술한 모든 구성요소는 조립되어 각각의 오리피스(80)가 적어도 하나의 레지스터(86)(예컨대, "잉크 이젝터")와 기재(82)상에서 정렬된다. 결과적으로, 소정의 레지스터(86)를 여자화하면 소망 오리피스(108)로부터 오리피스판(104)을 통해서 잉크 폭발을 야기할 것이다. 본 발명은 오리피스판(104)과 관련된 특정 크기, 형상 또는 차원 특성에 제한되지 않을 것이며 마찬가지로 오리피스(108)의 수 또는 배열에 제한되지 않을 것이다. 도 1에 도시된 예시적인 실시예에 있어서, 오리피스(108)는 오리피스판(104)과 연관된 패널 부재(106)상에 2열(110, 112)로 배열된다. 이 오리피스(108)의 배열이 채용되면, 레지스터 조립체(96)[예컨대, 기재(82)]상의 레지스터(86)가 또한 2개의 대응 열(114, 116)로 배열되어 레지스터(86)의 열(114, 116)이 오리피스(108)의 열(110, 112)에 거의 짜맞춤되게 한다. 또한, 이러한 타입의 금속 오리피스판 시스템과 관련된 부가의 일반적인 정보가 예컨대, 본 명세서에 참고로 인용된 북(Buck) 등의 미국 특허 제 4,500,895 호에 제공되어 있다.
또한 금속 오리피스판과 관련된 상술한 시스템외에, 또한 프린팅 유닛은 비금속 유기 폴리머 조성물로 제조된 오리피스 구조체를 효과적으로 채용할 수 있다는 것을 배경설명으로부터 알 수 있을 것이다. 이들 구조체는 보통 약 1.0 내지 2.0 mil의 대표적이나 비제한적인 두께를 가진다. 본 명세서에 있어서, "비금속"이란 임의의 기본 금속, 금속 합금, 금속 아말감을 포함하지 않는 제품에 관한 것이다. "유기 폴리머"란 반복되는 화학적 하부단위의 장쇄 탄소 함유 구조체에 관한 것이다. 많은 다른 폴리머 조성물이 이를 위해서 채용될 수도 있다. 예컨대, 비금속 오리피스판 부재는 이하의 조성물: 폴리테트라플루오로에틸렌[예컨대 테프론(등록상표)], 폴리이미드, 폴리메틸메스아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리에스터, 폴리아미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 또는 그 혼합물로 제조될 수도 있다. 마찬가지로, 열적 잉크젯 프린팅 시스템에서 비금속 유기 폴리머계 오리피스판 부재를 구성하기에 적합한 대표적으로 이용가능한 유기 폴리머(예컨대, 폴리이미드계) 조성물은 미국 델라웨어주 윌밍톤 소재의 이 아이 듀퐁 드 느므르 앤드 컴파니에 의해서 상표명 "KAPTON"으로 시판되는 제품이다.
도 1를 계속해서 참조하면, 완성된 잉크 카트리지(10)에서 외향으로 연장된 프린트헤드 지지구조체(34)를 "둘러싸도록(wrap around)" 설계된 필름형 가요성 회로 부재(118)가 카트리지(10)와 접속하게 마찬가지로 제공된다. 많은 다양한 물질이 회로 부재(118)을 제조하는데 사용될 수도 있는데, 대표적인(비제한적인) 예로는 폴리테트라플루오로에틸렌[에컨대, 테프론(등록상표)], 폴리이미드, 폴리메틸메스아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 또는 그들의 혼합물을 들 수 있다. 마찬가지로, 가요성 회로 부재(118)을 구성하기에 적합한 대표적으로 이용가능한 유기 폴리머(예컨대 폴리이미드계) 조성물은 전술한 바와 같이 미국 델라웨어주 윌밍톤 소재의 이 아이 듀퐁 드 네므르 앤드 컴파니에 의해서 상표명 "KAPTON"으로 시판되는 제품이다. 가요성 회로 부재(118)는 종래의 접착재(예컨대 이를 위해서 당해 기술분야에 공지된 에폭시 수지 조성물)를 사용하여 접착성 부착에 의해서 프린트헤드 지지구조체(34)에 고정된다. 이하에서 설명하는 바와 같이 가요성 회로 부재(118)는 전기적 신호를 프린터 유닛(도시안함)으로부터 기재(82)상의 레지스터(86)(또는 다른 잉크 이젝터)에 이송 및 전송할 수 있다. 공지된 금속 적층법 및 포토리소그래픽 기술을 사용하여 하부면(122)상에 도포되는 복수개의 금속(예컨대 금 도금 구리) 회로 트레이스(124)가 회로 부재(118)의 하부면(122)상에 형성되어 있으며 도 1에 점선으로 도시되어 있다. 많은 다른 회로 트레이스 패턴이 가요성 회로 부재(118)의 하부면(122)상에 채용될 수도 있으며, 고려중의 잉크 카트리지(10)와 프린팅 시스템의 특정 타입에 따라 전용 패턴을 가진다. 또한, 복수개의 금속(금 도금 구리) 접속 패드(130)가 회로 부재(118)의 상부면(120)상의 위치(126)에 형성된다. 접속 패드(130)는 개구를 거쳐 또는 회로 부재(118)를 관통하는 "바이아스"(도시안함)를 거쳐 회로 부재(118)의 하부면(122)상의 개재 회로 트레이스(124)와 연통한다. 프린터 유닛에 잉크 카트리지(10)를 사용하는 동안, 패트(130)는 대응하는 프린터 전극과 접속하여 전기적 제어 신호를 프린터 유닛으로부터 회로 부재(118)상의 접속 패드(130)와 트레이스(124)상에 궁극적으로 레지스터 조립체(96)에 이송하도록 전송한다.
오리피스판(104)을 그 내부에 수용할 정도의 크기인 창(134)이 필름형 가요성 회로의 중간 영역(132)안에 배치된다. 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 창(134)은 상부의 종방향 에지(134)와 하부의 종방향 에지(138)를 구비한다. 빔형 리드선(beam-type leads)(140)이 상하부 종방향 에지(136, 138)의 창(134) 내부에 부분적으로 배치되며, 이들 빔형 리드선(140)은 대표적인 실시예에 잇어서 금 도금 구리이며 가요성 회로 부재(118)의 하부면(122)상에 배치된 회로 트레이스(124)의 터미널 단부[예컨데, 접속 패드(130)에 대항하는 단부)를 구성한다. 리드선(140)은 납땜, 열압축 본딩 등에 의해서 레지스터 조립체(96)에 연관된 기재(82)의 상부면(84)상에서 접속 영역(92)에 전기적 접속하도록 의도된다. 결과적으로, 전기적 연통은 접속 패드(130)로부터, 가요성 회로 부재(118)상의 회로 트레이스(124)를 거쳐 레지스터 조립체(96)까지 달성된다. 프린터 유닛(도시안함)으로부터의 전기적 신호는 기재(82)상의 전도성 트레이스(90)를 거쳐 레지스터(86)로 이동하여 레지스터(86)의 소망 가열(여자)이 일어날 수 있다. 본 발명은 도 1에 도시되고 전술한 전용 프린트헤드(80)에 제한되지 않으며 많은 다른 프린트헤드에 본 발명에 따라 적합하게 사용될 것이다. 도 1의 프린트헤드(80)는 예로써 제공되어 있으므로 이에 관해 본 발명을 제한하지 않는다. 마찬가지로, 비금속 유기 폴리머형 오리피스판 시스템이 요구되면, 오리피스판(104)과 가요성 회로 부재(118)가 미국 특허 제 5,278,584 호에 개시된 바와 같이 단일 유닛으로 제조될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
완성된 프린트헤드(80)를 제공하는 마지막 단계는, 전술한 바와 같이 오리피스(108)가 기재(82)상의 레지스터(86)와 정확하게 정렬되도록 프린트헤드(80)의 하부상의 위치에 오리피스판(104)을 물리적으로 결합하는 것에 관련있다. 이들 구성요소의 상호 부착은 마찬가지로 종래의 접착재(예컨대, 이를 위해서 당해 기술분야에 공지된 에폭시 및/또는 시아노아크릴레이트 접착제)의 사용을 통해서 달성될 수도 있다.
잉크 카트리지(10)에 관해 끝으로 고려할 때, 도 1에 도시된 후방벽(26)은 종래의 열용접 공정 또는 접착제(예컨대, 표준 에폭시 수지 또는 시안노아크릴레이트 물질)의 사용에 의해서 하우징(12)의 다른 부분에 대해 위치 고정되는 캡 부재 또는 "크라운" 형태의 개별적으로 제조된 구조체를 포함할 수도 있다. 본 명세서에 개시된 본 발명의 개념에 따르면, "잉크 수납 유닛", "하우징", "용기", "잉크통" 등은 마찬가지로 시스템을 밀봉하기 위해서 선택적으로 채용되는 임의의 캡 부재 또는 "크라운"을 포함하는 것(경우에 따라 적합하게)으로 여겨진다.
도 1과 관련하여 전술한 잉크 카트리지(10)는 잉크의 "온-보드" 공급부를 포함하는 "자체 수납식" 잉크 이송 시스템과 관련 있다. 본 발명은 마찬가지로 프린트헤드에 멀리 떨어져 있으며 작동적으로 접속하고 유체 연통하는 잉크 수납 용기안에 저장된 잉크 공급부와 프린트헤드를 채용하는 다른 시스템(열적 잉크젯 시스템 및 비 열적 잉크젯 시스템 모두)과 사용될 수도 있다. 유체 연통은 하나 또는 그 이상의 관상 도관을 사용하여 달성된다. 이러한 시스템의 예는 본 명세서에 모두 참고로 인용된 발명의 명칭이 "내외측 필름층으로 형성된 다수의 벽 백을 포함하는 잉크 수납 시스템"[올센(Olsen) 등]인 미국 특허 출원 제 08/869,446 호(97/5/6 출원됨)과, 발명의 명칭이 "프리-잉크 잉크젯 펜용 레귤레이터"[하욱(Hauck) 등]인 미국 특허 출원 제 08/873,612 호(97/11/6)에 개시되어 있다. 이런 유형의"원거리" 시스템(기본적으로 "오프-축" 유닛으로 공지됨)은 전술한 바와 같이 적어도 하나의 잉크 이젝터를 수납하는 프린트헤드와 유체 연통하고 작동적으로 접속되고 잉크 공급부를 그 내부에 갖는 통형상의 하우징에 관한 것이다. 대표적인 잉크 이젝터는 열 잉크젯 시스템과 다른 장치(예컨대, 압전 요소 등)에 채용되는 레지스터 유닛을 포함한다. 따라서, "오프-축" 시스템과 도 1의 장치와의 주요 차이점은 프린트헤드에 대한 잉크 수납 용기의 근접성 및 배향이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 소정의 프린트헤드에 원거리에서 작동적으로 접속(바람직하게는 중력 이송 또는 다른 좋은 베이시스에 따라)하도록 설계된 통형상의 잉크 수납 용기(170)를 구비하는 또 다른 잉크 이송 시스템이 도시되어 있다. 프린트헤드는 전술한 바와 같이 열적 잉크젯 타입 또는 다른 변형예일 수도 있다. 잉크 수납 용기(170)는 관통하는 진입진입진입78)를 갖는 주본체부(174)와 상부 패널 부재(176)안에 배치된 관상 부재(182)는, 하우징(172)의 외측부에 배치된 외측부(184)와, 내부 캐비티(180)내의 잉크 조성물(32)내에 배치된 내측부(186)를 가진다.(도 3) 관상 부재(182)의 외측부(184)는 도 3에 개략적으로 도시된 유출구(178)안에 배치된 관상 잉크 전달 도관(190)에 접착재(예컨대 종래의 시아노 아크릴레이트 또는 에폭시 조성물)에 의해서 또는 마찰 결합에 의해서 작동적으로 부착된다. 도 3의 실시예에 있어서, 잉크 이송 도관(190)은 관상 부재(182)의 외측부(184)내의 유출구(178)에 전술한 방법을 사용하여 부착된 제 1 단부(192)를 구비한다. 잉크 이송 도관(190)은 도 1에 도시된 프린트헤드(80)와 결합된 유형의 많은 다른 디자인, 구성 및 시스템과 관련있을 수도 있는 프린트헤드(196)에 작동적으로 및 원격 부착된 제 2 단부(194)를 더 구비한다. 이들 구성요소는 모두 전체 잉크 이송 시스템의 타입, 유형 및 전체 구성에 따라, 그 내부의 소정 위치에서 소정의 프린터 유닛안에 적절히 장착된다. 또한, 잉크 이송 도관(190)은 잉크의 전달을 용이하게 하는 종래의 장치(도시안함)에 따른 적어도 하나의 선택형 인-라인 펌프(in-line pump)를 구비할 수도 있다.
도 2 내지 도 3에 제시된 시스템 및 구성요소는 그대로 도시되어 있다. 실제로, 고려중인 특정 시스템에 따라 부가의 작동 구성요소를 포함할 수도 있다. 전술한 정보는 본 발명 및 그 다양한 실시예를 제한 또는 한정하지 않을 것이다. 대신에, 도 2 내지 도 3의 실시예는 필요에 따라 변할 수도 있으며 원거리에 배치된 잉크 수납 용기를 채용하는 잉크 이송 시스템에 대한 본 발명의 적용가능성을 나타내로록 완전히 제공된다.
많은 다양한 잉크 포뮬레이션이 본 잉크 이송 시스템의 잉크 조성물(32)로서 제한없이 채용될 수도 있다. 마찬가지로, 본 명세서에 사용된 바와 같이 "잉크"란 염색제계 물질, 안료 현탁액 및 액체 토너 제품을 포함하는 것일 것이다. 그러나, 본 발명은 휘발성 성분(예컨대, 유기 용제 및 물), 일반적인 플라스틱과 접촉할 때 "부식성"이 있는 컴파운드를 함유하는 잉크 물질에 사용하기에 특히 적합하다. 대표적인 부식성 물질은 산성 염료, 유기 용제 등을 포함한다. 다시 "부식성"이란 소정 물질을 분해 그렇지 않으면 열화시키는 특성 화학물의 능력을 포함할 것이다. 잉크 조성물(32)과 관련하여 채용될 수도 있는 이들 대표적이며 비제한적인 잉크 포뮬레이션이 이하에서 자세히 설명될 것이다.
우선 당해 잉크 제품은 적어도 하나의 칼러링재(coloring agents)를 함유할 것이다. 칼러링재는 하나 또는 그 이상의 색채 염색제 또는 무색(검정색 또는 흰색) 염색제를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 잉크 조성물에 사용하기에 적합한 대표적인 검정색 염색제는 참고로 본 명세서에 인용된 힌다골라(Hindagolla) 등의 미국 특허 제 4,963,189 호에 개시되어 있다. 채용될 색채 염색제는 본 명세서에 참고로 인용되고 당해 기술분야에 널리 알려진 표준 텍스트인, 영국 요크셔 소재의 더 소사이어키 오프 다이어 앤드 칼러리스츠(The Society of Dyers and Colourists)에 의해서 출판된 칼라 인덱스(Color Index) 4권 3판에 개시되어 있다. 칼라 인덱스 추록에 개시된 예시적인 염료 물질은 본 발명에 적합하며 이하 조성물을 포함하나 이에 제한되지 않는다: C.I. Drect Yellew 11, C.I. Drect Yellew 86, C.I. Drect Yellew 132, C.I. Drect Yellew 142, C.I. Drect Red 9, C.I. Drect Red 24, C.I. Drect Red 227, C.I. Drect Red 239, C.I. Drect Blue 9, C.I. Drect Blue 86, C.I. Drect Blue 189, C.I. Drect Blue 199, C.I. Drect Black 19, C.I. Drect Black 22, C.I. Drect Black 51, C.I. Drect Black 163, C.I. Drect Black 169, C.I. Acid Yellow 3, C.I. Acid Yellow 17, C.I. Acid Yellow 23, C.I. Acid Yellow 73, C.I. Acid Red 18, C.I. Acid Red 33, C.I. Acid Red 52, C.I. Acid Red 289, C.I. Acid Blue 9, C.I. Acid Blue 61:1, C.I. Acid Blue 72, C.I. Acid Black 1, C.I. Acid Black 2, C.I. Acid Black 194, C.I. Reactive Yellew 58, C.I. Reactive Yellew 162, C.I. Reactive Yellew 163, C.I. Reactive Red 21, C.I. Reactive Red 159, C.I. Reactive Red 180, C.I. Reactive Blue 79, C.I. Reactive Blue 216, C.I. Reactive Blue 227, C.I. Reactive Black 5, C.I. Reactive Black 31, C.I. Basic Yellow 13, C.I. Basic Yellow 60, C.I. Basic Yellow 82, C.I. Basic Blue 124, C.I. Basic Blue 140, C.I. Basic Blue 154, C.I. Basic Red 14, C.I. Basic Red 46, C.I. Basic Red 51, C.I. Basic Black 11 및 그 혼합물. 이들 물질은 미국 뉴저지주 이스트 하노버 소재의 샌도츠 코포레이션과, 미국 뉴욕주 아드슬레이 소재의 시바-가이지 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 형태의 소오스로부터 당해 기술분야에 공지되었으며 시장에서 구매가능하다.
"착색제"란 분산제(예컨대, 산성 분산제)와 연관을 통해 용해가능한 불수용성 착색제(예를들면, 안료)와 기본적으로 관련있는 종래의 안료 분산물과 관련있을 것이다. 안료 분산 물질을 제조하는데 채용될 수도 있는 전용 안료는 당해 기술분야에 공지되어 있으며, 본 발명은 이에 관하여 임의의 특정 화학적 조성물을 포함하지만 이에 제한되지는 않을 것이다. 이러한 안료의 예는 칼라 인덱스 추록에 개시된 이하의 컴파운드를 포함한다: C.I. Pigment Black 7, C.I. Pigment Blue 15 및 C.I. Pigment Red 2. 이들 및 다른 안료와 조합하기에 적합한 분산제 물질은 이를 위해서 당해 기술분야에 공지된 단위체 및 폴리머를 구비한다. 바람직하게 상업적으로 이용가능한 분산제는 미국 매사세추주 레싱톤 소재의 더블유 알 그레이스 앤드 캄파니(W.R.Grace and Co.)에 의해서 상표명 DAXAD로 판매되는 제품이다. 바람직한 실시예에 있어서, 당해 잉크 조성물은 약 2 내지 7 중량%의 총 착색제(예컨대 단일 착색제가 사용되든 조합된 착색제가 사용되든 상관없음)를 그 내부에 함유할 것이다. 그러나, 채용될 착색제의 양은 필요에 따라, 잉크 조성물 및 잉크 내의 다른 성분에 의해서 의도되는 궁극적 목적에 좌우되어 변할 수도 있다.
또한, 잉크 조성물은 캐리어 매체 및 조성물의 다른 성분용 주 용제로서 기본적으로 기능하는 잉크 "매개물(vehicle)"을 함유할 것이다. 많은 다른 물질들이 잉크 매개물로 사용될 수도 있으며, 본 발명은 이를 위해서 어떤 특정 제품에 제한되지 않는다. 바람직한 잉크 매개물은 유기 용제를 함유한 다른 성분과 조합된 물로 이루어질 것이다. 이들 유기 용제는 2-피롤리돈; 에소시레이티 글리세롤; 1,5-페탄디올; N-메틸 피롤리돈; 2-프로판올; 2-에틸-2-하이로옥시메틸-1,3-프로판디올; 및 싸이클로헥산올을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 이러한 물질은 휘발성이 있으며 증발에 의해서 소모될 수 있다. 이러한 상황이 발생하면, 잉크 조성물은 보통 인쇄질의 상당한 열화를 발생시킬 점성, 단일성 및 칼라 특성의 변화를 경험할 수도 있다. 이들 모든 물질은 해당 잉크 포뮬레이션의 예비적인 선행 시험에 의해서 결정되는 바와 같이 다양한 조합체로 사용될 수도 있다. 그러나, 바람직한 실시예에 있어서, 잉크 조성물은 약 70 내지 80 중량%의 총 조합식 잉크 매개물을 함유할 것이며, 적어도 약 30 중량%의 총 잉크 매개물이 보통 물(밸런스로는 전술한 유기 용제중 임의의 하나만을 또는 조합하여 포함)로 구성될 것이다. 예시적인 잉크 매개물은 60 내지 80 중량%의 물과 10 내지 30 중량%의 하나 또는 그 이상의 유기 용제를 함유할 것이다.
또한, 잉크 물질은 양이 다른 많은 성분을 선택적으로 포함할 수도 있다. 예를들면, 살생물제가 선택적으로 첨가되어 최종 잉크 제품에서 임의의 미생물의 성장을 방지한다. 이를 위해서 적합한 예시적인 살생물제는 영국 맨체스터 소재의 임페리얼 케미컬 인더스트리(Imperial Chemical Industries)에 의해서 상표명 PROXEL GXL; 미국 콘네티컷주 댄버리 소재의 유니온 카바이드(Union Carbide)에 의해서 상표명 UCARCID; 미국 뉴저지주 피카타웨이 소재의 훌스 아메리카 인코포레이티드(Huls America, Inc.)에 의해서 상표명 NUOSEPT로 판매되는 특허 제품을 포함한다. 바람직한 실시예에 있어서, 살생물제가 사용되면, 최종 잉크 조성물은 0.05 내지 0.5 중량%의 살생물제를 보통 포함할 것이지만, 약 0.30 중량%의 살생물제가 바람직할 것이다.
잉크 조성물에 선택적으로 사용될 다른 성분은 하나 또는 그 이상의 완충제를 들 수 있다. 하나 또는 다수의(조합된) 완충제의 선택적 사용은 잉크 조성물의 pH를 안정화하기 위해서 의도된다. 바람직한 실시예에 있어서, 잉크 조성물의 바람직한 pH는 약 4 내지 약 9 정도의 범위일 것이다. 이를 위해서 적합한 예시적인 완충제는 pH 제어를 위해서 당해 기술분야에 공지된 붕산염, 붕산 및 인 완충 물질을 포함할 것이다. 사용될 특정 완충제와 그 양은 해당 특정 잉크 조성물에 관한 예비적인 선행 연구에 따라 선택결정될 것이다. 부가의 성분(예컨대 계면활성제)이 또한 필요에 따라 잉크 포뮬레이션에 존재될 수 있다.
본 명세서에 설명된 신규한 잉크 수납 용기는 전술한 잉크 포뮬레이션과 다른 잉크 제품과 함께 제한없이 사용될 수 있다. 상세하게는, 본 명세서에 참고로 인용된 미국 특허 제 5,185,034 호에 개시된 것들을 포함하는 많은 다른 잉크 성분들이 채용될 수도 있다.
B. 잉크 수납 용기
본 발명에 따른 잉크 수납 용기(도 1 내지 도 3에 도시되고 전술된 것들을 포함)는 공기 및 휘발성 성분을 효과적으로 관통하지 못하게 하는 전용 물질로 구성된다. 이들 특정 물질은 이하에서 상세히 설명될 것이며 도 1의 하우징(12) 및 도 2와 도 3의 하우징(172)을 들 수 있는 많은 다른 잉크 수납 구조체에 적용가능하다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전체 측벽 구조체(200)는 전체 하우징(12)을 규정하며, 측벽(200)은 본 발명의 배리어 조성물로 제조된다. 마찬가지로, 도 2에 도시된 바와 같이, 전체 측벽 구조체(202)는 하우징(172)을 규정하며, 측벽(202)는 본 발명의 물질로 제조된다.
신규한 잉크 수납 용기의 측벽은 이제 전술할 3개의 포뮬레이션중 하나로 제조된다. 소정의 포뮬레이션의 선택은 사용될 잉크 조성물의 화학적 함량 등의 많은 요인과 관련된 예비적인 선행 테스팅, 잉크 이송시스템의 전체 구성 및 다른 관련 고려 사항에 따라 고려될 것이다. 이하에서 설명하는 모든 물질은 많은 공통 기여를 제공한다. 즉, 잉크 물질의 부식 효과에 대해서 저항성이 있는 잉크 수납 용기를 제조하는 이들의 능력은 액체/가스에 대해서 거의 불투과성이며, 치수가 안정되고 전술한 모든 다른 장점을 제공한다. 따라서, 본 발명의 물질은 전술한 기능적 기여도 및 다른 중요한 특징면에 관련있다. 이런 이유로, 이들 모두 본 발명의 용기안에 잉크 물질이 매우 효율적이고 잉크 저항성이 있는 방식으로 저장되 는 능력에 따른 "배리어 조성물"을 구성한다.
1. 포뮬레이션 번호 1
제 1 실시예에 있어서, 본 발명의 잉크 수납 용기의 측벽(전술한 것들을 포함하지만 이에 제한되지 않음)은 또한 디메틸 2, 6-나프탈렌디카르복실레이트 및 에틸렌 글리콜의 단일중합체로 공지된 "폴리에틸렌 나프탈레이트"(예를들면 "PEN")으로 본 명세서에서 명명된 물질로 구성된다. 상세하게는 이것은 이하의 화학 구조체를 가진다(또 다른 변형예도 가능).
비제한적인 바람직한 실시예에 있어서, 전술한 구조체에서 n = 약 10 내지 1000이다.
이 물질의 화학적 특성에 있어서, 이들은 32,000 lbs./sq.의 인장 강도와 750,000 lbs./sq.in의 인장 계수를 가진다. 폴리에틸렌 나프탈레이트의 수증기 투과율은 3.4 gm/㎡/일 근처로 기록되었다. 이들 파라미터는 ASTM D-882-88을 기준으로 하는 표준 공정에 따라 결정되었다. 폴리에틸렌 나프탈레이트는 또한 약 120℃의 유리 전이 온도(Tg)를 가진다. 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트("PETE")와 비교하여, 폴 리에틸렌 나프탈레이트는 43 ℃ 더 높은 유리 전이 온도와, 50% 큰 인장 계수, 33% 더 큰 인장 강도, 5배의 가스 배리어 기능(2축 배향 필름에 따라 측정), 3배의 가수분해 저항, 4배의 습기 배리어 용량 및 더 큰 내약품성을 가진다.
이에 관하여, 폴리에틸렌 나프탈레이트는 잉크 수납 용기의 측벽[측벽(200, 202)을 포함]을 제조하는데 사용될 때 매우 바람직한데, 잉크 물질의 부식 효과에 대한 상당한 정도의 화학적 저항성과, 잉크 수납 용기 제조와 관련된 제조 공정중 보통 발생되는 비교적 고온을 지탱할 수 있는 능력, 낮은 습도 흡수율, 낮은 수증기 투과율, 가수분해 상태에 노출된 후조차 높은 인장 강도 보유능력 및 종래의 사출 성형 방법을 사용하여 신속하고 효과적인 방식으로 많은 모양으로 형성될 수 있는 능력에 따르기 때문이다. 폴리에틸렌 나프탈레이트는 이들 장점을 모두 제공하며 재료 원가면에서 경제적이다. 따라서, 본 명세서에서 특정된 목적을 위해서 폴리에틸렌 나프탈레이트를 사용하는 것은 많은 장점을 제공하며 잉크 수납 용기 제조의 기술분야에 있어서 상당한 기술적 진보를 나타낸다.
폴리에틸렌 나프탈레이트는 예컨대 미국 델라웨어주 윌밍톤 소재의 임페리얼 케미컬 인더스트리("ICI")와 미국 조지아주 알파레타 소재의 아모코 폴리머 인코포레이티드(Amoco Polymers, Inc)에 의해서 상표명 "KALADEX"으로 상업적으로 구매가능하다.
이 점에서, 본 발명 및 그 다양한 실시예는 달리 본 명세서에서 설명하지 않으면 임의의 특정 조성물, 물질, 비율, 양 및 다른 파라미터에 제한되지 않을 것이다. 이 섹션에 제공된 모든 수치 및 범위는 예를 위해서 제공된 것이며 최대 작동 효율을 달성하도록 의도되는 본 발명의 바람직한 실시예를 대표한다. 본 실시예[하우징(12)의 측벽(200)과 하우징(172)의 측벽(202)를 포함하지만, 이에 제한되지 않음]에 있어서, 폴리에틸렌 나프탈레이트로 제조된 측벽 구조체의 전체 두께는 0.5 내지 1.0㎜ 범위의 균일한 두께를 채용할 때 바람직하다. 이 범위는 일반 예비 테스팅에 기초하여 필요에 따라 변할 수 있다. 또한, 플라스틱 구성요소 제조용으로 당해 기술분야에 공지된 종래의 플라스틱 압출 또는 사출 성형 방법을 포함하는 많은 다른 구성 방법이 폴리에틸렌 나프탈레이트로 본 발명의 잉크 수납 용기를 제조하는데 사용될 수도 있다.
2. 포뮬레이션 번호 2
제 2 실시예에 있어서, 본 발명의 잉크 수납 용기(전술한 것을 포함하지만 이에 제한되지 않음)의 측벽은 적어도 하나 또는 그 이상의 "액정 폴리머"로 구성된다. "액정 폴리머"란 용융상태 및 고체상태 모두에서 매우 정렬된 구조를 나타내는 열가소성 폴리머계와 관련되는 것으로 본 명세서에서 규정될 것이며 방향족 백본을 함유한다. 특히, 액정 폴리머는 완전히 방향족 단량체로 제조된다. 액정 폴리머의 방향족 특성은 일반적으로 효과적으로 잉크의 저항 특성, 우수한 기계적 특성 및 고도의 열적/열산화 안정성에 기여한다. 액정 폴리머의 정렬 특성은 마찬가지로 다른 폴리머 컴파운드에 비해 이들 물질의 다른 우수한 특징이다. 따라서, 액정 폴리머는 용이하게 성형되거나 또는 그렇지 않으면 표준 제조 방법을 사용하여 광범위한 구성으로 제조된다. 본 명세서에 사용된 "방향족"이란 하나 또는 그 이상의 벤젠 링 유닛을 그 내부에 함유하는 물질을 포함할 것이다. 또한, 미국 뉴욕주 소재의 존 윌리 앤드 선스 인코포레이티드의 엔싸이클로페디아 오프 폴리머 사이언스 앤드 엔지니어링(Encyclopedia of Polymer Science and Engineering)(크로슈비츠, 제이. 에드.)(1987), 9권(발명의 명칭 "Liquid Crystal Polymers to Mining Applications), 1 내지 8페이지(본 명세서에서 참고로 인용됨)에 개시된 바와 같은 구조적인 면에서, 액정 폴리머는 "강성 체인을 고 축비(분자의 폭대 길이의 비, 종횡비)(x)를 제공하는 연속적인 파라-배향 링 구조체"라고 더 규정될 것이다. 이 참고 문헌에서 설명된 바와 같이, "저 분자량의 LC 컴파운드의 일반 구조적 특성은 비대칭의 분자형상을 가지며, 보통 3 이상의 종횡비를 갖는 단축 정렬 또는 이축 정렬을 특징으로 하는 로드로서 변형된다는 것이다."
액정 폴리머는 특히 부식성이 있는 잉크 물질이 사용될 때 본 발명의 잉크 수납 용기를 제조하는데 특히 유용하다. "부식성"이란 소정의 물질을 분해 또는 열화시키는 특정 약품의 능력에 관한 것이다. 따라서, 잉크 수납 용기(특히 열적 잉크젯 시스템)의 측벽을 형성하는데 액정 폴리머를 사용하는 것은 매우 많은 장점을 제공하며 따라서 잉크 이송 기술 분야에 상당한 진보를 이룬다.
본 발명의 이 실시예는 임의의 특정 액정 폴리머 또는 그 조합물에 제한되지 않을 것이다. 하나의 액정 폴리머나 다수의 액정 폴리머가 제한없이 조합하여 사용될 수도 있다. 전술한 바와 같은 잉크 수납 용기(도 1 내지 도 3에 도시된 것을 포함)의 구성에 관해 채용될 수 있는 액정 폴리머의 예시적이나 비제한적인 예들은 이하의 상업적으로 이용가능한 액정 폴리머 물질을 포함할 것이다.
1. 미국 뉴저지주 서미트 소재의 휘흐트 캄파니(Hoechst Co.)에 의해서 제품명/상표명 "Vectra"로 판매되는 제품. 내약품성면에서, 이 특허의 조성물은 기본적으로 2개의 다른 치환물을 갖거나 알콜, 산 또는 아민과 관련된 치환물을 갖는 방향족 이산, 방향족 디알콜 및 방향부로 제조된 완전히 방향족인 폴리에스테르/폴리아미드로 이루어진다. 특히, 액정 폴리머의 "Vectra" 계열은 (A) 2-옥시나프탈렌-6-카조닐 단위체로 변형된 p-하이드록시벤존산, (B) 테레프탈오일 단위체로 변형된 2,6-디옥시나프탈렌을 포함하는 몇개의 조성물과 관련되어 있지만 이에 제한되지 않는다.
2. 미국 조지아주 알파레타 소재의 아모코 폴리머스 인코포레이티드에 의해서 명칭/상표명 "Xdar"로 판매되는 제품. 화학적으로 이 조성물은 기본적으로 4,4'바이페놀 및 테레프탈산과 p-하이드로벤존산의 변형 산물로 이루어진다.
3. 미국 델라웨어주 윌밍통 소재의 이. 아이. 듀퐁 드 느므르 앤드 캄파니(E. I. DuPont de Nemours & Company)에 의해 명칭/상표명 "Zenite"로 판매되는 제품.
채용될 수 있는 다른 액정 폴리머로는 이하의 물질을 들 수 있지만 이에 제한되지 않는다: 방향족 폴리아미드, 방향족 폴리옥스아미드, 방향족 폴리하이드라자이드, 방향족 폴리(옥살릭 하이드라자이드), 방향족 폴리(아민 하이드라자이드), 폴리(p-페닐렌벤조비시아졸) 및 폴리이미드를 들 수 있다.
본 실시예[하우징(12)의 측벽과 하우징(172)의 측벽(202)를 포함]에 있어서, 적어도 하나 또는 그 이상의 액정 폴리머로 제조되는 측벽 구조체의 전체 두께는 약 0.5 내지 1.0㎜의 범위의 균일한 두께를 채용하는 것이 바람직하다. 이 범위는 일반적인 예비 테스팅에 기초하여 필요에 따라 변할 수 있다. 또한, 플라스틱 구성요소 제조용으로 당해 기술분야에 공지된 종래의 플라스틱 압출 또는 사출 성형 방법을 포함하는 많은 다른 구성 방법이 폴리에틸렌 나프탈레이트로 본 발명의 잉크 수납 용기를 제조하는데 사용될 수도 있다.
3. 포뮬레이션 번호 3
끝으로, 제 3 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 신규한 잉크 수납 용기는 전술한 바와 같이 적어도 하나 또는 그 이상의 액정 폴리머와 조합하여 폴리에틸렌 나프탈레이트로 구성되어 폴리에틸렌 나프탈레이트/액정 폴리머 "블렌드"를 형성할 수도 있다. 제 1 및 제 2 실시예에 채용되는 바와 같은 폴리에틸렌 나프탈레이트 및 액정 폴리머에 관하여 앞서 제기된 정보, 파라미터, 예, 구매원 및 다른 데이타들은 모두 본 실시예에 똑같이 적용가능하며 참고적으로 인용될 수 있다. 폴리에틸렌 나프탈레이트와 조합하여 적어도 하나의 액정 폴리머를 사용하는 것이 전술한 바람직한 특성들(잉크 재료에 대한 내약품성 및 가스/액체 불투과성 문제의 제어)을 더 향상시키기 위해서 의도된다. 특히, 폴리에틸렌 나프탈레이트와 조합된 적어도 하나의 액정 폴리머의 블랜드는 양 조성물의 가장 좋은 특징이 단일 혼합 합성물에 채용될 수 있게 한다. 따라서, 양 물질의 블랜드를 사용함으로써, 결과적으로 합성된 산물(화학적 조성면에서)은 고려중인 잉크 조성물의 유형에 따라 잉크 수납 용기를 적절히 재단하는데 필요한 대로 적절히 "조정"될 수 있다. 다시 말해서, 일정량의 각각의 물질을 선택된 블랜드로 적절히 제어함으로서, 잉크 수납 용기에 부가되는 소망 특징이 이송될 잉크 조성물에 대한 예비적인 선행 연구에 따라 정확히 선택될 수 있다. 따라서, 잉크 수납 용기의 측벽을 제조하기 위해서 폴리에틸렌 나프탈레이트와 조합하여 적어도 하나의 액정 폴리어를 사용하면 잉크 이송 기술 분야에 부가의 진보를 달성할 수 있다.
본 발명은 상술한 적용예의 특정 액정 폴리머의 사용에 제한되지 않을 것이다. 이 실시예에 관련된 신규성은 고려중의 특정 액정 폴리머에 상관없이 잉크 수납 용기의 측벽을 형성하기 위한 적어도 하나의 액정 폴리머와 폴레에틸렌 나프탈레이트와의 일반적인 조합에 관한 것이다. 그러나, 본 명세서에 이를 위해서 채용될 수도 있는 액정 폴리머의 예시적이며 비제한적인 예들은 포뮬레이션 번호 2의 토론부에서 제기된 공급원과 물질의 리스트에 관련있을 것이며 이 정보는 포뮬레이션 번호 3에 대해 참고적으로 인용된다.
(1) 폴리에틸렌 나프탈레이트와 (2) 적어도 하나 또는 그 이상의 액정 폴리머의 조합물과 관련된 본 실시예에 따르면, 본 발명은 어떤 수치적 비율에 제한되지 않을 것이다. 그러나, 최적의 결과를 제공하도록 의도된 대표적인 실시예에 있어서, 선택된 잉크 수납 용기의 측벽은 약 10 내지 50 중량%의 폴리에틸렌 나프탈레이트와 약 50 내지 90 중량%의 총 액정 폴리머(단일 물질이 사용되든지 또는 다수의 폴리머가 조합하여 사용되든지, 전술한 범위는 조합물에 함유된 액정 폴리머의 총량과 연관된다)를 함유할 것이다.
본 실시예[하우징(12)의 측벽(200)과 하우징(172)의 측벽(202)를 포함하지만, 이에 제한되지 않음]에 있어서, 폴리에틸렌 나프탈레이트와 적어도 하나 또는 그 이상의 액정 폴리머의 조합물로 제조된 측벽 구조체의 전체 두께는 0.5 내지 1.0㎜ 범위의 균일한 두께를 채용할 때 바람직하다. 이 범위는 일반 예비 테스팅에 기초하여 필요에 따라 변할 수 있다. 또한, 플라스틱 구성요소 제조용으로 당해 기술분야에 공지된 종래의 플라스틱 압출 또는 사출 성형 방법을 포함하는 많은 다른 구성 방법이 폴리에틸렌 나프탈레이트로 본 발명의 잉크 수납 용기를 제조하는데 사용될 수도 있다.
C. 부가의 정보 및 사용 방법
전술한 정보에 따라, 고도의 구조적 완전성을 갖는 신규한 잉크 수납 용기는 이하의 배리어 물질: (1) 폴리에틸렌 나프탈레이트, (2) 적어도 하나의 액정 폴리머, (3) 적어도 하나 또는 그 이상의 액정 폴리머와 폴리에틸렌 나프탈레이트의 조합물로 제조될 수 있다. 마찬가지로, 본 발명의 잉크 수납 용기와 전용 배리어 물질이 잉크를 요구에 따라 방출하기 위한 적어도 하나의 이젝터를 구성하는 프린트헤드를 포함하기만 하면 많은 다른 시스템에 제한없이 사용될 수도 있다. 소정의 잉크 수납 용기는 이 때 프린트헤드와 작동적으로 접속되는데 "작동적으로 접속된"이란 프린트헤드에 직접 물리적으로 부착되거나 또는 하나 또는 그 이상의 잉크 전달 도관을 사용하여 프린트헤드에 원거리 부착되는 것을 규정한다. 마찬가지로, 본 명세서에서 잉크 수납 용기는 전술한 본 발명의 배리어 물질로 제조되는 측벽을 갖는 잉크 보유 리셉터클의 임의의 유형을 포함할 것이다.
전술한 섹션에서 토의한 구조체 외에, 본 발명은 또한 직접 부착되거나 또는 원거리 부착된 잉크 공급부를 그 내부에 갖는 잉크 이송 시스템으로부터 잉크 증발 또는 누출을 방지하기 위한 일반적인 방법을 개시한다. 본 방법은 공기가 잉크 공급부로 진입되는 것을 방지하고 마찬가지로 잉크 수납 용기의 내약품성을 향상시키도록 의도된다. 이 방법은 일반적으로 요구에 다라 잉크를 방출하기 위한 적어도 하나의 잉크 이젝터를 갖는 프린트헤드를 갖는 잉크 이송 시스템을 제공하는 제 1 단계와 관련있다(도 1 내지 도 3와 참고적으로 인용된 전술한 섹션 "A"의 토의 참조). 다음 단계는 프린트헤드와 유체 연통하며 작동적으로 접속되는 잉크 수납 용기 내부에 잉크 공그부를 저장하는 것과 관련있다(섹션 "A" 참조). 잉크 수납 용기(섹션 "A"에서 토의된 바와 같이 적절한 하우징, 잉크통 등으로 구성됨)은 공기 및 휘발성 잉크 성분이 이를 관통하지 못하게 하는 측벽을 포함한다. 잉크 수납 용기의 측벽은 (1) 폴리에틸렌 나프탈레이트, (2) 적어도 하나의 액정 폴리머, (3) 적어도 하나 또는 그 이상의 액정 폴리머와 폴리에틸렌 나프탈레이트의 조합물(전술한 바와 같이 "블랜드" 형성)을 포함한다. 이들 특정 배리어 물질과 관련된 섹션 "B"에서 제공된 모든 정보는 본 섹션에서 동일하게 적용가능할 것이며 참고로 인용될 것이다. 예를들어, 폴리에틸렌 나프탈레이트와 적어도 하나 또는 그 이상의 액정 폴리머의 조합물이 본 방법에 채용될 때, 본 발명은 상술한 특정 수치비에 제한되지 않을 것이다. 그러나, 최적의 결과를 제공하도록 의도된 대표적인 실시예에 있어서, 선택된 잉크 수납 용기의 측벽은 약 10 내지 50 중량%의 폴리에틸렌 나프탈레이트와 약 50 내지 90 중량%의 총 액정 폴리머(단일 물질이 사용되든지 또는 다수의 폴리머가 조합하여 사용되든지, 전술한 범위는 조합물에 함유된 액정 폴리머의 총량과 연관된다)를 함유할 것이다. 그러나, 소정의 잉크 수납 용기를 제조하기 위해서 섹션 "B"에 기록된 임의의 신규한 배리어 물질을 선택하면 본 명세서에 있어서의 많은 장점을 제공할 수 있다.
결과적으로, 전술한 신규한 잉크 수납 용기 및 잉크 저장 방법은 많은 중요한 장점을 제공한다. 이들 장점은, (1) 잉크 부식성 문제 및 잉크 이송 시스템으로부터의 잉크 누출 회피, (2) 잉크 공급부와 프린트헤드로의 공기 진입 방지효과, (3) 증발성 잉크 성분의 증발 및 손실 잉크 제어효과를 포함한다. 완성된 잉크 수납 용기는 제조중 및 제조 후 치수가 안정적이다. 이들 모든 장점들(본 발명의 배리어 물질과 직접적으로 관련됨)은 가격이 저렴하고 대량생산 공정에 적합한 방식으로 제공된다. 결과적으로, 고 작동 효율, 고 인쇄질 및 수명 연장이 잉크 이송 시스템과 관련하여 유지된다.
본 발명의 바람직한 실시예를 본 명세서에서 개시하였지만, 당해 기술분야의 숙련자들은 본 발명의 범위를 벗어남없이 적합한 변형예가 이루어질 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 예를들어, 본 발명은 달리 전술하지 안았다면 전술한 범위내에서 임의의 특정 잉크 이송 시스템, 잉크 이젝터, 작동 파라미터, 치수, 잉크 조성물 및 구성요소 배향에 제한되지 않을 것이다. 마찬가지로, 달리 표현되지 않았다면, 단일의 구성요소를 참고로 다수의 구성요소에 사용될 수 있을 것이다. 본 발명은 이하의 청구범위를 참고로 구성될 것이다.

Claims (5)

  1. 잉크 이송 시스템(10, 170)용 잉크 수납 용기(12, 172)에 있어서,
    상기 잉크 수납 용기(12, 172)는 공기 및 휘발성 잉크 성분이 관통하지 못하게 하는 배리어 조성물로 제조된 측벽(200, 202)을 포함하며, 상기 배리어 조성물은 폴리에틸렌 나프탈레이트로 구성되는 잉크 수납 용기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배리어 조성물은 폴리에틸렌 나프탈레이트와 적어도 하나의 액정 폴리머를 조합하여 구성되어 그 블랜드를 형성하는 잉크 수납 용기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 블랜드는 약 10 내지 50 중량%의 상기 폴리에틸렌 나프탈레이트와 50 내지 90 중량%의 상기 액정 폴리머로 구성되는 잉크 수납 용기.
  4. 기재상에 이미지를 인쇄하는데 사용되는 잉크 이송 시스템(10, 170)에 있어서,
    요구에 따라 잉크(32)를 프린트헤드로부터 방출하는 적어도 하나의 잉크 이젝터(86)를 구비하는 프린트헤드(80, 196)와,
    상기 프린트헤드(80, 196)와 유체 연통하며 작동적으로 접속되는 잉크 수납 용기(12, 172)를 포함하며, 상기 잉크 수납 용기(12, 172)는 공기 및 휘발성 잉크 성분을 관통하지 못하게 하는 배리어 조성물로 제조된 측벽(200, 202)을 포함하며, 상기 배리어 조성물은 폴리에틸렌 나프탈레이트로 구성되는 잉크 이송 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 배리어 조성물은 폴리에틸렌 나프탈레이트와 적어도 하나의 액정 폴리머를 조합하여 구성되어 그 블랜드를 형성하는 잉크 이송 시스템.
KR1020000003558A 1999-01-28 2000-01-26 잉크 수납 용기 및 잉크 이송 시스템 KR100676013B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/239,444 US6241349B1 (en) 1999-01-28 1999-01-28 High-durability ink containment unit for use in an ink delivery system
US9/239,444 1999-01-28
US09/239,444 1999-01-28

Publications (2)

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