KR20090130025A - 금속화된 인쇄 헤드 컨테이너 및 방법 - Google Patents

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KR20090130025A
KR20090130025A KR1020097020851A KR20097020851A KR20090130025A KR 20090130025 A KR20090130025 A KR 20090130025A KR 1020097020851 A KR1020097020851 A KR 1020097020851A KR 20097020851 A KR20097020851 A KR 20097020851A KR 20090130025 A KR20090130025 A KR 20090130025A
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ink
print head
container
low pressure
metal coating
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크레이그 엘. 말릭
마크 에이. 데브리에스
폴 마크 하인스
로날드 제이. 엔더
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휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피.
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Abstract

금속화된 인쇄 헤드 컨테이너(104, 204) 및 방법의 다양한 실시예가 개시된다.
인쇄 헤드 컨테이너, 금속화, 폴리머, 장벽, 금속 코팅

Description

금속화된 인쇄 헤드 컨테이너 및 방법{METALLIZED PRINT HEAD CONTAINER AND METHOD}
본 발명은 금속화된 인쇄 헤드 컨테이너 및 방법에 관한 것이다.
잉크젯 프린터의 잉크 전달 시스템에 의해 제기되는 하나의 문제는 잉크 내의 공기 축적이다. 잉크 거품들이 잉크 전달 시스템 또는 인쇄 헤드에 축적될 때, 이러한 거품들은 잉크 통로들 및 노즐들을 차단하여, 인쇄 품질을 손상시키거나, 인쇄 헤드의 적어도 일부에서 잉크 토출을 전반적으로 방해할 수 있다.
침투를 통한 공기 축적은 잉크젯 잉크 전달 시스템에서 잉크가 축적될 수 있는 하나의 모드이다. 잉크젯 프린터의 인쇄 헤드 잉크 수용 구조는 통상적으로, 비교적 공기의 침투가 가능할 수 있는 경량 폴리머 재료들로 제조된 컨테이너이다. 탈기된 잉크(deglassed ink)가 처음에 잉크 시스템 내에 제공되는 경우에도, 시간이 지남에 따라 잉크 저장소 벽의 폴리머 재료를 통해 공기가 침투하여 잉크 안에 용해될 수 있다. 이러한 용해된 공기는 거품들을 생성하며, 결국에는 인쇄 헤드의 고장을 유발할 수 있다.
본 발명의 다양한 특징들 및 이익들은 본 발명의 특징들을 예시적으로 함께 도시하는 첨부 도면들과 연계하여 이루어지는 아래의 상세한 설명으로부터 명백할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 금속화된 인쇄 헤드 컨테이너를 포함할 수 있는 이동식 인쇄 헤드들을 구비하는 잉크젯 인쇄 시스템의 일 실시예의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 금속화된 인쇄 헤드 컨테이너를 포함할 수 있는 고정식 인쇄 헤드들을 구비하는 잉크젯 인쇄 시스템의 일 실시예의 사시도.
도 3은 금속화된 인쇄 헤드 컨테이너를 구비하는 잉크젯 인쇄 헤드의 일 실시예의 단면도.
도 4는 도 3의 인쇄 헤드 컨테이너의 금속화된 벽의 클로즈업 단면도.
도 5는 도 3에 도시된 인쇄 헤드 컨테이너의 완전 조립 사시도.
도 6은 도 5의 인쇄 헤드 컨테이너의 분해 사시도.
도 7은 금속화된 인쇄 헤드 컨테이너의 다른 실시예의 단면도.
도 8은 도 7의 인쇄 헤드 컨테이너의 완전 조립 사시도.
도 9는 도 8의 인쇄 헤드 컨테이너의 분해 사시도.
도 10은 높은 장벽 및 낮은 장벽 인쇄 헤드 컨테이너에 수용되는 잉크에 대한 공기 포화 대 시간의 그래프.
도 11은 금속화 전후에 테스트된 3개의 샘플 인쇄 헤드 컨테이너에 대한 공기 침투율의 막대 도표.
이제, 도면들에 도시된 실시예들을 참조할 것이며, 이들을 설명하기 위하여 특정 용어가 사용될 것이다. 그러나, 이에 의해 본 발명의 범위에 대한 어떠한 제한도 의도하지 않는다는 것을 이해할 것이다. 관련 분야에 기술을 갖고 본 개시를 소유하는 사람에게 떠오르는 본 명세서에 설명되는 본 발명의 특징들의 변형들 및 추가 변경들, 및 본 명세서에 설명되는 바와 같은 본 발명의 원리들의 추가 응용들은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주되어야 한다.
고정식 및 이동식 인쇄 헤드들 갖는 잉크젯 프린터들이 개발되어 왔다. 이동식 인쇄 헤드를 갖는 잉크젯 인쇄 시스템의 일례가 도 1에 도시되어 있다. 인쇄 시스템(10)은 일반적으로 섀시(12) 및 인쇄 매체(16)를 프린터에 공급하기 위한 인쇄 매체 핸들링 시스템(14)을 포함한다. 인쇄 매체는 응용에 따라 종이, 카드-스톡(card-stock), 투명지, 포일 등과 같은 임의의 다양한 타입의 적절한 시트 재료일 수 있다. 인쇄 매체 핸들링 시스템은 일련의 통상적인 모터 구동 롤러들(도시되지 않음) 등에 의해 인쇄 매체를 공급 트레이(20)에서 인쇄 구역(18)으로, 출력 트레이(22)로 이동시킨다.
인쇄 구역(18)에서, 인쇄 매체 시트들은 잉크젯 펜 카트리지들(24)의 일부인 하나 이상의 인쇄 헤드로부터 잉크를 받는다. 도 1에 도시된 인쇄 시스템은 예를 들어 풀 칼라 인쇄를 가능하게 하는 하나의 블랙 펜 카트리지 및 3개의 칼라 펜 카트리지를 포함할 수 있는 4개의 개별 펜 카트리지의 그룹을 사용한다. 대안으로, 하나의 3 칼라 펜이 단색 블랙 잉크 펜과 함께 사용되거나, 단일 단색 블랙 펜이 단독으로 사용될 수 있다. 다른 대안들도 사용될 수 있다.
펜 카트리지들(24)은 통상의 구동 벨트/풀리 및 모터 배열(도시되지 않음)에 의해 가이드 로드(34)를 따라 구동될 수 있는 캐리지(32)에 의해 이송된다. 캐리지는 종이 공급 메커니즘에 의해 진행되는 종이와 같은 인쇄 매체 위에서 앞뒤로 움직인다. 펜 카트리지들 각각은 잉크 토출 다이(26)를 포함한다. 펜 카트리지 및 잉크 토출 다이 조립체는 집합적으로 "인쇄 헤드"로서 참조된다. 잉크 토출 다이는 이 분야의 기술자들에게 공지된 방식으로 복수의 잉크젯 노즐(도시되지 않음)이 내부에 형성된 하나 이상의 오리피스 플레이트(orifice plate)를 포함한다. 각각의 노즐 내에는 노즐로부터 인쇄 매체를 잉크 방울들을 토출하는 데 필요한 힘을 생성하는 에너지 생성 소자(예를 들어, 도시되지 않은 열 저항기 또는 압전 토출기)가 배치된다. 인쇄 헤드 조립체는 오리피스 플레이트의 배면에 부착된 기판과 통하는 잉크 통로들을 포함한다. 펜들은 섀시(12) 내에 위치하는 마이크로프로세서(도시되지 않음)와 같은 프린터 제어기로부터 도체 스트립(도시되지 않음)을 통해 수신되는 신호들에 따라 인쇄 매체(16)의 시트 상에 하나 이상의 잉크 방울을 선택적으로 퇴적시킨다. 프린터 제어기는 컴퓨터 또는 다른 디지털 장치로부터 또는 키패드(36)를 통해 제공되는 사용자 입력들로부터의 입력에 응답하여 동작하도록 구성된다.
도 1에 도시된 펜 카트리지들(24) 각각은 그 안에 잉크 서플라이(ink supply)를 저장하기 위한 저장소들을 포함할 수 있다. 잉크 서플라이가 캐리지(32) 상에 장착된 펜들 내에 보유되는 경우, 이는 "온-보드(on-board)" 또는 "온-액시스(on-axis)" 잉크 서플라이로서 참조된다. 이러한 시스템들에서, 잉크 저장소는 인쇄 헤드와 일체로 형성되며, 따라서 잉크가 떨어진 때에는 전체 펜 카트리지 및 인쇄 헤드가 교체된다. 대안으로, 프린터들은 정지된 잉크 서플라이들에 연결되는 이동 펜들을 구비할 수 있으며, 잉크가 잉크 서플라이로부터 잉크젯 노즐들로 통과함에 따라 인쇄 헤드 내의 잉크 컨테이너 내에는 비교적 적은 양의 잉크만이 보유될 수 있다. 이러한 구성은 "오프-액시스(off-axis)" 인쇄라고 하며, 고가의 펜들의 빈번한 교체를 필요로 하지 않고, 잉크 서플라이가 소모된 때 이를 교체하는 것을 가능하게 한다.
이동식 인쇄 헤드들에 대한 대안으로서, 고정식 인쇄 헤드들을 가진 잉크젯 프린터들이 또한 개발되어 왔다. 이러한 타입의 프린터의 일례의 작업 컴포넌트들이 도 2에 도시되어 있다. 이러한 프린터 시스템(50)에서, 고정 펜들(52)은 회전 가능 드럼(54)에 인접 배열되며, 드럼 위에는 종이 또는 다른 인쇄 매체가 점선(56)으로 묘사된 드럼 상의 인쇄 구역에 (예를 들어, 진공 압력에 의해) 유지된다. 다수의 펜이 (좌우로 측정되는) 인쇄 구역의 상이한 부분들을 커버하도록 배열되며, 따라서 드럼이 회전함에 따라(한 방향으로만, 또는 두 방향으로), 잉크는 인쇄 매체의 모든 원하는 부분들로 토출될 수 있다.
인쇄 헤드들이 고정식이거나 이동식인 것에 관계없이, 이들은 인쇄 매체 상에 선택적으로 잉크를 토출하는 잉크 토출 장치들을 갖는 복수의 노즐을 구비하는 오리피스 층을 이용하여 전술한 방식으로 동작한다. 도 3에는 고정식 또는 이동식 인쇄 헤드 시스템들에 사용될 수 있는 잉크젯 인쇄 헤드의 일 실시예의 단면도가 제공되어 있다. 이 인쇄 헤드(100)는 일반적으로 커버(102), 조절기 본체(104), 캐리어(106), 및 그 아래에 위치하는 인쇄 매체(114) 상에 잉크 방울들(112)을 토출하는 복수의 오리피스 층 또는 다이(110)를 지지하는 세라믹 층(108)을 포함한다.
잉크 입구가 커버(102)를 통해 조절기 본체(104) 안으로 연장된다. 잉크 입구는 인쇄 헤드에 잉크를 공급하기 위한 "오프-액시스" 잉크 저장소 및 펌프 시스템(도시되지 않음)에 연결되는 잉크 도관 또는 튜브(117)에 연결되도록 구성된다. 도 3에 도시된 인쇄 헤드는 오프-액시스 잉크 서플라이용으로 구성되지만, 온-액시스 잉크 서플라이를 갖도록 변경될 수도 있다. 조절기 본체의 바닥에는 잉크를 캐리어(106) 내의 잉크 통로(120)로 지향시키는 잉크 출구 노즐(118)이 위치하며, 잉크 통로는 또한 다양한 오리피스 층(110) 내의 잉크 토출 노즐들로 잉크를 지향시키는 세라믹 층(108) 내의 대응 통로들(도시되지 않음)에 연결된다.
세라믹 층(108)은 프린터 제어기에 접속되는 인쇄 헤드 제어 회로(도시되지 않음)에 인쇄 헤드 다이들(110)을 접속시키는 전기 통로들 및 전자 구조를 포함한다. 단일 인쇄 헤드에 의해 지지될 수 있는 다이들의 수는 다양할 수 있다. 이동식 펜 카트리지를 갖는 일부 인쇄 시스템들에서, 각각의 인쇄 헤드는 하나의 관련 노즐 세트를 갖는 하나의 다이만을 가질 수 있다. 도 3의 단면도에는, 단지 명료화를 위한 목적이지만, 세라믹 층 상에 지지되는 2개의 다이가 도시되어 있다. 이 도면에 도시된 인쇄 헤드 실시예는 셋 이상의 다이를 지지할 수 있으며, 각각의 다이는 다수의 오리피스 세트를 포함할 수 있다. 다른 구성들 및 개수들의 다이들이 단일 인쇄 헤드와 연관될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 조절기 본체(104)는 일반적으로 압력 조절기 밸브(128)를 통해 잉크 입구(116)로부터 잉크를 받는 저압 잉크 챔버(126)를 포함한다. 잉크는 전술한 잉크 저장소 및 펌핑 시스템으로부터 잉크 도관(117)을 통해 잉크 입구(116)로 펌핑된다. 결과적으로, 잉크 도관 내의 유체 압력은 비교적 높은 압력(즉, 대기압 위)일 것이다. 그러나, 잉크젯 인쇄 시스템들은 일반적으로 잉크가 인쇄 헤드 노즐들 밖으로 떨어지지 않도록 인쇄 헤드 내에 약간의 진공압(예를 들어, -6 인치 H2O)을 유지하도록 구성된다. 예를 들어, 하나의 잉크젯 인쇄 시스템에서, 인쇄 노즐들에서의 압력은 0 내지 -10 인치 H2O 범위(즉, 0 내지 -0.36 psi) 내의 압력으로 유지된다. 이것은 잉크젯 압력 범위의 일례일 뿐이며, 다른 압력 범위들도 이용될 수 있다.
저압 챔버(126) 내에 원하는 낮은 압력을 유지하기 위해, 조절기 밸브(128)는 저압 챔버 내의 유체 압력이 소정의 저압 임계치 아래로 떨어질 때만 잉크가 저압 챔버 내로 흐르는 것을 허가하도록 열리게 구성된다. 잉크가 조절기 밸브를 통해 저압 챔버 내로 흐름에 따라, 저압 챔버 내의 유체 압력은 상승할 것이다. 따라서, 저압 챔버는 고압 임계치가 되는 최대 허용 가능 압력을 가질 수 있다. 챔버 내의 압력이 이 값을 초과하는 경우, 잉크는 인쇄 헤드들의 밖으로 떨어지기 시작할 수 있다. 저압 챔버 내의 압력이 고압 임계치에 도달할 때, 조절기 밸브는 닫힐 것이다. 저압 챔버 내에 원하는 음의 압력을 유지하기 위해, 고압 임계치는 저압 임계치 위이지만 대기압 이하인 소정의 레벨일 것이다.
도 5 및 6을 참조하면, 저압 챔버(126)는 저압 챔버(126)의 에지 또는 림(rim; 149)에 대해 열에 의해 스테이킹(staking)될 수 있는 신축성 막(146)에 의해 일 측부가 밀폐될 수 있다. 인쇄 동안에 잉크가 저압 챔버로부터 회수됨에 따라, 저압 챔버 내의 압력이 떨어지듯이, 저압 챔버 내의 잉크의 양이 감소할 것이다. 결과적으로, 조절기 본체 밖으로부터의 대기압이 신축성 막을 안쪽으로 밀 것이다. 반대로, 잉크 도관(117) 및 입구(116)(조절기 밸브의 다른 쪽)로부터 잉크가 저압 챔버 안으로 흐를 때, 압력은 증가하며, 신축성 막은 밖으로 밀릴 것이다. 이것은 저압 챔버 내의 잉크 양 및 압력이 변하면서, 저압 챔버 내에 원하는 음의 압력을 유지하고 기포들을 방지하는 것을 가능하게 한다.
신축성 막(146)은 높은 장벽의 신축성 라미네이트 재료일 수 있다. 본 명세서에서 사용될 때, "높은 장벽"이라는 용어는 공기 침투성이 비교적 낮은 재료를 지칭한다. 예를 들어, 2개의 폴리에틸렌(PE) 층과 이들 사이에 결합된 하나의 EVOH 층을 포함하는 3층 라미네이트가 높은 장벽의 신축성 막으로 사용될 수 있다. PE 층들은 막이 저압 챔버(126)의 주변에서 조절기 본체(예를 들어, 이 또한 폴리에틸렌임)에 대해 안전하게 스테이킹되는(즉, 열에 의해 결합되는) 것을 가능하게 한다. 이러한 배열에서, 막은 EVOH 층에 의해 높은 장벽을 제공하며, 침전 축압기 백(immersed accumulator bag)에서 그럴 수 있는 바와 같이 저압 챔버 내의 잉크와 접촉하는 막 재료의 에지가 존재하지 않는다.
인쇄 헤드 잉크 컨테이너(204)의 다른 실시예가 도 7-9에 도시되어 있다. 도 7의 단면도에 도시된 바와 같이, 이 실시예는 사이의 장벽 벽(224)에 의해 분리된 고압 챔버(222) 및 저압 챔버(226) 양자를 포함한다. 도 3의 실시예와 달리, 잉크 입구(216)가 고압 챔버 내로 직접 연결되며, 압력 조절기 밸브(도 3의 128)를 포함하지 않는다. 결과적으로, 고압 챔버는 본질적으로 잉크 도관(217)의 연장으로서 간주될 수 있는데, 이는 고압 챔버 내의 유체 압력이 잉크 도관 내의 압력과 실질적으로 동일하기 때문이다.
압력 조절기 밸브(228)가 고압 챔버와 저압 챔버 사이의 장벽 벽 내에 배치되며, 저압 챔버 내로의 잉크의 흐름을 제어하는 기능을 제공한다. 저압 챔버 내의 잉크 압력이 저압 임계치에 도달할 때, 조절기 밸브가 열려, 잉크가 고압 챔버에서 저압 챔버로 흐를 수 있게 한다. 저압 챔버 내의 유체 압력이 높은 임계치에 도달하는 경우, 조절기 밸브가 닫혀, 저압 챔버 내의 압력이 계속 증가하지 않을 것이다. 따라서, 도 7의 2 챔버 구성은 도 3의 구성과 유사한 방식으로 잉크 압력 및 흐름의 조절을 가능하게 한다.
이러한 설계에서, 고압 챔버(222)에 들어간 잉크는 조절기 밸브(228)를 통해 저압 챔버(226) 내로 흐를 것이며, 잉크는 저압 챔버로부터 출구(218)를 통해 나와서, 인쇄 헤드 다이(들)(210) 내의 세라믹 층 및 노즐들의 다른 부분들에 이르는 캐리어(206) 내의 잉크 통로(220) 내로 흐를 것이다. 도 8 및 9를 참조하면, 고압 챔버를 커버하고 밀봉하기 위해 비교적 단단한 고압 챔버 커버(244)가 제공되며, 저압 챔버의 노출된 에지 또는 림(249)에 대해 신축성 막(246)이 열에 의해 스테이킹될 수 있다. 신축성 막은 도 3-6과 관련하여 전술한 방식으로 기능하며, 저압 챔버 내의 잉크의 압력 및 양이 시간에 따라 변하는 것을 가능하게 한다. 고압 및 저압 챔버들을 가진 조절기 본체(204)의 구성은 여기에 설명되는 방식으로 동작하는 인쇄 헤드 컨테이너에 대한 많은 가능한 구성들 중 하나일 뿐이라는 것을 이해해야 한다.
도 3의 조절기 밸브(128)(또는 도 7의 밸브(228))를 구동하기 위한 메커니즘은 도면들에 도시되어 있지 않다. 그러나, 이것을 행할 수 있는 다양한 방법들이 존재한다. 예를 들어, 조절기 밸브는 저압 챔버(126) 내의 하나 이상의 압력 센서(도시되지 않음)로부터의 신호들에 응답하여 전자적으로 구동될 수 있다. 이 분야의 기술자들에게 명백하듯이, 저압 챔버 내의 압력을 검출하고 조절기 밸브를 구동하기 위한 다른 전기 및/또는 기계 시스템들도 사용될 수 있다.
일부 종래의 잉크젯 시스템들에서는, 인쇄 헤드 내의 단단한 벽을 가진 저압 잉크 챔버 내에 침전되는 (EVOH, 에틸렌-비닐 알코올 코폴리머와 같은) 신축성 있는 높은 장벽 폴리머 재료의 축압기 백에 의해 원하는 음의 압력 범위가 기계적으로 유지된다. 축압기 백은 잉크로부터 밀폐되고, 대기와 유동적으로 연결되어 있으며, 저압 잉크 챔버 내의 압력 변화들에 응답하여 팽창하거나 수축한다. 축압기 백을 압축하기 위해 종종 기계 스프링들이 부착되며, 따라서 임의의 주어진 시간에 백의 부피는 대기압 하에서의 통상적인 부피보다 작으며, 따라서 저압 잉크 챔버 내의 부피가 그러한 조건들 하에서 있을 수 있는 부피보다 큰 것을 가능하게 하고, 잉크 유체 압력을 대기압 아래로 유지할 수 있다.
인쇄 헤드 잉크 내의 원하는 진공 압력은 인쇄 헤드 내의 공기 축적에 이르는 하나의 팩터이다. 대기압 아래인 압력에서, 잉크 내에 용해된 공기는 용액 밖으로 나와, 전술한 효과들을 갖는 시스템 내의 거품들을 형성할 수 있다. 또한, 잉크젯 인쇄 헤드 내의 조절기 본체(104) 또는 다른 잉크 수용 구조는 통상적으로 비교적 공기의 침투가 가능한 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 또는 다른 가벼운 폴리머로 성형된다. 이러한 본체의 두께는 통상적으로 1 내지 3 mm 범위 내이다.
공기 침투는 압력, 온도, 시간, 표면적, 및 재료의 두께 및 침투성의 함수이다. 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌은 통상적으로 약 150 내지 500 ((cc)(0.001 인치))/((100 인치2)(기압)(일수)) 범위의 공기 침투율을 갖는다. 이러한 레벨의 침투성은 중간 내지 높은 것으로 간주된다. 이러한 공기 침투율에서, 인쇄 헤드 저압 잉크 챔버 내의 잉크는 1-3 mm 두께의 폴리프로필렌 본체 내에 수용될 때 약 하루 내에 완전 포화에 도달할 수 있다. 이러한 현상은 도 10에 도시되는데, 도 10은 약 하루 내에 약 60%에서 100%로 상승하는 잉크 저장소 내의 잉크에 대한 공기 포화 곡선(300)을 나타낸다. 탈기된 잉크가 처음에 인쇄 헤드에 공급되는 경우에도, 잉크는 비교적 빠르게 다시 포화될 수 있다. 또한, 침전 축압기 백이 잉크 서플라이 내로의 공기 침투를 위한 추가 수단을 제공할 수 있다.
인쇄 헤드 잉크 서플라이들 내의 공기 축적에 대한 일부 접근법들은 인쇄 헤드 오리피스 층들로부터 기포들을 포획하여 다른 곳으로 재지향시키는 것에 집중하여 왔다. 다른 접근법들은 액정 폴리머(LCP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 폴리에테르이미드(PEI)와 같은 높은 공기 장벽 폴리머 재료들의 인쇄 헤드 잉크 수용 구조를 구성하는 것을 필요로 하였다. 이러한 높은 장벽 재료들은 종종 덜 침투 가능한 대안들보다 고가이며, 취성, 바람직하지 않은 성형 및 연결 특성들, 강도 문제들 및 균열 문제들과 같은 다른 바람직하지 않은 성능 특성들을 가질 수 있다. 소정의 단단한 높은 장벽 플라스틱들을 연결하는 것은 개스킷, 접착제의 사용, 또는 일부 사례들에서는 용접 프로세스의 이용을 필요로 할 수 있다.
이롭게도, 본 발명자들은 인쇄 헤드 내로의 공기 침투를 줄이는 데 도움이 되는 인쇄 헤드 압력 조절기 시스템을 개발하였다. 본 발명자들의 접근법은 간단하고 강건하며, 비교적 저가의 재료들 및 적은 수의 부품들을 이용하여 인쇄 헤드 잉크 서플라이 내에 저압을 유지한다.
본 발명자의 접근법에 대한 아래의 설명은 도 3-6에 도시된 실시예를 특별히 참조하지만, 이 설명은 도 7-9에 도시된 실시예에도 적용된다는 것을 이해해야 한다. 도 3을 참조하면, 본 발명자들은 조절기 본체(104)의 외면을 금속화하거나 금속으로 코팅하는 것이 그에 대한 공기 침투성을 크게 줄이며 광범위한 요구들에 대해 바람직한 특성들(예를 들어, 강도, 연성, 사용의 편리 등)을 갖는 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌과 같은 저가의 폴리머 재료들의 계속적인 이용을 가능하게 한다는 것을 발견하였다. 이러한 접근법에서, 조절기 본체는 먼저 원하는 폴리머 재료로 성형되고(예를 들어, 사출 성형되고), 이어서 금속 코팅의 접착성을 향상시키기 위해 금속으로 코팅될 표면들이 플라즈마 처리된다. 이어서, 본체는 진공 증착 챔버 내에 배치되며, 여기서 화학 기상 증착 프로세스를 통해 임의의 노출된 표면들 상에 하나 이상의 금속 층이 증착된다. 그러한 프로세스들은 이 분야의 기술자들에게 공지되어 있다.
조절기 본체(104)의 금속화된 또는 금속 코팅된 측벽(142)의 일부에 대한 클로즈업 단면도가 도 4에 도시되어 있다. 이 도면에서, 측벽은 기초 폴리머 벽 층(152) 및 비교적 얇은 금속 층(154)을 포함한다. 이 도면에서 금속 층의 두께는 설명의 목적으로 과장되어 있다. 금속 층은 인쇄 헤드 본체의 침투율을 크게 줄이며, 하부의 폴리머 재료는 강도, 연성, 성형성, 양호한 막 스테이킹 특성 등의 바람직한 특성들을 보유한다.
금속 층을 위해 다양한 재료가 사용될 수 있다. 알루미늄, 구리, 은, 금, 니켈, 스테인레스 스틸 등을 포함하는 대다수의 금속이 사용될 수 있다. 이들은 다수의 층으로 적용될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 플라즈마 처리 후에, 본 발명자들은 진공 증착을 통해 폴리프로필렌 본체에 제1 구리 층과 제2 알루미늄 층을 코팅하였다. 또한, 본 발명자들은 구리 층 위에 스테인레스 스틸 층이 제공될 수 있다고 믿었다. 또한, 금속 박편 또는 파우더를 포함하는 페인트 재료와 같은 다른 타입의 금속 코팅들이 사용될 수 있는 것으로 믿었다. 원할 경우, 금속 층의 산화를 줄이기 위해, 최종 금속 층에 투명한 코팅(예를 들어, 투명한 에나멜)이 또한 도포될 수 있다.
금속 층(들)의 두께는 다양할 수 있다. 본 발명자들은 1-10 마이크로미터 범위의 총 두께를 갖는 금속 코팅이 적합하며, 3-6 마이크로미터 범위가 유망한 것으로 믿었다. 이러한 총 두께는 1-3 마이크로미터 또는 그 이상의 두께일 수 있는 다수의 개별 금속 층으로 구성될 수 있다. 10 마이크로미터보다 큰 총 두께를 갖는 금속 층들도 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 전술한 바와 같이, 금속의 침투성은 부분적으로 금속의 두께의 함수이다. 금속들이 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌과 같은 폴리머보다 실질적으로 덜 침투 가능하지만, 금속 층이 너무 얇은 경우, 금속 층은 원하는 침투의 감소를 제공하지 못할 수 있다. 한편, 금속 층의 두께가 소정 포인트를 넘어 증가하는 경우, 각각의 두께 증가분에 대해 비교적 적은 추가적이 침투 감소가 있을 수 있다.
일 실시예의 테스트에서, 본 발명자들은 진공 증착을 통해 도 3에 도시된 조절기 본체(104)와 유사한 물리적 형상 및 크기를 갖고 제1 구리 층과 알루미늄 최상층을 포함하는 2층의 금속 코팅을 갖는 약 1 mm 두께의 벽들을 구비하는 성형된 폴리프로필렌 박스를 코팅하였다. 총 금속 코팅 두께는 약 5 마이크로미터이었다. 이어서, 압력 조절 장치가 컨테이너 내에 로딩되었으며, 이어서 유사하게 금속 코팅된 폴리머의 뚜껑으로 적절히 밀폐되었다. 후속 압력 테스트에서, 코팅된 컨테이너의 공기 장벽 성능은 동일 타입의 코팅되지 않은 폴리프로필렌보다 상당히 양호한 것으로 밝혀졌다.
아래의 테이블은 동일하지만 코팅되지 않은 폴리프로필렌(PP) 컨테이너와 비교한 금속 코팅된 컨테이너의 압력 테스트 결과를 cc/기압-일수의 단위로 표현된 침투성에 대해 나타내고 있다.
Figure 112009061085711-PCT00001
이러한 결과들은 침투성 측정치들을 로그 스케일로 제공하는 도 11의 막대 도표에 그림으로 나타나 있다. 하나의 극단적인 데이터 제어 포인트(부품 번호 2에의 PP만의 컨테이너)는 누설을 갖는 테스트 컨테이너로부터 나왔으며, 실험 오류를 나타낸다. 이러한 극단적인 데이터 포인트를 제거할 때, 금속화 후의 테스트 컨테이너들의 침투성의 평균적 감소는 17분의 1이었다.
이러한 침투성의 변화는 도 10의 그래프에 나타난 긴 곡선(302)과 유사하다. 도 10의 곡선들은 높은 장벽 폴리머 재료들(LCP, PET, PEI 등) 및 낮은 장벽 재료들(폴리프로필렌 및 폴리에틸렌 등)의 공기 침투성 테스트로부터 실험적으로 결정되었다. 높은 장벽 재료들에 대한 공기 포화 곡선(302)은 그러한 컨테이너 내에 수용된 탈기 잉크가 낮은 장벽 재료의 약 하루와 달리 약 15일 후까지 포화되지 않음을 보여준다. 도 11에 도시된 위의 테이블의 결과들에 비추어 이 그래프를 고려하면, 금속화된 낮은 장벽 재료에 의해 제공되는 침투성의 감소는 높은 장벽 재료에 의해 제공되는 것에 필적하거나 그보다 양호하다. 따라서, 본 발명자들은 본 발명에 따른 금속 코팅된 인쇄 헤드 컨테이너가 침투성을 적어도 10분의 1로 감소시킬 수 있는 것으로 믿는다. 15분의 1 내지 17분의 1의 침투성 감소도 가능하다.
금속 코팅될 수 있는 조절기 본체의 부분들은 다양할 수 있다. 도 3-6의 실시예와 관련하여, 완전 조립시, 노출되는 조절기 본체(104)의 부분들은 측벽들(142), 신축성 막(146) 및 후방 벽(130)의 외면이다. 도 7-9의 실시예에서, 조립 후에 노출되는 조절기 조립체(204)의 부분들은 측벽들(242), 고압 챔버(222)를 밀봉하는 고압 챔버 커버(244), 후방 벽(230)의 외면, 및 저압 챔버(226)를 밀봉하고 커버하는 신축성 막(246)이다.
일 접근법에서는, 주변 표면들만이 금속 코팅된다. 본 명세서에서 사용될 때, "주변 표면"이라는 용어는 신축성 막의 외면을 제외한 조절기 본체의 모든 외면을 지칭하는 것을 의도한다. 도 3-6의 실시예에서, 주변 표면은 (도 3의 단면도에 보이는) 조절기 본체의 4개 측벽(142) 플러스 조절기 본체의 후방 벽(130)의 외면을 포함한다. 도 7-9의 실시예에서, 주변 표면은 측벽들(242), 및 후방 벽의 외면을 포함한다.
원하는 금속 코팅을 제공하기 위하여, 금속 코팅되지 않을, 조립되지 않은 조절기 본체의 부분들(예를 들어, 도 3의 실시예의 저압 챔버(126) 또는 도 7의 실시예의 저압 및 고압 챔버들(222, 226))이 마스킹되며, 조절기 본체는 진공 증착 챔버 내에 배치되고 원하는 금속 코트(들)로 코팅된다. 나중에 마스킹을 제거하여, 신축성 막(146)(도 8, 9의 246)이 열 스테이킹 등에 의해 부착되는 것을 가능하게 한다. 도 7-9의 실시예에서, 고압 챔버 커버(244)는 조절기 본체의 금속화 후에 부착될 수도 있다. 고압 챔버 커버는 높은 장벽 폴리머 재료이거나, 하나 이상의 높은 장벽 층을 포함할 수 있다. 신축성 막(246)도 높은 장벽 재료이므로, 조절기 본체의 낮은 침투성이 유지된다.
대안으로, 완전히 조립된 조절기 본체 전체가 전술한 방식으로 금속 코팅될 수 있다. 즉, 도 3-6의 실시예를 고려하면, 조절기 본체(104)는 신축성 막(146)이 본체에 부착된 후에 진공 증착 챔버 내에 배치되며, 따라서 주변 표면 및 신축성 막의 외면(즉, 도 5의 구조에서 노출된 실질적으로 모든 표면)이 금속 코팅된다. 또한, 도 7-9에 도시된 구조에서, 신축성 막(246)과 고압 챔버 커버(244)가 부착된 조절기 본체(204)는 진공 증착 챔버 내에 배치되어, 주변 표면 및 신축성 막과 고압 챔버 커버의 외면들(즉, 도 8의 구조에서 노출된 실질적으로 모든 표면들)이 금속 코팅될 수 있다. 이러한 접근법은 조절기 본체의 임의의 노출된 부분들이 적절히 금속 코팅되지 못하는 것을 방지하는 데 도움이 될 수 있는데, 적절하지 못한 금속 코팅은 예를 들어 마스크의 구조가 결함이 있는 경우에 주변만이 금속화될 때 발생할 수 있다.
여기에 개시되는 금속화된 인쇄 헤드 컨테이너에서는 색다른 높은 장벽 재료들을 사용하지 않고도 공기 축적이 최소화된다. 금속화로서 예를 들어 폴리프로필렌을 코팅함으로써, 폴리프로필렌의 다른 이점들(스테이크 조인트(stake joint)를 형성하는 능력, 성형성, 낮은 비용 등)을 유지하면서, 공기 장벽 특성이 크게 향상된다. 결과적으로, 광범위한 요구들에 대해 양호하게 동작하는 인쇄 헤드 컨테이너 재료 옵션이 얻어지며, 따라서 잉크젯 인쇄 컨테이너에 대한 설계 요건을 충족시키는 저가의 간단한 조립체가 제공된다. 인쇄 헤드 조립체 내의 더 적은 부품들, 더 적은 조인트들 및 더 싼 재료들이 존재하므로 잉크를 수용하는 관련 방법은 이익이 된다.
전술한 배열들은 본 발명의 원리들의 응용을 설명하는 것으로 이해되어야 한다. 청구항들에 개시되는 바와 같은 본 발명의 원리들 및 개념들로부터 벗어나지 않고, 다양한 변형들이 이루어질 수 있음은 이 분야의 통상의 기술자들에게 명백할 것이다.

Claims (10)

  1. 잉크젯 인쇄 헤드 컨테이너로서,
    저압 챔버(126, 230) 내에 잉크를 수용하는 폴리머(polymer) 재료의 충분히 단단한 본체(104, 204) - 상기 폴리머 재료는 중간 내지 높은 공기 침투성을 가짐 - ; 및
    상기 폴리머 본체의 외부 상에 배치되고, 상기 폴리머 본체의 공기 침투성을 감소시키도록 구성되는 금속 코팅(154)
    을 포함하는 잉크젯 인쇄 헤드 컨테이너.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 코팅(154)은 상기 폴리머 본체의 주변(142, 242) 상에만 배치되는 잉크젯 인쇄 헤드 컨테이너.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속 코팅(154)은 구리, 알루미늄, 은, 금, 니켈 및 스테인레스 스틸로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 재료로 된 하나 이상의 층을 포함하는 잉크젯 인쇄 헤드 컨테이너.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속 코팅(154)은 1-10 마이크로미터(micron)의 두께를 갖는 잉크젯 인쇄 헤드 컨테이너.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 금속 코팅(154)은 상기 본체의 공기 침투성을 적어도 약 15분의 1(a factor of at least about 15)로 줄이는 잉크젯 인쇄 헤드 컨테이너.
  6. 제1항에 있어서,
    잉크가 고압 소스로부터 저압 챔버(126, 230) 내로 흐르는 것을 선택적으로 가능하게 하도록 구성되는 압력 조절기 밸브(128, 228); 및
    상기 저압 챔버 위에 밀봉되고, 상기 저압 챔버(126, 230) 내의 압력 및 잉크 양의 감소에 응답하여 안쪽으로 신축 가능하며, 상기 저압 챔버 내의 압력 및 잉크 양의 증가에 응답하여 바깥쪽으로 신축 가능한 신축성 막(flexible film)(146, 246)
    을 더 포함하는 잉크젯 인쇄 헤드 컨테이너.
  7. 제8항에 있어서,
    상기 금속 코팅(154)은 상기 폴리머 본체(104, 204)의 주변(142, 242) 상에 그리고 상기 신축성 막(146, 246)의 노출된 외면 상에 배치되는 잉크젯 인쇄 헤드 컨테이너.
  8. 제1항의 잉크젯 인쇄 헤드 컨테이너를 제조하기 위한 방법으로서,
    중간 내지 높은 침투성의 충분히 단단한 폴리머 재료의 컨테이너 본체(104, 204)를 제공하여, 개구를 갖는 잉크 챔버(126, 230)를 정의하는 단계;
    상기 컨테이너 본체의 외면(142, 242)을 금속(154)으로 코팅하는 단계; 및
    상기 개구에 높은 장벽의 신축성 막(146, 246)을 부착하여 상기 잉크 챔버를 밀봉하는 단계
    에 의해 특징지어지는 잉크젯 인쇄 헤드 컨테이너 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 컨테이너 본체(104, 204)를 금속 코팅하는 단계는,
    상기 폴리머 본체의 외면들(142, 242)을 플라즈마 처리하는 단계; 및
    진공 증착 프로세스를 통해 1 내지 10 마이크로미터 두께의 하나 이상의 층을 갖는 금속 코팅(154)을 부착하는 단계
    에 의해 더 특징지어지는 잉크젯 인쇄 헤드 컨테이너 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 컨테이너 본체(104, 204)를 금속 코팅하는 단계는 상기 폴리머 본체에 상기 신축성 막을 부착한 후에 상기 컨테이너 본체의 상기 외면(142, 242) 및 상기 신축성 막(146, 246)의 외면을 금속 코팅하는 단계에 의해 더 특징지어지는 잉크젯 인쇄 헤드 컨테이너 제조 방법.
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