KR20130072163A - 잉크 젯 프린트헤드를 위한 중합체 내부 오염 필터 - Google Patents
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Abstract
프린팅 잉크를 위한 프린트헤드는 폴리이미드 시트와 같은 중합체 시트로부터 제조된 미립자 필터를 포함한다. 상기 미립자 필터 내의 필터 개방부들은 상기 중합체 시트의 노출된 부분들을 삭마하기 위해 마스크 및 레이저 빔을 사용하여 형성될 수 있다. 본 교시들의 실시예들은 예를 들면, 스테인레스 스틸 미립자 필터들보다 작은 상기 중합체 시트 내의 피치에서 보다 작은 필터 개방부들의 형성, 및 따라서 주어진 필터 크기에 대한 필터 표면의 보다 큰 비율을 커버하는 보다 많은 개방부들의 형성을 초래할 수 있으며, 이것은 상기 프린트헤드 내의 유체 압력의 감소를 초래할 수 있다. 따라서, 보다 작은 미립자들의 향상된 여과를 위한 보다 작은 필터 개방부들이 동작 동안 상기 프린트헤드 내에서 충분히 낮은 압력으로 충분한 잉크 흐름을 유지하면서 형성될 수 있다.
Description
본 발명은 프린팅 디바이스들의 분야에 관한 것으로, 보다 특히 잉크 젯 프린트헤드들을 포함한 잉크 젯 프린팅 디바이스들에 관한 것이다.
소비자 및 산업적 사용을 위한 종이와 같은 프린트 매체로 이미지를 프린트하는 것은 일반적으로 레이저 기술 및 잉크 젯 기술에 의해 주도된다. 잉크 젯 기술은 잉크 젯 프린팅 해상도 및 프린트 품질이 증가되어 감에 따라 보다 더 일반화되고 있다. 잉크 젯 프린터들은 통상적으로 열 잉크 젯 기술 또는 압전 방식 기술 중 하나를 사용한다. 그것들이 열 잉크 젯들보다 제조하는데 더 비쌀지라도, 압전 방식 잉크 젯들은 보다 광범위한 잉크들을 사용할 수 있고 코게이션(kogation)을 갖는 문제점들을 제거하기 때문에 일반적으로 인기가 있다.
압전 방식 잉크 젯 프린트헤드들은 통상적으로 예를 들면, 스테인레스 스틸로부터 제조된 가요성 다이아프램(flexible diaphragm)을 포함한다. 압전 방식 잉크 젯 프린트헤드들은 또한 상기 다이아프램에 부착된 압전 트랜스듀서(piezoelectric transducer)들(즉, 액추에이터들)의 어레이를 포함할 수 있다. 다른 프린트헤드 구조들은 하나 이상의 레이저-패턴 유전체 스탠드오프(standoff) 층들 및 각각의 트랜스듀서와 전기적으로 결합된 연성 인쇄 회로(플렉스 회로;flex circuit) 또는 인쇄 회로 기판(printed circuit board; PCB)을 포함할 수 있다. 프린트헤드는 그 각각이 스테인레스 스틸로부터 제조될 수 있는, 몸체 판, 흡입/배기 판, 및 개구 판(aperture plate)을 더 포함할 수 있다. 상기 개구 판은 잉크가 프린팅 동안 분사되는 복수의 노즐들(즉, 하나 이상의 개방부들, 개구들, 또는 제트들)을 포함한다. 단위 면적당 노즐들의 수는 일반적으로 프린터 해상도를 결정하며, 보다 높은 해상도 디바이스들은 주어진 면적 내에서 보다 많은 개구들을 가진다. 프린터 해상도가 증가할수록, 상기 노즐들의 크기 및 프린트 매체 상으로 분사된 각각의 잉크 방울에서의 잉크의 양 및 노즐들의 크기는 감소한다.
압전 방식 프린트헤드의 사용 동안, 전압은 통상적으로 전압 소스에 전기적으로 결합된 플렉스 회로 전극과의 전기적 연결을 통해 압전 트랜스듀서에 인가되며, 이것은 상기 압전 트랜스듀서가 구부러지거나 또는 빗나가게 하여, 상기 다이아프램의 만곡(flexing)을 초래한다. 상기 압전 트랜스듀서에 의한 다이아프램 만곡은 잉크 챔버 내의 압력을 증가시키며 개구 판에서의 특정 노즐을 통해 상기 챔버로부터 다량의 잉크를 배출한다. 상기 다이아프램이 그것의 이완된(만곡되지 않은) 위치로 돌아가기 때문에, 상기 챔버 내의 압력을 감소시키며 상기 배출된 잉크를 교체하기 위해 개방부를 통해 주 잉크 저장소로부터 상기 챔버로 잉크를 끌어들인다.
프린트헤드 제조 동안, 오염물들이 상기 프린트헤드에 도입될 수 있다. 이들 오염물들은 그것들이 상기 노즐을 통해 잉크의 흐름을 차단하고 프린트 품질을 감소시킬 수 있는 프린팅 동안 상기 노즐로 수송될 수 있다. 상기 프린트헤드에서의 오염물들을 여과하기 위해, 스테인레스 스틸 미립자 필터 또는 "락 스크린(rock screen)"이 사용될 수 있다.
프린트 품질을 향상시키고 프린트헤드 비용들을 감소시킬 수 있는 프린트헤드 구조들이 바람직할 것이다.
본 교시들의 일 실시예에서, 잉크 젯 프린트헤드 미립자 필터를 형성하기 위한 방법은 중합체 시트를 패터닝된 마스크와 정렬시키는 단계로서, 상기 패턴화된 마스크는 상기 중합체 시트의 제 1 부분들을 노출시키는 복수의 개방부들 및 상기 중합체 시트의 제 2 부분들을 커버하는 불투명 층을 포함하는, 상기 정렬 단계, 및 상기 중합체 시트를 통해 복수의 필터 개방부들을 형성하기 위해 상기 노출된 상기 중합체 시트의 제 1 부분들을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 잉크 젯 프린트헤드를 형성하는 방법은 중합체 시트를 패터닝된 마스크와 정렬시키는 단계로서, 상기 패터닝된 마스크는 상기 중합체 시트의 제 1 부분들을 노출시키는 복수의 개방부들 및 상기 중합체 시트의 제 2 부분들을 커버하는 몸체를 포함하는, 상기 정렬 단계, 및 상기 중합체 시트를 통해 복수의 필터 개방부들을 형성하기 위해 상기 노출된 상기 중합체 시트의 제 1 부분들을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 프린트헤드의 동작 동안 잉크를 여과하기에 충분한 위치에서 잉크 경로로 상기 잉크 젯 프린트헤드 미립자 필터를 배치하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 잉크 젯 프린트헤드 미립자 필터는 그 안에 복수의 필터 개방부들을 갖는 중합체 시트를 포함할 수 있으며, 상기 복수의 필터 개방부들의 각각은 약 5 ㎛ 및 약 30 ㎛ 사이의 폭 또는 직경 및 약 15 ㎛ 및 약 40 ㎛ 사이에서의 피치를 가진다.
본 발명에 따르면, 보다 작은 미립자들의 향상된 여과를 위한 보다 작은 필터 개방부들이 동작 동안 상기 프린트헤드 내에서 충분히 낮은 압력으로 충분한 잉크 흐름을 유지하면서 형성될 수 있다. 또한 본 발명에 따른 중합체 락 스크린은 스테인레스 스틸 락 스크린과 비교하여 감소된 비용을 가질 수 있다. 또한, 형성 프로세스는 금속 에칭 프로세스보다 덜 환경적으로 손상될 수 있다.
도 1은 중합체 미립자 필터를 형성하기 위한 제조-과정 구조의 단면이며, 도 2는 도 1의 평면도이다.
도 3은 중합체 시트로부터 미립자 필터를 형성하기 위해 상기 중합체 시트의 레이저 삭마 동안 중합체 층 및 렌즈 시스템의 단면이다.
도 4는 레이저 삭마가 완료된 후 상기 중합체 시트의 일부를 도시한 단면이다.
도 5 및 도 6은 잉크 젯 프린트헤드들을 위한 미립자 필터들로서 사용하기 위한 두 개의 상이한 중합체 시트들의 부분들을 도시한 평면도들이다.
도 7은 본 교시들의 실시예들에 따른 프린트헤드 내의 두 개의 가능한 위치들에서 두 개의 필터들을 도시한 복합 단면이다.
도 8은 본 교시들의 일 실시예에 따른 프린터의 투시도이다.
도 9 및 도 10은 또 다른 기술을 사용한 프린트헤드 미립자 필터의 형성을 도시한 단면들이다.
도면들의 몇몇 상세들은 엄격한 구조적 정확성, 상세, 및 치수를 유지하기 위해서라기보다는 본 교시들의 이해를 용이하게 하기 위해 단순화되고 그려진다는 것이 주의되어야 한다.
도 3은 중합체 시트로부터 미립자 필터를 형성하기 위해 상기 중합체 시트의 레이저 삭마 동안 중합체 층 및 렌즈 시스템의 단면이다.
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도 5 및 도 6은 잉크 젯 프린트헤드들을 위한 미립자 필터들로서 사용하기 위한 두 개의 상이한 중합체 시트들의 부분들을 도시한 평면도들이다.
도 7은 본 교시들의 실시예들에 따른 프린트헤드 내의 두 개의 가능한 위치들에서 두 개의 필터들을 도시한 복합 단면이다.
도 8은 본 교시들의 일 실시예에 따른 프린터의 투시도이다.
도 9 및 도 10은 또 다른 기술을 사용한 프린트헤드 미립자 필터의 형성을 도시한 단면들이다.
도면들의 몇몇 상세들은 엄격한 구조적 정확성, 상세, 및 치수를 유지하기 위해서라기보다는 본 교시들의 이해를 용이하게 하기 위해 단순화되고 그려진다는 것이 주의되어야 한다.
여기에 사용된 바와 같이, 만일 달리 특정되지 않는다면, 단어 "프린터"는 디지털 복사기, 서적 제조 기계, 팩시밀리 기계, 다-기능 기계, 플로터(plotter) 등과 같은, 임의의 목적을 위한 프린트 출력 기능을 수행하는 임의의 장치를 포함한다. 달리 특정되지 않는다면, 단어 "중합체"는 열 경화성 수지 폴리이미드들, 열가소성들, 수지들, 폴리카보네이트들, 에폭시들, 및 이 기술분야에 알려진 관련 화합물들을 포함한 장쇄 분자들(long-chain molecules)로부터 형성된 광범위한 탄소-계 화합물들 중 임의의 하나를 포함한다.
잉크 젯 프린트헤드 해상도가 증가하고 노즐 직경이 감소함에 따라, 고-해상도 잉크 젯 프린트헤드들의 제조는 프린팅 동안 잉크로부터의 오염물들을 여과하기 위해, 또한 "락 스크린들"로서 불리우는, 스테인레스 스틸 미립자 필터들의 사용을 포함하였다. 상기 미립자 필터를 관통하는 개방부들은 상기 노즐을 차단하거나 또는 플러그(plug)하기에 충분히 큰 오염물들의 여과를 보장하기 위해 충분히 작아야 한다. 예를 들면, 고급 프린트헤드는 매우 비쌀 수 있기 때문에, 효율적인 여과가 필수적이다. 40 ㎛ 입자는 교체를 요구하는 오작동 프린트헤드를 야기하기 위해 노즐을 차단할 수 있다. 오염 실패들에 대한 보증 비용들은 높으며 값비싼 부분의 조기 파손은 브랜드 로열티에 대해 손상시킬 수 있다. 집적 회로(IC) 제조 클린룸과 유사한 클린룸 환경에서 프린트헤드들을 제조하는 것은 락 스크린이 필요하지 않도록 오염을 감소시킬 수 있지만, 예를 들면, 프린트헤드 제조 양들이 IC 제조 양들의 훨씬 아래이며 IC 클린룸 제조의 단위당 비용이 훨씬 높을 것이기 때문에, 클린룸 제조는 상당히 값비쌀 것이다.
상기 논의된 바와 같이, 상기 노즐의 크기는 프린트 해상도가 증가할수록 감소한다. 또한, 상기 노즐의 크기가 감소할수록, 락 스크린 개방부들의 크기는 보다 작은 노즐들을 차단할 수 있는 보다 작은 입자들을 여과하기 위해 또한 감소해야 한다. 미립자 필터 개방부들의 크기를 감소시키는 것이 가진 하나의 문제는 상기 필터를 통한 잉크의 흐름이 제한되며, 이것은 상기 노즐로의 상기 잉크의 전달 흐름을 감소시키며 상기 프린트헤드 내에서의 압력들을 증가시킨다는 것이다. 다양한 다른 기술들에 대한 통상적인 거시적 규모 필터에서, 개방부들의 수는 상기 필터를 통해 재료의 적절한 흐름이 유지될 수 있도록 상기 개방부들의 크기가 감소될 때 종종 증가될 수 있다. 그러나, 프린트헤드들에 대한 락 스크린들은 종래에 산 에칭(습식 에칭) 및 한 쌍의 마스크들을 사용하여 미시적 규모로 형성되며, 하나의 마스크는 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 스테인레스 스틸 판의 각각의 측 상에 있다. 도 9에서, 스테인레스 스틸 판(110)은 제 1 포토레지스트 마스크(114)를 갖고 제 1 측(112) 상에 마스크(mask)되고 및 제 2 포토레지스트 마스크(118)를 갖고 제 2 측(116) 상에 마스크된다. 상기 스테인레스 스틸 판(110) 및 상기 두 개의 포토레지스트 마스크들(114, 118)은 상기 마스크들(114, 118)을 통한 개방부들이 수직으로 정렬되도록 조립되어야 한다. 도 9 구조를 형성한 후, 조립체는 양 측들 모두로부터 상기 스테인레스 스틸 판(112)을 에칭하기 위해 산욕(acid bath)으로 배치되며, 이것은 도 10 구조를 야기한다. 상기 스테인레스 스틸 판의 두께를 관통하는 산 에칭은 도 10에 도시된 바와 같이 마스크의 에지들을 지나 연장하는 스테인레스 스틸 포인트들, 돌출부들, 또는 "버즈 빅들(bird's beaks)"(120)을 야기할 수 있다. 이들 돌출부들은 보다 큰 개방부들을 가진 락 스크린들을 형성할 때 필터 개방부 피치 상에 수용가능한 효과를 가지지만, 노즐 직경들이 지속적으로 감소할 때, 상기 돌출부들의 면적은, 미립자 필터 개방부들의 면적의 큰 비율이 될 것이다. 달리 말하면, 각각의 돌출부의 크기는 구멍 직경에 상관없이 동일할 것이다. 스테인레스 스틸 락 스크린에 대한 최소의 가능한 개방부 피치는 예를 들면, 약 59.8 ㎛로 제한된다. 부가적으로, 작은 개방부들의 화학적 에칭은 부정확하며 타겟 직경 둘레의 큰 통계적 분포를 가진 필터 개방부들을 야기할 수 있다. 예를 들면, 30 ㎛의 타겟 개방부 직경을 갖는 스테인레스 스틸 락 스크린은 약 1.85 ㎛의 시그마(sigma) 및 약 29.4 ㎛의 평균(중간) 크기를 가질 수 있다. 평균 개방부 크기는 예를 들면, 도 10에 도시된 바와 같이 돌출부들(120)로 인해 타겟 크기보다 작다. 충분한 수의 작은 개방부들, 특히 30 ㎛보다 작거나 또는 동일한 개방부들을 형성하는 것이 점차 어려워질 것이며, 따라서 상기 프린트헤드 내의 압력은 작은 노즐들을 차단할 수 있는 입자들을 여과하는 동안 충분한 레벨로 유지될 수 있다. 또한, 오염이 반드시 구 모양인 것은 아니며 큰 종횡비를 가질 수 있고, 따라서 상기 미립자 필터는 상기 필터 개방부들의 직경이 상기 노즐 직경보다 훨씬 더 작도록 타겟팅(target)될 때 가장 효과적이다.
본 교시들의 일 실시예는 레이저의 사용을 통해서와 같이, 비화학적 기술들을 사용하여 에칭될 수 있는 재료로부터 제조된 고체 잉크 프린트헤드와 같은 잉크 젯 프린트헤드에 대한 미립자 필터(락 스크린)를 포함할 수 있다. 본 교시들은 또한 설명된 바와 같이 상기 미립자 필터를 가진 프린트헤드 및 프린트를 포함할 수 있다.
본 교시들의 일 실시예는 폴리이미드 막 또는 시트와 같은 중합체 재료의 사용을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 폴리이미드 막은 약 6 ㎛ 및 약 125 ㎛ 사이, 또는 약 6 ㎛ 및 약 50 ㎛ 사이, 또는 약 12 ㎛ 및 약 25 ㎛ 사이, 예를 들면 약 25 ㎛ 두께의 두께를 가질 수 있다.
도 1은 상기 중합체 시트(10)의 표면(14) 위에 위치된 패터닝된 마스크 또는 레티클(reticle;12)(이후 총괄하여 "마스크"로서 불리우는)과 정렬된 폴리이미드 시트와 같은 중합체 시트(10)를 도시한, 개략적인 단면이며, 도 2는 그것을 도시한 개략적인 평면도이다. 폴리이미드 중합체 시트(10)는 예를 들면, Ube 산업으로부터 이용가능한 DuPont™ Kapton® 폴리이미드 또는 Upilex® 폴리이미드를 포함할 수 있다. 상기 마스크(12)는 투명한 석영 판(19) 상에서의 크롬과 같은 불투명 층(18) 내에 개방부들(16)의 배열을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 마스크(12)는 관통 개방부들을 가진 금속의 단일 층일 수 있다. 상기 개방부들(16)은 상기 중합체 시트(10)의 제 1 부분들을 노출시키는 반면, 상기 석영 마스크(12)의 불투명 층(18) 또는 금속 마스크의 몸체는 상기 중합체 시트(10)의 제 2 부분들을 커버하고 보호한다. 도 1 및 도 2가 간략함을 위해 상기 중합체 시트(10)와 동일한 크기로 상기 마스크(12)를 도시하지만, 상기 마스크(12)는 예를 들면, 도 3에 대하여 이하에 설명된 바와 같이 포토리소그래픽 렌즈 시스템을 사용한 상이한 치수일 수 있음이 이해될 것이다. 또한, 도 2는 간략함을 위해 12개의 개방부들을 도시하지만, 본 교시들에 따른 락 스크린은 수백 또는 수천 개의 개방부들을 가질 수 있으며, 따라서 도 2는 단지 완전한 구조의 일부를 도시한다는 것이 이해될 것이다.
도 1 및 도 2와 유사한 구조를 형성한 후, 레이저(32)에 의해 출력된 레이저 빔(30)은 상기 마스크(12)에서의 상기 개방부들(16)을 통해 그리고 상기 마스크(12)에서의 개방부들(16)에 의해 노출되는 상기 폴리머 시트(10)의 부분들을 가열하고 삭마(ablate)하기 위해 도 3의 개략적인 단면에 도시된 바와 같이 상기 중합체 시트(10)의 상부 표면(14)의 노출된 부분들로 지향될 수 있다. 도 3 구조는 도시된 바와 같이 상기 레이저 빔(30)에 초점을 맞추는 포토리소그래픽 시스템의 일부로서 렌즈(34)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 렌즈(34)는 피처 크기들의 스케일링된 감소, 예를 들면, 상기 마스크(12)에서의 상기 개방부들(16)의 직경이 상기 중합체 층(10)에 형성된 상기 개방부들의 직경의 5배가 될 수 있도록 5배 감소를 제공할 수 있다. 도 3은 단일 미립자 필터에 대한 개방부들을 형성하기 위해 레이저 삭마를 도시하고 있지만, 복수의 미립자 필터들은 단일 중합체 시트(10) 내에서 여러 개의 상이한 위치들에 형성될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 약 25 ㎛의 두께를 가진 폴리이미드 중합체 시트(10)에 대해, 248 나노미터들의 파장을 출력하는 불화 크립톤(KrF) 레이저 또는 308 나노미터들의 파장을 출력하는 염화 제논(XeCl) 레이저, 뿐만 아니라 다른 파장들에서의 다른 레이저들이 사용될 수 있다. 상기 레이저 빔(30)은 도 4에 도시된 것과 유사한 관통 개방부들(42)을 가진 중합체 시트(40)를 제공하기 위해 상기 노출된 폴리이미드의 두께를 삭마하기에 충분한 지속기간 또는 펄스 카운트 동안 상기 중합체 시트(10)의 상기 노출된 부분들로 펄싱(pulse)될 수 있다.
일 실시예에서, 레이저(32)에 의한 형성으로부터 야기하는 개방부들(42)은 테이퍼링된 형상을 가질 수 있다. 상기 개방부 직경은 상기 레이저(32)로부터 멀리 떨어진 지점에서 보다 작을 수 있다. 즉, 상기 중합체 층(40)의 전면(14)에서의 각각의 개방부는 상기 중합체 층(40)의 후면(44)에서의 개방부(42)보다 클 것이다. 상기 레이저(32)가 상기 전면(14)으로부터 상기 후면(44)으로 상기 중합체(10)의 두께를 삭마하기 때문에 표면(14)에서의 상기 개방부(42)는 "입구 개방부"로서 불리울 수 있으며 표면(44)에서의 개방부는 "출구 개방부"로서 불리울 수 있다. 25 ㎛ 두께 중합체 층(40)을 사용한 일 실시예에서, 표면(14)에서의 각각의 입구 개방부는 표면(44)에서의 각각의 출구 개방부보다 약 6 ㎛ 더 클 수 있다. 상기 입구 개방부들의 피치는 각각의 개방부(42)의 타겟 직경 플러스 약 10 ㎛와 동일하도록 타겟팅될 수 있다. 15 ㎛에 대해 타겟팅된 출구 개방부에 대해, 상기 입구 개방부는 약 21 ㎛일 수 있으며, 따라서 상기 입구 개방부들의 피치는 약 31 ㎛로 타겟팅될 수 있다. 5x 축소를 가진 렌즈 시스템에서, 이러한 특정 실시예에 대한 상기 마스크(12)에서의 개방부들(16)은 5×21 ㎛(즉, 105 ㎛)의 직경을 가질 수 있으며 상기 피치는 5×31 ㎛(즉, 155 ㎛)일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 출구 개방부들은 약 1 ㎛ 내지 약 40 ㎛ 사이, 또는 약 5 ㎛ 및 약 30 ㎛, 또는 약 10 ㎛ 내지 약 15 ㎛ 사이의 직경을 위해 타겟팅될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 미립자 필터를 포함한 상기 중합체 시트(40)는 도 2 도시와 유사한 평면도에 나타날 수 있다.
종래의 스테인레스 스틸 락 스크린들은 일반적으로 습식 에칭이 정사각형 개방부들을 가진 접촉 마스크를 사용하여 정사각형 개방부들의 타이트 코너들로부터 금속을 제거하는 것을 못하기 때문에 원형 개방부들에 제한된다. 상기 도 2 마스크(12)는 도시된 바와 같이 그리드로 정렬되는 원형 개방부들을 가진 미립자 필터(40)를 형성하기 위해 사용될 수 있지만, 다른 락 스크린 설계들이 고려될 수 있다. 예를 들면, 도 5는 정사각형 개방부들(52)을 가진 락 스크린(50)을 도시하며, 각각의 개방부(52)는 그리드를 형성하기 위해 인접한 개방부들과 수직 및 수평으로 정렬된다. 상기 도 5 구조는 정사각형 개방부들의 7×8 그리드를 포함하지만, 락 스크린(50)은 수백 또는 수천 개들의 개방부들(52)을 가질 수 있다는 것이 이해될 것이다.
정사각형 개방부들은 정사각형 개방부들의 패턴이 개방부들을 여과하기 위해 지정된 보다 많은 표면 면적을 가지며, 따라서 상기 필터를 통해 잉크의 흐름을 향상시키기 때문에, 몇몇 사용들에서 둥근 개방부들에 비해 선호될 수 있다. 달리 말하면, 주어진 필터 크기 및 개방부들의 수에 대해서, 둥근 개방부들을 사용하는 필터에 통한 유체 저항은 상기 정사각형 개방부들의 총 면적인 상기 둥근 개방부들의 총 면적보다 크기 때문에 정사각형 개방부들을 사용하는 필터보다 더 높다. 둥근 홀의 직경을 정사각형 홀의 높이/폭과 동일시할 때, 상기 정사각형 홀은 둥근 홀보다 약 33% 더 많은 공간을 산출한다. 다른 형상의 개방부들, 예를 들면, 직사각형 및 별 형상, 뿐만 아니라 다른 다각형 형상들이 또한 고려될 수 있다.
도 6은 복수의 로우들 및 컬럼들로 배열된 정사각형 개방부들(62)을 가진 락 스크린(60)을 도시하며, 개방부들(62)의 각각의 로우는 오프셋 락 스크린을 형성하기 위해 바로 위 및 바로 아래의 상기 로우들과 수평으로 오프셋된다. 도 6 구조는 총 52개의 개방부들(62)을 도시하지만, 락 스크린(60)은 수백 또는 수천의 개방부들(62)을 가질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이 개방부들(62)의 교번 패턴은 예를 들면 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 개방부들이 그리드로 배열되는 미립자 필터와 비교하여 향상된 웹 강도(web strength)를 가진 미립자 필터를 초래할 수 있다. 통상의 젯팅(jetting) 및 퍼지(purge) 동작은 예를 들면, 점성 손실들(viscous losses) 때문에 상기 락 스크린에 걸친 정수압 구배(hydrostatic pressure gradient)에 영향을 미친다. 상기 정수압은 락 스크린 웹에 인장 응력을 야기한다. 도 6에 도시된 바와 같은 오프셋 락 스크린을 형성하기 위한 상기 교번 개방부 배향은 예를 들면 도 5의 정렬된 그리드 배향보다 낮은 응력을 야기할 수 있다는 것이 발견되어 왔다.
레이저 삭마를 사용하여 에칭된 중합체 미립자 필터는 접촉 마스크 및 습식 에칭을 갖고 패터닝된 스테인레스 스틸 미립자 필터와 비교하여 보다 작은 홀-대-홀 피치를 가질 수 있다. 예를 들면, 스테인레스 스틸 미립자 필터는 약 60 ㎛, 예를 들면, 약 59.8 ㎛의 최소 홀 피치로 제한되지만, 폴리이미드 미립자 필터는 약 10 ㎛ 내지 약 30 ㎛ 이하 사이, 예를 들면 약 12㎛의 홀 피치를 가질 수 있다. 또한, 스테인레스 스틸 락 스크린이 약 30 ㎛의 원형 개방부 직경을 형성하기 위해 에칭될 수 있지만, 중합체 락 스크린은 예를 들면, 약 1 ㎛ 내지 약 40 ㎛ 사이, 또는 약 5 ㎛ 및 약 30 ㎛ 또는 약 10 ㎛ 내지 약 15 ㎛ 사이에서의 단지 수 마이크로미터들의 폭을 가진 정사각형 개방부를 가질 수 있다는 것이 발견되어 왔다. 일 실시예에서, 중합체 미립자 필터는 약 15 ㎛의 정사각형 또는 원형 개방부 크기, 및 약 25 ㎛ 및 약 30 ㎛ 사이의 피치를 가질 수 있다. 또한, 중합체 시트에서의 개방부들의 형성은 보다 정확할 수 있다. 폭 14 ㎛에 대해 타겟팅된 복수의 정사각형 개방부들은 약 14.2 ㎛의 완성된 평균 폭 및 약 0.27 ㎛의 시그마를 가질 수 있다.
여기에 설명된 기능적 향상들 외에, 중합체 락 스크린은 스테인레스 스틸 락 스크린과 비교하여 감소된 비용을 가질 수 있다. 또한, 형성 프로세스는 금속 에칭 프로세스보다 덜 환경적으로 손상될 수 있다. 스테인레스 스틸 락 스크린의 형성은 화학적 에칭 동안 강한 금속-에칭 산들의 사용을 요구한다. 금속-에칭 산들을 사용하는 것은 비교적 긴 에칭 시간을 요구하며, 결과적인 포스트-에칭 용액은 높은 폐기 비용들을 가질 수 있다. 레이저-드릴 중합체 필터는 일반적으로 탄소, 질소, 산소 화합물을 포함할 수 있는 감소된 부산물들, 높은 제조 생산량, 및 따라서 습식 에칭된 스테인레스 스틸 락 스크린 층과 비교하여 감소된 제조 비용을 가진다.
종래의 락 스크린들은 내부 압력들이 허용가능한 레벨들 내에 있도록 상기 프린트헤드 내에서의 특정 배치를 요구한다. 노즐 직경들이 감소함에 따라, 스테인레스 스틸 미립자 필터를 통과하는 잉크의 흐름은 상기 필터를 통과하는 개방부들의 큰 피치 및 감소된 크기로 인해 제한될 것이다. 상기 프린트헤드를 통과하는 잉크의 흐름에 대해 보다 많은 상류 위치에 스테인레스 스틸 필터를 배치하는 것은 보다 큰 필터 표면 면적 및 그에 따른 보다 많은 개방부들을 허용할 것이며, 프린트헤드 압력들의 감소를 초래한다. 그러나, 상기 필터의 하류에 위치되는 잉크 경로 내의 구조들은 상기 락 스크린의 하류에서의 위치에서의 제조 동안 도입된 임의의 미립자들이 여과되지 않으며 상기 미립자 필터의 하류에 위치된 임의의 미립자들이 상기 노즐에 들어갈 수 있기 때문에, 클린 조건들 하에서 제조되고 조립되어야 한다.
본 교시들의 실시예는 복수의 노즐들을 서비스해야하기보다는 단일 노즐을 서비스하는(즉, 단일 노즐만을 위한 잉크를 여과하는) 프린트 스크린을 포함할 수 있다. 본 교시들의 미립자 필터의 유체 저항이 종래의 미립자 필터보다 적기 때문에, 보다 작은 필터가 사용될 수 있으며 스테인레스 스틸 미립자 필터에 비교하여 상기 프린트헤드를 관통하는 잉크의 흐름에 대해 추가 하류인 상기 프린트헤드 내의 향상된 위치에 배치될 수 있다.
도 7은 프린트헤드(70) 및 상기 프린트헤드(70)를 통과하는 잉크 경로(72)의 일부를 도시한다. 상기 잉크 경로는 개구 판(75) 내의 상기 노즐(74)에서 종단되며, 잉크는 프린트 매체(간략함을 위해 도시되지 않음)로 사출된다. 도 7은 상기 잉크 경로에 위치된 두 개의 상이한 미립자 필터들, 즉 제 1 순응성(compliant) 중합체 패드(78)로부터 형성된 제 1 필터(76) 및 제 2 순응성 중합체 패드(82)로부터 형성된 제 2 필터(80)를 도시한다. 상기 제 1 필터(76)는 제 1 프린트헤드 위치에 배치되며 상기 제 2 필터(80)는 제 2 프린트헤드 위치에 배치된다. 도 7의 유체 경로는 필터(76) 또는 필터(78)를 포함할 수 있지만, 통상적으로 둘 모두를 포함할 수 없음이 이해될 것이다. 그러나, 잉크 경로 내의 다수의 미립자 필터들이 또한 고려되며 본 교시들의 범위 내에 있다. 상기 잉크 젯 경로 내의 상기 잉크 젯 프린트헤드 미립자 필터의 위치는 상기 프린트헤드의 동작 동안 잉크를 여과하기에 충분하다.
상기 필터들(76, 78) 각각은 단지 하나의 노즐(74)만을 서비스한다는 것이 이해될 것이다. 즉, 상기 프린트헤드의 각각의 노즐(74)은 단지 상기 노즐(74)과 연관된 필터를 포함한다. 각각의 순응성 패드(78, 80)는 복수의 상이한 노즐들에 대해 형성된 복수의 필터들을 그 안에 가질 수 있지만, 이들 실시예들의 각각의 패드 내의 각각의 필터(76, 78)는 단지 단일 노즐만을 서비스한다는 것이 이해될 것이다.
일 실시예에서, 상기 순응성 패드(78)는 수직 흡입 층(84) 및 상기 분리 층(86) 아래에 배치되며, 따라서 순응성 패드(78)는 구조들(84, 86) 사이에 삽입된다. 또 다른 실시예에서, 순응성 패드(82)는 상기 분리 층(86) 아래에 및 상기 흡입/배기 판(88) 위에 배치되며, 따라서 순응성 패드(82)는 상기 구조들(86, 88) 사이에 삽입된다. 이들 구조들(84, 86, 88)의 각각은 스테인레스 스틸 또는 또 다른 적절한 재료일 수 있다.
일단 상기 프린트헤드 구조들의 제조가 완료되면, 하나 이상의 프린트헤드들(70)은 프린터에 설치될 수 있다. 도 8은 본 교시들의 일 실시예에 따라 하나 이상의 프린트헤드들(92)을 포함한 프린터(90) 및 하나 이상의 노즐들(74)로부터 사출되는 잉크(94)를 도시한다. 각각의 프린트헤드(92)는 종이 시트, 플라스틱 등과 같은 프린트 매체(96) 상에 원하는 이미지를 생성하기 위해 디지털 지시들에 따라 동작하도록 구성된다. 각각의 프린트헤드(92)는 스와스(swath) 단위로 상기 프린트된 이미지를 생성하기 위해 주사 움직임으로 상기 프린트 매체(96)에 대해 앞뒤로 이동할 수 있다. 교대로, 상기 프린트헤드(92)는 고정된 채로 유지될 수 있으며 상기 프린트 매체(86)는 상기 프린트헤드에 대해 이동하여, 단일 패스에서의 상기 프린트헤드(92) 만큼 넓게 이미지를 생성한다. 상기 프린트헤드(92)는 상기 프린트 매체(96)보다 좁거나 또는 그만큼 넓을 수 있다. 상기 프린트헤드(92)를 포함한 프린터 하드웨어는 프린터 하우징(98)에 둘러싸일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상기 프린트헤드(92)는 프린트 매체로의 후속 전달을 위한 회전 드럼 또는 벨트(간략함을 위해 도시되지 않음)와 같은 중간 표면들에 대해 프린트할 수 있다.
10: 중합체 시트 12: 마스크, 레티클
14: 상부 표면 16: 개방부
18: 불투명 층 19: 투명한 석영 판
30: 레이저 빔 32: 레이저
34: 렌즈 40: 중합체 층
42: 개방부 44: 후면
50: 락 스크린 52: 정사각형 개방부
60: 락 스크린 62: 정사각형 개방부
70: 프린트헤드 72: 잉크 경로
74: 노즐 75: 개구 판
76: 제 1 필터 78: 제 1 순응성 중합체 패드
80: 제 2 필터 82: 제 2 순응성 중합체 패드
84: 수직 흡입 층 86: 분리 층
88: 흡입/배기 판 90: 프린터
92: 프린트헤드 94: 잉크
96: 프린트 매체 98: 하우징
110: 스테인레스 스틸 판 112: 제 1 측
114: 제 1 포토레지스트 마스크 116: 제 2 층
118: 제 2 포토레지스트 마스크 120: 돌출부
14: 상부 표면 16: 개방부
18: 불투명 층 19: 투명한 석영 판
30: 레이저 빔 32: 레이저
34: 렌즈 40: 중합체 층
42: 개방부 44: 후면
50: 락 스크린 52: 정사각형 개방부
60: 락 스크린 62: 정사각형 개방부
70: 프린트헤드 72: 잉크 경로
74: 노즐 75: 개구 판
76: 제 1 필터 78: 제 1 순응성 중합체 패드
80: 제 2 필터 82: 제 2 순응성 중합체 패드
84: 수직 흡입 층 86: 분리 층
88: 흡입/배기 판 90: 프린터
92: 프린트헤드 94: 잉크
96: 프린트 매체 98: 하우징
110: 스테인레스 스틸 판 112: 제 1 측
114: 제 1 포토레지스트 마스크 116: 제 2 층
118: 제 2 포토레지스트 마스크 120: 돌출부
Claims (10)
- 잉크 젯 프린트헤드 미립자 필터를 형성하기 위한 방법에 있어서,
중합체 시트를 패터닝된 마스크와 정렬시키는 단계로서, 상기 패터닝된 마스크는 상기 중합체 시트의 제 1 부분들을 노출시키는 복수의 개방부들 및 상기 중합체 시트의 제 2 부분들을 커버하는 불투명 층을 포함하는, 상기 정렬 단계; 및
상기 중합체 시트를 통해 복수의 필터 개방부들을 형성하기 위해 상기 중합체 시트의 상기 노출된 제 1 부분들을 제거하는 단계를 포함하는, 잉크 젯 프린트헤드 미립자 필터를 형성하기 위한 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 필터 개방부들을 형성하기 위해 상기 중합체 시트의 상기 노출된 제 1 부분들을 삭마하도록 상기 패터닝된 마스크 내에서의 상기 복수의 개방부들의 각각을 통과하여 상기 중합체 시트로 레이저 빔을 지향시키는 단계를 더 포함하는, 잉크 젯 프린트헤드 미립자 필터를 형성하기 위한 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 중합체 시트로의 상기 레이저 빔의 지향 동안 약 15 ㎛의 폭 또는 직경 및 약 25 ㎛의 피치를 가진 필터 개방부들을 형성하는 단계를 더 포함하는, 잉크 젯 프린트헤드 미립자 필터를 형성하기 위한 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 중합체 시트의 상기 노출된 제 1 부분들의 상기 제거 동안 복수의 정사각형 홀들을 형성하는 단계를 더 포함하는, 잉크 젯 프린트헤드 미립자 필터를 형성하기 위한 방법. - 제 4 항에 있어서,
상기 중합체 시트의 상기 노출된 제 1 부분들의 상기 제거 동안 복수의 로우(row)들 및 컬럼(column)들로 복수의 정사각형 홀들을 형성하는 단계를 더 포함하며, 정사각형 홀들의 각각의 로우는 오프셋 미립자 필터를 형성하기 위해 바로 위 및 아래의 로우들과 수평으로 오프셋되는, 잉크 젯 프린트헤드 미립자 필터를 형성하기 위한 방법. - 잉크 젯 프린트헤드를 형성하는 방법에 있어서,
잉크 젯 프린트헤드 미립자 필터를 형성하는 단계로서,
중합체 시트를 패터닝된 마스크와 정렬시키는 단계로서, 상기 패터닝된 마스크는 상기 중합체 시트의 제 1 부분들을 노출시키는 복수의 개방부들 및 상기 중합체 시트의 제 2 부분들을 커버하는 몸체를 포함하는, 상기 정렬 단계; 및
상기 중합체 시트를 통해 복수의 필터 개방부들을 형성하기 위해 상기 중합체 시트의 상기 노출된 제 1 부분들을 제거하는 단계를 포함하는 방법을 사용하는, 상기 잉크 젯 프린트헤드 미립자 필터를 형성하는 단계; 및
상기 프린트헤드의 동작 동안 잉크를 여과하기에 충분한 위치에서 상기 잉크 젯 프린트헤드 미립자 필터를 잉크 경로로 배치하는 단계를 포함하는, 잉크 젯 프린트헤드 형성 방법. - 제 6 항에 있어서,
단지 단일 노들을 위한 잉크를 여과하는 위치에서의 상기 잉크 경로 내에 상기 잉크 젯 프린트헤드 미립자 필터를 배치하는 단계를 더 포함하는, 잉크 젯 프린트헤드 형성 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 복수의 필터 개방부들을 형성하기 위해 상기 중합체 시트의 상기 노출된 제 1 부분들을 삭마하도록 상기 패터닝된 마스크 내의 상기 복수의 개방부들의 각각을 통과하여 상기 중합체 시트로 레이저 빔을 지향시키는 단계를 더 포함하는, 잉크 젯 프린트헤드 형성 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 중합체 시트로의 상기 레이저 빔의 지향 동안 약 15 ㎛의 폭 또는 직경 및 약 25 ㎛의 피치를 가진 필터 개방부들을 형성하는 단계를 더 포함하는, 잉크 젯 프린트헤드 형성 방법. - 잉크 젯 프린트헤드 미립자 필터에 있어서,
그 안에 복수의 필터 개방부들을 갖는 중합체 시트를 포함하며,
상기 복수의 필터 개방부들의 각각은 약 5 ㎛ 및 약 30 ㎛ 사이의 폭 또는 직경 및 약 15 ㎛ 및 약 40 ㎛ 사이의 피치를 갖고,
상기 복수의 필터 개방부들은 복수의 로우들 및 컬럼들로 배열된 복수의 정사각 형상 홀들이며, 그리고
정사각형 형상 홀들의 각각의 로우는 오프셋 미립자 필터를 형성하기 위해 바로 위 및 아래의 정사각형 형상 홀들의 로우들과 수평으로 오프셋되는, 잉크 젯 프린트헤드 미립자 필터.
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