液位感測(cè)槽材料的制作方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 無(wú)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開(kāi)涉及微流體噴射裝置。更具體地，本公開(kāi)涉及用于噴墨打印機(jī)的液位感測(cè) 槽。
【背景技術(shù)】
[0004] 新興噴墨打印機(jī)技術(shù)將打印頭與油墨源分開(kāi)以幫助減少消費(fèi)者的成本。在此分 離的情況下，油墨源零件（item)需要是智能的或需要具有某種識(shí)別形式以將諸如關(guān)于打 印機(jī)含有什么油墨以及含有多少油墨的信息報(bào)告給打印機(jī)和用戶。該信息對(duì)于打印頭的 壽命和可靠性是至關(guān)重要的。舉例而言，準(zhǔn)確的油墨液位檢測(cè)防止打印頭的"干噴（dry firing) "并且還防止空氣吸入到流體系統(tǒng)中。典型的油墨液位檢測(cè)方法借助無(wú)油墨傳感器 由固件中的點(diǎn)/發(fā)射計(jì)數(shù)算法（dot/fire counting algorithm)組成以向系統(tǒng)和用戶通知 油墨源的狀態(tài)。該固件點(diǎn)/發(fā)射計(jì)數(shù)方法是一種基于打印頭發(fā)射數(shù)目和流體蒸發(fā)常數(shù)的估 計(jì)。該估計(jì)并非像永久打印頭期望的那樣準(zhǔn)確，主要是由于可能會(huì)超過(guò)20%的墨滴大小變 化。
[0005] 仍有其它檢測(cè)方法利用電容器、光學(xué)器件、重量、超音波、磁體、浮子、轉(zhuǎn)矩傳感 器、電探針等感測(cè)油墨液位。全部這些方法都需要某種形式的外部刺激和/或感測(cè)機(jī)構(gòu)。 Nicholson等人的第13/149, 154號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種封閉系統(tǒng)或一種智能油墨槽， 其中驅(qū)動(dòng)、感測(cè)以及電容測(cè)量全部包含在供應(yīng)零件上。該電氣機(jī)械方法面臨挑戰(zhàn)，諸如需要 精心設(shè)計(jì)材料和化學(xué)規(guī)格，使得液位感測(cè)方法恰當(dāng)?shù)匕l(fā)揮功能。
[0006] 油墨的化學(xué)組分典型地具有最有利于打印質(zhì)量但不利于快速反應(yīng)液位測(cè)量系統(tǒng) 的特性。特別地，一種組分是在油墨中發(fā)現(xiàn)的表面活性劑水平。表面活性劑可降低液體的 表面張力并用作濕潤(rùn)劑。該組分允許油墨恰當(dāng)?shù)馗街蛘掣街链蛴〗橘|(zhì)（例如，紙）的表 面。然而，該組分不利于需要流體快速?gòu)谋砻鏉L離的任何油墨液位檢測(cè)方法。如果油墨趨 于附著或粘附至油墨源零件的槽材料，則將影響油墨液位測(cè)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。
[0007] 可通過(guò)接觸角量化固體表面的液體可濕性。接觸角越高，表面上液體的分散/濕 潤(rùn)則越少。通常，如果水接觸角大于90°，則固體表面被認(rèn)為是疏水的。由低表面能材料制 成的高疏水表面具有高達(dá)大約120°的水接觸角。超疏水表面是具有大于約150°的水接 觸角的高粗糙表面。
[0008] 需要在槽材料表面能與油墨化學(xué)性質(zhì)之間達(dá)成平衡以消除油墨附著至槽材料的 問(wèn)題。可通過(guò)更改油墨組分中表面活性劑的類型和濃度來(lái)修改油墨濕潤(rùn)特性。然而，修改 油墨化學(xué)性質(zhì)可導(dǎo)致打印質(zhì)量的改變?？梢允沟貌鄄牧系谋砻娓邮杷越档捅砻婺?，從 而防止油墨附著。對(duì)于精確的油墨液位測(cè)量系統(tǒng)而言，期望一種槽容器，其具有的表面能與 油墨化學(xué)性質(zhì)平衡，而不會(huì)損害油墨打印質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本公開(kāi)提供一種用于微流體噴射裝置的流體槽。該流體槽包括具有內(nèi)表面涂層的 外殼。該內(nèi)表面涂層具有高疏水至超疏水表面，該表面具有大于約120°的水接觸角和小于 約20mJ/m2的表面能。該內(nèi)表面涂層包括納米粒子和疏水材料。在一個(gè)示例實(shí)施例中，通 過(guò)在外殼的內(nèi)表面上沉積納米粒子和疏水溶液的漿體形成該內(nèi)表面涂層。在另一個(gè)示例實(shí) 施例中，通過(guò)在外殼的內(nèi)表面上沉積由氣相反應(yīng)形成的納米粒子并且經(jīng)化學(xué)氣相沉積利用 疏水材料封裝沉積的納米粒子來(lái)形成該內(nèi)表面涂層。
[0010] 流體槽的內(nèi)表面涂層防止諸如油墨等流體粘附或附著至槽表面。該流體槽適合作 為具有油墨液位測(cè)量系統(tǒng)的油墨容器。該流體槽允許獲得一種準(zhǔn)確且快速反應(yīng)的油墨液位 測(cè)量系統(tǒng)而不損害油墨打印質(zhì)量。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 并入說(shuō)明書且形成說(shuō)明書的一部分的附圖示出本公開(kāi)的幾個(gè)方案，并與說(shuō)明書一 起用于解釋本公開(kāi)的原理。
[0012] 圖1為流體槽的示意圖。
[0013] 圖2為沿圖1的線2的流體槽的剖視圖。
[0014] 圖3為描繪根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例的形成表面涂層的方法的流程圖。
[0015] 圖4為描繪根據(jù)另一個(gè)示例實(shí)施例的形成表面涂層的方法的流程圖。
[0016] 圖5A為未涂布的聚丙烯流體槽的水沉降反應(yīng)時(shí)間的曲線示意圖。
[0017] 圖5B為未涂布的聚丙烯流體槽的油墨沉降反應(yīng)時(shí)間的曲線示意圖。
[0018] 圖5C為涂布的聚丙烯流體槽的油墨沉降反應(yīng)時(shí)間的曲線示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 應(yīng)理解，本公開(kāi)并非將其申請(qǐng)限制于以下說(shuō)明中闡述的或附圖中示出的構(gòu)造的細(xì) 節(jié)和組件的布置。本公開(kāi)能夠具有其它實(shí)施例并能夠以各種方式被實(shí)踐或?qū)嵤?。而且，?yīng)理 解，本文使用的名詞和術(shù)語(yǔ)是為了描述的目的，而不應(yīng)被理解為用于限制。本文使用的"包 括"、"包含"或"具有"及其變型體意指包含此后列舉的項(xiàng)及其等效項(xiàng)以及附加項(xiàng)。進(jìn)一步， 本文的用語(yǔ)"一"和"一個(gè)"并非指數(shù)量的限制，而是指存在所提及項(xiàng)的至少一個(gè)。
[0020] 參考圖1，用于保持流體量的流體槽10包括具有內(nèi)表面涂層15的外殼12。圖2示 出沿圖1的線2的流體槽10的剖視圖，示出了外殼12的內(nèi)表面涂層15。該流體可以是各 種油墨中的任意一種，例如基于染料或著色配方的油墨，無(wú)論是基于水的或是基于溶劑的。 油墨具有各種顏色，諸如青藍(lán)色、洋紅色、黃色、黑色等。流體槽10在諸如噴墨打印、藥物配 送、形成電路跟蹤、食品處理、化學(xué)制造等許多應(yīng)用領(lǐng)域可能是有用的。在本示例實(shí)施例中， 流體槽1大致是矩形的并且垂直直立放置。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，流體槽10可以具有不同 的形狀并且可以應(yīng)用于具有不同幾何構(gòu)型的流體容器，例如但不限于圓柱形流體容器和橢 圓形流體容器。
[0021] 在一個(gè)示例實(shí)施例中，流體槽10包括設(shè)置在外殼12中用以檢測(cè)液位的至少一對(duì) 相對(duì)的感測(cè)元件50。該對(duì)相對(duì)的感測(cè)元件50可以包括但不限于導(dǎo)電板，其電容根據(jù)板之間 存在的液體量隨電能的施加而變化。流體量越大，這些板具有的電容量越大。流體量越小， 這些板具有的電容量越小。
[0022] 外殼12由塑料制成。用于生產(chǎn)外殼12的技術(shù)包括吹塑成型、注射成型等以及熱 熔、膠合等。除確定用于運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用等的條件外，選擇材料并且設(shè)計(jì)生產(chǎn)包括進(jìn)一步以 諸如成本、實(shí)施容易度、耐用性、泄漏等標(biāo)準(zhǔn)為重點(diǎn)。在一個(gè)示例實(shí)施例中，外殼12包括聚 丙烯。聚丙烯材料具有約85°至約92°的水接觸角。水容易從聚丙烯材料滾離。然而，油 墨趨于附著或粘附在具有可為約30°至約60°的低接觸角的聚丙烯材料上。在另一個(gè)示 例實(shí)施例中，外殼12包括聚四氟乙烯或含有氟族的衍生物。與聚丙烯相比，聚四氟乙烯提 供產(chǎn)生更高的水或油墨接觸角的更加疏水的表面。然而，聚四氟乙烯相對(duì)昂貴并具有復(fù)雜 的模塑或處理相關(guān)的問(wèn)題。在一些其它示例實(shí)施例中，外殼12包括聚丙烯和聚四氟乙烯粒 子的混合物。
[0023] 內(nèi)表面涂層15給外殼12提供高疏水至超疏水的內(nèi)表面，該內(nèi)表面具有大于約 120°的水接觸角和小于約20mJ/m 2的表面能。內(nèi)表面涂層15被構(gòu)造為與外殼材料具有良 好的粘著性，同時(shí)具有的表面具有高接觸角，以排斥油墨。內(nèi)表面涂層15包括單層或多層。
[0024] 內(nèi)表面涂層15包括納米粒子和疏水材料。納米粒子給外殼12的內(nèi)表面提供紋理 和粗糙度，因此在與疏水材料結(jié)合時(shí)，提供高疏水至超疏水表面。納米粒子包括但不限于金 屬氧化物，諸如二氧化硅、氧化鋁、二氧化鈦以及氧化錫。納米粒子具有范圍為約5納米至 約100納米（nm)的粒子大小。
[0025] 疏水材料包括但不限于有機(jī)硅烷。表1中列舉了有機(jī)硅烷及在形成為薄膜時(shí)其對(duì) 應(yīng)的水接觸角的例子。
[0026] 表 1
[0028] 在一個(gè)示例實(shí)施例中，通過(guò)圖3中示出的表面涂布方法形成內(nèi)表面涂層15。在步 驟100中，聚合物基板（例如，流體槽10的外殼12)被設(shè)置用于表面涂布。在步驟105中， 通過(guò)在疏水溶液中結(jié)合納米粒子制備涂布漿體。涂布漿體中的納米粒子的濃度按