液位感測槽材料的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 無。
技術領域
[0003] 本公開涉及微流體噴射裝置。更具體地，本公開涉及用于噴墨打印機的液位感測 槽。
【背景技術】
[0004] 新興噴墨打印機技術將打印頭與油墨源分開以幫助減少消費者的成本。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別形式以將諸如關于打 印機含有什么油墨以及含有多少油墨的信息報告給打印機和用戶。該信息對于打印頭的 壽命和可靠性是至關重要的。舉例而言，準確的油墨液位檢測防止打印頭的"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方法借助無油墨傳感器 由固件中的點/發(fā)射計數(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/發(fā)射計數(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。該估計并非像永久打印頭期望的那樣準確，主要是由于可能會超過20%的墨滴大小變 化。
[0005] 仍有其它檢測方法利用電容器、光學器件、重量、超音波、磁體、浮子、轉矩傳感 器、電探針等感測油墨液位。全部這些方法都需要某種形式的外部刺激和/或感測機構。 Nicholson等人的第13/149, 154號美國專利申請公開了一種封閉系統(tǒng)或一種智能油墨槽， 其中驅(qū)動、感測以及電容測量全部包含在供應零件上。該電氣機械方法面臨挑戰(zhàn)，諸如需要 精心設計材料和化學規(guī)格，使得液位感測方法恰當?shù)匕l(fā)揮功能。
[0006] 油墨的化學組分典型地具有最有利于打印質(zhì)量但不利于快速反應液位測量系統(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劑。該組分允許油墨恰當?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從表面滾離的任何油墨液位檢測方法。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量系統(tǒng)的準確性。
[0007] 可通過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 潤則越少。通常，如果水接觸角大于90°，則固體表面被認為是疏水的。由低表面能材料制 成的高疏水表面具有高達大約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性質(zhì)之間達成平衡以消除油墨附著至槽材料的 問題?？赏ㄟ^更改油墨組分中表面活性劑的類型和濃度來修改油墨濕潤特性。然而，修改 油墨化學性質(zhì)可導致打印質(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。對于精確的油墨液位測量系統(tǒng)而言，期望一種槽容器，其具有的表面能與 油墨化學性質(zhì)平衡，而不會損害油墨打印質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本公開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。在一個示例實施例中，通 過在外殼的內(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。在另一個示例實 施例中，通過在外殼的內(nèi)表面上沉積由氣相反應形成的納米粒子并且經(jīng)化學氣相沉積利用 疏水材料封裝沉積的納米粒子來形成該內(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 為具有油墨液位測量系統(tǒng)的油墨容器。該流體槽允許獲得一種準確且快速反應的油墨液位 測量系統(tǒng)而不損害油墨打印質(zhì)量。
【附圖說明】
[0011] 并入說明書且形成說明書的一部分的附圖示出本公開的幾個方案，并與說明書一 起用于解釋本公開的原理。
[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)一個示例實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)另一個示例實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時間的曲線示意圖。
[0017] 圖5B為未涂布的聚丙烯流體槽的油墨沉降反應時間的曲線示意圖。
[0018] 圖5C為涂布的聚丙烯流體槽的油墨沉降反應時間的曲線示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 應理解，本公開并非將其申請限制于以下說明中闡述的或附圖中示出的構造的細 節(jié)和組件的布置。本公開能夠具有其它實施例并能夠以各種方式被實踐或?qū)嵤?。而且，應?解，本文使用的名詞和術語是為了描述的目的，而不應被理解為用于限制。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及其等效項以及附加項。進一步， 本文的用語"一"和"一個"并非指數(shù)量的限制，而是指存在所提及項的至少一個。
[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、化學制造等許多應用領域可能是有用的。在本示例實施例中， 流體槽1大致是矩形的并且垂直直立放置。本領域技術人員知道，流體槽10可以具有不同 的形狀并且可以應用于具有不同幾何構型的流體容器，例如但不限于圓柱形流體容器和橢 圓形流體容器。
[0021] 在一個示例實施例中，流體槽10包括設置在外殼12中用以檢測液位的至少一對 相對的感測元件50。該對相對的感測元件50可以包括但不限于導電板，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的技術包括吹塑成型、注射成型等以及熱 熔、膠合等。除確定用于運輸、儲存、使用等的條件外，選擇材料并且設計生產(chǎn)包括進一步以 諸如成本、實施容易度、耐用性、泄漏等標準為重點。在一個示例實施例中，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。在另一個示 例實施例中，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，聚四氟乙烯相對昂貴并具有復雜 的模塑或處理相關的問題。在一些其它示例實施例中，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被構造為與外殼材料具有良 好的粘著性，同時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合時，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硅烷。表1中列舉了有機硅烷及在形成為薄膜時其對 應的水接觸角的例子。
[0026] 表 1
[0028] 在一個示例實施例中，通過圖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)被設置用于表面涂布。在步驟105中， 通過在疏水溶液中結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