專利名稱：流體噴射器和設(shè)備上的非潤(rùn)濕涂層的圖案的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體噴射器上的涂層、用于清掃流體噴射器的外表面的設(shè) 備及相關(guān)方法。
背景技術(shù)：
流體噴射器(如墨噴打印頭)通常具有內(nèi)表面、噴射流體的孔、以及 外表面。當(dāng)流體從孔噴出時(shí)，流體可能聚集在流體噴射器的外表面上。當(dāng) 流體聚集在鄰近孔的外表面上時(shí)，從孔噴出的其余流體可能偏離所需的前 進(jìn)路徑，或者通過與聚集的流體的相互作用(例如，由于表面張力)而被 完全遮斷。
諸如特氟龍 和氟碳聚合物(fluorocarbon polymer )等非潤(rùn)濕涂料可用 于涂覆表面。然而，特氟龍⑧和氟碳聚合物通常是柔性的，并且不是耐用涂 料。這些涂料還可能昂貴，并且難以形成圖案(pattern )。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開一種流體噴射器，該流體噴射器具有內(nèi)表面、外表面、允 許與所述內(nèi)表面接觸的流體噴出的孔、所述外表面的第一非潤(rùn)濕區(qū)域、以 及所述外表面的潤(rùn)濕性大于所述第一非潤(rùn)濕區(qū)域的一個(gè)或多個(gè)第二區(qū)域。
實(shí)施方式可包括一個(gè)或多個(gè)以下特征。所述第一非潤(rùn)濕區(qū)域可鄰接所 述孔并且完全包圍所述孔。所述第二區(qū)域可具有接近所述孔的一個(gè)或多個(gè) 部分和遠(yuǎn)離所述孔的一個(gè)或多個(gè)部分。所述第二區(qū)域可具有隨著與所述孔 的距離的增大而增大的橫向尺寸。所述非潤(rùn)濕區(qū)域可由聚合物或單體形成。 所述聚合物可為氟碳聚合物，而所述單體可為硅基單體。所述硅基單體可 含有一個(gè)或多個(gè)氟原子。所述非潤(rùn)濕區(qū)域可由吸附有烷烴硫醇單體 (alkanethiol monomer)的金層形成。所述第二區(qū)域可由硅、二氧化石圭或氮 化硅形成。所述流體噴射器可具有多個(gè)孔，而各孔可以共面。所述孔可以 空間周期設(shè)置，并且所述第一非潤(rùn)濕區(qū)域可沉積為一種圖案，所述圖案包括以相同于所述孔的空間周期復(fù)制的單元格(unit cell )。
本發(fā)明還公開一種清掃一個(gè)或多個(gè)流體噴射器的方法。在某些實(shí)施方 式中，所述方法包括將面板可拆卸地固定到流體噴射器以及橫跨所述面板 橫向地移動(dòng)擦拭器。所述擦拭器可不直接接觸所述流體噴射器。所述擦拭 器可為刮板、刷或海綿。在替代實(shí)施方式中，可將例如空氣等氣體流施加 到所述外表面。在再一實(shí)施方式中，可對(duì)所述外表面施加真空抽吸。
某些實(shí)施方式可具有一個(gè)或多個(gè)以下優(yōu)勢(shì)。可將流體從緊密圍繞所述 孔的區(qū)域移除，使得噴射流體的排放更穩(wěn)定。與未經(jīng)涂覆的流體噴射器相 比，對(duì)已涂覆的流體噴射器來說，可不用進(jìn)行清掃步驟，或者可以進(jìn)行較 少次數(shù)的清掃，使得流體噴射器的壽命增加并且打印速率更快?？上?拭器與流體噴射器的表面之間的接觸，從而降低對(duì)外表面的磨損并增加流 體噴射器壽命?？刹槐厥褂貌潦貌考?，從而允許制造更小的部件并降低部 件的制造成本。


圖1A是未經(jīng)涂覆的流體噴射器的實(shí)施方式的截面圖。 圖1B是圖1A的流體噴射器在外表面上沉積有圖案化的非潤(rùn)濕層的實(shí) 施方式的截面圖。
圖1C是圖1A的流體噴射器在外表面上具有圖案化的非潤(rùn)濕涂層的實(shí) 施方式的截面圖，其中所述非潤(rùn)濕層包括中間金層和外部烷烴硫醇單層。 圖2A是未經(jīng)涂覆的流體噴射器的一個(gè)實(shí)施方式的外表面的俯視圖。 圖2B-2E是圖2A的流體噴射器在外表面的一些部分上沉積有圖案化的 非潤(rùn)濕層的實(shí)施方式的俯視圖。
圖3 A是流體噴射器陣列和被拆下的面板的實(shí)施方式的視圖。
圖3B是圖3A的實(shí)施方式將面板安裝到流體噴射器陣列的外表面的視圖。
圖4A、 4B分別是圖3A、 3B中的實(shí)施方式的透視圖。 圖5A是流體正從部分流體噴射器噴出的流體噴射器的實(shí)施方式的截 面圖。
圖5B是圖5A的流體噴射器陣列安裝了面板的實(shí)施方式的截面圖，其 中流體小滴粘附到外表面的 一些部分。
5圖5C是圖5B的實(shí)施方式的截面圖，其中擦拭器從外表面移除粘附的 流體小滴。
圖5D是圖5C的實(shí)施方式的截面圖，其中外表面粘附的流體小滴已被 清除，并且面板已被移除。
圖6是安裝了面板的流體噴射器陣列的實(shí)施方式的透視圖，其中擦拭 器橫跨面板而滾動(dòng)。
圖7是外表面的一些部分上沉積有另一實(shí)施方式的圖案化的非潤(rùn)濕層 的流體噴射器的俯視圖。
圖8是使用兩個(gè)輥來從外表面的未涂覆區(qū)域移除流體的流體噴射器的
端視圖。
各圖中的相同引用符號(hào)表示相同元件。
具體實(shí)施例方式
圖1A是未經(jīng)涂覆的流體噴射器100 (如噴墨打印頭噴嘴)的截面圖， 該流體噴射器100可構(gòu)造為如2005年10月21日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)序列 號(hào)11/256669中所述那樣，其內(nèi)容通過引用并入本文。流體流經(jīng)下行通道 102,并從孔104噴出。流體噴射器100還包括外表面106。外表面106可 以是天然的硅表面、沉積的例如二氧化硅等氧化物表面、或例如氮化硅等 其它材料。
參考圖1B，非潤(rùn)濕涂層120沉積在外表面106的一些部分上。非潤(rùn)濕 涂層120可為疏水材料。未經(jīng)涂覆的區(qū)域，例如未經(jīng)涂覆的外表面，比非 潤(rùn)濕涂層120更具可濕性(例如，具有較小的接觸角)。
非潤(rùn)濕涂層120可由特氟龍⑧、十三氟-l,l，2,2-四氫辛基三氯硅烷 ((tridecafluoro隱l ，1,2,2-tetrahydrooctyl)trichlorosilane)(FOTS) 、 1H,1H,2H,2H隱全 氟癸基三氯硅烷(1H，lH,2H，2H-perfluorodecyltrichlorosilane ) ( FDTS )、其它 硅基單體或氟碳聚合物、或相似材料組成。可通過旋轉(zhuǎn)涂覆、噴涂或浸涂、 分子汽相沉積(MVD )或其它適當(dāng)?shù)姆椒▉沓练e這些涂料。對(duì)于一些材料， 可寸吏用遮蔽工藝(masking processes )來形成非潤(rùn)濕涂層，例如，沉積光阻 材料層并使之形成圖案來給表面的未涂覆非潤(rùn)濕涂層的部分提供保護(hù)性遮 蔽層，沉積非潤(rùn)濕涂層，然后再溶解或剝離光阻材料層，使圖案化的非潤(rùn) 濕涂層留置于外表面106上?；蛘撸瑢?duì)于一些材料，可使用光刻工藝
6(photolithography processes )來形成非潤(rùn)濕涂層，例如，沉積非潤(rùn)濕涂層， 沉積光阻材料層并使之形成圖案來給表面的要涂覆非潤(rùn)濕涂層的部分提供 保護(hù)性遮蔽層，移除非潤(rùn)濕涂層的未被光阻材料覆蓋的部分(例如通過蝕 刻)，然后視情況移除光阻材料層。為消除進(jìn)行遮蔽及移除遮蔽物的步驟， 可使用激光燒蝕(laser ablation )來形成非潤(rùn)濕涂層。
圖1C示出沉積非潤(rùn)濕涂層的替代方法。首先將金層130沉積在外表面 106的一部分上。然后將烷烴石克醇層(alkanethiol layer )135沉積在金層(gold layer)上，形成單層(monolayer )?？墒褂贸Ｒ?guī)方法在金上形成并選擇性沉 積烷烴硫醇單層。烷烴硫醇單層可以是潤(rùn)濕性的或非潤(rùn)濕性的(non-setting)。 適當(dāng)?shù)姆菨?rùn)濕烷烴硫醇包括例如十八烷基硫醇(octadecylthio)和 1H,lH，2H,2H-全氟癸烷硫醇(1H,lH，2H,2H-perfluorodecanethio1)?？墒褂贸?規(guī)光刻法和蒸發(fā)技術(shù)對(duì)金進(jìn)行選擇性沉積(厚度一^:在約50nm到約200nm 之間)。
圖2A-2E示出流體噴射器中的孔陣150的一部分。圖2A示出具有三 個(gè)孔104的未經(jīng)涂覆的外表面106，但是流體噴射器可只具有一個(gè)或兩個(gè)孔， 或者多于三個(gè)孔，例如多于20個(gè)，例如多于100個(gè)?？卓刹贾贸申嚵?，例 如具有相等間距的單個(gè)行，或具有相等間距的多個(gè)行(該情況下各行可相 對(duì)于4皮此偏移)。
圖2B-2E示出具有孔陣150的流體噴射器的一部分的替代實(shí)施方式， 其中非潤(rùn)濕涂層140和未經(jīng)涂覆的區(qū)域形成各種圖案。在這些實(shí)施方式中， 非潤(rùn)濕涂層140沉積在鄰接且完全包圍孔104的區(qū)域中。 一般而言，使非 潤(rùn)濕涂層形成圖案，以提供一個(gè)或多個(gè)沒有非潤(rùn)濕涂層的形成延伸遠(yuǎn)離孔 的長(zhǎng)形區(qū)域的區(qū)域。
圖2B示出圖2A的流體噴射器涂覆有圖案化的非潤(rùn)濕涂層140的一個(gè) 實(shí)施方式。所得圖案可描述為一系列單元格162,每個(gè)單元格由一個(gè)中心孔 104和兩個(gè)未涂覆區(qū)域106限定出，每個(gè)未涂覆區(qū)域106呈梯形。在該實(shí)施 方式中，每個(gè)梯形包括接近孔的一端和遠(yuǎn)離孔的一端，遠(yuǎn)端比近端寬。單 元格具有由一垂直于陣列平面且將孔二等分的平面限定出的鏡面對(duì)稱結(jié) 構(gòu)。可沿陣列150復(fù)制單元格，以生成周期等于孔的周期的圖案。
圖2C示出圖2B所示的實(shí)施方式的替代實(shí)施方式。在該實(shí)施方式中， 每個(gè)單元格164包含一個(gè)中心孔和四個(gè)梯形區(qū)域。兩個(gè)梯形區(qū)域?yàn)閳D2B所示的區(qū)域，而另兩個(gè)梯形區(qū)域被^f黃向移位。如同圖2B中，每個(gè)梯形包括接 近孔的一端和遠(yuǎn)離孔的一端，遠(yuǎn)端比近端寬。單元格繞一穿過孔的中心且 垂直于陣列平面的線具有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)?？裳仃嚵?50復(fù)制單元格，以生 成周期等于孔的周期的圖案。
圖2D示出圖案化陣列的另一實(shí)施方式。在該實(shí)施方式中，每個(gè)單元格 166包含一個(gè)中心孔和三個(gè)梯形區(qū)域。與同圖2B-2C所示的實(shí)施例，每個(gè)梯 形包括接近孔的一端和遠(yuǎn)離孔的一端，遠(yuǎn)端比近端寬。單元才各具有由一既 垂直于穿過孔的中心的線又垂直于陣列平面的平面限定出的鏡面對(duì)稱結(jié) 構(gòu)?？裳仃嚵?50復(fù)制單元格，以生成周期等于孔的周期的圖案。
圖2E示出圖案化陣列的再一實(shí)施方式。圖2B-2D中示出的表面的大部 分均涂覆有非潤(rùn)濕涂層140，并且非潤(rùn)濕涂層在流體噴射器上形成大致連續(xù) 的層，與圖2B-2D中示出的實(shí)施方式相比，在圖2E所示實(shí)施方式中，僅相 對(duì)較小的陣列區(qū)域涂覆有非潤(rùn)濕涂層140，并且每個(gè)孔周圍的非潤(rùn)濕涂層區(qū) 域是分離的。在該實(shí)施方式中，每個(gè)單元格168可描述為圍繞中心孔104 且與孔共享旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸的星形非潤(rùn)濕涂層140。如圖2E所示，該星具有8 個(gè)尖端。然而，該幾何結(jié)構(gòu)是示例性的，各替代實(shí)施方式中的圖案可采取 其它形式。如同其它實(shí)施方式，可沿陣列150復(fù)制單元格168，以生成周期 等于孔的周期的圖案。
再次參考圖2B-2E,如上所述，非潤(rùn)濕涂層140可以是聚合物或單體 涂層，例如氟碳聚合物或硅基單體、或沉積在位于下方的金層上的烷烴硫 醇單體。未經(jīng)涂覆的外表面區(qū)域106與涂覆有非潤(rùn)濕涂層140的區(qū)域相比 潤(rùn)濕性將更大。在不受限于任何特定理論的情況下，從孔噴出的流體可粘 附到陣列的外表面。這種粘附的流體可優(yōu)先粘附到未經(jīng)涂覆的外表面區(qū)域 106，而被涂覆有非潤(rùn)濕涂層140的區(qū)域排斥。因此，涂覆區(qū)域和未涂覆區(qū) 域的各種圖案可提供一種將粘附的流體小滴吸離(wick away)或抽離(draw away)流體噴射器孔的無源傳送才幾構(gòu)。
參考圖3A,其示出了面板200被拆下的流體噴射器的一部分。圖3B 示出可拆卸地固定到流體噴射器的面板200。面板200僅僅接觸流體噴射器 的外緣，使外表面的大部分(substantial portion )暴露在夕卜。面板200可由 一般為柔性的且非耐磨的聚合物的適當(dāng)聚合物形成。面板200可在例如清 掃過程中可拆卸地固定到陣列150。圖4A和4B以透視圖示出流體噴射器的陣列150的一部分，圖4A中 面板200被拆下，而圖4B中面板200安裝到陣列的外緣。區(qū)域160代表流 體噴射器設(shè)備的余部(未示出)。
圖5A-5D示出流體噴射器的一個(gè)陣列在使用中以及清掃過程中的工 序。圖5A示出操作中的三個(gè)流體噴射器的陣列150的截面圖兩個(gè)流體噴 射器正經(jīng)由孔104噴射在本例中以小滴210的形式示出的流體(例如墨)； 一個(gè)流體噴射器未噴射流體。參考圖5B,流體噴出一段時(shí)間后，小滴210 可能粘附到陣列表面的未經(jīng)涂覆的部分106。與以上概述的理論一致，小滴 可能優(yōu)先粘附到未經(jīng)涂覆的區(qū)域，然而小滴也可能粘附到涂覆有非潤(rùn)濕涂 層的區(qū)域。
圖5B還示出安裝到陣列150的面板200，其僅僅接觸陣列的外緣部分。 圖5C示出橫跨面板200的外表面橫向移動(dòng)的擦拭器220。擦拭器220接觸 面板200,但未直接接觸陣列150。也就是說，可選擇面板200的厚度，并 將面板連接到陣列150，使得面板200向陣列的外表面106上方稍稍突出， 例如突出高度小于將從陣列噴出的典型流體滴的直徑，例如突出高度為50 微米或更小。因此，面板200起限位器(stop)的作用，使得擦拭器220接 觸粘附的小滴210并將它們從陣列表面移除，而不直接接觸陣列表面。擦 拭器220可由易于吸收從流體噴射器噴出的流體例如墨的材料形成。參考 圖5D，在橫跨面板200移動(dòng)擦拭器220后，于是可將該面板移除，以露出 陣列150的干凈外表面，即沒有粘附小滴的外表面，或者比清掃過程前體 積縮小了的吸附流體。在某些實(shí)施方式中，可使用其它形式的擦拭器，例 如刮板、海綿、刷、輥或類似器件。在其它實(shí)施方式中，可使用空氣流、 其它氣流或抽吸來從陣列移除粘附的小滴。
圖6示出安裝有面板200的陣列150的實(shí)施方式的透視圖，其中以輥 230形式出現(xiàn)的擦拭器橫跨面板200而滾動(dòng)。陣列150包括涂覆有非潤(rùn)濕涂 層的區(qū)域和從噴嘴將流體移走的未涂覆區(qū)域，并且輥將流體移除。
圖7示出涂覆有圖案化的非潤(rùn)濕涂層140的流體噴射器150的另一實(shí) 施方式的俯視圖。該實(shí)施方式類似于圖2B，未涂覆區(qū)域106a、 106b，例如 梯形區(qū)域，從噴嘴104延伸離開。然而，在這實(shí)施方式中，位于噴嘴行的 一側(cè)的未涂覆區(qū)域106a連接到能沿整個(gè)噴嘴行延伸并平行于整個(gè)噴嘴行的 公共未涂覆區(qū)域240a。相似地，位于噴嘴行的另一側(cè)的未涂覆區(qū)域106b連
9接到能沿整個(gè)噴嘴行延伸并平行于整個(gè)噴嘴行的公共未涂覆區(qū)域240b。未
涂覆區(qū)域240a、 240b可分別結(jié)合到梯形區(qū)域106a、 106b的4交寬的端。未涂 覆區(qū)域240a、 240b可位于基底的邊緣處。
雖然圖7類似于圖2B,但沿噴嘴行延伸并平行于噴嘴行的未涂覆區(qū)域 可用于其它實(shí)施方式，例如用于圖2C和2D中示出的圖案(在圖2D的實(shí) 施方式中，未涂覆區(qū)域可僅沿噴嘴行的一側(cè)延伸)。
參考圖8，可將擦拭器例如輥230定位成直接接觸外表面的平行于噴嘴 行延伸的未涂覆區(qū)域(而不接觸已涂覆區(qū)域)。輥230可配置成相對(duì)噴嘴行 平行移動(dòng)，將從涂覆表面140吸出的流體移除。在一些實(shí)施方式中，如圖8 所示，平行布置兩個(gè)擦拭器(例如輥230)，以同時(shí)直接接觸位于噴嘴行兩 相反側(cè)的未涂覆區(qū)域240a、 240b,以移除流體。在擦拭器直接接觸打印頭 150的未涂覆區(qū)域的實(shí)施方式中，面板200 (未示出)不必向模塊的表面上 方突出。例如，面板的外表面可與模塊的表面平齊，或低于模塊的表面， 或者可以完全省略面板。
已經(jīng)描述了本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施方式。然而，應(yīng)該了解的是在不背離本 發(fā)明的精神和范圍情況下，可進(jìn)行多種修改。例如，可設(shè)想非潤(rùn)濕涂層和
而仍然取得所需的結(jié)果。因此，其它實(shí)施方式處于權(quán)利要求的范疇內(nèi)。
10
權(quán)利要求
1、一種流體噴射器，包括內(nèi)表面；外表面；允許與所述內(nèi)表面接觸的流體噴出的孔；所述外表面的第一非潤(rùn)濕區(qū)域；和所述外表面的一個(gè)或多個(gè)第二區(qū)域，所述第二區(qū)域比所述第一非潤(rùn)濕區(qū)域更具潤(rùn)濕性。
2、 如權(quán)利要求1所述的流體噴射器，其中，所述第一非潤(rùn)濕區(qū)域鄰接 所述孔并且完全包圍所述孔。
3、 如權(quán)利要求1所述的流體噴射器，其中，所述外表面的第二區(qū)域包 括接近所述孔的一個(gè)或多個(gè)部分和遠(yuǎn)離所述孔的一個(gè)或多個(gè)部分。
4、 如權(quán)利要求3所述的流體噴射器，其中，所述外表面的第二區(qū)域還 包括隨著與所述孔的距離的增大而增大的橫向尺寸。
5、 如權(quán)利要求1所述的流體噴射器，其中，所述第一非潤(rùn)濕區(qū)域由聚 合物形成。
6、 如權(quán)利要求5所述的流體噴射器，其中，所述聚合物是氟碳聚合物。
7、 如權(quán)利要求1所述的流體噴射器，其中，所述第一非潤(rùn)濕區(qū)域包括 硅基單體。
8、 如權(quán)利要求7所述的流體噴射器，其中，所述硅基單體含有一個(gè)或 多個(gè)氟原子。
9、 如權(quán)利要求1所述的流體噴射器，其中，所述第一非潤(rùn)濕區(qū)域由吸 附有烷烴硫醇單體的金層形成。
10、 如權(quán)利要求1所述的流體噴射器，其中，所述第二區(qū)域由硅、二 氧化硅或氮化硅形成。
11、 如權(quán)利要求1所述的流體噴射器，其中，包括多個(gè)孔，各孔共面。
12、 如權(quán)利要求11所述的流體噴射器，其中，所述多個(gè)孔以空間周期 出現(xiàn)，并且所述第一非潤(rùn)濕區(qū)域沉積為一種圖案，所述圖案包括以相同于 所述孔的所述空間周期復(fù)制的單元格。
13、 一種清掃流體噴射器的方法，包括將面板可拆卸地固定到權(quán)利要求1所述的流體噴射器；以及 橫跨所述面板橫向地移動(dòng)擦拭器。
14、 如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述擦拭器不直接接觸所述流體噴射器。
15、 如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述擦拭器為刮板、刷、輥或海綿。
16、 一種清掃流體噴射器的方法，包括 施加氣體流到權(quán)利要求1所述的流體噴射器的外表面。
17、 如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述氣體是空氣。
18、 一種清掃流體噴射器的方法，包括 對(duì)權(quán)利要求1所述的流體噴射器的外表面施加真空抽吸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種流體噴射器，其具有內(nèi)表面、外表面、允許與所述內(nèi)表面接觸的流體噴出的孔、所述外表面的第一非潤(rùn)濕區(qū)域、以及所述外表面的潤(rùn)濕性大于所述第一非潤(rùn)濕區(qū)域的一個(gè)或多個(gè)第二區(qū)域。還涉及一種清掃流體噴射器的工藝，其包括將面板可拆卸地固定到流體噴射器以及橫跨所述面板橫向地移動(dòng)擦拭器。
文檔編號(hào)B41J2/01GK101568436SQ200780046717
公開日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2007年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月22日
發(fā)明者岡村好真 申請(qǐng)人:富士膠卷迪馬蒂克斯股份有限公司