专利名称：流体喷射器和设备上的非润湿涂层的图案的制作方法
技术领域：
本发明涉及流体喷射器上的涂层、用于清扫流体喷射器的外表面的设 备及相关方法。
背景技术：
流体喷射器(如墨喷打印头)通常具有内表面、喷射流体的孔、以及 外表面。当流体从孔喷出时，流体可能聚集在流体喷射器的外表面上。当 流体聚集在邻近孔的外表面上时，从孔喷出的其余流体可能偏离所需的前 进路径，或者通过与聚集的流体的相互作用(例如，由于表面张力)而被 完全遮断。
诸如特氟龙 和氟碳聚合物(fluorocarbon polymer )等非润湿涂料可用 于涂覆表面。然而，特氟龙⑧和氟碳聚合物通常是柔性的，并且不是耐用涂 料。这些涂料还可能昂贵，并且难以形成图案(pattern )。
发明内容
本发明公开一种流体喷射器，该流体喷射器具有内表面、外表面、允 许与所述内表面接触的流体喷出的孔、所述外表面的第一非润湿区域、以 及所述外表面的润湿性大于所述第一非润湿区域的一个或多个第二区域。
实施方式可包括一个或多个以下特征。所述第一非润湿区域可邻接所 述孔并且完全包围所述孔。所述第二区域可具有接近所述孔的一个或多个 部分和远离所述孔的一个或多个部分。所述第二区域可具有随着与所述孔 的距离的增大而增大的横向尺寸。所述非润湿区域可由聚合物或单体形成。 所述聚合物可为氟碳聚合物，而所述单体可为硅基单体。所述硅基单体可 含有一个或多个氟原子。所述非润湿区域可由吸附有烷烃硫醇单体 (alkanethiol monomer)的金层形成。所述第二区域可由硅、二氧化石圭或氮 化硅形成。所述流体喷射器可具有多个孔，而各孔可以共面。所述孔可以 空间周期设置，并且所述第一非润湿区域可沉积为一种图案，所述图案包括以相同于所述孔的空间周期复制的单元格(unit cell )。
本发明还公开一种清扫一个或多个流体喷射器的方法。在某些实施方 式中，所述方法包括将面板可拆卸地固定到流体喷射器以及横跨所述面板 横向地移动擦拭器。所述擦拭器可不直接接触所述流体喷射器。所述擦拭 器可为刮板、刷或海绵。在替代实施方式中，可将例如空气等气体流施加 到所述外表面。在再一实施方式中，可对所述外表面施加真空抽吸。
某些实施方式可具有一个或多个以下优势。可将流体从紧密围绕所述 孔的区域移除，使得喷射流体的排放更稳定。与未经涂覆的流体喷射器相 比，对已涂覆的流体喷射器来说，可不用进行清扫步骤，或者可以进行较 少次数的清扫，使得流体喷射器的寿命增加并且打印速率更快。可消除擦 拭器与流体喷射器的表面之间的接触，从而降低对外表面的磨损并增加流 体喷射器寿命。可不必使用擦拭部件，从而允许制造更小的部件并降低部 件的制造成本。
图1A是未经涂覆的流体喷射器的实施方式的截面图。 图1B是图1A的流体喷射器在外表面上沉积有图案化的非润湿层的实 施方式的截面图。
图1C是图1A的流体喷射器在外表面上具有图案化的非润湿涂层的实 施方式的截面图，其中所述非润湿层包括中间金层和外部烷烃硫醇单层。 图2A是未经涂覆的流体喷射器的一个实施方式的外表面的俯视图。 图2B-2E是图2A的流体喷射器在外表面的一些部分上沉积有图案化的 非润湿层的实施方式的俯视图。
图3 A是流体喷射器阵列和被拆下的面板的实施方式的视图。
图3B是图3A的实施方式将面板安装到流体喷射器阵列的外表面的视图。
图4A、 4B分别是图3A、 3B中的实施方式的透视图。 图5A是流体正从部分流体喷射器喷出的流体喷射器的实施方式的截 面图。
图5B是图5A的流体喷射器阵列安装了面板的实施方式的截面图，其 中流体小滴粘附到外表面的 一些部分。
5图5C是图5B的实施方式的截面图，其中擦拭器从外表面移除粘附的 流体小滴。
图5D是图5C的实施方式的截面图，其中外表面粘附的流体小滴已被 清除，并且面板已被移除。
图6是安装了面板的流体喷射器阵列的实施方式的透视图，其中擦拭 器横跨面板而滚动。
图7是外表面的一些部分上沉积有另一实施方式的图案化的非润湿层 的流体喷射器的俯视图。
图8是使用两个辊来从外表面的未涂覆区域移除流体的流体喷射器的
端视图。
各图中的相同引用符号表示相同元件。
具体实施例方式
图1A是未经涂覆的流体喷射器100 (如喷墨打印头喷嘴)的截面图， 该流体喷射器100可构造为如2005年10月21日提交的美国专利申请序列 号11/256669中所述那样，其内容通过引用并入本文。流体流经下行通道 102,并从孔104喷出。流体喷射器100还包括外表面106。外表面106可 以是天然的硅表面、沉积的例如二氧化硅等氧化物表面、或例如氮化硅等 其它材料。
参考图1B，非润湿涂层120沉积在外表面106的一些部分上。非润湿 涂层120可为疏水材料。未经涂覆的区域，例如未经涂覆的外表面，比非 润湿涂层120更具可湿性(例如，具有较小的接触角)。
非润湿涂层120可由特氟龙⑧、十三氟-l,l，2,2-四氢辛基三氯硅烷 ((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 硅基单体或氟碳聚合物、或相似材料组成。可通过旋转涂覆、喷涂或浸涂、 分子汽相沉积(MVD )或其它适当的方法来沉积这些涂料。对于一些材料， 可寸吏用遮蔽工艺(masking processes )来形成非润湿涂层，例如，沉积光阻 材料层并使之形成图案来给表面的未涂覆非润湿涂层的部分提供保护性遮 蔽层，沉积非润湿涂层，然后再溶解或剥离光阻材料层，使图案化的非润 湿涂层留置于外表面106上。或者，对于一些材料，可使用光刻工艺
6(photolithography processes )来形成非润湿涂层，例如，沉积非润湿涂层， 沉积光阻材料层并使之形成图案来给表面的要涂覆非润湿涂层的部分提供 保护性遮蔽层，移除非润湿涂层的未被光阻材料覆盖的部分(例如通过蚀 刻)，然后视情况移除光阻材料层。为消除进行遮蔽及移除遮蔽物的步骤， 可使用激光烧蚀(laser ablation )来形成非润湿涂层。
图1C示出沉积非润湿涂层的替代方法。首先将金层130沉积在外表面 106的一部分上。然后将烷烃石克醇层(alkanethiol layer )135沉积在金层(gold layer)上，形成单层(monolayer )。可使用常规方法在金上形成并选择性沉 积烷烃硫醇单层。烷烃硫醇单层可以是润湿性的或非润湿性的(non-setting)。 适当的非润湿烷烃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)。可使用常 规光刻法和蒸发技术对金进行选择性沉积(厚度一^:在约50nm到约200nm 之间)。
图2A-2E示出流体喷射器中的孔阵150的一部分。图2A示出具有三 个孔104的未经涂覆的外表面106，但是流体喷射器可只具有一个或两个孔， 或者多于三个孔，例如多于20个，例如多于100个。孔可布置成阵列，例 如具有相等间距的单个行，或具有相等间距的多个行(该情况下各行可相 对于4皮此偏移)。
图2B-2E示出具有孔阵150的流体喷射器的一部分的替代实施方式， 其中非润湿涂层140和未经涂覆的区域形成各种图案。在这些实施方式中， 非润湿涂层140沉积在邻接且完全包围孔104的区域中。 一般而言，使非 润湿涂层形成图案，以提供一个或多个没有非润湿涂层的形成延伸远离孔 的长形区域的区域。
图2B示出图2A的流体喷射器涂覆有图案化的非润湿涂层140的一个 实施方式。所得图案可描述为一系列单元格162,每个单元格由一个中心孔 104和两个未涂覆区域106限定出，每个未涂覆区域106呈梯形。在该实施 方式中，每个梯形包括接近孔的一端和远离孔的一端，远端比近端宽。单 元格具有由一垂直于阵列平面且将孔二等分的平面限定出的镜面对称结 构。可沿阵列150复制单元格，以生成周期等于孔的周期的图案。
图2C示出图2B所示的实施方式的替代实施方式。在该实施方式中， 每个单元格164包含一个中心孔和四个梯形区域。两个梯形区域为图2B所示的区域，而另两个梯形区域被^f黄向移位。如同图2B中，每个梯形包括接 近孔的一端和远离孔的一端，远端比近端宽。单元格绕一穿过孔的中心且 垂直于阵列平面的线具有旋转对称结构。可沿阵列150复制单元格，以生 成周期等于孔的周期的图案。
图2D示出图案化阵列的另一实施方式。在该实施方式中，每个单元格 166包含一个中心孔和三个梯形区域。与同图2B-2C所示的实施例，每个梯 形包括接近孔的一端和远离孔的一端，远端比近端宽。单元才各具有由一既 垂直于穿过孔的中心的线又垂直于阵列平面的平面限定出的镜面对称结 构。可沿阵列150复制单元格，以生成周期等于孔的周期的图案。
图2E示出图案化阵列的再一实施方式。图2B-2D中示出的表面的大部 分均涂覆有非润湿涂层140，并且非润湿涂层在流体喷射器上形成大致连续 的层，与图2B-2D中示出的实施方式相比，在图2E所示实施方式中，仅相 对较小的阵列区域涂覆有非润湿涂层140，并且每个孔周围的非润湿涂层区 域是分离的。在该实施方式中，每个单元格168可描述为围绕中心孔104 且与孔共享旋转对称轴的星形非润湿涂层140。如图2E所示，该星具有8 个尖端。然而，该几何结构是示例性的，各替代实施方式中的图案可采取 其它形式。如同其它实施方式，可沿阵列150复制单元格168，以生成周期 等于孔的周期的图案。
再次参考图2B-2E,如上所述，非润湿涂层140可以是聚合物或单体 涂层，例如氟碳聚合物或硅基单体、或沉积在位于下方的金层上的烷烃硫 醇单体。未经涂覆的外表面区域106与涂覆有非润湿涂层140的区域相比 润湿性将更大。在不受限于任何特定理论的情况下，从孔喷出的流体可粘 附到阵列的外表面。这种粘附的流体可优先粘附到未经涂覆的外表面区域 106，而被涂覆有非润湿涂层140的区域排斥。因此，涂覆区域和未涂覆区 域的各种图案可提供一种将粘附的流体小滴吸离(wick away)或抽离(draw away)流体喷射器孔的无源传送才几构。
参考图3A,其示出了面板200被拆下的流体喷射器的一部分。图3B 示出可拆卸地固定到流体喷射器的面板200。面板200仅仅接触流体喷射器 的外缘，使外表面的大部分(substantial portion )暴露在夕卜。面板200可由 一般为柔性的且非耐磨的聚合物的适当聚合物形成。面板200可在例如清 扫过程中可拆卸地固定到阵列150。图4A和4B以透视图示出流体喷射器的阵列150的一部分，图4A中 面板200被拆下，而图4B中面板200安装到阵列的外缘。区域160代表流 体喷射器设备的余部(未示出)。
图5A-5D示出流体喷射器的一个阵列在使用中以及清扫过程中的工 序。图5A示出操作中的三个流体喷射器的阵列150的截面图两个流体喷 射器正经由孔104喷射在本例中以小滴210的形式示出的流体(例如墨)； 一个流体喷射器未喷射流体。参考图5B,流体喷出一段时间后，小滴210 可能粘附到阵列表面的未经涂覆的部分106。与以上概述的理论一致，小滴 可能优先粘附到未经涂覆的区域，然而小滴也可能粘附到涂覆有非润湿涂 层的区域。
图5B还示出安装到阵列150的面板200，其仅仅接触阵列的外缘部分。 图5C示出横跨面板200的外表面横向移动的擦拭器220。擦拭器220接触 面板200,但未直接接触阵列150。也就是说，可选择面板200的厚度，并 将面板连接到阵列150，使得面板200向阵列的外表面106上方稍稍突出， 例如突出高度小于将从阵列喷出的典型流体滴的直径，例如突出高度为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 触粘附的小滴210并将它们从阵列表面移除，而不直接接触阵列表面。擦 拭器220可由易于吸收从流体喷射器喷出的流体例如墨的材料形成。参考 图5D，在横跨面板200移动擦拭器220后，于是可将该面板移除，以露出 阵列150的干净外表面，即没有粘附小滴的外表面，或者比清扫过程前体 积缩小了的吸附流体。在某些实施方式中，可使用其它形式的擦拭器，例 如刮板、海绵、刷、辊或类似器件。在其它实施方式中，可使用空气流、 其它气流或抽吸来从阵列移除粘附的小滴。
图6示出安装有面板200的阵列150的实施方式的透视图，其中以辊 230形式出现的擦拭器横跨面板200而滚动。阵列150包括涂覆有非润湿涂 层的区域和从喷嘴将流体移走的未涂覆区域，并且辊将流体移除。
图7示出涂覆有图案化的非润湿涂层140的流体喷射器150的另一实 施方式的俯视图。该实施方式类似于图2B，未涂覆区域106a、 106b，例如 梯形区域，从喷嘴104延伸离开。然而，在这实施方式中，位于喷嘴行的 一侧的未涂覆区域106a连接到能沿整个喷嘴行延伸并平行于整个喷嘴行的 公共未涂覆区域240a。相似地，位于喷嘴行的另一侧的未涂覆区域106b连
9接到能沿整个喷嘴行延伸并平行于整个喷嘴行的公共未涂覆区域240b。未
涂覆区域240a、 240b可分别结合到梯形区域106a、 106b的4交宽的端。未涂 覆区域240a、 240b可位于基底的边缘处。
虽然图7类似于图2B,但沿喷嘴行延伸并平行于喷嘴行的未涂覆区域 可用于其它实施方式，例如用于图2C和2D中示出的图案(在图2D的实 施方式中，未涂覆区域可仅沿喷嘴行的一侧延伸)。
参考图8，可将擦拭器例如辊230定位成直接接触外表面的平行于喷嘴 行延伸的未涂覆区域(而不接触已涂覆区域)。辊230可配置成相对喷嘴行 平行移动，将从涂覆表面140吸出的流体移除。在一些实施方式中，如图8 所示，平行布置两个擦拭器(例如辊230)，以同时直接接触位于喷嘴行两 相反侧的未涂覆区域240a、 240b,以移除流体。在擦拭器直接接触打印头 150的未涂覆区域的实施方式中，面板200 (未示出)不必向模块的表面上 方突出。例如，面板的外表面可与模块的表面平齐，或低于模块的表面， 或者可以完全省略面板。
已经描述了本发明的多个实施方式。然而，应该了解的是在不背离本 发明的精神和范围情况下，可进行多种修改。例如，可设想非润湿涂层和
而仍然取得所需的结果。因此，其它实施方式处于权利要求的范畴内。
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权利要求
1、一种流体喷射器，包括内表面；外表面；允许与所述内表面接触的流体喷出的孔；所述外表面的第一非润湿区域；和所述外表面的一个或多个第二区域，所述第二区域比所述第一非润湿区域更具润湿性。
2、 如权利要求1所述的流体喷射器，其中，所述第一非润湿区域邻接 所述孔并且完全包围所述孔。
3、 如权利要求1所述的流体喷射器，其中，所述外表面的第二区域包 括接近所述孔的一个或多个部分和远离所述孔的一个或多个部分。
4、 如权利要求3所述的流体喷射器，其中，所述外表面的第二区域还 包括随着与所述孔的距离的增大而增大的横向尺寸。
5、 如权利要求1所述的流体喷射器，其中，所述第一非润湿区域由聚 合物形成。
6、 如权利要求5所述的流体喷射器，其中，所述聚合物是氟碳聚合物。
7、 如权利要求1所述的流体喷射器，其中，所述第一非润湿区域包括 硅基单体。
8、 如权利要求7所述的流体喷射器，其中，所述硅基单体含有一个或 多个氟原子。
9、 如权利要求1所述的流体喷射器，其中，所述第一非润湿区域由吸 附有烷烃硫醇单体的金层形成。
10、 如权利要求1所述的流体喷射器，其中，所述第二区域由硅、二 氧化硅或氮化硅形成。
11、 如权利要求1所述的流体喷射器，其中，包括多个孔，各孔共面。
12、 如权利要求11所述的流体喷射器，其中，所述多个孔以空间周期 出现，并且所述第一非润湿区域沉积为一种图案，所述图案包括以相同于 所述孔的所述空间周期复制的单元格。
13、 一种清扫流体喷射器的方法，包括将面板可拆卸地固定到权利要求1所述的流体喷射器；以及 横跨所述面板横向地移动擦拭器。
14、 如权利要求13所述的方法，其中，所述擦拭器不直接接触所述流体喷射器。
15、 如权利要求13所述的方法，其中，所述擦拭器为刮板、刷、辊或海绵。
16、 一种清扫流体喷射器的方法，包括 施加气体流到权利要求1所述的流体喷射器的外表面。
17、 如权利要求16所述的方法，其中，所述气体是空气。
18、 一种清扫流体喷射器的方法，包括 对权利要求1所述的流体喷射器的外表面施加真空抽吸。
全文摘要
本发明涉及一种流体喷射器，其具有内表面、外表面、允许与所述内表面接触的流体喷出的孔、所述外表面的第一非润湿区域、以及所述外表面的润湿性大于所述第一非润湿区域的一个或多个第二区域。还涉及一种清扫流体喷射器的工艺，其包括将面板可拆卸地固定到流体喷射器以及横跨所述面板横向地移动擦拭器。
文档编号B41J2/01GK101568436SQ200780046717
公开日2009年10月28日 申请日期2007年12月19日 优先权日2006年12月22日
发明者冈村好真 申请人:富士胶卷迪马蒂克斯股份有限公司