CN115071267A - 液滴排出装置 - Google Patents

液滴排出装置 Download PDF

Info

Publication number
CN115071267A
CN115071267A CN202210230016.6A CN202210230016A CN115071267A CN 115071267 A CN115071267 A CN 115071267A CN 202210230016 A CN202210230016 A CN 202210230016A CN 115071267 A CN115071267 A CN 115071267A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nozzle
liquid
region
droplet discharge
contact angle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210230016.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115071267B (zh
Inventor
野野山裕介
松本贵彦
细谷俊彦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Publication of CN115071267A publication Critical patent/CN115071267A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115071267B publication Critical patent/CN115071267B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/1433Structure of nozzle plates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/34Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to influence the nature of flow of the liquid or other fluent material, e.g. to produce swirl
    • B05B1/3402Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to influence the nature of flow of the liquid or other fluent material, e.g. to produce swirl to avoid or to reduce turbulencies, e.g. comprising fluid flow straightening means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201Structure of print heads with piezoelectric elements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/16Production of nozzles
    • B41J2/1606Coating the nozzle area or the ink chamber
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2202/00Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
    • B41J2202/01Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/15Moving nozzle or nozzle plate

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Coating Apparatus (AREA)

Abstract

本公开提供了一种液滴排出装置,即使在包含颗粒或细胞的液体附着到喷嘴表面时,该液滴排出装置也能够保持稳定的排出。

Description

液滴排出装置
技术领域
本公开涉及一种液滴排出装置。
背景技术
最近的喷墨技术不仅使用普通墨水形成字母和图片的图像,而且广泛尝试使用包含颗粒或细胞的墨水形成具有特殊功能的图案。
在喷墨技术中,已知有用于稳定排出液滴的喷嘴形状,因为需要将液滴稳定地排出到准确的位置。
但是,存在的一个问题是,在包含颗粒或细胞的墨水粘附到喷嘴表面时,现有的喷嘴形状不能保持稳定的排出。
一种已报道的在擦拭操作之后使排出稳定的喷墨记录头包括:用于排出墨水的多个排墨孔、通向排墨孔的孔口、在其中形成有所述孔口的孔板、液体流动路径、以及用于排出墨水并设置在液体流动路径的预定位置的排出压力产生元件,其中所述孔板包括凹槽,所述凹槽具有位于与排出表面相同的高度的上端,并且具有小于或等于孔板的板厚的深度,其中所述凹槽具有围绕排出孔的形状,并且设置在远离排出孔的位置(例如参见第2003-320673号日本未审查专利申请公告)。
发明内容
根据本公开的一个方面,一种液滴排出装置包括液滴排出单元。该液滴排出单元包括喷嘴表面,并且在该喷嘴表面中形成有喷嘴。该液滴排出单元配置成通过喷嘴排出液体。喷嘴表面中的喷嘴的邻接区域的水接触角大于喷嘴表面的任何其它区域的水接触角。
附图说明
图1是示出本公开的液滴排出装置的液滴排出头的一个实例的示意图;
图2是示出液滴排出装置的喷嘴周围的结构的一个实例的示意图;
图3A是示出液滴排出装置的喷嘴周围的结构(部分1)的另一个实例的示意图;
图3B是示出液滴排出装置的喷嘴周围的结构(部分2)的另一个实例的示意图;
图4A是示出现有液滴排出装置的喷嘴周围的结构图案的示意图;
图4B是示出实施例1的液滴排出装置的喷嘴周围的结构图案的示意图;
图4C是示出实施例2的液滴排出装置的喷嘴周围的结构图案的示意图;
图5A是示出在图4A的结构图案(现有技术)中当液体附着到喷嘴表面时的现象的示意图;
图5B是示出在图4B的结构图案(实施例1)中当液体附着到喷嘴表面时的现象的示意图;
图5C是示出在图4C的结构图案(实施例2)中当液体附着到喷嘴表面时的现象的示意图;以及
图5D是在图4C的结构图案中当液体附着到喷嘴表面时捕获的显微图像。
具体实施方式
(液滴排出装置)
本公开的液滴排出装置包括液滴排出单元。该液滴排出单元包括喷嘴表面,并且在该喷嘴表面中形成有喷嘴。该液滴排出单元配置成通过喷嘴排出液体。喷嘴表面中的喷嘴的邻接区域的水接触角大于喷嘴表面的任何其它区域的水接触角。
本公开的目的是提供一种液滴排出装置,即使在包含颗粒或细胞的液体附着到喷嘴表面时,该液滴排出装置也能够保持稳定的排出。
本公开提供了一种液滴排出装置,即使在包含颗粒或细胞的液体附着到喷嘴表面时,该液滴排出装置也能够保持稳定的排出。
本公开的液滴排出装置包括至少一个液滴排出单元,并且根据需要还包括其它单元。
本公开的液滴排出装置包括液滴排出单元。该液滴排出单元包括喷嘴表面,并且在该喷嘴表面中形成有喷嘴。该液滴排出单元配置成通过喷嘴排出液体。喷嘴表面中的喷嘴的邻接区域的水接触角大于喷嘴表面的任何其它区域的水接触角。
本公开的液滴排出装置基于在现有技术中发现的以下问题。即,在第2003-320673号日本未审查专利申请公告中公开的现有喷墨记录头中,形成在排出孔周围的凹槽具有容纳墨水的功能,但是存在的一个问题是,容纳在凹槽中的墨水和排出孔中的墨水不能可靠地彼此分离。因此,现有的喷墨记录头能够通过消除粘附到喷嘴表面的任何墨水的影响来稳定排出墨水,但是在使用包含颗粒或细胞的液体时,若这种液体溢出到喷嘴表面,则不能保持稳定的排出。
本公开的液滴排出装置即使在包含颗粒或细胞的液体粘附到喷嘴表面时也能够保持稳定的排出。因此,例如,在将液体(例如细胞悬浮液)的液滴排出到包括用于化验的多个孔的孔板(容器)中时,所述液滴排出装置能够将恒定量的液滴排出到每个孔的准确位置,而不会受到粘附到喷嘴表面的任何液体的不利影响(例如排出方向的紊乱、以及待排出的液体量的变化)。因此,所述液滴排出装置能够稳定地保持液滴排出位置和待排出液体量的精度。
<液滴排出单元>
所述液滴排出单元是配置成通过形成在喷嘴表面中的喷嘴排出液体的液滴排出单元。所述液滴排出单元的优选例子包括液滴排出头。
所述液滴排出单元优选包括喷嘴板,该喷嘴板包括喷嘴表面和形成在喷嘴表面中的喷嘴,并且所述液滴排出单元根据需要还包括其它构件。
<<喷嘴板>>
所述喷嘴板包括喷嘴表面,液体的液滴被排出到该表面的一侧,并且所述喷嘴板还包括喷嘴(在下文中也可称为“喷孔”),所述喷嘴是形成在喷嘴表面中的通孔。
对喷嘴板没有特别的限制,可根据预定目的适当地选择已知的喷嘴板。由硅(Si)作为主要成分形成的喷嘴板是优选的。
喷嘴板中的硅的含量优选为50质量%以上,更优选为60质量%以上,进一步优选为70质量%以上。
优选喷嘴表面具有拒水膜。
[水接触角]
喷嘴表面中的喷嘴的邻接区域的水接触角大于喷嘴表面的任何其它区域的水接触角。在喷嘴表面中的喷嘴周围设有具有较大的水接触角的区域的情况下,即使在包含颗粒或细胞的液体粘附到喷嘴表面时,也能够保持稳定的排出。
“水接触角”是通过θ/2法测量的纯水接触角。
对邻接区域的水接触角θ1没有特别的限制,并且可根据预定目的适当地选择,只要水接触角θ1大于任何其它区域的水接触角θ2,并且优选为140度以上,更优选为150度以上,进一步优选为160度以上。邻接区域的水接触角θ1与任何其它区域的水接触角θ2之间的差值(θ12)优选为25度以上,更优选为35度以上,进一步优选为45度以上。
[邻接区域]
邻接区域是以围绕喷嘴的方式存在的区域,并且具有比喷嘴表面的任何其它区域的水接触角大的水接触角。
对喷嘴表面中的喷嘴的邻接区域没有特别的限制,只要该邻接区域是以围绕喷嘴的方式存在的区域,并且可以是以与喷嘴(喷孔)的边缘接触的方式存在的区域或者稍稍远离喷嘴(喷孔)的边缘存在的区域。
优选喷嘴的边缘与邻接区域之间的距离在喷嘴的周围都是恒定的。该距离优选为20微米以下,更优选为10微米以下,进一步优选为0微米。
优选邻接区域具有与喷嘴同心的圆形形状。
由邻接区域的内缘和外缘之间的距离表示的邻接区域的尺寸优选大于或等于喷孔的直径的一半,但小于或等于喷孔的直径的五倍。
在喷嘴的边缘与邻接区域之间的距离非常长时,或者在邻接区域的尺寸非常小时,存在不能实现稳定排出的风险,因为溢出到喷嘴表面的任何液体不能保持足以避免影响下一次排出的距离。在邻接区域的尺寸非常大时,存在溢出到喷嘴表面的任何液体可能残留在邻接区域中的风险,并且残留的液体可能影响下一个液滴的排出。
对水接触角没有特别的限制,可根据预定目的通过已知方法对其进行适当调节,可通过在邻接区域上设置拒水膜来调节,或者可通过如下所述的调节邻接区域的表面粗糙度的方法来调节。
水接触角值在邻接区域中的分布可以是一致的,也可以是变化的。在水接触角值的分布是变化的情况下,在围绕喷嘴沿径向观察时,喷嘴的邻接区域内的内侧区域的水接触角优选大于邻接区域内的外侧区域的水接触角。
优选以水接触角在较靠近喷嘴的一侧(内侧)较大的方式实现所述变化,并且所述变化可以是单调变化、对数函数方式的变化或逐渐变化。
[表面粗糙度]
优选喷嘴表面中的喷嘴邻接区域的表面粗糙度大于喷嘴表面的任何其它区域的表面粗糙度。通过这种方式,由于邻接区域的表面粗糙度比任何其它区域的表面粗糙度大(更粗糙),因此邻接区域的水接触角可比任何其它区域的水接触角大。
表面粗糙度Ra可按照JIS B0601:2013来测量,并且可使用共焦激光显微镜(可从Keyence Corporation获得)或触针式表面轮廓仪(DEKTAK 150,可从Bruker AXS有限公司获得)等装置来测量。
对邻接区域的表面粗糙度Ra1没有特别的限制,可根据预定目的适当地选择,只要表面粗糙度Ra1大于任何其它区域的表面粗糙度Ra2,并且优选为0.1至1.0,更优选为0.1至0.5,进一步优选为0.1至0.3。邻接区域的表面粗糙度Ra1与任何其它区域的表面粗糙度Ra2之间的差值(Ra1-Ra2)优选为0.05至1.00,更优选为0.05至0.50,进一步优选为0.05至0.30。
[凹部]
优选喷嘴表面包括围绕喷嘴的凹部。
优选喷嘴的邻接区域存在于该凹部内。
对喷嘴表面内的凹部没有特别的限制,只要该凹部是以围绕喷嘴的方式存在的区域,并且可以是以与喷嘴(喷孔)的边缘接触的方式存在的区域,或者可以是稍稍远离喷嘴(喷孔)的边缘存在的区域。
优选喷嘴的边缘与所述凹部之间的距离在喷嘴周围都是恒定的。该距离优选为20微米以下,更优选为10微米以下,进一步优选为0微米。
从喷嘴表面(参考表面)开始算起的凹部深度优选为10微米以下,更优选为5微米以下。
优选所述凹部具有与喷嘴同心的圆形形状。
由凹部的内缘与外缘之间的距离表示的凹部的尺寸优选大于或等于喷孔的直径的一半,但小于或等于喷孔的直径的五倍。
在喷嘴的边缘与凹部之间的距离非常长时,或者在深度非常小时,或者在凹部的尺寸非常小时,存在不能实现稳定排出的风险,因为溢出到喷嘴表面的任何液体不能保持足以避免影响下一次排出的距离。在深度非常大或者在凹部的尺寸非常大时,存在溢出到喷嘴表面的任何液体可能残留在凹部中的风险,并且残留的液体可能影响下一个液滴的排出。
<液体>
对所述液体没有特别的限制,可根据预定目的适当地选择,并且所述液体优选包含可沉降的颗粒。对所述液体没有特别的限制,可根据预定目的适当地选择。所述液体的例子包括墨水组合物和细胞悬浮液。
对所述可沉降颗粒没有特别的限制,可根据预定目的适当地选择。所述可沉降颗粒的例子包括金属颗粒、无机颗粒和细胞。
对细胞没有特别的限制,可根据预定目的适当地选择。细胞的例子包括源自人类的细胞和源自动物的细胞。
下面将参照附图说明用于实施本公开的实施例。在每个附图中,相同的部件以相同的附图标记表示,并且会省略任何多余的说明。
在图1中,X轴、Y轴和Z轴可代表方向。沿着X轴的X方向代表记录介质内的预定方向、或者排布有孔板(容器)(例如用于使用细胞进行的化验)的多个孔(凹部)的阵列平面内的预定方向。沿着Y轴的Y方向代表记录介质或阵列平面内的与X方向正交的方向。沿着Z轴的Z方向表示与阵列平面正交的方向。
由代表X方向的箭头所指向的方向以+X方向表示,与+X方向相反的方向以-X方向表示。由代表Y方向的箭头所指向的方向以+Y方向表示,与+Y方向相反的方向以-Y方向表示。由代表Z方向的箭头所指向的方向以+Z方向表示,与+Z方向相反的方向以-Z方向表示。在一个实施例中,作为一个例子,假设液滴排出头配置成沿-Z方向排出液滴。
图1是示出本公开的液滴排出装置的液滴排出头的一个实例的示意图。
如图1所示,液滴排出头1包括腔室61和接线71。
腔室61是配置成存储液体200的液体腔室的一个例子,并且包括大气暴露部分611、液体腔室构件612、弹性构件613和MEMS芯片6。图1示出了腔室61存储液体200的示例性情况,该液体200是悬浮有可沉降颗粒250(或散布有可沉降颗粒250)的颗粒悬浮液。例如,可假定可沉降颗粒250是金属颗粒、无机颗粒、细胞或源自人的细胞。
对腔室61的尺寸和能够储存在腔室61中的液体200的量没有特别的限制,可根据预定目的适当地选择。液体200的量例如可以是1微升至1毫升。例如,在液体200是散布有细胞的细胞悬浮液时,液体200的量可以是1微升至50微升。液体200的量在控制单元的控制下改变,该控制单元作为对膜62的振动特性有贡献的一个因素。图1所示的液体量E表示填充在腔室61中的液体200的量。
大气暴露部分611是使腔室61暴露于大气的部分。腔室61在较靠近腔室61的Z+方向的一侧包括大气暴露部分611。混合在液体200中的气泡可从大气暴露部分611排出。
MEMS芯片6是通过使用光刻的半导体工艺对硅衬底进行微制造而产生的器件,并且是在其中集成有膜62、压电元件63和膜支撑件65的振动单元的一个例子。
MEMS芯片6结合至沿着液滴D排出的方向(图1中的-Z方向)延伸的液体腔室构件612的端部。腔室61将液体200储存在通过弹性构件613将液体腔室构件612和MEMB芯片6彼此结合而形成的空间中。
MEMS芯片6的衬底不限于硅,也可使用其它构件,例如由玻璃形成的构件。用于制造压电元件63的方法不限于半导体工艺,也可使用除了半导体工艺之外的任何其它方法,例如通过喷墨方法对压电材料的前体液体进行图案化的工艺。
膜62是固定至腔室61的较靠近-Z方向的一侧的端部并且与MEMS芯片6的膜支撑件65一体形成的喷嘴板(膜状构件)的一个例子。膜62包括喷孔621,该喷孔621是大致位于膜62的中心处的通孔。膜支撑件65是配置成支撑膜62的支撑构件的一个例子。
优选喷孔621大致在膜62的中心处形成为正圆形通孔。但是,喷孔621也可具有多边形平面形状。在喷孔621具有圆形形状时,对喷孔621的直径没有特别的限制,但是优选是可沉降颗粒250的尺寸的两倍以上,以避免喷孔621被可沉降颗粒250堵塞并稳定地排出液滴D。具体而言,由于动物细胞、尤其是人类细胞的尺寸通常大约为5微米至50微米,因此喷孔621的直径优选为10微米至100微米或更大,以与所使用的细胞相匹配。
另一方面,在液滴D具有非常大的尺寸时,很难实现形成微小液滴D的目的。因此,喷孔621的直径优选为200微米以下。相应地,在液滴排出头1中,喷孔621的直径优选为10微米至200微米。
压电元件63是配置成使膜62振动的振动单元的例子,并且与MEMS芯片一体地形成在膜62的下表面上。压电元件63的形状可设计成与膜62的形状相匹配。例如,在膜62的平面形状是圆形形状时,优选在喷孔621周围形成具有环形(环状)平面形状的压电元件63。
压电元件63包括压电材料631、设置在压电材料631的上表面(较靠近+Z方向的一侧的表面)上的下电极632、以及设置在压电材料631的下表面(较靠近-Z方向的一侧的表面)上的上电极633。
通过向压电元件63的下电极632或上电极633施加驱动波形,膜62沿X方向收缩,并且施加收缩应力以使膜62能够沿着Z方向振动。例如,可使用锆钛酸铅作为压电材料的构成材料。除此之外,也可使用各种材料,例如铋铁氧化物、金属铌酸盐和钛酸钡,并且这些材料还包括金属或不同的氧化物。
接线71的一端通过导电胶711联接至MEMS芯片6的接线联接部分712。接线71被引出至液体腔室构件612的外侧表面,并沿着该外侧表面布置,接线71的另一端连接至驱动波形产生源7。
压电元件63响应于通过经由导电胶711联接至压电元件63的接线711分别施加到下电极632和上电极633的电压使膜62振动。导电胶711是具有导电性的粘合剂,例如由混合有导电填料的环氧树脂基材料形成。
弹性构件613是通过包含弹性体而形成的构件,该弹性体尽可能不将由MEMS芯片6驱动产生的振动传导至液体腔室构件612。弹性构件613还具有将液体腔室构件612和MEMS芯片6彼此结合的功能。例如,这种弹性构件613可由将MEMS芯片6和液体腔室构件612粘接在一起的粘合剂形成。但是,提供弹性构件613不是必须的,因为即使在弹性构件613是硬质材料时,或者在液体腔室构件612和MEMS芯片6在没有弹性构件613的情况下彼此直接结合时,也能实现排出头1的主要功能。
液体腔室构件612的优选材料具有很弱的细胞毒性、耐热性和良好的制造性能。这种材料的例子包括聚醚醚酮(PEEK)和聚碳酸酯(PC),它们是所谓的工程塑料。但是,也可使用其它塑料、金属和陶瓷等材料。若液体腔室构件612具有耐热性,则容易处理液体腔室构件612,因为具有耐热性的液体腔室构件612能够承受在高压灭菌器(高压,120℃)中的消毒处理。但是,耐热性并不是必须的特性,因为还有其它可用的方法,例如乙醇清洁和紫外线照射。
驱动波形产生源7是配置成向压电元件63输出作为驱动信号的驱动波形的信号发生器。通过向压电元件63输出驱动波形,驱动波形产生源7可使膜62变形,并以液滴D的形式排出储存在腔室61中的液体200。此外,通过使用设定为预定周期的驱动波形使膜62变形,驱动波形产生源7可使膜62共振并排出液体。
优选在排出方向上将MEMS芯片6安装在液体腔室构件612的下游侧(较靠近-Z方向的一侧)。在用于定位组织的过程中,可能存在希望不是简单地定位细胞悬浮液、而是在定位细胞之前或之后添加构成生物体的液体或凝胶或具有生物相容性的液体或凝胶的情况。这有助于细胞与孔的底部的粘附性、细胞存活率和细胞成熟度等因素。
图2是示出图1的液滴排出装置的喷嘴周围的结构的一个实例的示意图。在图2中,“a”和“b”以放大的尺寸示例性地示出了包围在虚线内的部分。“a”是喷嘴表面(不是凹部)的放大图,“b”是喷嘴表面内的凹部的底面的放大图。
在图2的实施例中,在喷嘴表面内的喷孔周围形成凹部。在制造MEMS芯片的过程中,可通过使用光掩模的干法蚀刻来形成该凹部。不是凹部的喷嘴表面具有反映硅晶片的镜面的表面粗糙度(Ra<0.05)。包括通过干法蚀刻产生的凹部的底面的制造表面具有较粗糙的表面(Ra为0.1至1)。但是,所述表面粗糙度值是参考值,并且也可以是任何其它范围内的值,只要水接触角存在差异。
在图2的实施例中,在整个喷嘴表面上形成相同的拒水膜。但是,由于凹部的制造表面的粗糙性的影响(即,由于较大的表面粗糙度),凹部的制造表面的水接触角大于除了凹部之外的喷嘴表面的水接触角。因此,凹部与邻接区域对应。在作为喷嘴板的主要成分的硅(由附图标记2表示)与拒水膜4之间布置有二氧化硅(由附图标记3表示),以提高氟基拒水膜的粘附性。
图3A和图3B是示出液滴排出装置的喷嘴周围的结构的另一个实例的示意图。在图3A和图3B中,“a”和“b”以放大的尺寸示例性地示出了包围在虚线内的部分。“a”是任何其它区域的放大图,“b”是喷嘴的邻接区域的放大图。
在图2的实施例中,在喷嘴的周围形成凹部。但是,形成凹部不是必须的,而是仅需要喷嘴的邻接区域和任何其它区域具有如图3A和图3B的实施例中的接触角差。可通过表面的粗糙结构(图3A)改变接触角,或者可通过表面上的拒水膜之间的差异(图3B)改变接触角。
在图3A的实施例中,在整个喷嘴表面上形成相同的拒水膜。但是,由于在喷嘴的邻接区域中形成的粗糙结构的影响(即,由于较大的表面粗糙度),喷嘴的邻接区域的水接触角大于任何其它区域的水接触角。在作为喷嘴板的主要成分的硅(由附图标记2表示)与拒水膜4之间布置有二氧化硅(由附图标记3表示),以提高氟基拒水膜的粘附性。
在图3B的实施例中,形成在喷嘴的邻接区域上的拒水膜4b和形成在任何其它区域上的拒水膜4a具有彼此不同的水接触角。喷嘴的邻接区域上的拒水膜4b的水接触角大于任何其它区域的拒水膜4a的水接触角。在作为喷嘴板的主要成分的硅(由附图标记2表示)与拒水膜4(由附图标记4a和4b表示)之间布置有二氧化硅(由附图标记3表示),以提高氟基拒水膜的粘附性。
图3A和图3B的实施例的配置均可使用MEMS工艺来产生。
图4A至图4C示出了图2所示的液滴排出装置的喷嘴周围的结构图案。在每个附图中,上侧的视图示出了在类似于图2的Y轴方向上横贯喷嘴的位置处截取的截面图,下侧的视图示出了从排出液滴的目标侧观察时的喷嘴和喷嘴表面的平面图。
图4A示出了现有的没有凹部和喷孔周围的邻接区域的典型喷嘴形状的结构。图4B示出了图2所示的结构,其中凹部以围绕喷嘴并与喷嘴的边缘接触的方式存在。在图4C中,凹部以围绕喷嘴并稍稍远离喷嘴的边缘的方式存在。凹部的底面(由附图标记5表示)是具有较大表面粗糙度的邻接区域。优选凹部具有如图4B和图4C所示的与喷孔同心的凹部形状,但是凹部不一定必须具有圆形形状才能实现该效果。由凹部的内缘与外缘之间的距离表示的凹部的尺寸优选至少大于或等于喷孔的直径的一半,但小于或等于喷孔的直径的五倍。在凹部的尺寸非常小时,存在不能实现稳定排出的风险,因为溢出到喷嘴表面的任何液体不能保持足以避免影响下一次排出的距离。在凹部的尺寸非常大时,存在溢出到喷嘴表面的任何液体可能也残留在凹部中的风险,并且残留的液体可能影响下一个液滴的排出。
图5A至图5C是分别示出在图4A至图4C的结构图案中液体附着到喷嘴表面时的现象的示意图。
图5A示出了在液体200溢出到具有现有的典型喷孔形状的喷嘴表面时的现象。如图所示,在排出或维护期间从喷孔溢出的任何墨水与喷孔中的墨水结合,并形成与液体腔室中的液体结合的液池。若在这种状态下排出下一个液滴,则液滴的飞行方向会在很大程度上弯曲,或者液滴会被吸收到液池中而不能飞行。
在依据图4B(实施例1)的结构图案的图5B中,可能溢出到喷嘴表面的任何液体被保持在具有较小的水接触角的喷嘴表面上,并且没有墨水残留在喷孔附近。在这种状态下,下一个液滴能正确飞行。
同样,在依据图4C的结构图案(实施例2)的图5C中,即使在喷孔周围存在非凹陷区时,也能起到与实施例1相同的效果。在非凹陷区内可能残留少量液体,但其影响不会大到使排出不稳定。
图5D是在液体附着到具有图4C的结构图案的喷嘴表面时用光学显微镜(可从Keyence Corporation公司获得,VHK-7000)捕获的图像,并且示出了实际上已经溢出到喷嘴表面的液体被保持在凹部外和周围(或者在任何其它区域中)的状态。通过产生这种状态,液滴排出稳定性提高,或者正常排出可持续很长时间,而不需要通常进行的维护操作,例如擦拭。
本公开以本发明人的上述发现为基础,其解决问题的方案如下。
<1>一种液滴排出装置,包括:
液滴排出单元,
其中所述液滴排出单元包括喷嘴表面和形成在该喷嘴表面中的喷嘴,所述液滴排出单元配置成通过所述喷嘴排出液体,
其中所述喷嘴表面中的喷嘴的邻接区域的水接触角大于喷嘴表面的任何其它区域的水接触角。
<2>如第<1>项所述的液滴排出装置,
其中所述喷嘴邻接区域的表面粗糙度大于任何其它区域的表面粗糙度。
<3>如第<1>项或第<2>项所述的液滴排出装置,
其中所述喷嘴表面具有围绕所述喷嘴的凹部,并且
所述喷嘴的邻接区域存在于该凹部中。
<4>如第<3>项所述的液滴排出装置,
其中所述凹部邻接喷嘴。
<5>如第<1>至第<4>项中任一项所述的液滴排出装置,
其中在沿着围绕喷嘴的径向方向观察时,喷嘴的邻接区域内的内侧区域的水接触角大于邻接区域内的外侧区域的水接触角。
<6>如第<1>至第<5>项中任一项所述的液滴排出装置,
其中所述喷嘴表面包括拒水膜。
<7>如第<1>至第<6>项中任一项所述的液滴排出装置,
其中具有喷嘴表面的喷嘴板含有50质量%以上的硅。
<8>如第<1>至第<7>项中任一项所述的液滴排出装置,
其中所述液体包含可沉降的颗粒。
<9>如第<8>项所述的液滴排出装置,
其中所述可沉降颗粒选自金属颗粒、无机颗粒和细胞的一种或多种。
如第<1>至第<9>项中任一项所述的液滴排出装置能解决相关技术中的各种问题,并实现本公开的目的。

Claims (7)

1.一种液滴排出装置,包括:
液滴排出单元,
其中所述液滴排出单元包括喷嘴表面和形成在该喷嘴表面中的喷嘴,所述液滴排出单元配置成通过所述喷嘴排出液体,
其中所述喷嘴表面中的喷嘴的邻接区域的水接触角大于喷嘴表面的任何其它区域的水接触角。
2.如权利要求1所述的液滴排出装置,
其中所述喷嘴的邻接区域的表面粗糙度大于任何其它区域的表面粗糙度。
3.如权利要求1或2所述的液滴排出装置,
其中所述喷嘴表面具有围绕所述喷嘴的凹部,并且
所述喷嘴的邻接区域存在于该凹部中。
4.如权利要求3所述的液滴排出装置,
其中所述凹部邻接喷嘴。
5.如权利要求1至4中任一项所述的液滴排出装置,
其中在沿着围绕喷嘴的径向方向观察时,喷嘴的邻接区域内的内侧区域的水接触角大于邻接区域内的外侧区域的水接触角。
6.如权利要求1至5中任一项所述的液滴排出装置,
其中所述喷嘴表面包括拒水膜。
7.如权利要求1至6中任一项所述的液滴排出装置,
其中具有喷嘴表面的喷嘴板含有50质量%以上的硅。
CN202210230016.6A 2021-03-12 2022-03-10 液滴排出装置 Active CN115071267B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021-039853 2021-03-12
JP2021039853A JP2022139456A (ja) 2021-03-12 2021-03-12 液滴吐出装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115071267A true CN115071267A (zh) 2022-09-20
CN115071267B CN115071267B (zh) 2024-03-01

Family

ID=80739020

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210230016.6A Active CN115071267B (zh) 2021-03-12 2022-03-10 液滴排出装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220288609A1 (zh)
EP (1) EP4056374A1 (zh)
JP (1) JP2022139456A (zh)
CN (1) CN115071267B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000263793A (ja) * 1999-03-17 2000-09-26 Fujitsu Ltd 液体吐出部表面の撥水膜形成
US20020001016A1 (en) * 1997-12-01 2002-01-03 Kenji Aono Method for producing ink jet recording head, and ink jet recording head produced by the same method
JP2004009677A (ja) * 2002-06-11 2004-01-15 Konica Minolta Holdings Inc インクジェットヘッド用ノズルプレート、インクジェットヘッド及び該インクジェットヘッドを有するインクジェットプリンタ
JP2007245549A (ja) * 2006-03-16 2007-09-27 Seiko Epson Corp 液体噴射ヘッド及び液体噴射ヘッドを有する液体噴射装置
EP2072261A2 (en) * 2007-12-21 2009-06-24 Océ-Technologies B.V. Orifice plate for an ink-jet print-head and a method for manufacturing an orifice plate
US20190263124A1 (en) * 2018-02-28 2019-08-29 Canon Kabushiki Kaisha Liquid ejection head substrate and method for producing liquid ejection head substrate

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5598193A (en) * 1995-03-24 1997-01-28 Hewlett-Packard Company Treatment of an orifice plate with self-assembled monolayers
US6290331B1 (en) * 1999-09-09 2001-09-18 Hewlett-Packard Company High efficiency orifice plate structure and printhead using the same
JP2003320673A (ja) 2002-05-08 2003-11-11 Canon Inc インクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置
TWI265095B (en) * 2005-08-16 2006-11-01 Ind Tech Res Inst Nozzle plate
KR101113517B1 (ko) * 2006-12-01 2012-02-29 삼성전기주식회사 잉크젯 프린트헤드용 노즐 플레이트 및 그 제조방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020001016A1 (en) * 1997-12-01 2002-01-03 Kenji Aono Method for producing ink jet recording head, and ink jet recording head produced by the same method
JP2000263793A (ja) * 1999-03-17 2000-09-26 Fujitsu Ltd 液体吐出部表面の撥水膜形成
JP2004009677A (ja) * 2002-06-11 2004-01-15 Konica Minolta Holdings Inc インクジェットヘッド用ノズルプレート、インクジェットヘッド及び該インクジェットヘッドを有するインクジェットプリンタ
JP2007245549A (ja) * 2006-03-16 2007-09-27 Seiko Epson Corp 液体噴射ヘッド及び液体噴射ヘッドを有する液体噴射装置
EP2072261A2 (en) * 2007-12-21 2009-06-24 Océ-Technologies B.V. Orifice plate for an ink-jet print-head and a method for manufacturing an orifice plate
US20190263124A1 (en) * 2018-02-28 2019-08-29 Canon Kabushiki Kaisha Liquid ejection head substrate and method for producing liquid ejection head substrate

Also Published As

Publication number Publication date
EP4056374A1 (en) 2022-09-14
US20220288609A1 (en) 2022-09-15
CN115071267B (zh) 2024-03-01
JP2022139456A (ja) 2022-09-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100326679B1 (ko) 액체스프레이장치및방법
JP6827748B2 (ja) 液滴噴射ヘッド及び液滴噴射装置
US7637601B2 (en) Droplet discharging head, droplet discharging apparatus, method for manufacturing droplet discharging head and method for manufacturing droplet discharging apparatus
JP2010506234A (ja) 調整可能なレンズの製造方法
JP2009113351A (ja) シリコン製ノズル基板、シリコン製ノズル基板を備えた液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置、及びシリコン製ノズル基板の製造方法
CN115071267B (zh) 液滴排出装置
Hadimioglu et al. Acoustic ink printing
US8579416B2 (en) Droplet discharging head, manufacturing method thereof, and droplet discharging device
US7537311B2 (en) Method and apparatus for ejecting liquid
US6719410B2 (en) Ink jet head and manufacturing method thereof
US20130220528A1 (en) Method of Fabricating Bubble-Type Micro-Pump
JP2008119905A (ja) 基板分割方法及びシリコンデバイスの製造方法並びに液体噴射ヘッドの製造方法
JPH09327912A (ja) 記録ヘッド
Perçin et al. Photoresist deposition without spinning
JP2004045055A (ja) マイクロピペット
US20200247119A1 (en) Liquid ejection head
WO2022181736A1 (ja) インクジェットヘッド、その製造方法、それを用いた半導体デバイスの製造方法、および印刷装置
KR20140127487A (ko) 잉크젯 프린트 헤드
JPH10337875A (ja) ノズル形成部材及びその製造方法並びにインクジェットヘッド
JP2009196243A (ja) インクジェット装置およびその製造方法
JP7387454B2 (ja) 液体吐出ヘッド
JP2008093880A (ja) 積層基板の分割方法、液滴吐出ヘッドの製造方法及び液滴吐出装置の製造方法
US20230166507A1 (en) Liquid ejection head
JP2006137060A (ja) 静電吸引式液体吐出ヘッド及びその製造方法
JP2024025540A (ja) 液体吐出ヘッド及び記録装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant