CN1253079A

CN1253079A - 微型喷射装置

Info

Publication number: CN1253079A
Application number: CN99126008A
Authority: CN
Inventors: 安秉善; 朱科夫·A·阿莱克桑德罗维奇; 达尼夫·B·尼科莱维奇
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1998-11-03
Filing date: 1999-11-03
Publication date: 2000-05-17
Also published as: KR100286267B1; EP0999052A2; KR20000034822A; JP2000141657A; RU2147522C1; EP0999052A3; JP3106137B2; US6328430B1

Abstract

本发明涉及一种微型喷射装置,其中,在保护层和加热腔室隔挡层之间形成有粘附促进层。所述粘附促进层是利用γ－氨丙基三乙氧基硅烷形成的。所述粘附促进层能够提高保护层和加热腔室隔挡层之间的粘附,从而提高所述微型喷射装置的总体喷射效果。

Description

微型喷射装置

本发明涉及一种微型喷射装置，特别涉及在微型喷射装置中的保护层和加热腔室隔挡层之间的粘附结构。

微型喷射装置通常是指一种为打印纸、人体或机动车提供预定量液体(诸如油墨、药液或石油产品)的装置，在该装置中所采用的方法是将预定量的电能或热能施加到上述液体中以使所述液体发生体积上的变化。这种方法能够将少量的液体施加于特定的物体上。

喷墨打印机是微型喷射装置中的一种形式，其不同于传统的点式打印机的地方在于通过使用墨盒能够以各种颜色实现印刷工作。与传统的点式打印机相比，喷墨打印机的另外的优点是噪声低、印刷质量有所提高。因此，喷墨打印机的使用量在增加。

喷墨打印机包括打印头，所述打印头具有多个直径很小的喷嘴。打印头通过使油墨气泡化、膨胀并随之将油墨喷洒到打印纸上而实现打印操作。

下面几篇美国专利文献描述了现有技术的几种喷墨打印头的结构和操作。授予Vaught等人的、题目为“热喷墨打印机”的美国专利No.4,490,728描述了一种基本的打印头。授予Aden等人的、题目为“用于喷墨打印头的薄膜装置以及用于制造该装置的方法”的美国专利No.4,809,428以及授予Komuro的、题目为“用于喷液记录头的基底的制造方法和由这种方法所制造的基底”的美国专利No.5,140,345描述了喷墨打印头的制造方法。授予Johnson等人的，题目为“用于喷墨打印头高温操作的油墨通道几何结构”的美国专利No.5,274,400描述了改变供墨通道的尺寸以设置流阻的方法。授予Keefe等人的、题目为“喷墨打印头”的美国专利No.5,420,627描述了一种特别的打印头设计形式。

一般的，在这样的传统喷墨打印头中，利用由加热电阻层所产生的高温热量进行喷墨。但是，当高温的影响作用在油墨上达很长时间，那么油墨中的成分会发生热变，造成容纳油墨装置(例如油墨腔室)的耐久性降低。

近年来，为了克服这个耐久性减低的问题，研发了一种新型的微型喷射装置，其中通过在加热电阻层和液体腔室之间加入板形的隔膜。由填充在加热腔室中的工作液体的蒸汽压力引起隔膜的动态变形，从而使得容纳在油墨腔室中的油墨被有效地排出。在这种情况下，由于隔膜插入在液体腔室和加热电阻层之间，避免了加热电阻层与油墨的直接接触，因此使油墨中的热变最小化。关于这种打印头的例子参见授予Krrger等人的、题目为“具有气泡驱动的柔性隔膜的喷墨打印机”的美国专利No.4,480,259。

因此，通过将加热电阻层、加热腔室、隔膜、油墨腔室和喷嘴覆盖在例如由硅材料制成的基体上来形成包括隔膜的喷墨打印头。在这种喷墨打印头中，形成在基体上并由加热腔室隔挡层所限定的加热电阻层通过与电极层接触而被从外部供给电能。但是，由于电极层在与加热电阻层接触的同时也与基体接触，因此存在下述问题，即流经电极层的电能会通过基体泄漏。

在现有技术中，为了避免电能通过基体泄漏，则在基体上形成例如由二氧化硅制成的保护层，从而将电极层与基体隔开，由此流经电极层的电能不会通过基体泄漏。同时，保护层与电极层、加热电阻层和加热腔室隔挡层相接触。

通常，形成在保护层上的加热腔室隔挡层是由聚酰亚胺材料制成的，这是因为这种材料相对于充填在加热腔室中的工作液体具有化学稳定性，保护层是由与加热腔室隔挡层的材料大不相同的二氧化硅制成的，这是因为电极层和基体之间需要绝缘。但是，在这种情况下，由于材料上的不同而导致加热腔室隔挡层与保护层之间的粘附能力减弱。

由于加热腔室隔挡层与保护层之间的粘附减弱，因此在加热腔室隔挡层与保护层之间形成间隙。其结果是，充填到加热腔室中的工作液体会流经间隙而渗漏到保护层中。

这样，所渗漏的液体会腐蚀保护层，从而使保护层遭到损坏。结果，保护层的绝缘能力显著降低。当温度和湿度频繁地改变时，加热腔室隔挡层与保护层之间的粘附能力会大大降低。

如上，当加热腔室隔挡层与保护层之间没有牢固地粘附时，加热腔室隔挡层不能牢固地形成在保护层上。因此，最终形成的加热腔室隔挡层的厚度不均匀。

此时，如果进一步加入用于提高加热腔室隔挡层耐用性的热处理步骤，那么加热腔室隔挡层与保护层之间的粘附会被进一步降低。因此，喷墨打印头的打印质量被大大降低。

因此，本发明的目的在于提供一种改进的微型喷射装置。

本发明的另一目的在于提供一种能够提高保护层和加热腔室隔挡层之间的粘附的微型喷射装置。

本发明的又一目的在于提供一种能够防止工作液体渗漏的微型喷射装置。

本发明的又一目的在于防止保护层丧失绝缘能力。

本发明的又一目的在于提高加热腔室隔挡层对湿度和温度变化的耐受性。

本发明的又一目的在于获得厚度均匀的加热腔室隔挡层。

为了达到上述目的和其它优点，本发明提供一层形成在保护层和加热腔室隔挡层之间的粘附促进层，以提高保护层和加热腔室隔挡层之间的粘附。粘附促进层是由异辛烷系液体制成的。粘附促进层最好由γ-氨丙基三乙氧基硅烷溶液形成。γ-氨丙基三乙氧基硅烷溶液是由其中以几个百分浓度混合NH₂·(CH₂)₃·Si(OCH₂CH₃)₃液体的2，2，4-三甲基戊烷液体形成的。较优选的是，2，2，4-三甲基戊烷液体的化学成分是(CH₃)₃·CCH₂·CH(CH₃)₂。最好以3至4％重量将NH₂·(CH₂)₃·Si(OCH₂CH₃)₃混合到2，2，4-三甲基戊烷液体中。

因此，根据本发明可显著提高保护层和加热腔室隔挡层之间的粘附性。通过下面参照附图的详细描述，本发明的其它目的和优点将更为显明。

为了便于人们能够充分地理解本发明以及认识本发明所带来的各种优点，下面将参照附图对本发明进行详细描述，在附图中，相同或相似的部件用相同的附图标记表示，附图中：

图1是根据本发明的喷墨打印头的透视图；

图2是沿图1的II-II线截取的剖视图；

图3是示出本发明的第一操作状态的视图；和

图4是示出本发明的第二操作状态的视图。

从参照附图对优选实施例的描述中可以很容易地理解本发明上述目的、特征和优点。本说明书中所采用的发明要素的术语是根据本发明的各个功能进行限定的。但是很明显的是本领域技术人员可根据意愿或习惯改变这些术语。因此，这些术语应该根据本发明的整体内容来进行限定。

下面将参照附图对根据本发明的喷墨打印头进行描述。如图1和图2中所示，根据本发明的喷墨打印头包括例如由硅材料制成的基体1。由二氧化硅材料制成的保护层2形成在基体1上。加热电阻层11形成在保护层2上，加热电阻层11是利用从喷墨打印头外部所供给的电能进行加热的。电极层3形成在加热电阻层11上，电极层3能够从外部将电能提供给加热电阻层11。电极层3与共用电极12相连，由电极层3所提供的电能通过加热电阻层11被转换成热能。

另一方面，加热腔室隔挡层5形成在整个电极层3上以形成加热腔室4，加热腔室4将加热电阻层11围在其中。由加热电阻层11转换的热能被传递给加热腔室4。

这里，易于产生蒸汽压力的工作液体被充填在加热腔室4中。工作液体被加热电阻层11传递的热能迅速地汽化。另外，由于工作液体汽化而产生的蒸汽压力被传递到形成在加热腔室隔挡层5上的隔膜6上。

油墨腔室(或液体腔室)阻挡层7形成在隔膜6上，以形成与加热腔室4同轴的油墨腔室(或液体腔室)9。预定量的油墨被充填在油墨腔室9中。

喷嘴10以下述方式形成在油墨腔室阻挡层7上，即喷嘴10覆盖在油墨腔室9的顶部。喷嘴10用作向外喷墨的喷口。喷嘴10是通过位于油墨腔室阻挡层7上的喷嘴板8形成的，喷嘴10与加热腔室4和油墨腔室9同轴。

在本发明所涉及的微型喷射装置中，粘附促进层(cohesion promotinglayer)20是本发明的要点，粘附促进层20形成在保护层2和加热腔室隔挡层5之间。粘附促进层20形成在保护层2上并与加热电阻层11、电极层3和加热腔室隔挡层5相接触。因此，粘附促进层20起到提高保护层2和加热腔室隔挡层5之间的粘附的作用。这样，即使高温和高湿度长时间地对保护层2和加热腔室隔挡层5之间的界面产生不良影响，保护层2和加热腔室隔挡层5也不会相互分离。

在现有技术中，由于制作保护层和加热腔室隔挡层的材料不同，因此在保护层和加热腔室隔挡层之间形成具有一定尺寸的间隙。在这种情况下，充填加热腔室的工作液体将会通过间隙向保护层渗漏。从而，保护层的绝缘性能显著降低。

但是，在本发明中，如上所述，形成在保护层2和加热腔室隔挡层5之间的粘附促进层20起到提高保护层2和加热腔室隔挡层5之间的粘附的作用。由于提高了粘附力，则可预先防止在保护层2和加热腔室隔挡层5之间形成间隙。这样，可防止充填加热腔室4的工作液体向保护层2渗漏。因此，可长时间地保持保护层2的绝缘性能。

粘附促进层20最好通过旋转涂敷(spin-coating)技术利用异辛烷系溶液制成，例如，2，2，4-三甲基戊烷溶液。2，2，4-三甲基戊烷溶液的化学分子式为(CH₃)₃·CCH₂·CH(CH₃)₂。

当2，2，4-三甲基戊烷溶液用作粘附促进层20的涂敷液体时，为了进一步提高粘附能力，最好将γ-氨丙基三乙氧基硅烷加入其中。γ-氨丙基三乙氧基硅烷的化学分子式为NH₂·(CH₂)₃·Si(OCH₂CH₃)₃。优选的是，γ-氨丙基三乙氧基硅烷的浓度约在3％-4％重量的范围内。γ-氨丙基三乙氧基硅烷是粘附促进层的附加物质，它能产生一种S_iO₂保护层的氨丙基衍生物。

在本发明中，由于用于提高保护层2和加热腔室隔挡层5之间的粘附力的粘附促进层20在加热腔室隔挡层5形成之前形成在保护层2上，因此，即使在形成加热腔室隔挡层5之后对加热腔室隔挡层5进行高温热处理以提高加热腔室隔挡层5耐用性时，保护层2和加热腔室隔挡层5之间的粘附也能保持牢固。因此，高温热处理可在稳定状态下进行，从而使加热腔室隔挡层厚度均匀。

下面对具有上述结构的喷墨打印头的操作进行描述。如图3中所示，首先从外部电源向电极层3提供电信号。接着，向与电极层3相接触的加热电阻层11提供电能并将其迅速地加热到高于500℃的高温。在加热过程中，电能被转换成500℃至550℃的热能。

然后，将转换成的热能传递到与加热电阻层11相接触的加热腔室4中。充填在加热腔室4中的工作液体在传递的热能作用下被迅速地汽化并产生预定的蒸汽压力。

同时，如上所述，由于粘附促进层20形成在保护层2和加热腔室隔挡层5之间以避免在保护层2和加热腔室隔挡层5之间形成间隙，因此充填加热腔室4的工作液体不会向保护层2渗漏。因此，可防止保护层2遭到损坏并使其能够提供良好的绝缘性能。

接着，蒸汽压力被传递到形成在加热腔室隔挡层5上的隔膜6上，这样，将预定的冲量p施加到隔膜6上。在这个过程中，隔膜6沿着图3中箭头所示方向向上膨胀并弯成圆形。由此，强大的冲量被施加到充填在油墨腔室9中的油墨100上，并且油墨100形成泡以待喷出，其中所述油墨腔室9形成在隔膜6上。

通过比较，在该条件下，如图4中所示，当阻断由外部电源所供给的电信号时，加热电阻层11迅速地冷却，保持在加热腔室4内部的蒸汽压力迅速地降低。这样，加热腔室4的内部迅速降压。所形成的负压为隔膜6提供了与上述冲量相反的弯曲力B，由此使隔膜6迅速回缩并回到初始状态。

在这种情况下，隔膜6沿着图4中箭头所示方向迅速地向下回缩并将强大的弯曲力传递到油墨腔室9内部。由此，由于隔膜6的膨胀而将要喷出的油墨100在其自身重力作用下变成椭圆形和圆形，从而使油墨100喷射到外部打印纸上。这样，在外部打印纸上实现了快速打印的操作。

如上所述，用于提高保护层和加热腔室隔挡层之间的粘附的粘附促进层形成在保护层和加热腔室隔挡层之间。粘附促进层能够长时间地保持保护层和加热腔室隔挡层之间的牢固粘附。从而，可显著地提高了喷墨打印机的打印效果。

如上，本发明可用于诸如医疗器械中的微型泵和燃料喷射装置的任何微型喷射装置中，并且不会降低这些装置的操作效率。如上所述，本发明所涉及的喷墨打印头包括位于保护层和加热腔室隔挡层之间的由异辛烷系材料制成的粘附促进层，由此可提高保护层和加热腔室隔挡层之间的粘附性能。因此，可显著提高了喷墨打印机的打印效果。

尽管上文对本发明的优选实施例进行了描述，但是应该理解的是，本领域普通技术人员可在不脱离本发明保护范围的前提下进行各种改进和变型，以及对其中的元件进行等同替换。另外，也可在不脱离本发明保护范围的前提下根据本发明的启示对上述优选实施例进行改进以适应一种特定的情况。因此，本发明并不限于上述作为最佳实施方式公开的具体实施例，本发明包括了落入由权利要求书所限定的保护范围内的所有实施例。

Claims

1.一种微型喷射装置，包括：

由硅制成的基体；

设置在所述基体上的由二氧化硅制成的保护层；

设置在所述保护膜上的粘附促进层，用于提高所述保护层与加热腔室隔挡层之间的粘附；

设置在所述粘附促进层的一部分上的加热电阻层，所述加热电阻层用于对加热腔室进行加热；

设置在所述粘附促进层的一部分上并与所述加热层相接触的电极层，用于从外部电源向所述加热电阻层供电；

设置在所述粘附促进层上的加热腔室隔挡层，所述加热腔室隔挡层限定了围绕加热电阻的加热腔室；

覆盖在所述加热腔室隔挡层上的隔膜层，用于传递所述加热腔室中的工作液体因受热而产生的体积变化；

设置在所述隔膜上的液体腔室隔挡层，所述液体腔室隔挡层限定了与所述加热腔室同轴的液体腔室；和

设置在所述液体腔室隔挡层上的喷嘴板，所述喷嘴板具有与所述液体腔室对准的喷嘴。

2.如权利要求1所述的微型喷射装置，其特征在于，利用包括异辛烷的处理液对所述保护层进行处理，从而形成了所述粘附促进层。

3.如权利要求2所述的微型喷射装置，其特征在于，所述处理方法还包括将所述处理液旋转涂敷在所述保护层上。

4.如权利要求2所述的微型喷射装置，其特征在于，所述异辛烷是2，2，4-三甲基戊烷。

5.如权利要求2所述的微型喷射装置，其特征在于，所述处理液还包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷。

6.如权利要求5所述的微型喷射装置，其特征在于，所述处理液是γ-氨丙基三乙氧基硅烷在异辛烷中的溶液。

7.如权利要求6所述的微型喷射装置，其特征在于，所述处理液是γ-氨丙基三乙氧基硅烷在2，2，4-三甲基戊烷中的溶液。

8.如权利要求6所述的微型喷射装置，其特征在于，γ-氨丙基三乙氧基硅烷在所述溶液中的浓度在大约3％至4％重量的范围内。

9.如权利要求7所述的微型喷射装置，其特征在于，γ-氨丙基三乙氧基硅烷在所述溶液中的浓度在大约3％至4％重量的范围内。

10.如权利要求1所述的微型喷射装置，其特征在于，所述粘附促进层包括所述保护层的二氧化硅的氨丙基衍生物。

11.一种微型喷射装置，包括：

由硅制成的基体；

设置在所述基体上的由二氧化硅制成的保护层；

设置在所述保护膜上的异辛烷层，用于提高所述保护层与加热腔室隔挡层之间的粘附能力；

设置在所述粘附促进层的一部分上的加热电阻层，用于对加热腔室进行加热；

覆盖在所述加热腔室隔挡层上的隔膜层，所述隔膜层用于传递所述加热腔室中的工作液体因受热而产生的体积变化；

12.如权利要求11所述的微型喷射装置，其特征在于，所述异辛烷是2，2，4-三甲基戊烷。

13.如权利要求11所述的微型喷射装置，其特征在于，所述异辛烷层是通过旋转涂敷过程形成在所述保护层上的。

14.如权利要求13所述的微型喷射装置，其特征在于，所述旋转涂敷过程包括将包含2，2，4-三甲基戊烷的液体旋转涂敷到所述保护层上。

15.如权利要求14所述的微型喷射装置，其特征在于，所述液体还包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷。

16.如权利要求15所述的微型喷射装置，其特征在于，γ-氨丙基三乙氧基硅烷在2，2，4-三甲基戊烷中的浓度在大约3％至4％重量的范围内。