打印機組件的周圍等離子體處理的制作方法

專利名稱：打印機組件的周圍等離子體處理的制作方法
技術領域：
本發明大體上涉及打印系統，且明確地說，涉及清洗或處理噴墨打印機組件或裝置。
背景技術：
噴墨打印裝置的操作依賴于特定組件的穩定表面性質，所述組件包括噴嘴板 表面、噴嘴孔表面及例如溝槽或液滴捕集器等液滴捕集機構的表面。舉例來說，科爾曼 (Coleman)等人在第US 6，127，198號美國專利中論述了對噴墨裝置的流體噴射器內部 具有親水性表面及例如噴嘴正面等外表面上具有疏水性質的需要。保齡(Bowling)在第 6，926，394號美國專利中描述了對用于連續式噴墨打印機的液滴捕集器上的疏水性表面的 需要。組件的表面性質受其表面化學組合物及來自多種源(例如，室內空氣中的烴化合 物、例如皮膚碎片及塵土顆粒等碎屑以及來自油墨的沉積微粒)的污染程度影響。因此，噴 墨打印裝置組件的清洗及維護對于一致打印性能為關鍵的。一種用以清洗噴墨打印裝置的表面的常見技術包括在清洗溶液中洗滌，見(例 如)莎瑪(Sharma)等人的第6，193，352號美國專利、法斯勒(Fassler)等人的第6，726，304 號美國專利及安徒生(Andersen)的第5，790，146號美國專利。然而，在清洗溶液中洗滌噴 墨裝置組件并不是切實可行的維護方法，因為其需要提供具有清洗溶液的浴池且通常需要 將裝置從打印機中移除。因此，優選對裝置組件涂覆表面涂層且通過可在原地實施的技術 來清洗裝置組件。另一種用以準備噴墨打印裝置的表面的常見技術包括涂覆例如以下文獻中所描 述的那些涂層等疏水性或疏液性涂層科爾曼(Coleman)等人的第6，127，198號美國專 利(具有氟化烴的類金剛石碳)；楊(Yang)等人的第6，325，490號美國專利(疏水性烷基 硫醇的自組裝單層)；德魯斯(Drews)的第5，136，310號美國專利(烷基聚硅氧烷及其變 體)；納朗(Narang)等人的第5，218，381號美國專利(摻雜硅酮的環氧樹脂)；及斯金納 (Skinner)等人的第6，488，357號美國專利(涂布有機硫化合物的金)。然而，此方法具有 若干限制。舉例來說，涂層往往會妨礙裝置用途。另一種用于表面清洗的常見技術包括用橡膠或某種其它適度軟材料的“刀片”刮 擦表面，見(例如)迪特爾(Dietl)等人的第6，517，187號美國專利及莫利(Mori)等人的 第2005/0185016號美國專利申請公開案。然而，此方法具有若干限制。舉例來說，刮擦最 終可能使裝置表面的非潤濕特征降級。在已知用以維護噴墨打印裝置組件的關鍵表面性質的當前方法的限制的情況下， 以下措施將是有利的在不必移除完全組裝的打印裝置的組件的情況下清洗并準備所述組 件上的表面，使得可周期性地或根據需要來修復或維護合乎需要的表面條件。使用材料及 能量消耗減少的工藝也將是有利的。用于涂布及清洗的等離子體工藝大體上比基于液體的工藝更有效地利用材料。此夕卜，可使用等離子體來準備及沉積廣泛多種材料。舉例來說，可通過將單體材料饋送到等離 子體環境中來通過等離子體聚合形成聚合物材料，如在H·安田(H. Yasuda)的“等離子體 聚合(Plasma Polymerization)”(學術大全，1985年)中所描述的；庫曼(Kuhman)等人 在第6，444，275號美國專利(在熱噴墨裝置上沉積含氟聚合物膜)中所描述的；及德弗賽 (DeFosse)等人在第6，666，449號美國專利(在星形輪表面上沉積含氟聚合物膜)中所描 述的。庫曼(Kuhman)等人在第6，243，112號美國專利中還描述了用于沉積類金剛石碳 的等離子體工藝的使用，且進一步在含氟氣體中使用等離子體處理以使類金剛石碳膜氟 化。可通過將半導體(例如，Si)或含金屬(例如，Ta)前驅物蒸氣及相應含氧或含氮氣 體饋送到等離子體環境中來沉積半導體氧化物或氮化物及金屬氧化物或氮化物，如馬替奴 (Martinu)及珀特阿斯(Poitras)(真空科學與技術學報A 18 (6)，2619-2645 (2000))所論 述的；卡格諾外茲(Kaganowicz)等人在第US 4，717，631號美國專利(描述使用等離子體 增強型化學氣相沉積(PECVD)以由SiH4、NH3及N2O前驅物的混合物形成氮氧化硅鈍化層) 中所論述的；赫斯(Hess)在第4，719，477號美國專利(描述使用PECVD以在熱噴墨打印頭 的制造中在鎢導電跡線上沉積氮化硅)中所論述的；及肖(Shaw)等人在第5，610，335號美 國專利(描述使用PECVD氧化物以在微機械加速計的制造中鈍化溝槽側壁)中所論述的。還眾所周知將等離子體用于蝕刻及清洗應用。尤其眾所周知將含氧等離子體用 于有機及烴殘余物的移除，見(例如)弗萊徹(Fletcher)等人的第4，088，926號美國專 禾U、威廉森(Williamson)等人的第5，514，936號美國專利；及用于半導體處理中的殘余光 致抗蝕劑材料的移除(通常稱作灰化)，見(例如)克里斯滕森(Christensen)等人的第 3，705，055號美國專利、米策爾(Mitzel)的第3，875，068號美國專利、本森(Bersin)等人 的第US 3，879，597號美國專利及馬勒(Muller)等人的第4，740，410號美國專利。 在如上所述的常見等離子體處理中，在減壓(通常低于2毫巴或200帕或約略1. 5 托)下進行清洗、蝕刻或沉積工藝，因此需要在真空腔室中進行處理工藝。由于真空外殼提 供的受控環境，廣泛多種蝕刻、清洗、表面化學修改及沉積工藝可容易地在這些低壓等離子 體工藝中實行。 還已知大氣壓等離子體。與低壓等離子體工藝相反，在周圍空氣中運行的等離子 體通常限于基于活性氧物質的清洗及表面化學修改工藝。工業應用中所使用的典型大氣壓 等離子體為電暈放電及介質阻擋放電。介質阻擋放電尤其眾所周知在涂布、層壓及金屬化 工藝中產生臭氧以用于水凈化及用于聚合物表面修改應用。與在低于帕邢(Paschen)曲線 (即，崩潰電壓V作為Pd(壓力P與電極間隙d的乘積)的函數)上的最小值的Pd值下操 作的低壓等離子體相反，這些高壓等離子體在高于曲線中的最小值的Pd值下操作且通常 在外加電壓方面以較高數量級操作。雖然電暈放電具有漫射類輝光特性，但其通常可支持 低功率密度。通常在低射頻(即，大致10kHz到100kHz)到中等射頻(即，大致IOOkHz到 IMHz)下驅動的介質阻擋放電可支持較高功率密度，且在電崩潰之后繼續發生雪崩效應及 射光形成。介質阻擋層的局部充電建立切斷射光且防止形成電弧的相反電場(高電流低電 壓放電，其中氣體經充分加熱以產生顯著離子化)。通過交替施加到放電間隙的高電壓，在 每一半循環中在相反方向上形成射光。已證明介質阻擋放電在打印工業中可用作修改襯底 表面以容納油墨的手段。此放電的高電壓操作(IOkV或IOkV以上)及絲狀性質對將此技術擴展到其它應用存在嚴重限制。雖然例如DBD等大氣壓等離子體常常應用于聚合物的表面修改中及用于污染減 少的氣體處理中，但還已開發出將大氣壓等離子體用于等離子體沉積工藝。實例包括斯魯 特曼(Slootman)等人在第5，576，076號美國專利中所描述的用于以逐卷形式涂布SiOx 的基于DBD的工藝；如西貝爾(Sieber)等人在第7，041，608號美國專利中所描述的用于 在有機發光二極管裝置上沉積薄碳氟化合物層的AP⑶；及巴多斯(Bardos)及巴蘭科瓦 (Barankova)在“在空氣及氮氣中特征化混合大氣等離子體(Characterization ofHybrid Atmospheric Plasma in Air and Nitrogen)，，(真空技術與涂布 7 (12) 44-47 (2006))中所 描述的用于沉積類金剛石碳的混合中空陰極微波放電。在大面積等離子體修改工藝中，介質阻擋放電(DBD)的高操作電壓及空間非均 勻性常常已證明為不合需要的。實現大氣壓下的低壓放電(大氣壓輝光放電或APGD)的 均勻類輝光特性的努力已使用了多種技術，包括將氦及其它原子氣體添加到介質阻擋放 電及/或仔細選擇介質阻擋放電借以運行的驅動頻率及阻抗匹配條件，見(例如)內山 (Uchiyama)等人的第5，124，173號美國專利、羅斯(Roth)等人的第5，414，324號美國專 利及羅馬西(Romach)等人的第5，714，308號美國專利。不需要介質阻擋層的其它方法包 括結合適當電極配置使用氦及射頻功率(例如，13. 56MHz)，見(例如)塞爾溫(Selwyn) 的第5，961，772號美國專利(描述大氣壓等離子體噴射)；及將等離子體源縮放到可在比 典型低壓放電高的壓力下實現較接近帕邢(Paschen)最小值的Pd值的尺寸，見(例如)伊 登(Eden)等人的第6，695，664號美國專利及庫珀(Cooper)等人的第2004/0144733號美 國專利申請公開案(描述微中空陰極放電)。在典型等離子體清洗及等離子體處理工藝中，將待處理或清洗的物品放置于產生 等離子體的處理腔室中(即，使用固定襯底的工藝)，或者將待處理或清洗的物品傳送穿過 等離子體區(即，使用平移襯底的工藝)。前者模式的工藝的實例為半導體制造中的光致 抗蝕劑的等離子體灰化(見先前引用的參考案)。在這些應用中，電極系統通常獨立于待 處理的物品，且物品的表面通常處于浮動電位(即，當呈現給等離子體時電絕緣物體自然 獲得的電位)，使得物體不汲取凈電流；通常此電位比等離子體電位低大致10-20伏，差值 依據等離子體中的電子溫度而定，見(例如)M* A 賴勃曼(M. A. Lieberman)及A* J 李 頓勃(A. J. Lichtenberg)的“等離子體放電及材料處理的原理(Principles ofPlasma Discharges and Materials Processing) ”(紐約威利出版社(1994))。后者模式的實例 (其中將待處理的物品傳送穿過等離子體區)為聚合物卷箔紙的等離子體處理，見(例如) 格雷斯(Grace)等人的第5，425，980號美國專利、玉置(Tamaki)等人的第4，472，467號美 國專利及德內斯(Denes)等人的第6，082，292號美國專利。在一些卷箔紙處理技術中，卷箔紙為電浮動的，而在其它技術中，卷箔紙放置于陰 極套中，見(例如)格雷斯(Grace)等人的第6，603，121號美國專利及格雷斯(Grace)等 人的第6，399，159號美國專利；且經歷來自通過高電壓套加速的離子的高能轟擊(如在用 于硅晶片上的微電子電路的制造中的等離子體蝕刻工藝中典型的)。在這些方法中，處理呈 現給等離子體的整個襯底表面。此外，這些方法中的任一者均不與在不將噴墨打印裝置組 件從噴墨打印系統中移除的情況下處理噴墨打印裝置組件兼容。不管操作的壓力范圍如何，典型等離子體處理技術使用宏觀等離子體，且工藝功
6率及面積往往較高。舉例來說，用于蝕刻半導體晶片的典型電源能夠傳遞l_5kW且晶片面 積通常在180cm2到700cm2的范圍內。對于l_2m的卷箔紙寬度及大約0. 3m長的處理區，用 于等離子體卷箔紙處理裝置的電源通常能夠傳遞ι-iokw。因此，使所述大尺度方法適于僅 處理裝置表面積的小部分將低效率地使用能量且將由于缺乏提供需要在所述大尺度方法 中所涉及的大體積或面積上應用的所需局部能量密度的能力而可能限制工藝速度。另外， 裝置中的等離子體敏感組件可由于裝置暴露于大尺度等離子體而被損壞。微尺度等離子體(即，通過在至少一個維度中具有亞毫米范圍來特征化的等離 子體)提供局部化等離子體處理以及如上文所提及的，由于Pd縮放而提供的較高操作壓 力。使用微尺度等離子體的局部化等離子體處理的實例為使用經圖案化等離子體電極 以在襯底上方產生微尺度等離子體區來以所要圖案添加材料或移除材料，如吉恩昌達尼 (Gianchandani)等人在第6，827，870號美國專利中所描述的。針對在l-7W/cm2范圍中的 外加功率密度及在2-20托范圍中的氣體壓力揭示蝕刻工藝結果。雖然這些壓力顯著高于 傳統低壓等離子體工藝(即，< 1托)，但其頗低于大氣壓(760托)且，因此，吉恩昌達尼 (Gianchandani)未教示或揭示用于在近大氣壓下操作的微尺度放電源的設計。庫珀(Cooper)等人的微中空陰極源旨在提供用于水凈化的強烈紫外光且經展示在比吉恩昌達尼(Gianchandani)所揭示的壓力高的壓力(200-760托)下操作。穆罕默 德(Mohamed)等人較近期揭示的微中空陰極源(第US 2006/0028145號美國專利申請公開 案)的目標為在大氣壓下產生微等離子體噴射。在前者情況下，產生需要的紫外線發射的 能力依據放電氣體的選擇及裝置的操作條件而定。在后者情況下，微中空陰極裝置還用作 氣體噴嘴，且噴射特性依據噴嘴設計及流動條件以及等離子體條件而定。大氣壓微尺度等離子體源的其它實例包括斯托費爾斯(StofTels)等人所描述 的等離子體針(使用等離子體針的對哺乳動物細胞的表面治療(Superficial treatment ofmammalian cells using plasma needle) ；E ·斯托費爾斯(Stoffels, Ε.) ；I · E ·凱 夫特(Kieft, I. Ε.) ;R · E · J ·斯拉得克(Sladek, R. Ε. J.)物理學學報D輯應用物理學 (Journal of PhysicsD =Applied Physics) (2003)，36 (23)，2908-2913)；庫侖(Coulombe) 等人所揭示的窄等離子體噴射(第2007/0029500號美國專利申請公開案)；伊登(Eden) 等人的微腔陣列(第S 2003/0132693號美國專利申請公開案)；沃亞克(Vojak)等人所 描述的多層陶瓷微放電裝置(第2002/0113553號美國專利申請公開案)；及霍普伍德 (Hopwood)等人的低功率等離子體產生器(第2004/0164682號美國專利申請公開案)。斯 托費爾斯(StofTels)等人的等離子體針旨在哺乳動物組織中的活細胞的表面修改。庫侖 (Coulombe)等人的窄等離子體噴射也是針對于生物應用，例如皮膚處理、癌細胞的蝕刻及 有機膜的沉積。伊登(Eden)等人的微腔陣列旨在發光裝置，且沃亞克(Vojak)等人的多層 陶瓷微放電裝置是針對于與多層陶瓷集成電路集成的發光裝置或微放電裝置。霍普伍德 (Hopwood)等人的低功率等離子體產生器(其使用具有放電間隙的高Q諧振環)是針對于 便攜式裝置及例如生物殺菌、小尺度處理及微量化學分析系統等應用。除了這些放電的類 輝光特性以外，其通常還在大氣壓或近大氣壓下操作，且其是空間局部化的。因此，具有類 似于低壓等離子體的操作特性的在大氣壓下對選定局部化區域的等離子體處理是可能的。上文所提及的微尺度大氣壓等離子體源可產生用于噴墨打印裝置組件的清洗或 處理的有用局部化等離子體處理。這些情況中既未提及將等離子體處理選擇性地應用于含有敏感電子裝置(例如，CMOS邏輯及驅動器)的打印機組件或裝置(例如，噴墨打印頭)的局部化區域，且這些情況中也未關注將需要在組件的特定區中產生反應物質的顯著局部化 通量以便以合理的處理時間及最小損壞來處理組件的快速處理時間。此外，這些情況既未 教示將微尺度放電電極系統直接集成到經設計以用于打印的裝置中，其中打印裝置的組件 用作用于產生等離子體的電極系統的部分，且這些情況也未教示使用微尺度放電以清洗、 準備或以其它方式維護噴墨打印組件的表面性質。雖然打印技術領域的技術人員可能熟悉用于打印襯底的表面處理的介質阻擋放 電或其變體(因為打印工藝在大氣壓下執行)，但從工作流程及資金成本的觀點來看將認 為在真空條件下運行的大多數等離子體工藝是受到抑制的。運行具有類似于真空等離子體 工藝的那些特性的特性且具有引入經定制用于清洗、蝕刻或沉積的特定等離子體化學處理 的可能的在大氣壓下的等離子體工藝的能力是高度合乎需要的且在打印技術領域中是未 知的。進一步需要具有在不對打印系統的關鍵組件造成機械或電損壞的情況下使用與噴墨 打印機組件兼容的幾何形狀有效地進行所述工藝的能力。針對不同于打印或襯底修改的應 用將等離子體技術集成到打印系統中是高度合乎需要的。因此，需要一種等離子體處理工藝，其與噴墨打印系統集成且可在不對打印裝置 組件造成損壞的情況下操作。

發明內容
根據本發明的一個方面，一種處理打印機組件的方法包括在最接近待處理的打 印機組件處提供電極；在最接近待處理的打印機組件的區域中引入等離子體處理氣體；及 通過將電力施加到電極進而在近大氣壓下產生微尺度等離子體來處理打印機組件，微尺度 等離子體作用于打印機組件上。根據本發明的另一方面，一種打印頭包括噴嘴孔及與噴嘴孔成液體連通的液體腔 室。液滴形成機構與噴嘴孔及液體腔室中的一者相關聯。電路與液滴形成機構成電連通。 電屏蔽物與打印頭集成以屏蔽液滴形成機構及電路中的至少一者以免受外部電力源。根據本發明的另一方面，一種打印機包括打印機組件及與打印機組件集成的至少 一個電極。所述至少一個電極經配置以在近大氣壓下在最接近打印機組件處產生微尺度等 離子體。


在下文所呈現的對本發明的優選實施例的詳細描述中，參看附圖，其中圖1為噴墨打印頭的橫截面圖；圖2為用于噴墨打印機中的溝槽的示意圖；圖3展示用于靜電偏轉的偏轉機構；圖4展示使用氣流的偏轉機構的示意圖；圖5展示定位于噴墨打印頭打印機組件上的單個電極；圖6展示定位于噴墨溝槽打印機組件上的單個電極；圖7展示定位于噴墨打印頭打印機組件上的單個開口圓柱諧振器電極；圖8展示涂布有介電材料且定位于噴墨打印頭打印機組件上的單個電極；
圖9展示定位于噴墨打印頭打印機組件上的多個電極；圖IOa及圖IOb展示定位于噴墨打印頭打印機組件上的嵌入在介電涂層中的多個 電極；圖11展示定位于噴墨打印頭打印機組件上的呈細長棒配置的單個電極；圖12展示嵌入在電介質中且定位于噴墨打印頭打印機組件上的呈細長棒配置的 單個電極；圖13a展示噴墨打印頭打印機組件，其中多個單電極集成于噴墨打印頭打印機組 件中；圖13b展示集成于噴墨打印頭打印機組件中的多個電極的替代配置；圖13c說明用于驅動噴墨打印頭打印機組件上的集成電極以用于在噴嘴板的表 面處產生微尺度等離子體的電連接方案；圖14展示噴墨打印頭打印機組件，其中多個棒電極集成于噴墨打印頭打印機組 件中；圖15a展示噴墨打印頭打印機組件，其中電氣裝置屏蔽集成于打印頭打印機組件 中；圖15b展示噴墨打印頭打印機組件，其中電氣裝置屏蔽定位于打印頭打印機組件 上方；圖16展示噴墨打印頭打印機組件，其中多個單電極及電氣裝置屏蔽集成于噴墨 打印頭打印機組件中；圖17展示噴墨打印頭打印機組件，其中多個電極及電氣裝置屏蔽集成于噴墨打 印頭打印機組件中；圖18a及圖18b展示通過絕緣層分開的多個電極的電驅動組合件，所述組合件定 位于溝槽噴墨打印機組件上；及圖19a到圖19e展示成形電極的各種實例。
具體實施例方式本描述將尤其針對于形成根據本發明的設備的部分或與根據本發明的設備更直 接地協作的元件。應理解，未具體展示或描述的元件可采用所屬領域的技術人員眾所周知 的各種形式。噴墨打印機含有多個打印機組件或裝置。術語組件、術語裝置及術語打印機組件可互換地使用，且其指代噴墨打印機中的機械、光學、電光學、機電或電氣子組合件。噴墨打 印裝置為當經適當互連時能夠在襯底上產生打印圖像的打印機組件或裝置的組裝集合。打 印機組件為噴墨打印機中的在噴墨打印機運行或操作期間的任何時間處使用的任何組合 件或裝置(不管目的如何)。打印機組件還可包含若干個裝置、組件或子組合件。打印機組 件用于廣泛范圍的功能。舉例來說，其可專用于襯底輸送、向襯底的油墨傳遞或油墨管理。 油墨或流體管理可包括將油墨傳遞到打印機內的既定目的地、回收及再循環未打印的油墨 以及流體過濾。專用于產生液滴或微滴的打印機組件或裝置包括噴墨打印頭。參看圖1，展示一種類型的打印機組件(打印頭8)的示意圖。打印頭8包含流體 傳遞歧管16，流體傳遞歧管16包括常常被稱作液體腔室或歧管孔12的腔室，油墨及其它流體通過所述腔室傳送到噴嘴板10。用于將流體從歧管孔12導引到噴嘴板10的常常被稱作槽14的流體路徑位于噴嘴板10與歧管孔12之間。噴嘴板或孔口板10包括至少一個噴嘴 孔18，其為具有界定的橫截面及長度的孔口。額外流體路徑可存在于噴嘴孔的孔口與槽之 間(未展示所述額外特征)。單個或多個噴嘴孔包括在噴嘴板或孔口板中。術語噴嘴板或 孔口板為噴墨打印技術領域的技術人員所熟悉。流體或油墨從歧管孔通過槽行進到噴嘴板中的噴嘴孔且以液滴或微滴的形式噴 射出。液滴形成機構可與噴嘴孔及/或液體腔室相關聯。液滴形成機構可為電氣、機械、機 電、熱或流體機構，且為噴墨打印技術領域的技術人員所熟悉。舉例來說，液滴形成機構可 包括在噴嘴孔附近或作為噴嘴孔的一體部分的單個或多個加熱元件。另外，壓電換能器可 位于噴嘴孔處或噴嘴孔附近。含有一個或一個以上噴嘴孔的噴嘴板或孔口板可包括專用于各種目的的電路或 復雜微電子電路，所述各種目的例如為產生液滴或微滴及提供用于電連通到與所述噴嘴孔 中的至少一者相關聯的液滴形成機構的手段以提供用于控制與噴嘴板上的至少一個噴嘴 孔相關聯的液滴形成機構的手段。電路還可執行例如監測溫度或壓力等其它功能。噴嘴板 或歧管可包括用于將能量注入到從噴嘴板上的噴嘴孔孔口涌出的液體或流體噴射中以用 于產生液滴的目的的其它組合件。打印頭8可并入到按需噴射液滴式打印機或連續式打印機中。當并入到連續式打 印機中時，可使用噴墨打印技術領域的技術人員所熟悉的打印機裝置或組件收集穿過噴嘴 板且未打印于襯底上的油墨及/或其它流體以用于再使用。這些裝置或組件被稱為溝槽且 專用于收集未打印的液滴或微滴以使得流體可被再使用。溝槽因此含有用于收集流體的至 少一個表面及用于將所收集的液滴及流體導引到流體傳遞系統以使得其可被再使用的構 件。圖2展示稱為溝槽19的打印機組件的一種設計的示意圖。在溝槽收集表面20上 收集來自噴墨打印頭的未打印的流體且流體流經形成于流體收集通道壁24與溝槽收集表 面20之間的空間中的流體收集通道22而到達排流管26。在其它溝槽設計中，可在流體收 集通道壁24上收集未打印的流體且接著流體流入流體收集通道22中。接著將未打印的流 體、油墨或其它物質從排流管移除以用于再循環或廢棄成廢物。通常，排流管連接到受控真 空，從而導致通過抽吸將流體從流體收集通道中移除，使得氣體與液體兩者均可流經流體 收集通道。連續式打印機包括打印裝置中專用于使用此項技術中已知的任何軌道控制手段 來控制液滴及微滴的軌道或偏轉液滴或微滴的其它裝置或打印機組件。所述噴墨打印機組 件稱為液滴偏轉器或微滴偏轉器。一般來說，液滴偏轉器定位于用于產生液滴的噴墨打印 頭與用于收集流體及油墨以用于再循環或廢棄成廢物的溝槽之間。控制液滴軌道及通過使 用液滴偏轉器引入液滴或微滴偏轉的若干手段為此項技術中已知的且為噴墨打印技術領 域的技術人員所熟悉。舉例來說，可通過以下手段來控制液滴的軌道帶電液滴在電場中的 偏轉；液滴在升壓或減壓下通過氣流的作用的偏轉；液滴借助于液體噴射的不平衡熱刺激 的偏轉；或噴墨打印技術領域的技術人員所熟悉的任何其它手段。靜電偏轉方法使用電線、板或各種成形導電隧道的導電組合件。這些裝置被稱為 靜電偏轉裝置或靜電偏轉噴墨打印機組件，且包括為噴墨打印技術領域的技術人員所熟悉的例如電荷板及電荷隧道等組件。圖3展示靜電偏轉噴墨打印機組件的示意圖。此噴墨打印機組件還稱為靜電液滴偏轉器28。靜電偏轉噴墨打印機組件位于噴墨打印頭30與噴墨打印機溝槽36之間。靜電 偏轉噴墨打印頭組件包含至少一個充電電極32及至少一個偏轉電極34。所述組合件為連 續噴墨打印技術領域的技術人員所熟悉。在操作中，由從位于歧管上的噴嘴板中的噴嘴孔中發出的液體噴射形成液滴或微 滴，且通過由充電電極32施加的電場的作用為液滴充電。為了導引液滴以用于在溝槽36 的收集表面上收集或為了將液滴導引到襯底以便通過液滴或微滴在襯底上的選擇性成圖 像沉積而打印文字或圖像，接著可通過偏轉電極34偏轉帶電液滴。在空氣或氣體偏轉方法中，微滴偏轉器經配置以產生與油墨微滴互動的氣流，進 而將具有多個體積中的一者的油墨微滴與具有所述多個體積中的另一者的油墨微滴分開。 空氣液滴偏轉器還可使用定位在最接近液滴偏轉器組件的輸出端處的壓力傳感器，其中壓 力傳感器經配置以產生壓力指示信號。另外，可使用耦合到所述壓力傳感器且經配置以基 于指示信號而輸出補償信號的控制器來提供調整機構，所述調整機構操作地耦合到所述微 滴偏轉器以響應于所述補償信號而調整由所述微滴偏轉器產生的氣流。圖4展示使用氣流的液滴偏轉器40的示意圖。由噴墨打印頭42提供液滴且由溝 槽43來收集待再循環或廢棄成廢物的流體及油墨。通過氣體供應歧管44供應氣流且由氣 體移除歧管46收集氣流以在氣體供應歧管與氣體移除歧管之間提供受控氣流以用于使從 噴墨打印頭傳送的液滴在溝槽的方向上朝著紙面(或襯底)偏轉的目的。氣體移除歧管46 可在減壓下操作以使得在必要時對于液滴偏轉不需要氣體供應歧管。為了使用微尺度等離子體來清洗、處理或以其它方式處理各種噴墨打印機組件 (例如上文所描述的那些組件)的關鍵表面，在噴墨打印機組件外部或以與噴墨打印機組 件集成的方式引入微尺度等離子體。圖5說明噴墨打印頭52，其中電極54定位于噴嘴板 56上方。電極54用于在最接近噴墨打印機組件(其在此實例中為噴墨打印頭)處產生微 尺度等離子體的目的。如本文中所使用的，最接近指代距組件的距離在Icm之內。在最接 近噴墨打印頭組件處形成微尺度等離子體可用于許多目的，包括確保噴墨打印機組件的表 面的初始清潔度，以及噴墨打印機組件的表面的表面修改以用于引入經改進的疏水性、親 水性或表面反應性的目的。明確地說，微尺度等離子體的形成在干式流體沉積(例如，由于 油墨引起的那些沉積)的管理中為重要的，其用于改進打印系統起動及切斷序列的可靠性 且用于改進打印系統的總可靠性。通過提供電極來產生微尺度等離子體(還稱為微尺度放電)，通過所述電極將能 量從外部電源耦合到產生微尺度等離子體的區。微尺度等離子體指代氣體中的放電，其中 所述放電具有范圍小于Imm的至少一個維度，所述范圍由空間局部化發光區、空間局部化 離子化區、含有大多數所關注的活性物質的區(例如，例如原子氧等特定中性活性物質的 最大濃度的一半處的全寬度)或微尺度等離子體對正被處理的組件的效應的空間范圍來 確定。微尺度等離子體區是空間局部化的且應認識到，以下情況可能為有利的平移一個或 一個以上微尺度等離子體以實現所關注的噴墨打印機組件上的一個或一個以上額外區及 表面的處理以用于將經改進的疏水性、親水性或表面反應性引入到噴墨打印機組件上的較 大表面積的目的。以下情況也可為有益的平移一個或一個以上微尺度等離子體及(任選地)相關聯的電極結構及電源以同樣處理額外噴墨打印機組件。本文中將借以將能量耦合到等離子體的觸點稱作電極。本文中將用于向第一電極提供參考或以其它方式幫助將能量耦合到等離子體的第二電極稱作反電極。電極或反電極 均可經正偏置或負偏置且因此可在二極管放電中用作陽極或陰極。其它類型的電極包括射 頻天線及微波波導或撒施器。在射頻感應耦合等離子體的情況下，形成天線的導電跡線或 電線用作電極。在霍普伍德(Hopwood)等人的開口環諧振器的情況下，放電間隙(環中的 開口)的任一側上的開口環導電跡線的若干部分用作電極及反電極，同時開口環與接地平 面組合用作波導。再次參看圖5，電極54可連接到電源58且可在相對于接地電位或其它參考電位的 電位下被驅動。在一種配置中，噴墨打印頭的歧管保持在接地電位。施加到電極的電位可 為DC或AC，且AC電位的頻率可在Hz到GHz之間變化，其中振幅在V到kV之間變化，如由 介質崩潰考慮因素所限制。或者，電極可保持在接地電位且打印機組件本身可在相對于電 極的接地電位的電位下被驅動。在又一替代配置中，可用電隔離(“浮動”)的噴墨打印組 件在電極與反電極之間施加電位。雖然升高電壓可用于點燃微尺度等離子體，但由于對打印機組件的物理損壞的可 能性增加，因此使用高于IkV的電壓來維護微尺度等離子體是不合需要的。此物理損壞顯 現為對絕緣表面的損壞(如由于介質崩潰引起的燒壞或凹坑)以及可用于構造打印機組件 的低熔點材料的液化。來自打印機組件中的靜電敏感微電子組件上的靜電荷堆積的損壞也 可在升高電壓下較頻繁地發生。因此，卷箔紙轉換技術中已知的常規空氣中介質阻擋放電 (有時稱為電暈放電卷箔紙處理)的使用及通常利用具有大于5kV的峰值間電壓的正弦電 壓波形作為產生及持續微尺度等離子體的手段可被使用但并非為優選的。電極可由導電材料(例如，例如鋁、鉭、銀、金等金屬)或半導電材料(例如，摻雜 硅、摻雜鍺、碳或例如氧化銦錫或鋁摻雜氧化鋅等透明的高度退化半導體)形成。此外，導 電及摻雜半導電聚合物以及導電納米微粒分散可用于電極構造中。此外，可通過介電涂層 (例如，例如環氧樹脂或聚酰亞胺聚合物、氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、五氧化二鉭、氧化鋁等 有機電介質)使電極鈍化，或可將電極嵌入在介電材料中。此外，準許組合電極，其中導電 材料(例如，金屬或摻雜半導體)通過具有不同電特性的半導體涂層鈍化或以其它方式由 所述半導體涂層覆蓋或嵌入在所述半導體涂層中，其中半導體涂層確定電極的電導率。為了處理打印機裝置組件的表面，在最接近所關注的組件處定位至少一個電極。 此處的最接近指代距組件的距離在Icm之內，包括電極定位于所述最接近距離內而不接 觸組件、與組件直接機械接觸或通過微型制造、薄膜沉積或層壓工藝而直接形成于組件上 (集成)。在電極直接形成于組件上或以其它方式并入到組件中的情況下，電極與打印機組 件集成。集成電極可由外部電路驅動或并入到直接在組件上制造的電路中，所述電路包括 通過微電子及微機電系統(MEMS)制造技術中已知的技術形成的有源及無源電路元件。最 接近電極可由外部電路或由直接在組件上制造的電路驅動，所述電路包括通過微電子及微 機電系統(MEMS)制造技術中已知的技術形成的有源及無源電路元件。雖然需要至少一個電極來支持微等離子體，但可依據特定應用而通過使用奇數及 偶數數目的電極來產生一個或一個以上微等離子體。電極可為單電極或具有單個反電極或 反電極陣列的電極陣列。此外，電極及電極陣列可經成形以優化微尺度等離子體產生及待處理的特定組件的處理效應。返回參看圖5，電極54可具有各種幾何形狀且可為電線，所述電線為直的或經成 形(例如)為回路或線圈或某種其它2維或3維形狀。呈現給形成微尺度等離子體的容積 的電極表面可具有電線的尖端的特性或其可具有來自三維幾何形狀構造(例如，錐體的尖 端、具有微尺度的粗糙度特征的表面或某種其它3維構形)的凸起體的特性。將了解，術語 電極還適用于較復雜的組合件，其中組合件的一部分為導電的且組合件的額外部分為不導 電的，例如覆蓋有導電涂層的絕緣棒的情況。此外，電極可具有中空部分，例如將在纏繞有 電線或以其它方式涂布有例如金屬等導電材料的絕緣管中所發現。雖然微尺度等離子體處理工藝既定在周圍條件下運行，但通過建立特定氣體的氣 流而控制等離子體處理環境可為有利的。可依據微尺度等離子體的所要目的來選擇流動氣 體的組合物。舉例來說，可在允許進入等離子體區的氣體中提供可經活化以產生可冷凝物 質的化合物以便實現涂層到正被處理的組件上的等離子體增強型化學氣相沉積。如果目的 是沉積疏水層(例如，氟化聚合物)，則可結合能夠將微尺度等離子體活化物質傳送到適當 位置以用于沉積于噴墨打印機組件上的合適載運氣體來選擇合適的含氟及含碳氣體。可類 似地產生等離子體沉積及等離子體增強型化學氣相沉積技術中眾所周知的其它可冷凝材 料。舉例來說，可允許硅烷、硅氧烷及其它氣體進入以產生氧化硅、氮化硅或硅酮膜。可將 例如氨等其它雜原子反應物添加到允許進入等離子體區的氣體以便產生特定活性物質，或 可在等離子體區中夾帶來自周圍空氣的氣體以產生反應物質。此外，如果目的是將沉積物 從噴墨打印機組件的表面移除，則可在最接近微尺度等離子體處引入已知在等離子體活化 且與沉積物接觸后產生揮發性物質的氣體。將了解，合適的載運氣體為在長度尺度及時間尺度上大體上不會與既定微尺度等 離子體活化物質反應以使得可將有用量的所述物質輸送到所要位置的氣體。一些常見載運 氣體為惰性氣體或稀有氣體，例如氦氣、氖氣及氬氣。在一些例子中，依據微尺度等離子體 的所要目的而定，例如氮氣(N2)等分子氣體可為有用的載運氣體。另外，在大氣壓等離子 體技術中已知例如氦氣等稀有氣體可用于減小點火及維護等離子體所必要的外加電壓。可 將例如氪氣及(特定來說)氙氣等較重稀有氣體添加到氣體組合物以更改從微尺度等離子 體區輻射的發射光譜。將氙氣添加到微尺度等離子體區在例如生物污垢碎屑(由于來自微 生物的表面污染產生的碎屑)的消除等工藝的操作期間實現來自微等離子體的增強型紫 外線發射以及利用臭氧或由微尺度等離子體產生的其它氧化反應性中性物質增強氧化表 面工藝中特別有用。因此，應了解，等離子體處理氣體的組合物的選擇是基于對組件的既定 效應，且微尺度等離子體工藝可經定制以在必要時清洗、活化或鈍化噴墨打印機組件表面， 且氣體組合物可進一步經定制以改進微尺度等離子體的操作及穩定性以及微尺度等離子 體工藝的效率。在近大氣壓下操作微尺度等離子體處理工藝而不管氣體組合物如何是有利的。如 本文中所使用的，近大氣壓包括在400托與1100托之間的壓力，且優選在560托與960托 之間的壓力。此范圍的較高部分中的工藝壓力可通過使專用于在待處理的組件附近提供處 理氣體的岐管或可能以其它方式用于在正常打印工藝中提供氣流或油墨流的岐管增壓來 實現。類似地，可將岐管汲取到減壓以便將處理氣體(由周圍空氣或外部氣體供應提供) 汲取到等離子體處理區中。
再次轉向圖5中所展示的配置，在電極及噴墨打印機組件周圍的區中可存在氣 流。舉例來說，周圍壓力下的氣體可在電極周圍從所有側流動以環繞電極及打印機組件。打 印機組件(在此情況下為噴墨打印頭的岐管孔)的內部可保持在減壓下以迫使氣體通過噴 嘴孔被汲取到噴墨打印頭中。同樣，打印機組件的內部可保持在升壓下以迫使氣體通過噴 嘴孔進入打印機組件與電極之間的空間中。氣流管理是用于維護在最接近微尺度放電處的 氣體的所要組合物及流動的目的，所述微尺度放電是在最接近電極處形成的。還應認識到， 對在最接近微尺度等離子體處(在微尺度等離子體附近、周圍及穿過微尺度等離子體)的 氣流的管理提供用于將由微尺度等離子體形成的氣相反應物質朝向既定位置導引的手段。
圖6說明類似于圖2中所展示的噴墨打印機溝槽的噴墨打印機溝槽，其中電極64 定位于溝槽收集表面66或流體收集表面66上方。電極64用于在最接近噴墨打印機組件 (其在此實例中為溝槽)處產生微尺度等離子體的目的，此處的最接近指代距組件的距離 在Icm之內。在最接近噴墨打印機組件處形成微尺度等離子體可用于許多目的，包括確保 噴墨打印機組件的表面的初始清潔度，以及噴墨打印機組件的表面的修改以用于引入經改 進的疏水性、親水性或表面反應性的目的，及在打印機使用期間維護表面清潔度或表面性 質。舉例來說，可將氟氫碳化合物、硅的氧化物、硅的碳化物或硅的氮化物沉積于流體收集 表面上以修改其潤濕性質。明確地說，微尺度等離子體的形成在干式流體沉積(例如，來自 油墨的那些沉積)的管理中為重要的，干式流體沉積可干擾流體收集表面的功能及溝槽組 件的總操作。因此，使用微尺度等離子體來清洗及修改溝槽組件的部分的表面使得能夠控制關 鍵表面條件且進而改進打印系統起動及切斷序列的可靠性以及總操作可靠性。應認識到， 噴墨打印機溝槽的元件(例如，噴墨打印機溝槽收集表面或噴墨打印機溝槽流體收集通道 壁)在一些配置中可用作電極。從上文的論述中將了解，溝槽組合件中的流體收集通道68 可用作用于將流動氣體提供到最接近微尺度等離子體的區以便提供微尺度等離子體的所 要穩定性及化學或物理效應的構件。圖7展示定位于噴墨打印機組件上的單個電極76的替代配置。噴墨打印機組件 為噴墨打印頭，其包含噴嘴板74及附接的岐管72。此情況下的單個電極為附接到平面連接 器77的三維開口圓柱諧振器電極。開口圓柱電極可經構造以使得最外層為導電的。電極 的內部可為中空的或填充有固體電介質且進一步包括用作接地平面且連接到嵌入在平面 連接器77中的接地平面的接地同心圓柱體。平面連接器在其外部導電表面與嵌入接地平 面之間可具有中空或電介質填充的容積。或者，接地平面可包含開口圓柱電極外部的同心 導電圓柱體以及平面連接器外部的平面導體。此外，連接器77不需要為平面的，且圓柱體76不需要具有圓形橫截面。電極76 及連接器77的導電部分結合接地平面用于以開口電極76的諧振頻率將電磁波導向開口電 極76中的間隙78以使得其在間隙78的任一側上異相180度。當開口圓柱諧振器電極的 內部為中空時，則電極的內部部分還可用于將氣流傳遞到開口圓柱電極中的間隙以在受控 大氣中在大氣壓下產生微尺度等離子體。開口圓柱諧振器電極的優點是產生在一個維度上 為細長的微等離子體進而允許同時處理噴墨打印機組件上的多個區的能力。開口圓柱諧振 器電極具有由圓柱體的尺寸確定的且可在kHz到GHz之間變化的操作頻率。圖8展示用涂層84覆蓋且定位于噴墨打印機組件上方的單個電極82。此實例中的噴墨打印機組件為噴墨打印頭，其包含噴嘴板86及附接的岐管88。電極上的涂層可具有任何厚度，其中優選厚度在IOnm到10微米的范圍內。涂層材料可為金屬的、半導電的或絕 緣的。舉例來說，涂層可包含例如鉭或鉬等耐蝕金屬。或者，涂層可包含例如碳化硅等半導 電材料或導電氧化物。涂層還可包含例如特氟綸、玻璃質二氧化硅、氧化硅、氧化鋁等介電 材料。涂層可為材料的組合或復合材料，其中術語復合表示具有兩個或兩個以上(多個) 具有化學相異組合物的區的材料。涂層用于一個或一個以上目的，包括以化學方式使下伏 電極材料朝向在微尺度等離子體中形成的高度反應性物質鈍化以及影響電極的二次發射 特性(例如，由離子碰撞引起的二次電子發射的系數)。電極可處于接地電位或處于不同于 接地電位的電位且可使用具有1伏到50kV的振幅的DC電壓或AC電壓來驅動，如先前在圖 5的描述中所描述的。當使用AC電壓時，頻率可在IHz到IOOGHz的范圍內，其中優選頻率 在IOkHz到IOGHz的范圍內。圖9說明定位于噴墨打印頭組件的噴嘴板96、噴嘴孔99及岐管98上方的多個電 極92、94。電極可如圖5中所描述，差別在于存在一個以上電極且電極定位于噴墨打印機 組件上方。可通過施加電位對電極92、94進行電驅動。可有用于將電位施加到多個電極的 多種配置。將各種電位施加到電極的目的是在最接近噴墨打印機組件處產生一個或一個以 上微尺度等離子體。施加到電極的電位可為DC或AC且AC電位的頻率可在IHz到IOOGHz 之間變化，其中振幅在IV到50kV之間變化，如由介質崩潰考慮因素所限制。在一種電配置 中，噴墨打印機組件可保持在參考電位或接地電位或保持電浮動。舉例來說，電極92可經 電驅動且電極94可保持在參考電位或接地電位。依據用于施加電位的配置的選擇而定，在 電極92、94之間或在每一電極92、94與噴嘴板96之間產生微尺度等離子體。舉例來說，可 在電極92與94之間施加電位以在所述兩個電極之間的間隙或區中產生微尺度等離子體。 在微尺度等離子體中產生的物質接著行進到噴墨打印機組件的最接近區以實行既定的表 面處理。成對的所述電極可與噴墨打印機組件中的特征(例如，噴嘴板中的噴嘴孔)對應 地定位以產生用于處置多個特征的多個局部化微尺度等離子體。將合適的參考電位施加到 噴墨打印機組件可將微尺度等離子體的區朝向噴墨打印機組件延伸，同時仍將微尺度等離 子體在電極92、94之間的維度尺度保留在Imm或Imm以下。在一個或兩個維度中延伸微尺 度等離子體區有助于增強用于(例如)清洗、表面沉積或增強表面反應性的目的的大氣壓 微尺度等離子體處理的功效。或者，可布置多個電極92、94以使得每一電極與噴墨打印機 組件中的特征對應地定位。在此配置中，可相對于噴墨打印機組件共同地(并行地)或獨 立地驅動所述多個電極以在每一電極處產生局部化微尺度等離子體，且噴墨打印機組件的 若干導電部分充當反電極的作用。圖IOa展示多個單電極(或多重單電極)102、104的實例，其中每一單電極嵌入在 介電材料101中且定位于噴墨打印機組件上。圖IOb展示嵌入在相同單一介電材料101中 且定位于噴墨打印機組件上方的多個電極108。在圖IOa及圖IOb中，噴墨打印機組件為具 有噴嘴板106的噴墨打印頭。術語嵌入意味著電極大體上在所有其外表面上由固體或液體 材料環繞。嵌入電極的目的在于保護電極以免受可導致電極破壞的潛在腐蝕性的微尺度等 離子體產生物質。電極所嵌入在其中的介電材料101具有大于IO5歐姆-cm的電阻率且介 電材料的厚度可為適合于微尺度等離子體應用的任何厚度且由操作電壓及介電材料的介質崩潰特性以及電極制造方法來確定。介電材料101可選自具有大于IO5歐姆-cm的電阻率的任何數目的材料，所述材料包括特氟綸、環氧樹脂、硅酮樹脂、聚酰亞胺或其它低反應 性熱穩定有機聚合物；或含碳復合材料，其中術語復合材料指代含有不同化學組合物的至 少兩個區的固體。復合材料的實例為(例如)玻璃纖維浸漬環氧樹脂或玻璃纖維增強及玻 璃填充特氟綸聚合物。將了解，其它復合材料是可能的且預想在本發明的范圍內。其它介 電材料的一些實例為無機絕緣材料，如氧化鎂及衍生的含鎂氧化物、氧化硼及衍生的含硼 氧化物、氧化硅及衍生的含硅氧化物、氧化鋁及衍生的含鋁氧化物、氧化鈦及衍生的含鈦氧 化物、氧化鉭及衍生的含鉭氧化物、氧化鈮及衍生的含鈮氧化物、氧化鉿及衍生的含鉿氧化 物、鉻及衍生的含鉻氧化物、氧化鋯及衍生的含鋯氧化物、(絕緣二元金屬氧化物)以及氮 化物、氮氧化物、硫化物及較復雜的三元及較高級數的氧化物、氮化物、氮氧化物及硫化物。 術語衍生的含金屬氧化物意指基于含有至少20個原子百分比的指定金屬的介電化合物的 氧化物。舉例來說，含有20個百分比的氧化鈰的化合物氧化鋯為衍生氧化鋯。其也為鈰的 衍生氧化物。介電材料可為結晶的、玻璃質的或非晶形的。將了解，其它介電材料是可能的且將 為介電材料技術領域的技術人員所熟悉且預想在本發明的范圍內。介電涂層還可用凸起體 來紋理化或其可為平滑的且無凸起體。各種類型的紋理化介電涂層是可能的且預想在本發 明的范圍內。如圖9中所論述的，可以多種配置來電驅動電極以用于在最接近噴墨打印機 組件處產生微尺度等離子體的目的。圖11展示定位在噴墨打印頭組件的噴嘴板112、噴嘴孔114及歧管116上且在最 接近噴墨打印頭組件的噴嘴板112、噴嘴孔114及歧管116處的細長電極110的實例。雖 然在圖11中將電極110展示為矩形，但預想屬于本發明的范圍內的其它電極形狀，其中電 極的細長維度(大體上位于平行于噴墨打印頭組件的至少一個表面的平面中)與其它兩個 維度中的至少一者的縱橫比大于10。舉例來說，電極可具有細長三角柱或某種其它幾何構 造的形狀。電極可簡單地為一段電線，其中電線的直徑比位于平行于噴墨打印機組件的至 少一個表面的平面中的電線長度小至少10倍。可如圖5中所論述來電驅動圖11中所展示 的電極以用于在最接近噴墨打印機組件處形成微尺度等離子體區的目的。此處還預期電極 110周圍的流動氣體的使用(如在圖5的論述中所描述的)，包括噴墨打印機組件本身用于 在最接近噴墨打印機組件及微尺度等離子體區處流動氣體的目的的使用。圖12說明如圖11中所描述的細長電極120，細長電極120涂布有材料122 (如圖 8中所描述的)或嵌入在介電層122中(如圖10中所描述的)，其中所述細長電極定位在 最接近噴墨打印機組件的噴嘴板124、噴嘴孔126及歧管128處。預想經涂布或嵌入的細長 電極的其它配置在本發明的范圍內。此外，預想涉及多個(經涂布、經嵌入或未經涂布)細 長電極的配置在本發明的范圍內，包括相對于彼此驅動的一對或多對電極以在每一對中的 細長電極之間的間隙中且在最接近噴墨打印機組件處形成微尺度等離子體。圖13a、圖13b及圖13c說明集成到稱為噴墨打印頭的噴墨打印機組件中的電極及 反電極的各種配置。如此處所使用的術語集成意指布置及制造組成部分以形成不可分的整 體。在圖13a、圖13b及圖13c中，多個電極130在最接近噴嘴孔134及歧管136處與噴墨 打印頭噴嘴板132集成。可如圖8、圖10及圖12中所論述來用介電材料鈍化或嵌入集成電 極 130。
用于在最接近噴墨打印機組件處產生微尺度等離子體的目的的電驅動電路138 的實例還展示于圖13a、圖13b及圖13c中且應認識到，電極及驅動電路的其它配置是可能 的且預想在本發明的范圍內。圖13a及圖13b說明集成于噴嘴板上且通過外部電路(例 如，電源)電驅動的多個電極的各種視圖。應認識到，隨著高功率裝置的小型化出現，同樣 可將整個電源集成到噴墨打印頭組件上，且此預想在本發明的范圍內。可如圖5、圖7及圖 9中所描述來以多種配置來驅動電極且應認識到，其它電配置是可能的且屬于本發明的范 圍內。在圖13a中，使用電路使電極與反電極彼此相對而驅動。圖13b說明相對于外部參考驅動的多個電極。電極可為類似于第5， 942，855號美 國專利及霍普伍德(Hopwood)等人的第2004/0164682A1號美國專利申請公開案中所描述 的那些裝置的射頻天線或微波波導，其中微波波導電極的間隙或來自射頻天線電極的局部 化射頻能量的區位于最接近噴嘴孔134處。或者，可相對于反電極來電驅動電極，圖13b中 的反電極可為噴墨打印機組件的另一部分(例如，歧管136)或其可為外部反電極(圖13b 中未展示)。圖13c說明集成到被稱為噴墨打印頭的噴墨打印機組件中的多個電極及反電極。 集成電極的總數目可為奇數或偶數。圖13c還展示用于驅動所述集成電極的配置，其中每 隔一個電極連接到保持在相對于相鄰驅動電極的參考電位.的端子139。為參考電 位，其可為非零DC電位或可通過將端子連接到接地電位來接地。可使用為等離子體產生技 術領域的技術人員所已知且與集成電極配置(例如，電極與反電極的數目及相對大小、介 電材料的存在或不存在等)一致的方法通過調制來操縱附接到端子139的電極處的電 位。圖14展示集成到噴墨打印機組件中的多個細長電極140。如圖11或圖12中所 描述的多個細長電極140在最接近噴嘴孔144及歧管146處集成到噴嘴板142上且用電路 148來電驅動。應了解，如圖11及圖12中所論述的，存在可能用于驅動細長電極以用于在 最接近噴墨打印機組件處產生至少一個微尺度等離子體的目的的多種手段。任選地將用于 用多個集成細長電極控制、產生及維護微尺度等離子體的電路集成到噴墨打印頭組件中。圖15a及圖15b展示最接近噴墨打印頭噴墨打印機組件的噴嘴板154上的噴嘴孔 152及歧管156的集成及非集成電屏蔽150兩者。電屏蔽包含插入在電噪聲源(例如，微尺 度等離子體)與噴墨打印機組件之間的導電層，其中存在所述電屏蔽物以用于改進噴墨打 印機組件的操作可靠性的目的。電屏蔽可由具有小于100歐姆-cm的電阻率的任何導電材料制成。典型電屏蔽是 由例如銅、鋁及鋁合金、鋼、鉭及鉭合金、金及金合金、銀及銀合金、鈮及鈮合金以及鈦及鈦 合金等金屬制成。例如透明導電氧化物等透明導電材料也可用于制造電屏蔽。此外，導電 聚合物(例如，基于聚噻吩的材料)及碳基材料的導電分散(例如，碳納米管)可用于制造 電屏蔽。還可使用導電材料的納米微粒分散制造電屏蔽。可任選地將電屏蔽與噴墨打印機組件集成以改進噴墨打印機組件操作可靠性。微 尺度等離子體的產生可能需要超過噴墨打印機組件的正常操作電壓的電壓，或其可能產生 超過正常操作電流的局部化電流，且任選地集成的電屏蔽的額外目的是保護噴墨打印機組 件以免受在噴墨打印機組件暴露于超過正常操作條件或超過損壞閾值的電壓或電流的情 況下可能發生的損壞。通過將電屏蔽物插入在電噪聲源(例如，微尺度等離子體)與大體上所有潛在敏感電路(包括CMOS電路及為熟悉噴墨打印機組件的電氣設計者所已知的其它電路及微電子電路)之間，有效地保護噴墨打印機組件以免受電噪聲源影響。可通過已知用于產生具有小于10歐姆的電阻的電連續性的任何方法將電屏蔽150連接到參考電位或接地電位。或者，存在以下情形需要允許電屏蔽保持不連接到任何 參考電位源以使得電屏蔽物獲得與所述電噪聲源相關聯的電位。此配置在此項技術中稱為 電浮動。舉例來說，如果敏感電路可保持電浮動而非接地，則電路將得到浮動電位(在所述 電位下，當暴露于等離子體時，浮動觸點不從等離子體汲取凈電荷)。在所述情況下，使屏蔽 物接地將在電路與屏蔽物本身之間潛在地產生損壞性電位且因此應允許屏蔽物在暴露于 電噪聲源(例如，微尺度等離子體)時隨電路一起電浮動。對于電浮動物品，等離子體與物 品之間的電位差可得以顯著減小(相對于接地物品的情況)，且因此，沖擊物品的離子的能 量可得以顯著減小。明確地說，對于電容性耦合的AC放電，在外加電壓的一半循環期間，等 離子體電位可大體上上升(數百伏)。通過使屏蔽物電浮動且使電路屏蔽，將使等離子體與 屏蔽物或電路之間的電位差維持在等于等離子體電位與浮動電位之間的電位差(此差值 通常為約10伏)的值。在微尺度等離子體的一些應用中，可能需要允許插入在微尺度等離子體與噴墨打 印機組件之間的電屏蔽物浮動且任選地允許噴墨打印機組件本身浮動，因為浮動的屏蔽物 吸收沖擊最接近微尺度等離子體的表面的離子能量。此離子能量不僅以平移動能的形式出 現，而且以與離子化物質的離子化電位相關聯的能量的形式出現，來自離子化電位的所述 能量被賦予給離子碰撞的表面。雖然任選地集成到噴墨打印機組件中的電屏蔽既定用以改 進噴墨打印機組件的操作可靠性，但應了解，在用于驅動電極以用于在最接近噴墨打印機 組件處產生微尺度等離子體的目的的一些電配置中，除了保護噴墨打印機組件上的敏感組 件以用于改進操作可靠性的目的的主要功能以外，電屏蔽還可執行反電極的額外功能。圖16展示插入在多個電極162與電屏蔽164之間的介電層160的實例，其中電極 162、介電層160及電屏蔽164在最接近噴墨打印頭噴墨打印機組件上的至少一個噴嘴孔 168及歧管169處集成到噴嘴板166上。集成介電層的目的在于電隔離所述多個電極與電 屏蔽以使得在施加電壓以用于在最接近噴墨打印機組件處產生微尺度等離子體的目的期 間所述電極不會導電到電屏蔽。合適類型的電屏蔽的實例包括例如金、銅、鋁、鉭等導電金 屬以及高度摻雜的半導體材料，例如摻雜磷或硼的硅或多晶硅、經摻雜或其它導電形式的 碳化硅及經摻雜或其它導電形式的類金剛石碳。還可使用例如氧化銦錫、摻氟氧化錫及摻 鋁氧化鋅等導電氧化物材料。如圖15中所論述的，電屏蔽可連接到接地電位或參考電位或者，電屏蔽可保持 不連接到任何參考電位且被允許獲得由周圍電噪聲源引發的電位或被允許電浮動。可電驅 動電極以用于使用等離子體產生技術中已知的任何手段產生微尺度等離子體的目的，且存 在可預期的并預想在本發明的范圍內的用于電驅動多個電極的多種配置。集成到噴墨打印 機組件上的所述多個電極可具有多種大小及形狀。集成到噴墨打印機組件上的所述多個電極可涂布有多種材料(如先前所論述)或 不涂布、嵌入或不嵌入、細長或以其它方式在至少一個維度中延伸。還應理解，可如先前在 圖5的論述中所提及來將氣流施加到圖16中所展示的集成電極組合件。舉例來說，歧管 169可保持在相對于周圍的升壓或減壓下以用于影響在最接近微尺度等離子體處的氣流的目的，所述微尺度等離子體是在最接近圖16的介電層160上的集成電極162處產生的。圖17展示在最接近至少一個噴嘴孔174處集成在噴嘴板172的表面上的多個細長電極170的另一實例。噴嘴板172附著到歧管176。介電層178及電屏蔽179插入在所 述多個細長電極170與噴嘴板172之間。如圖17中所展示，相互交叉的電極與反電極集成于噴墨打印機組件中。可任選地 定位所述集成的相互交叉電極以使得噴嘴板172的噴嘴孔174位于所述集成的細長電極中 的至少兩者之間的空間中。圖17還展示用于驅動所述集成的相互交叉電極以用于在最接 近噴墨打印機組件處產生微尺度等離子體的目的的配置的實例。應認識到，可使用多種電 路來驅動電極，包括如先前已論述的電屏蔽的各種電配置。圖18a展示包含沿平行于噴墨打印機組件184的表面的平面中的方向交替的導電 層180及介電層182的復合電極。在此實例中，噴墨打印機組件為噴墨打印機溝槽。在圖 18a中，導電層包含多個電極及反電極且經電驅動以使得由電源185以并行方式對每隔一 個導電層(交替導電層)進行電驅動，且將剩余反電極接地或以其它方式連接到所述電源 的另一側。如上所述，電源可為DC或AC。包含多個電極及反電極的導電層的間隔可對應于 對打印機設計重要的維度，例如噴墨打印機組件上的噴嘴之間的間隔。在圖18b中，電極對186被選擇為來自導電層與介電層的交替層的鄰近導電層，其 中介電層插入在每一導電層之間，且從鄰近導電層中選擇的每一指定電極-反電極對由可 為DC或AC的單獨電源188獨立地電驅動。應認識到，此種配置可在廣泛范圍的頻率上操 作且所述多個電源可在多個頻率上操作以用于根據所選擇的電極-反電極對的操作頻率 產生具有不同特性的鄰近微尺度等離子體區的目的。另外，介電層不需要為連續的且可為 間隔物而非固體材料，且分開導電層的體積的實質部分可為中空的。圖19a到圖19e展示用于產生微尺度等離子體的電極的各種實例幾何形狀。然 而，可將預期用于產生微尺度等離子體的目的的其它電極幾何形狀適當地集成到噴墨打印 機組件中，如圖13到圖17的論述中所描述。圖19a展示開口環190及連接器或傳輸線191。圖19b展示具有梳狀結構的經圖 案化電極193，其中突起界定相對于反電極195的間隙197。在此圖中，間隙197在噴墨打印 機組件(未圖示)上的噴嘴孔陣列198上對準。圖19c展示各自具有尖角特征的電極193 及反電極195，所述尖角特征界定兩個電極之間的間隙197，在間隙197中任選地平放至少 一個噴嘴孔198。圖19d展示各自具有多個凸起體的電極193及反電極195，所述多個凸起 體沿著電極的邊緣的長度而定位以便界定具有較窄的且當在電極-反電極對上施加電位 時具有較集中的電場的多個區的間隙197。在圖19d中，一個或一個以上噴嘴孔198任選地 定位于間隙區197內。圖19e展示具有位于噴墨打印機組件上的特征(例如，噴嘴孔198) 的周邊周圍的多個凸起體的電極。圖19a到圖19e的電極及反電極可通過微電子、微制造及微機電系統制造技術中 已知的薄膜沉積及圖案化技術來產生。此外，所述電極可使用為微制造技術領域的技術人 員所熟悉的任何技術由薄片料壓印而成或由金屬片圖案化而成，所述微制造技術例如為使 用光致抗蝕劑及蝕刻劑溶液的放電機械加工或化學蝕刻方法。可以片的形式來制造電極且明確地說，例如圖19a、圖19c及圖19d中所展示的那 些結構等結構可在電極之間組裝有介電材料(或以其它方式電分開以防止所述電極之間的導電)以產生如圖18中所展示的結構，其中電極與反電極之間的間隙界定用于形成微尺 度等離子體的區。電極與反電極之間的多個間隙可定位在最接近噴墨打印機組件處且當用 合適的電激勵驅動時可在大體上一個方向上且沿著位于大體上平行于噴墨打印組件的至 少一個表面的平面中的方向產生微尺度等離子體陣列。可類似地堆疊如圖19b的那些梳電極的梳電極的組合件且使其與介電層交錯以產生將產生呈兩維陣列的多個微尺度等離子體的復合電極，所述多個微尺度等離子體可用 于處置噴墨打印機組件上的多個特征。依據用于將電力施加到微尺度等離子體的手段而 定，電極配置可并入有額外導電結構。舉例來說，通過介電層或氣隙與電極分開的接地平面 可為必要的，以便將微波導向產生微尺度等離子體的間隙。用于在最接近噴墨打印機組件處產生微尺度等離子體的目的的電極與反電極的 其它組合(集成的或以其它方式的)是準許的。通常，根據噴墨打印機組件及其相關聯特 征的幾何形狀來進行特定電極幾何形狀的選擇。如可從現有技術了解的，存在用于產生微尺度大氣壓等離子體的多種手段。因此， 為了產生微尺度大氣壓等離子體或微尺度大氣壓放電，可從用以將電力耦合到放電的多種 手段、多種電極配置及多種處理氣體中進行選擇。電源、阻抗匹配裝置、電極與組件配置及 處理氣體的組合應在充分穩定以致不會變成電弧的正常或異常輝光狀態中產生微尺度大 氣壓等離子體。輝光放電等離子體狀態的特征在于均勻類輝光外觀的相異區、低于崩潰電 壓的操作電壓及具有相對于電壓-電流特性可忽略的斜率(正常輝光)或正斜率(異常 輝光)(見(例如)“氣體中的放電(Electrical Discharges in Gases) ”，F · M ·彭寧 (F. Μ. Penning)、戈登(Gordon)及布里奇(Breach)，紐約(New York)，1965 年，第 41 頁)。 輝光放電狀態具有比湯森(Townsend)狀態低的操作電壓及比湯森(Townsend)狀態高的電 流密度(因此，高的等離子體密度)，且較穩定并展現出比電弧狀態少的電噪聲及相關聯的 干擾，電弧狀態的特征在于頗高的電流密度及較低的操作電壓。元件列表8打印頭10噴嘴板12 孑L14 槽16 歧管18噴嘴孔19 溝槽20收集表面22流體收集通道24流體收集通道壁26排流管28液滴偏轉器30噴墨打印頭32充電電極34偏轉電極
36 溝槽40液滴偏轉器42噴墨打印頭43 溝槽45氣體供應歧管46氣體移除歧管52噴墨打印頭54 電極56噴嘴板58 電源64 電極66溝槽收集表面68流體收集通道72 岐管74噴嘴板76 電極77平面連接器78開口圓柱諧振器間隙82 電極別涂層86噴嘴板88 岐管92 電極94 電極96噴嘴板97岐管孔98 岐管99噴嘴孔102具有介電層的電極104具有介電層的電極106噴嘴板108嵌入在介電層中的多個電極110 電極112噴嘴板114噴嘴孔116 歧管120 電極122涂層或介電層124噴嘴板.
126噴嘴孔128 歧管130集成電極132噴嘴板
1；34 噴嘴孔136 歧管138電驅動電路140集成細長電極142噴嘴板144噴嘴孔146 歧管148 電路150電屏蔽152噴嘴孔154噴嘴板156 岐管160介電層162 電極164電屏蔽166噴嘴板168噴嘴孔169 歧管170細長電極172噴嘴板174噴嘴孔176 歧管178介電層179電屏蔽180導電層182介電層184噴墨打印機組件185 電源186電極對188 電源190開口環電極191連接器或傳輸線193經圖案化電極195反電極196 電極
197由一個或多個電極凸起體界定的電極-反電極間隙
198噴嘴孔
權利要求
一種處理打印機組件的方法，其包含在最接近待處理的打印機組件處提供電極；在最接近所述待處理的打印機組件的區域中引入等離子體處理氣體；及通過將電力施加到所述電極進而在近大氣壓下產生微尺度等離子體來處理所述打印機組件，所述微尺度等離子體作用于所述打印機組件上。
2.根據權利要求1所述的方法，其進一步包含平移所述打印機組件及所述電極中的至少一者以處理所述打印機組件的額外區或另 一打印機組件。
3.根據權利要求1所述的方法，其進一步包含控制最接近所述待處理的打印機組件的所述區域中的大氣條件。
4.根據權利要求1所述的方法，其中將所述電極與所述打印機組件集成。
5.根據權利要求1所述的方法，所述打印機組件包含電路，所述方法進一步包含 對所述電路進行電屏蔽以免受在所述打印機組件的所述處理期間施加的所述電力。
6.根據權利要求1所述的方法，其中所述打印機組件為液體腔室、噴嘴板、溝槽及噴嘴 孔中的至少一者。
7.根據權利要求1所述的方法，其進一步包含在最接近所述待處理的打印機組件處提供反電極，其中將電力施加到所述電極包括在 所述電極與所述反電極之間施加電力。
8.根據權利要求7所述的方法，其中所述反電極為所述待處理的打印機組件的部分。
9.根據權利要求7所述的方法，其進一步包含提供定位在最接近所述待處理的打印機組件處的額外電極；及 提供定位在最接近所述待處理的打印機組件處的額外反電極。
10.根據權利要求1所述的方法，其進一步包含提供定位在最接近所述待處理的打印機組件處的額外電極。
11.根據權利要求1所述的方法，其中所述電極包括微波波導及射頻天線中的一者。
12.—種打印頭，其包含 噴嘴孔；液體腔室，其與所述噴嘴孔成液體連通；液滴形成機構，其與所述噴嘴孔及所述液體腔室中的一者相關聯； 電路，其與所述液滴形成機構成電連通；及電屏蔽物，其與所述打印頭集成且用以屏蔽所述液滴形成機構及所述電路中的至少一 者以免受外部電力源。
13.根據權利要求12所述的打印頭，其中所述電屏蔽物被接地。
14.一種打印機，其包含 打印機組件；及至少一個電極，其與所述打印機組件集成，所述至少一個電極經配置以在近大氣壓下 在最接近所述打印機組件處產生微尺度等離子體。
15.根據權利要求14所述的打印機，其中所述打印機組件包括打印頭。
16.根據權利要求15所述的打印機，其中所述打印頭包含噴嘴孔；液體腔室，其與所述噴嘴孔成液體連通；液滴形成機構，其與所述噴嘴孔及所述液體腔室中的一者相關聯； 電路，其與所述液滴形成機構成電連通；及電屏蔽物，其與所述打印頭集成且經定位以屏蔽所述液滴形成機構及所述電路中的至 少一者以免受外部電力源。
17.根據權利要求16所述的打印機，其中所述電屏蔽物被接地。
18.根據權利要求14所述的打印機，其中所述打印機組件包括溝槽。
19.根據權利要求14所述的打印機，其進一步包含 電源，其與所述電極及反電極成電連通。
20.根據權利要求14所述的打印機，其進一步包含 至少一個反電極，其與所述打印機組件集成。
21.根據權利要求14所述的打印機，其中所述電極包括微波波導及射頻天線中的一者ο
全文摘要
本發明提供一種處理打印機組件的方法、一種打印頭及一種打印機。所述方法包括在最接近所述待處理的打印機組件處提供電極；在最接近所述待處理的打印機組件的區域中引入等離子體處理氣體；及通過將電力施加到所述電極進而在近大氣壓下產生微尺度等離子體來處理所述打印機組件，所述微尺度等離子體作用于所述打印機組件上。
文檔編號B41J2/16GK101808827SQ200880109733
公開日2010年8月18日 申請日期2008年10月8日 優先權日2007年10月17日
發明者吉爾伯特·艾倫·霍金斯, 庫爾特·D·西貝爾, 杰里米·格雷斯 申請人:柯達公司