CN101808827A - 打印机组件的周围等离子体处理 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种处理打印机组件的方法、一种打印头及一种打印机。所述方法包括在最接近所述待处理的打印机组件处提供电极；在最接近所述待处理的打印机组件的区域中引入等离子体处理气体；及通过将电力施加到所述电极进而在近大气压下产生微尺度等离子体来处理所述打印机组件，所述微尺度等离子体作用于所述打印机组件上。

Description

打印机组件的周围等离子体处理
技术领域
本发明大体上涉及打印系统，且明确地说，涉及清洗或处理喷墨打印机组件或装置。
背景技术
喷墨打印装置的操作依赖于特定组件的稳定表面性质，所述组件包括喷嘴板表面、喷嘴孔表面及例如沟槽或液滴捕集器等液滴捕集机构的表面。举例来说，科尔曼(Coleman)等人在第US 6,127,198号美国专利中论述了对喷墨装置的流体喷射器内部具有亲水性表面及例如喷嘴正面等外表面上具有疏水性质的需要。保龄(Bowling)在第6,926,394号美国专利中描述了对用于连续式喷墨打印机的液滴捕集器上的疏水性表面的需要。
组件的表面性质受其表面化学组合物及来自多种源(例如，室内空气中的烃化合物、例如皮肤碎片及尘土颗粒等碎屑以及来自油墨的沉积微粒)的污染程度影响。因此，喷墨打印装置组件的清洗及维护对于一致打印性能为关键的。
一种用以清洗喷墨打印装置的表面的常见技术包括在清洗溶液中洗涤，见(例如)莎玛(Sharma)等人的第6,193,352号美国专利、法斯勒(Fassler)等人的第6,726,304号美国专利及安徒生(Andersen)的第5,790,146号美国专利。然而，在清洗溶液中洗涤喷墨装置组件并不是切实可行的维护方法，因为其需要提供具有清洗溶液的浴池且通常需要将装置从打印机中移除。因此，优选对装置组件涂覆表面涂层且通过可在原地实施的技术来清洗装置组件。
另一种用以准备喷墨打印装置的表面的常见技术包括涂覆例如以下文献中所描述的那些涂层等疏水性或疏液性涂层：科尔曼(Coleman)等人的第6,127,198号美国专利(具有氟化烃的类金刚石碳)；杨(Yang)等人的第6,325,490号美国专利(疏水性烷基硫醇的自组装单层)；德鲁斯(Drews)的第5,136,310号美国专利(烷基聚硅氧烷及其变体)；纳朗(Narang)等人的第5,218,381号美国专利(掺杂硅酮的环氧树脂)；及斯金纳(Skinner)等人的第6,488,357号美国专利(涂布有机硫化合物的金)。然而，此方法具有若干限制。举例来说，涂层往往会妨碍装置用途。
另一种用于表面清洗的常见技术包括用橡胶或某种其它适度软材料的“刀片”刮擦表面，见(例如)迪特尔(Dietl)等人的第6,517,187号美国专利及莫利(Mori)等人的第2005/0185016号美国专利申请公开案。然而，此方法具有若干限制。举例来说，刮擦最终可能使装置表面的非润湿特征降级。
在已知用以维护喷墨打印装置组件的关键表面性质的当前方法的限制的情况下，以下措施将是有利的：在不必移除完全组装的打印装置的组件的情况下清洗并准备所述组件上的表面，使得可周期性地或根据需要来修复或维护合乎需要的表面条件。使用材料及能量消耗减少的工艺也将是有利的。
用于涂布及清洗的等离子体工艺大体上比基于液体的工艺更有效地利用材料。此外，可使用等离子体来准备及沉积广泛多种材料。举例来说，可通过将单体材料馈送到等离子体环境中来通过等离子体聚合形成聚合物材料，如在H·安田(H.Yasuda)的“等离子体聚合(Plasma Polymerization)”(学术大全，1985年)中所描述的；库曼(Kuhman)等人在第6,444,275号美国专利(在热喷墨装置上沉积含氟聚合物膜)中所描述的；及德弗赛(DeFosse)等人在第6,666,449号美国专利(在星形轮表面上沉积含氟聚合物膜)中所描述的。
库曼(Kuhman)等人在第6,243,112号美国专利中还描述了用于沉积类金刚石碳的等离子体工艺的使用，且进一步在含氟气体中使用等离子体处理以使类金刚石碳膜氟化。可通过将半导体(例如，Si)或含金属(例如，Ta)前驱物蒸气及相应含氧或含氮气体馈送到等离子体环境中来沉积半导体氧化物或氮化物及金属氧化物或氮化物，如马替奴(Martinu)及珀特阿斯(Poitras)(真空科学与技术学报A 18(6)，2619-2645(2000))所论述的；卡格诺外兹(Kaganowicz)等人在第US 4,717,631号美国专利(描述使用等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)以由SiH4、NH3及N2O前驱物的混合物形成氮氧化硅钝化层)中所论述的；赫斯(Hess)在第4,719,477号美国专利(描述使用PECVD以在热喷墨打印头的制造中在钨导电迹线上沉积氮化硅)中所论述的；及肖(Shaw)等人在第5,610,335号美国专利(描述使用PECVD氧化物以在微机械加速计的制造中钝化沟槽侧壁)中所论述的。
还众所周知将等离子体用于蚀刻及清洗应用。尤其众所周知将含氧等离子体用于有机及烃残余物的移除，见(例如)弗莱彻(Fletcher)等人的第4,088,926号美国专利、威廉森(Williamson)等人的第5,514,936号美国专利；及用于半导体处理中的残余光致抗蚀剂材料的移除(通常称作灰化)，见(例如)克里斯滕森(Christensen)等人的第3,705,055号美国专利、米策尔(Mitzel)的第3,875,068号美国专利、本森(Bersin)等人的第US 3,879,597号美国专利及马勒(Muller)等人的第4,740,410号美国专利。
在如上所述的常见等离子体处理中，在减压(通常低于2毫巴或200帕或约略1.5托)下进行清洗、蚀刻或沉积工艺，因此需要在真空腔室中进行处理工艺。由于真空外壳提供的受控环境，广泛多种蚀刻、清洗、表面化学修改及沉积工艺可容易地在这些低压等离子体工艺中实行。
还已知大气压等离子体。与低压等离子体工艺相反，在周围空气中运行的等离子体通常限于基于活性氧物质的清洗及表面化学修改工艺。工业应用中所使用的典型大气压等离子体为电晕放电及介质阻挡放电。介质阻挡放电尤其众所周知在涂布、层压及金属化工艺中产生臭氧以用于水净化及用于聚合物表面修改应用。与在低于帕邢(Paschen)曲线(即，崩溃电压V作为Pd(压力P与电极间隙d的乘积)的函数)上的最小值的Pd值下操作的低压等离子体相反，这些高压等离子体在高于曲线中的最小值的Pd值下操作且通常在外加电压方面以较高数量级操作。虽然电晕放电具有漫射类辉光特性，但其通常可支持低功率密度。通常在低射频(即，大致10kHz到100kHz)到中等射频(即，大致100kHz到1MHz)下驱动的介质阻挡放电可支持较高功率密度，且在电崩溃之后继续发生雪崩效应及射光形成。介质阻挡层的局部充电建立切断射光且防止形成电弧的相反电场(高电流低电压放电，其中气体经充分加热以产生显著离子化)。通过交替施加到放电间隙的高电压，在每一半循环中在相反方向上形成射光。已证明介质阻挡放电在打印工业中可用作修改衬底表面以容纳油墨的手段。此放电的高电压操作(10kV或10kV以上)及丝状性质对将此技术扩展到其它应用存在严重限制。
虽然例如DBD等大气压等离子体常常应用于聚合物的表面修改中及用于污染减少的气体处理中，但还已开发出将大气压等离子体用于等离子体沉积工艺。实例包括斯鲁特曼(Slootman)等人在第5,576,076号美国专利中所描述的用于以逐卷形式涂布SiOx的基于DBD的工艺；如西贝尔(Sieber)等人在第7,041,608号美国专利中所描述的用于在有机发光二极管装置上沉积薄碳氟化合物层的APGD；及巴多斯(Bardos)及巴兰科瓦(Barankova)在“在空气及氮气中特征化混合大气等离子体(Characterization ofHybrid Atmospheric Plasma in Air and Nitrogen)”(真空技术与涂布7(12)44-47(2006))中所描述的用于沉积类金刚石碳的混合中空阴极微波放电。
在大面积等离子体修改工艺中，介质阻挡放电(DBD)的高操作电压及空间非均匀性常常已证明为不合需要的。实现大气压下的低压放电(大气压辉光放电或APGD)的均匀类辉光特性的努力已使用了多种技术，包括将氦及其它原子气体添加到介质阻挡放电及/或仔细选择介质阻挡放电借以运行的驱动频率及阻抗匹配条件，见(例如)内山(Uchiyama)等人的第5,124,173号美国专利、罗斯(Roth)等人的第5,414,324号美国专利及罗马西(Romach)等人的第5,714,308号美国专利。不需要介质阻挡层的其它方法包括：结合适当电极配置使用氦及射频功率(例如，13.56MHz)，见(例如)塞尔温(Selwyn)的第5,961,772号美国专利(描述大气压等离子体喷射)；及将等离子体源缩放到可在比典型低压放电高的压力下实现较接近帕邢(Paschen)最小值的Pd值的尺寸，见(例如)伊登(Eden)等人的第6,695,664号美国专利及库珀(Cooper)等人的第2004/0144733号美国专利申请公开案(描述微中空阴极放电)。
在典型等离子体清洗及等离子体处理工艺中，将待处理或清洗的物品放置于产生等离子体的处理腔室中(即，使用固定衬底的工艺)，或者将待处理或清洗的物品传送穿过等离子体区(即，使用平移衬底的工艺)。前者模式的工艺的实例为半导体制造中的光致抗蚀剂的等离子体灰化(见先前引用的参考案)。在这些应用中，电极系统通常独立于待处理的物品，且物品的表面通常处于浮动电位(即，当呈现给等离子体时电绝缘物体自然获得的电位)，使得物体不汲取净电流；通常此电位比等离子体电位低大致10-20伏，差值依据等离子体中的电子温度而定，见(例如)M·A·赖勃曼(M.A.Lieberman)及A·J·李顿勃(A.J.Lichtenberg)的“等离子体放电及材料处理的原理(Principles ofPlasma Discharges and Materials Processing)”(纽约威利出版社(1994))。后者模式的实例(其中将待处理的物品传送穿过等离子体区)为聚合物卷箔纸的等离子体处理，见(例如)格雷斯(Grace)等人的第5,425,980号美国专利、玉置(Tamaki)等人的第4,472,467号美国专利及德内斯(Denes)等人的第6,082,292号美国专利。
在一些卷箔纸处理技术中，卷箔纸为电浮动的，而在其它技术中，卷箔纸放置于阴极套中，见(例如)格雷斯(Grace)等人的第6,603,121号美国专利及格雷斯(Grace)等人的第6,399,159号美国专利；且经历来自通过高电压套加速的离子的高能轰击(如在用于硅晶片上的微电子电路的制造中的等离子体蚀刻工艺中典型的)。在这些方法中，处理呈现给等离子体的整个衬底表面。此外，这些方法中的任一者均不与在不将喷墨打印装置组件从喷墨打印系统中移除的情况下处理喷墨打印装置组件兼容。
不管操作的压力范围如何，典型等离子体处理技术使用宏观等离子体，且工艺功率及面积往往较高。举例来说，用于蚀刻半导体晶片的典型电源能够传递1-5kW且晶片面积通常在180cm2到700cm2的范围内。对于1-2m的卷箔纸宽度及大约0.3m长的处理区，用于等离子体卷箔纸处理装置的电源通常能够传递1-10kW。因此，使所述大尺度方法适于仅处理装置表面积的小部分将低效率地使用能量且将由于缺乏提供需要在所述大尺度方法中所涉及的大体积或面积上应用的所需局部能量密度的能力而可能限制工艺速度。另外，装置中的等离子体敏感组件可由于装置暴露于大尺度等离子体而被损坏。
微尺度等离子体(即，通过在至少一个维度中具有亚毫米范围来特征化的等离子体)提供局部化等离子体处理以及如上文所提及的，由于Pd缩放而提供的较高操作压力。使用微尺度等离子体的局部化等离子体处理的实例为使用经图案化等离子体电极以在衬底上方产生微尺度等离子体区来以所要图案添加材料或移除材料，如吉恩昌达尼(Gianchandani)等人在第6,827,870号美国专利中所描述的。针对在1-7W/cm2范围中的外加功率密度及在2-20托范围中的气体压力揭示蚀刻工艺结果。虽然这些压力显著高于传统低压等离子体工艺(即，＜1托)，但其颇低于大气压(760托)且，因此，吉恩昌达尼(Gianchandani)未教示或揭示用于在近大气压下操作的微尺度放电源的设计。
库珀(Cooper)等人的微中空阴极源旨在提供用于水净化的强烈紫外光且经展示在比吉恩昌达尼(Gianchandani)所揭示的压力高的压力(200-760托)下操作。穆罕默德(Mohamed)等人较近期揭示的微中空阴极源(第US 2006/0028145号美国专利申请公开案)的目标为在大气压下产生微等离子体喷射。在前者情况下，产生需要的紫外线发射的能力依据放电气体的选择及装置的操作条件而定。在后者情况下，微中空阴极装置还用作气体喷嘴，且喷射特性依据喷嘴设计及流动条件以及等离子体条件而定。
大气压微尺度等离子体源的其它实例包括：斯托费尔斯(Stoffels)等人所描述的等离子体针(使用等离子体针的对哺乳动物细胞的表面治疗(Superficial treatment ofmammalian cells using plasma needle)；E·斯托费尔斯(Stoffels，E.)；I·E·凯夫特(Kieft，I.E.)；R·E·J·斯拉得克(Sladek，R.E.J.)物理学学报D辑：应用物理学(Journal of PhysicsD：Applied Physics)(2003)，36(23)，2908-2913)；库仑(Coulombe)等人所揭示的窄等离子体喷射(第2007/0029500号美国专利申请公开案)；伊登(Eden)等人的微腔阵列(第S 2003/0132693号美国专利申请公开案)；沃亚克(Vojak)等人所描述的多层陶瓷微放电装置(第2002/0113553号美国专利申请公开案)；及霍普伍德(Hopwood)等人的低功率等离子体产生器(第2004/0164682号美国专利申请公开案)。斯托费尔斯(Stoffels)等人的等离子体针旨在哺乳动物组织中的活细胞的表面修改。库仑(Coulombe)等人的窄等离子体喷射也是针对于生物应用，例如皮肤处理、癌细胞的蚀刻及有机膜的沉积。伊登(Eden)等人的微腔阵列旨在发光装置，且沃亚克(Vojak)等人的多层陶瓷微放电装置是针对于与多层陶瓷集成电路集成的发光装置或微放电装置。霍普伍德(Hopwood)等人的低功率等离子体产生器(其使用具有放电间隙的高Q谐振环)是针对于便携式装置及例如生物杀菌、小尺度处理及微量化学分析系统等应用。除了这些放电的类辉光特性以外，其通常还在大气压或近大气压下操作，且其是空间局部化的。因此，具有类似于低压等离子体的操作特性的在大气压下对选定局部化区域的等离子体处理是可能的。
上文所提及的微尺度大气压等离子体源可产生用于喷墨打印装置组件的清洗或处理的有用局部化等离子体处理。这些情况中既未提及将等离子体处理选择性地应用于含有敏感电子装置(例如，CMOS逻辑及驱动器)的打印机组件或装置(例如，喷墨打印头)的局部化区域，且这些情况中也未关注将需要在组件的特定区中产生反应物质的显著局部化通量以便以合理的处理时间及最小损坏来处理组件的快速处理时间。此外，这些情况既未教示将微尺度放电电极系统直接集成到经设计以用于打印的装置中，其中打印装置的组件用作用于产生等离子体的电极系统的部分，且这些情况也未教示使用微尺度放电以清洗、准备或以其它方式维护喷墨打印组件的表面性质。
虽然打印技术领域的技术人员可能熟悉用于打印衬底的表面处理的介质阻挡放电或其变体(因为打印工艺在大气压下执行)，但从工作流程及资金成本的观点来看将认为在真空条件下运行的大多数等离子体工艺是受到抑制的。运行具有类似于真空等离子体工艺的那些特性的特性且具有引入经定制用于清洗、蚀刻或沉积的特定等离子体化学处理的可能的在大气压下的等离子体工艺的能力是高度合乎需要的且在打印技术领域中是未知的。进一步需要具有在不对打印系统的关键组件造成机械或电损坏的情况下使用与喷墨打印机组件兼容的几何形状有效地进行所述工艺的能力。针对不同于打印或衬底修改的应用将等离子体技术集成到打印系统中是高度合乎需要的。
因此，需要一种等离子体处理工艺，其与喷墨打印系统集成且可在不对打印装置组件造成损坏的情况下操作。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种处理打印机组件的方法包括：在最接近待处理的打印机组件处提供电极；在最接近待处理的打印机组件的区域中引入等离子体处理气体；及通过将电力施加到电极进而在近大气压下产生微尺度等离子体来处理打印机组件，微尺度等离子体作用于打印机组件上。
根据本发明的另一方面，一种打印头包括喷嘴孔及与喷嘴孔成液体连通的液体腔室。液滴形成机构与喷嘴孔及液体腔室中的一者相关联。电路与液滴形成机构成电连通。电屏蔽物与打印头集成以屏蔽液滴形成机构及电路中的至少一者以免受外部电力源。
根据本发明的另一方面，一种打印机包括打印机组件及与打印机组件集成的至少一个电极。所述至少一个电极经配置以在近大气压下在最接近打印机组件处产生微尺度等离子体。
附图说明
在下文所呈现的对本发明的优选实施例的详细描述中，参看附图，其中：
图1为喷墨打印头的横截面图；
图2为用于喷墨打印机中的沟槽的示意图；
图3展示用于静电偏转的偏转机构；
图4展示使用气流的偏转机构的示意图；
图5展示定位于喷墨打印头打印机组件上的单个电极；
图6展示定位于喷墨沟槽打印机组件上的单个电极；
图7展示定位于喷墨打印头打印机组件上的单个开口圆柱谐振器电极；
图8展示涂布有介电材料且定位于喷墨打印头打印机组件上的单个电极；
图9展示定位于喷墨打印头打印机组件上的多个电极；
图10a及图10b展示定位于喷墨打印头打印机组件上的嵌入在介电涂层中的多个电极；
图11展示定位于喷墨打印头打印机组件上的呈细长棒配置的单个电极；
图12展示嵌入在电介质中且定位于喷墨打印头打印机组件上的呈细长棒配置的单个电极；
图13a展示喷墨打印头打印机组件，其中多个单电极集成于喷墨打印头打印机组件中；
图13b展示集成于喷墨打印头打印机组件中的多个电极的替代配置；
图13c说明用于驱动喷墨打印头打印机组件上的集成电极以用于在喷嘴板的表面处产生微尺度等离子体的电连接方案；
图14展示喷墨打印头打印机组件，其中多个棒电极集成于喷墨打印头打印机组件中；
图15a展示喷墨打印头打印机组件，其中电气装置屏蔽集成于打印头打印机组件中；
图15b展示喷墨打印头打印机组件，其中电气装置屏蔽定位于打印头打印机组件上方；
图16展示喷墨打印头打印机组件，其中多个单电极及电气装置屏蔽集成于喷墨打印头打印机组件中；
图17展示喷墨打印头打印机组件，其中多个电极及电气装置屏蔽集成于喷墨打印头打印机组件中；
图18a及图18b展示通过绝缘层分开的多个电极的电驱动组合件，所述组合件定位于沟槽喷墨打印机组件上；及
图19a到图19e展示成形电极的各种实例。
具体实施方式
本描述将尤其针对于形成根据本发明的设备的部分或与根据本发明的设备更直接地协作的元件。应理解，未具体展示或描述的元件可采用所属领域的技术人员众所周知的各种形式。
喷墨打印机含有多个打印机组件或装置。术语组件、术语装置及术语打印机组件可互换地使用，且其指代喷墨打印机中的机械、光学、电光学、机电或电气子组合件。喷墨打印装置为当经适当互连时能够在衬底上产生打印图像的打印机组件或装置的组装集合。打印机组件为喷墨打印机中的在喷墨打印机运行或操作期间的任何时间处使用的任何组合件或装置(不管目的如何)。打印机组件还可包含若干个装置、组件或子组合件。打印机组件用于广泛范围的功能。举例来说，其可专用于衬底输送、向衬底的油墨传递或油墨管理。油墨或流体管理可包括将油墨传递到打印机内的既定目的地、回收及再循环未打印的油墨以及流体过滤。专用于产生液滴或微滴的打印机组件或装置包括喷墨打印头。
参看图1，展示一种类型的打印机组件(打印头8)的示意图。打印头8包含流体传递歧管16，流体传递歧管16包括常常被称作液体腔室或歧管孔12的腔室，油墨及其它流体通过所述腔室传送到喷嘴板10。用于将流体从歧管孔12导引到喷嘴板10的常常被称作槽14的流体路径位于喷嘴板10与歧管孔12之间。喷嘴板或孔口板10包括至少一个喷嘴孔18，其为具有界定的横截面及长度的孔口。额外流体路径可存在于喷嘴孔的孔口与槽之间(未展示所述额外特征)。单个或多个喷嘴孔包括在喷嘴板或孔口板中。术语喷嘴板或孔口板为喷墨打印技术领域的技术人员所熟悉。
流体或油墨从歧管孔通过槽行进到喷嘴板中的喷嘴孔且以液滴或微滴的形式喷射出。液滴形成机构可与喷嘴孔及/或液体腔室相关联。液滴形成机构可为电气、机械、机电、热或流体机构，且为喷墨打印技术领域的技术人员所熟悉。举例来说，液滴形成机构可包括在喷嘴孔附近或作为喷嘴孔的一体部分的单个或多个加热元件。另外，压电换能器可位于喷嘴孔处或喷嘴孔附近。
含有一个或一个以上喷嘴孔的喷嘴板或孔口板可包括专用于各种目的的电路或复杂微电子电路，所述各种目的例如为产生液滴或微滴及提供用于电连通到与所述喷嘴孔中的至少一者相关联的液滴形成机构的手段以提供用于控制与喷嘴板上的至少一个喷嘴孔相关联的液滴形成机构的手段。电路还可执行例如监测温度或压力等其它功能。喷嘴板或歧管可包括用于将能量注入到从喷嘴板上的喷嘴孔孔口涌出的液体或流体喷射中以用于产生液滴的目的的其它组合件。
打印头8可并入到按需喷射液滴式打印机或连续式打印机中。当并入到连续式打印机中时，可使用喷墨打印技术领域的技术人员所熟悉的打印机装置或组件收集穿过喷嘴板且未打印于衬底上的油墨及/或其它流体以用于再使用。这些装置或组件被称为沟槽且专用于收集未打印的液滴或微滴以使得流体可被再使用。沟槽因此含有用于收集流体的至少一个表面及用于将所收集的液滴及流体导引到流体传递系统以使得其可被再使用的构件。
图2展示称为沟槽19的打印机组件的一种设计的示意图。在沟槽收集表面20上收集来自喷墨打印头的未打印的流体且流体流经形成于流体收集通道壁24与沟槽收集表面20之间的空间中的流体收集通道22而到达排流管26。在其它沟槽设计中，可在流体收集通道壁24上收集未打印的流体且接着流体流入流体收集通道22中。接着将未打印的流体、油墨或其它物质从排流管移除以用于再循环或废弃成废物。通常，排流管连接到受控真空，从而导致通过抽吸将流体从流体收集通道中移除，使得气体与液体两者均可流经流体收集通道。
连续式打印机包括打印装置中专用于使用此项技术中已知的任何轨道控制手段来控制液滴及微滴的轨道或偏转液滴或微滴的其它装置或打印机组件。所述喷墨打印机组件称为液滴偏转器或微滴偏转器。一般来说，液滴偏转器定位于用于产生液滴的喷墨打印头与用于收集流体及油墨以用于再循环或废弃成废物的沟槽之间。控制液滴轨道及通过使用液滴偏转器引入液滴或微滴偏转的若干手段为此项技术中已知的且为喷墨打印技术领域的技术人员所熟悉。举例来说，可通过以下手段来控制液滴的轨道：带电液滴在电场中的偏转；液滴在升压或减压下通过气流的作用的偏转；液滴借助于液体喷射的不平衡热刺激的偏转；或喷墨打印技术领域的技术人员所熟悉的任何其它手段。
静电偏转方法使用电线、板或各种成形导电隧道的导电组合件。这些装置被称为静电偏转装置或静电偏转喷墨打印机组件，且包括为喷墨打印技术领域的技术人员所熟悉的例如电荷板及电荷隧道等组件。
图3展示静电偏转喷墨打印机组件的示意图。此喷墨打印机组件还称为静电液滴偏转器28。静电偏转喷墨打印机组件位于喷墨打印头30与喷墨打印机沟槽36之间。静电偏转喷墨打印头组件包含至少一个充电电极32及至少一个偏转电极34。所述组合件为连续喷墨打印技术领域的技术人员所熟悉。
在操作中，由从位于歧管上的喷嘴板中的喷嘴孔中发出的液体喷射形成液滴或微滴，且通过由充电电极32施加的电场的作用为液滴充电。为了导引液滴以用于在沟槽36的收集表面上收集或为了将液滴导引到衬底以便通过液滴或微滴在衬底上的选择性成图像沉积而打印文字或图像，接着可通过偏转电极34偏转带电液滴。
在空气或气体偏转方法中，微滴偏转器经配置以产生与油墨微滴互动的气流，进而将具有多个体积中的一者的油墨微滴与具有所述多个体积中的另一者的油墨微滴分开。空气液滴偏转器还可使用定位在最接近液滴偏转器组件的输出端处的压力传感器，其中压力传感器经配置以产生压力指示信号。另外，可使用耦合到所述压力传感器且经配置以基于指示信号而输出补偿信号的控制器来提供调整机构，所述调整机构操作地耦合到所述微滴偏转器以响应于所述补偿信号而调整由所述微滴偏转器产生的气流。
图4展示使用气流的液滴偏转器40的示意图。由喷墨打印头42提供液滴且由沟槽43来收集待再循环或废弃成废物的流体及油墨。通过气体供应歧管44供应气流且由气体移除歧管46收集气流以在气体供应歧管与气体移除歧管之间提供受控气流以用于使从喷墨打印头传送的液滴在沟槽的方向上朝着纸面(或衬底)偏转的目的。气体移除歧管46可在减压下操作以使得在必要时对于液滴偏转不需要气体供应歧管。
为了使用微尺度等离子体来清洗、处理或以其它方式处理各种喷墨打印机组件(例如上文所描述的那些组件)的关键表面，在喷墨打印机组件外部或以与喷墨打印机组件集成的方式引入微尺度等离子体。图5说明喷墨打印头52，其中电极54定位于喷嘴板56上方。电极54用于在最接近喷墨打印机组件(其在此实例中为喷墨打印头)处产生微尺度等离子体的目的。如本文中所使用的，最接近指代距组件的距离在1cm之内。在最接近喷墨打印头组件处形成微尺度等离子体可用于许多目的，包括确保喷墨打印机组件的表面的初始清洁度，以及喷墨打印机组件的表面的表面修改以用于引入经改进的疏水性、亲水性或表面反应性的目的。明确地说，微尺度等离子体的形成在干式流体沉积(例如，由于油墨引起的那些沉积)的管理中为重要的，其用于改进打印系统起动及切断序列的可靠性且用于改进打印系统的总可靠性。
通过提供电极来产生微尺度等离子体(还称为微尺度放电)，通过所述电极将能量从外部电源耦合到产生微尺度等离子体的区。微尺度等离子体指代气体中的放电，其中所述放电具有范围小于1mm的至少一个维度，所述范围由空间局部化发光区、空间局部化离子化区、含有大多数所关注的活性物质的区(例如，例如原子氧等特定中性活性物质的最大浓度的一半处的全宽度)或微尺度等离子体对正被处理的组件的效应的空间范围来确定。微尺度等离子体区是空间局部化的且应认识到，以下情况可能为有利的：平移一个或一个以上微尺度等离子体以实现所关注的喷墨打印机组件上的一个或一个以上额外区及表面的处理以用于将经改进的疏水性、亲水性或表面反应性引入到喷墨打印机组件上的较大表面积的目的。以下情况也可为有益的：平移一个或一个以上微尺度等离子体及(任选地)相关联的电极结构及电源以同样处理额外喷墨打印机组件。
本文中将借以将能量耦合到等离子体的触点称作电极。本文中将用于向第一电极提供参考或以其它方式帮助将能量耦合到等离子体的第二电极称作反电极。电极或反电极均可经正偏置或负偏置且因此可在二极管放电中用作阳极或阴极。其它类型的电极包括射频天线及微波波导或撒施器。在射频感应耦合等离子体的情况下，形成天线的导电迹线或电线用作电极。在霍普伍德(Hopwood)等人的开口环谐振器的情况下，放电间隙(环中的开口)的任一侧上的开口环导电迹线的若干部分用作电极及反电极，同时开口环与接地平面组合用作波导。
再次参看图5，电极54可连接到电源58且可在相对于接地电位或其它参考电位的电位下被驱动。在一种配置中，喷墨打印头的歧管保持在接地电位。施加到电极的电位可为DC或AC，且AC电位的频率可在Hz到GHz之间变化，其中振幅在V到kV之间变化，如由介质崩溃考虑因素所限制。或者，电极可保持在接地电位且打印机组件本身可在相对于电极的接地电位的电位下被驱动。在又一替代配置中，可用电隔离(“浮动”)的喷墨打印组件在电极与反电极之间施加电位。
虽然升高电压可用于点燃微尺度等离子体，但由于对打印机组件的物理损坏的可能性增加，因此使用高于1kV的电压来维护微尺度等离子体是不合需要的。此物理损坏显现为对绝缘表面的损坏(如由于介质崩溃引起的烧坏或凹坑)以及可用于构造打印机组件的低熔点材料的液化。来自打印机组件中的静电敏感微电子组件上的静电荷堆积的损坏也可在升高电压下较频繁地发生。因此，卷箔纸转换技术中已知的常规空气中介质阻挡放电(有时称为电晕放电卷箔纸处理)的使用及通常利用具有大于5kV的峰值间电压的正弦电压波形作为产生及持续微尺度等离子体的手段可被使用但并非为优选的。
电极可由导电材料(例如，例如铝、钽、银、金等金属)或半导电材料(例如，掺杂硅、掺杂锗、碳或例如氧化铟锡或铝掺杂氧化锌等透明的高度退化半导体)形成。此外，导电及掺杂半导电聚合物以及导电纳米微粒分散可用于电极构造中。此外，可通过介电涂层(例如，例如环氧树脂或聚酰亚胺聚合物、氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、五氧化二钽、氧化铝等有机电介质)使电极钝化，或可将电极嵌入在介电材料中。此外，准许组合电极，其中导电材料(例如，金属或掺杂半导体)通过具有不同电特性的半导体涂层钝化或以其它方式由所述半导体涂层覆盖或嵌入在所述半导体涂层中，其中半导体涂层确定电极的电导率。
为了处理打印机装置组件的表面，在最接近所关注的组件处定位至少一个电极。此处的最接近指代距组件的距离在1cm之内，包括电极定位于所述最接近距离内而不接触组件、与组件直接机械接触或通过微型制造、薄膜沉积或层压工艺而直接形成于组件上(集成)。在电极直接形成于组件上或以其它方式并入到组件中的情况下，电极与打印机组件集成。集成电极可由外部电路驱动或并入到直接在组件上制造的电路中，所述电路包括通过微电子及微机电系统(MEMS)制造技术中已知的技术形成的有源及无源电路元件。最接近电极可由外部电路或由直接在组件上制造的电路驱动，所述电路包括通过微电子及微机电系统(MEMS)制造技术中已知的技术形成的有源及无源电路元件。
虽然需要至少一个电极来支持微等离子体，但可依据特定应用而通过使用奇数及偶数数目的电极来产生一个或一个以上微等离子体。电极可为单电极或具有单个反电极或反电极阵列的电极阵列。此外，电极及电极阵列可经成形以优化微尺度等离子体产生及待处理的特定组件的处理效应。
返回参看图5，电极54可具有各种几何形状且可为电线，所述电线为直的或经成形(例如)为回路或线圈或某种其它2维或3维形状。呈现给形成微尺度等离子体的容积的电极表面可具有电线的尖端的特性或其可具有来自三维几何形状构造(例如，锥体的尖端、具有微尺度的粗糙度特征的表面或某种其它3维构形)的凸起体的特性。将了解，术语电极还适用于较复杂的组合件，其中组合件的一部分为导电的且组合件的额外部分为不导电的，例如覆盖有导电涂层的绝缘棒的情况。此外，电极可具有中空部分，例如将在缠绕有电线或以其它方式涂布有例如金属等导电材料的绝缘管中所发现。
虽然微尺度等离子体处理工艺既定在周围条件下运行，但通过建立特定气体的气流而控制等离子体处理环境可为有利的。可依据微尺度等离子体的所要目的来选择流动气体的组合物。举例来说，可在允许进入等离子体区的气体中提供可经活化以产生可冷凝物质的化合物以便实现涂层到正被处理的组件上的等离子体增强型化学气相沉积。如果目的是沉积疏水层(例如，氟化聚合物)，则可结合能够将微尺度等离子体活化物质传送到适当位置以用于沉积于喷墨打印机组件上的合适载运气体来选择合适的含氟及含碳气体。可类似地产生等离子体沉积及等离子体增强型化学气相沉积技术中众所周知的其它可冷凝材料。举例来说，可允许硅烷、硅氧烷及其它气体进入以产生氧化硅、氮化硅或硅酮膜。可将例如氨等其它杂原子反应物添加到允许进入等离子体区的气体以便产生特定活性物质，或可在等离子体区中夹带来自周围空气的气体以产生反应物质。此外，如果目的是将沉积物从喷墨打印机组件的表面移除，则可在最接近微尺度等离子体处引入已知在等离子体活化且与沉积物接触后产生挥发性物质的气体。
将了解，合适的载运气体为在长度尺度及时间尺度上大体上不会与既定微尺度等离子体活化物质反应以使得可将有用量的所述物质输送到所要位置的气体。一些常见载运气体为惰性气体或稀有气体，例如氦气、氖气及氩气。在一些例子中，依据微尺度等离子体的所要目的而定，例如氮气(N2)等分子气体可为有用的载运气体。另外，在大气压等离子体技术中已知例如氦气等稀有气体可用于减小点火及维护等离子体所必要的外加电压。可将例如氪气及(特定来说)氙气等较重稀有气体添加到气体组合物以更改从微尺度等离子体区辐射的发射光谱。将氙气添加到微尺度等离子体区在例如生物污垢碎屑(由于来自微生物的表面污染产生的碎屑)的消除等工艺的操作期间实现来自微等离子体的增强型紫外线发射以及利用臭氧或由微尺度等离子体产生的其它氧化反应性中性物质增强氧化表面工艺中特别有用。因此，应了解，等离子体处理气体的组合物的选择是基于对组件的既定效应，且微尺度等离子体工艺可经定制以在必要时清洗、活化或钝化喷墨打印机组件表面，且气体组合物可进一步经定制以改进微尺度等离子体的操作及稳定性以及微尺度等离子体工艺的效率。
在近大气压下操作微尺度等离子体处理工艺而不管气体组合物如何是有利的。如本文中所使用的，近大气压包括在400托与1100托之间的压力，且优选在560托与960托之间的压力。此范围的较高部分中的工艺压力可通过使专用于在待处理的组件附近提供处理气体的岐管或可能以其它方式用于在正常打印工艺中提供气流或油墨流的岐管增压来实现。类似地，可将岐管汲取到减压以便将处理气体(由周围空气或外部气体供应提供)汲取到等离子体处理区中。
再次转向图5中所展示的配置，在电极及喷墨打印机组件周围的区中可存在气流。举例来说，周围压力下的气体可在电极周围从所有侧流动以环绕电极及打印机组件。打印机组件(在此情况下为喷墨打印头的岐管孔)的内部可保持在减压下以迫使气体通过喷嘴孔被汲取到喷墨打印头中。同样，打印机组件的内部可保持在升压下以迫使气体通过喷嘴孔进入打印机组件与电极之间的空间中。气流管理是用于维护在最接近微尺度放电处的气体的所要组合物及流动的目的，所述微尺度放电是在最接近电极处形成的。还应认识到，对在最接近微尺度等离子体处(在微尺度等离子体附近、周围及穿过微尺度等离子体)的气流的管理提供用于将由微尺度等离子体形成的气相反应物质朝向既定位置导引的手段。
图6说明类似于图2中所展示的喷墨打印机沟槽的喷墨打印机沟槽，其中电极64定位于沟槽收集表面66或流体收集表面66上方。电极64用于在最接近喷墨打印机组件(其在此实例中为沟槽)处产生微尺度等离子体的目的，此处的最接近指代距组件的距离在1cm之内。在最接近喷墨打印机组件处形成微尺度等离子体可用于许多目的，包括确保喷墨打印机组件的表面的初始清洁度，以及喷墨打印机组件的表面的修改以用于引入经改进的疏水性、亲水性或表面反应性的目的，及在打印机使用期间维护表面清洁度或表面性质。举例来说，可将氟氢碳化合物、硅的氧化物、硅的碳化物或硅的氮化物沉积于流体收集表面上以修改其润湿性质。明确地说，微尺度等离子体的形成在干式流体沉积(例如，来自油墨的那些沉积)的管理中为重要的，干式流体沉积可干扰流体收集表面的功能及沟槽组件的总操作。
因此，使用微尺度等离子体来清洗及修改沟槽组件的部分的表面使得能够控制关键表面条件且进而改进打印系统起动及切断序列的可靠性以及总操作可靠性。应认识到，喷墨打印机沟槽的元件(例如，喷墨打印机沟槽收集表面或喷墨打印机沟槽流体收集通道壁)在一些配置中可用作电极。从上文的论述中将了解，沟槽组合件中的流体收集通道68可用作用于将流动气体提供到最接近微尺度等离子体的区以便提供微尺度等离子体的所要稳定性及化学或物理效应的构件。
图7展示定位于喷墨打印机组件上的单个电极76的替代配置。喷墨打印机组件为喷墨打印头，其包含喷嘴板74及附接的岐管72。此情况下的单个电极为附接到平面连接器77的三维开口圆柱谐振器电极。开口圆柱电极可经构造以使得最外层为导电的。电极的内部可为中空的或填充有固体电介质且进一步包括用作接地平面且连接到嵌入在平面连接器77中的接地平面的接地同心圆柱体。平面连接器在其外部导电表面与嵌入接地平面之间可具有中空或电介质填充的容积。或者，接地平面可包含开口圆柱电极外部的同心导电圆柱体以及平面连接器外部的平面导体。
此外，连接器77不需要为平面的，且圆柱体76不需要具有圆形横截面。电极76及连接器77的导电部分结合接地平面用于以开口电极76的谐振频率将电磁波导向开口电极76中的间隙78以使得其在间隙78的任一侧上异相180度。当开口圆柱谐振器电极的内部为中空时，则电极的内部部分还可用于将气流传递到开口圆柱电极中的间隙以在受控大气中在大气压下产生微尺度等离子体。开口圆柱谐振器电极的优点是产生在一个维度上为细长的微等离子体进而允许同时处理喷墨打印机组件上的多个区的能力。开口圆柱谐振器电极具有由圆柱体的尺寸确定的且可在kHz到GHz之间变化的操作频率。
图8展示用涂层84覆盖且定位于喷墨打印机组件上方的单个电极82。此实例中的喷墨打印机组件为喷墨打印头，其包含喷嘴板86及附接的岐管88。电极上的涂层可具有任何厚度，其中优选厚度在10nm到10微米的范围内。涂层材料可为金属的、半导电的或绝缘的。举例来说，涂层可包含例如钽或铂等耐蚀金属。或者，涂层可包含例如碳化硅等半导电材料或导电氧化物。涂层还可包含例如特氟纶、玻璃质二氧化硅、氧化硅、氧化铝等介电材料。涂层可为材料的组合或复合材料，其中术语复合表示具有两个或两个以上(多个)具有化学相异组合物的区的材料。涂层用于一个或一个以上目的，包括以化学方式使下伏电极材料朝向在微尺度等离子体中形成的高度反应性物质钝化以及影响电极的二次发射特性(例如，由离子碰撞引起的二次电子发射的系数)。电极可处于接地电位或处于不同于接地电位的电位且可使用具有1伏到50kV的振幅的DC电压或AC电压来驱动，如先前在图5的描述中所描述的。当使用AC电压时，频率可在1Hz到100GHz的范围内，其中优选频率在10kHz到10GHz的范围内。
图9说明定位于喷墨打印头组件的喷嘴板96、喷嘴孔99及岐管98上方的多个电极92、94。电极可如图5中所描述，差别在于：存在一个以上电极且电极定位于喷墨打印机组件上方。可通过施加电位对电极92、94进行电驱动。可有用于将电位施加到多个电极的多种配置。将各种电位施加到电极的目的是在最接近喷墨打印机组件处产生一个或一个以上微尺度等离子体。施加到电极的电位可为DC或AC且AC电位的频率可在1Hz到100GHz之间变化，其中振幅在1V到50kV之间变化，如由介质崩溃考虑因素所限制。在一种电配置中，喷墨打印机组件可保持在参考电位或接地电位或保持电浮动。举例来说，电极92可经电驱动且电极94可保持在参考电位或接地电位。依据用于施加电位的配置的选择而定，在电极92、94之间或在每一电极92、94与喷嘴板96之间产生微尺度等离子体。举例来说，可在电极92与94之间施加电位以在所述两个电极之间的间隙或区中产生微尺度等离子体。在微尺度等离子体中产生的物质接着行进到喷墨打印机组件的最接近区以实行既定的表面处理。成对的所述电极可与喷墨打印机组件中的特征(例如，喷嘴板中的喷嘴孔)对应地定位以产生用于处置多个特征的多个局部化微尺度等离子体。将合适的参考电位施加到喷墨打印机组件可将微尺度等离子体的区朝向喷墨打印机组件延伸，同时仍将微尺度等离子体在电极92、94之间的维度尺度保留在1mm或1mm以下。在一个或两个维度中延伸微尺度等离子体区有助于增强用于(例如)清洗、表面沉积或增强表面反应性的目的的大气压微尺度等离子体处理的功效。或者，可布置多个电极92、94以使得每一电极与喷墨打印机组件中的特征对应地定位。在此配置中，可相对于喷墨打印机组件共同地(并行地)或独立地驱动所述多个电极以在每一电极处产生局部化微尺度等离子体，且喷墨打印机组件的若干导电部分充当反电极的作用。
图10a展示多个单电极(或多重单电极)102、104的实例，其中每一单电极嵌入在介电材料101中且定位于喷墨打印机组件上。图10b展示嵌入在相同单一介电材料101中且定位于喷墨打印机组件上方的多个电极108。在图10a及图10b中，喷墨打印机组件为具有喷嘴板106的喷墨打印头。术语嵌入意味着电极大体上在所有其外表面上由固体或液体材料环绕。
嵌入电极的目的在于保护电极以免受可导致电极破坏的潜在腐蚀性的微尺度等离子体产生物质。电极所嵌入在其中的介电材料101具有大于105欧姆-cm的电阻率且介电材料的厚度可为适合于微尺度等离子体应用的任何厚度且由操作电压及介电材料的介质崩溃特性以及电极制造方法来确定。介电材料101可选自具有大于105欧姆-cm的电阻率的任何数目的材料，所述材料包括：特氟纶、环氧树脂、硅酮树脂、聚酰亚胺或其它低反应性热稳定有机聚合物；或含碳复合材料，其中术语复合材料指代含有不同化学组合物的至少两个区的固体。复合材料的实例为(例如)玻璃纤维浸渍环氧树脂或玻璃纤维增强及玻璃填充特氟纶聚合物。将了解，其它复合材料是可能的且预想在本发明的范围内。其它介电材料的一些实例为：无机绝缘材料，如氧化镁及衍生的含镁氧化物、氧化硼及衍生的含硼氧化物、氧化硅及衍生的含硅氧化物、氧化铝及衍生的含铝氧化物、氧化钛及衍生的含钛氧化物、氧化钽及衍生的含钽氧化物、氧化铌及衍生的含铌氧化物、氧化铪及衍生的含铪氧化物、铬及衍生的含铬氧化物、氧化锆及衍生的含锆氧化物、(绝缘二元金属氧化物)以及氮化物、氮氧化物、硫化物及较复杂的三元及较高级数的氧化物、氮化物、氮氧化物及硫化物。术语衍生的含金属氧化物意指基于含有至少20个原子百分比的指定金属的介电化合物的氧化物。举例来说，含有20个百分比的氧化铈的化合物氧化锆为衍生氧化锆。其也为铈的衍生氧化物。
介电材料可为结晶的、玻璃质的或非晶形的。将了解，其它介电材料是可能的且将为介电材料技术领域的技术人员所熟悉且预想在本发明的范围内。介电涂层还可用凸起体来纹理化或其可为平滑的且无凸起体。各种类型的纹理化介电涂层是可能的且预想在本发明的范围内。如图9中所论述的，可以多种配置来电驱动电极以用于在最接近喷墨打印机组件处产生微尺度等离子体的目的。
图11展示定位在喷墨打印头组件的喷嘴板112、喷嘴孔114及歧管116上且在最接近喷墨打印头组件的喷嘴板112、喷嘴孔114及歧管116处的细长电极110的实例。虽然在图11中将电极110展示为矩形，但预想属于本发明的范围内的其它电极形状，其中电极的细长维度(大体上位于平行于喷墨打印头组件的至少一个表面的平面中)与其它两个维度中的至少一者的纵横比大于10。举例来说，电极可具有细长三角柱或某种其它几何构造的形状。电极可简单地为一段电线，其中电线的直径比位于平行于喷墨打印机组件的至少一个表面的平面中的电线长度小至少10倍。可如图5中所论述来电驱动图11中所展示的电极以用于在最接近喷墨打印机组件处形成微尺度等离子体区的目的。此处还预期电极110周围的流动气体的使用(如在图5的论述中所描述的)，包括喷墨打印机组件本身用于在最接近喷墨打印机组件及微尺度等离子体区处流动气体的目的的使用。
图12说明如图11中所描述的细长电极120，细长电极120涂布有材料122(如图8中所描述的)或嵌入在介电层122中(如图10中所描述的)，其中所述细长电极定位在最接近喷墨打印机组件的喷嘴板124、喷嘴孔126及歧管128处。预想经涂布或嵌入的细长电极的其它配置在本发明的范围内。此外，预想涉及多个(经涂布、经嵌入或未经涂布)细长电极的配置在本发明的范围内，包括相对于彼此驱动的一对或多对电极以在每一对中的细长电极之间的间隙中且在最接近喷墨打印机组件处形成微尺度等离子体。
图13a、图13b及图13c说明集成到称为喷墨打印头的喷墨打印机组件中的电极及反电极的各种配置。如此处所使用的术语集成意指布置及制造组成部分以形成不可分的整体。在图13a、图13b及图13c中，多个电极130在最接近喷嘴孔134及歧管136处与喷墨打印头喷嘴板132集成。可如图8、图10及图12中所论述来用介电材料钝化或嵌入集成电极130。
用于在最接近喷墨打印机组件处产生微尺度等离子体的目的的电驱动电路138的实例还展示于图13a、图13b及图13c中且应认识到，电极及驱动电路的其它配置是可能的且预想在本发明的范围内。图13a及图13b说明集成于喷嘴板上且通过外部电路(例如，电源)电驱动的多个电极的各种视图。应认识到，随着高功率装置的小型化出现，同样可将整个电源集成到喷墨打印头组件上，且此预想在本发明的范围内。可如图5、图7及图9中所描述来以多种配置来驱动电极且应认识到，其它电配置是可能的且属于本发明的范围内。在图13a中，使用电路使电极与反电极彼此相对而驱动。
图13b说明相对于外部参考驱动的多个电极。电极可为类似于第5,942,855号美国专利及霍普伍德(Hopwood)等人的第2004/0164682A1号美国专利申请公开案中所描述的那些装置的射频天线或微波波导，其中微波波导电极的间隙或来自射频天线电极的局部化射频能量的区位于最接近喷嘴孔134处。或者，可相对于反电极来电驱动电极，图13b中的反电极可为喷墨打印机组件的另一部分(例如，歧管136)或其可为外部反电极(图13b中未展示)。
图13c说明集成到被称为喷墨打印头的喷墨打印机组件中的多个电极及反电极。集成电极的总数目可为奇数或偶数。图13c还展示用于驱动所述集成电极的配置，其中每隔一个电极连接到保持在相对于相邻驱动电极的参考电位Vref..的端子139。Vref为参考电位，其可为非零DC电位或可通过将端子连接到接地电位来接地。可使用为等离子体产生技术领域的技术人员所已知且与集成电极配置(例如，电极与反电极的数目及相对大小、介电材料的存在或不存在等)一致的方法通过Vref调制来操纵附接到端子139的电极处的电位。
图14展示集成到喷墨打印机组件中的多个细长电极140。如图11或图12中所描述的多个细长电极140在最接近喷嘴孔144及歧管146处集成到喷嘴板142上且用电路148来电驱动。应了解，如图11及图12中所论述的，存在可能用于驱动细长电极以用于在最接近喷墨打印机组件处产生至少一个微尺度等离子体的目的的多种手段。任选地将用于用多个集成细长电极控制、产生及维护微尺度等离子体的电路集成到喷墨打印头组件中。
图15a及图15b展示最接近喷墨打印头喷墨打印机组件的喷嘴板154上的喷嘴孔152及歧管156的集成及非集成电屏蔽150两者。电屏蔽包含插入在电噪声源(例如，微尺度等离子体)与喷墨打印机组件之间的导电层，其中存在所述电屏蔽物以用于改进喷墨打印机组件的操作可靠性的目的。
电屏蔽可由具有小于100欧姆-cm的电阻率的任何导电材料制成。典型电屏蔽是由例如铜、铝及铝合金、钢、钽及钽合金、金及金合金、银及银合金、铌及铌合金以及钛及钛合金等金属制成。例如透明导电氧化物等透明导电材料也可用于制造电屏蔽。此外，导电聚合物(例如，基于聚噻吩的材料)及碳基材料的导电分散(例如，碳纳米管)可用于制造电屏蔽。还可使用导电材料的纳米微粒分散制造电屏蔽。
可任选地将电屏蔽与喷墨打印机组件集成以改进喷墨打印机组件操作可靠性。微尺度等离子体的产生可能需要超过喷墨打印机组件的正常操作电压的电压，或其可能产生超过正常操作电流的局部化电流，且任选地集成的电屏蔽的额外目的是保护喷墨打印机组件以免受在喷墨打印机组件暴露于超过正常操作条件或超过损坏阈值的电压或电流的情况下可能发生的损坏。通过将电屏蔽物插入在电噪声源(例如，微尺度等离子体)与大体上所有潜在敏感电路(包括CMOS电路及为熟悉喷墨打印机组件的电气设计者所已知的其它电路及微电子电路)之间，有效地保护喷墨打印机组件以免受电噪声源影响。
可通过已知用于产生具有小于10欧姆的电阻的电连续性的任何方法将电屏蔽150连接到参考电位或接地电位。或者，存在以下情形：需要允许电屏蔽保持不连接到任何参考电位源以使得电屏蔽物获得与所述电噪声源相关联的电位。此配置在此项技术中称为电浮动。举例来说，如果敏感电路可保持电浮动而非接地，则电路将得到浮动电位(在所述电位下，当暴露于等离子体时，浮动触点不从等离子体汲取净电荷)。在所述情况下，使屏蔽物接地将在电路与屏蔽物本身之间潜在地产生损坏性电位且因此应允许屏蔽物在暴露于电噪声源(例如，微尺度等离子体)时随电路一起电浮动。对于电浮动物品，等离子体与物品之间的电位差可得以显著减小(相对于接地物品的情况)，且因此，冲击物品的离子的能量可得以显著减小。明确地说，对于电容性耦合的AC放电，在外加电压的一半循环期间，等离子体电位可大体上上升(数百伏)。通过使屏蔽物电浮动且使电路屏蔽，将使等离子体与屏蔽物或电路之间的电位差维持在等于等离子体电位与浮动电位之间的电位差(此差值通常为约10伏)的值。
在微尺度等离子体的一些应用中，可能需要允许插入在微尺度等离子体与喷墨打印机组件之间的电屏蔽物浮动且任选地允许喷墨打印机组件本身浮动，因为浮动的屏蔽物吸收冲击最接近微尺度等离子体的表面的离子能量。此离子能量不仅以平移动能的形式出现，而且以与离子化物质的离子化电位相关联的能量的形式出现，来自离子化电位的所述能量被赋予给离子碰撞的表面。虽然任选地集成到喷墨打印机组件中的电屏蔽既定用以改进喷墨打印机组件的操作可靠性，但应了解，在用于驱动电极以用于在最接近喷墨打印机组件处产生微尺度等离子体的目的的一些电配置中，除了保护喷墨打印机组件上的敏感组件以用于改进操作可靠性的目的的主要功能以外，电屏蔽还可执行反电极的额外功能。
图16展示插入在多个电极162与电屏蔽164之间的介电层160的实例，其中电极162、介电层160及电屏蔽164在最接近喷墨打印头喷墨打印机组件上的至少一个喷嘴孔168及歧管169处集成到喷嘴板166上。集成介电层的目的在于电隔离所述多个电极与电屏蔽以使得在施加电压以用于在最接近喷墨打印机组件处产生微尺度等离子体的目的期间所述电极不会导电到电屏蔽。合适类型的电屏蔽的实例包括例如金、铜、铝、钽等导电金属以及高度掺杂的半导体材料，例如掺杂磷或硼的硅或多晶硅、经掺杂或其它导电形式的碳化硅及经掺杂或其它导电形式的类金刚石碳。还可使用例如氧化铟锡、掺氟氧化锡及掺铝氧化锌等导电氧化物材料。
如图15中所论述的，电屏蔽可连接到接地电位或参考电位：或者，电屏蔽可保持不连接到任何参考电位且被允许获得由周围电噪声源引发的电位或被允许电浮动。可电驱动电极以用于使用等离子体产生技术中已知的任何手段产生微尺度等离子体的目的，且存在可预期的并预想在本发明的范围内的用于电驱动多个电极的多种配置。集成到喷墨打印机组件上的所述多个电极可具有多种大小及形状。
集成到喷墨打印机组件上的所述多个电极可涂布有多种材料(如先前所论述)或不涂布、嵌入或不嵌入、细长或以其它方式在至少一个维度中延伸。还应理解，可如先前在图5的论述中所提及来将气流施加到图16中所展示的集成电极组合件。举例来说，歧管169可保持在相对于周围的升压或减压下以用于影响在最接近微尺度等离子体处的气流的目的，所述微尺度等离子体是在最接近图16的介电层160上的集成电极162处产生的。
图17展示在最接近至少一个喷嘴孔174处集成在喷嘴板172的表面上的多个细长电极170的另一实例。喷嘴板172附着到歧管176。介电层178及电屏蔽179插入在所述多个细长电极170与喷嘴板172之间。
如图17中所展示，相互交叉的电极与反电极集成于喷墨打印机组件中。可任选地定位所述集成的相互交叉电极以使得喷嘴板172的喷嘴孔174位于所述集成的细长电极中的至少两者之间的空间中。图17还展示用于驱动所述集成的相互交叉电极以用于在最接近喷墨打印机组件处产生微尺度等离子体的目的的配置的实例。应认识到，可使用多种电路来驱动电极，包括如先前已论述的电屏蔽的各种电配置。
图18a展示包含沿平行于喷墨打印机组件184的表面的平面中的方向交替的导电层180及介电层182的复合电极。在此实例中，喷墨打印机组件为喷墨打印机沟槽。在图18a中，导电层包含多个电极及反电极且经电驱动以使得由电源185以并行方式对每隔一个导电层(交替导电层)进行电驱动，且将剩余反电极接地或以其它方式连接到所述电源的另一侧。如上所述，电源可为DC或AC。包含多个电极及反电极的导电层的间隔可对应于对打印机设计重要的维度，例如喷墨打印机组件上的喷嘴之间的间隔。
在图18b中，电极对186被选择为来自导电层与介电层的交替层的邻近导电层，其中介电层插入在每一导电层之间，且从邻近导电层中选择的每一指定电极-反电极对由可为DC或AC的单独电源188独立地电驱动。应认识到，此种配置可在广泛范围的频率上操作且所述多个电源可在多个频率上操作以用于根据所选择的电极-反电极对的操作频率产生具有不同特性的邻近微尺度等离子体区的目的。另外，介电层不需要为连续的且可为间隔物而非固体材料，且分开导电层的体积的实质部分可为中空的。
图19a到图19e展示用于产生微尺度等离子体的电极的各种实例几何形状。然而，可将预期用于产生微尺度等离子体的目的的其它电极几何形状适当地集成到喷墨打印机组件中，如图13到图17的论述中所描述。
图19a展示开口环190及连接器或传输线191。图19b展示具有梳状结构的经图案化电极193，其中突起界定相对于反电极195的间隙197。在此图中，间隙197在喷墨打印机组件(未图示)上的喷嘴孔阵列198上对准。图19c展示各自具有尖角特征的电极193及反电极195，所述尖角特征界定两个电极之间的间隙197，在间隙197中任选地平放至少一个喷嘴孔198。图19d展示各自具有多个凸起体的电极193及反电极195，所述多个凸起体沿着电极的边缘的长度而定位以便界定具有较窄的且当在电极-反电极对上施加电位时具有较集中的电场的多个区的间隙197。在图19d中，一个或一个以上喷嘴孔198任选地定位于间隙区197内。图19e展示具有位于喷墨打印机组件上的特征(例如，喷嘴孔198)的周边周围的多个凸起体的电极。
图19a到图19e的电极及反电极可通过微电子、微制造及微机电系统制造技术中已知的薄膜沉积及图案化技术来产生。此外，所述电极可使用为微制造技术领域的技术人员所熟悉的任何技术由薄片料压印而成或由金属片图案化而成，所述微制造技术例如为使用光致抗蚀剂及蚀刻剂溶液的放电机械加工或化学蚀刻方法。
可以片的形式来制造电极且明确地说，例如图19a、图19c及图19d中所展示的那些结构等结构可在电极之间组装有介电材料(或以其它方式电分开以防止所述电极之间的导电)以产生如图18中所展示的结构，其中电极与反电极之间的间隙界定用于形成微尺度等离子体的区。电极与反电极之间的多个间隙可定位在最接近喷墨打印机组件处且当用合适的电激励驱动时可在大体上一个方向上且沿着位于大体上平行于喷墨打印组件的至少一个表面的平面中的方向产生微尺度等离子体阵列。
可类似地堆叠如图19b的那些梳电极的梳电极的组合件且使其与介电层交错以产生将产生呈两维阵列的多个微尺度等离子体的复合电极，所述多个微尺度等离子体可用于处置喷墨打印机组件上的多个特征。依据用于将电力施加到微尺度等离子体的手段而定，电极配置可并入有额外导电结构。举例来说，通过介电层或气隙与电极分开的接地平面可为必要的，以便将微波导向产生微尺度等离子体的间隙。
用于在最接近喷墨打印机组件处产生微尺度等离子体的目的的电极与反电极的其它组合(集成的或以其它方式的)是准许的。通常，根据喷墨打印机组件及其相关联特征的几何形状来进行特定电极几何形状的选择。
如可从现有技术了解的，存在用于产生微尺度大气压等离子体的多种手段。因此，为了产生微尺度大气压等离子体或微尺度大气压放电，可从用以将电力耦合到放电的多种手段、多种电极配置及多种处理气体中进行选择。电源、阻抗匹配装置、电极与组件配置及处理气体的组合应在充分稳定以致不会变成电弧的正常或异常辉光状态中产生微尺度大气压等离子体。辉光放电等离子体状态的特征在于均匀类辉光外观的相异区、低于崩溃电压的操作电压及具有相对于电压-电流特性可忽略的斜率(正常辉光)或正斜率(异常辉光)(见(例如)“气体中的放电(Electrical Discharges in Gases)”，F·M·彭宁(F.M.Penning)、戈登(Gordon)及布里奇(Breach)，纽约(New York)，1965年，第41页)。辉光放电状态具有比汤森(Townsend)状态低的操作电压及比汤森(Townsend)状态高的电流密度(因此，高的等离子体密度)，且较稳定并展现出比电弧状态少的电噪声及相关联的干扰，电弧状态的特征在于颇高的电流密度及较低的操作电压。
元件列表
8打印头
10喷嘴板
12孔
14槽
16歧管
18喷嘴孔
19沟槽
20收集表面
22流体收集通道
24流体收集通道壁
26排流管
28液滴偏转器
30喷墨打印头
32充电电极
34偏转电极
36沟槽
40液滴偏转器
42喷墨打印头
43沟槽
45气体供应歧管
46气体移除歧管
52喷墨打印头
54电极
56喷嘴板
58电源
64电极
66沟槽收集表面
68流体收集通道
72岐管
74喷嘴板
76电极
77平面连接器
78开口圆柱谐振器间隙
82电极
84涂层
86喷嘴板
88岐管
92电极
94电极
96喷嘴板
97岐管孔
98岐管
99喷嘴孔
102具有介电层的电极
104具有介电层的电极
106喷嘴板
108嵌入在介电层中的多个电极
110电极
112喷嘴板
114喷嘴孔
116歧管
120电极
122涂层或介电层
124喷嘴板
126喷嘴孔
128歧管
130集成电极
132喷嘴板
134喷嘴孔
136歧管
138电驱动电路
140集成细长电极
142喷嘴板
144喷嘴孔
146歧管
148电路
150电屏蔽
152喷嘴孔
154喷嘴板
156岐管
160介电层
162电极
164电屏蔽
166喷嘴板
168喷嘴孔
169歧管
170细长电极
172喷嘴板
174喷嘴孔
176歧管
178介电层
179电屏蔽
180导电层
182介电层
184喷墨打印机组件
185电源
186电极对
188电源
190开口环电极
191连接器或传输线
193经图案化电极
195反电极
196电极
197由一个或多个电极凸起体界定的电极-反电极间隙
198喷嘴孔

Claims (21)

1.一种处理打印机组件的方法，其包含：
在最接近待处理的打印机组件处提供电极；
在最接近所述待处理的打印机组件的区域中引入等离子体处理气体；及
通过将电力施加到所述电极进而在近大气压下产生微尺度等离子体来处理所述打印机组件，所述微尺度等离子体作用于所述打印机组件上。
2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含：
平移所述打印机组件及所述电极中的至少一者以处理所述打印机组件的额外区或另一打印机组件。
3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含：
控制最接近所述待处理的打印机组件的所述区域中的大气条件。
4.根据权利要求1所述的方法，其中将所述电极与所述打印机组件集成。
5.根据权利要求1所述的方法，所述打印机组件包含电路，所述方法进一步包含：
对所述电路进行电屏蔽以免受在所述打印机组件的所述处理期间施加的所述电力。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述打印机组件为液体腔室、喷嘴板、沟槽及喷嘴孔中的至少一者。
7.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含：
在最接近所述待处理的打印机组件处提供反电极，其中将电力施加到所述电极包括在所述电极与所述反电极之间施加电力。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述反电极为所述待处理的打印机组件的部分。
9.根据权利要求7所述的方法，其进一步包含：
提供定位在最接近所述待处理的打印机组件处的额外电极；及
提供定位在最接近所述待处理的打印机组件处的额外反电极。
10.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含：
提供定位在最接近所述待处理的打印机组件处的额外电极。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述电极包括微波波导及射频天线中的一者。
12.一种打印头，其包含：
喷嘴孔；
液体腔室，其与所述喷嘴孔成液体连通；
液滴形成机构，其与所述喷嘴孔及所述液体腔室中的一者相关联；
电路，其与所述液滴形成机构成电连通；及
电屏蔽物，其与所述打印头集成且用以屏蔽所述液滴形成机构及所述电路中的至少一者以免受外部电力源。
13.根据权利要求12所述的打印头，其中所述电屏蔽物被接地。
14.一种打印机，其包含：
打印机组件；及
至少一个电极，其与所述打印机组件集成，所述至少一个电极经配置以在近大气压下在最接近所述打印机组件处产生微尺度等离子体。
15.根据权利要求14所述的打印机，其中所述打印机组件包括打印头。
16.根据权利要求15所述的打印机，其中所述打印头包含：
喷嘴孔；
液体腔室，其与所述喷嘴孔成液体连通；
液滴形成机构，其与所述喷嘴孔及所述液体腔室中的一者相关联；
电路，其与所述液滴形成机构成电连通；及
电屏蔽物，其与所述打印头集成且经定位以屏蔽所述液滴形成机构及所述电路中的至少一者以免受外部电力源。
17.根据权利要求16所述的打印机，其中所述电屏蔽物被接地。
18.根据权利要求14所述的打印机，其中所述打印机组件包括沟槽。
19.根据权利要求14所述的打印机，其进一步包含：
电源，其与所述电极及反电极成电连通。
20.根据权利要求14所述的打印机，其进一步包含：
至少一个反电极，其与所述打印机组件集成。
21.根据权利要求14所述的打印机，其中所述电极包括微波波导及射频天线中的一者。
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