用于高频率高温热气动致动的工作流体的利记博彩app
【技术领域】
[0001] 本教导涉及喷墨印刷装置的领域，更特别地涉及用于喷墨印刷头致动器的工作流 体。
【背景技术】
[0002] 按需滴墨喷墨技术广泛用于印刷工业中。使用按需滴墨喷墨技术的打印机可使用 热喷墨（TIJ)或压电（PZT)技术。相比于热喷墨印刷头，使用压电技术的印刷头制造更昂 贵，但可使用更多种的油墨。对于相同的喷嘴数，压电印刷头相比于热印刷头也相对更大， 这可能要求在印刷过程中喷射油墨的喷嘴的更宽间距，并导致更低的油墨滴密度和速度。 低墨滴速度减小了墨滴速度变化的公差和方向性，这转而可降低图像品质和印刷速度。
[0003] 压电喷墨印刷头可包括压电元件（即换能器）的阵列。形成阵列的一种方法可包 括将覆盖压电层可拆离地结合至具有粘合剂的转移载体，并切割所述覆盖压电层以形成多 个单独的压电元件。可使用多个切割锯进程以去除相邻压电元件之间的所有压电材料，以 在每个压电元件之间提供正确的间距。
[0004] 压电喷墨印刷头可通常还包括柔性隔膜，压电元件的阵列附接至所述柔性隔膜。 当通常通过与电联接至电源的电极电连接而将电压施加至压电元件时，压电元件弯曲或偏 转，从而导致隔膜屈曲，所述隔膜屈曲从室中通过喷嘴排出一定量的油墨。屈曲还通过开口 从主油墨贮存器将油墨吸入室中，以替换排出的油墨。
[0005] 热喷墨印刷头包括通过油墨通道而与喷嘴板内的喷嘴分隔的热能发生器或加热 器元件（通常为电阻器）。每个加热器元件可单独地处理（addressed)，使得电脉冲的激活 将电阻器加热。热量从加热器传递至油墨，这导致气泡在油墨内形成。例如，水基油墨达到 用于气泡成核的280°C的临界温度。成核的气泡或水蒸气将油墨与加热器元件热隔离，以防 止热量进一步从电阻器传递至油墨，并停止电脉冲。成核的气泡膨胀，直至过量的热量从油 墨扩散走。在蒸气气泡膨胀的过程中，油墨被推向喷嘴，并在喷嘴板的外部开始膨胀，但通 过油墨的表面张力而作为弯月面容纳。
[0006] 当电脉冲停止时，过量的热量从油墨扩散走，气泡开始收缩并坍塌。气泡与喷嘴之 间的通道内的油墨开始向收缩的气泡移动，从而导致膨胀的油墨从喷嘴板分离并形成油墨 液滴。在气泡膨胀过程中使油墨加速离开喷嘴提供了动量和速度以在基本上直线方向上从 喷嘴向记录介质（如纸张）排出油墨液滴。一旦油墨从喷嘴喷射，通道可在足以使油墨能 够再填充于通道内的延时之后再喷射（re-fired)。热印刷头设计描述于以全文引用的方式 并入本文的美国专利6, 315, 398中。
[0007] 另一类型的印刷头包括热气动致动器（TPA)的使用。TPA类似于热气动（TP)微 泵，但不包括入口阀和出口阀。大多数印刷头依赖于表面张力、弯月面压力和油墨流动阻抗 来管理流体流动。相比之下，利用TPA的使用的印刷头使用膜以分隔活性或泵送流体（例如 活性流体，如被泵送出印刷头的油墨）和密封于每个致动器内的工作或捕集流体。由于油 墨本身可能具有并非最佳的热特性，因此选择工作流体以获得其在装置操作过程中的改进 的热性能。膜分隔工作流体，并防止其与泵送流体混合。TPA的下半部（在膜下方的部分） 包括电阻加热器和工作流体，而TPA的上半部（在膜与喷嘴板之间的部分）包括泵送流体。 可单独处理和激活在包括多个加热器的阵列中的加热器，使得其被通电以将工作流体加热 至接近其临界温度的点。作为结果，成核位点在工作流体中出现，所述成核位点聚结而形成 快速生长的蒸气气泡，如对于热喷墨中的但在工作流体中形成的气泡所述。气泡生长，使膜 偏转，且活性流体在其流体通路中被加压。因此，膜为可致动的膜。压力脉冲使得活性流体 以可用的方式（如从喷嘴中喷射并喷射至诸如纸张的记录介质上）移动或传输压力。用 于混合喷墨印刷头的类似构造描述于以全文引用方式并入本文的美国专利No. 5, 539, 437 中。
[0008] 热气动致动器用作流体泵以及液滴喷射器，但它们的致动频率由于热累积而受 限。例如，这种装置的操作伴随着基线温度上升，直至热输入与向环境的热损失匹配。在此 时，装置达到升高稳态温度。然而，如果工作流体的沸点在稳态温度以下，则致动将停止，从 而使得致动器不可操作。即，当致动器循环时，过量的热量升高工作流体的温度直至超过其 沸点，在此时工作流体完全蒸发而不是仅一部分形成作用于膜的气泡。因此，由于装置在循 环之间冷却所花费的时间长度，热气动致动在循环频率方面受限。
[0009] 允许在高温下操作以改进频率响应的印刷头装置设计和制造过程是所需的。
【发明内容】
[0010] 如下显示了简化概要，以提供对本教导的一个或多个实施例的一些方面的基本理 解。所述概要并非广泛的概述，不旨在确定本教导的关键或决定性要素，也不旨在描述本公 开的范围。相反，其主要目的仅在于以简化形式显示一个或多个概念以作为之后显示的详 细说明的前序。
[0011] 在本教导的一个实施例中，提供了一种热气动致动器，其包括：基材、在所述基材 上形成的绝缘层、设置于流体室中的工作流体、通过包括可致动膜的装置层的至少一部分 而与所述流体室分隔的油墨室、和在所述绝缘层与所述流体室之间形成的加热元件。所述 流体室中的工作流体的沸点温度在大于约KKTC至约500°C的范围内。
[0012] 在本教导的另一实施例中，提供了一种用于形成热气动致动器的方法。所述方法 可包括在基材上形成绝缘层、形成流体室、在所述绝缘层与所述流体室之间形成加热元件、 形成包括可致动膜的装置层、形成通过所述装置层的至少一部分而与所述流体室分隔的油 墨室、以及用工作流体至少部分填充所述流体室的一定体积。所述流体室中的工作流体的 沸点温度在大于约100°c至约500°C的范围内。
[0013] 在本教导的另一实施例中，提供了一种操作热气动致动器的方法。所述方法可包 括提供热气动致动器，所述热气动致动器包括基材、在所述基材上形成的绝缘层、设置于流 体室中的工作流体、通过包括可致动膜的装置层的至少一部分而与所述流体室分隔的油墨 室、和在所述绝缘层与所述流体室之间形成的加热元件；激活所述加热元件以加热所述工 作流体的至少一部分，使得至少蒸气气泡在所述流体室中形成；以及致动所述可致动膜，以 使油墨从所述油墨室喷射。在所述方法中，所述流体室中的工作流体的沸点温度在大于约 100°C至约500°C的范围内。
[0014] 至少一个实施例的一个优点在于可通过将致动器保持在高温下而获得高频致动， 由此产生更高的温度梯度用于热损失。因此，由于在操作过程中获得的更高的最大稳态温 度，因此可将操作温度保持在恒定水平。因此，当在操作中时，通过将过量的热量供应至装 置而将致动器通电，传递用以保持致动器中的温度的功率得以降低。
【附图说明】
[0015] 引入并构成本说明书的一部分的附图示出了本教导的实施例，并与描述一起用于 解释本公开的原理。在附图中：
[0016] 图1-6为显示了根据本教导的一个实施例的进程内结构的横截面；且
[0017] 图7为根据本教导的一个实施例的打印机的立体显示。
[0018] 应注意，附图的一些细节已被简化，并绘制是为促进对本教导的理解而不是为保 持严格的结构准确度、细节和比例。
【具体实施方式】
[0019] 现在将详细参照本教导的示例性实施例，其实例在附图中进行说明。只要有可能， 将在整个附图中使用相同的附图标记以表示相同或类似的部分。
[0020] 如本文所用，除非另外指出，词语"打印机"涵盖为了任意目的进行打印输出功能 的任意设备，如数字复印机、造书机、传真机、多功能机、静电照相装置等。
[0021] 本教导的一个实施例可包括印刷头，所述印刷头包括使用多个热气动致动器 (TPA)以通过多个喷嘴而将油墨喷射至诸如纸张的记录介质上。每个TPA的工作流体可通 过可致动膜而与泵送流体分隔，并可具有高沸点和低热导率。选择工作流体，使得掺入这种 工作流体的TPA可在高温下（例如约KKTC以上，如在约115°C下）操作，以改进频率响应。
[0022] 如上以引用方式并入的美国专利6, 315, 398和美国专利No. 5, 539, 437各自分别 公开了印刷装置。可在本教导的一个实施例的过程中形成的进程内结构显示于图1-6中。 图1显示了一个示例性加热器晶片10,其可由本领域普通技术人员形成，并在本教导的一 个实施例中使用，尽管可预期其他加热器设计。应了解，在附图中的每一个中显示的实施例 为一般性的示意显示，可添加其他部件或者可去除或修改已有的部件。
[0023] 图1的加热器晶片10包括基材12,如半导体（硅、砷化镓等）基材，其可包括各种 其他结构，如在其上和/或在其中（为了简化，未单独显示）形成的离子掺杂区域、介电层 和导电层。此外，釉下层14(例如介电绝缘层，如二氧化硅（SiO 2))可作为隔离区域形成。 可随后使用例如多晶硅、金属或金属合金的化学气相沉积（CVD)而在釉下层14上形成图案 化电阻器16 (即电阻加热元件），所述图案化电阻器16可构造为作为用于加热工作流体的 加热器运行。在一个实施例中，电阻加热元件可由钼或铝形成。
[0024] 应了解，尽管仅一个电阻器16示于图1中，但多个电阻器16以及图1-6的其他结 构可在基材12上重复并同时作为电阻器阵列形成，其中一个电阻器16与每个喷嘴52或油 墨室56相关（图5,如下所述）。此外，在另一实施例中，加热器晶片10的每个电阻器16可 由基材12内的一个或多个植入区域（为了简化，未单独显示）提供，而不是作为如图1所 示的覆盖基材12的分开的单独的层。因此可了解，附图为示意性显示，可添加其他结构部 件或者可去除或修改已有的结构部件和/或加工阶