喷出高粘度流体的方法技术

本发明专利技术公开自微流体喷射头喷射在22℃下粘度介于约20mPa‑sec到约100mPa‑sec的流体的方法。所述方法包括以下步骤：在第一时间段内向所述喷射头施加加热信号，以将所述喷射头加热到高于稳态流体喷射温度约20℃的第一温度，用于自所述喷射头连续或间歇喷射流体；以及随后，向位于所述喷射头上的喷射加热器施加点火信号，在此期间自所述喷射头发生流体喷射。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】喷出高粘度流体的方法
本专利技术涉及可靠地将流体喷出到基板上、喷出到空气中或气体中、喷出到液体中、或喷出到固体材料上的方法，且具体来说，本专利技术涉及用于提高使用微流体(micro-fluid)热喷头来喷出微流体量的相对高粘度流体的可靠性的方法。
技术介绍
及
技术实现思路
利用水性墨水的喷墨技术在喷出1mPa-sec到5mPa-sec或粘度更小的流体时已得到了很好地理解。利用粘度高达100mPa-sec的非水性流体以及水性流体的新应用对流体的稳态喷出及在未喷射流体的时期之后开始的初始流体喷出期间提出了新的挑战。当喷头喷射喷嘴或喷头在相对短的时间段内不盖盖时，尽管之前自喷头进行了喷射，但在不将擦拭或维护步骤纳入喷射次序的情况下流体常常无法自微流体喷头喷射出。上述喷射问题可因被喷出流体的粘度的增大而加剧。因此，自不盖盖的喷射头进行较高粘度流体的初始喷射对在微流体喷射装置中使用相对高粘度流体来说是一项挑战。“高粘度”是指在约22℃下自约20mPa-sec到约100mPa-sec范围内或高于此范围的粘度。此外，此类高粘度流体常常需要用于温度及湿度位于喷墨印刷机及印刷头制造所使用的温度及湿度的传统限制以外的环境中。喷出高粘度流体的应用可包括但不限于高粘度墨水、粘合剂、粘合组分、固-液相变组合物、药物、增香化合物等。因此，需要适用于相对高粘度流体的微流体喷射头。本专利技术的实施例提供自微流体喷射头喷射在22℃下粘度介于约20mPa-sec到约100mPa-sec的流体的方法。所述方法包括以下步骤：在第一时间段内向所述喷射头施加加热信号，以将所述喷射头加热到高于稳态流体喷射温度约20℃的第一温度，用于自所述喷射头连续或间歇喷射流体；以及随后，向位于所述喷射头上的喷射加热器施加点火信号，在此期间自所述喷射头发生流体喷射。在一个实施例中，自新填充的微流体喷射头或在60分钟或大于60分钟的喷射头闲置时期之后喷射高粘度流体达第一时间的方法包括以下步骤：通过向位于所述喷射头上的一个或多个基板加热器施加预加热信号，将所述喷射头预加热到介于约60℃到约100℃的温度，并在介于约30秒到约60秒的第一时间段内保持所述温度；在所述预加热信号之后向所述喷射头施加流体喷射信号，以自所述喷射头喷射流淌流体，其中所述流体喷射信号具有250纳秒(nsec)到350nsec的预点火脉冲、1200nsec的死区时间、以及750nsec到1000nsec的点火脉冲；随后，在介于约3秒到约6秒的时间段内向位于所述喷射头上的所述一个或多个基板加热器施加加热信号，以将所述喷射头加热到高于稳态流体喷射温度约20℃的温度，用于自所述喷射头连续或间歇喷射流体；以及随后，向位于所述喷射头上的所述喷射加热器施加点火信号，在此期间自所述喷射头发生稳态流体喷射。在另一实施例中，提供一种自微流体喷射头喷射熔点介于约20℃到约30℃的固体材料的方法。所述方法包括以下步骤：对位于容器中的所述固体材料进行加热，以将与所述喷射头相邻的所述材料加热到足以提供粘度介于约20mPa-sec到约100mPa-sec的流动液体的温度；在第一时间段内向位于所述喷射头上的一个或多个基板加热器施加加热信号，以将所述喷射头加热到高于稳态流体喷射温度约20℃的第一温度，用于自所述喷射头连续或间歇喷射流体；以及随后，向位于所述喷射头上的喷射加热器施加点火信号，在此期间自所述喷射头发生流体喷射，其中所述点火信号具有200纳秒(nsec)到约300nsec的预加热脉冲、约1200nsec的死区时间、以及700nsec到约950nsec的点火脉冲。上述方法尤其适合于自被首次使用、被初始填充以高粘度流体、或由于不使用喷射头而被冷却到低于约30℃的热流体喷射头进行具有高粘度流体的初始喷射。所述流体可为低于约30℃的液体或可为经历自固体到液体的相变的材料。当喷射头处于介于高于约30℃到低于约50℃的温度下时，可使用以下将更详细地阐述的修改程序。本专利技术所公开方法的优点在于：所述程序能够有效发起自微流体喷射头喷射高粘度流体，而不需要使用热喷射头擦拭物或精细的维护程序，例如使用抽吸来清除喷射头的喷嘴及流动特征结构中的任意流体堵塞物。附图说明通过结合附图参照对示例性实施例的详细说明，各实施例的其他优点将变得显而易见，其中在以下所有的几个附图中，相同的参考字符指示相同或相似的元件：图1是热微流体喷射头的一部分的未按比例绘制的平面图；图2是图1所示微流体喷射头的一部分的未按比例绘制的剖视图；图3是利用传统预加热程序的热微流体喷射头未按比例绘制的相对于时间的温度曲线图；以及图4是利用根据本专利技术的预加热程序的热微流体喷射头未按比例绘制的相对于时间的温度曲线图。具体实施方式图1说明热微流体喷射头10的一部分的平面图。喷射头10包括硅基板12及附接到基板12的喷嘴板14。基板12可包括单个流体馈送槽或多个流体馈送槽16及18。多个喷射装置(例如电阻器加热器20)与槽16及槽18相邻。在启动喷射装置20时，流体经由喷嘴板14中的喷嘴孔22喷射。基板12亦可包括包围馈送槽16及18用于对基板进行预加热的基板加热器24。在基板上可包括一个或多个温度传感器26以向控制逻辑提供温度反馈，用于将基板12维持在预定操作温度下。图2说明热微流体喷射头10的一部分的未按比例绘制的剖视图。硅基板12在其装置侧包括多个层28，用于界定所述多个加热器电阻器30。喷嘴板14包括统称为流动特征结构的喷嘴孔22、流体室32及流体通道34，这些流动特征结构与槽16流体流动连通，以向加热器电阻器30提供流体。随着供应到喷射头10的流体的粘度增大，流体向加热器电阻器30的流动速率降低，因此，用于喷射高粘度流体的喷射头可具有介于约0.75千赫兹到约5千赫兹、例如介于约1千赫兹到约3千赫兹的喷射频率，其不同于用于传统热微流体喷射头的可介于25千赫兹到50千赫兹或高于此范围的喷射频率。由于热微流体喷射头的流动特征结构通常是微小的，因此高粘度流体相对易于堵塞流体供应槽16、流体流动通道34、流体室32和/或喷嘴孔22中的一者或多者。此种流体堵塞是个问题，尤其是在微流体喷射头已闲置足以使得喷射头能够冷却到低于预定温度的时间段时。参照图3，针对使用传统预加热程序喷射粘度处于约1mPa-sec到约5mPa-sec范围内的流体，说明了用于预加热及流体喷射的喷射头温度曲线图。如由喷射头温度曲线36所示，在流体喷射步骤B开始之前，初始预加热步骤A相对短，例如自约100毫秒到约500毫秒，且无法使得喷射头达到喷射高粘度流体的最小温度。通常使用约500纳秒(nsec)到约900nsec的点火脉冲以自喷射头喷射流体。图4示出利用本专利技术的程序的喷射头10的喷射头温度曲线38，其中时间轴未按比例绘制以使得能更清晰地看到工艺步骤。根据本专利技术的实施例，当喷射头10被首次填充以待喷射的流体时，或当在约60分钟或大于60分钟的闲置时期之后使用喷射头10时，将喷射头10自环境温度加热到实质上高于流体喷射所需的操作温度，且通常在预加热步骤C期间加热到介于约60℃到约150℃的温度。上述基板加热器24可用于加热喷射头。举例来说，当高粘度流体是由可混溶液体(其中一种液体是水，而另一种液体是粘度在25℃下为约15本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自微流体喷射头喷射在22℃下粘度介于约20mPa‑sec到约100mPa‑sec的流体的方法，所述方法包括以下步骤：在第一时间段内向所述喷射头施加加热信号，以将所述喷射头加热到高于稳态流体喷射温度约20℃的第一温度，用于自所述喷射头连续或间歇喷射流体；以及随后，向位于所述喷射头上的喷射加热器施加点火信号，在此期间自所述喷射头发生流体喷射。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.13 US 14/940,1911.一种自微流体喷射头喷射在22℃下粘度介于约20mPa-sec到约100mPa-sec的流体的方法，所述方法包括以下步骤：在第一时间段内向所述喷射头施加加热信号，以将所述喷射头加热到高于稳态流体喷射温度约20℃的第一温度，用于自所述喷射头连续或间歇喷射流体；以及随后，向位于所述喷射头上的喷射加热器施加点火信号，在此期间自所述喷射头发生流体喷射。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述加热信号被提供到一个或多个基板加热器，以将所述喷射头加热到所述第一温度。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第一时间段介于约3秒到约6秒。4.根据权利要求1到3中任一项所述的方法，其中所述喷射头温度是利用位于所述喷射头上的温度传感器来确定。5.根据权利要求1到4中任一项所述的方法，其中所述点火信号是以介于约1千赫兹到约5千赫兹的频率被施加到所述喷射加热器。6.根据权利要求1到5中任一项所述的方法，其中所述点火信号具有约200纳秒(nsec)到约300纳秒的预加热脉冲、约1200纳秒的死区时间、以及介于约700纳秒到约950纳秒的点火脉冲。7.根据权利要求1到6中任一项所述的方法，还包括：当所述喷射头的所述温度低于约30℃、所述喷射头已闲置约60分钟或大于60分钟、或以高粘度流体新填充所述喷射头时，在介于约30秒到约60秒的时间段内向所述喷射头提供预加热信号。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述预加热信号是利用一个或多个基板加热器被施加到所述喷射头。9.根据权利要求7或8所述的方法，其中所述预加热信号被施加到所述喷射头，以将所述喷射头加热到介于约60℃到约100℃的温度。10.根据权利要求7到9中任一项所述的方法，还包括：在所述预加热信号之后向位于所述喷射头上的喷射加热器提供流体喷射信号，以自所述喷射头喷射流淌流体。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述流体喷射信号具有250纳秒到350纳秒的预点火脉冲、约1200纳秒的死区时间、以及750纳秒到1000纳秒的点火脉冲。12.根据权利要求10或11所述的方法，其中所述流体喷射信号具有自约3秒到约6秒的持续时间。13.一种自新填充的微流体喷射头或在60分钟或大于60分钟的喷射头闲置时期之后喷射高粘度流体达第一时间的方法，包括以下步骤：通过向位于所述喷射头上的一个或多个基板加热器施加预加热信号，将所述喷射头预加热到介于约60℃到约100℃的温度，并在介于约30秒到约60秒的第一时间段内保持所述温度；在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿杰·K·苏塔尔，史蒂芬·T·欧尔森，山姆·诺拉沙克，
申请(专利权)人：船井电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP