[发明专利]用于热喷射液体的微流体设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于热喷射含有易于聚合或沉积的颜料和/或香料的液体的微流体设备。

背景技术

如已知的，针对例如在打印机和香水中的热喷射油墨和/或香料，已经提出使用小型微流体设备，因为它们可以利用微电子制造技术而获得。

例如，US 9.174.445公开了一种被设计成用于将油墨热喷射到纸上的微流体设备。

图1示出了用于热喷射油墨和香料的微流体设备10的腔室11，该微流体设备与以上专利中所描述的类似。图1中所展示的腔室11形成在腔室层12中，并且在底部由电介质材料薄层13界定而在顶部由喷嘴板14界定。

喷嘴15形成穿过喷嘴层14并且具有面向腔室11的第一部分15A以及面向相反方向(朝向微流体设备10的外部)的第二部分15B。第一部分15A比第二部分15B明显更宽。加热器20形成在薄层13中，以便与腔室11相邻并且安排在喷嘴15处。加热器20可以具有大约40×40μm²的区域，生成例如3.5μJ能量，并且能够在2μs内达到450℃的最高温度。

腔室11还配备有流体入口21，该流体入口使得液体进入腔室11中并在其中被输送，如箭头L所指示的。多个柱(图1中不可见)可以形成在流体入口21中，并且具有防止粗大颗粒堵塞流体入口21的目的。

在微流体设备10中，腔室11通过流体入口21连接到供应系统(未示出)。

图2A至图2E中示意性地表示了腔室11的操作。液体L通过流体入口21到达腔室11(图2A)，形成例如0.3μm厚的液体层16。加热器20将液体层16加热达到预设温度(图2B)。根据所使用的液体选择此温度，以便瞬间达到沸点，例如接近300℃的温度。在这种情形下，压力升高到高水平(例如大约5atm)，从而形成蒸汽气泡17，该蒸汽气泡在几微秒(例如，10-15μs)后消失，如图2C至图2D中所展示的。由此生成的压力推送液滴18穿过喷嘴15，在此之后液体层16返回至其初始状态(图2E)。

整个循环每秒重复上万次，由连续到达穿过流体入口21的液体供应。

热喷射设备中使用的许多流体包含倾向于轻易聚合的颜料，很快就造成供应系统堵塞并因此热喷射设备运行故障。

为了克服这一问题，已经提出外部液体移动装置。例如，已经提出泵和压力调节器的外部系统，如图3中所展示的。借助于所展示的系统(以25整体标示)，在过滤和压力控制级中不断过滤该液体，以防止堵塞喷嘴15。加热器27具有使该液体保持恒温(例如，40℃)的目的，并且通过泵28由腔室11中的每一个腔室保持在连续循环中。

此外，图3中所展示的系统25生成“弯月面真空”，即，腔室11内部的微负压使喷嘴15保持在最优状态并且准备射出液体。该系统还可以通过脱气器29从该液体中连续地去除气泡。

然而，针对颜料聚合问题的这一解决方案具有需要热喷射设备之外的庞大再循环系统的缺点。此外，它成本很高。

发明内容

本发明的目的是提供一种克服现有技术的缺点的微流体设备，该微流体设备具有防止颜料聚合的简单有效的再循环系统。

根据本发明，提供了一种用于热喷射液体的微流体设备，以及一种用于防止颗粒在微流体设备(如在所附权利要求书中所定义的)中的液体中沉积或聚合的方法。

附图说明

为了更好地理解本发明，现在仅通过非限制性示例的方式、参照附图描述本发明的优选实施例，在附图中：

-图1是已知热喷射设备的腔室的横截面透视图；

-图2A至图2E展示了图1的腔室的操作；

-图3是外部再循环系统的示意性框图；

-图4是本热喷射设备的实施例的具有重影部分的俯视平面图；以及

-图5是图4的设备的一部分的横截面。

具体实施方式

图4示出了热喷射设备50，该热喷射设备包括多个腔室51、循环沟道52以及液体移动装置53。此外，图4示出了(以重影表示)形成喷嘴板57的上层，其中只有喷嘴58是可见的，如参照图5在下文更详细讨论的。

如参照图1所展示的，可以形成腔室51，并且每个腔室配备有腔室加热器70。

在所展示的实施例中，循环沟道52沿围绕多个腔室51的闭合线延伸，并且流体连接到仅示意性地展示的供应沟道54，在使用中供应有液体L。每个腔室51通过对应的液体入口沟道59连接到循环沟道52。

在此，液体移动装置53形成在循环沟道52中。