液體噴射方法、液體噴射頭、頭總成和采用其的液體噴射設備的制作方法

專利名稱：液體噴射方法、液體噴射頭、頭總成和采用其的液體噴射設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種液體噴射方法、液體噴射頭、頭總成和液體噴射設備。
更具體地說，本發明涉及利用氣泡的生長和可移動部件的位移的一種液體噴射方法。
本發明可應用于在諸如紙、線、纖維、紡織物、皮革、金屬、塑料樹脂材料、玻璃、木材、陶瓷等等的記錄材料上進行打印的打印機；復印機，包括通信系統的傳真機；包括打印機部分的字處理器等等；或者，包括各種處理裝置的另一種工業記錄裝置。
在本說明書中，“記錄”裝置不僅指形成具有特定意思的字、圖等等的圖象，而且還包括形成不具有特定意思的圖案的圖象。
所謂的氣泡噴射式噴墨記錄方法是已知的，其中通過向墨施加諸如熱能的能量，而產生造成瞬時體積改變(氣泡產生)的瞬時狀態改變，從而借助從該狀態改變而產生的力而通過排放出口把墨噴射出去，從而使墨噴出并淀積在記錄材料上以形成圖象。如在美國專利第4,723,129等等中所公布的，采用這種氣泡噴射記錄方法的記錄裝置包括用于排噴射墨的噴射出口；與該噴射出口相流體連通的墨流動通路；以及，諸如設置在該墨流動通路中的能量發生裝置的電熱傳感器。這種記錄方法的優點是，能夠以高速度和低噪聲記錄高質量的圖象，且能夠以高密度排列多個這樣的噴射出口，因此，能夠提供可提供高分辨率的小型記錄設備，且能夠方便地形成彩色圖象。因此，該氣泡噴射記錄方法現在在打印機、復印機、傳真機和其他辦公設備以及諸如紡織印刷裝置等等的工業系統中得到了廣泛的采用。
隨著對氣泡噴射技術的廣泛需要的增長，近來對它有了各種的需求。
例如，需要能量使用效率的提高以滿足該需求，對熱發生元件的優化—諸如保護膜的厚度的調節—得到了研究。這種方法是有效的，因為所產生的熱至液體的傳播效率得到了改善。
為了提供高質量圖象，提出了使墨噴射速度增大或使氣泡產生得到穩定以實現更好的墨噴射的驅動條件。作為另一個例子，從提高記錄速度的觀點看，已經提出了流動通道結構的改進—借助它能夠增大液體充入(再充入)液體流動通道的速度。
日本專利申請公開第SHO-63-199972號等等公布了一種流動通道結構。向后的波被認為是能量的損失，因為它不是向著噴射方向的。
日本專利申請公開第SHO-63-199972號等等公布了一種閥10，它沿著離開噴射出口11的方向而與熱發生元件2所產生的氣泡的產生區相分開。閥4具有一個初始位置—在那里它粘在流動通道5的頂壁上，并在發生氣泡時懸入流動通道5。據稱通過用閥4控制向后的波的一部分，而使這種損失受到了抑制。
另一方面，在該氣泡噴射記錄方法中，在熱發生元件與墨接觸的情況下加熱被反復地進行，因此由于墨的燃燒淀積物，燃燒過的材料淀積在熱發生元件的表面上。然而，根據墨的材料，這種淀積物的量可能是大的。如果是這樣，墨噴射就變得不穩定。另外，即使當所要噴射的液體容易通過加熱而降解的液體時，或者即使當液體是使得所產生的氣泡不充分的一種時，也希望該液體能夠以良好的順序且沒有性能改變地得到噴射。
從這種觀點，日本專利申請公開SHO-61-69467、日本專利申請公開SHO-5 5-81172和美國專利第4,480,259公開了不同的液體被用作通過加熱而產生氣泡的液體(氣泡產生液體)和所要噴射的液體(噴射液體)。在這些公開中，作為噴射液體和氣泡產生液體的墨借助硅橡膠等等制成的柔性膜而被完全地分隔開，從而防止噴射液體與熱發生元件的直接接觸，并同時借助柔性膜的變形而將氣泡產生液體的氣泡產生所產生的壓力傳播到噴射液體。借助這種結構，防止了熱發生元件的表面上的材料淀積，并增大了噴射液體的選擇范圍。
然而，在其中噴射液體與氣泡產生液體完全分開的頭中，對氣泡產生的壓力通過柔性膜的變形而被傳播到了噴射液體，因此，該壓力在很大的程度上被柔性膜所吸收。另外，柔性膜的變形不是這樣地大，因此能量使用效率和噴射力被降低了，雖然通過噴射液體與氣泡產生液體的分隔而提供了某些效果。
因此，本發明的一個主要目的，是提供液體噴射方法、頭、總成和設備，其中噴射效率得到穩定和/或改善。
本發明的另一個目的，是提供液體噴射方法，頭，總成和設備，其中在氣泡發生區中產生的氣泡的行為得到了控制。
本發明的另一個目的，是提供液體噴射方法，頭，總成和設備，其中與液體流動通道、熱發生元件、可移動部件和/或液體有關的因素都得到了適當的確定。
根據本發明的一個方面，借助從氣泡發生區的產生而產生的聲波而提供的、在流動通道或區中的壓力分布，被有效地用于移動可移動部件的自由端。更具體地說，可移動部件自由端的高于氣泡的生長速度的位移速度，對于提供氣泡生長的引導路徑是有效的。該引導路徑提供了一個二次壓力分布，以適當地指引氣泡生長。
根據本發明的另一個方面，大量的氣泡可被用于噴射。
根據本發明的另一個方面，較大部分的氣泡被引向噴射出口。因此，噴射速度和噴射量在第二期間中得到了穩定。
根據本發明的另一個方面，借助區域為64至20000μm2的熱發生元件，氣泡發生得到穩定，且借助區域為64至40000μm2且縱向彈性為1×106N/mm2的可移動部件，提供了高的噴射效率和耐久性。借助高度為10-150μm的第一液體流動通道，噴射功率得到了穩定，且借助高度為0.1-40μm的第二液體流動通道，噴射效率得到進一步的提高，且氣泡發生得到進一步的穩定。至于液體的粘度，當第一液體通路中的液體與第二液體流動通道中的液體相同時，粘度為1至100cp，從而使噴射得到穩定。當它們被分離時，第一液體流動通道14中的液體處于1至1000cp的范圍中。通過利用具有如此限定的可移動部件等的面積的液體噴射頭，液體的流動可以被可移動部件的自由端的軌跡所分割。
在本發明的另一個方面，即使打印操作是在記錄頭長期處于低溫或低濕度條件下啟動的，也能夠避免噴射故障。即使發生了噴射故障，也能夠通過小規模的恢復處理—包括預噴射和抽吸恢復，來恢復正常的操作。根據本發明，恢復所需的時間縮短了，且恢復操作造成的液體損失得到了減小，從而降低了運行成本。
在改善再充入特性和響應方面，實現了連續噴射期間氣泡的穩定生長和液滴的穩定，從而能夠進行高速記錄。
在本說明書中，“上游”和“下游”是相對于從液體供應源通過氣泡發生區(可移動部件)至噴射出口的總液體流動而定義的。
對于氣泡，“下游”被定義為向著直接用于噴射液滴的氣泡的噴射出口側。更具體地說，它通常表示氣泡中心相對于總液體流動方向的下游，或熱發生元件區域的中心相對于該方向的下游。
在此說明書中，“基本上密封”一般地表示這樣的程度的密封狀態—即當氣泡生長時該氣泡在可移動部件運動之前不通過可移動部件周圍的間隙(縫)而逃出。
在此說明書中，“分隔壁”可以表示為了把與噴射出口直接流體連通的區域與氣泡發生區分隔開而設置的壁(它可以包括該可移動部件)，并更具體地表示了把包括氣泡發生區的流動通道與同噴射出口相直接流體連通的液體流動通道相分開以防止液體流動通道中的液體的混合的壁。
在此說明書中，“氣泡的生長速度”指的是氣泡和具有指向可移動部件的分量的液體之間的界面的最大速度(m/s)。
另外，在此說明書中，“氣泡與可移動部件之間的實質接觸”指的是這樣的情況—即其中氣泡與可移動部件彼此至少在一部分發生了物理的接觸，或者是這樣的情況—即其中在它們之間存在有液體薄膜，且氣泡的生長和可移動部件的運動彼此影響。
從以下結合附圖對本發明的最佳實施例所進行的描述，本發明的這些和其他的目的、特征和優點將變得更為顯而易見。


圖1是曲線圖，顯示了可移動部件的位移和氣泡生長與時間的關系。
圖2是曲線圖，顯示了可移動部件的位移與氣泡的體積改變與時間的關系。
圖3(a)至(e)是示意剖視圖，顯示了在根據本發明的第一實施例的液體噴射頭中的液體噴射過程。
圖4(f)至(i)是示意剖視圖，顯示了在根據本發明的第一實施例的液體噴射頭中的液體噴射過程。
圖5是根據第一實施例的液體噴射頭的部分切去立體圖。
圖6是示意圖，顯示了在傳統的液體噴射頭中從氣泡的壓力傳播。
圖7是示意圖，顯示了在根據本發明的液體噴射頭中從氣泡的壓力傳播。
圖8是示意圖，顯示了在根據本發明的液體噴射頭中液體的流動。
圖9是根據第二實施例的液體噴射頭的部分切去立體圖。
圖10是根據本發明的第三實施例的液體噴射頭的部分切去立體圖。
圖11是根據本發明的第四實施例的液體噴射頭的示意剖視圖。
圖12(a)至(c)是根據本發明的第五實施例的液體噴射頭的示意剖視圖。
圖13是根據本發明的第六實施例的液體噴射頭(兩通路)的剖視圖。
圖14是根據本發明的第六實施例的液體噴射頭的部分切去立體圖。
圖15顯示了第六實施例的操作。
圖16是剖視圖，顯示了根據本發明的進一步的實施例的第一液體流動通道和頂壁結構。
圖17(a)至(c)顯示了可移動部件和液體流動通道的結構。
圖18(a)至(c)顯示了可移動部件的另一種結構。
圖19是曲線圖，顯示了熱發生元件面積與墨噴射量之間的關系。
圖20顯示了一個可移動部件與一個熱發生元件之間的位置關系。
圖21是曲線圖，顯示了熱發生元件的一個邊緣與一個支點之間的距離與可移動部件的位移之間的關系。
圖22顯示了熱發生元件與一個可移動部件之間的位置關系。
圖23(a)和(b)是液體噴射頭的縱向剖視圖。
圖24是示意圖，顯示了驅動脈沖的結構。
圖25是剖視圖，顯示了能夠在本發明的液體噴射頭中使用的供應通道。
圖26是本發明的液體噴射頭的分解立體圖。
圖27(a)至(e)顯示了根據本發明的液體噴射頭的制造方法的加工步驟。
圖28(a)至(d)顯示了根據本發明的一個實施例的液體噴射頭的制造方法的加工步驟。
圖29(a)至(d)顯示了根據本發明的一個實施例的液體噴射頭的制造方法的加工步驟。
圖30是液體噴射頭總成的分解立體圖。
圖31是根據本發明的一個實施例的側噴射型液體噴射頭的主要部分的剖視圖。
圖32是沿著液體流動通道方向取的液體噴射頭的示意剖視圖，用于顯示根據本發明的實施例2的液體噴射方法。
圖33是示意剖視圖，顯示了在該側噴射型液體噴射頭中的液體噴射步驟，用于顯示根據本發明的實施例3的液體噴射方法。
圖34是液體噴射設備的示意顯示。
圖35是一個設備的框圖。
圖36顯示了一個液體噴射系統。
圖37是頭組件的示意圖。
(實施例1)以下結合附圖描述本發明的第一實施例。在此實施例中，通過控制壓力傳播的方向和/或所產生的氣泡所提供的氣泡生長方向以噴射液體， 從而使噴射功率和/或噴射效率得到了改善。
圖1顯示了可移動部件的位移速度VM與氣泡的生長速度VB之間的關系，且圖2顯示了體積之間的關系。圖3和4是沿著液體流動通道的方向取的液體噴射頭的示意剖視圖，且(a)至(i)顯示了液體噴射的過程。圖5是液體噴射頭的部分切去立體圖。
該實施例的液體噴射頭包括作為用于向液體提供熱能以噴射該液體的噴射能量發生元件的熱發生元件2(包括第一熱發生元件2A和第二熱發生元件2B且在此實施例中具有50μm×120μm的總尺寸)；一個元件基底1，其上設置有所述熱發生元件2；以及，相應地形成在該元件基底上方的、至熱發生元件2的液體流動通道10。該液體流動通道10與一個公共液體腔13相流體連通，以向多個這樣的液體流動通道10提供液體—這些液體流動通道10分別與多個噴射出口18流體連通。
在液體流動通道10中的元件基底上方，與熱發生元件2相對地設置有一個可移動部件或板31—它具有諸如金屬的彈性材料制成的、厚度為3μm的懸臂的形式。可移動部件的一端固定在一個基座(支撐部件)等之上—該基座等是通過在液體流動通道10或元件基底的壁上形成感光樹脂材料的圖案而提供的。借助這種結構，可移動部件得到了支撐，且形成了一個支點(支點部分)33。
可移動部件31位于這樣的位置—即它在由于噴射操作而造成的從公共液體腔13通過可移動部件31至噴射出口18的總液體流動的上游側具有一個支點(作為一個固定端部的支點部分)，因而它在支點33的下游側具有一個自由端(自由端部分)32。可移動部件31與熱發生元件2相對，在它覆蓋在熱發生元件2上時其間有預定的間隙。在熱發生元件21與可移動部件31之間形成有一個氣泡發生區11。
熱發生元件或可移動部件的類型、結構或位置不僅限于上述的情況，而是可以得到改變，只要氣泡的生長和壓力的傳播能夠得到控制就行。為了方便對以下所述的液體流動的理解，在圖3(a)或圖4(i)所示的狀態下，液體流動通道10被可移動部件31分成與噴射出口18相直接連通的第一液體流動通道14和具有氣泡發生區11和液體供應端口12的第二液體流動通道16。
通過使熱發生元件2的發熱，該熱量被加到可移動部件31與熱發生元件2之間的氣泡發生區11中的液體上，由此借助如美國專利第4,723,129中所述的薄膜沸騰觀象而產生出氣泡。該氣泡和由氣泡的產生所造成的壓力主要作用在可移動部件上，從而使可移動部件31移動或位移以向著支點33周圍的噴射出口側打開，如圖1(b)和(c)或圖2所示。借助可移動部件31的位移或位移之后的狀態，氣泡40的產生和氣泡40的生長所造成的壓力傳播指向了噴射出口18。
這里，將描述根據本發明的一個基本噴射原理。本例的一個重要原理，是與氣泡相對地設置的可移動部件，根據氣泡40的產生的壓力而從正常的第一位置移到了第二位置，且該位移或位移的可移動部件31對于使氣泡4 0的發生或氣泡40的生長所產生的壓力指向噴射出口18(下游)是有效的。
以下將通過比較不采用可移動部件(圖6)傳統的液體流動通道結構和本發明(圖7)，來進行描述。這里，向噴射出口傳播的壓力的方向用VA表示，且向著上游的壓力傳播的方向用VB表示。在如圖3所示的傳統的頭中，沒有任何結構部件被用于調節氣泡40的發生所產生的壓力的傳播方向。因此，壓力傳播的方向與氣泡40的表面垂直，如V1-V8所示，因而在通道中的取向是很寬的。在這些方向中，基本上從較接近噴射出口(V1-V4)的氣泡的一半的壓力傳播的方向，具有沿著VA方向的壓力分量—它們對于液體噴射是最有效的。該部分是重要的，因為它對液體噴射效率、液體噴射壓力和噴射速度有直接的貢獻。另外，分量V1最接近噴射方向VA，因而該分量是最有效的，且V4沿著方向VA具有較小的分量。
另一方面，在本發明的情況下，如圖7所示，可移動部件31對于將氣泡的壓力傳播方向V1-V4(它們在其他情況下是向著各種方向的)引向下游(噴射出口側)是有效的。因此，氣泡40的壓力傳播是集中的，因而氣泡40的壓力對噴射有直接而有效的貢獻。氣泡的生長方向指向下游，這類似于壓力傳播方向V1-V4，且氣泡在下游側生長得比在上游側快。因此，氣泡的生長方向受到可移動部件的控制，且從氣泡的壓力傳播方向因而受到控制，從而使噴射效率、噴射力和噴射速度等等得到了顯著的改進。
再參見圖3和4，將描述本例中液體噴射頭的噴射操作。圖3(a)顯示了諸如電能的能量被加到熱發生元件2之前因而還沒有產生熱量時的狀態。應該注意的是，可移動部件31是這樣定位的，即它至少對著熱發生元件2的熱量產生所產生的氣泡40的下游部分。換言之，為了使氣泡40的下游部分作用在可移動部件上，液體流動通道的結構是這樣的—即使可移動部件31至少延伸到熱發生元件的區域的中心3的下游的位置(通過熱發生元件的區域的中心3并垂直于流動通道的長度的線的下游圖3(d))。圖3(b)顯示了這樣的狀態—即其中通過把電能加到熱發生元件2上而使熱發生元件2產生熱量，且氣泡發生區11中充入的液體的一部分被如此產生的熱量所加熱，從而由于薄膜沸騰而產生出氣泡40。此時，在熱發生元件的有效表面上形成了大量的細小氣泡。由此，在0.1微秒量級的期間里在液體通道中產生了一個壓強分布。
可移動部件31的自由端32開始由于細小氣泡的產生而發生位移。應該注意的是，如上所述，可移動部件31的自由端32被設置在下游側(噴射出口側)，且支點33被設置在上游側(公共液體腔側)，因而可移動部件的至少一部分對著氣泡的下游部分，即熱發生元件的下游部分。
在圖3(c)中，細小氣泡變成了覆蓋熱發生元件2的表面的膜的形式的大氣泡，且它向著可移動部件31均勻地生長，且可移動部件31的自由端32在氣泡以生長速度VB生長時在位移區域中以位移速度VM移動。位移速度VM高于生長速度VB，且它不如在初始階段的高加速度所提供的速度(例如10至20m/秒)那樣高；且VM為8米/秒，且VB為6米/秒，且前者約為后者的兩倍。通過滿足關系VB＞VM，已經打開了縫35的可移動部件的自由端32提供了這樣的條件—即在該條件下處于距噴射出口18最小距離路徑的區域起著隨后的氣泡生長的引導路徑的作用。當VM＞VB未滿足時，即當VM≤VB時，引導路徑效應也不是什么都沒有，但自由端32的位移小于氣泡的位移，因而氣泡生長方向更均勻地向著可移動部件31的整個表面。
根據本發明的該實施例，VM＞VB得到滿足，從而使氣泡40的生長的方向性得到了保證，如圖3(e)所示，以改善噴射特性。在圖3(d)中，氣泡40已經進一步地生長，因而可移動部件31已經在液體處于氣泡40與可移動部件31之間的同時發生了位移。響應于氣泡40的產生所產生的壓力，可移動部件31進一步位移到如圖3所示的最大位移位置(第二位置)。在此階段，VM＞VB得到滿足，或者可移動部件的自由端的速度減小得更多且VM正在接近VB。在圖3(e)中，包括可移動部件31的自由端的整個可移動部件31的運動速度，且可移動部件31開始向下運動(負速度)。但此時，氣泡40本身仍然具有生長速度并繼續增大其體積。因此，可移動部件31通過它彈性而回到其初始階段(圖3(a))的反彈，被氣泡的生長所阻礙，從而使可移動部件的自由端32的恢復受到阻礙。此時，氣泡40向噴射出口18的生長，擴展到了氣泡發生區11之外而進入引導路徑區，從而使氣泡擴展向噴射出口，因為在該方向的阻力較小。因此，此時位移速度VM與生長速度VB之間的關系是VB≥VM，因而指向噴射出口18的分量大于相對于生長的氣泡40的體積部分中引導路徑的區域增大的部分，因而能夠實現穩定的噴射速度和噴射量。
在圖4(f)中，氣泡40生長到了其最大，且可移動部件31與處于從第二位置(最大位移位置)返回的過程中的氣泡40實質接觸。氣泡40向下游的生長比向上游的快，且它生長到了可移動部件31的第一位置(虛線)之外。隨著氣泡40的生長，可移動部件31進行返回位移，通過該位移氣泡40的壓力傳播和體積位移均勻地指向噴射出口，因而噴射效率能夠得到提高。因此，可移動部件對把氣泡和所產生的壓力引向噴射出口有積極的貢獻，從而使壓力傳播的方向和氣泡的生長方向能夠得到有效的控制。在圖4(g)中，氣泡40處于氣泡收縮過程，且由于與可移動部件31的彈性力的協同效應，氣泡收縮發生得很快，其中可移動部件31向著初始狀態加速。借助可移動部件31的恢復作用，液體得到穩定而有效的再充入，如箭頭VD1和VD2所示。
在圖4(h)中，可移動部件31由于迅速減小的氣泡40和慣性而超越到了初始位置之外，而進入氣泡發生區11。這種超越，對于抑制位移區中的再充入或彎月形液面振動或促進液體至氣泡發生區中的再充入，是有效的。這種超越減小，就好象是幅度減小了。圖4(i)顯示了氣泡收縮的結束，且可移動部件3 1返回到初始位置并穩定在那里。因此，可移動部件31，借助由于氣泡的收縮而產生的負壓和可移動部件31的彈性，而返回到圖3(a)的第一位置。在氣泡收縮時，液體如VD1和VD2所示地從公共液體腔側回流，并如Vc所示地從噴射出口側回流，以補償氣泡發生區11中的氣泡體積減小和補償噴射的液體的體積。
為了穩定氣泡發生，所希望的該面積為64-20000μm2，且更好地為500-5000μm2。從可移動部件31的耐久性和噴射效率的觀點看，可移動部件31至第二液體流動通道16的突出部面積較好地為64-40000μm2，且縱向彈性為1×103-1×106N/mm2。該噴射效率可以得到進一步的改善，且借助1000-15000μm2的可移動部件31至第二液體流動通道16的突出部面積和1×104-5×106N/mm2的縱向彈性，耐久性能夠得到增強。
為了得到穩定的噴射功率，第一液體流動通道14的高度較好地是10-150μm，更好地為30-60μm。從噴射效率和氣泡發生穩定的角度看，第二液體流動通道16的高度較好地為0.1-40μm，且更好地是3-25μm，以進一步穩定氣泡發生。
另一方面，將要噴射的液體的粘度較好地為1-100cp，以穩定地噴射。更好地是1-10cp，以進一步穩定噴射。
借助以上對熱發生元件2、可移動部件31、各個液體流動通道14和16以及液體的粘度的數值限定，液體流可被可移動部件31的自由端32的軌跡分成上游和下游的。
在前面的描述中，描述了氣泡發生時可移動部件31的操作和液體的噴射操作。現在描述本發明的液體噴射頭中的液體的再充入。
下面結合圖3和4描述液體供應機制。
在圖4(f)的狀態之后，氣泡40在氣泡的體積達到最大之后進入氣泡收縮階段(圖1(c))，其體積足夠補償收縮的氣泡體積的液體從第一液體流動通道14的噴射出口18側和第二液體流動通道16的氣泡發生區流入氣泡發生區。在沒有可移動部件31的傳統液體流動通道結構的情況下，從噴射出口側至氣泡收縮位置的液體量和從公共液體腔進入其中的液體量，對應于比氣泡發生區更接近噴射出口的部分和更接近公共液體腔的部分的流動阻力(流動通道阻力和液體的慣性)。因此，當在噴射出口側的流動阻力小時，大量的液體從噴射出口側流入氣泡收縮位置，使得彎月形液面縮回很大。隨著噴射出口中流動阻力的減小以增大噴射效率，彎月形液面縮回在氣泡收縮時增大，使得再充入時間延長，從而難于實現高速打印。
根據本例，由于設置了可移動部件31，彎月形液面縮回在可移動部件在氣泡收縮時返回到初始位置時停止，隨后，借助通過第二流動通道16的流動VD2，來實現充入體積W2的液體供應(W1是在可移動部件31的第一位置之外的氣泡體積W的上側的體積，且W2是其氣泡發生區11側的體積)。在現有技術中，氣泡體積W的一半是彎月形液面縮回的體積，但根據本實施例，只有約一半(W1)是彎月形液面縮回的體積。
另外，體積W2的液體供應，主要是從第二液體流動通道的上游沿著可移動部件31的熱發生元件側的表面，利用氣泡收縮時的壓力，而強行實現的，因此，實現了更迅速的再充入。
當在傳統的頭中進行利用氣泡收縮時的壓力的高速再充入時，彎月形液面的振動得到擴張，使得圖象質量惡化。然而，根據本實施例，在氣泡發生區11的噴射出口側和噴射出口側處的第一液體流動通道14中的液體流動被抑制了，從而減小了彎月形液面的振動。因此，根據本實施例，高速再充入，借助通過第二流動通道16的液體供應端口12至氣泡發生區的強行再充入，并借助彎月形液面縮回和振動的抑制，而得到實現。因此，實現了噴射的穩定和高速重復噴射，且當該實施例被用于記錄領域中時，能夠實現圖象質量和記錄速度的改善。
本實施例還提供了以下的有效功能。這就是由于氣泡的發生而產生的至上游側的壓力傳播(向后的波)的抑制。由于在熱發生元件2上產生的氣泡的公共液體腔13側(上游)的壓力在多數情況下產生了把液體向后推向上游側的力(向后的波)。該向后的波惡化了通過在上游側的壓力向液體流動通道中再充入液體、所產生的液體運動和慣性力。在本實施例中，對上游側的這些作用受到可移動部件31的抑制，因而再充入性能得到了進一步的改善。
以下對在本例中的結構和效果進行進一步的描述。借助該結構，至熱發生元件2的表面和氣泡發生區11的液體供應，在較接近氣泡發生區11的位置，是沿著可移動部件31的表面進行的。借助這種結構，至熱發生元件2的表面和氣泡發生區11的液體供應，在較接近氣泡發生區11的位置處，是沿著可移動部件31的表面發生的，如VD2所示。因此，在熱發生元件2的表面上的液體滯留得到了抑制，從而使溶解在液體中的氣體的析出得到了抑制，且未消失的殘留氣泡容易地得到除去，另外，液體中的熱量累積不是很大。因此，可以高速地重復更穩定的氣泡產生。在此實施例中，液體供應端口12具有基本上平坦的內壁，但這不是限定性的，且液體供應通道如果具有從熱發生元件的表面延伸的的內壁—該內壁具有的結構使得在熱發生元件上出現了液體的滯留，且液體供應中不產生顯著的渦流，它就是令人滿意的。
至氣泡發生區中的液體供應，可以通過可移動部件側面部分上的一個間隙(縫35)來進行，如VD1所示。為了把氣泡產生時的壓力更有效地引向噴射出口，可以采用覆蓋整個氣泡發生區(覆蓋熱發生元件的表面)的大的可移動部件，如圖2所示。此時，氣泡發生區11和接近噴射出口的第一液體流動通道14之間的液體的流動阻力，由于可移動部件至第一位置的回復，而增大了，因而液體至氣泡發生區11的流動能夠得到抑制。然而，根據本例的頭結構，存在可以有效地把液體供應到氣泡發生區的流動，液體的供應性能得到了顯著的增大，且因而即使可移動部件31覆蓋了氣泡發生區11儀改善噴射效率，液體的供應性能也不會惡化。
可移動部件31的自由端32與支點33之間的位置關系是這樣的，即該自由端位于支點的下游位置處，例如如圖8所示。借助這種結構，將壓力傳播方向和氣泡生長方向引向噴射出口18側等等的功能和效果，在氣泡產生時，能夠得到有效的保證。另外，該位置關系，不僅對于實現與噴射有關的功能或效果，而且對于實現在供應液體時通過液體流動通道10的流動阻力的減小，都是有效的，從而能夠實現高速再充入。當由于噴射而縮回的彎月形液面M(如圖8所示)，由于毛細現象力，或者當進行液體供應以補償氣泡收縮時，而返回到噴射出口18時，自由端和支點33的位置是這樣的，即通過包括第一液體流動通道14和第二液體流動通道16的液體流動通道10的流動S1、S2和S3不受阻擋。
更具體地，在此實施例中，如上所述，可移動部件3的自由端32對著將熱發生元件2分成上游區和下游區的區的中心3(通過熱發生元件的該區域的中心(中心部分)并垂直于液體流動通道的長度方向的線)的下游位置。可移動部件31接收壓力和氣泡40—它們對熱發生元件2的區域中心位置3的下游側的液體噴射有很大的貢獻，且它將該力引向噴射出口側，從而顯著地改善了噴射效率或噴射力。
利用氣泡40的上游側，提供了進一步的有利效果，如在下面所述的。
在本例的結構中，可移動部件31的自由端的瞬時機械位移，被認為是對液體的噴射有貢獻的。
參見圖1和2，將進一步描述已經結合圖3和4描述過的噴射方法。
在圖1中，橫坐標表示時間T(微秒)，且縱坐標表示可移動部件的位移H(μm)、氣泡體積V(μm3)、自由端的位移速度VM(米/秒)和氣泡的生長速度VB(米/秒)。在橫坐標上，時間是以0.1微秒為單位的，且在氣泡發生之后，它是以1微秒為單位的。在它們之間的部分被省略了。
在此圖中H1和H2表示了自由端至位移區中的位移高度，其中它在初始狀態下為零。Hmax表示自由端的最大位移，V1、V2表示氣泡的體積，且VBmax是最大速度，且Y(Ma×V2)是氣泡的最大體積。C表示的是其中VB＜VM的期間與其中VB≥VM的期間之間的邊界。x表示的是這樣一個點—在此可移動部件的彈性回復在氣泡的體積增大時被氣泡所阻止(雖然生長速度減小該體積由于而仍然增大)。Z1表示的是自由端在初始狀態之外HL的最低位置。Z2表示振動減小期間。
本發明的特征由此圖表示。對可移動部件31的位移有影響的因素，包括位移區中的液體的特性(粘度、表面張力)、包含位移區的區域中的液體通道結構、熱發生元件(熱發生元件)的面積、能量施加的條件、表示氣泡發生區的液體通道結構、氣泡發生區中液體的特性、可移動部件的聲波透射和反射特性、機械特性等等。因此，設計是復雜的。但根據本發明，通過提供其中VM＜VB得到滿足的一個期間，獲得了所希望的效果。以下是在各個期間發生的情況(1)在驅動熱發生元件之后VM＞VB期間；(2)在熱發生元件驅動之后VB＝VM時序；(3)在熱發生元件驅動之后VB＞VM期間；(4)可移動部件的自由端的最大位移(Hmax)；(5)氣泡生長的最大速度(VBmax)；(6)氣泡的最大體積(Y(Ma×V2))；(7)氣泡體積減小期間和可移動部件的自由端的降低時序；(8)可移動部件振動轉換期間；(9)氣泡破裂完成。
在兩液體型頭(將在下面描述)的情況下，可移動部件的自由端的最大降低量HL(μm)得到考慮；更具體地說，可移動部件的自由端的厚度相當于HL(μm)—借助它可以避免兩種液體的混合。
因此，通過滿足VM＞VB，可移動部件的位移、氣泡生長的方向性和體積增大的比率，能夠得到穩定，從而改善噴射效率。
圖2是曲線圖，顯示了在體積方面的上述傾向和關系，其中M基準是其中可移動部件處于基準位置的基準，且H是其中熱發生元件處于基準位置的基準。如將要理解的，氣泡所占據的體積BV超過了可移動部件的位移所占據的、包括氣泡發生區的體積MV，因而氣泡向著噴射出口生長到了可移動部件的自由端之外。
(頭的例2)
圖9顯示了根據本發明的頭的例2。在圖9中顯示了一種狀態—其中可移動部件發生了位移(未顯示氣泡)，且B顯示了一種狀態—其中可移動部件處于其初始位置(第一位置)。在后一種狀態下，氣泡發生區11對于噴射出口18基本上是密封的(在A和B之間，有一個流動通道壁來隔離這些通道)。在各側都設置了一個基座34，且在它們之間，形成了一個液體供應端口12。借助這種結構，液體能夠沿著可移動部件的與熱發生元件側相對的表面并從液體供應通道—該液體供應通道具有基本上與熱發生元件的表面基本上相齊平或與其平滑地連續的表面—進行提供。
當可移動部件31處于初始位置(第一位置)時，可移動部件31與設置在熱發生元件2的下游的一個下游壁36和設置在熱發生元件側的熱發生元件側壁37相接近或緊密接觸，從而使氣泡發生區11的噴射出口18側基本上得到密封。因此，在氣泡產生時由氣泡產生的壓力且特別是在氣泡下游的壓力，能夠被集中在可移動部件的自由端側，而不釋放該壓力。
在氣泡收縮時，可移動部件31返回到第一位置，氣泡發生區11的噴射出口側基本上是密封的，且因而彎月形液面縮回受到抑制，且至熱發生元件的液體供應在獲得上述優點的情況下得以進行。至于再充入，可以得到與前述實施例中相同的有利效果。
在本例中，用于支撐和固定可移動部件31的基座34被設置在離開熱發生元件2的上游位置上，如圖5和圖9所示，且基座34具有小于液體流動通道10的寬度，以將液體提供到液體供應端口12。基座34的構造不僅限于這種結構，而是可以是任意的，只要能夠實現平穩的再充入。
通過選擇熱發生元件2和可移動部件31的面積、第一和第二液體流動通道的高度、可移動部件31的縱向彈性、和/或液體的粘度，如上所述，氣泡發生和噴射能夠得到穩定，且高度的耐久性和噴射效率能夠得到改善。
(頭的例3)圖10顯示了例3，其中顯示了液體流動通道中的氣泡發生區、氣泡和可移動部件31之間的位置關系。
在大多數前述例子中，所產生的氣泡的壓力被集中向可移動部件31的自由端，從而使氣泡的運動在可移動部件31的迅速運動的同時被集中向噴射出口18。在此實施例中，一個范圍被給予了所產生的氣泡，且氣泡的下游部分(在氣泡的噴射出口18側)—它對滴噴射有直接影響—受到可移動部件31的自由端側的調節。
與圖2(第一實施例)相比，圖10的頭不包括在圖5的元件基底1的氣泡發生區的下游端的、作為障礙的一個突出部(影線部分)。換言之，在此實施例中，可移動部件31的自由端區和相對的橫向端部區，是向著噴射出口區開放的，而氣泡發生區不是基本上密封的。在氣泡對液體的滴噴射有直接貢獻的下游部分，下游的前端部使得氣泡能夠生長，因而其壓力分量被有效地用于噴射。另外，至少在該下游部分中向上的壓力(圖6中VB的力分量)起到了這樣的作用，即可移動部件的自由端部分被加到了下游端部的氣泡生長上。因此，噴射效率得到了改善，這與前述實施例中類似。與前述例子相比，本實施例的結構在熱發生元件的驅動響應上是較好的。
另外，該結構是簡單的，因而制造比較容易。可移動部件31的支點部分在此例子中被固定在一個基座34上—該基座34的寬度小于可移動部件31的表面部分。因此，在氣泡收縮時至氣泡發生區11的液體供應是沿著該基座的兩個橫向側進行的(由一個箭頭表示)。該基座可以是其他形式的，只要液體供應性能得到了保證。
在本例的情況下，可移動部件31的存在，對于控制在氣泡收縮時從上部進入氣泡發生區的流動，是有效的，液體供應的再充入好于只有熱發生元件的傳統氣泡發生結構。彎月形液面縮回也因此而得到減小。在本例的一個較好的修正實施例中，可移動部件31的兩個橫向側(或者只是一個橫向側)，對于氣泡發生區11是基本上密封的。借助這種結構，向可移動部件的橫向側的壓力也被引向噴射出口側端部，從而使噴射效率得到進一步的改善。
在此例中，氣泡發生和噴射也得到了穩定，且通過根據前述實施例來選擇熱發生元件2和可移動部件31的面積、第一液體流動通道的高度(元件基底1與可移動部件31的下表面之間的高度)、第二液體流動通道的高度(可移動部件31的上表面與液體流動通道10的上壁之間的高度)、可移動部件31的縱向彈性、和/或液體的粘度，噴射效率和可移動部件31的耐久性得到了穩定。
(頭的例4)在此例中，機械位移對液體的噴射功率得到了進一步的增強。圖11是可應用于本發明的這種頭結構的橫截面圖。在圖11中，可移動部件是這樣地延伸的—即使得可移動部件31的自由端32的位置位于熱發生元件的噴射出口側的更下游的位置。這樣，可移動部件在自由端位置處的位移速度能夠得到增大，因而由于可移動部件的位移而產生的噴射功率可以得到進一步的改善。
另外，自由端32比前述實施例中更接近噴射出口側，且因而氣泡的生長能夠向著穩定的方向集中，從而保證了較好的噴射。
可移動部件31從第二位置(最大位移)，借助其彈性，而以返回速度R1返回，其中遠離支點33的自由端32以較高的速度R2返回。這樣，高速的自由端32在氣泡40生長期間和之后機械作用在氣泡40上，從而造成了氣泡40下游的液體的下游運動(向著噴射出口)，從而改善了噴射的方向和噴射效率。
這種自由端構造是這樣的，即與圖10中的一樣，邊緣與液體的流動相垂直，從而使氣泡40的壓力和可移動部件31的機械作用能夠更有效地對噴射產生貢獻。
在此例中，氣泡發生和噴射也得到了穩定，且通過根據前述實施例來選擇熱發生元件2和可移動部件31的面積、第一液體流動通道的高度、第二液體流動通道的高度、可移動部件31的縱向彈性、和/或液體的粘度，噴射效率和可移動部件31的耐久性得到了穩定。
(頭的例5)圖12(a)、(b)、(c)顯示了例5。與前述實施例中不同，與噴射出口18相直接流體連通的該區域不與液體腔相流體連通，因而該結構得到了簡化。
液體只從液體供應端口12沿著可移動部件31的氣泡發生區側的表面而進行供應。可移動部件31的自由端32、支點33相對于噴射出口18的位置關系和對著熱發生元件2的結構，都與上述實施例中的類似。根據本實施例，上述的在噴射效率上的有利效果、液體供應性能等等，都得到了實現。具體地，彎月形液面縮回得到了抑制，且強行再充入利用氣泡收縮時的壓力而得到了基本上徹底的實現。圖12(a)顯示了一種狀態—其中氣泡發生是由于熱發生元件2造成的，且圖12(b)顯示了一種狀態—其中氣泡將要收縮。此時，可移動部件31至初始位置的返回和S3的液體供應得到了實現。在圖12(c)中，在可移動部件返回到初始位置時彎月形液面的小的縮回M，通過借助噴射出口18附近的毛細現象力的再充入，而得到了補償。
在此例中，氣泡發生和噴射也得到了穩定，且通過根據前述實施例來選擇熱發生元件2和可移動部件31的面積、第一液體流動通道的高度、第二液體流動通道的高度、可移動部件31的縱向彈性、和/或液體的粘度，噴射效率和可移動部件31的耐久性得到了穩定。
(頭的例6)下面參見圖13至15描述例6。
在本例中，利用了相同的噴射原理，且其中進行氣泡發生的液體(氣泡發生液體)和主要進行噴射的液體(噴射液體)被分開。
圖13是根據本實施例的液體噴射頭沿著液體流動方向的示意剖視圖。在該液體噴射頭中，在元件基底1上提供了用于氣泡產生液體的第二液體流動通道16，且在元件基底1上設置有用于施加熱能的熱發生元件2以在液體中產生氣泡，且在第二液體流動通道16上設置了用于噴射液體的第一液體流動通道14—它與噴射出口18直接連通。第一液體流動通道的上游側與第一公共液體腔15相流體連通，以將噴射液體提供到多個第一液體流動通道中，且第二液體流動通道的上游側與第二公共液體腔相流體連通以向多個第二液體流動通道提供氣泡產生液體。第一液體流動通道14的上游與一個第一公共液體腔15相流體連通，以向多個第一液體流動通道14提供噴射液體；且第二液體流動通道16的上游與第二公共液體腔17相流體連通，以向多個第二液體流動通道提供氣泡產生液體。在氣泡產生液體和噴射液體是同一液體的情況下，公共液體腔的數目可以是一個。
在第一和第二液體流動通道之間，有用諸如金屬的彈性材料制成的分隔壁30，從而使第一液體流動通道14與第二液體流動通道16相分隔。在氣泡產生液體與噴射液體的混合應該盡量小的情況下，第一液體流動通道14和第二液體流動通道16最好用分隔壁30分開。然而，當允許一定程度的混合時，不一定進行完全的分離。
當液體的粘度可能與實施例1的相同時，從穩定噴射的角度看， 不需要分離氣泡產生液體和噴射液體。當氣泡產生液體和噴射液體被分開時，氣泡產生液體具有1至100cp的粘度，較好是1至10cp的，以提供穩定的噴射。從穩定噴射的角度看，噴射液體具有1-1000cp的粘度，且較好是1至100cp的。
可移動部件31是懸臂形式的，其中分隔壁在熱發生元件2的表面的上突出空間(噴射壓力發生區，圖15中的區A和區B中的氣泡發生區11)中的部分，通過在噴射出口側(相對于液體流動的下游)提供縫35，而構成了一個自由端，且其公共液體腔(15，17)側是一個支點或固定部分33。這種可移動部件31與氣泡發生區11(B)相對，因而它起著在氣泡產生液體的氣泡發生時向著第一液體流動通道的噴射出口18側開放的作用(沿著該圖中箭頭表示的方向)。在圖14的例子中，在元件基底1的上方也設置了分隔壁30，并帶有構成第二液體流動通道16的空間，且在元件基底1上設置有作為熱發生元件2的熱發生電阻部分和用于將電信號加到熱發生電阻部分上的導線電極5。
支點33與可移動部件31的自由端32和熱發生元件2之間的位置關系，與前述例子中的相同。
在前述例子中，對于液體供應端口12與熱發生元件2的結構之間的關系進行了描述。第二液體流動通道16與熱發生元件2之間的關系在此例子中是相同的。
下面參見圖15來描述本實施例的液體噴射頭的操作。在第一液體流動通道14中用過的噴射液體和在第二液體流動通道16中用過的氣泡產生液體，是相同的水基墨。
借助熱發生元件2產生的熱量，在第二液體流動通道12中的氣泡發生區中的氣泡產生液體，借助如上所述的薄膜沸騰產生出氣泡40。
在本例中，氣泡發生壓力不是沿著三個方向釋放的，只是對氣泡發生區的上游側例外，因而氣泡發生產生的壓力在噴射壓力發生部分中的可移動部件6側上集中傳播，從而使可移動部件6隨著氣泡的生長而從圖15(a)中所示的位置移向如圖15(b)中所示的第一液體流動通道14側。位移的可移動部件31借助其彈性力而向著第二液體流動通道16返回，如圖15(b)所示。通過可移動部件31的這樣一系列運動，第一和第二液體流動通道16建立起廣泛的連通，且基于氣泡發生的壓力，在可移動部件31的返回位移的控制下，主要向著第一液體流動通道14的噴射出口18傳播。通過可移動部件31的機械位移和壓力的傳播，液體通過噴射出口而噴射出去。隨后，隨著氣泡的收縮，可移動部件31返回到圖12(a)所示的位置，且相應地與噴射液體相當的液體量從第一液體流動通道14中的上游得到提供。在此實施例中，液體供應的方向與可移動部件31的接近是同向的—就象在前述實施例中那樣，且液體的再充入不受可移動部件31的阻擋。
在此實施例中，氣泡發生壓力隨著可移動部件31的位移的傳播的主要功能和效果、氣泡生長的方向、向后的波的防止等等，都與第一實施例中的相同，但兩流動通路結構在以下方面是有利的。
噴射液體和氣泡產生液體可以被分開，且噴射液體被氣泡產生液體所產生的壓力噴射。因此，能夠噴射高粘性的液體，諸如聚乙二醇等等—對于它們借助熱量施加的氣泡發生因而噴射力是不夠的，且它們還沒有得到良好的噴射。例如，這種液體被提供到第一液體流動通道中，且能夠產生良好的氣泡發生的液體作為氣泡產生液體而被提供到第二液體流動通道16中，氣泡產生液體的一個例子是一種混合液體(1-2cp的乙醇和水之比大約的4∶6)。這樣，噴射液體可以得到適當的噴射。
另外，通過選擇這樣的一種液體作為氣泡產生液體—采用該液體即使在熱量施加時諸如燃燒淀積物的淀積物也不殘余在熱發生元件的表面上，氣泡發生得到了穩定，以保證適當的噴射。另外，根據本發明的頭結構，提供了上述的有利效果，從而能夠以高噴射效率和高噴射功率來噴射高粘度液體。
另外，可以噴射不耐熱的液體。在此情況下，這樣的液體被作為噴射液體提供到第一液體流動通道14，且在加熱時不容易改變特性且借助其能夠良好地進行氣泡發生的一種液體在第二液體流動通道16中提供。這樣，可以在不受熱損壞的情況下以高噴射效率和高噴射壓力噴射該液體。
在此例中，氣泡發生和噴射也得到了穩定，且通過根據前述實施例來選擇熱發生元件2和可移動部件31的面積、第一液體流動通道的高度、第二液體流動通道的高度、可移動部件31的縱向彈性、和/或液體的粘度，噴射效率和可移動部件31的耐久性得到了穩定。
液體噴射是利用具有如這些圖中所示的結構的頭來進行的。
(其他實施例)以上對根據本發明的實施例的液體噴射頭和液體噴射方法的主要部分進行了描述。下面對可用于前述實施例的進一步詳細的實施例進行描述。以下的例子也可用于單流動通道型也可以用于兩流動通道型，除非有具體的說明。
(液體流動通道頂壁結構)圖16是沿著根據該實施例的液體噴射頭的流動通道的長度取的剖視圖。在分隔壁30上的槽部件50中，形成有用于構成第一液體流動通道14(或圖2中的液體流動通道10)的槽。在此實施例中，可移動部件的自由端32位置附近的流動通道頂壁的高度較大，以允許可移動部件的較大的操作角度θ。可移動部件的運行范圍是考慮到液體流動通道的結構、可移動部件的耐久性和氣泡發生功率等等而確定的。所希望的是它在足夠寬從而包括了噴射出口的位置的角度的角度范圍中運動。通過使可移動部件的自由端的位移高度大于噴射出口的直徑—如圖中所示，噴射功率得到了充分的傳送。如在此圖中所示，在可移動部件的支點33位置處的液體流動通道頂壁的高度，小于在可移動部件的自由端32的位置處的液體流動通道頂壁的高度，因而由于可移動部件向著上游的位移而引起的壓力波的釋放能夠得到有效的阻止。
(第二液體流動通道與可移動部件之間的位置關系)圖17顯示了上述可移動部件31與第二液體流動通道16之間的位置關系，且(a)是從上方看的分隔壁30的可移動部件31位置的視圖；(b)是在沒有分隔壁30的情況下從上方看的第二液體流動通道16的視圖。圖16(c)是可移動部件6與第二液體流動通道16之間的位置關系的示意圖，其中元件是重疊的。在這些圖中，底部是具有噴射出口的前側。
該例子的第二液體流動通道16具有一個喉部19—它相對于從第二公共液體腔側通過熱發生元件位置即沿著第一液體流動通道的可移動部件位置而至噴射出口的總液體流來說位于上游，從而提供了可有效地抑制了當在第二液體流動通道16中產生氣泡時所產生的壓力向著上游側的容易的釋放。
在傳統頭—其中發生氣泡發生的流動通道和液體噴射的流動通道是相同的—中，可以提供一個喉部，以防止熱發生元件產生的壓力向液體腔的釋放。在此情況下，考慮到液體的充分再充入，該喉部的橫截面面積不應該太小。
然而，在本例的情況下，很多或多數的噴射液體是來自第一液體流動通道，且在具有熱發生元件的第二液體流動通道16中的氣泡產生液體的消耗不是很大，因而至氣泡生長的氣泡產生液體的充入量可以很小。因此，喉部19處的間隙可以非常小，例如小至幾μm-十幾μm，從而使第二液體流動通道中產生的壓力的釋放能夠得到進一步的抑制，并進一步地將其集中到可移動部件側。該壓力可被用作通過可移動部件31的噴射壓力，因而可以實現高的噴射能量使用效率和噴射壓力。第一液體流動通道14的結構不限于上述的一種，且可以是任意的，只要氣泡發生所產生形成壓力能夠被有效地傳送到可移動部件側。
如圖16(c)所示，可移動部件31的橫向側覆蓋了構成第二液體流動通道的壁的相應部分，從而防止了可移動部件31落入第二液體流動通道。這樣能夠避免可移動部件31下落到第二液體流動通道16中。這樣，噴射液體與氣泡產生液體的上述分離得到了進一步的增強。另外，氣泡通過狹縫的釋放可以得到抑制，從而使噴射壓力和噴射效率得到進一步的增大。另外，上述的從上游側借助在氣泡收縮時的壓力的再充入的效果，可以得到進一步的增強。借助本發明的這樣的特征—即可移動部件的自由端的位移開始于氣泡與可移動部件接觸之前，彈性、噴射液體、氣泡產生液體的壓力的傳遞特性、氣泡形成的驅動條件、各個液體通道結構等等以及它們之間的平衡；較好的是彈性變形是容易的，壓力的傳遞是容易的，生長速度很高，流動通道對可移動部件運動的阻力很小。在此情況下，氣泡發生時的壓力波被引向噴射出口側，因而氣泡隨后的生長被引向噴射出口側，從而使氣泡得到可靠而有效的引導。(可移動部件和分隔壁)圖18顯示了可移動部件31的另一個例子，其中標號35表示形成在分隔壁上的一個縫，且該縫對于提供可移動部件31是有效的。在圖17(a)中，可移動部件具有一個矩形結構，且在(b)中，它的支點側較窄以允許可移動部件的增大的可移動性，且在(c)中，它具有較寬的支點側以增強可移動部件的耐久性。如圖17(a)所示，在支點側結構的變窄和帶弧形是所希望的，因為運動的便利和耐久性都得到了滿足。然而，可移動部件的結構不限于上述一種，且可以是任何種類的，只要它不進入第二液體流動通道側，且運動是容易的并具有高度耐久性。在前述實施例中，板的薄膜可移動部件31和帶有該可移動部件的分隔壁5是用厚度為5μm的鎳制成的，但它不限于這個例子，且可以是任意的，只要它對氣泡產生液體和噴射液體具有抗溶解性，且具有足夠的彈性以允許可移動部件的運動，且能夠形成所需的細縫。
用于可移動部件的材料的較好的例子，包括諸如銀、鎳、金、鐵、鈦、鋁、鉑、鉭、不銹鋼、磷銅等等以及它們的合金的金屬耐久材料；或者，具有腈基的樹脂材料，如丙烯腈、丁二烯、stylene等等；具有酰胺基的樹脂材料，如聚酰胺等等；具有羰基的樹脂材料，如聚碳酸酯纖維等等；具有醛基的樹脂材料，如聚縮醛等等；具有嗍風基的樹脂材料，如聚砜等；諸如液晶聚合物等等的樹脂材料或它們的化學化合物；或者對墨具有抗蝕劑的材料，諸如例如金、鎢、鉭、鎳、不銹鋼、鈦的金屬、它們的合金、覆有它們金屬的材料；具有酰胺基的樹脂材料，諸如酰胺；具有醛基的樹脂材料，如聚縮醛，具有酮基的樹脂材料，如聚醚醚酮；具有酰亞胺基的樹脂材料，如聚酰亞胺；具有羥基的樹脂材料，如酚醛樹脂；具有乙基的樹脂材料如聚乙烯；具有烷基的樹脂材料，如聚丙烯；具有環氧基的樹脂材料，如環氧樹脂材料；具有氨基的材料，如密胺樹脂材料；具有羥甲基的樹脂材料，如二甲苯樹脂材料；它們的化合物，陶瓷材料，如二氧化硅或其化合物。
分隔壁的較好的例子，包括具有高耐熱性、高抗溶解性和高模制特性的樹脂材料，更具體地說是近來開發的塑料樹脂材料，諸如聚乙烯、聚丙烯、酰胺、聚對苯二甲酸乙二醇酯、密胺樹脂材料、酚醛樹脂、環氧樹脂材料、聚二丁烯、聚亞胺脂、聚醚醚酮、聚醚砜、聚烯丙基化物、聚酰亞胺、聚砜、液晶聚合物(LCP)、或它們的化合物；或者，諸如二氧化硅、氮化硅、鎳、金、不銹鋼的金屬，它們的合金、它們的化合物、或者覆有金或鈦的材料。
分隔壁的厚度是根據所采用的材料根據結構—從壁需要具有足夠的強度且可移動部件需要具有足夠的可操作性的角度—來確定的，且一般情況下所希望的為大約0.5μm-10μm。
用于提供可移動部件31的縫35的寬度，在這些實施例中為2μm。當氣泡產生液體和噴射液體是不同的材料，并避免它們液體的混合時，該間隙得到適當確定以在液體之間形成彎月形液面，從而避免它們之間的混合。例如，當氣泡產生液體具有約2cP的粘度且噴射液體具有小于100cP的粘度時，約5μm的縫就足夠避免液體混合，但不希望超過3μm。
在本例中，可移動部件的厚度以μm量級為較好，且在一般的情況下不采用具有cm量級厚度的可移動部件。當在具有μm量級的厚度的可移動部件上形成一個縫且該縫具有可移動部件厚度的量級的寬度(Wμm)時，希望的是考慮制作中的變化。
當與由縫構成的可移動部件的自由端和/或橫向邊緣相對的部件的厚度與該可移動部件的厚度相當時(圖13、14等)，考慮到制作中的變化，縫寬度與厚度之間的關系較好地是如下的，以穩定地抑制氣泡產生液體與噴射液體之間的液體混合。當氣泡產生液體具有不超過3cP的粘度，且高粘性的墨(5cP、10cP等等)被用作噴射液體時，如果W/t≤1得到滿足，則兩種液體的混合可得到長期的抑制。
提供“基本密封”的縫較好地是有幾個微米的寬度，因為保證了防止液體混合。
當如上所述地采用分開的氣泡產生液體和噴射液體時，可移動部件實際上起著分離部件的作用。當可移動部件根據氣泡的產生而運動時，少量的氣泡產生液體可能會混合到噴射液體中。通常，在噴墨記錄的情況下，用于形成圖象的噴射液體包含約3％至5％的彩色材料，因而如果在噴射液體中的泄漏的氣泡產生液體的含量不超過20％，就不會產生顯著的密度改變。因此，本發明覆蓋了其中氣泡產生液體的混合比不超過20％的情況。
在前述實施例中，氣泡產生液體的混合最多為15％，即使其粘度改變，且在具有不超過5cP的粘度的氣泡產生液體的情況下，混合比最多為約10％，雖然它根據驅動頻率的不同而不同。
混合的液體的比率，能夠通過把噴射液體的粘度減小到低于20cP的范圍(諸如不超過5cP)，而得到減小。
下面描述熱發生元件與該頭中的可移動部件之間的位置關系。可移動部件和熱發生元件的結構、大小和數目不限于以下所述的。通過熱發生元件和可移動部件的優化設置，在熱發生元件在氣泡發生時產生的壓力能夠被有效地用作噴射壓力。
在傳統的氣泡噴射記錄方法中，諸如熱能的能量被加到墨上以在墨中產生瞬時的體積改變(氣泡發生)，從而使墨通過一個噴射出口而被噴射到彈性材料上以實現打印。在此情況下，熱發生元件的面積與墨噴射量彼此成正比。然而，有一個無氣泡發生區S，它對墨噴射沒有貢獻。該事實從對熱發生元件的燃燒淀積物的觀測得到了證實，無氣泡發生區S在熱發生元件的邊緣區域中延伸。應該理解的是，約4μm的邊緣寬度是對氣泡發生沒有貢獻的。為了有效地利用氣泡發生壓力，較好地是使可移動部件的運動范圍覆蓋熱發生元件的有效氣泡發生區，即在約4μm寬的邊緣之外的內部區域。在本例中，有效的氣泡發生區約為4μm并在此之內，但如果熱發生元件和成形方法不同則這也會不同。
圖20是從頂部看的示意圖并顯示了可移動部件與熱發生元件之間的位置關系，其中在該圖的(a)中采用了兩個58×150μm的熱發生元件和可移動部件301，且在該圖的(b)中采用了一個可移動部件302—它具有不同的總面積。
可移動部件301的大小為53×145μm，并小于熱發生元件2的面積，但它具有相當于熱發生元件2的有效氣泡發生區的面積，且可移動部件301被設置在覆蓋該有效氣泡發生區的位置。另一方面，可移動部件302的大小為53×220μm，并大于熱發生元件2的面積(寬度相同，但支點與運動前邊緣之間的尺寸比熱發生元件的長度長)，這與可移動部件301類似。它得到適當設置以覆蓋該有效氣泡發生區。這些測試是用兩個可移動部件301和302進行的，以檢查耐久性和噴射效率。其條件如下氣泡產生液體乙醇的水溶液(40％)噴射墨染料墨電壓20.2V頻率3kHz實驗的結果顯示，可移動部件301當施加1×10(上)7的脈沖時在支點處有損壞。(b)可移動部件302即使在加上了3×10(上)8的脈沖之后也沒有損壞。另外，相對于所加的能量的噴射量和由噴射速度所確定的動能，改善了約1.5-2.5倍。從這些結果，應該理解的是其區域大于熱發生元件的面積并被設置覆蓋熱發生元件的有效氣泡發生區的正上方的位置的可移動部件，從耐久性和噴射效率的角度來看，是較好的。
圖21顯示了熱發生元件的邊緣與可移動部件的支點之間的距離與可移動部件的位移之間的關系。圖22是從側面看的剖視圖，顯示了熱發生元件2與可移動部件31之間的位置關系。熱發生元件2具有40×105μm的尺寸。應該理解的是，位移隨著從熱發生元件2的邊緣與可移動部件31的支點33的距離1的增大而增大。因此，所希望的是按照根據所需墨噴射量、流動通道結構、熱發生元件結構等等的的優化位移，來確定可移動部件的支點的位置。
當可移動部件的支點正好在熱發生元件的有效氣泡發生區上方時，氣泡發生壓力與由于可移動部件的位移而產生的應力一起直接加到支點上，因而可移動部件的耐久性降低。本發明人所進行的實驗已經證實，當支點被設置在有效氣泡發生區的正上方時，可移動壁在施加了1×10(上)6脈沖之后受到損壞，即耐久性差。因此，通過把可移動部件的支點設置在熱發生元件的有效氣泡發生區的正上方位置之外，能夠實際地使用具有不提供非常高的耐久性的結構和/或材料的可移動部件。另一方面，即使支點位于有效氣泡發生區的正上方，如果適當選擇結構和/或材料，它也可以得到實際的使用。這樣，能夠提供具有高噴射能量使用效率和高耐久性的液體噴射頭。
(元件基底)以下描述設置有用于加熱液體的熱發生元件的元件基底的結構。
圖23是可應用于本發明的液體噴射頭的縱向剖視圖。
在元件基底1上，裝有一個槽部件50，該槽部件50具有第二液體流動通道16、分隔壁30、第一液體流動通道14和用于構成第一液體流動通道的槽。
元件基底1，如圖1所示，具有由鋁或類似材料制成的導線電極(0.2-1.0μm厚)圖案和硼化鉿(HfB2)、氮化鉭(TaN)、鋁化鉭(TaAl)或其他材料構成的帶圖案的電阻層105—它在用于絕緣和熱累積的氧化硅膜或氮化硅膜106上構成了熱發生元件，而膜106又是位于由硅或其他材料制成的基底107上。一個電壓通過兩個導線電極104而被加到電阻層105上，以使電流流過該電阻層而實現加熱。在該導線電極之間，設置電阻層上設置有一個氧化硅、氮化硅或其他材料制成的保護層，另外，在其上形成了一個鉭或類似材料制成的抗氣蝕層(0.1-0.6μm厚)以保護電阻層105不受諸如墨的各種液體的損壞。在氣泡發生和收縮時所產生的壓力和震蕩是如此地強烈，以致較脆弱的氧化膜的耐久性大為降低。因此，諸如鉭(Ta)或類似材料的金屬材料被用作抗氣蝕層。
根據液體、液體流動通道結構和電阻材料的結合的情況，該保護層可以省略。圖22(b)中顯示了一個這樣的例子。不要求保護層的電阻層的材料，包括例如銥-鉭-鋁合金或類似材料。
因此，在前述實施例中的熱發生元件的結構可以只包括電阻層(熱發生部分)或者可以包括用于保護電阻層的保護層。
在本例中，熱發生元件具有一個熱發生部分—它具有響應于電信號而發熱的電阻層。這不是限定性的，且如果能夠在氣泡產生液體中產生出足以噴射噴射液體的氣泡就足夠了。例如，熱發生部分熱發生部分可以是光熱傳感器形式的—該傳感器在接收到諸如激光的光時發熱，也可以是在接收到高頻波時發熱的。在元件基底1上，除了構成熱發生部分的電阻層1 05和由用于把電信號提供到電阻層的導線電極104構成的電熱傳感器之外，還可以整體地內置諸如晶體管、二極管、鎖存器、移位寄存器等等用于有選擇地驅動電熱傳感元件的功能元件。
為了通過驅動上述元件基底1上的電熱傳感器的熱發生部分而進行液體噴射，通過導線電極104而把矩形脈沖提供到電阻層105(如圖23所示)，以在導線電極104之間的電阻層105中造成瞬時的發熱。
在前述例子的頭的情況下，所加的能量具有24V的電壓，7微秒的脈寬、150mA的電流和6KHz的頻率，借助此能量并通過下述的過程，經噴射出口噴射液體。然而，驅動信號的情況不限于此，而是可以是任意的-只要氣泡發生液體能適當地產生氣泡。
(兩液體流動通道的頭結構)以下描述液體噴射頭的結構—借助該液體噴射頭不同的液體被分別盛放在第一和第二公共液體腔中，且部件的數目可以減少，從而降低制造成本。圖25是剖視圖，顯示了可應用于本發明的液體噴射頭的供應通道，其中與前述實施例相同的標號表示具有對應功能的部件，且為了簡化而省略了對這些部件的詳細描述。在本例中，槽部件50包括一個孔板51，該孔板51帶有噴射出口18、用于構成多個第一液體流動通道14的多個槽、和用于構成第一公共液體腔15以向多個第一液體流動通道14提供液體(噴射液體)的凹槽。一個分隔壁30被安裝在形成有多個第一液體流動通道14的槽部件50的底部。這樣的槽部件50具有從上面的位置延伸到第一公共液體腔15的第一液體供應通道20。槽部件50還具有從上面的一個位置通過分隔壁30延伸到第二公共液體腔17的第二液體供應通道21。
如圖25中的箭頭C所示，第一液體(噴射液體)通過第一液體供應通道20和第一公共液體腔15而被提供到第一液體流動通道14，且第二液體(氣泡產生液體)通過第二液體供應通道21和第二公共液體腔17而如圖36中的箭頭D所示地被提供到第二液體流動通道16。在本例中，第二液體供應通道21與第一液體供應通道20相平行地延伸，但這不是限定性的，只要液體通過第一公共液體腔15以外的分隔壁30而被提供到第二公共液體腔17。
第二液體供應通道21的直徑，是考慮到第二液體的供應量而確定的。第二液體供應通道21的構造不限于圓形，它也可以是矩形或其他形狀的。
第二公共液體腔17可以通過用分隔壁30分割槽部件50來形成。至于形成其的方法，如圖26(它是分解立體圖)所示，一個公共液體腔框和一個第二液體通路壁是用干膜形成的，且其上固定有分隔壁的槽部件50與元件基底1的結合被接合在一起，從而形成了第二公共液體腔17和第二液體流動通道16。
在本例中，元件基底1是通過提供由諸如鋁的金屬制成的支撐部件70而構成的，且該部件帶有多個電熱傳感器元件—它們被用作熱發生元件以通過薄膜沸騰而從氣泡產生液體產生氣泡。在元件基底1上方，設置了多個槽，它們構成了由第二液體通路壁形成的液體流動通道16；用于構成第二公共液體腔(公共氣泡發生液體腔)17的凹槽，它與多個氣泡產生液體流動通道相流體連通以向氣泡產生液體通道提供氣泡產生液體；分隔壁30，它具有可移動壁31。
帶槽的部件50帶有用于通過將分隔壁30裝到其上而構成噴射液體流動通道(第一液體流動通道)14的槽；一個凹槽，用于構成用于向噴射液體流動通道提供噴射液體的第一公共液體腔(公共噴射液體腔)15；第一供應通道(噴射液體供應通道)20，用于向第一公共液體腔提供噴射液體；以及，第二供應通道(氣泡產生液體供應通道)21，用于向第二公共液體腔17提供氣泡產生液體。第二供應通道21與同第二公共液體腔17相流體連通的一個流體連通通路相連接，并穿過了設置在第一公共液體腔15之外的分隔壁30。通過設置該流體連通通路，氣泡產生液體能夠在不與噴射液體混合的情況下被提供到第二公共液體腔15。
元件基底1、分隔壁30、帶槽的頂板50之間的位置關系是這樣的，即使得可移動部件31與熱發生元件相對應地被設置在元件基底1上，且噴射液體流動通道14與可移動部件31相對應地設置。在本例中，為帶槽的部件設置了一個第二供應通道，但它根據供應量也可以是多個。噴射液體供應通道20和氣泡產生液體供應通道21的流動通道的橫截面積，可以與供應量成比例地確定。通過優化流動通道的橫截面積，構成槽部件50等等的部件的尺寸可以得到減小。
如上所述，根據本實施例，用于向第二液體流動通道提供第二液體的第二供應通道和用于向第一液體流動通道提供第一液體的第一供應通道能夠通過單個的帶槽的頂板而提供，從而減少了部件的數目，因而減少了制造的步驟并降低了制造的成本。
另外，至與第二液體流動通道相流體連通的第二公共液體腔的第二液體供應，是通過穿過分隔第一液體和第二液體的分隔壁的第二液體流動通道而實現的，因而一個接合步驟就足以把分隔壁、帶槽的部件和熱發生元件基底接合在一起，從而使制造變得容易，且接合的精度得到了改善。
由于第二液體穿過分隔壁而被提供到了第二液體公共液體腔，第二液體至第二液體流動通道的供應得到了保證，因而供應量是充分的，從而實現了穩定的噴射。
(噴射液體和氣泡產生液體)如在前述例子中所述，根據本發明，借助具有上述可移動部件的結構，可以以比傳統液體噴射頭更高的噴射力或噴射效率進行液體噴射。當同一種液體被用作氣泡產生液體和噴射液體時，可以使液體不發生惡化，且由于加熱而在熱發生元件上產生的淀積能夠得到減少。因此，通過重復氣化和凝聚，實現了可逆狀態改變。所以，可以使用各種的液體，只要該液體不使液體流動通道、可移動部件或分隔壁等發生惡化。
在這些液體中，具有如傳統氣泡噴射裝置中采用的液體的配料的液體可以被用作記錄液體。當本發明的兩液體流動通道結構被用于不同的噴射液體和氣泡產生液體時，采用了具有上述特性的氣泡產生液體，更具體地說，這些例子包括甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正己烷、正庚烷、正辛烷、甲苯、二甲苯、二氯甲烷、三氯乙烯、Freon TF、Freon BF、乙醚、二噁烷、環己烷、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酮、丁酮、水等等以及它們的混合物。
至于噴射液體，可以采用各種液體，而不用注意氣泡發生性質或熱特性的程度。在傳統上由于低氣泡發生性和/或特性容易由于加熱而改變的液體，也可以使用。
然而，所希望的是，噴射液體自己或通過與氣泡產生液體的反應，不會對噴射、氣泡發生或可移動部件的操作等形成妨礙。至于記錄噴射液體，可以采用高粘性墨或類似的液體。至于另一噴射液體，可以采用具有容易被加熱所惡化的特性的藥物或香水。具有以下配方的墨可以被用作用于噴射液體和氣泡產生液體的記錄液體，且記錄操作得以進行。由于墨的噴射速度增大，液滴的噴射精度改善了，且因而記錄了高度希望的圖象。
粘度為2cP的染料墨(C.I.食品黑2)3重量％
二甘醇 10重量％硫二甘醇5重量％乙醇3重量％水 77重量％記錄操作還利用用于氣泡產生液體和噴射液體的以下墨的組合來進行。其結果，具有十幾cP粘度、在以前不能被用于噴射的液體，得到了適當的噴射，且甚至150cP的液體也得到了適當的噴射而提供了高質量圖象。
氣泡產生液體1乙醇40重量％水 60重量％氣泡產生液體2水 100重量％氣泡產生液體3異丙醇 10重量％水 90重量％噴射液體1；顏料墨(大約15cp)碳黑5重量％Stylene-丙烯酸酯-丙烯酸乙酯共聚物樹脂材料1重量％(氧化物＝140，平均分子量＝8000)單乙醇胺0.25重量％Glyceline 69重量％硫二甘醇5重量％乙醇3重量％水 16.75重量％噴射液體2(55cP)聚乙二醇 200 100重量％噴射液體3(150cP)聚乙二醇 600 100重量％
在液體不容易噴射的情況下，噴射速度較低，且因而噴射方向的變化由于噴射精度差而在記錄紙上發生了擴展。另外，由于噴射的不穩定性而發生了噴射量的變化，從而阻止了高質量圖象的記錄。然而，根據這些實施例，氣泡產生液體的采用使得能夠充分而穩定地產生氣泡。因此，液滴的噴射精度的改善和墨噴射量的穩定能夠得到實現，從而顯著地改善了記錄的圖象質量。
(液體噴射頭的制造)下面描述根據本發明的液體噴射頭的制造步驟。
在如圖5所示的液體噴射頭的情況下，在元件基底1上形成用于安裝可移動部件31的基座34并在其上被形成圖案，且可移動部件31被接合或焊接到基座34上。隨后，帶有多個用于構成液體流動通道10的槽、噴射出口18和用于構成公共液體腔13的凹槽的帶槽的部件，被安裝到該元件基底上，且槽與可移動部件彼此對準。
下面描述具有如圖13和26所示的兩液體流動通道結構的液體噴射頭的制造步驟。
一般地，用于第二液體流動通道16的壁被形成在元件基底上，且分隔壁30被安裝在其上，隨后，再被帶有用于構成第一液體流動通道14的槽的槽部件50安裝在其上。或者，形成用于第二液體流動通道16的壁，并把具有分隔壁30的槽部件50安裝在其上。
下面描述第二液體流動通道的制造方法。
圖27(a)-(e)是示意剖視圖，用于顯示根據本發明的第一制造方法的液體噴射頭的制造方法。
在此實施例中，如圖27(a)所示，利用半導體制作中的制造裝置，在元件基底(硅片)1上形成用于電熱轉換的、具有用硼化鉿、氮化鉭等等制成的熱發生元件2的元件，且隨后清洗元件基底1的表面以改善在下一個步驟中與感光樹脂材料的附著性或接觸。為了進一步改善附著或接觸，用紫外線—輻射—臭氧等處理元件基底的表面，隨后借助旋涂法把硅烷耦合劑—例如(可以從NIPPON UNICA獲得的A189)經歷乙醇稀釋至1重量％的—施加到改善的表面上。
隨后，清洗該表面，且如圖27(b)所示，把一個紫外線輻射感光樹脂膜(可從TOKYO OHKA KOGYO CO.，LTD.獲得的干膜Ordyl SY—318)DF疊置在具有如此改善的表面的基底1上。
隨后，如圖27(c)所示，在干膜DF上放置一個光掩膜PM，且將要作為第二流動通道壁而留下的干膜DF的部分受到通過光掩膜PM的紫外線的照射。該曝光處理是利用MPA-600(可從CANON KABUSHIKI KAISHA得到)進行的，且曝光量大約為600mJ/cm2。
隨后，如圖27(d)所示，借助顯影液—它是二甲苯與丁基纖維素乙酸脂(可從Tokyo Ohka Kogyo Co.，Ltd.得到的EMRC-3)的混合液體—對干膜DF進行顯影，以溶解未曝光的部分，同時留下曝光且固化的部分作為第二液體流動通道16的壁。另外，用氧等離子體灰化裝置(可從Alcan-Tech Co.，Inc.得到的MAS-800)除去留在元件基底1的表面上的殘余物約90秒，且在150℃下將其暴露于劑量100mJ/cm2的紫外線2小時，以徹底固化曝光的部分。
用這種方法，可以在從硅基底上切出的多個加熱器板(元件基底)上高精度地形成第二液體流動通道。硅基底由具有0.05mm厚度的金剛石刀片(可從Tokyo Seimitsu獲得的AWD-4000)的切割機切成各個加熱器板1。分離的加熱器板1用粘合材料(可從Toray獲得的SE4400)固定在鋁基板70(圖30)上。隨后，預先連接到鋁基板70上的打印板73被直徑0.05mm的鋁導線(未顯示)連接到加熱器板1。
如圖27(e)所示，槽部件50和分隔壁30的接合部件被設置并連接到加熱器板1上。更具體地說，具有分隔壁30的帶槽的部件和加熱器板1得到定位，并由一個限定彈簧嚙合和固定。隨后，墨與氣泡產生液體供應部件80被固定在墨上。隨后，鋁導線、槽部件50、加熱器板1和墨與氣泡產生液體供應部件80之間的空隙被硅膠密封劑(可從Toshiba silicone獲得的TSE399)密封。
通過借助該制造方法形成第二液體流動通道，能夠提供相對于加熱器板的加熱器沒有位置偏離的準確的流動通道。通過在先前的步驟中耦合槽部件50和分隔壁30，第一液體流動通道14與可移動部件31之間的位置精度得到了提高。
借助高精度的制造技術，實現了噴射穩定，且打印質量得到了改善。由于它們都一起被形成在一個片上，可以實現低成本的大規模生產。
在此實施例中，采用了紫外線輻射固化型干膜來形成第二液體流動通道。但是可以疊置并固化具有具體鄰近248nm(在紫外線范圍之外)的吸收帶的樹脂材料，且將要成為第二液體流動通道的部分被用eximer激光直接除去。
圖28(a)-(d)是示意剖視圖，顯示了根據本發明的第二實施例的液體噴射頭的制造方法。
在此實施例中，如圖28所示(a)，SUS基底1100上的厚度為15μm的一個抗蝕劑層101被形成具有第二液體流動通道16的形狀的圖案。
隨后，如圖28(b)所示，SUS基底20在SUS基底1100上被用電鍍法覆上15μm厚的鎳層1102。所用的電鍍溶液包括鎳、氨基硫酸鎳、應力減小材料(零ohru，可從World Metal Inc.得到)、硼酸、坑防止材料(NP-APS，可從World Metal Inc.得到)和氯化鎳。至于電淀積時的電場，一個電極被連接到陽極側，且已經帶有圖案的SUS基底1100與陰極相連，且電鍍溶液的溫度為50℃，且電流密度為5A/cm2。
隨后，如圖28(c)所示，已經受到電鍍的SUS基底1100隨后受到超聲振動，以從SUS基底1100除去鎳層1102部分，以提供第二液體流動通道。
另一方面，具有電熱轉換元件的加熱器板，是借助如在半導體制造中使用的制造裝置，在硅片上制成的。利用與前述實施例中類似的切割機把該片切成加熱器板。加熱器板1被安裝到已經裝有打印板73的鋁基板70上，且打印板73和鋁導線(未顯示)得到連接，以建立起電連接。在這樣的加熱器板1上，通過前述過程提供的第二液體流動通道得到固定，如圖28(d)所示。對于這種固定，如果在頂板接合時沒有發生位置偏離，則它不需要很牢固，因為在隨后的步驟中固定是通過限定彈簧與固定有分隔壁的頂板進行的，如在第一實施例中那樣。
在此實施例中，為了定位和固定，采用了紫外線輻射固化型粘合材料(可從GRACE JAPAN獲得的Amicon UV-300)和在約3秒的100mJ/cm2的曝光量下運行的紫外線輻射投射裝置，以完成固定。
根據本實施例的制造方法，可以在沒有相對于熱發生元件的位置偏離的情況下，提供第二液體流動通道，且由于流動通道壁是鎳的，它對堿性液體是耐用的，因而可靠性很高。
圖29(a)-(d)是示意剖視圖， 用于顯示根據本發明的第三實施例的液體噴射頭的制造方法。
在此實施例中，如圖29(a)所示，抗蝕劑1103被加到厚度15μm并具有對準孔或標志1100a的SUS基底1100的兩側上。所用的抗蝕劑是可從Tokyo Ohka Kogyo Co.，Ltd.得到的PMERP-AR900。
隨后，如圖29(b)所示，在元件基底1100的對準孔1100a相對準的情況下，利用曝光裝置(可從CANON KABUSHIKI KAISHA，JAPAN得到的MPA-600)，進行曝光操作，以除去抗蝕劑1103將要成為第二液體流動通道的部分。曝光量為800mJ/cm2。
隨后，如圖29(c)所示，兩側都有抗蝕劑1103的圖案的SUS基底1100被浸到蝕刻液體(氯化鐵或氯化亞銅)，以蝕刻通過抗蝕劑1103而曝光的部分，并除去抗蝕劑。
隨后，如圖29(d)所示，與制造方法的前述實施例類似地，已經受到蝕刻的SUS基底1100被定位和固定在加熱器板1上，從而組裝成具有第二液體流動通道16的液體噴射頭。
根據本實施例的制造方法，能夠提供沒有相對于加熱器的位置偏離的第二液體流動通道16，且由于流動通道是由SUS制成的，它對于酸和堿性液體的耐久性很好，所以提供了高度可靠的液體噴射頭。
如上所述，根據本實施例的制造方法，通過在先前的步驟中把第二液體流動通道的壁安裝在元件基底上，電熱傳感器和第二液體流動通道16彼此高精度地對準。由于若干第二液體流動通道在切割之前被同時形成在基底上，可以實現低成本的大規模產生。
通過本實施例的制造方法提供的液體噴射頭，具有這樣的優點，即第二液體流動通道和熱發生元件得到了高精度對準，因而能夠高度有效地接收氣泡發生的壓力，因而噴射效率是優異的。
(液體噴射頭總成)下面描述具有根據本發明的一個實施例的液體噴射頭的液體噴射頭總成。
圖30是包括上述液體噴射頭的液體噴射頭總成的示意分解立體圖，且該液體噴射頭總成包括液體噴射頭部分200和液體容器80。
液體噴射頭部分200包括元件基底1、分隔壁30、槽部件50、限定彈簧78、液體供應部件90和支撐部件70。元件基底1帶有多個用于向氣泡產生液體提供熱量的氣泡發生電阻，如上所述。在元件基底1與具有可移動壁的分隔壁30之間形成氣泡產生液體定位。通過分隔壁30與帶槽的頂板50之間的耦合，形成了用于與噴射液體的流體連通的噴射流動通路(未顯示)。
限定彈簧78用于把槽部件50推向元件基底1，并能夠有效地使元件基底1、分隔壁30、帶槽和支撐部件70組成一個整體，如在下面將要描述的。
支撐部件70用于支撐元件基底1等等，且支撐部件70上有一個與元件基底1相連以向其提供電流的電路板71，以及用于當總成被裝到設備上時在裝置側之間傳送電信號的接觸座72。
液體容器90分別盛放諸如將要提供到液體噴射頭的墨和用于氣泡發生的氣泡產生液體。液體容器90之外帶有定位部分94，用于安裝連接部件以把液體噴射頭與液體容器和一個固定轉軸95相連，以固定連接部分。噴射液體從液體容器的噴射液體供應通道92通過一個供應通道84而提供到液體供應部件80的噴射液體供應通道81，并通過這些部件的噴射液體供應通道83、71和21而提供到第一公共液體腔15。氣泡產生液體類似地從液體容器的供應通道93，通過連接方法的供應通道，而提供到液體供應部件80的氣泡產生液體供應通道82，并通過這些部件的氣泡產生液體供應通道84、71、22而被提供到第二液體腔。
在這種液體噴射頭總成中，即使氣泡產生液體和噴射液體是不同的液體，這些液體也能夠以良好的順序得到提供。在噴射液體與氣泡產生液體是同一液體的情況下，用于氣泡產生液體和用于噴射液體的通路不一定是分離的。
在液體用完之后，液體容器可被提供相應的液體。為了便利這種供應，液體容器最好帶有液體注入端口。液體噴射頭和液體容器可以彼此組成一個整體或彼此分離。
(側噴射型頭)本發明不限于所謂邊緣噴射型頭—其中噴射出口是在沿著加熱器表面延伸的流動通道的一端設置的，而是可應用于所謂的側噴射型頭—其中噴射出口如圖41所示地是與加熱器的表面相對例如設置的。在如圖31所示的側噴射型液體噴射頭中，基底1帶有用于產生熱能以在用于各個噴射出口的液體中產生氣泡的熱發生元件2。在基底1上方，形成有用于氣泡產生液體的第二液體流動通道16，且用于噴射液體的第一液體流動通道14與噴射出口18相直接流體連通，第一液體流動通道14被形成在一個帶槽的頂板50中。第一液體流動通道14與第二液體流動通道16被用諸如金屬的彈性材料制成的一個分隔壁30分開，這種頭與上述邊緣噴射型液體噴射頭類似。
該側噴射型液體噴射頭的特征，在于設置在熱發生元件2正上方的噴射出口18，而熱發生元件2位于設置在第一液體流動通道14上方的帶槽的頂板(孔板)50中。在分隔壁30中，在噴射出口18與熱發生元件2之間的一個部分上設置了一對可移動部件31(雙門型)。這兩個可移動部件31具有由支點或基部31b支撐的懸臂的構造。其自由端31a與噴射出口18的中心部分正下方的縫31C所提供的一個小空間彼此相對。在噴射時， 可移動部件31，如圖41中的箭頭所示，由于在氣泡發生區B中氣泡產生液體的氣泡發生，而向第一液體流動通道14打開，并被氣泡產生液體的收縮所關閉。噴射液體從將要在下面描述的噴射液體容器被再充入到區C中，并為下一個氣泡發生作好準備。
第一液體流動通道14和其他第一液體流動通道與一個未顯示的用于保持通過第一公共液體腔15的噴射液體的容器相流體連通且第二液體流動通道16與另一第二液體流動通道與用于保持通過第二公共液體腔17的氣泡產生液體的一個容器(未顯示)相流體連通。
在具有這種結構的側噴射型液體噴射頭中，本發明能夠提供有利的效果，即噴射液體的再充入得到了改善，且液體能夠以高噴射壓力和高噴射能量使用效率而得到噴射。
至于制造方法，它們基本上與邊緣噴射型頭的相同，只是頂板上的噴射出口的位置不同且公共液體腔15、17的位置和結構不同。具有可移動部件的分隔壁30與構成第二液體流動通道16之間的關系，是相同的。
在側噴射型的情況下，氣泡發生和噴射得到了穩定，且與邊緣噴射型的情況類似地，通過根據前述實施例而選擇熱發生元件2和可移動部件31的面積、第一液體流動通道的高度、第二液體流動通道的高度、可移動部件31的縱向彈性、和/或液體的粘度，而使噴射效率和可移動部件31的耐久性得到穩定。當如圖31所示地在側噴射型頭中為熱發生元件2提供了兩個可移動部件31時，可移動部件31的面積是兩個的總和。
(噴射方法的實施例2)在此實施例中，在一種邊緣噴射型頭中，利用了以前述方式選擇的可移動部件的面積、第一液體流動通道和第二液體流動通道的高度、可移動部件的縱向彈性、以及液體的粘度，其中可移動部件的支點被設置在相對于位移區(其中可移動部件的自由端進行移動)與用于噴射液體的噴射出口不同的一側，且其中該自由端對著設置沿著從熱發生元件的有效氣泡發生區向著該自由端的方向的下游的有效氣泡發生區，且對著自由端的有效氣泡發生區的位移的有效氣泡發生區的一部分直接對著位移區。
根據本實施例，在自由端被設置在噴射出口側的情況下，從有效氣泡發生區產生的氣泡直接向著噴射出口的部分，處于有效氣泡發生區的中心部分相對于從支點向著自由端的方向的位移的前部；且這可被用來提供傾向于用壓力傾斜形式來移動自由端以直接移動自由端的環境。更具體地說，在從有效氣泡發生區產生氣泡時產生的聲波(壓縮波)，直接通過液體而傳播，從而迅速地在可移動部件的位移區(液體流動通道)中提供了壓力傾斜(分布)。其結果，在可移動部件的自由端附近的可移動部件表面上沿著運動方向的、向著噴射出口運動的液體的量，得到了增大。
根據該實施例，其中液體流程向著噴射出口側和支點或位移區中的固定側分離的區，能夠移向與可移動部件相對的區中的支點側，從而使液體的噴射量能夠得到進一步的穩定，從而改善噴射效率并優化再充入功能，因而使再充入更為迅速。
反射和感應結構能夠增大壓強分布，以使液體的運動適當。
在此實施例中，借助反射和感應結構以及與位移區直接相對的有效氣泡發生區，環境條件得到了優化。或者，利用該結構，氣泡向著噴射出口側的感應能夠得到適當的實現，且總體的噴射效率能夠得到改善。
以下參見圖32來描述該實施例。
圖32是用于執行該液體噴射方法的液體噴射頭的一個例子的縱向示意剖視圖。
該液體噴射頭包括在作為電熱傳感器的元件基底1上的熱發生電阻—用于構成一個熱發生元件2(有效氣泡發生區2H為40μm×115μm并具有長度L)以對液體進行加熱，且一個液體流動通道被設置在元件基底1上，并包括一個第二液體流動通道16—它具有與熱發生元件2對應的一個氣泡發生區。
該液體流動通道具有與未顯示的噴射出口相流體連通的第一液體流動通道14，并與一個未顯示的、用以把液體提供到多個液體流動通道的公共液體腔相流體連通，以從該公共液體腔接收與從噴射出口噴射的液體相應的一定量的液體。該熱發生元件2具有帶有電極2A的保護層2B，且它接收用于產生薄膜沸騰以產生氣泡40的驅動脈沖。
液體流動通道10中的元件基底上方，與熱發生元件2相對地設置了一個可移動部件或板31—它是諸如金屬(厚度5μm的鎳)的彈性材料制成的懸臂的形式。可移動部件31的一端被固定到一個支撐部件(未顯示)上，而該支撐部件是通過在元件基底1或液體流動通道的壁上形成感光樹脂材料的圖案而形成的。這樣，可移動部件31得到了支撐并提供了支點33。
可移動部件31是這樣定位的，即它在相對于噴射操作造成的、從公共液體腔13通過可移動部件31向噴射出口18的總的液體流的上游側，有一個支點33，從而使它在支點33的下游側處有一個自由端(自由端部分)32。可移動部件31以預定的間隙與熱發生元件2相對，就好象它覆蓋了熱發生元件2。在熱發生元件21與可移動部件31之間形成有一個氣泡發生區11。熱發生元件或可移動部件的類型、結構或位置不限于上述的，而是可以改變的，只要氣泡的生長和壓力的傳播能夠得到控制。為了便于理解將要描述的液體流動，液體流動通道10被可移動部件31分成與噴射出口18直接連通的第一液體流動通道14和具有氣泡發生區11和液體供應端口12的第二液體流動通道16。
通過使熱發生元件2的發熱，熱量被加到可移動部件31與熱發生元件2之間的氣泡發生區11中的液體上，從而借助如美國專利第4,723,129號公布的薄膜沸騰現象而產生出氣泡。氣泡和氣泡的產生所造成的壓力，主要作用在可移動部件上，從而使可移動部件31移動或位移，從而向著支點33周圍的噴射出口側打開。借助可移動部件31的位移或位移之后的狀態，氣泡發生造成的壓力傳播和氣泡40的生長本身，都向著噴射出口18。
熱發生電阻包括一個電極2A和一個保護層2B，且有效氣泡發生區2H略微小于熱發生元件2的長度。該頭具有一個連通部分(長度為LS)—它與第一液體流動通道14直接連通而不對著可移動部件31(在該圖中，分隔壁32A與自由端32之間的空間)，且熱發生元件2的有效氣泡發生區與該連通部分相對的一個部分被稱為部分有效氣泡發生區Z。如圖32所示，該部分有效氣泡發生區Z使得能夠有效地利用聲波的傳播，以在第一液體通路中的壓力傾斜形成方面提供便利自由端32的運動的環境。更具體地說，在氣泡發生時來自有效氣泡發生區2H的聲波(壓縮波)往復地直接加到第一液體流動通道14中的液體上，以保證有利于可移動部件31位移到液體中—特別是可移動部件31的位移區(液體流動通道)中—的壓力傾斜的迅速形成。其結果，沿著與可移動部件的自由端相鄰的可移動部件表面上的運動方向并向著噴射出口運動的液體的量，得到了增大。
聲波P1(直接傳播)和聲波P2(通過可移動部件31)，在氣泡40形成之前的0.21微秒的期間里是以約1000米/秒的速度傳播的，因而壓力傾斜是通過其在液體通道中的往復(最多不超過100μm的距離)而形成的。該壓強分布由曲線PW示意顯示。聲波P1的壓強分布，在可移動部件31的自由端32附近為最大，以提供使第一液體流動通道14中的液體與可移動部件31的表面相對應地向著可移動部件31的支點33進行大的運動的環境。即，其中液體流被分成指向噴射出口側的一個和指向位移區中的支點33側的另一個的分離區，能夠被移到可移動部件的表面區的支點33側，因而液體的噴射量能夠得到穩定，且再充入得到了優化和加快。
PWS代表了這樣的情況—其中其壓強分布P1增大了壓力傾斜，從而使造成液體向著可移動部件31上方和向著支點33側的運動的初始力增大了。壓強分布的曲線PWS，隨著上述連通部分(在分隔壁32A與對著它的可移動部件31的自由端32之間)的長度LS的增大而增大，但所希望的是至少自由端32處于中心CH(3)(有效氣泡發生區2H的長度L的一半)的上游(＜L/2)。實際上，它在5μm與30μm之間，雖然它取決于有效氣泡發生區2H的長度。在此實施例中，連通部分與有效氣泡發生區2H的范圍的內部相對，然而，從效率的角度看，較好地是對著包括有效氣泡發生區2H的下游端的區域。
標號315表示的，是可移動部件的位移的一部分，且X是自由端32運動的軌跡。
(噴射方法的實施例3)在此實施例中，可移動部件的面積、第一液體流動通道和第二液體流動通道的高度、可移動部件的縱向彈性和液體的粘度都如前述地得到確定；且其中噴射出口與熱發生元件的有效氣泡發生區相直接流體連通的直接連通區，以及能夠被氣泡在有效氣泡發生區與噴射出口之間移動的可移動部件的自由端，都在與噴射出口的最小內徑的內部相對的區域的附近；且與直接連通區域相對的有效氣泡發生區的長度不小于5μm；或者所述直接連通區域沿著有效氣泡發生區測量的長度為5μm，從而使所述氣泡得到調節。
圖33是用于進行實施例3的液體噴射方法的液體噴射頭的一個例子的示意剖視圖。
用在此實施例中的液體噴射頭，具有一個熱發生元件H—它具有一個發熱表面和基本上與其平行相對(所謂側噴射型)的噴射出口0。熱發生元件H(在此實施例為48μm×46μm的熱發生電阻)被設置在基底62上，并產生熱能，以通過如美國專利第4,723,129號中公布的薄膜沸騰而產生氣泡。噴射出口0被形成在一個孔板OM上，后者是一個噴射出口部分材料。孔板OM被固定在基底支撐部件61上，并由鎳經過電成形而制成。
在孔板OM與基底62設置了一個液體流動通道10，從而使它與噴射出口0直接流體連通，以使液體通過其而流過。在此實施例中，將要噴射的液體是水基墨。
液體流動通道10帶有兩個可移動部件M1、M2—它們具有與熱發生元件H相對的懸臂的形式。可移動部件M1、M2被設置在沿著與熱發生元件H的發熱表面相垂直的方向向上突出的發熱表面空間附近，并與它們之間的直接連通區域彼此相對，其中直接連通區域通過可移動部件M1、M2提供的一個縫SL而與噴射出口0直接連通。可移動部件M1、M2是用具有彈性的材料(例如金屬)制成的。在此實施例中，它是用厚度為5μm的鎳制成的。可移動部件M1、M2的支點側被固定支撐在支撐部件65b上。支撐部件65b是通過在基底62上的感光樹脂材料上形成圖案而形成的。在可移動部件M1、M2與發熱表面之間有約15μm的間隙。
至少可移動部件M1、M2的部分與熱發生元件H相對，并被設置在受到氣泡所產生的壓力的影響的區域中。在可移動部件M1、M2的自由端的縫SL具有一個區域—其中可移動部件M1、M2的位移使氣泡的生長分量直接指向噴射出口0，且其他的分量指向噴射出口0，且由此它具有5μm的寬度至噴射出口直徑φ0。
本實施例的結構在圖33(a)中顯示。熱發生元件H的端部沿著基本上與噴射出口0的噴射表面平行的水平方向(圖中的右-左方向)和熱發生元件H的發熱表面的位置，由HA、HB表示，且它們之間的長度為HL。可移動部件M1、M2沿著水平方向的自由端，由MA、MB表示，且在它們之間形成了一個縫SL。在孔板OM中形成的噴射出口0向著外側漸細而收斂，以穩定噴射液體的配置，如圖中所示。因此，孔板OM的外表面的直徑，不同于內表面的直徑，且在外表面處的直徑在位置OA、OB處為最大，且在內部的噴射出口直徑φOB大于φ0。
第二供應通道21由可移動部件M1、M2、支撐部件65b和基底62限定，且第一供應通道20在其之外由支撐部件61和孔板OM限定。當熱發生元件H的發熱表面的發熱在液體中產生氣泡時，由于氣泡發生和氣泡生長而導致的向著噴射出口0的壓力波，使得液體通過縫SL而開始噴射，從而使發熱表面凸出。來自氣泡的端部和在其的生長的壓力波是沿著徑向的，因而它們不指向噴射出口0，但在其附近提供了可移動部件M1、M2，從而使它們造成了可移動部件M1、M2的位移。
在圖33(c)中，氣泡進一步地膨脹，從而進一步地使彎月形液面凸出，并使可移動部件M1、M2進一步地位移。此時，氣泡生長分量是向著噴射出口0進行的，同時由于可移動部件M1、M2的位移而集中向噴射出口0的中心。
在圖33(d)中，氣泡進一步地生長至接近最大體積，且生長的氣泡進一步被可移動部件M1、M2引向噴射出口0。此時，可移動部件M1、M2進行移動，從而使壓力和氣泡的生長不逃脫到液體流動通道10的第一供應通道20，并提供了相對于噴射出口直徑φ0來說完全開放的狀態，從而使噴射效率達到最大。
在圖33(e)中，氣泡收縮，其中氣泡由于內部壓強的減小而迅速地收縮，且彎月形液面相應地從噴射出口0縮回，同時可移動部件M1、M2從位移的位置返回到初始位置，從而平穩地進行液體供應。因此，彎月形液面的縮回是小的。當從孔板OM之外對噴射出口0的內部一個放大觀測時，當液體為透明時可以通過噴射出口0看到可移動部件M1、M2的一部分。另外，可以通過設置在自由端的縫SL而看到熱發生元件H的一部分。縫SL的寬度不小于5μm，并具有用于把來自氣泡的壓力從熱發生元件H直接傳播到噴射出口0的直接連通區域。借助縫SL的尺寸，5μm，直接連通區域能夠得到保證。由于縫SL比噴射出口直徑φ0窄，不直接指向噴射出口0的生長或壓力分量通過上述位移而指向了噴射出口0，且這些分量向液體供應側的逃脫能夠得到阻止。
熱發生元件H(電熱傳感器)，通過基底62上的導線電極(未顯示)，而被提供有電信號。
(液體噴射設備)圖34顯示了承載上述液體噴射頭的液體噴射設備的示意結構。在此例中，噴射液體是墨。該設備是墨噴射記錄設備IJRA。液體噴射設備的一個支架HC承載著彼此可拆下地安裝的一個頭總成—它包括用于容納墨的液體容器90和液體噴射頭200，并沿著送進裝置送進的諸如記錄紙的記錄材料150的橫向方向(箭頭a和b)往復運動。
在圖34中，當驅動信號被從未顯示的驅動信號提供裝置提供給支架上的液體噴射裝置時，記錄液體響應于該信號而從液體噴射頭20噴射到記錄材料150上。
本例中的液體噴射設備包括馬達111，它作為驅動記錄材料輸送裝置和支架的驅動源；齒輪112、113，用于把動力從驅動源傳送到支架；以及，支架轉軸115等等。借助該記錄裝置和采用該記錄裝置的液體噴射方法，可以通過把該液體噴射到各種記錄材料而提供良好的打印。
圖35是用于利用可應用于本發明的液體噴射頭和液體噴射方法進行墨噴射記錄的整個裝置的框圖。
該記錄設備接收來自主計算機300的控制信號形式的打印數據。該打印數據被暫時存儲在打印設備的一個輸入接口301中，且同時被轉換成將要輸入到CPU 302中的可處理數據，而CPU 302也是用于提供頭驅動信號的裝置。CPU 302，通過利用諸如RAM 304等等的外設單元并根據存儲在ROM 303中的控制程序來處理輸入CPU 302的上述數據，從而把這些數據處理成可打印數據(圖象數據)。CPU 302，通過利用諸如RAM 304等等的外設單元并根據存儲在ROM 303中的控制程序來處理輸入CPU 302的上述數據，從而把這些數據處理成可打印數據(圖象數據)。該圖象數據和馬達驅動數據，分別通過以適當的時序得到控制的一個頭驅動器307和一個馬達驅動器305，而被傳送到頭200和驅動馬達306，從而形成圖象。
作為諸如墨的液體所附著的、可用于諸如上述的記錄設備的記錄設備的記錄材料，可以采用以下所列的材料各種紙張；OHP；用于形成CD盤、裝飾板等等的的塑料材料；織物；諸如鋁、銅等的金屬材料；諸如牛皮、豬皮、合成皮革等的皮革材料；諸如木材、膠合板等等的木材；竹材；諸如瓷磚的陶瓷材料；以及諸如海綿的具有三維結構的材料。
上述的記錄設備包括用于各種紙張或OHP片的打印設備、用于諸如用于形成CD盤等的塑料材料的記錄設備、用于金屬板等等的記錄設備、用于皮革材料的記錄設備、用于木材的記錄設備、用于陶瓷材料的記錄設備、用于諸如海綿等具有三維結構的記錄材料的記錄設備、用于在織物上記錄圖象的紡織打印設備、以及類似的記錄設備。
至于用于這些液體噴射設備的液體，可以采用任何的液體，只要它與所采用的記錄介質和記錄條件相相容。
(記錄系統)以下描述可應用于本發明的一個示例性噴墨記錄系統，它利用根據本發明的液體噴射頭作為記錄頭來在記錄介質上記錄圖象。
圖36是采用根據本發明的上述液體噴射頭201的噴墨記錄系統的示意立體圖，并描述了其總體結構。在本例中的液體噴射頭是全寬度型頭，它包括以360dpi的密度排列的多個噴射孔以覆蓋記錄材料150的整個記錄范圍。它包括四個頭201a至201d，這些頭對應于四種顏色黃(Y)、品紅(M)、青(C)和黑(Bk)。這四種頭用支架202固定支撐，并彼此平行并具有預定的間隔。
這些頭響應于從頭驅動器307提供的信號而得到驅動，而頭驅動器307構成了向各個頭提供驅動信號的裝置。
四種彩色墨201a至201d中的一種，被從一個墨容器204a、204b、204c或204d提供給相應的一個頭。標號204e表示了一個氣泡產生液體容器—從它把氣泡產生液體送到各個頭201a-201d。在各個頭的下方設置有一個頭蓋203a、203b、203c或203d，該蓋包含由海綿或類似材料構成的一個墨吸收部件。它們在非記錄期間覆蓋了相應的頭的噴射孔，保護該頭，并還保持這些頭的性能。
標號206表示一個傳送帶—它構成了輸送諸如在前述實施例中描述的各種記錄材料的裝置。輸送帶206通過各種輥而通過預定的通路傳送，并由與馬達驅動器305相連的驅動輥驅動。
在本例中的噴墨記錄系統包括一個預打印處理設備251和一個后打印處理設備252—它們沿著記錄材料傳送通路而分別被設置在噴墨記錄設備的上游側和下游側。
該預打印處理和后打印處理根據記錄介質的類型或墨的類型而改變。例如當采用由金屬材料、塑料材料、陶瓷材料等等構成的記錄材料時，記錄材料在打印之前被暴露于紫外線或臭氧，以活化其表面。在傾向于獲得電荷的記錄材料—諸如塑料記錄材料中，灰塵由于靜電而傾向于淀積在表面上。灰塵會妨礙所希望的記錄。在此情況下，利用了離子發生器來除去記錄材料的靜電，從而從記錄材料除去灰塵。當記錄材料為織物時，從防止凸起和改善固定等等的角度看，可以進行一種預處理—其中把堿性物質、水溶性物質、復合聚合物、水溶性金屬鹽、尿素、或者硫脲加到織物上。該預處理不限于此，且可以為記錄材料提供適當的溫度。該預處理不限于此，且可以為記錄材料提供適當的溫度。
另一方面，后處理是用于對已經接收了墨的記錄材料進行加熱處理、紫外線照射以促進墨的固定、或進行清潔以除去預處理中使用且由于沒有反應而殘余的處理材料的處理。
在此實施例中，頭是全線頭，但本發明當然可以應用于串行型的，其中頭沿著記錄材料的寬度方向移動。
(頭組件)下面描述可用于本發明的液體噴射頭的頭組件。圖37是根據本發明的一個實施例的頭組件的示意圖。該組件包括根據本發明的一個頭510—它包括用于噴射墨的一個墨噴射部分511、可與頭分離或不可與頭分離的墨容器520(液體容器)、用于盛放用于充入墨容器的墨的墨充入裝置、以及盛放它們的組件容器501。該組件包括根據本發明的一個頭510—它包括用于噴射墨的一個墨噴射部分511、可與頭分離或不可與頭分離的墨容器520(液體容器)、用于盛放用于充入墨容器的墨的墨充入裝置、以及盛放它們的組件容器501。
當墨用完時，墨充入裝置的插入部分(注入針等等)531的一部分被插入墨容器的空氣通風口521或形成在墨容器的壁上的孔等等中，或者插入與頭的一個連接部分中，且在該墨充入裝置中的墨被充入到該墨容器中。因此，本發明的液體噴射頭，墨容器、墨充入裝置等，被容納在該組件容器中，從而當墨用完時，可以方便地把墨充入到墨容器中。
在此實施例的頭組件500中，包含了墨充入裝置，但該頭組件可以沒有墨充入裝置，作為代替，組件容器510可以包含可拆下地安裝在頭上的整個墨容器以及頭。
在圖37中，只顯示了用于把墨充入墨容器的墨充入裝置，但該組件容器還可包含用于把氣泡產生液體充入氣泡產生液體容器以及墨容器中的氣泡產生液體充入裝置530。
如上所述，根據本發明的一個方面，在噴射出口附近的液體能夠以高速并以良好的方向性得到噴射，從而使再充入頻率得到提高，且噴射精度得到提高，從而能夠實現高的圖象質量。
根據本發明的另一方面，氣泡發生所造成的壓力波指向噴射出口側，因而隨后的氣泡生長指向噴射出口側，從而使氣泡得到可靠而有效的引導。
根據本發明的另一方面，向著噴射出口的氣泡生長得到了進一步的保證。
根據本發明的又一個方面，氣泡發生得到了穩定，且壓力能夠被適當地引向噴射出口，因而噴射效率和噴射功率能夠得到改善。另外，耐久性能夠得到改善。
雖然結合在此公布的結構描述了本發明，但本發明不僅限于在此給出的細節，且本申請應該覆蓋屬于所附權利要求書的改進目的或范圍之內的所有修正或改變。
權利要求
1.一種液體噴射方法，包括通過在一個氣泡發生區中產生氣泡而使具有一個自由端的可移動部件發生位移；其改進在于所述可移動部件的支點被設置在其中所述可移動部件的自由端進行位移的一個位移區的一側附近，且一個噴射出口—液體通過它而得到噴射—被設置在該位移區的相對側附近；在氣泡達到其最大尺寸之前，提供了一個第一期間—其中可移動部件的自由端的位移速度高于在氣泡發生區中產生的氣泡向著可移動部件的生長速度。
2.根據權利要求1的方法，進一步包括在所述位移過程之后把從氣泡發生區生長的氣泡通過一個區域—該區域是由可移動部件的自由端的位移提供的—引導向所述噴射出口側。
3.根據權利要求1的方法，其中在所述第一期間之后且在氣泡達到最大尺寸之前提供一個第二期間—其中可移動部件的自由端的位移速度低于向著可移動部件的氣泡生長速度。
4.根據權利要求3的方法，其中在所述第二期間之后并在氣泡達到最大尺寸之前使可移動部件的自由端的位移速度基本上變為零，且使正在生長的氣泡與所述可移動部件相接觸。
5.根據前述權利要求中任何一項的方法，其中氣泡在達到最大尺寸之后進行接觸，且可移動部件移動到在它在開始位移之前所取的初始位置以外的氣泡發生區中，并隨后返回到該初始位置。
6.根據前述權利要求中任何一項的方法，其中當所述可移動部件處于初始位置時所述氣泡發生區基本上是與所述位移區相密封的。
7.根據權利要求1的方法，其中設置了一個與可移動部件相對的熱發生元件，且氣泡發生區被可移動部件和熱發生元件限定并位于它們之間，且其中一個流動通道被該可移動部件分成與噴射出口相流體連通的第一液體流動通道和具有熱發生元件的第二液體流動通道。
8.根據權利要求7的方法，其中熱發生元件具有64-20000μm2的面積；可移動部件向著第二液體流動通道的突出面積為64-40000μm2；可移動部件具有1×103-1×106N/mm2的縱向彈性；所述第一液體流動通道具有10-150μm的高度；所述第二液體流動通道具有0.1-40μm的高度；且液體具有1-100cp的粘度。
9.一種采用液體噴射頭的液體噴射方法，該液體噴射頭具有液體噴射出口、與該液體噴射出口相流體連通的第一液體流動通道、具有用于在液體中產生氣泡的熱發生元件的第二液體流動通道、設置在所述第一液體通路與所述熱發生元件之間的一個可移動部件、具有在噴射出口附近的自由端的可移動部件，其中熱發生元件具有64-20000μm2的面積；可移動部件向著第二液體流動通道的突出面積為64-40000μm2；可移動部件具有1×103-1×106N/mm2的縱向彈性；所述第一液體流動通道具有10-150μm的高度；所述第二液體流動通道具有0.1-40μm的高度；且液體具有1-100cp的粘度；其中可移動部件的自由端根據氣泡的產生而位移到第一液體流動通道中，以通過噴射出口噴射液體；且所述可移動部件的一個支點被設置在位移區—其中所述可移動部件的自由端進行位移—的一側附近，且一個噴射出口—通過它液體得到噴射—被設置在該位移區的相對側附近；其中該自由端與有效氣泡發生區的一個部分相對—該部分相對于從支點至自由端的方向位于該有效氣泡發生區的中心的下游；且其中有效氣泡發生區位于有效氣泡發生區與自由端相對的一部分的下游的部分，與所述位移區直接相對。
10.根據權利要求9的方法，其中所述可移動部件的支點被設置在其中所述可移動部件的自由端進行位移的位移區的一側，且一個噴射出口—通過它液體得到噴射—被設置在位移區的相對的一側；且其中在氣泡達到其最大體積之前，提供了一個第一期間—其中可移動部件的自由端的位移速度高于氣泡發生區中產生的氣泡向著可移動部件的生長速度。
11.一種采用液體噴射頭的液體噴射方法，該液體噴射頭具有液體噴射出口、與該液體噴射出口相流體連通的第一液體流動通道、具有用于在液體中產生氣泡的熱發生元件的第二液體流動通道、設置在所述第一液體通路與所述熱發生元件之間的一個可移動部件、具有在噴射出口附近的自由端的可移動部件，其中熱發生元件具有64-20000μm2的面積；可移動部件向著第二液體流動通道的突出面積為64-40000μm2；可移動部件具有1×103-1×106N/mm2的縱向彈性；所述第一液體流動通道具有10-150μm的高度；所述第二液體流動通道具有0.1-40μm的高度；且液體具有1-100cp的粘度；其中可移動部件的自由端根據氣泡的產生而位移到第一液體流動通道中，以通過噴射出口噴射液體；且其中提供了一個直接連通區域—其中熱發生元件的有效氣泡發生區與噴射出口相直接連通，并提供了與該直接連通區域相鄰的附加區域—其中所述的可移動部件的自由端與噴射出口的最小直徑的內部相對；且其中有效發熱區與該直接連通區域相對的部分的長度不小于5μm，或者該直接連通區域沿著該有效氣泡發生區測量的長度不小于5μm，且氣泡受到可移動部件的位移的限制從而把液體引向噴射出口。
12.根據權利要求11的方法，其中所述可移動部件的支點被設置在其中所述可移動部件的自由端進行位移的位移區的一側，且一個噴射出口—通過它液體得到噴射—被設置在位移區的相對的一側；且其中在氣泡達到其最大體積之前，提供了一個第一期間—其中可移動部件的自由端的位移速度高于氣泡發生區中產生的氣泡向著可移動部件的生長速度。
13.可用于根據權利要求1的液體噴射方法的液體噴射頭，其中用于提供氣泡發生區的一種熱發生元件和可移動部件與氣泡發生區相對，且可移動部件的自由端被設置在相對于液體流動的方向的下游側。
14.可以用于根據權利要求1的液體噴射方法的液體噴射頭，進一步包括一個第一液體流動通道，它與噴射出口相流體連通并具有位移區；以及，一個第二液體流動通道，它包括所述氣泡發生區和一個熱發生元件，其中可移動部件被設置在第一液體流動通道與第二液體流動通道之間。
15.根據權利要求14的液體噴射頭，其中熱發生元件具有64-20000μm2的面積；可移動部件向著第二液體流動通道的突出面積為64-40000μm2；可移動部件具有1×103-1×106N/mm2的縱向彈性；所述第一液體流動通道具有10-150μm的高度；所述第二液體流動通道具有0.1-40μm的高度；且液體具有1-100cp的粘度。
16.根據權利要求15的液體噴射頭，其中第一液體流動通道和第二液體流動通道被提供有彼此不同的液體，且提供給第一液體流動通道的液體具有1-1000cp的粘度，且提供給第二液體流動通道的液體具有1-100的cp的粘度。
17.根據權利要求15或16的液體噴射頭，其中熱發生元件的面積為500-5000μm2。
18.根據權利要求15或16的液體噴射頭，其中可移動部件向著第二液體流動通道的突出面積為1000-15000μm2。
19.根據權利要求15或16的液體噴射頭，其中可移動部件的縱向彈性為1×104-5×105N/mm2。
20.根據權利要求15或16的液體噴射頭，其中所述第一液體流動通道的高度為30-60μm。
21.根據權利要求15或16的液體噴射頭，其中所述第二液體流動通道的高度為3-25μm。
22.根據權利要求15的液體噴射頭，其中液體的粘度為1-10cp。
23.根據權利要求16的液體噴射頭，其中提供到第二液體流動通道的液體的粘度為1-10cp。
24.根據權利要求13或14的液體噴射頭，其中可移動部件的自由端被設置在熱發生元件的一個區域中心的下游。
25.根據權利要求13或14的液體噴射頭，進一步包括用于把液體從熱發生元件的上游提供到該熱發生元件上的供應通道。
26.根據權利要求25的液體噴射頭，其中該供應通道在熱發生元件的上游具有基本上平坦或平滑的內壁，且液體沿著該內壁而被提供到所述熱發生元件上。
27.根據權利要求13或14的液體噴射頭，其中氣泡是通過由熱發生元件產生的熱量造成的薄膜沸騰而產生的。
28.根據權利要求13或14的液體噴射頭，其中可移動部件具有板的形式。
29.根據權利要求28的液體噴射頭，其中熱發生元件的全部有效氣泡發生區都對著可移動部件。
30.根據權利要求28的液體噴射頭，其中熱發生元件的整個表面都對著所述可移動部件。
31.根據權利要求28的液體噴射頭，其中可移動部件的總面積大于熱發生元件的總面積。
32.根據權利要求28的液體噴射頭，其中所述可移動部件的支點在位于熱發生元件的正上方的一個區域之外。
33.根據權利要求28的液體噴射頭，其中可移動部件的自由端基本上與具有熱發生元件的液體流動通道相垂直地延伸。
34.根據權利要求28的液體噴射頭，其中可移動部件的自由端被設置在比熱發生元件更接近噴射出口的位置處。
35.根據權利要求13或14的液體噴射頭，其中可移動部件是第一液體流動通道與第二液體流動通道之間的分隔壁的一部分。
36.根據權利要求35的液體噴射頭，其中該分隔壁是由金屬材料制成的。
37.根據權利要求35的液體噴射頭，其中分隔壁是由樹脂材料制成的。
38.根據權利要求35的液體噴射頭，其中分隔壁是用陶瓷材料制成的。
39.根據權利要求14的液體噴射頭，其中提供了提供第一液體流動通道和多個第二液體流動通道，且所述噴射頭進一步包括用于向第一液體流動通道提供第一液體的第一公共液體腔，以及用于向第二液體流動通道提供第二液體的第二公共液體腔。
40.一種液體噴射頭，包括一個帶槽的部件，它整體地具有用于噴射液體的多個噴射出口；多個槽，用于構成分別與噴射出口直接連通的多個第一液體流動通道；以及，一個凹槽，它構成用于向多個第一液體流動通道提供液體的第一公共液體腔；一個元件基底，它具有多個熱發生元件—它們用于通過對液體加熱而在液體中產生氣泡；以及位于元件基底和帶槽的部件之間的和元件基底相對的分隔壁，該分隔壁構成了第二液體流動通道的壁的一部分—從一個第二公共液體腔向該第二液體流動通道提供與提供到第一液體流動通道的液體相同的液體，并具有可移動部件—該可移動部件具有與所述噴射出口相鄰的自由端，其中該自由端被設置在第一液體流動通道中以通過該噴射出口噴射液體；且其中熱發生元件具有64-20000μm2的面積；可移動部件向著第二液體流動通道的突出面積為64-40000μm2；可移動部件具有1×103-1×106N/mm2的縱向彈性；所述第一液體流動通道具有10-150μm的高度；所述第二液體流動通道具有0.1-40μm的高度；且液體具有1-100cp的粘度。
41.一種液體噴射頭，包括一個帶槽的部件，它整體地具有用于噴射液體的多個噴射出口；多個槽，用于構成分別與噴射出口直接連通的多個第一液體流動通道；以及，一個凹槽，它構成用于向多個第一液體流動通道提供液體的第一公共液體腔；一個元件基底，它具有多個熱發生元件—它們用于通過對液體加熱而在液體中產生氣泡；以及位于元件基底和帶槽的部件之間的和元件基底相對的分隔壁，該分隔壁構成了第二液體流動通道的壁的一部分—從一個第二公共液體腔向該第二液體流動通道提供與提供到第一液體流動通道的液體不同的液體，并具有可移動部件—該可移動部件具有與所述噴射出口相鄰的自由端，其中該自由端被設置在第一液體流動通道中以通過該噴射出口噴射液體；且其中熱發生元件具有64-20000μm2的面積；可移動部件向著第二液體流動通道的突出面積為64-40000μm2；可移動部件具有1×103-1×106N/mm2的縱向彈性；所述第一液體流動通道具有10-150μm的高度；所述第二液體流動通道具有0.1-40μm的高度；且液體具有1-100cp的粘度。
42.根據權利要求40或41的液體噴射頭，其中可移動部件的自由端被設置在熱發生元件的區域中心的下游。
43.根據權利要求40或41的液體噴射頭，其中該帶槽的部件帶有用于將液體引入所述第一公共液體腔的第一引入通路，且用于將液體引入第二公共液體腔的第二引入通路。
44.根據權利要求43的液體噴射頭，其中所述帶槽的部件帶有多個所述第二引入通路。
45.根據權利要求43的液體噴射頭，其中第一引入通路的橫截面積與第二引入通路的橫截面積之比與液體的供應量成正比。
46.根據權利要求43的液體噴射頭，其中第二引入通路通過分隔壁向第二公共液體腔提供液體。
47.根據權利要求13、14、40或41的液體噴射頭，其中熱發生元件包括一個電熱傳感器—該電熱傳感器具有在接收到電信號時產生熱量的發熱電阻。
48.根據權利要求47的液體噴射頭，其中電熱傳感器具有在發熱電阻上的保護膜。
49.根據權利要求47的液體噴射頭，其中元件基底上具有用于向電熱傳感器提供電信號的導線，和用于有選擇地地向電熱傳感器提供電信號的功能元件。
50.根據權利要求14、40或41的液體噴射頭，其中具有熱發生元件的所述第二液體流動通道的一部分具有空腔的形式。
51.根據權利要求14、40或41的液體噴射頭，其中第二液體流動通道具有位于熱發生元件的上游的一個喉部。
52.根據權利要求13、14、40或41的液體噴射頭，其中距熱發生元件的表面的距離不超過30μm。
53.一種液體噴射頭總成，它包括根據權利要求13、14、40或41的液體噴射頭，以及用于容納將要提供給所述液體噴射頭的液體的液體容器。
54.一種液體噴射頭總成，包括根據權利要求16或41的液體噴射頭，以及用于容納將要提供到第一液體流動通道的第一液體和將要提供到第二液體流動通道的第二液體的液體容器。
55.一種液體噴射設備，包括根據權利要求13、14、40或41的液體噴射頭，以及用于提供一種驅動信號的驅動信號供應裝置—該驅動信號用于從該液體噴射頭噴射液體。
56.一種液體噴射設備，它包括根據權利要求13、14、40或41的液體噴射頭，以及用于送進記錄材料的記錄材料送進裝置—該記錄材料用于接收通過液體噴射頭噴射的液體。
57.根據權利要求56的液體噴射設備，其中墨被從所述液體噴射頭噴射以使墨淀積到記錄材料上，從而實現記錄。
58.根據權利要求56的設備，其中從所述液體噴射頭噴射出多種顏色的墨以使它們淀積在記錄材料上，從而實現彩色記錄。
59.根據權利要求56的設備，其中噴射出口被適當地設置以覆蓋記錄材料的可記錄區的整個寬度。
全文摘要
一種液體噴射方法,包括:通過在一個氣泡發生區中產生氣泡而使具有一個自由端的可移動部件發生位移;其改進在于:所述可移動部件的支點被設置在其中所述可移動部件的自由端進行位移的一個位移區的一側附近,且一個噴射出口—液體通過它而得到噴射—被設置在該位移區的相對側附近;在氣泡達到其最大尺寸之前,提供了一個第一期間—其中可移動部件的自由端的位移速度高于在氣泡發生區中產生的氣泡向著可移動部件的生長速度。
文檔編號B41J2/05GK1170663SQ97114618
公開日1998年1月21日 申請日期1997年7月11日 優先權日1996年7月12日
發明者須釜定之, 淺井朗, 石永博之, 野俊雄, 工藤清光, 杉山裕之 申請人:佳能株式會社