液体喷射头、液体喷射模块和液体喷射设备的制作方法

本公开涉及一种液体喷射头、液体喷射模块和液体喷射设备。

背景技术：

日本专利特许公开h06-305143(1994)公开了一种构造，所述构造用于将用作喷射介质的液体和用作发泡介质的液体保持在彼此分离的状态下，其中界面在与喷射端口连通的液体流动通道内部限定在所述喷射介质和所述发泡介质之间，并且通过使用热生成元件使发泡介质产生气泡从而从喷射端口喷射喷射介质。

技术实现要素：

在本公开的第一方面，提供了一种液体喷射头，所述液体喷射头包括：

基板；

液体流动通道，所述液体流动通道形成在所述基板上并且构造成允许第一液体和第二液体在内部流动，所述液体流动通道包括压力室；

压力产生元件，所述压力产生元件构造成向所述压力室中的所述第一液体施加压力；以及

喷射端口，所述喷射端口构造成喷射所述第二液体，其中

所述基板包括：

第一流入端口，所述第一流入端口构造成允许所述第一液体在与所述液体流动通道交叉的方向上流入所述液体流动通道中，以及

第二流入端口，所述第二流入端口构造成允许所述第二液体流入所述液体流动通道中，

所述第一流入端口位于比所述第二流入端口更靠近所述压力室的位置处，

流入所述液体流动通道中的所述第一液体和所述第二液体在所述液体流动通道中朝向所述压力室流动，

在其中在与所述压力室中的所述第一液体的流动方向正交并且与从所述喷射端口喷射所述第二液体的方向正交的方向上所述第一流入端口的长度被定义为l并且所述液体流动通道的位于所述第一流入端口上方的长度被定义为w的情况下，所述液体喷射头包括满足定义为l≥w的关系的部分，并且

在所述第二液体的喷射方向是从底部到顶部的方向的情况下，所述第二液体在所述第一液体的上方流动。

在本公开的第二方面中，提供了一种用于构成液体喷射头的液体喷射模块，其中

所述液体喷射头包括

基板；

液体流动通道，所述液体流动通道形成在所述基板上并且构造成允许第一液体和第二液体在内部流动，所述液体流动通道包括压力室；

压力产生元件，所述压力产生元件构造成向所述压力室中的所述第一液体施加压力；以及

喷射端口，所述喷射端口构造成喷射所述第二液体，其中

所述基板包括：

第一流入端口，所述第一流入端口构造成允许所述第一液体在与所述液体流动通道交叉的方向上流入所述液体流动通道中，以及

第二流入端口，所述第二流入端口构造成允许所述第二液体流入所述液体流动通道中，

所述第一流入端口位于比所述第二流入端口更靠近所述压力室的位置处，

流入所述液体流动通道中的所述第一液体和所述第二液体在所述液体流动通道中朝向所述压力室流动，

在其中在与所述压力室中的所述第一液体的流动方向正交并且与从所述喷射端口喷射所述第二液体的方向正交的方向上所述第一流入端口的长度被定义为l并且所述液体流动通道的位于所述第一流入端口上方的长度被定义为w的情况下，所述液体喷射头包括满足定义为l≥w的关系的部分，并且

在所述第二液体的喷射方向是从底部到顶部的方向的情况下，所述第二液体在所述第一液体的上方流动，并且

所述液体喷射头通过排列多个所述液体喷射模块而形成。

在本公开的第三方面中，提供了一种液体喷射设备，所述液体喷射设备包括液体喷射头：

所述液体喷射头包括

基板；

液体流动通道，所述液体流动通道形成在所述基板上并且构造成允许第一液体和第二液体在内部流动，所述液体流动通道包括压力室；

压力产生元件，所述压力产生元件构造成向所述压力室中的所述第一液体施加压力；以及

喷射端口，所述喷射端口构造成喷射所述第二液体，其中

所述基板包括：

第一流入端口，所述第一流入端口构造成允许所述第一液体在与所述液体流动通道交叉的方向上流入所述液体流动通道中，以及

第二流入端口，所述第二流入端口构造成允许所述第二液体流入所述液体流动通道中，

所述第一流入端口位于比所述第二流入端口更靠近所述压力室的位置处，

流入所述液体流动通道中的所述第一液体和所述第二液体在所述液体流动通道中朝向所述压力室流动，

在其中在与所述压力室中的所述第一液体的流动方向正交并且与从所述喷射端口喷射所述第二液体的方向正交的方向上所述第一流入端口的长度被定义为l并且所述液体流动通道的位于所述第一流入端口上方的长度被定义为w的情况下，所述液体喷射头包括满足定义为l≥w的关系的部分，并且

在所述第二液体的喷射方向是从底部到顶部的方向的情况下，所述第二液体在所述第一液体的上方流动。

根据本公开的实施例，能够通过在液体流动通道的高度方向上布置第一液体和第二液体来稳定液体喷射性能。

本发明的另外特征将从以下参考附图对示例性实施例的描述而变得显而易见。

附图说明

图1是第一实施例的喷射头的透视图；

图2是第一实施例的液体喷射设备的控制系统的框图；

图3是图1中的液体喷射模块的剖视透视图；

图4a是图3中的元件板中的液体流动通道的透明视图，并且图4b是沿图4a中的ivb-ivb线截取的剖视图；

图5a是图4a中的液体流动通道的透视图，并且图5b是图4b中的喷射端口附近的部分的放大图；

图6a是液体的粘度比与水相厚度比之间的关系的说明图，并且图6b是压力室的高度与流速之间的关系的说明图；

图7是流量比与水相厚度比之间的关系的说明图；

图8a至图8e是喷射操作中的过渡状态的说明图；

图9a至图9g是在各种水相厚度比下的喷射的液滴的说明图；

图10a至图10e是在各种水相厚度比下的喷射的液滴的更多的说明图；

图11a至图11c是在各种水相厚度比下的喷射的液滴的更多的说明图；

图12是表示流动通道(压力室)的高度与水相厚度比之间的关系的图；

图13a是水相对于液体的质量百分比(按质量计的百分比)与发泡压力之间的关系的说明图，并且图13b是水相对于液体的摩尔比与发泡压力之间的关系的说明图；

图14a是第一实施例的第一流入端口区段的顶部平面图，图14b是沿图14a中的xivb-xivb线截取的剖视图，并且图14c是沿图14a中的xivc-xivc线截取的剖视图；

图15a是比较示例的第一流入端口区段的顶部平面图，图15b是沿图15a中的xvb-xvb线截取的剖视图，并且图15c是沿图15a中的xvc-xvc线截取的剖视图；

图16a是第一实施例中第一液体的速度矢量的说明图，图16b是第一实施例中的第一液体和第二液体的速度分布的说明图，图16c是比较示例中的第一液体的速度矢量的说明图，并且图16d是比较示例中的第一液体和第二液体的速度分布的说明图；

图17a是图15a至图15c所示的比较示例中的第一液体的速度矢量的说明图，并且图17b是图15a至图15c所示的比较示例中的第一液体和第二液体的速度分布的说明图；

图18a是第一实施例的第一流入端口区段的顶部平面图，并且图18b和图18c是分别示出了在沿图18a中的xviiib-xviiib线截取的剖视图中第一液体和第二液体的层厚度不同的情况的说明图；

图19a至图19e分别是第一实施例的第一流入端口的各种修改示例的说明图；

图20a是第一实施例的第一流入端口的又一修改示例的说明图，并且图20b是沿图20a中的xxb-xxb线截取的剖视图；并且

图21a是第二实施例中的液体流动通道的透明视图，图21b是沿图21a中的xxib-xxib线截取的剖视图，并且图21c是图21b中的喷射端口区段的放大图。

具体实施方式

然而，日本专利特许公开h06-305143(1995)缺少对液体到液体流动通道的流入部分的形状的详细描述。根据本公开所涉及的人员进行的研究，界面的形态根据流入部分的形状而显著变化。例如，根据流入部分的形状，界面可以形成为使得第一液体和第二液体布置在液体流动通道(压力室)的高度方向上，或者界面可以形成为使得第一液体和第二液体布置在液体流动通道(压力室)的宽度方向上。

本公开的实施例通过在液体流动通道和压力室的高度方向上布置第一液体和第二液体来稳定液体的喷射性能。

现在将参考附图描述本公开的实施例。

(第一实施例)

(液体喷射头的构造)

图1是本实施例中的液体喷射头1的透视图。本实施例的液体喷射头1通过在x方向上布置多个液体喷射模块100(模块阵列)而形成。每个液体喷射模块100包括元件板10和柔性布线板40，喷射元件布置在所述元件板上，所述柔性布线板用于向相应的喷射元件供应电力和喷射信号。柔性布线板40连接到共同使用的电气布线板90，所述电气布线板设置有电源端子和喷射信号输入端子的阵列。每个液体喷射模块100可以容易地附接到液体喷射头1并且可以容易地从液体喷射头拆卸。因此，任何期望的液体喷射模块100都可以容易地从外部附接到液体喷射头1，或者从液体喷射头拆卸而不必拆卸液体喷射头1。

考虑到通过如上所述沿纵向方向布置多个液体喷射模块100(即，通过布置多个模块)来形成液体喷射头1，即使喷射元件中的某一个引起喷射故障，也仅有涉及喷射故障的液体喷射模块需要更换。因此，能够在液体喷射头的制造过程中提高液体喷射头1的收益，并且降低更换喷射头的成本。

(液体喷射设备的构造)

图2是示出可用于根据本公开的实施例中的液体喷射设备2的控制构造的框图。cpu500根据存储在rom501中的程序同时使用ram502作为工作区域来控制整个液体喷射设备2。例如，cpu500根据存储在rom501中的程序和参数对将要从外部连接的主机设备600接收的喷射数据执行规定的数据处理，从而产生用于使液体喷射头1喷射液体的喷射信号。随后，根据喷射信号驱动液体喷射头1，同时通过驱动传输马达503来使用于沉积液体的目标介质在预定方向上移动。因此，从液体喷射头1喷射的液体沉积在沉积目标介质上以用于粘附。在液体喷射设备2构成喷墨打印设备的情况下，用作喷墨打印头的液体喷射头1喷射墨水，同时传输马达503输送打印介质以便使打印介质相对于液体喷射头1移动。

液体循环单元504是构造成使液体循环并供应到液体喷射头1并且对液体喷射头1中的液体进行流动控制的单元。液体循环单元504包括用于储存液体的副罐、用于使液体在副罐与液体喷射头1之间循环的流动通道、泵、用于控制在液体喷射头1中流动的液体的流量的流量控制单元等等。因此，在cpu500的指令下，液体循环单元504控制这些机构，使得液体以预定的流量在液体喷射头1中流动。

(元件板的构造)

图3是设置在每个液体喷射模块100中的元件板10的剖视透视图。元件板10通过在硅(si)基板15上堆叠孔板14而形成。在孔板14(喷射端口形成构件)中，在x方向上形成用于喷射液体的多个喷射端口11的阵列。在图3中，在x方向上布置的喷射端口11喷射相同类型的液体(例如从公共副罐和公共供应端口供应的液体)。图3示出了孔板14还设置有液体流动通道13的示例。相反，元件板10可以采用如下构造，在所述构造中液体流动通道13通过使用不同的部件(流动通道形成构件)形成，并且设置有喷射端口11的孔板14设置在所述不同的部件上。

压力产生元件12(图3中未示出)在对应于相应喷射端口11的位置处设置在硅基板15上。每个喷射端口11和对应的压力产生元件12位于彼此相对的此类位置处。在响应于喷射信号向压力产生元件12施加电压的情况下，压力产生元件12在正交于液体的流动方向(y方向)的z方向上对液体施加压力。因此，液体从与压力产生元件12相对的喷射端口11以液滴的形式喷射。柔性布线板40(参见图1)经由布置在硅基板15上的端子17将电力和驱动信号提供给压力产生元件12。尽管在这种情况下使用硅基板作为基板15，但是基板可以由不同的构件形成。同时，如果基板15由硅基板制成，则硅基板上所设置的氧化膜(层)、绝缘膜(层)等将统称为基板(硅基板)。

在硅基板15与基板(硅基板15)上的孔板14之间形成多个液体流动通道13，所述多个液体流动通道在y方向上延伸并且分别连接到喷射端口11。在每个液体流动通道13中流动的液体包括将稍后描述的第一液体和第二液体。在x方向上布置的液体流动通道13共同连接到第一公共供应流动通道23、第一公共收集流动通道24、第二公共供应流动通道28、以及第二公共收集流动通道29。第一公共供应流动通道23、第一公共收集流动通道24、第二公共供应流动通道28、以及第二公共收集流动通道29中的液体的流动由图2中的液体循环单元504控制。更确切地说，控制泵使得从第一公共供应流动通道23流入液体流动通道13的第一液体被引导至第一公共收集流动通道24，而从第二公共供应流动通道28流入液体流动通道13的第二液体被引导至第二公共收集流动通道29。

图3示出了如下示例，在所述示例中喷射端口11和液体流动通道13在x方向上布置并且第一公共供应流动通道23和第二公共供应流动通道28以及第一公共收集流动通道24和第二公共收集流动通道29被共同使用以用于将墨水供应至所述喷射端口以及从所述喷射端口收集墨水，以上这些通道被定义为组，并且两组以上部件沿y方向布置。

(流动通道和压力室的构造)

图4a至图5b是用于解释形成在元件板10中的每个液体流动通道13和每个压力室18的详细构造的图。图4a是从喷射端口11侧(从+z方向侧)的透视图，并且图4b是沿图4a所示的ivb-ivb线截取的剖视图。同时，图5a是图4a中的液体流动通道13的透视图，并且图5b是图4b中的喷射端口11的附近的放大图。

对应于液体流动通道13的底部部分(壁部分)的硅基板15包括第二流入端口21、第一流入端口20、第一流出端口25和第二流出端口26，以上端口与液体流动通道13连通并且按此顺序在y方向上形成。此外，包括喷射端口11和压力产生元件12的压力室18在液体流动通道13中基本上位于第一流入端口20与第一流出端口25之间的中心处。第二流入端口21连接到第二公共供应流动通道28，第一流入端口20连接到第一公共供应流动通道23，第一流出端口25连接到第一公共收集流动通道24，并且第二流出端口26连接到第二公共收集流动通道29(参见图3)。

第一流入端口20使第一液体31在与液体流动通道13交叉(在所述示例中与其正交)的方向上从液体流动通道13中的液体的流动方向上的上游侧流入液体流动通道13中(到液体流动通道13的内部)。第一流入端口20位于比第二流入端口21更靠近压力室18的位置处。从第一公共供应流动通道23通过第一流入端口20供应的第一液体31如箭头a1所指示地流入液体流动通道13中，并且随后在箭头a的方向上在液体流动通道13内流动。具体地，第一液体31在液体流动通道13中朝向压力室18流动。此后，第一液体31通过压力室18并且如箭头a2所示地从第一流出端口25流出。随后，第一液体31由第一公共收集流动通道24收集(参见图5a)。第二流入端口21在液体流动通道13中的液体的流动方向上位于第一流入端口20的上游位置处(在比第一流入端口20更远离压力室18的一侧上)。从第二公共供应流动通道28通过第二流入端口21供应的第二液体32如箭头b1所指示地流入液体流动通道13中，并且随后在箭头b的方向上在液体流动通道13内流动。具体地，第二液体32也在液体流动通道13中朝向压力室18流动。此后，第二液体32通过压力室18并且如箭头b2所示地从第二流出端口26流出。随后，第二液体32由第二公共收集流动通道29收集(参见图5a)。第一液体31和第二液体32两者均在液体流动通道13位于第一流入端口20与第一流出端口25之间的区段中在y方向上流动。在这种情况下，在压力室18内，第一液体31与压力室18的压力产生元件12所位于的内表面(图5b中的下侧上的底表面)接触。同时，第二液体32在喷射端口11处形成弯液面。第一液体31和第二液体32在压力产生元件12、第一液体31、第二液体32和喷射端口11按此顺序来布置的状态下在压力室18中流动。具体地，假设压力产生元件12位于下侧上并且喷射端口11位于上侧上，第二液体32在第一液体31上方流动并且这些液体彼此接触。第一液体31和第二液体32以层流状态流动。此外，第一液体31由位于下方的压力产生元件12加压，并且至少第二液体32从底部向上喷射。应当注意，该上下方向对应于压力室18和液体流动通道13的高度方向。

在该实施例中，如图5b所示，根据第一液体31和第二液体32的物理特性来调节第一液体31的流量和第二液体32的流量，使得第一液体31和第二液体32在压力室中彼此接触地流动。尽管在第一实施例中的第一液体和第二液体以及稍后描述的第二实施例中的第一液体、第二液体和第三液体形成在相同方向上流动的平行流，但是实施例不限于此模式。具体地，在第一实施例中，第二液体可以在与第一液体的流动方向相反的方向上流动。可替代地，流动通道可以设置成使得第一液体的流动与第二液体的流动交叉。这同样适用于稍后描述的第二实施例。

在下文中，将描述这些模式之间的平行流作为示例。

在平行流的情况下，优选地保持第一液体31与第二液体32之间的界面不受干扰，或者换句话说，建立第一液体31和第二液体32在压力室18内部的流动的层流状态。具体地，在试图控制喷射性能以便维持预定量的喷射的情况下，优选的是在界面稳定的状态下驱动压力产生元件。然而，该实施例不仅限于此构造。即使压力室18内的流动将转变成湍流状态，由此两种液体之间的界面将会受到一定程度的干扰，仍然可以在能够维持至少第一液体主要在压力产生元件12侧上流动并且第二液体主要在喷射端口11侧上流动的状态的情况下驱动压力产生元件12。以下描述将主要集中在压力室内的流动处于平行流状态和层流状态中的示例。

(与层流同时形成平行流的条件)

首先将描述在管中形成液体的层流的条件。表示粘性力与界面力之间的比率的雷诺数re通常已知为流动评价指标。

现在，液体的密度定义为ρ，液体的流速定义为u，液体的代表长度定义为d，粘度定义为η。在这种情况下，雷诺数re可以由以下(公式1)表示：

re＝ρud/η(公式1)。

在此，已知当雷诺数re变得更小时更可能形成层流。更确切地说，已知在雷诺数re小于约2200的情况下，圆管内的流动形成为层流，并且在雷诺数re大于约2200的情况下，圆管内的流动变成湍流。

在流动形成为层流的情况下，流动线变得平行于流动的行进方向而不彼此交叉。因此，在两种接触的液体构成层流的情况下，液体可以形成平行流，两种液体之间具有稳定的界面。在此，根据一般的喷墨打印头，液体流动通道(压力室)中的喷射端口附近的流动通道的高度h[μm](压力室的高度)位于从约10μm至100μm的范围内。在这方面，在水(密度ρ＝1.0×10³kg/m³，粘度η＝1.0cp)以100mm/s的流速供给到喷墨打印头的液体流动通道的情况下，雷诺数re结果是re＝ρud/η≈0.1～1.0<<2200。因此，可以认为在其中形成层流。

在此，即使本实施例的液体流动通道13和压力室18具有如图4a所示的矩形横截面，液体喷射头中的液体流动通道13和压力室18的高度和宽度也足够小。因此，液体流动通道13和压力室18可以被视为等同于圆管的情况，或者更具体地，液体流动通道13和压力室18的高度可以被视为圆管的直径。

(在层流状态下形成平行流的理论条件)

接下来，将参考图5b描述形成平行流的条件，其中液体流动通道13和压力室18中两种类型的液体之间的界面是稳定的。首先，从硅基板15到孔板14的喷射端口11的开口表面(喷射端口表面)的距离，即压力室18的高度，被定义为h[μm]。随后，喷射端口表面与第一液体31和第二液体32之间的界面(液液界面)之间的距离(第二液体的相厚度)被定义为h2[μm]。此外，界面与硅基板15之间的距离(第一液体的相厚度)被定义为h1[μm]。这些定义使得h＝h1+h2。

对于液体流动通道13和压力室18中的边界条件，液体流动通道13和压力室18的壁表面上的液体的速度假定为零。此外，假设界面处的第一液体31和第二液体32的速度和剪切应力具有连续性。基于所述假设，如果第一液体31和第二液体32形成双层且平行的稳定流动，则在以下(公式2)中定义的四次方程在平行流的区段中成立：

[数学式1]

在(公式2)中，η1表示第一液体31的粘度，η2表示第二液体32的粘度，q1表示第一液体31的流量(体积流量[um³/us])，并且q2表示第二液体32的流量(体积流量[um³/us])。换句话说，第一液体和第二液体流动以便在此范围内根据相应液体的流量和粘度来建立位置关系，以满足上述四次方程(公式2)，从而形成具有稳定界面的平行流。在本实施例中，优选地在液体流动通道13中或者至少在压力室18中形成第一液体和第二液体的平行流。在如上所述形成平行流的情况下，第一液体和第二液体仅由于在它们之间的液液界面上的分子扩散而参与混合，并且液体在y方向上平行地流动而几乎不产生任何混合。应当注意，液体的流动并不总是必须在压力室18中的某个区域中建立层流状态。在这种情况下，优选的是，至少在压力产生元件上方的区域中的液体的流动建立层流状态。

即使在例如使用例如油和水的互不相溶的溶剂作为第一液体和第二液体的情况下，只要满足(公式2)，无论互不相溶性如何都形成稳定的平行流。同时，即使在油和水的情况下，如果界面由于压力室中的流动的轻微湍流状态而受到干扰，则优选地至少第一液体主要在压力产生元件上流动并且第二液体主要在喷射端口中流动。

图6a是表示在将(公式2)中流量比qr＝q2/q1改变成若干等级的同时第一液体的粘度比ηr＝η2/η1与相厚度比hr＝h1/(h1+h2)之间的关系的曲线图。尽管第一液体不限于水，但是“第一液体的相厚度比”在下文中将称为“水相厚度比”。横轴指示粘度比ηr＝η2/η1，并且竖轴指示水相厚度比hr＝h1/(h1+h2)。随着流量比qr变得更高，水相厚度比hr变得更低。同时，在流量比qr的每个水平处，随着粘度比ηr变得更高，水相厚度比hr变得更低。因此，通过控制第一液体与第二液体之间的粘度比ηr以及流量比qr，可以将液体流动通道13(压力室)中的水相厚度比hr(对应于第一液体与第二液体之间的界面的位置)调节到规定值。此外，在将粘度比ηr与流量比qr进行比较的情况下，图6a教导了流量比qr对水相厚度比hr的影响大于粘度比ηr对水相厚度比hr的影响。

应当注意，图6a中的条件a、条件b和条件c表示以下条件：

条件a：粘度比ηr＝1，流量比qr＝1，并且水相厚度比hr＝0.50；

条件b：粘度比ηr＝10，流量比qr＝1，并且水相厚度比hr＝0.39；以及

条件c：粘度比ηr＝10，流量比qr＝10，并且水相厚度比hr＝0.12。

图6b是示出关于上述条件a、b和c的液体流动通道13(压力室)的高度方向(z方向)上的流速分布的曲线图。横轴指示归一化值ux，其通过将条件a中的最大流速值定义为1(基准)来归一化。竖轴指示在液体流动通道13(压力室)的高度h[μm]被定义为1(基准)的情况下距底表面的高度。在指示相应条件的每条曲线上，用标记指示第一液体与第二液体之间的界面的位置。图6b示出界面的位置根据条件而变化，例如条件a中的界面的位置高于条件b和条件c中的界面的位置。原因在于在具有彼此不同粘度的两种类型的液体在管中平行流动同时形成层流的情况下，这两种液体之间的界面形成在由于液体之间的粘度的差异引起的压力差平衡由于界面张力引起的拉普拉斯压力的位置处。

(喷射操作期间的液体的流动)

当第一液体和第二液体分别流动时，液位(液液界面)形成在与第一液体和第二液体之间的粘度比ηr和流量比qr相对应(与水相厚度比hr相对应)的位置处。如果在维持界面位置的同时液体从喷射端口11成功地喷射，则能够实现稳定的喷射操作。以下是用于实现稳定喷射操作的两种可能构造：

构造1：在第一液体和第二液体流动的状态下喷射液体的构造；以及

构造2：在第一液体和第二液体静止的状态下喷射液体的构造。

条件1使得能够在保持界面的给定位置的同时稳定地喷射液体。原因在于，一般液滴的喷射速度(每秒几米至每秒十数米)比第一液体和第二液体的流速(每秒几毫米至每秒几米)更快，并且即使第一液体和第二液体在喷射操作期间保持流动，液体的喷射也几乎不受影响。

同时，条件2也使得能够在保持界面的给定位置的同时稳定地喷射液体。原因在于，第一液体和第二液体由于界面上的液体的扩散效应而不立即混合，并且液体的未混合状态维持非常短的时间段。因此，在即将喷射液体之前的点处，界面维持在液体流动停止以保持静止的状态，使得可以在保持界面位置的同时喷射液体。然而，构造1是优选的，因为这种构造可以减少由于液体在界面上的扩散而导致的第一液体和第二液体的混合的不利影响，并且不需要对液体的流动和停止进行高级控制。

(液体的喷射模式)

通过调节界面的位置(对应于水相厚度比hr)，可以改变从喷射端口喷射的第二液体的液滴(喷射的液滴)中包含的第一液体的比例。根据喷射的液滴的类型，液体的这种喷射模式可以大致分为两种模式：

模式1：仅喷射第二液体的模式；以及

模式2：喷射包含第一液体的第二液体的模式。

模式1是例如在使用采用电热转换器(加热器)作为压力产生元件12的热型液体喷射头的情况下，或者换句话说，在使用利用严重依赖于液体特性的发泡现象的液体喷射头的情况下有效的。由于在加热器的表面上产生的液体的焦化部分，所述液体喷射头易于使液体的发泡不稳定。液体喷射头还难以喷射某些类型的液体，例如非水性墨水。然而，如果通过采用模式1，将适合于气泡产生并且不太可能在加热器的表面上产生焦化的发泡剂用作第一液体，并且将具有各种功能的任何功能剂用作第二液体，能够喷射例如非水性墨水的液体，同时抑制加热器的表面上焦化的发展。

模式2对于喷射例如高固体含量墨水的液体是有效的，不仅在使用热型液体喷射头的情况下，而且在使用采用压电元件作为压力产生元件12的液体喷射头的情况下也是如此。更准确地说，模式2在将具有作为着色材料的大量颜料的高密度颜料墨水喷射到打印介质上的情况下是有效的。通常，通过增加颜料墨水中颜料的密度，能够通过使用高密度颜料墨水来改善在例如普通纸的打印介质上打印的图像的显色特性。此外，通过向高密度颜料墨水中添加树脂乳液(树脂em)，由于形成为膜的树脂em，能够改善打印图像的耐磨性等。然而，例如颜料和树脂em的固体组分的增加趋于在颗粒间距离较近处发生凝聚，因此导致分散性的劣化。颜料与树脂em相比尤其难以分散。因此，通过减少颜料和树脂em中的一种的量来分散颜料和树脂em，或者更具体地，通过将颜料与树脂em的量比率设定为约4/15wt％或8/4wt％来分散颜料和树脂em。另一方面，通过在采用模式2时使用高密度树脂em墨水作为第一液体并且使用高密度颜料墨水作为第二墨水液体，能够以预定比例喷射高密度树脂em墨水和高密度颜料墨水。因此，能够通过在打印介质上沉积高密度颜料墨水和高密度树脂em墨水来打印图像(颜料与树脂em的量比率为约8/15wt％)，从而打印用单一墨水难以实现的高质量图像，或者换句话说，具有优异耐磨性等的图像。

(流量比与水相厚度比之间的关系)

图7是示出了在粘度比ηr＝1的情况下以及在粘度比ηr＝10的情况下基于(公式2)的流量比qr与水相厚度比hr之间的关系的图。横轴指示流量比qr＝q2/q1，并且竖轴指示水相厚度比hr＝h1/(h1+h2)＝h1/h。流量比qr＝0对应于q2＝0的情况，其中液体流动通道和压力室仅填充有第一液体，并且其中没有第二液体。此时，水相厚度比hr等于1。图7中的点p表示流量比qr＝0的状态。

如果比率qr设定得高于点p的位置(如果第二液体的流量q2设定得高于0)，则水相厚度比hr变得更低(第一液体的相厚度h1变得更小，并且第二液体的相厚度h2变得更大)。换句话说，从仅第一液体流动的状态转变成第一液体和第二液体平行流动同时限定了界面的状态。此外，能够在第一液体与第二液体之间粘度比ηr＝1的情况下和在粘度比ηr＝10的情况下确认上述趋势。换句话说，为了建立第一液体和第二液体在液体流动通道13和压力室18中彼此一起流动同时在其间限定界面的状态，必须满足流量比qr＝q2/q1>0，或者换句话说，满足q1>0和q2>0。这意味着第一液体和第二液体两者都在y方向上流动。

(喷射操作中的过渡状态)

接下来，将描述形成平行流的液体流动通道13中的喷射操作中的过渡状态。图8a至图8e是示出了在如下状态下执行喷射操作的情况下的过渡状态的图，在所述状态下在液体流动通道13中在粘度比ηr＝4的状态下形成第一液体和第二液体的平行流，液体流动通道的高度h[μm]＝20μm，孔板的厚度t[μm]＝6μm。

图8a示出了在向压力产生元件12施加电压之前的状态。在此，图8a示出了界面的位置在通过适当地调节一起流动的第一液体的流量q1以及第二液体的流量q2实现水相厚度比hr＝0.57(即，第一液体的水相厚度h1[μm]＝6μm)的此位置处稳定的状态。

图8b示出了刚刚开始向压力产生元件12施加电压的状态。该实施例的压力产生元件12是电热转换器(加热器)。压力产生元件12在响应于喷射信号接收到电压脉冲时快速产生热量，并且在经由液体流动通道的内壁接触的第一液体中产生膜状沸腾。图8b示出了通过膜状沸腾产生气泡16的状态。伴随着气泡16的产生，第一液体31与第二液体32之间的界面在z方向上移动，从而第二液体32在z方向上被推出喷射端口11。

图8c示出了继续向压力产生元件12施加电压的状态。通过膜状沸腾增加气泡16的体积，并且第二液体32进一步被在z方向上推出喷射端口11。图8d示出了进一步继续向压力产生元件12施加电压的状态，由此生长的气泡16与大气连通。

图8e示出了喷射液滴(喷射的液滴)30的状态。如图8d所示，在气泡16与大气连通的时刻已经从喷射端口11喷射的液体由于其惯性力而从液体流动通道13脱离并且在z方向上以喷射的液滴30的形式飞行。同时，在液体流动通道13中，通过液体流动通道13的毛细力从喷射端口11的两侧供应通过喷射消耗的量的液体，由此在喷射端口11处再次形成弯液面。随后，如图8a所示，再次形成在y方向上流动的第一液体和第二液体的平行流。

如上所述，在本实施例中，如图8a至图8e所示的喷射操作在第一液体和第二液体作为平行流流动的状态下发生。为了再次参考图2进一步详细描述，cpu500通过使用液体循环单元504使第一液体和第二液体在液体喷射头1中循环，同时保持这些液体的流量恒定。随后，cpu500根据喷射数据将电压施加到布置在液体喷射头1中的相应的压力产生元件12，同时维持上述控制。在此，根据将要喷射的液体的量，第一液体的流量和第二液体的流量可以不总是恒定的。

在液体流动的状态下进行喷射操作的情况下，液体的流动可能不利地影响喷射性能。然而，在一般的喷墨打印头中，每个液滴的喷射速度为每秒几米到每秒十数米的量级，其远高于液体流动通道中每秒几毫米至每秒几米的量级的流速。因此，即使在第一液体和第二液体在每秒几毫米至每秒几米的范围内流动的状态下进行喷射操作，对喷射性能的不利影响的风险也很小。

该实施例示出了气泡16与压力室18中的大气连通的构造。然而，实施例不限于此构造。例如，气泡16可以与喷射端口11的外侧(大气侧)的大气连通。可替代地，可以允许气泡16在不与大气连通的状态下被消泡。

(喷射的液滴中含有的液体的比率)

图9a至图9g是用于比较在流动通道(压力室)高度h[μm]＝20μm的液体流动通道13(压力室)中水相厚度比hr逐步改变的情况下喷射的液滴的图。在图9a至图9f中，水相厚度比hr逐步增加0.10，而水相厚度比hr从图9f中的状态到图9g中的状态增加0.50。应当注意，图9a至图9g中的每个喷射的液滴都是基于通过在将第一液体的粘度设定为1cp、第二液体的粘度设定为8cp、并且液滴的喷射速度设定为11m/s时进行模拟而获得的结果而被示出的。

第一液体31的水相厚度h1随着水相厚度比hr(＝h1/(h1+h2))更接近0而更低，并且第一液体31的水相厚度h1随着水相厚度比hr更接近1而更高。因此，虽然主要包含在喷射的液滴30中的液体是位于喷射端口11附近的第二液体32，但是随着水相厚度比hr更接近1，喷射的液滴30中包含的第一液体31的比率增加。

在流动通道高度设定为h[μm]＝20μm的图9a至图9g的情况下，如果水相厚度比hr＝0.00、0.10或0.20则仅第二液体32包含在喷射的液滴30中，并且没有第一液体31包含在喷射的液滴30中。然而，在水相厚度比hr＝0.30或更高的情况下，除了第二液体32之外，第一液体31也包含在喷射的液滴30中。在水相厚度比hr＝1.00的情况下(即，在不存在第二液体的状态下)，仅第一液体31包含在喷射的液滴30中。如上所述，喷射的液滴30中包含的第一液体31与第二液体32之间的比率根据液体流动通道13(压力室)中的水相厚度比hr而变化。

另一方面，图10a至图10e是用于比较在流动通道高度h[μm]＝33μm的液体流动通道13(压力室)中水相厚度比hr逐步改变的情况下喷射的液滴30的图。在这种情况下，如果水相厚度比hr＝0.36或更低，则仅第二液体32包含在喷射的液滴30中。同时，在水相厚度比hr＝0.48或更高的情况下，除了第二液体32之外，第一液体31也包含在喷射的液滴30中。

同时，图11a至图11c是用于比较在流动通道(压力室)高度h[μm]＝10μm的液体流动通道13中水相厚度比hr逐步改变的情况下喷射的液滴30的图。在这种情况下，即使在水相厚度比hr＝0.10的情况下，第一液体31也包含在喷射的液滴30中。

图12是表示在喷射的液滴30中包含的第一液体31的比率r固定为0％、20％和40％的情况下流动通道(压力室)高度h与水相厚度比hr之间的关系的图。在任何比率r中，随着流动通道(压力室)高度h更大，可容许的水相厚度比hr变得更高。应当注意，所包含的第一液体31的比率r表示作为第一液体31在液体流动通道13中流动的液体包含在喷射的液滴中的比率。就这一点而言，即使第一液体和第二液体中的每一个包含相同的组分，例如水，第二液体中包含的水的部分也不包括在上述比率中。

在喷射的液滴30仅包含第二液体32同时不包含第一液体(r＝0％)的情况下，流动通道(压力室)高度h[μm]与水相厚度比hr之间的关系用图12中的实线表示。根据本公开的发明人进行的研究，水相厚度比hr可以通过以下(公式3)中所示的流动通道(压力室)高度h[μm]的线性函数来近似：

[数学式2]

hr＝-0.1390+0.0155h(公式3)。

此外，在允许喷射的液滴30包含20％的第一液体(r＝20％)的情况下，水相厚度比hr可以通过如下(公式4)所示的流动通道(压力室)高度h[μm]的线性函数来近似：

[数学式3]

hr＝+0.0982+0.0128h(公式4)。

此外，根据发明人的研究，在允许喷射的液滴30包含40％的第一液体(r＝40％)的情况下，水相厚度比hr可以通过如下(公式5)所示的流动通道(压力室)高度h[μm]的线性函数来近似：

[数学式4]

hr＝+0.3180+0.0087h(公式5)。

例如，为了使喷射的液滴30不包含第一液体，在流动通道(压力室)高度h[μm]等于20μm的情况下，需要将水相厚度比hr调节至0.20或更低。同时，在流动通道(压力室)高度h[μm]等于33μm的情况下，需要将水相厚度比hr调节至0.36或更低。此外，在流动通道(压力室)高度h[μm]等于10μm的情况下，需要将水相厚度比hr调节至接近零(0.00)。

然而，如果水相厚度比hr被设定得太低，则需要相对于第一液体的粘度和流量增加第二液体的粘度η2和流量q2。这种增加引起了与压力损失的增加相关联的不利影响的担忧。例如，再次参考图6a，为了实现水相厚度比hr＝0.20，在粘度比ηr等于10的情况下，流量比qr等于5。同时，如果水相厚度比被设定为hr＝0.10，则流量比qr等于15，以便在使用相同墨水的同时(即，在相同的粘度比ηr的情况下)获得不喷射第一液体的确定性。换句话说，为了将水相厚度比hr调节到0.10，需要将流量比qr增加到将水相厚度比hr调节到0.20的情况下的三倍高，并且这种增加可能引起压力损失增加和与之相关联的不利影响的担忧。

因此，在尽可能减少压力损失的同时仅喷射第二液体32的尝试中，优选地在满足上述条件的同时尽可能大地调节水相厚度比hr的值。再次参考图12进行详细描述，在流动通道(压力室)高度h[μm]＝20μm的情况下，优选地将水相厚度比hr的值调节成小于0.20并且尽可能接近0.20。同时，在流动通道(压力室)高度h[μm]＝33μm的情况下，优选地将水相厚度比hr的值调节成小于0.36并且尽可能接近0.36。

应当注意，上述(公式3)、(公式4)和(公式5)定义了适用于一般液体喷射头、即喷射液滴的喷射速度位于10m/s至18m/s的范围内的液体喷射头的数值。此外，这些数值是基于如下假设而做出的，压力产生元件和喷射端口位于彼此相对的位置处并且第一液体和第二液体在压力产生元件、第一液体、第二液体以及喷射端口按此顺序布置在压力室中的状态下流动。

如上所述，根据本实施例，通过将液体流动通道13和压力室18中的水相厚度比hr设定成预定值并且因此稳定界面的位置，能够稳定地进行以预定比率包含第一液体和第二液体的液滴的喷射操作。

顺便提及，为了在稳定状态下重复上述喷射操作，需要在实现目标水相厚度比hr的同时稳定界面的位置，而不管喷射操作的频率如何。

在此，将再次参考图4a至图5b描述用于实现上述状态的具体方法。例如，为了调节液体流动通道13和压力室18中的第一液体的流量q1，仅需要准备将第一流出端口25处的压力设定成低于第一流入端口20处的压力的第一压力差产生机制。以这种方式，能够产生从第一流入端口20被引导至第一流出端口25(在y方向上)的第一液体31的流动。同时，仅需要准备将第二流出端口26处的压力设定成低于第二流入端口21处的压力的第二压力差产生机制。以这种方式，能够产生从第二流入端口21被引导至第二流出端口26(在y方向上)的第二液体32的流动。

为了不在液体通道和压力室中引起任何反向流动，在保持如以下(公式6)定义的关系的同时控制第一压力差产生机制和第二压力差产生机制：

p2in≥p1in>p1out≥p2out(公式6)。

因此，能够在液体流动通道13和压力室18中形成以期望的水相厚度比hr在y方向上流动的第一液体和第二液体的平行流。

这里，p1in是第一流入端口20处的压力，p1out是第一流出端口25处的压力，p2in是第二流入端口21处的压力，并且p2out是第二流出端口26处的压力。如果能够通过如上所述地控制第一压力差产生机制和第二压力差产生机制在液体流动通道和压力室中维持预定的水相厚度比hr，则即使界面的位置随着喷射操作而受到干扰，也能够在短时间内恢复优选的平行流，并且立即开始下一次喷射操作。

(第一液体和第二液体的具体示例)

在上述实施例中，阐明了相应液体所需的功能，如用作发泡介质的第一液体用于引起膜状沸腾以及用作喷射介质的第二液体将从喷射端口被喷射到外部。根据所述实施例的构造，与现有技术相比，能够更多地增加第一液体和第二液体中包含的组分的自由度。现在，将基于具体示例详细描述本构造中的发泡介质(第一液体)和喷射介质(第二液体)。

在电热转换器产生热量并且快速增加所产生的气泡的大小的情况下，本实施例的发泡介质(第一液体)需要引起发泡介质中的膜状沸腾，或者换句话说，具有可有效地将热能转换成发泡能量的高临界压力。水特别适用于这种介质。尽管水具有18的小分子量，但水具有高沸点(100℃)以及高表面张力(在100℃下为58.85达因/cm)，并且因此具有约22mpa的高临界压力。换句话说，水在膜状沸腾时产生极高的发泡压力。通常，通过使水包含着色材料(例如染料或颜料)而制备的墨水适合用于被设计成通过使用膜状沸腾来喷射墨水的喷墨打印设备中。

然而，发泡介质不限于水。其他材料也可以用作发泡介质，只要这种材料具有2mpa或更高(或者优选地5mpa或更高)的临界压力即可。除水之外的发泡介质包括甲醇和乙醇。也能够使用水和任何这些醇的混合物作为发泡介质。此外，能够使用通过使水含有如上所述的着色材料(例如染料和颜料)以及其他添加剂而制备的材料。因此，通过压力产生元件的作用将压力施加到上述发泡介质(第一液体)，并且从而从喷射端口喷射喷射介质(第二液体)。

另一方面，与发泡介质不同，本实施例的喷射介质(第二液体)不需要满足引起膜状沸腾的物理特性。同时，焦化材料粘附到电热转换器(加热器)上会由于损坏加热器表面的平整度或降低其导热性而易于使发泡效率降低。然而，喷射介质不与加热器接触，并且因此其组分焦化的风险较低。关于本实施例的喷射介质，与用于常规热敏头的墨水相比，放松了引起膜状沸腾或避免焦化的物理特性的条件。因此，本实施例的喷射介质享有包含在其中的组分的更大的自由度的优势。因此，喷射介质可以更有效地包含在喷射后适用于各目的的组分。

例如，在本实施例中，能够主动地包含先前由于颜料易于在加热器上焦化而未使用的颜料作为喷射介质。同时，除了水性墨水之外的具有极低临界压力的液体也可以用作本实施例中的喷射介质。此外，还能够使用具有特殊功能的各种墨水作为喷射介质，这些墨水难以通过常规的热敏头来处理，例如可紫外线固化墨水、导电墨水、可电子束(eb)固化墨水、磁性墨水以及固体墨水。同时，本实施例的液体喷射头还可以通过使用例如血液、培养细胞等任何介质作为喷射介质而用于除图像形成之外的各种应用中。液体喷射头还适用于包括生物芯片制造、电子电路印刷等的其他应用。由于对第二液体没有限制，所以第二液体可以采用与作为第一液体的示例引用的那些液体相同的液体。例如，即使两种液体都是各自含有大量水的墨水，取决于例如使用模式的情况，仍然能够使用一种墨水作为第一液体并且使用另一种墨水作为第二液体。

具体地，使用水或类似于水的液体作为第一液体(发泡介质)以及粘度高于水的颜料墨水作为第二液体(喷射介质)并且仅喷射第二液体的模式是本实施例的有效用途之一。同样在这种情况下，如图6a所示，通过设定流量比qr＝q2/q1将水相厚度比hr抑制得尽可能低是有效的。

(需要两种液体的平行流的喷射介质)

在已确定将要喷射的液体的情况下，可以基于将要喷射的液体的临界压力来确定使两种液体以形成平行流的方式在液体流动通道(压力室)中流动的必要性。例如，可以将第二液体确定为将要喷射的液体，而可以仅在将要喷射的液体的临界压力不足的情况下准备用作第一液体的发泡材料。

图13a和图13b是表示在二甘醇(deg)与水混合的情况下，在膜状沸腾时的含水率与发泡压力之间的关系的图。图13a中的横轴表示水相对于液体的质量比(以质量百分比计)，并且图13b中的横轴表示水相对于液体的摩尔比。

从图13a和图13b中明显的是，随着含水率(含量百分比)更低，膜状沸腾时的发泡压力变得更低。换句话说，随着含水率变得更低，发泡压力降低得更多，并且因此喷射效率降低。然而，水的分子量(18)显著小于二甘醇的分子量(106)。因此，即使水的质量比为约40wt％，其摩尔比约为0.9，并且发泡压力比保持在0.9。另一方面，从图13a和图13b中明显的是，如果水的质量比下降至低于40wt％，则发泡压力比随摩尔浓度一起急剧下降。

因此，在水的质量比下降至低于40wt％的情况下，优选地分别制备第一液体作为发泡介质并且在液体流动通道(压力室)中形成这两种液体的平行流。如上所述，在已确定将要喷射的液体的情况下，可以基于将要喷射的液体的临界压力(或者基于膜状沸腾时的发泡压力)来确定在流动通道(压力室)中形成平行流的必要性。

(可紫外线固化墨水作为喷射介质的示例)

可以用作本实施例中的喷射介质的可紫外线固化墨水的优选组分构成将作为示例来描述。可紫外线固化墨水可以分为由聚合反应组分形成的无溶剂的100％固体型墨水、以及含有溶剂型水或溶剂作为稀释剂的墨水。近年来积极使用的可紫外线固化墨水是100％固体可紫外线固化墨水，其由非水性光聚合反应组分(单体或低聚物)形成且不含任何溶剂。这种可紫外线固化墨水含有单体作为主要组分，并且还含有少量其他添加剂，所述添加剂包括光聚合引发剂、着色材料、分散剂、表面活性剂等。一般而言，此墨水的组分包括80至90wt％的范围内的单体、5至10wt％范围内的光聚合引发剂、2至5wt％范围内的着色材料、以及用于余下比例的其他添加剂。如上所述，即使在常规热敏头难以处理的可紫外线固化墨水的情况下，也能够使用此墨水作为本实施例中的喷射介质，并且通过进行稳定的喷射操作来将墨水喷射出液体喷射头。与现有技术相比，这使得能够打印图像坚牢性以及耐磨性优异的图像。

(使用混合液体作为喷射的液滴的示例)

接下来，将描述第一液体31和第二液体32以预定比率混合的喷射的液滴30的情况。例如，在第一液体31和第二液体32是具有彼此不同颜色的墨水的情况下，只要两种液体的粘度和流量满足由(公式2)定义的关系，这些墨水就可以作为层流流动而不在液体流动通道13和压力室18中混合。换句话说，通过控制液体流动通道和压力室中的第一液体31与第二液体32之间的流量比qr，能够调节水相厚度比hr并且因此将喷射的液滴中的第一液体31与第二液体32之间的混合比率调节至所需比率。

例如，假设第一液体是透明墨水并且第二液体是青色墨水(或品红色墨水)，则能够通过控制流量比qr来喷射具有不同浓度的着色材料的浅青色墨水(或浅品红色墨水)。可替代地，假设第一液体是黄色墨水并且第二液体是品红色，则能够通过控制流量比qr逐步地喷射处于不同的各种颜色相水平的红色墨水。换句话说，如果能够喷射通过以期望的混合比混合第一液体和第二液体而制备的液滴，则通过适当地调节混合比，能够比现有技术更多地扩展在打印介质上表达的颜色再现的范围。

此外，本实施例的构造在使用期望两种类型的液体紧接在喷射之后混合在一起而不是在即将喷射之前进行混合的所述两种类型的液体的情况下也是有效的。例如，在图像打印中存在如下情况，其中期望在打印介质上沉积具有优异显色特性的高密度颜料墨水并且同时在打印介质上沉积图像坚牢性(例如耐磨性)优异的树脂em。然而，颜料墨水中含有的颜料组分和树脂em中含有的固体组分趋于在颗粒间距离较近处发生凝聚，因此导致分散性的劣化。就这一点而言，如果高密度em用作本实施例的第一液体，而高密度颜料墨水用作本实施例的第二液体，并且通过基于(公式2)控制这些液体的流速形成平行流，随后这两种液体在喷射后在打印介质上相互混合并聚集在一起。换句话说，能够在高分散性下维持期望的喷射状态，并且在沉积液滴之后获得具有高显色特性以及高坚牢性的图像。

应当注意，在如上所述旨在喷射之后进行混合的情况下，本实施例不管压力产生元件的模式如何都能发挥在压力室中产生两种液体的流动的效果。换句话说，本实施例在使用压电元件作为压力产生元件的构造的情况下也有效地起作用，在所述情况下例如临界压力的限制或焦化并非首先需要关注的问题。

如上所述，根据本实施例，通过在在保持预定的水相厚度比hr的同时使第一液体和第二液体在液体流动通道和压力室中稳定地流动的状态下驱动压力产生元件12，能够有利且稳定地进行喷射操作。

通过在使液体稳定地流动的状态下驱动压力产生元件12，能够在喷射液体时形成稳定的界面。如果液体在液体的喷射操作期间不流动，则界面易于因气泡的产生而受到干扰，并且在这种情况下打印质量也会受到影响。通过如本实施例所述地在允许液体流动的同时驱动压力产生元件12，能够抑制由于气泡的产生而引起的界面的湍流。由于形成稳定的界面，因此喷射的液体中包含的各种液体的含有率稳定，并且例如打印质量也得到改善。此外，由于在驱动压力产生元件12之前引起液体流动并且即使在喷射期间也使液体连续地流动，因此能够减少在喷射液体之后在液体流动通道(压力室)中再次形成弯液面的时间。同时，在驱动信号输入到压力产生元件12之前，通过使用装载在液体循环单元504中的泵等来产生液体的流动。因此，液体至少在即将喷射液体之前是流动的。

(流入端口与流动通道宽度之间的关系)

图14a是第一流入端口20区段的顶部平面图，图14b是沿图14a中的xivb-xivb线截取的剖视图，并且图14c是沿图14a中的xivc-xivc线截取的剖视图(压力室的放大图)。第一流入端口20在与压力室中的液体的流动方向以及液体从喷射端口喷射的方向正交的方向上(下文中也称为液体流动通道的宽度方向)的长度将被定义为l。同时，液体流动通道在第一流入端口20上方的长度(宽度)将被定义为w。在这种情况下，l>w在图14a和图14b中成立。因此，第一流入端口20在液体流动通道13的宽度方向上横跨整个区域延伸。本实施例的第一流入端口20在液体流动通道13的宽度方向(与流动方向(y方向)正交的方向)上线性延伸，并且第一流入端口20的长度l大于液体流动通道13的长度(宽度)w。同时，第一流入端口20的两个端部部分位于图14a中的液体流动通道13的上壁表面和下壁表面的外部。然而，第一流入端口20的两个端部部分可以分别位于与液体流动通道13的对应壁表面相同的位置处。在这种情况下，l＝w成立。可替代地，第一流入端口20的两个端部部分中的一个可以位于与液体流动通道13的对应壁表面相同的位置处，而另一个端部部分可以位于液体流动通道13的对应壁表面的外部。在这种情况下，l>w成立。在图14a的示例中，不仅第一流入端口20的宽度方向上的长度，而且在液体流动通道13的宽度方向上第二流入端口21、第一流出端口25和第二流出端口26的宽度方向上的长度也大于液体流动通道13的长度(宽度)w。应当注意，至少第一流入端口20的长度l需要等于或大于液体流动通道13的长度(宽度)w。换句话说，至少第一流入端口20必须满足l≥w。

第一液体31从上述流入端口20被供给到液体流动通道13的宽度方向上的整个区域中。因此，如图14c所示，形成在液体流动通道13的高度方向(从压力产生元件朝向喷射端口的方向)上堆叠的第一液体31和第二液体32的平行流。换句话说，第二液体32在第一液体31上方并沿着第一液体流动。在液体流动通道13的高度方向上良好地形成第一液体31与第二液体32之间的界面。在压力室内，第一液体31在压力产生元件12侧上的位置处流动，而第二液体32在喷射端口11侧上的位置处流动。因此，例如，能够使用易于引起发泡的水作为第一液体31，并且使用高粘度并且具有例如颜料的大量固体组分的颜料墨水作为第二液体32。换句话说，不管第二液体32是什么，都能够通过使第一液体31发泡来稳定地喷射第二液体32。例如，在第二液体32是墨水的情况下，能够打印高质量图像。

另一方面，图15a是比较示例的第一流入端口20区段的顶部平面图，图15b是沿图15a中的xvb-xvb线截取的剖视图，并且图15c是沿图15a中的xvc-xvc线截取的剖视图。在该比较示例中，第一流入端口20在与压力室中的液体的流动方向和从喷射端口喷射液体的方向正交的方向上的长度将被定义为l’。同时，液体流动通道在第一流入端口上方的长度(宽度)将被定义为w。在这种情况下，l’<w成立。因此，如图15c所示，第一液体31从第一流入端口20流入液体流动通道13的宽度方向上的中心处的受限区域中，并且第二液体32沿着液体流动通道13的右壁表面和左壁表面流动。换句话说，沿液体流动通道13的宽度方向形成第一液体31与第二液体32之间的界面。具体地，第一液体31和第二液体32不形成在液体流动通道13的高度方向上堆叠的平行流，而是第一液体在压力室中以分别位于压力产生元件12侧和喷射端口11侧上的方式流动。由于第一液体31位于图15c中的喷射端口11侧上，因此难以主要喷射第二液体32。

如上所述，第一液体31和第二液体32的接合部分的形状(第一流入端口20相对于第一流入端口20上方的流动通道的形状)对界面的形成具有较大的影响。在下文中，将进一步详细描述接合部分的形状对界面形成的影响。

图16a是在类似于图14b的横截面上的第一液体31的速度矢量v1的说明图。矢量v1具有如下分布，其中流入端口20的每个壁表面处的速度为零，而速度在流入端口20的中心部分处变得最大。具有上述速度分布的第一液体31流入液体流动通道13中，同时改变流动方向。因此，第一液体31在第一液体31流入液体流动通道13中的部分处的速度分布变得更均匀，因为图16a中表示液体流动通道13的每个壁表面的位置的点p处的速度与液体流动通道13的中心部分处的速度之间的差异更小。图16b是在从流入端口20流入液体流动通道13中的初始阶段处的第一液体31的速度分布u1、以及在液体流动通道13中流动的第二液体32的速度分布u2的说明图。如图14c所示，随着速度分布v1和速度分布u1更均匀，第二液体32不太可能进入第一液体31与液体流动通道13的壁表面之间，由此第二液体32更可能以第二液体32在液体流动通道13的高度方向上堆叠在第一液体31上的方式流动。然而，取决于第一液体和第二液体的物理特性和流速，即使l>w成立，随着速度分布v1和u1更不均匀，如图14c所示的界面的形成也变得更加困难。

因此，优选地将长度l设定为大于长度(宽度)w，以便将流入端口20的形状以及速度分布v1和u1设置得尽可能均匀。例如，关于流入端口20的形状，随着基于作为长边的长度l确定的纵横比更大，流入端口20中的速度分布v1变得更均匀，并且流出到液体流动通道13的速度分布u1同样也变得更均匀。

图16c和图16d是在长度l等于长度(宽度)w(l＝w)的情况下的说明图。在该示例中，流入端口20的在液体流动通道13的宽度方向上线性延伸的两个端部部分位于与液体流动通道13的对应壁表面相同的位置处。如图16d所示，在液体流动通道13的壁表面与流入端口20之间不存在未产生第一液体31的流动的部分。因此，第一液体31可以在横跨液体流动通道13的整个宽度的区域中流动，使得可以形成类似图14c中的界面的界面。然而，速度矢量u1的速度在每个壁表面处变为零。因此，如果第二液体32在壁表面侧上流动，则可以根据物理特性、流速等条件形成如图15c所示的界面。因此，如图14c所示，为了在液体流动通道13的高度方向上形成第一液体31和第二液体32的平行流，优选地满足l>w。

图17a是在类似于图15b的比较示例中的横截面上的第一液体31的速度矢量v’1的说明图。矢量v’1具有如下分布，其中流入端口20的每个壁表面处的速度为零，而速度在流入端口20的中心部分处变得最大。图17b是在从流入端口20流入液体流动通道13中的初始阶段处的第一液体31的速度分布u’1、以及在液体流动通道13中流动的第二液体32的速度分布u’2的说明图。由于在该比较示例中l’<w成立，因此在液体流动通道13的壁表面与流入端口20之间可以存在第一液体31的流动不太可能产生的部分(如图17b所示)，即使速度分布v’1几乎是均匀的。如图15c所示，第二液体32如图17b中的虚线中的箭头所示进入液体流动通道13的壁表面与流入端口20之间，并且因此在第一液体31与液体流动通道13的壁表面之间流动。

以上已经通过使用在l’<w成立的情况下第一液体31和第二液体32没有在高度方向上堆叠的示例描述了比较示例。然而，即使在l’<w成立的情况下，取决于第一液体和第二液体的流量和粘度，也可能存在第一液体和第二液体形成为在高度方向上堆叠的平行流的情况。尽管如此，如上所述，优选地满足l≥w，以便允许第一液体和第二液体在高度方向上堆叠的同时稳定地流动。

(流入端口的形状和流量)

接下来，将描述在本实施例中第一流入端口20的长度l(≥w)与第一液体31的流量q1和第二液体32的流量q2之间的关系。图18a是本实施例的第一流入端口20区段的顶部平面图，并且图18b是沿图18a中的xviiib-xviiib线截取的剖视图。

在第一液体31和第二液体32的粘度几乎相等并且其流量满足q1≥q2的情况下，足够量的第一液体从流入端口20流入液体流动通道中。在流入端口20的在y方向上的上游侧上的位置处，第一液体和第二液体结合在一起。因此，第一液体和第二液体之间的界面的形状很大程度上受到流入端口20的在y方向上的上游侧上的形状的影响。因此，如图18a所示，优选地至少将流入端口20的位于y方向上的最上游侧的侧部部分(第一侧部部分；点c1与点c1’之间的侧部部分)的长度设定成大于液体流动通道13的长度(宽度)w。如图18b所示，以这种方式，能够在第一液体和第二液体的接合部分处保持第二液体不进入第一液体与液体流动通道13的壁表面之间，并且从而在它们之间形成水平界面。

另一方面，如图18c所示，在第一液体31和第二液体32的粘度几乎相等并且其流量满足q1<q2的情况下，第一液体从流入端口20流入液体流动通道13中。在这种情况下，由于第二液体的流量q2较大，所以第二液体几乎完全挤压流入端口20上方的第一液体。换句话说，第一液体几乎处于从流入端口20的在y方向上的下游侧流入液体流动通道13中的状态，由此液体流动通道13中的第一液体和第二液体的接合部分位于流入端口20的在y方向上的下游侧上的位置处。因此，液体之间的界面的形状很大程度上受到流入端口20的在y方向上的下游侧上的形状的影响。因此，优选地至少将流入端口20的位于y方向上的最下游侧的侧部部分(第二侧部部分；点c2与点c2’之间的侧部部分)的长度设定成大于液体流动通道13的长度(宽度)w。如图18c所示，以这种方式，能够在第一液体和第二液体的接合部分处保持第二液体不进入第一液体与液体流动通道13的壁表面之间，并且从而在它们之间形成水平界面。例如，在主要通过使第一液体发泡来喷射第二液体的情况下，可以将这些液体的流量设定为满足q1<q2，使得第一液体的层厚度变得小于第二液体的层厚度。在这种情况下，优选地至少将流入端口20的位于y方向上的下游侧的第二侧部部分的长度设定成大于液体流动通道13的长度(宽度)w。

在图18a的示例中，位于y方向上的上游侧的第一侧部部分和下游侧的第二侧部部分的长度(两者的l)大于液体流动通道13的长度(宽度)w，并且第一侧部部分和第二侧部部分中的每个的两个侧部部分位于液体流动通道13的对应壁表面的外部。

(流入端口的修改示例)

第一流入端口20仅需要具有如上所述满足l≥w的部分，并且不总是必须在液体流动通道13的宽度方向上线性地延伸。同时，第一流入端口20并不总是必须在第一流入端口20的整个部分处满足l≥w。

图19a和图19b是第一流入端口20的各种修改示例的说明图。图19a中的流入端口20具有在y方向上向下游侧突出的平坦表面形状，而图19b中的流入端口20具有在y方向上向上游侧突出的平坦表面形状。图19c和图19d是其他修改示例的说明图，其中图19a和图19b中的流入端口20的平坦表面形状中的突出部分变为三角形形状。如前所述，在第一液体和第二液体的流量满足q1≥q2的情况下，其中流入端口20的位于y方向上的上游侧的第一侧部部分大于长度(宽度)w的图19a和图19c中的形状是优选的。另一方面，如前所述，在第一液体和第二液体的流量满足q1<q2的情况下，其中流入端口20的位于y方向上的下游侧的第二侧部部分大于长度(宽度)w的图19b和图19d中的形状是优选的。同时，流入端口20的在y方向上的上游侧的第一侧部部分和/或下游侧的第二侧部部分并不总是必须是直的。例如，如图19e所示，侧部部分可以形成曲线。

可替代地，如图20a所示，流入端口20可以形成为使得流入端口20的侧部部分延伸，以便相对于液体流动通道13的延伸方向(y方向)形成某一角度α(α≠90°)的形状。即使在侧部部分具有给定角度α的情况下，液体流动通道13也可以防止第二液体进入第一液体与液体流动通道的壁表面之间，并且可以在第一液体和第二液体之间形成水平界面，因为液体流动通道13的在宽度方向上的长度l等于或大于液体流动通道13的长度(宽度)w。然而，应当注意，如上所述，在流量满足q1<q2并且第一液体主要从流入端口20的在y方向上的下游侧流入液体流动通道13中的情况下，第二液体可能进入第一液体与液体流动通道13的壁表面之间。图20b是沿图20a中的xxb-xxb线截取的剖视图，示出了发生上述现象的情况。如图20b所示，第二液体倾向于进入流入端口20的在y方向上的上游侧，并且图20b中的液体流动通道13的右侧和左侧中的至少一个端部侧可能由第二种液体占据。同时，伴随着第一液体的流速分布，界面可能无法形成水平形状，而是形成对应于流速分布的这种形状。然而，即使界面具有这种形状，由于第一液体主要位于压力产生元件12侧上并且第二液体位于喷射端口11侧上，因此仍然能够主要从喷射端口11喷射第二液体。

(第二实施例)

本实施例也使用图1至图3中所示的液体喷射头1和液体喷射设备。

图21a至图21c是示出本实施例的液体流动通道13的构造的图。本实施例的液体流动通道13与第一实施例中描述的液体流动通道13不同。在本实施例中，除了第一液体31和第二液体32之外，允许第三液体33在液体流动通道13中流动。通过允许第三液体33在压力室中流动，能够使用具有高临界压力的发泡介质作为第一液体，同时使用任何不同颜色的墨水、高密度树脂em等作为第二液体和第三液体。

在本实施例的液体流动通道13中，除了在如图21b和图21c所示的上述第一实施例中第一液体31和第二液体32在层流状态下的平行流之外，第三液体33在层流状态下也可以形成平行流。在对应于液体流动通道13的内表面(底部部分)的硅基板15的上表面中，在y方向上按如下顺序形成第二流入端口21、第三流入端口22、第一流入端口20、第一流出端口25、第三流出端口27以及第二流出端口26。包括喷射端口11和压力产生元件12的压力室18在液体流动通道13中基本上位于第一流入端口20与第一流出端口25之间的中心处。

正如上述实施例，第一液体31和第二液体32从第一流入端口20和第二流入端口21流入液体流动通道13中，随后在y方向上流过压力室18，并且随后流出第一流出端口25和第二流出端口26。第三液体33从第三流入端口22流入液体流动通道13中，随后在液体流动通道13中在箭头c的方向上流动通过压力室18，并且随后流出第三流出端口27。因此，在液体流动通道13中，第一液体31、第二液体32和第三液体33在第一流入端口20与第一流出端口25之间在y方向上一起流动。在这种情况下，第一液体31与压力室18的压力产生元件12所位于的内表面(硅基板15的上表面15a)接触。同时，第二液体32在喷射端口11处形成弯液面，并且第三液体33在第一液体31与第二液体32之间流动。

在本实施例中，如同上述第一实施例，第一流入端口20在液体流动通道13的宽度方向上的长度被设定为等于或大于液体流动通道13的宽度，并且第二流入端口21在液体流动通道13的宽度方向上的长度也被设定为等于或大于液体流动通道13的宽度。至少第一流入端口20和第二流入端口21中的每一个的长度l需要等于或大于长度(宽度)w(l≥w)。以这种方式，通过与第一流入端口20同样地形成第二流入端口21，第二液体32流入液体流动通道13的宽度方向上的整个区域中，使得因此可以水平地形成第一液体31、第二液体32和第三液体33之间的相应界面。

在本实施例中，如图21c所示，cpu500通过使用液体循环单元504控制第一液体31的流量q1、第二液体32的流量q2以及第三液体33的流量q3，并且使三种液体稳定地形成三层平行流。随后，在如上所述形成三层平行流的状态下，cpu500驱动液体喷射头1的压力产生元件12并且从喷射端口11喷射液滴。即使每个界面的位置伴随着上述喷射操作而受到干扰，三种液体的三层平行流也能在短时间内恢复，使得可以立即开始下一次喷射操作。因此，能够执行以预定比率包含第一液体、第二液体和第三液体的液滴的良好喷射操作，并且获得具有液滴沉积于其上的精细输出产品。

(其他实施例)

在压力室中流动的第一液体和第二液体可以在压力室与外部单元之间循环。如果不进行循环，则在液体流动通道和压力室中已形成平行流但未喷射的大量任何第一液体和第二液体将保留在内部。因此，第一液体和第二液体与外部单元的循环使得能够使用还未喷射的液体以便再次形成平行流。

本实施例中的液体喷射头和液体喷射设备不仅限于构造成喷射墨水的喷墨打印头和喷墨打印设备。本实施例中的液体喷射头和液体喷射设备可应用于各种设备，包括打印机、复印机、配备有通讯系统的传真机、以及包括打印机单元的文字处理器、以及与各种处理设备一体地结合的其他工业打印设备。具体地，由于各种液体可用作第二液体，所以液体喷射头和液体喷射设备也适用于其他应用，包括生物芯片制造、电子电路打印等等。

虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围应被赋予最广泛的解释，以便涵盖所有此类修改以及等同的结构和功能。