液体喷射头和液体喷射设备的制作方法

专利名称：液体喷射头和液体喷射设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用新喷射原理来喷射指定液体的液体喷射头，尤其涉及具有用产生气泡来使可移动元件位移之结构的液体喷射头和液体喷射设备。
本发明的液体喷射头能运用于各种设备中，例如打印机、复印机、具有通讯系统的传真机、具有打印机或类似部件的文字处理器、以及与一台或多台各种处理设备相连的工业记录设备，用它可在记录载体上进行记录，例如在以下的记录载体上纸、丝、纤维、纺织品、皮、金属、塑料材料、玻璃、木材、陶瓷材料等等。
这里应注意，本发明中“记录”不仅指提供一个具有意义的图像。例如在记录载体上的提供字符或图案，而且也指提供没有具体意义的图像，例如在记录载体上的提供花纹。
传统的已知的记录方法之一是喷墨法，在这种方法中，热能被传递给墨水，从而使状态发生改变，伴随着这种状态的改变，墨水的体积迅速变化(起泡)，根据这种状态改变产生一个作用力，通过这个作用力把墨水从一个喷口喷射出去，并把这些墨水沉积在记录载体上，从而形成一个图像，这就是所谓的气泡喷射记录法。正如在美国专利No.4723129的说明书中所公开的那样，利用这种气泡喷射记录法的记录设备通常具有用于喷墨的喷口、与各个喷口相连的墨水流通道、以及用于能量产生装置的电热转换器，从而能把墨水流通道内的墨水喷射出去。
上述记录方法能在高速度和低噪音下获得高质量的图像，此外，由于执行这种记录方法的喷头能高密度地设置许多用于喷墨的喷口，因此它具有许多优点例如，利用结构紧凑的设备就能容易地获得高清晰度的记录图像。因此，这种气泡喷射记录方法近年来被用于许多办公设备中，包括打印机、复印机、传真机等，而且也被用于工业系统，例如纺织品印花设备。
随着气泡喷射技术在各领域产品中的应用不断扩大，近年来，对下述的各种要求日益迫切。
例如，为了满足对提高能量利用效率的要求，就得对生热元件进行优化，如对保护膜的厚度作些调整。这种技术对提高把产生的热能传递给液体的传递效率很有效。
为了提供高质量的图像，提出了传动条件的要求，以便实现能良好喷墨的液体喷射方法，或基于高速喷射，稳定起泡，实现良好的喷墨能力。从高速记录这个立场出发，提出了对流通道结构进行改进的要求，以便能使液体喷射头具有很高的向液体流通道补充(再补充)被喷射的液体的补充速度。
在这种液体流通道的结构中，如日本专利申请拟定公开No.63-199972中，描述了这种流通道的结构，如图22A和22B所示。在这篇出版物中，发明这种流通道结构和喷头制造方法注意到了起泡时的所产生的回波(即与朝喷口方向相反的方向传播的压力，它是被导向液体腔12的压力)。由于这种回波不是朝喷射方向，因此都认为它是一种能量损失。
图22A和22B所示的发明中，公开了一种阀10，它设置在与起泡区分开的地方，并位于喷口11的相反侧，所说的相反侧是相对于生热元件2而言的。起泡区是由生热元件2而形成的。
在图22B中，对阀10作出了说明，这个阀10是用板材或类似材料制造的，它有一个初始位置，在这个初始位置，阀10紧贴流通道3的顶部，随着气泡的产生，阀10坠入流通道3。这个公开的发明是通过阀10来控制一部分前述的回波，从而抑制能量损失。
然而，在这种结构中通过对容纳喷射液体的这种流通道3内产生气泡的情况进行研究，很明显地注意到利用阀10控制部分回波，对于液体喷射是不实用的。
如前面所论述，回波本身最初与喷射没有直接关系。当在流通道3内出现回波时，如图22B所示，气泡外的与喷射直接相关的压力已经很容易从流通道3喷射液体。于是很显然控制回波，更确切地说，控制部分回波不能对喷射产生很大的作用。
另一方面，在这种气泡喷射记录方法中，不断地加热，而生热元件总是与墨水相接触，这样就会由于生热元件表面上的墨水被烧焦，从而形成沉积物。根据墨水种类的不同，有可能形成大量的沉积物，这能导致起泡不稳定，并使得很难进行有序地喷墨。因此，人们一直希望取得一种方法，不改变被喷射液体的性能就能进行良好地喷射液，即使这种液体易被热能破坏其性能或这种液体不易获得充分起泡。
从这个观点出发，提出了利用不同种液体的方法，一种通过热能而产生气泡的液体(起泡液)，另一种被喷射的液体(喷射液)，当产生气泡时，这种方法能把压力传递给喷射液，从而喷射这种喷射液，例如，在日本专利申请拟定公开NO.61-69467和NO.55-81172、美国专利NO.4480259等所公开的情况。在这些公开物中，用作喷射液的墨水通过硅橡胶或类似材料的柔性薄膜与起泡液很好地分隔开，使得喷射液与生热元件不直接接触，起泡液中起泡时所产生的压力(以下称起泡压力)通过柔性薄膜被传送到喷射液。采用这种结构，这种方法能防止在生热元件的表面上产生沉积物，而且提高了喷射液选择的自由度等等。
然而，在这种结构的喷射头中，如上所述，喷射液和起泡液完全被分隔开，由于起泡压力是通过柔性薄膜的膨胀/收缩变形被传送给喷射液的，因此起泡压力很大程度上被柔性薄膜所吸收。此外，柔性薄膜的形变也不是很大，因此，降低了能量的使用效率和喷射力，尽管通过把喷射液和起泡液分隔开也能达到这种效果。
本发明的主题是从以前从未考虑过的观点出发，把液体喷射方法的基本喷射特性提高到一个以前不可预料的水平。所说的液体喷射方法是通过在液体流通道内形成基本上传统的气泡(尤其是，气泡是伴随着薄膜沸腾而形成的)来实现喷射液体的。
现在回到液滴喷射原理上来，为了提供一种利用气泡的、以前从未有过的全新的液体喷射方法，一些发明人已经进行了广泛而深入的研究，在这方法中，使用了喷头等。在当时，他们进行的第一个技术研究中，把出发点放在液体流通道中可移动元件的操作上，从而分析液体流通道内可移动元件机构的原理，在第二个技术研究中，他们把出发点放在通过气泡喷液时的液滴喷射原理上，在第三个技术研究中，他们把出发点放在用于形成气泡的生热元件的起泡区上。
基于这些分析研究，他们建立了完全控制气泡的全新技术，对气泡的控制是按以下结构来实现的，可移动元件的自由端和支撑端的位置关系是这样设置的，自由端位于喷口侧，也就是下游侧，并且把可移动元件设置成面对生热元件或起泡区。
此外，通过考虑由气泡本身传递给喷射液体的能量，发现能大量改进喷射性能的最大因素是气泡下游增大部分。也就是说，很明显，通过把气泡下游增大部分导向喷射方向，就能提高喷射效率和喷射速度。这就把本发明人引向一个与传统技术水准相比而显得特别高的水平，从而把气泡的下游增大部分被完全移向可移动元件的自由端一侧。
此外，还发现最好还得考虑各个结构元件，如可移动元件、液体流通道等，它们与用于生成气泡的起泡区内的下游侧气泡的增大有关，例如，与经过电热转换器区域中心的沿液体流动方向的中心线的下游侧或与用于起泡的表面区域中心的下游侧的气泡增大有关。
此外，还发现通过可移动元件位置的设定和液体供给通道的结构设置，可以大大提高液体的再补充速度。
通过这些研究和从这些全面的观点出发，得出了一些技术知识，从中得出了优良的液体喷射原理，一些发明人和申请人已提出了许多关于这些原理的申请，基于这些发明，本发明人有了更好的见解。
本发明人认识到的一点是，提供一种高密度液体喷射头，它具有更稳定的喷射力，尤其是本发明人在本发明中考虑到了生热元件和第二液体通道之间的位置关系。
本发明的主要发明目的如下。
本发明的第一个目的是提供一种液体喷射头和一种液体喷射设备，它们能通过起泡区和生热元件之间的位置关系，把气泡的增大更集中更有效地传递到上侧或喷口侧。
本发明的第二个目的是提供一种液体喷射头和一种液体喷射设备，它们能减少生热元件上面液体中热能的积聚，从而提高喷射效率和喷射压力，并且它们能够减少生热元件上的残余气泡，从而能进行良好的液体喷射。
本发明的第三个目的是提供这样的液体喷射头和液体喷射设备，它们通过抑制因回波而形成的与供液方向相反惯性力的作用，从而提高液体再补充频率、提高打印速度等，并且通过可移动元件的阀功能来减小弯曲面的回缩量。
本发明的第四个目的是提供这样的液体喷射头和液体喷射设备，它们能减少生热元件上的沉积物，能拓宽喷射液体的应用范围，能具有相当高的喷射效率和喷射力。
本发明的第五个目的是提供这样的液体喷射头和液体喷射设备，它们能增大被喷射液体的选择自由度。
本发明的第六个目的是提供这样的液体喷射头和液体喷射设备，它们使得上述的液体喷射头很容易制造。
为了实现上述目的，本发明提供了一种液体喷射头，它包括一个喷口，用于喷射液体，一个起泡区，通过生热元件把热量施加到液体上，从而产生气泡，一个可移动元件，面对起泡区设置，并且能在第一位置和第二位置之间移动，第二位置比第一位置距离起泡区要远，在起泡区内产生气泡，从而形成压力，在这个起泡压力作用下，这个可移动元件从第一位置移到第二位置，而且通过可移动元件的这种位移，气泡朝下游的膨胀要比朝上游的大，所说的上游、下游是相对朝喷口的方向而言的，于是就把液体喷射出去，其中，在生热元件中，有一个用于产生气泡的起泡区，相对于液体的流动方向而言，生热元件宽度的中央与有效起泡区是相同的，起泡区的限制条件如下有效起泡区的宽度≤起泡区的宽度≤生热元件的宽度。
此外，本发明的特征还在于在上述的喷射头中，(生热元件的宽度)-8μm≤(起泡区的宽度)。
此外，本发明的特征还在于在上述喷射头中，当液体的流动方向是沿着生热元件和有效起泡区的长度方向时，起泡区的限制条件如下有效起泡区的长度≤起泡区的长度≤生热元件的长度。
此外，本发明的特征还在于在上述的液体喷射头中，有效起泡区的面积≤可移动元件的面积，并且在静止状态时，可移动元件密封地关闭有效起泡区。
在本发明中，通过这样一个特性有效起泡区的宽度≤起泡区的宽度≤生热元件的宽度，使气泡朝上方或朝喷口侧增大。这就能使喷射力更稳定。而且，能获得更高密度的布置，从而能提高图像的质量。
此外，本发明是基于上述全新的喷射原理而实现的，从而根据本发明的液体喷射方法、喷射头等能获得气泡与由气泡而可发生位移的可移动元件之间的协同效果，因此，喷口附近的液体能有效地被喷射，从而与传统的气泡喷射式的喷射方法、喷射头相比，提高了喷射效率。例如，本发明的最佳实施例中，取得了突破性的喷射效率，它提高两倍以上。
采用本发明的进一步的特征结构，即使在长期储藏于低温或低湿度下，也能防止喷射失败，或者，即使发生了喷射失败，喷射头也能很好地立即回到正常的状况，只是需要一些恢复操作即可，例如进行预先喷射或吸收恢复。
特别地，长期储藏，对于传统的气泡喷射式的具有64个喷口的喷射头，几乎所有的喷口都造成喷射失败，而对于本发明的喷射头，大约只有一半或更少的喷口会造成喷射失败。对于为了恢复这些喷射头而需进行预先喷射，在传统的喷射头中，每个喷口需要几千次预先喷射，而恢复本发明的喷射头，预先喷射一百次左右就足够了。这意味着本发明能缩短恢复时期，能减少因进行恢复而损失的液体，并且能大大减少运行成本。
特别地，根据本发明，通过用于改进液体再补充特性的结构，取得了连续喷射时的很高的响应率、气泡的稳定增大、液滴的稳定性，并能高速记录或基于高速液体喷射的高质量记录。
从一些实施例中将会了解到本发明的其它效果。
本发明在描述中所用的术语“上游”和“下游”是相对于总体液体从液体供应源经过起泡区(或可移动元件)到喷射口的流动方向而定义的，或者是关于这种结构方向来描述的。
此外，气泡本身的“下游侧”表示气泡的喷口侧部分，这部分主要直接用来喷射液滴。更特别地是，它是指在上述流动方向或上述结构方向上的气泡的下游部分，这是相对于气泡中心而言的，或者是指在生热元件区域中心的下游内出现的气泡。
在本发明的描述中，所用的“大体密封”状态是指具有这种程度的密封状态，当气泡增大时，可以在可移动元件发生位移之前，阻止气泡通过可移动元件周围的狭缝(裂缝)跑掉。
本发明中所述的“分隔壁”广义上可以是为了把这个与喷口直接液体连通的区域与起泡区分隔开而插入的壁(它可以包括可移动元件)，更特别地，它可以是用于把起泡区的液体流通道与直接与喷口液体连通的液体流通道分隔开的一个壁，从而从狭义上来说，可以防止各个液体流通道内液体的混合。
此外，本发明中所述的可移动元件的“自由端部分”是指包括自由端的部分和它的邻近区域，自由端是可移动元件的下游侧端，另外也包括可移动元件的下游角落附近的一些区域。
此外，本发明中所述的可移动元件的“自由端区域”是指作为可移动元件下游侧端的自由端本身、自由端附近的区域或包括自由端和侧边的区域。
此外，本发明中所述的“液体流通道对可移动元件的阻力”是指随着气泡的产生，可移动元件从起泡区移开时，液体流通道内的液体施加给可移动元件的阻力。因此，本发明包括所有通过改变阻力来控制可移动元件的动作的技术内容，也就是，通过形成一个阻力坡，通过一个物理阻挡器来作为阻力的应用，通过大体上是阻挡器的用于干扰液体，从而获得阻力，等等。在下文中，这个阻力将简单地称作“阻力”或“流动阻力”。


图1A、1B、1C和1D是本发明所应用的液体喷射头的一个例子的剖面图；图2是本发明所应用的液体喷射头的部分剖开的透视图；图3表示在传统喷射头中，压力从气泡向外传播的示意图；图4表示在本发明所应用的液体喷射头中，压力从气泡向外传播情况的示意图；图5是用于说明本发明所应用的液体喷射头中液体流动的示意图；图6是用于说明可移动元件和第一液体流通道结构的示意图；图7A、7B和7C是用于说明可移动元件和液体流通道的示意图；图8A和8B是表示生热元件和第二液体流通道之间概念、位置关系的示意图；图9A和9B是表示例1中生热元件和第二液体流通道之间位置关系的图；图10A和10B是表示例2中生热元件和第二液体流通道之间位置关系的图；图11A和11B是表示例3中生热元件和第二液体流通道之间位置关系的图；图12A、12B和12C是用于说明可移动元件其它形状的图；图13是表示生热元件的面积和喷墨量之间关系的曲线图；图14A和14B是表示生热元件和可移动元件之间位置关系的示意图；图15是表示从生热元件边缘到支撑端的距离和可移动元件位移量之间关系的曲线图；图16是用于说明生热元件和可移动元件之间位置关系的示意图；图17A和17B是本发明的液体喷射头的纵向剖面图；图18是用于说明本发明的液体喷射头的供给通道的剖面图；图19是本发明的喷射头的零件分解透视图；图20是本发明的液体喷射设备的结构示意图；图21是本发明的记录设备的方框图；图22A和22B是用于解释传统的液体喷射头的液体流通道结构的示意图；(喷射原理)采用本发明的液体喷射头是根据新的喷射原理实现的，下面将对液体喷射头描述。
首先描述的是一个例子，在这个例子中，在产生气泡时会形成一个压力，通过控制这个压力的传播方向和气泡的增大方向，从而提高喷射液体的喷射效率和喷射力。
图1A至1D是本发明所应用的液体喷射头的沿液体流通道方向的剖面图，图2是液体喷射头的部分剖开的透视图。
本发明液体喷射头包括元件基底1；生热元件2(在本实施例中是形状为40μm×105μm的热阻元件)，用于能量产生元件，向液体提供能量，从而喷射液体，它被安装在元件基底1上；与生热元件2相对应的位于元件基底上面的液体流通道10。液体流通道10与相应的喷口18液体连通，并且也和公共液体腔13液体连通，用于向众多的液体流通道10供给液体，从而使得每条液体流通道10都能接收来自公共液体腔13的液体，所接收的液体量等于已从喷口喷出的液体量。
在元件基底上面以及每条液体流通道10内，有一个片状的可移动元件，具有一平板部分，它呈悬臂形式，是用弹性材料做成的，如金属，这个可移动元件面对上述生热元件2设置。可移动元件的一端固定在一个底座(支撑件)34或其它物体上，这个底座是用光敏树脂制造在液体流通道10的通道壁上或元件基底上。这个结构支撑着可移动元件，并构成一个支撑端(支撑部分)33。
在喷射液体时，液体从公共液体腔13经过可移动元件31流向喷口18，可移动元件31的支撑端(支撑部分支撑端)33就位于这种液体流动的上游侧，可移动元件的自由端(自由部分)32位于这个支撑端33的下游侧。
可移动元件31正对生热元件2设置，可移动元件与生热元件之间有一条15μm的狭缝，从而可移动元件盖住了生热元件2。在生热元件和可移动元件之间是一个起泡区。生热元件或可移动元件的形式、结构并不局限于上述情况，而是可以任意确定的，只要它们的结构和位置适合控制下述的气泡增大以及压力的传播即可。在下文中，为了便于描述液体的流动，液体流通道10被可移动元件31分成两个区域，即第一液体流通道14和第二液体流通道16。第一液体流通道14直接与喷口18相连，第二液体流通道16有起泡区11和液体供给通道12。
通过对生热元件2进行加热，热能就作用给可移动元件31和生热元件2之间的起泡区11内的液体，从而通过薄膜沸腾现象在液体中产生气泡，这如美国专利4723129的说明书中所说。气泡和基于气泡产生的压力优先作用在可移动元件上，从而使可移动元件31围绕支撑端33在喷口侧张得很大，如图1B和1C或图2所示。可移动元件31的位移或它的移动后的状态就把气泡本身的增大和起泡时的压力传播导向喷口。
下面将对本发明所采用的基本喷射原理进行说明。本发明中最重要的原理之一是通过气泡的压力或气泡本身，使得正对气泡的可移动元件从静止状态时的第一位置移动到移动过后的第二位置，于是可移动元件31就把气泡本身或起泡时所产生的压力导向喷口所在处的下游侧。
图4表示本发明的情况，图3表示没有使用可移动元件的传统的液体流通道结构，下面将通过图4和图3的对比来说明这个原理。这里，VA表示压力朝喷口的传播方向，而VB则表示压力朝上游的传播方向。
图3所示的传统的喷射头没有用于调节产生气泡40所形成的压力的传播方向的结构。因此，气泡40的压力就在各个垂直于气泡表面的方向上传播，如V1-V8所示。在这些压力中，沿VA方向传播的压力分量最在利于液体喷射，它们是更接近喷口的压力，即V1到V4，它们是决定液体喷射效率、喷射力、喷射速度等的重要部分。此外，V1是很有效的作用力，因为它与喷射方向VA最接近，另一方面，V4包含了一个相对较小的沿VA方向的分量。
与此相比，图4所示的本发明的例子中，可移动元件31用于把气泡的压力传播方向V1至V4导向下游侧(喷口侧)，从而使它们变为沿VA方向传播，因此使气泡40的压力更有利于直接、有效的喷射。如果没有可移动元件，则V1至V4就会与图3所示情况一样朝各个方向传播。与引导V1-V4的传播方向的方式一样，气泡本身的增大方向也以这种方式被导向下游，因此气泡在下游侧比上游侧增大得更多。这样，通过利用可移动元件来控制气泡本身的增大方向，从而根本性地提高了喷射效率、喷射力以及喷射速度等等，并且也控制了气泡的压力传播方向。
现在回到图1A至1D，对本实施例的液体喷射头的喷射操作详细说明。
图1A表示的是在能量，例如电能施加于生热元件2之前的状态，因此，也就处于生热元件产生热能之前的状态。重要的一点是，可移动元件31相对于生热元件的热所产生的气泡设置，从而至少面对气泡下游侧部分。也就是，为了让气泡的下游部分作用于可移动元件，液体流通道的结构是这样来设置的，可移动元件31至少延伸至生热元件区域中心3的下游(或通过生热元件区域中心3并且垂直于流通道长度方向的直线的下游)。
图1B所表示的状态中，电能或类似能量已作用于生热元件2，从而对生热元件2进行加热，于是热能使起泡区11内的一部分液体得到加热，从而根据薄膜沸腾产生气泡。
此时，通过产生气泡40而形成的压力，使得可移动元件31从第一位置移动到第二位置，从而把气泡40的压力传播方向导向喷口。在这里，重要的一点是，如上所述，可移动元件31的自由端32位于下游侧(或喷口侧)，而支撑端33位于上游侧(或公共液腔侧)，因此可移动元件至少有一部分可以正对生热元件的下游部分，也就是正对气泡的下游部分。
图1C所表示的状态中，气泡40已进一步增大，根据产生气泡40所形成的压力，可移动元件31进一步位移。气泡在下游比在上游增大得更多，从而大大超过可移动元件的第一位置(点线位置)。于是可以知道，随着气泡40的增大，可移动元件31逐渐移动，这种移动允许气泡40的压力传播方向和体积容易改变的方向，即气泡朝自由端的增大方向都被一致地导向喷口，这同时也提高了喷射效率。当可移动元件把气泡和气泡产生的压力导向喷口时，可移动元件很少阻止这种压力传播，并且它还能根据传播压力的大小有效控制气泡的传播方向和气泡的增大方向。
图1D所表示状态中，在薄膜沸腾后，由于气泡内的压力减小，从而使气泡40收缩并消失。
由于可移动元件本身具有弹性，而且在气泡收缩时会产生一个负压，因而它们共同形成一个回复力，在这个回复力的作用下，已经被移到第二位置的可移动元件31又回到图1中的初始位置(第一位置)。一旦气泡收缩，液体就会流入起泡区11，以补充气泡的体积减少和补充被喷出的液体，如图中所示，VD1、VD2表示从上游侧(B)或公共液腔侧流来的液流，VC表示从喷口侧流来的液流。
前面说明了可移动元件随着气泡的产生而进行的操作以及液体的喷射操作，然后解释了本发明所应用的液体喷射头中液体的再补充情况。
下面将参照图1A至1D，对本发明中的液体供给机制进行更详细地描述。
在图1C后，气泡40经历最大体积状态，然后进入收缩过程。在气泡收缩过程中有足够量的液体从第一液体流通道14的喷口侧和第二液体流通道16的公共液腔13流入起泡区，以补充消失的气泡的体积。传统的液体流通道的结构中，没有可移动元件31，从喷口侧和公共液腔流入气泡消失位置的液体量，取决于比起泡区更接近喷口和更接近公共液腔部分的流动阻力。(起泡区是根据流通道阻力和液体的惯性来影响流动的)。
如果喷口侧附近的流动阻力较小，那么就有更多的液体从喷口侧流入气泡消失的位置，这样就增大了弯液面的回缩量。特别是，减小喷口侧附近的流动阻力，以提高喷射效率，但是此时会使得在气泡消失时，弯液面M的回缩量变得更大，液体的再补充时间就变得更长，于是这种减小喷口侧的流动阻力反而阻止了高速打印。
与此相比，由于本发明的结构中包括可移动元件31，因此，气泡消失时，可移动元件一回到初始位置，弯液面就停止回缩。气泡的体积W可分为W1和W2两部分，W1是指可移动元件31第一位置之上的部分气泡的体积，W2是指起泡区11侧的气泡下部的体积。当变液面停止回缩时，剩下的W2体积主要通过来自第二流通道16的液流VD2来供给。在传统结构中，弯液面回缩的体积大约等于气泡体积W的一半，而上述结构能把弯液面的回缩量降至更小，特别地，能降至大约W1的一半。
此外，利用气泡消失时所形成的压力，能迫使主要来自第二液体流通道上游侧VD2的液体沿靠生热元件侧的可移动元件表面向W2供给，从而实现更快地液体再补充。
这里有一如下特征点在传统喷射头中，如果利用气泡消失时所形成的压力来完成液体再补充，那么将会造成弯液面的强烈震动，从而导致破坏图像质量。而在本发明的结构中，由于可移动元件限制了喷口侧第一液体流通道区域的液体与起泡区11的喷口侧区内液体之间的连通，从而使液体的再补充能把弯液面的震动降到一个非常低的水平。
这样，本发明的结构能实现强制性的液体再补充，它是迫使液体通过第二液体供给通道12流入起泡区，并且抑制了上述的弯液面的回缩与震动，以便执行高速再补充，因此，在记录领域应用中采用本发明的结构时，能实现稳定喷射和各个喷口的高速喷射，而且也能提高图像质量以及实现高速打印。
本发明的结构还具有如下的有效功能。它能抑制起泡压力向上游侧传播(回波)。传统的情况中，气泡在生热元件2上产生，气泡内靠近公共液腔13(或上游侧)的气泡的大部分压力变为把液体推回上游侧(这就是回波)的作用力。这种回波使上游侧压力升高，由此而造成的回流量增大，并且由于液体的这种移动而造成惯性力，这减慢了向液体流通道的再补充，也阻碍了高速驱动。本发明利用可移动元件31来抑制这种朝上游侧的作用，因此改善了液体的再补充性能。
下面将说明本发明的进一步的特征结构以及这种结构所产生的效果。
本发明的第二液体流通道16在生热元件2的上游侧有一条具有内壁的液体供给通道12，这个内壁从生热元件2大致水平地延续着(其意味着生热元件的表面不是低很多)。在这种情况下，液体沿起泡区11附近的可移动元件31表面从生热元件2的表面流入起泡区11，如VD2所示。这就抑制了液体在生热元件2表面上停留，并且容易除去所谓的残余气泡，这些残余气泡是从溶解在液体中的气体内分离出来的或是没有消失的气泡留下来的。此外，还阻止了液体中的热能积聚。因此，能更稳定地高速地重复起泡。尽管所说明的结构具有大致水平内壁的液体供给通道12，但是本发明并不局限于此，液体供给通道可以是具有与生热元件平滑连接的缓倾内壁的任何通道，只要这种通道的形状能使液体不在生热元件上停留或不在供液时产生紊流即可。
有一部分液体从VD1经过移动元件侧(通过缝35)流入起泡区。为了更有效地把起泡压力导向喷口，可以用这个可移动元件覆盖整个起泡区(覆盖生热元件表面)，如图1A至1D所示。如果在那个例子中的结构这样布置，当可移动元件31回到第一位置时，起泡区11和第一液体流通道14的喷口附近区域之间的液体流动阻力会更大，因此将限制液体如上所述那样从VD1流入起泡区11，由于本发明中所用的喷射头结构能保证液流VD2向起泡区供给液体，因此具有很高的液体排放性能。于是，即使在这种结构中，可移动元件31盖住起泡区11，也能保持液体的供给性能。
顺便说一下，可移动元件31的自由端32和支撑端33之间的位置关系中，自由端位于支撑端的下游，例如图5所示。这种结构能达到把起泡时的压力传播方向和气泡的增大方向导向喷口的功效，这正如前面所讨论的一样。此外，这种位置关系不仅能达到喷射的功效，而且在供给液体时，当减小对液体流通道10内的液体的流动阻力时，能达到液体的高速再补充。这是因为，如图5所示，当喷射后处于回缩位置的弯液面在表面张力作用下又回到喷口18时或当液体提供来补充气泡消失时，这样设置的自由端和支撑端3不会阻挡液体流通道10(包括第一液体流通道14和第二液体流通道16)内的液体流动S1、S2、S3。
下面进行更详细的说明，在图1A至1D所示的例子中，可移动元件31相对于生热元件2伸出，使得它的自由端32与生热元件2在下游位置相对，所说的下游位置是相对于区域中心3(通过生热元件区域中心(通过中心部分)并垂直于液体流通道长度方向的直线)而言的。区域中心3把生热元件2分成上游区域和下游区域，如前所述。这种结构使得可移动元件31接收压力或在生热元件区域中心位置3下游形成的气泡，并且有助于液体的喷射，并把压力和气泡导向喷口，从而根本性地提高了喷射效率和喷射力。
此外，通过利用上述气泡的上游部分也能取得许多效果。
假设在本实施例中，有助于液体喷射的效果也是由于可移动元件31的自由端的顺时机械移动产生的。
在前面，已经对本发明中根据新喷射原理的液体喷射头进行了描述。下面将参照附图，对优先应用于液体喷射头的特定例子进行说明。尽管下面每个例子都用单流通道型的一个实施例或用双流通道型的一个实施例来说明，但是应该注意到它们可以运用于这两种类；除非另有说明。<液体流通道的顶部结构>
图6是根据本发明的液体喷射头的沿液体流通道方向的剖面图，其中带有沟槽的沟槽元件50设置在分隔壁30上，这些沟槽用于形成第一液体流通道14(或图1A至1D中的液体流通道10)。在本实施例中，可移动元件31的自由端32附近的流通道高度增大，从而能确保可移动元件有一个更大的操作角。可移动元件的移动范围可以根据液体流通道的结构、可移动元件的耐久性、以及气泡产生的压力等等来确定，可移动元件应移动到一个包括喷口轴向角的角度。
如这个图所示，使得可移动元件的自由端的移动高度高于喷口的直径，这样就能获得更充分的喷射力传递。在这个图中，由于在可移动元件的支撑端33处的液体流通道顶部高度小于可移动元件的自由端32处的液体流通道顶部高度，因此能够更有效地阻止压力被随着可移动元件的位移而跑向上游侧。<第二液体流通道与可移动元件之间的位置关系>
图7A至7C是用于说明可移动元件31与第二液体流通道16之间位置关系的示意图，其中图7A是分隔壁30、可移动元件31和它们附近的俯视图，图7B是移去分隔壁后30的第二液体流通道16的俯视图，图7D是表示重叠起来的可移动元件31和第二液体流通道16之间位置关系的示意图。在每幅图中，下边是喷口所在处的前侧。
本实施例的第二液体流通道16在生热元件2的上游侧有一个喉部19(在这里的上游侧是指从第二公共液腔经过生热元件、可移动元件以及第一流通道的位置流向喷口的液流的上游侧)，从而形成这样一个腔(起泡腔)结构，它能阻止起泡压力跑向第二液体流通道16的上游侧)。
在传统的喷射头中，用于起泡的流通道和用于液体喷射的流通道是共同的，当设置一个喉部，以阻止生热元件的液腔侧的压力跑入公共液腔时，就需要考虑足够的液体再补充，因而需要液体流通道在喉部分的断面积不能太小。
然而，在本实施例中，被喷射的液体中大部分是那些位于第一液体流通道内的喷射液体，而位于具有生热元件的第二液体流通道内的起泡液体则被消耗不多，因此，向第二液体流通道16的起泡区11所补充的起泡液体的量可以很小。于是，上述喉部19的间隙就能做得非常小，例如，小到几个微米到10个微米和几个微米，从而就能进一步抑制第二液体流通道内起泡压力的释放，使压力更集中在可移动元件上。于是这种压力就能通过可移动元件31作为喷射力使用，从而能获得更高的喷射效率和喷射力。这个第二液体流通道16的结构并不局限于上述情况，它可以是任何结构，只要能有效地把起泡所形成的压力传递到可移动元件侧即可。
如图7C所示，可移动元件31的周边盖住构成第二液体流通道的壁的各部分，这就能防止可移动元件31掉入第二液体流通道内。这能提高上述喷射液体与起泡液体之间的分隔性能。而且，这种结构能抑制气泡从狭缝中跑掉，从而进一步增大了喷射压力和喷射效率。此外，它能提高通过气泡消失时的压力而从上游侧补充液体的补充效果。
在图1C和图6中，在第二液体流通道16的起泡区内产生的气泡的一部分，随着可移动元件31向第一液体流通道16内移动而在第一液体流通道14内膨胀，通过确定第二液体流通道的高度，从而允许气泡以这种方式膨胀，与气泡不以这种方式膨胀相比，喷射力能提高更多。为了允许气泡在第一液体流通道14内象所述的那样膨胀，第二液体流通道16的高度最好低于气泡的最大高度，尤其是，把第二液体流通道16的高度最好定在几个微米至30微米之间。在本实施例中，这个高度为15μm。<起泡区和生热元件之间的位置关系>[例1]图8A和8B表示生热元件和起泡区之间的概念、位置关系。图9A和9B表示本例子中生热元件和起泡区之间的位置关系。
在图8A和8B中，生热元件2的大小为58×150μm，可移动元件31的大小为53×220μm，第二液体流通道16的高度为15μm，第二液体流通道16的宽度为62μm。
在图9A和9B中，生热元件2的大小为58×150μm，可移动元件31的大小为53×220μm，第二液体流通道16的高度为15μm，第二液体流通道16的宽度为58μm。
图9A和9B用于说明本例，其中第二液体流通道的宽度不同于图8A和8B，而第二液体流通道的宽度等于本例中生热元件的宽度。
在图8A和8B中，起泡区中产生的气泡40的压力传播方向用V1至V4表示。压力在各个方向上传播，从而到达可移动元件31。
在图9A和9B所示的本例子中，起泡区的宽度中心与生热元件2的宽度中心是相同的(在后面的例子中也是如此)，而且有一个这样的位置关系(起泡区的宽度)＝(生热元件的宽度)。在图8A和8B中，朝边缘传播的压力分量V3、V4，在图9A和9B中，会由于第二液体流通道的通道壁而更直地向上传播。因此，起泡压力没有损失地被传递给可移动元件，并转化为喷射力，于是便提高了喷射效率。
象本例子的结构允许喷口密度高，从而能显著提高图像的质量。[例2]图10A和10B表示例2中生热元件和起泡区的位置关系。
在图10A和10B中，生热元件2的大小为58×150μm，可移动元件31的大小为53×220μm，第二液体流通道16的高度为15μm，第二液体流通道16的宽度为50μm。
例2是这样设置的，第二液体流通道的宽度为50μm，比例1中的窄，并且生热元件2和起泡区之间的位置关系被限定为(起泡区的宽度)＝(生热元件的宽度)-8μm。
在传统的喷墨记录法技术中，所谓的气泡喷射记录方法是把热能或类似能量作用于墨水，从而造成在墨水中伴随着体积的迅速变化(起泡)的状态改变，根据这种状态变化的作用力，通过喷口喷射墨水，使墨水沉淀在记录载体上，从而在记录载体上形成图像，生热元件的面积与喷墨量成正比关系，但存在一个无助于喷墨的无效起泡区S，如图13所示。从生热元件上的烧焦状态可以看出，这个无效起泡区S位于生热元件的周围。从这些结论我们认为，生热元件周围约4μm宽没有被包括在起泡中。
因此，如果生热元件宽为xμm，长为yμm，那么它具有下面的关系
(有效起泡面积)＝(x-8)(y-8)μm。
在本例子中，虽然有效起泡区限制在从生热元件周边多于4μm的内部，但是它并不局限于此，它取决于生热元件的类型和形成方法。
因此，本例子通过采用图10A和10B中的位置关系，把气泡的压力传播转变为喷射力，而且能量损失更少，从而进一步提高了喷射效率。
一般地，喷射效率的改变取决于生热元件的大小，生热元件的有效起泡面积是一定的，理想的情况是宽度xμm＝长度yμm。
由于那些情况，从而能获得比喷口间距更高的结构。对于增大密度，从由喷口间距确定的生热元件侧边的大小以及喷射所必需的生热元件的面积来说，喷口间距原来被认为是个极限密度。
利用例2中的喷射头，对其喷射效率曾作过测量，测量环境如下起泡液体40％的含水乙醇用于喷射的墨水染墨电压20.2V频率3KHz在上述测量环境下所进行的实验结果证实了由喷射量决定的功能和对于输入能量的喷射速度，与传统的没有可移动元件的喷头相比，显著提高了。[例3]图11A和11B表示例3中的生热元件与超泡区之间的位置关系。
在图11中，生热元件2的大小为58×150μm，可移动元件31的大小为53×150μm、第二液体流通道16的高度为15μm，第二液体流通道16的宽度为50μm。
生热元件宽度与起泡区宽度的关系与例2相同，但是，生热元件的长度与起泡区的长度之间的关系不同于例2，它被限制为(起泡区的长度)＝(生热元件的长度)-8μm。
当采用这种位置关系时，起泡区的起泡室只由能有效产生气泡的生热元件形成，因此，气泡压力在损失较小的状况下传递给可移动元件，并转化为喷射力，从而提高了喷射效率。
即使喷射液体抗热性弱并有可能在生热元件上产生沉淀物，即使喷射液体和起泡液体互不相同，如果采用上述结构，气泡也能随着可移动元件的移动充满起泡区，从而使喷射液体和起泡液体很难相互混合。如果生热元件的尺寸大于起泡区的尺寸，那么就可以提高气泡的厄米性(hermeticity)，这就防止了喷射液体与起泡液体的混合。<可移动元件和分隔壁>
图12A、12B和12C表示可移动元件31的其它结构，其中参考标号35表示分隔壁中的缝，并且这条缝形成可移动元件31。图12A说明一种矩形结构，图12B表示在支撑端一侧变窄的结构，这种变窄有助于可移动元件的操作，图12C所示的结构中，支撑端一侧被加宽，以提高可移动元件的耐久性。一种容易操作且具有很高耐久性的形状应是支撑端的宽度以弧形变窄的结构，如图7A所示，但是，可移动元件的结构可以是任何结构，只要能防止可移动元件进入第二液体流通道，并便于操作而且耐久性好即可。
在前面的实施例中，片状的可移动元件31和具有这种可移动元件的分隔壁30是用厚为5μm的镍制成的，但是，也并不局限于此，制作可移动元件和分隔壁的材料可以从那些具有抵抗起泡液和喷射液溶解的性能、有弹性以确保可移动元件良好操作、允许形成微小缝隙的材料中进行选择。
在可移动元件的材料优选例子中，这材料包括耐久性材料，例如金属，如银、镍、金、铁、钛、铝、铂、钽、不锈钢、磷青铜、以及它们的合金，树脂材料，例如带有硝基的物质，如丙烯腈、丁二烯或苯乙烯，具有酰胺基的物质，如聚酰胺，具有羧基的物质，如聚碳酸脂，具有醛基的如聚缩醛，具有砜基的如聚砜，液晶聚合物，以及它们的化学化合物；还包括在墨水中具有耐久性的材料，例如金属，如金、钨、钽、镍、不锈钢、钛、它们的合金、涂覆有这样一种金属的材料，具有酰胺基的树脂材料，如聚酰胺，具有醛基的树脂材料如聚缩醛，具有酮基的树脂材料如聚醚酮醚(polyetheretherketone)，具有亚胺基的树脂材料如聚酰亚胺，具有羟基的树脂材料如醛树脂，具有乙基的树脂材料如聚乙烯，具有烃基的树脂材料如聚丙烯，具有环氧基的树脂材料如环氧树脂，具有氨基的树脂材料如蜜胺树脂，具有羟甲基的树脂材料如二甲苯树脂、它们的化学化合物，陶瓷材料如二氧化硅以及它们的化合物。
分隔壁材料的优选例子中，材料包括具有很高的耐热性、很高的抗溶性以及良好模塑性的树脂材料，它们是现代工程塑料的典型，如聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙酯、蜜胺树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚丁二烯、聚亚胺酯、聚醚酮醚(polytheretherketone)、聚醚砜、聚烯(polyallylate)、聚酰亚胺、聚砜、液晶聚合物(LCPS)、它们的化合物、二氧化硅、氮化硅、金属如镍、金、或不锈钢、它们的化合物、它们的化学化合物、或涂覆有钛或金的材料。
分隔壁的厚度可以根据材料和结构来确定，这是从这样一个角度来考虑的，要使分隔壁具有一定的强度、以及可移动元件易于操作，其理想厚度在0.5μm和10μm之间。
用于形成可移动元件31的狭缝35的宽度在本实施例中被定为2μm。在这些情况下，即当起泡液体和喷射液体是互不相同的液体，并且要防止两种液体的混合时，狭缝的宽度可以确定成这样一个间隙，使得在两种液体之间形成一个湾液面，从而避免两种液体的连通。例如，如果起泡液体是一种粘度约为2厘泊(φ)的液体，喷射液体是一种粘度为100或100厘泊以上的液体那么大约5μm的狭缝就足以防止液体间的混合，但理想的狭缝是3μm或小于3μm。
在本发明中，可移动元件具有微米级厚度(tμm)，而不是具有厘米级厚度。对于微米级厚度的可移动元件，当把狭缝宽度制做成微米级(wμm)厚度时，应考虑制做过程中造成的一定程度的误差。
当正对自由端和/或可移动元件的侧边以形成狭缝的元件的厚度等于可移动元件的厚度时(见图12A至12C、图6等)，通过对制造误差进行考虑，确定狭缝宽度和下面范围的厚度之间的关系，就能平稳地抑制起泡液体和喷射液体间的混合。作为一个设计观点出发，如果采用高粘度墨水(5cp、10cp等)、而起泡液体的粘度不超过3cp，虽然这是一个极限状态，但是，当满足条件w/t≤1时，就能长期地抑制两种液体的混合。
这种几微米级的狭缝更确保本发明中的“大体密封状态”。
当起泡液体与喷射液体如上所述那样被功能性地分开时，可移动元件就是将它们分开的大致分隔元件。当可移动元件随着气泡的产生而移动时，会出现一小部分起泡液混入喷射液中。考虑到在喷墨记录中，用于形成图像的喷射液通常具有大约3％至5％的彩色材料浓度，因此，即使在喷射液的液滴中包含了20％或更少一些的起泡液体，也不会导致浓度的巨大变化。因此，本发明用于涉及起泡液体和喷射液体的混合使用，只要把在喷射液的滴滴中的起泡液浓度限制在20％以内就行。
在实施具有上述结构的例子中，混合是随粘度变化至多15％的起泡液体的混合，而且起泡液体的粘度为5厘泊或更小，混合比最多约10％，尽管它取决于驱动频率。
特别地，当喷射液体的粘度减小到20cp或更小时，就能更多地减小液体的混合(例如，混合比减小到5％或更小)。
下面将参照附图，对该喷射头中生热元件和可移动元件之间的位置关系进行描述。然而，应注意到可移动元件和生热元件的结构、大小和数目都不局限于下面所述的情况。当生热元件和可移动元件以优化结构设置时，就有可能把由生热元件产生的气泡所形成压力有效地用作喷射力。
如前所述，在生热元件周边存在无效起泡区，在起泡时没有包含生热元件周边4μm的宽度。
因此，可以说，为了有效利用起泡压力，一个有效的结构是这样的，可移动元件的移动面积刚好覆盖在从生热元件周边级4μm或更多的有效区域上面。
图14A和14B是俯视图，图中可移动元件301(图14A)或可移动元件302(图14B)的移动区域的总面积不同，它们相对于58×150μm的生热元件2而设置。
可移动元件301的大小为53×145μm，它小于生热元件2的面积，并且几乎等于生热元件2的有效起泡区的大小。可移动区域301设置成覆盖有效起泡区。另一方面，可移动元件302的大小为53×220μm，它大于发热元件2的面积(如果宽度相等，而位于支撑端和移动末端间的长度大于生热元件)，可移动元件302设置成覆盖有效起泡区，这与可移动元件301相同。对于上述两种类型的可移动元件301、302，对它们的耐久性和喷射效率都进行了测量。测量环境如下起泡液体40％的含水乙醇溶液喷墨染墨电压20.2v频率3KHz在上述环境下所进行的实验结果表明，关于可移动元件的耐久性而言，(a)作用在可移动元件301上的脉冲为1×107，可移动元件301在支撑端出现损坏，(b)对于可移动元件302，即使脉冲为3×108，也没发生损坏。实验结果还证实了喷射液体的动能增大约1.5至2.5倍，这个动能相对于输入能量而言的，并由喷射量和喷射速度所决定。
从上面的结果中可以看出，对于耐久性和喷射效率而言，把可移动元件设置成覆盖正好在有效起泡区的上面的面积，并且使可移动元件的面积大于起泡元件的面积，当利用这种结构时就能取得更好的效果。
图15表示从生热元件边缘到可移动元件的支撑端的距离与可移动元件的位移量之间的关系。
图16是一个侧剖面图，表明了生热元件2和可移动元件31之间的位置关系。生热元件2的大小为40×105μm。可见，从生热元件2到可移动元件31的支撑端33的距离1越大，位移量就越大。因此，最好获得一个最佳位移量，并根据喷墨量确定可移动元件支撑端的位置、喷射液体流通道的结构、生热元件的构造等等。
如果可移动元件的支撑端正好设置在生热元件有效起泡区的上面，那么起泡压力以及因可移动元件的移动而形成的压力将直接作用在自由端，这就会降低可移动元件的耐久性。发明人通过做试验，发现当把支撑端设置在有效起泡区的正上面时，作用1×106的脉冲，移动壁就受到损坏，于是就降低了耐久性。因此，当把可移动元件的支撑端设置在除了生热元件的正上方外的区域时，就能提高实际利用的可能性，即使可移动元件形状和材料都没有这么高的耐久性。然而，即使把支撑端设置在有效起泡区的正上方，也能通过选择合适的结构和材料；从而使可移动元件具有良好的使用性能。在上述结构中，是有可能获得具有很高的喷射效率和良好的耐久性的液体喷射头。<元件基底>
下面将对元件基底的结构进行描述，向液体供给热量的生热元件就安装在这个元件基底上。
图17A和17B是根据本发明的液体喷射头的纵向剖面图，其中图17A表示具有保护膜的喷射头，保护膜在后面有描述，图17B是表示没有这种保护膜的喷射头。
在元件基底1的上面，设置有第二液体流通道16，分隔壁30，第一液体流通道14，沟槽元件50，其中沟槽元件50中有许多用于形成第一液体流通道的沟槽。
元件基底1有花纹状的用铝或类似材料制成的丝状电极(0.2～1.0μm厚)和硼化铪(HfB2)、氮化钽(TaN)、铝化钽(TaAL)或类似材料制成的花纹状电阻层105(0.01～0.2μm厚)，它们构成了生热元件，这个生热元件位于氧化硅薄膜或氮化硅薄膜106上，用作绝缘和在硅或其它材料的基底107上积累热量，如图17所示。当通过两个丝状电极104给电阻层105施加一个电压以便在电阻层中形成一个电流通过时，电阻层就产生热能。在丝状电极之间的电阻层上设置一个厚度为0.1～2.0μm的二氧化硅、氮化硅或其它类似材料的保护层，此外，在它的上面还设置一层钽或其它类似材料的抗气蚀层，用于保护电阻层，使之不受各种液体如墨水的影响。
特别地，在起泡或气泡消失时所产生的压力和震动波强，以致于非常竖硬都相对脆的氧化膜的耐久性会受到相当程度的破坏。因此，要用金属如钽或其它金属作为抗气蚀层的材料。
上述保护层可以省略，这得取决于液体、液体流通道结构和电阻材料的组合关系，其中的一个例子如图17B所示。不需要保护层的电阻层的材料可以是，例如铱-钽-铝合金或其它类似材料。
于是，在前面的每个实施例中，生热元件的结构可以只包括两电极之间的电阻层(生热部分)，或者也可以包括用于保护电阻层的保护层。
在这个实施例中，生热元件有一个具有电阻层的生热部分，它根据电信号而产生热能。但是也并不局限于此，只要在起泡液体中产生的气泡足够对喷射液体进行喷射，任何装置都可以利用。例如，生热元件可以具有这样一个生热部分，它是一个光热转换器，一旦接收到光，如激光就会产生热能，或是这样一个生热元件，一旦接收高频波就会产生热能。
用于选择性地驱动电热转换器的功能元件如晶体管、二极管、锁存移位寄存器等可通过半导体制造方法与前述的元件基底1做成一个整体，包括电热转换器，和丝状电极104，电阻层105的这个电热转换器用于构成生热元件，该丝状电极104用于向电阻层提供电信号。
为了起动上述元件基底1上的每个电热转换器的生热部分，以便能喷射液体，在通过丝状电极104给前述的电阻层105施加一个矩形脉冲，给丝状电极间的电阻层105迅速加热。对于前述实施例中的喷射头，作用在电阻层上的电信号是电压24V，脉冲宽度为7微秒、电流为150毫安，频率为6千赫，从而启动生热元件，因此，根据上述操作，墨水被作为一种液体从喷口喷射出去。但是，启动信号也并不局限上述情况，而是可以用任何起动信号，只要它能在起泡液中产生气泡即可。<包含两条流通道的喷射头结构>
下面要描述的是液体喷射头的一个结构例子，这种喷射头能把不同的液体分开地引入第一和第二公共液腔，并且能减少零件数目和成本。
图18是表示这种液体喷射头结构的示意图，其中，与前面实施例相同的参考标号表示相同的零件，在这里省对它们的详细描述。
在本实施例中，沟槽元件50主要包括孔板51，其上有喷射口18、许多个沟槽，用于形成许多第一液体流通道14、一个凹陷部分，用于形成第一公共液腔15，用于向每条第一液体流通道14供应液体(喷射液体)。
通过把分隔壁30连接到这个沟槽元件50的底部，就能形成多个第一液体流通道14。这个沟槽元件50有第一液体供给通道20，从它的顶部通向第一公共液腔15。这个沟槽元件还有第二液体供给通道21，从它的顶部通过分隔壁通向第二公共液腔17。
如图18的箭头C所示，第一液体(喷射液)通过第一液体供给通道20、第一公共液腔15、然后流入第一液体流通道14，而第二液体(起泡液体)如图18箭头D所示，从第二液体供给通道21流经第二公共液腔17，然后流入第二液体流通道16。
本实施例中，第二液体供给通道21设置成与第一液体供给通道20平行，但是也并不局限于此，这第二液体供给通道21可以设置在任何位置，只要它能贯穿第一公共液腔15外面的分隔壁并能与第二公共液腔17相通即可。
第二液体供给通道21的尺寸(直径)根据第二液体的供应量来确定。第二液体供给通道21的形状并不一定是圆的，也可以是矩形的或其它形状。
第二公共液腔17可以用分隔壁30把沟槽元件50分开而形成。一种形成这种结构的方法如下。如图19的零件分解透视图所示，在本实施例中，公共液腔的框架和液体流通道的通道壁是由基底元件上的干膜制成的，分隔壁30与相连固定在一起的沟槽元件50的联合体与基底元件1相连，从而形成第二公共液腔17和第二液体流通道16。
在本实施例中，基底元件1放置在支撑件70上，该支撑件70由金属，如铝制成，在元件基底1上设置有电热转换器，作为生热元件而产生热能，从而通过薄膜沸腾产生气泡，如前所述。
在这个基底元件1上设置有许多沟槽，用于形成由第二液体通道壁构成的液体流通道16；一个凹陷部分，用于形成第二公共液腔(公共起泡液腔)17，并设置成与起泡液体流通道相连，用于向每条起泡液体通道提供起泡液体；分隔壁30，其上设有前面所述的移动壁31。
参考标号50表示沟槽元件。这个沟槽元件设置有许多沟槽，通过把这些沟槽与分隔壁30相连接，形成喷射液流通道(第一液体流通道)14；凹陷部分，用于形成第一公共液腔(公共喷射液腔)15，为每条喷射液流通道提供喷射液；第一供给通道(喷射液供给通道)20，用于向第一公共液腔提供液体；第二供给通道(起泡液供给通道)21，用于向第二公共液腔17提供起泡液。第二供给通道21与一条连接通道相连，这条连接通道穿过位于第一公共液腔15外的分隔壁30，并与第二公共液腔17相连，因此，起泡液体能通过这条连接通道流向第二公共液腔15，而不会与喷射液体混合。
元件基底1、分隔壁30和沟槽顶板50之间的位置关系是这样的，使得可移动元件31设置成与元件基底1的生热元件相对应，喷射液体流通道14设置成与可移动元件31相对应。本实施例所表示的例子中，在沟槽元件内只形成一条第二供给通道，但是根据供给量的大小，可以设置许多的第二供给通道。此外，喷射液供给通道20和起泡液供给通道21的流通道断面积与供给量成正比地确定。
通过对液通道断面积优化，构成沟槽元件50等的零件可以进一步制造得更紧凑。
如上所述，在本实施例中，由于把向第二液体流通道提供第二液体的第二供给通道和向第一液体流通道提供第一液体的第一供给通道都设置在沟槽顶板内，作为一个单一的沟槽元件，因此，减少了零部件的数目，从而减少了制造步骤、降低了成本。
由于在这种结构中，向与第二液体流通道相连的第二公共液腔提供第二液体是通过沿贯穿把第一液体与第二液体分开的分隔壁的方向的第二供给通道来实现的，因此，分隔壁、沟槽元件和成型的生热元件基底的粘接可以一步完成，这就更易于制造，并提高了粘接精度，从而能进行良好的喷射。
由于第二液体是通过分隔壁流向第二液体公共液腔的，这种结构确保了第二液体向第二液体流通道的供给，同时也确保了足够的供给量，因而能稳定地喷射。<喷射液体和起泡液体>
由于本发明采用的结构中，具有前面实施例中讨论过的可移动元件，本发明的液体喷射头与传统的液体喷射头相比，它能在更高的喷射力、更高的喷射效率和更高的速度下喷射。如果在本实施例中，起泡液体和喷射液体使用同一种液体，那么这种液体可以从各种液体中进行选择，使所选出的液体不可能被生热元件产生的热能所破坏、不可能因加热而在生热元件上形成沉淀物、并且能经受因热能作用而产生的在气化和凝结之间的可递状态变化、而且不可能破坏液体流通道、可移动元件、分隔壁等等。
在这些液体中，用于记录的液体可以是用于传统气泡喷射设备中墨水中的一种。
另一方面，如果在本发明的双流通道结构中，喷射液体和起泡液体采用不同的液体，那么，起泡液体可以是具有上述性能的一种液体，尤其地，它可以从以下液体中进行选择甲醇、乙醇、n-丙醇、异丙醇、n-己烷、n-庚烷、n-辛烷、甲苯、二甲苯、二氯亚甲(methylene dichloride)、三氯乙烯、氟里昂TF、氟里昂BF、乙醚、二氧乙环、环己烷、乙基乙酸(methylacetate)、甲基乙酸、丙酮、甲基乙基甲酮、水以及它们的混合物。
喷射液体可以从各种液体中进行选择，不管是否具有起泡性能和热性能。此外，喷射液可以从那些起泡性能低而用传统的喷射头很难进行的喷射的液体、会被热能改变性能或被破坏的液体以及粘度高的液体中进行选择。
但是，喷射液最好是不要因喷射液自身或因与起泡液的反应而阻碍液体的喷射、气泡的产生、可移动元件的操作等等。
例如，可以用高粘度墨水作为记录用的喷射液。其它可利用的喷射液体包括抗热性能弱的液体，如药品和香水。
在本发明中，记录是利用下述化合物中的墨水液体来完成的，这些记录液体可兼用作喷射液体和起泡液体。由于通过提高喷射力，使墨水的喷射速度增大，因此，提高了液滴的射击精度，这就能获得非常好的记录图像。
染墨(粘度为2cp)(C.I.食用黑2(Food Black2))染料3％重二甘醇10％重量硫二甘醇 5％重乙醇 3％重水77％重此外，通过利用下面化合物中的液体混合物用作起泡液体和喷射液体来完成记录，结果是，利用本发明的喷射头不仅能良好地喷射粘度为十和几个厘泊(CP)而利用传统的喷射头是不容易喷射的液体，而且能喷射粘度甚至为150cp的高粘度液体，于是就能获得高质量的记录对象。
起泡液体1乙醇40％重水 60％重起泡液体2水 100％重起泡液体3异丙醇 10％重水 90％重喷射液体1颜色墨水(粘度约为15cp)炭黑5 5％重苯乙烯-丙烯酸甲酸-乙基丙烯酸酯共聚物1％重(酸价140和平均分子量8000)-乙醇胺 0.25％重甘油69％重硫二甘醇5％重乙醇3％重水 16.75％重喷射液体2(粘度为55cp)聚乙二醇200 100％重喷射液体3(粘度为150cp)聚乙二醇600 100％重顺便说一下，对于如上所述的传统上认为不易被喷射的液体，由于喷速低，增大了喷射方向的误差，不稳定的喷射造成喷射量的误差，从而使得在记录纸上点的射击精度传统上低，这就难获得高质量的图像。与此相比，上面实施例的结构利用起泡液体实现了满意地和稳定地起泡。这就导致液滴射击精的提高，稳定了喷射量，因此，显著提高了记录图像的质量。<液体喷射设备>
图20是配有前面所述液体喷射头的液体喷射设备的结构示意图。本实施例将对特别用墨水作为喷射液体的喷墨记录设备进行描述。液体喷射设备的滑架HC带有一个喷头架，在喷头架上可拆卸地安装了一个容纳墨水的液体箱部分90和一个液体喷射头部分200，并且可沿记录载体150，如由记录载体输送装置输送的记录纸的宽度方向来回移动。
本实施例的液体喷射设备具有一个马达111，作为驱动记录载体输送装置和滑架的动力源。并具有齿轮112，113和用于把驱动力源的能量传送给滑架的滑架轴。利用这种记录设备及其液体喷射方法，把液体喷射到各种记录载体上，就能获得具有良好图像的记录产品。
图21是操作运用本发明的液体喷射方法和液体喷射头的喷墨设备的整个装置的方框图。
记录装置从主机300接收打印信息，作为控制信号。打印信息暂时储存在打印装置内的输入接口301内，同时被转化成在记录装置内可处理的数据。这数据被输入CPU 302，CPU302也用作喷头驱动信号供给装置。为了把这些数据转变成打印数据(图像数据)，CPU根据储存在ROM 303内的控制程序，利用外围设备如RAM 304，处理接收到的数据。
为了把图像数据记录在记录纸的恰当位置上，CPU 302产生驱动数据，用于驱动驱动马达，驱动马达是用来移动记录纸以及与图像数据同步的记录头的。图像数据或马达驱动数据通过喷头驱动器307或马达驱动器305被分别传送到喷头或驱动马达306，它在每个控制调速下驱动，以形成图像。
能运用于上述记录装置，并能用液体，如墨水的记录载体的例子包括各种类型的纸；OHP片；用来制造光盘、装饰板等的塑料；纤维；金属，如铝和铜；皮质材料，如牛皮、猪皮和人造革；木材如固体木头和层压板；竹质材料；陶瓷如瓷砖；三维结构，如海绵。
前面提到的记录装置包括在各种纸和OHP片上记录的打印装置、在塑料材料如光盘上记录的塑料记录装置、在金属板上记录的金属记录装置、在皮质材料上记录的皮记录装置、在木材上记录的木材记录装置、在陶瓷材料上记录的陶瓷记录装置、在三维网络结构如海绵上记录的记录装置、在纤维上记录的织品打印装置等等。
在这种液体喷射设备中所用的喷射液体应适当选择，使得所选液体与记录载体以及记录条件相匹配。
如上所述，本发明的液体喷射头设置成能满足(有效起泡区的宽度≤起泡区的宽度≤生热元件的宽度)，因此，所产生的气泡能朝上增大或朝喷口侧增大。这能使喷射力更稳定。此外，还能使布局的密度更高，从而提高图像的质量。
权利要求
1.一种液体喷射头，包括一喷口，用于喷射液体；一起泡区，通过生热元件把热能作用给液体，从而可产生气泡；一可移动元件，面对所说的起泡区，并能在第一位置和第二位置间移动，第二位置比第一位置距所说起泡区更远，在基于所说起泡区内产生气泡而形成的压力作用下，所说的可移动元件从所说的第一位置移动到第二位置，并且通过所说可移动元件的移动使所说的气泡朝下游比朝上游膨胀得更多，从而能喷射液体，所说的上游下游是相对朝喷口方向而言的，其中，在生热元件中；有一用于起泡的起泡区，生热元件宽度中央和相对于液体流动方向的一有效起泡区是相同的，起泡区的限条件如下有效起泡区的宽度≤起泡区的宽度≤生热元件的宽度。
2.根据权利要求1所述的液体喷射头，其特征在于(生热元件的宽度)-8μm≤(起泡区的宽度)。
3.根据权利要求1所述的液体喷射头，其特征在于当液体的流动方向是沿生热元件和有效起泡区的长度方向时，起泡区的条件如下有效起泡区的长度≤起泡区的长度≤生热元件的长度。
4.根据权利要求1或3的液体喷射头，其特征在于有效起泡区的面积≤可移动元件的面积；并且在静止状态，可移动元件密封地关闭所说的有效起泡区。
5.根据权利要求1所述的液体喷射头，其特征在于通过所说可移动元件的移动，所说的气泡的下游部分朝所说可移动元件的下游增大。
6.根据权利要求1所述的喷射头，其特征在于所说的可移动元件有一个支撑端和一个位于所说支撑端下游的自由端。
7.一种液体喷射头，包括一喷口，用于喷射一液体；一起泡区，通过生热元件把热能作用给液体，从而产生气泡；一液体流通道，具有一供给通道，用于从生热元件上游沿生热元件向上面所说的生热元件提供液体；一可移动元件，面对所说的生热元件，在喷口侧有一自由端，在起泡压力作用下，使所说的自由端移动，从而把所说的压力导向喷口侧，其中，在生热元件中有一用于起泡的起泡区，生热元件宽度中央和相对于液体流动方向的一有效起泡区是相同的，起泡区的限条件如下有效起泡区的宽度≤起泡区的宽度≤生热元件的宽度。
8.根据权利要求7所述的液体喷射头，其特征在于(生热元件的宽度)-8μm≤(起泡区的宽度)。
9.根据权利要求7所述的液体喷射头，其特征在于当液体的流动方向是沿生热元件和有效起泡区的长度方向时，起泡区的条件如下有效起泡区的长度≤起泡区的长度≤生热元件的长度。
10.根据权利要求7或9所述的液体喷射头，其特征在于有效起泡区的面积≤可移动元件的面积，并在静止状态时，可移动元件密封地关闭有效起泡区。
11.一种液体喷射头，包括一喷口，用于喷射一液体；一起泡区，通过生热元件把热能作用给液体，从而在液体中产生气泡；一可移动元件，面对生热元件设置，在喷口侧有一自由端，在起泡压力作用下，使所说的自由端移动，从而把所说的压力导向喷口侧；一供给通道，用于从上游沿着更靠近生热元件的所说的可移动元件的表面向上面所说的生热元件提供液体，其特征在于，在生热元件中有一用于起泡的起泡区，生热元件宽度中央和相对于液体流动方向的有效起泡区是相同的，起泡区的条件如下有效起泡区的宽度≤起泡区的宽度≤生热元件的宽度。
12.根据权利要求11所述的液体喷射头，其特征在于(生热元件的宽度)-8μm≤(起泡区的宽度)。
13.根据权利要求11所述的液体喷射头，其特征在于当液体的流动方向是沿生热元件和有效起泡区的长度方向时，起泡区的条件如下有效起泡区的长度≤起泡区的长度≤生热元件的长度。
14.根据权利要求11或13所述的液体喷射头，其特征在于有效起泡区的面积≤可移动元件的面积，并在静止状态下，可移动元件密封地关闭所说的有效起泡区。
15.一种液体喷射头，包括第一液体流通道，与喷口相连；第二液体流通道，有一起泡区，通过生热元件把热能作用给液体，从而在液体中产生气泡；一可移动元件，设置在第一液体流通道和所说的起泡区之间，在喷口侧有一自由端，根据在起泡区内所产生的气泡所形成的压力，自由端被移到所述第一液体流通过道侧，从而把所说的压力导向所说第一液体流通道的喷口侧，其特征在于在生热元件中有用于起泡的起泡区，生热元件中央和相对于液体流动方向的有效起泡区是相同的，起泡区的条件如下有效起泡区的宽度≤起泡区的宽度≤生热元件的宽度。
16.根据权利要求15所述的液体喷射头，其特征在于(生热元件的宽度)-8μm≤(起泡区的宽度)。
17.根据权利要求15所述的液体喷射头，其特征在于当液体的流动方向是沿生热元件和有效起泡区的长度方向时，起泡区的条件如下有效起泡区的长度≤起泡区的长度≤生热元件的长度。
18.根据权利要求15或17所述的液体喷射头，其特征在于有效起泡区的面积≤可移动元件的面积，并且在静止状态下，可移动元件密封地关闭所说的有效起泡区。
19.根据权利要求1或15所述的液体喷射头，其特征在于生热元件设置在面对所说的可移动元件的位置，并且所说的起泡区限定在所说的可移动元件和所说的生热元件之间。
20.根据权利要求7或11所述的喷射头，其特征在于所说的可移动元件的自由端位于所说生热元件区域中心的下游。
21.根据权利要求19所述的液体喷射头，其特征在于还包括一供给通道，用于从所说生热元件的上游沿所说生热元件向上面所说的生热元件提供液体。
22.根据权利要求7或11所述的液体喷射头，其特征在于所说的供给通道在所说生热元件的上游有一大致水平或微倾的内壁，所说的供给通道沿内壁向上面所说的生热元件提供液体。
23.根据权利要求7或11所述的液体喷射头，其特征在于所说的气泡是通过生热元件产生的热，在液体中造成薄膜沸腾而形成的气泡。
24.根据权利要求7或11所述的液体喷射头，其特征在于可移动元件是片状的。
25.根据权利要求24所述的液体喷射头，其特征在于所说的生热元件的整个有效起泡区面对所说的可移动元件。
26.根据权利要求24所述的液体喷射头，其特征在于所说的生热元件的整个表面都面对所说的可移动元件。
27.根据权利要求24所述的液体喷射头，其特征在于所说的可移动元件的总面积大于所说的生热元件的总面积。
28.根据权利要求24所述的液体喷射头，其特征在于所说的可移动元件的支撑端位于偏离所说生热元件正上方的位置。
29.根据权利要求24所述的液体喷射头，其特征在于所说的可移动元件的自由端有一个大致垂直穿过内部设置有所说生热元件的一液体流通道的形状。
30.根据权利要求24所述的液体喷射头，其特征在于所说的可移动元件的所说自由端位于所说生热元件的喷口侧。
31.根据权利要求15所述的液体喷射头，其特征在于所说的可移动元件被做成位于所说第一流通道和第二流通道之间的分隔壁的一部分。
32.根据权利要求31所述的液体喷射头，其特征在于所说的分隔壁是用金属材料制成的。
33.根据权利要求32所述的液体喷射头，其特征在于所说的金属材料是镍或金。
34.根据权利要求31所述的液体喷射头，其特征在于所说的分隔壁是由树脂材料制成的。
35.根据权利要求31所述的液体喷射头，其特征在于所说的分隔壁是由陶瓷材料制成的。
36.根据权利要求15所述的液体喷射头，其特征在于它还包括第一公共液腔和第二公共液腔，所说的第一公共液腔用于向许多所说的第一液体流通道提供第一液体，所说的第二公共液腔用于向许多的第二液体流通道提供第二液体。
37.一种液体喷射头，包括一沟槽元件，整体地具有许多用于喷射液体的喷口，许多沟槽，用于形成许多第一液体流通道，这些液体流通道与各自的喷口相连，并与各自的喷口相对应，一凹陷部分，用于形成第一公共液腔，向所说的许多第一液体流通道提供液体；一元件基底，其中设置了许多生热元件，用于通过把热能作用给液体而在液体中产生气泡；一分隔壁，设置在所说的沟槽元件和所说的元件基底之间，用于形成与所说生热元件相对应的第二液体流通道的通道壁的一部分，并且具有可移动元件，设置在面对所说生热元件的位置，在所说的起泡压力作用下，每个可移动元件向第一液体流通道移动；其中利用每个生热元件产生气泡的部分被定义为一起泡区，在每个生热元件中，都有一个用于起泡的起泡区，每个生热元件宽度中央与相对于液体流动方向的一有效起泡区是相同的，每个起泡区的条件如下有效起泡区的宽度≤起泡区的宽度≤生热元件的宽度。
38.根据权利要求37所述的液体喷射头，其特征在于(生热元件的宽度)-8μm≤(起泡区的宽度)。
39.根据权利要求37所述的液体喷射头，其特征在于当液体的流动方向是沿生热元件和有效起泡区的长度方向时，起泡区的条件如下有效起泡区的长度≤起泡区的长度≤生热元件的长度。
40.根据权利要求37或39所述的液体喷射头，其特征在于有效起泡区的面积≤可移动元件的面积，并且在静止状态下，可移动元件密封地关闭所说的有效起泡区。
41.根据权利要求37所述的液体喷射头，其特征在于所说的可移动元件的自由端位于所说的生热元件区域中心的下游。
42.根据权利要求37所述的液体喷射头，其特征在于所说的沟槽元件具有向所说的第一公共液腔引入液体的第一引入通道和向所说的第二公共液腔引入液体的第二引入通道。
43.根据权利要求42所述的液体喷射头，其特征在于所说的沟槽元件没有许多条所说的第二引入通道。
44.根据权利要求37所述的液体喷射头，其特征在于所说的第一引入通道的断面积与所说的第二引入通道的断面积的比值与每种液体的供给量成正比。
45.根据权利要求37所述的液体喷射头，其特征在于所述的第二引入通道是一条穿过所说分隔壁并向所说的第二公共液腔提供液体的引入通道。
46.根据权利要求15或37所述的液体喷射头，其特征在于向所说第一液体流通道提供的液体与向所说第二液体流通道提供的液体是同一种液体。
47.根据权利要求15或37所述的液体喷射头，其特征在于向所说第一液体流通道提供的液体与向所说第二液体流通道提供的液体是不同的液体。
48.根据权利要求47所述的液体喷射头，其特征在于向所说的第二液体流通道提供的液体至少在低粘度性、起泡性、热稳定性中的一种特性方面比向所说第一液体流通道提供的液体更好。
49.根据权利要求7、11或37所述的液体喷射头，其特征在于所说的生热元件是一电热转换器，具有一热阻元件，用于在接收到电信号时产生热能。
50.根据权利要求49所述的液体喷射头，其特征在于所说的电热转换器是通过在所说的热阻元件上放置一保护膜而获得的。
51.根据权利要求49所述的液体喷射头，其特征在于在所说的元件基底上，设置有电线，用于向所说的电热转换器提供电信号，设置有功能元件，用于向所说的电热转换器选择性地提供电信号。
52.根据权利要求15或37所述的液体喷射头，其特征在于所说的第二液体流通道在所说的起泡区或所说的生热元件所在的部分的形状是一腔状。
53.根据权利要求15或37所述的液体喷射头，其特征在于所说的第二液体流通道是这样一种形状，它在起泡区或生热元件的上游有一喉部。
54.根据权利要求7、11或37所述的液体喷射头，其特征在于从所说生热元件的表面到所说可移动元件的距离小于或等于30μm。
55.根据权利要求6、11或37所述的液体喷射头，其特征在于通过所说喷口喷出的液体是墨水。
56.一种液体喷射设备，包括权利要求1、7、11、15或37中所述的液体喷射头和驱动信号供给装置，该驱动信号供给装置用于提供一个驱动信号，把液体从液体喷射头进行喷射。
57.一种液体喷射设备，包括权利要求1、7、11、15或37所述的液体喷射头和记录载体输送装置，该记录载体输送装置用于输送记录载体，该记录载体是用于接收从液体喷射头喷出的液体。
58.根据权利要求57所述的液体喷射设备，其特征在于记录是这样进行的，通过把记录液体从所说的液体喷射头中喷出，并使记录液体在记录载体上沉淀，记录载体可以从以下各种载体中选取记录纸、纤维、塑料材料、金属材料、木材、皮质材料。
59.根据权利要求57所述的液体喷射设备，其特征在于通过把具有多种颜色的记录液体从所说的液体喷射头喷出，并在记录载体上使这些多颜色的记录液体沉淀，从而完成彩色记录。
60.根据权利要求59所述的液体喷射设备，其特征在于许多所说的喷口沿记录载体的可记录区域的整个宽度上布置。
全文摘要
一种液体喷射头,它包括一喷口,用于喷射一液体,一起泡区,通过生热元件使热能应用在液体上,从而产生气泡,一可移动元件,面对起泡区设置,该可移动元件在第一位置和第二位置之间可以移动,其特征在于生热元件中有一用于起泡的起泡区,生热元件宽度中央和相对于液体流动方向的有效起泡区是相同的,起泡区的限条件为:有效起泡区的宽度≤起泡区的宽度≤生热元件的宽度。
文档编号B41J2/05GK1178166SQ97117438
公开日1998年4月8日 申请日期1997年7月4日 优先权日1996年7月5日
发明者吉平文, 石永博之, 野俊雄, 工藤清光, 浅川佳惠 申请人:佳能株式会社