專利名稱：一種噴液方法和噴液頭,以及采用這種噴液頭的噴液頭盒,和噴液設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用產(chǎn)生熱能作用于液體來生成氣泡的噴液頭用以噴射所需的液體，一種采用這種噴液頭的噴液頭盒，一種噴液設(shè)備，一種制造噴液頭的方法，一種液體噴射方法，一種記錄方法，以及通過利用這種噴液方法獲得的記錄物。
更具體的說，本發(fā)明涉及一種噴液頭，該噴液頭帶有可借助氣泡的生成而運動的可動件，一種采用這種噴液頭的噴液頭盒，以及一種噴液設(shè)備；或者說，本發(fā)明涉及一種利用生成氣泡使可動件運動以便噴液的噴液方法，和記錄方法。
本發(fā)明也適用于在記錄介質(zhì)，例如紙、纖維、織物、布、皮革、塑料、玻璃、木紙、或陶瓷上記錄的打印機，以及復(fù)印機，帶有通訊系統(tǒng)的傳真設(shè)備，字處理器以及具有打印部件的設(shè)備，此外，本發(fā)明適用于由各種生產(chǎn)設(shè)備復(fù)雜地聯(lián)合在一起的工業(yè)用途的記錄系統(tǒng)。
這里，在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“記錄”不僅是指提供具體字母，圖形，或其它有意義的表述的圖象，還指提供那些不存在任何特殊意義的圖象，例如圖案。
已知的所謂氣泡噴射記錄方法，是利用當(dāng)依據(jù)記錄信號向墨水施加熱能等時的體積突變(氣泡的生成)而改變墨水的狀態(tài)，借助由此所產(chǎn)生的力將墨水從噴口噴出，在記錄介質(zhì)上形成圖象的噴墨記錄方法。如美國專利4,723,129號說明書和其它文獻所公開的那樣，采用氣泡噴射記錄方法的記錄設(shè)備通常設(shè)置有噴墨用的噴口，與噴口連通的墨水通道，和安置在各墨水通道中的電熱轉(zhuǎn)換元件，作為產(chǎn)生用于噴墨的熱能的裝置。
按照這種記錄方法，可以低干擾地高速記錄高質(zhì)量的圖象。同時，實現(xiàn)這種記錄方法的噴墨頭，可使其噴口噴射高粘度的墨水，并且在許多其它的可記錄清晰度圖象且易于獲得彩色圖象的小型設(shè)備中，它具有極大的優(yōu)點。近年來，氣泡噴射記錄方法被廣泛應(yīng)用于各種辦公設(shè)備，例如打印機、復(fù)印機、傳真設(shè)備。進而，這種記錄方法甚至被應(yīng)用于工業(yè)系統(tǒng)，例如，其中包括紡織品印刷。
隨著氣泡噴射工藝及技術(shù)在許多不同領(lǐng)域的各種生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，近年來又對其提出許多如下所述的要求。
例如，為滿足提高噴射效率的要求，人們對防護膜的厚度調(diào)節(jié)進行了研究，以優(yōu)化發(fā)熱元件的性能；一項這種研究對于提高產(chǎn)生的熱量向液體的傳遞效率，已經(jīng)產(chǎn)生了效果。
并且，為獲得高質(zhì)量的圖像，人們提出了一種關(guān)于驅(qū)動條件的方案，在這種條件下的噴液方法等可以更穩(wěn)定的生成氣泡，從而可以更高噴射速度良好的進行噴墨。再有，從高速記錄角度來說，人們建議改善液流通道的結(jié)構(gòu)，使噴液頭可具有對液流通道高速補液能力，以便補充被噴射的液體。
在提出的各種液流通道的結(jié)構(gòu)中，日本專利申請公開號63-199972的說明書中公開了一種如圖47A和47B所示的液流通道結(jié)構(gòu)。該說明書中公開的液流通道結(jié)構(gòu)和制造方法是用于消除逆波(其壓力方向與噴口方向相反，即，壓力向液室方向作用)的發(fā)明。由于其能量不沿噴液方向作用，所以逆波被認為是能量的損失。
圖47A和47B所示的發(fā)明公開了一個閥55，它與發(fā)熱元件2形成的氣泡生成區(qū)分開，并位于發(fā)熱元件2于噴口18反向的一側(cè)如圖47B所示，該閥55位于其初始位置，通過板材等的制造方法粘接在液流通道10的頂部。在公開中，該閥被描述為在氣泡生成過程中懸掛在液流通道10中，在公開中還提到該發(fā)明被設(shè)計為利用閥55的結(jié)構(gòu)部分地控制前述逆波，以防止能量損失。
然而，對于公開的這種結(jié)構(gòu)，當(dāng)在殘留有噴射液的液流通道中產(chǎn)生氣泡的條件下進行研究時，可以清楚的看出利用閥55的結(jié)構(gòu)部分地抑制逆波對于液體噴射是不現(xiàn)實的。
從根本上講，逆波本身與上述噴射無直接關(guān)系。那些與噴射直接有關(guān)的由氣泡產(chǎn)生的壓力已經(jīng)作用于液體，從而使液體處于即將從液流通道噴出的狀態(tài)，這時，如圖47B所示，在流道內(nèi)產(chǎn)生逆波。因此，很清楚，即使逆波被全部抑制，也不會對噴液有顯著的影響，更不要說部分抑制逆波了。
此外，在日本專利申請公開號63-199972的說明書中公開了一項噴液頭的發(fā)明。通過改善記錄液的補充性能，使這種噴液頭具有良好的頻率響應(yīng)。在這一發(fā)明中，設(shè)置了一個副流道，這一流道與發(fā)熱元件附近的相應(yīng)噴嘴相連接。當(dāng)補液時，副流道也提供墨水，以試圖縮短補液時間。
然而，采用這種結(jié)構(gòu)的噴液頭，在氣泡生成時產(chǎn)生的部分噴射力向副流道逃逸，這不可避免地會降低噴射效率。另一方面，在氣泡噴射方法中，每個發(fā)熱元件與墨水接觸的同時反復(fù)的加熱。因此，由于墨水的氧化，各發(fā)熱元件表面上的沉積不斷的積累。根據(jù)墨水的種類，這種沉積達到可觀的程度，并導(dǎo)致氣泡生成不穩(wěn)定，因此使其難以在良好的狀態(tài)下進行噴墨。并且，人們希望有一種即使當(dāng)所用液體具有由于加熱而易于惡化或難以充分生成氣泡的性質(zhì)時，也能以良好的狀態(tài)進行噴墨，而且不改變噴射液的質(zhì)量的方法。
這里，就此而言，如日本專利申請公開號61-69467，日本專利申請公開號55-81172，美國專利4,480,259號等的說明書中所公開的那樣，提出了一種進行噴液的方法，其中設(shè)計有分離用于由加熱產(chǎn)生氣泡的液體(氣泡液)和各種不同的用于噴射的液體(噴射液)的裝置。根據(jù)這些公開，該結(jié)構(gòu)被設(shè)計成利用硅橡膠或其它柔性膜把作為噴射液的墨水和氣泡液完全分開，從而避免噴射液直接與發(fā)熱元件接觸，并且同時，利用氣泡液發(fā)泡，借助于柔性膜的變形向噴射液傳遞壓力。采用這種結(jié)構(gòu)，可以阻止沉積在發(fā)熱元件表面積累，擴大噴射液的選擇范圍，等等。
然而，上面所說的將噴射液和氣泡液完全分開的結(jié)構(gòu)是在氣泡產(chǎn)生時，借助由柔性膜的膨脹和收縮引起形變的方法將壓力傳遞給噴射液。因此，由形變所施加的壓力很大程度上被柔性膜所吸收。并且，柔性膜的變形量不大。于是，盡管可能能夠達到噴射液和氣泡液分離的效果，但是恐怕終究會降低噴射效率和噴射力。
本發(fā)明的目的是把傳統(tǒng)的通過在每個液流通道中生成氣泡來進行噴液的方法的基本噴射特性提高到一個從傳統(tǒng)工藝的啟發(fā)中無法預(yù)見到的高度。
一些發(fā)明者就此回到液滴噴射原理，并努力進行從未嘗試過的利用氣泡噴射液滴的新方法，和用于這種方法的噴液頭及其它部件的研究和發(fā)展。這一時期，從可動件在液流通道內(nèi)地操作著手，對流道中可動件的結(jié)構(gòu)原理進行了第一項技術(shù)分析；基于利用氣泡方法噴射液滴的原理，進行了第二項技術(shù)分析；基于用于氣泡生成的每個發(fā)熱元件的氣泡生成區(qū)進行了第三項技術(shù)分析。
這些技術(shù)分析確立了一個嶄新的技術(shù)，這一技術(shù)通過安排可動件的支點和自由端的位置關(guān)系，使其自由端位于噴口側(cè)，即下游側(cè)，而可靠地控制氣泡，并且，還通過使可動件恰當(dāng)?shù)孛鎸馀萆蓞^(qū)的發(fā)熱元件來可靠地控制氣泡。
其次，已知在考慮氣泡本身給予噴射量的能量時，對顯著提高噴射特性貢獻最大的因素是氣泡下游側(cè)的擴展分量，應(yīng)當(dāng)對這一擴展分量予以注意。換句話說，把氣泡下游側(cè)的擴展分量高效轉(zhuǎn)變到朝向噴射方向是提高噴射效率和噴射速度的先決條件?；谶@樣的認識，一些發(fā)明者得到了一種和傳統(tǒng)技術(shù)標準相比水平很高的技術(shù)，這種技術(shù)使氣泡下游側(cè)的擴展分量確定地轉(zhuǎn)移到可動件的自由端一側(cè)。
此外，更可取的是，例如，對位于沿液體流動方向通過每個電熱轉(zhuǎn)換元件中心區(qū)的直線的下游側(cè)的用于生成氣泡的發(fā)熱區(qū)進行研究，或?qū)蓜蛹c每個中心區(qū)下游側(cè)氣泡的擴展相應(yīng)的結(jié)構(gòu)元件進行研究，以促進發(fā)泡，等等。
根據(jù)上述研究和發(fā)展所獲得的知識，從總的觀點出發(fā)，一些發(fā)明者和本申請已經(jīng)提出了基于完美的噴液原理的專利申請。發(fā)明者等人已獲得一個作為這種發(fā)明的依據(jù)的更好的原理。
換而言之，根據(jù)為了使其比沒有可動件的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)顯著提高噴射特性和噴射穩(wěn)定性所設(shè)定的設(shè)計條件，在針對使可動件面對氣泡生成區(qū)的結(jié)構(gòu)方面，某些情況下會有一些微小的改變。人們發(fā)現(xiàn)，可動件將氣泡導(dǎo)向噴口方向的狀態(tài)，即，可動件能夠多快達到其運動的理想形狀是使噴射狀態(tài)達到一個高水平的重要因素。
基于這一發(fā)現(xiàn)，本申請人已申請了日本專利申請?zhí)枮?-40553的專利，該申請意圖改變可動件自身的厚度以使可動件獲得如下所述的快速運動。
“一種用于利用氣泡的產(chǎn)生進行噴液的噴液頭，包括用于噴液的噴口，與噴口連通的液流通道，用于使液體產(chǎn)生氣泡的氣泡生成區(qū)，以及設(shè)置在氣泡生成區(qū)上的可動件，每個可動件都具有一個支點和一個相對于支點位于噴口側(cè)的自由端，可動件有一個約束部分，用以改變自由端側(cè)的可動部分和支點側(cè)的可動部分的相對位移。”基于上述有關(guān)背景技術(shù)，本發(fā)明被設(shè)計為借助氣泡的生成使可動件快速、可靠的運動，并且，提出了一種與已有的僅針對可動件本身的發(fā)明不同的解決方法。
換而言之，本發(fā)明的主要目的如下本發(fā)明的第一個目的是，除改變可動件自由端厚度之外，通過注意加載條件或促進可動件自由端運動的結(jié)構(gòu)關(guān)系，提供一種促進可動件運動的方法和手段。
本發(fā)明的第二個目的是提供一種噴液方法和噴液頭，利用它，在氣泡產(chǎn)生的初期使可動件的自由端較快地運動，從而能夠在較短時間內(nèi)將氣泡導(dǎo)向噴口本發(fā)明的第三個目的是提供一種噴液方法和噴液頭，采用這種方法可提高可動件的耐用性。
本發(fā)明的第四個目的是提供一種噴液頭，能夠以較短時間使可動件的自由端產(chǎn)生最大位移，以便提高打印速度。
本發(fā)明的第五個目的是提供一種噴液頭，能夠減小當(dāng)利用氣泡的生成操縱可動件的閥機構(gòu)時，在液流通道中產(chǎn)生的阻力所引起的可動件的變形，從而提高噴液頭的噴射能力。
本發(fā)明的第六個目的是提供一種噴液頭，能夠迅速抑制由逆波的產(chǎn)生而引起的與液體供應(yīng)方向相反的慣性力的作用，并且同時，能夠通過利用可動件的閥機構(gòu)減小彎液面的退回量，提高補液頻率，使打印速度更高。
本發(fā)明的第七個目的是提供抑制噴液頭和噴液方法，能夠通過利用可動件的特性，使可動件在噴射時的形狀達到理想的狀態(tài)，將氣泡導(dǎo)向噴射方向，從而提高噴射效率和噴射穩(wěn)定性。
本發(fā)明的第八個目的是提供一種噴液頭和噴射方法，使可動件的結(jié)構(gòu)能夠?qū)⑾掠蝹?cè)氣泡的擴展分量確定地偏移向可動件的自由端一側(cè)，從而進一步提高用于實現(xiàn)更穩(wěn)定噴液的噴射效率和噴射壓力。
本發(fā)明的第九個目的是提供一種采用本發(fā)明噴液頭的噴液頭盒和噴液設(shè)備。
為了解決上述問題，除改變可動件自由端側(cè)的厚度外，本發(fā)明提供了下面將要給出的集中安排可動件自由端側(cè)的氣泡生成區(qū)的方法；使可動件振動的特征頻率大于用于氣泡生成的驅(qū)動頻率(大于最大驅(qū)動頻率更好)的方法，以及用于促進可動件自由端運動的運動促進方法。
(a)、集中安排可動件自由端側(cè)氣泡生成區(qū)的方法。
(1)、對于一個通過氣泡使自由端面對氣泡生成區(qū)的可動件運動進行噴液的噴液頭，氣泡的壓力加在從可動件自由端側(cè)起1/2的面積上，或者從其自由端側(cè)起2/5的面積上更好，從而使自由端運動狀態(tài)達到最大。
(2)、對于一個通過氣泡使自由端面對氣泡生成區(qū)的可動件運動進行噴液的噴液頭，作用于接近可動件自由端一側(cè)的氣泡壓力比作用在接近支點一側(cè)的壓力相對增加的更多，以便使自由端運動得比可動件其它任何部分都更高。
(b)、使可動件振動的特征頻率大于用于氣泡生成的驅(qū)動頻率的方法，以及促進運動的方法。
(3)、對于一個通過氣泡使自由端面對氣泡生成區(qū)的可動件運動進行噴液的噴液頭，可動件振動的特征頻率大于從氣泡產(chǎn)生到消失的周期的倒數(shù)。
(c)、促進可動件自由端運動的方法。
(4)、對于一個通過氣泡使自由端面對氣泡生成區(qū)的可動件運動進行噴液的噴液頭，可動件的自由端一側(cè)設(shè)置為第一運動區(qū)，支點側(cè)設(shè)置為在可動件的運動方向上比第一運動區(qū)具有更高的剛性的第二運動區(qū)，并且下游側(cè)氣泡的擴展分量被偏移向可動件的自由端一側(cè)。
根據(jù)本發(fā)明，一種通過氣泡使自由端面對氣泡生成區(qū)的可動件運動進行噴液的噴液方法，包括通過促進可動件自由端位移而促進自由端的運動的步驟。
根據(jù)本發(fā)明，一種通過氣泡使自由端面對氣泡生成區(qū)的可動件運動進行噴液的噴液頭，包括用于促進可動件自由端運動的運動促進方法。
根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明的運動促進方法包括除改變可動件自由端側(cè)的厚度外，集中安排可動件自由端側(cè)的氣泡生成區(qū)的方法；使可動件振動的特征頻率大于用于氣泡生成的驅(qū)動頻率(大于最大驅(qū)動頻率更好)的方法；促進可動件自由端運動的方法，等等。
(a)、集中安排可動件自由端側(cè)的氣泡生成區(qū)的方法。
根據(jù)本發(fā)明，一種噴液方法為，將氣泡的壓力加在從可動件的自由端側(cè)起1/2的面積上，以便提供一種使自由端的運動最大化的運動形態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明，一種噴液方法為，將氣泡的壓力加在從可動件的自由端側(cè)起2/5的面積上，以便提供一種使自由端的運動最大化的運動形態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明，一種噴液頭，其結(jié)構(gòu)為，將位于噴口反向側(cè)的氣泡生成區(qū)的端部設(shè)置在可動件中心的自由端一側(cè)。
根據(jù)本發(fā)明，一種噴液頭，將噴口反向側(cè)的氣泡生成區(qū)設(shè)置在位于從自由端起以2∶3的比例劃分可動件的點的自由端一側(cè)。
根據(jù)本發(fā)明，一種噴液方法為，在作用于可動件的壓力當(dāng)中，作用在接近自由端側(cè)的氣泡壓力比作用在接近支點一側(cè)的壓力相對增大得更多，以便使自由端比可動件其它任何部分運動得更高。
根據(jù)本發(fā)明，一種噴液方法，所采用的噴液頭設(shè)置有用于噴液的噴口，用于使液體產(chǎn)生氣泡的氣泡生成區(qū)，以及面對氣泡生成區(qū)的可動件，每個可動件在第一位置和比第一位置遠離氣泡生成區(qū)的第二位置之間運動，該可動件借助由氣泡生成區(qū)產(chǎn)生的氣泡所形成的壓力，從第一位置向第二位置運動，同時，由于可動件的運動，使氣泡沿著用于噴液的噴口方向在下游側(cè)比在上游側(cè)膨脹得更大，并且，在作用于可動件上的氣泡壓力中，作用在接近自由端側(cè)的氣泡壓力比作用在接近支點一側(cè)的壓力相對增大得更多，從而使自由端比可動件其它任何部分運動得更高。
根據(jù)本發(fā)明，一種噴液頭，在作用于可動件上的氣泡壓力中，作用在接近自由端側(cè)的可動件上的氣泡壓力比作用在接近支點一側(cè)的壓力相對增大得更多，從而使自由端比可動件其它任何部分運動得更高。
根據(jù)本發(fā)明，一種噴液頭，具有用于噴液的噴口，用于使液體產(chǎn)生氣泡的氣泡生成區(qū)，和面對氣泡生成區(qū)設(shè)置的可動件，每個可動件在第一位置和比第一位置遠離氣泡生成區(qū)的第二位置之間運動，并且該可動件利用由氣泡生成區(qū)上氣泡的生成所形成的壓力，從第一位置向第二位置運動，同時，由于可動件的運動，使氣泡沿著用于噴液的噴口方向在下游側(cè)比在上游側(cè)膨脹得更大，并且，在作用于可動件上的壓力中，作用在接近自由端的壓力比作用在接近支點側(cè)的壓力相對增大的更多，從而使自由端比可動件其它任何部分運動得更高。
(b)、使可動件振動的特征頻率大于用于氣泡生成的驅(qū)動頻率的方法。
根據(jù)本發(fā)明，一種噴液頭，可動件振動的特征頻率大于氣泡從產(chǎn)生到消失的周期的倒數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明，一種噴液頭，其可動件的波的傳遞速度比氣泡的擴展速度快。
根據(jù)本發(fā)明，一種噴液方法，該方法采用上述噴液頭。
(c)、促進可動件自由端運動的運動促進方法。
根據(jù)本發(fā)明，一種噴液頭包括用于噴液的噴口，用于產(chǎn)生氣泡以便從噴口噴液的氣泡生成區(qū)，和至少一個面對氣泡生成區(qū)設(shè)置的，可在第一位置和比第一位置遠離氣泡生成區(qū)的第二位置之間運動的可動件。
該可動件在上游側(cè)設(shè)置有一支點，在沿著朝向噴口的液流方向的下游側(cè)設(shè)有自由端，在自由端側(cè)有一個第一運動區(qū)，在支點一側(cè)有一個第二運動區(qū)，就可動件的運動方向而言，第二運動區(qū)比第一運動區(qū)的剛性更高，并且可動件借助由氣泡生成所形成的壓力，從第一位置向第二位置運動，以便將壓力導(dǎo)向噴口方向，從噴口噴射液體。
根據(jù)本發(fā)明，一種噴液方法包括，將可動件設(shè)置為面對用于產(chǎn)生氣泡的氣泡生成區(qū)的步驟，其中，每個可動件沿著朝向噴口的液流方向，在上游側(cè)有一支點，在下游側(cè)有一自由端，并且在自由端側(cè)有一個第一運動區(qū)，在支點側(cè)有一個就運動方向而言比第一運動區(qū)剛性更高的第二運動區(qū)；和借助由氣泡生成區(qū)產(chǎn)生氣泡所形成的壓力，將可動件從第一位置移動到比第一位置遠離氣泡生成區(qū)的第二位置，并利用可動件的這一運動將壓力導(dǎo)向噴口方向，以便從噴口噴液的步驟。
根據(jù)本發(fā)明，一種噴液頭盒，裝配有上述噴液頭和一個用于存儲供給噴液頭的液體的液體容器。
此外，根據(jù)本發(fā)明，一種噴液設(shè)備，裝配有上述噴液頭和一個安裝噴液頭，并能在副操作方向上往復(fù)運動，以便在記錄介質(zhì)上進行記錄的滑架。
注意，術(shù)語“上游”和“下游”是相對于從液體供應(yīng)源經(jīng)氣泡生成區(qū)(或可動件)到噴口的液流方向而言的，這些術(shù)語經(jīng)常用來表示結(jié)構(gòu)方向。
此外，術(shù)語氣泡本身的“下游側(cè)”表示氣泡在噴口側(cè)的部分，該部分主要直接作用于噴射液滴。具體地說，它是指相對于上述流動方向或結(jié)構(gòu)方向上的氣泡中心的下游一側(cè)，或是在發(fā)熱元件的中心區(qū)的下游側(cè)產(chǎn)生的氣泡。
此外，在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“基本閉合”是指，在可動件當(dāng)氣泡擴展時被移動之前，氣泡未從可動件周邊的縫隙(夾縫)逸出時的狀態(tài)。
此外，本發(fā)明中提到的術(shù)語“分隔壁”廣義上是指分隔氣泡生成區(qū)的和噴口的壁(可包括可動件)，在狹義上是指在包括氣泡生成區(qū)在內(nèi)的流道和與噴口直接連通的液流通道之間的隔板，分隔壁用于防止各區(qū)域內(nèi)的液體混合。
此外，在本發(fā)明的描述中提到的術(shù)語“作用于可動件上的由氣泡引起的壓力”至少包括隨氣泡的生成和擴展從氣泡向可動件傳播的壓力波，和作用于可動件上，由于存留在氣泡和可動件之間的液體在氣泡壓力的作用下移動而形成的力。
此外，在本發(fā)明的描述中提到的術(shù)語“可動件的中心”是指可動件穿過按墨流方向的上游和下游將可動件平分的垂直面的部分。


圖1是表示第一個實施例中噴液頭的發(fā)熱元件在噴口側(cè)的端部比可動件的自由端更接近噴口的情況下的剖視圖。
圖2是表示第一個實施例中噴液頭的發(fā)熱元件在噴口側(cè)的端部比可動件的自由端遠離噴口的情況下的剖視圖。
圖3是表示第一個實施例中噴液頭的發(fā)熱元件在噴口側(cè)的端部與可動件自由端位置相同的情況下的剖視圖。
圖4A和4B是表示可動件的操作的圖示。
圖5是表示第二個實施例中噴液頭的發(fā)熱元件在噴口側(cè)的端部比可動件的自由端更接近噴口從情況下的剖視圖。
圖6是表示第二個實施例中噴液頭的發(fā)熱元件在噴口側(cè)的端部比可動件的自由端遠離噴口從情況下的剖視圖。
圖7是表示第二個實施例中噴液頭的發(fā)熱元件在噴口側(cè)的端部與可動件的自由端位置相同的情況下的剖視圖。
圖8A和8B是表示本發(fā)明第三個實施例的噴液頭的圖示。
圖9A和9B是用于說明本發(fā)明第三個實施例的噴液頭的操作的圖示。
圖10A、10B和10C是表示從第一液流側(cè)觀察本發(fā)明第四個實施例的噴液頭的發(fā)熱元件結(jié)構(gòu)的圖示。
圖11A和11B是表示本發(fā)明第五個實施例的噴液頭的剖視圖。
圖12是表示本發(fā)明第六個實施例的噴液頭的剖視圖。
圖13是表示本發(fā)明第七個實施例的噴液頭的剖視圖。
圖14A、14B、14C和14D是表示本發(fā)明第八個實施例的噴液頭的圖示。
圖15A、15B、15C和15D是表示本發(fā)明第九個實施例的噴液頭的圖示。
圖16A、16B、16C和16D是表示本發(fā)明第十個實施例的噴液頭的圖示。
圖17A和17B是用于說明本發(fā)明第十一個實施例的噴液頭的可動件形狀的第一個例子的圖示，圖17A是透視圖；圖17B是沿圖17A中17B-17B線的剖視圖。
圖18A和18B是表示裝配有圖17A和17B所示可動件的噴液頭的噴液圖示；圖18A是表示當(dāng)發(fā)熱元件小時噴液的示意圖；圖18B是表示當(dāng)發(fā)熱元件大時噴液的示意圖。
圖19是表示在第一運動區(qū)和第二運動區(qū)之間的邊界部分間的位置關(guān)系圖20A和20B是表示裝配有圖17A和17B所示的可動件和許多發(fā)熱元件的噴液頭的噴液圖示。
圖21A是表示一個被部分加工成波紋形以提高剛性的可動件的局部透視圖。圖21B是其沿圖21A中21B-21B線的剖視圖。
圖22A是表示一個被部分加工成凸形以提高剛性的可動件的局部透視圖。圖22B是其沿圖22A中22B-22B線的剖視圖。
圖23A是表示一個被部分加工成尖角形以提高剛性的可動件的局部透視圖。圖23B是其沿圖23A中23B-23B線的剖視圖。
圖24A是表示一個被部分加工成弧形以提高剛性的可動件的局部透視圖。圖24B是其沿圖24A中24B-24B線的剖視圖。
圖25A、25B、25C和25D是表示圖22A和22B中可動件的制造方法的工藝步驟。
圖26是表示本發(fā)明第十四個實施例的噴液頭的剖視圖。
圖27A、27B和27C是本發(fā)明第十五個實施例的噴液頭(雙流道結(jié)構(gòu))的剖視圖。
圖28A和圖28B是表示根據(jù)本發(fā)明的噴液頭的一個實施例的局部剖視透視圖。
圖29A、29B、29C和29D是表示根據(jù)本發(fā)明的噴液頭的一個實施例的剖視圖。
圖30是表示根據(jù)本發(fā)明的噴液頭的局部剖視透視圖。
圖31是表示傳統(tǒng)噴液頭中氣泡壓力的傳播的圖示圖32是表示本發(fā)明的噴液頭中氣泡壓力的傳播的圖示。
圖33是表示本發(fā)明中液流的圖示。
圖34是表示本發(fā)明的噴液頭的局部剖視透視圖。
圖35是表示本發(fā)明的噴液頭的局部剖視透視圖。
圖36是表示本發(fā)明的噴液頭(雙流道結(jié)構(gòu))的剖視37是表示本發(fā)明的噴液頭(雙流道結(jié)構(gòu))的局部剖視透視圖。
圖38A和38B是說明可動件的操作的圖示。
圖39A、39B和39C是說明可動件的其它形狀的圖示。
圖40A和40B是表示本發(fā)明的噴液頭的垂直剖視圖。
圖41是表示驅(qū)動脈沖形狀的圖示。
圖42是表示本發(fā)明噴液頭的分解透視圖。
圖43是表示噴液頭盒的分解透視圖。
圖44是簡明表示噴液頭設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。
圖45是表示記錄設(shè)備的結(jié)構(gòu)框圖。
圖46是表示噴液記錄系統(tǒng)的圖示。
圖47A和47B是表示傳統(tǒng)噴液頭的液流通道的圖示。
下文中，將參照附圖對適用于本發(fā)明的噴射原理進行描述。
圖29A至29D是沿液流通道方向截取的用于示意地說明噴液頭的剖視圖。圖30是一個表示這種噴液頭的局部剖視透視圖。
對于圖29A至29D中所示的噴液頭，產(chǎn)生作用于液體上的熱能的發(fā)熱元件2(按照本實施例，它是一個40μm×105μm的發(fā)熱電阻)作為對噴射液體產(chǎn)生噴射能量的元件，安放在一個元件基底1上，在該元件基底上，設(shè)置有與發(fā)熱元件2相對應(yīng)的液流通道10。該液流通道與噴口18連通，同時與一個公共液室13連通，從而由公共液室13接受液體，所接受的液體量相當(dāng)于從噴口18噴出的液體量。
在基底上的液流通道10中，以懸臂梁的形式設(shè)置有一個具有一扁平部分的板狀可動件31，它是由具有彈性的材料，如金屬制成的，并面對上述發(fā)熱元件2。該可動件31的一端固定在一個用圖形成形光敏樹脂在液流通道的壁上和元件基底上形成的基座(支承件)34或類似物上，從而支承可動件。同時形成一個支點(支點部分)33。
該可動件31設(shè)置在面對發(fā)熱元件2并離開該發(fā)熱元件約15μm處，以便將其覆蓋，從而使得可動件在一個隨液體噴射動作由公共液室13經(jīng)可動件流向噴口側(cè)的大液流的上游側(cè)具有一個支點(支點部分；固定端)33，而在該支點33的下游側(cè)具有一個自由端(自由邊緣部分)32。在發(fā)熱元件2和可動件31之間則形成一個氣泡生成區(qū)。在這方面，發(fā)熱元件和可動件的類型、結(jié)構(gòu)及配置并不局限于上面所描述的那樣。如下面將要談到的，只要這些元件和構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和配置使它們可以控制氣泡的生長及壓力的傳遞就足夠了。這里，將把上面提到的液流通道分為兩個區(qū)域進行描述；以可動件31為界，把直接與噴口18連通的部分定義為第一液流通道，而把具有氣泡生成區(qū)11和液體供應(yīng)通道12的部分定義為第二液流通道16，以便對后面將要研究的液流進行描述。
向發(fā)熱元件2提供能量，以便加熱位于可動件31和發(fā)熱元件2之間的氣泡生成區(qū)11內(nèi)的液體。從而根據(jù)在USP4,723,129的說明書中所公開的薄膜沸騰現(xiàn)象產(chǎn)生一個氣泡。由于氣泡的生成所造成的壓力以及氣泡的壓力首先作用到可動件31上。可動件31發(fā)生運動，以支點33為中心向噴口側(cè)大大地張開，如圖29A和29B或圖30所示。由于可動件31的運動或運動狀態(tài)，由氣泡生成所引起的壓力傳遞及氣泡本身的擴展被導(dǎo)向噴口側(cè)。
這里，將對適用于本發(fā)明的基本噴射原理之一進行描述。對于本發(fā)明最重要的原理之一是，面對氣泡設(shè)置的每個可動件均由其處于靜止時的第一位置運動到第二位置，也就是由于氣泡生成所產(chǎn)生的壓力或由于氣泡本身的作用發(fā)生運動后的位置，以及，由氣泡生成所產(chǎn)生的壓力或氣泡本身，由于可動件的運動，而被導(dǎo)向噴口18所在的下游側(cè)。
通過對示意地給出未采用可動件的傳統(tǒng)液流通道的結(jié)構(gòu)的圖31和表示本發(fā)明的圖32進行比較，將對這一原理更進一步地詳細加以說明。這里，沿著噴射口方向的壓力方向用VA表示，而指向上游側(cè)的壓力傳遞方向用VB表示。
如圖31所示，傳統(tǒng)噴液頭中沒有控制因氣泡生成所產(chǎn)生的壓力傳遞方向的結(jié)構(gòu)。從而，氣泡40的壓力傳遞方向指向參考標V1記至V8所示的氣泡表面的法線方向。在這些指向的壓力中，只有那些指向壓力傳遞方向VA的壓力分量，也就是由參考標記V1至V4所表示的靠近噴口部分的壓力傳遞方向中大約占氣泡一半那些壓力分量才對液體噴射有影響。這些壓力是直接對液體噴射效率、液體噴射力、噴射速度及其它條件產(chǎn)生貢獻的重要部分。并且，V1的作用更大，因為它最接近噴口側(cè)的VA。相反，V4只有一個較小的分量指向噴口側(cè)的方向VA。
與此相反，如圖32中所示的本發(fā)明則可以操縱可動件31，從而將由氣泡生成所產(chǎn)生的圖31中所示的從V1到V4指向各個方向的壓力傳遞方向?qū)蛳掠蝹?cè)(噴口側(cè))，從而使它們指向壓力傳遞方向VA。從而，生成氣泡40所產(chǎn)生的壓力均被直接而有效地用于噴射。此外，氣泡本身的擴展方向也與壓力傳遞方向V1至V4相仿，被導(dǎo)向下游側(cè)，從而使其可在下游側(cè)比上游側(cè)擴展得更大。通過這種方式，氣泡本身的擴展方向被可動件所控制，以便控制氣泡的壓力傳遞方向，從而使噴射效率、噴射力、噴射速度等等得到很大提高。
現(xiàn)在將回到圖29A至29D，對本實施例的噴液頭的噴射操作進行詳細地描述。
圖29A表示在未對發(fā)熱元件2提供電能之前的狀態(tài)，這是一種發(fā)熱元件未產(chǎn)生熱量前的狀態(tài)。這里，重要的是，可動件31必須處于這樣一個位置，即相對于被發(fā)熱元件的熱量所產(chǎn)生的氣泡而言，可動件至少要面對氣泡的下游側(cè)部分。換句話說，在液流通道的結(jié)構(gòu)布局中，可動件31至少要設(shè)置到發(fā)熱元件中心區(qū)3的下游側(cè)的位置處(即，通過發(fā)熱元件中心區(qū)3，并與液流通道的縱向正交的直線的下游側(cè))。
圖29B表示對發(fā)熱元件2提供電能等以便對其加熱的狀態(tài)。這時，充滿于氣泡生成區(qū)11內(nèi)的液體被部分地加熱，由于薄膜沸騰而產(chǎn)生氣泡。
在這個時候，由于氣泡40的生成所產(chǎn)生的壓力的作用，可動件31由其第一位置向第二位置運動，從而將氣泡的壓力傳遞方向?qū)驀娍趥?cè)。這里，如前面已經(jīng)提到的，重要的是，可動件31的自由端32要位于下游側(cè)(噴口側(cè))，同時，支點33要設(shè)置在上游側(cè)(公共液室側(cè))，從而使可動件的至少一個部分可以面對發(fā)熱元件的下游側(cè)部分，也就是氣泡的下游側(cè)部分。
圖29C表示氣泡40進一步擴展的狀態(tài)。這里，由于氣泡40的產(chǎn)生所形成的壓力，可動件31進一步運動。這樣，所生成的氣泡40在下游側(cè)比上游側(cè)擴展得更大，同時，氣泡進一步擴展直到超過可動件31的第一位置(由虛線表示的位置)。這樣，隨著氣泡40的擴展，可動件31逐漸運動。從而，就可以把氣泡的擴展方向?qū)驓馀?0的壓力傳遞方向，同時也很容易實現(xiàn)其體積的改變。換句話說，指向自由端側(cè)的氣泡擴展方向均勻地指向噴口18。這被認為是提高噴射效率的一個有益因素。由于氣泡的產(chǎn)生或發(fā)泡壓力，可動件在向噴口方向傳遞壓力波時幾乎不受任何阻礙。從而壓力傳遞方向和氣泡的擴展方向可以按照被傳遞的壓力的大小而被有效地控制。
圖29D表示由于繼上述薄膜沸騰之后，氣泡內(nèi)壓力降低，氣泡40收縮時的狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，氣泡消失。
由于氣泡收縮產(chǎn)生的負壓及可動件31本身的彈性所產(chǎn)生的回復(fù)力，運動到第二位置的可動件31返回到圖29A所示的初始位置(第一位置)。同時，當(dāng)氣泡消失時，液體會從上游側(cè)(B)流入，即，作為由參考標記VD1和VD2所表示的液流從公共液室側(cè)流入，同時，也作為由VC標記的液流從噴口側(cè)流入，以便補充氣泡生成區(qū)11內(nèi)收縮了的氣泡的體積，以及被噴射出去的液體的體積部分。
現(xiàn)在，已經(jīng)對由于氣泡的產(chǎn)生所引起的可動件的操作及液體噴射操作做了描述。下面將對噴液頭的補液進行詳細的描述。
在圖29C所示的狀態(tài)之后，在其體積達到最大之后，氣泡40進入消退過程。在這時，用于補充因氣泡消退而縮小了的體積的液體，同時從第一液流通道14的噴口18側(cè)和第二液流通道16的公共液室13側(cè)流入氣泡生成區(qū)11。在不包含可動件31的傳統(tǒng)液流結(jié)構(gòu)中，由噴口側(cè)流入氣泡消失區(qū)的液流量和從公共液室側(cè)流入的液流量由更靠近噴口而不是氣泡生成區(qū)的部分與接近公共液室的部分之間的液流阻力的大小來決定(也就是由液流阻力及液體的慣性來決定)。
因而，如果靠近噴口側(cè)的液流阻力較小，則大量的液體由噴口側(cè)流入氣泡消失區(qū)，這將使彎液面退回量變大。特別是，當(dāng)為了提高噴射效率而有意地使靠近噴口側(cè)的液流阻力變小的時候，在氣泡消失時彎液面M的退回量會變大。從而需要更多的時間進行補液，妨礙了高速打印。
與此相反，由于本結(jié)構(gòu)中設(shè)置了可動件31，當(dāng)可動件31返回到氣泡消失時的原始位置時，彎液面的退回停止。設(shè)氣泡的體積W的上部為W1，靠近氣泡生成區(qū)部分的體積為W2，而第一位置被定義為邊界。則此后，向W2提供的液體的體積部分是由液體VD2提供液體補充的，它主要來自于第二液流通道。傳統(tǒng)中，彎液面的退回量幾乎相當(dāng)于氣泡體積W的一半大小，而通過這種方法則可以把彎液面的體積壓縮到幾乎是的W1一半，而W1本身就已經(jīng)小于彎液面退回量了。
進而，向體積W2部分的液體供應(yīng)可以強制地主要由第二液流通道的上游側(cè)(VD2)沿著位于發(fā)熱元件側(cè)的可動件31的表面進行。因此，可更快的進行補液。
這里，特別是在傳統(tǒng)噴液頭中，補液是利用在氣泡消失時產(chǎn)生的壓力進行的，所以彎液面的振動變得很大，導(dǎo)致圖像質(zhì)量變差。但在上述的高速補液中，可以抑制彎液面的振動，使之變得極小，這是因為噴口側(cè)第一液流通道14的區(qū)域及噴口側(cè)氣泡生成區(qū)11的液流受到抑制。
這樣，根據(jù)本發(fā)明所配置的結(jié)構(gòu)可以經(jīng)過液體供應(yīng)通道12的第二液流通道16向氣泡生成區(qū)11進行強制補液，同時通過抑制彎液面的退回和振動獲得高速補液。因而，可實現(xiàn)穩(wěn)定地噴射和噴射的高速重復(fù)。同時，當(dāng)將它用于記錄領(lǐng)域時，在高速記錄的情況下提高記錄圖象的質(zhì)量。根據(jù)本發(fā)明所配置的結(jié)構(gòu)雙重地具有下面給出的有效功能。換句話說，可以抑制氣泡生成區(qū)所產(chǎn)生的壓力向上游側(cè)的傳遞(逆波)。在一個發(fā)熱元件上生成的氣泡內(nèi)產(chǎn)生的壓力中，在公共液室側(cè)(上游側(cè))的絕大部分的壓力均變成一個將液體推回上游側(cè)(逆波)的力。逆波不僅造成指向上游側(cè)的壓力，同時造成由此而產(chǎn)生的液體移動量，以及伴隨液體移動而產(chǎn)生的慣性力。這一現(xiàn)象使液流通道內(nèi)的補液性能難以令人滿意，也導(dǎo)致了對高速運轉(zhuǎn)的妨礙。根據(jù)本發(fā)明，這種向上游側(cè)的作用，從一開始便被可動件31抑制，從而有可能進一步提高補液性能。
下面將描述一些更具有特色的結(jié)構(gòu)和作用。
第二液流通道16裝配有一個具有內(nèi)壁(發(fā)熱元件的表面無明顯傾斜)的液體供應(yīng)通道12，該內(nèi)壁基本上是在發(fā)熱元件2的上游側(cè)與發(fā)熱元件2直接連接的。在這種情況下，液體向氣泡生成區(qū)11和向發(fā)熱元件2的表面的供應(yīng)是如參考標記VD2所示沿著靠近氣泡生成區(qū)11的可動件31的表面完成的。因此，液體在發(fā)熱元件2的表面上的滯流受到抑制，從而可以很容易地除去積聚在液體內(nèi)的滯留氣體，并清除所謂的滯留氣泡。同時，也不存在熱量在液體內(nèi)積累過高的可能性。因此，能夠以很高的速度更加穩(wěn)定地重復(fù)生成氣泡。在這方面，對具有一個基本上是平坦的內(nèi)表面的液體供應(yīng)通道12已經(jīng)進行過描述，但本發(fā)明不必局限于此，只要液體供應(yīng)通道具有一個與發(fā)熱元件平滑地連接的平滑內(nèi)壁，并具有這樣的形狀，即，使液體不可能在各發(fā)熱元件上滯留并在供應(yīng)液體時不會發(fā)生任何較大的擾動，就足夠了。
同時，向氣泡生成區(qū)的液體供應(yīng)是由經(jīng)過可動件的側(cè)部(狹縫35)的VD1進行的。但是，為了在每一氣泡生成時更有效地將壓力導(dǎo)向噴口，采用了一個大的可動件，以便覆蓋整個氣泡生成區(qū)(全部地覆蓋發(fā)熱元件表面)，如圖29A至29D中所示。在這種情況下，如果當(dāng)可動件31返回到其第一位置時，在氣泡生成區(qū)11和第一液流通道靠近噴口的區(qū)域之間的液流阻力變得更大時，由VD1流向氣泡生成區(qū)11的液流會被阻塞。利用上面描述的噴液頭結(jié)構(gòu)，提供了一個液流VD2以便向氣泡生成區(qū)供應(yīng)液體。因此，液體供應(yīng)性能變得極高，而且，即使是將其結(jié)構(gòu)安排得使可動件31覆蓋整個氣泡生成區(qū)11來提高噴射效率，也不會降低液體供應(yīng)性能。
至于可動件31的自由端32和支點33的位置是這樣安排的，自由端比支點相對更靠近下游側(cè)，如圖33所示。由于按這種方式設(shè)置結(jié)構(gòu)，所以就可以實現(xiàn)前面描述過的在發(fā)泡時可以將液壓力傳遞方向和氣泡的擴展方向有效地導(dǎo)向噴口側(cè)的功能。進而，采用這種位置關(guān)系，不僅能夠使噴射功能令人滿意，而且也可使得當(dāng)供應(yīng)液體時液體在液流通道10內(nèi)的液流阻力變小，從而獲得能夠進行高速補液的效果。這是因為如圖33所示，自由端和支點33是這樣安排的，當(dāng)由于噴射而已經(jīng)退回的彎液面因表面張力而返回到噴口18或當(dāng)氣泡消失后再供應(yīng)液體時，在液流通道10(包括第一液流通道14和第二液流通道16)內(nèi)流動的液流S1，S2和S3不存在阻力。此外，如圖29A至29D所示，可動件31的自由端32一直延伸到將發(fā)熱元件2覆蓋，以便面對將發(fā)熱元件2分為上游側(cè)和下游側(cè)的中心區(qū)3(即，經(jīng)過發(fā)熱元件中心區(qū)(中心部分)的與液流通道的縱向方向正交的直線)的下游側(cè)。這樣，在發(fā)熱元件中心部分3的下游側(cè)產(chǎn)生對液體噴射具有很大貢獻的壓力或氣泡被可動件31所接受。從而，這種壓力和氣泡被導(dǎo)向噴口側(cè)以便從根本上提高噴射效率和噴射力。
此外，氣泡的上游側(cè)也被用來產(chǎn)生很多有利的作用。
同時，利用上述結(jié)構(gòu)，可動件31的自由端在瞬間完成一個機械運動。這一功能也被認為是對噴射液體有益的。
圖34是一個表示另一實施例的噴墨頭的局部剖視透視圖。在圖34中，參考標記A表示可動件已經(jīng)運動過的狀態(tài)(氣泡未示出)；B表示可動件的初始位置(第一位置)。在狀態(tài)B，假定氣泡生成區(qū)11實質(zhì)上是關(guān)閉的(這里，盡管圖中沒有給出，但在A和B之間有一個液流壁，將一個流道與另一個分隔開)。
對于圖34中所示的可動件31，對每一端都設(shè)置有基座34，在這兩個基座之間，設(shè)置有液體供應(yīng)通道12。從而，使沿著發(fā)熱元件側(cè)的可動件表面，從具有與發(fā)熱元件的表面基本平坦或順滑地連接的表面的液流通道供應(yīng)液體成為可能。
這里，當(dāng)可動件31處于初始位置(第一位置)時，可動件31與安放在發(fā)熱元件下游側(cè)和寬度方向上的發(fā)熱元件下游壁36及側(cè)壁37靠緊放置或緊密接觸。這樣，在氣泡生成區(qū)11的噴口18側(cè)，可動件實質(zhì)上是閉合的。因此，在發(fā)泡時，由氣泡所產(chǎn)生的壓力，特別是氣泡下游側(cè)的壓力，將集中地作用在可動件的自由端，而不允許其逃逸。
同時，在氣泡消失時，可動件31返回到第一位置，向發(fā)熱元件的液體供應(yīng)則能夠保持氣泡生成區(qū)11的噴口側(cè)緊緊閉合。這樣，就能夠抑制彎液面的退回及前面實施例中描述的各種其它效應(yīng)。同樣，對于補液性能，也可以獲得前面實施例中相同的作用和效果。
同樣地，對于本實施例，如圖30和圖34所示的支承和固定可動件31的基座34設(shè)置在遠離發(fā)熱元件2的上游側(cè)。同時，基座34的每一個寬度都比液流通道10窄。然后，如前面所述對液流通道12進行供液。同樣，每個基座34的結(jié)構(gòu)并不局限于本實施例所給出的一種。只要基座的構(gòu)造能夠使補液順滑即可。
在這方面，在本實施例中可動件31與發(fā)熱元件之間的間隙設(shè)定為15μm左右，但是，只要將該間隙設(shè)定在一個能使氣泡生成所產(chǎn)生的壓力被充分地傳遞到可動件的范圍內(nèi)就足夠了。
圖35是一個根據(jù)代表本發(fā)明的基本原理之一的另一實施例的噴液頭的局部剖視透視圖。圖35說明了在其內(nèi)產(chǎn)生氣泡的氣泡生成區(qū)和位于液流通道之一內(nèi)的可動件之間的位置關(guān)系，同時，為了便于理解，也給出了本發(fā)明的液體噴射方法和補液方法。
對于上面描述的許多實施例，生成氣泡的壓力集中在可動件的自由端，以便使可動件的快速運動集中，同時使噴口側(cè)的氣泡偏移。相反，對于本實施例，氣泡的下游側(cè)部分由可動件31的自由端控制，該自由端位于氣泡的噴口側(cè)，直接對液滴噴射起作用，而給將要產(chǎn)生的氣泡留有一定的自由度。
為了描述根據(jù)圖35所示結(jié)構(gòu)的本實施例，與圖30所示的實施例相比，在本實施例中，沒有作為擋板的伸出部分(圖30中斜線所指的部分)，在圖30中，它位于氣泡生成區(qū)的下游側(cè)并設(shè)置在元件基底上。換句話說，可動件的自由端區(qū)和兩個側(cè)端區(qū)域并沒有把氣泡生成區(qū)關(guān)閉，而是允許其向噴口區(qū)開放。這種結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了本實施例。
本實施例允許氣泡在下游側(cè)的前端部分擴展，其中在下游側(cè)對液滴噴射所起的作用由各個氣泡來實現(xiàn)。因此，其壓力分量被有效地用于噴射。另外，可動件31自由端的側(cè)部至少影響到指向下游側(cè)部分上方的壓力(圖31中的VB，VB和VB分量)，使它們能夠加入到氣泡在下游側(cè)前端部分的擴展。因此，如前面描述的實施例那樣，噴射效率得到提高。本實施例優(yōu)于前一實施例之處在于它對每一個發(fā)熱元件的驅(qū)動響應(yīng)。
同時，本實施例也具有一個較簡單的結(jié)構(gòu)，從而在制造方面具有優(yōu)越性。
本實施例的可動件31的支點固定在一個基座34上，該基座的寬度比可動件的表面部分小。從而，在氣泡消失時，液體經(jīng)過該基座的兩側(cè)被供應(yīng)到氣泡生成區(qū)11(見圖35的箭頭)。這個基座可以是任意結(jié)構(gòu)的，只要能保證良好的供液能力即可。
對于本實施例，當(dāng)供應(yīng)液體進行補液時，液體沿著正在消失的氣泡從氣泡生成區(qū)上方流入。但該液流受到可動件31的壓力的控制。因此，這種結(jié)構(gòu)優(yōu)于僅由發(fā)熱元件形成氣泡的傳統(tǒng)氣泡生成結(jié)構(gòu)。按照本實施例這樣配置的結(jié)構(gòu)，當(dāng)然也能夠減少彎液面的退回量。
作為本實施例的一個變型的實施例，可以作出更優(yōu)化的安排，以便形成一種只有可動件自由端的兩個側(cè)部(或者兩個側(cè)部之一也可以)基本上封閉氣泡生成區(qū)11的結(jié)構(gòu)。利用這種結(jié)構(gòu)安排，如前面所描述的那樣，指向可動件31側(cè)端的壓力被轉(zhuǎn)換成用于氣泡在噴口側(cè)擴展的壓力，從而更進一步提高噴射效率。
現(xiàn)在已經(jīng)根據(jù)一種具有一個單一流道的噴液頭對適用于本發(fā)明的噴射原理進行了描述，這種噴液頭，采用同一種液體，該液體既作為利用熱能發(fā)泡的液體也作為噴射液。接下來，將結(jié)合一個雙流道噴液頭進行描述。對于這種噴液頭，液體噴射所適用的主要原理是一樣的，但是利用熱能發(fā)泡的液體(發(fā)泡液)和用于噴射的液體(噴射液)是分開的。
圖36是一個示意地給出采用雙流道的噴液頭的剖視圖。圖37是一個表示圖37所示的噴液頭的局部剖視透視圖。
對于雙流道噴液頭，用于發(fā)泡的每個第二液流通道16都設(shè)置在元件基底1上，元件基底上設(shè)置有發(fā)熱元件2，用于向液體提供熱能使之生成氣泡，在這個液流通道上安排有用于噴射液體的每個第一液流通道14，它與每個噴口18直接連通。
第一液流通道的上游側(cè)與用來向許多第一液流通道供液的第一公共液室15連通。第二液流通道的上游側(cè)與向許多第二液流通道供應(yīng)發(fā)泡液的第二公共液室17連通。
但是，如果利用同一種液體作為發(fā)泡液和噴射液，則可以設(shè)置一個單一的公共液室供它們使用。
在第一和第二液流通道之間設(shè)置一個彈性金屬或類似材料制成的分隔壁30，用來將第一液流通道和第二液流通道隔開。在這方面，當(dāng)根據(jù)環(huán)境，發(fā)泡液和噴射液不應(yīng)混合時，最好是盡可能地將用于第一液流通道14和第二液流通道16的液體完全隔離開。但是，如果即使發(fā)泡液和噴射液有一定程度的混合也并不會帶來什么問題時，則不一定有必要配置具有將其完全隔離的功能的分隔壁。
位于發(fā)熱元件表面方向上方的凸出區(qū)域(此后將稱作噴射壓力生成區(qū)；圖36中的區(qū)域A和B處的氣泡生成區(qū)11)的分隔壁部分被設(shè)置成這樣一種形式，即，借助于狹縫35和其位于公共液室(15和17)側(cè)的支點使可動件31成為一個在噴口側(cè)(液流的下游側(cè))具有自由端的懸臂梁的形式。由于可動件31面對氣泡生成區(qū)11(圖36中的B處)，所以通過發(fā)泡液的發(fā)泡，可動件31向第一液流通道側(cè)的開口側(cè)(即，圖36中箭頭所指的方向)打開。
在圖37中，同樣地，在裝配有作為發(fā)熱元件2的發(fā)熱電阻(電熱轉(zhuǎn)換元件)，和向每個發(fā)熱電阻提供電信號的線電極5的元件基底1上，分隔壁30被設(shè)置成為穿過構(gòu)成第二液流通道的空間。
可動件31的支點33和自由端32的布局與發(fā)熱元件之間的關(guān)系和單流道噴液頭中所描述的一樣。同樣，對單流道噴液頭的液體供應(yīng)通道12和發(fā)熱元件2之間的關(guān)系已做過描述。對于雙流道噴液頭，在第二液流通道16和發(fā)熱元件2之間也采用同樣的結(jié)構(gòu)關(guān)系。
現(xiàn)將結(jié)合圖38A和38B描述雙流道噴液頭的操作。
為驅(qū)動噴液頭，采用相同的水質(zhì)墨水作為向?qū)τ谝毫魍ǖ?4提供的噴射液和向第二液流通道16提供的發(fā)泡液。
當(dāng)發(fā)熱元件2產(chǎn)生熱量作用到位于第二液流通道16中的氣泡生成區(qū)11內(nèi)的發(fā)泡液上時，利用美國專利No.4,723,129的說明書所公開的在發(fā)泡液中發(fā)生的薄膜沸騰現(xiàn)象，生成氣泡40。
根據(jù)雙流道噴液頭，由于除了氣泡生成區(qū)的上游側(cè)外，沒有發(fā)泡液流從其余三個方向逃逸，所以由氣泡生成所產(chǎn)生的壓力集中地向設(shè)置在噴射壓力生成區(qū)上的可動件31傳遞，從而可動件31由圖38A中所示的狀態(tài)向圖38B中所示的第一液流通道側(cè)運動。通過可動件31的這一操作，第一液流通道14和第二液流通道16大面積地連通，同時由氣泡生成所產(chǎn)生的壓力主要沿著指向噴口側(cè)的方向(方向A)向第一液流通道的噴口側(cè)傳遞。如上所述，通過這一壓力傳遞和可動件31的機械運動，液體從每個噴口噴出。
現(xiàn)在，隨著氣泡的縮小，可動件31返回到圖38A所示的位置。然后，由上游側(cè)向第一液流通道14內(nèi)供應(yīng)噴射液，供應(yīng)量相當(dāng)于已經(jīng)噴射出的噴射液的量。對于雙流道噴液頭，同樣，由于噴射液的供應(yīng)和前面描述的例子中一樣，是在可動件31關(guān)閉的方向上進行的，所以不可能因為可動件31的存在而妨礙噴射液的補充。
對于隨著可動件31的運動，發(fā)泡壓力的傳遞、氣泡的擴展方向、對逆波的防止等等，雙流道噴液頭主要部分的功能和作用和單流道噴液頭是一樣的。但是，通過采用雙流道結(jié)構(gòu)，還可以進一步得到下面所述的優(yōu)點。
換句話說，采用雙流道結(jié)構(gòu)，可以利用發(fā)泡液發(fā)泡產(chǎn)生的壓力噴射噴射液，而用不同的液體作為噴射液和發(fā)泡液。因此，對高粘度的液體，例如聚乙烯乙二醇，即使加熱也難以使其產(chǎn)生足夠的氣泡，因而使噴射力不足，但通過向第二液流通道供應(yīng)能很好的發(fā)泡的液體(例如，約1至2cp的酒精∶水＝4∶6的混合物)或低沸點的液體，同時向第一液流通道提供這種高粘度的液體，也可以良好的狀態(tài)噴射這類高粘度的液體。
同樣，作為發(fā)泡液，可以選擇那些當(dāng)受熱時不會在發(fā)熱元件表面產(chǎn)生燒灼或其它沉積物的液體，從而可穩(wěn)定地發(fā)泡，以便以良好的條件噴射。
此外，利用雙流道噴液頭，可以得到對單流道噴液頭描述過的那些效果。因而，采用雙流道結(jié)構(gòu)，在噴射具有高粘度等性質(zhì)的液體時，可以進一步提高噴射效率和噴射力。
同樣，甚至對于熱性能差的液體也能夠以高噴射效率和高噴射力進行噴射，而不對該液體造成任何熱損傷，方法是將這種液體作為噴射液提供到第一液流通道，同時將另一種可以很好地發(fā)泡且不會因受熱而改變性質(zhì)的液體供應(yīng)到第二液流通道。
現(xiàn)在，將參照附圖對本發(fā)明的實施例進行描述。
對于下面將要描述的實施例，適用于噴射液體的原理和上面描述的相同。這里，將采用前面說過的雙流道噴液頭對下面的實施例進行描述。但是，本發(fā)明不必局限于此。本發(fā)明也同樣適用于單流道噴液頭。
首先，將根據(jù)實施例1至7描述在可動件自由端側(cè)緊密配置氣泡生成區(qū)的方法。
(實施例1)圖1至圖3是一個沿流道方向截取的用以說明本實施例的噴液頭的剖視圖，它給出了可動件和發(fā)熱元件之間的配置關(guān)系。這里，在上面的原理描述中，對本實施例噴液頭的結(jié)構(gòu)已經(jīng)詳細談及。因此，對它的描述將被省略。
對于本實施例的噴液頭，各第二液流通道12配置在元件基底1上，在元件基底上具有為生成氣泡而提供熱能的發(fā)熱元件2(每一個尺寸為40μm×105μm)。在第二液流通道上設(shè)置有與噴口18連通的第一液流通道14。
可動件31的尺寸為53μm×220μm，它是由5μm厚的Ni片制成的。
第一液流通道14與第一公共液室15連通。第二液流通道16與第二公共液室17連通。
在這方面，如果發(fā)泡液和噴射液相同，則可以設(shè)置一個單一的公共液室供它們使用。
對于本實施例，發(fā)熱元件2在噴口18的相反側(cè)的端點C設(shè)置在沿流道方向的可動件31中心D的自由端一側(cè)。這里，可動件31是一個在分隔壁30上形成的懸臂梁式的平板，通過設(shè)置狹縫，這種可動件在噴口側(cè)的端部被設(shè)置成自由端32，而它在公共液室15和17側(cè)的端部則被設(shè)置成支點33。沿流道方向的可動件31的中心D是指自由端31和支點33之間的中心位置。
同樣，如圖1所示，發(fā)熱元件2是這樣安排的，即，如果發(fā)熱元件2靠近噴口側(cè)的端部E設(shè)置的比可動件31的自由端32更靠近噴口側(cè)，則自由端會更有效地運動，因為氣泡的壓力集中在自由端側(cè)。反之，如圖2所示，可動件31的自由端32可安排得更靠近噴口側(cè)。此外，如圖3所示，如果發(fā)熱元件噴口側(cè)的端部E設(shè)置在可動件31的自由端32的正下方，則氣泡本身被有效地導(dǎo)向噴射方向，而氣泡的壓力則導(dǎo)向作用于自由端的前端部。同樣，在圖1至圖3中，發(fā)熱元件2在噴口18相反側(cè)的端部C位于可動件31中心D的自由端側(cè)。但是，也可以使這一端部的位置與中心D的位置重合。換句話說，對于本發(fā)明，可動件31中心D的自由端側(cè)是指包括中心D的位置在內(nèi)的自由端側(cè)。
現(xiàn)在，將結(jié)合圖4A和4B描述本實施例的雙流道噴液頭的操作。
圖4A表示對發(fā)熱元件2外加電壓之時的狀態(tài)，所產(chǎn)生的熱量傳遞到第二液流通道16中氣泡生成區(qū)內(nèi)的液體上，從而在液體內(nèi)生成氣泡40。這里，由于發(fā)熱元件2在噴口18相反側(cè)的端部C被設(shè)置在可動件31中心D的自由端32一側(cè)，所以氣泡的壓力被加在可動件31中心D的自由端側(cè)的區(qū)域上。從而，作用在可動件31上的壓力，作為一個整體的平衡，在自由端側(cè)變大，使自由端從一開始就發(fā)生運動。圖4B表示圖4A所示狀態(tài)的后續(xù)狀態(tài)。氣泡40按照可動件31的運動形狀向噴射方向擴展，從而穩(wěn)定地提高噴射力和噴射效率。具體地說，根據(jù)本實施例，可動件的運動是通過將氣泡40的壓力加到自由端側(cè)的可動件的1/2的面積上實現(xiàn)的。因而，可動件31的自由端32移動量很大，如圖4B所示，使氣泡40以良好的狀態(tài)快速而有效地到達噴口18。同時，對于整個運動均得以保持這種良好的狀態(tài)，穩(wěn)定地提高噴射效率。同樣，可動件31的運動可順滑地實現(xiàn)，從而能夠延長可動件31的壽命。
(實施例2)圖5至圖7是沿流道方向截取的用以說明本實施例噴液頭的剖視圖，它給出了可動件和發(fā)熱元件配置之間的關(guān)系。這里，在原理描述中，已經(jīng)詳細提及本實施例的噴液頭的結(jié)構(gòu)。因此，對它的描述將被省略。
對于本實施例，發(fā)熱元件2的尺寸被設(shè)置為40μm×85μm，可動件為53μm×220μm。
對于本實施例，發(fā)熱元件2在噴口18相反側(cè)的端部C設(shè)置在從自由端算起將可動件31分成2∶3的點F的自由端一側(cè)。在這方面，可動件31是一個在分隔壁30上形成的懸臂梁式的平板，通過設(shè)置狹縫35將這種可動件在噴口側(cè)的端部設(shè)置為自由端32，將其位于公共液室15和17側(cè)的端部設(shè)置為支點33。由自由端算起將可動件31分成2∶3的點F是指在自由端32和支點33之間從自由端32起的位置。
此外，如圖5所示，發(fā)熱元件2可以這樣安排，使發(fā)熱元件2在噴口側(cè)的端部E設(shè)置得比可動件31的自由端32更靠近噴口側(cè)，或者相反，如圖6所示，可動件31的自由端32更靠近噴口側(cè)。進而，如圖7所示，發(fā)熱元件2在噴口側(cè)的端部E可直接設(shè)置在可動件31的自由端32的正下方。此外，在圖5至圖7中，發(fā)熱元件2在噴口18反向側(cè)的端部C位于將可動件31從自由端分成2∶3的點F的自由端側(cè)。但是，也可以將該端與2∶3分界點重合設(shè)置。換句話說，對于本發(fā)明，將可動件31從自由端起以2∶3的比例劃分的點F的自由端側(cè)是指包括點F在內(nèi)的自由端側(cè)。根據(jù)本實施例，氣泡40的壓力被加在可動件從自由端起的2/5的面積上。因此，與第一個實施例相比，作用在可動件31上的壓力平衡在自由端變得更大，使自由端更加容易運動。因此，發(fā)泡時壓力和氣泡的擴展被有效地導(dǎo)向噴射方向。同時，可動件31的運動是平滑地，使可動件31的壽命得以延長。
此外，如果發(fā)熱元件被安排得將氣泡的壓力作用到可動件上而使得接受這一壓力的自由端部分與不接受這一壓力的部分象第一個實施例那樣被分成近似一半對一半的話，在有些情況下，在可動件上會發(fā)生振動，盡管很微弱。換句話說，有可能在可動件自身上發(fā)生簡諧振動，自由端、支點和中心成為該振動的波節(jié)。在這種情況下，可動件的運動形狀會受到輕微的影響。但是，如果如本實施例中那樣，接受氣泡的壓力部分和不接受它的部分按2∶3的基本關(guān)系設(shè)置在可動件中心的自由端側(cè)，則不易發(fā)生簡諧振動。從而可動件的運動狀態(tài)得到穩(wěn)定，以穩(wěn)定地提高噴射效率。在這方面，當(dāng)這種安排不按基本關(guān)系時，如果存在壓力和不存在壓力之間的比例大，則簡諧振動的分量變得大過兩倍。因此，其影響變得相當(dāng)小，最終提高了噴射效率。
在這方面，第一和第二實施例的發(fā)熱元件的氣泡生成區(qū)大約從圖形邊緣向內(nèi)1至8μm，因為發(fā)熱元件的溫度分布在其邊緣部分變低。為此，在處理加熱器端部時應(yīng)當(dāng)包括從加熱器的真實邊緣起包括8μm的范圍在內(nèi)。
這里，同樣，第一和第二實施例的發(fā)熱元件2的端部E和C也包括圖形邊緣向內(nèi)1至8μm的區(qū)域。
(實施例3)圖8A和8B是用于示意地說明根據(jù)本實施例的噴液頭的圖示。圖8A是一個表示噴液頭的可動件、發(fā)熱元件和液流通道的圖示。圖8B是一個沿液流方向截取的噴液頭剖視圖。這里，在原理描述中，對本實施例噴液頭的結(jié)構(gòu)已詳細提及。從而對它的描述將被省略。
對于本實施例的噴液頭，在具有用于產(chǎn)生熱能從而生成氣泡的發(fā)熱元件的元件基底1上設(shè)置有各第二液流通道12。在第二液流通道上設(shè)置有與噴口18連通的第一液流通道14。第一液流通道與第一公共液室15連通。第二液流通道16與第二公共液室17連通。
在這方面，如果發(fā)泡液和噴射液是同一種液體，則可以設(shè)置一個單一的公共液室供它們共用。
對于本實施例，將成為發(fā)熱元件2側(cè)壁的第二液流通道的壁72制成向噴口方向變窄的錐形，如圖8A所示。在噴口18的相對側(cè)的發(fā)熱元件2設(shè)置在流道方向上的可動件31中心D的自由端側(cè)。
現(xiàn)將結(jié)合圖9A和9B對本實施例噴液頭的操作進行描述。
圖9A表示對發(fā)熱元件2外加電壓時的狀態(tài)，這時所產(chǎn)生的熱量被傳遞到液流通道16上氣泡生成區(qū)11內(nèi)的液體上，從而在液體內(nèi)生成氣泡40。
這里，由于靠近噴口側(cè)的發(fā)熱元件2產(chǎn)生的熱量所生成的氣泡的壓力部分被抑制，使得它不向側(cè)壁方向膨脹。因此，氣泡在可動件方向的擴展比靠近可動件31的支點側(cè)的氣泡部分大。從而，使得傳遞到可動件31上的氣泡40的壓力，更大地作用于靠近自由端31部分的區(qū)域。這樣，可動件31的自由端32比其它部分運動得都早。
圖9B表示圖9A所代表的狀態(tài)的后續(xù)狀態(tài)。氣泡40進一步擴展。隨著氣泡的這種擴展，可動件31作為一個整體進一步運動。氣泡40按照可動件31的運動形態(tài)在噴射方向擴展，因此穩(wěn)定地提高了噴射力和噴射效率。具體地說，根據(jù)本實施例，該運動是借助在自由端附近處利用較高的壓力實現(xiàn)的。因此，可動件31的自由端32移動量大，使氣泡40以良好的狀態(tài)快速有效地到達噴口18，從而相對于可動件31的總體運動操作來說，使之能夠穩(wěn)定地提高噴射效率。同時，可動件31的運動可平滑地進行，有利于延長可動件31的壽命。
(實施例4)
圖10A至圖10C是用以說明由第二液流通道側(cè)觀察本實施例噴液頭的發(fā)熱元件結(jié)構(gòu)的圖示。這一噴液頭的發(fā)熱元件構(gòu)造得如第三個實施例那樣對可動件31的自由端32施加一個大的壓力。
如圖10A所示，發(fā)熱元件2設(shè)置在成為其側(cè)壁的第二液流通道的壁72之間。
對于圖10A中所示的噴液頭，在發(fā)熱元件2的噴口18的反向側(cè)的兩個側(cè)端與第二液流通道16相接觸的表面上設(shè)置掩敝圖形97以阻擋氣泡40的生成。
對于圖10B中所示的噴液頭，阻擋氣泡40生成的掩敝圖形97的數(shù)目增加，圖形設(shè)置在發(fā)熱元件2更遠離噴口18與第二液流通道16接觸的表面上。
對于圖10C所示的噴液頭，發(fā)熱元件2被分成兩個同時發(fā)熱的發(fā)熱元件2a和2b。在它們兩個當(dāng)中，位于自由端側(cè)的發(fā)熱元件面積較大。這里，參考數(shù)字5表示用于發(fā)熱元件2的線電極。
現(xiàn)在將對本實施例噴液頭的操作進行描述。
對于圖10A和圖10B所示的噴液頭，它們每一個的噴口側(cè)均不設(shè)置掩蔽圖形97。對于圖10C所示的噴液頭，發(fā)熱元件2被分成兩個發(fā)熱元件2a和2b，而在自由端側(cè)的那個的面積較大。因此，傳遞到可動件31上的氣泡40的壓力，較大的作用于自由端32的鄰近側(cè)處，從而自由端32比可動件其它部分提前運動。
其操作和作用情況與第三個實施例一樣。但是，在本實施例的情況下，對可動件31的自由端32等而言，氣泡40的壓力可被更精確的控制。因此，噴射效率會更進一步提高。此外，對于圖10C中所示的噴液頭，不設(shè)置掩蔽圖形97。能量損失在一定程度上被降低。
(實施例5)圖11A和11B是示意地說明本實施例的噴液頭的剖視圖，它描述了象第四個實施例中那樣，把較大的壓力施加在可動件31的自由端32上的噴液頭的結(jié)構(gòu)。
按照本實施例，把噴液頭的發(fā)熱元件2制造成其靠近噴口的部分更緊密地靠近可動件31。換句話說，對于圖11A所示的噴液頭，設(shè)置有一個階梯，使在靠近噴口側(cè)的發(fā)熱元件2和可動件31之間的距離比較小。利用這樣設(shè)置的結(jié)構(gòu)，被傳遞到可動件31上的氣泡40的壓力更大地作用在靠近自由端32的部分。從而，自由端32更早且更快地開始運動。
在這方面，操作和作用的其它情況和第一個實施例的情況一樣。但是，根據(jù)本實施例，在第二液流通道16內(nèi)供液的液流阻力受到抑制而變小，而把氣泡的更高的壓力加在自由端。從而，改善了補液特性。
(實施例6)圖12是一個示意地說明本實施例的噴液頭的剖視圖，它說明了如上面所述的實施例中那樣，借助可動件31的自由端32施加更大壓力的噴液頭發(fā)熱元件的結(jié)構(gòu)。
對于本實施例，噴液頭發(fā)熱元件2的端部比可動件31的自由端32更靠近噴口18。利用這樣安排的結(jié)構(gòu)，在發(fā)熱元件2噴口側(cè)的端部生成的氣泡40被引導(dǎo)作用于自由端32。這里，前面已經(jīng)描述過的實施例也可以按照與本實施例相同的方式構(gòu)造。本實施例的操作和作用的其它方面與第三個實施例描述的情況相同。但是，對于本實施例，可以實現(xiàn)簡化制造工藝，以較低的成本生產(chǎn)噴液頭。
(實施例7)圖13是一個示意地給出本實施例的一種所謂側(cè)噴型的噴液頭的剖視圖，其中，發(fā)熱元件的配置表面與噴口實質(zhì)上是平行的。圖13說明了一個如前面描述的實施例中那樣，借助可動件31的自由端32施加更大壓力的噴液頭發(fā)熱元件的結(jié)構(gòu)。
本實施例是將圖11A所示的第五個實施例的結(jié)構(gòu)設(shè)置成側(cè)噴型。上面已經(jīng)描述過的其它實施例也可以設(shè)置成側(cè)噴型。這里，操作和作用情況與第三個實施例中所描述的一樣。因此，將省略對它的描述。
現(xiàn)在將根據(jù)實施例8至實施例10描述可動件振動的特征頻率大于用于氣泡生成的驅(qū)動頻率的方法。
(實施例8)圖14A至14D是一個說明本實施例的一個噴液頭實例的剖視圖。
這里，在原理描述中，已經(jīng)對本實施例的噴液頭的結(jié)構(gòu)進行過詳細地描述。因此，將省略對它的描述。
對于本實施例的噴液頭，將各第二液流通道16設(shè)置在具有用于提供熱能以產(chǎn)生氣泡發(fā)熱元件2的元件基底1上。在第二液流通道上設(shè)置有與噴口18連通的第一液流通道14。
在這方面，如果發(fā)泡液和噴射液是同一種液體，公共液室可部分地連通以便它們被共同使用。
對于本實施例，可動31振動的特征頻率大于氣泡從產(chǎn)生到消失的周期的倒數(shù)。
利用這樣設(shè)置的結(jié)構(gòu)，使得如下的情況成為可能，即，借助如圖14B所示的氣泡40的生成及可動件本身的彈性所引起的可動件31的運動，使可動件31得以跟上從圖14A所示的對發(fā)熱元件2外加驅(qū)動脈沖的時刻起到圖14C所示的氣泡40消失的時刻為止的周期。
此外，作為本實施例的一個實例，將圖14A中所示的第二液流通道16內(nèi)的流道阻力設(shè)計得極小，從而使得在氣泡收縮之后，絕大部分液體的供應(yīng)由第二液流通道進行。在這種情況下，在收縮時氣泡40的壓力對可動件31向其靜止位置的運動不起作用，或者只有很小的作用。即使在這樣的情況下，本實施例也能使可動件31借助自身的彈性根據(jù)噴射操作的運動對氣泡40從生成到消失進行跟蹤。因此，對于如圖14D所示的下一次噴射中的發(fā)泡，可以得到和上一次噴射操作相同的條件，因而獲得噴射效率在全部時間均得到提高的特性。此外，可動件的運動可平滑地進行，可動件的壽命得以延長。
此外，只要可動件31在下一個噴射操作開始時能夠返回到其初始位置即可。因此，有可能使可動件31振動的特征頻率大于最大驅(qū)動頻率。
作為前面的一個真實的例子，令氣泡從生成到消失的周期為30μs，利用其固有振動頻率大于這一周期的倒數(shù)，即，大于1/30μs(＝33kHz)的可動件進行噴射。因此，可動件的操作跟蹤氣泡的擴展和收縮，從而可以改善噴射狀態(tài)，同時更大地提高補液效率。
這里，在這種情況下，在Ni內(nèi)摻入少量的Co或其它雜質(zhì)，并進行淬火或類似的處理。將這樣的材料用于上述可動件。
作為后者的一個真實的例子，對于最大驅(qū)動頻率為6kHz的噴液頭，采用特征頻率為7kHz或更高的可動件進行噴射。因此，即使采用6kHz的噴液頭，也可以獲得穩(wěn)定的噴射狀態(tài)，同時保持同樣的噴射效率。
(實施例9)圖15A至15D是一個示意地說明本實施例的噴液頭的剖視圖。其結(jié)構(gòu)基本上和第八個實施例一樣。因此將將省略對它的描述。
在圖15A所示的狀態(tài)，當(dāng)將驅(qū)動脈沖加到發(fā)熱元件2上時，由可動件31的P部分相對于發(fā)熱元件2的噴口的相反側(cè)生成波形fA和fB，如圖15B所示。這是因為與可動件31的剛性等條件有關(guān)的發(fā)泡力比較低。這是出現(xiàn)氣泡40的壓力均勻并平行地作用在可動件31上時的狀態(tài)。這種狀態(tài)盡管與不設(shè)置可動件31的傳統(tǒng)噴液頭相比，噴射效率有一定程度的提高，但它并不是將氣泡40導(dǎo)向噴口18的最佳狀態(tài)。
但是，如圖15C所示，借助可動件31所提供的特有的波動性運動，波形fA和fB向可動件31自由端32側(cè)及支點33側(cè)前進。
然后，如圖15C所示，如果在可動件31的運動達到最大的時刻，波形fA和fB到達自由端32和支點33，借助于可動件連同自由端32整體達到其最大位置，氣泡40被導(dǎo)向噴口18，這時說明達到了最有效的狀態(tài)。
因此，為了直到氣泡變?yōu)樽畲蠡蚩蓜蛹倪\動達到其極大值時獲得這種狀態(tài)，必須滿足下面的公式1(氣泡變?yōu)樽畲蟮臅r間)＞(可動件波動運動的周期)，或者，(可動件運動達到其極大值的時間)＞(可動件波動運動的周期)。
在這時，依據(jù)可動件的長度，可動件的波動運動時間可由下面的公式2獲得(可動件波動運動的周期)＝(可動件的長度)/(可動件的波動運動的速度)。
換句話說，有必要使可動件的波動運動速度比氣泡的擴展速度快。
利用這樣的結(jié)構(gòu)，使得噴射狀態(tài)穩(wěn)定，可在全部時間內(nèi)獲得提高的噴射效率特性。此外，由于可動件的運動是平滑進行的，所以延長了可動件的壽命。
作為一個真實的例子，使氣泡擴展的時間為15μs，以使其達到最大，同時使可動件的長度為150μm，所得到的關(guān)系是(15μs)＞(150μm/15m/s)。這種條件是合適的，其特征被穩(wěn)定地提高。
(實施例10)圖16A至16D是示意地說明本實施例噴液頭的剖視圖。因為其基本結(jié)構(gòu)與第八個實施例一樣，所以將省略對它的描述。
本實施例基本上和第九個實施例一樣。其特有的方面在于可動件31的自由端32比發(fā)熱元件2噴口側(cè)的端部更靠近噴口。
在圖16A所示的狀態(tài)，當(dāng)驅(qū)動信號加到發(fā)熱元件2上時，從可動件31的P部分產(chǎn)生相對于發(fā)熱元件2的噴口反向側(cè)的波形fA和fB，如圖16B所示。這是因為與可動件31的剛性等條件有關(guān)的發(fā)泡力比較低。這是一種在氣泡40的壓力均勻并平行地作用于可動件31上時出現(xiàn)的狀態(tài)。這種狀態(tài)盡管與沒有可動件31的傳統(tǒng)噴液頭相比噴射效率有一定程度的提高，但其本身并不是將氣泡40導(dǎo)向噴口18的最佳狀態(tài)。
但是，如圖16C所示，借助可動件31所提供的特有的波動運動，波形fA和fB向自由端32側(cè)和支點33側(cè)前進。同時，波形fC和fD向支點33側(cè)和自由端32側(cè)前進。
然后，如圖16D所示，如果在可動件31的運動達到最大時，波形fA和fB到達自由端32和支點33，同樣，波形fC和fD到達支點33和自由端32，借助可動件與其自由端32作為整體達到其最大運動位置，氣泡40被導(dǎo)向噴口18，這說明達到了最有效的狀態(tài)。
因此，為了在直到氣泡達到最大時或可動件的運動達到最大時獲得這種狀態(tài)，必須滿足下面的公式3(氣泡變?yōu)樽畲蟮臅r間)＞(可動件波動運動的周期)，或者，(可動件的運動達到其最大值的時間)＞(可動件波動運動的周期)在這時，依據(jù)可動件的長度，可動件的波動運動時間可由下面的公式4獲得(可動件的波動運動時間)＝(可動件的長度)/(可動件的波動運動的速度)
換句話說，有必要使可動件的波動運動的速度比氣泡的擴展速度快。
采用這樣設(shè)置的結(jié)構(gòu)，可以獲得和第九個實施例相同的效果。
現(xiàn)在將結(jié)合實施例11至16描述促進可動件自由端運動的運動促進方法。
(實施例11)對于基于上面所描述的噴射原理的噴液頭的結(jié)構(gòu)來說，借助覆蓋氣泡生成區(qū)的可動件的運動將氣泡生成所產(chǎn)生的壓力傳遞及氣泡本身的擴展導(dǎo)向噴口側(cè)的的功能，因可動件的結(jié)構(gòu)及其設(shè)置的位置(氣泡生成區(qū)和可動件之間的位置關(guān)系)的不同而不同。本發(fā)明的噴液頭可以實現(xiàn)能將氣泡生成所產(chǎn)生的壓力傳遞及氣泡本身的擴展更有效而穩(wěn)定地導(dǎo)向噴口側(cè)的結(jié)構(gòu)。更具體地說，對于圖1至圖7所示的實施例1和實施例2的位置關(guān)系，可以實現(xiàn)即使發(fā)熱元件2的下游側(cè)端部E位于自由端32的上游側(cè)，或者更進一步，即使是發(fā)熱元件2的上游側(cè)端部C位于點D或點F的上游側(cè)，也可以將氣泡生成所產(chǎn)生的壓力傳遞及氣泡本身的擴展有效而穩(wěn)定地導(dǎo)向噴口側(cè)的結(jié)構(gòu)。
下面，作為可以將氣泡生成所產(chǎn)生的壓力傳遞及氣泡本身的擴展更有效而穩(wěn)定地導(dǎo)向噴口側(cè)的結(jié)構(gòu)，將給出一些例子，在這些例子中，為可動件的一部分提供了一個加強件以提高其沿運動方向的剛性，以及對可動件的一部分做成形處理，以便提高其剛性。同時，這些例子將對這種結(jié)構(gòu)做詳細的描述。
(1)為可動件的一部分提供一個加強件的例子。
圖17A和17B是用來說明根據(jù)本發(fā)明一個噴液頭的第一種結(jié)構(gòu)的例子的圖示；圖17A是它的一個透視圖；圖17B是沿圖17A的17B-17B線截取的剖視圖。在圖17A和圖17B中，一個平板型可移動的加強件31a由支點33附近開始沿縱向設(shè)置到可動件31的中心處。該結(jié)構(gòu)的設(shè)置提高了可動件31相對于氣泡生成所引起的運動的強度。加強件31a的長度、寬度和厚度根據(jù)氣泡生成區(qū)的大小，該區(qū)域與發(fā)熱元件2之間的位置關(guān)系及其它因素決定。這里，加強件31a的長度被設(shè)定為使可動件31在自由端32側(cè)的部分保留到一定程度。加強件的寬度則小于可動件31的寬度。
對于除了自由端32側(cè)的一部分之外已被加強件31a加強了的可動件31，如果發(fā)熱元件的尺寸較小，如圖18A所示，設(shè)置一個沒有加強的可動件31的第一運動區(qū)(一個在自由端剛性較弱的部分)其功能是將氣泡的壓力導(dǎo)向噴口側(cè)，如果發(fā)熱元件尺寸較大，一個裝有加強件的第二運動區(qū)(在支點端具有較強剛性的部分)將上游側(cè)部分的氣泡導(dǎo)向可動件的自由端側(cè)，然后，借助位于自由端側(cè)的第一運動區(qū)(具有較弱的剛性)將氣泡的壓力導(dǎo)向噴口側(cè)。這樣，就能夠?qū)l(fā)泡時的氣泡壓力(特別是氣泡在下游側(cè)的壓力)更有效地集中到可動件的自由端側(cè)。因此，即使受到一個大的發(fā)泡力可動件的運動形狀也得到最佳化，以便于將氣泡穩(wěn)定地導(dǎo)向噴口方向。
特別是，采用本發(fā)明，生成的氣泡在其所產(chǎn)生的壓力傳遞過程中及氣泡在靠近噴口從下游側(cè)的擴展方向中有更多的分量指向噴口。因此，可以使面對這一部分的第一運動區(qū)的強度弱一些。同時，氣泡在上游側(cè)的壓力擴展部分中具有更多分量指向噴口的相反側(cè)，有必要采用更強的力對其進行更有力的控制。對此，采用加強件31a以加強可動件。從而，應(yīng)當(dāng)按如下關(guān)系設(shè)定靠近噴口的第一運動區(qū)的強度和遠離噴口的第二運動區(qū)的強度，即，(第一運動區(qū))＜(第二運動區(qū))，為此，采用如下的做法是有效的，即，在它們面對氣泡生成區(qū)(或發(fā)熱元件2)的部分之間設(shè)置邊界區(qū)，或者，更可取的是它們之間的邊界區(qū)設(shè)置在由它們面對的部分的中心起，面對兩個運動區(qū)的任何一個的長度的±30％或者最好是其長度的±10％的區(qū)域上。此外，加強件應(yīng)裝配到包括支點的區(qū)域上，從而它可作用到支點上。
這里，對可動件也可以設(shè)置3個或更多個不同的運動區(qū)。這種情況下，從噴口側(cè)算起，使它們分別為第一運動區(qū)，第二運動區(qū)，第三運動區(qū)，…，每個區(qū)的強度關(guān)系為(第一運動區(qū))＜(第二運動區(qū))＜(第三運動區(qū))…。同樣，如前面所述，在每個運動區(qū)之間面對氣泡生成區(qū)(或發(fā)熱元件)的部分之間分別設(shè)置邊界部分是有效的。
圖20A和20B同圖18A和18B是一樣的。為可動件的一部分提供加強件。對整個可動件提供一個第一運動區(qū)和一個第二運動區(qū)。對這種結(jié)構(gòu)，設(shè)置多個發(fā)熱元件區(qū)2a和2b分別單獨地作用于第一運動區(qū)和第二運動區(qū)。這種結(jié)構(gòu)是通過本發(fā)明的可動件形成的。該可動件面對位于元件基底上的發(fā)熱元件配置其第一運動區(qū)和第二運動區(qū)。這種配置和日本專利申請公開號7-256347的說明書中公開的具有多個發(fā)熱體的配置基本相同。因此，在這里詳細描述將被省略。
在圖20B中，將產(chǎn)生熱量的能量加在兩個發(fā)熱元件2a和2b上，并在氣泡生成區(qū)產(chǎn)生一個大的氣泡。在這種情況下，可動件的第一和第二運動區(qū)所起的作用是允許它從自由端側(cè)開始運動。從而，一個更大的力被有效地控制以導(dǎo)向噴口方向。因此，穩(wěn)定地提高了噴射效率。
如前所述，即使對于發(fā)泡力不同的類型的噴液頭，也可以對應(yīng)每個噴液頭使可動件恰當(dāng)?shù)剡\動。因此，不僅噴射效率穩(wěn)定地提高，同時當(dāng)要求分級控制或類似情況時，控制特性和噴射效率也十分優(yōu)異。
此外，如果上述的發(fā)泡力是可控的，也可以利用可動件的一些其它例子，這將在后面加以描述。
在這方面，對于上面描述過的對可動件31進行加強的例子，可以通過將加強件31a粘接在其上，或者僅將加強件疊放于其上來加強可動件31。
(2)對可動件的一部分進行成型處理，以便提高其剛性的例子。
在前面描述的例子中，可動件31的厚度部分地被加強，以提高其剛性。但是，通過對可動件的一部分進行成型處理以便對其進行部分加強，也可獲得同樣的功效。對于這個例子，從支點出發(fā)沿縱向?qū)蓜蛹?1的中心部分進行成型處理，以便加強可動件對運動的剛性。用這種方法，可動件31的強度相對于基于氣泡的生成而發(fā)生的運動得以加強。被處理部分的長度和寬度根據(jù)氣泡生成區(qū)的大小，該區(qū)與發(fā)熱元件2之間的位置關(guān)系及其它因素來決定。但是，如前面描述過的，這樣安排其長度，使自由端32側(cè)的可動件31的部分不被處理，就可以獲得圖18A和18B及圖20A和20B所表示的功效?？梢韵胂?，可以將其制成各種形狀，以提高上一節(jié)中所提到的剛性。例如，如圖21A和21B所示，可以提供一個其截面形狀為波浪形的形狀；如圖22A和22B所示，可以提供一個其截面形狀為凸形的形狀；如圖23A和23B所示，可以提供一個其截面形狀類似山丘的形狀；或者如圖24A和24B所示，也可以提供一個其截面形狀為圓弧形的形狀。它們當(dāng)中的任何一個都可以提高可動件在其運動方向上的剛性。
對于制造具有上述形狀的可動件，可以采用電鍍工藝或電鑄的方法。這里，作為一個例子，下面將描述制造具有圖22A和22B所示形狀的可動件的方法。
在SUS基板701上，形成抗蝕劑圖形702(圖25A所示的步驟)。接著，將該金屬板701浸入腐蝕液(三氯化鐵或氯化銅的水溶液)，以抗蝕劑圖形702作為掩膜，暴露的部分被腐蝕。此后，將抗蝕劑圖形702除去(圖25B所示的步驟)。然后將經(jīng)過腐蝕的金屬基板701進行電鍍形成一個鎳層703，例如厚度為2.5μm，(圖25C所示的步驟)。在這方面，采用磺酸鎳、應(yīng)力消除劑(World Metal Co.所制造的Zeroall)、硼酸、防氣孔劑(World Metal Co.所制造的NP-APS)及氧化鎳作為金屬電鍍輔助劑。通過采用上述步驟，可以制成具有圖21A和21B，圖23A和23B，圖24A和24B所示的各種形狀的可動件。
現(xiàn)在將描述利用上面所述的可動件的噴液頭的特有結(jié)構(gòu)。圖36是一個沿流道方向截取的剖視圖，示意地給出了在可動件的一部分上具有加強件的噴液頭的例子。圖37是一個表示該噴液頭的局部剖視透視圖。
在這方面，如圖36和37所示的噴液頭的結(jié)構(gòu)的詳細情況已在原理描述一節(jié)中提到。因此將省略對它的描述。
對于可動件31，如上所述，在它的一部分上設(shè)置一個加強件或進行成型處理，以加強其在運動方向的剛性?？蓜蛹鎸馀萆蓞^(qū)11(圖36中的B處)設(shè)置，借助發(fā)泡液的發(fā)泡向第一液流通道的噴口側(cè)張開(圖36中的箭頭表示)。
至于可動件31的支點33、自由端32的安排、它與發(fā)熱元件的排列關(guān)系，分別與圖1至圖4B，或圖5至圖7中的安排相同。
現(xiàn)在將結(jié)合圖38A和38B對這種噴液頭的操作進行描述。
在這里，圖38A和38B中所給出的結(jié)構(gòu)已在原理描述一節(jié)中詳細的提及。因此，將省略對它的描述。
對于這種結(jié)構(gòu)，除氣泡生成區(qū)的上游側(cè)外，沒有發(fā)泡壓力從其它三個方向逃逸。因此，隨著氣泡生成所產(chǎn)生的壓力被集中并傳遞給可動件31，它被設(shè)置為噴射壓力產(chǎn)生部分，同時可動件由圖38A所示的狀態(tài)運動到圖38B所示的第一液流通道側(cè)。通過可動件的這一操作，第一液流通道14和第二液流通道16大面積的連通。然后，由氣泡生成所引起的壓力被主要傳遞到第一液流通道的噴口方向(方向A)。當(dāng)這樣傳遞壓力時，該噴液頭借助第二運動區(qū)(在支點側(cè)具有更強剛性的部分)可以使氣泡在下游側(cè)的壓力集中地作用于可動件的自由端。同時，氣泡也被有效而穩(wěn)定地導(dǎo)向噴口方向。如前面所述，借助這種壓力傳遞和可動件的機械運動，液體從噴口噴出。
(實施例12)對于按照前面所述的第十一個實施例的噴液頭，可動件形成于把第一液流通道和第二液流通道分開的分隔壁上。此外，其結(jié)構(gòu)設(shè)置為在該可動件的一部分上提供一個加強件或加強成型以提高其剛性。但是，如圖34所示，也可以將結(jié)構(gòu)設(shè)置為這樣，即，為可動件的一部分提供一個由支座支撐的加強件或加強成型。
在這方面，圖34中所示的結(jié)構(gòu)的詳細情況已在原理描述一節(jié)中詳細提及。因此，將省略對它的描述。
至于可動件31的支點33、自由端32的安排，以及它與發(fā)熱元件的位置關(guān)系，和前面結(jié)合圖1至圖4A或圖5至圖7所描述的情況相同。在可動件31的初始位置(第一位置)，可動件31閉合或緊密地接觸于沿發(fā)熱元件2寬度方向在下游側(cè)設(shè)置的發(fā)熱元件的下游壁和側(cè)壁。從而，發(fā)泡時的氣泡壓力，特別是位于氣泡下游側(cè)的壓力不能逃逸，壓力集中在可動件的自由端。除了這個作用外，氣泡在下游側(cè)的壓力有效地借助于可動件的第二運動區(qū)(在支點側(cè)具有更強剛性的部分)被集中地導(dǎo)向可動件的自由端側(cè)。因此，于第十一個實施例相比，通過采用本實施例，氣泡被更加有效而穩(wěn)定地導(dǎo)向噴口方向。
(實施例13)在前面所述的每個實施例上，其結(jié)構(gòu)是這樣設(shè)置的，即，設(shè)置一個突起作為一個相對于可動件自由端的位于氣泡生成區(qū)的下游側(cè)的擋板，從而將氣泡生成所產(chǎn)生的壓力集中，以便使可動件快速運動，以及使氣泡向噴口側(cè)集中遷移。但是，如圖35所示，其結(jié)構(gòu)也可以這樣設(shè)置，使可動件的自由端及它的兩個端側(cè)區(qū)域基本上不封閉氣泡生成區(qū)，而不設(shè)置突起，允許它向噴口區(qū)開放。在這種情況下，直接作用于液滴噴射的位于噴口側(cè)的氣泡部分，由位于自由端側(cè)的可動件的第一運動區(qū)(剛性較弱的部分)控制，給予即將生成的氣泡以自由度。
在這方面，圖35所示的結(jié)構(gòu)已在原理描述一節(jié)中詳細提及。因此，將省略對它的描述。
(實施例14)通過對結(jié)構(gòu)進行安排，使可動件31的自由端位于下游側(cè)更遠的地方，如圖26所示，可以使可動件的運動速度更快，從而提高通過可動件的運動產(chǎn)生的噴射力。換句話說，可動件第二運動區(qū)(位于支點側(cè)具有更強剛性的部分)將氣泡的上游側(cè)部分導(dǎo)向自由端，從而使第一運動區(qū)(位于自由端側(cè)具有較弱剛性的部分)更有效地起到將氣泡的壓力導(dǎo)向噴口側(cè)的作用。
此外，按照在其壓力中心部分氣泡的擴展的速度，可動件31的第二運動區(qū)以速度R1運動。但是，位于遠離支點33處的第一運動區(qū)則以較快的速度R2運動。這樣，自由端32側(cè)以較高的速度機械地作用于液體，從而有利于移動液體以便提高噴射效率。
此外，與前面的實施例相比，自由端更靠近噴口側(cè)。從而，可以更穩(wěn)定地集中利用氣泡擴展方向的分量，在更好的狀態(tài)下完成極好的噴射。
(實施例15)為簡化結(jié)構(gòu)，如圖27A至27C所示，可以這樣安排結(jié)構(gòu)，即，直接與噴口連通的區(qū)域不采用與液室側(cè)連通的流道的形狀。在這種情況下，所有的液體供應(yīng)均由沿可動件31表面在發(fā)泡區(qū)側(cè)設(shè)置的液體供應(yīng)通道12完成。
對于這種噴液頭，在從借助發(fā)熱元件2使液體發(fā)泡的狀態(tài)(圖27A所示狀態(tài))向氣泡收縮的狀態(tài)(圖27B所示的狀態(tài))轉(zhuǎn)移的過程中，可動件31返回到其初始位置，在S3處提供液體。然后，在圖27C所示的狀態(tài)，在可動件返回其初始位置時就已開始出現(xiàn)的彎液面M的輕微退回，在氣泡消失之后，被存在于噴口18附近的表面張力強制性地填充。
(實施例16)圖28A和28B是示意地說明根據(jù)本實施例的一個噴液頭的實施例的剖視圖。
該噴液頭是所謂側(cè)噴型的，其噴口18設(shè)置在面對發(fā)熱元件2的發(fā)熱表面處，它們基本上相互平行。每個發(fā)熱元件2(對于本實施例，每個發(fā)熱電阻為48μm×46μm)設(shè)置在元件基底1上以產(chǎn)生熱能用于在液體中發(fā)生美國專利4,723,129的說明書中所公開的薄膜沸騰，以便生成氣泡。在作為噴口件的孔板51上設(shè)置噴口18。
液流通道14設(shè)置在孔板51和元件基底1之間，以便液體流通。該液流通道與噴口件連通。
在液流通道16中，面對發(fā)熱元件2設(shè)置有兩個平板懸臂梁式的可動件31。如前面所述的每一實施例那樣，每個可動件均設(shè)有用于提高其剛性的加強件或加強成型。對于各可動件，使作為從噴口側(cè)起的第一運動區(qū)和第二運動區(qū)的每一運動區(qū)，其強度具有如下關(guān)系(第一運動區(qū))＜(第二運動區(qū))。這里，如上面所述的每一實施例中所提到的，在每一運動區(qū)位于面對氣泡生成區(qū)(或發(fā)熱元件2)的部分的每一可動區(qū)之間設(shè)置邊界區(qū)是有益的。比較可取的是，這種邊界位置從面對它的部分的中心起相當(dāng)于該部分長度的±30％的區(qū)域內(nèi)，更為可取的是位于±10％的區(qū)域內(nèi)。此外，加強件應(yīng)位于包括支點在內(nèi)的區(qū)域內(nèi)，從而使它作用于其上。
當(dāng)發(fā)熱元件2的發(fā)熱表面上產(chǎn)生熱量時，液體內(nèi)產(chǎn)生氣泡。然后，每一可動件的第一和第二運動區(qū)動作，使得自由端側(cè)發(fā)生更大的運動，從而將下游側(cè)和上游側(cè)的氣泡壓力有效地導(dǎo)向可動件的自由端側(cè)。然后，氣泡被有效而穩(wěn)定地導(dǎo)向噴口方向。
在氣泡消失時，每個可動件31返回到其原始位置，這時，當(dāng)向發(fā)熱元件提供液體時，氣泡生成區(qū)的噴口側(cè)處于基本關(guān)閉的狀態(tài)。因此，可以獲得在前面的實施例中所描述的各種效果，例如抑制彎液面的退回。同時，對于補液效果，也可以獲得與前面的實施例相同的效果相同和功能。
(其它實施例)現(xiàn)在已經(jīng)對根據(jù)本發(fā)明所提供的噴液頭的主要部分和噴液方法的實施例進行了描述。下面，將結(jié)合附圖描述實施本發(fā)明的方法的例子，它們可較好地用于上述實施例。這里，在下面給出的描述中，會采用單流道結(jié)構(gòu)實施例和雙流道結(jié)構(gòu)實施例中的一個。但是，應(yīng)該清楚，除非特殊聲明，這樣的結(jié)構(gòu)將適用于單流道和雙流道結(jié)構(gòu)兩種實施例。
(可動件和分隔壁)圖39A、39B和39C是說明可動件其它形狀的圖示。參考數(shù)字35分別指為它們設(shè)置的每個狹縫。圖39A表示一個細長的矩形形狀；圖39B表示為促進可動件的運動而在支點側(cè)具有一個較窄部分的形狀；圖39C表示一個在支點側(cè)具有一用于延長可動件壽命的較寬部分的形狀。這里，只要可動件制成有利于其運動但又有很長壽命的形狀即可。
對于前面的實施例，平板型可動件31和其上具有這種可動件的分隔壁30是用5μm厚的鎳制成的。但是，其材料并不局限于此。作為制造可動件和分隔壁所用的材料，只要該材料對發(fā)泡液和噴射液有抗溶解能力，同時具有使可動件具有良好的操作彈性和能夠形成精細的狹縫的性質(zhì)，就可以了。
可動件的材料，最好采用高耐用性的金屬，如銀、鎳、金、鐵、鈦、鋁、鉑、鉭、不銹鋼、磷青銅，或它們的合金，或者具有丙烯腈、丁二烯、苯乙烯或其它腈基的樹脂，具有聚酰胺或其它酰胺基的樹脂，具有聚碳酸酯或其它醛基的樹脂，具有聚砜或其它砜基的樹脂，或者具有液晶聚合物或類似物的樹脂及其化合物，具有高耐墨水性能的金屬如金，鎢，鉭，鎳，不銹鋼或鈦，或者它們的合金，以及在表面上有它們的涂層以獲得耐墨水性質(zhì)的材料，或者具有聚酰胺或其它酰胺基的樹脂，具有聚醛或其它醛基的樹脂，具有聚醚酮或其它酮基的樹脂，具有聚酰亞胺或其它亞胺基的樹脂，具有酚醛樹脂或其它羥基的樹脂，具有聚乙烯或其它乙基的樹脂，具有聚丙烯或其它烷基的樹脂，具有環(huán)氧樹脂或其它環(huán)氧基的樹脂，具有蜜胺樹脂或其它氨基的樹脂，具有二甲苯樹脂或其它羥甲基的樹脂，以及它們的復(fù)合物，此外，陶瓷如二氧化硅，及其復(fù)合物。
對于分隔壁的材料，最好采用具有良好的耐熱及耐溶液性質(zhì)及良好的可成型性的樹脂，如近年來以工程塑料為代表的樹脂，例如聚乙烯，聚丙烯，聚酰胺，聚對酞酸乙二酯，蜜胺樹脂，酚醛樹脂，環(huán)氧樹脂，聚丁二烯，聚氨基甲酸乙酯，聚醚酮，聚醚砜，聚芳基化物，聚酰亞胺，聚砜，或液晶聚合物(LCP)及它們的復(fù)合物，或二氧化硅，氮化硅，鎳，金，不銹鋼或其它金屬，它們的合金，或具有鈦或金涂層的材料。
此外，分隔壁的厚度，根據(jù)材料的性質(zhì)、所需的形狀等，從分隔壁的強度及做為可動件可進行良好的操作的角度考慮加以確定。但是，最好令其厚度為0.5μm至10μm。
在這方面，對于本實施例，形成可動件的狹縫35的寬度定為2μm。但是，如果發(fā)泡液和噴射液是不同的液體，應(yīng)避免它們的混合，狹縫的寬度設(shè)置得近似地等于能使兩種液體之間形成彎液面的間隙，同時抑制兩種液體各自的擴充。例如，利用2cp(2厘泊)的液體做為發(fā)泡液，用100cp的液體做為噴射液，利用約5μm的狹縫就可以防止它們之間的混合。但是，最好將它定在3μm以下。
根據(jù)本發(fā)明，可動件的標的厚度為(tμm)。不宜采用cm級厚度的可動件。當(dāng)以μm(wμm)寬度的狹縫為目標時，應(yīng)當(dāng)考慮在制造過程中引進的某些偏差。
當(dāng)僅僅在該處形成有狹縫的可動件的自由端和/或一個面對其側(cè)端的構(gòu)件的厚度與可動件的厚度相等時(見圖37)，在考慮到制造過程中帶來的偏差的情況下，如果狹縫的寬度和厚度之間的關(guān)系保持在下面給出的范圍之內(nèi)，就能夠穩(wěn)定地抑制發(fā)泡液和噴射液之間的混合。這是一個限定條件，但是從設(shè)計的角度考慮，如果結(jié)構(gòu)設(shè)置滿足條件w/t≤1，只要相對于粘度為3cp或更低的發(fā)泡液，采用高粘度的墨水(5cp，10，等等)就可以在一段很長的時間內(nèi)抑制這兩種液體的混合。
做為一個滿足本發(fā)明所定義的“基本封閉狀態(tài)”的狹縫，為獲得更可靠的性能，狹縫制成μm級是可取的。
(元件基底)現(xiàn)在，下面將描述一個元件基底的結(jié)構(gòu)，其上設(shè)置有用于對液體加熱的發(fā)熱元件。
圖40a和40b是本發(fā)明的噴液頭的俯視剖視圖；圖40a表示一個下面將要描述的具有一個保護膜的噴液頭；圖40b表示沒有保護膜的噴液頭。
在元件基底1上，設(shè)置開槽構(gòu)件50，它提供了第二液流通道16，分隔壁30，及第一液流通道14。
對于元件基底1，在一個硅或類似物的基片107上形成二氧化硅或氮化硅薄膜106用于絕緣和導(dǎo)熱，在它上面涂布并用圖形成形法形成硼化鉿(HfB2)，氮化鉭(TaN)，鉭鋁(TaAl)或其它電阻層105(0.01至0.2μm厚)鋁線電極(0.2至1.0μm厚)，如圖13所示。電壓由兩個線電極104加到電阻層105上使電流流過電阻層，從而發(fā)熱。在電阻層上穿過線電極形成一個厚度為0.1至2.0μm的二氧化硅或氮化硅保護層。進而，在其上再形成鉭或類似物的抗氣蝕層(厚度為0.1至0.6μm)。這樣，電阻層105就與墨水或其它液體隔離開，受到保護。
特別是，在氣泡生成時會產(chǎn)生壓力和沖擊波，尤其是在氣泡消失時沖擊波特別強，堅硬而脆的氧化物薄膜的壽命會大大縮短。因此采用鉭(Ta)或其它金屬做為抗氣蝕層。
此外，通過對液體的組合，液流通道和電阻材料的安排，可以設(shè)置一種不需要上述防護層的結(jié)構(gòu)。圖40B給出了它的一個例子。做為不需要這種防護層的電阻層材料，可舉出銥-鉭-鋁合金等。
對于上述每個實施例所采用的發(fā)熱元件的結(jié)構(gòu)，可以僅在電極之間設(shè)置電阻層(發(fā)熱層)或者可以包括用于保護電阻層的保護層。
對于本實施例，采用每一個都具有由電阻層構(gòu)成并根據(jù)電信號發(fā)熱的發(fā)熱單元的發(fā)熱元件。但是，本發(fā)明不局限于采用這種發(fā)熱元件，只要每個發(fā)熱元件可以在液體內(nèi)產(chǎn)生足以使液體噴射的氣泡即可。例如，光熱轉(zhuǎn)換元件，其發(fā)熱單元在接受到激光束或其它光后會產(chǎn)生熱量，或者其它某些具有在接受到高頻率時會發(fā)熱的發(fā)熱單元的發(fā)熱件。
這里，對于上面描述的元件基底1，除了構(gòu)成發(fā)熱單元的電阻層105并與向電阻層提供電信號的線電極104一起構(gòu)成的電熱轉(zhuǎn)換元件之外，可以用半導(dǎo)體制造工藝將晶體管、二極管、寄存器、移位寄存器和其它功能元件集成到一起，以便選擇性地驅(qū)動電熱轉(zhuǎn)換元件。
此外，為驅(qū)動上述設(shè)置于元件基底上的電熱轉(zhuǎn)換元件的發(fā)熱單元以噴射液體，通過線電極104向電阻層105提供如圖41所示的矩形脈沖，使線電極間的電阻層突躍式的發(fā)熱。對于前面實施例中的每個噴液頭，為驅(qū)動每一發(fā)熱元件所加的電信號為6kHz，24V，脈沖寬度為7μsec，電流105mA。利用這種操作，墨液從每個噴口噴出。但是，驅(qū)動信號的條件不必局限于此，只要驅(qū)動信號能夠使發(fā)泡液恰當(dāng)?shù)陌l(fā)泡即可。
(噴射液和發(fā)泡液)如前面實施例所述，通過采用前述具有可動件的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明能夠以比傳統(tǒng)噴液頭更高的噴射力和噴射效率噴射液體。液體噴射速度也更快。對于實施本發(fā)明的某些結(jié)構(gòu)，當(dāng)利用同一種液體做為發(fā)泡液和噴射液時，可以采用各種液體；只要所用的液體性質(zhì)不因受熱而變壞，當(dāng)受熱時不易在發(fā)熱元件上生成沉積，在受熱時能實現(xiàn)揮發(fā)和凝聚時的可逆狀態(tài)變化，同時，不會使沒每一液流通道、可動件及壁構(gòu)件的性能變壞。
在這種液體中，可以使用具有用于傳統(tǒng)氣泡噴射裝置的同樣成分的墨水，如用于記錄的液體(記錄液)。
另一方面，當(dāng)用不同的液體分別做為噴射液和發(fā)泡液時，通過采用具有本發(fā)明的雙流道結(jié)構(gòu)的噴液頭，利用具有上面所描述的性質(zhì)的液體做為發(fā)泡液即可。更具體地說，可以舉出甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正己烷、正庚烷、正辛烷、甲苯、二甲苯、二氯化乙烯、三氯乙烯、氟利昂TF、氟利昂BF、二乙醚、二氧雜環(huán)己烷、環(huán)己烯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酮、甲基醚酮、水及它們的混合物等。
做為噴射液，可采用各種液體，不管其是否存在發(fā)泡性質(zhì)及熱特性如何。同時，即使發(fā)泡能力低、用傳統(tǒng)噴液頭難以噴射的液體，當(dāng)受熱時性質(zhì)容易發(fā)生變化或性質(zhì)變劣的液體，或者是粘度高的液體，均可用作噴射液。
但是，做為噴射液的性質(zhì)，則需要它是這樣一個液體，即，它不會由于噴射液本身或者由于與發(fā)泡液接觸引起的反應(yīng)而阻礙噴射、發(fā)泡和可動件的操作等。
做為記錄用的噴射液，可采用高粘度的墨水或類似物。做為其它噴射液，可以舉出利用如不具有強耐熱性的藥物，香水等液體。
對于本發(fā)明，采用具有下述成分的即可用作噴射液也可作為發(fā)泡液的墨水進行記錄；這里，由于噴射力高，墨水的噴射速度加快，從而通過提高液滴的噴射精度獲得極高質(zhì)量的記錄圖象粘度為2cp的顏料墨水(C—I食品黑)顏料3wt％二甘醇 10wt％硫二甘醇5wt％乙醇5wt％水 77wt％此外，可以將具有如下成分的發(fā)泡液和噴射液相互組合進行記錄；從而可以噴射粘度高達150cp的液體，更不要說粘度只有十幾或幾個cp的液體了，且其噴射狀態(tài)之良好是傳統(tǒng)噴液頭很難達到的，并獲得質(zhì)量更高的圖象發(fā)泡液1乙醇40wt％水 60wt％發(fā)泡液2水 100wt％發(fā)泡液3異丙醇 10wt％水 90wt％噴射液1；顏料墨水(粘度約15cp)碳黑5wt％苯乙烯-丙烯酸-丙烯酸乙烯聚合物(氧化物140，加權(quán)平均分子量8,000)1wt％單乙醇胺0.25wt％丙三醇 69wt％
硫二甘醇5wt％乙醇3wt％水 16.75wt％噴射液2(粘度5cp)聚乙二醇200 100wt％噴射液3(粘度150cp)聚乙二醇600 100wt％當(dāng)利用傳統(tǒng)的噴射方法采用不易被噴射的液體時，由于噴射速度慢噴射方向容易發(fā)生變化。從而，向記錄紙上的噴射點的精度變得不令人滿意，按照傳統(tǒng)技術(shù)難以獲得高質(zhì)量的圖象。但是，利用上面所描述的方法構(gòu)造的實施例，通過采用發(fā)泡液就可以充足而穩(wěn)定地生成氣泡。從而，可以提高液滴的噴射精度并穩(wěn)定墨水的噴射量，以便顯著地提高記錄圖象的質(zhì)量。
(具有雙流道結(jié)構(gòu)的噴液頭的結(jié)構(gòu))圖42是一個分解透視圖，它給出了本發(fā)明的噴液頭中的噴液頭雙流結(jié)構(gòu)的整個結(jié)構(gòu)。
在鋁等制造的支承件上，設(shè)有如上所述的元件基底1。在元件基底上，設(shè)有第二液流通道16的壁16a和第二公共液室17的壁17a。在這些壁上，裝配有可動件31的分隔壁30。此外，在分隔壁30上設(shè)有開槽構(gòu)件50。這一構(gòu)件配有許多凹槽，它們構(gòu)成第一液流通道14，第一公共液室15，用于將第一種液體提供到第一公共液室15的供應(yīng)通道20，將第二種液體提供到第二公共液室17的供應(yīng)通道21。利用這樣的結(jié)構(gòu)，構(gòu)成雙流道噴液頭。
(噴液頭盒的結(jié)構(gòu))現(xiàn)在將簡單描述安裝有根據(jù)本發(fā)明制造的噴液頭的噴液頭盒。
圖43是一個分解透視圖，示意地給出了一個噴液頭盒。噴液頭盒主要由噴液頭單元200和液體容器90構(gòu)成。
噴液頭單元200包括元件基底1，分隔壁30，開槽構(gòu)件50，壓簧78，液體供應(yīng)件90以及支承件70。許多發(fā)熱電阻(發(fā)熱元件)整齊地設(shè)置在元件基底1上。同時，設(shè)置有許多功能元件，用于選擇性地驅(qū)動這些發(fā)熱電阻。每個發(fā)泡液流通道形成于元件基底1和其上設(shè)有可動件的分隔壁30之間。發(fā)泡液分布于每個流道內(nèi)。分隔壁30與開槽頂板50粘接形成液流通道(未給出)，以分布噴射液用于噴射。
壓簧78是這樣一個構(gòu)件，它向開槽構(gòu)件50施加指向元件基底1方向的加載力。通過這一加載力，使元件基底1、分隔壁30、開槽構(gòu)件50和支承件70(下面將描述)很好地構(gòu)成一個整體。
支承件70是一個支撐元件基底1及其它部分的構(gòu)件。在支承件70上，裝有印刷線路板71，它與元件基底1連接，以提供電信號，以及連接座72，它與設(shè)備側(cè)連接以便與之交換電信號。
液體容器90內(nèi)裝有墨水或其它噴射液，及用于生成氣泡的發(fā)泡液。在液體容器90的外表面?zhèn)仍O(shè)置有定位件94，用以連接噴液頭與液體容器，以及固定軸95用來將它們固定。噴射液由液體容器的噴射液供應(yīng)通道92供應(yīng)到供液件80的噴射液供應(yīng)通道81，然后分別通過各構(gòu)件上的各噴射液供應(yīng)通道83，71，21供應(yīng)到第一公共液室。類似地，氣泡液由液體容器的供應(yīng)通道93通過供液件的供液通道供應(yīng)到供液件80的氣泡液供應(yīng)通道82，然后，通各氣泡液供應(yīng)通道84，71和22供應(yīng)到第二公共液室。
對于上述噴液頭，已經(jīng)描述了當(dāng)即使發(fā)泡液和噴射液是不同的液體時也能進行供液的液體容器及供液方法。但當(dāng)噴射液和發(fā)泡液相同時，發(fā)泡液供應(yīng)通道，噴射液供應(yīng)通道和液體容器則沒有必要分開。
在這方面，可以采用一個在每種液體已消耗光后再補充液體的液體容器。為此，需要為液體容器設(shè)置一個液體注入口。此外，可以將噴液頭和液體容器構(gòu)成一個整體或分體式。
(噴液設(shè)備)圖44是一個示意地表示裝有上述噴液頭的噴液設(shè)備的圖示。這里將具體描述利用墨水作為噴射液的一個噴墨記錄設(shè)備。噴液設(shè)備的滑架HC可拆卸地裝有噴液頭盒，該噴液頭盒包括一個裝墨水用的液體容器單元90和噴液頭單元200，并沿著記錄介質(zhì)如記錄紙的寬度方向往復(fù)運動，記錄介質(zhì)則由記錄介質(zhì)傳送裝置傳送。
當(dāng)由驅(qū)動信號提供裝置(未給出)向滑架HC上的噴液頭單元提供驅(qū)動信號時，記錄液根據(jù)這些信號從噴液頭噴向記錄介質(zhì)。
此外，記錄設(shè)備上裝有作為驅(qū)動源的電機111，以及將驅(qū)動源的驅(qū)動力傳送到滑架上的齒輪112，113以及滑架軸115等。通過采用這種記錄設(shè)備和用于該噴液設(shè)備的噴液方法向各種記錄介質(zhì)噴液，可獲得具有優(yōu)良圖象的記錄物。
圖45是一個框圖，給出了采用本發(fā)明的噴液頭和噴液方法進行噴墨記錄的作為一個整體的記錄設(shè)備。
這種記錄設(shè)備從主計算機300接受打印信息作為控制信號。打印信息暫時寄存在記錄設(shè)備的輸入接口301。與此同時，打印信息被轉(zhuǎn)換成可在記錄設(shè)備中進行處理的數(shù)據(jù)輸入到起著向噴液頭提供驅(qū)動信號的雙重作用的CPU302。CPU302利用其外部設(shè)備如RAM304根據(jù)儲存在ROM302內(nèi)的控制程序?qū)斎氲臄?shù)據(jù)進行處理并將其轉(zhuǎn)換成打印數(shù)據(jù)(圖象數(shù)據(jù))。
同時，CPU302產(chǎn)生電機驅(qū)動數(shù)據(jù)以啟動驅(qū)動電機，該電機則同步地帶動記錄紙和記錄頭，將圖象數(shù)據(jù)記錄在記錄紙的恰當(dāng)位置上。圖象數(shù)據(jù)和驅(qū)動數(shù)據(jù)分別通過記錄頭驅(qū)動器307和電機驅(qū)動器305傳送到噴液頭200和驅(qū)動電機305上，它們按照受控時標被驅(qū)動以形成圖象。
作為可用于上述采用墨水或其它記錄液的記錄設(shè)備的記錄介質(zhì)，可舉出各種紙張，OHP板，用于密盤的塑料材料，裝飾板或類似物，織物，鋁和銅等金屬材料，牛皮，豬皮，人造革，木材，層壓板，竹子，瓷磚和其它陶瓷材料，海綿或其它三維結(jié)構(gòu)。
同時，作為上述的記錄設(shè)備，可以舉出向各種紙張和OHP板上進行記錄的打印設(shè)備，向密盤或其它塑料材料上進行記錄的塑料用記錄設(shè)備，向金屬板上做記錄的記錄設(shè)備，向皮革上做記錄的記錄設(shè)備，向木材上做記錄的記錄設(shè)備，向陶瓷上做記錄的記錄設(shè)備，向三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)如海綿上做記錄的記錄設(shè)備，也包括向織物上做記錄的紡織印花設(shè)備。
作為用于這些噴液設(shè)備的噴射液，根據(jù)記錄介質(zhì)的種類和記錄條件可采用任何一種液體。
(記錄系統(tǒng))
現(xiàn)將描述一個采用本發(fā)明的噴液頭作為其記錄頭向記錄介質(zhì)進行記錄的噴墨記錄系統(tǒng)的例子。
圖46是一個示意地說明采用上述本發(fā)明的噴液頭201的噴墨記錄系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖示。本實施例的噴液頭是一個全行型的，它有許多噴口，以360dpi的間隔(密度)對應(yīng)于記錄介質(zhì)150的可記錄寬度沿長度排列。四個噴液頭201a，201b，201c和201d沿X方向以給定的間隔相互平行地由夾持件202固定支撐，分別對應(yīng)于四種顏色，黃色(Y)，深紅色(M)，藍綠色(C)和黑色(BK)。由構(gòu)成驅(qū)動信號驅(qū)動件的噴液頭驅(qū)動器307，向每個噴液頭提供信號。
墨水容器24a至24d分別向每個噴液頭提供四種不同的顏色Y，M，C，BK。這里，參考數(shù)字204表示發(fā)泡液容器，該結(jié)構(gòu)設(shè)置成向每個噴液頭提供發(fā)泡液。
此外，在每個噴液頭的下方，設(shè)有內(nèi)含海綿或其它墨水吸收材料的噴液頭罩203a至203d，以便在記錄操作停止時將噴口覆蓋保護噴液頭。
這里，參考數(shù)字206表示一個傳送帶，用以構(gòu)成傳送機構(gòu)，以傳送前述每一實施例中的每種記錄介質(zhì)。傳送帶圍繞著在給定通道上的滾輪被拖動，并由與電機驅(qū)動器305連接的驅(qū)動輪進行驅(qū)動。
此外，對于本實施例的噴墨記錄系統(tǒng)，在記錄介質(zhì)傳送通道的上游側(cè)和下游側(cè)安裝有前處理裝置251和后處理裝置252，在記錄之前和記錄之后對記錄介質(zhì)進行各種處理。
根據(jù)記錄介質(zhì)和記錄墨水的類型的不同，相應(yīng)的前處理和后處理的內(nèi)容也不同。例如，對于向金屬，塑料或陶瓷等介質(zhì)進行記錄時，采用紫外線和臭氧進行輻照，使所用介質(zhì)的表面活化，改善墨水對它們的附著力。同時，當(dāng)向如塑料這種容易產(chǎn)生靜電的介質(zhì)上進行記錄時，在某些情況下塵粒等易于被吸附于其表面上，妨礙良好的記錄。因此，作為前處理裝置，采用一種電離劑去除靜電。這樣，塵粒將被從記錄介質(zhì)上除去。此外，當(dāng)用織物作為記錄介質(zhì)時，可以從下述物質(zhì)中選擇一種物質(zhì)進行前處理，以防止向織物上記錄時產(chǎn)生污漬并改善其著色率，這些物質(zhì)是堿性物質(zhì)，水溶性物質(zhì)，合成聚合物，水溶性金屬鹽，尿素，硫脲。但是，前處理不必局限于此。它可以是這樣一種處理過程，即，將記錄介質(zhì)的溫度調(diào)節(jié)到適于在該介質(zhì)上進行記錄的溫度。
另一方面，通過進行熱處理或紫外線輻照等方式，對已被提供墨水的記錄介質(zhì)進行定影處理作為后處理，以提高墨水的固著力。同時，作為后處理，也要進行清潔處理以便清除在前處理過程中提供給記錄介質(zhì)但仍處于惰性狀態(tài)的處理劑。
這里，已經(jīng)對假定采用全行噴液頭作為噴液頭時的情況進行了描述，但是本發(fā)明不必局限于全行噴液頭?？梢詫⒈景l(fā)明用于這樣一種模式，即，將前面描述過的較小的噴液頭沿著記錄介質(zhì)的寬度方向傳送以便進行記錄。
此外，相對于上述每個實施例，將它們之中的至少兩個結(jié)合在一起，可以提高本發(fā)明的效果。
對于第一和第二實施例，氣泡的壓力作用在可動件的自由端，將發(fā)泡時的壓力和氣泡的擴展有效地導(dǎo)向噴射方向。同時，可動件的運動是平滑的，從而延長可動件的壽命。
對于第三至第七實施例，其機構(gòu)設(shè)置使得氣泡生成區(qū)內(nèi)氣泡的壓力大量地作用于靠近可動件自由端的部分。因此，可以實現(xiàn)可動件的這樣一種狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，于可動件的整個操作過程中，在可動件的早期運動階段，可動件的自由端移動量很大。這樣，可獲得更高的噴射效率及噴射穩(wěn)定性。同時，可動件的運動形狀在全部時間內(nèi)都是可穩(wěn)定重復(fù)的。從而，運動操作是平滑進行的，可動件壽命也得以延長。
對于第八至第十實施例，借助于可動件的特性將可動件的運動導(dǎo)向理想狀態(tài)，然后在這種狀態(tài)下將氣泡導(dǎo)向噴口方向。因此，可獲得穩(wěn)定的噴射狀態(tài)。同時，在整個時間內(nèi)均可獲得高噴射效率特性。也提高了補液特性和可動件的壽命。
對于第十一至第十六實施例，通過設(shè)置可動件的特有結(jié)構(gòu)，即，在可動件上，形成位于自由端側(cè)并在可動件的運動方向具有較弱剛性的可動件第一運動區(qū)，及位于支點側(cè)并在可動件的運動方向具有較強剛性的第二運動區(qū)，就有可能利用這樣一個功能，即，將氣泡在下游側(cè)的擴展分量更有效的強制移向可動件自由端側(cè)。利用這種設(shè)置，可以更進一步提高噴射效率，噴射壓力和穩(wěn)定性。
令每一運動區(qū)從噴口側(cè)算起作為第一和第二運動區(qū)，每一運動區(qū)的強度關(guān)系為(第一運動區(qū))＜(第二運動區(qū))，采用于面對氣泡生成區(qū)(或發(fā)熱元件)的部分在每個運動區(qū)之間設(shè)置邊界的結(jié)構(gòu)，使得第一和第二運動區(qū)能夠依據(jù)氣泡生成所產(chǎn)生的壓力進行動作。從而自由端處于運動量更大的狀態(tài)，因此將下游側(cè)的氣泡壓力有效的導(dǎo)向可動件的自由端。這樣，有效而穩(wěn)定地將氣泡導(dǎo)向噴口方向。
此外，如果發(fā)泡力比較小，可動件的第一運動區(qū)起作用，它特別更加有效地控制這種小的發(fā)泡力并將氣泡導(dǎo)向噴口方向。如果在氣泡生成區(qū)產(chǎn)生一個大的氣泡，第一和第二運動區(qū)同時起作用，使自由端位移量很大，從而更有效地控制大的發(fā)泡力，并將其導(dǎo)向噴射方向。因而更有效地利用熱能。
此外，對于分別具有不同發(fā)泡力的類型的噴液頭，也能夠使每個可動件恰當(dāng)?shù)剡\動。因此，不僅穩(wěn)定地提高噴射效率，當(dāng)需要進行分級之類的控制時，也使控制性能和噴射效率變得十分優(yōu)異。
此外，通過這種具有高噴射效率，高噴射壓力和高穩(wěn)定性的噴射性能，即使設(shè)備在低溫低濕狀態(tài)下長時間閑置不動，也可以避免喪失噴射能力。如果一旦喪失噴射能力，通過很少的復(fù)原處理，例如預(yù)噴和抽吸復(fù)原，就可以很容易地使噴射操作恢復(fù)到正常狀態(tài)。這樣，就可以縮短復(fù)原所需時間，減少液體的損耗。同時，補液性能也獲得提高，可達到連續(xù)噴射所需的靈敏度，氣泡的擴展，及液滴的穩(wěn)定形成。
同時，當(dāng)利用本發(fā)明的噴液頭作為噴液記錄頭進行記錄時，能夠獲得高質(zhì)量的記錄圖象。
此外，利用本發(fā)明的噴液頭，可以提供一種除其它優(yōu)點之外，其噴液效率進一步提高的噴液設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種通過氣泡使自由端面對氣泡生成區(qū)的可動件運動進行噴液的噴液方法，步驟為通過促進所述可動件自由端位移而促進所述自由端的運動。
2.一種通過氣泡使自由端面對氣泡生成區(qū)的可動件運動進行噴液的噴液頭，包括用于促進所述可動件自由端運動的運動促進方法。
3.如權(quán)利要求1所述的噴液方法，其特征在于，將氣泡的壓力加在從所述可動件的自由端側(cè)起1/2的面積上，以便提供一種使所述自由端的運動最大化的運動形態(tài)。
4.如權(quán)利要求1所述的噴液方法，其特征在于，將氣泡的壓力加在從所述可動件的自由端側(cè)起2/5的面積上，以便提供一種使所述自由端的運動最大化的運動形態(tài)。
5.如權(quán)利要求3所述的通過氣泡使自由端面對氣泡生成區(qū)的可動件運動以進行噴液的噴液方法，采用的噴液頭設(shè)置有用于噴液的噴口，用于使液體產(chǎn)生氣泡的氣泡生成區(qū)，以及面對氣泡生成區(qū)的可動件，每個可動件在第一位置和比第一位置遠離氣泡生成區(qū)的第二位置之間運動，其中所述可動件借助由所述氣泡生成區(qū)上產(chǎn)生的氣泡所形成的壓力，從所述第一位置向所述第二位置運動，同時，由于所述可動件的運動，使所述氣泡沿著用于噴液的噴口方向在下游側(cè)比在上游側(cè)膨脹得更大。
6.如權(quán)利要求2所述的噴液頭，其特征在于，將位于噴口反向側(cè)的氣泡生成區(qū)的端部設(shè)置在所述可動件中心的自由端一側(cè)。
7.如權(quán)利要求2所述的噴液頭，其特征在于，將位于噴口反向側(cè)的氣泡生成區(qū)設(shè)置在位于從自由端起以2∶3的比例劃分所述可動件的點的自由端一側(cè)。
8.如權(quán)利要求6所述的通過氣泡使自由端面對氣泡生成區(qū)的可動件運動以進行噴液的噴液頭，包括用于噴液的噴口；用于使液體產(chǎn)生氣泡的氣泡生成區(qū)；和面對所述氣泡生成區(qū)設(shè)置的可動件，每個可動件在第一位置和比所述第一位置遠離所述氣泡生成區(qū)的第二位置之間運動，其中所述可動件利用由所述氣泡生成區(qū)上產(chǎn)生的氣泡所形成的壓力，從所述第一位置向所述第二位置運動，同時，由于所述可動件的運動，使所述氣泡沿著用于噴液的噴口方向在下游側(cè)比在上游側(cè)膨脹得更大。
9.如權(quán)利要求8所述的噴液頭，其特征在于，氣泡生成裝置為發(fā)熱元件。
10.如權(quán)利要求9所述的噴液頭，其特征在于，所述噴口側(cè)的發(fā)熱元件的端部比所述可動件的自由端更靠近噴口。
11.如權(quán)利要求9所述的噴液頭，其特征在于，所述噴口側(cè)的發(fā)熱元件的端部比所述可動件的自由端遠離噴口。
12.如權(quán)利要求9所述的噴液頭，其特征在于，所述噴口側(cè)的發(fā)熱元件的端部與所述可動件的自由端位置相同。
13.如權(quán)利要求9所述的噴液頭，其特征在于，所述發(fā)熱元件的端部包括從圖形邊緣向內(nèi)1至8μm的區(qū)域。
14.如權(quán)利要求1所述的噴液方法，其特征在于，在作用在所述可動件上的所述氣泡的壓力中，作用在接近自由端側(cè)的壓力比作用在接近支點側(cè)的壓力相對增大的更多，從而使自由端比可動件其它任何部分運動得更高。
15.如權(quán)利要求1所述的噴液方法，所采用的噴液頭設(shè)置有用于噴液的噴口，用于使液體產(chǎn)生氣泡的氣泡生成區(qū)，以及面對氣泡生成區(qū)的可動件，每個可動件在第一位置和比所述第一位置遠離氣泡生成區(qū)的第二位置之間運動，所述可動件借助由所述氣泡生成區(qū)產(chǎn)生的氣泡所形成的壓力，從所述第一位置向所述第二位置運動，同時，由于所述可動件的運動，使所述氣泡沿著用于噴液的噴口方向在下游側(cè)比在上游側(cè)膨脹得更大，其中在作用于所述可動件上的氣泡壓力中，作用在接近自由端側(cè)的氣泡壓力比作用在接近支點一側(cè)的壓力相對增大得更多，從而使自由端比所述可動件其它任何部分運動得更高。
16.如權(quán)利要求2所述的噴液頭，其特征在于，在作用在所述可動件上的所述氣泡的壓力中，作用在接近自由端側(cè)的壓力比作用在接近支點側(cè)的壓力相對增大的更多，從而使自由端比可動件其它任何部分運動得更高。
17.如權(quán)利要求2所述的噴液頭，具有用于噴液的噴口，用于使液體產(chǎn)生氣泡的氣泡生成區(qū)，和面對氣泡生成區(qū)設(shè)置的可動件，每個可動件在第一位置和比所述第一位置遠離氣泡生成區(qū)的第二位置之間運動，所述可動件利用由所述氣泡生成區(qū)產(chǎn)生的氣泡所形成的壓力，從所述第一位置向所述第二位置運動，同時，由于所述可動件的運動，使所述氣泡沿著用于噴液的噴口方向在下游側(cè)比在上游側(cè)膨脹得更大，其中在作用于所述可動件上的壓力中，作用在接近自由端的壓力比作用在接近支點側(cè)的壓力相對增大的更多，從而使自由端比所述可動件其它任何部分運動得更高。
18.如權(quán)利要求17所述的噴液頭，其特征在于，所述氣泡生成區(qū)的所述壁在所述可動件的自由端附近較窄。
19.如權(quán)利要求17所述的噴液頭，其特征在于，所述氣泡生成裝置是發(fā)熱元件。
20.如權(quán)利要求19所述的噴液頭，其特征在于，所述發(fā)熱元件在與噴口側(cè)相反側(cè)的一部分被掩蔽。
21.如權(quán)利要求19所述的噴液頭，其特征在于，發(fā)熱元件在噴口側(cè)的發(fā)熱區(qū)大。
22.如權(quán)利要求19所述的噴液頭，其特征在于，所述發(fā)熱元件的噴口側(cè)更接近所述可動件。
23.如權(quán)利要求2所述的噴液頭，其特征在于，所述可動件振動的特征頻率大于氣泡從產(chǎn)生到消失的周期的倒數(shù)。
24.如權(quán)利要求2所述的噴液頭，其特征在于，所述可動件振動的特征頻率大于所述噴液的最大驅(qū)動頻率。
25.如權(quán)利要求2所述的噴液頭，其特征在于，所述可動件的波傳遞速度比氣泡的擴展速度快。
26.如權(quán)利要求24所述的通過氣泡使自由端面對氣泡生成區(qū)的可動件運動以進行噴液的噴液頭，其特征在于，所述可動件的波傳遞速度為10m/s或更高。
27.如權(quán)利要求23所述的噴液頭，具有用于噴液的噴口，用于使液體產(chǎn)生氣泡的氣泡生成區(qū)，和面對氣泡生成區(qū)設(shè)置的可動件，每個可動件在第一位置和比所述第一位置遠離所述氣泡生成區(qū)的第二位置之間運動，其中所述可動件利用由所述氣泡生成區(qū)產(chǎn)生氣泡所形成的壓力，從所述第一位置向所述第二位置運動，同時，由于所述可動件的運動，使所述氣泡沿著用于噴液的噴口方向在下游側(cè)比在上游側(cè)膨脹得更大，以便將所述所述氣泡導(dǎo)向噴口方向進行噴液。
28.如權(quán)利要求27所述的噴液頭，其特征在于，通過發(fā)熱元件向液體加熱產(chǎn)生所述氣泡。
29.如權(quán)利要求28所述的噴液頭，其特征在于，所述氣泡在發(fā)熱元件的氣泡生成區(qū)產(chǎn)生。
30.一種采用權(quán)利要求書23所述的噴液頭進行噴射的噴液方法。
31.如權(quán)利要求2所述的噴液頭，包括用于噴液的噴口；用于產(chǎn)生氣泡從噴口噴液的氣泡生成區(qū)；以及至少一個面對氣泡生成區(qū)設(shè)置的可動件，該可動件在第一位置和比第一位置遠離所述氣泡生成區(qū)的第二位置之間運動，其中所述可動件沿著朝向噴口的液流方向在上游側(cè)設(shè)置有支點，在下游側(cè)設(shè)置有自由端。并且，在所述可動件的運動方向上，所述自由端側(cè)設(shè)有一個第一運動區(qū)，所述支點側(cè)設(shè)有一個剛性高于所述第一運動區(qū)的第二運動區(qū)，所述可動件借助氣泡生成所產(chǎn)生的壓力從所述第一位置向所述第二位置運動，以便將所述壓力導(dǎo)向所述噴口側(cè)，從所述噴口噴液。
32.如權(quán)利要求31所述的噴液頭，其特征在于，所述第一運動區(qū)面對所述氣泡生成區(qū)。
33.如權(quán)利要求31所述的噴液頭，其特征在于，所述第一和第二運動區(qū)面對所述氣泡生成區(qū)，并覆蓋所述氣泡生成區(qū)。
34.如權(quán)利要求31所述的噴液頭，其特征在于，所述第一運動區(qū)和所述第二運動區(qū)之間的邊界位于面對所述發(fā)熱元件的部分，所述發(fā)熱元件用于在所述氣泡生成區(qū)產(chǎn)生氣泡。
35.如權(quán)利要求34所述的噴液頭，其特征在于，所述第一運動區(qū)和所述第二運動區(qū)之間的邊界位于所述面對部分的中心。
36.如權(quán)利要求34所述的噴液頭，其特征在于，所述第一運動區(qū)和所述第二運動區(qū)之間的邊界位于從所述面對部分的中心算起所述面對部分的長度的±30％的區(qū)域上。
37.如權(quán)利要求34所述的噴液頭，其特征在于，所述第一運動區(qū)和所述第二運動區(qū)之間的邊界位于從所述面對部分的中心算起所述面對部分的長度的±10％的區(qū)域上。
38.如權(quán)利要求31所述的噴液頭，其特征在于，所述可動件具有許多在所述可動件運動方向上剛性不同的運動區(qū)。
39.如權(quán)利要求31所述的噴液頭，其特征在于，所述可動件面對許多用于在所述氣泡生成區(qū)產(chǎn)生氣泡的發(fā)熱元件。
40.如權(quán)利要求31所述的噴液頭，其特征在于，所述可動件具有一個從支點附近開始沿所述可動件長度方向的扁平腭型的可動的加強件，并且具有所述加強件的部分被作為所述第二運動區(qū)。
41.如權(quán)利要求31所述的噴液頭，其特征在于，所述可動件具有一個從支點附近開始沿長度方向延伸的彎折部分。并且具有所述彎折部分的部分被作為所述第二運動區(qū)。
42.如權(quán)利要求41所述的噴液頭，其特征在于，所述彎折部分在與所述可動件長度方向垂直的截面內(nèi)是凸形或凹形的。
43.如權(quán)利要求41所述的噴液頭，其特征在于，所述彎折部分在所述可動件的垂直截面內(nèi)成波浪形。
44.如權(quán)利要求41所述的噴液頭，其特征在于，所述彎折部分是由構(gòu)成尖角的邊沿所述可動件的長度方向延伸形成的。
45.如權(quán)利要求31所述的噴液頭，其特征在于，所述發(fā)熱元件面對所述可動件，所述氣泡生成區(qū)在所述可動件和所述發(fā)熱元件之間。
46.如權(quán)利要求45所述的噴液頭，其特征在于，所述可動件的自由端位于所述發(fā)熱元件中心區(qū)的下游。
47.如權(quán)利要求45所述的噴液頭，其特征在于，利用所述發(fā)熱元件加熱，在液體中產(chǎn)生薄膜沸騰來產(chǎn)生氣泡。
48.如權(quán)利要求47所述的噴液頭，其特征在于，所述發(fā)熱元件的所有有效的發(fā)泡區(qū)均面對所述可動件。
49.如權(quán)利要求47所述的噴液頭，其特征在于，所述發(fā)熱元件的全部表面均面對所述可動件。
50.如權(quán)利要求47所述的噴液頭，其特征在于，所述可動件的總面積大于所述發(fā)熱元件的總面積。
51.如權(quán)利要求47所述的噴液頭，其特征在于，所述可動件的支點緊靠在所述發(fā)熱元件的上面。
52.如權(quán)利要求31所述的噴液頭，包括一個與所述噴口連通的第一液流通道；和一個具有通過向所述液體加熱在液體中產(chǎn)生氣泡的氣泡生成區(qū)的第二液流通道，其特征在于，所述可動件被制成分隔所述第一液流通道和所述第二液流通道的分隔壁的一部分。
53.如權(quán)利要求1所述的通過氣泡的生成從噴口噴液的噴液方法，包括以下步驟將可動件面對用于產(chǎn)生氣泡的氣泡生成區(qū)設(shè)置，每個可動件沿著朝向所述噴口的液流方向，在上游側(cè)有一支點，在下游側(cè)有一自由端，并且在所述自由端側(cè)有一個第一運動區(qū)，在所述支點側(cè)有一個就運動方向而言比所述第一運動區(qū)剛性更高的第二運動區(qū)；以及借助由所述氣泡生成區(qū)產(chǎn)生氣泡所形成的壓力，將所述可動件從第一位置移動到比所述第一位置遠離氣泡生成區(qū)的第二位置，并利用可動件的這一運動將壓力導(dǎo)向噴口方向。
54.如權(quán)利要求53所述的噴液方法，其特征在于，所述氣泡擴展超出所述第一位置，并且同時，所述可動件向第二位置運動。
55.如權(quán)利要求53所述的噴液方法，其特征在于，所述氣泡產(chǎn)生的壓力被所述第一運動區(qū)的運動導(dǎo)向所述噴口的方向。
56.如權(quán)利要求53所述的噴液方法，其特征在于，所述氣泡上游側(cè)部分的壓力被所述第二運動區(qū)的運動導(dǎo)向所述可動件的自由端一側(cè)，并且同時，所述氣泡下游側(cè)部分的壓力被所述第一運動區(qū)的運動導(dǎo)向所述噴口的方向。
57.如權(quán)利要求53所述的噴液方法，其特征在于，面對所述可動件設(shè)置的發(fā)熱元件產(chǎn)生的熱被傳遞給液體，以便在液體中產(chǎn)生薄膜沸騰現(xiàn)象，并且由所述薄膜沸騰現(xiàn)象產(chǎn)生所述氣泡。
58.一種噴液頭盒包括一個如權(quán)利要求31所述的噴液頭；和一個液體容器，用于存儲供給所述噴液頭的液體。
59.一種噴液頭盒包括一個如權(quán)利要求52所述的噴液頭；和一個液體容器，用于存儲供給第一液流通道的第一種液體和供給所述噴液頭的第二液流通道的第二種液體。
60.如權(quán)利要求58所述的噴液頭盒，其特征在于，所述噴液頭和所述液體容器是分開的。
61.一種在記錄介質(zhì)上記錄的噴液設(shè)備，包括一個如權(quán)利要求31所述的噴液頭；和一個裝配所述噴液頭，并能夠在副操作方向上往復(fù)運動的滑架。
62.如權(quán)利要求10所述的噴液頭，其特征在于，所述發(fā)熱元件的端部包括從圖形邊緣向內(nèi)1至8μm的區(qū)域。
63.如權(quán)利要求11所述的噴液頭，其特征在于，所述發(fā)熱元件的端部包括從圖形邊緣向內(nèi)1至8μm的區(qū)域。
64.如權(quán)利要求12所述的噴液頭，其特征在于，所述發(fā)熱元件的端部包括從圖形邊緣向內(nèi)1至8μm的區(qū)域。
全文摘要
一種噴液方法,利用在可動件的自由端所面對的氣泡生成區(qū)中生成氣泡的方法移動可動件,以便噴液,該方法包括通過用于促進可動件自由端運動的方法來促進可動件自由端運動的步驟。利用這種方法,作用于可動件自由端的氣泡壓力能夠使可動件形成恰當(dāng)?shù)男螤?以便將氣泡發(fā)泡和擴展時形成的壓力有效地導(dǎo)向噴口方向。與此同時,可動件平滑地運動,從而提高了可動件的耐用性。
文檔編號B41J2/14GK1175505SQ971180
公開日1998年3月11日 申請日期1997年7月11日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月12日
發(fā)明者石永博之, 杉山裕之, 野俊雄, 須釜定之 申請人:佳能株式會社