專利名稱：液體噴射頭和液體噴射裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于噴墨打印機等的熱系統(tǒng)液體噴射頭，和涉及一種例如包括液體噴射頭的噴墨打印機等的液體噴射裝置，還涉及一種通過最小化流道失效實現不發(fā)生不均勻噴射的流道結構的技術，上述流道失效是由于灰塵等的侵入和氣泡的產生所導致的。
背景技術：
迄今，在用于以例如噴墨打印機為代表的液體噴射裝置的液體噴射頭中，利用所產生的氣泡的膨脹和收縮的熱系統(tǒng)，和利用液腔的容積和形狀的波動的壓電系統(tǒng)是公知的。
在熱系統(tǒng)中，加熱元件配置在半導體基底上，液腔內的液體產生氣泡，液體以液滴的形式從配置在加熱元件上的噴嘴中噴出，并且所述液滴落在記錄介質等之上。
圖25是這種類型的傳統(tǒng)的液體噴射頭1(在下文中，簡稱為噴射頭1)的外部透視圖。在圖25中，噴嘴板17與阻擋層3粘結在一起，并且圖25顯示了拆卸下的噴嘴板17。
圖26是顯示圖25中所示的噴射頭1的流道結構的剖視圖。在此注明，這種類型的液體噴射裝置的流道結構已在例如日本待審專利申請?zhí)枮镹o.2003-136737中公開。
在圖25和26中，多個加熱元件12配置在半導體基底11上。進一步，阻擋層3和噴嘴板17順序層疊在半導體基底11上。在半導體基底11上形成加熱元件12以及阻擋層3所構成的部件被稱作噴射頭片1a。噴嘴板17粘結在噴射頭片1a上所構成的部件被稱作噴射頭1。
噴嘴板17具有配置在加熱元件12之上的位置上的噴嘴18(用于噴射液滴的孔)。進一步，阻擋層3配置在半導體基底11上，以便插入加熱元件12和噴嘴18之間，所以液腔3a形成在加熱元件12和噴嘴18之間。
如圖25中所示，當從平面圖上看時，阻擋層3形成為梳形，以致因此將加熱元件12的三個側面包圍起來。采用這種布置，液腔3a以只有其一側開放的形式形成。
形成單獨流道3d至上述開放部分且與共用流道23相通。
加熱元件12配置在半導體基底11一側的附近。在圖26中，模擬片D配置在半導體基底11(噴射頭片1a)的左側上，因此通過半導體基底11(噴射頭片1a)的側表面和模擬片D的側表面形成共用流道23。在此注明，可用任何部件來替代模擬片D，只要它能夠形成共用流道23。
如圖26中所示，流道板22配置在與配置加熱元件12的表面相對的半導體基底11的表面上。如圖26中所示，墨水供應口22a和供應流道24形成在流道板22上。供應流道24具有大致中凹的截面形狀，以便與墨水供應口22a相通。供應流道24與共用流道23相通。
采用上述布置，將墨水從墨水供應口22a供給到供應流道24和共用流道23并且經過單獨流道3d進入液腔3a。當加熱元件12加熱時，在液腔3a內的加熱元件12上產生氣泡，從而當氣泡產生時，通過拋射線力量(trajectoryforce)使液腔3a內的部分液體從噴嘴18噴出。
在此注明，在圖25和26中，為了簡單易懂，將各個組件的形狀夸大示出，而忽略了其實際的形狀。例如，半導體基底的厚度約為600-650μm，而阻擋層3的厚度約為10-20μm。
在上述傳統(tǒng)技術的噴射頭1中，發(fā)生問題首先是因為由于灰塵等進入流道和噴嘴18，液體不能從噴嘴18中噴出，并且液體以不足的量供給流道。
粉塵等在普通空間內自由漂浮和運動。因此，它們落入液體中并作為灰塵等存在于其中。但是，在諸如噴墨打印機等之類的液體噴射裝置中，由于其是液體從具有幾微米直徑的噴嘴18中噴出這樣的結構，所以噴嘴18可被灰塵等堵塞。
為解決上述問題，目前，在工作環(huán)境中，例如，在除塵室內等，在制造過程中用液體等清洗包含少量灰塵等的部分。
進一步，在設計中，必須將過濾器在數個位置配置在液體噴射裝置的流道內來消除灰塵等。
特別是，由于行式噴射頭中噴嘴數量的增加，液體從噴嘴18中噴出的失敗噴射的可能性也增加了，因此必須更嚴格地控制灰塵等，從而引起成本增加的問題。
進一步，由于噴射頭1溫度增加，結果在液體中產生氣泡，由于氣泡而導致液體以不足的量進行噴射的問題。
盡管作為氣泡產生的位置舉例說明了共用流道23和單獨流道3d，但是即使氣泡在任何位置產生，液體也會發(fā)生不均勻噴射。
圖27是顯示在共用流道23中殘存氣泡的情況的照片。
在圖27中噴嘴板17由透明部件形成，以便能夠觀察到噴嘴板17內氣泡的情況。
在圖27中，過濾器配置在共用流道23內。配置所述過濾器以防止灰塵等侵入單獨流道3d內，且所述過濾器由沿共用流道23配置的圓柱型柱構成。
如圖27中所示，在共用流道23內氣泡殘留的區(qū)域內(由虛線包圍的區(qū)域)供給單獨流道3d的液體的量減少。因此，液體的噴射量減少，因此在較寬的區(qū)域內呈現具有降低了密度的不均勻噴射的液體。
在此注明，作為液體的噴射情況受氣泡影響的原因，已經考慮液體本身的噴射受噴射所產生的壓力和與該壓力相對應的反作用力的影響，且由液腔3a附近的液體、阻擋層3和氣泡的存在所決定。
進一步，氣泡可進入單獨流道3d的入口附近和進入單獨流道3d中。圖28是顯示在單獨流道3d的入口內殘留氣泡的情況的照片。在圖28中與在圖27中相同，噴嘴板17由透明部件形成。
在這種情況下，即使氣泡的尺寸很小，但由于它們存在于很小的空間內，所以它們也有很顯著的影響。即，液體的噴射量比圖27中所示的情況還要減少。進一步，只有從與氣泡進入其中的單獨流道3d相對應的噴嘴18中噴出的液體噴射量減少，因此液體明顯象條紋一樣。
當上述氣泡一旦產生時，它們粘附在共用流道23和單獨流道3d上，或在共用流道23和單獨流道3d之間往復運動，并且即使液體反復噴射也不會自然消失。進一步，由于液體穿過氣泡之間供應到液腔3a內，所以經常固執(zhí)地保持著不充分的噴射特性。
在此注明，當噴射操作停止時，以及由于留置了較長的一段時間液體的溫度降低時氣泡消失是已經驗證了的，由此能夠發(fā)現，氣泡在這種情況下通過液體的蒸發(fā)而產生。
反之，由于被氣泡包圍的部分由氣體組成，所以它具有較差的熱傳導系數，由于它未被液體冷卻，因此在該部分加熱部分的熱量易于聚集。結果，引起了氣泡膨脹的問題。
由于當加熱元件12的中心被噴嘴18的中心替代時，具有氣泡特別易于產生的趨勢，同樣可以預料到，加熱元件12上產生的氣泡仍然未被有效地用于噴射。
進一步，氣泡可進入液腔3a和噴嘴18。圖29是顯示氣體從噴嘴18進入液腔3a的情況的照片。
在圖29中，盡管過濾器(配置有不同于圖27中的圓柱形柱的三棱柱形柱)配置在共用流道23內，由于過濾器的柱之間的空間被彼此結合并長大的氣泡所堵塞，液體不能運動到液腔3a側。
當液體從共用流道23流向液腔3a的運動被氣泡阻止時，易于破壞噴嘴18的彎液面的平衡。在這種情況下，相鄰噴嘴的沖擊波引起氣體進入噴嘴18的液腔3a。即，由于噴射頭1內的液體壓力低于大氣壓力，所以當彎液面平衡打破時，液體回流到共用流道23側并且不能噴射。
進一步，由于特別是與氣泡的存在相結合的噴射中的沖擊波，同樣具有液體不均勻噴射的問題。在此注明，當與壓電系統(tǒng)相比較時，在熱系統(tǒng)中，噴射壓力的變化更顯著。
用下面兩個問題舉例說明由噴射中的沖擊所引起的問題。
首先，沖擊波引起氣泡從相鄰液腔3a中逸出。
已經考慮到增加過濾器的柱之間的間隔以避免這個問題。但是，在這種情況下，由于穿過過濾器的灰塵等的尺寸增加了，較大顆粒的灰塵等易于進入單獨流道3d。
第二，由于沖擊波傳送到相鄰噴嘴18，噴嘴18的彎液面受到振動，因此導致了液體的不均勻噴射。當氣泡產生或殘留時，它們與沖擊波碰撞，因此氣泡易于逸出且易于引起不均勻的液體噴射。
順便提及，在串行式系統(tǒng)中圖象能夠由交迭的點(重疊書寫)形成，即使具有一兩個不均勻噴射液體的噴嘴，通過重疊書寫能夠將不均勻的液體噴射恢復而使其難以覺察。反之，在行式系統(tǒng)中，圖象的形成通過一次噴射液滴完成，而基本上不能執(zhí)行重疊書寫，與串行式系統(tǒng)不同，不均勻的液體噴射不能夠恢復。

發(fā)明內容
在本發(fā)明中，通過下面的解決方法來解決上述問題。
本發(fā)明是一種液體噴射單元，包括配置在半導體基底上的加熱元件；噴嘴層，經由上述噴嘴層形成定位在上述加熱元件上的噴嘴；插入在上述半導體基底和上述噴嘴層之間的阻擋層；通過部分阻擋層以及一對彼此面對以便在其間固定加熱元件的壁形成的液腔；和通過延伸上述液腔成對的壁形成的、配置在液腔兩側以便使上述液腔相通的一對單獨流道。在液體噴射頭中，將液體從至少上述一對單獨流道之一供給液腔，并且將液腔內成對的壁之間的距離U和上述單獨流道的流道寬度W設定為滿足下面的關系式U＞W。
在上面的發(fā)明中，液體噴射頭具有與液腔相連接的兩個單獨流道。進一步，使形成的液腔的寬度大于單獨流道的流道寬度。因此，即使在單獨流道之一中產生氣泡從而導致液體不能從那里供應到液腔，液體也能從另一個單獨流道供應到液腔。進一步，即使具有兩個單獨流道，通過使單獨流道的流道寬度窄于液腔的寬度，也能保持噴射液體必須的壓力。
在此注明，盡管在下面的實施例中噴嘴層和阻擋層是作為單獨的部件(阻擋層13和噴嘴板17)布置，它們也可以彼此整體地形成。


圖1是顯示實施例的行式噴射頭的外部透視圖；圖2A和2B是顯示一噴射頭片列的平面圖；圖3是顯示實施例的噴射頭片的阻擋層形狀的平面圖；圖4是顯示液腔寬度U和第一第二單獨流道的流道寬度W之間的關系的平面圖；圖5是顯示液腔寬度U，第一單獨流道的流道寬度W1和第二單獨流道的流道寬度W2之間關系的平面圖；圖6是顯示第二單獨流道的流道長度和液腔的配置間距P之間關系的平面圖；圖7是顯示過濾器配置在共用流道內的情況的平面圖；圖8是顯示圖7中的加熱元件呈Z字形布置的平面圖；圖9是顯示過濾器的另一個實施例的平面圖；圖10是解釋噴嘴的開口區(qū)域、第一單獨流道的流道表面區(qū)域、和過濾器的柱之間的間隔的截面區(qū)域之間的關系的視圖；
圖11是顯示第二單獨流道的形狀的另一個實施例的平面圖；圖12A是解釋在本實施例中當液體噴射時沖擊波怎樣傳送的平面圖；圖12B是解釋在傳統(tǒng)結構中當液體噴射時沖擊波怎樣傳送的平面圖；圖13A是顯示在本實施例的結構中氣泡如何產生的平面圖；圖13B是顯示在傳統(tǒng)結構中氣泡如何產生的平面圖；圖14A是顯示在本實施例的結構中證實(作為照片的結果)沖擊波減少的視圖；圖14B是顯示在傳統(tǒng)結構中證實(作為照片的結果)沖擊波減少的視圖；圖15是顯示用在例2中的噴射頭的特殊結構的平面圖；圖16顯示按順序說明應用具有圖15中所示結構的噴射頭氣泡如何排出的照片；圖17A和17B是顯示原型噴射頭的一部分掩模的視圖；圖18是顯示作為本發(fā)明第二個實施例的噴射頭片的阻擋層的形狀的平面圖；圖19是顯示作為本發(fā)明第三個實施例的噴射頭片的阻擋層的形狀的平面圖；圖20是顯示作為本發(fā)明第四個實施例的噴射頭片的阻擋層的形狀的平面圖；圖21是顯示噴射頭片的例子的平面圖；圖22是顯示噴射頭片的另一個例子的平面圖；圖23是顯示噴射頭片的又一個例子的平面圖；圖24是顯示實際制造的噴射頭片的屏蔽圖的平面圖；圖25是顯示傳統(tǒng)液體噴射頭的外部透視圖；圖26是顯示圖25所示的噴射頭的流道結構的剖視圖；圖27是顯示殘存在共用流道內的氣泡的情況的照片；圖28顯示殘存在單獨流道的入口內的氣泡的情況的照片；圖29是顯示氣體從噴嘴進入液腔的情況的照片。
具體實施例方式
在未公開的在先日本專利申請No.2003-348709中，本申請的發(fā)明人已提出一種用于減小液體不均勻噴射問題的沖擊波影響的技術，且在未公開的在先日本專利申請No.2004-014183中，還提出了最小化氣泡產生率的技術。
本發(fā)明的目的是提出一種流道結構，該流道結構通過使由于灰塵等造成的流道失效未必發(fā)生而幾乎不發(fā)生液體的不均勻噴射，并且在該技術的基礎上通過進一步改進上述傳統(tǒng)技術以最小化氣泡的影響。
下面將參照附圖等解釋本發(fā)明的第一個實施例。
在本實施例中，本發(fā)明的液體噴射裝置是噴墨打印機(其是應用熱系統(tǒng)的彩色打印機，在下文中簡稱為“打印機”)，在本實施中，液體噴射頭是行式噴射頭10。
圖1是顯示本實施的行式噴射頭10的外部透視圖。行式噴射頭10如此布置噴射頭片19列排成四列，每一列由長度與A4尺寸打印紙的寬度相等且成一行布置的噴射頭片19組成。每一行噴射頭片19用作Y(黃色)，M(洋紅色)，C(藍綠色)，和K(黑色)的四色噴射頭。
行式噴射頭10這樣形成多個噴射頭片19成Z字形彼此平行布置，且噴射頭片19的下部與單獨的噴嘴板17(噴嘴層)連接。形成于噴嘴板17上的相應的噴嘴18布置在與全部噴射頭片19的加熱元件12(將在后文描述)相應的位置上(特別如此，以使加熱元件12的中心軸線與噴嘴18的中心軸線重合)。在此注明，雖然在本實施例中每一加熱元件12都是由單獨的加熱元件組成，但是本發(fā)明不限于此是無需說明的。即，可將每一加熱元件12分成諸如兩部分之類的多個部分。
噴射頭架16是用于支撐噴嘴板17的支撐件，且以與噴嘴板17相應的尺寸形成。噴射頭架16具有容納空間16a，且將該容納空間的尺寸定為與A4紙尺寸的橫向寬度(大約21cm)一致。
四行噴射頭片19列中的每一行都布置在噴射頭架16的每一個容納空間16a中。裝有不同顏色墨水的墨水盒在噴射頭片19的背面與噴射頭架16的每一個容納空間16a相連接，因此將不同顏色的墨水供給相應的容納空間16a，即，供給相應的噴射頭片19列。
圖2A和2B是顯示一個噴射頭片19列的平面圖。在圖2A和2B中，顯示了重疊在噴嘴18上的噴射頭片19。
各個噴射頭片19成Z字形布置，即，它們這樣布置相鄰噴射頭片19的方向彼此翻轉180。如圖2A和2B所示，共用的流道23在第“N-1”個與第“N+1”個噴射頭片19和第“N”個與第“N+2”個噴射頭片19之間形成，以便將墨水供給全部噴射頭片19。
進一步，如圖2A和2B中所示，各個噴嘴18，包括它們彼此成Z字形相鄰的部分在內，都以相同的間距布置。
將如上所述配置的行式噴射頭10固定在打印機主體內，且記錄介質相對于行式噴射頭10相對移動，在此期間在記錄介質的表面(墨水降落表面)和行式噴射頭10的墨水噴射表面(噴嘴板17的表面)之間保持預定的距離。在記錄介質和行式噴射頭10相對運動期間，通過從與噴射頭片19相對應的噴嘴18中噴射墨水，字符、圖象等都通過排列在記錄介質上的點以彩色打印出來。
接下來，將更詳細地解釋本實施例的噴射頭片19。所述噴射頭片19與常規(guī)的噴射頭片1a相同之處在于加熱元件12布置在半導體基底11上。但是，布置在半導體基底11上的阻擋層13的形狀與常規(guī)的噴射頭片1a的不同。阻擋層13的形狀不相同的原因在于，因為液腔13a以及第一第二單獨流道13d和13e以不同的形狀形成。
圖3是顯示本實施例的噴射頭片19的阻擋層13的形狀的平面圖。
如傳統(tǒng)技術中一樣，加熱元件12同樣地布置在半導體基底上。一對壁13b通過阻擋層13的一部分布置在每一加熱元件12的兩側。即，成對的壁13b沿其布置方向(圖3中的橫向)布置在加熱元件12的兩側，不但加熱元件12布置在成對的壁13b之間，而且液腔13a、第一單獨流道13d、和第二單獨流道13e也通過成對的壁13b形成。
在本實施例中，每一液腔13a都包含加熱元件12的區(qū)域，且具有八邊形的支柱區(qū)域，該八邊形支柱區(qū)域具有由通過斜切矩形區(qū)域的四個角所形成的八邊形區(qū)域組成的、稍微(同一尺寸)大于加熱元件12的區(qū)域的底部。無需說明的是，液腔13a的八角形支柱區(qū)域不限于上述形狀。
進一步，與液腔13a相通的單獨流道通過成對的壁13b形成。在本實施例中，單獨流道沿垂直于加熱元件12布置方向(圖中的上/下方向)的方向延伸。在此指出術語“垂直”的意思是基本垂直，除自然完全垂直外，還包括接近垂直(大約垂直)的不完全垂直(這同樣也適用于下面的描述中)。
單獨流道由第一單獨流道13d和沿與單獨流道13e相反的方向延伸穿過液腔13a的第二單獨流道13e組成。單獨流道13d相當于傳統(tǒng)技術(圖25)中示出的單獨流道3d。
采用上述配置，所有液腔13a都與第一單獨流道13d和第二單獨流道13e相連接。進一步，所有第一流道13d都與共用流道23相連接。更進一步，所有單獨的流道13e都彼此互相連接。
圖4是顯示液腔13a的寬度U與第一和第二單獨流道13d和13e的流道寬度W之間的關系的平面圖。
如圖4所示，位于液腔13a兩側的一對壁13b之間的距離限定液腔13a的寬度U，而第一和第二單獨流道13d和13e的流道寬度用W表示。在此注明，在大約包括液腔13a整個區(qū)域且至少定位在加熱元件12之上的區(qū)域內，液腔13a的寬度為U。但是，如圖4所示，液腔13a的局部寬度窄于U。進一步，在其大約整個區(qū)域內，將第一和第二單獨流道13d和13e的流道寬度設為W。
在這種情況下，在本實施例中，液腔13a的寬度U和第一和第二單獨流道13d和13e的流道寬度W的形成滿足下面的關系式U＞W它們如上所述地構成是因為下面的原因。
由于加熱元件12之上的區(qū)域是液體加熱和沸騰的區(qū)域，阻擋層13的壁13b的形成必須不妨礙該區(qū)域(所以阻擋層13至少不存在于加熱元件12之上的區(qū)域內)。進一步，壁13b必須將加熱元件12上的液體薄膜狀沸騰時所產生的壓力引導至噴嘴18的方向。
在這個時候，由于在本實施例的結構中，第一和第二單獨流道13d和13e沿兩個方向形成，所述上述壓力沿這些方向分散。
因此，可以考慮通過減小液腔13a的寬度U和流道寬度W來增加壓力。盡管不能將液腔13a的寬度U減小到小于加熱元件12的區(qū)域的程度，但在不出現缺陷的范圍內能夠減小流道的寬度W。因此，在本實施例中，將液腔13a的寬度U和流道寬度W之間的關系設為U＞W。
圖5是顯示液腔13a、第一單獨流道13d的流道寬度W1、和第二單獨流道13e的流道寬度W2之間關系的平面圖。
在圖4所示的例子中，當W1＝W2＝W時，下述關系成立U＞W反之，W1≠W2的關系也是容許的。
在這種情況下，液腔13a的寬度U，第一單獨流道13d的流道寬度W1，和單獨流道13e的流道寬度W2優(yōu)選滿足下述關系U＞W2≥W1圖6是示出單獨流道13e的長度和液腔13a的配置間距P(與加熱元件12或與噴嘴18相同)之間的關系的平面圖。
在圖6中，連接沿配置間距P方向的液腔13a中心的線，和使相鄰液腔13a之間的第二單獨流道13e彼此相通、且與定位在液腔13a最遠端的壁(阻擋層13)相接觸的部分的線之間的距離，用L示出。
此時，使液腔13a的形成滿足下面的關系式L≤2×P它們如上所述地形成是因為下述原因。
當由于溫度升高時產生的熱應力沿噴嘴18的布置方向對噴嘴板17施加應力(剪切應力)時，施加力以使阻擋層13變形。在這種情況下，當噴嘴板17在較大面積內與阻擋層13粘結時，阻擋層13幾乎不發(fā)生變形。在本實施例中，當具有狹長的單獨流道(第一和第二單獨流道13d和13e)時，阻擋層13內的壁13b易于變形(這是因為單獨流道的整個長度大約是傳統(tǒng)的單獨流道3d長度的兩倍的緣故)。
即，盡管壁13b在沿著單獨流道的流道方向(與液腔13a的布置方向相垂直的方向)內抵抗剪切應力，但在垂直于單獨流道的流道方向(液腔13a的配置方向)內較少地抵抗剪切應力。采用上述布置，噴嘴板17的噴嘴18易于相對加熱元件12移動。
在這種情況下，圖6中的長度L必須設定在限定范圍內以使上述變形最小化。因而，通過設定上述L和P之間的關系來使變形最小化。
在此注明，有這樣一種情況盡管沿某一方向以限定的配置間距P來配置液腔13a，但液腔13a并不是成一行配置(在一條直線上)，且相鄰液腔13a(同樣也是相鄰的加熱元件12或相鄰的噴嘴18)的中心沿垂直于配置間距P的方向以預定的距離X(X是大于零的實數)偏移。這種技術已被申請人(日本專利申請No.2003-383232)提出。
采用上述布置，由于將相鄰噴嘴18的中心間的距離設為大于液腔13a的配置間距P，所以減小了噴嘴18和其外部區(qū)域由于液滴噴射導致壓力波動所產生的變形量，因此能夠穩(wěn)定液滴的噴射量和噴射方向。
在這種情況下，當在多個液腔13a中，連接配置在距共用流道23較遠側的液腔13a的中心的線(即，連接每隔一個液腔13a中心的中心線)，和使相鄰液腔13a之間的第二單獨流道13e彼此相通、且與定位在液腔13a最遠端的壁(阻擋層13)相接觸的部分的線之間的距離，用L示出時，液腔13a的形成滿足上述關系式(L≤2×P)。
接下來，將說明共用流道23側上的結構。
圖3等并未示出共用流道23。但是，如圖7等所示，在共用流道23內優(yōu)選配置過濾器24等。在此注明，所述過濾器24通過阻擋層13形成(這在后面描述的過濾器25中也是相同的)。
圖7是示出將過濾器24配置在共用流道23內的情況的平面圖。該過濾器24由沿液腔13a的配置方向布置的柱24a組成。在圖7所示的例子中，每一個柱24a都是由大約矩形的支柱形成。進一步，在圖7所示的例子中，柱24a的橫向寬度(長度方向上的長度)大約與一對壁13b的外例壁表面之間的長度(流道寬度W+壁13b的厚度×2)等長。
順便提及，當加熱元件12如圖8中所示呈Z字形配置時，能夠獲得下述效果。
當加熱元件12如圖8中所示呈Z字形配置時，就會有靠近和遠離過濾器24的加熱元件12。因為遠離的加熱元件12靠近壁，所以它們能夠提高噴射壓力，然而，因為在補充操作中增加了供應距離，它們又花費了較長的時間來完成補充操作。反之，盡管靠近過濾器24的加熱元件12具有較快的補充速度，但不能提高噴射壓力。為了解決上述問題，當過濾器24如圖8中所示地布置時，由于過濾器24的柱24a具有與壁同樣的效果，所以能夠提高噴射壓力。進一步，由于過濾器24的柱24a使補充操作延遲，能夠使靠近過濾器24的加熱元件12和遠離過濾器24的加熱元件12之間噴射操作的不同減小。
順便提及，柱24a之間的間隔Wf和第一單獨流道13d的流道寬度W滿足下述關系式W≥Wf進一步，設定柱24a之間的間隔Wf的高度使得其不超過第一單獨流道13d的高度。
如上所述地設定高度，以使通過定位在第一單獨流道13d之前的過濾器24能夠去除可能堵塞第一單獨流道13d的灰塵等，即，以上穿過過濾器24的灰塵等不堵塞第一單獨流道13d。
在此注明，由于以從共用流道23穿過過濾器24向液腔13a的順序供應液體，所以第二單獨流道13e充滿至少已通過過濾器24的液體。因此，當第二單獨流道13e的流道寬度(和高度)大于第一單獨流道13d的流道寬度W(和高度)時，即使第二單獨流道13e的流道寬度(和高度)與第一單獨流道13d的流道寬度(和高度)不同，第二單獨流道13e也不會被灰塵等堵塞。
圖9是示出上述過濾器的另一實施例(過濾器25)的平面圖。圖9中示出的過濾器25如此布置大致正方形的柱25a沿液腔13a的配置方向配置。進一步，柱25a的配置間距與液腔13a的配置間距P相同(與加熱元件12和噴嘴18相同)。進一步，柱25a的中心定位在第一單獨流道13d的中心線上(流道中心線)。在此注明，上述中心線也是第二單獨流道13e的中心線。
進一步，如圖9中所示，當第一單獨流道13d在柱25a側的端部與柱25a在第一單獨流道13d側的端部之間的距離用Wb表示時，距離Wb和第一單獨流道13d的流道寬度W的形成滿足下列關系式Wb≥W已由實驗證實，當液體噴射時，通過如上所述形成的距離Wb和流道寬度W能夠減小沖擊波的影響。在此注明，柱25a的形狀不限于大約正方形的形狀，且可以是任何形狀，例如圖7中所示的矩形、三角形、包括至少是五邊形的多邊形、圓形、橢圓形、橫向延伸的橢圓形等。
進一步，即使如果加熱元件12如圖8中所示呈Z字形布置，也能夠與圖8中所示的布置同樣地，通過如圖9所示地布置柱25a來減小靠近柱25a的加熱元件12和遠離柱25a的加熱元件12之間的噴射操作的區(qū)別。
接下來，將說明噴嘴18的開口區(qū)域、第一單獨流道13d的流道表面區(qū)域、和過濾器24的柱24a之間的間隔的截面區(qū)域之間的關系。在此注明，柱24a之間的間隔的截面區(qū)域不但可適用于過濾器24，而且還可適用于所有的過濾器，例如過濾器25等。
首先，當柱24a之間的間隔的截面區(qū)域與第一單獨流道13d的流道表面區(qū)域相比時，柱24a之間的間隔的截面區(qū)域以包含在第一單獨流道13d的流道表面區(qū)域內的尺寸形成。進一步，當第一單獨流道13d的流道表面區(qū)域與噴嘴18的開口區(qū)域相比較時，第一單獨流道13d的流道表面區(qū)域以包含在噴嘴18的開口區(qū)域內的尺寸形成。
圖10是解釋上述原理的視圖。在此注明，噴嘴18、第一單獨流道13d、和柱24a之間的間隔由上述區(qū)域限定的原因在于考慮到噴嘴18的開口形狀，除圓形外(由圖10中的實線示出)，還有各種各樣的形狀，例如橢圓形(由圖10中的虛線示出)、橫向延伸的橢圓形(跑道形，由圖10中的點劃線示出)等，還考慮到柱24a之間的間隔的截面區(qū)域和第一單獨流道13d的流道表面區(qū)域的形狀除矩形外，也具有各種各樣的形狀。
噴嘴18的開口形狀能夠從圓形、橢圓形、橫向線性延伸的橢圓形中選擇，而第一單獨流道13d和柱24a之間的間隔的截面區(qū)域的形狀能夠以矩形形成。
當沿噴嘴18的排列方向，噴嘴18噴射表面的開口直徑由Dx示出，而沿垂直于開口直徑Dx的方向(垂直于噴嘴18排列方向的方向)，噴嘴18的噴射表面的開口直徑由Dy示出時，下述關系式成立Dx≥Dy在這種情況下，當第一單獨流道13d的矩形流道表面的對角線長度由L1示出，而柱24之間的間隔的矩形橫截面的對角線長度由L2示出時，噴嘴18，第一單獨流道13d，和柱24a之間滿足下述關系式地形成Dx＞L1＞L2當第一單獨流道13d和柱24a如上所述地形成時，穿過配置在共用流道23內的過濾器24的柱24a之間間隔的灰塵等首先能夠不可避免地穿過第一單獨流道13d(不會阻塞第一單獨流道13d)。進一步，由于液腔13a的寬度U＞流道寬度W的關系，穿過第一單獨流道13d的灰塵等能夠到達液腔13a的內部。進一步，由于噴嘴18具有最大的開口區(qū)域，所以能夠導致液腔13a內的灰塵等穿過噴嘴18，即，當噴嘴噴射時，灰塵等能夠與液體一起排出到噴嘴外部。
圖11是第二實施例的平面圖，且示出了第二單獨流道13e的形狀。盡管在下文將詳細說明第二實施例，但在此將簡單描述第二實施例的要點。如圖3等所示出的，在第一實施例中，所有第二單獨流道13e都在阻擋層13側彼此相通(在第二單獨流道13e遠離共用流道23的那一側)。
反之，在圖11中，壁13b這樣地形成使兩相鄰的第二單獨流道13e彼此相通。在此注明，除了兩個相鄰的第二單獨流道13e外，三個或更多個相鄰的第二單獨流道13e也可彼此相通。這是因為，當至少兩個第二單獨流道13e彼此相通時，液體從其中一個流道流向另一個流道。
即使該結構如圖11所示地布置，它的形成也滿足上述不同的關系式。
例如，與上述實施例相同，將在沿液腔13a配置間距P的方向連接液腔13a的中心的線，與使相鄰液腔13a之間的第二單獨流道13e彼此相通、且與定位在遠離液腔13a的壁(阻擋層13)相接觸的部分的線之間的關系，和配置間距P設為滿足下面的關系式L≤2×P所述兩個第二單獨流道13e除可以以如圖11中所示的大致U型相通外，還可以通過例如大致凹形等形狀實現彼此相通。
進一步，盡管在圖11中未示出，即使應用上述結構，也與上述實施例相同，將過濾器配置在共用流道23內。
接著，將說明在本實施例的結構中怎樣減小噴射沖擊壓力。圖12A和12B是解釋當液體噴射時怎樣傳送沖擊波的平面圖。為了使傳統(tǒng)技術與本實施例的技術之間的區(qū)別更易懂，圖12B示出了傳統(tǒng)結構，而圖12A則示出了本實施例的結構。
兩個結構都具有配置有大致三棱柱型柱(在圖中由FP1至FP5示出)的過濾器26(柱的形狀不限于三棱柱型，也可以是如上所述的圓柱形等)。所述柱如此配置它們的中心與單獨流道3d和第一單獨流道13d的中心相重合。
與上述不同，所述柱如上所述地配置的原因在于，在液體噴射開始(沿將液體從噴嘴18沖出的方向)產生正壓力的沖擊波時，僅僅通過使靠近液腔3a或液腔13a的部分，來接收在單獨流道3d和第一單獨流道13d內和在那里連接的共用流道23內的較大的沖擊，和通過使擴展到單獨流道3d和液腔3a或第一單獨流道13d和液腔13a的沖擊最小化，就能夠減小整體干擾。
在傳統(tǒng)結構中，當液體從液腔3a-2噴出時，首先，由于氣泡的產生使液體膨脹以便噴射液體，且液體通過隨后產生的大量正壓力被推出。但是，由于在液體噴出后氣泡收縮而在液腔3a-2內產生了負壓，因此吸力(在圖中用P示出)在沿著將液體吸入液腔3a-2的方向作用在存在于單獨流道3d內的液體上。特別是，在傳統(tǒng)結構中，吸入與一單獨流道3d內失去(噴出)的液體量相當的液體。但是，液體不能即時移動，這是因為它是連續(xù)性的，且質量、粘性阻力等作用于液體的緣故。因此，首先，沖擊波傳播。
盡管沖擊波隨著其傳播而衰減，但它們同樣通過液體傳送到過濾器26的外部、以及位于液腔3a-2兩側的液腔3a-1和3a-3。
當沖擊波傳送到任一液腔3a時，相應噴嘴18的彎液面發(fā)生振動?？梢灶A料到，當在振動到達的同時(當彎液面發(fā)生振動時)，液體從液腔3a噴出時，干擾發(fā)生，液體產生不均勻噴射。
反之，在本實施例中，當液體從例如液腔13a-2中噴出時，由于沖擊波沿左右兩個方向傳播，即，沿第一單獨流道13d和第二單獨流道13e兩個方向傳播，能量被分為二分之一，且沿著各自的方向傳播。更加特別地，在傳統(tǒng)結構中，由于只有單獨流道3d側是開放的，傳播到與單獨流道3d相反側的能量立刻反射到壁且與從單獨流道3d向外傳播的能量部分相結合。反之，在本實施例的結構中，每個二分之一的能量都沿著相反的方向傳播。
進一步，在本實施例中，由于吸力在第一單獨流道13d和第二單獨流道13e內都產生，在各自的單獨流道內產生的吸力的量值都減小為P/2。因此，沖擊波的影響能夠減小一半。
在本實施例中，將過濾器26布置到第一單獨流道13d的出口(在共用流道23內)，而且將壁27布置在第二單獨流道13e的出口。采用這種布置，能夠將沖擊波會聚在盡可能小的范圍內。
接下來，將說明在本實施例中氣泡的影響。圖13A和13B是顯示氣泡如何產生的平面圖。在附圖中，圖12B示出了傳統(tǒng)結構，而圖12A示出了本實施例的結構，以使傳統(tǒng)技術和本實施例的技術之間的區(qū)別更易懂，在圖13A和13B中也是如此。
當每一單位面積液體多次噴射，且進一步連續(xù)記錄高密度圖像等時，噴射頭過熱且在與液體接觸的部分易于產生氣泡。因此而產生的氣泡彼此結合而發(fā)展成相對較大的氣泡。在上述情況下，氣泡可接近過濾器26側且粘附在其上(圖13)。
當長大的氣泡接近過濾器26時，如果在過濾器26附近經常不發(fā)生液體噴射，且液體的運動量是這樣的從稍微遠離過濾器26的部分所供應的液體足夠用于液體的補充，則所述氣泡只接觸過濾器26的附近(在過濾器內過濾器26的柱的左角部分)。但是，當液體頻繁噴射且液體的運動不能跟隨頻繁噴射時，過濾器26附近的液體壓力(水壓)減小，因此粘附在過濾器26上的氣泡被吸入過濾器26的出口附近(圖中的右側)。圖13A和13B示出了上述情況下的氣泡。
當上述情況進一步持續(xù)時，氣泡從過濾器26的柱之間飛離且被吸入單獨流道3d或第一單獨流道13d內，或噴嘴18的彎液面被打破，則氣體(氣泡)如圖22所示從噴嘴18吸入。已證實，如上所述的沖擊波在此時作為觸發(fā)。
當氣泡被吸入傳統(tǒng)結構中的單獨流道3d中時(參照圖13B)，如果氣泡具有如此小的尺寸以致它們不會阻塞單獨流道3d的流道表面(橫截面)，它們將在液體反復噴射時從噴嘴18中排出。反之，如果氣泡具有如此大的尺寸以致它們堵塞了單獨流道3d，則它們把液腔3a與共用流道23分離。
當氣泡存在于液腔3a中時，液體不能到達噴嘴18。這是由于內部壓力低于大氣壓力的緣故。當將能量施加給未覆蓋液體的加熱元件12時，立即將少許殘余液體耗盡且其后發(fā)生執(zhí)行沒有液體的加熱操作的情況。因此，除非執(zhí)行專門的清潔操作，否則例如不可能恢復等的噴射失效發(fā)生。進一步，就會加速環(huán)境污染。
在應用能夠執(zhí)行交迭書寫的串行系統(tǒng)的噴射頭時，即使存在大約一兩個不噴墨的噴嘴18，恢復打印失敗的圖象等以使它們難以察覺也是可能的。反之，在行式噴射頭系統(tǒng)中，即使存在一個不噴墨的噴嘴18，不噴墨的噴嘴18就會在圖象質量上有所反映，這是因為不能執(zhí)行交迭書寫的緣故。
因此，在應用熱系統(tǒng)的液體噴射裝置中，必須采取防范措施來防止上述問題的發(fā)生。在傳統(tǒng)結構中，作為防范措施之一，通過降低液體噴射頭本身的熱量釋放值或增強輻射效應，盡可能避免使氣泡在液體中產生的環(huán)境。作為專門的防范措施，將噴射周期約束在某一標準或更低。采用這種防范措施，能夠降低熱量釋放值。進一步，通過降低噴射周期來防止內部壓力達到導致氣泡進入單獨流道3d的程度也是可能的。但是，在傳統(tǒng)結構中，由于必須如上所述地降低噴射周期以解決上述問題，所述防范措施不適用于高速打印，且因而不適用于具有高速打印特征的行式噴射頭系統(tǒng)。
反之，圖13A示出了在本實施例的結構中氣泡被吸入第一單獨流道13d中的情況。由于噴嘴18由存在于第一單獨流道13d和第二單獨流道13e兩者中的液體控制，所以即使氣泡企圖從第一單獨流道13d側進入液腔13a-2，除非液體噴射或氣泡消失，也會在這種情況下保持平衡狀態(tài)。
當液體在這種情況下連續(xù)噴射時，對第一單獨流道13d和第二單獨流道13e二者都施加沖擊波。但是，由于第一單獨流道13d側被氣泡阻塞，氣泡被吸入并到達液腔13a-2。然后，存在于液腔13a-2和噴嘴18之間的液體的壁被破壞，因此將氣泡排出。盡管在這種情況下通過執(zhí)行一次或數次噴射來排出氣泡，但是在噴射期間液腔13a-2持續(xù)起到泵的作用，并且液體從第二單獨流道13e側補充過來(即，液體實現灌泵作用)。
因此，在本實施例的結構中，即使一個單獨流道(在這個例子中是第一單獨流道13d)被氣泡阻塞，只要其它單獨流道(在這個例子中是第二單獨流道13e)充滿液體，液體就會連續(xù)地供給液腔13a，因此氣泡就會排出，也就能夠恢復正常情況。因此，能夠具有氣泡的自清潔作用，且能夠大大降低沒有液體時加熱元件12執(zhí)行加熱操作的可能性，因此幾乎能夠消除噴射失敗發(fā)生的可能性。結果，在本實施例的結構中，不需要采取傳統(tǒng)結構必須采取的防范措施，且因而不需要降低噴射周期。
在此注明，由于充滿第二單獨流道13e的液體是已經通過過濾器26的液體，因此第二單獨流道13e幾乎不會被灰塵等堵塞。進一步，由于當液體運動時，第二單獨流道13e側不具有起諸如過濾器26之類的阻力作用的部分，因此即使存在一些氣泡，它們也不會阻礙液體的運動。從如上所述可以預料到，決不會發(fā)生液體不能從第二單獨流道13e補充到液腔13a的情況。
接著，將解釋本發(fā)明的例子。
(例1)圖14A和14B是顯示在傳統(tǒng)結構和本實施例的結構中證實沖擊波減小的結果(作為攝影結果)的視圖。
在例1中，應用半導體基底11(尺寸約為16mm×16mm)，320個加熱元件12以600DPI(噴嘴間距設為4.2μm)布置在其上。
應用由透明丙烯酸樹脂構成的噴嘴板17，以便能夠觀察到內部性狀。圖14A和14B中示出的實驗結果與圖12中示出的視圖相對應。
在圖14B所示的傳統(tǒng)結構中，噴嘴18線性布置。反之，在例子中，噴嘴18如上所述地呈Z字形布置。
在圖14A和14B中，因為液體表面受沖擊波的影響而強烈振動，所以噴嘴18在它們剛噴射液體后看起來是黑色。盡管在傳統(tǒng)結構中，布置在下面的加熱元件12的縱線幾乎觀察不到(將加熱元件12垂直分為二分之一)，但在本例子的結構中可相對地觀察到它們。進一步，能夠發(fā)現盡管在傳統(tǒng)結構中由于沖擊波的影響也使相鄰的噴嘴18看起來是黑色的，但在本例的結構中相鄰噴嘴18看起來是淡一些。
(例2)圖15是顯示應用在例2中的噴射頭的特定結構的平面圖。如圖15中所示，應用在例2中的噴射頭具有液體儲存區(qū)28，該液體儲存區(qū)具有設置于第二單獨流道13e的出口和阻擋層13的壁之間的柱28a。布置在共用流道23內的過濾器25與圖9中示出的過濾器25相同。
圖16是示出應用具有如圖15中所示結構的噴射頭如何排出氣泡的順序攝影的結果的視圖。圖16以“1”，“2”...“9”的順序示出了氣泡排出的過程。
在圖16的“1”中，氣泡從噴嘴注入，且液體儲存區(qū)28和第二單獨流道13e之間的空間被氣泡阻塞。然后，當應用如“1”中示出的從左側起第三個噴嘴18重復執(zhí)行液體噴射操作時，氣泡從噴嘴18中逐漸排出。
(例3)圖17A和17B是顯示原型噴射頭(噴嘴間距42.3μm，分辯率600DPI)的掩模的一部分的視圖。在圖17A和17B中，上側為共用流道23側。
圖17A顯示與圖11中所示的布置(在后面詳細描述的第二實施例)相對應的例子，圖17B示出與圖3中所示的布置相對應的例子。
即，在圖17A中，相鄰的第二單獨流道13e彼此相通。進一步，在圖17B中，所有的第二單獨流道13e彼此相通。
進一步，過濾器25由三棱柱型柱組成。進一步，加熱元件呈Z字形布置。
當用噴射頭實際打印圖像時，幾乎消除了在任何噴射頭中當在連續(xù)打印過程中溫度升高時或最初以較低溫度執(zhí)行打印時在傳統(tǒng)結構中易于出現的爆裂(burst)錯誤(色彩不均勻的各個部分和單色的空部分)。由于半導體基底11、加熱元件12等與應用在傳統(tǒng)結構中的那些相同，而只有流道結構與傳統(tǒng)結構中的不同，因此能夠證實本發(fā)明的流道結構的效果。
下面將詳細說明上述的第二個實施例。
本發(fā)明的發(fā)明人已經研究出在日本待審專利申請公開號為No.2004-001364中公開的液滴偏斜噴射的技術。能夠發(fā)現通過執(zhí)行偏斜噴射，噴射速度降低了。這是因為由于多個加熱元件布置在一個液腔內且在不同的時間產生氣泡，噴射壓力低于氣泡只在一個加熱元件上產生的普通系統(tǒng)的緣故。
反之，能夠發(fā)現在本發(fā)明第一個實施例中的噴射速度稍微低于傳統(tǒng)噴射速度(從傳統(tǒng)的10m/sec降低到約為7-8m/sec)。
當噴射速度如上所述地降低時，就有這種可能盡管液體未發(fā)生不均勻噴射，但是使打印圖像的密度不均勻。
進一步，當噴射速度降低時，因為殘余液滴的表面張力吸引液體，所以依靠噴嘴外部的潤濕狀態(tài)，噴嘴板上剩余液體的量增加。
特別是，在不清潔噴射表面的情況下連續(xù)執(zhí)行打印的這一段時間，行式噴射頭長于串行噴射頭，因而行式噴射頭執(zhí)行較大量的打印。因此，噴嘴附近殘余液體的量增加且干擾液滴的新的噴射。
因此，在本發(fā)明的第二個實施例中，通過防止液滴噴射速度的降低來改善不均勻密度，防止該液滴噴射速率的降低是通過改進第一實施例得到的。
本發(fā)明的第二實施例是一種液體噴射裝置，該裝置包括多個沿某一方向布置在半導體基底上的加熱元件；噴嘴層，通過該噴嘴層形成定位在加熱元件上的噴嘴；插入在半導體基底和噴嘴層之間的阻擋層；由部分阻擋層形成且插入在加熱元件之間的隔壁，而且該隔壁沿與加熱元件布置方向垂直的方向延伸，且允許液體從與加熱元件布置方向垂直的方向的兩側流向加熱元件側；由部分阻擋層形成、配置給N(N是至少為2的整數)件加熱元件和(N-1)件隔壁、且其外部與隔壁平行的一對側壁；和由部分阻擋層形成且沿加熱元件的布置方向配置的后壁。在液體噴射頭中，當隔壁和后壁之間的間隔用x表示，而側壁和后壁之間的間隔用y表示時，間隔x和y滿足下面的條件0≤y＜x進一步，液體噴射單元包括N件加熱元件、(N-1)件隔壁、一對側壁、和所述后壁、配置到加熱元件與后壁相對側上的共用流道，且從共用流道側和共用流道側的相對側將液體供給液體噴射單元的加熱元件側。
在第二個實施例中，具有包括N個加熱元件、(N-1)個隔壁、左右側壁、和后壁的液體噴射單元，而且液體能夠通過從隔壁等的兩側流到加熱元件。進一步，在第二實施例的結構中，能夠將液體從兩側供給加熱元件。但是，通過提供灌泵功能，加熱元件(在液腔中)上的壓力易于降低。但是，由于液體噴射單元作為單一的單元具有封閉的結構，所以當適當地選擇N的值時，消除了壓力的降低且能夠維持噴射液體所必需的壓力。
盡管在下面的實施例中具有作為獨立的元件的噴嘴層和阻擋層(阻擋層13和噴嘴板17)，但與第一實施例相同，它們可以彼此之間整體地形成。另外，阻擋層可在半導體基底上隨其整體地形成。在下面的說明書中，那些與第一實施例相同的部分用相同的參考數字表示，而且省略了對它們的解釋。
根據第二實施例，通過穩(wěn)定易于降低的液滴噴射速度(壓力)，能夠減少不均勻密度的發(fā)生。進一步，能夠減少噴嘴板上殘余液體的量。此外，即使應用上述偏斜噴射技術，也能夠保證出色的噴射操作。
下面將參照附圖等進一步說明第二實施例。
由于將打印機主體的布置應用到第二實施例，行式噴射頭10的外部特征，噴射頭片19的布置與第一實施例中的那些相同，在此省略了對它們的解釋。下面將解釋第二實施例中特有的噴射頭片19的結構。
第二實施例中的噴射頭片19如此布置當與傳統(tǒng)噴射頭片1a相比時，加熱元件12與第一實施例相同地布置在半導體基底上。但是，布置在半導體基底上的阻擋層13的形狀與傳統(tǒng)噴射頭片1a的不同。阻擋層13的形狀與加熱元件12的外部形狀(在下文描述隔壁33a)不同的原因，和與從共用流道13到加熱元件12的形狀不同的原因是不同的。
圖18是顯示作為本發(fā)明第二實施例的噴射頭片19的阻擋層13的形狀的平面圖。
加熱元件12與其在傳統(tǒng)技術中相同地布置在半導體基底上。在圖18中，隔壁13a插入在加熱元件12之間。隔壁13a由部分阻擋層13形成，且沿與加熱元件12的布置方向相垂直的方向延伸地配置。沿長度方向每一隔壁13a兩端的厚度厚于其中心部分的厚度而形成。采用這種布置，加熱元件12上的區(qū)域內(稱為“液腔”)的隔壁13a之間的間距W1與隔壁13a兩端部之間的間距W2滿足下述關系式地形成W1＞W2采用這種結構，間距W2內的部分作為過濾器具有消除灰塵等的作用，以及當液滴噴射時能夠增加內部壓力(在液腔內)。
在N件加熱元件12和(N-1)件隔壁13a的兩側具有成對的側壁13b。在圖18所示的例子中，N＝2(兩個加熱元件12，和一個插入在兩加熱元件12之間的隔壁13a)。側壁13b由部分阻擋層13形成，且與隔壁13a大致平行地配置，以及共用流道23側上的側壁13b的形狀大致與隔壁13a相同。進一步，從共用流道23到加熱元件12的流通的流道由側壁13b和隔壁13a形成。
后壁13c由共用流道23相對側的部分阻擋層形成。后壁13c沿加熱元件12配置的方向形成。
在這種情況下，隔壁13a與后壁13c以間距x間隔。采用這種布置，共用流道尾部24形成在后壁13c側，且經過共用流道尾部24，液體能夠在由隔壁13a分開的兩加熱元件12上運動。
進一步，側壁13b與后壁13c相結合(在圖18示出的例子中)。采用這種布置，液體不能在共用流道尾部34側上的、布置在側壁13b(在圖18中加熱元件12在左側或右側)外表上的加熱元件12之間，和布置在側壁13b內表面上的兩加熱元件12之間運動。
采用上述布置，液體能夠經過后壁13c側上的共用流道尾部24，只在其外部由側壁13b包圍的內部內運動。在圖18所示的實施例中，盡管液體能夠在兩加熱元件12(液腔)之間運動，但在成對的側壁13b內的加熱元件12數量的增加允許液體在數量增加的加熱元件12上運動。
當后壁13c與側壁13b相結合時，y＝0，其中后壁13C側上的側壁13b的端部與后壁13c之間的間距用y表示y＝0。
但是在本發(fā)明中，間距y小于間距x，且間距y可以大于0，即，可以在后壁13C側上的側壁13b的端部與后壁13c之間形成間距是充分的。
因此，設定y的值滿足下述條件是充分的0≤y＜x。
當如上所述形成間距時，液體的運動至少能夠流過只由隔壁13a分開的加熱元件12之間的后壁13c側上的共用流道尾部24。進一步，即使間距存在于側壁13b和后壁13c之間，當液體流經該間距向下一個加熱元件12運動時，也有相當量的阻力伴隨著液體。
在此，包括N件加熱元件12、N-1)件隔壁13a、成對的側壁13b、和后壁13c的部分被稱為“液體噴射單元”。在本實施例中，液體噴射單元彼此平行地布置在半導體基底上。
圖19是第三實施例的平面圖，且示出噴射頭片19的阻擋層13的形狀。
在圖19所示的實施例中，N＝3。即，液體噴射單元由三個加熱元件12、兩個隔壁13a、布置在隔壁13a兩側上的一側壁13b、和后壁13c組成。進一步，在圖19所示的實施中，隔壁13a和側壁13b的末端與圖18所示的實施例在厚度上沒有差別。當隔壁13a和側壁13b如上所述地形成時，盡管它們的末端不具有過濾器的作用，但當過濾器等分別配置在共用流道23側上時不會發(fā)生特殊的問題。
當如圖19所示地形成實施例時，液體能夠從一個液體噴射單元內的共用流道尾部24側運動到三個加熱元件12上。但是，由于側壁13b的存在，液體不能進一步運動到所述三個加熱元件12外部的加熱元件12上。
如圖19中所示，多個液體噴射單元彼此平行地布置在半導體基底上，以致于加熱元件12具有同樣的相鄰液體噴射單元之間的間距(配置間距)P。在此注明，不僅在相鄰液體噴射單元之間將一對側壁13b獨立地配置到每一個液體噴射單元，而且在相鄰液體噴射單元之間共用一例壁13b。然后，通過與之整體形成將一液體噴射單元順序形成相鄰液體噴射單元。
進一步，盡管在圖19中N＝3，但如圖18中所示的N＝2也是適用的。即，N滿足下述條件是充分的N≥2。
反之，N的值過大，在一液體噴射單元中開放部分增加，因此降低了液滴的噴射速度(噴射壓力)，且因此導致不均勻噴射。從實驗結果能夠發(fā)現，在N≤8的范圍內能夠獲得好的結果。
因此，N的值如下設定2≤N≤8。
圖20是第四個實施例的平面圖，且示出了噴射頭片19的阻擋層13的形狀。
在本實施例中，N＝4。進一步，在本實施例中，首先，過濾器25配置在共用流道23側。過濾器25由多個以相同間距布置的柱25a構成。過濾器25通過柱25a之間的間距實現它的功能，且柱25a之間的間距窄于隔壁13a之間的間距或窄于隔壁13a與側壁13b之間的間距。
進一步，共用流道23側上的側壁13b的端部與共用流道23側上的隔壁13a的端部相比，遠離加熱元件12定位(換言之，延伸到共用流道23側)。共用流道23側上的側壁13b的端部與過濾器25的柱25a相結合。在這種情況下，柱25a的間距這樣設定柱25a不可避免地定位在從側壁13b延伸出的線上。
在圖20所示的實施例中，過濾器25的柱25a與一對側壁13b相結合，且一個柱25a配置在它們之間的中心。與側壁13b相結合的柱25a也充當相鄰液體噴射單元的側壁13b的柱25a。因此，當把與一個側壁13b相結合的柱25a的數量視為0.5，在一液體噴射單元中柱25a的數量為2(＝0.5+1+0.5)。即，圖20中示出實施例是加熱元件12的數量(N)是4、隔壁13a的數量是3、而柱25a的數量是2的情況。
當如圖20的實施例中所示，過濾器25的柱25a與側壁13b相結合時，除了其作用是過濾器外，過濾器25還能夠提高液體噴射單元的強度，尤其是，阻擋層13的強度。
過濾器25的柱25a不需要必定與側壁13b相結合，且其尺寸能夠任意決定。但是，柱25a之間的間距必須窄于隔壁13a之間的間距，或窄于隔壁13a與側壁13b之間的間距。進一步，盡管在圖20示出的實施例中，柱25a由具有大致矩形橫截面的方棒構成，但是它不限于上述形狀，而是可以以各種各樣的形狀形成。
進一步，盡管優(yōu)選具有，但不是必須具備過濾器25。即，通過增加例如圖18中所示的共用流道23上的隔壁13a和側壁13b端部的厚度，使加熱元件12(液腔)的入口變狹窄就足夠了。
但是，過濾器25的具備不僅防止灰塵等的侵入，而且當噴射頭片19結合到噴嘴板17上時，還防止壓力使隔壁13a破碎。
圖18至20中所示的上述結構配置在半導體基底上。圖21是顯示配置在半導體基底上的噴射頭片19的平面圖，液體噴射單元并排布置在該噴射頭片上。圖21示出一組噴射頭片19(在下圖22和23中所示的是相同的)。該噴射頭片19與在圖2中所示的噴射頭片相同。
在圖21中，通過在半導體基底11一側的外部邊緣上并排布置液體噴射單元(每個構成一個單元)提供單元列。在圖中，共用流道23配置在半導體基底11的液體供應側上，且沿箭頭所示方向將液體供給相應的液體噴射單元。
圖22是顯示噴射頭片19的第五個實施例的平面圖。圖22的實施例示出由并排布置在半導體基底11上兩相對側的外部邊緣上的液體噴射單元組成的單元列的例子。在圖22的實施例中，并排布置在一側外部邊緣上的液體噴射單元的背表面，與并排布置在另一側外部邊緣上的液體噴射單元的背表面互相面對。即，半導體基底11的中心部分充當后壁13c側。如圖22中所示，液體供應側配置在圖中的左右兩側，相應地，共用流道23配置在液體供應側，且沿圖中箭頭所示的方向將液體供給相應的液體噴射單元。
圖23是顯示噴射頭片另一個實施例的平面圖。
在圖23中，在半導體基底上形成液體供應孔(槽)11a，以便通過它貫通后表面?zhèn)群颓氨砻鎮(zhèn)取Ｒ后w供應孔11a與墨水盒等(未示出)相通。通過沿著液體供應孔11a并排配置液體噴射單元，將單元列彼此相對配置在液體供應孔11a的兩側上。
在這種情況下，由于液體供應孔11a沿共用流道23配置，并排配置在液體供應孔11a兩側上的液體噴射單元彼此面對。
如上所述，盡管圖21至23中所示的方案和除它們之外作為配置在半導體基底11上的液體噴射單元的例子的各種各樣的方案都已仔細考慮過，但是可以應用任一種圖案。
圖24是顯示實際制作的噴射頭片19的掩模的平面圖。在圖24中，白線顯示除配置在半導體基底11上的阻擋層13之外的布線部分等。將用于噴射頭片19中的每個加熱元件12一分為二以執(zhí)行液滴的偏斜噴射。
盡管加熱元件12沿某一方向以一定的間距配置，但并不是全部加熱元件12配置在同一條線上(在一直線上)，且相鄰加熱元件12的中心沿與加熱元件12以一定間距配置的方向垂直的方向以預定的間距(大于0的實數)排列。
采用上述布置，由于將相鄰噴嘴18的中心之間的距離設定為大于加熱元件12的配置間距的值，由液滴噴射導致的壓力波動引起的噴嘴18和其外部區(qū)域的變形量減小，因此能夠穩(wěn)定液滴的噴射方向和噴射量。
在圖24中，與圖18的實施例相同，N＝2(將兩個加熱元件12和一個隔壁13a配置在一個液體噴射單元中)。進一步，隔壁13a和側壁13b在共用流道23側部分地形成得厚。通過上述布置，隔壁13a和側壁13b具有過濾器的功能。除上述布置外，本實施例的配置與圖18中所示出的配置相同。
權利要求
1.一種液體噴射單元，包括加熱元件，設置于半導體基底上；噴嘴層，經由上述噴嘴層形成定位在上述加熱元件上的噴嘴；阻擋層，設置于上述半導體基底和上述噴嘴層之間；液腔，通過部分阻擋層以及一對彼此面對以在其間固定加熱元件的壁構成；和一對單獨流道，通過延伸上述液腔的成對的壁構成且設置于上述液腔兩側以使上述液腔相通；其中，將液體從至少上述一對單獨流道之一供給液腔，并且將液腔內成對的壁之間的距離U和上述單獨流道的流道寬度W設定為滿足下面的關系式U＞W。
2.如權利要求1所述的液體噴射單元，其中多個加熱元件沿某一方向布置在半導體基底上；上述液腔和上述一對單獨流道與每個加熱元件相對應地配置；和將上述一對單獨流道形成為沿大致與加熱元件的布置方向垂直的方向延伸。
3.如權利要求1所述的液體噴射單元，其中多個加熱元件沿某一方向布置在半導體基底上；上述液腔和上述一對單獨流道與每個加熱元件相對應地配置；和將上述一對單獨流道形成為沿與加熱元件的布置方向垂直的方向延伸；其中上述一對單獨流道包括與共用流道相連接的第一單獨流道；和沿與第一單獨流道相反的方向延伸穿過液腔的第二單獨流道；其中至少兩相鄰液腔的第二單獨流道彼此相通。
4.如權利要求1所述的液體噴射單元，其中多個加熱元件沿某一方向布置在半導體基底上；上述液腔和上述一對單獨流道與每個加熱元件相對應地配置；和將上述一對單獨流道形成為沿大致與加熱元件的布置方向垂直的方向延伸；其中上述一對單獨流道包括與共用流道相連接的第一單獨流道；和沿與第一單獨流道相反的方向延伸穿過液腔的第二單獨流道；其中至少三個相鄰液腔的第二單獨流道彼此相連。
5.如權利要求3所述的液體噴射單元，其中上述液腔以一定的配置間距P配置；并且當沿配置間距的方向連接上述各個液腔的各個中心的線，與連接相鄰液腔之間的第二單獨流道且與遠離上述液腔的壁相接觸的部分的線之間的距離用L表示時，使上述液腔的形成滿足下述關系式L≤2×P。
6.如權利要求3所述的液體噴射單元，其中多個液腔以一定的配置間距P配置；和相鄰液腔的中心沿垂直于配置間距P的方向以間隔X布置，X是大于0的實數；并且當連接配置在遠離液腔內的共用流道側上的液腔中心的線，與連接相鄰液腔之間的第二單獨流道且與遠離上述液腔的壁相接觸的部分的線之間的距離用L表示時，使上述液腔的形成滿足下述關系式L≤2×P。
7.如權利要求1所述的液體噴射單元，其中上述一對單獨流道包括與共用流道相連接的第一單獨流道；和沿與第一單獨流道相反的方向延伸穿過液腔的第二單獨流道；其中由多個柱構成的過濾器配置在共用流道內，并且上述柱之間的間隔的寬度小于或等于第一單獨流道的流道寬度W；和上述柱之間的間隔的高度小于或等于第一單獨流道的高度。
8.如權利要求1所述的液體噴射單元，其中上述液腔以一定的配置間距P配置；其中上述一對單獨流道包括與共用流道相連接的第一單獨流道；和沿與第一單獨流道相反的方向延伸穿過液腔的第二單獨流道；其中由多個柱構成的過濾器配置在共用流道內；上述多個柱以與配置間距P相等的間距配置，并且上述柱的中心定位在第一單獨流道的中心線上；和在位于所述柱側的第一單獨流道的端部與位于第一單獨流道側的上述柱的端部之間的距離大于或等于第一單獨流道的流道寬度W。
9.如權利要求1所述的液體噴射單元，其中上述一對單獨流道包括與共用流道相連接的第一單獨流道；和沿與第一單獨流道相反的方向延伸穿過液腔的第二單獨流道；其中由多個柱構成的過濾器配置在共用流道內；上述柱之間的間隔的橫截面區(qū)域以包含在第一單獨流道的流道表面區(qū)域內的尺寸形成；并且第一單獨流道的流道表面區(qū)域以包含在噴嘴的開口區(qū)域內的尺寸形成。
10.如權利要求1所述的液體噴射單元，其中上述一對單獨流道包括與共用流道相連接的第一單獨流道；和沿與第一單獨流道相反的方向延伸穿過液腔的第二單獨流道；其中由多個柱構成的過濾器配置在共用流道內；沿噴嘴排列方向的噴嘴的噴射表面的開口直徑Dx，與沿垂直于開口直徑Dx的方向的噴嘴的開口直徑Dy之間的關系滿足下面的關系式Dx≥Dy；第一單獨流道的流道表面的形狀形成為具有對角線長度L1的矩形；上述柱之間的間隔的橫截面形狀形成為具有對角線長度L2的矩形；且使上述噴嘴、第一單獨流道、和上述柱的形成滿足下面的關系式Dx＞L1＞L2。
11.如權利要求1所述的液體噴射單元，其中上述一對單獨流道之一與共用流道相連接；由多個柱構成的過濾器配置在上述共用流道內；并且上述過濾器由上述阻擋層的一部分形成。
12.如權利要求2所述的液體噴射單元，其中上述半導體基底沿上述多個加熱元件的排列方向成一行配置；和通過沿半導體基底的排列方向配置共用流道形成行式噴射頭，上述共用流道與上述各個半導體基底的所有液腔相通。
13.如權利要求12所述的液體噴射單元，其中多行上述半導體基底排成列配置，而多行中的每一行都包括成一行配置的半導體基底；并且將具有不同性質的液體供給其中一列半導體基底和其他列半導體基底。
14.一種燃料噴射裝置，包括加熱元件，設置于半導體基底上；噴嘴層，經由上述噴嘴層形成定位在上述加熱元件上的噴嘴；阻擋層，設置于上述半導體基底和上述噴嘴層之間；液腔，通過部分阻擋層以及一對彼此面對以在其間固定加熱元件的壁構成；和一對單獨流道，通過延伸上述液腔的成對的壁構成且設置于上述液腔兩側以使上述液腔相通；其中，將液體從至少上述一對單獨流道之一供給液腔，并且將液腔內成對的壁之間的距離U和上述單獨流道的流道寬度W設定為滿足下面的關系式U＞W。
15.一種液體噴射頭，包括多個沿某一方向配置在半導體基底上的加熱元件；噴嘴層，經由上述噴嘴層形成定位在上述加熱元件上的噴嘴；插入在上述半導體基底和上述噴嘴層之間的阻擋層；由上述阻擋層的一部分形成、且插入在上述加熱元件之間的隔壁，其沿與上述加熱元件的排列方向垂直的方向延伸，并且允許液體沿與加熱元件的排列方向垂直的方向從其兩側流到加熱元件側；由部分阻擋層形成的一對側壁，所述一對側壁在其外部與隔壁平行地配置給N件加熱元件和N-1件隔壁，N是至少為2的整數；和由部分阻擋層形成的后壁，其沿加熱元件的排列方向配置；其中，當隔壁與后壁之間的間隔用x表示，側壁與后壁之間的間隔用y表示時，間隔x和y滿足關系式0≤y＜x；以及液體噴射單元，由上述N件加熱元件、(N-1)件隔壁、一對側壁和后壁組成，將共用流道在后壁的相對側配置給加熱元件，且將液體從共用流道側和共用流道側的相對側供給上述液體噴射單元的加熱元件側。
16.如權利要求15所述的液體噴射單元，其中2≤N≤8。
17.如權利要求15所述的液體噴射頭，其中，加熱元件區(qū)域上的上述隔壁之間和隔壁與側壁之間的間隔W1與共用流道末端的上述隔壁之間和隔壁與側壁之間的間隔W2滿足下面的條件W2＜W1。
18.如權利要求15所述的液體噴射頭，其中，上述共用流道側上的側壁的端部與上述共用流道側上的隔壁的端部相比，定位在更遠離加熱元件處。
19.如權利要求15所述的液體噴射頭，其中由阻擋層形成的、包括多個柱的過濾器配置在共用流道內；上述過濾器的柱以不同于加熱元件配置間距的間距配置；上述共用流道側上的側壁的端部與上述共用流道側上的隔壁的端部相比，定位在更遠離加熱元件處；并且上述共用流道側上的側壁的端部與上述過濾器的柱相連接。
20.如權利要求15所述的液體噴射頭，其中上述多個液體噴射單元配置在單一的半導體基底上，以及上述多個液體噴射單元的全部噴嘴以一定的間距配置。
21.如權利要求20所述的液體噴射頭，其中，將多個液體噴射單元配置給半導體基底一側的外側邊緣。
22.如權利要求20所述的液體噴射頭，其中，將多個液體噴射單元配置給半導體基底兩相對側的外側邊緣。
23.如權利要求20所述的液體噴射頭，其中，在半導體基底上形成槽，以穿過上述槽從后表面?zhèn)鹊角氨砻鎮(zhèn)龋缓蛯⒍鄠€液體噴射單元配置給上述半導體基底沿上述槽彼此相對的兩側。
24.如權利要求15所述的液體噴射單元，其中，上述半導體基底沿加熱元件的排列方向成一行配置，且通過沿半導體基底的配置方向配置各個半導體基底的共用流道形成行式噴射頭。
25.如權利要求24所述的液體噴射單元，其中多行上述半導體基底排成列配置，其中多行中的每一行都包括成一行配置的半導體基底；并且將具有不同性質的液體供給其中一列半導體基底和其他列的多個半導體基底。
26.一種液體噴射單元，包括多個沿某一方向配置在半導體基底上的加熱元件；噴嘴層，經由上述噴嘴層形成定位在上述加熱元件上的噴嘴；插入在上述半導體基底和上述噴嘴層之間的阻擋層；由上述阻擋層的一部分形成、且插入在上述加熱元件之間的隔壁，其沿與上述加熱元件的排列方向垂直的方向延伸，并且允許液體沿與加熱元件的排列方向垂直的方向從其兩側流到加熱元件側；由部分阻擋層形成的一對側壁，所述一對側壁在其外部與隔壁平行地配置給N件加熱元件和N-1件隔壁，N是至少為2的整數；和由部分阻擋層形成的后壁，其沿加熱元件的排列方向配置；其中，當隔壁與后壁之間的間隔用x表示，側壁與后壁之間的間隔用y表示時，間隔x和y滿足關系式0≤y＜x；以及液體噴射單元由上述N件加熱元件、(N-1)件隔壁、一對側壁和后壁組成，將共用流道在后壁的相對側配置給加熱元件，且將液體從共用流道側和共用流道側的相對側供給上述液體噴射單元的加熱元件側。
全文摘要
一種流道結構，包括加熱元件、阻擋層、由部分阻擋層和一對彼此相對以便在其間固定加熱元件的側壁形成液腔、第一單獨流道、和配置在上述液腔兩側以使上述液腔相通的第二單獨流道。將液體從至少第一和第二單獨流道之一供給液腔，將液腔內的壁之間的距離U和第一單獨流道的流道寬度W設定為滿足U＞W。采用上述布置，流道結構能夠具有下述優(yōu)點由于灰塵引起的流道失效不會發(fā)生，使氣泡的影響最小化，并且?guī)缀醪话l(fā)生不均勻噴射。
文檔編號B41J2/14GK1672932SQ2005100716
公開日2005年9月28日 申請日期2005年3月1日 優(yōu)先權日2004年3月1日
發(fā)明者江口武夫, 宮本孝章, 冨田學, 小野章吾, 竹中一康, 牛濱五輪男, 河野稔 申請人:索尼株式會社