專利名稱：噴液頭和噴液裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種用于噴墨打印頭或者類似部件中的熱噴液頭，并且還涉及一種使用噴液頭的噴液裝置，例如噴墨打印機。更具體地說，本發(fā)明涉及一種技術(shù)，該技術(shù)所實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)可以以最小的噴液變化供應液體。
背景技術(shù)：
一種已知的用于諸如噴墨打印機的噴液裝置中的噴液頭是一種利用所產(chǎn)生氣泡的膨脹和收縮進行工作的熱噴液頭。
在這種熱噴液頭中，加熱元件被布置在半導體基底上，并且氣泡通過加熱元件產(chǎn)生于液體腔中，由此從布置于相應加熱元件上的噴嘴中朝向記錄介質(zhì)噴出液滴。
圖12是示出上述類型的噴液頭部1(以下簡稱為頭部1)的外觀透視圖。在圖12中，形成在阻擋層3上的噴嘴板17以分解圖的形式示出。
圖13為圖12中所示的頭部1的流動通道結(jié)構(gòu)的橫截面剖視圖。這種類型的噴液裝置的流動通道已經(jīng)公開于諸如日本未審專利公開No.2003-136737中。
如圖12和13所示，多個加熱元件12布置在半導體基底11上。阻擋層3形成于半導體基底11上，噴嘴板(噴嘴層)17進一步形成于該防護層上。頭部組片1a包括形成于半導體基底11上的加熱元件12和阻擋層3的一部分。頭部1包括頭部組片1a和噴嘴18(噴嘴板17)。
在噴嘴板17中，噴嘴(通過孔噴出液滴)18形成于與各個加熱元件12相對應的位置上。阻擋層3形成于半導體基底11上并且位于加熱元件12和噴嘴18之間，從而使液體腔3a形成于每個加熱元件12和對應的噴嘴18之間。
如圖12所示，阻擋層3形成有類似梳齒的指狀件，并且每個加熱元件12設置在兩個相鄰指狀件之間，從而當從水平橫截面觀看時，每個加熱元件12的三面被阻擋層3包圍，借此，每個液體腔3a形成為只有一側(cè)是敞開的。每個開口形成與公共流動通道23連通的單獨流動通道3d。
每個加熱元件12布置于半導體基底11上，其位置靠近半導體基底11一側(cè)。如圖13所示，模型芯片(dummy chip)D布置于半導體基底11(頭部組片1a)的左手側(cè)，從而使公共流動通道23形成于半導體基底11(頭部組片1a)的一個側(cè)面與模型芯片D的一個側(cè)面之間。注意，設置于半導體基底11左手側(cè)的部件不局限于模型芯片D，也可使用其他部件，只要公共流動通道23能夠形成即可。
如圖13所示，在半導體基底11上，流動通道板22設置于與設置有加熱元件12的表面相對的表面上。在該流動通道板22中，如圖13所示，形成有供墨入口22a和供墨流動通道(公共流動通道)24，從而使得供墨流動通道24的橫截面基本上呈U形，并且使供墨入口22a與供墨流動通道24連通。供墨流動通道24和公共流動通道23相互連通。
在這種結(jié)構(gòu)中，墨通過供墨入口22a供應到供墨流動通道24，然后進入公共流動通道23，最后通過單獨流動通道3d進入液體腔3a。由加熱元件12產(chǎn)生的熱使液體腔3a中的加熱元件12上方產(chǎn)生氣泡，并且當氣泡產(chǎn)生時，產(chǎn)生一個漂浮力，借此液體腔3a中的液體(墨)從噴嘴18以液滴的形式部分噴出。
注意，在圖12和13中，各自部分的形狀以容易理解的方式示出，并且所示的形狀不必與實際形狀完全相同。例如，半導體基底11的厚度大約600至650μm，噴嘴板17的厚度以及阻擋層3的厚度大約10至20μm。
制造頭部1的第一種方法是使用半導體加工工藝將制造的頭部組片1a連接于分別制造的噴嘴板17上。這種方法被稱作芯片安裝方法。第二種方法是在半導體基底11上整體地制造噴嘴(芯片上的噴嘴)18。

發(fā)明內(nèi)容
當使用第一種方法生產(chǎn)頭部1時，在分別生產(chǎn)頭部組片1a和噴嘴板17之后，頭部組片1a以微米級的高定位精度連接于噴嘴板17上。然后，進行加熱和擠壓工藝。利用上述第一種方法生產(chǎn)頭部1時，需要非常精確地控制生產(chǎn)過程。特別地，當長度等于記錄介質(zhì)寬度的行式頭部(line head)通過將多個頭部組片1a布置于噴嘴板17上而進行生產(chǎn)時，生產(chǎn)條件的輕微變化就會引起頭部組片1a的性能的重大變化，這將導致圖像質(zhì)量的下降。
頭部可以以下述方式生產(chǎn)，即制造一通孔，該通孔將頭部組片中央部分的墨供應于頭部芯片的縱向方向上，并且在所述通孔的兩側(cè)以及沿著通孔方向布置加熱元件、液體腔和噴嘴。
根據(jù)經(jīng)驗，這種類型的頭部與沿半導體基底11的邊緣設置加熱元件12而生產(chǎn)出的頭部相比，例如在圖12或13中所示的頭部1，通過安裝芯片而設置的頭部組片具有更少的特征改變。
然而，這種結(jié)構(gòu)具有以下問題。
(1)采用這種結(jié)構(gòu)會導致頭部組片的寬度增加大約2倍。
(2)需要使用一種專門的半導體加工工藝從而在頭部組片的中央制造通孔。
(3)結(jié)果是成本增加，生產(chǎn)率降低。
另一方面，當通過上述第二種方法生產(chǎn)頭部時，由于安裝芯片導致特征變化而引起的問題不會發(fā)生。然而，當使用第二種方法生產(chǎn)行式頭部時，需要使用復雜的技術(shù)將大量的頭部組片固定于框架上，從而使頭部組片以芯片對芯片的高定位精度進行排列。而且，難于向所有的頭部組片均等地供應液體。也就是，第二種方法不會沒有任何問題地、容易地生產(chǎn)出行式頭部。
因此，需要一種生產(chǎn)頭部的技術(shù)，該技術(shù)在生產(chǎn)過程中不會使頭部組片出現(xiàn)重大的特征變化，并且還需要一種基本上不產(chǎn)生氣泡的流動通道結(jié)構(gòu)。
鑒于上述內(nèi)容，本發(fā)明提供一種噴液頭。更具體地，按照本發(fā)明的一個實施例的噴液頭包括在基底平面區(qū)域上排列的多個噴液元件，每個噴液元件包括用于容納待噴射液體的液體腔，設置在液體腔中的加熱元件，用于通過加熱液體腔中的液體而產(chǎn)生氣泡，當加熱元件產(chǎn)生氣泡時用于噴出液體腔中的液體的噴嘴，其中，在多個加熱元件中，從加熱元件列的一端測量的第M個位置處的加熱元件這樣設置，即這些加熱元件中的每個的中心精確地定位在或者靠近延伸方向與加熱元件的排列方向相同的第一線，從加熱元件列的該端測量的第N個位置處的加熱元件這樣設置，即這些加熱元件中的每個的中心精確地定位在或者靠近延伸方向與加熱元件的排列方向相同的第二線，所述第一線和第二線相互平行并且相互間隔δ(大于0的實數(shù))，M是奇數(shù)或者偶數(shù)，如果M是奇數(shù)時N是偶數(shù)，如果M是偶數(shù)時N是奇數(shù)，每個液體腔的水平橫截面形成為類似U形的形狀，從而使其壁部圍繞設置于所述液體腔中的加熱元件的三個面，所述加熱元件這樣排列，即設置在或者靠近所述第一線和所述第二線的加熱元件作為一個整體以規(guī)則間隔P定位，所述液體腔這樣設置，即每個液體腔的壁部圍繞精確定位于或靠近所述第一線的加熱元件中一個的三個側(cè)面，所述液體腔的敞開側(cè)朝向某一方向，該方向與每個壁部圍繞精確定位于或靠近所述第二線的加熱元件中一個的三個側(cè)面的液體腔的敞開側(cè)的方向相反，間隙Wx(大于0的實數(shù))至少形成于以間隔2P設置在或者靠近所述第一線的每個相鄰液體腔之間，或者形成于以間隔2P設置在或者靠近所述第二線的每個相鄰液體腔之間，從而使相鄰液體腔在所述液體腔的排列方向上相互間隔有間隙Wx，間隙Wy(大于0的實數(shù))形成于設置在或者靠近所述第一線的液體腔和設置在或者靠近所述第二線的液體腔之間，從而使設置在或者靠近所述第一線的液體腔與設置在或者靠近所述第二線的液體腔在垂直于所述液體腔的排列方向上相互間隔有間隙Wy，并且每個寬度等于Wx的流動通道由所述間隙Wx形成，每個寬度等于Wy的流動通道由所述間隙Wy形成。
在這種噴液頭中，如上所述，噴液元件沿第一或者第二線的方向設置。第一和第二線相互間隔δ距離。從加熱元件列的一端測量的第M個位置處的加熱元件這樣設置，即這些加熱元件中的每個的中心精確地定位在或者靠近延伸方向與加熱元件的排列方向相同的第一線，從加熱元件列的該端測量的第N個位置處的加熱元件這樣設置，即這些加熱元件中的每個的中心精確地定位在或者靠近延伸方向與加熱元件的排列方向相同的第二線。
所述液體腔這樣設置，即每個液體腔的壁部圍繞精確定位于或靠近所述第一線的加熱元件中一個的三個側(cè)面，所述液體腔的敞開側(cè)朝向某一方向，該方向與每個壁部圍繞精確定位于或靠近所述第二線的加熱元件中一個的三個側(cè)面的液體腔的敞開側(cè)的方向相反。隙Wy形成于設置在或者靠近所述第一線的液體腔和設置在或者靠近所述第二線的液體腔之間，寬度等于Wy的流動通道由間隙Wy形成(注意，該流動通道對應于后文實施例所述的第二公共流動通道23b)。間隙Wx至少形成于以間隔2P設置在或者靠近所述第一線的每個相鄰液體腔之間，或者形成于以間隔2P設置在或者靠近所述第二線的每個相鄰液體腔之間，并且每個寬度等于Wx的流動通道由間隙Wx形成(注意，這些流動通道對應于后文實施例所述的第一公共流動通道23a)。
本發(fā)明具有下述優(yōu)點。即，一個優(yōu)點是能夠均等地向各個液體腔供應液體。另一個優(yōu)點是噴液元件的噴出特性只具有微小的改變。例如，噴液元件中的噴出速度可實現(xiàn)非常小的變動。此外，可容易地向各個液體腔供應液體，并且將由于出現(xiàn)氣泡而造成故障的可能性壓縮到極低的程度。即使由于出現(xiàn)氣泡而造成故障，也可容易地從故障中自動恢復。


圖1所示為本發(fā)明一個實施例的行式頭部外觀的透視圖；圖2A和2B是行式頭部組片的俯視圖；圖3是按照本發(fā)明一個實施例的一種頭部組片形式的平面圖；圖4是按照另一個實施例的頭部組片的平面圖，該圖是圖3中所示頭部組片的改進；圖5是按照另一個實施例的頭部組片的平面圖，該圖是圖3中所示頭部組片的另一種改進；圖6A至6D是向頭部組片中供應液體的不同結(jié)構(gòu)的示意圖；圖7是表示噴液方向的示意圖；圖8A和8B是表示隨著加熱元件的兩部分之間氣泡產(chǎn)生時間的不同，噴液角度變化的曲線圖，圖8C是表示隨著穿過加熱元件兩部分的偏轉(zhuǎn)流的變化，液體到達位置的測量偏移值的示意圖；圖9是按照本發(fā)明的一個實施例所述噴液方向偏轉(zhuǎn)裝置的一個特定實例的電路圖；圖10所示為根據(jù)本發(fā)明的實施例所述的半導體加工掩膜的一部分的圖；圖11所示為按照本發(fā)明的一個實施例所述的噴液頭的噴出速度的測量結(jié)果；圖12是表示傳統(tǒng)噴液頭的外觀的透視圖；以及圖13是圖12中所示的頭部的流動通道結(jié)構(gòu)的橫截面剖視圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的一個實施例將參照附圖在下文進行說明。
按照本發(fā)明的噴液裝置可具體實施為，例如，噴墨打印機(熱敏式彩色行式打印機(以下簡稱為打印機))，噴液頭可具體實施為行式頭部10。
在本說明書中，包括液體腔13a、設置于液體腔13a中的加熱元件12(在本實施例中被分成兩部分，如后面所述)、噴嘴18的部分被稱作噴液元件。行式頭部10(噴液頭)形成為包括一排噴液元件。噴液頭形成為包括具有噴嘴18(噴嘴板17)的頭部組片19。
圖1所示為本實施例的行式頭部10外觀的透視圖。行式頭部10包括四個行式頭部組片19。每行包括一排線性頭部組片19，每行的總長等于A4尺寸的記錄介質(zhì)的寬度。頭部組片19的四行分別作為Y(黃色)、M(品紅色)、C(青色)和K(黑色)的彩色頭。
行式頭部10是通過將多個頭部組片19以之字形設置在噴嘴板17(噴嘴層)上而制造出來的，并且每個頭部組片19的下表面被連接到噴嘴板17，從而使形成于每個頭部組片19上的每個加熱元件12的位置與形成于噴嘴板17上的噴嘴18相對應。
頭部框架16是用于支撐噴嘴板17的支撐部分，并且其尺寸對應噴嘴板17的尺寸。每個容納空間16a的長度對應于A4尺寸的水平寬度(21cm)。
四個行式頭部組片19設置在頭部框架16的各個容納空間16a中，從而使一行式頭部組片19可設置于一個容納空間16a中。四個儲存不同顏色液體(墨)的墨罐設置在頭部框架16的各個容納空間16a中并連接于頭部組片19的后表面，從而使不同顏色的液體在各個容納空間16a中供應到各個行的頭部組片19。
圖2A和2B是表示行式頭部組片19的平面圖。注意，在圖2A和2B中，頭部組片19和噴嘴18以重疊的形式示出。
頭部組片19以之字形設置，其中相鄰頭部組片19在排列方向上彼此相對。如圖2A和2B所示，用于向所有的頭部組片19供應液體的公共流動通道23形成于一組定位在第(N-1)和第(N+1)位置的頭部組片19和一組定位在第N和第(N+2)位置的頭部組片19之間。
如圖2A和2B所示，噴嘴18以規(guī)則的間隔進行定位。注意，這也適用于兩個頭部組片彼此鄰接的區(qū)域。
以上述方式制造的行式頭部10設置在打印機內(nèi)部的固定位置處，并且當記錄介質(zhì)的表面(液滴噴在其上面)與行式頭部10的噴液表面(噴嘴板17的表面)被保持隔開時，記錄介質(zhì)相對于固定的行式頭部10移動。當記錄介質(zhì)相對行式頭部10移動時，液滴從頭部組片19的特定噴嘴18中噴出，從而在記錄介質(zhì)上形成圓點，由此實現(xiàn)字符或者圖像的彩色打印。
按照本發(fā)明實施例的頭部組片19還將在下文進行更詳細的說明。頭部組片19與頭部組片1a類似，因為多個加熱元件12設置在半導體基底11上，但是它們在加熱元件12設置的方式和液體腔13a的形狀上有所不同。
圖3是表示按照本實施例的頭部組片19的形狀的平面圖。
在有關技術(shù)的結(jié)構(gòu)中，多個加熱元件12設置在半導體基底11上。加熱元件12中的一些(在圖3中由n，n+2，n+4，n+6...表示)這樣設置，即這些加熱元件12的每個的中心位于(虛)線L1上，而其它的加熱元件12(在圖3中由n+1，n+3，n+5，...表示)這樣設置，即這些加熱元件12的每個的中心位于(虛)線L2上。
線L1和L2相互平行，并且相互間隔δ(大于0的實數(shù))的距離。雖然在圖3中沒有示出，但是線L1和L2平行并且靠近頭部組片19(半導體基底11)的縱向外邊緣(圖3中的下側(cè))延伸。
此外，如圖2A和2B所示，向各個液體腔13a供應液體的公共流動通道23形成為在上述邊緣的外側(cè)上并且沿著頭部組片(半導體基底11)的邊緣延伸。如圖13所示的公共流動通道23，按照本發(fā)明的公共流動通道23是由半導體基底11的一個側(cè)面和模型芯片D或者類似的元件形成，該側(cè)面靠近形成有加熱元件12的表面。
因此，線L1和L2與公共流動通道23(半導體基底11的外部邊緣)平行，并且被定位于公共流動通道23的任意一側(cè)。
在多個加熱元件12中，從一端數(shù)起在第M位置處的加熱元件設置成使這些加熱元件中的每個的中心定位在與加熱元件12的排列方向相同方向的線L1上(此處M取奇數(shù)或者偶數(shù))。另一方面，從一端數(shù)起在第N位置的加熱元件設置成使這些加熱元件中的每個的中心被定位在線L2上(此處當M取奇數(shù)時，N取偶數(shù)，當M取偶數(shù)時，而N取奇數(shù))。也就是，加熱元件12以之字形交替地設置在線L1和L2上。
在線L1上的加熱元件12以間隔2P(2×P)定位，而線L2上的加熱元件12也以間隔2P(2×P)定位。每個設置在線L1上的加熱元件12的位置相對于設置在線L2上的加熱元件12的最近的一個沿著加熱元件12排列的方向平移P的距離。
因此，在線L1和L2上的加熱元件12，作為一個整體，以規(guī)則間隔P定位。間隔P通過行式頭部10的分解力(DPI)確定。例如，當分解力為600DPI時，間隔P大約為42.3μm。
在半導體基底11上，液體腔13a是由設置在半導體基底11和噴嘴板17之間的阻擋層13的一部分而形成。在圖3所示的實例中，定位在圖3中線L1上的用于加熱元件12的液體腔13a形成為基本上U形的水平橫截面上，從而使每個加熱元件12的三個面被相應的液體腔13a的內(nèi)部側(cè)壁包圍。液體腔13a形成在阻擋層13中，該液體腔13a通過部分地切割阻擋層13形成了具有基本上呈U形的切開部分。用于定位在線L1上的加熱元件12的液體腔13a形成為這些液體腔13a的敞開側(cè)朝向線L2。
另一方面，定位在線L2上的加熱元件12所用的液體腔13a在水平橫截面上基本上呈U形，從而使每個加熱元件12的三個面被相應的液體腔13的內(nèi)部側(cè)壁包圍，并且使每個液體腔13a與其它的液體腔13a相隔離。這些液體腔13a的開口側(cè)朝向線L1。
因此，其中設置有一個定位在線L1上的加熱元件12的液體腔13a的開口側(cè)與設置有一個定位在線L2上的加熱元件12的液體腔13a的開口側(cè)的方向相反。
注意，每個設置有加熱元件12的液體腔13a的側(cè)面的長度沒有限制，只要每邊長于加熱元件12對應側(cè)的長度即可。在本實施例中，每個液體腔13a中以如下方式設置加熱元件12，即液體腔13a的每個內(nèi)部側(cè)壁與加熱元件12間隔幾微米的距離。
間隙Wx(大于0的實數(shù))形成于每兩個相鄰、以間隔2P定位于線L2上的液體腔13a之間，從而使每兩個相鄰的液體腔13a在排列液體腔13a的方向上(即，在線L2延伸的方向)隔開。也就是，間隙Wx形成于每個液體腔13a的兩側(cè)，從而使液體腔13a在其排列方向上相互隔開。
每個間隙Wx作為第一流動通道23a(寬度等于Wx，用于使液體在垂直于線L1和L2的方向上流動)，該通道為公共流動通道23的一部分并且與向每個液體腔13a供應液體(墨)的公共流動通道23連通。
因為在線L1上的液體腔13a整體形成于阻擋層13中(從而使每個液體腔直接被阻擋層13包圍)，所以在定位于線L1上的相鄰液體腔13a之間沒有形成間隙Wx。
在朝向線L2的側(cè)面上的位于線L1上的各個液體腔13a的端部以間隙Wy(大于0的實數(shù))，在垂直于液體腔13a的排列方向的方向上，與在朝向線L1的側(cè)面上的位于線L2上的各個液體腔13a的端部相隔開間隙Wy。正如間隙Wx，間隙Wy作為第二公共流動通道23b(寬度等于Wy，用于使液體在平行于線L1和L2的方向上流動)，該通道是公共流動通道23的一部分并且與向每個液體腔13a供應液體(墨)的公共流動通道23連通。
圖4是按照另一個實施例的頭部組片19的平面圖，該組片是圖3中所示的頭部組片19的改進。在圖3所示的實例中，所有的加熱元件12設置成使每個加熱元件12的中心精確地定位在線L1上或者線L2上。另一方面，在圖4所示的實例中，一些加熱元件12的中心從線L1或線L2上偏移。圖4中，這些加熱元件12中的加熱元件12(n)，(n+4)，和(n+6)的中心精確地定位在線L1上。
然而，在加熱元件12中，加熱元件12(n+2)的中心稍微偏離線L1。偏移的量，例如，少于±δ/5。類似地，在位于線L2上的加熱元件12中，雖然加熱元件12(n+1)和(n+5)的中心精確地定位在線L2上，但是加熱元件12(n+3)的中心稍微偏離線L2。在這種情況下，偏移的量也設定為，例如少于±δ/5。
在本實施例中，加熱元件12的中心沒有必要必須精確地定位于線L1或L2上，但是其中心只可在預定的小范圍內(nèi)有所偏移。也就是說，在線L1上的加熱元件12可以以之字形交替地精確定位在線L1上以及稍微偏離線L1的位置處，在線L2上的加熱元件12可以以之字形交替地精確定位在線L2上以及稍微偏離線L2的位置處。
圖5也是依照另一個實施例的頭部組片19的平面圖，該組件是圖3中所示頭部組片19的改進。在圖3所示的實施例中，其中設置有位于線L1上的加熱元件12的液體腔13a整體形成于阻擋層13a中。與此相反，在圖5所示的實施例中，其中設置有位于線L1上的加熱元件12的液體腔13a相互隔離地形成，與其中設置有位于線L2上的加熱元件12的液體腔13a相同。
在這種結(jié)構(gòu)中，每個液體腔13a的水平橫截面基本上為U形，其敞開側(cè)的朝向與另一個相對位置的液體腔13a的敞開側(cè)的朝向相反。與在圖3或圖4中所示的結(jié)構(gòu)相比，當液體噴出時，這種結(jié)構(gòu)使產(chǎn)生的沖擊波的反射條件更加類似于所有的噴液元件，并且也使得噴嘴板17具有一致的張力分布。
按照本實施例流動通道結(jié)構(gòu)具有下述特征。
(1)在強度方面，該結(jié)構(gòu)具有以下特征。
因為噴液元件以之字形交替地設置在線L1和線L2上，所以每組位于任一線L1或L2上的噴液元件形成具有半分解力(half resolution)的頭部。因為機械強度隨著分解力的降低而增加，所以按照本實施例的噴液元件的排列能夠增加機械強度。
在以之字形排列的噴液元件中，每個位于線L1或線L2上的噴液元件的液體腔13a基本上成U形，因此可在所有的方向上實現(xiàn)相似的強度。此外，因為每個液體腔13a的開口側(cè)朝向內(nèi)側(cè)，所以當一種壓力(表面壓力)施加于頭部組片19(噴液元件列的)的邊緣時，堅固的外部零件承受所施加的壓力，由此保護鉸弱的內(nèi)部零件。也就是說，液體腔13a的開口側(cè)的邊緣是強度最弱的，但是這些最弱的部分設置在相互面對的內(nèi)部位置，所以使它們可被外部零件保護。因此，這些內(nèi)部零件不會承受當被連接到噴嘴板17時所產(chǎn)生的壓力，并且在連接到噴嘴板17之后也不會承受外部施加的壓力。
此外，因為位于線L1上的液體腔13a的位置從位于線L2上的對應液體腔13a平移距離P，所以液體腔13a的壁部以間隙Wy定位在面向每個液體腔13a的開口兩側(cè)的位置處。當壓力(表面壓力)施加于該結(jié)構(gòu)時，這會防止該結(jié)構(gòu)被容易地變形。
在相關技術(shù)的結(jié)構(gòu)中，如同頭部組片1a(圖12)，其中的單獨長流動通道3d形成為梳齒狀，當施加壓力時，會產(chǎn)生大的應力。相反，在依照本實施例的液體腔13a中，因為每個液體腔13a的橫截面基本上呈U形，并且存在一個在液體腔13a的排列方向上延伸的橫梁(beam)，所以可實現(xiàn)大的強度，即使施加大的外部壓力，也可防止產(chǎn)生的大的應力。
在相關技術(shù)的結(jié)構(gòu)中，當分解力為，例如600DPI時，加熱元件12以大約42.3μm的間隔排列，并且在阻擋層3中每兩個相鄰加熱元件12之間形成的每個梳齒指狀件寬度的大小至多是與圖12中所示的大約15至17μm相同。相反，在按照本實施例的結(jié)構(gòu)中，每個液體腔13a的壁的厚度為大約60μm，從而可實現(xiàn)足夠高的強度。這使得該結(jié)構(gòu)能夠承受側(cè)向力(也就是，每個液體腔13a能承受加熱元件12排列方向上的力產(chǎn)生的應變)。
(2)在許多情況中，相關技術(shù)的頭部組片包括形成于半導體基底中心的通孔，雖然在圖12中沒有示出。相反，在按照本實施例的結(jié)構(gòu)中，流動通道形成于之字形線的加熱元件12的每個相鄰元件之間(也就是，在線L1和線L2之間)，但是穿過半導體基底11沒有形成流動通道(通孔)。更具體地說，第一公共流動通道23a和第二公共流動通道23b形成于半導體基底11的平面區(qū)域中，該區(qū)域既沒有阻擋層13也沒有液體腔13a，并且這些流動通道沒有延伸穿過半導體基底11的部分。注意，如果之字形線的加熱元件12的每個相鄰元件之間的公共流動通道沒有延伸穿過半導體基底11，在就可以采用槽的形式(橫截面基本上為U形)。也要注意，如果通道的位置不在之字形線的加熱元件12的相鄰元件之間，那么也可以形成通孔形式的公共流動通道。例如，這種采用通孔形式的公共流動通道可以在形成加熱元件12的之字形線的區(qū)域的外部形成。
在頭部組片19的設計中，在之字形線的加熱元件12之間沒有采用通孔形式的流動通道，這可減少頭部組片19的總體尺寸。這也使得成本降低(因為成本直接取決于頭部組片19的面積)。頭部組片19需要用于供應液體的空間。頭部組片19尺寸的減少使得它可獲得實現(xiàn)該目的的空間。
如同相關技術(shù)的結(jié)構(gòu)，在通孔形成于半導體基底中的情況下，有必要在通孔的兩側(cè)分別設置驅(qū)動電路陣列。這會導致電路尺寸的增加，因此會導致頭部組片面積的增加大概2倍。此外，有必要為每個驅(qū)動電路陣列分別設置一個大的連接墊。這會導致面積進一步增加。相反，在按照本實施例的結(jié)構(gòu)中，位于線L1上的加熱元件12和位于線L2上的加熱元件12由一個單獨的電路驅(qū)動(這將在后文進行詳細描述)。此外，在供液系統(tǒng)的設計中，頭部組片19尺寸的減少使得供液系統(tǒng)能利用更大的面積，同時可減少行式頭部10的總體尺寸。
(3)在本實施例中，在線L1和線L2上以之字形交替設置加熱元件12這種方式可使得在加熱元件12之間能夠具有大的空間。也就是，例如，就位于線L1上的加熱元件12而言，加熱元件12以2P的間隔設置，這是在相關結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)相同分解力所需間隔的兩倍。這會導致實際尺寸中間隙的增加。例如，分解力為1200DPI的頭部組片19能獲得與相關技術(shù)的結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)600DPI所需的間隙相近似的間隙。
(4)關于供液流，按照本實施例的結(jié)構(gòu)具有下述特征。
圖6A至6D是表示頭部組片各種結(jié)構(gòu)的示意圖。在這些附圖中，由實線示出的方形代表液體腔，而由虛線示出的圓圈代表噴嘴。
圖6A表示在相關技術(shù)結(jié)構(gòu)中的液體流動(如圖12中所示)。圖6B表示在由本申請人提交的日本專利申請No.2003-383232中提出的結(jié)構(gòu)中的液體流動。圖6C表示具有在兩排之字形線加熱元件之間形成的通孔的結(jié)構(gòu)中的液體流動。圖6D表示按照本實施例的結(jié)構(gòu)中的液體流動。
在圖6A至6C所示的結(jié)構(gòu)中，液體經(jīng)由單獨的流動通道供應到每個液體腔。因此，在這些結(jié)構(gòu)中，如果在單獨的流動通道中出現(xiàn)障礙，那么就沒有液體能供應給對應的液體腔。
相反，在圖6D所示的結(jié)構(gòu)中，液體從多個方向經(jīng)由圍繞液體腔13a延伸的通道供應給每個液體腔13a。液體腔13a具有類似過濾器的功能，該功能可保持液體腔13a的內(nèi)部壓力，因此供應到液體腔13a開口的液體和供應到對面位置的液體腔13a開口的液體在穿過寬度等于Wx的第一公共流動通道23a之后都被供應。結(jié)果，具有基本上同樣壓力的液體供應到所有位于線L1和線L2上的液體腔13a的開口處。
(5)按照本實施例的流動通道的結(jié)構(gòu)可提高液體的噴出和再充滿的特性的一致性。高度一致性是重要的，因為如果一致性不足夠高，那么當特定條件下進行噴液操作時，會發(fā)生噴射變化或者噴出液滴的量的變化，或者由于操作速度的不同而產(chǎn)生氣泡(氣泡的產(chǎn)生會導致噴出的液體量大量減少)。
為了減少變化，需要形成具有對稱形狀或者具有旋轉(zhuǎn)對稱形狀的流動通道。在這方面，在圖6B所示的結(jié)構(gòu)中，各個液體腔的公共流動通道的長度的不同會引起特性的變化。相反，在按照本實施例的結(jié)構(gòu)中，在類似的條件下，液體能供應給所有的液體腔，并且因此能實現(xiàn)噴液元件的噴出和再填滿特性的高度一致性。
(6)當噴嘴板單獨制備并且噴嘴板連接到其上形成有加熱元件和液體腔的半導體基底上時，與頭部組片的厚度(大約600至650μm)相比，噴嘴板的小厚度(大約10至30μm)在室溫下會導致在噴嘴板中出現(xiàn)張力。
如果熱應力或者外力施加給這樣的結(jié)構(gòu)，那么噴嘴板中會出現(xiàn)張力的變化，并且因此出現(xiàn)應變。然而，在按照本實施例的結(jié)構(gòu)中，噴嘴18是對張力的變化最敏感的部分，該噴嘴被液體腔13a基本上呈U形的壁包圍，因此，張力不會導致大的應力施加于噴嘴18。因此，可在大的溫度范圍內(nèi)實現(xiàn)高穩(wěn)定性和高可靠性。
(7)如果液體的粘度或者表面張力低，那么當液體被噴出時，產(chǎn)生沖擊波，當液體被再填滿時，出現(xiàn)液面的振動或者液壓的改變。在這樣的沖擊波產(chǎn)生或者液面振動出現(xiàn)之后，彎曲液面恢復至平靜狀態(tài)需要很長的時間。一種防止上述問題的方法是，增加在每個液體腔和公共流動通道之間的單獨流動通道的長度，從而使長的單獨流動通道具有大的流動阻力，從而削弱了液體噴出時產(chǎn)生的沖擊波以及液體再被填滿時出現(xiàn)的振動。然而，如果在長的單獨流動通道內(nèi)出現(xiàn)了氣泡，那么就會出現(xiàn)噴出故障。如果噴出操作在這種狀態(tài)下持續(xù)，那么加熱元件就可能被破壞。
為了防止上述問題，用于捕獲灰塵或者顆粒的柱狀物(過濾器)通常放在每個單獨流動通道的前面，從而使過濾器具有削弱振動或者減少干擾的效果。
相反，在按照本實施例的結(jié)構(gòu)中，面向公共流動通道23的隔離和單獨液體腔13a充當過濾器。相關技術(shù)中的過濾器(如圖10中所示的過濾器30)可另外設置以實現(xiàn)過濾氣泡的效果。通過適當?shù)剡x擇間隙Wx和每個液體腔13a的長度L(圖3)，液體腔13a的過濾特性可在減少干擾和振動方面達到最優(yōu)化。
特別是，當液體腔13a如圖5所示對稱形成時，通過將流動通道(寬度等于Wx)形成為從液體腔13a的開口直線延伸，由此吸收從液體腔13a的開口傳播的沖擊波，可使沖擊波的影響最大程度地減小。
(8)從公共流動通道到單獨流動通道的流動通道的長度以及其流動阻力會影響噴出壓力(噴出速度)。在本實施例中，液體流過在每個液體腔13a兩側(cè)的通道，并且在線L1上的液體腔13a和線L2上的液體腔13a之間的中心定位的第二共同流體通道23b中相互匯合。匯合的流體經(jīng)由通道以基本上相同的長度(相同的流動阻力)被分開并供應給各個液體腔13a。因此，即使當噴出操作連續(xù)進行時，液體也能從相對位置處的噴液元件以基本上一樣的噴出壓力(噴出速度)被噴出。
因此，按照本實施例的流動通道結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點。
(1)第一個優(yōu)點是能抑制氣泡引起的故障。即使氣泡引起的故障發(fā)生，也能實現(xiàn)故障的自動恢復。在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，因為液體從三個方向供應到每個液體腔13a的開口，所以總會實現(xiàn)最好的效果。
(2)對于所有的噴液元件能得到非常類似的噴液速度(也就是，所有的噴液元件具有類似的噴出特性)。
(3)因為在同一直線(線L1或L2)上的噴液元件以較大間隔定位，所以每個液體腔13a的壁部可具有足夠的厚度，因而最大限度地減小由熱膨脹引起的特性變化或者施加給行式頭部10的機械應力。
(4)能夠減少由不同噴液元件產(chǎn)生的噴出振動之間的干擾(通過大量且一致的過濾作應)。
(5)因為每個液體腔13a被導熱性比阻擋層13的導熱性高的液體包圍，所以可實現(xiàn)良好的放熱特性。
(6)因為噴嘴板17具有相同的張力分布，所以可最大限度地減小噴嘴18之間的特性變動。
(7)因為液體從三個方向供應到每個液體腔13a，所以可最大限度地減小由顆粒或者灰塵引起的故障。
(8)對于相同分解力(DPI)和相同數(shù)量的噴嘴，頭部組片19與在頭部組片19的中央形成通孔的結(jié)構(gòu)相比，具有更小的面積。
現(xiàn)在，下面將按照本實施例說明噴出方向偏轉(zhuǎn)裝置。
在本實施例中，如圖3和其它附圖所示，位于每個液體腔13a中的加熱元件12被分成并排設置的兩部分。每個加熱元件12的兩部分在與噴嘴18的排列方向相同的方向上并排設置。雖然噴嘴18的位置在圖3中沒有示出，但是噴嘴18設置在各個加熱元件12的上方，從而使每個噴嘴18的中心軸與對應的加熱元件12的中心軸重合，作為具有設置在一個液體腔13a內(nèi)部的兩部分的加熱元件12的整體結(jié)構(gòu)。
在以上述方式形成的具有兩部分的加熱元件12的情況中，加熱元件12的每部分的長度等于沒有被分開的加熱元件的長度，并且每部分的寬度是沒有被分開的加熱元件寬度的一半。因此，加熱元件12兩部分中的每個的電阻為沒有被分開的加熱元件電阻的兩倍。如果加熱元件12的兩部分相互串聯(lián)，那么得到的電阻是沒有被分開的加熱元件的電阻的4倍(注意，所述電阻的計算沒有考慮兩部分之間形成的空間的影響)。
為了使液體腔13a中的液體達到沸點，應在加熱元件12上使用專門的電源對其進行加熱。液體可在沸騰能量的作用下噴出。當加熱元件12的電阻鉸低時，需要有大量的電流通過加熱元件12。另一方面，當加熱元件12具有較大電阻時，使較小電流通過加熱元件12就可使液體達到沸點。
這就允許使用小型晶體管供應通過加熱元件12的電流，并且因此可減少整體尺寸。通過減少加熱元件12的厚度能增加加熱元件12的電阻。然而，加熱元件12的厚度存在一個下限，這取決于用來形成加熱元件12的材料的特性，例如強度(耐性)。將加熱元件12分成兩部分可在沒有減少其厚度的情況下增加加熱元件12的電阻。
被分成兩部分的加熱元件12設置在每個液體腔13a中，一般來說，每個加熱元件12的兩部分被加熱，從而使其溫度同時達到使液體沸騰所需的溫度(也就是，所述兩部分被加熱從而使其氣泡產(chǎn)生的時間相同)。如果在加熱元件12的兩部分之間的氣泡產(chǎn)生時間存在不同，那么噴液角度將偏離垂直方向。
圖7是示出噴液角度的示意圖。在圖7中，如果液體垂直于噴液平面(記錄介質(zhì)R的表面)噴出，那么噴出的液體i沿圖7中由虛線表示的箭頭所指示的直線路徑移動。另一方面，如果液體i的噴出角度偏離垂直方向θ角度，那么噴出的液體i沿路徑Z1和Z2流動，因此液體i的到達點偏離為ΔL＝H×tanθ其中H是噴嘴18的端部與記錄介質(zhì)R的表面之間的距離，也就是，噴液元件的噴液表面和液體到達表面之間的距離(在后文的論述也使用該定義)。在普通的噴墨打印機中，距離H在1到2mm的范圍內(nèi)。在下面的討論中，假定距離H保持為等于大約2mm的恒定值。
因為距離H的變化會導致液體i的落點的變化，所以該距離H需要保持恒定。當液體i從噴嘴18中朝向記錄介質(zhì)R的表面在偏移方向噴出時，液體i的落點隨著距離H的變化而變化，雖然當液體i在垂直方向噴出時，距離H的變化不會引起落點的變化。
圖8A和8B是表示計算機模擬結(jié)果的曲線圖，表明噴液角度隨著在加熱元件12的兩部分之間的液體中產(chǎn)生氣泡所需的時間的變化而變化。注意，圖8A表示在X方向上測量的噴液角度，圖8B表示在Y方向上測量的噴液角度，其中X方向是噴嘴18的排列方向(每個加熱元件12的兩部分并列設置的方向)，Y方向是垂直于X方向(記錄介質(zhì)輸送)的方向。圖8C是表示液體落點的測量偏離。在該附圖中，水平軸表示由流過加熱元件12的兩部分之間的電流的差值的一半所限定的偏差電流(deflection current)。注意，偏差電流對應于加熱元件12的兩部分之間的產(chǎn)生氣泡的時間差。在圖8C中，垂直軸表示液體落點偏移的測量值(同時保持噴液表面和液體到達表面(記錄介質(zhì))之間的距離在大約2mm)。在該測量中，加熱元件12中通過的主電流為80mA，上述的偏差電流疊加在通過加熱元件12的兩部分之一的主電流上，從而使噴液方向發(fā)生偏移。
當在兩部分之間存在氣泡產(chǎn)生時間的差別時，噴液角度如圖8A和8C所示的垂直方向偏轉(zhuǎn)，所述兩部分是在噴嘴18的排列方向?qū)⒓訜嵩?2分開得到的。也就是，在噴嘴18的排列方向上的噴液角度θx隨著氣泡產(chǎn)生的時間差而增加(注意，噴液角度θx表示從垂直方向的偏轉(zhuǎn)并且對應圖7中的θ)。
在本實施例中，使用了被分成兩部分的加熱元件12，并且電流通過加熱元件12的這兩部分，從而使這兩部分之間存在電流差，由此產(chǎn)生了加熱元件12的兩部分之間的氣泡產(chǎn)生時間差。通過控制加熱元件12的兩部分的電流差，從每個噴嘴18噴出的液體的噴出方向在噴液元件(噴嘴18)的排列方向上偏轉(zhuǎn)一理想角度。
當因為生產(chǎn)誤差或者類似原因在加熱元件12兩部分之間存在電阻差時，在加熱元件12的兩部分之間會出現(xiàn)氣泡產(chǎn)生時間的差別。結(jié)果，噴液角度離開垂直方向出現(xiàn)偏移，這導致液體落點從正確位置偏移。液體落點的偏移可通過適當?shù)乜刂屏鬟^加熱元件12的各個部分的電流進行調(diào)整，并由此調(diào)整氣泡的產(chǎn)生時間，從而使氣泡產(chǎn)生的時間對加熱元件12的兩部分來說變得相同，因此液體在垂直方向上噴出。
在行式頭部10中，噴液方向離開垂直方向的偏移可在頭部組片上根據(jù)頭部組片的原理進行調(diào)整，從而使各個頭部組片19作為一個整體在垂直方向噴出液體。
對于頭部組片19中的一個或者多個特定噴液元件來說，也可調(diào)整噴液角度。例如，在特定的頭部組片19中，當特定噴液元件的噴液方向與其它的噴液元件的噴液方向不平行時，可調(diào)整該特定噴液元件的噴液方向，從而使得噴液方向變得與其它的噴液元件的噴液方向平行。
也可按如下方式偏轉(zhuǎn)噴液方向。
例如，當噴液方向沒有被偏轉(zhuǎn)時，讓我們假定當液體從噴液元件N和相鄰的噴液元件N+1噴出時，噴出的液體分別到達位置n和n+1。在這種情況下，可將從噴液元件N噴出液體的噴出方向偏轉(zhuǎn)，從而使噴出的液體到達落點n+1，而不是在非偏轉(zhuǎn)的方向噴出液體使噴出的液體到達落點n。
類似地，可將從噴出元件N+1中噴出的液體的噴出方向進行偏轉(zhuǎn)，從而使噴出的液體到達落點n，而不是在非偏轉(zhuǎn)的方向噴出液體使噴出的液體到達落點n+1。
例如，當因為堵塞或者類似原因，噴液元件N+1不能噴出液體時，使液體沉積在落點n+1也是不可能的，并且會出現(xiàn)打點故障(dot failure)。如果頭部組片19包括這種有故障的噴液元件，那么頭部組片19作為一個整體被認為是存在故障的。
然而，當這樣的故障出現(xiàn)時，可通過從靠近噴液元件N+1的噴液元件N或者N+2在合適地偏轉(zhuǎn)方向上噴出液體而使液體沉積在落點n+1處。
下面將說明噴出方向偏轉(zhuǎn)裝置的一個具體實例。這個按照本實施例的噴出方向偏轉(zhuǎn)裝置的實例是使用電流鏡像電路形成的(在下文中，稱作CM電路)。
圖9是示出按照本實施例的噴出方向偏轉(zhuǎn)裝置的具體實例的電路圖。首先，將說明在此電路中使用的電路元件以及它們之間的連接。
在圖9中，電阻器Rh-A和Rh-B是加熱元件12的兩個分開部分的電阻，并且這兩個電阻串聯(lián)。電源Vh向電阻器Rh-A和Rh-B提供電壓。
在圖9中所示的電路中包括晶體三極管M1至M21。這些晶體三極管中，晶體三極管M4、M6、M9、M11、M14、M16、M19和M21是PMOS晶體管，而其它的晶體三極管是NMOS晶體管。在圖9中所示的電路中，CM電路是通過例如晶體三極管M2、M3、M4、M5和M6形成的，這四個CM電路都是以類似的方式形成的。
在該電路中，晶體管M6的控制極(gate)和漏極(drain)連接到晶體管M4的控制極。晶體管M4和M3的漏極相互連接，并且晶體管M6和M5的漏極也相互連接。在其它的CM電路中，晶體管以類似的方式連接。
各個CM電路的晶體管M4、M9、M14和M19的漏極與各個CM電路的晶體管M3、M8、M13和M18的漏極都連接到電阻器Rh-A和Rh-B之間的節(jié)點處。
晶體管M2、M7、M12和M17作為各個CM電路的恒流源，并且這些晶體管的各個漏極被連接到晶體管M3、M8、M13和M18的各個源極(source)。
晶體管M1的漏極串聯(lián)到電阻器Rh-B。當噴出的執(zhí)行開關A處于“1”-電平(開-電平)時，晶體管M1打開，因此電流流過電阻器Rh-A和Rh-B。
各個與門X1至X9的輸出端連接到晶體管M1、M3、M5、M7和M9的各個控制極。注意，與門X1至X7是雙輸入類型的，而與門X8和X9是三輸入類型的。與門X1至X9的每個的至少一個輸入端連接到噴出執(zhí)行開關A。
每個異或非(XNOR)門X10、X12、X14和X16的輸入端的一個連接到偏轉(zhuǎn)方向選擇開關C，這些異或非門的其他輸入端連接到偏轉(zhuǎn)控制開關J1至J3中的一個或者連接到噴出角度調(diào)整開關S。
偏轉(zhuǎn)方向選擇開關C是用于沿噴嘴18列的正負方向之間對要被偏轉(zhuǎn)的噴液的方向進行轉(zhuǎn)換的開關。如果該偏轉(zhuǎn)方向選擇開關C處于“1”-電平(開-電平)，那么異或非門X10的輸入端的一個處于“1”-電平。
偏轉(zhuǎn)控制開關J1至J3是用于確定噴液方向偏轉(zhuǎn)量大小的開關。例如，當輸入端J3處于“1”-電平(開-電平)，那么異或非門X10的輸入端的一個處于“1”-電平。
異或非門X10、X12、X14和X16的每個的輸出端被連接到與門X2、X4、X6和X8中一個的一個輸入端并且還通過非門X11、X13、X15和X17中的一個連接到與門X3、X5、X7和X9中一個的一個輸入端。每個與門X8和X9的一個輸入端連接到噴液角度調(diào)整開關K。
偏轉(zhuǎn)幅度控制端B是通過確定作為各個CM電路的恒流源的晶體管M2、M7、M12和M17的電流，來確定一個偏轉(zhuǎn)步驟的幅度的端部(terminal)。為了實現(xiàn)該目的，偏轉(zhuǎn)幅度控制端B連接到各個晶體管M2、M7、M12和M17的控制極。如果該端部的電壓為0，那么每個恒流源的電流被設定為等于0，因此沒有偏轉(zhuǎn)流。結(jié)果，偏轉(zhuǎn)的幅度等于0。如果施加于偏轉(zhuǎn)幅度控制端B的電壓逐漸增加，那么恒流源的電流逐漸增加，因此偏差電流也逐漸增加。結(jié)果，偏轉(zhuǎn)幅度增加。因此，可通過控制施加于偏轉(zhuǎn)幅度控制端B的電壓而正確地控制偏轉(zhuǎn)幅度。
連接到電阻器Rh-B的晶體管M1的源極和作為各個CM電路的恒流源的各個晶體管M2、M7、M12和M17的源極都是接地的。
在圖9所示的電路圖中，在圓括號內(nèi)描述的靠近各個晶體管M1至M21的序號“xN”(N＝1，2，4或者50)表示并聯(lián)的晶體管元件的個數(shù)。例如，序號為“x1”的晶體管(晶體管M12至M21)均形成為具有一個標準晶體管元件。另一方面，帶序號“x2”的晶體管(晶體管M7至M11)均等同于兩個標準晶體管元件的并聯(lián)。類似的，帶序號“xN”的晶體管均等同于N個標準晶體管元件的并聯(lián)。
晶體管M2、M7、M12和M17分別標有表示標準晶體管元件個數(shù)的“x4”、“x2”、“x1”和“x1”，因此，當在這些晶體管的每個的控制極和地面之間施加一個特定電壓時，在這些晶體管中的漏電流的比值是4∶2∶1∶1。
下面將說明該電路的運轉(zhuǎn)。首先，討論由晶體管M3、M4、M5和M6組成的CM電路的運轉(zhuǎn)。
只有當液體噴出時，噴出執(zhí)行開關A打開。
例如，當信號電平是A＝“1”(也就是，A是“1”-電平(其它信號的信號電平也將以類似的方式表示))，B＝2.5V，C＝“1”，和J3＝“1”時，異或非門X10的輸出信號電平變成“1”。該“1”-電平輸出信號和A＝“1”輸入到與門X2，因此“1”-電平信號從與門X2中輸出。結(jié)果，晶體管M3被打開。
當異或非門X10的輸出是“1”時，非門X11的輸出為“0”。該“0”-電平輸出信號和A＝“1”輸入到與門X3，因此0-電平信號從與門X3輸出。結(jié)果，晶體管M5被關閉。
因為晶體管M4和M3的漏極相互連接，所以晶體管M6和M5的漏極相互連接，當如上所述晶體管M3處于打開狀態(tài)而晶體管M5處于關閉狀態(tài)時，雖然電流從晶體管M4流動至M3，但沒有電流從晶體管M6流動至M5。因為CM電路的性質(zhì)，所以當沒有電流流過晶體管M6時，晶體管M4也沒有電流從中流過。因為2.5V電壓施加于晶體管M2的控制極，所以對應于所施加2.5V電壓的電流只在晶體管M3、M4、M5和M6中從晶體管M3流向晶體管M2。
在這種狀態(tài)，因為晶體管M5的控制極處于關閉狀態(tài)，所以沒有電流流過晶體管M6，因此也沒有電流流過晶體管M4，其中晶體管M4是晶體管M6的鏡像(mirror)。如果沒有其它的電流，那么相同的電流Ih流過兩個電阻器Rh-A和Rh-B。然而，當M3的控制極為打開狀態(tài)時，由M2確定的電流經(jīng)過M3從電阻器Rh-A和Rh-B之間的節(jié)點流出，因此由M2確定的電流只添加至流過電阻器Rh-A的電流。
因此，IRh-A＞IRh-B。
對于C＝“1”時電路的工作的情況在上文已進行了說明。當C＝“0”時，即，當只有偏轉(zhuǎn)方向選擇開關C的信號電平被改變而保持其它的信號電平時(即，A，B和J3的信號電平保持在“1”)，電路如下工作。
當C＝“0”和J3＝“1”時，“0”-電平信號從異或非門X10輸出。該“0”-電平輸出信號和A＝“1”輸入到與門X2，因此與門X2的輸出電平變成“0”。結(jié)果，晶體管M3被關閉。
當異或非門X10的輸出信號電平是“0”時，非門X11的輸出信號電平成為“1”。該“1”-電平輸出信號和A＝“1”輸入到與門X3，因此晶體管M5被打開。
當晶體管M5處于打開狀態(tài)時，電流流過晶體管M6。在這種狀態(tài)下，由于CM電路的性質(zhì)，電流也流過晶體管M4。
因此，電流從電源Vh流進電阻器Rh-A、晶體管M4和晶體管M6。流過電阻器Rh-A的電流都直接流進電阻器Rh-B(任何流出電阻器Rh-A的電流都不會流入晶體管M3，因為晶體管M3處于關閉狀態(tài))。因為晶體管M3處于關閉狀態(tài)，所以所有的流過晶體管M4的電流流入電阻器Rh-B。流過晶體管M6的電流流入晶體管M5。
當C＝“1”時，如前所述，流出電阻器Rh-A的電流部分流入電阻器Rh-B，剩余的電流流入晶體管M3。相反，當C＝“0”時，流過電阻器Rh-A的電流和流過晶體管M4的電流一起流入電阻器Rh-B。結(jié)果，流過電阻器Rh-A的電流IRh-A比流過電阻器Rh-B的電流IRh-B小，即，IRh-A＜IRh-B。這些電流的比值對于C＝“1”和C＝“0”是相反的。
通過控制電流使流過電阻器Rh-A和Rh-B的電流互不相同，這可得到各個加熱元件12的兩部分上產(chǎn)生氣泡的時間差異，由此使噴液方向出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)。
根據(jù)C＝“1”或者C＝“0”，噴液方向的偏轉(zhuǎn)量相同，但是其方向與沿噴嘴18列的方向相反。
在上述論述中，只有偏轉(zhuǎn)控制開關J3打開或關閉。如果偏轉(zhuǎn)控制開關J2和J1打開或關閉，那么就可更精確地控制流過電阻器Rh-A和Rh-B的電流。
更具體地說，流過晶體管M4和M6的電流可通過偏轉(zhuǎn)控制開關J3控制，流過晶體管M9和M11的電流由偏轉(zhuǎn)控制開關J2控制，流過晶體管M14和M16的電流由偏轉(zhuǎn)控制開關J1控制。
如上文所述，晶體管M4和M6、晶體管M9和M11以及晶體管M14和M16具有4、2和1的相對電流驅(qū)動能力。因此，通過將各個偏轉(zhuǎn)控制開關J1至J3對應地設定為下列三個二進制位值的一個，(J1，J2，J3)＝(0，0，0)，(0，0，1)，(0，1，0)(0，1，1)(1，0，0)(1，0，1)(1，1，0)和(1，1，1)，就可在八個電平中的一個控制噴液方向的偏轉(zhuǎn)。
通過改變施加在晶體管M2、M7、M12和M17的控制極與地面之間的電壓，借此改變流過這些晶體管的電流，那么當保持晶體管的漏電流的比值為4∶2∶1時，可改變每一步驟中的偏轉(zhuǎn)量。
此外，如上文所述，按照偏轉(zhuǎn)方向選擇開關C的信號電平，噴出方向的偏轉(zhuǎn)沿噴嘴18的排列方向在兩個相對的方向之間進行轉(zhuǎn)換，同時對偏轉(zhuǎn)量進行保持。
在行式頭部10中，如圖2A和2B所示，多個頭部組片19以之字形在跨過記錄介質(zhì)的寬度的方向上排列，從而使頭部組片19的取向與每兩個相鄰的頭部組片19相對(該取向是從一個頭部組片19反轉(zhuǎn)到另一個)。在頭部組片19的這種排列中，如果普通信號發(fā)送給兩個相鄰的頭部組片19的偏轉(zhuǎn)控制開關J1至J3，對于兩個相鄰的頭部組片19，噴液方向在相反的方向上進行偏轉(zhuǎn)。在本實施例中，為了避免上述問題，各個頭部組片19的偏轉(zhuǎn)控制開關C被控制成使偏轉(zhuǎn)方向被正確地轉(zhuǎn)換。
更具體地，在多個頭部組片以之字形排列的行式頭部結(jié)構(gòu)中，對于偶數(shù)位置(N，N+2，N+4，...)處的頭部組片19，C設定為“0”，對于奇數(shù)位置(N+1，N+3，N+5，...)處的頭部組片19，C設定為“1”，從而對于行式頭部10的所有頭部組片19，使偏轉(zhuǎn)方向變成相同。
噴出角度調(diào)整開關S和K與偏轉(zhuǎn)控制開關J1至J3的相似之處在于它們都用于控制噴液方向的偏轉(zhuǎn)，但是它們的不同之處在于噴出角度調(diào)整開關S和K用于對偏轉(zhuǎn)進行調(diào)整。
更具體地說，噴出角度調(diào)整開關K用于明確是否已進行調(diào)整。當K＝“1”時，調(diào)整得以執(zhí)行，但是當K＝“0”時調(diào)整不執(zhí)行。
噴出角度調(diào)整開關S用于明確在沿噴嘴18排列的哪個方向上進行調(diào)整。
例如，當K＝“0”(不進行調(diào)整)時，“0”-電平信號應用于與門X8的三個輸入之一和與門X9的三個輸入之一，因此與門X8和X9的輸出信號電平都變成0。結(jié)果，晶體管M18和M20關閉，因此晶體管M19和M21也關閉。因此，流過電阻器Rh-A和Rh-B的電流沒有發(fā)生變化。
另一方面，當K＝“1”時，如果S和C被設定為，例如S＝“0”和C＝“0”，那么異或非門X16的輸出電平變成1。因此，輸入信號(“1”，“1”，“1”)應用于與門X8，其輸出電平變成“1”。結(jié)果，晶體管M18打開。應用于與門X9的輸入信號中的一個被非門X17反向，并且所得的“0”-電平信號輸入到與門X9。因此，與門X9的輸出電平變成“0”。結(jié)果，晶體管M20關閉。因為晶體管M20處于關閉狀態(tài)，所以沒有電流流過晶體管M21。
在這種狀態(tài)，由于CM電路的特性，晶體管M19也沒有電流流過。然而，因為晶體管M18處于打開狀態(tài)，所以電流從電阻器Rh-A和Rh-B之間的節(jié)點流入并且流進晶體管M18。這引起電阻器Rh-B中流過的電流比流過電阻器Rh-A的電流小。因此，通過調(diào)整噴液角度，可在噴嘴18的排列方向上以理想的值調(diào)整液滴的落點。
雖然在上述實施例中，調(diào)整是通過由噴出角度調(diào)整開關S和K給出的二進制控制信號控制的，但是二進制位的數(shù)量(即，開關的數(shù)量)可進行增加從而更精確地進行調(diào)整。
確定噴液方向偏轉(zhuǎn)的偏差電流Idef可作為下述各個開關J1至J3和S、K的信號電平的函數(shù)進行表示。
Idef＝J3×4×Is+J2×2×Is+J1×Is+S×K×Is＝(4×J3+2×J2+J1+S×K)×Is(1)在等式(1)中，J1，J2，J3取+1或者-1的值，S取+1或者-1的值，K取+1或者0的值。
正如從等式(1)中看到的，通過設定J1、J2和J3，可設定偏差電流為八個電平之一，而且偏差電流也可獨立于J1至J3由S和K進行設定。
因為偏差電流可設定為包括四個正電平和四個負電平的八個電平之一，所以可在沿噴嘴18排列的任一方向上對噴液方向進行偏轉(zhuǎn)。例如，在圖7中，可離開垂直方向θ向左偏離噴液方向(如液體在圖7中的Z1方向上噴出)，并且也可離開垂直方向θ向右偏離噴液方向(如液體在圖7中的Z2方向上噴出)。θ的值，即偏轉(zhuǎn)的大小，可進行任意地設定。
實例下面將說明具體的實施例。
圖10表示按照本發(fā)明的一個實施例的半導體加工掩膜的一部分。在圖10所示的實例中，半導體加工掩膜以如下方式設計，使用如圖5所示的對稱形狀制造液體腔13a，并且以2P的規(guī)則間隔、在各個設置在圖10中下部線的液體腔13a的對應位置上制造矩形框架的過濾器30。在圖10中，液體從上側(cè)進行供應(過濾器30設置的位置)，阻擋層13位于下側(cè)。在圖10所示的掩膜圖案中，加熱元件12的位置由虛線另外表示。加熱元件12的間隔P設定為42.3μm以獲得600DPI的分解力。在圖10中，加熱元件12列中兩個相鄰中心線之間的垂直方向的距離(對應圖3或4中的δ)設定為等于P的值，即42.3μm。
圖11以曲線圖的形式表示在包括具有各個顏色的16個頭部組片的行式頭部10中處于連續(xù)位置處的三個頭部組片19(第六組片、第七組片和第八組片)的18個噴嘴18(噴液元件)的測量噴出速度，其中每個頭部組片19包括320個噴嘴。
平均噴出速度是8.64(m/s)，標準偏差大小為0.21(m/s)。該測量噴出速度的較小標準偏差表示按照本實施例的行式頭部在噴液方面具有高度的穩(wěn)定性和高度的精確性。
氣泡的產(chǎn)生速率根據(jù)實驗測定如下。
準備行式頭部，該行式頭部在液體腔13a的結(jié)構(gòu)上不同，但是在噴嘴18的間隔P以及在頭部組片19的端部和噴嘴18所在行之間的平均距離是相同的。
由相關技術(shù)測量到的氣泡產(chǎn)生速率是大約1至1.5×10-5。
另一方面，按照本實施例的結(jié)構(gòu)，其氣泡產(chǎn)生速率在多次測量中的均為0(環(huán)境溫度為25℃)。測量表明按照本實施例的行式頭部在氣泡產(chǎn)生速率方面也具有高性能。在實際的A4紙的打印實驗中，沒有發(fā)現(xiàn)由于氣泡的產(chǎn)生而造成的圖像質(zhì)量下降。在氣泡產(chǎn)生速率的測量和實際的打印實驗中，都表明氣泡的產(chǎn)生速率非常低。
本領域技術(shù)人員應當理解，根據(jù)設計要求和其他的因素，在權(quán)利要求書或者其等效范圍內(nèi)可進行各種改進、組合、子組合和更改。
權(quán)利要求
1.一種噴液頭，包括在基底平面區(qū)域上排列的多個噴液元件，每個噴液元件包括用于容納待噴射液體的液體腔；設置于所述液體腔中的加熱元件，用于通過加熱所述液體從而在所述液體腔中的所述液體中產(chǎn)生氣泡；和當由所述加熱元件產(chǎn)生氣泡時，用于噴出所述液體腔中所述液體的噴嘴，其中，在多個加熱元件中，從加熱元件列的一端測量的第M個位置處的加熱元件這樣設置，即這些加熱元件中的每個的中心精確地定位在或者靠近延伸方向與加熱元件的排列方向相同的第一線，從加熱元件列的該端測量的第N個位置處的加熱元件這樣設置，即這些加熱元件中的每個的中心精確地定位在或者靠近延伸方向與加熱元件的排列方向相同的第二線，所述第一線和第二線相互平行并且相互間隔δ(大于0的實數(shù))，M是奇數(shù)或者偶數(shù)，如果M是奇數(shù)時N是偶數(shù)，如果M是偶數(shù)時N是奇數(shù)；每個液體腔的水平橫截面形成為類似U形的形狀，從而使其壁部圍繞設置于所述液體腔中的加熱元件的三個面；所述加熱元件這樣排列，即設置在或者靠近所述第一線和所述第二線的加熱元件作為一個整體以規(guī)則間隔P定位；所述液體腔這樣設置，即每個液體腔的壁部圍繞精確定位于或靠近所述第一線的加熱元件中一個的三個側(cè)面，所述液體腔的敞開側(cè)朝向某一方向，該方向與每個壁部圍繞精確定位于或靠近所述第二線的加熱元件中一個的三個側(cè)面的液體腔的敞開側(cè)的方向相反；間隙Wx(大于0的實數(shù))至少形成于以間隔2P設置在或者靠近所述第一線的每個相鄰液體腔之間，或者形成于以間隔2P設置在或者靠近所述第二線的每個相鄰液體腔之間，從而使相鄰液體腔在所述液體腔的排列方向上相互間隔有間隙Wx；間隙Wy(大于0的實數(shù))形成于設置在或者靠近所述第一線的液體腔和設置在或者靠近所述第二線的液體腔之間，從而使設置在或者靠近所述第一線的液體腔與設置在或者靠近所述第二線的液體腔在垂直于所述液體腔的排列方向上相互間隔有間隙Wy；并且每個寬度等于Wx的流動通道由所述間隙Wx形成，每個寬度等于Wy的流動通道由所述間隙Wy形成。
2.如權(quán)利要求1所述的噴液頭，其中，每個排列在或者靠近所述第一線的液體腔和排列在或者靠近所述第二線的液體腔具有與其它液體腔相隔離的結(jié)構(gòu)；并且每個液體腔的兩側(cè)形成有間隙Wx，從而使相鄰的液體腔在所述液體腔的排列方向上相互隔開。
3.如權(quán)利要求1所述的噴液頭，其中，排列在或者靠近所述第一線的加熱元件的位置以及排列在或者靠近所述第二線的加熱元件的位置在所述加熱元件的排列方向上被平移距離P，從而使每個位于或者靠近所述第一線的加熱元件定位于某一位置處，該位置與位于或者靠近所述第二線的加熱元件中最接近的一個相對平移距離P。
4.如權(quán)利要求1所述的噴液頭，其中，平行于或者靠近所述基底的外部縱向邊緣排列有多個所述噴液元件。
5.如權(quán)利要求1所述的噴液頭，還包括一個用于向所述各個噴液元件的液體腔供應液體的公共流動通道，所述公共流動通道在所述基底的縱向方向上延伸，所述公共流動通道延伸穿過所述基底或者具有槽的形狀，其中，所述第一和第二線在所述公共流動通道的一側(cè)并且平行于所述公共流動通道延伸。
6.如權(quán)利要求1所述的噴液頭，還包括噴出方向偏轉(zhuǎn)裝置，用于在沿著所述噴出元件排列方向的多個方向中選擇一個方向，從而使從所述噴液元件的噴嘴中噴出的液體偏轉(zhuǎn)離開所述噴出方向，其中，在每個液體腔中，多個加熱元件在所述噴液元件的排列方向上并排設置；并且所述噴出方向偏轉(zhuǎn)裝置使電流通過多個設置在每個液體腔中的加熱元件，從而使流過所述多個加熱元件中至少一個加熱元件的電流和流過其它加熱元件中一個加熱元件的電流至少是不同的，由此控制從所述噴嘴噴出的液體的噴出方向。
7.一種具有噴液頭的噴液裝置，該噴液頭包括在基底平面區(qū)域上排列的多個噴液元件，每個噴液元件包括用于容納待噴射液體的液體腔；設置于所述液體腔中的加熱元件，用于通過加熱所述液體從而在所述液體腔中的所述液體中產(chǎn)生氣泡；和當由所述加熱元件產(chǎn)生氣泡時，用于噴出所述液體腔中所述液體的噴嘴，其中，在多個加熱元件中，從加熱元件列的一端測量的第M個位置處的加熱元件這樣設置，即這些加熱元件中的每個的中心精確地定位在或者靠近延伸方向與加熱元件的排列方向相同的第一線，從加熱元件列的該端測量的第N個位置處的加熱元件這樣設置，即這些加熱元件中的每個的中心精確地定位在或者靠近延伸方向與加熱元件的排列方向相同的第二線，所述第一線和第二線相互平行并且相互間隔δ(大于0的實數(shù))，M是奇數(shù)或者偶數(shù)，如果M是奇數(shù)時N是偶數(shù)，如果M是偶數(shù)時N是奇數(shù)；每個液體腔的水平橫截面形成為類似U形的形狀，從而使其壁部圍繞設置于所述液體腔中的加熱元件的三個面；所述加熱元件這樣排列，即設置在或者靠近所述第一線和所述第二線的加熱元件作為一個整體以規(guī)則間隔P定位；所述液體腔這樣設置，即每個液體腔的壁部圍繞精確定位于或靠近所述第一線的加熱元件中一個的三個側(cè)面，所述液體腔的敞開側(cè)朝向某一方向，該方向與每個壁部圍繞精確定位于或靠近所述第二線的加熱元件中一個的三個側(cè)面的液體腔的敞開側(cè)的方向相反；間隙Wx(大于0的實數(shù))至少形成于以間隔2P設置在或者靠近所述第一線的每個相鄰液體腔之間，或者形成于以間隔2P設置在或者靠近所述第二線的每個相鄰液體腔之間，從而使相鄰液體腔在所述液體腔的排列方向上相互間隔有間隙Wx；間隙Wy(大于0的實數(shù))形成于設置在或者靠近所述第一線的液體腔和設置在或者靠近所述第二線的液體腔之間，從而使設置在或者靠近所述第一線的液體腔與設置在或者靠近所述第二線的液體腔在垂直于所述液體腔的排列方向上相互間隔有間隙Wy；并且每個寬度等于Wx的流動通道由所述間隙Wx形成，每個寬度等于Wy的流動通道由所述間隙Wy形成。
全文摘要
一種噴液頭包括多個排列在基底平面區(qū)域上的噴液元件。每個噴液元件包括液體腔，設置在液體腔中的加熱元件和噴嘴。該加熱元件以之字形交替地設置在相隔δ距離的第一線和第二線上。每個液體腔的橫截面為U形，其壁部圍繞設置在每個液體腔中的加熱元件的三個面。間隙Wx形成在位于第二線上的兩個相鄰液體腔之間，間隙Wy形成在位于第一線上的液體腔和位于第二線上的液體腔之間。間隙Wx作為第一公共流動通道，間隙Wy作為第二公共流動通道。
文檔編號B41J2/14GK1749010SQ200510113279
公開日2006年3月22日 申請日期2005年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月8日
發(fā)明者江口武夫, 小野章吾, 宮本孝章, 竹中一康 申請人:索尼株式會社