CN111572199B - 液体喷射头、液体喷射模块以及制造液体喷射头的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种液体喷射头，在液体喷射头中，基板设置有：第一流入口，所述第一流入口在液体流路中的液体的流动方向上位于压力室的上游侧并且配置成允许第一液体流入液体流路；第二流入口，所述第二流入口位于第一流入口的上游侧并且配置成允许第二液体流入液体流路；以及横壁，所述横壁在液体流路的延伸方向上延伸。横壁的至少一部分位于第一流入口的上方。在压力室中，第一液体与压力生成元件接触地流动，同时第二液体比第一液体更靠近喷射口地流动。本公开还涉及一种液体喷射模块以及一种制造液体喷射头的方法。

Description

液体喷射头、液体喷射模块以及制造液体喷射头的方法
技术领域
本公开涉及液体喷射头、液体喷射模块、以及制造液体喷射头的 方法。
背景技术
日本专利特开第H06-305143号公报公开了一种液体喷射单元， 所述液体喷射单元配置成使得用作喷射介质的液体和用作发泡介质的 液体在界面处彼此接触，并且伴随着由于施加热能而在发泡介质中生 成的气泡的生长来喷射所述喷射介质。日本专利特开第H06-305143 号公报还公开了通过对喷射介质和发泡介质中的一者或两者施加压力 来形成流动。
然而，日本专利特开第H06-305143号公报并未详细描述用于两 种类型的液体的合流单元的配置。因此，根据用于供液体流入包括压 力室在内的液体流路的流入部分的形状，界面可以形成为使发泡介质 和喷射介质沿着正交于液体在液体流路中的流动方向的宽度方向(水 平方向)在所述界面上并排流动。在此情况下，由于用作喷射介质的 液体可能无法与喷射口接触，因此存在用作喷射介质的液体的喷射不稳定的风险。
发明内容
鉴于以上情况，本公开的目的在于通过使用作发泡介质的液体和 用作喷射介质的液体沿高度方向布置在压力室中的同时流动来稳定用 作喷射介质的液体的喷射，所述高度方向是从喷射口喷射用作喷射介 质的液体的喷射方向。
根据本公开的一方面，一种液体喷射头包括：包括压力生成元件 的基板，所述压力生成元件配置成向第一液体施加压力；设置有喷射 口的构件，所述喷射口配置成喷射第二液体；压力室，所述压力室包 括所述喷射口和所述压力生成元件；以及液体流路，所述液体流路通 过使用所述基板和堆叠在所述基板上的所述构件而形成且包括所述压 力室，并且至少在所述第一液体和所述第二液体的流动方向上延伸。 所述基板包括：第一流入口，所述第一流入口在所述液体流路中的液体的流动方向上位于所述压力室的上游侧并且配置成允许所述第一液 体流入所述液体流路；第二流入口，所述第二流入口位于所述第一流入口的上游侧并且配置成允许所述第二液体流入所述液体流路；以及 在所述液体流路的延伸方向上延伸的横壁，所述横壁的至少一部分位 于所述第一流入口的上方。在所述压力室中，所述第一液体与所述压 力生成元件接触地流动，并且所述第二液体比所述第一液体更靠近所述喷射口地流动。
通过参考附图对示例性实施例的以下描述，本发明的其他特征将 变得显而易见。
附图说明
图1是液体喷射头的透视图；
图2是用于说明液体喷射装置的控制配置的框图；
图3是液体喷射模块中的元件板的横截面透视图；
图4A至4C是示出形成在元件板中的液体流路的图，并且图4D 是压力室的放大详细图；
图5A是示出粘度比与水相厚比之间的关系的图形，并且图5B是 示出压力室的高度与流速之间的关系的图形；
图6A至6D是示出在比较例的元件板中形成的液体流路和压力室 的图；
图7A和7B是比较例的第一流入口的说明图；
图8A至8D是示出液体流路以用于说明横壁的图，并且图8E是 示出压力室的图；
图9A是示出液体流路以用于说明横壁的横截面图，并且图9B是 示出压力室的横截面图；
图10A和10B是示出液体流路以用于说明横壁的图，并且图10C 是示出压力室的图；
图11A和11B是示出液体流路以用于说明横壁的图，并且图11C 是示出压力室的图；
图12是用于说明横壁的间隙的图；
图13A至13C是示出液体流路以用于说明横壁的图，并且图13D 是示出压力室的图；
图14A和14B是示出液体流路以用于说明横壁的图，并且图14C 是示出压力室的图；
图15是用于说明在宽度方向上具有不同长度的横壁的图；
图16A至16C是示出液体流路和压力室以用于说明合流壁的放大 详细图；
图17A至17E是用于说明合流壁的间隙和合流壁高度的图；
图18A至18H是用于说明包括合流壁的元件板的制造方法的图；
图19A至19C是用于说明包括合流壁的元件板的制造方法的示意 性横截面图；
图20A至20H是用于说明包括合流壁的元件板的另一种制造方法 的图；
图21A至21H是用于说明包括合流壁的元件板的制造方法的参考 例的图；
图22A和22B是示出形成在元件板中的液体流路的图，并且图 22C是示出压力室的放大详细图；以及
图23A和23B是示出形成在元件板中的液体流路和压力室的放大 详细图。
具体实施方式
现在，将在下面参考附图描述根据本公开的实施例的液体喷射头 和液体喷射装置。
(第一实施例)
(液体喷射头的配置)
图1是可用于该实施例中的液体喷射头1的透视图。该实施例的 液体喷射头1通过在x方向上布置多个液体喷射模块100(排列多个 模块)而形成。每个液体喷射模块100包括在其上布置有喷射元件的 元件板10、以及用于向各个喷射元件供应电力和喷射信号的柔性配线 板40。各个柔性配线板40连接到共同使用的电气配线板90，所述电 气配线板90设置有电源端子和喷射信号输入端子的阵列。每个液体喷 射模块100能够容易地附接到液体喷射头1和从其脱离。因此，任何 期望的液体喷射模块100可以容易地从外部附接到液体喷射头1或从 其脱离，而无需拆分液体喷射头1。
在如上所述的通过在纵向方向上布置多个液体喷射模块100而形 成液体喷射头1的情况下，即使喷射元件中的某一个引起喷射故障， 也仅需要更换喷射故障所涉及的液体喷射模块。因此，可以在液体喷 射头的制造过程期间提高液体喷射头1的产量，并且可以降低更换液 体喷射头的成本。
(液体喷射装置的配置)
图2是示出可用于该实施例中的液体喷射装置2的控制配置的框 图。在使用RAM502作为工作区域时，CPU 500根据存储在ROM 501 中的程序控制整个液体喷射装置2。例如，CPU 500根据ROM 501 中存储的程序和参数对从外部连接的主机装置600接收的喷射数据执 行规定的数据处理，由此生成用于使液体喷射头1喷射液体的喷射信 号。然后，在通过驱动输送马达503使用于沉积液体的目标介质沿预定方向移动的同时，根据喷射信号驱动液体喷射头1。因此，从液体 喷射头1喷射的液体沉积在用于附着的沉积目标介质上。
液体循环单元504是配置成使液体循环并将液体供给到液体喷射 头1并且对液体喷射头1中的液体进行流量控制的单元。液体循环单 元504包括用于储存液体的子罐、用于使液体在子罐和液体喷射头1 之间循环的流路、泵、阀机构等。因此，在CPU 500的指示下，液体 循环单元504控制泵和阀机构，使得液体以预定的流量在液体喷射头 1中流动。
(元件板的配置)
图3是设置在每个液体喷射模块100中的元件板10的横截面透视 图。元件板10通过在硅(Si)基板15上堆叠孔板(喷射口形成构件) 14而形成。在孔板14中，用于喷射液体的多个喷射口11沿x方向布 置。在图3中，沿x方向布置的喷射口11喷射相同类型的液体(例如从共用子罐或共用供给口供给的液体)。图3示出了孔板14还设置有 液体流路13的示例。替代地，元件板10可以采用这样的配置，在所 述配置中通过使用不同的部件(流路壁形成构件)形成液体流路13 并且设置有喷射口11的孔板14安置在液体流路上。
压力生成元件12(在图3中未示出但是在图4中示出)布置在基 板15上的与各个喷射口11相对应的位置处。每个喷射口11和对应的 压力生成元件12位于彼此相对的位置。在响应于喷射信号而向压力生成元件12施加电压的情况下，压力生成元件12在与液体的流动方向 (y方向)正交的z方向上向液体施加压力。因此，液体从与压力生成 元件12相对的喷射口11以液滴的形式喷射。柔性配线板40经由布置 在基板15上的端子17将电力和驱动信号提供给压力生成元件12。
在孔板14中形成了在y方向上延伸并且分别连接到喷射口11的 多条液体流路13。同时，在x方向上布置的液体流路13共同连接到 第一共用供给流路23、第一共用收集流路24、第二共用供给流路28 和第二共用收集流路29。第一共用供给流路23、第一共用收集流路 24、第二共用供给流路28和第二共用收集流路29中的液体的流动由 参照图2描述的液体循环单元504控制。更确切地说，对泵进行驱动 控制以使得从第一共用供给流路23流入液体流路13的第一液体被引 导到第一共用收集流路24，而从第二共用供给流路28流入液体流路 13的第二液体被引导到第二共用收集流路29。
在图3示出的示例中，如上所述在x方向上布置的喷射口11和液 体流路13、共同用于向这些端口和流路供给墨以及从这些端口和流路 收集墨的第一和第二共用供给流路23和28以及第一和第二共用收集 流路24和29被定义为组，并且沿着y方向布置了两组这样的组合。
(液体流路和压力室的配置)
图4A至4D是用于详细解释形成在元件板10中的每条液体流路 13和每个压力室18的配置的图。图4A是从喷射口11侧(从+z方向 侧)看的透视图，并且图4B是沿着图4A中的IVB-IVB线截取的横 截面图。同时，图4C是图3所示的元件板中的一条液体流路13附近 的放大图，并且图4D是图4B中的喷射口附近的放大图。
对应于液体流路13的底部的基板15包括在y方向上依次形成的 第二流入口21、第一流入口20、第一流出口25和第二流出口26。而 且，包括喷射口11和压力生成元件12的压力室18在液体流路13中 大致位于第一流入口20和第一流出口25之间的中央处。相应地，第二流入口21连接到第二共用供给流路28，第一流入口20连接到第一 共用供给流路23，第一流出口25连接到第一共用收集流路24，第二 流出口26连接到第二共用收集流路29(参见图3)。
在上述配置下，从第一共用供给流路23通过第一流入口20供给 到液体流路13的第一液体31在y方向(用箭头指示的方向)上流动， 然后经过压力室18并通过第一流出口25由第一共用收集流路24收 集。同时，从第二共用供给流路28通过第二流入口21供给到液体流 路13的第二液体32在y方向(用箭头指示的方向)上流动，然后经过压力室18并通过第二流出口26由第二共用收集流路29收集。换句 话说，第一液体和第二液体都在液体流路13的介于第一流入口20和 第一流出口25之间的部段中沿y方向流动。在压力室18中，压力生 成元件12与第一液体31接触，同时暴露于大气的第二液体32在喷射 口11附近形成弯月形。第一液体31和第二液体32在压力室18中流 动，以使得压力生成元件12、第一液体31、第二液体32和喷射口11 按该顺序布置。具体地，假设压力生成元件12位于下侧并且喷射口 11位于上侧，则第二液体32在第一液体31上方流动。而且，第一液 体31由位于下方的压力生成元件12加压，并且至少第二液体32从底 部向上喷射。应当注意，该上下方向对应于压力室18和液体流路13 的高度方向。
在该实施例中，根据第一液体31和第二液体32的物理性质来调 节第一液体31和第二液体32的流量，以使得第一液体31和第二液体 32彼此接触地在压力室中流动，如图4D所示。两种液体的流不仅包 括图4D所示的两种液体在相同方向上流动的平行流，而且还包括第 一液体流与第二液体流交叉的液体流。在下文中，以这些流中的平行 流为例进行描述。
在平行流的情况下，优选保持第一液体31和第二液体32之间的 界面不被干扰，或者换句话说，优选利用第一液体31和第二液体32 的流建立压力室18内的层流状态。具体地，例如，在试图控制喷射性 能以保持预定喷射量的情况下，优选在界面稳定的状态下驱动压力生 成元件。然而，该实施例不仅局限于该配置。即使压力室18中的两种 液体之间的界面略微地不稳定，也仍然可以在至少第一液体主要在压力生成元件12侧流动且第二液体主要在喷射口11侧流动的状态下驱 动压力生成元件12。以下的描述将主要集中在压力室中的流处于平行 流状态和层流状态的示例。
(与层流同时形成平行流的条件)
首先将描述在管中形成液体的层流的条件。通常，已知将代表粘 性力和界面张力之比的雷诺数Re作为评估流动的指标。
现在，将液体的密度定义为ρ，将液体的流速定义为u，将液体 的代表长度定义为d，并且将粘度定义为η。在此情况下，雷诺数Re 可以用以下的公式(公式1)表示：
Re＝ρud/η(公式1)
在此，已知随着雷诺数Re变小而更有可能形成层流。更确切地 说，例如，已知在雷诺数Re小于2200左右的情况下，圆管内部的流动形成层流，而在雷诺数Re大于2200左右的情况下，圆管内部的流 动成为紊流。
在流动形成层流的情况下，流线变得与流的行进方向平行而不彼 此交叉。因此，在接触的两种液体构成层流的情况下，这些液体可以 形成在两种液体之间具有稳定界面的平行流。在此，考虑普通的喷墨 打印头，在液体流路(压力室)中的喷射口附近的流路的高度H[μm](压力室的高度)在约10至100μm的范围内。在这方面，在以100mm/s的流速将水(密度ρ＝1.0×103kg/m3，粘度η＝1.0cP)进给到喷墨打印 头的液体流路的情况下，雷诺数Re为Re＝ρud/η≈0.1～1.0<<2200。因 此，可以认为在其中形成了层流。
在此，即使液体流路13和压力室18具有如图4A所示的矩形横 截面，液体流路13和压力室18也可以像在圆管的情况下那样处理， 或者更具体地，可以将液体流路13或压力室18的有效形态视为圆管 的直径。
(在层流状态下形成平行流的理论条件)
接下来，将参照图4D描述在液体流路13和压力室18中形成在 两种类型的液体之间具有稳定界面的平行流的条件。首先，将从基板 15到孔板14的喷射口表面的距离定义为H[μm]。然后，将喷射口表 面与第一液体31和第二液体32之间的液-液界面之间的距离(第二液体的相厚)定义为h2[μm]，并且将液-液界面与基板15之间的距离(第 一液体的相厚)定义为h1[μm]。换句话说，公式H＝h1+h2成立。
在此，关于液体流路13和压力室18中的边界条件，假设在液体 流路13和压力室18的壁表面上的液体的速度为零。而且，假设在液- 液界面处的第一液体31和第二液体32的速度和剪切应力具有连续性。 基于所述假设，如果第一液体31和第二液体32形成两层且平行的稳 定流，则在以下的公式(公式2)中定义的四次方程式在平行流的区 间中成立：
在(公式2)中，相应地，η1代表第一液体31的粘度，η2代表第 二液体32的粘度，Q1代表第一液体31的流量，并且Q2代表第二液 体32的流量。换句话说，第一液体和第二液体流动，从而在满足上述 的四次方程式(公式2)这样的范围内根据相应液体的流量和粘度建立位置关系，由此形成具有稳定界面的平行流。在该实施例中，优选 在液体流路13中或至少在压力室18中形成第一液体和第二液体的平行流。在如上所述形成平行流的情况下，第一液体和第二液体仅在其 间的液-液界面上由于分子扩散而引起混合，并且液体基本上沿着y方 向平行地流动而不会引起任何混合。应当注意，液体的流在压力室18 内的部分区域中也可以不形成层流的状态。在此情况下，液体的流至 少在压力生成元件上方的区域中优选地建立层流的状态。
例如，即使在使用不混溶的溶剂(例如油和水)作为第一液体和 第二液体的情况下，只要满足(公式2)就可以与不混溶性无关地形 成稳定的平行流。同时，即使在油和水的情况下，如果由于压力室中 的流的轻微紊流状态而使界面受到干扰，则优选至少第一液体主要在 压力生成元件的上方流动，而第二液体主要在喷射口中流动。
图5A是表示当基于(公式2)将流量比Qr＝Q2/Q1改变成若干水 平时在粘度比ηr＝η2/η1与第一液体的相厚比hr＝h1/(h1+h2)之间的关 系的图形。尽管第一液体不限于水，但以下将“第一液体的相厚比” 称为“水相厚比”。相应地，横轴表示粘度比ηr＝η2/η1，并且纵轴表 示水相厚比hr＝h1/(h1+h2)。随着流量比Qr变高，水相厚比hr变低。 同时，在流量比Qr的每个水平下，随着粘度比ηr变高，水相厚比hr变低。因此，通过控制第一液体和第二液体之间的粘度比ηr和流量比 Qr，可以将液体流路13(压力室)中的水相厚比hr(与第一液体和第二液体的界面位置相对应)调节为期望值。另外，在将粘度比ηr与流 量比Qr进行比较的情况下，图5A给出的教导是：与粘度比ηr相比， 流量比Qr对水相厚比hr的影响更大。
在此，关于水相厚比hr＝h1/(h1+h2)，只要满足0<hr<1(条件1)， 即可推定在液体流路(压力室)中形成了第一液体和第二液体的平行 流。然而，如后所述，将第一液体主要用作发泡介质，同时将第二液 体主要用作喷射介质，从而使喷射液滴中包含的第一液体和第二液体 之间的比率稳定到期望值。鉴于该情况，水相厚比hr优选地设定为等 于或小于0.8(条件2)，或者更优选地设定为等于或小于0.5(条件3)。
应当注意，图5A所示的状态A、状态B和状态C表示以下状态：
状态A)在粘度比ηr＝1且流量比Qr＝1的情况下，水相厚比 hr＝0.50；
状态B)在粘度比ηr＝10且流量比Qr＝1的情况下，水相厚比 hr＝0.39；以及
状态C)在粘度比ηr＝10且流量比Qr＝10的情况下，水相厚比 hr＝0.12。
图5B是关于上述的状态A、B和C分别示出了在液体流路13(压 力室)的高度方向(z方向)上的流速分布的图形。横轴表示通过将 状态A中的最大流速值限定为1(基准)来进行标准化的标准化值Ux。 纵轴表示在将液体流路13(压力室)的高度H限定为1(基准)的情 况下距底表面的高度。在指示相应状态的每条曲线上，第一液体和第二液体之间的界面位置用标记指示。图5B示出了界面位置根据状态 而变化，例如状态A中的界面位置比状态B和状态C中的界面位置 更高。该现象的原因在于，在粘度彼此不同的两种液体分别在管中平 行流动且同时形成层流(并且整体形成层流)的情况下，这两种液体 之间的界面形成在归因于液体之间的粘度差的压力差与归因于界面张 力的拉普拉斯(Laplace)压力平衡的位置处。
(喷射期间的液-液界面处的流)
当第一液体和第二液体各自流动时，在对应于它们之间的粘度比 ηr和流量比Qr(对应于水相厚比hr)的位置处形成液面(液-液界面)。 如果在保持界面位置的同时从喷射口11成功地喷射液体，则可以实现 稳定的喷射操作。以下是用于实现稳定的喷射操作的两种可行的配置：
配置1：在第一液体和第二液体正在流动的状态下喷射液体的配 置；以及
配置2：在第一液体和第二液体静止的状态下喷射液体的配置。
配置1可以在保持界面的指定位置的同时稳定地喷射液体。这是 出于以下原因：液滴的喷射速度(几米每秒至几十米每秒)通常比第 一液体和第二液体的流速(几毫米每秒至几米每秒)更快，因此即使 在喷射操作期间第一液体和第二液体保持流动，液体的喷射也几乎不 受影响。
同时，配置2也可以在保持界面的指定位置的同时稳定地喷射液 体。这是出于以下原因：第一液体和第二液体由于界面上的液体的扩 散效应而不会立即混合，并且液体的未混合状态被维持非常短的时间 段。在水中的低分子物质的典型扩散系数为D＝10-9m2/s的情况下， 在通常的喷墨驱动频率下的几十微秒的时段内，液体的扩散距离仅为 0.2至0.3μm。因此，在即将喷射液体之前，界面在液体停止流动而静 止的状态下被维持。因此，可以在维持液体之间的界面位置的同时喷 射液体。
然而，配置1是优选的，原因在于该配置可以减小由于液体在界 面上的扩散而引起的第一液体和第二液体的混合的不利影响，并且原 因还在于不需要进行用于使液体流动和停止的高级控制。
(液体的喷射模式)
可以通过调节界面位置(对应于水相厚比hr)来改变从喷射口喷 射的液滴(喷射液滴)中包含的第一液体的百分比。根据喷射液滴的 类型，这样的液体的喷射模式可以大致分为两种模式：
模式1：仅喷射第二液体的模式；以及
模式2：喷射包括第一液体在内的第二液体的模式。
模式1例如在使用采用电热转换器(加热器)作为压力生成元件 12的热式液体喷射头的情况下有效，或者换句话说，在使用利用了发 泡现象的液体喷射头的情况下有效，所述发泡现象在很大程度上取决 于液体的性质。由于在加热器的表面上形成的液体的结痂部分，该液 体喷射头易于使液体的发泡不稳定。液体喷射头也难以喷射某些类型的液体，例如非水性墨。然而，如果通过采用模式1将适于气泡生成 并且不太可能在加热器的表面上形成结痂的发泡剂用作第一液体，并 且将任意的具有各种功能的功能剂用作第二液体，则可以在抑制加热 器的表面上形成结痂的同时喷射诸如非水性墨的液体。
模式2不仅在使用热式液体喷射头的情况下而且在使用将压电元 件用作压力生成元件12的液体喷射头的情况下对于喷射诸如高固体 含量墨的液体都是有效的。更确切地说，模式2在将高浓度颜料墨(其 具有高含量的作为着色材料的颜料)喷射到打印介质上的情况下是有 效的。通常，通过增加颜料墨中颜料的浓度，即可通过使用高浓度颜 料墨来改善在诸如普通纸的打印介质上打印的图像的显色。而且，通过向高浓度颜料墨添加树脂乳液(树脂EM)，即可由于树脂EM形成 为膜而改善打印图像的耐磨性等。然而，诸如颜料和树脂EM的固体 成分的增加会倾向于以紧密的粒子间距离形成凝聚，由此导致分散性 劣化。因此，难以将颜料和树脂EM都以高浓度分散到墨中。尤其是 颜料比树脂EM更难分散。为此，一直以来都是通过减少颜料和树脂 EM之一的量来分散颜料和树脂EM。更确切地说，通过将墨中包含 的颜料和树脂EM的比率分别设定为例如4wt％和15wt％或者8wt％ 和4wt％来分散颜料和树脂EM。
然而，通过采用上述的模式2，可以将高浓度树脂EM墨用作第 一液体，并将高浓度颜料墨用作第二液体。以该方式，颜料墨和树脂 EM墨都能够以高浓度喷射。结果，可以在打印介质上沉积高浓度颜 料墨和高浓度树脂EM墨，由此打印出难以用单一墨实现的高质量图 像，或者换句话说，打印出显色良好、耐磨性优异等的图像。具体地，使用模式2可以在打印介质上例如分别以处于8至12wt％范围内的浓 度沉积高浓度颜料并且以处于15至20wt％范围内的浓度沉积高浓度 树脂EM。
(流入侧的合流单元的配置)
图6A至6D是示出形成在元件板10中的一条液体流路13和一个 压力室18的图。图6A至6D表示比较例，其中的液-液界面形成为使 得第一液体和第二液体沿着x方向布置在压力室18中。图6A是从喷 射口11侧(从+z方向侧)看的透视图，并且图6B至6D分别是沿着图6A中的VIB-VIB线、VIC-VIC线和VID-VID线截取的横截面图。
第一流入口20在与压力室18中的液体流动方向(图6A中的箭 头方向)和从压力生成元件12到喷射口11的方向(高度方向)正交的方向(以下称为宽度方向)上的长度被定义为L。同时，液体流路 13的宽度方向上的长度被定义为W。如图6A所示，第一流入口20 的长度L比液体流路13的长度W短，并且关系L＜W成立(参见图 6A)。在该配置的情况下，如图6C所示，第一液体31从第一流入口 20流入液体流路13的宽度方向上的中央区域，而第二液体32沿着构 成液体流路13的壁表面141流动，所述壁表面位于液体流路13中的 液体流动方向的左右两侧。
图7A是在与图6C相同的横截面图中示出第一液体31的速度分 布的矢量的图。在第一流入口20处，第一液体31的速度分布v1所具 有的分布使得液体的速度在第一流入口20的壁表面处为零并且在第 一流入口20的中央部分处为最大。在从第一流入口20排出第一液体 31之后，第一液体31在z方向上的速度分布v1变成速度分布vt1。
图7B是图6A的第一流入口20的附近的放大图，其是示出液体 流路13中的第一液体31的速度分布的矢量和第二液体32的速度分布 的矢量的图。从第一流入口20排出的第一液体31的速度分布vt1在 液体流路13中变为速度分布ut1，并且已经改变为速度分布ut1的第 一液体31在液体流路13中流动。如上所述，第一液体31的速度分布 在第一流入口20联接到液体流路13的弯曲部分处改变。
同时，第二液体32在液体流路13中的第一流入口20沿液体流动 方向的上游侧处于速度分布u2的状态。具有速度分布u2的第二液体 32与具有速度分布u1的第一液体31合流。液体流路13中的第一液 体31不太可能在液体流路13的每个壁表面141与第一流入口20之间 流动。因此，第二液体32在每个壁表面141与第一流入口20之间流动。为此，第二液体32以夹带第一液体31的方式流动。因此，更有 可能是以第一液体31和第二液体32在液体流路13中沿水平方向(宽 度方向)布置的方式形成液-液界面。
在保持以第一液体31和第二液体32沿液体流路13中的水平方向(宽度方向)布置的方式形成液-液界面的状态的同时，第二液体32和 第一液体31流向压力室18。换句话说，第一液体31和第二液体32 不形成在液体流路13的高度方向上堆叠的平行流。
在如图6C所示形成液-液界面的情况下，第一液体31以基本上占 据从压力生成元件12到喷射口11的区域的方式在压力室18中的压力 生成元件12上方流动，如图6D所示。以该方式，待喷射的液体基本上由第一液体31组成，因此原则上难以喷射实现打印所必需的第二液 体32。
图8A至8E是用于说明在该实施例的元件板10中形成的一条液 体流路13和一个压力室18的图。图8A是从喷射口11侧(从+z方向 侧)看的透视图，并且图8B是沿着图8A中的VIIIB-VIIIB线截取的 横截面图。与图6A和6B一样，图8A和8B示出了一种配置，其中 第一流入口20的宽度方向上的尺寸L比液体流路13的宽度方向上的 长度W短(L＜W)。
在该实施例中，以与第一流入口20相对的方式设置横壁(壁)51。 该实施例的横壁51的宽度方向上的长度等于液体流路的宽度方向上 的长度W。这里提到的相等不一定总是严格相等。只要考虑到制造误 差和其他可允许的差异之后这些长度基本相同，就可以认为这些长度相等。横壁51在液体流路的延伸方向上延伸，并且横壁的至少一部分 位于第一流入口上方。横壁51的基本功能是将液体流路13中的液体 的流分离成在横壁51和孔板14之间的流路中的上段流路132上流动的流以及在横壁51和基板15之间的流路中的下段流路131上流动的 流。在上段流路132和下段流路131上流动的液体在液体流动方向上 的横壁51的下游侧的端部部分处合流。由于横壁51的存在，在上段 流路132和下段流路131上流动的液体形成在液体流路13的高度方向 上堆叠的平行流。为此，即使在第一液体31和第二液体32在液体流 动方向上的横壁51的下游侧的端部部分处合流，也能稳定地形成液- 液界面，以使得第一液体31和第二液体32沿着液体流路13的高度方 向(竖直方向)布置。结果，第一液体31和第二液体32也可以在保 持如图4D所示的界面的同时在压力室18中流动。
(关于在上段流路和下段流路上流动的液体)
现在，将描述该实施例的一些示例，所述示例涉及在上段流路132 和下段流路131上流动的液体的各种状态。图8C是沿着图8A中的 VIIIC-VIIIC线截取的横截面图。下面将给出一个示例的描述，其中 如图8C所示，仅第一液体31在下段流路131上流动，并且仅第二液 体32在上段流路132上流动。
图8D是在与图8C相同的横截面图中示出第一液体31的速度分 布的矢量的图。第一液体31的速度分布v2所具有的分布使得液体的 速度在第一流入口20的壁表面处为零并且在其中央部分处为最大。在 流的速度分布为v2的第一液体31从第一流入口20排出并流向横壁 51的情况下，第一液体31的速度分布变为速度分布vt2。由于横壁 51的作用，该实施例的液体流路13中的第一液体31的速度分布vt2 所具有的分布使得流动在朝向液体流路13的壁表面141的方向上扩 散。
因此，通过调节第一液体31或第二液体32的流量，还可以在第 一流入口20和液体流路13的每个壁表面141之间的区域中形成第一 液体31的流。换句话说，在该实施例中，可以通过调节第一液体31 的流量而用第一液体31填充下段流路131。结果，第二液体32更容易在上段流路132上流动。在此情况下，第一液体31沿着下段流路 131流动，同时第二液体32沿着上段流路132流动，并且第一液体31 和第二液体32在横壁51的下游侧的端部部分处合流。
图8E是沿着图8A中的VIIIE-VIIIE线截取的横截面图。在横壁 51的下游侧的端部部分处合流的第一液体31和第二液体32所形成的 液-液界面使得这些液体沿着z方向布置在液体流路13中。第一液体 31和第二液体32在保持该液-液界面的同时流向压力室18。为此，与 压力生成元件12相接触以便进行喷射的液体是第一液体31，而第二 液体32在喷射口11侧流动。因此，可以稳定地喷射第二液体32。
接下来，将给出另外两个示例的描述，其中由于第一液体31的低 流量或第二液体32的高流量，仅第二液体32在上段流路132上流动， 而第二液体32以及第一液体31在下段流路131上流动。图9A是与 图8C的横截面图对应的这些示例中的一个的横截面图。当从第一流 入口20排出的第一液体31流向横壁51时，该示例表示第一液体31未在朝向液体流路13的壁表面141的方向上完全扩散的情况。为此， 在第一流入口20和每个壁表面141之间形成第一液体31不易流动的 区域。结果，第二液体32更容易在第一流入口20和液体流路13的每 个壁表面141之间流动。因此，第二液体32在下段流路131中以在宽 度方向上夹带第一液体31的方式流动，由此在液体流路13的宽度方 向(x方向)上形成三层流。三层流在横壁51的下游侧的端部部分处与在上段流路132上流动的第二液体32合流。在该合流之后，在液体 流路13中第二液体32以围绕第一液体31的方式流动。第一液体31 和第二液体32在保持该状态的同时流动到压力室18。
图9B是与图8E的横截面图相对应的该示例的横截面图。液-液 界面形成在压力室18中，以使得第二液体32围绕第一液体31。在液 -液界面的该状态下，与压力生成元件12相接触以用于喷射的液体主 要是第一液体31，而第二液体32位于喷射口11侧。因此，在该示例 中也可以稳定地喷射第二液体32。
图10A至10C是用于说明第二液体32以及第一液体31在下段流 路131上流动的另一示例的图。图10A是与图8B的横截面图相对应 的该示例的横截面图。同时，图10B是与图8C的横截面图相对应的 该示例的横截面图。在该示例中，第二液体32所具有的高流量使得第二液体32以高于上段流路132的最大允许流量的流量流动。由于该作 用，在下段流路131中在第一液体31和横壁51之间产生第二液体32 的流。在下段流路131上流动的液体在横壁51的下游侧的端部部分处 与在上段流路132上流动的第二液体32合流，同时保持该液-液界面 的形状。
图10C是与图8E的横截面图相对应的该示例的横截面图。液-液 界面在压力室18中形成为使得第二液体32围绕第一液体31。因此， 第一液体31主要与压力生成元件12接触，并且第二液体32存在于喷 射口11附近。因此，在该示例中可以通过压力生成元件12稳定地生 成第一液体31的气泡并且也可以喷射第二液体32。
最后，将给出该实施例的另一示例的描述，其中由于第一液体31 的高流量，除了第二液体32在上段流路132上流动之外，第一液体 31也在上段流路132上流动，而仅第一液体31在下段流路131上流 动。图11A至11C是用于说明该示例的图。图11A是与图8B的横截面图相对应的该示例的横截面图。图11B是与图8C的横截面图相对 应的该示例的横截面图。由于该示例中的第一液体31的高流量，在下 段流路131中的第一液体31的流不仅在朝着液体流路13的壁表面141的方向上扩散，而且还在与液体流路13中的液体的流动方向相反的方 向上流动。为此，第一液体31沿着横壁51流动到上段流路132，由 此第一液体31在上段流路132中在第二液体32和横壁51之间流动。 在上段流路132和下段流路131上流动的液体在横壁51的下游侧的端 部部分处合流。
图11C是与图8E的横截面图相对应的该示例的横截面图。液-液 界面在压力室18中形成为使得第一液体31和第二液体32在高度方向 (z方向)上堆叠。因此，第一液体31与压力生成元件12相接触，并 且第二液体32存在于喷射口11附近。结果，在该示例中可以通过压 力生成元件12稳定地生成第一液体31的气泡并且也可以喷射第二液 体32。然而，在该示例中，由于第一液体31的高流量，第一液体31 可能会在喷射时混入。
如上所述，横壁51的存在使第一液体31在流动的同时在液体流 路的宽度方向上扩散以使得第一液体31位于加热器上方。因此，更容 易形成液-液界面以使得第一液体31和第二液体32在彼此堆叠的同时 沿着z方向在液体流路13中流动。即使在第一液体31和第二液体32的流量和物理性质中的任何一个改变的情况下，横壁51也可以形成液 -液界面，以使得第一液体31与压力生成元件12接触地流动并且第二液体32存在于喷射口11的附近。结果，可以通过压力生成元件12 稳定地生成第一液体31的气泡并且也可以喷射第二液体32。
(横壁的长度)
图12是图8B中的横壁51的附近的放大图。将基于图12描述横 壁51的配置。在液体流路13中的液体的流动方向(y方向)上的横 壁51的上游侧的端部部分和液体流路13中的液体的流动方向上的第 一流入口20的上游侧的开口端之间的距离被定义为第一间隙C1。同 时，在液体流路13中的液体的流动方向上的横壁51的下游侧的端部 部分和液体流路13中的液体的流动方向上的第一流入口20的下游侧 的开口端之间的距离被定义为第二间隙C2。横壁51的端部部分中的 一个位于第一流入口20内侧的状态被定义为负间隙(C1<0或C2<0)。 换句话说，图12中的横壁的上游侧和下游侧的每个端部部分都位于第 一流入口20的外侧(流路侧)。因此，图12中的横壁51的第一间隙 C1和第二间隙C2分别满足C1>0和C2>0。
为了促使第二液体32在上段流路132上流动并且促使第一液体 31在下段流路131上流动，优选将横壁51的下游侧的第二间隙C2 设定为C2≥0。
在横壁51的下游侧的第二间隙满足C2<0的情况下，则存在有在 与第一流入口20相对的位置处未设置横壁51的区域。在所述的在与 第一流入口20相对的位置处未设置横壁51的区域中，从第一流入口 20排出的第一液体31直接与第二液体32合流而不会与横壁51碰撞， 并且随后在液体流路13中流动，这与上述的比较例相同。因此横壁 51的作用减小。结果，与图6D的比较例相同，在压力室18中易于形 成使第一液体31和第二液体32沿液体流路13的宽度方向(x方向) 布置的液-液界面。
图13A至13D是用于说明横壁51的第一间隙C1满足C1<0的情 况的图。图13A是从喷射口11侧(从+z方向侧)看的透视图，并且 图13B至13D分别是沿图13A中的XIIIB-XIIIB线、XIIIC-XIIIC线 和XIIID-XIIID线截取的横截面图。
在横壁51的第一间隙C1满足C1<0的情况下，与图12中的C1≥0 的情况相比，从第一流入口20排出的第一液体31更容易在上段流路 132上流动。在此情况下，第一液体31不太可能在上段流路132上的液体流路13的壁表面141和顶板(孔板14)附近流动。因此，第二液体32替代地在上段流路132上的壁表面141和顶板附近流动。结果， 如图13C所示，在上段流路132中形成液-液界面以使得第二液体32 覆盖第一液体31。在上段流路132和下段流路131上流动的液体在横 壁51的下游侧的端部部分处合流在一起，由此在压力室18中形成图13D所示的液-液界面。
图14A至14C是示出横壁51的第一间隙C1满足C1<0的情况的 另一示例的图。相应地，图14A是与图13B等同的横截面图，图14B 是与图13C等同的横截面图，并且图14C是与图13D等同的横截面 图。在该示例中，第一液体31的流量低于图13A至13D的示例中的 流量。因此，流动到上段流路132的第一液体31的流量变低。因此，如图14C所示，可以减少存在于压力室18中的喷射口11附近的第一 液体31的量。结果，可以增加从喷射口11喷射的液体中的第二液体 32的百分比。
如上所述，即使在横壁51的第一间隙C1满足C1<0的情况下， 也仍然可以使第一液体31在压力室18中与压力生成元件12接触地流 动并且形成液-液界面以使得第二液体32存在于喷射口11的附近。结 果，可以通过压力生成元件12稳定地生成第一液体31的气泡并且也 可以喷射第二液体32。然而，在横壁51的第一间隙C1满足C1<0的 情况下，与第一间隙C1满足C1≥0的情况相比，第一液体31更容易 被包括在从喷射口11喷射的液体中。
(横壁的宽度)
图15是从喷射口11侧(从+z方向侧)看的透视图，这是示出一 个示例的图，其中横壁51的宽度方向上的一个端部部分与液体流路 13的壁表面中的一个接触，而其另一端部部分未触及液体流路13的 另一壁表面。为了使第一液体31和第二液体32在高度方向上彼此堆 叠且同时在压力室18中流动，横壁51的宽度方向上的长度优选地是 与液体流路13的宽度方向上的长度W相同的长度。但是，即使在横 壁51的宽度方向上的长度小于液体流路13的宽度方向上的长度的情况下，与该示例中一样，也可以提供与侧壁51的宽度方向上的长度等 于液体流路13的宽度方向上的长度W的情况相同的效果。然而，在 横壁51的宽度方向上的长度小于液体流路13的宽度方向上的长度W 的情况下，优选将横壁51布置成覆盖第一流入口20的开口，如图15 所示，从而使得从第一流入口20流入的第一液体31与横壁51碰撞。 同时，在横壁51的宽度方向上的另一端部部分未触及液体流路13的 壁表面的情况下，横壁51可以由从液体流路13的顶板(孔板14)突 出的诸如支柱这样的构件支撑。以该方式，即使在横壁51和壁表面之 间的接触面积较小并且其间的接触点的强度较小的情况下，通过在两 个位置处也就是在横壁51和壁表面之间的接触点处以及在横壁51和 支柱之间的接触点处支撑横壁51，也仍然可以将横壁51牢固地固定 到液体流路13中。同时，在横壁51的宽度方向上的长度小于液体流 路13的宽度方向上的长度W的情况下，可以防止横壁51与液体流路 13的右侧壁和左侧壁接触。同样地，在此情况下，横壁51例如可以 由从液体流路13的顶板(孔板14)突出的诸如支柱这样的构件支撑。
如上所述，根据该实施例，可以稳定地形成液-液界面，以使得第 一液体31和第二液体32在压力室18中沿着高度方向(z方向)并排 流动。因此，第一液体31与压力生成元件12接触且同时第二液体32 存在于喷射口侧。因此，可以通过利用压力生成元件12生成第一液体 31的气泡来喷射第二液体32。
在此，在压力室18中流动的第一液体和第二液体中的任何一种可 以在压力室18和外部单元之间循环。如果不进行循环，则已在液体流 路13和压力室18中形成平行流但尚未喷射的第一液体和第二液体中 的任何一种都会大量产生。因此，第一液体和第二液体与外部单元的 循环使得可以使用尚未喷射的液体以便再次形成平行流。
(第一液体和第二液体的具体示例)
根据上述实施例的配置，阐明了第一液体和第二液体所需的主要 功能。具体地，第一液体通常可以是用于形成膜沸腾的发泡介质，而 第二液体通常可以是要喷射到大气的喷射介质。与现有技术相比，该 实施例的配置可以提高第一液体和第二液体中所包含的成分的自由 度。现在，将基于具体示例在下面详细描述该配置中的发泡介质(第 一液体)和喷射介质(第二液体)。
例如，该实施例的发泡介质(第一液体)需要具有高临界压力以 使得在电热转换器发热时能够形成介质中的膜沸腾并使由此生成的气 泡能够快速生长，或者换句话说，使热能能够高效地转化为发泡能。 水特别适合用于这样的介质。尽管水具有18的小分子量，但是水仍具 有高沸点(100℃)和高表面张力(100℃时为58.85dyne/cm)，因此水具有约22MPa的高临界压力。换句话说，在膜沸腾时水还表现出 极大的发泡压力。通常，采用通过利用膜沸腾来喷射墨的模式的喷墨 打印装置优选地使用通过使水包含诸如染料和颜料的着色材料而制备 的墨。
然而，发泡介质不限于水。任何其他的物质可以用作发泡介质， 只要这样的物质所具有的临界压力等于或大于2MPa(或者优选地等 于或大于5MPa)即可。除水以外的发泡介质的示例包括甲醇和乙醇。 也可以使用这些液体中的任何一种与水的混合物。同时，还可以使用 通过向水添加上述的着色材料(例如染料和颜料)、添加剂等而制备的 介质。
另一方面，例如，在该实施例的喷射介质(第二液体)中不需要 像发泡介质那样的能够实现膜沸腾的物理性质。同时，结痂材料附着 在电热转换器(加热器)上可能会由于加热器表面的平滑性受损或导 热性降低而使发泡效率降低。但是，喷射介质不会直接与加热器接触，因此不会在加热器上产生任何结痂的成分。换句话说，该实施例的喷 射介质免除了作为用于热式头的常规墨所需的相关条件的形成膜沸腾 和避免结痂所需的物理条件，因此改善了成分的自由度。结果，喷射 介质可以更积极地包含适于喷射之后的用途的成分。
例如，在该实施例中，由于容易在加热器上结痂而迄今并未使用 的颜料可以更积极地被包含在喷射介质中。同时，在该实施例中，也 可以使用临界压力极低的除了水性墨以外的液体作为喷射介质。而且， 还可以使用具有常规热式头难以处理的特定功能的各种墨，例如紫外 线固化墨、导电墨、电子束(EB)固化墨、磁性墨和固体墨也可以用 作喷射介质。同时，该实施例的液体喷射头还可以通过使用血液、培养细胞等中的任何一种作为喷射介质而用于除图像形成之外的各种应 用。液体喷射头还适合于其他应用，包括生物芯片制造、电子电路印 刷等。由于对第二液体没有限制，因此第二液体可以采用与作为第一 液体的示例列举的液体之一相同的液体。例如，即使两种液体都是均 包含大量水的墨，取决于诸如使用模式的情况，仍然可以使用一种墨 作为第一液体并且使用另一种墨作为第二液体。
(第二实施例)
该实施例描述了液体喷射头1的另一模式，其中第一液体31和第 二液体32在高度方向(竖直方向)上彼此堆叠的同时在压力室18中 流动。将主要针对与第一实施例不同的特征来描述该实施例。在此情 况下，在该实施例中未具体提及的特征应当被认为与第一实施例中的 对应特征相同。
(水相厚与合流壁之间的关系)
图16A至16C是示出在该实施例的元件板10中形成的一条液体 流路和一个压力室18的图。图16A是从喷射口11侧(从+z方向侧) 看的透视图，并且图16B是沿着图16A中的XVIB-XVIB线截取的横 截面图。同时，图16C是元件板中的一条液体流路13附近的放大图。
如图16B所示，该实施例包括设置在表面151上的合流壁(枢转 壁)41，该表面151在基板15与液体相接触的液体流路13中位于液 体流动方向(y方向)上的第一流入口20的上游侧。合流壁41是从 基板15的液体流路13侧的表面151突出的壁部分(第二壁)。在合流壁41的端部部分中，液体流路13中的液体流动方向的下游侧的端部部分设置成位于液体流路13中的液体流动方向上的第一流入口20的 上游侧的开口端上方。
而且，合流壁41设置有在液体流动方向上向下游突出的突起43 (横壁)。合流壁41和突起43一体地形成，并且突起43形成为与第一 流入口20相对。由于合流壁41布置在第一流入口20的上游侧，因此 合流壁41阻止第二液体32流入下段流路131。因此，与未安装合流壁41的情况相比，在第一流入口20和位于液体流路13中的流动方向 上的右侧和左侧的液体流路13的每个壁表面之间会形成比较大的第 一液体31的流。结果，由于设有合流壁41，第一液体31在下段流路 131上流动并且第二液体32在上段流路132上流动。在此，如图16所示，合流壁41的宽度方向上的长度优选地等于液体流路的宽度方向 上的长度W。
(水相厚和突起的突出量之间的关系)
图17A至17C是图16C中的合流壁41附近的放大图，它们是用 于说明合流壁41的突起43的突出量的图。突起43的下游侧(+y方 向)的端部部分和第一流入口20的下游侧(+y方向)的开口端之间的距离被定义为间隙C3。同时，在突起43的下游侧的端部部分位于 第一流入口20的下游侧的端部部分上游的状态下的间隙被定义为负 间隙(C3<0)。
图17A是示出突起43的间隙C3为负(C3<0)的状态示例的图。 在该示例中，突起43不覆盖整个的第一流入口20。图17B是示出突 起43的间隙C3等于零(C3＝0)的状态示例的图。在该示例中，突起 43完全覆盖第一流入口20。图17C是示出突起43的间隙C3为正 (C3>0)的状态示例的图。在该示例中，突起43完全覆盖第一流入口 20，并且突起43的末端伸到第一流入口20的下游侧的流路的一部分。
从形成液-液界面的角度看，代表完全覆盖第一流入口20的配置 的间隙C3等于或大于0(C3≥0)的状态是优选的，其使得第一液体 31和第二液体32在竖直方向上彼此堆叠的同时在压力室18中流动。 如图17A所示，在突起43的间隙C3为负(C3<0)的情况下，与间隙等于或大于0(C3≥0)的情况相比，待喷射的液体更容易包含第一 液体31。然而，与第一实施例的横壁51不同，由于合流壁41使第二 液体32不流入下段流路131，因此可以稳定地喷射第二液体32。因此， 如果需要减少从喷射口11喷射的液体中所包含的第一液体31的量， 则以满足间隙C3等于或大于0(C3≥0)的方式形成突起43。另一方 面，如果从喷射口11喷射的液体需要包含第一液体31，则以具有负 间隙C3(C3<0)的方式形成突起43。
图17C至17E是用于说明代表在突起43的高度方向上的位置的 各种合流壁高度b的情况的图。图17C是示出合流壁高度b基本等于 第一液体31的相厚h1的示例的图。图17D是示出合流壁高度b小于 第一液体31的相厚h1的示例的图。图17E是示出合流壁高度b大于第一液体31的相厚h1的示例的图。
在粘度比和流量比恒定的情况下，水相厚hr是恒定的。因此，只 要液体流路13的高度方向上的长度相同，第一液体31的相厚h1就保 持恒定的厚度。为此，在图17C至17E的突起43的配置中，压力室 18中的第一液体31的相厚h1相同。
在将具有打印成形所需功能的打印介质用于第二液体32并将用 作发泡介质的水用于第一液体31以使得能够稳定地喷射第二液体32 的情况下，第二液体32具有大于第一液体31的粘度。在此情况下优 选增加第二液体32的供给。当合流壁高度b变大时，位于合流壁41 上方的上段流路132的高度方向上的长度变小。因此，在此情况下在 上段流路132上流动的第二液体32的流量受限。因此，在将具有打印成形所需功能的打印介质用于第二液体32并将用作发泡介质的水用 于第一液体31的情况下，具有小合流壁高度b的配置是优选的。
如上所述，该实施例也可以形成液-液界面以使得第一液体31和 第二液体32在沿高度方向(竖直方向)布置的同时在压力室18中流 动。因此，第一液体31与压力生成元件12相接触，并且第二液体32 存在于喷射口侧。结果，可以通过压力生成元件12生成第一液体31 的气泡并且因此可以喷射第二液体32。
(第一制造方法)
图18A至18H是用于说明根据该实施例的在液体流路13中设置 有合流壁41的元件板10的第一制造方法的图。图18A是示出基板15 的横截面的图，第一流入口20、第二流入口21、第一流出口25和第 二流出口26穿透所述基板。在下文中，假设制造过程按照从图18A到18H的顺序进行。
如图18B所示，通过干膜层压将构成第一图案110的材料沉积在 基板15上。构成第一图案110的材料是感光树脂和正型抗蚀剂(正型 感光树脂)。因此，在进行曝光和显影之后，在基板15上形成第一图 案110。另外，第一图案110具有用以覆盖第一流入口20、第二流入 口21、第一流出口25和第二流出口26的结构。第一图案110用作用 于形成液体流路13的内部空间的一部分的模具。在这方面，将在随后 的步骤中移除第一图案110。
接下来，如图18C所示，在设置有第一图案110的基板15上沉 积第一覆盖层120。构成第一覆盖层120的材料是感光树脂，其优选 为负型抗蚀剂(负型感光树脂)。将在负型感光树脂被用作第一覆盖层 120的材料的假设下进行以下描述。
接下来，如图18D所示，将第一覆盖层120进行图案曝光。在曝 光之后，在该步骤中不执行显影处理，并且第一覆盖层120的未曝光 部分122被保留为潜像。第一覆盖层120的曝光部分121将构成合流 壁41以及用作形成液体流路13的成形构件的孔板14的部分。
接下来，如图18E所示，在第一覆盖层120上沉积构成第二图案 140的材料。构成第二图案140的材料的沉积通过使用干膜进行。构 成第二图案140的材料是感光树脂和正型抗蚀剂(正型感光树脂)。同 时，构成第二图案140的材料优选地是具有光吸收作用的材料。第二 图案140用作用于形成液体流路13的内部空间的一部分的模具。在这方面，将在随后的步骤中移除第二图案140。
图19A是示出沿着图18E中的XIXA-XIXA线截取的横截面图的 示例的图。第一覆盖层120的曝光部分121设置在第一覆盖层120的 未曝光部分122的两侧。同时，第一覆盖层120的未曝光部分122沉 积在第一图案110上。而且，第二图案140以覆盖第一覆盖层120的未曝光部分122的方式沉积。
接下来，如图18F所示，沉积第二覆盖层170。在该制造方法中， 用于形成第二覆盖层170的材料与用于形成第一覆盖层120的材料相 同。第二覆盖层170构成用作形成液体流路13的成形构件的孔板14 的一部分。图19B是示出沿着图18F中的XIXB-XIXB线截取的横截面图的示例的图。
接下来，如图18G所示，通过曝光并显影第二覆盖层170的与喷 射口相对应的部分来形成喷射口11。在此情况下，第一覆盖层120的 未曝光部分122由通过使用具有光吸收作用的材料而形成的第二图案 140覆盖。因此，与用于形成喷射口11的曝光相关联的光被第二图案 140遮蔽。以该方式，可以防止第一覆盖层120的未曝光部分122受 到用于形成喷射口11的曝光的影响。
接下来，如图18H所示，移除第一图案110、第二图案140和第 一覆盖层120的未曝光部分122。图19C是示出沿着图18H中的 XIXC-XIXC线截取的横截面图的示例的图。
如上所述，根据该制造方法，在沉积第一覆盖层120时不显影第 一覆盖层120的未曝光部分122。因此，可以将第二图案140沉积在 第一覆盖层120的未曝光部分122上。以该方式，在防止第二图案140 掉落的同时，可以平坦地沉积第二图案140。而且，构成孔板的一部 分的第二覆盖层170可以沉积在平坦地沉积的第二图案140上。因此， 可以抑制孔板上的高度差的产生并减小其厚度分布。结果，可以在减 小喷射口之间的高度差的情况下制造喷墨打印头的元件板。
同时，第二液体32在与孔板接触的同时在液体流路13中流动。 以该方式，第二液体32可以由于孔板没有高度差而作为层流在液体流 路13中流动。在这方面，制造没有高度差的孔板也是有效的，其用于 使第一液体31和第二液体32在层流的状态下形成平行流。
(第二制造方法)
图20A至20H是用于说明根据该实施例的在液体流路13中设置 有合流壁41的元件板10的第二制造方法的图。图20A是示出基板15 的横截面的图，第一流入口20、第二流入口21、第一流出口25和第 二流出口26穿透所述基板。在下文中，假设制造过程按照从图20A到20H的顺序进行。应当注意，图20B至20E所示的步骤与图18B 至18E所示的步骤相同，因此将省略其描述。
在形成第二图案140之后，形成第二覆盖层160，如图20F所示。 在该制造方法中，用于形成第二覆盖层160的材料是与用于形成第一 覆盖层120的材料不同的材料。尽管在该制造方法中也将负型感光树 脂用作第二覆盖层160的材料，但是用于形成第二覆盖层160的负型感光树脂是其未曝光部分的感光度高于用于形成第一覆盖层120的负 型感光树脂的感光度的材料。
接下来，如图20G所示，通过曝光并显影第二覆盖层160的对应 于喷射口的部分来形成喷射口11。图20H中的步骤与图18H中的步 骤相同，并且将省略其描述。
如上所述，根据该制造方法，将未曝光部分的感光度高于用于形 成第一覆盖层120的材料的感光度的材料用作用于形成第二覆盖层 160的材料。结果，与第一制造方法相比，可以进一步抑制与第二覆 盖层160上的曝光过程相关联的对第一覆盖层120的未曝光部分122 的不利影响。
(第一示例)
根据以下过程制造液体喷射头。该示例表示基于第一制造方法的 制造示例。首先，在直径为φ200mm的硅基板上形成用作能量生成元 件的发热电阻器。然后，在硅基板中形成第一流入口、第二流入口、 第一流出口和第二流出口。接下来，通过施加由Tokyo OhkaKogyo 公司制造的正型抗蚀剂ODUR-1010A、然后通过使用曝光机对光致抗 蚀剂进行流路图案的曝光、并且然后通过进行显影而形成图案，在基 板上形成第一图案。而且，将阳离子聚合环氧树脂溶液作为第一覆盖 层旋涂在设置有流路图案的基板上。由此，形成环氧树脂层。
此后，对用作第一覆盖层的环氧树脂层进行曝光，然后，不进行 未曝光部分的显影就将由Tokyo Ohka Kogyo公司制造的正型抗蚀剂ODUR-1010A作为第二图案沉积在环氧树脂层上。沉积通过干膜层压 进行。接下来，沉积与用作第一覆盖层的环氧树脂层相同的环氧树脂 层以作为第二覆盖层。在进行曝光和显影之后，移除所有层的未曝光 部分、第一图案和第二图案。
基板上的树脂层的表面和分隔壁的表面是平坦的。因此，成功地 制造出孔板上的厚度分布小的用于液体喷射头的元件板。进而，通过 切割、安装和组装该液体喷射头晶片，成功地制造出液体喷射头。
(第二示例)
根据以下过程制造液体喷射头。该示例表示基于第二制造方法的 制造示例。沉积第一图案和第一覆盖层的过程与第一示例中的相同。 随后，对用作第一覆盖层的环氧树脂层进行曝光，然后，不进行未曝 光部分的显影就将由Tokyo Ohka Kogyo公司制造的正型抗蚀剂 ODUR-1010A作为第二图案沉积在环氧树脂层上。沉积通过干膜层压 进行。接下来，沉积感光度比构成第一覆盖层的环氧树脂层高的环氧树脂层以作为第二覆盖层。在进行曝光和显影之后，移除所有层的未 曝光部分、第一图案和第二图案。
基板上的树脂层的表面和分隔壁的表面是平坦的。因此，成功地 制造出孔板上的厚度分布小的用于液体喷射头的元件板。进而，通过 切割、安装和组装该液体喷射头晶片，成功地制造出液体喷射头。
接下来，作为参考例，将给出示例的描述，其中在进行第一覆盖 层的未曝光部分的显影之后形成第二图案。
(第一参考例)
根据图21A至21H所示的参考例制造液体喷射头。首先，在直径 为φ200mm的硅基板上形成作为能量生成元件的发热电阻器。然后， 如图21A所示，在基板15中形成第一流入口20、第二流入口21、第 一流出口25和第二流出口26。
如图21B所示，通过施加由Tokyo Ohka Kogyo公司制造的正型 抗蚀剂ODUR-1010A、然后用曝光机对光致抗蚀剂进行流路图案的曝 光、并且然后通过进行显影而形成图案，在基板上形成第一图案110。
如图21C所示，将阳离子聚合环氧树脂溶液作为第一覆盖层120 旋涂在设有流路图案的基板上。因此，形成环氧树脂层。到目前为止 描述的图21A至21C是用于说明直到沉积第一图案和第一覆盖层的过 程的图。该过程与第一示例中的对应过程相同。
如图21D所示，将用作第一覆盖层120的环氧树脂层进行曝光并 显影其未曝光部分。
如图21E所示，将由Tokyo Ohka Kogyo公司制造的正型抗蚀剂 ODUR-1010A作为第二图案140沉积在用作第一覆盖层120的环氧树脂层上。沉积通过涂覆来进行。接下来，如图21F所示，沉积环氧树 脂层以作为第二覆盖层160。
如图21G所示，与喷射口11相对应的部分进行曝光和显影。接 下来，如图21H所示，移除第一图案110和第二图案140。基板上的 树脂层的表面不平坦，并且未能成功地制造出孔板上的厚度分布小的 用于喷射头的晶片。
(第二参考例)
根据以下过程制造液体喷射头。沉积第一图案和第一覆盖层的过 程与第一示例相同。随后，对用作第一覆盖层的环氧树脂层进行曝光 并显影其未曝光部分。然后，将由Tokyo Ohka Kogyo公司制造的正 型抗蚀剂ODUR-1010A形成为干膜并作为第二图案沉积在环氧树脂 层上。尝试通过干膜遮蔽来减小由于图案化而在用作第一覆盖层的环 氧树脂层上产生的高度差。然而，遮蔽区域较大并且干膜会因此而下垂。接下来，沉积环氧树脂层以作为第二覆盖层。在进行曝光和显影 之后，移除第一图案和第二图案。基板上的树脂层的表面不平坦，未 能成功地制造出孔板上的厚度分布小的用于喷射头的晶片。
(第三实施例)
该实施例也使用图1至图3所示的液体喷射头1和液体喷射装置。
图22A至22C是示出该实施例的液体流路13的配置的图。该实 施例的液体流路13与前述实施例中描述的液体流路13的不同之处在 于，除了第一液体31和第二液体32之外，还允许第三液体33在液体 流路13中流动。通过允许第三液体在压力室中流动，可以使用具有高 临界压力的发泡介质作为第一液体，同时使用任何不同颜色的墨、高浓度树脂EM等作为第二液体和第三液体。
图22A是从喷射口11侧(从+z方向侧)看的透视图，并且图22B 是沿着图22A中的XXIIB-XXIIB线截取的横截面图。在该实施例的 液体流路13中，相应的液体的流动使得除了上述实施例中的第一液体 31和第二液体32的层流状态下的平行流以外，第三液体33也在层流 状态下形成平行流。在与液体流路13的内表面(底部)相对应的基板 15中，第二流入口21、第三流入口22、第一流入口20、第一流出口 25、第三流出口27和第二流出口26在y方向上依次形成。包括喷射 口11和压力生成元件12的压力室18在液体流路13中大致位于第一 流入口20和第一流出口25之间的中央处。
与上述实施例一样，第一液体31和第二液体32从第一流入口20 和第二流入口21流入液体流路13，然后在y方向上流过压力室18， 然后从第一流出口25和第二流出口26流出。通过第三流入口22流入 的第三液体33被引入液体流路13中，然后在液体流路13中在y方向 上流动，然后经过压力室18，从第三流出口27流出并被收集。结果， 在液体流路13中，第一液体31、第二液体32和第三液体33一起沿着y方向在第一流入口20和第一流出口25之间流动。在此情况下， 在压力室18内部，第一液体31与压力生成元件12所处的压力室18 的内表面接触。同时，第二液体32在喷射口11处形成弯月形，而第 三液体33在第一液体31和第二液体32之间流动。
同样地，在该实施例中，与上述第一实施例一样，在与第一流入 口20相对的位置处设置横壁511。而且，在该实施例中，在与第三流 入口22相对的位置处设置横壁512。这些横壁511、512具有与上述 第一实施例的横壁51相同的功能。图22C是图22B中的压力室附近的放大图。通过设置横壁511、512，可以在压力室18中的竖直方向 上实现第一液体31、第二液体32和第三液体33的层流。同时，与上 述第二实施例一样，也可以设置合流壁41。这同样适用于使四种或更多种的液体以层流的形式在液体流路13中流动的情况。
(其他实施例)
上述实施例基于这样的结构，其中第一流入口20的宽度方向上的 长度L小于液体流路13的宽度方向上的长度W(L<W)。然而，也 存在第一流入口20的宽度方向上的长度L等于液体流路13的宽度方 向上的长度W(L＝W)的模式、以及第一流入口20的宽度方向上的长度L大于液体流路13的宽度方向上的长度W(L>W)的模式。同 样地，在这些模式中，设置横壁51或合流壁41对于形成液-液表面以 使得在第一液体31和第二液体32沿竖直方向彼此堆叠的同时在压力室18中流动也是有效的。
图23A和23B是示出上述模式的图，其中第一流入口20的宽度 方向上的长度L大于液体流路13的宽度方向上的长度W(L>W)。 图23A是从喷射口11侧(从+z方向侧)看的透视图，并且图23B是沿着图23A中的XXIIIB-XXIIIB线截取的横截面图。尽管图23A和 23B示出了为满足L>W的结构提供合流壁41和突起的模式，但是与 第一实施例中一样，也可以为满足L>W的结构仅提供横壁51。
根据本公开的液体喷射头和包括液体喷射头的液体喷射装置不仅 仅局限于配置成喷射墨的喷墨打印头和喷墨打印装置。本公开的液体喷射头、液体喷射装置和液体喷射方法能够应用于包括打印机、复印 机、配备有电信系统的传真机、以及包括打印机单元的文字处理器在 内的各种装置，并且能够应用于集成组合有各种处理装置的其他工业 打印装置。特别地，由于各种液体都可以用作第二液体，因此液体喷 射头、液体喷射装置和液体喷射方法也适合于其他应用，包括生物芯 片制造、电子电路印刷等。
根据本公开，可以通过使发泡介质和喷射介质在沿高度方向布置 在压力室中的同时流动来稳定用作喷射介质的液体的喷射。
尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发 明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最宽 泛的解释以涵盖所有这样的变型以及等同的结构和功能。

Claims (20)

1.一种液体喷射头，其包括：
基板，所述基板包括压力生成元件，所述压力生成元件配置成向第一液体施加压力；
设置有喷射口的构件，所述喷射口配置成喷射第二液体；
压力室，所述压力室包括所述喷射口和所述压力生成元件；以及
液体流路，所述液体流路通过使用所述基板和堆叠在所述基板上的所述构件而形成，所述液体流路包括所述压力室并且至少在所述第一液体和所述第二液体的流动方向上延伸，其中
所述基板包括：
第一流入口，所述第一流入口在所述液体流路中的液体的流动方向上位于所述压力室的上游侧并且配置成允许所述第一液体流入所述液体流路，
第二流入口，所述第二流入口位于所述第一流入口的上游侧并且配置成允许所述第二液体流入所述液体流路，
第一流出口，所述第一流出口位于所述压力生成元件的下游侧并且配置成允许所述第一液体流出所述液体流路，
第二流出口，所述第二流出口位于所述第一流出口的下游侧并且配置成允许所述第二液体流出所述液体流路，以及
在所述液体流路的延伸方向上延伸的横壁，所述横壁的至少一部分位于所述第一流入口的上方，并且
在所述压力室中，所述第一液体与所述压力生成元件接触地流动，并且所述第二液体比所述第一液体更靠近所述喷射口地流动，并且
所述横壁仅形成在从所述第一流入口上方到所述压力生成元件的上游位置的区域中，
在所述压力生成元件上，所述第一液体和所述第二液体以层流状态彼此直接接触地流动，或者第三液体以层流状态在所述第一液体和所述第二液体之间流动且所述第三液体与所述第一液体和所述第二液体直接接触，
所述压力生成元件在所述第一液体和所述第二液体持续流动的状态下被驱动，或者所述压力生成元件在所述第一液体、所述第二液体和所述第三液体持续流动的状态下被驱动。
2.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中所述第一液体和所述第二液体在所述压力室中形成层流。
3.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中所述第一液体和所述第二液体在所述压力室中形成平行流。
4.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中在所述液体流路中的液体的流动方向上的所述横壁的下游侧的端部部分位于所述第一流入口的下游侧的开口端上方的位置以及所述第一流入口的下游侧的所述开口端的下游侧的所述基板的一部分上方的位置中的任一位置处。
5.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中在所述液体流路中的液体的流动方向上的所述横壁的上游侧的端部部分位于所述第一流入口的上游侧的开口端上方的位置以及所述第一流入口的上游侧的所述开口端的上游侧的所述基板的一部分上方的位置中的任一位置处。
6.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中在所述液体流路中的液体的流动方向上的所述横壁的上游侧的端部部分位于所述液体流路中的液体的流动方向上的所述第一流入口的上游侧的开口端的下游侧的所述第一流入口的一部分上方的位置处。
7.根据权利要求1所述的液体喷射头，其还包括：
竖壁，所述竖壁在所述液体流路中的液体的流动方向上位于所述第一流入口的上游侧，并且在所述第一流入口和所述第二流入口之间从所述基板的表面突出，其中
所述横壁是在所述液体流路中的液体的流动方向上从所述竖壁向下游突出的突起。
8.根据权利要求7所述的液体喷射头，其中所述横壁和所述竖壁一体地形成。
9.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中所述横壁的宽度方向上的长度等于所述液体流路的宽度方向上的长度，所述横壁的宽度方向正交于所述液体流路中的液体的流动方向以及从所述压力生成元件到所述喷射口的方向。
10.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中所述横壁的宽度方向上的长度小于所述液体流路的宽度方向上的长度，所述横壁的宽度方向正交于所述液体流路中的液体的流动方向以及从所述压力生成元件到所述喷射口的方向。
11.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中所述液体流路的宽度方向上的长度小于所述第一流入口的宽度方向上的长度，所述液体流路的宽度方向正交于所述液体流路中的液体的流动方向以及从所述压力生成元件到所述喷射口的方向。
12.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中所述液体流路的宽度方向上的长度大于所述第一流入口的宽度方向上的长度，所述液体流路的宽度方向正交于所述液体流路中的液体的流动方向以及从所述压力生成元件到所述喷射口的方向。
13.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中在所述压力室中流动的所述第一液体在所述压力室和外部单元之间循环。
14.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中第三液体在与所述第一液体和所述第二液体接触的同时在所述液体流路中流动。
15.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中所述第一液体具有等于或大于5MPa的临界压力。
16.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中所述第二液体是乳液和含颜料的水性墨中的任何一种。
17.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中所述第二液体是固体墨和紫外线固化墨中的任何一种。
18.一种用于构成根据权利要求1至17中任一项所述的液体喷射头的液体喷射模块，其中
所述液体喷射头通过布置多个所述液体喷射模块而形成。
19.一种制造液体喷射头的方法，所述液体喷射头包括：
压力室，所述压力室包括喷射液体的喷射口，
液体流路，所述液体流路是连接到所述压力室的流路，并且配置成允许第一液体和第二液体在基板上流动，
所述基板包括：第一流入口，所述第一流入口在所述液体流路中的液体的流动方向上位于所述压力室的上游侧并且配置成允许所述第一液体流入所述液体流路；第二流入口，所述第二流入口位于所述第一流入口的上游侧并且配置成允许所述第二液体流入所述液体流路；第一流出口，所述第一流出口位于压力生成元件的下游侧并且配置成允许所述第一液体流出所述液体流路；以及第二流出口，所述第二流出口位于所述第一流出口的下游侧并且配置成允许所述第二液体流出所述液体流路，以及
壁，所述壁仅形成在从所述第一流入口上方到所述压力生成元件的上游位置的区域中，
在所述压力生成元件上，所述第一液体和所述第二液体以层流状态彼此直接接触地流动，或者第三液体以层流状态在所述第一液体和所述第二液体之间流动且所述第三液体与所述第一液体和所述第二液体直接接触，
所述压力生成元件在所述第一液体和所述第二液体持续流动的状态下被驱动，或者所述压力生成元件在所述第一液体、所述第二液体和所述第三液体持续流动的状态下被驱动，
所述方法包括：
在所述基板上形成用作所述液体流路的模具的第一图案；
以用第一覆盖层覆盖所述第一图案的方式形成所述第一覆盖层，所述第一覆盖层用作所述液体流路的形成构件并用作所述壁；
在对所述第一覆盖层的构成所述液体流路的形成构件以及构成所述壁的部分进行曝光之后，在所述第一覆盖层上形成用作所述液体流路的模具的第二图案；
形成用作所述液体流路的形成构件的第二覆盖层；以及
通过以下步骤形成所述液体流路：
通过对所述第二覆盖层的构成所述喷射口的部分进行曝光和显影来形成所述喷射口，以及
在形成所述喷射口之后，移除所述第一图案、所述第二图案、以及所述第一覆盖层的未曝光部分。
20.根据权利要求19所述的制造液体喷射头的方法，其中在对所述第一覆盖层进行曝光之后，不对所述第一覆盖层的未曝光部分进行显影就在所述第一覆盖层上形成所述第二图案。
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