CN111572200B - 液体喷射头、液体喷射模块和液体喷射设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及液体喷射头、液体喷射模块和液体喷射设备。在一种液体喷射头中，基板包括：第一流入口，位于液体流动通道中液体流动方向上压力室的上游侧并且允许第一液体流入液体流动通道中；第二流入口，位于第一流入口的上游侧并且允许第二液体流入液体流动通道中；以及合流壁，设置在第一流入口与第二流入口之间，并且合流壁的一部分比在流动方向上第一流入口下游侧基板表面位于更高的位置处。在压力室中，第一液体在与压力产生元件接触的情况下流动，并且第二液体比第一液体更靠近喷射口流动。

Description

液体喷射头、液体喷射模块和液体喷射设备
技术领域
本公开涉及液体喷射头、液体喷射模块和液体喷射设备。
背景技术
日本专利公开H06-305143公开了一种液体喷射单元，配置成使作为喷射介质的液体和作为发泡介质的液体在界面处彼此接触，并且在施加热能的作用下伴随着在发泡介质中产生的气泡生长而使喷射介质喷出。日本专利公开H06-305143还公开了通过对喷射介质和发泡介质之一或两者施加压力来形成流动。
然而，日本专利公开H06-305143没有对用于两种液体的合流单元构造进行详细描述。因此，取决于用于使液体流入液体流动通道(包括压力室在内)的流入部形状，会形成这样的界面，在界面两侧，发泡介质和喷射介质在正交于液体流动通道中液体流动方向的宽度方向(水平方向)上并排流动。在这种情况下，因为用作喷射介质的液体会无法与喷射口接触，所以存在用作喷射介质的液体喷射不稳定的风险。
发明内容
鉴于以上情况，本公开的目的在于通过使充当发泡介质的液体和充当喷射介质的液体在压力室中布置在高度方向上的同时流动来稳定充当喷射介质的液体的喷射，高度方向是从喷射口喷射充当喷射介质的液体的方向。
根据本公开的一方面的液体喷射头包括：基板，包括配置成向第一液体施加压力的压力产生元件；构件，设置有配置成喷射第二液体的喷射口；压力室，包括喷射口和压力产生元件；以及利用基板和所述构件形成的液体流动通道，液体流动通道包括压力室并且允许至少第一液体和第二液体流动，其中，基板包括：第一流入口，位于液体流动通道中液体流动方向上压力室的上游侧，并且配置成允许第一液体流入液体流动通道中；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动通道中；以及壁，设置在第一流入口与第二流入口之间，并且壁的一部分比在液体流动通道中液体流动方向上第一流入口下游侧基板表面位于更高的位置处；并且在压力室中，第一液体在与压力产生元件接触的情况下流动，并且第二液体比第一液体更靠近喷射口流动。
根据以下参考附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得明显。
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设备的控制配置的框图；
图3是液体喷射模块中的元件板的剖视透视图；
图4A至图4C是示出形成在元件板中的液体流动通道的图，并且图4D是压力室的放大细节图；
图5A是示出粘度比与水相厚度比之间关系的曲线图，并且图5B是示出压力室高度与流速之间关系的曲线图；
图6A至图6D是示出形成在对比例的元件板中的液体流动通道和压力室的图；
图7A和图7B是用于说明液体在液体流动通道中的速度分布的图；
图8A至图8E是示出液体流动通道和压力室的图，用于说明合流壁；
图9A和图9B是用于说明液体在液体流动通道中的速度分布的图；
图10A至图10C是示出液体流动通道和压力室的图，用于说明合流壁；
图11A和图11B是用于说明合流壁的间隙的图；
图12A至图12C是示出液体流动通道和压力室的图，用于说明刻陷部；
图13A至图13C是示出液体流动通道和压力室的图，用于说明合流壁；
图14A至图14E是用于说明合流壁间隙和合流壁高度的图；
图15A至图15C是形成在元件板中的液体流动通道和压力室的放大细节图；并且
图16A和图16B是示出形成在元件板中的液体流动通道和压力室的图。
具体实施方式
现在，下面将参考附图描述根据本公开实施例的液体喷射头和液体喷射设备。
(第一实施例)
(液体喷射头的构造)
图1是可用在本实施例中的液体喷射头1的透视图。本实施例的液体喷射头1是通过在x方向上布置多个液体喷射模块100(排列多个模块)而形成的。每个液体喷射模块100包括：元件板10，喷射元件布置在元件板上；和柔性布线板40，用于向各喷射元件供应电力和喷射信号。各柔性布线板40连接到共用的电气布线板90，电气布线板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可容易地安装到液体喷射头1并且可从液体喷射头拆卸。因此，任何期望的液体喷射模块100都可容易地从外部安装到液体喷射头1或者从液体喷射头拆卸，而不必分解液体喷射头1。
在如上所述通过在纵向布置多个液体喷射模块100来形成液体喷射头1的情况下，即使某一个喷射元件发生喷射故障，也仅需更换涉及喷射故障的液体喷射模块。因此，可在制造过程中提高液体喷射头1的产量，并且降低更换液体喷射头的成本。
(液体喷射设备的构造)
图2是示出可用于本实施例中的液体喷射设备2的控制配置的框图。在使用RAM502作为工作区域的同时，CPU 500根据存储在ROM501中的程序来控制整个液体喷射设备2。CPU 500根据存储在ROM501中的程序和参数对要从例如外部连接的主机设备600接收的喷射数据执行规定的数据处理，从而产生用于使液体喷射头1喷射液体的喷射信号。随后，在通过驱动传送电机503来使用于沉积液体的目标介质在预定方向上移动的同时，根据喷射信号驱动液体喷射头1。因此，从液体喷射头1喷射的液体沉积附着在沉积目标介质上。
液体循环单元504是配置成使液体循环并供应到液体喷射头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副罐、用于使液体在副罐与液体喷射头1之间循环的流动通道、泵、阀机构等。因此，在CPU 500的指令下，液体循环单元504控制泵和阀机构，使得液体以预定流量在液体喷射头1中流动。
(元件板的构造)
图3是设置在每个液体喷射模块100中的元件板10的剖视透视图。元件板10是通过在硅(Si)基板15上堆叠孔板14(喷射口形成构件)而形成的。在孔板14中，在x方向上布置用于喷射液体的多个喷射口11。在图3中，在x方向上布置的喷射口11喷射相同类型的液体(例如从共用副罐或共用供应口供应的液体)。图3示出了孔板14也设置有液体流动通道13的实例。相反，元件板10也可以采用这样一种构造，其中：通过使用一不同部件(流动通道壁形成构件)来形成液体流动通道13，并且设置有喷射口11的孔板14放置在其上。
压力产生元件12(图3中未示出，但在图4A至图4D中示出)在基板15上设置在与各喷射口11相对应的位置处。每个喷射口11和对应的压力产生元件12位于彼此相对的位置处。在响应于喷射信号而向压力产生元件12施加电压的情况下，压力产生元件12在正交于液体流动方向(y方向)的z方向上对液体施加压力。因此，液体从与压力产生元件12相对的喷射口11以液滴的形式喷射。柔性布线板40经由布置在基板15上的端子17将电力和驱动信号供应给压力产生元件12。
分别在y方向上延伸并且连接到喷射口11的多个液体流动通道13形成在孔板14中。同时，在x方向上布置的液体流动通道13共同连接到第一共用供应流动通道23、第一共用回收流动通道24、第二共用供应流动通道28、以及第二共用回收流动通道29。第一共用供应流动通道23、第一共用回收流动通道24、第二共用供应流动通道28、以及第二共用回收流动通道29中的液体流动由参考图2中描述的液体循环单元504控制。更确切地说，泵受到这种驱动控制，使得从第一共用供应流动通道23流入液体流动通道13的第一液体引导至第一共用回收流动通道24，而从第二共用供应流动通道28流入液体流动通道13的第二液体引导至第二共用回收流动通道29。
图3示出了一实例，其中，如上所述在x方向上布置的喷射口11和液体流动通道13以及共用于往返供应墨和回收墨的第一共用供应流动通道23和第二共用供应流动通道28及第一共用回收流动通道24和第二共用回收流动通道29定义为一组，并且在y方向上布置由它们构成的两组。
(液体流动通道和压力室的构造)
图4A至图4D是用于详细说明形成在元件板10中的每个液体流动通道13和每个压力室18的构造的图。图4A是从喷射口11侧(从+z方向侧)的透视图，并且图4B是沿图4A中的IVB-IVB线截取的剖视图。同时，图4C是图3中所示元件板中一个液体流动通道13附近的放大图，并且图4D是图4B中喷射口附近的放大图。
对应于液体流动通道13底部的基板15包括第二流入口21、第一流入口20、第一流出口25和第二流出口26，它们按此顺序在y方向上形成。此外，包括有喷射口11和压力产生元件12的压力室18在液体流动通道13中大致位于第一流入口20与第一流出口25之间的中央处。第二流入口21连接到第二共用供应流动通道28，第一流入口20连接到第一共用供应流动通道23，第一流出口25连接到第一共用回收流动通道24，并且第二流出口26连接到第二共用回收流动通道29(参见图3)。
在上述构造的情况下，从第一共用供应流动通道23通过第一流入口20供应到液体流动通道13的第一液体31在y方向(箭头所示方向)上流动，随后穿过压力室18，并且由第一共用回收流动通道24通过第一流出口25回收。同时，从第二共用供应流动通道28通过第二流入口21供应到液体流动通道13的第二液体32在y方向(箭头所示方向)上流动，随后穿过压力室18，并且由第二共用回收流动通道29通过第二流出口26回收。换句话说，第一液体和第二液体都是在第一流入口20与第一流出口25之间的液体流动通道13区段中在y方向上流动。
在压力室18中，压力产生元件12与第一液体31接触，而暴露于大气的第二液体32在喷射口11附近形成弯液面。第一液体31和第二液体32在压力室18中流动，使得压力产生元件12、第一液体31、第二液体32和喷射口11按此顺序来布置。具体地，假设压力产生元件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。此外，第一液体31由位于下方的压力产生元件12加压，并且至少第二液体32从底向上喷射。应当注意，上下方向对应于压力室18和液体流动通道13的高度方向。
在本实施例中，如图4D所示，根据第一液体31和第二液体32的物理特性来调节第一液体31的流量和第二液体32的流量，使得第一液体31和第二液体32在压力室中彼此接触地流动。两种液体的流动不仅包括图4D所示两种液体在相同方向上流动的平行流，还包括第一液体流动与第二液体流动交叉的液体流动。在下文中，将描述这两种液体流动中的平行流为例。
在平行流的情况下，优选的是保持第一液体31与第二液体32之间的界面不受干扰，或者换句话说，用第一液体31和第二液体32的流动在压力室18内部建立层流状态。具体地，例如，在试图控制喷射性能以便维持预定喷射量的情况下，优选的是在界面稳定的状态下驱动压力产生元件。然而，本实施例不仅限于这种配置。即使压力室18中两种液体之间的界面变得不稳定，也仍可以在至少第一液体主要在压力产生元件12侧流动并且第二液体主要在喷射口11侧流动的状态下驱动压力产生元件12。以下描述将主要针对压力室中的流动处于平行流状态和层流状态的实例。
(同时形成层流与平行流的条件)
首先，将描述在管中形成液体层流的条件。表示粘性力与界面张力之比的雷诺数Re通常已知为流动评价指标。
现在，液体密度定义为ρ，流速定义为u，代表长度定义为d，并且粘度定义为η。在这种情况下，雷诺数Re可由以下(公式1)表示：
Re＝ρud/η (公式1)。
在此，已知的是随着雷诺数Re变小更易形成层流。更确切地说，例如，已知的是，在雷诺数Re小于约2200的情况下圆管内的流动形成为层流，并且在雷诺数Re大于约2200的情况下圆管内的流动变成湍流。
在流动形成为层流的情况下，流动线变得平行于流动的行进方向而不彼此交叉。因此，在两种接触的液体构成层流的情况下，液体可形成平行流，且两种液体之间具有稳定的界面。在此，对于一般的喷墨打印头来说，液体流动通道(压力室)中喷射口附近的流动通道高度H[μm](压力室高度)在从约10μm至100μm的范围内。就此而言，在水(密度ρ＝1.0×103kg/m3，粘度η＝1.0cP)以100mm/s的流速供给到喷墨打印头的液体流动通道的情况下，雷诺数Re结果是Re＝ρud/η≈0.1～1.0<<2200。因此，可认为在液体流动通道中形成了层流。
在此，即使液体流动通道13和压力室18具有如图4A所示的矩形横截面，但液体流动通道13和压力室18也可以看成是圆管的情况，或者更具体地，液体流动通道13或压力室18的有效形状可以视为圆管的直径。
(在层流状态下形成平行流的理论条件)
接下来，将参考图4D描述形成在液体流动通道13和压力室18中两种液体之间具有稳定界面的平行流的条件。首先，从基板15到孔板14的喷射口表面的距离定义为H[μm]。随后，喷射口表面与第一液体31和第二液体32之间液液界面之间的距离(第二液体的相厚度)定义为h2[μm]，并且液液界面与基板15之间的距离(第一液体的相厚度)定义为h1[μm]。换句话说，方程H＝h1+h2成立。
在此，对于液体流动通道13和压力室18中的边界条件来说，液体流动通道13和压力室18的壁表面上的液体速度假定为零。此外，假设液液界面处第一液体31和第二液体32的速度和剪切应力具有连续性。基于此假设，如果第一液体31和第二液体32形成两层平行稳定流，则在以下(公式2)中定义的四次方程在平行流区段中成立：
Figure BDA0002386789130000081
在(公式2)中，η1表示第一液体31的粘度，η2表示第二液体32的粘度，Q1表示第一液体31的流量，并且Q2表示第二液体32的流量。换句话说，第一液体和第二液体以根据满足上述四次方程(公式2)的范围内的各液体的流量和粘度来建立位置关系的方式流动，从而形成具有稳定界面的平行流。在本实施例中，优选的是在液体流动通道13中或者至少在压力室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因在它们之间液液界面上的分子扩散而参与混合，并且液体在y方向上平行地流动而几乎不产生任何混合。应当注意，液体的流动并不总是必须在压力室18中的某个区域中建立层流状态。在这种情况下，至少在压力产生元件上方区域中的液体流动优选地建立层流状态。
例如，即使在使用例如油和水的不互溶溶剂作为第一液体和第二液体的情况下，只要满足(公式2)，无论不互溶性如何都形成稳定的平行流。同时，即使在油和水的情况下，如果界面由于压力室中流动的轻微湍流状态而受到干扰，则优选的是至少第一液体主要在压力产生元件上方流动并且第二液体主要在喷射口中流动。
图5A是表示基于(公式2)，在将流量比Qr＝Q2/Q1改变成若干水平的同时，第一液体的粘度比ηr＝η2/η1与相厚度比hr＝h1/(h1+h2)之间关系的曲线图。尽管第一液体不限于水，但是“第一液体的相厚度比”在下文中将称为“水相厚度比”。横轴表示粘度比ηr＝η2/η1，并且竖轴表示水相厚度比hr＝h1/(h1+h2)。随着流量比Qr变高，水相厚度比hr变低。同时，在流量比Qr的每个水平，随着粘度比ηr变高，水相厚度比hr变低。因此，通过控制第一液体与第二液体之间的粘度比ηr以及流量比Qr，可以将液体流动通道13(压力室)中的水相厚度比hr(对应于第一液体与第二液体之间界面的位置)调节到所需值。此外，在将粘度比ηr与流量比Qr进行比较的情况下，图5A教导了流量比Qr要比粘度比ηr对水相厚度比hr的影响大。
在此，对于水相厚度比hr＝h1/(h1+h2)，只要满足0<hr<1(条件1)，第一液体和第二液体的平行流就想必会形成在液体流动通道(压力室)中。然而，如后所述，使第一液体主要起着发泡介质的作用，而使第二液体主要起着喷射介质的作用，以便使包含在喷射液滴中的第一液体和第二液体之比稳定以达到所需值。考虑到这种情况，水相厚度比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，水相厚度比hr＝0.50；
状态B)在粘度比ηr＝10且流量比Qr＝1的情况下，水相厚度比hr＝0.39；并且
状态C)在粘度比ηr＝10且流量比Qr＝10的情况下，水相厚度比hr＝0.12。
图5B是分别关于上述状态A、B和C示出液体流动通道13(压力室)高度方向(z方向)上流速分布的曲线图。横轴表示归一化值Ux，它是通过将状态A中最大流速值定义为1(标准)而归一化的。竖轴表示在液体流动通道13(压力室)的高度H定义为1(标准)的情况下距底面的高度。在表示各状态的每条曲线上，用标记表示了第一液体与第二液体之间界面的位置。图5B示出界面位置取决于各状态而变化，例如，状态A中界面位置比状态B和状态C中界面位置高。产生这种现象的原因是：在粘度互不相同的两种液体在分别形成层流(并且整体形成层流)的同时在管中平行流动的情况下，这两种液体之间的界面形成在使得因液体之间粘度差异导致的压力差与因界面张力导致的拉普拉斯压力彼此平衡的位置处。
(喷射期间在液液界面处的流动)
当第一液体和第二液体分别流动时，液面(液液界面)形成在与二者粘度比ηr和流量比Qr对应的位置处(对应于水相厚度比hr)。如果在维持界面位置的同时液体从喷射口11成功地喷射，则可实现稳定的喷射操作。以下是用于实现稳定喷射操作的两种可行配置：
配置1：在第一液体和第二液体流动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状态下喷射液体的配置。
配置1使得可在维持界面给定位置的同时稳定地喷射液体。这是因为一般液滴喷射速度(每秒几米至每秒十几米)比第一液体和第二液体的流速(每秒几毫米至每秒几米)更快，并且即使第一液体和第二液体在喷射操作期间保持流动，液体喷射也几乎不受影响。
同时，配置2也可在维持界面给定位置的同时稳定地喷射液体。这是因为由于液体在界面上扩散的影响从而第一液体和第二液体不立即混合并且液体的非混合状态维持非常短的时间段。在水中低分子物质的典型扩散系数为D＝10-9m2/s的情况下，在一般喷墨驱动频率下几十微秒时间段期间，液体在仅0.2μm至0.3μm的距离扩散。因此，在即将喷射液体之前，界面维持在液体流动停顿休止的状态。因此，可以在保持液体之间界面位置的同时喷射液体。
然而，配置1是优选的，这是因为这种配置可减少由于液体在界面上扩散而导致的第一液体和第二液体混合的不利影响，并且因为不需要对液体的流动和停止进行高级控制。
(液体喷射模式)
可通过调节界面位置(对应于水相厚度比hr)来改变从喷射口喷射的液滴(喷射液滴)中包含的第一液体比例。取决于喷射液滴的类型，液体喷射模式可大致分为两种模式：
模式1：仅喷射第二液体的模式；以及
模式2：喷射包含第一液体在内的第二液体的模式。
模式1是有效的，例如在使用采用电热转换器(加热器)作为压力产生元件12的热力型液体喷射头的情况下，或者换句话说，在使用利用严重依赖于液体性质的发泡现象的液体喷射头的情况下。由于在加热器表面上产生液体结垢部分，此液体喷射头易于使液体发泡不稳定。此液体喷射头还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将适用于发泡且不易在加热器表面上产生结垢的发泡剂用作第一液体并且将具有各种功能的任何功能剂用作第二液体，就可喷射例如非水性墨之类的液体，同时抑制了加热器表面上产生结垢。
模式2对于喷射例如高固体含量墨之类的液体是有效的，不仅在使用热力型液体喷射头的情况下如此，而且在使用采用压电元件作为压力产生元件12的液体喷射头的情况下也如此。更准确地说，在将具有大含量颜料作为着色材料的高浓度颜料墨喷射到打印介质上的情况下，模式2是有效的。通常，通过增加颜料墨中的颜料浓度，就可通过使用高浓度颜料墨来改善在例如普通纸之类打印介质上打印图像的显色性。此外，通过向高浓度颜料墨中添加树脂乳液(树脂EM)，由于树脂EM形成了膜，就可改善打印图像的耐磨性等。然而，增加例如颜料和树脂EM之类的固体组分会趋于发生在密集颗粒间距离处的凝聚，因此导致分散性的劣化。因此，难以将颜料和树脂EM均以高浓度分散到墨中。颜料比树脂EM更特别难分散。因此，迄今为止，颜料和树脂EM是通过减少二者之一的量来分散。更准确地说，以前是通过将墨中包含的颜料和树脂EM的比例分别设定为例如4wt％和15wt％或8wt％和4wt％来分散颜料和树脂EM。
然而，通过采用上述模式2，可以使用高浓度树脂EM墨作为第一液体并使用高浓度颜料墨作为第二液体。以这种方式，颜料墨和树脂EM墨都能以高浓度喷射。因此，可以在打印介质上沉积高浓度颜料墨和高浓度树脂EM墨，从而打印用单一墨难以实现的高质量图像，或者换句话说，具有良好显色性、优异耐磨性等的图像。具体地，使用模式2可将例如8wt％至12wt％范围内浓度的高浓度颜料和15wt％至20wt％范围内浓度的高浓度树脂EM分别沉积在打印介质上。
(流入侧的合流单元配置)
图6A至图6D是示出形成在元件板10中的一个液体流动通道13和一个压力室18的图。图6A至图6D表示液液界面形成为使得第一液体和第二液体在压力室18中布置在x方向上的对比例。图6A是从喷射口11侧(从+z方向侧)的透视图，并且图6B至图6D分别是沿图6A中的VIB-VIB线、VIC-VIC线和VID-VID线截取的剖视图。
在与压力室18中液体流动方向(图6A中的箭头方向)以及从压力产生元件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)上第一流入口20的长度将定义为L。同时，液体流动通道13宽度方向上的长度将定义为W。如图6A所示，第一流入口20的长度L比液体流动通道13的长度W短，并且L＜W的关系成立(参见图6A)。在这种配置的情况下，如图6C所示，第一液体31从第一流入口20流入液体流动通道13宽度方向上的中央区域中，而第二液体32沿着构成液体流动通道13的壁表面141流动，壁表面141在液体流动通道13中液体流动方向上位于左右。
图7A是在与图6C相同的剖视图中示出第一液体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的分布是使得液体速度在第一流入口20的壁表面处为零并且在第一流入口20的中央部处为最大。在第一液体31从第一流入口20排出之后，第一液体31在z方向上的速度分布v1成为速度分布vt1。
图7B是图6A的第一流入口20附近的放大图，是示出了液体流动通道13中第一液体31的速度分布和第二液体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在液体流动通道13中成为速度分布ut1，并且已变成速度分布ut1的第一液体31在液体流动通道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联接到液体流动通道13的弯曲部处改变。
同时，在液体流动方向上在液体流动通道13中第一流入口20上游侧第二液体32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。液体流动通道13中的第一液体31不太可能在液体流动通道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。因此，第二液体32以夹住第一液体31的方式流动。因此，液液界面更可能形成为使得第一液体31和第二液体32布置在液体流动通道13的水平方向(宽度方向)上。
在保持液液界面形成为使得第一液体31和第二液体32布置在液体流动通道13的水平方向(宽度方向)上的状态的同时，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不形成在液体流动通道13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在压力室18中压力产生元件12上方流动，使得大致占据从压力产生元件12到喷射口11的区域，如图6D所示。以这种方式，要喷射的液体大致由第一液体31组成，因此难以主要地喷射实现打印所必需的第二液体32。
图8A至图8E是用于说明形成在本实施例的元件板10中的一个液体流动通道13和一个压力室18的图。图8A是从喷射口11侧(从+z方向侧)的透视图，并且图8B是沿图8A中的VIIIB-VIIIB线截取的剖视图。图8C是本实施例的元件板中一个液体流动通道13附近的放大图。此外，图8D和图8E分别是沿图8A中的VIIID-VIIID线和VIIIE-VIIIE线截取的剖视图。与图6A一样，图8A示出第一流入口20的宽度方向尺寸L短于液体流动通道13的宽度方向长度W(L＜W)的配置。
合流壁41设置在液体流动通道13中液体流动方向(y方向)上在第一流入口20上游侧的基板15的表面(与液体接触的表面)上。合流壁41设置成从基板15的表面突起。合流壁41是具有在液体流动方向上比第一流入口20下游侧的基板15的表面更高定位的部分的壁。表述“具有更高定位的部分”意味着整个合流壁41并不总是必须在液体流动方向上比第一流入口20下游侧的基板15的表面更高地定位。换句话说，合流壁41是在第一流入口20联接到液体流动通道13的弯曲部处从第一液体31看位于y方向上游侧(图8B中的左侧)上的壁。由于合流壁41的存在，在第一液体31和第二液体32的合流单元处，第二液体32被引导成在比第一液体31更高的位置处(在+z方向上)流动。
图9A是在与图8D相同的剖视图中示出第一液体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分布成使得液体速度在第一流入口20的壁表面处为零并且在第一流入口20的中央部处为最大。在具有速度分布v1的流动的第一液体31从第一流入口20排出之后，第一液体31的速度分布v1成为速度分布vt1。由于合流壁41的影响，第二液体32被引导成在比第一液体31更高的位置处流动。因此，本实施例的液体流动通道13中第一液体31的速度分布vt1分布成使得液流在比合流壁41低的位置处在朝向液体流动通道13的壁表面141的方向上散布。
图9B是图8A的第一流入口20附近的放大图，是示出本实施例的液体流动通道13中第一液体31的速度分布和第二液体32的速度分布的矢量的图。由于在液体流动通道13中存在合流壁41，因此具有易于散布在整个液体流动通道13上的速度分布ut3的第一液体31在本实施例的第一流入口20联接到液体流动通道13的弯曲部处流动。此外，由于合流壁41设置在液体流动通道13中，因此从上游侧流动的第二液体32在合流壁41上流动。因此，具有速度分布u2的第二液体32不太可能在从合流壁41的-z方向上在液体流动通道13的每个壁表面141与第一流入口20之间流动。因此，易于在弯曲部处散布在整个液体流动通道13上的上述第一液体31成为在第一流入口20的下游侧端部处散布在整个液体流动通道13上的同时流动的具有速度分布u3的液流。
因此，在本实施例中，可以稳定地形成使得第一液体31和第二液体32在液体流动通道13高度方向上布置的这种液液界面。因此，在本实施例的压力室18中，第一液体31在压力产生元件12侧流动，并且第二液体32在喷射口11侧流动。因此，在发泡介质用作第一液体31并且具有打印形成所需功能的打印介质用作第二液体32的情况下，可以主要从喷射口喷射打印形成所需的第二液体32。
特别是，合流壁41的高度方向上的较大长度(图8B中的距离Z)更有效，以实现在液体流动通道13的高度方向上布置第一液体31和第二液体32的液液界面。同时，在第二液体32流动的合流壁41上的液体流动通道高度方向长度A2变得小于在没有设置合流壁41的情况下液体流动通道部分的高度方向长度A1。因此，随着合流壁41的高度方向上的长度Z变长，在合流壁41上流动的第二液体32的压力损失增加，从而使第二液体32的供应复杂化。尤其是在将具有打印形成所需功能的打印介质用作第二液体32并且作为发泡介质的水用作第一液体31以便稳定地喷射第二液体32的情况下，第二液体32的粘度比第一液体31的粘度高。考虑到这种情况，优选的是将合流壁上的第二液体32的高度设定为等于或小于液体流动通道高度的一半。
同时，如图8A所示，在本实施例中，合流壁41的宽度方向上的长度与液体流动通道13的宽度方向上的长度W等同。然而，本公开不限于这种配置。合流壁41的宽度方向上的长度可以短于液体流动通道13的宽度方向上的长度W。但是，为了形成在液体流动通道13的高度方向上布置第一液体31和第二液体32的液液界面，优选的是将合流壁41的宽度方向上的长度设定为与液体流动通道13的宽度方向上的长度W等同。在此，等同意味着，如果液体流动通道13的宽度方向上的长度W为1，则合流壁41的宽度方向上的长度在0.9至1.0的范围内。
在此，合流壁41可由基板15的一部分(例如硅基板的硅或硅基板上的膜)形成，或者可由与基板15不同的材料(例如树脂层和金属层)形成。
图10A至图10C是用于说明合流壁41的另一个实例的图。图10A是从喷射口11侧(从+z方向侧)的透视图，并且图10B是沿图10A中的XB-XB线截取的剖视图。图10C是本实施例的元件板中一个液体流动通道13附近的放大图。合流壁41可以配置成在基板15的从在液体流动通道13中液体流动方向上第一流入口20上游侧开口端部上方的位置到在液体流动通道13中液体流动方向上第二流入口21下游侧开口端部上方的位置的部分上连续延伸。
图11A和图11B是用于说明合流壁41在基板15上的位置的图。图11A是从喷射口11侧(从+z方向侧)的透视图，并且图11B是沿图11A中的XIB-XIB线截取的剖视图。
从液体流动通道13中液体流动方向(y方向)上合流壁41下游侧端部到液体流动通道13中液体流动方向上第一流入口20上游侧开口端部的距离将定义为间隙Le。合流壁41的间隙Le优选地满足以下关系：
Le≤(0.550Re+0.379exp(-0.148Re)+0.260)×De (公式3)，
其中，Re：雷诺数；
De：等效直径(4Af/Wp)；
Af：流动通道的横截面积；并且
Wp：润湿边缘的长度。
公式3是基于在液体流入类似于液体流动通道13的管道中的情况下液体流动完全发展所需入口长度而获得的公式。就一般的喷墨打印头而言，流动通道的横截面积为Af＝224μm2，润湿边缘的长度为Wp＝60μm，并且等效直径De为约14.9μm。因此，在雷诺数Re在0.1至1.0的范围内的情况下，公式3右侧的值与十几微米左右等同。因此，第一流入口的间隙Le优选地设定为Le＝0或Le≈0，或者换句话说，液体流动通道13中液体流动方向上合流壁41下游侧端部优选地位于液体流动通道13中液体流动方向上第一流入口20上游侧开口端部上。
在间隙Le不满足公式3的情况下，流入间隙Le的区域中的第二液体32的液流在间隙Le的区域中在朝向液体流动通道13的壁表面141的方向上散布。因此，第二液体32的流动阻挡了朝液体流动通道13的壁表面141的方向上散布的第一液体31的流动。因此，在间隙Le不满足公式3的情况下，更有可能的是如图6A至图6D所示在x方向上布置第一液体31和第二液体32的液液界面将形成在压力室18中。
参考图8A至图8E和图10A至图10C描述的液体流动通道13中液体流动方向上合流壁41下游侧端部位于液体流动通道13中液体流动方向上第一流入口20上游侧开口端部上。因此，参考图8A至图8E和图10A至图10C描述的合流壁41是具有由Le＝0表示的间隙Le的合流壁41。
图12A至图12C是用于说明设置刻陷部的实例的图，代表了设置合流壁41的另一个实例。图12A是从喷射口11侧(从+z方向侧)的透视图，并且图12B是沿图12A中的XIIB-XIIB线截取的剖视图。
图12A至图12C所示基板15的表面设置有位于液体流动方向上第一流入口20下游侧的刻陷部42。刻陷部42形成为位于图12B中比基板15的表面151低距离Z的位置处。在液体流动通道13中液体流动方向上第一流入口20上游侧，在表面151中没有设置刻陷部。因此，在液体流动通道13中，比液体流动方向上第一流入口20下游侧的基板15的一部分的表面位于更高位置处的部分形成在液体流动通道13中液体流动方向上第一流入口20上游侧的基板15的表面上。换句话说，在第一流入口20周围的区段处，-y方向上游侧部分比+y方向下游侧部分相对而言高出距离Z。由于设置了刻陷部42，在液体流动通路13中液体流动方向上第一流入口20上游侧的基板15的部分具有与合流壁相似的功能。同样在这种情况下，从在弯曲部处的第一液体31角度来看，合流壁是位于y方向上游侧(图12B中的左侧)的壁。因此，该配置也可以稳定地形成在液体流动通道13高度方向上布置第一液体31和第二液体32的液液界面。
需注意，例如，可以通过蚀刻基板15的氧化膜或干蚀刻基板15来形成刻陷部42。刻陷部42可与参考图10A至图11B描述的合流壁41一起使用。
如上所述，根据本实施例，可以稳定地形成使得第一液体31和第二液体32在压力室18中在高度方向(竖直方向)上并排流动的液液界面。因此，在第二液体32存在于喷射口侧的同时，第一液体31与压力产生元件12接触。因此，可以通过利用压力产生元件12使第一液体31发泡来喷射第二液体32。
在此，在压力室18中流动的第一液体和第二液体中的任一种可在压力室18与外部单元之间循环。如果不进行循环，则会大量产生在液体流动通道13和压力室18中已形成平行流但尚未喷射的第一液体和第二液体中任一种。因此，第一液体和第二液体与外部单元的循环使得可使用尚未喷射的液体来再次形成平行流。
(第一液体和第二液体的具体实例)
根据上述实施例的配置，阐明了第一液体和第二液体中所需的主要功能。具体地，第一液体通常可以是用于产生膜沸腾的发泡介质，而第二液体通常可以是要喷射到大气中的喷射介质。与现有技术相比，本实施例的配置可改善第一液体和第二液体中所含组分的自由度。现在，下面将基于具体实例详细描述这种配置中的发泡介质(第一液体)和喷射介质(第二液体)。
例如，本实施例的发泡介质(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使介质中产生膜沸腾并因此产生气泡的快速生长，或者换句话说，使得热能能够有效地转化为发泡能量。水特别适合作为这种介质。尽管具有小分子量18，但水具有高沸点(100℃)以及高表面张力(在100℃为58.85达因/cm)，并且因此具有约22MPa的高临界压力。换句话说，在膜沸腾时水也具有极高的发泡压力。通常，采用通过利用膜沸腾来喷射墨的模式的喷墨打印设备优选地使用通过使水包含着色材料(例如染料和颜料)而制备的墨。
然而，发泡介质不限于水。任何其他物质都可以作为发泡介质，只要物质的临界压力等于或大于2MPa(或优选地等于或大于5MPa)即可。除水之外的发泡介质实例包括甲醇和乙醇。也可以使用任意这些液体与水的混合物。同时，还可以使用通过向水中添加上述着色材料(例如染料和颜料)、添加剂等而制备的介质。
另一方面，例如，在本实施例的喷射介质(第二液体)中，不需要像在发泡介质情况下那样实现膜沸腾的物理特性。同时，结垢材料粘附到电热转换器(加热器)上会因使加热器表面平坦度受损或导热性降低而导致发泡效率降低。然而，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垢组分。换句话说，本实施例的喷射介质免除了产生膜沸腾和避免结垢所需的物理条件，这些是用于热敏头的常规墨中所需的相关条件，从而组分的自由度得到改善。因此，喷射介质可更有效地包含适合于喷射后应用用途的组分。
例如，在本实施例中，在喷射介质中可以更有效地包含因易在加热器上结垢而迄今为止未使用的颜料。同时，本实施例中，除了临界压力极低的水性墨之外的液体也可用作喷射介质。此外，还可使用具有特殊功能的各种墨，这些墨难以通过常规的热敏头来处理，例如紫外线固化墨、导电墨、电子束(EB)固化墨、磁性墨以及固体墨，它们也可用作喷射介质。同时，本实施例的液体喷射头还可通过使用任何血液、培养细胞等作为喷射介质而用于除成像之外的各种应用中。液体喷射头还适用于包括生物芯片制造、电子电路印刷等等其他应用。由于对第二液体没有限制，所以第二液体可采用与作为第一液体实例列举的那些液体相同的液体。例如，即使两种液体都是各自含有大量水的墨，也仍然可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，这取决于例如使用模式等情况。
(第二实施例)
本实施例描述了液体喷射头1的另一种模式，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。将描述本实施例，同时本实施例主要针对与第一实施例的特征不同的特征。在这种情况下，在本实施例中未具体提及的特征应认为与第一实施例中的特征相同。
(水相厚度与合流壁之间的关系)
图13A至图13C是示出形成在本实施例的元件板10中的一个液体流动通道和一个压力室18的图。图13A是从喷射口11侧(从+z方向侧)的透视图，并且图13B是沿图13A中的XIIIB-XIIIB线截取的剖视图。同时，图13C是元件板中的一个液体流动通道13附近的放大图。
如图13B所示，本实施例包括在第二液体32流动方向上第一流入口20上游侧与液体接触的基板15的表面151上设置的合流壁41。如图8A至图8E所示，合流壁41是间隙Le＝0的合流壁。
本实施例的特征在于，合流壁41设置有向液体流动方向下游突出的突出部43。合流壁41和突出部43一体地形成，并且突出部43形成为与第一流入口20相对。由于合流壁41设置有突出部43，因此可以抑制第二液体32流入在第一流入口20与突出部43之间的流动通道中。因此，第一液体31主要在第一流入口20与突出部43之间的流动通道中流动，以便允许第一液体31和第二液体32以甚至在突出部43下游侧流动通道的高度方向上布置的方式流动。需注意，如图13A所示，合流壁41的宽度方向上的长度优选地等于液体流动通道的宽度方向上的长度W。
(水相厚度与突出部的突出量之间的关系)
图14A至图14C是图13B中合流壁41附近的放大图，是用于说明合流壁41的突出部43的突出量的图。突出部43的下游侧(+y方向)端部与第一流入口20的下游侧(+y方向)开口端部之间的距离将定义为间隙C3。同时，在突出部43的下游侧端部位于第一流入口20的下游侧端部的上游的状态下的间隙将定义为负间隙(C3<0)。
图14A是示出突出部43的间隙C3为负(C3<0)的状态的实例的图。在该实例中，突出部43不覆盖第一流入口20的全体。图14B是示出突出部43的间隙C3等于零(C3＝0)的状态的实例的图。在该实例中，突出部43完全覆盖第一流入口20。图14C是示出突出部43的间隙C3为正(C3>0)的状态的实例的图。在该实例中，突出部43完全覆盖第一流入口20，并且突出部43的末端到达第一流入口20的下游侧的流动通道部分。
从液液界面形成为使得第一液体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中流动的观点来看，代表了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。在如图14A所示突出部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，要喷射的液体更容易包含第一液体31。然而，可以稳定地喷射第二液体32。因此，如果期望减少在从喷射口11喷射的液体中所包括的第一液体31的量，则以满足间隙C3等于或大于0(C3≥0)的方式形成突出部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)的方式形成突出部43。
图14C至图14E是用于说明代表突出部43高度方向位置的各种合流壁高度b的情况的图。图14C是示出合流壁高度b大致等于第一液体31的相厚度h1的实例的图。图14D是示出合流壁高度b小于第一液体31的相厚度h1的实例的图。图14E是示出合流壁高度b大于第一液体31的相厚度h1的实例的图。
在粘度比和流量比恒定的情况下，水相厚度hr是恒定的。因此，只要液体流动通道13高度方向上的长度相同，第一液体31的相厚度h1就保持恒定的厚度。因此，在图14C至图14E中，压力室18中第一液体31的相厚度h1在突出部43的各配置中相同。
在将具有打印形成所需功能的打印介质用作第二液体32并且充当发泡介质的水用作第一液体31以便实现第二液体32稳定喷射的情况下，第二液体32的粘度比第一液体31的粘度高。在这种情况下，优选的是增加第二液体32的供应。随着合流壁高度b变大，位于合流壁41上方的上流动通道132的高度方向上的长度变小。因此，在这种情况下，在上流动通道132上流动的第二液体32的流量受到限制。因此，在将具有打印形成所需功能的打印介质用作第二液体32并且将充当发泡介质的水用作第一液体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，本实施例也可以使液液界面形成为使得第一液体31和第二液体32在布置在高度方向(竖直方向)上的同时在压力室18中流动。因此，第一液体31与压力产生元件12接触，并且第二液体32存在于喷射口侧。因此，可以利用压力产生元件12使第一液体31发泡，并且因此喷射第二液体32。
(第三实施例)
本实施例也使用图1至图3中所示的液体喷射头1和液体喷射设备。
图15A至图15C是示出本实施例的液体流动通道13的配置的图。本实施例的液体流动通道13与前述各实施例中描述的液体流动通道13的不同之处在于，除了第一液体31和第二液体32以外，还允许第三液体33在液体流动通道13中流动。通过允许第三液体33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15A是从喷射口11侧(从+z方向侧)的透视图，并且图15B是沿图15A中的XVB-XVB线截取的剖视图。在本实施例的液体流动通道13中，各液体流动的方式是除了在上述各实施例中在第一液体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。在对应于液体流动通道13内表面(底部)的基板15中，在y方向上依次形成第二流入口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以及第二流出口26。包括有喷射口11和压力产生元件12的压力室18在液体流动通道13中大致位于第一流入口20与第一流出口25之间的中央处。
正像如上所述各实施例那样，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流入液体流动通道13中，随后在y方向上流过压力室18，随后流出第一流出口25和第二流出口26。通过第三流入口22流入的第三液体33被引入到液体流动通道13中，随后在y方向上在液体流动通道13中流动，随后流过压力室18，并且流出第三流出口27并且回收。因此，在液体流动通道13中，第一液体31、第二液体32和第三液体33一起在第一流入口20与第一流出口25之间在y方向上流动。在这种情况下，在压力室18内部，第一液体31与压力产生元件12所处的压力室18内表面接触。同时，第二液体32在喷射口11处形成弯液面，同时第三液体33在第一液体31与第二液体32之间流动。
同样在本实施例中，正如上述第一实施例那样，合流壁411设置到在液体流动方向上在第一流入口20上游侧的基板部分处。此外，在本实施例中，合流壁412设置到在液体流动方向上在第三流入口22上游侧的基板部分处。这些合流壁411和412具有与上述第一实施例的合流壁41相同的功能。图15C是图15B中压力室附近的放大图。设置合流壁411和412使得可以在压力室18中在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，也可以如上述第二实施例那样设置合流壁41。这同样适用于使四种以上液体以层流形式在液体流动通道13中流动的情况。
(其他实施例)
上述各实施例是基于第一流入口20的宽度方向上的长度L小于液体流动通道13的宽度方向上的长度W(L<W)的结构。然而，也可以有第一流入口20的宽度方向上的长度L等于液体流动通道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大于液体流动通路13的宽度方向上的长度W(L＞W)的模式。同样在这些模式中，设置合流壁41对于形成液液界面以使得第一液体31和第二液体32在高度方向上彼此堆叠的同时在压力室18中流动是有效的。
图16A和图16B是示出第一流入口20的宽度方向上的长度L大于液体流动通道13的宽度方向上的长度W(L>W)的上述模式的图。图16A是从喷射口11侧(从+z方向侧)的透视图，并且图16B是沿图16A中的XVIB-XVIB线截取的剖视图。尽管图16A和图16B是示出为满足L＞W的结构设置根据第二实施例的合流壁41和突出部的模式的图，但是如在第一实施例中那样液体流动通道可以仅设置有合流壁41。
根据本公开的液体喷射头和包括液体喷射头的液体喷射设备不仅限于配置成喷射墨的喷墨打印头和喷墨打印设备。本公开的液体喷射头、液体喷射设备和液体喷射方法可应用于各种设备，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、以及与各种处理设备整合的其他工业打印设备。特别是，由于各种液体可用作第二液体，所以液体喷射头、液体喷射设备和液体喷射方法也适用于其他应用，包括生物芯片制造、电子电路印刷等等。
根据本公开，可以通过使喷射介质和发泡介质在压力室中布置在高度方向上的同时流动来稳定充当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，但是应理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围应赋予最广义的解释，以便涵盖所有变型以及等同的结构和功能。

Claims (17)

1.一种液体喷射头，包括：
基板，包括配置成向第一液体施加压力的压力产生元件；
构件，设置有配置成喷射第二液体的喷射口；
压力室，包括喷射口和压力产生元件；以及
利用基板和所述构件形成的液体流动通道，液体流动通道包括压力室并且允许至少第一液体和第二液体流动，其中，
基板包括：
第一流入口，位于液体流动通道中液体流动方向上压力室的上游侧，并且配置成允许第一液体流入液体流动通道中，
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动通道中，以及
壁，设置在第一流入口与第二流入口之间，并且壁的一部分比在液体流动通道中液体流动方向上第一流入口下游侧基板表面位于更高的位置处；并且
在压力室中，第一液体在与压力产生元件接触的情况下流动，并且第二液体比第一液体更靠近喷射口流动；并且
第一液体与第二液体相接触地流动。
2.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中，第一液体和第二液体在压力室中形成层流。
3.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中，第一液体和第二液体在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，壁的下游侧端部位于第一流入口上游侧开口端部的上方。
5.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中，壁从第二流入口下游侧开口端部上方的位置连续地延伸到第一流入口上游侧开口端部上方的位置。
6.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中，壁从第一流入口与第二流入口之间的基板表面突出。
7.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中，在作为从压力产生元件朝向喷射口的方向的高度方向上的壁长度是液体流动通道在高度方向上的长度的一半以下。
8.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中，
基板包括位于第一流入口的下游侧并且通过使基板表面刻陷而形成的刻陷部；并且
壁是设置在第一流入口与第二流入口之间并且表面比刻陷部位于更高位置处的基板部分。
9.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中，壁包括从壁向下游侧突出的突出部。
10.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中，液体流动通道的宽度方向上的长度小于第一流入口的宽度方向上的长度，宽度方向正交于液体流动通道中的液体流动方向并且正交于从压力产生元件到喷射口的方向。
11.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中，液体流动通道的宽度方向上的长度大于第一流入口的宽度方向上的长度，宽度方向正交于液体流动通道中的液体流动方向并且正交于从压力产生元件到喷射口的方向。
12.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中，在压力室中流动的第一液体在压力室与外部单元之间循环。
13.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中，第一液体的临界压力等于或大于5MPa。
14.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中，第二液体是包含颜料的水性墨和乳剂中的任一种。
15.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中，第二液体是固态墨和紫外线固化墨中的任一种。
16.一种液体喷射模块，用于构成根据权利要求1至15中任一项所述的液体喷射头，其中，
液体喷射头是通过布置多个液体喷射模块而形成的。
17.一种液体喷射设备，包括：
根据权利要求1至15中任一项所述的液体喷射头；
控制单元，配置成对使液体在液体流动通道中流动进行控制；以及
驱动单元，配置成驱动压力产生元件。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7350556B2 (ja) 2019-08-01 2023-09-26 キヤノン株式会社 液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出モジュール
JP7341785B2 (ja) 2019-08-13 2023-09-11 キヤノン株式会社 液体吐出ヘッド、液体吐出装置、液体吐出モジュール及び液体吐出ヘッドの製造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1179383A (zh) * 1996-07-12 1998-04-22 佳能株式会社 伴有活动件位移的排液方法、实施该方法的喷液头和喷液设备
US6164763A (en) * 1996-07-05 2000-12-26 Canon Kabushiki Kaisha Liquid discharging head with a movable member opposing a heater surface
CN102189798A (zh) * 2010-03-10 2011-09-21 精工爱普生株式会社 液体喷射头、液体喷射装置和压电元件
CN103287101A (zh) * 2012-02-23 2013-09-11 珠海纳思达电子科技有限公司 压电促动器及液体喷头
CN109203678A (zh) * 2017-06-29 2019-01-15 佳能株式会社 液体喷出头和液体喷出装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06305143A (ja) 1993-04-23 1994-11-01 Canon Inc 液体吐出方法、液体吐出ユニットおよびインクジェット記録装置
JP3647205B2 (ja) 1996-06-07 2005-05-11 キヤノン株式会社 液体吐出方法、液供給方法、液体吐出ヘッド、該液体吐出ヘッドを用いた液体吐出ヘッドカートリッジ、及び液体吐出装置
JPH11227210A (ja) 1997-12-05 1999-08-24 Canon Inc 液体吐出ヘッド、該ヘッドの製造方法、ヘッドカートリッジおよび液体吐出装置
US6386686B1 (en) 1998-12-03 2002-05-14 Canon Kabushiki Kaisha Liquid discharge head, manufacturing method of liquid discharge head, head cartridge, and liquid discharge apparatus
JP6708457B2 (ja) 2016-03-29 2020-06-10 キヤノン株式会社 液体吐出ヘッド及び液体の循環方法
JP6976753B2 (ja) 2017-07-07 2021-12-08 キヤノン株式会社 液体吐出ヘッド、液体吐出装置、及び液体の供給方法
JP7039231B2 (ja) 2017-09-28 2022-03-22 キヤノン株式会社 液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置
EP3603977B1 (en) 2018-07-31 2024-03-27 Canon Kabushiki Kaisha Liquid ejection head and liquid ejection module
US11007773B2 (en) 2018-07-31 2021-05-18 Canon Kabushiki Kaisha Liquid ejection head, liquid ejection module, and liquid ejection apparatus
CN110774760B (zh) 2018-07-31 2021-10-22 佳能株式会社 液体喷射头、液体喷射模块和液体喷射设备
JP7286394B2 (ja) 2018-07-31 2023-06-05 キヤノン株式会社 液体吐出ヘッド、液体吐出モジュール、液体吐出装置および液体吐出方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6164763A (en) * 1996-07-05 2000-12-26 Canon Kabushiki Kaisha Liquid discharging head with a movable member opposing a heater surface
CN1179383A (zh) * 1996-07-12 1998-04-22 佳能株式会社 伴有活动件位移的排液方法、实施该方法的喷液头和喷液设备
CN102189798A (zh) * 2010-03-10 2011-09-21 精工爱普生株式会社 液体喷射头、液体喷射装置和压电元件
CN103287101A (zh) * 2012-02-23 2013-09-11 珠海纳思达电子科技有限公司 压电促动器及液体喷头
CN109203678A (zh) * 2017-06-29 2019-01-15 佳能株式会社 液体喷出头和液体喷出装置

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