CN1150090A - 液滴喷射装置和液滴喷射方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能逐滴飞射出远小于液滴喷射的开口孔径的液滴，并且还能稳定地改变液滴大小的液滴喷射装置。为此，在一个带有一个开口的液滴喷射室中的自由液面上产生向一个液滴喷射点运动的表面波。该表面波由一个包括该液滴喷射室、一块振动板和一个压力致动器的表面波发生器产生。由于表面波发生器在与一个液滴喷射点距离大致相等的位置上生成该表面波，所以表面波的波幅逐渐加大并由于互扰而增强，液滴在液滴喷射点处被分开并从那里被喷射出去。

Description

液滴喷射装置和液滴喷射方法

本发明涉及一种液滴喷射装置，具体而言，涉及一种使微小液滴飞射到记录介质上以记录下视觉图象的喷墨记录头。本发明涉及一种液滴喷射装置，具体而言，涉及这样一种装置，该装置使在常温下是固体而加热后熔化的导电性材料以液滴状态的方式喷射到电路基板或类似物上并且在基板上形成连接集成电路LSIs或类似物的凝固块。

在作为已有技术的用于喷墨打印机的液滴喷射装置中，包括一种US3946398专利所述的装置，如图13(a)所示，一个压力件12来回摆动使一个墨水室30体积扩张，因而从一个墨水槽(未画出)中吸入如墨水的液体14，随后如图13(b)所示，压缩墨水室30的体积，对液体14施加压力从而使液滴20从一个喷嘴31中飞射到一种记录介质上。在日本专利特许号61(1986)-59911中公开了另一种装置，其中一个加热元件设置于一个墨水室中，由墨水中的热能瞬时产生气泡，通过气泡的膨胀力喷射出墨水。根据这种已有技术，可以设计出许多应用泵原理的液滴喷射装置。

已知飞射雾状液滴的液滴喷射装置包括在日本专利特开号4(1992)-14455、4(1992)-299148、5(1993)-38810的公报中所披露的装置。根据专利特开号4(1992)-14455的装置如图14(a)和14(b)所示使用一块传播板32作为驱动机构，在该传播板的传播面33的一端形成许多对针状电极IDT34；将大约20兆赫的高频交流电压施加给驱动器以激励传播面33表面并因此生成表面弹性波A。由此生成的表面弹性波A沿图中箭头所示方向移动，当它到达与墨水1接触的传播面33的部分时，穿过接触面而透入墨水14中，形成了纵向弹性波(声波)，该声波激励位于一个槽36中的一个墨水表面37而飞射出雾状液滴20。

在如专利特开号4(1992)-299148所述的装置中，如图15所示，在一个槽件38和一个共振器39之间形成一个构成墨水室30的缝。墨水室30通过虹吸效应注满墨水14；在厚度方向对共振器39施加共振；振动能被传递给墨水而最终在一个位于墨水出口40的墨水内表面41上形成一个自由表面波，从而，利用表面波互扰使墨水微粒根据共振器的振动频率以雾状被喷射出去。

根据专利特开号5(1993)-38810的装置，如图16所示，一对电极43设置在一块压电板42的上下表面，一个喷嘴45通过一个缝支承件44与该压电板相连，该缝通过虹吸效应注满墨水14。当由共振器频率(其由压电板42厚度决定)施加的电压施加在电极43构成的重叠面46时，压电板42共振在墨水14中产生超声波。超声波穿过墨水14，在注入一个喷嘴31的墨水刚超过该重叠面46时的墨水14的表面37上生成表面波。当表面波的振幅超过一定限度后，墨滴20从喷嘴31中以雾状被喷射出去。

根据上述任一个专利特开号1992-14455、1992-299148、1993-38810所述的装置，尽管在墨水表面产生表面波的方式不同，但都是根据与超声波润湿喷雾相同的原理，在自由液面上自由地生成表面波，并且利用表面波互扰使液体从非限定的众多喷射点中以雾状喷射出去。

在日本专利特开号63(1988)-162253公报中披露了一种利用声流声压的液滴喷射装置。根据该专利中所述装置，如图17所示，通过一个压电传感器47的振动产生超声波，并且利用一块球面隔音透镜48使超声波会聚在液体14的自由液面15上的一点，从而当声波撞击液体14的自由液面15时产生的辐射压将液滴20从自由液面上分开并将液滴喷射出去。

人们迫切需要喷墨和其它类型的打印机能提供彩色图象的输出。为了满足这种需求需要由明转暗时连续和光滑的色调层次的打印性能。为了在喷墨方法中获得这样一种层次打印性能，就必须通过调节象素之间的墨滴体积来调制层次，或是由许多远小于象素的墨滴构成每个象素并改变墨滴数目来调制层次。通过上述任一种方法，为了实现光滑的色调层次而不出现突变，形成远小于象素的液滴的技术是不可或缺的。但是，由于以下原因，用上述任一种液滴喷射装置都很难形成微小的液滴。

对于如US3946398专利和日本专利特开号1986-59911公报所述的液滴喷射装置，如图13(a)和13(b)所示，能喷射出的液滴最小直径大约等于喷嘴孔径，这是由于它们都利用泵原理液滴喷射的缘故，并且很难喷射出直径等于如1/10喷嘴孔径的液滴。因此，为了能使上述任一种液滴喷射装置喷射出微小的液滴，喷嘴孔径应该缩小到大约等于液滴所需的直径。但是，这样小的喷嘴孔径会使喷嘴更容易被阻塞，因而其更加不可靠。因此，很难形成直径小到几1m-20um的微小液滴。另外，小喷嘴孔径意味着需要更精确的机构，其后果是，根据泵原理的装置必须喷射出微小的液滴，使该装置的可靠性和生产能力都出现问题。

另外，如日本专利特开号1992-14455、1992-299148、1993-38810公报所述的、在自由液面产生表面波并与以雾状液滴的方式喷射的液滴喷射装置，能喷射出雾状的直径小至几um的液滴。它们还能通过调整喷射周期来控制到达记录介质上的液滴数目。但是，对于这些液滴喷射装置，由于它们都利用自由生成于自由液面的表面波的互扰，其结果是液滴以雾状从非限定的众多喷射点中被喷射出去，导致喷射出的液滴的直径波动变化，另外，每一滴之间的喷射方向和速率也在变化。这必然导致每一滴之间的控制能力出现问题，而对于喷墨记录头和凝固块成型装置而言，控制能力必须精确。也就是说，该装置很难精确控制到达记录介质上的液滴位置和体积。

如日本专利特开号1988-162253公报所述的、利用声波的液滴喷射装置需要大型超声波振荡器，这是因为振动能量没有得到充分利用，因而导致整体硬件尺寸相应的加大。另外，由于隔音透镜的聚焦点很近，因此需要精确控制自由墨水表面的装置，以及由于每个超声波振荡器都需要一个隔音透镜，所以不可避免地使硬件结构复杂化。此外，由于电路结构需要一个传递数百兆赫信号的频带，其中包括一个发生和放大从几兆赫到数百兆赫的高频信号的高频功率放大和发生部分和一个高频功率转换部分，所以该装置成本很高。

本发明的一个发明目的是，解决这些已有技术难题，并提供一种能逐滴喷射出远小于开口的液滴的液滴喷射装置，该液滴从该开口被喷到每滴所要求到达的位置，另外，本发明结构简单而且成本低廉。本发明另一个目的是，提供一种能稳定改变液滴尺寸的液滴喷射装置。

在本发明中，提供了一种包含至少一个液滴喷射室和一个用于在注满该液滴喷射室的液体自由表面生成表面波的表面波发生器的液滴喷射装置，该液滴喷射室有一个包含一个液滴喷射点的开口，所述自由表面形成于该液滴喷射室的开口处，表面波在与该液滴喷射点距离大致相等的位置上并且向着该液滴喷射点运动。

根据本发明的液滴喷射装置，该表面波可以有一个以该液滴喷射点为中心的圆形形状。

根据本发明的液滴喷射装置，该表面波发生器可以有一个能按要求控制表面波波长和波幅的波形控制器。

在本发明的液滴喷射装置中，该表面波发生器至少包括一个具有圆形或多边形开口的液滴喷射室和一个使靠近液滴喷射室底部的那部分液体以脉冲流动的形式从该液滴喷射室流向表面的液流发生器，该开口孔径在深度方向是逐渐增大的，该表面波发生器的结构能使该液流的流动防止液滴从该自由液面喷射出去。

在本发明的液滴喷射装置中，该液流发生器设有一个能按要求地控制所述液流的流速和周期的液流控制器。

在本发明的液滴喷射装置中，该液流发生器包括一块连接于该液滴喷射室底部并能沿从该液滴喷射室底部向表面的方向上移动的振动板和一个固定在该振动板上的致动器。

在本发明的液滴喷射装置中，该液流发生器的特点在于在靠近该液滴喷射室底部的附近设置一个加热元件。

在本发明的液滴喷射装置中，该加热元件设置在该液滴喷射室底部的周边。

在本发明的液滴喷射装置中，所述液体是一种在常温下是固体而加热后熔化的热熔介质，该装置设有该热熔介质的加热机构。

在本发明的液滴喷射装置中，所述热熔介质是导电的。

根据本发明的液滴喷射方法，向该液滴喷射点运动的表面波生成于自由液面上的与该液滴喷射点距离大致相等的位置上。

本发明的上述和其它目的、特点和优点将在下面结合附图的具体描述中更加清楚可见。

其中：

图1(a)和1(b)画出了作为本发明第一和第四实施例(实施例1和4)的液滴喷射装置；图1(a)和1(b)分别画出包含许多液滴喷射装置的总体平面图和一个液滴喷射装置的横截面图；

图2所示是本发明实施例1中的压力致动器的驱动波形；

图3(a)、3(b)和3(c)画出本发明实施例1中的液滴喷射过程；图3(a)、3(b)和3(c)分别画出处于表面波生成状态的液滴喷射装置的横截面图和处于由表面波运动产生的液柱状态的液滴喷射装置的横截面图以及液滴处于飞射状态的液滴喷射装置的横截面图；

图4(a)和4(b)画出一个安装了本发明液滴喷射装置的喷墨记录头的结构；图4(a)和4(b)分别画出该记录装置的透视图和该记录头的主视图；

图5(a)和5(b)对本发明实施例1中的不同状态进行比较；图5(a)画出了处于由液流直接作用而以雾状喷射出液滴状态下的液滴喷射装置的横截面图，图5(b)画出了处于由液流直接作用而喷射出尺寸大约等于开口孔径的液滴状态下的液滴喷射装置的横截面图；

图6(a)和6(b)画出本发明第二和第三实施例(实施例2和3)的平面图；图6(a)和6(b)分别画出具有十二边形和六边形开口的液滴喷射装置；

表现本发明第五(实施例5)实施例的图7画出了使用包括一个具有加热元件和液滴喷射室的表面波发生器的液滴喷射装置的横截面图；

表现本发明第六实施例(实施例6)的图8画出了在其表面波发生器中加热元件只设置在该液滴喷射室底部周边的液滴喷射装置的横截面图；

图9画出了本发明使用热融墨水的第七实施例(实施例7)的横截面图；

图10画出了根据本发明第八实施例(实施例8)的凝固块成型装置的示意性结构；

图11(a)和11(b)画出了本发明的液滴喷射装置；图11(a)和11(b)分别画出其液滴喷射室具有一个在深度方向上增大的喇叭形开口的液滴喷射装置的横截面图和其液滴喷射室具有一个在深度方向上增大的阶梯形开口的液滴喷射装置的横截面图；

图12(a)、12(b)和12(c)画出本发明液滴喷射装置的横截面图；

图13(a)和13(b)画出已有技术的根据利用泵原理的液滴喷射装置横截面图；

图14(a)和14(b)画出根据利用表面波互扰以雾状液滴喷射的已有技术的液滴喷射装置的横截面图；图14(a)和14(b)分别画出一张透视图和横截面图；

图15画出根据利用表面波互扰以雾状液滴喷射的已有技术的液滴喷射装置的横截面图；

图16画出根据利用声波辐射压以雾状液滴喷射的已有技术的液滴喷射装置的横截面图。

参考图3(a)、3(b)和3(c)，以下将描述本发明如何工作。这些图包括显示液滴喷射过程的液滴喷射装置的横截面图。图3(a)、3(b)和3(c)分别画出处于表面波生成状态的液滴喷射装置的横截面图和处于由表面波运动产生的液柱状态的液滴喷射装置的横截面图以及液滴处于飞射状态的液滴喷射装置的横截面图。图中，标号10代表一个液滴喷射室；11代表一块振动板；12代表一个压力致动器；21代表一个表面波发生器；13代表一个开口。

如图3所示，本发明的液滴喷射装置具有带开口13的液滴喷射室10和用于产生表面波16的表面波发生器21，该表面波越过注满液滴喷射室10的液体的自由表面15向一个液滴喷射点17运动。

如图3(a)所示，表面波发生器21在与该液滴喷射点距离大致相等的位置上产生表面波16。因此，表面波16生成于一个环绕液滴喷射点17的圆形或多边形的部分或全部周边上。随着表面波16向液滴喷射点17运动，同相的表面波彼此干扰，表面波16波幅逐渐增大。其结果是，一个液柱如图3(b)所示生成于液滴喷射点17附近。波幅在液滴喷射点17达到最大值，最终分离出一个液滴，并如图3(c)所示将其从液柱18顶面喷射出去。

如从图3(b)、3(c)中清晰可见，所喷射出的液滴20直径根据即将喷射前的液柱18厚度(直径)成比例地变化。液柱18直径又根据表面波16的波长基本上成比例地变化。在此，如图3(a)所示，表面波波长由λ表示。液滴20是否喷射取决于液柱18高度即表面波16波长。因此可以看出，根据本发明，液滴直径不依赖于开口尺寸而可随表面波16的波长改变。另外，液滴是否喷射可通过改变表面波16波幅加以控制。

通过从液滴喷射室10底部向表面流动的脉冲液流22能生成这种表面波，该喷射室的开口如图3(a)所示由顶至底逐渐增大。从液滴喷射室10底部向表面流动的液流22在靠近液滴喷射室10壁面附近受到的压力增强，这是因为开口孔径向表面缩小，并且液流靠近壁面处流速增加，导致在自由液面15生成与开口13形状相符的表面波16。因此，如果使用一个圆形开口，生成圆形表面波，或者当使用多边形开口时，生成多边形表面波。实践进一步证明，此处，形成的表面波16的波长λ主要通过改变液流22的产生周期而可按要求地加以控制，生成的表面波16波幅主要通过改变液流22的流速而可根据需要加以调整。本发明中所用的术语“液流”总体定义为非压缩性液流和由于液体压缩产生的声流。

当表面波16生成圆形形状时，表面波由于互扰而表现出最大波幅放大率，由于完全同相的表面波在互扰状态下向液滴喷射点运动，所以它能做到最有效的、最稳定和可靠的液滴喷射。

以下将具体描述本发明的优选实施例。

实施例1

图1(a)和1(b)分别画出构成本发明第一优选实施例的液滴喷射装置的总体平面图和横截面图。如图1(a)所示，实施例1包括许多平行设置用于喷墨记录头的液滴喷射装置。如图1(b)所示，每个液滴喷射装置包括一个其开口孔径沿深度方向逐渐增大的液滴喷射室10和一块连接到该液滴喷射室10底部的振动板11以及一个连接到振动板11上的压力致动器12。液滴喷射室10注满墨水并通过一个墨水输入通道26与一个墨水槽19相通。此处，开口13和液滴喷射室10底部是圆形，直径分别为80和240um，液滴喷射室10深度为100um。紧邻开口13之间的中心距是254um。

首先校验液滴喷射装置的喷液性能。实践证明，当给压力致动器12施加一个如图2所示的时间宽度为3us和位移宽0.2um的单三角波形的时间响应时，大约15um的墨滴能被稳定地从开口13中心喷射出去。频闪观测这些液滴20是如何被喷射出去的。当压力致动器12被驱动以便于移动振动板11时，首先观测到如图3(a)所示的圆形表面波16生成过程。当这些圆形表面波16向中心，即向一个液滴喷射点运动时，它们的波幅逐渐加大并且在液滴喷射点17附近形成一个如图3(b)所示的液柱18。随后紧接着，如图3(c)所示，一滴直径大约15um的墨水20与液柱18分开并向上射出。由此证明，由于本发明的液滴喷射装置利用表面波互扰而喷射出液滴，因此它能喷射出远小于开口13孔径的墨滴20。尽管在该特殊实施例中的压力致动器12形成的驱动波形是如图2所示的三角形，进一步证明，只要能在自由液面15生成如图3(a)所示的表面波16，任何波形如正弦波、矩形波或复合波都能象在实施例1中那样用于喷射出直径远小于开口13孔径的墨滴。

另外，由这种液滴喷射装置构成了一种喷墨记录头，并用该记录头进行一种打印实验。图4(a)画出该打印机的外部透视图，图4(b)画出位于记录头的记录纸对面的开口13的平面图。在图中，标号51代表记录纸，52代表记录头，53代表一个压印盘。由许多开口13的记录头52固定在一个托架54上，从而使这些液滴喷射开口13位于压印盘53对面，而记录纸51位于二者之间。四列32个用作喷墨点的开口13都象图4(b)所示的那样错开设置，因而，记录头52总共有128个间隔63.5um的开口13。顺便说一句，每个液滴喷射装置是否喷射墨水能够彼此独立地由电打印信号控制。

根据以下方式完成打印。首先，如图4(a)所示，使记录头52通过托架54扫描压印盘53(主扫描)。当128个液滴喷射装置根据图象信号在主扫描方向上的中心距为15.875um时，通过控制液滴喷射时间，在主扫描方向上形成象素密度为1600dpi的四列象素，在副扫描方向上形成400dpi的四列象素。接着，在记录纸51沿如图4(a)所示的副扫描方向前进15.875um之后，使记录头52沿与第一次扫描方向相反的方向进行主扫描，和第一次扫描一样，以同样方式形成了另外四列象素。通过一共进行四次这样的扫描，在主扫描和副扫描方向生成象素密度为1600dpi的16列象素。接着，在沿副扫描方向移动记录纸206.375um之后，16列象素以与上述相同的方式被打印下来。通过在每次打印下16列象素之后反复沿副扫描方向在记录纸51上移动206.375um的方式，在一张A4尺寸的记录纸上生成了沿主扫描方向和副扫描方向的分辨率为1600dpi的图象。

附带提一句，当测量从液滴喷射装置喷射到记录纸51上的墨滴的网点直径时，发现其直径大约为21um，这种直径是理想尺寸，即使靠近打印字母，也不会留下任何不希望的空白。因此，尽管在开口13间有400dpi的间距，实践证明本发明的液滴喷射装置能够生成高达1600dpi分辨率的图象，这是因为这些装置可以喷射出远小于开口孔径的液滴。

在上述实施例中，调整压力致动器12的驱动条件，不让液滴由于液流22的直接作用而从自由液面15被喷射出去。在以下描述的实施例中，为了比较，进行了由液流22直接作用而喷射出液滴20的实验。当压力致动器12的位移逐渐由0.2um增大到0.35um时，许多微小液滴20随着表面波16的生成同时从表面波16的前峰被自由喷射出去。在这种状态下，由于液滴20直径和飞射方向是任意的，因此控制每个液滴20的达到点是不可能的。接着，当压力致动器12的位移进一步增大到0.5um时，大约等于开口13孔径的大液滴被应用泵原理的常规机构喷射出去。因此实践证明，为了飞射出远小于开口13的液滴20并同时控制每个液滴的达到点，所形成的液流22必须不使任何液滴20由于液流22的直接作用从自由液面15被喷射出去。

实施例2和3

图6(a)和6(b)分别画出了构成本发明第二优选实施例和第三优选实施例的液滴喷射装置的平面图。图6(a)画出一个液滴喷射装置的平面图，其中每个液滴喷射装置都有一个外接圆直径为80um的规则十二边形开口13，图6(b)画出一个液滴喷射装置的平面图，其中每个液滴喷射装置都有一个外接圆直径为80um的常规六边形开口13。这些实施例除了开口13形状外，其它方面都与图1(b)所示的液滴喷射装置相同。在与用于实施例1中压力致动器12的驱动条件相同的条件下，图6(a)和6(b)中画出的任一个装置都没有喷射出液滴。以与用于实施例1的相同方式对这种状态进行频闪观测。如实施例1所述，我们观测到驱动致动器导致了与多边形开口形状一致的表面波的生成，这些表面波的波幅随着它们到达中心而最终形成液注而逐渐增大。但是，我们发现，由于表面波波幅放大率低，所以液滴没有被喷射出去，当开口是更接近圆形的十二边形时，放大率增加。考虑到以上发现，增大压力致动器12的位移以试图喷射出液滴，当图6(a)中的装置的位移达到0.24um和图6(b)中的装置的位移达到0.28um时，能够喷射出液滴20。

因此进一步证明了，尽管液滴喷射所需的能量输入值略微高于其使用圆形开口的情况，具有多边形开口的液滴喷射装置由于表面波的互扰也能喷射出远小于开口孔径的液滴，在该装置中，表面波产生于与该液滴喷射点距离大致相等的位置上。还进一步证明，象实施例1一样，本发明的这些实施例用于如图4所示的记录头52时，它们能够根据喷墨记录工艺在记录纸上生成图象。但是，由于实施例2和3中的液滴直径是20um(大于实施例1中的液滴直径)，所以在主扫描和副扫描方向以1200dpi的分辨率打印出图象。实践证明，由此可以生成高质量的图象。

实施例4

在实施例4中，圆形开口13的孔径是1mm，这比实施例1中的开口子孔径大。除了开口13外，该实施例具有和图1(b)所示实施例1相同的结构。当以t＝200usec的方式使压力致动器12被驱动并且其位移逐步增大时，液滴能够以d＝4.8um的大小稳定喷射出去，而此时液滴直径大约是280um。实践证明，即使开口恰恰为1mm，也可以喷射出远小于开口13孔径的液滴20。

另外，人们进行了一项确定喷射出的液滴直径与压力致动器12的驱动波形相互关系的实验。在上述例子中，以t＝200usec的方式使压力致动器12被驱动，其中直径为280um的液滴被喷射出去，此时，进一步尝试以不同驱动周期如调至145、100和60usec的周期来液滴喷射。压力致动器12的位移d根据驱动周期的变化也作出相应调整，从而使液滴20能被稳定地喷射出去。其结果是，发现液滴直径能通过缩短驱动周期而减小。因此，当t＝145usec、d＝4.0um时，液滴直径大约是145um；t＝100usec、d＝3.2um时，液滴直径大约是200um；t＝60usec、d＝2.2um时，液滴直径大约是140um，在这些情况下，液滴被稳定地喷射出去。

表1

脉冲宽度t(usec)    位移d(um)    液滴直径(um)

        200             4.8          280

        145             4.0          250

        100             3.2          200

         60             2.2          140

于是人们发现，本发明的液滴喷射装置可通过控制致动器12的驱动周期和位移来改变液滴20直径。致动器的驱动周期和位移的调整与液流速率和液流产生周期的调整一致。于是进一步证明，通过调整液流速率和其产生周期而根据要求控制液滴。

顺便说一句，尽管液流速率是通过实施例4中的致动器12驱动波形来控制的，实践证明，即使在相同环境下驱动致动器12，也可以通过调整开口13直径和液滴喷射室底部形状(即直径、深度等等)来调节液流速率的分布，也可以因此调整了飞射出的液滴直径。

实施例5

实施例1-4使用一种包含一块振动板11和一个压力致动器12的液流发生器，而实施例5如图7所示具有一种包含一个设置在液滴喷射室10底部的加热元件23的液流发生器。除了液流发生器以外，该实施例具有与图1所示的实施例1相同的结构。在图7所示的液滴喷射装置中，加热元件23的快速加热在液体14中产生气泡24。随气泡24产生而接踵而来的压力变化使液流22得以流向液体14的自由表面15，并且如图1所示的那样，形成了向液滴喷射点17移动的表面波16。调整加热元件23的能量输入值，从而，随气泡24产生而接踵而来的液流22流动不会使液滴20直接从液体14的自由液面15生成。

其结果是，当135uj的能量在脉冲宽度3usec内被输入到直径为120um的圆形加热元件上时，在开口13的四周成功地生成了表面波而没有使液滴直接从开口13生成，从而使直径大约是25um的微小液滴能被喷射出去。但是，人们还发现，对于图7所示的装置，即使略微增加加热元件的能量输入值也会导致液滴20由于液流22作用而被喷射出去，并且相应地导致以保证稳定喷射所需的加热元件23的能量输入值条件只有很窄的公差极限。

实施例6

如图8所示，实施例6选择了一种这样的结构，其中加热元件只设置在液滴喷射室10底部的周边。换句话说，这是一种内径为200um外径为240um的环形加热元件。其结果是，由于在具有如图8所示结构的液滴喷射室的中心部位没有生成气泡，人们发现这可以阻止墨滴由于气泡生成而直接被喷射出去，从而，液滴喷射20所需的能量输入条件的公差极限实际上可以被加宽。在实施例5中，为了获得稳定的液滴喷射，加热元件23的能量输入总值被限定在大约135+7uj范围之间，实践证明实施例6可以在能量输入为70+20uj的范围内可稳定地完成液滴喷射。实践进一步证明，在结构如图8所示的液滴喷射装置中，液滴20直径可以通过调整加热元件23的能量输入值而变化。当加热元件23的能量输入值是42uj(脉冲宽度为3usec)时，直径为15um的液滴被稳定地喷射出去。接着，当能量输入值变到70uj(脉冲宽度为5usec)时，直径为18um的液滴可被喷射出去。再进一步，当能量输入值是98uj(脉冲宽度为7usec)时，直径为22um的液滴被稳定地喷射出去。

实践进一步证明，实施例5和6中的液滴喷射装置象实施例1一样能被成功地应用于一种记录头52，该记录头具有用于在记录纸上记录喷墨图象的、如图4所示的结构。

实施例7

以下，实施例7使用包含腊基树脂和碳黑的混合物的热熔墨水25作为液体。在这种液滴喷射装置中，沿液滴喷射室10的内壁设置一个加热器27，墨水在液滴喷射室中处于熔化状态。还在一个墨水槽(未画出)中设置一个加热器以使热熔墨水25处于熔化状态。液滴喷射室10的形状与图1所示相似。用图9画出的装置检测液滴喷射，尽管热熔墨水25与水墨相比需要更多的能量供给压力致动器来喷墨，这必须使压力致动器12在5usec之内被移动0.42um的距离，但是实践证明，如实施例1所述的那样，墨滴能以远小于开口13的大约20um的直径被喷射出去。这个实施例用包含腊基树脂和碳黑的混合物的热熔墨水25，其它热熔墨水也能给出类似的结果。进一步从实践中证明，这种如实施例7所述的液滴喷射装置象实施例1中的装置那样，能被充分地输送到一个打印机的记录头，该记录头具有用于在记录纸上记录喷墨图象的如图4所示的结构。

实施例8

在实施例8中，本发明的液滴喷射装置被用于一种制造用来连接半导体或类似物的微小凝固块的装置。用于该实施例的液滴喷射装置具有与图9所示的实施例7相同的结构，换句话说，在该结构中，加热器25沿每个液滴喷射室10的内壁放置。以下将参考附图10描述实施例8。熔点大约是110℃的铟被用作导电液体，人们试图在成型于一块柔性基板28上并且间隔为80um的触点连接部上制成直径为50um的铟块29。液滴喷射室10的内部被一个加热器加热到125℃以使致动器12在脉冲宽度为20usec内产生一段2.4um位移，液滴被喷向柔性基板28，结果，直径为50um的铟块29成功地凝固在连接部上。当其上成型有铟块29的柔性基板28被用来连接液晶面板时，凝固块的连接作用是完全令人满意的，其显示出非常可靠的连接特性。顺便说一句，尽管本发明这个特殊实施例使用铟作为凝固块材料，也可以使用一种低熔点金属如焊剂或使用其它包含溶解在溶剂中的导电性粒子如Au、Al、Cu粒子或类似物的凝固块材料。

因此，尽管其开口孔径沿深度方向线性增大的液滴喷射室被用于所述实施例1-8，实践证明，为了可产生向该液滴喷射点运动而穿过自由液面的表面波，开口也可以是如图11(a)所示的喇叭口形或是如图11(b)所示的阶梯形，只要其孔径沿深度方向逐渐增大即可，而且也可达到如上述实施例提供的同样效果。另外，尽管在本发明的实施例1-4、7、8中使用了一个应用压电效应的致动器来推动振动板，也可使用一个电磁或磁力致动器，只要它能使振动板产生所需要的位移即可。虽然在实施例1-4、7、8中，致动器的位移由振动板传递出去，但是实践证明，即便省去振动板，由一个致动器端部直接使液体产生位移，也可达到上述实施例提供的同样效果。虽然在本发明的实施例中，振动板紧接着设置在开口下方而构成一个表面波发生器，也可以采用其它结构，其中如图3(a)所示，从液滴喷射室10底部向着开口13产生液流；实践证明，也可采用如图3(a)至图3(c)所示的一个压力致动器12和相关部件设置在稍微离开与开口13相对的底部的位置上的结构，只要这种结构能够提供和本发明上述实施例所述相同的效果。

由于根据本发明的液滴喷射装置利用向该液滴喷射点运动的表面波的互扰使液滴喷射出去，所以，远小于开口孔径的液滴能被逐滴地喷射到其每一滴所要求的达到的位置。根据本发明的液滴喷射装置还可通过控制表面波的波长和波幅来改变液滴直径。

Claims (11)

1、一种液滴喷射装置，包括一个液滴喷射室和一个用于在该液滴喷射室中的自由液面上生成表面波的表面波发生器，所述液滴喷射室有一个包含液滴喷射点的开口，所述自由表面生成于该液滴喷射室的开口，所述表面波产生于与该液滴喷射点距离大致相等的位置上并且向所述的液滴喷射点运动。

2、一种如权利要求1所述的液滴喷射装置，其特征在于，所述表面波以所述的液滴喷射点为中心具有一个圆形形状。

3、一种如权利要求1所述的液滴喷射装置，其特征在于，所述表面波有一个能够控制所述的表面波的波幅和波长的波形控制器。

4、一种如权利要求1所述的液滴喷射装置，其特征在于，所述液滴喷射室有一个圆形或多边形开口，所述开口的孔径从表面开始沿深度方向逐渐增大，所述表面波发生器包括一个用于使靠近所述液滴喷射室的部分液体产生从所述液滴喷射室底部流向表面的脉冲液流并能使所述液流的流动阻止液滴从所述自由液面喷射出去的液流发生器。

5、一种如权利要求4所述的液滴喷射装置，其特征在于，所述液流发生器设有一个能根据需要来控制所述液流的周期和流速的液流控制器。

6、一种如权利要求4所述的液滴喷射装置，其特征在于，所述液流控制器包括一块连接于所述液滴喷射室底部并能在从所述液滴喷射室底部到表面的方向上移动的振动板和一个连接于所述振动板的致动器。

7、一种如权利要求4所述的液滴喷射装置，其特征在于，所述液流发生器的特点是在所述液滴喷射室底部附近设置一个加热元件。

8、一种如权利要求7所述的液滴喷射装置，其特征在于，该加热元件设置在所述液滴喷射室底部的周边。

9、一种如权利要求1所述的液滴喷射装置，其特征在于，所述液体是一种在常温下是固态而加热后熔化的热熔介质，所述装置设有所述热熔介质的加热机构。

10、一种如权利要求9所述的液滴喷射装置，其特征在于，所述热熔介质是导电的。

11、一种液滴喷射方法，包括在自由液面上的与一个液滴喷射点距离大致相等的位置上产生向所述液滴喷射点运动的表面波。

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