JP2014162157A - 液体吐出ヘッド及び画像形成装置 - Google Patents

液体吐出ヘッド及び画像形成装置 Download PDF

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智彦 甲田
Noriyasu Takeuchi
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Abstract

【課題】ダンパ室に大気開放路からインクが侵入して、ダンパ性能が低下する。
【解決手段】流路板3のノズル配列方向と直交する方向の端部側に、ダンパ領域24を挟んでフィルタ下共通液室25に対向するダンパ室35を形成し、ダンパ室35のノズル配列方向両端部に、ダンパ室35を大気に開放する(大気に通じる)大気開放路42a、42bをそれぞれ設けて、大気開放路42a、42bは、いずれも、流路板3のノズル配列方向と直交する方向の端面で大気に開口させ、大気開放路42a、42b及びダンパ室35の壁面には、撥液性を有する撥水膜51を成膜している。
【選択図】図6

Description

本発明は液体吐出ヘッド及び画像形成装置に関する。
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、これらの複合機等の画像形成装置として、例えばインク液滴を吐出する液体吐出ヘッド(液滴吐出ヘッド)からなる記録ヘッドを用いた液体吐出記録方式の画像形成装置、例えばインクジェット記録装置が知られている。
液体吐出ヘッドにおいては、液滴を吐出させるために個別流路を加圧したとき、個別流路で生じた圧力変動が、圧力波となって、複数の個別流路に液体を供給する共通液室(共通流路)にも伝播する。この共通液室に伝播した圧力波が、個別流路に逆伝播すると、個別流路の圧力を変動させ、ノズルのメニスカスを制御できなくなり、所要の滴速度、滴量(滴体積)で液滴を吐出できなくなったり、滴不吐出を引き起こすことになる。また、共通液室に伝播した圧力波が隣接する個別流路に伝播して液体にも影響が及ぶ相互干渉が生じると、意図しないノズルからの液滴の漏洩や吐出、吐出状態の不安定を誘発することになる。
そこで、従来、共通液室の壁面の一部を変形可能なダンパ領域とし、流路板にダンパ領域を介して共通液室に対向するダンパ室を設け、ダンパ室を流路板に設けた2つの大気開放路を介して、流路板の端面から大気に通じさせるものが知られている(特許文献1)。
特開2007−307774号公報
ところで、上述した特許文献1に開示されているように、流路板の端面などのヘッドの外面からダンパ室を大気に通じさせると、インクが大気開放路を通じてダンパ室に侵入し、ダンパ領域に固着してダンパ性能を低下させるおそれがあるという課題がある。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、ダンパ室への液体の侵入を低減することを目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明に係る液体吐出ヘッドは、
液滴を吐出する複数のノズルがそれぞれ通じる複数の個別液室を形成する流路部材と、
前記複数の個別液室に液体を供給する共通液室を形成する共通液室部材と、
前記共通液室の一部の壁面を形成する変形可能なダンパ領域と、
前記ダンパ領域を介して前記共通液室に対向するダンパ室と、を備え、
前記ダンパ室を大気に通じさせる大気開放路を有し、
少なくとも前記大気開放路の壁面に、撥液性を有する撥液層が形成されている
構成とした。
本発明によれば、ダンパ室への液体の侵入を低減することができる。
本発明に係る液体吐出ヘッドの一例を示す外観斜視説明図である。 図1のX−X線に沿うノズル配列方向と直交する方向の断面説明図である。 図3は図2のA−A線に沿う断面説明図である。 図2のB−B線に沿う断面説明図である。 本発明の第1実施形態の説明に供する分解斜視説明図である。 同じく流路板の平面説明図である。 図4のC−C線に沿う断面説明図である。 本発明の第2実施形態の説明に供する流路板の平面説明図である。 本発明の第3実施形態の説明に供する流路板の平面説明図である。 本発明の第4実施形態の説明に供する流路板の平面説明図である。 (a)は本発明の第5実施形態の説明に供する流路板の平面説明図、(b)は(a)の正面説明図である。 本発明の第6実施形態の説明に供する流路板のノズル配列方向と直交する方向の断面説明図である。 本発明に係る画像形成装置の一例を示す機構部の側面説明図である。 同機構部の要部平面説明図である。
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。本発明に係る液体吐出ヘッドの一例について図1ないし図4を参照して説明する。図1は同ヘッドの外観斜視説明図、図2は図1のX−X線に沿うノズル配列方向と直交する方向の断面説明図、図3は図2のA−A線に沿う断面説明図、図4は図2のB−B線に沿う断面説明図である。
この液体吐出ヘッドは、ノズル板2と、流路部材である流路板3と、振動板部材4とを接合している。
ノズル板2には、液滴を吐出する複数のノズル20が千鳥状に2列配列されている。このノズル板2は、例えば、ステンレス(ここでは、SUS316)を用いてプレス加工でノズル20を形成している。
流路板3は、ノズル20に連なって通じる個別液室である圧力室21を形成している。この流路板3は、例えばステンレス(ここではSUS304)を用いてプレス加工で形成し、プレスによる変形、バリは両面研磨によりほぼ平らとなるように後処理をした。
振動板部材4は、圧力室21の一部の壁面を変位可能な振動領域4aとして形成する。また、振動板部材4には、後述するフィルタ下共通液室25に臨み、フィルタ下共通液室25と各圧力室21とを通じる液体供給路22が形成されている。この振動板部材4は、Ni電鋳で形成している。
そして、振動板部材4の圧力室21と反対側には、ダンパ室形成部材を兼ねる第2共通液室部材5、ダンパ部材を兼ねるフィルタダンパ部材6、このヘッドのフレームを兼ねる共通液室部材である第1共通液室部材7を順次積層して接着剤で接合している。
第1共通液室部材7と第2共通液室部材5とによって各圧力室21に通じる共通液室10を形成する。共通液室10は、フィルタダンパ部材6の上流側のフィルタ上共通液室26と、下流側のフィルタ下共通液室25とで形成されている。
フィルタダンパ部材6には、多数のフィルタ孔を形成したフィルタ領域29が設けられ、フィルタ上共通液室26からフィルタ下共通液室25に流れる液体から異物を捕集する。
また、フィルタダンパ部材6のノズル配列方向の両端部には、フィルタ上共通液室26の一部の壁面を形成する変形可能な領域(以下、「ダンパ領域」という。)30を形成している。
そして、第2共通液室部材5にはダンパ領域30を挟んでフィルタ上共通液室26に対向するダンパ室36を形成している。ダンパ室36は後述する大気開放路44a、44bを介して第2共通液室部材5のノズル配列方向と直交する方向の端面で大気に開放されている。
第1共通液室部材7は、フィルタ上共通液室26を形成し、外部から液体を供給するための液体供給口部37が設けられている。液体供給口部37は、フィルタ上共通液室26の長手方向の両端にそれぞれ配置されている。また、液体供給口部37はノズル配列方向でダンパ領域30の外側端部に配置されている。
なお、本実施形態では、フィルタダンパ部材6はNi電鋳で形成された2層構造を有し、1層目でフィルタ領域29及びダンパ領域30を構成し、1層目と2層目を合わせた部分(厚肉部)を1層目の支持部分としている。なお、1層目は3μm、2層目は10μmの厚みとしている。また、フィルタ領域29は、フィルタ下共通液室25の長さ及び幅とほぼ同じ範囲で配置している。そのため、フィルタ領域29のノズル配列方向における長さはノズル列の長さより長くなる。
また、第2共通液室部材5のフィルタ下共通液室25はフルエッチングで、ダンパ室36は後述する大気開放路44a、44bを含めてハーフエッチングで形成されている。ハーフエッチング深さは、第2共通液室部材5の板厚(例えば0、2μm)の約半分(0.1μm)としている。
また、第1共通液室部材7にはSUS303を使用して、切削加工でフィルタ上共通液室26を形成しているが、樹脂の射出成形で形成することもできる。
振動板部材4の振動領域4aの圧力室21とは反対側に圧電アクチュエータ8を配置している。圧電アクチュエータ8は、2列のノズル列に合わせて1つのベース部材33に例えばノズルピッチの半分のピッチで柱状の圧電素子(圧電柱)32Aを形成した2つの圧電部材32を接合している。圧電部材32の各圧電柱は振動板部材4の振動領域4aと接合されて、フレキシブル配線部材34に備えられる駆動IC81からフレキシブル配線部材34を介して駆動信号が与えられる。
また、フィルタ下共通液室25の壁面を形成する振動板部材4の部分の一部は変形可能な領域(ダンパ領域)24とし、流路板3にはダンパ領域24を挟んでフィルタ下共通液室25に対向するダンパ室35を形成している。このダンパ室35は、後述する大気開放路42a、42bを介して流路板3のノズル配列方向と直交する方向の端面で大気に開放されている。
この液体吐出ヘッドでは、圧電アクチュエータ8を駆動することで振動板部材4の振動領域4aが変位して、圧力室21の液体が加圧されて、ノズル20から液滴が吐出される。
次に、本発明の第1実施形態について図5ないし図7も参照して説明する。図5はヘッドの分解斜視説明図、図6は流路板の平面説明図、図7は図4のC−C線に沿う断面説明図である。
本実施形態では、流路板3のノズル配列方向と直交する方向の端部側に、ダンパ領域24を挟んでフィルタ下共通液室25に対向するダンパ室35を形成している。
そして、ダンパ室35のノズル配列方向両端部に、ダンパ室35を大気に開放する(大気に通じる)大気開放路(大気開放穴)42a、42bをそれぞれ設けている。大気開放路42a、42bは、いずれも、流路板3のノズル配列方向と直交する方向の端面で大気に開口することで、ダンパ室35を大気に開放している。
これらの大気開放路42a、42b及びダンパ室35の壁面には、図6に示すように、撥液性を有する撥液層(撥液膜)である撥水層(撥水膜)51を成膜している。なお、図6では、撥水層51は、ノズル配列方向及び同方向と直交する方向の側壁面のみ図示しているが、これは見やすくするためであって、底面(この例では、流路板3側の面)及び天面(この例ではダンパ領域24の面)にも同様に成膜される。ダンパ領域24の面に撥液膜が成膜されていることにより、ダンパ領域24にインクが固着して変形が阻害されることを防止する。
ここで、撥液膜51を成膜するには、ヘッドを組み立てて、流路板3と振動板部材4とで大気開放路42a、42b及びダンパ室35を形成した状態で、撥水液を大気開放路42a(又は42b)から注入する。
撥水液としては、例えば、テフロン(登録商標)系のものを用い、例えばオプツールDSX(商品名)などを用いることができる。注入方法としては、例えば、スポイトのようなもので、大気開放路42a又は42bから注入すればよい。また、ノズル面をキャップした状態で撥水液に浸漬して成膜することもでき、この場合には、浸漬後に一方の通路42a又は42bからエアーを注入して内部に残った撥水液を排出する。
このように、少なくとも大気開放路42a、42bの壁面に撥水層51を成膜することで、外部から侵入するインクが撥水層51と接触することによって、それ以上内部に侵入しなくなる。これにより、ダンパ室35内へのインクの侵入を低減することができる。
また、2つの大気開放路42a、42bを設けて、大気開放路42a、42b及びダンパ室35の壁面に撥水層51を成膜することで、撥水層を成膜するときに、撥水液の排出が容易となり、ヘッド完成後に撥水処理を行うことができる。
このように、ダンパ室を大気に通じさせる大気開放路を有し、少なくとも大気開放路の壁面に、撥液性を有する撥液層が形成されている構成とすることで、ダンパ室へのインクの侵入を低減することができる。
さらに、ダンパ室35の壁面に撥水層51を成膜することで、仮に大気開放路42a、42bからインクが侵入しても、ダンパ室35の壁面にインクが固着することを低減できる。
次に、本発明の第2実施形態について図8も参照して説明する。図8は同実施形態の説明に供する流路板の平面説明図である。
本実施形態では、流路板3の大気開放路42a、42bの壁面に撥水層(撥水膜)51を成膜したものである。
このように構成しても、ダンパ室へのインクの侵入を低減することができる。つまり、大気開放路42a、42bが形成されているヘッド外面に付着したインクが、大気開放路42a、42bへ到達することが想定され、この場合、ヘッド外面と連続する大気開放路42a、42bの壁面だけに撥水層51を成膜することにより、インクの侵入を低減することができる。
次に、本発明の第3実施形態について図9も参照して説明する。図9は同実施形態の説明に供する流路板の平面説明図である。
本実施形態では、相対的に、流路板3の大気開放路42a、42bの一方の開口断面積を他方の開口断面積よりも大きくしている。この例では、大気開放路42bの開口断面積を大気開放路42aの開口断面積より大きく、例えば2倍にしている。なお、前記第1又は第2実施形態と同様に、撥水層が成膜されるが、図示を省略する(以下の実施形態でも同様とする。)。
このように構成すれば、特に、大気開放路42a、42bの壁面及びダンパ室35の壁面に撥水層51を成膜するとき、撥水液の注入後、開口断面積が小さい方の大気開放路42aから開口断面積が大きい大気開放路42bに向けて、エアーを注入することで、内部に残った余剰な撥水液を容易に排出することができる。
次に、本発明の第4実施形態について図10も参照して説明する。図10は同実施形態の説明に供する流路板の平面説明図である。
本実施形態では、前記第3実施形態において、流路板3の大気開放路42a、42bは、相対的に、大気側の開口断面積を、ダンパ室35側の開口断面積よりも小さくしている。
これにより、外部からのインクの侵入をより低減することができ、内部からのインクの排出が容易となる。また、撥水液の排出が容易になるだけでなく、仮にインクが入ってしまった場合もエアーを注入することでインクの排出を容易に行うことができる。
また、ダンパ室35側から大気側に向けて開口断面積を徐々に小さくして、大気開放路の壁面をテーパー形状にすることにより、エアーの流れに沿ってテーパーが形成されるため、エアーが流れにくい箇所を無くして、さらにインクの排出を容易にできる。
次に、本発明の第5実施形態について図11も参照して説明する。図11(a)は同実施形態の説明に供する流路板の平断面説明図、(b)は(a)の正面説明図である。
本実施形態では、流路板3の大気開放路42a、42bの一方の高さを他方の高さよりも高くしている。この例では、滴吐出方向を重力方向下向きとしたとき、大気開放路42aの高さを大気開放路42aの高さより高くしている。
このように、2つの大気開放路の高さを異ならせることにより、内部に入った液体が高い方から低い方に流れやすくなり、撥水液やインクの排出が容易となる。このとき、ダンパ室の重力方向下向きの面に高さが低い大気開放路側に下がる傾斜を持たせると、より排出が容易になる。
次に、本発明の第6実施形態について図12も参照して説明する。図12は同実施形態の説明に供する流路板のノズル配列方向と直交する方向の断面説明図である。
本実施形態では、ノズル配列方向と直交する方向で、大気開放路42a、42bは外側に向かって、重力方向下向に傾斜する傾斜面を有している。
このように構成することで、内部に入った液体が高い方から低い方に流れやすくなり、撥水液やインクの排出が容易となる。
なお、以上の実施形態では、流路板3の大気開放路及びダンパ室で説明しているが、
第2共通液室部材の大気開放路及びダンパ室にも同様に実施することができる。
次に、本発明に係る画像形成装置の一例について図13及び図14を参照して説明する。なお、図13は同装置の機構部の側面説明図、図14は同機構部の要部平面説明図である。
この画像形成装置はシリアル型画像形成装置であり、左右の側板221A、221Bに横架したガイド部材である主従のガイドロッド231、232でキャリッジ233を主走査方向に摺動自在に保持している。そして、図示しない主走査モータによってタイミングベルトを介して矢示方向(キャリッジ主走査方向)に移動走査する。
このキャリッジ233には、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(K)の各色のインク滴を吐出するための本発明に係る液体吐出ヘッドからなる記録ヘッド234を搭載している。記録ヘッド234は、複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。
記録ヘッド234は、それぞれ2つのノズル列を有する液体吐出ヘッド234a、234bを1つのベース部材に取り付けて構成したものである。一方のヘッド234aの一方のノズル列はブラック(K)の液滴を、他方のノズル列はシアン(C)の液滴を吐出する。他方のヘッド234bの一方のノズル列はマゼンタ(M)の液滴を、他方のノズル列はイエロー(Y)の液滴を吐出する。なお、ここでは2ヘッド構成で4色の液滴を吐出する構成としているが、各色毎の液体吐出ヘッドを備えることもできる。
また、キャリッジ233には、記録ヘッド234のノズル列に対応して各色のインクを供給するためのサブタンク235a、235b(区別しないときは「サブタンク235」という。)を搭載している。このサブタンク235には各色の供給チューブ236を介して、供給ユニット224によって各色のインクカートリッジ210から各色のインクが補充供給される。
一方、給紙トレイ202の用紙積載部(圧板)241上に積載した用紙242を給紙するための給紙部として、用紙積載部241から用紙242を1枚ずつ分離給送する半月コロ(給紙コロ)243及び給紙コロ243に対向する分離パッド244を備えている。分離パッド244は給紙コロ243側に付勢されている。
そして、この給紙部から給紙された用紙242を記録ヘッド234の下方側に送り込むために、用紙242を案内するガイド部材245と、カウンタローラ246と、搬送ガイド部材247と、先端加圧コロ249を有する押さえ部材248とを備えている。そして、給送された用紙242を静電吸着して記録ヘッド234に対向する位置で搬送するための搬送手段である搬送ベルト251を備えている。
この搬送ベルト251は、無端状ベルトであり、搬送ローラ252とテンションローラ253との間に掛け渡されて、ベルト搬送方向(副走査方向)に周回するように構成している。また、この搬送ベルト251の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ256を備えている。この帯電ローラ256は、搬送ベルト251の表層に接触し、搬送ベルト251の回動に従動して回転するように配置されている。この搬送ベルト251は、図示しない副走査モータによってタイミングを介して搬送ローラ252が回転駆動されることによってベルト搬送方向に周回移動する。
さらに、記録ヘッド234で記録された用紙242を排紙するための排紙部として、搬送ベルト251から用紙242を分離するための分離爪261と、排紙ローラ262及び排紙コロ263とを備え、排紙ローラ262の下方に排紙トレイ203を備えている。
また、装置本体の背面部には両面ユニット271が着脱自在に装着されている。この両面ユニット271は搬送ベルト251の逆方向回転で戻される用紙242を取り込んで反転させて、再度、カウンタローラ246と搬送ベルト251との間に給紙する。また、この両面ユニット271の上面は手差しトレイ272としている。
さらに、キャリッジ233の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド234のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構281を配置している。この維持回復機構281には、記録ヘッド234の各ノズル面をキャッピングするための各キャップ部材(以下「キャップ」という。)282a、282b(区別しないときは「キャップ282」という。)を備えている。また、維持回復機構281は、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード283を備えている。また、維持回復機構281は、増粘したインクを排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け284などを備えている。
また、キャリッジ233の走査方向他方側の非印字領域には、記録中などに増粘したインクを排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け288を配置している。この空吐出受け288には記録ヘッド234のノズル列方向に沿った開口部289などを備えている。
このように構成したこの画像形成装置においては、給紙トレイ202から用紙242が1枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙242はガイド部材245で案内され、搬送ベルト251とカウンタローラ246との間に挟まれて搬送される。更に、用紙242の先端が搬送ガイド237で案内されて先端加圧コロ249で搬送ベルト251に押し付けられ、略90°搬送方向を転換される。
そして、帯電した搬送ベルト251上に用紙242が給送されると、用紙242が搬送ベルト251に吸着され、搬送ベルト251の周回移動によって用紙242が副走査方向に搬送される。
そこで、キャリッジ233を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド234を駆動することにより、停止している用紙242にインク滴を吐出して1行分を記録し、用紙242を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙242の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙242を排紙トレイ203に排紙する。
このように、この画像形成装置では、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、高画質画像を安定して形成することができる。
なお、本願において、「用紙」とは材質を紙に限定するものではなく、OHP、布、ガラス、基板などを含み、インク滴、その他の液体などが付着可能なものの意味である。被記録媒体、記録媒体、記録紙、記録用紙などと称されるものを含む。また、画像形成、記録、印字、印写、印刷はいずれも同義語とする。
また、「画像形成装置」は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体に液体を吐出して画像形成を行う装置を意味する。また、「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与すること(単に液滴を媒体に着弾させること)をも意味する。
また、「インク」とは、特に限定しない限り、インクと称されるものに限らず、記録液、定着処理液、液体などと称されるものなど、画像形成を行うことができるすべての液体の総称として用いる。例えば、DNA試料、レジスト、パターン材料、樹脂なども含まれる。
また、「画像」とは平面的なものに限らず、立体的に形成されたものに付与された画像、また立体自体を三次元的に造形して形成された像も含まれる。
また、画像形成装置には、特に限定しない限り、シリアル型画像形成装置及びライン型画像形成装置のいずれも含まれる。
2 ノズル板
3 流路板
4 振動板部材
5 第2共通液室部材
6 フィルタダンパ部材
7 第1共通液室部材
8 圧電アクチュエータ
10 共通液室
20 ノズル
21 圧力室(個別液室)
24 ダンパ領域
29 フィルタ領域
30 ダンパ領域
32 圧電部材
35 ダンパ室
36 ダンパ室
233 キャリッジ
234a、234b 記録ヘッド

Claims (7)

  1. 液滴を吐出する複数のノズルがそれぞれ通じる複数の個別液室を形成する流路部材と、
    前記複数の個別液室に液体を供給する共通液室を形成する共通液室部材と、
    前記共通液室の一部の壁面を形成する変形可能なダンパ領域と、
    前記ダンパ領域を介して前記共通液室に対向するダンパ室と、を備え、
    前記ダンパ室を大気に通じさせる大気開放路を有し、
    少なくとも前記大気開放路の壁面に、撥液性を有する撥液層が形成されている
    ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
  2. 前記ダンパ室の壁面にも前記撥液層が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
  3. 前記大気開放路は、一つの前記ダンパ室に対して、少なくとも2つ設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の液体吐出ヘッド。
  4. 前記2つの大気開放路は、それぞれ開口断面積が異なることを特徴とする請求項3に記載の液体吐出ヘッド。
  5. 前記2つの大気開放路は、滴吐出方向を重力方向とするとき、重力方向で高さが異なることを特徴とする請求項3又は4に記載の液体吐出ヘッド。
  6. 前記大気開放路は、相対的に、大気側の開口断面積が、前記ダンパ室側の開口断面積よりも小さいことを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
  7. 請求項1ないし6のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備えていることを特徴とする画像形成装置。
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