JP2015066864A - Liquid discharge head and recording device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液滴を吐出させる液体吐出ヘッドおよびそれを用いた記録装置に関するものである。 The present invention relates to a liquid discharge head that discharges droplets and a recording apparatus using the same.
従来、液体吐出ヘッドとして、例えば、液体を記録媒体上に吐出することによって、各種の印刷を行なうインクジェットヘッドが知られている。液体吐出ヘッドは、例えば、マニホールド(共通流路)およびマニホールドから複数の加圧室をそれぞれ介して繋がる吐出孔を有した平板状の流路部材と、加圧室をそれぞれ覆うように設けられた複数の変位素子を有するアクチュエータ基板とを積層して構成されるヘッド本体と、ヘッド本体に液体を供給するリザーバを含んでいる(例えば、特許文献1を参照。)。 Conventionally, as a liquid ejection head, for example, an inkjet head that performs various types of printing by ejecting a liquid onto a recording medium is known. The liquid discharge head is provided so as to cover, for example, a manifold (common flow path) and a flat plate-like flow path member having discharge holes connected from the manifold via a plurality of pressure chambers, and the pressure chamber, respectively. A head main body configured by stacking actuator substrates having a plurality of displacement elements, and a reservoir for supplying liquid to the head main body are included (see, for example, Patent Document 1).
この液体吐出ヘッドでは、加圧室に液体を供給する共通流路と、加圧室から液体を排出する共通流路10とが重なって配置されている。
In this liquid discharge head, the common flow path for supplying the liquid to the pressurizing chamber and the
しかしながら、特許文献1に記載の液体吐出ヘッドでは、1つの加圧室と繋がっている共通供給流路と共通排出流路とが近接して配置されているため、それらの間で振動が伝わりあったり、同じタイミングで駆動された液体の振動が伝わってくることで、同じように共振することで、共振が大きくなったりし、それらの振動が加圧室に伝わって吐出特性に影響を与えるおそれがあった。
However, in the liquid ejection head described in
したがって、本発明の目的は、共通流路を介したクロストークや共通流路内の液体の共振による吐出特性のばらつきが起き難い液体吐出ヘッドおよびそれを用いた記録装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a liquid discharge head in which variations in discharge characteristics are difficult to occur due to crosstalk through a common flow path and resonance of liquid in the common flow path, and a recording apparatus using the liquid discharge head.
本発明の液体吐出ヘッドは、少なくとも2つの共通流路、該2つの共通流路とそれぞれ繋がっている複数の加圧室、および該複数の加圧室とそれぞれ繋がっている複数の吐出孔を有する流路群が複数設けられている流路部材と、前記複数の加圧室内の液体をそれぞれ加圧する複数の加圧部と、を有する液体吐出ヘッドであって、前記複数の吐出孔が開口している吐出孔面を平面視したとき、1つの前記流路群に属する前記共通流路同士は重ならないように配置されているとともに、1つの前記流路群に属する前記共通流路と他の前記流路群に属する前記共通流路とが重なって配置されていること特徴とする。 The liquid discharge head of the present invention has at least two common flow paths, a plurality of pressure chambers connected to the two common flow paths, and a plurality of discharge holes respectively connected to the plurality of pressure chambers. A liquid discharge head having a flow path member in which a plurality of flow path groups are provided and a plurality of pressurization units that pressurize liquid in the plurality of pressurization chambers, respectively, wherein the plurality of discharge holes are open. The common flow passages belonging to one flow passage group are arranged so as not to overlap each other when the discharge hole surface is viewed in plan view, and the common flow passage belonging to one flow passage group and the other flow passage The common flow path belonging to the flow path group is disposed so as to overlap.
また、本発明の記録装置は、前記液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記複数の加圧部を制御する制御部とを備えていることを特徴とする。 The recording apparatus of the invention includes the liquid discharge head, a transport unit that transports a recording medium to the liquid discharge head, and a control unit that controls the plurality of pressurizing units. And
本発明によれば、1つの加圧室を加圧した際の圧力波は、2つの共通流路に伝わるが、この2つの共通流路が重なって配置されていないことにより、互いの振動が伝わり難いの
で、吐出孔面付近の液体は、温度が高くなることで吐出され易くできる、あるいは温度がほぼ一定になることで吐出特性を安定させることができるとともに、共通供給路中の液体は、温まり難いか、あるいは冷却されることで温度が低くなるので、液体の粘度が低くなり難く、液体中の顔料などを沈降させ難くできる。
According to the present invention, the pressure wave when one pressurizing chamber is pressurized is transmitted to the two common flow paths. However, since the two common flow paths are not overlapped, mutual vibrations are generated. Since it is difficult to transmit, the liquid in the vicinity of the discharge hole surface can be easily discharged by increasing the temperature, or the discharge characteristics can be stabilized by making the temperature almost constant, and the liquid in the common supply path is Since it is difficult to warm or the temperature is lowered by cooling, it is difficult for the viscosity of the liquid to be lowered and it is difficult to precipitate pigments in the liquid.
図1(a)は、本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッド2を含む記録装置である(カラーインクジェット)プリンタ1の概略の側面図であり、図1(b)は、概略の平面図である。プリンタ1は、記録媒体である印刷用紙Pを搬送ローラ80aから搬送ローラ80bへと搬送することにより、印刷用紙Pを液体吐出ヘッド2に対して相対的に移動させる。制御部88は、画像や文字のデータに基づいて、液体吐出ヘッド2を制御して、記録媒体Pに向けて液体を吐出させ、印刷用紙Pに液滴を着弾させて、印刷用紙Pに印刷などの記録を行なう。
FIG. 1A is a schematic side view of a (color inkjet)
本実施形態では、液体吐出ヘッド2はプリンタ1に対して固定されており、プリンタ1はいわゆるラインプリンタとなっている。本発明の記録装置の他の実施形態としては、液体吐出ヘッド2を、印刷用紙Pの搬送方向に交差する方向、例えば、ほぼ直交する方向に往復させるなどして移動させる動作と、印刷用紙Pの搬送を交互に行なう、いわゆるシリアルプリンタが挙げられる。
In the present embodiment, the liquid discharge head 2 is fixed to the
プリンタ1には、印刷用紙Pとほぼ平行するように平板状の(ヘッド搭載)フレーム70が固定されている。フレーム70には図示しない20個の孔が設けられており、20個の液体吐出ヘッド2がそれぞれの孔の部分に搭載されていて、液体吐出ヘッド2の、液体を吐出する部位が印刷用紙Pに面するようになっている。液体吐出ヘッド2と印刷用紙Pとの間の距離は、例えば0.5〜20mm程度とされる。5つの液体吐出ヘッド2は、1つのヘッド群72を構成しており、プリンタ1は、4つのヘッド群72を有している。
A flat plate (head mounting)
液体吐出ヘッド2は、図1(a)の手前から奥へ向かう方向、図1(b)の上下方向に細長い長尺形状を有している。この長い方向を長手方向と呼ぶことがある。1つのヘッド群72内において、3つの液体吐出ヘッド2は、印刷用紙Pの搬送方向に交差する方向、例えば、ほぼ直交する方向に沿って並んでおり、他の2つの液体吐出ヘッド2は搬送方向に沿ってずれた位置で、3つ液体吐出ヘッド2の間にそれぞれ一つずつ並んでいる。液体吐出ヘッド2は、各液体吐出ヘッド2で印刷可能な範囲が、印刷用紙Pの幅方向に(印刷用紙Pの搬送方向に交差する方向に)繋がるように、あるいは端が重複するように配置されており、印刷用紙Pの幅方向に隙間のない印刷が可能になっている。
The liquid discharge head 2 has a long and narrow shape in the direction from the front to the back in FIG. 1A and in the vertical direction in FIG. This long direction is sometimes called the longitudinal direction. Within one
4つのヘッド群72は、記録用紙Pの搬送方向に沿って配置されている。各液体吐出ヘッド2には、図示しない液体タンクから液体(インク)が供給される。1つのヘッド群72に属する液体吐出ヘッド2には、同じ色のインクが供給されるようになっており、4つのヘッド群で4色のインクが印刷できる。各ヘッド群72から吐出されるインクの色は、例えば、マゼンタ(M)、イエロー(Y)、シアン(C)およびブラック(K)である。このようなインクを、制御部88で制御して印刷すれば、カラー画像が印刷できる。
The four
プリンタ1に搭載される液体吐出ヘッド2の個数は、単色で、1つの液体吐出ヘッド2で印刷可能な範囲を印刷するのなら1つでもよい。ヘッドの群72に含まれる液体吐出ヘッド2の個数や、ヘッド群72の個数は、印刷する対象や印刷条件により適宜変更できる。例えば、さらに多色の印刷をするためにヘッドの群72の個数を増やしてもよい。また、同色で印刷するヘッド群72を複数配置して、搬送方向に交互に印刷することで、印刷速度(搬送速度)を速くすることができる。また、同色で印刷するヘッド群72を複数準備して、搬送方向と交差する方向にずらして配置して、印刷用紙Pの幅方向の解像度を高くしてもよい。
The number of liquid ejection heads 2 mounted on the
さらに、色の付いたインクを印刷する以外に、印刷用紙Pの表面処理をするために、コーティング剤などの液体を印刷してもよい。 Further, in addition to printing colored inks, a liquid such as a coating agent may be printed for surface treatment of the printing paper P.
プリンタ1は、記録媒体である印刷用紙Pに印刷を行なう。印刷用紙Pは、給紙ローラ80aに巻き取られた状態になっており、2つのガイドローラ82aの間を通った後、フレーム70に搭載されている液体吐出ヘッド2の下側を通り、2つの搬送ローラ82bの間を通り、回収ローラ80bに回収される。印刷する際には、搬送ローラ82bを回転させることで印刷用紙Pは、一定速度で搬送され、液体吐出ヘッド2によって印刷される。回収ローラ80bは、搬送ローラ82bから送り出された印刷用紙Pを巻き取る。搬送速度は、例えば、75m/分とされる。各ローラは、制御部88によって制御されてもよいし、人によって手動で操作されてもよい。
The
記録媒体は、印刷用紙P以外に、布などでもよい。また、プリンタ1を、印刷用紙Pの代わりに搬送ベルトを搬送する形態にし、記録媒体は、ロール状のもの以外に、搬送ベルト上に置かれた、枚葉紙や裁断された布、木材、タイルなどにしてもよい。さらに、液体吐出ヘッド2から導電性の粒子を含む液体を吐出するようにして、電子機器の配線パターンなどを印刷してもよい。またさらに、液体吐出ヘッド2から反応容器などに向けて所定量の液体の化学薬剤や化学薬剤を含んだ液体を吐出させて、反応させるなどして、化学薬品を作製してもよい。
In addition to the printing paper P, the recording medium may be a cloth or the like. In addition, the
また、プリンタ1に、位置センサ、速度センサ、温度センサなどを取り付け、制御部88が、各センサからの情報から分かるプリンタ1各部の状態に応じて、プリンタ1の各部を制御してもよい。特に、液体吐出ヘッド2から吐出される液体の吐出特性(吐出量や吐出速度など)が外部の影響を受けるようであれば、液体吐出ヘッド2の温度や液体タンクの液体の温度、液体タンクの液体が液体吐出ヘッド2に加えている圧力に応じて、液体吐出ヘッド2において液体を吐出させる駆動信号を変えるようにしてもよい。
In addition, a position sensor, a speed sensor, a temperature sensor, and the like may be attached to the
次に、本発明の一実施形態の液体吐出ヘッド2について説明する。図2は、液体吐出ヘッド2の下端に位置する、液体を吐出する機能の主要部を含むヘッド本体2aの斜視図である。図3(a)は、図2のヘッド本体2aの部分縦断面であり、図3(b)は、図3(a)のX−X方向から見た部分縦断面図である。図3(b)においては、図を分かり分かり易くするため、透視して見ていて、鎖線で表すべき加圧室10、しぼり14などを実線で描いている。また、詳細な構造を描いてあるのは、共通供給流路5の手前側の構造(流路や電極)だけであり、共通供給流路5の奥側の構造については、加圧室10だけを鎖線で描いて、位置関係が分かるようにした。
Next, the liquid discharge head 2 according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a perspective view of the head
液体吐出ヘッド2の下端は、液体を吐出するヘッド本体2aを有している。ヘッド本体2aの下面は、液体を吐出する多数の吐出孔8が開口している吐出孔面6−1となっている。液体吐出ヘッド2は、ヘッド本体2a以外に、液体を吐出させる駆動信号を生成するドライバICを含む電装部材や、電装部材および吐出孔面6−1以外の部分を覆う筐体を
含んでいる。
The lower end of the liquid discharge head 2 has a
ヘッド本体2aは、吐出孔8が開口している吐出孔面6−1を一方の主面とする平板状のノズルモジュール6と、ノズルモジュール6の吐出孔面6−1と反対側の主面上に配置されている、4つの直方体状の吐出ユニット3とを含んでいる。吐出ユニット3は、ノズルモジュール2上にほぼ平行に、間を開けて配置されている。
The head
吐出ユニット3には、2つの共通流路が配置されており、一方が共通供給流路5(略して供給流路と呼ぶことがある)、他方が共通排出流路16(略して供給流路と呼ぶことがある)である。吐出ユニット3には、さらに供給流路5に繋がっている供給流路の開口5aが2カ所開口しており、排出流路16に繋がっている排出流路の開口16aが開口している。詳細は後述するが、吐出される液体は、外部から1つの吐出ユニットの供給流路の開口5aの一方を通じて供給され、一部の液体は、供給流路5を通って、他方の供給流路の開口5aから排出され、一部の液体は、吐出孔8から吐出され、残りの液体は、隣の吐出ユニット3の排出流路を通って、排出流路の開口16aから外部に排出される。液体の供給および排出は、ポンプなどによって外部から加圧、減圧、もしくはその両方を行なうことで行なわれる。外部に排出された液体はフィルタなどを通した後、再度使用することもできる。つまり、液体吐出ヘッド2は、吐出する液体が通り抜け可能な構造になっており、プリンタ1内で液体を循環させることができる。なお、液体の循環の方向は、上述と逆にしてもよい。
The
ヘッド本体2aが、液体が通り抜けることができる構造になっているので、ヘッド本体2aには、吐出される量以上の液体を流すことができる。このようにすることで、ヘッド本体2a内の液体の流速が速くなり、沈降しやすい含有物を含む液体を使用する際にも、沈降による問題が生じ難い。また、調温した液体を流すことで、ヘッド本体2aの温度調節もできる。
Since the head
まず、液体の循環構造について説明する。吐出ユニット3は、ヘッド本体2aの長手方向に長い直方体形状をしており、ほぼヘッド本体2aと同じ長さを有する。吐出ユニット3の一面は、ノズルモジュール6に接合されている。吐出ユニット3は、流路ユニット(吐出ユニットの流路部材)4とアクチュエータユニット21とを含んでいる。流路ユニット4は、ヘッド本体2aの長手方向に長い直方体形状をしており、形状としては、吐出ユニット3の大部分を占める。流路ユニット4の長手方向に沿った面で、ノズルモジュール6とほぼ直交している2つの面には、平面形状が長方形状のアクチュエータユニット21が、それぞれ1つずつ接合されている。液体の吐出は、アクチュエータユニット21内に作り込まれている変位素子30を駆動することで行なわれる。
First, the liquid circulation structure will be described. The
流路ユニット4は、(流路ユニットの)プレート4a〜dを積層して構成されている。プレート4dの厚さ(図3(a)の左右方向の厚さ)は1〜10mm程度であり、プレート4a〜cの厚さは10〜500μm程度である。プレート4dは、例えば樹脂を成形して作製することができる。プレート4a〜cは、例えば、金属製であり、流路となる孔や溝が、エッチングや打ち抜きなどで形成されている。
The
流路ユニット4に配置されている流路には、加圧室10、ディセンダ(部分流路)12の一部、しぼり14、(共通)供給流路5、および(共通)排出流路16がある。加圧室10、ディセンダ12、およびしぼり14については後で詳述する。供給流路5および排出流路16は、吐出ユニット3内に、長手方向に沿って設けられており、流路ユニット4のノズルモジュール6に近い側に排出流路16が配置されており、ノズルモジュール6から遠い側に供給流路5が配置されている。プレート4dに開口している孔の左右をそれぞれプレート4cで封函することで、吐出ユニット3の長手方向の一端部から他端部まで伸
びている細長い形状の供給流路5および排出流路16が構成される。左右のプレート4cには、さらにプレート4b、プレート4aがそれぞれ、この順で積層されている。プレート4cにはしぼり14の一部である孔が開口しており、しぼり14と供給流路5とは繋がっている。供給流路5は、両端部のそれぞれの開口5aで外部に開口しており、一方の開口5aから液体が供給され、しぼり14を通じて加圧室10に液体を供給し、残りの液体は他方の開口5aから外部に排出される。
The flow path arranged in the
排出流路16は、ノズルモジュール6側の複数個所で開口しており、複数のディセンダ12と繋がっている。ただし繋がっているディセンダ12は、その排出流路16のある吐出ユニット3の加圧室10から繋がっているディセンダ12ではなく、その吐出ユニット3の隣の吐出ユニット3にある加圧室10から繋がっているディセンダ12である。排出流路16は、一方の端部の開口16aで外部に開口しており、ディセンダ12から流れてきた液体は、排出流路16に集められて、外部に排出される。排出流路の開口16aを両端部に作り、両方から排出するようにしてもよい。
The
ノズルモジュール6は、平板状のノズルモジュールプレート6a〜dを積層して構成されている。ノズルモジュールプレート6a〜dには孔や溝が設けられており、これらが繋がって流路を構成している。ノズルモジュールプレート6a〜dは、厚さ10〜500μm程度であり、ノズルモジュール6の厚さは200μm〜2mm程度である。ノズルモジュールプレート6a〜dは、例えば、金属製であり、前述の孔や溝は、エッチングや打ち抜きなどで加工できる。また、吐出孔8の開口しているノズルモジュールプレート6dだけを金属製にして、他の部分はアルミナなどのセラミックスで作製してもよい。その場合、前述の孔や溝は、焼成前のグリーンシートの状態で加工され、グリーンシートを積層して焼成することでノズルモジュールプレート6a〜cの積層体を作製することができる。
The
ノズルモジュール6の下面である吐出孔面6−1には、多数の吐出孔8が開口しており、ノズルモジュール6の内部には、吐出孔8とそれぞれ繋がっている多数のディセンダ12が配置されている。さらに、各ディセンダ12の途中から分岐して、排出流路16に繋がる接続流路18が配置されている。なお、ディセンダ12全体は、ノズルモジュール6に形成されている部分と吐出ユニット3に形成されている部分とが合わさって構成されているため、正確には、ノズルモジュール6に配置されているのは、ディセンダ12の一部である。ディセンダ12は、ノズルモジュール6を上下に貫通する形状を有している。接続流路18は、ヘッド本体2aの長手方向と交差する方向(ほぼ直交する方向であるのが好ましい)で、ノズルモジュール6の平面方向に伸びている、ほぼ直線状の流路である。接続流路18は、隣り合う吐出ユニット3同士において、一方の吐出ユニット3にある加圧室10から繋がっているディセンダ12と、他方の吐出ユニット3にある排出流路16とを繋いでおり、逆に、他方の吐出ユニット3にある加圧室10から繋がっているディセンダ12と、一方の吐出ユニット3にある排出流路16とを繋いでいる。2つ吐出ユニット3の間を相互に繋げることにより、吐出ユニット3の数が偶数の場合は、吐出ユニット3以外に供給流路5や排出流路16を準備しなくても、供給流路5および排出流路16が接続される。吐出孔8およびディセンダ12については、後で詳述する。
A large number of
以上のような構成により、ヘッド本体2aを通り抜ける液体の流れは、外部から、1つの吐出ユニット3の供給流路の開口5a、供給流路5、しぼり14、加圧室10、ディセンダ12の一部、接続流路18、液体を供給した吐出ユニット3の隣の吐出ユニット3の排出流路16、排出流路の開口18aを順に通って、外部に出る流れとなっている。このように連なった流路全体をまとめて流路群と呼ぶことがある。図2で示したヘッド本体2aにおいて、左から順に吐出ヘッド3に番号を付けると、ヘッド本体2には、1番目の吐出ユニット3から液体の供給を受け、2番目の吐出ユニット3から排出する流路群が1つ、2番目の吐出ユニット3から液体の供給を受け、1番目の吐出ユニット3から排出する
流路群が1つ、3番目の吐出ユニット3から液体の供給を受け、4番目の吐出ユニット3から排出する流路群が1つ、4番目の吐出ユニット3から液体の供給を受け、3番目の吐出ユニット3から排出する流路群が1つ、の合計4つの流路群がある。このような構成であるため、吐出孔面6−1を平面視したとき、1つの流路群に属する供給流路5と同じ流路群に属する排出流路16は重ならないように配置されており、1つの流路群に属する供給流路5と他の流路群に属する排出流路16は重なって配置されている。なお、一端部にある複数ある供給流路の開口5a、他端部にある複数ある供給流路の開口5a、排出流路の開口16aを、それぞれをまとめるような流路を設ければ、外部との接続を容易にできるので好ましい。
With the configuration as described above, the flow of the liquid passing through the
続いて、液体を吐出させる構造について説明する。吐出ユニット3の流路ユニット4の左右方向の両面には、それぞれ複数の加圧室10が開口している。両面に開口している加圧室10は、それぞれの面にアクチュエータユニット21が接合されることで封函されている。加圧室10はそれぞれの面において、例えば50dpiに相当する等間隔で、吐出ユニット3の長手方向のほぼ全体にわたって配置されている。ノズルモジュール6における、加圧室10のほぼ直下の部分には吐出孔8が設けられており、吐出ユニット3の片側の面の加圧室10で50dpiの印刷が可能になる。吐出ユニット3の両側の加圧室10は、長手方向に交互に配置されている。例えば、両面の加圧室10を、長手方向に100dpiに相当する距離ずらして配置すれば、両面の加圧室10で100dpiの印刷が可能になる。さらに、そのような吐出ユニット3を、長手方向に400dpiに相当する距離ずらして4つ配置すれば、液体吐出ヘッド2全体で400dpiの印刷が可能になる。
Next, a structure for discharging liquid will be described. A plurality of pressurizing
なお、吐出ユニット3の長手方向の端部に位置する加圧室10からの吐出特性と、他の加圧室10の吐出特性との差が小さくなるように、さらに外側にダミーの加圧室を設けて、周囲の剛性の差が小さくなるようにしてもよい。
It should be noted that a dummy pressurization chamber is further provided on the outer side so that the difference between the discharge characteristics from the
加圧室10は、吐出ユニット3の積層方向に直交する方向に広がっている形状をしている。すなわち、吐出孔面6−1と略直交する方向および吐出ユニット3の長手方向に広がっている形状をしている。このような形状をしていることで、ヘッド本体2aの短手方向(図2の左右方向)の大きさを小さくできる。また、加圧室10は、吐出孔面6−1に直交する方向に長くなっている。これは、加圧室10の吐出孔面6−1と直交する方向の大きさが、その方向と直交する平面(すなわち吐出孔面6−1と平行な平面)における大きさよりも大きいということである。具体的な加圧室10の平面形状は、例えば、角部にアールが施されている長方形状である。
The pressurizing
加圧室10から、吐出ユニット3とノズルモジュール6とが接合される部分に向かってディセンダ12(正確にはディセンダ12の一部)が伸びている。ディセンダ12は、加圧室10の長手方向の端部のうちで吐出孔面6−1に近い側の端部で繋がっている。ディセンダ12は、吐出孔面6−1と略直交する方向に伸びている。吐出ユニット3に配置されているディセンダ12と、ノズルモジュール6に配置されているディセンダ12とは繋がって、加圧室10と吐出孔8とを繋いでいるディセンダ12となっている。
A descender 12 (exactly part of the descender 12) extends from the pressurizing
加圧室10と重なる位置のアクチュエータ基板21に設けられている変位素子30を変位させると、加圧室10の体積が変わり、その中の液体に圧力が加わる。この圧力は、ディセンダ12を伝わり、吐出孔8に到達して、液体が吐出される。具体的な駆動方法については、後で詳述する。
When the displacement element 30 provided on the
アクチュエータ基板21は、圧電体である2枚の圧電セラミック層21a、21bからなる積層構造を有している。これらの圧電セラミック層21a、21bはそれぞれ20μm程度の厚さを有している。アクチュエータ基板21の圧電セラミック層21aの上面か
ら圧電セラミック層21bの下面までの厚さは40μm程度である。圧電セラミック層21a、21bのいずれの層も複数の加圧室10を跨ぐように延在している。これらの圧電セラミック層21a、21bは、例えば、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系のセラミックス材料からなる。なお、圧電セラミック層21bは、振動板として働いており、必ずしも圧電体である必要はなく、代わりに、圧電体でない他のセラミック層や金属板を用いてもよい。
The
アクチュエータ基板21は、Ag−Pd系などの金属材料からなる共通電極24およびとAu系などの金属材料からなる個別電極25を有している。個別電極25はアクチュエータ基板21の上面における加圧室10と対向する位置にそれぞれ配置されている。個別電極25は、加圧室10と重なっている個別電極本体と、そこから引き出された引出電極とを含んでいる。引出電極には、駆動信号を供給される配線が接続されている。個別電極25には、制御部88から送られる駆動信号が供給される。駆動信号は、制御部88から送られる制御信号に基づき、液体吐出ヘッド2内に設けられたドライバICなどが生成したものを個別電極25に送ってもよい。駆動信号は、印刷媒体Pの搬送速度と同期して一定の周期で供給される。
The
共通電極24は、圧電セラミック層21aと圧電セラミック層21bとの間の領域に面方向のほぼ全面にわたって形成されている。すなわち、共通電極24は、アクチュエータ基板21に対向する領域内のすべての加圧室10を覆うように延在している。共通電極24の厚さは2μm程度である。共通電極24は、圧電セラミック層21a上に個別電極25からなる電極群を避ける位置に形成されている共通電極用表面電極に、圧電セラミック層21aを貫通して形成されたビアホールを介して繋がっていて、接地され、グランド電位に保持されている。共通電極用表面電極は、多数の個別電極25と同様に、制御部88と直接あるいは間接的に接続されている。
The
圧電セラミック層21aの個別電極25と共通電極24とに挟まれている部分は、厚さ方向に分極されており、個別電極25に電圧を印加すると変位する、ユニモルフ構造の変位素子30となっている。より具体的には、個別電極25を共通電極24と異なる電位にして圧電セラミック層21aに対してその分極方向に電界を印加したとき、この電界が印加された部分が、圧電効果により歪む活性部として働く。この構成において、電界と分極とが同方向となるように、制御部88により個別電極25を共通電極24に対して正または負の所定電位にすると、圧電セラミック層21aの電極に挟まれた部分(活性部)が、面方向に収縮する。一方、非活性層の圧電セラミック層21bは電界の影響を受けないため、自発的には縮むことがなく活性部の変形を規制しようとする。この結果、圧電セラミック層21aと圧電セラミック層21bとの間で分極方向への歪みに差が生じて、圧電セラミック層21bは加圧室10側へ凸となるように変形(ユニモルフ変形)する。
A portion sandwiched between the
続いて、液体の吐出動作について、説明する。制御部88からの制御でドライバICなどを介して、個別電極25に供給される駆動信号により、変位素子30が駆動(変位)させられる。本実施形態では、様々な駆動信号で液体を吐出させることができるが、ここでは、いわゆる引き打ち駆動方法について説明する。
Next, the liquid discharge operation will be described. The displacement element 30 is driven (displaced) by a drive signal supplied to the
あらかじめ個別電極25を共通電極24より高い電位(以下高電位と称す)にしておき、吐出要求がある毎に個別電極25を共通電極24と一旦同じ電位(以下低電位と称す)とし、その後所定のタイミングで再び高電位とする。これにより、個別電極25が低電位になるタイミングで、圧電セラミック層21a、21bが元の(平らな)形状に戻り(始め)、加圧室10の容積が初期状態(両電極の電位が異なる状態)と比較して増加する。これにより、加圧室10内の液体に負圧が与えられる。そうすると、加圧室10内の液体が固有振動周期で振動し始める。具体的には、最初、加圧室10の体積が増加し始め、負
圧は徐々に小さくなっていく。次いで加圧室10の体積は最大になり、圧力はほぼゼロとなる。次いで加圧室10の体積は減少し始め、圧力は高くなっていく。その後、圧力がほぼ最大になるタイミングで、個別電極25を高電位にする。そうすると最初に加えた振動と、次に加えた振動とが重なり、より大きい圧力が液体に加わる。この圧力がディセンダ12内を伝搬し、吐出孔8から液体を吐出させる。
The
つまり、高電位を基準として、一定期間低電位とするパルスの駆動信号を個別電極25に供給することで、液滴を吐出できる。このパルス幅は、圧力室10の液体の固有振動周期の半分の時間であるAL(Acoustic Length)とすると、原理的には、液体の吐出速度
および吐出量を最大にできる。圧力室10の液体の固有振動周期は、液体の物性、圧力室10の形状の影響が大きいが、それ以外に、アクチュエータ基板21の物性や、加圧室10に繋がっている流路の特性からの影響も受ける。
In other words, a droplet can be ejected by supplying a pulse driving signal that is a low potential for a certain period with the high potential as a reference to the
なお、パルス幅は、吐出される液滴を1つにまとめるようにするなど、他に考慮する要因もあるため、実際は、0.5AL〜1.5AL程度の値にされる。また、パルス幅は、ALから外れた値にすることで、吐出量を少なくすることができるため、吐出量を少なくするためにALから外れた値にされる。 Note that the pulse width is actually set to a value of about 0.5 AL to 1.5 AL because there are other factors to consider, such as combining the ejected droplets into one. Further, since the discharge amount can be reduced by setting the pulse width to a value outside of AL, the pulse width is set to a value outside of AL in order to reduce the discharge amount.
また、階調印刷においては、吐出孔8から連続して吐出される液滴の数、つまり液滴吐出回数で調整される液滴量(体積)で階調表現が行なわれる。このため、指定された階調表現に対応する回数の液滴吐出を、指定されたドット領域に対応する吐出孔8から連続して行なう。一般に、液体吐出を連続して行なう場合は、液滴を吐出させるために供給するパルスとパルスとの間隔をALとすることが好ましい。これにより、先に吐出された液滴を吐出させるときに発生した圧力の残余圧力波と、後に吐出させる液滴を吐出させるときに発生する圧力の圧力波との周期が一致し、これらが重畳して液滴を吐出するための圧力を増幅させることができる。なお、この場合後から吐出される液滴の速度が速くなると考えられるが、その方が複数の液滴の着弾点が近くなり、好ましい。 In gradation printing, gradation expression is performed by the number of droplets ejected continuously from the ejection holes 8, that is, the droplet amount (volume) adjusted by the number of droplet ejections. For this reason, the number of droplet discharges corresponding to the designated gradation expression is continuously performed from the discharge holes 8 corresponding to the designated dot region. In general, when liquid ejection is performed continuously, it is preferable that the interval between pulses supplied to eject liquid droplets is AL. As a result, the period of the residual pressure wave of the pressure generated when discharging the previously discharged liquid droplet coincides with the pressure wave of the pressure generated when discharging the liquid droplet discharged later, and these are superimposed. Thus, the pressure for discharging the droplet can be amplified. In this case, it is considered that the speed of the liquid droplets ejected later increases, but this is preferable because the landing points of a plurality of liquid droplets are close.
上述したような本実施形態の液体吐出ヘッド2では、1つの流路群内において、加圧室10内の液体を加圧した際に、圧力は、しぼり14を介して供給流路5に伝わり、また、ディセンダ12を介して、排出流路16に伝わる。しかし、1つの流路群の供給流路5と排出流路16とは、吐出孔面6−1を平面視した際に重ならないように配置されているため、相互に振動が伝わり難くなっている。液体吐出ヘッド2に含まれる供給流路5および排出流路16をすべて重ならないように配置することも可能であるが、液体吐出ヘッド2の平面方向の大きさ、より詳細には、液体吐出ヘッド2の短手方向の大きさが大きくなってしまうので好ましくない。液体吐出ヘッド2をプリンタ2に配置する際に、液体吐出ヘッド2平面方向に回転して(角度が付いて)固定されると、印刷精度が低くなるが、液体吐出ヘッド2の短手方向の大きさが大きくなると、同じ角度でも印刷精度の低下が大きくなってしまうので好ましくない。
In the liquid discharge head 2 of the present embodiment as described above, when the liquid in the pressurizing
そこで、異なる流路群に属する供給流路5と排出流路16とが重なるようにすることで、上述の吐出する際に生じる振動の影響を抑制しつつ、液体吐出ヘッド2の大きさを小さくすることができる。なお、異なる流路群に属する供給流路5と排出流路16との間で、振動が伝わり易くなるが、異なる流路群の間では、印刷される画像の差などにより、加わる加圧の振動が異なるので、その影響度を、同じ流路群に属する供給流路5と排出流路16とを重ねた場合より小さくできる。
Therefore, by making the
また、本実施形態では、同じ流路群に属する供給流路5と排出流路16とが、異なる吐出ユニット3内に配置されているため、振動がより伝わり難くなっている。
Moreover, in this embodiment, since the
加圧室10に加わる圧力は、液体の振動を通して伝わる以外に、流路ユニット4を通しても伝わる。そこで、加圧室10の設けられている加圧室面4−1を平面視したときに、1つの流路ユニット4内で、加圧室10と、加圧室10と同じ流路群に属する供給流路5とが重なっている面積を、加圧室10と、加圧室10と異なる流路群に属する排出流路16とが重なっている面期より小さくしている。すなわち、1つの流路ユニット4内には、その流路ユニット4に存在する加圧室10と同じ流路群に属する、供給流路5および排出流路16のいずれかが存在するので、そのいずれかの流路と加圧室10とが重なっている面積を、その流路ユニット4に存在する加圧室10と別の流路群に属する、排出流路16および供給流路5のいずれかが存在するので、そのいずれかの流路と加圧室10とが重なっている面積より小さくしている。そのようにすることで、加圧室10から流路ユニット4を通じて伝わる振動が、その加圧室10の属する流路群には振動が伝わり難くできる。換言すれば、圧力が良く伝わるのは、図2(a)の左右方向であり、振動の伝わり易い加圧室面4−1を平面視したときに重なる面積の大きい流路である排出流路16は、加圧室10の属する流路群とは異なる流路群(隣の吐出ユニット3の加圧室10が属する流路群)の流路であるため、振動が伝わっても吐出特性に与える影響を少なくできる。加圧室10と、当該加圧室10と同じ前記流路群に属しているとともに、当該加圧室面10の存在する吐出ユニット4内に存在する供給流路5または排出流路16とが重ならないように配置するのがより好ましい。そのようにすれば、同じ流路群に属する流路に流路ユニット4を介した振動をより伝わり難くできる。
The pressure applied to the pressurizing
以上の説明は、供給流路5側から液体を供給し、排出流路16側から液体を排出するように説明したが、排出流路5を供給流路として用いて、排出流路16側から液体を供給し、供給流路5を排出流路として用いて、供給流路5側から液体を排出するようにしてもよい。
In the above description, the liquid is supplied from the
また以上は、共通流路を、供給および排出の観点で2種類に分けて説明したが、供給流路を、ディセンダ12(吐出孔8に繋がる流路)と繋がっているかどうかで2種類に分けて考えてもよい。上述の実施形態について、ディセンダ12に繋がっている共通流路を第1共通流路16、ディセンダ12に繋がっていない供給流路を第2共通流路5として説明する。
In the above description, the common flow path is divided into two types from the viewpoint of supply and discharge. However, the supply flow path is divided into two types depending on whether or not the supply flow path is connected to the descender 12 (flow path connected to the discharge hole 8). You may think. In the above-described embodiment, the common flow path connected to the
吐出孔面6−1を平面視したとき、同じ流路群に属する、第1共通流路16と第2共通流路5とが重ならないように配置されていることにより、同じ流路群に同士の第1共通流路16と第2共通流路5との間で振動が伝わり難いので、吐出特性への影響が小さくできる。また、異なる流路群の共通流路が重なって配置されていることにより、液体吐出ヘッド2の短手方向の長さを小さくできる。またその際、共通流路が重なっている構造において、一方の共通流路を第1の共通流路16とし、他方の共通流路を第2の共通流路5とすることで、流路部材の内の流路の配置がし易くなる。
When the discharge hole surface 6-1 is viewed in plan, the first
また、流路部材として、吐出孔面6−1を一方の主面とする平板状のノズルモジュール6と、ノズルモジュール6の他方の主面に接合されている複数の流路ユニット4とを含んでおり、1つの流路ユニット4内に、1つの流路群に属する第1の共通流路16と、他の流路群に属する第2の共通流路5とが配置されていることにより、同じ流路群に属する第1の共通流路16と第2の共通流路5の間で、振動がより伝わり難くできる。さらに、上述のように、共通流路が重なっている構造において、一方の共通流路を第1の共通流路16とし、他方の共通流路を第2の共通流路5とすることで、各流路ユニット3の流路の配置を同じようにできるので、流路ユニット4として同じものを作製すればよいので、流路ユニット4の作製が容易になる。
Further, the flow path member includes a flat-
さらに、1つの流路ユニット4内には、その流路ユニット4に存在する加圧室10と同
じ流路群に属する、第2の共通流路5および第1の共通流路16のいずれかが存在するので、そのいずれかの流路と加圧室10とが重なっている面積を、その流路ユニット4に存在する加圧室10と別の流路群に属する、第1の共通流路16および第2の共通流路5のいずれかが存在するので、そのいずれかの流路と加圧室10とが重なっている面積より小さくしている。そのようにすることで、加圧室10から流路ユニット4を通じて伝わる振動が、その加圧室10の属する流路群には振動が伝わり難くできる。加圧室10と、当該加圧室10と同じ前記流路群に属しているとともに、当該加圧室面10の存在する吐出ユニット4内に存在する第2の共通流路5または第1の共通流路16とが重ならないように配置するのがより好ましい。そのようにすれば、同じ流路群に属する流路に流路ユニット4を介した振動をより伝わり難くできる。
Furthermore, in one
なお、上述の実施形態以外にプレートを積層した平板状の流路部材を用い、下面を吐出孔面とし、上面に変位素子を配置し、流路部材内に、加圧室、供給流路、および排出流路を配置して、液体吐出ヘッドを構成してもよい。吐出孔面、加圧室、供給流路、および排出流路の配置が、上述の実施形態で示したのと同様の関係を満たせば、振動の伝達し難さなどについて同様の効果が得られる。 In addition to the above-described embodiment, a plate-shaped flow path member in which plates are stacked is used, the lower surface is a discharge hole surface, a displacement element is disposed on the upper surface, a pressure chamber, a supply flow path, In addition, the liquid discharge head may be configured by arranging a discharge channel. If the arrangement of the discharge hole surface, the pressurizing chamber, the supply flow path, and the discharge flow path satisfies the same relationship as shown in the above-described embodiment, the same effect can be obtained with respect to the difficulty of transmitting vibrations. .
図4は、本発明の他の実施形態のヘッド本体102aである。上述の実施形態との際の少ない部位については、同じ符号を付けて、説明を省略する。ヘッド本体102aは、複数の吐出ユニット103で構成されている。図2の吐出ユニット3と同様に、一方方向に長い吐出ユニット103は短手方向に並んでいる。吐出ユニット103の個数は、解像度に合わせた変えることができ、例えば4個である。また、吐出ユニット103を1つだけでヘッド本体を構成してもよい。
FIG. 4 shows a head body 102a according to another embodiment of the present invention. The same parts as those in the above embodiment are given the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The head body 102 a is composed of a plurality of
吐出ユニット103は、流路ユニット104と圧電アチュエータ基板21とノズルモジュールプレート106とを含んでいる。ノズルモジュールプレート106は、流路ユニット4毎に一つずつ設けてもよいし、ヘッド本体102a全体で1つ設けてもよい。流路ユニット104は流路プレート104a〜104gが積層されて構成されている。吐出ユニと103において、加圧室10の一方の側(図4の左側)に排出流路16(第1の共通流路16)が配置され、反対側に供給流路5(第2の共通流路5)が配置されているので、同じ流路群に属する共通流路同士は重ならない。そして、複数の吐出ユニット103を接合させれば、異なる流路群に属する共通流路同士が重なった液体吐出ヘッドを構成できる。
The
1・・・(カラーインクジェット)プリンタ
2・・・液体吐出ヘッド
2a、102a・・・ヘッド本体
3、103・・・吐出ユニット
4、104・・・流路ユニット(吐出ユニットの流路部材)
4a〜d、104a〜g・・・(流路ユニットの)プレート
5・・・(共通)供給流路、第2の共通流路
5a・・・(共通排出流路、第2の共通流路の)開口
6・・・ノズルモジュール
6a〜d、106・・・ノズルモジュールプレート
6−1、106−1・・・吐出孔面
8・・・吐出孔
10・・・加圧室
12・・・ディセンダ(部分流路)
14・・・しぼり
16・・・(共通)排出流路、第1の共通流路
16a・・・(共通排出流路、第1の共通流路の)開口
18・・・接続流路
21・・・(圧電)アクチュエータ基板
21a・・・圧電セラミック層
21b・・・圧電セラミック層(振動板)
24・・・共通電極
25・・・個別電極
30・・・変位素子(加圧部)
70・・・(ヘッド搭載)フレーム
72・・・ヘッド群
80a・・・給紙ローラ
80b・・・回収ローラ
82a・・・ガイドローラ
82b・・・搬送ローラ
88・・・制御部
P・・・印刷用紙
DESCRIPTION OF
4a to d, 104a to g (plate unit) 5 (common) supply channel, second
14 ...
24 ...
70 ... (head mounting)
Claims (8)
前記複数の吐出孔が開口している吐出孔面を平面視したとき、
1つの前記流路群に属する前記共通流路同士は重ならないように配置されているとともに、1つの前記流路群に属する前記共通流路と他の前記流路群に属する前記共通流路とが重なって配置されていること特徴とする液体吐出ヘッド。 A plurality of flow path groups having at least two common flow paths, a plurality of pressurization chambers connected to the two common flow paths, and a plurality of discharge holes respectively connected to the plurality of pressurization chambers are provided. A liquid discharge head having a flow path member and a plurality of pressurizing units that pressurize the liquid in the plurality of pressurizing chambers, respectively.
When the discharge hole surface in which the plurality of discharge holes are open is viewed in plan view,
The common flow paths belonging to one flow path group are arranged so as not to overlap each other, and the common flow path belonging to one flow path group and the common flow path belonging to another flow path group A liquid discharge head characterized in that the two are overlapped.
異なる前記流路群の前記共通流路が重なって配置されている構造において、一方の前記共通流路が前記共通供給流路であり、他方の前記共通流路が前記共通排出流路であること特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド。 One of the two common flow paths is a common supply flow path for supplying a liquid from the outside and supplying the liquid to the plurality of pressurizing chambers, and the other is a common discharge for discharging a part of the plurality of liquids to the outside. Discharge channel,
In the structure in which the common flow paths of the different flow path groups are overlapped, one of the common flow paths is the common supply flow path, and the other common flow path is the common discharge flow path. The liquid discharge head according to claim 1, wherein the liquid discharge head is a liquid discharge head.
前記加圧室面を平面視したとき、
当該加圧室面に存在する前記加圧室と、当該加圧室と同じ前記流路群に属しているとともに、当該加圧室面の存在する前記吐出ユニット内に存在する前記共通供給流路または前記共通排出流路とが重なっている面積が、
当該加圧室面に存在する前記加圧室と、当該加圧室と別の前記流路群に属しているとともに、当該加圧室面の存在する前記吐出ユニット内に存在する前記共通排出流路または前記共通供給流路とが重なっている面積よりも小さいことを特徴とする請求項3に記載の液体吐出ヘッド。 The plurality of pressurizing chambers are disposed on the pressurizing chamber surface substantially orthogonal to the nozzle module of the flow path unit,
When the pressure chamber surface is viewed in plan view,
The common supply flow path that exists in the discharge unit in which the pressurization chamber surface and the pressurization chamber surface belong to the same flow path group as the pressurization chamber surface and the pressurization chamber surface exists. Or the area where the common discharge channel overlaps,
The common discharge flow which exists in the discharge unit where the pressurizing chamber surface exists and belongs to the flow path group different from the pressurizing chamber surface and the pressurizing chamber surface. The liquid discharge head according to claim 3, wherein the liquid discharge head is smaller than an area where the path or the common supply flow path overlaps.
異なる前記流路群の前記共通流路が重なって配置されている構造において、一方の前記共通流路が前記第1の共通流路であり、他方の前記共通流路が前記第2の共通流路であること特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド。 One of the two common flow paths is a first common flow connected to the pressurizing chamber via a plurality of partial flow paths connecting the plurality of pressurizing chambers and the plurality of discharge holes, respectively. The other is a second common flow channel connected to the pressurizing chamber without passing through the partial flow channel,
In the structure in which the common flow paths of the different flow path groups are overlapped, one of the common flow paths is the first common flow path, and the other common flow path is the second common flow path. The liquid discharge head according to claim 1, wherein the liquid discharge head is a path.
当該加圧室面に存在する前記加圧室と、当該加圧室と同じ前記流路群に属しているとともに、当該加圧室面の存在する前記吐出ユニット内に存在する前記第2の共通流路または前記第1の共通流路とが重なっている面積が、
当該加圧室面に存在する前記加圧室と、当該加圧室と別の前記流路群に属しているとともに、当該加圧室面の存在する前記吐出ユニット内に存在する前記第1の共通流路または前記第2の共通流路とが重なっている面積より小さいことを特徴とする請求項6に記載の液体吐出ヘッド。 The plurality of pressurizing chambers are disposed on the pressurizing chamber surface substantially orthogonal to the nozzle module of the flow path unit,
The pressurization chamber existing on the pressurization chamber surface, and the second common that belongs to the same flow path group as the pressurization chamber and exists in the discharge unit where the pressurization chamber surface exists. The area where the flow path or the first common flow path overlaps,
The first chamber existing in the discharge unit having the pressurizing chamber surface and the pressurizing chamber existing on the pressurizing chamber surface, and belonging to the flow path group different from the pressurizing chamber. The liquid discharge head according to claim 6, wherein the liquid discharge head is smaller than an area where the common flow path or the second common flow path overlaps.
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