JP2015120296A - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】個別配線15yの基準方向Kの配列ピッチを粗くして、他の電極との間の電気的接続を容易にする。
【解決手段】液体噴射ヘッド1は、表面に開口する吐出溝3と表面に開口する非吐出溝4が基準方向Kに交互に配列する溝列5を有し、吐出溝3の両側面に共通駆動電極13aが設置され、非吐出溝4の両側面に個別駆動電極13bが設置される圧電体基板2を備え、圧電体基板2は、非吐出溝4の長手方向における両端側の表面に互いに電気的に分離する個別配線15yを備え、一端側の個別配線15yは非吐出溝4の一方の側面に設置される個別駆動電極13bと電気的に接続し、他端側の個別配線15yは非吐出溝4の他方の側面に設置される個別駆動電極13bと電気的に接続する。
【選択図】図1
【解決手段】液体噴射ヘッド1は、表面に開口する吐出溝3と表面に開口する非吐出溝4が基準方向Kに交互に配列する溝列5を有し、吐出溝3の両側面に共通駆動電極13aが設置され、非吐出溝4の両側面に個別駆動電極13bが設置される圧電体基板2を備え、圧電体基板2は、非吐出溝4の長手方向における両端側の表面に互いに電気的に分離する個別配線15yを備え、一端側の個別配線15yは非吐出溝4の一方の側面に設置される個別駆動電極13bと電気的に接続し、他端側の個別配線15yは非吐出溝4の他方の側面に設置される個別駆動電極13bと電気的に接続する。
【選択図】図1
Description
本発明は、被記録媒体に液滴を噴射して記録する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。
近年、記録紙等にインク滴を吐出して文字や図形を記録する、或いは素子基板の表面に液体材料を吐出して機能性薄膜を形成するインクジェット方式の液体噴射ヘッドが利用されている。この方式は、インクや液体材料などの液体を液体タンクから供給管を介してチャンネルに導き、チャンネルに充填される液体に圧力を印加してチャンネルに連通するノズルから液滴として吐出する。液滴の吐出の際には、液体噴射ヘッドや被記録媒体を移動させて文字や図形を記録する、或いは所定形状の機能性薄膜を形成する。
特許文献1には、圧電体基板に液体吐出用のチャンネルとして溝を多数形成し、溝の端部から液滴を吐出するエッジシュート型の液体噴射ヘッド100が記載されている。図9は特許文献1に記載される液体噴射ヘッドの断面模式図である。図9(a)は、溝の長手方向に直交する方向の液体噴射ヘッド100の断面模式図であり、図9(b)は、インク室103の溝方向の断面模式図である。液体噴射ヘッド100は、圧電セラミックスプレート102と、圧電セラミックスプレート102の上面に接合されるカバープレート110と、圧電セラミックスプレート102の側面に接合されるノズルプレート114とを備える。圧電セラミックスプレート102には、インク室103を構成する溝119と液体が充填されない溝104とが隔壁106を挟んで交互に配列する。カバープレート110は圧電セラミックスプレート102の上面にエポキシ系樹脂120を介して接着される。カバープレート110にはマニホールド121が形成され、マニホールド121は溝119の端部に連通して液体(インク)供給が可能に構成される。圧電セラミックスプレート102はPZTセラミックスプレートを使用し、分極方向105に分極される。
溝104は、カバープレート110を貫通して圧電セラミックスプレート102まで切削して形成される。溝119と溝104を仕切る隔壁106の、インク室103側の側面には金属電極108が形成され、溝104の側面には電極117が形成される。金属電極108は、溝119の深さの半分よりも上方に形成され、圧電セラミックスプレート102のノズルプレート114とは反対側の一端面115側の浅溝107に金属電極109として引き出される。電極117は、溝104の内側面、底面及びカバープレート110の平坦部116に形成される。この電極117を共通電位に設定し、金属電極109に駆動信号を与えてインク室103に充填される液体に圧力波を生じさせ、ノズル112から液滴を吐出する。
特許文献1に記載の液体噴射ヘッド100では、圧電セラミックスプレート102のノズルプレート114とは反対側の一端面115側の上面に金属電極109が設置される。各金属電極109はインク室103の側面に形成される各金属電極108とそれぞれ電気的に接続する。つまり、金属電極109はインク室103と同数形成される。そのため、インク室103の配列ピッチが狭くなると金属電極109の配列ピッチも狭くなり、金属電極109のパターニングが微細化する。そのため、この微細化した金属電極109と外部から駆動信号を供給するための配線、例えばフレキシブル回路基板の配線との間の電気的な接続も難しくなる。また、溝104はカバープレート110側からダイヤモンドブレードを用いて切削して形成する。この溝104を形成する際にはダイヤモンドブレードがマニホールド121に達しないように、溝104の溝方向の長さを溝119の溝方向の長さよりも短くする。そのため、駆動壁の実効長を確保するために圧電セラミックスプレート102の溝方向の長さが長くなる。
本発明の液体噴射ヘッドは、表面に開口する吐出溝と前記表面に開口する非吐出溝が基準方向に交互に配列する溝列を有し、前記吐出溝の両側面に設置される共通駆動電極と、前記非吐出溝の両側面に設置される個別駆動電極とを備える圧電体基板を備え、前記圧電体基板は、前記非吐出溝の長手方向における両端側の前記表面に互いに電気的に分離する個別配線を備え、一端側の前記個別配線は前記非吐出溝の一方の側面に設置される前記個別駆動電極と電気的に接続し、他端側の前記個別配線は前記非吐出溝の他方の側面に設置される前記個別駆動電極と電気的に接続することとした。
また、前記吐出溝は前記圧電体基板の上面に開口し、前記吐出溝に連通する液室を有し、前記圧電体基板の前記上面に設置されるカバープレートと、前記吐出溝に連通するノズルを有し、前記圧電体基板の側面に設置されるノズルプレートと、を更に備えることとした。
また、前記吐出溝は前記圧電体基板の上面から前記上面とは反対側の下面に貫通し、前記非吐出溝は前記圧電体基板の前記上面に開口し、前記個別配線は前記圧電体基板の前記上面に設置され、前記吐出溝に連通する液室を有し前記圧電体基板の前記上面に設置されるカバープレートと、前記吐出溝に連通するノズルを有し前記圧電体基板の前記下面に設置されるノズルプレートと、を更に備えることとした。
また、前記カバープレートは、前記個別配線と電気的に接続する第一の貫通電極と、前記圧電体基板の側とは反対側の表面に設置され前記第一の貫通電極と電気的に接続する個別端子とを備えることとした。
また、前記圧電体基板の前記上面の法線方向から見る平面視において、前記個別端子は前記吐出溝を跨いで前記カバープレートに設置されることとした。
また、前記圧電体基板の前記上面に前記共通駆動電極と電気的に接続する共通配線を備えることとした。
また、前記カバープレートは、前記共通配線と電気的に接続する第二の貫通電極と、前記圧電体基板の側とは反対側の表面に設置され前記第二の貫通電極と電気的に接続する共通端子とを備えることとした。
また、一の前記吐出溝の両側面に設置される前記共通駆動電極と、他の一の前記吐出溝の両側面に設置される他の前記共通駆動電極とは前記共通配線を介して電気的に接続することとした。
また、前記吐出溝を挟んで隣接する前記非吐出溝の前記吐出溝の側の側面に設置される2つの前記個別駆動電極は、前記個別端子を介して電気的に接続することとした。
また、配線を備えるフレキシブル回路基板を更に含み、前記フレキシブル回路基板は、前記配線が前記個別端子と電気的に接続して前記カバープレートの表面に接続されることとした。
また、前記吐出溝は前記圧電体基板の上面から前記上面とは反対側の下面に貫通し、前記非吐出溝は前記圧電体基板の前記下面に開口し、前記個別配線は前記圧電体基板の前記下面に設置され、前記吐出溝に連通する液室を有し前記圧電体基板の上面に設置されるカバープレートと、前記吐出溝に連通するノズルを有し前記圧電体基板の下面に設置されるノズルプレートと、を更に備えることとした。
また、前記溝列が前記基準方向に複数並列することとした。
本発明の液体噴射装置は、上記の液体噴射ヘッドと、前記液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させる移動機構と、前記液体噴射ヘッドに液体を供給する液体供給管と、前記液体供給管に前記液体を供給する液体タンクと、を備えることとした。
本発明による液体噴射ヘッドは、表面に開口する吐出溝と表面に開口する非吐出溝が基準方向に交互に配列する溝列を有し、吐出溝の両側面に設置される共通駆動電極と、非吐出溝の両側面に設置される個別駆動電極とを備える圧電体基板を備え、圧電体基板は、非吐出溝の長手方向における両端側の表面に互いに電気的に分離する個別配線を備え、一端側の個別配線は非吐出溝の一方の側面に設置される個別駆動電極と電気的に接続し、他端側の個別配線は非吐出溝の他方の側面に設置される個別駆動電極と電気的に接続する。これにより、個別配線の基準方向の配列ピッチが粗くなり、他の電極との間の電気的接続が容易となる。
(第一実施形態)
図1は本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッド1に使用する圧電体基板2の模式的な斜視図である。なお、圧電体基板2の表面には、圧電体基板2の上面USと下面LSが含まれるものとする。
図1は本発明の第一実施形態に係る液体噴射ヘッド1に使用する圧電体基板2の模式的な斜視図である。なお、圧電体基板2の表面には、圧電体基板2の上面USと下面LSが含まれるものとする。
圧電体基板2は、上面USに開口する吐出溝3と上面USに開口する非吐出溝4が基準方向Kに交互に配列する溝列5を有し、吐出溝3の両側面に設置される共通駆動電極13aと、非吐出溝4の両側面に設置される個別駆動電極13bとを備える。圧電体基板2は、非吐出溝4の長手方向(本実施形態においては非吐出溝4が開口する開口部14bの長手方向)における両端側の上面USに互いに電気的に分離する個別配線15yを備え、一端側の個別配線15yは非吐出溝4の一方側の側面に設置される個別駆動電極13bと電気的に接続し、他端側の個別配線15yは非吐出溝4の他方の側面に設置される個別駆動電極13bと電気的に接続する。圧電体基板2は、更に、その上面USに吐出溝3の共通駆動電極13aと電気的に接続する共通配線15xを備える。ここで、吐出溝3及び非吐出溝4は圧電体基板2の上面USから上面USとは反対側の下面LSに貫通する。このように、個別配線15yを非吐出溝4の一端側と他端側に振り分けて設置するので、個別配線15yの基準方向Kの配列ピッチが粗くなり、第一の貫通電極20(図2に記載)との間の電気的接続が容易となる。なお、図1では理解しやすくするために共通配線15xと個別配線15yに点描を施している。
圧電体基板2としてPZTセラミックス基板を使用することができる。圧電体基板2は基板面の垂直方向に一様に分極処理が施されている。本実施形態では共通駆動電極13a及び個別駆動電極13bを圧電体基板2の厚さの略1/2よりも上面US側に設置している。これに代えて、圧電体基板2として基板表面の垂直方向の上方に分極処理が施される圧電体と、垂直方向の下方に分極処理が施される圧電体とを積層したシェブロン型の積層圧電体基板を使用する場合は、共通駆動電極13a及び個別駆動電極13bを溝の上端から分極境界よりも深く設置することができる。
圧電体基板2は、更に、上面USに吐出溝3の共通駆動電極13aと電気的に接続する共通配線15xを備える。共通配線15xは、吐出溝3が上面USに開口する開口部の端部近傍であり、溝列5を囲むように設置され、複数の吐出溝3の側面に設置される複数の共通駆動電極13aと電気的に接続する。つまり、一の吐出溝3に設置される共通駆動電極13aと、他の一の吐出溝3に設置される他の共通駆動電極13aとは共通配線15xを介して電気的に接続する。
なお、本実施形態において、吐出溝3が上面USには開口せず、下面LSに開口し、共通配線15xが上面USには設置されず、下面LSに設置されるものであってもよい。つまり、上面USに吐出溝3と非吐出溝4が開口する、又は、下面LSに吐出溝3と非吐出溝4が開口する場合の他に、上面USに吐出溝3又は非吐出溝4が開口し、下面LSに非吐出溝4又は吐出溝3が開口する場合も、本発明の範囲に含まれる。
(第二実施形態)
図2は、本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッド1の模式的な分解斜視図である。図3は、本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッド1の断面模式図である。図3(a)は液体噴射ヘッド1の吐出溝3に沿う断面模式図であり、図3(b)は液体噴射ヘッド1の非吐出溝4に沿う断面模式図であり、図3(c)は個別駆動電極13bと第一の貫通電極20との間の接続構造の変形例を表す断面模式図である。なお、本第二実施形態に係る液体噴射ヘッド1は第一実施形態において説明した圧電体基板2を使用しているので、圧電体基板2についての詳細な説明は省略する。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
図2は、本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッド1の模式的な分解斜視図である。図3は、本発明の第二実施形態に係る液体噴射ヘッド1の断面模式図である。図3(a)は液体噴射ヘッド1の吐出溝3に沿う断面模式図であり、図3(b)は液体噴射ヘッド1の非吐出溝4に沿う断面模式図であり、図3(c)は個別駆動電極13bと第一の貫通電極20との間の接続構造の変形例を表す断面模式図である。なお、本第二実施形態に係る液体噴射ヘッド1は第一実施形態において説明した圧電体基板2を使用しているので、圧電体基板2についての詳細な説明は省略する。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
図2に示すように、液体噴射ヘッド1は、圧電体基板2と、圧電体基板2の上面USに設置されるカバープレート8と、圧電体基板2の下面LSに設置されるノズルプレート10とを備える。ノズルプレート10は吐出溝3に連通するノズル11を有する。
カバープレート8は、吐出溝3に連通する液室9と、個別配線15yと電気的に接続する第一の貫通電極20と、圧電体基板2の側とは反対側の表面に設置され第一の貫通電極20と電気的に接続する個別端子17とを有する。個別端子17は、L字形を有し、L字形の底部において、吐出溝3を挟んで隣接する非吐出溝4の吐出溝3の側の側面に設置される2つの個別駆動電極13bと電気的に接続する。従って、個別端子17のL字形の底部は、圧電体基板2の上面USの法線方向から見る平面視において、吐出溝3を跨いでカバープレート8に設置される。
個別端子17は非吐出溝4の両端側に設置され、非吐出溝4の一端側の個別端子17と他端側の個別端子17はL字形の底部を外側に上部を内側に向けて基準方向Kに配列する。L字形の上部は、外部回路と電気的に接続する電極端子として機能する。例えば、基準方向Kにフレキシブル回路基板を接続し、フレキシブル回路基板の配線と個別端子17を電気的に接続して外部回路で生成される駆動信号を個別端子17に供給することができる。また、フレキシブル回路基板に代えて、ワイヤーボンディング法により外部回路と接続することができる。これにより、個別配線15yと同様に、カバープレート8の表面に形成される個別端子17の配列ピッチも粗くなり、図示しないフレキシブル回路基板等の他の配線との間の接続も容易となる。
図3(a)及び(b)を用いて具体的に説明する。吐出溝3は、圧電体基板2の上面USから下面LSに向けて凸形状を有し、上面USから下面LSに貫通する。非吐出溝4は、下面LSから上面USに向けて凸形状を有し、下面LSから上面USに貫通する。そのため、吐出溝3は、上面USに開口する開口部14aの溝方向の長さが非吐出溝4の上面USに開口する開口部14bの溝方向の長さよりも長い。吐出溝3は、圧電体基板2の厚さの略1/2よりも上面US側の両側面に共通駆動電極13aを備え、非吐出溝4は、圧電体基板2の厚さの略1/2よりも上面US側の両側面に個別駆動電極13bを備える。
カバープレート8は、2つの液室9と、第一の貫通電極20と、第一の貫通電極20に電気的に接続する個別端子17とを備える。カバープレート8は、更に、図示しない第二の貫通電極と、第二の貫通電極と電気的に接続する図示しない共通端子を備える。一方の液室9は複数の吐出溝3の一方側の端部に連通し、他方の液室9は複数の吐出溝3の他方側の端部に連通する。非吐出溝4は、液室9が設置される領域の上面USには開口せず、従って、液室9とは連通しない。第二の貫通電極は、カバープレート8の板厚方向に貫通し、共通配線15xに電気的に接続する。第二の貫通電極は、カバープレート8の基準方向Kの端部に設置され、圧電体基板2の側とは反対側の表面に設置される図示しない共通端子と電気的に接続する。第一及び第二の貫通電極や、個別端子及び共通端子はめっき法等により低抵抗に形成することができる。また、カバープレート8として圧電体基板2と同程度の熱膨張係数を有する材料を使用することができる。例えば、PZTセラミックスやマシナブルセラミックスを使用することができる。
なお、本発明において個別端子17がL字形であることが必須要件ではなく、T字形であってもよいし、他の形状であってもよい。また、本第二実施形態においては、吐出溝3を挟む2つの非吐出溝4の吐出溝3側の側面に設置される2つの個別駆動電極13bが個別端子17を介して電気的に接続するが、これに代えて、2つの個別駆動電極13bが個別端子17においては電気的に接続せず、他の配線や外部回路を介して電気的に接続してもよい。また、吐出溝3の基準方向Kの配列ピッチが微細になると、個別端子17の基準方向Kの配列ピッチも微細になる。この場合は、個別端子17のL字形の上部を削除し、一方側の個別端子17と他方側の個別端子17を離間させればよい。
液体噴射ヘッド1は次のように駆動する。まず、一方の液室9に液体を供給する。液体は、各吐出溝3に流入し、更に、他方の液室9に流出して排出される。そして、図示しない共通端子にGND電位を、個別端子17に駆動信号をそれぞれ与える。GND電位は、共通端子から図示しない第二の貫通電極を介して共通配線15xに伝達し、各吐出溝3の共通駆動電極13aに与えられる。駆動信号は、個別端子17から第一の貫通電極20と個別配線15yを介して非吐出溝4の個別駆動電極13bに与えられる。すると、吐出溝3と非吐出溝4の間の側壁18が厚みすべり変形し、吐出溝3の容積が拡大し、次に縮小して吐出溝3に圧力波が誘起される。この圧力波がノズル11に伝達してノズル11から液滴が吐出される。各個別端子17に独立に駆動信号を与えて、各吐出溝3を独立に駆動することができる。液体は、吐出溝3に充填されるが非吐出溝4には充填されない。液体は、個別配線15y、第一の貫通電極20及び個別端子17には接しない。そのため、導電性の液体を使用しても液体を介して駆動信号が漏洩することがない。また、駆動信号を入力する個別端子17や共通端子をカバープレート8に設置するので、圧電体基板2の溝方向の幅をカバープレート8と同じ幅とすることができ、液体噴射ヘッド1を小さく構成することができる。なお、液体は、一方の液室9と他方の液室9の両方から吐出溝3に供給してもよい。
なお、上述した実施形態においては、共通端子にGND電位を印加し、個別端子17に駆動信号を印加する技術について記載したが、本願発明はこの形態に限られるものではない。例えば、吐出溝3の駆動電極13にGND電位ではなく駆動信号を印加し、非吐出溝4にGND電位を印加することも可能である。
図3(c)は、第二実施形態の変形例を表す。カバープレート8は圧電体基板2の側の裏面に第一の中間電極22を備える。第一の中間電極22は、第一の貫通電極20に電気的に接続するとともに、個別配線15yに電気的に接続する。つまり、個別配線15yは第一の中間電極22と第一の貫通電極20を介して個別端子17に電気的に接続される。同様に、カバープレート8は、図示しない第二の貫通電極と、圧電体基板2の側とは反対側の表面に設置され、第二の貫通電極と電気的に接続する図示しない共通端子と、圧電体基板2の側の裏面に設置され、第二の貫通電極と電気的に接続する図示しない第二の中間電極とを備える。第二の中間電極は共通配線15xに電気的に接続する。つまり、共通配線15xは第二の中間電極と第二の貫通電極を介して共通端子に電気的に接続する。個別配線15yと第一の中間電極22の間、或いは、共通配線15xと第二の中間電極の間は直接接触させて電気的に接続してもよいし、異方性導電シートを介して電気的に接続してもよい。第一の中間電極22や第二の中間電極を設置することにより、圧電体基板2側とカバープレート8側との間の電気的な接触抵抗を低減させることができる。また、第一の貫通電極20を個別配線15yの上部に、或いは第二の貫通電極を共通配線15xの上部に設置する必要が無くなり、設計自由度が拡大する。
なお、本第二実施形態において、吐出溝3及び非吐出溝4を円盤状ブレードの外周に切削材を埋め込んだダイシングブレードを用いて形成するために、溝端部が切り上がる又は切り下がる傾斜面となっている。しかし、本発明は、溝端部を傾斜面とすることが必須要件ではなく、上面USから下面LSにストレートに貫通する溝であってもよい。この場合でも、上面USに接合するカバープレート8の液室9に非吐出溝4が連通しないように、非吐出溝4の溝方向の長さを吐出溝3の溝方向の長さよりも短く形成する。
また、本第二実施形態において、圧電体基板2の上面USに設置される共通配線15xと個別配線15yは、貫通電極を介してカバープレート8の外表面まで引出されるが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、圧電体基板2の溝方向の幅をカバープレート8の溝方向の幅よりも広く形成し、共通配線15xと個別配線15yが露出するようにカバープレート8を上面USに設置する。この露出する共通配線15xと個別配線15yにフレキシブル回路基板を接続し、外部回路により生成される駆動信号を個別駆動電極13bに伝達させることができる。この場合も、個別配線15yは非吐出溝4の一端側と他端側に振り分けられるので、個別配線15yの基準方向Kの配列ピッチが粗くなり、フレキシブル回路基板の配線との間の電気的接続が容易となる。
(第三実施形態)
図4は本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッド1の説明図である。図4(a)は圧電体基板2の上面模式図であり、図4(b)はカバープレート8の上面模式図である。本実施形態においては、共通端子16の形状が具体的に示され、第二の貫通電極21が各吐出溝3に対応して複数設置され、個別端子17はT字形を有する。その他の構成は第二実施形態と同様である。以下、主に第二実施形態と異なる構成について説明し、同一の構成は説明を省略する。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
図4は本発明の第三実施形態に係る液体噴射ヘッド1の説明図である。図4(a)は圧電体基板2の上面模式図であり、図4(b)はカバープレート8の上面模式図である。本実施形態においては、共通端子16の形状が具体的に示され、第二の貫通電極21が各吐出溝3に対応して複数設置され、個別端子17はT字形を有する。その他の構成は第二実施形態と同様である。以下、主に第二実施形態と異なる構成について説明し、同一の構成は説明を省略する。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
図4(a)に示すように、吐出溝3の両端近傍であり、隣接する吐出溝3の間の圧電体基板2の上面USに共通配線15xが設置され、共通配線15xは隣接する吐出溝3の側面に設置される共通駆動電極13aと電気的に接続する。吐出溝3の両側面に設置される2つの共通駆動電極13aは吐出溝3の両端部の切り上がる傾斜面の底部において電気的に接続する。従って、吐出溝3に設置される共通駆動電極13aは共通配線15xを介してすべて電気的に接続する。言いかえると、一の吐出溝3に設置される共通駆動電極13aと他の一の吐出溝3に設置される他の共通駆動電極13aとは圧電体基板2の上面USに設置される共通配線15xを介して電気的に接続する。更に、第二実施形態と同様に、非吐出溝4の長手方向における両端側の上面USに互いに電気的に分離する個別配線15yが設置され、一端側の個別配線15yは非吐出溝4の一方側の側面に設置される個別駆動電極13bと電気的に接続し、他端側の個別配線15yは非吐出溝4の他方の側面に設置される個別駆動電極13bと電気的に接続する。
カバープレート8は、隣接する吐出溝3の間に設置される共通配線15xに対応して第二の貫通電極21を備える。本実施形態においては、吐出溝3の両端近傍に共通配線15xが設置され、各共通配線15xに対応して第二の貫通電極21が設置される。従って、カバープレート8は、吐出溝3の数の2倍の第二の貫通電極21を備える。カバープレート8は、更に、圧電体基板2の側とは反対側の表面に、各第二の貫通電極21に電気的に接続する共通端子16を備える。従って、吐出溝3の両側面に設置される2つの共通駆動電極13aは2つの第二の貫通電極21を介して共通端子16と電気的に接続される。言いかえると、一の吐出溝3に設置される共通駆動電極13aと、他の一の吐出溝3に設置される他の共通駆動電極13aとはカバープレート8の表面に設置される共通端子16を介して電気的に接続されることなる。更に、第一実施形態と同様に、カバープレート8は、個別配線15yと電気的に接続する第一の貫通電極20と、圧電体基板2の側とは反対側の表面に設置され第一の貫通電極20と電気的に接続する個別端子17を備える。
このように、各吐出溝3の両端近傍に第二の貫通電極21を設置したことにより、共通端子16と共通駆動電極13aとの間の電気抵抗が低下し、配線抵抗に基づく液滴の吐出異常が低減する。なお、第二の貫通電極21を各吐出溝3の両端近傍に設置したが、吐出溝3の一方側にのみ第二の貫通電極21を設置してもよいし、吐出溝3の2つおきに第二の貫通電極21を設置してもよいし、更にまばらに第二の貫通電極21を設置してもよい。要は、吐出異常が発生しない程度の密度で第二の貫通電極21を設置すればよい。また、個別端子17はT字形を有し、T字形の上部が2つの第一の貫通電極20に電気的に接続し、T字形の下部が吐出溝3を覆い、外部回路に電気的に接続する端子として機能する。
(第四実施形態)
図5は、本発明の第第四実施形態に係る液体噴射ヘッド1の説明図である。図5(a)は液体噴射ヘッド1の圧電体基板2の上面模式図であり、図5(b)は液体噴射ヘッド1の吐出溝3の溝方向に沿う断面模式図である。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
図5は、本発明の第第四実施形態に係る液体噴射ヘッド1の説明図である。図5(a)は液体噴射ヘッド1の圧電体基板2の上面模式図であり、図5(b)は液体噴射ヘッド1の吐出溝3の溝方向に沿う断面模式図である。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
液体噴射ヘッド1は、圧電体基板2と、圧電体基板2の上面USに設置されるカバープレート8と、圧電体基板2の側面SSに設置されるノズルプレート10とを備える。圧電体基板2は、上面USに開口する吐出溝3と上面USに開口する非吐出溝4が基準方向Kに交互に配列する溝列5を有し、吐出溝3の両側面に設置される共通駆動電極13aと、非吐出溝4の両側面に設置される個別駆動電極13bとを備える。圧電体基板2は、非吐出溝4の長手方向(本実施形態においては非吐出溝4が開口する開口部14の長手方向)における両端側の上面に互いに電気的に分離する個別配線15yを備え、一端側の個別配線15yは非吐出溝4の一方の側面に設置される個別駆動電極13bと電気的に接続し、他端側の個別配線15yは非吐出溝4の他方の側面に設置される個別駆動電極13bと電気的に接続する。圧電体基板2は、更に、その上面USに吐出溝3の共通駆動電極13aと電気的に接続する共通配線15xを備える。
カバープレート8は、吐出溝3に連通する液室9と、個別配線15yと電気的に接続する第一の貫通電極20と、共通配線15xと電気的に接続する第二の貫通電極21と、第一の貫通電極20と電気的に接続する個別端子17と、第二の貫通電極21と電気的に接続する共通端子16とを備える。個別端子17と共通端子16はカバープレート8の圧電体基板2とは反対側の表面に設置される。個別端子17は非吐出溝4の両端側に設置され、各個別端子17は、吐出溝3を挟んで隣接する非吐出溝4の吐出溝3の側の側面に設置される2つの個別駆動電極13bを電気的に接続する。従って、各個別端子17は、圧電体基板2の上面USの法線方向から見る平面視において、吐出溝3を跨いでカバープレート8に設置される。ノズルプレート10は吐出溝3に連通するノズル11を有する。
このように、個別配線15yを非吐出溝4の一端側と他端側に振り分けて設置するので、個別配線15yの基準方向Kの配列ピッチが粗くなり、第一の貫通電極20との間の電気的接続が容易となる。同様に、カバープレート8の表面に形成される個別端子17の配列ピッチも粗くなり、図示しないフレキシブル回路基板の配線との間の接続も容易となる。
圧電体基板2について具体的に説明する。吐出溝3は一方の側面SSから他方の側面SSの手前まで形成され、非吐出溝4は、一方の側面SSの手前から他方の側面SSの手前まで形成される。吐出溝3は上面USに開口し下面LSには開口しない。非吐出溝4は、下面LSの側からダイシングブレードにより研削して形成し、上面USに貫通させる。非吐出溝4の両端部はダイシングブレードの外形形状が転写され、下面LSから上面USに向けて凸形状を有する。カバープレート8に形成される液室9は吐出溝3と他方側の端部において連通する。カバープレート8の液室9が開口する圧電体基板2の上面USには非吐出溝4が開口しないので、液室9が非吐出溝4と連通するのを阻止するためのスリットを液室9に設ける必要が無い。
(第五実施形態)
図6は本発明の第五実施形態に係る液体噴射ヘッド1の模式的な分解斜視図である。図7は本発明の第五実施形態に係る液体噴射ヘッド1の断面模式図である。図7(a)は液体噴射ヘッド1の吐出溝3に沿う断面模式図であり、図7(b)は液体噴射ヘッド1の非吐出溝4に沿う断面模式図である。なお、図8及び図7では上下が反転している。第一実施形態と異なる点は、圧電体基板2のノズルプレート10が設置される下面LSに共通配線15xや個別配線15yが設置される点である。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
図6は本発明の第五実施形態に係る液体噴射ヘッド1の模式的な分解斜視図である。図7は本発明の第五実施形態に係る液体噴射ヘッド1の断面模式図である。図7(a)は液体噴射ヘッド1の吐出溝3に沿う断面模式図であり、図7(b)は液体噴射ヘッド1の非吐出溝4に沿う断面模式図である。なお、図8及び図7では上下が反転している。第一実施形態と異なる点は、圧電体基板2のノズルプレート10が設置される下面LSに共通配線15xや個別配線15yが設置される点である。同一の部分又は同一の機能を有する部分には同一の符号を付している。
図6に示すように、液体噴射ヘッド1は、圧電体基板2と、圧電体基板2の上面USに設置されるカバープレート8と、圧電体基板2の下面LSに設置されるノズルプレート10とを備える。圧電体基板2は、下面LSに開口する吐出溝3と下面LSに開口する非吐出溝4が基準方向Kに交互に配列する溝列5を有し、吐出溝3の両側面に設置される共通駆動電極13aと、非吐出溝4の両側面に設置される個別駆動電極13bとを備える。圧電体基板2は、非吐出溝4の長手方向(本実施形態においては非吐出溝4が開口する開口部14の長手方向)における両端側の下面LSに互いに電気的に分離する個別配線15yを備え、一端側の個別配線15yは非吐出溝4の一方側の側面に設置される個別駆動電極13bと電気的に接続し、他端側の個別配線15yは非吐出溝4の他方の側面に設置される個別駆動電極13bと電気的に接続する。圧電体基板2は、更に、下面LSに吐出溝3の共通駆動電極13aと電気的に接続する共通配線15xを備える。ここで、吐出溝3及び非吐出溝4は圧電体基板2の下面LSから上面USに貫通するが、本発明はこれに限定されず、非吐出溝4は上面US側に貫通しなくともよい。
ノズルプレート10は、吐出溝3に連通するノズル11を備え、圧電体基板2の下面LSに設置される。ノズルプレート10は、溝方向の幅が圧電体基板2の溝方向の幅よりも狭く、圧電体基板2のノズルプレート10を設置したときに、非吐出溝4の両端側の下面LSに形成される個別配線15yと片方側に形成される共通配線15xが露出する。この露出する共通配線15x及び個別配線15yと図示しないフレキシブル回路基板の配線を電気的に接続し、外部から駆動信号を供給可能とする。カバープレート8には2つの液室9が形成され、一方の液室9が吐出溝3の一方の端部に連通し、他方の液室9が吐出溝3の他方の端部に連通する。このように、個別配線15yを非吐出溝4の一端側と他端側に振り分けて設置するので、個別配線15yの基準方向Kの配列ピッチが粗くなり、他の電極との接続が容易となる。また、非吐出溝4は、液室9が設置される領域の上面USには開口せず、液室9に、非吐出溝4との連通を遮断するためのスリットを設ける必要が無い。
図7(a)及び(b)を用いて具体的に説明する。吐出溝3は、上面USから下面LSに向けて凸形状を有する。非吐出溝4は、下面LSから上面USに向けて凸形状を有し、溝方向の両端側が下面LSから一定の深さを有する。その深さは圧電体基板2の厚さの略1/2よりも深い。吐出溝3は圧電体基板2の厚さの略1/2よりも下面LS側の両側面に共通駆動電極13aを備える。非吐出溝4は圧電体基板2の厚さの略1/2よりも下面LS側の両側面に個別駆動電極13bを備え、両側面の個別駆動電極13bは互いに電気的に分離する。共通配線15xは下面LSに開口する吐出溝3の開口部よりも他方側に設置され、吐出溝3の両側面に設置される共通駆動電極13aと電気的に接続する。非吐出溝4の一端側の個別配線15yは非吐出溝4の一方側の側面に設置される個別駆動電極13bと電気的に接続し、他端側の個別配線15yは非吐出溝4の他方側の側面に設置される個別駆動電極13bと電気的に接続する。更に、吐出溝3を挟んで隣接する2つの非吐出溝4の吐出溝3側の側面に設置される2つの個別駆動電極13bは個別配線15yを介して電気的に接続する。そのため、非吐出溝4の一端側に設置される個別配線15yは基準方向Kに配列する吐出溝3の一つ置きに設置される。非吐出溝4の他端側に設置される個別配線15yも同様である。その結果、個別配線15yの基準方向Kの配列ピッチが粗くなり、吐出溝3の配列ピッチが微細となる場合でも、他の配線との電気的な接続が容易となる。圧電体基板2の材料や液体噴射ヘッド1の動作は第一実施形態と同様なので説明を省略する。
なお、本実施形態では、共通配線15x及び個別配線15yにフレキシブル回路基板の配線を電気的に接続するが、これに代えて、ノズルプレート10を溝方向に延長し、ノズルプレート10にフレキシブル回路基板の機能を持たせることができる。この場合、ノズルプレート10の圧電体基板2の側の表面に個別配線15yと電気的に接続する配線を設置し、更に、ノズルプレート10に共通配線15xと電気的に接続する貫通電極を設置し、圧電体基板2の側とは反対側の表面にこの貫通電極と電気的に接続する配線を設置する。その結果、部品点数が減少するとともに、ノズルプレート10のノズル11と圧電体基板2の吐出溝3との間の位置合わせと、ノズルプレート10の配線及び貫通電極と圧電体基板2の共通配線15x及び個別配線15yとの間の位置合わせを同時に行うことができ、製造工数も低減する。
以上、第一〜第五実施形態において1列の溝列5を有する液体噴射ヘッド1について説明してきたが、本発明はこれらに限定されず、2列以上の溝列5が基準方向Kに並列する場合にも適用することができる。
(第六実施形態)
図8は本発明の第六実施形態に係る液体噴射装置30の模式的な斜視図である。液体噴射装置30は、液体噴射ヘッド1、1’を往復移動させる移動機構40と、液体噴射ヘッド1、1’に液体を供給し、液体噴射ヘッド1、1’から液体を排出する流路部35、35’と、流路部35、35’に連通する液体ポンプ33、33’及び液体タンク34、34’とを備えている。各液体噴射ヘッド1、1’は、既に説明した第一〜第五実施形態のいずれかを使用する。
図8は本発明の第六実施形態に係る液体噴射装置30の模式的な斜視図である。液体噴射装置30は、液体噴射ヘッド1、1’を往復移動させる移動機構40と、液体噴射ヘッド1、1’に液体を供給し、液体噴射ヘッド1、1’から液体を排出する流路部35、35’と、流路部35、35’に連通する液体ポンプ33、33’及び液体タンク34、34’とを備えている。各液体噴射ヘッド1、1’は、既に説明した第一〜第五実施形態のいずれかを使用する。
液体噴射装置30は、紙等の被記録媒体44を主走査方向に搬送する一対の搬送手段41、42と、被記録媒体44に液体を吐出する液体噴射ヘッド1、1’と、液体噴射ヘッド1、1’を載置するキャリッジユニット43と、液体タンク34、34’に貯留した液体を流路部35、35’に押圧して供給する液体ポンプ33、33’と、液体噴射ヘッド1、1’を主走査方向と直交する副走査方向に走査する移動機構40とを備えている。図示しない制御部は液体噴射ヘッド1、1’、移動機構40、搬送手段41、42を制御して駆動する。
一対の搬送手段41、42は副走査方向に延び、ローラ面を接触しながら回転するグリッドローラとピンチローラを備えている。図示しないモータによりグリッドローラとピンチローラを軸周りに移転させてローラ間に挟み込んだ被記録媒体44を主走査方向に搬送する。移動機構40は、副走査方向に延びた一対のガイドレール36、37と、一対のガイドレール36、37に沿って摺動可能なキャリッジユニット43と、キャリッジユニット43を連結し副走査方向に移動させる無端ベルト38と、この無端ベルト38を図示しないプーリを介して周回させるモータ39とを備えている。
キャリッジユニット43は、複数の液体噴射ヘッド1、1’を載置し、例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4種類の液滴を吐出する。液体タンク34、34’は対応する色の液体を貯留し、液体ポンプ33、33’、流路部35、35’を介して液体噴射ヘッド1、1’に供給する。各液体噴射ヘッド1、1’は駆動信号に応じて各色の液滴を吐出する。液体噴射ヘッド1、1’から液体を吐出させるタイミング、キャリッジユニット43を駆動するモータ39の回転及び被記録媒体44の搬送速度を制御することにより、被記録媒体44上に任意のパターンを記録することできる。
なお、本実施形態は、移動機構40がキャリッジユニット43と被記録媒体44を移動させて記録する液体噴射装置30であるが、これに代えて、キャリッジユニットを固定し、移動機構が被記録媒体を2次元的に移動させて記録する液体噴射装置であってもよい。つまり、移動機構は液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させるものであればよい。
1 液体噴射ヘッド
2 圧電体基板
3 吐出溝、
4 非吐出溝4
5 溝列
8 カバープレート
9 液室
10 ノズルプレート
11 ノズル
13a 共通駆動電極、13b 個別駆動電極
14、14a、14b 開口部
15x 共通配線、15y 個別配線
16 共通端子
17 個別端子
18 側壁
20 第一の貫通電極、21 第二の貫通電極
22 第一の中間電極
US 上面、LS 下面、K 基準方向
2 圧電体基板
3 吐出溝、
4 非吐出溝4
5 溝列
8 カバープレート
9 液室
10 ノズルプレート
11 ノズル
13a 共通駆動電極、13b 個別駆動電極
14、14a、14b 開口部
15x 共通配線、15y 個別配線
16 共通端子
17 個別端子
18 側壁
20 第一の貫通電極、21 第二の貫通電極
22 第一の中間電極
US 上面、LS 下面、K 基準方向
Claims (13)
- 表面に開口する吐出溝と前記表面に開口する非吐出溝が基準方向に交互に配列する溝列を有し、前記吐出溝の両側面に設置される共通駆動電極と、前記非吐出溝の両側面に設置される個別駆動電極とを備える圧電体基板を備え、
前記圧電体基板は、前記非吐出溝の長手方向における両端側の前記表面に互いに電気的に分離する個別配線を備え、一端側の前記個別配線は前記非吐出溝の一方の側面に設置される前記個別駆動電極と電気的に接続し、他端側の前記個別配線は前記非吐出溝の他方の側面に設置される前記個別駆動電極と電気的に接続する液体噴射ヘッド。 - 前記吐出溝は前記圧電体基板の上面に開口し、
前記吐出溝に連通する液室を有し、前記圧電体基板の前記上面に設置されるカバープレートと、
前記吐出溝に連通するノズルを有し、前記圧電体基板の側面に設置されるノズルプレートと、を更に備える請求項1に記載の液体噴射ヘッド。 - 前記吐出溝は前記圧電体基板の上面から前記上面とは反対側の下面に貫通し、前記非吐出溝は前記圧電体基板の前記上面に開口し、前記個別配線は前記圧電体基板の前記上面に設置され、
前記吐出溝に連通する液室を有し前記圧電体基板の前記上面に設置されるカバープレートと、前記吐出溝に連通するノズルを有し前記圧電体基板の前記下面に設置されるノズルプレートと、を更に備える請求項1に記載の液体噴射ヘッド。 - 前記カバープレートは、前記個別配線と電気的に接続する第一の貫通電極と、前記圧電体基板の側とは反対側の表面に設置され前記第一の貫通電極と電気的に接続する個別端子とを備える請求項2又は3に記載の液体噴射ヘッド。
- 前記圧電体基板の前記上面の法線方向から見る平面視において、前記個別端子は前記吐出溝を跨いで前記カバープレートに設置される請求項4に記載の液体噴射ヘッド。
- 前記圧電体基板の前記上面に前記共通駆動電極と電気的に接続する共通配線を備える請求項2〜5のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
- 前記カバープレートは、前記共通配線と電気的に接続する第二の貫通電極と、前記圧電体基板の側とは反対側の表面に設置され前記第二の貫通電極と電気的に接続する共通端子とを備える請求項6に記載の液体噴射ヘッド。
- 一の前記吐出溝の両側面に設置される前記共通駆動電極と、他の一の前記吐出溝の両側面に設置される他の前記共通駆動電極とは前記共通配線を介して電気的に接続する請求項6又は7に記載の液体噴射ヘッド。
- 前記吐出溝を挟んで隣接する前記非吐出溝の前記吐出溝の側の側面に設置される2つの前記個別駆動電極は、前記個別端子を介して電気的に接続する請求項4又は5に記載される液体噴射ヘッド。
- 配線を備えるフレキシブル回路基板を更に含み、前記フレキシブル回路基板は、前記配線が前記個別端子と電気的に接続して前記カバープレートの表面に接続される請求項4、5、9のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
- 前記吐出溝は前記圧電体基板の上面から前記上面とは反対側の下面に貫通し、前記非吐出溝は前記圧電体基板の前記下面に開口し、前記個別配線は前記圧電体基板の前記下面に設置され、
前記吐出溝に連通する液室を有し前記圧電体基板の上面に設置されるカバープレートと、前記吐出溝に連通するノズルを有し前記圧電体基板の下面に設置されるノズルプレートと、を更に備える請求項1に記載の液体噴射ヘッド。 - 前記溝列が前記基準方向に複数並列する請求項1〜11のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
- 請求項1に記載の液体噴射ヘッドと、
前記液体噴射ヘッドと被記録媒体とを相対的に移動させる移動機構と、
前記液体噴射ヘッドに液体を供給する液体供給管と、
前記液体供給管に前記液体を供給する液体タンクと、を備える液体噴射装置。
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