JP2017105008A - 液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、液体を吐出する装置 - Google Patents

液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、液体を吐出する装置 Download PDF

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Abstract

【課題】接合面から溢れ出す接着剤の圧力発生手段側への流れ出しを抑制する。【解決手段】ノズルが通じる複数の個別液室の液体を加圧する圧力を発生する複数の圧電アクチュエータ33を含むアクチュエータ基板と、アクチュエータ基板に接着剤で接合された保持基板50とを備え、保持基板は、アクチュエータ基板の隣り合う圧電アクチュエータの間に接合される柱状の保持部55を有し、保持部には、ノズル配列方向に沿う方向に接合面を横切る溝部56が設けられている。【選択図】図4

Description

本発明は液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、液体を吐出する装置に関する。
液体吐出ヘッドとして、個別液室の液体を加圧する圧力を発生する複数の圧力発生手段を含むアクチュエータ基板と、圧力発生手段の間でアクチュエータ基板に接合される柱状の保持部を有する保持基板とを備えるものがある。
ここで、保持基板の保持部とアクチュエータ基板とを接合する接着剤が圧力発生手段側まで流れ出すと、圧力発生手段によって発生する圧力の特性にばらつきが生じることがある。
そこで、従来、アクチュエータ基板の保持基板の保持部との接合部、あるいは、保持基板の保持部を段差形状としたもの(特許文献1ないし4)、アクチュエータ基板の保持基板との接合部を分割して島状としたもの(特許文献5)などがある。
特開2014−172328号公報 特開2014−213480号公報 特開2009−143014号公報 特開2014−177025号公報 特開2014−172352号公報
ところで、例えば保持基板の保持部の接合面に適切な量の接着剤を塗布してアクチュエータ基板と接合した場合であっても、両基板を加圧したときに余分な接着剤が接合面から溢れ出すことになる。そのため、上述したように溢れ出した接着剤が圧力発生手段側まで流出しないようにする必要がある。
この場合、アクチュエータ基板の保持基板の保持部との接合部、あるいは、保持基板の保持部を段差形状としても、接合面内で偏って接着剤が塗布されると、段差形状の部分で溢れ出した接着剤をすべて貯留することができず、圧力発生手段側まで流出するおそれがある。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、接合面から溢れ出す接着剤の圧力発生手段側への流れ出しを抑制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、
ノズルが通じる複数の個別液室の液体を加圧する圧力を発生する複数の圧力発生手段を含むアクチュエータ基板と、
前記アクチュエータ基板に接着剤で接合された保持基板と、を備え、
前記保持基板は、前記アクチュエータ基板の隣り合う前記圧力発生手段の間に接合される柱状の保持部を有し、
前記保持基板の保持部には、前記アクチュエータ基板との接合面を、ノズル配列方向と直交する方向と交差する方向に横切る溝部が設けられている
構成とした。
本発明によれば、接合面から溢れ出す接着剤の圧力発生手段側への流れ出しを抑制することができる。
本発明の第1実施形態に係る液体吐出ヘッドの分解斜視説明図である。 同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向に沿う断面説明図である。 同ヘッドのノズル配列方向に沿う断面説明図である。 同ヘッドにおけるアクチュエータ基板と保持基板の接合部分の説明に供する要部斜視説明図である。 同じくアクチュエータ基板の接合部の斜視説明図である。 同じく保持基板の保持部の異なる例の斜視説明図である。 同じくノズル配列方向と直交する方向の断面説明図である。 図7のA−A線に沿う断面説明図である。 図7のB−B線に沿う断面説明図である。 本発明に係る液体を吐出する装置の一例の要部平面説明図である。 同装置の要部側面説明図である。 本発明に係る液体吐出ユニットの他の例の要部平面説明図である。 本発明に係る液体吐出ユニットの更に他の例の正面説明図である。
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。本発明の第1実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図1ないし図3を参照して説明する。図1は分解斜視説明図、図2は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向に沿う断面説明図、図3は同ヘッドのノズル配列方向に沿う断面説明図である。なお、図3では部分的に簡略化して図示している。
この液体吐出ヘッドは、ノズル板1と、流路板2と、振動板部材3と、圧力発生素子である圧電素子11と、保持基板(保護基板とも称される。)50と、共通液室部材70と、駆動IC509などを備えている。
なお、本実施形態では、流路板2、振動板部材3及び圧電素子11などのノズル板1と保持基板50との間に介在する部材全体を「アクチュエータ基板20」と総称している。ただし、アクチュエータ基板20として独立の部材が形成された後にノズル板1や保持基板50と接合される場合に限定されるものではない。
ノズル板1には、液体を吐出する複数のノズル4が配列されたノズル列が配置されている。
流路板2は、ノズル板1及び振動板部材3とともに、ノズル4が通じる個別液室6、個別液室6に通じる流体抵抗部7、流体抵抗部7が通じる液導入部8を形成している。
この液導入部8は振動板部材3の供給口9と保持基板50の流路となる開口部51を介して共通液室部材70で形成される共通液室10に通じている。
振動板部材3は、個別液室6の壁面の一部を形成する変形可能な振動領域(振動板)30を形成している。
そして、この振動板部材3の振動領域30の個別液室6と反対側の面には、振動領域30と一体的に圧電素子11が設けられ、振動領域30と圧電素子11によって圧力発生手段としての圧電アクチュエータ33を構成している。
圧電素子11は、振動板30側から下部電極13、圧電層(圧電体層)12及び上部電極14を順次積層形成して構成したものである。
保持基板50は、圧電素子11を収容する凹部52を有し、アクチュエータ基板20の振動板部材3上に接着剤300で接合されている。保持基板50の凹部52間は、ノズル配列方向において、圧電素子11の間でアクチュエータ基板20に接合される柱状の保持部55となる。この保持部55は、圧電素子11間でアクチュエータ基板20を固定する支柱部(隔壁部)でもある。
また、保持基板50には、ドライバIC509を収容する開口部53が設けられている。圧電素子11の個別電極となる上部電極14は個別電極配線16を通じてドライバIC509に接続される。なお、圧電素子11の共通電極となる下部電極13は共通電極配線18に接続されている。
そして、保持基板50には振動板部材3と反対側に共通液室部材70が接着剤301で接合され、この共通液室部材70で保持基板50を一部の壁面とする共通液室10が形成されている。また、共通液室10の保持基板50で形成されている壁面と反対側の壁面は変形可能なダンパ90が設けられている。
この液体吐出ヘッドでは、ドライバIC509から圧電素子11の上部電極14と下部電極13の間に電圧を与えることで、圧電層12が電極積層方向、すなわち電界方向に伸張し、振動領域30と平行な方向に収縮する。
これにより、振動領域30の下部電極13側に引っ張り応力が発生し、振動領域30が個別液室6側に撓み、内部の液体を加圧することで、ノズル4から液体が吐出される。
次に、この液体吐出ヘッドにおけるアクチュエータ基板と保持基板の接合部分について図4ないし図9も参照して説明する。図4は同説明に供する要部斜視説明図、図5は同じくアクチュエータ基板の接合部の斜視説明図、図6は同じく保持基板の保持部の異なる例の斜視説明図である。図7は同じくノズル配列方向と直交する方向の断面説明図である。図8は図7のA−A線に沿う断面説明図、図9は図7のB−B線に沿う断面説明図である。なお、図4及び図7では接着剤は図示していない。
アクチュエータ基板20には、保持基板50の保持部55と接合する接合部25が設けられている。接合部25は、ノズル配列方向に沿う方向の断面形状で凸形状をなし、ノズル配列方向に沿う方向の両側に段差部26を有している。
一方、保持基板50の保持部55には、図6(a)に示すように、アクチュエータ基板20の接合部25との接合面55aを、ノズル配列方向と直交する方向と交差する方向に横切る溝部56が設けられている。これにより、溝部56は、保持部55の接合面55aに開口するとともに、保持部55の両側の側壁面55bにも開口する。
この溝部56は、ノズル配列方向と直交する方向では複数個所に設けられている。また、溝部56の数、深さ、間隔などは、保持基板50とアクチュエータ基板20との接合強度を十分に確保できる範囲内で任意である。また、本実施形態では、溝部56はノズル配列方向に沿う方向に接合面55aを横切っているが、図6(b)に示すように、ノズル配列方向に沿う方向に対して斜めになる方向に横切る配置とすることもできる。
また、ノズル配列方向において、保持基板50の保持部55の接合面55aの幅W1は、アクチュエータ基板20の接合部25の接合面25aの幅W2よりも広くしている。これにより、接合面55a、25aのノズル配列方向に沿う方向での位置ずれが生じても接合面積を確保することができる。
このように構成したので、例えば、保持基板50の保持部55の接合面55aに、溝部56内部を含めて接着剤300を塗布し、アクチュエータ基板20の接合部25と接合する。
ここで、図8に示すように、保持基板50の溝部56の部分では、溝部56の開口面(接合面55a)より出ている接着剤300は、アクチュエータ基板20の接合部25と接合するときに両側押し出される。
このとき、接合面55aには接合面55aを横切る溝部56が設けられ、両側の側壁面55bに開口していることで、接着剤300がノズル配列方向に沿う方向のいずれか一方に偏って溢れ出すことが低減される。つまり、ノズル配列方向に沿う方向の溝部56の部分では、溝部56が接着剤溜りとなっているので、溝部56の接合面55a側の開口に接合面25aが対向するとき、接着剤300は溝部56のノズル配列方向の側壁面55b側の開口から均等に溢れ出そうとする。
また、この保持基板50の溝部56内の接着剤300は残ったままで両側に押し出されることはなく、このまま接着剤300が固化することによって溝部56の内部においてもアクチュエータ基板20の接合部25との十分な接合強度を確保できる。
なお、保持基板50の溝部56内にも接着剤300を隙間なく充填することで、接着剤300が固化することにより、アクチュエータ基板20と保持基板50の接合面積は溝部56が無い場合と同程度の接合面積となる。
一方、図9に示すように、アクチュエータ基板20の接合部25の接合面25aと保持基板50の保持部55の溝部26以外の接合面55aとの間でも接着剤300が両側に押し出されて溢れ出す。
このとき、溢れ出した接着剤300はアクチュエータ基板20の接合部25の段差部26で貯留される。この状態で接着剤300が固化することによって、押し出された接着剤300を含めてアクチュエータ基板20と保持基板50とが所要の接着強度で接合される。
このように、保持基板50の溝部56内に充填され、アクチュエータ基板20の接合部25の段差部26に貯留される接着剤300を含めて、アクチュエータ基板20の接合部25及び保持基板50の保持部55周りの接着剤300により、基板20、50はなんら接着強度の低下を引き起こすことなく接合される。
このとき、保持基板50の保持部55の接合面55a側にノズル配列方向に沿う溝部56が設けられていることで、接着剤300がノズル配列方向の一方に偏って溢れ出すことが低減することで、圧電アクチュエータ33側への流れ出しが抑制される。
さらに、アクチュエータ基板20の接合部25に段差部26が設けられていることで、溢れ出した接着剤300を貯留できるので、圧電アクチュエータ33側への流れ出しをより確実に抑制することができる。
ここで、アクチュエータ基板20の接合部25側ではなく、保持基板50の保持部55側に溝部56を設けることの作用効果は、次のとおりである。
保持基板50の保持部55に接着剤300を塗布してアクチュエータ基板20の上から圧力を加えて接着し、加温して接合する工程を考慮すると、保持基板50の保持部55に溝部56がある場合は、接着剤300を保持基板50の保持部55に塗布するときの圧力や毛細管現象などで接着剤300が保持部55の溝部56に十分に充填される。また、保持基板50の保持部55の溝部56は、保持基板50の表面積を大きくするため、界面張力によって接着剤300が垂れにくくなる。さらに、アクチュエータ基板20の接合部25の接合面は平らなので、圧力を加えて接着することで接着剤300が両基板の間に十分に行き渡る。更にまた、保持基板50の保持部55の溝部56の全体に接着剤300が充填されるため、接着剤300が固化することで保持基板50の保持部55の面の全体が接合面55aとなるので接合強度に十分に寄与する。
これに対し、アクチュエータ基板20の接合部25に溝部がある場合は、接着剤300を塗布した保持基板50の保持部55をアクチュエータ基板20の接合部25と接合するときに、接着剤300と一緒に溝の中に気泡を取り込むおそれがある。溝に取り込まれた気泡は加圧・加温だけでは溝から追い出せなくなるおそれがある。特に、大きな気泡が接着剤に混入すると接着面が減少するおそれがある。その結果、接着強度の低下を招くことになる。
次に、本発明に係る液体を吐出する装置の一例について図10及び図11を参照して説明する。図10は同装置の要部平面説明図、図11は同装置の要部側面説明図である。
この装置は、シリアル型装置であり、主走査移動機構493によって、キャリッジ403は主走査方向に往復移動する。主走査移動機構493は、ガイド部材401、主走査モータ405、タイミングベルト408等を含む。ガイド部材401は、左右の側板491A、491Bに架け渡されてキャリッジ403を移動可能に保持している。そして、主走査モータ405によって、駆動プーリ406と従動プーリ407間に架け渡したタイミングベルト408を介して、キャリッジ403は主走査方向に往復移動される。
このキャリッジ403には、本発明に係る液体吐出ヘッド404及びヘッドタンク441を一体にした液体吐出ユニット440を搭載している。液体吐出ユニット440の液体吐出ヘッド404は、例えば、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(K)の各色の液体を吐出する。また、液体吐出ヘッド404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置し、吐出方向を下方に向けて装着している。
液体吐出ヘッド404の外部に貯留されている液体を液体吐出ヘッド404に供給するための供給機構494により、ヘッドタンク441には、液体カートリッジ450に貯留されている液体が供給される。
供給機構494は、液体カートリッジ450を装着する充填部であるカートリッジホルダ451、チューブ456、送液ポンプを含む送液ユニット452等で構成される。液体カートリッジ450はカートリッジホルダ451に着脱可能に装着される。ヘッドタンク441には、チューブ456を介して送液ユニット452によって、液体カートリッジ450から液体が送液される。
この装置は、用紙410を搬送するための搬送機構495を備えている。搬送機構495は、搬送手段である搬送ベルト412、搬送ベルト412を駆動するための副走査モータ416を含む。
搬送ベルト412は用紙410を吸着して液体吐出ヘッド404に対向する位置で搬送する。この搬送ベルト412は、無端状ベルトであり、搬送ローラ413と、テンションローラ414との間に掛け渡されている。吸着は静電吸着、あるいは、エアー吸引などで行うことができる。
そして、搬送ベルト412は、副走査モータ416によってタイミングベルト417及びタイミングプーリ418を介して搬送ローラ413が回転駆動されることによって、副走査方向に周回移動する。
さらに、キャリッジ403の主走査方向の一方側には搬送ベルト412の側方に液体吐出ヘッド404の維持回復を行う維持回復機構420が配置されている。
維持回復機構420は、例えば液体吐出ヘッド404のノズル面(ノズルが形成された面)をキャッピングするキャップ部材421、ノズル面を払拭するワイパ部材422などで構成されている。
主走査移動機構493、供給機構494、維持回復機構420、搬送機構495は、側板491A,491B、背板491Cを含む筐体に取り付けられている。
このように構成したこの装置においては、用紙410が搬送ベルト412上に給紙されて吸着され、搬送ベルト412の周回移動によって用紙410が副走査方向に搬送される。
そこで、キャリッジ403を主走査方向に移動させながら画像信号に応じて液体吐出ヘッド404を駆動することにより、停止している用紙410に液体を吐出して画像を形成
する。
このように、この装置では、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。
次に、本発明に係る液体吐出ユニットの他の例について図12を参照して説明する。図12は同ユニットの要部平面説明図である。
この液体吐出ユニットは、前記液体を吐出する装置を構成している部材のうち、側板491A、491B及び背板491Cで構成される筐体部分と、主走査移動機構493と、キャリッジ403と、液体吐出ヘッド404で構成されている。
なお、この液体吐出ユニットの例えば側板491Bに、前述した維持回復機構420、及び供給機構494の少なくともいずれかを更に取り付けた液体吐出ユニットを構成することもできる。
次に、本発明に係る液体吐出ユニットの更に他の例について図13を参照して説明する。図13は同ユニットの正面説明図である。
この液体吐出ユニットは、流路部品444が取付けられた液体吐出ヘッド404と、流路部品444に接続されたチューブ456で構成されている。
なお、流路部品444はカバー442の内部に配置されている。流路部品444に代えてヘッドタンク441を含むこともできる。また、流路部品444の上部には液体吐出ヘッド404と電気的接続を行うコネクタ443が設けられている。
本願において、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて、液体を吐出させる装置である。液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。
この「液体を吐出する装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。
例えば、「液体を吐出する装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物(三次元造形物)を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置(三次元造形装置)がある。
また、「液体を吐出する装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。
上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するものなどを意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層(粉末層)、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。
上記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど液体が一時的でも付着可能であればよい。
また、「液体」は、インク、処理液、DNA試料、レジスト、パターン材料、結着剤、造形液、又は、アミノ酸、たんぱく質、カルシウムを含む溶液及び分散液なども含まれる。
また、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッドと液体が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置などが含まれる。
また、「液体を吐出する装置」としては他にも、用紙の表面を改質するなどの目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液を、ノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置などがある。
「液体吐出ユニット」とは、液体吐出ヘッドに機能部品、機構が一体化したものであり、液体の吐出に関連する部品の集合体である。例えば、「液体吐出ユニット」は、ヘッドタンク、キャリッジ、供給機構、維持回復機構、主走査移動機構の構成の少なくとも一つを液体吐出ヘッドと組み合わせたものなどが含まれる。
ここで、一体化とは、例えば、液体吐出ヘッドと機能部品、機構が、締結、接着、係合などで互いに固定されているもの、一方が他方に対して移動可能に保持されているものを含む。また、液体吐出ヘッドと、機能部品、機構が互いに着脱可能に構成されていても良い。
例えば、液体吐出ユニットとして、図11で示した液体吐出ユニット440のように、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。また、チューブなどで互いに接続されて、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。ここで、これらの液体吐出ユニットのヘッドタンクと液体吐出ヘッドとの間にフィルタを含むユニットを追加することもできる。
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジが一体化されているものがある。
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドを走査移動機構の一部を構成するガイド部材に移動可能に保持させて、液体吐出ヘッドと走査移動機構が一体化されているものがある。また、図12で示したように、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジと主走査移動機構が一体化されているものがある。
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドが取り付けられたキャリッジに、維持回復機構の一部であるキャップ部材を固定させて、液体吐出ヘッドとキャリッジと維持回復機構が一体化されているものがある。
また、液体吐出ユニットとして、図13で示したように、ヘッドタンク若しくは流路部品が取付けられた液体吐出ヘッドにチューブが接続されて、液体吐出ヘッドと供給機構が一体化されているものがある。
主走査移動機構は、ガイド部材単体も含むものとする。また、供給機構は、チューブ単体、装填部単体も含むものする。
また、「液体吐出ヘッド」は、使用する圧力発生手段が限定されるものではない。例えば、圧電アクチュエータ以外にも、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータ、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータなどを使用するものでもよい。
また、本願の用語における、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等はいずれも同義語とする。
1 ノズル板
2 流路板
3 振動板部材
4 ノズル
6 個別液室
10 共通液室
11 圧電素子
14 上部電極(個別電極)
20 アクチュエータ基板
25 接合部
26 段差部
50 保持基板
55 保持部
56 溝部
70 フレーム部材
300 接着剤
403 キャリッジ
404 液体吐出ヘッド
440 液体吐出ユニット

Claims (5)

  1. ノズルが通じる複数の個別液室の液体を加圧する圧力を発生する複数の圧力発生手段を含むアクチュエータ基板と、
    前記アクチュエータ基板に接着剤で接合された保持基板と、を備え、
    前記保持基板は、前記アクチュエータ基板の隣り合う前記圧力発生手段の間に接合される柱状の保持部を有し、
    前記保持基板の保持部には、前記アクチュエータ基板との接合面を、ノズル配列方向と直交する方向と交差する方向に横切る溝部が設けられている
    ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
  2. 前記アクチュエータ基板は、前記保持基板の保持部と接合される凸状の接合部を有し、
    前記アクチュエータ基板の接合部は、ノズル配列方向に沿う方向の両側に段差部を有している
    ことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
  3. 請求項1又は2に記載の液体吐出ヘッドを含むことを特徴とする液体吐出ユニット。
  4. 前記液体吐出ヘッドに供給する液体を貯留するヘッドタンク、前記液体吐出ヘッドを搭載するキャリッジ、前記液体吐出ヘッドに液体を供給する供給機構、前記液体吐出ヘッドの維持回復を行う維持回復機構、前記液体吐出ヘッドを主走査方向に移動させる主走査移動機構の少なくともいずれか一つと前記液体吐出ヘッドとを一体化した
    ことを特徴とする請求項3に記載の液体吐出ユニット。
  5. 請求項1又は2に記載の液体吐出ヘッド、又は、請求項3若しくは4に記載の液体吐出ユニットを備えていることを特徴とする液体を吐出する装置。
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