JP2020142411A - 液体吐出ヘッド及び液体吐出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】個別液室を隔てる隔壁に緩衝性を持たせるとともに、個別液室の剛性を確保し、隣接クロストークと液体吐出への悪影響を抑制できる液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】本発明の液体吐出ヘッド150aは、液滴を吐出する複数のノズル131が形成されたノズル板130と、ノズル板に接合され、ノズルに連通する個別液室121を形成する流路板120と、流路板に接合され、個別液室の少なくとも一部の壁面を形成する振動板110とを備える。流路板の個別液室を隔てる隔壁250には、ノズル板との接合面、又は振動板との接合面から延びる2本以上のスリット部240aが設けられ、隔壁は、隔壁部252と、隔壁部よりも壁厚の薄い薄壁部254とに分割されている。したがって、隔壁に要求される剛性を確保しつつ、薄壁部により、個別液室内の圧力変動を吸収でき、隣接クロストークと液体吐出への悪影響を抑制できる。【選択図】図10
Description
本発明は、液体吐出ヘッド及び液体吐出装置に関する。
インクを滴状にして吐出し、所定の画像を得るインクジェット記録方式の画像形成装置(例えばインクジェットプリンタ)が知られている。このような液滴吐出記録方式の画像形成装置に用いられる液体吐出ヘッド(記録ヘッド)として、インク流路を形成し、振動板部材を介して駆動する構成のものがある。
例えば特開2009−226799号公報(特許文献1)には、複数のノズル及び吐出室を備える液滴吐出ヘッドが開示されている。
しかし、液体吐出ヘッドにおいて、ヘッド内に液滴を吐出するノズルが複数存在したとき、隣接チャネルの駆動による影響が作用し、隣接クロストークが悪化するという問題があった。
上記特許文献1の液体吐出ヘッドは、隣接クロストークを抑制するために、流路板隔壁部に空間部を設けているが、液室隔壁全体が撓むような中空構造であるため、個別液室全体の剛性が低くなっている。そのため、隣接チャネルの駆動による影響を排除することは難しく、隣接クロストークの問題を解決しきれていない。
そこで本発明は、個別液室を隔てる隔壁に緩衝性を持たせるとともに、個別液室の剛性を確保し、隣接クロストークと液体吐出への悪影響を抑制できる液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。
上記課題は、液滴を吐出する複数のノズルが形成されたノズル板と、前記ノズルにそれぞれ連通する複数の個別液室と、前記個別液室の少なくとも一部の壁面を形成する振動板とを備える液体吐出ヘッドにおいて、前記個別液室を隔てる隔壁には、前記液滴の吐出方向に沿って2本以上のスリット部が設けられ、前記隔壁は、隔壁部と、前記隔壁部よりも壁厚の薄い薄壁部とに分割されていることを特徴とする液体吐出ヘッドによって解決される。
本発明の液体吐出ヘッドは、個別液室を隔てる隔壁が隔壁部と薄壁部とに分割されているため、隔壁に要求される剛性を確保しつつ、薄壁部により、個別液室内の圧力変動を吸収できる。したがって、隣接クロストークと液体吐出への悪影響を抑制できる。
(実施形態)
図1は、本発明の一実施形態に係る液体吐出装置(インクジェット記録装置)の全体構成を示す斜視図である。
図1は、本発明の一実施形態に係る液体吐出装置(インクジェット記録装置)の全体構成を示す斜視図である。
液体吐出装置(インクジェット記録装置)は、装置本体1と、給紙トレイ2と、排紙トレイ3とを備えている。さらに、装置本体1の前面には、インクカートリッジ10を装填するためのカートリッジ装填部4を有し、その上面は操作ボタンや表示器などを設ける操作/表示部5としている。カートリッジ装填部4には、黒(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の各色インクをそれぞれ収容した複数のインクカートリッジ10k、10c、10m、10yが装填されている。
図2は、図1に示す液体吐出装置の断面構成図である。図2に示すように、キャリッジ33はガイドロッド31、32によりガイドされ、主走査方向(図2の図面に垂直な方向)に移動可能に保持されている。このキャリッジ33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液体吐出ヘッドからなる記録ヘッド34を、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(図2の左右方向)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34を構成するインクジェットヘッドとしては、圧電素子などの圧電アクチュエータ、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いて液体の膜沸騰による相変化を利用するサーマルアクチュエータ、温度変化による金属相変化を用いる形状記憶合金アクチュエータ、静電力を用いる静電アクチュエータなどを、液滴を吐出するための圧力を発生する圧力発生手段として備えたものなどを使用できる。
また、キャリッジ33には、記録ヘッド34のノズル列に対応して各色のインクを供給するためのヘッドタンク35を搭載している。このヘッドタンク35には各色の供給チューブ36を介して、前述したように、カートリッジ装填部4に装着された各色のインクカートリッジ10から各色のインクが補充供給される。
給紙部は、給紙トレイ2、用紙積載部(圧板)41、半月コロ(給紙コロ)43及び分離パッド44などで構成されている。なお、用紙積載部41の上に用紙42が積載されている。
また、用紙搬送部は、ガイド部材45、カウンタローラ46、搬送ガイド部材47、押さえ部材48、先端加圧コロ49、搬送ベルト51などで構成されている。搬送ベルト51は、搬送ローラ52とテンションローラ53との間に掛け渡されている。さらに、排紙部として、分離爪61、排紙ローラ62、排紙コロ63及び排紙トレイ3などを備えている。
このように構成したこの液体吐出装置は、画像形成時に給紙トレイ2から用紙42が1枚ずつ分離給紙され、搬送ベルト51の周回移動によって用紙42が副走査方向に搬送される。
そして、キャリッジ33を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド34を駆動することにより、用紙42にインク滴を吐出して画像記録を行う。記録動作が終了すると、用紙42は排紙トレイ3に排紙される。
図3は、本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッドを示す斜視図であり、図4は、図3の液体吐出ヘッドのB−B線における断面図である。
このプリンタヘッド(液体吐出ヘッド)は、本体フレーム100にヘッドユニットを固着した構成となっている。複数のノズル131が平行に配置されたノズル板130は、そのノズル板130の各ノズル131にインクを供給する流路板120と接合されている。流路板120のノズル板130と反対側には、流路板120に形成された圧力室の容積を変化させる振動板110が接合されている。
この振動板110に、インクを吐出するエネルギーを与える圧電素子111が接続され、ベース112により支持されている。圧電素子111にはFPC113が接続され駆動の指令が伝達される。このノズル板130、流路板120、振動板110、圧電素子111、ベース112、及びFPC113から構成されるものをヘッドユニットと呼ぶ。
上記ヘッドユニットにインクを供給する際にインクに含まれる不純物を濾し取るのがフィルタ140である。インクを収納したタンクユニットから本体フレーム100内の共通液室にインクを供給する際に、フィルタユニットが設けられている形状が最も一般的であり、インクを吐出するノズル穴を異物により詰まらせてしまうことを防止している。
なお、図3では、ヘッドの長手方向の両側端部付近に1つずつノズル131を示してあるが、ノズル131は、ノズル列として副走査方向に多数個が配列されるものである。また、液体吐出ヘッドは、複数のノズル列を備えていてもよい。
図5は、振動板と流路板の構成を示す斜視図である。本体フレーム100の共通液室から流れてきたインクは、図に矢印で示すように、振動板110に設けられたフィルタ140部を通過し、流路板120の液導入部120bを経由して個別液室へと送られる。
続いて、図6〜図9を参照して、従来の吐出ヘッドの構成とその問題点について説明する。
図6、図7に示すように、複数のノズル131が配置されたノズル板130に、流路板120が接合されている。また、ノズル板130と反対側で、流路板120に振動板110が接合されている。この振動板110には、圧電素子(PZT)111が接続されている。
圧電素子(PZT)111を駆動すると、図7に矢印で示すように、個別液室121内の圧力が上昇する。この液室内の圧力上昇によって、図8に示すように、液室隔壁が撓むことになる。この撓みに対し、特許文献1の構成では、流路板120の隔壁に空間部120aが設けられているため、隣接チャネルへ与える影響を小さくできる。
しかし、この空間部120aは、液室隔壁全体が撓むような中空構造であるため、個別液室全体の剛性が低くなっている。そのため、図9に示すように、圧力によってはノズル板130の変形が生じてしまい、それによって隣接ノズル板も変形することになる。これは、隣接クロストークが悪化する問題となる。
すなわち、流路板120の隔壁に空間部120aを設ける構成は、液室隔壁から伝わる圧力の影響を抑制することができるものの、圧力上昇によるノズル板変形の影響は抑制できない。
また、個別液室全体の剛性が低いと、例えば、個別液室121において、液体吐出後に振動を発生し易くなり、次の液体吐出が不安定になり易い。このように液体吐出への悪影響を引き起こすおそれもある。
以下より、個別液室を隔てる隔壁に緩衝性を有するとともに、個別液室の剛性を確保できる液体吐出ヘッドについて説明する。
図10は、第1実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成を示す模式図である。なお、図6〜図9で説明した吐出ヘッドと同等の構成には同一の符号を付している。
第1実施形態の液体吐出ヘッド150aは、液滴を吐出する複数のノズル131が形成されたノズル板130と、ノズル板130に接合され、ノズル131にそれぞれ連通する複数の個別液室121を形成する流路板120とを備える。また、液体吐出ヘッド150aは、流路板120に接合され、個別液室121の少なくとも一部の壁面を形成する振動板110を備える。この振動板110には、圧電素子(PZT)111が接続されている。なお、ノズル131からの液滴の吐出方向は、ノズル板130の長手方向に対し垂直であり、図中矢印Aで示される。
流路板120の個別液室121を隔てる隔壁250には、振動板110との接合面から、液滴の吐出方向Aに沿って延びる2本のスリット部240aが設けられている。このスリット部240aにより、それぞれの隔壁250は、中央に位置する隔壁部252と、両側2か所の薄壁部254とに分割されている。薄壁部254は、隔壁部252よりも壁厚が薄くなっている。
このように構成された液体吐出ヘッド150aにおいて、圧電素子(PZT)111を駆動すると、図10に矢印で示すように、個別液室121内に圧力が作用する。それに対し、液体吐出ヘッド150aは、個別液室121を構成する隔壁250に要求される剛性を、中央の隔壁部252により確保しつつ、両側2か所の薄壁部254により、個別液室121内の圧力変動を吸収する(図中破線にて変形を示す)。
そのため、隣接するノズル板130の変形量を低減し、隣接クロストークを抑制することができる。また、個別液室121に必要な剛性を確保できるので、液体吐出ヘッド150aは、液体吐出後に振動を生じにくく、液体吐出を安定化できる。
なお、本実施形態では、隔壁250に2本のスリット部240を設けたが、これに限定されない。隔壁250に2本以上のスリット部を設け、個別液室121内の圧力変動をさらに吸収できるように構成してもよい。
(第2実施形態)
図11は、第2実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成を示す模式図である。第1実施形態と同等の構成には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
図11は、第2実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成を示す模式図である。第1実施形態と同等の構成には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
本実施形態の液体吐出ヘッド150bは、ノズル板130との接合面から、液滴の吐出方向A(の反対方向)に沿って延びる2本のスリット部240bが設けられている点で、第1実施形態と異なる。この構成においても、個別液室121を構成する隔壁250に要求される剛性を、中央の隔壁部252により確保しつつ、両側2か所の薄壁部254により、個別液室121内の圧力変動を吸収できる。
なお、本実施形態においても、隔壁250に2本以上のスリット部を設け、個別液室121内の圧力変動をさらに吸収できるように構成してもよい。
(第3実施形態)
図12は、第3実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成を示す模式図である。第1、第2実施形態と同等の構成には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
図12は、第3実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成を示す模式図である。第1、第2実施形態と同等の構成には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
本実施形態の液体吐出ヘッド150cは隔壁250に、振動板110との接合面から、液滴の吐出方向Aに沿って延びる2本の第1スリット部242と、ノズル板130との接合面から、液滴の吐出方向A(の反対方向)に沿って延びる2本の第2スリット部244とが設けられている。この構成においても、個別液室121を構成する隔壁250に要求される剛性を、中央の隔壁部252により確保しつつ、両側2か所の薄壁部254により、個別液室121内の圧力変動を吸収できる。
ここで、第1スリット部242の形状(深さd1、幅w1)と、第2スリット部244の形状(深さd1、幅w1)とは、互いに異ならせることが望ましい。隔壁250(薄壁部254)が、異なる2つの周波数帯の圧力変動に対応できるため、より効果的に隣接クロストークを抑制できる。
また、個別液室121において圧力変動が生じたとき、構成部品のなかで撓みやすいものは、振動板110の薄膜部である。振動板110の薄膜部と隔壁250が接する位置において、隔壁250に緩衝性を持たせれば、個別液室121に効果的な緩衝性を持たせることができる。すなわち、振動板110の薄膜部と、その薄膜部との接合面から隔壁250にスリット部を設けることで、形成された薄壁部254とを合わせこんだ緩衝性を持たせることができる。
本実施形態では、振動板110との接合面から延びる2本の第1スリット部242のスリット幅(w1)を、ノズル板130との接合面から延びる2本の第2スリット部244のスリット幅(w2)よりも大きくしている(w1>w2)。これにより、より効果的に隣接クロストークを抑制できる。
なお、本実施形態においても、隔壁250に2本以上の第1、第2スリット部を設け、個別液室121内の圧力変動をさらに吸収できるように構成してもよい。
続いて、本願において用いられる用語について、明確な定義を示す。
「液体吐出装置」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、液体を吐出する装置である。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「液体吐出装置」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。
「液体吐出装置」としては、例えば、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や、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、「液体吐出装置」は、吐出された液体によって文字、図形など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などを形成するもの、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、壁紙や床材などの建材、衣料用のテキスタイル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、ヘッドから吐出可能な粘度や表面張力を有するものであればよく、特に限定されないが、常温、常圧下において、又は加熱、冷却により粘度が30mPa・s以下となるものであることが好ましい。より具体的には、水や有機溶媒などの溶媒、染料や顔料などの着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤などの機能性付与材料、DNA、アミノ酸やたんぱく質、カルシウムなどの生体適合材料、天然色素などの可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどである。これらは例えば、インクジェット用インク、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、3次元造形用材料液などの用途で用いることができる。
また、「液体吐出装置」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、「液体吐出装置」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がある。また、原材料が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もある。
「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よい。
例えば、液体吐出ユニットとして、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。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、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、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。このチューブを介して、液体貯留源の液体が液体吐出ヘッドに供給される。
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。
「液体吐出ヘッド」とは、ノズルから液体を吐出・噴射する機能装置である。液体を吐出するエネルギー発生源として、圧電アクチュエータ(積層型圧電素子又は薄膜型圧電素子)、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が用いられる。
本明細書において、「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り、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。
「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、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。
「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。
以上、実施形態を用いて本発明を詳細に説明した。この実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して使用できる。例えば、複数の実施形態をそれぞれ組み合わせてもよい。
また、液体吐出ヘッドの構造は、本発明の範囲内で適宜な構造を採用可能である。例えば、ノズル板と個別液室を一体成形としてもよい。すなわち、液体吐出ヘッドは、複数のノズルが形成されたノズル板と、ノズルにそれぞれ連通する複数の個別液室と、個別液室の少なくとも一部の壁面を形成する振動板とを備える構成としてもよい。さらにまた、吐出方式も任意の方式を採用可能である。
1 装置本体
2 給紙トレイ
3 排紙トレイ
4 カートリッジ装填部
5 表示部
10y、10m、10c、10k インクカートリッジ
31、32 ガイドロッド
33 キャリッジ
34 記録ヘッド(液体吐出ヘッド)
35 ヘッドタンク
36 供給チューブ
42 用紙
44 分離パッド
45 ガイド部材
46 カウンタローラ
47 搬送ガイド部材
48 押さえ部材
49 先端加圧コロ
51 搬送ベルト
52 搬送ローラ
53 テンションローラ
61 分離爪
62 排紙ローラ
63 排紙コロ
100 本体フレーム
110 振動板
111 圧電素子(PZT)
112 ベース
113 FPC
120 流路板
120b 液導入部
121 個別液室
130 ノズル板
131 ノズル
140 フィルタ
150a、150b、150c 液体吐出ヘッド
120 流路板
120a 空間部
240、240a、240b スリット部
242 第1スリット部
244 第2スリット部
250 隔壁
252 隔壁部
254 薄壁部
A 液滴吐出方向
2 給紙トレイ
3 排紙トレイ
4 カートリッジ装填部
5 表示部
10y、10m、10c、10k インクカートリッジ
31、32 ガイドロッド
33 キャリッジ
34 記録ヘッド(液体吐出ヘッド)
35 ヘッドタンク
36 供給チューブ
42 用紙
44 分離パッド
45 ガイド部材
46 カウンタローラ
47 搬送ガイド部材
48 押さえ部材
49 先端加圧コロ
51 搬送ベルト
52 搬送ローラ
53 テンションローラ
61 分離爪
62 排紙ローラ
63 排紙コロ
100 本体フレーム
110 振動板
111 圧電素子(PZT)
112 ベース
113 FPC
120 流路板
120b 液導入部
121 個別液室
130 ノズル板
131 ノズル
140 フィルタ
150a、150b、150c 液体吐出ヘッド
120 流路板
120a 空間部
240、240a、240b スリット部
242 第1スリット部
244 第2スリット部
250 隔壁
252 隔壁部
254 薄壁部
A 液滴吐出方向
Claims (6)
- 液滴を吐出する複数のノズルが形成されたノズル板と、
前記ノズルにそれぞれ連通する複数の個別液室と、
前記個別液室の少なくとも一部の壁面を形成する振動板と
を備える液体吐出ヘッドにおいて、
前記個別液室を隔てる隔壁には、前記液滴の吐出方向に沿って2本以上のスリット部が設けられ、
前記隔壁は、隔壁部と、前記隔壁部よりも壁厚の薄い薄壁部とに分割されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 前記隔壁は、前記薄壁部を複数備え、
前記薄壁部は、前記隔壁部の両側にそれぞれ位置することを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記隔壁には、前記振動板側から延びる2本以上の第1スリット部が設けられ、かつ、前記ノズル板側から延びる2本以上の第2スリット部が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。
- 前記第1スリット部の形状と前記第2スリット部の形状は、互いに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。
- 前記第1スリット部の深さ(d1)と前記第2スリット部の深さ(d2)は、互いに異なり、
前記第1スリット部の幅(w1)は、前記第2スリット部の幅(w2)よりも大きいことを特徴とする請求項4に記載の液体吐出ヘッド。 - 請求項1乃至5のいずれか一項に記載の前記液体吐出ヘッドを備えることを特徴とする液体吐出装置。
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