JP2022170489A - 液体吐出ヘッド - Google Patents
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Abstract
【課題】供給マニホールドおよび帰還マニホールドの放熱性を向上することができる液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】液体吐出ヘッドは、液体が外部から供給される長尺状の供給マニホールドと、液体が外部に排出され、供給マニホールドの下方に配置された長尺状の帰還マニホールドと、上流端が供給マニホールドに接続され、下流端が帰還マニホールドに接続され、且つ、供給マニホールドの長手方向に列をなしてノズル面に配置された複数のノズルに対して個別に連通した複数の個別流路と、供給マニホールドの長手方向の中央と帰還マニホールドの長手方向の中央とを連結するバイパス流路とを備える。【選択図】図5a
Description
本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッドに関する。
印刷用ヘッドとして、例えばインク等の液体を印刷媒体上に吐出することによって印刷を行う液体吐出ヘッドが知られている。例えば特許文献1には、供給マニホールドから供給された液体のうちノズルにより吐出されない液体を帰還マニホールドにて回収した後、供給マニホールドに戻す構成の循環ヘッドが開示されている。このような循環ヘッドの利点として、アクチュエータの発熱によって発熱したヘッド内において液体を循環させることで当該ヘッドを冷却できることが知られている。
しかしながら、上記従来構成では、供給マニホールドから帰還マニホールドまでの流路抵抗が高く、冷却に必要な量の液体を十分に流せない恐れがあった。そのため、上記従来構成の吐出ヘッドでは、放熱性を十分に確保することができない可能性がある。
そこで、本発明は、供給マニホールドおよび帰還マニホールドの放熱性を向上することができる液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。
本発明の液体吐出ヘッドは、液体が外部から供給される長尺状の供給マニホールドと、前記液体が外部に排出され、前記供給マニホールドの下方に配置された長尺状の帰還マニホールドと、上流端が前記供給マニホールドに接続され、下流端が前記帰還マニホールドに接続され、且つ、前記供給マニホールドの長手方向に列をなしてノズル面に配置された複数のノズルに対して個別に連通した複数の個別流路と、前記供給マニホールドの長手方向の中央と前記帰還マニホールドの長手方向の中央とを連結するバイパス流路と、を備えるものである。
本発明に従えば、バイパス流路を設けることで、供給マニホールドおよび帰還マニホールドにおける液体の流量を増大させることができる。これにより、供給マニホールドおよび帰還マニホールドの放熱性が向上する。
本発明によれば、供給マニホールドおよび帰還マニホールドの放熱性を向上することが可能な液体吐出ヘッドを提供することができる。
以下、本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドについて図面を参照して説明する。以下に説明する液体吐出ヘッドは本発明の一実施形態に過ぎない。従って、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除および変更が可能である。
本実施形態に係る液体吐出ヘッド3は例えば液体吐出装置110に設けられる。この液体吐出装置110は、例えばインク等の液体を吐出するものである。以下では、液体吐出装置110をインクジェットプリンタに適用した例について説明するが、液体吐出装置110の適用対象はこれに限定されるものではない。
図1に示すように、液体吐出装置110は、例えばラインヘッド方式が採用され、プラテン111、搬送部、ヘッドユニット116およびタンク112を備えている。但し、液体吐出装置110はラインヘッド方式に限定されず、例えばシリアルヘッド方式等の他の方式も採用し得る。
プラテン111は、平板部材であり、被吐出媒体用紙PPがその上面に配置され、当該用紙PPとヘッドユニット116との距離を決定する役割を担う。
搬送部は2つの搬送ローラ115および図略の搬送モータを有する。2つの搬送ローラ115は、上記搬送モータに連結されてプラテン111を互いに挟んだ状態で用紙PPの搬送方向に直交する方向(直交方向)に沿って互いに平行に配置されている。搬送モータが駆動されると、搬送ローラ115が回転し、それによりプラテン111上の用紙PPが搬送方向に搬送される。
ヘッドユニット116は上記直交方向における用紙PPの長さ以上の長さを有している。ヘッドユニット116には複数の液体吐出ヘッド3が設けられている。
液体吐出ヘッド3においては、吐出面(ノズル面)SF2に図4の複数のノズル孔(ノズル)9が開口する。ノズル孔9においてはメニスカスが振動し、それにより液体が吐出される。なお、液体吐出ヘッド3の詳細については後述する。
液体が例えばインクの場合、タンク112は当該インクの種類ごとに設けられている。タンク112は例えば4つ設けられ、各タンク112内には、それぞれブラック、イエロー、シアン、およびマゼンタのインクが貯留されている。タンク112のインクは、対応するノズル孔9に供給される。
続いて、図2は図1の液体吐出ヘッド3の平面図であり、図3は図2の液体吐出ヘッド3から第2流路部材7を除いた構成を示す平面図である。
図2に示すように、本実施形態の液体吐出ヘッド3は、第1流路部材5と、当該第1流路部材5に液体を供給する第2流路部材7と、加圧部である変位素子51を含む圧電アクチュエータ基板41とを備えている。第1流路部材5および第2流路部材7はそれぞれ長手方向に延在する。なお、図2および図3における幅方向は長手方向と交差(直交)する方向である。
第2流路部材7の上面において、長手方向一端側に開口25bが設けられ、長手方向他端側に開口27bが設けられている。外部からの液体は開口25bを介して第2流路部材7に供給され、後述する第1流路部材5において吐出されなかった液体は開口27bを介して第2流路部材7から回収されるようになっている。なお、第2流路部材7には貫通孔19aが設けられており、各変位素子51に信号を送るための図略の信号伝達部(FPC:Flexible Printed Circuit)が貫通孔19aを介して図略の制御部と電気的に接続されている。
図3に示すように、第1流路部材5において長尺状の複数の供給マニホールド21および長尺状の複数の帰還マニホールド23がそれぞれ長手方向に延在するように設けられている。各帰還マニホールド23は、対応する供給マニホールド21の下方にそれぞれ配置されている。
供給マニホールド21は長手方向の両端にそれぞれ開口21bを有している。また、帰還マニホールド23は、長手方向の両端で且つ供給マニホールド21の各開口21bよりも長手方向の外側にそれぞれ開口23bを有している。
このような構成において、第1流路部材5においては、第2流路部材7から各開口21bを介して各供給マニホールド21に供給された液体は当該供給マニホールド21の中央に向かって流れていく。そして、液体は各供給マニホールド21に対応する後述の複数の加圧室11に流れ込み、その後液体の一部はノズル孔9から吐出される。一方、ノズル孔9から吐出されなかった液体は帰還マニホールド23に流れ込み、各開口23bを介して第1流路部材5から外部に排出される。
次いで、液体吐出ヘッド3における第1流路部材5の断面構成について説明する。図4は液体吐出ヘッド3の第1流路部材5の断面図である。
図4に示すように、第1流路部材5は複数のプレートが積層されてなる積層構造を有している。圧電アクチュエータ基板41は、圧電体である2枚の圧電セラミック層41a,41bを含む積層構造を有している。この圧電セラミック層41bの下面が加圧室面SF1となっている。加圧室面SF1には複数の加圧室11が長手方向(つまりノズル列の方向)にそれぞれ並んで配置されている。また、吐出面SF2には液体を吐出する複数のノズル孔9が長手方向にそれぞれ並んで配置されている。
第1流路部材5は、例えばプレート5a~5lを有している。プレート5aは圧電セラミック層41bの下面である加圧室面SF1に接続されている。プレート5aの下にはプレート5b~5lがこの順で積層されている。各プレートには、大小様々な孔および溝が形成されている。各プレートが積層されてなる流路形成体の内部において孔および溝が組み合わされて、複数のノズル孔9、後述する複数の個別流路60、供給マニホールド21および帰還マニホールド23が液体流路として形成されている。なお、上述した開口21bおよび開口23bは加圧室面SF1に設けられている。また、吐出面SF2にはノズル孔9が開口されている。
ノズル孔9はプレート5lを積層方向(高さ方向)に貫通して形成されている。プレート5lの吐出面SF2には、複数のノズル孔9の先端がノズル列の方向にそれぞれ並設されている。
加圧室11は、変位素子51に面する加圧室本体11aと当該加圧室本体11aよりも断面積が小さいディセンダ11bとで構成される。加圧室本体11aはプレート5aに形成されている。また、ディセンダ11bはプレート5b~5kに亘って形成されている。
加圧室本体11aと供給マニホールド21とは供給絞り路13により繋がれている。つまり、供給絞り路13は各加圧室本体11aを供給マニホールド21に対して個別的に連通している。供給絞り路13はプレート5bを貫通する孔とプレート5cを貫通する溝とプレート5dを貫通する孔とにより形成されている。
ディセンダ11bと帰還マニホールド23とは帰還絞り路15により繋がれている。つまり、帰還絞り路15は各ディセンダ11bを帰還マニホールド23に対して個別的に連通している。帰還絞り路15は、ディセンダ11bのうちプレート5kに形成された孔と隣り合い且つプレート5kを貫通する溝15aaと、プレート5jを貫通する溝15abと、帰還マニホールド23のうちプレート5iに形成された孔と隣り合い且つプレート5iを貫通する溝15bとにより形成されている。
本実施形態において、供給絞り路13、加圧室11(加圧室本体11aとディセンダ11b)、および帰還絞り路15を含む流路が個別流路60となる。個別流路60は、供給マニホールド21および帰還マニホールド23に接続されている。詳しくは、個別流路60は、その上流端が供給マニホールド21に接続され、その下流端が帰還マニホールド23に接続されており、この間においてノズル孔9の基端に接続されている。
供給マニホールド21はプレート5e,5fを貫通した孔が重ねられて形成される。供給マニホールド21の下方にはダンパー室30Aが設けられている。ダンパー室30Aはプレート5gの厚み方向下半分をハーフエッチングすることで形成される。これにより、供給マニホールド21の下に、薄肉状のダンパー部29Aが形成されている。
帰還マニホールド23はプレート5i,5jを貫通した孔が重ねられて形成される。帰還マニホールド23の下方にはダンパー室30Bが設けられている。ダンパー室30Bはプレート5kの厚み方向下半分をハーフエッチングすることで形成される。これにより、帰還マニホールド23の下に、薄肉状のダンパー部29Bが形成されている。
圧電アクチュエータ基板41の変位素子51は上述した加圧室11上に位置するように設けられている。また、高さ方向において各加圧室11と対向する位置に個別電極45が設けられている。個別電極45はドライバICに電気的に接続されている。このドライバICは、図略の制御部から制御信号を受けて駆動信号を生成し、当該駆動信号を個別電極45に印加する。
圧電アクチュエータ基板41における圧電セラミック層41aと圧電セラミック層41bとの間には共通電極43が設けられている。共通電極43は各加圧室11を覆うように設けられている。共通電極43は常にグランド電位に保持されている。なお、圧電セラミック層41bは振動板として機能する。
個別電極45が重なる圧電セラミック層41aの活性部は上記駆動信号に応じて個別電極45と共通電極43と共に面方向に伸縮する。これに応じて、振動板である圧電セラミック層41bが協働して変形し、加圧室11の容積を増減する方向に変化する。これにより、液体をノズル孔9から吐出させるための吐出圧力が加圧室11の容積に応じて当該加圧室11に付与される。
このような構成において、液体は、まず供給マニホールド21から供給絞り路13に流入し、供給絞り路13から加圧室11に流入する。その後、液体はディセンダ11bを流れ、ノズル孔9に流入する。この状態で上記の吐出圧力が加圧室11に付与されると、液体はノズル孔9から吐出される。
一方、ノズル孔9から吐出されなかった液体の一部は、帰還絞り路15を流れた後帰還マニホールド23に流入する。そして、帰還マニホールド23に流入した液体は、帰還マニホールド23内を流れて第2流路部材7へ戻る。
次いで、図5aはバイパス流路50を示す側面図であり、図5bは図5aのバイパス流路50の断面図である。また、図6(a)は複数のバイパス流路50の配置を示す図であり、(b)は複数のバイパス流路50の配置の変形例を示す図である。
図5aに示すように、本実施形態におけるバイパス流路50は供給マニホールド21と帰還マニホールド23とを連結するものである。一つの供給マニホールド21と一つの帰還マニホールド23とは一つのバイパス流路50で連結されている。また、図5bに示すように、バイパス流路50は例えば断面円形状に形成されている。
供給マニホールド21の長手方向の中央は帰還マニホールド23の長手方向の中央と一致している。本実施形態では、図6(a)に示すように、バイパス流路50は供給マニホールド21の長手方向の中央と帰還マニホールド23の長手方向の中央とを連結する。ここで、供給マニホールド21の長手方向の中央とは、当該供給マニホールド21の長手方向における中心CTを含む10個の個別流路60における供給マニホールド21との接続部分を含む領域Rsである。また、バイパス流路50は供給マニホールド21の幅方向において中央にて接続され、帰還マニホールド23の幅方向において中央にて接続されている。このようなバイパス流路50の流路抵抗は個別流路60の流路抵抗よりも小さくなっている。
上述の通り、液体吐出ヘッド3には複数の供給マニホールド21および帰還マニホールド23が設けられており、各供給マニホールド21は幅方向に一定間隔で並んで配置され、同様に各帰還マニホールド23も幅方向に一定間隔で並んで配置されている。したがって、バイパス流路50は、供給マニホールド21の各々と帰還マニホールド23の各々とをそれぞれ連結する複数のバイパス流路を含む。本実施形態では、図6(a)に示すように、複数のバイパス流路50の各々のうち一のバイパス流路50の長手方向における位置は、幅方向において当該一のバイパス流路50と隣り合う1又は2の別のバイパス流路50の長手方向における位置と同じである。或いは、図6(b)に示すように、複数のバイパス流路50の各々のうち一のバイパス流路50の長手方向における位置は、幅方向において当該一のバイパス流路50と隣り合う1又は2の別のバイパス流路50の長手方向における位置と異なっていてもよい。
次に、図7はバイパス流路50同士を接続する接続流路50sを示す側面図である。図7に示すように、本実施形態の液体吐出ヘッド3は、複数のバイパス流路50のうち一のバイパス流路50と別のバイパス流路50とを接続する接続流路50sをさらに備えてもよい。接続流路50sはプレート5gの厚み方向下半分およびプレート5hの厚み方向上半分をハーフエッチングすることで形成される流路である。このような接続流路50sは一のバイパス流路50の高さ方向における中央と別のバイパス流路50の高さ方向における中央とを連結する。
以上説明したように、本実施形態の液体吐出ヘッド3によれば、バイパス流路50を設けることで、供給マニホールド21および帰還マニホールド23における液体の流量を増大させることができる。これにより、供給マニホールド21および帰還マニホールド23の放熱性を向上させることができる。特に、供給マニホールド21の長手方向中央と帰還マニホールド23の長手方向の中央とは液体の流れが悪くなり、それ故放熱性が悪くなるため、バイパス流路50は供給マニホールド21の長手方向中央と帰還マニホールド23の長手方向中央とを連結する。これにより、放熱性を良くすることができる。
また、本実施形態では、供給マニホールド21と帰還マニホールド23との間にダンパー部29Aが設けられている。この場合、印字パターンが急激に変化(例えば印字率が高い印字から印字率が低い印字への変化)する際に、当該変化に起因する供給マニホールド21内の圧力変動をダンパー部29Aで吸収することができる。それゆえ、吐出への影響を低減することができる。
また、本実施形態では、複数のバイパス流路50の各々のうち一のバイパス流路50の長手方向における位置が幅方向において当該一のバイパス流路50と隣り合う1又は2の別のバイパス流路50の長手方向における位置と異なっている。この場合、ダンパー部29Aがない領域(すなわち、平面視において隣り合う供給マニホールド21間(隣り合う帰還マニホールド23間)の領域)におけるクロストークの影響を少なくすることができる。
また、本実施形態では、接続流路50sは一のバイパス流路50の高さ方向における中央と別のバイパス流路50の高さ方向における中央とを連結する。これにより、バイパス流路50における流路抵抗を下げることができる。そして、流路抵抗を下げると、同じ圧力であっても供給マニホールド21の全体の流量が増える。これによって、流れが多く発生して、それゆえ供給マニホールド21の冷却効果を向上することができる。
また、本実施形態では、供給マニホールド21の長手方向の中央は、当該供給マニホールド21の長手方向における中心CTを含む10個の個別流路60における供給マニホールド21との接続部分を含む領域Rsである。上記のような範囲を有する供給マニホールド21の中央の領域と帰還マニホールド23の中央の領域とをバイパス流路50で連結することで、供給マニホールド21および帰還マニホールド23の各々において各長手方向に亘ってそれぞれ放熱性を均等に向上することができる。
また、本実施形態では、バイパス流路50の流路抵抗は個別流路60の流路抵抗よりも小さくなっている。このようにバイパス流路50の流路抵抗が個別流路60の流路抵抗よりも小さいことで、液体をバイパス流路50に流し易くなる。それゆえ、バイパス流路50における液体の通流性が向上し、放熱性がより向上する。
また、本実施形態では、バイパス流路50は供給マニホールド21の幅方向において中央にて接続され、帰還マニホールド23の幅方向において中央にて接続されている。この場合、幅方向の中央の領域は他の領域に比べ流路抵抗が小さいので、多くの流量をバイパス流路50に流し易くなる。
また、本実施形態では、バイパス流路50は断面円形状に形成されている。この場合、バイパス流路50の断面が円形であれば、孔を開ける際に断面四角形状よりも円形の孔の方が作り易い。また、角があると抵抗が発生して流れが悪くなるため、バイパス流路50の断面形状を円形にすることで、液体をバイパス流路50にさらに流し易くなる。
さらに、本実施形態では、一つの供給マニホールド21と一つの帰還マニホールド23とは一つのバイパス流路50で連結されている。このように構成することで、一つの供給マニホールド21と一つの帰還マニホールド23とを複数のバイパス流路50で連結する場合に生じるダンパー性能の低下を回避することができる。また、バイパス流路50が複数あると、供給マニホールド21と帰還マニホールド23との間のダンパー面積がその分減少する。このため、上記の通りバイパス流路50を一つとすることで、ダンパー性能が低下することを回避することができる。
<変形例>
本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば以下の通りである。
本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば以下の通りである。
次のようなバイパス流路を設けてもよい。図8は供給マニホールド21と当該供給マニホールド21の斜め下方に位置する帰還マニホールド23とを連結する斜めバイパス流路50nを示す側面図である。詳しくは、図8に示すように、斜めバイパス流路50nは、供給マニホールド21と、幅方向において当該供給マニホールド21と隣り合う別の供給マニホールド21の下方に配置された帰還マニホールド23とを連結する。この場合、斜めバイパス流路50nは、供給マニホールド21の長手方向の中央と帰還マニホールド23の長手方向の中央とを連結する。このような斜めバイパス流路50nを設けることによって、供給マニホールド21および帰還マニホールド23の放熱性をさらに向上することができる。
また、上記実施形態では、一つの供給マニホールド21と一つの帰還マニホールド23とを一つのバイパス流路50で連結するようにしたが、これに限定されるものではない。一つの供給マニホールド21と一つの帰還マニホールド23とを複数のバイパス流路50で連結するように構成してもよい。
また、上記実施形態では、一のバイパス流路50と、幅方向において当該一のバイパス流路50と隣り合う別のバイパス流路50とを接続するように接続流路50sを設けるようにしたが、これに限定されるものではない。例えば、一のバイパス流路50と、幅方向において当該一のバイパス流路50と隣り合わない他のバイパス流路50とを接続するように接続流路50sを設けるように構成してもよい。
また、上記実施形態では、帰還マニホールド23の下にダンパー部29Bを形成することとしたが、このダンパー部29Bは必須な構成要素ではなく、帰還マニホールド23の下にはダンパー部がなくてもよい。
さらに、上記実施形態では、バイパス流路50を断面円形状に形成することとしたが、これに限定されるものではない。バイパス流路50を例えば断面楕円形状等の他の形状に形成してもよい。
3 液体吐出ヘッド
9 ノズル孔
21 供給マニホールド
23 帰還マニホールド
29A ダンパー部
50 バイパス流路
50n 斜めバイパス流路
50s 接続流路
60 個別流路
110 液体吐出装置
CT 長手方向の中心
Rs 接続部分を含む領域
SF2 吐出面
9 ノズル孔
21 供給マニホールド
23 帰還マニホールド
29A ダンパー部
50 バイパス流路
50n 斜めバイパス流路
50s 接続流路
60 個別流路
110 液体吐出装置
CT 長手方向の中心
Rs 接続部分を含む領域
SF2 吐出面
Claims (10)
- 液体が外部から供給される長尺状の供給マニホールドと、
前記液体が外部に排出され、前記供給マニホールドの下方に配置された長尺状の帰還マニホールドと、
上流端が前記供給マニホールドに接続され、下流端が前記帰還マニホールドに接続され、且つ、前記供給マニホールドの長手方向に列をなしてノズル面に配置された複数のノズルに対して個別に連通した複数の個別流路と、
前記供給マニホールドの長手方向の中央と前記帰還マニホールドの長手方向の中央とを連結するバイパス流路と、を備える、液体吐出ヘッド。 - 前記供給マニホールドと前記帰還マニホールドとの間にダンパー部が設けられている、請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記供給マニホールドは、前記長手方向と交差する幅方向に並んで配置された複数の供給マニホールドを含み、
前記帰還マニホールドは、前記幅方向に並んで配置された複数の帰還マニホールドを含み、
前記バイパス流路は、前記供給マニホールドの各々と前記帰還マニホールドの各々とをそれぞれ連結する複数のバイパス流路を含み、
前記複数のバイパス流路の各々のうち一のバイパス流路の前記長手方向における位置は、前記幅方向において当該一のバイパス流路と隣り合う1又は2の別のバイパス流路の前記長手方向における位置と異なっている、請求項2に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記供給マニホールドは、前記長手方向と交差する幅方向に並んで配置された複数の供給マニホールドを含み、
前記帰還マニホールドは、前記幅方向に並んで配置された複数の帰還マニホールドを含み、
前記バイパス流路は、前記供給マニホールドの各々と前記帰還マニホールドの各々とをそれぞれ連結する複数のバイパス流路を含み、
前記バイパス流路は、前記供給マニホールドと、前記長手方向と交差する幅方向において当該供給マニホールドと隣り合う前記供給マニホールドの下方に配置された帰還マニホールドとを連結する斜めバイパス流路を含む、請求項1乃至3の何れか1項に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記複数のバイパス流路のうち一のバイパス流路と別のバイパス流路とを接続する接続流路をさらに備えている、請求項3又は4に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記供給マニホールドの長手方向の中央は前記帰還マニホールドの長手方向の中央と一致しており、
前記供給マニホールドの長手方向の中央は、当該供給マニホールドの長手方向における中心を含む10個の前記個別流路における前記供給マニホールドとの接続部分を含む領域である、請求項1乃至5の何れか1項に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記バイパス流路の流路抵抗は前記個別流路の流路抵抗よりも小さい、請求項1乃至6の何れか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記バイパス流路は、前記供給マニホールドの長手方向と交差する幅方向において中央にて接続され且つ前記帰還マニホールドの長手方向と交差する幅方向において中央にて接続されている、請求項1乃至7の何れか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記バイパス流路は断面円形状に形成されている、請求項1乃至8の何れか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 一つの前記供給マニホールドと一つの前記帰還マニホールドとは一つの前記バイパス流路で連結されている、請求項2に記載の液体吐出ヘッド。
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