JP2023046015A - liquid ejection head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、液体吐出ヘッドに関する。 TECHNICAL FIELD Embodiments of the present invention relate to liquid ejection heads.
近年、インクジェットヘッドにおいて、高生産性が求められ、高速化や液滴量増加が課題となっている。例えば、シェアモードシェアードウォール式のインクジェットヘッドは、ハイパワーとなり、高粘度インクの吐出や大きな液滴の吐出に向いている。シェアモードシェアードウォール式のインクジェットヘッドにおいては、同じ駆動柱を2つの圧力室で共有し、複数配列される室のうちの1/3を圧力室として同時に駆動する所謂3サイクル駆動が一般的である。また、駆動する圧力室の両側をダミー圧力室として、1つの圧力室を独立した2つの駆動柱で駆動する独立駆動ヘッドも開発されている。例えば、圧電体に多数の溝を形成し、1本おきに出入り口を塞ぎ、出入り口が塞がれない溝を圧力室とし、塞がれた溝を空気室として、独立駆動とする構造が開発されている。 In recent years, there has been a demand for high productivity in inkjet heads, and increasing speed and increasing the amount of droplets have become issues. For example, a shared mode shared wall inkjet head has high power and is suitable for ejecting high-viscosity ink and ejecting large droplets. In the shared mode shared wall type inkjet head, the same drive column is shared by two pressure chambers, and one-third of the plurality of arranged chambers are used as pressure chambers and driven at the same time, so-called three-cycle drive. . Also, an independent drive head has been developed in which both sides of the pressure chamber to be driven are used as dummy pressure chambers and two independent drive columns are used to drive one pressure chamber. For example, a structure has been developed in which a large number of grooves are formed in a piezoelectric body, the entrances and exits are closed every other one, the grooves in which the entrances and exits are not blocked are used as pressure chambers, and the closed grooves are used as air chambers, and are independently driven. ing.
このようなインクジェットヘッドにおいては、インク滴が吐出した後、共通液室から圧力室にインクが補給される。このとき、ノズルでオーバーシュートしてメニスカスが盛り上る現象が発生する。共通液室からノズルに至る流路の流体抵抗が小さいほどオーバーシュートは大きくなり、このオーバーシュートが収まらないとメニスカスが安定した状態で吐出をすることができない。したがって、インクジェットヘッドにおいて高速化するには、メニスカスの盛り上りを早く収束させ、安定的な吐出特性を確保することが求められる。 In such an inkjet head, ink is replenished from the common liquid chamber to the pressure chamber after ink droplets are ejected. At this time, a phenomenon occurs in which the nozzle overshoots and the meniscus rises. The smaller the fluid resistance in the flow path from the common liquid chamber to the nozzles, the greater the overshoot. If the overshoot is not suppressed, the meniscus cannot be discharged in a stable state. Therefore, in order to increase the speed of an inkjet head, it is required to quickly converge the swelling of the meniscus and ensure stable ejection characteristics.
本発明が解決しようとする課題は、安定的な吐出特性を確保することができる液体吐出ヘッドを提供することである。 A problem to be solved by the present invention is to provide a liquid ejection head capable of ensuring stable ejection characteristics.
実施形態に係る液体吐出ヘッドは、サイドシュータ型であり、複数の圧力室と、複数の前記圧力室の間に配される複数のダミー室とを構成する複数の溝と、複数の前記溝の間に形成される側壁と、前記溝の両端部を塞ぐ壁部と、を有するアクチュエータ部材と、前記アクチュエータ部材の前記複数の溝の一方側に対向配置され、前記ダミー室及び前記圧力室の一方側を覆い、前記圧力室に対向する位置に液体を吐出する複数のノズルを有し、前記圧力室の両端部の前記壁部の外側に形成される共通室と前記圧力室とを連通させ、前記圧力室の内部よりも流体抵抗の大きい隙間を形成する、ノズルプレートと、を備える。 A liquid ejection head according to an embodiment is of a side shooter type, and includes a plurality of grooves forming a plurality of pressure chambers, a plurality of dummy chambers arranged between the plurality of pressure chambers, and a plurality of grooves forming the plurality of pressure chambers. an actuator member having side walls formed therebetween and wall portions closing both ends of the groove; a plurality of nozzles for ejecting liquid at positions facing the pressure chambers, and communicating the pressure chambers with common chambers formed outside the wall portions at both ends of the pressure chambers; a nozzle plate that forms a gap having a greater fluid resistance than the interior of the pressure chamber.
以下に、第1実施形態に係る液体吐出ヘッドであるインクジェットヘッド10の構成について、図1乃至図7を参照して説明する。図1は、第1実施形態に係るインクジェットヘッドを示す斜視図であり、図2はインクジェットヘッドの一部の分解斜視図である。図3はインクジェットヘッドの一部の構成を拡大して示す断面図であり、図4はインクジェットヘッドの一部の構成を拡大して示す平面図である。なお図4においてノズルプレート12を省略して示す。図5はノズルプレートの一部の構成を示す斜視図である。図6及び図7はインクジェットヘッドの一部の構成を拡大して示す断面図であり、図6は圧力室の断面を示し、図7はダミー室の断面を示す。図中X、Y、Zは互いに直交する第1方向、第2方向、及び第3方向をそれぞれ示す。なお、本実施形態において、インクジェットヘッド10のノズル28や圧力室31の並列方向がX軸に、圧力室31の延出方向がY軸に、ノズル28の液体の吐出方向がZ軸に、それぞれ沿う姿勢を基準として方向の説明を記載するが、これに限られるものではない。
The configuration of an
図1乃至図7に示すように、インクジェットヘッド10は、いわゆるサイドシュータ型のシェアモードシェアードウォール方式インクジェットヘッドである。インクジェットヘッド10は、インクを吐出するための装置であり、例えばインクジェットプリンタの内部に搭載される。例えばインクジェットヘッド10は圧力室31とダミー室32が交互に配される独立駆動式のインクジェットヘッドである。ダミー室32は、インクが供給されない空気室であり、ノズル28を備えない。
As shown in FIGS. 1 to 7, the
インクジェットヘッド10は、アクチュエータベース11と、ノズルプレート12と、フレーム15と、を備えている。
The
さらに、インクジェットヘッド10は、インクジェットヘッド10を制御する回路基板17や、インクジェットヘッド10とインクタンクとの間の経路の一部を形成するマニホールド18などの部品を備える。インクジェットヘッド10の内部に、液体の一例としてのインクが供給されるインク室27が形成される。
Furthermore, the
図2に示すように、アクチュエータベース11は、基板21と、一対のアクチュエータ部材22と、壁部としてのカバー部23と、を備える。
As shown in FIG. 2, the
基板21は、基材の一例である。基板21は、例えばアルミナなどのセラミックスによって矩形の板状に形成される。基板21は平坦な実装面を有する。基板の実装面に一対のアクチュエータ部材22が接合されている。また、基板21には複数の供給孔25と排出孔26とが形成されている。
The
図2に示すように、アクチュエータベース11の基板21には、パターン配線211が形成される。パターン配線211は、例えばニッケル薄膜によって形成される。パターン配線211は、共通パターンや個別パターンを有し、アクチュエータ部材22に形成された電極層34に接続される所定のパターン形状に構成される。
As shown in FIG. 2,
供給孔25は、基板21の中央部であって一対のアクチュエータ部材22の間において、アクチュエータ部材22の長手方向に並んで設けられている。供給孔25は、マニホールド18のインク供給部に連通する。供給孔25は、インク供給部を介してインクタンクに接続される。供給孔25はインクタンクのインクをインク室27に供給する。
The
排出孔26は、供給孔25及び一対のアクチュエータ部材22を挟んで、二列に並んで設けられている。排出孔26は、マニホールド18のインク排出部に連通する。排出孔26は、インク排出部を介してインクタンクに接続される。排出孔26はインク室27のインクをインクタンクに排出する。
The
一対のアクチュエータ部材22は、基板21の実装面に接着される。一対のアクチュエータ部材22は供給孔25を挟んで二列に並んで基板21に設けられている。各アクチュエータ部材22は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)によって形成された板状の二つの圧電体によってそれぞれ形成される。前記二つの圧電体は、分極方向がその厚さ方向に互いに逆向きになるように貼り合わされる。アクチュエータ部材22は、例えば熱硬化性を有するエポキシ系接着剤によって基板21の実装面に接着される。図2に示すように、アクチュエータ部材22は、二列に並ぶノズル28に対応して、インク室27内において平行に並んで配置される。アクチュエータ部材22は、インク室27を、供給孔25が開口する第1共通室271と、排出孔26が開口する二つの第2共通室272とに区切る。
A pair of
一対のアクチュエータ部材22は長手方向が第1方向に沿って設けられ、第1方向に直交する断面が台形状に形成される。アクチュエータ部材22の側面部221は、第2方向及び第3方向に対して傾斜する傾斜面を有する。すなわち、アクチュエータ部材22は第2方向に直交する断面視が台形状に構成される。アクチュエータ部材22の頂部は、ノズルプレート12に接着される。アクチュエータ部材22は、複数の圧力室31と、複数のダミー室32と、を備える。アクチュエータ部材22は、複数の側壁部33を有し、側壁部33の間に、圧力室31及びダミー室32を構成する溝を有する。言い換えると、側壁部33は、圧力室31及びダミー室32を形成する溝の間に駆動素子として形成される。複数の圧力室31及びダミー室32は、第2方向の両端及び第3方向の一方側に開口する溝で構成される。
The pair of
溝の底面部と基板21の主面とは傾斜する側面部221によって繋がる。圧力室31とダミー室32とは、交互に配置される。側壁部33、圧力室31、及びダミー室32は、アクチュエータ部材22の長手方向と交差する方向にそれぞれ延び、アクチュエータ部材22の長手方向である第1方向(図中X軸)において複数並列する。
The bottom surface of the groove and the main surface of the
なお、圧力室31の形状とダミー室32の形状とが異なっていても良い。側壁部33は、圧力室31とダミー室32の間に形成され、駆動信号に応じて変形することで、圧力室31の容積を変化させる。
The shape of the
複数の圧力室31は、ノズルプレート12に対向配置され、ノズルプレート12の複数のノズル28に連通する。複数の圧力室31は、第3方向の一方側がノズルプレート12によって覆われるとともに、第2方向の両端部がカバー部23に覆われるが、ノズルプレート12の凹部122によって、ノズルプレート12とカバー部23の間に形成される隙間である連通口123を介して、インク室27に連通する。すなわち、圧力室31は、一方の端部がインク室27の第1共通室271に連通し、他方の端部がインク室27の第2共通室272に連通する。このため、圧力室31の一方の端部からインクが流入し、他方の端部からインクが流出する。圧力室31の両端部に凹部122によって形成される連通口123は、圧力室31内部よりも流体抵抗が大きい絞り部240を構成する。
The plurality of
ダミー室32は、第3方向における一方側がノズルプレート12によって塞がれる。また複数のダミー室32は、例えば第2方向の両端がカバー部23により塞がれる。すなわち、インク室27の第1共通室271とダミー室32の入口との間、及びダミー室32の出口と第2共通室272との間にそれぞれカバー部23が配され、ダミー室32の両端はインク室27と隔てられている。このため、ダミー室32はインクが流入しない空気室を構成する。
One side of the
カバー部23は、例えば感光性樹脂で構成される。カバー部23は、複数の圧力室31及びダミー室32を構成する溝の第2方向における両端の開口を塞ぐ。カバー部23は、感光性樹脂の成膜後に露光及び現像され、あるいは感光性樹脂の成膜後に露光、現像及び機械加工されることにより、所定形状に成形される。例えばカバー部23は、圧力室31両側の入り口に感光性樹脂を塗布した後、露光によって対象部位を硬化させ、現像液で不要な未露光樹脂を洗い流す現像処理によって、溝の両端を塞ぐ所定形状に構成される。
The
アクチュエータベース11の圧力室31及びダミー室32にはそれぞれ電極層34が設けられている。電極層34は、例えばニッケル薄膜によって形成される。電極層34は溝の内面部から基板21上に至り、パターン配線211に接続される。電極層34は溝の内壁に形成される。例えば電極層34は、側壁部33の側面部や底面部に形成される。
An
ノズルプレート12は、例えばポリイミド製の矩形のフィルムによって形成される。ノズルプレート12は、第1方向及び第2方向に沿う面に延出し、アクチュエータベース11の実装面に対向する。ノズルプレート12は、アクチュエータ部材22の頂部222及びフレーム15に接合される。ノズルプレート12は、アクチュエータ部材22及びアクチュエータ部材22の側部に形成される共通室を含む領域の、第3方向の一方側を覆う。ノズルプレート12には、ノズルプレート12を厚さ方向に貫通する、複数のノズル28が形成される。また、ノズルプレート12のアクチュエータ部材22側の対向面には、カバー部23との間に隙間を形成する凹部122が形成される。
The
複数のノズル28は、圧力室31と同数設けられ、圧力室31にそれぞれ対向して配置される。一例としてノズル28は圧力室31の第2方向における中央に対向する位置に設けられている。またノズル28は圧力室31の第1方向における中央に対向する位置に設けられている。
ノズル28は、第1方向に沿って複数並び、一対のアクチュエータ部材22に対応して2列に配列される。各ノズル28はそれぞれ軸が第3方向に延びる筒状に構成される。例えばノズル28は径が一定であっても、中央部または先端部にかけて縮径する形状であってもよい。ノズル28は、一対のアクチュエータ部材22に形成される圧力室31の延出方向の中途部に対向配置され、圧力室31にそれぞれ連通する。ノズル28は、各圧力室31の、長手方向中央部に1つずつ、配置される。
The plurality of
A plurality of
凹部122は、段差や溝によって構成される。例えば凹部122はノズルプレート12の厚さ寸法が小さく構成された部位である。凹部122は、側壁部33やカバー部23との間に、連通口123となる隙間または開口を形成する。凹部122は、例えば圧力室31に対向する領域の全域に形成されていてもよく、あるいは一部に形成されていてもよい。また、凹部122は、側壁部33の端面とノズルプレート12との間の領域に至って形成されていてもよい。また、例えば凹部122は、ダミー室32と共通室271,272との間の部位を避けた部位に形成される。凹部122は圧力室31と同じ幅を有していてもよく、あるいは圧力室31よりも狭い幅で構成されていてもよい。本実施形態において、凹部122は、圧力室31の第2方向の両端部においてカバー部23の第3方向一方側に対向する位置に配置される。また、本実施形態において、凹部122は圧力室31の幅寸法よりも小さく構成される。また、本実施形態において凹部122の流路断面積である第2方向に直交する開口面積は、ノズル28の吐出面における流路断面積である第3方向に直交する開口面積よりも、大きい。
The
ノズルプレート12は、少なくともダミー室32を構成する溝の第3方向の一方側に対向する領域、及び少なくとも側壁部33の一部に対向する領域を覆う。ノズルプレート12は、圧力室31の両端部において凹部122とカバー部23の端面との間に圧力室31内部よりも流体抵抗の大きい隙間を形成し、溝の両端部のカバー部23の外側に形成される共通室271,272と圧力室31とを連通させる。ノズルプレート12は、第1共通室271及び第2共通室272に対してダミー室32を塞ぐとともに、第1共通室271、第2共通室272及びノズル28に対して圧力室31を連通させる。
The
すなわち、ノズルプレート12は、圧力室31と第1共通室271及び第2共通室272とを連通する連通口123を形成する。連通口123は圧力室31の第2方向の両端にそれぞれ配置される。連通口123は、深さ方向となる第3方向に所定の寸法を有する隙間であり、その第3方向の幅が、圧力室31内部の第3方向の幅よりも小さく構成されていることにより、圧力室31の流路断面積より小さく構成される。すなわち、第2方向両端の連通口123は、圧力室31の内部よりも流路抵抗が増加する絞り部240を構成する。
That is, the
なお、絞り部240の流体抵抗は、大きくしすぎると、インク滴吐出後の圧力室31へのインクの補給が遅くなり、高速化を阻害することになる。また、メニスカスの盛り上りは、インク粘度、吐出体積、駆動周波数などにより異なる。したがって、凹部122の第3方向に層厚さ寸法や、第1方向に沿う幅寸法や、凹部122が形成される位置は、絞り部240が、インクの補給条件やメニスカスの盛り上がりの特性に応じた流路抵抗となるよう設定される。なお、両側にそれぞれ形成された連通口123による絞り部240の形状や寸法は同じ条件で構成されてもよいし、異なる条件に設定されてもよい。
Note that if the fluid resistance of the
フレーム15は、例えばニッケル合金によって矩形の枠状に形成される。フレーム15は、アクチュエータベース11の実装面とノズルプレート12との間に介在する。フレーム15は、アクチュエータベース11の実装面とノズルプレート12とにそれぞれ接着される。すなわち、ノズルプレート12は、フレーム15を介してアクチュエータベース11に取り付けられている。
The
マニホールド18は、アクチュエータベース11のノズルプレート12とは反対側に接合される。マニホールド18の内部に、供給孔25に連通する流路であるインク供給部や排出孔26に連通する流路であるインク排出部が形成される。
The manifold 18 is joined to the opposite side of the
回路基板17は、フィルムキャリアパッケージ(FCP)である。回路基板17は、複数の配線が形成されるとともに、柔軟性を有する樹脂製のフィルム51と、フィルム51の複数の配線に接続されたIC52と、を有する。IC52はフィルム51の配線やパターン配線211を介して電極層34に電気的に接続される。
以上のように構成されたインクジェットヘッド10の内部において、アクチュエータベース11と、ノズルプレート12と、フレーム15とに囲まれるインク室27が形成される。すなわち、インク室27は、アクチュエータベース11とノズルプレート12との間に形成される。例えばインク室27は、2つのアクチュエータ部材22によって第2方向において3つの区間に仕切られ、排出孔26が開口する共通室としての二つの第2共通室272と、供給孔25が開口する共通室としての第1共通室271と、を有する。第1共通室271及び第2共通室272は、複数の圧力室31に連通している。
An
以上のように構成されたインクジェットヘッド10において、供給孔、圧力室、及び排出孔を通って、インクはインクタンクとインク室27との間で循環する。例えばインクジェットプリンタの制御部から入力された信号によって、駆動IC52がフィルム51の配線を介して圧力室31の電極層34に駆動電圧を印加することにより、圧力室31の電極層34と、ダミー室32の電極層34との間に電位差を生じさせることで、側壁部33を選択的にシェアモード変形させる。圧力室31とダミー室32の間に形成された側壁部33を駆動信号に応じて変形することで、圧力室31の容積を変化させる。
In the
側壁部33がシェアモード変形することにより、当該電極層34が設けられた圧力室31の容積が増加し、圧力が減少する。これにより、当該圧力室31にインク室27のインクが流入する。
Due to the shear mode deformation of the
圧力室31の容積が増加した状態で、IC52が圧力室31の電極層34に逆電位の駆動電圧を印加する。これにより、側壁部33がシェアモード変形して当該電極層34が設けられた圧力室31の容積が減少し、圧力が増加する。これにより、圧力室31の中のインクが加圧され、ノズル28から吐出される。
With the volume of the
インクジェットヘッド10の製造方法について説明する。まず、板状の基板21に複数の溝を形成する圧電部材を接着剤等で貼り付け、ダイシングソーやスライサー等を使用した機械加工を施して複数の溝を形成し、所定形状の外形を有するアクチュエータ部材22を成形する。なお、例えば予め複数枚分の厚さのブロック状のベース部材を形成してから分割し、所定形状のアクチュエータベース11を複数枚製造してもよい。
A method for manufacturing the
続いて、圧力室31やダミー室32を構成する溝の内面や基板21の表面に電極層34やパターン配線211を形成する。以上により、アクチュエータベース11に、電極層34、及びパターン配線211が所定箇所にそれぞれ形成される。続いて、感光性樹脂によって、カバー部23を形成する。例えばカバー部23は、ダミー室32及び圧力室31を構成する溝の両側の出入り口である連通口に感光性樹脂材を充填し、溝の第2方向両端の開口を感光性樹脂によって塞ぐ充填処理と、感光性樹脂を所定形状に成形する成形処理と、を備える。以上により、感光性樹脂材により、圧力室31及びダミー室32の第2方向の両端が塞がれる。
Subsequently, the
このとき、絞り部240を構成する凹部122やカバー部23の流路方向に沿う第2方向や第3方向の寸法を、流体抵抗に応じて設定することで、流体抵抗を設定できる。
At this time, the fluid resistance can be set by setting the dimensions of the
さらに、アクチュエータベース11をマニホールド18に組み付け、アクチュエータベース11の基板21の一方の面に、熱可塑性樹脂の接着シートにより、フレーム15を貼付ける。
Further, the
そして、組立てられたフレーム15、アクチュエータ部材22の側壁部33の頂部222、及びフレーム15の、ノズルプレート12に対向する対向面が同一面となるよう研磨する。そして、研磨された側壁部33の頂部222及びフレーム15の対向面に、予め凹部122及びノズル28が形成されたノズルプレート12を接着して取り付ける。このとき、圧力室31にノズル28が対向するように位置決めを行う。
Then, the faces of the assembled
例えば、ノズルプレート12は、圧力室31に連通する所定位置に貫通孔であるノズル28が形成されるとともに、アクチュエータ部材22に対向する面の所定箇所に所定深さの凹部122が形成されて構成される。例えば凹部122は、ノズルプレート12の材料に応じて、ダイヤモンドカッターなどによる機械加工、レーザ加工、あるいは薬品によるハーフエッチングなどにより、形成される。このとき凹部122の幅や深さあるいは位置を調整することで、適度な流体抵抗を形成することができる。
For example, the
なお、ノズルプレート12をアクチュエータ部材22及びフレーム15に接合する際には、剛体であるアクチュエータ部材22の頂部222及びフレーム15の端面に接着剤を転写塗布して接合することで、ノズルプレート12側に接着剤を塗布するよりも、接着部を薄くすることができ、かつ、塗布位置の精度を高精度に設定できる。ここで、凹部の第1方向の幅寸法を圧力室31の幅寸法よりも小さくすることで、凹部に接着剤が流れ込まず、流体抵抗の値を安定させることができる。
When the
さらに、図1に示すように基板21の主面に形成されたパターン配線211に、フレキシブルプリント基板を介して駆動ICチップ52や回路基板17を接続することで、インクジェットヘッド10が完成する。
Further, as shown in FIG. 1, the
以下に、インクジェットヘッド10を備えるインクジェットプリンタ100の一例について、図17を参照して説明する。インクジェットプリンタ100は、筐体111と、媒体供給部112と、画像形成部113と、媒体排出部114と、搬送装置115と、制御部116と、を備える。
An example of an
インクジェットプリンタ100は、媒体供給部112から画像形成部113を通って媒体排出部114に至る所定の搬送路Aに沿って、吐出対象物である記録媒体として例えば用紙Pを搬送しながらインク等の液体を吐出することで、用紙Pに画像形成処理を行う液体吐出装置である。
The
筐体111は、インクジェットプリンタ100の外郭を構成する。筐体111の所定箇所に、用紙Pを外部に排出する排出口を備える。
A
媒体供給部112は複数の給紙カセットを備え、各種サイズの用紙Pを複数枚積層して保持可能に構成される。
The
媒体排出部114は、排出口から排出される用紙Pを保持可能に構成された排紙トレイを備える。
The
画像形成部113は、用紙Pを支持する支持部117と、支持部117の上方に対向配置された複数のヘッドユニット130と、を備える。
The
支持部117は、画像形成を行う所定領域にループ状に備えられる搬送ベルト118と、搬送ベルト118を裏側から支持する支持プレート119と、搬送ベルト118の裏側に備えられた複数のベルトローラ120と、を備える。
The
支持部117は、画像形成の際に、搬送ベルト118の上面である保持面に用紙Pを支持するとともに、ベルトローラ120の回転によって所定のタイミングで搬送ベルト118を送ることにより、用紙Pを下流側へ搬送する。
During image formation, the
ヘッドユニット130は、複数(4色)のインクジェットヘッド10と、各インクジェットヘッド10上にそれぞれ搭載された液体タンクとしてのインクタンク132と、インクジェットヘッド10とインクタンク132とを接続する接続流路133と、循環部である循環ポンプ134と、を備える。ヘッドユニット130は、インクタンク132と、インクジェットヘッド10の内部に作りこまれた圧力室31、ダミー室32、及びインク室27において液体を常時循環させる循環型のヘッドユニットである。
The
本実施形態において、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの4色のインクジェットヘッド10と、これらの各色のインクをそれぞれ収容するインクタンク132を備える。インクタンク132は接続流路133によってインクジェットヘッド10に接続される。接続流路133は、インクジェットヘッド10の供給口に接続される供給流路と、インクジェットヘッド10の排出口に接続される回収流路と、を備える。
In this embodiment, there are four ink jet heads 10 of cyan, magenta, yellow, and black, and
また、インクタンク132には、図示しないポンプなどの負圧制御装置が連結される。そして、インクジェットヘッド10とインクタンク132との水頭値に対応して、負圧制御装置はインクタンク132内を負圧制御することで、インクジェットヘッド10の各ノズル28に供給されたインクを所定形状のメニスカスを形成する。
The
循環ポンプ134は、例えば圧電ポンプで構成される送液ポンプである。循環ポンプ134は、供給流路に設けられている。循環ポンプ134は、配線により制御部116の駆動回路に接続され、CPU(Central Processing Unit)による制御によって制御可能に構成される。循環ポンプ134は、インクジェットヘッド10とインクタンク132を含む循環流路で液体を循環させる。
The
搬送装置115は、媒体供給部112から画像形成部113を通って媒体排出部114に至る搬送路Aに沿って、用紙Pを搬送する。搬送装置115は、搬送路Aに沿って配置される複数のガイドプレート対121と、複数の搬送用ローラ124と、を備えている。
The
複数のガイドプレート対121は、それぞれ、搬送される用紙Pを挟んで対向配置される一対のプレート部材を備え、用紙Pを搬送路Aに沿って案内する。 The plurality of guide plate pairs 121 each include a pair of plate members arranged opposite to each other with the paper P being transported therebetween, and guide the paper P along the transport path A. As shown in FIG.
搬送用ローラ124は、制御部116の制御によって駆動されて回転することで、用紙Pを搬送路Aに沿って下流側に送る。なお、搬送路Aには用紙の搬送状況を検出するセンサが各所に配置される。
The
制御部116は、コントローラであるCPU等の制御回路と、各種のプログラムなどを記憶するROM(Read Only Memory)と、各種の可変データや画像データなどを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)と、外部からのデータの入力及び外部へのデータの出力をするインターフェイス部と、を備える。
The
以上のように構成されたインクジェットプリンタ100において、制御部116は、例えばインターフェイスにおいてユーザが操作入力部の操作による印刷指示を検出すると、搬送装置115を駆動して用紙Pを搬送するとともに、所定のタイミングでヘッドユニット130に対して印字信号を出力することで、インクジェットヘッド10を駆動する。インクジェットヘッド10は吐出動作として、画像データに応じた画像信号により、ICに駆動信号を送り、配線を介して圧力室31の電極層34に駆動電圧を印加してアクチュエータ部材22の側壁部33を選択的に駆動してノズル28からインクを吐出し、搬送ベルト118上に保持された用紙Pに画像を形成する。また、液体吐出動作として、制御部116は、循環ポンプ134を駆動することで、インクタンク132とインクジェットヘッド10とを通る循環流路で液体を循環させる。循環動作により、インクタンク132内のインクは、循環ポンプ134が駆動されることにより、インクタンク132のインクが、マニホールド18のインク供給部を通って、供給孔25からインク室27の第1共通室271に供給される。このインクは、一対のアクチュエータ部材22の複数の圧力室31と、複数のダミー室32とに供給される。インクは、圧力室31とダミー室32とを通ってインク室27の第2共通室272に流入する。このインクは、排出孔26から、マニホールド18のインク排出部を通ってインクタンク132に排出される。
In the
上述した実施形態によれば安定的な吐出特性を確保することができる液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの製造方法を提供できる。すなわち、上記実施形態に係るインクジェットヘッド10は、圧力室31の出入口をカバー部23で覆いノズルプレート12側に凹部122を形成することで、圧力室31の入り口及び出口が圧力室31内部や第1共通室271、第2共通室272よりも流路抵抗が大きい。具体例として、圧力室31の共通室である第1共通室271や第2共通室272に開口する開口部が、圧力室31の流路断面積より小さい。このため、インクジェットヘッド10において液体吐出を行った際のメニスカスの盛り上がりが小さくなる。したがって、メニスカスの復帰が早くなり次弾への影響が軽減でき、吐出安定性が向上できる。
According to the above-described embodiments, it is possible to provide a liquid ejection head and a method for manufacturing the liquid ejection head that can ensure stable ejection characteristics. That is, in the
図8は、絞り(絞り部240)を備えるインクジェットヘッド110の試験例1と、絞りを備えていないインクジェットヘッド1010の試験例2である。図9は、試験例1に係る絞りを有するインクジェットヘッド110の周波数特性を示し、図10は、比較例2としての絞りを備えないインクジェットヘッド1010の周波数特性を示す。図9及び図10においてそれぞれノズルの吐出速度と、周波数との関係を、1drop、3dropの場合について、それぞれ示している。
FIG. 8 shows Test Example 1 of the
試験例1にかかるインクジェットヘッド110は、圧力室31の延出方向である第2方向の両側が共通室に連通するとともに、圧力室31の延出方向の中途部にノズル28が開口するサイドシュータ型である。
The
図10に示されるように試験例2に係るインクジェットヘッド1010においては、低周波領域では吐出速度はフラットであるが、周波数が高くなるにつれて吐出速度が減少傾向にあり、低周波領域と高周波領域で吐出速度に差異がある。試験例2に係るインクジェットヘッド1010の1dropにおいては、25kHzまでは、吐出速度はフラットであるが、25kHz以上で周波数が高くなるにつれて吐出速度が減少傾向である。また、試験例2に係るインクジェットヘッド1010の3dropにおいては、15kHzまでは、吐出速度はフラットであるが、15kHz以上で周波数が高くなるにつれて吐出速度が減少傾向である。したがって、印刷のパターンによって着弾位置にズレが生じる。このように吐出速度に差異が大きいと、メニスカスの盛り上りが収まるのに時間がかかり、印字品質低下を引き起こすため、高速駆動することができない。
As shown in FIG. 10, in the
一方、図9に示すように、絞り部を有するインクジェットヘッド110では、1drop及び3drop共に吐出速度がフラットな傾向にある。これは、共通液からノズル間の流体抵抗が大きくなり、メニスカスの盛り上がりが小さくなるためである。
On the other hand, as shown in FIG. 9, in the
また図11は圧力室に絞りを設けた試験例1と絞りを設けない試験例2のメニスカス復帰のシミュレーション結果を示している。図11によれば、ノズルのメニスカス状態は低周波の場合、インク滴を吐出してから次弾が吐出されるまでに十分な時間があり、絞り有無に関わらずメニスカスの復帰を待ってから安定状態で吐出が可能である。一方、高周波の場合、ドット(インク滴)を吐出してから次弾が吐出されるまでの時間が短いために、メニスカスの復帰前に次弾の吐出が始まる。このため、絞りを設けないインクジェットヘッド1010の場合には、吐出した後、メニスカスの盛り上がりが大きくなり、次弾の吐出までにメニスカス復帰できず、吐出速度が低下する。それに対して、絞りを設けた場合はメニスカスの盛り上がりが小さくなるため、メニスカスの復帰が早くなり次弾への影響が軽減できる。よってこれらのシミュレーション結果から、圧力室31と共通室との間に絞りを設けることでインクジェットヘッド110の吐出安定性向上に繋がると言える。
FIG. 11 shows simulation results of meniscus restoration in Test Example 1 in which a throttle is provided in the pressure chamber and Test Example 2 in which no throttle is provided. According to FIG. 11, when the meniscus state of the nozzle is at a low frequency, there is sufficient time from the ejection of an ink droplet to the ejection of the next ink droplet. Ejection is possible in this state. On the other hand, in the case of high frequency, the time from ejection of a dot (ink droplet) to ejection of the next bullet is short, so ejection of the next bullet starts before the meniscus returns. For this reason, in the case of the
図12は試験例1としてのサイドシュータ型のインクジェットヘッド110と、インク出入り口が一端でノズルが他端に形成された試験例3としてのシェアモードシェアードウォール式エンドシュータ型のインクジェットヘッド2010の、説明図である。
FIG. 12 illustrates a side shooter
図13乃至図16は試験例3としてのエンドシュータ型のインクジェットヘッド2010と、サイドシュータ型の試験例1のインクジェットヘッド110においてそれぞれ絞りを設けた場合の、シミュレーション特性比較した図である。図13は駆動波形、図14はノズル流速振動、図15は吐出体積、図16はメニスカスの復帰特性を、それぞれ示す。
13 to 16 are diagrams comparing the simulation characteristics of the end shooter type
また、試験例3にかかるインクジェットヘッド2010は、圧力室31の延出方向である第2方向の一端側が共通室に連通し、他端部が閉じ、流路の端部にノズルが開口するエンドシュータ型とした。すなわち、インクジェットヘッド2010は第2方向の一方からノズル28に向けて流れる流路を構成する。
In addition, in the
試験例3としての片側から供給するエンドシュータ型のインクジェットヘッド2010と、両側供給のサイドシュータ型の試験例1としてのインクジェットヘッド110は、吐出体積、ノズル流速振動、メニスカス復帰特性を揃えた時の駆動電圧は両側供給のサイドシュータ型の構成が最も低いため、両側供給は片側供給に対して、駆動効率の観点から優位性が高いと言える。すなわち、圧力室の中央にノズルがあり、インクの出入り口が両端にある、所謂サイドシュータ型のインクジェットヘッド110の方が、エンドシュータ型のインクジェットヘッド2010よりも吐出効率が優れている。
The end shooter type
なお、一般的に、シェアモードシェアードウォール式のインクジェットヘッドにおいては、例えば圧力室が圧電体にダイヤモンドカッターで形成された微細な溝で構成されるため、圧力室の一部分の断面を小さくすることが困難であるが、上記実施形態によれば、ノズルプレート12の対向面側を加工することで、絞り部240を形成することができ、工程が少なく、安価かつ容易に絞りを形成できる。さらに、凹部122の穴形状を比較的自由に選択できるので、絞りの流体抵抗を自由に設計することも容易である。すなわち、凹部122の深さの精度や凹部122の位置精度を確保しやすく、流路抵抗の設定が容易である。
Generally, in a shared-mode shared-wall type ink jet head, for example, pressure chambers are composed of fine grooves formed in a piezoelectric body by a diamond cutter. Although difficult, according to the above-described embodiment, the
また、上記実施形態にかかるインクジェットヘッド10においては、絞り部240を構成する凹部122やカバー部23の流路方向に沿う第2方向の長さを、流体抵抗に応じて設定することで、絞り部240の流路長さを設定でき、容易に流体抵抗を調整できる。例えば他の実施形態として図18に示すように、カバー部23及び凹部122の第2方向の寸法を大きくすることで、絞り部240の流路長さを大きくとり、流路抵抗を大きくすることができる。
In addition, in the
また、上記実施形態においては、凹部122の第1方向の幅寸法を圧力室31の幅寸法よりも小さくすることで、凹部122に接着剤が流れ込まず、流体抵抗の値を安定させることができる。
Further, in the above embodiment, by making the width dimension of the
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying constituent elements without departing from the scope of the present invention at the implementation stage.
上記実施形態においては、一例として、圧力室31の一方側に第1共通室271が配され、他方側に第2共通室272が配され、流体が圧力室の一方側から流入して他方側から流出する例を示したがこれに限られるものではない。例えば圧力室31の両側の共通室が供給側であって、両側から流入する構成であってもよい。すなわち、圧力室31の両側から流体が流入し、圧力室31の中央に配置されるノズル28から流出する構成であってもよい。この場合にあっても、圧力室31の両側の入口部分に絞りを設けることによって、流体抵抗が増加し、吐出効率が改善できる。また、両側に設けられた絞り部240の形状や位置や大きさは流路抵抗に応じてそれぞれ設定可能であり、両側で同じ条件で構成されていてもよいし、一方と他方の絞り部240が異なる条件にて構成されていてもよい。
In the above embodiment, as an example, the first
また、上記実施形態において、流路抵抗を増加する絞り部240の形状はこれに限られるものではない。上記実施形態において、カバー部23は圧力室31やダミー室32を形成する溝の内側に形成され溝を埋める形状としたが、これに限られるものではない。例えばアクチュエータ部材22の側面において、圧力室31やダミー室32を形成する溝の外側に、感光性樹脂を配してダミー室32や圧力室31の端部を塞ぐ構成であってもよい。
Further, in the above embodiment, the shape of the
上記実施形態においては、基板21の主面部分に複数の溝を備えるアクチュエータ部材22を配した例を示したが、これに限られるものではない。例えば基板21の端面に、アクチュエータを備える構成であってもよい。また、ノズル列の数も上記実施形態に限られるものではなく、1列、あるいは3列以上備える構成としてもよい。
In the above-described embodiment, an example in which the
また、上記実施形態においては、基板21に圧電部材からなる積層圧電体を備えたアクチュエータベース11を例示したが、これに限るものではない。例えば基板を用いずに圧電部材のみでアクチュエータベース11を形成しても良い。また、2枚の圧電部材を用いずに、1枚の圧電部材としてもよい。またダミー室32は共通室である第1共通室271や第2共通室272に連通していてもよい。また供給側と排出側が逆であってもよく、あるいは切り替え可能に構成されていてもよい。
Further, in the above-described embodiment, the
また、上記実施形態においては、一例として、圧力室31の一方側が供給側であり、他方側が排出側であり、流体が圧力室の一方側から流入して他方側から流出する循環型のインクジェットヘッドを例示したがこれに限られるものではない。例えば非循環型としてもよい。また、例えば圧力室31の両側の共通室が供給側であって、両側から流入する構成であってもよい。すなわち、圧力室31の両側から流体が流入し、圧力室31の中央に配置されるノズル28から流出する構成であってもよい。この場合にあっても、圧力室31の両側の入口となる連通口に絞り部240を設けることによって、流体抵抗が増加し、吐出効率が改善できる。例えば排出側の流路を備えない、あるいは排出側の流路を閉じることにより、非循環式の構成としてもよい。例えば、排出孔26の代わりに供給孔25を設けてもよく、あるいは排出側の流路はインク補充時やメンテナンス時のみに開き、印刷時には閉じる構成とし、非循環式に構成してもよい。
In the above embodiment, as an example, one side of the
例えば、吐出する液体は印字用のインクに限られるものではなく、例えばプリント配線基板の配線パターンを形成するための導電性粒子を含む液体を吐出する装置等であっても良い。 For example, the liquid to be ejected is not limited to ink for printing, and may be a device that ejects liquid containing conductive particles for forming a wiring pattern of a printed wiring board.
また、上記実施形態において、インクジェットヘッドは、インクジェットプリンタ等の液体吐出装置に用いられる例を示したが、これに限られるものではなく、例えば3Dプリンタ、産業用の製造機械、医療用途にも用いることが可能であり、小型軽量化及び低コスト化が可能である。 In the above embodiments, the inkjet head is used in a liquid ejection device such as an inkjet printer. However, it is not limited to this, and can also be used in, for example, 3D printers, industrial manufacturing machines, and medical applications. It is possible to reduce the size, weight, and cost.
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、安定的な吐出特性を確保することができる液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの製造方法を提供できる。 According to at least one embodiment described above, it is possible to provide a liquid ejection head and a method for manufacturing the liquid ejection head that can ensure stable ejection characteristics.
この他、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Additionally, while several embodiments of the invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.
10…インクジェットヘッド、11…アクチュエータベース、12…ノズルプレート、15…フレーム、17…回路基板、18…マニホールド、21…基板、22…アクチュエータ部材(アクチュエータ)、23…カバー部(壁部)、25…供給孔、26…排出孔、27…インク室、31…圧力室、32…ダミー室、33…側壁部、34…電極層、51…フィルム、52…駆動ICチップ、100…インクジェットプリンタ、111…筐体、112…媒体供給部、113…画像形成部、114…媒体排出部、115…搬送装置、116…制御部、117…支持部、118…搬送ベルト、119…支持プレート、120…ベルトローラ、121…ガイドプレート対、122…凹部、123…連通口、124…搬送用ローラ、130…ヘッドユニット、132…インクタンク、133…接続流路、134…循環ポンプ、122…凹部、123…連通口、211…パターン配線、221…側面部、222…頂部、240…絞り部、271…第1共通室、27…インク室、272…第2共通室。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記アクチュエータ部材の前記複数の溝の一方側に対向配置され、前記ダミー室及び前記圧力室の一方側を覆い、前記圧力室に対向する位置に液体を吐出する複数のノズルを有し、前記圧力室の両端部の前記壁部の外側に形成される共通室と前記圧力室とを連通させ、前記圧力室の内部よりも流体抵抗の大きい隙間を形成する、ノズルプレートと、
を備える、サイドシュータ型の液体吐出ヘッド。 a plurality of grooves forming a plurality of pressure chambers and a plurality of dummy chambers disposed between the plurality of pressure chambers; side walls formed between the plurality of grooves; and closing both ends of the grooves. an actuator member having a wall;
a plurality of nozzles arranged opposite one side of the plurality of grooves of the actuator member, covering one side of the dummy chamber and the pressure chamber, and ejecting liquid at a position facing the pressure chamber; a nozzle plate that communicates a common chamber formed outside the wall portions at both ends of the chamber with the pressure chamber to form a gap having a greater fluid resistance than the inside of the pressure chamber;
A side shooter type liquid ejection head.
前記凹部の前記第1方向の幅は前記圧力室の前記第1方向の幅よりも小さく、
前記ノズルプレートは接着剤により前記側壁の一方側の面に接着される、請求項2に記載の液体吐出ヘッド。 The plurality of nozzles and the plurality of pressure chambers are arranged side by side in a first direction,
the width of the recess in the first direction is smaller than the width of the pressure chamber in the first direction;
3. The liquid ejection head according to claim 2, wherein said nozzle plate is adhered to one surface of said side wall with an adhesive.
前記基板の一方側に設けられ、前記アクチュエータ部材と前記アクチュエータ部材の側部に形成される前記共通室とを囲むフレームと、
を備え、
前記ノズルプレートは前記アクチュエータ部材の前記側壁、前記壁部、及び前記フレームに、接合される請求項1乃至3のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。 a substrate to which the actuator member is bonded;
a frame provided on one side of the substrate and surrounding the actuator member and the common chamber formed on the side of the actuator member;
with
4. The liquid ejection head according to any one of claims 1 to 3, wherein the nozzle plate is joined to the side wall, the wall portion, and the frame of the actuator member.
複数の前記圧力室及び前記ダミー室はそれぞれ前記第1方向と交差する第2方向に延出し、
前記圧力室の前記第2方向の中途部に対応する位置に前記ノズルが配され、
前記ノズルは前記第1方向及び前記第2方向に対して交差する第3方向に沿うとともに、
前記隙間は、前記第3方向の寸法が、前記圧力室の内部の前記第3方向の寸法よりも小さく構成され、前記圧力室の内部よりも流体抵抗の大きい絞り開口を形成する、請求項1乃至4のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。 The plurality of nozzles and the plurality of pressure chambers are arranged side by side in a first direction,
each of the plurality of pressure chambers and the dummy chambers extends in a second direction crossing the first direction;
the nozzle is arranged at a position corresponding to an intermediate portion of the pressure chamber in the second direction;
The nozzle extends along a third direction intersecting the first direction and the second direction,
2. The gap is configured such that the dimension in the third direction is smaller than the dimension in the third direction of the interior of the pressure chamber, and forms a throttle opening having a greater fluid resistance than the interior of the pressure chamber. 5. The liquid ejection head according to any one of 1 to 4.
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