JP2024007948A - 液体吐出ヘッド、液体吐出装置、及び、ノズル基板 - Google Patents
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Abstract
【課題】液体が吐出する方向を吐出面に垂直な方向からずれることを抑制すること。【解決手段】液体吐出ヘッドは、第1駆動素子と、圧力室基板に区画され、第1駆動素子の駆動により液体に圧力を付与する第1圧力室と、ノズル基板に形成され、第1圧力室と連通し、液体を吐出する第1ノズルと、を備え、ノズル基板は、第1面と、第1面よりも圧力室基板に近い第2面と、を有し、第1ノズルは、第2面に開口した第1供給開口と、第1供給開口に対向する第1底面と、を含む第1上流ノズル部分と、第1面に開口した第1吐出開口と、第1底面に開口した第1接続部とを含む第1下流ノズル部分と、を含み、ノズル基板の厚さ方向にみたとき、第1上流ノズル部分の断面積は、第1下流ノズル部分の断面積よりも大きく、厚さ方向にみたとき、第1接続部の重心は、第1吐出開口の重心と第1底面の重心との間に位置する。【選択図】図4
Description
本発明は、液体吐出ヘッド、液体吐出装置、及び、ノズル基板に関する。
従来から、インク等の液体を吐出するノズルを有するノズル基板を有し、ノズルから媒体に液体を吐出することで、媒体に画像を形成する液体吐出ヘッドが知られている。例えば、特許文献1には、ノズル基板の2つの面のうち液体を吐出する吐出面に開口する下流ノズル部分と、下流ノズル部分よりも、液体が流動する流路の近くに位置する上流ノズル部分とを有するノズルを有する液体吐出ヘッドが開示されている。
吐出面に垂直な方向に対してノズルが傾斜していると、液体が吐出する方向が、吐出面に垂直な方向からずれるため、液体が媒体に着弾する位置が理想の着弾位置からずれる。液体が媒体に着弾する位置が理想の着弾位置からずれると、媒体に形成される画像の質が低下する。そこで、特許文献1では、製造プロセスにおいて、露光補正部材を通過した光線によって、ノズルを形成する感光性樹脂材料をパターニングすることにより、吐出面に垂直な方向に対するノズルの傾斜を抑制することが開示されている。
しかしながら、ノズル基板が感光性樹脂材料で形成されない場合には、上述の従来技術を適用することができない。また、ノズル基板が感光性樹脂材料で形成される場合であっても、露光補正部材の配置によっては、吐出面に垂直な方向に対する下流ノズル部分の傾きを抑制できずに、液体が吐出する方向が吐出面に垂直な方向からずれてしまい、液体が着弾する位置が理想の着弾位置からずれる場合がある。そこで本発明においては、ノズルの傾斜による液体の着弾位置ずれの抑制が可能な液体吐出ヘッド、液体吐出装置、及び、ノズル基板を提供する。
本発明の好適な態様に係る液体吐出ヘッドは、第1駆動素子と、圧力室基板に区画され、前記第1駆動素子の駆動により液体に圧力を付与する第1圧力室と、ノズル基板に形成され、前記第1圧力室と連通し、液体を吐出する第1ノズルと、を備え、前記ノズル基板は、第1面と、前記第1面よりも前記圧力室基板に近い第2面と、を有し、前記第1ノズルは、前記第2面に開口した第1供給開口と、前記第1供給開口に対向する第1底面と、を含む第1上流ノズル部分と、前記第1面に開口した第1吐出開口と、前記第1底面に開口した第1接続部と、を含む第1下流ノズル部分と、を含み、前記ノズル基板の厚さ方向にみたとき、前記第1上流ノズル部分の断面積は、前記第1下流ノズル部分の断面積よりも大きく、前記厚さ方向にみたとき、前記第1接続部の重心は、前記第1吐出開口の重心と前記第1底面の重心との間に位置する、ことを特徴とする。
本発明の好適な態様に係る液体吐出装置は、上述の液体吐出ヘッドを備える、ことを特徴とする。
本発明の好適な態様に係るノズル基板は、液体を吐出する第1ノズルを備えるノズル基板であって、第1面と、前記第1面とは反対側に位置する第2面とを有し、前記第1ノズルは、前記第2面に開口した第1供給開口と、前記第1供給開口に対向する第1底面と、を含む第1上流ノズル部分と、前記第1面に開口した第1吐出開口と、前記第1底面に開口した第1接続部と、を含む第1下流ノズル部分と、を含み、前記ノズル基板の厚さ方向にみたとき、前記第1上流ノズル部分の断面積は、前記第1下流ノズル部分の断面積よりも大きく、前記厚さ方向にみたとき、前記第1接続部の重心は、前記第1吐出開口の重心と前記第1底面の重心との間に位置する、ことを特徴とする。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。ただし、各図において、各部の寸法及び縮尺は、実際のものと適宜に異ならせてある。また、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
以下の説明は、便宜上、互いに交差するX軸、Y軸及びZ軸を適宜に用いて行う。また、X軸に沿う一方向がX1方向であり、X1方向と反対の方向がX2方向である。同様に、Y軸に沿って互いに反対の方向がY1方向及びY2方向である。また、Z軸に沿って互いに反対の方向がZ1方向及びZ2方向である。
ここで、典型的には、Z軸が鉛直な軸であり、Z2方向が鉛直方向での下方向に相当する。言い換えれば、Z2方向は、重力方向である。ただし、Z軸は、鉛直な軸でなくともよく、鉛直な軸に対して傾斜してもよい。また、X軸、Y軸及びZ軸は、典型的には互いに直交するが、これに限定されず、例えば、80度以上100度以下の範囲内の角度で交差すればよい。
1.第1実施形態
1-1.液体吐出装置100の概略
図1は、液体吐出装置100の構成例を示す概略図である。液体吐出装置100は、液体の一例であるインクを液滴として媒体PPに吐出するインクジェット方式の印刷装置である。本実施形態の液体吐出装置100は、液体の一例であるインクを媒体PPに吐出するインクジェット方式の印刷装置である。媒体PPは、典型的には印刷用紙であるが、樹脂フィルム又は布帛等の任意の印刷対象が媒体PPとして利用され得る。
1-1.液体吐出装置100の概略
図1は、液体吐出装置100の構成例を示す概略図である。液体吐出装置100は、液体の一例であるインクを液滴として媒体PPに吐出するインクジェット方式の印刷装置である。本実施形態の液体吐出装置100は、液体の一例であるインクを媒体PPに吐出するインクジェット方式の印刷装置である。媒体PPは、典型的には印刷用紙であるが、樹脂フィルム又は布帛等の任意の印刷対象が媒体PPとして利用され得る。
図1に示すように、液体吐出装置100は、駆動信号生成回路2と、液体容器14と、制御モジュール6と、移動機構5と、複数の液体吐出ヘッド10を有する液体吐出モジュールHUとを有する。本実施形態では、液体吐出モジュールHUは、4つの液体吐出ヘッド10を有する。なお、制御モジュール6は、「制御部」の一例である。
液体容器14は、インクを貯留する容器である。液体容器14の具体的な態様としては、例えば、液体吐出装置100に着脱可能なカートリッジ、可撓性のフィルムで形成された袋状のインクパック、及び、インクを補充可能なインクタンクが挙げられる。なお、液体容器14に貯留されるインクの種類は任意である。
制御モジュール6は、例えば、CPU又はFPGA等の1又は複数の処理回路と、半導体メモリー等の1又は複数の記憶回路とを含む。CPUは、Central Processing Unitの略語である。FPGAは、Field Programmable Gate Arrayの略語である。当該記憶回路には、各種プログラム及び各種データが記憶される。当該処理回路は、当該プログラムを実行するとともに当該データを適宜使用することにより各種制御を実現する。
移動機構5は、媒体PPと液体吐出モジュールHUとの相対的な位置を変化させる。移動機構5は、搬送機構8と、ヘッド移動機構7とを有する。
搬送機構8は、制御モジュール6による制御のもとで、媒体PPをY2方向に搬送する。図1に示す例では、搬送機構8は、X軸に沿って長尺な搬送ローラーと、当該搬送ローラーを回転させるモーターと、を含む。なお、搬送機構8は、搬送ローラーを用いる構成に限定されず、例えば、媒体PPを外周面に静電力等により吸着させた状態で搬送するドラム又は無端ベルトを用いる構成でもよい。
ヘッド移動機構7は、制御モジュール6による制御のもとで、液体吐出モジュールHUを、X1方向及びX2方向に往復動させる。本実施形態では、X1方向及びX2方向が主走査方向であり、Y2方向が副走査方向であることとする。このように、第1実施形態における液体吐出装置100は、X軸に沿って往復動させるシリアル方式の液体吐出装置である。図1に示すように、ヘッド移動機構7は、液体吐出モジュールHUを収容する収納ケース71と、収納ケース71が固定された無端ベルト72とを具備する。なお、液体容器14を液体吐出モジュールHUとともに収納ケース71に収納してもよい。
液体吐出モジュールHUは、制御モジュール6による制御のもとで、液体容器14からインクを複数のノズルNの夫々からZ2方向に媒体PPに吐出する。
制御モジュール6は、液体吐出ヘッド10の吐出動作を制御する。具体的には、制御モジュール6は、液体吐出ヘッド10を制御するための印刷信号SIと、駆動信号生成回路2を制御するための波形指定信号dComと、搬送機構8を制御するための信号と、ヘッド移動機構7を制御するための信号とを生成する。
波形指定信号dComとは、駆動信号Comの波形を規定するデジタルの信号である。また、駆動信号Comとは、図2で後述する圧電素子PZを駆動するためのアナログの信号である。駆動信号生成回路2は、DA変換回路を含み、波形指定信号dComが規定する波形を有する駆動信号Comを生成する。
印刷信号SIとは、圧電素子PZの動作の種類を指定するためのデジタルの信号である。具体的には、印刷信号SIは、圧電素子PZに対して駆動信号Comを供給するか否かを指定することで、圧電素子PZの動作の種類を指定する。ここで、圧電素子PZの動作の種類の指定とは、例えば、圧電素子PZを駆動するか否かを指定したり、圧電素子PZを駆動した場合に当該圧電素子PZからインクが吐出されるか否かを指定したり、また、圧電素子PZを駆動した場合に当該圧電素子PZから吐出されるインク量を指定したりすることである。
制御モジュール6は、まず、パーソナルコンピューター及びデジタルカメラ等のホストコンピューターから供給される印刷データImgを、自身の記憶回路に記憶させる。次に、制御モジュール6は、記憶回路に記憶されている印刷データImg等の各種データに基づいて、印刷信号SI、波形指定信号dCom、搬送機構8を制御するための信号、及び、ヘッド移動機構7を制御するための信号等の各種制御信号を生成する。そして、制御モジュール6は、各種制御信号と、自身の記憶回路に記憶されている各種データに基づいて、液体吐出モジュールHUに対する媒体PPの相対位置を変化させるように搬送機構8及びヘッド移動機構7を制御しつつ、圧電素子PZが駆動されるように液体吐出モジュールHUを制御する。これにより、制御モジュール6は、圧電素子PZからのインクの吐出の有無、インクの吐出量、及び、インクの吐出タイミング等を調整し、印刷データImgに対応する画像を媒体PPに形成する印刷処理の実行を制御する。
1-2.液体吐出ヘッド10の概要
以下、図2及び図3を参照しつつ、液体吐出ヘッド10の概要を説明する。図2は、液体吐出ヘッド10の分解斜視図である。図3は、液体吐出ヘッド10の断面図である。図3に示す図は、液体吐出ヘッド10を図2に示すa-a断面で破断し、Y2方向に断面をみた状態を示す。a-a断面は、XZ平面に平行であり、且つ、後述する導入口424を通過する。
以下、図2及び図3を参照しつつ、液体吐出ヘッド10の概要を説明する。図2は、液体吐出ヘッド10の分解斜視図である。図3は、液体吐出ヘッド10の断面図である。図3に示す図は、液体吐出ヘッド10を図2に示すa-a断面で破断し、Y2方向に断面をみた状態を示す。a-a断面は、XZ平面に平行であり、且つ、後述する導入口424を通過する。
図2及び図3に例示される通り、液体吐出ヘッド10は、Y軸に沿って長い略矩形状の連通板32を具備する。連通板32におけるZ1方向の面上には、圧力室基板34と振動板36とM個の圧電素子PZと筐体部42と封止体44とが設置される。言い換えれば、連通板32は、圧力室基板34のZ2方向の面に積層される。連通板32におけるZ2方向の面上には、ノズル基板46とコンプライアンス基板48とが設置される。液体吐出ヘッド10の各要素は、概略的には連通板32と同様にY軸に沿って長い板状部材であり、接着剤を利用して相互に接合される。
図2に例示される通り、ノズル基板46は、Y軸に平行なノズル列Lnに沿って配列するM個のノズルNが形成された板状部材である。M個のノズルNが配列する配列方向は、Y軸に沿う方向である。ノズル基板46は、例えば、シリコン基板である。図3に例示される通り、ノズル基板46は、Z2方向に向く面FN1と、Z1方向に向く面FN2とを有する。面FN2は、面FN1よりも圧力室基板34に近い。なお、面FN1は、「第1面」の一例である。面FN2は、面FN1の反対側に位置しており、「第2面」の一例である。ノズル基板46の厚さ方向は、Z軸に沿う方向でである。本実施形態において、ノズル列Lnは、Y軸に平行であり、M個のノズルNのうち、最もY1方向に位置するノズルNの後述する下流ノズル部分NDの吐出開口D2の重心GD2から、最もY2方向に位置するノズルNの下流ノズル部分NDの吐出開口D2の重心GD2までの線分である。なお、M個のノズルNがノズル列Lnに沿って配列するとは、M個のノズルNのうちの少なくとも一部がノズル列Lnと交わる方向において、多少ずれて配列されることも含む概念であり、ノズル列Lnに沿ってみたときに、M個のノズルNの夫々の一部又は全部が重なることを意味する。
各ノズルNは、インクが通過する貫通孔である。Mは、2以上の整数である。但し、Mは、1でもよい。ノズルNの形状の詳細に関しては、図4に基づいて後述する。
連通板32は、インクが流通する流路が設けられた板状部材である。図2及び図3に例示される通り、連通板32には、開口部322と第2連通路324と第1連通路326とが形成される。開口部322は、Z軸に沿ってみたとき、Y軸に沿ってM個のノズルNに共通して設けられた貫通孔である。以下、Z軸に沿ってみることを、「平面視」と記載することがある。第2連通路324及び第1連通路326は、ノズルN毎に個別に形成された貫通孔である。また、図3に例示される通り、連通板32のうちZ2方向の表面には、M個の第2連通路324にわたる共通流路328が形成される。共通流路328は、開口部322とM個の第2連通路324とを連通させる流路である。
なお、連通板32と圧力室基板34とは、シリコンの単結晶基板をエッチング等の半導体製造技術により加工することで形成される。ただし、液体吐出ヘッド10の各要素の製法は任意である。
筐体部42は、例えば樹脂材料の射出成形で製造された構造体であり、連通板32におけるZ1方向の表面に固定される。図3に例示される通り、筐体部42には収容部422と導入口424とが形成される。収容部422は、連通板32の開口部322に対応した外形の凹部である。導入口424は、収容部422に連通する貫通孔である。図3から理解される通り、連通板32の開口部322と筐体部42の収容部422とを相互に連通させた空間が液体貯留室RSとして機能する。液体容器14から供給されて導入口424を通過したインクが液体貯留室RSに貯留される。
コンプライアンス基板48は、液体貯留室RS内のインクの振動を緩衝する機能を有する。コンプライアンス基板48は、例えば弾性変形が可能な可撓性のシート部材を含む。具体的には、連通板32の開口部322と共通流路328と複数の第2連通路324とを封止して液体貯留室RSの底面を構成するように、連通板32におけるZ2方向の表面にコンプライアンス基板48が設置される。
図2及び図3に例示される通り、圧力室基板34は、M個のノズルNに夫々対応するM個の圧力室CVが形成された板状部材である。M個の圧力室CVは、Y軸に沿って相互に間隔をあけて配列する。各圧力室CVは、X軸に沿って延在する開口である。圧力室CVのX1方向の端部は、平面視で1個の第2連通路324に重なり、圧力室CVのX2方向の端部は、平面視で連通板32の1個の第1連通路326に重なる。
圧力室基板34のうち連通板32に対向する表面とは反対方向の表面には振動板36が設置される。振動板36は、弾性的に変形可能な板状部材である。図3に例示される通り、振動板36は、弾性膜361と絶縁膜362との積層で構成される。絶縁膜362は、弾性膜361からみて圧力室基板34とは反対方向に位置する。弾性膜361は、例えば酸化シリコンで形成される。絶縁膜362は、例えば酸化ジルコニウムで形成される。
図3から理解される通り、連通板32と振動板36とは、各圧力室CVの内側で相互に間隔をあけて対向する。圧力室CVは、連通板32と振動板36との間に位置し、当該圧力室CV内に収容されたインクに圧力を付与するための空間である。振動板36は、圧力室CVの壁面の一部を構成する。液体貯留室RSに貯留されたインクは、共通流路328から各第2連通路324に分岐してM個の圧力室CVに並列に供給され、及び収容される。すなわち、液体貯留室RSは、複数の圧力室CVにインクを供給するための共通液室として機能する。
図2及び図3に例示される通り、振動板36における圧力室基板34とは反対方向の表面には、M個のノズルNに夫々対応するM個の圧電素子PZが設置される。各圧電素子PZは、駆動信号Comの供給により変形するアクチュエーターであり、X軸に沿う長い形状に形成される。M個の圧電素子PZは、M個の圧力室CVに対応するようにY軸に沿って配列する。圧電素子PZの変形に連動して振動板36が振動すると、圧力室CV内の圧力が変動する。圧電素子PZは、振動板36を振動させる駆動素子である。
以下では、M個の圧電素子PZの各々を区別するために、順番に、1番目、2番目、…、M番目と称することがある。また、m番目の圧電素子PZを、圧電素子PZ[m]と称する場合がある。変数mは、1以上M以下を満たす整数である。また、液体吐出装置100の構成要素や信号等が、圧電素子PZに対応するものである場合には、当該構成要素や信号等を表すための符号に、m番目に対応していることを示す添え字[m]を付して表現することがある。例えば、m番目のノズルNを、ノズルN[m]と表現することがある。図2に示すように、M個のノズルNのうち、最もY2方向に位置するノズルNをノズルN[1]とし、最もY1方向に位置するノズルNをノズルN[M]として表現する。
圧電素子PZの変形に連動して振動板36が振動すると、圧力室CV内の圧力が変動し、圧力室CVに充填されたインクが第1連通路326とノズルNとを通過して吐出される。
図2及び図3の封止体44は、M個の圧電素子PZを外気から保護するとともに圧力室基板34及び振動板36の機械的な強度を補強する構造体である。封止体44は、振動板36の表面に例えば接着剤で固定される。封止体44のうち振動板36との対向面に形成された凹部の内側に複数の圧電素子PZが収容される。
図3に例示される通り、振動板36の表面には配線基板50が接合される。配線基板50は、制御モジュール6と液体吐出ヘッド10とを電気的に接続するための複数の配線が形成された実装部品である。例えばFPC又はFFC等の可撓性の配線基板50が好適に採用される。FPCは、Flexible Printed Circuitの略である。FFCは、Flexible Flat Cableの略である。配線基板50には、駆動回路51が実装される。駆動回路51は、印刷信号SIによる制御のもとで、圧電素子PZに対して、駆動信号Comを供給するか否かを切り替える電気回路である。
1-3.ノズルNの形状について
図4は、図3のノズルN付近を拡大した図である。図5は、ノズルN付近の平面図である。図4及び図5に示すように、ノズルNは、下流ノズル部分NDと、下流ノズル部分NDよりも上流に位置する上流ノズル部分NUとを有する。上流ノズル部分NUは、面FN2に開口した供給開口U1と、供給開口U1に対向する底面U2と、を含む。より具体的には、上流ノズル部分NUは、供給開口U1及び底面U2を底面とし、壁面WUを側面とする略円柱状の空間である。底面U2は、Z軸を法線ベクトルとする面である。言い換えれば、底面U2は、XY平面に平行な面である。但し、底面U2は、XY平面に交差する面であってもよい。第1実施形態において、供給開口U1及び底面U2の形状は、略同一である。従って、図4及び図5に示すように、平面視において、供給開口U1の重心GU1の位置と底面U2の重心GU2の位置とが略同一である。重心とは、対象の形状において断面1次モーメントの総和がゼロになる地点である。例えば、対象の形状が円形である場合、重心は、円の中心であり、対象の形状が平行四辺形である場合、重心は、平行四辺形が有する2つの対角線の交点である。略同一とは、完全に同一である場合の他に、製造上の誤差を考慮すれば同一であると看做せる場合を含む。
図4は、図3のノズルN付近を拡大した図である。図5は、ノズルN付近の平面図である。図4及び図5に示すように、ノズルNは、下流ノズル部分NDと、下流ノズル部分NDよりも上流に位置する上流ノズル部分NUとを有する。上流ノズル部分NUは、面FN2に開口した供給開口U1と、供給開口U1に対向する底面U2と、を含む。より具体的には、上流ノズル部分NUは、供給開口U1及び底面U2を底面とし、壁面WUを側面とする略円柱状の空間である。底面U2は、Z軸を法線ベクトルとする面である。言い換えれば、底面U2は、XY平面に平行な面である。但し、底面U2は、XY平面に交差する面であってもよい。第1実施形態において、供給開口U1及び底面U2の形状は、略同一である。従って、図4及び図5に示すように、平面視において、供給開口U1の重心GU1の位置と底面U2の重心GU2の位置とが略同一である。重心とは、対象の形状において断面1次モーメントの総和がゼロになる地点である。例えば、対象の形状が円形である場合、重心は、円の中心であり、対象の形状が平行四辺形である場合、重心は、平行四辺形が有する2つの対角線の交点である。略同一とは、完全に同一である場合の他に、製造上の誤差を考慮すれば同一であると看做せる場合を含む。
下流ノズル部分NDは、面FN1に開口した吐出開口D2と、底面U2に開口した接続部D1とを含む。より具体的には、下流ノズル部分NDは、吐出開口D2と接続部D1とを底面とし、壁面WDを側面とする、Z軸に対して傾いた略円柱状の空間である。図5では、供給開口U1、底面U2、接続部D1、及び、吐出開口D2の形状は、円形であるが、円形に限らず任意の形状でよく、例えば、楕円形状又は矩形形状等でもよい。接続部D1及び吐出開口D2の直径は、例えば、10[μm]から30[μm]までの間である。供給開口U1及び底面U2の直径は、例えば、15[μm]から、液体吐出装置100の解像度に応じた上限値と、第1連通路326の幅とのうち小さい値までである。液体吐出装置100の解像度に応じた上限値は、例えば、液体吐出装置100の解像度が600dpiである場合、25.4[mm]/600で求められ、約0.0423[mm]であり、言い換えれば約42.3[μm]である。[μm]は、マイクロメートルを意味する。[mm]は、ミリメートルを意味する。dpiは、dots per inchの略語である。
また、図4では、面FN1から底面U2までの距離G2と、底面U2から面FN2までの距離G1とは等しいように表示してあるが、これに限らない。例えば、距離G2が距離G1よりも長くてもよいし、距離G2が距離G1よりも短くてもよい。
図5に示すように、平面視において、吐出開口D2及び接続部D1は、供給開口U1及び底面U2の内側に位置する。従って、平面視において、上流ノズル部分NUの断面積は、下流ノズル部分NDの断面積よりも大きい。但し、平面視において、吐出開口D2の一部又は全部が、供給開口U1及び底面U2の外側に位置してもよい。更に、平面視において、吐出開口D2の面積、及び接続部D1の面積は、略同一であるが、これらの面積を異ならせてもよい。例えば、下流ノズル部分NDは、Z2方向に向かうことに応じて断面積が小さくなるテーパー形状であってもよい。
図4に示すように、吐出開口D2の重心GD2と接続部D1の重心GD1とを結ぶ線分LD12と、Z軸方向とがなす角度θ1は、0度より大きく且つ90度より小さい。例えば、角度θ1は、0.05度以上5度未満である。図4に示すように、下流ノズル部分NDは、面FN1に対して線分LD12に沿って傾斜する。以下の記載において、角度θ1が大きくなることに応じて、言い換えれば、角度θ1がZ軸に垂直な方向に近づくことに応じて、下流ノズル部分NDの傾斜が大きいと記載することがある。
1-4.ノズルNの吐出方向について
本発明におけるノズル基板46の製造工程は、複数のノズル基板46となるシリコンウェハーに下流ノズル部分ND及び上流ノズル部分NUを形成するノズル形成工程と、シリコンウェハーからノズル基板46を切り出す工程と、を有する。ノズル形成工程においては、例えばドライエッチングを行うことが好ましい。しかしながら、ドライエッチングの際にシリコンウェハー上に形成するマスクパターンの形状のばらつきや、ドライエッチングで用いるプラズマの密度分布のばらつき等に起因して、上流ノズル部分NU及び下流ノズル部分NDが、面FN1に対して傾斜する場合がある。下流ノズル部分NDが面FN1の垂直な方向に対して傾斜する第1参考例におけるノズル基板46-Aについて、図6を用いて説明する。
本発明におけるノズル基板46の製造工程は、複数のノズル基板46となるシリコンウェハーに下流ノズル部分ND及び上流ノズル部分NUを形成するノズル形成工程と、シリコンウェハーからノズル基板46を切り出す工程と、を有する。ノズル形成工程においては、例えばドライエッチングを行うことが好ましい。しかしながら、ドライエッチングの際にシリコンウェハー上に形成するマスクパターンの形状のばらつきや、ドライエッチングで用いるプラズマの密度分布のばらつき等に起因して、上流ノズル部分NU及び下流ノズル部分NDが、面FN1に対して傾斜する場合がある。下流ノズル部分NDが面FN1の垂直な方向に対して傾斜する第1参考例におけるノズル基板46-Aについて、図6を用いて説明する。
図6は、第1参考例におけるノズル基板46-Aを説明する図である。図6では、ノズル基板46-Aに形成されるノズルN-Aを通る断面を示してある。第1参考例におけるノズルN-Aは、下流ノズル部分NDの替わりに下流ノズル部分ND-Aを有する点で、ノズルNと相違する。図6に示すように、下流ノズル部分ND-Aは、下流ノズル部分ND-Aが有する接続部D1-Aの重心GD1-Aが、上流ノズル部分NUが有する底面U2の重心GU2と重なる点で、下流ノズル部分NDと異なる。下流ノズル部分ND-Aは、下流ノズル部分NDと同様に、面FN1に対して線分LD12に沿って傾斜する。言い換えれば、下流ノズル部分ND-Aは、Z2方向に向かうにつれてX2方向に傾斜する。ただし、下流ノズル部分ND-Aは、X2方向に常に傾斜するとは限らず、Z軸に垂直な方向であればどの方向にも傾斜する可能性がある。
第1参考例において、下流ノズル部分ND-Aに沿ってインクが吐出するため、インクの吐出方向は、Z軸からずれる。インクの吐出方向がZ軸からずれることを、以下、「飛翔曲がり」と記載することがある。図6に示す例では、ノズルN-Aから吐出された液滴DRは、X2方向にずれて吐出されている。飛翔曲がりが発生すると、インクが媒体PPに着弾する位置が理想の着弾位置からずれる。インクが媒体PPに着弾する位置が理想の着弾位置からずれると、媒体PPに形成される画像の質が低下する。
インクが吐出する方向をZ軸に近づけるためには、ノズル基板46の製造時に下流ノズル部分NDの傾斜を抑えることが考えられる。しかしながら、ドライエッチングの際にシリコンウェハー上に形成するマスクパターンの形状のばらつきや、ドライエッチングで用いるプラズマの密度分布のばらつき等を完全に抑制することは難しい。仮にこれらの要因を完全に抑制できたとしても、ノズル基板46の製造工程が煩雑になったり、コストの高い製造装置が必要になったりする場合がある。
上述のように、インクの吐出方向は、下流ノズル部分ND-Aの傾斜に影響される。一方で、インクの吐出方向は、底面U2の重心GU2と接続部D1の重心GD1とが平面視において互いに離れることにも影響されることが、発明者らの実験によって得られた。以下の記載では、重心GD1の位置に対する重心GU2の位置のずれを、「同軸度」と記載することがある。重心GD1と重心GU2とが互いに近いことを、同軸度が高いと記載することがある。また、重心GU2から重心GD1に向かう方向を、同軸度のずれの方向と記載することがある。以下、重心GU2から重心GD1が離れる、即ち同軸度が低い第2参考例におけるノズル基板46-Bについて、図7を用いて説明する。
図7は、第2参考例におけるノズル基板46-Bを説明する図である。図7では、ノズル基板46-Bに形成されるノズルN-Bを通る断面を示してある。第2参考例におけるノズルN-Bは、下流ノズル部分NDの替わりに下流ノズル部分ND-Bを有する点で、ノズルNと相違する。図7から理解されるように、平面視において、下流ノズル部分ND-Bが有する接続部D1-Bの重心GD1-Bと、吐出開口D2-Bの重心GD2-Bと、が重なる点、言い換えれば、下流ノズル部分ND-Bが面FN1に対して直交する点で、下流ノズル部分NDと相違する。つまり、第2参考例において、下流ノズル部分ND-Bは傾斜していない。
図7に示すように、第2参考例におけるインクの吐出方向は、重心GD1-Bから重心GU2に向かうように傾斜する。言い換えれば、同軸度のずれの方向とは反対の方向にずれるように、インクが吐出する。図7に示す例では、ノズルN-Bから吐出された液滴DRは、X1方向にずれて吐出される。同軸度のずれによってインクの吐出方向が傾斜する理由として、下流ノズル部分ND-Bの接続部D1-Bの重心GD1-Bが、底面U2の重心GU2からずれているため、ノズルNに形成されるインクのメニスカスの揺れが吐出タイミング時に重心GU2からずれることと、メニスカスがZ1方向に引き込まれ、上流ノズル部分NUに到達した場合に、メニスカスが片方向に寄ることと、下流ノズル部分ND内でZ軸に直交する方向において圧力勾配が発生することとが考えられる。
そこで、発明者らは、下流ノズル部分NDが傾斜して形成されたとしても、下流ノズル部分NDの傾斜によるインクの吐出方向のずれが相殺されるように上流ノズル部分NUを設けることで、インクの吐出方向のずれを抑制することを見いだした。つまり、ノズル基板46の製造工程において、シリコンウェハーに下流ノズル部分NDを形成した後に、下流ノズル部分NDの傾斜に応じて、シリコンウェハーに上流ノズル部分NUを形成する位置を調整すればよい。例えば、平面視において、重心GD1と重心GU2との距離は、3[μm]以上且つ15[μm]以下、好ましくは4[μm]以上且つ11[μm]以下となるように形成する。
説明を図4及び図5に戻す。本実施形態では、図5に示すように、平面視において、接続部D1の重心GD1は、吐出開口D2の重心GD2と底面U2の重心GU2との間に位置する。第1実施形態では、平面視において、底面U2と供給開口U1とは同一の形状であるため、重心GD1は、重心GD2と供給開口U1の重心GU1との間に位置するともいえる。平面視において、重心GD1は、重心GD2と重心GU1との間に位置するため、必然的に、重心GD1と重心GD2との位置は異なり、重心GD1と重心GU1との位置は異なり、重心GD2と重心GU1との位置は異なる。
平面視において、重心GD2と重心GU2との間に位置するとは、必ずしも重心GD2と重心GU2とを結ぶ線分LDUと重なる位置であることには限定されない。重心GD2と重心GU2との間に位置するとは、図5に示すように、直線LD2と直線LD2との間に位置することを意味する。ここで、直線LD2は、線分LDUに対して直交し、且つ、重心GD2を通る直線であり、直線LU2は、線分LDUに対して直交し、且つ、重心GU2を通る直線である。また、言い換えれば、平面視において、線分LDUに対して直交し、且つ重心GD1を通る直線LD1に対して、重心GD2はX2方向に位置し、重心GU2はX1方向に位置するともいえる。第1実施形態において、線分LDUは、X軸に沿うこととして説明する。
平面視において、重心GD1に対して重心GD2はX2方向に位置するため、ノズルNから吐出されるインクにはX2方向の力が加わる。更に、重心GD1に対して重心GU2はX1方向に位置するため、ノズルNから吐出されるインクには、X1方向の力が加わる。従って、ノズルNから吐出されるインクに作用するX1方向の力とX2方向の力とが相殺される。以上により、第1実施形態に係る液体吐出ヘッド10は、下流ノズル部分NDが傾斜して形成されたとしても、同軸度のずれにより吐出方向のずれを相殺できるので、飛翔曲がりを抑制できる。
また、図5に示すように、平面視において、吐出開口D2の重心GD2と、接続部D1の重心GD1と、底面U2の重心GU2とは、同一直線上に位置する。本実施形態では、平面視において、重心GD2と重心GU2とを結ぶ線分と、重心GD1との直線距離が、1[μm]以下である場合、製造誤差として、重心GD2と重心GD1と重心GU2とが、同一直線上に位置すると看做す。
図8は、隣り合うノズルNの位置関係を説明するための図であり、m1を2以上M-1以下の整数として、ノズルN[m1-1]と、ノズルN[m1]と、ノズルN[m1+1]とを示してある。なお、図8では、図面が煩雑になることを避けるため、供給開口U1、底面U2、接続部D1、吐出開口D2の符号の図示を省略する。
なお、ノズルN[m1]が、「第1ノズル」の一例である。ノズルN[m1]に連通する圧力室CV[m1]が「第1圧力室」に相当する。圧力室CV[m1]内のインクに圧力を付与する圧電素子PZ[m1]が、「第1駆動素子」に相当する。ノズルN[m1]が有する上流ノズル部分NU[m1]が、「第1上流ノズル部分」に相当し、下流ノズル部分ND[m1]が、「第1下流ノズル部分」に相当する。下流ノズル部分ND[m1]が有する供給開口U1[m1]が、「第1供給開口」に相当し、底面U2[m1]が、「第1底面」に相当する。下流ノズル部分ND[m1]が有する吐出開口D2[m1]が、「第1吐出開口」に相当し、接続部D1[m1]が「第1接続部」に相当する。図8では図示していないが、図4に示すノズルNが「第1ノズル」に相当する場合、図4に示した重心GD2と重心GD1とを結ぶ線分LD12が、「第1線分」に相当し、線分LD12とZ軸とがなす角度θ1が、「第1角度」に相当する。
更に、1からMまでのうちm1と異なる整数m2について、ノズルN[m2]が、「第2ノズル」の一例である。図8の例では、m2がm1-1であるとみなすと、ノズルN[m1-1]も、「第2ノズル」の一例とみなせる。ノズルN[m1-1]が「第2ノズル」である場合、ノズルN[m1-1]に連通する圧力室CV[m1-1]が「第2圧力室」に相当する。圧力室CV[m1-1]内のインクに圧力を付与する圧電素子PZ[m1-1]が、「第2駆動素子」に相当する。ノズルN[m1-1]が有する上流ノズル部分NU[m1-1]が、「第2上流ノズル部分」に相当し、下流ノズル部分ND[m1-1]が、「第2下流ノズル部分」に相当する。上流ノズル部分NU[m1-1]が有する供給開口U1[m1-1]が、「第2供給開口」の一例であり、底面U2[m1-1]が、「第2底面」の一例である。下流ノズル部分ND[m1-1]が有する吐出開口D2[m1-1]が、「第2吐出開口」の一例であり、接続部D1[m1-1]が「第2接続部」の一例である。図8では示していないが、図4に示すノズルNが「第2ノズル」に相当する場合、重心GD2と重心GD1とを結ぶ線分LD12が、「第2線分」に相当し、線分LD12とZ軸とがなす角度θ1が、「第2角度」に相当する。
また、ノズルN[m1-1]は、ノズルN[m1]の隣に位置する。従って、ノズルN[m1-1]は、「第3ノズル」の一例ともみなせる。ノズルN[m1-1]が「第3ノズル」である場合、ノズルN[m1-1]に連通する圧力室CV[m1-1]が「第3圧力室」に相当する。圧力室CV[m1-1]内のインクに圧力を付与する圧電素子PZ[m1-1]が、「第3駆動素子」に相当する。ノズルN[m1-1]が有する上流ノズル部分NU[m1-1]が、「第3上流ノズル部分」に相当し、下流ノズル部分ND[m1-1]が、「第3下流ノズル部分」に相当する。上流ノズル部分NU[m1-1]が有する供給開口U1[m1-1]が、「第3供給開口」の一例であり、底面U2[m1-1]が、「第3底面」の一例である。下流ノズル部分ND[m1-1]が有する吐出開口D2[m1-1]が、「第3吐出開口」の一例であり、接続部D1[m1-1]が「第3接続部」の一例である。
ノズルN[m1+1]は、ノズルN[m1]の隣に位置し、且つ、ノズルN[m1]からノズルN[m1-1]に向かう方向であるY2方向とは反対方向であるY1方向に位置する。従って、ノズルN[m1+1]は、「第4ノズル」の一例とみなせる。ノズルN[m1+1]が「第4ノズル」である場合、ノズルN[m1+1]に連通する圧力室CV[m1+1]が「第4圧力室」に相当する。圧力室CV[m1+1]内のインクに圧力を付与する圧電素子PZ[m1+1]が、「第4駆動素子」に相当する。ノズルN[m1+1]が有する上流ノズル部分NU[m1+1]が、「第4上流ノズル部分」に相当し、下流ノズル部分ND[m1+1]が、「第4下流ノズル部分」に相当する。上流ノズル部分NU[m1+1]が有する供給開口U1[m1+1]が、「第4供給開口」の一例であり、底面U2[m1+1]が、「第4底面」の一例である。下流ノズル部分ND[m1+1]が有する吐出開口D2[m1+1]が、「第4吐出開口」の一例であり、接続部D1[m1+1]が「第4接続部」の一例である。
図8の例では、ノズルN[m1-1]の下流ノズル部分ND[m1-1]は、X2方向に傾斜する。ノズルN[m]の下流ノズル部分ND[m]は、W1方向に傾斜する。W1方向は、Z2方向にみた場合に、Y1方向を時計回りに45度回転した方向である。ノズルN[m1+1]の下流ノズル部分ND[m1+1]は、Y1方向に傾斜する。説明の簡略化のため、底面U2[m1-1]、底面U2[m1]、及び、底面U2[m1+1]の夫々のZ軸における位置は、略同じであるという前提に基づいて説明する。
本実施形態に係るノズル基板46には、下流ノズル部分NDの傾斜が大きくなることに応じて、同軸度のずれを大きくするという特徴がある。具体的には、図8の例では、平面視において、接続部D1[m1]の重心GD1[m1]と吐出開口D2[m1]の重心GD2の距離L1[m1]は、接続部D1[m1-1]の重心GD1[m1-1]と吐出開口D2[m1-1]の重心GD2の距離L1[m1-1]より長い。底面U2[m1-1]及び底面U2[m1]の夫々のZ軸における位置が略同じであるという前提から、距離L1[m1]が距離L1[m1-1]より長い場合、必然的に、重心GD2[m1]と重心GD1[m1]とを結ぶ線分とZ軸とのなす角度が、重心GD2[m1-1]と重心GD1[m1-1]とを結ぶ線分とZ軸とのなす角度より大きい。言い換えれば、下流ノズル部分ND[m1]は、下流ノズル部分ND[m1-1]よりも傾斜している。下流ノズル部分NDの傾斜が大きくなることに応じて、インクの吐出方向がずれる程度も大きくなる。そこで、図8の例では、底面U2[m1]の重心GU2[m1]と接続部D1[m1]の重心GD1との距離L2[m1]は、底面U2[m1-1]の重心GU2[m1-1]と接続部D1[m1-1]の重心GD1[m1-1]との距離L2[m1-1]よりも長い。
本実施形態に係るノズル基板46は、隣り合う吐出開口D2の間隔は、隣り合う底面U2の間隔よりも一定に近いという特徴がある。言い換えれば、隣り合う吐出開口D2の間隔のばらつきは、隣り合う底面U2の間隔のばらつきよりも小さい。具体的には、図8から理解されるように、距離LG1と距離LG2との差の絶対値は、距離LG3と距離LG4との差の絶対値より小さい。距離LG1は、平面視において、吐出開口D2[m1]の重心GD2[m1]から吐出開口D2[m1-1]の重心GD2[m1-1]までの距離である。距離LG2は、平面視において、吐出開口D2[m1]の重心GD2[m1]から吐出開口D2[m1+1]の重心GD2[m1+1]までの距離である。距離LG3は、底面U2[m1]の重心GU2[m1]から底面U2[m1-1]の重心GU2[m1-1]までの距離である。距離LG4は、底面U2[m1]の重心GU2[m1]から底面U2[m1+1]の重心GU2[m1+1]までの距離である。図8の例では、距離LG1と距離LG2との差の絶対値は、略0である。
なお、距離LG1は、「第1距離」の一例である。距離LG2は、「第2距離」の一例である。距離LG3は、「第3距離」の一例である。距離LG4は、「第4距離」の一例である。
なお、距離LG1は、「第1距離」の一例である。距離LG2は、「第2距離」の一例である。距離LG3は、「第3距離」の一例である。距離LG4は、「第4距離」の一例である。
また、図8から理解されるように、M個の吐出開口D2の夫々の重心GD2は、Y軸に平行なノズル列Ln上に位置する。言い換えれば、M個の吐出開口D2の夫々の重心GD2のX軸における位置は、略同一である。一方、上流ノズル部分NUは、下流ノズル部分NDの傾斜の方向及び傾斜の度合いに応じて設けられる。従って、M個の底面U2の夫々の重心GU2のX軸における位置は、互いに異なる可能性がある。
1-5.第1実施形態のまとめ
以下、M個の圧電素子PZのうちm1番目の圧電素子PZ[m1]を用いて、第1実施形態のまとめを記載する。m1は、1以上M以下の整数である。
以下、M個の圧電素子PZのうちm1番目の圧電素子PZ[m1]を用いて、第1実施形態のまとめを記載する。m1は、1以上M以下の整数である。
以上、第1実施形態に係る液体吐出ヘッド10は、圧電素子PZ[m1]と、圧力室基板34に区画され、圧電素子PZ[m1]の駆動によりインクに圧力を付与する圧力室CV[m1]と、ノズル基板46に形成され、圧力室CV[m1]と連通し、インクを吐出するノズルN[m1]と、を備え、ノズル基板46は、面FN1と、面FN1よりも圧力室基板34に近い面FN2と、を有し、ノズルN[m1]は、面FN2に開口した供給開口U1[m1]と、供給開口U1[m1]に対向する底面U2[m1]と、を含む上流ノズル部分NU[m1]と、面FN1に開口した吐出開口D2[m1]と、底面U2[m1]に開口した接続部D1[m1]とを含む下流ノズル部分ND[m1]と、を含み、ノズル基板46の厚さ方向、言い換えればZ軸に沿ってみたとき、上流ノズル部分NU[m1]の断面積は、下流ノズル部分ND[m1]の断面積よりも大きく、Z軸に沿ってみたとき、接続部D1[m1]の重心GD1[m1]は、吐出開口D2[m1]の重心GD2[m1]と底面U2[m1]の重心GU2[m1]との間に位置する。
重心GD1[m1]が重心GD2[m1]と重心GU2[m1]との間にあることは、下流ノズル部分ND[m1]の傾斜により重心GD1[m1]から重心GD2[m1]に向かう吐出方向のずれと、同軸度のずれにより重心GD1[m1]から重心GU2[m1]に向かう吐出方向のずれとが相殺することを意味する。図5の例では、下流ノズル部分NDの傾斜によりX2方向の吐出方向のずれと、同軸度のずれによるX1方向の吐出方向のずれとが相殺する。従って、第1実施形態に係る液体吐出ヘッド10は、下流ノズル部分ND[m1]が傾斜して形成されたとしても、同軸度のずれにより吐出方向のずれを相殺できるので、飛翔曲がりを抑制できる。
重心GD1[m1]が重心GD2[m1]と重心GU2[m1]との間にあることは、下流ノズル部分ND[m1]の傾斜により重心GD1[m1]から重心GD2[m1]に向かう吐出方向のずれと、同軸度のずれにより重心GD1[m1]から重心GU2[m1]に向かう吐出方向のずれとが相殺することを意味する。図5の例では、下流ノズル部分NDの傾斜によりX2方向の吐出方向のずれと、同軸度のずれによるX1方向の吐出方向のずれとが相殺する。従って、第1実施形態に係る液体吐出ヘッド10は、下流ノズル部分ND[m1]が傾斜して形成されたとしても、同軸度のずれにより吐出方向のずれを相殺できるので、飛翔曲がりを抑制できる。
また、吐出開口D2[m1]の重心GD2[m1]と接続部D1[m1]の重心GD1[m1]とを結ぶ線分LD12[m1]と、Z軸に沿う方向とがなす角度θ1[m1]は、0度より大きく且つ90度より小さく、下流ノズル部分ND[m1]は、面FN1に対して線分LD12[m1]に沿って傾斜する。
また、Z軸に沿う方向にみたとき、吐出開口D2[m1]の重心GD2[m1]と、接続部D1[m1]の重心GD1[m1]と、底面U2[m1]の重心GU2[m1]とは、同一直線上に位置する。
以下では、更に、m2番目の圧電素子PZ[m2]を用いて、第1実施形態のまとめを記載する。m2は、1からMまでの整数であり、m1とは異なる。第1実施形態に係る液体吐出ヘッド10は、圧電素子PZ[m2]と、圧力室基板34に区画され、圧電素子PZ[m2]の駆動によりインクに圧力を付与する圧力室CV[m2]と、ノズル基板46に形成され、圧力室CV[m2]と連通し、インクを吐出するノズルN[m2]と、を更に備え、ノズルN[m2]は、面FN2に開口した供給開口U1[m2]と、供給開口U1[m2]に対向する底面U2[m2]と、を含む上流ノズル部分NU[m2]と、面FN1に開口した吐出開口D2と、底面U2[m2]に開口した接続部D1[m2]とを含む下流ノズル部分ND[m2]と、を含み、Z軸に沿ってみたとき、上流ノズル部分NU[m2]の断面積は、下流ノズル部分ND[m2]の断面積よりも大きく、Z軸に沿ってみたとき、接続部D1[m2]の重心GD1[m2]は、吐出開口D2[m2]の重心GD2[m2]と底面U2[m2]の重心GU2[m2]との間に位置し、吐出開口D2の重心GD2[m2]と接続部D1[m2]の重心GD1[m2]とを結ぶ線分LD12[m2]と、Z軸とがなす角度θ1[m2]は、0度より大きく且つ90度より小さく、下流ノズル部分ND[m2]は、面FN1に対して線分LD12[m2]に沿って傾斜し、角度θ1[m1]が角度θ1[m2]より大きい場合、Z軸に沿ってみたとき、底面U2[m1]の重心GU2[m1]と接続部D1[m1]の重心GD1[m1]との距離は、底面U2[m2]の重心GU2[m2]と接続部D1[m2]の重心GD1[m2]との距離よりも長い。
下流ノズル部分NDの傾斜が大きくなることに応じて、下流ノズル部分NDの傾斜による重心GD1から重心GD2にずれる力が大きくなる。従って、下流ノズル部分NDの傾斜が大きくなることに応じて、同軸度のずれを大きくすることにより、下流ノズル部分NDの傾斜に応じて、飛翔曲がりを適切に抑制できる。
下流ノズル部分NDの傾斜が大きくなることに応じて、下流ノズル部分NDの傾斜による重心GD1から重心GD2にずれる力が大きくなる。従って、下流ノズル部分NDの傾斜が大きくなることに応じて、同軸度のずれを大きくすることにより、下流ノズル部分NDの傾斜に応じて、飛翔曲がりを適切に抑制できる。
以下では、m1を2からM-1までの整数とし、更に、m1-1番目の圧電素子PZ[m1-1]と、m1+1番目の圧電素子PZ[m1+1]とを用いて、第1実施形態のまとめを記載する。第1実施形態に係る液体吐出ヘッド10は、圧電素子PZ[m1]とは異なる圧電素子PZ[m1-1]及び圧電素子PZ[m1+1]と、圧力室基板34に区画され、圧電素子PZ[m1-1]の駆動によりインクに圧力を付与する圧力室CV[m1-1]と、ノズル基板46に形成され、圧力室CV[m1-1]と連通し、インクを吐出するノズルN[m1-1]と、圧力室基板34に区画され、圧電素子PZ[m1+1]の駆動によりインクに圧力を付与する圧力室CV[m1+1]と、ノズル基板46に形成され、圧力室CV[m1+1]と連通し、インクを吐出するノズルN[m1+1]と、を更に備える。ノズルN[m1-1]は、ノズルN[m1]の隣に位置し、ノズルN[m1+1]は、ノズルN[m1]の隣に位置し、且つ、ノズルN[m1]からノズルN[m1-1]に向かう方向とは反対方向に位置する。ノズルN[m1-1]は、面FN2に開口した供給開口U1[m1-1]と、供給開口U1[m1-1]に対向する底面U2[m1-1]と、を含む上流ノズル部分NU[m1-1]と、面FN1に開口した吐出開口D2[m1-1]と、底面U2[m1-1]に開口した接続部D1[m1-1]とを含む下流ノズル部分ND[m1-1]と、を含む。Z軸に沿ってみたとき、上流ノズル部分NU[m1-1]の断面積は、下流ノズル部分ND[m1-1]の断面積よりも大きい。Z軸に沿ってみたとき、接続部D1[m1-1]の重心GD1[m1-1]は、吐出開口D2[m1-1]の重心GD2[m1-1]と底面U2[m1-1]の重心GU2[m1-1]との間に位置する。ノズルN[m1+1]は、面FN2に開口した供給開口U1[m1+1]と、供給開口U1[m1+1]に対向する底面U2[m1+1]と、を含む上流ノズル部分NU[m1+1]と、面FN1に開口した吐出開口D2[m1+1]と、底面U2[m1+1]に開口した接続部D1[m1+1]とを含む下流ノズル部分ND[m1+1]と、を含む。Z軸に沿ってみたとき、上流ノズル部分NU[m1+1]の断面積は、下流ノズル部分ND[m1+1]の断面積よりも大きく、Z軸に沿ってみたとき、接続部D1[m1+1]の重心GD1[m1+1]は、吐出開口D2[m1+1]の重心GD2[m1+1]と底面U2[m1+1]の重心GU2[m1+1]との間に位置する。Z軸に沿ってみたとき、吐出開口D2[m1]の重心GD2[m1]から吐出開口D2[m1-1]の重心GD2[m1-1]までの距離LG1、吐出開口D2[m1]の重心GD2[m1]から吐出開口D2[m1+1]の重心GD2[m1+1]までの距離LG2、底面U2[m1]の重心GU2[m1]から底面U2[m1-1]の重心GU2[m1+1]までの距離LG3、及び、底面U2[m1]の重心GU2[m1]から底面U2[m+1]の重心GU2[m1+1]までの距離LG4を用いると、距離LG1と距離LG2との差の絶対値は、距離LG3と距離LG4との差の絶対値より小さい。
吐出開口D2からインクが吐出されるため、隣り合う吐出開口D2の間隔が一定でないと、媒体PPに形成されるドットの間隔が一定でなくなり、画像の質が低下してしまう。従って、隣り合う吐出開口D2の間隔は一定であることが好ましい。以上により、第1実施形態に係る液体吐出ヘッド10は、隣り合う底面U2の間隔が、隣り合う吐出開口D2の間隔よりも一定である態様と比較して、媒体PPに形成される画像の質を向上できる。
吐出開口D2からインクが吐出されるため、隣り合う吐出開口D2の間隔が一定でないと、媒体PPに形成されるドットの間隔が一定でなくなり、画像の質が低下してしまう。従って、隣り合う吐出開口D2の間隔は一定であることが好ましい。以上により、第1実施形態に係る液体吐出ヘッド10は、隣り合う底面U2の間隔が、隣り合う吐出開口D2の間隔よりも一定である態様と比較して、媒体PPに形成される画像の質を向上できる。
また、図8に示したように、平面視において、M個の吐出開口D2のX軸における位置は、略同一である。吐出開口D2のX軸における位置がずれていると、吐出が開始される位置がノズルNごとで異なってしまう。吐出が開始される位置がノズルNごとで異なると、着弾位置の調整が困難となる。従って、第1実施形態に係る液体吐出ヘッド10は、M個の底面U2がY軸に沿って設けられる態様と比較して、着弾位置の調整が容易になる。
また、第1実施形態に係る液体吐出装置100は、液体吐出ヘッド10を備える。第1実施形態に係る液体吐出装置100は、下流ノズル部分NDが傾斜して形成されたとしても、同軸度のずれにより吐出方向のずれを相殺できるので、飛翔曲がりを抑制できる。
また、第1実施形態に係る液体吐出ヘッド10は、第1実施形態に係るノズル基板46を有する。第1実施形態に係るノズル基板46は、下流ノズル部分NDが傾斜して形成されたとしても、同軸度のずれにより吐出方向のずれを相殺できるので、飛翔曲がりを抑制できる。
2.変形例
以上に例示した各形態は多様に変形され得る。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された2以上の態様は、相互に矛盾しない範囲で適宜に併合され得る。
以上に例示した各形態は多様に変形され得る。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された2以上の態様は、相互に矛盾しない範囲で適宜に併合され得る。
2-1.第1変形例
第1実施形態に係る液体吐出ヘッド10は、平面視において、重心GD2[m1]と重心GD1[m1]と重心GU2[m1]とが同一直線上に位置したが、重心GD2[m1]と重心GD1[m1]と重心GU2[m1]とが三角形の頂点に位置してもよい。
第1実施形態に係る液体吐出ヘッド10は、平面視において、重心GD2[m1]と重心GD1[m1]と重心GU2[m1]とが同一直線上に位置したが、重心GD2[m1]と重心GD1[m1]と重心GU2[m1]とが三角形の頂点に位置してもよい。
図9は、第1変形例に係るノズルN-D付近の平面図である。第1変形例に係る液体吐出ヘッド10-Dは、ノズル基板46の替わりにノズル基板46-Dを有する点で、液体吐出ヘッド10と相違する。ノズル基板46-Dは、下流ノズル部分NDの替わりに下流ノズル部分ND-Dを有する点で、ノズル基板46と相違する。図9に示すように、平面視において、下流ノズル部分ND-Dが有する接続部D1-Dの重心GD1-Dが、吐出開口D2-Dの重心GD2-Dと底面U2の重心GU2とを結ぶ線分LDU-D上に位置しない。第1変形例において、線分LDU-Dは、X軸に沿うこととして説明する。
平面視において、重心GD1-Dは、重心GD2-Dと重心GU2との間に位置する。具体的には、平面視において、重心GD1-Dは、重心GD2-Dを通り、線分LDU-Dに直交する直線LD2ーDと、重心GU2を通り、線分LDU-Dに直交する直線LU2との間に位置する。下流ノズル部分ND-Dは、重心GD1-Dから重心GD2-Dに向かうW1方向に傾斜する。従って、下流ノズル部分ND-Dの傾斜によりW1方向に吐出方向がずれる。一方、同軸度のずれの方向は、重心GU2から重心GD1-Dに向かうV1方向である。V1方向は、Z2方向にみた場合に、X2方向を反時計回りに45度回転した方向である。
第1変形例では、下流ノズル部分ND-Dの傾斜によりW1方向にインクを吐出させる力と、同軸度のずれによりV1方向の反対の方向であるV2方向にインクを吐出させる力とが発生する。W1方向は、X2方向の成分と、Y1方向への成分とに分解できる。また、V2方向は、X1方向の成分と、Y1方向への成分とに分解できる。従って、第1変形例に係る液体吐出ヘッド10は、W1方向にインクを吐出させる力のうちX2方向の成分と、V2方向にインクを吐出させる力のうちX1方向の成分とが相殺される。従って、第1変形例に係る液体吐出ヘッド10-Dは、下流ノズル部分ND-Dが傾斜して形成されたとしても、同軸度のずれにより吐出方向のずれを相殺できるので、飛翔曲がりを抑制できる。
第1変形例と第1実施形態とを比較すると、第1変形例では、W1方向にインクを吐出させる力のうちY1方向の成分と、V2方向にインクを吐出させる力のうちY1方向の成分とは相殺されない。一方、第1実施形態では、重心GD2[m1]と重心GD1[m1]と重心GU2[m1]とが同一直線上に位置するため、下流ノズル部分ND-Dの傾斜によりインクを吐出させる方向と、同軸度のずれによりインクを吐出させる方向とが互いに反対方向の関係にある。以上により、第1実施形態に係る液体吐出ヘッド10は、第1変形例に係る液体吐出ヘッド10-Cと比較して、飛翔曲がりをより抑制できる。
2-2.第2変形例
上述の各態様では、平面視において、供給開口U1の重心GU1の位置と底面U2の重心GU2の位置とが略同一であるが、異なってもよい。
上述の各態様では、平面視において、供給開口U1の重心GU1の位置と底面U2の重心GU2の位置とが略同一であるが、異なってもよい。
図10は、第2変形例に係るノズルN-Eの断面図である。第2変形例に係る液体吐出ヘッド10-Eは、ノズル基板46の替わりにノズル基板46-Eを有する点で、液体吐出ヘッド10と相違する。ノズル基板46-Eは、上流ノズル部分NUの替わりに上流ノズル部分NU-Eを有する点で、ノズル基板46と相違する。上流ノズル部分NU-Eは、Z軸に対して角度θ2傾斜する点で、上流ノズル部分NUと相違する。角度θ2は、0度より大きく且つ90度未満である。角度θ2は、角度θ1と同一でもよいし異なってもよい。図10の例では、上流ノズル部分NU-Eは、X1方向に傾斜しているが、傾斜する方向は、X1方向に限らずZ軸に直交する方向であればどの方向でもよい。
図10から理解されるように、平面視において、上流ノズル部分NU-Eの供給開口U1-Eの重心GU1-Eと底面U2-Eの重心GU2-Eとの位置が異なる。第2変形例における液体吐出ヘッド10において、下流ノズル部分ND-Dが傾斜して形成されたとしても、同軸度のずれにより吐出方向のずれを相殺できるので、飛翔曲がりを抑制できる。
2-3.第3変形例
上述の各態様では、供給開口U1及び底面U2が略同一の面積であるが、異なる面積でもよい。例えば、上流ノズル部分NUは、Z2方向に向かうことに応じて断面積が小さくなるテーパー形状であってもよい。
上述の各態様では、供給開口U1及び底面U2が略同一の面積であるが、異なる面積でもよい。例えば、上流ノズル部分NUは、Z2方向に向かうことに応じて断面積が小さくなるテーパー形状であってもよい。
2-4.第4変形例
上述の各態様における液体吐出ヘッド10は、圧電素子PZに替えて圧力室CV内のインクを加熱する発熱素子を有してもよい。第4変形例において、発熱素子が、「駆動素子」の一例である。
上述の各態様における液体吐出ヘッド10は、圧電素子PZに替えて圧力室CV内のインクを加熱する発熱素子を有してもよい。第4変形例において、発熱素子が、「駆動素子」の一例である。
2-5.第5変形例
上述した各態様では、液体吐出モジュールHUを、X軸方向に往復同させるシリアル方式の液体吐出装置100を例示したが、本発明はこのような態様に限定されるものではない。液体吐出装置は、複数のノズルNが、媒体PPの全幅に亘り分布する、ライン方式の液体吐出装置であってもよい。
上述した各態様では、液体吐出モジュールHUを、X軸方向に往復同させるシリアル方式の液体吐出装置100を例示したが、本発明はこのような態様に限定されるものではない。液体吐出装置は、複数のノズルNが、媒体PPの全幅に亘り分布する、ライン方式の液体吐出装置であってもよい。
2-6.その他の変形例
上述の液体吐出装置は、印刷に専用される機器のほか、ファクシミリ装置及びコピー機等の各種の機器に採用され得る。もっとも、本発明の液体吐出装置の用途は印刷に限定されない。例えば、色材の溶液を吐出する液体吐出装置は、液晶表示装置のカラーフィルターを形成する製造装置として利用される。また、導電材料の溶液を吐出する液体吐出装置は、配線基板の配線及び電極を形成する製造装置として利用される。
上述の液体吐出装置は、印刷に専用される機器のほか、ファクシミリ装置及びコピー機等の各種の機器に採用され得る。もっとも、本発明の液体吐出装置の用途は印刷に限定されない。例えば、色材の溶液を吐出する液体吐出装置は、液晶表示装置のカラーフィルターを形成する製造装置として利用される。また、導電材料の溶液を吐出する液体吐出装置は、配線基板の配線及び電極を形成する製造装置として利用される。
2…駆動信号生成回路、5…移動機構、6…制御モジュール、7…ヘッド移動機構、8…搬送機構、10,10-C,10-D,10-E…液体吐出ヘッド、14…液体容器、32…連通板、34…圧力室基板、36…振動板、42…筐体部、44…封止体、46,46-A,46-B,46-D,46-E…ノズル基板、48…コンプライアンス基板、50…配線基板、51…駆動回路、71…収納ケース、72…無端ベルト、100…液体吐出装置、322…開口部、324…第2連通路、326…第1連通路、328…共通流路、361…弾性膜、362…絶縁膜、422…収容部、424…導入口、B,C…案件、CV…圧力室、Com…駆動信号、D1,D1-A,D1-B,D1-D…接続部、D2,D2-B,D2-D…吐出開口、DR…液滴、FN1,FN2…面、G1,G2…距離、GD1,GD1-A,GD1-B,GD1-D,GD2,GD2-B,GD2-D,GU1,GU1-E,GU2,GU2-E…重心、HU…液体吐出モジュール、Img…印刷データ、L1,L2…距離、LD12,LDU,LDU-D…線分、LG1,LG2,LG3,LG4…距離、Ln…ノズル列、N,N-A,N-B,N-D,N-E…ノズル、ND,ND-A,ND-B,ND-D…下流ノズル部分、NU,NU-E…上流ノズル部分、PP…媒体、PZ…圧電素子、RS…液体貯留室、SI…印刷信号、U1,U1-E…供給開口、U2,U2-E…底面、WD,WU…壁面、dCom…波形指定信号、θ1,θ2…角度。
Claims (8)
- 第1駆動素子と、
圧力室基板に区画され、前記第1駆動素子の駆動により液体に圧力を付与する第1圧力室と、
ノズル基板に形成され、前記第1圧力室と連通し、液体を吐出する第1ノズルと、
を備え、
前記ノズル基板は、第1面と、前記第1面よりも前記圧力室基板に近い第2面と、を有し、
前記第1ノズルは、
前記第2面に開口した第1供給開口と、前記第1供給開口に対向する第1底面と、を含む第1上流ノズル部分と、
前記第1面に開口した第1吐出開口と、前記第1底面に開口した第1接続部と、を含む第1下流ノズル部分と、を含み、
前記ノズル基板の厚さ方向にみたとき、前記第1上流ノズル部分の断面積は、前記第1下流ノズル部分の断面積よりも大きく、
前記厚さ方向にみたとき、前記第1接続部の重心は、前記第1吐出開口の重心と前記第1底面の重心との間に位置する、
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 前記第1吐出開口の重心と前記第1接続部の重心とを結ぶ第1線分と、前記厚さ方向とがなす第1角度は、0度より大きく且つ90度より小さく、
前記第1下流ノズル部分は、前記第1面に対して前記第1線分に沿って傾斜する、
ことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記厚さ方向にみたとき、前記第1吐出開口の重心と、前記第1接続部の重心と、前記第1底面の重心とは、同一直線上に位置する、
ことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記厚さ方向にみたとき、前記第1供給開口の重心の位置と前記第1底面の重心の位置とが異なる、
ことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記第1駆動素子とは異なる第2駆動素子と、
前記圧力室基板に区画され、前記第2駆動素子の駆動により液体に圧力を付与する第2圧力室と、
前記ノズル基板に形成され、前記第2圧力室と連通し、液体を吐出する第2ノズルと、
を更に備え、
前記第2ノズルは、
前記第2面に開口した第2供給開口と、前記第2供給開口に対向する第2底面と、を含む第2上流ノズル部分と、
前記第1面に開口した第2吐出開口と、前記第2底面に開口した第2接続部とを含む第2下流ノズル部分と、
を含み、
前記厚さ方向にみたとき、前記第2上流ノズル部分の断面積は、前記第2下流ノズル部分の断面積よりも大きく、
前記厚さ方向にみたとき、前記第2接続部の重心は、前記第2吐出開口の重心と前記第2底面の重心との間に位置し、
前記第2吐出開口の重心と前記第2接続部の重心とを結ぶ第2線分と、前記厚さ方向とがなす第2角度は、0度より大きく且つ90度より小さく、
前記第2下流ノズル部分は、前記第1面に対して前記第2線分に沿って傾斜し、
前記第1角度が前記第2角度より大きい場合、前記厚さ方向にみたとき、前記第1底面の重心と前記第1接続部の重心との距離は、前記第2底面の重心と前記第2接続部の重心との距離よりも長い、
ことを特徴とする請求項2に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記第1駆動素子とは異なる第3駆動素子及び第4駆動素子と、
前記圧力室基板に区画され、前記第3駆動素子の駆動により液体に圧力を付与する第3圧力室と、
前記ノズル基板に形成され、前記第3圧力室と連通し、液体を吐出する第3ノズルと、
前記圧力室基板に区画され、前記第4駆動素子の駆動により液体に圧力を付与する第4圧力室と、
前記ノズル基板に形成され、前記第4圧力室と連通し、液体を吐出する第4ノズルと、
を更に備え、
前記第3ノズルは、前記第1ノズルの隣に位置し、
前記第4ノズルは、前記第1ノズルの隣に位置し、且つ、前記第1ノズルから前記第3ノズルに向かう方向とは反対方向に位置し、
前記第3ノズルは、
前記第2面に開口した第3供給開口と、前記第3供給開口に対向する第3底面と、を含む第3上流ノズル部分と、
前記第1面に開口した第3吐出開口と、前記第3底面に開口した第3接続部とを含む第3下流ノズル部分と、
を含み、
前記厚さ方向にみたとき、前記第3上流ノズル部分の断面積は、前記第3下流ノズル部分の断面積よりも大きく、
前記厚さ方向にみたとき、前記第3接続部の重心は、前記第3吐出開口の重心と前記第3底面の重心との間に位置し、
前記第4ノズルは、
前記第2面に開口した第4供給開口と、前記第4供給開口に対向する第4底面と、を含む第4上流ノズル部分と、
前記第1面に開口した第4吐出開口と、前記第4底面に開口した第4接続部とを含む第4下流ノズル部分と、
を含み、
前記厚さ方向にみたとき、前記第4上流ノズル部分の断面積は、前記第4下流ノズル部分の断面積よりも大きく、
前記厚さ方向にみたとき、前記第4接続部の重心は、前記第4吐出開口の重心と前記第4底面の重心との間に位置し、
前記厚さ方向にみたとき、前記第1吐出開口の重心から前記第3吐出開口の重心までの距離を第1距離とし、前記第1吐出開口の重心から前記第4吐出開口の重心までの距離を第2距離とし、前記第1底面の重心から前記第3底面の重心までの距離を第3距離とし、前記第1底面の重心から前記第4底面の重心までの距離を第4距離とすると、
前記第1距離と前記第2距離との差の絶対値は、前記第3距離と前記第4距離との差の絶対値より小さい、
ことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド。 - 請求項1から6のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドを、
備えることを特徴とする液体吐出装置。 - 液体を吐出する第1ノズルを備えるノズル基板であって、
第1面と、前記第1面とは反対側に位置する第2面とを有し、
前記第1ノズルは、
前記第2面に開口した第1供給開口と、前記第1供給開口に対向する第1底面と、を含む第1上流ノズル部分と、
前記第1面に開口した第1吐出開口と、前記第1底面に開口した第1接続部と、を含む第1下流ノズル部分と、を含み、
前記ノズル基板の厚さ方向にみたとき、前記第1上流ノズル部分の断面積は、前記第1下流ノズル部分の断面積よりも大きく、
前記厚さ方向にみたとき、前記第1接続部の重心は、前記第1吐出開口の重心と前記第1底面の重心との間に位置する、
ことを特徴とするノズル基板。
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