JP3818010B2 - インクジェットヘッド - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定のピッチで配置された印字用のノズルの配列を有するインクジェットヘッドに関し、特に、インク中に混入した塵埃や気泡等を効率的に排出できるダミーノズルを設けたインクジェットヘッドに係わる。
【0002】
【従来の技術】
インクジェットヘッドでは、インクの中に混入した塵埃や気泡等によりノズルが塞がれ、順調なインクの吐出を妨げられることがある。
【0003】
この問題を解決するために改良されたインクジェットヘッドの構成が、特開平4−259565号公報に開示されている。
【0004】
先ず、従来のインクジェットヘッドについて説明する。
図7は、従来のインクジェットヘッドの構成を示す模式図である。
【0005】
図において、101は印字ヘッド、102は印字ヘッド101内でチャネルを形成する隔壁、103は印字用のインクを一時的に貯える印字チャネル、104は印字チャネル103からインクを吐出する印字用のノズル、107は劣化したインクや気泡を排出するインク排出口、108はインクの供給源となる共通インク室、109は共通インク室と各チャネルをつなぐインク通路である。
【0006】
印字に当たっては、共通インク室108からインク通路109を通じて供給された、所定の印字チャネル103の隔壁102に、後述するように、図示しない制御部から制御信号が送られることにより電界が形成され、所定の印字チャネル103が変形し、その圧力により当該印字用のノズル104からインクが吐出されて印字が行われる。
【0007】
また、印字用のノズル104を設けた正面側壁面と対向する後面側壁面に設けられたスリット状のインク排出口107があり、この排出口107より図示しない吸引手段によりインクや気泡を吸引している。
【0008】
而も、この排出口107を細いスリット状とすることにより、印字用のノズル104に較べ流路抵抗を充分大きくして、印字用のノズル104からのインク吐出時に、インク排出口107からインクが誤吐出するのを防止している。
【0009】
次に、各ノズルからのインク吐出の詳細について図8及び図9を参照しながら説明する。
【0010】
図8は通電前のインクジェットヘッドの構造を示す模式図、図9は通電時のインクジェットヘッドの構造を示す模式図である。
【0011】
図において、102はチャネルを構成する隔壁、111はヘッドを構成する上部の固定壁である天壁、112はヘッドを構成する下部の固定壁である底壁、114は隔壁102に沿わせた電極線、115は一端を天壁111と一体化された上部圧電物質、116は一端を底壁112と一体化された下部圧電物質で、上部圧電物質115とは印可される電界の極性が異なる。117は上部圧電物質115と下部圧電物質116との界面、118はインクを一時的に貯える第1のチャネル、119は第1のチャネル118に設けたインクを吐出するノズル、121は各電極を駆動する駆動用ドライバー素子、122は直流電源、123は制御部、124は制御信号回路、128はインクを一時的に貯える第2のチャネル、129は第2のチャネル128に設けたインクを吐出するノズル、133は第3の隔壁、138はインクを一時的に貯える第3のチャネル、139は第3のチャネル138に設けたインクを吐出するノズルである。
【0012】
図に示すように、第1のチャネル118は、天壁111と一体化された上部圧電物質115と底壁112と一体化された下部圧電物質116により形成された隔壁102により区画され、その中央部にノズル119が設けられている。
【0013】
尚、図では、上部圧電物質115が天壁111と一体化され、また、下部圧電物質116が底壁112と一体化されて示されているが、固定壁である天壁111や底壁112とそれぞれの圧電物質が堅く結合されていれば、上部圧電物質115と下部圧電物質116は、天壁111や底壁112と別体で形成されていても良い。
【0014】
また、隔壁102の内部では、上部圧電物質115と下部圧電物質116が界面117で分極方向が反対となるように接合されている。
【0015】
更に、隔壁102の面に沿った電極線114は、図9に示すように駆動用ドライバー素子121を通じて電源122及び、制御部123に通じる制御信号回路124とに繋がっている。
【0016】
そこで、制御部123から制御信号回路124を通じて制御信号が送られると、駆動用ドライバー素子121の働きにより、電極線114に、図に示した矢印のように分極化されて電界が印加され、上部圧電物質115と下部圧電物質116が界面117を境に剪断変形(固定壁側から遠ざかるほど変位量が大きくなるように隔壁の剪断方向に変形)して振動する。
【0017】
この圧電物質の振動により隔壁102が振動して、第1のチャネル118の容積が縮小変形し、その圧力により、結果として、ノズル119からインクが吐出される。
【0018】
また、この影響を受けて、第2のチャネル128及び第3のチャネル138が拡大変形する。
【0019】
更に、第1の隔壁102に印可された電界が解除されると、隔壁102の変形が元に戻り、拡大変形していた第2のチャネル128及び第3のチャネル138の容積が復元するため、その圧力で、ノズル129及びノズル139から誤吐出することもある。
【0020】
このように、隣接するチャネルは、隔壁の変形により、一方が縮小すると他方が拡大する形で相互に影響しあう。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成ではインク排出口107を細いスリット状としているため、塵埃の混入したインクや気泡が容易に排除されない。
【0022】
反面、同一の印字チャネルで、一方に印字用のノズル104を、反対側にスリット状のインク排出口107を備えた構造として流路抵抗を大きくしてあるが、印字用のノズル104からのインク吐出時に、インク排出口107から誤吐出することがある。
【0023】
更に、インク排出口107を印字用のノズル104と反対側に設けてあるため、印字用のノズル104のための吸引機構と、インク排出口107用の吸引手段との、少なくとも2つ以上の吸引手段を設ける必要がある。
【0024】
その上、印字チャネル103が、剪断モードにより変形してインク吐出動作をしているため、その影響を隣接する印字チャネル103が受けて、当該印字用のノズル104からインクが誤吐出する場合がある。
【0025】
本発明は上記点に鑑みてなされたもので、主たる目的は、印字用のノズルからのインク吐出時に、インク排出口からインクが誤吐出することのないインクジェットヘッドを提供することにある。
【0026】
他の目的は、加工が容易なインクジェットヘッドを提供することにある。
更に他の目的は、印字用のノズルからの誤吐出を防止し、効率よく、インク中の塵埃や大きな気泡を排出すること。
【0027】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、以下の構成により達成することが出来る。
【0028】
(1)各チャネルの隔壁が圧電物質で形成され、電界を印加することによって隔壁が剪断モードで変形して生ずる圧力で、該チャネルに設けたノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドにおいて、印字用のノズルを有する印字チャネルが複数並ぶ印字チャネル列の一端部の外側に設けた、ノズルの無い第1のダミーチャネルと、前記第1のダミーチャネルの外側に設けた、ダミーノズルを有する第2のダミーチャネルとを有し、前記各印字チャネル、前記第1のダミーチャネル及び前記第2のダミーチャネルが、インクの供給源である共通インク室と連通していることを特徴とするインクジェットヘッド。
【0029】
(2)各チャネルの隔壁が圧電物質で形成され、電界を印加することによって隔壁が剪断モードで変形して生ずる圧力で、該チャネルに設けたノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドにおいて、印字用のノズルを有する印字チャネルが複数並ぶ印字チャネル列の一端部の外側に設けた、ノズルの無い単数または複数の第1のダミーチャネルと、前記第1のダミーチャネルの外側に設けた、ダミーノズルを有する単数または複数の第2のダミーチャネルとを有し、前記各印字チャネル及び前記第2のダミーチャネルのみがインクの供給源である共通インク室と連通し、前記第1のダミーチャネルが共通インク室と連通していない空チャネルであることを特徴とするインクジェットヘッド。
【0030】
(3)各チャネルの隔壁が圧電物質で形成され、電界を印加することによって隔壁が剪断モードで変形して生ずる圧力で、該チャネルに設けたノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドにおいて、印字用のノズルを有する印字チャネルと、ノズルの無い第1のダミーチャネルを交互に配列し、前記交互に配列されたチャネル列外側の一端部に設けた、ノズルの無い単数または複数の第1のダミーチャネルと、前記第1のダミーチャネルの外側に設けた、ダミーノズルを有する単数または複数の第2のダミーチャネルとを有し、前記各印字チャネル、前記第1のダミーチャネル及び前記第2のダミーチャネルが、インクの供給源である共通インク室と連通していることを特徴とするインクジェットヘッド。
【0031】
【発明の実施の形態】
本発明のインクジェットヘッドに関する第1の実施の形態について、図1を参照しながら説明する。
【0032】
図1はインクジェットヘッドの構成を示す模式図である。
図において、11は印字ヘッド、12は印字ヘッド11内で区画(以下チャネルという)を形成する隔壁、13は印字用のインクを一時的に貯える印字チャネル、14は印字のためにインクを吐出する印字用のノズル、15は印字に直接的に関わらず、而も、ノズルを有しない第1のダミーチャネル、16は第1のダミーチャネルの外側に設けた、ノズルを有する第2のダミーチャネル、17は第2のダミーチャネル16に設けられて、インク内に存在する大きな塵埃、劣化したインク、気泡等を排出するために設けたダミーノズルで、印字用のノズル14の内径(孔径)より大きい孔径を有する。
【0033】
18はインクカートリッジやインクタンク等の共通インク室、19は共通インク室18と各チャネルを結ぶインク通路、31は各ノズル内の塵埃等を吸引する吸引機構で、各ノズルに対向した大きさ(全ノズルを覆うことができる大きさ)の開口32を有する。
【0034】
33は吸引機構31で吸引したインクを図示しない廃液タンクへ導くインクパイプである。
【0035】
共通インク室18に蓄えられているインクは、各チャネルの拡大縮小動作に応じて、インク通路19を通じて各チャネル内に流入したり、各チャネルから共通インク室に逆流したりしている。
【0036】
また、印字ヘッド11内は隔壁12によって区画され、中央部に印字チャネル13が連続的に配列されており、その外側に、ノズルを備えていない第1のダミーチャネル15が配置され、更に、第1のダミーチャネル15を含むチャネル列の外側に、印字用のノズル14と同一方向を向いたダミーノズル17を有する第2のダミーチャネル16が配置されている。
【0037】
尚、ダミーノズル17と印字用のノズル14は、同一方向を向いているが、必ずしも平行である必要はない。
【0038】
上記の如き構成を有するインクジェットヘッドにおいて、図示しない制御部から、該当する印字チャネル13の隔壁12に沿った電極線に信号電圧が印加されると、当該隔壁12を形成する圧電物質が剪断変形し、隔壁12で区画された印字チャネル13が縮小変形し、その圧力によって、当該の印字用のノズル14からインクが吐出される。
【0039】
前記制御信号は、例えば、奇数番目の印字チャネル13毎、若しくは偶数番目の印字チャネル13毎に送られ、連続した印字チャネル13に同時に信号電圧が印加されるように制御されている。
【0040】
印字ヘッド11がノズルの配列方向に往復する主走査と、前記主走査方向と直交する副走査方向への印字媒体(例えば、紙や布帛)の移動動作とにより、やがて、所望の印字パターンが印字媒体上に描かれる。
【0041】
印字用のノズル14の径は30μm以下であることが、印字画質の面から望ましいが、一方において、ノズル径が小さ過ぎると泡抜け性は悪くなる。
【0042】
前記ダミーノズル17の径は、大きくして印字用のノズル14より流路抵抗を小さくし、泡抜け性を良くして塵埃の混入したインクや気泡を排出し易くする必要があり、印字用のノズル14の径の2倍乃至3倍であることが望ましい。
【0043】
上述の如く、印字チャネル13とは別に、塵埃の混入したインキや気泡を排出するための、大きな径のダミーノズル17を有する第2のダミーチャネル16を、ノズルの無い第1のダミーチャネル15を介して、印字チャネル13の列の外側に配置することにより、効率よく塵埃の混入したインキや気泡を排出できる。
【0044】
また、印字ヘッド11の往復動作の範囲内の一端部には、開口32を各ノズルに向けた姿勢で、吸引機構31が配置してある。
【0045】
従って、印字ヘッド11の往復動作の度に、各印字用のノズル14やダミーノズル17が、吸引機構31の前を通過する時に、吸引機構31によって各ノズル内の塵埃等の混ざったインクや、気泡が吐き出され、インクパイプ33を通じて図示しない廃液タンクに流出される。
【0046】
更に望ましくは、この動作に付随して、ダミーノズル17が吸引機構31の前を通過する任意の時期に、第2のダミーチャネル16の隔壁に沿った電極に制御信号が送られることにより、チャネル内のやや大きな塵埃や気泡が、ダミーノズル17を通じて、積極的に吸引機構31に排出されることである。
【0047】
尚、ダミーノズル17からのインク吐出のための、第2のダミーチャネル16の変形は、第2のダミーチャネル16と印字チャネル13の間に、第1のダミーチャネル15を介在させているため、印字チャネル13へは影響を与えず、印字用のノズル14からの誤吐出は発生しない。
【0048】
また、単数の第1のダミーチャネル15及び第2のダミーチャネル16の組み合わせたものは、印字チャネル13の列の外測の一端部に設けた場合でも、塵埃等の排除に効果があるが、印字チャネル13列の外測の両端部に設ける方が効果はより大きくなる。
【0049】
更に、第1のダミーチャネル15を複数個設けて、印字用のノズル14からの誤吐出防止の効果を高めたり、第2のダミーチャネル16を複数個設けて、塵埃の混入したインクや気泡の排出する効果を高めることも出来る。
【0050】
前述のようなチャネル配置とすることにより、例えば、第2のダミーチャネル16について、隔壁12の変形量を大きくしたり、或いは、連続的にチャネル容積の拡大後に縮小する動作をさせるなどして、ダミーノズル17からの吐出圧力を高めて、比較的大きな気泡や塵埃を排出する能力を高めても、印字用のノズル14からの誤吐出は充分に防止できる。
【0051】
以上の実施の形態について、各チャネルとノズルの配列を模式図として表したのが、図2乃至図4である。
【0052】
図2はチャネルとノズルの基本配列を示す模式図、図3は第1のダミーチャネルをチャネル列の外側に2個づつ設けた模式図、図4は第2のダミーチャネルを、チャネル列の外側に設けた第1チャネルの更に外側に2個づつ設けた模式図である。
【0053】
図2乃至図4において、50は隔壁、51は印字チャネル(列)、52は印字用のノズル(列)、53は第1のダミーチャネル、54は第2のダミーチャネル、55はダミーノズルである。
【0054】
次に、インクジェットヘッドの第2の実施の形態について、図5を用いて説明する。
【0055】
図5は第1のダミーチャネルを空チャネルとした、インクジェットヘッド近傍の構成を示す模式図である。
【0056】
第2の実施の形態では、第1の実施の形態と大半の構成は同じであるが、第1のダミーチャネル15の位置から見て、印字用のノズル14と反対側にダミーノズル20が設けられ、共通インク室18と連通するインク通路19とは連通していない空チャネルになっている点が異なる。
【0057】
従って、第1のダミーチャネル15が、隣接する印字チャネル13や、第2のダミーチャネル16の影響を受けて、拡大縮小動作をする時は、ダミーチャネル内の空気を、印字用のノズル14と逆方向に向いたダミーノズル20から、排出したり、吸引して第1のダミーチャネルの容積変化に対応することが出来る。
【0058】
この場合も、第1の実施の形態と同様に、印字チャネル13と第2のダミーチャネル16の間に第1のダミーチャネル15が介在することにより、ダミーノズル17からのインキ吐出のための隔壁12の変形の影響を受けた、印字用のノズル14からの誤吐出を防ぐことが出来る。
【0059】
次に、第3の実施の形態について、図6を参照して説明する。
図6は印字チャネルと第1のダミーチャネルを交互に配列した模式図である。
【0060】
図において、60は隔壁、61は印字チャネル(列)、62は印字用のノズル(列)、63は第1のダミーチャネル、64は第2のダミーチャネル、65はダミーノズル、66は印字チャネル61と交互に配列された、ノズルのない第1のダミーチャネルである。
【0061】
第3の実施の形態では、第1の実施の形態と大半の構成は、各チャネルの配置や配置数を含めて同じであるが、第1のダミーチャネル66を印字チャネル61と交互に配列して、印字チャネル列を構成した点が異なる。
【0062】
即ち、印字チャネル61と印字チャネル61の間にノズルが無く、而も、図1に示す、インク通路19によって共通インク室18と連通した第1のダミーチャネル66を配置し、印字用のノズル62からのインク吐出のための隔壁60の変形を第1のダミーチャネル66で吸収し、印字チャネル61相互の影響による印字用のノズル62からの誤吐出を防いでいる。
【0063】
更に、印字チャネル61と第1のダミーチャネル66で構成する、混合チャネル列の外側端部には、第1の実施の形態と同様に、最外側端部の印字チャネル61に隣接して、第1のダミーチャネル63と第2のダミーチャネル64がそれぞれ配置されている。
【0064】
即ち、印字チャネル61に隣接した第1のダミーチャネルによって、第2のダミーチャネル64に設けたダミーノズル65からの排出の影響を受けて生じる、印字用のノズル62からの誤吐出を防止する機能を有している。
【0065】
更に、印字チャネル61間に配置する第1のダミーチャネル66及びチャネル列の外側端部に配置した第1のダミーチャネル63には、第2の実施の形態で説明した形態と同様に、印字用のノズル62と逆方向に向けたダミーノズルを設け、共通インク室18と連通していない空チャネルとしてもよい。
【0066】
【発明の効果】
ダミーチャネルの付設により、インクの誤吐出を防止でき、また、インク中の塵埃や大きな気泡を効率よく排出できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】インクジェットヘッドの構成を示す模式図である。
【図2】チャネルとノズルの基本配列を示す模式図である。
【図3】第1のダミーチャネルをチャネル列の外側に2個づつ設けた模式図である。
【図4】第2のダミーチャネルを、チャネル列の外側に設けた第1チャネルの更に外側に2個づつ設けた模式図である。
【図5】第1のダミーチャネルを空チャネルとした、インクジェットヘッド近傍の構成を示す模式図である。
【図6】印字チャネルと第1のダミーチャネルを交互に配列した模式図である。
【図7】従来のインクジェットヘッドの構成を示す模式図である。
【図8】通電前のインクジェットヘッドの構造を示す模式図である。
【図9】通電時のインクジェットヘッドの構造を示す模式図である。
【符号の説明】
11,101 印字ヘッド
12,50,60,102 隔壁
13,51,61,103 印字チャネル
14,52,62,104 印字用のノズル
15,53,63,66 第1のダミーチャネル
16,54,64 第2のダミーチャネル
17,55,65 ダミーノズル
18,108 共通インク室
19,109 インク通路
31 吸引機構
118,128,138 チャネル
119,129,139 ノズル
121 駆動用ドライバー素子
Claims (20)
- 各チャネルの隔壁が圧電物質で形成され、電界を印加することによって隔壁が剪断モードで変形して生ずる圧力で、該チャネルに設けたノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドにおいて、
印字用のノズルを有する印字チャネルが複数並ぶ印字チャネル列の一端部の外側に設けた、ノズルの無い第1のダミーチャネルと、
前記第1のダミーチャネルの外側に設けた、ダミーノズルを有する第2のダミーチャネルとを有し、
前記各印字チャネル、前記第1のダミーチャネル及び前記第2のダミーチャネルが、インクの供給源である共通インク室と連通していることを特徴とするインクジェットヘッド。 - 前記第1のダミーチャネル及び前記第2のダミーチャネルを、前記印字チャネル列の両端部の外側に設けたことを特徴とする請求項1に記載のインクジェットヘッド。
- 前記ダミーノズルの径が、前記印字用のノズルの径より大きな径であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のインクジェットヘッド。
- 前記第1のダミーチャネルを複数個設けたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のインクジェットヘッド。
- 前記第2のダミーチャネルを複数個設けたことを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載のインクジェットヘッド。
- 前記インクジェットヘッドが往復動作する範囲内に、
各印字用のノズル及び前記ダミーノズルに対向する向きに配置された吸引機構を設け、
ノズル内のインク及び気泡の少なくとも一方を吸引排除することを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載のインクジェットヘッド。 - 前記ダミーノズルが、前記印字用のノズルと同一方向に向いていることを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れか1項に記載のインクジェットヘッド。
- 各チャネルの隔壁が圧電物質で形成され、電界を印加することによって隔壁が剪断モードで変形して生ずる圧力で、該チャネルに設けたノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドにおいて、
印字用のノズルを有する印字チャネルが複数並ぶ印字チャネル列の一端部の外側に設けた、ノズルの無い単数または複数の第1のダミーチャネルと、
前記第1のダミーチャネルの外側に設けた、ダミーノズルを有する単数または複数の第2のダミーチャネルとを有し、
前記各印字チャネル及び前記第2のダミーチャネルのみがインクの供給源である共通インク室と連通し、前記第1のダミーチャネルが共通インク室と連通していない空チャネルであることを特徴とするインクジェットヘッド。 - 前記第1のダミーチャネル及び前記第2のダミーチャネルを、前記印字チャネル列の両端部の外側に設けたことを特徴とする請求項8に記載のインクジェットヘッド。
- 前記ダミーノズルの径が、前記印字用のノズルの径より大きな径であることを特徴とする請求項8または請求項9に記載のインクジェットヘッド。
- 前記インクジェットヘッドが往復動作する範囲内に、
各印字用のノズル及び前記ダミーノズルに対向する向きに配置された吸引機構を設け、
ノズル内のインク及び気泡の少なくとも一方を吸引することを特徴とする請求項8乃至請求項10の何れか1項に記載のインクジェットヘッド。 - 前記ダミーノズルが、前記印字用のノズルと同一方向に向いていることを特徴とする請求項8乃至請求項11の何れか1項に記載のインクジェットヘッド。
- ノズルの無い前記第1のダミーチャネルに代えて、ダミーノズルを有する第1のダミーチャネルとすることを特徴とする請求項8乃至請求項12の何れか1項に記載のインクジェットヘッド。
- 各チャネルの隔壁が圧電物質で形成され、電界を印加することによって隔壁が剪断モードで変形して生ずる圧力で、該チャネルに設けたノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドにおいて、
印字用のノズルを有する印字チャネルと、ノズルの無い第1のダミーチャネルを交互に配列し、
前記交互に配列されたチャネル列外側の一端部に設けた、ノズルの無い単数または複数の第1のダミーチャネルと、
前記第1のダミーチャネルの外側に設けた、ダミーノズルを有する単数または複数の第2のダミーチャネルとを有し、
前記各印字チャネル、前記第1のダミーチャネル及び前記第2のダミーチャネルが、インクの供給源である共通インク室と連通していることを特徴とするインクジェットヘッド。 - 前記第1のダミーチャネルが、インクの供給源である共通インク室に対して、非連通である空チャネルであることを特徴とする請求項14に記載のインクジェットヘッド。
- 前記第1のダミーチャネル及び前記第2のダミーチャネルを、前記印字チャネルと第1のダミーチャネルとが交互に配列された、チャネル列の両端部の外側に設けたことを特徴とする請求項14または請求項15に記載のインクジェットヘッド。
- 前記ダミーノズルの径が、前記印字用のノズルの径より大きな径であることを特徴とする請求項14乃至請求項16の何れか1項に記載のインクジェットヘッド。
- 前記インクジェットヘッドが往復動作する範囲内に、
各印字用のノズル及び前記ダミーノズルに対向する向きに配置された吸引機構を設け、
ノズル内のインク及び気泡の少なくとも一方を吸引することを特徴とする請求項14乃至請求項17の何れか1項に記載のインクジェットヘッド。 - 前記ダミーノズルが、前記印字用のノズルと同一方向に向いていることを特徴とする請求項14乃至請求項18の何れか1項に記載のインクジェットヘッド。
- ノズルの無い前記第1のダミーチャネルに代えて、ダミーノズルを有する第1のダミーチャネルとすることを特徴とする請求項14乃至請求項19の何れか1項に記載のインクジェットヘッド。
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