JP5495385B2 - 液滴吐出ヘッド - Google Patents

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Description

本発明は液滴吐出ヘッドに係り、特に液体を循環させて圧力室に供給する液滴吐出ヘッドに関する。
インクジェット記録装置で使用される液滴吐出ヘッドは、インク中の溶媒が揮発しやすいインク(たとえば、水を溶媒として用いたインク等)や、インク中に分散された不溶性成分や高分子化合物を多く含有するインク(たとえば、顔料や樹脂微粒子分散物を用いたインク等)を使用すると、印刷待機中だけでなく印刷中もノズルからインク中の溶媒が揮発し、ノズル近傍のインク粘度が上昇するという現象が起きる。ノズル近傍のインク粘度が高くなると、ノズル内部での流体抵抗が大きくなり、吐出するインク滴の飛翔体積や飛翔方向にバラツキが生じたり、不吐出が生じたりするなどの吐出不良が発生する。この結果、印刷媒体上に打滴されるドットの位置ズレや大きさの誤差、更にはドットの欠けを生じさせることとなる。
このような問題に対して、インクを印刷中も常時循環させることにより、ノズル近傍のインク粘度が上昇するのを防止する技術が提案されている(たとえば、特許文献1)。この技術は、各圧力室にインクを供給する共通の供給流路(共通供給流路)の他に各圧力室からインクを回収する共通の回収流路(共通回収流路)を設け、共通供給流路から共通回収流路に向かうインクの流れを形成して、インクを循環させて供給するものである。
ところで、このように循環型の液滴吐出ヘッドでは、各圧力室は、個別の供給流路(個別供給流路)を介して共通供給流路に連通され、個別の回収流路(個別回収流路)を介して共通回収流路に連通される。この個別供給流路と個別回収流路は、イナータンスが大きくなるように設計されており、吐出時にインクが共通供給流路、共通回収流路に流れないようにされている。
しかしながら、このような循環型の液滴吐出ヘッドでは、並列関係に流路が並ぶため、吐出時やメンテナンス時に意図した方向とは逆の方向にインクの流れが発生してしまう場合がある。このような逆方向へのインクの流れが発生してしまうと、インクのリフレッシュが行われないだけではなく、気泡混入時の気泡排出流れも滞るため、気泡の除去ができずに不吐出化してしまうという問題がある。また、非対称な流れが発生することで、周辺の正常に循環が行われていたノズルにも影響を与えるという問題がある。
そこで、このような循環型の液滴吐出ヘッドにおける逆流を防ぐため、流路に逆止弁を設ける技術が提案されている(たとえば、特許文献2)。
特開2009−241316号公報 特開2009−248412号公報
しかし、逆止弁は、可動構造を備えているため、ヘッドの耐久性が低下するという欠点がある。また、メンテナンス時に逆向きに循環動作を行うことができなくなるという欠点がある。また、ノズルを高密度に配置したヘッドでは、流路構造が高精密になるため、逆止弁を採用することが技術的に困難という欠点もある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、平常時の循環では逆流を防ぎつつ、メンテナンス時などは逆方向に流れを発生させることができる液滴吐出ヘッドを提供することを目的とする。
請求項1に係る発明は、前記目的を達成するために、並列して配置される複数の圧力室と、前記圧力室の配列に沿って配置される共通供給流路と、前記圧力室の配列に沿って配置される共通回収流路と、前記各圧力室を前記共通供給流路に個別に連通する複数の個別供給流路と、前記各圧力室を前記共通回収流路に個別に連通する複数の個別回収流路とを備え、前記圧力室を介して前記共通供給流路から前記共通回収流路に向かう流れを生成して、前記圧力室に液体を供給する液滴吐出ヘッドにおいて、前記各個別供給流路は、前記共通供給流路から前記圧力室に向かって断面積が漸次減少するように形成され、前記各個別回収流路は、前記圧力室から前記共通回収流路に向かって断面積が漸次減少するように形成されることを特徴とする液滴吐出ヘッドを提供する。
本発明によれば、各圧力室と共通供給流路とを連通する各個別供給流路の流路抵抗が共通供給流路から圧力室に向かって増大するように形成される。また、各圧力室と共通回収流路とを連通する各個別回収流路の流路抵抗が圧力室から共通回収流路に向かって増大するように形成される。これにより、平常時の循環では逆流を防ぎつつ、メンテナンス時などは逆方向に流れを発生させることができる。なお、断面積を変化させる態様は特に限定されず、たとえば、連続的、段階的に変化させることができる。
請求項2に係る発明は、前記目的を達成するために、前記各個別供給流路は、流路壁の少なくとも1面が傾斜して形成されることにより、断面積が前記共通供給流路から前記圧力室に向かって漸次減少するように形成され、前記各個別回収流路は、流路壁の少なくとも1面が傾斜して形成されることにより、断面積が前記圧力室から前記共通回収流路に向かって漸次減少するように形成されることを特徴とする請求項1に記載の液滴吐出ヘッドを提供する。
本発明によれば、各個別供給流路は、流路壁の少なくとも1面が傾斜して形成されることにより、断面積が共通供給流路から圧力室に向かって漸次減少するように形成される。また、各個別回収流路は、流路壁の少なくとも1面が傾斜して形成されることにより、断面積が圧力室から共通回収流路に向かって漸次減少するように形成される。これにより、単純な流路構造で所望の流路抵抗の各個別供給流路及び各個別回収流路を形成することができる。
請求項3に係る発明は、前記目的を達成するために、前記各個別供給流路は、前記共通供給流路に連通する連通口の断面積と、前記圧力室に連通する連通口の断面積との比率が110%以上になるように形成され、前記各個別回収流路は、前記圧力室に連通する連通口の断面積と、前記共通回収流路に連通する連通口の断面積との比率が110%以上になるように形成されることを特徴とする請求項1又は2に記載の液滴吐出ヘッドを提供する。
本発明によれば、各個別供給流路は、共通供給流路に連通する連通口(入口)の断面積と、圧力室に連通する連通口(出口)の断面積との比率が110%以上になるように形成される。同様に、各個別回収流路は、圧力室に連通する連通口(入口)の断面積と、共通回収流路に連通する連通口(出口)の断面積との比率が110%以上になるように形成される。すなわち、各個別供給流路と各個別回収流路について、入口と出口の断面積の比率(入口/出口)が110%以上になるように形成される。これにより、平常時の循環では逆流を防ぎつつ、メンテナンス時などは逆方向に流れを発生させるのに十分な流路構造とすることができる。
請求項4に係る発明は、前記目的を達成するために、前記各個別供給流路は、前記共通供給流路に連通する連通口の縁部が面取りされ、前記各個別回収流路は、前記共通回収流路に連通する連通口の縁部が前記共通回収流路内に突出して形成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドを提供する。
本発明によれば、各個別供給流路の共通供給流路に連通する連通口の縁部が面取りされる。また、各個別回収流路の共通回収流路に連通する連通口の縁部が共通回収流路内に突出して形成される。これにより、共通供給流路から個別供給流路に液体を流れ込みやすくすることができるとともに、個別回収流路から共通回収流路に液体を流れ込みやすくすることができる。これにより、より効果的に平常時の循環では逆流を防ぎつつ、メンテナンス時などは逆方向に流れを発生させることができる。
請求項5に係る発明は、前記目的を達成するために、並列して配置される複数の圧力室と、前記圧力室の配列に沿って配置される共通供給流路と、前記圧力室の配列に沿って配置される共通回収流路と、前記各圧力室を前記共通供給流路に個別に連通する複数の個別供給流路と、前記各圧力室を前記共通回収流路に個別に連通する複数の個別回収流路とを備え、前記圧力室を介して前記共通供給流路から前記共通回収流路に向かう流れを生成して、前記圧力室に液体を供給する液滴吐出ヘッドにおいて、前記各個別供給流路は、前記共通供給流路に連通する連通口の縁部が面取りされ、前記各個別回収流路は、前記共通回収流路に連通する連通口の縁部が前記共通回収流路内に突出して形成されることを特徴とする液滴吐出ヘッドを提供する。
本発明によれば、各個別供給流路の共通供給流路に連通する連通口の縁部が面取りされる。また、各個別回収流路の共通回収流路に連通する連通口の縁部が共通回収流路内に突出して形成される。これにより、共通供給流路から個別供給流路に液体を流れ込みやすくすることができるとともに、個別回収流路から共通回収流路に液体を流れ込みやすくすることができる。これにより、平常時の循環では逆流を防ぎつつ、メンテナンス時などは逆方向に流れを発生させることができる。
請求項6に係る発明は、前記目的を達成するために、前記各個別供給流路は、前記共通供給流路を流れる液体の液流方向に対して、上流側に位置する辺の縁部が面取りされることを特徴とする請求項4又は5に記載の液滴吐出ヘッドを提供する。
本発明によれば、各個別供給流路は、共通供給流路を流れる液体の液流方向に対して、上流側に位置する辺の縁部が面取りされる。これにより、より効果的に平常時の循環では逆流を防ぎつつ、メンテナンス時などは逆方向に流れを発生させることができる。
請求項7に係る発明は、前記目的を達成するために、前記各個別回収流路は、前記共通回収流路を流れる液体の液流方向に対して、上流側に位置する辺の縁部が前記共通回収流路内に突出して形成されることを特徴とする請求項4〜6のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドを提供する。
本発明によれば、各個別回収流路は、共通回収流路を流れる液体の液流方向に対して、上流側に位置する辺の縁部が共通回収流路内に突出して形成される。これにより、より効果的に平常時の循環では逆流を防ぎつつ、メンテナンス時などは逆方向に流れを発生させることができる。
請求項8に係る発明は、前記目的を達成するために、前記各個別回収流路は、前記共通回収流路内に突出して形成される縁部の外周が傾斜して形成されることを特徴とする請求項4〜7のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドを提供する。
本発明によれば、各個別回収流路は、共通回収流路内に突出して形成される縁部の外周が傾斜して形成される。これにより、突出部分に気泡等の異物が停留するのを防止することができる。
請求項9に係る発明は、前記目的を達成するために、前記各個別供給流路は、前記共通供給流路に連通する連通口の縁部に形成される面取りが、前記共通供給流路の幅に対して5%以上の面取り長さで形成されるとともに、20°〜70°の面取り角度で形成されることを特徴とする請求項4〜8のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドを提供する。
本発明によれば、各個別供給流路は、共通供給流路の幅に対して5%以上の面取り長さ、20°〜70°の面取り角度で面取りが形成される。これにより、平常時の循環では逆流を防ぎつつ、メンテナンス時などは逆方向に流れを発生させるのに十分な流路構造とすることができる。
請求項10に係る発明は、前記目的を達成するために、前記各個別回収流路は、前記共通回収流路に連通する連通口の縁部が、前記共通回収流路の幅に対して5%以上の突出量で前記共通回収流路内に突出して形成されることを特徴とする請求項4〜9のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドを提供する。
本発明によれば、各個別回収流路は、共通回収流路に連通する連通口の縁部が、各個別供給流路の幅に対して5%以上の突出量で共通回収流路内に突出して形成される。これにより、平常時の循環では逆流を防ぎつつ、メンテナンス時などは逆方向に流れを発生させるのに十分な流路構造とすることができる。
請求項11に係る発明は、前記目的を達成するために、前記共通供給流路は、前記各個別供給流路に連通する連通口に対向する面に突起部を有することを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドを提供する。
本発明によれば、共通供給流路は、各個別供給流路に連通する連通口に対向する面に突起部が形成される。これにより、共通供給流路から個別供給流路に液体をより流れ込みやすくすることができる。
請求項12に係る発明は、前記目的を達成するために、前記突起部は、前記共通供給流路を流れる液体の液流方向に対して、上流側に位置する面が傾斜して形成されることを特徴とする請求項11に記載の液滴吐出ヘッドを提供する。
本発明によれば、突起部は、共通供給流路を流れる液体の液流方向に対して、上流側に位置する面が傾斜して形成される。これにより、突出部分に気泡等の異物が停留するのを防止することができる。
本発明によれば、平常時の循環では逆流を防ぎつつ、メンテナンス時などは逆方向に流れを発生させることができる。
液滴吐出ヘッドの第1の実施の形態のノズル面の平面透視図 液滴吐出ヘッドの内部の概略構造を示す縦断面図 図2の3−3断面図 図2の4−4断面図 液滴吐出ヘッドに供給する液体の供給システムの概略構成図 個別供給流路と個別回収流路の他の実施の形態(1)を示す断面図 個別供給流路と個別回収流路の他の実施の形態(2)を示す断面図 個別供給流路と個別回収流路の他の実施の形態(3)を示す断面図 個別供給流路と個別回収流路の他の実施の形態(4)を示す断面図 個別供給流路と個別回収流路の他の実施の形態(5)を示す断面図 個別供給流路と個別回収流路の他の実施の形態を示す断面図 液滴吐出ヘッドの第2の実施の形態の内部の概略構造を示す縦断面図 図12の13−13断面図 図12の14−14断面図 個別供給流路と個別回収流路の他の実施の形態を示す断面図 液滴吐出ヘッドの第3の実施の形態の内部の概略構造を示す縦断面図 図16の17−17断面図 図16の18−18断面図 個別供給流路の他の実施の形態を示す断面図 個別回収流路の他の実施の形態を示す断面図
以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態について説明する。
≪第1の実施の形態≫
〈ヘッドの構成〉
図1は、本発明に係る液滴吐出ヘッドの第1の実施の形態のノズル面の平面透視図である。
同図に示すように、本実施の形態の液滴吐出ヘッド10は、ノズル12が二次元マトリックス状に配置されたマトリックスヘッドである。
ノズル12は、ヘッドの長手方向に対して所定角度(θ)傾斜した直線に沿って並ぶノズル12の列を1単位とし、このノズル12の列がヘッドの長手方向に沿って一定ピッチで多数並列して配置される。
このようなマトリックスヘッドでは、ヘッドの長手方向(メディアの搬送方向と直交する方向)に投影される実質的なノズル12の間隔を狭めることができ、ノズル12の高密度化を図ることができる。
また、本実施の形態の液滴吐出ヘッドは10は、各ノズル12の圧力室14に液体を循環させて供給する循環型の液滴吐出ヘッド10であり、液体を圧力室14に供給する供給流路20と、液体を圧力室14から回収する回収流路30を備えている。
供給流路20は、供給流路本流22と、その供給流路本流22から分岐して形成される複数の供給流路支流(共通供給流路)24と、供給流路支流24から更に分岐して形成される複数の個別供給流路26とで構成される。
供給流路本流22は、ヘッドの長手方向に沿って配置される。この供給流路本流22には、液体供給口28が連通されており、この液体供給口28から内部に液体が供給される。
供給流路支流24は、ヘッドの長手方向に対して所定角度傾斜した直線に沿って並ぶノズル12の列ごとに設けられ、そのノズル12の列と平行に配置される。
個別供給流路26は、供給流路支流24に沿って並ぶ圧力室14と供給流路支流24とを連通する流路であり、圧力室14ごとに設けられる。
回収流路30は、回収流路本流32と、その回収流路本流32から分岐して形成される複数の回収流路支流(共通回収流路)34と、回収流路支流34から更に分岐して形成される複数の個別回収流路36とで構成される。
回収流路本流32は、ヘッドの長手方向に沿って配置される。この回収流路本流32には、液体回収口38が連通されており、この液体回収口38から内部の液体が回収される。
回収流路支流34は、ヘッドの長手方向に対して所定角度傾斜した直線に沿って並ぶノズル12の列ごとに設けられ、そのノズル12の列と平行に配置される。
個別回収流路36は、回収流路支流34に沿って並ぶ圧力室14と回収流路支流34とを連通する流路であり、圧力室14ごとに設けられる。
図2は、液滴吐出ヘッドの内部の概略構造を示す縦断面図である。また、図3、図4は、それぞれ図2の3−3断面図、4−4断面図である。
同図に示すように、液滴吐出ヘッド10は、主として、ノズルプレート40と、圧力室プレート42と、振動板44と、圧力室上部プレート46とで構成される。
ノズルプレート40は、所定の厚さを有する矩形状の基板で構成され、最下層に配置される。このノズルプレート40には、ノズル12が形成される。本例では、テーパ状のノズルが形成されているが、ノズルの形状は、これに限定されるものではない。
圧力室プレート42は、所定の厚さを有する矩形状の基板で構成され、ノズルプレート40の上に配置される。この圧力室プレート42には、ノズルプレート40に成された各ノズル12に対応して圧力室14が形成されるとともに、各圧力室14に連通する個別供給流路26及び個別回収流路36が形成される。また、この圧力室プレート42には、各個別供給流路26が連通される供給流路支流24と、その供給流路支流24が連通される供給流路本流22(図示せず)、及び、各個別回収流路36が連通される回収流路支流34と、その回収流路支流34が連通される回収流路本流32(図示せず)が形成される。
圧力室14は、断面矩形状に形成され、その中央にノズル12が配置される。なお、圧力室14の形状は、これに限定されるものではなく、たとえば、断面円形状に形成することもできる。また、ノズル12の配置も必ずしも中央である必要はなく、たとえば、コーナー等に配置する構成とすることもできる。
圧力室14は、圧力室プレート42に貫通して形成され、圧力室プレート42にノズルプレート40が取り付けられることにより、その開口した下面部分がノズルプレート40によって覆われる。また、圧力室プレート42に振動板44が取り付けられることにより、開口した上面部分が振動板44によって覆われる。
供給流路支流24は、一定ピッチで配置される圧力室14の配列(単位ごとの配列)に沿って配置される。この供給流路支流24は、圧力室プレート42の上面に一定の深さ、一定の幅を有する溝として形成され、圧力室プレート42に振動板44が取り付けられると、その振動板44によって開口した上面部分が覆われる。
回収流路支流34も一定ピッチで配置される圧力室14の配列(単位ごとの配列)に沿って配置される。この回収流路支流34は、圧力室プレート42の下面に一定の深さ、一定の幅を有する溝として形成され、圧力室プレート42にノズルプレート40が取り付けられることにより、その開口した下面部分がノズルプレート40によって覆われる。
供給流路支流24と回収流路支流34は、同じ形状で形成され、圧力室14を挟んで対称に配置される。
個別供給流路26は、圧力室14から供給流路支流24に向かって水平に延びるように形成され、圧力室14と供給流路支流24とを連通する。この個別供給流路26は、イナータンスが大きくなるように設計され、圧力室プレート42の上面に所定幅を有する溝として形成される。特に、本実施の形態の個別供給流路26は、図2に示すように、底部26Aが傾斜して形成され、その断面積が供給流路支流24から圧力室14に向かって漸次減少するように形成される(いわゆるテーパ状の流路とする。)。このように、断面積が供給流路支流24から圧力室14に向かって漸次減少するように形成することにより、個別供給流路26は、その流路抵抗が供給流路支流24から圧力室14に向かって増大するように形成され、逆流が効果的に抑止される。
このように形成された個別供給流路26は、圧力室プレート42に振動板44が取り付けられることにより、その開口した上面部分が振動板44に覆われる。
個別回収流路36は、圧力室14から回収流路支流34に向かって水平に延びるように形成され、圧力室14と回収流路支流34とを連通する。この個別回収流路36もイナータンスが大きくなるように設計され、圧力室プレート42の上面に所定幅を有する溝として形成される。特に、本実施の形態の個別回収流路36は、図2に示すように、天面部36Aが傾斜して形成され、断面積が圧力室14から回収流路支流34に向かって漸次減少するように形成される(いわゆるテーパ状の流路とする)。このように、断面積が圧力室14から回収流路支流34に向かって漸次減少するように形成することにより、個別回収流路36は、その流路抵抗が圧力室14から回収流路支流34に向かって増大するように形成され、逆流が効果的に抑止される。
このように形成された個別回収流路36は、圧力室プレート42にノズルプレート40が取り付けられることにより、その開口した下面部分がノズルプレート40に覆われる。
振動板44は、所定厚さを有する矩形の薄板状に形成され、圧力室プレート42の上に配置される。上記のように、圧力室14は、この振動板44が配置されることにより、天井部が閉塞される。すなわち、この振動板44は圧力室14の天井面を構成する。
振動板44の上には、各圧力室14の位置に対応して圧電素子48が配置される。各圧力室14は、この圧電素子48を駆動することにより、天井面が変位し、容積が膨張・収縮される。そして、これにより、圧力室14内の液体がノズル12から液滴として吐出される。
圧力室上部プレート46は、所定の厚さを有する矩形の板状に形成され、振動板44の上に配置される。この圧力室上部プレート46には、振動板44の上に設けられた圧電素子48に対応して、矩形状の空間50が形成されている。振動板44の上に設けられた各圧電素子48は、振動板44に圧力室上部プレート46が取り付けられると、この圧力室上部プレート46に形成された空間50に収容される。これにより、圧電素子48が変位可能に取り付けられる。
〈液体の供給システム〉
−システム構成−
まず、システムの全体構成について概説する。
図5は、液滴吐出ヘッドに供給する液体の供給システムの概略構成図である。
メインタンク100は、メインタンク接続配管102を介してバッファータンク104と連結されている。このメインタンク接続配管102には、メインポンプ106とメインバルブ108が設けられている。
メインポンプ106は、制御装置(図示せず)からの指令に応じて作動し、メインタンク100に貯留された液体をバッファータンク104に送液する。
メインバルブ108は、制御装置からの指令に応じて作動し、メインタンク接続配管102を開閉する。
バッファータンク104は、天面に形成された大気開放穴104Aを介して内部が大気開放されている。このバッファータンク104の内部には、メインタンク100から供給される液体によって、その内部に所定量の液体が貯留される。
バッファータンク104は、第1供給流路110を介して供給タンク112に連通されており、供給タンク112は、第2供給流路114を介して液滴吐出ヘッド10の液体供給口28に連通されている。
また、バッファータンク104は、第1回収流路118を介して回収タンク120に連通されており、回収タンク120は、第2回収流路122を介して、液滴吐出ヘッド10の液体回収口38に連通されている。
第1供給流路110には、供給ポンプ126とフィルタ128とが設けられている。供給ポンプ126は、制御装置からの指令に応じて作動し、バッファータンク104から供給タンク112に液体を送液する。フィルタ128は、供給ポンプ126とバッファータンク104との間に設けられており、供給タンク112に供給する液体から不純物を除去する。
第2供給流路114には、供給バルブ130が設けられている。供給バルブ130は、制御装置からの指令に応じて作動し、第2供給流路114を開閉する。
第1回収流路118には、回収ポンプ132が設けられている。回収ポンプ132は、制御装置からの指令に応じて作動し、回収タンク120からバッファータンク104に液体を送液する。
第2回収流路122には、回収バルブ134が設けられている。回収バルブ134は、制御装置からの指令に応じて作動し、第2供給流路114を開閉する。
供給タンク112は、その内部が弾性膜136によって供給液体室112Aと供給気体室112Bとに区画されている。供給液体室112Aには、第1供給流路110と第2供給流路114が連通されている。第1供給流路110を介してバッファータンク104から供給される液体は、一旦、この供給液体室112Aに貯留される。そして、この供給液体室112Aから第2供給流路114を介して液滴吐出ヘッド10に供給される。この供給液体室112Aは、その内部圧力が供給圧力検出器138によって検出されており、その検出結果は制御装置に出力される。
一方、供給気体室112Bには、気体が充填されている。この供給気体室112Bには、供給気体室112Bを大気に開放するための大気開放管140が連通されている。大気開放管140には、大気開放バルブ142が設けられている。大気開放バルブ142は、制御装置からの指令に応じて作動し、大気開放管140を開閉する。
回収タンク120の構成も同様である。すなわち、その内部が弾性膜144によって回収液体室120Aと回収気体室120Bとに区画されている。
回収液体室120Aには、第1回収流路118と第2回収流路122とが連通されている。液滴吐出ヘッド10から第2回収流路122を介して回収される液体は、一旦、この回収液体室120Aに貯留される。そして、回収液体室120Aから第1回収流路118を介してバッファータンク104に回収される。この回収液体室120Aは、その内部圧力が回収圧力検出器146によって検出されており、その検出結果は制御装置に出力される。
一方、回収気体室120Bには、気体が充填されている。この回収気体室120Bには、回収気体室120Bを大気に開放するための大気開放管148が連通されている。大気開放管148には、大気開放バルブ150が設けられている。大気開放バルブ150は、制御装置からの指令に応じて作動し、大気開放管148を開閉する。
−液体の供給動作−
次に、液体の循環供給の動作について説明する。
循環供給時、供給タンク112の供給気体室112Bを大気開放する大気開放バルブ142と、回収タンク120の回収気体室120Bを大気開放する大気開放バルブ150は、それぞれ閉じられる。一方、液体を供給タンク112の供給液体室112Aから液滴吐出ヘッド10に供給する第2供給流路114の供給バルブ130と、液滴吐出ヘッド10から回収タンク120の回収液体室120Aに回収する第2回収流路122の回収バルブ134は、それぞれ開かれる。
本例の供給システムでは、供給側の圧力を回収側の圧力よりも所定量だけ高く設定することにより、供給タンク112側から液滴吐出ヘッド10を経て回収タンク120側に液体が送液される。具体的には、供給液体室112Aの内部圧力をPin、回収液体室120Aの内部圧力をPout、ノズルの背圧(負圧)をPn、液体吐出面と供給圧力検出器138との間の高低差により生じる圧力差(水頭圧)をHin、液体吐出面と回収圧力検出器146との間の高低差により生じる圧力差(水頭圧)をHoutとすると、Pin+Hin>Pn>Pout+Hout(mmH2O)として、ノズルに所定の背圧を付与する。
制御装置は、供給圧力検出器138により検出される供給液体室112Aの内部圧力と、回収圧力検出器146により検出された回収液体室120Aの内部圧力とに基づいて、供給ポンプ126及び回収ポンプ132の駆動を制御し、供給液体室112Aの内部圧力と回収液体室120Aの内部圧力を、それぞれ所定の圧力Pin、Poutに制御する。これにより、液滴吐出ヘッド10に対して液体が循環して供給される。
なお、供給ポンプ126と回収ポンプ132の動作による圧力変動が生じた場合であっても、供給タンク112に設けられた弾性膜136と、回収タンク120に設けられた弾性膜144とにより吸収することができ、ノズル12における圧力変動を抑えることができる。これにより、常にノズル12の背圧を一定に維持することができる。
液体の循環供給動作は、液滴吐出ヘッド10の動作中(印刷中)も常に行われ、これにより、ノズル12から吐出する液体の増粘を抑制することができる。
〈液滴吐出ヘッドの作用〉
上記のように、液滴吐出ヘッド10には、ノズル12から吐出させる液体(たとえば、インク)が循環して供給される。
供給タンク112から液体供給口28に液体は、まず、供給流路本流を22を流れる。そして、供給流路本流22から供給流路支流(共通供給流路)24へと流れ、供給流路支流24から個別供給流路26を介して各圧力室14に供給される。
圧力室14に供給された液体は、圧電素子48の駆動により、ノズル12から吐出される。
また、この圧電素子48の動作とは別に供給流路20と回収流路30との圧力差により、圧力室14内の液体は、個別回収流路36を介して回収流路支流(共通回収流路)34へと流れる。回収流路支流34へと流れた液体は、回収流路本流32へ流れ、液体回収口38を介して回収タンク120に回収される。
このように、圧力室14に対して、ノズル12から吐出させる液体が循環して供給される。
ところで、このような循環型の液滴吐出ヘッド10において、吐出時等に意図した方向と逆の方向に液体が流れると、液体のリフレッシュが行われないだけではなく、気泡混入時の気泡排出流れも滞るため気泡の除去ができず、不吐出化してしまうという問題がある。また、非対称な流れが発生することにより、周辺の正常に循環が行われていたノズルにも影響を与えるという問題がある。
しかしながら、本実施の形態の液滴吐出ヘッド10では、圧力室14に連通された個別供給流路26が、圧力室14に向かって断面積が漸次減少するように形成されるとともに、個別回収流路36が、回収流路支流34に向かって断面積が漸次減少するように形成されていることから、逆流を有効に防止することができる。すなわち、個別供給流路26の断面積を共通流路支流24から圧力室14に向かって漸次減少するように形成することにより、共通流路支流24から圧力室14に向かって流路抵抗が増大するように形成でき、逆流(圧力室14から共通流路支流24に向かう流れ)を有効に防止することができる。また、個別回収流路36の断面積を圧力室14から回収流路支流34に向かって漸次減少するように形成することにより、圧力室14から回収流路支流34に向かって流路抵抗が増大するように形成でき、逆流(回収流路支流34から圧力室14に向かう流れ)を有効に防止することができる。
一方、メンテナンス時などには、意図的に液体を逆方向に循環させることがあるが、本実施の形態の液滴吐出ヘッド10は、まったく逆方向の流れを許容しない構成ではないので、必要に応じて通常動作時(印刷時)とは逆方向に液体を流すこともできる。
このように、本実施の形態の液滴吐出ヘッド10によれば、平常時の循環では、逆流を防ぎつつ、メンテナンス時などは逆方向に流れを発生させることができる。これにより、意図しないリフィルや、それに伴うクロストークの発生等を抑止できる。また、液体の流れ方向が一方向になるため、局所的なループが発生せず、スムーズに気泡や異物、劣化した液体を排出することができる。
さらに、逆止弁などの特別な機構を必要としないので、構成もシンプルかつコンパクトにすることができる。したがって、ミクロな流路(100μm以下)で構成されるインクジェットヘッドに特に有効である。
また、可動構造を伴わないので、耐久性が高く、長期間安定した液滴の吐出を行うことができる。
〈個別供給流路と個別回収流路の他の形態〉
上記実施の形態の液滴吐出ヘッド10では、個別供給流路26の底部26Aを入口部から出口部に向けて直線的に傾斜させて形成することにより、個別供給流路26をテーパ状に形成し、その断面積が共通流路支流24から圧力室14に向かって漸次減少するように形成しているが、個別供給流路26の断面積を変化させる態様は、これに限定されるものではない。個別回収流路36についても同様である。
図6は、個別供給流路と個別回収流路の他の実施の形態(1)を示す断面図である。
同図に示すように、本例において、個別供給流路26は、その底部26Aが、入口部から出口部かけて階段状に形成されることにより、断面積が漸次減少するように形成されている(いわゆる段付きテーパ状の流路とされている。)。
また、同図に示すように、個別回収流路36は、その天面部36Aが、入口部から出口部にかけて階段状に形成されることにより、断面積が漸次減少するように形成されている(いわゆる段付きテーパ状の流路とされている。)。
このように、断面積を変化させる態様は、必ずしも連続的である必要はなく、段階的に変化させるようにしてもよい。また、必ずしも直線的に変化させる必要はなく、曲線的に変化させるようにしてもよい。
図7は、個別供給流路と個別回収流路の他の実施の形態(2)を示す断面図である。
同図に示すように、本例において、個別供給流路26は、その底部26Aの一部が途中で傾斜して形成されることにより、断面積が途中で漸次減少するように形成されている(同図に示す例では、入口部と出口部は一定の大きさで形成され、途中で漸次減少するように形成されている。)。
また、同図に示すように、個別回収流路36は、その天面部36Aの一部が途中で傾斜して形成されることにより、断面積が途中で漸次減少するように形成されている(同図に示す例では、入口部と出口部は一定の大きさで形成され、途中で漸次減少するように形成されている。)。
このように、断面積を変化させる部位は、必ずしも流路の全体である必要はなく、一部分のみ減少させるようにしてもよい。
図8は、個別供給流路と個別回収流路の他の実施の形態(3)を示す断面図である。
同図に示すように、本例において、個別供給流路26は、その両サイドの側壁面26Bが傾斜して形成されることにより、断面積が漸次減少するように形成されている。
また、同図(b)に示すように、個別回収流路36も、その両サイドの側壁面36Bが傾斜して形成されることにより、断面積が漸次減少するように形成されている。
このように、断面積を減少させるために傾斜(階段状を含む)させる壁面は、底部又は天面部に限らず、側壁面部を傾斜させるようにしてもよい。また、傾斜させる壁面は、必ずしも一つの面である必要はなく、4面全てを傾斜させるようにしてもよい。
なお、加工容易性を考慮すると、流路が基板(本例の場合、圧力室プレート42)の上面に溝として形成される場合(本例の個別供給流路26が該当)は、その底部又は側壁面部を傾斜させることが好ましい。一方、流路が基板の下面に溝として形成される場合(本例の個別回収流路36が該当)は、その天面部又は側壁面部を傾斜させることが好ましい。この場合において、基板がシリコンの場合は、エッチング等で容易に形成することができる。また、基板がSUS材料の場合は、積層数を増やすことで容易に形成することができる。なお、加工は、この他レーザ等で後から行うこともできる。
また、個別供給流路26及び個別回収流路36の断面形状は、必ずしも四角形状である必要はなく、多角形形状の他、円形状に形成することもできる。
また、上記実施の形態では、個別供給流路26を圧力室14の天面側に連通し、個別回収流路36を圧力室14の底面側に連通する構成としているが、双方ともに底面側に連通する構成とすることもできる。
図9は、個別供給流路と個別回収流路の他の実施の形態(4)を示す断面図である。
同図に示すように、本例において、個別供給流路26は、湾曲して形成され、その底部を傾斜させることにより、断面積が漸次減少するように形成されている。
また、同図(b)に示すように、個別回収流路36も、湾曲して形成され、その底部を傾斜させることにより、断面積が漸次減少するように形成されている。
このように、個別供給流路26と個別回収流路36は、必ずしも直線的に形成する必要はなく、湾曲して形成させることもできる。このように、個別供給流路26と個別回収流路36を湾曲させることにより、幅方向のコンパクト化を図りつつ、流路長を所望の長さに確保することができる。
なお、本例では流路の底部を傾斜させることにより、断面積が漸次減少するようにしているが、両側壁面の間隔を漸次減少させて、断面積が漸次減少するようにしてもよい。
図10は、個別供給流路と個別回収流路の他の実施の形態(5)を示す断面図である。
同図に示すように、本例では、供給流路支流24と回収流路支流34が圧力室上部プレート46に形成されている。
個別供給流路26は、垂直部26Vと水平部26HとからなるL字状に形成され、水平部26Hの断面積が漸次減少するように形成されている(水平部26Hの天面部26HAを傾斜させることにより、水平部26Hの断面積が漸次減少するように形成している。)。
個別回収流路36も垂直部36Vと水平部36HとからなるL字状に形成され、水平部36Hの断面積が漸次減少するように形成されている(水平部36Hの天面部36HAを傾斜させることにより、水平部36Hの断面積が漸次減少するように形成している。)。
このように、個別供給流路26と個別回収流路36は、屈曲して形成されていてもよい。この場合、本例のように、流路の一部の断面積のみを漸次減少させるようにしてもよい。
また、流路の一部の断面積を減少させる場合は、本例のように、水平部の断面積を漸次減少させるようにしてもよいし、また、図11に示すように、垂直部の断面積を漸次減少させるようにしてもよい。また、全体として、断面積が漸次減少するように形成してもよい。
以上このように、個別供給流路26と個別回収流路36の断面積を変化させる態様は種々の形態を採用することができる。
なお、十分な効果を得るため、個別供給流路26は、その入口部(供給流路支流24との連通部)の断面積Sinと、出口部(圧力室14との連通部)の断面積Soutとの比(Sin/Sout)が、110%以上になるように設定することが好ましい。個別回収流路36についても同様に、その入口部(圧力室14との連通部)の断面積Rinと、出口部(回収流路支流34との連通部)の断面積Routとの比(Rin/Rout)が、110%以上になるように設定することが好ましい。
≪第2の実施の形態≫
図12は、液滴吐出ヘッドの第2の実施の形態の内部の概略構造を示す縦断面図である。また、図13、図14は、それぞれ図12の13−13断面図、14−14断面図である。
同図に示すように、本実施の形態の液滴吐出ヘッド10Aは、主に供給流路支流(共通供給流路)24と回収流路支流(共通回収流路)34に供給用突起部24Aと回収用突起部34Aを有する点で上述した第1の実施の形態の液滴吐出ヘッド10と相違する。
したがって、ここでは、この供給用突起部24Aと回収用突起部34Aの構成及び作用効果についてのみ説明する。
供給用突起部24Aは、各個別供給流路26の連通部に設けられ、供給流路支流24を流れる液体のトラップとして機能する。この供給用突起部24Aは、個別供給流路26が連通する壁面に対向する面に形成され、個別供給流路26の連通口に対向して形成される。
回収用突起部34Aは、各個別回収流路36の連通部に設けられている。この回収用突起部34Aは、個別回収流路36が連通する壁面に形成され、個別回収流路36の連通口の上流側に形成される。
このような供給用突起部24Aを供給流路支流24に形成することにより、供給流路支流24を流れる液体が、個別供給流路26に流れ込みやすくなる。これにより、意図しない方向への逆流をより効果的に抑止することができる。
同様に、上記のような回収用突起部34Aを回収流路支流34に形成することにより、個別回収流路36を流れる液体が、回収流路支流34に流れ込みやすくなる。これにより、意図しない方向への逆流をより効果的に抑止することができる。
なお、供給用突起部24A及び回収用突起部34Aの形状は、特に限定されないが、本例のように、液流に対して上流側の面が傾斜した断面三角形状に形成することにより、スムーズな流れを形成でき、気泡等の異物が停留するのを防止できる。
また、本例のように、断面三角形状に形成することにより、加工を容易に行うことができるとともに、強度も確保することができる。
なお、供給用突起部24Aと回収用突起部34Aの形状としては、この他、たとえば、図15に示すように、板状の突起として形成することもできる。
また、これらの突起部の加工は、基板がシリコンの場合は、エッチング等で形成することができ、基板がSUS材料の場合は、積層数を増やすことで形成することができる。加工は、この他レーザ等で行うこともできる。
≪第3の実施の形態≫
図16は、液滴吐出ヘッドの第3の実施の形態の内部の概略構造を示す縦断面図である。また、図17、図18は、それぞれ図16の17−17断面図、18−18断面図である。
同図に示すように、本実施の形態の液滴吐出ヘッド10Bは、個別供給流路26の入口部が面取りされる点、及び、個別回収流路36の出口部が回収流路支流(共通回収流路)34に突出して形成される点で上述した第1の実施の形態の液滴吐出ヘッド10と相違する。
したがって、ここでは、この個別供給流路26と個別回収流路36の構成及び作用効果についてのみ説明する。
図17に示すように、個別供給流路26は、供給流路支流24から圧力室14に向けて入口部26Pを除き断面積一定でストレートに形成される。入口部26P(供給流路支流24に連通する連通口の部分)は、その左右の両縁部が所定の面取り長さ、面取り角度で面取りされる。
一方、個別回収流路36は、図18に示すように、圧力室14から回収流路支流34に向けて断面積一定でストレートに形成され、その出口部36P(回収流路支流34に連通する連通口の部分)が、回収流路支流34内に所定量突出して形成される。
このように、個別供給流路26の入口部26Pの左右の両周縁を面取りすることにより、供給流路支流24を流れる液体が、個別供給流路26に流れ込みやすくなる。これにより、意図しない方向への逆流を効果的に抑止することができる。
同様に、個別回収流路36の出口部36Pを回収流路支流34に突出させることにより、個別回収流路36を流れる液体が、回収流路支流34に流れ込みやすくなる。これにより、意図しない方向への逆流を効果的に抑止することができる。
このように、本実施の形態の液滴吐出ヘッド10Bにおいても、平常時の循環では、逆流を防ぎつつ、メンテナンス時などは逆方向に流れを発生させることができる。これにより、意図しないリフィルや、それに伴うクロストークの発生等を抑止できる。また、液体の流れ方向が一方向になるため、局所的なループが発生せず、スムーズに気泡や異物、劣化した液体を排出することができる。
なお、個別供給流路26及び個別回収流路36に施す加工は、基板がシリコンの場合は、エッチング等で形成することができ、基板がSUS材料の場合は、積層数を増やすことで形成することができる。また、加工はこの他レーザ等で行うこともできる。
なお、十分な効果を得るため、個別供給流路26の入口部26Pに形成する面取りは、共通流路支流24の幅Lsに対して5%以上の面取り長さLc、20°〜70°の面取り角度αで形成することが好ましい。また、個別回収流路36の出口部36Pの突出量xは、回収流路支流34の幅Lrに対して5%以上の長さをもって回収流路支流34に突出させることが好ましい。
また、本例では、入口部26Pを除いて個別供給流路26を断面積を一定に形成しているが、上述した第1の実施の形態のように、圧力室14に向かって断面積が漸次減少するように形成してもよい。同様に、個別回収流路36の断面積を圧力室14から回収流路支流34に向けて漸次減少するように形成してもよい。
また、本例の場合も、個別供給流路26及び個別回収流路36は、屈曲又は湾曲させて形成することもできる。
〈個別供給流路と個別回収流路の他の形態>
図19は、個別供給流路の他の実施の形態を示す断面図である。
同図に示すように、個別供給流路26の入口部26Pに施す面取りは、供給流路支流24を流れる液体の流れの方向に対して、上流側に位置する辺の縁部のみを面取りするようにしてもよい。
また、同図に示すように、供給流路支流24に供給用突起部24Aを形成してもよい。これにより、供給流路支流24を流れる液体が、個別供給流路26により流れ込みやすくすることができる。
図20は、個別回収流路の他の実施の形態を示す断面図である。
同図に示すように、個別回収流路36の出口部36Pは、回収流路支流34を流れる液体の流れの方向に対して、上流側に位置する辺の流路壁のみを突出させるようにしてもよい。
なお、突出させる個別回収流路36の出口部36Pは、同図に示すように、その外周縁を傾斜させてテーパ状に形成することが好ましい。これにより、突出部分に気泡等の異物が停留するのを防止することができる。また、強度も確保することができる。
10…液滴吐出ヘッド(第1の実施の形態)、10A…液滴吐出ヘッド(第2の実施の形態)、10B…液滴吐出ヘッド(第3の実施の形態)、10…ノズル、14…圧力室、20…供給流路、22…供給流路本流、24…供給流路支流(共通供給流路)、24A…供給用突起部、26…個別供給流路、26A…個別供給流路の底部、26B…個別供給流路の側壁面、26V…個別供給流路の垂直部、26H…個別供給流路の水平部、26HA…個別供給流路の水平部の天面部、26…個別供給流路の入口部、28…液体供給口、30…回収流路、32…回収流路本流、34…回収流路支流(共通回収流路)、34A…回収用突起部、36…個別回収流路、36A…個別回収流路の天面部、36B…個別回収流路の側壁面、36V…個別回収流路の垂直部、36H…個別回収流路の水平部、36HA…個別回収流路の水平部の天面部、36P…個別回収流路の出口部、38…液体回収口、40…ノズルプレート、42…圧力室プレート、44…振動板、46…圧力室上部プレート、48…圧電素子、50…空間、100…メインタンク、102…メインタンク接続配管、104…バッファータンク、104A…大気開放穴、102…メインタンク接続配管、106…メインポンプ、108…メインバルブ、110…第1供給流路、112…供給タンク、112A…供給液体室、112B…供給気体室、114…第2供給流路、118…第1回収流路、120…回収タンク、120A…回収液体室、120B…回収気体室、122…第2回収流路、126…供給ポンプ、128…フィルタ、130…供給バルブ、132…回収ポンプ、134…回収バルブ、136…弾性膜、138…供給圧力検出器、140…大気開放管、142…大気開放バルブ、144…弾性膜、146…回収圧力検出器、148…大気開放管、150…大気開放バルブ

Claims (12)

  1. 並列して配置される複数の圧力室と、前記圧力室の配列に沿って配置される共通供給流路と、前記圧力室の配列に沿って配置される共通回収流路と、前記各圧力室を前記共通供給流路に個別に連通する複数の個別供給流路と、前記各圧力室を前記共通回収流路に個別に連通する複数の個別回収流路とを備え、前記圧力室を介して前記共通供給流路から前記共通回収流路に向かう流れを生成して、前記圧力室に液体を供給する液滴吐出ヘッドにおいて、
    前記各個別供給流路は、前記共通供給流路から前記圧力室に向かって断面積が漸次減少するように形成され、
    前記各個別回収流路は、前記圧力室から前記共通回収流路に向かって断面積が漸次減少するように形成されることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
  2. 前記各個別供給流路は、流路壁の少なくとも1面が傾斜して形成されることにより、断面積が前記共通供給流路から前記圧力室に向かって漸次減少するように形成され、
    前記各個別回収流路は、流路壁の少なくとも1面が傾斜して形成されることにより、断面積が前記圧力室から前記共通回収流路に向かって漸次減少するように形成されることを特徴とする請求項1に記載の液滴吐出ヘッド。
  3. 前記各個別供給流路は、前記共通供給流路に連通する連通口の断面積と、前記圧力室に連通する連通口の断面積との比率が110%以上になるように形成され、
    前記各個別回収流路は、前記圧力室に連通する連通口の断面積と、前記共通回収流路に連通する連通口の断面積との比率が110%以上になるように形成されることを特徴とする請求項1又は2に記載の液滴吐出ヘッド。
  4. 前記各個別供給流路は、前記共通供給流路に連通する連通口の縁部が面取りされ、
    前記各個別回収流路は、前記共通回収流路に連通する連通口の縁部が前記共通回収流路内に突出して形成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
  5. 並列して配置される複数の圧力室と、前記圧力室の配列に沿って配置される共通供給流路と、前記圧力室の配列に沿って配置される共通回収流路と、前記各圧力室を前記共通供給流路に個別に連通する複数の個別供給流路と、前記各圧力室を前記共通回収流路に個別に連通する複数の個別回収流路とを備え、前記圧力室を介して前記共通供給流路から前記共通回収流路に向かう流れを生成して、前記圧力室に液体を供給する液滴吐出ヘッドにおいて、
    前記各個別供給流路は、前記共通供給流路に連通する連通口の縁部が面取りされ、
    前記各個別回収流路は、前記共通回収流路に連通する連通口の縁部が前記共通回収流路内に突出して形成されることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
  6. 前記各個別供給流路は、前記共通供給流路を流れる液体の液流方向に対して、上流側に位置する辺の縁部が面取りされることを特徴とする請求項4又は5に記載の液滴吐出ヘッド。
  7. 前記各個別回収流路は、前記共通回収流路を流れる液体の液流方向に対して、上流側に位置する辺の縁部が前記共通回収流路内に突出して形成されることを特徴とする請求項4〜6のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
  8. 前記各個別回収流路は、前記共通回収流路内に突出して形成される縁部の外周が傾斜して形成されることを特徴とする請求項4〜7のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
  9. 前記各個別供給流路は、前記共通供給流路に連通する連通口の縁部に形成される面取りが、前記共通供給流路の幅に対して5%以上の面取り長さで形成されるとともに、20°〜70°の面取り角度で形成されることを特徴とする請求項4〜8のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
  10. 前記各個別回収流路は、前記共通回収流路に連通する連通口の縁部が、前記共通回収流路の幅に対して5%以上の突出量で前記共通回収流路内に突出して形成されることを特徴とする請求項4〜9のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
  11. 前記共通供給流路は、前記各個別供給流路に連通する連通口に対向する面に突起部を有することを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッド。
  12. 前記突起部は、前記共通供給流路を流れる液体の液流方向に対して、上流側に位置する面が傾斜して形成されることを特徴とする請求項11に記載の液滴吐出ヘッド。
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