JP6939346B2 - 液体噴射装置 - Google Patents
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Description
液体噴射装置であって、
アクチュエーターと、
前記アクチュエーターの変位量を拡大する拡大変位機構であって、
液体が封入されている液体室と、
前記液体室の壁面の一部を構成し、前記アクチュエーターの変位に応じて変位して、前記液体に圧力を付与する第1壁部と、
前記液体室の壁面の一部を構成し、前記液体に面している面積が、前記液体に面している前記第1壁部の面積よりも小さく、前記第1壁部が変位して前記液体に圧力を付与したときに、前記液体の圧力によって、前記液体室から離れる方向である第1方向に、前記第1方向とは反対の第2方向に働く弾性力が生じる状態で変位する第2壁部と、を備える、拡大変位機構と、
ノズルに連通し、前記ノズルから吐出される吐出液体が収容されている圧力室と、
前記圧力室に接続され、前記吐出液体が流通する流路と、を備え、
前記アクチュエーターは、前記拡大変位機構の前記第1壁部を変位させて前記第2壁部を変位させることによって、前記圧力室の容積を変更して、前記吐出液体を前記ノズルから吐出させるための圧力を前記圧力室内に生じさせ、
前記拡大変位機構の前記第2壁部の前記液体室とは反対側の壁面は、前記圧力室の壁面の一部を構成しており、
前記第2壁部は、前記アクチュエーターが、前記第1壁部を変位させたときに、前記吐出液体を前記ノズルから吐出させるための圧力を前記圧力室内に生じさせるとともに、前記流路を閉塞するように変位する、液体噴射装置。
この形態の拡大変位機構によれば、第2壁部が第1方向に変位したときに生じる第2方向に働く弾性力によって、第1壁部を変位前の位置に戻す方向に変位させたときに、第2壁部が第2方向へと変位することが促進される。よって、アクチュエーターによる第1壁部の変位に対する第2壁部の応答性が高められる。そのため、例えば、第2壁部を第1方向に変位させた後、液体室の容積が拡大される方向に第1壁部を変位させたときに、第2壁部の第2方向への変位が遅れることによって、液体室の圧力が低下して、液体中に気泡が生じてしまうことが抑制される。
この形態の拡大変位機構によれば、ダイヤフラムによって第2壁部を簡易に構成することができる。
この形態の拡大変位機構によれば、第2壁部を第2方向に変位させる弾性力を弾性部材によって簡易に生じさせることができる。
この形態の拡大変位機構によれば、フィラーによって液体室の液体の圧縮を抑制することができるため、アクチュエーターの駆動力が液体の圧縮によって吸収されてしまうことを抑制することができる。よって、第1壁部から第2壁部へと圧力を効率よく伝達させることができる。
この形態の液体噴射装置によれば、拡大変位機構によってアクチュエーターの変位量を拡大できるため、吐出液体を吐出するための圧力を効率的に増大させることができる。また、アクチュエーターの変位に対する拡大変位機構の応答性が高められているため、液体吐出の精度が高められる。
この形態の液体噴射装置によれば、第2壁部の変位によって生じさせた吐出液体をノズルから吐出するための圧力が、流路へと逃げてしまうことが抑制される。よって、吐出液体の吐出効率を高めることができる。
この形態の液体噴射装置によれば、供給部による圧力室への吐出液体の圧送によって、圧力室内の圧力を適切に制御することができる。
この形態の液体噴射装置によれば、圧力室における滞留に起因する吐出液体の劣化が抑制される。また、排出流路を通じて圧力室から排出された吐出液体が再利用されるため、吐出液体の利用効率を高めることができる。
この形態の液体噴射装置によれば、複数のノズルのそれぞれからの吐出液体の吐出を効率よく実行できる。
図1は、第1実施形態の拡大変位機構20Aを備える変位発生装置10Aの構成を示す概略図である。変位発生装置10Aは、拡大変位機構20Aに加えて、筐体11と、アクチュエーター15と、を備える。変位発生装置10Aは、アクチュエーター15によって発生させた変位を拡大変位機構20Aによって拡大して、変位発生装置10Aに接続されている外部負荷(図示は省略)へと伝達する。筐体11の内部には、アクチュエーター15が収容される駆動室12と、拡大変位機構20Aの構成要素の一つである液体室21と、が設けられている。
図4を参照して、第2実施形態における拡大変位機構20Bの構成を説明する。図4は、第2実施形態の拡大変位機構20Bを備える変位発生装置10Bの構成を示す概略図である。第2実施形態の変位発生装置10Bの構成は、第1実施形態の拡大変位機構20Aに代えて、第2実施形態の拡大変位機構20Bを備えている点以外は、第1実施形態の変位発生装置10Aの構成とほぼ同じである。第2実施形態の拡大変位機構20Bの構成は、液体22中に、フィラー25が分散されている点以外は、第1実施形態の拡大変位機構20Aの構成とほぼ同じである。
図5は、第3実施形態における液体噴射装置100Cの全体構成を示す概略ブロック図である。液体噴射装置100Cは、第3実施形態の拡大変位機構20Cを備えるヘッド部30Cと、制御部101と、供給部110と、を備える。
図7を参照して、第4実施形態における拡大変位機構20Dおよびそれを備える液体噴射装置100Dの構成を説明する。図7は、第4実施形態のヘッド部30Dの内部構成を示す概略断面図である。第4実施形態の液体噴射装置100Dの構成は、第3実施形態のヘッド部30Cの代わりに第4実施形態のヘッド部30Dを備えている点以外は、第3実施形態の液体噴射装置100Cの構成とほぼ同じである。第4実施形態のヘッド部30Dの構成は、第3実施形態の拡大変位機構20Cとは一部の構成が異なる第4実施形態の拡大変位機構20Dを備えている点以外は、第3実施形態のヘッド部30Cの構成とほぼ同じである。第4実施形態の拡大変位機構20Dの構成は、第2壁部24の代わりに、第2壁部24Dおよび第2壁部24Dを支持する弾性部材26a,26bを備えている点が、第3実施形態の拡大変位機構20Cの構成と異なる。
図8を参照して、第5実施形態における拡大変位機構20Eおよびそれを備える液体噴射装置100Eの構成を説明する。図8は、第5実施形態のヘッド部30Eの内部構成を示す概略断面図である。第5実施形態の液体噴射装置100Eの構成は、第4実施形態のヘッド部30Dの代わりに第5実施形態のヘッド部30Eを備えている点以外は、第4実施形態の液体噴射装置100Dの構成とほぼ同じである。第5実施形態のヘッド部30Eの構成は、第4実施形態の拡大変位機構20Dとは一部の構成が異なる第5実施形態の拡大変位機構20Eを備えている点以外は、第4実施形態のヘッド部30Dの構成とほぼ同じである。第5実施形態の拡大変位機構20Eの構成は、第1壁部23の代わりに、第1壁部23Eおよび第1壁部23Eを支持する弾性部材27を備えている点が、第4実施形態の拡大変位機構20Dの構成と異なる。
図9を参照して、第6実施形態における拡大変位機構20Fおよびそれを備える液体噴射装置100Fの構成を説明する。図9は、第6実施形態のヘッド部30Fの内部構成を示す概略断面図である。第6実施形態の液体噴射装置100Fの構成は、第5実施形態のヘッド部30Eの代わりに第6実施形態のヘッド部30Fを備えている点以外は、第5実施形態の液体噴射装置100Eの構成とほぼ同じである。第6実施形態のヘッド部30Fの構成は、第3弾性部材26cが追加されている点が、第5実施形態のヘッド部30Eの構成と異なる。第6実施形態のヘッド部30Fの構成は、以下に説明する点以外は第5実施形態のヘッド部30Eの構成とほぼ同じである。
図10を参照して、第7実施形態における拡大変位機構20Gおよびそれを備える液体噴射装置100Gの構成を説明する。図10は、第7実施形態のヘッド部30Gの内部構成を示す概略断面図である。第7実施形態の液体噴射装置100Gの構成は、第5実施形態のヘッド部30Eの代わりに第7実施形態のヘッド部30Gを備えている点以外は、第5実施形態の液体噴射装置100Eの構成とほぼ同じである。第7実施形態のヘッド部30Gの構成は、第2壁部24Dに相当する第2壁部24Gが圧力室33の壁面の一部を構成していない点が第5実施形態のヘッド部30Eの構成と異なる。第7実施形態のヘッド部30Gの構成は、以下に説明する点以外は第5実施形態のヘッド部30Eの構成とほぼ同じである。
図11を参照して、第8実施形態における拡大変位機構20Hおよびそれを備える液体噴射装置100Hの構成を説明する。図11は、第8実施形態のヘッド部30Hの内部構成を示す概略断面図である。第8実施形態の液体噴射装置100Hの構成は、第7実施形態のヘッド部30Gの代わりに、第8実施形態のヘッド部30Hを備えている点以外は、第7実施形態の液体噴射装置100Gの構成とほぼ同じである。第8実施形態のヘッド部30Hの構成は、形状が異なるピストン55を備え、ピストン55に弾性力を付与する構成が変更されている点が、第7実施形態のヘッド部30Gの構成と異なる。第8実施形態のヘッド部30Hの構成は、以下に説明する点以外は第7実施形態のヘッド部30Gの構成とほぼ同じである。
図12を参照して、第9実施形態における拡大変位機構20Iおよびそれを備える液体噴射装置100Iの構成を説明する。図12は、第9実施形態のヘッド部30Iの内部構成を示す概略断面図である。第9実施形態の液体噴射装置100Iの構成は、第8実施形態のヘッド部30Hの代わりに、第9実施形態のヘッド部30Iを備えている点以外は、第8実施形態の液体噴射装置100Hの構成とほぼ同じである。第9実施形態のヘッド部30Iの構成は、追加弾性部材28sと支持壁部29とが追加されている点と、ピストン55から張出部56が省略されている点とが、第8実施形態のヘッド部30Hの構成と異なる。第9実施形態のヘッド部30Iの構成は、以下に説明する点以外は第8実施形態のヘッド部30Hの構成とほぼ同じである。
図13を参照して、第10実施形態における拡大変位機構20Jおよびそれを備える液体噴射装置100Jの構成を説明する。図13は、第10実施形態のヘッド部30Jの内部構成を示す概略断面図である。第10実施形態の液体噴射装置100Jの構成は、第3実施形態のヘッド部30Cの代わりに、第10実施形態のヘッド部30Jを備えている点以外は、第3実施形態の液体噴射装置100Cの構成とほぼ同じである。第10実施形態のヘッド部30Jの構成は、主に、アクチュエーター41の伸縮方向および第1壁部23の変位方向が変更されている点が、第3実施形態のヘッド部30Cの構成と異なる。第10実施形態のヘッド部30Jの構成は、以下に説明する点以外は、第3実施形態のヘッド部30Cの構成と基本的に同じである。
図14を参照して、第11実施形態における拡大変位機構20Kおよびそれを備える液体噴射装置100Kの構成を説明する。図14は、第11実施形態のヘッド部30Kの内部構成を示す概略断面図である。第11実施形態の液体噴射装置100Kの構成は、第10実施形態のヘッド部30Jの代わりに、第11実施形態のヘッド部30Kを備えている点以外は、第10実施形態の液体噴射装置100Jの構成とほぼ同じである。第11実施形態のヘッド部30Kの構成は、第4実施形態で説明した第2壁部24Dおよび弾性部材26a,26b(図7)の構成が適用されている第11実施形態の拡大変位機構20Kを備えている点以外は、第10実施形態のヘッド部30Jの構成と基本的に同じである。第11実施形態の拡大変位機構20Kおよびそれを備える液体噴射装置100Kにおいても、上記の各実施形態中で説明した種々の作用効果を奏することができる。
図15を参照して、第12実施形態における拡大変位機構20Lおよびそれを備える液体噴射装置100Lの構成を説明する。図15は、第12実施形態のヘッド部30Lの内部構成を示す概略断面図である。第12実施形態の液体噴射装置100Lの構成は、第11実施形態のヘッド部30Kの代わりに、第12実施形態のヘッド部30Lを備えている点以外は、第11実施形態の液体噴射装置100Kの構成とほぼ同じである。第12実施形態のヘッド部30Lの構成は、第2壁部24Dが、第1壁部23と同様に重力方向に沿って配置されるように配置され、圧力室33の側壁面を構成している点以外は、第11実施形態のヘッド部30Kの構成と基本的に同じである。なお、第2壁部24Dは、第1壁部23よりも下方にオフセットされた位置に設けられている。第12実施形態のヘッド部30Lによれば、第2壁部24Dの変位方向と異なる方向に吐出液体DLを吐出することができる。また、第12実施形態の拡大変位機構20Lおよびそれを備える液体噴射装置100Lによっても、上記の各実施形態中で説明した種々の作用効果を奏することができる。
図16は、第13実施形態における液体噴射装置100Mの全体構成を示す概略ブロック図である。第13実施形態の液体噴射装置100Mは、以下に説明する点以外は、第3実施形態の液体噴射装置100C(図5)の構成ほぼ同じである。液体噴射装置100Mの供給部110は、圧力調整部115の代わりに、加圧ポンプ117を備えており、第3実施形態のヘッド部30Cの代わりに第13実施形態のヘッド部30Mを備えている。また、液体噴射装置100Mは、循環部120を備えている。循環部120は、排出路121と、液体貯留部122と、負圧発生源123と、循環路124と、を備えている。
図18を参照して、第14実施形態における液体噴射装置100Nの構成を説明する。図18は、第14実施形態のヘッド部30Nの内部構成を示す概略断面図である。第14実施形態の液体噴射装置100Nの構成は、第13実施形態のヘッド部30Mの代わりに、第14実施形態のヘッド部30Nを備えている点以外は、第13実施形態の液体噴射装置100Mの構成とほぼ同じである。第14実施形態のヘッド部30Nの構成は、拡大変位機構20Cの第2壁部24が変位したときに、圧力室33に接続されている流路である供給流路35および排出流路60が圧力室33に対して閉塞される点が、第13実施形態のヘッド部30Mの構成と異なる。第14実施形態のヘッド部30Nの構成は、以下に説明する点以外は第13実施形態のヘッド部30Mの構成とほぼ同じである。
図19は、第15実施形態の拡大変位機構20Pを備える変位発生装置10Pの構成を示す概略図である。第15実施形態の変位発生装置10Pの構成は、第2実施形態の拡大変位機構20Bに代えて、第15実施形態の拡大変位機構20Pを備えている点以外は、第2実施形態の変位発生装置10Bの構成とほぼ同じである。第15実施形態の拡大変位機構20Pの構成は、第1壁部23の第1壁面23aに凸構造65が設けられている点以外は、第2実施形態の拡大変位機構20Bの構成とほぼ同じである。
図20を参照して、第16実施形態における拡大変位機構20Qの構成を説明する。図20は、第16実施形態の拡大変位機構20Qを備える変位発生装置10Qの構成を示す概略図である。第16実施形態の変位発生装置10Qの構成は、第2実施形態の拡大変位機構20Bに代えて、第16実施形態の拡大変位機構20Qを備えている点以外は、第2実施形態の変位発生装置10Bの構成とほぼ同じである。第16実施形態の拡大変位機構20Qは、調整部70を備えている点以外は、第2実施形態の拡大変位機構20Bの構成とほぼ同じである。
上記の各実施形態で説明した種々の構成は、例えば、以下のように改変することが可能である。以下に説明する他の実施形態はいずれも、上記の各実施形態と同様に、発明を実施するための形態の一例として位置づけられる。
上記の各実施形態において、アクチュエーター41は、ピエゾ素子によって構成されていなくてもよい。アクチュエーター41は、例えば、例えば、エアシリンダーやソレノイド、磁歪素子などによって構成されてもよい。
上記の各実施形態において、液体22に分散されているフィラー25は省略されてもよい。また、上記の各実施形態において、液体室21中に、フィラー25の沈降を抑制するために、液体22を攪拌する攪拌機構が設けられてもよい。
上記の第5実施形態、第6実施形態、第7実施形態、第8実施形態、第9実施形態の液体噴射装置100E〜100Iにおいて、第1壁部23Eが、第10実施形態や第11実施形態で説明したように、重力方向に沿って配置されてもよい。
上記の第13実施形態の液体噴射装置100Mのヘッド部30Mにおいて、上記の第4実施形態、第5実施形態、第6実施形態、第7実施形態、第8実施形態、第9実施形態、第10実施形態、第11実施形態、第12実施形態の拡大変位機構20D〜20Lの構成が適用されてもよい。
上記の第3実施形態から第14実施形態の液体噴射装置10C〜10Nにおいて、ヘッド部30C〜30Nは、複数のノズル32が配列されている構成を有していてもよい。この場合には、筐体31内に、ノズル32の数に対応する数の複数の圧力室33と、複数の拡大変位機構20C〜20Lと、が設けられているものとしてもよい。また、各ノズル32からは、例えば、組成や濃度、含有成分、色などが異なる吐出液体DLが吐出されてもよい。
上記の第14実施形態において、排出流路60は省略されていてもよい。
本発明は、インクを吐出する液体噴射装置に限らず、インク以外の他の液体を吐出する任意の液体噴射装置にも適用することができる。例えば、以下のような各種の液体噴射装置に本発明は適用可能である。
(1)ファクシミリ装置等の画像記録装置。
(2)液晶ディスプレイ等の画像表示装置用のカラーフィルターの製造に用いられる色材吐出装置。
(3)有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイや、面発光ディスプレイ(Field Emission Display、FED)等の電極形成に用いられる電極材吐出装置。
(4)バイオチップ製造に用いられる生体有機物を含む液体を吐出する液体噴射装置。
(5)精密ピペットとしての試料吐出装置。
(6)潤滑油の吐出装置。
(7)樹脂液の吐出装置。
(8)時計やカメラ等の精密機械にピンポイントで潤滑油を吐出する液体噴射装置。
(9)光通信素子等に用いられる微小半球レンズ(光学レンズ)などを形成するために紫外線硬化樹脂液等の透明樹脂液を基板上に吐出する液体噴射装置。
(10)基板などをエッチングするために酸性又はアルカリ性のエッチング液を吐出する液体噴射装置。
(11)他の任意の微小量の液滴を吐出させる液体吐出ヘッドを備える液体噴射装置。
上記実施形態において、ソフトウェアによって実現された機能及び処理の一部又は全部は、ハードウェアによって実現されてもよい。また、ハードウェアによって実現された機能及び処理の一部又は全部は、ソフトウェアによって実現されてもよい。ハードウェアとしては、例えば、集積回路、ディスクリート回路、または、それらの回路を組み合わせた回路モジュールなど、各種回路を用いることができる。
Claims (6)
- 液体噴射装置であって、
アクチュエーターと、
前記アクチュエーターの変位量を拡大する拡大変位機構であって、
液体が封入されている液体室と、
前記液体室の壁面の一部を構成し、前記アクチュエーターの変位に応じて変位して、前記液体に圧力を付与する第1壁部と、
前記液体室の壁面の一部を構成し、前記液体に面している面積が、前記液体に面している前記第1壁部の面積よりも小さく、前記第1壁部が変位して前記液体に圧力を付与したときに、前記液体の圧力によって、前記液体室から離れる方向である第1方向に、前記第1方向とは反対の第2方向に働く弾性力が生じる状態で変位する第2壁部と、を備える、拡大変位機構と、
ノズルに連通し、前記ノズルから吐出される吐出液体が収容されている圧力室と、
前記圧力室に接続され、前記吐出液体が流通する流路と、を備え、
前記アクチュエーターは、前記拡大変位機構の前記第1壁部を変位させて前記第2壁部を変位させることによって、前記圧力室の容積を変更して、前記吐出液体を前記ノズルから吐出させるための圧力を前記圧力室内に生じさせ、
前記拡大変位機構の前記第2壁部の前記液体室とは反対側の壁面は、前記圧力室の壁面の一部を構成しており、
前記第2壁部は、前記アクチュエーターが、前記第1壁部を変位させたときに、前記吐出液体を前記ノズルから吐出させるための圧力を前記圧力室内に生じさせるとともに、前記流路を閉塞するように変位する、液体噴射装置。 - 請求項1の液体噴射装置であって、
前記流路は、前記圧力室に前記吐出液体を供給する供給流路を含み、
前記液体噴射装置は、前記供給流路を通じて前記圧力室に前記吐出液体を圧送する供給部を備える、液体噴射装置。 - 請求項2記載の液体噴射装置であって、
前記流路は、さらに、前記圧力室から前記吐出液体を流出させる排出流路を含み、
前記液体噴射装置は、前記排出流路を通じて排出された前記吐出液体を、前記圧力室に循環させる循環部を備える、液体噴射装置。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の液体噴射装置であって、
複数の前記ノズルと、複数の前記圧力室と、複数の前記拡大変位機構と、を備えている、液体噴射装置。 - 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の液体噴射装置であって、
前記第2壁部は、前記液体の圧力によって前記第1方向に変位したときに、前記第2方向に働く前記弾性力が生じるように撓み変形するダイヤフラムによって構成されている、液体噴射装置。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の液体噴射装置であって、
前記液体室には、前記液体とともに、前記液体に圧力が付与されたときの前記液体の体積の変化を抑制するフィラーが封入されている、液体噴射装置。
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