JP7215196B2 - 液体吐出ヘッド - Google Patents

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Description

本発明は、2つの圧力室群と、2つの圧力室群のそれぞれに対して設けられた2つの共通流路とを備えた液体吐出ヘッドに関する。
X方向(第1方向)に配列された複数の圧力発生室(圧力室)からそれぞれ構成される2つの圧力室群と、2つの圧力室群のそれぞれに対して設けられた2つのマニホールド(共通流路)とを備えた液体吐出ヘッドが知られている(特許文献1の図3参照)。特許文献1(図3)において、2つのマニホールドは、X方向の一端及び他端において、互いに連通している。換言すると、2つのマニホールドのX方向の一端同士を結合する流路(第1結合流路)と、2つのマニホールドのX方向の他端同士を結合する流路(第2結合流路)とが設けられている。流路(第1結合流路)はマニホールドにインクを供給するための流入路と連通し、流路(第2結合流路)はマニホールドからインクを流出させる流出路と連通している。これら流路(第1結合流路及び第2結合流路)は、複数の圧力発生室に対してX方向の一方及び他方にそれぞれ設けられている。
特開2015-116707号公報
特許文献1(図3)の構成では、流路(第1結合流路及び第2結合流路)及び2つのマニホールド(共通流路)に沿って液体を循環させることができるが、流路(第1結合流路及び第2結合流路)が複数の圧力発生室(圧力室)に対してX方向(第1方向)の一方及び他方にそれぞれ位置するため、液体吐出ヘッドがX方向(第1方向)に大型化してしまう。
本発明の目的は、第1方向の大型化を抑制しつつ結合流路及び共通流路に沿った液体循環を実現可能な液体吐出ヘッドを提供することにある。
本発明に係る液体吐出ヘッドは、第1方向に配列された複数の圧力室から構成される第1圧力室群と、前記第1方向に配列された複数の圧力室から構成され、前記第1方向と交差する第2方向に前記第1圧力室群と並ぶ第2圧力室群と、前記第1方向に延び、前記第1圧力室群に属する前記複数の圧力室に連通する第1共通流路と、前記第1方向に延び、前記第2圧力室群に属する前記複数の圧力室に連通し、前記第2方向に前記第1共通流路と並ぶ第2共通流路と、前記第1共通流路の前記第1方向の一端と前記第2共通流路の前記第1方向の一端とを結合する第1結合流路と、前記第1共通流路の前記第1方向の他端と前記第2共通流路の前記第1方向の他端とを結合する第2結合流路と、を備え、前記第1結合流路及び前記第2結合流路は、それぞれ、前記第1方向及び前記第2方向の双方と直交する第3方向において前記複数の圧力室のいずれかと重なることを特徴とする。
本発明の第1実施形態に係るヘッド1を備えたプリンタ100の平面図である。 ヘッド1の平面図である。 図2のIII-III線に沿ったヘッド1の断面図である。 図2のIV-IV線に沿ったヘッド1の断面図である。 プリンタ100の電気的構成を示すブロック図である。 本発明の第2実施形態に係るヘッド201の平面図である。 図6のVII-VII線に沿ったヘッド201の断面図である。
<第1実施形態>
先ず、図1を参照し、本発明の第1実施形態に係るヘッド1を備えたプリンタ100の全体構成について説明する。
プリンタ100は、4つのヘッド1を含むヘッドユニット1x、プラテン3、搬送機構4及び制御部5を備えている。
プラテン3の上面に、用紙9が載置される。
搬送機構4は、搬送方向にプラテン3を挟んで配置された2つのローラ対4a,4bを有する。制御部5の制御により搬送モータ4m(図5参照)が駆動されると、ローラ対4a,4bが用紙9を挟持した状態で回転し、用紙9が搬送方向に搬送される。
ヘッドユニット1xは、紙幅方向(搬送方向及び鉛直方向の双方に対して直交する方向)に長尺であり、位置が固定された状態でノズル21(図2及び図3参照)から用紙9に対してインクを吐出するライン式である。4つのヘッド1は、紙幅方向に千鳥状に配置されている。
制御部5は、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)及びASIC(Application Specific Integrated Circuit)を有する。ASICは、ROMに格納されたプログラムに従い、記録処理等を実行する。記録処理において、制御部5は、PC等の外部装置から入力された記録指令(画像データを含む。)に基づき、各ヘッド1のドライバIC1d及び搬送モータ4m(共に図5参照)を制御し、用紙9上に画像を記録する。
次いで、図2~図4を参照し、ヘッド1の構成について説明する。
ヘッド1は、図3に示すように、流路基板11と、アクチュエータ基板12と、保護基板13と、ドライバIC1dとを有する。ドライバIC1dは、本発明の「駆動回路」に該当する。
流路基板11には、図2に示すように、第1共通流路31、第2共通流路32、複数の圧力室20,20x、複数の連結流路23、複数の接続流路22及び複数のノズル21が形成されている。
複数の圧力室20,20xは、紙幅方向(第1方向)に千鳥状に配列され、第1圧力室群20A及び第2圧力室群20Bを構成している。第1圧力室群20A及び第2圧力室群20Bは、搬送方向と平行な第2方向に並び、それぞれ第1方向に1列に等間隔で配列された複数の圧力室20,20xで構成されている。
複数の圧力室20,20xは、正規圧力室20と、ダミー圧力室20xとを含む。各圧力室群20A,20Bを構成する圧力室のうち、第1方向の一端及び他端に配置された圧力室はダミー圧力室20xであり、それ以外の圧力室は正規圧力室20である。換言すると、各圧力室群20A,20Bにおいて、複数の正規圧力室20に対して第1方向の一端側及び他端側にダミー圧力室20xが1つずつ配置されている。ダミー圧力室20xは、ノズル21に連通しない点を除き、正規圧力室20と同じ構成である。
第1共通流路31及び第2共通流路32は、それぞれ、第1方向に延びている。第1共通流路31は第1圧力室群20Aに属する複数の圧力室20,20xに連通し、第2共通流路32は第2圧力室群20Bに属する複数の圧力室20,20xに連通している。第2方向において第1共通流路31と第2共通流路32との間に、複数の圧力室20,20x、複数の連結流路23、複数の接続流路22及び複数のノズル21が配置されている。
複数の圧力室20,20xは、それぞれ、鉛直方向(第1方向及び第2方向の双方と直交する第3方向)と直交する平面において、第2方向に長尺な略矩形状である。図2及び図3に示すように、圧力室20,20xの第2方向の一端に連結流路23が連結し、圧力室20,20xの第2方向の他端に接続流路22が連結している。
第1圧力室群20Aに属する圧力室20,20xは、連結流路23を介して、第1共通流路31に連通している。第2圧力室群20Bに属する圧力室20,20xは、連結流路23を介して、第2共通流路32に連通している。
連結流路23は、第1共通流路31又は第2共通流路32に連結しかつ水平方向に延びる水平部23aと、水平部23aの先端から上方に延びて圧力室20,20xの第2方向の一端に連結する鉛直部23bとを含む。水平部23aは、第2方向に延びている。
接続流路22は、圧力室20,20xの第2方向の他端から、下方に延びている。正規圧力室20は、接続流路22を介して、ノズル21に連通している。ノズル21は、正規圧力室20に接続する接続流路22の直下に位置する。
第1共通流路31及び第2共通流路32は、第1結合流路41及び第2結合流路42を介して、互いに連通している。
第1結合流路41は、第1共通流路31の第1方向の一端(図2の上端)と第2共通流路32の第1方向の一端(図2の上端)とを結合し、第2方向に延びている。第2結合流路42は、第1共通流路31の第1方向の他端(図2の下端)と第2共通流路32の第1方向の他端(図2の下端)とを結合し、第2方向に延びている。
第1結合流路41及び第2結合流路42は、それぞれ、第1共通流路31及び第2共通流路32の側面同士を結合しており、第2方向において第1共通流路31と第2共通流路32との間に配置されている。
第1結合流路41は、第3方向において、各圧力室群20A,20Bにおいて第1方向の一端(図2の上端)に配置された圧力室(ダミー圧力室20x)と重なっている。第2結合流路42は、第3方向において、各圧力室群20A,20Bにおいて第1方向の他端(図2の下端)に配置された圧力室(ダミー圧力室20x)と重なっている。
なお、第1共通流路31における第1方向の一端(図2の上端)において、圧力室20,20xと反対側の壁は、ガイド面31gで画定されている。第1共通流路31における第1方向の他端(図2の下端)において、圧力室20,20xと反対側の壁は、ガイド面31iで画定されている。第2共通流路32における第1方向の一端(図2の上端)において、圧力室20,20xと反対側の壁は、ガイド面32gで画定されている。第2共通流路32における第1方向の他端(図2の下端)において、圧力室20,20xと反対側の壁は、ガイド面32iで画定されている。
ガイド面31g,32gは、それぞれ斜め方向(第3方向と直交しかつ第1方向及び第2方向の双方と交差する方向)に延び、かつ、流路基板11の第2方向の中央を通って第1方向に延びる直線に関して互いに対称に配置されている。具体的には、ガイド面31gは、第1方向の他端(図2の下端)から一端(図2の上端)に向かうにつれて、第2方向において第1共通流路31から第2共通流路32に近づくように傾斜している。ガイド面32gは、第1方向の他端(図2の下端)から一端(図2の上端)に向かうにつれて、第2方向において第2共通流路32から第1共通流路31に近づくように傾斜している。
ガイド面31i,32iは、それぞれ斜め方向(第3方向と直交しかつ第1方向及び第2方向の双方と交差する方向)に延び、かつ、流路基板11の第2方向の中央を通って第1方向に延びる直線に関して互いに対称に配置されている。具体的には、ガイド面31iは、第1方向の一端(図2の上端)から他端(図2の下端)に向かうにつれて、第2方向において第1共通流路31から第2共通流路32に近づくように傾斜している。ガイド面32iは、第1方向の一端(図2の上端)から他端(図2の下端)に向かうにつれて、第2方向において第2共通流路32から第1共通流路31に近づくように傾斜している。
ガイド面31g,31iは、第2方向において、第1圧力室群20Aに属する複数の正規圧力室20のいずれとも重ならず、ガイド面32g,32iは、第2方向において、第2圧力室群20Bに属する複数の正規圧力室20のいずれとも重ならない。
第1結合流路41の上面には、供給口41xが設けられている。
供給口41xは、第2方向において、第1結合流路41の略中央であって、第1圧力室群20Aと第2圧力室群20Bとの間に位置する。また、供給口41xは、第1方向において、複数の圧力室20,20xの配置領域(本実施形態では、各圧力室群20A,20Bにおいて図2の上端に配置されたダミー圧力室20xの配置領域)に位置する。
第2結合流路42の上面には、帰還口42xが設けられている。
帰還口42xは、第2方向において、第2結合流路42の略中央であって、第1圧力室群20Aと第2圧力室群20Bとの間に位置する。また、帰還口42xは、第1方向において、複数の圧力室20,20xの配置領域(本実施形態では、各圧力室群20A,20Bにおいて図2の下端に配置されたダミー圧力室20xの配置領域)に位置する。
第1結合流路41は、供給口41xに取り付けられた管を介して、サブタンク7の貯留室7aに連通している。第2結合流路42は、帰還口42xに取り付けられた管を介して、貯留室7aに連通している。貯留室7aは、インクを貯留するメインタンク(図示略)と連通し、メインタンクから供給されたインクを貯留している。
図2及び図4に示すように、第1結合流路41は、供給口41xに近づくにつれて幅が狭くなる形状を有し、第2結合流路42は、帰還口42xに近づくにつれて幅が狭くなる形状を有する。具体的には、第1結合流路41及び第2結合流路42は、それぞれ、略四角錐形状を有し、その頂部に供給口41x及び帰還口42xが形成されている。第1結合流路41及び第2結合流路42は、第2方向の一端及び他端のそれぞれから第2方向の中央に向かうにつれて上面の高さが高くなり、上方に向かうにつれて幅(第1方向の長さ及び第2方向の長さの双方)が狭くなっている(換言すると、下方に向かって末広がりになっている)。
図4に示すように、結合流路41,42は、それぞれ、共通流路31,32の上方に配置されておらず、共通流路31,32の側面同士を結合している。したがって、結合流路41,42における第2方向の一端及び他端(共通流路31,32の側面と結合する部分)の上面の高さは、共通流路31,32の上面の高さ31t,32tと同じである。
また、図4に示すように、第1共通流路31における第1方向の他端、及び、第2共通流路32における第1方向の他端のそれぞれにおいて、下側の壁(帰還口42xと反対側の壁)はガイド面51で画定されており、上側の壁(帰還口42x側の壁)はガイド面52で画定されている。
第1共通流路31における第1方向の一端、及び、第2共通流路32における第1方向の一端のそれぞれも、同様に、下側の壁(供給口41xと反対側の壁)がガイド面51で画定されており、上側の壁(供給口41x側の壁)がガイド面52で画定されている。
ガイド面51は本発明の「第1ガイド面」に該当し、ガイド面52は本発明の「第2ガイド面」に該当する。
ガイド面51は、下方に向かうにつれて(第3方向において供給口41x及び帰還口42xから離れるにつれて)、第2方向において圧力室群20A,20Bに近づくように傾斜している。ガイド面52は、上方に向かうにつれて(第3方向において供給口41x及び帰還口42xに近づくにつれて)、第2方向において圧力室群20A,20Bに近づくように傾斜している。
第1共通流路31に設けられたガイド面51,52は、ガイド面31g,31i(図2参照)と同様の位置にあり、第2方向において、第1圧力室群20Aに属する複数の正規圧力室20のいずれとも重ならない。第2共通流路32に設けられたガイド面51,52は、ガイド面32g,32i(図2参照)と同様の位置にあり、第2方向において、第2圧力室群20Bに属する複数の正規圧力室20のいずれとも重ならない。
流路基板11は、図3及び図4に示すように、鉛直方向に積層された8枚のプレート11a~11hを有する。
8枚のプレート11a~11hのうち、最上層のプレート11aは第1共通流路31及び第2共通流路32の上面を画定し、最下層のプレート11hは第1共通流路31及び第2共通流路32の下面を画定している。また、第1共通流路31及び第2共通流路32は、それぞれ、プレート11aとプレート11hとの間にあるプレート11b~11gに形成された貫通孔で構成されている。
圧力室20,20xは、図3に示すように、プレート11eに形成された貫通孔で構成されている。プレート11eは、本発明の「圧力室基板」に該当する。
連結流路23の水平部23aは、プレート11gに形成された貫通孔で構成されている。連結流路23の鉛直部23bは、プレート11fに形成された貫通孔で構成されている。接続流路22は、プレート11f,11gに形成された貫通孔で構成されている。ノズル21は、プレート11hに形成された貫通孔で構成され、流路基板11の下面に開口している。
アクチュエータ基板12は、下から順に、振動板12a、共通電極12b、複数の圧電体12c及び複数の個別電極12dを含む。
振動板12aは、プレート11eの上面に配置されており、流路基板11に形成された全ての圧力室20,20xを覆っている。共通電極12b及び圧電体12cは、圧力室群20A,20B毎に設けられており、各圧力室群20A,20Bに属する複数の圧力室20,20xに跨って設けられている。個別電極12dは、圧力室20,20x毎に設けられており、各圧力室20,20xと鉛直方向に重なっている。
正規圧力室20に対して設けられた共通電極12b及び複数の個別電極12dは、保護基板13の内部を通る電極(図示略)を介して、ドライバIC1dと電気的に接続されている。ドライバIC1dは、共通電極12bの電位をグランド電位に維持する一方、個別電極12dの電位を変化させる。具体的には、ドライバIC1dは、制御部5からの制御信号に基づいて駆動信号を生成し、当該駆動信号を個別電極12dに付与する。これにより、個別電極12dの電位が所定の駆動電位とグランド電位との間で変化する。このとき、振動板12a及び圧電体12cにおいて個別電極12dと正規圧力室20とで挟まれた部分(アクチュエータ12x)が、正規圧力室20に向かって凸となるように変形することにより、正規圧力室20の容積が変化し、正規圧力室20内のインクに圧力が付与され、ノズル21からインクが吐出される。アクチュエータ基板12は、複数の正規圧力室20のそれぞれと鉛直方向に重なる位置に、複数のアクチュエータ12xを有する。
なお、ダミー圧力室20xと鉛直方向に重なる位置にも、共通電極12b、圧電体12c及び個別電極12dが配置されている。しかしながら、ダミー圧力室20xに対して設けられた共通電極12b及び個別電極12dは、ドライバIC1dと電気的に接続されていない。そのため、ダミー圧力室20xの容積は上記のように変化しない。
保護基板13は、振動板12aの上面に接着され、鉛直方向においてプレート11eとの間にアクチュエータ基板12を挟む位置に配置されている。
保護基板13の下面には、2つの凹部13xが形成されている。2つの凹部13xは、それぞれ第1方向に延び、一方は第1圧力室群20Aに属する複数の圧力室20,20xと鉛直方向に重なり、他方は第2圧力室群20Bに属する複数の圧力室20,20xと鉛直方向に重なっている。各凹部13x内に、各圧力室群20A,20Bに対応する複数のアクチュエータ12xが収容されている。
保護基板13の上面(複数のアクチュエータ12xと対向する面と反対側の面)に、ドライバIC1dが配置されている。ドライバIC1dは、第2方向において、2つの凹部13xの間に位置する。
ドライバIC1dは、図2に示すように、保護基板13の第1方向の略全長に亘って、第1方向に延びている。ドライバIC1dにおける第1方向の一端(例えば図2の上端)に、FPC(Flexible Printed Circuits)等からなる配線基板(図示略)の一端が接続されている。配線基板の他端は、制御部5に接続されている。ドライバIC1dは、当該配線基板を介して、制御部5と電気的に接続されている。
ヘッド1は、さらに図2及び図4に示すように、第1結合流路41が形成された流路部材14aと、第2結合流路42が形成された流路部材14bとを有する。
流路部材14a,14bは、例えば樹脂からなる一体成型品であり、図4に示すように、保護基板13の上方において、ドライバIC1dと空間をあけて配置されている。第3方向において、各流路部材14a,14bとプレート11eとの間に、アクチュエータ基板12、保護基板13及びドライバIC1dが配置されている。
流路部材14a,14bは、第2方向において、流路基板11よりも短く、プレート11aに形成された第1共通流路31と第2共通流路32との間に配置されている。流路部材14a,14bにおける第2方向の両端の上壁は、共通流路31,32の上面を画定するプレート11aの開口端に接続されている。
流路部材14a,14bにおける第2方向の両端の下面は、プレート11dの上面に接着されている。ヘッド1の製造工程においては、流路部材14a,14bにおける第2方向の両端を第3方向の下方に加圧し(即ち、第2方向の中央(ドライバIC1dが下方に配置された部分)を避けて加圧し)、流路部材14a,14bをプレート11dに固定する。
以上のような流路構成において、サブタンク7と流路基板11との間でインクを循環させる際、インクは以下のように流路基板11内を流れる。図2及び図4中の太矢印は、循環時におけるインクの流れを示す。(図3中の太矢印は、記録時におけるインクの流れであり、本実施形態では、循環時に各共通流路31,32から圧力室20,20xへのインクの流れは生じない。)
貯留室7a内のインクは、制御部5の制御により循環ポンプ7pが駆動されることで、供給口41xから第1結合流路41に供給される。第1結合流路41に流入したインクは、第1結合流路41の上面の傾斜に沿って下方に移動しつつ、第1結合流路41における第2方向の一端及び他端に向かい、各共通流路31,32における第1方向の一端に流入する。
各共通流路31,32における第1方向の一端に流入したインクは、当該一端に設けられたガイド面31g,32g,51,52に沿って移動し、各共通流路31,32内を第1方向の一端(図2の上端)から他端(図2の下端)に向かって移動する。
各共通流路31,32における第1方向の他端(図2の下端)に至ったインクは、当該他端に設けられたガイド面31i,32i,51,52に沿って移動し、第2結合流路42における第2方向の一端及び他端にそれぞれ流入する。第2結合流路42に流入したインクは、第2結合流路42の上面の傾斜に沿って上方に移動しつつ、第2結合流路42における第2方向の中央に向かい、帰還口42xから流出して貯留室7aに戻される。
このようにサブタンク7と流路基板11との間でインクを循環させることで、流路基板11に形成された流路における気泡の除去やインクの増粘防止が実現される。また、インクが沈降成分(沈降が生じ得る成分。顔料等)を含む場合、当該成分が攪拌されて沈降が防止される。
以上に述べたように、本実施形態のヘッド1は、第1方向に配列された複数の圧力室20,20xからそれぞれ構成される2つの圧力室群20A,20Bと、2つの圧力室群20A,20Bのそれぞれに対して設けられた2つの共通流路31,32と、2つの共通流路31,32の第1方向の一端同士を連結する第1結合流路41と、2つの共通流路31,32の第1方向の他端同士を連結する第2結合流路42とを備えている。結合流路41,42は、それぞれ、第3方向(第1方向、及び、2つの圧力室群20A,20Bが並ぶ第2方向の、双方と直交する方向)において、圧力室(本実施形態では、ダミー圧力室20x)と重なっている(図2参照)。結合流路41,42をこのように配置することで、第1方向の大型化を抑制しつつ、結合流路41,42及び共通流路31,32に沿ったインク循環を実現できる。
第1結合流路41は、第3方向において、各圧力室群20A,20Bにおいて第1方向の一端(図2の上端)に配置された圧力室(ダミー圧力室20x)と重なっている。第2結合流路42は、第3方向において、各圧力室群20A,20Bにおいて第1方向の他端(図2の下端)に配置された圧力室(ダミー圧力室20x)と重なっている。この場合、共通流路31,32の第1方向の全長に亘ってインクを循環させることができる。
複数の圧力室20,20xのうち第1方向の一端(図2の上端)及び他端(図2の下端)に配置された圧力室は、ダミー圧力室20xである。この場合、ダミー圧力室20xを設けたことによる、クロストーク抑制や成形精度向上の効果が得られる。
第1結合流路41及び第2結合流路42は、それぞれ、第2方向に延びている(図2参照)。この場合、結合流路41,42が延びる方向(第2方向)と共通流路31,32が延びる方向(第1方向)とが互いに交差する(本実施形態では直交する)ことで、各結合流路41,42と各共通流路31,32との結合部において、乱流が生じ易くなる。インクが沈降成分を含む場合、乱流によって沈降成分が攪拌され、沈降成分の沈降防止に有効である。
供給口41x及び帰還口42xは、第2方向において、第1圧力室群20Aと第2圧力室群20Bとの間に位置する(図2参照)。この場合、2つの圧力室群20A,20Bに供給されるインク量のばらつきを抑制できる。
第1結合流路41は、供給口41xに近づくにつれて幅が狭くなる形状を有し、第2結合流路42は、帰還口42xに近づくにつれて幅が狭くなる形状を有する(図2及び図4参照)。供給口41xや帰還口42xの近傍は、インクの流れ方向が変化する部分であるため、インクの流速が低くなり、淀みが生じ易くなり得る。この点、本実施形態では、各結合流路41,42を上記形状とし、供給口41xや帰還口42xの近傍におけるインクの流速を高めることで、淀みを抑制できる。また、結合流路41,42はそれぞれ下方に向かって末広がりになっているため、第1結合流路41から各共通流路31,32へ、各共通流路31,32から第2結合流路42へと、インクがスムーズに流れる。
帰還口42xは、第2結合流路42における上面に設けられ、第2結合流路42は、上方に向かうにつれて幅が狭くなる形状を有する(図4参照)。この場合、インク中の気泡が、浮力と第2結合流路42の上記形状とにより、帰還口42xに向かってスムーズに流れ、排出される。
供給口41x及び帰還口42xは、それぞれ、第1結合流路41及び第2結合流路42における第3方向と直交する面(本実施形態では、上面)に設けられている(図2及び図4参照)。仮に、供給口41x及び帰還口42xがそれぞれ第1結合流路41及び第2結合流路42の側面(第3方向に沿った面)に設けられた場合、供給口41x及び帰還口42xに取り付けられる管が第1方向に延びることで、ヘッド1が第1方向に大型化し得る。これに対し、本実施形態では、供給口41x及び帰還口42xがそれぞれ第1結合流路41及び第2結合流路42の第3方向と直交する面に設けられているため、供給口41x及び帰還口42xに取り付けられる管を第3方向に延びるように配置し易く、ヘッド1の第1方向の大型化を抑制できる。
供給口41x及び帰還口42xは、それぞれ、第1方向において複数の圧力室20,20xの配置領域に設けられている(図2参照)。具体的には、供給口41xは、各圧力室群20A,20Bにおいて第1方向の一端(図2の上端)に配置されたダミー圧力室20xの配置領域に設けられ、帰還口42xは、各圧力室群20A,20Bにおいて第1方向の他端(図2の下端)に配置されたダミー圧力室20xの配置領域に設けられている。この場合、供給口41x及び帰還口42xが第1方向において複数の圧力室20,20xの配置領域外に設けられた場合に比べ、ヘッド1の第1方向の大型化をより確実に抑制できる。
第1共通流路31における第1方向の一端及び他端、並びに、第2共通流路32における第1方向の一端及び他端のそれぞれにおいて、下側の壁(帰還口42xと反対側の壁)はガイド面51で画定されており、上側の壁(帰還口42x側の壁)はガイド面52で画定されている(図4参照)。第1共通流路31における第1方向の一端及び他端、並びに、第2共通流路32における第1方向の一端及び他端は、結合流路41,42との結合部であり、インクの流れ方向が変化する部分であるため、インクの流速が低くなり、淀みが生じ易くなり得る。この点、本実施形態では、当該部分にガイド面51,52を設けたことで、インクがガイド面51,52に沿ってスムーズに流れ、淀みを抑制できる。
第1共通流路31に設けられたガイド面51,52は、第2方向において、第1圧力室群20Aに属する複数の正規圧力室20のいずれとも重ならず、第2共通流路32に設けられたガイド面51,52は、第2方向において、第2圧力室群20Bに属する複数の正規圧力室20のいずれとも重ならない。ガイド面51,52が第2方向において正規圧力室20と重なる場合、当該正規圧力室20におけるインクの流速が高まり、当該正規圧力室20に連通するノズル21と、それ以外の正規圧力室20に連通するノズル21とにおいて、インクの吐出性能にばらつきが生じ得る。また、当該正規圧力室20の流路抵抗が高まり、アンダーリフィル現象が生じ得る。これに対し、本構成によれば、ガイド面51,52が第2方向においていずれの正規圧力室20とも重ならないため、上記問題を抑制できる。
共通流路31,32の上面の高さ31t,32tと、結合流路41,42の第2方向の一端及び他端の上面の高さとが、互いに同じである(図4参照)。この場合、第1結合流路41の出口から共通流路31,32を通って第2結合流路42の入口に至るまで、流路の上面の高さが一定であるため、流路の上面の高さが変化する場合に比べ、圧力損失を低減し、インクの循環量を増大できる。
ドライバIC1dは、保護基板13の上面(複数のアクチュエータ12xと対向する面と反対側の面)において、第1方向に延びている(図2~図4参照)。本実施形態とは異なり、アクチュエータ基板12の上面に、第1方向において複数の圧力室20,20xに跨るように、ドライバIC1dが実装されたCOF(Chip On Film)等からなる配線基板の一端を固定し、配線基板を上方に引き出す構成が考えられる。当該構成において、第1方向の一端及び他端にある圧力室(ダミー圧力室20x)の上方に配線基板があると、結合流路41,42を配置し難い。これに対し、本実施形態では、ドライバIC1dが保護基板13の上面において第1方向に延びることで、第1方向の一端及び他端にある圧力室(ダミー圧力室20x)の上方の空間が配線基板に占有されず、結合流路41,42を配置し易い。
結合流路41,42が形成された流路部材14a,14bは、それぞれ、第3方向においてプレート11eとの間にアクチュエータ基板12、保護基板13及びドライバIC1dを挟む位置に配置されている(図4参照)。流路部材14a,14bをこのように配置することで、ドライバIC1dを保護基板13の上面に設ける構成を採用しつつ、ヘッド1の第1方向の大型化を抑制できる。
<第2実施形態>
続いて、図6及び図7を参照し、本発明の第2実施形態に係るヘッド201について説明する。
第1実施形態では、結合流路41,42がそれぞれ、ヘッド1における第1方向の両端近傍に配置され、各圧力室群20A,20Bにおいて第1方向の両端に配置された圧力室(ダミー圧力室20x)と第3方向に重なっている(図2参照)。これに対し、本実施形態では、結合流路241,242がそれぞれ、第1実施形態よりもヘッド201における第1方向の中央寄りに配置され、各圧力室群20A,20Bにおいて第1方向の両端に配置された圧力室(ダミー圧力室20x)と第3方向に重ならず、当該圧力室よりも第1方向の中央寄りにある圧力室(正規圧力室20)と第3方向に重なっている(図6参照)。
また、第1実施形態では、共通流路31,32の上面の高さ31t,32tと結合流路41,42の第2方向の一端及び他端の上面の高さとが互いに同じであるが(図4参照)、本実施形態では、結合流路241,242の上面の高さが共通流路231,232の上面の高さ231t,232tよりも高い(図7参照)。
以下、本実施形態において第1実施形態と異なる点を説明し、本実施形態において第1実施形態と同じ構成については説明を省略する。
第1結合流路241は、各圧力室群20A,20Bにおいて第1方向の一端(図6の上端)に配置された圧力室(ダミー圧力室20x)と第3方向に重ならず、当該圧力室(ダミー圧力室20x)よりも第1方向の他端側に配置された圧力室(正規圧力室20)と第3方向に重なっている。第2結合流路242は、各圧力室群20A,20Bにおいて第1方向の他端(図6の下端)に配置された圧力室(ダミー圧力室20x)と第3方向に重ならず、当該圧力室(ダミー圧力室20x)よりも第1方向の一端側に配置された圧力室(正規圧力室20)と第3方向に重なっている。
第1結合流路241及び第2結合流路242は、それぞれ、第1共通流路231及び第2共通流路232の上面同士を結合しており、第2方向において第1共通流路231と第2共通流路232とに跨るように、共通流路231,232の上方に配置されている(図7参照)。
第1実施形態と同様、第1結合流路241は、供給口241xに近づくにつれて幅が狭くなる形状を有し、第2結合流路242は、帰還口242xに近づくにつれて幅が狭くなる形状を有する。具体的には、第1結合流路241及び第2結合流路242は、それぞれ、略四角錐形状を有し、その頂部に供給口241x及び帰還口242xが形成されている。第1結合流路241及び第2結合流路242は、第2方向の一端及び他端のそれぞれから第2方向の中央に向かうにつれて上面の高さが高くなり、上方に向かうにつれて幅(第1方向の長さ及び第2方向の長さの双方)が狭くなっている。
第1結合流路241及び第2結合流路242は、互いに同じ形状及びサイズを有し、結合流路241,242の上面の高さは、第2方向の一端及び他端(共通流路231,232の上面と結合する部分)において最も低く、第2方向の中央において最も高い。本実施形態において、結合流路241,242は、それぞれ、共通流路231,232の上方に配置されており、共通流路231,232の上面同士を結合している。したがって、結合流路241,242における第2方向の一端及び他端の上面の高さは、共通流路231,232の上面の高さ231t,241tよりも高い。
流路基板211は、鉛直方向に積層された5枚のプレート11d~11hと、プレート11dの上面に配置されて共通流路231,232の上面を画定する1枚のプレート(図示略)とを有する。共通流路231,232は、それぞれ、プレート11d~11gに形成された貫通孔で構成されている。
流路部材214a,214bは、例えば樹脂からなる一体成型品であり、第1実施形態と同様、保護基板13の上方において、ドライバIC1dと空間をあけて配置されている。第3方向において、各流路部材214a,214bとプレート11eとの間に、アクチュエータ基板12、保護基板13及びドライバIC1dが配置されている。
流路部材214a,214bは、第1実施形態の流路部材14a,14b(図2及び図4参照)よりも第2方向に長く、第2方向において流路基板211と同じ長さを有する(図6及び図7参照)。流路部材214a,214bは、流路基板211の上方に配置されている。
流路部材214a,214bにおける第2方向の両端の下面は、プレート11dの上面に接着されている。ヘッド201の製造工程においては、第1実施形態と同様、流路部材214a,214bにおける第2方向の両端を第3方向の下方に加圧し(即ち、第2方向の中央(ドライバIC1dが下方に配置された部分)を避けて加圧し)、流路部材214a,214bをプレート11dに固定する。
以上のような流路構成において、サブタンク7(図2参照)と流路基板211との間でインクを循環させる際、インクは以下のように流路基板211内を流れる。図6及び図7中の太矢印は、循環時におけるインクの流れを示す。
供給口241xから第1結合流路241に流入したインクは、図7に示すように、第1結合流路241の上面の傾斜に沿って下方に移動しつつ、第1結合流路241における第2方向の一端及び他端に向かい、各共通流路231,232における第1方向の一端近傍に流入する。当該インクは、各共通流路231,232内を第1方向の一端近傍から他端近傍に向かって移動し、第2結合流路242における第2方向の一端及び他端にそれぞれ流入する。第2結合流路242に流入したインクは、第2結合流路242の上面の傾斜に沿って上方に移動しつつ、第2結合流路242における第2方向の中央に向かい、帰還口242xから流出して貯留室7a(図2参照)に戻される。
以上に述べたように、本実施形態によれば、第1実施形態と同様の構成に基づく効果に加え、以下の効果が得られる。
結合流路241,242がそれぞれ、各圧力室群20A,20Bにおいて第1方向の両端に配置された圧力室(ダミー圧力室20x)と第3方向に重ならず、当該圧力室よりも第1方向の中央寄りにある圧力室(正規圧力室20)と第3方向に重なっている(図6参照)。第1実施形態の構成(結合流路41,42がそれぞれ第1方向の両端に配置された圧力室と第3方向に重なる構成)では、供給口41x及び帰還口42xのそれぞれに取り付けられる取付部材(管や、管を供給口41x又は帰還口42xに固定するための螺子等の固定部材)が、ヘッド1の第1方向の外側に突出し易く、取付部材を含むヘッド1全体として、第1方向に大型化し得る。さらにこの場合、図1に示すように4つのヘッド1を第1方向に千鳥状に並べたときに、第1方向に隣接するヘッド1間における取付部材の間隔を確保しようとすると、4つのヘッド1を含むヘッドユニット1xが第1方向に大型化してしまう。これに対し、本実施形態によれば、結合流路241,242がそれぞれヘッド201における第1方向の中央寄りに配置されたことで、取付部材がヘッド201の第1方向の外側に突出し難く、取付部材を含むヘッド201全体としての第1方向の大型化を抑制できる。さらに、4つのヘッド201を図1のように第1方向に千鳥状に並べたときの、4つのヘッド201を含むヘッドユニット1xの第1方向の大型化も抑制できる。
なお、結合流路241,242がそれぞれヘッド201における第1方向の中央寄りに配置された場合、各圧力室群20A,20Bにおいて第1方向の両端に配置された圧力室(結合流路241,242よりも第1方向の外側に位置する圧力室)にインクが流れ難くなり得るが、当該圧力室はダミー圧力室20xであるため、インクが流れ難くなることによる問題(吐出不良等)を抑制できる。
結合流路241,242の上面の高さが共通流路231,232の上面の高さ231t,232tよりも高い(図7参照)。この場合、深さ(第3方向の長さ)を抑えた共通流路231,232が設けられた流路基板211の上面に、結合流路241,242を構成する流路部材214a,214bを取り付けて、ヘッド201を製造できる。換言すると、共通流路231,232の深さを過度に大きくする必要がなく、既存の流路基板を利用できる等、設計の自由度が高まる。
<変形例>
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。
第2方向は、第1方向と交差すればよく、第1方向と直交することには限定されない。
ガイド面を省略してもよい。
駆動回路や配線基板は、上述の実施形態のように配置されることに限定されない。ただし、第1結合流路及び第2結合流路の配置スペースが確保されるよう、駆動回路や配線基板の配置態様を工夫することが好ましい。
保護基板を省略してもよい。
第1圧力室群及び第2圧力室群のそれぞれは、上述の実施形態では1列に配列された複数の圧力室から構成されるが、複数列に配列された複数の圧力室から構成されてもよい。
上述の実施形態では、各圧力室群において第1方向の一端及び他端のそれぞれに、ダミー圧力室が1つずつ設けられているが、これに限定されない。例えば、各圧力室群において第1方向の一端及び他端のそれぞれに、ダミー圧力室が2つ以上設けられてもよい。
ダミー圧力室は、ノズルに連通してもよい。また、ダミー圧力室に対し、電極や圧電体を設けなくてもよい。
各圧力室群は、複数の正規圧力室から構成され、ダミー圧力室を含まなくてもよい。
第1結合流路及び第2結合流路のそれぞれは、ダミー圧力室でなく、正規圧力室と第3方向に重なってもよい。
上述の実施形態では、第1結合流路が形成された流路部材と第2結合流路が形成された流路部材との、2つの流路部材が設けられているが、これに限定されない。例えば、第1結合流路及び第2結合流路の両方が形成された、1つの流路部材が設けられてもよい。
第1結合流路及び第2結合流路のそれぞれは、上述の実施形態では各圧力室群に属する1つの圧力室を覆う幅を有するが、これに限定されない。例えば、各圧力室群が400個の圧力室から構成される場合、第1結合流路及び第2結合流路のそれぞれは、20個程度の圧力室を覆う幅を有してよい。
第1結合流路及び第2結合流路のそれぞれは、3つ以上の共通流路を結合してもよい。例えば、図2の第2共通流路32のさらに右側に第3共通流路があり、結合流路41,42がそれぞれ第2方向に並ぶ第1~第3共通流路を結合するように第2方向に延びてもよい。
第1共通流路と第2共通流路とが、3つ以上の結合流路によって結合されてもよい。例えば、図2で第1方向において第1結合流路41と第2結合流路42との間に第3結合流路があってよい。この場合において、第1結合流路41及び第2結合流路に供給口及び帰還口の一方を設け、第3結合流路に供給口及び帰還口の他方を設けてよい。
第1結合流路及び第2結合流路のそれぞれは、流路長手方向に亘って、断面のサイズ及び形状が一定であってもよい。例えば、第1結合流路及び第2結合流路のそれぞれは、上面が平らであり、流路長手方向に亘って上面の高さが一定であってもよい。
供給口及び帰還口は、それぞれ、第1結合流路及び第2結合流路の上面ではなく、第1結合流路及び第2結合流路の下面に設けられてもよい。或いは、供給口及び帰還口は、それぞれ、第1結合流路及び第2結合流路の側面に設けられてもよい。
1つの圧力室に連通するノズルの数は、上述の実施形態では1つであるが、2つ以上であってもよい。また、上述の実施形態では1つのノズルに対して1つの圧力室が設けられているが、1つのノズルに対して2つ以上の圧力室が設けられてもよい。
アクチュエータは、圧電素子を用いたピエゾ方式のものに限定されず、その他の方式(例えば、発熱素子を用いたサーマル方式、静電力を用いた静電方式等)のものであってもよい。
ヘッドは、ライン式に限定されず、シリアル式(紙幅方向と平行な走査方向に移動しつつノズルから吐出対象に対して液体を吐出する方式)であってもよい。
吐出対象は、用紙に限定されず、例えば布、基板等であってもよい。
ノズルから吐出される液体は、インクに限定されず、任意の液体(例えば、インク中の成分を凝集又は析出させる処理液等)であってよい。
本発明は、プリンタに限定されず、ファクシミリ、コピー機、複合機等にも適用可能である。また、本発明は、画像の記録以外の用途で使用される液体吐出装置(例えば、基板に導電性の液体を吐出して導電パターンを形成する液体吐出装置)にも適用可能である。
1;201 ヘッド(液体吐出ヘッド)
1d ドライバIC(駆動回路)
11e プレート(圧力室基板)
12 アクチュエータ基板
12x アクチュエータ
13 保護基板
14a,14b;214a,214b 流路部材
20 正規圧力室(圧力室)
20x ダミー圧力室(圧力室)
20A 第1圧力室群
20B 第2圧力室群
21 ノズル
31;231 第1共通流路
32;232 第2共通流路
41;241 第1結合流路
41x;241x 供給口
42;242 第2結合流路
42x;242x 帰還口
51 ガイド面(第1ガイド面)
52 ガイド面(第2ガイド面)
100 プリンタ

Claims (18)

  1. 第1方向に配列された複数の圧力室から構成される第1圧力室群と、
    前記第1方向に配列された複数の圧力室から構成され、前記第1方向と交差する第2方向に前記第1圧力室群と並ぶ第2圧力室群と、
    前記第1方向に延び、前記第1圧力室群に属する前記複数の圧力室に連通する第1共通流路と、
    前記第1方向に延び、前記第2圧力室群に属する前記複数の圧力室に連通し、前記第2方向に前記第1共通流路と並ぶ第2共通流路と、
    前記第1共通流路の前記第1方向の一端と前記第2共通流路の前記第1方向の一端とを結合する第1結合流路と、
    前記第1共通流路の前記第1方向の他端と前記第2共通流路の前記第1方向の他端とを結合する第2結合流路と、を備え、
    前記第1結合流路及び前記第2結合流路は、それぞれ、前記第1方向及び前記第2方向の双方と直交する第3方向において前記複数の圧力室のいずれかと重なることを特徴とする、液体吐出ヘッド。
  2. 前記第1結合流路は、前記第3方向において、前記複数の圧力室のうち前記第1方向の一端に配置された圧力室と重なり、
    前記第2結合流路は、前記第3方向において、前記複数の圧力室のうち前記第1方向の他端に配置された圧力室と重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。
  3. 前記第1結合流路は、前記第3方向において、前記複数の圧力室のうち、前記第1方向の一端に配置された圧力室と重ならず、当該圧力室よりも前記第1方向の他端側に配置された圧力室と重なり、
    前記第2結合流路は、前記第3方向において、前記複数の圧力室のうち前記第1方向の他端に配置された圧力室と重ならず、当該圧力室よりも前記第1方向の一端側に配置された圧力室と重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。
  4. 前記複数の圧力室のうち前記第1方向の一端及び他端に配置された圧力室は、ダミー圧力室であることを特徴とする、請求項2又は3に記載の液体吐出ヘッド。
  5. 前記第1結合流路及び前記第2結合流路は、それぞれ、前記第2方向に延びることを特徴とする、請求項1~4のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
  6. 前記第1結合流路は、供給口を有し、
    前記第2結合流路は、帰還口を有し、
    前記供給口及び前記帰還口は、前記第2方向において前記第1圧力室群と前記第2圧力室群との間に位置することを特徴とする、請求項1~5のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
  7. 前記第1結合流路は、前記供給口に近づくにつれて幅が狭くなる形状を有し、
    前記第2結合流路は、前記帰還口に近づくにつれて幅が狭くなる形状を有することを特徴とする、請求項6に記載の液体吐出ヘッド。
  8. 前記帰還口は、前記第2結合流路における上面に設けられ、
    前記第2結合流路は、上方に向かうにつれて幅が狭くなる形状を有することを特徴とする、請求項7に記載の液体吐出ヘッド。
  9. 前記供給口及び前記帰還口は、それぞれ、前記第1結合流路及び前記第2結合流路における前記第3方向と直交する面に設けられていることを特徴とする、請求項6~8のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
  10. 前記供給口及び前記帰還口は、それぞれ、前記第1方向において前記複数の圧力室の配置領域に設けられていることを特徴とする、請求項9に記載の液体吐出ヘッド。
  11. 前記第1共通流路における前記第1方向の一端、前記第2共通流路における前記第1方向の一端、前記第1共通流路における前記第1方向の他端、及び、前記第2共通流路における前記第1方向の他端の少なくともいずれかにおける、前記第3方向において前記供給口及び前記帰還口と反対側の壁は、第1ガイド面で画定されており、
    前記第1ガイド面は、前記第3方向において前記供給口及び前記帰還口から離れるにつれて、前記第2方向において前記複数の圧力室に近づくように傾斜していることを特徴とする、請求項9又は10に記載の液体吐出ヘッド。
  12. 前記複数の圧力室は、複数の正規圧力室と、ダミー圧力室とを含み、
    前記第1ガイド面は、前記第2方向において、前記第1共通流路及び前記第2共通流路のうち前記第1ガイド面が設けられた共通流路に連通する前記複数の正規圧力室のいずれとも重ならないことを特徴とする、請求項11に記載の液体吐出ヘッド。
  13. 前記第1共通流路における前記第1方向の一端、前記第2共通流路における前記第1方向の一端、前記第1共通流路における前記第1方向の他端、及び、前記第2共通流路における前記第1方向の他端の少なくともいずれかにおける、前記第3方向において前記供給口及び前記帰還口側の壁は、第2ガイド面で画定されており、
    前記第2ガイド面は、前記第3方向において前記供給口及び前記帰還口に近づくにつれて、前記第2方向において前記複数の圧力室に近づくように傾斜していることを特徴とする、請求項9~12のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
  14. 前記複数の圧力室は、複数の正規圧力室と、ダミー圧力室とを含み、
    前記第2ガイド面は、前記第2方向において、前記第1共通流路及び前記第2共通流路のうち前記第2ガイド面が設けられた共通流路に連通する前記複数の正規圧力室のいずれとも重ならないことを特徴とする、請求項13に記載の液体吐出ヘッド。
  15. 前記第3方向は、鉛直方向であり、
    前記第1共通流路の上面の高さと、前記第2共通流路の上面の高さと、前記第1結合流路の上面の高さと、前記第2結合流路の上面の高さとが、互いに同じであることを特徴とする、請求項1~14のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
  16. 前記第3方向は、鉛直方向であり、
    前記第1共通流路の上面の高さと、前記第2共通流路の上面の高さとが、互いに同じであり、
    前記第1結合流路の上面の高さと、前記第2結合流路の上面の高さとが、互いに同じであり、かつ、前記第1共通流路の上面の高さ及び前記第2共通流路の上面の高さよりも高いことを特徴とする、請求項1~14のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
  17. 前記複数の圧力室が形成された圧力室基板と、
    前記複数の前記圧力室のそれぞれと前記第3方向に重なる複数のアクチュエータを有し、前記圧力室基板に固定されたアクチュエータ基板と、
    前記第3方向において前記圧力室基板との間に前記アクチュエータ基板を挟む位置に配置され、前記複数のアクチュエータを覆う保護基板と、
    前記複数のアクチュエータと電気的に接続され、前記複数のアクチュエータに駆動信号を供給する駆動回路と、をさらに備え、
    前記駆動回路は、前記保護基板における前記複数のアクチュエータと対向する面と反対側の面において、前記第1方向に延びることを特徴とする、請求項1~16のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
  18. 前記第1結合流路及び前記第2結合流路が形成された流路部材をさらに備え、
    前記流路部材は、前記第3方向において前記圧力室基板との間に前記アクチュエータ基板、前記保護基板及び前記駆動回路を挟む位置に配置されたことを特徴とする、請求項17に記載の液体吐出ヘッド。
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