JP7287155B2 - 液体吐出ヘッド及び液体吐出装置 - Google Patents

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Description

本発明は、吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置に関する。
吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドの一例として、特許文献1には、インクを吐出するインク吐出ヘッドが記載されている。特許文献1のインク吐出ヘッドは、複数のノズルにそれぞれ通じる複数の個別液室(個別流路)と、複数の個別液室にインクを供給する共通液室(供給マニホールド)と、複数の個別液室からのインクが流れ込む循環共通液室(帰還マニホールド)と、を備えている。特許文献1のインク吐出ヘッドでは、個別液室を介して共通液室から循環共通液室にインクを送り、ヘッド内のインクを循環させることができる。
特開2018-103616号公報
上述のようにヘッド内の液体を循環させることで、ヘッドに蓄積された熱が放散される。しかしながら、特許文献1のように、個別流路を介してヘッド内の液体を循環させる構成とした場合、個別流路の流路抵抗が比較的高いことにより、液体の循環流量が少なくなる。したがって、ヘッドに蓄積された熱を十分に放散することができず、ヘッドの温度が過度に上昇し、液体の吐出特性が変動する虞がある。
本発明の目的は、液体の循環流量を十分に確保できる液体吐出ヘッド及び液体吐出装置を提供することである。
本発明の液体吐出ヘッドは、液体の第1吐出口をそれぞれ有する複数の第1個別流路からなる第1個別流路群と、液体の第2吐出口をそれぞれ有する複数の第2個別流路からなる第2個別流路群と、前記第1個別流路群及び前記第2個別流路群のそれぞれに対して設けられており、前記複数の第1個別流路及び前記複数の第2個別流路にそれぞれ液体を供給する2つの供給マニホールドと、前記第1個別流路群及び前記第2個別流路群のそれぞれに対して設けられており、前記2つの供給マニホールドから流出した液体がそれぞれ流入する2つの帰還マニホールドと、前記複数の第1個別流路及び前記複数の第2個別流路を介さずに、前記2つの供給マニホールド同士及び前記2つの帰還マニホールド同士の少なくともいずれか一方を連通させるためのバイパス流路と、を備え、前記第1個別流路群に共通して設けられた前記供給マニホールドの第1圧力P1と、前記第2個別流路群に共通して設けられた前記供給マニホールドの第2圧力P2と、前記第1個別流路群に共通して設けられた前記帰還マニホールドの第3圧力-P1と、前記第2個別流路群に共通して設けられた前記帰還マニホールド第4圧力-P2とが、|P1|>|P2|の関係を満たしている。
本発明では、|P1|>|P2|の関係を満たすので、2つの供給マニホールド間、2つの帰還マニホールド間、第1個別流路に共通して設けられた供給マニホールド及び帰還マニホールド間、並びに、第2個別流路群に共通して設けられた供給マニホールド及び帰還マニホールド間で、同時に液体を移動させることができる。したがって、供給マニホールド及び帰還マニホールド間で液体を移動させつつ、バイパス流路により、比較的流路抵抗が高い第1個別流路及び第2個別流路を介さずに、2つの供給マニホールド間及び2つの帰還マニホールド間で液体を移動させることができる。したがって、液体の循環流量を十分に確保できる。
本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッドを備えたプリンタの平面図である。 図1に示すインクジェットヘッドの平面図である。 図2のIII-III線に沿ったインクジェットヘッドの断面図である。 (a)は第1マニホールド部材の平面図、(b)は第2マニホールド部材の平面図である。 図2のV-V線に沿った第1及び第2マニホールド部材の部分断面図である。 第1変形例に係るインクジェットヘッドの平面図である。
以下、本発明の好適な一実施形態について説明する。
<プリンタの全体構成>
図1及び図2に示すように、本実施形態にかかるプリンタ1(本発明の「液体吐出装置」)は、キャリッジ2、ガイドレール11、12、インクジェットヘッド3(本発明の「液体吐出ヘッド」)、プラテン4、搬送ローラ5、6、インクタンク90、供給ポンプ91、92、帰還ポンプ93、94、及び制御部100を備えている。
キャリッジ2は、走査方向(図1中左右方向)に延びた2本のガイドレール11、12に支持され、ガイドレール11、12に沿って走査方向に移動する。インクジェットヘッド3は、キャリッジ2に搭載され、キャリッジ2とともに走査方向に移動する。インクジェットヘッド3には、供給ポンプ91、92により、インクを貯留するインクタンク90から図示しない管を介してインクが供給される。また、インクジェットヘッド3に供給されたインクの一部は、帰還ポンプ93、94により、インクタンク90に戻る。そして、インクジェットヘッド3は、その下面に形成された複数の第1吐出口47a、第2吐出口47bからインクを吐出する。なお、インクジェットヘッド3については後ほど詳細に説明する。
制御部100は、供給ポンプ91、92及び帰還ポンプ93、94の駆動を制御する。本実施形態においては、制御部100は、供給ポンプ91、92及び帰還ポンプ93、94のON/OFFを制御する。供給ポンプ91、92及び帰還ポンプ93、94は、制御部100によりONにされると、いずれも同じ所定の回転数で駆動する。
プラテン4は、インクジェットヘッド3の下面と対向して配置され、走査方向に記録用紙Pの全長にわたって延びている。プラテン4は、記録用紙Pを下方から支持する。搬送ローラ5、6は、それぞれ、走査方向と直交する搬送方向(図1中下方から上方に向かう方向)において、キャリッジ2よりも上流側及び下流側に配置され、記録用紙Pを搬送方向に搬送する。
プリンタ1では、搬送ローラ5、6によって、記録用紙Pを搬送方向に所定距離ずつ搬送させる搬送処理と、キャリッジ2を走査方向に移動させつつ、インクジェットヘッド3の複数の第1吐出口47a及び第2吐出口47bからインクを吐出させる走査処理とを交互に行うことで、記録用紙Pに印刷を行う。すなわち、プリンタ1は、シリアル式である。なお、以下の説明においては、走査方向と搬送方向との両方に直交する方向を上下方向とする。
<インクジェットヘッド3>
次に、図2、3を参照しつつ、インクジェットヘッド3の詳細な構成について説明する。図2に示すように、インクジェットヘッド3は、上面視で搬送方向に長尺な矩形形状を有している。インクジェットヘッド3は、図3に示すように、流路部材21、振動板22、第1マニホールド部材23、第2マニホールド部材24、及び圧電素子25を構成する共通電極51、圧電体52、個別電極53などを備えている。流路部材21、振動板22、第1マニホールド部材23、及び第2マニホールド部材24は、下方からこの順で積層されている。
インクジェットヘッド3には、図2及び図3に示すように、2つの供給マニホールド41a、41b、2つの帰還マニホールド42a、42b、バイパス流路48a、48b、第1個別流路群50a、第2個別流路群50b、供給ポート61、62、帰還ポート63、64などが設けられている。第1個別流路群50aは複数の第1個別流路49aからなり、第2個別流路群50bは複数の第2個別流路49bからなる。以下の説明において、2つの供給マニホールド41a、41bを区別しない場合には、「供給マニホールド41」とする。また、2つの帰還マニホールド42a、42bを区別しない場合には、「帰還マニホールド42」とする。
供給マニホールド41aは複数の第1個別流路49aにインクを供給するものであり、供給マニホールド41bは複数の第2個別流路49bにインクを供給するものである。図3に示すように、2つの供給マニホールド41は、流路部材21から第2マニホールド部材24に亘って形成されている。また、帰還マニホールド42aは、供給マニホールド41aから流出したインクが複数の第1個別流路49aを介して流入する。帰還マニホールド42bは、供給マニホールド41bから流出したインクが複数の第2個別流路49bを介して流入する。図3に示すように、2つの帰還マニホールド42は、流路部材21から第1マニホールド部材23に亘って形成されている。
図2に示すように、2つの供給マニホールド41は、いずれも搬送方向に延在しており、インクジェットヘッド3の走査方向の中央部において走査方向に並んでいる。走査方向に並んだ2つの供給マニホールド41a、41bのうち、供給マニホールド41aは走査方向の一方側(図2中下側)に位置し、供給マニホールド41bは走査方向の他方側(図2中上側)に位置している。
後で詳述するように、2つの供給マニホールド41a、41bは、主走査方向に延びるバイパス流路48aによって接続されている。ここで、図2に示すように、バイパス流路48aと交わり、且つ、搬送方向(主走査方向と直交する方向)に沿って延びる直線を直線C1とする。2つの供給マニホールド41a、41bは、直線C1に対して線対称である。
図2に示すように、2つの帰還マニホールド42は、いずれも搬送方向に延在しており、インクジェットヘッド3における走査方向の中央部において走査方向に並んでいる。走査方向に並んだ2つの帰還マニホールド42a、42bのうち、帰還マニホールド42aは走査方向の一方側(図2中下側)に位置し、帰還マニホールド42bは走査方向の他方側(図2中上側)に位置している。
後で詳述するように、2つの帰還マニホールド42a、42bは、主走査方向に延びるバイパス流路48bによって接続されている。ここで、図2に示すように、バイパス流路48b交わり、且つ、搬送方向(主走査方向と直交する方向)に沿って延びる直線を直線C2とする。2つの帰還マニホールド42a、42bは、直線C2に対して線対称である。
供給マニホールド41の搬送方向に沿う長さは、帰還マニホールド42の搬送方向に沿う長さよりも短い。供給マニホールド41及び帰還マニホールド42は、上面視で搬送方向の上流側(図2中左側)の端部の位置は同じである。帰還マニホールド42は、供給マニホールド41よりも搬送方向の下流側(図2中右側)まで延びている。
図3に示すように、2つの供給マニホールド41a、41bの搬送方向に直交する面における断面形状は、いずれもその上端がインクジェットヘッド3における走査方向の中央に向かって曲がった鉤形状である。供給マニホールド41aは、帰還マニホールド42aの走査方向に関する他方(図3中右方)及び上方に跨って配置されている。供給マニホールド41bは、帰還マニホールド42bの走査方向に関する一方(図3中左方)及び上方に跨って配置されている。
供給マニホールド41aの搬送方向の下流側(図2中右側)端部には、供給ポート61(本発明の「供給流路」)が接続されている。同様に、供給マニホールド41bの搬送方向の下流側(図2中右側)端部には、供給ポート62(本発明の「供給流路」)が接続されている。供給ポート61、62は、2つの供給マニホールド41よりもインクの流動方向の上流側にそれぞれ位置しており、2つの供給マニホールド41にそれぞれインクを供給するものである。
供給ポート61、62は、いずれも第2マニホールド部材24の上面に開口している。図2に示すように、供給ポート61、62は、いずれも上面視で円形形状を有している。ここで、供給ポート61の径D1と供給ポート62の径D2とは、互いに異なっている。これにより、供給ポート61から供給マニホールド41aまでの流路の抵抗値R1と、供給ポート62から供給マニホールド41bまでの流路の抵抗値R2と、が互いに異なっている。具体的には、D1>D2であり、R1<R2である。
帰還マニホールド42aの搬送方向の下流側(図2中右側)端部には、帰還ポート63(本発明の「帰還流路」)が接続されている。同様に、帰還マニホールド42bの搬送方向の下流側(図2中右側)端部には、帰還ポート64(本発明の「帰還流路」)が接続されている。帰還ポート63、64は、2つの帰還マニホールド42よりもインクの流動方向の下流側にそれぞれ位置しており、2つの帰還マニホールド42のインクがそれぞれ流れ込むものである。
帰還ポート63、64は、第2マニホールド部材24の上面に開口している。図2に示すように、帰還ポート63、64は、いずれも上面視で円形形状を有している。ここで、帰還ポート63の径D3と帰還ポート64の径D4とは、互いに異なっている。これにより、帰還マニホールド42aから帰還ポート63までの流路の抵抗値R3と、帰還マニホールド42bから帰還ポート64までの流路の抵抗値R4と、が互いに異なっている。具体的には、D3>D4であり、R3<R4である。
供給マニホールド41aと供給マニホールド41bとは、バイパス流路48aによって複数の第1個別流路49a及び複数の第2個別流路49bを介さずに連通されている。図2に示すように、バイパス流路48aは、供給マニホールド41aと供給マニホールド41bとの搬送方向の上流側(図2中左側)端部同士を接続する。すなわち、バイパス流路48aは、供給マニホールド41a及び供給マニホールド41bにおける供給ポート61、62が接続されている搬送方向の下流側(図2中右側)端部とは反対側の端部に位置している。
また、帰還マニホールド42aと帰還マニホールド42bとは、バイパス流路48bによって複数の第1個別流路49a及び複数の第2個別流路49bを介さずに連通されている。図2に示すように、バイパス流路48bは、帰還マニホールド42aと帰還マニホールド42bとの搬送方向の上流側(図2中左側)端部同士を接続する。すなわち、バイパス流路48bは、帰還マニホールド42a及び帰還マニホールド42bにおける帰還ポート63、64が接続されている搬送方向の下流側(図2中右側)端部とは反対側の端部に位置している。
図3に示すように、複数の第1個別流路49aからなる第1個別流路群50aと、複数の第2個別流路49bからなる第2個別流路群50bとは、流路部材21に設けられている。複数の第1個別流路49aは、圧力室43、連通流路44、ディセンダ45、連通流路46、及び第1吐出口47aをそれぞれ有している。複数の第2個別流路49bは、圧力室43、連通流路44、ディセンダ45、連通流路46、及び第2吐出口47bをそれぞれ有している。
複数の圧力室43は、上面視で供給マニホールド41及び帰還マニホールド42と重複しない位置に配置されている。より詳細には、走査方向に関して供給マニホールド41及び帰還マニホールド42の両側(図2中上方及び下方)に、複数の圧力室43がそれぞれ配置されている。
図2に示すように、走査方向に関して供給マニホールド41及び帰還マニホールド42の両側にそれぞれ配置された複数の圧力室43は、搬送方向に沿って等間隔で配列されている。ここで、複数の第1個別流路49aは、走査方向に関して供給マニホールド41及び帰還マニホールド42の一方側(図2中下側)に配置された圧力室43をそれぞれ含む。複数の第1個別流路49aによって、第1個別流路群50aが構成されている。また、複数の第2個別流路49bは、走査方向に関して供給マニホールド41及び帰還マニホールド42の他方側(図2中上側)に配置された圧力室43をそれぞれ含む。複数の第2個別流路49bによって、第2個別流路群50bが構成されている。
第1個別流路群50aに属する各圧力室43は、連通流路44を介して供給マニホールド41aにそれぞれ連通している。すなわち、供給マニホールド41aは、第1個別流路群50aに対して共通に設けられている。かかる連通流路44は、圧力室43毎に設けられており、圧力室43の走査方向に関する他方側(図2中上側)の端部に繋がっている。
第2個別流路群50bに属する各圧力室43は、連通流路44を介して供給マニホールド41bにそれぞれ連通している。すなわち、供給マニホールド41bは、第2個別流路群50bに対して共通に設けられている。かかる連通流路44は、圧力室43毎に設けられており、圧力室43の走査方向に関する一方側(図2中下側)の端部に繋がっている。
ディセンダ45は、図3に示すように、上下方向に関して圧力室43と第1吐出口47a又は第2吐出口47bとの間に配置されている。ディセンダ45は、圧力室43の走査方向に関する連通流路44が繋がっている側とは反対側の端部に繋がっている。すなわち、第1個別流路群50aに属する圧力室43は、走査方向の一方側(図2中下側)の端部にディセンダ45が繋がっている。第2個別流路群50bに属する圧力室43は、走査方向の他方側(図2中上側)の端部にディセンダ45が繋がっている。
図3に示すように、第1個別流路群50aに属する各ディセンダ45は、連通流路46を介して帰還マニホールド42aとそれぞれ連通している。すなわち、帰還マニホールド42aは、第1個別流路群50aに対して共通に設けられている。かかる連通流路46は、第1個別流路群50aに属するディセンダ45毎に設けられている。
同様に、第2個別流路群50bに属する各ディセンダ45は、連通流路46を介して帰還マニホールド42bとそれぞれ連通している。すなわち、帰還マニホールド42bは、第2個別流路群50bに対して共通に設けられている。かかる連通流路46は、第2個別流路群50bに属するディセンダ45毎に設けられている。
第1吐出口47a及び第2吐出口47bは、いずれも流路部材21の下面に形成されている。図2に示すように、第1個別流路群50aに属する各第1吐出口47aは、流路部材21における走査方向の一方側(図2中下方側)の端部において搬送方向に沿って等間隔で配列されている。第2個別流路群50bに属する各第2吐出口47bは、流路部材21における走査方向の他方側(図2中上方側)の端部において搬送方向に沿って等間隔で配列されている。複数の第1吐出口47aの配列ピッチと複数の第2吐出口47bの配列ピッチとは等しい。各第1吐出口47aの搬送方向に関する位置と、各第2吐出口47bの搬送方向に関する位置とは、半ピッチだけずれている。
図3に示すように、流路部材21は、プレート31~35の5枚のプレートが下方からこの順で積層されることで形成されている。プレート31~35の外形形状はいずれも同じであり、上面視で搬送方向に長尺な矩形形状を有している。流路部材21内には、圧力室43がプレート34、35に亘って形成されている。つまり、圧力室43は、流路部材21の上面に開口している。また、ディセンダ45は、プレート32、33に亘って形成されている。さらに、流路部材21には、供給マニホールド41の一部がプレート34、35に亘って形成されており、帰還マニホールド42の一部がプレート32~35に亘って形成されている。つまり、供給マニホールド41の流路部材21に形成された部分、及び、帰還マニホールド42の流路部材21に形成された部分は、いずれも流路部材21の上面に開口している。
振動板22は、上面視でプレート31~35と同じ外形形状を有しており、流路部材21の上面、すなわちプレート35の上面に積層されている。振動板22は、いずれも流路部材21の上面に開口している第1個別流路49aに含まれる複数の圧力室43及び第2個別流路49bに含まれる複数の圧力室43を覆う。
図3に示すように、振動板22は、供給マニホールド41の流路部材21の上面に開口している部分と対向する領域にそれぞれ設けられた2つのフィルター22aを有する。また、振動板22は、帰還マニホールド42の一部を構成する貫通孔22bを有する。貫通孔22bは、帰還マニホールド42の流路部材21の上面に開口している部分と対向する領域にそれぞれ配置されている。
振動板22の上面における複数の圧力室43と対向する領域には、下方から順に積層された共通電極51、圧電体52、及び個別電極53が配置されている。共通電極51及び圧電体52は、第1個別流路群50a及び第2個別流路群50bにそれぞれ属する複数の圧力室43毎に設けられており、第1個別流路群50a及び第2個別流路群50bにそれぞれ属する複数の圧力室43に跨って設けられている。個別電極53は、圧力室43毎に設けられており、上面視で各圧力室43と重複している。1つの個別電極53と共通電極51及び圧電体52における該個別電極53と対向する部分とが、1つの圧電素子25を構成する。すなわち、振動板22の上面には、圧力室43毎に圧電素子25が配置されている。
複数の個別電極53は、図示しない配線部材を介して図示しないドライバICに接続されている。ドライバICは、共通電極51の電位をグランド電位に維持する一方、個別電極53の電位を変化させる。これにより、振動板22及び圧電体52において個別電極53と圧力室43とで挟まれた部分が、圧力室43側に凸となるように変形する。この変形によって、圧力室43の容積が小さくなって圧力室43内のインクの圧力が上昇し、圧力室43に連通する第1吐出口47a、第2吐出口47bからインクが吐出される。
図3に示すように、振動板22の上面における圧電素子25とは異なる位置には、第1マニホールド部材23が積層されている。さらに、第1マニホールド部材23の上面には、第2マニホールド部材24が積層されている。図2に示すように、第1マニホールド部材23及び第2マニホールド部材24の搬送方向に沿う長さは、流路部材21及び振動板22と同じである。第1マニホールド部材23及び第2マニホールド部材24の走査方向に沿う長さは、流路部材21及び振動板22よりも短い。第1マニホールド部材23及び第2マニホールド部材24は、流路部材21及び振動板22の走査方向の中央に位置している。
図3及び図4(a)に示すように、第1マニホールド部材23は、上下方向に貫通する2つの貫通孔23bと、下面(振動板22と対向する面)に形成された2つの溝23c及び溝23d(本発明の「第2溝」)とを有する。2つの貫通孔23bは、供給マニホールド41a、41bの一部をそれぞれ構成するものである。2つの貫通孔23bは、搬送方向に沿って延びており、振動板22に設けられた2つのフィルター22aと対向する領域にそれぞれ設けられている。2つの溝23cは、帰還マニホールド42a、42bの一部をそれぞれ構成するものである。2つの溝23cは、搬送方向に沿って延びており、振動板22に設けられた2つの貫通孔22bと対向する領域にそれぞれ設けられている。
溝23dは、2つの溝23cの搬送方向の上流側(図4(a)中左側)の端部同士を繋いでいる。図3に示すように、溝23dの深さは、溝23cの深さよりも浅い。第1マニホールド部材23に設けられた溝23dと、振動板22の上面(第1マニホールド部材23と対向する面)とで、バイパス流路48bが構成される。ここで、図5に示すように、バイパス流路48bは、インクの流動方向(走査方向)と直交する断面の形状が矩形である。
図3及び図4(b)に示すように、第2マニホールド部材24は、下面(第1マニホールド部材23と対向する面)に形成された2つの溝24b及び溝24c(本発明の「第1溝」)を有する。2つの溝24bは、供給マニホールド41a、41bの一部をそれぞれ構成するものである。2つの溝24bは、搬送方向に沿って延びており、第1マニホールド部材23に設けられた貫通孔23b及び溝23cの上方に配置されている。より詳細には、溝24bは、貫通孔23bと対向する領域と溝23cに対向する領域とに跨って設けられている。
溝24cは、2つの溝24bの搬送方向の上流側(図4(b)中左側)の端部同士を繋いでいる。図3に示すように、溝24cの深さは、溝24bの深さよりも浅い。第2マニホールド部材24に設けられた溝24cと、第1マニホールド部材23の上面(第2マニホールド部材24と対向する面)とで、バイパス流路48aが構成される。ここで、図5に示すように、バイパス流路48aは、インクの流動方向(走査方向)と直交する断面の形状が矩形である。
すなわち、供給マニホールド41は、流路部材21のプレート34から第2マニホールド部材24に亘って形成されている。そして、振動板22に設けられたフィルター22aは、供給マニホールド41内に配置される。供給マニホールド41内のインクは上方から下方に向かってフィルター22aを通過する。また、帰還マニホールド42は、流路部材21のプレート32から第1マニホールド部材23に亘って形成されている。
図2及び図4(b)に示すように、供給ポート61、62は、第2マニホールド部材24の上壁における供給マニホールド41a、41bの搬送方向の下流側(図2中右側)端部と対向する部分にそれぞれ形成されている。供給マニホールド41a、41bは、供給ポート61、62に取り付けられた管(図示せず)を介して、インクタンク90とそれぞれ連通している。インクタンク90と供給ポート61、62との間の流路の途中には、インクタンク90内のインクを供給ポート61、62を介して2つの供給マニホールド41に送り込む供給ポンプ91、92がそれぞれ設けられている。
帰還ポート63、64は、第2マニホールド部材24の上壁における帰還マニホールド42a、42bの搬送方向の下流側(図2中右側)端部と対向する部分にそれぞれ形成されている。帰還マニホールド42a、42bは、帰還ポート63、64に取り付けられた管(図示せず)を介して、インクタンク90とそれぞれ連通している。インクタンク90と帰還ポート63、64との間の流路の途中には、帰還ポート63、64を介して2つの帰還マニホールド42のインクをそれぞれ吸込み、インクタンク90に送る帰還ポンプ93、94がそれぞれ設けられている。
ここで、上述のように、供給ポート61から供給マニホールド41aまでの流路の抵抗値R1は、供給ポート62から供給マニホールド41bまでの流路の抵抗値R2よりも小さい。また、帰還マニホールド42aから帰還ポート63までの流路の抵抗値R3は、帰還マニホールド42bから帰還ポート64までの流路の抵抗値R4よりも小さい。したがって、供給ポンプ91、92、帰還ポンプ93、94の回転数が同じである場合には、供給マニホールド41aの圧力を第1圧力P1、供給マニホールド41bの圧力を第2圧力P2、帰還マニホールド42aの圧力を第3圧力-P1、帰還マニホールド42bの圧力を第4圧力-P2とすると、|P1|>|P2|となる。
次に、インクジェットヘッド3とインクタンク90との間でのインクの循環について説明する。まず、供給ポンプ91を駆動することで、インクタンク90に貯留されたインクが供給ポート61を介して供給マニホールド41aに流入し、供給ポンプ92を駆動することで、インクタンク90に貯留されたインクが供給ポート62を介して供給マニホールド41bに流入する。
ここで、上述のように、供給マニホールド41aの圧力は第1圧力P1であり、帰還マニホールド42aの圧力は第3圧力-P1であるので、供給マニホールド41a内に貯留されたインクの一部は、フィルター22aを通過した後に、第1個別流路49aを介して帰還マニホールド42aに流入する。また、供給マニホールド41bの圧力は第2圧力P2であり、帰還マニホールド42bの圧力は第4圧力-P2であるので、供給マニホールド41b内に貯留されたインクの一部は、フィルター22aを通過した後に、第2個別流路49bを介して帰還マニホールド42bに流入する。
また、上述のように、供給マニホールド41aの第1圧力P1は、供給マニホールド41bの第2圧力P2よりも大きいので、供給マニホールド41a内に貯留されたインクの一部は、バイパス流路48aを介して供給マニホールド41bに流れ込む。さらに、帰還マニホールド42aの第3圧力-P1の絶対値は、帰還マニホールド42bの第4圧力-P2の絶対値よりも大きいので、帰還マニホールド42b内のインクの一部は、バイパス流路48bを介して帰還マニホールド42aに流れ込む。
帰還ポンプ93を駆動することで、帰還マニホールド42a内のインクは、帰還ポート63を介してインクタンク90に戻り、帰還ポンプ94を駆動することで、帰還マニホールド42b内のインクは、帰還ポート64を介してインクタンク90に戻る。
[第1実施形態の特徴]
以上のように、上述の実施形態のインクジェットヘッド3は、複数の第1個別流路49aからなる第1個別流路群50aと、複数の第2個別流路49bからなる第2個別流路群50bと、第1個別流路群50a及び第2個別流路群50bのそれぞれに対して設けられた2つの供給マニホールド41a、41bと、第1個別流路群50a及び第2個別流路群50bのそれぞれに対して設けられた2つの帰還マニホールド42a、42bと、複数の第1個別流路49a及び複数の第2個別流路49bを介さずに、2つの供給マニホールド41a、41b同士及び2つの帰還マニホールド42a、42b同士を連通させるためのバイパス流路48a、48bと、を備えている。そして、供給マニホールド41aの第1圧力P1と、供給マニホールド41bの第2圧力P2と、帰還マニホールド42aの第3圧力-P1と、帰還マニホールド42bの第4圧力-P2とが、|P1|>|P2|の関係を満たしている。|P1|>|P2|の関係を満たすので、2つの供給マニホールド41a、41b間、2つの帰還マニホールド42a、42b間、供給マニホールド41a及び帰還マニホールド42a間、並びに、供給マニホールド41b及び帰還マニホールド42b間で、同時にインクを移動させることができる。したがって、供給マニホールド41a及び帰還マニホールド42a間、並びに、供給マニホールド41b及び帰還マニホールド42b間でインクを移動させつつ、バイパス流路48a、48bにより、比較的流路抵抗が高い第1個別流路49a及び第2個別流路49bを介さずに、供給マニホールド41a、41b間、及び帰還マニホールド42a、42b間でインクを移動させることができる。したがって、インクの循環流量を十分に確保できる。
さらに、本実施形態においては、供給ポート61から供給マニホールド41aまでの流路の抵抗値R1と、供給ポート62から供給マニホールド41bまでの流路の抵抗値R2と、が互いに異なっている。また、帰還マニホールド42aから帰還ポート63までの流路の抵抗値R3と、帰還マニホールド42bから帰還ポート64までの流路の抵抗値R4と、が互いに異なっている。したがって、供給マニホールド41aの第1圧力P1と、供給マニホールド41bの第2圧力P2と、帰還マニホールド42aの第3圧力-P1と、帰還マニホールド42bの第4圧力-P2とが、|P1|>|P2|の関係を満たすようにすることができる。
また、本実施形態においては、バイパス流路48a、48bは、インクの流動方向と直交する断面の形状が矩形である。断面形状が円形である場合に比べて、バイパス流路48a、48bの減衰係数が大きくなるので、バイパス流路48a、48bに繋がっている供給マニホールド41及び帰還マニホールド42の内部での共振を十分に低減することができる。したがって、共振の影響により、第1吐出口47a、第2吐出口47bからのインクの吐出特性が低下するのを防ぐことができる。
加えて、本実施形態においては、2つの供給マニホールド41a、41bは、バイパス流路48aと交わり、且つ、搬送方向に沿って延びる直線C1に対して線対称である。また、2つの帰還マニホールド42a、42bは、バイパス流路48b交わり、且つ、搬送方向に沿って延びる直線C2に対して線対称である。これにより、バイパス流路48aで接続されている2つの供給マニホールド41同士、及び、バイパス流路48bで接続されている2つの帰還マニホールド42同士の特性が均一になる。したがって、第1吐出口47aと第2吐出口47bとで吐出特性が変化することを防止し、画像にムラが生じるのを抑制することができる。
さらに、本実施形態においては、供給ポート61、62は、2つの供給マニホールド41a、41bにおける搬送方向の下流側の端部にそれぞれ位置しており、2つの供給マニホールド41a、41b同士を連通するバイパス流路48aは、各供給マニホールド41a、41bにおける搬送方向の上流側の端部に位置している。したがって、供給ポート61から供給マニホールド41aに供給されたインクは、供給マニホールド41aにおける供給ポート61が配置されている側とは反対側の端部に位置するバイパス流路48aを介して供給マニホールド41bに流入する。よって、供給マニホールド41内のインクを確実に循環させることができる。
加えて、本実施形態においては、帰還ポート63、64は、2つの帰還マニホールド42a、42bにおける搬送方向の下流側の端部にそれぞれ位置しており、2つの帰還マニホールド42a、42b同士を連通するバイパス流路48bは、各帰還マニホールド42a、42bにおける搬送方向の上流側の端部に位置している。したがって、バイパス流路48bを介して、帰還マニホールド42bから帰還マニホールド42aに流入したインクは、帰還マニホールド42aにおけるバイパス流路48bが配置されている側とは反対側の端部に位置する帰還ポート63に流れ込む。よって、帰還マニホールド42内のインクを確実に循環させることができる。
さらに、本実施形態においては、第2マニホールド部材24の下面に設けられた溝24cと、第1マニホールド部材23の上面とで、バイパス流路48aが構成される。また、第1マニホールド部材23の下面に設けられた溝23dと、振動板22の上面とで、バイパス流路48bが構成される。したがって、溝24c、23dをエッチングにより形成することで精度よくバイパス流路48a、48bを形成することができる。
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
図6に示すように、上述の実施形態の第1変形例に係るインクジェットヘッド103においては、供給マニホールド141及び帰還マニホールド142の走査方向に関する幅が一定ではない。すなわち、供給マニホールド141の走査方向に関する幅は、搬送方向に関して供給ポート161、162が設けられている側の端部(搬送方向の下流側端部)が最も大きく、搬送方向に関してバイパス流路148aが設けられている側の端部(搬送方向の上流側端部)に近づくにつれて次第に小さくなっている。同様に、帰還マニホールド342の走査方向に関する幅は、搬送方向に関して帰還ポート163、164が設けられている側の端部(搬送方向の下流側端部)が最も大きく、搬送方向に関してバイパス流路148bが設けられている側の端部(搬送方向の上流側端部)に近づくにつれて次第に小さくなっている。
供給マニホールド141及び帰還マニホールド142の高さは、搬送方向に関して一定である。したがって、供給マニホールド141は、バイパス流路148aを介するインクの流動方向と直交する断面(搬送方向に直交する断面)での断面積が、バイパス流路148aに近づくにつれて次第に小さくなる。同様に、帰還マニホールド142も、バイパス流路148bを介するインクの流動方向と直交する断面(搬送方向に直交する断面)での断面積が、バイパス流路148bに近づくにつれて次第に小さくなる。
本変形例においては、供給マニホールド141及び帰還マニホールド142において、バイパス流路148a、148bに近いほど、インクの流動方向と直交する面での断面積が小さくなっている。したがって、バイパス流路148a、148bの近傍においてインクのよどみが生じるのを抑制できる。したがって、インクジェットヘッド103内のインクを確実に循環させ、第1吐出口47a、第2吐出口47bの詰まりを防止することができる。
本変形例においては、供給マニホールド141及び帰還マニホールド142は、搬送方向に関して、高さが一定であり且つ走査方向に関する幅が一定ではない。しかしながら、供給マニホールド141及び帰還マニホールド142は、搬送方向に関して、走査方向に関する幅が一定であり且つ高さが一定ではなくてもよい。この場合、供給マニホールド141の高さは、搬送方向に関して供給ポート161、162が設けられている側の端部(搬送方向の下流側端部)が最も高く、搬送方向に関してバイパス流路148aが設けられている側の端部(搬送方向の上流側端部)に近づくにつれて次第に低くなる。同様に、帰還マニホールド142の高さは、搬送方向に関して帰還ポート163、164が設けられている側の端部(搬送方向の下流側端部)が最も高く、搬送方向に関してバイパス流路148bが設けられている側の端部(搬送方向の上流側端部)に近くなるにつれて次第に低くなる。
また、本変形例においては、供給マニホールド141及び帰還マニホールド142のインクの流動方向と直交する断面(搬送方向に直交する断面)での断面積が、バイパス流路148a、148bに近づくにつれて次第に小さくなる。しかしながら、供給マニホールド141及び帰還マニホールド142のインクの流動方向と直交する断面での断面積は、バイパス流路148a、148bに近づくにつれて段階的に小さくなってもよい。
さらに、上述の実施形態においては、供給ポート61の径D1と供給ポート62の径D2とが互いに異なっており、供給ポート61から供給マニホールド41aまでの流路の抵抗値R1と、供給ポート62から供給マニホールド41bまでの流路の抵抗値R2と、が互いに異なっている。また、帰還ポート63の径D3と帰還ポート64の径D4とが互いに異なっており、帰還マニホールド42aから帰還ポート63までの流路の抵抗値R3と、帰還マニホールド42bから帰還ポート64までの流路の抵抗値R4と、が互いに異なっている。しかしながら、抵抗値R1、R2が互いに異なるように、供給ポート61、62以外の供給マニホールド41a、41bよりもインクの流動方向の上流側にそれぞれ位置する2つの供給流路の形状を変更するようにしてもよい。同様に、抵抗値R3、R4が互いに異なるように、帰還ポート63、64以外の供給マニホールド41a、41bよりもインクの流動方向の下流側に位置する2つの帰還流路の形状を変更するようにしてもよい。また、供給流路及び帰還流路に流路抵抗を変える機構を設け、2つの供給流路及び2つの帰還流路の流路抵抗をそれぞれ変更可能としてもよい。
加えて、上述の実施形態においては、供給ポンプ91、92及び帰還ポンプ93、94はいずれも同じ所定の回転数で駆動する。また、供給ポート61から供給マニホールド41aまでの流路の抵抗値R1と、供給ポート62から供給マニホールド41bまでの流路の抵抗値R2とは互いに異なっている。帰還マニホールド42aから帰還ポート63までの流路の抵抗値R3と、帰還マニホールド42bから帰還ポート64までの流路の抵抗値R4とも互いに異なっている。そして、供給マニホールド41aの圧力を第1圧力P1、供給マニホールド41bの圧力を第2圧力P2、帰還マニホールド42aの圧力を第3圧力-P1、帰還マニホールド42bの圧力を第4圧力-P2とすると、|P1|>|P2|となる。しかしながら、抵抗値R1、R2同士、及び、抵抗値R3、R4同士は同じであってもよい。
すなわち、例えば、抵抗値R1、R2同士、及び、抵抗値R3、R4同士が同じある場合は、制御部100により供給ポンプ91、92及び帰還ポンプ93、94の回転数を制御することで、|P1|>|P2|の関係を満たすようにする。具体的には、供給ポンプ91の回転数は供給ポンプ92の回転数よりも多くし、帰還ポンプ93の回転数が帰還ポンプ94の回転数よりも多くする。また、各供給マニホールド41にインクを送り込むポンプをそれぞれ複数設け、且つ、各帰還マニホールド42のインクを吸い込むポンプをそれぞれ複数設け、制御部100は駆動するポンプの数を制御するようにしてもよい。
また、制御部100により供給ポンプ91、92及び帰還ポンプ93、94の回転数を制御する場合、並びに、2つの供給流路及び2つの帰還流路の流路抵抗を制御する場合は、第1圧力P1、第2圧力P2、第3圧力-P1、及び第4圧力-P2の絶対値が同時に大きくなるように制御してもよい。これにより、第1個別流路群50aに共通して設けられた供給マニホールド41aと帰還マニホールド42aとの差圧、及び、第2個別流路群50bに共通して設けられた供給マニホールド41bと帰還マニホールド42bとの差圧が大きくなる。したがって、第1個別流路群50aに共通して設けられた供給マニホールド41aと帰還マニホールド42aとの間でのインクの循環量、及び、第2個別流路群50bに共通して設けられた供給マニホールド41bと帰還マニホールド42bとの間でのインクの循環量を増やすことができる。
さらに、制御部100により供給ポンプ91、92及び帰還ポンプ93、94の回転数を制御する場合、並びに、2つの供給流路及び2つの帰還流路の流路抵抗を制御する場合は、第2圧力P2及び第4圧力-P2を維持しつつ、第1圧力P1及び、第3圧力-P1の絶対値が大きくなるように制御してもよい。これにより、第1個別流路群50aに共通して設けられた供給マニホールド41aと帰還マニホールド42bとの差圧、2つの供給マニホールド41a、41b同士の差圧、及び2つの帰還マニホールド42a、42b同士の差圧が大きくなる。したがって、第1個別流路群50aに共通して設けられた供給マニホールド41aと帰還マニホールド42aとの間でのインクの循環量、2つの供給マニホールド41a、41b同士でのインクの循環量、及び2つの帰還マニホールド42a、42b同士でのインクの循環量を増やすことができる。
加えて、上述の実施形態においては、2つの供給マニホールド41同士を連通するバイパス流路48aと、2つの帰還マニホールド42同士を連通するバイパス流路48bとを備えている場合について説明したが、バイパス流路48a及びバイパス流路48bのいずれか一方のみを備えていればよい。
また、上述の実施形態においては、バイパス流路48a、48bのインクの流動方向である走査方向と直交する面における断面の形状は矩形である場合について説明したが、これには限定されない。すなわち例えば、バイパス流路48a、48bの断面形状は、円形であってもよい。
さらに、上述の実施形態においては、2つの供給マニホールド41a、41bは直線C1に対して線対称であり、2つの帰還マニホールド42a、42bは直線C2に対して線対称である場合について説明したが、2つの供給マニホールド41a、41b同士及び2つの帰還マニホールド42a、42b同士は線対称でなくてもよい。
加えて、上述の実施形態においては、供給ポート61、62は、2つの供給マニホールド41a、41bにおける搬送方向の下流側の端部にそれぞれ位置しており、バイパス流路48aは、各供給マニホールド41a、41bにおける搬送方向の上流側の端部に位置している場合について説明したが、これには限定されない。供給ポート61、62とバイパス流路48aとの間の搬送方向に関する距離は、供給マニホールド41a、41bの搬送方向に沿う長さの半分以上であることが好ましいが、供給マニホールド41a、41bの搬送方向に沿う長さよりも短くてもよい。同様に、帰還ポート63、64とバイパス流路48bとの間の搬送方向に関する距離は、帰還マニホールド42a、42bの搬送方向に沿う長さの半分以上であることが好ましいが、帰還マニホールド42a、42bの搬送方向に沿う長さよりも短くてもよい。
また、上述の実施形態においては、第2マニホールド部材24の下面に設けられた溝24cと、第1マニホールド部材23の上面とで、バイパス流路48aが構成され、第1マニホールド部材23の下面に設けられた溝23dと、振動板22の上面とで、バイパス流路48bが構成される場合について説明したが、これには限定されない。すなわち例えば、バイパス流路48aは、供給マニホールド41a、41bを仕切る壁を走査方向に貫通する貫通孔で構成されていてもよい。また、バイパス流路48bは、帰還マニホールド42a、42bを仕切る壁を走査方向に貫通する貫通孔で構成されていてもよい。
また、上述の実施形態においては、バイパス流路48aが、供給マニホールド41a、41bに1つ設けられている場合について説明したがこれには限定されない。供給マニホールド41a、41b同士を連通させるバイパス流路48aは複数設けられていてもよい。同様に、帰還マニホールド42a、42b同士を連通させるバイパス流路48bも複数設けられていてもよい。
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。
プリンタ1の記録形式は、シリアル式に限定されず、記録用紙Pの幅方向に長尺であり、且つ、位置が固定されたヘッドのノズルからインクを吐出するライン式であってもよい。
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。また、吐出対象は、記録用紙Pに限定されず、例えば布、基板等であってもよい。
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 プリンタ(液体吐出装置)
3 インクジェットヘッド(液体吐出ヘッド)
41、41a、41b 供給マニホールド
42、42a、42b 帰還マニホールド
47a 第1吐出口
47b 第2吐出口
48a、48b バイパス流路
49a 第1個別流路
49b 第2個別流路
50a 第1個別流路群
50b 第2個別流路群

Claims (13)

  1. 液体の第1吐出口をそれぞれ有する複数の第1個別流路からなる第1個別流路群と、
    液体の第2吐出口をそれぞれ有する複数の第2個別流路からなる第2個別流路群と、
    前記第1個別流路群及び前記第2個別流路群のそれぞれに対して設けられており、前記複数の第1個別流路及び前記複数の第2個別流路にそれぞれ液体を供給する2つの供給マニホールドと、
    前記第1個別流路群及び前記第2個別流路群のそれぞれに対して設けられており、前記2つの供給マニホールドから流出した液体がそれぞれ流入する2つの帰還マニホールドと、
    前記複数の第1個別流路及び前記複数の第2個別流路を介さずに、前記2つの供給マニホールド同士及び前記2つの帰還マニホールド同士の少なくともいずれか一方を連通させるためのバイパス流路と、
    を備え、
    前記第1個別流路群に共通して設けられた前記供給マニホールドの第1圧力P1と、前記第2個別流路群に共通して設けられた前記供給マニホールドの第2圧力P2と、前記第1個別流路群に共通して設けられた前記帰還マニホールドの第3圧力-P1と、前記第2個別流路群に共通して設けられた前記帰還マニホールドの第4圧力-P2とが、|P1|>|P2|の関係を満たしていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  2. 前記2つの供給マニホールドよりも液体の流動方向の上流側にそれぞれ位置する2つの供給流路と、
    前記2つの帰還マニホールドよりも液体の流動方向の下流側にそれぞれ位置する2つの帰還流路と、
    をさらに備えており、
    前記バイパス流路は、前記2つの供給マニホールド同士及び前記2つの帰還マニホールド同士をそれぞれ連通し、
    前記2つの供給流路から各供給マニホールドまでのそれぞれの流路の抵抗値は互いに異なっており、且つ、各帰還マニホールドから前記2つの帰還流路までのそれぞれの流路の抵抗値は互いに異なってい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. 前記バイパス流路は、液体の流動方向と直交する断面の形状が矩形であることを特徴とする請求項1又は2に記載の液体吐出ヘッド。
  4. 前記2つの供給マニホールド及び前記2つの帰還マニホールドのうち前記バイパス流路が接続されているマニホールドは、前記バイパス流路を介する液体の流動方向と直交する断面の断面積が、前記バイパス流路に近づくにつれて小さくなることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
  5. 前記バイパス流路は、第1方向に沿って延びており、
    前記2つの供給マニホールド及び前記2つの帰還マニホールドのうち前記バイパス流路で接続されているもの同士は、前記バイパス流路と交わり且つ前記第1方向と直交する直線に対して、線対称であ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2つの供給マニホールドにそれぞれ液体を供給する2つの供給ポートをさらに備えており、
    前記複数の第1個別流路がそれぞれ有する複数の第1吐出口、及び、前記複数の第2個別流路がそれぞれ有する複数の第2吐出口は、いずれも第2方向に沿って配列されており、
    各供給マニホールドにおいて、前記供給ポートと前記2つの供給マニホールド同士を連通する前記バイパス流路との間の前記第2方向に関する距離は、前記供給マニホールドの前記第2方向に沿う長さの半分以上であ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2つの帰還マニホールドの液体がそれぞれ流れ込む2つの帰還ポートをさらに備えており、
    前記複数の第1個別流路がそれぞれ有する複数の第1吐出口、及び、前記複数の第2個別流路がそれぞれ有する複数の第2吐出口は、いずれも第2方向に沿って配列されており、
    各帰還マニホールドにおいて、前記帰還ポートと前記2つの帰還マニホールド同士を連通する前記バイパス流路との間の前記第2方向に関する距離は、前記帰還マニホールドの前記第2方向に沿う長さの半分以上であることを特徴とする請求項1~6のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
  8. 前記第1個別流路群及び前記第2個別流路群を有する流路部材と、
    前記第1個別流路の少なくとも一部分及び前記第2個別流路の少なくとも一部分を覆う振動板と、
    前記2つの供給マニホールドの一部、及び、前記2つの帰還マニホールドを有する第1マニホールド部材と、
    前記2つの供給マニホールドの一部を有する第2マニホールド部材と、を備えており、
    前記流路部材、前記振動板、前記第1マニホールド部材、及び前記第2マニホールド部材は、第3方向に沿って積層されていることを特徴とする請求項1~7のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
  9. 前記第2マニホールド部材の前記第1マニホールド部材と接対向する面に第1溝が形成されており、
    前記2つの供給マニホールド同士を連通させるバイパス流路は、前記第1溝と前記第1マニホールド部材の前記第2マニホールド部材と対向する面とで構成されることを特徴とする請求項8に記載の液体吐出ヘッド。
  10. 前記第1マニホールド部材の前記振動板と対向する面に第2溝が形成されており、
    前記2つの帰還マニホールド同士を連通させるバイパス流路は、前記第2溝と前記振動板の前記第1マニホールド部材と対向する面とで構成されることを特徴とする請求項8又は9に記載の液体吐出ヘッド。
  11. 請求項1~10のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置であって、
    前記2つの供給マニホールドにそれぞれ液体を送り込む2つの供給ポンプと、
    前記2つの帰還マニホールドの液体をそれぞれ吸い込む2つの帰還ポンプと、
    前記2つの供給ポンプ及び前記2つの帰還ポンプをそれぞれ制御する制御部と、を備えており、
    前記制御部は、前記第1個別流路群に共通して設けられた前記供給マニホールドの第1圧力P1と、前記第2個別流路群に共通して設けられた前記供給マニホールドの第2圧力P2と、前記第1個別流路群に共通して設けられた前記帰還マニホールドの第3圧力-P1と、前記第2個別流路群に共通して設けられた前記帰還マニホールド第4圧力-P2とが、|P1|>|P2|の関係を満たすように、前記2つの供給ポンプ及び前記2つの帰還ポンプの回転数を制御することを特徴とする液体吐出装置。
  12. 前記制御部は、前記第1圧力、前記第2圧力、前記第3圧力、及び前記第4圧力の絶対値が同時に大きくなるように、前記2つの供給ポンプ及び前記2つの帰還ポンプの回転数を制御することを特徴とする請求項11に記載の液体吐出装置。
  13. 前記制御部は、前記第2圧力及び前記第4圧力を維持しつつ、前記第1圧力及び前記第3圧力の絶対値が大きくなるように、前記2つの供給ポンプ及び前記2つの帰還ポンプの回転数を制御することを特徴とする請求項11に記載の液体吐出装置。
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