JP2022131128A - 液体吐出ヘッド - Google Patents

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JP2022131128A JP2021029906A JP2021029906A JP2022131128A JP 2022131128 A JP2022131128 A JP 2022131128A JP 2021029906 A JP2021029906 A JP 2021029906A JP 2021029906 A JP2021029906 A JP 2021029906A JP 2022131128 A JP2022131128 A JP 2022131128A
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Abstract

【課題】部品点数の増加を抑えつつ共通流路の容積を大きくする。【解決手段】流路基板21は、鉛直方向に積層されたプレートで構成されている。共通流路29は、プレート43の下面43bに形成された凹部43yと、プレート44~46に形成された貫通孔44x~46xとで形成されている。凹部43yは、共通流路29の上端29aを構成する。貫通孔44x~46xは、凹部43yと鉛直方向に重なり、共通流路29の上端29aを除く部分を構成する。凹部43yは、共通流路29の搬送方向の上流端から下流端に亘って(即ち、共通流路29の全長に亘って)、設けられている。【選択図】図4

Description

本発明は、複数のプレートで構成された流路基板を備えた液体吐出ヘッドに関する。
特許文献1に記載のインクジェットヘッド(液体吐出ヘッド)は、複数のプレートで構成され、当該複数のプレートにノズルを含む個別流路と共通インク室(共通流路)とが形成されたキャビティユニット(流路基板)を備えている。複数のプレートは、それぞれ共通インク室を構成する貫通孔が形成された2枚のマニホールドプレートを含む。
特開2006-123309号公報
高速で多くの液体をノズルから吐出させるには、個別流路に対して多量の液体を供給するため、共通流路の容積を大きくする必要がある。例えば、特許文献1(図5(b))において、マニホールドプレートを3枚以上に増やすことで、共通流路の容積を大きくすることが考えられる。しかしながら、この場合、部品点数が増え、コストアップにつながる。
本発明の目的は、部品点数の増加を抑えつつ共通流路の容積を大きくすることが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方向に積層された複数のプレートで構成され、複数の個別流路と前記複数の個別流路に連通する共通流路とが形成された、流路基板を備え、前記複数の個別流路は、それぞれ、ノズルと、前記ノズルに連通する圧力室と、前記圧力室と前記共通流路とを連通させる連通路と、を含み、前記複数の個別流路は前記第1方向と直交する第2方向に配列され、前記共通流路は前記第2方向に延び、前記複数のプレートは、前記共通流路の前記第1方向の一端を構成する凹部が形成された第1面を有する第1プレートと、前記第1面に積層され、前記凹部と前記第1方向に重なる貫通孔であって前記共通流路の前記一端を除く部分を構成する貫通孔が形成された第2プレートと、前記第2プレートに対して前記第1プレートと反対側に配置され、複数の前記ノズルが形成された第3プレートと、を含み、前記凹部は、前記共通流路の前記第2方向の一端から他端に亘って設けられたことを特徴とする。
本発明の第1実施形態に係るヘッド3を含むプリンタ1の概略平面図である。 ヘッド3の平面図である。 図2のIII-III線に沿った断面図である。 図2のIV-IV線に沿った断面図である。 本発明の第2実施形態に係るヘッド203の図4に対応する断面図である。 本発明の第3実施形態に係るヘッド303の図4に対応する断面図である。 本発明の第4実施形態に係るヘッド403の平面図である。 図7のVIII-VIII線に沿った断面図である。
<第1実施形態>
本発明の第1実施形態に係るヘッド3は、図1に示すように、プリンタ1に適用される。プリンタ1は、ヘッド3を保持しつつ走査方向(鉛直方向と直交する方向)に移動可能なキャリッジ2と、ヘッド3及びキャリッジ2の下方において用紙Pを支持するプラテン6と、用紙Pを搬送方向(走査方向及び鉛直方向と直交する方向)に搬送する搬送機構4とを備えている。ヘッド3の下面には、複数のノズル31が形成されている。
キャリッジ2は、それぞれ走査方向に延びる一対のガイドレール7,8に支持されており、キャリッジモータ(図示略)の駆動によりガイドレール7,8に沿って走査方向に移動する。
搬送機構4は、搬送方向にプラテン6及びキャリッジ2を挟む位置に配置された2つのローラ対11,12を含む。ローラ対11,12は、搬送モータ(図示略)の駆動により、用紙Pを挟持した状態で回転し、用紙Pを搬送方向に搬送する。
ヘッド3は、図2~図4に示すように、複数のノズル31が形成された流路基板21と、流路基板21の上面に配置されたアクチュエータ基板22とを含む。
流路基板21は、図3に示すように、鉛直方向に積層された8枚のプレート41~48で構成されている。
プレート41には、複数の圧力室30が形成されている。プレート48には、複数のノズル31が形成されている。プレート41の上面が流路基板21の上面、プレート48の下面が流路基板21の下面に該当する。プレート41の上面に複数の圧力室30が開口し、プレート48の下面に複数のノズル31が開口している。
プレート43~46には、4本の共通流路29(図2参照)が形成されている。プレート42,43には、圧力室30毎に、圧力室30と共通流路29とを連通させる連通路35が形成されている。プレート42~47には、圧力室30毎に、圧力室30とノズル31とを接続する接続路36が形成されている。さらに、プレート47の下面には、共通流路29と鉛直方向に重なる位置に、ダンパ室40を構成する凹部が形成されている。当該凹部は、プレート48で塞がれている。
4本の共通流路29は、図2に示すように、それぞれ搬送方向に延び、走査方向に並んでいる。共通流路29は、搬送方向に配列された複数の圧力室30で構成される圧力室列毎に設けられている。4つの圧力室列は、走査方向に並んでいる。各共通流路29から、各圧力室列に属する複数の圧力室30に、連通路35(図3参照)を介してインクが供給される。そして後述のようにアクチュエータ基板22の各アクチュエータが変形することで、圧力室30内のインクに圧力が付与され、接続路36を通ってノズル31からインクが吐出される。
このように、流路基板21には、それぞれ搬送方向に延びる4本の共通流路29と、搬送方向に配列され、各共通流路29に連通する複数の個別流路32(ノズル31及び圧力室30を含む流路であり、共通流路29の出口から連通路35、圧力室30及び接続路36を介してノズル31に至る流路)とが形成されている。
鉛直方向が本発明の「第1方向」に該当し、搬送方向に沿った方向が本発明の「第2方向」に該当する。
共通流路29は、図3及び図4に示すように、プレート43(第1プレート)の下面43b(第1面)に形成された凹部43yと、プレート44~46(第2プレート)に形成された貫通孔44x~46xとで形成されている。凹部43yは、共通流路29の上端29a(第1方向の一端)を構成する。貫通孔44x~46xは、凹部43yと鉛直方向に重なり、共通流路29の上端29aを除く部分を構成する。プレート48(第3プレート)は、図3に示すように、プレート44~46に対してプレート43と反対側に配置されている。
凹部43yは、共通流路29の搬送方向の上流端(第2方向の一端)から下流端(第2方向の他端)に亘って(即ち、共通流路29の全長に亘って)、設けられている。
流路基板21には、さらに、インクタンク9(図1参照)から共通流路29にインクを供給する供給路27と、共通流路29からインクタンク9にインクを帰還させる帰還路28とが形成されている。図2に示すように、各共通流路29の搬送方向の上流端(第2方向の一端)に供給路27が連通し、各共通流路29の搬送方向の下流端(第2方向の他端)に帰還路28が連通している。
供給路27は、図4に示すように、鉛直方向に延び、上端(第1方向の一端)において流路基板21の上面(プレート41の上面)に開口し、下端(第1方向の他端)において凹部43yと連通している。帰還路28も、図示を省略するが、供給路27と同様、鉛直方向に延び、上端において流路基板21の上面に開口し、下端において凹部43yと連通している。
供給路27は、図4に示すように、プレート41~43に形成された貫通孔41x~43xで構成されている。貫通孔41x~43xは、それぞれ鉛直方向に沿って一定の径を有する。貫通孔41x~43xの径は、互いに同じである。つまり、供給路27は、上端から下端に亘って断面積が一定であり、鉛直方向に沿って凹凸のない平滑面で画定されている。帰還路28も、図示を省略するが、供給路27と同様、プレート41~43に形成された、鉛直方向に沿って一定の径を有する貫通孔で構成されている。つまり、帰還路28も、上端から下端に亘って断面積が一定であり、鉛直方向に沿って凹凸のない平滑面で画定されている。
供給路27の開口である供給口27aは、図2に示すように、流路基板21の上面におけるアクチュエータ基板22が配置されない領域(アクチュエータ基板22に対して搬送方向の上流側)に形成されている。帰還路28の開口である帰還口28aは、流路基板21の上面におけるアクチュエータ基板22が配置されない領域(アクチュエータ基板22に対して搬送方向の下流側)に形成されている。
供給口27a及び帰還口28aは、それぞれ、インクタンク9(図1参照)とチューブ等で接続されている。インクタンク9から各供給口27aに供給されたインクは、各共通流路29に供給される。当該インクは、各共通流路29内を搬送方向に移動し、各帰還口28aからインクタンク9に戻される。
流路基板21は、さらに、図2に示すように、各供給路27に設けられた第1フィルタ71と、各帰還路28に設けられた第2フィルタ72とを有する。第1フィルタ71は、図4に示すように、プレート43における凹部32yの底面に配置されている。第2フィルタ72も、第1フィルタ71と同様、プレート43における凹部32yの底面に配置されている。
アクチュエータ基板22は、図3に示すように、振動板62と、共通電極52と、圧電体61と、複数の個別電極51とを含む。振動板62は、流路基板21の上面(プレート41の上面)に配置されている。共通電極52は、振動板62の上面に配置されている。圧電体61は、共通電極52の上面に配置されている。複数の個別電極51は、圧電体61の上面に配置されている。
振動板62、共通電極52及び圧電体61は、流路基板21に形成された全ての圧力室30を覆っている。一方、個別電極51は、圧力室30毎に設けられており、圧力室30のそれぞれと鉛直方向に重なっている。
複数の個別電極51及び共通電極52は、ドライバIC(図示略)と電気的に接続されている。ドライバICは、共通電極52の電位をグランド電位に維持する一方、個別電極51の電位を所定の駆動電位とグランド電位との間で変化させる。このとき、振動板62及び圧電体61において個別電極51と圧力室30とで挟まれた部分(アクチュエータ)が、圧力室30に向かって凸となるように変形することにより、圧力室30の容積が変化し、圧力室30内のインクに圧力が付与される。当該インクは、接続路36を通ってノズル31から吐出される。これと同時に、共通流路29内のインクが連通路35を通って圧力室30に供給され、また、インクタンク9から共通流路29にインクが供給される。
以上に述べたように、本実施形態によれば、プレート43に、共通流路29の上端29aを構成する凹部43yが、共通流路29の搬送方向の上流端(第2方向の一端)から下流端(第2方向の他端)に亘って(即ち、共通流路29の全長に亘って)設けられている(図4参照)。この場合、共通流路29を貫通孔44x~46xのみで構成する場合に比べ、凹部43yを設けた分、共通流路29の容積を大きくできる。つまり、本実施形態によれば、部品点数の増加を抑えつつ、共通流路29の容積を大きくすることが可能である。また、本実施形態によれば、共通流路29の全長に亘って、上端29aが同じ高さである(即ち、上端29aに凹凸がない)ため、インクタンク9と共通流路29との間のインク循環において、気泡の引っ掛かりが生じ難い。
供給路27は、上端から下端に亘って断面積が一定であり、鉛直方向に沿って凹凸のない平滑面で画定されている(図4参照)。供給路27が、鉛直方向に沿って凹凸のある面で画定される場合、凹凸部分に気泡が引っ掛かり、インクタンク9と共通流路29との間のインク循環による気泡の排出が困難になり得る。これに対し、本実施形態によれば、供給路27が鉛直方向に沿って凹凸のない平滑面で画定されるため、気泡の引っ掛かりが生じ難く、インク循環による気泡の排出を実現できる。
搬送方向に延びる共通流路29において、搬送方向の上流端に供給路27が連通し、搬送方向の下流端に帰還路28が連通している(図2参照)。この場合、インクタンク9と共通流路29との間でインクを循環させることで、共通流路29内の気泡の除去やインクの増粘防止を実現できる。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。さらに、共通流路29が鉛直方向から見てI字状(直線状)であるため、供給路27から共通流路29を通して帰還路28へとインクをスムーズに流すことができる。
流路基板21は、各供給路27に設けられた第1フィルタ72と、各帰還路28に設けられた第2フィルタ72とを有する(図2参照)。高速で多くのインクをノズル31から吐出させる場合、インクの逆流(帰還路28から共通流路29に向けてインクが流れる現象)が生じ易く、逆流によって、帰還路28に排出された気泡や帰還路28外にある異物(粉塵等)が共通流路29に戻る可能性がある。この点、本実施形態では、供給路27だけでなく帰還路28にもフィルタが設けられており、逆流時に気泡を第2フィルタ72で捕獲できる。したがって、帰還路28に排出された気泡が共通流路29に戻ることを抑制できる。
フィルタ71,72は、プレート43における凹部32yの底面に配置されている(図4参照)。パージ(ポンプ等によりノズル31から強制的にインクを排出させる動作)により、フィルタ71,72の下面に捕獲された気泡をノズル31から排出する場合において、フィルタ71,72が供給路27の上端や帰還路28の上端に設けられていると、フィルタ71,72から各ノズル31までの流路長が長くなることや、供給路27や帰還路28の内部に気泡が引っ掛かってしまうこと等から、フィルタ71,72の下面に捕獲された気泡をノズル31から排出することが困難になり得る。これに対し、本実施形態によれば、フィルタ71,72がプレート43における凹部32yの底面に配置されているため、フィルタ71,72から各ノズル31までの流路長が比較的短く、また、供給路27や帰還路28の内部での気泡の引っ掛かりが問題とならない。したがって、フィルタ71,72の下面に捕獲された気泡をノズル31から排出し易い。
<第2実施形態>
続いて、図5を参照し、本発明の第2実施形態に係るヘッド203について説明する。
第1実施形態(図4参照)において、供給路27は、上端から下端に亘って断面積が一定である。これに対し、第2実施形態(図5参照)において、供給路27は、上端から下端に向けて断面積が大きくなっている。
第2実施形態では、供給路27を構成する貫通孔41x~43xの径が、互いに異なる。貫通孔41x~43xは、それぞれ鉛直方向に沿って一定の径を有するが、径が互いに異なる。貫通孔42xの径は貫通孔41xの径よりも大きく、貫通孔43xの径は貫通孔42xの径よりも大きい。鉛直方向に隣接する貫通孔41x~43x同士の径の差は、20μm以下である。なお、帰還路28も、供給路27と同様の構成を有する。
以上に述べたように、本実施形態によれば、供給路27は、上端から下端に向けて断面積が大きくなっている。これにより、供給路27から共通流路29にインクをスムーズに供給できる。
供給路27は、3枚のプレート41~43に形成された、径が互いに異なる貫通孔41x~43xで構成されている。この場合、上端から下端に向けて断面積が大きくなるという構成を、プレート41~43に対するエッチングにより、容易に実現できる。
鉛直方向に隣接する貫通孔41x~43x同士の径の差は、20μm以下である。径の差が20μmを超えると、貫通孔41x~43xの段差に気泡が引っ掛かり、インクタンク9(図1参照)と共通流路29との間のインク循環による気泡の排出が困難になり得る。これに対し、本実施形態によれば、径の差が20μm以下であり、貫通孔41x~43xの段差が小さいため、気泡の引っ掛かりが生じ難く、インク循環による気泡の排出を実現できる。
<第3実施形態>
続いて、図6を参照し、本発明の第3実施形態に係るヘッド303について説明する。
第3実施形態(図6参照)では、第2実施形態(図5参照)と同様、供給路27が、上端から下端に向けて断面積が大きくなっている。ただし、第2実施形態(図5参照)では貫通孔41x~43xがそれぞれ鉛直方向に沿って一定の径を有するところ、第3実施形態(図6参照)では、貫通孔41xは鉛直方向に沿って一定の径を有するが、貫通孔42x,43xはそれぞれ上端から下端に向けて漸進的に径が大きくなっている。
本実施形態によれば、貫通孔42x,43xの構成が第2実施形態と異なるものの、第2実施形態と同様、供給路27が上端から下端に向けて断面積が大きくなっていることで、第2実施形態と同様の効果(供給路27から共通流路29にインクをスムーズに供給できるという効果)を得ることができる。
また、本実施形態では、貫通孔42x,43xがそれぞれ上端から下端に向けて漸進的に径が大きくなっている。この場合、貫通孔41x~43xに段差がないため、気泡の引っ掛かりが生じ難く、インク循環による気泡の排出を実現できる。
<第4実施形態>
続いて、図7及び図8を参照し、本発明の第4実施形態に係るヘッド403について説明する。
第1実施形態(図2参照)では、鉛直方向から見てI字状(直線状)の共通流路29が、4本独立して設けられている。これに対し、第4実施形態(図7参照)では、それぞれ鉛直方向から見てI字状(直線状)の第1共通流路291及び第2共通流路292が、連結流路293で連結されることで、全体として鉛直方向から見てU字状の流路が形成されている。
図7に示すように、第1共通流路291の搬送方向の上流端(第2方向の一端)に供給路27が連通し、第2共通流路292の搬送方向の上流端(第2方向の一端)に帰還路28が連通している。流路基板21には、さらに、第1共通流路291の搬送方向の下流端(第2方向の他端)と第2共通流路292の搬送方向の下流端(第2方向の他端)とを連結する、連結流路293が形成されている。
連結流路293は、図8に示すように、プレート43の凹部43yと、プレート44~46の凹部44y~46yとで構成される。連結流路293の上端は、共通流路29(第1共通流路291及び第2共通流路292)の上端29a(図4参照)と同様、凹部43yで構成されている。第1共通流路291、第2共通流路292及び連結流路293を含むU字状の流路において、流路の全長に亘って、上面及び下面に段差がない。
以上に述べたように、本実施形態によれば、共通流路29の構成が第1実施形態と異なるものの、第1実施形態と同様、インクタンク9(図1参照)と共通流路29との間でインクを循環させることで、共通流路29内の気泡の除去やインクの増粘防止を実現できる。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。
さらに、本実施形態では、連結流路293の上端が、共通流路29の上端29aと同様、プレート43の凹部43yで構成される。つまり、第1共通流路291、第2共通流路292及び連結流路293を含むU字状の流路の全長に亘って、凹部43yが設けられている。これにより、部品点数の増加を抑えつつ、U字状の流路の容積を大きくすることが可能である。また、U字状の流路の全長に亘って、上端29aが同じ高さである(即ち、上端29aに凹凸がない)ため、インクタンク9とU字状の流路との間のインク循環において、気泡の引っ掛かりが生じ難い。
<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。
上述の実施形態(図4参照)では、第2プレートが複数のプレート(プレート44~46)からなるが、第2プレートは1枚のプレートであってもよい。
上述の実施形態(図4参照)では、第1フィルタ71及び第2フィルタ72の両方が、プレート43における凹部32yの底面に配置されているが、第1フィルタ71及び第2フィルタ72の少なくとも一方が、凹部32yの底面に配置されてよい。或いは、フィルタ71,72が、供給路27の上端や帰還路28の上端に設けられてもよい。
帰還路のフィルタ(第2フィルタ72)を省略してよい。また、供給路のフィルタ(第1フィルタ71)を省略してもよい。
流路基板に帰還路が形成されなくてもよい。即ち、液体貯留部と共通流路との間の液体循環が行われない構成であってもよい。
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
3;203;303;404 ヘッド(液体吐出ヘッド)
9 インクタンク(液体貯留部)
21 流路基板
27 供給路
28 帰還路
29 共通流路
291 第1共通流路
292 第2共通流路
293 連結流路
29a 上端(第1方向の一端)
30 圧力室
31 ノズル
32 個別流路
35 連通路
41~48 プレート
43 第1プレート
43b 下面(第1面)
43y 凹部
44~46 第2プレート
44x~46x 貫通孔
48 第3プレート
71 第1フィルタ
72 第2フィルタ

Claims (9)

  1. 第1方向に積層された複数のプレートで構成され、複数の個別流路と前記複数の個別流路に連通する共通流路とが形成された、流路基板を備え、
    前記複数の個別流路は、それぞれ、ノズルと、前記ノズルに連通する圧力室と、前記圧力室と前記共通流路とを連通させる連通路と、を含み、
    前記複数の個別流路は前記第1方向と直交する第2方向に配列され、前記共通流路は前記第2方向に延び、
    前記複数のプレートは、
    前記共通流路の前記第1方向の一端を構成する凹部が形成された第1面を有する第1プレートと、
    前記第1面に積層され、前記凹部と前記第1方向に重なる貫通孔であって前記共通流路の前記一端を除く部分を構成する貫通孔が形成された第2プレートと、
    前記第2プレートに対して前記第1プレートと反対側に配置され、複数の前記ノズルが形成された第3プレートと、を含み、
    前記凹部は、前記共通流路の前記第2方向の一端から他端に亘って設けられたことを特徴とする、液体吐出ヘッド。
  2. 前記流路基板に、液体貯留部から前記共通流路に液体を供給する供給路が形成されており、
    前記供給路は、前記第1方向に延び、前記第1方向の一端において、前記流路基板における前記第3プレートの前記複数のノズルが開口した表面とは反対側の表面に開口し、前記第1方向の他端において、前記凹部に連通し、
    前記供給路は、前記第1方向の一端から他端に亘って断面積が一定であり、前記第1方向に沿って凹凸のない平滑面で画定されたことを特徴とする、請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
  3. 前記流路基板に、液体貯留部から前記共通流路に液体を供給する供給路が形成されており、
    前記供給路は、前記第1方向に延び、前記第1方向の一端において、前記流路基板における前記第3プレートの前記複数のノズルが開口した表面とは反対側の表面に開口し、前記第1方向の他端において、前記凹部に連通し、
    前記供給路は、前記第1方向の一端から他端に向けて断面積が大きく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。
  4. 前記供給路は、前記複数のプレートのうちの2枚以上のプレートに形成された複数の貫通孔であって、径が互いに異なる複数の貫通孔で構成されたことを特徴とする、請求項3に記載の液体吐出ヘッド。
  5. 前記第1方向に隣接する前記複数の貫通孔同士の径の差は、20μm以下であることを特徴とする、請求項4に記載の液体吐出ヘッド。
  6. 前記流路基板に、液体貯留部から前記共通流路に液体を供給する供給路と、前記共通流路から前記液体貯留部に液体を帰還させる帰還路とが形成されており、
    前記共通流路の前記第2方向の一端に、前記供給路が連通し、
    前記共通流路の前記第2方向の他端に、前記帰還路が連通したことを特徴とする、請求項1~5のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
  7. 前記流路基板に、液体貯留部から前記共通流路に液体を供給する供給路と、前記共通流路から前記液体貯留部に液体を帰還させる帰還路とが形成されており、
    前記共通流路は、第1共通流路と、第2共通流路とを含み、
    前記第1共通流路の前記第2方向の一端に、前記供給路が連通し、
    前記第2共通流路の前記第2方向の一端に、前記帰還路が連通し、
    前記流路基板に、前記第1共通流路の前記第2方向の他端と前記第2共通流路の前記第2方向の他端とを連結する、連結流路がさらに形成されており、
    前記連結流路の前記第1方向の一端は、前記第1プレートの前記凹部で構成され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。
  8. 前記流路基板は、前記供給路に設けられた第1フィルタと、前記帰還路に設けられた第2フィルタとを有することを特徴とする、請求項6又は7に記載の液体吐出ヘッド。
  9. 前記第1フィルタ及び前記第2フィルタの少なくとも一方は、前記凹部の底面に配置されたことを特徴とする、請求項8に記載の液体吐出ヘッド。
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