JP7069909B2 - 液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置 - Google Patents

液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置 Download PDF

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Description

本発明は、インク等の液体を吐出する技術に関する。
圧電素子などの駆動素子によって圧力室内のインクなどの液体をノズルから吐出させる液体吐出ヘッドが知られている。例えば特許文献1には、ノズルに連通する流路などが形成される流路部材と配線基板とが感光性樹脂層を介して接合され、流路部材と配線基板と感光性樹脂層とを貫通するように循環流路(供給側の連通孔と回収側の連通孔)が形成されるヘッドが開示されている。配線基板の表面には、圧電素子を駆動するための接続端子などの電子部品が実装されるから、配線基板には凸凹の表面がある。そのため、特許文献1では、流路部材と配線基板との間に感光性樹脂層を介在させて、その感光性樹脂層に空間を形成し、その空間に配線基板の凸凹の表面が配置される。このような感光性樹脂層は、流路部材と配線基板とを接合するための接着層として機能する。
特開2016-049678公報
ところが、特許文献1のように流路形成基板と配線基板とを貫通するように循環流路を形成する場合には、循環流路が流路形成基板と配線基板だけでなく、その間の感光性樹脂層も貫通するため、感光性樹脂層が循環流路に露出してしまう。したがって、循環流路を流通するインクの種類によっては、その液体と感光性樹脂層との接触により、感光性樹脂層が膨潤したり、反応したりして強度が低下することで、液体吐出ヘッドの強度が低下してしまう虞がある。
以上の課題を解決するために、本発明の好適な態様に係る液体吐出ヘッドは、液体を吐出するノズルに連通する圧力室が形成される第1流路部材と、第1方向に互いに重なるように第1流路部材に積層される第2流路部材と、圧力室に圧力変化を発生させる駆動素子に電気的に接続される接続端子が配置される配線基板と、圧力室の液体を循環させるための循環流路と、を具備し、第1流路部材の表面は、配線基板を介して第2基板に積層される第1領域と、配線基板を介さずに第2基板に積層される第2領域とを含み、第2流路部材の表面は、第1領域と第2領域とに重なるように第1流路部材の表面に接合され、循環流路は、第2領域において第1流路部材に形成される第1流路と第2流路部材に形成される第2流路とが連通して形成される。
本発明の第1実施形態に係る液体吐出装置の構成図である。 液体吐出ヘッドの分解斜視図である。 図2に示す液体吐出ヘッドのIII-III断面図である。 圧電素子の断面図である。 循環液室に着目した液体吐出ヘッドの構成図である。 循環液室の近傍の部分を拡大した平面図および断面図である。 図3に示す振動部および圧電素子を上方から見た平面図である。 図3に示す保護部材を上方から見た平面図である。 液体吐出ヘッドの作用説明図である。 第2実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成を示す断面図である。 図10に示す振動部および圧電素子を上方から見た平面図である。 図10に示す保護部材を上方から見た平面図である。 第2実施形態に係る液体吐出ヘッドの作用説明図である。 第3実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成を示す断面図である。
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係る液体吐出装置100の部分的な構成図である。第1実施形態の液体吐出装置100は、液体の例示であるインクを印刷用紙等の媒体12に吐出するインクジェット方式の印刷装置である。媒体12は、典型的には印刷用紙であるが、樹脂フィルムまたは布帛等の任意の材質の印刷対象を媒体12とすることもできる。図1に示す液体吐出装置100は、制御ユニット20と搬送機構22と移動機構24と液体吐出ヘッド26とを具備する。液体吐出装置100にはインクを貯留する液体容器14が装着される。
液体容器14は、液体吐出装置100の本体に着脱可能な箱状の容器からなるインクタンクタイプのカートリッジである。なお、液体容器14は、箱状の容器に限られず、袋状の容器からなるインクパックタイプのカートリッジであってもよい。またやインクを補充可能なインクタンクを液体容器14とすることもできる。液体容器14には、インクが貯留される。インクは、色材として染料が含まれる染料インクでも、色材として顔料が含まれる顔料インクでもよい。またインクは、黒色インクであってもよく、カラーインクであってもよい。液体容器14に貯留されるインクは、液体吐出ヘッド26にポンプ(図示略)で圧送される。
制御ユニット20は、例えばCPU(Central Processing Unit)またはFPGA(Field Programmable Gate Array)等の処理回路と半導体メモリー等の記憶回路とを含み、液体吐出装置100の各要素を統括的に制御する。搬送機構22は、制御ユニット20による制御のもとで媒体12をY方向に搬送する。
移動機構24は、制御ユニット20による制御のもとで液体吐出ヘッド26をX方向に往復させる。X方向は、媒体12が搬送されるY方向に交差(典型的には直交)する方向である。第1実施形態の移動機構24は、液体吐出ヘッド26を収容する略箱型のキャリッジ242(搬送体)と、キャリッジ242が固定された搬送ベルト244とを具備する。なお、複数の液体吐出ヘッド26をキャリッジ242に搭載した構成や、液体容器14を液体吐出ヘッド26とともにキャリッジ242に搭載した構成にしてもよい。
液体吐出ヘッド26は、液体容器14から供給されるインクを制御ユニット20による制御のもとで複数のノズルN(吐出孔)から媒体12に吐出する。搬送機構22による媒体12の搬送とキャリッジ242の反復的な往復とに並行して液体吐出ヘッド26が媒体12にインクを吐出することで、媒体12の表面に所望の画像が形成される。なお、X-Y平面(例えば媒体12の表面に平行な平面)に垂直な方向を以下ではZ方向と表記する。液体吐出ヘッド26によるインクの吐出方向(典型的には鉛直方向)がZ方向に相当する。本実施形態のZ方向は第1方向の例示であり、X方向は第1方向に交差する第2方向の例示であり、Y方向は第1方向と第2方向を含む仮想平面(X-Z平面に相当)に交差する第3方向の例示である。
図1に示すように、液体吐出ヘッド26の複数のノズルNは、吐出面260(媒体12との対向面)に形成される。複数のノズルNは、Y方向に配列される。第1実施形態の複数のノズルNは、X方向に相互に間隔をあけて並設された第1ノズル列L1と第2ノズル列L2とに区分される。第1ノズル列L1および第2ノズル列L2のそれぞれは、Y方向に直線状に配列された複数のノズルNの集合である。なお、第1ノズル列L1と第2ノズル列L2との間で各ノズルNのY方向に位置を相違させること(すなわち千鳥配置またはスタガ配置)も可能であるが、第1ノズル列L1と第2ノズル列L2とで各ノズルNのY方向の位置を一致させた構成を以下では便宜的に例示する。
(液体吐出ヘッド)
図2は、液体吐出ヘッド26の分解斜視図であり、図3は、液体吐出ヘッド26をY方向に垂直なIII-III断面で切断した場合の断面図である。図4は、圧電素子44の断面図である。図2および図3に示すように、本実施形態の液体吐出ヘッド26は、第1ノズル列L1の各ノズルN(第1ノズルの例示)に関連する要素と第2ノズル列L2の各ノズルN(第2ノズルの例示)に関連する要素とが仮想面Oを挟んで面対称に配置された構造である。すなわち、液体吐出ヘッド26のうち仮想面Oを挟んでX方向の正側の部分(以下「第1部分」という)P1とX方向の負側の部分(以下「第2部分」という)P2とで構造は実質的に共通する。第1ノズル列L1の複数のノズルNは第1部分P1に形成され、第2ノズル列L2の複数のノズルNは第2部分P2に形成される。仮想面Oは、第1部分P1と第2部分P2との境界面に相当する。
液体吐出ヘッド26は、第1流路部材30と第2流路部材48とを備える。第1流路部材30は、複数のノズルNにインクを供給するための流路を形成する構造体である。第1流路部材30と第2流路部材48とは、Z方向に互いに重なるように積層される。第1実施形態の第1流路部材30は、連通板32と圧力室基板34と振動部42とを積層して構成される。連通板32および圧力室基板34と振動部42とのそれぞれは、Y方向に長尺な板状部材である。
図3に示すように、第1流路部材30のZ方向の負側の表面は、配線基板45を介して第2流路部材48に積層される第1領域Aと、配線基板45を介さずに第2流路部材48に積層される第2領域Bとを含む。連通板32は、これら第1領域Aと第2領域とにわたって設けられる。本実施形態の圧力室基板34と振動部42とはこの順番で、連通板32のZ方向の負側の表面Fa(上面)に接着剤などで接合され、第1領域Aに配置される。
連通板32の表面Faには、圧力室基板34と振動部42との他、複数の圧電素子44と配線基板45と第2流路部材48とが設置される。本実施形態の複数の圧電素子44と配線基板45とは、振動部42のZ方向の負側の表面に設置され、第1領域Aに配置される。本実施形態の第2流路部材48は、第1領域Aと第2領域Bとに重なるように第1流路部材30に積層され、連通板32の表面Faのうち第2領域Bに接着剤などで接合される。なお、複数の圧電素子44、配線基板45などの具体的な配置構成の詳細は後述する。
他方、連通板32のうちZ方向の正側(すなわち表面Faとは反対側)の表面Fbにはノズル板52と吸振体54とが設置される。液体吐出ヘッド26の各要素は、概略的には連通板32や圧力室基板34と同様にY方向に長尺な板状部材であり、接着剤などで接合される。本実施形態の液体吐出ヘッド26を構成する板状の各要素は、その板状の各要素の表面に垂直な方向であるZ方向に積層されるので、例えば連通板32と圧力室基板34とが積層される方向や連通板32とノズル板52とが積層される方向は、Z方向に相当する。
ノズル板52は、複数のノズルNが形成された板状部材であり、連通板32の表面Fbに接着剤などで接合される。ノズル板52のうち連通板32側の表面とは反対側の表面が媒体12に対向する吐出面260となる。複数のノズルNのそれぞれは、吐出面260から連通板32側の表面まで貫通する円筒状の貫通孔である。第1実施形態のノズル板52には、第1ノズル列L1を構成する複数のノズルNと第2ノズル列L2を構成する複数のノズルNとが形成される。具体的には、ノズル板52のうち仮想面OからみてX方向の正側の領域に、第1ノズル列L1の複数のノズルNがY方向に沿って形成され、X方向の負側の領域に、第2ノズル列L2の複数のノズルNがY方向に沿って形成される。第1実施形態のノズル板52は、第1ノズル列L1の複数のノズルNが形成された部分と第2ノズル列L2の複数のノズルNが形成された部分とに渡って連続する単体の板状部材である。第1実施形態のノズル板52は、半導体製造技術(例えばドライエッチングやウェットエッチング等の加工技術)を利用してSi(シリコン)の単結晶基板を加工することで製造される。ただし、ノズル板52の製造には公知の材料や製法を適用可能である。
図2および図3に示すように、連通板32には、第1部分P1および第2部分P2のそれぞれについて、空間Raと供給液室60と複数の供給路61と複数の連通路63とが形成される。空間Raは、平面視で(すなわちZ方向から見て)Y方向に沿う長尺状に形成された開口であり、供給路61および連通路63はノズルN毎に形成された貫通孔である。供給液室60は、複数のノズルNにわたりY方向に沿う長尺状に形成された空間であり、空間Raと複数の供給路61とを相互に連通させる。複数の連通路63は平面視でY方向に配列し、複数の供給路61は、複数の連通路63の配列と空間Raとの間でY方向に配列する。複数の供給路61は、空間Raに共通に連通する。また、任意の1個の連通路63は、これに対応するノズルNに平面視で重なる。具体的には、第1部分P1の任意の1個の連通路63は、第1ノズル列L1のうちその任意の1個の連通路63に対応する1個のノズルNに連通する。同様に、第2部分P2の任意の1個の連通路63は、第2ノズル列L2のうちその任意の1個の連通路63に対応する1個のノズルNに連通する。
圧力室基板34は、第1部分P1および第2部分P2のそれぞれについて複数の圧力室C(キャビティ)が形成された板状部材である。複数の圧力室CはY方向に配列する。各圧力室Cは、ノズルN毎に形成されて平面視でX方向に沿う長尺状の空間である。連通板32および圧力室基板34は、前述のノズル板52と同様に、例えば半導体製造技術を利用してシリコンの単結晶基板を加工することで製造される。ただし、連通板32および圧力室基板34の製造には公知の材料や製法が任意に採用され得る。以上の通り、第1実施形態における第1流路部材30(連通板32および圧力室基板34)とノズル板52とはシリコンで形成された基板を包含する。したがって、例えば上述した例示のように半導体製造技術を利用することで、第1流路部材30およびノズル板52に微細な流路を高精度に形成できる。
圧力室基板34のうち連通板32とは反対側の表面には振動部42が設置される。第1実施形態の振動部42は、弾性的に振動可能な振動板である。なお、所定の板厚の板状部材のうち圧力室Cに対応する領域について板厚方向の一部を選択的に除去することで、圧力室基板34と振動部42とを一体に形成することも可能である。振動部42は、Si層の単体やSi層を含む複数層の積層体で構成することができる。Si層を含む複数層の積層体としては、Si層とSiO層との積層体、Si層とSiO層とZrO層との積層体などが挙げられる。
連通板32の表面Faと振動部42とは、各圧力室Cの内側で相互に間隔をあけて対向する。圧力室Cは、連通板32の表面Faと振動部42との間に位置する空間であり、当該空間に充填されたインクに圧力変化を発生させる。各圧力室Cは、例えばX方向を長手方向とする空間であり、ノズルN毎に個別に形成される。第1ノズル列L1および第2ノズル列L2のそれぞれについて、複数の圧力室CがY方向に配列する。図2および図3の構成では、任意の1個の圧力室Cのうち仮想面O側の端部は平面視で連通路63に重なり、仮想面Oとは反対側の端部は平面視で供給路61に重なる。したがって、第1部分P1および第2部分P2のそれぞれにおいて、圧力室Cは、連通路63を介してノズルNに連通するとともに、供給路61を介して空間Raに連通する。なお、流路幅が狭窄された絞り流路を圧力室Cに形成することで所定の流路抵抗を付加するようにしてもよい。
図2および図3に示すように、振動部42のうち圧力室Cとは反対側の表面上には、第1部分P1および第2部分P2のそれぞれについて、相異なるノズルNに対応する複数の圧電素子44が設置される。圧電素子44は、駆動信号の供給により変形する受動素子である。複数の圧電素子44は、各圧力室Cに対応するようにY方向に配列する。駆動信号が供給された圧電素子44の変形に連動して振動部42が振動すると、その圧電素子44に対応する圧力室C内の圧力が変動することで、その圧力室Cに充填されたインクが連通路63とノズルNとを通過して吐出される。
図4に示すように、任意の1個の圧電素子44は、相互に対向する第1電極441と第2電極442との間に圧電体層443を介在させた積層体から成る駆動素子である。第1電極441と第2電極442と圧電体層443とが平面視で重なる部分が圧電素子44として機能する。なお、駆動信号の供給により変形する部分(すなわち振動部42を振動させる能動部)を圧電素子44として画定することも可能である。第1電極441および第2電極442の一方を、複数の圧電素子44に渡って連続する電極(すなわち共通電極)とし、他方を複数の圧電素子44にそれぞれ別々の個別電極とすることが可能である。本実施形態では、第1電極441を共通電極とし、第2電極442を個別電極とする場合を例示する。なお、圧電素子44を駆動する配線構造については後述する。
図2および図3に示す第2流路部材48は、複数の圧力室C(さらには複数のノズルN)に供給されるインクを貯留するためのケース部材である。第2流路部材48のうちZ方向の正側の表面が接着剤などで連通板32の表面Faに接合される。第2流路部材48は、第1流路部材30とは別個の材料で形成される。例えば樹脂材料の射出成形で第2流路部材48を製造することが可能である。
図3に示すように、第1実施形態の第2流路部材48には、第1部分P1および第2部分P2のそれぞれについて、Y方向に長尺な空間Rbと空間Rcとが形成される。空間Rcは空間RbよりもZ方向に長く、空間Rbは空間RcよりもX方向に長い。空間Rcは、空間Rbから連通板32の空間Raまで延出して、空間Rbと空間Raとを連通する。空間Raと空間Rbと空間Rcとで構成される空間は、複数の圧力室Cのインクを循環させるための循環流路であり、複数の圧力室Cにインクを供給する共通液室(リザーバー)として機能する。
本実施形態では、第1部分P1側において空間Raと空間Rbと空間Rcとで構成される空間を第1循環流路R1とし、第2部分P2側において空間Raと空間Rbと空間Rcとで構成される空間を第2循環流路R2とする。第1循環流路R1は、第1部分P1側の複数の圧力室Cにインクを供給する流入側の循環流路であり、第2循環流路R2は、第2部分P2側の複数の圧力室Cにインクを供給する流入側の循環流路である。
第1循環流路R1は、仮想面OからみてX方向の正側に位置し、第2循環流路R2は、仮想面OからみてX方向の負側に位置する。第2流路部材48のうち連通板32とは反対側の表面には、液体容器14から供給されるインクを第1循環流路R1に導入するための接続口482と、液体容器14から供給されるインクを第2循環流路R2に導入するための接続口482と、が形成される。第1循環流路R1内のインクは、第1部分P1側の供給液室60と各供給路61とを介して、第1部分P1側の圧力室Cに供給される。第2循環流路R2内のインクは、第2部分P2側の供給液室60と各供給路61とを介して、第2部分P2側の圧力室Cに供給される。
連通板32の表面Fbには、第1部分P1および第2部分P2のそれぞれについて吸振体54が設置される。吸振体54は、可撓性のフィルム(コンプライアンス基板)で構成される。第1部分P1の吸振体54は、第1循環流路R1内のインクの圧力変動を吸収し、第2部分P2の吸振体54は、第2循環流路R2内のインクの圧力変動を吸収する。図3に示すように、第1部分P1の吸振体54は、第1部分P1の連通板32の空間Raと複数の供給路61とを閉塞するように連通板32の表面Fbに設置されて、第1循環流路R1の壁面(具体的には底面)を構成する。第2部分P2の吸振体54は、第2部分P2の連通板32の空間Raと複数の供給路61とを閉塞するように連通板32の表面Fbに設置されて、第2循環流路R2の壁面(具体的には底面)を構成する。
連通板32のうちノズル板52に対向する表面Fbには循環液室Sが形成される。第1実施形態の循環液室Sは、平面視でY方向に延在する長尺状の有底孔(溝部)である。連通板32の表面Fbに接合されたノズル板52により循環液室Sの開口は閉塞される。循環液室Sは、第1部分P1の圧力室Cと第1循環流路R1との間および第2部分P2と第2循環流路R2との間で、インクを循環させるための循環流路の一部である。循環液室Sは、第1部分P1の圧力室Cと第2部分P2の圧力室Cとからインクを流出する流出側の循環流路として機能する。第2流路部材48のうち連通板32とは反対側の表面に、循環液室Sと連通する接続口482を設け、循環液室Sからのインクを接続口482から導出してもよい。
(循環経路)
次に、本実施形態の循環経路の構成について説明する。図5は、循環経路に着目した液体吐出ヘッド26の構成図である。図5に示すように、循環液室Sは、第1ノズル列L1および第2ノズル列L2に沿って複数のノズルNにわたり連続する。具体的には、第1ノズル列L1のノズルNと第2ノズル列L2のノズルNとの間に循環液室Sが形成される。したがって、図2および図3に示すように、循環液室Sは、第1部分P1の連通路63と第2部分P2の連通路63との間に位置する。このように、第1実施形態の第1流路部材30は、第1部分P1における圧力室C(第1圧力室)および連通路63(第1連通路)と、第2部分P2における圧力室C(第2圧力室)および連通路63(第2連通路)と、第1部分P1の連通路63と第2部分P2の連通路63との間に位置する循環液室Sとが形成された構造体である。本実施形態の第1流路部材30は、循環液室Sと各連通路63との間を仕切る壁状の部分である隔壁部69を含む。
なお、上述したように本実施形態では、第1部分P1および第2部分P2のそれぞれにおいて複数の圧力室Cおよび複数の圧電素子44がY方向に配列する。したがって、第1部分P1および第2部分P2のそれぞれにおける複数の圧力室Cまたは複数の圧電素子44にわたり連続するように、循環液室SがY方向に延在する。第1部分P1では、循環液室Sと第1循環流路R1とがX方向に相互に間隔をあけてY方向に延在し、当該X方向の間隔内に第1部分P1の圧力室Cと連通路63とノズルNとが位置している。第2部分P2では、循環液室Sと第2循環流路R2とがX方向に相互に間隔をあけてY方向に延在し、当該X方向の間隔内に第2部分P2の圧力室Cと連通路63とノズルNとが位置している。
図6は、液体吐出ヘッド26のうち循環液室Sの近傍の部分を拡大した平面図および断面図である。図6に示すように、各ノズルNの中心軸Qaは、連通路63の中心軸Qbからみて循環液室Sとは反対側に位置する。ノズル板52のうち第1流路部材30に対向する表面には、第1部分P1および第2部分P2のそれぞれについて複数の循環連通路72が形成される。第1部分P1の複数の循環連通路72は、第1ノズル列L1の複数のノズルN(または第1ノズル列L1に対応する複数の連通路63)に1対1に対応する。また、第2部分P2の複数の循環連通路72は、第2ノズル列L2の複数のノズルN(または第2ノズル列L2に対応する複数の連通路63)に1対1に対応する。
なお、複数のノズルNのそれぞれは、ノズル板52のうち吐出面260から連通板32側の表面まで同径で貫通する貫通孔でもよいが、図6に示すように途中で径が拡径する拡径部Nsを有する貫通孔にしてもよい。図6の拡径部Nsは、ノズル板52のうち連通板32側の表面に開口し、吐出面260に開口するノズルNの開口径よりも大きな径を有する。このように、各ノズルNを、拡径部Nsを有する貫通孔にすることで、各ノズルNの流路抵抗を所望の特性に設定し易くなる。
各循環連通路72は、X方向に延在する溝部(すなわち長尺状の有底孔)であり、インクを流通させる流路として機能する。循環連通路72は、ノズルNから離間した位置(具体的には、その循環連通路72に対応するノズルNからみて循環液室S側)に形成される。例えば、半導体製造技術(例えばドライエッチングやウェットエッチング等の加工技術)により複数のノズルNと複数の循環連通路72とが共通の工程で一括的に形成される。もちろん、循環連通路72をノズル板52に設けずに、連通板32に設けてもよい。
各循環連通路72は、ノズルNの拡径部と同等の流路幅Waで直線状に形成される。また、第1実施形態における循環連通路72の流路幅(Y方向の寸法)Waは、圧力室Cの流路幅(Y方向の寸法)Wbよりも小さい。したがって、循環連通路72の流路幅Waが圧力室Cの流路幅Wbよりも大きい構成と比較して循環連通路72の流路抵抗を大きくすることが可能である。他方、ノズル板52の表面に対する循環連通路72の高さDaは、全長にわたり一定であり、ノズルNの拡径部Nsと同等の高さに形成される。したがって、循環連通路72とノズルNの拡径部Nsとを相異なる深さに形成する構成と比較して、循環連通路72およびノズルNの拡径部を形成し易い。なお、流路の「高さ」とは、Z方向における流路の寸法(例えば流路の形成面と流路の底面との高低差)を意味する。
第1部分P1における任意の1個の循環連通路72は、第1ノズル列L1のうちその任意の1個の循環連通路72に対応するノズルNからみて循環液室S側に位置する。また、第2部分P2における任意の1個の循環連通路72は、第2ノズル列L2のうちその任意の1個の循環連通路72に対応するノズルNからみて循環液室S側に位置する。そして、各循環連通路72のうち仮想面Oとは反対側である連通路63側の端部は、その循環連通路72に対応する1個の連通路63に平面視で重なる。すなわち、循環連通路72は連通路63に連通する。他方、各循環連通路72のうち仮想面O側である循環液室S側の端部は循環液室Sに平面視で重なる。すなわち、循環連通路72は循環液室Sに連通する。以上の説明に示すように、複数の連通路63のそれぞれが循環連通路72を介して循環液室Sに連通する。したがって、図6に破線の矢印で示すように、各連通路63内のインクは循環連通路72を介して循環液室Sに供給される。すなわち、第1実施形態では、第1ノズル列L1に対応する複数の連通路63と第2ノズル列L2に対応する複数の連通路63とが1個の循環液室Sに対して共通に連通する。
このように本実施形態の圧力室Cは、連通路63と循環連通路72とを介して間接的に循環液室Sに連通する。この構成によれば、圧電素子44の動作により圧力室C内の圧力が変動すると、連通路63内を流動するインクのうちの一部がノズルNから外部に吐出され、残りの一部が連通路63から循環連通路72を経由して循環液室Sに流入する。本実施形態では、例えば圧電素子44の1回の駆動により連通路63を流通するインクのうち、ノズルNを介して吐出されるインクの量(以下「吐出量」という)が、連通路63を流通するインクのうち循環連通路72を介して循環液室Sに流入するインクの量(以下「循環量」という)を上回るように、連通路63とノズルと循環連通路72とのイナータンスが選定される。
図5に示す循環機構75は、循環液室S内のインクを第1循環流路R1および第2循環流路R2に供給(すなわち循環)するための機構である。循環機構75は、例えば循環液室Sからインクを吸引する吸引機構(例えばポンプ)と、インクに混在する気泡や異物を捕集するフィルター機構と、インクの加熱により増粘を低減する加温機構とを具備する(図示略)。循環機構75により気泡や異物が除去されるとともに増粘が低減されたインクが、循環機構75から2つの接続口482を介して第1循環流路R1と第2循環流路R2とのそれぞれに供給される。したがって、第1実施形態の第1部分P1側では、第1循環流路R1→供給路61→圧力室C→連通路63→循環連通路72→循環液室S→循環機構75→第1循環流路R1という経路でインクが循環する。また、第2部分P2側では、第2循環流路R2→供給路61→圧力室C→連通路63→循環連通路72→循環液室S→循環機構75→第2循環流路R2という経路でインクが循環する。
循環機構75は、Y方向における循環液室Sの両側からインクを吸引する。循環液室Sには、Y方向の正側の端部の近傍に位置する循環口Staと、Y方向の負側の端部の近傍に位置する循環口Stbとが形成される。循環機構75は、循環口Staおよび循環口Stbの双方からインクを吸引する。なお、Y方向における循環液室Sの一方の端部のみからインクを吸引する構成では、循環液室Sの両端部間でインクの圧力に差異が発生し、循環液室S内の圧力差に起因して連通路63内のインクの圧力がY方向の位置に応じて相違し得る。したがって、各ノズルNからのインクの吐出特性(例えば吐出量や吐出速度)がY方向の位置に応じて相違する可能性がある。以上の構成とは対照的に、第1実施形態では、循環液室Sの両側(循環口Staおよび循環口Stb)からインクが吸引されるから、循環液室Sの内部における圧力差が低減される。したがって、Y方向に配列する複数のノズルNにわたりインクの吐出特性を高精度に近似させることが可能である。ただし、循環液室S内でのY方向における圧力差が特段の問題とならない場合には、循環液室Sの一方の端部からインクを吸引するように構成してもよい。
また、循環連通路72と連通路63とは平面視で重なり、連通路63と圧力室Cとは平面視で重なるから、循環連通路72と圧力室Cとは平面視で相互に重なる。他方、循環液室Sと圧力室Cとは平面視で相互に重ならない。また、圧電素子44は、X方向に沿って圧力室Cの全体にわたり形成されるから、循環連通路72と圧電素子44とは平面視で相互に重なる一方、循環液室Sと圧電素子44とは平面視で相互に重ならない。以上の構成によれば、圧力室Cまたは圧電素子44は、循環連通路72に平面視で重なる一方、循環液室Sには平面視で重ならないから、例えば圧力室Cまたは圧電素子44が循環連通路72に平面視で重ならない構成と比較して、液体吐出ヘッド26を小型化し易い。もちろん、圧力室Cや圧電素子44が循環液室Sには平面視で重なってもよい。
また、連通路63と循環液室Sとを連通させる循環連通路72がノズル板52に形成されるから、循環連通路が連通板32に形成される場合と比較して、ノズルNの近傍のインクを効率的に循環液室Sに循環させることが可能である。また、第1実施形態では、第1ノズル列L1に対応する連通路63と第2ノズル列L2に対応する連通路63とが両者間の循環液室Sに共通に連通する。したがって、第1ノズル列L1に対応する各循環連通路72が連通する循環液室Sと第2ノズル列L2に対応する各循環連通路72が連通する循環液室とを別個に設けた構成と比較して、液体吐出ヘッド26の構成を簡素化できるので、液体吐出ヘッド26を小型化できる。
(配線基板)
図3に示す配線基板45は、第1流路部材30に積層される保護基板46および駆動IC47によって構成される。本実施形態の配線基板45は、保護基板46に駆動IC47を設置し、駆動IC47と圧電素子44との間の配線を保護基板46に設ける場合を例示する。保護基板46は、複数の圧電素子44を保護するための板状部材である。本実施形態の保護基板46は、振動部42の表面Fcに設置される。なお、保護基板46は、圧力室基板34の表面に設置されるようにしてもよい。第2流路部材48のうちZ方向の正側の表面にはY方向に延在する溝状の凹部484が形成され、圧力室基板34と振動部42と配線基板45とはその凹部484の内側に収容される。平面視で凹部484が第1領域Aに重なるように第1流路部材30と第2流路部材48とが積層されることで、凹部484のZ方向の負側の開口は第1流路部材30で閉じられる。凹部484は大気開放されていてもよい。こうして本実施形態の凹部484は、配線基板45を収容するための収容空間Gとして機能する。このように、収容空間Gは、第1流路部材30と第2流路部材48との間に、平面視で第1領域Aに重なるように形成される。
保護基板46の材料や製法は任意であるが、連通板32や圧力室基板34と同様に、例えばSiの単結晶基板を半導体製造技術により加工することで保護基板46を形成することができる。保護基板46のうち振動部42側の表面に形成された凹部に複数の圧電素子44が収容される。この保護基板46の凹部と振動部42とで囲まれた空間は、圧電素子44の設置空間462を構成する。保護基板46は、圧電素子44の設置空間462を封止することによって、湿気や外部からの衝撃などから圧電素子44を保護することができる。
駆動IC47は、保護基板46のうち振動部42側とは反対側の表面(実装面)に実装される。駆動IC47は、複数の圧電素子44を駆動するための駆動回路を備えた略矩形状のICチップである。駆動IC47は、制御ユニット20による制御のもとで圧電素子44の駆動信号を生成および供給することで各圧電素子44を駆動する。液体吐出ヘッド26の少なくとも一部の圧電素子44は平面視で駆動IC47に重なる。図4に示すように、本実施形態の保護基板46には、駆動IC47と各圧電素子44とを電気的に接続するための複数の接続端子464および配線466が設けられている。
(圧電素子を駆動するための配線構造)
ここで、圧電素子44を駆動するための液体吐出ヘッド26の配線構造について説明する。図7および図8は、本実施形態の圧電素子44を駆動するための配線構造についての説明図である。図7は、振動部42および圧電素子44をZ方向(上方)から見た平面図である。図8は、保護基板46をZ方向(上方)から見た平面図である。本実施形態では、第1圧電素子と第2圧電素子を備える。図7において仮想面Oから見てX方向の一方側(例えば第1部分P1側)に配列される複数の圧電素子44が第1圧電素子に相当し、仮想面Oから見てX方向の他方側(例えば第2部分P2側)に配列される複数の圧電素子44が第2圧電素子に相当する。
図3および図8に示すように、保護基板46に形成される配線466は、第1配線466aと第2配線466bに分けられる。接続端子464は、第1配線466aに電気的に接続される第1接続端子464aと、第2配線466bに電気的に接続される第2接続端子464bとに分けられる。第1配線466aは、駆動IC47のベース電圧VBSの出力端子に接続される配線であり、圧電素子44の配置に沿ってY方向に連続して形成される。具体的には、第1配線466aは、保護基板46をZ方向に貫通する貫通孔に金属が埋め込まれて成る複数の貫通配線と、保護基板46内においてY方向に延在して上記複数の貫通配線に接続される接続配線とからなる。なお、第1配線466aは、貫通配線と接続配線とによる構成に限られない。
第2配線466bは、駆動IC47の駆動電圧COM(駆動信号)の出力端子に接続される配線であり、複数の圧電素子44のそれぞれに1つずつ対応して形成される。具体的には、第1圧電素子を構成する複数の圧電素子44に対応する複数の第2配線466bと、第2圧電素子を構成する複数の圧電素子44に対応する複数の第2配線466bとがそれぞれ、Y方向に沿って配列される。各第2配線466bは、保護基板46をZ方向に貫通する貫通孔に金属を埋め込んで成る貫通配線と、保護基板46のX方向に延びて貫通配線を駆動IC47の端子(図示略)に接続する接続配線とからなる。なお、第2配線466bは、貫通配線と接続配線とによる構成に限られない。
第1接続端子464aは、各圧電素子44の共通電極である第1電極441の端子441tと第1配線466aとを接続する。これにより、各圧電素子44の第1電極441は、第1接続端子464aと第1配線466aとを介して駆動IC47のベース電圧VBSの出力端子に接続される。したがって、駆動IC47の出力端子から出力されたベース電圧VBSは、第1配線466aと第1接続端子464aとを介して、各圧電素子44の第1電極441に印加される。
第2接続端子464bは、各圧電素子44の個別電極である第2電極442の端子442tと第2配線466bとを接続する。これにより、各圧電素子44の第2電極442は、第2接続端子464bと第2配線466bとを介して駆動IC47の駆動電圧COMの出力端子に接続される。したがって、駆動IC47の出力端子から出力された駆動電圧COMは、第2接続端子464bと第2配線466bとを介して各圧電素子44の第2電極442に印加される。
図3に示すように、第1接続端子464a、第2接続端子464bはそれぞれ、例えば樹脂材料で形成された突起を導電材料で被覆した樹脂コアバンプで構成される。ただし、第1接続端子464a、第2接続端子464bはそれぞれ、樹脂コアバンプに限られず、例えば金属バンプで構成してもよい。なお、駆動IC47の端子と各第1配線466aとの間や駆動IC47の端子と各第2配線466bとの間も、第1接続端子464aと第2接続端子464bと同様の樹脂コアバンプで接続するようにしてもよく、金属バンプで接続してもよい。
図7および図8に示すように、第1圧電素子を構成する複数の圧電素子44のうち任意の1個の圧電素子44の第2電極442の端子442tは、第1部分P1側の複数の接続端子464のうちその任意の1個の圧電素子44に対応する1個の第2接続端子464bに接続される。第2圧電素子を構成する複数の圧電素子44のうち任意の1個の圧電素子44の第2電極442の端子442tは、第2部分P2側の複数の接続端子464のうちその任意の1個の圧電素子44に対応する1個の第2接続端子464bに接続される。また、第1電極441の端子441tのうち任意の1個の端子441tは、その任意の1個の端子441tに対応する1個の第1接続端子464aに接続される。なお、第1接続端子464aの数は、第2接続端子464bの数よりも少ない。第1接続端子464aの数は、1つでもよいが、複数の第1接続端子464aをY方向に配置することで、Y方向に配列される各圧電素子44のベース電圧VBSを安定させることができる。
図2に示すように、保護基板46には、駆動IC47の入力端子に接続される駆動電圧COMとベース電圧VBSの配線を含む複数の配線468が形成される。複数の配線468は、保護基板46の実装面のうちY方向(すなわち複数の圧電素子44が配列する方向)の端部に位置する領域Eまで延在する。領域Eには配線部材29が接合される。配線部材29は、制御ユニット20と駆動IC47とを電気的に接続する複数の配線(図示略)が形成された実装部品である。例えばFPC(Flexible Printed Circuit)やFFC(Flexible Flat Cable)等の可撓性基板が配線部材29として好適に採用される。上述したように、本実施形態の保護基板46は、駆動信号を伝送する配線466、468などが形成された基板としても機能する。ただし、駆動IC47の実装や配線の形成に使用される基板を保護基板46とは別個に設置することも可能である。
図9は、第1実施形態の液体吐出ヘッド26において、インクの流れを示す作用説明図である。図9は、液体吐出ヘッド26の断面図であり、図3に対応する。第1実施形態の液体吐出ヘッド26によれば、図9の矢印に示すような循環するインクの流れを形成できる。具体的には、第1部分P1側では、第1循環流路R1→供給路61→圧力室C→連通路63→循環連通路72→循環液室S→循環機構75→第1循環流路R1という経路で循環するインクの流れを形成できる。第2部分P2側では、第2循環流路R2→供給路61→圧力室C→連通路63→循環連通路72→循環液室S→循環機構75→第2循環流路R2という経路で循環するインクの流れを形成できる。
第1実施形態の液体吐出ヘッド26では、圧電素子44の1回の駆動により連通路63を流通するインクのうちノズルNを介して吐出されるインクの吐出量が、連通路63を流通するインクのうち循環連通路72を介して循環液室Sに流入するインクの循環量を上回るように、連通路63とノズルNと循環連通路72とのイナータンスが選定される。
具体的には例えば、圧力室C内から連通路63を流通するインクのうち循環量の比率が70%以上となる(吐出量の比率が30%以下)となるように、連通路63とノズルNと循環連通路72との各々の流路抵抗が決定される。以上の構成によれば、インクの吐出量を確保しながら、ノズルNの近傍のインクを効果的に循環液室Sに循環させることが可能である。なお、上述したインクの吐出量と循環量との比率は70%に限られず、循環連通路72の流路抵抗によって調整できる。循環連通路72の流路抵抗を大きくするほど、循環量を減少させて吐出量を増加させることができ、循環連通路72の流路抵抗を小さいほど、循環量を増加させて吐出量を減少させることができる。
以上説明したとおり、第1実施形態の構成の液体吐出ヘッド26では、Z方向に互いに重なるように第1流路部材30に第2流路部材48が積層される。図3に示すように、第1流路部材30の表面は、配線基板45を介して第2流路部材48に積層される第1領域Aと、配線基板45を介さずに第2流路部材48に積層される第2領域Bとを含む。第1流路部材30の表面は、第1流路部材30のうちZ方向の負側の表面である。本実施形態の第1流路部材30のうちZ方向の負側の表面には、連通板32に圧力室基板34と振動部42とが積層されている領域と積層されていない領域がある。したがって、本実施形態の第1流路部材30の表面とは、連通板32に圧力室基板34と振動部42とが積層されていない領域では連通板32の表面Faであり、連通板32に圧力室基板34と振動部42とが積層されている領域では振動部42の表面Fc(圧力室基板34の表面のうち振動部42が積層されていない部分は、その部分の圧力室基板34の表面も含む)である。
図3に示すように、本実施形態の第1領域Aは、平面視で収容空間Gに重なる領域であり、振動部42の表面Fcだけでなく、連通板32の表面Faの一部も含んでいる。このように、第1領域Aは、連通板32の表面Faの一部を含むようにしてもよい。本実施形態の第2領域Bは、連通板32の表面Faを含み、振動部42の表面Fcを含んでいない。なお、図3に示す第1流路部材30の表面には、第1部分P1と第2部分P2にわたる第1領域Aと、第1部分P1と第2部分P2とのそれぞれの第2領域Bがある。
第2流路部材48の表面は、Z方向において第1領域Aと第2領域Bとに重なるように第1流路部材30の表面(第1実施形態では連通板32の表面Faのうち第2領域B)に例えば接着剤などで接合される。配線基板45は、第1領域Aにおいて第1流路部材30に形成される収容空間Gに設置される。第1循環流路R1は、第1部分P1の第2領域Bにおいて第1流路部材30に形成される第1流路となる空間Raと、第2流路部材48に形成される第2流路となる空間Rcとが連通して形成される。第2循環流路R2は、第2部分P2の第2領域Bにおいて第1流路部材30に形成される第1流路となる空間Raと、第2流路部材48に形成される第2流路となる空間Rcとが連通して形成される。なお、第1領域Aと第2領域Bとは、X-Y平面の面内方向に沿う方向に並んでいるので、第1領域Aの配線基板と第2領域Bの循環流路R1、R2とは、X-Y平面の面内方向に沿う方向に重なるように配置できる。
以上のとおり、本実施形態では、第1領域Aにおいて配線基板45が配置され、第2領域Bにおいて第1循環流路R1と第2循環流路R2とが配置される。したがって、第1循環流路R1と第2循環流路R2が形成される第2領域Bには、配線基板45が介在しない。この構成によれば、配線基板45を接合するための感光性樹脂層などの接着層が第1循環流路R1および第2循環流路R2に露出しないようにすることができる。したがって、第1循環流路R1を流通するインクや第2循環流路R2を流通するインクが配線基板45の接着層に接触することを避けることができるから、配線基板45の接着層がインクと接触することによる液体吐出ヘッド26の機械的な強度の低下を抑制できる。このように、本実施形態によれば、配線基板45と循環流路との配置に起因する液体吐出ヘッド26の機械的な強度の低下を抑制できる。
なお、本実施形態において、第1流路部材30と第2流路部材48とを接合する接着剤としては、感光性樹脂を用いることもできる。この場合、第1部分P1の第2領域Bと第2部分P2の第2領域Bにおいて第1流路部材30と第2流路部材48とが接着剤で接合される場合には、感光性樹脂が接着層として第1循環流路R1と第2循環流路R2に露出することになる。このような場合でも、本実施形態では、配線基板45を接合するための感光性樹脂層がないので、第1循環流路R1と第2循環流路R2に露出する接着層を低減できる。また、配線基板45の接着層である感光性樹脂層に配線基板45の収容空間Gを形成する場合に比較して、第1流路部材30と第2流路部材48とを接合するための感光性樹脂は極めて薄くすることができる。したがって、もし第1流路部材30と第2流路部材48と接着層がインクと接触したとしてもほとんど影響はなく、液体吐出ヘッド26の機械的な強度を保持できる。
また、本明細書において「要素aと要素bとが積層される」という表現は、要素aと要素bとが直接的に接触する構成には限定されない。すなわち、要素aと要素bとの間に他の要素cが介在する構成も、「要素aと要素bとが積層される」という概念に包含される。したがって、第1流路部材30と第2流路部材48との間には、Si層の単体やSi層を含む複数層の積層体などが介在していてもよい。Si層を含む複数層の積層体としては、Si層とSiO層との積層体、Si層とSiO層とZrO層との積層体などが挙げられる。Si層の単体やSi層を含む複数層の積層体は、振動部42として構成されるものであってもよい。すなわち、本実施形態の振動部42は、第2領域Bにおける第1流路部材30と第2流路部材48との間まで延在するように構成にしてもよい。
ところで、圧電素子44の駆動により保護基板46の配線466や接続端子464に電流が流れることで、配線466や接続端子464が発熱し、また駆動IC47も発熱する。本実施形態のように、圧電素子44の近くに配線基板45(保護基板46および駆動IC47)が設置されるほど、その熱が配線466や接続端子464を介して伝達し、配線基板45を囲む収容空間Gには熱が溜まり易い。このように、収容空間Gに熱が溜まるとその影響で圧電素子44の特性が変化し、吐出特性が変化してしまう虞がある。また、駆動IC47の発熱による温度上昇により駆動IC47が誤動作することで、吐出特性が変化してしまう虞もある。
この点、第1実施形態では、第1循環流路R1と第2循環流路R2とがX方向(第2方向の例示)において互いに離間するように配置され、X方向において第1循環流路R1と第2循環流路R2との間に配線基板45が配置される。この構成によれば、第2方向において配線基板45の両側に循環流路が配置されることになるから、配線基板45の両側において循環流路を流れるインクに、配線基板45の熱を放熱させて冷却することができる。したがって、第2方向において配線基板45の一方側のみに循環流路が配置される場合に比較して、配線基板45の冷却効果を高めることができる。また、X方向において配線基板45の両側に循環流路が配置されるから、X方向において配線基板45の一方側のみに循環流路が配置される場合に比較して、X方向の冷却勾配を低減することもできる。
また、図7に示すように本実施形態の第1循環流路R1と第2循環流路R2とは、Y方向に配列する第1部分P1側の複数の圧力室CとY方向に配列する第2部分P2側の複数の圧力室CとにわたりY方向に連続する。そのような第1循環流路R1と第2循環流路R2との間に、X方向に第1部分P1側の圧力室Cと第2部分P2側の圧力室Cとが1個ずつ配置される。したがって、第1部分P1側の圧力室Cと第2部分P2側の圧力室Cには、第1循環流路R1と第2循環流路R2とを介してX方向に流れる経路にインクの循環が発生し易い。したがって、例えばY方向に配列する複数の圧力室Cを挟むようにY方向に循環流路が配置される場合などのように、循環流路にX方向よりもY方向に流れる経路にインクの循環が発生し易い場合に比較して、Y方向に配列する圧力室Cごとの圧力勾配を低減できる。また、第1循環流路R1と第2循環流路R2とはY方向に延在するので、その間でY方向に延在する収容空間Gおよび配線基板45の熱をY方向において満遍なく放熱させることができる。したがって、収容空間Gおよび配線基板45のY方向における冷却勾配を低減できる。
また、本実施形態の圧電素子44の共通電極には共通の電圧であるベース電圧VBSが印加され、個別電極には個別の電圧である駆動電圧COMが印加されるので、個別電極に接続される第2接続端子464bは、共通電極に接続される第1接続端子464aよりも発熱し易い。この点、本実施形態では、第1循環流路R1は、第1部分P1のX方向において第1接続端子464aよりも発熱し易い第2接続端子464bの方に近い位置に配置される。また、第2循環流路R2は、第2部分P2のX方向において第1接続端子464aよりも発熱し易い第2接続端子464bの方に近い位置に配置される。したがって、第1部分P1の第2接続端子464bおよび第2部分P2の第2接続端子464bの冷却効率を高めることができる。なお、第1循環流路R1と第2循環流路R2との一方が、第1接続端子464aよりも第2接続端子464bの方に近い位置に配置されていてもよい。
ここで、図3に示す第1循環流路R1と第2循環流路R2とのそれぞれについて、空間RcをZ方向に延びる第1流路とし、空間RbをX方向に延びる第2流路とする。そうすると、図7に示すように第1循環流路R1の第2流路は、Z方向から見て第1部分P1の第2接続端子464bに重なり、第2循環流路R2の第2流路は、Z方向から見て第2部分P2の第2接続端子464bに重なる。このような構成によれば、第1部分P1の第2接続端子464bからの熱を、第1循環流路R1の第1流路のみならず、第2流路にも逃がすことができ、第2部分P2の第2接続端子464bからの熱を、第2循環流路R2の第1流路のみならず、第2流路にも逃がすことができる。したがって、第2接続端子464bからの熱を第1流路のみに逃がす場合よりも、配線基板45の冷却効率を高めることができる。なお、第1循環流路R1の第2流路と第2循環流路R2と第2流路との一方が、Z方向から見て第1部分P1の第2接続端子464bまたは第2部分P2の第2接続端子464bに重なるようにしてもよい。
<第2実施形態>
本発明の第2実施形態について説明する。以下に例示する各形態において作用や機能が第1実施形態と同様である要素については、第1実施形態の説明で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。図10は、第2実施形態に係る液体吐出ヘッド26の構成を示す断面図であり、図3に対応する。図11および図12は、第2実施形態の圧電素子44を駆動するための配線構造についての説明図である。図11は、振動部42および圧電素子44をZ方向(上方)から見た平面図であり、図7に対応する。図12は、保護基板46をZ方向(上方)から見た平面図であり、図8に対応する。
図3では、第1循環流路R1と第2循環流路R2との両方が圧力室Cにインクを供給する流入側の循環流路として機能する構成を例示した。図10では、第1循環流路R1が圧力室Cにインクを供給する流入側の循環流路として機能し、第2循環流路R2が圧力室Cのインクを流出する流出側の循環流路として機能する構成を例示する。したがって、図10の構成では、第2循環流路R2が循環液室Sの機能を兼ねるから、循環液室Sが設けられていない。また、第2流路部材48のうち連通板32とは反対側の表面には、液体容器14から供給されるインクを第1循環流路R1に供給するための接続口482と、第2循環流路R2から流出されるインクを液体容器14に流出するための接続口482と、が形成される。
図10に示す第1部分P1および第2部分P2は、1つのノズルNに対応する流路構成である。第2実施形態の液体吐出ヘッド26では、図10と同様の第1部分P1および第2部分P2の構成が、Y方向に複数並べて配置される。図10の第1部分P1と第2部分P2とは、第1循環流路R1および第2循環流路R2の形状と、配線基板45の配線構造とが相違する。
図10乃至図12に示すように、第2実施形態の第1循環流路R1は第1部分P1に配置され、第2循環流路R2は第2部分P2に配置される。第2実施形態においても、第1循環流路R1と第2循環流路R2とのそれぞれについて、空間RcをZ方向に延びる第1流路とし、空間RbをX方向に延びる第2流路とする。第1循環流路R1と第2循環流路R2とのそれぞれの第1流路および第2流路は、第2流路部材48に形成される。また、第2実施形態では、第1循環流路R1における第1流路と第2流路とは、循環流路のうち圧力室Cへインクを供給するための流路に相当する。第2循環流路R2における第1流路と第2流路とは、循環流路のうち圧力室Cからインクを流出するための流路に相当する。なお、圧力室Cへインクを供給するための流路には、第1循環流路R1における第2流路に連通する接続口482を含めてもよい。また、圧力室Cからインクを流出するための流路には、第2循環流路R2における第2流路に連通する接続口482を含めてもよい。
第2実施形態の空間Rbで構成される第2流路は、第1循環流路R1よりも第2循環流路R2の方がX方向に長い。図10の第2循環流路R2の第2流路は、X方向の負側から仮想面Oを超えてX方向の正側まで延在している。第2実施形態の第1配線466aおよび第1接続端子464aは第1部分P1に配置され、第2配線466bおよび第2接続端子464bは第2部分P2に配置される。このように、第2実施形態では、第1接続端子464aよりも発熱し易い第2接続端子464bの方が、第1循環流路R1よりも第2循環流路R2に近い位置に配置される。したがって、第2接続端子464bからの熱は、第1循環流路R1よりも第2循環流路R2のインクに伝達され易く、それにより第2接続端子464bが冷却される。このとき、第2接続端子464bからの熱によって第2循環流路R2のインクの温度が上昇したとしても、第2循環流路R2は圧力室Cのインクを流出する流出側の循環流路であるから、温度が上昇したインクが圧力室Cに流入されることを抑制できる。したがって、第2循環流路R2のインクの温度上昇の影響が圧力室Cのインクには及ばないようにすることができる。
第2循環流路R2のうち空間Rbで構成される第2流路は、Z方向から見て第2部分P2の第2接続端子464bに重なる。このような構成によれば、第2接続端子464bからの熱を、第2循環流路R2のうち空間Rcで構成される第1流路のみならず、空間Rbで構成される第2流路にも逃がすことができる。したがって、第2接続端子464bからの熱を第2循環流路R2の第1流路のみに逃がす場合よりも、第2接続端子464が冷却され易い。しかも、第1接続端子464aよりも発熱し易い第2接続端子464bを冷却できるので、配線基板45の冷却効率を高めることができる。
図10に示すように、第2実施形態の第1流路部材30は、圧力室基板34と振動部42とにより構成され、連通板32が設けられていない。また、第2実施形態の第1流路部材30は、圧力室基板34が振動部42を包含し、一体で構成される場合を例示する。したがって、第2実施形態の表面Fcは、圧力室基板34のZ方向の負側の表面(振動部42の表面を含む)に相当する。例えば上述したように、所定の板厚の板状部材のうち圧力室Cに対応する領域について板厚方向の一部を選択的に除去することで、圧力室基板34と振動部42とを一体で構成することが可能である。なお、圧力室基板34と振動部42とを別体で構成してもよい。振動部42のZ方向の負側には、相異なるノズルNに対応する複数の圧電素子44が設置される。
図10および図11に示すように、第2実施形態の圧力室基板34には、Y方向に沿って配列する複数の圧力室Cが形成される。また、図10に示すように圧力室基板34には、第1循環流路R1の一部を構成する空間Raと第2循環流路R2の一部を構成する空間Raとが形成される。各圧力室Cと第1循環流路R1のうちの空間Raとは、流入側の第1個別流路C1で接続される。各圧力室Cと第2循環流路R2のうちの空間Raとは、流出側の第2個別流路C2で接続される。第1個別流路C1および第2個別流路C2は、圧力室基板34に形成される。第2実施形態のノズル板52は、各圧力室Cと各空間Raと各第1個別流路C1と各第2個別流路C2とを閉塞するように、圧力室基板34のZ方向の正側の表面に接合される。1個の圧力室Cには、1個のノズルNが連通する。各第1個別流路C1と各第2個別流路C2は、流路幅が狭窄された絞り流路として所定の流路抵抗を付加するようにしてもよい。
図13は、第2実施形態の液体吐出ヘッド26において、インクの流れを示す作用説明図である。図13は、液体吐出ヘッド26の断面図であり、図10に対応する。第2実施形態の液体吐出ヘッド26によれば、図13の矢印に示すような循環するインクの流れを形成できる。具体的には、第1部分P1側から第2部分P2側に向けて、第1循環流路R1→第1個別流路C1→圧力室C→第2個別流路C2→第2循環流路R2という経路で循環するインクの流れを形成できる。
第2実施形態の液体吐出ヘッド26では、圧電素子44の1回の駆動により圧力室Cを流通するインクのうちノズルNを介して吐出されるインクの吐出量が、圧力室Cを流通するインクのうち第2個別流路C2を介して第2循環流路R2に流入するインクの循環量を上回るように、ノズルNと第2個別流路C2とのイナータンスが選定される。
第2実施形態の構成の液体吐出ヘッド26では、Z方向に互いに重なるように第1流路部材30に第2流路部材48が積層される。図10の構成では、第1流路部材30を構成する圧力室基板34のうちZ方向の負側の表面Fcに第2流路部材48が接合される。第2実施形態においても、第1実施形態と同様に、第1流路部材30の表面は、配線基板45を介して第2流路部材48に積層される第1領域Aと、配線基板45を介さずに第2流路部材48に積層される第2領域Bとを含む。第1流路部材30の表面は、第1流路部材30のうちZ方向の負側の表面である。第2実施形態では、圧力室基板34の表面Fcが第1流路部材30の表面に相当する。図10に示す第1流路部材30の表面(圧力室基板34の表面Fc)には、第1部分P1と第2部分P2にわたる第1領域Aがあり、第1部分P1と第2部分P2とのそれぞれに第2領域Bがある。
第2実施形態においても、第1実施形態と同様に、第1領域Aにおいて配線基板45が配置され、第2領域Bにおいて第1循環流路R1と第2循環流路R2とが配置される。したがって、第1循環流路R1と第2循環流路R2が形成される第2領域Bには、配線基板45が介在しない。この構成によれば、配線基板45を接合するための感光性樹脂層などの接着層が第1循環流路R1および第2循環流路R2に露出しないようにすることができる。したがって、第1循環流路R1を流通するインクや第2循環流路R2を流通するインクが配線基板45の接着層に接触することを避けることができるから、液体吐出ヘッド26の機械的な強度の低下を抑制できる。
また、第2実施形態においても、第1実施形態の場合と同様に、第1流路部材30と第2流路部材48との間には、Si層の単体やSi層を含む複数層の積層体などが介在していてもよい。Si層を含む複数層の積層体としては、Si層とSiO層との積層体、Si層とSiO層とZrO層との積層体などが挙げられる。Si層の単体やSi層を含む複数層の積層体は、振動部42として構成されるものであってもよい。第2実施形態の第2領域Bにおいては、第1流路部材30と第2流路部材48との間まで振動部42が延在する。
また、図10に示すように、収容空間G内において配線基板45と第2循環流路R2側の壁面との間には、伝熱物質G’が介在するようにしてもよい。伝熱物質G’は、例えばシリコンオイルなどの絶縁油である。この場合、第1流路部材30と第2流路部材48をステンレス鋼(SUS)等の高剛性の材料で形成し、収容空間Gの内壁と配線基板45との間にシリコンオイルを充填する。
図10では、第2配線466bと第2接続端子464bとが平面視で(Z方向から見て)重なる位置に伝熱物質G’を介在させる場合を例示する。収容空間G内に伝熱物質G’を充填する空間を区画する壁を設けて、その空間内に伝熱物質G’を充填する。このようにすることで、第2配線466bおよび第2接続端子464bの熱を、伝熱物質G’を介して第2循環流路R2に逃がし易くすることができる。特に第1配線466aおよび第1接続端子464aよりも発熱し易い第2配線466bおよび第2接続端子464bに近い部分に伝熱物質G’を介在させるので、配線基板45の冷却効率を高めることができる。なお、収容空間Gの壁面と配線基板45との間の空間全体に伝熱物質G’を介在させるようにしてもよい。
また、図10および図11に示すように、Z方向から見て第1接続端子464aは第1循環流路R1よりも第1個別流路C1に近く、第1方向から見て第2接続端子464bは第2循環流路R2よりも第2個別流路C2に近い。このような構成によれば、第1接続端子464aの熱は第1個別流路C1を介して第1循環流路R1に放熱され易く、第2接続端子464bの熱は第2個別流路C2を介して第2循環流路R2に放熱され易くすることができる。
また、図11に示す第1流路部材30のうちZ方向から見て第1接続端子464aが重なる第1個別流路C1間の領域M1には第1個別流路C1が形成されないので、第1個別流路C1が形成される領域よりも強度が高い。また、第1流路部材30のうちZ方向から見て第2接続端子464bが重なる第2個別流路C2間の領域M2には第2個別流路C2が形成されないので、第2個別流路C2が形成される領域よりも強度が高い。第1接続端子464aと第2接続端子464bとを第1流路部材30に押しつけて配線基板45を実装する場合には、第1接続端子464aと第2接続端子464bの材質によって、第1流路部材30のうち第1接続端子464aと第2接続端子464bからの押しつけ力を受ける領域に必要な強度が異なる。例えば第1接続端子464aと第2接続端子464bを金属バンプで構成した場合には、樹脂バンプで構成する場合よりも押しつけ力が大きくなる。
第2実施形態では、第1接続端子464aには、Z方向から見て第1流路部材30のうち第1個別流路C1間の領域M1に重なる第1接続端子464aが含まれ、第2接続端子464bには、Z方向から見て第1流路部材30のうち第2個別流路C2間の領域M2に重なる第2接続端子464bが含まれる。したがって、第2実施形態によれば、第1接続端子464aから押しつけ力を受ける領域M1と第2接続端子464bから押しつけ力を受ける領域M2との強度を高めることができる。これにより、第1接続端子464aと第2接続端子464bの材質についての選択の自由度を高めることができる。
<第3実施形態>
本発明の第3実施形態について説明する。第1実施形態および第2実施形態では、保護基板46と駆動IC47を別体にして積層することで配線基板45を構成する場合を例示した。第3実施形態では、保護基板46と駆動IC47とを一体で配線基板45を構成する場合を例示する。
図14は、第3実施形態に係る液体吐出ヘッド26の構成を示す断面図であり、図3に対応する。図14の配線基板45は、第1流路部材30のうち圧力室Cとは反対側に積層されて圧電素子44の設置空間462を封止する。このような構成によれば、図14の配線基板45は、図3の保護基板46の機能を兼ねるので、保護基板46に形成される第1配線466aおよび第2配線466bが不要となり、接続端子464(第1接続端子464aおよび第2接続端子464b)によって配線基板45を圧電素子44の電極に直接的に接続できる。
このように、図14の構成によれば、保護基板46がなくても、圧電素子44の設置空間462を封止できるので、圧電素子44を保護しながら第2接続端子464bの熱を第1循環流路R1または第2循環流路R2に逃がすことができる。また、保護基板46を設けなくて済むので、部品点数を減少させることができ、液体吐出ヘッド26をZ方向に小型化できる。なお、図14に示すように、収容空間Gの壁面と配線基板45との間の空間全体に伝熱物質G’を介在させるようにしてもよい。これにより、配線基板45全体の冷却効率を高めることができる。
<変形例>
以上に例示した態様および実施形態は多様に変形され得る。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示や上述の態様から任意に選択された2以上の態様は、相互に矛盾しない範囲で適宜に併合され得る。
(1)上述した実施形態では、液体吐出ヘッド26を搭載したキャリッジ242をX方向に沿って反復的に往復させるシリアルヘッドを例示したが、液体吐出ヘッド26を媒体12の全幅にわたり配列したラインヘッドにも本発明を適用可能である。
(2)上述した実施形態では、圧力室に機械的な振動を付与する圧電素子を駆動素子とした圧電方式の液体吐出ヘッド26を例示したが、加熱により圧力室の内部に気泡を発生させる発熱素子を駆動素子とした熱方式の液体吐出ヘッドを採用することも可能である。
(3)上述した実施形態で例示した液体吐出装置100は、印刷に専用される機器のほか、ファクシミリ装置やコピー機等の各種の機器に採用され得る。もっとも、本発明の液体吐出装置100の用途は印刷に限定されない。例えば、色材の溶液を吐出する液体吐出装置は、液晶表示装置のカラーフィルターや有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイ、FED(面発光ディスプレイ)等を形成する製造装置として利用される。また、導電材料の溶液を吐出する液体吐出装置は、配線基板の配線や電極を形成する製造装置として利用される。また、液体の一種として生体有機物の溶液を吐出するチップ製造装置としても利用される。
100…液体吐出装置、12…媒体、14…液体容器、20…制御ユニット、22…搬送機構、24…移動機構、242…キャリッジ、244…搬送ベルト、26…液体吐出ヘッド、260…吐出面、29…配線部材、30…第1流路部材、32…連通板、34…圧力室基板、42…振動部、44…圧電素子、441…第1電極、441t…端子、442…第2電極、442t…端子、443…圧電体層、45…配線基板、46…保護基板、462…設置空間、464…接続端子、464…第2接続端子、464a…第1接続端子、464b…第2接続端子、466…配線、466a…第1配線、466b…第2配線、468…配線、47…駆動IC、48…第2流路部材、482…接続口、484…凹部、52…ノズル板、54…吸振体、60…供給液室、61…供給路、63…連通路、69…隔壁部、72…循環連通路、75…循環機構、A…第1領域、A…第2領域、C…圧力室、C1…第1個別流路、C2…第2個別流路、Da…高さ、E…領域、Fa…表面、Fb…表面、G…収容空間、G’…伝熱物質、L1…第1ノズル列、L2…第2ノズル列、M1…領域、M2…領域、N…ノズル、Ns…拡径部、O…仮想面、P1…第1部分、P2…第2部分、Qa…中心軸、Qb…中心軸、Ra…空間、Rb…空間、Rc…空間、R1…第1循環流路、R2…第2循環流路、S…循環液室、Sta…循環口、Stb…循環口、VBS…ベース電圧、Wa…流路幅、Wb…流路幅。

Claims (11)

  1. 液体を吐出するノズルに連通する圧力室が形成される第1流路部材と、
    第1方向に互いに重なるように前記第1流路部材に積層される第2流路部材と、
    前記圧力室に圧力変化を発生させる駆動素子に電気的に接続される接続端子が配置される配線基板と、
    前記圧力室液体を流入す第1循環流路と、
    前記圧力室から液体を流出する第2循環流路と、を具備し、
    前記第1流路部材の表面は、前記配線基板を介して前記第2流路部材に積層される第1領域と、前記配線基板を介さずに前記第2流路部材に積層される第2領域とを含み、
    前記第2流路部材の表面は、前記第1領域と前記第2領域とに重なるように前記第1流路部材の表面に接合され、
    前記第1循環流路と前記第2循環流路のそれぞれは、前記第2領域において前記第1流路部材に形成される流路と前記第2流路部材に形成される流路とが連通して形成され
    前記第1方向からみたときに前記第2循環流路と前記配線基板が重なる幅は、前記第1方向からみたときに前記第1循環流路と前記配線基板が重なる幅よりも大きい
    液体吐出ヘッド。
  2. 前記第1方向に交差する第2方向において、前記第1循環流路と前記第2循環流路との間に前記配線基板が配置される
    請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
  3. 前記圧力室は、前記第1方向および前記第2方向に交差する第3方向に複数配置され、
    前記第3方向において、前記第1循環流路と前記第2循環流路とが前記複数の圧力室にわたって連続し、
    前記第2方向において、前記第1循環流路と前記第2循環流路との間に前記複数の圧力室のそれぞれが配置される
    請求項2に記載の液体吐出ヘッド。
  4. 前記第1循環流路および前記第2循環流路はそれぞれ、前記第1方向に延びる第1流路と、前記第2方向に延びる第2流路とを備え、
    前記第1循環流路の第2流路または前記第2循環流路の第2流路は、前記第1方向から見て前記接続端子に重なる
    請求項3に記載の液体吐出ヘッド。
  5. 前記駆動素子は、前記圧力室のそれぞれに対応して配置され、
    前記接続端子は、前記駆動素子のそれぞれに共通の電位が印加される第1接続端子と、前記駆動素子のそれぞれに個別の電位が印加される第2接続端子と、を含み、
    前記第2方向において、前記第1接続端子よりも前記第2接続端子の方が、前記第1循環流路よりも前記第2循環流路に近い位置にある
    請求項2または請求項3に記載の液体吐出ヘッド。
  6. 前記第2循環流路は、前記第1方向に延びる第1流路と、前記第2方向に延びる第2流路とを備え、
    前記第2流路は、前記第1方向から見て前記第2接続端子に重なる
    請求項5に記載の液体吐出ヘッド。
  7. 前記第1流路部材と前記第2流路部材との間には、平面視で前記第1領域に重なるように収容空間が形成され、
    前記配線基板は、前記収容空間に設置され、
    前記収容空間内において前記配線基板と前記第2循環流路側の壁面との間には、伝熱物質が介在する
    請求項5または請求項6に記載の液体吐出ヘッド。
  8. 前記第1流路部材には、前記圧力室のぞれぞれと前記第1循環流路を接続する第1個別流路と、前記圧力室のぞれぞれと前記第2循環流路を接続する第2個別流路とが形成され、
    前記第1方向から見て、前記第1接続端子は前記第1循環流路よりも前記第1個別流路に近く、
    前記第1方向から見て、前記第2接続端子は前記第2循環流路よりも前記第2個別流路に近い
    請求項5から請求項7の何れかに記載の液体吐出ヘッド。
  9. 前記第1接続端子には、前記第1方向から見て前記第1流路部材のうち前記第1個別流路間の領域に重なる前記第1接続端子が含まれ、
    前記第2接続端子には、前記第1方向から見て前記第1流路部材のうち前記第2個別流路間の領域に重なる前記第2接続端子が含まれる
    請求項8に記載の液体吐出ヘッド。
  10. 前記第2流路部材には、前記循環流路のうち、前記圧力室へ液体を供給するための流路と、前記圧力室から液体を流出するための流路とが設けられる
    請求項1から請求項9の何れかに記載の液体吐出ヘッド。
  11. 請求項1から請求項10の何れかに記載の液体吐出ヘッドを備える
    液体吐出装置。
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