JP2007168096A - インクジェットヘッド - Google Patents

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Abstract

【課題】小型に形成できるとともに、各ノズルにインクを均一に送ることが可能なインクジェットヘッドを提供する。
【解決手段】本発明のインクジェットヘッド11は、ヘッドベース12、複数のノズル13、複数の圧力室23、複数の駆動素子22、複数の回収口32、および複数の配線33を具備する。複数の圧力室23は、複数のノズル13にそれぞれ面して設けられる。複数の駆動素子22は、ノズル13からインクを吐出させる。複数の供給口31は、複数の圧力室23に対して1対1で対応するようにヘッドベース12に設けられる。複数の配線33は、複数の駆動素子22にそれぞれ接続するとともにヘッドベース12に沿って配置され、複数の供給口31相互間を1組ずつ通過する。
【選択図】図1

Description

本発明は、複数のノズルからインクを吐出させることが可能なインクジェットヘッドに関する。
例えばインクジェットヘッドとして、ヘッド内の流路でインクが循環するタイプのものが知られている。このインクジェットヘッドは、ヘッドベースの一端に設けられた数個の供給口と、ヘッドベースの他端に設けられた数個の回収口と、供給口と回収口との間に設けられる多数のノズルと、ノズルの近傍に設けられノズルからインクを吐出させる圧電素子と、圧電素子を駆動するドライバICと、ドライバICと圧電素子とを接続する配線とを備えている。配線は、ヘッドベースに沿って圧電素子から延びるとともに、供給口を避けてドライバICにまで至っている。
このインクジェットヘッドでは、供給口から流入したインクは、多数のノズルに供給され、圧電素子の駆動によりノズルからインク滴として吐出される。ノズルで使用されなかったインクは、回収口において回収される。このように、インクを供給口から回収口まで循環させることにより、ノズルに気泡やインク塊が詰まってしまうことを防いでいる(例えば、特許文献1参照)。
特開2002−113861号公報
従来のインクジェットヘッドでは、1個のインク供給口から多数のノズルにインクが供給されるため、供給口から近いノズルと供給口から遠いノズルとの間でインクの供給量に差が生じ、各ノズルに対して均一にインクを送ることができないという問題がある。また、供給口を避けるために延びた配線が供給口同士の間に集中するため、供給口同士の間に所定のスペースを設ける必要がありインクジェットヘッドが幅方向に大型化してしまう問題がある。
本発明の目的は、小型に形成できるとともに、各ノズルにインクを均一に送ることが可能なインクジェットヘッドを提供することにある。
本発明のインクジェットヘッドは、ヘッドベースと、前記ヘッドベースに隣接して設けられ、内部にインクを貯留可能な複数の圧力室と、前記複数の圧力室にそれぞれ対応して設けられた複数のノズルと、前記複数の圧力室にそれぞれ設けられ、前記ノズルから前記インクを吐出させる複数の駆動素子と、前記ヘッドベースに設けられ、前記複数の圧力室に対してそれぞれ対応するとともに、前記複数の圧力室に前記インクを供給する複数の供給口と、前記ヘッドベースに設けられ前記複数の圧力室から前記インクを回収する複数の回収口と、前記ヘッドベースに沿って配置され、前記複数の駆動素子にそれぞれ接続されるとともに、前記複数の供給口相互間を1組ずつ通過する前記駆動素子制御用の複数の配線と、を具備する。
本発明の他の形態に係るインクジェットヘッドは、ヘッドベースと、前記ヘッドベースに隣接して設けられ、内部にインクを貯留可能な複数の圧力室と、前記複数の圧力室にそれぞれ対応して設けられた複数のノズルと、前記複数の圧力室にそれぞれ設けられ、前記ノズルから前記インクを吐出させる複数の駆動素子と、前記ヘッドベースに設けられ前記複数の圧力室に前記インクを供給する複数の供給口と、前記ヘッドベースに設けられ、前記複数の圧力室に対してそれぞれ対応するとともに、前記複数の圧力室から前記インクを回収する複数の回収口と、前記ヘッドベースに沿って配置され、前記複数の駆動素子にそれぞれ接続されるとともに、前記複数の回収口相互間を1組ずつ通過する前記駆動素子制御用の複数の配線と、を具備する。
本発明によれば、各圧力室に均一にインクを供給することが可能なインクジェットヘッドを提供できる。小型のインクジェットヘッドを提供することができる。
以下、図面を参照しながらこの発明の第1の実施形態について説明する。
図1と図2は、本発明のインクジェットヘッド11Aを示す断面図である。図1および図2に示すように、インクジェットヘッド11Aは、絶縁性を有するヘッドベース12と、ノズル13を有するノズルプレート14と、ヘッドベース12とノズルプレート14との間に設けられる枠部材15と、ノズルプレート14に搭載される駆動回路16とを備えている。インクジェットヘッド11Aの内部で、ヘッドベース12、ノズルプレート14、枠部材15によって囲まれる部分に、共通液室21が設けられている。共通液室21の内部は、例えば顔料インク等のインクで満たされている。ノズルプレート14には、複数のノズル13が設けられている(図2では、1個のみを示している。)。
インクジェットヘッド11Aは、共通液室21を仕切る複数の駆動素子22を備えている。共通液室21の内部で、駆動素子22によって両側が挟まれた部分は、各ノズル13に対応する圧力室23となっている。すなわち、各圧力室23の両側に、各ノズル13からインクを吐出させるための駆動素子22が配置されている。各圧力室23の内部には、インクが貯留されている。
駆動素子22は、例えばPZT系圧電セラミックス材料からなる2個の圧電素子を有している。図2に示すように、駆動素子22は、台形状をなしており、ノズル13に近い位置の第1の圧電素子24と、ノズル13から遠い位置の第2の圧電素子25とを有している。第1の圧電素子24と第2の圧電素子25とは、分極方向が逆向きになるように接着されている。
ヘッドベース12は、剛性および絶縁性の観点、また、駆動素子22である圧電セラミックス材料との熱膨張率をそろえる観点から、セラミックス材料で形成されている。ヘッドベース12には、共通液室21にインクを供給するための複数の供給口31Aと、共通液室21からインクを排出するための複数の回収口32Aとが設けられている。複数の供給口31Aは、複数の圧力室23に対してそれぞれ1対1で対応している。各供給口31Aは、ヘッドベース12の長手方向と直交する幅方向に関して、各圧力室23に対して半ピッチずれて設けられている。この場合、1ピッチは、圧力室23相互間の間隔をいう。
また、複数の回収口32Aは、複数の圧力室23に対してそれぞれ1対1で対応するようになっている。各回収口32Aは、ヘッドベース12の幅方向に関して、各圧力室23に対して半ピッチずれて設けられている。
インクジェットヘッド11Aは、駆動素子22を制御するための複数の配線33を備えている。配線33は、ヘッドベース12上において駆動素子22と駆動回路16とを接続している。配線33は、駆動素子22に接続するための電極34を有している。この電極34は、ヘッドベース12上から駆動素子22の側面にわたって設けられている。電極34は、無電解メッキによって金属膜を設け、不要部分をレーザ加工で除去して形成されている。このように形成された複数の配線33と、前記複数の供給口31Aとは、幅方向に関して交互に1個ずつ並んでおり、複数の供給口31Aの相互間を1本の配線33が通過している。もっとも、複数の供給口31Aの相互間を、数本を1組にした配線33が通過するようにしてもよい。
図2に示すように、供給口31Aから共通液室21に供給されたインクは、圧力室23の内部に送られる。圧力室23において、駆動素子22によって加圧されたインクは、ノズル13からインク滴として吐出される。インク滴として使用されなかったインクは、回収口32Aから共通液室21の外部に排出される。
インク滴をノズル13から吐出させるには、駆動回路16は配線33を介して駆動素子22に駆動電圧を印加する。駆動素子22の第1の圧電素子24と第2の圧電素子25とに電流が流れると、第1の圧電素子24と第2の圧電素子25は互いに逆向きに屈曲する。両圧電素子24、25の屈曲により、平板状だった駆動素子22が「L」字状に変形して、隣接する圧力室23の容積が小さくなる。圧力室23が小さくなって圧力室23内のインクが高圧になると、ノズル13からインク滴が勢い良く吐出される。
図3と図4を参照して、本発明のインクジェットヘッド11Aの製造方法について説明する。図3に示すように、第1の工程では、焼成前のセラミックスである第1のグリーンシート41、第2のグリーンシート42、第3のグリーンシート43をそれぞれ平板状に成形する。第2の工程では、第1のグリーンシート41には、第2のグリーンシート42との接触面に、ダイヤモンドカッタ等によって第1の溝部である複数の溝44を形成する。第3の工程では、第3のグリーンシート43には、第2のグリーンシート42との接触面に、ダイヤモンドカッタ等によって第2の溝部である複数の溝45を形成する。
第4の工程では、第1のグリーンシート41の複数の溝44が形成された面49を接触面にして第2のグリーンシート42に突き当てる。第3のグリーンシート43の複数の溝45が形成された面50を接触面にして第2のグリーンシート42に突き当てて、第1から第3のグリーンシート43を積層する。第5の工程では、積層状態のまま第1から第3の各グリーンシート43を焼成する。第5の工程により、第1から第3の各グリーンシート41、42、43同士を予め接着させることなく、これらが一体に接合したブロック46を形成できる。
第6の工程では、このブロック46を図4に示すようにブロック46の長手方向Lと直交する平面Xで切断し、ヘッドベース12を作成する。この場合、第1のグリーンシート41の複数の溝44は、第2のグリーンシート42の第1の面47とともに複数の供給口31Aを形成する。第3のグリーンシート43の複数の溝45は、第2のグリーンシート42の第2の面48とともに複数の回収口32Aを形成する。このような工程を経て、例えば25枚から30枚の大量のヘッドベース12を作成できる。このヘッドベース12に対して、枠部材15とノズルプレート14とを接着して、インクジェットヘッド11Aを形成する。
以上が、本発明のインクジェットヘッド11Aの第1の実施形態である。第1の実施形態によれば、複数の供給口31Aが複数の圧力室23に対してそれぞれ対応するように、例えば1対1でヘッドベース12に設けられる。このため、各供給口31Aから各圧力室23までの距離が一定となって、各圧力室23に均一にインクを供給することができる。これにより、印刷品質を向上できる。また、複数の供給口31Aの相互間を1組ずつ複数の配線33が通過している。これにより、複数の配線33が一箇所に集中することがなく、供給口31A同士の間のスペースを最小にしてインクジェットヘッド11Aを幅方向に小さく構成できる。
複数の供給口31Aの相互間を1本ずつ複数の配線33が通過している。これにより、さらに、インクジェットヘッド11Aを幅方向に小さくすることができる。
通常、インクジェットヘッド11Aを例えばプリンタ装置等に搭載する場合、色違いのインクジェットヘッド11Aを複数個、ヘッドベース12の長手方向と直交する幅方向に並べることが多い。このため、インクジェットヘッド11Aを幅方向に小さくできれば、インクジェットヘッド11A同士の間隔を小さくできる。これにより、インクジェットヘッド11A間において色ずれ等の印刷不良が生ずるのを防止できる。
複数の供給口31Aは、ヘッドベース12の長手方向と直交する幅方向に関して、複数の圧力室23に対して半ピッチずれている。このため、複数の配線33と複数の供給口31Aとが干渉することなく、各配線33を直線的に配置できる。したがって、各配線33を短くすることができる。
本実施形態のインクジェットヘッド製造方法では、ブロック46の焼成によって第1から第3のグリーンシート41、42、43同士を接着している。このため、第1から第3のグリーンシート41、42、43同士を予め加圧によって一体化する必要がなく、簡単にインクジェットヘッド11Aを製造できる。本実施形態では、焼成前のセラミックスである第1、第3のグリーンシート41、43に対して溝44、45を形成している。このため、柔らかい第1、第3のグリーンシート41、43に対して溝44、45を形成でき、加工が容易となってヘッドベース12を安価に製造できる。本実施形態の駆動素子22は、第1の圧電素子24と第2の圧電素子25とで形成されている。このため、インクに気泡等を生ずることなく、精度よくインク滴を吐出させることができる。
なお本実施形態において、駆動素子22が圧電素子で構成されているが、駆動素子22をインク内に吐出駆動用の気泡を発生させる発熱素子で構成しても良い。駆動素子22を発熱素子で構成すれば、駆動素子22を簡単に構成できる。また、本実施形態のインクジェットヘッド11Aは、第2の実施形態で説明する製造方法によっても製造することができる。
本実施形態では、第1のグリーンシート41に第1の溝部である複数の溝44を形成しているが、第2のグリーンシート42に複数の溝44を形成しても良い。また、第1のグリーンシート41と第2のグリーンシート42との両側に第1の溝部である複数の溝44を形成し、これによって、供給口31Aを形成しても良い。
同様に、第3のグリーンシート43に第2の溝部である複数の溝45を形成しているが、第2のグリーンシート42に複数の溝45を形成しても良い。また、第3のグリーンシート43と第2のグリーンシート42との両側に第2の溝部である複数の溝45を形成し、回収口32Aを形成しても良い。
続いて、図5と図6を参照して、本発明の第2の実施形態について説明する。本実施形態のインクジェットヘッド11Bは、第1の実施形態のインクジェットヘッド11Aと形態が同じであるが、製造方法が異なっている。このため、第2の実施形態では、インクジェットヘッド11Bの製造方法において、第1の実施形態と異なる部分について説明する。
図5に示すように、第2の実施形態のインクジェットヘッド製造方法では、第1の工程で、それぞれ平板状に成形された第1のグリーンシート、第2のグリーンシート、および第3のグリーンシートを予め焼成し、第1のセラミックスシート51、第2のセラミックスシート52、および第3のセラミックスシート53をそれぞれ作成しておく。第2の工程で、第1のセラミックスシート51には、ダイヤモンドカッタ等によって第1の溝部である複数の溝54を形成する。第3のセラミックスシート53には、ダイヤモンドカッタ等によって第2の溝部である複数の溝55を形成する。
第3の工程では、例えば、接着剤等を用いて、第1のセラミックスシート51の複数の溝54が形成された面59を接触面として、第1のセラミックスシート51を第2のセラミックスシート52に接着する。第2のセラミックスシート52の複数の溝55が形成された面60を接触面として、第3のセラミックスシート53を第2のセラミックスシート52に接着する。この接着によって、第1から第3のセラミックスシート53を積層する。この第3の工程によって、これらが一体に接合したブロック56を形成できる。
この場合、第1のセラミックスシート51の複数の溝54は、第2のセラミックスシート52の第1の面57とともに複数の供給口31Bを形成する。第3のセラミックスシート53の複数の溝55は、第2のセラミックスシート52の第2の面58とともに複数の回収口32Bを形成する。第4の工程で、このブロック56を図6に示すようにブロック56の長手方向Lと直交する平面Xで、ブロック56を所定厚さ毎に切断しヘッドベース12を作成する。
以上が、本発明のインクジェットヘッド11Bの製造方法の第2の実施形態である。第2の実施形態によれば、予め焼成した第1から第3のセラミックス51、52、53を積層してヘッドベース12を作成するようにしていることから、焼成によってヘッドベース12が収縮してしまうことがない。このため、インクジェットヘッド11Bの精度管理を容易に行うことができる。
図7と図8を参照して、本発明の第3の実施形態について説明する。本実施形態のインクジェットヘッド11Cにおいて、第1の実施形態のインクジェットヘッド11Aと共通の箇所には第1の実施形態と共通の符号を付して説明を省略する。
図7と図8に示すように、第3の実施形態のインクジェットヘッド11Cは、ノズル列を2列備えている。インクジェットヘッド11Cは、共通液室21を仕切る複数の駆動素子22と、駆動素子22を制御するための複数の配線33とを備えている。配線33は、駆動素子22と駆動回路16とを接続するように、ヘッドベース12に沿って配置している。インクジェットヘッド11Cのヘッドベース12は、中央部に設けられた長穴形状の供給口31Cと、ヘッドベース12の長手方向両端部で共通液室21に面するように設けられた複数の回収口32Cとを備えている。複数の回収口32Cは、複数の圧力室23に対してそれぞれ1対1で対応するようにヘッドベース12に設けられている。
複数の回収口32Cは、複数の圧力室23に対して半ピッチずれて配置している。複数の回収口32Cと複数の配線33とは、ヘッドベース12の長手方向に直交する幅方向に関して、交互に1個ずつ並んでおり、回収口32C相互間を1本の配線33が通過している。もっとも、複数の回収口32Cの相互間を、数本を1組にした配線33が通過するようにしてもよい。
本実施形態のインクジェットヘッド11Cは、第1の実施形態で説明した製造方法でも、第2の実施形態で説明した製造方法でも製造することができる。
第3の実施形態によれば、複数の回収口32Cが複数の圧力室23に対して1対1で対応している。このため、各圧力室23からのインクの排出が滑らかとなり、各圧力室23に均一にインクを供給することができる。また、回収口32C相互間を1本の配線33が通過している。このため、回収口32C同士の間のスペースを最小にすることができ、インクジェットヘッド11Cを幅方向に小さくできる。
なお、第3の実施形態では、2列のノズル列が、幅方向において同ピッチで配置しているが、両ノズル列が幅方向において半ピッチずれて配置するようにしてもよい。このようにすれば、インクジェットヘッド11Cの解像度を2倍にすることができる。
また、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではない。このほか、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
本発明の第1の実施形態に係るインクジェットヘッドを図2におけるB−B線の位置で切断して示す断面図。 図1に示されたインクジェットヘッドをA−A線の位置で切断した断面図。 図1に示されたインクジェットヘッドの製造工程を示す斜視図。 図3に示されたインクジェットヘッドの製造工程の次の工程を示す斜視図。 第2の実施形態に係るインクジェットヘッドの製造工程を示す斜視図。 図5に示されたインクジェットヘッドの製造工程の次の工程を示す斜視図。 本発明の第3の実施形態に係るインクジェットヘッドを図8におけるD−D線の位置で切断して示す断面図。 図7に示されたインクジェットヘッドをC−C線の位置で切断した断面図。
符号の説明
11A〜11C…インクジェットヘッド、12…ヘッドベース、13…ノズル、22…駆動素子、23…圧力室、24…第1の圧電素子、25…第2の圧電素子、31A〜31C…供給口、32A〜32C…回収口、33…配線、41…第1のグリーンシート、42…第2のグリーンシート、43…第3のグリーンシート、44、45…溝、46…ブロック、51…第1のセラミックスシート、52…第2のセラミックスシート、53…第3のセラミックスシート、54、55…溝、56…ブロック、L…長手方向、X…平面

Claims (8)

  1. ヘッドベースと、
    前記ヘッドベースに隣接して設けられ、内部にインクを貯留可能な複数の圧力室と、
    前記複数の圧力室にそれぞれ対応して設けられた複数のノズルと、
    前記複数の圧力室にそれぞれ設けられ、前記ノズルから前記インクを吐出させる複数の駆動素子と、
    前記ヘッドベースに設けられ、前記複数の圧力室に対してそれぞれ対応するとともに、前記複数の圧力室に前記インクを供給する複数の供給口と、
    前記ヘッドベースに設けられ前記複数の圧力室から前記インクを回収する複数の回収口と、
    前記ヘッドベースに沿って配置され、前記複数の駆動素子にそれぞれ接続されるとともに、前記複数の供給口相互間を1組ずつ通過する前記駆動素子制御用の複数の配線と、
    を具備することを特徴とするインクジェットヘッド。
  2. 前記複数の配線は、前記複数の供給口相互間を1本ずつ通過することを特徴とする請求項1に記載のインクジェットヘッド。
  3. 前記複数の供給口は、前記複数の圧力室に対してそれぞれ半ピッチずれて配置することを特徴とする請求項1に記載のインクジェットヘッド。
  4. ヘッドベースと、
    前記ヘッドベースに隣接して設けられ、内部にインクを貯留可能な複数の圧力室と、
    前記複数の圧力室にそれぞれ対応して設けられた複数のノズルと、
    前記複数の圧力室にそれぞれ設けられ、前記ノズルから前記インクを吐出させる複数の駆動素子と、
    前記ヘッドベースに設けられ前記複数の圧力室に前記インクを供給する複数の供給口と、
    前記ヘッドベースに設けられ、前記複数の圧力室に対してそれぞれ対応するとともに、前記複数の圧力室から前記インクを回収する複数の回収口と、
    前記ヘッドベースに沿って配置され、前記複数の駆動素子にそれぞれ接続されるとともに、前記複数の回収口相互間を1組ずつ通過する前記駆動素子制御用の複数の配線と、
    を具備することを特徴とするインクジェットヘッド。
  5. 前記複数の配線は、前記複数の回収口相互間を1本ずつ通過することを特徴とする請求項4に記載のインクジェットヘッド。
  6. 前記複数の回収口は、前記複数の圧力室に対してそれぞれ半ピッチずれて配置することを特徴とする請求項4に記載のインクジェットヘッド。
  7. 前記駆動素子は、圧電素子であることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
  8. 前記駆動素子は、前記インク内に吐出駆動用の気泡を発生させる発熱素子であることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
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