JP2010069855A - Method of manufacturing inkjet head - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、プリンタ等に用いるインクジェットヘッドの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an inkjet head used in a printer or the like.
インクジェット方式のプリンタ等に用いられる液体吐出装置いわゆるインクジェットヘッドの製造方法として、基板に複数列のインクチャネルを並列に形成した後、基板の表面に無電解メッキにより薄メッキ薄層を形成し、その薄メッキ薄層に対するレーザ光の照射により薄メッキ薄層を選択的に除去し、薄メッキ薄層の残った部分を複数の電極とし、その後、基板の表面に所定の厚みになるまでさらに無電解メッキを施す方法が一般的である(例えば特許文献1)。
無電解メッキ法では、基板の表面とメッキ膜の所定の密着性を得るためには、エッチング処理によって基板の表面を粗らくする必要がある。ただし、エッチング処理によって粗くなった表面は、網目状となり、局部的には深い凸凹が生じるところもある。この状態で無電解メッキを行うと、基板の厚さ方向に入り込んだ状態の金属膜が析出する。 In the electroless plating method, in order to obtain a predetermined adhesion between the surface of the substrate and the plating film, it is necessary to roughen the surface of the substrate by an etching process. However, the surface roughened by the etching process has a mesh shape, and there are some places where deep unevenness occurs locally. When electroless plating is performed in this state, a metal film that enters the thickness direction of the substrate is deposited.
このため、金属膜にレーザ光を照射するレーザパターンニング処理によって複数の電極を形成しても、その各電極の相互間の絶縁部分に金属残渣が生じ、その金属残渣によって各電極間に電気的な短絡が生じてしまう。 For this reason, even if a plurality of electrodes are formed by laser patterning treatment that irradiates a metal film with laser light, metal residues are generated in the insulating portions between the electrodes, and the metal residues cause electrical contact between the electrodes. Will cause a short circuit.
析出した金属膜を高出力のレーザ光で除去することも考えられるが、そうすると、基板に損傷を与えたり、レーザパターニング処理によって形成した各電極に損傷を与えることもあり、好ましい方法ではない。 Although it is conceivable to remove the deposited metal film with a high-power laser beam, doing so may damage the substrate or each electrode formed by laser patterning, which is not a preferable method.
この発明は、上記の事情を考慮したもので、その目的は、各電極の相互間の絶縁部分における金属残渣を削減することができ、これにより各電極の相互間の電気的な短絡を防ぐことができる信頼性にすぐれたインクジェットヘッドの製造方法を提供することである。 The present invention takes the above-mentioned circumstances into consideration, and the object thereof is to reduce metal residues in the insulating portions between the electrodes, thereby preventing electrical shorts between the electrodes. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing an ink jet head that is excellent in reliability.
請求項1に係る発明のインクジェットヘッドの製造方法は、基板の表面をエッチングし、その基板の表面に圧電部材を設け、この圧電部材および前記基板の表面に金属膜を形成し、その金属膜に対するレーザパターンニング処理により複数の電極を形成するものであって、前記金属膜の形成前に、前記エッチングされた基板の表面における前記各電極の形成予定部位を予めレーザ照射により滑らかにする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided an ink jet head manufacturing method comprising: etching a surface of a substrate; providing a piezoelectric member on the surface of the substrate; forming a metal film on the surface of the piezoelectric member and the substrate; A plurality of electrodes are formed by a laser patterning process, and before the metal film is formed, portions where the electrodes are to be formed on the surface of the etched substrate are smoothed in advance by laser irradiation.
この発明のインクジェットヘッドの製造方法によれば、各電極の相互間の絶縁部分における金属残渣を削減することができる。これにより、各電極の相互間の電気的な短絡を防ぐことができ、信頼性が向上する。 According to the method for manufacturing an ink jet head of the present invention, it is possible to reduce metal residues in the insulating portions between the electrodes. Thereby, an electrical short circuit between the electrodes can be prevented, and the reliability is improved.
以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。まず、この発明に関わるインクジェットヘッドとして、シェアウウォール方式のサイドシュータ型を例に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, a shear wall type side shooter type will be described as an example of an inkjet head according to the present invention.
このインクジェットヘッドのインク吐出の原理は、板厚方向に分極された板状の2枚の圧電部材をその分極方向が逆向きとなるようにお互いに接着剤で貼り合わせ、その2枚の圧電部材に所定の間隔で複数の溝を形成し、これら溝を圧力室としてその各圧力室内にそれぞれ電極を形成し、これら電極に駆動電圧を印加することにより、各圧力室の相互間の柱状部分(各圧電部材)を変形させて各圧力室にインク吐出用の圧力を加え、各圧力室に通じるノズルからインク滴を吐出させる方式である。 The principle of ink ejection of this ink-jet head is that two plate-like piezoelectric members polarized in the plate thickness direction are bonded together with an adhesive so that the polarization directions are opposite to each other, and the two piezoelectric members A plurality of grooves are formed at predetermined intervals, electrodes are formed in the respective pressure chambers using these grooves as pressure chambers, and a drive voltage is applied to these electrodes, whereby columnar portions ( Each piezoelectric member) is deformed to apply pressure for ink ejection to each pressure chamber, and ink droplets are ejected from nozzles communicating with each pressure chamber.
すなわち、図1に示すように、低誘電率部材であるアルミナで形成された板状の基板(ベース基板ともいう)1の表面に、アクチュエータ列Aおよびアクチュエータ列Bが形成され、これらアクチュエータ列Aおよびアクチュエータ列Bを囲む状態に枠部材2が装着され、その枠部材2にノズルプレート(オリフィスプレートともいう)3が設けられている。ノズルプレート3は、方形のポリイミド製のフィルムで形成され、一対のノズル列4を有する。これらノズル列4は、それぞれ複数のノズル5の配列により形成される。
That is, as shown in FIG. 1, an actuator row A and an actuator row B are formed on the surface of a plate-like substrate (also referred to as a base substrate) 1 made of alumina which is a low dielectric constant member. A
アクチュエータ列A,Bは、例えばPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)製の2枚の圧電部材を互いの分極方向を対向させるように且つ台形状に上下に張り合わせたもので、ノズル列4,4にそれぞれ沿って配列され、表面を溝状に切削形成してなる複数の圧力室6を有している。これら圧力室6はノズルプレート3の各ノズル5と対応する位置にあり、各圧力室6の相互間の柱状部分(両圧電部材)に電圧が印加されることにより、その各柱状部分が変形し、その変形によって各圧力室6にインク吐出用の圧力が加わり、各ノズル5からインクが吐出される。
The actuator rows A and B are formed by, for example, attaching two piezoelectric members made of PZT (lead zirconate titanate) vertically in a trapezoidal shape so that their polarization directions face each other. Each has a plurality of
各圧力室6の相互間の柱状部分(各圧電部材)に電圧を印加するための電極が各圧力室6および基板1上に形成される、これら電極は、無電解ニッケルメッキおよび電界金メッキによって基板1の表面に金属膜が形成され、その金属膜がレーザ光で焼き切られて除去される処理(いわゆるサブトラクト法)により、その金属膜の残り部分で形成される。
Electrodes for applying a voltage to the columnar portions (piezoelectric members) between the
基板1において、アクチュエータ列A,Bの相互間に円形の複数のインク流入口7が配設されるとともに、アクチュエータ列A,Bを両側から挟む位置に複数のインク流出口8が配設されている。
In the
このインクジェットヘッドの製造工程の流れを図2に示し、製造工程の移り変わりを図3〜図14に示している。 The flow of the manufacturing process of this inkjet head is shown in FIG. 2, and the transition of the manufacturing process is shown in FIGS.
まず、図3に示すように、アルミナの金型成型や機械加工により、インク流入口7およびインク流出口8を持つ基板1を形成する。この基板1の表面に対し、電極形成のために無電解メッキ法で金属膜を形成することになるが、その際の基板1と金属膜の所定の密着性を得るべく、図4に示すように、基板1の表面に対し表面処理11が施される。無電解メッキの場合の密着性はアンカー効果により機械的に得られることから、表面処理11の手法として、サンドブラスト、化学的エッチング、機械的な研摩処理等が考えられるが、所定の密着性を得るには化学的エッチングが適当である。具体的には、200℃に熱したリン酸に基板1を所定時間にわたり浸漬し、基板1の表面を化学的にエッチングする。
First, as shown in FIG. 3, a
次に、エッチングによる表面処理11が施された基板1の表面に対し、圧電部材を接着および加工する処理が行われる。この処理状態を上方から見たのが図5で、この図5のX−X線に沿う断面を矢印方向に見たのが図6である。すなわち、PZTからなる板状の圧電部材15,13をその分極方向が逆向きとなるようにお互いに接着剤14で貼り合せ、これら圧電部材15,13を短冊状に切断して、接着剤12により、基板1の表面に気泡が残らないように接着する。接着剤14,12は、エポキシ性の接着剤で、熱硬化によって硬化する。条件は、120℃で2時間である。さらに、機械加工により、圧電部材15,13を所定の台形状に切削する。
Next, the process which adhere | attaches and processes a piezoelectric member is performed with respect to the surface of the board |
続いて、図7に示すように、圧電部材15,13を台形状に切削し、これら2列の圧電部材15,13に対し、機械加工のダイアモンドホイールを用いる切削加工により、それぞれ長手方向に沿って且つ列ごとに半ピッチずれた状態で、複数の溝つまり圧力室6を順次に形成する。これら圧力室6の壁面となる部分を符号15a,14a,13aおよび点々で示している。各圧力室6の形状は、深さが300μm、幅が80μm、インクの有効流路長が2mmである。
Subsequently, as shown in FIG. 7, the
こうして形成された2列の圧電部材15,13に対し、電極形成のための事前処理が実行される。この事前処理の状態を上方から見たのが図8で、この図8のY−Y線に沿う断面を矢印方向に見たのが図9である。電極形成のためには、無電解メッキ法で金属膜を形成し、その金属膜に対するレーザ光の照射により同金属膜の不要部分を除去する電極分離除去(レーザパターニング処理)を行うことになるが、その前の工程として、基板1の表面における各電極の形成予定部位を予めレーザ光の照射により滑らかにし、金属膜が基板1の深さ方向に析出するのを未然に防ぐようにする。レーザ光を照射する部位を二点鎖線の丸で囲んで示している。
Preprocessing for electrode formation is performed on the two rows of
レーザ光を照射した部位は、基板1の素材であるアルミナが熱溶解するので、エッチングによって粗くなった状態から滑らかな状態へと変化する。
The portion irradiated with the laser beam changes from a roughened state by etching to a smooth state because alumina, which is the material of the
このレーザ光の照射に際しては、例えば波長532nm、出力1.5W、スポット径30μmのYVO4のレーザ光をガルバノスキャナーにより基板1に向けて照射するスキャンニング方式が採用される。
In this laser light irradiation, for example, a scanning method is employed in which YVO4 laser light having a wavelength of 532 nm, an output of 1.5 W, and a spot diameter of 30 μm is irradiated toward the
次に、図10に示すように、基板1の表面の全域に対し、無電解メッキ法により、各電極の基となる金属膜22を形成する。金属膜22を形成する手法としてスパッタ法、CVD法、メッキ法等があるが、溝(圧力室6)の内部まで金属膜22を確実に形成し得る手法として、無電解メッキ法を選択している。具体的には、基板1にメッキの前処理としてセンシタイジングーアクチベーション法で触媒核となるPd(パラジウム)を付与し、さらに無電解ニッケルメッキ液に浸漬してニッケルメッキ膜21を形成する。このニッケルメッキ膜21は、導電性の高いBi−B、耐食の高いNi−P膜の積層構造とする。あるいは、Ni−B、Ni−Pの単体膜でもよい。なお、ニッケルメッキ膜21の膜厚は0.6〜1μm、金属膜22の膜厚は0.1μmとする。
Next, as shown in FIG. 10, a
続いて、これらニッケルメッキ膜21および金属膜22が形成された基板1の表面に対し、実際に各電極を形成するためのレーザパターニング処理を実行する。この処理状態を上方から見たのが図11で、この図11のZ−Z線に沿う断面を矢印方向に見たのが図12である。すなわち、ニッケルメッキ膜21および金属膜22の不要な部分をレーザ光の照射によって除去した残りの部分が、2列の圧電部材15,13における各圧力室6内の電極P1になるとともに、基板1の表面における各電極P2となる。この場合、レーザ光として、アルミナ部分を熱溶解したレーザ光と同等なものを使用している。レーザ出力は1.8Wである。
Subsequently, a laser patterning process for actually forming each electrode is performed on the surface of the
基板1上に各電極P1,P2が形成された状態、および枠部材2を介してノズルプレート3が装着された状態を、図13および図14に示している。図13はノズルプレート3の一部を欠いた状態を上方から見た図、図14は図11のZ−Z線と同様の線断面を見た図である。枠部材2の内側にはインク室24が確保される。
FIGS. 13 and 14 show a state where the electrodes P1 and P2 are formed on the
ここで、従来におけるインクジェットヘッドの製造方法の流れを参考として図15に示している。この従来の製造方法と本実施形態とを比較すると、図3の基板1を形成する工程、図4のエッチングによる表面処理11を施す工程、図5,6の2列の圧電部材15,13を形成する工程、図7の溝(圧力室6)を形成する工程、図10のニッケルメッキ膜21および金属膜22を形成する工程、図11,12のレーザパターニング処理の工程については、同じである。
Here, FIG. 15 shows a flow of a conventional method for manufacturing an inkjet head as a reference. Comparing this conventional manufacturing method with this embodiment, the step of forming the
本実施形態が従来と異なる点は、図8,9の事前処理を有する点である。
仮に、図8,9の事前処理がないとすると、各電極P2の相互間の絶縁部分に金属残渣が残って各電極P2間に電気的な短絡が生じる可能性がある。これは、エッチング部の膜厚とレーザ照射面に析出したニッケルメッキ膜の膜厚とを比べた図16の実験結果から分かるように、エッチング部の膜厚の方が、ニッケルメッキ膜の膜厚よりも、0.4〜0.5μmほど厚くなることが原因である。すなわち、ニッケルメッキ膜21と基板1との密着力を保持するべく基板1の表面をエッチングによって粗らした結果、基板1の厚さ方向に凸凹が生じ、これに伴い、基板1の厚さ方向にニッケルメッキ膜21が析出するからである。この析出したニッケルメッキ膜21に対しレーザパターニング処理を行って各電極P2を形成しても、その各電極P2の相互間の絶縁部分に金属残渣21xが生じ、その金属残渣21xによって各電極P2間に電気的な短絡を生じてしまう。
This embodiment is different from the prior art in that it has the pre-processing shown in FIGS.
If there is no pretreatment of FIGS. 8 and 9, there is a possibility that a metal residue remains in the insulating portion between the electrodes P2 and an electrical short circuit occurs between the electrodes P2. As can be seen from the experimental results of FIG. 16 in which the film thickness of the etched portion and the film thickness of the nickel plating film deposited on the laser irradiation surface are compared, the film thickness of the etched portion is greater than the film thickness of the nickel plating film. The reason is that the thickness is about 0.4 to 0.5 μm. That is, as a result of roughening the surface of the
これに対し、本実施形態では、図8,9の事前処理により、基板1の表面における各電極P2の形成予定部位を、予めレーザ光の照射により、エッチングによって粗くなった状態から滑らかな状態へと変えるので、各電極P2が形成された際に、その各電極P2の相互間の絶縁部分に生じる金属残渣21xを削減することができる。
On the other hand, in the present embodiment, the pre-processes of FIGS. 8 and 9 change the formation planned site of each electrode P2 on the surface of the
金属残渣21xを削減できることにより、各電極P2間の電気的な短絡を防ぐことができ、インクジェットヘッドとしての常に信頼性の高い動作が可能となる。
Since the
なお、この発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、要旨を変えない範囲で種々変形実施可能である。 In addition, this invention is not limited to said each embodiment, A various deformation | transformation implementation is possible in the range which does not change a summary.
1…基板、2…枠部材、3…ノズルプレート、4…ノズル列、5…ノズル、6…圧力室、7…インク流入口、8…インク流出口、11…エッチングによる表面処理、12,14…接着剤、13,15…圧電部材、13a,14a,15a…溝の壁面、21…ニッケルメッキ膜、22…金属膜、P1…電極、P2…導電パターン
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記金属膜の形成前に、前記エッチングされた基板の表面における前記各電極の形成予定部位を予めレーザ照射により滑らかにすることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。 An inkjet head that etches the surface of a substrate, provides a piezoelectric member on the surface of the substrate, forms a metal film on the surface of the piezoelectric member and the substrate, and forms a plurality of electrodes by laser patterning treatment on the metal film. In the manufacturing method,
A method of manufacturing an ink jet head, characterized in that, prior to the formation of the metal film, portions where the electrodes are to be formed on the surface of the etched substrate are smoothed in advance by laser irradiation.
前記金属膜の形成前に、前記エッチングされた基板の表面における前記各電極の形成予定部位を予めレーザ光の照射により滑らかにすることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。 The surface of the substrate is etched, a piezoelectric member is provided on the surface of the substrate, a metal film is formed on the surface of the piezoelectric member and the substrate by an electroless plating method, and the piezoelectric member and In the method of manufacturing an ink jet head for forming a plurality of electrodes on the substrate,
A method of manufacturing an ink jet head, characterized in that, prior to the formation of the metal film, portions where the electrodes are to be formed on the surface of the etched substrate are smoothed in advance by laser light irradiation.
前記金属膜の形成前に、前記エッチングされた基板の表面における前記各電極の形成予定部位を予めレーザ光の照射により滑らかにすることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。 The surface of the substrate is etched, a piezoelectric member is provided on the surface of the substrate, a metal film is formed on the surface of the piezoelectric member and the substrate by an electroless plating method, and the piezoelectric member and In the method of manufacturing an ink jet head for forming a plurality of electrodes on the substrate,
A method of manufacturing an ink jet head, characterized in that, prior to the formation of the metal film, portions where the electrodes are to be formed on the surface of the etched substrate are smoothed in advance by laser light irradiation.
前記金属膜の形成前に、前記エッチングされた基板の表面における前記各電極の形成予定部位を予めレーザ光の照射により滑らかにすることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。 The surface of the substrate is etched, a piezoelectric member is provided on the surface of the substrate, a plurality of grooves are formed in the piezoelectric member, and a metal film is formed on the grooves and the surface of the substrate by an electroless plating method. In the method of manufacturing an inkjet head, a plurality of electrodes are formed in each groove and on the substrate by a laser patterning process for:
A method of manufacturing an ink jet head, characterized in that, prior to the formation of the metal film, portions where the electrodes are to be formed on the surface of the etched substrate are smoothed in advance by laser light irradiation.
前記金属膜の形成前に、前記エッチングされた基板の表面における前記各電極の形成予定部位を予めレーザ光の照射により滑らかにすることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。 The surface of the substrate is etched, a piezoelectric member is provided on the surface of the substrate, a plurality of grooves are formed in the piezoelectric member, and a metal film is formed on the grooves and the surface of the substrate by an electroless plating method. In the method of manufacturing an inkjet head, an unnecessary portion of the metal film is removed by irradiating a laser beam to form a plurality of electrodes in each groove and on the substrate.
A method of manufacturing an ink jet head, characterized in that, prior to the formation of the metal film, portions where the electrodes are to be formed on the surface of the etched substrate are smoothed in advance by laser light irradiation.
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120306 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20120703 |