JP2013169699A - 液体吐出装置の製造方法及び液体吐出装置 - Google Patents

液体吐出装置の製造方法及び液体吐出装置 Download PDF

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Abstract

【課題】インク吐出面が、ノズルが形成された部分において凹んだ液体吐出装置を簡単に製造する。
【解決手段】インク吐出面3aに撥水膜19が形成された、ノズル15を形成する前の状態のノズルプレートと、インク流路のノズル15に接続される部分を形成する貫通孔13cが形成されたプレート35とを接合した後、ノズルプレート36のノズル15を形成する。その後、プレート35、36の積層体と、プレート31〜34とを接合する。プレート34のノズル形成部36aと重なる部分には、スリット17が形成されており、プレート35は、ノズル形成部36aと重なる部分において、スリット17を通してプレート34の上面に配置されたプレート33に接合され、それ以外の部分においてプレート34に接合される。
【選択図】図4

Description

本発明は、ノズルから液体を吐出する液体吐出装置の製造方法、及び、液体吐出装置に関する。
特許文献1には、インク吐出口からインクを吐出する記録ヘッドにおいて、インク吐出口が形成されたインク吐出面の、インク吐出口を取り囲む領域に、インク吐出面の他の部分よりも窪んだ凹部を形成することが記載されている。
特開2002−225298号公報
ここで、特許文献1には具体的な記載はないが、インク吐出面に凹部を形成する方法としては、例えば、プレス加工や、プラズマエッチングが考えられる。しかしながら、プレス加工で凹部を形成した場合には、凹部を形成した部材の表面にバリができるため、凹部の形成後バリを除去するための研磨などが必要になる。その結果、記録ヘッドの製造工程が煩雑になる。一方、プラズマエッチングによって凹部を形成する場合にも、凹部を形成するのに必要な工数が多く、また、凹部が形成される部材の材料に制限がある。
本発明の目的は、液体吐出面が、ノズル形成部によって形成される部分において他の部分よりも凹んだ液体吐出装置を簡単に製造することが可能な液体吐出装置の製造方法、及び、液体吐出面が、ノズル形成部によって形成される部分において、他の部分よりも凹んでおり、且つ、簡単に製造することが可能な液体吐出装置を提供することである。
第1の発明に係る液体吐出装置の製造方法は、ノズルが形成されたノズルプレートと、前記ノズルプレートと積層されており、内部に前記ノズルに連通する液体流路が形成された流路形成体と、を有する流路ユニットを備え、前記流路形成体が、ノズルプレートに接合された第1流路形成体と、前記第1流路形成体の前記ノズルプレートと反対側の面に接合された第2流路形成体と、を有する液体吐出装置の製造方法であって、前記ノズルプレートと、前記第1流路形成体と、前記第2流路形成体とを互いに積層させて接合する接合工程、を備え、前記第2流路形成体は、さらに、前記第1流路形成体との接合面の、前記ノズルプレートと前記流路形成体との積層方向に関して、前記ノズルプレートの前記ノズルが形成される部分であるノズル形成部と重なる部分に、凹部が形成されたものであって、前記接合工程において、前記第1流路形成体のうち、前記積層方向に関して前記ノズル形成部と重なる部分を、前記接合面のうち前記凹部が形成された部分に接合し、前記第1流路形成体の他の部分を、前記接合面のうち前記凹部が形成されている部分以外の部分に接合することで、前記ノズルプレートが、前記ノズル形成部において他の部分よりも前記流路形成体側に位置するように湾曲した液体吐出装置を製造することを特徴とする。
第4の発明に係る液体吐出装置の製造方法は、ノズルが形成されたノズルプレートと、前記ノズルプレートと積層されており、内部に前記ノズルに連通する液体流路が形成された流路形成体とを有する流路ユニットを備えた液体吐出装置の製造方法であって、前記流路形成体は、さらに、前記ノズルプレートの、前記ノズルプレートと前記流路形成体との積層方向に関して、前記ノズルプレートの前記ノズルが形成される部分であるノズル形成部と重なる部分に、前記ノズルプレートとの接合面に開口を有し、少なくともその一部分が前記液体流路の前記ノズルに接続される部分となる、前記ノズルよりも径の大きい開口部が形成されたものであって、前記ノズルプレートと前記流路形成体とを接合する接合工程、を備え、前記接合工程において、前記ノズル形成部を前記開口部側に湾曲させた状態で、前記ノズルプレートを前記接合面に接合することで、前記ノズルプレートが、前記ノズル形成部において他の部分よりも前記流路形成体側に位置するように湾曲した液体吐出装置を製造することを特徴とする。
第10の発明に係る液体吐出装置は、ノズルが形成されたノズルプレートと、前記ノズルプレートと積層されており、内部に前記ノズルに連通する液体流路が形成された流路形成体と、を有する流路ユニットを備え、前記ノズルプレートが、前記ノズルが形成された部分であるノズル形成部において他の部分よりも前記流路形成体側に位置するように湾曲していることを特徴とする。
第11の発明に係る液体吐出装置は、第10の発明に係る液体吐出装置において、前記流路形成体が、前記ノズルプレートに接合された第1流路形成体と、前記第1流路形成体の前記ノズルプレートと反対側の面に接合された第2流路形成体と、を有し、前記第2流路形成体の前記第1流路形成体との接合面には、前記ノズルプレートと前記流路形成体との積層方向に関して前記ノズル形成部と重なる部分に、凹部が形成されており、前記第1流路形成体は、前記積層方向に関して前記ノズル形成部と重なる部分が、前記接合面の前記凹部が形成された部分に接合されており、それ以外の部分が前記接合面の前記凹部が形成されている部分以外の部分に接合されていることで、前記ノズル形成部が、他の部分よりも前記流路形成体側に位置するように湾曲していることを特徴とする。
第13の発明に係る液体吐出装置は、第10の発明に係る液体吐出装置において、前記流路形成体の前記ノズルプレートとの接合面には、前記積層方向に関して前記ノズル形成部と重なる部分に、開口部が形成されており、前記ノズルプレートは、前記ノズル形成部が前記開口部側に湾曲した状態で、前記接合面に接合されていることで、前記ノズル形成部が、他の部分よりも前記流路形成体側に位置するように湾曲していることを特徴とする。
これらの発明によると、ノズルプレートの流路形成体と反対側の面である液体吐出面が、ノズル形成部によって形成される部分において、他の部分よりも流路形成体側に凹んだ形状となる。したがって、液体吐出装置から液体が吐出される被吐出媒体などが、液体吐出面のノズル形成部によって形成される部分に接触してしまうのを防止することができる。また、ノズルプレートを、ノズル形成部において他の部分よりも流路形成体側に位置するように湾曲させることにより、ノズル形成部によって形成された部分において凹んだ液体吐出面を容易に形成することができる。
また、第1、第11の発明では、第1流路形成体のうち、積層方向に関してノズル形成部と重なる部分については、第2流路形成体の流路形成体との接合面のうち凹部が形成された部分に接合し、それ以外の部分については、上記接合面の凹部が形成された部分以外の部分に接合することによって、簡単に、ノズルプレートを、ノズル形成部において他の部分よりも流路形成体側に湾曲させることができる。また、液体吐出面のノズル形成部により形成される部分が、液体吐出面の他の部分よりも確実に凹部の高さだけ凹むため、積層方向に関するノズルの位置精度を高くすることができる。
また、第4、第13の発明では、流路形成体のノズルプレートとの接合面を、積層方向に関してノズル形成部と重なる部分に開口部が形成されたものとすることにより、簡単に、ノズルプレートをノズル形成部において、他の部分よりも流路形成体側に湾曲させることができる。
なお、本発明のノズルプレートとは、液体吐出装置として完成した段階でノズルが形成されたプレートのことであり、ノズルが形成された後の当該プレートだけでなく、ノズルが形成される前の当該プレートも含んでいる。
第2の発明に係る液体吐出装置の製造方法は、第1の発明に係る液体吐出装置の製造方法において、前記第1流路形成体は、さらに、前記ノズル形成部と接合される部分のすぐ外側の部分に前記第流路形成体を前記積層方向に貫通するスリットが形成されるものであることを特徴とする。
本発明によると、第1流路形成体にスリットが形成されていることにより、接合工程において第1流路形成体を変形させやすい。
第3の発明に係る液体吐出装置は、第1又は第2の発明に係る液体吐出装置の製造方法において、前記接合工程において、前記凹部内を減圧させることによって、前記ノズルプレートを、前記ノズル形成部が他の部分よりも前記流路形成部側にくるように湾曲させることを特徴とする。
本発明によると、凹部内を減圧することにより、ノズルプレートを、ノズル形成部が他の部分よりも流路形成部側にくるように湾曲させることができる。
第5の発明に係る液体吐出装置の製造方法は、第4の発明に係る液体吐出装置の製造方法において、前記流路形成体は、前記ノズルプレートに接合される接合プレートを含むものであって、前記接合工程よりも前に、前記接合プレートに、その両面からハーフエッチングを行うことにより、前記開口部として、前記接合プレートの前記ノズルプレートと反対側の面に開口を有しており、前記液体流路の前記ノズルに接続される部分を形成する流路形成部と、前記接合プレートの前記ノズルプレート側の面に開口を有するとともに、当該開口と反対側において前記流路形成部と接続された、前記流路形成部よりも径の大きい大径部と、を有する前記開口部を形成する開口部形成工程をさらに備え、前記接合工程において、前記開口部側に湾曲させた前記ノズル形成部を前記凹部の壁面に接合することを特徴とする。
本発明によると、ノズル形成部が大径部の壁面に接合されているため、ノズルプレートと流路形成体との接合後、湾曲させたノズル形成部が変形してしまうのを防止することができる。また、大径部については、ノズル形成部を十分に湾曲させるために、ある程度径の大きいものとする必要があるが、液体流路を形成する流路形成部については、大径部よりも径を小さくすることができる。したがって、液体吐出ヘッドの駆動電圧を低減することができる。また、ノズルからの液体の吐出特性のばらつきを低減することができる。
第6の発明に係る液体吐出装置は、第4又は第5の発明に係る液体吐出装置において、前記接合工程において、前記開口部内を減圧することによって、前記ノズル形成部を前記開口部側に湾曲させることを特徴とする。
本発明によると、開口部内を減圧することにより、ノズル形成部を開口部側に湾曲させることができる。
第7の発明に係る液体吐出装置は、第1〜第6のいずれかの発明に係る液体吐出の製造方法において、前記接合工程において、前記ノズルが形成される前の状態の前記ノズルプレートを前記流路形成体に接合し、前記接合工程で前記ノズルプレートと前記流路形成体の少なくとも一部とを接合した後に、前記ノズルプレートに前記ノズルを形成するノズル形成工程、をさらに備えていることを特徴とする。
本発明によると、ノズルプレートと流路形成体とが接合された後にノズルを形成するため、ノズルを形成した後に接合によるノズルプレートの収縮又は膨張がなく、ノズル同士の相対位置の精度を高くすることができる。
第8の発明に係る液体吐出装置は、第7の発明に係る液体吐出装置の製造方法において、前記ノズル形成工程よりも前に、前記ノズルプレートの前記流路形成体と反対側の面である液体吐出面に撥水膜を形成する撥水膜形成工程、をさらに備えていることを特徴とする。
本発明によると、ノズルを形成する前に液体吐出面に撥水膜を形成することにより、ノズルの内面に撥水膜が形成されてしまうことがない。
第9の発明に係る液体吐出装置の製造方法は、第1〜第8のいずれかの発明に係る液体吐出装置において、前記ノズルプレートが合成樹脂材料により構成されたものであることを特徴とする。
本発明によると、ノズルプレートが合成樹脂材料からなるため、接合工程においてノズルプレートを湾曲させやすい。
第12の発明に係る液体吐出装置は、第11の発明に係る液体吐出装置において、前記第1流路形成体の、前記ノズル形成部と接合された部分のすぐ外側の部分に、前記第流路形成体を前記積層方向に貫通するスリットが形成されており、前記スリットは、前記積層方向に関する両側の開口が、それぞれ、前記ノズルプレート及び前記第2流路形成体によって塞がれることによって、大気連通しない空間を形成しており、前記空間の圧力を変更する圧力変更手段をさらに備えていることを特徴とする。
本発明によると、空間内を減圧すれば、ノズルプレートのノズル形成部の外側の部分を液体吐出面と反対側に凸となるように変形させることができる。このとき、液体吐出面のノズル形成部によって形成される部分とそれ以外の部分との境界が滑らかにつながらない。これにより、曲がった被吐出媒体が上記境界部分にきたときに、被吐出媒体がノズル近傍の部分に向けて案内されにくく、被吐出媒体が液体吐出面のノズル周辺部分に接触してしまうのを確実に防止することができる。
一方、空間内を増圧すれば、ノズルプレートのノズル形成部の外側の部分を液体吐出面側に凸となるように変形させることができる。このとき、液体吐出面のノズル形成部によって形成される部分とそれ以外の部分との境界が滑らかにつながる。これにより、例えば、ワイパにより液体吐出面に付着した液体を拭き取る場合に、ワイパが上記境界部分に沿って滑らかに移動することで、液体吐出面の液体を確実に拭き取ることができる。
また、第1流路形成体に空間を形成するスリットが形成されているため、第1流路形成体を第2流路形成体に接合する際に、第1流路形成体を変形させやすい。
本発明によれば、ノズルプレートの流路形成体と反対側の面である液体吐出面が、ノズル形成部によって形成される部分において、他の部分よりも流路形成体側に凹んだ形状となる。したがって、液体吐出装置から液体が吐出される被吐出媒体などが、液体吐出面のノズル形成部によって形成される部分に接触してしまうのを防止することができる。また、ノズルプレートを、ノズル形成部において他の部分よりも流路形成体側に位置するように湾曲させることにより、液体吐出面がノズル形成部によって形成された部分において凹んだ液体吐出装置を容易に製造することができる。
第1実施形態に係るプリンタの概略構成図である。 図1のインクジェットヘッドの平面図である。 (a)が図2のIII−III線断面図であり、(b)が(a)でノズル近傍に形成された空間を増圧圧した状態を示す図であり、(c)が(a)でノズル近傍に形成された空間を減圧した状態を示す図である。 インクジェットヘッドの製造工程を示す図である。 第2実施形態に係るインクジェットヘッドの図3(a)相当の図である。 第2実施形態のインクジェットヘッドの製造工程を示す図である。 第3実施形態に係るインクジェットヘッドの図3(a)相当の図である。 第3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図である。
[第1実施形態]
以下、本発明の好適な第1実施形態について説明する。
図1に示すように、第1実施形態に係るプリンタ1は、キャリッジ2、インクジェットヘッド3、用紙搬送ローラ4、ワイパ5などを備えている。キャリッジ2は、2本のガイドレール6に沿って走査方向に往復移動する。インクジェットヘッド3は、キャリッジ2に搭載されており、その下面であるインク吐出面3aに開口を有する複数のノズル15からインクを吐出する。用紙搬送ローラ4は、記録用紙Sを走査方向と直交する紙送り方向に搬送する。
そして、プリンタ1では、用紙搬送ローラ4によって紙送り方向に搬送される記録用紙Sに、キャリッジ2とともに走査方向に往復移動するインクジェットヘッド3からインクを吐出することによって、記録用紙Sに印刷を行う。
ワイパ5は、キャリッジ2の移動範囲のうち、用紙搬送ローラ4により記録用紙Sが搬送される領域よりも左側に配置されている。また、ワイパ5は、その先端部がインク吐出面3aよりも若干高い位置にくるような高さに配置されている。これにより、キャリッジ2をワイパ5と対向する位置で走査方向に移動させると、ワイパ5が、その上端部においてインク吐出面3aに接触した状態でインク吐出面3aに沿って移動し、インク吐出面3aに付着したインクなどが拭き取られる。
次に、インクジェットヘッド3について説明する。インクジェットヘッド3は、図2、図3に示すように、ノズル15や後述の圧力室10などのインク流路が形成された流路ユニット21と、圧力室10内のインクに圧力を付与する圧電アクチュエータ22とを備えている。
流路ユニット21は、6枚のプレート31〜36が上からこの順に積層されることによって形成されている。6枚のプレート31〜36のうち、最も下方に配置されたノズルプレート36は合成樹脂材料によって構成されており、ノズルプレート36以外の5枚のプレート31〜35は、ステンレスなどの金属材料によって構成されている。
プレート31には、複数の圧力室10が形成されている。圧力室10は走査方向を長手方向とする略楕円の平面形状を有している。また、複数の圧力室10は、紙送り方向に沿って配列されることにより、圧力室列9を形成しており、プレート31には、このような圧力室列9が走査方向に2列に配列されている。
プレート32には、圧力室10の長手方向に関する外側及び内側の端部と重なる部分に、それぞれ、略円形の貫通孔12及び貫通孔13aが形成されている。プレート33には、マニホールド流路11が形成されている。マニホールド流路11は、圧力室列9に対応して紙送り方向に2列に延びており、各圧力室列9を構成する圧力室10の走査方向に関する貫通孔12側の略半分と重なっている。また、マニホールド流路11には、その基端部に接続されたインク供給口8からインクが供給される。また、プレート33には、貫通孔13aと重なる部分に略円形の貫通孔13bが形成されている。
プレート34には、2つのスリット17が形成されている。2つのスリット17は、2つの圧力室列9に対応して設けられており、それぞれ、対応する圧力室列9を構成する複数の圧力室10に対応する複数の貫通孔13bと重なる部分に、これら複数の貫通孔13bにまたがるように紙送り方向に延びている。また、各スリット17は、走査方向に関して、貫通孔13bよりも走査方向に関する外側まで延びている。
プレート35には、走査方向に関する貫通孔13cの両側の部分に、プレート35を貫通するスリット18が形成されている。スリット18は、スリット17の走査方向に関する両端部と重なっており、紙送り方向に関してスリット17とほぼ同じ長さだけ延びている。また、プレート35には、貫通孔13b及びスリット17と重なる部分に略円形の貫通孔13cが形成されている。
ここで、プレート35は、スリット17と重なる貫通孔13cが形成された部分が、スリット17を通して、プレート33の下面に接合されている。また、プレート35の上記部分以外の部分は、プレート34の下面に接合されている。
ノズルプレート36には、貫通孔13cと重なる部分にノズル15が形成されている。ノズルプレート36は、その下面がインク吐出面3aとなっており、ノズル15は、インク吐出面3aに開口を有している。また、ノズル15は、インク吐出面3a側の部分ほどその径が小さいテーパ状になっている。また、インク吐出面3aには、撥水膜19が形成されている。
ここで、ノズルプレート36は、ノズル15が形成された部分であるノズル形成部36aが、プレート35のプレート33に接合されている部分の下面に接合されており、ノズルプレート36のそれ以外の部分が、プレート35のプレート34に接合されている部分に接合されている。これにより、ノズルプレート36は、ノズル形成部36aが、他の部分よりもプレート35側にくるように湾曲している。その結果、インク吐出面3aは、ノズル形成部36aによって形成される部分において、他の部分よりも凹んでいる。
そして、以上に説明したような流路ユニット21には、マニホールド流路11と、マニホールド流路11の出口から貫通孔12を介して圧力室10と連通し、さらに、圧力室10から、貫通孔13a〜13cによって形成されるディセンダ流路13を介してノズル15に至る複数の個別インク流路とが形成されている。
また、流路ユニット21には、スリット17とスリット18とが上下に重なっているとともに、スリット17の上端の開口がプレート33に塞がれ、スリット18の下端の開口がノズルプレート36に塞がれることによって、ノズル15の走査方向に関する両側の部分に、大気連通しない空間20が形成されている。空間20には、プレート31〜33の平面視で、各スリット17の紙送り方向下流側の端部と重なる部分にまたがって上下に延びた連通路16を介して、インクジェットヘッド3の上面に開口したポンプ接続口14と連通している。ポンプ接続口14には、プリンタ1に設けられたポンプ7が接続されており、ポンプ7を駆動することにより空間20内の圧力を変化させることができるようになっている。
そして、上述のワイパ5によりインク吐出面3aに付着したインクなどを行う際には、ポンプ7を駆動して空間20を増圧する。すると、図3(b)に示すように、ノズルプレート36スリット17と重なる部分のうち、ノズル形成部36aよりも外側の部分である変形部36bが、空間20と反対側に凸となるように湾曲する。一方、印刷時などには、ポンプ7を駆動して、空間20を減圧する。すると、図3(c)に示すように、ノズルプレート36の変形部36bが空間20側に凸となるように湾曲する。
圧電アクチュエータ22は、振動板41、2枚の圧電層42、43、共通電極44及び複数の個別電極45を備えている。振動板41は、ステンレスなどの金属材料からなり、複数の圧力室10を覆うようにプレート31の上面に接合されている。圧電層42、43は、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との混晶であるチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料からなり、互いに積層された状態で振動板41の上面に配置されており、複数の圧力室10にまたがって連続的に延びている。
共通電極44は、圧電層42と圧電層43との間に、そのほぼ全域にわたって形成されている。共通電極44は、図示しないドライバICにより常にグランド電位に保持されている。
複数の個別電極45は、圧力室10よりも一回り小さい略楕円の平面形状を有しており、圧電層43の上面の複数の圧力室10の略中央部と重なる部分に配置されている。また、個別電極45の長手方向に関するノズル15と反対側の端部は、圧力室10と重ならない位置まで延びており、その先端部が接続端子45aとなっている。接続端子45aは、図示しないドライバICに接続されており、個別電極45には、ドライバICによりグランド電位及び駆動電位のいずれかが選択的に付与される。また、共通電極44と複数の個別電極45とがこのように設けられているのに対応して、圧電層43の共通電極44と各個別電極45とに挟まれた部分が、その厚み方向に分極されている。
そして、以上のような構成の圧電アクチュエータ22では、予め、全ての個別電極45がグランド電位に保持されている。そして、いずれかの個別電極45の電位がグランド電位から駆動電位に切り替えられると、振動板41及び圧電層42、43の対応する圧力室10と重なる部分が、いわゆるユニモルフ変形により圧力室10側に凸となるように変形する。これにより、圧力室10内のインクの圧力が上昇して、圧力室10に連通するノズル15からインクが吐出される。
次に、インクジェットヘッド3の製造方法について図4を用いて説明する。ここで、図4は、製造途中の各段階にあるインクジェットヘッド3の、図3と同様の断面図であり、図4のX方向は、プリンタ1に組み付けられたときに走査方向となる方向である。インクジェットヘッド3を製造するためには、まず、図4(a)に示すように、例えばエッチングによって貫通孔13cやスリット18を形成したプレート35と、インク吐出面3aに撥水膜19を形成した、ノズル15を形成する前のノズルプレート36とを接着剤などによって接合する。次に、図4(b)に示すように、ノズルプレート36に、レーザ加工により、貫通孔13cを通してプレート35側からノズル15を形成する。また、図4(a)や図4(b)の工程と並行して、プレート31〜34に、例えばエッチングによってインク流路となる貫通孔などを形成する。
続いて、図4(c)に示すように、プレート35、36の積層体と、プレート31〜34とを、互いの接合面に接着剤を塗布した上で積層させ、プレート31〜36の積層体を、ヒータH1、H2によって上下から挟んで加熱することにより、プレート同士を接合させる。ここで、下側のヒータH1はシリコンラバーヒータなど弾性を有するヒータであり、ノズル15の開口を塞いでいる。上側のヒータH2は、ヒータH2と同様のヒータであり、圧力室10の開口を塞いでいるとともに、内部に形成された流路H2aを介して、圧力室10をポンプPに連通させている。また、このとき、上述のポンプ接続口14も、流路H2aを介してポンプPと連通している。
また、このとき、ヒータH1、H2による加熱と同時にスリット17、18などによって形成される空間をポンプPによって減圧する。これにより、図4(d)に示すように、プレート35、36のスリット17と重なる部分が上側に湾曲し、プレート35のノズル形成部36aと重なる部分が、プレート33に接合される。その結果、インク吐出面3aが、ノズル形成部36aによって形成される部分において、インク吐出面3aの他の部分よりも凹んだ形状となる。このとき、上述のとおり、ヒータH1が弾性を有しているため、プレート35、36が湾曲しても、ノズル15がヒータH1によって塞がれた状態が維持される。
これにより、流路ユニット21が完成し、この後、流路ユニット21の上面に圧電アクチュエータ22を形成することにより、インクジェットヘッド3が完成する。
以上に説明した第1実施形態によると、インク吐出面3aが、ノズル形成部36aによって形成される部分において、他の部分よりも凹んでいる。したがって、用紙搬送ローラ4により搬送される記録用紙Sが曲がるなどしたときに、記録用紙Sが、インク吐出面3aのノズル15周辺の部分に接触してしまうのを防止することができる。
また、ノズルプレート36と接合されたプレート35の、ノズル形成部36aと重なる部分以外の部分をプレート35のすぐ上側に配置されたプレート34に接合し、プレート35のノズル形成部36aと重なる部分を、スリット17を通してプレート34の上側に配置されたプレート33に接合すれば、ノズル形成部36aが他の部分よりもプレート35側にくるように湾曲する。したがって、インク吐出面3aが、ノズル形成部36aによって形成される部分において、他の部分よりも凹んだインクジェットヘッドを簡単に製造することができる。
さらに、第1実施形態では、プレート35が、ノズル形成部36aと重なる部分以外の部分においてプレート34に接合され、ノズル形成部36aと重なる部分においてプレート33に接合されているため、インク吐出面3aは、確実に、ノズル形成部36aによって形成される部分が、プレート34の厚みに対応する高さだけ他の部分よりも凹んだものとなる。したがって、ノズル15の高さ方向に関する位置精度を高くすることができる。
このとき、スリット17、18などによって形成される空間を減圧することによって、ノズル形成部36aを貫通孔13a側に湾曲させることができる。さらに、このとき、ノズルプレート36が合成樹脂材料からなるものであるため、ノズルプレート36を湾曲させやすい。加えて、このとき、プレート35のノズル形成部36aと重なる部分の走査方向両側の部分に、スリット18が形成されている。したがって、プレート35及びプレート35に接合されたノズルプレート36を湾曲させやすい。
また、第1実施形態では、ノズルプレート36をプレート35に接合した後に、ノズルプレート36にノズル15を形成している。したがって、ノズル15を形成した後に、接合による収ノズルプレート36の縮又は膨張がなく、ノズル15同士の相対位置の精度を高くすることができる。
さらに、第1実施形態では、ノズルプレート36にノズル15を形成する前に、ノズルプレート36のインク吐出面3aに撥水膜19を形成している。そのため、ノズル15の内面に撥水膜19が形成されてしまうことがない。
また、第1実施形態では、流路ユニット21にスリット17、18の上下の開口が塞がれることによって、大気連通しない空間20が形成されている。そして、ワイパ5によりインク吐出面3aに付着したインクなどを拭き取る際に、空間20が増圧されることにより、ノズルプレート36の変形部36bが空間20と反対側に凸となるように湾曲している。この状態では、インク吐出面3aの凹んだ部分とそれ以外の部分との境界が滑らかにつながっている。したがって、ワイパ5はインク吐出面3aに沿って滑らかに移動することができ、インク吐出面3aに付着したインクなどを確実に除去することができる。
一方、ワイパ5によりインク吐出面3aに付着したインクなどを拭き取るとき以外のときには、空間20が減圧されることにより、変形部36bが空間20側に凸となるように湾曲している。この状態では、インク吐出面3aの凹んだ部分とそれ以外の部分との境界が滑らかにつながっていない。したがって、まがった記録用紙Sが上記境界部分にきたときにノズル15に向かって案内されにくく、記録用紙Sがインク吐出面3aのノズル15周辺の部分に接触してしまうのをより確実に防止することができる。
なお、第1実施形態では、インクジェットヘッド3が本発明に係る液体吐出装置に相当する。また、プレート31〜35を合わせたものが本発明に係る流路形成体に相当する。さらに、このうち、プレート35が本発明に係る第1流路形成体に相当し、プレート31〜34を合わせたものが本発明に係る第2流路形成体に相当する。また、プレート34のスリット17の上端の開口がプレート33で塞がれることによって形成される凹部が、本発明に係る凹部に相当する。また、ポンプ7が、本発明に係る圧力変更手段に相当する。
また、図4(a)に示す、ノズルプレート36とプレート35とを接合する工程と、図4(c)、(d)に示す、プレート31〜34とプレート35、36との積層体とを接合する工程とを合わせたものが、本発明に係るノズル形成工程に相当する。また、図4(b)に示すノズルを形成する工程が、本発明に係るノズル形成工程に相当する。
[第2実施形態]
次に、本発明の好適な第2実施形態について説明する。ただし、第2実施形態は、第1実施形態と一部が異なっているだけであるので、以下では、主に第1実施形態と異なる部分について説明する。
第2実施形態に係るインクジェットヘッド103には、図5に示すように、プレート33とノズルプレート36との間に、プレート34、35(図3参照)に代わって、プレート111が積層されている。プレート111には、貫通孔13bと重なる部分に略円形の貫通孔13dが形成されている。また、第2実施形態では、貫通孔13a、13b、13dは、ノズル15や、第1実施形態における貫通孔13a〜13cよりも径が大きく、平面視でノズル15を取り囲む領域まで延びている。また、ノズルプレート36のノズル形成部36aが上側に湾曲して、貫通孔13d内に入り込んでいる。これにより、インク吐出面3aのノズル形成部36aによって形成される部分が、インク吐出面3aの他の部分よりもプレート111側に凹んでいる。
次に、インクジェットヘッド103の製造方法について説明する。インクジェットヘッド103を製造するためには、プレート111に例えばエッチングによりインク流路となる貫通孔等を形成するとともに、ノズル15が形成される前のノズルプレート36のインク吐出面3aに撥水膜19が形成しておく。そして、図6(a)に示すように、プレート111とノズルプレート36とを互いの接合面に接着剤を塗布したうえで積層させる。
次に、プレート111とプレート36の積層体を、ヒータH1、H2により上下から挟んで加熱することにより、これらを互いに接合させる。また、このとき、ポンプPにより、流路ユニット21内に形成されるインク流路を減圧する。これにより、図6(b)に示すように、ノズルプレート36のノズル形成部36aが、貫通孔13d側に湾曲した状態で、プレート111とノズルプレート36とが互いに接合される。
次に、図6(c)に示すように、ノズルプレート36のノズル形成部36aに、レーザ加工により、貫通孔13dを通して上方からノズル15を形成する。そして、この後、図6(d)に示すように、プレート111の上面に、エッチングによりインク流路となる貫通孔などを形成したプレート31〜33を接合することによって流路ユニット21が完成する。さらに、この後、流路ユニット21の上面に圧電アクチュエータ22を形成することにより、図5に示すインクジェットヘッド103が完成する。
以上に説明した第2実施形態においても、第1実施形態と同様、記録用紙Sがインク吐出面3aのノズル15周辺の部分に接触してしまうのを防止することができる。
また、第2実施形態では、ノズル形成部36aをプレート111側に湾曲させて貫通孔13c内に入り込ませた状態で、ノズルプレート36をプレート111に接合している。これにより、インク吐出面3aが、ノズル形成部36aによって形成される部分において、他の部分よりも凹んだインクジェットヘッドを簡単に製造することができる。
また、このとき、流路ユニット21内に形成されるインク流路を減圧することによって、簡単に、ノズル形成部36aを貫通孔13d側に湾曲させることができる。また、このとき、ノズルプレート36が合成樹脂材料からなるものであるため、ノズルプレート36を湾曲させやすい。
また、第2実施形態では、ノズルプレート36をプレート111に接合した後に、ノズルプレート36にノズル15を形成しているため、第1実施形態と同様、ノズル15同士の相対位置の精度を高くすることができる。
また、第2実施形態でも、ノズル15の形成前に、インク吐出面3aに撥水膜19を形成しているため、ノズル15の内面に撥水膜19が形成されてしまうことがない。
なお、第2実施形態では、インクジェットヘッド103が本発明に係る液体吐出装置に相当する。また、プレート31〜33、111を合わせたものが、本発明に係る流路形成体に相当する。また、貫通孔13cが本発明に係る開口部に相当する。
[第3実施形態]
次に、本発明の好適な第3実施形態について説明する。ただし、第3実施形態は、第1、第2実施形態と一部が異なっているだけであるので、以下では、主に第1、第2実施形態と異なる部分について説明する。
第3実施形態に係るインクジェット203では、図7に示すように、プレート33とノズルプレート36との間に、プレート34、35(図3参照)に代わって、これらよりも厚みの大きいプレート211が配置されている。プレート211の略上半分には、貫通孔13bと重なる部分に、平面視で略円形の流路形成孔212が形成されている。流路形成孔212は、プレート211の上面に開口を有しており、プレート211の厚み方向に延びている。また、プレート211の略下半分には、流路形成孔212のすぐ下方に位置する部分に、溝213が形成されている。溝213は、その上端において流路形成孔212と接続されているとともに、プレート211の下面に開口を有している。また、溝213は、流路形成孔212よりも走査方向に関する長さが長く、1つの圧力室列9に対応する複数の流路形成孔212にまたがるように紙送り方向に延びている。これにより、溝213は、平面視で流路形成孔212を取り囲んでいる。
ノズルプレート36は、流路形成孔212及び溝213と重なるノズル形成部36aにおいてプレート211側に湾曲している。これにより、インク吐出面3aは、ノズル形成部36aによって形成される部分において、他の部分よりもプレート211側に凹んでいる。また、ノズル形成部36aは、溝213の流路形成孔212よりも外側の部分の上端に形成される壁面213aに接合されている。
次に、インクジェットヘッド203の製造方法について説明する。インクジェットヘッド203を製造するためには、まず、プレート211に、上下両側からそれぞれハーフエッチングを行うことにより、流路形成孔212及び溝213を形成する。また、これと並行して、ノズル15が形成される前のノズルプレート36のインク吐出面3aに撥水膜19を形成する。そして、図8(a)に示すように、ノズルプレート36とプレート211とを、互いの接着面に接着剤を塗布した上で積層させ、ヒータH1、H2によってこれらの積層体を上下から挟んで加熱することにより接合する。この段階では、まだポンプPを駆動させておらず、ノズルプレート36は、ノズル形成部36aを含む、溝213と対向する部分以外の部分において、プレート211に接合される。
続いて、ノズルプレート36の溝213と対向する部分がプレート211に接合された後、ポンプPにより、溝213内のインク流路を減圧する。すると、図8(b)に示すように、ノズルプレート36は、ノズル形成部36aを含む、溝213と対向する部分が、プレート211側に湾曲して溝213内に入り込み、溝213の壁面213aに接合される。
そして、ノズルプレート36とプレート211との接合が完了した後、ノズルプレート36のノズル形成部36aに、レーザ加工により、図8(c)に示すように、流路形成孔212を通して上方からノズル15を形成する。
そして、この後、図8(d)に示すように、プレート111の上面に、エッチングによりインク流路となる貫通孔などを形成したプレート31〜33を接合することによって流路ユニット21が完成する。さらに、この後、流路ユニット21の上面に圧電アクチュエータ22を形成することにより、図7に示すインクジェットヘッド203が完成する。
以上に説明した第3実施形態においても、第1、第2実施形態と同様、記録用紙Sがインク吐出面3aのノズル15周辺の部分に接触してしまうのを防止することができる。
また、第3実施形態では、ノズル形成部36aをプレート211側に湾曲させて溝213内に入り込ませている。これにより、インク吐出面3aが、ノズル形成部36aによって形成される部分において、他の部分よりも凹んだインクジェットヘッドを簡単に製造することができる。また、このとき、ノズルプレート36が合成樹脂材料からなるものであるので、ノズルプレート36を湾曲させやすい。
また、第3実施形態では、プレート211側に湾曲させたノズル形成部36aをプレート211に形成された溝213の壁面213aに接合しているため、湾曲したノズル形成部36aがその後変形してしまうのを防止することができる。
また、上述の第2実施形態では、貫通孔13c内でノズル形成部36aを湾曲させるため、ノズル形成部36aを十分に湾曲させるためには、貫通孔13cをある程度大きな径を有するものとする必要がある。一方で、貫通孔13cは、インク流路を形成するものでもある。そのため、貫通孔13cの径を大きくすると、ノズル15からインクを吐出させるのに必要なインクジェットヘッド103の駆動電位が高くなってしまう虞がある。また、ノズル15からのインクの吐出特性にばらつきが発生しやすくなる。
これに対して、第3実施形態では、プレート211に流路形成孔212を取り囲む領域まで延びた溝213が形成されているため、溝213内でノズル形成部36aを十分に湾曲させることができる。一方で、インク流路を形成する流路形成孔212の走査方向及び紙送り方向に関する長さを、ノズル形成部36aを十分に変形させるのに必要な大きさの溝213よりも小さくすることができる。したがって、ノズル15からインクを吐出させるのに必要なインクジェットヘッド203の駆動電位を低くすることができる。また、ノズル15からの液体の吐出特性にばらつきが発生しにくくなる。
また、第3実施形態では、ノズルプレート36とプレート211とを接合した後に、レーザ加工によりノズルプレート36にノズル15を形成する。このとき、プレート211の略上半分にレーザが通過する流路形成孔212が形成されているため、流路形成孔212の深さは、プレート211の厚み方向全体にわたって延びた貫通孔が形成されている場合の貫通孔の深さと比べて浅い。したがって、入射角の大きいレーザ光を用いてノズル15を形成することができ、ノズル15をテーパ角の大きいものとすることができる。そして、ノズル15のテーパ角が大きい場合には、ノズル15の流路抵抗が小さくなり、小さいエネルギーでノズル15からインクを吐出させることができる。
さらに、第3実施形態でも、ノズル15を形成する前に、インク吐出面3aに撥水膜19を形成しているため、ノズル15の内面に撥水膜19が形成されてしまうことがない。
なお、第3実施形態では、インクジェットヘッド203が本発明に係る液体吐出装置に相当する。また、プレート31〜33、211を合わせたものが、本発明に係る流路形成体に相当し、このうち、プレート211が、本発明に係る接合プレートに相当する。また、流路形成孔212が本発明に係る流路形成部に相当し、溝213のうち、各流路形成孔212と重なる部分及びその周辺部分を合わせた部分が、それぞれ、本発明に係る接続部に相当し、各接続部とこれに対応する流路形成孔212とを合わせたものが、それぞれ、本発明に係る開口部に相当する。
次に、第1〜第3実施形態に種々の変更を加えた変形例について説明する。ただし、第1〜第3実施形態と同様の構成については、適宜その説明を省略する。
第1〜第3実施形態では、インク吐出面3aに撥水膜19を形成した後に、ノズルプレート36にノズル15を形成したが、これには限られない。ノズルプレート36にノズル15を形成した後に、インク吐出面3aに撥水膜19を形成してもよい。
また、第1〜第3実施形態では、インク流路を減圧することによって、ノズルプレート36のノズル形成部36aを湾曲させたが、これには限られない。例えば、インク吐出面3aに、ノズル形成部36aと対向する部分がインク吐出面3a側に突出したヒータを押し当てることによって、ノズル形成部36aを湾曲させるなどしてもよい。
また、第1〜第3実施形態では、ノズルプレート36が合成樹脂によって構成されていたが、これには限られない。ノズルプレート36は、湾曲させやすいものであれば、金属など合成樹脂以外の材料によって構成されたものであってもよい。
また、第1、第2実施形態では、他のプレートとの接合後にノズルプレート36にノズル15を形成していたが、これには限られない。ノズルプレート36にノズル15を形成してから、ノズルプレート36と他のプレートとの接合を行ってもよい。
また、第1〜第3実施形態では、ノズルプレート36と、流路ユニットを形成する1枚のプレートとを接合した後、これらの積層体に、流路ユニット21を形成する残りのプレートを接合したが、これには限られない。例えば、流路ユニットを形成する全てのプレートを一度に接合してもよい。
また、第1実施形態では、スリット17が形成されたプレート34の上面にスリット17の上端の開口を塞ぐプレート33が配置されていることにより、プレート35のノズル形成部36aと重なる部分が接合される凹部が形成されていたが、これには限られない。プレート33、34の代わりに、下面に凹部が形成された部材が設けられていてもよい。
また、第1実施形態では、スリット17、18の上下の開口が塞がれることによって形成された空間20の圧力を変更することにより、ノズルプレート36の変形部36bを変形させることができるようになっていたが、これには限られない。空間20は、大気連通しているなど圧力を変更することができないものであってもよい。
さらに、この場合には、プレート35にスリット18が形成されていなくてもよい。ただし、スリット18が形成されていないと、第1実施形態の場合に比べて、プレート35を変形させにくくはなる。
また、以上では、ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッド及びその製造に本発明を適用した例について説明したが、これには限られない。ノズルからインク以外の液体を吐出するインクジェットヘッド以外の液体吐出装置及びその製造に本発明を適用することも可能である。
3、103、203 インクジェットヘッド
13a〜13c 貫通孔
15 ノズル
17、18 スリット
19 撥水膜
21 流路ユニット
31〜35 プレート
36 ノズルプレート
36a ノズル形成部
111、211 プレート
212 流路形成孔
213 溝

Claims (13)

  1. ノズルが形成されたノズルプレートと、前記ノズルプレートと積層されており、内部に前記ノズルに連通する液体流路が形成された流路形成体と、を有する流路ユニットを備え、
    前記流路形成体が、
    ノズルプレートに接合された第1流路形成体と、
    前記第1流路形成体の前記ノズルプレートと反対側の面に接合された第2流路形成体と、を有する液体吐出装置の製造方法であって、
    前記ノズルプレートと、前記第1流路形成体と、前記第2流路形成体とを互いに積層させて接合する接合工程、を備え、
    前記第2流路形成体は、さらに、前記第1流路形成体との接合面の、前記ノズルプレートと前記流路形成体との積層方向に関して、前記ノズルプレートの前記ノズルが形成される部分であるノズル形成部と重なる部分に、凹部が形成されたものであって、
    前記接合工程において、前記第1流路形成体のうち、前記積層方向に関して前記ノズル形成部と重なる部分を、前記接合面のうち前記凹部が形成された部分に接合し、前記第1流路形成体の他の部分を、前記接合面のうち前記凹部が形成されている部分以外の部分に接合することで、前記ノズルプレートが、前記ノズル形成部において他の部分よりも前記流路形成体側に位置するように湾曲した液体吐出装置を製造することを特徴とする液体吐出装置の製造方法。
  2. 前記第1流路形成体は、さらに、前記ノズル形成部と接合される部分のすぐ外側の部分に、前記第流路形成体を前記積層方向に貫通するスリットが形成されるものであることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出装置の製造方法。
  3. 前記接合工程において、前記凹部内を減圧させることによって、前記ノズルプレートを、前記ノズル形成部が他の部分よりも前記流路形成部側にくるように湾曲させることを特徴とする請求項1又は2記載の液体吐出装置の製造方法。
  4. ノズルが形成されたノズルプレートと、前記ノズルプレートと積層されており、内部に前記ノズルに連通する液体流路が形成された流路形成体とを有する流路ユニットを備えた液体吐出装置の製造方法であって、
    前記流路形成体は、さらに、前記ノズルプレートの、前記ノズルプレートと前記流路形成体との積層方向に関して、前記ノズルプレートの前記ノズルが形成される部分であるノズル形成部と重なる部分に、前記ノズルプレートとの接合面に開口を有し、少なくともその一部分が前記液体流路の前記ノズルに接続される部分となる、前記積層方向から見て前記ノズルの全周を取り囲む領域まで延びた開口部が形成されたものであって、
    前記ノズルプレートと、前記流路形成体とを接合する接合工程、を備え、
    前記接合工程において、前記ノズル形成部を前記開口部側に湾曲させた状態で、前記ノズルプレートを前記接合面に接合することで、前記ノズルプレートが、前記ノズル形成部において他の部分よりも前記流路形成体側に位置するように湾曲した液体吐出装置を製造することを特徴とする液体吐出装置の製造方法。
  5. 前記流路形成体は、前記ノズルプレートに接合される接合プレートを含むものであって、
    前記接合工程よりも前に、前記接合プレートに、その両面からハーフエッチングを行うことにより、前記開口部として、
    前記接合プレートの前記ノズルプレートと反対側の面に開口を有しており、前記液体流路の前記ノズルに接続される部分を形成する流路形成部と、
    前記接合プレートの前記ノズルプレート側の面に開口を有するとともに、当該開口と反対側において前記流路形成部と接続されており、前記積層方向から見て前記流路形成部の全周を取り囲む領域まで延びた接続部と、を有する前記開口部を形成する開口部形成工程をさらに備え、
    前記接合工程において、前記開口部側に湾曲させた前記ノズル形成部を前記接続部の壁面に接合することを特徴とする請求項4に記載の液体吐出装置の製造方法。
  6. 前記接合工程において、前記開口部内を減圧することによって、前記ノズル形成部を前記開口部側に湾曲させることを特徴とする請求項4又は5に記載の液体吐出装置の製造方法。
  7. 前記接合工程において、前記ノズルが形成される前の状態の前記ノズルプレートを前記流路形成体に接合し、
    前記接合工程で前記ノズルプレートと前記流路形成体の少なくとも一部とを接合した後に、前記ノズルプレートに前記ノズルを形成するノズル形成工程、をさらに備えていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の液体吐出装置の製造方法。
  8. 前記ノズル形成工程よりも前に、前記ノズルプレートの前記流路形成体と反対側の面である液体吐出面に撥水膜を形成する撥水膜形成工程、をさらに備えていることを特徴とする請求項7に記載の液体吐出装置の製造方法。
  9. 前記ノズルプレートが合成樹脂材料により構成されたものであることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の液体吐出装置の製造方法。
  10. ノズルが形成されたノズルプレートと、前記ノズルプレートと積層されており、内部に前記ノズルに連通する液体流路が形成された流路形成体と、を有する流路ユニットを備え、
    前記ノズルプレートが、前記ノズルが形成された部分であるノズル形成部において他の部分よりも前記流路形成体側に位置するように湾曲していることを特徴とする液体吐出装置。
  11. 前記流路形成体が、
    前記ノズルプレートに接合された第1流路形成体と、
    前記第1流路形成体の前記ノズルプレートと反対側の面に接合された第2流路形成体と、を有し、
    前記第2流路形成体の前記第1流路形成体との接合面には、前記ノズルプレートと前記流路形成体との積層方向に関して前記ノズル形成部と重なる部分に、凹部が形成されており、
    前記第1流路形成体は、前記積層方向に関して前記ノズル形成部と重なる部分が、前記接合面の前記凹部が形成された部分に接合されており、それ以外の部分が前記接合面の前記凹部が形成されている部分以外の部分に接合されていることで、前記ノズル形成部が、他の部分よりも前記流路形成体側に位置するように湾曲していることを特徴とする請求項10に記載の液体吐出装置。
  12. 前記第1流路形成体の、前記ノズル形成部と接合された部分のすぐ外側の部分に、前記第流路形成体を前記積層方向に貫通するスリットが形成されており、
    前記スリットは、前記積層方向に関する両側の開口が、それぞれ、前記ノズルプレート及び前記第2流路形成体によって塞がれることによって、大気連通しない空間を形成しており、
    前記空間の圧力を変更する圧力変更手段をさらに備えていることを特徴とする請求項11に記載の液体吐出装置。
  13. 前記流路形成体の前記ノズルプレートとの接合面には、前記積層方向に関して前記ノズル形成部と重なる部分に、開口部が形成されており、
    前記ノズルプレートは、前記ノズル形成部が前記開口部側に湾曲した状態で、前記接合面に接合されていることで、前記ノズル形成部が、他の部分よりも前記流路形成体側に位置するように湾曲していることを特徴とする請求項10に記載の液体吐出装置。
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