JP2017132050A - 液体吐出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数の圧電素子が4列に配列された構成において、圧電素子の接点を1箇所に集めて配置することにより、圧電素子が配置される基板の小型化を図る液体吐出装置を提供する。
【解決手段】インクジェットヘッドのヘッドユニット19は、4つの圧力室列29を構成する複数の圧力室28が形成された第1基板21と、複数の圧力室28に対応して設けられ、4つの圧電素子列47を構成する複数の圧電素子41と、4つの圧電素子列47の間の中央領域CAにおいて複数の圧電素子41に対応して配列された複数の駆動接点53とを備える。
【選択図】図3

Description

本発明は、液体吐出装置に関する。
液体吐出装置として、特許文献1には、ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドが開示されている。特許文献1のインクジェットヘッドは、ノズルに連通する圧力室が形成された圧力室形成基板と、圧力室形成基板に圧力室に対応して設けられた圧電素子を備えている。
圧力室形成基板の複数の圧力室は4列に配列されている。この圧力室の配列に対応して、複数の圧電素子も4列に配列されている。各々の圧電素子からは、圧電素子の配列方向と直交する方向、即ち、4つの圧電素子列の並び方向外側へ配線が引き出されている。配線は、圧力室形成基板の縁部に配置された接点(セグメント端子)に接続されている。尚、圧力室形成基板の、前記並び方向における両側2つの縁部のそれぞれに、前記の接点が配列されている。その上で、4つの圧電素子列から引き出された複数の配線は、前記並び方向両側に分かれて、両縁部の接点に向けて外側に延びている。また、圧力室形成基板の、前記接点が配置された2つの縁部の各々には配線部材(TCP)が接合され、配線部材と接点が電気的に接続されている。
特開2008−273218号公報
ところで、上記特許文献1のようなインクジェットヘッドの製造において、シリコンの基板の上に電極膜や圧電膜を含む様々な膜を成膜することによって、シリコン基板上に圧電素子を形成する方法が知られている。この製法を採用する場合、1枚のシリコンウェハーの上に多数の圧電素子を形成してから、このウェハーを所定の大きさに切り分ける。そして、切り分けられた1つの基板が、1つのヘッドの圧力室形成基板となる。即ち、1枚のシリコンウェハーから、複数のヘッドの圧力室形成基板を切り出すことになる。
ここで、1つのヘッドの圧力室形成基板のサイズが大きいと、1枚のシリコンウェハーから切り出すことのできる圧力室形成基板の数が少なくなり、個々の圧力室形成基板のコストが高くなる。従って、コストダウンを図る観点からは、圧力室形成基板を小型化して、1枚のウェハーからの切り出せる基板の数を多くすることが好ましい。しかし、特許文献1のインクジェットヘッドでは、圧力室形成基板の2つの縁部にそれぞれ接点が配置されている。つまり、圧力室形成基板に、配線部材の接合箇所が2箇所存在するため、その分、圧力室形成基板のサイズが大きくなる。
本発明の目的は、複数の圧電素子が4列に配列された構成において、圧電素子の接点を1箇所に集めて配置することにより、圧電素子が配置される基板の小型化を図ることである。
本発明の液体吐出装置は、第1方向に配列され、且つ、前記第1方向と直交する第2方向に並ぶ4つの圧力室列を構成する、複数の圧力室が形成された、第1基板と、前記複数の圧力室に対応して設けられ、前記第2方向に並ぶ4つの圧電素子列を構成する、複数の圧電素子と、前記第2方向一方側の2つの圧電素子列と前記第2方向他方側の2つの圧電素子列の間において、前記複数の圧電素子に対応して前記第1方向に沿って配列された複数の接点と、を備えていることを特徴とするものである。
本発明では、複数の圧力室が第1方向に配列され、且つ、第2方向に並ぶ4つの圧力室列を構成している。また、これら複数の圧力室の配列に対応して、複数の圧電素子も4つの圧電素子列を構成している。圧電素子に駆動信号を印加するための接点は、第2方向一方側の2つの圧電素子列と他方側の2つの圧電素子列の間、即ち、4つの圧電素子列の中央に集められている。このように、圧電素子の接点が、4つの圧電素子列の中央の一箇所に集められていることから、圧電素子が形成される第1基板のサイズを小さくできる。
本実施形態に係るプリンタの概略的な平面図である。 ヘッドユニットの平面図である。 図2のヘッドユニットにおいて、カバー部材が取り外された状態を示す図である。 図3のA部拡大図である。 図3のV-V線断面図である。 図5のB部拡大図である。 ヘッドユニットの製造工程を示す図である。 変更形態のヘッドユニットの平面図である。 図8のIX-IX線断面図である。 別の変更形態のヘッドユニットの断面図である。 さらに別の変更形態のヘッドユニットの平面図である。 図11の形態における、COFと第1基板の接合部の拡大図である。
次に、本発明の実施形態について説明する。図1は、本実施形態に係るプリンタの概略的な平面図である。尚、図1に示す前後左右の各方向をプリンタの「前」「後」「左」「右」と定義する。また、図1の紙面手前側を「上」、紙面向こう側を「下」とそれぞれ定義する。以下では、前後左右上下の各方向語を適宜使用して説明する。
(プリンタの概略構成)
図1に示すように、インクジェットプリンタ1は、プラテン2と、キャリッジ3と、インクジェットヘッド4と、カートリッジホルダ5と、搬送機構6と、制御装置7等を備えている。
プラテン2の上面には、被記録媒体である記録用紙100が載置される。キャリッジ3は、プラテン2と対向する領域において2本のガイドレール11,12に沿って左右方向に往復移動可能である。尚、以下の説明において、キャリッジ3の往復移動方向である左右方向を「走査方向」と言う場合もある。キャリッジ3には無端ベルト13が連結されており、キャリッジ駆動モータ14が駆動されて無端ベルト13が走行することで、キャリッジ3は走査方向に移動する。
インクジェットヘッド4はキャリッジ3に搭載されており、キャリッジ3とともに走査方向に移動可能である。インクジェットヘッド4は、走査方向に並ぶ4つのヘッドユニット19を備えている。各ヘッドユニット19は、その下面(図1の紙面向こう側の面)に複数のノズル36(図2〜図5参照)を有する。尚、ヘッドユニット19の詳細構成については後述する。
カートリッジホルダ5には、4色(ブラック、イエロー、シアン、マゼンタ)のインクカートリッジ15が、それぞれ取り外し可能に装着される。各インクカートリッジ15は、図示しないチューブによって、対応するヘッドユニット19とそれぞれ接続されている。インクカートリッジ15のインクは、チューブを介してヘッドユニット19に供給される。キャリッジ3の移動と合わせてヘッドユニット19のノズル36から、プラテン2上の記録用紙100へ向けてインクが吐出される。
搬送機構6は、前後方向にプラテン2を挟むように配置された2つの搬送ローラ16,17を有する。2つの搬送ローラ16,17は、図示しない搬送モータによって互いに同期して駆動され、記録用紙100を前方に搬送する。尚、以下の説明において、記録用紙100が搬送される前後方向を「搬送方向」と言う場合もある。
制御装置7は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、及び、各種制御回路を含むASIC(Application Specific Integrated Circuit)等を備える。制御装置7は、ROMに格納されたプログラムをCPUで実行することにより、ASICに、記録用紙100への印刷処理などの各種処理を実行させる。例えば、印刷処理においては、制御装置7は、PC等の外部装置から入力された印刷指令に基づいて、インクジェットヘッド4やキャリッジ駆動モータ14、搬送機構6の搬送モータ等を制御して、記録用紙100に画像等を印刷させる。より具体的には、キャリッジ3とともにインクジェットヘッド4を走査方向に移動させながらインクを吐出させるインク吐出動作と、搬送ローラ16,17によって記録用紙100を搬送方向に所定量搬送する搬送動作とを、交互に行わせる。
<ヘッドユニットの詳細>
次に、ヘッドユニット19について詳細に説明する。本実施形態の4つのヘッドユニット19は、全て同じ構成を有するものであるため、そのうちの1つについて説明を行う。図2は、ヘッドユニット19の平面図である。図3は、図2において、カバー部材25が取り外された状態を示す図である。図4は、図3のA部拡大図である。図5は、図3のV-V線断面図である。図6は、図5のB部拡大図である。図2〜図5に示すように、ヘッドユニット19は、第1基板21、第2基板22、2つのノズルプレート23(23a,23b)、圧電アクチュエータ24、カバー部材25、COF(Chip On Film)26などを備えている。
(第1基板、第2基板、ノズルプレート)
まず、第1基板21、第2基板22、及び、ノズルプレート23について説明する。第1基板21、第2基板22、及び、ノズルプレート23は、それぞれシリコン単結晶基板からなる。上記3種類の基板は、上から、第1基板21、第2基板22、ノズルプレート23の順で、上下に積層されている。
第1基板21には、複数の圧力室28が形成されている。各圧力室28は、走査方向に長い矩形の平面形状を有する。複数の圧力室28は、搬送方向に配列され、走査方向に並ぶ4つの圧力室列29(29a〜29d)を構成している。また、4つの圧力室列29a〜29dの間で、圧力室28の搬送方向における位置は互いに異なっている。より具体的には、各圧力室列29における圧力室28の配列間隔をPとしたときに、4つの圧力室列29の間では、圧力室28の搬送方向における位置が、P/4ずつずれている。
第2基板22は、第1基板21の下側に配置されている。図2に示すように、第2基板22は、その上方に位置する第1基板21よりも一回り大きな平面形状を有し、全周にわたって、その端部が第1基板21よりも外側に張り出している。
図3に示すように、第2基板22には、4つの圧力室列29にそれぞれ対応して搬送方向に延びる、4つのマニホールド30が形成されている。各マニホールド30は、上下方向において、対応する圧力室列29と少し重なり、第2基板22の搬送方向両端部まで延びている。また、第2基板22の搬送方向両端部は、第1基板21から張り出すことにより、第1基板21からそれぞれ露出した張り出し部分22aとなっている。そして、1つのマニホールド30の両端部に連通する2つの開口31が、2つの張り出し部分22aにそれぞれ形成されている。即ち、後側の張り出し部分22aには、4つのマニホールド30と連通する4つの開口31が形成され、前側の張り出し部分22aにも4つのマニホールド30と連通する4つの開口31が形成されている。4つのマニホールド30の開口31は、適宜の構成を有するインク供給部材(図示省略)を介して、1つのインクカートリッジ15と接続される。即ち、本実施形態では、4つのマニホールド30に同色のインクが供給される。
図5に示すように、第2基板22には、各圧力室28と後述のノズル36とを連通させる連通孔32と、各圧力室28とマニホールド30とを連通させる連通孔33が形成されている。
走査方向中央側に位置する2つの圧力室列29b,29cについては、各圧力室28の走査方向外側端部と上下に重なる位置にノズル36との連通孔32が配置されている。また、各圧力室28の走査方向内側端部と上下に重なる位置にマニホールド30との連通孔33が配置されている。一方、走査方向端側に位置する2つの圧力室列29a,29dについては、連通孔32,33の配置が逆となっている。即ち、各圧力室28の内側端部と重なる位置にノズル36との連通孔32が配置され、各圧力室28の外側端部と重なる位置にマニホールド30との連通孔33が配置されている。
第2基板22の下面には、各マニホールド30を覆うように、可撓性のダンパー膜34が接合されている。ダンパー膜34は、各マニホールド30内のインク圧力変動を減衰させるためのものである。ダンパー膜34の下方には、金属製の枠状のスペーサ38を介して保護プレート35が配置され、ダンパー膜34は、このダンパー膜34と隙間を空けて配置された保護プレート35によって保護されている。
2つのノズルプレート23a,23bは、走査方向に並んで配置され、第2基板22の下面に接合されている。左側のノズルプレート23aには、左側2つの圧力室列29a,29bに対応する複数のノズル36が形成され、これらのノズル36は2つのノズル列37a,37bを構成している。同様に、右側のノズルプレート23bには、右側2つの圧力室列29c,29dに対応するノズル36が形成され、これらのノズル36は2つのノズル列37c,37dを構成している。尚、左側2つの圧力室列29と右側2つの圧力室列29とで、2つのノズルプレート23が分けられることにより、個々のノズルプレート23のサイズは、4つのノズル列37が1枚のプレートに形成された場合のプレートサイズと比べて、かなり小さく抑えられる。具体的には、図5に示すように、本実施形態のノズルプレート23の走査方向の長さL1は、4つのノズル列37が形成された場合の大きなノズルプレートの長さL2の半分よりも、さらに小さくなる。
上述した圧力室列29と同様、4つのノズル列37の間でも搬送方向におけるノズル36の位置は異なっている。即ち、1つのノズル列37におけるノズル36の配列ピッチ(=圧力室28の配列間隔)をPとすると、図2に示すように、4つのノズル列37の間では、各ノズル36の搬送方向における位置がP/4ずつずれている。これにより、例えば、1つのノズル列37の解像度が300dpiである場合、4つのノズル列37を有する1つのヘッドユニットにより、1色1200dpiの高解像度で画像を印刷することができる。
(圧電アクチュエータ)
次に、圧電アクチュエータ24について説明する。圧電アクチュエータ24は、第1基板31の上面に形成された絶縁膜40、及び、絶縁膜40の上に配置された複数の圧電素子41を有する。圧電アクチュエータ24は、第1基板21の上に複数の圧力室28を覆うように配置されている。
絶縁膜40は、例えば、シリコンの第1基板21の表面が酸化されることにより形成された、二酸化シリコンの膜である。絶縁膜40の厚みは、例えば、1.0〜1.5μmである。絶縁膜40の上面の、複数の圧力室28と重なる位置には、複数の圧電素子41がそれぞれ配置されている。複数の圧電素子41は、圧力室28と同様、走査方向に並ぶ4つの圧電素子列47を構成している。各圧電素子41は、圧力室28内のインクに、それぞれノズル36から吐出するための吐出エネルギーを付与する。
個々の圧電素子41の構成について説明する。図6に示すように、各圧電素子41は、絶縁膜40の上に配置された下電極42と、下電極42の上に配置された圧電膜43と、圧電膜43の上に配置された上電極44を有する。
下電極42は、絶縁膜40の上面において、圧力室28と重なるように配置されている。この下電極42は、後述するドライバIC60から個別に駆動信号が供給される、いわゆる個別電極である。複数の圧力室28にそれぞれ対応する複数の下電極42は、圧力室28と同様に搬送方向に配列されて、4つの電極列を構成している。
下電極42の、走査方向内側端部からは、引出部45が引き出されている。下電極42及び引出部45は、例えば、白金(Pt)で形成されている。また、その厚みは、例えば、0.1μmである。
圧電膜43は、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等の圧電材料により形成される。尚、圧電膜43は、PZTの他、鉛が含有されていない非鉛系の圧電材料で形成されていてもよい。圧電膜43の厚みは、例えば、1.0〜2.0μmである。図3〜図6に示すように、本実施形態では、左側2つの圧力室列29a,29bに対応する圧電素子41の圧電膜43が繋がり、右側2つの圧力室列29c,29dに対応する圧電素子41の圧電膜43も繋がっている。つまり、絶縁膜40の上には、左側2つの圧力室列29a,29bを覆う圧電体46と、右側2つの圧力室列29c,29dを覆う圧電体46の、2つの圧電体46が配置されている。
図3〜図6に示すように、1つの圧電体46の、搬送方向に隣接する圧力室28の間の部分には、走査方向に延びるスリット48が形成されている。スリット48により、搬送方向に隣接する2つの圧力室28の間で、圧電膜43が区切られている。別の言い方をすれば、各圧力室28の搬送方向における両側の位置に、2つのスリット48がそれぞれ形成されている。
図4、図6に示すように、下電極42に接続された引出部45は、下電極42から走査方向内側に延びている。中央側の圧力室列29b,29cに対応する下電極42の引出部45は、圧電体46の内側の縁よりもさらに内側に延びて、圧電体46から露出している。一方、端側の圧力室列29a,29dに対応する下電極42の引出部45は、その内側の他の圧力室列29に対応するスリット48まで延び、このスリット48において引出部45の端部が圧電体46から露出している。各引出部45の、圧電体46からの露出した端部には、後述する配線52が接続される。
上電極44は、圧電膜43の上面の、圧力室28と重なる領域に配置されている。上電極44は、例えば、イリジウムで形成されている。また、上電極44の厚みは、例えば、0.1μmである。また、各圧電体46の上面において、複数の上電極44が互いに繋がることにより、各圧電体46の上面のほぼ全域を覆う共通電極49が構成されている。尚、複数の上電極44によって構成される共通電極49には、グランド電位が付与される。
図3、図4に示すように、各々の共通電極49の、走査方向における内側部分の、圧力室28間の領域には、内側から切り欠かれた切欠部49aが形成されている。別の言い方をすれば、中央側の圧力室列29b,29cにおいては、搬送方向に隣接する2つの圧力室28の間のスリット48の上に、共通電極49が配置されていない。
2つの共通電極49の上には、2つの補助導体50がそれぞれ共通電極49と接触して設けられている。共通電極49の上に補助導体50が設けられることにより、共通電極49とは別の電流経路が構築されるため、共通電極49内の電位ばらつきが抑えられる。補助導体50は、例えば、金(Au)で形成されている。また、補助導体50の厚みは、共通電極49の厚みよりも大きい。
各補助導体50は、第1導電部50aと、第1導電部50aに導通する2つの第2導電部50bを有する。第1導電部50aは、圧電体46の走査方向における外側の縁部に配置され、搬送方向に延びている。一方、2つの第2導電部50bは、圧電体46の搬送方向における2つの縁部に配置され、第1導電部50aにそれぞれ接続されている。また、2つの第2導電部50bは、第1導電部50aから、左側2つの圧電素子列47と右側2つの圧電素子列47の間の中央領域CAに向けて、走査方向内側に延びている。
上述したように、下電極42に接続された引出部45は、下電極42から走査方向内側に延びて、圧電体46から露出している。引出部45の、上記の露出した端部には配線52が接続されている。各配線52は、引出部45の端部から、左側2つの圧電素子列47と右側2つの圧電素子列47の間の中央領域CAに向けて、走査方向における内側に延びている。また、配線52は、その一部が圧電体46の上に乗り上げるように配置されている。尚、走査方向端側の圧電素子列47a,47dから引き出された配線52は、走査方向中央側の圧力室28の間に形成されたスリット48内を通過している。また、このスリット48の上には共通電極49が形成されていないことから、配線52と共通電極49とが接触することはない。配線52は、例えば、金(Au)で形成され、補助導体50と同じ成膜プロセスで形成可能である。また、配線52の厚みは、下電極42の厚みよりも大きい。
絶縁膜40の、左側2つの圧電素子列47と右側2つの圧電素子列47との間の中央領域CAには、複数の駆動接点53と2つのグランド接点54が配置されている。複数の駆動接点53は搬送方向に1列に配列されている。2つのグランド接点54は、複数の駆動接点53を搬送方向に挟むように、駆動接点53の列に対して搬送方向上流側と下流側に分かれて配置されている。複数の駆動接点53には、複数の配線52がそれぞれ接続されている。また、2つのグランド接点54には、補助導体50の2つの第2導電部50bがそれぞれ接続されている。
(カバー部材)
図2、図5に示すように、カバー部材25は、複数の圧電素子41を覆うように第1基板21の上に配置されている。カバー部材25は、左右2つの凹状のカバー部25aと、2つのカバー部25aの間に形成された開口部25bとを有する。カバー部材25が第1基板21の上に配置された状態では、左側のカバー部25aが、左側2つの圧電素子列47a,47bを覆い、右側のカバー部25aが、右側2つの圧電素子列47c,47dを覆う。また、開口部25bは第1基板21の中央領域CAと重なっており、開口部25bから複数の駆動接点53と2つのグランド接点54が露出する。尚、カバー部材25の材質は特に限定されないが、例えば、シリコンで形成されたものを好適に採用できる。
(COF)
上述したように、絶縁膜40の中央領域CAには、複数の駆動接点53と2つのグランド接点54が1列に配列されている。配線部材であるCOF26は、上記中央領域CAに接合され、複数の駆動接点53及び2つのグランド接点54と電気的に接続されている。尚、本実施形態では、中央領域CAに接合されているCOF26の枚数は1枚である。また、複数の駆動接点53が非常に細かいピッチで配列されている場合には、COF26の接合は、非導電性ペースト(NCP)、又は、非導電性フィルム(NCF)によるのがよい。COF26の、第1基板21と反対側の端部は、制御装置7(図1参照)に接続されている。
COF26の上下方向における途中部には、ドライバIC60が設けられている。ドライバIC60は、COF26に形成された配線(図示省略)を介して、制御装置7と電気的に接続されている。また、ドライバIC60は、COF26の配線を介して、複数の駆動接点53とも電気的に接続されている。そして、ドライバIC60は、制御装置7から送られる制御信号に基づいて、駆動接点53に繋がる下電極42に対して駆動信号を出力し、下電極42の電位をグランド電位と所定の駆動電位との間で切り換える。尚、グランド接点54は、COF26に形成されたグランド線(図示省略)と電気的に接続され、共通電極49を構成する上電極44はグランド電位に保持される。
ドライバIC60から下電極42に駆動信号が供給されたときの、各圧電素子41の動作について説明する。駆動信号が供給されていない状態では、下電極42の電位はグランド電位となっており、上電極44と同電位である。この状態から、ある下電極42に駆動信号が供給されて下電極42に駆動電位が印加されると、下電極42と上電極44との間に電位差が生じ、圧電膜43に、その厚み方向に平行な電界が作用する。この電界により、圧電膜43は厚み方向に伸びて面方向に収縮し、その結果、圧力室28を覆う絶縁膜40が圧力室28側に凸となるように撓む。これにより、圧力室28の容積が減少して圧力室28内に圧力波が発生することで、圧力室28に連通するノズル36からインクの液滴が吐出される。
次に、上述したヘッドユニット19の製造工程について説明する。図7は、ヘッドユニット19の製造工程を示す図である。
まず、図7(a)に示すように、第1基板21の上面に、熱酸化等によって二酸化シリコンの絶縁膜40を成膜する。次に、図7(b)に示すように、絶縁膜40の上に、下電極42、圧電膜43、上電極44、補助導体50、配線52、駆動接点53、及び、グランド接点54等を、それぞれ適宜の成膜法によって順次形成し、複数の圧電素子41を有する圧電アクチュエータ24を形成する。その後、図7(c)に示すように、第1基板21に、複数の圧電素子41を覆うようにカバー部材25を接合する。
次に、図7(d)に示すように、第1基板21を、圧電素子41と反対側から研磨して、所定の厚みにした後、エッチングにより第1基板21に複数の圧力室28を形成する。また、図7(e)に示すように、第1基板21の下面に第2基板22を接合し、エッチングにより、第2基板22にマニホールド30等を形成する。さらに、図7(f)に示すように、第2基板22の下面に、ノズルプレート23、ダンパー膜34、及び、保護プレート35をそれぞれ接合する。
次に、図7(g)に示すように、絶縁膜40の中央領域CAにCOF26を接合する。具体的には、COF26と絶縁膜40の中央領域CAとの間に導電性接着剤を介在させた状態で、加熱しながらCOF26を第1基板21に押し付けて接合する。これにより、中央領域CAにおいて1列に配列されている複数の接点53,54が、1枚のCOF26と電気的に接続される。
以上説明した実施形態においては、複数の圧力室28が搬送方向に配列され、且つ、4つの圧力室列29を構成している。また、複数の圧力室28の配列に対応して、複数の圧電素子41も4つの圧電素子列47を構成している。その上で、複数の圧電素子41に対応する複数の駆動接点53と、2つのグランド接点54は、左側2つの圧電素子列47a,47bと右側2つの圧電素子列47c,47dの間の中央領域CAに集められている。このように、接点53,54が中央領域CAに集められていることから、第1基板21のサイズを小さくすることができる。
尚、複数の圧電素子41にそれぞれ対応する複数の駆動接点53の全てが、第1基板21の、走査方向端側に集められた構成を採用することも可能であり、これにより、本実施形態と同様に、第1基板21のサイズを小さくできる。しかし、この場合は、4つの圧電素子列47を構成する全ての圧電素子41から同じ方向に配線52が引き出される。そのため、引出方向の端に位置する圧電素子列47では、搬送方向に隣接する2つの圧電素子41の間に、3本の配線52が配置されることになる。しかし、ヘッドユニット19の小型化のため、多くの圧力室28を高密度に配置しようとすると、各圧電素子列47における圧電素子41の配列ピッチが小さくなることから、2つの圧電素子41の間に3本の配線52を配置することが困難となる。この点、本実施形態では、中央側の圧電素子列47b,47cにおいて、隣接する圧電素子41の間に1本の配線52が配置されるだけである。そのため、圧電素子41の配列ピッチが小さくなっても、配線52の引き回しに特段の困難は生じない。
本実施形態では、COF26と接合される複数の接点53,54が、4つの圧電素子列47の間の中央領域CAに集中して配置されている。これにより、COF26が接合される領域を小さくすることができ、第1基板21の小型化が可能となる。また、複数の接点53,54は一列に配列され、さらに、接合されるCOF26の枚数は1枚である。これらの構成により、COF26が接合される領域はさらに小さくなり、第1基板21の一層の小型化が可能となる。
第1基板21に積層された第2基板22にはマニホールド30が形成されている。ここで、マニホールド30へインクを供給するための開口が第1基板21に設けられてもよいのであるが、開口が形成される分、第1基板21のサイズが大きくなる。本実施形態では、マニホールド30が形成されている第2基板22の、搬送方向における端部が、第1基板21よりも外側に張り出し、この張り出し部分22aにマニホールド30と連通する開口31が形成されている。この構成では、第1基板21にマニホールド30に連通する開口を設ける必要がないことから、第1基板21のサイズアップを抑えることができる。
また、1つのマニホールド30に対して、一方の端部のみからインクが供給される構成であると、末端の圧力室28へのインク供給不足が生じやすくなる。この点、本実施形態では、第2基板22の搬送方向の両端部が、第1基板21からそれぞれ張り出した上で、2つの張り出し部分22aにそれぞれマニホールド30の開口31が形成されている。これにより、搬送方向における両端側からマニホールド30にインクが供給される構成を採用しつつ、第1基板21のサイズアップを抑えることもできる。
本実施形態では、図5に示すように、中央側の圧力室列29b,29cに対しては、ノズル36と圧力室28とを連通させる連通孔32が、各圧力室28の外側端部と重なるように配置されている。一方、端側の圧力室列29a,29dに対しては、上記連通孔32が、各圧力室28の内側端部と重なるように配置されている。これにより、中央側の圧力室列29b,29cと、これに隣接する端側の圧力室列29a,29dの間で、対応する2つのノズル列37間の距離が小さくなる。ひいては、両端2つのノズル列37a,37d間の距離も小さくなる。
本実施形態のヘッドユニット19は、左側2つの圧力室列29a,29bに対応するノズル36が形成されたノズルプレート23aと、右側2つの圧力室列29c,29dに対応するノズル36が形成されたノズルプレート23bを備えている。即ち、左側の2つの圧力室列29a,29bと、右側の2つの圧力室列29c,29dとの間で、ノズルプレート23が分かれている。
ところで、本実施形態では、ノズルプレート23の元となるプレートはシリコンの基板であり、このシリコン基板へのエッチングによって、複数のノズル36が形成される。より詳しくは、アスペクト比の高いノズル36を形成するために、ボッシュプロセス加工などの深掘エッチング加工を施す。このような加工を行うために、シリコンのノズルプレート23の製造コストは高くなる傾向にある。
この点、本実施形態のように、左右2つのノズルプレート23に分けられていると、個々のノズルプレート23a,23bのサイズ(図5の長さL1)を、4つのノズル列37が全て1枚に形成されたときのプレートのサイズ(図5の長さL2)の半分よりも、さらに小さくすることができる。これにより、1枚のシリコンウェハーから切り出せるノズルプレート23の数が増え、ノズルプレート23の製造コストを下げることができる。また、個々のノズルプレート23a,23bのサイズが小さくなることにより、1枚のシリコンウェハーから大きなノズルプレート23を切り出す場合と比べて、歩留まりも向上する。
以上説明した実施形態において、ヘッドユニット19が、本発明の「液体吐出装置」に相当する。駆動接点53が、本発明の「接点」に相当する。圧力室28が配列される方向である搬送方向が、本発明の「第1方向」に相当し、4つの圧力室列29が並ぶ方向である走査方向が、本発明の「第2方向」に相当する。COF26が、本発明の「配線部材」に相当する。中央側の圧力室列29bが本発明の「第1圧力室列」、圧力室列29cが本発明の「第2圧力室列」に相当し、端側の圧力室列29aが本発明の「第3圧力室列」、圧力室列29dが本発明の「第4圧力室列」にそれぞれ相当する。ノズルプレート23が、本発明の「第1ノズルプレート」に相当し、ノズルプレート23が、本発明の「第2ノズルプレート」に相当する。マニホールド30が、本発明の「共通液室」に相当する。
また、請求項14に係る発明に関し、圧力室列29aに属する圧力室28が本発明の「圧力室A」、圧力室列29bに属する圧力室28が本発明の「圧力室B」、圧力室列29cに属する圧力室28が本発明の「圧力室C」、圧力室列29dに属する圧力室28が本発明の「圧力室D」に、それぞれ相当する。また、圧電素子列47aに属する圧電素子41が本発明の「圧電素子A」、圧電素子列47bに属する圧電素子41が本発明の「圧電素子B」、圧電素子列47cに属する圧電素子41が本発明の「圧電素子C」、圧電素子列47dに属する圧電素子41が本発明の「圧電素子D」に、それぞれ相当する。さらに、上記4つの圧電素子41にそれぞれ接続された駆動接点53が、「接点A」「接点B」「接点C」「接点D」に相当する。
次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
1]前記実施形態のヘッドユニット19では、中央側の圧力室列29と端側の圧力室列29の間で、圧力室28に対する連通孔32,33の位置が内外逆となっているが、圧力室28に対する連通孔32,33の位置が同じでもよい。即ち、前記実施形態の図5では、中央側の圧力室列29b,29cでは、ノズル36と圧力室28とを連通させる連通孔32が、圧力室28の外側端部と重なる一方で、端側の圧力室列29a,29dでは、上記連通孔32が圧力室28の内側端部と重なっている。これに対して、どの圧力室列29においても、上記連通孔32が、圧力室28の内側端部に連通する構成であってもよい。
2]前記実施形態のヘッドユニット19は、4つの圧力室列29に同じ色のインクが供給され、4つのノズル列37から同色のインクが吐出される構成であるが、4つのノズル列37から異なるインクが吐出される構成であってもよい。例えば、左側2つのノズル列37a,37bと右側2つのノズル列37c,37dとの間で、吐出されるインクが異なっていてもよい。あるいは、4つのノズル列37の間で、吐出されるインクが全て異なっていてもよい。
3]前記実施形態では、左右2つのノズルプレート23に分かれているが、1枚のノズルプレートに、4つのノズル列37が形成されてもよい。
4]前記実施形態では、1つの圧力室列29と重なるように1つのマニホールド30が設けられているが、2つの圧力室列29に跨るように1つのマニホールドが設けられた構成も可能である。
例えば、図8、図9のヘッドユニット19Aでは、第2基板22の走査方向中央部において、2つの圧力室列29b,29cに跨って1つのマニホールド130が配置されている。また、2つの圧力室列29b,29cにおいて、各圧力室28の内側端部が上記1つのマニホールド130に連通している。つまり、マニホールド130は、2つの圧力室列29に共通にインクを供給するものである。さらに、中央領域CAに配置された複数の駆動接点53及び2つのグランド接点54は、上下方向においてマニホールド130と重なっている。尚、マニホールド130は、全ての接点53,54と重なっている必要は必ずしもなく、一部の接点のみと重なっている構成でもよい。
別の表現をすれば、図8、図9のヘッドユニット19Aは、走査方向に並ぶ3以上のマニホールド130,30を有し、そのうちの中央側に位置するマニホールド130と駆動接点53が重なっている構成である。この構成では、マニホールド130が、2つの圧力室列29の間の駆動接点53及びグランド接点54と重なる領域まで広がっていることから、マニホールド130の容積を大きくすることができる。尚、上記形態における中央のマニホールド130が、本発明の「第1共通液室」に相当する。左側のマニホールド30と右側のマニホールド30が、本発明の「第2共通液室」と「第3共通液室」に相当する。
尚、中央2つの圧力室列29に跨って配置された1つのマニホールド130が、駆動接点53と重なっていると、駆動接点53にCOF26を押し付けて接合する際に強度が不足する虞がある。そこで、図8、図9では、マニホールド130内に、搬送方向(図8の紙面垂直方向)に並ぶ複数の柱100が配置されている。1つの柱100は、マニホールド130の上側の天井面から下方へ延び、マニホールド130の下側を覆うダンパー膜34を挟んで、金属製のスペーサ38に当接している。図8から分かるように、複数の柱100は、搬送方向に間隔を空けて配列されている。隣接する2つの柱100の間の隙間によって、マニホールド130の、柱100に対して左側の部分と右側の部分とが繋がっている。また、各々の柱100は、上下方向において駆動接点53、あるいは、グランド接点54と重なっている。このように、マニホールド130内に柱100が配置されることで、第2基板22の、接点53,54と重なる部分の強度が補われる。
また、上記の柱100の代わりに、図10のヘッドユニット19Bのように、マニホールド130内に、マニホールド130の上側の天井面から下方へ突出する、凸部101が配置されてもよい。この構成でも、第2基板22の、接点と重なる部分の強度が補われる。また、凸部101は、カバー部材25の接合部と上下に重なる位置まで延びていることが好ましい。尚、先の図9の構成とは異なり、凸部101はスペーサ38とは当接しない。そのため、この形態では、ダンパー効果を高める観点で凸部101の下方にスペーサ38が存在しない方がよい。また、凸部101の下端と、マニホールド130の底面となるダンパー膜34との間には隙間が存在し、マニホールド130の、凸部101に対して左側の部分と右側の部分とが上記隙間で繋がっている。そのため、先の柱100と同様に、複数の凸部101が搬送方向に間隔を空けて配列された構成でもよいが、1つの凸部101が搬送方向に連続的に延びる構成を採用することも可能である。
5]中央領域CAにおける駆動接点53の配置や、駆動接点53に接合されるCOF26の枚数あるいは配置について、以下のような変更も可能である。
前記実施形態では、複数の駆動接点53が搬送方向に沿って一列に配置されているが、複数の駆動接点53が2列以上に配列されていてもよい。例えば、図11に示すように、左側の圧電素子列47a,47bの駆動接点53と、右側の圧電素子列47c,47dの駆動接点53に分かれて、複数の駆動接点53が左右2列に分かれて配置されてもよい。尚、2列に配列された複数の駆動接点53に対して、1枚の配線部材が接合される場合、配線部材上での配線の配置が困難となる場合がある。その場合には、図12に示すように、配線110の層が2層以上に分かれた、いわゆる、多層タイプの配線部材126が用いられることが好ましい。また、駆動接点53が2列に配列されている場合には、前記実施形態(図3参照)と比べて、各列の接点53の配列ピッチは大きくなる。そのため、この場合は、異方性導電ペースト(ACP)や異方性導電フィルム(ACF)を用いて配線部材126を接合してもよい。
また、前記実施形態では、中央領域CAに接合されるCOF26の枚数は1枚であったが、COF26の枚数が2枚以上であってもよい。例えば、複数の駆動接点53が左右2列に配列されている場合に、2つの接点列にそれぞれ対応して2枚のCOF26が接合されてもよい。あるいは、2枚以上のCOF26が、搬送方向に並んで接合されてもよい。例えば、複数の駆動接点53が一列に配列されている場合に、この接点の列の前側部分に1枚のCOF26が接続され、後側部分にもう1枚のCOF26が接続されてもよい。
駆動接点53が二列以上に配列される、あるいは、COF26の枚数が2枚以上であると、前記実施形態と比べれば、COF26の接合領域が大きくなる可能性がある。それでも、複数の駆動接点53が1箇所に集中して配置されることにより、2箇所以上に分かれて配置された従来構成と比べると、第1基板21のサイズを小さくすることが可能である。
6]前記実施形態では、第1基板21に形成された複数の圧力室28によって、4つの圧力室列29が構成されているが、5つ以上の圧力室列29が構成されてもよい。
以上説明した実施形態は、本発明を、記録用紙にインクを吐出して画像等を印刷するインクジェットヘッドに適用したものであるが、画像等の印刷以外の様々な用途で使用される液体吐出装置においても本発明は適用されうる。例えば、基板に導電性の液体を吐出して、基板表面に導電パターンを形成する液体吐出装置にも、本発明を適用することは可能である。
4 インクジェットヘッド
19,19A,19B ヘッドユニット
21 第1基板
22 第2基板
22a 張り出し部分
23 ノズルプレート
28 圧力室
29 圧力室列
30 マニホールド
31 開口
32 連通孔
36 ノズル
41 圧電素子
47 圧電素子列
52 配線
53 駆動接点
100 柱
101 凸部
130 マニホールド

Claims (17)

  1. 第1方向に配列され、且つ、前記第1方向と直交する第2方向に並ぶ4つの圧力室列を構成する、複数の圧力室が形成された、第1基板と、
    前記複数の圧力室に対応して設けられ、前記第2方向に並ぶ4つの圧電素子列を構成する、複数の圧電素子と、
    前記第2方向一方側の2つの圧電素子列と前記第2方向他方側の2つの圧電素子列の間において、前記複数の圧電素子に対応して前記第1方向に沿って配列された複数の接点と、
    を備えていることを特徴とする液体吐出装置。
  2. 前記複数の接点と電気的に接合される配線部材を備えたことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出装置。
  3. 前記配線部材の数が、1枚であることを特徴とする請求項2に記載の液体吐出装置。
  4. 前記複数の接点は、前記第2方向に複数列に分かれて配置され、
    前記配線部材の、前記接点に接続される配線が2層以上に分かれて配置されていることを特徴とする請求項2又は3に記載の液体吐出装置。
  5. 前記複数の接点の全てが、前記第1方向に沿って一列に配列されていることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の液体吐出装置。
  6. 前記第1基板に対して前記圧電素子と反対側に配置された第2基板を備え、
    前記第2基板には、前記複数の圧力室のうちの少なくとも一部の圧力室に連通する共通液室が形成されていることを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の液体吐出装置。
  7. 前記第2基板の前記第1方向の端部が、前記第1基板よりも前記第1方向外側に張り出し、
    前記第2基板の前記第1基板からの張り出し部分に、前記共通液室と連通する開口が形成されていることを特徴とする請求項6に記載の液体吐出装置。
  8. 前記第2基板の前記第1方向の両端部が、前記第1基板よりも前記第1方向外側にそれぞれ張り出し、
    前記第2基板の2つの前記張り出し部分に、前記共通液室に連通する2つの開口がそれぞれ形成され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。
  9. 前記第2基板には、各圧力室をノズルと連通させるための連通孔が形成され、
    前記4つの圧力室列のうちの、前記第2方向の中央側に位置する第1圧力室列と第2圧力室列に対応する前記連通孔は、前記第1基板と前記第2基板の積層方向において、連通先の前記圧力室の前記第2方向における外側端部と重なる位置に配置され、
    前記4つの圧力室列のうちの、前記第2方向の端側に位置する第3圧力室列と第4圧力室列に対応する前記連通孔は、前記第1基板と前記第2基板の積層方向において、連通先の前記圧力室の前記第2方向における内側端部と重なる位置に配置されていることを特徴とする請求項6〜8の何れかに記載の液体吐出装置。
  10. 前記第2基板に対して前記第1基板と反対側に配置され、前記第2方向に並ぶ2つのノズルプレートを備え、
    前記2つのノズルプレートのうち、前記第2方向の一方側に位置する第1ノズルプレートには、前記接点に対して前記第2方向の前記一方側に位置する2つの圧力室列に対応するノズルが形成され、
    前記2つのノズルプレートのうち、前記第2方向の他方側に位置する第2ノズルプレートには、前記接点に対して前記第2方向の前記他方側に位置する2つの圧力室列に対応するノズルが形成されていることを特徴とする請求項6〜9の何れかに記載の液体吐出装置。
  11. 前記第2基板に、前記第1基板と前記第2基板の積層方向において前記接点と重なり、且つ、前記第2方向において2つの圧力室列に跨って配置された、1つの前記共通液室が形成されていることを特徴とする請求項6〜10の何れかに記載の液体吐出装置。
  12. 前記2つの圧力室列の、各圧力室の前記第2方向における内側端部が、前記1つの共通液室に連通し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1つの共通液室内に、柱、又は、凸部が配置されていることを特徴とする請求項10又は11に記載の液体吐出装置。
  14. 前記柱は、前記第1基板と前記第2基板の積層方向において、前記接点と重なっていることを特徴とする請求項13に記載の液体吐出装置。
  15. 所定方向に並ぶ、圧力室A、圧力室B、圧力室C、及び、圧力室Dと、
    前記4つの圧力室に対応して設けられ、前記所定方向に並ぶ、圧電素子A、圧電素子B、圧電素子C、及び、圧電素子Dと、
    前記所定方向一方側に位置する前記圧電素子A及び前記圧電素子Bと、前記所定方向他方側に位置する前記圧電素子C及び前記圧電素子Dの間に配置され、前記4つの圧電素子に対応する、接点A、接点B、接点C、及び、接点Dと、
    を備えていることを特徴とする液体吐出装置。
  16. 第1方向に配列され、且つ、前記第1方向と直交する第2方向に並ぶ4つの圧力室列を構成する、複数の圧力室が形成された、第1基板と、
    前記複数の圧力室に対応して設けられ、前記第2方向に並ぶ4つの圧電素子列を構成する、複数の圧電素子と、
    前記第1基板に対して前記圧電素子と反対側に配置され、前記4つの圧力室列のうちの前記第2方向中央側の2つの圧力室列に対応する第1共通液室、前記第1共通液室に対して前記第2方向一方側に配置され、前記一方側の端の圧力室列に対応する第2共通液室、及び、前記第1共通液室に対して前記第2方向他方側に配置され、前記他方側の端の圧力室列に対応する第3共通液室が形成された、第2基板と、
    前記第2方向の前記一方側の2つの圧電素子列と前記第2方向の前記他方側の2つの圧電素子列の間において、前記複数の圧電素子に対応して前記第1方向に沿って配列された複数の接点と、
    前記複数の接点と電気的に接合される配線部材と、を備え、
    前記第1基板と前記第2基板の積層方向において、前記複数の接点の少なくとも一部が、前記第1共通液室と重なっていることを特徴とする液体吐出装置。
  17. 前記第2基板の前記第1共通液室内に、柱、又は、凸部が配置されていることを特徴とする請求項16に記載の液体吐出装置。
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