JP5443528B2 - Ink jet head and method of manufacturing ink jet head - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、インクジェットヘッド及びインクジェットヘッドの製造方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to an inkjet head and a method for manufacturing the inkjet head.
インクジェットヘッドは、上下に張り合わされた極性の異なる圧電素子によって形成される複数の側壁と、この側壁に設けられる電極と、側壁が形成する圧力室に対応する位置にインク吐出孔を有するノズルプレートと、を備える。電極に印加される電圧により側壁が弾性変形し、この変形により側壁が形成する圧力室の容積が変化する。この圧力室の容積変化により、インクの吸引と吐出がノズルプレートのインク吐出孔から行われる。 The ink jet head includes a plurality of side walls formed by piezoelectric elements having different polarities attached to each other, electrodes provided on the side walls, and a nozzle plate having ink discharge holes at positions corresponding to pressure chambers formed by the side walls. . The side wall is elastically deformed by the voltage applied to the electrode, and this deformation changes the volume of the pressure chamber formed by the side wall. Due to the volume change of the pressure chamber, ink suction and discharge are performed from the ink discharge holes of the nozzle plate.
側壁の間隔とインク吐出孔は微細であり、圧電素子にノズルプレートを正確に位置合わせすることは困難を伴う。 The interval between the side walls and the ink ejection holes are minute, and it is difficult to accurately align the nozzle plate with the piezoelectric element.
この点に関し、従来はインクジェットの本体に複数のピンを立て、ノズルプレートに個のピンの挿通孔を設け、製造時にはピンを挿通孔に通すことにより位置合わせが行われていた。 With respect to this point, conventionally, a plurality of pins are set up on the main body of the ink jet, an insertion hole for each pin is provided in the nozzle plate, and alignment is performed by passing the pins through the insertion holes at the time of manufacture.
しかし、省スペース化の要請により、ピンを立てるためのスペースが設けられなくなる場合がある。 However, there is a case where a space for raising the pins cannot be provided due to a request for space saving.
従って、正確かつ迅速にノズルプレートの位置合わせを行うことが可能なインクジェットヘッド及びインクジェットヘッドの製造方法が求められている。 Accordingly, there is a need for an inkjet head and an inkjet head manufacturing method capable of accurately and quickly aligning the nozzle plate.
上記の課題を解決するために、本発明の一実施形態は、基板と、基板上に設置され、櫛の歯状に形成される側壁が形成する圧力室を有する圧電素子と、圧電素子を囲むように配置される枠体と、圧力室に対応する位置に設けられるインク吐出孔、第1の側壁の上面に対応する位置に設けられる第1の位置合わせ孔、及び第1の側壁とは異なる第2の側壁の上面に対応する位置に設けられる第2の位置合わせ孔を有し、圧電素子と枠体とを被覆するノズルプレートと、を備えるインクジェットヘッドを提供する。 In order to solve the above-described problems, an embodiment of the present invention surrounds a piezoelectric element having a pressure chamber formed by a substrate, a side wall formed on a substrate and formed in a comb-teeth shape, and the substrate. And the first discharge hole provided at a position corresponding to the pressure chamber, the first alignment hole provided at a position corresponding to the upper surface of the first side wall, and the first side wall are different from each other. Provided is an inkjet head including a nozzle plate having a second alignment hole provided at a position corresponding to the upper surface of a second side wall and covering a piezoelectric element and a frame.
以下、インクジェットヘッド及びインクジェットヘッドの製造方法の一実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of an inkjet head and an inkjet head manufacturing method will be described in detail with reference to the drawings.
本実施形態のインクジェットヘッドは、基板と、基板上に設置され、櫛の歯状に形成される側壁が形成する圧力室を有する圧電素子と、圧電素子を囲むように配置される枠体と、圧力室に対応する位置に設けられるインク吐出孔、第1の側壁の上面に対応する位置に設けられる第1の位置合わせ孔、及び第1の側壁とは異なる第2の側壁の上面に対応する位置に設けられる第2の位置合わせ孔を有し、圧電素子と枠体とを被覆するノズルプレートと、を備える。 The inkjet head of the present embodiment includes a substrate, a piezoelectric element that is provided on the substrate and has a pressure chamber formed by a side wall formed in a comb-like shape, and a frame body that is disposed so as to surround the piezoelectric element. Corresponding to the ink discharge hole provided at the position corresponding to the pressure chamber, the first alignment hole provided at the position corresponding to the upper surface of the first side wall, and the upper surface of the second side wall different from the first side wall A nozzle plate having a second alignment hole provided at a position and covering the piezoelectric element and the frame.
図1は、本実施形態のインクジェットヘッドを含むインクジェットヘッド本体部100の斜視図である。図1に示すように、インクジェットヘッド本体部100は、先端に配置されるインクジェットヘッド101と、インクジェットヘッド101を支持するマスク201と、を備える。
FIG. 1 is a perspective view of an ink jet head
図2は、インクジェットヘッド101の斜視図である。図2に示すように、インクジェットヘッド101は、アルミナなどによって形成される基板11と、基板11上に設置される圧電素子12と、圧電素子12を囲むように配置される枠体13と、インク吐出孔15を有し、圧電素子12と枠体13とを被覆するノズルプレート14と、を備える。
FIG. 2 is a perspective view of the
インクジェットヘッド101は、基板11、圧電素子12、枠体13及びノズルプレート14によって囲まれる空間に共通液室16を有する。
The
図3は、インクジェットヘッド101の図2におけるAA線断面図である。図3に示すように、圧電素子12は、極性の異なる圧電素子12A1、12A2を接着剤12Bによって張り合わされ、くしの歯状の形状をなす複数の側壁12Sを備える。側壁12Sは、間隙に圧力室12Rを形成する。
3 is a cross-sectional view of the
側壁12S及び圧力室12Rの底面には、表面に電極として圧力室電極12Cが配置される。さらに、圧力室電極12Cを被覆する樹脂膜300が設けられる。
圧力室12Rは共通液室16と連通する。圧力室電極12Cは圧電素子12に電圧を印加する駆動素子に接続する。ノズルプレート14のインク吐出孔15は圧力室12Rに対応する位置に設けられる。
The
圧電素子12は、例えばPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)を用いることができる。樹脂膜には、例えばパリレン(登録商標)などのパラキシリレン系ポリマーを用いることができる。パリレン(登録商標)を使用する場合は、いずれのグレードであってもよい。
For example, PZT (lead zirconate titanate) can be used for the
電圧が印加されると側壁12Sが変形し、この変形により圧力室12Rの容積が変化する。この容積変化によりインクの吸引とインク吐出孔15からの吐出が行われる。
When a voltage is applied, the
図4は、インクジェットヘッド101の図2におけるBB線断面図である。図4に示すように、インクジェットヘッド101はノズルプレート14側を記録媒体側に向けてマスク201に取り付けられる。
4 is a cross-sectional view of the
側壁12Sは断面が台形をなす。ノズルプレート14はこの台形の上底に相当する上面に接着剤により固定される。
The
図5は、ノズルプレート14を取り外したインクジェットヘッド101の平面図である。図5に示すように、インクジェットヘッド101は基板11と枠体13によって囲まれる空間に圧電素子12を備える。圧電素子12は櫛の歯状に側壁を有する。
FIG. 5 is a plan view of the
図6は、本実施形態のノズルプレート14を示す平面図である。図6に示すように、ノズルプレート14は、圧力室12Rに対応する位置に設けられるインク吐出孔15と、第1の側壁の上面の角部に対応する位置に設けられる第1の位置合わせ孔401Aと、第1の側壁とは異なる第2の側壁の上面の角部に対応する位置に設けられる第2の位置合わせ孔401Bと、を備える。
FIG. 6 is a plan view showing the
第1の位置合わせ孔401Aと第2の位置合わせ孔401Bとは、ノズルプレート14の重心から互いに対角線方向に離して配置することが、位置合わせの精度を高める点において望ましい。
It is desirable that the
すなわち、第1の位置合わせ孔401Aと第2の位置合わせ孔401Bとは、ノズルプレート14の長辺方向の中心線及び短辺方向の中心線から離れた位置に設けられる。
That is, the
図7は、側壁12Sと第1の位置合わせ孔401A及び第2の位置合わせ孔401Bとの位置関係を示す図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a positional relationship between the
図7に示すように、インク吐出孔15は圧電素子12の圧力室12Rに対応する位置に配置される。これに対し、第1の位置合わせ孔401A及び第2の位置合わせ孔401Bは、側壁12Sの上面の角部に対応する位置に配置される。
As shown in FIG. 7, the
位置合わせは、第1の位置合わせ孔401A及び第2の位置合わせ孔401Bの外周が対応する側壁の上面の角部に接するように目視確認して行われる。
The alignment is performed by visual confirmation so that the outer circumferences of the
図8は、応用例に係る本実施形態のノズルプレート14を示す平面図である。図8に示すように、ノズルプレート14は、圧力室12Rに対応する位置に設けられるインク吐出孔15と、第1の側壁の上面の角部に対応する位置に設けられる第1の位置合わせ孔401Aと、第1の側壁とは異なる第2の側壁の上面の角部に対応する位置に設けられる第2の位置合わせ孔401Bと、を備える。
FIG. 8 is a plan view showing the
第1の位置合わせ孔401Aと第2の位置合わせ孔401Bとは、ノズルプレート14の重心から長辺方向の中心線に最も近く、短辺方向の中心線から最も遠い位置に配置することもできる。
The
このように配置すると、ノズルプレート14の熱膨張による誤差の影響を受けにくくなるという利点がある。
This arrangement has the advantage that it is less susceptible to errors due to thermal expansion of the
図9は、側壁12Sと応用例に係る第1の位置合わせ孔401A及び第2の位置合わせ孔401Bとの位置関係を示す図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating a positional relationship between the
図9に示すように、インク吐出孔15は圧電素子12の圧力室12Rに対応する位置に配置される。これに対し、第1の位置合わせ孔401A及び第2の位置合わせ孔401Bは、側壁12Sの上面の角部に対応する位置に配置される。
As shown in FIG. 9, the ink ejection holes 15 are arranged at positions corresponding to the
位置合わせは、第1の位置合わせ孔401A及び第2の位置合わせ孔401Bの外周が対応する側壁の上面の角部に接するように目視確認して行われる。
The alignment is performed by visual confirmation so that the outer circumferences of the
図10は、ノズルプレート14の圧電素子12への接着方法を示す図である。図10に示すように、ノズルプレート14は接着面と対向する面に保護フィルム14Aを有する。
FIG. 10 is a diagram illustrating a method for bonding the
まず、図10(A)に示すように、圧電素子12の側壁12Sの上面に接着剤801が塗布される。
First, as shown in FIG. 10A, an adhesive 801 is applied to the upper surface of the
次に、図10(B)に示すように、位置合わせを行った後にノズルプレート14を圧電素子12に接着する。この際、側壁12Sの上面の余分な接着剤801が第1の位置合わせ孔401A及び第2の位置合わせ孔401Bに入り込み、第1の位置合わせ孔401A及び第2の位置合わせ孔401Bは塞がれる。
Next, as shown in FIG. 10B, after alignment, the
従って、インクが第1の位置合わせ孔401A及び第2の位置合わせ孔401Bから漏れ出すことはない。
Therefore, ink does not leak from the
次に、保護フィルム14Aが除去される。
Next, the
図11は、接着剤801が溢れる場合を示す図である。図11に示すように、ノズルプレート14は接着面と対向する面に保護フィルム14Aを有する。
FIG. 11 is a diagram illustrating a case where the adhesive 801 overflows. As shown in FIG. 11, the
まず、図11(A)に示すように、圧電素子12の側壁12Sの上面に接着剤801が塗布される。
First, as shown in FIG. 11A, an adhesive 801 is applied to the upper surface of the
次に、図11(B)に示すように、位置合わせを行った後にノズルプレート14を圧電素子12に接着する。この際、側壁12Sの上面の余分な接着剤801が第1の位置合わせ孔401A及び第2の位置合わせ孔401Bに入り込み、第1の位置合わせ孔401A及び第2の位置合わせ孔401Bは塞がれる。
Next, as shown in FIG. 11B, after alignment, the
従って、インクが第1の位置合わせ孔401A及び第2の位置合わせ孔401Bから漏れ出すことはない。
Therefore, ink does not leak from the
次に、図11(C)に示すように、保護フィルム14Aが除去される。この際、溢れ出た接着剤801は保護フィルム14Aとともに除去される。
Next, as shown in FIG. 11C, the
図12は、位置合わせの様子を示す図である。図12に示すように、位置合わせは、第1の位置合わせ孔401A及び第2の位置合わせ孔401Bの外周が対応する側壁の上面の角部12Pに接するように目視確認して行われる。
FIG. 12 is a diagram showing a state of alignment. As shown in FIG. 12, the alignment is performed by visual confirmation so that the outer periphery of the
図13は、位置合わせマーク1101による位置合わせを示す図である。図13に示すように、位置合わせ標識として位置合わせマーク1101を第1の側壁の上面及び第2の側壁の上面に設けることもできる。位置合わせマーク1101の形状は問わない。
FIG. 13 is a diagram showing alignment by the
この場合、位置合わせマーク1101がともに第1の位置合わせ孔401A及び第2の位置合わせ孔401Bの中心に来るように、目視して位置合わせする。
In this case, the
図14は、位置合わせスケール1201による位置合わせを示す図である。図14に示すように、位置合わせ標識として位置合わせスケール1201を第1の側壁の上面及び第2の側壁の上面に設けることもできる。位置合わせスケール1201の形状は問わない。
FIG. 14 is a diagram showing alignment by the
この場合、位置合わせスケール1201の中心がともに第1の位置合わせ孔401A及び第2の位置合わせ孔401Bの中心に来るように、目視して位置合わせする。
In this case, the alignment is performed by visual observation so that the centers of the alignment scales 1201 come to the centers of the
次に、本実施形態のインクジェットヘッド101の製造方法について説明する。
(1)基板11に一対の圧電素子12を接着する。一対の圧電素子12の距離は冶具にて位置決めされる。
(2)圧電素子12を切削して圧力室12Rとなる溝を形成する。この切削は、ダイアモンドホイールを用いることができる。
(3)溝の内部に圧力室電極12Cを形成する。圧力室電極12Cは、例えば、無電解メッキによってニッケル薄膜を生成することによって形成される。
(4)基板11に枠体13を接着する。
(5)圧電素子12に樹脂膜300を形成する。樹脂膜300は、CVD(化学気相成長法)により成膜する。
樹脂にパリレン(登録商標)を使用する場合、パリレンCを厚さ1μm〜10μmにより成膜する。なお、パリレン(登録商標)はいずれのグレードでもよい。
樹脂膜300を生成する必要のない部位には例えばポリイミドテープなどのマスキングテープによりマスキングする。或いは、樹脂膜300を成膜した後に、必要な部位だけ冶具によって被覆し、プラズマ処理によるエッチングにて不要な樹脂膜300を除去してもよい。
(6)ノズルプレート14を第1の位置合わせ孔401A及び第2の位置合わせ孔401Bにより位置決めして、側壁12S及び枠体13に接着する。
(7)ノズルプレート14にインク吐出孔15を、レーザーを照射することにより形成する。
(8)マスク201を耐インク性の接着剤によって枠体13に接着する。
(9)基板11にインク供給管及びインク排出管を接着する。
Next, a method for manufacturing the
(1) A pair of
(2) The
(3) The
(4) The
(5) The
When Parylene (registered trademark) is used for the resin, a film of Parylene C is formed with a thickness of 1 μm to 10 μm. Parylene (registered trademark) may be any grade.
A portion where the
(6) The
(7) The ink discharge holes 15 are formed in the
(8) The
(9) The ink supply pipe and the ink discharge pipe are bonded to the
以上述べたように、本実施形態のインクジェットヘッド101は、基板11と、基板11上に設置され、櫛の歯状に形成される側壁12Sが形成する圧力室12Rを有する圧電素子12と、圧電素子12を囲むように配置される枠体13と、圧力室12Rに対応する位置に設けられるインク吐出孔15と、第1の側壁の上面に対応する位置に設けられる第1の位置合わせ孔401Aと、第1の側壁とは異なる第2の側壁の上面に対応する位置に設けられる第2の位置合わせ孔401Bと、を有し、圧電素子12と枠体13とを被覆するノズルプレート14と、を備える。
As described above, the
従って、第1の位置合わせ孔401A及び第2の位置合わせ孔401Bから視認して位置合わせを行うことにより、正確かつ迅速にノズルプレート14の位置合わせを行うことが可能となるという効果がある。
Therefore, there is an effect that the alignment of the
いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
11:基板
13:枠体
13A:取付部
14:ノズルプレート
401A:第1の位置合わせ孔
401B:第2の位置合わせ孔
11: Substrate 13: Frame 13A: Mounting portion 14:
Claims (6)
前記基板上に設置され、櫛の歯状に形成される側壁が形成する圧力室を有する圧電素子と、
前記圧電素子を囲むように配置される枠体と、
前記圧力室に対応する位置に設けられるインク吐出孔、第1の側壁の上面に対応する位置に設けられる第1の位置合わせ孔、及び前記第1の側壁とは異なる第2の側壁の上面に対応する位置に設けられる第2の位置合わせ孔を有し、前記圧電素子と前記枠体とを被覆するノズルプレートと、
を備えるインクジェットヘッド。 A substrate,
Piezoelectric elements having pressure chambers formed on the substrate and formed by comb-shaped sidewalls;
A frame disposed so as to surround the piezoelectric element;
An ink ejection hole provided at a position corresponding to the pressure chamber, a first alignment hole provided at a position corresponding to the upper surface of the first side wall, and an upper surface of a second side wall different from the first side wall. A nozzle plate having a second alignment hole provided at a corresponding position and covering the piezoelectric element and the frame;
An inkjet head comprising:
前記第2の位置合わせ孔は、前記第2の側壁の上面の接着剤によって塞がれる請求項1記載のインクジェットヘッド。 The first alignment hole is blocked by an adhesive on the upper surface of the first sidewall;
The inkjet head according to claim 1, wherein the second alignment hole is blocked by an adhesive on the upper surface of the second side wall.
前記第2の側壁は、前記第2の位置合わせ孔に対応する位置に位置合わせ標識を有する請求項2記載のインクジェットヘッド。 The first side wall has an alignment mark at a position corresponding to the first alignment hole,
The inkjet head according to claim 2, wherein the second side wall has an alignment mark at a position corresponding to the second alignment hole.
前記圧電素子を前記ノズルプレートによって被覆する工程と、
を含むインクジェットヘッドの製造方法。 The first alignment hole provided at a position corresponding to the upper surface of the first side wall and the second alignment hole provided at a position corresponding to the upper surface of the second side wall different from the first side wall Aligning the plate with the piezoelectric element;
Coating the piezoelectric element with the nozzle plate;
A method for manufacturing an ink-jet head comprising:
前記第2の位置合わせ孔は、前記第2の側壁の上面の接着剤によって塞がれる請求項4記載のインクジェットヘッドの製造方法。 The first alignment hole is blocked by an adhesive on the upper surface of the first sidewall;
The inkjet head manufacturing method according to claim 4, wherein the second alignment hole is closed by an adhesive on an upper surface of the second side wall.
前記第2の側壁は、前記第2の位置合わせ孔に対応する位置に位置合わせ標識を有する請求項5記載のインクジェットヘッドの製造方法。 The first side wall has an alignment mark at a position corresponding to the first alignment hole,
The inkjet head manufacturing method according to claim 5, wherein the second side wall has an alignment mark at a position corresponding to the second alignment hole.
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