JPH02279346A - インクジェット・プリントヘッド - Google Patents
インクジェット・プリントヘッドInfo
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- JPH02279346A JPH02279346A JP2071731A JP7173190A JPH02279346A JP H02279346 A JPH02279346 A JP H02279346A JP 2071731 A JP2071731 A JP 2071731A JP 7173190 A JP7173190 A JP 7173190A JP H02279346 A JPH02279346 A JP H02279346A
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Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野〕
本発明はインクジェット・プリントヘッドに関し、より
詳細には怒熱式インクジェット・プリントヘッドの信頼
性を向上させ、寿命を延ばすための方法及び装置に関す
る。
詳細には怒熱式インクジェット・プリントヘッドの信頼
性を向上させ、寿命を延ばすための方法及び装置に関す
る。
［従来技術とその問題点］
従来のインクジェット・プリントヘッドの基本的な製造
方法は、非衝撃式印字の技術分野の当業者にとって周知
である。現在の感熱式インクジェット・プリントヘッド
は、金属プレート中のオリフィスに対しそれぞれ整列し
たチェンバの下方に配列した加熱素子プレイを用いてる
。この金属プレートは該チェンバの上に延在している。
方法は、非衝撃式印字の技術分野の当業者にとって周知
である。現在の感熱式インクジェット・プリントヘッド
は、金属プレート中のオリフィスに対しそれぞれ整列し
たチェンバの下方に配列した加熱素子プレイを用いてる
。この金属プレートは該チェンバの上に延在している。
これらのチェンバ中のインクは、急速に加熱されて過熱
バブルを形成し、金属プレート中の微小開口部を通って
排出される。各オリフィスから排出される微小インク滴
は金属プレートの直前にある紙面に衝突する。このよう
にしてプリントヘッドより放出されるインクの合成パタ
ーンによって紙面上に文字や数字の印字が形成される。
バブルを形成し、金属プレート中の微小開口部を通って
排出される。各オリフィスから排出される微小インク滴
は金属プレートの直前にある紙面に衝突する。このよう
にしてプリントヘッドより放出されるインクの合成パタ
ーンによって紙面上に文字や数字の印字が形成される。
しかしながら、上記のような従来の感熱式インクジェッ
ト・プリントヘッドはその導電部分及び抵抗部分の両方
に（パシベーション層を施す必要がある。この種のコー
ティングは、通常、インクを封止し、プリントヘッドの
耐久性（寿命）及び信頼性を改善する耐腐食性誘電層で
ある。この問題解決方法には、熱効率が大幅に低下する
ことおよび最終製品の製造コストが高（なるという欠点
が伴う。従って、熱効率低下の問題がない比較的低コス
トの改良されたプリントヘッドが開発されるならば、そ
れはコンピュータ用プリンタの分野における一大技術進
歩を与える。
ト・プリントヘッドはその導電部分及び抵抗部分の両方
に（パシベーション層を施す必要がある。この種のコー
ティングは、通常、インクを封止し、プリントヘッドの
耐久性（寿命）及び信頼性を改善する耐腐食性誘電層で
ある。この問題解決方法には、熱効率が大幅に低下する
ことおよび最終製品の製造コストが高（なるという欠点
が伴う。従って、熱効率低下の問題がない比較的低コス
トの改良されたプリントヘッドが開発されるならば、そ
れはコンピュータ用プリンタの分野における一大技術進
歩を与える。
従来のプリントヘッドの熱効率を改善し且つコストを低
減するための一つの試みは上記のようなパシベーション
層をなくそうというものであり、その中では、一般に導
電素子として用いられるアルミニウムに代えて金のよう
な耐腐食性貴金属が用いられている。しかしながら、こ
の方法では、保護されていない導電層がインクとの接触
によって劣化してしまうという問題点がある。
減するための一つの試みは上記のようなパシベーション
層をなくそうというものであり、その中では、一般に導
電素子として用いられるアルミニウムに代えて金のよう
な耐腐食性貴金属が用いられている。しかしながら、こ
の方法では、保護されていない導電層がインクとの接触
によって劣化してしまうという問題点がある。
感熱式インクジェット・プリンタで用いられるインクは
プリントヘッドの最上層をなす前記導電層に対し強い侵
食性を示す。プリントヘッドが比較的短時間インクに浸
された後、インクは多結晶質の金の導電層の内部へ結晶
粒界沿いに拡散し、移行し始める（マイグレーションを
起こす）。このマイグレーションは、金と抵抗材との結
合を徐々に侵し、金とその下層の抵抗層（加熱素子をな
す）とを分離（はく離）させる。加熱素子からの金のは
く離はプリントヘッドの性能を劣化させ、やがて破壊さ
せる。腐食性インクに浸されない場合でも、周囲空気中
の水分が金の導電層中に侵入して、同様にプリントヘッ
ドを破壊させる。
プリントヘッドの最上層をなす前記導電層に対し強い侵
食性を示す。プリントヘッドが比較的短時間インクに浸
された後、インクは多結晶質の金の導電層の内部へ結晶
粒界沿いに拡散し、移行し始める（マイグレーションを
起こす）。このマイグレーションは、金と抵抗材との結
合を徐々に侵し、金とその下層の抵抗層（加熱素子をな
す）とを分離（はく離）させる。加熱素子からの金のは
く離はプリントヘッドの性能を劣化させ、やがて破壊さ
せる。腐食性インクに浸されない場合でも、周囲空気中
の水分が金の導電層中に侵入して、同様にプリントヘッ
ドを破壊させる。
このようなはく離を避は得る技術が開発されるならば、
コンピュータ用プリンタの分野における一大技術進歩に
なるものと思われる。また、従来技術に比べこの点で改
善されたデバイスが熱効率も良く、コストも低減されて
いるならば、当業界で多年痛感されていた必要が満たさ
れることになる。
コンピュータ用プリンタの分野における一大技術進歩に
なるものと思われる。また、従来技術に比べこの点で改
善されたデバイスが熱効率も良く、コストも低減されて
いるならば、当業界で多年痛感されていた必要が満たさ
れることになる。
本発明の目的はパシベーション層がなく、抵抗層のキャ
ビテーションや、周囲空気中の湿気や腐食性インクによ
る貴金属導電層のは（離の問題を解消する怒熱弐インク
ジェット・プリントヘッドを提供することである。
ビテーションや、周囲空気中の湿気や腐食性インクによ
る貴金属導電層のは（離の問題を解消する怒熱弐インク
ジェット・プリントヘッドを提供することである。
〔発明の概要］
従来の感熱式インクジェット・プリントヘッドはシリコ
ン基板、該基板上に形成された二酸化けい素絶縁層、こ
の絶縁層上に形成されたタンタルアルミニウム（ＴａＡ
Ｉ）合金の薄い抵抗層、該抵抗層上に形成された金より
なる互いに分離された２つの導電層、及びこれらの抵抗
層と導電層上のパシベーション層等で構成されている。
ン基板、該基板上に形成された二酸化けい素絶縁層、こ
の絶縁層上に形成されたタンタルアルミニウム（ＴａＡ
Ｉ）合金の薄い抵抗層、該抵抗層上に形成された金より
なる互いに分離された２つの導電層、及びこれらの抵抗
層と導電層上のパシベーション層等で構成されている。
インクは下部にあるこれらの薄膜と上部のオリフィスプ
レートで画定された流路（チャネル）中へ毛管作用によ
って吸い込まれる。一対の導電層部間に電圧が印加され
ると、導電層間の抵抗層に電流が流れる。
レートで画定された流路（チャネル）中へ毛管作用によ
って吸い込まれる。一対の導電層部間に電圧が印加され
ると、導電層間の抵抗層に電流が流れる。
それらの抵抗層の抵抗によりインクが過熱され、微細滴
状となってオリフィスプレートを通り吐出される。
状となってオリフィスプレートを通り吐出される。
本発明は、簡単な技術によって、誘電層をなくしても従
来腐食性インクによる導電層の劣化によって生じていた
有害な結果をなくすようにしたものである。即ち、本願
発明者は金の導電層上に１００オングストロームのアモ
ルファス合金薄層を形成することにより従来のプリント
ヘッドに見られた問題点を解消したものである。このコ
ーティングのアモルファス構造は金の導電層に接触する
水及びインク分子に対し拡散バリヤとして作用する。
来腐食性インクによる導電層の劣化によって生じていた
有害な結果をなくすようにしたものである。即ち、本願
発明者は金の導電層上に１００オングストロームのアモ
ルファス合金薄層を形成することにより従来のプリント
ヘッドに見られた問題点を解消したものである。このコ
ーティングのアモルファス構造は金の導電層に接触する
水及びインク分子に対し拡散バリヤとして作用する。
本発明は、プリンタ分野の技術者をしてより効率的で費
用効果が高くしかも信頼性に優れた印字装置の製造を可
能ならしめる効果的且つ効率的なシステムを提供するも
のである。
用効果が高くしかも信頼性に優れた印字装置の製造を可
能ならしめる効果的且つ効率的なシステムを提供するも
のである。
以下に述べる実施例は、特許請求の範囲の記載に従って
得られるプリントヘッドの一例に限定して、特定の構成
を開示し、説明する。本願発明者は、ここに記載する実
施例は特許請求の範囲に明確に記載する発明の最良の実
施態様であると考える。
得られるプリントヘッドの一例に限定して、特定の構成
を開示し、説明する。本願発明者は、ここに記載する実
施例は特許請求の範囲に明確に記載する発明の最良の実
施態様であると考える。
本発明は、概して、下記（ａ）乃至（ｅ）の各項に記載
する工程を含む悪態式インクジェット・プリントヘッド
［２０１を製造するための装置及び方法を提供するもの
である：（ａ）基板［１２１を形成する工程；（ｂ）基
板［１２１上に絶縁層［１４１を形成する工程：（Ｃ）
絶縁Ｎ ［１４］上に薄膜抵抗層［１６１を形成する工
程；（ｄ）抵抗層［１６］上に導電層１１８１をコーテ
ィングする工程；及び（ｅ）導電層１１８Ｊ上に耐腐食
性アモルファス合金のコーティング［２２ｊを施す工程
。
する工程を含む悪態式インクジェット・プリントヘッド
［２０１を製造するための装置及び方法を提供するもの
である：（ａ）基板［１２１を形成する工程；（ｂ）基
板［１２１上に絶縁層［１４１を形成する工程：（Ｃ）
絶縁Ｎ ［１４］上に薄膜抵抗層［１６１を形成する工
程；（ｄ）抵抗層［１６］上に導電層１１８１をコーテ
ィングする工程；及び（ｅ）導電層１１８Ｊ上に耐腐食
性アモルファス合金のコーティング［２２ｊを施す工程
。
第１図は、従来技術によるパシベーション層のない型の
インクジェット・プリントヘッドＩＯの要部の横断面を
拡大して示す。シリコン基板１２はプリントへラド１０
の基体部をなし、その上面には二酸化けい素層１４が形
成されている。この二酸化けい素層１４は膜厚が通常例
えば１．７ ミクロンであり、絶縁層として機能する。
インクジェット・プリントヘッドＩＯの要部の横断面を
拡大して示す。シリコン基板１２はプリントへラド１０
の基体部をなし、その上面には二酸化けい素層１４が形
成されている。この二酸化けい素層１４は膜厚が通常例
えば１．７ ミクロンであり、絶縁層として機能する。
絶縁層（二酸化けい素層Ｎ４上にはタンタルアルミニウ
ム（ＴａＡｌ）のような抵抗材よりなる薄膜抵抗層１６
が形成されている。このＴａＡ１層の厚さは通常約２０
００オングストローム程度である。プリントヘッドの最
上層は２つに分離して形成された金の１９にはインク溜
め（図示省略）から毛管作用によって水性インクまたは
ワックスベース（Ｗｄ−ｂａｓｅｄ）インクが吸い込ま
れる。
ム（ＴａＡｌ）のような抵抗材よりなる薄膜抵抗層１６
が形成されている。このＴａＡ１層の厚さは通常約２０
００オングストローム程度である。プリントヘッドの最
上層は２つに分離して形成された金の１９にはインク溜
め（図示省略）から毛管作用によって水性インクまたは
ワックスベース（Ｗｄ−ｂａｓｅｄ）インクが吸い込ま
れる。
第２図は本発明によるプリントヘッドの断面図であり、
本願発明者が従来のパシベーション層のない型のプリン
トヘッドｌＯで見られる多層薄膜での接着破壊の問題を
解決するのに用いた技術を示ニウム合金の薄層２２を形
成することである。本発明による改良された感熱式イン
クシエンド・プリントヘッド２０は、金の導電層１８中
に拡散してプリントヘッドを損壊させるようなインク、
湿気、あるいはその他の異物、汚染物に対してバリヤを
形成するものであればどのようなアモルファス合金でも
使用可能である。
本願発明者が従来のパシベーション層のない型のプリン
トヘッドｌＯで見られる多層薄膜での接着破壊の問題を
解決するのに用いた技術を示ニウム合金の薄層２２を形
成することである。本発明による改良された感熱式イン
クシエンド・プリントヘッド２０は、金の導電層１８中
に拡散してプリントヘッドを損壊させるようなインク、
湿気、あるいはその他の異物、汚染物に対してバリヤを
形成するものであればどのようなアモルファス合金でも
使用可能である。
図示実施例では耐腐食性コーティングとしてタンクルア
ルミニウム合金を使用したが、窒化チタンまたはチタン
タングステンを用いても同様の効果が得られ≠れる。こ
のバリヤ形成の目的には、結晶粒界のない緻密な構造を
特徴とするあらゆる耐腐食性物質が適当と思われるが、
タンタルアルミニウムは抵抗層１６としてもまた用いら
れるので特に好ましい。このようにタンタルアルミニウ
ム合金を二重の目的に使用することによって、プリント
ヘッドの製造が簡単化されるとともにコスト低減が達成
される。
ルミニウム合金を使用したが、窒化チタンまたはチタン
タングステンを用いても同様の効果が得られ≠れる。こ
のバリヤ形成の目的には、結晶粒界のない緻密な構造を
特徴とするあらゆる耐腐食性物質が適当と思われるが、
タンタルアルミニウムは抵抗層１６としてもまた用いら
れるので特に好ましい。このようにタンタルアルミニウ
ム合金を二重の目的に使用することによって、プリント
ヘッドの製造が簡単化されるとともにコスト低減が達成
される。
本発明により上記の如く改良されたプリントヘッド２０
の動作は全体として従来の感熱式インクシエンド・プリ
ントヘッドの動作と類似している。
の動作は全体として従来の感熱式インクシエンド・プリ
ントヘッドの動作と類似している。
即ち、一対の金の導電［１８の間に電圧が印加されると
、その間を、隣接した抵抗層１６を介して電流が流れる
。すると、インクが過熱され、微細滴状となって、加熱
域１９の上方及び各対の金の導電層１８の間に整列され
たオリフィスプレート（図示省略）を通り吐出される。
、その間を、隣接した抵抗層１６を介して電流が流れる
。すると、インクが過熱され、微細滴状となって、加熱
域１９の上方及び各対の金の導電層１８の間に整列され
たオリフィスプレート（図示省略）を通り吐出される。
この実施例のプリントヘッド２０は、感熱式インクジェ
ット・プリントヘッドの技術分野の当業者にとっては周
知である。スパッタ法を用いて製造できる。
ット・プリントヘッドの技術分野の当業者にとっては周
知である。スパッタ法を用いて製造できる。
第３図はＴａＡ ］の耐腐食性コーティング２２を有す
る本発明のプリントヘッドの有効寿命が従来技術による
パシベーション層のない型のプリントヘッドに比べて顕
著に延びていることを示す実験データのグラフである。
る本発明のプリントヘッドの有効寿命が従来技術による
パシベーション層のない型のプリントヘッドに比べて顕
著に延びていることを示す実験データのグラフである。
このグラフの縦軸及び横軸の意味については図面を参照
のこと。
のこと。
第３図で、下側の実線のカーブ２４は、従来のプリント
ヘッド１０の金の導電層１８を８週間インクに浸漬した
場合、平均において、加熱サイクルｌＯ万回で故障した
ということを示している。破線のカーブ２６は、本発明
の新規な保護層（耐腐食性コーティング）２２を有する
プリントヘッド２０を上記同様にインクに浸漬した場合
、１０００万回加熱サイクルを行っても故障せず、耐久
性が完全に２桁も改善されたということを示している。
ヘッド１０の金の導電層１８を８週間インクに浸漬した
場合、平均において、加熱サイクルｌＯ万回で故障した
ということを示している。破線のカーブ２６は、本発明
の新規な保護層（耐腐食性コーティング）２２を有する
プリントヘッド２０を上記同様にインクに浸漬した場合
、１０００万回加熱サイクルを行っても故障せず、耐久
性が完全に２桁も改善されたということを示している。
上記データはこれら２種類のプリントヘッドを６５°Ｃ
のインクに浸漬して得たものである。より詳しくは、こ
の温度に加熱したインクにヘッドを浸漬した後、室温の
インクでプリントヘッドに３Ｋｔｌｚのパルス入力を供
給して毎秒３０００のインクバブルを発生させた。パル
ス入力によるプリントオリフィスプレートや厚膜バリヤ
なしでプリントヘッドを動作させると、インクを過熱し
た抵抗層でインクバブルがつぶれる時このインクバブル
によって生じる衝撃応力が増大するため、プリントヘッ
ドの故障発生が促進される。
のインクに浸漬して得たものである。より詳しくは、こ
の温度に加熱したインクにヘッドを浸漬した後、室温の
インクでプリントヘッドに３Ｋｔｌｚのパルス入力を供
給して毎秒３０００のインクバブルを発生させた。パル
ス入力によるプリントオリフィスプレートや厚膜バリヤ
なしでプリントヘッドを動作させると、インクを過熱し
た抵抗層でインクバブルがつぶれる時このインクバブル
によって生じる衝撃応力が増大するため、プリントヘッ
ドの故障発生が促進される。
以上説明したように、本発明による感熱式インクジェッ
ト・プリントヘッドはアモルファス拡散バリヤを用いる
ことにより、プリントヘッドにおけるパシベーション層
の必要性を省き、耐腐食性を確保し、長寿命を保証し得
る安価で信頼性の高いプリントヘッドを提供するもので
あり、絶えず進歩し続けるインクジェットプリンタの分
野に大きな一歩を与えるものである。
ト・プリントヘッドはアモルファス拡散バリヤを用いる
ことにより、プリントヘッドにおけるパシベーション層
の必要性を省き、耐腐食性を確保し、長寿命を保証し得
る安価で信頼性の高いプリントヘッドを提供するもので
あり、絶えず進歩し続けるインクジェットプリンタの分
野に大きな一歩を与えるものである。
第１図は従来のプリントヘッドの断面図、第２図は本発
明によるプリントヘッドの断面図、第３図は本発明と従
来のプリントヘッドの寿命を比較した実験データを示し
た図である。 １２：基板、１４：絶縁層、１６：抵抗層、１８：導電
層、２２：拡散バリア
明によるプリントヘッドの断面図、第３図は本発明と従
来のプリントヘッドの寿命を比較した実験データを示し
た図である。 １２：基板、１４：絶縁層、１６：抵抗層、１８：導電
層、２２：拡散バリア
Claims (7)
- （１）基板を形成すること、前記基板上に絶縁層を形成
すること、前記絶縁層上に薄膜抵抗層を形成すること、
前記抵抗層上に導電層を形成すること、前記導電層上に
耐腐食性アモルファス金属合金層を形成することを含む
インクジェット・プリントヘッドの形成法。 - （２）前記基板はシリコンである請求項第１項記載のプ
リントヘッド。 - （３）前記絶縁層は二酸化シリコンである請求項第１項
記載のプリントヘッド。 - （４）前記抵抗層はタンタルアルミニウム（ＴａＡｌ）
である請求項第１項記載のプリントヘッド。 - （５）前記導電層は金層である請求項第１項記載のプリ
ントヘッド。 - （６）前記合金層はタンタルアルミニウム（ＴａＡｌ）
である請求項第１項記載のプリントヘッド。 - （７）シリコン基板と、前記シリコン基板上に形成され
た絶縁二酸化シリコン層と、前記絶縁二酸化シリコン層
上に形成されたタンタルアルミニウムより成る抵抗性加
熱層と、前記抵抗性加熱層上にある間隔を離して形成さ
れた金層より成り前記抵抗性加熱層と共に加熱領域を定
める導電層と、前記導電層上に形成された耐腐食性アモ
ルファス金属層より成り前記導電層へのインクの侵入を
防止する上部層とより成るインクジェット・プリントヘ
ッド。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/327,078 US4965611A (en) | 1989-03-22 | 1989-03-22 | Amorphous diffusion barrier for thermal ink jet print heads |
| US327078 | 1994-10-21 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02279346A true JPH02279346A (ja) | 1990-11-15 |
| JP2810759B2 JP2810759B2 (ja) | 1998-10-15 |
Family
ID=23275055
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2071731A Expired - Lifetime JP2810759B2 (ja) | 1989-03-22 | 1990-03-20 | インクジェット・プリントヘッド |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4965611A (ja) |
| JP (1) | JP2810759B2 (ja) |
| DE (1) | DE3941317A1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| US5448273A (en) * | 1993-06-22 | 1995-09-05 | Xerox Corporation | Thermal ink jet printhead protective layers |
| US5718044A (en) * | 1995-11-28 | 1998-02-17 | Hewlett-Packard Company | Assembly of printing devices using thermo-compressive welding |
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| US6239820B1 (en) | 1995-12-06 | 2001-05-29 | Hewlett-Packard Company | Thin-film printhead device for an ink-jet printer |
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| US5901425A (en) | 1996-08-27 | 1999-05-11 | Topaz Technologies Inc. | Inkjet print head apparatus |
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| US6704996B2 (en) | 2002-04-30 | 2004-03-16 | Lexmark International, Inc. | Method for making ink jet printheads |
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| US6929349B2 (en) * | 2003-10-14 | 2005-08-16 | Lexmark International, Inc. | Thin film ink jet printhead adhesion enhancement |
| US7323805B2 (en) * | 2004-01-28 | 2008-01-29 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Piezoelectric thin film device and method for manufacturing the same |
| KR100850648B1 (ko) | 2007-01-03 | 2008-08-07 | 한국과학기술원 | 산화물을 이용한 고효율 열발생 저항기, 액체 분사 헤드 및장치, 및 액체 분사 헤드용 기판 |
| US11279129B2 (en) | 2016-06-24 | 2022-03-22 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Amorphous thin metal film |
| KR20220002603A (ko) | 2019-06-17 | 2022-01-06 | 휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피. | 가열 구성요소 보호 및 상태를 감지를 위한 캐비테이션 플레이트 |
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| US4490728A (en) * | 1981-08-14 | 1984-12-25 | Hewlett-Packard Company | Thermal ink jet printer |
| JPH0613219B2 (ja) * | 1983-04-30 | 1994-02-23 | キヤノン株式会社 | インクジェットヘッド |
| US4535343A (en) * | 1983-10-31 | 1985-08-13 | Hewlett-Packard Company | Thermal ink jet printhead with self-passivating elements |
| JP2612580B2 (ja) * | 1987-12-01 | 1997-05-21 | キヤノン株式会社 | 液体噴射記録ヘッド及び該ヘッド用基板 |
| US4809428A (en) * | 1987-12-10 | 1989-03-07 | Hewlett-Packard Company | Thin film device for an ink jet printhead and process for the manufacturing same |
-
1989
- 1989-03-22 US US07/327,078 patent/US4965611A/en not_active Expired - Fee Related
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-
1990
- 1990-03-20 JP JP2071731A patent/JP2810759B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3941317C2 (ja) | 1993-06-17 |
| JP2810759B2 (ja) | 1998-10-15 |
| US4965611A (en) | 1990-10-23 |
| DE3941317A1 (de) | 1990-09-27 |
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