JPH09277524A - インクジェットヘッドおよびその製造方法 - Google Patents
インクジェットヘッドおよびその製造方法Info
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- JPH09277524A JPH09277524A JP9455796A JP9455796A JPH09277524A JP H09277524 A JPH09277524 A JP H09277524A JP 9455796 A JP9455796 A JP 9455796A JP 9455796 A JP9455796 A JP 9455796A JP H09277524 A JPH09277524 A JP H09277524A
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Abstract
を防止すること。 【解決手段】 ノズル開口2、圧力発生室52、インク
供給口54、及びリザーバ53が形成されたインク流路
形成部材6と、駆動信号に応答し伸縮する縦振動モード
の圧電振動子46を一定ピッチで列状に配置し、圧電振
動子46の不活性部LBの第一の面を圧電振動子支持板
に固定してなる振動子ユニットと、インク流路形成部材
6と振動子ユニットを固定するケース8からなり、圧力
発生室52を圧電振動子46により膨張、収縮させてイ
ンク滴を吐出させるインクジェットヘッドの、圧電振動
子46の不活性部LBの第一の面の反対側の第二の面と
ケース8との間に位置し、圧電振動子46の不活性部L
Bの第二の面とケース8とを接着固定する支持ユニット
62を有する。
Description
の面に振動板を形成し、この振動板に縦振動型圧電振動
子を取り付け、圧電振動子を伸縮させることにより圧力
発生室を膨張、収縮してインク滴を発生させるインクジ
ェットヘッドとその製造方法に関する。
タに比較して小型、軽量でしかも高速応答が可能なた
め、いろいろの分野で駆動素子として使用されている。
第5,453770号明細書に示されたような縦振動モードの圧
電振動子をインクジェットヘッドの駆動素子に使用する
と、圧電振動子と振動板との当接面積を極めて小さくで
きるため、180DPI以上の解像度を実現できる。
ドは例えば特開平7-132597号公報にあり、その概要を図
12に示し説明する。ノズル開口101、101が形成
されたノズルプレート102と、圧力発生室105、1
05やインク供給口、リザーバを区画するスペーサ10
3、103...、圧電振動子110、110により変
形されて圧力発生室105、105を膨張収縮させる振
動板104を接着し一体化したインク流路構成部材10
6と圧電振動子ユニット112、112をケース12
0、120に接着することで構成されていて、圧電振動
子110、110を印字信号に一致させて伸縮させて圧
力発生室体積を拡大、縮小させることにより圧力発生室
へインクを吸引、インク滴吐出の動作を連続的に行うこ
とができる。このような圧電振動子を使用したインクジ
ェットヘッドは、電極と圧電振動材料を積層して構成さ
れた縦振動モードの積層圧電振動子を使用することによ
り、その伸縮により発生する単位面積あたりの応力およ
び単位駆動電圧による伸縮量を大きくできるので、圧電
振動子と振動板との当接面積を極めて小さくでき、ノズ
ル列あたり180DPIの高解像度のインクジェットヘ
ッドを実現できる。
ッドには、例えば、長さ5ミリ、幅70μm、厚さ0.
5mm程度の圧電振動子をピッチ0.14ミリメートル
で圧電振動子を支持板に配置してなる圧電振動子ユニッ
トが組み込まれている。この圧電振動子ユニットは、圧
電材料、電極材料を交互に複数積層して焼結により形成
された圧電振動板を、一方の表面に電極を形成し、その
一端を基台に片持梁状に固定して所定のピッチ、例えば
0.14mmでダイシングソウやワイヤソーなどにより
短冊状に切分けることにより製作されている。
で360DPIの記録密度の印字を行うために前記の圧
電振動子ユニットを図12のように対向する形で2つ組
み込まれている。
インクジェットヘッドでは圧電振動子110が駆動信号
に応じて縮んだ場合、振動板に加わる下向きの応力13
0、130によりインク流路構成部材の中央部が変形
し、ケース中央部材121に下向きの応力131が加わ
り変形することになる。この変形は実質的に圧電振動子
の変位量を減少する方向に働く、またこの変形は、駆動
する圧電振動子の本数が多いほど大きくなるので、吐出
するノズル数により、吐出状態(インク滴のインク重量
や、吐出するインク速度)が変化してしまう、いわゆる
インク吐出のクロストークを発生する原因となる。この
ケース中央部材121はインク流路構成部材106の変
形を最小限にするために出来るだけ幅を大きくしてある
が、高速印字のために多ノズル化し、例えば256ノズ
ルや512ノズルといった大型のインクジェットヘッド
を製造した場合、従来の構造ではケース中央部材121
の梁の長さが長くなるため、その中央部でのインク流路
構成部材106の変形量は極端に大きくなって、許容ク
ロストーク量を越えてしまう。またケース中央部材12
1の幅を許容クロストークを満足出来るほど大きくした
場合、ケース中央部材121の幅の増大はそのままイン
クジェットヘッドの幅を大きくすることであり、特に3
色から4色のインクを使うカラーインクジェットプリン
ターの場合ではインクジェットヘッドが非常に大きくな
ってしまう。またケース中央部材121の幅が広がるに
伴いノズル101、101のノズル列の間隔が広くな
る。このノズル列の間隔の増大はインクジェットヘッド
の傾きによるインクの着弾位置のずれ量を拡大するた
め、インクジェットヘッドのプリンター本体への固定精
度の要求水準が高くなる。また、ノズル列間が離れるだ
けその印字タイミングをずらすために必要なメモリー量
も増大するため、プリンター全体のコストを引き上げる
ことにもなってしまう。
ものであって、その目的とするところは、ヘッドの幅
や、ノズル列の間隔を従来どうりとしながら、クロスト
ークの発生原因であるインク流路構成部材の変形を抑制
することで、インク吐出のクロストークを防止し、25
6ノズルを越える大型のインクジェットヘッドを提供す
ることである。
るために本発明のインクジェットヘッドにおいては、ノ
ズル開口、圧力発生室、インク供給口、及びリザーバが
形成されたインク流路形成部材と、駆動信号に応答し伸
縮する縦振動モードの圧電振動子を一定ピッチで列状に
配置し、前記圧電振動子の不活性部の第一の面を圧電振
動子支持板に固定してなる振動子ユニットと、前記イン
ク流路形成部材と前記振動子ユニットを固定するケース
からなり、前記圧力発生室を前記圧電振動子により膨
張、収縮させてインク滴を吐出させるインクジェットヘ
ッドにおいて、前記圧電振動子の不活性部の第一の面と
平行な第二の面と前記ケースとの間に位置し、前記圧電
振動子の不活性部の第二の面と前記ケースとを接着固定
する支持ユニットを有する構造とした。
施例に基づいて説明する。図1は、本発明のインクジェ
ットヘッドの一実施例の概要を示すものであって、図中
符号1はノズルプレートで、所定のピッチ、例えば18
0DPIとなるようにノズル開口2、2、2‥‥が穿設
されている。
との間に挟まれるスペーサで、ノズル開口に連通するよ
うに圧力発生室、リザーバ、これらを接続するインク供
給口を区画するための通孔が形成されており、これら3
者を一体に接着してインク流路形成部材6が構成され
る。
で、ケース8の振動子ユニット収容孔9、9、9‥‥
に、自由端が流路形成部材6の振動板5に当接するよう
に挿入されて、枠体3により一体に纏められ、インクジ
ェットヘッドに構成されている。
圧電振動子ユニットの一実施例を示すものであって、図
中符号20は、圧電振動子で、圧電材料層22と電極層
23、24とを交互に複数積層して、その先端側だけが
伸縮する活性部LAと、振動に寄与しない不活性部LB
とが形成されている。
成された薄膜電極層26を介して接着剤により圧電振動
子20、20、20‥‥の不活性部LBが固定されてい
る。このように接着剤により圧電振動子と固定された振
動子支持板26は、圧電振動板を切分ける際に、圧電振
動子20、20、20‥‥と同一のピッチで電極層26
を貫通して振動子支持板25に至る深さのスリット2
7、27、27‥‥が形成され、電極層26が駆動電極
28、28、28‥‥と、共通電極29、29とに分割
される。
着剤により固定された基台で、振動子20、20、20
‥‥の先端側が振動子支持板25よりΔLだけ突出する
ようにその長さが選択されている。31は、共通電極接
合部材で、圧電振動子20、20、20‥‥の表面に形
成された電極とそれぞれ並列に接続され、その端部が振
動子支持板25の共通電極29、29に接続されてい
る。駆動電極28、28、28‥‥と共通電極29、2
9はFPC等により駆動IC回路(図示せず)に接続さ
れている。
通電極29と、駆動電極28、28、28‥‥とに駆動
信号を印加すると、選択された圧電振動子20だけが伸
縮し、圧力発生室を収縮、膨張させることになる。
を示すものであって、基盤33の表面に圧電振動材料を
粘土状にした、いわゆるグリーンシート34を固定し
(a)、これの表面に一方の極となる電極層35を形成
する(b)。ついで電極層35とグリーンシート34と
の段差36を埋めるようにしてグリーンシート37を積
層し、これの表面に他方の極となる電極層38を形成す
る(c)。以下、このような工程を必要な層数となるま
で繰返す。
まで乾燥させた後、圧力を加えながら焼成することによ
り所定厚、所定層数の圧電振動板を得ることができる。
面40a、及び裏面に電極層41を形成して電極層35
を並列に接続し、また後端面40b、及び表面の不活性
領域Lbとなる部分に電極層42を形成して圧電振動子
40の電極38、38、38‥‥を並列に接続する(図
4(a))。
と、表面に電極層43が形成された快削性材料、たとえ
ば圧電振動子と同様な圧電材料、ガラスなどで形成され
た振動子支持板44に導電性接着剤により固定する
(b)。そして振動子支持板44の他方の面には、圧電
振動子支持板44よりも剛性の高い材料、例えば炭素治
具鋼、不錆鋼や軟鉄、亜鉛ダイキャスト材、高剛性セラ
ミック材等により形成され、先端45aが圧電振動子支
持板44の先端44aよりも圧電振動子40の先端面4
0a側に突出する基台45を接着剤により固定する
(c)。なお、基台45と圧電振動子支持板44との接
合後に、圧電振動板40を固定した方が、振動板40を
保護する上からは好ましい。
やワイヤソウ等の切断装置のベッドに取り付けて、圧電
振動板40の先端面40aから後端面40bに向けて所
定のピッチ、例えば140μmで切断を開始する。この
切断の工程で、切削領域が振動子支持板44にまで進む
と、刀具が振動子支持板44に接触するが、振動子支持
板44は快削性材料により構成されているため、刀具は
圧電振動板40だけを切断していた場合と何等変りなく
ほぼ同一の負荷状態で切断動作を継続する。このように
して圧電振動板40の切断が終了した後もさらに同一の
高さを保って圧電振動子支持板44の他端まで切断作業
を継続する。これにより、圧電振動板40は、所定のサ
イズの圧電振動子46に切分けられ、また電極層43が
共通電極47と、圧電振動子46の駆動電極48とにス
リット49で分離される(d)。
5を所定ピッチずらせて所定回数実行すると、圧電振動
板40が必要な本数の圧電振動子46に分離され、また
電極層43が圧電振動子46、46、46‥‥に対応し
てスリット49、49、49により分離される。この段
階で切分けられてしまった電極層42の表面を共通電極
接合部材50により接続して、その両端を圧電振動子支
持板44の共通電極47、47に導電関係を維持させて
固定することにより、基台45に固定された振動子ユニ
ット51ができあがる。
ッドの特徴となる支持ユニット62の構造を示す図であ
る。支持ユニットは圧電振動子に接着される振動子ユニ
ット支持板60とケース中央部材に接着される支持基台
61の2枚の板材を接着して形成されている。振動子ユ
ニット支持板の端面60aは圧電振動子と接着されたと
きに振動子支持板44a(図4(c))の端面と振動子
の先端からの距離が同じくなるように寸法が調整されて
いる。振動子ユニット支持板および支持基台は圧電振動
子よりも剛性の高い材料が好ましく、例えば炭素治具
鋼、不錆鋼や軟鉄、亜鉛ダイキャスト材、高剛性セラミ
ック材等の基台45と同様の材料により形成される。図
5の実施例では2枚の板材を接着する事で支持ユニット
を実現しているが、接着によらず例えばセラミクス材を
用いて、2枚のグリーンシートを焼成して形成すること
も、また射出形成等によりに一体で形成することも可能
である。
と支持ユニット62は、図6に示したように一端にノズ
ルプレート、スペーサ、及び振動板からなるインク流路
形成部材6が取り付けられたケース8の、ユニット収容
孔9、9に圧電振動子ユニット51と支持ユニット62
を落とし込む。このとき振動子ユニットの基台45と支
持ユニットの支持基台と圧電振動子のインク流路構成部
材6側の端面aにはあらかじめ接着剤を塗布してあり、
図7に示したように圧電振動子46、46の先端が、振
動板5の、インク流路構成部材6に形成されている圧力
発生室52、52に対向する位置に当接し、接着され、
また基台および支持基台の端面aはケースおよびケース
中央部材にあらかじめ形成してある端面bと当接し、接
着固定される。
ケース8およびケース中央部材10への接着が行われた
後に圧電振動子46、46と支持ユニット62、62の
振動子ユニット支持板との間のギャップに後端cから低
粘度接着材を流し込み、毛細管現象を利用してギャップ
へ接着材を充填し接着を行う。このようにして接着を行
うことにより、切り分けられた圧電振動子の間に不必要
な接着剤が流れ込むことなく圧電振動子の不活性部と支
持ユニットを接着することができる。ただし、圧電振動
子と振動子ユニット支持板の間のギャップの量はあらか
じめ組み立て可能な最少な量とし、特に前述の切断によ
り生じた振動子間の距離より小さくしておく必要があ
る。また、使用する低粘度の接着材の粘度も不必要箇所
に流れ込まないよう最適な粘度に調整する必要がある。
(図4(e))とに図8に示したような台形波の印字信
号を印加すると、その立ち上がりにより圧電振動子46
が縦方向に収縮する。これにより圧力発生室52が拡大
してリザーバ53からインク供給口54を経由してイン
クが流れ込む。時間aが経過した時点で、最大電圧、こ
の実施例では30Vを所定時間bの期間維持してメニス
カスが所定位置に到達した段階で、時間cで立ち下げる
と、圧電振動子46が伸長する。これにより圧力発生室
52が収縮してインク滴がノズル開口2から吐出され
る。以下、このような工程を繰返すことにより印字デー
タに一致したインク滴によるドットを形成することがで
きる。
長、収縮した場合、圧電振動子がケースとケース中央部
材の両側から保持されているため、従来の構造のように
ケース中央部材上のインク流路構成部材は変形すること
がなく、圧電振動子の変位は圧力室体積の収縮、膨張の
ために効率よく使われる。このため、従来例で問題とな
ったクロストークの発生を防止することができる。特に
印字の高速化のためにノズル数を増加させた場合でも、
本実施例の構造ではノズル位置によらず全ての圧電振動
子がケースおよびケース中央部材の両側から支持されて
いるので、圧電振動子の幅を長尺化する事でクロストー
クが増大するといった従来例の問題点を解消することが
できる。
の剛性を確保するために、ケース中央部材はできるだけ
幅をもつ必要があった。しかし、本実施例の場合にはそ
の役割を支持ユニットの支持基台が行い、また支持基台
には従来ケース中央部材に用いていた液晶ポリマー等よ
りも剛性の高い材料を用いることができるので、ケース
中央部材の幅は支持ユニットを接着しうる最小限の厚さ
とする事ができる。
ケースに接着する際には基台の端面の接着とさらに基台
背面の接着が不可欠であった。それは圧電振動子が一方
の面からのみ支持されているため、圧電振動子が縮んだ
際に基台をケースから引きはがす回転応力が働くためで
ある。しかし本実施例の構造では振動子は両面から支持
されているため、回転応力は働かず、従来必要不可欠で
あった背面接着を省略することが可能となる。
ッドの第2の実施例を示す断面図である。71がケース
中央部材、72が支持ユニットである。
いた支持ユニットを1体化したものである。部品点数が
減少するため組み立て工程が簡略化でき、またケース中
央部により剛性の高い材料を使用することになるためノ
ズル列間の距離を従来より狭くする事も可能となる。
ヘッドの第3の実施例を示す断面図である。81がケー
ス中央部材、82、82が支持ユニット、83がインサ
ート材である。この実施例の支持ユニット82、82
は、第1の実施例における振動子ユニット支持板からだ
けなってる。この実施例の構成ではケース中央部材81
側の剛性がケース8側に比べて劣るため、ケース中央部
材81のなかに剛性の高いインサート材83例えば炭素
治具鋼、不錆鋼や軟鉄、亜鉛ダイキャスト材、高剛性セ
ラミック材等を挿入することで剛性のバランスをとって
いる。ただしインサート材81を用いずとも圧電振動子
は両面から保持されているので、それだけでも従来の構
造よりクロストークを減少する事ができる。また第1、
2の実施例に比べ支持ユニットの形状も単純な板形状と
できるメリットがある。
ヘッドの第4の実施例を示す断面図である。91がケー
ス中央部材である。この実施例ではこれまでの実施例で
支持ユニットとして独立した部品となっていた部分をケ
ース中央部材91の形状を工夫することで一体化して実
現している。この場合はケース中央部材と圧電振動子が
直接接着されることになる。
個使い、ノズル列を2つ持つ構造のインクジェットヘッ
ドの説明をしているが、振動子ユニット1個の構造、3
個以上を使う構造のインクジェットヘッドでも同様の方
法でクロストーク防止の効果が得られる。
は、本発明のインクジェットヘッドにおいては、ノズル
開口、圧力発生室、インク供給口、及びリザーバが形成
されたインク流路形成部材と、駆動信号に応答し伸縮す
る縦振動モードの圧電振動子を一定ピッチで列状に配置
し、前記圧電振動子の不活性部の第一の面を圧電振動子
支持板に固定してなる振動子ユニットと、前記インク流
路形成部材と前記振動子ユニットを固定するケースから
なり、前記圧力発生室を前記圧電振動子により膨張、収
縮させてインク滴を吐出させるインクジェットヘッドに
おいて、前記圧電振動子の不活性部の第一の面と平行な
第二の面と前記ケースとの間に位置し、前記圧電振動子
の不活性部の第二の面と前記ケースとを接着固定する支
持ユニットを有する構造とすることで、インク流路構成
部材の変形を抑制し、クロストークの発生を防止でき
る。また、この構造をとることにより従来インク流路構
成部材の変形を抑制していたケース中央部材より剛性の
高い材料を支持ユニットとして使用できるため、ケース
中央部材の厚さが薄くなり、ヘッド外形を小型化できる
と言うメリットもある。さらに本発明の構成ではヘッド
の多ノズル化のため、長尺の幅の振動子ユニットを使用
してもクロストークの増加を招かないので、記録密度3
60DPIで256ノズル、512ノズルといった大型
のヘッドの製造を実質的に可能とすることができる。
す分解斜視図である。
ある。
作工程を示す図である。
の製造工程を示す図である。
ニットの一実施例を示す図である。
振動子ユニットと支持ユニットを組み込む工程を示す図
である。
す断面図である。
を示す断面図である。
例を示す断面図である。
例を示す断面図である。
である。
Claims (7)
- 【請求項1】 ノズル開口、圧力発生室、インク供給
口、及びリザーバが形成されたインク流路形成部材と、
駆動信号に応答し伸縮する縦振動モードの圧電振動子を
一定ピッチで列状に配置し、前記圧電振動子の不活性部
の第一の面を圧電振動子支持板に固定してなる振動子ユ
ニットと、前記インク流路形成部材と前記振動子ユニッ
トを固定するケースからなり、前記圧力発生室を前記圧
電振動子により膨張、収縮させてインク滴を吐出させる
インクジェットヘッドにおいて、前記圧電振動子の不活
性部の第一の面と反対側の第二の面と前記ケースとの間
に位置し、前記圧電振動子の不活性部の第二の面と前記
ケースとを接着固定する支持ユニットを有するインクジ
ェットヘッド。 - 【請求項2】 前記支持ユニットと前記振動子ユニット
は前記インク流路形成部材と相対する面で前記ケースと
接着固定する請求項1記載のインクジェットヘッド。 - 【請求項3】 前記支持ユニットの前記圧電振動子と隣
接する前記圧電振動子先端側の端面の位置が前記圧電振
動子の活性部と不活性部の境界と一致している請求項1
記載のインクジェットヘッド。 - 【請求項4】 前記支持ユニットと前記振動子ユニット
を前記ケースに接着固定した後に、前記圧電振動子と前
記支持ユニットのギャップに低粘度接着剤を毛細管現象
により充填し、前記支持ユニットと前記圧電振動子を接
着する請求項1記載のインクジェットヘッドの製造方
法。 - 【請求項5】 ノズル開口、圧力発生室、インク供給
口、及びリザーバが形成されたインク流路形成部材と、
駆動信号に応答し伸縮する縦振動モードの圧電振動子を
一定ピッチで列状に配置し、前記圧電振動子の不活性部
の第一の面を圧電振動子支持板に固定してなる振動子ユ
ニットと、前記インク流路形成部材と前記振動子ユニッ
トを固定するケースからなり、前記圧力発生室を前記圧
電振動子により膨張、収縮させてインク滴を吐出させる
インクジェットヘッドにおいて、 前記圧電振動子の不活性部の第一の面の反対側の第二の
面前記ケースとを接着固定する支持ユニットを有するイ
ンクジェットヘッド。 - 【請求項6】 前記支持ユニットが、炭素治具鋼、不錆
鋼、軟鉄、亜鉛ダイキャスト材、セラミクスのいずれか
または組み合わせにより構成されている請求項1のイン
クジェットヘッド。 - 【請求項7】 ノズル開口、圧力発生室、インク供給
口、及びリザーバが形成されたインク流路形成部材と、
駆動信号に応答し伸縮する縦振動モードの圧電振動子
と、前記圧電振動子の不活性部の一方の面が、快削性を
有する圧電振動子支持板に一定ピッチで列状に配置固定
されてなる振動子ユニットと、前記インク流路形成部材
と前記振動子ユニットをケースに固定し、前記圧力発生
室を前記圧電振動子により膨張、収縮させてインク滴を
吐出させるインクジェットヘッドにおいて、前記圧電振
動子の不活性部の他の面と前記ケースとを接着固定する
インクジェットヘッド。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9455796A JP3385840B2 (ja) | 1996-04-16 | 1996-04-16 | インクジェットヘッド |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9455796A JP3385840B2 (ja) | 1996-04-16 | 1996-04-16 | インクジェットヘッド |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09277524A true JPH09277524A (ja) | 1997-10-28 |
JP3385840B2 JP3385840B2 (ja) | 2003-03-10 |
Family
ID=14113635
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9455796A Expired - Fee Related JP3385840B2 (ja) | 1996-04-16 | 1996-04-16 | インクジェットヘッド |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3385840B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007320187A (ja) * | 2006-06-01 | 2007-12-13 | Toshiba Tec Corp | インクジェットヘッドの製造方法およびインクジェットヘッド |
JP2009241576A (ja) * | 2008-02-14 | 2009-10-22 | Seiko Epson Corp | 液体噴射ヘッドの製造方法及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置 |
-
1996
- 1996-04-16 JP JP9455796A patent/JP3385840B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2007320187A (ja) * | 2006-06-01 | 2007-12-13 | Toshiba Tec Corp | インクジェットヘッドの製造方法およびインクジェットヘッド |
JP2009241576A (ja) * | 2008-02-14 | 2009-10-22 | Seiko Epson Corp | 液体噴射ヘッドの製造方法及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置 |
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---|---|
JP3385840B2 (ja) | 2003-03-10 |
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