JP3211602B2 - インク噴射装置およびその製造方法 - Google Patents

インク噴射装置およびその製造方法

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JP3211602B2 JP309195A JP309195A JP3211602B2 JP 3211602 B2 JP3211602 B2 JP 3211602B2 JP 309195 A JP309195 A JP 309195A JP 309195 A JP309195 A JP 309195A JP 3211602 B2 JP3211602 B2 JP 3211602B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、インク噴射装置および
その製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】今日、これまでのインパクト方式の印字
装置にとってかわり、その市場を大きく拡大しつつある
ノンインパクト方式の印字装置のなかで、原理が最も単
純で、かつ多階調化やカラー化が容易であるものとし
て、インクジェット方式の印字装置が挙げられる。なか
でも印字に使用するインク滴のみを噴射するドロップ・
オン・デマンド型が、噴射効率の良さ、ランニングコス
トの安さなどから急速に普及している。
【0003】ドロップ・オン・デマンド型として特公昭
53−12138号公報に開示されているカイザー型、
あるいは特公昭61−59914号公報に開示されてい
るサーマルジェット型がその代表的な方式としてある。
このうち、前者は小型化が難しく、後者は高熱をインク
に加えるためにインクの耐熱性に対する要求が必要とさ
れ、それぞれに非常に困難な問題を抱えている。
【0004】以上のような欠陥を同時に解決する新たな
方式として提案されたのが、特開昭63−247051
号公報に開示されている圧電セラミックスを利用したせ
ん断モード型である。
【0005】図11に示すように、上記せん断モード型
のインク噴射装置600は、底壁601、天壁602及
びその間のせん断モードアクチュエータ壁603からな
る。そのアクチュエータ壁603は、底壁601に接着
され、且つ矢印611方向に分極された下部壁607
と、天壁602に接着され、且つ矢印609方向に分極
された上部壁605からなっている。アクチュエータ壁
603は一対となって、その間にインク流路613を形
成し、且つ次の一対のアクチュエータ壁603の間に
は、インク流路613よりも狭い空間615を形成して
いる。
【0006】各インク流路613の一端には、ノズル6
18を有するノズルプレート617が固着され、各アク
チュエータ壁603の両側面には電極619、621が
金属化層として設けられている。各電極619、621
はインクと絶縁するための絶縁層(図示せず)で覆われ
ている。そして、空間615に面している電極621は
アース623に接続され、インク流路613内に設けら
れている電極619はアクチュエータ駆動回路を与える
シリコン・チップ625に接続されている。
【0007】次に、このインク噴射装置600の製造方
法を説明する。まず、矢印611に分極された圧電セラ
ミックス層を底壁601に接着し、矢印609に分極さ
れた圧電セラミックス層を天壁602に接着する。各圧
電セラミックス層の厚みは、下部壁607、上部壁60
5の高さに等しい。次に、圧電セラミックス層に、平行
な溝をダイヤモンドカッティング円板の回転等によって
形成して、下部壁607、上部壁605を形成する。そ
して、真空蒸着によって下部壁607の側面に電極61
9を形成し、その電極619上に前記電極層を設ける。
同様にして上部壁605の側面に電極621、前記絶縁
層を設ける。
【0008】上部壁605の天頂部と下部壁607の天
頂部とを接着してインク流路613と空間615とを形
成する。次に、ノズル618が形成されているノズルプ
レート617を、ノズル618がインク流路613と対
応するように、インク流路613及び空間615の一端
に接着し、インク流路613と空間615との他端をシ
リコン・チップ625とアース623とに接続する。
【0009】そして、各インク流路613の電極61
9、621にシリコン・チップ625が電圧を印加する
ことによって、各アクチュエータ壁603がインク流路
613の容積を増加する方向に圧電厚みすべり変形し
て、所定時間後電圧印加が停止されてインク流路613
の容積が増加状態から自然状態となってインク流路61
3内のインクに圧力が加えられ、インク滴がノズル61
8から噴射される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た構成のインク噴射装置600では、空間615に面し
ている電極619、621はアース623に接続され、
インク流路613内に設けられている電極619、62
1は、アクチュエータ駆動回路を与えるシリコン・チッ
プ625に接続されているが、その電気接続の具体的構
成および方法が開示されていない。そこで、例えば、イ
ンク流路613が50個あるとすると、空気室615は
51個必要となり、電極619、621の電気的接続が
101ケ所であり、その101ケ所は狭ピッチであるの
で、電気的接続が難しく、そのための工程に時間がかか
り、大量生産性に劣るといった問題点があった。
【0011】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、電極の取り出しが簡易で、且つ
信頼性の高い電気的接続が行えるインク噴射装置を提供
すると共に、そのインク噴射装置を容易に製造する、大
量生産性に優れたインク噴射装置の製造方法を提示する
ことを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のインク噴射装置は、インクを噴射するインク
液室と、前記インク液室の両側に設けられた空気室と、
前記インク液室と空気室とを構成し且つ分極された圧電
材料で少なくとも一部が構成された隔壁と、前記圧電材
料に駆動電界を発生させるために、前記インク液室の
壁表面に設けられた液室内電極および前記空気室の隔壁
表面に設けられた空気室内電極とを有するインク噴射装
置において、前記隔壁は、その高さ方向に接合した上部
および下 部アクチュエータ板から構成され、前記液室内
電極および空気室内電極は前記隔壁の高さ方向全体にわ
たって設けられ、前記上部および下部アクチュエータ板
の一方のアクチュエータ板の前記インク液室とは反対側
の面に、前記液室内電極に接続した第1の電極、および
前記空気室内電極に接続した第2の電極が設けられ、前
記空気室内において対向する前記空気室内電極はそれぞ
れ独立していることを特徴とする。
【0013】尚、前記各インク液室の両側の隔壁に設け
られた前記空気室内電極は、一方のアクチュエータ板の
前記インク液室とは反対側の面において、第2の電極に
よって相互に接続されているものであってもよい
【0014】本発明のインク噴射装置の製造方法は、イ
ンクを噴射するインク液室と、前記インク液室の両側に
設けられた空気室と、前記インク液室と空気室とを構成
且つ分極された圧電材料で少なくとも一部が構成され
た隔壁と、前記圧電材料に駆動電界を発生させるため
に、前記インク液室の隔壁表面に設けられた液室内電極
および前記空気室の隔壁表面に設けられた空気室内電極
を有するインク噴射装置の製造方法において、接合し
た上部および下部アクチュエータ板にわたって前記イン
ク液室、空気室および隔壁を構成する工程と、前記イン
ク液室および空気室内に前記液室内電極および空気室内
電極を形成し、前記上部および下部アクチュエータ板の
一方のアクチュエータ板の前記インク液室とは反対側の
面に、前記液室内電極および空気室内電極と接続した第
1および第2の電極を形成する工程と、前記第1の電極
と前記空気室内電極とを分離切断し、前記空気室内にお
いて対向する前記空気室内電極をそれぞれ分離切断する
工程とを有している。
【0015】
【作用】上記の構成を有する本発明の請求項1に係るイ
ンク噴射装置においては、上部および下部アクチュエー
タ板の一方のアクチュエータ板のインク液室とは反対側
の面に設けられた第1および第2の電極によって、液室
内電極および空気室内電極を介して隔壁全体に電圧が印
加され、それによって隔壁の少なくとも一部をな す圧電
材料が変形されてインク液室内のインクが噴射される。
その際、空気室内において対向する空気室内電極がそれ
ぞれ独立していることで、隣のインク液室を構成する隔
壁には電圧が印加されない。
【0016】請求項2に係るインク噴射装置において
は、第2の電極によって、インク液室の両側の隔壁に設
けられた空気室内電極に同時に電圧が印加され、インク
液室の両側の隔壁が対称に変形する。
【0017】上記の構成を有する本発明の請求項3に係
るインク噴射装置の製造方法においては、インク液室、
空気室および1つのアクチュエータ板のインク液室とは
反対側の面に、相互に電気的に接続した電極を形成し、
第1の電極と空気室内電極とを分離し、空気室内におい
て対向する空気室内電極をそれぞれ分離することで、第
1の電極は液室内電極に、第2の電極は各インク液室外
側の空気室内電極にそれぞれ接続される。
【0018】
【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。但し、従来技術と同一の部材につい
ては、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【0019】図1に示すように、矢印105の方向に分
極された上部アクチュエータ板101と、矢印106の
方向に分極された下部アクチュエータ板102は、チタ
ン酸ジルコン酸鉛系(PZT)の圧電セラミックス材料
で形成されている。
【0020】前記両アクチュエータ板101、102に
は、ダイヤモンドブレード等により切削加工され、例え
ば深さ200μm×幅80μmの複数の溝115と、前
記溝115の両側に設けられ、且つ前記溝115よりも
深い、例えば深さ400μm×幅80μmの深溝116
とが形成されている。また、その溝115と深溝116
とを構成する側面となる隔壁111は、例えば幅80μ
mである。
【0021】そして、図2に示すように、上部アクチュ
エータ板105と、下部アクチュエータ板106とを、
前記溝115同士、前記深溝116同士が対応するよう
に、エポキシ系接着剤(図示せず)を介して前記隔壁1
11を接着することにより、アクチュエータ110とす
る。これにより、連結された溝115は横方向に互いに
間隔を有する複数のインク液室112となり、連結され
た深溝116は、前記インク液室112の両側に配置さ
れた空気室113となる。また、連結された隔壁111
は、その上部と下部とでは分極方向が逆転している。
尚、前記インク液室112が本発明の噴射チャンネルに
相当し、前記空気室113が本発明の非噴射チャンネル
に相当する。
【0022】次に、図3に示すように、前記アクチュエ
ータ110のインク液室112の長さ方向の一端面にお
いて、図中上下方向に延びた縦溝114を、全てのイン
ク液室112に対応する位置に、前記インク液室112
の幅よりも大きく、但し前記空気室113に達しないよ
うな幅、例えば120μmの幅にて形成する。
【0023】次に、図4に示すように、アクチュエータ
110の上部アクチュエータ板101の上部において、
空気室113の長さ方向と直交する方向に延びた第1の
横溝117を、全空気室113及び縦溝114と連通
し、且つインク液室112に連通しないような深さにな
るように、ダイヤモンドブレード等の切削加工にて形成
する。次に、前記アクチュエータ110の上部アクチュ
エータ板101の上部において、前記第1の横溝117
と別の部位に、前記第1の横溝117と平行で、第1の
横溝117と同じ深さの第2の横溝118を、ダイヤモ
ンドブレード等の切削加工にて形成する。又、この各横
溝117,118により、凸壁部位119,120が形
成される。
【0024】その後、図5に斜線で示すように、無電解
メッキなどの手法により金属等による導電層を設け、前
記インク液室112内表面に液室内電極125を、前記
空気室113内表面に空気室内電極124を各々形成す
る。また、前記縦溝114内表面に液室連結電極126
を、前記第1の横溝117底面に接地電極122を、前
記第2の横溝118底面に駆動電極123を各々形成す
る。尚、図5の状態においては、前記各電極122,1
23,124,125,126は互いに電気的に接続し
ている。
【0025】次に、前記アクチュエータ110の上部ア
クチュエータ部101の上部において、図5乃至図6に
示すように、前記各横溝117,118を構成する凸壁
部位119,120を、前記空気室113と連通し、且
つ前記インク液室112に連通しないように、ダイヤモ
ンドブレード等による切削加工等により除去し、除去部
119a,120aを形成する。この除去部119a,
120aは各横溝117,118の底面と同じ高さに位
置し、前記上部アクチュエータ部101の上面はほぼ平
面の状態にされる。
【0026】更に、前記アクチュエータ110の上部ア
クチュエータ101の上部に、空気室113に対応させ
て、空気室113の溝幅よりも大きい幅を有し、且つア
クチュエータ110の縦溝114が形成された一端面か
ら除去部119aまで達する奥行きを有する浅溝121
を、ダイヤモンドブレード等の切削加工により形成す
る。この浅溝121により、前記接地電極122と前記
空気室内電極124とが電気的に分離される。
【0027】次に、図7に示すように、駆動電極パター
ン141及び接地電極パターン142が形成された基板
140と、前記アクチュエータ110の上部アクチュエ
ータ部101の上部とを接合する。その際、前記駆動電
極パターン141と各駆動電極123とを、また、前記
接地電極パターン142と接地電極122とを、それぞ
れ半田付け等の方法により、電気的および機械的に接合
する。
【0028】その後、前記アクチュエータ110の下部
アクチュエータ部102の下部を前記空気室113の全
長にわたって開放し、かつ前記インク液室112は開放
しないようにダイヤモンドブレード等の研削加工により
除去する。これにより、前記アクチュエータ110は、
図8に示すように、インク液室112と、圧電セラミッ
クスからなる隔壁111と、液室内電極125と、液室
連結電極126を介して前記液室内電極125と導通す
る接地電極122と、空気室内電極124と、前記空気
室内電極124と導通する駆動電極123とを備えたア
クチュエータユニット130を複数有するインク噴射装
置100となる。尚、前記接地電極122が本発明の第
1の電極に相当し、前記駆動電極123が本発明の第2
の電極に相当する。
【0029】そして、前記アクチュエータ110におい
て、前記縦溝114を形成した側の一端面に対して反対
側にあたる端面には、各インク液室112の位置に対応
した位置にノズル132が設けられたノズルプレート
(図示せず)が接着される。このノズルプレートは、ポ
リアルキレン(例えばエチレン)テレフタレート、ポリ
イミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポ
リエーテルスルホン、ポリカーボネイト、酢酸セルロー
ス等のプラスチックによって形成されている。
【0030】次に、制御部のブロック図を示す図9によ
って、本実施例の制御部の構成を説明する。同図に示す
ように、前記基板140上の駆動電極パターン141と
前記接地パターン142は、各々個々にLSIチップ5
1に接続され、クロックライン52、データライン5
3、電圧ライン54及びアースライン55もLSIチッ
プ51に接続されている。各インク液室112内の液室
電極125に導通する接地電極パターン142は、全て
アースライン55に接続されている。LSIチップ51
は、クロックライン52から供給された連続するクロッ
クパルスに基づいて、データライン53上に現れるデー
タから、どのノズル132からインク液滴の噴射を行う
べきかを判断する。そして、LSIチップ51は、駆動
するインク液室112を備えるアクチュエータユニット
130の空気室電極124に導通する駆動電極パターン
141に、電圧ライン54の電圧Vを印加し、前記イン
ク液室112以外のインク液室112を備えるアクチュ
エータユニット130の空気室電極124に導通する駆
動電極パターン141にアースライン55を接続して接
地する。
【0031】次に、本実施例製造方法によるインク噴射
装置100の動作を説明する。図8のアクチュエータユ
ニット130aからインク液滴を噴射するために、その
アクチュエータユニット130aに対し電圧パルスを与
える(ここで、あるアクチュエータユニット130に対
して電圧を与えることは、そのアクチュエータユニット
130に備えられた空気室電極124に電圧を印加し、
指示しないアクチュエータユニット130に備えられた
空気室電極124を接地することを言う)。すると、図
10に示すように、隔壁111a、111bには矢印1
07方向の電界が発生し、隔壁111c、111dには
矢印108方向の電界が発生し、隔壁111a、111
bと111c、111dとが圧電厚みすべり効果によ
り、互いに近づくように動く。すると、インク液室11
2aの容積が減少して、ノズル132付近を含むインク
液室112a内の圧力が増加する。これにより、インク
液室112a内のインクがインク液滴となり、ノズル1
32から噴射される。
【0032】次に駆動電圧の印加を停止してインク液室
112aの容積を前記減少状態から自然状態へと増加さ
せ、インク室112a内に図示しないインク供給源から
図示しないマニホールドを介してインク液室112aに
インクが供給される。
【0033】また、前記実施例においては、まず駆動電
圧をインク液室112aの容積が減少する方向に印加し
インク液滴を噴射し、次に駆動電圧の印加を停止しイン
ク液室112aの容積を自然状態に増加してインク液室
112aにインクを供給していたが、まず駆動電圧をイ
ンク液室112aの容積が増加するように印加してイン
ク液室112aにインクを供給してから、駆動電圧の印
加を停止して、インク液室112aの容積を前記増加状
態から自然状態へと減少させ、インク液室112a内の
インクをインク液滴として噴射してもよい。
【0034】上述したように、本実施例の製造方法によ
るインク噴射装置100は、溝115と深溝116を切
削加工し、隔壁111を形成した2枚のアクチュエータ
板101,102を、隔壁111の部位にて接合し、端
面に縦溝114、上面に第1の横溝117、第2の横溝
118を切削加工にて形成した後に、インク液室112
内表面、空気室113内表面、縦溝114、第1の横溝
117、第2の横溝118表面に導電層を形成し、さら
に上面の凸壁部位119,120を切削加工にて除去
し、液室内電極125に導通する接地電極122と、空
気室内電極124に導通する駆動電極123とを電気
的、機械的に半田を介して基板140と接合し、下面を
空気室113が全長にわたって開放するように切削加工
などにより除去することで作製される。このように、切
削加工と単純なメッキ処理を行なうだけで作成されるた
め、大量生産性に優れる。
【0035】また、隔壁111の接着部が1カ所である
ので、接着部のエネルギー損失が小さい。さらに、空気
室113には、空気が充填されているので、隔壁111
の変形がしやすく、電圧が低くて良い。
【0036】さらに、液室内電極125と導通する接地
電極122と、空気室内電極124と導通する駆動電極
123とが同一面上に、従来よりも広いピッチで形成で
きる。従って、基板140上に形成した電極パターン1
41,142との電気的コネクトが容易である。
【0037】また、上記実施例においては、常に全ての
液室内電極125が接地されており、各液室内電極12
5との間に電圧差が生じることが無い。よって、インク
に電界がかからず、電気的効果によるインク室112内
のインクの変質や液室内電極125の劣化を引き起こす
ことが無い。ひいては、液室内電極125に従来設けて
いた絶縁層を形成する必要もなくなる。尚、上記駆動方
法を取らなくとも、本発明の主旨には影響しない。例え
ば、従来例のように、常に全ての空気室内電極124を
接地し、平常は全ての液室内電極125を接地し、印刷
時には所望のインク室112の液室内電極125に電圧
Vをかけるものでもよい。但し、その場合、基板140
に形成された各駆動電極パターン141と前記各接地電
極122とを、また、前記接地電極パターン142と駆
動電極123とを電気的に接合することになる。
【0038】尚、本実施例のインク噴射装置100の製
造方法では、上部アクチュエータ板101、下部アクチ
ュエータ板102の両方がチタン酸ジルコン酸鉛系(P
ZT)のセラミックス材料で構成されていたが、どちら
か一方が圧電性を持たないセラミックス、または樹脂材
料で構成しても良い。
【0039】また、本実施例のインク噴射装置100に
おいては、縦溝114がアクチュエータ110の上面か
ら下面にまで到達するように設けられていたが、インク
液室112と連通する範囲で、アクチュエータ110の
上面から下面方向の途中まで設けらたものでもよい。
【0040】また、本実施例のインク噴射装置100に
おいては、縦溝114がインク液室112の幅よりも大
きかったが、同じ幅、または狭くてもよい。
【0041】
【発明の効果】上述したように、本発明のインク噴射装
置は、第1および第2の電極への電極パターンの接続を
同一面上にて行うことができ、また、各電極を従来より
も広いピッチで形成できるので、容易であると共に信頼
性の高い電気的接続がなされ、さらに空気室内において
対向する空気室内電極がそれぞれ独立していることで、
隣のインク液室を構成する隔壁には電圧が印加されず、
隣のインク液室でのインク噴射に影響を与えることのな
インク噴射装置を提供できる。
【0049】また、このインク噴射装置の製造方法にお
いては、導電層をまとめて形成する加工と分離切断加工
との簡単な加工を行なうだけで、第1の電極が液室内電
極に、第2の電極が各インク液室外側の空気室内電極に
それぞれ接続したインク噴射装置が作成されるので、大
量生産性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例のインク噴射装置の製造工程を
示す斜視図である。
【図2】同インク噴射装置の製造工程を示す斜視図であ
る。
【図3】同インク噴射装置の製造工程を示す斜視図であ
る。
【図4】同インク噴射装置の製造工程を示す斜視図であ
る。
【図5】同インク噴射装置の製造工程を示す斜視図であ
る。
【図6】同インク噴射装置の製造工程を示す斜視図であ
る。
【図7】同インク噴射装置の製造工程を示す斜視図であ
る。
【図8】同インク噴射装置の製造工程を示す断面図であ
る。
【図9】本発明の実施例のインク噴射装置の制御部を示
すブロック図である。
【図10】本発明の実施例のインク噴射装置の動作を示
す説明図である。
【図11】従来例のインク噴射装置を示す斜視図であ
る。
【符号の説明】
100 インク噴射装置 101 上部アクチュエータ板 102 下部アクチュエータ板 105 分極方向 106 分極方向 110 アクチュエータ 111 隔壁 112 インク液室 113 空気室 114 縦溝 115 溝 116 深溝 117 第1の横溝 118 第2の横溝 119 除去部 120 除去部 121 浅溝 122 接地電極 123 駆動電極 124 空気室内電極 125 液室内電極 126 液室連結電極

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 インクを噴射するインク液室と、前記イ
    ンク液室の両側に設けられた空気室と、前記インク液室
    と空気室とを構成し且つ分極された圧電材料で少なくと
    も一部が構成された隔壁と、前記圧電材料に駆動電界を
    発生させるために、前記インク液室の隔壁表面に設けら
    れた液室内電極および前記空気室の隔壁表面に設けられ
    空気室内電極とを有するインク噴射装置において、 前記隔壁は、その高さ方向に接合した上部および下部ア
    クチュエータ板から構成され、 前記液室内電極および空気室内電極は前記隔壁の高さ方
    向全体にわたって設けられ、 前記上部および下部アクチュエータ板の一方のアクチュ
    エータ板の前記インク液室とは反対側の面に、前記液室
    内電極に接続した第1の電極、および前記空気室内電極
    に接続した第2の電極が設けられ、 前記空気室内において対向する前記空気室内電極はそれ
    ぞれ独立している ことを特徴とするインク噴射装置。
  2. 【請求項2】 前記各インク液室の両側の隔壁に設けら
    れた前記空気室内電極は、一方のアクチュエータ板の前
    記インク液室とは反対側の面において、第2の電極によ
    って相互に接続されていることを特徴とする請求項1に
    記載のインク噴射装置。
  3. 【請求項3】 インクを噴射するインク液室と、前記イ
    ンク液室の両側に設けられた空気室と、前記インク液室
    と空気室とを構成し且つ分極された圧電材料で少なくと
    も一部が構成された隔壁と、前記圧電材料に駆動電界を
    発生させるために、前記インク液室の隔壁表面に設けら
    れた液室内電極および前記空気室の隔壁表面に設けられ
    空気室内電極とを有するインク噴射装置の製造方法に
    おいて、 接合した上部および下部アクチュエータ板にわたって前
    記インク液室、空気室および隔壁を構成する工程と、 前記インク液室および空気室内に前記液室内電極および
    空気室内電極を形成し 、前記上部および下部アクチュエ
    ータ板の一方のアクチュエータ板の前記インク液室とは
    反対側の面に、前記液室内電極および空気室内電極と接
    続した第1および第2の電極を形成する工程と、 前記第1の電極と前記空気室内電極とを分離切断し、前
    記空気室内において対向する前記空気室内電極をそれぞ
    れ分離切断する工程と を有することを特徴とするインク
    噴射装置の製造方法。
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