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JP4259470B2 - インクジェットプリンタヘッドの製造方法 - Google Patents
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JP4259470B2 - インクジェットプリンタヘッドの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、インクジェットプリンタヘッドの製造方法に関するものである。
先行技術のオンディマンド型の衝撃式インクジェットプリンタヘッドにおいては、特開昭62−111758号公報に記載されているように、積層された状態で接着剤を介して一体に保持された複数枚の動作プレートからなるキャビティプレートの背面に、ダイヤフラムプレートを接着剤を介して接合し、該ダイヤフラムプレートの片面には、前記圧力室箇所に対応させて駆動用の圧電素子等の噴射圧力発生部材を固着したインクジェットプリンタヘッドが知られている。
そして、前記キャビティプレートにおける各動作プレートは、複数個のノズルを備えたノズルプレートと、この各ノズルごとの圧力室を備えたベースプレートと、インク供給源に接続され、且つ前記圧力室に接続するインク流路やインクチャンバ(マニホールド)を有するマニホールドプレートとから構成されており、それぞれのプレートは、厚さ200μm程度もしくはそれ以下の薄い金属板である。
特開昭62−111758号公報
本発明は、薄板状部品を積層したキャビティプレートを複数個同時に製造する方法を提供するものである。
この技術的課題を達成するため、請求項1に記載の発明は、インクを吐出するための複数のノズル孔に連通する複数の圧力室を有するキャビティプレートを、複数種類の薄い板からなるノズルプレート、マニホールドプレート、スペーサプレート及びベースプレートを積層して構成するインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、前記複数の圧力室を有する前記ベースプレートの複数個をフレーム枠に連設配置したリードフレームと、前記各圧力室の一端に連通する貫通孔及び前記各圧力室の他端に連通するもう一つの貫通孔を有する前記スペーサプレートの複数個をフレーム枠に連設配置したリードフレームと、前記複数の圧力室の一端と前記スペーサプレートの一方の貫通孔を介して連通するインク通路及び前記複数の圧力室の他端と連通する前記スペーサプレートの他方の貫通孔と前記ノズル孔とを連通させる貫通孔を有する前記マニホールドプレートの複数個をフレーム枠に連設配置したリードフレームとを、それぞれ製作し、その複数種類のリードフレームを積層して、それぞれのリードフレームの前記ベースプレート、スペーサプレート及びマニホールドプレートを重ねて一体化し、一体化した前記複数のベースプレート、スペーサプレート及びマニホールドプレートを前記リードフレームから取り外す方法をとる。
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、前記ベースプレート、スペーサプレート及びマニホールドプレートはそれを囲む前記各フレーム枠にそれぞれ連設片で連結され、一体化した前記ベースプレート、スペーサプレート及びマニホールドプレートを前記リードフレームから取り外すとき、前記連設片を切断する方法をとる。
請求項に記載の発明は、請求項1または2に記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、前記リードフレームの各前記フレーム枠は、位置決め孔を有する。
請求項に記載の発明は、請求項1〜のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、前記ベースプレート、スペーサプレート及びマニホールドプレートの片面に前記接着剤を塗布した後、前記ベースプレート、スペーサプレート及びマニホールドプレートを重ねて一体化する。
請求項に記載の発明は、請求項1〜のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、前記フレーム枠は、前記ベースプレート、スペーサプレート及びマニホールドプレートの複数個をそれぞれ囲む枠状をなしている。
請求項に記載の発明は、請求項2に記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、前記ベースプレート、スペーサプレート及びマニホールドプレートの複数個は、間隔をおいて配列され、前記連設片は、前記配列方向に沿う前記ベースプレート、スペーサプレート及びマニホールドプレートの辺と前記フレーム枠とを微小幅で連設している。
本発明は、ベースプレート、スペーサプレート及びマニホールドプレートの複数個をフレーム枠に連設配置したリードフレームをそれぞれ製作し、その複数種類のリードフレームを積層して、それぞれのリードフレームのベースプレート、スペーサプレート及びマニホールドプレートを重ねて一体化し、一体化した複数の薄板状部品を前記リードフレームから取り外すことで、複数個のキャビティプレートを同時に製造することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面について説明する。図1〜図9は、本発明の第1の実施の形態による圧電式インクジェットプリンタヘッドを示す。
図1において、金属板製のキャビティプレート9に対して接合されるプレート型の圧電アクチュエータ20の上面には、外部機器との接続のために、フレキシブルフラットケーブル40が接着剤にて重ね接合されているものであり、最下層のキャビティプレート9の下面側に開口されたノズル15から下向きにインクが吐出するものとする。
前記キャビティプレート9は、図2〜図6に示すように構成されている。すなわち、ノズルプレート10、二枚のマニホールドプレート11、12、スペーサプレート13及びベースプレート14の五枚の薄い板をそれぞれ接着剤にて重ね接合して積層した構造であり、実施形態では、合成樹脂製のノズルプレート10を除き、各プレート12、13、14は、42%ニッケル合金鋼板製で、50μm〜150μm程度の厚さを有する。前記ノズルプレート10には、微小径(実施形態では25μm程度)のインク噴出用のノズル15が、当該ノズルプレート10における第1の方向(長辺方向)に沿って2列の千鳥配列状に設けられている。即ち、ノズルプレート10の前記第1の方向に延びる2つの平行状の基準線10a、10bに沿って、微小ピッチPの間隔で千鳥状配列にて多数個のノズル15が穿設されている。前記二枚のマニホールドプレート11、12には、インク通路12a、12bが、前記ノズル15の列の両側に沿って延びるように穿設されている。但し、ノズルプレート10に対面する下側のマニホールドプレート11におけるインク通路12bは、当該マニホールドプレート12の上側にのみ開放するように凹み形成されている(図3及び図4参照)。このインク通路12a、12bは、上側のマニホールドプレート12に対する前記スペーサプレート13の積層により密閉される構造になっている。なお、図4は、ノズルプレート10、マニホールドプレート11、12、スペーサプレート13及びベースプレート14の各々における図3の右端部に相当する箇所の裏面(下面)を上向きにした状態の一部切欠き斜視図である。
また、前記ベースプレート14には、その長辺(前記第1の方向)に沿う中心線に対して直交する第2の方向(短辺方向)に延びる細幅の圧力室16の多数個が穿設されている。そして、前記中心線を挟んで左右両側にて平行状の長手基準線14a、14bを設定すると、前記中心線より左側の圧力室16の先端流路16aは前記左側の長手基準線14a上に位置し、逆に前記長手中心線より右側の圧力室16の先端流路16aは前記右側の長手基準線14b上に位置し、且つこの左右の圧力室16の先端流路16aが交互に配置されているので、左右両側の圧力室16は一つおきに互いに逆方向に延びるように交互に配置されていることになる。
この各圧力室16の先端流路16aは、前記ノズルプレート10における前記千鳥状配列のノズル15に、前記スペーサプレート13及び両マニホールドプレート11、12に同じく千鳥状配列にて穿設されているインク流路としての微小径の連通孔17、17、17を介して連通している。一方、前記各圧力室16の他端は、断面積の小さいインク流路としての細長い絞り部16dを介して直径が大きい他端流路16bに接続されており、他端流路16bは、前記スペーサプレート13における左右両側部位に穿設された貫通孔18を介して、前記両マニホールドプレート11、12におけるインク通路12a、12bに連通している。なお、前記他端流路16b及び細長の絞り部16dは、図3、図7及び図8に示すように、ベースプレート14の下面側にのみ開口するように凹み形成されているものであり、前記他端流路16bの直径は前記貫通孔18の直径とほぼ等しく形成する。絞り部16dは圧電アクチュエータ20が連続して駆動されたときに、圧力室16へインクが供給過剰になるのを防ぐため、圧力室16よりも断面が小さくなっている。
さらに、各圧力室16の長手方向に中途部には、ベースプレート14の板厚の半分程度の連設部16cを設けることにより、多数並設された圧力室16の側壁の剛性の低下を防止する。
また、スペーサプレート13の一端に穿設された供給孔19bは、前記インク通路12aに連通すると共に、最上層のベースプレート14の一端部に穿設された供給孔19aにも連通している。そして、この供給孔19aの上面には、その上方のインクタンクから供給されるインク中の塵除去のためのフィルタ29が張設されている。
次に、キャビティプレート9を組み立てる方法について説明する。図10に示すように、4枚のリードフレーム100a〜100dを積層して接着固定するものであり、各リードフレーム100a〜100dには、所定のパターンが形成された薄板状の部品としてのマニホールドプレート11、12、スペーサプレート13、ベースプレート14が一定間隔にて連設配置されるものとする。即ち、最下層となるリードフレーム100dには、前記実施形態におけるベースプレート14を一定間隔にて配置するように形成されている。なお、左右の細長いフレーム枠102、102の間は適宜間隔でタイバー104に連結されている。同様に、下から第2層のリードフレーム100cにはスペーサプレート13が前記と同じ間隔で形成されている。下から第3層のリードフレーム100bには、マニホールドプレート12が前記と同じ間隔で形成されている。また、最上層のリードフレーム100aには他方のマニホールドプレート11が前記と同じ間隔で形成されている。また、前記各リードフレーム100a〜100dにおけるフレーム枠102には適宜間隔にて本発明に係る構造の位置決め孔105が形成されている。なお、各プレート11、12、13、14はフレーム枠102に対して微小幅の連設片106で連結されている。
これらのリードフレームを積層する場合、図7または図8に示すように、キャビティプレート9の使用状態(下面側にインクのノズルが開口される状態)とは上下が逆になるように、リードフレームを積層する。このときは、図4、図7及び図8に示すごとく、最下層のベースプレート14、下から第2層のスペーサプレート13及びマニホールドプレート12の各々の片面に形成された接着剤用の逃がし溝33a,33b,34、35が上向きになるように配置されるものとする。
また、前記逃がし溝33a,33b,34、35及びそれに対向する各プレートの平坦面における上下の同じ位置には、該逃がし溝と連通し、且つ各プレート13、12、11の板厚を貫通して互いに上下方向に連通するように空気逃がし孔36a,36b,36cを穿設すると共に最上層のマニホールドプレート11または最下層のベースプレート14に形成される空気逃がし溝36a、36bの少なくとも一方は、外部に開口されている。なお、好ましくは、最下層のベースプレート14に形成される空気逃がし孔36dは板厚さの半分程度で下面側には連通しない凹みとする(図7、図8(a)及び図8(b)参照)。
そして、リードフレーム100a〜100dのプレートの積層面に予め接着剤39を塗布する。この接着剤39の塗布方法の一つとしては、治具の平坦面に予め接着剤39を薄く塗布しておき、この塗布面に前記リードフレーム100a〜100dのプレートの積層面を合わせることにより、例えば、ベースプレート14における逃がし溝33a、33b、圧力室16、他端流路16b、絞り部16d、空気逃がし孔36d等の凹所以外の平坦な凸面に接着剤39を転写することができる。接着剤39を塗布したローラ面に前記プレートの積層面を押し当てて転写するようにしても良い。
次いで、位置決め孔105にピンを差し込み、最下層のリードフレーム100dと最上層のリードフレーム100aとに挟持力または押圧力を作用させて接着固定するものである。
このようにして接着剤39を転写した複数枚のリードフレームを押圧して、各プレート11、12、13、14の広幅面を接着固定するとき、余分の接着剤39は前記逃がし溝33a、33b、34、35に流れ込み、次いで、さらに余分の接着剤39は、図8(b)に示すように、空気逃がし孔36d、33a、33b、33cを充満させる。このとき、前記隣接するプレート11、12、13、14の合わせ面(広幅面)や接着剤39中に紛れ込んだ空気は、気泡となって前記横方向の逃がし溝33a、33b、34、35及び縦方向の空気逃がし孔36d、33a、33b、33c中の接着剤39と共に移動して、プレートの外に排出される。その結果、前記隣接するプレート11、12、13、14の合わせ面(広幅面)に気泡を含まない層状に形成された接着剤39によって安定した接着兼シール層を形成することができる。
その後、最上層のマニホールドプレート11の上面にて前記空気逃がし孔3633cの箇所を接着剤等のシール剤38にて封止すると、マニホールドプレート11の上面が平滑な広幅面であり、この面でシールすることから、確実に前記シール剤38にて塞ぐことができる。その結果、各プレート11、12、13、14におけるインク流路としての、インク通路12a、12b、連通孔17、貫通孔18、並びに各圧力室16や先端流路16a、他端流路16b等からキャビティプレート9の外部へのインクの漏出が確実に防止できるのである。
なお、液状の接着剤39がプレート(ベースプレート14等を含む、以下同じ)の合わせ面のような狭い隙間を通る毛細管現象では、断面積の大きい箇所よりも毛細管力が大きい、断面積の小さい箇所の方に、先に接着剤39が引き寄せられるから、インク流路としての他端流路16bから圧力室16に連通する前記絞り部16dや連通孔17、貫通孔18の各断面積よりも逃がし溝33a、33b、34、35の断面積を小さくなるように設定することで、プレートの合わせ面における接着剤39が前記各インク流路よりも先に逃がし溝33a、33b、34、35を介して外に逃がし、インク流路が接着剤39で塞がれるのを防止できるのである。
図4及び図9に示すように、前記絞り部16dや連通孔17、貫通孔18などのインク流路から離れた箇所の逃がし溝42、43、44に空気逃がし孔52、53、54、55を穿設するようにしても良い。
なお、これら逃がし溝36c、36d、55の開口端は、好ましくは図11のように封止することができる。即ち、後述するよう、完成したインクジェットプリンタヘッド6を、装置本体のヘッドホルダ1またはキャリッジ等に固定する際、ノズルプレート10が露出する窓孔44aを有するカバープレート44とマニホールド11との間にシール剤38を挟んで、カバープレート44でインクジェットプリンタヘッド6を覆う。これにより、カバープレート44の窓孔44aの周囲とインクジェットプリンタヘッド6との間の封止と前記空気逃がし孔36c、36d、55の開口端の封止を同時に行う。図4のマニホールドプレート11の溝45は、シール剤38のための逃がし溝である。
以上のようにして接着固定されたリードフレーム100a〜100dから連設片106が切断されて、一体化されたキャビティプレート9が取り外される。そのキャビティプレート9では、前記前記ベースプレート14及びスペーサプレート13の一端部に穿設の供給孔19a,19bから前記インク通路12a、12b内に流入したインクは、このインク通路12aから前記各貫通孔18を通って前記各圧力室16内に分配されたのち、この各圧力室16内から前記連通孔17、17、17を通って、当該圧力室16に対応するノズル15に至るという構成になっている。
一方、前記圧電アクチュエータ20は、図5及び図6に示すように、複数枚の圧電シート21を積層した構造で、特開平4−341853号公報に開示されたものと同様に、1枚の厚さが30μm程度の各圧電シート21のうち最下段の圧電シートとそれから上方へ数えて奇数番目の圧電シートの上面(広幅面)には、前記キャビティプレート9における各圧力室16に対応した箇所ごとに細幅の個別電極(図示せず)が、第1の方向(長辺方向)に沿って列状に形成され、各個別電極は前記第1の方向と直交する第2の方向に沿って各圧電シートの長辺の端縁部近傍まで延びている。下から偶数段目の圧電シートの上面(広幅面)には、複数個の圧力室16に対して共通のコモン電極(図示せず)が形成されており、最上段のトップシート23の上面には、その長辺の端縁部に沿って、前記個別電極の各々に対して電気的に接続される表面電極30と、前記各コモン電極に対して電気的に接続される表面電極31とが、設けられている(図1参照)。
そして、このような構成のプレート型の圧電アクチュエータ20における下面(圧力室16と対面する広幅面)全体に、接着剤層としてのインク非浸透性の合成樹脂材からなる接着剤シート41を予め貼着し、次いで、前記キャビティプレート9に対して、当該圧電アクチュエータ20が、その各個別電極を前記キャビティプレート9における各圧力室16の各々に対応させて接着・固定される(図5、図6参照)。また、この圧電アクチュエータ20における上側の表面には、前記フレキシブルフラットケーブル40が重ね押圧されることにより、このフレキシブルフラットケーブル40における各種の配線パターン(図示せず)が、前記各表面電極30、31に電気的に接合される。
この構成において、前記圧電アクチュエータ20における各個別電極24のうち任意の個別電極と、コモン電極との間に電圧を印加することにより、圧電シート21のうち前記電圧を印加した個別電極の部分に圧電による積層方向の歪みが発生し、この歪みにて前記各個別電極に対応する圧力室16の内容積が縮小されることにより、この圧力室16内のインクが、ノズル15から液滴状に噴出して、所定の印字が行われる(図6参照)。
図12は、発明者が、上記実施形態の先に考えたキャビティプレートの製造方法を示す。図12(a)に示すように、ベースプレート101dでは、ノズルプレートにおけるノズルの数に対応する数の圧力室(図示せず)が所定の間隔で形成されており、この各圧力室の他端に連通する絞り溝103とその端部に連通する大径のインク流路102とが、板厚の半分程度に凹み形成される。また、このベースプレート101cに接着固定するスペーサプレート101cでは、前記インク流路102に連通すると共にその隣接する層のマニホールドプレート101b(図12(b)参照)における共通のインクチャンバ(図示せず)に連通するインク流路としての貫通孔104が板厚を貫通するように穿設されている。そして、前記インク流路102、絞り溝103及び貫通孔104の周囲には、接着するときの余分な接着剤105(図12(b)参照)や空気を逃がすために、逃がし溝106、107が形成され、さらに、逃がし溝106、107の端部106a、107aを各プレート101c、101dの外周面に開放するように延長していた(図12(a)及び図12(b)参照)。
そして、プレート101b〜101dにおける上下に積層すべき広幅面に予め接着剤を塗布し、各ノズルとインク流路が連通するように位置決めして前記複数枚のプレート101b〜101dを所定の上下位置関係にて位置決めし、この状態で上下のプレート101b〜101dに挟持圧力を作用させて積層固定する。
このように圧着したときに、前記隣接するプレート101c、101d等の合わせ面(広幅面)や接着剤105中に紛れ込んだ空気は、気泡となって前記逃がし溝106、107中の接着剤105に沿って移動して、端部106a、107aからプレートの外に排出される。一方、前記インク流路102、絞り溝103及び貫通孔104内のインクが前記逃がし溝106、107中の接着剤105の中の気泡の連続部を伝って外に漏れ出すという問題があるから、従来は、各プレート101b、101c、101dの外周端面を別途シール材にて密閉する構成を採用した。ただし、各プレートの寸法誤差、切断等の加工誤差等から各プレート101b、101c、101dの外周端面はかならずしも平滑でなく、また、横方向に凹凸となる横ずれが発生するから(図12(b)参照)、前記のシール部材によるプレートの外周端面の密閉の信頼性に欠け、インクの漏れが発生し易いという問題があった。
本発明は、各実施形態のように、リードフレーム等の薄板状部品であって、液体流路が所定パターンで少なくとも片面に形成された薄板状部品が少なくとも一枚あるときの複数枚の薄板状部品を積層固定するインクジェットヘッドの製造に最適なものである。
本発明の実施の形態による圧電式インクジェットプリンタヘッドを示す分解斜視図である。 キャビティプレートの分解斜視図である。 キャビティプレートの分解部分的拡大斜視図である。 ノズル側を上にして配置したキャビティプレートの分解斜視図である。 図1のV−V線矢視拡大断面図である。 フレキシブルフラットケーブルとキャビティプレートと圧電アクチュエータとを接着・固定した状態の拡大断面図である。 逃がし溝、空気逃がし孔等を示す要部拡大斜視図である。 (a)は積層に先立つ接着剤塗布状態を示す逃がし溝、空気逃がし孔等の断面図、(b)は各プレートの積層接着状態を示す断面図である。 ベースプレートの他の逃がし溝、空気逃がし孔等を示す要部拡大斜視図である。 本案のリードフレームの積層を示す斜視図である。 インクジェットプリンタヘッド及びヘッドホルダ等を上下逆にした状態で示す部品の斜視図である。 他の例を示し、(a)は接着剤の逃がし溝の状態を示す要部拡大斜視図、(b)は積層接着の状態を示す要部断面図である。
符号の説明
9 キャビティプレート
10 ノズルプレート
11、12 マニホールドプレート
13 スペーサプレート
14 ベースプレート
15 ノズル
16 圧力室
16b 他端流路
16d 絞り部
17 連通孔
18 貫通孔
20 圧電アクチュエータ
100a〜100d リードフレーム
102 フレーム枠
106 連設片

Claims (6)

  1. インクを吐出するための複数のノズル孔に連通する複数の圧力室を有するキャビティプレートを、複数種類の薄板状の部品としてのノズルプレート、マニホールドプレート、スペーサプレート及びベースプレートを積層して構成するインクジェットプリンタヘッドの製造方法において、
    前記複数の圧力室を有する前記ベースプレートの複数個をフレーム枠に連設配置したリードフレームと、前記各圧力室の一端に連通する貫通孔及び前記各圧力室の他端に連通するもう一つの貫通孔を有する前記スペーサプレートの複数個をフレーム枠に連設配置したリードフレームと、前記複数の圧力室の一端と前記スペーサプレートの一方の貫通孔を介して連通するインク通路及び前記複数の圧力室の他端と連通する前記スペーサプレートの他方の貫通孔と前記ノズル孔とを連通させる貫通孔を有する前記マニホールドプレートの複数個をフレーム枠に連設配置したリードフレームとを、それぞれ製作し、
    その複数種類のリードフレームを積層して、それぞれのリードフレームの前記ベースプレート、スペーサプレート及びマニホールドプレートを重ねて一体化し、
    一体化した前記複数のベースプレート、スペーサプレート及びマニホールドプレートを前記リードフレームから取り外すことを特徴とするインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
  2. 前記ベースプレート、スペーサプレート及びマニホールドプレートはそれを囲む前記各フレーム枠にそれぞれ連設片で連結され、一体化した前記ベースプレート、スペーサプレート及びマニホールドプレートを前記リードフレームから取り外すとき、前記連設片を切断することを特徴とする請求項1に記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
  3. 前記リードフレームの各前記フレーム枠は、位置決め孔を有することを特徴とする請求項1または2に記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
  4. 前記ベースプレート、スペーサプレート及びマニホールドプレートの片面に前記接着剤を塗布した後、前記ベースプレート、スペーサプレート及びマニホールドプレートを重ねて一体化することを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
  5. 前記フレーム枠は、前記ベースプレート、スペーサプレート及びマニホールドプレートの複数個をそれぞれ囲む枠状をなしていることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
  6. 前記ベースプレート、スペーサプレート及びマニホールドプレートの複数個は、間隔をおいて配列され、前記連設片は、前記配列方向に沿う前記ベースプレート、スペーサプレート及びマニホールドプレートの辺と前記フレーム枠とを微小幅で連設していることを特徴とする請求項2に記載のインクジェットプリンタヘッドの製造方法。
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