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JP3663660B2 - Ink jet apparatus and manufacturing method thereof - Google Patents

Ink jet apparatus and manufacturing method thereof Download PDF

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JP3663660B2
JP3663660B2 JP8105795A JP8105795A JP3663660B2 JP 3663660 B2 JP3663660 B2 JP 3663660B2 JP 8105795 A JP8105795 A JP 8105795A JP 8105795 A JP8105795 A JP 8105795A JP 3663660 B2 JP3663660 B2 JP 3663660B2
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JP
Japan
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ink
electrode
wall
grooves
actuator plate
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JP8105795A
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Japanese (ja)
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Inventor
宏人 菅原
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Brother Industries Ltd
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Brother Industries Ltd
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Publication date
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、インク噴射装置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中で、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上げられる。中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、特開昭63−252750号公報及び特開平2−150355号公報に開示されているせん断モード型である。図2、図3、図4、図5及び図6に、それら従来例の概略図を示す。
【0005】
以下、インク噴射装置の断面図を示す図2によって、従来例の構成を具体的に説明する。インク噴射装置1は、アクチュエータプレート2とカバープレート3とノズルプレート31(図4)とから構成されている。アクチュエータプレート2は、強誘電性を有する圧電材料、例えばチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系のセラミックス材料等で形成され、矢印5方向に分極処理が施されており、複数の溝15及び該溝15を隔てる側壁11を有する。カバープレート3はセラミックス材料または樹脂材料等で形成される。前記アクチュエータプレート2とカバープレート3とを、接着剤、例えばエポキシ系接着剤等からなる接合層4を介して接合することで、溝15は横方向に互いに間隔を有する複数のインク液室12となる。インク液室12は長方形断面の細長い形状であり、側壁11はインク液室12の全長にわたって伸びている。側壁11の接合層4付近の側壁11上部から側壁11中央部までの両表面には、駆動電圧印加用の電極13が形成されている。インク液室12には、インク供給口21(図4)からマニホールド22(図4)を通してインク81が導入される。
【0006】
次に、インク噴射装置1の断面図を示す図3によって、従来例の動作を説明する。該インク噴射装置1において、所望の印字データに従って例えばインク液室12bが選択されると、電極13cと13dに急速に正の駆動電圧が印加され、電極13bと13eは接地される。これにより側壁11aには矢印14aの方向の駆動電界が、側壁11bには矢印14bの方向の駆動電界が作用する。このとき駆動電界方向14a及び14bと分極方向5とが直交しているため、側壁11a及び11bは、圧電厚みすべり効果によってインク液室12bの内部方向に急速に変形する。この変形によってインク液室12bの容積が減少してインク液室12b内部のインク81の圧力が急速に増大し、圧力波が発生して、インク液室12bに連通するノズル32(図4)からインク81の一部がインク液滴となって噴射される。また、駆動電圧の印加を停止すると、側壁11a及び11bが変形前の位置(図2参照)に戻るため、インク液室12b内部のインク81の圧力が低下し、インク供給口21(図4)からマニホールド22(図4)を通してインク液室12b内にインク81が供給される。
【0007】
但し、上記の動作は従来例の基本動作に過ぎず、製品として具体化される場合には、まず駆動電圧をインク液室12bの容積が増加する方向に印加し、先にインク液室12bにインクを供給させた後に駆動電圧の印加を停止して、側壁11a及び11bを変形前の位置(図2参照)に戻してインクを噴射させることもある。
【0008】
該インク噴射装置1では、隣接する2つのインク液室に連通する2つのノズルから同時にインク液滴を噴射することができないため、例えば、インク液室12b及び12dに連通するノズルからインク液滴を噴射した後、インク液室12cに連通するノズルからインク液滴を噴射し、次に再びインク液室12b及び12dに連通するノズルからインク液滴を噴射するというように、インク液室12及びノズル32を複数のグループに分割してインク液滴の噴射を行う。
【0009】
次に、インク噴射装置1の斜視図を示す図4によって、従来例の構成及び製造法を説明する。分極処理を施したアクチュエータプレート2に、薄い円板状のダイヤモンドブレードを使用した研削加工等によって、前記の形状のインク液室12を形成する平行な溝15を作製する。溝15はアクチュエータプレート2のほぼ全域で同じ深さの平行な溝であるが、端面17に近づくにつれて徐々に浅くなり、端面17付近では浅く平行な浅溝18となるよう作製される。この溝15及び浅溝18の内面には、電極が真空蒸着やスパッタリング等によって形成される。この電極形成時には、側壁11の天頂部にも電極が形成されるため、側壁11の両側の電極を分離する必要があり、そのために側壁11の天頂部の電極をラッピング等により除去している。それにより、溝15の内面にはその側面の上半分のみに電極13が形成され、浅溝18の内面にはその側面及び底面全体に電極19が形成される。この電極19によって、溝15の両側の側壁11に形成された電極13は電気的に接続されている。
【0010】
また、セラミックス材料または樹脂材料等からなるカバープレート3に、研削または切削加工等によって、インク導入口21及びマニホールド22を作成する。
【0011】
次に、アクチュエータプレート2の溝15加工側の面とカバープレート3のマニホールド22加工側の面とを、エポキシ系接着剤等からなる接合層4(図2)によって、各々の溝15が前記の形状のインク液室12を形成するように接着する。次に、アクチュエータプレート2及びカバープレート3の端面16に、各インク液室12の位置に対応した位置にノズル32が設けられたノズルプレート31を接着する。アクチュエータプレート2の溝15加工側と反対側の面には、各浅溝18の位置に対応した位置に導電層のパターン42が設けられた基板41を、エポキシ系接着剤等によって接着する。
【0012】
そして、浅溝18の底面の電極19と導電層のパターン42とを導線43で接続する。通常、このような接続には、周知のワイヤボンディングという手法が用いられている。この導線43の直径は通常非常に小さく機械的強度が小さいため、隣接する導線43どうしの接触や断線、また大気中の水分や粉塵による腐食を防ぐために、一般的にはエポキシ系などの樹脂を用いて保護膜(図示せず)の形成(ポッティング)を行なう。その保護膜は加熱硬化される。
【0013】
次に、制御部のブロック図を示す図5によって、従来例の制御部の構成を説明する。基板41に設けられた導電層のパターン42は各々個々にLSIチップ51に接続され、クロックライン52、データライン53、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。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32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、インクを噴射するインク液室12内の電極13に導通する導電層のパターン42に、電圧ライン54の電圧Vを印加する。また、LSIチップ51は、前記インク液室12以外の電極13に導通する導電層のパターン42にアースライン55を接続する。
【0014】
次に、プリンタの斜視図を示す図6によって、従来例の構成及び動作を説明する。インク噴射装置1及びノズルプレート31は、図2、図3、図4及び図5で説明した構成、動作をもつものである。インク噴射装置1はキャリッジ62上に固定され、インク供給チューブ63はインク供給口21(図4)に連通し、LSIチップ51(図5)はキャリッジ62に内蔵され、フレキシブルケーブル64は図5に示したクロックライン52、データライン53、電圧ライン54及びアースライン55に対応している。キャリッジ62はスライダ66に沿って矢印65方向に記録紙71の全幅にわたって往復移動し、インク噴射装置61はキャリッジ62が移動している時にプラテンローラ72に保持された記録紙71に対して、ノズルプレート31に設けられたノズル32(図4)からインク液滴を噴射し、記録紙71上にインク液滴を付着させる。
【0015】
また、記録紙71はインク噴射装置1がインク液滴を噴射しているときは静止しているが、キャリッジ62が所定動作を行う度に紙送りローラ73及び74によって矢印75方向に一定量ずつ移送される。これによって、インク噴射装置1は記録紙71の全面に所望の文字や画像を形成することが可能となる。
【0016】
次に、特開平5−92561号公報に開示されている他の従来例のインク噴射装置を図7及び図8を用いて説明する。インク噴射装置101は、アクチュエータプレート102及び103とノズルプレート(図示せず)とから構成されている。アクチュエータプレート102は、強誘電性を有する圧電材料で形成され、矢印105方向に分極処理が施されており、複数の溝115及び該溝115を隔てる側壁111を有する。側壁111の両側面及び天頂部の一部には、駆動電圧印加用の電極113が形成されている。また、アクチュエータプレート103は、強誘電性を有する圧電材料で形成され、矢印106方向に分極処理が施されており、複数の溝117及び該溝117を隔てる側壁116を有する。側壁116の両側面及び天頂部の一部には、駆動電圧印加用の電極114が形成されている。
【0017】
前記アクチュエータプレート102の側壁111の天頂部とアクチュエータプレート103の側壁116の天頂部とを、接着剤からなる接合層104を介して接合することで、溝115及び117は横方向に互いに間隔を有する複数のインク液室112となる。また側壁111の天頂部に形成された電極113と側壁116の天頂部に形成された電極114とが接触し、導電関係を形成する。インク液室112は長方形断面の細長い形状であり、側壁111及び116はインク液室112の全長にわたって伸びている。インク液室112には、インク供給口(図示せず)からマニホールド(図示せず)を通してインク181が導入される。電極113及び114と駆動回路との電気的接続については説明を省略する。
【0018】
該インク噴射装置101において、噴射するインク液室112の両側の側壁111及び116の表面の電極113及び114に駆動電圧を印加することにより、側壁111及び116に駆動電界が作用する。このとき駆動電界方向と分極方向105及び106とが直交しているため、側壁111及び116は、圧電厚みすべり効果によってインク液室112の内部方向に急速に変形する。この変形によってインク液室112の容積が減少してインク液室112内部のインク181の圧力が急速に増大し、圧力波が発生して、インク液室112に連通するノズル(図示せず)からインク181の一部がインク液滴となって噴射される。また、駆動電圧の印加を停止すると、側壁111及び116が変形前の位置に戻るため、インク液室112内部のインク181の圧力が低下し、インク供給口(図示せず)からマニホールド(図示せず)を通してインク液室112内にインク181が供給される。
【0019】
但し、上記の動作は従来例の基本動作に過ぎず、製品として具体化される場合には、まず駆動電圧をインク液室112の容積が増加する方向に印加し、先にインク液室112にインクを供給させた後に駆動電圧の印加を停止して、側壁111及び116を変形前の位置に戻してインクを噴射させることもある。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のインク噴射装置1では、電極13に印加された駆動電圧により側壁11の上半分のみが圧電厚みすべり変形し、下半分は上半分の変形により変位されるので、電極13に印加された電気エネルギーと比較して側壁11の変形量が小さく、インク液室12の容積の減少量が少ない。このため、噴射されるインク液滴の速度及び体積がインク噴射装置1と対向する紙面上等に文字や画像を形成するには、駆動電圧を高くしなければならなかった。このため、駆動回路が複雑化、大型化するため、装置の低コスト化、小型化に限界があった。
【0021】
そして、上記のような従来のインク噴射装置101では、電極113に印加された駆動電圧により側壁111及び116の両方が駆動されるので、インク噴射装置1の半分の駆動電圧でインク噴射装置1と同じインクの圧力を発生することができる。よって、駆動電圧を噴射装置1より低くすることができる。
【0022】
しかしながら、インク噴射装置101では、側壁111に形成された電極113と側壁116に形成された電極114との電気的接続が、側壁111の天頂部と側壁116の天頂部とを接合することによって行なわれているので、この接触による電気的接続では、側壁111及び116の天頂部の表面粗さやうねりが大きいと確実に接続されないなど、信頼性が低いという問題点があった。さらに、側壁111の天頂部と側壁116の天頂部とを接着する接着剤のはみ出しによって、電極113と電極114とが接続しないといった問題があった。また、電極113と114との接触面にインク181が入り込んで電気的接続を阻害したり、側壁111及び116の駆動による振動により電極113と114との接触面に摩耗が生じ、電気的接続が切れたりして、インク液滴の噴射が使用途中で停止し、信頼性が低いという問題点があった。
【0023】
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、低い駆動電圧で文字や画像を形成するのに十分な速度及び体積のインク液滴を噴射することが可能で、電気的結合の信頼性が高いインク噴射装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0024】
【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請求項1では、複数の第一溝と、前記第一溝を隔て、少なくとも一部が圧電材料で構成された第一壁とを有する第一アクチュエータプレートと、前記第一溝に対応して設けられた複数の第二溝と、前記第二溝を隔て、少なくとも一部が圧電材料で構成された第二壁とを有する第二アクチュエータプレートと、前記第一壁の側面に形成された第一電極と、前記第二壁の側面に形成された第二電極とを備え、前記第一アクチュエータプレートの第一壁の天頂部と前記第二アクチュエータプレートの第二壁の天頂部とを接合して、前記第一溝及び第二溝からなるインク液室を構成するインク噴射装置において、記インク液室内に前記第一電極と前記第二電極とを被覆して形成され、前記第一電極前記第二電極とを相互に接続する第三電極を有する。
【0025】
請求項2では、複数の第一溝と、前記第一溝を隔て、少なくとも一部が圧電材料で構成された第一壁とを有する第一アクチュエータプレートと、前記第一溝に対応して設けられた複数の第二溝と、前記第二溝を隔て、少なくとも一部が圧電材料で構成された第二壁とを有する第二アクチュエータプレートと、前記第一壁の側面に形成された第一電極と、前記第二壁の側面に形成された第二電極とを備えたインク噴射装置の製造方法において、前記第一アクチュエータプレートの第一壁の天頂部と前記第二アクチュエータプレートの第二壁の天頂部とを接合して、前記第一溝及び第二溝からなるインク液室を形成する工程と、前記インク液室内に金属物質を導入して、前記第一電極と前記第二電極とを被覆し前記第一電極前記第二電極とを相互に接続する第三電極を形成する工程とからなることを特徴とする。
【0026】
【作用】
上記の構成を有する本発明のインク噴射装置では、前記インク液室内に形成される第三電極が、前記第一電極及び前記第二電極上に被覆して形成されて、前記第一電極と前記第二電極とが電気的に接続される。
【0027】
また、本発明のインク噴射装置の製造方法では、まず、前記第一アクチュエータプレートの第一壁の天頂部と前記第二アクチュエータプレートの第二壁の天頂部とを接合し、次に、前記第一溝及び第二溝からなるインク液室を形成する工程と、前記インク液室内に金属物質を導入することによって、前記インク液室内の前記第一電極及び前記第二電極上に被覆して第三電極が形成され、前記第一電極と前記第二電極とが電気的に接続される。
【0028】
【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。尚、従来技術と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【0029】
インク噴射装置201の一部の断面図を示す図1によって、本発明の一実施例の構成を具体的に説明する。インク噴射装置201は、アクチュエータプレート102及び103とノズルプレート(図示せず)とから構成されている。アクチュエータプレート102は、強誘電性を有する圧電材料で形成され、矢印105(図7)方向に分極されており、複数の溝115及び該溝115を隔てる側壁111を有する。側壁111の両側面及び両側面と連続する天頂部の一部には、駆動電圧印加用の電極113が形成されている。また、アクチュエータプレート103は、強誘電性を有する圧電材料で形成され、矢印106(図7)方向に分極されており、複数の溝117及び該溝117を隔てる側壁116を有する。側壁116の両側面及び両側面と連続する天頂部の一部には、駆動電圧印加用の電極114が形成されている。
【0030】
電極113及び114は、側壁111の天頂部の一部及び側壁116の天頂部の一部にパターニング等によってレジスト層等を形成した後、ニッケル、アルミニウム、金、カーボン等の導電材料の薄層を真空蒸着、スパッタリング、メッキ、スクリーン印刷等で側壁111及び116の全面に形成し、前記レジスト層を機械的な剥離または化学的な溶解などによって除去することによって形成される。
【0031】
次に、アクチュエータプレート102の側壁111の天頂部とアクチュエータプレート103の側壁116の天頂部とを、接着剤からなる接合層104を介して接合することで、溝115及び117は横方向に互いに間隔を有する複数のインク液室112となる。インク液室112は長方形断面の細長い形状であり、側壁111及び116はインク液室112の全長にわたって伸びている。
【0032】
次に、ニッケル、金、銅、銀、パラジウム等の金属物質をインク液室112内に導入して、金属層213を、電解メッキ、無電解メッキ等のメッキ法で、電極113及び114を被覆するように形成する。これで、電極113と電極114とは、金属層213によって電気的に接続される。
【0033】
本実施例のインク噴射装置201では、電極113と電極114とが、それぞれを被覆するように形成された金属層213によって導電関係を形成するので、側壁111及び116の天頂部の表面粗さやうねりに関係なく確実な電気的接続が得られ、接合層104の接着剤のはみ出しや、インク液室112内に導入されたインクにより電気的接続が阻害されたり、側壁111及び116の駆動による振動による摩耗で電気的接続が切れたりすることがなく、電気的接続の信頼性が著しく高くなる。
【0034】
また、側壁111及び側壁116の変形によってインクを噴射するので、低い駆動電圧で文字や画像を形成するのに十分な速度及び体積のインク液滴を噴射することが可能である。
【0035】
尚、本実施例では、インク液室112が隣接していたが、各インク液室の間に空気が充填された空気室を設けてもよい。この場合、全てのインク液室に連通する2つのノズルから同時にインク液滴を噴射することができる。
【0036】
また、本実施例では、側壁111の天頂部の一部及び側壁116の天頂部の一部にレジスト層等を形成した後、導電材料の薄層を側壁111及び116の全面に形成し、前記レジスト層を機械的な剥離または化学的な溶解などによって除去することによって、側壁111の両側面及び天頂部の一部に電極113、側壁116の両側面及び天頂部の一部に電極114を形成していたが、先に導電材料の薄層を側壁111及び116の全面に形成した後、側壁111の天頂部及び側壁116の天頂部を機械加工して、電極113及び114の一部を除去してもよい。
【0037】
また、本実施例では、側壁111の両側面及び両側面と連続する天頂部の一部に電極113、側壁116の両側面及び両側面と連続する天頂部の一部に電極114が形成されていたが、電極113及び114は、それぞれ側壁111及び116の側面全体または側面の一部に形成し、天頂部に形成されなくてもよい。
【0038】
また、本実施例では、金属層213が、側壁111及び116の側面の全面に形成されていたが、側壁111及び116の側面の一部に形成されていてもよい。
【0039】
また、本実施例では、接合層104が電極113及び114を被覆していなかったが、接合層104が電極113及び114の一部を被覆した場合、溶剤等によって被覆した接合層104を溶解して除去してもよい。また、接合層104を形成する接着剤に金属等の導電材料の粉末を添加することにより、被覆した接合層104を除去せずに、被覆した接合層104の表面に金属層213の形成を促進させてもよい。
【0040】
また、本実施例では、側壁111及び116がそれぞれ1つの圧電材料の部材(アクチュエータプレート102及び103)で形成されていたが、分極方向に平行に積層された複数の圧電材料の部材や、非圧電材料と圧電材料とが分極方向に平行に積層された部材で形成されていてもよい。
【0041】
また、本実施例では、インク液室112を3個示していたが、50個、100個等いくつであってもよい。
【0042】
【発明の効果】
以上説明したことから明かなように本発明によれば、前記第一アクチュエータプレートの第一壁の天頂部と前記第二アクチュエータプレートの第二壁の天頂部とを接合してインク液室を形成し、前記インク液室内に、前記第一電極と前記第二電極とを被覆する第三電極が形成されるので、前記第一電極と前記第二電極とが電気的に接続される。よって、第一壁及び第二壁の天頂部の表面粗さやうねり、接合のための接着剤等のはみ出しに関係なく確実な電気的接続が得られ、インク液室内に導入されたインクにより電気的接続が阻害されたり、第一壁及び第二壁の駆動による振動による摩耗で電気的接続が切れたりすることがなく、電気的接続の信頼性が著しく高くなる。また、第一壁及び第二壁の変形によってインクを噴射するので、低い駆動電圧で文字や画像を形成するのに十分な速度及び体積のインク液滴を噴射することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例のインク噴射装置の一部の断面図である。
【図2】 従来例のインク噴射装置を示す断面図である。
【図3】 従来例のインク噴射装置の動作を示す説明図である。
【図4】 従来例のインク噴射装置を示す斜視図である。
【図5】 従来例の制御部を示すブロック図である。
【図6】 従来例のプリンタを示す斜視図である。
【図7】 従来例のインク噴射装置を示す断面図である。
【図8】従来例のインク噴射装置の一部の断面図である。
【符号の説明】
201 インク噴射装置
111 側壁
116 側壁
112 インク液室
113 電極
114 電極
213 金属層
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an ink ejecting apparatus.
[0002]
[Prior art]
Today, instead of conventional impact printing devices, the non-impact printing devices that are expanding the market greatly have the simplest principle, and are easy to achieve multi-gradation and colorization. As an example, an inkjet printing apparatus can be used. Among them, a drop-on-demand type that ejects only ink droplets used for printing is rapidly spreading due to its good ejection efficiency and low running cost.
[0003]
Typical examples of the drop-on-demand type include a Kaiser type disclosed in Japanese Patent Publication No. 53-12138 or a thermal jet type disclosed in Japanese Patent Publication No. 61-59914. Among these, the former is difficult to reduce in size, and the latter requires a heat resistance requirement for applying high heat to the ink, and each has a very difficult problem.
[0004]
As a new method for simultaneously solving the above-mentioned defects, shearing disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 63-247051, 63-252750 and 2-150355 is proposed. It is a mode type. FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4, FIG. 5 and FIG.
[0005]
The configuration of the conventional example will be specifically described below with reference to FIG. 2 showing a cross-sectional view of the ink ejecting apparatus. The ink ejecting apparatus 1 includes an actuator plate 2, a cover plate 3, and a nozzle plate 31 (FIG. 4). The actuator plate 2 is made of a piezoelectric material having ferroelectricity, for example, a lead zirconate titanate (PZT) ceramic material, and is polarized in the direction of arrow 5. There is a side wall 11 separating 15. The cover plate 3 is formed of a ceramic material or a resin material. By joining the actuator plate 2 and the cover plate 3 via a bonding layer 4 made of an adhesive, for example, an epoxy-based adhesive, the grooves 15 are formed with a plurality of ink liquid chambers 12 spaced apart from each other in the lateral direction. Become. The ink liquid chamber 12 has an elongated shape with a rectangular cross section, and the side wall 11 extends over the entire length of the ink liquid chamber 12. An electrode 13 for applying a driving voltage is formed on both surfaces from the upper part of the side wall 11 near the bonding layer 4 of the side wall 11 to the central part of the side wall 11. Ink 81 is introduced into the ink chamber 12 from the ink supply port 21 (FIG. 4) through the manifold 22 (FIG. 4).
[0006]
Next, the operation of the conventional example will be described with reference to FIG. 3 showing a cross-sectional view of the ink ejecting apparatus 1. In the ink ejecting apparatus 1, for example, when the ink liquid chamber 12b is selected according to desired print data, a positive drive voltage is rapidly applied to the electrodes 13c and 13d, and the electrodes 13b and 13e are grounded. As a result, a driving electric field in the direction of arrow 14a acts on the side wall 11a, and a driving electric field in the direction of arrow 14b acts on the side wall 11b. At this time, since the driving electric field directions 14a and 14b and the polarization direction 5 are orthogonal to each other, the side walls 11a and 11b are rapidly deformed in the ink liquid chamber 12b due to the piezoelectric thickness slip effect. Due to this deformation, the volume of the ink liquid chamber 12b decreases, the pressure of the ink 81 inside the ink liquid chamber 12b rapidly increases, and a pressure wave is generated from the nozzle 32 (FIG. 4) communicating with the ink liquid chamber 12b. A part of the ink 81 is ejected as ink droplets. Further, when the application of the drive voltage is stopped, the side walls 11a and 11b return to the positions before deformation (see FIG. 2), so that the pressure of the ink 81 inside the ink liquid chamber 12b decreases, and the ink supply port 21 (FIG. 4). Ink 81 is supplied into the ink liquid chamber 12b through the manifold 22 (FIG. 4).
[0007]
However, the above operation is only a basic operation of the conventional example, and when it is embodied as a product, first, a driving voltage is applied in a direction in which the volume of the ink liquid chamber 12b increases, and the ink liquid chamber 12b is first applied. In some cases, the supply of the drive voltage is stopped after the ink is supplied, and the side walls 11a and 11b are returned to the positions before the deformation (see FIG. 2) to eject the ink.
[0008]
In the ink ejecting apparatus 1, since ink droplets cannot be ejected simultaneously from two nozzles communicating with two adjacent ink liquid chambers, for example, ink droplets are ejected from nozzles communicating with the ink liquid chambers 12b and 12d. After the ejection, the ink liquid chamber 12 and the nozzle are ejected from the nozzle communicating with the ink liquid chamber 12c, and then the ink droplet is ejected again from the nozzle communicating with the ink liquid chambers 12b and 12d. 32 is divided into a plurality of groups to eject ink droplets.
[0009]
Next, the configuration and manufacturing method of the conventional example will be described with reference to FIG. Parallel grooves 15 forming the ink liquid chambers 12 having the above-described shape are formed on the actuator plate 2 subjected to the polarization process by grinding using a thin disk-shaped diamond blade. The groove 15 is a parallel groove having the same depth in almost the entire area of the actuator plate 2, but is gradually shallower as it approaches the end surface 17, and is formed to be a shallow parallel shallow groove 18 in the vicinity of the end surface 17. Electrodes are formed on the inner surfaces of the grooves 15 and the shallow grooves 18 by vacuum deposition, sputtering, or the like. When this electrode is formed, an electrode is also formed at the zenith portion of the side wall 11, so that it is necessary to separate the electrodes on both sides of the side wall 11. For this purpose, the electrode at the zenith portion of the side wall 11 is removed by lapping or the like. Thereby, the electrode 13 is formed on the inner surface of the groove 15 only in the upper half of the side surface, and the electrode 19 is formed on the inner surface of the shallow groove 18 on the entire side surface and bottom surface. By this electrode 19, the electrode 13 formed on the side wall 11 on both sides of the groove 15 is electrically connected.
[0010]
Further, the ink introduction port 21 and the manifold 22 are formed on the cover plate 3 made of a ceramic material or a resin material by grinding or cutting.
[0011]
Next, the groove 15 processing side surface of the actuator plate 2 and the manifold 22 processing side surface of the cover plate 3 are connected to each other by the bonding layer 4 (FIG. 2) made of an epoxy adhesive or the like. Adhesion is performed so as to form the ink liquid chamber 12 having a shape. Next, the nozzle plate 31 provided with the nozzles 32 at the positions corresponding to the positions of the ink liquid chambers 12 is bonded to the end surfaces 16 of the actuator plate 2 and the cover plate 3. A substrate 41 provided with a conductive layer pattern 42 at a position corresponding to the position of each shallow groove 18 is adhered to the surface of the actuator plate 2 opposite to the processed side of the groove 15 with an epoxy adhesive or the like.
[0012]
Then, the electrode 19 on the bottom surface of the shallow groove 18 and the conductive layer pattern 42 are connected by a conductive wire 43. Usually, a known technique called wire bonding is used for such connection. Since the diameter of the conductor 43 is usually very small and its mechanical strength is small, in order to prevent contact between adjacent conductors 43 and disconnection, and corrosion due to moisture and dust in the atmosphere, generally an epoxy resin or the like is used. Using this, a protective film (not shown) is formed (potted). The protective film is cured by heating.
[0013]
Next, the configuration of the conventional control unit will be described with reference to FIG. 5 showing a block diagram of the control unit. The conductive layer patterns 42 provided on the substrate 41 are individually connected to the LSI chip 51, and the clock line 52, the data line 53, the voltage line 54 and the ground line 55 are also connected to the LSI chip 51. The LSI chip 51 determines which nozzle 32 should eject ink droplets from data appearing on the data line 53 based on continuous clock pulses supplied from the clock line 52. Then, the LSI chip 51 applies the voltage V of the voltage line 54 to the pattern 42 of the conductive layer that conducts to the electrode 13 in the ink liquid chamber 12 that ejects ink. Further, the LSI chip 51 connects the ground line 55 to the conductive layer pattern 42 which is conductive to the electrodes 13 other than the ink liquid chamber 12.
[0014]
Next, the configuration and operation of the conventional example will be described with reference to FIG. 6 showing a perspective view of the printer. The ink ejecting apparatus 1 and the nozzle plate 31 have the configurations and operations described with reference to FIGS. 2, 3, 4, and 5. The ink ejecting apparatus 1 is fixed on the carriage 62, the ink supply tube 63 communicates with the ink supply port 21 (FIG. 4), the LSI chip 51 (FIG. 5) is built in the carriage 62, and the flexible cable 64 is shown in FIG. It corresponds to the clock line 52, data line 53, voltage line 54 and earth line 55 shown. The carriage 62 reciprocates over the entire width of the recording paper 71 in the direction of the arrow 65 along the slider 66, and the ink ejecting device 61 moves the nozzle against the recording paper 71 held by the platen roller 72 when the carriage 62 is moving. Ink droplets are ejected from the nozzles 32 (FIG. 4) provided on the plate 31 to adhere the ink droplets on the recording paper 71.
[0015]
The recording paper 71 is stationary when the ink ejecting apparatus 1 ejects ink droplets. However, each time the carriage 62 performs a predetermined operation, the recording paper 71 is fed by a certain amount in the direction of the arrow 75 by the paper feed rollers 73 and 74. Be transported. As a result, the ink ejecting apparatus 1 can form desired characters and images on the entire surface of the recording paper 71.
[0016]
Next, another conventional ink ejecting apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-92561 will be described with reference to FIGS. The ink ejecting apparatus 101 includes actuator plates 102 and 103 and a nozzle plate (not shown). The actuator plate 102 is made of a piezoelectric material having ferroelectricity, polarized in the direction of the arrow 105, and has a plurality of grooves 115 and side walls 111 separating the grooves 115. Electrodes 113 for applying a driving voltage are formed on both side surfaces of the side wall 111 and part of the zenith. The actuator plate 103 is made of a piezoelectric material having ferroelectricity, is polarized in the direction of the arrow 106, and has a plurality of grooves 117 and side walls 116 separating the grooves 117. Electrodes 114 for applying a drive voltage are formed on both side surfaces of the side wall 116 and part of the zenith.
[0017]
By joining the zenith portion of the side wall 111 of the actuator plate 102 and the zenith portion of the side wall 116 of the actuator plate 103 via the bonding layer 104 made of an adhesive, the grooves 115 and 117 are spaced apart from each other in the lateral direction. A plurality of ink liquid chambers 112 are formed. Further, the electrode 113 formed at the zenith portion of the side wall 111 and the electrode 114 formed at the zenith portion of the side wall 116 are in contact with each other to form a conductive relationship. The ink liquid chamber 112 has an elongated shape with a rectangular cross section, and the side walls 111 and 116 extend over the entire length of the ink liquid chamber 112. Ink 181 is introduced into the ink liquid chamber 112 from an ink supply port (not shown) through a manifold (not shown). Description of the electrical connection between the electrodes 113 and 114 and the drive circuit is omitted.
[0018]
In the ink ejecting apparatus 101, a driving electric field acts on the side walls 111 and 116 by applying a driving voltage to the electrodes 113 and 114 on the surfaces of the side walls 111 and 116 on both sides of the ink liquid chamber 112 to be ejected. At this time, since the drive electric field direction and the polarization directions 105 and 106 are orthogonal to each other, the side walls 111 and 116 are rapidly deformed toward the inside of the ink liquid chamber 112 by the piezoelectric thickness slip effect. Due to this deformation, the volume of the ink liquid chamber 112 decreases, the pressure of the ink 181 inside the ink liquid chamber 112 rapidly increases, and a pressure wave is generated from a nozzle (not shown) communicating with the ink liquid chamber 112. A part of the ink 181 is ejected as an ink droplet. Further, when the application of the driving voltage is stopped, the side walls 111 and 116 return to the positions before the deformation, so that the pressure of the ink 181 inside the ink liquid chamber 112 decreases, and a manifold (not shown) is supplied from the ink supply port (not shown). The ink 181 is supplied into the ink chamber 112 through
[0019]
However, the above operation is only a basic operation of the conventional example, and when embodied as a product, first, a drive voltage is applied in the direction in which the volume of the ink liquid chamber 112 increases, and the ink liquid chamber 112 is first applied. In some cases, application of the driving voltage is stopped after the ink is supplied, and the side walls 111 and 116 are returned to the positions before the deformation to eject the ink.
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional ink ejecting apparatus 1 as described above, only the upper half of the side wall 11 is deformed by the piezoelectric thickness due to the drive voltage applied to the electrode 13, and the lower half is displaced by the deformation of the upper half. The amount of deformation of the side wall 11 is small compared to the electrical energy applied to 13, and the amount of decrease in the volume of the ink liquid chamber 12 is small. For this reason, in order to form characters and images on the paper surface where the speed and volume of the ejected ink droplets face the ink ejecting apparatus 1, the drive voltage has to be increased. For this reason, since the drive circuit becomes complicated and large, there has been a limit to reducing the cost and size of the apparatus.
[0021]
In the conventional ink ejecting apparatus 101 as described above, both of the side walls 111 and 116 are driven by the driving voltage applied to the electrode 113, so that the ink ejecting apparatus 1 and the ink ejecting apparatus 1 are driven at half the driving voltage of the ink ejecting apparatus 1. The same ink pressure can be generated. Therefore, the drive voltage can be made lower than that of the injection device 1.
[0022]
However, in the ink ejecting apparatus 101, the electrical connection between the electrode 113 formed on the side wall 111 and the electrode 114 formed on the side wall 116 is performed by joining the zenith portion of the side wall 111 and the zenith portion of the side wall 116. Therefore, in this electrical connection by contact, there is a problem that reliability is low, for example, if the surface roughness and waviness of the zenith portions of the side walls 111 and 116 are large, the connection is not reliable. Further, there is a problem that the electrode 113 and the electrode 114 are not connected due to the protrusion of the adhesive that bonds the zenith portion of the side wall 111 and the zenith portion of the side wall 116. Further, the ink 181 enters the contact surface between the electrodes 113 and 114 to hinder the electrical connection, or the contact surface between the electrodes 113 and 114 is worn by the vibration caused by the driving of the side walls 111 and 116, so that the electrical connection is established. There is a problem that the ejection of the ink droplet stops during use, and the reliability is low.
[0023]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and can eject ink droplets having a speed and volume sufficient to form characters and images with a low driving voltage. An object of the present invention is to provide an ink ejecting apparatus having high coupling reliability and a method for manufacturing the same.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, according to claim 1 of the present invention, there is provided a first actuator plate having a plurality of first grooves and a first wall at least partially made of a piezoelectric material with the first grooves being separated. A second actuator plate having a plurality of second grooves provided corresponding to the first grooves, and a second wall at least partly made of a piezoelectric material across the second grooves; A first electrode formed on a side surface of the first wall; and a second electrode formed on a side surface of the second wall; and a zenith portion of the first wall of the first actuator plate and a second electrode of the second actuator plate. by joining a top portion of the second wall covering, in the ink jet apparatus constituting the ink liquid chamber composed of the first grooves and second grooves, the before and Symbol ink the first electrode to the chamber and the second electrode It was formed, the second electrode and the first electrode Having a third electrode connected to each other to.
[0025]
According to a second aspect of the present invention, a first actuator plate having a plurality of first grooves and a first wall at least partially made of a piezoelectric material with the first grooves being provided, and provided corresponding to the first grooves. A second actuator plate having a plurality of second grooves formed, a second wall at least partially made of a piezoelectric material across the second groove, and a first actuator formed on a side surface of the first wall. In the manufacturing method of an ink ejecting apparatus including an electrode and a second electrode formed on a side surface of the second wall, a zenith portion of the first wall of the first actuator plate and a second wall of the second actuator plate A step of forming an ink liquid chamber composed of the first groove and the second groove, introducing a metal substance into the ink liquid chamber, and the first electrode and the second electrode, covering the phases and the second electrode and the first electrode Characterized in that comprising the step of forming a third electrode connected to.
[0026]
[Action]
In the ink ejecting apparatus of the present invention having the above-described configuration, a third electrode formed in the ink liquid chamber is formed on the first electrode and the second electrode so as to cover the first electrode and the second electrode. The second electrode is electrically connected.
[0027]
In the method of manufacturing the ink ejecting apparatus of the invention, first, the zenith portion of the first wall of the first actuator plate and the zenith portion of the second wall of the second actuator plate are joined, and then A step of forming an ink liquid chamber composed of one groove and a second groove; and introducing a metal substance into the ink liquid chamber to cover the first electrode and the second electrode in the ink liquid chamber. Three electrodes are formed, and the first electrode and the second electrode are electrically connected.
[0028]
【Example】
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member same as a prior art, and the description is abbreviate | omitted.
[0029]
The configuration of an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to FIG. 1 showing a partial sectional view of the ink ejecting apparatus 201. The ink ejecting apparatus 201 includes actuator plates 102 and 103 and a nozzle plate (not shown). The actuator plate 102 is made of a piezoelectric material having ferroelectricity, is polarized in the direction of an arrow 105 (FIG. 7), and has a plurality of grooves 115 and side walls 111 separating the grooves 115. An electrode 113 for applying a driving voltage is formed on both side surfaces of the side wall 111 and a part of the zenith portion continuous with the both side surfaces. The actuator plate 103 is made of a piezoelectric material having ferroelectricity, is polarized in the direction of an arrow 106 (FIG. 7), and has a plurality of grooves 117 and a side wall 116 separating the grooves 117. An electrode 114 for applying a driving voltage is formed on both side surfaces of the side wall 116 and a part of the zenith that is continuous with both side surfaces.
[0030]
The electrodes 113 and 114 are formed by forming a resist layer or the like on a part of the top of the side wall 111 and part of the top of the side wall 116 by patterning or the like, and then forming a thin layer of a conductive material such as nickel, aluminum, gold, or carbon. It is formed by vacuum deposition, sputtering, plating, screen printing or the like on the entire surface of the side walls 111 and 116, and removing the resist layer by mechanical peeling or chemical dissolution.
[0031]
Next, by joining the zenith portion of the side wall 111 of the actuator plate 102 and the zenith portion of the side wall 116 of the actuator plate 103 via the bonding layer 104 made of an adhesive, the grooves 115 and 117 are spaced apart from each other in the lateral direction. A plurality of ink liquid chambers 112 having The ink liquid chamber 112 has an elongated shape with a rectangular cross section, and the side walls 111 and 116 extend over the entire length of the ink liquid chamber 112.
[0032]
Next, a metal material such as nickel, gold, copper, silver, or palladium is introduced into the ink chamber 112, and the metal layer 213 is covered with the electrodes 113 and 114 by a plating method such as electrolytic plating or electroless plating. To be formed. Thus, the electrode 113 and the electrode 114 are electrically connected by the metal layer 213.
[0033]
In the ink ejecting apparatus 201 of the present embodiment, the electrode 113 and the electrode 114 form a conductive relationship by the metal layer 213 formed so as to cover them, so that the surface roughness and undulation of the zenith portions of the side walls 111 and 116 are formed. Reliable electrical connection is obtained regardless of whether the adhesive layer protrudes from the adhesive layer 104, the ink introduced into the ink liquid chamber 112 impedes electrical connection, or vibrations due to the driving of the side walls 111 and 116. The electrical connection is not broken due to wear, and the reliability of the electrical connection is remarkably increased.
[0034]
Further, since the ink is ejected by deformation of the side wall 111 and the side wall 116, it is possible to eject ink droplets having a speed and volume sufficient to form characters and images with a low driving voltage.
[0035]
In this embodiment, the ink liquid chambers 112 are adjacent to each other, but air chambers filled with air may be provided between the ink liquid chambers. In this case, ink droplets can be ejected simultaneously from two nozzles communicating with all the ink liquid chambers.
[0036]
Further, in this embodiment, after forming a resist layer or the like on a part of the zenith part of the side wall 111 and a part of the zenith part of the side wall 116, a thin layer of a conductive material is formed on the entire surface of the side walls 111 and 116. By removing the resist layer by mechanical peeling or chemical dissolution, the electrodes 113 are formed on both side surfaces of the side wall 111 and a part of the zenith, and the electrodes 114 are formed on both side surfaces of the side wall 116 and a part of the zenith. However, after forming a thin layer of a conductive material on the entire surfaces of the side walls 111 and 116, the top of the side wall 111 and the top of the side wall 116 are machined to remove a part of the electrodes 113 and 114. May be.
[0037]
Further, in this embodiment, the electrode 113 is formed on both side surfaces of the side wall 111 and a part of the zenith part continuous with both side surfaces, and the electrode 114 is formed on both side surfaces of the side wall 116 and part of the zenith part continuous with both side surfaces. However, the electrodes 113 and 114 may be formed on the entire side surfaces of the side walls 111 and 116 or on a part of the side surfaces, respectively, and may not be formed on the zenith portion.
[0038]
In this embodiment, the metal layer 213 is formed on the entire side surfaces of the side walls 111 and 116, but may be formed on a part of the side surfaces of the side walls 111 and 116.
[0039]
In this embodiment, the bonding layer 104 did not cover the electrodes 113 and 114. However, when the bonding layer 104 covers a part of the electrodes 113 and 114, the bonding layer 104 covered with a solvent or the like is dissolved. May be removed. Further, by adding a powder of a conductive material such as a metal to the adhesive forming the bonding layer 104, the formation of the metal layer 213 is promoted on the surface of the coated bonding layer 104 without removing the coated bonding layer 104. You may let them.
[0040]
In this embodiment, the side walls 111 and 116 are each formed of one piezoelectric material member (actuator plates 102 and 103). However, a plurality of piezoelectric material members stacked in parallel with the polarization direction, The piezoelectric material and the piezoelectric material may be formed of a member laminated in parallel with the polarization direction.
[0041]
In this embodiment, three ink liquid chambers 112 are shown. However, the number of ink liquid chambers 112 may be any number such as 50 or 100.
[0042]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, the ink liquid chamber is formed by joining the zenith portion of the first wall of the first actuator plate and the zenith portion of the second wall of the second actuator plate. Since the third electrode that covers the first electrode and the second electrode is formed in the ink liquid chamber, the first electrode and the second electrode are electrically connected. Therefore, a reliable electrical connection can be obtained regardless of the surface roughness and undulation of the top and second walls and the protruding adhesive, etc., and the ink introduced into the ink chamber can be electrically connected. The connection is not hindered, and the electrical connection is not cut off due to the vibration caused by the driving of the first wall and the second wall, and the reliability of the electrical connection is remarkably increased. Further, since the ink is ejected by the deformation of the first wall and the second wall, it is possible to eject ink droplets having a speed and volume sufficient to form characters and images with a low driving voltage.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of an ink ejecting apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a conventional ink ejecting apparatus.
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an operation of a conventional ink ejecting apparatus.
FIG. 4 is a perspective view showing a conventional ink ejecting apparatus.
FIG. 5 is a block diagram illustrating a conventional control unit.
FIG. 6 is a perspective view illustrating a conventional printer.
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a conventional ink ejecting apparatus.
FIG. 8 is a partial cross-sectional view of a conventional ink ejecting apparatus.
[Explanation of symbols]
201 Ink Ejector 111 Side Wall 116 Side Wall 112 Ink Liquid Chamber 113 Electrode 114 Electrode 213 Metal Layer

Claims (2)

複数の第一溝と、前記第一溝を隔て、少なくとも一部が圧電材料で構成された第一壁とを有する第一アクチュエータプレートと、
前記第一溝に対応して設けられた複数の第二溝と、前記第二溝を隔て、少なくとも一部が圧電材料で構成された第二壁とを有する第二アクチュエータプレートと、
前記第一壁の側面に形成された第一電極と、
前記第二壁の側面に形成された第二電極と、を備え、
前記第一アクチュエータプレートの第一壁の天頂部と前記第二アクチュエータプレートの第二壁の天頂部とを接合して、前記第一溝及び第二溝からなるインク液室を構成するインク噴射装置において、
記インク液室内に前記第一電極と前記第二電極とを被覆して形成され、前記第一電極前記第二電極とを相互に接続する第三電極を有することを特徴とするインク噴射装置。
A first actuator plate having a plurality of first grooves and a first wall at least partially made of a piezoelectric material across the first grooves;
A second actuator plate having a plurality of second grooves provided corresponding to the first grooves, and a second wall at least partly made of a piezoelectric material with the second grooves being spaced apart;
A first electrode formed on a side surface of the first wall;
A second electrode formed on a side surface of the second wall,
An ink ejecting apparatus that joins the zenith portion of the first wall of the first actuator plate and the zenith portion of the second wall of the second actuator plate to form an ink liquid chamber composed of the first groove and the second groove. In
Is formed by coating and said second electrode and said first electrode before Symbol ink chamber, ink ejection, characterized in that it comprises a third electrode for connecting the second electrode and the first electrode to each other apparatus.
複数の第一溝と、前記第一溝を隔て、少なくとも一部が圧電材料で構成された第一壁とを有する第一アクチュエータプレートと、
前記第一溝に対応して設けられた複数の第二溝と、前記第二溝を隔て、少なくとも一部が圧電材料で構成された第二壁とを有する第二アクチュエータプレートと、
前記第一壁の側面に形成された第一電極と、
前記第二壁の側面に形成された第二電極と、
を備えたインク噴射装置の製造方法において、
前記第一アクチュエータプレートの第一壁の天頂部と前記第二アクチュエータプレートの第二壁の天頂部とを接合して、前記第一溝及び第二溝からなるインク液室を形成する工程と、
前記インク液室内に金属物質を導入して、前記第一電極と前記第二電極とを被覆し前記第一電極前記第二電極とを相互に接続する第三電極を形成する工程とからなることを特徴とするインク噴射装置の製造方法。
A first actuator plate having a plurality of first grooves and a first wall at least partially made of a piezoelectric material across the first grooves;
A second actuator plate having a plurality of second grooves provided corresponding to the first grooves, and a second wall at least partly made of a piezoelectric material with the second grooves being spaced apart;
A first electrode formed on a side surface of the first wall;
A second electrode formed on a side surface of the second wall;
In a method of manufacturing an ink ejecting apparatus comprising:
Joining the zenith portion of the first wall of the first actuator plate and the zenith portion of the second wall of the second actuator plate to form an ink liquid chamber composed of the first groove and the second groove;
A step of introducing a metal substance into the ink liquid chamber to form a third electrode that covers the first electrode and the second electrode and interconnects the first electrode and the second electrode. A method of manufacturing an ink ejecting apparatus.
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