JP2846636B2 - インクジェット記録ヘッド用基板の作製方法 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、インクを吐出してインクの液滴を形成し、
それを紙などの被記録材に付着させて記録を行なうイン
クジェット記録装置に用いる記録ヘッドを構成するため
の基板の製造方法に関する。 〔従来の技術〕 インクジェット記録法は、インクジェット記録ヘッド
に設けたオリフィスからインク（記録液）を吐出させ、
これを紙などの被記録材に付着させて記録を行なう記録
方法であり、騒音の発生が極めて少なく、かつ高速記録
が可能であり、しかも普通紙など特別な記録用紙を用い
ないでも記録がおこなえるという多くの利点を有し、種
々のタイプの記録ヘッドが開発されている。 なかでも、例えば、特開昭54−51837号公報およびド
イツ公開（DOLS）第2843064号公報に記載されているよ
うな熱エネルギーをインクに作用させてオリフィスから
吐出させるタイプの記録ヘッドは、記録信号に対する応
答性が良い、オリフィスの高マルチ化が容易であるなど
の利点を有する。 このようなインク吐出エネルギーとして熱エネルギー
を利用するタイプの記録ヘッドの代表的構成を第２図
（Ａ）および（Ｂ）に示す。 この記録ヘッドは、基体１の絶縁性を示す表面上に、
電気エネルギーをインク吐出のための熱エネルギーに変
換するために設けられた電気熱変換体を配列し、更に必
要に応じて電気熱変換体の少なくとも最終的に流路６と
液室10の下に位置する発熱抵抗体８と電極３上に保護層
としての上部層４を設けた基板と、流路６および液室10
等が形成された天板５とを接合した構成を有する。 この記録ヘッドにおけるインクの吐出エネルギーは、
一対の電極３とこれら電極間に位置する発熱抵抗体９と
を有する電気熱変換体によって付与される。すなわち、
電極３に電流を印加して、発熱抵抗体を発熱させると、
発熱抵抗体９付近にある流路６中のインクが瞬間的に加
熱されてそこに気泡が発生し、その気泡の発生による瞬
間的な体積膨張と収縮による体積変化によってオリフィ
スからインクの液滴が吐出される。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上述のような記録ヘッドの構成における基板の電気熱
変換体を作製する代表的な方法としては、例えば特開昭
59−194859号公報に開示されているような、絶縁性の表
面を有する適当な基体上に、まずHfB2などからなる発熱
抵抗体層と、A1などからなる電極層を順次積層し、次に
まず電極層を所定の形状にエッチング液を用いてエッチ
ングした後、発熱抵抗体層を所定の形状にエッチング液
を用いて更にエッチングする工程による方法が知られて
いる。 ところが、このような方法では、発熱抵抗体層のエッ
チングの際に、すでにパーニングされた電極層の側面を
エッチング液が攻撃してしまい、電極層側面にカールや
欠けが生じる場合が多い。また第３図に示すように発熱
抵抗層２がオーバーエッチングされて、電極層３の側面
がはみ出してしまうと、更に保護層４を設ける場合には
その被覆性が極めて悪くなり、その結果記録ヘッドに組
込んだ際のインクの侵入による電極の溶解などの不良の
発生の原因となる。 このような問題を解決しようとする手段としては、例
えば、電極層３の幅を第４図に示すように発熱抵抗層２
の幅よりも小さく予めパターニングしておく方法があ
る。 しかしながら、このような方法は実用上あるいはその
効果の点において、必ずしも十分なものとはいえない。 すなわち、電極層３のパターニング後の発熱抵抗層２
のパターニングの際に、パターニング用のレジストマス
クを電極パターン３上に精度良く位置合せして設ける必
要がある。特に、発熱抵抗体８の配列ピッチをより小さ
くして高密度化を図る場合、電極層３と発熱抵抗体層２
の幅の差（Ｗ）を、例えば１μｍ以下というオーダーで
形成しなければならず、そのような場合における精度良
いレジストマスクの位置合せが技術的に困難であり、位
置合せ不良の発生が顕著となり、歩留りの低下が避けら
れない。 また、発熱抵抗層のパターニングがエチング液を用い
たウエット工程で行なわれるために、エッチングレジス
トの剥れや、発熱抵抗体層と電極層との間の電池反応に
よる発熱抵抗体層のパターニング不良の発生が避けられ
ない。 本発明はこのような従来技術における問題点に鑑みな
されたものであり、その目的は、電気熱変換体を高精度
で歩留り良く作製でき、しかも品質の良好なインクジェ
ット記録ヘッド用基板を供給し得る方法を提供すること
にある。 〔問題点を解決するための手段〕 上記目的を達成する本発明のインクジェット記録ヘッ
ド用基板の作製方法は、基体上に順次積層された発熱抵
抗体層と電極層とをパターニングして、発熱抵抗体と該
発熱抵抗体に電気的に接続された一対の電極とを有する
電気熱変換体を形成する工程を有するインクジェット記
録ヘッド用基板の作製方法において、所望のマスクを用
いて前記電極層をウエットエッチングにてパターニング
した後、該マスクによって前記発熱抵抗体層をドライエ
ッチングにてパターニングすることで前記電気熱変換体
を形成する工程と、該電気熱変換体上に保護層を形成す
る工程とを有することを特徴とする。 すなわち本発明によれば、電極層のパターンニングに
ウエットエッチング法を用いるとともに発熱抵抗体層の
パターニングにエッチングの状態を制御し易いドライエ
ッチング法を用いたので、電極層と発熱抵抗体層のエッ
チングを同一のレジストパターで行なうことができ、従
来の方法におけるようなマスクの位置合せ作業が不要と
なり、また発熱抵抗体層のパターニングがドライ工程で
あるのでウエット工程におけるような上述したような問
題を生じることがない。 特に、ドライエッチング法においては、エッチングの
強さやその速度の制御が容易であり、発熱抵抗体のオー
バーエッチングやカール、欠けといった電極のサイドエ
ッチングを防止、あるいは少なくすることが容易であ
る。 以下、図面を用いて本発明の方法の一例について説明
する。 まず、第１図（Ａ）、及び（Ｂ）に示したように、通
常行なわれているようにHfB2などからなる発熱抵抗体層
２と、A1などからなる電極層３を基体１上に順次積層す
る。 次に、第１図（Ｃ）に示したようにエッチングレジス
ト11を設ける。 このエッチングレジストとしては、電極層のエッチン
グと発熱抵抗体層のドライエッチングとの両方に有効な
材質からなるものが、これらを同一レジストでエッチン
グできるために好適である。 このようなレジスト形成用の材料としては、例えば、
OFPR 800（東京応化）、AZ 130（ヘキスト）、マイクロ
ポジット1400（シップレイ）などを挙げることができ、
フォトリソ工程など用いたパターニング方法で所定の形
状に電極層３上に設ければ良い。 このようにしてエッチングレジスト11を設けた後、ま
ず第１図（Ｄ）に示したように電極層３をエッチングす
る。このエッチングは、精度良いエッチングが可能であ
ればエッチング液を用いたウエット工程による方法でも
良く、電極層形成材料に応じて適宜選択する。なお、こ
の電極層形成用材料としては以後の発熱抵抗体層のドラ
イエッチングで攻撃されない材料が好ましい。 電極層３のエッチングが終了したところで、発熱抵抗
層２を第１図（Ｅ）に示したようにドライエッチングす
る。 このときのドライエッチングの操作条件は、電極層に
ダメージを与えず、かつ発熱抵抗層を精度よく、かつオ
ーバーエッチングすることのない、もしくはオーバーエ
ッチングが極力少なくなるように、これらの材質に応じ
て適宜選択すれば良い。 例えば、発熱抵抗体層にHfB2などのホウ化物を用いた
場合には、エッチングガスとして例えばCCl4、CF4など
のハロゲン系ガスが好適である。 このようにして、電極層３と発熱抵抗体層２とを所望
の形状にパターニングしたところで、第１図（Ｆ）に示
すようにレジスト11を基体１上から除去し、更に発熱抵
抗層の所定部分をフォトリソ技術を用いた電極層のエッ
チング工程によって露出させて発熱抵抗体を形成して、
基体上に電気熱変換体を設ける。更に必要に応じてSi
O2、ポリイミドなどからなる保護層を設けて、インクジ
ェット記録ヘッド用基板を形成する。 得られた基板は例えば第２図に示すような天板と接合
して記録ヘッドを構成できる。 〔実施例〕 以下、実施例にしたがって本発明を更に詳細に説明す
る。 実施例１ まず、熱酸化によって形成されたSiO2膜（５μｍ）を
有する基体としてのシリコンウエハー（A4サイズ）上
に、発熱抵抗体層２としてHfB2をRFマグネトロンスパッ
タで2000Åの層厚で積層し、更に電極層としてAlをEB蒸
着法で5000Åで積層した。 次に、得られた電極層上にOFPR 800（東京応化製）か
らなるエッチングレジストをフォトリソ技術による方法
で形成した。 こうして形成されたレジストをマスクとして、まずAl
層をリン酸硝酸系エッチング液でエッチングした。 次に、反応ガスをCCl4としたRIEを用いて、ガス圧3P
a、パワー300W、エッチング速度300Å/minの条件で発熱
抵抗層をエッチングした。 なお、このエッチング操作において、レジストの剥れ
やエッチング不良は認められなかった。更に、エッチン
グ後のSEM観察の結果、大きなオーバーエッチングや電
極層のカールや欠けといったサイドエッチングもなく、
良好な断面形状を有していた。 次にレジストを剥離し、更に所定部分に発熱抵抗体を
露出するために、該露出部分に相当する部分を除いた部
分にレジスト（OFPR 800、東京応化製）膜を形成し、こ
れをAl用リン酸硝酸系エッチング液で処理してレジスト
の設けられていない部分にあるAlをエッチングして、一
対の電極間に発熱抵抗体を設けた電気熱変換体の基体上
への形成を終了した。なお、発熱抵抗体の配列ピッチは
70μｍであり、またその寸法の形成面全体にわたっての
均一性を調べたところ良好であった。最後に、電気熱変
換体上に保護層としてのSiO2層を、更に発熱抵抗体配列
部以外の部分にポリイミド層を設けて基板を完成した。 こうして作製した基板を、第２図に示したような流路
６および液室10等が形成されたガラス製の天板５と接続
して、インクジェット記録ヘッドを作成し、その記録試
験を行なったところ良好な記録が実施でき、耐久性も良
好であった。 〔発明の効果〕 本発明の方法によれば、電極層のパターニングにウエ
ットエッチング法を用いるとともに発熱抵抗体層のパタ
ーニングにエッチングの状態を制御し易いドライエッチ
ング法を用いたので、従来の方法におけるようなマスク
の位置合せ作業が不要となり、マスクの位置合せミスに
よる歩留りの低下を起すことがなくなった。 また、発熱抵抗体層のエッチングがドライ工程である
ので従来のようなウエット工程におけるエッチング不良
の発生がない。 更に、例えばA4サイズ幅（210mm）においても、寸法
精度に優れた基板が提供できる。
それを紙などの被記録材に付着させて記録を行なうイン
クジェット記録装置に用いる記録ヘッドを構成するため
の基板の製造方法に関する。 〔従来の技術〕 インクジェット記録法は、インクジェット記録ヘッド
に設けたオリフィスからインク（記録液）を吐出させ、
これを紙などの被記録材に付着させて記録を行なう記録
方法であり、騒音の発生が極めて少なく、かつ高速記録
が可能であり、しかも普通紙など特別な記録用紙を用い
ないでも記録がおこなえるという多くの利点を有し、種
々のタイプの記録ヘッドが開発されている。 なかでも、例えば、特開昭54−51837号公報およびド
イツ公開（DOLS）第2843064号公報に記載されているよ
うな熱エネルギーをインクに作用させてオリフィスから
吐出させるタイプの記録ヘッドは、記録信号に対する応
答性が良い、オリフィスの高マルチ化が容易であるなど
の利点を有する。 このようなインク吐出エネルギーとして熱エネルギー
を利用するタイプの記録ヘッドの代表的構成を第２図
（Ａ）および（Ｂ）に示す。 この記録ヘッドは、基体１の絶縁性を示す表面上に、
電気エネルギーをインク吐出のための熱エネルギーに変
換するために設けられた電気熱変換体を配列し、更に必
要に応じて電気熱変換体の少なくとも最終的に流路６と
液室10の下に位置する発熱抵抗体８と電極３上に保護層
としての上部層４を設けた基板と、流路６および液室10
等が形成された天板５とを接合した構成を有する。 この記録ヘッドにおけるインクの吐出エネルギーは、
一対の電極３とこれら電極間に位置する発熱抵抗体９と
を有する電気熱変換体によって付与される。すなわち、
電極３に電流を印加して、発熱抵抗体を発熱させると、
発熱抵抗体９付近にある流路６中のインクが瞬間的に加
熱されてそこに気泡が発生し、その気泡の発生による瞬
間的な体積膨張と収縮による体積変化によってオリフィ
スからインクの液滴が吐出される。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上述のような記録ヘッドの構成における基板の電気熱
変換体を作製する代表的な方法としては、例えば特開昭
59−194859号公報に開示されているような、絶縁性の表
面を有する適当な基体上に、まずHfB2などからなる発熱
抵抗体層と、A1などからなる電極層を順次積層し、次に
まず電極層を所定の形状にエッチング液を用いてエッチ
ングした後、発熱抵抗体層を所定の形状にエッチング液
を用いて更にエッチングする工程による方法が知られて
いる。 ところが、このような方法では、発熱抵抗体層のエッ
チングの際に、すでにパーニングされた電極層の側面を
エッチング液が攻撃してしまい、電極層側面にカールや
欠けが生じる場合が多い。また第３図に示すように発熱
抵抗層２がオーバーエッチングされて、電極層３の側面
がはみ出してしまうと、更に保護層４を設ける場合には
その被覆性が極めて悪くなり、その結果記録ヘッドに組
込んだ際のインクの侵入による電極の溶解などの不良の
発生の原因となる。 このような問題を解決しようとする手段としては、例
えば、電極層３の幅を第４図に示すように発熱抵抗層２
の幅よりも小さく予めパターニングしておく方法があ
る。 しかしながら、このような方法は実用上あるいはその
効果の点において、必ずしも十分なものとはいえない。 すなわち、電極層３のパターニング後の発熱抵抗層２
のパターニングの際に、パターニング用のレジストマス
クを電極パターン３上に精度良く位置合せして設ける必
要がある。特に、発熱抵抗体８の配列ピッチをより小さ
くして高密度化を図る場合、電極層３と発熱抵抗体層２
の幅の差（Ｗ）を、例えば１μｍ以下というオーダーで
形成しなければならず、そのような場合における精度良
いレジストマスクの位置合せが技術的に困難であり、位
置合せ不良の発生が顕著となり、歩留りの低下が避けら
れない。 また、発熱抵抗層のパターニングがエチング液を用い
たウエット工程で行なわれるために、エッチングレジス
トの剥れや、発熱抵抗体層と電極層との間の電池反応に
よる発熱抵抗体層のパターニング不良の発生が避けられ
ない。 本発明はこのような従来技術における問題点に鑑みな
されたものであり、その目的は、電気熱変換体を高精度
で歩留り良く作製でき、しかも品質の良好なインクジェ
ット記録ヘッド用基板を供給し得る方法を提供すること
にある。 〔問題点を解決するための手段〕 上記目的を達成する本発明のインクジェット記録ヘッ
ド用基板の作製方法は、基体上に順次積層された発熱抵
抗体層と電極層とをパターニングして、発熱抵抗体と該
発熱抵抗体に電気的に接続された一対の電極とを有する
電気熱変換体を形成する工程を有するインクジェット記
録ヘッド用基板の作製方法において、所望のマスクを用
いて前記電極層をウエットエッチングにてパターニング
した後、該マスクによって前記発熱抵抗体層をドライエ
ッチングにてパターニングすることで前記電気熱変換体
を形成する工程と、該電気熱変換体上に保護層を形成す
る工程とを有することを特徴とする。 すなわち本発明によれば、電極層のパターンニングに
ウエットエッチング法を用いるとともに発熱抵抗体層の
パターニングにエッチングの状態を制御し易いドライエ
ッチング法を用いたので、電極層と発熱抵抗体層のエッ
チングを同一のレジストパターで行なうことができ、従
来の方法におけるようなマスクの位置合せ作業が不要と
なり、また発熱抵抗体層のパターニングがドライ工程で
あるのでウエット工程におけるような上述したような問
題を生じることがない。 特に、ドライエッチング法においては、エッチングの
強さやその速度の制御が容易であり、発熱抵抗体のオー
バーエッチングやカール、欠けといった電極のサイドエ
ッチングを防止、あるいは少なくすることが容易であ
る。 以下、図面を用いて本発明の方法の一例について説明
する。 まず、第１図（Ａ）、及び（Ｂ）に示したように、通
常行なわれているようにHfB2などからなる発熱抵抗体層
２と、A1などからなる電極層３を基体１上に順次積層す
る。 次に、第１図（Ｃ）に示したようにエッチングレジス
ト11を設ける。 このエッチングレジストとしては、電極層のエッチン
グと発熱抵抗体層のドライエッチングとの両方に有効な
材質からなるものが、これらを同一レジストでエッチン
グできるために好適である。 このようなレジスト形成用の材料としては、例えば、
OFPR 800（東京応化）、AZ 130（ヘキスト）、マイクロ
ポジット1400（シップレイ）などを挙げることができ、
フォトリソ工程など用いたパターニング方法で所定の形
状に電極層３上に設ければ良い。 このようにしてエッチングレジスト11を設けた後、ま
ず第１図（Ｄ）に示したように電極層３をエッチングす
る。このエッチングは、精度良いエッチングが可能であ
ればエッチング液を用いたウエット工程による方法でも
良く、電極層形成材料に応じて適宜選択する。なお、こ
の電極層形成用材料としては以後の発熱抵抗体層のドラ
イエッチングで攻撃されない材料が好ましい。 電極層３のエッチングが終了したところで、発熱抵抗
層２を第１図（Ｅ）に示したようにドライエッチングす
る。 このときのドライエッチングの操作条件は、電極層に
ダメージを与えず、かつ発熱抵抗層を精度よく、かつオ
ーバーエッチングすることのない、もしくはオーバーエ
ッチングが極力少なくなるように、これらの材質に応じ
て適宜選択すれば良い。 例えば、発熱抵抗体層にHfB2などのホウ化物を用いた
場合には、エッチングガスとして例えばCCl4、CF4など
のハロゲン系ガスが好適である。 このようにして、電極層３と発熱抵抗体層２とを所望
の形状にパターニングしたところで、第１図（Ｆ）に示
すようにレジスト11を基体１上から除去し、更に発熱抵
抗層の所定部分をフォトリソ技術を用いた電極層のエッ
チング工程によって露出させて発熱抵抗体を形成して、
基体上に電気熱変換体を設ける。更に必要に応じてSi
O2、ポリイミドなどからなる保護層を設けて、インクジ
ェット記録ヘッド用基板を形成する。 得られた基板は例えば第２図に示すような天板と接合
して記録ヘッドを構成できる。 〔実施例〕 以下、実施例にしたがって本発明を更に詳細に説明す
る。 実施例１ まず、熱酸化によって形成されたSiO2膜（５μｍ）を
有する基体としてのシリコンウエハー（A4サイズ）上
に、発熱抵抗体層２としてHfB2をRFマグネトロンスパッ
タで2000Åの層厚で積層し、更に電極層としてAlをEB蒸
着法で5000Åで積層した。 次に、得られた電極層上にOFPR 800（東京応化製）か
らなるエッチングレジストをフォトリソ技術による方法
で形成した。 こうして形成されたレジストをマスクとして、まずAl
層をリン酸硝酸系エッチング液でエッチングした。 次に、反応ガスをCCl4としたRIEを用いて、ガス圧3P
a、パワー300W、エッチング速度300Å/minの条件で発熱
抵抗層をエッチングした。 なお、このエッチング操作において、レジストの剥れ
やエッチング不良は認められなかった。更に、エッチン
グ後のSEM観察の結果、大きなオーバーエッチングや電
極層のカールや欠けといったサイドエッチングもなく、
良好な断面形状を有していた。 次にレジストを剥離し、更に所定部分に発熱抵抗体を
露出するために、該露出部分に相当する部分を除いた部
分にレジスト（OFPR 800、東京応化製）膜を形成し、こ
れをAl用リン酸硝酸系エッチング液で処理してレジスト
の設けられていない部分にあるAlをエッチングして、一
対の電極間に発熱抵抗体を設けた電気熱変換体の基体上
への形成を終了した。なお、発熱抵抗体の配列ピッチは
70μｍであり、またその寸法の形成面全体にわたっての
均一性を調べたところ良好であった。最後に、電気熱変
換体上に保護層としてのSiO2層を、更に発熱抵抗体配列
部以外の部分にポリイミド層を設けて基板を完成した。 こうして作製した基板を、第２図に示したような流路
６および液室10等が形成されたガラス製の天板５と接続
して、インクジェット記録ヘッドを作成し、その記録試
験を行なったところ良好な記録が実施でき、耐久性も良
好であった。 〔発明の効果〕 本発明の方法によれば、電極層のパターニングにウエ
ットエッチング法を用いるとともに発熱抵抗体層のパタ
ーニングにエッチングの状態を制御し易いドライエッチ
ング法を用いたので、従来の方法におけるようなマスク
の位置合せ作業が不要となり、マスクの位置合せミスに
よる歩留りの低下を起すことがなくなった。 また、発熱抵抗体層のエッチングがドライ工程である
ので従来のようなウエット工程におけるエッチング不良
の発生がない。 更に、例えばA4サイズ幅（210mm）においても、寸法
精度に優れた基板が提供できる。
【図面の簡単な説明】
第１図（Ａ）〜（Ｆ）は本発明の方法における主要工程
を基板の断面図として表した工程図である。 第２図（Ａ）は、インクジェット記録ヘッドの構成を示
す該略図であり、第２図（Ａ）は記録ヘッドを構成する
基板の部分断面図、第２図（Ｂ）は基板と天板との位置
関係を示す展開図である。 第３図は従来の方法におけるオーバーエッチングの状態
を示した断面部分図、第４図は従来の方法における電極
と発熱抵抗体との関係を示した図であり、第４図（Ａ）
は基板の平面図、第４図（Ｂ）は第４図（Ａ）における
Ｘ−Ｙ線での断面図である。 1:基体、2:発熱抵抗体層 3:電極（層）、4:保護層 5:天板、6:流路 7:オリフィス、8:発熱抵抗体 9:貫通孔、10:液室 11:レジスト
を基板の断面図として表した工程図である。 第２図（Ａ）は、インクジェット記録ヘッドの構成を示
す該略図であり、第２図（Ａ）は記録ヘッドを構成する
基板の部分断面図、第２図（Ｂ）は基板と天板との位置
関係を示す展開図である。 第３図は従来の方法におけるオーバーエッチングの状態
を示した断面部分図、第４図は従来の方法における電極
と発熱抵抗体との関係を示した図であり、第４図（Ａ）
は基板の平面図、第４図（Ｂ）は第４図（Ａ）における
Ｘ−Ｙ線での断面図である。 1:基体、2:発熱抵抗体層 3:電極（層）、4:保護層 5:天板、6:流路 7:オリフィス、8:発熱抵抗体 9:貫通孔、10:液室 11:レジスト
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．基体上に順次積層された発熱抵抗体層と電極層とを
パターニングして、発熱抵抗体と該発熱抵抗体に電気的
に接続された一対の電極とを有する電気熱変換体を形成
する工程を有するインクジェット記録ヘッド用基板の作
製方法において、 所望のマスクを用いて前記電極層をウエットエッチング
にてパターニングした後、該マスクによって前記発熱抵
抗体層をドライエッチングにてパターニングすることで
前記電気熱変換体を形成する工程と 該電気熱変換体上に保護層を形成する工程と を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッド用
基板の作製方法。
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| JP62303263A JP2846636B2 (ja) | 1987-12-02 | 1987-12-02 | インクジェット記録ヘッド用基板の作製方法 |
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| EP88120089A EP0319001B1 (en) | 1987-12-02 | 1988-12-01 | Method of preparing a substrate for ink jet head and method of preparing an ink jet head |
| EP95100866A EP0659565B1 (en) | 1987-12-02 | 1988-12-01 | Method of preparing a substrate for ink jet head and method of preparing an ink jet head |
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- 1988-12-02 US US07/279,086 patent/US4889587A/en not_active Expired - Lifetime
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