DE60024633T2

DE60024633T2 - Dichtung für eine mikroelektromechanische flüssigkeitskammer

Info

Publication number: DE60024633T2
Application number: DE60024633T
Authority: DE
Inventors: Kia Balmain Silverbrook
Original assignee: Silverbrook Research Pty Ltd
Current assignee: Silverbrook Research Pty Ltd
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 2000-05-24
Publication date: 2006-09-07
Anticipated expiration: 2020-05-25
Also published as: CN1371324A; WO2001002177A1; DE60024633D1; CA2414722C; EP1200263B1; ZA200200766B; EP1200263A1; CN1153671C; CA2414722A1; EP1200263A4; CN1535824A; ATE311982T1; US6315399B1; AUPQ131099A0; CN1281413C

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im weitesten Sinne mikromechanische Vorrichtungen, die eine Flüssigkeitskammer umfassen und eine Dichtung bilden, die sich um eine bewegliche Komponente herum erstreckt, die sich teilweise in der Flüssigkeitskammer befindet. Die vorliegende Erfindung wird im vorliegenden Text anhand mikromechanischer Vorrichtungen für Tintenstrahldrucker beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung ein breites Anwendungsgebiet hat, einschließlich mikromechanischer Pumpen.
Allgemeiner Stand der Technik
Für den freien Markt hergestellte mikromechanische Systeme verwenden in der Regel standardmäßige Halbleiterfertigungsprozesse. In dem Maße, wie diese Prozesse immer raffinierter werden, weitet sich das Feld der möglichen Anwendungen für mikromechanische Vorrichtungen zunehmend aus.
In der jüngeren Vergangenheit sind Vorrichtungen mit mikroelektromechanischen Systemen (MEMS-Vorrichtungen) vorgeschlagen worden, die für den Tintenstrahldruck und in anderen Vorrichtungen, die mit Fluiden arbeiten, eingesetzt werden sollen.
Bei solchen Vorrichtungen besteht eine der Herausforderungen darin, Flüssigkeitsdüsen oder Flüssigkeitskanäle innerhalb der MEMS-Vorrichtung ausreichend abzudichten, insbesondere dort, wo die Dichtung zwischen sich bewegenden Teilen hergestellt werden soll.
WO9903681 offenbart eine Düsenkammer, die eine Flüssigkeit enthält, mit einem Schaufelaktuator vom MEMS-Typ zum Aus spritzen von Tinte. Zwischen dem Aktuator und der Seitenwand der Kammer ist ein Meniskus ausgebildet.
Kurzdarstellung der Erfindung
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine mikromechanische Vorrichtung bereitgestellt, die Folgendes eine Flüssigkeitskammer und eine bewegliche Komponente umfasst, die sich teilweise innerhalb der Kammer befindet und sich in einer ersten Richtung durch eine Öffnung in einer Wand der Kammer erstreckt, wobei die Komponente in der Öffnung in einer zweiten Richtung bewegt werden kann, die orthogonal zur ersten Richtung verläuft. Die Komponente umfasst: einen Körperabschnitt, der sich in der Öffnung befindet und dessen Breite im Wesentlichen gleich der Breite der Öffnung ist, einen Schaftabschnitt, der sich außerhalb der Öffnung und von der Wand weg erstreckt und eine Breite aufweist, die geringer ist als die Breite des Körperabschnitts, und eine Schulter, die den Schaftabschnitt mit dem Körperabschnitt verbindet. Die Schulter ist auf eine äußere Kante der Öffnung ausgerichtet ist, wodurch eine Flüssigkeit in der Kammer einen Meniskus zwischen der äußeren Kante und der Schulter bildet und der Meniskus während der Bewegung der Komponente in der zweiten Richtung beibehalten bleibt.
Die Schulter kann die Gestalt einer Stufe haben, die den Schaftabschnitt mit dem Körperabschnitt verbindet.
Bei einer Ausführungsform umfasst die Wand an einer Außenfläche der Wand neben der Öffnung einen planaren Abschnitt.
Es wird nun – lediglich beispielhaft und anhand der begleitenden Zeichnungen – eine bevorzugte Form der Erfindung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Draufsicht auf eine Tintenstrahldruckdüse, welche die vorliegende Erfindung verkörpert.
2 zeigt einen Seitenaufriss der Tintenstrahldüse von 1.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Details der Druckdüse aus den 1 und 2.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Wenden wir uns zunächst 1 zu, wo die Tintenstrahldüse 10 eine Düsenkammer 12 umfasst, in deren oberer Wand 16 eine Öffnung 14 ausgebildet ist.
Eine Thermoaktuatorstruktur 18 umfasst einen ersten Abschnitt 20, der sich im Wesentlichen im Inneren der Düsenkammer 12 befindet, und einen zweiten Abschnitt 22, der sich außerhalb der Düsenkammer 12 befindet.
Indem sich die Aktuatorstruktur 18 relativ zu der Düsenkammer 12 im Wesentlichen aufwärts und abwärts bewegt, wie durch den Pfeil 24 in 2 veranschaulicht, können Tröpfchen einer (nicht gezeigten) Flüssigkeit, die in der Düsenkammer 12 enthalten ist, durch die Öffnung 14 ausgespritzt werden.
Wenden wir uns nun 3 zu, wo der zweite Abschnitt 22 der Aktuatorstruktur 18 in einem Schaftabschnitt 26 endet. Der Schaftabschnitt ist über eine Schulter 28 mit einem Endabschnitt 30 des ersten Aktuatorabschnitts 20 verbunden. Der Endabschnitt 30 befindet sich innerhalb einer Öffnung 32 in einer Seitenwand 34 der Düsenkammer 12. Auch in 3 zeigt der Pfeil 24 die Bewegung des ersten und des zweiten Abschnitts 20 bzw. 22 während des Betriebes an.
Der Fachmann erkennt, dass bei Vorhandensein einer ausreichend engen Beabstandung zwischen den äußeren Kanten 36 der Öffnung 32 und der Stufe 28 die Flüssigkeit innerhalb der Düsenkammer 12 einen Meniskus zwischen der Stufe 28 und den äußeren Kanten 38 bildet, wodurch eine Dichtung gebildet wird, die verhindert, dass Flüssigkeit aus dem Kammerinneren durch den Raum zwischen der Stufe 28 und den äußeren Kanten 36 nach außen dringt.
Des Weiteren bleibt der Meniskus während der Bewegung des ersten und des zweiten Abschnitts 20 bzw. 22 entlang einer durch den Pfeil 24 angedeuteten Richtung während des Betriebes der Tintenstrahldüse 10 beibehalten.
Bei der bevorzugten Ausführungsform umfasst die Seitenwand 34 planare Abschnitte 38 neben den äußeren Kanten 36 der Öffnung 32. Diese Anordnung kann zusätzlich die Wahrscheinlichkeit verringern, dass die Flüssigkeit entlang der Oberfläche der Seitenwand 34 austritt oder herausgezogen wird, wodurch mehr Freiraum bei der Bemessung des Abstandes zwischen den äußeren Kanten 36 der Öffnung 32 und der Stufe 28 geschaffen wird.
Die Tintenstrahldüse 10 der bevorzugten Ausführungsform kann unter Nutzung der bekannten MEMS-Technologie hergestellt werden. Beispielsweise könnten mehrere Tintenstrahldüsen 10 auf einer Siliziumscheibe unter Verwendung der Abfolge von Abscheidungs- und Ätzschritten hergestellt werden, wobei des Weiteren Opferschichten zum Einsatz kommen, um beispielsweise die Aktuatorstruktur 18 freizulegen und um Hohlräume wie beispielsweise die Düsenkammer 12 zu bilden.

Claims

Mikromechanische Vorrichtung, die Folgendes umfasst: eine Flüssigkeitskammer (12), und eine bewegliche Komponente (20), die sich teilweise innerhalb der Kammer befindet und sich in einer ersten Richtung durch eine Öffnung (32) in einer Wand der Kammer erstreckt, wobei die bewegliche Komponente in der Öffnung in einer zweiten Richtung bewegt werden kann, die orthogonal zur ersten Richtung verläuft, und wobei die Komponente einen Körperabschnitt (30), der sich in der Öffnung befindet und dessen Breite im Wesentlichen gleich der Breite der Öffnung ist; einen Schaftabschnitt (26), der sich außerhalb der Öffnung und von der Wand weg erstreckt und dadurch gekennzeichnet ist, dass seine Breite geringer ist als die Breite des Körperabschnitts; und eine Schulter (28), die den Schaftabschnitt mit dem Körperabschnitt verbindet, umfasst, wobei die Schulter auf eine äußere Kante der Öffnung ausgerichtet ist, wodurch eine Flüssigkeit in der Kammer einen Meniskus zwischen der äußeren Kante und der Schulter bildet und der Meniskus während der Bewegung der Komponente in der zweiten Richtung beibehalten bleibt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Schulter die Gestalt einer Stufe hat, die den Schaftabschnitt mit dem Körperabschnitt verbindet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Wand an einer Außenfläche der Wand neben der Öffnung einen planaren Abschnitt umfasst.