JP2002537132A - Thermal bending actuator and paddle structure for inkjet nozzle - Google Patents

Thermal bending actuator and paddle structure for inkjet nozzle

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JP2002537132A JP2000599685A JP2000599685A JP2002537132A JP 2002537132 A JP2002537132 A JP 2002537132A JP 2000599685 A JP2000599685 A JP 2000599685A JP 2000599685 A JP2000599685 A JP 2000599685A JP 2002537132 A JP2002537132 A JP 2002537132A
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    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14427Structure of ink jet print heads with thermal bend detached actuators

Abstract

A thermal actuator (7) for micro electromechanical systems (MEMS) comprises two arms (10, 11), with a gap between them for improving operational characteristics and reducing shear stress, where one arm is arranged to undergo thermal expansion to cause the actuator to bend. The actuator (7) may be used to operate a paddle (8) for an ink jet nozzle chamber (2). An aperture in the nozzle chamber (2) has a raised rim (19) for forming a meniscus with the actuator (7), for preventing leakage from the nozzle chamber (2). The paddle (8) has a structural support portion (18) which acts as a spacer to prevent contact between the paddle (8) and a meniscus (3) at the nozzle (4). The nozzle chamber (2) has an internal protrusion, aligned with and opposite to the paddle (8) in its non-ejection state, which aids rapid refill of the nozzle chamber (2) after ejection.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [発明の分野] 本発明は、インクジェットプリンタ等のマイクロメカニカルなまたはマイクロ
エレクトロメカニカルなデバイスの分野に関する。本明細書において、本発明は
、マイクロエレクトロメカニカルなインクジェット技術に関して説明される。し
かし、本発明は他のマイクロメカニカルなまたはマイクロエレクトロメカニカル
なデバイス、たとえば、マイクロエレクトロメカニカルなポンプやマイクロエレ
クトロメカニカルなムーバ、へのより広い用途を有している。 [発明の背景]
[0001] The present invention relates to the field of micromechanical or microelectromechanical devices such as ink jet printers. The present invention is described herein with reference to micro-electromechanical inkjet technology. However, the present invention has broader application to other micromechanical or microelectromechanical devices, such as microelectromechanical pumps and microelectromechanical movers. [Background of the Invention]

【0002】 マイクロメカニカルな及びマイクロエレクトロメカニカルなデバイスは、ます
ます普及してきており、通常、半導体製造技術を利用したμm(ミクロン)規模
のデバイスの作成を伴う。マイクロメカニカルなデバイスに関する最近の概観と
して、1998年12月発行のIEEE Spectrumの24から33ページにおける、S.Tom
PicrauxとPaul J.McWhorterによる「The Broad Sweep of Integrated Micro Sy
stems」という論文を参照する。
[0002] Micro-mechanical and micro-electro-mechanical devices are becoming increasingly popular and typically involve the creation of devices on the micrometer (micron) scale using semiconductor manufacturing techniques. For a recent overview of micromechanical devices, see S. Tom, IEEE Spectrum, December 1998, pp. 24-33.
`` The Broad Sweep of Integrated Micro Sy '' by Picraux and Paul J. McWhorter
stems ".

【0003】 一般的に用いられているマイクロエレクトロメカニカルなデバイスの1つの形
式は、インク噴出ノズルチャンバからインクが噴出される、インクジェット印字
デバイスである。多くの形式のインクジェットデバイスが知られている。 インクジェット印字及び関連するデバイスに関する多くの異なる技術が、発明
されている。この分野の概観として、R Dubeck及びS Sherr編のOutput Hard C
opy Devicesの207から220ページ(1988)の、J Mooreによる「Non-Impact Printin
g:Introduction and Histrical Perspective」という論文を参照する。
One type of commonly used microelectromechanical device is an ink jet printing device in which ink is ejected from an ink ejection nozzle chamber. Many types of inkjet devices are known. Many different technologies for inkjet printing and related devices have been invented. For an overview of this field, see Output Hard C, edited by R Dubeck and S Sherr.
`` Non-Impact Printin '' by J Moore, op.
g: Introduction and Histrical Perspective.

【0004】 最近、本出願人によって、マイクロエレクトロメカニカルなインクジェット(
MEMJET)技術と呼ばれる新しい形式のインクジェット印字が開発された。
MEMJET技術の1つの形式において、パドルまたはプランジャに接続された
エレクトロメカニカルなアクチュエータを利用するインク噴出ノズルチャンバか
らインクが噴出される。パドルまたはプランジャは、チャンバの噴出ノズルに向
かって動いて、噴出ノズルチャンバからインク滴が噴出される。
Recently, the Applicant has proposed a micro-electromechanical inkjet (
A new type of ink jet printing, called MEMJET technology, has been developed.
In one form of MEMJET technology, ink is ejected from an ink ejection nozzle chamber that utilizes an electromechanical actuator connected to a paddle or plunger. The paddle or plunger moves toward the ejection nozzle of the chamber to eject ink droplets from the ejection nozzle chamber.

【0005】 本発明は、MEMJET技術その他マイクロメカニカルなまたはマイクロエレ
クトロメカニカルなデバイスにおいて用いる、機械的な屈曲アクチュエータの改
良に関する。
The present invention is directed to improvements in mechanical bending actuators for use in MEMJET technology and other micromechanical or microelectromechanical devices.

【0006】 [発明の概要] 本発明の第1の態様によれば、マイクロエレクトロメカニカルなデバイス用の
熱アクチュエータが提供される。アクチュエータは、支持基板と、作動部と、そ
の第1の端において基板に取り付けられ、第2の端において作動部に取り付けら
れた第1のアームであって、使用中は伝導によって加熱可能なように配置されて
いる第1のアームと、第1の端において支持基板に取り付けられ、第2の端にお
いて作動部に取り付けられた第2のアームであって、第1のアームと間隔を置い
て配置され、それによって第1及び第2のアームが両者の間に間隙を規定する、
第2のアームとを含む。使用中は、第1のアームは伝導によって加熱されると熱
膨張し、それによって作動部に力が加えるように配置されている。
SUMMARY OF THE INVENTION According to a first aspect of the present invention, there is provided a thermal actuator for a micro-electromechanical device. The actuator is a support substrate, an actuating part, and a first arm attached to the substrate at a first end thereof and attached to the actuating part at a second end, such that during use the heat can be heated by conduction. And a second arm attached to the support substrate at a first end and attached to the actuation portion at a second end, spaced apart from the first arm. Disposed, whereby the first and second arms define a gap therebetween.
A second arm. In use, the first arm is arranged to thermally expand when heated by conduction, thereby applying a force to the actuation portion.

【0007】 従って、従来技術の熱アクチュエータと比べて、たとえば動作温度等、アクチ
ュエータの動作特性の作動部の材料に対する依存度を、少なくすることができる
。従来技術の熱アクチュエータにおいて、作動部は通常部分的に、熱アクチュエ
ータ(三層アクチュエータ)のアームとアームとの間に配置されている。さらに
、作動部が部分的にアームとアームとの間に配置されている場合には、使用中に
、作動部のその部分において剪断応力が誘発され、それによってアクチュエータ
の効率が下がってしまう可能性がある。 アクチュエータは、加熱電流を支持基板を通って第1のアームに印加すること
ができるような方法で配置されていてもよい。
[0007] Thus, the dependence of the operating characteristics of the actuator, such as operating temperature, on the material of the operating part can be reduced as compared to the prior art thermal actuator. In prior art thermal actuators, the actuating part is usually partially disposed between the arms of the thermal actuator (three-layer actuator). Further, if the actuator is partially disposed between arms, during use, shear stress may be induced in that portion of the actuator, thereby reducing the efficiency of the actuator. There is. The actuator may be arranged in such a way that a heating current can be applied to the first arm through the support substrate.

【0008】 第1及び第2のアームは、好ましくは、略同じ材料から形成される。アクチュ
エータは、第1の層を推積及びエッチングして第1のアームを形成する工程と、
第2の層を推積及びエッチングして、第1のアームの上方に犠牲層支持構造を形
成する工程と、第3の層を推積及びエッチングして第2のアームを形成し、第2
の層をエッチングして第1のアームと第2のアームとの間に間隙を形成する工程
とによって製造してもよい。
[0008] The first and second arms are preferably formed from substantially the same material. The actuator depositing and etching the first layer to form a first arm;
Depositing and etching a second layer to form a sacrificial layer support structure above the first arm; depositing and etching a third layer to form a second arm;
Forming a gap between the first arm and the second arm by etching a layer of the second arm.

【0009】 第1のアームは、第2の端において、伝導によって相互接続された2つの細長
い柔軟性を有する細長片を含んでもよい。 第2のアームは、2つの細長い柔軟性を有する細長片を含んでもよい。 作動部は、パドル構造を含んでもよい。従ってアクチュエータは、液体噴出チ
ャンバからの液体の噴出に対してパドル構造が可動な状態で、液体噴出チャンバ
内で用いてもよい。 第1のアームは窒化チタンから形成してもよく、第2のアームも窒化チタンか
ら形成してもよい。
The first arm may include, at a second end, two elongated flexible strips interconnected by conduction. The second arm may include two elongated flexible strips. The actuation portion may include a paddle structure. Therefore, the actuator may be used in the liquid ejection chamber while the paddle structure is movable with respect to ejection of the liquid from the liquid ejection chamber. The first arm may be formed from titanium nitride, and the second arm may be formed from titanium nitride.

【0010】 本発明の第2の態様によれば、インクジェット印字システムの製造の新規な形
式が開示される。
According to a second aspect of the present invention, a novel form of manufacturing an inkjet printing system is disclosed.

【0011】 本発明の第3の態様によれば、ノズルチャンバ内からノズルチャンバの1つの
壁において規定された液体噴出ノズルを通って液体を噴出する、パドルが提供さ
れる。パドルは、使用中はノズルに対向しノズルから間隔を置いて配置された略
平らなプランジャ表面を提供するように構成された第1の部分と、第1の部分の
周辺におけるプランジャ表面上に形成されて第1の部分の構造上の支持を行う第
2の部分とを含み、それによって、使用中、プランジャが作動して液体をノズル
を通って噴出している間、第2の部分がスペーサとしての役割を果たして、プラ
ンジャ表面がノズルに触れるのを防止する。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a paddle for ejecting liquid from within a nozzle chamber through a liquid ejection nozzle defined at one wall of the nozzle chamber. A paddle is formed on the plunger surface at a first portion configured to provide a generally flat plunger surface facing the nozzle and spaced from the nozzle during use, and a perimeter of the first portion. A second portion that provides structural support for the first portion, such that in use the plunger is actuated and ejects liquid through the nozzle while the second portion forms a spacer. And prevents the plunger surface from touching the nozzle.

【0012】 プランジャ表面をノズルから間隔を置いて配置することは、ノズルにおいて液
体のメニスカスがプランジャ表面と接触する可能性を減らすのに重要である。接
触すると、このような装置の動作特性に影響を与えてしまう可能性がある。当業
者であれば、これに応じて、以前に構造上強固にするために必要であると思われ
ていた一定の厚さを有するパドルと比較して、同じ噴出体積において本発明を実
施するチャンバの大きさを小さくすることができる、ということが理解されよう
[0012] The spacing of the plunger surface from the nozzle is important to reduce the likelihood of the liquid meniscus contacting the plunger surface at the nozzle. Contact can affect the operating characteristics of such devices. A person skilled in the art would correspondingly perform a chamber embodying the present invention at the same ejection volume as compared to a paddle having a constant thickness, which was previously deemed necessary for structural rigidity. It can be appreciated that the size of the can be reduced.

【0013】 第2の部分は、プランジャ表面の中央部が使用中にノズルと略整列した状態で
、中央部の周りに連続壁構造を規定するように構成してもよい。 中央部は、好ましくはノズルと同じ寸法であってもよい。 第1の部分は外周が円形であってもよく、第2の部分は、パドルの外周の周り
の環形を含んでもよい。 パドルは、液体噴出ノズルの周りに略対照的に配置されてもよく、第1の層を
推積及びエッチングして第1のパドル部を形成する工程と、第2の層を推積及び
エッチングして第1のパドル部の上方に犠牲層支持構造を形成する工程と、第3
の層を推積及びエッチングして第3のパドル部を形成する工程とによって形成さ
れてもよい。
[0013] The second portion may be configured to define a continuous wall structure around the central portion, with the central portion of the plunger surface substantially aligned with the nozzle during use. The central portion may preferably be of the same dimensions as the nozzle. The first portion may have a circular outer periphery, and the second portion may include an annulus around the outer periphery of the paddle. The paddle may be disposed substantially symmetrically around the liquid ejection nozzle, wherein the first layer is deposited and etched to form a first paddle portion, and the second layer is deposited and etched. Forming a sacrificial layer support structure above the first paddle portion,
Forming a third paddle portion by accumulating and etching a layer of the third layer.

【0014】 本発明の第4の態様によれば、マイクロメカニカルなまたはマイクロエレクト
ロメカニカルなデバイス用の、機械的アクチュエータが提供される。かかるアク
チュエータは、支持基板と、作動部と、その第1の端において基板に取り付けら
れ、第2の端において作動部に取り付けられた第1のアームであって、使用中は
伝導によって加熱可能なように配置されている第1のアームと、第1の端におい
て支持基板に取り付けられ、第2の端において作動部に取り付けられた第2のア
ームであって、第1のアームと間隔を置いて配置され、それによって第1及び第
2のアームが両者の間に間隙を規定する、第2のアームとを含み、少なくとも1
つの剛体部材が、第1のアームと第2のアームとをその第1の端と第2の端との
間で相互接続し、使用中は、第1のアームが熱膨張し、それによってアクチュエ
ータが作動部に力を加えるように配置されている。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a mechanical actuator for a micro-mechanical or micro-electro-mechanical device. Such an actuator is a support substrate, an actuating part and a first arm attached to the substrate at a first end thereof and attached to the actuating part at a second end thereof, which can be heated by conduction during use. And a second arm attached to the support substrate at a first end and attached to the working portion at a second end, the first arm being spaced apart from the first arm. And a second arm, wherein the first and second arms define a gap therebetween.
Two rigid members interconnect the first arm and the second arm between the first end and the second end thereof, wherein in use the first arm thermally expands, thereby causing the actuator to expand. Are arranged to apply a force to the working part.

【0015】 出願人は、第1のアームと第2のアームとの間に剛体部材を設けることによっ
て、第1のアームが膨張するときに両アームが反るのを防止することができる、
ということを発見した。
The applicant can prevent the two arms from warping when the first arm expands by providing a rigid member between the first arm and the second arm.
I discovered that.

【0016】 第1のアームは、好ましくは、第1のアームの第1の端と第2の端との間に形
成された第1の主本体と、第1の主本体に接続された、少なくとも1つのタブ本
体とを含み、少なくとも1つの剛体部材のうちの最初のものが、タブを第2のア
ームと相互接続してもよい。 第2のアームは、好ましくは、第2のアームの第1の端と第2の端との間に形
成された第2の主本体と、第2の主本体に接続された、少なくとも1つの対応す
るタブ本体とを含み、少なくとも1つの剛体部材のうちの最初のものが、第1及
び第2のアームの対応する両タブを相互接続してもよい。
The first arm is preferably connected to the first main body, formed between the first end and the second end of the first arm, and the first main body. And at least one tab body, wherein a first one of the at least one rigid member may interconnect the tab with the second arm. The second arm preferably has a second main body formed between a first end and a second end of the second arm, and at least one main body connected to the second main body. And a corresponding tab body, wherein the first of the at least one rigid member may interconnect the corresponding tabs of the first and second arms.

【0017】 タブ本体は、第1の薄くしたネック部を通して第1の主本体に接続されていて
もよい。 対応するタブ本体は、第2の薄くしたネック部を通して第2の主本体に接続さ
れていてもよい。
[0017] The tab body may be connected to the first main body through a first thinned neck. A corresponding tab body may be connected to the second main body through a second thinned neck.

【0018】 第1のアームは、それによって第1のアームが伝導によって加熱可能であり、
使用中に第1のアームを第2のアームに関して熱膨張させて、それによってアク
チュエータが作動部に力を加えるようになっている、伝導層を含んでもよい。 第1及び第2のアームは、好ましくは略平行であり、剛体部材は、第1及び第
2のアームと略垂直であってもよい。 アクチュエータは、電流を支持基板を通って伝導層に供給できるような方法で
配置されていてもよい。 第1及び第2のアームは、好ましくは略同じ材料から形成される。
The first arm, whereby the first arm can be heated by conduction;
The first arm may include a conductive layer that causes the first arm to thermally expand with respect to the second arm during use, thereby causing the actuator to apply a force to the actuator. The first and second arms are preferably substantially parallel, and the rigid member may be substantially perpendicular to the first and second arms. The actuator may be arranged in such a way that current can be supplied to the conductive layer through the support substrate. The first and second arms are preferably formed from substantially the same material.

【0019】 アクチュエータは、第1の層を推積及びエッチングして第1のアームを形成す
る工程と、第2の層を推積及びエッチングして、第1のアームの上方に犠牲層支
持構造を形成する工程と、第3の層を推積及びエッチングして、第2のアームを
形成する工程と、犠牲層をエッチングして第1のアームと第2のアームとの間に
間隙を形成する工程とによって製造してもよい。
The actuator includes a step of depositing and etching a first layer to form a first arm, and a step of depositing and etching a second layer to form a sacrificial layer support structure above the first arm. Forming, forming and etching a third layer to form a second arm, and etching a sacrificial layer to form a gap between the first arm and the second arm And a manufacturing process.

【0020】 第1のアームは、第2の端において、伝導によって相互接続された2つの細長
い柔軟性を有する細長片を含んでもよい。第2のアームもまた2つの細長い柔軟
性を有する細長片を含んでもよい。 作動部は、パドル構造を含んでもよい。従ってアクチュエータは、液体噴出チ
ャンバからの液体の噴出に対してパドル構造が可動な状態で、液体噴出チャンバ
内で用いてもよい。 第1の伝導アームは窒化チタンから形成してもよく、第2のアームは窒化チタ
ンから形成してもよい。
The first arm may include, at a second end, two elongated flexible strips interconnected by conduction. The second arm may also include two elongated flexible strips. The actuation portion may include a paddle structure. Therefore, the actuator may be used in the liquid ejection chamber while the paddle structure is movable with respect to ejection of the liquid from the liquid ejection chamber. The first conductive arm may be formed from titanium nitride, and the second arm may be formed from titanium nitride.

【0021】 本発明の第5の態様によれば、マイクロメカニカルなまたはマイクロエレクト
ロメカニカルなデバイス用の熱アクチュエータが提供される。かかるアクチュエ
ータは、支持基板と、アクチュエータ延長部と、その第1の端において基板に取
り付けられ、第2の端において延長部に取り付けられた第1のアームであって、
使用中は伝導によって加熱可能なようになっている第1のアームと、第1の端に
おいて支持基板に取り付けられ、第2の端において延長部に取り付けられた第2
のアームであって、第1のアームと間隔を置いて配置された第2のアームとを含
み、使用中は、第1のアームが熱膨張し、それによってアクチュエータが延長部
に力を加えるように配置されており、第1のアームは、第1のアームの略最高加
熱点のところに少なくとも1つのヒートシンク要素を含み、この点は、使用中第
1のアームの最高加熱が起こるところである。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a thermal actuator for a micro-mechanical or micro-electro-mechanical device. Such an actuator is a support substrate, an actuator extension, and a first arm attached to the substrate at a first end thereof and attached to the extension at a second end,
A first arm adapted to be heatable by conduction during use; a second arm attached to the support substrate at a first end and to an extension at a second end.
Wherein the first arm thermally expands during use, thereby causing the actuator to exert a force on the extension. , Wherein the first arm includes at least one heat sink element at approximately the highest heating point of the first arm, where the highest heating of the first arm occurs during use.

【0022】 出願人は、ヒートシンク要素を設けることによって、第1のアームにおける最
高温度を低くすることができるという点において、及び第1のアームの全体にわ
たってより均一な温度プロフィルを達成することができるという点において、熱
によって曲がるアクチュエータの動作特性を改良することができる、ということ
を発見した。これによって、第1のアームにおいて誘発される熱膨張を最大にす
ることができる。
Applicants can achieve a more uniform temperature profile by providing a heat sink element in that the maximum temperature in the first arm can be reduced and throughout the first arm. In this regard, it has been discovered that the operating characteristics of an actuator that bends due to heat can be improved. This can maximize the thermal expansion induced in the first arm.

【0023】 ヒートシンク要素は、第1のアームの略中央に配置されていてもよい。 ヒートシンク要素は、第1のアームと第2のアームとを相互接続するように配
置されていてもよい。 ヒートシンク要素は、第1のアームの主本体に接続された、少なくとも1つの
タブ本体を含んでもよい。 タブ本体は、第1の薄くしたネック部を通して主本体に接続されていてもよい
。 第1のアームは、それによって第1のアームが伝導によって加熱可能な、伝導
層を含んでもよい。
[0023] The heat sink element may be disposed substantially at the center of the first arm. A heat sink element may be arranged to interconnect the first arm and the second arm. The heat sink element may include at least one tab body connected to the main body of the first arm. The tab body may be connected to the main body through a first thinned neck. The first arm may include a conductive layer by which the first arm can be heated by conduction.

【0024】 アクチュエータは、電流を支持基板を通って伝導層に供給できるような方法で
配置されていてもよい。 第1及び第2のアームは、好ましくは略同じ材料から形成される。 延長部は、パドル構造を含んでもよい。従ってアクチュエータは、液体噴出チ
ャンバからの液体の噴出に対してパドル構造が可動な状態で、液体噴出チャンバ
内で用いてもよい。 第1の伝導アームは窒化チタンから形成してもよく、第2のアームは窒化チタ
ンから形成してもよい。
[0024] The actuators may be arranged in such a way that current can be supplied to the conductive layer through the support substrate. The first and second arms are preferably formed from substantially the same material. The extension may include a paddle structure. Therefore, the actuator may be used in the liquid ejection chamber while the paddle structure is movable with respect to ejection of the liquid from the liquid ejection chamber. The first conductive arm may be formed from titanium nitride, and the second arm may be formed from titanium nitride.

【0025】 本発明の第6の態様によれば、液体を噴出するための、その1つの壁における
第1の開口部と、そこを通ってアクチュエータのアームが延びる、その壁におけ
る第2の開口部とを有するノズルチャンバを含む、液体噴出デバイスが提供され
る。アクチュエータのアームは、ノズルチャンバの外側に配置された基板に取り
付けられ、ノズルチャンバの内側のパドルに接続されており、パドルは、アクチ
ュエータのアームによって、液体を第1の開口部を通って噴出するように動作可
能である。システムはさらに、第2の開口部の周りに形成された、第1の隆起し
たリムを含む。第1の隆起したリムは、アクチュエータのアームの動作中に、第
1の隆起したリムとアクチュエータのアームとの間で液体の外面に沿って液体の
メニスカスが形成されるような方法で、配置されている。
According to a sixth aspect of the present invention, a first opening in one wall thereof for ejecting liquid and a second opening in the wall through which the actuator arm extends. A liquid ejection device is provided that includes a nozzle chamber having a portion. The arm of the actuator is attached to a substrate located outside the nozzle chamber and is connected to a paddle inside the nozzle chamber, the paddle ejecting liquid through the first opening by the arm of the actuator. Operable. The system further includes a first raised rim formed around the second opening. The first raised rim is positioned in such a way that a liquid meniscus is formed along the outer surface of the liquid between the first raised rim and the arm of the actuator during operation of the arm of the actuator. ing.

【0026】 従って、液体が第2の開口部を通ってノズルチャンバの外側に広がることは防
止されるかもしれない。 アクチュエータは、好ましくは、第1の隆起したリムに隣接し、基板と略平行
で基板から間隔を置いて配置された、平らな部分を含んでもよい。 第1の隆起したリムは、好ましくは、平らな部分と略平行な縁部を含んでもよ
い。 第1の隆起したリムは、隆起したリップを含んでもよい。
Thus, spreading of the liquid outside the nozzle chamber through the second opening may be prevented. The actuator may preferably include a flat portion adjacent to the first raised rim and substantially parallel to and spaced from the substrate. The first raised rim may preferably include a flat portion and a substantially parallel edge. The first raised rim may include a raised lip.

【0027】 デバイスはさらに、アクチュエータのアーム上に、第2の開口部の周りに形成
された第1の隆起したリムに隣接して形成された、第2の隆起したリムを含んで
もよい。この実施形態において、第2の隆起したリムは、液体が第2の開口部を
通ってノズルチャンバの外側に広がることを防止する助けとなってもよい。 第1の隆起したリムは、アクチュエータのアームの一部もまた形成する層のデ
ポジションから形成してもよい。 第1及び第2の隆起したリムのうちの少なくとも1つは、窒化チタンから形成
してもよい。 第1の隆起したリムに隣接して、好ましくは、ウィッキングを低減する助けに
なるピットが形成される。
[0027] The device may further include a second raised rim formed on the arm of the actuator adjacent to the first raised rim formed around the second opening. In this embodiment, the second raised rim may help prevent liquid from spreading out of the nozzle chamber through the second opening. The first raised rim may be formed from the deposition of a layer that also forms part of the arm of the actuator. At least one of the first and second raised rims may be formed from titanium nitride. A pit is formed adjacent the first raised rim, preferably to help reduce wicking.

【0028】 本発明の第7の態様によれば、液体噴出デバイスが提供される。液体噴出デバ
イスは、ノズルチャンバと、ノズルチャンバ内に配置されて、第1の状態から噴
出状態に動かされると、液体をノズルチャンバからノズルチャンバの1つの壁に
おける開口部を通って噴出する、噴出パドルと、パドルが第1の状態にある時に
はパドルによって略閉じているような方法で配置された、液体供給ポートとを含
む。かかるノズルチャンバは、パドルが第1の状態にある時にはパドルのリムに
ぴったりと隣接して整列している、その壁構造上の内部突出部を含む。噴出状態
において、パドルのリムのうちの少なくとも一部は、突出部から間隔を置いて配
置されており、それによって、壁構造とパドルのリムのその一部との間に規定さ
れた液体再充填チャネルを形成する。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a liquid ejection device. A liquid ejection device is disposed in the nozzle chamber and ejects liquid from the nozzle chamber through an opening in one wall of the nozzle chamber when moved from the first state to the ejection state. A paddle and a liquid supply port arranged in such a way that the paddle is substantially closed by the paddle when in the first state. Such a nozzle chamber includes an internal protrusion on its wall structure that is aligned closely adjacent the rim of the paddle when the paddle is in the first state. In the spouted state, at least a portion of the paddle rim is spaced from the protrusion, thereby providing a liquid refill defined between the wall structure and that portion of the paddle rim. Form a channel.

【0029】 内部突出部は、横断面が階段状であってもよい。 パドル及び内部突出部は、好ましくは1つのデポジション工程において形成さ
れる。 内部突出部は、ノズルチャンバの壁構造を形成する高アスペクト比のデポジシ
ョン工程と比較してアスペクト比の低いデポジション工程を用いて形成してもよ
い。 パドルは、略平らであってもよい。
[0029] The inner protrusion may have a stepped cross section. The paddles and internal protrusions are preferably formed in one deposition step. The internal protrusion may be formed using a deposition process with a lower aspect ratio compared to a high aspect ratio deposition process that forms the nozzle chamber wall structure. The paddle may be substantially flat.

【0030】 本発明の範囲に入るかもしれないいかなる他の形式にもかかわらず、添付図面
を参照して、実例のみとして、本発明の好ましい形式を説明する。
[0030] Despite any other form that may fall within the scope of the invention, a preferred form of the invention will now be described, by way of example only, with reference to the accompanying drawings.

【0031】 [好ましい及びその他の実施形態の説明] 好ましい実施形態において、熱によって曲がるアクチュエータを利用してノズ
ルチャンバからインクを噴出する、コンパクトな形式の液体噴出デバイスが提供
される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED AND OTHER EMBODIMENTS In a preferred embodiment, a compact form of liquid ejection device is provided that utilizes an actuator that bends by heat to eject ink from a nozzle chamber.

【0032】 まず図1ないし3を参照して、好ましい実施形態の動作原理を説明する。図1
に示すように、インク噴出装置1が提供される。インク噴出装置1は、通常イン
クで満たされて、隆起したリムを有するインク噴出ノズル4の周りにメニスカス
3を形成するようになっている、ノズルチャンバ2を含む。ノズルチャンバ2内
のインクは、インク供給チャネル5によって補給される。
First, the operation principle of the preferred embodiment will be described with reference to FIGS. FIG.
As shown in FIG. 1, an ink ejection device 1 is provided. The ink ejection device 1 includes a nozzle chamber 2 that is normally filled with ink and forms a meniscus 3 around an ink ejection nozzle 4 having a raised rim. The ink in the nozzle chamber 2 is supplied by the ink supply channel 5.

【0033】 ノズルのパドル8にしっかりと相互接続された熱アクチュエータ7によって、
インクはノズルチャンバ2から噴出される。熱アクチュエータ7は、2つのアー
ム10、11を含み、下のアーム11は電流源に相互接続されていて、下のアー
ム11の伝導加熱を行うようになっている。ノズルチャンバ2から滴を噴出する
ことが所望される場合、下のアーム11が加熱されて、このアーム11が上のア
ーム10に関して急速に膨張するようにする。この急速な膨張によって今度は、
パドル8がノズルチャンバ2内で急速に上向きに動く。図2に、この最初の動き
を示す。アーム8が上向きに動いて、ノズルチャンバ2内の圧力が本質的に上昇
するようになっており、この圧力上昇によって今度は、インクがノズル4から流
出し、メニスカス3が膨れ上がる。次にヒータ11への電流をオフにして、図3
に示すように、パドル8がその元の位置への復帰を開始するようにする。この結
果、ノズルチャンバ2内の圧力が本質的に低下する。ノズルのリム4の外側のイ
ンクは前方に勢いがついているので、その結果メニスカスがくびれて分かれ、図
3に示すように、メニスカス3と気泡13とを形成するようになる。気泡13は
前方に、インク印字媒体上へと進み続ける。
With the thermal actuator 7 firmly interconnected to the paddle 8 of the nozzle,
Ink is ejected from the nozzle chamber 2. The thermal actuator 7 includes two arms 10, 11, the lower arm 11 being interconnected to a current source for providing conduction heating of the lower arm 11. If it is desired to eject a drop from the nozzle chamber 2, the lower arm 11 is heated so that it expands rapidly with respect to the upper arm 10. This rapid expansion, in turn,
Paddle 8 moves rapidly upward in nozzle chamber 2. FIG. 2 shows this initial movement. The arm 8 moves upward, so that the pressure in the nozzle chamber 2 essentially rises, which in turn causes ink to flow out of the nozzle 4 and the meniscus 3 to swell. Next, the current to the heater 11 is turned off, and FIG.
, The paddle 8 starts to return to its original position. As a result, the pressure in the nozzle chamber 2 essentially decreases. Since the ink outside the rim 4 of the nozzle is urged forward, as a result, the meniscus is narrowed and divided, and the meniscus 3 and the bubble 13 are formed as shown in FIG. Bubbles 13 continue to advance forward onto the ink print media.

【0034】 重要なことであるが、ノズルチャンバは縦断面の縁15を含み、図2に示すよ
うに、これによって、パドル8が上に動くときに、チャネルの空間16が大きく
増大する。このようにチャネルの空間16が大きくなることによって、インクの
メニスカス3の表面張力効果によって、チャネル16を通ってインクが引き込ま
れ、実体量のインクが急速にノズルチャンバ2に流入することができる。ノズル
チャンバのプロファイルによって、ノズルチャンバを急速に再充填することがで
き、この装置は結局、前に図1に示したように、静止位置に復帰する。
Importantly, the nozzle chamber includes an edge 15 in longitudinal section, which greatly increases the space 16 in the channel as the paddle 8 moves upward, as shown in FIG. By increasing the space 16 of the channel in this manner, ink is drawn through the channel 16 due to the surface tension effect of the meniscus 3 of the ink, and a substantial amount of ink can quickly flow into the nozzle chamber 2. The nozzle chamber profile allows the nozzle chamber to be quickly refilled, and the device eventually returns to the rest position, as previously shown in FIG.

【0035】 装置1はまた、多数のその他の重要な特徴も含む。こういったものには、図1
に示すような円形のリム18が含まれる。円形のリム18は、パドル8の外周の
周りに形成され、パドル8の構造上の支持を行いながら、図3に示すメニスカス
3と、パドル表面8との間の距離を実質的に最大にしている。この距離を最大に
することによって、メニスカス3がパドル表面8と接触しそれによって動作特性
に影響を与える可能性が、低くなる。さらに、製造工程の一部として、表面、た
とえば20、に沿ってインクがウィッキングし、それによって装置1の動作特性
に影響を与える可能性を低減するための、インク流出防止リップ19が設けられ
る。
The device 1 also includes a number of other important features. These are shown in Figure 1
A circular rim 18 as shown in FIG. A circular rim 18 is formed around the perimeter of the paddle 8 to substantially maximize the distance between the meniscus 3 shown in FIG. 3 and the paddle surface 8 while providing structural support for the paddle 8. I have. By maximizing this distance, the likelihood of the meniscus 3 contacting the paddle surface 8 and thereby affecting the operating characteristics is reduced. Further, as part of the manufacturing process, an ink spill lip 19 is provided to reduce the likelihood of ink wicking along the surface, eg, 20, thereby affecting the operating characteristics of the device 1. .

【0036】 熱アクチュエータ7の動作原理を、まず図4から10を参照して説明する。ま
ず図4を参照して、基板22に取り付けられた、熱によって曲がるアクチュエー
タを示す。熱によって曲がるアクチュエータは、アクチュエータのアーム23を
含み、その両側には作動アーム24、25がある。2つのアーム24、25は、
好ましくは同じ材料から形成され、互いに熱的な釣り合いがとれるようになって
いる。さらに、アクチュエータのアーム23の表面には、圧力Pが働くとする。
圧力の上昇が所望の場合には、図5に示すように、下のアーム25が加熱され、
上のアーム24と下のアーム25との間の引っ張り応力が小さくなるようにする
。この結果、アクチュエータのアーム23に働く合力が出力され、その結果、ア
クチュエータのアーム23が全体として上向きに動く。
First, the operation principle of the thermal actuator 7 will be described with reference to FIGS. First, referring to FIG. 4, an actuator which is attached to the substrate 22 and bends by heat is shown. The actuator that bends by heat includes an arm 23 of the actuator, on both sides of which there are actuation arms 24,25. The two arms 24, 25
It is preferably formed from the same material so that it is thermally balanced with each other. Further, it is assumed that a pressure P acts on the surface of the arm 23 of the actuator.
If a pressure increase is desired, the lower arm 25 is heated, as shown in FIG.
The tensile stress between the upper arm 24 and the lower arm 25 is reduced. As a result, the resultant force acting on the arm 23 of the actuator is output, and as a result, the arm 23 of the actuator moves upward as a whole.

【0037】 不都合なことに、実際には、アーム24、25が長すぎる場合、アーム25を
加熱すると、図6に示すような反り状態に入ってしまう危険があるということが
わかっている。この反り状態は、アクチュエータのアーム23の動作有効性を低
減する。図6に示すような反り状態の可能性は、より小さな、熱によって曲がる
アーム24、25を利用することによって、本質的に低くすることができる。こ
のように変形した装置を、図7に示す。図8に示すように下の熱アーム25を加
熱すると、アクチュエータのアーム23が上向きに曲がり、システムが図6の反
り状態に入る可能性が本質的に低くなる、ということがわかっている。
Unfortunately, in practice, it has been found that if the arms 24, 25 are too long, there is a risk that heating the arm 25 will result in a warped state as shown in FIG. This warped state reduces the operational effectiveness of the arm 23 of the actuator. The possibility of warping as shown in FIG. 6 can be substantially reduced by utilizing smaller, thermally bent arms 24,25. An apparatus modified in this way is shown in FIG. It has been found that heating the lower thermal arm 25 as shown in FIG. 8 causes the arm 23 of the actuator to bend upwards, essentially reducing the possibility of the system entering the warped state of FIG.

【0038】 図8の装置において、アクチュエータのアーム23のうちの、作動部24と2
5との間の部分26は、剪断応力状態になり、その結果、この実施形態において
は動作効率が失われてしまうかもしれない。さらに、材料26が存在することの
結果として、アーム部25からアーム部24へと急速に熱が伝導する可能性があ
る。 さらに、熱アーム25は、アーム23を動作するのに好適な温度で動作させな
ければならない。従って動作特性は、部分26の特性、たとえば融点、によって
制限される。
In the apparatus shown in FIG. 8, the operating parts 24 and 2 of the arm 23 of the actuator are used.
The portion 26 between 5 and 5 will be in a state of shear stress, which may result in a loss of operating efficiency in this embodiment. Furthermore, heat can quickly conduct from the arm 25 to the arm 24 as a result of the presence of the material 26. Further, the thermal arm 25 must be operated at a temperature suitable for operating the arm 23. The operating characteristics are thus limited by the characteristics of the part 26, for example the melting point.

【0039】 図9において、熱によって曲がるアクチュエータの他の形式を示す。かかるア
クチュエータは、2つのアーム24、25及びアクチュエータのアーム23を含
むが、アームとアームとの間には、空間すなわち間隙28が設けられている。ア
ームの一方を加熱すると、図10に示すように、アーム25が以前と同様に上向
きに曲がる。図10の装置は、アーム24、25の動作特性、たとえば温度、が
アーム23において利用されている材料によって必ずしも制限されなくてもよい
、という利点を有する。さらに、図10の装置は、アーム23内に剪断力を誘発
することがなく、動作中に層間剥離が起こってしまう可能性も低い。こういった
原理が、図1ないし図3の装置の熱によって曲がるアクチュエータにおいて利用
されて、よりエネルギー効率のよい動作形式が提供されるようになっている。
FIG. 9 shows another type of actuator that bends due to heat. Such an actuator includes two arms 24, 25 and an arm 23 of the actuator, with a space or gap 28 between the arms. When one of the arms is heated, the arm 25 bends upward as before, as shown in FIG. The device of FIG. 10 has the advantage that the operating characteristics of the arms 24, 25, for example the temperature, need not necessarily be limited by the material used in the arm 23. Furthermore, the device of FIG. 10 does not induce a shear force in the arm 23, and is less likely to cause delamination during operation. These principles have been utilized in the thermally bent actuators of the apparatus of FIGS. 1-3 to provide a more energy efficient mode of operation.

【0040】 さらに、より効率のよい動作形式の熱アクチュエータを提供するために、多数
の更なる工夫が図られる。熱アクチュエータは伝導加熱に依存しており、好まし
い実施形態において利用される装置は、図11において示すように、材料30に
概略的に単純化することができる。材料30は、第1の端31のところで基板に
、第2の端32のところで負荷に、相互接続されている。アーム30は、伝導に
よって加熱され、膨張して負荷32に力を及ぼすようになっている。伝導によっ
て加熱すると、温度プロフィルはおよそ図12に示すようなものになる。2つの
端31、32は、その伝導加熱についての「ヒートシンク」としての役割を果た
し、従って、温度プロフィルはそれぞれの端においてより低く、中央において最
も高い。中央36における温度が融点35を超えるとアームは作動しないかもし
れない、という点において、アーム30の動作特性は、融点35によって決まる
。図12のグラフは、図11におけるアーム30がその長さに沿って均一に加熱
されているわけではないという点において、最適ではない結果を表している。
In addition, a number of further refinements are made to provide a more efficient type of thermal actuator. Thermal actuators rely on conductive heating, and the equipment utilized in the preferred embodiment can be simplified schematically to material 30, as shown in FIG. Material 30 is interconnected to a substrate at a first end 31 and to a load at a second end 32. The arm 30 is heated by conduction and expands to exert a force on the load 32. Upon heating by conduction, the temperature profile will be approximately as shown in FIG. The two ends 31, 32 serve as "heat sinks" for their conductive heating, so the temperature profile is lower at each end and highest at the center. The operating characteristics of the arm 30 are determined by the melting point 35 in that the arm may not operate if the temperature at the center 36 exceeds the melting point 35. The graph of FIG. 12 illustrates a suboptimal result in that the arm 30 in FIG. 11 is not uniformly heated along its length.

【0041】 図13に示すように、ヒートシンク38、39をアーム30の中央部に含むよ
うにアーム30を変形することによって、図14に示すような、より好適な熱プ
ロフィルを達成することができる。図14のプロフィルは、アーム30の長さに
わたってより均一に加熱されており、それによって全体の動作がより効率的にな
る。
As shown in FIG. 13, by deforming the arm 30 so that the heat sinks 38 and 39 are included in the central portion of the arm 30, a more favorable thermal profile as shown in FIG. 14 can be achieved. . The profile of FIG. 14 has been heated more uniformly over the length of the arm 30, which makes the overall operation more efficient.

【0042】 次に図15を参照して、一連の支柱を設けて2つのアクチュエータ作動アーム
24、25を結合することによって、更なる効率及び反りの可能性の低減を達成
することができる。このような装置を、図15において概略的に示す。図15に
おいて、一連の支柱、たとえば40、41が設けられて2つのアーム24、25
を結合し、その反りを防止するようになっている。従って、下のアーム25は、
加熱すると上向きに曲がる可能性がより高くなり、それによってアクチュエータ
のアーム23もまた上向きに曲がる。
Referring now to FIG. 15, further efficiency and reduced warpage can be achieved by providing a series of struts to couple the two actuator actuation arms 24, 25. Such an apparatus is shown schematically in FIG. In FIG. 15, a series of columns, eg, 40, 41, are provided to provide two arms 24, 25.
To prevent the warpage. Therefore, the lower arm 25
Heating increases the likelihood of bending upwards, so that the arm 23 of the actuator also bends upwards.

【0043】 インクジェット印字MEMSデバイスの詳細な構成の1形式を、次に説明する
。図面のいくつかにおいて、図17において示すような1ミクロンの格子を、準
拠枠として利用する。
One type of detailed configuration of the inkjet printing MEMS device will be described below. In some of the figures, a 1 micron grid as shown in FIG. 17 is used as a frame of reference.

【0044】 工程1及び2.出発物質を、図16ないし図18において示すように好適に処
理及び不活性化した(窒化シリコンを用いて)CMOSウエハー100とする。
Steps 1 and 2. The starting material is a suitably processed and passivated (using silicon nitride) CMOS wafer 100 as shown in FIGS.

【0045】 工程3.図19ないし図21において示すように、1ミクロンのスピンオン感
光性ポリイミド102を推積し、図20のマスク104を通して紫外光を用いて
露光する。次にポリイミド102を現像する。 ポリイミド102は犠牲的であるので、幅広い範囲の他の材料を用いることが
できる。感光性ポリイミドであれば、デポジション、エッチング、及びレジスト
ストリッピングの各工程が省かれるので、処理が簡単になる。
Step 3. As shown in FIGS. 19-21, a 1 micron spin-on photosensitive polyimide 102 is deposited and exposed through a mask 104 of FIG. 20 using ultraviolet light. Next, the polyimide 102 is developed. Since polyimide 102 is sacrificial, a wide range of other materials can be used. In the case of photosensitive polyimide, the processing is simplified because the steps of deposition, etching, and resist stripping are omitted.

【0046】 工程4.図22ないし図24に示すように、0.2ミクロンのマグネトロンを
スパッタリングした窒化チタン106を300℃で推積し、図23のマスク10
8を用いてエッチングする。これによって、アクチュエータ層105及びパドル
107を含む層を形成する。
Step 4. As shown in FIGS. 22 to 24, a titanium nitride 106 sputtered with a 0.2 micron magnetron is deposited at 300 ° C.
8 to perform etching. Thus, a layer including the actuator layer 105 and the paddle 107 is formed.

【0047】 工程5.図25ないし図27において示すように、1.5ミクロンの感光性ポ
リイミド110をスピンオンし、図26のマスク112を通して紫外光を用いて
露光する。次にポリイミド110を現像する。この厚さが結局、アクチュエータ
と補償窒化チタン層との間の間隙101を決定するので、アクチュエータが曲が
る量に影響を与える。 工程3に関して、感光性ポリイミドを用いることによって、デポジション、エ
ッチング、及びレジストストリッピングの各工程が省かれるので、処理が簡単に
なる。
Step 5 As shown in FIGS. 25-27, a 1.5 micron photosensitive polyimide 110 is spun on and exposed through a mask 112 of FIG. 26 using ultraviolet light. Next, the polyimide 110 is developed. This thickness ultimately determines the gap 101 between the actuator and the compensating titanium nitride layer, thus affecting the amount of bending of the actuator. Regarding step 3, the use of a photosensitive polyimide simplifies the processing because the steps of deposition, etching, and resist stripping are omitted.

【0048】 工程6.図28ないし図30において示すように、0.05ミクロンの共形P
ECVD窒化シリコン(Sixyz)(様々な各層の相対的寸法のために、図
示せず)を300℃で推積する。次に、0.2ミクロンのマグネトロンをスパッ
タリングした窒化チタン116を、これもまた300℃で推積する。このTiN
116を、図29のマスク119を用いてエッチングする。次にこのTiN11
6をマスクとして用いて、PECVD窒化物をエッチングする。
Step 6 As shown in FIGS. 28-30, a 0.05 micron conformal P
(Due to the relative dimensions of the various layers, not shown) ECVD silicon nitride (Si x N y H z) to推積at 300 ° C.. Next, a 0.2 micron magnetron sputtered titanium nitride 116 is also deposited at 300 ° C. This TiN
116 is etched using the mask 119 of FIG. Next, this TiN11
The PECVD nitride is etched using 6 as a mask.

【0049】 TiN116の段差被覆が良好であるということは、重要ではない。TiN1
16の最上層は電気的に接続されておらず、純粋に機械的な構成要素として用い
られる。
It is not important that the step coverage of TiN 116 is good. TiN1
The top 16 layers are not electrically connected and are used as purely mechanical components.

【0050】 工程7.図31ないし図33において示すように、6ミクロンの感光性ポリイ
ミド118をスピンオンし、図32のマスク120を通して紫外光を用いて露光
する。次にポリイミド118を現像する。この厚さが、ノズルチャンバルーフま
での高さを決定する。この高さがある距離(滴分裂特性によって決まる)を越え
れば、実際の高さはほとんど重要ではない。しかしこの高さは、応力を小さくし
リソグラフィーの精度を上げるように、制限されるべきである。6ミクロンのポ
リイミド118の一番上と一番下との間に1ミクロンのテーパーを設けることは
、容易に行える。
Step 7 As shown in FIGS. 31-33, a 6 micron photosensitive polyimide 118 is spun on and exposed through a mask 120 of FIG. 32 using ultraviolet light. Next, the polyimide 118 is developed. This thickness determines the height to the nozzle chamber roof. If this height exceeds a certain distance (determined by droplet splitting properties), the actual height is of little importance. However, this height should be limited to reduce stress and increase lithographic accuracy. Providing a 1 micron taper between the top and bottom of a 6 micron polyimide 118 is easy.

【0051】 工程8.図34ないし図36において示すように、2ミクロン(ポリイミド1
18を越える厚さ)のPECVD窒化シリコン122が300℃で推積される。
これによって、ノズルチャンバを形成している前述のPSポリイミド層118に
おいて形成されたチャネルが満たされる。マスクは用いない(図35)。
Step 8 As shown in FIGS. 34 and 36, 2 microns (polyimide 1
PECVD silicon nitride 122 is deposited at 300 ° C.
This fills the channels formed in the aforementioned PS polyimide layer 118 forming the nozzle chamber. No mask is used (FIG. 35).

【0052】 工程9.図37ないし図39において示すように、図38のマスク124を用
いて、1ミクロンの公称(nominal)深さまでPECVD窒化シリコン122をエ
ッチングする。このエッチング深さは決定的に重要なものではなく±50%まで
ばらついてもよいので、これは単純な時限エッチングである。 このエッチングは、ノズルのリム126及びアクチュエータのポートのリム1
28を形成する。こういったリムを用いて、インクのメニスカスをある位置に固
定し、インクが広がるのを防止する。
Step 9 As shown in FIGS. 37-39, PECVD silicon nitride 122 is etched to a nominal depth of 1 micron using mask 124 of FIG. This is a simple timed etch since this etch depth is not critical and may vary up to ± 50%. This etching is performed on the rim 126 of the nozzle and the rim 1
28 are formed. These rims are used to lock the ink meniscus in place and prevent the ink from spreading.

【0053】 工程10.図40ないし図42に示すように、図41のマスク130を用いて
、PECVD窒化シリコン122を、1ミクロンの公称深さまでエッチングして
、ポリイミド118上で止める。前述の2つの工程におけるばらつきは、100
%のオーバーエッチングで対応することができ、製造公差を緩やかにすることが
できる。 このエッチングは、ノズルチャンバのルーフ132を形成する。
Step 10. As shown in FIGS. 40-42, using the mask 130 of FIG. 41, the PECVD silicon nitride 122 is etched to a nominal depth of 1 micron and stops on the polyimide 118. The variation in the above two steps is 100
% Over-etching, and the manufacturing tolerance can be reduced. This etching forms the roof 132 of the nozzle chamber.

【0054】 工程11.図43ないし図45において示すように、公称3ミクロンのポリイ
ミド134を、バックエッチング用の保護層としてスピンオンする(マスクなし
−図44)。
Step 11 As shown in FIGS. 43-45, a nominal 3 micron polyimide 134 is spun on as a protective layer for back etching (no mask—FIG. 44).

【0055】 工程12.図46ないし図48において示すように、ウエハー100を300
ミクロンまで薄くし(バックエッチングの時間を短くするために)、ウエハー1
00の裏側136上の3ミクロンのレジスト(図示せず)を、図47のマスク1
38を通して露光する。ウエハー100の表側上の金属部103に位置を合わせ
る。この位置合わせは、ウエハーアライナへの赤外顕微鏡アタッチメントを用い
て行うことができる。
Step 12. As shown in FIGS. 46 to 48, the wafer 100 is
Wafer 1 to micron thickness (to reduce back-etching time)
A 3 micron resist (not shown) on backside 136 of 00 is applied to mask 1 of FIG.
Exposure through. The position is adjusted to the metal part 103 on the front side of the wafer 100. This alignment can be performed using an infrared microscope attachment to the wafer aligner.

【0056】 次に、ウエハー100を、ディープ・シリコン・エッチング「ボッシュ・プロ
セス」を用いて、330ミクロンの深さまで(10%のオーバーエッチングを許
容)エッチングする(裏側36から)。このプロセスは、アルカテル、プラズマ
・サーム、及びサーフィス・テクノロジー・システムズからのプラズマエッチャ
ー上で利用できる。チップはまた、このエッチングによってダイシングされるが
、ウエハーは11ミクロンの様々なポリイミドの層によって、まだ一緒に保持さ
れている。
Next, the wafer 100 is etched (from the back side 36) using a deep silicon etch “Bosch process” to a depth of 330 microns (allowing 10% overetching). This process is available on plasma etchers from Alcatel, Plasma Therm, and Surface Technology Systems. The chips are also diced by this etching, but the wafer is still held together by various layers of polyimide of 11 microns.

【0057】 工程13.図49ないし図51を参照して説明するように、ウエハー100を
ひっくり返し、トレイ内に配置し、犠牲ポリイミド層102、110、118、
134のすべてを、マスクを用いないで酸素プラズマ内でエッチングする(図6
0)。
Step 13. As described with reference to FIGS. 49-51, the wafer 100 is turned over, placed in a tray, and the sacrificial polyimide layers 102, 110, 118,
All of 134 are etched in an oxygen plasma without a mask (FIG. 6).
0).

【0058】 工程14.図52ないし図54を参照して説明するように、標準パッケージに
0.5mmのホールドをドリリングしパッケージにインクホース(図示せず)を
接着することによって、パッケージが作成される。このインクホースは、0.5
ミクロンのアブソリュートフィルターを含んで、インク121からのノズルの汚
染を防止するべきである。
Step 14. As described with reference to FIGS. 52 to 54, a package is created by drilling a 0.5 mm hold on a standard package and bonding an ink hose (not shown) to the package. This ink hose is 0.5
A micron absolute filter should be included to prevent nozzle contamination from ink 121.

【0059】 図55ないし図62は、好ましい実施形態の様々な図を示し、そのうちのいく
つかは、動作中の実施形態を示す。 明らかに、プリントヘッド202の大きなアレイ200は、様々なプリントヘ
ッドのアレイの図を示す図63ないし図56において示すように、同時に構成す
ることができる。
FIGS. 55-62 show various views of a preferred embodiment, some of which show embodiments in operation. Obviously, the large array 200 of printheads 202 can be configured simultaneously, as shown in FIGS. 63-56, which show views of various printhead arrays.

【0060】 現在開示しているインクジェット印字技術は、潜在的に幅広い範囲の印字シス
テムに好適である。こういった印字システムは、カラー及びモノクロのオフィス
プリンタ、ショートランデジタルプリンタ、高速デジタルプリンタ、オフセット
印刷機を補足するプリンタ、低コストスキャンプリンタ、高速ページ幅プリンタ
、ページ幅プリンタを内蔵したノート型コンピュータ、ポータブルのカラー及び
モノクロのプリンタ、カラー及びモノクロの複写機、カラー及びモノクロのファ
クシミリ、プリンタとファクシミリと複写機とを組み合わせたもの、ラベルプリ
ンタ、フォーマットの大きなプロッタ、写真複写機、デジタル写真「ミニラボ」
用プリンタ、ビデオプリンタ、フォトCDプリンタ、PDA用ポータブルプリン
タ、壁紙プリンタ、屋内サインプリンタ、屋外広告板プリンタ、ファブリックプ
リンタ、カメラプリンタ、及び故障許容の市販のプリンタのアレイを含む。
The currently disclosed ink jet printing technology is suitable for a potentially wide range of printing systems. These printing systems include color and monochrome office printers, short run digital printers, high speed digital printers, complementary printers for offset presses, low cost scan printers, high speed page width printers, and notebook computers with built in page width printers. Portable color and monochrome printers, color and monochrome copiers, color and monochrome facsimile, combined printers and facsimile and copiers, label printers, large format plotters, photocopiers, digital photo minilabs "
Printers, video printers, photo CD printers, portable printers for PDAs, wallpaper printers, indoor sign printers, outdoor billboard printers, fabric printers, camera printers, and an array of fault tolerant commercial printers.

【0061】 さらに、略述したMEMS原理は、MEMSデバイスの構成において一般的な
適用可能性を有する。
Furthermore, the outlined MEMS principles have general applicability in the construction of MEMS devices.

【0062】 当業者であれば、広く説明した本発明の精神または範囲から逸脱することなく
、好ましい実施形態において示す本発明に、非常に多くの変更及び/または変形
を行ってもよい、ということが理解されよう。従って好ましい実施形態は、すべ
ての点において例示的であり限定的ではないものとしてみなされなければならな
い。
It will be apparent to those skilled in the art that numerous modifications and / or variations may be made to the invention as set forth in the preferred embodiments without departing from the spirit or scope of the invention as broadly described. Will be understood. Accordingly, the preferred embodiments must be considered in all respects as illustrative and not restrictive.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 好ましい実施形態の動作を概略的に示す。FIG. 1 schematically illustrates the operation of a preferred embodiment.

【図2】 好ましい実施形態の動作を概略的に示す。FIG. 2 schematically illustrates the operation of the preferred embodiment.

【図3】 好ましい実施形態の動作を概略的に示す。FIG. 3 schematically illustrates the operation of the preferred embodiment.

【図4】 第1の熱屈曲アクチュエータを概略的に示す。FIG. 4 schematically shows a first thermal bending actuator.

【図5】 第1の熱屈曲アクチュエータを概略的に示す。FIG. 5 schematically shows a first thermal bending actuator.

【図6】 第1の熱屈曲アクチュエータを概略的に示す。FIG. 6 schematically shows a first thermal bending actuator.

【図7】 第2の熱屈曲アクチュエータを概略的に示す。FIG. 7 schematically shows a second thermal bending actuator.

【図8】 第2の熱屈曲アクチュエータを概略的に示す。FIG. 8 schematically illustrates a second thermal bending actuator.

【図9】 第3の熱屈曲アクチュエータを概略的に示す。FIG. 9 schematically illustrates a third thermal bending actuator.

【図10】 第3の熱屈曲アクチュエータを概略的に示す。FIG. 10 schematically illustrates a third thermal bending actuator.

【図11】 更なる熱屈曲アクチュエータを概略的に示す。FIG. 11 schematically shows a further thermal bending actuator.

【図12】 図11の装置についての距離に関する温度の例示的グラフを示
す。
FIG. 12 shows an exemplary graph of temperature with respect to distance for the apparatus of FIG.

【図13】 更なる熱屈曲アクチュエータを概略的に示す。FIG. 13 schematically shows a further thermal bending actuator.

【図14】 図13の装置についての距離に関する温度の例示的グラフを示
す。
FIG. 14 shows an exemplary graph of temperature with respect to distance for the apparatus of FIG.

【図15】 更なる熱屈曲アクチュエータを概略的に示す。FIG. 15 schematically illustrates a further thermal bending actuator.

【図16】 好ましい実施形態のCMOS層の横から見た斜視図を示す。FIG. 16 shows a side perspective view of a CMOS layer of the preferred embodiment.

【図17】 1ミクロンのマスクを示す。FIG. 17 shows a 1 micron mask.

【図18】 CMOS層の一部の平面図を示す。FIG. 18 shows a plan view of a portion of a CMOS layer.

【図19】 犠牲ポリイミド層を有する好ましい実施形態の横から見た斜視
図を示す。
FIG. 19 shows a side perspective view of a preferred embodiment having a sacrificial polyimide layer.

【図20】 犠牲ポリイミドマスクの平面図を示す。FIG. 20 shows a plan view of a sacrificial polyimide mask.

【図21】 犠牲ポリイミド層を有する好ましい実施形態の一部断面の側面
図を示す。
FIG. 21 illustrates a partial cross-sectional side view of a preferred embodiment having a sacrificial polyimide layer.

【図22】 第1のレベルの窒化チタン層を有する好ましい実施形態の横か
ら見た斜視図を示す。
FIG. 22 shows a side perspective view of a preferred embodiment having a first level titanium nitride layer.

【図23】 第1のレベルの窒化チタンマスクの平面図を示す。FIG. 23 shows a plan view of a first level titanium nitride mask.

【図24】 第1のレベルの窒化チタン層を有する好ましい実施形態の一部
断面の側面図を示す。
FIG. 24 illustrates a partial cross-sectional side view of a preferred embodiment having a first level titanium nitride layer.

【図25】 第2のレベルの犠牲ポリイミド層を有する好ましい実施形態の
横から見た斜視図を示す。
FIG. 25 shows a side perspective view of a preferred embodiment having a second level sacrificial polyimide layer.

【図26】 第2のレベルの犠牲ポリイミドマスクの平面図を示す。FIG. 26 shows a plan view of a second level sacrificial polyimide mask.

【図27】 第2のレベルの犠牲ポリイミド層を有する好ましい実施形態の
一部断面の側面図を示す。
FIG. 27 illustrates a partial cross-sectional side view of a preferred embodiment having a second level sacrificial polyimide layer.

【図28】 第2のレベルの窒化チタン層を有する好ましい実施形態の横か
ら見た斜視図を示す。
FIG. 28 shows a side perspective view of a preferred embodiment having a second level titanium nitride layer.

【図29】 第2のレベルの窒化チタンマスクの平面図を示す。FIG. 29 shows a plan view of a second level titanium nitride mask.

【図30】 第2のレベルの窒化チタン層を有する好ましい実施形態の一部
断面の側面図を示す。
FIG. 30 illustrates a partial cross-sectional side view of a preferred embodiment having a second level titanium nitride layer.

【図31】 第3のレベルの犠牲ポリイミド層を有する好ましい実施形態の
横から見た斜視図を示す。
FIG. 31 shows a side perspective view of a preferred embodiment having a third level sacrificial polyimide layer.

【図32】 第3のレベルの犠牲ポリイミドマスクの平面図を示す。FIG. 32 shows a plan view of a third level sacrificial polyimide mask.

【図33】 第3のレベルの犠牲ポリイミド層を有する好ましい実施形態の
一部断面の側面図を示す。
FIG. 33 illustrates a partial cross-sectional side view of a preferred embodiment having a third level sacrificial polyimide layer.

【図34】 共形PECVDSiNH層を有する好ましい実施形態の横から
見た斜視図を示す。
FIG. 34 shows a side perspective view of a preferred embodiment having a conformal PECVD SiNH layer.

【図35】 共形PECVDSiNHマスクの平面図を示す。FIG. 35 shows a plan view of a conformal PECVD SiNH mask.

【図36】 共形PECVDSiNH層を有する好ましい実施形態の一部断
面の側面図を示す。
FIG. 36 shows a partial cross-sectional side view of a preferred embodiment having a conformal PECVD SiNH layer.

【図37】 共形PECVDSiNHノズル先端エッチング層を有する好ま
しい実施形態の横から見た斜視図を示す。
FIG. 37 shows a side perspective view of a preferred embodiment having a conformal PECVD SiNH nozzle tip etch layer.

【図38】 共形PECVDSiNHノズル先端エッチングマスクの平面図
を示す。
FIG. 38 shows a plan view of a conformal PECVD SiNH nozzle tip etching mask.

【図39】 共形PECVDSiNHノズル先端エッチング層を有する好ま
しい実施形態の一部断面の側面図を示す。
FIG. 39 shows a partial cross-sectional side view of a preferred embodiment having a conformal PECVD SiNH nozzle tip etch layer.

【図40】 共形PECVDSiNHノズルルーフエッチング層を有する好
ましい実施形態の横から見た斜視図を示す。
FIG. 40 shows a side perspective view of a preferred embodiment having a conformal PECVD SiNH nozzle roof etch layer.

【図41】 共形PECVDSiNHノズルルーフエッチングマスクの平面
図を示す。
FIG. 41 shows a plan view of a conformal PECVD SiNH nozzle roof etch mask.

【図42】 共形PECVDSiNHノズルルーフエッチング層を有する好
ましい実施形態の一部断面の側面図を示す。
FIG. 42 illustrates a partial cross-sectional side view of a preferred embodiment having a conformal PECVD SiNH nozzle roof etch layer.

【図43】 犠牲保護ポリイミド層を有する好ましい実施形態の横から見た
斜視図を示す。
FIG. 43 shows a side perspective view of a preferred embodiment having a sacrificial protective polyimide layer.

【図44】 犠牲保護ポリイミドマスクの平面図を示す。FIG. 44 shows a plan view of a sacrificial protection polyimide mask.

【図45】 犠牲保護ポリイミド層を有する好ましい実施形態の一部断面の
側面図を示す。
FIG. 45 illustrates a partial cross-sectional side view of a preferred embodiment having a sacrificial protective polyimide layer.

【図46】 バックエッチング層を有する好ましい実施形態の横から見た斜
視図を示す。
FIG. 46 shows a side perspective view of a preferred embodiment having a back etch layer.

【図47】 バックエッチングマスクの平面図を示す。FIG. 47 shows a plan view of a back etching mask.

【図48】 バックエッチング層を有する好ましい実施形態の一部断面の側
面図を示す。
FIG. 48 shows a side view of a partial cross section of a preferred embodiment having a back etch layer.

【図49】 ストリッピング犠牲材料層を有する好ましい実施形態の横から
見た斜視図を示す。
FIG. 49 shows a side perspective view of a preferred embodiment having a stripping sacrificial material layer.

【図50】 ストリッピング犠牲材料マスクの平面図を示す。FIG. 50 shows a plan view of a stripping sacrificial material mask.

【図51】 ストリッピング犠牲材料層を有する好ましい実施形態の一部断
面の側面図を示す。
FIG. 51 shows a partial cross-sectional side view of a preferred embodiment having a stripping sacrificial material layer.

【図52】 パッケージング、ボンディング、プライミング、及び試験を有
する好ましい実施形態の横から見た斜視図を示す。
FIG. 52 shows a side perspective view of a preferred embodiment having packaging, bonding, priming, and testing.

【図53】 パッケージング、ボンディング、プライミング、及び試験のマ
スクの平面図を示す。
FIG. 53 shows a plan view of a mask for packaging, bonding, priming, and testing.

【図54】 パッケージング、ボンディング、プライミング、及び試験を有
する好ましい実施形態の一部断面の側面図を示す。
FIG. 54 illustrates a partial cross-sectional side view of a preferred embodiment having packaging, bonding, priming, and testing.

【図55】 滴を噴出している好ましい実施形態の横から見た斜視断面図を
示す。
FIG. 55 shows a side perspective cross-sectional view of a preferred embodiment ejecting drops.

【図56】 作動しているときの好ましい実施形態の横から見た斜視図を示
す。
FIG. 56 shows a side perspective view of the preferred embodiment when in operation.

【図57】 滴を噴出している好ましい実施形態の横から見た斜視断面図を
示す。
FIG. 57 shows a side perspective cross-sectional view of a preferred embodiment ejecting drops.

【図58】 復帰している時の好ましい実施形態の一部断面の側面図を示す
FIG. 58 shows a side view of a partial cross section of the preferred embodiment when returning.

【図59】 好ましい実施形態の平面図を示す。FIG. 59 shows a plan view of the preferred embodiment.

【図60】 アクチュエータのアーム及びノズルチャンバを示す横から見た
拡大斜視図である。
FIG. 60 is an enlarged perspective view showing the arm and the nozzle chamber of the actuator as viewed from the side.

【図61】 アクチュエータのパドルのリム及びノズルチャンバを示す横か
ら見た拡大斜視図である。
FIG. 61 is an enlarged side perspective view showing the rim of the paddle and the nozzle chamber of the actuator.

【図62】 アクチュエータのヒータ要素を示す横から見た拡大斜視図であ
る。
FIG. 62 is an enlarged perspective view showing a heater element of the actuator as viewed from the side.

【図63】 ウエハー上に形成されたノズルのアレイの平面図を示す。FIG. 63 shows a plan view of an array of nozzles formed on a wafer.

【図64】 ウエハー上に形成されたノズルのアレイの横から見た斜視断面
図を示す。
FIG. 64 shows a perspective cross-sectional view from the side of an array of nozzles formed on a wafer.

【図65】 ウエハー上に形成されたノズルのアレイの横から見た拡大斜視
断面図を示す。
FIG. 65 shows an enlarged perspective cross-sectional view from the side of an array of nozzles formed on a wafer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 PP 8688 (32)優先日 平成11年2月15日(1999.2.15) (33)優先権主張国 オーストラリア(AU) (31)優先権主張番号 PP 8689 (32)優先日 平成11年2月15日(1999.2.15) (33)優先権主張国 オーストラリア(AU) (31)優先権主張番号 PP 8690 (32)優先日 平成11年2月15日(1999.2.15) (33)優先権主張国 オーストラリア(AU) (31)優先権主張番号 PP 8691 (32)優先日 平成11年2月15日(1999.2.15) (33)優先権主張国 オーストラリア(AU) (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZW ),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU, TJ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ, BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,C R,CU,CZ,DE,DK,DM,EE,ES,FI ,GB,GD,GE,GH,GM,HR,HU,ID, IL,IN,IS,JP,KE,KG,KP,KR,K Z,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MA ,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ, PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,S K,SL,TJ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG ,US,UZ,VN,YU,ZA,ZW──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (31) Priority claim number PP 8688 (32) Priority date February 15, 1999 (Feb. 15, 1999) (33) Priority claim country Australia (AU) (31) Priority Claim number PP 8689 (32) Priority date February 15, 1999 (Feb. 15, 1999) (33) Priority claiming country Australia (AU) (31) Priority claim number PP 8690 (32) Priority date Heisei February 15, 1999 (Feb. 15, 1999) (33) Priority claiming country Australia (AU) (31) Priority claim number PP 8691 (32) Priority date February 15, 1999 (Feb. 15, 1999) 15) (33) Priority country Australia (AU) (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC , NL, PT, SE), O A (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS, MW, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP , KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, TZ, UA, U G, US, UZ, VN, YU, ZA, ZW

Claims (53)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 マイクロエレクトロメカニカルなデバイス用の熱アクチュエ
ータであって、 支持基板と、 アクチュエータ作動部と、 その第1の端において前記基板に取り付けられ、第2の端において前記作動部
に取り付けられた第1のアームであって、使用中は伝導によって加熱可能なよう
に配置されている第1のアームと、 第1の端において前記支持基板に取り付けられ、第2の端において前記作動部
に取り付けられた第2のアームであって、前記第1のアームと間隔を置いて配置
され、それによって前記第1及び第2のアームが両者の間に間隙を規定する、第
2のアームと を含み、使用中は、前記第1のアームが伝導によって加熱されると熱膨張し、
それによって前記作動部に力が加えられるように配置されている熱アクチュエー
タ。
1. A thermal actuator for a micro-electro-mechanical device, comprising: a support substrate, an actuator operating part, attached to the substrate at a first end and to the operating part at a second end. A first arm that is arranged to be heatable by conduction during use; a first arm attached to the support substrate at a first end and a working arm at a second end. A second arm mounted thereon, the second arm being spaced apart from the first arm, whereby the first and second arms define a gap therebetween. Wherein during use the first arm expands thermally when heated by conduction;
A thermal actuator arranged such that a force is applied to said actuating part.
【請求項2】 前記アクチュエータは、加熱電流を前記支持基板を通って前
記第1のアームに印加することができるような方法で配置されている請求項1に
記載の熱アクチュエータ。
2. The thermal actuator according to claim 1, wherein the actuator is arranged in such a way that a heating current can be applied to the first arm through the support substrate.
【請求項3】 前記第1及び第2のアームは略同じ材料から形成される請求
項1または2に記載の熱アクチュエータ。
3. The thermal actuator according to claim 1, wherein the first and second arms are formed from substantially the same material.
【請求項4】 前記アクチュエータは、第1の層を推積及びエッチングして
前記第1のアームを形成する工程と、第2の層を推積及びエッチングして、前記
第1のアームの上方に犠牲層支持構造を形成する工程と、第3の層を推積及びエ
ッチングして前記第2のアームを形成し、前記第2の層をエッチングして前記第
1のアームと前記第2のアームとの間に前記間隙を形成する工程とによって製造
される請求項1〜3のいずれか一項に記載の熱アクチュエータ。
4. The actuator according to claim 1, further comprising: depositing and etching a first layer to form the first arm; and depositing and etching a second layer to cover the first arm. Forming a sacrificial layer support structure, forming and etching a third layer to form the second arm, and etching the second layer to form the first arm and the second arm. Forming said gap between said arm and said arm.
【請求項5】 前記第1のアームは、前記第2の端において、伝導によって
相互接続された少なくとも2つの細長い柔軟性を有する細長片を含む請求項1〜
4のいずれか一項に記載の熱アクチュエータ。
5. The device of claim 1, wherein the first arm includes at the second end at least two elongated flexible strips interconnected by conduction.
5. The thermal actuator according to claim 4.
【請求項6】 前記第2のアームは、少なくとも2つの細長い柔軟性を有す
る細長片を含む請求項1〜5のいずれか一項に記載の熱アクチュエータ。
6. The thermal actuator according to claim 1, wherein the second arm includes at least two elongated flexible strips.
【請求項7】 前記作動部はパドル構造を含む請求項1〜6のいずれか一項
に記載の熱アクチュエータ。
7. The thermal actuator according to claim 1, wherein the operating portion includes a paddle structure.
【請求項8】 前記第1のアームは窒化チタンから形成される請求項1〜7
のいずれか一項に記載の熱アクチュエータ。
8. The method according to claim 1, wherein said first arm is formed of titanium nitride.
The thermal actuator according to claim 1.
【請求項9】 ノズルチャンバ内から該ノズルチャンバの1つの壁において
規定された液体噴出ノズルを通って液体を噴出するパドルであって、 使用中は前記ノズルに対向し該ノズルから間隔を置いて配置された略平らなプ
ランジャ表面を提供するように構成された第1の部分と、 該第1の部分の周辺における前記プランジャ表面上に形成されて前記第1の部
分の構造上の支持を行う第2の部分と を含み、それによって、使用中、前記プランジャが作動して液体を前記ノズル
を通って噴出している間、前記第2の部分がスペーサとしての役割を果たして、
前記プランジャ表面が前記ノズルに触れるのを防止するパドル。
9. A paddle for ejecting liquid from within a nozzle chamber through a liquid ejection nozzle defined on one wall of the nozzle chamber, the paddle being opposed to and spaced from the nozzle during use. A first portion configured to provide a disposed substantially planar plunger surface; and a structural portion formed on the plunger surface around the first portion to provide structural support for the first portion. A second portion, whereby during use the second portion acts as a spacer while the plunger is activated to eject liquid through the nozzle,
A paddle that prevents the plunger surface from touching the nozzle.
【請求項10】 前記第2の部分は、前記プランジャ表面の中央部が使用中
に前記ノズルと略整列した状態で、前記中央部の周りに壁構造を規定するように
構成されている請求項9に記載のパドル。
10. The second portion is configured to define a wall structure around the central portion with the central portion of the plunger surface substantially aligned with the nozzle during use. 9. The paddle according to item 9.
【請求項11】 前記中央部は、前記ノズルと同じ寸法である請求項10に
記載のパドル。
11. The paddle according to claim 10, wherein the central portion has the same size as the nozzle.
【請求項12】 前記第1の部分は外周が円形であり、前記第2の部分は、
前記パドルの前記外周の周りの環形を含んでいる請求項9〜11のいずれか一項
に記載のパドル。
12. The first portion has a circular outer periphery, and the second portion has
A paddle according to any one of claims 9 to 11, including an annulus around the outer periphery of the paddle.
【請求項13】 前記壁構造は、部分的に下部をカットされている請求項1
0に記載のパドル。
13. The wall structure according to claim 1, wherein a lower portion is partially cut.
Paddle described in 0.
【請求項14】 前記パドルは、第1の層を推積及びエッチングして前記第
1の部分を形成する工程と、第2の層を推積及びエッチングして前記第1の部分
の一部の上に犠牲層構造を形成する工程と、第3の層を推積及びエッチングして
前記第2の部分を形成し、前記犠牲層をエッチングして前記第2の部分が部分的
に下部をカットされるようにする工程とによって形成される請求項13に記載の
パドル。
14. The paddle is formed by depositing and etching a first layer to form the first portion, and depositing and etching a second layer to form a part of the first portion. Forming a sacrificial layer structure on top of the above, and depositing and etching a third layer to form the second portion, and etching the sacrificial layer to partially lower the second portion. 14. The paddle according to claim 13, wherein the paddle is formed by cutting.
【請求項15】 マイクロメカニカルなまたはマイクロエレクトロメカニカ
ルなデバイス用の機械的アクチュエータであって、 支持基板と、 作動部と、 その第1の端において前記基板に取り付けられ、第2の端において前記作動部
に取り付けられた第1のアームであって、使用中は伝導によって加熱可能なよう
に配置されている第1のアームと、 第1の端において前記支持基板に取り付けられ、第2の端において前記作動部
に取り付けられた第2のアームであって、前記第1のアームと間隔を置いて配置
され、それによって前記第1及び第2のアームが両者の間に間隙を規定する第2
のアームと を含み、少なくとも1つの剛体部材が、前記第1のアームと前記第2のアーム
とをその前記第1の端と前記第2の端との間で相互接続し、 使用中は、前記第1のアームが熱膨張し、それによって前記アクチュエータが
前記作動部に力を加えるように配置されているアクチュエータ。
15. A mechanical actuator for a micro-mechanical or micro-electro-mechanical device, comprising: a support substrate, an actuating part, attached to said substrate at a first end thereof and said actuation at a second end. A first arm attached to the portion, the first arm being arranged to be heatable by conduction during use, attached to the support substrate at a first end, and at a second end A second arm attached to the actuating portion, the second arm being spaced from the first arm such that the first and second arms define a gap therebetween.
At least one rigid member interconnects the first arm and the second arm between the first end and the second end thereof, wherein during use, An actuator, wherein the first arm is thermally expanded, whereby the actuator is arranged to apply a force to the actuator.
【請求項16】 前記第1のアームは、 前記第1のアームの前記第1の端と前記第2の端との間に形成された第1の主
本体と、 該第1の主本体に接続された、少なくとも1つのタブ本体と を含み、少なくとも1つの剛体部材のうちの最初のものが、前記タブを前記第
2のアームと相互接続する請求項15に記載のアクチュエータ。
16. The first arm comprises: a first main body formed between the first end and the second end of the first arm; and a first main body formed on the first arm. 16. The actuator of claim 15, comprising at least one tab body connected, wherein the first of the at least one rigid member interconnects the tab with the second arm.
【請求項17】 前記第2のアームは、 前記第2のアームの前記第1の端と前記第2の端との間に形成された第2の主
本体と、 該第2の主本体に接続された、少なくとも1つの対応するタブ本体と を含み、前記少なくとも1つの剛体部材のうちの前記最初のものが、前記第1
及び第2のアームの前記対応する両タブを相互接続する請求項16に記載のアク
チュエータ。
17. The second arm, comprising: a second main body formed between the first end and the second end of the second arm; and a second main body formed between the second arm and the second main body. Connected to at least one corresponding tab body, wherein the first one of the at least one rigid member is the first member.
17. The actuator of claim 16, wherein said corresponding two tabs of a second arm are interconnected.
【請求項18】 前記タブ本体は、第1の薄くしたネック部を通して前記第
1の主本体に接続されている請求項16または17に記載のアクチュエータ。
18. The actuator of claim 16 or 17, wherein the tab body is connected to the first main body through a first thinned neck.
【請求項19】 前記対応するタブ本体は、第2の薄くしたネック部を通し
て前記第2の主本体に接続されている請求項17または18に記載のアクチュエ
ータ。
19. The actuator according to claim 17, wherein the corresponding tab body is connected to the second main body through a second thinned neck.
【請求項20】 前記第1のアームは、それによって該第1のアームが伝導
によって加熱可能であり、使用中に前記第1のアームを前記第2のアームに関し
て熱膨張させて、それによって前記アクチュエータが前記作動部に力を加えるよ
うになっている伝導層を含む請求項15〜19のいずれか一項に記載のアクチュ
エータ。
20. The first arm, wherein the first arm is heatable by conduction, causing the first arm to thermally expand with respect to the second arm during use, thereby causing the first arm to expand. 20. An actuator according to any one of claims 15 to 19, wherein the actuator comprises a conductive layer adapted to apply a force to the working part.
【請求項21】 前記第1及び第2のアームは略平行であり、前記剛体部材
は、前記第1及び第2のアームと略垂直である請求項15〜20のいずれか一項
に記載のアクチュエータ。
21. The method according to claim 15, wherein the first and second arms are substantially parallel, and the rigid member is substantially perpendicular to the first and second arms. Actuator.
【請求項22】 使用中に、電流を前記支持基板を通って前記伝導層に供給
できるような方法で配置されている請求項15〜21のいずれか一項に記載のア
クチュエータ。
22. An actuator according to any one of claims 15 to 21 arranged in such a way that, in use, current can be supplied to the conductive layer through the support substrate.
【請求項23】 前記第1及び第2のアームは、略同じ材料から形成される
請求項15〜22のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
23. The actuator according to claim 15, wherein the first and second arms are formed from substantially the same material.
【請求項24】 第1の層を推積及びエッチングして前記第1のアームを形
成する工程と、 第2の層を推積及びエッチングして、前記第1のアームの上方に犠牲層支持構
造を形成する工程と、 第3の層を推積及びエッチングして、前記第2のアームを形成する工程と、 前記犠牲層をエッチングして、前記第1のアームと前記第2のアームとの間に
前記間隙を形成する工程と によって製造される請求項15〜23のいずれか一項に記載のアクチュエータ
24. Depositing and etching a first layer to form the first arm; depositing and etching a second layer to support a sacrificial layer above the first arm. Forming a structure; depositing and etching a third layer to form the second arm; and etching the sacrificial layer to form the first arm and the second arm. The actuator according to any one of claims 15 to 23, wherein the actuator is manufactured by: forming the gap therebetween.
【請求項25】 前記第1のアームは、前記第2の端において、伝導によっ
て相互接続された2つの第1の細長い柔軟性を有する細長片を含む請求項15〜
24のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
25. The first arm includes at its second end two first elongated flexible strips interconnected by conduction.
The actuator according to any one of claims 24.
【請求項26】 前記第2のアームは、2つの第2の細長い柔軟性を有する
細長片を含む請求項15〜25のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
26. The actuator according to any one of claims 15 to 25, wherein the second arm comprises two second elongated flexible strips.
【請求項27】 前記作動部はパドル構造を含む請求項15〜26のいずれ
か一項に記載のアクチュエータ。
27. The actuator according to claim 15, wherein the operating portion includes a paddle structure.
【請求項28】 前記第1のアームは窒化チタンから形成される請求項15
〜27のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
28. The method of claim 15, wherein the first arm is formed from titanium nitride.
28. The actuator according to any one of -27.
【請求項29】 前記第2のアームは窒化チタンから形成される請求項15
〜28のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
29. The second arm is formed from titanium nitride.
29. The actuator according to any one of -28.
【請求項30】 マイクロメカニカルなまたはマイクロエレクトロメカニカ
ルなデバイス用の熱アクチュエータであって、 支持基板と、 アクチュエータ延長部と、 その第1の端において前記基板に取り付けられ、第2の端において前記延長部
に取り付けられた第1のアームであって、使用中は伝導によって加熱可能なよう
に配置されている第1のアームと、 第1の端において前記支持基板に取り付けられ、第2の端において前記延長部
に取り付けられた第2のアームであって、前記第1のアームと間隔を置いて配置
された第2のアームと を含み、 使用中は、前記第1のアームが熱膨張し、それによって前記アクチュエータが
前記延長部に力を加えるように配置され、 前記第1のアームは、使用中に前記第1のアームの最高加熱が起こる最高加熱
点のところに少なくとも1つのヒートシンク要素を含むアクチュエータ。
30. A thermal actuator for a micro-mechanical or micro-electro-mechanical device, comprising: a support substrate, an actuator extension, attached to the substrate at a first end thereof, and the extension at a second end. A first arm attached to the portion, the first arm being arranged to be heatable by conduction during use, attached to the support substrate at a first end, and at a second end A second arm attached to the extension, the second arm being spaced apart from the first arm, wherein during use the first arm thermally expands; Whereby the actuator is arranged to apply a force to the extension, wherein the first arm is used in such a way that maximum heating of the first arm occurs during use Actuator comprising at least one heat sink element at the heating point.
【請求項31】 前記ヒートシンク要素は、前記第1のアームの略中央に配
置される請求項30に記載のアクチュエータ。
31. The actuator of claim 30, wherein the heat sink element is located substantially at the center of the first arm.
【請求項32】 前記ヒートシンク要素は、前記第1のアームと前記第2の
アームとを相互接続するように配置されている請求項30または31に記載のア
クチュエータ。
32. The actuator according to claim 30, wherein the heat sink element is arranged to interconnect the first arm and the second arm.
【請求項33】 前記ヒートシンク要素は、前記第1のアームの主本体に接
続された、少なくとも1つのタブ本体を含む請求項30〜32のいずれか一項に
記載のアクチュエータ。
33. The actuator according to any one of claims 30 to 32, wherein the heat sink element includes at least one tab body connected to a main body of the first arm.
【請求項34】 前記タブ本体は、第1の薄くしたネック部を通して前記主
本体に接続されている請求項33に記載のアクチュエータ。
34. The actuator of claim 33, wherein the tab body is connected to the main body through a first thinned neck.
【請求項35】 前記第1のアームは、それによって前記第1のアームが伝
導によって加熱可能な、伝導層を含む請求項30〜34のいずれか一項に記載の
アクチュエータ。
35. The actuator according to any one of claims 30 to 34, wherein the first arm includes a conductive layer by which the first arm can be heated by conduction.
【請求項36】 電流を前記支持基板を通って前記伝導層に供給できるよう
な方法で配置されている請求項35に記載のアクチュエータ。
36. The actuator of claim 35, wherein the actuator is arranged in such a way that current can be supplied to the conductive layer through the support substrate.
【請求項37】 前記第1及び第2のアームは、略同じ材料から形成される
請求項30〜36のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
37. The actuator according to claim 30, wherein the first and second arms are formed from substantially the same material.
【請求項38】 前記延長部はパドル構造を含む請求項30〜37のいずれ
か一項に記載のアクチュエータ。
38. The actuator according to claim 30, wherein the extension includes a paddle structure.
【請求項39】 前記第1のアームは窒化チタンから形成される請求項30
〜38のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
39. The first arm is formed from titanium nitride.
39. The actuator according to any one of -38.
【請求項40】 前記第2のアームは窒化チタンから形成される請求項30
〜39のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
40. The second arm is formed from titanium nitride.
40. The actuator according to any one of -39.
【請求項41】 液体を噴出するための、その1つの壁における第1の開口
部と、そこを通ってアクチュエータのアームが延びる、その壁における第2の開
口部とを有するノズルチャンバであって、前記アクチュエータのアームは、前記
ノズルチャンバの外側に配置された基板に取り付けられ、前記ノズルチャンバの
内側のパドルに接続されており、該パドルは、前記アクチュエータのアームによ
って、前記液体を前記第1の開口部を通って噴出するように動作可能であるノズ
ルチャンバと、 前記第2の開口部の周りに形成された、第1の隆起したリムであって、前記ア
クチュエータのアームの動作中に、前記第1の隆起したリムと前記アクチュエー
タのアームとの間で前記液体の外面に沿って液体のメニスカスが形成されるよう
な方法で配置されている、第1の隆起したリムと を含む液体噴出デバイス。
41. A nozzle chamber for ejecting a liquid having a first opening in one wall thereof and a second opening in the wall through which an actuator arm extends. The arm of the actuator is attached to a substrate disposed outside the nozzle chamber and connected to a paddle inside the nozzle chamber, the paddle dispensing the liquid through the arm of the actuator to the first position. A nozzle chamber operable to squirt through an opening of a first raised rim formed around said second opening, wherein during operation of an arm of said actuator, A liquid meniscus is formed between the first raised rim and the arm of the actuator along an outer surface of the liquid such that a meniscus of liquid is formed. Is, liquid ejecting device including a first raised rim.
【請求項42】 前記アクチュエータは、前記第1の隆起したリムに隣接し
前記基板と略平行で該基板から間隔を置いて配置された平らな部分を含む請求項
41に記載のデバイス。
42. The device of claim 41, wherein the actuator includes a flat portion adjacent to the first raised rim and substantially parallel to and spaced from the substrate.
【請求項43】 前記第1の隆起したリムは、前記平らな部分と略平行な縁
部を含む請求項42に記載のデバイス。
43. The device of claim 42, wherein the first raised rim includes an edge substantially parallel to the flat portion.
【請求項44】 前記第1の隆起したリムは、隆起したリップを含む請求項
41〜43のいずれか一項に記載のデバイス。
44. The device according to any one of claims 41 to 43, wherein the first raised rim includes a raised lip.
【請求項45】 前記アクチュエータのアーム上に、前記第2の開口部の周
りに形成された前記第1の隆起したリムに隣接して形成された、第2の隆起した
リムをさらに含む請求項41〜44のいずれか一項に記載のデバイス。
45. The actuator according to claim 45, further comprising a second raised rim formed on the arm of the actuator adjacent to the first raised rim formed around the second opening. 45. The device according to any one of 41 to 44.
【請求項46】 前記第1の隆起したリムは、前記アクチュエータのアーム
の一部もまた形成する層のデポジションから形成される請求項41〜45のいず
れか一項に記載のデバイス。
46. The device according to any one of claims 41 to 45, wherein the first raised rim is formed from the deposition of a layer that also forms part of the arm of the actuator.
【請求項47】 前記第1及び第2の隆起したリムのうちの少なくとも1つ
は、窒化チタンから形成される請求項41〜46のいずれか一項に記載のデバイ
ス。
47. The device of any one of claims 41-46, wherein at least one of said first and second raised rims is formed from titanium nitride.
【請求項48】 前記第1の隆起したリムに隣接して、ウィッキングを低減
する助けになるピットが形成される請求項41〜47のいずれか一項に記載のデ
バイス。
48. The device of any one of claims 41-47, wherein a pit is formed adjacent to the first raised rim to help reduce wicking.
【請求項49】 ノズルチャンバと、 該ノズルチャンバ内に配置されて、第1の状態から噴出状態に動かされると、
液体を前記ノズルチャンバから該ノズルチャンバの1つの壁における開口部を通
って噴出する、噴出パドルと、 該パドルが前記第1の状態にある時には、前記パドルによって略閉じているよ
うな方法で配置された、液体供給ポートと を含み、 前記ノズルチャンバは、前記パドルが前記第1の状態にある時には、前記パド
ルのリムにぴったりと隣接して整列している、その壁構造上の内部突出部を含み
、 前記噴出状態において、前記パドルの前記リムのうちの少なくとも一部は、前
記突出部から間隔を置いて配置されており、それによって、前記壁構造と前記パ
ドルの前記リムの前記一部との間に規定された液体再充填チャネルを形成する液
体噴出デバイス。
49. A nozzle chamber, disposed in the nozzle chamber, wherein the nozzle chamber is moved from a first state to a jetting state.
An ejection paddle for ejecting liquid from said nozzle chamber through an opening in one wall of said nozzle chamber; and arranged in such a way that said paddle is substantially closed by said paddle when said paddle is in said first state. A liquid supply port, the nozzle chamber having an interior projection on its wall structure aligned closely adjacent a rim of the paddle when the paddle is in the first state. Wherein, in the jetting state, at least a portion of the rim of the paddle is spaced from the protrusion, whereby the portion of the rim of the paddle and the wall structure is provided. A liquid ejection device forming a liquid refill channel defined there between.
【請求項50】 前記内部突出部は、横断面が階段状である請求項49に記
載のデバイス。
50. The device of claim 49, wherein the internal protrusion is stepped in cross section.
【請求項51】 前記パドル及び前記内部突出部は、1つのデポジション工
程において形成される請求項49または50に記載のデバイス。
51. The device according to claim 49 or 50, wherein the paddle and the internal protrusion are formed in one deposition step.
【請求項52】 前記内部突出部は、前記ノズルチャンバの前記壁構造を形
成する高アスペクト比のデポジション工程と比較してアスペクト比の低いデポジ
ション工程を用いて形成される請求項49〜51のいずれか一項に記載のデバイ
ス。
52. The internal projection is formed using a deposition process having a lower aspect ratio than a high aspect ratio deposition process for forming the wall structure of the nozzle chamber. A device according to any one of the preceding claims.
【請求項53】 前記パドルは略平らである請求項49〜52のいずれか一
項に記載のデバイス。
53. The device according to any one of claims 49 to 52, wherein the paddle is substantially flat.
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