JP2005242894A - Rectification valve, microfluidic driving device, minute amount fluid discharge device, micro pump, flow regulator and ink jet printer - Google Patents

Rectification valve, microfluidic driving device, minute amount fluid discharge device, micro pump, flow regulator and ink jet printer Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rectification valve capable of controlling micro fluid of liquid, gas or the like of a small amount, and a microfluidic driving device capable of making the drive of minute amount fluid efficient. <P>SOLUTION: The microfluidic driving device has a pressure generating part 25 for imparting pressure change in fluid 29, and is provided with a rectification valve 31 having anisotropy such that flow channel resistance in a forward direction varies from that in the opposite direction, in a flow channel 30. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、例えば微少量の液体や気体などの微量流体の制御に適用される整流弁、この整流弁を用いた流量調節器、この整流弁を備えて微量の流体を効率よく駆動するための微小流体駆動装置に関する。
また、本発明は、この微小流体駆動装置に属している、インクジェットプリンタヘッドを含む微量流体吐出装置、マイクロポンプ、並びに前記微量流体吐出装置を備えたインクジェットプリンタに関する。
The present invention relates to a rectifying valve that is applied to control of a small amount of fluid such as a minute amount of liquid or gas, a flow regulator using this rectifying valve, and a rectifying valve for efficiently driving a small amount of fluid. The present invention relates to a microfluidic drive device.
The present invention also relates to a microfluidic discharge device including an ink jet printer head, a micropump, and an ink jet printer provided with the microfluidic discharge device belonging to the microfluidic drive device.

微小流体駆動装置の用途としては、例えばインクジェットプリンタ、マイクロポンプ、DNAチップ、μTAS(Micro Total Analysis Systems)、熱拡散装置などが考えられる。しかし、流路と体積変化を発生させる機構と流体制御弁をチップ内に作り込むことは、加工上難しいため実用化されていない。   Possible applications of the microfluidic drive device include, for example, an ink jet printer, a micropump, a DNA chip, μTAS (Micro Total Analysis Systems), a thermal diffusion device, and the like. However, since it is difficult to process a chip and a mechanism for generating a flow path and a volume change and a fluid control valve, it has not been put into practical use.

インクジェットプリンタ向けの圧力発生装置としては、例えば静電駆動方式、ピエゾ方式等がある。図16は、インク(液体)をノズルかから吐出させるインクジェットプリンタヘッドの概略構成を示す。このインクジェットプリンタヘッド1は、基板2上に空間3を挟んで対向して支持され静電駆動あるいはピエゾ効果を用いた振動板4を有した圧力発生装置5と、振動板4上に液密的に配されノズル6を有した圧力室、即ちインク室7と、インク室7の供給口に逆流防止用のオリフィス8を介して連通してインク9を供給する流路10とを有して構成される。   As a pressure generating device for an ink jet printer, for example, there are an electrostatic drive method, a piezo method, and the like. FIG. 16 shows a schematic configuration of an ink jet printer head that ejects ink (liquid) from nozzles. The ink jet printer head 1 includes a pressure generating device 5 having a diaphragm 4 supported on a substrate 2 so as to face each other with a space 3 interposed therebetween and using an electrostatic drive or a piezo effect, and a liquid tight on the diaphragm 4. And a pressure chamber having a nozzle 6, that is, an ink chamber 7, and a flow path 10 for supplying ink 9 in communication with a supply port of the ink chamber 7 through a backflow preventing orifice 8. Is done.

このインクジェットプリンタヘッド1では、圧力駆動装置5の振動板4が駆動し下方に変位すると、インク室7が体積増加してインク9が流路10からオリフィス8を通じてインク室7に供給される。振動板4が上方へ変位すると、インク室7の体積変化(体積縮小)が起きて圧力変化してインク室7内のインク9がノズル6から吐出する。   In the ink jet printer head 1, when the vibration plate 4 of the pressure driving device 5 is driven and displaced downward, the volume of the ink chamber 7 is increased and the ink 9 is supplied from the flow path 10 to the ink chamber 7 through the orifice 8. When the vibration plate 4 is displaced upward, a volume change (volume reduction) of the ink chamber 7 occurs, the pressure changes, and the ink 9 in the ink chamber 7 is ejected from the nozzle 6.

静電MEMS方式のインクジェットプリンタヘッド1においては、図示せざるも、基板2上に下部電極を形成し、この下部電極に対向する振動板4に上部電極を設けて成る静電MEMS素子で圧力発生装置が構成される。この下部電極と上部電極間に印加する電圧により、上下部電極間に電位差が生じて静電力で振動板4が下部電極側に引きつけられ、また電位差が0になり振動板4が元に戻る。このような振動板5の静電駆動により、インク室7の体積変化で内部圧力が変化し、インク供給とインク吐出とが行われる。
特許文献1には、インクジェットプリンタに用いられる静電駆動式のプリンタヘッドの例が記載されている。
特開平5−50601号公報
In the electrostatic MEMS ink jet printer head 1, although not shown, a pressure is generated by an electrostatic MEMS element in which a lower electrode is formed on a substrate 2 and an upper electrode is provided on a vibration plate 4 facing the lower electrode. The device is configured. Due to the voltage applied between the lower electrode and the upper electrode, a potential difference is generated between the upper and lower electrodes, and the diaphragm 4 is attracted to the lower electrode side by electrostatic force, and the potential difference becomes zero and the diaphragm 4 returns to its original state. By such electrostatic driving of the vibration plate 5, the internal pressure changes due to the volume change of the ink chamber 7, and ink supply and ink discharge are performed.
Patent Document 1 describes an example of an electrostatically driven printer head used for an ink jet printer.
Japanese Patent Laid-Open No. 5-50601

インクジェットプリンタ向けの圧力発生装置5を考えた場合、静電方式、ピエゾ方式等は、上述しように振動板4の変位によるインク室7の圧力変化により、ノズル6からインク液9が吐出されるが、このときインク9の流れとしてノズル6と、インク供給口側の流路10への逆流との2つの流れが発生する。この逆流を極力防止するためにインク供給口にオリフィス8が設けられているが、このオリフィス8には整流機能がない。このため、逆流は防止できず、ノズル6とオリフィス8の流路抵抗比でインク液9の吐出量が決まる。オリフィスを狭くすることで逆流を防げるが、インク室への流入も制限されるため吐出周波数が犠牲となる。   When considering the pressure generator 5 for an ink jet printer, the electrostatic method, the piezo method, and the like discharge ink liquid 9 from the nozzle 6 due to the pressure change of the ink chamber 7 due to the displacement of the diaphragm 4 as described above. At this time, as the flow of the ink 9, two flows of the nozzle 6 and the reverse flow to the flow path 10 on the ink supply port side are generated. In order to prevent this backflow as much as possible, an orifice 8 is provided at the ink supply port, but this orifice 8 has no rectifying function. For this reason, the backflow cannot be prevented, and the discharge amount of the ink liquid 9 is determined by the flow path resistance ratio of the nozzle 6 and the orifice 8. By making the orifice narrow, backflow can be prevented, but since the flow into the ink chamber is also restricted, the ejection frequency is sacrificed.

一方、この圧力発生装置を微小な大きさのポンプ(いわゆるマイクロポンプ)へ応用するためには、振動板4によって生じた圧力変化を一定方向への流れに変えることが重要となる。   On the other hand, in order to apply this pressure generating device to a micro pump (so-called micro pump), it is important to change the pressure change generated by the diaphragm 4 into a flow in a certain direction.

インクジェットプリンタ向けの圧力発生装置の場合、上述したように整流弁がないためにノズル6とオリフィス8との流路抵抗比で吐出速度、吐出量が決まり、振動板4の変位によって得られたインク室7の変位体積の約半分のインク9がノズル6から吐出し、残りの約半分のインク9がオリフィス8から逆流する。整流弁が追加出来た場合、この逆流分の大半を堰き止めることが可能となるため、インク吐出効率が大幅に向上し、チップ面積の低減による高密度化、コスト低減、低消費電力化が可能となるので、その開発が望まれている。   In the case of a pressure generating device for an ink jet printer, since there is no rectifying valve as described above, the discharge speed and the discharge amount are determined by the flow path resistance ratio between the nozzle 6 and the orifice 8, and the ink obtained by the displacement of the diaphragm 4 is obtained. About half of the displacement volume of the chamber 7 is ejected from the nozzle 6, and the remaining half of the ink 9 flows backward from the orifice 8. If a rectifying valve can be added, most of this backflow can be blocked, so ink ejection efficiency can be greatly improved, and chip density can be reduced, resulting in higher density, lower costs, and lower power consumption. Therefore, its development is desired.

また、圧力発生装置を流体ポンプとしての利用を考えた場合、チップレベルでの整流弁がないため、整流弁を外付けする必要があるため、ポンプとしては大きなものとなっている。
DNAチップ、μTAS向けの流体ポンプには、所定量の薬液を流せる流量制御機能が必要である。これにはポンプの体積変化量を一定として、変位回数で流量を調整する。ただし、この場合にも整流作用のある弁が必要である。この弁には流量調節機能があれば変位回数一定でも流量調整が可能となる。
Further, considering the use of the pressure generating device as a fluid pump, since there is no rectifying valve at the chip level, it is necessary to attach a rectifying valve externally, so that the pump is large.
A fluid pump for a DNA chip or μTAS needs a flow rate control function that allows a predetermined amount of chemical solution to flow. For this, the volume change amount of the pump is made constant, and the flow rate is adjusted by the number of displacements. In this case, however, a valve having a rectifying action is required. If this valve has a flow rate adjusting function, the flow rate can be adjusted even if the number of displacements is constant.

本発明は、上述の点に鑑み、例えば微少量の液体や気体などの微小流体の制御を可能にした整流弁、この整流弁を用いて微小量の流量調節を可能にした流量調節器を提供するものである。
本発明は、上記整流弁を備えて微小流体の駆動の効率化を可能にした微小流体駆動装置、インクジェットプリンタヘッド、マイクロポンプを提供するものである。
In view of the above points, the present invention provides a rectifying valve that enables control of a minute fluid such as a minute amount of liquid or gas, and a flow rate regulator that enables a minute amount of flow control using the rectifying valve. To do.
The present invention provides a microfluidic drive device, an ink jet printer head, and a micropump that include the rectifying valve and enable efficient driving of microfluidics.

本発明に係る整流弁は、流路に配置され流路抵抗が順方向と逆方向で異なる異方性を有して成ることを特徴とする。
上記整流弁は、反り量により抵抗値が変化する配線部を付加し、この配線部の抵抗値により整流弁を通過する流量を検出するように構成することができる。
上記整流弁は、配線部を付加し、この配線部に流す電流量を制御して電磁力による整流弁の反り量を制御して流量を制御するように構成することができる。
上記整流弁は、反り量により抵抗値が変化する配線部を付加し、この配線部の抵抗値を検出して、検出した抵抗値をフィードバックして配線部に流す電流量を制御し、電磁力により整流弁の反り量を制御して流量を制御するように構成することができる。
上記整流弁は、その最表面に接点部を設け、整流弁の反りにより接触する流路構成部(天井、壁など)との接触状態を検出する自己診断機能を有するように構成することができる。
The rectifying valve according to the present invention is characterized in that the rectifying valve is disposed in the flow path and has anisotropy in which the flow path resistance is different between the forward direction and the reverse direction.
The rectifying valve can be configured to add a wiring portion whose resistance value varies depending on the amount of warpage, and to detect the flow rate passing through the rectifying valve based on the resistance value of the wiring portion.
The rectifying valve can be configured to add a wiring portion and control the flow rate by controlling the amount of warpage of the rectifying valve due to electromagnetic force by controlling the amount of current flowing through the wiring portion.
The rectifying valve adds a wiring portion whose resistance value varies depending on the amount of warpage, detects the resistance value of the wiring portion, feeds back the detected resistance value, controls the amount of current flowing through the wiring portion, and generates electromagnetic force. Thus, the flow rate can be controlled by controlling the amount of warpage of the rectifying valve.
The rectifying valve can be configured to have a self-diagnostic function for detecting a contact state with a flow path component (ceiling, wall, etc.) that contacts the rectifying valve by providing a contact portion on the outermost surface thereof. .

本発明に係る微小流体駆動装置は、流体に圧力変化を与える圧力発生部を有し、流路に、流路抵抗を順方向と逆方向で異ならした異方性を有する整流弁が設けられて成ることを特徴とする。
上記整流弁は、配線部を付加し、この配線部に流す電流量を制御して電磁力による整流弁の反り量を制御して流量を制御するように構成することができる。
整流弁は、反り量により抵抗値が変化する配線部を付加し、該配線部の抵抗値を検出して、該検出した抵抗値をフィードバックして前記配線部に流す電流量を制御し、電磁力により整流弁の反り量を制御して流量を制御するように構成することができる。
圧力発生部は、例えば静電方式で構成することができる。
The microfluidic drive device according to the present invention has a pressure generating unit that applies a pressure change to the fluid, and the flow path is provided with a rectifying valve having anisotropy that varies the flow path resistance in the forward direction and in the reverse direction. It is characterized by comprising.
The rectifying valve can be configured to add a wiring portion and control the flow rate by controlling the amount of warpage of the rectifying valve due to electromagnetic force by controlling the amount of current flowing through the wiring portion.
The rectifying valve adds a wiring portion whose resistance value varies depending on the amount of warpage, detects the resistance value of the wiring portion, feeds back the detected resistance value, and controls the amount of current flowing through the wiring portion, The flow rate can be controlled by controlling the amount of warpage of the rectifying valve by force.
A pressure generation part can be comprised by an electrostatic system, for example.

本発明に係る微量流体吐出装置は、流路抵抗を順方向と逆方向で異ならした異方性を有する整流弁が、アクチュエータ基板の吐出対象流体の流路に混載して成ることを特徴とする。
上記微量流体吐出装置は、吐出対象流体に圧力変化を与える圧力発生部を有し、圧力発生部を例えば静電方式で形成して構成することができる。
上記微量流体吐出装置は、整流弁によりノズルからの吐出対象流体の吐出量を可変できるように構成することができる。
上記整流弁は、配線部を付加し、この配線部に流す電流量を制御して電磁力による整流弁の反り量を制御して流量を制御するように構成することができる。
上記整流弁は、反り量により抵抗値が変化する配線部を付加し、この配線部の抵抗値を検出して、検出した抵抗値をフィードバックして配線部に流す電流量を制御し、電磁力により整流弁の反り量を制御して流量を制御するように構成することができる。
上記微量流体吐出装置は、整流弁の最表面に接点部を設け、整流弁の反りにより接触する流路構成部との接触状態を検出し、自己診断機能を有するように構成することができる。
The microfluidic discharge device according to the present invention is characterized in that a rectifying valve having anisotropy having different flow path resistances in the forward direction and the reverse direction is mixedly mounted in the flow path of the discharge target fluid of the actuator substrate. .
The microfluidic discharge device includes a pressure generating unit that applies a pressure change to a discharge target fluid, and can be configured by forming the pressure generating unit by, for example, an electrostatic method.
The micro fluid discharge device can be configured so that the discharge amount of the discharge target fluid from the nozzle can be varied by the rectifying valve.
The rectifying valve can be configured to add a wiring portion and control the flow rate by controlling the amount of warpage of the rectifying valve due to electromagnetic force by controlling the amount of current flowing through the wiring portion.
The rectifying valve adds a wiring portion whose resistance value varies depending on the amount of warpage, detects the resistance value of the wiring portion, feeds back the detected resistance value, controls the amount of current flowing through the wiring portion, and generates electromagnetic force. Thus, the flow rate can be controlled by controlling the amount of warpage of the rectifying valve.
The microfluidic discharge device can be configured to have a self-diagnosis function by providing a contact portion on the outermost surface of the rectifying valve, detecting a contact state with a flow path constituent portion that contacts due to warpage of the rectifying valve.

本発明に係るマイクロポンプは、流体に圧力変化を与える圧力発生部と、流路に連なる流体注入部とを有し、流体注入部の注入口及び排出口に、流路抵抗が順方向と逆方向で異なる異方性を有する整流弁が設けられて成ることを特徴とする。
圧力発生部は、例えば静電方式で構成することができる。
The micropump according to the present invention includes a pressure generation unit that applies a pressure change to the fluid and a fluid injection unit that is connected to the flow channel, and the flow channel resistance is reverse to the forward direction at the inlet and the outlet of the fluid injection unit. A rectifying valve having anisotropy different in direction is provided.
A pressure generation part can be comprised by an electrostatic system, for example.

本発明に係る流量調節器は、流路に配置され流路抵抗が順方向と逆方向で異なる異方性を有する整流弁を備え、整流弁により流量を調節して成ることを特徴とする。
上記整流弁は、配線部を付加し、該配線部に流す電流量を制御して電磁力による整流弁の反り量を制御して流量を制御するように構成することができる。
上記整流弁は、反り量により抵抗値が変化する配線部を付加し、この配線部の抵抗値を検出して、検出した抵抗値をフィードバックして配線部に流す電流量を制御し、電磁力により整流弁の反り量を制御して流量を制御するように構成することができる。
The flow rate regulator according to the present invention includes a rectifying valve that is disposed in the flow path and has anisotropy having different flow path resistances in the forward direction and the reverse direction, and the flow rate is adjusted by the rectifying valve.
The rectifying valve can be configured to add a wiring portion, control the amount of current flowing through the wiring portion, control the amount of warpage of the rectifying valve due to electromagnetic force, and control the flow rate.
The rectifying valve adds a wiring portion whose resistance value varies depending on the amount of warpage, detects the resistance value of the wiring portion, feeds back the detected resistance value, controls the amount of current flowing through the wiring portion, and generates electromagnetic force. Thus, the flow rate can be controlled by controlling the amount of warpage of the rectifying valve.

上述した整流弁は、膜厚方向の応力差により反り上がった片持ち梁構造の薄膜により構成することができる。
また、整流弁は、積層材料膜の内部応力差により反り上がった片持ち梁構造の積層膜により構成することができる。この積層膜は、気相成長膜により積層した構成とすることができる。整流弁における積層膜は、その両外面が酸化シリコン膜で形成された構成とすることはできる。整流弁における前記積層膜は、その構成材料が酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンのうち2種類以上を含む構成とすることができる。
整流弁は、複数段直列に配置することができる。
The above-described rectifying valve can be constituted by a thin film having a cantilever structure that is warped by a stress difference in the film thickness direction.
Further, the rectifying valve can be constituted by a laminated film having a cantilever structure warped by an internal stress difference of the laminated material film. This laminated film can be configured to be laminated by a vapor growth film. The laminated film in the rectifying valve can have a structure in which both outer surfaces are formed of a silicon oxide film. The laminated film in the rectifying valve may be configured such that the constituent material thereof includes two or more of silicon oxide, silicon nitride, and silicon.
The rectifying valves can be arranged in a plurality of stages in series.

本発明に係るインクジェットプリンタは、微量流体吐出装置と、インク供給機構と、印刷対象物と微量流体吐出装置とを相対的に移動させる機構とを備え、微量流体吐出装置を、上述したいずれかの構成を有する微量流体吐出装置で形成した構成とする。   An ink jet printer according to the present invention includes a microfluidic discharge device, an ink supply mechanism, and a mechanism that relatively moves a printing object and the microfluidic discharge device. It is set as the structure formed with the trace fluid discharge apparatus which has a structure.

本発明に係る整流弁によれば、片持ち梁構造の薄膜、好ましくは積層膜で構成することにより、その膜厚方向の応力差で薄膜が自然に反り上がる。この現象を利用して整流弁を、流路内に流体の流入する方向に向って反り上がるように配置すれば、整流弁は、順方向の流れに対しては反り上がる前の状態に戻るように撓み流体を流れ易くし、逆方向の流れに対しては弁の自由端が流路構成部(天井、壁など)に接触するように反り上がり流体の流れを抑制する。従って、流路抵抗が順方向と逆方向で異なる整流弁を提供することはできる。この整流弁は、例えば静電駆動方式の微小流体駆動装置、例えばインクジェットプリンタヘッドを含む微量流体吐出装置、マイクロポンプ、等を作製する工程で同時加工が可能であるので、工程を増やさずに整流弁を提供することができる。
本発明の整流弁は、薄膜、好ましくは積層膜の応力差により反り上がった片持ち梁構造であるので、構成が単純である。また、複数の整流弁を直列に配列することにより、逆方向に掛かった圧力を分散し、緩和することができるので、単体の整流弁で対応出来ない強い圧力差にも十分に対応することができる。従って、整流弁として、応用範囲を広げることができる。
According to the rectifying valve according to the present invention, the thin film is naturally warped by a stress difference in the film thickness direction by being constituted by a thin film having a cantilever structure, preferably a laminated film. By using this phenomenon to arrange the rectifying valve so as to warp in the direction in which the fluid flows into the flow path, the rectifying valve returns to the state before the warping with respect to the forward flow. The flow of the fluid is made to flow more easily, and the flow of the fluid is suppressed so that the free end of the valve comes into contact with the flow path component (ceiling, wall, etc.) against the flow in the opposite direction. Therefore, it is possible to provide a rectifying valve having different flow path resistances in the forward direction and the reverse direction. This rectifying valve can be processed simultaneously in the process of producing, for example, an electrostatically driven microfluidic drive device, for example, a microfluidic discharge device including an ink jet printer head, a micropump, and the like. A valve can be provided.
The rectifying valve of the present invention has a simple structure because it has a cantilever structure warped by a stress difference of a thin film, preferably a laminated film. In addition, by arranging a plurality of rectifying valves in series, the pressure applied in the opposite direction can be dispersed and relaxed, so it is possible to sufficiently cope with a strong pressure difference that cannot be handled by a single rectifying valve. it can. Therefore, the application range can be expanded as a rectifying valve.

整流弁に反り量により抵抗値が変化する配線部を付加し、配線部の抵抗値を検出する構成とするときは、歪み測定、即ち反り量の測定が可能になり、これにより、整流弁を通過する流体の流量を検出することができる。即ち、反り量が多くなるにつれて、配線部が伸びて抵抗値が上がる。この抵抗値を検出することにより、流路断面積を制御して流量を調整することができる。
整流弁に配線部を付加し、配線部に流す電流量を制御する構成とするときは、電流量に応じて電磁力を変化させて整流弁の変位量(反り量)、つまり流路断面積、または整流弁の反発強度を調整することができる。従って、この反り量の制御により、流体の流量制御を行うことが可能となる。
整流弁に反り量により抵抗値が変化する配線部を付加し、配線部に流す電流量を制御する構成とするときは、配線部の抵抗値を検出し、その検出出力をフィードバックして配線部に流す電流量を制御することにより、電磁力を制御して整流弁の変位量(反り量)、つまり流路断面積、または整流弁の反発強度を調整することができる。従って、この反り量の制御により、断面積を制御して流体の流量を制御することができる。
整流弁の反りにより流路構成部との接触状態を検出する構成とするときは、整流弁の自己診断機能を持たせることが可能となる。
When a wiring part whose resistance value varies depending on the amount of warpage is added to the rectifying valve and the resistance value of the wiring part is detected, distortion measurement, that is, measurement of the amount of warping becomes possible. The flow rate of the fluid passing through can be detected. That is, as the amount of warpage increases, the wiring portion extends and the resistance value increases. By detecting this resistance value, the flow rate can be adjusted by controlling the flow path cross-sectional area.
When the wiring part is added to the rectifying valve and the current flowing through the wiring part is controlled, the electromagnetic force is changed according to the current amount to change the rectifying valve's displacement (warpage), that is, the flow path cross-sectional area. Alternatively, the resilience strength of the rectifying valve can be adjusted. Therefore, the fluid flow rate can be controlled by controlling the amount of warpage.
When a wiring part whose resistance value varies depending on the amount of warpage is added to the rectifying valve and the current flowing through the wiring part is controlled, the resistance value of the wiring part is detected, and the detection output is fed back to the wiring part. By controlling the amount of current flowing through the rectifier, the electromagnetic force can be controlled to adjust the displacement amount (warpage amount) of the rectifying valve, that is, the flow path cross-sectional area or the repulsive strength of the rectifying valve. Accordingly, the flow rate of the fluid can be controlled by controlling the cross-sectional area by controlling the amount of warpage.
When it is set as the structure which detects a contact state with a flow-path structure part by the curvature of a rectifier valve, it becomes possible to give the self-diagnosis function of a rectifier valve.

本発明に係る微小流体駆動装置によれば、流路に上述の整流弁を備えるので、流体を効率良く駆動することができる。また、複数の流路が並列して設けられているとき、任意の流路の流体を駆動させた際に、その駆動圧力が他の流路へ及ぶことを阻止する、いわゆるクロストークを阻止することができる。整流弁に自己診断機能を持たせることにより、整流弁の自己診断だけでなく、流体の流れの不具合などの検出が可能なる。整流弁に流量制御機能を持たせるもとにより、流量調節を可能にする。整流弁として、上述したその他の構成をとるときには、上述の整流弁で説明したと同様の効果を奏する。   According to the microfluidic drive device according to the present invention, the fluid can be driven efficiently because the flow path includes the above-described rectifying valve. In addition, when a plurality of flow paths are provided in parallel, when a fluid in an arbitrary flow path is driven, so-called crosstalk that prevents the driving pressure from reaching other flow paths is prevented. be able to. By providing the rectifying valve with a self-diagnosis function, it is possible to detect not only the self-diagnosis of the rectifying valve but also a fluid flow failure. The flow rate can be adjusted by giving the flow control function to the rectifying valve. When the other configuration described above is adopted as the rectifying valve, the same effect as described in the above rectifying valve is obtained.

本発明に係る微量流体吐出装置によれば、吐出対象流体室の吐出対象流体供給口に上述の整流弁を備えるので、吐出対象流体の逆流が大幅に低減し、吐出対象流体の吐出速度、吐出効率を大幅に上げることができる。また、各ノズルを有する複数の吐出対象流体室を備えた微量流体吐出装置において、任意の吐出対象流体室を駆動した際の他の吐出対象流体室へ圧力波が及ぶことを阻止し、いわゆるクロストーク阻止を可能にする。整流弁に自己診断機能を持たせることにより、整流弁の自己診断だけでなく、ノズル詰まりの検出ができる。即ち、ノズルが詰まって微量流体室の微量流体の量が変化しなければ、整流弁がほとんど動作しない。これにより、整流弁が流路構成部に張り付いたままになるため、ノズル詰まりの検出が可能になる。
整流弁に流量制御機能を持たせるもとにより、ノズルと整流弁部との流路抵抗が可変となるため、吐出対象流体の吐出量を制御することができる。整流弁として、上述したその他の構成をとるときには、上述の整流弁で説明したと同様の効果を奏する。
According to the microfluidic discharge device according to the present invention, since the above-mentioned rectifying valve is provided at the discharge target fluid supply port of the discharge target fluid chamber, the backflow of the discharge target fluid is greatly reduced, and the discharge speed and discharge of the discharge target fluid are reduced. The efficiency can be greatly increased. Further, in a microfluidic discharge device including a plurality of discharge target fluid chambers having respective nozzles, a pressure wave is prevented from reaching other discharge target fluid chambers when an arbitrary discharge target fluid chamber is driven, so-called cross Enable talk blocking. By providing a self-diagnosis function to the rectifying valve, not only self-diagnosis of the rectifying valve but also nozzle clogging can be detected. That is, the rectifying valve hardly operates unless the nozzle is clogged and the amount of the micro fluid in the micro fluid chamber does not change. As a result, the rectifying valve remains stuck to the flow path constituting portion, so that nozzle clogging can be detected.
Since the flow resistance between the nozzle and the rectifying valve portion is variable by giving the flow control function to the rectifying valve, the discharge amount of the discharge target fluid can be controlled. When the other configuration described above is adopted as the rectifying valve, the same effect as described in the above rectifying valve is obtained.

本発明に係るマイクロポンプによれば、ポンプ室の流体注入口と流体排出口に上述の整流弁が設けられるので、流体が一方向に流れ、実用可能なマイクロポンプを提供することができる。整流弁に流量制御機能を持たせることにより、整流弁がマイクロポンプの流量調節器としても利用できる。整流弁として、上述したその他の構成をとるときには、上述の整流弁で説明したと同様の効果を奏する。   According to the micropump of the present invention, since the above-described rectifying valves are provided at the fluid inlet and the fluid outlet of the pump chamber, the fluid flows in one direction, and a practical micropump can be provided. By giving the flow control function to the rectifying valve, the rectifying valve can also be used as a flow controller of the micropump. When the other configuration described above is adopted as the rectifying valve, the same effect as described in the above rectifying valve is obtained.

本発明に係る流量調節器は、上述の整流弁を有するので、微小流体の流量調節器に適用して好適である。   Since the flow regulator according to the present invention has the above-described rectifying valve, the flow regulator is suitable for application to a microfluidic flow regulator.

本発明に係るインクジェットプリンタによれば、上述した微量流体吐出装置を備えることにより、インクの逆流が大幅に低減し、インクの吐出速度、吐出効率を大幅に向上し、またクロストーク阻止を可能にした、高性能、高信頼性を有するインクジェットプリンタを実現することができる。さらにインクの流れの不具合などの検出、インク流流量の調節などを可能にする。   According to the ink jet printer of the present invention, by including the above-described micro fluid ejection device, the back flow of ink is greatly reduced, the ink ejection speed and ejection efficiency are greatly improved, and crosstalk prevention is possible. In addition, an ink jet printer having high performance and high reliability can be realized. Furthermore, it is possible to detect ink flow defects and adjust the ink flow rate.

本実施の形態は、薄膜による片持ち梁が膜厚方向の応力差により反る現象を利用し、好ましくは気相成長膜により積層された片持ち梁が積層膜の応力差により反る現象を利用し、液体、気体等の流体の整流弁を構成する。この整流弁は、インクジェットプリンタヘッドを含む微量流体吐出装置、マイクロポンプ、さらに微量流体吐出装置を備えたインクジェットプリンタ等の微小流体駆動装置、あるいは流量調整器の流体制御弁として用いることができる。この整流弁は、例えば、静電MEMS構造の圧力発生部を備えた微量流体吐出装置を作製する工程で、静電MEMS構造と同時に加工することが可能になる。微量流体吐出装置としては、インクの吐出に限らず、半田ペースト材、有機半導体材料、配線材料、室内の香りの雰囲気を調整するための香水、その他の種々の吐出対象流体の吐出に適用できる。
本実施の形態に係る微小流体駆動装置は、流体に圧力変化を与える圧力発生部とこの整流弁とが一体となるようにして構成される。
This embodiment uses a phenomenon in which a cantilever beam by a thin film warps due to a stress difference in the film thickness direction, and preferably a phenomenon in which a cantilever beam laminated by a vapor growth film warps due to a stress difference of the laminated film. The rectifying valve of fluid such as liquid or gas is used. The rectifying valve can be used as a micro fluid drive device such as a micro fluid discharge device including an ink jet printer head, a micro pump, an ink jet printer equipped with a micro fluid discharge device, or a fluid control valve of a flow regulator. For example, this rectifying valve can be processed simultaneously with the electrostatic MEMS structure in a process of manufacturing a microfluidic discharge device including a pressure generating unit having an electrostatic MEMS structure. The micro fluid ejection device is not limited to ink ejection, but can be applied to ejection of solder paste material, organic semiconductor material, wiring material, perfume for adjusting the scent atmosphere in the room, and other various ejection target fluids.
The microfluidic drive device according to the present embodiment is configured such that a pressure generating unit that applies a pressure change to a fluid and the rectifying valve are integrated.

本実施の形態の整流弁は、単層膜あるいは積層膜などによる薄膜、好ましくは積層膜の応力差により反り上がった片持ち梁である。このため、この整流弁は、流路内での配設の仕方に応じて、流体を供給する順方向の圧力では反りが減る方向、または反りが増える方向に変形するため流路断面積が大きくなり、流路抵抗が減少する。逆に、流体供給と反対の逆方向の圧力では整流弁の反りが増える方向、または減る(場合によってはさらに進んで逆向きに反る)方向に変形するため流路断面積が小さくなり、流路抵抗が増す。なお、この整流弁は、流路内での圧力差または流れがない状態で、流路を塞ぐように例えば流路の天井、または流路の壁(流路の段差部を含む)に必ずしも接触している必要はない。この整流弁は単体で非常に弱いため、単体で破損の恐れがある場合は複数の同じ構成の整流弁を直列に配列することで、逆方向に掛かった圧力を分配し、緩和する。   The rectifying valve of the present embodiment is a cantilever that warps due to a thin film of a single layer film or a laminated film, preferably a stress difference of the laminated film. For this reason, this rectifying valve has a large cross-sectional area of the flow path because it deforms in a direction in which the warp decreases or increases in the forward pressure for supplying the fluid, depending on the arrangement in the flow path. Thus, the channel resistance is reduced. Conversely, the pressure in the opposite direction to the fluid supply deforms in a direction that increases or decreases the warpage of the rectifying valve (in some cases, further progresses and warps in the opposite direction), so the cross-sectional area of the flow path becomes smaller and the flow becomes smaller. Road resistance increases. The rectifying valve is not necessarily in contact with, for example, the ceiling of the flow path or the wall of the flow path (including the step portion of the flow path) so as to close the flow path in a state where there is no pressure difference or flow in the flow path. You don't have to. Since this rectifying valve is very weak as a single unit, if there is a risk of damage by itself, a plurality of rectifying valves having the same configuration are arranged in series to distribute and relieve the pressure applied in the reverse direction.

本実施の形態の整流弁を抵抗加熱、静電MEMS方式、ピエゾ方式などあらゆるインクジェットプリンタヘッド基板などの、いわゆる微量流体吐出基板に混載することで、オリフィスからの逆流が大幅に低減し、インク吐出などの吐出対象流体の吐出の効果が大幅に上昇する。
この整流弁は、弁の自由端が流路構成部である天井、壁などに接触する状態を例えば抵抗値変化で検出できる機能を付加することで、自己診断機能を持つことが可能になる。この整流弁は、弁の内部に配線を設けてその抵抗値を検出すれば歪み測定が可能であり、これにより弁部を通過する流量を検出することが可能となる。
By mixing the rectifying valve of this embodiment with a so-called trace fluid ejection substrate such as a resistance heating, electrostatic MEMS method, piezo method, or any other inkjet printer head substrate, the backflow from the orifice is greatly reduced, and the ink ejection The discharge effect of the discharge target fluid such as is significantly increased.
This rectifying valve can have a self-diagnosis function by adding a function capable of detecting a state in which the free end of the valve is in contact with a ceiling, a wall, or the like, which is a flow path component, for example, by changing a resistance value. This rectifying valve can measure strain if wiring is provided inside the valve and its resistance value is detected, whereby the flow rate passing through the valve portion can be detected.

また、流路の流れ方向に磁界を与え、弁内の配線に流す電流量を調整することで、電磁力を変化させ弁の変位量(即ち流路断面積)または弁の反発強度を調整し、流量制御を行うことが可能である。この機能を有するプリンタヘッドを含む微量流体吐出装置に応用すれば、ノズルと弁部との流路抵抗が可変となるためインクなどの吐出対象流体の吐出量を制御できる。またこの機能は、流路調節器としても利用可能である。   In addition, by applying a magnetic field in the flow direction of the flow path and adjusting the amount of current that flows through the wiring in the valve, the electromagnetic force is changed to adjust the displacement of the valve (that is, the cross-sectional area of the flow path) or the rebound strength of the valve. It is possible to control the flow rate. When applied to a microfluidic ejection device including a printer head having this function, the flow resistance between the nozzle and the valve portion can be varied, so that the ejection amount of a fluid to be ejected such as ink can be controlled. This function can also be used as a flow path regulator.

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明に係る整流弁を流路に備えた微小流体駆動装置、例えば微量流体吐出装置の一つであるインクジェットプリンタヘッドに適用した場合の一実施の形態を概略構成を示す。本実施の形態に係るインクジェットプリンタヘッド21は、基板22上に空間23を挟んで対向するように支持され静電方式あるいはピエゾ方式で駆動する振動板24を有した圧力発生装置(以下、圧力発生部という)25と、振動板24上に液密的に配置されノズル26が有したインクを溜める圧力室となるインク室27と、インク室27に連通してインク29を供給する流路30とを有し、インク室27のインク供給口に従来のオリフィスに代えて本発明の整流弁31が配置されて成る。この例では、整流弁31を挟む流路30とインク室27とが直線的に連通している。   FIG. 1 shows a schematic configuration of an embodiment in which the rectifying valve according to the present invention is applied to a microfluidic drive device having a flow path, for example, an inkjet printer head which is one of microfluidic discharge devices. An ink jet printer head 21 according to the present embodiment includes a pressure generator (hereinafter referred to as pressure generator) having a diaphragm 24 supported on a substrate 22 so as to face each other with a space 23 interposed therebetween and driven by an electrostatic method or a piezoelectric method. 25), an ink chamber 27 that is liquid-tightly arranged on the vibration plate 24 and serves as a pressure chamber for storing ink held by the nozzle 26, and a flow path 30 that communicates with the ink chamber 27 and supplies ink 29. The rectifying valve 31 of the present invention is arranged in the ink supply port of the ink chamber 27 in place of the conventional orifice. In this example, the flow path 30 sandwiching the rectifying valve 31 and the ink chamber 27 communicate linearly.

整流弁31は、インク供給口に流路30の底面と一体に形成され、自由端が流路30の天井に向って反り上がった片持ち梁構造の薄膜で構成される。この整流弁31を構成する薄膜は、膜厚方向に応力差を有する膜であれば、単層膜、積層膜を問わないが、実際には積層膜の方が好ましい。
整流弁31の膜構成材料の例を記載する。単層膜の場合には、シリコン窒化(SiN)膜で形成することが可能である。シリコン窒化膜は、成膜すると厚み方向に応力差をもつので、反りが発生する。積層膜の場合は、ポリシリコン膜上にシリコン窒化膜を形成した積層膜で形成することができる。シリコン窒化膜は引張り応力を有する膜であり、ポリシリコン膜は圧縮応力を有する膜である。従って、ポリシリコン膜とシリコン窒化膜との応力差で反りが発生する。その他、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の積層膜、ポリシリコン膜とシリコン窒化膜とシリコン酸化膜の積層膜などで形成することができる。なお、これらの例に限らず、引張り応力の膜と圧縮応力の膜との積層膜であれば、反りが発生する。
本実施の形態の整流弁31は、応力差が500MPa〜2GPaの2種以上の材料膜を積層して形成することができる。応力差が500MPa未満であると、反りが少なく実用的でなく、2GPaを超えると積層膜の膜剥がれが発生する。
The rectifying valve 31 is formed of a cantilever-structured thin film formed integrally with the bottom surface of the flow path 30 at the ink supply port and having a free end warped toward the ceiling of the flow path 30. The thin film constituting the rectifying valve 31 may be a single layer film or a laminated film as long as it has a stress difference in the film thickness direction, but a laminated film is actually preferable.
An example of the film constituent material of the rectifying valve 31 will be described. In the case of a single layer film, it can be formed of a silicon nitride (SiN) film. Since the silicon nitride film has a stress difference in the thickness direction when it is formed, warping occurs. In the case of a laminated film, it can be formed of a laminated film in which a silicon nitride film is formed on a polysilicon film. The silicon nitride film is a film having a tensile stress, and the polysilicon film is a film having a compressive stress. Accordingly, warping occurs due to the stress difference between the polysilicon film and the silicon nitride film. In addition, it can be formed of a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film, a laminated film of a polysilicon film, a silicon nitride film, and a silicon oxide film, or the like. The present invention is not limited to these examples, and warping occurs if the film is a laminated film of a tensile stress film and a compressive stress film.
The rectifying valve 31 of the present embodiment can be formed by laminating two or more material films having a stress difference of 500 MPa to 2 GPa. When the stress difference is less than 500 MPa, the warp is small and practical, and when it exceeds 2 GPa, peeling of the laminated film occurs.

図5は、実際にポリシリコン膜上にシリコン窒化膜を積層して作られた整流弁31を示す。この整流弁31によれば、片持ち梁構造の積層膜の自由端が上向くように反り上がっているのが認められる。   FIG. 5 shows a rectifying valve 31 actually made by laminating a silicon nitride film on a polysilicon film. According to this rectifying valve 31, it is recognized that the free end of the laminated film having a cantilever structure is warped upward.

図3及び図4は、整流弁31の構造を示す。同図は簡略化のために整流弁31の反りを無視している。図3は流路30の天井を取り外した状態の上面図(図4AのCーC線上から見た上面図)、図4Aは図3のAーA線上の断面図、図4Bは図3のBーB線上の断面図である。本例では、表面に絶縁膜、例えばシリコン酸化膜34が形成された基板22上に、一端が支持されるように、第1の薄膜35上に引張り応力を有する第2の薄膜36を積層し、さらに表裏面に第3の薄膜37、40を積層した積層膜にて整流弁31が形成される。この整流弁31は、一端が基板22に支持部38を介して支持され、他端が自由端として形成された片持ち梁構造となる。第2の薄膜36としては、例えば膜厚300nm程度のシリコン窒化膜で形成される。第1の薄膜35は配線または電極材料となる膜で形成することができ、第2の薄膜36との応力差が500MPa以上あるものを選択する。第1の薄膜35としては、例えば膜厚300nm程度のポリシリコン膜で形成される。   3 and 4 show the structure of the rectifying valve 31. FIG. In the figure, the warping of the rectifying valve 31 is ignored for simplification. 3 is a top view of the flow path 30 with the ceiling removed (top view seen from the line CC in FIG. 4A), FIG. 4A is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 3, and FIG. It is sectional drawing on the BB line. In this example, a second thin film 36 having a tensile stress is laminated on a first thin film 35 so that one end is supported on a substrate 22 having an insulating film such as a silicon oxide film 34 formed on the surface. Further, the rectifying valve 31 is formed of a laminated film in which the third thin films 37 and 40 are laminated on the front and back surfaces. The rectifying valve 31 has a cantilever structure in which one end is supported by the substrate 22 via a support portion 38 and the other end is formed as a free end. The second thin film 36 is formed of, for example, a silicon nitride film having a thickness of about 300 nm. The first thin film 35 can be formed of a film serving as a wiring or electrode material, and the one having a stress difference of 500 MPa or more with respect to the second thin film 36 is selected. The first thin film 35 is formed of, for example, a polysilicon film having a thickness of about 300 nm.

整流弁31では、引張り応力の強い薄膜36を上層に積層しているので、矢印aで示すように、流路30の天井方向に反りが発生する。第1の薄膜35として電極材料を用いたとき、電極材料をインクの液中に露出させると、振動板24を駆動させるときの電圧印加時に水が電気分解されて気泡が発生するので、最表面層を第3の薄膜37である絶縁膜で被覆する必要がある。第3の薄膜37、40としては、例えば膜厚50nm程度のシリコン酸化膜で形成される。   In the rectifying valve 31, since the thin film 36 having a strong tensile stress is laminated on the upper layer, warping occurs in the ceiling direction of the flow path 30 as indicated by an arrow a. When an electrode material is used as the first thin film 35, if the electrode material is exposed in the ink liquid, water is electrolyzed when air is applied to drive the diaphragm 24, and bubbles are generated. It is necessary to coat the layer with an insulating film which is the third thin film 37. The third thin films 37 and 40 are formed of, for example, a silicon oxide film having a thickness of about 50 nm.

この構成の片持ち梁構造の整流弁31を試作したところ、図7に示す反りを確認した。尚、試料を図8に示す。犠牲層を除去する前の整流弁31に長さをL1 (図8A参照)、犠牲層を除去した後の整流弁31の反り高さをW1 とした(図8B参照)。
整流弁31の長さL1 が長くなる程、反り高さW1 が高くなる。反り量(高さW1 )は梁の長さL1 で調節可能である。整流弁31の試作では、梁の長さL1 が150μmのとき、反りの高さW1 が50μm見込めるので、インクジェットプリンタヘッドの逆止弁としても最適な高さであることが分かる。また、後述のマイクロポンプの整流弁としても十分に実用可能なサイズである。
ただし、この梁の長さL1 が長くなると逆方向の圧力変化を受けてネック部から折れるので、後述するように整流弁31を多段として圧力差を段階的に緩和するように構成することができる。
When the rectifying valve 31 having a cantilever structure having this configuration was made as a prototype, the warpage shown in FIG. 7 was confirmed. A sample is shown in FIG. The length of the rectifying valve 31 before removing the sacrificial layer was L1 (see FIG. 8A), and the warp height of the rectifying valve 31 after removing the sacrificial layer was W1 (see FIG. 8B).
The longer the length L1 of the rectifying valve 31, the higher the warp height W1. The amount of warpage (height W1) can be adjusted by the length L1 of the beam. In the trial production of the rectifying valve 31, when the beam length L1 is 150 .mu.m, the warp height W1 can be expected to be 50 .mu.m, so that it can be understood that the height is optimal as a check valve for the ink jet printer head. Moreover, it is a size that can be sufficiently practically used as a rectifying valve for a micropump described later.
However, when the length L1 of the beam is increased, the beam undergoes a pressure change in the opposite direction and breaks from the neck portion. Therefore, as will be described later, the rectifying valve 31 can be multi-staged so that the pressure difference is gradually reduced. .

整流弁31は、図3に示すように、支持される基部側が幅方向に所定間隔を置いて複数の支持部となる支柱39にて支持される。また、製造に際して整流弁31下の犠牲層を除去するためには、整流弁31の外周と流路壁30との間に隙間41が必要である。このため、整流弁31の幅H1 は、流路幅H2 より狭く形成される。   As shown in FIG. 3, the rectifying valve 31 is supported by a support column 39, which serves as a plurality of support portions on the base side to be supported at predetermined intervals in the width direction. Further, in order to remove the sacrificial layer under the rectifying valve 31 during manufacturing, a gap 41 is required between the outer periphery of the rectifying valve 31 and the flow path wall 30. For this reason, the width H1 of the rectifying valve 31 is formed narrower than the flow path width H2.

なお、整流弁31としては、上例の積層膜に限らず、圧力差が500MPa〜2GPaとなる2種以上の材料膜を積層した積層膜で形成することができる。また、その構成材料としては、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコンのうち、2種以上の積層膜で形成することができる。   The rectifying valve 31 is not limited to the laminated film in the above example, and can be formed of a laminated film in which two or more kinds of material films having a pressure difference of 500 MPa to 2 GPa are laminated. Further, the constituent material can be formed of two or more kinds of laminated films of silicon oxide film, silicon nitride film, and silicon.

次に、図6を用いて本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド21の動作を説明する。図6Aの状態は、振動板24が変位していない初期状態にある。整流弁31は応力差のため反り上がり、自由端が流路30の天井に接している。
次に、図6Bに示すように、振動板24が下方に変位すると、インク室27が体積増加し、インク室27内の圧力が下がるため(圧力P<0)、流路30からインク室27側に向って、図の左方向にインク29の流れ(矢印b参照)が発生する。このインク29の流れにより、整流弁31は下方へ撓み、流路抵抗が下がりインク29がインク室27へ供給される。
次に、図6Cに示すように、振動板4が上方へ変位すると、インク室27の体積変化(体積縮小)が起きて、インク室27内の圧力が上がるため(圧力P>0)図の右方向に圧力が掛かるが、整流弁31はその自由端が流路30の天井に接しており流路抵抗が上がり、インク29の右方向への流れをせき止める。これによって、インク29の逆流が大幅に低減し、インク室27の体積変化分のインク29の大部分がノズル26から吐出されることになる。
Next, the operation of the ink jet printer head 21 of this embodiment will be described with reference to FIG. The state of FIG. 6A is an initial state in which the diaphragm 24 is not displaced. The rectifying valve 31 is warped due to the stress difference, and the free end is in contact with the ceiling of the flow path 30.
Next, as shown in FIG. 6B, when the vibration plate 24 is displaced downward, the ink chamber 27 increases in volume and the pressure in the ink chamber 27 decreases (pressure P <0). A flow of ink 29 (see arrow b) occurs in the left direction in the figure. The flow of the ink 29 causes the rectifying valve 31 to bend downward, the flow path resistance decreases, and the ink 29 is supplied to the ink chamber 27.
Next, as shown in FIG. 6C, when the vibration plate 4 is displaced upward, the volume change (volume reduction) of the ink chamber 27 occurs and the pressure in the ink chamber 27 increases (pressure P> 0). Although pressure is applied in the right direction, the free end of the rectifying valve 31 is in contact with the ceiling of the flow path 30 and the flow path resistance is increased, and the flow of the ink 29 in the right direction is stopped. As a result, the backflow of the ink 29 is greatly reduced, and most of the ink 29 corresponding to the volume change of the ink chamber 27 is ejected from the nozzle 26.

上述の整流弁31によれば、その膜厚方向の応力差、例えば積層膜の応力差により反り上がった片持ち梁構造であるため、構成が単純化される。
そして、かかる整流弁31を有する本実施の形態に係るインクジェットプリンタヘッド21によれば、インクの逆流が大幅に低減し、インクの吐出速度、吐出効率を大幅に上げることができる。また、クロストーク阻止を可能にする。
Since the rectifying valve 31 has a cantilever structure warped by a stress difference in the film thickness direction, for example, a stress difference of the laminated film, the configuration is simplified.
In addition, according to the ink jet printer head 21 according to the present embodiment having such a rectifying valve 31, the back flow of ink can be greatly reduced, and the ink ejection speed and ejection efficiency can be greatly increased. It also enables crosstalk prevention.

図11は、本発明の整流弁を多段に配置したインクジェットプリンタヘッドの他の実施の形態を示す。本実施の形態に係るインクジェットプリンタヘッド41は、インク室のインク供給口に複数段、本例では3段の整流弁31〔311、312、313〕を直列に配列して構成される。
前述したように整流弁31の反り量(高さ)W1 は整流弁の長さL1で調節可能であるが、長さL1 が長くなると、逆方向の圧力変化を受けた時に 整流弁31がネック部から折れる虞がある。しかし、本実施の形態によれば、複数段の整流弁31〔311、312、313〕を直列に配置するので、整流弁31に与える圧力差を各整流弁311〜313に分散させ、段階的に緩和することができる。このため、整流弁31の強度を保つことができる。即ち、複数の整流弁31により、整流弁31に対して逆方向にかかった圧力を分配し、緩和することで、単体の整流弁31では対応できない強い圧力差にも対応することが可能になる、従って、微小流体駆動装置の整流弁の応用範囲を広げることができる。この多段の整流弁31〔311、312、313〕をインクジェットプリンタヘッド基板に混載することで、インク供給口からの逆流が大幅に低減し、インクの吐出速度、吐出効率が大幅に上昇する。
FIG. 11 shows another embodiment of an ink jet printer head in which the rectifying valves of the present invention are arranged in multiple stages. The ink jet printer head 41 according to this embodiment is configured by arranging a plurality of stages of rectifying valves 31 [311, 312, 313] in series in the ink supply port of the ink chamber in this example.
As described above, the amount of warpage (height) W1 of the rectifying valve 31 can be adjusted by the length L1 of the rectifying valve. However, when the length L1 becomes longer, the rectifying valve 31 becomes a neck when it receives a pressure change in the reverse direction. There is a risk of breaking from the part. However, according to the present embodiment, since the rectifying valves 31 [311, 312, 313] in a plurality of stages are arranged in series, the pressure difference applied to the rectifying valves 31 is distributed to the respective rectifying valves 311 to 313, and stepwise. Can be relaxed. For this reason, the strength of the rectifying valve 31 can be maintained. That is, by distributing and relaxing the pressure applied in the opposite direction to the rectifying valve 31 by the plurality of rectifying valves 31, it becomes possible to cope with a strong pressure difference that cannot be handled by the single rectifying valve 31. Therefore, the application range of the rectifying valve of the microfluidic drive device can be expanded. By mounting the multistage rectifying valves 31 [311, 312, 313] on the ink jet printer head substrate, the backflow from the ink supply port is greatly reduced, and the ink ejection speed and ejection efficiency are greatly increased.

図9A,Bは、整流弁31にインクの流量を制御できる機能を付加したインクジェットプリンタヘッドの更に他の実施の形態を示す。本実施の形態に係るインクジェットプリンタヘッド42は、整流弁31の自由端に幅方向にわたって配線部71を形成すると共に、整流弁31に両端辺に沿うように配線部71の両端から延長する配線72を形成し、一方、流路30の天井に配線部71に対応して所定長さ、例えば配線部71と同じ長さの配線部73を形成して成る。配線部71及び配線72は、本例では整流弁31を構成する薄膜内に形成される。整流弁31の配線72の両端は、電源74と可変抵抗器45の直列回路の両端に接続される。また、流路構成部の配線部73が電源74と可変抵抗器75の接続中点に接続される。即ち、整流弁31の配線72の電源側の一端が整流弁31の配線部71と流路構成部(天井、壁など)の配線部73間で形成される可変容量C1 を介して上記接続中点に接続される。また、可変容量C1 の容量に応じて可変抵抗器75の抵抗値を調節するための、調節回路76が設けられる。さらに、インク室27及び流路30を挟むように、流路30の流れ方向に磁界を与えるための磁界発生手段、本例では磁石77が配置される。図9Bでは磁石77による磁界(紙面の左右方向)B、配線部71に流れる電流 (紙面に垂直方向)I、整流弁31に加えられる力(紙面の上下方向)Fを、示す。   9A and 9B show still another embodiment of the ink jet printer head in which the function of controlling the ink flow rate is added to the rectifying valve 31. FIG. In the inkjet printer head 42 according to the present embodiment, the wiring portion 71 is formed in the width direction at the free end of the rectifying valve 31, and the wiring 72 that extends from both ends of the wiring portion 71 along the both sides of the rectifying valve 31. On the other hand, a wiring portion 73 having a predetermined length corresponding to the wiring portion 71, for example, the same length as the wiring portion 71, is formed on the ceiling of the flow path 30. The wiring part 71 and the wiring 72 are formed in the thin film which comprises the rectification valve 31 in this example. Both ends of the wiring 72 of the rectifying valve 31 are connected to both ends of a series circuit of the power source 74 and the variable resistor 45. In addition, the wiring portion 73 of the flow path component is connected to the midpoint of connection between the power source 74 and the variable resistor 75. That is, one end of the wiring 72 of the rectifying valve 31 on the power supply side is connected via the variable capacitor C1 formed between the wiring part 71 of the rectifying valve 31 and the wiring part 73 of the flow path component (ceiling, wall, etc.). Connected to a point. An adjustment circuit 76 is provided for adjusting the resistance value of the variable resistor 75 in accordance with the capacitance of the variable capacitor C1. Further, a magnetic field generating means for applying a magnetic field in the flow direction of the flow path 30, a magnet 77 in this example, is disposed so as to sandwich the ink chamber 27 and the flow path 30. FIG. 9B shows a magnetic field (horizontal direction on the paper surface) B by the magnet 77, a current (vertical direction on the paper surface) I flowing through the wiring portion 71, and a force (vertical direction on the paper surface) F applied to the rectifying valve 31.

本実施の形態の整流弁31の動作を説明する。
磁石77による磁界が整流弁31の配線部71を横切るように流路30の流れ方向に与えられる。この状態で、可変抵抗器75の抵抗値を調節して配線部71に流す電流量を調節する。この電流量と磁界の強さとによる電磁力で整流弁31の反り量、または整流弁31の反発強度が変化し、流路断面積が変化する。従って、整流弁31の配線部71に流す電流量を調整することにより、電磁力を変化させ整流弁31の変位量又は反発強度を調整して流路断面積を調整し、インクの流量制御を行うことができる。
The operation of the rectifying valve 31 of the present embodiment will be described.
A magnetic field generated by the magnet 77 is applied in the flow direction of the flow path 30 so as to cross the wiring portion 71 of the rectifying valve 31. In this state, the amount of current flowing through the wiring portion 71 is adjusted by adjusting the resistance value of the variable resistor 75. The amount of warping of the rectifying valve 31 or the repulsive strength of the rectifying valve 31 is changed by the electromagnetic force due to the amount of current and the strength of the magnetic field, and the flow path cross-sectional area is changed. Therefore, by adjusting the amount of current flowing through the wiring portion 71 of the rectifying valve 31, the electromagnetic force is changed, the displacement amount or repulsive strength of the rectifying valve 31 is adjusted, the flow path cross-sectional area is adjusted, and the ink flow rate is controlled. It can be carried out.

なお、可変容量C1 としては、上述の整流弁31の配線部71と流路構成部(天井、壁など)の配線部73間で構成される容量を利用したが、その他、図9Bの破線で示すように、基板22側に配線部71に対応する配線部(電極)78を形成し、整流弁31側の配線部71と基板側の配線部78との間で構成される可変容量を利用することもできる。   As the variable capacity C1, a capacity formed between the wiring part 71 of the rectifying valve 31 and the wiring part 73 of the flow path component (ceiling, wall, etc.) is used. As shown, a wiring portion (electrode) 78 corresponding to the wiring portion 71 is formed on the substrate 22 side, and a variable capacitor configured between the wiring portion 71 on the rectifying valve 31 side and the wiring portion 78 on the substrate side is used. You can also

他の実施の形態としては、整流弁31に反り量に応じて抵抗値が変化する配線部71を設け、反り量に応じた抵抗値を検出する。この場合、反り量が多くなるにつれて配線部71が伸びるので、配線部71の抵抗値は大きくなる。この抵抗値の検出出力をフィードバックして、配線部71に流す電流量を制御することにより、電磁力を制御して整流弁31の反り量を制御するように成す。この整流弁31の反り量の制御で、流路断面積を制御して流量を調整することができる。   As another embodiment, the rectifying valve 31 is provided with a wiring portion 71 whose resistance value changes according to the warpage amount, and the resistance value according to the warpage amount is detected. In this case, as the amount of warpage increases, the wiring portion 71 extends, so that the resistance value of the wiring portion 71 increases. The detection output of the resistance value is fed back to control the amount of current flowing through the wiring portion 71, thereby controlling the electromagnetic force and controlling the amount of warping of the rectifying valve 31. By controlling the amount of warpage of the rectifying valve 31, the flow rate can be adjusted by controlling the cross-sectional area of the flow path.

このような流量制御機能を有する整流弁31を備えた本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド42によれば、ノズル26と弁部との流路抵抗が可変となり、インク29の吐出量を制御することができる。   According to the ink jet printer head 42 of this embodiment provided with the rectifying valve 31 having such a flow rate control function, the flow path resistance between the nozzle 26 and the valve portion is variable, and the discharge amount of the ink 29 is controlled. Can do.

このような機能を有する整流弁31は、流路調節器としても利用可能になる。例えば後述するマイクロポンプの流量調節器として利用することができる。   The rectifying valve 31 having such a function can also be used as a flow path regulator. For example, it can be used as a flow controller for a micropump described later.

図10は、整流弁31に自己診断機能を付加したインクジェットプリンタヘッドの更に他の実施の形態を示す。整流弁31の上面構造は図9Aと同様であるも、但し、回路構成は異なる。回路構成については図面を省略する。
本実施の形態に係るインクジェットプリンタヘッド43は、整流弁31の自由端に幅方向にわたって電極(配線部)71を形成すると共に、流路30の天井に電極(配線部)71を配置して構成される。電極71及び73は、例えば整流弁31内及び流路構成部(天井、壁など)内に形成し、電極71及び73間に静電容量を形成するように成す。そして、この電極71及び73には、電極71及び73間の静電容量を検出し、この検出した容量値と予め設定した容量の閾値とを比較して出力できるようにした、外部回路が接続される。
あるいは、例えば電極71及び73は、整流弁31の最表面及び流路構成部(天井、壁など)の内面に露出するように電極(配線部)71及び73を形成して構成される。この電極71及び73間には、電極71及び73間の抵抗値を検出し、この検出した抵抗値と予め設定した抵抗の閾値とを比較して出力できるようにした、外部回路が接続される。
FIG. 10 shows still another embodiment of an ink jet printer head in which a self-diagnosis function is added to the rectifying valve 31. Although the top surface structure of the rectifying valve 31 is the same as that of FIG. 9A, the circuit configuration is different. The drawing of the circuit configuration is omitted.
The inkjet printer head 43 according to the present embodiment is configured by forming an electrode (wiring part) 71 across the width direction at the free end of the rectifying valve 31 and arranging the electrode (wiring part) 71 on the ceiling of the flow path 30. Is done. The electrodes 71 and 73 are formed, for example, in the rectifying valve 31 and in a flow path component (ceiling, wall, etc.), and a capacitance is formed between the electrodes 71 and 73. The electrodes 71 and 73 are connected to an external circuit that detects the capacitance between the electrodes 71 and 73 and compares the detected capacitance value with a preset capacitance threshold value for output. Is done.
Alternatively, for example, the electrodes 71 and 73 are configured by forming the electrodes (wiring portions) 71 and 73 so as to be exposed on the outermost surface of the rectifying valve 31 and the inner surface of the flow path component (ceiling, wall, etc.). An external circuit is connected between the electrodes 71 and 73 so that the resistance value between the electrodes 71 and 73 is detected and the detected resistance value is compared with a preset resistance threshold value for output. .

本実施の形態の整流弁31の動作を説明する。
図10Aに示すように、整流弁31が流路30の天井に接触して場合(インク室27内の圧力がP≧0)は、電極71及び73間の例えば静電容量は最大となり、閾値を超える。あるいは電極71及び73間の例えば抵抗値が最小になる。
また、図10Bに示すように、整流弁31がインク29の流れにより流路構成部(天井、壁など)から離れた場合(インク室27内の圧力がP<0)は、電極71及び73間の静電容量が低下閾値を下回る。あるいは電極71及び73間の例えば抵抗値が上昇し、閾値を下回る。
The operation of the rectifying valve 31 of the present embodiment will be described.
As shown in FIG. 10A, when the rectifying valve 31 is in contact with the ceiling of the flow path 30 (the pressure in the ink chamber 27 is P ≧ 0), for example, the capacitance between the electrodes 71 and 73 becomes maximum, and the threshold value Over. Alternatively, for example, the resistance value between the electrodes 71 and 73 is minimized.
Further, as shown in FIG. 10B, when the rectifying valve 31 is separated from the flow path component (ceiling, wall, etc.) by the flow of the ink 29 (the pressure in the ink chamber 27 is P <0), the electrodes 71 and 73 are used. The capacitance in between is below the drop threshold. Alternatively, for example, the resistance value between the electrodes 71 and 73 increases and falls below the threshold value.

従って、本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド43によれば、整流弁31が折れるなどの異常が発生したとき、またはノズル26が詰まった場合、整流弁31が開閉しないため、電極71及び73間の静電容量、または電極71及び73間の抵抗値の変化が正常時に比較して小さくなる。静電容量、あるいは抵抗値を閾値と比較すれば、整流弁31の自己診断、ノズル詰まりなどの検出が可能になる。即ち、整流弁31の折れなどの機能不全の自己診断だけでなく、ノズルが詰まってインクが吐出できず、インク室27のインク量が変化しなければ、整流弁31はほとんど動作しない。これにより、整流弁31は流路構成部(天井、壁など)に張り付いたままになるので、ノズル詰まりの検出が可能になる。   Therefore, according to the ink jet printer head 43 of the present embodiment, when an abnormality such as the rectifying valve 31 is broken or when the nozzle 26 is clogged, the rectifying valve 31 does not open and close. The change in capacitance or the resistance value between the electrodes 71 and 73 is smaller than that in the normal state. If the electrostatic capacity or the resistance value is compared with a threshold value, self-diagnosis of the rectifying valve 31 and detection of nozzle clogging can be performed. That is, not only self-diagnosis of malfunction such as breakage of the rectifying valve 31, but also the nozzle is clogged and ink cannot be ejected, and the rectifying valve 31 hardly operates unless the ink amount in the ink chamber 27 changes. As a result, the rectifying valve 31 remains attached to the flow path component (ceiling, wall, etc.), so that nozzle clogging can be detected.

なお、図10においては、整流弁31と流路構成部(天井、壁など)に電極71及び73を設けた構成としたが、その他、流路構成部(天井、壁など)の電極73に代えて基板22側に電極(配線部)78を設け、この電極78と整流弁31の電極71間の静電容量、あるいは抵抗値を検出し、閾値と比較して自己診断、ノズル詰まりなどを検出することもできる。   In FIG. 10, the electrodes 71 and 73 are provided on the rectifying valve 31 and the flow path component (ceiling, wall, etc.), but in addition, the electrodes 73 of the flow path component (ceiling, wall, etc.) are provided. Instead, an electrode (wiring part) 78 is provided on the substrate 22 side, and the capacitance or resistance value between the electrode 78 and the electrode 71 of the rectifying valve 31 is detected, and compared with a threshold value for self-diagnosis, nozzle clogging, etc. It can also be detected.

一方、図示せざるも、整流弁31の内部に配線部(電極)を設け、この配線部の抵抗値を検出すれば、整流弁31の歪み測定(反り測定)が可能になる。即ち、整流弁31の反りの大小により、配線部が伸長すれば、抵抗値が増加し、配線部が圧縮すれが抵抗値が低減し、歪み測定ができる。この歪み(反り)測定により、整流弁31を通過するインク流量を検出することができる。   On the other hand, although not shown, if a wiring part (electrode) is provided inside the rectifying valve 31 and the resistance value of the wiring part is detected, the distortion measurement (warp measurement) of the rectifying valve 31 becomes possible. That is, if the wiring portion extends due to the warpage of the rectifying valve 31, the resistance value increases, and if the wiring portion is compressed, the resistance value decreases, and distortion measurement can be performed. By measuring the distortion (warping), the ink flow rate passing through the rectifying valve 31 can be detected.

図12〜図14は、本発明の整流弁を一体に有する静電MEMS方式のインクジェットプリンタヘッドの製造方法の一実施の形態を示す。ここでは、図1に対応したインクジェットプリンタヘッドに適用した。   12 to 14 show an embodiment of a method for manufacturing an electrostatic MEMS ink jet printer head integrally having a rectifying valve of the present invention. Here, the present invention is applied to an ink jet printer head corresponding to FIG.

先ず、図12Aに示すように、基板22を用意する。基板22は、例えばシリコン(Si)やガリウム砒素(GaAs)などの半導体基板上に絶縁膜を形成した基板や、石英基板を含むガラス基板のような絶縁性基板等の所要の基板を用いることができる。本例ではシリコン基板45上にシリコン酸化膜等による絶縁膜46を形成した基板22を用いる。   First, as shown in FIG. 12A, a substrate 22 is prepared. The substrate 22 may be a required substrate such as a substrate in which an insulating film is formed on a semiconductor substrate such as silicon (Si) or gallium arsenide (GaAs), or an insulating substrate such as a glass substrate including a quartz substrate. it can. In this example, the substrate 22 in which an insulating film 46 made of a silicon oxide film or the like is formed on the silicon substrate 45 is used.

次に、図12Bに示すように、この基板22の例えば不純物ドープのポリシリコン膜による下部電極47を選択的に形成する。この下部電極47の表面に絶縁膜48を形成する。絶縁膜48は下部電極47の保護膜、後述する犠牲層のエッチングに際して耐性のある膜に供される。絶縁膜48としては、例えばSF6、XeF2によるエッチングガスを用いるときはシリコン酸化膜とし、例えばフッ酸によるエッチングを用いるときはシリコン窒化膜とする。 Next, as shown in FIG. 12B, a lower electrode 47 made of, for example, an impurity-doped polysilicon film on the substrate 22 is selectively formed. An insulating film 48 is formed on the surface of the lower electrode 47. The insulating film 48 is used as a protective film for the lower electrode 47 and a film resistant to etching of a sacrificial layer described later. As the insulating film 48, for example, a silicon oxide film is used when an etching gas using SF 6 or XeF 2 is used, and a silicon nitride film is used, for example, when etching using hydrofluoric acid is used.

次に、図12Cに示すように、静電MEMS素子による圧力発生部を形成する領域51に支持部を除いて選択的に犠牲層53を形成すると共に、整流弁を形成すべき領域52に整流弁の支持部を構成する複数の支柱部(図9A参照)を除いて選択的に犠牲層53を形成する。犠牲層53の膜種はエッチャントにより決まる。整流弁の支柱間隔は例えば2μm以上で10μm以下が好ましく、5μmが最適である。   Next, as shown in FIG. 12C, the sacrificial layer 53 is selectively formed in the region 51 where the pressure generating portion by the electrostatic MEMS element is formed, except for the support portion, and the rectification is performed in the region 52 where the rectifying valve is to be formed. A sacrificial layer 53 is selectively formed except for a plurality of support portions (see FIG. 9A) constituting the valve support. The film type of the sacrificial layer 53 is determined by the etchant. The column spacing of the rectifying valves is preferably 2 μm or more and 10 μm or less, and most preferably 5 μm.

次に、図13Dに示すように、圧力発生部側の領域51の犠牲層53上、即ち圧力発生部側の支持部分を含む犠牲層53上、及び整流弁側の領域52の支柱部分を含む犠牲層53上に夫々選択的に絶縁膜である例えばシリコン酸化膜40、電極・配線材料となる例えば膜厚300nmのポリシリコン膜35、引張り応力を有する例えば減圧プラズマCVD(成膜温度は700℃〜900℃)による膜厚300nm程度のシリコン窒化膜36及び絶縁保護膜となる例えばCVDによる膜厚70nm程度のシリコン酸化膜37を順次積層する。なお、ポリシリコン膜35は成膜後、所要の不純物をイオン注入しアニールすることで抵抗値を下げる。その後パターニングする。ポリシリコン膜35に代えて、リンドープド・アモルファスシリコンでも良い。その後、シリコン窒化膜36、シリコン酸化膜37を形成する。各膜40、35、36及び37を積層した積層膜は、流路の側壁に対応する部分が露出(開口)するように選択的にパターニングされる。この開口は後で犠牲層53を選択的に除去するためのものである。
圧力発生部側のポリシリコン膜35は、後述する上部電極58となる。
Next, as shown in FIG. 13D, on the sacrificial layer 53 in the region 51 on the pressure generating unit side, that is, on the sacrificial layer 53 including the support portion on the pressure generating unit side, and the support column portion in the region 52 on the rectifying valve side. For example, a silicon oxide film 40 that is an insulating film selectively on the sacrificial layer 53, a polysilicon film 35 of a film thickness of 300 nm that becomes an electrode / wiring material, a low-pressure plasma CVD having a tensile stress, for example, (deposition temperature is 700 ° C.) A silicon nitride film 36 having a film thickness of about 300 nm and a silicon oxide film 37 having a film thickness of about 70 nm formed by CVD, for example, are sequentially stacked. Note that after the polysilicon film 35 is formed, the resistance value is lowered by ion implantation of necessary impurities and annealing. Thereafter, patterning is performed. Instead of the polysilicon film 35, phosphorus-doped amorphous silicon may be used. Thereafter, a silicon nitride film 36 and a silicon oxide film 37 are formed. The laminated film in which the films 40, 35, 36, and 37 are laminated is selectively patterned so that a portion corresponding to the side wall of the flow channel is exposed (opened). This opening is for selectively removing the sacrificial layer 53 later.
The polysilicon film 35 on the pressure generating portion side becomes an upper electrode 58 described later.

次に、図13Eに示すように、犠牲層53を選択的にエッチング除去する。エッチャントをXeF2ガスを用いるときは犠牲層53としてポリシリコン膜を用い、エッチャントをフッ酸溶液を用いるときは、絶縁膜48、40をシリコン窒化膜、犠牲層53をシリコン酸化膜を用いることができる。
犠牲層53の除去により、圧力発生部側の領域51には下部電極47と、空間60を挟んでシリコン膜40、上部電極58、シリコン窒化膜36及びシリコン酸化膜37からなる振動板24が形成され、ここに下部電極47と、上部電極58を有する振動板24とからなる静電MEMS構造の圧力発生部61が形成される。また、整流弁側では犠牲層53消失で片持ち梁構造の整流弁31が形成される。この整流弁31は、犠牲層53の除去と同時にシリコン窒化膜36とポリシリコン膜35の応力差により反り上がる。
即ち、静電MEMS構造の圧力発生部61と、整流弁31が一体化されたアクチュエータ基板62が形成される。
Next, as shown in FIG. 13E, the sacrifice layer 53 is selectively removed by etching. When the etchant uses XeF 2 gas, a polysilicon film is used as the sacrificial layer 53. When the etchant uses a hydrofluoric acid solution, the insulating films 48 and 40 are formed of a silicon nitride film, and the sacrificial layer 53 is formed of a silicon oxide film. it can.
By removing the sacrificial layer 53, the lower electrode 47 and the diaphragm 24 composed of the silicon film 40, the upper electrode 58, the silicon nitride film 36, and the silicon oxide film 37 are formed in the region 51 on the pressure generating portion side with the space 60 interposed therebetween. Here, the pressure generating portion 61 of the electrostatic MEMS structure including the lower electrode 47 and the diaphragm 24 having the upper electrode 58 is formed. On the rectifying valve side, the rectifying valve 31 having a cantilever structure is formed by the disappearance of the sacrificial layer 53. The rectifying valve 31 warps due to the stress difference between the silicon nitride film 36 and the polysilicon film 35 simultaneously with the removal of the sacrificial layer 53.
That is, the pressure generating unit 61 having an electrostatic MEMS structure and the actuator substrate 62 in which the rectifying valve 31 is integrated are formed.

次に、図14に示すように、このアクチュエータ基板62上にノズル26を有するインク室27と、流路30を構成する部材63を張り合わせてインクジェットプリンタヘッド64を製造する。部材63は例えばサンドブラストなどで形成することができる。   Next, as shown in FIG. 14, an ink jet printer head 64 is manufactured by laminating the ink chamber 27 having the nozzle 26 and the member 63 constituting the flow path 30 on the actuator substrate 62. The member 63 can be formed by, for example, sandblasting.

静電MEMS方式のインクジェットプリンタヘッド64の場合は、圧力発生部62を構成する下部電極47と振動板24の上部電極58との間に印加する電圧により、上下部電極47、58間に電位差が生じて静電力で振動板24が下部電極47側に引きつけられ、また電位差が0になり振動板24が元に戻る。振動板24の駆動により、インク室27の体積変化で内部圧力が変化し、インク供給とインク吐出とが行われる。   In the case of the electrostatic MEMS inkjet printer head 64, there is a potential difference between the upper and lower electrodes 47 and 58 due to the voltage applied between the lower electrode 47 constituting the pressure generating unit 62 and the upper electrode 58 of the diaphragm 24. As a result, the diaphragm 24 is attracted to the lower electrode 47 side by the electrostatic force, and the potential difference becomes 0, and the diaphragm 24 returns to the original state. By driving the vibration plate 24, the internal pressure changes due to the volume change of the ink chamber 27, and ink supply and ink discharge are performed.

本実施の形態によれば、静電MEMS構造の圧力発生部61を有するアクチュエータ基板62に一体に整流弁31を混載することができる。従って、静電MEMS構造のインクジェットプリンタヘッド64の製造工程で、整流弁31を同時に形成することが可能になり、工程を増やさずに整流弁31を形成することができる。これによって、高性能の静電MEMS方式のインクジェットプリンタヘッド64を提供することができる。   According to the present embodiment, the rectifying valve 31 can be integrally mounted on the actuator substrate 62 having the pressure generating unit 61 having an electrostatic MEMS structure. Therefore, the rectifying valve 31 can be formed at the same time in the manufacturing process of the inkjet printer head 64 having the electrostatic MEMS structure, and the rectifying valve 31 can be formed without increasing the number of processes. As a result, a high-performance electrostatic MEMS inkjet printer head 64 can be provided.

本発明では、静電MEMS方式に限らず、半導体プロセスを用いてピエゾ方式、抵抗加熱方式のアクチュエータ基板に整流弁31を一体に混載することも可能である。従って、高性能のピエゾ方式、抵抗加熱方式のインクジェットプリンタヘッドを提供することもできる。   In the present invention, not only the electrostatic MEMS system but also the rectifying valve 31 can be integrally mounted on a piezoelectric or resistance heating type actuator substrate using a semiconductor process. Accordingly, it is possible to provide a high-performance piezo type and resistance heating type ink jet printer head.

図2は、本発明に係る整流弁を流路に備えた微小流体駆動装置、例えばインクジェットプリンタヘッドに適用した場合の他の実施の形態の概略構成を示す。本実施の形態に係るインクジェットプリンタヘッド79は、基板22上に空間23を挟んで対向するように支持され静電方式あるいはピエゾ方式、抵抗加熱方式で駆動する振動板24を有した圧力発生部25と、振動板24上に液密的に配置されノズル26が有したインクを溜める圧力室となるインク室27と、インク室27に連通してインク29を供給する流路30とを有し、インク室27のインク供給口に整流弁31が配置されて成る。この例では、流路30がインク室27に対して直角に繋がるように、インク室27の底面側に連通している。整流弁31は、インク室27の底面のインク供給口を塞ぐように配設される。この場合、図示するように整流弁31は、その自由端が上方に反るように配される。従って、図1の例とは逆に、インクがインク室27へ供給される順方向の圧力では整流弁31の反りが増える方向に変形し流路断面積を大きくし、逆方向の圧力では整流弁31の反りが減る(この例では底部における流路30の段差80側へ逆向きに反る)方向に変形し流路断面積を小さくする。
その他の構成は、図1のインクジェットプリンタヘッドで説明したと同様であるので重複説明は省略する。
FIG. 2 shows a schematic configuration of another embodiment when applied to a microfluidic drive device provided with a flow regulating valve according to the present invention, for example, an ink jet printer head. The ink jet printer head 79 according to the present embodiment is supported by the substrate 22 so as to face each other with the space 23 interposed therebetween, and has a pressure generating unit 25 having a vibration plate 24 driven by an electrostatic method, a piezo method, or a resistance heating method. And an ink chamber 27 that is liquid-tightly arranged on the vibration plate 24 and serves as a pressure chamber for storing ink held by the nozzle 26, and a flow path 30 that communicates with the ink chamber 27 and supplies ink 29. A rectifying valve 31 is arranged at the ink supply port of the ink chamber 27. In this example, the flow path 30 communicates with the bottom surface side of the ink chamber 27 so as to be connected to the ink chamber 27 at a right angle. The rectifying valve 31 is disposed so as to block the ink supply port on the bottom surface of the ink chamber 27. In this case, as shown in the figure, the rectifying valve 31 is arranged so that its free end warps upward. Therefore, contrary to the example of FIG. 1, the forward pressure at which ink is supplied to the ink chamber 27 is deformed in a direction in which the rectifying valve 31 is warped to increase the flow path cross-sectional area, and the flow is rectified at the reverse pressure. The warp of the valve 31 is reduced (in this example, it warps in the opposite direction toward the step 80 side of the flow path 30 at the bottom), and the cross-sectional area of the flow path is reduced.
The other configuration is the same as that described in the ink jet printer head of FIG.

本実施の形態に係るインクジェットプリンタヘッド79においても、駆動時のインク29の逆流が大幅に低減し、インク29の吐出速度、吐出効率を大幅に上げることができる。また、クロストーク阻止を可能にする。
また、本実施の形態に係るインクジェットプリンタヘッド79においても、図9の流量制御機付加した構成、図10の自己診断機能を付加した構成とすることもできる。さらに、図11の多段の整流弁構造とすることもできる。
Also in the ink jet printer head 79 according to the present embodiment, the backflow of the ink 29 during driving is greatly reduced, and the ejection speed and ejection efficiency of the ink 29 can be significantly increased. It also enables crosstalk prevention.
In addition, the inkjet printer head 79 according to the present embodiment can also have a configuration with the flow controller added in FIG. 9 and a configuration with the self-diagnosis function shown in FIG. Furthermore, the multistage rectifying valve structure shown in FIG. 11 may be used.

上述のインクジェットプリンタヘッドでは、一組のインク室及び圧力発生部で1つのプリンタヘッド素子が形成され、複数のプリンタヘッド素子が所定の配列をもって配置されてなる。インクジェットプリンタヘッドは、例えば複数のプリンタヘッド素子を印画対象物の幅以上にわたってライン状に配列したラインヘッドとして構成することができる。   In the above-described ink jet printer head, one printer head element is formed by a set of ink chambers and a pressure generating unit, and a plurality of printer head elements are arranged in a predetermined arrangement. The ink jet printer head can be configured as a line head in which a plurality of printer head elements are arranged in a line over the width of the object to be printed, for example.

本発明においては、微量流体吐出装置である上述のインクジェットプリンタヘッドを搭載したインクジェットプリンタを構成することができる。本実施の形態のインクジェットプリンタは、例えば印画する対象物の幅以上にわたり複数のノズル及びインク室が並列されてなる、上述した本発明のライン・インクジェットプリンタヘッドと、インク供給機構と、ライン・インクジェットプリンタヘッドと印画対象物とを相対的に移動する機構とを備えたラインヘッド方式のインクジェットプリンタとして構成することができる。印画対象物としては、紙、フレキシブル樹脂シート、印刷配線基盤用のフレキシブル絶縁シートなどを用いることができる。
なお、本発明の他のインクジェットプリンタは、印画対象物の相対的な移動方向に対してインクジェットプリンタヘッドを垂直に動作させるようにしたシリアル走査方式のインクジェットプリンタヘッドを採用することもできる。
In the present invention, an ink jet printer equipped with the above-described ink jet printer head, which is a micro fluid ejection device, can be configured. The ink jet printer of the present embodiment includes, for example, the above-described line ink jet printer head of the present invention, an ink supply mechanism, and a line ink jet in which a plurality of nozzles and ink chambers are arranged in parallel over the width of an object to be printed. It can be configured as a line head type ink jet printer having a mechanism for relatively moving the printer head and the object to be printed. As the printing object, paper, a flexible resin sheet, a flexible insulating sheet for a printed wiring board, and the like can be used.
Note that another ink jet printer of the present invention may employ a serial scanning type ink jet printer head in which the ink jet printer head is operated vertically with respect to the relative moving direction of the printing object.

本実施の形態に係るインクジェットプリンタによれば、上述の本発明のインクジェットプリンタヘッドを搭載することにより、高性能、高信頼性のインクジェットプリンタを提供することができる。   According to the inkjet printer according to the present embodiment, a high-performance and highly reliable inkjet printer can be provided by mounting the inkjet printer head of the present invention described above.

図15は、整流弁31をマイクロポンプに適用した場合の実施の形態を示す。本実施の形態に係るマイクロポンプ81は、静電MEMS方式あるいはピエゾ方式の振動板88を有する圧力発生部89上に流路83に連通するポンプ室84を配置し、ポンプ室84の流体供給口85及び流体排出口86に夫々上述の流路抵抗が異方性を有する整流弁315、316を配置して構成される。
マイクロポンプ81の動作は次の通りである。振動板88が下方に変位し(実線位置)ポンプ室84の体積増加で圧力が低下すると、流体90の流れにより流体供給口85側の整流弁315撓み、流体がポンプ室84内に流れる。次に、振動板88が上方に変位し(破線位置)、ポンプ室84の体積が減少して圧力が増加すると、流体供給口85側の整流弁315は天井に接触して逆流を防ぎ、流体排出口86側の整流弁316が撓み、ポンプ室84内の流体90が排出される。
FIG. 15 shows an embodiment in which the rectifying valve 31 is applied to a micropump. In the micropump 81 according to the present embodiment, a pump chamber 84 communicating with the flow path 83 is disposed on a pressure generating unit 89 having an electrostatic MEMS or piezo type diaphragm 88, and a fluid supply port of the pump chamber 84 is provided. The rectifying valves 315 and 316 having anisotropy in the above-mentioned flow path resistance are arranged at 85 and the fluid discharge port 86, respectively.
The operation of the micropump 81 is as follows. When the diaphragm 88 is displaced downward (the position indicated by the solid line) and the pressure is reduced due to the increase in the volume of the pump chamber 84, the flow of the fluid 90 causes the rectifying valve 315 on the fluid supply port 85 side to bend and the fluid flows into the pump chamber 84. Next, when the diaphragm 88 is displaced upward (the position of the broken line), the volume of the pump chamber 84 decreases and the pressure increases, the rectifying valve 315 on the fluid supply port 85 side comes into contact with the ceiling to prevent backflow and fluid The rectifying valve 316 on the discharge port 86 side is bent, and the fluid 90 in the pump chamber 84 is discharged.

本実施の形態に係るマイクロポンプ81によれば、微細加工による整流弁31〔315、316〕が一体に形成されるので、効率の良いマイクロポンプの実用化を可能にする。   According to the micropump 81 according to the present embodiment, since the rectifying valves 31 [315, 316] by microfabrication are integrally formed, an efficient micropump can be put into practical use.

上述した本実施の形態の静電駆動微小流体駆動装置は、例えば民生用ではインクジェットプリンタヘッド、産業用では有機EL(有機エレクトロルミネッセンス)等の高分子有機材料塗布装置や低分子有機材料塗布装置、プリント基板配線印刷装置、半田バンプ印刷装置、3次元モデリング装置、μTASとして薬液その他の液体をpl(ピコリットル)以下の微小単位にて精度良くコントロールして供給する供給ヘッド、気体を微小量精度良くコントロールして供給する供給ヘッド、さらにマイクロポンプ、等に適用することができる。   The electrostatic drive microfluidic drive device of the present embodiment described above is, for example, an inkjet printer head for consumer use, a high molecular organic material application device such as organic EL (organic electroluminescence) for industrial use, or a low molecular organic material application device, Printed circuit board printing device, solder bump printing device, three-dimensional modeling device, supply head that controls and supplies chemical liquids and other liquids in micro units of pl (pico liters) or less accurately as μTAS, and minute amount of gas with high accuracy The present invention can be applied to a supply head controlled and supplied, a micro pump, and the like.

本発明に係るインクジェットプリンタヘッドの一実施の形態を示す概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an inkjet printer head according to the present invention. 本発明に係るインクジェットプリンタヘッドの他の実施の形態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows other embodiment of the inkjet printer head which concerns on this invention. 図1の整流弁部分の要部の上面図である。It is a top view of the principal part of the rectifying valve part of FIG. A 図3のAーA線上の断面図である。 B 図3のBーB線上の断面図である。A It is sectional drawing on the AA line of FIG. B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 本発明に係る整流弁の構成を示す顕微鏡写真である。It is a microscope picture which shows the structure of the rectifying valve which concerns on this invention. A〜C 本発明に係るインクジェットプリンタヘッドの動作説明図である。A to C are operation explanatory views of the ink jet printer head according to the present invention. 本発明の整流弁の長さと反り高さの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the length of the rectifying valve of this invention, and curvature height. A,B 図7の測定に供する試料を示す断面図である。A, B It is sectional drawing which shows the sample with which it uses for the measurement of FIG. A 本発明に係る流量制御機能を持つ整流弁を備えたインクジェットプリンタヘッドの実施の形態を示す要部の上面図である。 B 本発明に係る流量制御機能を持つ整流弁を備えたインクジェットプリンタヘッドの実施の形態を示す構成図である。A is a top view of the main part showing an embodiment of an inkjet printer head provided with a rectifying valve having a flow rate control function according to the present invention. B is a block diagram showing an embodiment of an ink jet printer head provided with a rectifying valve having a flow rate control function according to the present invention. A〜B 本発明に係る自己診断機能付き整流弁を備えたインクジェットプリンタヘッドの実施の形態を示す構成図である。1A to 1B are configuration diagrams showing an embodiment of an inkjet printer head provided with a rectifying valve with a self-diagnosis function according to the present invention. 本発明に係る多段の整流弁を有するインクジェットプリンタヘッドの実施の形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows embodiment of the inkjet printer head which has a multistage rectifying valve based on this invention. A〜C 本発明に係る静電MEMS方式のインクジェットプリンタヘッドの製造方法の一実施の形態を示す製造工程図(その1)である。1A to 1C are manufacturing process diagrams (part 1) illustrating an embodiment of a method for manufacturing an electrostatic MEMS inkjet printer head according to the present invention. D〜E 本発明に係る静電MEMS方式のインクジェットプリンタヘッドの製造方法の一実施の形態を示す製造工程図(その2)である。D to E are manufacturing process diagrams (part 2) illustrating an embodiment of a method for manufacturing an electrostatic MEMS ink jet printer head according to the present invention. 本発明に係る静電MEMS方式のインクジェットプリンタヘッドの製造方法の一実施の形態を示す製造工程図(その3)である。FIG. 5 is a manufacturing process diagram (part 3) illustrating an embodiment of a method of manufacturing an electrostatic MEMS inkjet printer head according to the present invention; 本発明に係るマイクロポンプの実施の形態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows embodiment of the micropump which concerns on this invention. 従来のインクジェットプリンタヘッドの例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the example of the conventional inkjet printer head.

符号の説明Explanation of symbols

21、41、42、43・・インクジェットプリンタヘッド、22・・基板、23・・空間、24・・振動板、25・・圧力発生部、26・・ノズル、27・・インクジェット室、29・・インク、30・・流路、31・・整流弁、35・・ポリシリコン膜、36・・シリコン窒化膜、37、40・シリコン酸化膜、38・・支持部、71、73、78・・配線部、72・・配線、73・・可変容量、74・・電源、75・・可変抵抗、81・・マイクロポンプ   21, 41, 42, 43 .. Inkjet printer head, 22 .. Substrate, 23 .. Space, 24 .. Vibration plate, 25 .. Pressure generating part, 26 .. Nozzle, 27. Ink, 30 ·· Flow path, 31 ·· Rectifying valve, 35 ·· Polysilicon film, 36 ·· Silicon nitride film, 37 and 40 · Silicon oxide film, 38 ·· Support portion, 71, 73, 78 ·· Wiring , 72 .. wiring, 73 .. variable capacity, 74 .. power supply, 75 .. variable resistance, 81 .. micropump

Claims (50)

流路に配置され流路抵抗が順方向と逆方向で異なる異方性を有して成る
ことを特徴とする整流弁。
A rectifying valve, wherein the rectifying valve is disposed in a flow path and has a flow path resistance having different anisotropy in a forward direction and a reverse direction.
膜厚方向の応力差により反り上がった片持ち梁構造の薄膜から成る
ことを特徴とする請求項1記載の整流弁。
The rectifying valve according to claim 1, comprising a thin film having a cantilever structure warped by a stress difference in a film thickness direction.
積層材料膜の内部応力差により反り上がった片持ち梁構造の積層膜から成る
ことを特徴とする請求項1記載の整流弁。
The rectifying valve according to claim 1, comprising a laminated film having a cantilever structure warped by an internal stress difference of the laminated material film.
前記積層膜の両外面が酸化シリコン膜で形成されて成る
ことを特徴とする請求項3記載の整流弁。
The rectifying valve according to claim 3, wherein both outer surfaces of the laminated film are formed of a silicon oxide film.
前記積層膜の構成材料が、酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンのうち2種類以上を含む
ことを特徴とする請求項3記載の整流弁。
The rectifying valve according to claim 3, wherein the constituent material of the laminated film includes two or more of silicon oxide, silicon nitride, and silicon.
前記整流弁が複数段直列に配列されて成る
ことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の整流弁。
The rectifying valve according to any one of claims 1 to 5, wherein the rectifying valves are arranged in a plurality of stages in series.
前記整流弁に反り量により抵抗値が変化する配線部を付加し、該配線部の抵抗値により前記整流弁を通過する流量を検出するようにして成る
ことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の整流弁。
The wiring part in which a resistance value changes according to the amount of warpage is added to the rectifying valve, and the flow rate passing through the rectifying valve is detected by the resistance value of the wiring part. The rectifying valve according to any one of 5.
前記整流弁に配線部を付加し、該配線部に流す電流量を制御して電磁力による整流弁の反り量を制御して流量を制御するようにして成る
ことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の整流弁。
The flow rate is controlled by adding a wiring part to the rectifying valve and controlling the amount of current flowing through the wiring part to control the amount of warpage of the rectifying valve by electromagnetic force. The rectifying valve according to claim 5.
前記整流弁に反り量により抵抗値が変化する配線部を付加し、該配線部の抵抗値を検出して、該検出した抵抗値をフィードバックして前記配線部に流す電流量を制御し、電磁力により整流弁の反り量を制御して流量を制御するようにして成る
ことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の整流弁。
A wiring portion whose resistance value changes depending on the amount of warpage is added to the rectifying valve, the resistance value of the wiring portion is detected, the detected resistance value is fed back to control the amount of current flowing through the wiring portion, and the electromagnetic The rectifying valve according to any one of claims 1 to 5, wherein the flow rate is controlled by controlling the amount of warpage of the rectifying valve by force.
前記整流弁の最表面に接点部が設けられ、
前記整流弁の反りにより接触する流路構成部との接触状態を検出する自己診断機能を有して成る
ことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の整流弁。
A contact portion is provided on the outermost surface of the rectifying valve,
The rectifying valve according to any one of claims 1 to 5, further comprising a self-diagnosis function for detecting a contact state with a flow path component that contacts the rectifying valve by warping.
流体に圧力変化を与える圧力発生部を有し、
流路に、流路抵抗を順方向と逆方向で異ならした異方性を有する整流弁が設けられて成る
ことを特徴とする微小流体駆動装置。
It has a pressure generator that changes the pressure of the fluid,
A microfluidic drive device, characterized in that the flow path is provided with a rectifying valve having anisotropy in which the flow path resistance is different between the forward direction and the reverse direction.
前記整流弁は、膜厚方向の応力差により反り上がった片持ち梁構造の薄膜から成る
ことを特徴とする請求項11記載の微小流体駆動装置
The microfluidic drive device according to claim 11, wherein the rectifying valve is formed of a thin film having a cantilever structure warped by a stress difference in a film thickness direction.
前記整流弁は、積層材料膜の内部応力差により反り上がった片持ち梁構造の積層膜から成る
ことを特徴とする請求項11記載の微小流体駆動装置。
The microfluidic drive device according to claim 11, wherein the rectifying valve is formed of a laminated film having a cantilever structure warped by an internal stress difference of the laminated material film.
前記整流弁における前記積層膜の両外面が酸化シリコン膜で形成されて成る
ことを特徴とする請求項13記載の微小流体駆動装置。
The microfluidic drive device according to claim 13, wherein both outer surfaces of the laminated film in the rectifying valve are formed of a silicon oxide film.
前記整流弁における前記積層膜の構成材料が、酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンのうち2種類以上を含む
ことを特徴とする請求項13記載の微小流体駆動装置。
14. The microfluidic drive device according to claim 13, wherein a constituent material of the laminated film in the rectifying valve includes two or more of silicon oxide, silicon nitride, and silicon.
前記整流弁が複数段直列に配置されて成る
ことを特徴とする請求項11乃至請求項15のいずれかに記載の微小流体駆動装置。
The microfluidic drive device according to any one of claims 11 to 15, wherein the rectifying valves are arranged in a plurality of stages in series.
前記整流弁は、反り量により抵抗値が変化する配線部を付加し、該配線部の抵抗値により前記整流弁を通過する流量を検出する構成を有して成る
ことを特徴とする請求項11乃至請求項15のいずれかに記載の微小流体駆動装置。
12. The rectifying valve has a configuration in which a wiring portion whose resistance value varies depending on a warpage amount is added, and a flow rate passing through the rectifying valve is detected based on a resistance value of the wiring portion. The microfluidic drive device according to claim 15.
前記整流弁は、配線部を付加し、該配線部に流す電流量を制御して電磁力による整流弁の反り量を制御して流量を制御する構成を有して成る
ことを特徴とする請求項11乃至請求項15のいずれかに記載の微小流体駆動装置。
The rectifying valve has a configuration in which a wiring portion is added and a flow rate is controlled by controlling a current amount flowing through the wiring portion to control a warping amount of the rectifying valve due to electromagnetic force. Item 16. The microfluidic drive device according to any one of items 11 to 15.
前記整流弁は、反り量により抵抗値が変化する配線部を付加し、該配線部の抵抗値を検出して、該検出した抵抗値をフィードバックして前記配線部に流す電流量を制御し、電磁力により整流弁の反り量を制御して流量を制御する構成を有して成る
ことを特徴とする請求項11乃至請求項15のいずれかに記載の微小流体駆動装置。
The rectifying valve adds a wiring portion whose resistance value varies depending on the amount of warpage, detects the resistance value of the wiring portion, and controls the amount of current flowing through the wiring portion by feeding back the detected resistance value, The microfluidic drive device according to any one of claims 11 to 15, wherein the flow rate is controlled by controlling the amount of warpage of the rectifying valve by electromagnetic force.
前記整流弁の最表面に接点部が設けられ、
前記整流弁の反りにより接触する流路構成部との接触状態を検出する自己診断機能を有して成る
ことを特徴とする請求項11乃至請求項15のいずれかに記載の微小流体駆動装置。
A contact portion is provided on the outermost surface of the rectifying valve,
The microfluidic drive device according to any one of claims 11 to 15, wherein the microfluidic drive device has a self-diagnosis function for detecting a contact state with a flow path component that contacts due to warpage of the rectifying valve.
前記圧力発生部が静電方式である
ことを特徴とする請求項11乃至請求項15のいずれかに記載の微小流体駆動装置。
The microfluidic drive device according to any one of claims 11 to 15, wherein the pressure generating unit is an electrostatic system.
流路抵抗を順方向と逆方向で異ならした異方性を有する整流弁が、アクチュエータ基板に混載して成る
ことを特徴とする微量流体吐出装置。
A microfluidic discharge device, characterized in that a rectifying valve having anisotropy with different flow path resistances in a forward direction and a reverse direction is mixedly mounted on an actuator substrate.
前記整流弁は、膜厚方向の応力差により反り上がった片持ち梁構造の薄膜から成る
ことを特徴とする請求項22記載の微量流体吐出装置。
The microfluidic discharge device according to claim 22, wherein the rectifying valve is formed of a thin film having a cantilever structure warped by a stress difference in a film thickness direction.
前記整流弁は、積層材料膜の内部応力差により反り上がった片持ち梁構造の積層膜から成る
ことを特徴とする請求項22記載の微量流体吐出装置。
23. The microfluidic discharge device according to claim 22, wherein the rectifying valve is composed of a laminated film having a cantilever structure warped by an internal stress difference of the laminated material film.
前記整流弁における前記積層膜の両外面が酸化シリコン膜で形成されて成る
ことを特徴とする請求項24記載の微量流体吐出装置。
The microfluidic discharge device according to claim 24, wherein both outer surfaces of the laminated film in the rectifying valve are formed of a silicon oxide film.
前記整流弁における前記積層膜の構成材料が、酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンのうち2種類以上を含む
ことを特徴とする請求項24記載の微量流体吐出装置。
25. The microfluidic discharge device according to claim 24, wherein a constituent material of the laminated film in the rectifying valve includes two or more kinds of silicon oxide, silicon nitride, and silicon.
前記整流弁が複数段直列に配置されて成る
ことを特徴とする請求項22乃至請求項26のいずれかに記載の微量流体吐出装置。
27. The microfluidic discharge device according to any one of claims 22 to 26, wherein the rectifying valves are arranged in a plurality of stages in series.
前記整流弁は、反り量により抵抗値が変化する配線部を付加し、該配線部の抵抗値により前記整流弁を通過する流量を検出する構成を有して成る
ことを特徴とする請求項22乃至請求項26のいずれかに記載の微量流体吐出装置。
23. The rectifying valve has a configuration in which a wiring portion whose resistance value varies depending on a warpage amount is added, and a flow rate passing through the rectifying valve is detected based on a resistance value of the wiring portion. 27. The microfluidic discharge device according to claim 26.
前記整流弁は、配線部を付加し、該配線部に流す電流量を制御して電磁力による整流弁の反り量を制御して流量を制御する構成を有して成る
ことを特徴とする請求項22乃至請求項26のいずれかに記載の微量流体吐出装置。
The rectifying valve has a configuration in which a wiring portion is added and a flow rate is controlled by controlling a current amount flowing through the wiring portion to control a warping amount of the rectifying valve due to electromagnetic force. Item 27. The microfluidic discharge device according to any one of Items 22 to 26.
前記整流弁は、反り量により抵抗値が変化する配線部を付加し、該配線部の抵抗値を検出して、該検出した抵抗値をフィードバックして前記配線部に流す電流量を制御し、電磁力により整流弁の反り量を制御して流量を制御する構成を有して成る
ことを特徴とする請求項22乃至請求項26のいずれかに記載の微量流体吐出装置。
The rectifying valve adds a wiring portion whose resistance value varies depending on the amount of warpage, detects the resistance value of the wiring portion, and controls the amount of current flowing through the wiring portion by feeding back the detected resistance value, 27. The microfluidic discharge device according to any one of claims 22 to 26, wherein the flow rate is controlled by controlling the amount of warpage of the rectifying valve by electromagnetic force.
前記整流弁の最表面に接点部を設け、整流弁の反りにより接触する流路構成部との接触状態を検出し、吐出対象液体のつまりを検出するようにして成る
ことを特徴とする請求項22乃至請求項26のいずれかに記載の微量流体吐出装置。
The contact portion is provided on the outermost surface of the rectifying valve, and the contact state with the flow path component contacting with the warpage of the rectifying valve is detected, and the clogging of the discharge target liquid is detected. The microfluidic discharge device according to any one of claims 22 to 26.
前記吐出対象液体に圧力変化を与える圧力発生部を有し、
前記圧力発生部が静電方式である
ことを特徴とする請求項22乃至請求項26のいずれかに記載の微量流体吐出装置。
Having a pressure generating section for giving a pressure change to the liquid to be discharged;
The microfluidic discharge device according to any one of claims 22 to 26, wherein the pressure generating unit is an electrostatic system.
前記整流弁によりノズルからの前記吐出対象液体の吐出量を可変して成る
ことを特徴とする請求項22乃至請求項26のいずれかに記載の微量流体吐出装置。
27. The microfluidic discharge device according to any one of claims 22 to 26, wherein the discharge amount of the discharge target liquid from the nozzle is varied by the rectifying valve.
流体に圧力変化を与える圧力発生部と、ポンプ室とを有し、
前記ポンプ室の流体注入口及び流体排出口に、流路抵抗が順方向と逆方向で異なる異方性を有する整流弁が設けられて成る
ことを特徴とするマイクロポンプ。
A pressure generating unit that applies a pressure change to the fluid, and a pump chamber;
A micropump comprising a fluid inlet and a fluid outlet of the pump chamber provided with a rectifying valve having anisotropy having different flow path resistances in a forward direction and a reverse direction.
前記整流弁は、膜厚方向の応力差により反り上がった片持ち梁構造の薄膜から成る
ことを特徴とする請求項34記載のマイクロポンプ。
35. The micropump according to claim 34, wherein the rectifying valve is made of a thin film having a cantilever structure warped by a stress difference in a film thickness direction.
前記整流弁は、積層材料膜の内部応力差により反り上がった片持ち梁構造の積層膜から成る
ことを特徴とする請求項34記載のマイクロポンプ。
35. The micropump according to claim 34, wherein the rectifying valve is formed of a laminated film having a cantilever structure that is warped due to an internal stress difference of the laminated material film.
前記整流弁における前記積層膜の両外面が酸化シリコン膜で形成されて成る
ことを特徴とする請求項36記載のマイクロポンプ。
37. The micropump according to claim 36, wherein both outer surfaces of the laminated film in the rectifying valve are formed of a silicon oxide film.
前記整流弁における前記積層膜の構成材料が、酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンのうち2種類以上を含む
ことを特徴とする請求項36記載のマイクロポンプ。
The micropump according to claim 36, wherein the constituent material of the laminated film in the rectifying valve includes two or more kinds of silicon oxide, silicon nitride, and silicon.
前記整流弁が複数段直列に配置されて成る
ことを特徴とする請求項34請求項38のいずれかに記載のマイクロポンプ。
39. The micropump according to claim 34, wherein the rectifying valves are arranged in a plurality of stages in series.
前記圧力発生部が静電方式である
ことを特徴とする請求項34乃至請求項38のいずれかに記載のマイクロポンプ。
The micropump according to any one of claims 34 to 38, wherein the pressure generating unit is an electrostatic system.
流路に配置され流路抵抗が順方向と逆方向で異なる異方性を有する整流弁を備え、
前記整流弁により流量を調節して成る
ことを特徴とする流量調節器。
A rectifying valve disposed in the flow path and having flow path resistance having anisotropy different between the forward direction and the reverse direction;
A flow rate regulator characterized in that the flow rate is adjusted by the rectifying valve.
前記整流弁は、膜厚方向の応力差により反り上がった片持ち梁構造の薄膜から成る
ことを特徴とする請求項41記載の流量調節器。
The flow regulator according to claim 41, wherein the rectifying valve is formed of a thin film having a cantilever structure that warps due to a stress difference in a film thickness direction.
前記整流弁は、積層材料膜の内部応力差により反り上がった片持ち梁構造の積層膜から成る
ことを特徴とする請求項41記載の流量調節器。
42. The flow rate regulator according to claim 41, wherein the rectifying valve is composed of a laminated film having a cantilever structure warped by an internal stress difference of the laminated material film.
前記整流弁における前記積層膜の両外面が酸化シリコン膜で形成されて成る
ことを特徴とする請求項43記載の流量調節器。
44. The flow rate regulator according to claim 43, wherein both outer surfaces of the laminated film in the rectifying valve are formed of a silicon oxide film.
前記整流弁における前記積層膜の構成材料が、酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンのうち2種類以上を含む
ことを特徴とする請求項43記載の流量調節器。
44. The flow regulator according to claim 43, wherein the constituent material of the laminated film in the rectifying valve includes two or more kinds of silicon oxide, silicon nitride, and silicon.
前記整流弁が複数段直列に配置されて成る
ことを特徴とする請求項41乃至請求項45のいずれかに記載の流量調節器。
The flow controller according to any one of claims 41 to 45, wherein the rectifying valves are arranged in a plurality of stages in series.
前記整流弁は、反り量により抵抗値が変化する配線部を付加し、該配線部の抵抗値により前記整流弁を通過する流量を検出する構成を有して成る
ことを特徴とする請求項41乃至請求項45のいずれかに記載の流量調節器。
42. The rectifying valve has a configuration in which a wiring portion whose resistance value varies depending on a warpage amount is added, and a flow rate passing through the rectifying valve is detected based on a resistance value of the wiring portion. The flow regulator according to any one of claims 45 to 45.
前記整流弁は、配線部を付加し、該配線部に流す電流量を制御して電磁力による整流弁の反り量を制御して流量を制御する構成を有して成る
ことを特徴とする請求項41乃至請求項45のいずれかに記載の流量調節器。
The rectifying valve has a configuration in which a wiring portion is added and a flow rate is controlled by controlling a current amount flowing through the wiring portion to control a warping amount of the rectifying valve due to electromagnetic force. Item 46. The flow regulator according to any one of items 41 to 45.
前記整流弁は、反り量により抵抗値が変化する配線部を付加し、該配線部の抵抗値を検出して、該検出した抵抗値をフィードバックして前記配線部に流す電流量を制御し、電磁力により整流弁の反り量を制御して流量を制御する構成を有して成る
ことを特徴とする請求項41乃至請求項45のいずれかに記載の流量調節器。
The rectifying valve adds a wiring portion whose resistance value varies depending on the amount of warpage, detects the resistance value of the wiring portion, and controls the amount of current flowing through the wiring portion by feeding back the detected resistance value, The flow rate regulator according to any one of claims 41 to 45, wherein the flow rate is controlled by controlling the amount of warpage of the rectifying valve by electromagnetic force.
微量流体吐出装置と、インク供給機構と、印刷対象物と前記微量流体吐出装置とを相対的に移動させる機構とを備え、
前記微量流体吐出装置が、請求項22乃至請求項33のいずれかに記載の微量流体吐出装置で形成されて成る
ことを特徴とするインクジェットプリンタ。
A microfluidic discharge device, an ink supply mechanism, and a mechanism for relatively moving a printing object and the microfluidic discharge device;
An ink jet printer, wherein the micro fluid ejection device is formed by the micro fluid ejection device according to any one of claims 22 to 33.
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CN113775818A (en) * 2020-06-10 2021-12-10 南京工业大学 Microfluid control valve based on controllable wetting gradient surface

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