JP3125536B2 - The ink-jet head - Google Patents

The ink-jet head

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JP3125536B2
JP3125536B2 JP24711793A JP24711793A JP3125536B2 JP 3125536 B2 JP3125536 B2 JP 3125536B2 JP 24711793 A JP24711793 A JP 24711793A JP 24711793 A JP24711793 A JP 24711793A JP 3125536 B2 JP3125536 B2 JP 3125536B2
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pressure chamber
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jet head
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肇 水谷
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セイコーエプソン株式会社
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Description

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

【0001】 [0001]

【産業上の利用分野】本発明はインクを吐出するノズルと、このノズルに連通しインクに圧力を加える圧力室と圧力発生手段とを備え、前記圧力発生手段に印加する駆動電圧によって、前記ノズルよりインクを吐出させるオンデマンド型インクジェットヘッドに関する。 A nozzle This invention relates to eject ink by driving voltage and a pressure chamber and the pressure generating means is applied to said pressure generating means for applying pressure to the ink communicating with the nozzle, the nozzle on the on-demand type ink jet head for discharging more ink.

【0002】 [0002]

【従来の技術】近年、高速、高密度の低価格インクジェットプリンタの要求が高まる中、それを実現するための種々の方法が考えられているが、特公平4−15095 In recent years, high-speed, in the increasing demand for high-density low-cost ink-jet printers, although various methods for realizing it is believed, KOKOKU 4-15095
号公報などにみられる感光性樹脂による方法、シリコン基板の異方性エッチングによる方法などが知られている。 Such methods are known methods, by anisotropic etching of the silicon substrate by the photosensitive resin found like in JP.

【0003】シリコン基板で流路を形成したインクジェットヘッドとしては図11に示した特公昭58−405 [0003] JP-B as the ink jet head to form a flow channel in the silicon substrate shown in FIG. 11 58-405
09号公報が知られており、この例では(100)シリコン基板が用いられている。 09 JP are known, in this example have been used (100) silicon substrate.

【0004】また、(110)シリコン基板を用いたインクジェットヘッドの例として、図12に示した"KEP [0004] (110) As an example of the ink jet head using the silicon substrate, shown in FIG. 12 "KEP
etersen,`Fabrication of anIntegrated,PlanarSilicon etersen, `Fabrication of anIntegrated, PlanarSilicon
Ink-Jet Structure,'IEEE transactions onelectronde Ink-Jet Structure, 'IEEE transactions onelectronde
vices,vol.ED-26,No.12, December 1979"などが知られている。 vices, vol.ED-26, No.12, December 1979 "and the like are known.

【0005】 [0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の従来技術は以下のような課題を有する。 [SUMMARY OF THE INVENTION] However, the aforementioned prior art has the following problems.

【0006】まず第一に、樹脂の射出成形による方法や特公平4−15095号公報に述べられている感光性樹脂を用いた方法では、射出成形では離型性、感光性樹脂では形状精度を確保するためにパターンをあまり深くできず流路抵抗が増すため応答性を低下させてしまう事と、高密度で深い流路になるほど、隣接した圧力室の圧力で圧力室間の側壁の剛性が足りないために変形が生じ、圧力室を封止した部材にもたわみが生じクロストークの原因になる。 [0006] First, the method using the photosensitive resin are described in method and KOKOKU 4-15095 JP by injection molding of a resin, releasability in injection molding, the shape accuracy of a photosensitive resin and it will reduce the response due to the increased too deep can not flow path resistance patterns to ensure, as will deep flow path at a high density, the rigidity of the side walls between the pressure chambers in the pressure of the adjacent pressure chambers deformation occurs because capacity, causing crosstalk occurs even deflection member sealing the pressure chamber. さらに感光性樹脂で形成した圧力室の側壁の濡れ性が悪いため流路中の気泡排出性を損ねるため、吐出不良の原因となる。 To further impairing the bubble discharge resistance for flow path is poor wettability of the side walls of the pressure chamber which is formed in the photosensitive resin, causing ejection failure.

【0007】また、特公昭58−40509号公報に述べられている(100)シリコン基板61を用いたものではエッチングの結果現れる(111)面は(100) [0007] are described in JP-B-58-40509 (100) in which a silicon substrate 61 appears the result of etching (111) plane (100)
面に対して傾きを持つため、パターン幅に対して深さが一定の比以上は取れないので、図11に示すように台形もしくは三角形の断面形状になる。 To have an inclination relative to the plane, because the depth with respect to the pattern width can not be taken in more than a predetermined ratio, the cross-sectional shape of a trapezoid or a triangle as shown in FIG. 11. そのため複数の流路を高密度に並べることにより深さが浅くなってしまい、 Therefore depth by arranging a plurality of flow channels at a high density becomes shallow,
前述と同様に高い応答性がを得られなくなってしまう。 In the same way as described above high response can not be obtained a.

【0008】さらに、基板の一面にノズルを配した平板を持ついわゆるフェースイジェクト型で基板の裏面から電気機械変換手段によって圧力室の容積を変化させてインクを吐出させる構造のヘッドの場合、図11に示すような台形もしくは三角形の断面形状の圧力室62では電気機械変換手段を配置させることが困難になる。 Furthermore, if the head of a structure to change the volume of the pressure chamber by an electromechanical converting means from the rear surface of the substrate by a so-called face eject type with a flat plate which arranged nozzles on one surface of a substrate to discharge ink, 11 it becomes difficult to arrange the electro-mechanical converting means in the pressure chamber 62 of the cross-sectional shape of a trapezoid or a triangle as shown in.

【0009】一方、図12の例に示すように(110) On the other hand, as shown in the example of FIG. 12 (110)
シリコン基板71による異方性エッチングでは深いパタ−ンを作れるので幅が狭くても流路抵抗を小さくでき、 Deep pattern is anisotropic etching using the silicon substrate 71 - so make the emissions even narrower possible to reduce the flow resistance,
高密度で複数の圧力室を配置しても高応答が得られ易いが、この例ではインク供給路72が別部材で形成されており、貼り合わせの位置精度により供給路72の断面積と長さが変わるため、一般に行なわれているような供給路を精度良く絞って吐出特性を安定させるためには高度な組み立て技術を必要とする。 Although easy high response can be obtained even by arranging a plurality of pressure chambers at high density, in this example has an ink supply path 72 is formed in a separate member, the length and cross-sectional area of ​​the supply passage 72 by the positional accuracy of the bonding It is because the changes, the supply path, such as is generally done in order to accurately focus stabilize the discharge characteristics requires sophisticated assembly techniques. その上、圧力室73と供給路72の接続部で段差が生じており流路中の気泡排出性を損ねるため吐出不良の原因となる。 Moreover, causing ejection failure for deteriorating the bubble discharge resistance in the channel is caused a step in the connection portion of the pressure chamber 73 and the supply path 72.

【0010】さらに、図12の例では圧力発生手段として圧電素子74によるバイモルフを用いているが、圧力室73の幅が小さくなると十分な変位が得られなくなるために高密度に圧力室を配置することができない。 Furthermore, although using the bimorph due to the piezoelectric element 74 as pressure generating means in the example of FIG. 12, arranged at a high density pressure chamber to the width of the pressure chamber 73 is the longer sufficient displacement is obtained small it can not be.

【0011】本発明はこういった状況に鑑み上記の課題を解決するもので、その目的とするところは、気泡引き込み、クロストークによる印字不良を生じること無く安定して印字の可能であり、製造が容易で高密度、高応答性を備えたインクジェットヘッドを安価に提供することにある。 [0011] The present invention is intended to solve the above problems in view of this situation, it is an object of the present invention, the bubble pull, is a possible without stable printing to cause printing failure due to crosstalk, production high density easy to provide an inexpensive ink jet head with high responsiveness.

【0012】 [0012]

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェットヘッドは、一端でインク供給路を介してインク溜まりに連通し、他端でインク滴吐出ノズルに連通する複数の圧力室を有するインクジェットヘッドにおいて、(11 Inkjet head SUMMARY OF THE INVENTION The present invention communicates with the reservoir ink through the ink supply path at one end, in an ink jet head having a plurality of pressure chambers communicating with the ink droplet discharge nozzles at the other end, (11
0)シリコン基板内に、この(110)シリコン基板の表面に垂直な(111)面を壁面とする側壁で区画された、前記複数の圧力室と、この圧力室の一方の端部に接続し、幅が前記圧力室より狭いノズル連通路とを形成し、このノズル連通路と前記圧力室を封止して前記シリコン基板に接合するノズル形成基板に形成した前記インク滴吐出ノズルを、前記ノズル連通路に開口させ、さらに、前記圧力室と前記ノズル連通路の前記側壁の一つが、前記シリコン基板内に形成された共通の(111) 0) silicon substrate, the (110) perpendicular to the surface of the silicon substrate (111) plane is defined by side walls and a wall, the plurality of pressure chambers, and connected to one end of the pressure chamber a width to form the narrow nozzle communication path from the pressure chamber, the ink droplet discharge nozzles formed on the nozzle forming substrate to be bonded to the silicon substrate by sealing the pressure chamber and the nozzle communication passage, said nozzle is opened in the communication passage, further, one of the side wall of the nozzle communication passage and the pressure chamber, the common formed in the silicon substrate (111)
面を壁面とし、さらに、前記シリコン基板内に形成した前記インク供給路の側壁の一つが、前記圧力室の前記ノズル連通路と共通でない(111)面を共通の壁面とすることを特徴とする。 The surface and the wall surface, and further, one side wall of the ink supply path formed in the silicon substrate, characterized in that the nozzle communication passage and not common (111) plane of the pressure chamber and the common wall .

【0013】あるいは、一端でインク供給路を介してインク溜まりに連通し、他端でインク滴吐出ノズルに連通する複数の圧力室を有するインクジェットヘッドにおいて、前記圧力室は、(110)シリコン基板内に、この(110)シリコン基板の表面に垂直な(111)面を壁面として形成され、前記インク滴吐出ノズルは、前記圧力室を封止して前記シリコン基板に接合するノズル形成基板に形成され、前記インク滴吐出ノズルを、前記圧力室の中心軸に関して、前記圧力室の一方の端部で2つの前記壁面が形成する鋭角側で開口させ、さらに、前記圧力室の一方の端部で鋭角を形成する2つの側壁が、前記インク供給路と共通でない(111)面を壁面とすることを特徴とする。 [0013] Alternatively, it communicates with the ink reservoir via the ink supply path at one end, in an ink jet head having a plurality of pressure chambers communicating with the ink droplet discharge nozzles at the other end, the pressure chamber, (110) silicon substrate , this (110) perpendicular to the surface of the silicon substrate (111) is formed to face the wall, the ink droplet discharge nozzles are formed in a nozzle forming substrate to be bonded to the silicon substrate by sealing the pressure chamber , the ink droplet discharge nozzles, with respect to the central axis of said pressure chamber, is opened at an acute angle side two of said walls at one end of the pressure chamber is formed, further, acute in one end of the pressure chamber two side walls forming the can, characterized in that said ink supply path and not common (111) plane wall.

【0014】 [0014]

【実施例】以下実施例に従って本発明のインクジェットヘッドの構造について詳しく説明する。 It will be described in detail the structure of the ink jet head of the present invention according to the following examples.

【0015】図1は本発明の一実施例のインクジェットヘッドであって、図2は図1の断面図、図3はその要部を拡大したもである。 [0015] Figure 1 is an inkjet head of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view of FIG. 1, FIG. 3 is also an enlarged main portion thereof. 1は(110)シリコン基板で、 1 is a (110) silicon substrate,
両面からの異方性エッチングにより圧力室101、供給路102、インク溜り103のそれぞれの側壁を形成する。 The pressure chamber 101 by anisotropic etching from both sides, the supply passage 102, to form the respective side walls of the ink reservoir 103. 圧力室の形成形状は(110)面から見て概ね平行四辺形となる。 Forming the shape of the pressure chamber is roughly parallelogram when viewed from the (110) plane. 濡れ性を向上し気泡排出性を良くし、耐インク性を向上するためにパターン形成後、熱酸化処理を施してある。 It improves the wettability to improve the bubble discharge resistance, after patterning to improve the ink resistance, are subjected to a thermal oxidation process.

【0016】シリコン基板1の両面には各圧力室101 [0016] The both surfaces of the silicon substrate 1 the pressure chambers 101
に対応するノズル201を持つノズル板2と、振動板3 A nozzle plate 2 with nozzles 201 corresponding to the diaphragm 3
が接着されており、振動板3の背面に圧電素子4が各圧力室101の位置に取り付けられている。 There are bonded, the piezoelectric element 4 is attached to the position of each pressure chamber 101 on the back of the diaphragm 3. ノズル板2は厚さ0.1mmの金属板で直径40μmのノズル201 Nozzle plate 2 is a diameter of 40μm by a metal plate having a thickness of 0.1mm nozzle 201
が設けられている。 It is provided. 圧電素子4の振動板3と反対側はブロック5と波線Aで示した箇所で接着されており、一方ブロック5は波線Dで示した片持ち構造の自由端部にあたる供給路102近傍で振動板3と接着されている。 Diaphragm 3 opposite to the piezoelectric element 4 is bonded at points indicated by block 5 and wavy lines A, whereas block 5 the diaphragm in the supply passage 102 near corresponding to the free end of the cantilever structure shown by the broken line D 3 and are bonded. 供給路102から圧力室101にかけて振動板3は図2に示すように非常に薄くなっており、シリコン基板1もこの部分で片持ち構造になっているため、圧電素子4による力を受けて破損したり振動板3とシリコン基板1とノズル板2が全体的にたわんたりするのをブロック5をこの部分で接着することにより効果的に補強できる。 Diaphragm 3 from the supply passage 102 toward the pressure chamber 101 is very thin, as shown in FIG. 2, since the silicon substrate 1 has a cantilever structure in this part, breakage under force by the piezoelectric element 4 It can be effectively reinforced by the diaphragm 3 and the silicon substrate 1 and the nozzle plate 2 or is bonded to the or totally deflect the block 5 in this portion. ブロック5と振動板3をノズル201近傍でも固定するとさらに良い。 Even better the block 5 and the diaphragm 3 is also fixed in the vicinity of the nozzle 201. 振動板3には圧力室101毎に突起301が設けられており、圧電素子4の変位が効果的に圧力室1 The diaphragm 3 projections 301 are provided for each pressure chamber 101, the displacement of the piezoelectric element 4 is effectively pressure chamber 1
01内の体積変化を発生させるようになっている。 It has thus to generate a volume change in the 01.

【0017】図3は圧力室101におけるノズル201 The nozzle 201 in FIG. 3 is a pressure chamber 101
の位置を点線で示した斜視図である。 Is a perspective view showing the position in dotted lines. 本実施例ではノズルを圧力室101の面F、面Gで示す2つの側壁の接する接線Eの近傍にノズルを設けている。 Face F of the pressure chamber 101 to the nozzles in this embodiment is provided with the nozzle in the vicinity of the tangential line E in contact of the two side walls indicated by plane G. これは面Fと面Gが鋭角で接しているため、接線E近傍の気泡は面Fと面Gの両方の側壁に引っかかって非常に抜け難くい。 This is because the surface F and surface G are in contact at an acute angle, the bubbles in the vicinity of the tangent E is had hardly very omission stuck on side walls of both the surface F and surface G. そのため本実施例では図3に示すように、ノズル201をノズルの外縁がほぼ面F、面Gと接する位置に配して、 Therefore, as shown in FIG. 3 in the present embodiment, by arranging the nozzle 201 the outer edge of the nozzle is substantially flush F, the position in contact with the surface G,
接線Eとノズル間の距離を短くし、ノズル201からの吸引、あるいは吐出時の圧力で、接線Eに沿って滑らかにインクが流れることにより気泡をノズルから容易に排出できる形態とした。 Shortening the distance between the tangent E and the nozzle, the suction from the nozzle 201, or a pressure at the time of discharge, and a form that can easily discharge the air bubbles from the nozzles by flow smoothly ink tangentially E. 面F、面Gとノズル外縁との最短距離が、50μm以内で効果的に気泡の排出が得られた。 The shortest distance between the surface F, the surface G and the nozzle outer edge, was effectively discharged bubbles obtained within 50 [mu] m.

【0018】逆に図4に示すような位置にノズル201 The nozzles 201 in the position shown in reverse in FIG
を設けた場合、E部の気泡はノズルとの距離が長く、図中H部でインク流渦を巻くためノズル201から気泡を引き込み易く排出も困難である。 If the provided, bubbles E unit has a long distance between the nozzle, the discharge is difficult easily draw bubbles from the nozzle 201 for winding the ink flow vortices in the figure H section. 圧力室101内に存在する気泡は吐出不良の原因となるため、印字量当たりのクリーニング動作(ノズル方向からの吸引による気泡排出動作)の回数の増加が必要となり、印字速度にも影響を及ぼす。 Since air bubbles present in the pressure chamber 101 causing ejection failure, requires an increase in the number of cleaning operations per print quantity (air bubble discharge operation by the suction from the nozzle direction), also affects the printing speed. さらに圧力印加時にE近傍の側壁で跳ね返るインクが、圧力室内のインク流に乱れを生じさせ、ノズル内のインクメニスカスを不安定とし、応答性の向上が困難となる。 Furthermore ink bounce off the sidewalls of the E near the time of the pressure applied, causing disturbance in ink flow in the pressure chamber, and an unstable ink meniscus in the nozzle, it is difficult to improve the responsiveness. 本実施例ではノズルを気泡の溜まり易い側壁の近傍に配することにより、前述の悪影響を解消することができた。 By arranging the nozzles in the vicinity of the reservoir easily sidewalls of bubbles in the present embodiment, it is possible to eliminate the adverse effects described above.

【0019】ノズルに相対する一端には供給路102を形成する。 [0019] The opposite end to the nozzle to form a supply passage 102. 供給路102は圧力室103より幅を小さくして流路抵抗を大きくし、平行四辺形様の圧力室の対角に連通するノズル201側にインクを送り出す。 Supply path 102 a flow path resistance is increased by reducing the width from the pressure chamber 103, feed the ink to the nozzle 201 side communicating with the diagonal of the pressure chamber of the parallelogram-like. 同時にインク溜り103への流出をも減らして、インク溜まりを介した他ノズルへの影響(クロスト−ク)を防止する。 At the same time also reducing the outflow of the ink reservoir 103, the influence of the other nozzles through the ink reservoir - preventing (Kurosuto h). 図3に示すように気泡排出性の向上を得るために供給路102は圧力室101の面Iと面Jが本来鋭角で接する箇所に配し、連続した一つの(111)面Iを共有するように設けた。 Supply passage 102 in order to obtain an improvement in bubble discharge resistance as shown in FIG. 3 is arranged at a position where the surface I and surface J of the pressure chamber 101 is in contact with the original acute angle, share one (111) plane I successive provided so as. 前述の位置に設けなかった場合では、2つの側壁の面I、面Jにより形成される鋭角部により気泡の引っかかり易い箇所を形成することになってしまう。 In the case where not provided in the foregoing position, the two side walls surfaces I, becomes possible to form a prone position caught in the bubble by the acute angle portion formed by a surface J. さらに供給路102とノズル201を圧力室1 Further the pressure chamber the supply passage 102 and the nozzle 201 1
01内の互いに離れた位置に配することにより、圧力室の容積変化によるインク滴吐出圧力が側壁に沿いノズルに方向に伝搬されるため、圧力室内のインクの流れが円滑となり、ノズルへの安定したインク供給が可能である。 By placing at a distance from each other in 01, because the ink droplet discharge pressure by change in volume of the pressure chamber is propagated in the direction to the nozzle along the side wall, the flow of ink in the pressure chamber becomes smooth, stable to the nozzles possible ink supply.

【0020】ノズル板2は本実施例では金属板にプレスによってノズル201を形成し、ノズル板2とシリコン基板1を接着したが、ノズル板2をガラスで形成して陽極接合で接合する方法や、ノズル板2を(100)シリコン基板で形成して拡散接合する方法でも良い。 [0020] In the nozzle plate 2 in this embodiment to form a nozzle 201 by pressing a metal plate has been bonded to the nozzle plate 2 and the silicon substrate 1, Ya method of joining the formation to anodic bonding nozzle plate 2 of glass it may be a method of diffusion bonding to form a nozzle plate 2 with (100) silicon substrate. ノズル板の剛性が向上するためクロストークの抑制にも効果的である。 It is effectively suppressed crosstalk the rigidity of the nozzle plate is improved. また、圧力室形状に合わせてノズル入射口形状を広げ、気泡排出性、吐出安定性をさらに得ることも可能である。 Further, spread nozzle entrance shape to fit the pressure chamber shape, the bubble discharge resistance, it is possible to further obtain discharge stability.

【0021】また振動板3はニッケルの電鋳で制作し、 [0021] The vibration plate 3 is produced in the electroforming of nickel,
振動板3の突起301周辺の圧力室101部分は厚さ2 The pressure chamber 101 portion of the peripheral projections 301 of the vibrating plate 3 has a thickness 2
μm、その他の部分と突起301は厚さ20μmとした。 [mu] m, other portions and the protrusion 301 and a thickness of 20 [mu] m. 振動板は、ポリイミド等の樹脂箔上の金属箔をエッチングして突起を形成しても良い。 Diaphragm, the metal foil on the resin foil such as polyimide by etching may be formed protrusion.

【0022】インクはパイプ6からブロック5にあけられた貫通口7、供給口8、インク溜り103、供給路1 The ink through-hole 7 drilled from the pipe 6 to the block 5, the supply port 8, the ink reservoir 103, the supply passage 1
02、圧力室101へと供給される。 02, is supplied to the pressure chamber 101.

【0023】次にインク滴吐出動作について図1に沿って簡単に説明する。 [0023] Next briefly described with reference to FIG 1 for ink droplet discharge operation. インクが圧力室101まで充填された状態でブロック5に一端を固定した圧電素子4に電圧を印加すると圧電素子4は矢印B方向に縮み、圧電素子4の他端が接着された振動板3の圧力室101にあたる部分を引っ張り、圧力室101の容積を増大させる。 When the ink applying a voltage to the piezoelectric element 4 fixed at one end to block 5 in a state of being filled to a pressure chamber 101 piezoelectric element 4 contracts in the direction of arrow B, of the vibration plate 3 to which the other end of the piezoelectric element 4 is bonded pulling the portion corresponding pressure chamber 101, increasing the volume of the pressure chamber 101. 本実施例では圧電素子4は直接ブロック5に固定されているが間に他の部材を介して固定しても良い。 Although the piezoelectric element 4 is fixed directly to block 5 may be fixed via the other member between the present embodiment. この時インクはノズル201でメニスカスを形成しており、表面張力によって圧力室101の容積増大によって引き込まれる力に対抗するためインク溜り103の方からインクが供給されてくる。 In this case the ink forms a meniscus at the nozzle 201, the ink is supplied from the direction of the ink reservoir 103 to counter the force drawn by the volume increase of the pressure chamber 101 by the surface tension. 次に充電された圧電素子4の電荷を急激に放電することにより逆に圧力室101の容積が減少し、ノズル201からインクが吐出される。 The volume of the pressure chamber 101 is decreased conversely by then rapidly discharges the electric charge charged in the piezoelectric element 4, the ink is ejected from the nozzle 201. この時、圧力室101の内部の圧力は条件によるが1から3気圧程度にまでなると言われており、このような構造のヘッドにおいては流路、ノズル板の支持部を樹脂などで形成した場合、剛性が低いためにこの圧力によって隣接した圧力室101との隔壁がたわんだり流路全体が厚み方向に変形して、吐出インク量が減少したり、他の吐出動作を行っていないノズル201から吐出が起こるいわゆるクロスト−クが発生することがある。 At this time, if depending on the pressure conditions in the pressure chamber 101 formed are said to be up to about 1 to 3 atmospheres, the flow path in the head of such a structure, the support portion of the nozzle plate, such as a resin , the entire flow path Dari septum deflected between the pressure chamber 101 adjacent this pressure to less rigid is deformed in the thickness direction, the amount of ejected ink is or decreases, the nozzle 201 is not performed and another discharge operation called Kurosuto discharge occurs - sometimes click occurs. しかし本発明においてはシリコンの剛性が樹脂等に比べて非常に高いためこのようなことが起こりにくく、シリコン基板の厚さが5 However, the present invention such it is less likely to occur because the rigidity of the silicon is very high as compared with a resin or the like in the thickness of the silicon substrate 5
0μm以上0.5mm以下の範囲が特に効果的である。 0.5mm below the range of 0μm is particularly effective.

【0024】また、隣接圧力室101間の隔壁が片持構造となっているために剛性が低い隔壁の両面をノズル板2と振動板3で固定し、さらに前述したようにブロック5で補強しているので十分な強度となっている。 Further, both sides rigidity of lower partition wall to partition wall between adjacent pressure chambers 101 is a cantilever structure fixed with the nozzle plate 2 and the diaphragm 3, and further reinforced with a block 5 as described above and it has a sufficient strength since the are. しかも、材料自体もろいシリコンに片持ち構造で弾性を持たせることによって、ノズル板2、振動板3及びブロック5との熱膨張率の違いによる熱応力や衝撃による割れを緩和するという効果がある。 Moreover, by having the elastic in structure cantilevered material itself brittle silicon, the nozzle plate 2, the effect of alleviating the cracking caused by thermal stress and shock caused by the difference in thermal expansion coefficient between the diaphragm 3 and the block 5.

【0025】本実施例においては厚さ0.2mmのシリコン基板1を用い、幅0.1mmの圧力室101を0. [0025] Using the silicon substrate 1 having a thickness of 0.2mm in the present embodiment, the pressure chamber 101 of width 0.1 mm 0.
141mmピッチで配置して、応答周波数7kHzを達成した。 Arranged at 141mm pitch, it achieved a response frequency 7 kHz. 供給路102と圧力室101が一つの部品の中に同時に形成されているのでシリコンのエッチングの利点である形状精度が生かされ、流路間の特性のばらつきやロット間のばらつきも小さくすることができた。 Supply passage 102 and the shape precision pressure chamber 101 is an advantage of the silicon etch because it is formed simultaneously in a single part is alive, to be smaller variation among characteristics of variation and lot between the channel did it. 更に、全て貫通したパターンで、エッチレートが遅いので、エッチング工程における条件変動の許容範囲が広く、非常に安定した品質を確保できる。 Furthermore, in all the through-pattern, because the etch rate is slow, the allowable range of the conditional variations in the etching process widely, can be ensured very stable quality. また、インク溜り103から圧力室101に至るまでの流路深さが同一で段差が無く、ノズル位置に配慮したため気泡排出性に特に優れている。 Further, the flow path depth from the ink reservoir 103 up to the pressure chamber 101 is no step at the same, is particularly excellent in bubble discharge resistance for conscious nozzle position.

【0026】本実施例では圧電素子4が電界印加によって伸縮する方向を概ねウェハー面に垂直にしているが、 [0026] While the piezoelectric element 4 is perpendicular to a generally wafer surface and a direction stretch by the electric field applied in the present embodiment,
例えば図11に示したようなバイモルフを用いた場合、 For example, in the case of using the bimorph as shown in FIG. 11,
1mmピッチ程度より高密度に圧力室101を配置すると、圧力室101の容積変化が少ないためにインク吐出が行えなくなってしまった。 Placing high density pressure chamber 101 from about 1mm pitch, ink ejection has become impossible due to the low volume change of the pressure chamber 101. 本実施例で行なった圧電素子の配置は、高密度になって圧力室101の面積が小さくなっても大きな変位を発生させ得るため、シリコン基板での高精度、高密度化の利点を大きく生かせる。 The arrangement of the piezoelectric elements was conducted in this example, since the area of ​​the pressure chamber 101 can generate a large displacement even smaller becomes dense, capitalize precision in the silicon substrate, the advantages of high density greater .

【0027】図5に図1に示した実施例よりも多数ノズルでより高密度の印字を行えるインクジェットヘッドの例を示す。 [0027] An example of an ink jet head capable of performing higher-density printing in FIG. 5 in a number nozzles than the embodiment shown in FIG. 基本構造は図1と同様であるのでここではシリコン基板のパタ−ンのみを示した。 The basic structure here is the same as FIG pattern of the silicon substrate - showed N'nomi. これらのパタ−ンは全て(111)面で囲まれた貫通パタ−ンである。 These patterns - through pattern emissions is enclosed on all (111) plane - is down. 本実施例では供給路102、圧力室101、ノズル(図示せず)の組を0.141mmピッチで26組づつ0.0 Supply passage 102 in the present embodiment, the pressure chamber 101, 26 sets one by a set of nozzles (not shown) at 0.141mm pitch 0.0
7mmずらして2列配した。 7mm shifted and arranged in two rows.

【0028】図中の供給口8はシリコン基板1のパタ− The inlet 8 in the figure pattern of the silicon substrate 1 -
ンの中には無いが説明のために記入してある。 It is not in the emissions are to fill in for the purpose of explanation. 両列とも図中最上部と最下部の組の計4組は実際にはインク吐出を行わず、圧力室101の隣接圧力室との隔壁を同じ状態にして吐出特性を揃えることと、上部の組では積極的にインク溜り103に混入した気泡を流入させ他の圧力室に流入させないことを目的に設置されているものである。 Both rows with the top and bottom set of four pairs in the figure without ink ejection is actually a to align the discharge characteristics by the partition wall between adjacent pressure chambers of the pressure chamber 101 in the same state, the upper portion of the the pairs are those established with the aim of not flow into the other pressure chamber is allowed to flow the air bubbles mixed aggressively ink reservoir 103. この構成で1インチ当たり360ドット、48ノズルのインクジェットヘッドが得られる。 360 dots per inch in this configuration is obtained 48 inkjet head nozzle. 3インチの(1 3-inch (1
10)シリコンウェハーから同時に30枚の本パターンがとれるため、一枚あたりのエッチング時間と材料費が非常に少なく、安価に製造できる。 10) for simultaneously 30 sheets of the pattern from the silicon wafer can be taken, is very low etch time per sheet and material costs, can be manufactured at low cost. インクは図1の実施例と同様に供給路8からインク溜り103、各供給路1 Ink reservoir 103 from Example similarly to the supply path 8 of the ink 1, the supply channel 1
02を経て圧力室101へと供給される。 02 is supplied to the pressure chamber 101 through the.

【0029】図中9および10は図1の様にノズル板、 [0029] figure 9 and 10 the nozzle plate as in FIG. 1,
振動板、ブロック等を組み付ける際に位置決めのピンを通すための穴である。 Diaphragm, a hole for passing the pin positioning when assembling the block or the like. 波線Cの場所の鋸状になっているところはパタ−ンを全て(111)面のみで形成することができるようにしたものであるが、気泡がこの部分に引っ掛かるのを防ぐために鋸状の谷の部分の深さが50 Where that is the wavy line C place serrated the pattern - is obtained to be able to be formed only in all the emission (111) plane, but bubbles of Nokojo to prevent the caught on this part the depth of the part of the valley is 50
μm以下になるようにしている。 μm is set to be below.

【0030】以下の実施例との組み合わせにより、さらに気泡排出性について効果を得ることが可能である。 [0030] The combination of the following Examples, it is possible to obtain an effect for further bubble discharge resistance. 以下に別の実施例を図6を用いて説明する。 It will be described with reference to FIG. 6 an alternative embodiment below.

【0031】図6は本実施例のインクジェットヘッドの要部を示す斜視図である。 [0031] FIG. 6 is a perspective view showing a main part of the ink jet head of the present embodiment. その他の基本的な構成は図1 Other basic configuration of FIG. 1
と同じであるのでここでは略した。 Same as since the abbreviated here. 本実施例ではノズルに向かって圧力室101の幅を狭くすることにより容積を小さくし、ノズル連通路121をノズル201との間に介しノズル201と連通させている。 In the present embodiment to reduce the volume by narrowing the width of the pressure chamber 101 toward the nozzle, and a nozzle communication path 121 in communication with the nozzle 201 through between the nozzle 201. ノズル連通路1 The nozzle communication channel 1
21は圧力室配列方向で圧力室より幅が狭いため、インク流速、圧力を高めつつインクをノズル部に導くことが可能で、ノズル201付近でインクの流速の増加が得られ、気泡排出性、吐出効率が向上した。 Since 21 is narrower than the pressure chamber in the pressure chamber arrangement direction, the ink can be guided to the nozzle portion while enhancing the ink flow rate, the pressure, an increase in the flow rate of the ink is obtained in the vicinity of the nozzle 201, the bubble discharge resistance, discharge efficiency was improved. 同時にインクが側壁に沿って一方向に安定に流れるため、インク流の乱れも低減し、吐出の安定化が可能である。 At the same time the ink flows stably in one direction along the side walls, also reducing disturbance of the ink flow, it is possible to stabilize the discharge. さらに気泡の溜まり易い箇所である面と面との接線とノズル201との距離を短くしたため、気泡排出性が向上した。 To further shortened the distance between the tangent line and the nozzle 201 with an easy location of the surface and the surface reservoir of the bubble, the bubble discharge property is improved. さらに、ノズル周囲の支持部である隣接圧力室間の隔壁をさらに厚くし、ノズル板の支持部の剛性を上げているため、隔壁とノズル板の振動によるクロストークに対してもより大きな効果が得られている。 Furthermore, thickening the partition wall between adjacent pressure chambers is a supporting portion around the nozzle Furthermore, since raising the rigidity of the support portion of the nozzle plate, a greater effect on cross-talk due to the vibration of the partition walls and the nozzle plate It has been obtained. この構造では、L部に示した突起により気泡が溜まり易く、溜まった気泡は抜けにくい。 In this structure, easy bubble reservoir by the projection shown in part L, accumulated bubbles easily released. そのため生じる段差を50μm以下、理想的には図7の様に突起を無くし、ノズル連通路121の側壁が圧力室の側壁の(111)面のM面を共有するように、設けることが望ましい。 Therefore resulting step of 50μm or less, and ideally eliminating projections as in FIG. 7, the side wall of the nozzle communication channel 121 to share the M-plane of the (111) surface of the side wall of the pressure chamber, it is desirable to provide.

【0032】図8に示す構造でも、同様な効果が得ることができる。 [0032] Also the structure shown in FIG. 8, may be similar effect is obtained. 図8では供給路102周辺の容積を大きくすることにより、供給路102にかかる圧力を分散し、 By increasing the volume of the peripheral supply line 102 in FIG. 8, to distribute the pressure on the supply passage 102,
供給路102を通じてインク溜まり(図示せず)へのインク流出が防げる。 The ink flowing out to the reservoir ink through the supply path 102 (not shown) can be prevented. そのためノズル201に効率よくインクを送り出すことが可能で、吐出効率の向上を得ることができ、さらに供給路102から送り出されるインク量が少なくなるためクロストークの抑制にも効果的である。 Therefore can be delivered efficiently ink to the nozzle 201, it is possible to obtain an improvement in discharge efficiency, is more effective in suppressing the crosstalk for the ink amount is reduced to be fed from the supply passage 102.

【0033】また図9に示した構造では、インク連通路121を圧力室長手方向の中心線よりずらし、ノズル連通部121を囲みノズルを支持するシリコンの面積を増やすことで、隣接するノズルへの影響を軽減し、クロストークに対してさらに効果を得ることが可能である。 [0033] In the structure shown in FIG. 9, the ink communication path 121 deviate from the pressure chamber longitudinal centerline, by increasing the area of ​​silicon that supports the nozzle surrounds the nozzle communicating portion 121, to the adjacent nozzles effect reduces, it is possible to obtain a further effect on the crosstalk.

【0034】さらに別の実施例として、シリコン基板面から水平にインクを吐出するいわゆるエッジエジェクトタイプのインクジェットヘッドの実施例を図10を用いて説明する。 [0034] As yet another example, an embodiment of a so-called edge eject type ink jet head for ejecting ink horizontally from the silicon substrate surface will be described with reference to FIG. 10. 圧力室101、インク供給口102、ノズル連通路121の形状は第一の実施例とほぼ同様であるが、配列を変更し、インク吐出面を連続した(111) A pressure chamber 101, the ink supply port 102, the shape of the nozzle communicating path 121 is substantially the same as the first embodiment, to change the sequence, it was continuously ink ejection surface (111)
面で構成し、その面にノズル201を形成するものとした。 Composed of the surface, and as forming a nozzle 201 to the surface. シリコン基板1は振動板3、天蓋板12により挟み込んでいる。 Silicon substrate 1 is sandwiched by the diaphragm 3, canopy plate 12. この構造では、前述の実施例同様に鋭角部に残った気泡が抜け易い構造としており、圧電素子が印字面に対して平行となるため、ヘッド外形が従来より吐出方向に薄いものを得ることができる。 In this structure, has a structure easy escape of air bubbles remaining in the examples likewise acute angle portion described above, since the piezoelectric element is parallel to the printing surface, that the head contour get thinner to discharge than a conventional direction it can. ノズルは前述の様にシリコン基板のエッチングによっても形成できる。 The nozzle may also be formed by etching the silicon substrate as described above.

【0035】ここでは1インチ当たり180ドットの印字が可能な例を示したが、天蓋板を介して2つの貫通パターニングしたシリコン基板をノズル配列方向に互いに70μmずらして接合することにより、倍密度の印字が可能なインクジェットヘッドが得られ、1インチ当たり360ドットの画像の高速印字が可能である。 [0035] an example that can 180 dots printed per inch here, by joining the silicon substrate two through patterning through the canopy plate shifted 70μm from each other in the nozzle array direction, the double-density printing the ink jet head is obtained which can, which enables high-speed printing of 360 dots of an image per inch.

【0036】本発明を用いれば、発熱素子に通電することで瞬間的にインクを膜沸騰させてその気泡の圧力でインクを吐出させるいわゆるサーマルインクジェット方式でも同様の効果を得ることができる。 With the [0036] present invention, the ink can achieve the same effect by a so-called thermal ink jet system for discharging a pressure of the air bubbles momentarily ink is film boiling by energizing the heating element.

【0037】 [0037]

【発明の効果】供給路から圧力室へのインクの流れが円滑で、気泡が溜まり難く、気泡の抜け易い形状としたため気泡排出性が向上し、安定した印字特性を確保できるという効果を有する。 Ink flow from the supply passage according to the present invention into the pressure chamber is smooth, bubble hardly accumulate, improved bubble discharge property due to the easy shape escape of bubbles, an effect that the stable printing properties can be secured. また、ノズル周囲の剛性を高めることにより、側壁、ノズル板の振動を原因とするクロストークを抑制できるという効果を有する。 Further, an effect that by increasing the rigidity of the surrounding nozzle, it is possible to suppress crosstalk caused sidewall, the vibration of the nozzle plate.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明の第1の実施例のインクジェットヘッドの斜視図。 Perspective view of an ink jet head of the first embodiment of the present invention; FIG.

【図2】本発明の第1の実施例のインクジェットヘッドの断面図。 2 is a cross-sectional view of the ink jet head of the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施例のインクジェットヘッドの要部を示す斜視図。 Figure 3 is a perspective view showing a main part of an ink jet head of the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施例のインクジェットヘッドの比較例を示す斜視図。 Perspective view showing a comparative example of the ink jet head of the first embodiment of the present invention; FIG.

【図5】本発明の第2の実施例のインクジェットヘッドの平面図。 FIG. 5 is a plan view of the ink jet head of the second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第3の実施例のインクジェットヘッドの要部を示す斜視図。 [6] Third perspective view showing a main part of an ink jet head of Example of the present invention.

【図7】本発明の第4の実施例のインクジェットヘッドの要部を示す斜視図。 [7] 4 perspective view showing a main part of an ink jet head of Example of the present invention.

【図8】本発明の第5の実施例のインクジェットヘッドの要部を示す斜視図。 [8] Fifth perspective view showing a main part of an ink jet head of Example of the present invention.

【図9】本発明の第6の実施例のインクジェットヘッドの要部を示す斜視図。 [9] Sixth perspective view showing a main part of an ink jet head of Example of the present invention.

【図10】本発明の第6の実施例のインクジェットヘッドの斜視図。 [10] Sixth perspective view of an ink jet head of an embodiment of the present invention.

【図11】(100)シリコン基板を用いた従来のインクジェットヘッドの流路の構成例を示す斜視図。 [11] (100) a perspective view showing a configuration example of the flow path of the conventional ink jet head using a silicon substrate.

【図12】(110)シリコン基板を用いた従来のインクジェットヘッドの断面図。 [12] (110) cross-sectional view of a conventional ink jet head using a silicon substrate.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 (110)シリコン基板 2 ノズル板 3 振動板 101 圧力室 121 ノズル連通路 201 ノズル 1 (110) silicon substrate 2 nozzle plate 3 diaphragm 101 pressure chamber 121 nozzle communication channel 201 nozzles

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl. 7 ,DB名) B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/16 ────────────────────────────────────────────────── ─── of the front page continued (58) investigated the field (Int.Cl. 7, DB name) B41J 2/045 B41J 2/055 B41J 2/16

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】 (57) [the claims]
  1. 【請求項1】 一端でインク供給路を介してインク溜まりに連通し、他端でインク滴吐出ノズルに連通する複数の圧力室を有するインクジェットヘッドにおいて、(1 1. A communicates with the ink reservoir via the ink supply path at one end, in an ink jet head having a plurality of pressure chambers communicating with the ink droplet discharge nozzles at the other end, (1
    10)シリコン基板内に、この(110)シリコン基板の表面に垂直な(111)面を壁面とする側壁で区画された、前記複数の圧力室と、この圧力室の一方の端部に接続し、幅が前記圧力室より狭いノズル連通路とを形成し、このノズル連通路と前記圧力室を封止して前記シリコン基板に接合するノズル形成基板に形成した前記インク滴吐出ノズルを、前記ノズル連通路に開口させたことを特徴とするインクジェットヘッド。 10) the silicon substrate, the (110) perpendicular to the surface of the silicon substrate (111) plane is defined by side walls and a wall, the plurality of pressure chambers, and connected to one end of the pressure chamber a width to form the narrow nozzle communication path from the pressure chamber, the ink droplet discharge nozzles formed on the nozzle forming substrate to be bonded to the silicon substrate by sealing the pressure chamber and the nozzle communication passage, said nozzle ink jet head is characterized in that is opened in the communication passage.
  2. 【請求項2】 前記圧力室と前記ノズル連通路の前記側壁の一つが、前記シリコン基板内に形成された共通の(111)面を壁面とすることを特徴とする請求項1記載のインクジェットヘッド。 Wherein one of said side wall of said nozzle communication passage and the pressure chamber, the ink-jet head according to claim 1, characterized in that said silicon substrate within a common formed in (111) plane wall .
  3. 【請求項3】 前記シリコン基板内に形成した前記インク供給路の側壁の一つが、前記圧力室の前記ノズル連通路と共通でない(111)面を共通の壁面とすることを特徴とする請求項2記載のインクジェットヘッド。 Claim one side wall according to claim 3, wherein said ink supply path formed in the silicon substrate, characterized in that the nozzle communication passage and not common (111) plane of the pressure chamber and the common wall 2 ink jet head according.
  4. 【請求項4】 インク滴吐出ノズルが形成されたノズル 4. A nozzle ink droplet discharge nozzles are formed
    形成基板と、(110)シリコン基板にインク滴吐出ノ And forming the substrate, the ink droplet ejection in (110) silicon substrate Bruno
    ズルに連通する複数の圧力室を有するインクジェットヘ Inkjet f having a plurality of pressure chambers communicating with nozzle
    ッドにおいて、 前記圧力室は、前記(110)シリコン基板の表面に垂 In head, the pressure chambers, the (110) vertical to the surface of the silicon substrate
    直な(111)面からなる壁面を有すると共に、 一端でインク供給路を介してインク溜まりに連通し、 他端の前記2つの壁面が形成する鋭角近傍で、前記イン And having a wall consisting of a straight (111) plane, communicates with the ink reservoir via the ink supply path at one end, at an acute angle near to form said two wall surfaces of the other end, the in-
    ク滴吐出ノズルと連通することを特徴とするインクジェ Inkjet, characterized in that communicating with the click droplet discharge nozzles
    ットヘッド。 Ttoheddo.
  5. 【請求項5】 前記圧力室の一方の端部で鋭角を形成する2つの側壁が、前記インク供給路と共通でない(11 5. The two side walls forming an acute angle at one end of the pressure chamber is not the same as the ink supply path (11
    1)面を壁面とすることを特徴とする請求項4記載のインクジェットヘッド。 Ink jet head according to claim 4, characterized in that a) the surface and the wall surface.
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