WO2000006388A1 - Mikromechanisch hergestellte düse zur erzeugung reproduzierbarer kleiner tropfen - Google Patents

Mikromechanisch hergestellte düse zur erzeugung reproduzierbarer kleiner tropfen Download PDF

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WO2000006388A1
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Damian Twerenbold
Philippe Luginbuehl
Pierre François INDERMUEHLE
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Definitions

  • the invention relates to a micromechanically manufactured nozzle for producing reproducibly small drops, as defined in the preamble of claim 1.
  • liquids have to be dispensed in small and controlled quantities.
  • the liquid in droplet form is suitable for this purpose. This requires a suitable liquid reservoir, a suitable mechanism for transporting the liquid and a suitable mechanism for generating a drop.
  • the decisive advantage of the present invention lies in the use of micromechanical manufacturing methods, which allows the production of mechanical structures with precision with a submicrometer.
  • the surfaces are treated in such a way that the liquids are repelled or attracted by the surface.
  • the present invention allows the production of reproducible individual drops of diameter up to a micrometer diameter in one embodiment.
  • the invention allows the generation of a mist from several small drops of the same size and up to one micrometer in diameter.
  • the nozzle opening can be reduced to a diameter of 1 micrometer by subsequent deposition of silicon oxide on the nozzle structure.
  • FIG. 5 shows the basic structure of a device with an array of several micromechanically produced nozzles with a common liquid reservoir for generating a mist of reproducible small drops
  • the liquid container is delimited by a silicon structure (1) and a pyrex structure (13).
  • the silicon structure is a silicon wafer (1) consisting of a silicon oxide layer (S ⁇ O 2 ) (2) and (3) and a silicon nitrate layer (S ⁇ 3 N 4 ) (4) and (5) with a nozzle made of silicon oxide (S ⁇ 0 2 ) (12) which forms a nozzle opening (22) of a liquid container (21).
  • the liquid is passed through a in the pyrex structure etched channel (19) into the liquid container
  • a disc (20) made of piezoelectric material creates a pressure on the liquid in (21) which leaves the nozzle (22) in the form of a drop.
  • the free-standing structure of the wall of the nozzle opening (12) becomes prevents wetting of the outer surface of the nozzle and thereby enables the formation of a geometrically precisely defined drop
  • FIG. 2A shows a silicon wafer (1) with a silicon oxide layer (S ⁇ 0 2 ) (2) and (3), each thermally grown at approximately 800 degrees Celsius, of approximately 0.1 ⁇ m layer thickness
  • FIG. 2C shows the opening (6) in the silicon nitrate layer (5) which is formed by "reactive ion
  • Silicon oxide layer (3) which by "Buffered Hydrofluo ⁇ cacid (BHF) with silicon as
  • Etching stop is generated Here, the non-opening part of you r ch a photoresist on the
  • FIG 2D shows the recess (7) which in silicon by etching with ropes aniso t "potassium
  • FIG. 2E shows the opening (8) in the silicon nitrate layer (4) .velche through "reactive ion
  • Silicon oxide layer (2) which by "Buffered Hydrofluoncac d (BHF) with silicon as
  • This etching stop is produced is not covered, the openable part de r silicon nitrate layer by a photoresist on the layer (4)
  • ADRIE atomic layer deposition
  • FIG 2G shows in the well at about 800 degrees Celsius the r m ⁇ sch grown
  • FIG. 3B shows the opening (16) made in the polysilicon layer (14) which is produced by the "Reactive Ion Etching” (RIE), the Pyrex acting as an etch stop. 14) covered
  • 3C shows the depression (17) made in the pyrex disc, which through the
  • 3D shows the opening (18) made in the polysilicon layer (15) which is produced by the "Reactive Ion Etching” (RIE), the Pyrex acting as an etch stop.
  • RIE reactive Ion Etching
  • the part of the silicon which cannot be opened is thereby replaced by a photoresist of the layer ( 14) covered
  • FIG. 3E shows the channels (19) introduced in the Pyrex disc, which are separated by the "Hydro
  • FIG 3F shows the pyrex structure after the polysilicon layers (14) and (15) through
  • the layer (23) is liquid-attracting (hydrophilic in the case of water) and the layer (24) is liquid-repellent (hydrophobic in the Case of water) This coating will lead to the formation of reproducible drops
  • FIG. 5 shows the basic structure of an array of nozzles with a common liquid container for generating a mist of reproducible drops.
  • the individual nozzle openings (22) are formed by the silicon oxide structure (12) which are produced in accordance with the method of FIG
  • the distance between the nozzles is determined by the photolithography structure.
  • the free-standing structure of the wall of the nozzle opening (12) prevents wetting of the outer surface of the nozzle and prevents the drops of the various individual ones Nozzle openings do not combine to form a large drop. As a result, a mist can be created from a large number of small, precisely defined drops.
  • FIG. 6 shows an embodiment in which the diameter of the nozzle opening (22) is reduced to the order of magnitude of one ⁇ m by applying a layer (25) of silicon oxide (Si0 2 ) using the "Chemical Vapor Deposition” (CVD) method .
  • the micromechanically manufactured nozzle for producing reproducibly small drops has various advantages in this invention: it allows the reproducible generation of a drop up to a micrometer in diameter.
  • the combination of several nozzles coupled to a common liquid reservoir creates a mist of uniform droplets with a diameter of up to one micrometer.
  • the invention also allows the controlled generation of a liquid surface of a few micrometers in diameter.

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

Die mikromechanisch hergestellte Düse zur Erzeugung reproduzierbarer kleiner Tropfen besteht aus einem Flüssigkeitsbehälter, der durch eine Siliziumstruktur (1) und eine Pyrexstruktur (13) eingegrenzt ist. Die Siliziumstruktur ist ein Siliziumwafer (1) bestehend aus einer Siliziumoxidschicht (SiOx)(2 und 3) und einer Silizium-Nitrat Schicht (SI3N4) (4 und 5) mit einer Düse aus Siliziumoxid (SiO3) (12), welche eine Düsenöffnung (22) eines Flüssigkeitsbehälters (21) bildet. Die Flüssigkeit wird durch einen in der Pyrexstruktur geformten Kanal (19) in den Flüssigkeitsbehälter geführt. Eine Scheibe (20) aus piezoelektrischem Material erzeugt einen Druck auf die im Behälter (21) befindliche Flüssigkeit, welche die Düse (22) in Form eines Tropfens verlässt.

Description

MIKROMECHANISCH HERGESTELLTE DÜSE ZUR ERZEUGUNG REPRODUZIERBARER KLEINER TROPFEN
Die Erfindung betrifft eine mikromechanisch hergestellte Düse zur Erzeugung reproduzierbar kleiner Tropfen, wie es im Oberbegriff des Patentanspruches 1 definiert ist.
In vielen Geräten und Anwendungen müssen Flüssigkeiten in geringer und kontrollierter Menge abgegeben werden. Geeignet zu diesem Zweck ist die Abgabe der Flüssigkeit in Tröpfchen Form. Dazu benötigt man ein geeignetes Flüssigkeitsreservoir, einen geeigneten Mechanismus zum Transport der Flüssigkeit und einen geeigneten Mechanismus zur Erzeugung eines Tropfens.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gerät zur Erzeugung von reproduzierbaren kleinen Tropfen mit Durchmesser bis zu 1 Mikrometer zu entwickeln.
Diese Aufgabe wird durch ein Gerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Der entscheidende Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der Verwendung mikromechanischer Fabrikationsmethoden welche die Herstellung mechanischer Strukturen mit submikrometer genauer Präzision erlaubt. Zudem werden mit geeigneter Wahl von Beschichtungstechnologien die Oberflächen derart behandelt, dass die Flüssigkeiten von der Oberfläche abgestossen oder angezogen werden. Die vorliegende Erfindung erlaubt die Erzeugung von reproduzierbarer einzelner Tropfen von Durchmesser bis zu einem Mikrometer Durchmesser in einem Ausführungsbeispiel. In einem weiteren Ausführungsbeispiel erlaubt die Erfindung die Erzeugung eines Nebels von mehrerer gleich grosser kleiner Tropfen von bis zu einem Mikrometer Durchmesser. In einem weiteren Ausführungsbeispiel lässt sich die Dusenoffnung auf einen Durchmesser von 1 Mikrometer verkleinern durch nachträglicher Deposition von Siliziumoxid auf der Düsenstruktur.
Einzelheiten und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. ie Figuren zeigen
IG 1 den prinzipiellen Aufbau der mikromechanisch hergestellten Düse zur Erzeugung reproduzierbar kleiner Tropfen
IG 2 die prinzipiellen Verfahrensschritte zur Herstellung der Dusenoffnung der mikromechanisch hergestellten Düse zur Erzeugung reproduzierbar kleiner Tropfen
FIG 3 die prinzipiellen Verfahrensschritte zur Herstellung der Ruckwand der mikromechanisch hergestellten Düse zur Erzeugung reproduzierbar kleiner Tropfen,
FIG 4 den prinzipiellen Aufbau der Beschichtungen zur Kontrolle der
Flussigkeitsbenetzung der mikromechanisch hergestellten Düse zur Erzeugung reproduzierbar kleiner Tropfen
FIG 5 den prinzipiellen Aufbau eines Gerätes mit einem Array von mehreren mikromechanisch hergestellten Düsen mit gemeinsamen Flussigkeitsreservoir zur Erzeugung eines Nebels von reproduzierbarer kleiner Tropfen
FIG 6 den prinzipiellen Aufbau einer durch Siliziumoxid-Beschichtung verkleinerter Dusenoffnung
Anhand von FIG 1 wird zunächst der prinzipielle Aufbau gezeigt Der Flussigkeitsbehälter wird eingegrenzt durch eine Siliziumstruktur (1 ) und einer Pyrexstruktur (13) Die Siliziumstruktur ist ein Siliziumwafer (1) bestehend aus einer Siliziumoxidschicht (SιO2) (2) und (3) und einer Silizium-Nitrat Schicht (Sι3N4) (4) und (5) mit einer Düse aus Siliziumoxid (Sι02) (12) welche eine Dusenoffnung (22) eines Flussigkeitsbehalters (21 ) bildet Die Flüssigkeit wird durch eine in der Pyrexstruktur geatztem Kanal (19) in den Flussigkeitsbehälter gefuhrt Eine Scheibe (20) aus piezoelektrischem Material erzeugt einen Druck auf die in (21 ) befindlichen Flüssigkeit welche die Düse (22) in Form eines Tropfens verlasst Die freistehende Struktur der Wand der Dusenoffnung (12) wird die Benetzung der ausseren Oberflache der Düse verhindert und dadurch die Bildung eines geometrisch genau definierten Tropfens ermöglicht Anhand von FIG 2 werden die prinzipiellen Verfahrensschπtte zur Herstellung der
Dusenoffnung gezeigt
FIG 2A zeigt einen Siliziumwafer (1) mit einer bei ca 800 Grad Celsius thermisch gewachsenen Siliziumoxidschicht (Sι02) (2) und (3) von je ungefähr 0 1 μm Schichtdicke
FIG 2B zeigt die durch einen "Low Pressure Chemical Vapour Deposition" (LPCVD) beidseitig aufgebrachten Silizium-Nitrat Schicht (Sι3N4) (4) und (5) von je ungefähr 0 3 μm
Schichtdicke
FIG 2C zeigt die Öffnung (6) in der Silizium-Nitrat Schicht (5) welche durch "Reactive Ion
Etching" (RIE) mit Siliziumoxid als Atzstop erzeugt wird, und d e Öffnung (6) in der
Siliziumoxid Schicht (3) welche durch "Buffered Hydrofluoπcacid (BHF) mit Silizium als
Atzstop erzeugt wird Dabei wird der nicht zu öffnende Teil durch einen Photoresist auf der
Schicht (5) abgedeckt
FIG 2D zeigt die Vertiefung (7) welche in Silizium durch anisotropes Atzen mit "Kalium
Hydroxid ' (KOH) erzeugt wird Die Tiefe von (7) wird durch die Atzzeit bestimmt
FIG 2E zeigt die Öffnung (8) in der Silizium-Nitrat Schicht (4) .velche durch "Reactive Ion
Etching" (RIE) mit Siliziumoxid als Atzstop erzeugt wird, und c e Öffnung (8) in der
Siliziumoxid Schicht (2) welche durch "Buffered Hydrofluoncac d (BHF) mit Silizium als
Atzstop erzeugt wird Dabei wird der nicht zu öffnende Teil der Silizium-Nitrat Schicht durch einen Photoresist auf der Schicht (4) abgedeckt
FIG 2F zeigt die Öffnung (9) welche durch das "Advanced Deep Reactive Ion Etching"
(ADRIE) Verfahren erzeugt wird Dieses Verfahren erlaubt du-ch geeignete Wahl der Gase und deren Mischverhaltnisse ein Plasmaatzen mit sehr hoherr geometrischer Anisotropie von besser als 1 30 welches in Silizium Vertiefungen von der Grossenordnung von 100 μm mit nahezu senkrechten Wanden ermöglicht Dabei wird der r cht zu öffnende Teil des
Siliziums durch einen Photoresist der Schicht (4) abgedeckt
FIG 2G zeigt die in der Vertiefung bei ca 800 Grad Celsius thermιsch gewachsenen
Siliziumoxidschicht (Sι02) (10) von ungefähr 1 μm Schichtdicke welche auf dem Silizium wachst aber nicht auf dem Silizium-Nitrat
FIG 2H zeigt die Öffnung (11 ) welche durch das "Differential Reactive Ion Etching" (DRIE) ensteht wobei das Silizium starkert als das Siliziumoxid geatz- wird Dabei wird der nicht zu öffnende Teil des Siliziums durch einen Photoresist der Schier' (4) abgedeckt Anhand von FIG 3 werden die prinzipiellen Verfahrensschritte zur Herstellung der
Pyrexstruktur gezeigt
FIG 3A zeigt die auf einer Pyrexscheibe (13) durch das "Low Pressure Chemical Vapor
Deposition" (LPCVD) beidseitig aufgebrachte Polysiliziumschicht (14) und (15) von je 0 5 μm Schichtdicke
FIG 3B zeigt die in der Polysiliziumschicht (14) eingebrachte Öffnung (16) welche durch das "Reactive Ion Etching" (RIE) erzeugt wird, wobei das Pyrex als Atzstop wirkt Dabei wird der nicht zu öffnende Teil des Siliziums durch einen Photoresist der Schicht (14) abgedeckt
FIG 3C zeigt die in der Pyrexscheibe eingebrachte Vertiefung (17) welche durch das
"Hydro Fluoπc Acid" (HF) Nassatzverfahren erzeugt wird wobei der Atzstop durch die
Atzzeit bestimmt wird
FIG 3D zeigt die in der Polysiliziumschicht (15) eingebrachte Öffnung (18) welche durch das "Reactive Ion Etching" (RIE) erzeugt wird, wobei das Pyrex als Atzstop wirkt Dabei wird der nicht zu öffnende Teil des Siliziums durch einen Photoresist der Schicht (14) abgedeckt
FIG 3E zeigt die in der Pyrexscheibe eingebrachte Kanäle (19) welche durch das "Hydro
Fluoπc Acid" (HF) Nassatzverfahren erzeugt wird, wobei der Atzstop durch die Atzzeit bestimmt wird
FIG 3F zeigt die Pyrexstruktur nachdem die die Polysiliziumschichten (14) und (15) durch
Atzen mit ' Kalium Hydroxid" (KOH) entfernt wird
Anhand von FIG 4 wird ein Ausfuhrungsbeispiel gezeigt bei der die Oberflache der Siliziumstruktur beschichtet wird um die Eigenschaften der Flussigkeitsbenetzung der Düse zu beeinflussen Die Schicht (23) ist flussigkeitsanziehend (hydrophil im Fall von Wasser) und die Schicht (24) ist flussigkeitsabstossend (hydrophob im Fall von Wasser) Diese Beschichtung wird dazu fuhren, dass reproduzierbare Tropfen gebildet werden
Anhand von FIG 5 werden der prinzipielle Aufbau eines Arrays von Düsen mit gemeinsamen Flussigkeitsbehälter zur Erzeugung eines Nebels reproduzierbarer Tropfen gezeigt Die indviduellen Dusenoffnungen (22) werden durch d ε Siliziumoxidstruktur (12) gebildet welche gemass dem Verfahren von FIG 2 hergestellt werden Die Anzahl Grosse und Abstand der Düsen wird durch die Photolithographiestruktur bestimmt Durch die freistehende Struktur der Wand der Dusenoffnung (12) wird die Benetzung der ausseren Oberflache der Düse verhindert und die Tropfen der verschiedenen individuellen Düsenöffnungen verbinden sich nicht zu einem gemeinsamen grossen Tropfen. Dadurch kann ein Nebel aus einer Vielzahl kleiner, genau definierter Tropfen erzeugt werden.
Anhand von FIG.6 wird ein Ausführungsbeispiel gezeigt bei dem der Durchmesser der Düsenöffnung (22) auf die Grössenordnung von einem μm veringert wird durch Aufbringen einer Schicht (25) von Siliziumoxid (Si02) mit dem "Chemical Vapor Deposition" (CVD) Verfahren.
Aus dem oben erwähnten wird ersichtlich, dass die mikromechanisch hergestellte Düse zur Erzeugung reproduzierbar kleiner Tropfen in dieser Erfindung verschiedene Vorteile aufweist: es erlaubt die reproduzierbare Erzeugung von einem Tropfen bis zu einem Mikrometer Durchmesser. Die Kombination mehrerer Düsen gekoppelt an ein gemeinsames Flüssigkeitsreservoir erzeugt einen Nebel gleichförmiger Tröpfchen mit einem Durchmesser bis zu einem Mikrometer. Die Erfindung erlaubt auch die kontrollierte Erzeugung einer Flüssigkeitsoberfläche von einigen Mikrometer Durchmesser.

Claims

Patentansprüche
1. Eine mikromechanisch hergestellte Düse zur Erzeugung reproduzierbar kleiner Tropfen bestehend aus einer Siliziumstruktur mit Silizium-Nitrat (Si3N4) und Siliziumoxid (Si02) Schichten in welcher mit Nass-Ätzverfahren und Trocken-Ätzverfahren eine durchgehende Öffnung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Silizium Seitenwände dieser durchgehenden Öffnung mit einer durch thermischer Oxidation erzeugten zweiten Siliziumoxidschicht beschichtet werden und weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil dieser zweiten Siliziumoxidschicht durch ein nachträgliches differentielles Plasma-Ionen Trocken-Ätzverfahren zu einer freistehende Struktur geformt wird und dadurch eine geometrisch genau definierte Düsenöffnung bildet.
2. Eine mikromechanisch hergestellte Düse zur Erzeugung reproduzierbar kleiner Tropfen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Düse verkleinert wird in dem auf der durch thermischer Oxidation erzeugten zweiten Siliziumoxidschicht eine durch CVD Beschichtungsverfahren dritte Siliziumoxidschicht erzeugt wird.
3. Eine mikromechanisch hergestellte Düse zur Erzeugung reproduzierbar kleiner Tropfen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der durch CVD Beschichtungsverfahren erzeugten dritten Siliziumoxidschicht eine durch CVD Beschichtungsverfahren Polysiliziumoxidschicht erzeugt wird.
4. Eine mikromechanisch hergestellte Düse zur Erzeugung reproduzierbar kleiner Tropfen nach Ansprüchen 1 -3, dadurch gekennzeichnet, dass die Siliziumschichten mit einer Kombination von flüssigkeitsabstossenden und flüssigkeitsanziehenden Schichten beschichtet werden.
5. Eine mikromechanisch hergestellte Düse zur Erzeugung reproduzierbar kleiner Tropfen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf diese flüssigkeitsabstossenden und flüssigkeitsanziehenden Schichten aus synthetischen Polymere bestehen.
6. Eine mikromechanisch hergestellte Düse zur Erzeugung reproduzierbar kleiner Tropfen nach Anspruch 4-5, dadurch gekennzeichnet, dass auf diese flüssigkeitsabstossenden und flüssigkeitsanziehenden Schichten mit biologisch aktiven Substanzen beschichtet werden.
7. Eine mikromechanisch hergestellte Düse zur Erzeugung reproduzierbar kleiner Tropfen nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Düsen zu einem Array von Düsen mit einem gemeinsamen Flüssigkeitsreservoir zusammengefasst werden.
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CH1571/98 1998-07-24

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PCT/CH1999/000347 WO2000006388A1 (de) 1998-07-24 1999-07-26 Mikromechanisch hergestellte düse zur erzeugung reproduzierbarer kleiner tropfen

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US (1) US6523762B1 (de)
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1065059A3 (de) * 1999-07-02 2001-10-04 Canon Kabushiki Kaisha Procédé de production d'une tête à éjection de liquide, tête à éjection de liquide ainsi produite, cartouche, appareil d'éjection de liquide, procédé de production d'une plaque de silicium et plaque de silicium ainsi produite
EP1138499A3 (de) * 2000-03-21 2002-01-30 Nec Corporation Düsenplattenstruktur für einen Tintenstrahldruckkopf und Verfahren zur Herstellung einer Düsenplatte
JP2002096474A (ja) * 2000-07-21 2002-04-02 Dainippon Printing Co Ltd 微細パターン形成装置と微細ノズルの製造方法および微細パターンの形成方法
EP1236517A1 (de) * 2001-02-23 2002-09-04 Microflow Engineering SA Verfahren zur Herstellung eines Tröpfchen-Verneblers und ein solcher Vernebler
US6454924B2 (en) 2000-02-23 2002-09-24 Zyomyx, Inc. Microfluidic devices and methods
EP1273355A1 (de) * 2001-02-23 2003-01-08 Microflow Engineering SA Verfahren zur Herstellung eines Tröpfchen-Verneblers und ein solcher Vernebler
EP1468749A1 (de) 2003-04-15 2004-10-20 Microflow Engineering SA Flüssigkeitströpfchen- Spritzvorrichtung und Düsenkörper
EP1759853A1 (de) * 2005-09-05 2007-03-07 Canon Kabushiki Kaisha Tintenstrahlkopf und Tintenstrahlaufzeichnungsgerät
DE102011086056A1 (de) * 2011-11-10 2013-05-16 Hochschule Heilbronn Institut für angewandte Forschung Vorrichtung zum Aufbringen von Flüssigkeiten auf Warenbahnen

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004273438A (ja) * 2003-02-17 2004-09-30 Pioneer Electronic Corp エッチング用マスク
US7041226B2 (en) * 2003-11-04 2006-05-09 Lexmark International, Inc. Methods for improving flow through fluidic channels
US20080099586A1 (en) * 2004-06-07 2008-05-01 Hans Almer Middelbeek Device For Delivering A Biologically Active Composition
US7214324B2 (en) * 2005-04-15 2007-05-08 Delphi Technologies, Inc. Technique for manufacturing micro-electro mechanical structures
JP5448030B2 (ja) * 2008-11-19 2014-03-19 新日鐵住金株式会社 超音波探傷方法及び装置
JP5728795B2 (ja) 2009-04-01 2015-06-03 セイコーエプソン株式会社 ノズルプレートの製造方法、及び、液滴吐出ヘッドの製造方法
KR101975928B1 (ko) 2011-09-08 2019-05-09 삼성전자주식회사 프린팅 장치
JP2014208447A (ja) * 2013-03-28 2014-11-06 セイコーエプソン株式会社 液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置
DE102015108494B4 (de) * 2015-05-29 2024-01-18 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Herstellen eines Gehäusedeckels und Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements
JP6617776B2 (ja) * 2016-01-19 2019-12-11 株式会社リコー インクジェット記録装置、及びインクジェット記録方法
CA3082192A1 (en) 2017-11-08 2019-05-16 Pneuma Respiratory, Inc. Electronic breath actuated in-line droplet delivery device with small volume ampoule and methods of use
AU2020308104A1 (en) * 2019-06-27 2022-02-03 Pneuma Respiratory, Inc. Delivery of small droplets to the respiratory system via electronic breath actuated droplet delivery device
US11793945B2 (en) 2021-06-22 2023-10-24 Pneuma Respiratory, Inc. Droplet delivery device with push ejection

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58112755A (ja) * 1981-12-25 1983-07-05 Nec Corp インクズエツト記録ヘツド用ノズルおよびその製造方法
EP0489246A2 (de) * 1990-12-03 1992-06-10 Hewlett-Packard Company Herstellungsverfahren für dreidimensionale Düsenplatten
EP0506128A1 (de) * 1991-03-28 1992-09-30 Seiko Epson Corporation Düsenplatte für Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung und Verfahren seiner Herstellung
US5560837A (en) * 1994-11-08 1996-10-01 Hewlett-Packard Company Method of making ink-jet component
WO1996032270A1 (en) * 1995-04-12 1996-10-17 Eastman Kodak Company Integrated drive circuitry in drop on demand print heads

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6315398B1 (en) * 1992-10-21 2001-11-13 Xerox Corporation Thermal ink jet heater design
US5914507A (en) * 1994-05-11 1999-06-22 Regents Of The University Of Minnesota PZT microdevice
FR2727648B1 (fr) * 1994-12-01 1997-01-03 Commissariat Energie Atomique Procede de fabrication micromecanique de buses pour jets de liquide
KR100311880B1 (ko) * 1996-11-11 2001-12-20 미다라이 후지오 관통구멍의제작방법,관통구멍을갖는실리콘기판,이기판을이용한디바이스,잉크제트헤드의제조방법및잉크제트헤드

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58112755A (ja) * 1981-12-25 1983-07-05 Nec Corp インクズエツト記録ヘツド用ノズルおよびその製造方法
EP0489246A2 (de) * 1990-12-03 1992-06-10 Hewlett-Packard Company Herstellungsverfahren für dreidimensionale Düsenplatten
EP0506128A1 (de) * 1991-03-28 1992-09-30 Seiko Epson Corporation Düsenplatte für Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung und Verfahren seiner Herstellung
US5560837A (en) * 1994-11-08 1996-10-01 Hewlett-Packard Company Method of making ink-jet component
WO1996032270A1 (en) * 1995-04-12 1996-10-17 Eastman Kodak Company Integrated drive circuitry in drop on demand print heads

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FAROOQUI, M. M. ET AL: "MICROFABRICATION OF SUB MICRON NOZZLES IN SILICON NITRIDE", PROCEEDINGS OF THE WORKSHOP ON MICRO ELECTRO MECHNAICAL SYSTEMS,US,NEW YORK, IEEE, vol. WORKSHOP 5, pages 150-153, XP000344143 *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 007, no. 217 (M - 245) 27 September 1983 (1983-09-27) *

Cited By (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1065059A3 (de) * 1999-07-02 2001-10-04 Canon Kabushiki Kaisha Procédé de production d'une tête à éjection de liquide, tête à éjection de liquide ainsi produite, cartouche, appareil d'éjection de liquide, procédé de production d'une plaque de silicium et plaque de silicium ainsi produite
US7438856B2 (en) 2000-02-23 2008-10-21 Zyomyx, Inc. Microfluidic devices and methods
EP2202001A2 (de) 2000-02-23 2010-06-30 Zyomyx, Inc. Mikrofluidische Vorrichtungen und Verfahren
US6730516B2 (en) 2000-02-23 2004-05-04 Zyomyx, Inc. Microfluidic devices and methods
US6454924B2 (en) 2000-02-23 2002-09-24 Zyomyx, Inc. Microfluidic devices and methods
EP1138499A3 (de) * 2000-03-21 2002-01-30 Nec Corporation Düsenplattenstruktur für einen Tintenstrahldruckkopf und Verfahren zur Herstellung einer Düsenplatte
EP1253626A2 (de) * 2000-07-21 2002-10-30 Dai Nippon Printing Co., Ltd. Methode, feine muster zu zeichnen
EP1253626A4 (de) * 2000-07-21 2005-08-10 Dainippon Printing Co Ltd Methode, feine muster zu zeichnen
JP4690556B2 (ja) * 2000-07-21 2011-06-01 大日本印刷株式会社 微細パターン形成装置と微細ノズルの製造方法
JP2002096474A (ja) * 2000-07-21 2002-04-02 Dainippon Printing Co Ltd 微細パターン形成装置と微細ノズルの製造方法および微細パターンの形成方法
WO2002068128A3 (en) * 2001-02-23 2002-11-21 Microflow Eng Sa Method of manufacturing a liquid droplet spray device and such spray device
EP1273355A1 (de) * 2001-02-23 2003-01-08 Microflow Engineering SA Verfahren zur Herstellung eines Tröpfchen-Verneblers und ein solcher Vernebler
WO2002068128A2 (en) * 2001-02-23 2002-09-06 Microflow Engineering Sa Method of manufacturing a liquid droplet spray device and such spray device
EP1236517A1 (de) * 2001-02-23 2002-09-04 Microflow Engineering SA Verfahren zur Herstellung eines Tröpfchen-Verneblers und ein solcher Vernebler
US8020973B2 (en) 2001-02-23 2011-09-20 Ep Systems Sa Method of manufacturing a liquid droplet spray device and such spray device
EP1468749A1 (de) 2003-04-15 2004-10-20 Microflow Engineering SA Flüssigkeitströpfchen- Spritzvorrichtung und Düsenkörper
US7367661B2 (en) 2003-04-15 2008-05-06 Microflow Engineering Sa Low-cost liquid droplet spray device and nozzle body
EP1468748A1 (de) 2003-04-15 2004-10-20 Microflow Engineering SA Vorrichtung zur Erzeugung von Flüsigkeitströpfchen und Düsenkörper
US7681988B2 (en) 2005-09-05 2010-03-23 Canon Kabushiki Kaisha Ink jet recording head and ink jet recording apparatus with nozzle member having an ink-repellent layer
JP2007069381A (ja) * 2005-09-05 2007-03-22 Canon Inc インクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録装置
JP4632441B2 (ja) * 2005-09-05 2011-02-16 キヤノン株式会社 インクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録装置
EP1759853A1 (de) * 2005-09-05 2007-03-07 Canon Kabushiki Kaisha Tintenstrahlkopf und Tintenstrahlaufzeichnungsgerät
DE102011086056A1 (de) * 2011-11-10 2013-05-16 Hochschule Heilbronn Institut für angewandte Forschung Vorrichtung zum Aufbringen von Flüssigkeiten auf Warenbahnen

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Publication number Publication date
CH694453A5 (de) 2005-01-31
US6523762B1 (en) 2003-02-25

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