具有带凸缘的致动器的微机电设备.pdf

提供一种微机电设备，包括：一个液体腔和具有一个孔的侧壁。一个制动器臂通过该孔延伸进入该腔，用于在该液体腔中横向移动。一个从该制动器臂横向延伸的凸缘结构位于该孔内。该凸缘结构具有周围边缘，该周围边缘的形状为限制该侧壁和该周围边缘之间的任何间隙，以便所述液体的表面张力维持液封以防止从所述液体腔泄漏。当致动器臂移动时，该凸缘结构相对于该孔的边缘移动，并且在该间隙中形成弯月形部分，它在第二壁与腔壁的边缘部分之间形成密封。从而克服了以往的密封件所产生的问题，并提供了高度柔性的、可自身形成的密封。

1.  一种微机电设备，包括：
一个液体腔，用于盛放液体，该液体腔至少具有一侧壁，该侧壁用于限定一个孔；
一个固定在该液体腔外部的一个点上的致动器臂，该制动器臂通过该孔延伸进入该腔，用于在该液体腔中横向移动；
形成在该制动器臂上的凸缘结构，其横向延伸到该制动器臂并位于该孔内；
其中，该凸缘结构具有周围边缘，该周围边缘的形状为限制该侧壁和该周围边缘之间的任何间隙，以便所述液体的表面张力维持液封以防止从所述液体腔泄露。

2.  权利要求1的微机电设备，其中，该液体腔具有输出孔，用于允许液体从所述腔排出。

3.  权利要求1的微机电设备，其中该凸缘结构是第二壁，该第二壁基本上是平的。

4.  权利要求3的微机电设备，其中，该第二壁基本上全部覆盖该孔。

5.  权利要求4的微机电设备，其中，该第二壁形成于连至致动器臂的块上。

6.  权利要求5的微机电设备，其中，该块大体上是矩形配置。

7.  权利要求6的微机电设备，其中，该第二壁在垂直于致动器臂移动方向的方向上具有一宽度，该宽度基本上与所述侧壁的孔的长度相同。

8.  权利要求7的微机电设备，其中，该致动器臂包括一个上臂部分和一个下臂部分，该上臂部分具有一个开口，以及该块的一部分通过所述开口伸出，以方便于将该块连至该制动器。

9.  权利要求1的微机电设备，其中，当该致动器臂位于静止位置时，所述间隙距离小于1微米。

10.  权利要求8的微机电设备，其中，该致动器臂连接至安排于该液体腔内的一个浆叶，用于在致动器臂移动时以水滴形式从该液体腔喷出液体。

11.  权利要求1的微机电设备，其中，该致动器臂被通过一个支撑结构被固定在该液体腔的外部，以及，用于操作该设备的电路元件被埋嵌于在该支撑结构之内或之上的CMOS结构内。

12.  权利要求10的微机电设备，其中，通过同时淀积来形成侧壁和具有第二壁的块，以及其中，该块具有一个上表面，当致动器位于静止位置时，该上表面基本上与该侧壁平行。

13.  权利要求1的微机电设备，其中，在所述孔上形成一个唇边，该唇边向外伸出该液体腔外，以及，所述凸缘结构也有一个伸出该液体腔外的唇边。

具有带凸缘的致动器的微机电设备
本申请是申请号为00812130.3，申请日为2000年5月24日，发明名称为“具有可移动致动器与壁之间的密封的微机电设备”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及微机电(MEM)设备中的密封。本发明可应用于一种类型的喷嘴中，制造这种类型的喷嘴时将可应用于微机电系统(MEM)和金属氧化物半导体(“CMOS”)集成电路中的技术结合起来，以及今后在该应用的上下文中描述本发明。然而，应该理解，本发明能够更广泛地应用于其他类型的MEM设备内的密封。
共同未决的专利申请
在下面共同未决的专利申请中公开了与本发明相关的各种方法，系统与设备，这些共同未决的专利申请是本发明的申请人或者受让人与本发明
申请同时递交申请的：
PCT/AU00/00518，PCT/AU00/00519，PCT/AU00/00520，PCT/AU00/00521，
PCT/AU00/00522，PCT/AU00/00523，PCT/AU00/00524，PCT/AU00/00525，
PCT/AU00/00526，PCT/AU00/00527，PCT/AU00/00528，PCT/AU00/00529，
PCT/AU00/00530，PCT/AU00/00531，PCT/AU00/00532，PCT/AU00/00533，
PCT/AU00/00534，PCT/AU00/00535，PCT/AU00/00536，PCT/AU00/00537，
PCT/AU00/00538，PCT/AU00/00539，PCT/AU00/00540，PCT/AU00/00541，
PCT/AU00/00542，PCT/AU00/00543，PCT/AU00/00544，PCT/AU00/00545，
PCT/AU00/00547，PCT/AU00/00546，PCT/AU00/00554，PCT/AU00/00556，
PCT/AU00/00557，PCT/AU00/00558，PCT/AU00/00559，PCT/AU00/00560，
PCT/AU00/00561，PCT/AU00/00562，PCT/AU00/00563，PCT/AU00/00564，
PCT/AU00/00565，PCT/AU00/00566，PCT/AU00/00567，PCT/AU00/00568，
PCT/AU00/00569，PCT/AU00/00570，PCT/AU00/00571，PCT/AU00/00572，
PCT/AU00/00573，PCT/AU00/00574，PCT/AU00/00575，PCT/AU00/00576，
PCT/AU00/00577，PCT/AU00/00578，PCT/AU00/00579，PCT/AU00/00581，
PCT/AU00/00580，PCT/AU00/00582，PCT/AU00/00587，PCT/AU00/00588，
PCT/AU00/00589，PCT/AU00/00583，PCT/AU00/00593，PCT/AU00/00590，
PCT/AU00/00591，PCT/AU00/00592，PCT/AU00/00584，PCT/AU00/00585，
PCT/AU00/00586，PCT/AU00/00594，PCT/AU00/00595，PCT/AU00/00596，
PCT/AU00/00597，PCT/AU00/00598，PCT/AU00/00516，PCT/AU00/00517，
PCT/AU00/00511，PCT/AU00/00501，PCT/AU00/00502，PCT/AU00/00503，
PCT/AU00/00504，PCT/AU00/00505，PCT/AU00/00506，PCT/AU00/00507，
PCT/AU00/00508，PCT/AU00/00509，PCT/AU00/00510，PCT/AU00/00512，
PCT/AU00/00513，PCT/AU00/00514，PCT/AU00/00515。
这些共同未决的专利申请的公开内容在这里被用作交叉参考。
背景技术
本发明申请人最近开发了一种高速页宽喷墨打印机。它通常采用51,200数量级的墨喷嘴在A4尺寸的纸张上打印以便提供1,600dpi的照相质量图像。为达到此喷墨密度，制造这种类型的喷嘴时将MEMS-CMOS技术结合起来，以及上下文能够参考由本发明申请人申请的题为“热操纵器”的国际专利申请号PCT/AU00/00338。
在这些高速页宽喷墨打印机中，从电阻材料中部分地形成一个致动器并且将电流施加于该杆上以便相对于基底移动该杆，从而在一张纸张上产生一个图像。该杆连至一个浆叶以便当该杆移动时将该浆叶移动从而将一滴墨滴喷至纸上。为喷出墨滴，该浆叶伸展入一个具有喷嘴孔的喷嘴腔，浆叶的移动促使墨滴从喷嘴孔内喷出。因此致动器和浆叶必须相对于喷嘴腔移动以便喷出墨滴。此外，考虑到致动器和浆叶相对于喷嘴腔的移动的必要性，必须在致动器伸入喷嘴腔的地方进行密封，以便在打印机操作时墨不至于欺骗性地从腔内泄漏。
发明内容
本发明所要解决的问题，是移动致动器与其所在的腔之间的密封。由于相对移动，这种密封必须是柔性的。较大的柔性是所希望的，因为可减小致动器的移动所需的能量。但是，在这个区域中加入一个柔性的密封件，既加大了制作的复杂性，也增加了可能引起喷嘴故障的部件的数目。
本发明提供了一种微机电设备，包括：
一个液体腔，用于保存液体，该液体腔具有第一腔壁，该腔壁具有一个实际上直的周围边缘部分；
一个腔壁内的输出孔，用于允许液体从腔内喷出，
一个部分地由腔壁的所述边缘部分所形成的致动器孔；
一个穿过致动器孔伸入所述腔的致动器，它能够移动以便自腔内通过输出孔排放液体；
一个在致动器上形成的并且至少覆盖一部分所述致动器孔的第二壁，该第二壁实际上是平面的，并且当致动器移动以便自腔内排放液体时能够相对于腔壁的边缘部分而移动；及
当致动器在腔内移动以便自腔内排放液体时，该第二壁相对于边缘部分保持紧密靠近关系，以便由腔内液体在边缘部分与第二壁之间形成一个弯月形部分，从而在边缘部分与第二壁之间形成一个密封。
在本发明中，通过利用由墨的弯月形部分所产生的密封，而解决了上述问题。这种弯月形部分是高度柔性的，且是在喷嘴中充入墨时自己形成的。该密封本身并不需要任何制作步骤，需要的只是保持在形成有密封的区域中的容差。
本发明的优选特征包括
该第二壁实际上优选地全部覆盖致动器孔；
该第二壁优选地形成于连至致动器的块上；
该块优选地实际上是矩形配置；
优选地，该第二壁在垂直于致动器移动方向的方向内具有一个宽度，该宽度实际上与腔壁的直边缘部分长度相同。
优选地，该致动器包括一个上半杆部分和一个下半杆部分，该上半杆部分具有一个开口及该块的一部分包括一个凸缘，它伸出通过所述开口以方便于将该块连至该操作杆。
该第二壁优选地离开腔壁的边缘部分一个距离，当该致动器位于静止位置时，该距离小于1微米。
该致动器优选地连至安排于腔内的一个浆叶，用于在致动器移动时以水滴形式喷出液体。
优选地，该致动器被支撑于一个支撑结构的一端，以及用于操作该设备的电路元件是被埋嵌于支撑结构之内或之上的CMOS结构内的。
优选地，通过同时淀积来形成腔壁和具有第二壁的块，其中该块具有一个上表面，当致动器位于静止位置时，该上表面实际上与该腔平行。
优选地，在边缘部分上形成一个唇边，它向外伸出腔外，该第二壁也有一个伸出腔外的唇边。
附图说明
以下参照附图通过例子描述本发明实施例，附图中：
图1是一个打印机墨喷嘴地本发明实施例的平面图；
图2是图1中喷嘴实施例的沿着图1中线2-2的剖面图；
图3是类似于本发明实施例图2的更详细剖面图，其中致动器处于极端位置以及一滴墨被显示正被从喷嘴喷出；
图4是图1至3中所示优选实施例的一部分的透视图；
图5是根据本发明实施例的沿着图4中线5-5的剖面图；及
图6是根据本发明另一个实施例的沿着图4中线5-5的视图。
具体实施方式
如图1和其他相关附图中大约放大3000倍的图形所表示的，单个墨喷嘴设备1被显示为通过将MEMS和CMOS技术相结合而制造的芯片的一部分。该完整的喷嘴设备包括一个支撑结构，它具有一个硅基底20、一个金属氧化物半导体层21、一个钝化层22和一个非腐蚀介质镀层/腔形成层29。可以参照以上确认的国际专利申请号PCT/AU00/00338的关于喷嘴设备制造的公开内容。在由相同的本发明申请人提出申请的题为“微机电设备中的移动传感器”(MJ12)的共同未决申请中更全面地公开了该设备的操作。这两个申请的公开内容在说明书中被用作参考。
该喷嘴设备包括一个连至一个墨源(未示出)的墨腔24。如以下将描述的，层29形成一个腔壁23，它具有一个用于将墨滴自包含于腔24内的墨25中喷出的喷嘴孔13。如图1中所示，壁23一般是圆柱形配置，该小孔13实际上位于圆柱形壁23的中部。该壁23具有一个直边缘部分10，它形成壁23周围的一部分。
如图3中所示，该腔24也由一个周围侧壁23a、一个下侧壁23b、一个基壁(未示出)和一个基底20的边缘部分39所形成。一个致动器28形成于层22上，及支撑部分23c形成于致动器28的一端。
致动器28在制造设备时被淀积，以及能够相对于基底20和支撑部分23c通过铰链转动。致动器28包括外杆部分和内杆部分31和32。杆28的内杆部分32是一个与CMOS层21接触的电触点，用于向部分32提供电流以便通过热弯曲将杆28自图2中所示位置移动至图3中所示极端位置，以使墨滴D通过小孔13喷至纸上(未示出)。因此，层22包括用于向部分32和其他电路提供电流的电源电路，以便操作附图中所示喷嘴，如同以上共同未决的专利申请中所描述的那样。
一个块8安装于致动器28上并且包括一个凸缘部分50，该凸缘部分50伸展穿过部分31中的开口52以便于将该块8固定于致动器28上。致动器28携带一个安排于腔24内的浆叶27，它可如图1和3中所示地随着致动器移动，以便喷出墨滴D。
周围壁23a、腔壁23、块8和支撑部分23c全部都通过将用于形成层29的材料进行淀积和将保护材料腐蚀而形成，从而形成腔24、喷嘴孔23、分离块8和块8与支撑部分23c之间的空间。在基底20上淀积时也形成下半壁部分23b。
层22的端边22a与壁23的边10之间的空间形成一个致动器孔54，当致动器28处于如图1和2中所示静止状态中时，它实际上全部被壁9所关闭。当处于图1和2中所示静止位置中时，壁23的边缘部分10离开壁9一段距离，该距离小于1微米，以便形成壁9与边10之间的细槽。
当致动器28上下移动以便自腔24中喷射墨滴D时，平面壁9相对于壁23的边10上下移动，从而保持与壁23的边10的紧密相距关系。考虑到壁9与边10的邻近性，当壁9相对于边10上下移动时，在壁9与边10之间形成一个弯月形部分M。该弯月形部分M的形成在壁9与边10之间形成一个密封，从而能够减少自腔24内泄漏和浸润墨的可能性。在层22上形成的支撑凸缘56与在其上形成块8的致动器28的部分58之间也形成一个弯月形部分M2。当处于静止位置中时，该部分58靠在凸缘54上。该弯月形部分M2的形成也能减少致动器28和浆叶27移动时墨泄漏和浸润的可能性。在致动器孔54的各边(未示出)与用于形成小孔54的壁23a的各边(未示出)之间也形成一个弯月形部分(未示出)。
如图3中所示，边缘部分10可以携带一个唇边80，以及壁9也可携带一个唇边82，以便进一步减少墨自腔24中浸润至块8或壁23的上表面的可能性。唇边80可以完全伸展在壁23周围，以及类似的唇边也可被提供于小孔13上。
参照图5和6，该浆叶27通过一个自块8向外伸展的结构部分120连至致动器28的其余部分。该结构部分120能够包括一个增强结构以便增强结构部分120的强度，因而也增强浆叶27与致动器28其余部分的连接部分的强度。
图5显示增强结构的一个实施例，在此实施例中该部分120由包围于保护材料124周围的氮化钛层122和123所形成。在图6中所示第二实施例中，该层122是一个包围于保护材料126、127和128周围的波纹状层。图5和6中所示结构能够增强用于连接块8与浆叶27的结构部分120的强度。