(57)【要約】【課題】流体ポンプおよび液滴付着装置を提供する。【解決手段】ドロップオンデマンドのインクジェット印刷に使用されるのに適切な流体ポンプ装置において、弾性的に変形可能なチャンバ壁が作用されて音波を形成し、これが今度はチャンバ出口に流体を流れさせる。弾性的に変形可能なチャンバ壁は、剛性の部分と可撓性のある部分との両方を具備していることが好ましい。代替の配列において、チャネル壁には、作動方向に動くことができる領域が設けられる。電磁気アクチュエータは、フラックス変動の原則下で動作する。本発明は、好ましくは、平面的な構造であり、ＭＥＭＳ技術を使用して製造される。
2005517558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つが作動方向に弾性的に変形可能であり、液体チャンバを規定している複数のチャンバ壁と、前記チャンバに接続された排出ノズルと、前記チャンバを通る液体の連続した流れを与える液体供給体と、前記チャンバの前記液体に音波を反射するように作用する音波境界と、前記チャンバおよび前記液体供給体から離れ、前記作動方向に前記弾性的に変形可能なチャンバ壁を作用させて、前記チャンバの前記液体に音波を形成し、前記ノズルを介して液滴を排出させるアクチュエータとを具備している液滴付着装置。
【請求項２】
前記音波境界は、前記チャンバの前記液体内の音波を負に反射するよう作用する請求項１記載の装置。
【請求項３】
流体チャンバを規定し、１つが作動方向に弾性的に変形可能である複数のチャンバ壁と、チャンバ出口と、前記チャンバから離れ、前記作動方向に前記弾性的に変形可能なチャネル壁を作用させて、前記チャンバに音波を形成して、前記チャンバ出口に流体を流れさせるアクチュエータとを具備している流体ポンプ装置。
【請求項４】
前記弾性的に変形可能なチャンバ壁は、前記アクチュエータを前記チャンバ内の流体から分離するシールを形成してい請求項１ないし３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記流体チャンバは、細長い液体チャネルを有し、前記弾性的に変形可能なチャンバ壁は細長いチャネル壁を有している前記全ての請求項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記弾性的に変形可能なチャンバ壁は、力を前記アクチュエータから前記チャネルの流体へ且つ少なくとも１つの第１の曲げ要素へ伝達することができる実質的に剛性の要素を有している前記全ての請求項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの曲げ要素は、前記弾性的に変形可能なチャネル壁の実質的に全幅を横切って延在している請求項５に従属する請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの曲げ要素は、前記弾性的に変形可能なチャネル壁の幅の一部を横切って延びている請求項５に従属する請求項６記載の装置。
【請求項９】
前記剛性要素は、前記チャネルの長さ方向に沿って延びている請求項５に従属する請求項６ないし８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記弾性的に変形可能なチャンバ壁は、前記剛性要素を前記作動方向に動くように強制するように配列された複数の曲げ要素を有している請求項５ないし９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記曲げ要素の少なくとも１つは、前記チャネルの流体に接触し、流体圧力に対して強硬である請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記曲げ要素は、前記剛性要素に対する平行四辺形リンケージに配列されている請求項５ないし１１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
前記アクチュエータは、前記剛性要素に作用するプッシュロッドを有している請求項５ないし１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
前記プッシュロッドは、前記剛性要素に担持されている請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
前記プッシュロッドは、電磁気アクチュエータ構造体のアーマチュアとして作用する請求項１３または１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記作動方向で前記剛性要素から間隔をおいて離れた位置で前記プッシュロッドに接続されたサポート手段をさらに具備し、前記サポート手段は前記プッシュロッドを前記作動方向に動くように強制する請求項１３ないし１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
前記サポート手段は、前記剛性要素から間隔をおいて離れた場所で前記プッシュロッドに接続された１つまたは複数の第２の曲げ要素を具備し、前記第１および第２の曲げ要素は、前記プッシュロッドに対して平行四辺形リンケージのように作用するように配列されている請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
前記アクチュエータは、電磁気的に操作する前記全ての請求項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１９】
前記アクチュエータは、フラックス分布の変動によって変位されるアーマチュアを具備している請求項１５ないし１８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２０】
１セットのチャネルに対応する複数の剛性チャネル壁と前記チャネルに整列配置された複数のノズルとを具備している第１の平面的な構成要素と、前記第１の平面的な構成要素に平行に配置された第２の平面的な構成要素であって、前記チャネルに整列配置された複数のアクチュエータを具備している第２の平面的な構成要素と、を具備している前記全ての請求項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２１】
前記セットのチャネルは、細長く、互いに平行に配列されている請求項２０記載の装置。
【請求項２２】
前記第１の平面的な構成要素は、各チャネル用に弾性的に変形可能なチャネル壁をさらに具備している請求項２０または２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記第２の平面的な構成要素は、各チャネル用に弾性的に変形可能なチャネル壁をさらに具備している請求項２０または２１に記載の装置。
【請求項２４】
前記第１の構成要素は、一体的である請求項２０ないし２３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２５】
前記第１の構成要素は、材料をエッチングして前記チャネル壁を規定している工程を備えるプロセスによって製造されている請求項２０ないし２４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２６】
前記チャネル壁は、マシニングによって形成されている請求項２０ないし２４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２７】
前記チャネル壁は、電気鋳造によって形成されている請求項２０ないし２４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２８】
前記第１の構成要素は、シリコンから形成されている請求項２０ないし２７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２９】
前記第２の構成要素は、繰り返し形成および層の選択的除去によって製造されたラミネートである請求項２０ないし２８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３０】
各層は、２つ以上の材料を備えてもよい請求項２９記載の装置。
【請求項３１】
少なくとも１つの別個の領域が前記弾性的に変形可能なチャネル壁にり規定され、前記または各領域は、壁の弾性的な変形によって前記作動方向に並進して動くことができ、前記または各前記領域は強硬である前記全ての請求項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３２】
２つ以上の前記領域が存在する請求項３１記載の装置。
【請求項３３】
１つまたは複数の前記領域を、別の領域とは独立して作動することができる請求項３２記載の装置。
【請求項３４】
前記アクチュエータは、２つ以上の領域に作用する請求項３２または３３に記載の装置。
【請求項３５】
それぞれ前記領域に関連した複数の類似アクチュエータを具備している請求項３２または３３に記載の装置。
【請求項３６】
流体ポンプ装置に使用される略平面的な構成要素であって、
弾性的に変形可能な部分を有している第１の平面的な層と、
前記第１の平面的な層に平行で、対応する弾性的に変形可能な部分を有している第２の平面的な層と、
作動方向を有している複数のアクチュエータであって、前記２つの層の間に位置し、前記２つの層の内部表面に接続され、前記作動の方向は前記２つの層に直交する複数のアクチュエータとを具備し、
前記アクチュエータは、前記第１の平面的な層の外部に接触する液体の圧力を変えるように、前記第１および第２の層の選択された弾性的に変形可能な部分を作動方向に変形するように操作可能である略平面的な構成要素。
【請求項３７】
前記第１の平面的な層は、不浸透性である請求項３６記載の略平面的な構成要素。
【請求項３８】
前記第２の平面的な層は、浸透性である請求項３６または３７に記載の略平面的な構成要素。
【請求項３９】
前記アクチュエータは、前記第１および第２の平面的な層の対応する弾性的に変形可能な部分の間に接続された剛性プッシュロッドを有している請求項３６ないし３８のいずれか１項に記載の略平面的な構成要素。
【請求項４０】
前記プッシュロッドは、作動の方向のみに動くように、前記第１および第２の平面的な層によって強制される請求項３９記載の略平面的な構成要素。
【請求項４１】
前記プッシュロッドは、電磁気アクチュエータ構造体のアーマチュアとして作用する請求項３９または４０に記載の略平面的な構成要素。
【請求項４２】
１つの層の前記弾性的に変形可能な部分は各々が伸長の方向を有し、前記伸長の方向は平行である請求項３６ないし４１のいずれか１項に記載の略平面的な構成要素。
【請求項４３】
流体ポンプ装置を作る方法であって、
請求項３６ないし４２のいずれか１項に記載の第１の平面的な構成要素を形成する工程と、
前記第１の平面的な構成要素の前記弾性的に変形可能な部分に対応する開口側部チャネルを規定している複数の剛性チャネルを具備している第２の平面的な構成要素を形成する工程と、
前記２つの平面的な構成要素を、それらが平行であるように、且つ、前記第２の平面的な構成要素の前記チャネルが前記第１の平面的な構成要素の前記弾性的に変形可能な部分に整列配置するように噛み合わせて、弾性的に変形可能なチャネル壁の一部を形成する工程と、
を備える方法。
【請求項４４】
前記第１の平面的な構成要素は、各チャネル用に１つの弾性的に変形可能な部分を有している請求項４３記載の方法。
【請求項４５】
前記第１の平面的な構成要素は、各チャネル用に２つ以上の弾性的に変形可能な部分を有している請求項４３記載の方法。
【請求項４６】
細長い流体チャネルを規定している複数の細長いチャネル壁を具備している流体ポンプ装置であって、前記チャネルは流体出口を有し、前記チャネル壁の１つは、前記チャネルの長さ方向に直交する作動方向に並進して動くことができる少なくとも１つの別個の領域と、前記チャネル壁の前記領域で前記作動方向に作用する少なくとも１つの直線アクチュエータと、を有して、前記チャネルに音波を形成し、それによって前記出口から流体を放出する流体ポンプ装置。
【請求項４７】
前記直線アクチュエータは、前記作動方向に直線に電磁気力下で自身で動くことができるアーマチュアを有している請求項４６記載の流体ポンプ装置。
【請求項４８】
前記アーマチュアは、前記直線に動くように強制される請求項４７記載の流体ポンプ装置。
【請求項４９】
前記アーマチュアは、平行四辺形リンケージとして機能する要素によって強制される請求項４９記載の装置。
【請求項５０】
前記領域は細長く、前記チャネルの前記音波の長さ方向の実質的な部分に沿って延びている請求項４６ないし４９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５１】
少なくとも２つの前記領域が設けられている請求項４６ないし５０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５２】
前記アクチュエータは、２つ以上の領域に作用する請求項５１記載の装置。
【請求項５３】
それぞれ前記領域に関連した複数の類似アクチュエータを具備している請求項５２記載の装置。
【請求項５４】
前記流体出口は、液滴付着ノズルを有している請求項４６ないし５３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５５】
各々がそれぞれのアクチュエータを有している複数の類似チャネルを具備し、前記アクチュエータは平行な作動方向を有している請求項４６ないし５４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５６】
インクジェットプリンタの形態である請求項４６ないし５４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５７】
液体を移動する音波を維持することができる液体チャンバと、前記音波に応答して液滴を排出するために位置決めされた液滴排出ノズルと、電気駆動信号の受信時に作用し前記チャンバに音波を形成し、それによって液滴排出を行う電磁気アクチュエータと、を具備している液滴付着装置。
【請求項５８】
前記アクチュエータは、前記チャンバから離れている請求項５７記載の液滴付着装置。
【請求項５９】
前記チャンバは、チャンバ壁によって規定され、前記チャンバ壁の１つは、前記アクチュエータの作用下で前記作動方向に弾性的に変形可能である請求項５７または５８に記載の液滴付着装置。
【請求項６０】
前記弾性的に変形可能なチャンバ壁は、前記アクチュエータを前記チャンバの液体から分離する液体シールを形成している請求項５９記載の液滴付着装置。
【請求項６１】
前記チャンバの液体に音波を反射するように作用する音波境界をさらに具備している請求項５７ないし６０のいずれか１項に記載の液滴付着装置。
【請求項６２】
前記チャンバを通る液体の連続した流れを与える液体供給体をさらに具備している請求項５７ないし６１のいずれか１項に記載の液滴付着装置。
【請求項６３】
前記アクチュエータは、実質的に一定した大きさの磁気フラックスの分布の変動によって変位されるアーマチュアを有している請求項５７ないし６２のいずれか１項に記載の液滴付着装置。
【請求項６４】
前記液体チャンバは、細長い液体チャネルを有している請求項５７ないし６３のいずれか１項に記載の液滴付着装置。
【請求項６５】
前記アクチュエータは、前記チャネルの長さ方向に直交する作動方向に操作する請求項６４記載の液滴付着装置。
【請求項６６】
前記アクチュエータは、実質的に前記チャネルの長さ方向に沿って延びている請求項６４または６５に記載の液滴付着装置。
【請求項６７】
前記チャネルのそれぞれの対向する端に音波境界を具備している請求項６４ないし６６のいずれか１項に記載の液滴付着装置。
【請求項６８】
前記排出ノズルは、その長さ方向の中間の点で前記チャネルに接続されている請求項６４ないし６７のいずれか１項に記載の液滴付着装置。
【請求項６９】
１セットのチャンバに対応する複数の剛性チャンバ壁と前記チャンバに整列配置された複数のノズルとを具備している第１の平面的な構成要素と、前記第１の平面的な構成要素に平行に配置された第２の平面的な構成要素であって、前記チャンバに整列配置された複数のアクチュエータを具備している第２の平面的な構成要素とを有している請求項６４ないし６８のいずれか１項に記載の液滴付着装置。
【請求項７０】
前記第１の平面的な構成要素は、各チャンバ用に弾性的に変形可能なチャンバ壁をさらに有している請求項６９記載の液滴付着装置。
【請求項７１】
前記第２の平面的な構成要素は、各チャネル用に弾性的に変形可能なチャンバ壁をさらに有している請求項６９記載の液滴付着装置。
【請求項７２】
前記第１の構成要素は、一体的である請求項６９ないし７１のいずれか１項に記載の液滴付着装置。
【請求項７３】
前記第１の構成要素は、材料をエッチングして前記チャンバ壁を規定している工程を備えるプロセスによって製造されている請求項６９ないし７２のいずれか１項に記載の液滴付着装置。
【請求項７４】
前記チャンバ壁は、マシニングによって形成されている請求項６９ないし７２のいずれか１項に記載の液滴付着装置。
【請求項７５】
前記チャンバ壁は、電気鋳造によって形成されている請求項６９ないし７２のいずれか１項に記載の液滴付着装置。
【請求項７６】
前記第１の構成要素は、シリコンから形成されている請求項６９ないし７５のいずれか１項に記載の液滴付着装置。
【請求項７７】
前記第２の構成要素は、繰り返し形成および層の選択的除去によって製造されたラミネートである請求項６９ないし７６のいずれか１項に記載の液滴付着装置。
【請求項７８】
各層は、２つ以上の材料を備えてもよい請求項７７記載の液滴付着装置。
【請求項７９】
弾性的に変形可能な仕切板によって部分的に境界づけられた細長い液体チャネルと、前記チャネル用の液体供給体と、前記チャネルに連通する排出ノズルと、前記仕切板によって液体から分離されているプッシュロッドと、を具備し、前記プッシュロッドは、前記チャネルの長さ方向に直交する作動方向に変位可能であり、前記仕切板を変形して前記チャネルの液体を変位し、それによって前記ノズルを通して液滴を排出させ、前記プッシュロッドは、前記作動方向に互いから間隔をおいた２つの場所で少なくとも１つの曲げ要素によってサポートされている液滴付着装置。
【請求項８０】
前記プッシュロッドは、前記チャネルの長さ方向に平行な軸を中心にした回転に対して前記少なくとも１つの曲げ要素によって強制される請求項７９記載の液滴付着装置。
【請求項８１】
前記プッシュロッドは、各前記場所で少なくとも１つの曲げ要素によってサポートされ、前記曲げ要素によって平行四辺形リンケージとして作用する請求項７９または８０に記載の液滴付着装置。
【請求項８２】
前記仕切板は、１つの前記曲げ要素として作用する請求項７９ないし８１のいずれか１項に記載の液滴付着装置。
【請求項８３】
前記プッシュロッドは、前記仕切板と一体的である請求項７９ないし８２のいずれか１項に記載の液滴付着装置。
【請求項８４】
前記ノズルは、前記作動方向で前記仕切板とは反対である請求項７９ないし８３のいずれか１項に記載の液滴付着装置。
【請求項８５】
前記仕切板は、前記チャネルの長さ方向に沿って延びている請求項７９ないし８４のいずれか１項に記載の液滴付着装置。
【請求項８６】
前記曲げ要素の少なくとも１つは、前記チャネルの液体に接触し、液体圧力に対して強硬である請求項７９ないし８５のいずれか１項に記載の液滴付着装置。
【請求項８７】
前記プッシュロッドは、前記仕切板から離れた端でアクチュエータに連通する請求項７９ないし８６のいずれか１項に記載の液滴付着装置。
【請求項８８】
前記アクチュエータは、電磁気アクチュエータを具備している請求項８７記載の液滴付着装置。
【請求項８９】
前記プッシュロッドは、電磁気アクチュエータのアーマチュアとして作用する請求項７９ないし８８のいずれか１項に記載の液滴付着装置。
【請求項９０】
前記アクチュエータは、フラックス分布の変動によって変位されたアーマチュアを具備している請求項８８または８９に記載の液滴付着装置。
【請求項９１】
前記チャネルの液体に音波を反射するように作用する音波境界を前記チャネルのそれぞれの対向する端でさらに具備し、前記プッシュロッドによる前記仕切板の変形は、前記チャネルの液体に音波を形成するように作用し、それによって、前記ノズルによって液滴を排出させる請求項７９ないし９０のいずれか１項に記載の液滴付着装置。
【請求項９２】
液滴付着装置を製造する方法であって、装置は、１セットの平行なチャネルに対応する複数の剛性チャネル壁を具備している第１の平面的な構成要素と、各チャネル用の弾性的に変形可能なチャネル壁であって、共通平面に位置する弾性的に変形可能なチャネル壁と、各チャネル用の線状アクチュエータを具備している第２の平面的な構成要素であって、前記アクチュエータは平行であるそれぞれの作動方向を有している第２の平面的な構成要素と、を具備し、前記弾性的に変形可能なチャネル壁は、製造された装置の前記第１および第２の平面的な構成要素の間にありそれらに平行な関係に位置しており、前記作動方向は前記共通平面に直交して配置され、前記アクチュエータは、関連した弾性的に変形可能なチャネル壁の変形によって前記それぞれのチャネルを作動するように作用する方法。
【請求項９３】
前記第１の平面的な構成要素を形成する工程は、平面的なウェーハを形成し、前記ウェーハの一方の平面的な面から材料をエッチングして前記チャネル壁を規定している工程を備える請求項９２記載の方法。
【請求項９４】
前記第１の平面的な構成要素を形成する工程は、前記ウェーハの他方の平面的な面から材料をエッチングして前記弾性的に変形可能なチャネル壁を規定している工程をさらに備える請求項９３記載の方法。
【請求項９５】
前記第１の平面的な構成要素を形成する工程は、前記一方の平面的な面から材料をエッチングした後に材料を蒸着する工程を備え、前記ウェーハの前記他方の平面的な面から材料をエッチングする前記工程は、弾性的に変形可能なチャネル壁として前記蒸着された材料の層を規定しているように作用する請求項９４記載の方法。
【請求項９６】
前記ウェーハの前記他方の平面的な面から材料をエッチングして前記弾性的に変形可能なチャネル壁を規定している前記工程は、各チャネルに前記関連した弾性的に変形可能なチャネル壁に接続されたプッシュロッドを残す請求項９４または９５に記載の方法。
【請求項９７】
各プッシュロッドは、実質的に前記関連したチャネルの長さ方向に沿って延びている請求項９６記載の方法。
【請求項９８】
前記第１の平面的な構成要素を形成する工程は、前記プッシュロッドのそれぞれの自由端に結合された相互作用層を形成するさらなる工程を有する請求項９６または９７記載の方法。
【請求項９９】
前記ウェーハは、シリコンから形成されている請求項９２ないし９８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１００】
エッチング工程は、深堀反応性イオンエッチングを含んでいる請求項９３ないし９９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０１】
前記ウェーハは、シリコンから形成され、前記蒸着された材料は、ＳｉＯ２またはＳｉＮを有する請求項９５記載の方法。
【請求項１０２】
前記第２の構成要素は、繰り返し形成および層の選択的除去による請求項９２ないし１０１のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体ポンプに関し、特に、ドロップオンデマンドのインクジェット印刷に適切な液滴付着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体ポンプ特に小型流体ポンプ装置は、薬剤の分注、および、特定の実施例では、エアロゾルを形成する装置を含む多数の商業的に重要な用途がある。
【０００３】
特定の関心がある流体ポンプ用途は印刷である。デジタル印刷および特にインクジェット印刷は、多数の世界的な印刷市場では急速に重要な技術になってきている。１分間に１００枚以上印刷することができるページワイドプリンタが、近く市販されるよう企図されている。
【０００４】
今日、インクジェットプリンタは、典型的に、２種類の作動方法の一方を使用する。第１の方法では、ヒーターを使用してインクを沸騰し、それによって、インクの対応する液滴を排出するのに十分なサイズのバブルを形成する。バブルジェットプリンタ用のインクは、典型的に水性であり、したがって、インクを気化して十分なバブルを形成するには、大量のエネルギが必要である。これは、駆動回路のコストを増加する傾向があり、また、プリントヘッドの寿命を減少する。
【０００５】
第２の作動方法は、電場の作動時に変形する圧電要素である。この変形は、チャンバの圧力増加によってか、または、チャネルに音波が形成されることによってかで、排出を発生させる。溶剤、水性、ホットメルトおよびオイル系のインクを受け入れることができるため、圧電プリントヘッド用のインクの選択は、著しく広い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、改良された流体ポンプ装置および改良された流体ポンプアクチュエータを提供するように追求することである。
【０００７】
本発明のさらなる目的は、改良された液滴付着装置および改良された液滴付着アクチュエータを提供するように追求することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの態様によると、液体チャンバを規定している複数のチャンバ壁であって、その１つが作動方向に弾性的に変形可能であるチャンバ壁と、チャンバ出口と、チャンバから離れたアクチュエータであって、上記作動方向に上記弾性的に変形可能なチャネル壁を作用させて、チャンバに音波を形成し、それによって、チャンバ出口に流体を流れさせるアクチュエータと、を具備している流体ポンプ装置が提供される。
【０００９】
本発明の第２の態様において、液体チャンバを規定しているチャンバ壁であって、その１つが作動方向に弾性的に変形可能であるチャンバ壁と、チャンバに接続された排出ノズルと、チャンバを通って液体の連続した流れを与える液体供給体と、チャンバの液体に音波を反射するように作用する音波境界と、チャンバおよび液体供給体から離れたアクチュエータであって、上記作動方向で上記弾性的に変形可能なチャンバ壁に作用して、チャンバの液体に音波を形成し、それによって、上記ノズルを通って液滴を排出させるアクチュエータと、を具備している液滴付着装置が提供される。
【００１０】
弾性的に変形可能であるチャンバ壁は、ノズルを含むものとは反対側の壁に位置することが好ましく、アクチュエータをチャネルの流体から分離する液体シールを形成する。変形可能な壁は、アクチュエータと壁状構成要素との間の共通シートであってもよい。
【００１１】
弾性的に変形可能なチャンバ壁は、好ましくは、アクチュエータから力をチャネルの流体におよび少なくとも１つの曲げ要素に伝達することができる実質的に剛性の要素を有している。曲げ要素は、剛性要素を作動方向に動くように強制し、液体圧力に対して強硬であることが好ましい。剛性要素への平行四辺形リンケージが特に適切であることがわかってきており、アクチュエータがプッシュロッドを具備している場合には、これが直接作用することができ、実際に剛性要素に担持されることができる。
【００１２】
特に適切な配列において、流体チャンバは、弾性的に変形可能なチャネル壁を有している細長い液体チャネルを具備し、曲げ要素は、全幅を横切ってかまたは壁の一部にわたって、延在することができる。このような配列において、剛性要素は典型的にチャネルの長さ方向に沿って延在し、作動はチャネルの長さに対して直交する方向であり、細長いチャネル壁を作動方向に弾性的に変形する。
【００１３】
アクチュエータ自体は、いずれの適切な装置であってもよいが、アクチュエータの好適な実施の形態において、プッシュロッドが電磁気アクチュエータ構造体のアーマチュアとして作用し、特に好適な実施の形態では、アーマチュアはフラックスの変動によって変位される。
【００１４】
この特に好適な実施の形態において、アーマチュアは、上記作動方向に沿って変位され、実質的に一定した大きさのフラックスは、作動方向に間隔をおいて離れたフラックス経路のアーマチュアに当接するエアギャップに配置されている。フラックス変動は、エアギャップにフラックスを分布するように作用し、アーマチュアに力を生成し、したがって運動を発生させる。
【００１５】
一次磁石（永久磁石であることが好ましい）が設けられて、フラックスを制定し、二次磁石（電磁石であることが好ましい）は、上記フラックスの分布を変動するように作用する。単独で操作する一次磁石も二次磁石も、２つの磁場が重なり合っているならば、アーマチュアの所望の力変位特徴を達成する必要はない。
【００１６】
電磁石のコイルが配置されているスロットを具備し、このスロットが上記エアギャップに開口しているスタータ構成要素を設けることができる。コイルが作動方向に同軸に配列されている実施の形態もあれば、作動方向に垂直な軸を備えた実施の形態もある。
【００１７】
好ましくは、フラックスの分布の上記変動は、第１のエアギャップでフラックス密度の増加を有し、第２のエアギャップでフラックス密度の減少を有し、第１および第２のエアギャップ位置は作動方向で間隔をおいている。
【００１８】
有利なことに、第１のエアギャップでのフラックス密度の増加および第２のエアギャップでのフラックス密度の減少は、建設的および破壊的な干渉によって達成され、それぞれ、切替可能な磁場と一定した磁場との間である。
【００１９】
アクチュエータが、マイクロエレクトロメカニカルシステム（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ−Ｓｙｓｔｅｍｓ；ＭＥＭＳ）技術によって形成されることが好適であり、その中で、エッチング、蒸着、および、集積回路製造技術から発する類似技術を使用して、（通常）シリコンウェーハが繰り返し形成および層の選択的除去を経験する。
【００２０】
本発明のさらなる態様において、チャネルの長さ方向に沿って液体中を移動する音波を維持することができる細長い液体チャネルと、上記音波に応答して液滴を排出するために位置決めされた液滴排出ノズルと、電気駆動信号の受信時に作用しチャネルに音波を形成し、それによって液滴排出を行う電磁気アクチュエータと、を具備している液滴付着装置が提供される。
【００２１】
細長いチャネルを具備している実施の形態において、音波境界は、チャネルのそれぞれの対抗する端に適切に位置し、チャネルの液体に音波を反射するように作用する。これらの反射は、負の反射であることが好ましい。
【００２２】
本発明の態様にしたがって構成された液滴付着装置において、排出ノズルは好ましくは、その長さ方向の中間点でチャネルに接続され、液体供給体はチャネルに沿った液体の連続した流れを与える。音波境界の１つは、ノズルを具備している壁であってもよい。この状況において、１つのみの液体供給体が液体チャンバに設けられ、典型的に、チャンバのノズルとは反対側の端に位置する。
【００２３】
本発明の一定の実施の形態は、有利なことに平面的な構成要素から構造されることができ、この構成要素は次いで互いに平行に組み立てることができることがわかった。このような平面的な構成要素を形成するのに適切なプロセスとして、エッチング、マシニングおよび電気鋳造が挙げられる。
【００２４】
本発明の別の態様において、流体ポンプ装置に使用される略平面的な構成要素が提供され、
弾性的に変形可能な部分を有している第１の平面的な層と、
上記第１の平面的な層に平行で、対応する弾性的に変形可能な部分を有している第２の平面的な層と、
作動方向を有している複数のアクチュエータであって、上記２つの層の間に位置し、上記２つの層の内部表面に接続され、作動の方向は上記２つの層に直交する複数のアクチュエータと、
を具備し、
上記アクチュエータは、上記第１の平面的な層の外部に接触する液体の圧力を変えるように、上記第１および第２の層の選択された弾性的に変形可能な部分を作動方向に変形するように作動可能である。
【００２５】
第１の層は、連続しており不浸透性であることが好ましく、一方、第２の層は、材料の多数の個別の部分を具備してもよく、浸透性であってもよい。
【００２６】
好適な配列において、アクチュエータは、剛性プッシュロッドを具備し、これは、今度は、２つの層の対応する変形可能な部分の間に接続されている。この配列の一実施の形態において、プッシュロッドは、作動方向のみに動くように、２つの層によって強制される。
【００２７】
本発明の関連態様にしたがって、流体ポンプ装置を作る方法が提供され、上述のような第１の平面的な構成要素を形成する工程と、上記第１の平面的な構成要素の弾性的に変形可能な部分に対応する開口側部チャネルを規定している複数の剛性チャネルを具備している第２の平面的な構成要素を形成する工程と、２つの平面的な構成要素を、それらが平行であるように、且つ、第２の平面的な構成要素のチャネルが第１の平面的な構成要素の弾性的に変形可能な部分に整列配置するように噛み合わせ、したがってそれが弾性的に変形可能なチャネル壁の一部を形成する工程と、を備える。
【００２８】
本発明の別の態様において、細長い流体チャネルを規定している細長いチャネル壁を具備している流体ポンプ装置が提供され、チャネルは流体出口を有し、上記チャネル壁の１つは、チャネルの長さ方向に直交する作動方向に並進して動くことができる少なくとも１つの別個の領域と、チャネル壁の上記領域で上記作動方向に作用する少なくとも１つの直線アクチュエータと、を有して、チャネルに音波を形成し、それによって上記出口から流体を放出する。
【００２９】
好ましくは、直線アクチュエータは、作動方向に直線に電磁気力下で自身で動くことができるアーマチュアを有している。
【００３０】
本発明のさらなる態様において、液滴付着装置が提供され、弾性的に変形可能な仕切板によって部分的に境界づけられた細長い液体チャネルと、チャネル用の液体供給体と、チャネルに連通する排出ノズルと、仕切板によって液体から分離されるプッシュロッドと、を具備し、プッシュロッドは、チャネルの長さ方向に直交する作動方向に変位可能であり、前記仕切板を変形してチャネルの液体を変位し、それによって上記ノズルを通して液滴を排出させ、プッシュロッドは、作動方向に互いから間隔をおいた２つの位置で少なくとも１つの曲げ要素によってサポートされている。
【００３１】
本発明のさらなる態様において、液滴付着装置を製造する方法が提供され、装置は、１セットの平行なチャネルに対応する複数の剛性チャネル壁を具備している第１の平面的な構成要素と、各チャネル用の弾性的に変形可能なチャネル壁であって、共通平面に位置する弾性的に変形可能なチャネル壁と、各チャネル用の線状アクチュエータを具備している第２の平面的な構成要素であって、上記アクチュエータは平行であるそれぞれの作動方向を有している第２の平面的な構成要素と、を具備し、弾性的に変形可能なチャネル壁は、製造された装置の第１および第２の平面的な構成要素の間にありそれらに平行な関係に位置しており、上記作動方向は上記共通平面に直交して配置され、アクチュエータは、関連した弾性的に変形可能なチャネル壁の変形によってそれぞれのチャネルを作動するように作用する。
【００３２】
本発明は、下記の図面に関連して、例のためのみに、説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明の一定の態様の利益の１つは、プリントヘッド自体が多数の個別に製造された構成要素から形成することができることである。第１の構成要素はアクチュエータ要素を具備し、一方、第２の構成要素はチャネル構造物を有している。他の特徴部は別個の構成要素として製造されてもよく、上記構成要素の一部として形成されてもよい。
【００３４】
図１は、本発明の一実施の形態におけるチャネル状構成要素を示す。シリコン、セラミックまたは金属材料１のシートは、必要に応じて、エッチングされるか、マシニングされるかまたは電気鋳造されるかして、複数のチャネルを形成し、壁２によって分離されて、構成要素の長さ方向に延びている。構成要素は、チャネルに沿った通路の一部を延びている弾性的に変形可能な壁４を有している。壁は、排出チャンバの基部を形成し、アクチュエータ（図示せず）によって変形され、チャネルから離れており、その反対側に作用する。弾性的に変形可能な壁のいずれかの端に、貫通ポート６が設けられて排出流体を完成したアクチュエータに供給するように作用する。
【００３５】
ニロ４２（Ｎｉｌｏ４２）等のニッケル／鉄合金製のカバー構成要素８が、チャネル状構成要素の頂部表面に取り付けられ、ノズルプレート１０に位置するノズルオリフィス１２に整列配置するための貫通ポートを有している。
【００３６】
排出チャンバの幅Ｗｃ、高さＨｃおよび長さＬｃは、条件Ｗｃ、Ｈｃ＜＜Ｌｃを満たす寸法を有している。音波長さＬｃは、動作周波数およびチャンバ内の音の速度から決定され、典型的に２ｍｍのオーダである。ノズルは、チャンバの途中に位置決めされ、チャンバの各端は、貫通ポート６によって形成されたマニホールド内に開く。
【００３７】
操作において、マニホールドはインクをチャンバへ供給することができるか、または、インクが連続してチャンバを通って循環することができ、マニホールドの１つが過剰の印刷されなかった流体を溜へ戻すような供給配列でありうるか、のいずれかである。
【００３８】
チャンバの開いた端は、チャネル内の音波を負に反射する音波境界を提供する。これらの反射された波は、ノズルに収束し、液滴を排出させる。したがって、マニホールドは、適切な境界を達成するためにチャネルのサイズに対して大きな断面積を有さなければならない。
【００３９】
弾性的に変形可能な壁４は、直接または間接的に取り付けられたアクチュエータ要素を有している。アクチュエータ要素は、弾性的に変形可能な壁のノズルに面する側とは反対側に位置決めされ、したがって排出チャンバから離れて位置する。アクチュエータは、直線を動いて、変形可能な壁を、チャンバの長さ方向に対して直交して撓ませ、音波を生成する。運動の開始方向は、ノズルに向かってもよくまたはノズルから離れてもよい。
【００４０】
変形可能な壁を即座に連続して作動させることによって、多数の液滴を単一の排出列で排出することが可能になる。これらの液滴は、機内かまたは紙上かのいずれかで組み合わせて、排出された液滴の数に依存して異なるサイズの印刷されたドットを形成することができる。
【００４１】
図２では、より複雑なシリコンフロアプレート２０が使用され、アクチュエータ要素２２の力を、図１の簡略な平らな仕切板４ではなく、排出チャンバ２４へ伝達する。プレート２０は、接着剤または他の標準シリコンウェーハ結合方法によって一緒に結合された２つのエッチングされたシリコンウェーハから形成され、２つの機能を実行する。第１の場合には、アクチュエータをサポートする必要があり、復元力を提供して、アクチュエータをその安定した状態の静止位置へ戻らせ、且つ、プレートにかかった曲げ力およびモーメントがアクチュエータに伝達されるのを防止する。
【００４２】
第２の場合には、フロアプレートは、インク圧力の変化のための容積測定コンプライアンスが低いように、十分に硬くなければならず、そうでなければインクの音速は悪影響を受ける。
【００４３】
フロアプレートは、剛性要素２１に対する曲げ要素２６を具備している平行四辺形リンケージを効果的に形成するのを見ることができ、アクチュエータは、剛性要素に直接作用する。
【００４４】
このようなフロアプレートの有用性および利益は、図２１に関連して下記により詳細に説明される。
【００４５】
図２の例において、フロアプレートは、別個のプレートであるとみなされるが、図３に関連して詳細に説明されるように、チャネル状構成要素の一部として形成することも同様に可能である。
【００４６】
チャネルは、図３に見られるように、構成要素の下部にあり、見えない。
【００４７】
プッシュロッド３０は、排出チャンバのフロア３４と一体的に形成されている。基部プレート３８は、直立壁３２上を延在しプッシュロッドとプッシュロッドチャンバ３６とを分離するように、構成要素に取り付けられる。基部プレートは可撓性があり、したがって、排出チャンバから離れたプッシュロッドの端用に可撓性のあるリンケージを提供する。
【００４８】
図３のチャネル状構成要素の製造は、好ましくは、ウェットエッチングと深堀反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）との混合によって達成される。シリコンプレートが設けられ、図４に示されるように、ＤＲＩＥを使用して１つの表面からエッチングされて、排出チャンバ２４と、排出チャンバを分割する壁３３とを形成している。
【００４９】
所定の深さでエッチングが停止され、二酸化ケイ素および／または窒化ケイ素のエッチングストップ層３４が、図５に示されるように、排出チャンバの表面上に蒸着されている。反対側から、ＤＲＩＥによって、プッシャーロッド３０および分割壁３１は、先に形成されたＳｉＯ２および／またはＳｉＮ層３４に、エッチャント除去シリコンを備えて形成されている。この層は除去されないため、薄い可撓性のある膜は、図６に示されるように、排出チャンバをプッシャーロッドチャンバ３６から分離したままである。
【００５０】
図７において、第２のシリコンプレート３３は、プッシャーロッドチャンバ３６を有している第１のプレートの側部に結合されている。この第２のプレートは、２層コーティングを有し、すなわち、ＳｉＮ３７のコーティングがかぶさったＳｉＯ２３５であり、ＳｉＮは、ＳｉＯ２よりも、第２のプレートのより大きな区域上に延びていることが好ましい。第２のシリコンプレート３３は、ウェットエッチングによって実質的に除去される犠牲層であり、図８に示されるように、ＳｉＮおよびＳｉＯ２の可撓性のある膜を残す。
【００５１】
図９に示されるように、次いで、ＭＥＭＳ製造技術を使用して、アクチュエータ（アーマチュア３９を通って概略的に描かれる）をＳｉＮおよびＳｉＯ２膜上に形成することができる。（このプロセスは、図３２ないし４０に関連して下記により詳細に説明される。）最終工程は、インク供給ポート６に残っているＳｉＮおよびＳｉＯ２を除去して、カバーおよびノズルプレートを加えることである。
【００５２】
図１０は、インク供給ポート６内の膜３４および３５、３７を除去する前の図３の線Ｂ−Ｂに沿った図である。これらは、好ましくはウェットエッチングによって除去され、供給ポートを開き、インクが排出チャンバに沿って流れるのを可能にする。カバープレートは、図１１のように加えられる。
【００５３】
図１２は、図３の線Ａ−Ａに沿った断面図を示す。インクチャネル２４は、弾性的に変形可能なチャネル壁３４と、弾性的に変形可能なチャネル壁とは反対側の壁を形成しているノズルプレート３１と、２つの剛性の非変形可能壁３３と、によって一方の側に境界づけられる。
【００５４】
プッシャーロッド３０は、弾性的に変形可能なチャネル壁と弾性的に変形可能な基部プレート３５、３７との間に位置するチャンバに位置決めされている。アクチュエータは、アーマチュア３９が、弾性的に変形可能な基部プレートのプッシャーロッドとは反対側の側部に作用するように、位置決めされている。
【００５５】
アクチュエータがプッシャーロッドに作用するため、弾性的に変形可能なフロアプレートと弾性的に変形可能な基部プレートとの両方が変形する。一定の状況において、２つの弾性的に変形可能なプレートの硬さは、異なるように選択されている。しかし、２つの弾性的に変形可能なプレートが同一の硬さであることも同様に十分である。
【００５６】
排出チャンバ２４を境界づける壁３３とプッシャーロッドチャンバ３６を境界づける壁３５とは等しい厚さであることも示されている。しかし、変形可能な壁の特定の弾性にしたがって、壁３３、３５の厚さを、一方が他方よりも厚いように変えることが望ましい場合もある。
【００５７】
アクチュエータは、弾性的に変形可能な基部プレートを含んでもよく、好ましくは、プレート構造物として取り付けられる。建造の好適な方法は、図３２ないし４０に関連して下記に説明される。
【００５８】
先に述べたように、アクチュエータは、チャネル状構成要素とは別個に形成され、したがって、多数の異なる種類のアクチュエータが、上述のチャネル状構成要素と使用するのに適切である。本発明は、一定の実施の形態において、特に電磁気アクチュエータに関し、および、ＭＥＭＳ技術によって製造されることが好ましい新しい種類の電磁気アクチュエータに関する。
【００５９】
好適な磁気アクチュエータが図１３に関連して説明される。このアクチュエータは、エアギャップ磁気バイアスフラックスフィールド分布を変動することによって撓むスロット状スタータアクチュエータとして規定していることができる。アクチュエータアーマチュア９８は、矢印Ｆの方向に動き、仕切板１００に対して押して、圧力の乱れを、したがって音波を、インクチャンバ１０２内のインクに誘発する。
【００６０】
アクチュエータ構成要素は、スロット状スタータプレート９４とフラックスアクチュエータプレート９０との間にある永久磁石９２から構成されている。スロット状スタータプレートのスロットは、マルチターン励起コイル９６を含む。このコイルは、ＤＣ電流で励起されるときには、成形アーマチュア９８に一定した軸方向力Ｆを生成する。有利なことに、力Ｆの大きさは、電流ｉの大きさに正比例する。
【００６１】
図１４ないし１７は、アクチュエータの作動原則を示す。図１４は、永久磁石からの磁力線の経路を示す。図１５に示されるように、コイルを通って電流が流れていないときには、磁場の強さ１２０ａ、１２０ｂは、スロット状スタータ９４の両方の磁極面で類似している。これは、アーマチュア磁極面「ａｂ」をスタータ磁極面「ｃｄ」よりも短くすることによって達成される。
【００６２】
ＤＣ電流がコイルを通って流れるときには、フラックス線および磁場の強さは、図１６に示されるように歪む。下記の方程式を使用して、
Ｗ＝∫１／２Ｂ２／μｄＶ
ただし、Ｗはシステムの合計エネルギ、Ｂはエアギャップのフラックス密度、μ０はフリースペースの透磁率、Ｖはエアギャップの容量であり、Ｂは二乗であるため、システムの合計エネルギは、図１５よりも図１６の方が大きいことを見ることができる。
【００６３】
最小作用の原則によって、システムは、最低エネルギ状態へ戻るように試みる。アーマチュアは、したがって、図１７に示されるように、動作中の高さＹ１を最小限にするために、スタータ極に対して下へ動く。
【００６４】
電流を逆にすることによって、アーマチュアを反対方向に撓ませることが可能であり、したがって仕切板を押し、排出チャンバの容量を減少する。
【００６５】
アクチュエータの寸法は、図１８に示されるように、エアギャップｇおよび必要な移動ｔに対して寸法づけられる。
【００６６】
この配列において、アーマチュアの移動ｔは、スタータ磁極面ｘ５、ｘ６の高さを規定している。好ましくは、距離ｘ１はｘ５の半分であるが、これは、アクチュエータの方向の両方に等しい線状運動を提供するからである。ｘ１は、ｇ≦ｘ１≦（ｘ５−ｇ）の範囲あることが望ましいが、これは、電界エッジ効果が開始しコイルに応力をかけ、アクチュエータの効率をこの範囲外に減じるからである。はっきりと規定されたショルダ９１が、エアギャップ間隔あけｇおよびエアギャップ容量ｖを規定しているように作用する。フラックスアクチュエータとフラックスアクチュエータプレート９０との間のエアギャップも重要であり、ここではオーバーハング９３である。このエアギャップもｇのオーダである。
【００６７】
典型的な寸法は下記の通りである。
【００６８】
ｘ５＝ｘ６
ｘ５＝ｔ＋２ｋｇ
ｙ＞２ｇ
ｘ３≧ｔ／２＋ｋｇ
ただし、ｋは典型的に１ないし３の範囲にある。
【００６９】
アーマチュアの形状およびエアギャップの形状寸法は、アーマチュアがコイルの励起で最小エネルギ位置を有し、この最小エネルギ位置が静止位置から作動方向に変位されるようにされることが重要である。これは、本質的にショルダ９１を通る上述の配列で達成される。幅広く様々な他の配向も、当然可能である。
【００７０】
スロット状スタータまたはバイアスフィールド磁気アクチュエータがローレンツ形態の磁気アクチュエータよりも有利な点は、コイルに作用する力が弱いということである。コイル自体は複数層の複数コイルとして形成され、アクチュエータの限定されたサイズのため、コイルは損傷を受けやすくなる。したがって、それに作用する力を減少することが重要である。
【００７１】
第２の利点は、ローレンツ力型に比較してアーマチュア塊が最小限にされることである。アーマチュア塊を最小限にする結果として、液滴付着装置の操作周波数が最大限になる。
【００７２】
有利なことに、可変リラクタンスアクチュエータに比較すると、展開された力は、電流の極性には無関係に、電流に実質的に線状に依存する。可変リラクタンス型アクチュエータでは、力は、エアギャップの関数であり、したがって、製造公差に対して非常に敏感である。高公差のこの要件は、フラックス変動アクチュエータでは減少される。
【００７３】
アーマチュア力でより詳細に見ると、アーマチュア力Ｆｘは、アーマチュア位置の関数として座標で示すことができることがわかった。コイルに電流が流れていない状況のグラフが図１９に示される。
【００７４】
アーマチュア力Ｆｘがゼロに近いほぼ−ｋｇ＜ｘ＜＋ｋｇの範囲にデッドバンドがあることに注意されたい。しかし、永久磁石からの磁場が継続して存在するが、力は、電流がコイルに加えられるときに、アーマチュアに加えられるだけである。非ゼロコイル電流ｉが励起コイルに加えられるときには、エアギャップ「ａｂ」の磁場は、比較的弱いままであるスロットの場で歪む。この場の歪みは、アーマチュアに力を生成する。
【００７５】
永久磁石のためにエアギャップのフラックス密度がＢであり、コイル長さがＬであり、コイルがＮ回転を有している場合に、コイルとのフラックスリンケージは、アーマチュアが時間でΔｔに距離Δｘだけ上方に動くときに、２ＢΔ×ＬＮである。
【００７６】
エネルギ保存および原理的仮想仕事によって、アーマチュアに作用する力Ｆは、下記によって与えられる。
【００７７】
ＦΔｘ＝（２ＢΔ×ＬＮ／Δｔ）ｉΔｔ
そのため、
Ｆ＝２ＢＬＮｉ
である。
【００７８】
コイル電流の関数として座標に示されたアクチュエータの力は、図２０に与えられる。力の線状性質によって、この種類のアクチュエータは、単にコイルを通る電流を変えることによって容易に制御することができる。
【００７９】
図２１は、先に説明したプッシュロッドプレートを通って排出チャンバに取り付けられたバイアスフラックスアクチュエータを示す。先に述べたように、プッシュロッドプレートが、回転力および曲げ力を排出チャンバのフロアからアクチュエータへ伝達しないことが必要である。
【００８０】
バイアスフィールドアクチュエータにおいて、エアギャップ間隔あけは、アーマチュア要素の寸法を規定しているのに重要である。この実施の形態において、アーマチュアは１点のみで固定され、すなわち、チャネル状構成要素またはプッシュロッド構成要素に固定されることに注意されたい。反対側の端はステータ内を自由に動くため、いずれの回転力および曲げ力がアーマチュアへ伝達される。これによって、エアギャップに支持点を有し、したがってエアギャップ内にフラックス密度を有していることになる。プッシュロッド構成要素は、この異常を防止するように作用する。
【００８１】
アクチュエータプレート構成要素は、繰り返し形成および層の選択除去によって形成されている。適切な技術として、ＭＥＭＳ製造技術として知られるものが挙げられる。
【００８２】
図２２は、流体ポンプ装置の平面的な構造の実施の形態を例示する。第１の平面的な層３０２は、第２の平面的な層３０４に平行に配列されている。アクチュエータ層が、２つの層３０２、３０４を分離し、それらの間に構造的一体化を維持する。層３０２、３０４の間のアクチュエータ層に、アクチュエータアセンブリ３０６とプッシュロッド３０８とが位置し、プッシュロッド３０８は、この場合、アクチュエータアセンブリ３０６用のアーマチュアとして作用する。プッシュロッドは、層３０２および３０４に取り付けられ、それによって作動方向３１４に動くように強制される。図２２に関連して今まで述べられた層状構造は、基材３１０上にサポートされ、全体として参照符号３１１で示される平面的な構成要素を形成している。基材３１０は、中空３１２を含んで、プッシュロッド３０８が作動方向（矢印３１４で示される）を自由に動くことを可能にする。この動きが発生してもよいために、層３０２の部分３０３は、弾性的に変形可能である。層３０４の対応する部分３０５も弾性的に変形可能である。図２２には、全体として参照符号３１８で示される開口チャネルを規定している壁状構成要素３１６も示される。構成要素３１６は、チャネル出口３１９をさらに含み、ノズルプレート３２０を取り付けている。図２２から、壁状構成要素３１６が平面的な構成要素３１１に噛み合うことができ、流体ポンプ装置を形成していることを見ることができる。このようなポンプ装置は、流体がチャネル３１８から上記出口３１９を通って流れさせるように操作されることができる。チャネル３１８には、流体供給（図示せず）から流体が供給されてもよい。
【００８３】
好適な配列において、アーマチュア３０８は、平行四辺形リンケージとして機能する可撓性のある部分３０３、３０５によって直線運動をするように強制され、例えば、図１３の配列によって提供される電磁気力を受ける。
【００８４】
図２３は、流体ポンプ装置の一部を形成しているチャネル状構造の図である。第１の平面的な構成要素３５２は、第１の弾性的に変形可能な層３５４と、第２の弾性的に変形可能な層３５８と、アクチュエータ構造体３６０と、を有している。このアクチュエータ構造体３６０は、層３５４と３５８との間に結合され担持された多数のアーマチュア３６２を含む。アーマチュア３５２にかぶさる層３５４の領域３５６は、硬いままであり、作動時に、層３５４の平面に垂直な作動方向に図面の右手側に示されるように、並進して動く。
【００８５】
チャネル３７０を規定しているチャネル壁３６６を有している第２の構成要素３６４は、前記構成要素３５２に噛み合うように配列されている。このようにして、第１の層３５４は、チャネル３７０のチャネル壁の１つを形成している。このチャネル３７０は、アーマチュア３６２を経由してアクチュエータ構造体６０によって作用される多数の領域３５６を具備してもよいことを見ることができる。各アーマチュアは、層３５４の１つ以上の領域３５６に作用してもよく、個別にアドレス可能であってもよい。このようにして、変動する圧力分布がチャネル３７０に作られてもよい。一実施の形態において、アーマチュア３６２の一連の操作によってチャネル３７０に蠕動波を設定することが望ましいこともある。図２３において、アーマチュアは、単一の複数アドレス可能なアクチュエータアセンブリ３６０によって操作されるが、多数のまたは別々のアクチュエータを同様なやり方で使用することも可能である。
【００８６】
領域３５６は、チャネル３７０に対して幅広く様々なパターンで配列されてもよい。図２３において、部分の長さ方向を走る細長いアーマチュアによって操作可能な細長い領域（チャネルの長さ方向に平行に配列されている）の２つの列が示され、各列は２つの別個に操作可能な領域を有している。代替の配列において、チャネルの長さ方向に垂直な細長い方向を有している一連の細長い領域が設けられてもよく、その一連はチャネルの長さ方向に沿って延びている。領域のさらに可能なパターンは、特許請求の範囲内に含まれる。
【００８７】
好適な磁気アクチュエータとしてフラックス変動アクチュエータが説明されてきたが、本発明に関連して多数の異なる種類の磁気アクチュエータを使用することができることを理解しなければならない。
【００８８】
図２４は、可変リラクタンス力にしたがって操作する磁気アクチュエータを示す。チャネル状構成要素４２、およびノズル４４は、上記図１ないし３に関連して説明したように形成されている。
【００８９】
アーマチュア４６は、ニッケル／鉄またはニッケル／鉄／コバルト合金等の電気鋳造された軟磁性材料から形成されている。アーマチュアは、変形およびリコイルを補助するためにばねの要素を提供するように設計されている。
【００９０】
軟磁性材料製の電気鋳造されたスタータ構成要素４８には、スタータコア５２を取り囲む銅コイル５０が設けられる。操作において、ＤＣ電流がコイルを通って進み、アーマチュアを引きつける磁場を生成する。インクチャネルの容量は、したがって、音波を開始するために増加される。１／２Ｌｃ／ｃに等しい（ただし、Ｌｃは有効チャネル長さであり、ｃはインク内の音の速度である）適切なタイミングで、電流が除去され、アーマチュアがリコイルするのを可能にする。リコイルは、チャネル内で反射した音波を補強し、液滴をノズル４４から排出させる。
【００９１】
可変リラクタンス型アクチュエータの代替の形態は、図２５に示される。ばね要素５６が、エッチングされたシリコンかまたは何らかの他の非磁性材料の仕切板として形成されている。スタータ５８は中心区域を形成し、それを通ってアーマチュア６２の一部６４が、仕切板に接触するために延びている。コイル６０は、広い表面積を有しているアーマチュア６２の一部に隣接するスタータ内に設けられる。
【００９２】
作動時に、アーマチュアは、スタータに向けて引きつけられ、したがって仕切板をチャネル内に撓ませ、ノズルから液滴を排出させる。
【００９３】
図２６は、ローレンツ力を使用して撓むことができるアクチュエータを示す。チャネル状構成要素は、先に説明したように形成され、アクチュエータ構成要素は別個の構成要素として形成され、これに取り付けられる。エッチングされたシリコンアクチュエータプレート７４には、多数の穴が形成され、それを通って可動アーマチュア構造物が配置されている。静止コイル７８は、プレートと仕切板１００との間のエッチングされたシリコンプレートの下側（または代替の実施の形態では上側）に取り付けられる。
【００９４】
可動アーマチュア構造物は、永久磁石８４によって結合された２つの金属拡張部７６、７７から構成されている。中間拡張部は、コイルによって規定された環形を通って配置され、仕切板１００に結合されている。外側拡張部は、コイルのまわりを延在し、中間拡張部よりも短い。
【００９５】
コイルに電流を加えると、ローレンツ力方程式にしたがって永久磁場と相互作用し、中間拡張部を動かして仕切板を撓ませる効果を有している。この撓みは、結果として、液滴をノズルから排出することになる。
【００９６】
すべての先のバイアスフラックスアクチュエータは、単一コイル層のみを使用して示してきたが、図２７に示されるように、２層のコイルを使用することは可能である。磁石からのフラックスは、コイルが１つであろうと２つであろうと同一である。しかし、アーマチュアによって生成された力は、磁石の反対側に位置する第２のコイルから第２のバイアス場を第１のコイルに加えることによって、増加することができる。
【００９７】
さらなる好適なアクチュエータの実施の形態は、図２８ないし３１に示されている。
【００９８】
図２８は、さらなる代替のアクチュエータ構造体を例示する。アーマチュアは、中心磁性部分１５０４および２つの非磁性剛性部分１５０６を具備して提供される。アーマチュアは、第１の平面的な層１５０８によって一方の端で、および、第２の層１５１０によって他方の端で、作動方向（図２８に示されるようにほぼ垂直）に動くように強制される。アクチュエータ構造体は、サポート基材１５１２を含む。永久磁石１５１４は、図面に示されるように、極を備えて基材の下に位置する。磁石１５１４からチャネルフラックスへ、アーマチュアの磁性部分１５０４を通って、磁石１５１４の反対の極へ戻る磁性ヨークが設けられる。アーマチュアの領域において、アーマチュアへフラックスを提供するヨークは、作動方向に磁性的に分離された、２つの磁性部分１５１６および１５１８を有している。類似ヨーク配列が設けられて、アーマチュアから進むフラックスを永久磁石１５１４へ戻す。このようにして、永久磁石フラックスが制定され、これは、アーマチュアの領域で、作動方向に間隔をおいて離れている、２つの実質的に平行なフラックス経路に分割されているのを見ることができる。これらのフラックス経路は、アーマチュアに隣接するエアギャップ１５２０および１５２２を含む。チャネル構成要素１５２４も示される。
【００９９】
図２９は、図２８と実質的に同一のアクチュエータ構造体を示すが、これは、フラックスの線を例示する。この配列において、永久磁石からのフラックス（実線で示される）は、実質的に単一方向に、作動の方向（矢印１５５２によって示される）に垂直に、アーマチュアを通って進む。図２９は、励起コイル１５５０と、上記コイルから作られたフラックス（破線で示される）も示す。この二次フラックスがフラックス担持エアギャップ１５５４および１５５６で一次フラックスを補強し、エアギャップ１５５８および１５６０で一次フラックス密度を減少するように作用するのを見ることができる。アーマチュアを通って進むフラックスは実質的に一定のままであるが、作動の方向でアーマチュアに不平衡に作動する。図２９において、二次フラックスは、コイル巻き１５５０の両セットのまわりの連続した経路を形成して示されている。しかし、図３１に示されるように、二次フラックスは、単一セットの巻きのまわりに閉鎖回路を形成するようにみなされてもよい。これは、作動方向に力を提供するフラックス変動の原理を変えない。
【０１００】
図２８および図２９の実施の形態は、有利なことに、複数のフラックス担持エアギャップを備えた複数のアーマチュアを有しているアクチュエータ用のバイアスとして使用することができる。
【０１０１】
図３０および３１は、依然としてさらに代替のアクチュエータ構造体を例示する。図３０は、２つのアーマチュア１６０２および１６０４を備えたアクチュエータ構造体を示し、各アーマチュアは２つの磁性部分１６０６と、複数の非磁性のサポート部分と、を有している。単一の一次磁石１６０８が、作動方向に分離された２つのフラックス経路に一次フラックス（実線で示される）を提供し、２つのアーマチュアの磁性アーマチュア部分１６０６の各々用である。励起コイル１６１０が各アーマチュアに設けられ、作動方向に垂直なコイル軸を備えて配列されている。このようにして、各アーマチュア用の二次フラックス（破線で示される）は、対応するエアギャップの対でそれぞれ一次フラックスを補強し取り消すように作用し、作動方向における所与のアーマチュアの各磁性部分に作用する力を提供する。図面の両方のアーマチュアは、一次フラックスを提供する永久磁石を共有しているが、各アーマチュア用の励起コイルは、個別に作動されてもよく、各アーマチュアが別個に操作することができることを可能にする。図３０は別個のチャネルに作用する２つのアクチュエータを示すが、当然ながら、同時にまたは蠕動でまたは他の協働するやり方で作動する、チャネルの幅にまたは長さ方向に間隔をおいた、同一のチャネルに作動することもできる。
【０１０２】
図３１は、図３０の実施の形態の変形例を例示する。再度、２つのアーマチュア１６０２および１６０４を備えたアクチュエータ構造体が示され、各アーマチュアは２つの磁性部分１６０６と、複数の非磁性部分と、を有している。しかし、ここでは、アーマチュアの磁性部分は延在し、エアギャップ１６２０（そのようなエアギャップの２つのみが図面に示される）を担持するフラックスを囲繞する領域でヨークに側方向に重なり合う。これは結果として、作動方向に実質的に平行な方向を有しているエアギャップにおける一次フラックス（実線で示される）になる。励起コイル（簡略化のために二次コイルの一部分のみが示されている）によって発生される二次フラックス（破線で示される）も同一である。この実施の形態は、フラックス方向に垂直なエアギャップを担持するフラックスの区域が、作動方向に垂直な方向を通過するエアギャップフラックスを有している対応する実施の形態よりも大きいことが可能である。これは、より大きな作動力を生成することを可能にする。この実施の形態は、一連の平行な層から形成されているアクチュエータ構造体にさならる利点を有し、各層は、作動装置の作動の方向に直交している。この場合、エアギャップの厚さは、層の蒸着厚さによって制御される。この配向に形成されたエアギャップの厚さは、したがって、例えば、エアギャップ公差がマスク登録によって制御される、図２８に示されたような配向のエアギャップのものよりも、より正確に規定されている。
【０１０３】
アーマチュアの磁性部分が、エアギャップを担持するフラックスを囲繞する領域でヨークに側方向に重なり合う本発明の実施の形態は、上述の特定の実施例に限定されないことを理解しなければならない。このような特徴は、アクチュエータ構造体の他の実施の形態に同様に有用に加えることができる。
【０１０４】
次に、図３２ないし４０を参照して、ＭＥＭＳ製造プロセスの例を説明する。この例は、図２１に示された構造物の製造から取られている。
【０１０５】
図３２において、パターン化フォトレジスト１２０が、図２１の弾性的に変形可能なプッシャーロッドプレート１００に蒸着する。その後、電気鋳造されたニッケル合金１２２の層が蒸着される。ニッケル合金は、アーマチュアの第１の部分とスタータ用のサポートとを形成している。フォトレジストは、ひとたび除去されると、エアギャップを形成する。
【０１０６】
ひとたび図３２の第１の層が完了すると、フォトレジストおよびニッケル合金の次の層が、図３３に示されるように、同様に蒸着される。これらの工程は、所望の構造物が達成されるまで、多数回、繰り返されてもよい。
【０１０７】
図３４において、永久磁石１２４がフォトレジスト１２０および電気鋳造された合金１２２と一緒に蒸着される層が、形成される。図３５および３６で、合金およびフォトレジストのさらなる層が蒸着される。図３５および３６では、エアギャップを担持するフラックスのプロファイルが展開されるのを見ることができる。この特定の例において、図３６に示されるエアギャップの幅Ｗは、蒸着プロセスのマスク登録によって制御される。一定の深さで、電気コイル１２６を具備している層が、図３７に示されるように、蒸着される。複数層コイルが好ましいため、この層は、多数回、繰り返されてもよい。多数の接続およびビアが、層のいくつかまたはすべてに組み込まれてもよく、コイルの電気接続を可能にする。図３８および３９で、フォトレジストおよび金属合金のより多くの層が蒸着される。
【０１０８】
最後に、図４０で、フォトレジストは構造全体から除去され、アーマチュアを構造物の残りから分離する。
【０１０９】
説明された特定の実施の形態のいくつかは、ドロップオンデマンドのインクジェット装置を参照するが、本発明は、幅広い流体ポンプ用途に適用されてもよい。特に適切な用途として、いわゆる「ラボオンチップ（ｌａｂ−ｏｎ−ｃｈｉｐ）」用途およびドラッグデリバリーシステムとが挙げられる。本発明は、エアロゾルを形成する装置等の他の液滴付着装置にも適用可能である。
【０１１０】
マイクロエレクトロメカニカルシステム技術は、本発明による装置の製造に適切であるとして検討されている。ＭＥＭＳ技術は、深堀反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）、電気めっき、電気泳動および化学金属研磨（ＣＭＰ）を含む。一般的なＭＥＭＳ技術の例は、下記に例を挙げるテキストブックに検討されている。
【０１１１】
Ｐ．Ｒａｉ−Ｃｈｏｕｄｈｕｒｙ著、「マイクロリソグラフィ、マイクロマシニングおよびマイクロファブリケーションのハンドブック（Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ，ａｎｄ  Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）」１巻および２巻、ＳＰＩＥプレスおよびＩＥＥプレス、１９９７、ＩＳＢＮ０−８５２９−６９０６−６（第１巻）および０−８５２９−６９１１−２（第２巻）。
【０１１２】
Ｍｏｈａｍｅｄ  Ｇａｄ−ｅｌ−Ｈａｋ著、「ＭＥＭＳハンドブック（Ｔｈｅ  ＭＥＭＳ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ）」ＣＲＣプレス２００１、ＩＳＢＮ０−８４９３−００７７−０。
【０１１３】
磁性材料および非磁性材料の両方が本発明に使用される。建造に使用される適切な材料として、Ｓｉ系化合物、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂｏ合金を含むニッケルおよび鉄系金属、ポリイミド、シリコーンラバー、および、銅および銅合金が挙げられる。ＭＥＭＳ技術で使用されるのに適切な磁気材料の有用な検討（および参照により組み込まれる）は、
Ｊ．Ｗ．Ｊｕｄｙ、Ｎ．Ｍｙｕｎｇ著「ＭＥＭＳ用磁気材料（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ｆｏｒ  ＭＥＭＳ）」、ＭＥＭＳ材料に関するＭＲＳワークショップ（ＭＲＳ  ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  ＭＥＭＳ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ）、カリフォルニア州サンフランシスコ（２００２年４月５ないし６日）、２３ないし２６頁。
【０１１４】
実施の形態は、特定の数のチャネル、アクチュエータおよびアーマチュアを有して示されているが、単一の基板にチャネルおよびアクチュエータの大きなアレイを製造することができ、チャネルのアレイを一緒に突き合わせることができることを理解すべきである。
【０１１５】
実施の形態は、線状チャネルに関して説明されている。他のチャンバアーキテクチャを使用することも同様に可能であり、例えば、国際特許公開第９９／０１２８４号に関して説明されたように音波がノズルの半径方向に移動するアーキテクチャを含むが、排他的ではなく、また、上記特許の内容はここに組み込まれる。
【０１１６】
この明細書（この語は、特許請求の範囲を含む）に開示されたおよび／または図面に示された各特徴は、他の開示されたおよび／または例示された特徴とは無関係に、本発明に組み込まれてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明の一実施の形態によるチャネル状構成要素の下部からの斜視図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態によるプリントヘッドの断面図である。
【図３】本発明のさらなる実施の形態によるプリントヘッドの斜視下部図である。
【図４】図３に示されたプリントヘッドの製造における工程を示す断面図である。
【図５】図３に示されたプリントヘッドの製造における工程を示す断面図である。
【図６】図３に示されたプリントヘッドの製造における工程を示す断面図である。
【図７】図３に示されたプリントヘッドの製造における工程を示す断面図である。
【図８】図３に示されたプリントヘッドの製造における工程を示す断面図である。
【図９】図３に示されたプリントヘッドの製造における工程を示す断面図である。
【図１０】図３に示されたプリントヘッドの製造における工程を示す断面図である。
【図１１】図３に示されたプリントヘッドの製造における工程を示す断面図である。
【図１２】図３に示されたプリントヘッドの作動を示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態によるプリントヘッドのフラックス変動アクチュエータの図である。
【図１４】図１３のフラックス変動アクチュエータの磁力線を示す拡大図である。
【図１５】図１４に類似した、使用中のアクチュエータによって採用された配向の図である。
【図１６】図１４に類似した、使用中のアクチュエータによって採用された配向の図である。
【図１７】図１４に類似した、使用中のアクチュエータによって採用された配向の図である。
【図１８】バイアスフラックスアクチュエータの配列の基本寸法を示す図である。
【図１９】ｉ＝０のバイアスフラックスアクチュエータ用のＦｘ対ｘを示すグラフである。
【図２０】−ｋｇ＜ｘ＜＋ｋｇ範囲のＦｘ対ｉを示すグラフである。
【図２１】プッシュロッドスペーサープレートを経由して排出チャンバに連結されたフラックス変動アクチュエータの図である。
【図２２】本発明の一実施の形態による流体ポンプ装置の一般的に平面的な構造を例示する図である。
【図２３】本発明の一実施の形態による流体ポンプ装置に使用されるチャネル状構造を示す図である。
【図２４】本発明の実施の形態によるプリントヘッドの可変リラクタンス型磁気アクチュエータを示す図である。
【図２５】代替型の可変リラクタンス型磁気アクチュエータを示す類似した図である。
【図２６】本発明の実施の形態によるプリントヘッドのローレンツ力アクチュエータを示す図である。
【図２７】代替アクチュエータ構造体を示す図である。
【図２８】さらなる代替アクチュエータ構造体を例示する図である。
【図２９】さらなる代替アクチュエータ構造体を例示する図である。
【図３０】さらなる代替アクチュエータ構造体を例示する図である。
【図３１】さらなる代替アクチュエータ構造体を例示する図である。
【図３２】図２１に示されたアクチュエータを製造する工程を示す図である。
【図３３】図２１に示されたアクチュエータを製造する工程を示す図である。
【図３４】図２１に示されたアクチュエータを製造する工程を示す図である。
【図３５】図２１に示されたアクチュエータを製造する工程を示す図である。
【図３６】図２１に示されたアクチュエータを製造する工程を示す図である。
【図３７】図２１に示されたアクチュエータを製造する工程を示す図である。
【図３８】図２１に示されたアクチュエータを製造する工程を示す図である。
【図３９】図２１に示されたアクチュエータを製造する工程を示す図である。
【図４０】図２１に示されたアクチュエータを製造する工程を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【国際調査報告】
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