(57)【要約】      （修正有）【課題】周波数応答を改善するために、高温での動作を可能とする印刷ヘッド装置を提供する。【解決手段】基板１２上に形成された絶縁層１４と、流体チャンバ４０内に配置された作動流体６０と、作動可能な膜３２を備えるデバイス層の少なくとも一部によって流体チャンバから分離されたインクチャンバ５６と、絶縁層と流体チャンバとの間に形成された発熱素子１６とを含むことができる熱空気式アクチュエータで、流体チャンバ内の作動流体の沸点温度は、約１００℃から約５００℃よりも大きい範囲である。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱空気式アクチュエータにおいて、
基板と、
基板上に形成された絶縁層と、
流体チャンバ内に配置された作動流体と、
作動可能な膜を備えるデバイス層の少なくとも一部によって流体チャンバから分離されたインクチャンバと、
絶縁層と流体チャンバとの間に形成された発熱素子とを備え、
流体チャンバ内の作動流体の沸点温度が、約１００℃から約５００℃より大きい範囲である、熱空気式アクチュエータ。
【請求項２】
さらに、インクチャンバ内に配置されたインクを備え、基板の熱伝導率が、作動流体の熱伝導率よりも大きい、請求項１に記載の熱空気式アクチュエータ。
【請求項３】
作動流体の熱伝導率が、約０．２Ｗ／ｍ・Ｋ未満である、請求項１に記載の熱空気式アクチュエータ。
【請求項４】
作動流体の沸点温度が、約１５０℃から約３５０℃よりも大きい範囲である、請求項１に記載の熱空気式アクチュエータ。
【請求項５】
作動流体の引火点が、約６０℃よりも大きい、請求項１に記載の熱空気式アクチュエータ。
【請求項６】
作動流体が、安息香酸ベンジル、１，３−ブタンジオール、１−デカノール、マロン酸ジエチル、エーテルジヘキシル、フタル酸ジメチル、１−ドデカノール、ｎ−ヘプタデカン、ｎ−ヘキサデカン、サリチル酸メチル、ｎ−ペンタデカン、フェニルエチルアルコール、２−ピロリジノン、ｎ−テトラデカン、テトラヒドロフルフリル・アルコール又はトリエチレン・グリコールから構成される群から選択される、請求項１に記載の熱空気式アクチュエータ。
【請求項７】
作動可能な膜が、ステンレス鋼を含む、請求項１に記載の熱空気式アクチュエータ。
【請求項８】
熱空気式アクチュエータを動作させる方法において、
基板と、
基板上に形成された絶縁層と、
流体チャンバ内に配置された作動流体と、
作動可能な膜を備えるデバイス層の少なくとも一部によって流体チャンバから分離されたインクチャンバと、
絶縁層と流体チャンバとの間に形成された発熱素子とを含む熱空気式アクチュエータを提供することと、
少なくとも蒸気泡が流体チャンバ内に形成するように作動流体の少なくとも一部を加熱するように発熱素子を活性化させることと、
作動可能な膜を作動させてインクチャンバからインクを吐出させることととを備え、
流体チャンバ内の作動流体の沸点温度が、約１００℃から約５００℃よりも大きい範囲である、方法。
【請求項９】
作動流体の熱伝導率が、約０．２Ｗ／ｍ・Ｋ未満である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
作動流体が、安息香酸ベンジル、１，３−ブタンジオール、１−デカノール、マロン酸ジエチル、エーテルジヘキシル、フタル酸ジメチル、１−ドデカノール、ｎ−ヘプタデカン、ｎ−ヘキサデカン、サリチル酸メチル、ｎ−ペンタデカン、フェニルエチルアルコール、２−ピロリジノン、ｎ−テトラデカン、テトラヒドロフルフリル・アルコール又はトリエチレン・グリコールから構成される群から選択される、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本教示は、インクジェット印刷装置の分野に関し、より具体的には、インクジェット印刷ヘッドアクチュエータ用の作動流体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドロップ・オン・デマンド式のインクジェット技術は、印刷業界において広く使用されている。ドロップ・オン・デマンド式のインクジェット技術を使用したプリンタは、サーマルインクジェット（ＴＩＪ）技術又は圧電（ＰＺＴ）技術のいずれかを使用することができる。サーマルインクジェット式印刷ヘッドとは対照的に、圧電技術を使用した印刷ヘッドは、製造するのにより高価であるが、幅広いインクを使用することができる。圧電式印刷ヘッドはまた、同一ノズル数についてサーマル式印刷ヘッドよりも相対的に大きく、印刷中にインクが吐出されるノズルのより広い空間を必要とし、より低いインク滴密度及び速度をもたらすことがある。低い滴速度は、滴速度変動及び方向性についての許容範囲を低減させ、順次画質及び印刷速度を低減させることがある。
【０００３】
圧電式インクジェット印刷ヘッドは、圧電素子のアレイ（すなわち、トランスデューサ）を含むことができる。アレイを形成するための１つのプロセスは、接着剤によって移動キャリアにブランケット圧電層を着脱可能に接合し、複数の個々の圧電素子を形成するようにブランケット圧電層をダイシングすることを含むことができる。複数のダイシングソー通路は、隣接する圧電素子の間の全ての圧電材料を除去して各圧電素子間の正確な間隔を設けるために使用されることができる。
【０００４】
圧電式インクジェット印刷ヘッドは、一般に、圧電素子のアレイが取り付けられた可撓性ダイアフラムをさらに含むことができる。一般には電源に対して電気的に結合された電極との電気的接続を介して電圧が圧電素子に印加されると、圧電素子は、曲がったり歪んだりしてダイアフラムを曲げ、ノズルを介してチャンバから所定量のインクを吐出する。曲げは、さらに、吐出されたインクを置き換えるように開口部を介して主インク容器からチャンバ内にインクを引き込む。
【０００５】
サーマル式インクジェット印刷ヘッドは、熱エネルギの発生器又はヒータ素子と、通常はインク流路によってノズルプレート内のノズルから分離された抵抗器とを含む。各ヒータ素子は、電気パルスの活性化が抵抗器を加熱するように個別に対処することができる。熱は、ヒータからインクへと伝達され、インク内に気泡を形成させる。例えば、水性インクは、気泡核形成のために２８０℃の臨界温度に到達する。有核気泡又は水蒸気は、ヒータ素子からインクを熱的に分離して抵抗器からインクへの熱のさらなる伝達を防止し、電気パルスが非活性化される。余分な熱がインクから離れて拡散するまで有核気泡が膨張する。蒸気泡の膨張時には、インクが強制的にノズルに向かってノズルプレートの外部に膨出し始めるが、メニスカスとしてインクの表面張力によって抑えられる。
【０００６】
電気パルスが非活性化されると、余分な熱は、インクから離れて拡散し、気泡が収縮して崩壊し始める。気泡とノズルとの間の流路内のインクは、収縮気泡に向かって移動を開始し、ノズルプレートから膨出したインクの分離を生じさせ、インク滴を形成する。気泡の膨張中におけるノズルからのインクの加速は、略直線方向にノズルから紙等の記録媒体に向けてインク滴を放出するように運動量と速度をもたらす。ノズルからインクが吐出されると、流路は、流路内のインクの再充填を可能とするのに十分な遅延後に再点火されることができる。サーマル式印刷ヘッド設計は、米国特許第６，３１５，３９８号明細書に記載されており、その全体が参照することによって本願明細書に組み込まれる。
【０００７】
他の種類の印刷ヘッドは、熱空気式アクチュエータ（ＴＰＡ’）の使用を含む。ＴＰＡ’は、熱空気式（ＴＰ）マイクロポンプと同様であるが、入口及び出口弁を含んでいない。ほとんどの印刷ヘッドは、流体の流れを管理するために、表面張力、メニスカス圧力及びインク流インピーダンスに依存している。対照的に、ＴＰＡ’を使用した印刷ヘッドは、各アクチュエータ内に封止された作動又は捕捉流体から活性又は圧送流体（例えば、印刷ヘッドから圧送されたインク等の活性流体）を分離するために膜を使用している。インク自体は、最適な熱特性よりは低い特性しか有し得ないことから、作動流体は、デバイスの動作中にその熱特性を向上させるように選択される。膜は、作動流体を隔離し、圧送流体との混合を防止する。ＴＰＡの下半分（膜の下方部分）は、抵抗ヒータ及び作動流体を含む一方で、ＴＰＡの上半分（膜とノズルプレートとの間の部分）は、圧送流体を含む。複数のヒータを含むアレイにおけるヒータは、それがその臨界温度に近い温度まで作動流体を加熱するうように通電されるように個別に取り扱われて活性化されることができる。その結果、核形成部位は、サーマル式インクジェットにおける気泡について上述したように急速に成長して蒸気泡を形成するが作動流体に形成されるように融合する作動流体に現れる。気泡は、成長して膜を偏向させ、活性流体は、その流体流路内で加圧される。したがって、膜は、作動可能な膜である。圧力パルスは、活性流体にノズルから紙等の記録媒体上に吐出されるような有用な方法で圧力を移動又は伝達させる。ハイブリッドインクジェット印刷ヘッドに使用される同様の構成は、米国特許第５，５３９，４３７号明細書に記載されており、その全体が参照することによって本願明細書に組み込まれる。
【０００８】
熱空気式アクチュエータは、流体ポンプ及び液滴吐出器として使用されるが、熱集積のためにそれらの作動周波数に限定はない。例えば、そのようなデバイスの動作は、熱入力が環境に対する熱損失に一致するまで、基準温度の上昇をともなう。この時点で、デバイスは、上昇した定常状態温度に到達する。しかしながら、作動流体の沸点が定常状態温度未満である場合には、その作動は停止し、アクチュエータを動作不能な状態とする。すなわち、アクチュエータが循環することから、余分な熱は、その沸点が、膜に対して作用する気泡を形成する部分のみではなく、完全に気化する温度を超えるまで作動流体の温度を上昇させる。したがって、熱空気式作動は、デバイスがサイクル間で冷却するのにかかる時間長に起因してサイクル周波数が限定される。
【０００９】
周波数応答を改善するために、高温での動作を可能とする印刷ヘッド装置の設計及び製造プロセスが望ましいであろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
以下は、本教示の１つ以上の実施形態のいくつかの態様の基本的理解を提供するために簡略化した概要を提示するものである。この概要は、広範な概観ではなく、また、本教示の主要又は重要な要素を識別すること又は本開示の範囲を詳しく説明することを意図するものではない。むしろ、その主な目的は、後で提示される詳細な説明の前置きとして簡略化した形態で１つ以上の概念を提示するにすぎない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本教示の実施形態において、基板と、基板上に形成された絶縁層と、インクチャンバ内に配置された作動流体と、作動可能な膜を備えるデバイス層の少なくとも一部によって流体チャンバから分離されたインクチャンバと、絶縁層と流体チャンバとの間に形成された発熱素子とを含む熱空気式アクチュエータがある。流体チャンバ内の作動流体の沸点温度は、約１００℃から約５００℃より大きい範囲である。
【００１２】
本教示の他の実施形態において、熱空気式アクチュエータを形成する方法がある。本方法は、基板上に絶縁層を形成することと、流体チャンバを形成することと、絶縁層と流体チャンバとの間に発熱素子を形成することと、作動可能な膜を備えるデバイス層を形成することと、少なくともデバイス層の一部によって流体チャンバから分離されたインクチャンバを形成することと、少なくとも部分的に作動流体によって多くの流体チャンバを充填することとを含むことができる。流体チャンバ内の作動流体の沸点温度は、約１００℃から約５００℃よりも大きい範囲である。
【００１３】
本教示の他の実施形態において、熱空気式アクチュエータを動作させる方法がある。本方法は、基板と、基板上に形成された絶縁層と、流体チャンバ内に配置された作動流体と、作動可能な膜を備えるデバイス層の少なくとも一部によって流体チャンバから分離されたインクチャンバと、絶縁層と流体チャンバとの間に形成された発熱素子とを含む熱空気式アクチュエータを提供することと、少なくとも蒸気泡が流体チャンバ内に形成するように作動流体の少なくとも一部を加熱するように発熱素子を活性化させることと、作動可能な膜を作動させてインクチャンバからインクを吐出させることとを含むことができる。本方法において、流体チャンバ内の作動流体の沸点温度は、約１００℃から約５００℃よりも大きい範囲である。
【００１４】
少なくとも１つの実施形態の１つの利点は、高周波数作動が高温でアクチュエータを維持することによって達成されることができ、それにより、熱損失のためにより高い温度勾配を生じさせるということである。したがって、動作温度は、動作中に達成されるより高い最大定常状態温度に起因して一定に維持されることができる。それゆえに、動作時に、アクチュエータは、デバイスに余分な熱を供給することによって通電され、アクチュエータ内の温度を維持するように分配される電力は低減する。
【００１５】
本願明細書に組み込まれて一部を構成する添付図面は、本教示の実施形態を説明し、詳細な説明とともに本開示の原理を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本教示の実施形態にかかる製造過程の構造を描写する断面図である。
【図２】図２は、本教示の実施形態にかかる製造過程の構造を描写する断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本教示の実施形態にかかる製造過程の構造を描写する断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本教示の実施形態にかかる製造過程の構造を描写する断面図である。
【図４】図４は、本教示の実施形態にかかる製造過程の構造を描写する断面図である。
【図５】図５は、本教示の実施形態にかかる製造過程の構造を描写する断面図である。
【図６】図６は、本教示の実施形態にかかる製造過程の構造を描写する断面図である。
【図７】図７は、本教示の実施形態にかかるプリンタの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
なお、図面のいくつかの詳細は、厳密な構造的精度、詳細及び縮尺を維持するためではなく、本教示の理解を容易にするために簡略化されて描かれていることに留意されたい。
【００１８】
参照は、本教示の例示的な実施形態、添付図面に図示されている例に対して詳細に行われる。可能な限り、同一又は同様の部品を指すために同じ参照符号が図面全体にわたって使用される。
【００１９】
特に断らない限り、本願明細書において使用される場合、用語「プリンタ」は、ディジタル複写機、製本機、ファクシミリ装置、複合機、静電写真装置等の任意の目的で印刷出力機能を実行する任意の装置を包含する。
【００２０】
本教示の実施形態は、紙等の記録媒体上に複数のノズルを介してインクを吐出させる複数の熱空気式アクチュエータ（ＴＰＡ’）の使用を含む印刷ヘッドを含むことができる。各ＴＰＡの作動流体は、作動可能な膜によって圧送流体から分離されることができ、高沸点及び低熱伝導率を有することができる。作動流体は、そのような作動流体を組み込んだＴＰＡが、例えば、周波数応答を向上させるように約１１５℃等の約１００℃以上の高温で動作することができるように選択される。
【００２１】
上記参照することによって組み込まれる米国特許第６，３１５，３９８号明細書及び米国特許第５，５３９，４３７号明細書は、それぞれ別個に印刷装置を開示している。本教示の実施形態中に形成されることができる製造過程の構造は、図１−図６に描かれている。図１は、他のヒータ設計が考えられるものの、当業者によって形成されて本教示の実施形態において使用されることができる例示的なヒータウェハ１０を描いている。なお、図のそれぞれに描かれた実施形態は、一般化された概略図であり、他の構成要素が追加されてもよく又は既存の構成要素が除去若しくは変更されてもよいことが理解されるであろう。
【００２２】
図１のヒータウェハ１０は、その上及び／又はその内部に形成されたイオンドーピング領域、誘電体層及び導電層等の様々な他の構造（簡略化のために個別に描かれていない）
を含むことができる半導体（シリコン、ガリウム砒素等）基板等の基板１２を含む。さらに、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ２）等の誘電体絶縁層であるアンダーグレーズ層１４が分離領域として形成されることができる。次に、作動流体を加熱するためのヒータとして機能するように構成されることができるパターン化された抵抗器１６（すなわち、抵抗発熱素子）が例えば多結晶シリコン、金属又は金属合金の化学蒸着（ＣＶＤ）を使用してアンダーグレーズ層１４上に形成されることができる。実施形態において、抵抗発熱素子は、白金又はアルミニウムから形成されることができる。
【００２３】
１つの抵抗器１６のみが図１に描かれている一方で、図１−図６の他の構造とともに複数の抵抗器１６が、基板１２にわたって繰り返されてもよく、同時に各ノズル５２又はインクチャンバ５６と関連付けられた１つの抵抗器１６によって抵抗器アレイとして形成されてもよいことが理解される（図５、後述）。さらに、他の実施形態においては、ヒータウェハ１０の各抵抗器１６は、図１に描かれているように基板１２に重複する別個の個別層であるよりもむしろ、基板１２内の１つ以上の埋め込み領域（簡略化のために個別に描かれていない）によって設けられてもよい。それゆえに、図面は、概略図であり、他の構造的要素が追加されてもよく又は既存の構造的要素及び／又は処理段階が削除若しくは変更されてもよいことが理解される。それゆえに、抵抗器アレイの各抵抗器１６は、ノズルからインクを吐出するためのアクチュエータの一部として形成される。それゆえに、抵抗器アレイは、ノズルアレイからインクを吐出するように構成されたアクチュエータアレイの一部である。
【００２４】
続いて、例えばホスホシリケートガラス（ＰＳＧ）である誘電体層１８が形成されて平坦化され、抵抗器１６に対する接触開口部を残すようにパターニングされる。次に、誘電体パッシベーション層２０及びタンタル等の材料からなる保護層２２が図示されるように形成されてパターニングされる。誘電体パッシベーション層２０は、デバイスの使用中における抵抗器１６と可能性がある腐食性作動流体との間の物理的接触を防止する一方で、保護層２２は、パッシベーション層２０が同様のインクと接触するのを保護する。他の実施形態において、誘電体パッシベーション層２０及び／又は保護層２２は、発熱素子が露出して作動流体の一部に直接接触するように構成されるように省略してもよい。
【００２５】
図１のヒータウェハ１０を完成するために、例えばアルミニウム又は他の導電体からなる層である電極層は、例えば、スパッタリング法やＣＶＤを使用して蒸着され、その後、抵抗器アレイにおける各抵抗器１６が個別に対処されることができるように第１の電極２３及び第２の電極２４を形成するようにエッチングされる。
【００２６】
次に、図２に描かれるように、例えば、ＰＳＧ、ＳｉＯ２、ＳＵ−８フォトレジスト等のスタンドオフ層２６は、図示されるように形成されて平坦化され、パターニングされる。スタンドオフ層２６は、後述するように、後続の処理とともに作動流体のための封じ込め構造のための安定した平坦なベースを提供するオーバーグレーズパッシベーション層として機能することができる。スタンドオフ層２６はまた、作動流体チャンバ４０（図４）の高さを画定するのに使用されることができる。他の実施形態において、スタンドオフ層２６は、デバイスの設計に応じて他の厚さが考えられるものの、約０．０２５μｍから約２．５μｍ、又は、約０．１μｍから約０．２μｍの厚さを有することができる。
【００２７】
その後、図３に描かれているように、膜層３２及び支持層３４が、図２の構造に取り付けられる。ある実施形態において、膜層３２及び支持層３４は、例えば埋め込み酸化物層である埋め込み層３３等の他の層を含むシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）ウェハ３０の一部とすることができる。それゆえに、ある実施形態において、ＳＯＩウェハ３０は、例えば約１．０μｍから約２０μｍ、又は、約１０μｍから約１２μｍの厚さを有する単結晶の第１のシリコン層である作動可能な膜３２を含むことができる。ＳＯＩウェハは、さらに、例えば約０．０１μｍから約５．０μｍの厚さを有する埋め込み酸化物層である酸化物層等の誘電体層３３を含むことができる。ＳＯＩウェハは、さらに、例えば約５００μｍから約８００μｍの厚さを有するシリコンハンドル層（すなわち、シリコンハンドルウェハ）である第２のシリコン層３４を含むことができる。埋め込み酸化物層３３は、間に介在されてハンドル層３４から膜層３２を物理的に分離する。作動可能な膜３２は、スピンコーティングされ、蒸発され、蒸着され、噴霧された等のエポキシ、樹脂接着剤又は作動流体と適切に互換性があって加工条件を満たす他の材料からなる接着剤３６を使用してスタンドオフ層２６に取り付けられることができる。さらに、接着剤３６は、例えばスクリーン印刷、接触印刷等を使用して膜層３２及び／又はスタンドオフ層２６に塗布されることができる。他の実施形態において、膜層３２は、銀、金等による陽極又は融着接合又は金属拡散を使用してスタンドオフ層２６に取り付けられることができる。図３Ａに描かれるように、シリコンハンドル層３４の一部３５は、例えば、任意に除去又は薄いＳＯＩウェハへと平坦化されることができ、後続のシリコンハンドル層３４のエッチングのエッチング時間を低減させる。一部３５の除去はまた、インクチャンバ５６の高さを画定するのに使用されることができる（図５）。ハンドル層３４の一部３５は、スタンドオフ層２６への取り付けの前又は後のいずれかで除去されることができるが、取り付け後に図２の構造によってＳＯＩウェハ３０に設けられた追加の支持体は、薄化プロセス中におけるＳＯＩウェハの損傷を低減又はなくすことができる。薄化は、化学的ウェット若しくはドライエッチング、機械的ドライエッチング、化学機械的平坦化（ＣＭＰ）又はアブレーション加工を使用して行われることができる。
【００２８】
他の実施形態において、作動可能な膜層３２及び支持層３４は、別個に取り付けられてもよい。例えば、膜３２は、ポリマ層、ステンレス鋼層等の金属層、シリコン層、又は、接着剤３６を使用してスタンドオフ層２６に取り付けられた後述するような圧力下で偏向するように十分に薄くて可撓性がある他の層とすることができる。ある実施形態において、作動可能な膜３２についての材料は、ガラス、セラミック及び酸化物又は窒化物から選択されることができる。膜３２を取り付けた後に、例えば酸化物又は窒化物である支持層３４は、適切な蒸着技術を使用して膜３２上に蒸着されてもよい。さらに、支持層３４は、任意に除去又は薄い支持層３４のウェハへと平坦化されることができ、例えば後続の支持層３４のエッチングのエッチング時間を低減させる。支持層３４の一部の除去はまた、インクチャンバ５６の高さを画定するのに使用されることができる（図５）。薄化は、化学的ウェット若しくはドライエッチング、機械的ドライエッチング、化学機械的平坦化（ＣＭＰ）又はアブレーション加工を使用して行われることができる。作動可能な膜３２及び支持層３４が別個に取り付けられた他の方法において、作動可能な膜としてのチタン箔は、銀の拡散接合によってスタンドオフ層２６に接合されることができる。
【００２９】
その後、パターニングされたフォトレジスト層３８は、図３Ｂに描かれているように、パターニングされたフォトレジスト層３８が作動流体チャンバ４０に重複する位置で支持層３４を露出するように支持層３４の上に形成されることができる。抵抗器１６のアレイ内の各作動流体チャンバ４０は、同様にパターニングされたフォトレジスト層３８によって露出される。
【００３０】
次に、シリコンハンドル層３４及び任意には酸化物層３３の異方性エッチングが、シリコンハンドル層３４及び任意には酸化物層３３内の複数の凹部を形成するために行われ、図４に描かれているように、１つの凹部が各抵抗器１６の上に形成される。ある実施形態において、埋め込み酸化物層３３は、シリコンハンドル層３４のエッチング中におけるエッチング停止部として使用されることができる。他の実施形態において、埋め込み層３３は、支持層３４のエッチング中におけるエッチング停止部として使用され、膜３２は、埋め込み層３３のエッチング中におけるエッチング停止部として使用される。エッチングが完了した後、パターニングされたフォトレジスト層３８は、図４に描かれたものと同様の構造をもたらすために除去される。本教示の実施形態にしたがって形成されたデバイスは、インク供給マニホールドが印刷ヘッドにわたって分散されるのを可能とする構造等、簡略化のために描かれていない当該技術分野において公知の様々な他の構造を含むことができることが理解されるであろう。
【００３１】
図４に描かれたものと同様の構造を形成した後に、図５に描かれているように、例えば接着剤５４を使用して複数のノズル５２を有する適切なノズルプレート５０がＳＯＩウェハ３０の上面に形成されて接合される。ノズルプレート５０は、シリコン、ガラス、ステンレス鋼等の１つ以上の様々な金属、ポリマ又はそれらの組み合わせとすることができる。他の実施形態において、ノズルプレート５０は、融着又は他の方法を使用してＳＯＩウェハ３０に取り付けられる。ノズルプレート５０の取り付けは、膜３２、支持層３４及びノズルプレート５０によって画定されたインクチャンバ５６を形成し、アクチュエータ５８のアレイを完成する。マニホールド、インクルーティング層及び／又はノズルプレート５０と支持層３４との間に介在される他の層等の介在特徴を有する印刷ヘッドにおいて、ノズルプレート５０は、直接的に支持層３４に取り付けられるよりもむしろ、接触によって間接的に支持層３４に取り付けられることができ、直接的に介在特徴に対して取り付けられることができる。
【００３２】
図５に描かれたものと同様の構造を完成した後、処理は、完成した熱空気式アクチュエータＴＩＪ印刷ヘッドを形成し続けることができる。これは、作動流体６０によって流体チャンバ４０を充填すること（図６）と、インク６２によってインクチャンバ５６を充填することとを含むことができる。
【００３３】
膜層３２は、完成した印刷ヘッドにおいて、アクチュエータアレイの複数の個別のアクチュエータ等の１つ以上にわたってインクチャンバ５６から作動流体チャンバ４０を分離するように、熱空気式アクチュエータ膜３２として提供して機能する。作動流体６０は、作動流体の沸点温度が、例えば周囲圧力において約１５０℃から約３５０℃の範囲等、周囲圧力において約１００℃から約５００℃よりも大きい範囲とすることができるように選択されることができる。作動流体のいくつかの例が以下の表１に提示される。いくつかの実施形態において、作動流体として使用可能な材料は、所定のＭＳＤＳ健康、火災及び反応性評価を満たすものとすることができる。例えば、作動流体は、０，１又は２のＭＳＤＳ健康評価、０又は１のＭＳＤＳ火災評価、及び／又は、０のＭＳＤＳ反応性評価を有する材料から選択されることができる。
【００３４】
【表１】
2015089680.tif 000003
【００３５】
ある実施形態において、作動流体は、作動流体の臨界温度が、例えば約３５０℃から約６００℃等、約２５０℃から約７００℃の範囲であるように選択される。ある実施形態において、基板１２の熱伝導率は、約０．２Ｗ／ｍ・Ｋ未満である作動流体６０の熱伝導率よりも大きくすることができる。特定の理論に限定されるものではないが、６０℃未満の引火点を有する材料が可燃性であると考えられていることから、作動流体６０は、作動流体の引火点が約６０℃以上であるように選択されることができる。この例において、作動流体は、１，３−ブタンジオール、１−デカノール、マロン酸ジエチル、エーテルジヘキシル、フタル酸ジメチル、１−ドデカノール、ｎ−ヘプタデカン、ｎ−ヘキサデカン、サリチル酸メチル、ｎ−ペンタデカン、フェニルエチルアルコール、２−ピロリジノン、ｎ−テトラデカン、テトラヒドロフルフリル・アルコール、トリエチレン・グリコール又はそれらの組み合わせを含むことができる。望ましい商業的特性を達成するために、作動流体は、ＭＳＤＳ健康評価、ＭＳＤＳ火災評価及び／又はＭＳＤＳ反応性評価にしたがって、非ハロゲン化されることができ、深刻な健康被害を生じさせず、深刻な腐食性又は反応性を有しないようにすることができる。
【００３６】
水性及び非水性インク、ＵＶインク、ゲルインク、導電性インク及び生物学的流体等の各種インク６２は、本教示の実施形態において使用されることができる。
【００３７】
図６に描かれた印刷ヘッドの使用中に、抵抗器１６は、抵抗器１６の発熱をもたらす２つの電極２３、２４にわたって電圧を印加することによって個別に対処されることができる。抵抗器１６が臨界温度に到達すると、作動流体６０は、例えば融合することができる複数の気泡を形成することによって気化し始め、作動流体チャンバ４０を加圧する気泡６４を形成する。得られた作動流体チャンバ４０内の圧力は、膜３２を偏向させ、それにより、インクチャンバ５６の容積を低減させる。容積の低減は、インク滴６６としてのノズル５２からのインク６２の吐出をもたらし、それにより、（簡略化のために個別に描かれていない）記録媒体上に蒸着される。作動流体の沸点温度は、約１００℃から約５００℃よりも大きい範囲とすることができるため、印刷ヘッドは、従来の印刷ヘッドと比較してより高い周波数で動作させることができる。例えば、ある実施形態において、熱空気式アクチュエータは、作動流体の沸点温度よりも低い定常状態温度に維持される。例として、印刷ヘッドは、例えば、１１５℃の定常状態温度目標及び４５０℃よりも大きいピーク温度目標で動作させることができる。例えば、約５マイクロ秒のパルス幅を有する電気信号は、印刷ヘッドの発熱素子に通電するように提供されることができる。印刷ヘッドは、約７ｋＨｚから約１０ｋＨｚの周波数で動作させることができるが、そのような周波数に限定されるものではない。
【００３８】
図７は、本教示の実施形態を含む少なくとも１つの印刷ヘッド７４が設置されたプリンタハウジング７２を含むプリンタ７０を描いている。ハウジング７２は、印刷ヘッド７４を包むことができる。動作中において、インク７６は、１つ以上の印刷ヘッド７４から吐出される。印刷ヘッド７４は、用紙、プラスチック等の印刷媒体７８上に所望の画像を形成するためのディジタル命令にしたがって動作する。印刷ヘッド７４は、印刷された画像を帯毎に生成するように走査動作中に印刷媒体７８に対して前後移動することができる。あるいは、印刷ヘッド７４は、固定保持されることができ、印刷媒体７８は、それに対して移動して単一経路で印刷ヘッド７４と同じ幅の画像を形成する。印刷ヘッド７４は、印刷媒体７８よりも狭いか又は同じ幅とすることができる。他の実施形態において、印刷ヘッド７４は、その後に印刷媒体に転写するための（簡略化のために描かれていない）回転ドラム、ベルト又はドレルト等の中間表面に印刷することができる。
【００３９】
本教示の広い範囲を記載する数値範囲及びパラメータは近似値であるが、具体例に記載された数値は、可能な限り正確に報告される。しかしながら、任意の数値は、各試験測定においてみられる標準偏差から必然的に生じる所定の誤差を本質的に含む。さらに、本願明細書に開示される全ての範囲は、その中に包含される任意の及び全ての下位範囲を包含するように理解されるべきである。例えば、「１０未満」の範囲は、ゼロの最小値と１０の最大値の間の（及び含む）任意の及び全ての下位範囲、すなわち、例えば１から５等のゼロ以上の最小値及び１０以下の最大値を有する任意の及び全ての下位範囲を含むことができる。特定の場合において、パラメータについて述べられたように数値は、負値をとることができる。この場合、「１０未満」と述べられた範囲の例値は、例えば、−１、−２、−３、−１０、−２０、−３０等の負値をとることができる。
【００４０】
本教示は、１つ以上の実施例に関して例示してきたが、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲から逸脱することなく、代替例及び／又は変更例が例示に対して行われることができる。例えば、プロセスは、一連の動作又は事象として記載されているが、本教示は、そのような動作又は事象の順序によって限定されないことが理解されるであろう。いくつかの動作は、本願明細書に記載されたものとは離れた他の動作又は事象とともに異なる順序で及び／又は同時に生じてもよい。また、全てのプロセス段階が、本教示の１つ以上の態様又は実施形態にかかる方法を実施するために必要とされなくてもよい。構造的要素及び／又は処理段階が追加されることができ又は既存の構造的要素及び／又は処理段階が削除若しくは変更されることができることが理解されるであろう。さらに、本願明細書に描かれた動作のうちの１つ以上は、１つ以上の独立した動作及び／又は段階で実行されることができる。さらにまた、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「有する（ｗｉｔｈ）」又はそれらの変形が、詳細な説明及び特許請求の範囲のいずれかにおいて使用される範囲で、そのような用語は、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」と同様に包括的であるように意図されている。用語「のうちの少なくとも１つ（ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ  ｏｆ）」は、列挙された項目のうちの１つ以上が選択されることができることを意味するように使用される。さらに、本願明細書における説明及び特許請求の範囲において、２つの材料に関して一方が他方の「上（ｏｎ）」として使用される用語「上（ｏｎ）」は、材料間で少なくとも若干接触していることを意味する一方で、「上（ｏｖｅｒ）」は、材料が近接しているが、接触がおそらく必要とされないようにおそらく１つ以上の追加の介在材料を有することを意味する。「上（ｏｎ）」も「上（ｏｖｅｒ）」も、本願明細書において使用されるように任意の方向性を暗示しない。用語「共形（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）」は、下方にある材料の角度が共形材料によって保存されたコーティング材料を記載している。用語「約（ａｂｏｕｔ）」は、変更が図示された実施形態に対するプロセス又は構造の不適合をもたらさない限り、列挙された値が多少変更されることができることを示す。最後に、「例示的（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ）」は、説明が理想的であることを暗示するよりもむしろ例として使用されることを示す。本教示の他の実施形態は、本願明細書の開示の明細書及び実行を考慮すれば当業者にとって明らかであろう。明細書及び実施例は、以下の特許請求の範囲によって示される本教示の真の範囲及び精神を有する例示としてのみ考慮されることが意図されている。
【００４１】
本特許出願において使用される相対位置の用語は、加工物の向きにかかわらず、従来の平面又は加工物の加工面に平行な平面に基づいて定義される。本特許出願において使用される用語「水平」又は「横方向」は、ワークの向きにかかわらず、従来の平面又は加工物の加工面に平行な平面として定義される。用語「垂直（ｖｅｒｔｉｃａｌ）」は、水平に対して垂直な方向を指す。「上（ｏｎ）」、「側（ｓｉｄｅ）（「側壁」のような）」、「高い（ｈｉｇｈｅｒ）」「低い（ｌｏｗｅｒ）」、「上（ｏｖｅｒ）」、「上（ｔｏｐ）」及び「下（ｕｎｄｅｒ）」等の用語は、加工物の向きにかかわらず、従来の平面又は加工物の上面である加工面に関して定義される。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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