(57)【要約】　　　（修正有）【課題】減少された入力エネルギーを使用し、かつ、過度のピーク温度を必要としないサーモメカニカルなアクチュエータを提供する。【解決手段】特に、インクジェットプリンタヘッドなどの液体滴エミッタである、小型機械装置におけるサーマルアクチュエータを操作する機器及び方法が開示される。開示されたサーマルアクチュエータは、基部要素と、及び該基部要素から長さＬで延在し、起動前に第一位置に一般的に定住する、カンチレバー型要素とを含む。カンチレバー型要素は、低い熱伝導度を有する誘電性物質から構成される障壁層と、高い熱膨張係数を有する第一の電気的に抵抗性の物質から構成され、基部要素から長さＬＨ１で延在する第一の均一な抵抗器部分を有するようにパターン化された、第一偏向板層と、高い熱膨張係数を有する第二の電気的に抵抗性の物質で構成される。【選択図】　　　　図１
2004001517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
小型の電子機械装置におけるサーマルアクチュエータであって、
（ａ）基部要素と、
（ｂ）高い熱膨張係数を有する第一の電気的に抵抗性の物質から構成され、前記基部要素から３Ｌ＜ＬＨ１＜０．７Ｌである、長さＬＨ１で延在する第一の均一な抵抗器部分を有するようにパターン化された、第一偏向板層と、第二偏向板層と、低い熱伝導度を有する誘電性物質から構成される障壁層とを含み、前記障壁層は前記第一偏向板層と前記第二偏向板層との間に結合されることを特徴とする、前記基部要素から長さＬで延在し、第一位置に定住する、カンチレバー型要素と、
（ｃ）熱が、前記第二偏向板層へ前記障壁層により拡散し、前記カンチレバー型要素が一様な温度に達するように、前記第一位置への前記カンチレバー型要素の回復によって後続する、前記第二偏向板層と第二位置に対する前記カンチレバー型要素の偏向に相関して前記第一偏向板層の熱膨張の結果となる、前記第一偏向板層の抵抗性の加熱を引き起こす電気的なパルスを適用するための前記第一の均一な抵抗器部分に接続される電極の第一ペアと、
を含むことを特徴とする、サーマルアクチュエータ。
【請求項２】
サーマルアクチュエータの操作方法であって、前記サーマルアクチュエータは、基部要素と、高い熱膨張係数を有する第一の電気的に抵抗性の物質から構成され、前記基部要素から３Ｌ＜ＬＨ１＜０．７Ｌである、長さＬＨ１で延在する第一の均一な抵抗器部分を有するようにパターン化された、第一偏向板層と、第二偏向板層と、前記第一偏向板層と前記第二偏向板層との間に結合されて、熱移動の時間定数τＢを有する、障壁層とを含んでおり、前記基部要素から長さＬで延在し、第一位置に定住する、カンチレバー型要素と、及び前記第一偏向板層を加熱するために電気的なパルスを適用する前記第一の均一な抵抗器部分に接続される電極の第一ペアとを含み、前記操作方法は、
（ａ）第二位置に対する前記カンチレバー型要素の偏向の結果となる、前記第二偏向板層に相関する前記第一偏向板層の熱膨張を引き起こす十分な熱エネルギーを提供する、τＰ＜１／２τＢである場合の持続期間τＰを有する電気的なパルスを電極の前記第一ペアに適用することと、並びに
（ｂ）熱が前記障壁層により前記第二偏向板層へ拡散し、次ぎの前記カンチレバー型要素が偏向する前に前記カンチレバー型要素が実質的に前記第一位置へ回復する結果となる、τＣ＞３τＢである場合に次ぎの電気的なパルスを適用する前に時間τＣを待つことと、
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項３】
小型の電子機械装置におけるサーマルアクチュエータであって、
（ａ）基部要素と、
（ｂ）低い熱伝導度を有する誘電性物質から構成される障壁層と、高い熱膨張係数を有する第一の電気的に抵抗性の物質から構成され、前記基部要素から長さＬＨ１で延在する第一の均一な抵抗器部分を有するようにパターン化された、第一偏向板層と、高い熱膨張係数を有する第二の電気的に抵抗性の物質で構成され、前記基部要素から長さＬＨ２で延在する第二の均一な抵抗器部分を有するようにパターン化された第二偏向板層とを含み、ここでＬＨ１は０．３Ｌ＜ＬＨ１＜０．７Ｌであり、ＬＨ２は０．３Ｌ＜ＬＨ２＜０．７Ｌであり、さらに前記障壁層は前記第一偏向板層と前記第二偏向板層との間に結合されることを特徴とする、前記基部要素から長さＬで延在し、第一位置に定住する、カンチレバー型要素と、
（ｃ）前記第二偏向板層に相関して前記第一偏向板層の熱膨張の結果となる、前記第一偏向板層の抵抗性の加熱を引き起こす電気的なパルスを適用するための前記第一の均一な抵抗器部分に接続される電極の第一ペアと、
（ｄ）電極の前記第一ペア又は第二ペアの何れかに対する電気的なパルスの適用は、熱が前記障壁層により拡散し、前記カンチレバー型要素が一様な温度に達するように、前記第一位置への前記カンチレバー型要素の回復によって後続する、前記第一位置から離れて第二位置へ向かう前記カンチレバー型要素の偏向を引き起こすことを特徴とする、前記第一偏向板層に相関して前記第二偏向板層の熱膨張の結果となる、前記第二偏向板層の抵抗性の加熱を引き起こす電気的なパルスを適用するための前記第二の均一な抵抗器部分に接続される前記電極の第二ペアと、
を含むことを特徴とする、サーマルアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に小型電気機械装置に関し、より詳細には、インクジェット装置及び他の液体滴エミッタで使用されるタイプなどの小型電気機械のサーマルアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
小型電気機械システム（ＭＥＭＳ）は、比較的最近発達してきた。かかるＭＥＭＳは、アクチュエータ、バルブ、及びポジショナーとしての従来の電気機械的な装置に対する代替として使用されている。小型の電気機械的な装置は、小型電子組立技術の使用によって潜在的に低コストである。新規の適用はまた、ＭＥＭＳ装置の小型スケールによって発見されている。
【０００３】
ＭＥＭＳ技術の多くの潜在的な適用は、かかる装置において必要とされる移動を提供するサーマル起動を活用する。例えば、多くのアクチュエータ、バルブ、及びポジショナーは移動のためのサーマルアクチュエータを使用する。ある適用において、必要な移動はパルス化される。例えば、第一位置へのアクチュエータの回復によって後続した、第一位置から第二位置への迅速な移動は、流体において圧力パルスを生成するために使用されるか、又は１ユニット単位距離の機能若しくは起動パルスごとの回転を進めるために使用される。ドロップオンデマンド（ｄｒｏｐ−ｏｎ−ｄｅｍａｎｄ）液体滴エミッタは、ノズルから個別の液体量を発射するために個別の圧力パルスを使用する。
【０００４】
ドロップオンデマンド（ＤＯＤ）液体発射装置は、長年にわたってインクジェット印刷システムでのインク印刷装置として公知である。初期の装置はピエゾ電子アクチュエータに基づいている（例えば、特許文献１及び２を参照。）。インクジェット印刷の現在の一般的な形態である、サーマルインクジェット（又は“バブルジェット（登録商標）”）は、滴の発射を引き起こす、蒸気泡沫を生成ために電気的に抵抗性のヒーターを使用する（例えば、特許文献３を参照。）。
【０００５】
電気的に抵抗性のヒーターは、良好に開発された小型電子工程を使用して組立可能であるために、ピエゾ電子アクチュエータに対して有利な製造コストを有する。一方で、サーマルインクジェットの滴発射機能は、気化できる構成部分を有するためのインクを必要とし、局所的にかかる構成部分の沸点を十分上回るインク温度を上昇する。この上昇する温度に対してさらすことは、サーマルインクジェット装置によって確実に発射されうる、インク及び他の液体の形態に対して厳しい制限を設ける。ピエゾ電子的に起動される装置は、液体が機械的に加圧されるので、噴出することができる液体に対するそのような厳しい制限を課さない。
【０００６】
インクジェット装置の製造者によって認識されている有用性、コスト、及び技術的な性能における改良は、液体の微量な液量を要求する他の適用において装置に対する関心を生じた。それら新規の適用は、例えば、微量な分析化学において専門の化学薬品の分配、電子装置を生産するための塗料の分配、及び医療における吸入療法の微細な滴の分配を含む（例えば、特許文献４、５、及び６を参照。）。液体の幅広い領域のミクロンサイズの滴に依存して発射可能な装置と方法は、最も高品質な画像の印刷において必要とされるだけでなく、液体の分配が、超微小な滴の単一の散布、正確な配置とタイミング、及び微細な増加を必要とする適用の場合において必要とされる。
【０００７】
微小な滴の発射に対する低コストのアプローチは、液体の形態の幅広い領域で使用できる場合に必要とされる。ピエゾ電気機械的装置に利用可能な液体の構成規模を備える、サーマルインクジェットにおいて使用される超小型電子組立の利点を組み合わせる、装置及び方法は必要である。
【０００８】
サーモメカニカルアクチュエータを使用する、ＤＯＤインクジェット装置が開示されている（例えば、特許文献７を参照。）。前述のアクチュエータは、インクジェットチャンバー内で移動可能な二層のカンチレバーとして形態化される。ビームは、層の熱膨張におけるミスマッチによりかかるビームが曲げられる、抵抗器によって加熱される。ビームの遊離端は、滴の発射を引き起こすノズルにおいてインクを加圧するために移動する。近年、同様のサーモメカニカルＤＯＤインクジェット形態が開示されている（例えば、特許文献８、９、１０、１１、１２、１３及び１４を参照。）。小型電子工程を使用するサーモメカニカルインクジェット装置の製造方法は開示されている（例えば、特許文献１５、１６、１７、及び１８を参照。）。用語“サーマルアクチュエータ”とサーモメカニカルアクチュエータは、ここにおいて区別なく使用される。
【０００９】
サーモメカニカルに起動される滴エミッタは、小型電子材料と設備を使用して大量生産が可能で、サーマルインクジェット装置に依存しない液体での操作を可能にする、低コスト装置として保証される。サーマルアクチュエータとサーマルアクチュエータ式の液体滴エミッタは、時間の機能として所定の移動を生成するように制御されるアクチュエータの移動を可能にする際に必要とされる。起動の高反復率、及び滴発射の一貫性は、サーマル起動が保存された機械的なエネルギー効果と共に電子的に制御できうる場合に認識されるであろう。さらに、入力の電子エネルギーの機能としてのアクチュエータの移動を最大化する設計はまた、増大した起動の反復率に貢献する。
【００１０】
液体滴エミッタにおいて、滴発生イベントはノズルにおける液体での圧力衝撃の生成に依存するだけでなく、圧力衝撃の時間における液体メニスカスの状態に依存する。滴発生の特徴、特に滴量、速度およびサテライト形成は、サーマルアクチュエータの移動における特定の時間変化によって影響される。改良された印刷品質は、印刷密度レベルの変化を生成する滴量を変化することによって、より正確に目的の滴量を制御することによって、及びサテライト形成を抑制することによって達成される。印刷の生産性は、次ぎの滴の発射イベントが開始されるように、名目上の開始の移動条件に戻るサーマルアクチュエータにおいて必要とされる時間を削減することによって増大される。
【００１１】
サーマルアクチュエータとＤＯＤエミッタの操作装置及び方法は、利用されるエネルギーを最小限する場合に、かつ、かかる装置の生産性を最大限にして、さらに好ましい液体滴の発射特性における液体圧力プロファイルを生成するように、サーマルアクチュエータの時間が変化する移動の改良された制御を可能にする場合に使用される。
【００１２】
サーモメカニカルアクチュエータにおける有用な設計は層になるか、又はビームに対して垂直に偏向する遊離端を備える装置構造の一つの端で固定された積層されてカンチレバーされたビームである。偏向は、積層に対して垂直である、層化されたビームにおける熱膨張勾配を設定することで引き起こされる。かかる熱膨張勾配は、層内の熱勾配によって引き起こされるかもしれない。そのような熱勾配を迅速に確立することができ、かつ同様に迅速にそれらを消失することができるパルス化されたサーマルアクチュエータにおいて有用であり、その結果、アクチュエータは迅速に初期の位置を回復するであろう。最適化されたカンチレバー型要素は、数多の層における加熱抵抗器に部分的にパターン化された電子抵抗性物質を使用することによって構成されるかもしれない。
【００１３】
したがってビーム偏向に対する、対立する熱膨張勾配を生成するために形態化された二重起動のサーマルアクチュエータは、正と負の両者のノズルにおいて圧力衝撃を生成する液体滴エミッタにおいて有用である。正及び負の圧力衝動の生成及びタイミングに対する制御は、好ましく滴の発射特性を変更するために流体とノズルのメニスカス作用が使用されることを可能にする。
【００１４】
受容可能なピーク温度において減少されたエネルギーで操作可能であり、制御された移動対時間のプロファイルで変更可能であるカンチレバー型要素のサーマルアクチュエータは、ＭＥＭＳ組立方法を使用して組立可能であり、さらに最良の滴形成特性を備える高い反復頻度で液体滴の発射を可能にする、システムを構築するために必要とされる。
【００１５】
【特許文献１】
米国特許第３，９４６，３９８号明細書
【特許文献２】
米国特許第３，７４７，１２０号明細書
【特許文献３】
米国特許第４，２９６，４２１号明細書
【特許文献４】
米国特許第５，５９９，６９５号明細書
【特許文献５】
米国特許第５，９０２，６４８号明細書
【特許文献６】
米国特許第５，７７１，８８２号明細書
【特許文献７】
特許第２，０３０，５４３号明細書
【特許文献８】
米国特許第６，０６７，７９７号明細書
【特許文献９】
米国特許第６，０８７，６３８号明細書
【特許文献１０】
米国特許第６，２０９，９８９号明細書
【特許文献１１】
米国特許第６，２３４，６０９号明細書
【特許文献１２】
米国特許第６，２３９，８２１号明細書
【特許文献１３】
米国特許第６，２４３，１１３号明細書
【特許文献１４】
米国特許第６，２４７，７９１号明細書
【特許文献１５】
米国特許第６，１８０，４２７号明細書
【特許文献１６】
米国特許第６，２５４，７９３号明細書
【特許文献１７】
米国特許第６，２５８，２８４号明細書
【特許文献１８】
米国特許第６，２７４，０５６号明細書
【特許文献１９】
米国特許第５，６８４，５１９号明細書
【特許文献２０】
米国特許出願公開第１０／０５０，９３３号明細書
【特許文献２１】
米国特許出願公開第１０／０６８，８５９号明細書
【特許文献２２】
米国特許出願公開第１０／０７１，１２０号明細書
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、減少された入力エネルギーを使用し、かつ、過度のピーク温度を必要としないサーモメカニカルなアクチュエータを提供することである。
【００１６】
さらに、本発明の目的は、名目上の位置に対するアクチュエータの迅速な回復とさらにより迅速な反復を可能にする、実質的に反対方向にサーマルアクチュエータを移動する、二重起動手段を含む、効率的なエネルギーのサーマルアクチュエータを提供することである。
【００１７】
本発明の目的はさらに、均一な内部温度に到達する場合に初期位置に回復するために設計されたカンチレバー型要素を使用して形態化された効率的なエネルギーのサーマルアクチュエータによって起動される、液体滴エミッタを提供することである。
【００１８】
本発明のさらなる目的は、移動を変更する、所定の結果として生ずる時間を達成するために二重起動を活用する、効率的なエネルギーのサーマルアクチュエータの操作方法を提供することである。
【００１９】
本発明のさらなる目的は、液体滴の発射の特質を調節するために二重起動を活用する、効率的なエネルギーのサーマルアクチュエータを有する液体滴エミッタの操作方法を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の前述の記載と、多くの他の特徴、目的及び利点は、ここに記載する詳細な記載、請求項及び図面によって容易に明白となるだろう。それらの特徴、目的及び利点は、基部要素と、基部要素から長さＬで延在しており、かつ起動前に第一位置に一般的に定住しているカンチレバー型要素とを含む、小型の電子機械的装置を構成することによって達成される。かかるカンチレバー型要素は、低い熱伝導性を有する誘電性物質で構成された障壁層と、高い熱膨張係数を有する第一の電気的に抵抗性の物質で構成され、基部要素から長さＬＨ１で延在する第一の均一な抵抗器部分を有するためにパターン化された第一偏向板層と、高い熱膨張係数を有する第二の電気的に抵抗性の物質で構成され、基部要素から長さＬＨ２で延在する第二の均一な抵抗器部分を有するためにパターン化された第二偏向板層とを含み、ここでＬＨ１は０．３Ｌ＜ＬＨ１＜０．７Ｌであり、ＬＨ２は０．３Ｌ＜ＬＨ２＜０．７Ｌであり、さらにかかる障壁層は第一と第二偏向板層との間に結合されることを特徴とする。電極の第一ペアは、第二偏向板層に相関して第一偏向板層の熱膨張の結果となる、第一偏向板層の抵抗性の加熱を引き起こすために電気的なパルスを適用する第一の均一な抵抗器部分に接続される。電極の第二ペアは、第一偏向板層に相関して第二偏向板層の熱膨張の結果となる、第二偏向板層の抵抗性の加熱を引き起こすために電気的なパルスを適用する第二の均一な抵抗器部分に接続される。電極の第一ペア又は第二ペアの何れかに対する電気的なパルスの適用は、熱が障壁層によって拡散し、カンチレバー型要素が一様な温度に達するように第一位置に対するカンチレバー型要素の回復によって後続される、第一位置から第二位置に向かって遠ざかるカンチレバー型要素の偏向を引き起こす。
【００２１】
本発明は、ＤＯＤインクジェット印刷におけるプリンタヘッドとして使用される液体滴エミッタにおけるサーマルアクチュエータとして特に有用である。好ましい実施態様において、サーマルアクチュエータは液体を発射するためのノズルを含む、液体で充満されたチャンバーに位置している。サーマルアクチュエータは、チャンバーの壁から長さＬで延在するカンチレバー型要素と、ノズルに近接する第一位置に定住している遊離端とを含む。電極の第一ペア又は第二ペアの何れかに対する電気的なパルスの適用は、かかる第一位置から遠ざかるカンチレバー型要素の偏向を引き起こし、かつ、代替として、ノズルにおける液体の正又は負の圧力を引き起こす。電極の第一ペアと第二ペアに対する電気的なパルスの適用と、それらのタイミングは、液体滴の発射特質を調節するために使用される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明は、本発明の好ましい実施態様図を参照して詳細に記載されるが、本発明の範囲内でもたらすことができる、様々な変化と修正は理解されるであろう。
【００２３】
ここに詳細に記載されるように、本発明は、サーモメカニカルなアクチュエータとドロップオンデマンド液体発射装置のための機器と、かかる機器を操作する方法を提供する。インクジェットプリンタヘッドと同様な装置を活用するが、しかしながら、微小量で、かつ、高い空間的正確さで沈着されることを必要とするインク以外の液体を発射する、多くの適用がある。用語のインクジェットと液体滴エミッタは、ここにおいて区別なく使用される。下記に記載の本発明は、全体的な滴発射の生産性を改善するように、サーマルアクチュエータに基づく滴エミッタを操作するための機器と方法を提供する。
【００２４】
最初に図１を参照するに、本発明による機器を使用して操作される、インクジェット印刷システムの概略が示される。かかるシステムは、滴を印刷する指令としてのコントローラ３００によって受信される信号を提供する、画像のデータ供給源４００を含む。コントローラ３００は、電気的なパルス２００の供給源に信号を出力する。次ぎに、パルス供給源２００は、インクジェットプリンタヘッド１００内で各サーマルアクチュエータ１５と関連する電気的な抵抗性手段に適用される、電気的なエネルギーパルスから構成される、電気的な電圧信号を生成する。電気的なエネルギーパルスは、ノズル３０に位置するインク６０を加圧し、受け手５００上に到着するインク滴５０を発射する、サーマルアクチュエータ１５を急速に曲がらせる。本発明は、実質的に同一の量と速度、すなわち名目上の値から±２０％以内の量と速度を有する、滴を発射させる。数多の滴エミッタは、サテライト滴と呼ばれる、主要な滴と超微小な跡追い滴を発射するかもしれない。本発明では、かかるサテライト滴は、例えば、画像ピクセルを印刷するためであるか、又は流体の増分を微小に分散させるための全体的な適用目的に役立つ際に発射された主要な滴の一部と考えられる。
【００２５】
図２は、インクジェットプリンタヘッド１００の一部分の平面図を示す。サーマル起動されたインクジェットユニット１００の配列は、中心に整列されたノズル３０と、２列で指のように組まれたインクチャンバー１２を有することが示される。インクジェットユニット１１０は、小型電子組立方法で基板１０上と基板１０内に形成される。滴エミッタ１１０を形成するために使用される、実施例となる組立の流れは、本発明の譲渡人に譲渡された、発明の名称“サーマルアクチュエータ”として２０００年１１月３０日に出願された同時係属出願番号０９／７２６，９４５号に記載されている。
【００２６】
各滴エミッタユニット１１０は、サーマルアクチュエータ１５の第一偏向板層でのＵ字型の電気的に抵抗性のヒーター部分と形成されるか、又は電気的に出接続され、かつ、下記に記載するようにサーモメカニカル効果に関係する、電極４２、４４の関連する第一ペアを有する。さらに、各滴エミッタユニット１１０は、サーマルアクチュエータ１５の第二偏向板層でのＵ字型の電気的に抵抗性のヒーター部分と形成されるか、又は電気的に出接続され、かつ、下記に記載するようにサーモメカニカル効果に関係する、電極４６、４８の関連する第二ペアを有する。第一及び第二偏向板層に形成されるＵ字型の抵抗器部分は、正確に互いの上にあり、図２の点線によって示される。プリンタヘッド１００の要素８０は、小型電子基板１０における取り付け表面と、並びに液体供給、電気的な信号、及び機械的なインターフェイス特質間で相互接続するための他の手段を提供する、取り付け構造である。
【００２７】
図３ａは単一の滴エミッタユニット１１０の平面図であり、図３ｂはノズル３０を含んでいる液体チャンバーのカバー３５が取り外された第二の平面図である。
【００２８】
図３ａの点線で示される、サーマルアクチュエータ１５は、図３ｂの実線で見ることができる。サーマルアクチュエータ１５のカンチレバー型要素２０は、基板１０で形成された液体チャンバー１２のエッジ１４から延在する。カンチレバー型要素の部分３４は、カンチレバーが固着する基部要素として役立つ、基部１０に結合される。
【００２９】
アクチュエータのカンチレバー型要素２０は、軸幅よりも大きい直径のディスクで停止する拡張された平らな軸である、パドル形状を有する。この形状は、使用できるカンチレバーのアクチュエーターの単に実例となり、多くの他の形状が適用可能である。パドル形状は、アクチュエータの遊離端３２の中心でノズル３０を整列する。流体チャンバー１２は、１６でアクチュエータ移動においてクリアランスを提供するために離れた間隔を置かれて、アクチュエータの遊離端３２の弯曲に一致する曲がった壁部分を有する。
【００３０】
図３ｂは、電極４６及び４８の第二ペアで第二偏向板層の電気的な抵抗性ヒーター部分２７に電気的なパルス供給源２００の取り付けが概略して例示する。Ｕ字型の抵抗器２７を介して第二偏向板層の加熱する抵抗を引き起こすために、電圧差は電極４６と４８に適用される。これは、一般的に電流Ｉを示している矢印によって示される。第一偏向板層のＵ字型抵抗器部分２５は抵抗性のヒーター部分２７（及び障壁層）の下に隠れているが、しかし、電極４２及び４４の第一ペアと接触するために表れる点線によって示されて見ることができる。Ｕ字型の抵抗器２５を介して第一偏向板層の加熱する抵抗を引き起こすために、電圧差は電極４２と４４に適用される。抵抗器部分２５と２７は、電流に対する実質的な均一の抵抗路を提供するために設計され、したがってパターン化された層に熱を均一に適用する。電気的なパルス供給源２００に対する接続を有する４つの個別の電極４２、４４、４６、及び４８が例示されている一方で、抵抗性のヒーター部分２５と２７が電気的なパルス供給源２００からの３つの入力を使用してアドレスできうるように、電極の各対における一つの要素は共通ポイントでの電気的な接触にもたらされる。
【００３１】
図３ａ及び３ｂの平面図において、第一偏向板層が第一の均一な抵抗器部分２５によって適切に加熱される場合、アクチュエータの遊離端３２は見ている方向に向かって移動し、滴は液体チャンバーのカバー３５のノズル３０から見ている方向に向かって発射される。起動と滴の発射におけるこの幾何学的配置は、多くのインクジェットの開示において“ルーフシューター”と呼ばれる。第二偏向板層が第二の均一な抵抗器部分２７によって加熱される場合、アクチュエータの遊離端３２は図３を見ているノズル３０から離れて移動する。ノズル３０から離れる、遊離端３２のかかる起動は、ノズル３０で液体メニスカスの状態を変更し、流体チャンバー１２での液体圧力又は様々な効果の数多の組み合わせを変化する、名目上の位置にカンチレバー型要素２０を回復するために使用される。
【００３２】
図４ａ乃至４ｃは、本発明の好ましい実施態様によるカンチレバー型サーマルアクチュエータ１５の側面図を示す。図４ａにおいて、サーマルアクチュエータ１５は第一位置にあり、図４ｂにおいて、サーマルアクチュエータ１５は第二位置に対して上方に変更して示されている。図４ａと４ｂの側面図は、図３ｂの平面図における線Ａ−Ａに沿って形成される。図４ｃにおいて、図３ｂの平面図における線Ｂ−Ｂに沿って形成される、サーマルアクチュエータ１５が第三位置に対して下方に向かって偏向されるように例示された。カンチレバー型要素２０は、サーマルアクチュエータにおける基部要素としての役割をする、基板１０に固着される。カンチレバー型要素２０は、基板の基部要素１０の壁エッジ１４から長さＬで延在する。
【００３３】
カンチレバー型要素２０は、数多の層又は積層から構成される。層２２は、かかる層がカンチレバー型要素２０における他の層に関して熱性の延伸がなされる場合、上方に対する偏向を引き起こす第一偏向板層である。層２４は、かかる層がカンチレバー型要素２０における他の層に関して熱による延伸がなされる場合、下方に対する偏向を引き起こす第二偏向板層である。第一と第二の偏向板層は、実質的に同一のサーモメカニカル効果を伴う温度に反応する、物質から好ましく構成される。
【００３４】
第一と第二の偏向板層の両層が熱平衡状態にある場合、第二偏向板層は、機械的に第一偏向板層のバランスを保ち、さらにこの逆もなされる。このバランスは、第一偏向板層２２と第二の偏向板層２４の両層における同一物質を使用することによって、容易に達成される。このバランスはまた、実質的に等しい熱膨張係数と下記に記載される他の特徴を有する、物質を選択することによって達成される。
【００３５】
本発明の数多の実施態様において、第二偏向板層２４は第二の均一な抵抗器部分２７でパターン化されていない。それらの実施態様において、第二偏向板層２４は、カンチレバー型要素２０が均一な内部温度に到達する場合に第一偏向板層のバランスを機械的に保つ、受動性の回復層として役立つ。
【００３６】
カンチレバー型要素２０はまた、第一偏向板層２２と第二偏向板層２４との間に置かれた、障壁層２３を含む。障壁層２３は、第一偏向板層２４を構成するために使用される物質の熱伝導度に関する低い熱伝導度を有する物質から構成される。障壁層２３の厚さと熱伝導度は、第一偏向板層２４から第二偏向板層２２への熱移動における所望の時間定数τＢを提供するために選択される。障壁層２３はまた、第一偏向板層と第二偏向板層の電気的な抵抗性のヒーター部分における、電気的な絶縁体と部分的な物理的定義を提供する誘電性の絶縁体である。
【００３７】
障壁層２３は、熱流管理と、電気的な分離と、及びカンチレバー型要素２０の層の強固な結合の機能の最適化を可能にするように、一つ以上の物質の積層である、サブ層から構成される。障壁層２３の複数のサブ層構造はまた、第一偏向板層と第二偏向板層の均一な抵抗器部分を形成するために利用される、パターン化の組立工程の識別力を支援する。
【００３８】
同様に、第一偏向板層２２と第二偏向板層２４は、電気的なパラメータと、厚さと、熱膨張効果のバランス、電気的な分離と、及びカンチレバー型要素２０の層の強固な結合の機能の最適化を可能にするように、一つ以上の物質の積層である、サブ層から構成される。第一偏向板層２２と第二偏向板層２４の複数のサブ層構造はまた、第一偏向板層と第二偏向板層の均一な抵抗器部分を形成するために利用される、パターン化の組立工程の識別力を支援する。
【００３９】
図４に示されるパシベーション層２１は、カンチレバー型要素２０を化学的及び電気的に保護するために提供される。そのような保護は、保護が取り除かれる場合における、本発明によるサーマルアクチュエータの数多の適用において必要とされないかもしれない。作動している液体によって一つ以上の表面に触れるサーマルアクチュエータを活用する液体滴エミッタは、作動する液体に対して化学的及び電気的に不活性である、パシベーション層２１を必要とする。
【００４０】
図４ｂにおいて、熱パスルは、温度を上昇して延伸させる、第一偏向板層２２に適用される。障壁層２３が第二偏向板層２４への迅速な熱移動を妨害するために、第二偏向板層２４は初期から延伸しない。したがって、第一偏向板層２２と第二偏向板層２４との間の延伸である、温度差は、カンチレバー型要素２０を上方に向けて曲げる。滴エミッタにおいてアクチュエータとして使用される場合、カンチレバー型要素２０の曲がる反応は、ノズルにおける液体を十分に加圧するために迅速でなければならない。一般的に、第一偏向板層の電気的な第一の均一な抵抗器部分２５は、電気的なパルスの持続時間が１０μｓｅｃｓ以下であり、好ましくは４μｓｅｃｓ以下の持続時間が使用される場合において、適切な熱パルスに適用するように適応される。
【００４１】
図４ｃにおいて、熱パルスは、温度を上昇して延伸させる、第二偏向板層２４に適用される。障壁層２３が第一偏向板層２２への迅速な熱移動を妨害するために、第一偏向板層２２は初期から延伸しない。したがって、第一偏向板層２２と第二偏向板層２４との間の延伸である、温度差は、カンチレバー型要素２０を下方に向けて曲げる。一般的に、第二偏向板層の第二の均一な抵抗器部分２７は、電気的なパルスの持続時間が１０μｓｅｃｓ以下であり、好ましくは４μｓｅｃｓ以下の持続時間が使用される場合において、適切な熱パルスに適用するように適応される。
【００４２】
サーマルアクチュエータの適用に依存して、結果となる曲がるカンチレバーに対応する量である、電気的なパルスのエネルギーは、他方に関する偏向の１つの方向においてより大きくなるように選択されるかもしれない。多くの適用において、一つの方向における偏向は、主要な物理的な起動イベントであるだろう。次いで、反対方向の偏向は、状態を事前設定するため、又はカンチレバー型要素をその静止した第一位置に回復するためのカンチレバーの移動に対するわずかな調節をなすために使用される。
【００４３】
図５乃至１１は、本発明の数多の好ましい実施態様による単一の液体滴エミッタを構成するための組立工程段階を例示する。それらの実施態様において、第一偏向板層２２は、アルミニウム化チタンなどの電気的に抵抗性の物質を使用して構成され、部分２５は電流Ｉを流すための抵抗器内にパターン化される。さらに、第二偏向板層２４は、アルミニウム化チタンなどの電気的に抵抗性の物質を使用して構成され、部分２７は電流Ｉを流すための抵抗器内にパターン化される。
【００４４】
図５は、組立の第一段階におけるカンチレバーの第一偏向板層２２の部分を例示する。例示された構造は、標準的な小型電子沈着とパターン化方法によって、例えば、単一の水晶のシリコンなどの基板１０に形成される。金属間化合物のアルミニウム化チタンの沈着は、例えば、ＲＦ又はパルス化されたＤＣ磁電管スパッタリングによって実行されるかもしれない。第一の均一な抵抗器部分２５は、第一偏向板層２２にパターン化される。電流径路は矢印と文字Ｉによって示される。第一の均一な抵抗器部分２５は、図４ｂに例示されるようなカンチレバー型要素の完全な長さＬで延在しない。第一の均一な抵抗器部分２５をアドレスするための電極４２と４４の第一ペアは、第一偏向板層２２材に形成されているように例示される。電極４２と４４は基板１０に事前に形成された回路類と接触するか、又はテープの自動化結合（ＴＡＢ）又はワイヤー結合などの他の標準の電気的な相互接続によって外部的に接触される。パシベーション層２１は、偏向層物質の沈着とパターン化に先立ち、基板１０に形成される。かかるパシベーション層は偏向層２２と別の後における構造の下に残されるか、又は後のパターン化する工程で離れてパターン化されるかもしれない。
【００４５】
図６は、サーマルアクチュエータの事前に形成された第一偏向板層２２上に沈着しており、パターン化している障壁層２３を例示する。障壁層２３材は、第一偏向板層２２と比較して、低熱伝導度を有する。例えば、障壁層２３は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、又はそれらの物質若しくは同様の多層化された積層であるかもしれない。
【００４６】
サーマルアクチュエータの好ましい効率は、障壁層２３材が第一偏向板層２２物質と第二偏向板層２４物質の両物質の熱伝導度よりも実質的に低い熱伝導度を有する場合に認識される。例えば、二酸化ケイ素などの誘電性の酸化剤は、アルミニウム化チタンなどの金属間物質よりも数オーダーほど低い熱伝導度を有するだろう。低い熱伝導度は、第一偏向板層２２と第二偏向板層２４に相関して障壁層２３を薄くさせる。障壁層２３によって保存された熱は、サーモメカニカルな起動工程において有用でない。障壁層の容量を最小化することは、サーマルアクチュエータのエネルギー効率を改善し、偏向された位置から開始する第一位置までの迅速な回復を達成することを支援する。障壁層２３材の熱伝導度は、好ましくは第一偏向板層又は第二偏向板層の熱伝導度の半分以下であり、より好ましくは、１０分の１以下である。
【００４７】
図７は、すでに形成された障壁層２３の上に沈着されてパターン化された第二偏向板層２４を例示する。第二の均一な抵抗器部分２７は、第二偏向板層２４にパターン化される。電流径路は矢印と文字Ｉによって示される。第二の均一な抵抗器部分２７は、図４ｃに例示されるようなカンチレバー型要素の完全な長さＬで延在しない。例示された実施態様において、第二の均一な抵抗器部分２７をアドレスするための電極４６と４８の第二ペアは、電極４２と４４の第一ペアの何れかの側の位置と接触する障壁層２３上にもたらされる、第二偏向板層２４物質に形成される。電極４６と４８は基板１０に事前に形成された回路類と接触するか、又はテープの自動化結合（ＴＡＢ）又はワイヤー結合などの他の標準の電気的な相互接続によって外部的に接触される。
【００４８】
本発明の数多の好ましい実施態様において、第二偏向板層２４は均一な抵抗器部分を有するようにパターン化されない。それらの実施態様において、第二偏向板層２４は、カンチレバー型要素２０が均一な内部温度に達する場合に第一偏向板層のバランスを機械的に保つ受動性の回復層として作用する。図８は第二偏向板層２４の代替となる形態を例示する。電気的な入力パッドに代わって、熱経路の誘導４９は、基板１０の熱槽部分と接触する第二偏向板層２４に形成される。熱経路の誘導４９は、起動後にカンチレバー型要素２０から熱を取り除くように支援する。
【００４９】
本発明の数多の実施態様において、同様の物質である、例えば、金属間アルミニウム化チタンは、第一偏向板層２２と第二偏向板層２４の両層において使用される。この場合において、中間のマスキング段階は、すでに輪郭を描かれた第一偏向板層２４形状を妨害しないで、第二偏向板層２４形状のパターン化を可能にするために使用されるかもしれない。代替として、障壁層２３は二つの異なる物質の積層を使用して組立され、それらの一つは電極４２、４４を保護し、一方で第二偏向板層２４をパターン化して適所に存在しており、図７又は８に例示されたカンチレバー要素の中間構造となるように除去される。
【００５０】
追加的なパシベーション物質は、化学的で電気的な保護における第二偏向板層における段階において適用される。さらに、初期のパシベーション層２１は、流体が開口部からエッチされた基板１０に通過することにより領域からパターン化される。
【００５１】
図９は、液体滴エミッタのチャンバーの内部形状に形成される、追加的な犠牲層３１を示す。この目的における適切な物質は、ポリイミドである。ポリイミドは、図７及び８に例示されるような第一偏向板２２、障壁２３、及び第二偏向板層２４の幾何学的配置を有する、表面をさらに平面化する、十分な深度の装置基板に適用される。隣接する物質に関して選択的に除去できる、物質は犠牲層３１を構成するために使用される。
【００５２】
図１０は、犠牲層構造３１上にプラズマ沈着された二酸化ケイ素、窒化物、又は同様のものなどのコンフォーマル物質を沈着することによって形成される、滴エミッタの液体チャンバー壁とカバーを例示している。この層は、滴エミッタのチャンバーカバー３５を形成するためにパターン化される。ノズル３０は、組立工程における、かかる段階における滴エミッタのチャンバーカバー３５内に維持する、犠牲層物質層３１に通じる、滴の液体チャンバーで形成される。
【００５３】
図１１（ａ）乃至１１（ｃ）は、図１０のＡ−Ａで示される部分による装置の側面図を示す。図１１ａにおいて、犠牲層３１は、ノズル開口部３０を除いて、滴エミッタのチャンバーカバー３５内に含まれる。図１１ａに示されるように、基板１０は完全である。パシベーション層２１は、ギャップエリア１３における基板１０の表面とカンチレバー型要素２０の周囲から取り除かれる。それらの位置における層２１の除去は、犠牲構造３１を形成する前の組立段階において成される。
【００５４】
図１１ｂにおいて、基板１０はカンチレバー型要素２０及びカンチレバー要素２０の周りで近い液体チャンバーエリアの下で取り除かれる。それらの除去は、反応性イオンエッチング、又は単一の水晶のシリコンが使用される基板におけるエッチングに依存する配位などの異方性のエッチング工程によってなされる。サーマルアクチュエータだけの構築において、犠牲構造と液体チャンバー段階は必要とされず、基板１０からエッチングされる段階は、カンチレバー型要素を解放するために使用されるかもしれない。
【００５５】
図１１ｃにおいて、犠牲物質層３１は、酸素とフッ素源を用いるドライエッチングによって除去される。腐食液ガスは、ノズル３０を介して入力し、基板１０の背面から事前にエッチされた、新規に開口された流体供給チャンバーエリア１２から入力する。この段階はカンチレバー型要素２０を解放し、液体滴エミッタ構造の組立を完全にする。
【００５６】
図１２（ａ）１２（ｂ）は、本発明の数多の好ましい実施態様による液体滴エミッタ構造の側面図を例示する。図１２ａは、ノズル３０に近接する第一位置のカンチレバー型要素２０を示す。液体メニスカス５２は、ノズル３０の外部縁において留まっている。図１２（ｂ）は、ノズル３０に向かってカンチレバー型要素２０の遊離端３２の偏向を例示する。カンチレバー型要素の上方への偏向は、第一偏向板層２２の第一の均一な抵抗器部分２５に付加された、電極４２、４４の第一ペアに電気的なパルスを適用することによって引き起こされる（さらに図３ｂを参照）。この第二位置に対するカンチレバー型要素の迅速な偏向は、ノズル３０におけるメニスカス圧力を克服し、滴５０を発射させる、液体６０を加圧する。
【００５７】
図１３（ａ）乃至１３（ｂ）は、本発明の数多の実施態様による液体滴エミッタ構造の側面図を例示する。図１３の側面図は、図１０のＢ−Ｂに示される線に沿って形成される。図１３ａは、ノズル３０に近接する、第一位置におけるカンチレバー型要素２０を示す。液体メニスカス５２は、ノズル３０の外部縁にて留まる。図１３ｂは、ノズル３０から離れたカンチレバー型要素２０の遊離端３２の偏向を例示する。カンチレバー型要素の下方への偏向は、第二偏向板層２４の第二の均一な抵抗器部分２７に付加された、電極４６、４８の第二ペアに対して電気的パルスを適用することによって引き起こされる（さらに図３ｂを参照。）。この下方位置に対するカンチレバー型要素の偏向は、メニスカスが、ノズル３０のより低い内部の縁領域へ格納される、ノズル３０の近くでネガティブに液体を加圧する。
【００５８】
例示されるタイプにおけるカンチレバー型要素のエミッタ操作において、静止している第一位置は、図４ａ、１２ａ、１３ａ及び１９ａに例示される水平状態よりもカンチレバー型要素２０の状態で部分的に曲がるかもしれない。アクチュエータは、一つ以上の小型電子沈着又は処置工程後で維持している内部ストレスのために、室温で上方又は下方に曲がるかもしれない。装置は、温度管理の設計及びインクの適切な制御を含む、様々な目的における高温度において操作されるかもしれない。そのような場合は、第一位置は実質的に曲がるかもしれない。
【００５９】
ここに記載の本発明の目的において、カンチレバー型要素は静止しているか、又は遊離端が偏向した位置において著しく変化しない場合には第一位置にある。理解を容易にするために、第一位置は図４ａ、１２ａ、１３ａ及び１９ａで水平に描写される。しかしながら、曲がった第一位置に関するサーマルアクチュエータの操作は周知であり、本発明の開発者によって予期され、完全に本発明の範囲内である。
【００６０】
図５乃至１１は、好ましい組立の流れを例示する。しかしながら、多くの他の構成アプローチは、周知の小型電子工程と物質の使用にしたがうかもしれない。本発明の目的において、第一偏向層２２、障壁層２３、及び第二偏向板層２４を含んでいる、カンチレバー型要素となる、組立アプローチが続く。それらの層はまた、サブ層であるか、又はサーモメカニカルな動作が個々の積層の特徴の積み重ねからの結果となる場合における積層から構成されるかもしれない。さらに、図５乃至１１の流れにおける例示において、液体滴エミッタの液体チャンバーのカバー３５とノズル３０は、基板１０にインサイチュー形成された。代替として、サーマルアクチュエータは、液体滴エミッタを形成する、液体チャンバー構成部分に対して個別に構成されて、結合されうる。
【００６１】
カンチレバー型要素２０内の熱の流れは、本発明の基礎となる主要な物理的な工程である。図１４は、内部の熱の流れＱＩと周囲への流れＱＳを示す、矢印の手段によって熱の流れを例示する。第一偏向板層２２が、第一偏向板層２２に対して熱パルスを追加することによって、又はその逆作用によって、第二偏向板層２４に関して延伸されるために、カンチレバー型要素２０は偏向する遊離端３２を曲げる。一般的に、カンチレバー形態のサーマルアクチュエータは、アクチュエータ又は数多の組み合わせにおける多大な温度差で操作する、均一な操作温度における熱膨張係数での大きい差を有するように設計される。本発明は、第一偏向板層２２と第二偏向板層２４間で設定された内部温度差を活用し、最大化するために設計される。
【００６２】
好ましい実施態様において、第一偏向板層２２と第二偏向板層２４は、サーマルアクチュエータを操作する温度範囲にわたって、実質的に１４位熱膨張係数を有する物質を用いて構成される。したがって、第一偏向板層２２と第二偏向板層２４間の最大温度差が達成される場合、最大のアクチュエータの偏向が発生する。第一又は名目上の位置に対するアクチュエータの回復は、温度が第一偏向板層２２、第二偏向板層２４及び障壁層２３の間で均衡する場合に発生する。温度の均衡工程は、主に厚さ、ヤング率、熱膨張係数及び熱伝導度などの障壁層の特徴によって仲介される。
【００６３】
かかる温度の平衡化工程は受身的に進行されるか、又は熱は冷却層に加えられるかもしれない。例えば、第一偏向板層２２が所望の偏向を引き起こすために最初に加熱される場合、第二偏向板層２４は、カンチレバー型要素全体に熱平衡を迅速にもたらすために実質的に加熱される。サーマルアクチュエータの適用に依存して、平衡化における結果となる温度がより高温になっても第一位置にカンチレバー型要素を回復することはより望ましく、サーマルアクチュエータが初期の開始温度に戻るにはより長い時間がかかるだろう。
【００６４】
カンチレバー型の多層構造は、一般に、高い温度で放物線状の弧型を仮定する、異なる物質特性と厚さを有する、ｊ層から構成される。図１５は、偏向された３層のカンチレバー型要素２０を例示する。基部温度ΔＴ以上の温度と、アンカーエッジ１４からの距離ｘの関数としてのカンチレバーの機械的な中央ラインの変更Ｄｃ（ｘ、Ｔ）は、下記の関係にしたがって物質特性と厚さに比例しており、
【００６５】
【数１】
2004001517.tif 000003
式中のｃΔＴは、ｃがカンチレバーの層の特徴を捕獲し、下記の
【００６６】
【数２】
2004001517.tif 000004
によって与えられるサーモメカニカル構造係数である場合のサーマルモーメントであり、
式中のＥｊ、ｈｊ、σｊ及びαｊは、ｊ番目の層において、それぞれ、ヤング率、厚さ、ポアッソン比及び熱膨張係数である。
【００６７】
本発明は、第一と第二偏向板層を加熱する第一と第二の均一な抵抗器部分の形成に依存し、それによってカンチレバーの曲がることを引き起こす温度差ΔＴを設定する。下記にさらに説明されるように、均一の抵抗器部分は、熱エネルギーの与えられた入力を認識するアクチュエータの偏向量を最適化するように、カンチレバー型要素の完全に延在された長さＬを延在しない。したがって、弧状の式１は、カンチレバー型要素の加熱された部分に適用される。さらに、加熱されない先端部分３２は、図１５に例示されるように直線部分として加熱された部分から延在する。エネルギーの最適化の考慮を記載する前に、本発明を実行するために適切である、カンチレバー型要素２０の適切な層ｊを理解することは有用である。
【００６８】
すでに記載されたように、本発明の目的において、内部の熱平衡が第一偏向板層２２を初期に加熱する、下記の熱パルスに達する場合に第二偏向板層２４が機械的に第一偏向板層２２のバランスを保つことが望ましい。熱均衡における機械的なバランスは、特に熱膨張係数及びヤング率などの、カンチレバー型要素の層の厚さと物質特質の設計によって達成される。第一偏向板層２２、障壁層２３又は第二偏向板層２４の何れかがサブ層の積層で構成され、重要な特徴は合成層の効果的な値である。
本発明は、任意の高温であるが、均一であるΔＴが０でないカンチレバー型要素の温度において、正味ゼロの偏向、Ｄ（ｘ、ΔＴ）＝０において必要な状態を考慮することによって理解されるかもしれない。式１から、この状態がサーモメカニカルな構造要因ｃ＝０を必要とすることが分かる。式２乃至３でサーモメカニカルな構造要因ｃ＝０となる、層の物質特性と厚さの任意の重要な組み合わせは、本発明の実行を可能にする。すなわち、ｃ＝０を有する、カンチレバーのデザインは、カンチレバーの一時的な偏向を引き起こす、層における一時的な温度勾配を設定することによって達成される。次いで、熱状態を介する均一な温度をアプローチする、カンチレバーの層として、平衡な熱膨張効果が設計によってバランスが保たれる理由により、カンチレバーは偏向されない位置に戻るであろう。
【００６９】
ポアッソン比がすべての３物質層において同一である仮定を簡素化する、ｊ＝３の３層のカンチレバーの場合において、サーモメカニカル構造要因ｃは、下記の式、
【００７０】
【数３】
2004001517.tif 000005
で表される量に比例して示されうる。添字１、ｂ及び２は、第一偏向板層、障壁層、及び第二偏向板層をそれぞれ意味する。式中のＥｊ、αｊ、ｈｊ（ｊ＝１、ｂ、又は２）は、ｊ番目の層において、それぞれ、ヤング率、熱膨張係数、及び厚さである。パラメータＧは、弾性パラメータと様々な層の規模の関数であり、常に正の量である。パラメータＧの探索は、３層のビームが本発明を理解する目的における高温度での正味ゼロの偏向を有する場合において決定するために必要とされない。
【００７１】
式４の量Ｍは層の物質特質と厚さの重要な効果を得る。３層のカンチレバーは、Ｍ＝０の場合におけるΔＴの高温度での正味ゼロの偏向、Ｄ（ｘ、ΔＴ）＝０を有するであろう。式４を調査するに、状態Ｍ＝０は、下記の
【００７２】
【数４】
2004001517.tif 000006
の場合に発生する。層の厚さがｈ１＝ｈ２で、熱膨張係数がα１＝α２であり、ヤング率がＥ１＝Ｅ２である、特別な場合において、量Ｍはゼロであり、例えばΔＴが０でない場合の高温度においてさえ、正味ゼロの偏向がある。
【００７３】
第二偏向板層２４物質が第一偏向層２２物質と同一である場合に、第一偏向板層２２の厚さｈ１が第二偏向板層２４の厚さｈ２と実質的に等しいのであれば、３層構造は正味ゼロの偏向を有することが式６から理解されるであろう。
【００７４】
与えられた第一偏向板層２２において正味ゼロの偏向を提供するために選択される、第二偏向板層２４と障壁層２３におけるパラメータの多くの他の組み合わせがあることが式２からさらに理解されるであろう。例えば、第二偏向板層２４の厚さ、ヤング率、又は両者における数多の変化は、第二偏向板層２４と第一偏向板層２２物質との間の異なる熱膨張係数を補償するために使用される。
【００７５】
高温度ΔＴにおける３層以上のより複雑な多層のカンチレバー型構造のために正味ゼロの偏向を導く、式２乃至６で得られる層におけるパラメータのすべての組み合わせは、本発明の変更可能な実施態様として本発明の発明者によって予測される。
【００７６】
図１４を参照するに、内部の熱の流れＱ１は層間の温度差によって導かれる。本発明を理解する目的において、第一偏向板層２２から第二偏向板層２４への熱の流れは、第二偏向板層２４における加熱工程及び第一偏向板層２２における冷却工程として認識される。障壁層２３は、加熱及び冷却工程の両者において熱移動するための時間定数τＢを確立するものとして認識される。
【００７７】
時間定数τＢは、障壁層２３の厚さｈｂにほぼ比例しており、かかる障壁層を構成するために使用される物質の熱伝導度に対して反比例する。すでに注意したように、第一偏向板層２２に入力する熱パルスは、熱移動の時間定数よりも短い期間であるか、そうでなければ、潜在的な温度差と偏向の大きさは障壁層２３により超過する熱の損失によって消去されるであろう。
【００７８】
カンチレバー型要素から周囲に向かう、第二の熱の流れ全体は、Ｑｓで印付けされた矢印によって示される。外部における熱の流れの詳細は、サーマルアクチュエータの適用において重要に依存するであろう。熱はアクチュエータから基板１０か、又は他の隣接する構造的な要素に状態によって流れる。アクチュエータが液体又は気体において開口している場合、アクチュエータはこれらの流体に対する、対流と電導によって熱を失うだろう。熱はまた放射を介して失われるであろう。本発明を理解する目的において、周囲に対して熱を失うことは、操作している多くの工程と径路を統合する、単一の外部の冷却時間定数τＳとして特徴とされる。
【００７９】
重要な他のタイミングパラメータは、サーマルアクチュエータを操作する、所望の反復期間τＣである。例えば、インクジェットプリンタヘッドにおいて使用される液体滴エミッタにおいて、アクチュエータの反復期間は、噴射が維持できる、ピクセル書き込み率を確立する、滴の発射頻度を確立する。熱移動の時間定数τＢが第一位置に回復するためにカンチレバー型要素において必要とされる時間を支配するために、熱効率と迅速な操作において、τＢ＜＜τＣであることが好ましい。あるパルスから次ぎのパルスまでの起動性能における均一性は、反復期間τＣがτＢ以上の数多のユニットとして選択されるように改良される。すなわち、τＣ＞５τＢである場合、カンチレバー型要素は完全に平衡化しており、第一又は名目上の位置に戻る。代わりに、τＣ＜２τＢである場合、次ぎの偏向がもたらされる場合において、ある著しい規模の残留性の偏向が存続するだろう。したがって、τＣ＞２τＢであることが望ましく、より望ましくはτＣ＞４τＢである。
【００８０】
周囲に対する熱移動の時間定数τＳは、同様にしてアクチュエータの反復期間τＣに影響する。効率的な設計において、τＳはτＢよりも著しく大きい。したがって、３乃至５のτＢ時間後にカンチレバー型要素が内部の熱平衡に到達した後でさえ、カンチレバー型要素は、３乃至５のτＳ時間までに周辺温度又は開始温度以上であるだろう。新しい偏向が開始され、一方でアクチュエータはまだ周辺温度よりも高い。しかしながら、機械的な起動の一定量を維持するために、カンチレバー型要素の層におけるさらに高いピーク温度は要求されるだろう。期間τＣ＜３τＢにおける反復したパスルは、ある機能不全モードが達するまでにアクチュエータ物質の最大温度における連続する上昇を引き起こす。
【００８１】
基板１０の熱槽部分１１が図１４に例示される。半導体又はシリコンなどの金属性物質が基板１０において使用される場合、示された熱槽部分１１は、単に熱を貯蔵する位置として設計された基板１０の領域であるかもしれない。代替として、個別の物質は、アンカー部分３４においてカンチレバー型要素２０から離れて伝導される熱における効率的な槽としての役割をする、基板１０内に含まれるかもしれない。
【００８２】
図１６は、カンチレバー型要素２０内で、カンチレバー２０から周辺構造と物質までの熱移動のタイミングを例示している。温度Ｔは、その定常状態の操作温度より高い第一偏向板層２２の温度の急激な上昇の意図した範囲に関して標準化された規模でプロットされる。すなわち、図１６でのＴ＝１は、熱パルスが適用された後に、第一偏向板層によって達成された、最大温度であり、図１６におけるＴ＝０がカンチレバー型要素の基礎又は定常状態温度である。図１６の時間軸は、反復された起動における最小限の期間である、τＣの単位でプロットされる。さらに、図１６での例示は、τＰのパルスの持続時間を有する、単一の加熱パルス２３０である。加熱パスル２３は第一偏向板層２２に適用される。
【００８３】
図１６は時間Ｔ対時間ｔの４つのグラフを示す。第二偏向板層２４と第一偏向板槽２２におけるグラフは、熱移動の時間定数τＢの２つの異なる値を有するカンチレバー型要素の形態においてプロットされる。熱移動の時間定数τＳにおける単一の値は、すべての４つの温度曲線において使用された。一次元で、指数関数的な加熱及び冷却関数は、図１６の時間対時間グラフを生成するように仮定される。
【００８４】
図１６において、曲線２１０は第一偏向板層２２の温度を例示し、曲線２１２は第一偏向板層２２に適用される熱パルスに続く、第二偏向板層２４の温度を例示する。曲線２１０と２１２において、障壁槽２３におけるの熱移動の時間定数はτＢ＝０．３τＣであり、周囲に対する冷却における時間定数τＳ＝２．０τＣである。図１６は、内部平衡が示されたＥ点に到達するまでに、第一偏向板層２２における温度２１０が降下するにつれて、第二偏向板層２４における温度２１２の上昇を示す。点Ｅを過ぎた後、両槽２２と２４の温度は、τＳ＝２．０τＣによって支配される率で共に連続して降下する。カンチレバー型要素の偏向量は、第一偏向板層の温度２１０と第二偏向板層の温度２１２との間の差にほぼ比例する。したがって、カンチレバー型要素は、その偏向された位置から図１６でＥとして示される時間と温度の第一位置に回復するだろう。
【００８５】
温度曲線２１４と２１６の第二ペアは、短い障壁層における時間定数τＢ＝０．１τＣの場合において、第一偏向板層の温度と第二偏向板層の温度のそれぞれを例示する。温度曲線２１４と２１６における周辺を冷却する時間定数はまた、曲線２１０と２１２におけるτＳ＝２．０τＣである。カンチレバー型要素２０内の内部の温度平衡点は、図１６のＦで示される。カンチレバー型要素は、その偏向位置から図１６のＦとして示される時間と温度での第一位置に回復されるであろう。
【００８６】
次ぎの起動が開始される前にカンチレバー型要素がその第一又は名目上の位置に回復されるためにτＢがτＣに関して小さいことが利点であることは図１６における例示の温度プロットから理解されるかもしれない。次ぎの起動が時間ｔ＝１．０τＣで開始される場合、カンチレバー型要素がτＢ＝０．１τＣである場合に、その第一位置に完全に回復される、平衡点Ｅ及びＦから理解できる。しかしながら、τＢ＝０．３τＣである場合、時間ｔ＝１．０τＣにおける曲線２１０と２１２間のわずかな温度差によって示される、若干偏向された位置から開始されうる。
【００８７】
図１６はまた、内部温度の平衡が到達し、第一位置に偏向が回復した後であっても、カンチレバー型要素２０が高温度であることを例示する。カンチレバー型要素２０は、高温度において延伸するだけでなく、第一偏向板層２２と第二偏向板層２４との間のバランス力により偏向される。カンチレバー型要素は、高温度において内部の温度的な平衡のかかる状態から起動される。しかしながら、かかる高温度状態からの熱パルスと起動の連続した適用は、機能不全モードが装置における様々な物質として発生させるか、又は作動する環境をさらに上昇するピーク温度の急激な上昇として発生し始めることを引き起こすかもしれない。結果として、周囲に対する熱移動の時間定数τＳを可能な限り削減することが有利である。
【００８８】
本発明によるサーマルアクチュエータの操作において、障壁層２３の熱移動の時間定数τＢを認識して電気的なパルスのパラメータを選択することは有利である。一旦、設計されて組み立てられると、本発明によるカンチレバー型設計を有するサーマルアクチュエータは、障壁層２３により第一偏向板層２２と第二偏向板層２４間の熱移動において特徴となる時間定数τＢを表すであろう。効率的なエネルギーの使用と最大の偏向性能において、熱パルスエネルギーは、τＢによって特徴とされる内部エネルギー移動工程と比較して短い時間にわたって適用される。したがって、電気的な抵抗性の加熱において適用された熱エネルギー又は電気的なパルスは、τＰ＜τＢであり、好ましくはτＰ＜１／２τＢである場合に持続期間τＰを有することが好ましい。
【００８９】
本発明のサーマルアクチュエータは、実質的に反対運動と移動におけるカンチレバー型要素２０の活発な偏向を可能にする。第一偏向板層２２を加熱するために電気的なパルスを適用することによって、カンチレバー型要素２０は第一偏向板層２２から離れる方向で偏向する（図４ｂ及び１２ｂを参照）。第二偏向板層２４を加熱するために電気的なパルスを適用することによって、カンチレバー型要素２０は第二偏向板層２４から第一偏向板層２２に向かって離れる方向で偏向する（図４ｃ及び１３ｂを参照）。カンチレバー型要素２０を偏向させるサーモメカニカルな力は、内部の熱平衡が記載した式６を満たすために、すなわち、サーモメカニカルな構造要因がｃ＝０であるように、設計されるカンチレバー型要素２０における内部の熱移動を介して発生される場合に、バランスを保つようになる
受動性の内部の熱移動及び外部の冷却工程に加えて、カンチレバー型要素２０はまた、加熱されない層物質の圧縮又は張力から生じる受動性の内部の機械的な力に反応する。例えば、カンチレバー型要素２０を曲がらせて、第一偏向板層２２が加熱される場合、障壁層２３と第二偏向板層２４は機械的に圧縮される。圧縮された物質に保存された機械的なエネルギーは、屈曲に逆らう対抗する、ばね力を導き、したがって偏向に逆らう。ある偏向板層の突然の加熱によって引き起こされる、サーモメカニカルな衝撃にしたがい、保存された機械的なエネルギーが、既に議論された熱弛緩工程に加えて、消滅されるまで、カンチレバー型要素２０は振動する手法において移動する。
【００９０】
図１７は、カンチレバー型要素の振幅が減衰した振動する行動を例示する。グラフ２５０は、時間の関数としてカンチレバー型要素の遊離端３２の移動を示す。グラフ２５２は、振幅が減衰した振動する移動を開始する、初期のサーモメカニカルな衝撃力を生成する、電気的なパルスを示す。電気的なパルスの持続時間τＰ１は、既に議論された内部における熱移動の時間定数τＢの半分以下であると仮定される。図１５の時間軸は、τＰ１の単位でプロットされる。カンチレバー型要素の遊離端の移動におけるグラフ２５０は、振動の共振時間πＲ乃至１６πＰ１と振幅が減衰する時間定数τＤ乃至８τＰ１の場合を例示する。両方の第一偏向板層２２と２４によってサーモメカニカルな衝動を受ける、内部熱と機械的な作用と同様に両方の活動的に適用されたサーモメカニカルな力の組み合わせになるだろう、カンチレバー型要素２０の結果となる移動が図１７から理解される。
【００９１】
望ましい所定の移動対時間のプロファイルは、特に適用されたパルス間のエネルギーと持続時間の待ち時間τＷ１、適用された電気的なパルスのパラメータと、及び第一と第二偏向板層がアドレスされる、オーダーを活用することによって構成されるかもしれない。図１７に例示されるようにカンチレバー型要素２０の振幅が減衰した振動する移動は、単一のサーモメカニカルな衝撃に対して反応する静止位置又は第一位置の両側で移動を生じる。第二の反対するサーモメカニカルな衝撃は、第一衝撃によって開始された振動を増幅するか、又はさらに振幅が減衰されるようにτＷ１を使用して時間が計測されるかもしれない。
【００９２】
より迅速に振幅を減衰し、第一位置への回復を促進する役割をする活性の連続は、図１８のグラフ２６０、２６２、及び２６４によって例示される。図１７に示される、振幅が減衰した振動する移動をプロットするために使用される、カンチレバー型要素２０における同一特徴のτＢ、τＲ、及びτＤは、同様に図１８でも示されている。グラフ２６０は、第一偏向板層２２における第一の均一の抵抗器部分２５に付加された電極のペアに適用される、電気的なパルスに反応して迅速に偏向するカンチレバー型要素を示す。かかる第一の電気的なパルスは、グラフ２６２として例示される。パルスの持続時間τＰ１は図１７で使用される持続時間と同様であり、図１８のグラフの時間軸はτＰ１の単位である。グラフ２６０によって例示されたカンチレバー型要素２０の初期の偏向は、したがって図１７にけるグラフ２５０と同様である。
【００９３】
短い待ち時間τＷ１の後、第二の電気的なパルスは、図１８のグラフ２６４によって例示されるように、第二偏向板層２２の第二の均一な抵抗器部分２７に付加される電極のペアに適用される。かかる第二の電気的なパルスのエネルギーは、第二偏向板層２４を加熱し、第二偏向板層の温度を時間での点における第一偏向板層２２の温度付近まで上昇するように選択される。図１８の例示において、第二の電気的なパルス２６４は、第一の電気的なパルス２６２と同様な振幅を有するが、しかし短い持続期間τＰ１＜τＰ１を有するものとして示される。この手法で第二偏向板層を加熱することは、圧縮的に保存されたエネルギーを放出し、カンチレバー型要素２０を曲がらせる力のバランスを保つ、第二偏向板層を延伸する。したがって、第二偏向板層２４に適用された第二の電気的なパルスは、カンチレバー型要素２０の振動を急速に振幅が減衰して、第一位置にカンチレバー型要素を戻す効果を有する。
【００９４】
第一位置にカンチレバー型要素２０をより迅速に回復する目的において第二の電気的なパルスを適用することは、カンチレバー型要素に対して全体的にさらなる熱エネルギーを加える欠点を有する。偏向期間において回復される一方で、カンチレバー型要素はさらに高温度になるであろう。別の起動を開始する温度から初期の開始温度に冷却して戻すためには多くの時間が必要とされる。
【００９５】
第二の起動を使用する活発な回復は、初期のカンチレバー型要素における偏向の持続時間が重要である、サーマルアクチュエータの適用において価値があるかもしれない。例えば、液体滴エミッタを活用するために使用される場合、第一位置に活性的に回復するカンチレバー型要素は、工程から滴の分割を促進するために使用されてもよい、それによって、活発な回復が使用されない場合においてさらなる小滴を生成する。異なる時間におけるカンチレバー型要素２０の再処理を開始することによって（待ち時間τＷ１を変化することによって）、異なるサイズの滴が生成されるかもしれない。
【００９６】
液体滴エミッタのノズル３０の周辺における液体状態と液体メニスカスを変化する役割をする、活性の連続は、図１９に例示される。液体滴エミッタのノズル領域で生じる状態は、図２０（ａ）乃至２０（ｃ）にさらに例示される。グラフ２７０は、カンチレバー型要素の遊離端３２の偏向対時間を例示し、グラフ２７２は第一偏向板層２２をアドレスする電極の第一ペアに適用される電気的なパルスの連続を例示し、グラフ２７４は第二偏向板層２４に付加される電極の第二ペアに適用される電気的なパルスの連続を例示する。同一のカンチレバー型要素の特徴τＢ、τＲ、及びτＤは、図１７と１８で既に議論されたように図１９において仮定される。時間軸はτＰ１の単位でプロットされる。
【００９７】
静止の第一位置から、電気的なパルスを第二偏向板層２４に適用することによって、カンチレバー型要素はノズル３０から離れる量Ｄ１で第一に偏向される（図２０ａ、ｂを参照）。これはノズルで液体圧力を減少する効果を有し、ノズル３０の孔内で液体チャンバー１２に向かって再処理されるメニスカスを引き起こす。次いで、選択された待ち時間τＷ１の後、カンチレバー型要素は、滴を発射させるノズルに向かってＤ２量を偏向させる。初期のサーモメカニカルな衝撃によって引き起こされる、カンチレバー型要素２０の共振する運動がノズルに向かうように待ち時間τＷ１を選択する場合、第二のサーモメカニカルな衝撃はかかる運動を増幅し、かつ強力な正の圧力の衝撃は滴の形成を引き起こすだろう。
【００９８】
第一起動によって引き起こされる初期における負の圧力の急激な上昇の規模を変化することによって、又はカンチレバー型要素２０の励起された共振振動に関して第二起動のタイミングを変更することによって、異なる容量と速度の滴は生成されるかもしれない。サテライト滴の形成は、ノズルにおけるメニスカスの事前の位置付けによって、かつ正の圧力衝撃のタイミングによって影響されうる。
【００９９】
図１９のグラフ２７０、２７２、及び２７４はまた、第二待ち時間τＷ２後の第二の液体滴の発射を生じる起動の第二セットを示す。この第二待ち時間τＷ２は、次ぎの起動パルスが適用される前に、カンチレバー型要素の第一の又は名目上の位置に回復されるカンチレバー型要素２０において必要な時間のために選択される。この第二の待ち時間τＷ２は、パルス時間τＰ１、τＰ２及びパルス間の待ち時間τＷ１と共に、液体滴を発射する工程を反復するための実際的な反復時間τＣを確立する。最大の滴の反復頻度ｆ＝１／τＣは、重要なシステム性能の特質である。第二待ち時間τＷ２は内部の熱移動の時間定数τＢよりも長いことが好ましい。本発明のサーマルアクチュエータと液体滴エミッタの効率的で再生可能な活性化においてτＷ２＞３τＢであることが最も好ましい。
【０１００】
本発明の二重のサーモメカニカルな起動手段に適用される電気的なパルスのパラメータ、起動の順序、及び熱移動の時間定数τＢと共振振動期間τＲなどのサーマルアクチュエータの物理的な特質に関する起動のタイミングは、望ましい所定の移動対時間のプロファイルを設計するツールのリッチセットを提供する。本発明のサーマルアクチュエータにおける二重起動の性能は、電子的な制御システムによって管理される移動対時間のプロファイルの修正を可能にする。この性能は、アプリケーションデータの変更、環境的な要因の変更、作動液体又は負荷若しくは同様の表面における名目上の性能を維持する目的において、アクチュエータの移動プロファイルで調節を成すように使用される。この性能はまた、グレーレベルの印刷生成において所定の滴量の生成などの複数の所定の効果を引き起こす、複数の個別な起動プロファイルの生成における重要な値を有する。
【０１０１】
ここに記載されたカンチレバーにおけるサーモメカニカル構造要因の設計と二重の起動から生じる有用な性能要因に加えて、本発明の発明者は、カンチレバー型サーマルアクチュエータのエネルギー効率は、所望の起動を引き起こすために第一及び第二偏向板層２２と２４のほんの一部分だけを加熱することによって増大できる。
【０１０２】
図４、５、１２及び１５に関して既に記載したように、第一偏向板層２２を構成するために使用される電気的に抵抗性の物質は、カンチレバー型要素の長さＬの部分だけを延在する、均一な抵抗の部分２５を有するようにパターン化されるかもしれない。図２１（ａ）乃至２１（ｂ）は、さらにかかる概念を例示する。図２１ａは、図５に既に例示されたようなパターン化された第一偏向板層の斜視図を例示する。第一偏向板層２２の電気的な抵抗性の物質は、物質の第一の中央スロット２９を除去することによってＵ字型抵抗器にパターン化される。図２１ａにおいて、均一な抵抗に部分２５は、カンチレバー型要素の延伸長さＬの完全な長さＬＨ１、すなわちＬＨ１＝Ｌを延在する。
【０１０３】
図２１ｂにおいて、第一偏向板層２２は、完全なカンチレバー型要素の長さＬよりも短い長さＬＨ１、すなわち、ＬＨ１＜１を延在する、第一の均一な抵抗器部分２５を有するようにパターン化される。第一偏向板層２２は、点線によって３つの一般的な部分に分割され、それらは、遊離端部分３２、均一な抵抗器部分２５、及びアンカー端部分３４である。電気的な入力電極４２と４４は、アンカー端部分３４で形成される。第一偏向板層２２は、厚さｈ１を有する。
【０１０４】
図２１ｂに例示されるような第一偏向板層２２の設計を有するカンチレバー型要素のアクチュエータを操作する場合、加熱は均一な抵抗器部分２５の長さＬＨ１にわたってほぼ均一な手法で初期に発生するだろう。第一の均一な抵抗器部分２５における第一偏向板層２２は、カンチレバー型要素を第一偏向板層２２から離れて屈曲させて、障壁層２３と第二偏向板層２４（図２１ｂに示されていない）に関して延伸するだろう。均一な抵抗器部分２５にしっかりと取り付けられているために、第一偏向板層２２の遊離端部分３２はまた、偏向されるだろう。遊離端部分３２はレバーアームとして作用し、さらに直接的に加熱された第一の均一な抵抗器部分２５で発生する、屈曲する偏向量を増大する。著しい入力エネルギーは、かかる増大効果により保存されるかもしれない。アクチュエータでの偏向の所望の大きさＤは、延伸層のほんの一部だけが加熱されるために、少ない入力エネルギーで達成されるかもしれない。
【０１０５】
図２２（ａ）乃至２２（ｂ）は、本発明の理解を助ける次元的な関係を例示する、第一偏向板層２２の平面図である。第一偏向板層２２は、図２１ｂに関して既に議論された３つの部分に形成された、アンカー端部分３４、第一の均一な抵抗器部分２５、及び遊離端部分３２が示される。均一な加熱は、電流が入力電極４２と４４間を通過する場合に第一の均一な抵抗器部分２５で発生するだろう。数多の重要な抵抗性の加熱は、アンカー端部分３４で生じるかもしれない。そのようなアンカー端の抵抗性の加熱は、浪費されたエネルギーであり、かつ第一偏向板層２２の物質の断面エリアを増大することによって、さらにアンカー端部分３４で可能な限り電流径路の長さを短くすることによって好ましくは最小限にされる。非常にわずかな抵抗性の加熱は、電流径路が実質的に第一の均一な抵抗器部分２５に制限されるように、遊離端部分３２で発生するだろう。
【０１０６】
図２２（ａ）乃至２２（ｂ）において、第一の均一な抵抗器部分２５は、アンカー位置１４から延在する長さＬＳ１を有する第一の中央スロット２９における第一偏向板層２２の物質を除去するのとによって形成される。第一の中央スロット２９は、ＷＳ１の平均的な幅を有する。抵抗性の加熱のホットスポットを回避するために、好ましくは、第一の中央スロット２９は、長さＬＳ１に沿った均一な規模で形成される。機械的な強度と熱サイクルの効率の理由で、第一の中央スロット２９の幅ＷＳ１は、均一な抵抗の電流経路の確定と一致して、実現可能であるように狭くすることが望ましい。本発明の数多の好ましい実施態様において、障壁層２３の物質は、すでにパターン化された第一偏向板層２２の物質上に覆われる。障壁層２３によって第一偏向板層２２の隙間がない範囲を第一の中央のスロット２９へ促進するために、第一の中央のスロット２９は底部から上部に先細になる側壁と形成される。好ましくは、第一の中央のスロット２９は、第一偏向板層２２の厚さｈ１の３倍以下、つまりＷＳ１＜３ｈ１である、平均幅ＷＳ１に形成される。高さ対幅の比が１：３を有する第一偏向板層２２における特徴的な範囲は、ＭＥＭＳ組立工程方法の性能内にある。
【０１０７】
第一の均一な抵抗器部分２５は、第一の中央スロット２９の長さＬＳ１よりも長い長さＬＨ１まで延在するように、図２２（ａ）乃至２２（ｂ）に例示される。第一の均一な抵抗器部分２５による電気的な電流経路は、第一の中央スロット２９の端から電流径路の直線のアーム部分の幅とほぼ等しい距離で外側に向かって延在する。電流径路の直線のアーム部分は、約Ｗ１の半分の幅であり、Ｗ１は第一偏向板層２２の第一の均一な抵抗器部分の幅であり、第一の中央スロットの幅ＷＳ１は、Ｗ１に比べて小さく、ＷＳ１＜＜Ｗ１である。したがって、図２２に例示される幾何学的配置において、ＬＨ１は、ほぼＬＳ１＋１／２Ｗ１である。
【０１０８】
Ｆ１＝ＬＨ１／Ｌである場合、カンチレバー型要素２０の延在された長さＬと比較して、第一の均一な抵抗器部分ＬＨ１の断片的な長さＦ１に関して第一偏向板層２２の設計を分析することは有用である。図２２ａは、断片的なヒーターの長さＦ１＝２／３がである、第一偏向板層２２の設計を例示する。図２２ｂは、Ｆ１＝１／３を有する設計を例示する。
【０１０９】
本発明における二重のアクチュエータの実施態様において、第二の均一の抵抗器部分２７を有する第二偏向板層２４の設計は、第一偏向板層２２と類似している方法において最適化される。図２３（ａ）乃至２３（ｂ）は、図４、７、及び１３に既に例示されるように第二偏向板層２４の斜視図と平面図である。図２３ａは、図７に既に例示したようにパターン化された第二偏向板層２４の斜視図を例示する。第二偏向板層２４の電気的な抵抗性の物質は、第二の中央スロット２８の物質を除去することによってＵ字型抵抗器にパターン化される。図２３ａにおいて、第二の均一な抵抗器部分２７は、カンチレバー型要素の完全な長さＬの長さＬＨ２を延在する。第二偏向板層２４は厚さｈ２を有する。
【０１１０】
図２３ｂは、本発明の理解を支援する、次元的な関係を例示する、第二偏向板層２４の平面図である。
【０１１１】
第二の均一な抵抗器部分２７は、アンカー位置１４から延在している長さＬＳ２を有する第二の中央スロット２８における第二偏向板層２４の物質を取り除くことによって形成される。第二の中央スロット２８は、ＷＳ２の平均幅を有する。抵抗性の加熱のホットスポットを回避するために、第二の中央スロット２８は、好ましくは長さＬＳ２に沿った均一な規模で形成される。機械的な強度と熱サイクルの効率の理由で、第二の中央スロット２８の幅ＷＳ２は、均一な抵抗の電流経路の確定と一致して、実現可能であるように狭くすることが望ましい。本発明の数多の好ましい実施態様において、第二偏向基層２４の物質は、カンチレバー型要素を保護するためにパシベーション物質で覆われる。第二偏向板層２４の隙間がない範囲を第二の中央のスロット２８へ促進するために、第二の中央のスロット２８は底部から上部に先細になる側壁と形成される。好ましくは、第二の中央スロット２８は、第二偏向板層２４の厚さｈ２の３倍以下、つまりＷＳ２＜３ｈ２である、平均幅ＷＳ２に形成される。高さ対幅の比が１：３を有する第二偏向板層２４における特徴的な範囲は、ＭＥＭＳ組立工程方法の性能内にある。
【０１１２】
第二の均一な抵抗器部分２７は、第二の中央スロット２８の長さＬＳ２よりも長い長さＬＨ２まで延在するように、図２３に例示される。第二の均一な抵抗器部分２７による電気的な電流経路は、第二の中央スロット２８の端から電流径路の直線のアーム部分の幅とほぼ等しい距離で外側に向かって延在する。電流径路の直線のアーム部分は、約Ｗ２の半分の幅であり、Ｗ２は第二偏向板層２４の第二の均一な抵抗器部分の幅であり、第二の中央スロットの幅ＷＳ２は、Ｗ２に比べて小さく、ＷＳ２＜＜Ｗ２である。したがって、図２３に例示される幾何学的配置において、ＬＨ２は、ほぼＬＳ２＋１／２Ｗ２である。
【０１１３】
Ｆ２＝ＬＨ２／Ｌである場合、カンチレバー型要素２０の延在された長さＬと比較して、第二の均一な抵抗器部分ＬＨ２の断片的な長さＦ２に関して第二偏向板層２４の設計を分析することは有用である。図２３ｂは、断片的なヒーターの長さＦ１＝２／３がである、第二偏向板層２４の設計を例示する。
【０１１４】
第一及び第二偏向板層２２と２４において最適化された設計を選択するために、断片的な長さＦの関数として、カンチレバー型要素２０における遊離端３２の所望の偏向ＤＴを達成するために必要とされる、ピーク温度ΔＴを計算することが有用である。ΔＴは、基部又は周辺の操作温度より上の温度増加として測定される。断片的なヒーターの長さＦの関数として、所望の偏向Ｄを達成するために必要とされる、入力エネルギー量ΔＱを検査することが有用である。
【０１１５】
既に議論された図１５は、遊離端３２がＤＴ量偏向された、理想的なカンチレバー型要素２０を例示する。偏向は、基部要素１０のアンカー位置１４から長さＬＨ１延在する、第一の均一な抵抗器部分の延伸によって引き起こされる。カンチレバー型要素２０は、加熱された部分の長さＬＨ１が断片ＬＨ１＜Ｌである、延在した長さＬを有する。均一の抵抗器部分２５が加熱される場合、第一偏向板層２２は、障壁層２３と第二偏向板層２４に相関する、規模ΔＬＨ１を延在する。本発明を理解する目的において、層２２、２３、及び２４において熱膨張のミスマッチのストレスΔＬＨによってビームが放物線状に形成されるので、加熱された均一な抵抗器部分２５を分析することが十分である。
【０１１６】
カンチレバー型要素２０の非加熱の遊離端３２は、放物線上の弧に対する直線のセグメント接線として均一な抵抗器部分２５の端から延在する。遊離端部分３２の角度Θは、距離ｘ＝ＬＨ１での放射線状の弧型の傾斜を評価することによって見つけることができる。遊離端３２の全体の偏向ＤＴは、加熱された均一な抵抗器部分２５から生じる偏向の構成部分ＤＨと非加熱の角度付けされた拡張から生じる偏向構成部分ＤＵＨの合計である。
【０１１７】
【数５】
2004001517.tif 000007
カンチレバー型要素２０の加熱された部分の形状は、ｘ＝ＬＨ１での式１によって既に与えられるように、アンカー部分１４における固定された点から距離ｘの関数として、機械的な中心線ＤＣ（ｘ、Ｔ）を見つけることによって計算される。
【０１１８】
【数６】
2004001517.tif 000008
ビームの端は、ｘ＝ＬＨ１である点の放物線に対して直線の接線で延在する。この直線の傾きである、ｔａｎΘは、ｘ＝ＬＨ１で評価される式１から派生する。したがって、
【０１１９】
【数７】
2004001517.tif 000009
Θが小さいので、ｓｉｎΘはΘにおける第二オーダーでｔａｎΘにほぼ等しい。したがって、式９と１３を式７に代用することで、全体の偏向ＤＴが見つけられる
【０１２０】
【数８】
2004001517.tif 000010
第一の均一な抵抗器部分２５における断片的な長さの形成での利点と結果を理解するために、名目上の設計と比較することは有用である。名目上の設計の場合において、サーマルアクチュエータの適用が、名目上の規模Ｄ０となる偏向ＤＴを必要とすることが仮定される。さらに、完全なカンチレバー型要素２０の長さＬが抵抗的に加熱される、ＬＨ１＝Ｌ、Ｆ１＝１．０場合、ΔＴ０の温度差は電気的なパルスにとって確立されることが決定される。すなわち、完全長のヒーターにおける名目上の偏向は、
【０１２１】
【数９】
2004001517.tif 000011
である。
【０１２２】
偏向式１４は、断片的なヒーターの長さＦ１＝ＬＨ１／Ｌに関して公式化され、
【０１２３】
【数１０】
2004001517.tif 000012
上の式１６のように名目上の偏向Ｄ０よりも上である。
【０１２４】
式１６は、カンチレバー型要素の加熱された部分が全体に延在された長さＬの断片Ｆ１である場合の偏向量を達成するために到達されるべきピーク温度間の関係を示している。ピーク温度と断片的なヒーターの長さとの間の釣り合いは、偏向ＤＴがサーマルアクチュエータの装置の適用によって必要とされる、一定の名目上の量Ｄ０に等しく設定される場合において式１６を評価することによって理解される。
【０１２５】
【数１１】
2004001517.tif 000013
式１７は図２４において曲線２８０としてプロットされる。ΔＴは、ΔＴ０の単位でプロットされる。かかる関係は、断片的なヒーターの長さＦ１がＦ１＝１から減少するにつれて、所望のカンチレバー要素の偏向Ｄ０を達成するために必要とされる温度差の量が上昇することを示している。図２２ｂに例示されているように断片的なヒーターの長さＦ１＝１／３において、温度差は１００％のヒーターの長さでの名目上の場合よりも約７０％大きい。図２２ａに例示されるＦ１＝２／３において、ΔＴはΔ０よりも約２０％大きい。したがって、カンチレバー型要素の加熱部分を削減することは、装置における高温のピーク温度を支持することを犠牲にしてなることが式１７と、図２４の曲線２８０から理解されることができる。サーマルアクチュエータの物質とアクチュエータで使用される流体は、使用できうる実際のピーク温度を制限する、機能不全モードを有するであろう。ある点において、断片的なヒーターの長さを最小限にすることを試みる場合、ピーク温度の信頼性の低いレベルは必要とされ、さらにヒーターの長さの削減は実際的でない。
【０１２６】
サーマルアクチュエータのカンチレバー型要素の加熱された部分を減少する重要な利点は、認識されるエネルギーの削減から生じる。均一な抵抗器部分２５に加えられるエネルギーのパルスΔＱは、ΔＴによって温度を上昇する。すなわち、第一オーダーにとって、
【０１２７】
【数１２】
2004001517.tif 000014
であり、式中、ｍ１は第一偏向板層２２の均一の抵抗器部分２５の質量であり、ｐ１は第一偏向板層２２を構成するために使用される電気的に抵抗性の物質密度であり、ｈ１、Ｗ１、及びＦ１Ｌは、電気的なエネルギーパルスによって初期に加熱された、第一偏向板層２２の物質の体積の厚さ、幅、及び長さである。Ｃ１は、第一偏向板層２２の電気的な抵抗性物質の特定の熱である。
【０１２８】
ＬＨ１＝Ｌ、Ｆ１＝１．０場合、名目上の設計において必要とされるエネルギー量は、
【０１２９】
【数１３】
2004001517.tif 000015
である。
【０１３０】
式１８は、
【０１３１】
【数１４】
2004001517.tif 000016
のように標準化された形式で表現される。
【０１３２】
式２２は、エネルギーの入力と断片的なヒーターの長さとの間の釣り合いを記述している。名目上の入力パルスエネルギーΔＱ０によって標準化された入力パルスエネルギーΔＱは、図２４の曲線２８２としてプロットされる。曲線２８２は、断片的なヒーターの長さが減少するにつれて必要とされるエネルギーが減衰することを示している。加熱された部分における物質が高温度差ΔＴまで上昇されたとしても、わずかな物質が加熱された。したがって、入力パルスエネルギーの純保存量は、断片的なヒーターの長さを減少することによって認識できうる。例えば、図２２ａに例示される、Ｆ１＝２／３のヒーターの形態は、Ｆ１＝１の名目上の場合よりも２５％少ないエネルギーを必要とする。図２２ｂに例示される、Ｆ１＝１／３のヒーターの形態は、名目上の場合よりも４０％少ないエネルギーを必要とする。
【０１３３】
本発明による断片的なヒーターの長さにおけるサーマルアクチュエータの操作は、必要とされる偏向量を達成するために使用されるためのわずかな入力エネルギーを可能にする。わずかなエネルギーの使用は、電源の省力、ドライバー回路類の費用、装置のサイズ、及び包装化の利点を含む、多くのシステムの利点を有する。
【０１３４】
液体滴エミッタなどのサーマル起動された装置において、減少された入力エネルギーはまた、改善された滴の反復頻度に転換される。サーマルアクチュエータの冷却期間は、多くの場合、滴の反復頻度を管理する物理的な効力を限定する比率である。起動させるわずかなエネルギーを使用することは、名目上のアクチュエータの位置に戻る、入力の熱エネルギーを消滅するために必要とされる時間を短縮する。
【０１３５】
均一な抵抗器部分２５の断片的な長さを使用することは、入力の熱エネルギーの大部分が基板の基部要素１０に接近して存在するという点でさらに有益であり、それによって、各起動の停止においてカンチレバー型要素２０から基部要素１０への迅速な熱伝導を可能にする。カンチレバー型要素からの熱伝導における時間定数τは、熱伝導の一次元的な分析を使用することによって第一オーダーで理解される。かかる分析は、時間定数が熱流の径路長の平方に比例することが分かる。したがって、長さＬＨ１＝Ｆ１Ｌの均一な抵抗器部分２５における熱伝導の時間定数は、Ｆ１２に比例し、
【０１３６】
【数１５】
2004001517.tif 000017
であり、式中、τ０は完全長のヒーターにおける名目上の場合における熱伝導の時間定数である。したがって、アクチュエータの冷却期間において必要とされる時間は、均一な抵抗器部分２５の断片的な長さを短縮することによって著しく改善できうる。Ｆ１２に比例して生じる、熱移動の伝導の時間定数の削減は、本発明によるサーマルアクチュエータの断片的な長さのヒーターを使用する場合における、重要なシステムの利点である。
【０１３７】
起動ごとに必要とされる入力エネルギーを削減し、伝導による熱移動の速度を改善することによって、低温度の基準線は、繰り返された起動が必要な場合において維持されるかもしれない。低入力エネルギーで複数のパルスは支持され、パルス間で開始する温度の上昇を可能にするが、しかし装置の温度をある機能不全の上限より下に維持する。
【０１３８】
図２４における曲線２８０と２８２は、要求された量の偏向を引き起こすために削減されたヒーターの長さを選択する場合に含まれるシステムの釣り合いがあることを例示する。削減されたエネルギー入力を可能にする、より短いヒーターの長さは、信頼度問題を引き起こすかもしれない、より高ピーク温度を要求する。多くのシステムにおいて、エネルギーでのパーセンテージ節約と温度のパーセンテージの増加は、コストと信頼性に関するシステム影響でほぼ等しい。それら２つの数量の最適化は、２つの製品を形成することによって理解される。ΔＱにおける望ましいエネルギーの削減は、基部の操作温度ΔＴより高い必要とされる温度での望ましくない上昇によってキャリブレーションされる。
【０１３９】
システムの最適化の関数Ｓは、下記のように、式１５と２０から断片的なヒーターの長さＦの関数として形成され、
【０１４０】
【数１６】
2004001517.tif 000018
である。
【０１４１】
式２３のシステムの最適化関数は、図２４の曲線２８４としてプロットされる。ΔＱ０ΔＴ０の単位を有するように標準化される。システムの最適化Ｓは最小Ｓｍに改善し、要求されたΔＴがΔＱでの節約と比較して大きくなるように増加することが曲線２８４から見て分かる。システムの最適化関数における最小Ｓｍは、Ｓがゼロの派生におけるＦの値として判断され、
【０１４２】
【数１７】
2004001517.tif 000019
である。
【０１４３】
Ｆ＝Ｆｍ＝２／３である場合、ｄＳ／ｄＦ＝０である。したがって、Ｆ１＝２／３を選択することは、基部を操作する温度より高い、必要とされる温度の急激な上昇における温度によってキャリブレートされるように百分率表記でのエネルギーの節約における設計を最適化して、さらに百分率で表される。
【０１４４】
サーマルアクチュエータシステムが、１＞Ｆ１＞２／３である場合、ピーク温度の増大により失う場合より速い率のエネルギー削減からサーマルアクチュエータシステムが利益を得ることが、図２４にプロットされた関係から理解される。Ｆ１＝２／３より下である場合、ピーク温度での増大率は、入力パルスエネルギーでの減少率よりも速い。Ｆ１＝１／２において、ピーク温度の増大の百分率、３３％は、パルスエネルギーの削減の百分率と等しく、３３％である。
【０１４５】
Ｆ１＜１／２において、ピーク温度の増大の百分率での大きさは、パルスエネルギーの減少の百分率よりも大きい。百分率で表される、要求される温度上昇の大きさは、Ｆ１が０．３までにおける名目上の場合の二倍である。操作温度の要求は、Ｆ１が０．２までにおいてほとんど３倍である、この断片的な長さ以下に急速に増加する。図１４と式１５及び２０から、Ｆ１＜０．３において、エネルギーの節約は数パーセントだけ上昇し、一方で必要とされる温度は２倍であり、３倍である。操作する温度でのそのような大きな上昇は、サーマルアクチュエータの形態と組立で使用される物質を厳しく限定しており、さらに本発明の液体滴エミッタの実施態様においてサーマルアクチュエータと必ず接触するかもしれない、液体の構成成分を厳しく限定する。したがって、本発明によると、断片的なヒーターの長さは、Ｆ１＞０．３において、超過する操作温度によって引き起こされる装置とシステムの信頼性の欠損を回避するために選択される。
【０１４６】
第一偏向板層２４と第一の均一な抵抗器部分２５の上の分析は、カンチレバー型要素の二重起動を採用する、本発明の好ましい実施態様における第二偏向板層２４と第二の均一な抵抗器部分２７において繰り返される。第二の均一な抵抗器部分の断片的な長さである、Ｆ２の最適な選択における同一の結果は、Ｆ１においてここに解明されているように、判断される。
【０１４７】
ピーク温度の上昇とエネルギー削減のバランスを保つ、システム設計は、０．３Ｌ＜ＬＨ１、２＜０．７Ｌの範囲の断片的なヒーターの長さを選択することによって分かる。この範囲は、エネルギーの削減の獲得を最適化し、一方で操作温度の上昇を最小限にする、断片的な長さによって上部の端において確定される。範囲は、操作温度の上昇が完全長のヒーターの場合にわたって二倍となるポイントによって下部端で確定され、されにエネルギーの削減での獲得は、必要とされる操作温度での迅速な上昇に比較して非常にわずかである。ＬＨ１、２＝２／３を選択することは、基部を操作する温度より高い、必要とされる温度の急激な上昇における温度によってキャリブレートされるように百分率表記でのエネルギーの節約における設計を最適化して、さらに百分率で表される。
【０１４８】
ほとんどの先の分析は、第一及び第二偏向板層２２、２４と偏向板層間での熱移動を制御する障壁層２３を含む、３層のカンチレバー型要素に関して表されている。このようにして記載された一つ以上の３層は、サブ層から構成される積層として形成される。かかる構成は、図２５（ａ）乃至２５（ｂ）に例示される。図２５（ａ）乃至２５（ｂ）のカンチレバー型要素は、３つのサブ層２２ａ、２２ｂ、２２ｃを有する第一偏向板層２２と、サブ層２３ａと２３ｂを有する障壁層２３と、及び２つのサブ層２４ａと２４ｂを有する第二偏向板層２４から構成される。図２５ａに例示された構成は、第一の均一な抵抗器部分２５である、唯一のアクチュエータを有する。それは、上方の偏向された位置Ｄ１で例示される。図２５ａの第二偏向板層２４は、受動性の回復層としての役割をする。
【０１４９】
図２５ｂにおいて、第一及び第二偏向板層２２、２４の両層は、第一及び第二の均一な抵抗器部分２５と２７でそれぞれパターン化される。それは、第二偏向板層の活性化の結果として、下方の偏向された位置Ｄ２で例示される。図２５ｂの構造は、第一及び第二の均一な抵抗器部分を適切に電気的にパルスすることによって、上下の何れかに活性化される。第一若しくは第二偏向板層又は障壁層を形成するために複数のサブ層の使用は、本発明の操作において望ましいｃ＝０条件を生成するサーモメカニカルな構造要因を調節する手段と同様に、様々な組立の考慮において有利である。
【０１５０】
多くの先の記載が単一の滴エミッタの形態と操作を導く一方で、本発明が複数の滴エミッタユニットの配列とアセンブリの形成に適用可能であることが理解されるべきである。さらに、本発明によるサーマルアクチュエータ装置は、他の電子部品と回路と同時に組立られるか、又は電気的な構成部分と回路の組立ての前に、若しくはその組立ての後に同一の基板上で形成されるかもしれないことが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるインクジェットシステムの概略図である。
【図２】本発明によるインクジェットユニット又は液体滴エミッタユニットの配列の平面図である。
【図３ａ】図２で示される個々のインクジェットユニットの拡大した平面図である。
【図３ｂ】図２で示される個々のインクジェットユニットの拡大した平面図である。
【図４ａ】本発明によるサーマルアクチュエータの移動を例示する側面図である。
【図４ｂ】本発明によるサーマルアクチュエータの移動を例示する側面図である。
【図４ｃ】本発明によるサーマルアクチュエータの移動を例示する側面図である。
【図５】第一の均一な抵抗器部分を有するカンチレバー型要素の第一偏向板層が形成される、本発明によるサーマルアクチュエータの構成において初期段階の安定な工程を例示する斜視図である。
【図６】カンチレバー型要素の障壁層が形成される、図５で例示された工程の次段階の斜視図である。
【図７】第二の均一な抵抗器部分を有するカンチレバー型要素の第二偏向板層が形成される、図５及び６で例示された工程の次段階の斜視図である。
【図８】均一な抵抗器部分を有しない第二偏向板層の代替となるデザインが形成される、図５及び６で例示された工程の次段階の斜視図である。
【図９】本発明による滴エミッタの液体が充満したチャンバーの形状における犠牲層が形成される、図５乃至８で例示された工程の次段階の斜視図である。
【図１０】本発明による滴エミッタの液体チャンバーとノズルが形成される、図５乃至９で例示された工程の次段階の斜視図である。
【図１１ａ】液体供給路が形成されて、本発明による液体滴エミッタを完成するために犠牲層が除去された、図５乃至１０で例示された工程の最終段階の側面図である。
【図１１ｂ】液体供給路が形成されて、本発明による液体滴エミッタを完成するために犠牲層が除去された、図５乃至１０で例示された工程の最終段階の側面図である。
【図１１ｃ】液体供給路が形成されて、本発明による液体滴エミッタを完成するために犠牲層が除去された、図５乃至１０で例示された工程の最終段階の側面図である。
【図１２ａ】本発明による滴エミッタの電極の第一ペアに対する電気的なパルスの適用を例示する側面図である。
【図１２ｂ】本発明による滴エミッタの電極の第一ペアに対する電気的なパルスの適用を例示する側面図である。
【図１３ａ】本発明による滴エミッタの電極の第二ペアに対する電気的なパルスの適用を例示する側面図である。
【図１３ｂ】本発明による滴エミッタの電極の第二ペアに対する電気的なパルスの適用を例示する側面図である。
【図１４】本発明によるカンチレバー型要素の内部と外部における熱の流れを例示する側面図である。
【図１５】カンチレバーの偏向における加熱された部分と非加熱部分を例示する、カンチレバー型要素の側面図である。
【図１６】本発明によるカンチレバー型要素の障壁層の２形態における偏向板と第二偏向板層における温度対時間のグラフである。
【図１７】偏向衝撃に対して受けるカンチレバーされたビームの振幅が減衰した共振振動運動を例示するグラフである。
【図１８】本発明によるサーマルアクチュエータの移動対時間に影響する電気的なパルスの代替となる適用を例示するグラフである。
【図１９】本発明による滴の発射の特質に影響する電気的なパルスの代替となる適用を例示するグラフである。
【図２０ａ】本発明による滴の発射を引き起こすために電極の第二ペアに電気的なパスルを適用し、次いで第一ペアに電気的なパスルを適用することを例示する側面図である。
【図２０ｂ】本発明による滴の発射を引き起こすために電極の第二ペアに電気的なパスルを適用し、次いで第一ペアに電気的なパスルを適用することを例示する側面図である。
【図２０ｃ】本発明による滴の発射を引き起こすために電極の第二ペアに電気的なパスルを適用し、次いで第一ペアに電気的なパスルを適用することを例示する側面図である。
【図２１ａ】本発明による好ましい実施態様を例示する第一偏向板層の斜視図である。
【図２１ｂ】本発明による好ましい実施態様を例示する第一偏向板層の斜視図である。
【図２２ａ】本発明による好ましい実施態様を例示する第一偏向板層の設計の平面図である。
【図２２ｂ】本発明による好ましい実施態様を例示する第一偏向板層の設計の平面図である。
【図２３ａ】本発明による好ましい実施態様を例示する第二偏向板層の設計の斜視図である。
【図２３ｂ】本発明による好ましい実施態様を例示する第二偏向板層の設計の平面図である。
【図２４】本発明のサーマルアクチュエータの性能特質を示すグラフである。
【図２５ａ】本発明による多層化積層構造を例示する側面図である。
【図２５ｂ】本発明による多層化積層構造を例示する側面図である。
【符号の説明】
１０　　基板の基部要素
１１　　基板１０の熱槽部分
１２　　液体チャンバー
１３　　カンチレバー型要素とチャンバー壁間のギャップ
１４　　カンチレバー型要素のアンカーにおける壁エッジ
１５　　サーマルアクチュエータ
１６　　液体チャンバーの曲がった壁部分
２０　　カンチレバー型要素
２１　　パシベーション層
２２　　第一偏向板層
２２ａ　第一偏向板層のサブ層
２２ｂ　第一偏向板層のサブ層
２２ｃ　第一偏向板層のサブ層
２３　　障壁層
２３ａ　障壁層のサブ層
２３ｂ　障壁層のサブ層
２４　　第二偏向板層
２４ａ　第二偏向板層のサブ層
２４ｂ　第二偏向板層のサブ層
２５　　第一偏向板層の第一の均一な抵抗器部分
２７　　第二偏向板層の第二の均一な抵抗器部分
２８　　第二の中央スロット
２９　　第一の中央スロット
３０　　ノズル
３１　　犠牲層
３２　　カンチレバー型要素の遊離端
３４　　カンチレバー型要素のアンカー端
３５　　液体チャンバーのカバー
４１　　電極４４に取り付けられたＴＡＢリード
４２　　第一電極ペアの電極
４３　　電極４４のハンダこぶ
４４　　第一電極ペアの電極
４５　　電極４６に取り付けられたＴＡＢリード
４６　　第二電極ペアの電極
４７　　電極４６のハンダこぶ
４８　　第二電極ペアの電極
４９　　熱径路の誘導
５０　　滴
５２　　ノズル３０での液体メニスカス
６０　　流体
８０　　取り付け構造
１００　インクジェットプリンタヘッド
１１０　滴エミッタユニット
２００　電気的なパルスの供給源
３００　コントローラ
４００　画像データの供給源
５００　受け手
【図１】
2004001517.tif 000020
【図２】
2004001517.tif 000021
【図３ａ】
2004001517.tif 000022
【図３ｂ】
2004001517.tif 000023
【図４ａ】
2004001517.tif 000024
【図４ｂ】
2004001517.tif 000025
【図４ｃ】
2004001517.tif 000026
【図５】
2004001517.tif 000027
【図６】
2004001517.tif 000028
【図７】
2004001517.tif 000029
【図８】
2004001517.tif 000030
【図９】
2004001517.tif 000031
【図１０】
2004001517.tif 000032
【図１１ａ】
2004001517.tif 000033
【図１１ｂ】
2004001517.tif 000034
【図１１ｃ】
2004001517.tif 000035
【図１２ａ】
2004001517.tif 000036
【図１２ｂ】
2004001517.tif 000037
【図１３ａ】
2004001517.tif 000038
【図１３ｂ】
2004001517.tif 000039
【図１４】
2004001517.tif 000040
【図１５】
2004001517.tif 000041
【図１６】
2004001517.tif 000042
【図１７】
2004001517.tif 000043
【図１８】
2004001517.tif 000044
【図１９】
2004001517.tif 000045
【図２０ａ】
2004001517.tif 000046
【図２０ｂ】
2004001517.tif 000047
【図２０ｃ】
2004001517.tif 000048
【図２１ａ】
2004001517.tif 000049
【図２１ｂ】
2004001517.tif 000050
【図２２ａ】
2004001517.tif 000051
【図２２ｂ】
2004001517.tif 000052
【図２３ａ】
2004001517.tif 000053
【図２３ｂ】
2004001517.tif 000054
【図２４】
2004001517.tif 000055
【図２５ａ】
2004001517.tif 000056
【図２５ｂ】
2004001517.tif 000057