(57)【要約】　　　（修正有）【課題】作動の迅速な反復を可能にする、パルス型モードで操作され、迅速にリセットする熱機械的なアクチュエーターを提供する。【解決手段】サーマルアクチュエーター１５は基部の要素１０と基部の要素から延在するカンチレバー型要素２０を含む。カンチレバー型要素２０は、実質的に等しい熱膨張係数を有する物質から構成される偏向層２２と復元層２４と、その間にあって、低い熱伝導性物質で構成される障壁層２３を含む。さらにサーマルアクチュエーター１５は、偏向層２２に熱パルスを直接適用するための装置を含み、偏向層２２は熱膨張によって撓み変形する。【選択図】　　　　図４ｂ
2004001172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超小型の電気機械的な装置のためのサーマルアクチュエーターであって、
（ａ）基部の要素と、
（ｂ）前記基部の要素から延在し第一位置に存在しており、偏向層と復元層との間に結合される、低い熱伝導性物質で構成される障壁層を含有するカンチレバー型要素と、
（ｃ）熱が前記障壁層より前記復元層に拡散し、前記カンチレバー型要素が一様な温度に到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復元に後続して、前記復元層に相関する前記偏向層の熱膨張と第二位置への前記カンチレバー型要素の偏向を引き起こす、前記偏向層に熱パルスを直接適用するために適応される装置と、
を含有することを特徴とするサーマルアクチュエーター。
【請求項２】
超小型の電気機械的な装置のためのサーマルアクチュエーターであって、
（ａ）基部の要素と、
（ｂ）低熱伝導度を有する誘電性物質から構成される障壁層と、大きな熱膨張係数を有する電気的に抵抗性の物質から構成される偏向層と、及び復元層とを含有し、前記基部の要素から延在し第一位置に存在しており、前記障壁層は前記偏向層と前記復元層との間に結合されることを特徴とするカンチレバー型要素と、
（ｃ）熱が前記障壁層より前記復元層に拡散し、前記カンチレバー型要素が一様な温度に到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復元に後続して、前記偏向層の抵抗性の加熱を引き起こし、前記復元層に相関する前記偏向層の熱膨張と第二位置への前記カンチレバー型要素の偏向に帰着するために電気パルスを適用する前記偏向層に接続された一対の電極と、
を含有することを特徴とするサーマルアクチュエーター。
【請求項３】
サーマルアクチュエーターの操作方法であって、該サーマルアクチュエーターは基部の要素と；電気的に抵抗性の同等物質から構成される、偏向層と復元層との間に結合される、τＢの伝熱の時間定数を有する障壁層を含有し、前記基部の要素から延在し第一位置に存在するカンチレバー型要素と；前記偏向層を加熱するために電気パルスを適用する前記偏向層に接続された一対の電極と；を含有し、
（ａ）τＰ＜１／２τＢであり、前記カンチレバー型要素の第二位置への偏向を帰着する、前記復元層に相関した前記偏向層の熱膨張を引き起こすために十分な熱エネルギーを提供する、持続期間τＰを有する電気パルスを前記一対の電極に適用することと、並びに
（ｂ）τＣ＞３τＢであり、熱が前記障壁層により前記復元層に拡散し、前記カンチレバー型要素は次ぎのカンチレバー型要素の偏向前に、前記第一位置に実質的に復元するように、次ぎの電気パルスを適用する前の時間τＣを待つことと、
を含有することを特徴とするサーマルアクチュエーターの操作方法。
【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、超小型の電気機械的装置に関し、より詳細にはインクジェット装置又は他の液体滴エミッターに使用されるタイプの超小型の電気機械的なサーマルアクチュエーターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
超小型の電気機械的なシステム（ＭＥＭＳ）は比較的最近の発展である。かかるＭＥＭＳは、アクチュエーター、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代替として使用される。超小型の電気機械的な装置は、超小型電子組立て技術の使用によって、潜在的に低コストである。さらに、新規な適用がＭＥＭＳ装置の小型規模により発見されている。
【０００３】
ＭＥＭＳ技術の多くの潜在的な適用は、かかる装置で必要な移動を提供するためのサーマルアクチュエーターを活用する。例えば、多くのアクチュエーター、バルブ及びポジショナーは移動のためにサーマルアクチュエーターを使用する。数多の適用において、必要とされる移動はパルスする。例えば、第一位置へのアクチュエーターの復元に続き、第一位置から第二位置への迅速な移動は、液体中の圧力パルスを生成するために使用されるかもしれないし、１ユニット距離の機能又は作動パルス毎の回転を進めるために使用されるかもしれない。滴依存型液体滴エミッターは、ノズルから液体の個別の量を放出するために個別の圧力パルスを使用する。
【０００４】
滴依存型（ＤＯＤ）液体発射装置は、長年インクジェット印刷システムのインク印刷装置として周知である。初期の装置は、圧電気アクチュエーターに依存している（例えば、特許文献１及び２参照。）。インクジェット印刷の最近の一般的な形態では、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、蒸気バブルを生成する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３参照。）。
【０００５】
電気的に抵抗性のヒーターアクチュエーターは、良好に開発された超小型電子技術工程を使用して組み立てられるために、圧電気のアクチュエーターに対する製造コストにおいて利点を有する。一方、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インクを必要とし、かかる構成部分の沸点以上にインク温度を局所的に上げる。かかる温度に対する暴露は、インク又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る他の液体の形態に厳しい制限を設ける。圧電気的に作動する装置は、液体が機械的に加圧されるので、噴射できる液体にかかる厳しい制限を課さない。
【０００６】
インクジェット装置の供給者によって認識されている、有効性、コスト及び技術的な性能の改良はまた、液体の超微細計量を必要とする他の適用における装置での関心を生ずる。それらの新規の適用は、超微細の分析化学における特定の化学品の分注、電子装置を製造するためのコーティング剤の分注、及び医学の吸入療法における超微細の滴の分注を含む（例えば、特許文献４，５及び６を参照。）。広い範囲で液体のマイクロサイズの滴に依存する発射を可能にする装置と方法は高品質の画像印刷において必要とされるが、さらに液体の分注が超微細滴の単一分散、正確な移動とタイミング、及び微細な増分を必要とする適用を顕著にするために必要とされる。
【０００７】
微細な滴の発射に対する低コストのアプローチは、幅広い範囲の液体の形態で使用可能であることを必要とする。ピエゾの電気機械的な装置に有用な液体の構成範囲を備えたサーマルインクジェットのために使用される超小型電子組立て技術の利点を組み合わせる装置及び方法が必要である。
【０００８】
熱機械的なアクチュエーターを使用する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７参照。）。アクチュエーターは、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、層の熱膨張で誤った組合せにより湾曲することを引き起こす、抵抗によって加熱される。ビームの遊離末端は、滴の発射を引き起こすノズルでインクを加圧するように移動する。最近では、同様の熱機械的な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及び１１を参照。）。超小型電子技術工程を使用する熱機械的な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１２及び１３参照。）。
【０００９】
熱機械的に作動される滴エミッターは、サーマルインクジェット装置に依存せずに液体での操作を可能にする、超小型電子技術の物質と設備を使用して大量生産できる、低コストの装置として嘱望されている。しかしながら、高い滴下の反復頻度である、サーマルアクチュエーター型の滴エミッターの操作は、熱強化作用への注意深い配慮を必要とする。滴の発生は、ノズルにおける液体での圧力衝撃の生成に依存する。エミッター装置、特に熱機械的なアクチュエーター自体の基準線の温度の著しい上昇は、装置の物質と作用液自体の最大の作動温度制限を超過することなしに達成できる、有用なアクチュエーターの移動の一部分のシステム制御を排除する。かかる装置の生産性を最大限にするために、熱機械的なアクチュエーターでの熱効果を管理する、熱機械的なＤＯＤエミッターにおける操作の装置と方法が必要である。
【００１０】
熱機械的なアクチュエーターにおける有用な設計は、ビームに対して垂直に偏向する、遊離末端を備えた装置構造に末端で固着された、カンチレバー型ビームである。偏向は、垂直方向でのビームの熱膨張勾配の設定によって引き起こされる。かかる膨張勾配は、熱勾配又は実質的な物質の変化によって、ビームによる層によって引き起こされるかもしれない。熱膨張勾配を迅速に達成し、同様に迅速に消滅できることはパルス型サーマルアクチュエーターにおいて有用であり、結果としてアクチュエーターは初期の位置に復元するだろう。
【００１１】
サーマルアクチュエーターの反復頻度は、前述の利点を採用する装置の生産性に重要である。例えば、サーマルアクチュエーターのＤＯＤインクジェットのプリンタヘッドの印刷速度は、サーマルアクチュエーターのリセットに必要とされる時間に順次依存する、滴下反復頻度に依存する。迅速な復元を備える、パルス型モードで操作できる、カンチレバー型要素のサーマルアクチュエーターは、高頻度で操作しＭＥＭＳ組み立て方法を用いて組み立て可能なシステムを構成するために必要とされる。
【００１２】
【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６，２３４，６０９号明細書
【特許文献１０】
米国特許第６，２３９，８２１号明細書
【特許文献１１】
米国特許第６，２４３，１１３号明細書
【特許文献１２】
米国特許第６，２５４，７９３号明細書
【特許文献１３】
米国特許第６，２７４，０５６号明細書
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、作動の迅速な反復を可能にする、パルス型モードで操作され、迅速にリセットする熱機械的なアクチュエーターを提供することである。
【００１３】
本発明の目的はまた、熱機械的なカンチレバーによって作動される液体滴エミッターを提供することである。
【００１４】
さらに本発明の目的は、反復作動が動作の同様の特性を有するように効果的な手法で熱機械的なアクチュエーターを操作する方法を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の先に記載及び多くの他の特徴、目的及び利点は、ここに記載の詳細、請求項、添付図によってより明らかとなるだろう。かかる特質、目的及び利点は、基部の要素と、基部の要素から延在し、作動前に第一位置に通常存在するカンチレバー要素を含有する、超小型電気機械的な装置のためにサーマルアクチュエーターを構成することによって達成される。カンチレバー型要素は、実質的に等しい熱膨張係数を有する物質で構成される、偏向層と復元層との間に結合される、低い熱伝導性物質で構成される障壁層を含む。さらに、サーマルアクチュエーターは、偏向層に熱パルスを直接適用するために適合される装置を含み、熱が障壁層より復元層に拡散し、カンチレバー型要素が一様な温度に到達するように第一位置へのカンチレバー型要素の復元に後続して、復元層に相関する偏向層の熱膨張と第二位置へのカンチレバー型要素の偏向を引き起こす。
【００１６】
本発明は、ＤＯＤインクジェット印刷におけるプリントヘッドとして使用される液体滴エミッターでのサーマルアクチュエーターとして、特に有用である。かかる好ましい実施態様において、サーマルアクチュエーターは液体を発射するためのノズルを含む、液体が充満したチャンバーに存在する。サーマルアクチュエーターは、チャンバー壁から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存在する遊離末端を含む。カンチレバー型要素への熱パルスの適用は、ノズルから液体を強要する遊離末端の偏向を引き起こす。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明は、本発明の好ましい実施態様を特異的に参照して詳細に記載されるが、しかし変更と修正が本発明の趣旨と範囲内でもたらされることが理解されるだろう。
【００１８】
下記に詳細に記載のように、本発明はサーマルアクチュエーターと滴依存型の液体発射装置の機器及び同一操作方法を提供する。かかる装置の最も精通していることは、インクジェット印刷システムのプリンタヘッドとして使用される。多くの他の適用はインクジェットプリンタヘッドと同様の装置の活用があるが、しかしながら、微細に計量され、高度に空間的な正確さで沈着される必要があるインク以外の液体を発射する。ここで使用される用語のインクジェットと液体滴エミッターは互換性がある。下記に記載される本発明は、全体にわたって滴の発射の生産性を改善するように、熱機械的なアクチュエーターに基づいた滴エミッターを操作するための機器と方法を提供する。
【００１９】
最初に図１を参照するに、本発明によって操作される機器を使用する、インクジェット印刷システムの概略図が示される。かかるシステムは、滴を印刷する命令としてコントローラー３００によって受取られる信号を提供する画像データ源４００を含む。コントローラー３００は、電気的なパルスの源２００に信号を出力する。パルス源２００は、インクジェットプリンタヘッド１００内の各熱機械的なアクチュエーター１５と関連する電気的な抵抗手段に適用される、電気的なエネルギーのパルスから構成される電気的な電圧信号を順次産出する。電気的なエネルギーのパルスは、熱機械的なアクチュエーター１５（ここより以下では“サーマルアクチュエーター”と記載）の急速な偏向を引き起こし、ノズル３０に位置するインク６０を加圧し、レシーバー５００に着地するインク滴５０を発射する。本発明は実質的に同一量と速度、すなわち±２０％以内の名目上の値の量と速度を有する滴の発射を引き起こす。数多の滴エミッターは、主要な滴とサテライト滴と呼ばれる非常に小さいトレイリング滴を発射するだろう。かかるサテライト滴は、例えば、画像ピクセルの印刷であるか、又は流体の増分の微小な分注などにおける全体の適用の目的において供給されて発射される主要な滴の一部分であると考えられることを本発明は仮定する。
【００２０】
図２はインクジェットプリンタヘッド１００の部分的な平面図を示す。熱で作動されたインクジェットユニットのアレイ１１０は、中心に配列されたノズル３０を有し、２列で指のように組まれたインクチャンバーを有して示されている。インクジェットユニット１１０は、超小型電子技術組み立て方法を用いて基板１０上及び基板１０内に形成される。滴エミッター１１０を形成するために使用される組み立て工程の例は、本発明の譲受人に譲渡された２０００年１１月３０日に“Ｔｈｅｒｍａｌ　Ａｃｔｕａｔｏｒ”の名称で出願された、同時係属出願の米国特許出願第０９／７２６，９４５に記載されている。
【００２１】
各滴エミッター１１０は、図２の幻影図に示される、Ｕ字型の電気的な抵抗性ヒーター２７を備えて形成されるか、又はＵ字型の電気的な抵抗性ヒーター２７に電気的に接続される、電気的なリード線の接点４２，４４を関連づけている。例示された好ましい実施態様において、抵抗２７はサーマルアクチュエーター１５の偏向層に形成され、記載されるように熱機械的な作用に関係する。プリンタヘッド１００の要素８０は、超小型電子基板１０の取り付け面を供給し、液体供給と電気信号を相互接続するための手段を供給し、及び機械的な接触面の特質を提供する、取り付け構造である。
【００２２】
図３ａは単一の滴エミッターユニット１１０の平面図の例示であり、図３ｂは含有するノズル３０が取り除かれて、液体チャンバーのカバー２８を備える、第二平面図である。
【００２３】
図３ａの幻影で示されるサーマルアクチュエーター１５は図３ｂでは実線で見られる。サーマルアクチュエーター１５のカンチレバー型要素２０は、基板１０に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部２０ｂは基板１０に接続されて、カンチレバーを固着する。
【００２４】
アクチュエーター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終了する拡大された平らな軸のパドル形状を有する。かかる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なる例示であり、多くの他の形状は適用可能である。パドル形状はアクチュエーターの遊離末端２０ｃの中心でノズル３０を配列する。液体チャンバー１２は、アクチュエーターの移動においてクリアランスを供給するために離れて間隔が置かれた、アクチュエーターの遊離末端２０ｃの弯曲に一致する場所１６で曲がった壁の部分を有する。
【００２５】
図３ｂは相互接続端末４２と４４０の電気的な抵抗性のヒーター２７に対する電気的なパルス源２００の概略的な付加を例示する。電圧差は電圧端末４２と４４に適用され、Ｕ字型抵抗２７を介した抵抗の加熱を引き起こす。これは、一般的に、電流Ｉを示す矢印によって示されている。図３の平面図において、パルスされて滴がカバー２８のノズル３０から見る人に向かって発射される場合、アクチュエーターの遊離末端２０ｃは見る人に向かって移動する。作動と滴の発射のかかる幾何学的配置は、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。
【００２６】
図４は、本発明の好ましい実施態様によるカンチレバー型のサーマルアクチュエーター１５を側面図で例示する。図４ａにおいて、アクチュエーターは第一位置にあり、図４ｂでは上方に偏向した第二位置が示されている。カンチレバー型要素２０は、サーマルアクチュエーターの基部の要素として提供する、基板１０に固着されている。カンチレバー型要素は基板の基部の要素１０の壁エッジ１４から延在する。
【００２７】
カンチレバー型要素２０は数層から構成される。層２２は、カンチレバー型要素の他の層に関して熱により拡張する場合に上方に向かう偏向を引き起こす、偏向層である。層２４は、復元層である。この層は、偏向層を構成するために使用される物質として実質的に同様の熱機械的な作用を備える温度に反応する物質から構成される。復元層は、偏向層と復元層が熱平衡である場合に偏向層を機械的に平衡化する。この平衡はまた、実質的に等しい熱膨張係数と下記に記載の他の特質を有する物質を選択することによって達成されるかもしれない。
【００２８】
カンチレバー型要素２０はさらに、偏向層２２と復元層２４との間に置かれた障壁層２３を含む。障壁層２３は、偏向層を構成するために使用される物質の熱伝導度に関して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、偏向層２４から復元層２２に伝熱のための所望の一定時間τＢを提供するために選択される。障壁層２３はまた、偏向層を加熱するために使用される電気的な抵抗性のヒーター要素における電気的な絶縁を提供する誘電性の絶縁体であるかもしれない。本発明の数多の好ましい実施態様において、偏向層自体の一部分は電気抵抗として形態化される。かかる実施態様において、障壁層は電気抵抗を絶縁し部分的に定義するために使用されるかもしれない。
【００２９】
障壁層２３は、熱流管理の作用、電気的な隔離及びカンチレバー型要素２０の層の強度な結合の最適化を可能にするように、一つ以上の層板構造である、サブ層から構成されている。
【００３０】
図４に示されるパシベーション層２１及び２５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。かかる保護は本発明によるサーマルアクチュエーターの数多の適用において必要とされないかもしれない。この場合には、かかる保護は削除される。作用液によって一つ以上の表面に接触されるサーマルアクチュエーターを活用する液体滴エミッターは、作用液に対して化学的及び電気的に不活性なパシベーション層２１及び２５を必要とするかもしれない。
【００３１】
熱のパルスは偏向層２２に適用され、偏向層２２の温度を上昇し拡張を引き起こす。障壁層２３が復元層への熱移動を直ちに防御するために、復元層２４は最初から拡張しない。偏向層２２と復元層２４との間の温度差である拡張は、カンチレバー型要素２０を上方に曲げる。滴エミッターでアクチュエーターとして使用される場合、カンチレバー型要素２０の湾曲反応はノズルでの液体を十分に加圧するために迅速でなければならない。典型的には、電気的な抵抗性の加熱機器は、熱のパルスと１０μ秒以下の電気パルス時間を適用するために適合される。
【００３２】
図５乃至１０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ーを構成するための組み立て工程を例示する。かかる実施態様において、偏向層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用いて構成され、電流Ｉを伝達するために抵抗に部分的にパターン化される。
【００３３】
図５は組み立ての第一段階におけるカンチレバーの偏向層２２の部分を例示する。例示された構造は、例えば、標準の超小型電子技術の沈着及びパターン化方法によった単一の水晶のシリコンである、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又はパルス型ＤＣマグネトロンスパッタリングによって実行される。抵抗２７は偏向層２２にパターン化される。電流の通路は矢印と表示“Ｉ”によって示される。アドレスする電気的なリード線４２と４４は偏向層の物質に形成されるように例示される。リード線４２，４４は基板１０に事前に形成された回路と接触するか、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方法によって外部に接触されるかもしれない。パシベーション層２１は、偏向層の物質の沈着とパターン化の前に基板１０に形成される。パシベーション層は、他の後の構造又はパターン化された続くパターン化工程で偏向層２２の下に置かれるかもしれない。
【００３４】
図６は障壁層２３がサーマルアクチュエーターの事前に形成された偏向層２２の部分にわたって沈着し、パターン化していることを示す。障壁層２３の物質は偏向層２２と比較して低い熱伝導度を有する。例えば、障壁層２３は二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、又はそれら物質の多層化層板構造或いは同様のものであるかもしれない。
【００３５】
障壁層２３の物質が偏向層２２の物質と復元層２４の物質の両方の熱伝導度よりも低い場合、サーマルアクチュエーターの好ましい効果が認識される。例えば、酸化ケイ素などの誘電性の酸化物は、アルミニウム化チタンなどの金属間化合物の物質よりも小さいオーダーの大きさの熱伝導度を有する。低い熱伝導度は、偏向層２２及び復元層２４と比較して、薄い障壁層２３を可能にする。障壁層２３によって保存される熱は、熱機械的な作動工程において有用ではない。障壁層の容積を最小限にすることは、サーマルアクチュエーターのエネルギー効率を改善し、偏向位置から開始の第一位置までの迅速な復元の達成を支援する。障壁層２３の物質の熱伝導度は、好ましくは偏向層と復元層の物質の熱伝導度の半分以下であり、さらにより好ましくは、１０分の１以下である。
【００３６】
図７は復元層２４が事前に形成された障壁層２３にわたって沈着し、パターン化していることを示す。例示された実施態様において、復元層の物質は、リード線４２，４４と接触してパターン化された、パッド４６で基板１０との熱的接触をなすように障壁層にわたってもたらされる。本発明の数多の好ましい実施態様において、例えば、金属間化合物のアルミニウム化チタンなどの同一の物質は、偏向層２２と復元層２４の両者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、事前に輪郭を描かれた偏向層２２の形状を分配せずに復元層２４の形状のパターン化を可能にするために必要とされるかもしれない。代替として、障壁層２３は、一方が保護層４２，４４に残存し、もう一方は復元層２４にパターン化している、２つの異なる物質の層板構造を用いて組み立てられるかもしれない。次いで、図７に例示されるカンチレバー要素の中間構造となるように取り除かれる。
【００３７】
追加的なパシベーション物質は、この段階で化学的及び電気的保護のために復元層全体に適用されるかもしれない。さらに、初期のパシベーション層２１は、流体が基板１０にエッチングされる開口部から通過するエリアからパターン化される。
【００３８】
図８は液体滴エミッターのチャンバー内部の形状に形成される、犠牲層２９の追加を示す。この目的の適切な物質はポリイミドである。ポリイミドは、図７に例示のように偏向２２、障壁２３及び復元層２４の形状を有する平面をさらに平面にするために十分な深さで装置の基板に適用される。隣接する物質に関して選択的に除去可能な任意の物質は、犠牲構造２９を構成するために使用されるかもしれない。
【００３９】
図９は滴エミッターの液体チャンバー壁と犠牲層構造２９の上にプラズマ沈着された酸化ケイ素、窒化ケイ素又は同様のものなどの順応物質を沈着することによって形成されるカバーを例示する。かかる層は滴エミッターのチャンバー２８を形成するためにパターン化される。ノズル３０は、組み立て工程のかかる段階において滴エミッターのチャンバー２８内に残存する、犠牲物質層２９と通じている、滴エミッターのチャンバーに形成される。
【００４０】
図１０は図９のＡ−Ａで示される部分による装置の断面図を示す。図１０ａにおいて、犠牲層２９はノズル開口部３０を除いて滴エミッターのチャンバー壁２８内に包含される。さらに、図１０ａでは、基板１０はそのままである。パシベーション層２１は、ギャップエリア１３の基板１０の表面及びカンチレバー型要素２０の周辺から取り除かれる。それらの位置における層２１の除去は、犠牲構造２９の形成前に組み立て段階においてなされる。
【００４１】
図１０ｂにおいて、基板１０は、カンチレバー要素２０の真下及びカンチレバー要素２０の周りと横の液体チャンバーエリアで取り除かれる。除去は、反応性イオンエッチング又は使用される基板が単一の結晶シリコンである場合の配位依存型エッチングなどの異方性のエッチング工程によってなされるかもしれない。サーマルアクチュエーター独自の構成において、犠牲構造と液体チャンバー段階は必要とされず、基板１０をエッチングする、かかる段階はカンチレバー要素を放出するために使用されるかもしれない。
【００４２】
図１０ｃにおいて、犠牲物質層２９は酸素とフッ素の供給を使用するドライエッチングによって取り除かれる。腐食液ガスは、基板１０の背面から事前にエッチングされた、新規に開かれた流体供給チャンバーエリア１２からノズル３０を介して入り込む。この段階はカンチレバー型要素２０を放出し、液体滴エミッターの構造の組み立てを完遂する。
【００４３】
図１１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ーの構造の断面図である。図１１ａはノズル３０に近接の第一位置におけるカンチレバー型要素２０を示す。図１１ｂはノズル３０に向かうカンチレバー型要素２０の遊離末端２０ｃの偏向を示す。この第二位置へのカンチレバー型要素の迅速な偏向は発射される滴５０を引き起こす液体６０を加圧する。
【００４４】
例示されたタイプのカンチレバー型要素のエミッターの操作において、静止している第一位置は、図１１ａに例示される水平状態よりもカンチレバー型要素２０が部分的に曲がった状態であるかもしれない。一つ以上の超小型電子技術の沈着か又は処置工程の後に残存する内部ストレスのために、アクチュエーターは室温で上方向又は下方向に曲がるかもしれない。装置は、サーマル管理設計とインクの適切な制御を含有する、様々な目的における高温度で操作されるかもしれない。そのような場合は、第一位置は図１１ｂに例示のように実質的に曲がるかもしれない。
【００４５】
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されると呼ばれるか、又は遊離末端が偏向された位置で著しく変化しない場合はカンチレバー型要素の第一位置であると呼ばれる。この事例を理解するために、第一位置は図４ａと図１１ａに水平に描写されている。しかしながら、湾曲の第一位置に関するサーマルアクチュエーターの操作は周知であり、本発明の完全な範囲内であり、本発明の開発者によって認識される。
【００４６】
図５乃至１０は好ましい組み立ての流れを例示する。しかしながら、多くの他の構成のアプローチは周知の超小型電子技術の組み立て工程及び物質を使用して従われるかもしれない。本発明の目的において、偏向層２２、障壁層２３、復元層２４を含有するカンチレバー型要素に帰着する組み立てアプローチが従われるかもしれない。さらに、図５乃至１０の流れの例示において、液体滴エミッターの液体チャンバー２８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ーは個別に形成され、液体滴エミッターを形成するように液体チャンバー構成に結合される。
【００４７】
図５乃至１０は、偏向層が電気的な抵抗性物質から形成される好ましい実施態様を例示する。偏向層２２の一部分は電気的なパルスがリード線４２，４４に適用される場合の抵抗の部分２７に形成され、それによって偏向層２２を直接的に加熱する。本発明の別の好ましい実施態様において、偏向層２２は、偏向層のいずれかの側に熱を適用するために適合される他の機器によって加熱される。例えば、薄膜の抵抗の構造は最初に基板１０に形成され、次いでその形成された上に偏向層２２が形成される。或いは、薄膜の抵抗の構造は偏向層２２の上部に形成され、次いで障壁層２３は薄膜抵抗の構造の上部に形成される。電気的に抵抗性の手段によって偏向層２２に熱を適用するそれら３つのアプローチは図１２に例示される。
【００４８】
図１２ａにおいて、偏向層２２は電気的な抵抗性のヒーター部分を組み込んでいる。電気的なパルスはＴＡＢリード線４１とハンダこぶ４３を介して電気的な抵抗性の偏向層２２のリード線４２，４４に適用される。図１２ｂにおいて、薄膜ヒーターの抵抗の構造３３は偏向層２２の低面に位置される。電気的な接続は、ＴＡＢリード線４１とハンダコブ４３を介して薄膜ヒーター３３になされる。図１２ｃにおいて、薄膜ヒーターの抵抗の構造３３は、障壁層２３と偏向層２２との間の接触面に位置される。電気的な接続は、ＴＡＢリード線４１とハンダコブ４３を介して薄膜ヒーター３３になされる。
【００４９】
復元層に関して生成される温度差を最大限にするために、良好な熱的接触手段を介して偏向層２２に直接的に熱エネルギーを適用することは重要である。特に偏向物質が金属か、又は半導である場合、熱エネルギーを生じるために使用される電気的な抵抗性の物質と偏向物質との間に電気的な絶縁層を必要とする。迅速な加熱が達成されるように、良好な熱的接触は、熱を供給するために適合される機器と偏向層２２との間に必要とされる。
【００５０】
障壁層２２はτＢの特有の時間定数を備えた中間層の伝熱を可能にする。本発明によるサーマルアクチュエーターの効率的な操作のために、偏向層２２に適用される熱は、好ましくはτＢよりも短い時間で導入され、さらに最も好ましくはτＢの１／２よりも短い時間で導入される。偏向層２２に熱を供給するために適合される装置に適用される用語としての“直接的に”及び“良好な熱的接触”はかかる好ましいタイミングの内容で理解される。τＢのオーダーであるかそれ以下の期間内で必要とされる熱エネルギーを供給するように、かかる機器は十分に密接した熱的接触と力の性能を有するために適合される。熱はよりゆっくりと適用されるかもしれないが、しかしながら、最大偏向、偏向力及び偏向の反復率などの望ましいアクチュエーターの性能の特質は著しく縮小されるだろう。
【００５１】
熱は電気的な抵抗以外の機器によって偏向層２２に導入されるかもしれない。光エネルギーのパルスは、偏向層２２によって又は電磁気の電磁結合を介して適用されるエネルギーによって吸収されるかもしれない。偏向層２２に熱エネルギーのパルスを移動するために適合できる機器は、本発明を実行する存在可能な手段として予期される。
【００５２】
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工程である。図１３は、内部熱の流れＱＩと周囲への流れＱＳを表示する矢印によって熱の流れを例示する。偏向層２２は偏向層の熱パルスの追加によって復元層２４に関して拡張されるために、カンチレバー型要素２０は湾曲し、遊離末端２０ｃを偏向する。一般的に、カンチレバー形態のサーマルアクチュエーターは、一様の操作温度で熱膨張係数の大きな差を有し、アクチュエーター内において大きな温度差で操作するように設計され、又は両者の組み合わせで設計されるかもしれない。本発明は、偏向層２２と復元層２４との間の内部温度差の設定を活用し最大化するように設計される。
【００５３】
好ましい実施態様において、偏向及び復元層は、サーマルアクチュエーターの操作の温度範囲にわたる実質的に等しい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、偏向層２２と復元層２４との間の最大温度差が達成される場合に最大のアクチュエーターの偏向が発生する。温度が偏向層２２、復元層２４及び障壁層２３で平衡化する場合、第一又は名目上の位置に対するアクチュエーターの復元が発生する。温度平衡化工程は、障壁層２３の特質、主要な障壁層２３の厚さ、ヤング率、熱膨張及び熱伝導性の係数によって媒体される。
【００５４】
既に記載のように、本発明の目的において、内部熱の平衡が初期に偏向層２２を加熱する熱のパルスに続いて到達する場合、復元層２４は偏向層２２のバランスを機械的に保つことが望ましい。熱平衡での機械的なバランスは、特に、熱膨張係数とヤング率である、カンチレバー型要素の層の厚さの設計と物質的な特性によって達成される。熱機械的な効果の完全な分析は、三層のカンチレバー方要素のすべてのパラメーターの任意の値の位置において非常に複雑である。平衡温度での三層のビーム構造における正味の偏向を考慮することによって本発明は理解されるかもしれない。
【００５５】
カンチレバー型の三層構造は、異なる物質特性と厚さを有する偏向層、障壁層及び復元層から構成され、放物線状の弧型であると推測される。基礎温度ΔＴ以上の温度の関数として、カンチレバーの遊離末端の偏向Ｄは、下記の関係により物質の特性と厚さに比例して、
【００５６】
【数１】
2004001172.tif 000003
ここで、
【００５７】
【数２】
2004001172.tif 000004
及び
【００５８】
【数３】
2004001172.tif 000005
である。下付き文字ｄ、ｂ及びｒは、それぞれ偏向層、障壁層及び復元層を意味する。Ｅｊ、αｊ及びｈｊ（ｊ＝ｄ、ｂ又はｒ）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。パラメーターＧは弾性のパラメーターと様々な層の大きさの関数であり、常に正の量である。三層ビームが本発明の理解する目的において高温度での正味のゼロの偏向を有するであろう場合、パラメーターＧの探索は決定するために必要とされない。
【００５９】
式１及び２での重要な量Ｍは、層の物質特有の作用と厚さを獲得する。三層のカンチレバーは、Ｍ＝０の場合にΔＴの上昇値がＤ＝０である、正味のゼロ偏向を有するだろう。式２を検討すると、
【００６０】
【数４】
2004001172.tif 000006
の場合に、Ｍ＝０の状態が発生する。層の厚さがｈｄ＝ｈｒ、熱膨張係数がαｄ＝αｒ、ヤング率がＥｄ＝Ｅｒ、量Ｍがゼロである、特別の事例の場合、ゼロの正味の偏向が存在する。
【００６１】
復元層２４の物質が偏向層２２の物質と同一である場合、偏向層２２の厚さｈｄが復元層２４の厚さｈｒに実質的に等しいのであれば、三層構造は正味のゼロの偏向を有するだろうことが式２から理解されるだろう。
【００６２】
与えられた偏向層２２において正味のゼロ偏向を提供するために選択されるであろう復元層２４と障壁層２３のパラメーターの多くの組み合わせが存在することが式２からさらに理解されるだろう。例えば、復元層２４における様々な厚さの変化、ヤング率、又はそれらの両者は、復元層２４と偏向層２２の物質間の熱膨張係数の差を償うために使用されるかもしれない。
【００６３】
高温度ΔＴで三層構造において正味のゼロ偏向を導く、式１乃至４で獲得される層のパラメーターのすべての組み合わせは、本発明の実現可能な実施態様として本発明の発明者によって予期されるだろう。
【００６４】
図１３に例示される内部熱の流れＱＩは層で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、偏向層２２から復元層２４への熱の流れは、復元層２４における加熱工程及び偏向層２２における冷却工程として見られるだろう。障壁層２３は、加熱及び冷却工程の両者での伝熱における時間定数τＢの達成として見られるかもしれない。時間定数τＢは障壁層２３の厚さｈｂにほぼ比例し、かかる層を構成するために使用した物質の熱伝導度に反比例する。既に記載のように、偏向層２２に入力する熱パルスは伝熱の時間定数よりも短く、さもなくば潜在的な温度差と偏向の大きさは障壁層２３による過剰な熱の損失によって消失されるだろう。
【００６５】
カンチレバー型要素から周囲へ向かう第二の熱の流れ全体はＱＳで表示された矢印によって示される。外部熱の流れの詳細はサーマルアクチュエーターの適用に多大に依存するだろう。熱は伝導によって、アクチュエーターから基板１０に向かって流れるか、又は他の隣接する構造的な要素に流れるかもしれない。アクチュエーターが液体か又は気体において操作する場合、これらの流体の対流と伝導を介して熱を失うだろう。熱はまた、放射によって失われるだろう。本発明を理解する目的において、周囲に対する熱の損失は、操作している多くの工程と径路を統合する単一の外部冷却の時間定数τＳであると見なされるかもしれない。
【００６６】
重要な最終的なタイミングのパラメーターは、サーマルアクチュエーターの操作における所望の反復期間τＣである。例えば、インクジェットプリンタヘッドで使用される液体滴エミッターにおいて、アクチュエーターの反復期間は、噴射が維持できるピクセルの書き込み率を確立する、滴の発射頻度を確立する。伝熱の時間定数τＢが第一位置に復元するカンチレバー型要素で必要とされる時間を支配するので、エネルギー効率と迅速な操作のためのτＢ＜＜τＣが好ましい。あるパルスから次ぎのパルスへの作動性能の均一性は、τＢ以上の数多のユニットとして選択される反復期間τＣとして改善するだろう。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され、第一又は名目上の位置に復元されるだろう。代わりにτＣ＞２τＢである場合、次ぎの偏向が試みられる場合に残存する、著しい量の残存する偏向が存在するだろう。したがって、τＣ＞２τＢが好ましく、より好ましくはτＣ＞４τＢである。
【００６７】
周辺への伝熱の時間定数τＳは、同様にアクチュエーターの反復期間τＣに影響を与えるかもしれない。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、カンチレバー型要素が３乃至５τＢ時間後に内部の熱平衡に到達した後でさえも、カンチレバー型要素は３乃至５τＳ時間に到達するまで周辺温度又は開始温度以上となるだろう。アクチュエーターが未だ室温以上であるが、新規の偏向は開始されるかもしれない。しかしながら、機械的な作動の一定量を維持するために、偏向層２２における非常に高いピーク温度が必要とされるだろう。τＣ＜３τＳの周期での反復されたパルシングは、ある不全モードが到達するまでアクチュエーター物質の最大温度での連続する上昇を引き起こす。
【００６８】
基板１０の熱だめ部分１１は図１３に例示されている。半導体又はシリコンなどの金属物質が基板１０に使用される場合、示されている熱だめ部分１１は、熱が弱まる位置として設計される基板１０の単なる領域であるかもしれない。代替として、個別の物質は、固着部分２０ｂでカンチレバー型要素２０から離れて伝導した熱において有効な槽として役立つように基板１０内に含まれるかもしれない。
【００６９】
図１４はカンチレバー型要素２０内で、及びカンチレバー型要素２０から周辺構造と物質に向かう伝熱のタイミングを例示する。温度Ｔは、偏向層の定常状態の操作温度以上の偏向層２２の温度偏倚運動の意図した範囲に関して標準化された規模でグラフにされる。すなわち、図１４のＴ＝１は熱パルスが適用された後に偏向層によって到達された最大温度であり、図１４のＴ＝０はカンチレバー型要素の基礎又は定常温度である。図１４の時間軸は、反復された作動における最低時間周期である、τＣのユニットでグラフにされた。さらに図１４での例示は、τＰのパルス持続時間を有する加熱パルス２３０である。加熱パルス２３０は偏向層２２に適用される。
【００７０】
図１４は温度Ｔ対時間ｔを示す４つのグラフである。復元層２４と偏向層２２の曲線は伝熱の時間定数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グラフにされた。伝熱の時間定数τＳにおける単一の値はすべて４つの温度曲線で使用された。一次元の指数関数の加熱と冷却の関数は、図１４の温度対時間のグラフを生じると仮定される。
【００７１】
図１４において、曲線２１０は偏向層２２の温度を例示し、曲線２１２は偏向層２２に適用された熱パルスに続く復元層２４の温度を例示する。曲線２１０と２１２において、障壁層２３の伝熱の時間定数はτＢ＝０．３τＣであり、周囲への冷却における時間定数はτＳ＝２．０τＣである。図１４は、内部の平衡が与えられたＥ点で達成するまで復元層２４の温度２１２が偏向層２２の温度２１０が下降するにつれて上昇することを示している。Ｅ点の後、層２２と２４の両者の温度はτＳ＝２．０τＣによって支配される率で共に下降を続ける。カンチレバー型要素の偏向量は、偏向層の温度２１０と復元層の温度２１２との間の差にほぼ比例している。したがって、カンチレバー型要素は、図１４でＥとして与えられた時間と温度で、カンチレバー型要素の偏向した位置から第一位置まで復元するだろう。
【００７２】
第二の対の温度曲線２１４と２１６は、短い障壁層の時間定数τＢ＝０．１τＣの場合における、それぞれの偏向層の温度と復元層の温度を例示する。曲線２１４と２１６における周辺の冷却時間定数はまた、曲線２１０と２１２においてτＳ＝２．０τＣである。カンチレバー型要素２０内の内部の熱平衡点は図１４のＦで与えられる。したがって、カンチレバー型要素は図１４でＦとして与えられる時間と温度でカンチレバー型要素の偏向した位置から第一位置まで復元するだろう。
【００７３】
次作動が開始する前にカンチレバー型要素がそのカンチレバー型要素の第一又は名目上の位置に復元するようにτＢがτＣに関して小さいことが有利であることが図１４の実例となる温度グラフから理解されるかもしれない。次作動が時間ｔ＝１．０τＣで開始されるのであれば、τＢ＝０．１τＣである場合にカンチレバー型要素が完全にその第一位置に復元するであろうことが平衡点ＥとＦから理解できる。しかしながら、τＢ＝０．３τＣであるならば、時間ｔ＝１．０τＣでの曲線２１０と２１２間のわずかな温度差によって示される、ある偏向位置から開始するだろう。
【００７４】
図１４はまた、カンチレバー型要素２０が第一位置への偏向の内部の熱平衡及び復元に達した後でさえ高温度であるだろうことを例証する。カンチレバー型要素２０は、かかる高温度で拡張されるだろうが、偏向層２２と復元層２４との間の力の均衡により偏向しない。カンチレバー型要素は高温度で内部の熱平衡のかかる状態から作動されるかもしれない。しかしながら、かかる高温度状態からの熱パルスの連続した適用と作動は、ピーク温度偏倚運動がさらに上昇するにつれて、装置の様々な物質又は作動する環境の開始するので、不全モードを発生させるかもしれない。結果として、可能な限り周辺に対する伝熱の時間定数τＳを減少することが有用である。
【００７５】
本発明のカンチレバー形態は、復元層２４と偏向層２２を装置の基板１０の熱だめ部分１１を備える良好な熱的接触にもたらすことによって、全体の冷却の時間定数τＳを減少する機会を提供する。簡潔には、基板１０が良好な熱伝導度と熱容量特性を有するシリコンなどの物質から構成される場合、基板１０自体は熱だめである。代替として、良好な熱だめの物質はカンチレバー要素２０の固着部分２０ｂに近い基板１０で形態化するかもしれない。
【００７６】
図１５は、カンチレバー型要素２０の固着部分２０ｂでの復元層と偏向層の端末の３つの代替となる形態の平面図である。図１５ａは偏向層２２が基板１０にリード線端末４２，４４を備える電気抵抗として形態化される。基板１０の領域１１は、シリコンなどの良好な熱だめの物質を明示する。復元層２４は図１５ａの形態での熱だめ部分１１を備える良好な熱的接触にもたらされない。
【００７７】
図１５ｂは、復元層２４が基板１０の熱だめ部分１１への良好な熱的接触をなす、パッド４８に対するリード線４２にわたって延在するようにパターン化されていることを除いては図１５ａの形態と同様である。電気的な絶縁層である、好ましくは障壁層２３を形成するために使用される物質層の拡張は、リード線４２上を横切るエリアの偏向及び復元層の物質を電気的に分離するように必要とされるかもしれない。電気的な分離が復元層２４と他の入力リード線との間で維持される限り、一つの電気的な入力リード線で偏向物質と復元物質間の電気的で近接な熱の接続を可能にすることはさらに受け入れ可能である。
【００７８】
図１５ｃは復元層２４が電気的な入力パッド４２と４４との間に位置する熱的接触パッド４６において基板１０の熱だめ部分１１を備える良好な熱的接触に延在するようにパターン化されていることを除けば図１５ａの形態と同様である。図１５ｂと１５ｃに例示された形態は、図１５ａの形態におけるよりもカンチレバー型要素からの迅速な熱の流れを促進するだろう。偏向層２２と同様に復元層２４における熱だめ部分１１に良好な熱的接触を提供する形態での伝熱時間定数τＳは著しく減少するだろう。
【００７９】
図１６は本発明の３つの代替となる好ましい実施態様を例示する。図１６は、基板１０の熱だめ部分１１と復元層及び偏向層物質との良好な熱的接触を達成する代替となる形態を示すように部分的なカンチレバー型アクチュエーターの断面図を例示する。図１６ａは薄い電気的な分離層２１によって熱だめ部分１１から分離した偏向層２２を示す。復元層２４は、断熱層２３の一部分としてさらに役立つ薄い電気的な分離層２３ａによって分離される、偏向層２２上にもたらされる。障壁層２３はサブ層２３ａと２３ｂから構成される。サブ層２３ａは、必要であれば、十分な電気的分離のために薄くでき、一方でサブ層２３ｂは伝熱の時間定数τＢの特異的な設計を達成するために適切な厚さを備えて形成される。
【００８０】
図１６ｂは薄膜の抵抗装置３３が熱偏向層２２に適合される形態を例示する。偏向層２２と復元層２４は、互いに、基板１０の熱だめ部分１１との直接的な接触をもたらされる。図１６ｃは、薄膜の抵抗装置３３が障壁槽２３を備える接触面で熱偏向層２２に適合される形態を例示する。偏向層２２と復元層２４は、互いに、薄い電気的な分離層２１により基板１０の熱だめ部分１１との接触をもたらされる。
【００８１】
図１７は周辺への伝熱の時間定数τＳの２値における復元層と偏向層の温度Ｔ対時間ｔを例示する。すべての曲線において、障壁層の時間定数はτＢ＝０．１τＣである。曲線２１８と２２０において、τＳ＝２．０τＣである。曲線２２２と２２４において、τＳ＝１．０τＣである。曲線２１８と２２２は偏向層の温度を例示し、曲線２２０と２２４は復元層の温度を例示する。曲線２２２と２２４は、復元層と偏向層の両層を基板１０の熱だめ部分１１との良好な熱的接触をもたらすことによって認識される、改良された熱の復元を表す。すなわち、２倍で到達される、周囲への伝熱の時間定数の著しい減少は、特にアルミニウム化チタンなどの電気的な抵抗性で高い熱伝導度物質が偏向層と復元層の構成に使用される場合に認識される。さらに図１７の例示はτＰのパルス持続時間を有する加熱パルス２３０である。加熱パルス２３０は偏向層２２に適用される。
【００８２】
操作において、本発明によるサーマルアクチュエーターは、障壁層２３の伝熱の時間定数τＢを認識して電気的なパルシングパラメータを選択することが有利である。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ーは、障壁層２３により偏向層２２と復元層２４との間の伝熱における特有の時間定数τＢを表すだろう。効率的なエネルギーの使用と最大の偏向性能のために、熱のパルスエネルギーは、τＢによって特徴とされる内部の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、電気的な抵抗性を有するための適用された熱エネルギー又は電気的なパルスはτＰの持続期間を有することが好ましく、τＰ＜τＢであり、好ましくはτＰ＜１／２τＢである。加えて、カンチレバー型要素２０は、次作動パルスが適用される前に、カンチレバー型要素の第一又は名目上の位置に復元することは、同様の理由で望ましい。結果として、活性化の反復期間τＣがτＢよりもさらに長いことが好ましい。最も好ましくは、本発明のサーマルアクチュエーターと液体滴エミッターの効率的で再生可能な活性化のためにτＣ＞３τＢであることが最良である。
【００８３】
先の記載の多くは単一の滴エミッターの形態と操作を導く一方で、本発明は多数の滴エミッターユニットのアレイ及び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ー装置は他の電子部品及び回路との同時組み立てされるか、又は電子部品及び回路の組み立ての前後で同一の基板に形成されるかもしれない。
【００８４】
さらに、先の詳細な記載が電気的に抵抗性の機器によって加熱されたサーマルアクチュエーターについて主に議論した一方で、誘導性の加熱又はパルス光などの熱パルスを生じる他の手段は、本発明による偏向層に熱パルスを適用するために適応されるかもしれない。
【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の例示である。
【図２】本発明によるインクジェットユニットのアレイ又は液体滴エミッターユニットの平面図である。
【図３ａ】図２で示される個々のインクジェットユニットを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を拡大した平面図である。
【図４ａ】本発明のサーマルアクチュエーターの移動を例示する側面図である。
【図４ｂ】本発明のサーマルアクチュエーターの移動を例示する側面図である。
【図５】カンチレバー型要素の偏向層が形成される、本発明によるサーマルアクチュエーターを構成するために適切な工程の初期段階の斜視図である。
【図６】カンチレバー型要素の障壁層が形成される、図５に例示される工程の次段階の斜視図である。
【図７】カンチレバー型要素の復元層が形成される、図５及び６に例示される工程の次段階の斜視図である。
【図８】本発明による滴エミッターのチャンバーを液体で充満する形状の犠牲層が形成される、図５乃至７に例示される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ーの液体チャンバー及びノズルが形成される、図５乃至８に例示される工程の次段階の斜視図である。
【図１０ａ】液体供給通路が形成されて、犠牲層が本発明による液体滴エミッターを完遂するために移動される、図５乃至１０に例示される工程の最終段階の側面図である。
【図１０ｂ】液体供給通路が形成されて、犠牲層が本発明による液体滴エミッターを完遂するために移動される、図５乃至１０に例示される工程の最終段階の側面図である。
【図１０ｃ】液体供給通路が形成されて、犠牲層が本発明による液体滴エミッターを完遂するために移動される、図５乃至１０に例示される工程の最終段階の側面図である。
【図１１ａ】本発明による滴エミッターの操作を例示する側面図である。
【図１１ｂ】本発明による滴エミッターの操作を例示する側面図である。
【図１２ａ】本発明による、加熱するために適合された装置の好ましい３実施態様のうちの一を例示する側面図である。
【図１２ｂ】本発明による、加熱するために適合された装置の好ましい３実施態様のうちの一を例示する側面図である。
【図１２ｃ】本発明による、加熱するために適合された装置の好ましい３実施態様のうちの一を例示する側面図である。
【図１３】本発明によるカンチレバー型要素の内外における熱の流れ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障壁層の２形態における偏向層と復元層の温度対時間のグラフである。
【図１５ａ】本発明によるカンチレバー型要素の偏向層と復元層の固定された末端末の３形態のうちの一の平面図である。
【図１５ｂ】本発明によるカンチレバー型要素の偏向層と復元層の固定された末端末の３形態のうちの一の平面図である。
【図１５ｃ】本発明によるカンチレバー型要素の偏向層と復元層の固定された末端末の３形態のうちの一の平面図である。
【図１６ａ】本発明によるカンチレバー型要素の偏向層と復元層の固定された末端末の３形態のうちの一の側面図である。
【図１６ｂ】本発明によるカンチレバー型要素の偏向層と復元層の固定された末端末の３形態のうちの一の側面図である。
【図１６ｃ】本発明によるカンチレバー型要素の偏向層と復元層の固定された末端末の３形態のうちの一の側面図である。
【図１７】本発明によるカンチレバー型要素の固定された末端の２形態における偏向層と復元層の温度対時間のグラフである。
【符号の説明】
１０　　基板の基部の要素
１１　　基板１０の熱だめ部分
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との間のギャップ
１４　　カンチレバー型要素の支えでの壁のエッジ
１５　　サーマルアクチュエーター
１６　　液体チャンバーの湾曲した壁部分
２０　　カンチレバー型要素
２０ａ　カンチレバー型要素の曲がっている部分
２０ｂ　カンチレバー型要素の支え部分
２０ｃ　カンチレバー型要素の遊離末端部分
２１　　パシベーション層
２２　　偏向層
２３　　障壁層
２３ａ　障壁層のサブ層
２３ｂ　障壁層のサブ層
２４　　復元層
２５　　パシベーション層
２７　　偏向層の復元部分
２８　　液体チャンバーの構造、壁とカバー
２９　　犠牲層
３０　　ノズル
３３　　薄膜の抵抗ヒーターの構造
４１　　ＴＡＢリード線
４２　　電気的な入力パッド
４３　　ハンダこぶ
４４　　電気的な入力パッド
４６　　熱的接触パッド
４８　　熱的接触パッド
５０　　滴
６０　　流体
８０　　据え付け構造
１００　インクジェットプリンタヘッド
１１０　滴エミッターユニット
２００　電気的なパルス源
３００　コントローラー
４００　画像データ源
５００　レシーバー
【図１】
2004001172.tif 000007
【図２】
2004001172.tif 000008
【図３ａ】
2004001172.tif 000009
【図３ｂ】
2004001172.tif 000010
【図４ａ】
2004001172.tif 000011
【図４ｂ】
2004001172.tif 000012
【図５】
2004001172.tif 000013
【図６】
2004001172.tif 000014
【図７】
2004001172.tif 000015
【図８】
2004001172.tif 000016
【図９】
2004001172.tif 000017
【図１０ａ】
2004001172.tif 000018
【図１０ｂ】
2004001172.tif 000019
【図１０ｃ】
2004001172.tif 000020
【図１１ａ】
2004001172.tif 000021
【図１１ｂ】
2004001172.tif 000022
【図１２ａ】
2004001172.tif 000023
【図１２ｂ】
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【図１２ｃ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１５ｃ】
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【図１６ａ】
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【図１６ｂ】
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【図１６ｃ】
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【図１７】
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