(57)【要約】【課題】優れたインクジェットノズル組立体を提供する。【解決手段】インクジェットノズル組立体は、フロアおよびルーフを有したノズルチャンバを備える。ルーフは、そこに画成されたノズル開口、およびフロアに向かって可動である移動部分を有する。組立体はさらに、ノズル開口からインクを吐出するために、複数のカンチレバービームを有する熱曲げアクチュエータを備える。アクチュエータの第１アクティブビームはルーフの総面積の少なくとも３０％を画成する。【選択図】図１１
2010511527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フロアおよびルーフを備えるノズルチャンバであって、前記ルーフにはノズル開口が画成され、前記ルーフが前記フロアに向かって可動である移動部分を有する、当該ノズルチャンバと、
複数のカンチレバービームを有し、前記ノズル開口からインクを吐出するための熱曲げアクチュエータと、
を備え、
前記熱曲げアクチュエータが、
駆動回路に接続するための第１アクティブビームと、
第２パッシブビームであって、前記第１アクティブビームに電流を流したときに前記第１アクティブビームが当該第２パッシブビームに対して伸張し、結果的に前記熱曲げアクチュエータの曲げを生じるように、前記第１アクティブビームと機械的に協働する、当該第２パッシブビームと、
を備え、
前記第１アクティブビームが前記ルーフの総面積の少なくとも３０％を画成する、インクジェットノズル組立体。
【請求項２】
前記移動部分が前記熱曲げアクチュエータを備える、請求項１に記載のインクジェットノズル組立体。
【請求項３】
前記第１アクティブビームが前記ルーフの外面の少なくとも一部分を画成する、請求項１に記載のインクジェットノズル組立体。
【請求項４】
前記ノズル開口が前記フロアに対して可動であるように、前記ノズル開口が前記移動部分に画成される、請求項１に記載のインクジェットノズル組立体。
【請求項５】
前記熱曲げアクチュエータが前記ノズル開口に対して可動である、請求項１に記載のインクジェットノズル組立体。
【請求項６】
前記第１アクティブビームが曲がりくねったビーム要素によって画成され、前記曲がりくねったビーム要素が複数の近接ビーム部材を有する、請求項１に記載のインクジェットノズル組立体。
【請求項７】
前記複数の近接ビーム部材が、
前記第１アクティブビームの長手軸に沿って延びる複数の長尺ビーム部材と、
前記第１アクティブビームの横軸を横切って延びると共に長尺ビーム部材を相互接続する少なくとも１つの短尺ビーム部材と、
を備える、請求項６に記載のインクジェットノズル組立体。
【請求項８】
前記複数のビームの１つが多孔質材料から構成される、請求項１に記載のインクジェットノズル組立体。
【請求項９】
前記多孔質材料が２以下の誘電率を有する多孔質二酸化ケイ素である、請求項８に記載のインクジェットノズル組立体。
【請求項１０】
前記熱曲げアクチュエータがさらに、前記第１アクティブビームと前記第２パッシブビームとの間に狭持された第３絶縁ビーム、を備える、請求項１に記載のインクジェットノズル組立体。
【請求項１１】
前記第３絶縁ビームが多孔質材料から構成される、請求項１０に記載のインクジェットノズル組立体。
【請求項１２】
前記第１アクティブビームが前記第２パッシブビームに融着または接合される、請求項１に記載のインクジェットノズル組立体。
【請求項１３】
前記第２パッシブビームが多孔質材料から構成される、請求項１２に記載のインクジェットノズル組立体。
【請求項１４】
前記第１アクティブビームの少なくとも一部分が、前記第２パッシブビームから離間する、請求項１に記載のインクジェットノズル組立体。
【請求項１５】
前記第１アクティブビームが、窒化チタン、窒化チタンアルミニウムおよびアルミニウム合金を含む群、から選択された材料から構成される、請求項１に記載のインクジェットノズル組立体。
【請求項１６】
前記第１アクティブビームがアルミニウム合金から構成される、請求項１に記載のインクジェットノズル組立体。
【請求項１７】
前記アルミニウム合金が、
アルミニウムと、
１００ＧＰａを超えるヤング率を有する少なくとも１つの他の金属と、
を含む、請求項１６に記載のインクジェットノズル組立体。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの他の金属が、バナジウム、マンガン、クロム、コバルトおよびニッケルを含む群、から選択される、請求項１７に記載のインクジェットノズル組立体。
【請求項１９】
前記アルミニウム合金がアルミニウムおよびバナジウムを含む、請求項１６に記載のインクジェットノズル組立体。
【請求項２０】
前記アルミニウム合金の少なくとも８０％が、アルミニウムから成る、請求項１６に記載のインクジェットノズル組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は熱曲げアクチュエータに関する。それは主として、熱曲げ作動を介してインクを吐出する改良されたインクジェットノズルを提供するために開発された。
【０００２】
［相互参照］
本出願の出願人または譲受人によって出願された以下の特許または特許出願は、この相互参照により本明細書に組み込まれる。
【表１】
2010511527.tif 000003
【表２】
2010511527.tif 000004
【表３】
2010511527.tif 000005
【表４】
2010511527.tif 000006
【表５】
2010511527.tif 000007
【背景技術】
【０００３】
本出願人は、熱曲げ作動を利用する多数のＭＥＭＳインクジェットノズルを以前に記述してきた。熱曲げ作動とは一般的に、電流が流れた１つの材料の別の材料に対する熱膨張によって発生する曲げ動作を意味する。結果的に生じる曲げ動作は、場合によりノズルチャンバに圧力波を発生させるパドルまたはベーンの動きを介して、ノズル開口からインクを吐出させるために使用することができる。
【０００４】
幾つかの代表的な型の熱曲げインクジェットノズルは、上記の相互参照の節に列挙した特許および特許出願に例証されており、それらの内容は参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００５】
特許文献１は、ノズルチャンバに配置されたパドルおよびノズルチャンバの外部に配置された熱曲げアクチュエータを有するインクジェットノズルを記載している。アクチュエータは、非導電性材料（例えば二酸化ケイ素）の上部パッシブビームに融着させた導電性材料（例えば窒化チタン）の下部アクティブビームの形を取る。アクチュエータは、ノズルチャンバの壁のスロットを介して受容されるアームを介してパドルに接続される。下部アクティブビームに電流が流れると、アクチュエータは上方に曲がり、その結果としてパドルは、ノズルチャンバのルーフに画成されたノズル開口に向かって移動し、それによってインクの液滴が吐出される。この設計の利点はその構成の単純さである。この設計の欠点は、パドルの両面がノズルチャンバ内部の比較的高粘度のインクに抗して作用することである。
【０００６】
特許文献２は、アクチュエータがノズルチャンバの移動ルーフ部分を形成するインクジェットノズルを記載している。アクチュエータは、ポリマ材料によって被包された導電性材料の蛇行状コアの形を取る。アクチュエータは作動するとノズルチャンバのフロアに向かって曲がり、チャンバ内の圧力を高め、チャンバのルーフに画成されたノズル開口からインクの液滴を押し出す。ノズル開口はルーフの非移動部分に画成される。この設計の利点は、移動ルーフ部分の片面だけがノズルチャンバ内部の比較的高粘度のインクに抗して作用し得るということである。この設計の欠点は、ポリマ材料によって被包された蛇行状導電性要素からのアクチュエータの構成をＭＥＭＳプロセスで達成することが難しいことである。
【０００７】
特許文献３は、ノズル開口が画成された可動ルーフ部分を有するノズルチャンバを含むインクジェットノズルを記載している。可動ルーフ部分は、ノズルチャンバの外部に配置された熱曲げアクチュエータにアームを介して接続される。アクチュエータは、下部パッシブビームから離間した上部アクティブビームの形を取る。アクティブおよびパッシブビームを離間させることによって、パッシブビームはアクティブビームのヒートシンクとして作用することができないので、熱曲げ効率が最大化される。上部アクティブビームに電流が流れると、ノズル開口が画成された可動ルーフ部分はノズルチャンバのフロアに向かって回転を生じ、それによってノズル開口から吐出する。ノズル開口はルーフ部分と共に移動するので、滴飛行方向は、ノズルリムの形状の適切な変形によって制御することができる。この設計の利点は、移動ルーフ部分の片面だけがノズルチャンバ内部の比較的高粘度のインクに対して働かなければならないことである。さらなる利点は、アクティブおよびパッシブビーム部材を離間させることによって、最小熱損失が達成されることである。この設計の欠点は、アクティブおよびパッシブビーム部材を離間させることで構造的剛性が失われることである。
【０００８】
より効率的な滴吐出および改善された機械的ロバスト性を達成するように、熱曲げインクジェットノズルの設計を改良する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第６，４１６，１６７号
【特許文献２】米国特許第６，２６０，９５３号
【特許文献３】米国特許第６，６２３，１０１号
【発明の概要】
【００１０】
第１態様では、本発明は、
フロアおよびルーフを備えるノズルチャンバであって、上記ルーフにはノズル開口が画成され、上記ルーフがフロアに向かって可動である移動部分を有するノズルチャンバと、
複数のカンチレバービームを有し、ノズル開口からインクを吐出するための熱曲げアクチュエータと、
を備え、上記アクチュエータが、
駆動回路に接続するための第１アクティブビームと、
第１ビームに電流を流したときに第１ビームが第２ビームに対して伸張し、結果的にアクチュエータの曲げを生じるように、第１ビームと機械的に協働する第２パッシブビームとを備える、
インクジェットノズル組立体を提供する。
【００１１】
場合により、第１アクティブビームはルーフの総面積の少なくとも３０％を画成する。
【００１２】
場合により、上記移動部分はアクチュエータを備える。
【００１３】
場合により、第１アクティブビームは上記ルーフの外面の少なくとも一部分を画成する。
【００１４】
場合により、ノズル開口がフロアに対して可動であるように、ノズル開口は移動部分に画成される。
【００１５】
場合により、アクチュエータはノズル開口に対して可動である。
【００１６】
場合により、第１ビームは曲がりくねったビーム要素によって画成され、上記曲がりくねったビーム要素は複数の近接ビーム部材を有する。
【００１７】
場合により、複数の近接ビーム部材は、第１ビームの長手軸に沿って延びる複数の長尺ビーム部材、および第１ビームの横軸を横切って延びると共に長尺ビーム部材を相互接続する少なくとも１つの短尺ビーム部材を備える。
【００１８】
場合により、上記複数のビームの１つは多孔質材料から構成される。
【００１９】
場合により、上記多孔質材料は２以下の誘電率を有する多孔質二酸化ケイ素である。
【００２０】
場合により、熱曲げアクチュエータはさらに、第１ビームと第２ビームとの間に挟まれた第３絶縁ビームを備える。
【００２１】
場合により、第３絶縁ビームは多孔質材料から構成される。
【００２２】
場合により、第１ビームは第２ビームに融着または接合される。
【００２３】
場合により、第２ビームは多孔質材料から構成される。
【００２４】
場合により、第１ビームの少なくとも一部分は第２ビームから離間する。
【００２５】
場合により、第１ビームは、窒化チタン、窒化チタンアルミニウム、およびアルミニウム合金を含む群から選択された材料から構成される。
【００２６】
場合により、第１ビームはアルミニウム合金から構成される。
【００２７】
場合により、上記アルミニウム合金はアルミニウムと１００ＧＰａ超のヤング率を有する少なくとも１つの他の金属とを含む。
【００２８】
場合により、上記少なくとも１つの金属はバナジウム、マンガン、クロム、コバルト、およびニッケルを含む群から選択される。
【００２９】
場合により、上記合金はアルミニウムおよびバナジウムを含む。
【００３０】
場合により、上記合金は少なくとも８０％のアルミニウムを含む。
【００３１】
第２態様では、本発明は、
駆動回路に接続するための第１アクティブ要素と、
第１要素に電流が流れたときに第１要素が第２要素に対して伸張し、結果的にアクチュエータの曲げを生じるように、第１要素と機械的に協働する第２パッシブ要素と、
を備え、第１要素がアルミニウム合金から構成される、複数の要素を有する熱曲げアクチュエータを提供する。
【００３２】
場合により、上記アルミニウム合金が、アルミニウムと１００ＧＰａ超のヤング率を有する少なくとも１つの他の金属とを含む。
【００３３】
場合により、上記少なくとも１つの金属はバナジウム、マンガン、クロム、コバルト、およびニッケルを含む群から選択される。
【００３４】
場合により、上記合金はアルミニウムおよびバナジウムを含む。
【００３５】
場合により、上記合金は少なくとも８０％のアルミニウムを含む。
【００３６】
場合により、上記第１および第２要素はカンチレバービームである。
【００３７】
場合により、第１ビームは長手軸に沿って第２ビームに融着または接合される。
【００３８】
場合により、第２ビームの少なくとも一部分は第１ビームから離間し、それによって第１ビームは第２ビームの少なくとも一部分から絶縁される。
【００３９】
場合により、上記複数の要素の１つは多孔質材料から構成される。
【００４０】
場合により、上記多孔質材料は約２以下の誘電率を有する。
【００４１】
場合により、上記多孔質材料は多孔質二酸化ケイ素である。
【００４２】
場合により、第３絶縁ビームが第１ビームと第２ビームとの間に狭持される。
【００４３】
場合により、第３絶縁ビームは多孔質材料から構成される。
【００４４】
場合により、第２ビームは多孔質材料から構成される。
【００４５】
さらなる態様では、本発明は、
ノズル開口およびインク入口を有するノズルチャンバと、
複数のカンチレバービームを有する、ノズル開口を介してインクを吐出するための熱曲げアクチュエータと、
を備え、上記アクチュエータが、
駆動回路に接続するための第１アクティブビームと、
第１ビームに電流が流れたときに第１ビームが第２ビームに対して伸張し、結果的にアクチュエータの曲げを生じるように、第１ビームと機械的に協働する第２パッシブビームと、
を含み、第１ビームがアルミニウム合金から構成される、インクジェットノズル組立体を提供する。
【００４６】
場合により、ノズルチャンバはフロアと移動部分を有するルーフとを備え、それによって上記アクチュエータの作動が上記移動部分を上記フロアに向かって移動させる。
【００４７】
場合により、移動部分はアクチュエータを備える。
【００４８】
場合により、第１アクティブビームはルーフの総面積の少なくとも３０％を画成する。
【００４９】
場合により、第１アクティブビームは上記ノズルチャンバの外面の少なくとも一部分を画成する。
【００５０】
場合により、ノズル開口がフロアに対して可動であるように、ノズル開口は移動部分に画成される。
【００５１】
第３態様では、本発明は、
駆動回路に接続するための第１アクティブ要素と、
第１要素に電流が流れたときに第１要素が第２要素に対して伸張し、結果的にアクチュエータの曲げを生じるように、第１要素と機械的に協働する第２パッシブ要素と、
を備え、上記複数の要素の１つが多孔質材料から構成される、
複数の要素を有する熱曲げアクチュエータを提供する。
【００５２】
場合により、上記多孔質材料は約２以下の誘電率を有する。
【００５３】
場合により、上記多孔質材料は多孔質二酸化ケイ素である。
【００５４】
場合により、上記第１および第２要素はカンチレバービームである。
【００５５】
さらなる態様では、第１ビームと第２ビームとの間に狭持された第３絶縁ビームをさらに備える熱曲げアクチュエータを提供する。
【００５６】
場合により、第３絶縁ビームは多孔質材料から構成される。
【００５７】
場合により、第１ビームはその長手軸に沿って第２ビームに融着または接合される。
【００５８】
場合により、第２ビームは多孔質材料から構成される。
【００５９】
場合により、第１要素は窒化チタン、窒化チタンアルミニウム、およびアルミニウム合金を含む群から選択された材料から構成される。
【００６０】
場合により、第１要素はアルミニウム合金から構成される。
【００６１】
場合により、上記アルミニウム合金は、アルミニウムと１００ＧＰａを超えるヤング率を有する少なくとも１つの他の金属とを含む。
【００６２】
場合により、上記少なくとも１つの金属はバナジウム、マンガン、クロム、コバルト、およびニッケルを含む群から選択される。
【００６３】
場合により、上記合金はアルミニウムおよびバナジウムを含む。
【００６４】
場合により、上記合金は少なくとも８０％のアルミニウムを含む。
【００６５】
別の態様では、本発明は、
ノズル開口およびインク入口を有するノズルチャンバと、
複数のカンチレバービームを有し、ノズル開口を介してインクを吐出するための熱曲げアクチュエータと、
を備え、上記アクチュエータが、
駆動回路に接続するための第１アクティブビームと、
第１ビームに電流が流れたときに第１ビームが第２ビームに対して伸張し、結果的にアクチュエータの曲げを生じるように、第１ビームと機械的に協働する第２パッシブビームと、
を備え、上記複数のビームの１つが多孔質材料から構成される、インクジェットノズル組立体を提供する。
【００６６】
場合により、ノズルチャンバはフロアと移動部分を有するルーフとを備え、それによって上記アクチュエータの作動が上記移動部分を上記フロアに向かって移動させる。
【００６７】
場合により、移動部分はアクチュエータを備える。
【００６８】
場合により、第１アクティブビームはルーフの総面積の少なくとも３０％を画成する。
【００６９】
場合により、第１アクティブビームは上記ノズルチャンバの外面の少なくとも一部分を画成する。
【００７０】
場合により、ノズル開口がフロアに対して可動であるように、ノズル開口は移動部分に画成される。
【００７１】
第４態様では、本発明は、
フロアおよびルーフを備え、上記ルーフにはノズル開口が画成され、上記ルーフがフロアに向かって可動である移動部分を有する、ノズルチャンバと、
複数のカンチレバービームを有し、ノズル開口を介してインクを吐出するための熱曲げアクチュエータと、
を備え、上記アクチュエータが、
駆動回路に接続するための第１アクティブビームと、
第１ビームに電流が流れたときに第１ビームが第２ビームに対して伸張し、結果的にアクチュエータの曲げを生じるように、第１ビームと機械的に協働する第２パッシブビームと、
を備え、上記移動部分がアクチュエータを備える、インクジェットノズル組立体を提供する。
【００７２】
場合により、第１アクティブビームはルーフの総面積の少なくとも３０％を画成する。
【００７３】
場合により、第１アクティブビームは、上記ルーフの外面の少なくとも一部分を画成する。
【００７４】
場合により、ノズル開口がフロア部分に対して可動であるように、ノズル開口は移動部分に画成される。
【００７５】
場合により、アクチュエータはノズル開口に対して可動である。
【００７６】
場合により、第１ビームは曲がりくねったビーム要素によって画成され、上記曲がりくねったビーム要素は複数の近接ビーム部材を有する。
【００７７】
場合により、複数の近接ビーム部材は、第１ビームの長手軸に沿って延びる複数の長尺ビーム部材、および第１ビームの横軸を横切って延びると共に長尺ビーム部材を相互接続する少なくとも１つの短尺ビーム部材を備える。
【００７８】
場合により、上記複数のビームの少なくとも１つは多孔質材料から構成される。
【００７９】
場合により、上記多孔質材料は２以下の誘電率を有する多孔質二酸化ケイ素である。
【００８０】
場合により、熱曲げアクチュエータはさらに第１ビームと第２ビームとの間に狭持された第３絶縁ビームを備える。
【００８１】
場合により、第３絶縁ビームは多孔質材料から構成される。
【００８２】
場合により、第１ビームは第２ビームに融着または接合される。
【００８３】
場合により、第２ビームは多孔質材料から構成される。
【００８４】
場合により、第１ビームの少なくとも一部分は第２ビームから離間する。
【００８５】
場合により、第１ビームは窒化チタン、窒化チタンアルミニウム、およびアルミニウム合金を含む群から選択される材料から構成される。
【００８６】
場合により、第１ビームはアルミニウム合金から構成される。
【００８７】
場合により、上記アルミニウム合金は、アルミニウムと１００ＧＰａを超えるヤング率を有する少なくとも１つの他の金属とを含む。
【００８８】
場合により、上記少なくとも１つの金属はバナジウム、マンガン、クロム、コバルト、およびニッケルを含む群から選択される。
【００８９】
場合により、上記合金はアルミニウムおよびバナジウムを含む。
【００９０】
場合により、上記合金は少なくとも８０％のアルミニウムを含む。
【００９１】
第５態様では、本発明は、
フロアおよびルーフを備え、上記ルーフにはノズル開口が画成され、上記ルーフがフロアに向かって可動である移動部分を有する、ノズルチャンバと、
複数のカンチレバービームを有し、ノズル開口を介してインクを吐出するための熱曲げアクチュエータと、
を備え、上記アクチュエータが、
駆動回路に接続するための第１アクティブビームと、
第１ビームに電流が流れたときに第１ビームが第２ビームに対して伸張し、結果的にアクチュエータの曲げを生じるように、第１ビームと機械的に協働する第２パッシブビームと、
を備え、第１アクティブビームが上記ルーフの外面の少なくとも一部分を画成する、インクジェットノズル組立体を提供する。
【００９２】
場合により、上記移動部分がアクチュエータを備える。
【００９３】
場合により、第１アクティブビームはルーフの総面積の少なくとも３０％を画成する。
【００９４】
場合により、ノズル開口がフロアに対して可動であるように、ノズル開口は移動部分に画成される。
【００９５】
場合により、アクチュエータはノズル開口に対して可動である。
【００９６】
場合により、第１ビームは曲がりくねったビーム要素によって画成され、上記曲がりくねったビーム要素が複数の近接ビーム部材を有する。
【００９７】
場合により、曲がりくねったビーム要素は複数の長尺ビーム部材および少なくとも１つの短尺ビーム部材を含み、各長尺ビーム部材は第１ビームの長手軸に沿って延び、第１ビームの横軸を横切って延びる短尺ビーム部材によって相互接続される。
【００９８】
場合により、上記複数のビームの１つは多孔質材料から構成される。
【００９９】
場合により、上記多孔質材料は２以下の誘電率を有する多孔質二酸化ケイ素である。
【０１００】
場合により、熱曲げアクチュエータはさらに第１ビームと第２ビームとの間に狭持された第３絶縁ビームを備える。
【０１０１】
場合により、第３絶縁ビームは多孔質材料から構成される。
【０１０２】
場合により、第１ビームは第２ビームに融着または接合される。
【０１０３】
場合により、第２ビームは多孔質材料から構成される。
【０１０４】
場合により、第１ビームの少なくとも一部分は第２ビームから離間する。
【０１０５】
場合により、第１ビームは、窒化チタン、窒化チタンアルミニウム、およびアルミニウム合金を含む群から選択された材料から構成される。
【０１０６】
場合により、第１ビームはアルミニウム合金から構成される。
【０１０７】
場合により、上記アルミニウム合金は、アルミニウムと１００ＧＰａ超のヤング率を有する少なくとも１つの他の金属とを含む。
【０１０８】
場合により、上記少なくとも１つの金属は、バナジウム、マンガン、クロム、コバルト、およびニッケルを含む群から選択される。
【０１０９】
場合により、上記合金はアルミニウムおよびバナジウムを含む。
【０１１０】
場合により、上記合金は少なくとも８０％のアルミニウムを含む。
【０１１１】
第６態様では、本発明は、
複数の近接ビーム部材を有する曲がりくねったビーム要素によって画成される、駆動回路に接続するための第１アクティブビームと、
第１ビームに電流が流れたときに第１ビームが第２ビームに対して伸張し、結果的にアクチュエータの曲げを生じるように、第１ビームと機械的に協働する第２パッシブビームと、
を備え、複数の近接ビーム部材が第１ビームの長手軸に沿って延びる複数の長尺ビーム部材、および第１ビームの横軸を横切って延びると共に長尺ビーム部材を相互接続する少なくとも１つの短尺ビーム部材を備える、複数の細長いカンチレバービームを有する熱曲げアクチュエータを提供する。
【０１１２】
場合により、上記第１ビームは上記アクチュエータの１端に位置する１対の電気接点を介して上記駆動回路に接続される。
【０１１３】
場合により、第１電気接点は上記曲がりくねったビーム要素の第１端に接続され、第２電気接点は上記曲がりくねったビーム要素の第２端に接続される。
【０１１４】
場合により、上記複数のビームの１つは多孔質材料から構成される。
【０１１５】
場合により、上記多孔質材料は２以下の誘電率を有する多孔質二酸化ケイ素である。
【０１１６】
さらなる態様では、第１ビームと第２ビームとの間に狭持された第３絶縁ビームをさらに備える熱曲げアクチュエータを提供する。
【０１１７】
場合により、第３絶縁ビームは多孔質材料から構成される。
【０１１８】
場合により、第１ビームは第２ビームに融着または接合される。
【０１１９】
場合により、第２ビームは多孔質材料から構成される。
【０１２０】
場合により、第１ビームの少なくとも一部分は第２ビームから離間する。
【０１２１】
場合により、第１ビームは窒化チタン、窒化チタンアルミニウム、およびアルミニウム合金を含む群から選択された材料から構成される。
【０１２２】
さらなる態様では、本発明は、
ノズル開口およびインク入口を有するノズルチャンバと、
複数のカンチレバービームを有する、ノズル開口を介してインクを吐出するための熱曲げアクチュエータと、
を備え、上記アクチュエータが、
複数の近接ビーム部材を含む曲がりくねったビーム要素によって画成される、駆動回路に接続するための第１アクティブビームと、
第１ビームに電流が流れたときに第１要素が第２ビームに対して伸張し、結果的にアクチュエータの曲げを生じるように、第１ビームと機械的に協働する第２パッシブビームと、
を備え、
複数の近接ビーム部材が第１ビームの長手軸に沿って延びる複数の長尺ビーム部材、および第１ビームの横軸を横切って延びると共に長尺ビーム部材を相互接続する少なくとも１つの短尺ビーム部材を備える、インクジェットノズル組立体を提供する。
【０１２３】
場合により、ノズルチャンバはフロアおよび移動部分を有するルーフを備え、それによって上記アクチュエータの作動が上記移動部分を上記フロアに向かって移動させる。
【０１２４】
場合により、移動部分がアクチュエータを備える。
【０１２５】
場合により、第１アクティブビームがルーフの総面積の少なくとも３０％を画成する。
【０１２６】
場合により、第１アクティブビームが上記ノズルチャンバの外面の少なくとも一部分を画成する。
【０１２７】
場合により、ノズル開口がフロアに対して可動であるように、ノズル開口は移動部分に画成される。
【０１２８】
場合により、アクチュエータはノズル開口に対して可動である。
【０１２９】
さらなる態様では、上記アクチュエータの１端に配置され、上記曲がりくねったビーム要素と上記駆動回路との間の電気的接続を達成する１対の電気接点をさらに備えたインクジェットノズル組立体を提供する。
【０１３０】
場合により、第１電気接点は上記曲がりくねったビーム要素の第１端に接続され、第２電気接点は上記曲がりくねったビーム要素の第２端に接続される。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】アルミニウム−バナジウム合金から形成されたアクティブビームを含む２層熱曲げアクチュエータの略側面図である。
【図２】融着熱曲げアクチュエータを含むインクジェットノズル組立体のさまざまな操作段階における略側面図である。
【図３】図２（Ａ）に示したノズル組立体の斜視図である。
【図４】図２（Ａ）および図３に示したノズル組立体のアレイを備えるプリントヘッド集積回路の一部分の斜視図である。
【図５】離間熱曲げアクチュエータおよび移動ルーフ構造を備えるインクジェットノズル組立体の切欠き斜視図である。
【図６】図５に示したインクジェットノズル組立体の作動構成時の切欠き斜視図である。
【図７】図５に示したインクジェットノズル組立体の作動停止直後の切欠き斜視図である。
【図８】図６に示したノズル組立体の側断面図である。
【図９】熱曲げアクチュエータによって画成される移動部分を有するルーフを含むインクジェットノズル組立体の側断面図である。
【図１０】図９に示したノズル組立体の切欠き斜視図である。
【図１１】図１０に示したノズル組立体の斜視図である。
【図１２】図１０に示したノズル組立体のアレイの切欠き斜視図である。
【図１３】熱曲げアクチュエータによって画成される移動部分を有するルーフを含む代替的インクジェットノズル組立体の側断面図である。
【図１４】図１３に示したノズル組立体の切欠き斜視図である。
【図１５】図１３に示したノズル組立体の斜視図である。
【図１６】多孔質材料から形成された狭持絶縁ビームを備える３層熱曲げアクチュエータの略側面図である。
【図１７】多孔質材料から形成されたパッシブビームを備える２層熱曲げアクチュエータの略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０１３２】
アルミニウム合金から構成される熱弾性アクティブ要素
通常、ＭＥＭＳ熱曲げアクチュエータ（または熱弾性アクチュエータ）は、アクティブ要素およびアクティブ要素の線膨張を抑制するパッシブ要素の形の１対の要素を備える。アクティブ要素は、パッシブ要素と比較してより大きい熱弾性膨張を受ける必要があり、それによって曲げ動作がもたらされる。要素は最大限の構造的一体性のために一体に融着もしくは接合するか、またはパッシブ要素への熱損失を最小化するために離間させることができる。
【０１３３】
これまで、我々は窒化チタンを熱曲げアクチュエータのアクティブ熱弾性要素に対する適切な候補として記載してきた（例えば米国特許第６，４１６，１６７号参照）。例えば出願人の米国特許第６，４２８，１３３号に記載された他の適切な材料としてＴｉＢ２、ＭｏＳｉ２、およびＴｉＡｌＮがある。
【０１３４】
その高い熱膨張および低い密度の点から見て、アルミニウムはアクティブ熱弾性要素として使用するための強力な候補である。しかし、アルミニウムは比較的低いヤング率が悩みであり、それはその全体的熱弾性効率を損ねる。したがってアルミニウムはこれまでアクティブ熱弾性要素用の適切な材料として注目されなかった。
【０１３５】
しかし、今や、アルミニウム合金は、高い熱膨張、低い密度、および高いヤング率の有利な特性を併せ持つので、熱弾性アクティブ要素用としての優れた材料であることが明らかになった。
【０１３６】
一般に、アルミニウムは１００ＧＰａ超のヤング率を有する少なくとも１つの金属と合金にされる。一般に、アルミニウムはバナジウム、マンガン、クロム、コバルト、およびニッケルを含む群から選択された少なくとも１つの金属と合金にされる。驚くべきことに、そのような金属と合金されたときにアルミニウムの優れた熱膨張特性は損なわれないことが明らかになった。
【０１３７】
場合により、合金は少なくとも６０％、場合により少なくとも７０％、場合により少なくとも８０％、または場合により少なくとも９０％のアルミニウムを含む。
【０１３８】
図１は、支柱２０２に固定されたカンチレバービーム（片持ち梁）２０１の形のバイモルフ熱曲げアクチュエータ２００を示す。カンチレバービーム２０１は、二酸化ケイ素の上部パッシブビーム２２０に接合された下部アクティブビーム２１０を備える。アクチュエータ２００の熱弾性効率を、（i）１００％のＡｌ、（ii）９５％のＡｌおよび５％のＶ（バナジウム）、並びに、（iii）９０％のＡｌおよび１０％のＶ、の各々から構成されたアクティブビームについて比較した。
【０１３９】
短い電気パルスでアクティブビーム２１０を刺激し、レーザレーザ干渉計によって決定される、３ｍ／ｓのピーク振動速度を確立するために必要なエネルギを測定することによって、熱弾性効率を比較した。結果を下表に示す。
【表６】
2010511527.tif 000008
したがって、９５％Ａｌおよび５％Ｖから成る合金は、同等の１００％Ａｌのデバイスより２．０８倍低いエネルギが必要であった。さらに９０％Ａｌおよび１０％Ｖから成る合金は、同等の１００％Ａｌのデバイスより２．１２倍低いエネルギが必要であった。したがって、アルミニウム合金は、インクジェットノズル用の熱曲げアクチュエータを含むＭＥＭＳ用途の範囲で、アクティブ熱弾性要素用としての優れた候補であると結論付けられた。
【０１４０】
熱曲げアクチュエータを含むインクジェットノズル
次に、アルミニウム合金から構成されるアクティブ要素を有する熱曲げアクチュエータを組み込むことのできる、典型的なインクジェットノズルについて説明する。
【０１４１】
融着された熱曲げアクチュエータを備えるノズル組立体
最初に図２（Ａ）および図３に目を向けると、第１実施形態に係るノズル組立体１００の略図が示されている。ノズル組立体１００は、米国特許第６，４１６，１６７号に記載の通り、シリコン基板３の不動態層２上にＭＥＭＳプロセスによって形成される。ノズル組立体１００はルーフ４および側壁５を有するノズルチャンバ１を含む。基板３にエッチングされたインク入口チャネル７を用いてノズルチャンバ１にインク６が充填される。ノズルチャンバ１はさらにノズルチャンバからインクを吐出するためのノズル開口８を含む。図２（Ａ）に示すように、ノズル開口８のリム２１にインクメニスカス２０がピニングされる。
【０１４２】
ノズル組立体１００はさらに、アーム１１を介してノズルチャンバの外部に位置するアクチュエータ１０に相互接続される、ノズルチャンバ１内部に位置するパドル９を含む。図２にさらに明確に示す通り、アームはノズルチャンバ１のスロット１２を介して延びる。スロット１２内のインクの表面張力は、ノズルチャンバ１に含まれるインクに対し流体シールをもたらすのに充分である。
【０１４３】
アクチュエータ１０は、横方向に離間した複数の細長いアクチュエータユニット１３を備える。各アクチュエータユニットは、不動態層２上に取り付けられた固定支柱１４とアーム１１との間に延びる。したがって、支柱１４はアクチュエータ１０の曲げ動作のための枢軸をもたらす。
【０１４４】
各アクチュエータユニット１３は、第１アクティブビーム１５およびアクティブビームの上面に融着された第２パッシブビーム１６を備える。アクティブビーム１５は導電性であり、基板３のＣＭＯＳ層の駆動回路に接続される。パッシブビーム１６は一般的に非導電性である。
【０１４５】
ここで図２（Ｂ）を参照すると、アクティブビーム１５に電流が流れるときに、それは加熱され、パッシブビーム１６に対する熱膨張を受ける。これはアクチュエータ１０の上向きの曲げ動作を引き起こし、それはパドル９の回転運動に拡大される。
【０１４６】
この結果的に生じるパドルの運動は、図１（Ｂ）に示すように急速に膨張するインクメニスカス２０付近の圧力の一般的増大を引き起こす。その後、アクチュエータは消勢され、それによりパドル９はその休止位置に戻る（図２（Ｃ））。
【０１４７】
このパルスサイクル中に、インクの液滴１７がノズル開口８から吐出され、同時にインク６がインク入口７を介してノズルチャンバ１内に再び流入する。ノズルリム２１の外側のインクの前方運動量および対応する逆流は結果的に、図２（Ｃ）に示すように、印字媒体に向かって進む液滴１７の一般的縮径および引裂きを引き起こす。潰れたメニスカス２０は、インク入口７を介してインク６をノズルチャンバ１内に吸引させる。ノズルチャンバ１は再充填されるので、図２（Ａ）の位置が再び達成され、ノズル組立体１００はインクの別の液滴を吐出する準備が整う。
【０１４８】
図３に目を向けると、アクチュエータユニット１３はそれらの横軸に対してテーパを付けられ、支柱１４に接続された狭幅端およびアーム１１に接続された広幅端を有することが分かる。このテーパ付けは、支柱１４付近で最大の抵抗加熱が起き、それによって熱弾性曲げ動作が最大化されることを確実にする。
【０１４９】
通常、パッシブビーム１６はＣＶＤによって堆積された二酸化ケイ素またはＴＥＯＳから構成される。図２〜４に示す通り、アーム１１は同じ材料から形成される。
【０１５０】
本発明では、アクティブビーム１５は上述の通り、アルミニウム合金、好ましくはアルミニウム−バナジウム合金から構成される。
【０１５１】
離間熱曲げアクチュエータを備えるノズル組立体
ここで図５〜８に目を向けると、第２実施形態に係るノズル組立体３００が図示されている。添付する図面の図５〜７に目を向けると、ノズル組立体３００は、六角形の入口３０３（他の適切な形状とすることができる）を通してチャンバ３０４に開口するインク供給アパーチャ３０２を画成する基板３０１上に、（ＭＥＭＳ技術により）構築される。チャンバはフロア部分３０５、ルーフ部分３０６、ならびに入れ子式に重なり合う外周側壁３０７および３０８によって画成される。ルーフ部分３０６から下方に垂下する側壁３０７は、フロア部分３０５から上方に垂下する側壁３０８内で上下動することができる大きさに作られる。
【０１５２】
吐出ノズルは、下でさらに述べるように、ノズルチャンバからインクを吐出するための開口を画成するように、ルーフ部分３０６に位置するリム３０９によって形成される。
【０１５３】
ルーフ部分３０６および下方に垂下する側壁３０７は、非加熱カンチレバーによって拘束されるジュール加熱カンチレバーを形成する層から通常作成される曲げアクチュエータ３１０によって支持されるので、ジュール加熱カンチレバーを加熱することによりジュール加熱カンチレバーと非加熱カンチレバーとの間に示差膨張が生じ、曲げアクチュエータ３１０を曲げさせる。
【０１５４】
曲げアクチュエータの近端３１１は基板３０１に固定され、下でさらに述べるアンカ部材３１２によって後方に移動することが防止され、遠端３１３はインクジェットノズルのルーフ部分３０６および側壁３０７に固定され、それらを支持する。
【０１５５】
使用中、インクは、いずれかの適切な仕方で、通常は前掲の同時係属出願に記載されるように、通路３０２および開口３０３を介してノズルチャンバ内に供給される。ノズルチャンバからインク滴を吐出することが望ましい場合、電流が曲げアクチュエータ３１０に供給され、アクチュエータを図６に示す位置まで曲げさせ、ルーフ部分３０６をフロア部分３０５に向かって下方に移動させる。この相対運動はノズルチャンバの容積を低減させ、３１４（図６）に示すようにノズルリム３０９を介してインクを上方に隆起させ、そこでインクはインクの表面張力によって液滴に形成される。
【０１５６】
曲げアクチュエータ３１０の電流が停止すると、アクチュエータは図７に示すようにまっすぐな形状に戻り、ノズルチャンバのルーフ部分３０６は元の位置まで上昇する。部分的に形成されたインク液滴３１４の運動量は液滴を上昇させ続け、図７に示すようにインク液滴３１５を形成させ、それは隣接する紙面または他の印字対象物品に発射される。
【０１５７】
本発明の一形態では、フロア部分３０５の開口３０３はノズルチャンバの断面と比較して相対的に大きく、アパーチャ３０２の側壁およびインクリザーバ（図示せず）から開口３０２に導通する供給導管における粘性抵抗により、ルーフ部分３０６が下降すると、インク液滴はノズルリム３０９を通して吐出される。
【０１５８】
曲げアクチュエータ３１０の作動中、すなわち曲げ中にインクがノズルチャンバから漏出するのを防止するために、次に図７および８を具体的に参照しながらさらに説明するように、流体シールが側壁３０７および３０８の間に形成される。
【０１５９】
ルーフ部分３０６およびフロア部分３０５の相対運動中に、表面張力によってインクがノズルチャンバ内に保持されることを確実にする側壁３０７および３０８の幾何学的特徴によって、インクはノズルチャンバ内に保持される。この目的のために、下方に垂下する側壁３０７と上方に垂下する側壁３０８の相互対向面３１６との間に非常に微細なギャップが設けられる。図８に明示されるように、インク（暗色陰影領域として示される）は２つの側壁の近接性によって、下方に垂下する側壁３０７と上方に延びる側壁の内向き面３１６との間の小さいアパーチャ内に抑止され、それは側壁の近接性のため表面張力によりインクが自由開口３１７を「自己密封」することを確実にする。
【０１６０】
不純物または表面張力を破る他の要因のため表面張力抑止を逃れるかもしれないインクに備えるために、上方に垂下する側壁３０８は、内面３１６のみならず離間平行外面１８をも有し２つの表面の間にＵ字状のチャネル３１９を形成する、上向きのチャネルの形で設けられる。表面３０７および３１６の間の表面張力から逃れたインク液滴はＵ字状のチャネル内に溢流し、ノズル層の表面を超えて「漏出する」のではなく、むしろそこに保持される。このようにして、インクを移動ノズル機構内に保持するのに有効な二重壁の流体シールが形成される。
【０１６１】
図８を参照すると、アクチュエータ３１０は、第２パッシブビーム３６０の上に間隔を置いて配置された第１アクティブビーム３５８から構成されることが分かる。２つのビームを離間させることによって、アクティブビーム３５８からパッシブビーム３６０への熱伝達は最小化される。したがって、この離間構成は熱弾性効率を最大化するという利点を有する。本発明では、アクティブビーム３５８は、上述の通りアルミニウム−バナジウム合金のようなアルミニウム合金から構成することができる。
【０１６２】
移動ノズルルーフを画成する熱曲げアクチュエータ
図５〜８によって例示される実施形態は、チャンバのフロア部分３０５に対して移動するルーフ部分３０６を有するノズルチャンバ３０４を備えるノズル組立体３００を示した。可動ルーフ部分３０６は、ノズルチャンバ３０５の外部に配置された２層熱曲げアクチュエータ３１０によって、フロア部分３０５に向かって移動するように作動する。
【０１６３】
移動構造の１つの面だけが粘性インクに対して働かなければならないので、移動ルーフは滴吐出エネルギを低下させる。しかし、依然として滴吐出に利用可能な動力の量を増大させる必要がある。動力の量を増大させることにより、短いパルス幅を使用して同量のエネルギを提供することができる。より短いパルス幅により、改善された滴吐出特性を達成することができる。
【０１６４】
アクチュエータの出力を増大させるための１つの手段は、アクチュエータの大きさを増大することである。しかし、図５〜８に示したノズル設計では、アクチュエータの大きさの増大はノズルの間隔に悪影響を及ぼし、それは高解像度のページ幅プリントヘッドの製造に望ましくないことが明らかである。
【０１６５】
この問題の解決策は、図９〜１２に示すノズル組立体４００によって提供される。ノズル組立体４００は、シリコン基板４０３の不動態ＣＭＯＳ層４０２上に形成されたノズルチャンバ４０１を備える。ノズルチャンバは、ルーフ４０４およびルーフから不動態ＣＭＯＳ層４０２まで延びる側壁４０５によって画成される。インクは、シリコン基板の裏面からインクを受け取るインク供給チャネル４０７と流体連通したインク入口４０６によって、ノズルチャンバ４０１に供給される。インクは、ルーフ４０４に画成されたノズル開口４０８によってノズルチャンバ４０１から吐出される。ノズル開口４０８はインク入口４０６から偏位している。
【０１６６】
図１０により明示するように、ルーフ４０４は、ルーフの総面積のかなりの部分を画成する移動部分４０９を有する。通常、移動部分４０９はルーフの総面積４０４の少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、または少なくとも５０％を画成する。図９〜１２に示す実施形態では、ノズル開口４０８およびノズルリム４１５は移動部分４０９に画成されるので、ノズル開口およびノズルリムは移動部分と共に移動する。
【０１６７】
ノズル組立体４００は、移動部分４０９が平面状の上部アクティブビーム４１１および平面状の下部パッシブビーム４１２を有する熱曲げアクチュエータ４１０によって画成されることを特徴とする。したがって、アクチュエータ４１０は通常、ルーフの総面積４０４の少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、または少なくとも５０％を画成する。相応に、上部アクティブビーム４１１は通常、ルーフの総面積４０４の少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、または少なくとも５０％を画成する。
【０１６８】
図９および１０に示すように、上部アクティブビーム４１１の少なくとも一部分は、２つのビームの断熱を最大化するために、下部パッシブビーム４１２から離間される。さらに詳しくは、Ｔｉの層は、ＴｉＮから構成される上部アクティブビーム４１１とＳｉＯ２から構成される下部パッシブビーム４１２との間の架橋層４１３として使用される。架橋層４１３は、アクチュエータ４１０のアクティブおよびパッシブビーム間にギャップ４１４を画成することを可能にする。このギャップ４１４は、アクティブビーム４１１からパッシブビーム４１２への熱伝達を最小化することによって、アクチュエータ４１０の全体的効率を改善する。
【０１６９】
しかし、言うまでもなく、構造的剛性を向上するために、アクティブビーム４１１を代替的にパッシブビーム４１２に直接融着または接合することができることは理解される。そのような設計変更は当業者が充分に対応できる範囲内にあり、本発明の範囲内に包含される。
【０１７０】
アクティブビーム４１１はＴｉ架橋層を介して１対の接点４１６（正および接地）に接続される。接点４１６はＣＭＯＳ層の駆動回路と接続する。
【０１７１】
ノズルチャンバ４０１からインクの液滴を吐出することが必要なときに、アクティブビーム４１１を介して２つの接点４１６間に電流が流れる。アクティブビーム４１１は電流によって急速に加熱され、パッシブビーム４１２に対して伸張し、それによって（ルーフ４０４の移動部分４０９を画成する）アクチュエータ４１０を基板４０３に向かって下方に曲げさせる。アクチュエータ４１０のこの動きは、ノズルチャンバ４０１内部の圧力の急速な増加によって、インクをノズル開口４０８から吐出させる。電流が流れなくなると、ルーフ４０４の移動部分４０９はその休止位置に戻され、それにより次の吐出に備えてインクが入口４０６からノズルチャンバ４０１内に吸引される。
【０１７２】
したがって、インク液滴吐出の原理は、ノズル組立体３００に関連して上述した原理と類似している。しかし、熱曲げアクチュエータ４１０はルーフ４０４の移動部分４０９を画成し、アクティブビーム４１１はノズル組立体４００の全体的大きさに比較して大きい領域を有するので、ずっと大きい量の動力が液滴の吐出に利用可能になる。
【０１７３】
図１２に目を向けると、ノズル組立体４００を（本明細書に記載する全ての他のノズル組立体と同様に）ノズル組立体のアレイに複製して、プリントヘッドまたはプリントヘッド集積回路を画成することができることは、容易に理解される。プリントヘッド集積回路はシリコン基板、基板上に形成されたノズル組立体のアレイ（通常、列を成して配列される）、およびノズル組立体用の駆動回路を備える。例えば２００４年５月２７日出願の出願人の先行する米国特許出願第１０／８５４，４９１号および２００４年１２月２０日出願の同第１１／０１４、７３２号に記載するように、複数のプリントヘッド集積回路を当接またはリンクさせて、ページ幅インクジェットプリントヘッドを形成することができ、上記公報の内容は参照によって本明細書に組み込まれる。
【０１７４】
図１３〜１５に示したノズル組立体５００は、熱曲げアクチュエータ５１０に関する限り、ノズル組立体４００と同様であり、上部アクティブビーム５１１および下部パッシブビーム５１２を有し、ノズルチャンバ５０１のルーフ５０４の移動部分を画成する。したがって、ノズル組立体５００は増大する動力に関して、ノズル組立体４００と同じ利点を達成する。
【０１７５】
しかし、ノズル組立体４００とは対照的に、ノズル開口５０８およびリム５１５はルーフ５０４の移動部分によって画成されない。むしろ、ノズル開口５０８およびリム５１５はルーフ５０４の固定部分に画成されるので、液滴吐出中にアクチュエータ５１０はノズル開口およびリムとは独立して動作する。この構成の利点は、液滴飛行方向のより平易な制御が達成されることである。
【０１７６】
熱曲げ効率が改善されるという固有の利点を持つアルミニウム合金は、図９〜１５に示す実施形態に関連して上述した熱曲げアクチュエータ４１０および５１０のどちらでも、アクティブビームとして使用することができることは、言うまでもなく理解される。
【０１７７】
ノズル組立体４００および５００は、出願人の先行する米国特許第６，４１６，１６７号および第６，７５５，５０９号に例示されたインクジェットノズル製造工程と類似の仕方で、適切なＭＥＭＳ技術を用いて構築することができ、上記公報の内容は参照によって本明細書に組み込まれる。
【０１７８】
曲げ方向に最適剛性を有するアクティブビーム
ここで図１１および１５を参照すると、アクチュエータ４１０および５１０の上部アクティブビーム４１１および５１１が各々、屈曲（ビーム４１１の場合）または蛇行状（ビーム５１１の場合）いずれかの形状を有する曲がりくねったビーム要素から構成されることが分かる。曲がりくねったビーム要素は細長く、抵抗加熱に適した比較的小さい断面積を有する。加えて、曲がりくねった形状は、ビーム要素のそれぞれの端をアクチュエータの１端に配置されたそれぞれの接点に接続することを可能にし、ノズル組立体の全体的設計および構築を簡素化する。
【０１７９】
特に図１４および１５を参照すると、細長いビーム要素５２０は、アクチュエータ５１０の細長いアクティブカンチレバービーム５１１を画成する蛇行形状を有する。蛇行状のビーム要素５２０は、第１電気接点５１６を第２電気接点５１６と接続する平面状の曲がりくねった経路を有する。電気接点５１６（正および接地）はアクチュエータ５１０の１端に配置され、ＣＭＯＳ層５０２の駆動回路とアクティブビーム５１１との間の電気接続を達成する。
【０１８０】
蛇行状のビーム要素５２０は標準リソグラフィエッチング技術によって作製され、複数の近接ビーム部材によって画成される。一般的にビーム部材とは、例えば長手方向または横方向に略直線状に延びるビーム材の中実部分と定義することができる。ビーム要素５２０のビーム部材は、細長いカンチレバービーム５１１の長手軸に沿って延びる長尺ビーム部材５２１、および細長いカンチレバービーム５１１の横軸を横切って延びる短尺ビーム部材５２２から構成される。蛇行状ビーム要素５２０の場合のこの構成の利点は、それがカンチレバービーム５１１の曲げ方向に最大限の剛性を達成することである。曲げ方向の剛性は、各作動後にアクチュエータ５１０の曲げをその休止位置に戻すことを容易にするので、有利である。
【０１８１】
図１１に示すノズル組立体４００の屈曲アクティブビーム形状が、ノズル組立体５００に関連して上述したのと同一または同様の利点を達成することは理解される。図１１において、長手方向に延びる長尺ビーム部材は４２１で示される一方、横方向に延びる相互接続用の短尺ビーム部材は、４２２で示される。
【０１８２】
熱効率を高めるための多孔質材料の使用
上述した全ての実施形態のみならず、本出願の出願人によって記載された熱曲げアクチュエータの他の全ての実施形態においても、アクティブビームは構造的ロバスト性のためにパッシブビームに接合される（図１および２参照）か、あるいはアクティブビームは、最大限の熱効率のためにパッシブビームから離間される（図８参照）。ビーム間のエアギャップによって達成される熱効率は言うまでもなく望ましい。しかし、熱効率のこの改善は通常、構造的ロバスト性および熱曲げアクチュエータの座屈傾向と引換えにもたらされる。
【０１８３】
米国特許第６，１６３，０６６号は、約２．０以下の誘電率を有する多孔質二酸化ケイ素絶縁体を記載しており、その内容は参照によって本明細書に組み込まれる。該物質は炭化ケイ素を堆積し、多孔質二酸化ケイ素を形成すべく炭素成分を酸化することによって形成される。ケイ素に対する炭素の比率を高めることによって、結果的に得られる多孔質二酸化ケイ素の空孔率を高めることができる。多孔質二酸化ケイ素は、寄生抵抗を低下させるための集積回路の不動態層として有用であることが知られている。
【０１８４】
しかし、本出願の出願人は、このタイプの多孔質材料が熱曲げアクチュエータの効率を改善するのに有用であることを発見した。多孔質材料はアクティブビームとパッシブビームとの間の絶縁層として使用することができ、あるいはパッシブビーム自体として使用することができる。
【０１８５】
図１６は、上部アクティブビーム６０１、下部パッシブビーム６０２、ならびに上部および下部ビーム間に狭持された絶縁層６０３を備える熱曲げアクチュエータ６００を示す。絶縁ビームは多孔質二酸化ケイ素から構成されるが、アクティブビーム６０１およびパッシブビーム６０２はそれぞれＴｉＮおよびＳｉＯ２のような任意の適切な材料から構成することができる。
【０１８６】
絶縁層６０３の空孔率は、アクティブビーム６０１およびパッシブビーム６０２間の優れた断熱を達成する。絶縁層６０３はまたアクチュエータ６００に構造的ロバスト性をももたらす。したがってアクチュエータ６００は、図１、２、および８に関連して上述した両タイプの熱曲げアクチュエータの利点を結合する。
【０１８７】
代替的に、かつ図１７に示すように、多孔質材料は単純に２層熱曲げアクチュエータのパッシブ層を形成してもよい。したがって熱曲げアクチュエータ６５０は、ＴｉＮから構成された上部アクティブビーム６５１、および多孔質二酸化ケイ素から構成された下部パッシブビーム６５２を備える。
【０１８８】
言うまでもなく、図１６および１７に示すタイプの熱曲げアクチュエータをいずれかの適切なインクジェットノズルまたは他のＭＥＭＳデバイスに組み込むことができることは理解される。熱効率および構造的剛性の改善は、機械的アクチュエータまたはトランスデューサを必要とする任意のＭＥＭＳ用途においてそのようなアクチュエータを魅力的にする。
【０１８９】
図１６および１７に示すタイプの熱曲げアクチュエータは、上述したインクジェットノズル組立体４００および５００に使用するのに特に適している。熱曲げアクチュエータ４１０および５１０の適切な変形により、熱効率および構造的ロバスト性の上記改善が実現されることを、当業者は容易に理解される。
【０１９０】
さらに、上述した熱曲げアクチュエータ６００および６５０におけるアクティブビーム部材６０１および６５１は、熱曲げ効率のさらなる改善のために、本明細書で上述したようにアルミニウム合金から構成してもよいことは理解される。
【０１９１】
言うまでもなく、単なる実施例として本発明を説明したこと、および付属する特許請求の範囲に記載する本発明の範囲内で細部の変形を施してもよいことは理解される。
【図１】
2010511527.tif 000009
【図２（Ａ）】
2010511527.tif 000010
【図２（Ｂ）】
2010511527.tif 000011
【図２（Ｃ）】
2010511527.tif 000012
【図３】
2010511527.tif 000013
【図４】
2010511527.tif 000014
【図５】
2010511527.tif 000015
【図６】
2010511527.tif 000016
【図７】
2010511527.tif 000017
【図８】
2010511527.tif 000018
【図９】
2010511527.tif 000019
【図１０】
2010511527.tif 000020
【図１１】
2010511527.tif 000021
【図１２】
2010511527.tif 000022
【図１３】
2010511527.tif 000023
【図１４】
2010511527.tif 000024
【図１５】
2010511527.tif 000025
【図１６】
2010511527.tif 000026
【図１７】
2010511527.tif 000027
【国際調査報告】
2010511527.tif 000028
2010511527.tif 000029
2010511527.tif 000030
2010511527.tif 000031
2010511527.tif 000032
2010511527.tif 000033
2010511527.tif 000034
2010511527.tif 000035
2010511527.tif 000036
2010511527.tif 000037