(57)【要約】【課題】  微少量の液体や気体などの微小流体の制御を可能にした整流弁を提供する。  微小流体駆動装置において、微量流体の駆動の効率化を可能にする。【解決手段】  流体２９に圧力変化を与える圧力発生部２５を有し、流路３０に、流路抵抗を順方向と逆方向で異ならした異方性を有する整流弁３１が設けられて成る微小流体駆動装置。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路に配置され流路抵抗が順方向と逆方向で異なる異方性を有して成る
ことを特徴とする整流弁。
【請求項２】
膜厚方向の応力差により反り上がった片持ち梁構造の薄膜から成る
ことを特徴とする請求項１記載の整流弁。
【請求項３】
積層材料膜の内部応力差により反り上がった片持ち梁構造の積層膜から成る
ことを特徴とする請求項１記載の整流弁。
【請求項４】
前記積層膜の両外面が酸化シリコン膜で形成されて成る
ことを特徴とする請求項３記載の整流弁。
【請求項５】
前記積層膜の構成材料が、酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンのうち２種類以上を含む
ことを特徴とする請求項３記載の整流弁。
【請求項６】
前記整流弁が複数段直列に配列されて成る
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の整流弁。
【請求項７】
前記整流弁に反り量により抵抗値が変化する配線部を付加し、該配線部の抵抗値により前記整流弁を通過する流量を検出するようにして成る
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の整流弁。
【請求項８】
前記整流弁に配線部を付加し、該配線部に流す電流量を制御して電磁力による整流弁の反り量を制御して流量を制御するようにして成る
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の整流弁。
【請求項９】
前記整流弁に反り量により抵抗値が変化する配線部を付加し、該配線部の抵抗値を検出して、該検出した抵抗値をフィードバックして前記配線部に流す電流量を制御し、電磁力により整流弁の反り量を制御して流量を制御するようにして成る
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の整流弁。
【請求項１０】
前記整流弁の最表面に接点部が設けられ、
前記整流弁の反りにより接触する流路構成部との接触状態を検出する自己診断機能を有して成る
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の整流弁。
【請求項１１】
流体に圧力変化を与える圧力発生部を有し、
流路に、流路抵抗を順方向と逆方向で異ならした異方性を有する整流弁が設けられて成る
ことを特徴とする微小流体駆動装置。
【請求項１２】
前記整流弁は、膜厚方向の応力差により反り上がった片持ち梁構造の薄膜から成る
ことを特徴とする請求項１１記載の微小流体駆動装置
【請求項１３】
前記整流弁は、積層材料膜の内部応力差により反り上がった片持ち梁構造の積層膜から成る
ことを特徴とする請求項１１記載の微小流体駆動装置。
【請求項１４】
前記整流弁における前記積層膜の両外面が酸化シリコン膜で形成されて成る
ことを特徴とする請求項１３記載の微小流体駆動装置。
【請求項１５】
前記整流弁における前記積層膜の構成材料が、酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンのうち２種類以上を含む
ことを特徴とする請求項１３記載の微小流体駆動装置。
【請求項１６】
前記整流弁が複数段直列に配置されて成る
ことを特徴とする請求項１１乃至請求項１５のいずれかに記載の微小流体駆動装置。
【請求項１７】
前記整流弁は、反り量により抵抗値が変化する配線部を付加し、該配線部の抵抗値により前記整流弁を通過する流量を検出する構成を有して成る
ことを特徴とする請求項１１乃至請求項１５のいずれかに記載の微小流体駆動装置。
【請求項１８】
前記整流弁は、配線部を付加し、該配線部に流す電流量を制御して電磁力による整流弁の反り量を制御して流量を制御する構成を有して成る
ことを特徴とする請求項１１乃至請求項１５のいずれかに記載の微小流体駆動装置。
【請求項１９】
前記整流弁は、反り量により抵抗値が変化する配線部を付加し、該配線部の抵抗値を検出して、該検出した抵抗値をフィードバックして前記配線部に流す電流量を制御し、電磁力により整流弁の反り量を制御して流量を制御する構成を有して成る
ことを特徴とする請求項１１乃至請求項１５のいずれかに記載の微小流体駆動装置。
【請求項２０】
前記整流弁の最表面に接点部が設けられ、
前記整流弁の反りにより接触する流路構成部との接触状態を検出する自己診断機能を有して成る
ことを特徴とする請求項１１乃至請求項１５のいずれかに記載の微小流体駆動装置。
【請求項２１】
前記圧力発生部が静電方式である
ことを特徴とする請求項１１乃至請求項１５のいずれかに記載の微小流体駆動装置。
【請求項２２】
流路抵抗を順方向と逆方向で異ならした異方性を有する整流弁が、アクチュエータ基板に混載して成る
ことを特徴とする微量流体吐出装置。
【請求項２３】
前記整流弁は、膜厚方向の応力差により反り上がった片持ち梁構造の薄膜から成る
ことを特徴とする請求項２２記載の微量流体吐出装置。
【請求項２４】
前記整流弁は、積層材料膜の内部応力差により反り上がった片持ち梁構造の積層膜から成る
ことを特徴とする請求項２２記載の微量流体吐出装置。
【請求項２５】
前記整流弁における前記積層膜の両外面が酸化シリコン膜で形成されて成る
ことを特徴とする請求項２４記載の微量流体吐出装置。
【請求項２６】
前記整流弁における前記積層膜の構成材料が、酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンのうち２種類以上を含む
ことを特徴とする請求項２４記載の微量流体吐出装置。
【請求項２７】
前記整流弁が複数段直列に配置されて成る
ことを特徴とする請求項２２乃至請求項２６のいずれかに記載の微量流体吐出装置。
【請求項２８】
前記整流弁は、反り量により抵抗値が変化する配線部を付加し、該配線部の抵抗値により前記整流弁を通過する流量を検出する構成を有して成る
ことを特徴とする請求項２２乃至請求項２６のいずれかに記載の微量流体吐出装置。
【請求項２９】
前記整流弁は、配線部を付加し、該配線部に流す電流量を制御して電磁力による整流弁の反り量を制御して流量を制御する構成を有して成る
ことを特徴とする請求項２２乃至請求項２６のいずれかに記載の微量流体吐出装置。
【請求項３０】
前記整流弁は、反り量により抵抗値が変化する配線部を付加し、該配線部の抵抗値を検出して、該検出した抵抗値をフィードバックして前記配線部に流す電流量を制御し、電磁力により整流弁の反り量を制御して流量を制御する構成を有して成る
ことを特徴とする請求項２２乃至請求項２６のいずれかに記載の微量流体吐出装置。
【請求項３１】
前記整流弁の最表面に接点部を設け、整流弁の反りにより接触する流路構成部との接触状態を検出し、吐出対象液体のつまりを検出するようにして成る
ことを特徴とする請求項２２乃至請求項２６のいずれかに記載の微量流体吐出装置。
【請求項３２】
前記吐出対象液体に圧力変化を与える圧力発生部を有し、
前記圧力発生部が静電方式である
ことを特徴とする請求項２２乃至請求項２６のいずれかに記載の微量流体吐出装置。
【請求項３３】
前記整流弁によりノズルからの前記吐出対象液体の吐出量を可変して成る
ことを特徴とする請求項２２乃至請求項２６のいずれかに記載の微量流体吐出装置。
【請求項３４】
流体に圧力変化を与える圧力発生部と、ポンプ室とを有し、
前記ポンプ室の流体注入口及び流体排出口に、流路抵抗が順方向と逆方向で異なる異方性を有する整流弁が設けられて成る
ことを特徴とするマイクロポンプ。
【請求項３５】
前記整流弁は、膜厚方向の応力差により反り上がった片持ち梁構造の薄膜から成る
ことを特徴とする請求項３４記載のマイクロポンプ。
【請求項３６】
前記整流弁は、積層材料膜の内部応力差により反り上がった片持ち梁構造の積層膜から成る
ことを特徴とする請求項３４記載のマイクロポンプ。
【請求項３７】
前記整流弁における前記積層膜の両外面が酸化シリコン膜で形成されて成る
ことを特徴とする請求項３６記載のマイクロポンプ。
【請求項３８】
前記整流弁における前記積層膜の構成材料が、酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンのうち２種類以上を含む
ことを特徴とする請求項３６記載のマイクロポンプ。
【請求項３９】
前記整流弁が複数段直列に配置されて成る
ことを特徴とする請求項３４請求項３８のいずれかに記載のマイクロポンプ。
【請求項４０】
前記圧力発生部が静電方式である
ことを特徴とする請求項３４乃至請求項３８のいずれかに記載のマイクロポンプ。
【請求項４１】
流路に配置され流路抵抗が順方向と逆方向で異なる異方性を有する整流弁を備え、
前記整流弁により流量を調節して成る
ことを特徴とする流量調節器。
【請求項４２】
前記整流弁は、膜厚方向の応力差により反り上がった片持ち梁構造の薄膜から成る
ことを特徴とする請求項４１記載の流量調節器。
【請求項４３】
前記整流弁は、積層材料膜の内部応力差により反り上がった片持ち梁構造の積層膜から成る
ことを特徴とする請求項４１記載の流量調節器。
【請求項４４】
前記整流弁における前記積層膜の両外面が酸化シリコン膜で形成されて成る
ことを特徴とする請求項４３記載の流量調節器。
【請求項４５】
前記整流弁における前記積層膜の構成材料が、酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンのうち２種類以上を含む
ことを特徴とする請求項４３記載の流量調節器。
【請求項４６】
前記整流弁が複数段直列に配置されて成る
ことを特徴とする請求項４１乃至請求項４５のいずれかに記載の流量調節器。
【請求項４７】
前記整流弁は、反り量により抵抗値が変化する配線部を付加し、該配線部の抵抗値により前記整流弁を通過する流量を検出する構成を有して成る
ことを特徴とする請求項４１乃至請求項４５のいずれかに記載の流量調節器。
【請求項４８】
前記整流弁は、配線部を付加し、該配線部に流す電流量を制御して電磁力による整流弁の反り量を制御して流量を制御する構成を有して成る
ことを特徴とする請求項４１乃至請求項４５のいずれかに記載の流量調節器。
【請求項４９】
前記整流弁は、反り量により抵抗値が変化する配線部を付加し、該配線部の抵抗値を検出して、該検出した抵抗値をフィードバックして前記配線部に流す電流量を制御し、電磁力により整流弁の反り量を制御して流量を制御する構成を有して成る
ことを特徴とする請求項４１乃至請求項４５のいずれかに記載の流量調節器。
【請求項５０】
微量流体吐出装置と、インク供給機構と、印刷対象物と前記微量流体吐出装置とを相対的に移動させる機構とを備え、
前記微量流体吐出装置が、請求項２２乃至請求項３３のいずれかに記載の微量流体吐出装置で形成されて成る
ことを特徴とするインクジェットプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば微少量の液体や気体などの微量流体の制御に適用される整流弁、この整流弁を用いた流量調節器、この整流弁を備えて微量の流体を効率よく駆動するための微小流体駆動装置に関する。
また、本発明は、この微小流体駆動装置に属している、インクジェットプリンタヘッドを含む微量流体吐出装置、マイクロポンプ、並びに前記微量流体吐出装置を備えたインクジェットプリンタに関する。
【背景技術】
【０００２】
微小流体駆動装置の用途としては、例えばインクジェットプリンタ、マイクロポンプ、ＤＮＡチップ、μＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｔｏｔａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）、熱拡散装置などが考えられる。しかし、流路と体積変化を発生させる機構と流体制御弁をチップ内に作り込むことは、加工上難しいため実用化されていない。
【０００３】
インクジェットプリンタ向けの圧力発生装置としては、例えば静電駆動方式、ピエゾ方式等がある。図１６は、インク（液体）をノズルかから吐出させるインクジェットプリンタヘッドの概略構成を示す。このインクジェットプリンタヘッド１は、基板２上に空間３を挟んで対向して支持され静電駆動あるいはピエゾ効果を用いた振動板４を有した圧力発生装置５と、振動板４上に液密的に配されノズル６を有した圧力室、即ちインク室７と、インク室７の供給口に逆流防止用のオリフィス８を介して連通してインク９を供給する流路１０とを有して構成される。
【０００４】
このインクジェットプリンタヘッド１では、圧力駆動装置５の振動板４が駆動し下方に変位すると、インク室７が体積増加してインク９が流路１０からオリフィス８を通じてインク室７に供給される。振動板４が上方へ変位すると、インク室７の体積変化（体積縮小）が起きて圧力変化してインク室７内のインク９がノズル６から吐出する。
【０００５】
静電ＭＥＭＳ方式のインクジェットプリンタヘッド１においては、図示せざるも、基板２上に下部電極を形成し、この下部電極に対向する振動板４に上部電極を設けて成る静電ＭＥＭＳ素子で圧力発生装置が構成される。この下部電極と上部電極間に印加する電圧により、上下部電極間に電位差が生じて静電力で振動板４が下部電極側に引きつけられ、また電位差が０になり振動板４が元に戻る。このような振動板５の静電駆動により、インク室７の体積変化で内部圧力が変化し、インク供給とインク吐出とが行われる。
特許文献１には、インクジェットプリンタに用いられる静電駆動式のプリンタヘッドの例が記載されている。
【特許文献１】特開平５−５０６０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
インクジェットプリンタ向けの圧力発生装置５を考えた場合、静電方式、ピエゾ方式等は、上述しように振動板４の変位によるインク室７の圧力変化により、ノズル６からインク液９が吐出されるが、このときインク９の流れとしてノズル６と、インク供給口側の流路１０への逆流との２つの流れが発生する。この逆流を極力防止するためにインク供給口にオリフィス８が設けられているが、このオリフィス８には整流機能がない。このため、逆流は防止できず、ノズル６とオリフィス８の流路抵抗比でインク液９の吐出量が決まる。オリフィスを狭くすることで逆流を防げるが、インク室への流入も制限されるため吐出周波数が犠牲となる。
【０００７】
一方、この圧力発生装置を微小な大きさのポンプ（いわゆるマイクロポンプ）へ応用するためには、振動板４によって生じた圧力変化を一定方向への流れに変えることが重要となる。
【０００８】
インクジェットプリンタ向けの圧力発生装置の場合、上述したように整流弁がないためにノズル６とオリフィス８との流路抵抗比で吐出速度、吐出量が決まり、振動板４の変位によって得られたインク室７の変位体積の約半分のインク９がノズル６から吐出し、残りの約半分のインク９がオリフィス８から逆流する。整流弁が追加出来た場合、この逆流分の大半を堰き止めることが可能となるため、インク吐出効率が大幅に向上し、チップ面積の低減による高密度化、コスト低減、低消費電力化が可能となるので、その開発が望まれている。
【０００９】
また、圧力発生装置を流体ポンプとしての利用を考えた場合、チップレベルでの整流弁がないため、整流弁を外付けする必要があるため、ポンプとしては大きなものとなっている。
ＤＮＡチップ、μＴＡＳ向けの流体ポンプには、所定量の薬液を流せる流量制御機能が必要である。これにはポンプの体積変化量を一定として、変位回数で流量を調整する。ただし、この場合にも整流作用のある弁が必要である。この弁には流量調節機能があれば変位回数一定でも流量調整が可能となる。
【００１０】
本発明は、上述の点に鑑み、例えば微少量の液体や気体などの微小流体の制御を可能にした整流弁、この整流弁を用いて微小量の流量調節を可能にした流量調節器を提供するものである。
本発明は、上記整流弁を備えて微小流体の駆動の効率化を可能にした微小流体駆動装置、インクジェットプリンタヘッド、マイクロポンプを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る整流弁は、流路に配置され流路抵抗が順方向と逆方向で異なる異方性を有して成ることを特徴とする。
上記整流弁は、反り量により抵抗値が変化する配線部を付加し、この配線部の抵抗値により整流弁を通過する流量を検出するように構成することができる。
上記整流弁は、配線部を付加し、この配線部に流す電流量を制御して電磁力による整流弁の反り量を制御して流量を制御するように構成することができる。
上記整流弁は、反り量により抵抗値が変化する配線部を付加し、この配線部の抵抗値を検出して、検出した抵抗値をフィードバックして配線部に流す電流量を制御し、電磁力により整流弁の反り量を制御して流量を制御するように構成することができる。
上記整流弁は、その最表面に接点部を設け、整流弁の反りにより接触する流路構成部（天井、壁など）との接触状態を検出する自己診断機能を有するように構成することができる。
【００１２】
本発明に係る微小流体駆動装置は、流体に圧力変化を与える圧力発生部を有し、流路に、流路抵抗を順方向と逆方向で異ならした異方性を有する整流弁が設けられて成ることを特徴とする。
上記整流弁は、配線部を付加し、この配線部に流す電流量を制御して電磁力による整流弁の反り量を制御して流量を制御するように構成することができる。
整流弁は、反り量により抵抗値が変化する配線部を付加し、該配線部の抵抗値を検出して、該検出した抵抗値をフィードバックして前記配線部に流す電流量を制御し、電磁力により整流弁の反り量を制御して流量を制御するように構成することができる。
圧力発生部は、例えば静電方式で構成することができる。
【００１３】
本発明に係る微量流体吐出装置は、流路抵抗を順方向と逆方向で異ならした異方性を有する整流弁が、アクチュエータ基板の吐出対象流体の流路に混載して成ることを特徴とする。
上記微量流体吐出装置は、吐出対象流体に圧力変化を与える圧力発生部を有し、圧力発生部を例えば静電方式で形成して構成することができる。
上記微量流体吐出装置は、整流弁によりノズルからの吐出対象流体の吐出量を可変できるように構成することができる。
上記整流弁は、配線部を付加し、この配線部に流す電流量を制御して電磁力による整流弁の反り量を制御して流量を制御するように構成することができる。
上記整流弁は、反り量により抵抗値が変化する配線部を付加し、この配線部の抵抗値を検出して、検出した抵抗値をフィードバックして配線部に流す電流量を制御し、電磁力により整流弁の反り量を制御して流量を制御するように構成することができる。
上記微量流体吐出装置は、整流弁の最表面に接点部を設け、整流弁の反りにより接触する流路構成部との接触状態を検出し、自己診断機能を有するように構成することができる。
【００１４】
本発明に係るマイクロポンプは、流体に圧力変化を与える圧力発生部と、流路に連なる流体注入部とを有し、流体注入部の注入口及び排出口に、流路抵抗が順方向と逆方向で異なる異方性を有する整流弁が設けられて成ることを特徴とする。
圧力発生部は、例えば静電方式で構成することができる。
【００１５】
本発明に係る流量調節器は、流路に配置され流路抵抗が順方向と逆方向で異なる異方性を有する整流弁を備え、整流弁により流量を調節して成ることを特徴とする。
上記整流弁は、配線部を付加し、該配線部に流す電流量を制御して電磁力による整流弁の反り量を制御して流量を制御するように構成することができる。
上記整流弁は、反り量により抵抗値が変化する配線部を付加し、この配線部の抵抗値を検出して、検出した抵抗値をフィードバックして配線部に流す電流量を制御し、電磁力により整流弁の反り量を制御して流量を制御するように構成することができる。
【００１６】
上述した整流弁は、膜厚方向の応力差により反り上がった片持ち梁構造の薄膜により構成することができる。
また、整流弁は、積層材料膜の内部応力差により反り上がった片持ち梁構造の積層膜により構成することができる。この積層膜は、気相成長膜により積層した構成とすることができる。整流弁における積層膜は、その両外面が酸化シリコン膜で形成された構成とすることはできる。整流弁における前記積層膜は、その構成材料が酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンのうち２種類以上を含む構成とすることができる。
整流弁は、複数段直列に配置することができる。
【００１７】
本発明に係るインクジェットプリンタは、微量流体吐出装置と、インク供給機構と、印刷対象物と微量流体吐出装置とを相対的に移動させる機構とを備え、微量流体吐出装置を、上述したいずれかの構成を有する微量流体吐出装置で形成した構成とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る整流弁によれば、片持ち梁構造の薄膜、好ましくは積層膜で構成することにより、その膜厚方向の応力差で薄膜が自然に反り上がる。この現象を利用して整流弁を、流路内に流体の流入する方向に向って反り上がるように配置すれば、整流弁は、順方向の流れに対しては反り上がる前の状態に戻るように撓み流体を流れ易くし、逆方向の流れに対しては弁の自由端が流路構成部（天井、壁など）に接触するように反り上がり流体の流れを抑制する。従って、流路抵抗が順方向と逆方向で異なる整流弁を提供することはできる。この整流弁は、例えば静電駆動方式の微小流体駆動装置、例えばインクジェットプリンタヘッドを含む微量流体吐出装置、マイクロポンプ、等を作製する工程で同時加工が可能であるので、工程を増やさずに整流弁を提供することができる。
本発明の整流弁は、薄膜、好ましくは積層膜の応力差により反り上がった片持ち梁構造であるので、構成が単純である。また、複数の整流弁を直列に配列することにより、逆方向に掛かった圧力を分散し、緩和することができるので、単体の整流弁で対応出来ない強い圧力差にも十分に対応することができる。従って、整流弁として、応用範囲を広げることができる。
【００１９】
整流弁に反り量により抵抗値が変化する配線部を付加し、配線部の抵抗値を検出する構成とするときは、歪み測定、即ち反り量の測定が可能になり、これにより、整流弁を通過する流体の流量を検出することができる。即ち、反り量が多くなるにつれて、配線部が伸びて抵抗値が上がる。この抵抗値を検出することにより、流路断面積を制御して流量を調整することができる。
整流弁に配線部を付加し、配線部に流す電流量を制御する構成とするときは、電流量に応じて電磁力を変化させて整流弁の変位量（反り量）、つまり流路断面積、または整流弁の反発強度を調整することができる。従って、この反り量の制御により、流体の流量制御を行うことが可能となる。
整流弁に反り量により抵抗値が変化する配線部を付加し、配線部に流す電流量を制御する構成とするときは、配線部の抵抗値を検出し、その検出出力をフィードバックして配線部に流す電流量を制御することにより、電磁力を制御して整流弁の変位量（反り量）、つまり流路断面積、または整流弁の反発強度を調整することができる。従って、この反り量の制御により、断面積を制御して流体の流量を制御することができる。
整流弁の反りにより流路構成部との接触状態を検出する構成とするときは、整流弁の自己診断機能を持たせることが可能となる。
【００２０】
本発明に係る微小流体駆動装置によれば、流路に上述の整流弁を備えるので、流体を効率良く駆動することができる。また、複数の流路が並列して設けられているとき、任意の流路の流体を駆動させた際に、その駆動圧力が他の流路へ及ぶことを阻止する、いわゆるクロストークを阻止することができる。整流弁に自己診断機能を持たせることにより、整流弁の自己診断だけでなく、流体の流れの不具合などの検出が可能なる。整流弁に流量制御機能を持たせるもとにより、流量調節を可能にする。整流弁として、上述したその他の構成をとるときには、上述の整流弁で説明したと同様の効果を奏する。
【００２１】
本発明に係る微量流体吐出装置によれば、吐出対象流体室の吐出対象流体供給口に上述の整流弁を備えるので、吐出対象流体の逆流が大幅に低減し、吐出対象流体の吐出速度、吐出効率を大幅に上げることができる。また、各ノズルを有する複数の吐出対象流体室を備えた微量流体吐出装置において、任意の吐出対象流体室を駆動した際の他の吐出対象流体室へ圧力波が及ぶことを阻止し、いわゆるクロストーク阻止を可能にする。整流弁に自己診断機能を持たせることにより、整流弁の自己診断だけでなく、ノズル詰まりの検出ができる。即ち、ノズルが詰まって微量流体室の微量流体の量が変化しなければ、整流弁がほとんど動作しない。これにより、整流弁が流路構成部に張り付いたままになるため、ノズル詰まりの検出が可能になる。
整流弁に流量制御機能を持たせるもとにより、ノズルと整流弁部との流路抵抗が可変となるため、吐出対象流体の吐出量を制御することができる。整流弁として、上述したその他の構成をとるときには、上述の整流弁で説明したと同様の効果を奏する。
【００２２】
本発明に係るマイクロポンプによれば、ポンプ室の流体注入口と流体排出口に上述の整流弁が設けられるので、流体が一方向に流れ、実用可能なマイクロポンプを提供することができる。整流弁に流量制御機能を持たせることにより、整流弁がマイクロポンプの流量調節器としても利用できる。整流弁として、上述したその他の構成をとるときには、上述の整流弁で説明したと同様の効果を奏する。
【００２３】
本発明に係る流量調節器は、上述の整流弁を有するので、微小流体の流量調節器に適用して好適である。
【００２４】
本発明に係るインクジェットプリンタによれば、上述した微量流体吐出装置を備えることにより、インクの逆流が大幅に低減し、インクの吐出速度、吐出効率を大幅に向上し、またクロストーク阻止を可能にした、高性能、高信頼性を有するインクジェットプリンタを実現することができる。さらにインクの流れの不具合などの検出、インク流流量の調節などを可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本実施の形態は、薄膜による片持ち梁が膜厚方向の応力差により反る現象を利用し、好ましくは気相成長膜により積層された片持ち梁が積層膜の応力差により反る現象を利用し、液体、気体等の流体の整流弁を構成する。この整流弁は、インクジェットプリンタヘッドを含む微量流体吐出装置、マイクロポンプ、さらに微量流体吐出装置を備えたインクジェットプリンタ等の微小流体駆動装置、あるいは流量調整器の流体制御弁として用いることができる。この整流弁は、例えば、静電ＭＥＭＳ構造の圧力発生部を備えた微量流体吐出装置を作製する工程で、静電ＭＥＭＳ構造と同時に加工することが可能になる。微量流体吐出装置としては、インクの吐出に限らず、半田ペースト材、有機半導体材料、配線材料、室内の香りの雰囲気を調整するための香水、その他の種々の吐出対象流体の吐出に適用できる。
本実施の形態に係る微小流体駆動装置は、流体に圧力変化を与える圧力発生部とこの整流弁とが一体となるようにして構成される。
【００２６】
本実施の形態の整流弁は、単層膜あるいは積層膜などによる薄膜、好ましくは積層膜の応力差により反り上がった片持ち梁である。このため、この整流弁は、流路内での配設の仕方に応じて、流体を供給する順方向の圧力では反りが減る方向、または反りが増える方向に変形するため流路断面積が大きくなり、流路抵抗が減少する。逆に、流体供給と反対の逆方向の圧力では整流弁の反りが増える方向、または減る（場合によってはさらに進んで逆向きに反る）方向に変形するため流路断面積が小さくなり、流路抵抗が増す。なお、この整流弁は、流路内での圧力差または流れがない状態で、流路を塞ぐように例えば流路の天井、または流路の壁（流路の段差部を含む）に必ずしも接触している必要はない。この整流弁は単体で非常に弱いため、単体で破損の恐れがある場合は複数の同じ構成の整流弁を直列に配列することで、逆方向に掛かった圧力を分配し、緩和する。
【００２７】
本実施の形態の整流弁を抵抗加熱、静電ＭＥＭＳ方式、ピエゾ方式などあらゆるインクジェットプリンタヘッド基板などの、いわゆる微量流体吐出基板に混載することで、オリフィスからの逆流が大幅に低減し、インク吐出などの吐出対象流体の吐出の効果が大幅に上昇する。
この整流弁は、弁の自由端が流路構成部である天井、壁などに接触する状態を例えば抵抗値変化で検出できる機能を付加することで、自己診断機能を持つことが可能になる。この整流弁は、弁の内部に配線を設けてその抵抗値を検出すれば歪み測定が可能であり、これにより弁部を通過する流量を検出することが可能となる。
【００２８】
また、流路の流れ方向に磁界を与え、弁内の配線に流す電流量を調整することで、電磁力を変化させ弁の変位量（即ち流路断面積）または弁の反発強度を調整し、流量制御を行うことが可能である。この機能を有するプリンタヘッドを含む微量流体吐出装置に応用すれば、ノズルと弁部との流路抵抗が可変となるためインクなどの吐出対象流体の吐出量を制御できる。またこの機能は、流路調節器としても利用可能である。
【００２９】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００３０】
図１は、本発明に係る整流弁を流路に備えた微小流体駆動装置、例えば微量流体吐出装置の一つであるインクジェットプリンタヘッドに適用した場合の一実施の形態を概略構成を示す。本実施の形態に係るインクジェットプリンタヘッド２１は、基板２２上に空間２３を挟んで対向するように支持され静電方式あるいはピエゾ方式で駆動する振動板２４を有した圧力発生装置（以下、圧力発生部という）２５と、振動板２４上に液密的に配置されノズル２６が有したインクを溜める圧力室となるインク室２７と、インク室２７に連通してインク２９を供給する流路３０とを有し、インク室２７のインク供給口に従来のオリフィスに代えて本発明の整流弁３１が配置されて成る。この例では、整流弁３１を挟む流路３０とインク室２７とが直線的に連通している。
【００３１】
整流弁３１は、インク供給口に流路３０の底面と一体に形成され、自由端が流路３０の天井に向って反り上がった片持ち梁構造の薄膜で構成される。この整流弁３１を構成する薄膜は、膜厚方向に応力差を有する膜であれば、単層膜、積層膜を問わないが、実際には積層膜の方が好ましい。
整流弁３１の膜構成材料の例を記載する。単層膜の場合には、シリコン窒化（ＳｉＮ）膜で形成することが可能である。シリコン窒化膜は、成膜すると厚み方向に応力差をもつので、反りが発生する。積層膜の場合は、ポリシリコン膜上にシリコン窒化膜を形成した積層膜で形成することができる。シリコン窒化膜は引張り応力を有する膜であり、ポリシリコン膜は圧縮応力を有する膜である。従って、ポリシリコン膜とシリコン窒化膜との応力差で反りが発生する。その他、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の積層膜、ポリシリコン膜とシリコン窒化膜とシリコン酸化膜の積層膜などで形成することができる。なお、これらの例に限らず、引張り応力の膜と圧縮応力の膜との積層膜であれば、反りが発生する。
本実施の形態の整流弁３１は、応力差が５００ＭＰａ〜２ＧＰａの２種以上の材料膜を積層して形成することができる。応力差が５００ＭＰａ未満であると、反りが少なく実用的でなく、２ＧＰａを超えると積層膜の膜剥がれが発生する。
【００３２】
図５は、実際にポリシリコン膜上にシリコン窒化膜を積層して作られた整流弁３１を示す。この整流弁３１によれば、片持ち梁構造の積層膜の自由端が上向くように反り上がっているのが認められる。
【００３３】
図３及び図４は、整流弁３１の構造を示す。同図は簡略化のために整流弁３１の反りを無視している。図３は流路３０の天井を取り外した状態の上面図（図４ＡのＣーＣ線上から見た上面図）、図４Ａは図３のＡーＡ線上の断面図、図４Ｂは図３のＢーＢ線上の断面図である。本例では、表面に絶縁膜、例えばシリコン酸化膜３４が形成された基板２２上に、一端が支持されるように、第１の薄膜３５上に引張り応力を有する第２の薄膜３６を積層し、さらに表裏面に第３の薄膜３７、４０を積層した積層膜にて整流弁３１が形成される。この整流弁３１は、一端が基板２２に支持部３８を介して支持され、他端が自由端として形成された片持ち梁構造となる。第２の薄膜３６としては、例えば膜厚３００ｎｍ程度のシリコン窒化膜で形成される。第１の薄膜３５は配線または電極材料となる膜で形成することができ、第２の薄膜３６との応力差が５００ＭＰａ以上あるものを選択する。第１の薄膜３５としては、例えば膜厚３００ｎｍ程度のポリシリコン膜で形成される。
【００３４】
整流弁３１では、引張り応力の強い薄膜３６を上層に積層しているので、矢印ａで示すように、流路３０の天井方向に反りが発生する。第１の薄膜３５として電極材料を用いたとき、電極材料をインクの液中に露出させると、振動板２４を駆動させるときの電圧印加時に水が電気分解されて気泡が発生するので、最表面層を第３の薄膜３７である絶縁膜で被覆する必要がある。第３の薄膜３７、４０としては、例えば膜厚５０ｎｍ程度のシリコン酸化膜で形成される。
【００３５】
この構成の片持ち梁構造の整流弁３１を試作したところ、図７に示す反りを確認した。尚、試料を図８に示す。犠牲層を除去する前の整流弁３１に長さをＬ1 （図８Ａ参照）、犠牲層を除去した後の整流弁３１の反り高さをＷ1 とした（図８Ｂ参照）。
整流弁３１の長さＬ1 が長くなる程、反り高さＷ1 が高くなる。反り量（高さＷ1 ）は梁の長さＬ1 で調節可能である。整流弁３１の試作では、梁の長さＬ1 が１５０μｍのとき、反りの高さＷ1 が５０μｍ見込めるので、インクジェットプリンタヘッドの逆止弁としても最適な高さであることが分かる。また、後述のマイクロポンプの整流弁としても十分に実用可能なサイズである。
ただし、この梁の長さＬ1 が長くなると逆方向の圧力変化を受けてネック部から折れるので、後述するように整流弁３１を多段として圧力差を段階的に緩和するように構成することができる。
【００３６】
整流弁３１は、図３に示すように、支持される基部側が幅方向に所定間隔を置いて複数の支持部となる支柱３９にて支持される。また、製造に際して整流弁３１下の犠牲層を除去するためには、整流弁３１の外周と流路壁３０との間に隙間４１が必要である。このため、整流弁３１の幅Ｈ1 は、流路幅Ｈ2 より狭く形成される。
【００３７】
なお、整流弁３１としては、上例の積層膜に限らず、圧力差が５００ＭＰａ〜２ＧＰａとなる２種以上の材料膜を積層した積層膜で形成することができる。また、その構成材料としては、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコンのうち、２種以上の積層膜で形成することができる。
【００３８】
次に、図６を用いて本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド２１の動作を説明する。図６Ａの状態は、振動板２４が変位していない初期状態にある。整流弁３１は応力差のため反り上がり、自由端が流路３０の天井に接している。
次に、図６Ｂに示すように、振動板２４が下方に変位すると、インク室２７が体積増加し、インク室２７内の圧力が下がるため（圧力Ｐ＜０）、流路３０からインク室２７側に向って、図の左方向にインク２９の流れ（矢印ｂ参照）が発生する。このインク２９の流れにより、整流弁３１は下方へ撓み、流路抵抗が下がりインク２９がインク室２７へ供給される。
次に、図６Ｃに示すように、振動板４が上方へ変位すると、インク室２７の体積変化（体積縮小）が起きて、インク室２７内の圧力が上がるため（圧力Ｐ＞０）図の右方向に圧力が掛かるが、整流弁３１はその自由端が流路３０の天井に接しており流路抵抗が上がり、インク２９の右方向への流れをせき止める。これによって、インク２９の逆流が大幅に低減し、インク室２７の体積変化分のインク２９の大部分がノズル２６から吐出されることになる。
【００３９】
上述の整流弁３１によれば、その膜厚方向の応力差、例えば積層膜の応力差により反り上がった片持ち梁構造であるため、構成が単純化される。
そして、かかる整流弁３１を有する本実施の形態に係るインクジェットプリンタヘッド２１によれば、インクの逆流が大幅に低減し、インクの吐出速度、吐出効率を大幅に上げることができる。また、クロストーク阻止を可能にする。
【００４０】
図１１は、本発明の整流弁を多段に配置したインクジェットプリンタヘッドの他の実施の形態を示す。本実施の形態に係るインクジェットプリンタヘッド４１は、インク室のインク供給口に複数段、本例では３段の整流弁３１〔３１１、３１２、３１３〕を直列に配列して構成される。
前述したように整流弁３１の反り量（高さ）Ｗ1 は整流弁の長さＬ１で調節可能であるが、長さＬ1 が長くなると、逆方向の圧力変化を受けた時に  整流弁３１がネック部から折れる虞がある。しかし、本実施の形態によれば、複数段の整流弁３１〔３１１、３１２、３１３〕を直列に配置するので、整流弁３１に与える圧力差を各整流弁３１１〜３１３に分散させ、段階的に緩和することができる。このため、整流弁３１の強度を保つことができる。即ち、複数の整流弁３１により、整流弁３１に対して逆方向にかかった圧力を分配し、緩和することで、単体の整流弁３１では対応できない強い圧力差にも対応することが可能になる、従って、微小流体駆動装置の整流弁の応用範囲を広げることができる。この多段の整流弁３１〔３１１、３１２、３１３〕をインクジェットプリンタヘッド基板に混載することで、インク供給口からの逆流が大幅に低減し、インクの吐出速度、吐出効率が大幅に上昇する。
【００４１】
図９Ａ，Ｂは、整流弁３１にインクの流量を制御できる機能を付加したインクジェットプリンタヘッドの更に他の実施の形態を示す。本実施の形態に係るインクジェットプリンタヘッド４２は、整流弁３１の自由端に幅方向にわたって配線部７１を形成すると共に、整流弁３１に両端辺に沿うように配線部７１の両端から延長する配線７２を形成し、一方、流路３０の天井に配線部７１に対応して所定長さ、例えば配線部７１と同じ長さの配線部７３を形成して成る。配線部７１及び配線７２は、本例では整流弁３１を構成する薄膜内に形成される。整流弁３１の配線７２の両端は、電源７４と可変抵抗器４５の直列回路の両端に接続される。また、流路構成部の配線部７３が電源７４と可変抵抗器７５の接続中点に接続される。即ち、整流弁３１の配線７２の電源側の一端が整流弁３１の配線部７１と流路構成部（天井、壁など）の配線部７３間で形成される可変容量Ｃ1 を介して上記接続中点に接続される。また、可変容量Ｃ1 の容量に応じて可変抵抗器７５の抵抗値を調節するための、調節回路７６が設けられる。さらに、インク室２７及び流路３０を挟むように、流路３０の流れ方向に磁界を与えるための磁界発生手段、本例では磁石７７が配置される。図９Ｂでは磁石７７による磁界（紙面の左右方向）Ｂ、配線部７１に流れる電流 (紙面に垂直方向)Ｉ、整流弁３１に加えられる力(紙面の上下方向)Ｆを、示す。
【００４２】
本実施の形態の整流弁３１の動作を説明する。
磁石７７による磁界が整流弁３１の配線部７１を横切るように流路３０の流れ方向に与えられる。この状態で、可変抵抗器７５の抵抗値を調節して配線部７１に流す電流量を調節する。この電流量と磁界の強さとによる電磁力で整流弁３１の反り量、または整流弁３１の反発強度が変化し、流路断面積が変化する。従って、整流弁３１の配線部７１に流す電流量を調整することにより、電磁力を変化させ整流弁３１の変位量又は反発強度を調整して流路断面積を調整し、インクの流量制御を行うことができる。
【００４３】
なお、可変容量Ｃ1 としては、上述の整流弁３１の配線部７１と流路構成部（天井、壁など）の配線部７３間で構成される容量を利用したが、その他、図９Ｂの破線で示すように、基板２２側に配線部７１に対応する配線部（電極）７８を形成し、整流弁３１側の配線部７１と基板側の配線部７８との間で構成される可変容量を利用することもできる。
【００４４】
他の実施の形態としては、整流弁３１に反り量に応じて抵抗値が変化する配線部７１を設け、反り量に応じた抵抗値を検出する。この場合、反り量が多くなるにつれて配線部７１が伸びるので、配線部７１の抵抗値は大きくなる。この抵抗値の検出出力をフィードバックして、配線部７１に流す電流量を制御することにより、電磁力を制御して整流弁３１の反り量を制御するように成す。この整流弁３１の反り量の制御で、流路断面積を制御して流量を調整することができる。
【００４５】
このような流量制御機能を有する整流弁３１を備えた本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド４２によれば、ノズル２６と弁部との流路抵抗が可変となり、インク２９の吐出量を制御することができる。
【００４６】
このような機能を有する整流弁３１は、流路調節器としても利用可能になる。例えば後述するマイクロポンプの流量調節器として利用することができる。
【００４７】
図１０は、整流弁３１に自己診断機能を付加したインクジェットプリンタヘッドの更に他の実施の形態を示す。整流弁３１の上面構造は図９Ａと同様であるも、但し、回路構成は異なる。回路構成については図面を省略する。
本実施の形態に係るインクジェットプリンタヘッド４３は、整流弁３１の自由端に幅方向にわたって電極（配線部）７１を形成すると共に、流路３０の天井に電極（配線部）７１を配置して構成される。電極７１及び７３は、例えば整流弁３１内及び流路構成部（天井、壁など）内に形成し、電極７１及び７３間に静電容量を形成するように成す。そして、この電極７１及び７３には、電極７１及び７３間の静電容量を検出し、この検出した容量値と予め設定した容量の閾値とを比較して出力できるようにした、外部回路が接続される。
あるいは、例えば電極７１及び７３は、整流弁３１の最表面及び流路構成部（天井、壁など）の内面に露出するように電極（配線部）７１及び７３を形成して構成される。この電極７１及び７３間には、電極７１及び７３間の抵抗値を検出し、この検出した抵抗値と予め設定した抵抗の閾値とを比較して出力できるようにした、外部回路が接続される。
【００４８】
本実施の形態の整流弁３１の動作を説明する。
図１０Ａに示すように、整流弁３１が流路３０の天井に接触して場合（インク室２７内の圧力がＰ≧０）は、電極７１及び７３間の例えば静電容量は最大となり、閾値を超える。あるいは電極７１及び７３間の例えば抵抗値が最小になる。
また、図１０Ｂに示すように、整流弁３１がインク２９の流れにより流路構成部（天井、壁など）から離れた場合（インク室２７内の圧力がＰ＜０）は、電極７１及び７３間の静電容量が低下閾値を下回る。あるいは電極７１及び７３間の例えば抵抗値が上昇し、閾値を下回る。
【００４９】
従って、本実施の形態のインクジェットプリンタヘッド４３によれば、整流弁３１が折れるなどの異常が発生したとき、またはノズル２６が詰まった場合、整流弁３１が開閉しないため、電極７１及び７３間の静電容量、または電極７１及び７３間の抵抗値の変化が正常時に比較して小さくなる。静電容量、あるいは抵抗値を閾値と比較すれば、整流弁３１の自己診断、ノズル詰まりなどの検出が可能になる。即ち、整流弁３１の折れなどの機能不全の自己診断だけでなく、ノズルが詰まってインクが吐出できず、インク室２７のインク量が変化しなければ、整流弁３１はほとんど動作しない。これにより、整流弁３１は流路構成部（天井、壁など）に張り付いたままになるので、ノズル詰まりの検出が可能になる。
【００５０】
なお、図１０においては、整流弁３１と流路構成部（天井、壁など）に電極７１及び７３を設けた構成としたが、その他、流路構成部（天井、壁など）の電極７３に代えて基板２２側に電極（配線部）７８を設け、この電極７８と整流弁３１の電極７１間の静電容量、あるいは抵抗値を検出し、閾値と比較して自己診断、ノズル詰まりなどを検出することもできる。
【００５１】
一方、図示せざるも、整流弁３１の内部に配線部（電極）を設け、この配線部の抵抗値を検出すれば、整流弁３１の歪み測定（反り測定）が可能になる。即ち、整流弁３１の反りの大小により、配線部が伸長すれば、抵抗値が増加し、配線部が圧縮すれが抵抗値が低減し、歪み測定ができる。この歪み（反り）測定により、整流弁３１を通過するインク流量を検出することができる。
【００５２】
図１２〜図１４は、本発明の整流弁を一体に有する静電ＭＥＭＳ方式のインクジェットプリンタヘッドの製造方法の一実施の形態を示す。ここでは、図１に対応したインクジェットプリンタヘッドに適用した。
【００５３】
先ず、図１２Ａに示すように、基板２２を用意する。基板２２は、例えばシリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体基板上に絶縁膜を形成した基板や、石英基板を含むガラス基板のような絶縁性基板等の所要の基板を用いることができる。本例ではシリコン基板４５上にシリコン酸化膜等による絶縁膜４６を形成した基板２２を用いる。
【００５４】
次に、図１２Ｂに示すように、この基板２２の例えば不純物ドープのポリシリコン膜による下部電極４７を選択的に形成する。この下部電極４７の表面に絶縁膜４８を形成する。絶縁膜４８は下部電極４７の保護膜、後述する犠牲層のエッチングに際して耐性のある膜に供される。絶縁膜４８としては、例えばＳＦ6、ＸｅＦ2によるエッチングガスを用いるときはシリコン酸化膜とし、例えばフッ酸によるエッチングを用いるときはシリコン窒化膜とする。
【００５５】
次に、図１２Ｃに示すように、静電ＭＥＭＳ素子による圧力発生部を形成する領域５１に支持部を除いて選択的に犠牲層５３を形成すると共に、整流弁を形成すべき領域５２に整流弁の支持部を構成する複数の支柱部（図９Ａ参照）を除いて選択的に犠牲層５３を形成する。犠牲層５３の膜種はエッチャントにより決まる。整流弁の支柱間隔は例えば２μｍ以上で１０μｍ以下が好ましく、５μｍが最適である。
【００５６】
次に、図１３Ｄに示すように、圧力発生部側の領域５１の犠牲層５３上、即ち圧力発生部側の支持部分を含む犠牲層５３上、及び整流弁側の領域５２の支柱部分を含む犠牲層５３上に夫々選択的に絶縁膜である例えばシリコン酸化膜４０、電極・配線材料となる例えば膜厚３００ｎｍのポリシリコン膜３５、引張り応力を有する例えば減圧プラズマＣＶＤ（成膜温度は７００℃〜９００℃）による膜厚３００ｎｍ程度のシリコン窒化膜３６及び絶縁保護膜となる例えばＣＶＤによる膜厚７０ｎｍ程度のシリコン酸化膜３７を順次積層する。なお、ポリシリコン膜３５は成膜後、所要の不純物をイオン注入しアニールすることで抵抗値を下げる。その後パターニングする。ポリシリコン膜３５に代えて、リンドープド・アモルファスシリコンでも良い。その後、シリコン窒化膜３６、シリコン酸化膜３７を形成する。各膜４０、３５、３６及び３７を積層した積層膜は、流路の側壁に対応する部分が露出（開口）するように選択的にパターニングされる。この開口は後で犠牲層５３を選択的に除去するためのものである。
圧力発生部側のポリシリコン膜３５は、後述する上部電極５８となる。
【００５７】
次に、図１３Ｅに示すように、犠牲層５３を選択的にエッチング除去する。エッチャントをＸｅＦ2ガスを用いるときは犠牲層５３としてポリシリコン膜を用い、エッチャントをフッ酸溶液を用いるときは、絶縁膜４８、４０をシリコン窒化膜、犠牲層５３をシリコン酸化膜を用いることができる。
犠牲層５３の除去により、圧力発生部側の領域５１には下部電極４７と、空間６０を挟んでシリコン膜４０、上部電極５８、シリコン窒化膜３６及びシリコン酸化膜３７からなる振動板２４が形成され、ここに下部電極４７と、上部電極５８を有する振動板２４とからなる静電ＭＥＭＳ構造の圧力発生部６１が形成される。また、整流弁側では犠牲層５３消失で片持ち梁構造の整流弁３１が形成される。この整流弁３１は、犠牲層５３の除去と同時にシリコン窒化膜３６とポリシリコン膜３５の応力差により反り上がる。
即ち、静電ＭＥＭＳ構造の圧力発生部６１と、整流弁３１が一体化されたアクチュエータ基板６２が形成される。
【００５８】
次に、図１４に示すように、このアクチュエータ基板６２上にノズル２６を有するインク室２７と、流路３０を構成する部材６３を張り合わせてインクジェットプリンタヘッド６４を製造する。部材６３は例えばサンドブラストなどで形成することができる。
【００５９】
静電ＭＥＭＳ方式のインクジェットプリンタヘッド６４の場合は、圧力発生部６２を構成する下部電極４７と振動板２４の上部電極５８との間に印加する電圧により、上下部電極４７、５８間に電位差が生じて静電力で振動板２４が下部電極４７側に引きつけられ、また電位差が０になり振動板２４が元に戻る。振動板２４の駆動により、インク室２７の体積変化で内部圧力が変化し、インク供給とインク吐出とが行われる。
【００６０】
本実施の形態によれば、静電ＭＥＭＳ構造の圧力発生部６１を有するアクチュエータ基板６２に一体に整流弁３１を混載することができる。従って、静電ＭＥＭＳ構造のインクジェットプリンタヘッド６４の製造工程で、整流弁３１を同時に形成することが可能になり、工程を増やさずに整流弁３１を形成することができる。これによって、高性能の静電ＭＥＭＳ方式のインクジェットプリンタヘッド６４を提供することができる。
【００６１】
本発明では、静電ＭＥＭＳ方式に限らず、半導体プロセスを用いてピエゾ方式、抵抗加熱方式のアクチュエータ基板に整流弁３１を一体に混載することも可能である。従って、高性能のピエゾ方式、抵抗加熱方式のインクジェットプリンタヘッドを提供することもできる。
【００６２】
図２は、本発明に係る整流弁を流路に備えた微小流体駆動装置、例えばインクジェットプリンタヘッドに適用した場合の他の実施の形態の概略構成を示す。本実施の形態に係るインクジェットプリンタヘッド７９は、基板２２上に空間２３を挟んで対向するように支持され静電方式あるいはピエゾ方式、抵抗加熱方式で駆動する振動板２４を有した圧力発生部２５と、振動板２４上に液密的に配置されノズル２６が有したインクを溜める圧力室となるインク室２７と、インク室２７に連通してインク２９を供給する流路３０とを有し、インク室２７のインク供給口に整流弁３１が配置されて成る。この例では、流路３０がインク室２７に対して直角に繋がるように、インク室２７の底面側に連通している。整流弁３１は、インク室２７の底面のインク供給口を塞ぐように配設される。この場合、図示するように整流弁３１は、その自由端が上方に反るように配される。従って、図１の例とは逆に、インクがインク室２７へ供給される順方向の圧力では整流弁３１の反りが増える方向に変形し流路断面積を大きくし、逆方向の圧力では整流弁３１の反りが減る（この例では底部における流路３０の段差８０側へ逆向きに反る）方向に変形し流路断面積を小さくする。
その他の構成は、図１のインクジェットプリンタヘッドで説明したと同様であるので重複説明は省略する。
【００６３】
本実施の形態に係るインクジェットプリンタヘッド７９においても、駆動時のインク２９の逆流が大幅に低減し、インク２９の吐出速度、吐出効率を大幅に上げることができる。また、クロストーク阻止を可能にする。
また、本実施の形態に係るインクジェットプリンタヘッド７９においても、図９の流量制御機付加した構成、図１０の自己診断機能を付加した構成とすることもできる。さらに、図１１の多段の整流弁構造とすることもできる。
【００６４】
上述のインクジェットプリンタヘッドでは、一組のインク室及び圧力発生部で１つのプリンタヘッド素子が形成され、複数のプリンタヘッド素子が所定の配列をもって配置されてなる。インクジェットプリンタヘッドは、例えば複数のプリンタヘッド素子を印画対象物の幅以上にわたってライン状に配列したラインヘッドとして構成することができる。
【００６５】
本発明においては、微量流体吐出装置である上述のインクジェットプリンタヘッドを搭載したインクジェットプリンタを構成することができる。本実施の形態のインクジェットプリンタは、例えば印画する対象物の幅以上にわたり複数のノズル及びインク室が並列されてなる、上述した本発明のライン・インクジェットプリンタヘッドと、インク供給機構と、ライン・インクジェットプリンタヘッドと印画対象物とを相対的に移動する機構とを備えたラインヘッド方式のインクジェットプリンタとして構成することができる。印画対象物としては、紙、フレキシブル樹脂シート、印刷配線基盤用のフレキシブル絶縁シートなどを用いることができる。
なお、本発明の他のインクジェットプリンタは、印画対象物の相対的な移動方向に対してインクジェットプリンタヘッドを垂直に動作させるようにしたシリアル走査方式のインクジェットプリンタヘッドを採用することもできる。
【００６６】
本実施の形態に係るインクジェットプリンタによれば、上述の本発明のインクジェットプリンタヘッドを搭載することにより、高性能、高信頼性のインクジェットプリンタを提供することができる。
【００６７】
図１５は、整流弁３１をマイクロポンプに適用した場合の実施の形態を示す。本実施の形態に係るマイクロポンプ８１は、静電ＭＥＭＳ方式あるいはピエゾ方式の振動板８８を有する圧力発生部８９上に流路８３に連通するポンプ室８４を配置し、ポンプ室８４の流体供給口８５及び流体排出口８６に夫々上述の流路抵抗が異方性を有する整流弁３１５、３１６を配置して構成される。
マイクロポンプ８１の動作は次の通りである。振動板８８が下方に変位し（実線位置）ポンプ室８４の体積増加で圧力が低下すると、流体９０の流れにより流体供給口８５側の整流弁３１５撓み、流体がポンプ室８４内に流れる。次に、振動板８８が上方に変位し（破線位置）、ポンプ室８４の体積が減少して圧力が増加すると、流体供給口８５側の整流弁３１５は天井に接触して逆流を防ぎ、流体排出口８６側の整流弁３１６が撓み、ポンプ室８４内の流体９０が排出される。
【００６８】
本実施の形態に係るマイクロポンプ８１によれば、微細加工による整流弁３１〔３１５、３１６〕が一体に形成されるので、効率の良いマイクロポンプの実用化を可能にする。
【００６９】
上述した本実施の形態の静電駆動微小流体駆動装置は、例えば民生用ではインクジェットプリンタヘッド、産業用では有機ＥＬ（有機エレクトロルミネッセンス）等の高分子有機材料塗布装置や低分子有機材料塗布装置、プリント基板配線印刷装置、半田バンプ印刷装置、３次元モデリング装置、μＴＡＳとして薬液その他の液体をｐｌ（ピコリットル）以下の微小単位にて精度良くコントロールして供給する供給ヘッド、気体を微小量精度良くコントロールして供給する供給ヘッド、さらにマイクロポンプ、等に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明に係るインクジェットプリンタヘッドの一実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係るインクジェットプリンタヘッドの他の実施の形態を示す概略構成図である。
【図３】図１の整流弁部分の要部の上面図である。
【図４】Ａ  図３のＡーＡ線上の断面図である。    Ｂ  図３のＢーＢ線上の断面図である。
【図５】本発明に係る整流弁の構成を示す顕微鏡写真である。
【図６】Ａ〜Ｃ  本発明に係るインクジェットプリンタヘッドの動作説明図である。
【図７】本発明の整流弁の長さと反り高さの関係を示すグラフである。
【図８】Ａ，Ｂ  図７の測定に供する試料を示す断面図である。
【図９】Ａ  本発明に係る流量制御機能を持つ整流弁を備えたインクジェットプリンタヘッドの実施の形態を示す要部の上面図である。    Ｂ  本発明に係る流量制御機能を持つ整流弁を備えたインクジェットプリンタヘッドの実施の形態を示す構成図である。
【図１０】Ａ〜Ｂ  本発明に係る自己診断機能付き整流弁を備えたインクジェットプリンタヘッドの実施の形態を示す構成図である。
【図１１】本発明に係る多段の整流弁を有するインクジェットプリンタヘッドの実施の形態を示す構成図である。
【図１２】Ａ〜Ｃ  本発明に係る静電ＭＥＭＳ方式のインクジェットプリンタヘッドの製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その１）である。
【図１３】Ｄ〜Ｅ  本発明に係る静電ＭＥＭＳ方式のインクジェットプリンタヘッドの製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その２）である。
【図１４】本発明に係る静電ＭＥＭＳ方式のインクジェットプリンタヘッドの製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その３）である。
【図１５】本発明に係るマイクロポンプの実施の形態を示す概略構成図である。
【図１６】従来のインクジェットプリンタヘッドの例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００７１】
２１、４１、４２、４３・・インクジェットプリンタヘッド、２２・・基板、２３・・空間、２４・・振動板、２５・・圧力発生部、２６・・ノズル、２７・・インクジェット室、２９・・インク、３０・・流路、３１・・整流弁、３５・・ポリシリコン膜、３６・・シリコン窒化膜、３７、４０・シリコン酸化膜、３８・・支持部、７１、７３、７８・・配線部、７２・・配線、７３・・可変容量、７４・・電源、７５・・可変抵抗、８１・・マイクロポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図５】
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