(57)【要約】【課題】  所望の構造を有するように形成して，所望の動作を制御することができる，マイクロアクチュエータ及びこれを利用した流体移送装置を提供する。【解決手段】  空間部１０１が形成された基板１００と，基板１００の上面に空間部１０１を覆うように設けられ，形状記憶合金からなる第１薄膜１１０と，圧縮残留応力が作用する少なくとも第２薄膜１２０とからなる振動板とを備え，振動板は，初めに圧縮残留応力によって第１中立軸に対して発生するベンディングモーメントにより，空間部１０１または空間部１０１の反対側に変形され，温度上昇により形状記憶合金が相変態した場合，第１中立軸から移動した第２中立軸に対して発生するベンディングモーメントにより，空間部１０１または空間部１０１の反対側に変形され，流体を保存するチャンバの体積を変化させることにより，流体に圧力を提供する。【選択図】    図２
2005001104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間部が形成された基板と，
前記基板の上面に前記空間部を覆うように設けられ，形状記憶合金からなる第１薄膜及び圧縮残留応力が作用する少なくとも１枚の第２薄膜からなる振動板とを備え，
前記振動板は，
初めに前記圧縮残留応力によって第１中立軸に対して発生するベンディングモーメントにより，前記空間部または前記空間部の反対側に変形され，
温度上昇により前記形状記憶合金が相変態した場合，前記第１中立軸から移動した第２中立軸に対して発生するベンディングモーメントにより，前記空間部または前記空間部の反対側に変形され，
流体を保存するチャンバの体積を変化させることにより，前記流体に圧力を加えることを特徴とする形状記憶合金を利用したマイクロアクチュエータ。
【請求項２】
前記振動板は，
前記基板の上面に前記空間部の上部を覆うように設けられた，シリコン基板からなる第１薄膜と，
前記第１薄膜の上面に設けられて，温度変化によって相変化する形状記憶合金層からなる第２薄膜とを含み，
前記空間部に接する前記振動板の幅は１００μｍ以下であり，前記第１薄膜の厚さと前記第２薄膜の厚さとの比を１：２．５以下になるようにし，前記振動板を前記空間部方向または前記空間部の反対側に選択的に曲げることを特徴とする，請求項１に記載の形状記憶合金を利用したマイクロアクチュエータ。
【請求項３】
前記振動板の幅は約８５μｍ未満であり，前記第１薄膜の厚さと前記第２薄膜の厚さとの比を１：２以下にして，前記振動板を前記空間部方向に曲げることを特徴とする，請求項１または２のいずれかに記載の形状記憶合金を利用したマイクロアクチュエータ。
【請求項４】
前記第２薄膜の厚さは２．１μｍ以下であることを特徴とする，請求項１〜３のいずれかに記載の形状記憶合金を利用したマイクロアクチュエータ。
【請求項５】
前記振動板の幅は約８５μｍ未満であり，前記第１薄膜の厚さと前記第２薄膜の厚さとの比は１：２より大きく形成して，前記振動板が前記空間部の反対側に曲がるようにすることを特徴とする，請求項１または２のいずれかに記載の形状記憶合金を利用したマイクロアクチュエータ。
【請求項６】
前記第２薄膜の厚さは，２．１μｍより大きいことを特徴とする，請求項１，２または５のいずれかに記載の形状記憶合金を利用したマイクロアクチュエータ。
【請求項７】
前記振動板の幅と前記空間部に接する前記振動板の長さとの比が１：３以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の形状記憶合金を利用したマイクロアクチュエータ。
【請求項８】
空間部が形成された基板と，
前記基板の上側に設けられて流体が一時的に保存される所定空間のチャンバが形成されており，一側に流体を前記チャンバに供給する通路である供給口が形成されており，他側に前記チャンバから流体を排出する通路である排出口が形成されている流路板と，
前記基板と前記流路板間に設けられて，前記チャンバの体積を変化させて流体を移送させるための圧力を発生させるためのものであり，前記基板の上面に前記空間部を覆うように設けられ，形状記憶合金からなる第１薄膜及び圧縮残留応力が作用する少なくとも1枚の第２薄膜とからなる振動板とを備え，
前記振動板は，
初めに前記圧縮残留応力によって，第１中立軸に対して発生するベンディングモーメントにより，前記空間部または前記空間部の反対側に変形され，
温度が上昇して前記形状記憶合金が相変態される場合，前記第１中立軸から移動した第２中立軸に対して発生するベンディングモーメントにより，前記空間部または前記空間部の反対側に変形され，流体を保存するチャンバの体積を変化させることにより，前記流体に圧力を提供し，
前記供給口は，前記チャンバ側にだけ流体を流すように規制する第１バルブ装置を設え，
前記排出口は，前記チャンバから前記排出口方向にだけ流体を流すように規制する第２バルブ装置を備えることを特徴とする，流体移送装置。
【請求項９】
前記振動板は，
前記基板の上面に前記空間部の上部を覆うように設けられた，シリコンからなる第１薄膜と，
前記チャンバに接するように設けられ，温度変化によって相変化する形状記憶合金層からなる第２薄膜とを備え，
前記振動板の幅は１００μｍ以下であり，前記第１薄膜の厚さと前記第２薄膜の厚さとの比を１：２．５以下になるようにして，前記空間部方向にまたは前記空間部の反対側に選択的に曲げられることを特徴とする，請求項８に記載の流体移送装置。
【請求項１０】
前記振動板の幅は８５μｍ未満であり，前記第１薄膜の厚さと前記第２薄膜の厚さとの比を１：２以下にし，前記振動板を前記空間部側に曲げることを特徴とする，請求項８または９のいずれかに記載の流体移送装置。
【請求項１１】
前記第２薄膜の厚さは，２．１μｍ以下であることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の流体移送装置。
【請求項１２】
前記振動板の幅は，８５μｍ未満であり，前記第１薄膜の厚さ前記第２薄膜の厚さとの比は１：２より大きく形成し，前記振動板が前記空間部の反対側に曲がるようにすることを特徴とする，請求項９に記載の流体移送装置。
【請求項１３】
前記第２薄膜の厚さは，２．１μｍより大きいことを特徴とする，請求項８，９または１２のいずれかに記載の流体移送装置。
【請求項１４】
前記振動板の幅と前記基板上に設けられる前記振動板の長さとの比が１：３以上であることを特徴とする，請求項８〜１３のいずれかに記載の流体移送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロアクチュエータに関し，さらに詳細には形状記憶合金を利用したマイクロアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に，インクジェットプリントヘッドは，印刷用インクの微小な液滴を記録用紙の所望の位置に吐出させることにより，所定色相の画像に印刷する装置であり，必要な場合にだけ記録用紙にインクの微小な液滴を噴射するＤＯＤ（Ｄｒｏｐ  Ｏｎ  Ｄｅｍａｎｄ）方式を主に利用している。
【０００３】
このようなＤＯＤ方式を利用するインクジェットプリントヘッドのインク吐出方式としては，熱源を利用してインクに気泡を発生させて，この力でインクを吐出させる加熱式噴射方式と，圧電体を利用して圧電体の変形により生じるインクの体積変化によりインクを吐出させる振動式噴射方式と，形状記憶合金を利用して記憶している元来の形状に復帰することにより生じるインクの体積変化によりインクを吐出させる形状記憶合金を利用した噴射方式とがある。
【０００４】
加熱式噴射方式は，ヘッドのチャンバ内に熱を供給できるヒータに，非常に短い時間，かなり大きい電気エネルギーを供給することによって，ヒータの固有抵抗のために発生する熱を利用する。ヒータから発生した熱は接触しているインクに伝えられ，水溶性インクは臨界点以上に温度が急激に上昇する。インクの温度が臨界点以上に上昇すると，気泡が形成され，形成された気泡は周辺のインクに圧力を加え，形成された気泡の体積によって，インクが押し出される。圧力と体積変化によって，運動エネルギーを受けたインクは，ノズルを介して外部に吐出される。この時，吐出されるインクは，インク固有の表面エネルギーを最小化するためにインク滴を形成して紙面に吐出される。
【０００５】
このような加熱式噴射方式は，熱エネルギーにより発生する気泡が崩壊して，崩壊時に発生する圧力によって連続的に衝撃を受けるため，耐久性に問題がある。また，インク滴の大きさを調節するのが難しいという問題点がある。
【０００６】
振動式噴射方式は，ヘッドのチャンバに圧力を加えられるように，ダイヤフラムに圧電物質を付着させて電圧を印加する。このように，圧電特性を利用してチャンバに圧力を提供してインクを吐出させる方式である。
【０００７】
このような振動式噴射方式を利用したインクジェットプリンタヘッドは，高価な圧電素子を使用するために費用がかかり，圧電素子を電極，絶縁層，保護層などとよく調和させなければならない。そのため，製造工程が難しく，また，収率が低いという問題点がある。
【０００８】
図１Ａ及び図１Ｂは特許文献１に記載されているものであり，形状記憶合金を利用した，従来のインクジェットプリンタヘッド用マイクロアクチュエータの動作を図示した断面図である。
【０００９】
図１Ａ及び図１Ｂに示したように，マイクロアクチュエータは基板１０に貫通されて空間部１１が形成されており，基板１０の上面には空間部１１を覆うようにシリコン薄膜１２ｂ及び形状記憶合金１２ａが積層されて形成されている振動板１２が設けられている。振動板１２にはその両側に電流を印加する電極２１ａが接触されるように設けられている。基板１０上にはインク液滴２０が吐出される通路であるノズル１９が形成されているノズル板１８が設けられており，基板１０及びノズル板１８の間にはインクを保存するチャンバ１４が形成された流路板１３が設けられており，流路板１３にはチャンバ１４にインクが流れられる通路を提供する流路１６が形成されている。
【００１０】
前述のように構成されるインクジェットプリントヘッド用マイクロアクチュエータは，振動板１２がシリコン薄膜１２ｂ自体の残留応力によって空間部１１の方向に曲がるので，その上に積層されている形状記憶合金１２ａもシリコン薄膜１２ｂと共に空間部１１の方向に曲がる。電極２１ａを介して電流が形状記憶合金１２ａに印加されれば，それ自体の抵抗によって発熱されて温度が上昇することにより，形状記憶合金１２ａはマルテンサイト相からオステナイト相に相変態されて扁平な形状に復帰する。
【００１１】
この時，形状記憶合金の機械的弾性率は，温度上昇と共に上昇して延伸率が下がり，温度が下がれば下降して延伸率が上がる。以上のような動作が反復されて，チャンバ１４の体積は，振動板１２の変位量に該当して変化し，その運動エネルギーによってインク液滴２０がノズル１９を介して記録用紙に吐出される。
【００１２】
以上のように構成されるインクジェットプリントヘッド用マイクロアクチュエータは，振動板がシリコン薄膜及び形状記憶合金から形成された二重の膜で構成されており，シリコン薄膜内に存在する残留応力の分布を正確に把握し難く，かつ空間部１１に接する振動板１０の幅及び厚さによって冷却時に振動板１０が空間部１１またはチャンバ１４のうちいずれの方向に曲がるかも把握しにくい。
【００１３】
上記の構造を持つインクジェットプリントヘッドのマイクロアクチュエータにおいては，振動板を空間部またはチャンバ側に曲がるように形成させるか，振動板の幅を小さく形成させる必要がある。シリコン薄膜内に存在する残留応力圧力の分布及び形状記憶合金の動作特性を把握し難い。したがって，所望の方向に振動板を変形させられず，マイクロアクチュエータの所望の機能を得られないので，マイクロアクチュエータの構造設計及び動作制御を精密に行い難い問題点がある。
【００１４】
【特許文献１】米国特許第６，１２３，４１４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，必要によって所望の構造を有するように形成して，所望の動作を制御することができる，新規かつ改善された，インクジェットプリントヘッド用マイクロアクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，空間部が形成された基板と，基板の上面に空間部を覆うように設けられ，形状記憶合金からなる薄膜及び圧縮残留応力が作用する少なくとも１枚の異なる薄膜からなる振動板とを含み，振動板は初期には圧縮残留応力によって第１中立軸に対して発生するベンディングモーメントにより，空間部または空間部の反対側に変形され，温度が上昇して形状記憶合金が相変態される時には，第１中立軸から移動した第２中立軸に対して発生するベンディングモーメントにより，空間部または空間部の反対側に変形され，流体を保存するチャンバの体積を変化させることにより，流体に圧力を提供することを特徴とする，形状記憶合金を利用したマイクロアクチュエータが提供される。
【００１７】
振動板は，基板の上面に前記空間部の上部を覆うように設けられた，シリコン基板からなる第１薄膜と，第１薄膜の上面に設けられて，温度変化によって相変化する形状記憶合金層からなる第２薄膜とを含み，空間部に接する振動板の幅は１００μｍ以下であり，第１薄膜の厚さと第２薄膜の厚さとの比を１：２．５以下になるようにし，振動板を空間部方向または空間部の反対側に選択的に曲げるようにしてもよい。
【００１８】
振動板の幅を約８５μｍ未満とし，第１薄膜の厚さと前記第２薄膜の厚さとの比を１：２以下にして，前記振動板を前記空間部方向に曲げるようにしてもよい。また，第２薄膜の厚さは２．１μｍ以下としてもよい。
【００１９】
振動板の幅を約８５μｍ未満とし，第１薄膜の厚さと第２薄膜の厚さとの比は１：２より大きく形成して，振動板が空間部の反対側に曲がるようにしてもよい。また，第２薄膜の厚さは，２．１μｍより大きくしてもよい。
【００２０】
振動板の幅と前記空間部に接する前記振動板の長さとの比を１：３以上としてもよい。
【００２１】
上記課題を解決するために，本発明の別の観点によれば，空間部が形成された基板と，基板の上側に設けられて流体が一時的に保存される所定空間のチャンバが形成されており，一側に流体を前記チャンバに供給する通路の供給口が形成されており，他側にチャンバから流体を排出する通路の排出口が形成されている流路板と，初期には圧縮残留応力によって第１中立軸に対して発生するベンディングモーメントにより，空間部または空間部の反対側に変形され，温度が上昇されて形状記憶合金が相変態される時には，第１中立軸から移動した第２中立軸に対して発生するベンディングモーメントにより，空間部または空間部の反対側に変形され，流体を保存するチャンバの体積を変化させることにより，流体に圧力を提供する振動板と，供給口は前記チャンバ側にだけ流体を流すように規定する第１バルブ装置とが設けられており，排出口には前記チャンバから排出口側にだけ流体を流すように規定する第２バルブ装置が設けられていることを特徴とする，流体移送装置が提供される。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように本発明によれば，振動板を構成する第１薄膜及び第２薄膜の次元，物性及び残留応力の関係で振動板の初期変形を意図する方向に選択できるので所望の動作を行わせられる。また，振動板の応力に対する変形特性を把握でき，振動板を駆動するために印加する信号を調節して，入力駆動信号に対する複合薄膜の運動効率を上昇させることができ，運動効率の向上により複合薄膜と周辺部材に蓄積される熱を最小化して複合薄膜の作動周波数を高めることができる。また，従来の形状記憶合金を利用したマイクロアクチュエータに比べて，アクチュエータの幅を狭く形成できるため，アクチュエータの配列密集度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２４】
図２は，本発明の実施形態による形状記憶合金を利用したマイクロアクチュエータを示した平面図であり，図３は図２に図示されたマイクロアクチュエータをＩＩ−ＩＩ’に沿って振動板が空間部に変形される例を図示した断面図であり，図４は図２に図示されたマイクロアクチュエータをＩＩ−ＩＩ’に沿って振動板が空間部の反対側に変形される例を図示した断面図である。
【００２５】
図２に示したように，本実施形態による形状記憶合金を利用したマイクロアクチュエータは，空間部１０１が形成されている基板１００と，基板１００の上面に設けられ，空間部１０１の上部を覆うようにシリコン基板（ＳｉＯ２）からなる第１薄膜１１０と，第１薄膜１１０の上面に設けられ，温度変化によって相変化する形状記憶合金層からなる第２薄膜１２０からなる振動板１３０とを含んで構成される。
【００２６】
図２で，基板１００，第１薄膜１１０及び第２薄膜１２０の順序に面積が小さくなるように図示されているが，それは説明の便宜のためであり，実際には図３及び図４に図示されたように基板１００の上面を第１薄膜１１０が覆っており，第１薄膜１１０の上面を第２薄膜１２０が覆っている。
【００２７】
図２で，振動板１３０は，１枚の第１薄膜１１０と形状記憶合金からなる第２薄膜１２０とからなるとなっているが，第１薄膜１１０は少なくとも１枚以上からなりうる。
【００２８】
図３に示したように，振動板１３０は空間部１０１方向に曲がるように設けられている。図４に示したように，振動板１３０は空間部１０１の反対側に曲がるように設けられている。このように，振動板１３０を空間部１０１または空間部１０１の反対側に曲げるのは，振動板１３０が加熱される前の空間部１０１の上部に接している振動板１３０の幅Ｗ及び長さｌと第１薄膜１１０の厚さｔ１及び第２薄膜１２０の厚さｔ２とに対応して，第１薄膜１１０の内部に存在する残留応力との関係によって決まる。
【００２９】
振動板１３０の初期変形方向は純粋な理論的モデルによりある程度は予測が可能であるが，実際には薄膜の製作過程や内部的な欠陥などによる影響で正確に理論的モデルと一致しないので実験的に測定できる。
【００３０】
以下に示す表１は，第１薄膜１１０の厚さｔ１を１μｍに固定し，振動板１３０の幅Ｗに対応して第２薄膜１２０の厚さｔ２による振動板１３０の初期変形方向を測定した結果である。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
表１に示したように，振動板１３０の幅Ｗが８５μｍ未満であり，第２薄膜１２０の厚さｔ２が２．１μｍ以下である場合に，振動板１３０は図３に図示されたように空間部１０１方向に曲がるように変形されて全体的に凹状を示す。
【００３３】
そして，前記振動板１３０の幅Ｗが８５μｍ未満であり，第２薄膜１２０の厚さｔ２が２．１μｍより大きい場合に，振動板１３０は，図４に図示されたように空間部１０１の反対側に曲がるように変形されて全体的に凸状を示す。
【００３４】
一方，振動板１３０の幅Ｗが８５μｍ以上ならば，第１薄膜１１０の内部に存在する残留応力が振動板１３０の幅Ｗ方向に沿って不均一に分布するようになり，残留応力の不均一分布によるリンクルが発生するので，振動板１３０が空間部１１０または空間部１１０の反対側に凹状にまたは凸状に曲がるように変形され難くなって，所望の方向に曲がるように変形されなくなる。従って，第１薄膜１１０の内部に残留応力の不均一分布によるリンクルが発生しないように，振動板１３０の幅Ｗを選択しなければならない。
【００３５】
この時，空間部１０１の上面に接する振動板１３０の長さをｌとする時，振動板１３０の幅Ｗと長さｌとの比は１：３以上であることが望ましい。
【００３６】
上記の通りに構成される本実施形態による形状記憶合金を利用したマイクロアクチュエータの動作を図面を参照して説明する。
【００３７】
図５は，本実施形態によるマイクロアクチュエータの応力と変形との関係から説明するための模式図であり，図６は，図３に図示されたマイクロアクチュエータの時間による変形方向と変形量との関係を示したグラフである。また，図７〜図９は，図６に図示された各時間区間によるマイクロアクチュエータでの応力とベンディングモーメントによる変形との関係を示した図面であり，図１０は，図４に図示されたマイクロアクチュエータの時間による変形方向と変形量との関係を示したグラフである。図１１〜図１３は図１０に図示された各時間区間によるマイクロアクチュエータでの応力及びベンディングモーメントによる変形との関係を示した図面である。
【００３８】
図５に示したように，図３及び図４に図示された本実施形態によるマイクロアクチュエータでは，振動板に作用する力学関係は材料力学的に両端固定ビームで理想化し，これに作用する力学関係を図示することにより表示できる。
【００３９】
第１薄膜１１０及び第２薄膜１２０からなる振動板１３０は，両端が基板１００に固定されている。第１薄膜１１０の下面を基準に上側をプラスＹ（＋Ｙ）方向に，下方をマイナスＹ（−Ｙ）方向に定める。
【００４０】
図６〜図１０を参照すれば，図６で振動板１３０は加熱されて温度が上昇するにつれて経時的にＢ区間では−Ｙ方向に変形されたが，Ｃ区間では＋Ｙ方向に変形され，Ｄ区間で冷却されるにつれて再び元来の形に復帰するということが分かる。
【００４１】
図７は，図６に図示されたＡ区間での振動板１３０に作用する応力及びベンディングモーメントの力学関係を図示した図面である。これを参照すれば，振動板１３０が常温状態にある時，第１薄膜１１０及び第２薄膜１２０には，その内部に存在する残留応力が，第１薄膜１１０及び第２薄膜１２０の両端に作用され，第１薄膜１１０には圧縮応力σ１として，第２薄膜１２０には圧縮応力σ２として作用する。この時，両圧縮荷重σ１とσ２とは１つの集中荷重Ｐ１が作用すると表示できる。
【００４２】
この時，外部から作用する荷重に対して変形が起きない中立平面が存在する。中立平面の中立軸Ｙｎは，次のような数式１から求められる。
【００４３】
【数１】
2005001104.tif 000004
【００４４】
ここで，Ｅ１，Ｅ２は第１薄膜及び第２薄膜のヤング率，ｈ１，ｈ２は第１薄膜及び第２薄膜の高さを示す。従って，集中荷重Ｐ１は，中立軸Ｙｎから上側にｙ１ほど落ちて作用するので，中立軸Ｙｎに対してベンディングモーメントＭｂが発生する。ベンディングモーメントＭｂにより，振動板１３０は矢印Ｅ方向に変形される。
【００４５】
図８は，図６に図示されたＢ区間での振動板１３０に作用する応力とベンディングモーメントとの力学関係を図示した図面である。第１薄膜１１０及び第２薄膜１２０は，外部の熱源または外部から伝えられる電流による抵抗によって発熱されて温度が上昇し，それ自体の熱膨張係数ほど大きくなろうとするが，その両端が基盤１００に固定されているので，第１薄膜１１０及び第２薄膜１２０にそれぞれ追加的な圧縮応力σ１β，σ２βが作用する。両荷重σ１β，σ２βは１つの追加的な集中荷重Ｐ’が第１薄膜１１０及び第２薄膜１２０に作用すると表示できる。この時，常温で作用する集中荷重Ｐ１と熱膨張係数による追加的な集中荷重Ｐ’とを合わせてＰ２と表示できる。
【００４６】
この時，中立軸Ｙｎは変動されないので，集中荷重Ｐ２によってベンディングモーメントＭｂがさらに大きくなって，振動板１３０は矢印Ｅ方向に追加的な変形を起こす。
【００４７】
図９は，図６に図示されたＣ区間での前記振動板１３０に作用する応力とベンディングモーメントとの力学関係を図示した図面である。
【００４８】
第２薄膜１２０は，外部の熱源または外部から伝えられる電流から生じる抵抗によって発熱し，温度が上昇して，熱膨張による追加変形が制動される。そして，第２薄膜１２０は，相変態の進行程度が強くなり，相がマルテンサイトからオステナイトに変態する。
【００４９】
この時，第２薄膜１２０のヤング率は，相変態によってマルテンサイトの値からオステナイトの値に高まる。高まったヤング率によって中立軸が数式１によって第２中立軸Ｙｎ２に＋Ｙ方向にさらに移動する。
【００５０】
この時，圧縮応力σ１，σ２による集中荷重Ｐ１は，図７に図示された第１薄膜１１０と第２薄膜１２０の位置に作用するので，第２中立軸Ｙｎ２を中心にベンディングモーメントＭｂが，図７に図示された方向と反対方向に振動板１３０に作用する。従って，振動板１３０は矢印Ｆ方向に変形される。
【００５１】
図６に図示されたＤ区間では，振動板１３０の温度上昇が停止するか徐々に冷却され始めれば，第２薄膜１２０がオステナイト相を保持している状態で，熱膨張による応力減少で，振動板１３０の変形が徐々に減少する。第２薄膜１２０がマルテンサイト相に復帰すれば，振動板１３０は図７に図示された元来の形にと戻る。
【００５２】
図１０〜図１３を参照すれば，図１０で振動板１３０は加熱されて温度が上昇するにつれて経時的にＢ区間では＋Ｙ方向に変形されたが，Ｃ区間で相変態によって＋Ｙ方向にさらに変形され，Ｄ区間で冷却されるにつれて再び元来の形に復帰するということが分かる。
【００５３】
図１１は，図１０に図示されたＡ区間での振動板１３０に作用する応力とベンディングモーメントとの力学関係を図示した図面である。図１１に示したように，振動板１３０が常温状態にある時，第１薄膜１１０及び第２薄膜１２０にはその内部に存在する残留応力は第１薄膜１１０及び第２薄膜１２０の両端に作用され，第１薄膜１１０には圧縮応力σ１として，前記第２薄膜１２０には圧縮応力σ２として作用する。この時，両圧縮荷重σ１とσ２とは１つの集中荷重Ｐ１が作用すると表示できる。
【００５４】
この時，外部から作用する荷重に対して変形が起きない中立平面が存在する中立軸Ｙｎは，数式１から求められる。
【００５５】
従って，集中荷重Ｐは中立軸Ｙｎから上側にｙ２ほど離れて作用するので，中立軸Ｙｎに対してベンディングモーメントＭｂが発生する。ベンディングモーメントＭｂにより，振動板１３０は矢印Ｆ方向に変形される。
【００５６】
図１２は，図１０に図示されたＢ区間での振動板１３０に作用する応力及びベンディングモーメントの力学関係を図示した図面である。第１薄膜１１０及び第２薄膜１２０は，外部の熱源または外部から伝えられる電流による抵抗によって発熱されて温度が上昇し，それ自体の熱膨張係数ほど大きくなろうとするが，その両端が基盤１００に固定されているので，第１薄膜１１０及び第２薄膜１２０にそれぞれ追加的な圧縮応力，σ２βが作用する。両荷重σ１β，σ２βは，１つの追加的な集中荷重Ｐ’が第１薄膜１１０及び第２薄膜１２０に作用すると表示できる。この時，常温で作用する集中荷重Ｐ１と熱膨張係数による追加的な集中荷重Ｐ’とを合わせてＰ２と表示できる。
【００５７】
この時，中立軸Ｙｎは変動されないので，集中荷重Ｐ２によってベンディングモーメントＭｂがさらに大きくなるようになり，振動板１３０は矢印Ｆ方向に追加的な変形が起きる。
【００５８】
図１３は，図１０に図示されたＣ区間での振動板１３０に作用する応力とベンディングモーメントとの力学関係を図示した図面である。
【００５９】
第２薄膜１２０は，外部の熱源または外部から伝えられる電流から生じる抵抗によって発熱し，温度が上昇して，熱膨張による追加変形が制動される。そして，第２薄膜は，相変態の進行程度が強くなり，相がマルテンサイトからオステナイトに変態する。
【００６０】
この時，第２薄膜１２０のヤング率は，相変態によってマルテンサイトの値からオステナイトの値に高まる。高まったヤング率によって中立軸が数式１によって第２中立軸Ｙｎ２で＋Ｙ方向にさらに移動する。従って，振動板１３０は，矢印Ｆ方向により変形される。
【００６１】
図１０に図示されたＤ区間では，振動板１３０の温度上昇が停止するか徐々に冷却され始めれば，第２薄膜１２０がオステナイト相を保持している状態で，熱膨張による応力減少で振動板１３０の変形が徐々に減少される。第２薄膜１２０がマルテンサイト相に復帰すれば振動板１３０は図１０に図示された元来の形状に戻る。
【００６２】
図１４は，本発明の実施形態によるマイクロアクチュエータが適用されたインクジェットプリントヘッドを示した断面図である。
【００６３】
図１４に示したように，インクジェットプリントヘッドは，空間部１０１が形成されている基板１００と，基板１００上に設けられてインクが保存されるインクチャンバ１４１が設けられている。インクチャンバ１４１の上側にインクが吐出されるノズル１４２が形成されている。一側にはインクが供給される供給口１４３が設けられているノズル板１４０と，基板１００とノズル板１４０間に位置して空間部１０１の上面に接するように設けられる第１薄膜１１０及び第１薄膜１１０上にインクチャンバ１４１に接するように設けられて形状記憶合金層からなる第２薄膜１２０からなる振動板１３０より構成される。
【００６４】
振動板１３０が矢印方向に動き，インクチャンバ１４１の体積を変化させ，それによる圧力変化を利用してインクがノズル１４２を介して外部に吐出する。
【００６５】
図１５Ａ及び図１５Ｂは本発明の実施形態によるマイクロアクチュエータが適用された流体移送装置の動作を示す断面図である。
【００６６】
図１５Ａ及び図１５Ｂに示したように，流体移送装置は空間部２０１が形成された基板２００と，基板２００の上側に設けられて流体が一時的に保存される所定空間のチャンバ２４１とが設けられている。一側に流体をチャンバ２４１に供給する通路の供給口２４２が形成されており，他側に前記チャンバ２４１から流体を排出する通路である排出口２４４が形成されている流路板２４０と，基板２００と流路板２４０間に設けられ，チャンバ２４１の体積を変化させて流体を移送させるための圧力を発生させる振動板２３０とを含んで構成される。
【００６７】
振動板２３０は，空間部２０１の上部を覆うようにシリコンからなる第１薄膜２１０及びチャンバ２４１に接するように設けられ，温度変化によって相変化する形状記憶合金層からなる第２薄膜２２０を備える。
【００６８】
供給口２４２には，チャンバ２４１方向にだけ流体を流すように規制する第１バルブ装置２４３が設けられており，排出口２４４にはチャンバ２４１から排出口２４４方向にだけ流体を流すように規制する第２バルブ装置２４５が設けられている。
【００６９】
上記の通りに構成される流体移送装置の動作を，図１５Ａ及び図１５Ｂを参照して説明する。
【００７０】
図１５Ａに示したように，振動板２３０が空間部２０１側に変形され，チャンバ２４１の体積が一時的に増加する。この時，第１バルブ装置２４３は，供給口２４２を開いて流体をチャンバ２４１に流入させ，第２バルブ装置２４５は排出口２４４を閉じて流体をチャンバ２４１に流出させない。
【００７１】
図１５Ｂに示したように，振動板２３０がチャンバ２４１方向に変形されて扁平になり，チャンバ２４１の体積が減少する。この時，第１バルブ装置２４３は，供給口２４２を閉じて流体をチャンバ２４１に流入させず，第２バルブ装置２４５は，排出口２４４を開いて流体をチャンバ２４１から流出させる。
【００７２】
上記のような動作を反復して，流体は流体移送装置を介して移送される。
【００７３】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は所定チャンバの体積を変化させることにより，チャンバ内に収容されている流体を外部に排出させるインクジェットプリントヘッドまたは流体移送装置を利用するインクジェットプリンティングに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１Ａ】従来の形状記憶合金を利用したインクジェットプリンタヘッド用マイクロアクチュエータの動作を図示した断面図である。
【図１Ｂ】従来の形状記憶合金を利用したインクジェットプリンタヘッド用マイクロアクチュエータの動作を図示した断面図である。
【図２】本発明の実施形態による形状記憶合金を利用したマイクロアクチュエータを示した平面図である。
【図３】図２に図示されたマイクロアクチュエータをＩＩ−ＩＩ’に沿って振動板が空間部に変形される例を図示した断面図である。
【図４】図２に図示されたマイクロアクチュエータをＩＩ−ＩＩ’に沿って振動板が空間部の反対側に変形される例を図示した断面図である。
【図５】本発明の実施形態によるマイクロアクチュエータを応力及び変形との関係を説明するための模式図である。
【図６】図３に図示されたマイクロアクチュエータの時間による変形方向と変形量との関係を示したグラフである。
【図７】図６に図示された各時間区間によるマイクロアクチュエータで応力及びベンディングモーメントによる変形との関係を示した図面である。
【図８】図６に図示された各時間区間によるマイクロアクチュエータで圧力及びベンディングモーメントによる変形との関係を示した図面である。
【図９】図６に図示された各時間区間によるマイクロアクチュエータで圧力及びベンディングモーメントによる変形との関係を示した図面である。
【図１０】図４に図示されたマイクロアクチュエータの時間による変形方向と変形量との関係を示したグラフである。
【図１１】図１１に図示された各時間区間によるマイクロアクチュエータで圧力及びベンディングモーメントによる変形との関係を示した図面である。
【図１２】図１１に図示された各時間区間によるマイクロアクチュエータで応力及びベンディングモーメントによる変形との関係を示した図面である。
【図１３】図１１に図示された各時間区間によるマイクロアクチュエータで圧力及びベンディングモーメントによる変形との関係を示した図面である。
【図１４】本発明の実施形態によるマイクロアクチュエータが適用されたインクジェットプリントヘッドを示した断面図である。
【図１５Ａ】本発明の実施形態によるマイクロアクチュエータが適用された流体移送装置の動作を示す断面図である。
【図１５Ｂ】本発明の実施形態によるマイクロアクチュエータが適用された流体移送装置の動作を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１００      基板
１０１      空間部
１１０      第１薄膜
１２０      第２薄膜
１３０      振動板
Ｗ      振動板１３０の幅
【図１Ａ】
2005001104.tif 000005
【図１Ｂ】
2005001104.tif 000006
【図２】
2005001104.tif 000007
【図３】
2005001104.tif 000008
【図４】
2005001104.tif 000009
【図５】
2005001104.tif 000010
【図６】
2005001104.tif 000011
【図７】
2005001104.tif 000012
【図８】
2005001104.tif 000013
【図９】
2005001104.tif 000014
【図１０】
2005001104.tif 000015
【図１１】
2005001104.tif 000016
【図１２】
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【図１３】
2005001104.tif 000018
【図１４】
2005001104.tif 000019
【図１５Ａ】
2005001104.tif 000020
【図１５Ｂ】
2005001104.tif 000021