(57)【要約】  液滴堆積ヘッドのためのアクチュエータ構成要素であって、  複数の流体チャンバを備え、それぞれの流体チャンバがそれぞれのノズル及びそれぞれの圧電性作動素子を備え、圧電性作動素子は、対象のチャンバの一部に結合する膜を変形させることでノズルの対応する一つを通して対象のチャンバから流体の吐出を引き起こすよう作動可能であり、  それぞれの圧電性作動素子が、    上面及び対向する底面を有する圧電部材であって、底面が膜に最も近く、上面及び底面が厚さ方向に離間している圧電部材と、    電部材の前記底面に隣接して配置された下部電極と、    圧電部材の前記上面に隣接して配置された上部電極と、を備え、  それぞれの上部電極が、    第一の導電材料で形成される第一の層と、    第二の導電材料で形成される第二の層を備え、第一の層が第二の層と圧電部材との間に配置され、  第一の層の少なくとも一部分が、厚さ方向から見た時に圧電部材を覆い、この第一の層の覆う部分が、圧電部材の上面の全体にわたり実質的に延在し、厚さ方向に対して垂直な方向である長さ方向での長さを有し、第一の層の覆う部分の程度が最大又は最大に近く、  第二の層の少なくとも一部分が、前記厚さ方向から見た時に第一の層及び前記圧電部材の両方を覆い、この第二の層の覆う部分が、作動された時に圧電性作動素子の屈曲を収容するように形作られるパターンとして形成され、  厚さ方向から見た時に、第二の層の覆う部分の面積が、第一の層の覆う部分の面積の実質的に半分未満であり、  第一の層の覆う部分の前記長さの上への第二の層の覆う部分の突起が、第一の層の覆う部分の前記長さの少なくとも大部分を覆う、アクチュエータ構成要素。【選択図】図１
2020533206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴堆積ヘッドのためのアクチュエータ構成要素であって、
複数の流体チャンバを備え、それぞれの流体チャンバがそれぞれのノズル及びそれぞれの圧電性作動素子を備え、前記圧電性作動素子は、対象の前記チャンバの一部に結合する膜を変形させることで前記ノズルの対応する一つを通して対象の前記チャンバから流体の吐出を引き起こすよう作動可能であり、
それぞれの圧電性作動素子が、
上面及び対向する底面を有する圧電部材であって、前記底面が前記膜に最も近く、前記上面及び前記底面が厚さ方向に離間している圧電部材と、
前記圧電部材の前記底面に隣接して配置された下部電極と、
前記圧電部材の前記上面に隣接して配置された上部電極と、を備え、
それぞれの上部電極が、
第一の導電材料で形成される第一の層と、
第二の導電材料で形成される第二の層を備え、前記第一の層が前記第二の層と圧電部材との間に配置され、
前記第一の層の少なくとも一部分が、前記厚さ方向から見た時に前記圧電部材を覆い、この前記第一の層の覆う部分が、前記圧電部材の前記上面の全体にわたり実質的に延在し、前記厚さ方向に対して垂直な方向である長さ方向での長さを有し、前記第一の層の覆う部分の程度が最大又は最大に近く、
前記第二の層の少なくとも一部分が、前記厚さ方向から見た時に前記第一の層及び前記圧電部材の両方を覆い、この前記第二の層の覆う部分が、作動された時に前記圧電性作動素子の屈曲を収容するように形作られるパターンとして形成され、
前記厚さ方向から見た時に、前記第二の層の覆う部分の面積が、前記第一の層の覆う部分の面積の実質的に半分未満であり、
前記第一の層の覆う部分の前記長さの上への前記第二の層の覆う部分の突起が、前記第一の層の覆う部分の前記長さの少なくとも大部分を覆う、アクチュエータ構成要素。
【請求項２】
前記第二の層の覆う部分が、一つ以上の接触領域にわたり前記第一の層と接触し、これらを組み合わせて接触面積を有し、
前記接触面積が、前記厚さ方向から見た時に、前記第二の層の覆う部分の前記面積の四分の一超である、請求項１に記載のアクチュエータ構成要素。
【請求項３】
前記第二の層の覆う部分が一つ以上の接触領域にわたり前記第一の層と接触し、
前記第一の層の覆う部分の長さの上への前記接触領域の突起が、前記第一の層の前記長さの少なくとも大部分を覆う、請求項１又は請求項２のいずれかに記載のアクチュエータ構成要素。
【請求項４】
前記パターンが実質的に一つ以上の細長い素子から構成される、請求項１〜３のいずれか一項に記載のアクチュエータ構成要素。
【請求項５】
前記細長い素子が互いに離間している、請求項４に記載のアクチュエータ構成要素。
【請求項６】
前記細長い素子のそれぞれが、前記圧電性作動素子の作動によって撓んだ時に、前記膜の傾斜に対して概ね垂直な経路に従うよう形作られる、請求項４又は５のいずれかに記載のアクチュエータ構成要素。
【請求項７】
前記細長い素子のそれぞれが、対象の前記細長い部材が覆う前記膜の前記部分の撓みの輪郭に対して概ね平行な経路に従うよう形作られる、請求項４〜６のいずれか一項に記載のアクチュエータ構成要素。
【請求項８】
それぞれの圧電部材が概ね対応する経路に従うよう形作られ、
前記一つ以上の細長い素子のうち少なくとも一部がそれぞれ、前記対応する圧電部材の前記経路に対して平行な経路に従う、請求項４〜７のいずれか一項に記載のアクチュエータ構成要素。
【請求項９】
それぞれの圧電部材及びそれぞれの第一の層の覆う部分が前記長さ方向に細長く、それゆえ前記長さ方向と前記厚さ方向に対して垂直である幅方向を画定する、請求項４〜６のいずれか一項に記載のアクチュエータ構成要素。
【請求項１０】
それぞれの圧電部材の前記一つ以上の細長い導電部材が、一つ以上の細長い導電部材の第一の群と一つ以上の細長い導電部材の第二の群を備え、前記細長い導電部材の第一の群のそれぞれが対象の前記圧電部材の第一の縦方向の端から延在し、前記細長い導電部材の第二の群のそれぞれが対象の前記圧電部材の第二の対向する縦方向の端から延在する、請求項９に記載のアクチュエータ構成要素。
【請求項１１】
前記細長い導電部材の第一の群が細長い導電部材の第一の対から成り、前記細長い導電部材の第二の群が細長い導電部材の第二の対から成る、請求項１０に記載のアクチュエータ構成要素。
【請求項１２】
それぞれの圧電部材の前記一つ以上の細長い導電部材が、前記幅方向でのその組み合わされた幅が対象の前記圧電部材の縦方向の中心に向かって、好ましくは漸次的に減少するように形作られる、請求項９〜１１のいずれか一項に記載のアクチュエータ構成要素。
【請求項１３】
それぞれの圧電部材の前記一つ以上の細長い導電部材のそれぞれが、前記幅方向でのその幅が対象の前記圧電部材の縦方向の中心に向かって、好ましくは漸次的に減少するように形作られる、請求項９〜１２のいずれか一項に記載のアクチュエータ構成要素。
【請求項１４】
前記細長い導電部材の少なくとも一部、及び好ましくはそれぞれが、前記長さ方向に関して、前記対応するチャンバのノズルまで至らない、請求項９〜１３のいずれか一項に記載のアクチュエータ構成要素。
【請求項１５】
前記第二の導電材料が前記第一の導電材料よりも大きな導電性を有する、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のアクチュエータ構成要素。
【請求項１６】
前記第一の導電材料が導電性金属酸化物である、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のアクチュエータ構成要素。
【請求項１７】
前記圧電性作動素子の駆動回路への電気的接続を提供する複数のトレースをさらに備え、それぞれの圧電性作動素子の前記第二の層が前記トレースの一つ以上と連続する、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のアクチュエータ構成要素。
【請求項１８】
一つ以上のパッシベーション層をさらに備え、前記一つ以上のパッシベーション層がそれぞれの圧電性作動素子の前記第一の層と前記第二の層の間に配置され、
前記一つ以上のパッシベーション層に複数の開口部が形成され、それぞれの圧電性作動素子について、前記第二の層の一つ以上の部分が、前記対応する第一の層に接触するように前記開口部の一つ以上を通って延在する、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のアクチュエータ構成要素。
【請求項１９】
請求項４に従属する場合、それぞれの開口部がそれぞれの細長い素子に提供される、請求項１８に記載のアクチュエータ構成要素。
【請求項２０】
前記第一の層の覆う部分が、前記厚さ方向及び前記長さ方向に対して垂直である幅方向での幅を有し、
前記第二の層の覆う部分の前記幅の上への前記突起が、前記幅の少なくとも大部分を覆う、請求項１〜１９のいずれか一項に記載のアクチュエータ構成要素。
【請求項２１】
それぞれの圧電性作動素子が、前記第一の層が存在しない領域を含み、前記領域が、前記厚さ方向から見た時に前記対応するノズルと重なる、請求項１〜２０のいずれか一項に記載のアクチュエータ構成要素。
【請求項２２】
前記第二の層の覆う部分の前記面積が、前記第一の層の覆う部分の前記面積の１／５未満であり、１／１０未満であることが好ましい、請求項１〜２１のいずれか一項に記載のアクチュエータ構成要素。
【請求項２３】
前記第二の層が、前記第一の層よりも前記厚さ方向において実質的に厚く、
好ましくは、前記厚さ方向において、前記第二の層が前記第一の層よりも少なくとも５倍厚く、少なくとも１０倍厚いことがより好ましい、請求項１〜２２のいずれか一項に記載のアクチュエータ構成要素。
【請求項２４】
請求項１〜２３のいずれかに記載のアクチュエータ構成要素を備える、液滴堆積ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴堆積ヘッド及びそのためのアクチュエータ構成要素に関する。これは、インクジェットプリントヘッド等のプリントヘッド及びそのためのアクチュエータ構成要素に特に有益な用途を見出し得る。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット印刷等のより伝統的な用途、又は３Ｄ印刷、又は他の材料堆積若しくは迅速なプロトタイピング技法にもかかわらず、液滴堆積ヘッドが現在広く使用されている。したがって、流体は、新たな基板に付着し、かつ堆積した材料の機能性を増加させる新規の化学特性を有し得る。
【０００３】
近年、高い信頼性及びスループットでインクをセラミックタイルに直接堆積させることができるインクジェットプリントヘッドが開発されている。これは、タイル上のパターンが顧客の正確な仕様になるようにカスタマイズされることを可能にし、全てのタイルを在庫する必要性を低減することも可能にする。
【０００４】
他の用途では、インクを織物に直接堆積させることができるインクジェットプリントヘッドが開発されている。セラミック用途と同様に、これは、織物上のパターンが顧客の正確な仕様になるようにカスタマイズされることを可能にし、全ての印刷された織物を在庫する必要性を低減することも可能にする。
【０００５】
さらに他の用途では、液滴堆積ヘッドは、フラットスクリーンテレビ製造で使用されるＬＣＤ又はＯＬＥＤ素子ディスプレイにおける色フィルタ等の素子を形成するために使用され得る。
【０００６】
新たな及び／又はますます困難な堆積用途に好適になるように、液滴堆積ヘッドが進化及び特殊化し続けている。しかしながら、数々の開発が行われてきたが、液滴堆積ヘッドの分野における改善の余地が依然として存在する。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の態様が、添付の特許請求の範囲に記載される。
【０００８】
以下の開示は、複数の流体チャンバを含み、それぞれの流体チャンバがそれぞれのノズル及びそれぞれの圧電性作動素子を備え、それにより対象のチャンバに部分的に結合する膜を変形させることによってノズルの対応する一つを通り対象のチャンバからの流体の吐出を引き起こすよう作動可能である、液滴堆積ヘッドのアクチュエータ構成要素について説明する。
【０００９】
それぞれの圧電性作動素子は、上面及び対向する底面を有し、底面が膜に最も近く、上面及び底面が厚さ方向に離間している圧電部材、圧電部材の前記底面に隣接して配置された下部電極、及び圧電部材の前記上面に隣接して配置された上部電極を含む。
【００１０】
それぞれの上部電極は、第一の導電材料で形成される第一の層と、第二の導電材料で形成される第二の層と、を含み、第一の層は第二の層と圧電部材との間に配置される。
【００１１】
第一の層の少なくとも一部分は、厚さ方向から見た時に圧電部材を覆い、第一の層のこの覆う部分は圧電部材の上面の全体にわたり実質的に延在し、厚さ方向に対して垂直な方向である長さ方向の長さを有し、第一の層の覆う部分の程度は最大であるか最大に近い。
【００１２】
第二の層の少なくとも一部分は、前記厚さ方向から見た時に第一の層及び圧電部材の両方を覆い、第二の層のこの覆う部分は、作動された時に圧電性作動素子の屈曲を収容するように形作られるパターンとして形成される。厚さ方向から見た時、第二の層の覆う部分の面積は、第一の層の覆う部分の面積の実質的に半分未満である。さらに、第一の層の覆う部分の前記長さの上への第二の層の覆う部分の突起は、第一の層の覆う部分の前記長さの少なくとも大部分を覆う。
【００１３】
前記パターンは、実質的に一つ以上の細長い素子から成ってもよい。
【００１４】
それぞれの圧電部材及びそれぞれの第一の層の覆う部分は、前記長さ方向に細長くてもよく、それゆえ前記長さ方向と前記厚さ方向に対して垂直である幅方向を画定してもよい。
【００１５】
前記パターンは、前記長さ方向に延在し、かつ前記幅方向に関して圧電部材上の中心にある軸の周りで概ね対称であってもよい。別の方法として、又は追加的に、前記パターンは、前記幅方向に延在し、前記長さ方向に関して圧電部材上の中心にある軸の周りで概ね対称であってもよい。
【００１６】
厚さ方向から見た時に、それぞれのノズルは、チャンバの対応する一つの中心に概ね位置し得る。
【００１７】
厚さ方向から見た時に、それぞれのノズルは、圧電部材の対応する一つの中心に概ね位置し得る。
【００１８】
アクチュエータ構成要素は、一つ以上のパッシベーション層をさらに含んでもよい。前記一つ以上のパッシベーション層は、それぞれの圧電性作動素子の第二の層、第一の層及び圧電部材の上に配置されてもよい。
【００１９】
前記パターンが実質的に一つ以上の細長い素子から成る場合、それぞれの細長い素子にそれぞれの開口部が提供されてもよい。前記開口部のそれぞれは、前記長さ方向に細長くてもよい。
【００２０】
前記上部電極は、圧電部材の前記上面に形成されてもよい。
【００２１】
前記下部電極は、圧電部材の前記底面に形成されてもよい。
【００２２】
それぞれの圧電性作動素子の第一の層は、実質的に前記覆う部分、及び随意に、圧電部材から離れて延在する一つ以上のトレースから成り得、対象の圧電性作動素子の駆動回路への電気的接続を提供してもよい。別の方法として、又は追加的に、それぞれの圧電性作動素子の第二の層は、実質的に前記覆う部分、及び随意に、圧電部材から離れて延在する一つ以上のトレースから成り得、対象の圧電性作動素子の駆動回路への電気的接続を提供してもよい。
【００２３】
以下の開示は、かかるアクチュエータ構成要素を備えた液滴堆積ヘッドも説明する。かかる液滴堆積ヘッドは、アクチュエータ構成要素に取り付けられている一つ以上のマニホールド構成要素をさらに備えてもよい。かかる液滴堆積ヘッドは、加えて、又は代わりに、例えば、アクチュエータ構成要素により提供される電気トレースによって作動素子に電気的に接続されている駆動回路を含んでもよい。かかる駆動回路は、選択されたチャンバ群からの液滴の吐出を引き起こす駆動電圧信号を作動素子に供給することができ、選択されたチャンバ群は、ヘッドによって受信された入力データの変化によって変化する。
【００２４】
多様な用途の材料要求に合致させるために、広範囲の代替流体が、本明細書に記載される液滴堆積ヘッドにより堆積され得る。例えば、液滴堆積ヘッドは、一枚の紙若しくはカード、又は他の受容媒体、例えば、織物若しくは箔若しくは成形物品（例えば、缶、ボトル等）に移動し得るインクの液滴を吐出して、（液滴堆積ヘッドがインクジェットプリントヘッドであり得、より具体的には、ドロップオンデマンドのインクジェットプリントヘッドであり得る）インクジェット印刷用途の場合と同様に、画像を形成し得る。
【００２５】
あるいは、流体の液滴を使用して構造体を構築することができ、例えば電気的に活性な流体を受容媒体、例えば回路基板上に堆積させて電気デバイスのプロトタイピングを可能にすることができる。
【００２６】
別の例では、（３Ｄ印刷の場合のように）物体のプロトタイプモデルを生成するように、ポリマー含有流体又は溶融ポリマーを、連続した層で堆積し得る。
【００２７】
さらに他の用途では、液滴堆積ヘッドは、生体物質又は化学物質を含有する溶液の液滴をマイクロアレイなどの受容媒体上に堆積させるように適合され得る。
【００２８】
問題の特定の流体を扱えるようにいくつかの改造を行うと、このような別の流体に好適な液滴堆積ヘッドは、プリントヘッドと概して構造が同様であることができる。
【００２９】
以下の開示に記載される液滴堆積ヘッドは、ドロップオンデマンド液滴堆積ヘッドであり得る。かかるヘッドにおいて、吐出された液滴のパターンは、ヘッドに提供される入力データによって異なる。
【００３０】
ここで図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１Ａ】図１Ａは、アクチュエータ構成要素の例示的実施形態を通した端面断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、圧電性作動素子及び膜の上方から見て取った、図１Ａに示すアクチュエータ構成要素の平面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、図１Ａ及び図１Ｂのアクチュエータ構成要素のチャンバの長さに対して垂直に取られた断面図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、チャンバの幅の中間位置でチャンバの縦軸に沿って取られた図１Ａ〜１Ｃのアクチュエータ構成要素の断面図であり、膜は変形された状態と未変形の状態の両方で示されている。
【図１Ｅ】図１Ｅは、圧電性作動素子の上方から見て取った、また膜の変形を図示するために輪郭線を使用する、図１Ａ〜１Ｄに示すアクチュエータ構成要素の平面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、圧電部材の圧電定数の様々な数値についてそれぞれが上部電極の第二の層の異なる面積を持つ、一連のアクチュエータ構成要素の設計について実行された性能モデリングの結果を示すグラフである。
【図２Ｂ】図２Ｂは、第二の層のヤング率の様々な数値についてそれぞれが上部電極の第二の層の異なる面積を持つ、一連のアクチュエータ構成要素の設計について実行された性能モデリングの結果を示すグラフである。
【図３】図３は、図１Ａ〜１Ｅのアクチュエータ構成要素と比較して、第二の層の覆う部分の突起部により第一の層の覆う部分の長さが覆われる度合いがはるかに小さいアクチュエータ構成要素の対照的な例の平面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、アクチュエータ構成要素のさらなる例示的実施形態を通した端面断面図であり、上部電極の第二の層は、その面積の一部のみにわたり第一の層と接触する。
【図４Ｂ】図４Ｂは、圧電性作動素子及び膜の上方から見て取った、図４Ａに示すアクチュエータ構成要素の平面図である。
【図５Ａ−５Ｄ】図５Ａ〜５Ｄは、アクチュエータ構成要素の一連の例示的実施形態を示し、それぞれが第二の層の覆う部分について異なるパターンを持つ。
【図６】図６は、第二の層の二つの細長い素子の間の様々な間隔について、図５Ｃに示す設計について実施された性能モデリングの結果を示すグラフである。
【図７Ａ】図７Ａは、円形断面及び円環形の圧電性作動素子を持つ流体チャンバを有するアクチュエータ構成要素のなおもさらなる例示的実施形態の平面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａのアクチュエータ構成要素の流体チャンバを通る断面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、図７Ａ及び７Ｂのアクチュエータ構成要素の膜及び作動素子の一部分の斜視図であり、膜は変形された状態及び未変形の状態の両方で示されている。
【図７Ｄ】図７Ｄは、チャンバの中心から膜の平面に対して垂直に取られた図７Ａ〜７Ｃのアクチュエータ構成要素の断面図であり、膜は変形された状態及び未変形の状態の両方で示されている。
【図７Ｅ】図７Ｅは、圧電性作動素子の上方から見て取った、また膜の変形を図示するために輪郭線を使用する、図７Ａ〜７Ｄに示すアクチュエータ構成要素の平面図である。
【図８Ａ−８Ｂ】図８Ａ及び８Ｂは、円形断面及び円環形の圧電性作動素子を持つ流体チャンバを有するが、図７Ａ〜７Ｅの例示的実施形態と比較して、上部電極の第二の層について異なるパターンを有する、なおもさらなる例示的実施形態によるアクチュエータ構成要素の平面図である。
【図９Ａ−９Ｂ】図９Ａ及び９Ｂは、円形断面及び円環形の圧電性作動素子を持つ流体チャンバを有するが、図７Ａ〜７Ｅ及び８Ａ〜８Ｂの例示的実施形態と比較して、上部電極の第二の層について異なるパターンを有する、なおもさらなる例示的実施形態によるアクチュエータ構成要素の平面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、図１Ａ、４Ａ〜４Ｂ及び５Ａ〜５Ｄに示す構造のいずれかを持つ上部電極を含み得るアクチュエータ構成要素の例示的実施形態の流体チャンバの長さに沿って取られた平面断面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、流体チャンバのアレイを図示するために図１０Ａに示す平面１Ｂで取られた断面図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、膜の上方から見た図１０Ａ及び図１０Ｂのアクチュエータ構成要素の平面図である。
【図１０Ｄ】図１０Ｄは、図１０Ａ〜１０Ｃに示されるアクチュエータ構成要素の変形バージョンの流体チャンバの長さに沿って取られた平面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図面は原寸に比例したものではなく、特定の特徴がより明瞭に見えるように誇張されたサイズで示されている場合があることに留意されたい。
【００３３】
第一の例示的実施形態によるアクチュエータ構成要素１を図示する図１Ａ及び図１Ｂをまず参照する。
【００３４】
より具体的には、図１Ａは、アクチュエータ構成要素１の例示的実施形態を通る端面断面図を示す。図面は、対応するノズル１８及び圧電性作動素子２２が提供された、流体チャンバ１０を図示している。圧電性作動素子２２は、図１Ａに明瞭に示される膜２０の変形によって、チャンバ１０からノズル１８を通り流体の吐出を引き起こすように（例えば、それらの駆動波形の印加に反応して）作動可能である。図１Ａから明らかである通り、この膜２０はチャンバ１０の一部と境界を接する。
【００３５】
図１Ａによりさらに示すように、圧電性作動素子２２は、圧電部材２４を含む。この圧電部材２４は、典型的には、実質的に圧電材料から成る（圧電性作動素子２２は、圧電材料で形成されない多数の要素を含む）。
【００３６】
圧電部材２４は、任意の好適な製作技法を使用して提供され得る。例えば、ゾルゲル堆積技法、スパッタリング及び／又はＡＬＤを使用して、圧電材料の連続層を堆積させて、圧電性素子２４を形成し得る。
【００３７】
圧電部材２４は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を含み得るが、任意の好適な圧電材料が使用されてもよい。
【００３８】
図１Ａにも示す通り、圧電部材２４に加えて、圧電性作動素子２２は、上部電極２８及び下部電極２６を含む。上部電極２８及び下部電極２６はそれぞれ、圧電部材２４の上面２４１及び底面２４２に隣接して配置される。図面から分かるように、上面２４１及び底面２４２は互いに対向し、それぞれ、膜２０から最も遠い側面及び最も近い側面である。さらに、上面２４１及び底面２４２は、図１Ａで「Ｔ」と表示する矢印で示される厚さ方向に離間している。
【００３９】
当然のことながら、「上」、「底」、「上部」及び「下部」という用語は単に利便性のために使用され、図１Ａに図示する電極の配向を意味し、特に、アクチュエータ構成要素１の使用中に、アクチュエータ構成要素１を下部電極２６の上に垂直に位置付けるよう上部電極２８を配置する必要があることを暗示するものではないことを理解されたい。
【００４０】
アクチュエータ構成要素１の使用中、上部電極２６及び下部電極２８は、例えば、圧電部材２４の変形、それゆえ膜２０を引き起こし、ひいてはノズル１８からの流体の液滴の吐出をもたらすために、圧電部材２４に駆動波形を印加するよう利用され得る。
【００４１】
より詳細には、圧電性作動素子２２による膜２０のこのような変形は、例えば、膜２０の変形から生じるチャンバ１０内の流体の圧力の増加の結果として、ノズル１８からの流体の液滴の吐出を引き起こし得る。
【００４２】
当然のことながら、膜２０の最初の変形と吐出を引き起こす圧力の増加の間にラグタイムがあってもよい。例えば、膜２０は、外向きに変形し得（つまり、チャンバ１０から離れて）、圧力の実質的な即時低下を引き起こし、次に、その後直ぐに、内向きに戻り、圧力の実質的な即時増加を引き起こす。一部の例では、この内向きの動作は、（例えば、駆動波形の好適な設計により）膜２０の最初の外向きの移動によりチャンバ１０内で生じた音波のノズル１８付近への到達と一致させるように好適に時間を合わせてもよい。従って、音波は、膜２０の内向きの動作によって引き起こされる圧力の増加の効果を増強し得る。
【００４３】
さらなる例では、膜２０は、それがチャンバ１０に向かって内向きにまず変形するように単に作動され得、これにより、液滴の吐出を引き起こす圧力の実質的な即時増加を引き起こす。これらは、膜２０及び作動素子２２を利用する作動機構の数例に過ぎず、特定の用途に応じて他の機構も好適であり得ることが理解される。
【００４４】
電極という主題、より具体的には上部電極２８に戻ると、図１Ａから、上部電極２８は、第一の導電材料から形成され、圧電部材２４の上面２４１の全体にわたり実質的に延在する第一の層２８１と、第二の導電材料から形成され、第一の層２８１を覆う第二の層２８２と、を含むことが分かる。
【００４５】
上部電極２８の第一の層２８１及び第二の層２８２の相対的配置をさらに説明するために、圧電性作動素子２２及び膜２０の上方から見た、図１Ａに示すアクチュエータ構成要素１の平面図である図１Ｂに注意を向ける。
【００４６】
図１Ｂから分かるように、図１Ａ及び１Ｂの特定の例示的実施形態では、チャンバ１０は細長く、図１Ｂに示す縦軸Ｘ−Ｘを持つ。それにもかかわらず、これは必須ではなく、下記の図７Ａ〜７Ｅ、８Ａ〜８Ｂ及び９Ａ−９Ｂの例示的実施形態の説明から理解される通り、チャンバ１０はさまざまな形状を有してもよい。
【００４７】
さらに図１Ｂから分かるように、図１Ａ及び１Ｂの特定の例示的実施形態では、圧電部材２４もまた細長く、具体的には、チャンバ１０と同じ方向に細長く、縦軸Ｘ−Ｘに沿って延在する。しかしながら、下記の図７Ａ〜７Ｅ、８Ａ〜８Ｂ及び９Ａ−９Ｂの例示的実施形態から理解されるように、圧電部材２４は同様にさまざまな形状を有してもよい。さらに、好都合ではあるが、圧電部材２４及びチャンバ１０がどちらも細長い場合にその縦軸が平行であることは必須ではない。さらに、チャンバ１０それ自体が細長くない場合でも細長い圧電部材２４を使用し得ることが理解されるべきである。
【００４８】
図１Ｂは、第一の層２８１が圧電部材２４の上面２４１の全体にわたり実質的に延在する方法を明らかに示す。結果として、圧電部材２４の面取りされた側面及び端部のみが図１Ｂの平面図から見えることが理解される。
【００４９】
さらに、図１Ａ及び１Ｂの例示的実施形態の圧電部材２４は細長いため、第一の層２８１も、上面２４１の全体にわたり実質的に延在する結果として同様に細長く、縦軸Ｘ−Ｘに沿って延びる長さ方向（厚さ方向Ｔに対して垂直な程度が最大である方向）を有する。図１Ｂに示すように、第一の層２８１はこの長さ方向の長さｌ及び長さ方向に対して垂直な幅方向の幅ｗ１を有する。
【００５０】
より一般には、第一の層２８１が圧電部材２４の上面２４１の全体にわたり実質的に延在することの潜在的な結果は、電流集中効果を減少させ得ることである。一般に、一定の電流密度は、圧電部材２４の上面２４１の実質的に全体にわたり達成され得る。電流集中により、局部的な過熱及び「熱ホットスポット」の形成が生じる可能性があり、極端な場合は熱暴走をもたらす。
【００５１】
一定の例では、第一の層２８１は、例えば、第一の層２８１が形成される導電材料（第一の導電材料）の適切な選択の結果として、追加的な機能を提供し得る。
【００５２】
こうした追加的な機能の一例として、第一の層２８１は、酸素空孔シンク層として機能し得る。こうした酸素シンク層が存在しない場合、一部の場合には、このような酸素空孔が圧電部材２４と上部電極２８との間の界面に蓄積し得る。経験的に、このような酸素空孔の蓄積は分極疲労に関連していることが多く、分極疲労を呈する装置では電極の近くでの酸素濃度の低下が見られ、圧電部材２４／電極２８の界面近くでの酸素空孔濃度の増加を示す。
【００５３】
特に（ただし排他的ではないが）第一の層２８１が酸素バリア層として機能する場合、第一の導電材料が金属酸化物であることが適切であり得る。このような金属酸化物は、酸素空孔のシンクとして作用してもよく、第二の層２８２などの装置の他の層への移動を防止し得ると考えられる。好適な金属酸化物の例には、ＲｕＯｘ、ＲｈＯｘ（第二の層２８２の材料がＰｔである場合に第一の層２８１の材料として特に好適であり得る）、ＩｒＯ２（第二の層２８２の材料がＩｒである場合に第一の層２８１の材料として特に好適であり得る）、Ｌａ１−ｘＳｒｘＣｏＯ３（ＬＳＣＯ）、ＳｒＲｕＯ３（ＳＲＯ）、及びＬａＮｉＯ３（ＬＮＯ）を含む。
【００５４】
第一の層２８１が提供する追加的な機能の別の例を提供すると、圧電部材２４が鉛（ＰＺＴ、ＰＭＴ−ＰＴ又はＰＺＴ−ＰＴなど）を含む圧電材料から成る場合、第一の層２８１は鉛拡散に対するバリアとして機能し得る。
【００５５】
実際には、Ｐｂが圧電性／電極の界面から枯渇すると、酸素空孔がＰｂ１−ｘ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３−ｘに従いＰｂ損失に比例して形成されるため、鉛拡散は酸素空孔の拡散に関連すると想定される。
【００５６】
したがって、第一の層２８１が鉛拡散バリアとして機能する場合、第一の導電材料がＲｕＯｘ、Ｐｔ／ＲｈＯｘ、ＩｒＯ２／Ｉｒ、Ｌａ１−ｘＳｒｘＣｏＯ３（ＬＳＣＯ）、ＳｒＲｕＯ３（ＳＲＯ）、及びＬａＮｉＯ３（ＬＮＯ）などの金属酸化物であることが適切であり得る。
【００５７】
第一の層２８１の機能性のこうした２つの特定の例は、第一の層２８１の機能のより一般的な例と見なすことができ、それにより第一の層２８１は空孔トラップ層として作用する。ここでも、このような場合には、第一の導電材料が金属酸化物（上述のものの一つなど）であることが適切であり得る。しかしながら、第一の層２８１が空孔トラップ層として作用するために第一の導電材料が金属酸化物であることは必須ではない。
【００５８】
上述の例のいくつかは、第一の導電材料を金属酸化物として説明しているが、これは必須ではなく、任意の好適な材料を使用できることが理解されるべきである。したがって、第一の導電材料は、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、マンガン（Ｍｎ）、及び／又は金（Ａｕ）などの材料を含み得る。
【００５９】
製造という点で、第一の層２８１は、スパッタリング及び／又は蒸着技術など、任意の好適な技術を使用して形成され得る。
【００６０】
第二の層２８２を参照すると、多くの実施形態において、これは第一の導電材料（第一の層２８１が形成されるもの）とは異なる導電材料（第二の導電材料）から形成される。これは、例えば、第一の層２８１及び第二の層２８２がアクチュエータ構成要素に異なる機能を提供することを可能にし得る。例えば、第一の導電材料は、第一の層２８１が上記の機能のうちの一つ（又はその他の機能）を提供するよう選択され得、第二の導電材料はその他の有用な機能を提供し得る。一つの顕著な例は、第一の導電材料と比較してより大きな導電性を持つように第二の導電材料が選択され得ることである。したがって（又はさもなければ）、第二の導電材料は、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）及び／又は金（Ａｕ）などの材料又は適切な合金を含み得る。こうした材料は、特に（ただし排他的ではないが）第一の導電材料が金属酸化物である場合に利用され得る。
【００６１】
それでもなお、一部の場合（例えば、特定の導電材料を使用する場合）は、第一及び第二の導電材料が同じであるアクチュエータ構成要素を提供することが適切であり得る。下記の考察から理解される通り、本明細書で説明した第一の層２８１及び第二の層２８２を持つ実施形態は、第一及び第二の導電材料が例えば、機械的要因の結果として同じであっても、有用であることが判明し得る。
【００６２】
製造という点で、第二の層２８２は、例えば、第一の層２８１に関して上記に挙げたものと類似する技術を使用して形成されてもよい。こうして、スパッタリング及び／又は蒸着技術が利用され得る。しかしながら、任意の好適な技術を採用し得ることが理解される。
【００６３】
下部電極２６を参照すると、これは、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、酸化イリジウム（Ｉｒ２Ｏ３）、Ｉｒ２Ｏ３／Ｉｒ、アルミニウム（Ａｌ）及び／又は金（Ａｕ）等の任意の好適な材料を含み得る。下部電極２６は、例えば、スパッタリング及び／又は蒸着技法などの任意の好適な技法を使用して形成され得る。
【００６４】
さらに、上記の説明は、上部電極２８の複数層を強調し（すなわち、上部電極２８の第一の層２８１及び第二の層２８２）、下部電極２６は図１Ａでは単一の層として一般に示されているが、これは下部電極２６を単一の層として形成することが必須であることを暗示するものではない。したがって、一部の実施形態では、下部電極２６は異なる材料の複数の層で形成され得ることが理解されるべきである。
【００６５】
チャンバ１０のノズル１８を参照すると、図１Ａから明らかである通り、示された特定の例示的実施形態では、これは、チャンバの長さ方向（図１Ｂに縦軸Ｘ−Ｘで示す）に関してチャンバ１０の概ね中心に位置している。しかし、当然のことながら、その他の例では、ノズル１８は、チャンバ１０の端部に（例えば、チャンバの長さに関して端部）等、異なる場所に提供され得る。
【００６６】
製造という点で、ノズル１８は、化学エッチング、ＤＲＩＥ、又はレーザーアブレーション等の任意の好適なプロセスを使用して形成され得る。
【００６７】
図１Ａ及び１Ｂに説明される例示的実施形態では、ノズル１８は、その直径が、その入口からその出口に小さくなるように、先細にされる。ノズル出口の直径は、例えば、１５μｍ〜１００μｍであってもよい（しかし、いくつかの用途では、この範囲外の直径が適切であり得る）。
【００６８】
ノズル１８のテーパ角度は、図１Ａに示される通り、実質的に一定であり得るか、又は入口と出口との間で変動し得る。例えば、ノズル１８は、その出口においてよりその入口においてより大きなテーパ角度を有してもよい（又は逆も真なり）。
【００６９】
その他の例では、ノズル１８は先細りされず、その入口と出口との間に実質的に一定の直径を有してもよい。
【００７０】
図１Ａ及び１Ｂに示す例示的実施形態では、（厚さ方向Ｔから見た時に）第二の層２８２が第一の層２８１及び圧電部材２４の両方の実質的に全体を覆うことに留意されたいが、当然のことながら、その他の例では、（再び、前記厚さ方向Ｔから見た時に）第二の層２８２の部分が第一の層２８１及び圧電部材２４を超えて延在してもよい。こうした部分は、例えば、膜２０にわたり延びるトレース３２と接合して、上部電極２８の電気的接続、ひいては圧電部材２４の駆動回路への電気的接続を提供し得る。図４Ａ〜４Ｂを参照して下記で考察するように、第二の層２８２は、一部の場合には、こうしたトレース３２と一体型及び／又は連続的に形成され得る。
【００７１】
同様に、図１Ａ及び１Ｂに示す例示的実施形態では、（厚さ方向Ｔから見た時に）第一の層２８１の全体が圧電部材２４を覆うことにも留意されたい。しかしながら、当然のことながら、他の例では、（再び前記厚さ方向Ｔから見た時に）第一の層２８１の部分は圧電部材２４を超えて延在してもよい。例えば、第一の層２８１の部分は、圧電部材２４に隣接した膜２０の一部にわたり延在してもよい。
【００７２】
発明者らは、第一の層２８１及び圧電部材２４の両方を覆う第二の層２８２の部分（以下では「第二の層の覆う部分」と呼び、図１Ａ及び１Ｂの例示的実施形態では、第二の層２８２の実質的に全体に対応する）の構成は、それにもかかわらず、特に重要であると考える。同様に、圧電部材２４を覆う第一の層２８１の部分（以下では「第一の層の覆う部分」と呼び、図１Ａ及び１Ｂの例示的実施形態では、第一の層２８１の実質的に全体に対応する）の構成も同じく特に重要であると考える。より具体的には、第一の層２８１の覆う部分に対する第二の層２８２の覆う部分の設計が特に重要であると考えられ、これから説明する。
【００７３】
より詳細には、広範にわたる試験により、発明者らは、第一の層２８１の覆う部分及び第二の層２８２の覆う部分の適切な設計によって、圧電性作動素子２２に、ひいてはアクチュエータ構成要素１全体に高いレベルの効率が与えられ得ると判断した。当然のことながら、例えば、数パーセント台の比較的軽微な効率の増加であっても、圧電性作動素子、ひいてはアクチュエータ構成要素１の寿命を有意に延ばし得る。
【００７４】
より具体的には、発明者らが実施した試験は、圧電性作動素子２２にこのような高いレベルの効率を与える大きな要因は、（厚さ方向Ｔから見た時の）第二の層２８２の覆う部分の面積と第一の層２８１の覆う部分の面積との比率であることを示す。より具体的には、発明者らは、多くの場合、第二の層２８２の覆う部分の面積が第一の層２８１の覆う部分の面積のごく一部となるように上部電極２８を構成することが作動素子２２に高い効率をもたらし得る、と判断した。
【００７５】
図１Ａ及び１Ｂの比較から明らかであるように、第二の層２８２の覆う部分はパターンとして形成されると見なされ得る。図１Ａ及び１Ｂの特定の例示的実施形態では、このパターンは単一の細長い素子２８５から成り、これは第一の層２８１の覆う部分の長さ方向（図１Ｂに縦軸Ｘ−Ｘで示す）に細長く、第二の導電材料の細長い細片として説明され得る。
【００７６】
最初の一連のこうした試験で、図１Ａ及び１Ｂに示すものと概ね同じ設計の一連のアクチュエータ構成要素設計について計算モデリングを実行したが、各設計の細長い素子２８５は異なる幅ｗ２を有した（第一の層２８１の覆う部分と同じ幅方向で、すなわち、図１Ｂの縦軸Ｘ−Ｘに対して垂直に測定した）。チャンバ１０、第一の層２８１の覆う部分、及び細長い導電性素子２８５（それぞれ、ｗｃ、ｗ１、ｗ２）の幅を、図１Ｂに明瞭に図示する。
【００７７】
一連の設計のそれぞれについて、細長い素子２８５の長さは、その長さ方向（図１Ｂの縦軸Ｘ−Ｘで示す）での第一の層２８１の長さｌに等しかった。第一の層２８１の覆う部分の幅ｗ１及び長さｌはすべての設計について同じままとし、図１Ａ及び１Ｂから理解されるように、第一の層２８１の覆う部分は圧電部材２４の上面の全体にわたり実質的に延在する。
【００７８】
このようにして、第二の層２８２の覆う部分の面積を一連の設計にわたって漸進的に変化させ、その一方で第一の層２８１の覆う部分の面積は同じままとした。
【００７９】
細長い素子２８５の幅ｗ２を変化させることに加え、細長い素子２８５の厚さも変化させた。より具体的には、幅ｗ２の変化に反比例して厚さを変化させた。当然のことながら、これは、細長い素子２８５の断面積（図１Ｂで縦軸Ｘ−Ｘによって示され、長さ方向に対して垂直）、ひいては導電性がすべての設計について同じとなる結果をもたらす。これにより、細長い素子２８５の幅の変化の機械的影響を他の影響とより簡単に区別し、試験できるようになる。
【００８０】
ここで、このような一連のアクチュエータ構成要素設計について実行した性能モデリングの結果を示すグラフである図２Ａを参照する。具体的には、図２Ａは、圧電部材２４の圧電定数ｅ３１，ｆのさまざまな数値に対する各設計の膜２０の変位量を示し、定電場強度として１０Ｖ／μｍを印加した。
【００８１】
図２Ａから明らかであるように、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、及びＥと表示した５つの設計を試験した。設計Ａでは、細長い素子２８５は、第一の層２８１の覆う部分の幅と等しい幅の値を有し、設計Ｂ、Ｃ、Ｄ、及びＥでは、細長い素子２８５は、それぞれ、この幅の１／２、１／５、１／１０及び１／２０の幅を有した。逆に、設計Ａでは、細長い素子２８５は、第一の層２８１の覆う部分の厚さに等しい厚さを有し、設計Ｂ、Ｃ、及びＤでは、細長い素子２８５は、それぞれ、２倍、５倍、１０倍、及び２０倍の厚さを有した。
【００８２】
モデリング対象となった設計において、第一の導電材料（第一の層２８１が形成されるもの）は酸化イリジウム、第二の導電材料（第二の層２８２が形成されるもの）はイリジウムであった。それでもなお、図２Ｂを参照して下記で考察するように、幅広い同様の傾向がその他の適切な導電材料でも観察されることが予想され得る。
【００８３】
図２Ａから明らかであるように、第一の層２８１の覆う部分の幅に等しい値（設計Ａ）から第一の層２８１の覆う部分の幅の半分の値（設計Ｂ）への細長い素子２８５の幅ｗ２の初回の減少は、膜２０のより低い変位をもたらす。しかしながら、細長い素子２８５の幅が、第一の層２８１の覆う部分の値の１／５（設計Ｃ）にさらに減少すると、膜変位という点での性能は、設計Ａのレベルまで回復する。細長い素子２８５の幅が、第一の層２８１の覆う部分の値の１／１０（設計Ｄ）までなおもさらに減少すると、膜変位という点での性能は設計Ａよりも向上する。細長い素子２８５の幅が、第一の層２８１の覆う部分の値の１／２０（設計Ｅ）までなおもさらに減少すると、膜変位という点での性能のさらなる向上が見られる。すべての設計において、前の設計と比較して幅が減少した場合は、細長い素子２８５の厚さを対応して増加させている。
【００８４】
したがって、図２Ａの結果は、（厚さ方向Ｔから見た時の）第二の層２８２の覆う部分の面積が第一の層２８１の覆う部分の面積のごく一部である場合に、高いレベルの効率が圧電性作動素子２２に与えられ得ることを示す。
【００８５】
圧電性作動素子２２によって生じる変位量に対する細長い素子２８５の材料のヤング率の効果を調査するために、さらなるモデリングを実施した。こうしたモデリングの結果を図２Ｂに示す。
【００８６】
より具体的には、図２Ｂは、細長い素子２８５のヤング率の様々な値に対して、設計Ａ〜Ｅのそれぞれについての膜２０の変位量を示す。分かるように、図２Ａを参照して上述したものと幅広く類似する傾向が、ヤング率の大半の値にわたっても見られる。具体的には、第一の層２８１の覆う部分の幅に等しい値（設計Ａ）から第一の層２８１の覆う部分の幅の半分の値（設計Ｂ）への細長い素子２８５の幅ｗ２の初回の減少は、膜２０のより低い変位をもたらす。しかしながら、細長い素子２８５の幅が第一の層２８１の覆う部分の幅の１／５の値（設計Ｃ）までさらに減少するにつれて、膜変位という点での性能は、少なくとも細長い素子２８５のヤング率が約１５０ＧＰａより大きい場合には回復する。細長い素子２８５の幅が第一の層２８１の覆う部分の幅の１／１０の値（設計Ｄ）までなおもさらに減少すると、膜変位という点での性能は向上する。さらに、こうした向上は幅広いヤング率について観察される。また細長い素子２８５の幅が第一の層２８１の覆う部分の幅の１／２０の値（設計Ｅ）までなおもさらに減少すると、膜変位という点での性能のなおもさらなる向上が見られ、さらには、実質的に全てのヤング率について見られる。前述したように、細長い素子２８５の幅が前の設計と比較して減少した場合は、細長い素子２８５の厚さを対応して増加させている。
【００８７】
それゆえ、図２Ｂの結果は、（厚さ方向Ｔから見た時の）第二の層２８２の覆う部分の面積が第一の層２８１の覆う部分の面積のごく一部に過ぎない場合に、高いレベルの効率が圧電性作動素子２２に与えられ得る、というさらなる証拠を提供する。さらに、結果は、この傾向が広範囲のヤング率についても当てはまることを示す。
【００８８】
図２Ａ〜２Ｂにその結果を示すモデリングには、細長い素子２８５の幅ｗ２の変化が関与するものの、これは第二の層２８２の覆う部分の面積を変化させる一つの方法に過ぎず、例えば、幅ｗ２に加えて又はその代わりにこのような細長い素子２８５の長さを変化させる類似の傾向も予想され得ることが理解されるべきである。さらに、図５Ａ〜５Ｄ、７Ａ〜７Ｅ、８Ａ−８Ｂ及び９Ａ−９Ｂを参照して下記で考察するように、図１Ａ及び１Ｂに示す単一の細長い素子２８５よりも複雑なパターンを第二の層２８２の覆う部分に利用してもよい。
【００８９】
ここで図１Ｂに戻ると、第一の層の覆う部分２８１の長さｌ（図１Ｂでは縦軸Ｘ−Ｘに平行）の上への第二の層２８２の覆う部分の突起は、長さｌの実質的に全体を覆うことに留意されたい。第二の層２８２の覆う部分の突起が第一の層２８１の覆う部分の長さの大きな部分を覆うことの潜在的な結果は、第二の層２８２から第一の層２８１への電流拡散により生じる著しい追加的抵抗が回避されることである。対照的に、覆われる度合いがより低いことは、著しい広がり抵抗をもたらし得、これが追加的な電圧降下を引き起こす。
【００９０】
図１Ａ及び１Ｂの例示的実施形態では、第一の層２８１の覆う部分の長さの上への第二の層２８２の覆う部分の突起は、第一の層２８１の覆う部分の長さｌの実質的に全体を覆うが、第一の層２８１の覆う部分の長さ（図１Ｂに縦軸Ｘ−Ｘで示す）の上への第二の層の覆う部分２８２の突起が第一の層２８１の覆う部分の少なくとも大部分を覆う実施形態が、著しい追加的な広がり抵抗を回避するのに好適であり得るとより一般に考えられる。
【００９１】
当然のことながら、多くの場合、第二の層２８２の覆う部分の突起により第一の層２８１の覆う部分の長さをこのような度合いで覆うというこの要件は、第二の層２８２の覆う部分の面積は第一の層２８１の面積のごく一部であるという要件を相殺する要件である。
【００９２】
図１Ａ〜１Ｅの例示的実施形態における、第二の層２８２の覆う部分の突起により第一の層２８１の覆う部分の長さが覆われる度合いの高いことを、図３の覆われる度合いがより低いアクチュエータ構成要素の対照的な例と対照することができる。圧電性作動素子２２及びアクチュエータ構成要素の膜２０の上方から見た平面図である図３から分かる通り、第二の層２８２の覆う部分は、例えば、圧電性作動素子２２を覆うパッシベーション層（図示せず）を通って延在しうる電気ビアと類似の方法で機能し得る２つの部分２８２（１）、２８２（２）から成る。さらに図３から分かるように、２つの部分２８２（１）、２８２（２）は両方を合わせても、（厚さ方向から見た時の）第一の層２８１の覆う部分よりもかなり小さい面積を有する。
【００９３】
したがって、図１Ａ〜１Ｅのアクチュエータ構成要素と同様に、図３のアクチュエータ構成要素において、第二の層の覆う部分２８２は、（厚さ方向から見た時に）第一の層２８１の覆う部分の対応する面積の小さい割合である面積を有する。さらに、図１Ａ〜図１Ｅのアクチュエータ構成要素と同様に、図３に示すアクチュエータ構成要素では、第一の層２８１の覆う部分は、圧電部材２４の上面の全体にわたり実質的に延在する。しかしながら、図１Ａ〜１Ｅのアクチュエータ構成要素とは対照的に、図３のアクチュエータ構成要素では、第一の層の覆う部分２８１の長さｌの上への第二の層２８２の覆う部分の突起は、長さｌのごく一部のみを覆う。第二の層２８２の覆う部分の突起によって覆われる長さｌの割合を、長さｌを示す両矢印に対して平行に伸びる太線で図３に図示する。上述のように、このように覆う度合いが低いことは、第二の層２８２から第一の層２８１への電流拡散に起因する著しい抵抗をもたらし得る。
【００９４】
図１Ａ〜１Ｅの例示的実施形態の第二の層２８２の覆う部分のパターンという主題に戻ると、発明者らは、一般に、パターンは、作動された時に圧電性作動素子２２の屈曲を収容できるように形作られるべきと考える。発明者らは、多くの場合、これは圧電性作動素子２２に特に高いレベルの効率を与えることができ、ひいては全体的により効率的なアクチュエータ構成要素１を提供し得ると判断した。
【００９５】
上記の考察から、多くの場合、第二の層２８２の覆う部分が以下の条件を満足することを条件として、高い効率で、かつ第二の層２８２から第一の層２８１への電流拡散の大幅な追加的抵抗のないアクチュエータ構成要素１を提供することが可能であることが理解され得る。
１．（厚さ方向から見た時に）第一の層２８１の覆う部分の面積のごく一部である面積を有する。
２．長さ方向（第一の層の覆う部分の程度が最大又は最大に近い厚さ方向に対して垂直の方向）での第一の層２８１の覆う部分の長さの上へのその突起が、その長さの少なくとも大部分を覆う。
３．作動された時に圧電性作動素子２２の屈曲を収容するように形作られるパターンとして形成される。
【００９６】
発明者らは、第二の層２８２の覆う部分のパターンの選択において、変形した時の膜２０の形状を考慮することによって、圧電性作動素子２２に対する高いレベルの効率が与えられ得るとさらに考える。これは、上記の条件（３）を満たすパターンを特定するアプローチの例と見なされ得る。図１Ａ及び１Ｂのアクチュエータ構成要素の第二の層２８２の覆う部分のパターンは、図１Ｃ〜１Ｅの助けを借りて理解され得るような方法で選択されており、ここでは圧電性作動素子２２によって変形された時の膜２０の形状を図示している。
【００９７】
これに関して、チャンバ１０の長さに沿って中間位置（図１Ｅに示す）でチャンバ１０の長さに対して垂直に取られた、図１Ａ及び１Ｂのアクチュエータ構成要素１の断面図である図１Ｃにまず注意を向ける。明確にするために、圧電性作動素子２２を図１Ｃ〜１Ｅに単一の要素として示すが、その構造は図１Ａ及び１Ｂのものと同じであり、そのため、下部電極２６、圧電部材２４及び上部電極２８を含み、次に第一の層２８１及び第二の層２８２を含むことが理解される。
【００９８】
上述のように、圧電性作動素子２２の作動は、チャンバ１０に結合される膜２０の変形を引き起こす。こうして変形された膜２０の構成を破線２０’で図１Ｃに示す。分かるように、膜２０の最大の撓みは、チャンバ１０の中心であり、膜の撓みはチャンバ１０の側面に向かって概ね滑らかに減少する。示される具体的な例では、撓みは、チャンバ１０の幅方向の距離に対して非常にほぼ正弦（縦軸Ｘ−Ｘに垂直に）である。
【００９９】
次に、チャンバ１０の幅全体にわたり中間位置（図１Ｅに示す）でチャンバ１０の縦軸に沿って取られた、図１Ａ及び１Ｂのアクチュエータ構成要素１の断面図である図１Ｄに注意を向ける。分かるように、膜２０の最大の撓みは再びチャンバ１０の中心であり、膜の撓みはチャンバ１０の側面に向かって一般に滑らかに減少する。ところが、図１Ｄを図１Ｃと比較することで理解され得る通り、膜２０の幅の撓みプロファイルは非常にほぼ正弦である一方、長さの撓みプロファイルはほぼ一定の撓みを持つ大きな割合を含む。
【０１００】
図１Ａ〜１Ｄに示すアクチュエータ構成要素１の圧電性作動素子２２及び膜２０の上方から見た平面図である図１Ｅを参照すると、膜２０の変形がなおもさらに詳細に示されている。具体的には、輪郭線２０１、２０２、２０３が示され、そのそれぞれが、圧電性作動素子２２が作動された時に厚さ方向Ｔで同じ量の撓みを持つ膜２０上の点を示す。このようにして、圧電性作動素子２２の作動によって撓んだ時の膜の傾斜がより良好に理解され得る。
【０１０１】
第二の層２８２の細長い素子２８５は、経路、特に直線経路（図１Ｅでは水平に延在）に従うと見なされ得ることが、図１Ｅから明らかである。図１Ｃ〜１Ｅと図１Ｂとの比較から明らかであるように、細長い素子２８５の経路は、細長い素子２８５の下にある膜２０の部分の撓みの輪郭に対して概ね垂直に延在する。これは、細長い素子２８５の経路が、その撓んだ状態（すなわち、圧電性作動素子２２の作動によって撓んだ時）での膜の傾斜に概ね従う又は平行に延在することを示す。発明者らは、第二の層２８２の覆う部分のこのようなパターンが、圧電性作動素子２２に特に高いレベルの柔軟性をもたらし得、結果として、作動素子２２、及び多くの場合にはアクチュエータ構成要素１全体に高いレベルの効率をもたらし得ると判断した。
【０１０２】
また、圧電部材２４も同様に経路、特に直線経路（図１Ｅでは水平に延在）に従うと考えられ得ることが、図１Ｅから明らかである。より具体的には、図１Ｂ及び１Ｅから明らかであるように、細長い素子２８５は、圧電部材２４が従う経路に対して平行な経路に従うように形作られる。これは、圧電性作動素子２２の屈曲を収容し、それゆえ、作動素子２２に高いレベルの効率を提供することを支援でき得ると考えられる。
【０１０３】
それにもかかわらず、図１Ａ〜１Ｅは、作動された時に圧電性作動素子２２の屈曲を収容するように形作られた第二の層２８２の覆う部分のパターンの一例を提供するに過ぎないことを理解されたい。具体的には、この圧電性作動素子２２のこうした屈曲を収容するために、第二の層２８２のパターンが一般に、このような細長い素子２８５（細長い素子２８５の下にある膜２０の部分の撓みの輪郭に対して概ね垂直に延在、その撓んだ状態での膜２０の傾斜に対して概ね平行、及び／又は圧電部材２４が従う経路に概ね平行な経路に従うもの）から成ることが必須ではないことに留意されたい。さらに、パターンが細長い素子から構成されることも必須ではなく、当業者であれば、さまざまなパターンが、作動された時に圧電性作動素子２２の屈曲を収容する要件を満たし得ることを理解する（ただし、このようなパターンが、厚さ方向Ｔから見た時に、第一の層２８１の覆う部分のごく一部の面積を有することが条件となる）。
【０１０４】
図１Ａ及び１Ｂの例示的実施形態では、（厚さ方向Ｔから見た時に）第二の層２８２の覆う部分は、第二の層２８２の覆う部分の面積に実質的に等しい接触面積にわたり第一の層２８１の覆う部分と接触することに留意されたいが、これは必須ではないことを理解されたい。したがって、その他の例では、第二の層２８２の覆う部分は、一つ以上の接触領域にわたり第一の層２８１の覆う部分に接触し得、これは（再び厚さ方向Ｔから見た時に）第二の層２８２の覆う部分の面積よりも低い面積を持つ。
【０１０５】
こうした例示的実施形態を図４Ａ及び４Ｂに示す。アクチュエータ構成要素１の例示的実施形態を通る端面断面図を示す図４Ａをまず参照すると、アクチュエータ構成要素１のチャンバ１０、膜２０、圧電部材２４、上部電極２８及び下部電極２６が明瞭に見える。図１Ａ〜１Ｅの例示的実施形態と同様に、上部電極２８は、第一の層２８１及び第二の層２８２を含み、これはそれぞれ、第一の層２８１の覆う部分及び第二の層２８２の覆う部分を含む。さらに、第二の層２８２は、図１Ａ〜１Ｅの例示的実施形態に関して上記に定めた条件（１）〜（３）を満たす。したがって、アクチュエータ構成要素１は、高い効率で動作することができ、第二の層２８２から第一の層２８１への電流拡散による著しい追加的抵抗を経験しない場合がある。
【０１０６】
図４Ａに示すアクチュエータ構成要素１の圧電性作動素子２２及び膜２０の上方から見た平面図である図４Ｂを次に参照すると、上部電極の第一の層２８１及び第二の層２８２の形状がより完全に理解され得る。第一の層２８１が圧電部材２４の上面２４１の全体にわたり実質的に延在するため、圧電部材２４の面取りされた側面のみが図４Ｂの平面図に示されている。
【０１０７】
図４Ａと図４Ｂの比較から、第二の層２８２の覆う部分は、接触領域２８１１上で第一の層２８１の覆う部分に接触し、これは（厚さ方向Ｔから見た時に）第二の層２８２の覆う部分の面積よりも少ない面積（「接触面積」）を有することが明らかである。それでもなお、第一の層２８１と第二の層２８２との間での著しい広がり抵抗を回避するために、この接触面積は一般に第二の層２８２の覆う部分の面積の四分の一以上であるべきと考えられる。
【０１０８】
図４Ｂはまた、図４Ａ及び４Ｂの特定の例示的実施形態では、上部電極の第二の層２８２が、第二の層２８２の覆う部分（第一の層２８１の覆う部分と圧電部材２４の両方を覆う部分）だけでなく、圧電部材２４から離れて膜２０にわたり延在するさらなる部分を含み、これがトレース３２として形成されることを示す。このトレース３２は、例えば、上部電極２８の電気的接続、ひいては圧電性作動素子２２の駆動回路への電気的接続を提供し得る。それゆえ、このようなトレース３２は、上部電極の第二の層２８２と一体型及び／又は連続的に形成されてもよく、これは圧電性作動素子２２に信頼できる電気的接続を提供し得る。
【０１０９】
ここで図４Ａに戻ると、アクチュエータ構成要素１は、上部電極の第一の層２８１と第二の層２８２との間に配置されたパッシベーション層２９を含むことが明らかである。分かるように、開口部２９１（又は窓部）がパッシベーション層２９内に形成され、接触領域２８１１上の上部電極の第一の層２８１に接触するように、上部電極の第二の層２８２の部分がこの開口部２９１を通って延在する。（厚さ方向Ｔから見た時の）開口部２９１及び接触領域２８１１は第二の層２８２の覆う部分と比較してより小さい面積であることが、図４Ｂから明らかである。
【０１１０】
さらに図４Ａから分かるように、パッシベーション層２９は、例えば、圧電性作動素子２２の実質的に全体にわたり保護及び電気的に絶縁するように、圧電部材２４の側面（特定の例示的実施形態では面取りされたものとして図示）及び下部電極２６にわたり延在する。図４Ａ及び４Ｂには一つの圧電性作動素子２２のみが示されているが、アクチュエータ構成要素は通常、多数の類似の作動素子２２を含むアレイを含むことが理解される。同じパッシベーション層２９が、このアレイ内で他の圧電性作動素子２２にわたり同様に延在してもよい。
【０１１１】
さらに、図４Ａ及び４Ｂでは一つのみのパッシベーション層が示されているが、当然ながら、任意の好適な数のパッシベーション層を採用してもよいことが理解されるべきである。例えば、上部電極の第一の層２８１と第二の層２８２との間のパッシベーション層に加えて、第二の層２８２全体、第一の層２８１全体、及び圧電部材２４の上に配置されるさらなるパッシベーション層が提供されてもよい。
【０１１２】
さらに、図１Ａ〜図１Ｅの例示的実施形態は、一つ以上のパッシベーション層を同様に含むことができることが理解されるべきである。例えば、こうしたパッシベーション層は、アクチュエータ構成要素１内の各圧電性作動素子２２の上部電極の第二の層２８２、第一の層２８１及び圧電部材２４の全体にわたり配置され得る。
【０１１３】
図１Ａ〜１Ｅ及び図４Ａ〜４Ｂに図示した例示的実施形態では、上部電極２８は、圧電部材２４の上面に形成されたものとして示されている。しかしながら、他の例では、一つ以上の介在層が、圧電部材２４の上部電極２８と上面２４１との間に提供されてもよい。こうした介在層は、例えば、一つ以上の接着層を含み得る。
【０１１４】
同様に、図１Ａに図示した例示的実施形態では、下部電極２６は、圧電部材の底面２４２上に形成されるように示されているが、他の例では、一つ以上の介在層が圧電部材の下部電極２６と底面２４２との間に提供されてもよい。こうした介在層は、例えば、一つ以上の接着層を含み得る。
【０１１５】
さらに、図１Ａ及び１Ｂの例示的実施形態では、圧電部材２４及び第一の層２８１は長さ方向に細長いものとして図示されるが、これは必須ではなく、その他の実施形態（図７Ａ〜７Ｅ、８Ａ〜８Ｂ及び９Ａ−９Ｂに示すものなど）異なる形状であり得る。
【０１１６】
さらに当然のことながら、図１Ａ〜１Ｅ及び図４Ａ〜４Ｂでは一つのみの流体チャンバ１０が示されているが、アクチュエータ構成要素１内には典型的には多数の流体チャンバが提供される。それぞれの流体チャンバはそれゆえ、それぞれのノズル及びそれぞれの圧電性作動素子を備え、対象のチャンバと部分的に結合する膜を変形させることで、ノズルの対応する一つを通して対象のチャンバからの流体の吐出を引き起こすよう作動可能である。チャンバは、例えば、概ね同様の構造であってもよく、線形のアレイで並べて提供されてもよい。
【０１１７】
図１Ａ〜図１Ｅに関連して述べたように、様々なパターンが、作動された時に圧電性作動素子２２の屈曲を収容する要件を満たすことができる。特に、図１Ａ〜１Ｅ及び図４Ａ〜４Ｂの例示的実施形態では、第二の層２８２の覆う部分のパターンは、一つの概ね長方形の細長い素子２８５のみを含むが、パターンはより複雑なものであってもよい。これに関して、図５Ａ〜５Ｄに注意を向けると、アクチュエータ構成要素１の一連の例示的実施形態を示し、それぞれが第二の層２８２の覆う部分について異なるパターンを持つ。
【０１１８】
図５Ａ〜５Ｄの例示的実施形態についての下記の説明は、第二の層２８２の覆う部分のパターン、及び上述の条件（３）に対応して、作動された時に圧電性作動素子２２の屈曲を収容するための形状を作る方法に焦点を当てているが、当然のことながら、それぞれの例において第二の層２８２の覆う部分は上で定義した条件（１）及び（２）を満たすようにさらに構成されていることを理解するべきである。したがって、それぞれの場合、第二の層２８２の覆う部分は、（厚さ方向から見た時に）第一の層２８１の覆う部分の面積のごく一部である面積を有し（条件１）、及び、第一の層２８１の覆う部分の長さｌの上への突起が第一の層２８１の覆う部分の長さｌの少なくとも大部分を覆う（条件２）。したがって、それぞれの例において、結果的に得られるアクチュエータ構成要素１は、高い効率で動作することができ、第二の層２８２から第一の層２８１への電流拡散による著しい追加的抵抗を経験しない場合があると予想される。
【０１１９】
図５Ａをまず参照すると、図１Ａ及び１Ｂの例示的実施形態と同様に、パターンが単一の細長い素子２８５から成る例示的実施形態が図示されている。分かるように、圧電部材２４は、矢印ｌで示される長さ方向に細長くい。第一の層２８１（又は、より具体的にはその覆う部分）は、圧電部材２４の上面２４１の全体にわたり実質的に延在するため、同様に長さ方向に細長い。幅方向は、この長さ方向（及び厚さ方向Ｔ）に対して垂直に定義される。
【０１２０】
図５Ａから分かる通り、図１Ａ及び１Ｂの例示的実施形態とは対照的に、図５Ａに示す細長い素子２８５の幅は、細長い素子２８５の縦方向の中央に向かって減少／先細りする。そのため、その縦方向の端における細長い素子２８５の幅ｗ２２は、その縦方向の中央における対応する幅ｗ２１よりも実質的に大きい。この細長い素子２８５の幅の先細りは、その縦方向の中央に向けて圧電性作動素子２２の柔軟性を増加させると考えられ、これが次に、一部の場合には膜２０のより大きな変位をもたらし得る。図５Ａに示す特定の例示的実施形態では、ノズルは細長い素子２８５の縦方向の中央とは反対側に位置し、そのため膜２０の中心のより大きな変位からさらに恩恵を受ける。
【０１２１】
図５Ｂを次に参照すると、パターンが二つの細長い素子２８５（１）、２８５（２）から成る例示的実施形態が図示されている。図５Ａの例示的実施形態と同様に、圧電部材２４及び第一の層２８１はそれぞれ、矢印ｌで示される長さ方向にそれぞれ細長い。幅方向は、この長さ方向（及び厚さ方向Ｔ）に対して垂直に定義される。
【０１２２】
図５Ｂから分かる通り、細長い素子２８５（１）の一つは縦方向の一端から延び、一方でその他の細長い素子２８５（２）は他方の縦方向の端から延びる。細長い素子２８５（１）、２８５（２）のそれぞれは、（厚さ方向Ｔから見た時に）ノズル１８には至らないことにさらに留意されたい。そのため、厚さ方向Ｔから見た時に、第二の層２８２が存在しないノズル１８と重なる領域２８３が存在する。
【０１２３】
上部電極２８の第二の層２８２のこのようなパターンは、再び縦方向の中央に向けて圧電性作動素子２２の柔軟性を増加させると考えられ、これが次に、膜２０のより大きな変位をもたらし得る。
【０１２４】
図５Ａに示す例示的実施形態と同様に、図５Ｂに図示した特定の例示的実施形態では、ノズルは細長い素子２８５の縦方向の中央とは反対側に位置し、そのため膜２０の中心のより大きな変位からさらに恩恵を受ける。
【０１２５】
図５Ｃを参照すると、パターンが二つの細長い素子２８５（１）、２８５（２）から成るさらなる例示的実施形態が図示されている。図５Ａ及び５Ｂの例示的実施形態と同様に、圧電部材２４及び第一の層２８１はそれぞれ、図５Ｃに矢印ｌで示される長さ方向にそれぞれ細長い。幅方向は、この長さ方向（及び厚さ方向Ｔ）に対して垂直に定義される。
【０１２６】
図５Ｂの例示的実施形態とは対照的に、二つの細長い素子２８５（１）、２８５（２）はそれぞれ、第一の層２８１及び圧電部材２４の実質的に全長にわたり延在し、幅方向（長さ方向及び厚さ方向Ｔに対して垂直に）に離間している。具体的には、図５Ｃに示すように、二つの細長い素子２８５（１）、２８５（２）は、距離ｄで離間している。
【０１２７】
さらなるモデリングを通して、これらの二つの細長い素子２８５（１）、２８５（２）の幅方向での間隔ｄが膜２０の変位に与える効果を調べた。こうしたモデリングの結果を図６に示す。
【０１２８】
この追加的なモデリング実験では、一連の設計について調査し、この一連の設計には、幅方向に関して中央に位置する単一の細長い素子２８５から成る第二の層２８２の覆う部分のパターンを有する、図１Ａ及び１Ｂに示すものと一般に類似する初期設計、及び、二つの細長い素子２８５（１）、２８５（２）が次第に広がる距離ｄで互いに位置するさらなる設計を含めた。
【０１２９】
分かるように、結果は、二つの細長い素子２８５（１）、２８５（２）の相互間の間隔ｄを増加させることは膜２０の変位量を増加させることを示唆する。それゆえ、二つの細長い素子２８５（１）、２８５（２）が幅方向に関して圧電部材２４の縁部に位置するか又は縁部に隣接して位置する作動素子２２に高いレベルの効率が提供され得ることが予想される。
【０１３０】
最後に図５Ｄを参照すると、再びパターンが二つの細長い素子２８５（１）、２８５（２）から成るなおもさらなる例示的実施形態が図示されている。図５Ａ〜５Ｃの例示的実施形態と同様に、圧電部材２４及び第一の層２８１は、それぞれ長さ方向において細長く、図５Ｄに矢印ｌで示される。幅方向は、この長さ方向（及び厚さ方向Ｔ）に対して垂直に定義される。
【０１３１】
図５Ｄに示すパターンは、細長い素子２８５（１）の一つが縦方向の一端から延び、一方でその他の細長い素子２８５（２）が他方の縦方向の端から延び（図５Ｂの例示的実施形態のパターンと同様）、かつ、二つの細長い素子２８５（１）、２８５（２）はそれぞれ第一の層２８１及び圧電部材２４の長さの縦方向の中央に向かって幅が減少／先細りしているため、図５Ａ及び５Ｂに示すアプローチの組み合わせと見なされてもよい。そのため、圧電部材２４の縦方向の端でのそれぞれの細長い素子２８５（１）、２８５（２）の幅ｗ２２は、圧電部材２４の縦方向の中央での対応する幅ｗ２１よりも実質的に大きい。
【０１３２】
さらに、図５Ｂの例示的実施形態と同様に、細長い素子２８５（１）、２８５（２）のそれぞれはノズル１８まで至らないため、厚さ方向Ｔから見た時に、第二の層２８２が存在しないノズル１８と重なる領域２８３が存在する。
【０１３３】
上部電極２８の第二の層２８２のこのようなパターンは、再び縦方向の中央に向けて圧電性作動素子２２の柔軟性を増加させると考えられ、一部の場合には、これが次に、膜２０のより大きな変位をもたらし得る。
【０１３４】
当然のことながら、図５Ａ〜５Ｄに図示したアプローチのさらなる組み合わせが可能である。例えば、図５Ｂ及び５Ｃのアプローチを組み合わせてもよく、細長い導電部材の第一の群のそれぞれが圧電部材の第一の縦方向の端から延び、かつ、細長い導電部材の第二の群のそれぞれが圧電部材の第二の反対側の縦方向の端から延び、それぞれの群の部材が幅方向に（長さ方向と厚さ方向に対して垂直に）離間されてもよい。
【０１３５】
一例として、前記細長い導電部材の第一の群は、細長い導電部材の第一の対から成り、また前記細長い導電部材の第二の群は細長い導電部材の第二の対から成ってもよい。前記第一の対及び前記第二の対のそれぞれの細長い導電部材は、前記長さ方向に延び、かつ前記幅方向に関して圧電部材上の中心にある軸のいずれの側に配置されてもよい。
【０１３６】
図１Ａ〜１Ｂ及び図５Ａ〜５Ｄの例示的実施形態では、チャンバ１０、圧電部材２４及び第一の層２８１の覆う部分は細長いものとして図示されているが、これは必須ではなく、その他の実施形態ではこれらの特徴は異なる形状であり得る。これに関して、図７Ａ〜７Ｅを参照すると、圧電部材２４及び第一の層２８１が環状であるアクチュエータ構成要素１のなおもさらなる例示的実施形態を図示する。
【０１３７】
それぞれ圧電性作動素子２２の上方から見たアクチュエータ構成要素１の平面図である図７Ａと、アクチュエータ構成要素１の流体チャンバを通る断面図である図７Ｂとの比較から明らかであるように、流体チャンバ１０は円形断面を有する略円筒形である。
【０１３８】
図１Ａ〜１Ｅ及び５Ａ〜５Ｄの例示的実施形態と同様に、上部電極２８は、第一の導電材料で形成される第一の層２８１（図１Ａ〜１Ｅの例示的実施形態に関して上述した通り）及び第二の導電材料で形成される第二の層２８２（再び、図１Ａ〜１Ｅの例示的実施形態に関して上述した通り）で形成される二つの層を含む。
【０１３９】
図７Ｂから明らかであるように、第一の層２８１及び第二の層２８２は両方とも環状であり、第二の層２８２は第一の層２８１の内側縁部の周りに配置されている。第二の層２８２の円環形の径方向の程度が狭いことに鑑みて、第二の層２８２は、単一の細長い素子２８５から成るパターンを持つと考えられ得る。
【０１４０】
図１Ａ〜１Ｅと同様に、図７Ａ及び７Ｂは、（厚さ方向Ｔから見た時に）その実質的に全体が第一の層２８１及び圧電部材２４の両方を覆うように構成される第二の層２８２を示す。前述のように、当然のことながら、第二の層２８２の部分は、（再び前記厚さ方向Ｔから見た時に）第一の層２８１及び圧電部材２４を超えて延在し得る。このような部分は、例えば、膜２０にわたり延在するトレース３２と接合して、上部電極２８の電気的接続、ひいては圧電部材２４の駆動回路への電気的接続を提供し得る。図４Ａ〜４Ｂを参照して上記で考察したように、第二の層２８２は、一部の場合には、このようなトレース３２と一体型及び／又は連続的に形成され得る。
【０１４１】
さらに、図１Ａ〜１Ｅと同様に、図７Ａ及び７Ｂは、（厚さ方向Ｔから見た時に）その実質的に全体が圧電部材２４の両方を覆うように構成される第一の層２８１を示す。しかしながら、当然のことながら、他の例では、（再び前記厚さ方向Ｔから見た時に）第一の層２８１の部分は圧電部材２４を超えて延在してもよい。例えば、第一の層２８１の部分は、圧電部材２４に隣接した膜２０の一部にわたり延在してもよい。
【０１４２】
それでもなお、以前に説明した例示的実施形態と同様に、発明者らは、第二の層２８２の覆う部分（圧電部材２４及び第一の層２８１の覆う部分の両方を覆う部分）に対する第一の層２８１の覆う部分の構成（圧電部材２４を覆う部分）が特に重要であると考える。より具体的には、これまでに説明した実施形態と同様に、第二の層２８２の覆う部分の面積が第一の層２８１の覆う部分の面積のごく一部である（条件（１）、上記で定義）ように上部電極２８を構成することが提案される。前述のように、これは作動素子２２に高い効率をもたらし得ると考えられる。
【０１４３】
さらに、前述の実施形態と同様に、第二の層２８２の覆う部分は、第一の層２８１の覆う部分の長さの上へのその突起が第一の層２８１の覆う部分の長さの少なくとも大部分を覆う（条件（２）、上記で定義）ように構成されることが重要と考えられる。
【０１４４】
図１Ａ〜１Ｅ、４Ａ〜４Ｂ及び５Ａ−５Ｄの例示的実施形態の圧電部材２４は細長く、したがって第一の層２８１の覆う部分は同一方向に細長いため、その場合は、第一の層の長さ方向はその伸長方向かつその最大限に長い方向であることが理解される。しかしながら、図７Ａ〜７Ｅの例示的実施形態では、圧電部材２４は環状であり、したがって、厚さ方向Ｔに対して垂直な全方向において同じ程度を持つ。これは、厚さ方向Ｔに沿った図であり、圧電部材２４がページの平面の全方向において同じ程度であることを示す図７Ａから明らかである。
【０１４５】
圧電部材２４は、厚さ方向Ｔに対して垂直な全方向に同じ程度を有するため、第一の層２８１の覆う部分の「長さ方向」は任意に選択されうる。（より一般的には、第一の層２８１の覆う部分が、厚さ方向Ｔから見た時のアスペクト比がほぼ１に等しいように形作られた場合に、長さ方向を同様に任意に選択し得る。）
【０１４６】
図７Ａはしたがって、第一の層２８１の覆う部分の任意に選択された長さ方向での第一の層２８１の覆う部分の長さｌ１を示す。また、図７Ｂでは、この任意に選択された長さ方向及び厚さ方向Ｔの両方に対して垂直な方向での第一の層２８１の長さｌ２も示され、この方向は、第一の層２８１の覆う部分の長さ方向と同様に選択され得る。長さ方向がｌ１の方向で定義されている場合、幅方向はｌ［ｇ５］２［／ｇ５］の方向で定義され得、その逆もまた同様である。
【０１４７】
図７Ａから明らかであるように、第一の層２８１の覆う部分の長さｌ１の上への第二の層２８２の覆う部分の突起は、長さｌ１の大部分を覆う。また、図７Ａから明らかであるように、第一の層２８１の覆う部分の長さｌ２（上述のように、ｌ１の方向に対して垂直に定義）の上への第二の層２８２の覆う部分の突起も同様に長さｌ２の大部分を覆う。それぞれの場合において、第二の層２８２の覆う部分の突起によって覆われるそれぞれの長さｌ１、ｌ２の割合を、図７Ａに太線で図示している。
【０１４８】
相互に垂直な方向で定義され、このような相互に垂直な長さの少なくとも大部分を覆う長さ（各自が厚さ方向Ｔに垂直）の上への第二の層２８２の覆う部分の突起の潜在的な結果は、第二の層２８２から第一の層２８１への電流拡散による抵抗がほとんど生じないことである。
【０１４９】
次に図７Ｃを参照すると、図７Ａ及び７Ｂのアクチュエータ構成要素１の膜２０及び作動素子２２の斜視断面図が示されている。より具体的には、図７Ｃは、未作動の状態の膜２０及び作動された状態での膜２０’を図示している。明らかであるように、圧電性作動素子２２の作動の結果として、膜の中心は概ね円対称的に下方に撓む。
【０１５０】
上述のように、第二の層２８２の円環形の径方向の程度が狭いことにより、第二の層２８２は、単一の細長い素子２８５から成るパターンを持つと考えられ得る。図７Ａから明らかであるように、この細長い素子２８５は、経路、特に円形経路に従って、又は経路に沿って延在すると考えられ得る。さらに、図７Ｃに示す作動された形での膜２０’の形状から理解され得る通り、この細長い素子２８５が従う経路は、その撓んだ状態（すなわち、圧電性作動素子２２の作動によって撓んだ時の）での膜の傾斜に対して一般に垂直に延在する経路である。これは、作動された時に圧電性作動素子２２の屈曲を収容する（条件（３）、上記で定義）ことを支援し得る。
【０１５１】
圧電性作動素子２２によって変形された時の、図７Ａ〜７Ｅの例示的実施形態のアクチュエータ構成要素１の膜２０の形状は、図７Ｄ及び７Ｅの助けを借りてより良く理解され得る。
【０１５２】
これに関して、チャンバ１０の中心を通り膜２０の平面に対して垂直に取られた図７Ａ〜７Ｃのアクチュエータ構成要素１の断面図である図７Ｄにまず注意を向ける。明確にするために、図７Ｄ〜７Ｅでは圧電性作動素子２２を単一の要素として示すが、その構造は図７Ａ及び７Ｃのものと同じであり、そのため、下部電極２６、圧電部材２４及び上部電極２８を含み、次に第一の層２８１及び第二の層２８２を含むことが理解される。上述のように、圧電性作動素子２２の作動は、チャンバ１０に結合される膜２０の変形を引き起こす。こうして変形された膜２０の構成を破線２０’で図７Ｄに示す。分かるように、膜２０の最大の撓みは、チャンバ１０の中心であり、膜の撓みはチャンバ１０の側面に向かって一般に滑らかに減少する。示される具体的な例では、撓みは、厚さ方向Ｔに対して垂直な距離に関して非常にほぼ正弦である。
【０１５３】
図７Ａ〜７Ｄに示すアクチュエータ構成要素１の圧電性作動素子２２及び膜２０の上方から見た平面図である図７Ｅを参照すると、膜２０の変形がなおもさらに詳細に示されている。具体的には、輪郭線２０１、２０２、２０３が示されており、それぞれが、圧電性作動素子２２が作動した時に厚さ方向Ｔで同じ量の撓みを持つ膜２０上の点を示す。このようにして、圧電性作動素子２２の作動によって撓んだ時の膜の傾斜がより良好に理解され得る。
【０１５４】
図７Ｄ〜７Ｅと図７Ａの比較から明らかであるように、細長い素子２８５は、細長い素子２８５の下にある膜２０の部分の変形の輪郭（こうした撓みの輪郭も円形）に対して概ね平行に延びる経路（特に、円形経路）に従う。逆に、細長い素子２８５は、撓んだ状態での（すなわち、圧電性作動素子２２の作動によって撓んだ時の）膜２０の傾斜に対して概ね垂直である経路に従うと考えられ得る。発明者らは、第二の層２８２の覆う部分のこのようなパターンが圧電性作動素子２２に特に高いレベルの柔軟性をもたらし、結果として、作動素子２２及び多くの場合にはアクチュエータ構成要素１全体に高いレベルの効率をもたらし得ると判断した。
【０１５５】
図７Ａ〜７Ｅの例示的実施形態では、第二の層２８２の細長い素子２８５は、圧電部材２４（これも円形）が従う経路に対して平行な経路（特に、円形経路）に概ね従うよう形作られ得ることにさらに留意されたい。これは、圧電性作動素子２２の屈曲を収容し、したがって、作動素子２２に高いレベルの効率を提供することを支援し得ると考えられる。
【０１５６】
図７Ａ〜７Ｅに図示した例示的実施形態では、第二の層２８２は第一の層２８１の内側縁部の周りに配置されるが、他の実施形態では、第二の層２８２は代わりに第一の層２８１の外側縁部の周りに配置されてもよい。膜変位という点からは、このようなアクチュエータ構成要素１について類似の結果が期待される。
【０１５７】
図７Ａ〜７Ｅに図示した例示的実施形態では、上部電極２８は、圧電部材２４の上面に形成されることに留意されたい。しかしながら、他の例では、一つ以上の介在層が、圧電部材２４の上部電極２８と上面２４１との間に提供されてもよい。こうした介在層は、例えば、一つ以上の接着層を含み得る。
【０１５８】
同様に、図７Ａ〜７Ｅに図示した例示的実施形態では、下部電極２６は、圧電部材の底面２４２上に形成されるように示され、他の例では、一つ以上の介在層は、圧電部材の下部電極２６と底面２４２との間に提供されてもよい。こうした介在層は、例えば、一つ以上の接着層を含み得る。
【０１５９】
さらに当然のことながら、図７Ａ〜７Ｅでは一つのみの流体チャンバ１０が示されているが、アクチュエータ構成要素１内には典型的には多数の流体チャンバが提供される。各流体チャンバはそれゆえ、それぞれのノズル及びそれぞれの圧電性作動素子を備え、対象のチャンバと部分的に結合する膜を変形させることで、ノズルの対応する一つを通して対象のチャンバからの流体の吐出を引き起こすよう作動可能である。チャンバは、例えば、概ね同様の構造であってもよく、線形のアレイで並べて提供されてもよい。
【０１６０】
さらに、図７Ａ〜図７Ｅの例示的実施形態は、一つ以上のパッシベーション層を含むことができることが理解されるべきである。例えば、こうしたパッシベーション層は、アクチュエータ構成要素１内の各圧電性作動素子２２の上部電極の第二の層２８２、及び第一の層２８１及び圧電部材２４全体の上に配置され得る。
【０１６１】
図７Ａ〜７Ｅの例示的実施形態では、第二の層２８２の覆う部分は、膜２０の撓みの輪郭に対して概ね平行な経路（特に、円形経路）に従う細長い素子２８５から成るパターンとして形成されている（それゆえ、その撓んだ状態での膜２０の傾斜に対して概ね垂直）が、これは必須ではないことが理解されるべきである。これに関して、図８Ａ〜８Ｂに注意を向けると、第二の層２８２の覆う部分が、それぞれが膜２０の撓みの輪郭に対して概ね垂直に延在する（そのため、その撓んだ状態での膜２０の傾斜に対して垂直に延在する）細長い素子２８５（１）〜（８）を含むパターンとして形成された例示的実施形態が示されている。これに関して、図８Ａ〜８Ｂの例示的実施形態における第二の層２８２の覆う部分の設計は、図１Ａ〜１Ｅ、４Ａ〜４Ｂ、５Ａ〜６Ｄの例示的実施形態の設計にある程度類似している。図８Ａ〜８Ｂは、アクチュエータ構成要素の膜の上方から見て取った平面図である。
【０１６２】
図８Ａ〜８Ｂのアクチュエータ構成要素１は、以下に説明する場合を除き、図７Ａ〜７Ｅの例示的実施形態のアクチュエータ構成要素１と概ね類似している。例えば、流体チャンバ１０は略円筒形であり、円形断面を有し、上部電極２８は第一の層２８１及び第二の層２８２を含む。特に、図８Ａ〜８Ｂの例示的実施形態では、圧電性作動素子２２によって変形された時のアクチュエータ構成要素１の膜２０の形状は、図７Ｃ〜７Ｅに示すものと概ね類似することが理解されるべきである。
【０１６３】
図８Ａをまず参照すると、図示した特定の例示的実施形態では、第二の層２８２の覆う部分は、８つの細長い素子２８５（１）〜２８５（８）から成るパターンとして形成されることが明らかである（ただし、任意の好適な数の細長い素子２８５を使用できることが理解されるべきである）。図示される特定の例示的実施形態では、細長い素子２８５（１）〜２８５（８）のそれぞれはくさび形であるが、細長い素子は任意の好適な細長い形状であり得ることが理解される。
【０１６４】
より具体的には、これらの細長い素子２８５（１）−２８５（８）のそれぞれは、対応する経路、特に対応する径方向経路に概ね沿って延在することに留意されたい。結果として、図７Ｅに図示する通り、これらの細長い素子２８５（１）〜（８）のそれぞれの経路は、対象の細長い素子の下にある膜２０の部分の撓みの輪郭に対して概ね垂直であり、このような輪郭は略円形であることが理解される。
【０１６５】
逆に、それぞれの細長い素子は、圧電性作動素子２２の作動によって撓んだ時に、膜２０の傾斜に対して平行な経路に従うと考えられ得る。従って、膜の最大の変形がチャンバ１０と結合する膜２０の円形部分の中心である図８Ａ〜８Ｂの例示的実施形態では、それぞれの細長い素子は径方向経路に従う。
【０１６６】
発明者らは、第二の層２８２の覆う部分のこのようなパターンが圧電性作動素子２２に特に高レベルの柔軟性をもたらし、結果として、作動素子２２及び多くの場合にはアクチュエータ構成要素１全体に高いレベルの効率をもたらし得ると判断した。
【０１６７】
当然のことながら、図７Ａ〜７Ｅ及び８Ａ〜８Ｂに図示した第二の層２８２の覆う部分のパターンは、組み合わせて使用され得る。図９Ａ〜９Ｂは、このようなアプローチによる例示的実施形態を図示する。図面から分かるように、第二の層２８２の覆う部分は、環状の細長い素子２８５（５）から成るパターン（この場合は、圧電部材の内側ではなく外側の縁部に従うものとして示されているが、それでも撓みの輪郭に従っている）及びそれぞれが径方向経路に従う４つのくさび形の素子２８５（１）〜２８５（４）として形成される。そのため、パターンは複数の細長い素子から構成され、そのそれぞれが、対象の細長い素子２８５の下にある膜２０の部分の撓みの輪郭に対して垂直又は平行である対応する経路に従う。逆に、それぞれの経路は、その撓んだ状態での膜２０の傾斜に対してそれぞれ平行又は垂直であると見なされ得る。
【０１６８】
図８Ａ〜８Ｂ及び図９Ａ〜９Ｂの例示的実施形態における圧電素子２４及び第一の層２８１の覆う部分は環状のため、長さ方向は図７Ａ〜７Ｅと同様に任意に選択され得る。そのため、図８Ａ〜８Ｂ、及び図９Ａ〜９Ｂは、第一の層２８１の覆う部分の任意に選択された長さ方向での第一の層２８１の覆う部分の長さｌ１を示す。図８Ｂ及び９Ｂは次に、太線を使用して、第二の層２８２の覆う部分の突起によって覆われる、この長さ方向での第一の層２８１の覆う部分の長さｌ１の割合を示す。明らかであるように、それぞれの例示的実施形態では、第一の層２８１の覆う部分の長さｌ１の大部分が覆われ、そのため上記に定義する条件（２）が満足されている。
【０１６９】
実際には、図８Ａ〜８Ｂ及び図９Ａ〜９Ｂの例示的実施形態において、第一の層２８１の覆う部分の垂直方向での長さｌ２の大部分は、同様に第二の層２８２の覆う部分の突起によって覆われていることに留意されたい。
【０１７０】
さらに、図８Ａ〜８Ｂ及び図９Ａ〜９Ｂの例示的実施形態のそれぞれにおいて、第二の層２８２の覆う部分の面積は、第一の層２８１の覆う部分の面積のごく一部である（条件（１）、上記で定義）ことが理解されるべきである。上述のように、これは作動素子２２に高い効率をもたらし得る。
【０１７１】
図７Ａ〜７Ｅ、８Ａ〜８Ｂ及び９Ａ−９Ｂの例示的実施形態では、流体チャンバ１０は円形断面を持つ略円筒形のものとして説明されているが、当然のことながら、これは流体チャンバ１０の適切な形状の一例に過ぎない。例えば、流体チャンバ１０は代替的に楕円形断面を有してもよく、実際にチャンバ１０の断面形状はさまざまな閉曲線のいずれかであり得る。
【０１７２】
上述のように、図１、４Ａ〜４Ｂ、５Ａ〜５、７Ａ〜７Ｅ、８Ａ〜８Ｂ及び９Ａ〜９Ｂはそれぞれ、一つの対応する圧電性作動素子を有する一つの流体チャンバのみを示す。上述のように、通常はアクチュエータ構成要素内に多数の流体チャンバが提供され、それぞれの流体チャンバにそれぞれのノズル及びそれぞれの圧電性作動素子が提供される。さらに、アクチュエータ構成要素は、図１、４Ａ〜４Ｂ、５Ａ〜５Ｄ、７Ａ〜７Ｅ、８Ａ〜８Ｂ及び９Ａ〜９Ｂに示すもの等、多数の追加的な要素を含み得る。アクチュエータ構成要素内でチャンバをどのように構成し得るか、またどのような追加要素を含み得るかについて読者の理解を支援するため、図１０Ａ〜１０Ｃを参照する。
【０１７３】
アクチュエータ構成要素１の例示的実施形態の流体チャンバ１０の長さに沿って取られた平面断面図である図１０Ａをまず参照する。図１０Ａ〜図１０Ｃのアクチュエータ構成要素１は、上記図１、４Ａ〜４Ｂ、及び５Ａ〜５Ｄに関連して説明した任意の構造を有する上部電極を含み得る。
【０１７４】
図１０Ａから見られ得る通り、一例アクチュエータ構成要素１は、積層方向Ｌ（図１０Ａにおいて、垂直方向である）において重ねられたいくつかのパターン化された層を含む。図１０Ａにおいても示される通り、パターン化された層の各々は、積層方向Ｌに垂直な平面に延在する。
【０１７５】
図１０Ａに示される特定のアクチュエータ構成要素１において、パターン化された層は、ノズル層４、流体チャンバ基板層２、膜層２０、配線及びパッシベーション層３０、並びにキャッピング層４０を含む（この順）。しかしながら、層のこの特定の組み合わせは、決して必須ではなく、以下でさらに詳細に説明される通り、さらなる層が、含まれてもよく、及び／又はある種の層が、除外されてもよい。
【０１７６】
流体チャンバ基板層２を通る図１０Ａに示される平面１０Ｂにおいて取られた断面である、図１０Ｂから見られ得る通り、流体チャンバ１０の列は、アクチュエータ構成要素１の層内で形成され、この列は、列方向Ｒに延在し、積層方向に実質的に垂直である。列方向Ｒは、図１０Ａにおけるページ内に入る。
【０１７７】
図１０Ｂからも見られ得る通り、図１０Ａ〜１０Ｃの特定のアクチュエータ構成要素１において、列内の隣接のチャンバは、チャンバ壁１１により隔てられる。図面に示される通り、チャンバ１０は、列方向Ｒに垂直な方向に細長くてもよい。
【０１７８】
入口通路１２及び出口通路１６のそれぞれの列も、アクチュエータ構成要素１の層内で形成され、これらの列の各々が、流体チャンバ１０の列と同じ列方向Ｒに延在する。したがって、入口通路１２、出口通路１６及び流体チャンバ１０の列全ては、互いに平行に延在する。
【０１７９】
各入口通路１２は、流体チャンバ１０の列のそれぞれ一つに流体を供給するように流体接続されている。逆に、各出口通路１６は、流体チャンバ１０の列のそれぞれ一つから流体を受け取るように流体接続されている。
【０１８０】
図１０Ａ〜１０Ｃの特定のアクチュエータ構成要素１において、各入口通路１２は、流体チャンバ１０の対応する一つの一端に液滴流体を供給するように流体接続されており、一方、各出口通路１６は、その流体チャンバ１０の他端から流体を受け取るように流体接続されている。
【０１８１】
より詳細には、図１０Ａから明らかである通り、入口及び出口通路１２は、それぞれの流量制限通路１４ａ、１４ｂを介して流体チャンバ１０のそれらの対応する端に流体接続されている。
【０１８２】
図１０Ａに示される通り、流体チャンバ１０の各々に、それぞれのノズル１８及びそれぞれの作動素子２２が提供されている。図１、４Ａ〜４Ｂ、５Ａ〜５Ｄ、７Ａ〜７Ｃ、８Ａ〜８Ｂ及び９Ａ〜９Ｂに関連して上述したように、作動素子２２は圧電性作動素子であり、したがって圧電部材２４を含む。
【０１８３】
入口通路１２及び出口通路１６の供給の結果として、図１０Ａ〜１０Ｃに示されるもの等のアクチュエータ構成要素１を含む液滴堆積ヘッドは、再循環モードで作動するよう構成され得、それにより、ヘッドを通った流体の連続流動が、使用中に確立される。例えば、生じた液滴堆積ヘッドに、流体供給システムへの接続のための一つ以上の流体入口ポート及び一つ以上の流体出口ポートが提供されてもよい。
【０１８４】
ヘッドを通り生じた流体の流れは、継続し得る。より具体的には、列におけるチャンバ１０の各々を通る確立された連続的な流体の流れが存在し得る。この流れは、流体供給システムの構成（例えば、流体入口及び流体出口で適用される流体圧力）に応じて、潜在的にはより低い流速であるにもかかわらず、液滴吐出の間でさえ継続し得る。
【０１８５】
より詳細には、かかる流体供給システムは、例えば、流体入口ポートでの流体への陽圧、及び流体出口ポートでの流体への陰圧を適用するように構成され、それにより、ヘッドを通る流体を引いてもよい。
【０１８６】
流体供給システムの特定の構成に関わらず、再循環モードでは、流体は、流体入口通路１２の各々を通り平行して流れ、次に、（流量制限通路１４ａの対応する一つを介して）流体チャンバ１０の対応する一つを通り、ノズル１８のそれぞれの一つを通り、次に、流体出口通路１６の対応する一つを通り得る（流量制限通路１４ｂの対応する一つを介して）。
【０１８７】
図１０Ａ〜１０Ｃのアクチュエータ構成要素１は、出口通路１６が、さらなる入口通路として機能し、これにより、各チャンバ１０が二つのそれぞれの入口通路により流体とともに供給されるようなまっすぐな方法で変形されてもよいことは、さらに理解されるべきである。これが必要とし得るアクチュエータ構成要素への変形が、比較的マイナーであり得る一方、マニホールド構成要素等の液滴堆積ヘッドの他の流体供給構成要素は、一般に、ヘッドが再循環モードで作動するように設計された場合と比較して、より有意に異なる。
【０１８８】
ここで図１０Ｂに戻ると、各流量制限通路１４ａ、１４ｂが、それにすぐ隣接する通路と比較して、流れに対するより狭い断面積を提示することを描くことから明らかである。示される特定の例では、これは、それと直ぐ隣接する通路と比較して、積層方向Ｌに垂直なより狭い幅を有する各流量制限通路１４ａ、１４ｂにより達成される。低減した断面を提供するこのアプローチは、パターン化された層を形成する多くの技法が、層の平面において形成された特徴部に渡りより良好な制御をもたらすので、特に好適であり得る。
【０１８９】
図１０Ａにおいて説明される通り、図１０Ａ〜１０Ｃのアクチュエータ構成要素１の特定の設計では、各入口通路１２は、キャッピング層４０、配線及びパッシベーション層３０、膜層２０、並びに流体チャンバ基板層２を含む、アクチュエータ構成要素１内のいくつかの層を貫通する。同様に、各出口通路１６は、キャッピング層４０、配線及びパッシベーション層３０、膜層２０、並びに流体チャンバ基板層２を貫通する。
【０１９０】
それ故、膜層２０は、各入口通路１２をより上及び下の部分（より上の部分は、ノズル層４から最も遠く、より下の部分は、ノズル層４から最も近い）に、各出口通路１６を、より上及び下のそれぞれの部分（再度、より上の部分１６は、ノズル層４から最も遠く、より下の部分１６は、ノズル層４から最も近い）に分けるとみなされ得る。
【０１９１】
図１０Ａに示される通り、図１０Ａ〜１０Ｃのアクチュエータ構成要素１の特定の例示的実施形態では、各入口通路１２は、積層方向Ｌに略平行である方向において細長い。同様に、各出口通路１６は、積層方向Ｌに略平行な方向において細長い。
【０１９２】
しかしながら、これは必須ではなく、他の実施形態では、入口及び／又は出口通路は、他の方向において細長くあり得、例えば、それらは、積層方向に垂直に細長くてもよい。
【０１９３】
より一般的には、入口及び／又は出口通路が、列方向Ｒに垂直である方向において細長い場合、それらの列方向Ｒにおける細長さは短く、それにより、チャンバが列方向Ｒでも密接に間をあけられることを可能にするので、密集した構造を提供することが可能であり得る。
【０１９４】
ある場合では、アクチュエータ構成要素１の様々な特徴部の表面は、例えば、好適なパッシベーション又は湿潤材料等の保護又は機能材料でコーティングされてもよい。例えば、かかる材料は、入口通路１２、出口通路１６、流体チャンバ１０及び／又はノズル１８の内面等の、使用の間に流体と接触するそれらの特徴部の表面に適用されてもよい。
【０１９５】
図１０Ａ〜１０Ｃに示される流体チャンバ基板層２は、ケイ素（Ｓｉ）から形成されてもよく、例えば、シリコンウエハーから製造されてもよく、一方、流体チャンバ１０、入口通路１２（ｂ）のより下の部分、出口通路１６（ｂ）のより下の部分、及び流量制限通路１４ａ、１４ｂを含む、流体チャンバ基板２において提供される特徴部は、任意の好適な製作プロセス、例えば、ディープ反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）又は化学エッチング等のエッチングプロセスを使用して形成され得る。ある場合では、流体チャンバ基板層２の特徴部は、追加のプロセス、例えば、化学蒸着（ＣＶＤ）技法（例えば、プラズマ強化ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ））、原子層堆積（ＡＬＤ）から形成され得、又は特徴部は、エッチング及び／若しくは追加のプロセスの組み合わせを使用して形成され得る。
【０１９６】
ノズル層４は、例えば、金属（例えば、電気めっきＮｉ）、半導体（例えば、ケイ素）、合金（例えば、ステンレス鋼）、ガラス（例えば、ＳｉＯ２）、樹脂材料又はポリマー材料（例えば、ポリイミド、ＳＵ８）を含んでもよい。ある場合では、ノズル層４は、流体チャンバ基板層２と同じ材料から形成され得る。さらに、ある場合では、ノズル１８を含むノズル層の特徴部は、流体チャンバ基板層２により提供され得、ノズル層及び流体チャンバ基板層２が、事実上、単一層に合わされている。
【０１９７】
ノズル層４は、例えば、１０μｍ〜２００μｍの厚さを有してもよい（しかし、いくつかの用途については、この範囲外の厚さが適切であり得る）。
【０１９８】
ノズル１８は、化学エッチング、ＤＲＩＥ、又はレーザーアブレーション等の任意の好適なプロセスを使用してノズル層４において形成され得る。
【０１９９】
図１０Ａに説明される例示的実施形態では、ノズル１８は、その直径が、その入口からその出口に小さくなるように、先細にされる。ノズル出口の直径は、例えば、１５μｍ〜１００μｍであってもよい（しかし、いくつかの用途では、この範囲外の直径が適切であり得る）。
【０２００】
ノズル１８のテーパ角度は、図１Ａに示される通り、実質的に一定であり得るか、又は入口と出口との間で変動し得る。例えば、ノズル１８は、その出口においてよりその入口においてより大きなテーパ角度を有してもよい（又は逆も真なり）。
【０２０１】
上に示された通り、各作動素子２２は、ノズル１８の対応する一つを通りチャンバ１０の対応する一つからの流体の吐出を引き起こすよう作動可能である。図１０Ａ〜１０Ｃに示される特定の例では、各作動素子２２は、膜層２０を変形させることにより、機能する。
【０２０２】
膜層２０は、例えば、金属、合金、誘電材料及び／又は半導体材料等の任意の好適な材料を含んでもよい。好適な材料の例としては、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、ケイ素（Ｓｉ）、又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）が挙げられる。膜層２０は、例えば、ＡＬＤ、スパッタリング、電気化学プロセス及び／又はＣＶＤ技術等の任意の好適な技法を使用して形成され得る。入口及び出口通路１２、１６に対応する開口は、例えば、次に、開口を、エッチング若しくは切断して、パターン化膜層２０を形成する膜２０において材料の最初の層を形成することにより、又はパターニング／マスキング技法を使用して、膜層２０と同時に開口（場合により、他のパターニング）を形成することにより、提供され得る。
【０２０３】
膜２０は、０．３μｍ〜１０μｍ等の用途により必要とされる任意の好適な厚さであり得る。好適な厚さの選択は、ある種の量の膜の変形を得るために必要とされる駆動電圧と釣り合い得（一般に、より厚く、それ故、より硬い膜が、特定量の変形を達成するためにより大きな駆動電圧を必要とするため）、他方、装置の信頼性及び性能パラメーターと釣り合い得る（より薄い膜は、例えば、それらが、クラッキングにより影響されやすくあり得るので、より短い寿命を有し得る）。
【０２０４】
ただ一つの膜層が、図１０Ａ〜１０Ｃに説明される一方、複数の膜層が、他の実施例で利用され得ることは注意されるべきである。様々な膜層は、例えば、膜に疲労に対する機械的堅牢性をもたらすように、異なる材料から形成されてもよい。最も単純な場合では、膜は、二重層構造を有し得るが、異なる材料の任意の好適な数の層が利用され得る。
【０２０５】
膜層２０がノズル層４と対面し、液滴が、膜層２０の平面に対する法線方向において、すなわち、積層方向Ｌに平行な方向において、吐出される。
【０２０６】
かかる作動は、作動素子２２への駆動波形の適用に応じて生じ得る。図１０Ａ〜１０Ｃに示される例では、かかる駆動波形は、各作動素子２２についての二つのそれぞれの電極により受信される。
【０２０７】
より詳細には、図１０Ａ及び１０Ｂに示される作動素子２２は、圧電部材２４、下部電極２６、及び上部電極２８（例えば、上記図１、４Ａ〜４Ｂ及び５Ａ〜５Ｄを参照して説明した構造を持つ）を含む。
【０２０８】
圧電部材２４は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を含み得るが、任意の好適な圧電材料が使用されてもよい。
【０２０９】
圧電部材２４は、積層方向Ｌに対して垂直に延在する対向する表面を有する略平面であり、上部電極２８は、これらの表面の一つ上に提供され、下部電極２６は、他方上に提供される。図１０Ａから見られ得る通り、下部電極２６は、圧電部材２４と膜層２０との間に配置され、一方、上部電極２８は、圧電部材を覆い、キャッピング層４０内に画定される陥凹４２に対面する。
【０２１０】
キャッピング層４０は、作動素子の群、又は全てについて単一の陥凹４２を画定し得るか、又は各作動素子２２についてそれぞれの陥凹４２を決め得る。かかる陥凹４２は、流体チャンバ１０、入口通路１２及び出口通路１６内の流体が流入するのを防ぐように流体密封方法で封入され得る。
【０２１１】
図１０Ａ〜１０Ｃに示されるキャッピング層４０は、ケイ素（Ｓｉ）から形成されてもよく、例えば、シリコンウエハーから製造されてもよく、一方、陥凹４２並びに入口通路１２のより上の部分及び出口通路１６のより上の部分を含む、キャッピング層４０において提供される特徴部は、任意の好適な製作プロセス、例えば、ディープ反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）又は化学エッチング等のエッチングプロセスを使用して形成されてもよい。ある場合では、キャッピング層４０の特徴部の少なくとも一つのサブセットは、追加プロセス、例えば、ＣＶＤ技術（例えば、ＰＥＣＶＤ）等から形成されてもよい。さらに他の場合では、特徴部は、エッチング及び／又は追加プロセスの組み合わせを使用して形成されてもよい。
【０２１２】
圧電部材２４は、任意の好適な製作技法を使用して下部電極２６上に提供され得る。例えば、ゾルゲル堆積技法、スパッタリング及び／又はＡＬＤを使用して、下部電極２６上に圧電材料の連続層を堆積させて、圧電性素子２４を形成し得る。
【０２１３】
上述の通り、下部電極２６及び上部電極２８は、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、酸化イリジウム（Ｉｒ２Ｏ３）、Ｉｒ２Ｏ３／Ｉｒ、アルミニウム（Ａｌ）及び／又は金（Ａｕ）等の任意の好適な材料を含み得る。下部電極２６及び上部電極２８は、例えば、スパッタリング技法等の任意の好適な技法を使用して形成され得る。
【０２１４】
作動素子２２に駆動波形をもたらすために、アクチュエータ構成要素１は、いくつかの電気トレース３２ａ、３２ｂを含む。かかるトレースは、上部電極２８及び／又は下部電極２６を駆動回路（示されていない）に電気的に接続し、例えば、積層方向Ｌでの法線を有する平面に延在し得る。
【０２１５】
図１０Ａ〜１０Ｃのアクチュエータ構成要素１において、これらのトレースは、配線及びパッシベーション層３０の一部として提供され、膜層２０上に提供される。しかしながら、他の実施例では、トレースは、アクチュエータ構成要素内の他の層上に提供され得る。
【０２１６】
図１０Ａに説明される特定の例示的実施形態では、上部電極２８は、電気トレース３２ａに電気的に接続され、一方、下部電極２６は、電気トレース３２ｂに電気的に接続される。
【０２１７】
電気トレース３２ａ／３２ｂは、例えば、０．０１μｍ〜１０μｍ、好ましくは、０．１μｍ〜２μｍ、より好ましくは、０．３μｍ〜０．７μｍの厚さを有し得る。
【０２１８】
電気トレース３２ａ／３２ｂは、銅（Ｃｕ）、金（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、又は窒化チタン（ＴｉＮ）等の任意の好適な導電材料から形成され得る。
【０２１９】
少なくとも一つのパッシベーション層３３ｂは、下部電極２６についてのトレース３２ｂを、上部電極２８についてのトレース３２ａから電気的に単離する。少なくとも一つの追加パッシベーション層３３ａは、上部電極２８についてのトレース３２にわたり延在し、下部電極２６についてのトレース３２ｂにわたり延在し得る。
【０２２０】
かかるパッシベーション層は、電気トレース３２ａ／３２ｂを環境から保護して、電気トレースの酸化を低減し得る。加えて、又は代わりに、それらは、トレースと流体の接触は、短絡が生じるのを引き起こし得、及び／又はトレースを劣化させ得るので、ヘッドの操作中に液滴流体から電気トレース３２ａ／３２ｂを保護する。
【０２２１】
パッシベーション層３３ａ／３３ｂは、トレース３２ａ／３２ｂを互いに電気絶縁するのを補助するように誘電材料を含み得る。
【０２２２】
パッシベーション層３３ａ／３３ｂは、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｚｒ０２、ＳｉＮ、ＨｆＯ２等の任意の好適な材料を含んでもよい。
【０２２３】
トレース３２ａ／３２ｂ及びパッシベーション層３３ａ／３３ｂの特定の構成に応じ、配線及びパッシベーション層３０は、電気ビア（示されていない）等の電気的接続をさらに含んで、電気トレース３２ａ／３２ｂを電極２６／２８とパッシベーション層３３ａ／３３ｂを通じて電気的に接続し得る。
【０２２４】
配線及びパッシベーション層３０は、接着材料（示されていない）を含んで、例えば、電気トレース３２ａ／３２ｂ、パッシベーション層３３ａ／３３ｂ、電極２６、２８及び膜２０のいずれかの間で改善された結合ももたらし得る。
【０２２５】
配線及びパッシベーション層３０（例えば、電気トレース／パッシベーション材料／接着材料等）は、例えば、堆積／機械技法、例えば、スパッタリング、ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＡＬＤ、レーザーアブレーション等の任意の好適な製作技法を使用して提供され得る。さらに、フォトリソグラフィ技法（例えば、スパッタリング及び／又はエッチングの間にマスクをもたらすこと）等の任意の好適なパターニング技法が、必要に応じて使用されてもよい。
【０２２６】
膜層２０上の電気トレース３２の実例となる構成を明確に示すためにキャッピング層４０を取り除いた、キャッピング層４０が取り付けられた側からのアクチュエータ構成要素１の平面図である図１０Ｃをここで参照する。図１０Ｃに示される実例となる構成において、各作動素子２２は、二つのトレース３２に電気的に接続される。図１０Ｃにおいて、図１０Ｃの観点で膜２０の遠い側に位置する、流体チャンバ１０、流量制限通路１４ａ、１４ｂ及びノズル１８は、トレース３２、入口及び出口通路１２、１６並びに作動素子２２に関するそれらの向きを明確に示すために破線で描かれる。
【０２２７】
図１０Ｃから見られ得る通り、トレース３２は、積層方向Ｌでの法線を有する平面に延在する。図１０Ａの図１０Ｃとの比較から明らかである通り、入口通路１２はこの平面を横断し、各入口通路１２が、導電トレース３２間を通過する。図１０Ｃが示す通り、一つのトレースが、隣接する入口通路１２の各々の対の間を通過する（対象のトレースは、入口通路１２の列の一つの側から他の側に通過する）。同様に、出口通路１６はこの平面を横断し、各出口通路１６が、導電トレース間を通過する。図１０Ｃが示す通り、一つのトレース３２は、隣接する出口通路１６の各対の間を通過する（対象のトレースは、出口通路１６の列の一つの側から他の側に通過する）。
【０２２８】
図１０Ａ〜１０Ｃに示されるアクチュエータ構成要素１は、例えば、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）のため構造を製作するために典型的に使用されるプロセスを使用して製作されてもよい。かかる場合では、アクチュエータ構成要素１は、ＭＥＭＳアクチュエータ構成要素であると説明され得る（これは、使用される作動素子のタイプに関する含意を伴わない：例えば、熱性作動素子を有するアクチュエータ構成要素は、それらが電気機械的作動素子を含まないという事実にかかわらず、ＭＥＭＳアクチュエータ構成要素として当該技術分野において言及されることに注意する）。
【０２２９】
図１０Ｄは、図１０Ａ〜１０Ｃに示されるアクチュエータ構成要素１の変形バージョン１’を説明する。より具体的には、図１０Ｄは、変形アクチュエータ構成要素１’のチャンバ１０の一つの長さに沿って取られた平面断面図である。図１０Ａ〜図１０Ｃのアクチュエータ構成要素１と同様に、図１０Ｄの改変バージョン１’は、図１、４Ａ〜４Ｂ、及び５Ａ〜５Ｄを参照して説明した任意の構造を有する上部電極２８を含み得る。
【０２３０】
図１０Ｄの図１０Ａとの比較から明らかである通り、図１０Ａ〜１０Ｃのアクチュエータ構成要素１の流体構造が変形されている。
【０２３１】
より詳細には、図１０Ａ〜１０Ｃのアクチュエータ構成要素１、入口通路１２の各々の端は、アクチュエータ構成要素１の外部に開放する。したがって、各入口通路１２は、アクチュエータ構成要素の外側から、例えば、液滴堆積ヘッドの一部を形成するアクチュエータ構成要素に取り付けられたマニホールド構成要素から流体を受け取り、それを流体チャンバ１０に運び得る。出口通路１６の各々の端は、同様に、アクチュエータ構成要素１の外部に開放する。したがって、各出口通路１６は、チャンバ１０から受け取られた流体を、アクチュエータ構成要素の外部に、例えば、液滴堆積ヘッドの一部を形成するアクチュエータ構成要素１に取り付けられた同じ（又は追加）マニホールド構成要素に運び得る。
【０２３２】
対照的に、図１０Ｄに示されるアクチュエータ構成要素１’では、流体をそれから受け取るように、アクチュエータ構成要素１’の層の外部に第一の端にて、及び列内の入口通路１２の各々に第二の端にて、流体接続されている、形成された入口ポート１５が存在する。それ故、入口ポート１５は、列方向Ｒ（図１０Ｄにおけるページ内に）において細長い。
【０２３３】
図１０Ｄからも見られ得る通り、それから流体を受け取るために列内の出口通路１６の各々の第一の端にて、及びそれに流体を供給するためにアクチュエータ構成要素１’の層の外部に第二の端にて流体接続されている、アクチュエータ構成要素１’において、形成された出口ポート１９が存在する。同様に、出口ポート１９は、列方向Ｒ（図１０Ｄにおけるページ内に）において細長い。
【０２３４】
図１０Ｄに示される特定の例示的実施形態では、入口ポート１５及び出口ポート１９が、キャッピング層４０において形成される一方、それらは、任意の好適な層で形成され得る。例えば、キャッピング層４０を覆う追加層を提供することができ、入口ポート１５及び出口ポート１９が、実質的にこの追加層内で提供される。
【０２３５】
さらに、図１０Ｄは、入口ポート１５及び出口ポート１９を、積層方向Ｌにおいてキャッピング層４０に途中まで延在すると説明する一方、他の例示的実施形態において、入口ポート１５及び出口ポート１９のいずれか又は両方が、キャッピング層４０の全体、例えば、膜層２０への全てを貫通し得る。
【０２３６】
ただ一つの入口ポート１５が、図１０Ｄに示されるアクチュエータ構成要素１’において提供され、この入口ポート１５が、全入口通路１２と共通する一方、他の例では、いくつかの入口ポート１５を提供することができ、それぞれが、流体をそれに供給するために入口通路１２の対応する群に接続されている。
【０２３７】
加えて、又は代わりに、いくつかの出口ポート１９を提供することができ（図１０Ｄにおいてと同様に、丁度一つの共通の出口ポート１９よりむしろ）、それぞれが、流体をそれから受け取るために出口通路１６の対応する群に接続されている。
【０２３８】
図１、４Ａ〜４Ｂ、５Ａ〜５Ｄ、７Ａ〜７Ｅ、８Ａ〜８Ｂ、９Ａ〜９Ｂ及び１０Ａ〜１０Ｄに関して上で説明されたアクチュエータ構成要素は、例えば、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）のため構造を製作するために典型的に使用されるプロセスを使用して製作されてもよい。かかる場合では、アクチュエータ構成要素は、ＭＥＭＳアクチュエータ構成要素であると説明され得る（これは、使用される作動素子のタイプに関する含意を伴わない：例えば、熱性作動素子を有するアクチュエータ構成要素は、それらが電気機械的作動素子を含まないという事実にかかわらず、ＭＥＭＳアクチュエータ構成要素として当該技術分野において言及されることに注意する）。
【０２３９】
先述の説明は、いくつかの例を提示したが、他の例及びバリエーションは、添付の特許請求の範囲内であると考えられることは理解されるべきである。
【０２４０】
先述の説明が、本発明の当業者の理解を支援し、かつ本発明がどのように実施され得るかを実証するいくつかの非限定的な例を提供するよう意図されていることに留意されたい。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【国際調査報告】
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