JP2002542948A - より均一な温度曲線を得る熱作動装置 - Google Patents
より均一な温度曲線を得る熱作動装置Info
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Abstract
Description
ェットプリンタに関連して本発明を説明するが、本発明は、マイクロ電子機械ポ
ンプ等の他のマイクロ電子機械装置にも適用できる。
、半導体の組立技術を使用して構成される。
術者協会スペクトル」(IEEE Spectrum)24〜33ページに発表された、エス
.トム ピクロウ(S.Tom Picraux)とポール ジェイ.マクワーター(Paul J.Mc
Whorter)の「集積マイクロシステムの幅広い展望」(The Broad Sweep of Inte
grated Micro Systems)という記事を考察することができる。
ク射出ノズルチャンバによってこの印刷装置からインクが射出される。多くの形
態のインクジェット印刷装置が公知である。この分野の調査として、「出力ハー
ドコピー装置」(Output Hard Copy Devices)、アール.デューベック(R. Dub
eck)及びエス.セル(S. Sherr)編集、207〜220ページ(1988年)
における、ジェイ.モーア(J. Moore)の「ノン−インパクトプリンティング:
導入と歴史的展望」(Non-Impact Printing: Introduction and Historical Per
spective)と題された記事を参照する。
ロ電子機械インクジェット(MEMJET)技術と称する。MEMJET技術の
1つの実施形態では、インク射出ノズルチャンバから微量のインクを射出するた
めに、電子機械作動装置によりチャンバの射出ノズルに向けて移動されるパドル
またはプランジャによって、インク射出ノズルチャンバからインクが射出される
。
使用される熱作動装置に関する。
定義される。該作動装置は、一端が基板に取付けられ他端が可動部材に接続され
るか一体化された電導性の材料からなる第1アームを備える。使用するには、該
第1アームは、前記アームを通る電流の通過により加熱されるように配置される
と共に、基板への取付け部材に隣接する領域に対して前記アームに加熱を集中さ
せる機能を有する輪郭を伴う前記アームの長さ方向に形成される。熱作動装置は
好ましくは第2のアームを含み、該第2のアームを基板と可動部材間に延在し、
第1アームが加熱された時、第1アームが第2アームに対して膨張して、可動部
材に偏向力を及ぼすようになっている。
最も好ましくは第1アームの両端の中間に位置する。
る。
、該チャンバ内に位置する液体射出パドルと、該チャンバの第2の壁にある導入
口によって、該チャンバ内へ伸びる熱作動装置とを備える液体射出装置も提供す
る。熱作動装置自体は、一端が基板に取付けられ、他端が液体射出パドルに接続
された第1の伝導性材料アームを備える。使用に際し電流の通過により加熱され
るように配置され、さらに前記基板の取付け部材に隣接する領域に対して前記ア
ームに加熱を集中させる機能を有する輪郭を伴う前記アームの長さ方向に形成さ
れ、それにより、射出装置を使用する際、第1アームが加熱されると、液体射出
パドルが第1の位置から第2の位置へ移動され、それによって液体射出口を通し
て液体が射出される。
発明の好適形態を例にとって説明する。
ャンバには持上がったリムを有するインク射出ノズル4内に液曲面3を形成する
ようにインクが充填される。ノズルチャンバ2内のインクはインク供給チャネル
15によって供給される。
2から射出される。熱作動装置7は、2つのアーム10と11を備え、その下部
アーム11が電流源に接続され電流誘発加熱が発生するようになっている。
11を加熱し、上部アーム10に対して下部アームの急速膨張を生じさせる。こ
の急速膨張はノズルチャンバ2内のパドル8の急速上昇運動を生じさせる。
バ2内に実質的な圧力上昇を生じさせる。これは次にノズル4からのインクの流
出を生じさせ、液曲面3を膨出させる。
位置に復帰を始める。その結果ノズルチャンバ2内に実質的な圧力降下を生じさ
せる。ノズルリム4外部のインクの前方運動量が液曲面のくびれと破壊を生じさ
せ、図3に示すように、新たな液曲面3と小滴13を形成する。小滴13はイン
ク印刷媒体(図示せず)上へ前方移動する。
動するにつれて、図2に示すように、チャネルスペース16の大きな増大を生じ
させる。この大きなチャネルスペース16がかなりの量のインクをノズルチャン
バ2内へと急速に流出させ、液曲面3の表面張力効果によって、チャネル16を
通してインクが引き寄せられる。ノズルチャンバの輪郭がノズルチャンバの急速
補給を許し、装置は次第に図1に示されたような静止状態に復帰する。
示すように、パドル8の外周に形成された環状リム18が、パドル8の構造的支
持体として機能する一方、図3に示すように、液曲面3とパドル8表面間の距離
を実質的に最大にする。この距離の最大化によって、液曲面3がパドル8表面に
接触して動作特徴に影響を及ぼす可能性を減少させる。更に、表面20に沿った
インクのウィッキングの可能性を減少させ、それによって装置1の動作特徴に影
響を及ぼす可能性を減少させるために、インク流出防止リップ19が設けられる
。
において、基板22に取付けられた熱作動装置100は、作動装置本体23を備
え、その両側に作動化アーム24と25がある。2つのアーム24と25は好ま
しくは同じ材料から形成される。
加熱される。熱膨張により下部アーム25が上部アーム24より長くなり、これ
らのアームは両端が接続されているので、下部アーム25は圧縮応力を受け、上
部アームが引張応力を受ける。拘束負荷が無ければ、これらの応力が上向きに曲
がる構造物100によって解放され、2つのアーム24と25が共通の中心の周
りで弧を形成する。
ンク)により、構造物100の動きは、単なる曲げよりはるかに複雑になり、二
次的歪みと座屈を生じるかもしれない。この問題は構造物100の寸法及び材料
を適正に選択することによって最小にすることができる。
ステムが図6に示すように座屈するかもしれない。この座屈は構造物100の動
作有効性を減少させる。図6に示すような座屈の可能性は、図7に示すような変
更装置と共に、小さめの作動化アーム124と125を利用することによって実
質的に減少させることができる。図8に示すように、下部アーム125を加熱し
た場合、作動装置本体123が上方に曲がり、システムが座屈する可能性が実質
的に減少する。
の部分26がせん断応力を受け、その結果、動作効率が減少するかもしれない。
更に、材料26の存在がアーム125からアーム124への急速な熱伝導を生じ
させ得る。
、動作パラメータは該部分26の溶融温度等の諸特性によって決定される。
熱作動装置の代替が示されているが、ここではアーム間にスペースまたはギャッ
プ28が形成される。図10に示すように、これらのアームの一方を加熱すると
同時に、アーム225が前述のように上方に曲がる。図10の装置は、アーム2
24と225の温度等の動作パラメータが本体223において使用される材料に
よって制限されないという利点を有する。更に、図10の装置は、本体223に
おけるせん断力の誘発を避け、動作中の層間剥離の危険性を最小にする。これら
の発明原理は、動作の一層エネルギー効果的な形態を提供するために、図1〜3
の装置の熱作動装置にも適用できる。
えてもよい。熱作動装置は、誘発加熱に依存しており、好適実施形態において利
用される装置を、図11に図示するように、第1の端31が基板に第2の端32
が負荷に相互接続された材料30に実質的に簡略化することができる。アーム3
0は、加熱されると、膨張して負荷32に力を及ぼす。加熱と同時に、温度曲線
はほぼ図12に示すようになる。両端31と32は、「熱吸収部」として作用し
、温度曲線が各端において低くなり、中央で最も高くなる。アーム30の動作特
徴は、溶融点35によって決定され、中央36の温度が溶融点35を超えた場合
、アームが破損する可能性がある。図12のグラフは、図11のアーム30がそ
の長さに沿って均一に加熱されない非最適結果を表している。
ーム30を変更することによって、図14に示すように、一層望ましい熱プロフ
ァイルを達成することができる。図14の曲線は、アーム30の長さを横切る一
層均一な加熱を示しており、それによって一層効果的な全体的動作を提供する。
ために、一連の支柱を設けることにより、一層の効率と座屈の可能性の減少が達
成できる。一連の支柱40と41は、2つのアーム324と325を接続して、
その座屈を防止するために設けられる。従って、下部アーム325が加熱された
場合、下部アームは上方に曲がりやすくなり、作動装置本体323をも上方に曲
げる。
の突出部は、熱作動装置の動作の細かな熱調整を提供するために戦略的に配置さ
れる。
れた熱作動装置50の上平面図が略図的に図示されている。伝導性作動部分54
は、2つの突出部55と56を備え、該突出部を例えば横断面領域58より大き
な断面の厚みにすることにより、これらの領域において温度を低下させる作用を
する。
れている。曲線70は、図11に示したような装置において生じる熱曲線である
。第2の曲線72は、中央熱吸収部を有する場合の図13の装置におけるもので
ある。第3の曲線73は、図16の装置における結果として生じる熱曲線である
。
おいて見出された。このエネルギーは、曲線70〜73より下の領域に関し、ま
た曲げ効率が温度に比例し、図16の装置が作動装置54に沿った比較的高い温
度を許容するので、図16の装置は、他の図示された装置より一層効率的である
。
76を設けた作動装置にわずかな変更を加えた形態が示されている。
ステムの操作に適合する際に利用することもできる。マイクロ電子機械システム
を製造する際に使用されるマスクを図20に示す。これは一連の突出部80を含
み、それらが代替熱分布装置を提供する。インクジェットプリントヘッドの断面
が図21に示されている。
ければ、色々変更及び/又は修正を加えてもよいことは当業者には理解できる。
従って、全ての点で記載の好適実施例は、単なる例であって、これに限定されな
い。
ラフ。 図19は、別の作動装置の構成を示す。 図20は、本発明の特徴を備えた熱インクジェットプリントヘッドノズルの製
造において使用される半導体マスクを示す。 図21は、図20のマスクを使用して製造される熱作動装置を示す。
Claims (8)
- 【請求項1】 マイクロ電子機械装置用の作動装置であって、前記作動装置は、
一端が基板に取付けられ他端が可動部材に接続あるいは可動部材と一体化された 電気的に 伝導性の材料からなる第1アームを備え、前記第1アームは、使用に際
し前記アームを通る電流の通過により加熱されるように配置されると共に、前記
第1アームは、前記基板の取付け部材に隣接する領域に対して前記アームに加熱
を集中させる機能を有する輪郭を伴う前記アームの長さ方向に形成されることを
特徴とする熱作動装置。 - 【請求項2】 第2アームを含み、前記第2アームは前記基板と前記可動部材間
に延在し、前記第1アームが加熱された時、前記第1アームが前記第2アームに
対して膨張して、前記可動部材に偏向力を及ぼすように配置されることを特徴と
する請求項1記載の熱作動装置。 - 【請求項3】 前記第2アームが、結合手段によって前記第1アームに接続され
ていることを特徴とする請求項2記載の熱作動装置。 - 【請求項4】 前記結合手段が、前記第1アームの両端の中間に位置しているこ
とを特徴とする請求項3記載の熱作動装置。 - 【請求項5】 前記結合手段が、前記第1アームの両端間のほぼ中間に位置して
いることを特徴とする請求項4記載の熱作動装置。 - 【請求項6】 前記第1アームには、少なくとも1つの熱吸収部が、その両端の
中間に形成されていることを特徴とする請求項2記載の熱作動装置。 - 【請求項7】 ノズルチャンバと、前記ノズルチャンバの1つの壁にある液体射
出口と、前記ノズルチャンバ内に位置する液体射出パドルと、前記ノズルチャン
バの第2の壁にある導入口によって前記チャンバ内へ伸びる熱作動装置とを備え
る液体射出装置であって、前記熱作動装置は、一端が基板に取付けられ、他端が
前記液体噴射パドルに接続され、電気的な前記第1アームは、使用に際し前記ア ームを通る 電流の通過により加熱されるように配置され、さらに前記基板の取付
け部材に隣接する領域に対して前記アームに加熱を集中させる機能を有する輪郭
を伴う前記アームの長さ方向に形成され、それにより、前記射出装置を使用する
際には、前記第1アームが加熱される時、前記液体射出パドルが第1の位置から
第2の位置へ移動され、それにより、前記液体射出口を介して液体を射出させる
ことを特徴とする液体射出装置。 - 【請求項8】 前記熱作動装置が、前記基板と液体射出パドル間に延在し、前記
第1アームが加熱された時、前記第1アームが前記第2アームに対して膨張して
、前記液体射出パドルに偏向力を及ぼすように配置されることを特徴とする液体
射出装置。
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