JP2005517558A - 流体ポンプおよび液滴付着装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】流体ポンプおよび液滴付着装置を提供する。
【解決手段】ドロップオンデマンドのインクジェット印刷に使用されるのに適切な流体ポンプ装置において、弾性的に変形可能なチャンバ壁が作用されて音波を形成し、これが今度はチャンバ出口に流体を流れさせる。弾性的に変形可能なチャンバ壁は、剛性の部分と可撓性のある部分との両方を具備していることが好ましい。代替の配列において、チャネル壁には、作動方向に動くことができる領域が設けられる。電磁気アクチュエータは、フラックス変動の原則下で動作する。本発明は、好ましくは、平面的な構造であり、MEMS技術を使用して製造される。
【解決手段】ドロップオンデマンドのインクジェット印刷に使用されるのに適切な流体ポンプ装置において、弾性的に変形可能なチャンバ壁が作用されて音波を形成し、これが今度はチャンバ出口に流体を流れさせる。弾性的に変形可能なチャンバ壁は、剛性の部分と可撓性のある部分との両方を具備していることが好ましい。代替の配列において、チャネル壁には、作動方向に動くことができる領域が設けられる。電磁気アクチュエータは、フラックス変動の原則下で動作する。本発明は、好ましくは、平面的な構造であり、MEMS技術を使用して製造される。
Description
本発明は、流体ポンプに関し、特に、ドロップオンデマンドのインクジェット印刷に適切な液滴付着装置に関する。
流体ポンプ特に小型流体ポンプ装置は、薬剤の分注、および、特定の実施例では、エアロゾルを形成する装置を含む多数の商業的に重要な用途がある。
特定の関心がある流体ポンプ用途は印刷である。デジタル印刷および特にインクジェット印刷は、多数の世界的な印刷市場では急速に重要な技術になってきている。1分間に100枚以上印刷することができるページワイドプリンタが、近く市販されるよう企図されている。
今日、インクジェットプリンタは、典型的に、2種類の作動方法の一方を使用する。第1の方法では、ヒーターを使用してインクを沸騰し、それによって、インクの対応する液滴を排出するのに十分なサイズのバブルを形成する。バブルジェットプリンタ用のインクは、典型的に水性であり、したがって、インクを気化して十分なバブルを形成するには、大量のエネルギが必要である。これは、駆動回路のコストを増加する傾向があり、また、プリントヘッドの寿命を減少する。
第2の作動方法は、電場の作動時に変形する圧電要素である。この変形は、チャンバの圧力増加によってか、または、チャネルに音波が形成されることによってかで、排出を発生させる。溶剤、水性、ホットメルトおよびオイル系のインクを受け入れることができるため、圧電プリントヘッド用のインクの選択は、著しく広い。
本発明の目的は、改良された流体ポンプ装置および改良された流体ポンプアクチュエータを提供するように追求することである。
本発明のさらなる目的は、改良された液滴付着装置および改良された液滴付着アクチュエータを提供するように追求することである。
本発明の1つの態様によると、液体チャンバを規定している複数のチャンバ壁であって、その1つが作動方向に弾性的に変形可能であるチャンバ壁と、チャンバ出口と、チャンバから離れたアクチュエータであって、上記作動方向に上記弾性的に変形可能なチャネル壁を作用させて、チャンバに音波を形成し、それによって、チャンバ出口に流体を流れさせるアクチュエータと、を具備している流体ポンプ装置が提供される。
本発明の第2の態様において、液体チャンバを規定しているチャンバ壁であって、その1つが作動方向に弾性的に変形可能であるチャンバ壁と、チャンバに接続された排出ノズルと、チャンバを通って液体の連続した流れを与える液体供給体と、チャンバの液体に音波を反射するように作用する音波境界と、チャンバおよび液体供給体から離れたアクチュエータであって、上記作動方向で上記弾性的に変形可能なチャンバ壁に作用して、チャンバの液体に音波を形成し、それによって、上記ノズルを通って液滴を排出させるアクチュエータと、を具備している液滴付着装置が提供される。
弾性的に変形可能であるチャンバ壁は、ノズルを含むものとは反対側の壁に位置することが好ましく、アクチュエータをチャネルの流体から分離する液体シールを形成する。変形可能な壁は、アクチュエータと壁状構成要素との間の共通シートであってもよい。
弾性的に変形可能なチャンバ壁は、好ましくは、アクチュエータから力をチャネルの流体におよび少なくとも1つの曲げ要素に伝達することができる実質的に剛性の要素を有している。曲げ要素は、剛性要素を作動方向に動くように強制し、液体圧力に対して強硬であることが好ましい。剛性要素への平行四辺形リンケージが特に適切であることがわかってきており、アクチュエータがプッシュロッドを具備している場合には、これが直接作用することができ、実際に剛性要素に担持されることができる。
特に適切な配列において、流体チャンバは、弾性的に変形可能なチャネル壁を有している細長い液体チャネルを具備し、曲げ要素は、全幅を横切ってかまたは壁の一部にわたって、延在することができる。このような配列において、剛性要素は典型的にチャネルの長さ方向に沿って延在し、作動はチャネルの長さに対して直交する方向であり、細長いチャネル壁を作動方向に弾性的に変形する。
アクチュエータ自体は、いずれの適切な装置であってもよいが、アクチュエータの好適な実施の形態において、プッシュロッドが電磁気アクチュエータ構造体のアーマチュアとして作用し、特に好適な実施の形態では、アーマチュアはフラックスの変動によって変位される。
この特に好適な実施の形態において、アーマチュアは、上記作動方向に沿って変位され、実質的に一定した大きさのフラックスは、作動方向に間隔をおいて離れたフラックス経路のアーマチュアに当接するエアギャップに配置されている。フラックス変動は、エアギャップにフラックスを分布するように作用し、アーマチュアに力を生成し、したがって運動を発生させる。
一次磁石(永久磁石であることが好ましい)が設けられて、フラックスを制定し、二次磁石(電磁石であることが好ましい)は、上記フラックスの分布を変動するように作用する。単独で操作する一次磁石も二次磁石も、2つの磁場が重なり合っているならば、アーマチュアの所望の力変位特徴を達成する必要はない。
電磁石のコイルが配置されているスロットを具備し、このスロットが上記エアギャップに開口しているスタータ構成要素を設けることができる。コイルが作動方向に同軸に配列されている実施の形態もあれば、作動方向に垂直な軸を備えた実施の形態もある。
好ましくは、フラックスの分布の上記変動は、第1のエアギャップでフラックス密度の増加を有し、第2のエアギャップでフラックス密度の減少を有し、第1および第2のエアギャップ位置は作動方向で間隔をおいている。
有利なことに、第1のエアギャップでのフラックス密度の増加および第2のエアギャップでのフラックス密度の減少は、建設的および破壊的な干渉によって達成され、それぞれ、切替可能な磁場と一定した磁場との間である。
アクチュエータが、マイクロエレクトロメカニカルシステム(Micro−Electro−Mechanical−Systems;MEMS)技術によって形成されることが好適であり、その中で、エッチング、蒸着、および、集積回路製造技術から発する類似技術を使用して、(通常)シリコンウェーハが繰り返し形成および層の選択的除去を経験する。
本発明のさらなる態様において、チャネルの長さ方向に沿って液体中を移動する音波を維持することができる細長い液体チャネルと、上記音波に応答して液滴を排出するために位置決めされた液滴排出ノズルと、電気駆動信号の受信時に作用しチャネルに音波を形成し、それによって液滴排出を行う電磁気アクチュエータと、を具備している液滴付着装置が提供される。
細長いチャネルを具備している実施の形態において、音波境界は、チャネルのそれぞれの対抗する端に適切に位置し、チャネルの液体に音波を反射するように作用する。これらの反射は、負の反射であることが好ましい。
本発明の態様にしたがって構成された液滴付着装置において、排出ノズルは好ましくは、その長さ方向の中間点でチャネルに接続され、液体供給体はチャネルに沿った液体の連続した流れを与える。音波境界の1つは、ノズルを具備している壁であってもよい。この状況において、1つのみの液体供給体が液体チャンバに設けられ、典型的に、チャンバのノズルとは反対側の端に位置する。
本発明の一定の実施の形態は、有利なことに平面的な構成要素から構造されることができ、この構成要素は次いで互いに平行に組み立てることができることがわかった。このような平面的な構成要素を形成するのに適切なプロセスとして、エッチング、マシニングおよび電気鋳造が挙げられる。
本発明の別の態様において、流体ポンプ装置に使用される略平面的な構成要素が提供され、
弾性的に変形可能な部分を有している第1の平面的な層と、
上記第1の平面的な層に平行で、対応する弾性的に変形可能な部分を有している第2の平面的な層と、
作動方向を有している複数のアクチュエータであって、上記2つの層の間に位置し、上記2つの層の内部表面に接続され、作動の方向は上記2つの層に直交する複数のアクチュエータと、
を具備し、
上記アクチュエータは、上記第1の平面的な層の外部に接触する液体の圧力を変えるように、上記第1および第2の層の選択された弾性的に変形可能な部分を作動方向に変形するように作動可能である。
弾性的に変形可能な部分を有している第1の平面的な層と、
上記第1の平面的な層に平行で、対応する弾性的に変形可能な部分を有している第2の平面的な層と、
作動方向を有している複数のアクチュエータであって、上記2つの層の間に位置し、上記2つの層の内部表面に接続され、作動の方向は上記2つの層に直交する複数のアクチュエータと、
を具備し、
上記アクチュエータは、上記第1の平面的な層の外部に接触する液体の圧力を変えるように、上記第1および第2の層の選択された弾性的に変形可能な部分を作動方向に変形するように作動可能である。
第1の層は、連続しており不浸透性であることが好ましく、一方、第2の層は、材料の多数の個別の部分を具備してもよく、浸透性であってもよい。
好適な配列において、アクチュエータは、剛性プッシュロッドを具備し、これは、今度は、2つの層の対応する変形可能な部分の間に接続されている。この配列の一実施の形態において、プッシュロッドは、作動方向のみに動くように、2つの層によって強制される。
本発明の関連態様にしたがって、流体ポンプ装置を作る方法が提供され、上述のような第1の平面的な構成要素を形成する工程と、上記第1の平面的な構成要素の弾性的に変形可能な部分に対応する開口側部チャネルを規定している複数の剛性チャネルを具備している第2の平面的な構成要素を形成する工程と、2つの平面的な構成要素を、それらが平行であるように、且つ、第2の平面的な構成要素のチャネルが第1の平面的な構成要素の弾性的に変形可能な部分に整列配置するように噛み合わせ、したがってそれが弾性的に変形可能なチャネル壁の一部を形成する工程と、を備える。
本発明の別の態様において、細長い流体チャネルを規定している細長いチャネル壁を具備している流体ポンプ装置が提供され、チャネルは流体出口を有し、上記チャネル壁の1つは、チャネルの長さ方向に直交する作動方向に並進して動くことができる少なくとも1つの別個の領域と、チャネル壁の上記領域で上記作動方向に作用する少なくとも1つの直線アクチュエータと、を有して、チャネルに音波を形成し、それによって上記出口から流体を放出する。
好ましくは、直線アクチュエータは、作動方向に直線に電磁気力下で自身で動くことができるアーマチュアを有している。
本発明のさらなる態様において、液滴付着装置が提供され、弾性的に変形可能な仕切板によって部分的に境界づけられた細長い液体チャネルと、チャネル用の液体供給体と、チャネルに連通する排出ノズルと、仕切板によって液体から分離されるプッシュロッドと、を具備し、プッシュロッドは、チャネルの長さ方向に直交する作動方向に変位可能であり、前記仕切板を変形してチャネルの液体を変位し、それによって上記ノズルを通して液滴を排出させ、プッシュロッドは、作動方向に互いから間隔をおいた2つの位置で少なくとも1つの曲げ要素によってサポートされている。
本発明のさらなる態様において、液滴付着装置を製造する方法が提供され、装置は、1セットの平行なチャネルに対応する複数の剛性チャネル壁を具備している第1の平面的な構成要素と、各チャネル用の弾性的に変形可能なチャネル壁であって、共通平面に位置する弾性的に変形可能なチャネル壁と、各チャネル用の線状アクチュエータを具備している第2の平面的な構成要素であって、上記アクチュエータは平行であるそれぞれの作動方向を有している第2の平面的な構成要素と、を具備し、弾性的に変形可能なチャネル壁は、製造された装置の第1および第2の平面的な構成要素の間にありそれらに平行な関係に位置しており、上記作動方向は上記共通平面に直交して配置され、アクチュエータは、関連した弾性的に変形可能なチャネル壁の変形によってそれぞれのチャネルを作動するように作用する。
本発明は、下記の図面に関連して、例のためのみに、説明される。
本発明の一定の態様の利益の1つは、プリントヘッド自体が多数の個別に製造された構成要素から形成することができることである。第1の構成要素はアクチュエータ要素を具備し、一方、第2の構成要素はチャネル構造物を有している。他の特徴部は別個の構成要素として製造されてもよく、上記構成要素の一部として形成されてもよい。
図1は、本発明の一実施の形態におけるチャネル状構成要素を示す。シリコン、セラミックまたは金属材料1のシートは、必要に応じて、エッチングされるか、マシニングされるかまたは電気鋳造されるかして、複数のチャネルを形成し、壁2によって分離されて、構成要素の長さ方向に延びている。構成要素は、チャネルに沿った通路の一部を延びている弾性的に変形可能な壁4を有している。壁は、排出チャンバの基部を形成し、アクチュエータ(図示せず)によって変形され、チャネルから離れており、その反対側に作用する。弾性的に変形可能な壁のいずれかの端に、貫通ポート6が設けられて排出流体を完成したアクチュエータに供給するように作用する。
ニロ42(Nilo42)等のニッケル/鉄合金製のカバー構成要素8が、チャネル状構成要素の頂部表面に取り付けられ、ノズルプレート10に位置するノズルオリフィス12に整列配置するための貫通ポートを有している。
排出チャンバの幅Wc、高さHcおよび長さLcは、条件Wc、Hc<<Lcを満たす寸法を有している。音波長さLcは、動作周波数およびチャンバ内の音の速度から決定され、典型的に2mmのオーダである。ノズルは、チャンバの途中に位置決めされ、チャンバの各端は、貫通ポート6によって形成されたマニホールド内に開く。
操作において、マニホールドはインクをチャンバへ供給することができるか、または、インクが連続してチャンバを通って循環することができ、マニホールドの1つが過剰の印刷されなかった流体を溜へ戻すような供給配列でありうるか、のいずれかである。
チャンバの開いた端は、チャネル内の音波を負に反射する音波境界を提供する。これらの反射された波は、ノズルに収束し、液滴を排出させる。したがって、マニホールドは、適切な境界を達成するためにチャネルのサイズに対して大きな断面積を有さなければならない。
弾性的に変形可能な壁4は、直接または間接的に取り付けられたアクチュエータ要素を有している。アクチュエータ要素は、弾性的に変形可能な壁のノズルに面する側とは反対側に位置決めされ、したがって排出チャンバから離れて位置する。アクチュエータは、直線を動いて、変形可能な壁を、チャンバの長さ方向に対して直交して撓ませ、音波を生成する。運動の開始方向は、ノズルに向かってもよくまたはノズルから離れてもよい。
変形可能な壁を即座に連続して作動させることによって、多数の液滴を単一の排出列で排出することが可能になる。これらの液滴は、機内かまたは紙上かのいずれかで組み合わせて、排出された液滴の数に依存して異なるサイズの印刷されたドットを形成することができる。
図2では、より複雑なシリコンフロアプレート20が使用され、アクチュエータ要素22の力を、図1の簡略な平らな仕切板4ではなく、排出チャンバ24へ伝達する。プレート20は、接着剤または他の標準シリコンウェーハ結合方法によって一緒に結合された2つのエッチングされたシリコンウェーハから形成され、2つの機能を実行する。第1の場合には、アクチュエータをサポートする必要があり、復元力を提供して、アクチュエータをその安定した状態の静止位置へ戻らせ、且つ、プレートにかかった曲げ力およびモーメントがアクチュエータに伝達されるのを防止する。
第2の場合には、フロアプレートは、インク圧力の変化のための容積測定コンプライアンスが低いように、十分に硬くなければならず、そうでなければインクの音速は悪影響を受ける。
フロアプレートは、剛性要素21に対する曲げ要素26を具備している平行四辺形リンケージを効果的に形成するのを見ることができ、アクチュエータは、剛性要素に直接作用する。
このようなフロアプレートの有用性および利益は、図21に関連して下記により詳細に説明される。
図2の例において、フロアプレートは、別個のプレートであるとみなされるが、図3に関連して詳細に説明されるように、チャネル状構成要素の一部として形成することも同様に可能である。
チャネルは、図3に見られるように、構成要素の下部にあり、見えない。
プッシュロッド30は、排出チャンバのフロア34と一体的に形成されている。基部プレート38は、直立壁32上を延在しプッシュロッドとプッシュロッドチャンバ36とを分離するように、構成要素に取り付けられる。基部プレートは可撓性があり、したがって、排出チャンバから離れたプッシュロッドの端用に可撓性のあるリンケージを提供する。
図3のチャネル状構成要素の製造は、好ましくは、ウェットエッチングと深堀反応性イオンエッチング(DRIE)との混合によって達成される。シリコンプレートが設けられ、図4に示されるように、DRIEを使用して1つの表面からエッチングされて、排出チャンバ24と、排出チャンバを分割する壁33とを形成している。
所定の深さでエッチングが停止され、二酸化ケイ素および/または窒化ケイ素のエッチングストップ層34が、図5に示されるように、排出チャンバの表面上に蒸着されている。反対側から、DRIEによって、プッシャーロッド30および分割壁31は、先に形成されたSiO2および/またはSiN層34に、エッチャント除去シリコンを備えて形成されている。この層は除去されないため、薄い可撓性のある膜は、図6に示されるように、排出チャンバをプッシャーロッドチャンバ36から分離したままである。
図7において、第2のシリコンプレート33は、プッシャーロッドチャンバ36を有している第1のプレートの側部に結合されている。この第2のプレートは、2層コーティングを有し、すなわち、SiN37のコーティングがかぶさったSiO235であり、SiNは、SiO2よりも、第2のプレートのより大きな区域上に延びていることが好ましい。第2のシリコンプレート33は、ウェットエッチングによって実質的に除去される犠牲層であり、図8に示されるように、SiNおよびSiO2の可撓性のある膜を残す。
図9に示されるように、次いで、MEMS製造技術を使用して、アクチュエータ(アーマチュア39を通って概略的に描かれる)をSiNおよびSiO2膜上に形成することができる。(このプロセスは、図32ないし40に関連して下記により詳細に説明される。)最終工程は、インク供給ポート6に残っているSiNおよびSiO2を除去して、カバーおよびノズルプレートを加えることである。
図10は、インク供給ポート6内の膜34および35、37を除去する前の図3の線B−Bに沿った図である。これらは、好ましくはウェットエッチングによって除去され、供給ポートを開き、インクが排出チャンバに沿って流れるのを可能にする。カバープレートは、図11のように加えられる。
図12は、図3の線A−Aに沿った断面図を示す。インクチャネル24は、弾性的に変形可能なチャネル壁34と、弾性的に変形可能なチャネル壁とは反対側の壁を形成しているノズルプレート31と、2つの剛性の非変形可能壁33と、によって一方の側に境界づけられる。
プッシャーロッド30は、弾性的に変形可能なチャネル壁と弾性的に変形可能な基部プレート35、37との間に位置するチャンバに位置決めされている。アクチュエータは、アーマチュア39が、弾性的に変形可能な基部プレートのプッシャーロッドとは反対側の側部に作用するように、位置決めされている。
アクチュエータがプッシャーロッドに作用するため、弾性的に変形可能なフロアプレートと弾性的に変形可能な基部プレートとの両方が変形する。一定の状況において、2つの弾性的に変形可能なプレートの硬さは、異なるように選択されている。しかし、2つの弾性的に変形可能なプレートが同一の硬さであることも同様に十分である。
排出チャンバ24を境界づける壁33とプッシャーロッドチャンバ36を境界づける壁35とは等しい厚さであることも示されている。しかし、変形可能な壁の特定の弾性にしたがって、壁33、35の厚さを、一方が他方よりも厚いように変えることが望ましい場合もある。
アクチュエータは、弾性的に変形可能な基部プレートを含んでもよく、好ましくは、プレート構造物として取り付けられる。建造の好適な方法は、図32ないし40に関連して下記に説明される。
先に述べたように、アクチュエータは、チャネル状構成要素とは別個に形成され、したがって、多数の異なる種類のアクチュエータが、上述のチャネル状構成要素と使用するのに適切である。本発明は、一定の実施の形態において、特に電磁気アクチュエータに関し、および、MEMS技術によって製造されることが好ましい新しい種類の電磁気アクチュエータに関する。
好適な磁気アクチュエータが図13に関連して説明される。このアクチュエータは、エアギャップ磁気バイアスフラックスフィールド分布を変動することによって撓むスロット状スタータアクチュエータとして規定していることができる。アクチュエータアーマチュア98は、矢印Fの方向に動き、仕切板100に対して押して、圧力の乱れを、したがって音波を、インクチャンバ102内のインクに誘発する。
アクチュエータ構成要素は、スロット状スタータプレート94とフラックスアクチュエータプレート90との間にある永久磁石92から構成されている。スロット状スタータプレートのスロットは、マルチターン励起コイル96を含む。このコイルは、DC電流で励起されるときには、成形アーマチュア98に一定した軸方向力Fを生成する。有利なことに、力Fの大きさは、電流iの大きさに正比例する。
図14ないし17は、アクチュエータの作動原則を示す。図14は、永久磁石からの磁力線の経路を示す。図15に示されるように、コイルを通って電流が流れていないときには、磁場の強さ120a、120bは、スロット状スタータ94の両方の磁極面で類似している。これは、アーマチュア磁極面「ab」をスタータ磁極面「cd」よりも短くすることによって達成される。
DC電流がコイルを通って流れるときには、フラックス線および磁場の強さは、図16に示されるように歪む。下記の方程式を使用して、
W=∫1/2B2/μdV
ただし、Wはシステムの合計エネルギ、Bはエアギャップのフラックス密度、μ0はフリースペースの透磁率、Vはエアギャップの容量であり、Bは二乗であるため、システムの合計エネルギは、図15よりも図16の方が大きいことを見ることができる。
W=∫1/2B2/μdV
ただし、Wはシステムの合計エネルギ、Bはエアギャップのフラックス密度、μ0はフリースペースの透磁率、Vはエアギャップの容量であり、Bは二乗であるため、システムの合計エネルギは、図15よりも図16の方が大きいことを見ることができる。
最小作用の原則によって、システムは、最低エネルギ状態へ戻るように試みる。アーマチュアは、したがって、図17に示されるように、動作中の高さY1を最小限にするために、スタータ極に対して下へ動く。
電流を逆にすることによって、アーマチュアを反対方向に撓ませることが可能であり、したがって仕切板を押し、排出チャンバの容量を減少する。
アクチュエータの寸法は、図18に示されるように、エアギャップgおよび必要な移動tに対して寸法づけられる。
この配列において、アーマチュアの移動tは、スタータ磁極面x5、x6の高さを規定している。好ましくは、距離x1はx5の半分であるが、これは、アクチュエータの方向の両方に等しい線状運動を提供するからである。x1は、g≦x1≦(x5−g)の範囲あることが望ましいが、これは、電界エッジ効果が開始しコイルに応力をかけ、アクチュエータの効率をこの範囲外に減じるからである。はっきりと規定されたショルダ91が、エアギャップ間隔あけgおよびエアギャップ容量vを規定しているように作用する。フラックスアクチュエータとフラックスアクチュエータプレート90との間のエアギャップも重要であり、ここではオーバーハング93である。このエアギャップもgのオーダである。
典型的な寸法は下記の通りである。
x5=x6
x5=t+2kg
y>2g
x3≧t/2+kg
ただし、kは典型的に1ないし3の範囲にある。
x5=t+2kg
y>2g
x3≧t/2+kg
ただし、kは典型的に1ないし3の範囲にある。
アーマチュアの形状およびエアギャップの形状寸法は、アーマチュアがコイルの励起で最小エネルギ位置を有し、この最小エネルギ位置が静止位置から作動方向に変位されるようにされることが重要である。これは、本質的にショルダ91を通る上述の配列で達成される。幅広く様々な他の配向も、当然可能である。
スロット状スタータまたはバイアスフィールド磁気アクチュエータがローレンツ形態の磁気アクチュエータよりも有利な点は、コイルに作用する力が弱いということである。コイル自体は複数層の複数コイルとして形成され、アクチュエータの限定されたサイズのため、コイルは損傷を受けやすくなる。したがって、それに作用する力を減少することが重要である。
第2の利点は、ローレンツ力型に比較してアーマチュア塊が最小限にされることである。アーマチュア塊を最小限にする結果として、液滴付着装置の操作周波数が最大限になる。
有利なことに、可変リラクタンスアクチュエータに比較すると、展開された力は、電流の極性には無関係に、電流に実質的に線状に依存する。可変リラクタンス型アクチュエータでは、力は、エアギャップの関数であり、したがって、製造公差に対して非常に敏感である。高公差のこの要件は、フラックス変動アクチュエータでは減少される。
アーマチュア力でより詳細に見ると、アーマチュア力Fxは、アーマチュア位置の関数として座標で示すことができることがわかった。コイルに電流が流れていない状況のグラフが図19に示される。
アーマチュア力Fxがゼロに近いほぼ−kg<x<+kgの範囲にデッドバンドがあることに注意されたい。しかし、永久磁石からの磁場が継続して存在するが、力は、電流がコイルに加えられるときに、アーマチュアに加えられるだけである。非ゼロコイル電流iが励起コイルに加えられるときには、エアギャップ「ab」の磁場は、比較的弱いままであるスロットの場で歪む。この場の歪みは、アーマチュアに力を生成する。
永久磁石のためにエアギャップのフラックス密度がBであり、コイル長さがLであり、コイルがN回転を有している場合に、コイルとのフラックスリンケージは、アーマチュアが時間でΔtに距離Δxだけ上方に動くときに、2BΔ×LNである。
エネルギ保存および原理的仮想仕事によって、アーマチュアに作用する力Fは、下記によって与えられる。
FΔx=(2BΔ×LN/Δt)iΔt
そのため、
F=2BLNi
である。
そのため、
F=2BLNi
である。
コイル電流の関数として座標に示されたアクチュエータの力は、図20に与えられる。力の線状性質によって、この種類のアクチュエータは、単にコイルを通る電流を変えることによって容易に制御することができる。
図21は、先に説明したプッシュロッドプレートを通って排出チャンバに取り付けられたバイアスフラックスアクチュエータを示す。先に述べたように、プッシュロッドプレートが、回転力および曲げ力を排出チャンバのフロアからアクチュエータへ伝達しないことが必要である。
バイアスフィールドアクチュエータにおいて、エアギャップ間隔あけは、アーマチュア要素の寸法を規定しているのに重要である。この実施の形態において、アーマチュアは1点のみで固定され、すなわち、チャネル状構成要素またはプッシュロッド構成要素に固定されることに注意されたい。反対側の端はステータ内を自由に動くため、いずれの回転力および曲げ力がアーマチュアへ伝達される。これによって、エアギャップに支持点を有し、したがってエアギャップ内にフラックス密度を有していることになる。プッシュロッド構成要素は、この異常を防止するように作用する。
アクチュエータプレート構成要素は、繰り返し形成および層の選択除去によって形成されている。適切な技術として、MEMS製造技術として知られるものが挙げられる。
図22は、流体ポンプ装置の平面的な構造の実施の形態を例示する。第1の平面的な層302は、第2の平面的な層304に平行に配列されている。アクチュエータ層が、2つの層302、304を分離し、それらの間に構造的一体化を維持する。層302、304の間のアクチュエータ層に、アクチュエータアセンブリ306とプッシュロッド308とが位置し、プッシュロッド308は、この場合、アクチュエータアセンブリ306用のアーマチュアとして作用する。プッシュロッドは、層302および304に取り付けられ、それによって作動方向314に動くように強制される。図22に関連して今まで述べられた層状構造は、基材310上にサポートされ、全体として参照符号311で示される平面的な構成要素を形成している。基材310は、中空312を含んで、プッシュロッド308が作動方向(矢印314で示される)を自由に動くことを可能にする。この動きが発生してもよいために、層302の部分303は、弾性的に変形可能である。層304の対応する部分305も弾性的に変形可能である。図22には、全体として参照符号318で示される開口チャネルを規定している壁状構成要素316も示される。構成要素316は、チャネル出口319をさらに含み、ノズルプレート320を取り付けている。図22から、壁状構成要素316が平面的な構成要素311に噛み合うことができ、流体ポンプ装置を形成していることを見ることができる。このようなポンプ装置は、流体がチャネル318から上記出口319を通って流れさせるように操作されることができる。チャネル318には、流体供給(図示せず)から流体が供給されてもよい。
好適な配列において、アーマチュア308は、平行四辺形リンケージとして機能する可撓性のある部分303、305によって直線運動をするように強制され、例えば、図13の配列によって提供される電磁気力を受ける。
図23は、流体ポンプ装置の一部を形成しているチャネル状構造の図である。第1の平面的な構成要素352は、第1の弾性的に変形可能な層354と、第2の弾性的に変形可能な層358と、アクチュエータ構造体360と、を有している。このアクチュエータ構造体360は、層354と358との間に結合され担持された多数のアーマチュア362を含む。アーマチュア352にかぶさる層354の領域356は、硬いままであり、作動時に、層354の平面に垂直な作動方向に図面の右手側に示されるように、並進して動く。
チャネル370を規定しているチャネル壁366を有している第2の構成要素364は、前記構成要素352に噛み合うように配列されている。このようにして、第1の層354は、チャネル370のチャネル壁の1つを形成している。このチャネル370は、アーマチュア362を経由してアクチュエータ構造体60によって作用される多数の領域356を具備してもよいことを見ることができる。各アーマチュアは、層354の1つ以上の領域356に作用してもよく、個別にアドレス可能であってもよい。このようにして、変動する圧力分布がチャネル370に作られてもよい。一実施の形態において、アーマチュア362の一連の操作によってチャネル370に蠕動波を設定することが望ましいこともある。図23において、アーマチュアは、単一の複数アドレス可能なアクチュエータアセンブリ360によって操作されるが、多数のまたは別々のアクチュエータを同様なやり方で使用することも可能である。
領域356は、チャネル370に対して幅広く様々なパターンで配列されてもよい。図23において、部分の長さ方向を走る細長いアーマチュアによって操作可能な細長い領域(チャネルの長さ方向に平行に配列されている)の2つの列が示され、各列は2つの別個に操作可能な領域を有している。代替の配列において、チャネルの長さ方向に垂直な細長い方向を有している一連の細長い領域が設けられてもよく、その一連はチャネルの長さ方向に沿って延びている。領域のさらに可能なパターンは、特許請求の範囲内に含まれる。
好適な磁気アクチュエータとしてフラックス変動アクチュエータが説明されてきたが、本発明に関連して多数の異なる種類の磁気アクチュエータを使用することができることを理解しなければならない。
図24は、可変リラクタンス力にしたがって操作する磁気アクチュエータを示す。チャネル状構成要素42、およびノズル44は、上記図1ないし3に関連して説明したように形成されている。
アーマチュア46は、ニッケル/鉄またはニッケル/鉄/コバルト合金等の電気鋳造された軟磁性材料から形成されている。アーマチュアは、変形およびリコイルを補助するためにばねの要素を提供するように設計されている。
軟磁性材料製の電気鋳造されたスタータ構成要素48には、スタータコア52を取り囲む銅コイル50が設けられる。操作において、DC電流がコイルを通って進み、アーマチュアを引きつける磁場を生成する。インクチャネルの容量は、したがって、音波を開始するために増加される。1/2Lc/cに等しい(ただし、Lcは有効チャネル長さであり、cはインク内の音の速度である)適切なタイミングで、電流が除去され、アーマチュアがリコイルするのを可能にする。リコイルは、チャネル内で反射した音波を補強し、液滴をノズル44から排出させる。
可変リラクタンス型アクチュエータの代替の形態は、図25に示される。ばね要素56が、エッチングされたシリコンかまたは何らかの他の非磁性材料の仕切板として形成されている。スタータ58は中心区域を形成し、それを通ってアーマチュア62の一部64が、仕切板に接触するために延びている。コイル60は、広い表面積を有しているアーマチュア62の一部に隣接するスタータ内に設けられる。
作動時に、アーマチュアは、スタータに向けて引きつけられ、したがって仕切板をチャネル内に撓ませ、ノズルから液滴を排出させる。
図26は、ローレンツ力を使用して撓むことができるアクチュエータを示す。チャネル状構成要素は、先に説明したように形成され、アクチュエータ構成要素は別個の構成要素として形成され、これに取り付けられる。エッチングされたシリコンアクチュエータプレート74には、多数の穴が形成され、それを通って可動アーマチュア構造物が配置されている。静止コイル78は、プレートと仕切板100との間のエッチングされたシリコンプレートの下側(または代替の実施の形態では上側)に取り付けられる。
可動アーマチュア構造物は、永久磁石84によって結合された2つの金属拡張部76、77から構成されている。中間拡張部は、コイルによって規定された環形を通って配置され、仕切板100に結合されている。外側拡張部は、コイルのまわりを延在し、中間拡張部よりも短い。
コイルに電流を加えると、ローレンツ力方程式にしたがって永久磁場と相互作用し、中間拡張部を動かして仕切板を撓ませる効果を有している。この撓みは、結果として、液滴をノズルから排出することになる。
すべての先のバイアスフラックスアクチュエータは、単一コイル層のみを使用して示してきたが、図27に示されるように、2層のコイルを使用することは可能である。磁石からのフラックスは、コイルが1つであろうと2つであろうと同一である。しかし、アーマチュアによって生成された力は、磁石の反対側に位置する第2のコイルから第2のバイアス場を第1のコイルに加えることによって、増加することができる。
さらなる好適なアクチュエータの実施の形態は、図28ないし31に示されている。
図28は、さらなる代替のアクチュエータ構造体を例示する。アーマチュアは、中心磁性部分1504および2つの非磁性剛性部分1506を具備して提供される。アーマチュアは、第1の平面的な層1508によって一方の端で、および、第2の層1510によって他方の端で、作動方向(図28に示されるようにほぼ垂直)に動くように強制される。アクチュエータ構造体は、サポート基材1512を含む。永久磁石1514は、図面に示されるように、極を備えて基材の下に位置する。磁石1514からチャネルフラックスへ、アーマチュアの磁性部分1504を通って、磁石1514の反対の極へ戻る磁性ヨークが設けられる。アーマチュアの領域において、アーマチュアへフラックスを提供するヨークは、作動方向に磁性的に分離された、2つの磁性部分1516および1518を有している。類似ヨーク配列が設けられて、アーマチュアから進むフラックスを永久磁石1514へ戻す。このようにして、永久磁石フラックスが制定され、これは、アーマチュアの領域で、作動方向に間隔をおいて離れている、2つの実質的に平行なフラックス経路に分割されているのを見ることができる。これらのフラックス経路は、アーマチュアに隣接するエアギャップ1520および1522を含む。チャネル構成要素1524も示される。
図29は、図28と実質的に同一のアクチュエータ構造体を示すが、これは、フラックスの線を例示する。この配列において、永久磁石からのフラックス(実線で示される)は、実質的に単一方向に、作動の方向(矢印1552によって示される)に垂直に、アーマチュアを通って進む。図29は、励起コイル1550と、上記コイルから作られたフラックス(破線で示される)も示す。この二次フラックスがフラックス担持エアギャップ1554および1556で一次フラックスを補強し、エアギャップ1558および1560で一次フラックス密度を減少するように作用するのを見ることができる。アーマチュアを通って進むフラックスは実質的に一定のままであるが、作動の方向でアーマチュアに不平衡に作動する。図29において、二次フラックスは、コイル巻き1550の両セットのまわりの連続した経路を形成して示されている。しかし、図31に示されるように、二次フラックスは、単一セットの巻きのまわりに閉鎖回路を形成するようにみなされてもよい。これは、作動方向に力を提供するフラックス変動の原理を変えない。
図28および図29の実施の形態は、有利なことに、複数のフラックス担持エアギャップを備えた複数のアーマチュアを有しているアクチュエータ用のバイアスとして使用することができる。
図30および31は、依然としてさらに代替のアクチュエータ構造体を例示する。図30は、2つのアーマチュア1602および1604を備えたアクチュエータ構造体を示し、各アーマチュアは2つの磁性部分1606と、複数の非磁性のサポート部分と、を有している。単一の一次磁石1608が、作動方向に分離された2つのフラックス経路に一次フラックス(実線で示される)を提供し、2つのアーマチュアの磁性アーマチュア部分1606の各々用である。励起コイル1610が各アーマチュアに設けられ、作動方向に垂直なコイル軸を備えて配列されている。このようにして、各アーマチュア用の二次フラックス(破線で示される)は、対応するエアギャップの対でそれぞれ一次フラックスを補強し取り消すように作用し、作動方向における所与のアーマチュアの各磁性部分に作用する力を提供する。図面の両方のアーマチュアは、一次フラックスを提供する永久磁石を共有しているが、各アーマチュア用の励起コイルは、個別に作動されてもよく、各アーマチュアが別個に操作することができることを可能にする。図30は別個のチャネルに作用する2つのアクチュエータを示すが、当然ながら、同時にまたは蠕動でまたは他の協働するやり方で作動する、チャネルの幅にまたは長さ方向に間隔をおいた、同一のチャネルに作動することもできる。
図31は、図30の実施の形態の変形例を例示する。再度、2つのアーマチュア1602および1604を備えたアクチュエータ構造体が示され、各アーマチュアは2つの磁性部分1606と、複数の非磁性部分と、を有している。しかし、ここでは、アーマチュアの磁性部分は延在し、エアギャップ1620(そのようなエアギャップの2つのみが図面に示される)を担持するフラックスを囲繞する領域でヨークに側方向に重なり合う。これは結果として、作動方向に実質的に平行な方向を有しているエアギャップにおける一次フラックス(実線で示される)になる。励起コイル(簡略化のために二次コイルの一部分のみが示されている)によって発生される二次フラックス(破線で示される)も同一である。この実施の形態は、フラックス方向に垂直なエアギャップを担持するフラックスの区域が、作動方向に垂直な方向を通過するエアギャップフラックスを有している対応する実施の形態よりも大きいことが可能である。これは、より大きな作動力を生成することを可能にする。この実施の形態は、一連の平行な層から形成されているアクチュエータ構造体にさならる利点を有し、各層は、作動装置の作動の方向に直交している。この場合、エアギャップの厚さは、層の蒸着厚さによって制御される。この配向に形成されたエアギャップの厚さは、したがって、例えば、エアギャップ公差がマスク登録によって制御される、図28に示されたような配向のエアギャップのものよりも、より正確に規定されている。
アーマチュアの磁性部分が、エアギャップを担持するフラックスを囲繞する領域でヨークに側方向に重なり合う本発明の実施の形態は、上述の特定の実施例に限定されないことを理解しなければならない。このような特徴は、アクチュエータ構造体の他の実施の形態に同様に有用に加えることができる。
次に、図32ないし40を参照して、MEMS製造プロセスの例を説明する。この例は、図21に示された構造物の製造から取られている。
図32において、パターン化フォトレジスト120が、図21の弾性的に変形可能なプッシャーロッドプレート100に蒸着する。その後、電気鋳造されたニッケル合金122の層が蒸着される。ニッケル合金は、アーマチュアの第1の部分とスタータ用のサポートとを形成している。フォトレジストは、ひとたび除去されると、エアギャップを形成する。
ひとたび図32の第1の層が完了すると、フォトレジストおよびニッケル合金の次の層が、図33に示されるように、同様に蒸着される。これらの工程は、所望の構造物が達成されるまで、多数回、繰り返されてもよい。
図34において、永久磁石124がフォトレジスト120および電気鋳造された合金122と一緒に蒸着される層が、形成される。図35および36で、合金およびフォトレジストのさらなる層が蒸着される。図35および36では、エアギャップを担持するフラックスのプロファイルが展開されるのを見ることができる。この特定の例において、図36に示されるエアギャップの幅Wは、蒸着プロセスのマスク登録によって制御される。一定の深さで、電気コイル126を具備している層が、図37に示されるように、蒸着される。複数層コイルが好ましいため、この層は、多数回、繰り返されてもよい。多数の接続およびビアが、層のいくつかまたはすべてに組み込まれてもよく、コイルの電気接続を可能にする。図38および39で、フォトレジストおよび金属合金のより多くの層が蒸着される。
最後に、図40で、フォトレジストは構造全体から除去され、アーマチュアを構造物の残りから分離する。
説明された特定の実施の形態のいくつかは、ドロップオンデマンドのインクジェット装置を参照するが、本発明は、幅広い流体ポンプ用途に適用されてもよい。特に適切な用途として、いわゆる「ラボオンチップ(lab−on−chip)」用途およびドラッグデリバリーシステムとが挙げられる。本発明は、エアロゾルを形成する装置等の他の液滴付着装置にも適用可能である。
マイクロエレクトロメカニカルシステム技術は、本発明による装置の製造に適切であるとして検討されている。MEMS技術は、深堀反応性イオンエッチング(DRIE)、電気めっき、電気泳動および化学金属研磨(CMP)を含む。一般的なMEMS技術の例は、下記に例を挙げるテキストブックに検討されている。
P.Rai−Choudhury著、「マイクロリソグラフィ、マイクロマシニングおよびマイクロファブリケーションのハンドブック(Handbook of Microlithography,Micromachining,and Microfabrication)」1巻および2巻、SPIEプレスおよびIEEプレス、1997、ISBN0−8529−6906−6(第1巻)および0−8529−6911−2(第2巻)。
Mohamed Gad−el−Hak著、「MEMSハンドブック(The MEMS Handbook)」CRCプレス2001、ISBN0−8493−0077−0。
磁性材料および非磁性材料の両方が本発明に使用される。建造に使用される適切な材料として、Si系化合物、Ni−Fe−Co−Bo合金を含むニッケルおよび鉄系金属、ポリイミド、シリコーンラバー、および、銅および銅合金が挙げられる。MEMS技術で使用されるのに適切な磁気材料の有用な検討(および参照により組み込まれる)は、
J.W.Judy、N.Myung著「MEMS用磁気材料(Magnetic Materials for MEMS)」、MEMS材料に関するMRSワークショップ(MRS workshop on MEMS materials)、カリフォルニア州サンフランシスコ(2002年4月5ないし6日)、23ないし26頁。
J.W.Judy、N.Myung著「MEMS用磁気材料(Magnetic Materials for MEMS)」、MEMS材料に関するMRSワークショップ(MRS workshop on MEMS materials)、カリフォルニア州サンフランシスコ(2002年4月5ないし6日)、23ないし26頁。
実施の形態は、特定の数のチャネル、アクチュエータおよびアーマチュアを有して示されているが、単一の基板にチャネルおよびアクチュエータの大きなアレイを製造することができ、チャネルのアレイを一緒に突き合わせることができることを理解すべきである。
実施の形態は、線状チャネルに関して説明されている。他のチャンバアーキテクチャを使用することも同様に可能であり、例えば、国際特許公開第99/01284号に関して説明されたように音波がノズルの半径方向に移動するアーキテクチャを含むが、排他的ではなく、また、上記特許の内容はここに組み込まれる。
この明細書(この語は、特許請求の範囲を含む)に開示されたおよび/または図面に示された各特徴は、他の開示されたおよび/または例示された特徴とは無関係に、本発明に組み込まれてもよい。
Claims (102)
- 1つが作動方向に弾性的に変形可能であり、液体チャンバを規定している複数のチャンバ壁と、前記チャンバに接続された排出ノズルと、前記チャンバを通る液体の連続した流れを与える液体供給体と、前記チャンバの前記液体に音波を反射するように作用する音波境界と、前記チャンバおよび前記液体供給体から離れ、前記作動方向に前記弾性的に変形可能なチャンバ壁を作用させて、前記チャンバの前記液体に音波を形成し、前記ノズルを介して液滴を排出させるアクチュエータとを具備している液滴付着装置。
- 前記音波境界は、前記チャンバの前記液体内の音波を負に反射するよう作用する請求項1記載の装置。
- 流体チャンバを規定し、1つが作動方向に弾性的に変形可能である複数のチャンバ壁と、チャンバ出口と、前記チャンバから離れ、前記作動方向に前記弾性的に変形可能なチャネル壁を作用させて、前記チャンバに音波を形成して、前記チャンバ出口に流体を流れさせるアクチュエータとを具備している流体ポンプ装置。
- 前記弾性的に変形可能なチャンバ壁は、前記アクチュエータを前記チャンバ内の流体から分離するシールを形成してい請求項1ないし3のいずれか1項に記載の装置。
- 前記流体チャンバは、細長い液体チャネルを有し、前記弾性的に変形可能なチャンバ壁は細長いチャネル壁を有している前記全ての請求項のいずれか1項に記載の装置。
- 前記弾性的に変形可能なチャンバ壁は、力を前記アクチュエータから前記チャネルの流体へ且つ少なくとも1つの第1の曲げ要素へ伝達することができる実質的に剛性の要素を有している前記全ての請求項のいずれか1項に記載の装置。
- 前記少なくとも1つの曲げ要素は、前記弾性的に変形可能なチャネル壁の実質的に全幅を横切って延在している請求項5に従属する請求項6記載の装置。
- 前記少なくとも1つの曲げ要素は、前記弾性的に変形可能なチャネル壁の幅の一部を横切って延びている請求項5に従属する請求項6記載の装置。
- 前記剛性要素は、前記チャネルの長さ方向に沿って延びている請求項5に従属する請求項6ないし8のいずれか1項に記載の装置。
- 前記弾性的に変形可能なチャンバ壁は、前記剛性要素を前記作動方向に動くように強制するように配列された複数の曲げ要素を有している請求項5ないし9のいずれか1項に記載の装置。
- 前記曲げ要素の少なくとも1つは、前記チャネルの流体に接触し、流体圧力に対して強硬である請求項10記載の装置。
- 前記曲げ要素は、前記剛性要素に対する平行四辺形リンケージに配列されている請求項5ないし11のいずれか1項に記載の装置。
- 前記アクチュエータは、前記剛性要素に作用するプッシュロッドを有している請求項5ないし12のいずれか1項に記載の装置。
- 前記プッシュロッドは、前記剛性要素に担持されている請求項13記載の装置。
- 前記プッシュロッドは、電磁気アクチュエータ構造体のアーマチュアとして作用する請求項13または14に記載の装置。
- 前記作動方向で前記剛性要素から間隔をおいて離れた位置で前記プッシュロッドに接続されたサポート手段をさらに具備し、前記サポート手段は前記プッシュロッドを前記作動方向に動くように強制する請求項13ないし15のいずれか1項に記載の装置。
- 前記サポート手段は、前記剛性要素から間隔をおいて離れた場所で前記プッシュロッドに接続された1つまたは複数の第2の曲げ要素を具備し、前記第1および第2の曲げ要素は、前記プッシュロッドに対して平行四辺形リンケージのように作用するように配列されている請求項16記載の装置。
- 前記アクチュエータは、電磁気的に操作する前記全ての請求項のいずれか1項に記載の装置。
- 前記アクチュエータは、フラックス分布の変動によって変位されるアーマチュアを具備している請求項15ないし18のいずれか1項に記載の装置。
- 1セットのチャネルに対応する複数の剛性チャネル壁と前記チャネルに整列配置された複数のノズルとを具備している第1の平面的な構成要素と、前記第1の平面的な構成要素に平行に配置された第2の平面的な構成要素であって、前記チャネルに整列配置された複数のアクチュエータを具備している第2の平面的な構成要素と、を具備している前記全ての請求項のいずれか1項に記載の装置。
- 前記セットのチャネルは、細長く、互いに平行に配列されている請求項20記載の装置。
- 前記第1の平面的な構成要素は、各チャネル用に弾性的に変形可能なチャネル壁をさらに具備している請求項20または21に記載の装置。
- 前記第2の平面的な構成要素は、各チャネル用に弾性的に変形可能なチャネル壁をさらに具備している請求項20または21に記載の装置。
- 前記第1の構成要素は、一体的である請求項20ないし23のいずれか1項に記載の装置。
- 前記第1の構成要素は、材料をエッチングして前記チャネル壁を規定している工程を備えるプロセスによって製造されている請求項20ないし24のいずれか1項に記載の装置。
- 前記チャネル壁は、マシニングによって形成されている請求項20ないし24のいずれか1項に記載の装置。
- 前記チャネル壁は、電気鋳造によって形成されている請求項20ないし24のいずれか1項に記載の装置。
- 前記第1の構成要素は、シリコンから形成されている請求項20ないし27のいずれか1項に記載の装置。
- 前記第2の構成要素は、繰り返し形成および層の選択的除去によって製造されたラミネートである請求項20ないし28のいずれか1項に記載の装置。
- 各層は、2つ以上の材料を備えてもよい請求項29記載の装置。
- 少なくとも1つの別個の領域が前記弾性的に変形可能なチャネル壁にり規定され、前記または各領域は、壁の弾性的な変形によって前記作動方向に並進して動くことができ、前記または各前記領域は強硬である前記全ての請求項のいずれか1項に記載の装置。
- 2つ以上の前記領域が存在する請求項31記載の装置。
- 1つまたは複数の前記領域を、別の領域とは独立して作動することができる請求項32記載の装置。
- 前記アクチュエータは、2つ以上の領域に作用する請求項32または33に記載の装置。
- それぞれ前記領域に関連した複数の類似アクチュエータを具備している請求項32または33に記載の装置。
- 流体ポンプ装置に使用される略平面的な構成要素であって、
弾性的に変形可能な部分を有している第1の平面的な層と、
前記第1の平面的な層に平行で、対応する弾性的に変形可能な部分を有している第2の平面的な層と、
作動方向を有している複数のアクチュエータであって、前記2つの層の間に位置し、前記2つの層の内部表面に接続され、前記作動の方向は前記2つの層に直交する複数のアクチュエータとを具備し、
前記アクチュエータは、前記第1の平面的な層の外部に接触する液体の圧力を変えるように、前記第1および第2の層の選択された弾性的に変形可能な部分を作動方向に変形するように操作可能である略平面的な構成要素。 - 前記第1の平面的な層は、不浸透性である請求項36記載の略平面的な構成要素。
- 前記第2の平面的な層は、浸透性である請求項36または37に記載の略平面的な構成要素。
- 前記アクチュエータは、前記第1および第2の平面的な層の対応する弾性的に変形可能な部分の間に接続された剛性プッシュロッドを有している請求項36ないし38のいずれか1項に記載の略平面的な構成要素。
- 前記プッシュロッドは、作動の方向のみに動くように、前記第1および第2の平面的な層によって強制される請求項39記載の略平面的な構成要素。
- 前記プッシュロッドは、電磁気アクチュエータ構造体のアーマチュアとして作用する請求項39または40に記載の略平面的な構成要素。
- 1つの層の前記弾性的に変形可能な部分は各々が伸長の方向を有し、前記伸長の方向は平行である請求項36ないし41のいずれか1項に記載の略平面的な構成要素。
- 流体ポンプ装置を作る方法であって、
請求項36ないし42のいずれか1項に記載の第1の平面的な構成要素を形成する工程と、
前記第1の平面的な構成要素の前記弾性的に変形可能な部分に対応する開口側部チャネルを規定している複数の剛性チャネルを具備している第2の平面的な構成要素を形成する工程と、
前記2つの平面的な構成要素を、それらが平行であるように、且つ、前記第2の平面的な構成要素の前記チャネルが前記第1の平面的な構成要素の前記弾性的に変形可能な部分に整列配置するように噛み合わせて、弾性的に変形可能なチャネル壁の一部を形成する工程と、
を備える方法。 - 前記第1の平面的な構成要素は、各チャネル用に1つの弾性的に変形可能な部分を有している請求項43記載の方法。
- 前記第1の平面的な構成要素は、各チャネル用に2つ以上の弾性的に変形可能な部分を有している請求項43記載の方法。
- 細長い流体チャネルを規定している複数の細長いチャネル壁を具備している流体ポンプ装置であって、前記チャネルは流体出口を有し、前記チャネル壁の1つは、前記チャネルの長さ方向に直交する作動方向に並進して動くことができる少なくとも1つの別個の領域と、前記チャネル壁の前記領域で前記作動方向に作用する少なくとも1つの直線アクチュエータと、を有して、前記チャネルに音波を形成し、それによって前記出口から流体を放出する流体ポンプ装置。
- 前記直線アクチュエータは、前記作動方向に直線に電磁気力下で自身で動くことができるアーマチュアを有している請求項46記載の流体ポンプ装置。
- 前記アーマチュアは、前記直線に動くように強制される請求項47記載の流体ポンプ装置。
- 前記アーマチュアは、平行四辺形リンケージとして機能する要素によって強制される請求項49記載の装置。
- 前記領域は細長く、前記チャネルの前記音波の長さ方向の実質的な部分に沿って延びている請求項46ないし49のいずれか1項に記載の装置。
- 少なくとも2つの前記領域が設けられている請求項46ないし50のいずれか1項に記載の装置。
- 前記アクチュエータは、2つ以上の領域に作用する請求項51記載の装置。
- それぞれ前記領域に関連した複数の類似アクチュエータを具備している請求項52記載の装置。
- 前記流体出口は、液滴付着ノズルを有している請求項46ないし53のいずれか1項に記載の装置。
- 各々がそれぞれのアクチュエータを有している複数の類似チャネルを具備し、前記アクチュエータは平行な作動方向を有している請求項46ないし54のいずれか1項に記載の装置。
- インクジェットプリンタの形態である請求項46ないし54のいずれか1項に記載の装置。
- 液体を移動する音波を維持することができる液体チャンバと、前記音波に応答して液滴を排出するために位置決めされた液滴排出ノズルと、電気駆動信号の受信時に作用し前記チャンバに音波を形成し、それによって液滴排出を行う電磁気アクチュエータと、を具備している液滴付着装置。
- 前記アクチュエータは、前記チャンバから離れている請求項57記載の液滴付着装置。
- 前記チャンバは、チャンバ壁によって規定され、前記チャンバ壁の1つは、前記アクチュエータの作用下で前記作動方向に弾性的に変形可能である請求項57または58に記載の液滴付着装置。
- 前記弾性的に変形可能なチャンバ壁は、前記アクチュエータを前記チャンバの液体から分離する液体シールを形成している請求項59記載の液滴付着装置。
- 前記チャンバの液体に音波を反射するように作用する音波境界をさらに具備している請求項57ないし60のいずれか1項に記載の液滴付着装置。
- 前記チャンバを通る液体の連続した流れを与える液体供給体をさらに具備している請求項57ないし61のいずれか1項に記載の液滴付着装置。
- 前記アクチュエータは、実質的に一定した大きさの磁気フラックスの分布の変動によって変位されるアーマチュアを有している請求項57ないし62のいずれか1項に記載の液滴付着装置。
- 前記液体チャンバは、細長い液体チャネルを有している請求項57ないし63のいずれか1項に記載の液滴付着装置。
- 前記アクチュエータは、前記チャネルの長さ方向に直交する作動方向に操作する請求項64記載の液滴付着装置。
- 前記アクチュエータは、実質的に前記チャネルの長さ方向に沿って延びている請求項64または65に記載の液滴付着装置。
- 前記チャネルのそれぞれの対向する端に音波境界を具備している請求項64ないし66のいずれか1項に記載の液滴付着装置。
- 前記排出ノズルは、その長さ方向の中間の点で前記チャネルに接続されている請求項64ないし67のいずれか1項に記載の液滴付着装置。
- 1セットのチャンバに対応する複数の剛性チャンバ壁と前記チャンバに整列配置された複数のノズルとを具備している第1の平面的な構成要素と、前記第1の平面的な構成要素に平行に配置された第2の平面的な構成要素であって、前記チャンバに整列配置された複数のアクチュエータを具備している第2の平面的な構成要素とを有している請求項64ないし68のいずれか1項に記載の液滴付着装置。
- 前記第1の平面的な構成要素は、各チャンバ用に弾性的に変形可能なチャンバ壁をさらに有している請求項69記載の液滴付着装置。
- 前記第2の平面的な構成要素は、各チャネル用に弾性的に変形可能なチャンバ壁をさらに有している請求項69記載の液滴付着装置。
- 前記第1の構成要素は、一体的である請求項69ないし71のいずれか1項に記載の液滴付着装置。
- 前記第1の構成要素は、材料をエッチングして前記チャンバ壁を規定している工程を備えるプロセスによって製造されている請求項69ないし72のいずれか1項に記載の液滴付着装置。
- 前記チャンバ壁は、マシニングによって形成されている請求項69ないし72のいずれか1項に記載の液滴付着装置。
- 前記チャンバ壁は、電気鋳造によって形成されている請求項69ないし72のいずれか1項に記載の液滴付着装置。
- 前記第1の構成要素は、シリコンから形成されている請求項69ないし75のいずれか1項に記載の液滴付着装置。
- 前記第2の構成要素は、繰り返し形成および層の選択的除去によって製造されたラミネートである請求項69ないし76のいずれか1項に記載の液滴付着装置。
- 各層は、2つ以上の材料を備えてもよい請求項77記載の液滴付着装置。
- 弾性的に変形可能な仕切板によって部分的に境界づけられた細長い液体チャネルと、前記チャネル用の液体供給体と、前記チャネルに連通する排出ノズルと、前記仕切板によって液体から分離されているプッシュロッドと、を具備し、前記プッシュロッドは、前記チャネルの長さ方向に直交する作動方向に変位可能であり、前記仕切板を変形して前記チャネルの液体を変位し、それによって前記ノズルを通して液滴を排出させ、前記プッシュロッドは、前記作動方向に互いから間隔をおいた2つの場所で少なくとも1つの曲げ要素によってサポートされている液滴付着装置。
- 前記プッシュロッドは、前記チャネルの長さ方向に平行な軸を中心にした回転に対して前記少なくとも1つの曲げ要素によって強制される請求項79記載の液滴付着装置。
- 前記プッシュロッドは、各前記場所で少なくとも1つの曲げ要素によってサポートされ、前記曲げ要素によって平行四辺形リンケージとして作用する請求項79または80に記載の液滴付着装置。
- 前記仕切板は、1つの前記曲げ要素として作用する請求項79ないし81のいずれか1項に記載の液滴付着装置。
- 前記プッシュロッドは、前記仕切板と一体的である請求項79ないし82のいずれか1項に記載の液滴付着装置。
- 前記ノズルは、前記作動方向で前記仕切板とは反対である請求項79ないし83のいずれか1項に記載の液滴付着装置。
- 前記仕切板は、前記チャネルの長さ方向に沿って延びている請求項79ないし84のいずれか1項に記載の液滴付着装置。
- 前記曲げ要素の少なくとも1つは、前記チャネルの液体に接触し、液体圧力に対して強硬である請求項79ないし85のいずれか1項に記載の液滴付着装置。
- 前記プッシュロッドは、前記仕切板から離れた端でアクチュエータに連通する請求項79ないし86のいずれか1項に記載の液滴付着装置。
- 前記アクチュエータは、電磁気アクチュエータを具備している請求項87記載の液滴付着装置。
- 前記プッシュロッドは、電磁気アクチュエータのアーマチュアとして作用する請求項79ないし88のいずれか1項に記載の液滴付着装置。
- 前記アクチュエータは、フラックス分布の変動によって変位されたアーマチュアを具備している請求項88または89に記載の液滴付着装置。
- 前記チャネルの液体に音波を反射するように作用する音波境界を前記チャネルのそれぞれの対向する端でさらに具備し、前記プッシュロッドによる前記仕切板の変形は、前記チャネルの液体に音波を形成するように作用し、それによって、前記ノズルによって液滴を排出させる請求項79ないし90のいずれか1項に記載の液滴付着装置。
- 液滴付着装置を製造する方法であって、装置は、1セットの平行なチャネルに対応する複数の剛性チャネル壁を具備している第1の平面的な構成要素と、各チャネル用の弾性的に変形可能なチャネル壁であって、共通平面に位置する弾性的に変形可能なチャネル壁と、各チャネル用の線状アクチュエータを具備している第2の平面的な構成要素であって、前記アクチュエータは平行であるそれぞれの作動方向を有している第2の平面的な構成要素と、を具備し、前記弾性的に変形可能なチャネル壁は、製造された装置の前記第1および第2の平面的な構成要素の間にありそれらに平行な関係に位置しており、前記作動方向は前記共通平面に直交して配置され、前記アクチュエータは、関連した弾性的に変形可能なチャネル壁の変形によって前記それぞれのチャネルを作動するように作用する方法。
- 前記第1の平面的な構成要素を形成する工程は、平面的なウェーハを形成し、前記ウェーハの一方の平面的な面から材料をエッチングして前記チャネル壁を規定している工程を備える請求項92記載の方法。
- 前記第1の平面的な構成要素を形成する工程は、前記ウェーハの他方の平面的な面から材料をエッチングして前記弾性的に変形可能なチャネル壁を規定している工程をさらに備える請求項93記載の方法。
- 前記第1の平面的な構成要素を形成する工程は、前記一方の平面的な面から材料をエッチングした後に材料を蒸着する工程を備え、前記ウェーハの前記他方の平面的な面から材料をエッチングする前記工程は、弾性的に変形可能なチャネル壁として前記蒸着された材料の層を規定しているように作用する請求項94記載の方法。
- 前記ウェーハの前記他方の平面的な面から材料をエッチングして前記弾性的に変形可能なチャネル壁を規定している前記工程は、各チャネルに前記関連した弾性的に変形可能なチャネル壁に接続されたプッシュロッドを残す請求項94または95に記載の方法。
- 各プッシュロッドは、実質的に前記関連したチャネルの長さ方向に沿って延びている請求項96記載の方法。
- 前記第1の平面的な構成要素を形成する工程は、前記プッシュロッドのそれぞれの自由端に結合された相互作用層を形成するさらなる工程を有する請求項96または97記載の方法。
- 前記ウェーハは、シリコンから形成されている請求項92ないし98のいずれか1項に記載の方法。
- エッチング工程は、深堀反応性イオンエッチングを含んでいる請求項93ないし99のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ウェーハは、シリコンから形成され、前記蒸着された材料は、SiO2またはSiNを有する請求項95記載の方法。
- 前記第2の構成要素は、繰り返し形成および層の選択的除去による請求項92ないし101のいずれか1項に記載の方法。
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