JP2010511527A - Inkjet nozzle assembly having a thermal bend actuator defining a main part of the nozzle chamber roof active beam - Google Patents

Inkjet nozzle assembly having a thermal bend actuator defining a main part of the nozzle chamber roof active beam Download PDF

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Abstract

【課題】優れたインクジェットノズル組立体を提供する。 To provide a good inkjet nozzle assembly.
【解決手段】インクジェットノズル組立体は、フロアおよびルーフを有したノズルチャンバを備える。 An ink jet nozzle assembly includes a nozzle chamber having a floor and a roof. ルーフは、そこに画成されたノズル開口、およびフロアに向かって可動である移動部分を有する。 Roof, there fraction made the nozzle openings, and a moving portion that is movable toward the floor. 組立体はさらに、ノズル開口からインクを吐出するために、複数のカンチレバービームを有する熱曲げアクチュエータを備える。 The assembly further comprises in order to eject ink from the nozzle opening, a thermal bend actuator having a plurality of cantilever beams. アクチュエータの第1アクティブビームはルーフの総面積の少なくとも30%を画成する。 First active beam actuator defines at least 30% of the total area of ​​the roof.
【選択図】図11 .The 11

Description

本出願は熱曲げアクチュエータに関する。 The present application relates to a thermal bend actuator. それは主として、熱曲げ作動を介してインクを吐出する改良されたインクジェットノズルを提供するために開発された。 It was primarily developed to provide an ink jet nozzle with improved discharging ink through a thermal bend actuation.

[相互参照] [Cross-reference]
本出願の出願人または譲受人によって出願された以下の特許または特許出願は、この相互参照により本明細書に組み込まれる。 Applicant or following patents or patent applications filed by the assignee of the present application is incorporated herein by cross reference.




本出願人は、熱曲げ作動を利用する多数のMEMSインクジェットノズルを以前に記述してきた。 The Applicant has many MEMS inkjet nozzles using thermal bend actuation have been previously described. 熱曲げ作動とは一般的に、電流が流れた1つの材料の別の材料に対する熱膨張によって発生する曲げ動作を意味する。 In general the thermal bend actuation means bending operation caused by thermal expansion with respect to another material one material current flows. 結果的に生じる曲げ動作は、場合によりノズルチャンバに圧力波を発生させるパドルまたはベーンの動きを介して、ノズル開口からインクを吐出させるために使用することができる。 The resulting bending operation, optionally via a paddle or vane motion generating a pressure wave to the nozzle chamber can be used for ejecting ink from the nozzle openings.

幾つかの代表的な型の熱曲げインクジェットノズルは、上記の相互参照の節に列挙した特許および特許出願に例証されており、それらの内容は参照によって本明細書に組み込まれる。 Some thermal bend inkjet nozzles of typical type is illustrated in patents and patent applications listed in the section above cross-referenced, the contents of which are incorporated herein by reference.

特許文献1は、ノズルチャンバに配置されたパドルおよびノズルチャンバの外部に配置された熱曲げアクチュエータを有するインクジェットノズルを記載している。 Patent Document 1 describes an inkjet nozzle having a thermal bend actuator positioned externally of the paddle and nozzle chambers arranged in the nozzle chamber. アクチュエータは、非導電性材料(例えば二酸化ケイ素)の上部パッシブビームに融着させた導電性材料(例えば窒化チタン)の下部アクティブビームの形を取る。 The actuator takes the form of a lower active beam of conductive material fused to the upper passive beam of non-conductive material (e.g., silicon dioxide) (e.g. titanium nitride). アクチュエータは、ノズルチャンバの壁のスロットを介して受容されるアームを介してパドルに接続される。 The actuator is connected to the paddle via an arm that is received through the wall of the slot in the nozzle chamber. 下部アクティブビームに電流が流れると、アクチュエータは上方に曲がり、その結果としてパドルは、ノズルチャンバのルーフに画成されたノズル開口に向かって移動し、それによってインクの液滴が吐出される。 When a current flows through the lower active beam, the actuator bends upwards, the paddle as a result, moves toward the nozzle opening defined in a roof of the nozzle chamber, thereby ejecting the ink droplets. この設計の利点はその構成の単純さである。 The advantage of this design is the simplicity of its configuration. この設計の欠点は、パドルの両面がノズルチャンバ内部の比較的高粘度のインクに抗して作用することである。 The disadvantage of this design is that both sides of the paddle acts against the ink of a relatively high viscosity inside the nozzle chamber.

特許文献2は、アクチュエータがノズルチャンバの移動ルーフ部分を形成するインクジェットノズルを記載している。 Patent Document 2, the actuator is described an inkjet nozzles to form a moving roof portion of the nozzle chamber. アクチュエータは、ポリマ材料によって被包された導電性材料の蛇行状コアの形を取る。 The actuator takes the form of a serpentine core of conductive material which is encapsulated by a polymeric material. アクチュエータは作動するとノズルチャンバのフロアに向かって曲がり、チャンバ内の圧力を高め、チャンバのルーフに画成されたノズル開口からインクの液滴を押し出す。 Actuators when actuated bend towards the floor of the nozzle chamber, increasing the pressure in the chamber, pushes a droplet of ink from a nozzle opening defined in the chamber roof. ノズル開口はルーフの非移動部分に画成される。 Nozzle opening is defined in a non-moving portion of the roof. この設計の利点は、移動ルーフ部分の片面だけがノズルチャンバ内部の比較的高粘度のインクに抗して作用し得るということである。 The advantage of this design is that only one side of the moving roof portion can act against the ink of a relatively high viscosity inside the nozzle chamber. この設計の欠点は、ポリマ材料によって被包された蛇行状導電性要素からのアクチュエータの構成をMEMSプロセスで達成することが難しいことである。 The disadvantage of this design is that it is difficult to achieve the actuator structure from serpentine conductive elements encapsulated by polymeric material in MEMS processes.

特許文献3は、ノズル開口が画成された可動ルーフ部分を有するノズルチャンバを含むインクジェットノズルを記載している。 Patent Document 3 describes an inkjet nozzle comprising a nozzle chamber having a movable roof part which nozzle opening is defined. 可動ルーフ部分は、ノズルチャンバの外部に配置された熱曲げアクチュエータにアームを介して接続される。 Movable roof part is connected via an arm to a thermal bend actuator positioned externally of the nozzle chamber. アクチュエータは、下部パッシブビームから離間した上部アクティブビームの形を取る。 The actuator takes the form of an upper active beam spaced from the lower passive beam. アクティブおよびパッシブビームを離間させることによって、パッシブビームはアクティブビームのヒートシンクとして作用することができないので、熱曲げ効率が最大化される。 By spacing the active and passive beams, since the passive beam can not act as a heat sink for the active beam, thermal bend efficiency is maximized. 上部アクティブビームに電流が流れると、ノズル開口が画成された可動ルーフ部分はノズルチャンバのフロアに向かって回転を生じ、それによってノズル開口から吐出する。 When a current flows through the upper active beam, movable roof portion nozzle opening is defined results in rotation towards the floor of the nozzle chamber, thereby ejecting through the nozzle opening. ノズル開口はルーフ部分と共に移動するので、滴飛行方向は、ノズルリムの形状の適切な変形によって制御することができる。 Since the nozzle opening moves with the roof portion, drop flight direction may be controlled by suitable modification of the shape of the nozzle rim. この設計の利点は、移動ルーフ部分の片面だけがノズルチャンバ内部の比較的高粘度のインクに対して働かなければならないことである。 The advantage of this design is that only one side of the moving roof portion does not have to work against the ink having a relatively high viscosity inside the nozzle chamber. さらなる利点は、アクティブおよびパッシブビーム部材を離間させることによって、最小熱損失が達成されることである。 A further advantage is that by separating the active and passive beam members is to minimize heat loss is achieved. この設計の欠点は、アクティブおよびパッシブビーム部材を離間させることで構造的剛性が失われることである。 The disadvantage of this design is that the structural rigidity by separating the active and passive beam members are lost.

より効率的な滴吐出および改善された機械的ロバスト性を達成するように、熱曲げインクジェットノズルの設計を改良する必要がある。 To achieve more efficient drop ejection and improved mechanical robustness, it is necessary to improve the thermal bend inkjet nozzles designs.

米国特許第6,416,167号 US Pat. No. 6,416,167 米国特許第6,260,953号 US Pat. No. 6,260,953 米国特許第6,623,101号 US Pat. No. 6,623,101

第1態様では、本発明は、 In a first aspect, the present invention is,
フロアおよびルーフを備えるノズルチャンバであって、上記ルーフにはノズル開口が画成され、上記ルーフがフロアに向かって可動である移動部分を有するノズルチャンバと、 A nozzle chamber comprising a floor and a roof, in the roof nozzle opening is defined, a nozzle chamber having a moving part the roof is movable towards the floor,
複数のカンチレバービームを有し、ノズル開口からインクを吐出するための熱曲げアクチュエータと、 A plurality of cantilever beams, and the thermal bend actuator for ejecting ink from the nozzle openings,
を備え、上記アクチュエータが、 Comprising a said actuator,
駆動回路に接続するための第1アクティブビームと、 A first active beam for connection to the drive circuit,
第1ビームに電流を流したときに第1ビームが第2ビームに対して伸張し、結果的にアクチュエータの曲げを生じるように、第1ビームと機械的に協働する第2パッシブビームとを備える、 The first beam is stretched relative to the second beam when current flows in the first beam, to produce a result in bending of the actuator, and a second passive beam first beam mechanical cooperation provided,
インクジェットノズル組立体を提供する。 An inkjet nozzle assembly.

場合により、第1アクティブビームはルーフの総面積の少なくとも30%を画成する。 Optionally, the first active beam defines at least 30% of the total area of ​​the roof.

場合により、上記移動部分はアクチュエータを備える。 Optionally, it said moving portion comprises an actuator.

場合により、第1アクティブビームは上記ルーフの外面の少なくとも一部分を画成する。 Optionally, the first active beam defines at least part of an exterior surface of the roof.

場合により、ノズル開口がフロアに対して可動であるように、ノズル開口は移動部分に画成される。 Optionally, as nozzle opening is moveable relative to the floor, the nozzle opening is defined in the moving portion.

場合により、アクチュエータはノズル開口に対して可動である。 Optionally, the actuator is movable relative to the nozzle opening.

場合により、第1ビームは曲がりくねったビーム要素によって画成され、上記曲がりくねったビーム要素は複数の近接ビーム部材を有する。 Optionally, the first beam is defined by tortuous beam element, said tortuous beam element having a plurality of proximity beam member.

場合により、複数の近接ビーム部材は、第1ビームの長手軸に沿って延びる複数の長尺ビーム部材、および第1ビームの横軸を横切って延びると共に長尺ビーム部材を相互接続する少なくとも1つの短尺ビーム部材を備える。 Optionally, the plurality of proximity beams member, the first beam of the plurality extending along a longitudinal axis elongated beam member, and together with the first extending across the horizontal axis of the beam elongated beam member at least one interconnecting comprising a short beam member.

場合により、上記複数のビームの1つは多孔質材料から構成される。 Optionally, one of the plurality of beams is comprised of a porous material.

場合により、上記多孔質材料は2以下の誘電率を有する多孔質二酸化ケイ素である。 Optionally, the porous material is porous silicon dioxide having a dielectric constant of 2 or less.

場合により、熱曲げアクチュエータはさらに、第1ビームと第2ビームとの間に挟まれた第3絶縁ビームを備える。 Optionally, the thermal bend actuator further comprises a third insulation beam sandwiched between the first and second beams.

場合により、第3絶縁ビームは多孔質材料から構成される。 Optionally, the third insulation beam is comprised of a porous material.

場合により、第1ビームは第2ビームに融着または接合される。 Optionally, the first beam is fused or bonded to the second beam.

場合により、第2ビームは多孔質材料から構成される。 Optionally, the second beam is comprised of a porous material.

場合により、第1ビームの少なくとも一部分は第2ビームから離間する。 Optionally, at least a portion of the first beam is spaced apart from the second beam.

場合により、第1ビームは、窒化チタン、窒化チタンアルミニウム、およびアルミニウム合金を含む群から選択された材料から構成される。 Optionally, the first beam is configured titanium nitride, titanium aluminum nitride, and from a material selected from the group comprising aluminum alloy.

場合により、第1ビームはアルミニウム合金から構成される。 Optionally, the first beam is composed of an aluminum alloy.

場合により、上記アルミニウム合金はアルミニウムと100GPa超のヤング率を有する少なくとも1つの他の金属とを含む。 Optionally, the aluminum alloy includes at least one other metal having aluminum and 100GPa than the Young's modulus of.

場合により、上記少なくとも1つの金属はバナジウム、マンガン、クロム、コバルト、およびニッケルを含む群から選択される。 Optionally, it said at least one metal is selected vanadium, manganese, chromium, cobalt, and from the group comprising nickel.

場合により、上記合金はアルミニウムおよびバナジウムを含む。 Optionally, the alloy includes aluminum and vanadium.

場合により、上記合金は少なくとも80%のアルミニウムを含む。 Optionally, it said alloy comprises at least 80% aluminum.

第2態様では、本発明は、 In a second aspect, the present invention is,
駆動回路に接続するための第1アクティブ要素と、 A first active element for connection to a drive circuit,
第1要素に電流が流れたときに第1要素が第2要素に対して伸張し、結果的にアクチュエータの曲げを生じるように、第1要素と機械的に協働する第2パッシブ要素と、 The first element is stretched against the second element when a current flows through the first element, to produce results in bending of the actuator, and a second passive element in mechanical cooperation with the first element,
を備え、第1要素がアルミニウム合金から構成される、複数の要素を有する熱曲げアクチュエータを提供する。 Comprising a first element consists of an aluminum alloy, to provide a thermal bend actuator having a plurality of elements.

場合により、上記アルミニウム合金が、アルミニウムと100GPa超のヤング率を有する少なくとも1つの他の金属とを含む。 Optionally, the aluminum alloy, and at least one other metal having aluminum and 100GPa than the Young's modulus of.

場合により、上記少なくとも1つの金属はバナジウム、マンガン、クロム、コバルト、およびニッケルを含む群から選択される。 Optionally, it said at least one metal is selected vanadium, manganese, chromium, cobalt, and from the group comprising nickel.

場合により、上記合金はアルミニウムおよびバナジウムを含む。 Optionally, the alloy includes aluminum and vanadium.

場合により、上記合金は少なくとも80%のアルミニウムを含む。 Optionally, it said alloy comprises at least 80% aluminum.

場合により、上記第1および第2要素はカンチレバービームである。 Optionally, it said first and second element is a cantilevered beam.

場合により、第1ビームは長手軸に沿って第2ビームに融着または接合される。 Optionally, the first beam is fused or bonded to the second beam along a longitudinal axis.

場合により、第2ビームの少なくとも一部分は第1ビームから離間し、それによって第1ビームは第2ビームの少なくとも一部分から絶縁される。 Optionally, at least a portion of the second beam is spaced from the first beam, whereby the first beam is insulated from at least a portion of the second beam.

場合により、上記複数の要素の1つは多孔質材料から構成される。 Optionally, one of the plurality of elements is comprised of a porous material.

場合により、上記多孔質材料は約2以下の誘電率を有する。 Optionally, the porous material has about 2 or less dielectric constant.

場合により、上記多孔質材料は多孔質二酸化ケイ素である。 Optionally, the porous material is porous silicon dioxide.

場合により、第3絶縁ビームが第1ビームと第2ビームとの間に狭持される。 Optionally, the third insulating beams are held between the first and second beams.

場合により、第3絶縁ビームは多孔質材料から構成される。 Optionally, the third insulation beam is comprised of a porous material.

場合により、第2ビームは多孔質材料から構成される。 Optionally, the second beam is comprised of a porous material.

さらなる態様では、本発明は、 In a further aspect, the present invention is,
ノズル開口およびインク入口を有するノズルチャンバと、 A nozzle chamber having a nozzle opening and an ink inlet,
複数のカンチレバービームを有する、ノズル開口を介してインクを吐出するための熱曲げアクチュエータと、 Having a plurality of cantilever beams, and the thermal bend actuator for ejecting ink through the nozzle opening,
を備え、上記アクチュエータが、 Comprising a said actuator,
駆動回路に接続するための第1アクティブビームと、 A first active beam for connection to the drive circuit,
第1ビームに電流が流れたときに第1ビームが第2ビームに対して伸張し、結果的にアクチュエータの曲げを生じるように、第1ビームと機械的に協働する第2パッシブビームと、 The first beam is stretched relative to the second beam when a current flows through the first beam, to produce a result in bending of the actuator, and a second passive beam first beam and the mechanical cooperation,
を含み、第1ビームがアルミニウム合金から構成される、インクジェットノズル組立体を提供する。 Wherein the first beam is composed of an aluminum alloy, to provide an ink jet nozzle assembly.

場合により、ノズルチャンバはフロアと移動部分を有するルーフとを備え、それによって上記アクチュエータの作動が上記移動部分を上記フロアに向かって移動させる。 Optionally, the nozzle chamber comprises a roof having a floor and moving portion, whereby actuation of said actuator moves said moving portion towards said floor.

場合により、移動部分はアクチュエータを備える。 Optionally, the moving part comprises an actuator.

場合により、第1アクティブビームはルーフの総面積の少なくとも30%を画成する。 Optionally, the first active beam defines at least 30% of the total area of ​​the roof.

場合により、第1アクティブビームは上記ノズルチャンバの外面の少なくとも一部分を画成する。 Optionally, the first active beam defines at least part of an exterior surface of the nozzle chamber.

場合により、ノズル開口がフロアに対して可動であるように、ノズル開口は移動部分に画成される。 Optionally, as nozzle opening is moveable relative to the floor, the nozzle opening is defined in the moving portion.

第3態様では、本発明は、 In a third aspect, the present invention is,
駆動回路に接続するための第1アクティブ要素と、 A first active element for connection to a drive circuit,
第1要素に電流が流れたときに第1要素が第2要素に対して伸張し、結果的にアクチュエータの曲げを生じるように、第1要素と機械的に協働する第2パッシブ要素と、 The first element is stretched against the second element when a current flows through the first element, to produce results in bending of the actuator, and a second passive element in mechanical cooperation with the first element,
を備え、上記複数の要素の1つが多孔質材料から構成される、 Provided with one of said plurality of elements is comprised of a porous material,
複数の要素を有する熱曲げアクチュエータを提供する。 Providing thermal bend actuator having a plurality of elements.

場合により、上記多孔質材料は約2以下の誘電率を有する。 Optionally, the porous material has about 2 or less dielectric constant.

場合により、上記多孔質材料は多孔質二酸化ケイ素である。 Optionally, the porous material is porous silicon dioxide.

場合により、上記第1および第2要素はカンチレバービームである。 Optionally, it said first and second element is a cantilevered beam.

さらなる態様では、第1ビームと第2ビームとの間に狭持された第3絶縁ビームをさらに備える熱曲げアクチュエータを提供する。 In a further aspect, further comprising providing a thermal bend actuator third insulation beam sandwiched between the first and second beams.

場合により、第3絶縁ビームは多孔質材料から構成される。 Optionally, the third insulation beam is comprised of a porous material.

場合により、第1ビームはその長手軸に沿って第2ビームに融着または接合される。 Optionally, the first beam is fused or bonded to the second beam along its longitudinal axis.

場合により、第2ビームは多孔質材料から構成される。 Optionally, the second beam is comprised of a porous material.

場合により、第1要素は窒化チタン、窒化チタンアルミニウム、およびアルミニウム合金を含む群から選択された材料から構成される。 Optionally, the first component is composed of titanium nitride, titanium aluminum nitride, and from a material selected from the group comprising aluminum alloy.

場合により、第1要素はアルミニウム合金から構成される。 Optionally, the first component is comprised of an aluminum alloy.

場合により、上記アルミニウム合金は、アルミニウムと100GPaを超えるヤング率を有する少なくとも1つの他の金属とを含む。 Optionally, the aluminum alloy includes at least one other metal having a Young's modulus of greater than aluminum and 100 GPa.

場合により、上記少なくとも1つの金属はバナジウム、マンガン、クロム、コバルト、およびニッケルを含む群から選択される。 Optionally, it said at least one metal is selected vanadium, manganese, chromium, cobalt, and from the group comprising nickel.

場合により、上記合金はアルミニウムおよびバナジウムを含む。 Optionally, the alloy includes aluminum and vanadium.

場合により、上記合金は少なくとも80%のアルミニウムを含む。 Optionally, it said alloy comprises at least 80% aluminum.

別の態様では、本発明は、 In another aspect, the present invention is,
ノズル開口およびインク入口を有するノズルチャンバと、 A nozzle chamber having a nozzle opening and an ink inlet,
複数のカンチレバービームを有し、ノズル開口を介してインクを吐出するための熱曲げアクチュエータと、 A plurality of cantilever beams, and the thermal bend actuator for ejecting ink through the nozzle opening,
を備え、上記アクチュエータが、 Comprising a said actuator,
駆動回路に接続するための第1アクティブビームと、 A first active beam for connection to the drive circuit,
第1ビームに電流が流れたときに第1ビームが第2ビームに対して伸張し、結果的にアクチュエータの曲げを生じるように、第1ビームと機械的に協働する第2パッシブビームと、 The first beam is stretched relative to the second beam when a current flows through the first beam, to produce a result in bending of the actuator, and a second passive beam first beam and the mechanical cooperation,
を備え、上記複数のビームの1つが多孔質材料から構成される、インクジェットノズル組立体を提供する。 Provided with one of said plurality of beams but comprised of a porous material, to provide an ink jet nozzle assembly.

場合により、ノズルチャンバはフロアと移動部分を有するルーフとを備え、それによって上記アクチュエータの作動が上記移動部分を上記フロアに向かって移動させる。 Optionally, the nozzle chamber comprises a roof having a floor and moving portion, whereby actuation of said actuator moves said moving portion towards said floor.

場合により、移動部分はアクチュエータを備える。 Optionally, the moving part comprises an actuator.

場合により、第1アクティブビームはルーフの総面積の少なくとも30%を画成する。 Optionally, the first active beam defines at least 30% of the total area of ​​the roof.

場合により、第1アクティブビームは上記ノズルチャンバの外面の少なくとも一部分を画成する。 Optionally, the first active beam defines at least part of an exterior surface of the nozzle chamber.

場合により、ノズル開口がフロアに対して可動であるように、ノズル開口は移動部分に画成される。 Optionally, as nozzle opening is moveable relative to the floor, the nozzle opening is defined in the moving portion.

第4態様では、本発明は、 In a fourth aspect, the present invention is,
フロアおよびルーフを備え、上記ルーフにはノズル開口が画成され、上記ルーフがフロアに向かって可動である移動部分を有する、ノズルチャンバと、 Comprising a floor and a roof, in the roof nozzle opening is defined, having a moving part the roof is movable towards the floor, and a nozzle chamber,
複数のカンチレバービームを有し、ノズル開口を介してインクを吐出するための熱曲げアクチュエータと、 A plurality of cantilever beams, and the thermal bend actuator for ejecting ink through the nozzle opening,
を備え、上記アクチュエータが、 Comprising a said actuator,
駆動回路に接続するための第1アクティブビームと、 A first active beam for connection to the drive circuit,
第1ビームに電流が流れたときに第1ビームが第2ビームに対して伸張し、結果的にアクチュエータの曲げを生じるように、第1ビームと機械的に協働する第2パッシブビームと、 The first beam is stretched relative to the second beam when a current flows through the first beam, to produce a result in bending of the actuator, and a second passive beam first beam and the mechanical cooperation,
を備え、上記移動部分がアクチュエータを備える、インクジェットノズル組立体を提供する。 Comprising a, the moving portion comprising an actuator, an inkjet nozzle assembly.

場合により、第1アクティブビームはルーフの総面積の少なくとも30%を画成する。 Optionally, the first active beam defines at least 30% of the total area of ​​the roof.

場合により、第1アクティブビームは、上記ルーフの外面の少なくとも一部分を画成する。 Optionally, the first active beam defines at least a portion of the outer surface of the roof.

場合により、ノズル開口がフロア部分に対して可動であるように、ノズル開口は移動部分に画成される。 Optionally, as nozzle opening is moveable relative to the floor portion, the nozzle opening is defined in the moving portion.

場合により、アクチュエータはノズル開口に対して可動である。 Optionally, the actuator is movable relative to the nozzle opening.

場合により、第1ビームは曲がりくねったビーム要素によって画成され、上記曲がりくねったビーム要素は複数の近接ビーム部材を有する。 Optionally, the first beam is defined by tortuous beam element, said tortuous beam element having a plurality of proximity beam member.

場合により、複数の近接ビーム部材は、第1ビームの長手軸に沿って延びる複数の長尺ビーム部材、および第1ビームの横軸を横切って延びると共に長尺ビーム部材を相互接続する少なくとも1つの短尺ビーム部材を備える。 Optionally, the plurality of proximity beams member, the first beam of the plurality extending along a longitudinal axis elongated beam member, and together with the first extending across the horizontal axis of the beam elongated beam member at least one interconnecting comprising a short beam member.

場合により、上記複数のビームの少なくとも1つは多孔質材料から構成される。 Optionally, at least one of said plurality of beams is comprised of a porous material.

場合により、上記多孔質材料は2以下の誘電率を有する多孔質二酸化ケイ素である。 Optionally, the porous material is porous silicon dioxide having a dielectric constant of 2 or less.

場合により、熱曲げアクチュエータはさらに第1ビームと第2ビームとの間に狭持された第3絶縁ビームを備える。 Optionally, the thermal bend actuator further comprises first beam and the third insulation beam sandwiched between the second beam.

場合により、第3絶縁ビームは多孔質材料から構成される。 Optionally, the third insulation beam is comprised of a porous material.

場合により、第1ビームは第2ビームに融着または接合される。 Optionally, the first beam is fused or bonded to the second beam.

場合により、第2ビームは多孔質材料から構成される。 Optionally, the second beam is comprised of a porous material.

場合により、第1ビームの少なくとも一部分は第2ビームから離間する。 Optionally, at least a portion of the first beam is spaced apart from the second beam.

場合により、第1ビームは窒化チタン、窒化チタンアルミニウム、およびアルミニウム合金を含む群から選択される材料から構成される。 Optionally, the first beam is comprised of a material selected from the group comprising titanium nitride, titanium aluminum nitride, and aluminum alloy.

場合により、第1ビームはアルミニウム合金から構成される。 Optionally, the first beam is composed of an aluminum alloy.

場合により、上記アルミニウム合金は、アルミニウムと100GPaを超えるヤング率を有する少なくとも1つの他の金属とを含む。 Optionally, the aluminum alloy includes at least one other metal having a Young's modulus of greater than aluminum and 100 GPa.

場合により、上記少なくとも1つの金属はバナジウム、マンガン、クロム、コバルト、およびニッケルを含む群から選択される。 Optionally, it said at least one metal is selected vanadium, manganese, chromium, cobalt, and from the group comprising nickel.

場合により、上記合金はアルミニウムおよびバナジウムを含む。 Optionally, the alloy includes aluminum and vanadium.

場合により、上記合金は少なくとも80%のアルミニウムを含む。 Optionally, it said alloy comprises at least 80% aluminum.

第5態様では、本発明は、 In a fifth aspect, the present invention is,
フロアおよびルーフを備え、上記ルーフにはノズル開口が画成され、上記ルーフがフロアに向かって可動である移動部分を有する、ノズルチャンバと、 Comprising a floor and a roof, in the roof nozzle opening is defined, having a moving part the roof is movable towards the floor, and a nozzle chamber,
複数のカンチレバービームを有し、ノズル開口を介してインクを吐出するための熱曲げアクチュエータと、 A plurality of cantilever beams, and the thermal bend actuator for ejecting ink through the nozzle opening,
を備え、上記アクチュエータが、 Comprising a said actuator,
駆動回路に接続するための第1アクティブビームと、 A first active beam for connection to the drive circuit,
第1ビームに電流が流れたときに第1ビームが第2ビームに対して伸張し、結果的にアクチュエータの曲げを生じるように、第1ビームと機械的に協働する第2パッシブビームと、 The first beam is stretched relative to the second beam when a current flows through the first beam, to produce a result in bending of the actuator, and a second passive beam first beam and the mechanical cooperation,
を備え、第1アクティブビームが上記ルーフの外面の少なくとも一部分を画成する、インクジェットノズル組立体を提供する。 Comprising a first active beam defines at least part of an exterior surface of the roof, to provide an ink jet nozzle assembly.

場合により、上記移動部分がアクチュエータを備える。 Optionally, it said moving portion comprises an actuator.

場合により、第1アクティブビームはルーフの総面積の少なくとも30%を画成する。 Optionally, the first active beam defines at least 30% of the total area of ​​the roof.

場合により、ノズル開口がフロアに対して可動であるように、ノズル開口は移動部分に画成される。 Optionally, as nozzle opening is moveable relative to the floor, the nozzle opening is defined in the moving portion.

場合により、アクチュエータはノズル開口に対して可動である。 Optionally, the actuator is movable relative to the nozzle opening.

場合により、第1ビームは曲がりくねったビーム要素によって画成され、上記曲がりくねったビーム要素が複数の近接ビーム部材を有する。 Optionally, the first beam is defined by tortuous beam element, said tortuous beam element having a plurality of proximity beam member.

場合により、曲がりくねったビーム要素は複数の長尺ビーム部材および少なくとも1つの短尺ビーム部材を含み、各長尺ビーム部材は第1ビームの長手軸に沿って延び、第1ビームの横軸を横切って延びる短尺ビーム部材によって相互接続される。 Optionally, tortuous beam element comprises a plurality of elongated beams member and at least one of the short beam members, each elongate beam member extends along a longitudinal axis of the first beam, across the horizontal axis of the first beam They are interconnected by short beam members extending.

場合により、上記複数のビームの1つは多孔質材料から構成される。 Optionally, one of the plurality of beams is comprised of a porous material.

場合により、上記多孔質材料は2以下の誘電率を有する多孔質二酸化ケイ素である。 Optionally, the porous material is porous silicon dioxide having a dielectric constant of 2 or less.

場合により、熱曲げアクチュエータはさらに第1ビームと第2ビームとの間に狭持された第3絶縁ビームを備える。 Optionally, the thermal bend actuator further comprises first beam and the third insulation beam sandwiched between the second beam.

場合により、第3絶縁ビームは多孔質材料から構成される。 Optionally, the third insulation beam is comprised of a porous material.

場合により、第1ビームは第2ビームに融着または接合される。 Optionally, the first beam is fused or bonded to the second beam.

場合により、第2ビームは多孔質材料から構成される。 Optionally, the second beam is comprised of a porous material.

場合により、第1ビームの少なくとも一部分は第2ビームから離間する。 Optionally, at least a portion of the first beam is spaced apart from the second beam.

場合により、第1ビームは、窒化チタン、窒化チタンアルミニウム、およびアルミニウム合金を含む群から選択された材料から構成される。 Optionally, the first beam is configured titanium nitride, titanium aluminum nitride, and from a material selected from the group comprising aluminum alloy.

場合により、第1ビームはアルミニウム合金から構成される。 Optionally, the first beam is composed of an aluminum alloy.

場合により、上記アルミニウム合金は、アルミニウムと100GPa超のヤング率を有する少なくとも1つの他の金属とを含む。 Optionally, the aluminum alloy includes at least one other metal having aluminum and 100GPa than the Young's modulus of.

場合により、上記少なくとも1つの金属は、バナジウム、マンガン、クロム、コバルト、およびニッケルを含む群から選択される。 Optionally, it said at least one metal is vanadium, manganese, chromium, is selected from the group comprising cobalt, and nickel.

場合により、上記合金はアルミニウムおよびバナジウムを含む。 Optionally, the alloy includes aluminum and vanadium.

場合により、上記合金は少なくとも80%のアルミニウムを含む。 Optionally, it said alloy comprises at least 80% aluminum.

第6態様では、本発明は、 In a sixth aspect, the present invention is,
複数の近接ビーム部材を有する曲がりくねったビーム要素によって画成される、駆動回路に接続するための第1アクティブビームと、 Defined by tortuous beam element having a plurality of proximity beams member, a first active beam for connection to the drive circuit,
第1ビームに電流が流れたときに第1ビームが第2ビームに対して伸張し、結果的にアクチュエータの曲げを生じるように、第1ビームと機械的に協働する第2パッシブビームと、 The first beam is stretched relative to the second beam when a current flows through the first beam, to produce a result in bending of the actuator, and a second passive beam first beam and the mechanical cooperation,
を備え、複数の近接ビーム部材が第1ビームの長手軸に沿って延びる複数の長尺ビーム部材、および第1ビームの横軸を横切って延びると共に長尺ビーム部材を相互接続する少なくとも1つの短尺ビーム部材を備える、複数の細長いカンチレバービームを有する熱曲げアクチュエータを提供する。 The wherein at least one short multiple adjacent beams member interconnecting the elongate beam member which extends across the transverse axis of the first beam a plurality of elongated beam member extending along a longitudinal axis, and the first beam comprising a beam member, provides a thermal bend actuator having a plurality of elongated cantilevered beam.

場合により、上記第1ビームは上記アクチュエータの1端に位置する1対の電気接点を介して上記駆動回路に接続される。 Optionally, the first beam is connected to the drive circuit via the electrical contact pair located at one end of the actuator.

場合により、第1電気接点は上記曲がりくねったビーム要素の第1端に接続され、第2電気接点は上記曲がりくねったビーム要素の第2端に接続される。 Optionally, the first electrical contact is connected to a first end of said tortuous beam element, the second electrical contact is connected to a second end of said tortuous beam element.

場合により、上記複数のビームの1つは多孔質材料から構成される。 Optionally, one of the plurality of beams is comprised of a porous material.

場合により、上記多孔質材料は2以下の誘電率を有する多孔質二酸化ケイ素である。 Optionally, the porous material is porous silicon dioxide having a dielectric constant of 2 or less.

さらなる態様では、第1ビームと第2ビームとの間に狭持された第3絶縁ビームをさらに備える熱曲げアクチュエータを提供する。 In a further aspect, further comprising providing a thermal bend actuator third insulation beam sandwiched between the first and second beams.

場合により、第3絶縁ビームは多孔質材料から構成される。 Optionally, the third insulation beam is comprised of a porous material.

場合により、第1ビームは第2ビームに融着または接合される。 Optionally, the first beam is fused or bonded to the second beam.

場合により、第2ビームは多孔質材料から構成される。 Optionally, the second beam is comprised of a porous material.

場合により、第1ビームの少なくとも一部分は第2ビームから離間する。 Optionally, at least a portion of the first beam is spaced apart from the second beam.

場合により、第1ビームは窒化チタン、窒化チタンアルミニウム、およびアルミニウム合金を含む群から選択された材料から構成される。 Optionally, the first beam is titanium nitride, titanium aluminum nitride, and a material selected from the group comprising aluminum alloy.

さらなる態様では、本発明は、 In a further aspect, the present invention is,
ノズル開口およびインク入口を有するノズルチャンバと、 A nozzle chamber having a nozzle opening and an ink inlet,
複数のカンチレバービームを有する、ノズル開口を介してインクを吐出するための熱曲げアクチュエータと、 Having a plurality of cantilever beams, and the thermal bend actuator for ejecting ink through the nozzle opening,
を備え、上記アクチュエータが、 Comprising a said actuator,
複数の近接ビーム部材を含む曲がりくねったビーム要素によって画成される、駆動回路に接続するための第1アクティブビームと、 Defined by tortuous beam element includes a plurality of proximity beams member, a first active beam for connection to the drive circuit,
第1ビームに電流が流れたときに第1要素が第2ビームに対して伸張し、結果的にアクチュエータの曲げを生じるように、第1ビームと機械的に協働する第2パッシブビームと、 The first element is stretched against the second beam when a current flows through the first beam, to produce a result in bending of the actuator, and a second passive beam first beam and the mechanical cooperation,
を備え、 Equipped with a,
複数の近接ビーム部材が第1ビームの長手軸に沿って延びる複数の長尺ビーム部材、および第1ビームの横軸を横切って延びると共に長尺ビーム部材を相互接続する少なくとも1つの短尺ビーム部材を備える、インクジェットノズル組立体を提供する。 A plurality of elongated beams member having a plurality of adjacent beams member extending along a longitudinal axis of the first beam, and at least one short beam members interconnecting the elongated beam member with first extending across the horizontal axis of the beam comprising, an inkjet nozzle assembly.

場合により、ノズルチャンバはフロアおよび移動部分を有するルーフを備え、それによって上記アクチュエータの作動が上記移動部分を上記フロアに向かって移動させる。 Optionally, the nozzle chamber comprises a roof having a floor and a moving portion, whereby actuation of said actuator moves said moving portion towards said floor.

場合により、移動部分がアクチュエータを備える。 Optionally, the moving part comprises an actuator.

場合により、第1アクティブビームがルーフの総面積の少なくとも30%を画成する。 Optionally, the first active beam defines at least 30% of the total area of ​​the roof.

場合により、第1アクティブビームが上記ノズルチャンバの外面の少なくとも一部分を画成する。 Optionally, the first active beam defines at least part of an exterior surface of the nozzle chamber.

場合により、ノズル開口がフロアに対して可動であるように、ノズル開口は移動部分に画成される。 Optionally, as nozzle opening is moveable relative to the floor, the nozzle opening is defined in the moving portion.

場合により、アクチュエータはノズル開口に対して可動である。 Optionally, the actuator is movable relative to the nozzle opening.

さらなる態様では、上記アクチュエータの1端に配置され、上記曲がりくねったビーム要素と上記駆動回路との間の電気的接続を達成する1対の電気接点をさらに備えたインクジェットノズル組立体を提供する。 In a further aspect, it is disposed at one end of the actuator, to provide further comprising inkjet nozzle assembly has a pair of electrical contacts to achieve electrical connection between said tortuous beam element and the driving circuit.

場合により、第1電気接点は上記曲がりくねったビーム要素の第1端に接続され、第2電気接点は上記曲がりくねったビーム要素の第2端に接続される。 Optionally, the first electrical contact is connected to a first end of said tortuous beam element, the second electrical contact is connected to a second end of said tortuous beam element.

アルミニウム−バナジウム合金から形成されたアクティブビームを含む2層熱曲げアクチュエータの略側面図である。 Aluminum - is a schematic side view of a two-layer heat bend actuator comprising an active beam formed from vanadium alloy. 融着熱曲げアクチュエータを含むインクジェットノズル組立体のさまざまな操作段階における略側面図である。 It is a schematic side view of various operating stages of the inkjet nozzle assembly comprising a fusion thermal bend actuator. 図2(A)に示したノズル組立体の斜視図である。 Is a perspective view of the nozzle assembly shown in FIG. 2 (A). 図2(A)および図3に示したノズル組立体のアレイを備えるプリントヘッド集積回路の一部分の斜視図である。 It is a perspective view of a portion of a printhead integrated circuit comprising a nozzle assembly of the array shown in FIG. 2 (A) and FIG. 離間熱曲げアクチュエータおよび移動ルーフ構造を備えるインクジェットノズル組立体の切欠き斜視図である。 It is a cutaway perspective view of an inkjet nozzle assembly comprising a spaced thermal bend actuator and moving roof structure. 図5に示したインクジェットノズル組立体の作動構成時の切欠き斜視図である。 It is a cutaway perspective view during operation configuration of the inkjet nozzle assembly shown in Figure 5. 図5に示したインクジェットノズル組立体の作動停止直後の切欠き斜視図である。 It is a cutaway perspective view immediately after deactivation of the inkjet nozzle assembly shown in Figure 5. 図6に示したノズル組立体の側断面図である。 It is a side sectional view of the nozzle assembly shown in FIG. 熱曲げアクチュエータによって画成される移動部分を有するルーフを含むインクジェットノズル組立体の側断面図である。 It is a side sectional view of an inkjet nozzle assembly comprising a roof having a moving portion defined by a thermal bend actuator. 図9に示したノズル組立体の切欠き斜視図である。 It is a cutaway perspective view of the nozzle assembly shown in FIG. 図10に示したノズル組立体の斜視図である。 Is a perspective view of the nozzle assembly shown in FIG. 10. 図10に示したノズル組立体のアレイの切欠き斜視図である。 It is a cutaway perspective view of the nozzle assembly of the array shown in FIG. 10. 熱曲げアクチュエータによって画成される移動部分を有するルーフを含む代替的インクジェットノズル組立体の側断面図である。 It is a side sectional view of an alternative inkjet nozzle assembly comprising a roof having a moving portion defined by a thermal bend actuator. 図13に示したノズル組立体の切欠き斜視図である。 It is a cutaway perspective view of the nozzle assembly shown in Figure 13. 図13に示したノズル組立体の斜視図である。 Is a perspective view of the nozzle assembly shown in FIG. 13. 多孔質材料から形成された狭持絶縁ビームを備える3層熱曲げアクチュエータの略側面図である。 It is a schematic side view of a three-layer heat bend actuator comprising a holding insulating beam formed of a porous material. 多孔質材料から形成されたパッシブビームを備える2層熱曲げアクチュエータの略側面図である。 It is a schematic side view of a two-layer heat bend actuator comprising a passive beam formed of a porous material.

アルミニウム合金から構成される熱弾性アクティブ要素 通常、MEMS熱曲げアクチュエータ(または熱弾性アクチュエータ)は、アクティブ要素およびアクティブ要素の線膨張を抑制するパッシブ要素の形の1対の要素を備える。 Composed Thermoelastic aluminum alloy active elements usually, MEMS thermal bend actuator (or thermoelastic actuator) comprises a pair of elements in the form of active elements and suppress passive elements linear expansion of the active element. アクティブ要素は、パッシブ要素と比較してより大きい熱弾性膨張を受ける必要があり、それによって曲げ動作がもたらされる。 Active elements are required to take a larger thermoelastic expansion as compared to the passive element, whereby the bending operation is effected. 要素は最大限の構造的一体性のために一体に融着もしくは接合するか、またはパッシブ要素への熱損失を最小化するために離間させることができる。 Elements can be spaced in order to minimize heat loss to integrally fused or bonded or passive elements for maximum structural integrity.

これまで、我々は窒化チタンを熱曲げアクチュエータのアクティブ熱弾性要素に対する適切な候補として記載してきた(例えば米国特許第6,416,167号参照)。 Previously, it described the titanium nitride as a suitable candidate for an active thermoelastic element of the thermal bend actuator (see for example U.S. Pat. No. 6,416,167). 例えば出願人の米国特許第6,428,133号に記載された他の適切な材料としてTiB 、MoSi 、およびTiAlNがある。 For example TiB 2, MoSi 2 as other suitable materials described in applicant's U.S. Patent No. 6,428,133, and a TiAlN.

その高い熱膨張および低い密度の点から見て、アルミニウムはアクティブ熱弾性要素として使用するための強力な候補である。 In terms of its high thermal expansion and low density, aluminum is a strong candidate for use as an active thermoelastic element. しかし、アルミニウムは比較的低いヤング率が悩みであり、それはその全体的熱弾性効率を損ねる。 However, aluminum is a relatively low Young's modulus trouble, it detract from the overall thermoelastic efficiency thereof. したがってアルミニウムはこれまでアクティブ熱弾性要素用の適切な材料として注目されなかった。 Therefore aluminum were noted as a suitable material for the active thermoelastic element far.

しかし、今や、アルミニウム合金は、高い熱膨張、低い密度、および高いヤング率の有利な特性を併せ持つので、熱弾性アクティブ要素用としての優れた材料であることが明らかになった。 But now, the aluminum alloy has a high thermal expansion, low density, and since both the advantageous properties of high Young's modulus, it was found to be a good material for the thermoelastic active elements.

一般に、アルミニウムは100GPa超のヤング率を有する少なくとも1つの金属と合金にされる。 Generally, the aluminum is at least one metal and alloy having a Young's modulus of 100GPa greater. 一般に、アルミニウムはバナジウム、マンガン、クロム、コバルト、およびニッケルを含む群から選択された少なくとも1つの金属と合金にされる。 In general, aluminum is vanadium, manganese, chromium, cobalt, and at least one metal and alloy selected from the group comprising nickel. 驚くべきことに、そのような金属と合金されたときにアルミニウムの優れた熱膨張特性は損なわれないことが明らかになった。 Surprisingly, excellent thermal expansion properties of the aluminum was found to be intact when it is such a metal and an alloy.

場合により、合金は少なくとも60%、場合により少なくとも70%、場合により少なくとも80%、または場合により少なくとも90%のアルミニウムを含む。 Optionally, the alloy includes at least 90% aluminum, at least 60%, optionally at least 70%, optionally at least 80%, or optionally.

図1は、支柱202に固定されたカンチレバービーム(片持ち梁)201の形のバイモルフ熱曲げアクチュエータ200を示す。 Figure 1 shows a cantilever beam (cantilever) 201 form bimorph thermal bend actuator 200 of which is fixed to the strut 202. カンチレバービーム201は、二酸化ケイ素の上部パッシブビーム220に接合された下部アクティブビーム210を備える。 The cantilever beam 201 has a lower active beam 210 which is joined to the upper passive beam 220 of silicon dioxide. アクチュエータ200の熱弾性効率を、(i)100%のAl、(ii)95%のAlおよび5%のV(バナジウム)、並びに、(iii)90%のAlおよび10%のV、の各々から構成されたアクティブビームについて比較した。 The thermoelastic efficiency of the actuator 200, (i) 100% of the Al, (ii) 95% of the Al and 5% of V (vanadium), and, from each of, (iii) 90% of the Al and 10% of V It was compared configured active beam.

短い電気パルスでアクティブビーム210を刺激し、レーザレーザ干渉計によって決定される、3m/sのピーク振動速度を確立するために必要なエネルギを測定することによって、熱弾性効率を比較した。 Stimulate active beam 210 with a short electric pulse is determined by the laser a laser interferometer, by measuring the energy required to establish the peak vibration velocity of 3m / s, compared the thermoelastic efficiency. 結果を下表に示す。 The results are shown in the table below.

したがって、95%Alおよび5%Vから成る合金は、同等の100%Alのデバイスより2.08倍低いエネルギが必要であった。 Therefore, an alloy consisting of 95% Al and 5% V were required 2.08 times less energy than devices of comparable 100% Al. さらに90%Alおよび10%Vから成る合金は、同等の100%Alのデバイスより2.12倍低いエネルギが必要であった。 Furthermore alloy consisting of 90% Al and 10% V were required 2.12 times less energy than devices of comparable 100% Al. したがって、アルミニウム合金は、インクジェットノズル用の熱曲げアクチュエータを含むMEMS用途の範囲で、アクティブ熱弾性要素用としての優れた候補であると結論付けられた。 Therefore, the aluminum alloy is in the range of MEMS applications, including thermal bend actuators for inkjet nozzles, was concluded to be a good candidate for the active thermoelastic element.

熱曲げアクチュエータを含むインクジェットノズル 次に、アルミニウム合金から構成されるアクティブ要素を有する熱曲げアクチュエータを組み込むことのできる、典型的なインクジェットノズルについて説明する。 Then inkjet nozzle comprising a thermal bend actuator, capable of incorporating thermal bend actuator having an active element composed of an aluminum alloy, the typical inkjet nozzles will be described.

融着された熱曲げアクチュエータを備えるノズル組立体 最初に図2(A)および図3に目を向けると、第1実施形態に係るノズル組立体100の略図が示されている。 Turning to FIG. 2 (A) and FIG. 3 in the nozzle assembly first comprising the fusion thermal bend actuator, schematic illustration of the nozzle assembly 100 according to the first embodiment. ノズル組立体100は、米国特許第6,416,167号に記載の通り、シリコン基板3の不動態層2上にMEMSプロセスによって形成される。 Nozzle assembly 100, as described in U.S. Patent No. 6,416,167, is formed by the MEMS process on the passivation layer 2 of the silicon substrate 3. ノズル組立体100はルーフ4および側壁5を有するノズルチャンバ1を含む。 The nozzle assembly 100 includes a nozzle chamber 1 having a roof 4 and side walls 5. 基板3にエッチングされたインク入口チャネル7を用いてノズルチャンバ1にインク6が充填される。 Ink 6 is filled into the nozzle chamber 1 with the ink inlet channel 7 which is etched into the substrate 3. ノズルチャンバ1はさらにノズルチャンバからインクを吐出するためのノズル開口8を含む。 Nozzle chamber 1 comprises a nozzle opening 8 for further discharging ink from the nozzle chamber. 図2(A)に示すように、ノズル開口8のリム21にインクメニスカス20がピニングされる。 As shown in FIG. 2 (A), the ink meniscus 20 is pinned to the rim 21 of the nozzle opening 8.

ノズル組立体100はさらに、アーム11を介してノズルチャンバの外部に位置するアクチュエータ10に相互接続される、ノズルチャンバ1内部に位置するパドル9を含む。 The nozzle assembly 100 further includes a paddle 9 interconnected to an actuator 10 positioned outside of the nozzle chamber through the arm 11, positioned inside the nozzle chamber 1. 図2にさらに明確に示す通り、アームはノズルチャンバ1のスロット12を介して延びる。 More clearly shown as in FIG. 2, arm extends through a slot 12 of the nozzle chamber 1. スロット12内のインクの表面張力は、ノズルチャンバ1に含まれるインクに対し流体シールをもたらすのに充分である。 The surface tension of the ink slot 12 is sufficient to provide a fluid seal against the ink contained in the nozzle chamber 1.

アクチュエータ10は、横方向に離間した複数の細長いアクチュエータユニット13を備える。 The actuator 10 comprises a plurality of elongate actuator unit 13 laterally spaced. 各アクチュエータユニットは、不動態層2上に取り付けられた固定支柱14とアーム11との間に延びる。 Each actuator unit extends between the fixed post 14 and arm 11 mounted on the passivation layer 2. したがって、支柱14はアクチュエータ10の曲げ動作のための枢軸をもたらす。 Thus, strut 14 leads to pivot for bending operation of the actuator 10.

各アクチュエータユニット13は、第1アクティブビーム15およびアクティブビームの上面に融着された第2パッシブビーム16を備える。 Each actuator unit 13 is provided with a second passive beam 16, which is fused to the upper surface of the first active beam 15 and the active beam. アクティブビーム15は導電性であり、基板3のCMOS層の駆動回路に接続される。 Active beam 15 is conductive, is connected to the drive circuit of the CMOS layer of the substrate 3. パッシブビーム16は一般的に非導電性である。 Passive beam 16 is generally non-conductive.

ここで図2(B)を参照すると、アクティブビーム15に電流が流れるときに、それは加熱され、パッシブビーム16に対する熱膨張を受ける。 With reference to FIG. 2 (B) wherein, when the current flows through the active beam 15, which is heated, subjected to thermal expansion with respect to the passive beam 16. これはアクチュエータ10の上向きの曲げ動作を引き起こし、それはパドル9の回転運動に拡大される。 This causes an upward bending motion of the actuator 10, it is expanded into a rotational movement of the paddle 9.

この結果的に生じるパドルの運動は、図1(B)に示すように急速に膨張するインクメニスカス20付近の圧力の一般的増大を引き起こす。 This movement of the resulting paddle causes a general increase in pressure around the ink meniscus 20 which rapidly expands as shown in FIG. 1 (B). その後、アクチュエータは消勢され、それによりパドル9はその休止位置に戻る(図2(C))。 Thereafter, the actuator is de-energized, whereby the paddle 9 is returned to its rest position (FIG. 2 (C)).

このパルスサイクル中に、インクの液滴17がノズル開口8から吐出され、同時にインク6がインク入口7を介してノズルチャンバ1内に再び流入する。 During this pulse cycle, the ink droplet 17 is ejected from the nozzle opening 8, at the same time the ink 6 is again flowing into the nozzle chamber 1 via the ink inlet 7. ノズルリム21の外側のインクの前方運動量および対応する逆流は結果的に、図2(C)に示すように、印字媒体に向かって進む液滴17の一般的縮径および引裂きを引き起こす。 Reflux results in the forward momentum of the outer ink nozzle rim 21 and the corresponding, as shown in FIG. 2 (C), causes a general diameter and tear droplet 17 traveling toward the print medium. 潰れたメニスカス20は、インク入口7を介してインク6をノズルチャンバ1内に吸引させる。 It collapsed meniscus 20, to suck the ink 6 into the nozzle chamber 1 via the ink inlet 7. ノズルチャンバ1は再充填されるので、図2(A)の位置が再び達成され、ノズル組立体100はインクの別の液滴を吐出する準備が整う。 Since the nozzle chamber 1 is refilled, the position shown in FIG. 2 (A) is achieved again, the nozzle assembly 100 is ready to discharge another droplet of ink.

図3に目を向けると、アクチュエータユニット13はそれらの横軸に対してテーパを付けられ、支柱14に接続された狭幅端およびアーム11に接続された広幅端を有することが分かる。 Turning to FIG. 3, the actuator unit 13 is tapered to their horizontal axis, it can be seen that with the connected wide end to the narrow end and the arm 11 connected to the post 14. このテーパ付けは、支柱14付近で最大の抵抗加熱が起き、それによって熱弾性曲げ動作が最大化されることを確実にする。 This tapering, maximum resistance heating occurs near the post 14, thereby thermoelastic bending operation ensures that it is maximized.

通常、パッシブビーム16はCVDによって堆積された二酸化ケイ素またはTEOSから構成される。 Usually, the passive beam 16 is comprised of silicon dioxide or TEOS deposited by CVD. 図2〜4に示す通り、アーム11は同じ材料から形成される。 As shown in FIGS. 2-4, the arm 11 is formed of the same material.

本発明では、アクティブビーム15は上述の通り、アルミニウム合金、好ましくはアルミニウム−バナジウム合金から構成される。 In the present invention, the active beam 15 as described above, an aluminum alloy, preferably an aluminum - comprised of vanadium alloy.

離間熱曲げアクチュエータを備えるノズル組立体 ここで図5〜8に目を向けると、第2実施形態に係るノズル組立体300が図示されている。 Turning to the nozzle assembly where Figures 5-8 comprise spaced thermal bend actuator, the nozzle assembly 300 according to the second embodiment is shown. 添付する図面の図5〜7に目を向けると、ノズル組立体300は、六角形の入口303(他の適切な形状とすることができる)を通してチャンバ304に開口するインク供給アパーチャ302を画成する基板301上に、(MEMS技術により)構築される。 Defining Turning to Figure 5-7 of the accompanying drawings, a nozzle assembly 300, the ink supply aperture 302 which opens into the chamber 304 through (can be other suitable shapes) hexagonal inlet 303 on the substrate 301 to be constructed (by MEMS technology). チャンバはフロア部分305、ルーフ部分306、ならびに入れ子式に重なり合う外周側壁307および308によって画成される。 The chamber is defined by peripheral side wall 307 and 308 overlap in the floor portion 305, a roof portion 306, as well as telescopic. ルーフ部分306から下方に垂下する側壁307は、フロア部分305から上方に垂下する側壁308内で上下動することができる大きさに作られる。 Side walls 307 depending from the roof portion 306 downward is sized to be able to move up and down in the side walls 308 depending from the floor portion 305 upward.

吐出ノズルは、下でさらに述べるように、ノズルチャンバからインクを吐出するための開口を画成するように、ルーフ部分306に位置するリム309によって形成される。 Discharge nozzles, as discussed further below, so as to define an opening for discharging the ink from the nozzle chamber, it is formed by a rim 309 located on the roof portion 306.

ルーフ部分306および下方に垂下する側壁307は、非加熱カンチレバーによって拘束されるジュール加熱カンチレバーを形成する層から通常作成される曲げアクチュエータ310によって支持されるので、ジュール加熱カンチレバーを加熱することによりジュール加熱カンチレバーと非加熱カンチレバーとの間に示差膨張が生じ、曲げアクチュエータ310を曲げさせる。 Sidewall 307 extending downward to the roof portion 306 and downward, because it is supported by the bend actuator 310 typically are made from layers forming a Joule heated cantilever which is constrained by unheated cantilever, Joule heating by heating Joule heating cantilever differential expansion occurs between the cantilever and the non-heated cantilever causes bending bend actuator 310.

曲げアクチュエータの近端311は基板301に固定され、下でさらに述べるアンカ部材312によって後方に移動することが防止され、遠端313はインクジェットノズルのルーフ部分306および側壁307に固定され、それらを支持する。 Proximal end 311 of the bending actuator is fixed to the substrate 301, it is prevented from moving backward by the anchor member 312 discussed further below, distal end 313 is secured to the roof portion 306 and the sidewall 307 of the ink jet nozzles, supporting them to.

使用中、インクは、いずれかの適切な仕方で、通常は前掲の同時係属出願に記載されるように、通路302および開口303を介してノズルチャンバ内に供給される。 During use, ink, either in a suitable manner, typically as described supra copending, it is fed into the nozzle chamber through passage 302 and opening 303. ノズルチャンバからインク滴を吐出することが望ましい場合、電流が曲げアクチュエータ310に供給され、アクチュエータを図6に示す位置まで曲げさせ、ルーフ部分306をフロア部分305に向かって下方に移動させる。 If it is desired to eject ink droplets from the nozzle chamber, a current is supplied to the bend actuator 310, let bend actuator to the position shown in FIG. 6, it is moved downwards towards the roof portion 306 on the floor portion 305. この相対運動はノズルチャンバの容積を低減させ、314(図6)に示すようにノズルリム309を介してインクを上方に隆起させ、そこでインクはインクの表面張力によって液滴に形成される。 This relative movement reduces the volume of the nozzle chamber, 314 through the nozzle rim 309, as shown in (Fig. 6) is raised ink upward, where the ink is formed into droplets by the surface tension of the ink.

曲げアクチュエータ310の電流が停止すると、アクチュエータは図7に示すようにまっすぐな形状に戻り、ノズルチャンバのルーフ部分306は元の位置まで上昇する。 When the current of the bend actuator 310 is stopped, the actuator returns to the straight shape as shown in FIG. 7, the roof portion 306 of the nozzle chamber is raised to the original position. 部分的に形成されたインク液滴314の運動量は液滴を上昇させ続け、図7に示すようにインク液滴315を形成させ、それは隣接する紙面または他の印字対象物品に発射される。 Momentum of the partially formed ink droplet 314 continues to increase the droplets, thereby forming ink droplets 315 as shown in FIG. 7, it is fired on paper or other printing target object adjacent.

本発明の一形態では、フロア部分305の開口303はノズルチャンバの断面と比較して相対的に大きく、アパーチャ302の側壁およびインクリザーバ(図示せず)から開口302に導通する供給導管における粘性抵抗により、ルーフ部分306が下降すると、インク液滴はノズルリム309を通して吐出される。 In one form of the present invention, the opening 303 of the floor portion 305 is relatively large compared to the cross section of the nozzle chamber, the viscous resistance in the supply conduit which conducts from the sidewalls of the apertures 302 and an ink reservoir (not shown) to the opening 302 Accordingly, when the roof portion 306 is lowered, the ink droplet discharged through the nozzle rim 309.

曲げアクチュエータ310の作動中、すなわち曲げ中にインクがノズルチャンバから漏出するのを防止するために、次に図7および8を具体的に参照しながらさらに説明するように、流体シールが側壁307および308の間に形成される。 During operation of the bend actuator 310, i.e., the ink is prevented from leaking from the nozzle chamber during bending, then as further described with reference to FIGS. 7 and 8 specifically, a fluid seal side walls 307 and 308 is formed between the.

ルーフ部分306およびフロア部分305の相対運動中に、表面張力によってインクがノズルチャンバ内に保持されることを確実にする側壁307および308の幾何学的特徴によって、インクはノズルチャンバ内に保持される。 During the relative movement of the roof portion 306 and the floor portion 305, by the geometrical characteristics of the side walls 307 and 308 to ensure that the ink surface tension is retained in the nozzle chamber, ink is retained in the nozzle chamber . この目的のために、下方に垂下する側壁307と上方に垂下する側壁308の相互対向面316との間に非常に微細なギャップが設けられる。 For this purpose, a very fine gap between the mutually facing surfaces 316 of the side wall 308 extending downward to the side wall 307 and upwardly downwardly depending provided. 図8に明示されるように、インク(暗色陰影領域として示される)は2つの側壁の近接性によって、下方に垂下する側壁307と上方に延びる側壁の内向き面316との間の小さいアパーチャ内に抑止され、それは側壁の近接性のため表面張力によりインクが自由開口317を「自己密封」することを確実にする。 As demonstrated in Figure 8, the ink (shown as a dark shaded area) by the proximity of the two side walls, within small aperture between the inward surface 316 of the side wall extending to the side wall 307 and upwardly downwardly depending is suppressed in it to ensure that "self-sealing" ink free opening 317 by surface tension for proximity of the side wall.

不純物または表面張力を破る他の要因のため表面張力抑止を逃れるかもしれないインクに備えるために、上方に垂下する側壁308は、内面316のみならず離間平行外面18をも有し2つの表面の間にU字状のチャネル319を形成する、上向きのチャネルの形で設けられる。 In order to provide for ink might escape the surface tension suppression for other factors break impurities or surface tension, the side wall 308 hanging down upwards also have spaced parallel outer surface 18 not only the inner surface 316 of the two surfaces forming a U-shaped channel 319 between, it is provided in the form of an upward channel. 表面307および316の間の表面張力から逃れたインク液滴はU字状のチャネル内に溢流し、ノズル層の表面を超えて「漏出する」のではなく、むしろそこに保持される。 Ink droplets away from the surface tension between the surfaces 307 and 316 overflows into the channel of U-shaped, rather than beyond the surface of the nozzle layer of "leakage" and is held there, rather. このようにして、インクを移動ノズル機構内に保持するのに有効な二重壁の流体シールが形成される。 In this way, the fluid seal valid double wall is formed to retain the ink within the moving nozzle mechanism.

図8を参照すると、アクチュエータ310は、第2パッシブビーム360の上に間隔を置いて配置された第1アクティブビーム358から構成されることが分かる。 Referring to FIG. 8, the actuator 310, it is to be understood as composed of the first active beam 358 spaced on the second passive beam 360. 2つのビームを離間させることによって、アクティブビーム358からパッシブビーム360への熱伝達は最小化される。 By separating the two beams, the heat transfer from the active beam 358 to the passive beam 360 is minimized. したがって、この離間構成は熱弾性効率を最大化するという利点を有する。 Thus, this spacing arrangement has the advantage of maximizing the thermoelastic efficiency. 本発明では、アクティブビーム358は、上述の通りアルミニウム−バナジウム合金のようなアルミニウム合金から構成することができる。 In the present invention, the active beam 358, as aluminum described above - can be made of aluminum alloy such as vanadium alloy.

移動ノズルルーフを画成する熱曲げアクチュエータ 図5〜8によって例示される実施形態は、チャンバのフロア部分305に対して移動するルーフ部分306を有するノズルチャンバ304を備えるノズル組立体300を示した。 Embodiment illustrated by thermal bend actuator view 5-8 defines a moving nozzle roof showed nozzle assembly 300 comprises a nozzle chamber 304 having a roof portion 306 to move relative to the floor portion 305 of the chamber. 可動ルーフ部分306は、ノズルチャンバ305の外部に配置された2層熱曲げアクチュエータ310によって、フロア部分305に向かって移動するように作動する。 Movable roof portion 306 by a two-layer heat bend actuator 310 arranged outside the nozzle chamber 305 operates to move toward the floor portion 305.

移動構造の1つの面だけが粘性インクに対して働かなければならないので、移動ルーフは滴吐出エネルギを低下させる。 Since only one surface of the mobile structure must work against the viscous ink, moving the roof decreases the droplet ejection energy. しかし、依然として滴吐出に利用可能な動力の量を増大させる必要がある。 However, it is necessary to still increase the amount of power available to the droplet ejection. 動力の量を増大させることにより、短いパルス幅を使用して同量のエネルギを提供することができる。 By increasing the amount of power, it is possible to provide the same amount of energy with short pulse width. より短いパルス幅により、改善された滴吐出特性を達成することができる。 The shorter pulse width, it is possible to achieve improved drop ejection characteristics.

アクチュエータの出力を増大させるための1つの手段は、アクチュエータの大きさを増大することである。 One means for increasing the output of the actuator is to increase the size of the actuator. しかし、図5〜8に示したノズル設計では、アクチュエータの大きさの増大はノズルの間隔に悪影響を及ぼし、それは高解像度のページ幅プリントヘッドの製造に望ましくないことが明らかである。 However, the nozzles in the design shown in FIGS. 5-8, the increase in size of the actuator adversely affects the spacing of the nozzles, it is clear that undesirable for the production of high resolution pagewidth printheads.

この問題の解決策は、図9〜12に示すノズル組立体400によって提供される。 The solution to this problem is provided by the nozzle assembly 400 shown in FIG. 9-12. ノズル組立体400は、シリコン基板403の不動態CMOS層402上に形成されたノズルチャンバ401を備える。 The nozzle assembly 400 includes a nozzle chamber 401 formed on the passivation CMOS layer 402 of the silicon substrate 403. ノズルチャンバは、ルーフ404およびルーフから不動態CMOS層402まで延びる側壁405によって画成される。 Nozzle chamber is defined by a side wall 405 that extends from the roof 404 and the roof until passivation CMOS layer 402. インクは、シリコン基板の裏面からインクを受け取るインク供給チャネル407と流体連通したインク入口406によって、ノズルチャンバ401に供給される。 Ink by the ink supply channel 407 in fluid communication with the ink inlet 406 through which receive ink from the back surface of the silicon substrate, it is supplied to the nozzle chamber 401. インクは、ルーフ404に画成されたノズル開口408によってノズルチャンバ401から吐出される。 Ink is discharged from the nozzle chamber 401 by a nozzle opening 408 which is defined in the roof 404. ノズル開口408はインク入口406から偏位している。 Nozzle openings 408 are offset from the ink inlet 406.

図10により明示するように、ルーフ404は、ルーフの総面積のかなりの部分を画成する移動部分409を有する。 As evidenced by FIG. 10, the roof 404 has a moving portion 409 that defines a substantial portion of the total area of ​​the roof. 通常、移動部分409はルーフの総面積404の少なくとも20%、少なくとも30%、少なくとも40%、または少なくとも50%を画成する。 Usually, at least 20% of the moving portion 409 is the roof of the total area 404, at least 30%, defines at least 40%, or at least 50%. 図9〜12に示す実施形態では、ノズル開口408およびノズルリム415は移動部分409に画成されるので、ノズル開口およびノズルリムは移動部分と共に移動する。 In the embodiment shown in FIG. 9-12, the nozzle openings 408 and nozzle rim 415 is defined in the moving portion 409, the nozzle opening and nozzle rim is moved together with the moving part.

ノズル組立体400は、移動部分409が平面状の上部アクティブビーム411および平面状の下部パッシブビーム412を有する熱曲げアクチュエータ410によって画成されることを特徴とする。 The nozzle assembly 400 is characterized in that the moving portion 409 is defined by a thermal bend actuator 410 having a planar upper active beam 411 and a planar lower passive beam 412. したがって、アクチュエータ410は通常、ルーフの総面積404の少なくとも20%、少なくとも30%、少なくとも40%、または少なくとも50%を画成する。 Therefore, the actuator 410 is normally at least 20% of the total area 404 of the roof, at least 30%, defines at least 40%, or at least 50%. 相応に、上部アクティブビーム411は通常、ルーフの総面積404の少なくとも20%、少なくとも30%、少なくとも40%、または少なくとも50%を画成する。 Correspondingly, the upper active beam 411 typically includes at least 20% of the total area 404 of the roof defines at least 30%, at least 40%, or at least 50%.

図9および10に示すように、上部アクティブビーム411の少なくとも一部分は、2つのビームの断熱を最大化するために、下部パッシブビーム412から離間される。 As shown in FIGS. 9 and 10, at least a portion of the upper active beam 411, in order to maximize the thermal insulation of the two beams are spaced from the lower passive beam 412. さらに詳しくは、Tiの層は、TiNから構成される上部アクティブビーム411とSiO から構成される下部パッシブビーム412との間の架橋層413として使用される。 More specifically, a layer of Ti is used as a cross-linking layer 413 between the lower passive beam 412 comprised of comprised the upper active beam 411 and SiO 2 from TiN. 架橋層413は、アクチュエータ410のアクティブおよびパッシブビーム間にギャップ414を画成することを可能にする。 Crosslinked layer 413 makes it possible to define a gap 414 between the active and passive beam actuator 410. このギャップ414は、アクティブビーム411からパッシブビーム412への熱伝達を最小化することによって、アクチュエータ410の全体的効率を改善する。 The gap 414, by minimizing heat transfer to the passive beam 412 from the active beam 411, to improve the overall efficiency of the actuator 410.

しかし、言うまでもなく、構造的剛性を向上するために、アクティブビーム411を代替的にパッシブビーム412に直接融着または接合することができることは理解される。 However, needless to say, in order to improve the structural rigidity, it is understood that it is possible to alternatively direct fusion or bonding to a passive beam 412 active beam 411. そのような設計変更は当業者が充分に対応できる範囲内にあり、本発明の範囲内に包含される。 Such design changes are within the scope of those skilled in the art may correspond sufficiently, it is encompassed within the scope of the present invention.

アクティブビーム411はTi架橋層を介して1対の接点416(正および接地)に接続される。 Active beam 411 is connected to a contact 416 of the pair via the Ti crosslinked layer (positive and ground). 接点416はCMOS層の駆動回路と接続する。 Contact 416 is connected to a driving circuit of the CMOS layer.

ノズルチャンバ401からインクの液滴を吐出することが必要なときに、アクティブビーム411を介して2つの接点416間に電流が流れる。 When it is necessary to eject ink droplets from the nozzle chamber 401, current flows between the two contacts 416 through the active beam 411. アクティブビーム411は電流によって急速に加熱され、パッシブビーム412に対して伸張し、それによって(ルーフ404の移動部分409を画成する)アクチュエータ410を基板403に向かって下方に曲げさせる。 Active beam 411 is rapidly heated by the current, and decompression on the passive beam 412, thereby (defining a moving portion 409 of the roof 404) causes bending of the actuator 410 downward toward the substrate 403. アクチュエータ410のこの動きは、ノズルチャンバ401内部の圧力の急速な増加によって、インクをノズル開口408から吐出させる。 The movement of the actuator 410, the rapid increase in the pressure inside the nozzle chamber 401, ink is ejected from the nozzle opening 408. 電流が流れなくなると、ルーフ404の移動部分409はその休止位置に戻され、それにより次の吐出に備えてインクが入口406からノズルチャンバ401内に吸引される。 When current stops flowing, the moving portion 409 of the roof 404 is returned to its rest position, whereby the ink in preparation for the next ejection is sucked from the inlet 406 into the nozzle chamber 401.

したがって、インク液滴吐出の原理は、ノズル組立体300に関連して上述した原理と類似している。 Therefore, the principle of ink droplet ejection is similar to the principle described above in connection with nozzle assembly 300. しかし、熱曲げアクチュエータ410はルーフ404の移動部分409を画成し、アクティブビーム411はノズル組立体400の全体的大きさに比較して大きい領域を有するので、ずっと大きい量の動力が液滴の吐出に利用可能になる。 However, the thermal bend actuator 410 defining a moving portion 409 of the roof 404, the active beam 411 has an area larger than the overall size of the nozzle assembly 400, a much larger amount motive power of the droplet It made available to the discharge.

図12に目を向けると、ノズル組立体400を(本明細書に記載する全ての他のノズル組立体と同様に)ノズル組立体のアレイに複製して、プリントヘッドまたはプリントヘッド集積回路を画成することができることは、容易に理解される。 Turning to FIG. 12, the nozzle assembly 400 to replicate the array of (all other nozzle assemblies as well as that described herein) nozzle assembly, picture printhead or printhead integrated circuit that can be formed will be readily understood. プリントヘッド集積回路はシリコン基板、基板上に形成されたノズル組立体のアレイ(通常、列を成して配列される)、およびノズル組立体用の駆動回路を備える。 Printhead integrated circuit of a silicon substrate, a nozzle assembly formed on the substrate array (typically arranged in rows), and a driving circuit for the nozzle assembly. 例えば2004年5月27日出願の出願人の先行する米国特許出願第10/854,491号および2004年12月20日出願の同第11/014、732号に記載するように、複数のプリントヘッド集積回路を当接またはリンクさせて、ページ幅インクジェットプリントヘッドを形成することができ、上記公報の内容は参照によって本明細書に組み込まれる。 For example, as described in U.S. Patent Application No. 10 / 854,491 No. and 20 December 2004 the 11 / 014,732, filed prior applicant filed May 27, 2004, a plurality of printing the printhead integrated circuit contact or by linking, it is possible to form a pagewidth ink jet printhead, the contents of the above publications are incorporated herein by reference.

図13〜15に示したノズル組立体500は、熱曲げアクチュエータ510に関する限り、ノズル組立体400と同様であり、上部アクティブビーム511および下部パッシブビーム512を有し、ノズルチャンバ501のルーフ504の移動部分を画成する。 Nozzle assembly 500 shown in FIG. 13 to 15, as far as the thermal bend actuator 510 is similar to the nozzle assembly 400 has an upper active beam 511 and a lower passive beam 512, the movement of the roof 504 of the nozzle chamber 501 to define the part. したがって、ノズル組立体500は増大する動力に関して、ノズル組立体400と同じ利点を達成する。 Therefore, with respect to the power nozzle assembly 500 is increased, to achieve the same advantages as the nozzle assembly 400.

しかし、ノズル組立体400とは対照的に、ノズル開口508およびリム515はルーフ504の移動部分によって画成されない。 However, in contrast to the nozzle assembly 400, the nozzle opening 508 and rim 515 are not defined by the moving portion of the roof 504. むしろ、ノズル開口508およびリム515はルーフ504の固定部分に画成されるので、液滴吐出中にアクチュエータ510はノズル開口およびリムとは独立して動作する。 Rather, the nozzle opening 508 and rim 515 so defined in the fixed part of the roof 504, the actuator 510 in the droplet ejection operates independently of the nozzle opening and the rim. この構成の利点は、液滴飛行方向のより平易な制御が達成されることである。 The advantage of this arrangement is that a more simple control of the droplet flight direction is achieved.

熱曲げ効率が改善されるという固有の利点を持つアルミニウム合金は、図9〜15に示す実施形態に関連して上述した熱曲げアクチュエータ410および510のどちらでも、アクティブビームとして使用することができることは、言うまでもなく理解される。 Aluminum alloys have a unique advantage thermal bend efficiency is improved, either thermal bend actuators 410 and 510 described above in connection with the embodiment shown in FIG. 9 to 15, it can be used as an active beam , it is of course understood.

ノズル組立体400および500は、出願人の先行する米国特許第6,416,167号および第6,755,509号に例示されたインクジェットノズル製造工程と類似の仕方で、適切なMEMS技術を用いて構築することができ、上記公報の内容は参照によって本明細書に組み込まれる。 The nozzle assembly 400 and 500, in a similar manner as the ink jet nozzle manufacturing process is illustrated in U.S. Pat. Nos. 6,416,167 and No. 6,755,509 preceding applicant, using appropriate MEMS technology can be constructed Te, the contents of the above publications are incorporated herein by reference.

曲げ方向に最適剛性を有するアクティブビーム ここで図11および15を参照すると、アクチュエータ410および510の上部アクティブビーム411および511が各々、屈曲(ビーム411の場合)または蛇行状(ビーム511の場合)いずれかの形状を有する曲がりくねったビーム要素から構成されることが分かる。 Referring active beam wherein FIGS. 11 and 15 with an optimal rigidity in the bending direction, the upper active beam 411 and 511 of the actuator 410 and 510, respectively, (in the case of beam 511) bent (when the beam 411) or serpentine either it is composed of tortuous beam element having Kano shape can be seen. 曲がりくねったビーム要素は細長く、抵抗加熱に適した比較的小さい断面積を有する。 Tortuous beam element is elongated and has a relatively small cross-sectional area suitable for resistive heating. 加えて、曲がりくねった形状は、ビーム要素のそれぞれの端をアクチュエータの1端に配置されたそれぞれの接点に接続することを可能にし、ノズル組立体の全体的設計および構築を簡素化する。 In addition, serpentine shape makes it possible to connect the respective ends of the beam element to each of contacts arranged at one end of the actuator, to simplify the overall design and construction of the nozzle assembly.

特に図14および15を参照すると、細長いビーム要素520は、アクチュエータ510の細長いアクティブカンチレバービーム511を画成する蛇行形状を有する。 With particular reference to FIGS. 14 and 15, the elongated beam element 520 has a serpentine shape defining an elongated active cantilever beam 511 of the actuator 510. 蛇行状のビーム要素520は、第1電気接点516を第2電気接点516と接続する平面状の曲がりくねった経路を有する。 Serpentine beam element 520 has a planar serpentine path connecting the first electrical contact 516 and second electrical contact 516. 電気接点516(正および接地)はアクチュエータ510の1端に配置され、CMOS層502の駆動回路とアクティブビーム511との間の電気接続を達成する。 Electrical contacts 516 (positive and ground) are arranged at one end of the actuator 510 to achieve electrical connection between the driving circuit and the active beam 511 of the CMOS layer 502.

蛇行状のビーム要素520は標準リソグラフィエッチング技術によって作製され、複数の近接ビーム部材によって画成される。 Serpentine beam element 520 is fabricated by standard lithographic etching techniques, defined by a plurality of adjacent beams member. 一般的にビーム部材とは、例えば長手方向または横方向に略直線状に延びるビーム材の中実部分と定義することができる。 The general beam member may be defined, for example, longitudinally or transversely to solid portions of the beam member extending substantially linearly. ビーム要素520のビーム部材は、細長いカンチレバービーム511の長手軸に沿って延びる長尺ビーム部材521、および細長いカンチレバービーム511の横軸を横切って延びる短尺ビーム部材522から構成される。 Beam members of the beam element 520 is composed of a short beam members 522 extending across the transverse axis of the elongated cantilever elongated beam member 521 extends along the longitudinal axis of the beam 511 and the elongate cantilevered beam 511,. 蛇行状ビーム要素520の場合のこの構成の利点は、それがカンチレバービーム511の曲げ方向に最大限の剛性を達成することである。 The advantage of this configuration in the case of a serpentine beam element 520, it is to achieve the maximum rigidity in the bending direction of the cantilever beam 511. 曲げ方向の剛性は、各作動後にアクチュエータ510の曲げをその休止位置に戻すことを容易にするので、有利である。 Stiffness of the bending direction, bending of the actuator 510 after each operation it facilitates to return to its rest position, it is advantageous.

図11に示すノズル組立体400の屈曲アクティブビーム形状が、ノズル組立体500に関連して上述したのと同一または同様の利点を達成することは理解される。 Bent active beam shape of the nozzle assembly 400 shown in FIG. 11, it is understood that in connection with the nozzle assembly 500 to achieve the same or similar advantages as described above. 図11において、長手方向に延びる長尺ビーム部材は421で示される一方、横方向に延びる相互接続用の短尺ビーム部材は、422で示される。 11, while the elongated beam member extending in the longitudinal direction indicated by 421, short beam members for interconnection extending in the transverse direction is indicated by 422.

熱効率を高めるための多孔質材料の使用 上述した全ての実施形態のみならず、本出願の出願人によって記載された熱曲げアクチュエータの他の全ての実施形態においても、アクティブビームは構造的ロバスト性のためにパッシブビームに接合される(図1および2参照)か、あるいはアクティブビームは、最大限の熱効率のためにパッシブビームから離間される(図8参照)。 Not only all the embodiments using the above-described porous material for enhancing the heat efficiency, also in all other embodiments of thermal bend actuators described by the applicant of the present application, the active beam structural robustness passive beams are joined (see FIG. 1 and 2) or for, or active beam is spaced from the passive beam for maximum thermal efficiency (see Figure 8). ビーム間のエアギャップによって達成される熱効率は言うまでもなく望ましい。 Thermal efficiency achieved by an air gap between the beam course desirable. しかし、熱効率のこの改善は通常、構造的ロバスト性および熱曲げアクチュエータの座屈傾向と引換えにもたらされる。 However, this improvement of the thermal efficiency is usually brought in exchange for buckling tendency structural robustness and Netsumage actuator.

米国特許第6,163,066号は、約2.0以下の誘電率を有する多孔質二酸化ケイ素絶縁体を記載しており、その内容は参照によって本明細書に組み込まれる。 U.S. Patent No. 6,163,066 describes a porous silicon dioxide insulator having about 2.0 or less dielectric constant, the contents of which are incorporated herein by reference. 該物質は炭化ケイ素を堆積し、多孔質二酸化ケイ素を形成すべく炭素成分を酸化することによって形成される。 The material is formed by depositing silicon carbide to oxidize the carbon component to form a porous silicon dioxide. ケイ素に対する炭素の比率を高めることによって、結果的に得られる多孔質二酸化ケイ素の空孔率を高めることができる。 By increasing the ratio of carbon to silicon, it is possible to increase the porosity of the porous silicon dioxide that results. 多孔質二酸化ケイ素は、寄生抵抗を低下させるための集積回路の不動態層として有用であることが知られている。 Porous silicon dioxide is known to be useful as a passivation layer of the integrated circuit for reducing the parasitic resistance.

しかし、本出願の出願人は、このタイプの多孔質材料が熱曲げアクチュエータの効率を改善するのに有用であることを発見した。 However, the applicant of the present application have discovered that this type of porous material is useful for improving the efficiency of thermal bend actuators. 多孔質材料はアクティブビームとパッシブビームとの間の絶縁層として使用することができ、あるいはパッシブビーム自体として使用することができる。 The porous material can be used as an insulating layer between the active beam and the passive beam, or can be used as a passive beam itself.

図16は、上部アクティブビーム601、下部パッシブビーム602、ならびに上部および下部ビーム間に狭持された絶縁層603を備える熱曲げアクチュエータ600を示す。 Figure 16 shows the thermal bend actuator 600 comprises an upper active beam 601, the lower passive beam 602 insulating layer 603 which is sandwiched and between the upper and lower beams. 絶縁ビームは多孔質二酸化ケイ素から構成されるが、アクティブビーム601およびパッシブビーム602はそれぞれTiNおよびSiO のような任意の適切な材料から構成することができる。 Insulation beam is comprised of a porous silicon dioxide can be constructed from any suitable material such as an active beam 601 and the passive beams 602, respectively TiN and SiO 2.

絶縁層603の空孔率は、アクティブビーム601およびパッシブビーム602間の優れた断熱を達成する。 The porosity of the insulating layer 603 achieves excellent thermal insulation between the active beam 601 and the passive beams 602. 絶縁層603はまたアクチュエータ600に構造的ロバスト性をももたらす。 Insulating layer 603 also results also structural robustness to the actuator 600. したがってアクチュエータ600は、図1、2、および8に関連して上述した両タイプの熱曲げアクチュエータの利点を結合する。 Thus the actuator 600, in conjunction with FIGS. 1, 2 and 8 couples the advantage of both types of thermal bend actuators described above.

代替的に、かつ図17に示すように、多孔質材料は単純に2層熱曲げアクチュエータのパッシブ層を形成してもよい。 Alternatively, and as shown in FIG. 17, the porous material may simply be formed passive layer of 2-layer thermal bend actuator. したがって熱曲げアクチュエータ650は、TiNから構成された上部アクティブビーム651、および多孔質二酸化ケイ素から構成された下部パッシブビーム652を備える。 Therefore thermal bend actuator 650 includes a lower passive beam 652 comprised of a top active beam 651 and a porous silicon dioxide, which is composed of TiN.

言うまでもなく、図16および17に示すタイプの熱曲げアクチュエータをいずれかの適切なインクジェットノズルまたは他のMEMSデバイスに組み込むことができることは理解される。 Needless to say, it can incorporate a type of thermal bend actuator shown in FIGS. 16 and 17 in any suitable ink jet nozzle or other MEMS devices are understood. 熱効率および構造的剛性の改善は、機械的アクチュエータまたはトランスデューサを必要とする任意のMEMS用途においてそのようなアクチュエータを魅力的にする。 Improvement in thermal efficiency and structural rigidity, attractive to such actuators in any MEMS application requiring mechanical actuator or transducer.

図16および17に示すタイプの熱曲げアクチュエータは、上述したインクジェットノズル組立体400および500に使用するのに特に適している。 Type of thermal bend actuator shown in FIGS. 16 and 17, are particularly suitable for use in an ink jet nozzle assembly 400 and 500 described above. 熱曲げアクチュエータ410および510の適切な変形により、熱効率および構造的ロバスト性の上記改善が実現されることを、当業者は容易に理解される。 By appropriate modification of the thermal bend actuators 410 and 510, that the improvement of thermal efficiency and structural robustness is achieved, one skilled in the art will readily understand.

さらに、上述した熱曲げアクチュエータ600および650におけるアクティブビーム部材601および651は、熱曲げ効率のさらなる改善のために、本明細書で上述したようにアルミニウム合金から構成してもよいことは理解される。 Furthermore, the active beam member 601 and 651 in the thermal bend actuator 600 and 650 described above, for further improvement of the thermal bend efficiency, be appreciated that it may be made of aluminum alloy as described above herein .

言うまでもなく、単なる実施例として本発明を説明したこと、および付属する特許請求の範囲に記載する本発明の範囲内で細部の変形を施してもよいことは理解される。 Needless to say, it has described the present invention by way of example only, and accompanying that may be subjected to deformation of detail within the scope of the invention as set forth in the appended claims is understood.

Claims (20)

  1. フロアおよびルーフを備えるノズルチャンバであって、前記ルーフにはノズル開口が画成され、前記ルーフが前記フロアに向かって可動である移動部分を有する、当該ノズルチャンバと、 A nozzle chamber comprising a floor and a roof, the nozzle opening is defined in the roof, has a moving portion that is movable said roof toward the floor, and the nozzle chamber,
    複数のカンチレバービームを有し、前記ノズル開口からインクを吐出するための熱曲げアクチュエータと、 A plurality of cantilever beams, and the thermal bend actuator for ejecting ink from the nozzle openings,
    を備え、 Equipped with a,
    前記熱曲げアクチュエータが、 The thermal bend actuator,
    駆動回路に接続するための第1アクティブビームと、 A first active beam for connection to the drive circuit,
    第2パッシブビームであって、前記第1アクティブビームに電流を流したときに前記第1アクティブビームが当該第2パッシブビームに対して伸張し、結果的に前記熱曲げアクチュエータの曲げを生じるように、前記第1アクティブビームと機械的に協働する、当該第2パッシブビームと、 A second passive beam, wherein the first active beam extends with respect to the second passive beam when current flows in the first active beam, to produce a result, the bending of the thermal bend actuator , said first active beam mechanical cooperation with, and the second passive beam,
    を備え、 Equipped with a,
    前記第1アクティブビームが前記ルーフの総面積の少なくとも30%を画成する、インクジェットノズル組立体。 Wherein the first active beam defines at least 30% of the total area of ​​the roof, an ink jet nozzle assembly.
  2. 前記移動部分が前記熱曲げアクチュエータを備える、請求項1に記載のインクジェットノズル組立体。 Said moving portion comprises said thermal bend actuator, an inkjet nozzle assembly of claim 1.
  3. 前記第1アクティブビームが前記ルーフの外面の少なくとも一部分を画成する、請求項1に記載のインクジェットノズル組立体。 Wherein the first active beam defines at least part of an exterior surface of the roof, an inkjet nozzle assembly of claim 1.
  4. 前記ノズル開口が前記フロアに対して可動であるように、前記ノズル開口が前記移動部分に画成される、請求項1に記載のインクジェットノズル組立体。 As the nozzle opening is moveable relative to the floor, the nozzle opening is defined in the moving portion, an inkjet nozzle assembly of claim 1.
  5. 前記熱曲げアクチュエータが前記ノズル開口に対して可動である、請求項1に記載のインクジェットノズル組立体。 The thermal bend actuator is movable relative to the nozzle openings, the inkjet nozzle assembly of claim 1.
  6. 前記第1アクティブビームが曲がりくねったビーム要素によって画成され、前記曲がりくねったビーム要素が複数の近接ビーム部材を有する、請求項1に記載のインクジェットノズル組立体。 Wherein the first active beam is defined by the tortuous beam element, said tortuous beam element having a plurality of proximity beam member, the inkjet nozzle assembly of claim 1.
  7. 前記複数の近接ビーム部材が、 Wherein the plurality of adjacent beams member,
    前記第1アクティブビームの長手軸に沿って延びる複数の長尺ビーム部材と、 A plurality of elongated beam member extending along a longitudinal axis of the first active beam,
    前記第1アクティブビームの横軸を横切って延びると共に長尺ビーム部材を相互接続する少なくとも1つの短尺ビーム部材と、 It extends across the transverse axis of the first active beam and at least one short beam members interconnecting the elongated beam member,
    を備える、請求項6に記載のインクジェットノズル組立体。 It comprises inkjet nozzle assembly of claim 6.
  8. 前記複数のビームの1つが多孔質材料から構成される、請求項1に記載のインクジェットノズル組立体。 Wherein one of the plurality of beams is comprised of a porous material, an inkjet nozzle assembly of claim 1.
  9. 前記多孔質材料が2以下の誘電率を有する多孔質二酸化ケイ素である、請求項8に記載のインクジェットノズル組立体。 The porous material is porous silicon dioxide having a dielectric constant of 2 or less, the ink jet nozzle assembly of claim 8.
  10. 前記熱曲げアクチュエータがさらに、前記第1アクティブビームと前記第2パッシブビームとの間に狭持された第3絶縁ビーム、を備える、請求項1に記載のインクジェットノズル組立体。 The thermal bend actuator further comprises a third insulation beam, which is sandwiched between the first active beam and the second passive beam, inkjet nozzle assembly of claim 1.
  11. 前記第3絶縁ビームが多孔質材料から構成される、請求項10に記載のインクジェットノズル組立体。 The third insulating beam comprised of a porous material, an inkjet nozzle assembly of claim 10.
  12. 前記第1アクティブビームが前記第2パッシブビームに融着または接合される、請求項1に記載のインクジェットノズル組立体。 Wherein the first active beam is fused or bonded to the second passive beam, inkjet nozzle assembly of claim 1.
  13. 前記第2パッシブビームが多孔質材料から構成される、請求項12に記載のインクジェットノズル組立体。 The second passive beam is comprised of a porous material, an inkjet nozzle assembly of claim 12.
  14. 前記第1アクティブビームの少なくとも一部分が、前記第2パッシブビームから離間する、請求項1に記載のインクジェットノズル組立体。 Wherein at least a portion of the first active beam, away from the second passive beam, inkjet nozzle assembly of claim 1.
  15. 前記第1アクティブビームが、窒化チタン、窒化チタンアルミニウムおよびアルミニウム合金を含む群、から選択された材料から構成される、請求項1に記載のインクジェットノズル組立体。 Wherein the first active beam, titanium nitride, and a material selected the group, from containing titanium aluminum nitride and aluminum alloys, the inkjet nozzle assembly of claim 1.
  16. 前記第1アクティブビームがアルミニウム合金から構成される、請求項1に記載のインクジェットノズル組立体。 The first constituted the active beam of an aluminum alloy, an inkjet nozzle assembly of claim 1.
  17. 前記アルミニウム合金が、 Said aluminum alloy,
    アルミニウムと、 And aluminum,
    100GPaを超えるヤング率を有する少なくとも1つの他の金属と、 And at least one other metal having a Young's modulus exceeding 100 GPa,
    を含む、請求項16に記載のインクジェットノズル組立体。 Including, inkjet nozzle assembly of claim 16.
  18. 前記少なくとも1つの他の金属が、バナジウム、マンガン、クロム、コバルトおよびニッケルを含む群、から選択される、請求項17に記載のインクジェットノズル組立体。 Wherein the at least one other metal, vanadium, manganese, chromium, cobalt and the group including nickel, is selected from the inkjet nozzle assembly of claim 17.
  19. 前記アルミニウム合金がアルミニウムおよびバナジウムを含む、請求項16に記載のインクジェットノズル組立体。 It said aluminum alloy containing aluminum and vanadium, inkjet nozzle assembly of claim 16.
  20. 前記アルミニウム合金の少なくとも80%が、アルミニウムから成る、請求項16に記載のインクジェットノズル組立体。 Wherein at least 80% of the aluminum alloy, aluminum, an inkjet nozzle assembly of claim 16.
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