JP4531336B2

JP4531336B2 - 液滴放出器

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Publication number: JP4531336B2
Application number: JP2003005957A
Authority: JP
Inventors: アンドリューレーベンスジョン; キャべルアントニオ; スチュワートロスデービッド
Original assignee: イーストマンコダックカンパニー
Priority date: 2002-01-17
Filing date: 2003-01-14
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2023-01-14
Also published as: DE60305985T2; US20030137560A1; EP1329319B1; US6631979B2; EP1329319A1; DE60305985D1; JP2003260696A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に超小型電気機械デバイスに関し、より詳しくは、インクジェットデバイスおよびその他液滴放出器(リキッド・ドロップ・エミッタ: liquid drop emitter)に使用する超小型電気機械サーマルアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
超小型電気機械システム（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｓ）は、比較的新しく開発されたものである。このＭＥＭＳはアクチュエータ、バルブ、位置決め器となる従来の電気機械デバイスに代わるものとして使用されている。超小型電気機械デバイスは、マイクロエレクトロニクス（半導体シリコン集積回路）の製造技術を使用しているため、低コストとなる可能性がある。また、ＭＥＭＳデバイスの規模の小ささから、新たな用途も見出されつつある。
【０００３】
ＭＥＭＳテクノロジーの多くの用途において、その装置において必要な運動を提供するために、サーマルアクチュエータが利用されている。たとえば、多くのアクチュエータ、バルブ、位置決め器はその動作のためにサーマルアクチュエータを使用する。一部の用途では、パルス化された動作が必要とされる。たとえば、アクチュエータが第一の位置から第二の位置に高速で移動し、その後第一の位置に復帰するという動作を利用し、液体に圧力パルスを発生させる、あるいはアクチュエーションパルス１個につき、メカニズムを位置または回転を１単位ずつ進める。ドロップ・オン・デマンド型の液滴放出器は、個々に分離された圧力パルスを使って、ノズルから個別の量の液体を排出させる。
【０００４】
ドロップ・オン・デマンド（ＤＯＤ：Ｄｒｏｐ−ｏｎ−ｄｅｍａｎｄ）型液体放出デバイスは、インクジェット印刷システムにおけるインク印刷デバイスとして知られている。初期のデバイスは、圧電アクチュエータに基づくものであった（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００５】
現在人気の高いインクジェット印刷形態であるサーマルインクジェット（または「バブルジェット（登録商標）」）式では、電気抵抗ヒータを使って蒸気の泡を発生させ、これによって液滴を放出させている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００６】
電気抵抗ヒータによるアクチュエータは、開発の進んだマイクロエレクトロニクスのプロセスを使用して製造されるため、圧電式アクチュエータと比較し、製造コストの面で有利である。その一方で、サーマルインクジェット液滴放出メカニズムには、気化可能な成分を含むインクが必要であり、インクの温度が局所的にこの成分の沸点より高くなる。このような高温下にさらされるため、サーマルインクジェットデバイスによって確実に放出されるインクその他の液体の調合は極めて限定される。圧電式に作動されるデバイスは、液体を機械的に加圧するため、噴射できる液体にそうした厳しい制限は無い。
【０００７】
インクジェットデバイスの供給者がこれまでに実現した利用可能性、コストおよび技術的パフォーマンスの改善により、液体の微量測定を必要とする他の用途にそうしたデバイスを利用することに対する関心が深まった。このような新たな用途の例には、微量分析化学薬品用の特殊化学薬品の供給（例えば、特許文献４参照。）、電子デバイス製造用被膜剤の供給（例えば、特許文献５参照。）、薬剤吸入療法用微小滴供給がある（例えば、特許文献６参照。）。
【０００８】
最高品質の画像印刷だけでなく、液体供給が超微量の液滴の単独放出、正確な位置付けとタイミング、微細なインクリメントを必要とする新たな用途にとっても、要求に応じてさまざまな液体の微量小滴を放出することのできるデバイスや方法が必要とされる。
【０００９】
さまざまな調合の液体に使用できる、低コストの微量小滴放出方法が必要とされている。それにはサーマルインクジェットシステムに使用されるマイクロエレクトロニクス製造技術の利点と、圧電機械デバイスに利用できる幅広い液体組成物とを組み合わせた装置と方法が必要である。
【００１０】
サーモメカニカルアクチュエータを利用するＤＯＤインクジェットデバイスのアクチュエータは、インクジェットチャンバの中で移動可能な二層カンチレバーとして構成される。抵抗器によってビームが加熱され、２つの層の熱膨張率の違いにより、これが湾曲する。ビームの自由端が移動してノズルのインクを加圧し、液滴が放出される（特許文献７参照。）。
【００１１】
最近、同様の熱機械ＤＯＤインクジェットシステムの構成が、開示されている（例えば、特許文献８、９、１０、１１参照。）。
【００１２】
マイクロエレクトロニクスのプロセスを使って熱機械インクジェットデバイスを製造する方法も開示されている（例えば、特許文献１２、１３、１４参照。）。
【００１３】
熱機械式で作動する液滴放出器は、マイクロエレクトロニクスの材料と機器を使って大量生産でき、サーマルインクジェットデバイスでは信頼性が低下してしまう液体を使って操作できるため、低コストのデバイスとして大きな将来性がある。しかしながら、サーマルアクチュエータ式の液滴放出器を高い滴下反復頻度で作動させる場合、温度の上昇に注意しなければならない。液滴生成は、ノズル部分の液体内に圧力衝撃を作ることに依存している。放出デバイス、熱機械アクチュエータそのもののベースライン（基底状態時）温度が大きく上昇すると、デバイスの材料と作用液体そのものの許容動作温度限度を超え、有効なアクチュエータ移動の一部に対するシステム制御が失われる。熱機械アクチュエータ内の熱を管理し、そのデバイスの生産性を最大限にする熱機械ＤＯＤ放出器の作動装置と作動方法が必要である。
【００１４】
熱機械アクチュエータの有益な設計は、一端がデバイス構造に固定され、自由端がビームに垂直にたわむカンチレバービームである。このたわみは、ビームの熱膨張勾配を垂直方向に設定することによって発生する。この膨張勾配は、ビームを形成する層の温度勾配または実際の材料の違いによって発生する。熱膨張勾配を素早く確立し、その後これをやはり素早く散逸させ、アクチュエータが当初の位置に復帰できることは、パルス式サーマルアクチュエータにとって望ましい。入力エネルギーの削減は、散逸しなければならない使用済み熱エネルギーの量が減ることになるため、アクチュエータの復帰に役立つ。
【００１５】
サーマルアクチュエーションの反復頻度は、これを利用するデバイスの生産性にとって重要である。たとえば、サーマルアクチュエータＤＯＤインクジェット印字ヘッドの印字速度は液滴反復頻度に依存し、液滴反復頻度は、サーマルアクチュエータをリセットするのに必要な時間に依存する。少ない入力エネルギーと高い許容ピーク温度で動作できるカンチレバー素子を用いたサーマルアクチュエータは、高い頻度で動作し、ＭＥＭＳ製造方法を使って製造できるシステムを構築するのに必要となる。
【００１６】
【特許文献１】
米国特許第３，９４６，３９８号明細書
【特許文献２】
米国特許第３，７４７，１２０号明細書
【特許文献３】
米国特許第４，２９６，４２１号明細書
【特許文献４】
米国特許第５，５９９，６９５号明細書
【特許文献５】
米国特許第５，９０２，６４８号明細書
【特許文献６】
米国特許第５，７７１，８８２号明細書
【特許文献７】
特開平２−３０５４３公報
【特許文献８】
米国特許第６，０６７，７９７号明細書
【特許文献９】
米国特許第６，０８７，６３８号明細書
【特許文献１０】
米国特許第６，２３９，８２１号明細書
【特許文献１１】
米国特許第６，２４３，１１３号明細書
【特許文献１２】
米国特許第６，１８０，４２７号明細書
【特許文献１３】
米国特許第６，２５４，７９３号明細書
【特許文献１４】
米国特許第６，２７４，０５６号明細書
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の目的は、入力エネルギーを削減し、過剰な許容ピーク温度を必要としない熱機械アクチュエータを提供することである。
【００１８】
また、本発明の目的は、作用液体に損傷を与えないピーク温度で動作するエネルギー効率のよい熱機械カンチレバーによって作動する液滴放出器を提供することでもある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記およびその他の本発明の特徴、目的、利点は、本明細書による詳細な説明、特許請求範囲および図面から容易に明らかになる。これらの特徴、目的、利点は、基部素子と、基部素子から長さＬだけ延び、作動前の平常時は第一の位置に安定するカンチレバー素子を備える超小型電気機械デバイス用サーマルアクチュエータを構成することによって実現される。カンチレバー素子は、基部素子から長さＬ_H（０．３Ｌ≦Ｌ_H≦０．７Ｌ）だけ延びる均一な抵抗部分を持つようパターニングされた、チタンアルミナイド等、電気抵抗を有する材料で構成された第一層を有する。カンチレバー素子は、第一層に付着された、熱膨張率が第一層より低い誘電材料で構成される第二層を有する。均一な抵抗部分に接続された一対の電極により、電気パルスを印加してジュール熱を発生させ、その結果、第二層に対して相対的に第一層の均一な抵抗部分が熱膨張し、カンチレバー素子が第二の位置へとたわみ、電気パルス通過後は均一な抵抗部分から熱が伝達され、温度が低下すると、カンチレバー素子は第一の位置に復帰する。第一層は好ましくは、カンチレバー素子の長さとほぼ同じだけ延び、均一な抵抗部分は好ましくは、カンチレバー素子の長さの一部からこの材料の中央スロットを除去することによって形成される。均一な抵抗部分を長さＬ_H（０３Ｌ＜Ｌ_H＜０．７Ｌ）となるよう形成することにより、動作に必要な入力エネルギーが削減でき、しかも動作温度の過剰な上昇を防止できる。
【００２０】
本発明は、ＤＯＤインクジェット印刷用印字ヘッドに使用される液滴放出器のためのサーモアクチュエータとして特に有益である。この好ましい実施形態において、サーマルアクチュエータは、液体を放出するためのノズルを有し、液体が充満したチャンバの中に設置される。サーマルアクチュエータはチャンバの壁から延びるカンチレバー素子を有し、その自由端はノズルに近い第一の位置に安定している。カンチレバー素子への熱パルスの印加により、自由端がノズルから液体を押し出す。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明は、特定の好ましい実施形態を参照しながら詳細に説明されるが、本発明の範囲内で変更や改造が可能である。
【００２２】
以下に詳細に説明するように、本発明はサーマルアクチュエータおよびドロップ・オン・デマンド液体放出デバイス用の装置を提供する。このようなデバイスの最も一般的なものは、インクジェット印刷システムの印字ヘッドとして使用される。インクジェット印字ヘッドと同様であるが、インク以外の、精密に計量し、高い空間精度で着弾させる必要のある液体を放出するデバイスを利用する用途はその他にも数多く出現している。インクジェットと液滴放出器という用語は、本明細書において互換的に使用される。以下に説明する発明は、エネルギー効率と液滴放出の生産性を改善する熱機械アクチュエータに基づく液滴放出器を提供する。
【００２３】
まず図１を見ると、本発明による装置を使用し、本発明に従って操作できるインクジェット印刷システムの略図が示されている。このシステムは、画像データ発生源４００を有し、これが送信する信号をコントローラ３００が印刷用液滴へのコマンドとして受信する。コントローラ３００は、電気パルス発生源２００に信号を出力する。パルス発生源２００は、インクジェット印字ヘッド１００内の各熱機械アクチュエータ１５と関連する電気抵抗手段に印加される電気エネルギーパルスで構成される電圧信号を発生する。電気エネルギーパルスは、熱機械アクチュエータ１５（以下、「サーマルアクチュエータ」と呼ぶ）を素早く湾曲させ、ノズル３０内のインク６０に圧力をかけ、インク小滴５０を放出し、これがレシーバ５００に着弾する。本発明は、ほぼ同じ体積と速度、つまり公称値＋／−２０％の範囲の体積と速度を持つ小滴の放出を実現する。液滴放出器の中には、主要小滴と、その後を追う非常に小さな、衛星小滴（サテライトドロップ: satellite drop）と呼ばれる小滴を放出するものもある。本発明は、用途の全体的目的、たとえば画像画素の印刷または液体のインクリメントの微量供給を実現する中で、このような衛星小滴を主要小滴の一部と考える。
【００２４】
図２は、インクジェット印字ヘッド１００の一部の平面図である。熱によって作動されるインクジェットユニットのアレイ１００は、中央に整列されたノズル３０と、相互に噛み合う形の２列のインクチャンバ１２を有する。インクジェットユニット１００は、マイクロエレクトロニクスによる製造方法を使い、基板１０上およびその中に形成される。液滴放出器１１０を形成するのに使用できる製造シーケンスの一例は、本発明と同じ譲受人に譲渡された、２０００年１１月３０日出願の同時係属中の米国特許第０９／７２６，９４５号、「サーマルアクチュエータ」に記載されている。
【００２５】
各液滴放出ユニット１１０は関連する電気リードコンタクト４２，４４を有し、これは図２において破線で示される電気的な均一抵抗部２５とともに形成され、あるいはこれに電気的に接続されている。図の実施形態において、均一抵抗部２５はサーマルアクチュエータ１５の偏向層の中に形成され、後述するように、熱機械効果に貢献する。印字ヘッド１００の素子８０は、マイクロエレクトロニクスによる基板１０および液体供給、電気信号、機械的インタフェース機能を相互接続するためのその他の手段を取り付けるための表面を提供する取付構造である。
【００２６】
図３はひとつの液滴放出ユニット１１０の平面図であり、第二の平面図である図４ではノズル３０を含めた液体チャンバカバー２８が取り外されている。
【００２７】
図３に破線で示されるサーマルアクチュエータ１５は、図４においては実線で示されている。サーマルアクチュエータ１５のカンチレバー素子２０は、基板１０の中に形成された液体チャンバ１２の端部１４から延びる。カンチレバー素子アンカー部２６は、基板１０に結合され、カンチレバーを固定する。
【００２８】
アクチュエータのカンチレバー素子２０は櫂の形状であり、長い平坦なシャフトの終端にシャフトの幅より大きな直径のディスクがある。この形状は使用可能なカンチレバーアクチュエータの一例に過ぎず、これ以外にも多くの形状が使用できる。櫂の形状で、ノズル３０がカンチレバー素子の自由端部２７の中心と一列に並ぶ。液体チャンバ１２は１６で曲線状の壁部を有し、これは自由端部２７の曲率とほぼ一致し、アクチュエータが移動できる間隙ができるよう空間が設けられている。
【００２９】
図４は、電気パルス発生源２００を相互接続端子４２，４４で電気抵抗ヒータ２５に取り付けた様子を図式的に示す。電圧が電圧端子４２，４４に印加され、Ｕ字型抵抗器２５を通じて抵抗加熱が発生する。これは一般に、電流Ｉを示す矢印によって示される。図３，図４の平面図において、アクチュエータの自由端部２７はパルスを受けると、図を見ている人の方向に移動し、カバー２８のノズル３０から液滴が図を見ている人に向かって放出される。この操作と液滴放出の幾何学は、多くのインクジェットに関する開示文献の中で「ルーフシュータ」と呼ばれる。
【００３０】
図５，図６は、本発明の好ましい実施形態によるカンチレバーサーマルアクチュエータ１５の側面図である。図５において、アクチュエータは第一の位置にあり、図６では上方にたわみ、第二の位置にある。カンチレバー素子２０は、基部素子１０のアンカー部１４から長さＬだけ延びる。カンチレバー素子２０は複数の層で構成される。第一層２２はたわみ層で、カンチレバー素子２０内の他の層に関して熱によって伸長した時に上方にたわませる。これは熱膨張率の大きい電気抵抗材料、好ましくはチタンアルミナイド合金で構成される。第一層２２の厚さはｈ₁である。
【００３１】
カンチレバー素子２０はまた、第一層２２に接着された第二層２３を有する。第二層２３は第一層２２の構成に使用された材料に関して低い熱膨張率を有する材料で構成される。第二層２３の厚さは、所与の熱エネルギー入力について、所望の機械的剛性を得て、カンチレバー素子のたわみを最大限にするよう選択される。第二層２３は、第一層に形成された抵抗加熱素子を電気的に絶縁する誘電絶縁体でもあってもよい。第二層は、第一層２２の一部として形成される電気抵抗器を部分的に定めるのに使用してもよい。第二層の厚さはｈ₂である。
【００３２】
第二層２３は、熱流管理、電気的絶縁、カンチレバー素子２０の層の強力な結合の機能を最適化するように、複数の材料によるサブレイヤ、積層で構成してもよい。
【００３３】
図４に示されるパッシベーション（表面安定化処理）層２１は、第一層２２を化学的、電気的に保護するために設けられている。この保護は、本発明によるサーマルアクチュエータの用途によっては不要なものもあるため、その場合は省くことができる。作用液体がひとつまたは複数の表面に接触するサーマルアクチュエータを利用する液滴放出器は、作用液体に対して化学的、電気的に不活性なパッシベーション層２１が必要となる。
【００３４】
熱パルスが第一層２２に印加されると、これによって第一層の温度が上昇し、伸長する。第二層２３は、熱膨張率が低いことおよび第一層２２から第二層２３に熱が拡散するまでに時間がかかるので、第一層２２ほど伸長しない。第一層２２と第二層２３の長さの違いにより、図６に示すように、カンチレバー素子２０は上方に湾曲する。液滴放出器のアクチュエータとして使用された場合、カンチレバー素子２０の湾曲応答は、ノズルの液体を十分に加圧できるよう急速でなければならない。一般的には、電気抵抗加熱装置を使って熱パルスを印加する。使用されるパルスの持続時間は１０μ秒未満、好ましくは４μ秒未満である。
【００３５】
図７から図１３は、本発明の好ましい実施形態のいくつかによる単独液滴放出器を構成するための製造工程を示す。これらの実施形態について、第一層２２は、チタンアルミナイド等、電気抵抗材料を使って構成され、電流Ｉを流すための部分を抵抗器にパターニングする。図７は、製造の第一段階におけるカンチレバーの第一層２２を示す。図の構造は、一般的なマイクロエレクトロニクスの蒸着およびパターニング方法により、たとえば単結晶シリコン等の基板１０の上に形成される。基板１０の一部は、そこからカンチレバー素子２０が延びることになる基部素子ともなる。チタンアルミナイド合金の蒸着は、たとえばＲＦまたはパルスＤＣマグネトロンスパッタリング等によって行うことができる。チタンアルミナイドに使用できる蒸着プロセスの一例は、本発明と同じ譲受人に譲渡された、２０００年１１月３０日出願の同時係属中の米国特許第０９／７２６，９４５号に記載されている。
【００３６】
第一層２２の厚さはｈ₁である。均一な抵抗部２５は、層材料のパターンを除去することにより、第一層２２の中にパターニングされる。電流経路は矢印と文字Ｉによって示される。図では、アドレス用電気リード４２，４４も、第一層２２の材料の中に形成されている。リード４２，４４は、基部素子基板１０の中にすでに形成された回路と接触しても、あるいはテープ自動ボンディング（ＴＡＢ）またはワイヤボンディング等、他の一般的な電気的相互接続方法によって外部から接触してもよい。パッシベーション層２１は基板１０の上に、第一層２２の材料を蒸着、パターニングする前に形成する。このパッシベーション層は第一層２２およびその他の後続構造の下に残しても、その後のパターニングプロセスにおいて除去してもよい。
【００３７】
図８は、先に形成されたサーマルアクチュエータの第一層２２の上に蒸着され、パターニングされた第二層２３を示す。均一抵抗部２５（図８では示されず）は、第一層２２の電気抵抗材料を除去し、抵抗パターンを残すことによって形成された。第二層２３は、残りの抵抗パターンを覆う第一層２２の上に形成される。第二層２３の厚さはｈ₂である。第二層２３の材料は、第一層２２の材料より熱膨張率が低い。たとえば、第二層２３は二酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウムまたはこれらの材料等を何層か重ねたものでよい。
【００３８】
この段階で、第二層２３の上に化学的、電気的保護のためのパッシベーション材料を追加することができる。また、当初のパッシベーション層２１において、基板１０にエッチングで形成される開口部から液体が通過する部分がパターニングによって除去される。
【００３９】
図９は、液滴放出器のチャンバの内側の形状に形成される犠牲層２９を追加した図である。ポリイミドがデバイス基板に、図８に示す第一層２２と第二層２３の位相幾何学を有する表面を平面化するのに十分な深さで設置される。犠牲層２９の材料については、隣接する材料に関して選択的に除去することのできるものであれば、何でも使用できる。
【００４０】
図１０は、犠牲層構造２９の上に、プラズマ蒸着酸化シリコン、窒化シリコンその他等、絶縁保護材料を蒸着することによって形成される液滴放出器のチャンバウォールとカバーを示す。この層のパターニングにより、液滴放出器のチャンバ２８が形成される。ノズル３０が液滴放出器のチャンバの中に形成され、製造シーケンスのこの段階で液滴放出器のチャンバ２８の中に残る犠牲材層２９と連絡する。
【００４１】
図１１，１２は、図１０のＡ−Ａで切断したデバイスの断面側面図である。図１１において、犠牲層２９は、ノズルの開口部３０を除き、液滴放出器のチャンバウォール２８の中に囲み込まれる。図１１から、基板１０には何も施されていないことがわかる。パッシベーション層２１が基板１０の表面のギャップ領域１３とカンチレバー素子２０の周辺から除去されている。これらの部分の層２１の除去は、犠牲構造２９を形成する前の製造段階で行われた。
【００４２】
図１２において、基板１０はカンチレバー素子２０およびカンチレバー素子２０の周辺および横の液体チャンバ領域の下から除去される。この除去は、反応イオンエッチング等、あるいは使用される基板が単結晶シリコンの場合は方向依存エッチング等の異方性エッチングによって行うことができる。サーマルアクチュエータだけを構成する場合は、犠牲構造と液体チャンバのステップは不要となり、基板１０をエッチングで除去するこのステップは、カンチレバー素子２０を解放するために使用することができる。
【００４３】
図１３において、犠牲材層２９は、酸素およびフッ素発生源を使ったドライエッチングによって除去された。エッチングガスはノズル３０を通じて、基板１０から先にエッチングされ、新たに開けられた液体供給チャンバ領域１２から入る。このステップにより、カンチレバー素子２０は解放され、液滴放出器構造の製造が完成する。
【００４４】
図１４から１５は、本発明の好ましい実施形態による液滴放出器構造の側面図である。図１４は、ノズル３０に近い第一の位置にあるカンチレバー素子２０を示す。図１５は、カンチレバー素子２０の自由端２７がノズル３０に向かってたわむ様子を示す。カンチレバー素子がこの第二の位置に急速にたわむことにより、液体６０を加圧し、液滴５０が放出される。
【００４５】
図に示された種類のカンチレバー素子を有する動作中の放出器において、静止位置である第一の位置は、図１４に示されるような水平位置より、カンチレバー２０が部分的に曲がった状態となる場合もある。アクチュエータは、ひとつまたは複数のマイクロエレクトロニクスによる蒸着または硬化プロセスを実行した後に残る内部ストレスによって、室温で上下いずれかに湾曲する可能性がある。デバイスは、温度管理のためのデザインおよびインク特性の制御をはじめとするさまざまな目的のために、温度を上昇させて操作される場合もある。その場合、第一の位置は図１５に示されているように、実質的に湾曲していることがある。
【００４６】
明細書における本発明の説明においては、カンチレバー素子は自由端が湾曲した位置に大きく変化しない場合、静止している、あるいは第一の位置にあると言う。理解しやすさを期すために、第一の位置は図５および図１４において水平に描かれている。しかしながら、湾曲している第一の位置に関するサーマルアクチュエータの動作は本発明の発明者によって知られ、予想され、完全に本発明の範囲に入る。
【００４７】
図７から図１３は好ましい製造シーケンス（工程）を説明している。しかしながら、周知のマイクロエレクトロニクスによる製造プロセスと材料を使い、これ以外にも多くの構成アプローチを採用できる。本発明の目的のために、第一層２２と第二層２３を有するカンチレバー素子が得られるのであれば、どのような製造アプローチでも採用できる。さらに、図７から図１３に示されたシーケンスにおいて、液滴放出器の液体チャンバ２８とノズル３０は基板１０上に形成された。これに代わり、サーマルアクチュエータを別に構成し、液体チャンバコンポーネントに結合して液滴放出器を形成してもよい。
【００４８】
本発明の発明者は、カンチレバーサーマルアクチュエータのエネルギー効率を、たわみ層である第一層２２の一部だけを加熱することによって改善することを発見した。第一層２２を構成するために使用される電気抵抗材料は、カンチレバー素子の長さＬの一部だけについて延びる均一抵抗部２５を有するようパターニングすることができる。図１６，１７は、このコンセプトを説明するものである。図１６は、図７に示したパターニング済みの第一層２２の透視図である。第一層２２の電気抵抗材料は、材料の中央スロット２４を除去することにより、Ｕ字型抵抗器にパターニングされる。図１６において、均一な抵抗部２５はＬ_H、つまりカンチレバー素子の全長Ｌだけ延びる。つまり、Ｌ_H＝Ｌである。
【００４９】
図１７において、第一層２２は、カンチレバー素子の全長Ｌより短い距離Ｌ_Hだけ伸びる均一な抵抗部２５を持つようパターニングされる。つまり、Ｌ_H＜Ｌである。第一層２２は、点線によって３つの部分に分けて描かれている。つまり、自由端部２７、均一抵抗部２５、固定端部２６である。電気入力パッド４２，４４は、固定端部２６に形成される。
【００５０】
図１７に示されるデザインの第一層２２を有するカンチレバー素子によるアクチュエータを操作する際、均一抵抗部２５の長さＬ_H全体について、ほぼ均一に加熱される。均一抵抗部２５の第一層２２は、第二層２３に関して伸張し（図１７では示さず）、これによってカンチレバー素子は第一層２２から遠ざかる方向に湾曲する。第一層２２の自由端２７は均一抵抗部２５に固定されているため、自由端２７もまた湾曲する。自由端２７はレバーアームのように動作し、直接加熱される均一抵抗部２５において発生するたわみ量を拡大する。この拡大効果により、入力エネルギーが大きく節約される。アクチュエータの自由端の所望のたわみ量は、伸張層の一部だけを加熱すればよいため、少ない入力エネルギーで実現できる。
【００５１】
図１８，１９は、本発明を理解する上で有益な、寸法上の関係を示す第一層２２の平面図である。第一層２２は、図１７について説明したように、３つの部分で形成される。固定端部２６、均一抵抗部２５、自由端部２７である。電流が入力パッド４２と４４の間を流れると、均一抵抗部２５が均等に加熱される。この均一な抵抗加熱により、図１５に示すカンチレバー素子２０のたわみが発生する。このような固定端部の抵抗加熱は利用されないエネルギーであり、好ましくは、固定端部２６において、第一層２２の断面積を増大させ、電流経路の長さをできるだけ短くすることによって無効な加熱を小さくできる。自由端部２７においては、電流経路が均一抵抗部２５とほぼ一致するため、ほとんど抵抗加熱が発生しない。
【００５２】
図１８，図１９において、均一抵抗部２５は、固定位置１４から延びる長さがＬ_Sの中央スロット２４の部分の第一層２２を除去することによって形成される。中央スロット２４の幅は平均Ｗ_Sである。抵抗加熱のホットスポットを防止するため、中央スロット２４は好ましくは、長さＬ_Sに沿って均一な寸法で形成する。機械的強度と熱サイクル効率の点から、中央スロット２４の幅Ｗ_Sは、均一抵抗の電流経路の決定と同様に、できるだけ狭くすることが好ましい。本発明の好ましい実施形態において、第二層２３の材料は先にパターニングされた第一層２２の材料の上に重ねられる。第一層２２を中央スロット２４の中まで第二層２３でくまなく覆うために、中央スロット２４はサイドウォールを下から上に向かって先細に形成することができる。好ましくは、中央スロット２４は、その平均幅が第一層２２の厚さｈ₁の３倍より小さくなるよう、つまりＷ_S＜３ｈ₁となるよう形成される。高さ対幅のアスペクト比が１：３の第一層２２の特徴は、ＭＥＭＳ製造プロセスの能力範囲内である。
【００５３】
図１８において、均一抵抗部２５の長さＬ_Hは中央スロット２４の長さＬ_Sより大きい。均一抵抗部２５内の電流経路は、中央スロット２４の終端から外側に向かって、電流経路の直線アーム部の幅にほぼ等しい距離だけ延びる。電流経路の直線アーム部の幅は約１／２Ｗ（ただし、Ｗは第一層２２の均一抵抗部の幅）であり、中央スロットの幅Ｗ_SはＷより小さく、Ｗ_S＜＜Ｗとなる。したがって、図１８に示す形状において、Ｌ_H＝Ｌ_S＋１／２Ｗである。
【００５４】
第一層２２のデザインを、カンチレバー素子２０の長さＬを均一抵抗部の長さＬ_Hで割った、分数長さＦという点で分析すると有益である。つまり、Ｆ＝Ｌ_H／Ｌである。第一層２２の最適なデザインを選択するために、カンチレバー素子２０の自由端２７の所望のたわみＤを得るために必要なピーク温度ΔＴを、分数長さＦの関数として計算すると有益である。ΔＴは基本動作温度または室温からの温度上昇として測定される。所望のたわみＤを得るために必要な入力エネルギー量ΔＱをヒータの分数長さＦの関数として計算することも有益である。
【００５５】
図１８は、ヒータの分数長さＦ＝２／３の第一層２２のデザインを示す。図１９は、Ｆ＝１／３のデザインを示す。
【００５６】
本発明は、一部が均一に加熱され、湾曲が起こるときのカンチレバー素子２０のたわみを幾何学的に分析することによって理解できる。図２０は、理想的なカンチレバー素子２０を示し、その自由端は量Ｄだけたわんでいる。たわみ量Ｄは、基部素子１０の固定位置１４から長さＬ_Hだけ延びる均一抵抗部２５の伸長によって起こる。カンチレバー素子２０の伸張後の長さはＬであり、加熱部分の長さＬ_Hはその一部である。つまり、Ｌ_H＜Ｌである。均一抵抗部２５が加熱されると、第一層２２は第二層２３に関して量ΔＬ_Hだけ延びる（図６参照）。
【００５７】
第一層２２と第二層２３の長さの不一致が、層の厚さ全体にわたって起こる。本発明を理解するには、加熱された均一抵抗部２５を層２２と２３の間の熱膨張率の不一致ΔＬ_Hによって放物線状に形成されるビームとして分析することが適当である。
【００５８】
図２０において、長さＬ_Hの均一抵抗部２５が、室温または基本動作温度Ｔ_baseより高い温度ΔＴになるまで加熱された場合のカンチレバー素子２０の形状が示される。加熱部分は、図２０に示すような放物線アーチの形状に形成される。カンチレバー素子２０の加熱されていない自由端部２７は、放物線アーチの接線として、均一抵抗部２５の終端から延びる。自由端部２７の角度Θは、距離ｘ＝Ｌ_Hでの放物線アーチの傾斜を評価することによって得られる。自由端部２７の総たわみ量Ｄは加熱された均一抵抗部２６から生じるたわみ成分Ｄ₁と加熱されていない部分の角伸張から生じるたわみ成分Ｄ₂との総和である。
【００５９】
Ｄ＝Ｄ₁＋Ｄ₂ （１）
カンチレバー素子２０の加熱部分の形状は、固定位置１４の固定点からの距離ｘの関数として、機械的中心線Ｄ_c（ｘ）から計算される。機械的中心線は、図２０において線Ｄ_cで示される。熱膨張率が異なり、ビームが平坦な基本温度より高い温度ΔＴで平衡状態となる２層ビームの機械的中心線Ｄ_c（ｘ）に関する等式は以下のようになる。
【００６０】
【数１】

ただし、
【数２】

【数３】

【数４】

【数５】

Ｅ_j，ｈ_j，δ_jはｊ番目の層（ｊ＝１，２）のヤング係数、厚さ、ポアソン比である。項Ｇは曲げ剛性と呼ばれる。項α₁とα₂はそれぞれ、第一層と第二層の熱膨張率である。重要な数量（ｃΔＴ）は、２層構造の熱モーメントである。
【００６１】
たわみ成分Ｄ₁は、数式（２）においてｘ＝Ｌ_Hとすることによって得られる。
【００６２】
【数６】

ビームの終端は、ｘ＝Ｌ_Hの地点で放物線アーチに接する直線として延長される。この直線の伸張の傾斜ｔａｎΘは、数式（２）においてｘ＝Ｌ_Hでとすることによって得られる。
【００６３】
【数７】

【数８】

【数９】

【数１０】

Θが小さいため、Θに関する二次近似によりｓｉｎΘ≒ｔａｎΘである。そこで、数式（７）と数式（１１）を数式（２）に代入すると、総たわみ量Ｄが出る。
【００６４】
【数１１】

短い長さを持つ均一抵抗部２５を形成することの利点と結果を理解するために、公称デザインの場合と比較することが有益である。公称デザインの場合、サーマルアクチュエータの用途には、たわみ量Ｄが公称量Ｄ₀でなければならないとされる。さらに、カンチレバー素子２０の全長Ｌが抵抗加熱され、Ｌ_H＝Ｌ，Ｆ＝１．０であると、ΔＴ₀の温度差は電気パルスによって確立されなければならない。つまり、フルレングスのヒータの公称たわみ量は
【数１２】

となる。
【００６５】
たわみ量の数式（１２）はヒータの分数長さＦ＝Ｌ_H／Ｌと上記の公称たわみ量Ｄ₀から、以下のように公式化することができる。
【００６６】
【数１３】

数式（１４）は、カンチレバー素子の加熱部分が全長Ｌの分数Ｆである時、たわみ量を実現するために到達しなければならないピーク温度の関係を示す。ピーク温度とヒータの分数長さとのトレードオフは、サーマルアクチュエータのデバイス用途によって必要となる一定の公称たわみ量Ｄ₀と等しく設定される場合について、数式（１４）に代入することによって得られる。
【００６７】
【数１４】

数式（１５）をグラフにすると図２１の曲線２１０のようになる。ΔＴは、ΔＴ₀の単位でプロットされる。この関係は、ヒータの分数長さＦがＦ＝１から減少すると、所望のカンチレバー素子のたわみ量Ｄ₀を達成するのに必要な温度差が大きくなる。図１９に示すように、ヒータの分数長さＦ＝１／３の場合、温度差は、ヒータ長さ１００％の公称ケースより約７０％大きくなければならない。図１８に示すＦ＝２／３の場合、ΔＴはΔＴ₀より約２０％大きくなければならない。したがって、数式１５と図２１の曲線２１０から、カンチレバー素子の加熱部分を縮小するには、デバイスのより高いピーク温度の許容性を犠牲にしなければならないことがわかる。サーマルアクチュエータの材料とアクチュエータに使用する液体には、使用できる実際上のピーク温度を限定するような故障モードがある。ヒータの分数長さを最低値まで削減しようとすると、ある地点で、必要なピーク温度が使用液体の信頼できなくなるレベルにまでなるため、さらにヒータの長さを小さくすることは非現実的である。
【００６８】
カンチレバー素子を有するサーマルアクチュエータの加熱部分を縮小することの重要な利点は、入力エネルギー削減が実現されることにある。均一抵抗部２５に加えられるエネルギーパルスΔＱは、温度をΔＴだけ上昇させる。つまり、一次近似で、
【数１５】

【数１６】

となる。ただし、ｍ₁は第一層２２の均一抵抗部２５の質量である。ρ₁は第一層２２を構成するのに使用される電気抵抗材料の密度である。ｈ₁，Ｗ，ＦＬは、電気エネルギーパルスによってはじめに加熱される第一層２２の材料の厚さ、幅、長さである。Ｃ₁は、第一層２２の電気抵抗材料の比熱である。
【００６９】
Ｌ_H＝Ｌ，Ｆ＝１．０の公称デザインの場合に必要な入力エネルギー量は、
【数１７】

となる。
【００７０】
数式（１８）を正規化すると、
【数１８】

【数１９】

となる。
【００７１】
数式（２０）は、入力エネルギーとヒータの分数長さとのトレードオフを説明する。公称入力パルスエネルギーΔＱ₀によって正規化される入力パルスエネルギーΔＱをプロットすると、図２１の曲線２１２となる。曲線２１２は、ヒータの分数長さが減少すると、必要なエネルギーも減ることを示している。加熱部分の材料はより高い温度差ΔＴまで上昇されなければならないものの、加熱される材料は少なくてすむ。したがって、入力パルスエネルギーの最終的な削減は、ヒータの分数長さを減らすことによって実現できる。たとえば、図１８に示すＦ＝２／３のヒータ構成では、Ｆ＝１の公称ケースより必要なエネルギーが２５％少なくてすむ。図１９に示すＦ＝１／３のヒータ構成は、公称ケースより必要なエネルギーが４０％少ない。
【００７２】
本発明による分数長さのヒータを有するサーマルアクチュエータを操作することにより、必要な量のたわみを実現するために使用される入力エネルギーを少なくすることができる。使用エネルギーの削減には、電源節約、ドライバ回路の費用、デバイスのサイズ、包装の面での利点をはじめとする多くのシステムの利点がある。
【００７３】
液滴放出器等の熱によって作動されるデバイスの場合、入力エネルギーの削減は、液滴反復頻度が改善されることも意味する。サーマルアクチュエータのクールダウン時間が液滴反復頻度を左右する物理的効果を限定することがしばしばある。作動させるのに使われるエネルギーが少ないと、入力熱エネルギーが散逸し、公称のアクチュエータ位置に復帰するのに必要な時間が短縮される。
【００７４】
分数長さの均一抵抗部２５を使用すると、さらに、入力熱エネルギーの大部分が基板基部素子１０の付近に留まるため、各動作後にカンチレバー素子２０から基部素子１０へと素早く熱が伝えられる。カンチレバー素子からの熱伝導の時間定数τは、熱伝導の一次元的分析を使うことにより、一次近似まで理解することができる。このような分析により、時間定数は、熱流経路の長さの二乗に比例することがわかる。したがって、長さＬ_H＝ＦＬの均一抵抗部２５の熱伝導時間定数は、Ｆ²に比例する。
【００７５】
【数２０】

ただし、τ₀は、フルレングスのヒータの公称ケースに関する熱伝導時間定数である。したがって、アクチュエータのクールダウンに必要な時間は、均一な抵抗部２５の分数長さを減少させることによって大幅に改善できる。Ｆ²に比例して発生する伝導伝熱時間定数の減少は、本発明による分数長さのヒータを使ったサーマルアクチュエータを使用する場合の重要なシステム上の利点である。
【００７６】
動作ごとに必要な入力エネルギーを削減し、伝導を通じた放熱速度を改善することにより、反復動作が必要な場合に、より低い温度ベースラインを保つことができる。より低い入力エネルギーで複数のパルスがサポートされ、開始温度をパルス間で上昇させ、しかもデバイス温度を、ある故障上限より低く保つことができる。
【００７７】
図２１の曲線２１０と２１２は、必要なたわみ量を実現するために、短いヒータを選択する際、システム上のトレードオフがあることを示している。ヒータの長さが短くなるとエネルギー入力は減るが、ピーク温度が高くなり、信頼性の面で問題が生じる。多くのシステムにおいて、エネルギー削減割合と温度上昇割合は、コストと信頼性の面でシステムに与える影響はほぼ等しい。これら２つの数量の最適化は、２つの積を出すことによって理解できる。ΔＱのエネルギーを削減しようとすれば、基本動作温度より高い必要温度ΔＴを上昇させなければならない。
【００７８】
システム最適化係数Ｓは、ヒータの分数長さＦの関数として、数式（１５），数式（２０）から以下のように表すことができる。
【００７９】
【数２１】

【数２２】

数式（２３）のシステム最適化係数Ｓをプロットすると、図２１の曲線２１４のようになる。これが正規化され、ΔＱ₀ΔＴ₀のユニットを持つことになる。曲線２１４から、システム最適化係数Ｓは最低値Ｓ_mまで改善され、次に、ΔＱの削減と比較して、必要なΔＴが大きくなることがわかる。システム最適化係数の最低値Ｓ_mは、Ｓの導関数がゼロの場合のＦの数値として見つけられる。
【数２３】

Ｆ＝Ｆ_m＝２／３の時、ｄＳ／ｄＦ＝０である。したがって、Ｆ＝２／３を選択すると、基礎動作温度以上の必要温度差割合（パーセンテージ）によって調整されるエネルギー節約割合を実現するデザインを最適化できる。
【００８０】
図２１でグラフに表された関係から、サーマルアクチュエータシステムには、１＞Ｆ＞２／３の時、ピーク温度上昇というデメリットより大きな割合でエネルギーが削減されるというメリットがある。Ｆ＝２／３以下の場合、ピーク温度上昇割合は、入力パルスエネルギーの低減割合より大きい。Ｆ＝１／２の時、３３％というピーク温度上昇割合は、やはり３３％のパルスエネルギー削減割合と同じである。
【００８１】
Ｆ＜１／２の場合、ピーク温度上昇割合は、パルスエネルギー削減割合より大きい。必要な温度上昇量（パーセンテージ）は、Ｆ〜０.３の時、公称ケースの２倍である。動作温度は、この分数長さ以下で急速に増加し、Ｆ〜０．２ではＦ＝１の場合の３倍近くなる。図２１と数式（１５），数式（２０）から、Ｆ＜０．３の場合、エネルギー削減はわずかに数パーセントポイントのみ増加するが、その一方で必要な温度は２倍、３倍となる。動作温度のこのように大きな上昇は、サーマルアクチュエータの構成と組立に使用できる材料を厳しく限定し、本発明の液滴放出器の実施形態におけるサーマルアクチュエータに必然的に接触する液体の組成を厳しく限定する。したがって、本発明によれば、ヒータの分数長さは、過剰な動作温度によって生じるデバイスとシステムの信頼性の問題を回避するために、Ｆ＞０．３となるよう選択する。
【００８２】
エネルギー削減とピーク温度の上昇のバランスをとるシステムデザインは、０．３Ｌ＜Ｌ_H＜０．７Ｌの範囲でヒータの分数長さを選択することによって得られる。この範囲の上限は、エネルギー節約のゲインを最適化しながら、動作温度の上昇を最小限にする分数長さによって決まる。この範囲の下限は、動作温度の上昇がフルレングスのヒータの場合の２倍となり、さらにエネルギー削減が必要な動作温度の急上昇と比較して非常に小さい地点によって決まる。
【００８３】
ここまで説明したカンチレバー素子は、カンチレバー素子２０のほぼ長さ全体にわたって延びる電気抵抗材料の第一層２２を使用した。この構成は、機械的強度と動作サイクルの冷却段階における熱伝達から好ましい。しかしながら、本発明は、電気抵抗層２２の長さを短くして短いヒータを構成することによっても実現できる。この実施形態を図２３に示す。図２４の構成において、カンチレバー素子２０の加熱部２５は、支持用の第二層２３だけが自由端部２７を有するように先端が切られている。ほぼフルレングスの電気抵抗材料の層を有する上述の構成を比較のために図２２として示す。
【００８４】
図２２，図２３に示す２つの構成は、これらが数式（１）から（１４）の関連パラメータの全部について同じ数値を持つことから、ほぼ同じたわみ量Ｄを呈するものと予想される。しかしながら、図２３の構成は、液体を移動させるために使用された場合にそれほど急速に低温化せず、また、自由端部２７からの熱はカンチレバー素子から容易に伝わらない。また、図２３の自由端構成の強度は図２２の構成のそれより弱い。この弱さは、液滴放出デバイスの破損または自由端が大量の液体その他の材料を移動させるその他の用途においてアクチュエータが故障する原因となる可能性がある。図２３に示す部分的長さのヒータ材料構成は、自由端先端が機械的に弱くても、また、アクチュエータの反復時間がゆっくりであっても容認される用途について可能性の高い本発明の実施形態である。
【００８５】
以上の説明の多くは単独サーマルアクチュエータまたは液滴放出器の構成と動作に関するものであったが、本発明は複数のサーマルアクチュエータおよび液滴放出ユニットのアレイやアセンブリを構成する場合にも適用できると理解すべきである。また、本発明によるサーマルアクチュエータデバイスは、他の電子コンポーネントと回路と同時に製造しても、電子コンポーネントと回路の製造の前または後に、同じ基板上に形成してもよい。
【００８６】
本発明の好ましい実施形態に関する上記の説明は、例示と説明を目的として行われた。これは、開示されたそのままの形態に本発明を限定しようとするものではない。変更や改変も可能であり、当業者は上記の教示から、そのような変更や改変を予想できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるインクジェットシステムの略図である。
【図２】本発明によるインクジェットユニットまたは液滴放出ユニットアレイの平面図である。
【図３】図２に示すここのインクジェットユニットの拡大平面図である。
【図４】図２に示すここのインクジェットユニットの拡大平面図である。
【図５】本発明によるサーマルアクチュエータの運動を示す側面図である。
【図６】本発明によるサーマルアクチュエータの運動を示す側面図である。
【図７】本発明によるサーマルアクチュエータを構成するのに適したプロセスの初期段階で、カンチレバー素子の第一層が形成される様子の透視図である。
【図８】図７に示すプロセスの次の段階で、カンチレバー素子の第二層が形成される様子の透視図である。
【図９】図７，図８に示すプロセスの次の段階で、本発明による液滴放出器のチャンバを満たす液体の形状の犠牲層が形成される様子の透視図である。
【図１０】図７から図９に示すプロセスの次の段階で、本発明による液滴放出器の液体チャンバとノズルが形成される様子の透視図である。
【図１１】図７から図１０に示すプロセスの次の段階で、液体供給経路が形成され、犠牲層が除去されて本発明による液滴放出器が完成する様子の側面図である。
【図１２】図７から図１０に示すプロセスの次の段階で、液体供給経路が形成され、犠牲層が除去されて本発明による液滴放出器が完成する様子の側面図である。
【図１３】図７から図１０に示すプロセスの次の段階で、液体供給経路が形成され、犠牲層が除去されて本発明による液滴放出器が完成する様子の側面図である。
【図１４】本発明による液滴放出器の動作を示す側面図である。
【図１５】本発明による液滴放出器の動作を示す側面図である。
【図１６】本発明の好ましい実施形態を示す第一層のデザインの透視図である。
【図１７】本発明の好ましい実施形態を示す第一層のデザインの透視図である。
【図１８】本発明の好ましい実施形態を示す第一層のデザインの平面図である。
【図１９】本発明の好ましい実施形態を示す第一層のデザインの平面図である。
【図２０】本発明の好ましい実施形態を分析するのに使用される幾何学的数量を示す図である。
【図２１】本発明によるサーマルアクチュエータ性能の属性を示すグラフである。
【図２２】本発明の２つの好ましい実施形態の比較を示す側面図である。
【図２３】本発明の２つの好ましい実施形態の比較を示す側面図である。
【符号の説明】
１０基板基部素子、１２液体チャンバ、１３カンチレバー素子とチャンバウォールとのギャップ、１４カンチレバー素子固定位置、１５サーマルアクチュエータ、１６液体チャンバ湾曲ウォール部、２０カンチレバー素子、２１パッシベーション層、２２第一層、２３第二層、２４均一抵抗部を形成する中央スロット、２５カンチレバー素子の均一抵抗部、２６カンチレバー素子の固定端部、２７カンチレバー素子の自由端部、２８液体チャンバ構造の壁（カバー）、２９パッシベーション層、３０ノズル、４１ＴＡＢリード、４２電気入力パッド、４３はんだバンプ、４４、電気入力パッド、５０液滴、６０作用液体、８０支持構造、１００インクジェット印字ヘッド、１１０液滴放出ユニット、２００、電気パルス発生源、３００コントローラ、４００画像データ発生源、５００レシーバ。

Claims

基部素子と、
前記基部素子に固定された固定端を有する第一層と、前記第一層に積層され前記第一層とは異なる熱膨張率を有する第二層と、を備えたカンチレバー素子と、
前記第一層に接続された接続端子と、
前記基部素子に形成され、液体を保持するための容器と、液体を放出するノズルとを有し、前記容器の内部に前記カンチレバー素子を備えた液体チャンバと、
を備え、
前記第一層には、電流が流れることによりジュール熱が発生する抵抗部が形成され、
前記抵抗部には長手方向に溝が形成され、
前記抵抗部の幅Ｗと前記溝の長手方向の長さＬ _ｓが、前記カンチレバー素子の長手方向の長さＬに対して、０．３Ｌ＜Ｌ _ｓ＋Ｗ／２＜０．７Ｌとなるように前記抵抗部及び前記溝が形成され、
前記接続端子から前記第一層に電流を供給して前記第一層の前記抵抗部にジュール熱を発生させて前記カンチレバー素子を撓ませることにより、前記液体チャンバのノズルから予め定めた量の液滴を放出させることを特徴とする液滴放出器。
請求項１に記載の液滴放出器であって、
前記抵抗部は、前記溝の周辺にＵ字型の電流経路を形成し、前記接続端子から前記電流経路に電流が流れることによって前記抵抗部が加熱されることを特徴とする液滴放出器。
請求項１に記載の液滴放出器であって、前記抵抗部の幅Ｗと前記溝の長手方向の長さＬ _ｓについて、Ｌ _ｓ＋１／２Ｗ＝２／３Ｌとなるように前記抵抗部及び前記溝が形成されていることを特徴とする液滴放出器。
請求項１に記載の液滴放出器であって、前記抵抗部は前記基部素子に近接して設けられていることを特徴とする液滴放出器。
（ａ）基部素子に形成され、液体を保持するための容器と、液体を放出するノズルとを有する液体チャンバと、
（ｂ）前記液体チャンバ内に設けられ、前記液体チャンバの壁に固定された固定端と、前記固定端から長さＬだけ延びた自由端とを有し、前記自由端は前記ノズル近傍の第一の位置に配置される、カンチレバー素子であって、
前記液体チャンバの壁から延びる第一層と、前記第一層に積層され、前記第一層とは異なる熱膨張率を有する第二層と、を有し、
前記第一層には、電流が流れることによりジュール熱が発生する抵抗部が形成され、
前記抵抗部には長手方向に溝が形成され、
前記抵抗部の幅Ｗと前記溝の長手方向の長さＬ _ｓが、前記カンチレバー素子の長手方向の長さＬに対して、０．３Ｌ＜Ｌ _ｓ＋Ｗ／２＜０．７Ｌとなるように前記抵抗部及び前記溝が形成された、カンチレバー素子と、
（ｃ）前記第一層に接続された一対の電極と、
を備え、前記一対の電極から前記第一層の前記抵抗部に電流を供給して前記抵抗部にジュール熱を発生させて前記カンチレバー素子を撓ませることにより前記ノズルから液体を放出させ、ジュール熱が前記抵抗部から逃げて前記抵抗部の温度が低下すると前記カンチレバー素子の前記自由端が前記第一の位置に復帰する、ことを特徴とする液滴放出器。