KR20040083541A - 유체 펌프 및, 방울 침착 장치 - Google Patents

유체 펌프 및, 방울 침착 장치 Download PDF

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Abstract

잉크 제트 인쇄에서 요구되는 방울에서 사용되기에 적절한 유체 펌프 장치에서, 탄성적으로 변형 가능한 챔버의 벽은 음향의 파동을 발생시키도록 작용하는데, 이것은 다시 챔버 유출부에서 유체 유동을 야기한다. 탄성적으로 변형 가능한 챔버의 벽이 바람직스럽게는 단단한 부분과 유연성이 있는 부분을 구비한다. 다른 장치에서 채널의 벽에는 작동 방향으로 움직일 수 있는 영역이 제공된다. 전자기 액튜에이터는 플럭스 변조의 원리하에 작동한다. 본 발명이 바람직스럽게는 MEMS 기술을 사용하여 제조된 평탄한 구성이다.

Description

유체 펌프 및, 방울 침착 장치{Fluid pumping and droplet deposition apparatus}
본 발명은 유체 펌프 장치에 관한 것이며 특히 잉크 제트 인쇄에서 요구되는 방울에 적절한 방울 침착 장치에 관한 것이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이며 이것은 단지 하나의 예일 뿐이다.
도 1 은 본 발명의 일 구현예에 따른 채널이 형성된 구성부의 아래로부터 도시한 사시도이다.
도 2 는 본 발명의 제 2 구현예에 따른 프린트 헤드의 단면도이다.
도 3 은 본 발명의 제 2 구현예에 따른 프린트 헤드의 단면도이다.
도 4 내지 도 11 은 도 3 에 도시된 프린트 헤드의 제조에서 개별의 단면도에 대한 단계를 도시한다.
도 12 는 도 3 에 도시된 프린트 헤드의 작동을 단면으로서 도시한다.
도 13 은 본 발명의 구현예에 따른 프린트 헤드에 있는 플럭스 변조 액튜에이터이다.
도 14 는 자기장의 선을 나타내는 도 13 의 플럭스 변조 액튜에이터의 확대도이다.
도 15 내지 도 17 은 사용시에 액튜에이터에 의해서 채용된 개별의 배향을 나타내는 도 14 와 유사한 도면이다.
도 18 은 바이어스 플럭스 액튜에이터(bias flux actuator)의 장치에서 중요 치수를 도시한다.
도 19 는 바이어스 플럭스 액튜에이터에 대하여 i=0 인 상태에서 x 에 대한 Fx 를 나타내는 그래프이다.
도 20 은 -kg < x < + kg 의 범위에 대하여 ｉ에 대한 Fx 의 그래프이다.
도 21 은 푸쉬 로드 스페이서 플레이트(push rod spacer plate)를 통하여 배출 챔버에 결합된 플럭스 변조 액튜에이터를 도시한다.
도 22 는 본 발명의 일 구현예에 따른 유체 펌프 장치의 일반적인 평탄한 구성을 나타낸다.
도 23 은 본 발명의 일 구현예에 따른 유체 펌프 장치에서 사용되는 채널이 형성된 구성의 도면을 도시한다.
도 24 는 본 발명의 일 구현예에 따른 프린트 헤드에서 가변적인 자기 저항 유형의 자기 액튜에이터를 도시한다.
도 25 는 다른 유형의 가변적인 자기 저항 유형 자기 액튜에이터를 유사한 도면으로서 도시한다.
도 26 은 본 발명의 구현예에 따른 프린트 헤드에서 로렌츠 힘(Lorenz force)의 액튜에이터를 도시한다.
도 27 은 다른 액튜에이터 장치를 도시한다.
도 28 내지 도 31 은 다른 대안의 액튜에이터 장치를 도시한다.
도 32 내지 도 40 은 도 21 에 도시된 액튜에이터의 제조에서의 단계들을 도시한다.
유체 펌프 작용과 특히 소형의 유체 펌프 장치는 약품의 분배를 포함하는 다수의 상업적으로 중요한 적용예를 가지는데, 특정의 예에 있어서, 에어로졸(aerosol)을 발생시키는데 장치에 있어서 중요하다. 본 발명의 목적은 향상된 유체 펌프 장치와 향상된 유체 펌프 액튜에이터를 제공하는 것이다.
특별한 중요성이 있는 유체 펌프 작용의 적용예는 인쇄이다. 디지털 인쇄 및, 특히 잉크 제트 인쇄는 다수의 전세계적인 인쇄 시장에 있어서 급속하게 중요한 기술이 되어 가고 있다. 1 분에 100 매가 넘는 인쇄가 가능한 페이지 넓이의 인쇄기가 곧 상업적으로 이용될 수 있을 것으로 예견된다.
잉크 제트 인쇄기들은 오늘날 통상적으로 2 개의 작동 방법들중 하나를 이용한다. 제 1 의 경우에 있어서, 잉크를 비등시키도록 히터가 사용되어서 해당하는 잉크 방울을 배출하기에 충분한 크기의 포말을 만든다. 포말 제트 프린터의 잉크들은 통상적으로 수성이며 따라서 잉크를 증발시키고 충분한 포말을 만드는데 다량의에너지가 요구된다. 이것은 구동 회로의 비용을 증가시키고 그리고 프린트 헤드의 수명을 단축시킨다.
제 2 의 작동 방법은 전기장의 작동시에 변형되는 압전 구성부를 사용한다. 이러한 변형은 챔버 안의 압력 증가나 또는 채널 안의 음향의 파동의 발생을 통하여 배출을 야기한다. 잉크의 선택은 압전 프린트 헤드에 대하여 현저하게 넓어서 용매 잉크, 수성 잉크, 고온 용융 잉크 및, 오일에 기초한 잉크들이 수용될 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 향상된 방울 침착 장치 및, 향상된 방울 침착 액튜에이터를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 특징에 따라서 제공되는 유체 펌프 장치는, 액체 챔버를 한정하는 챔버 벽들로서, 상기 챔버 벽들중 하나는 작동 방향에서 탄성적으로 변형될 수 있는 챔버 벽들; 챔버 유출부 및, 챔버로부터 이격된 액튜에이터로서, 상기 작동 방향에서 상기 탄성적으로 변형되는 채널 벽에 작용하여 음향의 파동을 챔버 안에 발생시키고 그에 의해서 챔버 유출부 안에 유체 유동을 야기하는 액튜에이터;를 구비한다.
본 발명의 제 2 특징에 따라서 제공되는 방울 침착 장치는 액체 챔버를 한정하는 챔버 벽들로서, 상기 챔버 벽들중 하나는 작동 방향에서 탄성적으로 변형 가능한 챔버 벽들; 챔버와 연결된 배출 노즐; 챔버를 통한 액체의 연속적인 유동을 제공하는 액체 공급부; 챔버의 액체 안에 음향의 파동을 반향시키는 역할을 하는 음향의 경계부; 및, 챔버와 액체 공급부로부터 이격된 액튜에이터로서, 상기 작동의 방향에서 상기 탄성적으로 변형 가능한 챔버의 벽에 작용하여 챔버의 액체 안에 음향의 파동을 발생시키고 그에 의해서 상기 노즐을 통한 방울의 배출을 야기하는 액튜에이터;를 구비한다.
탄성적으로 변형 가능한 챔버 벽은, 바람직스럽게는 노즐을 포함하는 벽에 대향하는 벽에 위치되어, 액튜에이터를 채널 안의 유체로부터 격리시키는 액체 시일을 형성한다. 변형 가능한 벽은 액튜에이터와 벽 구성부 사이의 공통적인 시이트(sheet)이다.
탄성 변형 가능한 챔버 벽은, 바람직스럽게는 액튜에이터로부터의 힘을 채널 안의 유체로 전달할 수 있는 실질적으로 단단한 요소 및, 적어도 하나의 굴곡 요소를 구비한다. 굴곡 요소들은 단단한 요소의 운동을 작동 방향으로 강제하고 바람직스럽게는 액체 압력에 대하여 경직된다. 단단한 요소에 대한 평행사변형 연계(parallelogram linkage)가 특히 적절한 것으로 알려졌으며 액튜에이터의 푸쉬 로드(push rod)를 구비하는 경우에 그것이 직접적으로 작용할 수 있고 실제로 단단한 요소로 운반될 수 있다.
특히 적절한 장치에 있어서, 유체 챔버는 탄성적으로 변형 가능한 채널 벽을 가지는 신장된 액체 채널을 구비하는데, 여기에서 굴곡 요소는 전체 길이를 가로질러서 또는 벽의 일부에 걸쳐서 연장될 수 있다. 그러한 장치에 있어서 단단한 요소는 통상적으로 채널 길이를 따라서 연장되며 작동은 채널 길이에 직각인 방향이어서 신장된 채널 벽을 작동 방향에서 탄성적으로 변형시킨다.
액튜에이터 자체는 그 어떤 적절한 장치일 수도 있지만, 그러나 바람직한 액튜에이터의 구현예에 있어서 푸쉬 로드는 전자기 액튜에이터 장치에 있어서 전기자(armature)의 역할을 하고 특히 바람직한 구현예에 있어서 전기자는 플럭스(flux)의 변조를 통하여 변위된다.
이러한 특히 바람직한 구현예에 있어서 전기자는 상기 작동 방향을 따라서 변위되고 실질적으로 일정한 크기의 플럭스는 작동 방향에서 이격된 플럭스 경로 안의 전기자와 맞닿는 공기 간극(air gap)안에 배치된다. 플럭스 변조(flux modulation)는 플럭스를 공기 간극 안에 분포시켜서 전기자에 힘을 발생키고 따라서 움직임을 발생시킨다.
제 1 의 자석(바람직스럽게는 영구 자석)이 제공되어서 플럭스를 설정하고 제 2 의 자석(바람직스럽게는 전자석)은 상기 플럭스의 분포를 변조시키는 역할을 한다. 단독으로 작동하는 제 1 의 자석이나 제 2 의 자석도, 2 개 자기장의 중첩에 의해 제공되는 전기자의 소망스러운 힘 변위 특성을 달성할 필요는 없다.
슬롯(slot)을 구비하는 고정자 구성부가 제공될 수 있는데, 슬롯의 안으로 전자석의 코일이 배치되고 슬롯은 상기의 공기 간극에 개방된다. 코일은 일부 구현예에서 작동 방향과 동축선상으로 배치되거나, 또는 다른 구현예에서 그것의 축이 작동 방향에 대하여 직각이다.
바람직스럽게는, 플럭스의 분포에서의 상기 변조가 제 1 의 공기 간극에서의 플럭스 밀도 증가 및, 제 2 공기 간극에서의 플럭스 밀도 감소를 구비하고, 제 1 및, 제 2 공기 간극의 위치들이 작동 방향에서 이격된다.
유익하게는, 제 1 공기 간극에서의 플럭스 밀도의 증가와 제 2 공기 간극에서의 플럭스 밀도의 감소가, 변환 가능한 자기장과 일정한 자기장 사이에서 각각 건설적이고 파괴적인 간섭을 통하여 달성된다.
바람직스럽게는 액튜에이터가 마이크로 전자 기계 시스템(Micro-Electro-Mechanical System; MEMS) 기술을 통하여 형성되는데, 여기에서는 (항상) 집적 회로 제조 기술에서 기원된 에칭, 증착 및, 유사 기술을 사용하여, 실리콘 웨이퍼가 층들의 반복된 형성 및, 선택적인 제거를 겪게 된다.
본 발명의 다른 특징에 따라서 방울 침착 장치가 제공되는데, 이것은 채널의 길이를 따라서 액체 안에서 이동하는 음향의 파동을 유지시킬 수 있는 신장된 액체 채널, 상기 음향의 파동에 응답하여 방울의 배출을 위해서 위치된 방울 배출 노즐 및, 전기 구동 신호의 수신시에 채널 안에서 음향의 파동을 발생시켜서 방울의 배출을 이루게 하는 역할을 하는 전자기 액튜에이터를 구비한다.
신장된 채널을 구비하는 구현예에 있어서, 음향의 경계부는 채널의 개별 반대편 단부들에 적절하게 위치되어서 채널의 액체 안에 음향의 파동을 반향시키는 역할을 한다. 이러한 반향이 바람직스럽게는 네가티브(negative)의 반향이다.
본 발명의 특징에 따라서 구성된 방울 침착 장치에 있어서, 배출 노즐이 바람직스럽게는 그 길이의 중간 지점에서 채널과 연결되며 액체 공급부는 채널을 따라서 연속적인 액체의 유동을 제공한다. 음향의 경계부들중 하나는 노즐을 구비하는 벽일 수 있다. 이러한 상황에서 오직 하나의 액체 공급부가 액체 챔버 안에 제공되는데, 통상적으로 노즐에 대하여 챔버의 단부 반대편에 위치된다.
본 발명의 특정 구현예들은 평탄한 구성부들로부터 유리하게 구성될 수 있다는 점이 밝혀졌는데, 이러한 구성부들은 서로에 대하여 평행하게 조립될 수 있다. 그러한 평판한 구성부들을 형성하는데 적절한 공정은 에칭, 기계 가공 및, 전자적 형성(electro-forming)을 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 있어서, 유체 펌프 장치에서 사용되기 위한 전체적으로 평탄한 구성부가 제공되는데, 이것은,
탄성적으로 변형 가능한 부분을 가지는 제 1 의 평탄층;
탄성적으로 변형 가능한 부분에 대응하는 부분을 가진 상기 제 1 층에 평행한 제 2 의 평탄층; 및,
작동의 방향을 가지고, 상기 2 개의 층들 사이에 위치되며 2 개 층들에 직각인 작동의 방향을 가지고 상기 2 개 층들의 내측 표면들에 연결된 복수개의 액튜에이터;를 구비하고,
상기 액튜에이터는 상기 제 1 평면층의 외부와 접촉하고 있는 액체 압력에서의 변화를 야기하기 위하여 상기 제 1 및, 제 2 층들의 선택된 탄성적으로 변형 가능한 부분들을 작동 방향으로 변형시키도록 작동될 수 있다.
제 1 층이 소망스럽게는 연속적이고 불투과성인 반면에, 제 2 층은 다수의 개별적인 재료의 부분들을 구비할 수 있고, 투과성일 수 있다.
바람직한 장치에 있어서, 액튜에이터들은 견고한 푸쉬 로드를 구비하는데, 이것은 다시 2 개 층들의 대응하는 변형 가능 부분들 사이에서 연결된다. 장치의 일 구현예에 있어서, 푸쉬 로드들은 2 개의 층들에 의해서 강제되어 작동 방향으로만 움직인다.
본 발명의 관련 특징에 따라서, 유체 펌프 장치의 구성 방법이 제공되는데, 이것은 위에서 설명된 바와 같은 제 1 의 평탄한 구성부를 형성하는 단계와 상기 제 1 의 평탄한 구성부의 탄성적으로 변형 가능한 부분들에 대응하는 개방된 측부의 채널을 한정하는 복수개의 견고한 채널 벽을 구비한 제 2 의 평탄한 구성부들을 형성하는 단계; 그리고 2 개의 평탄한 구성부들이 평행하도록 그리고 제 2 의 평탄한 구성구들의 채널이 제 1 의 평탄한 구성부의 탄성적으로 변형 가능한 부분들과 정렬되도록 짝을 이루게 함으로써 탄성적으로 변형 가능한 채널 벽의 부분을 형성하는 단계를 구비한다.
본 발명의 다른 특징에 있어서, 신장된 유체 채널을 한정하는 신장된 채널 벽을 구비한 유체 펌프 장치가 제공되는데, 채널은 유체 유출부를 가지고, 상기 채널 벽들중 하나는 채널의 길이에 대하여 직각인 작동 방향에서 병진 운동할 수 있는 적어도 하나의 별개 영역 및, 채널 안에 음향의 파동을 발생시켜서 유체를 상기 유출부로부터 배출시키도록 상기 작동 방향에서 채널 벽의 상기 영역에 작용하는 적어도 하나의 직선 액튜에이터를 가진다.
바람직스럽게는, 직선 액튜에이터가 작동 방향에서 직선으로 전자기적 힘의 아래에서 전체적으로 움직일 수 있는 전기자를 구비한다.
본 발명의 다른 특징에 있어서 방울 침착 장치가 제공되는데, 이것은 탄성적으로 변형 가능한 다이아프램에 의해 부분적으로 둘러싸인 신장된 액체 채널; 채널과 소통되는 배출 노즐; 및, 다이아프램에 의해 액체로부터 분리되는 푸쉬 로드로서, 다이아프램을 변형시켜서 채널 안의 액체를 변위시킴으로써 상기 노즐을 통한방울의 배출을 야기하도록 채널의 길이에 직각인 작동 방향에서 변위될 수 있는 푸쉬 노즐;을 구비하고, 푸쉬 로드는 작동 방향에서 구별되어 이격된 2 개의 위치들에서 적어도 하나의 굴곡 요소에 의해 지지된다.
본 발명의 다른 특징에 있어서, 방울 침착 장치의 제조 방법이 제공되는데, 이것은 한 세트의 평행한 채널에 대응하는 복수개의 단단한 채널 벽들을 구비하는 제 1 의 평탄한 구성부; 각각의 채널에 대하여 탄성적으로 변형 가능한 채널 벽으로서, 공통의 평면에 놓이는 탄성적으로 변형 가능한 채널 벽들; 및, 각각의 채널에 대한 선형 액튜에이터를 구비하는 제 2 의 평탄한 구성부로서, 상기 액튜에이터들이 평행한 개별의 작동 방향들을 가지는 제 2 의 평탄한 구성부;를 가지고, 상기 작동 방향이 상기 공통의 평면에 대하여 직각으로 배치되고 액튜에이터들이 탄성적으로 변형 가능한 관련된 채널 벽들의 변형을 통해서 개별의 채널들을 작동시키는 역할을 하는 상태에서, 탄성적으로 변형 가능한 채널 벽들은 제조된 장치내의 제 1 및, 제 2 의 평탄한 구성부들 사이에서 그들에 대하여 평행한 관계로 놓인다.
본 발명의 특정한 특징들의 장점들중 하나는 프린트 헤드 자체가 다수의 개별적으로 제조된 구성부들로부터 형성될 수 있다는 점이다. 제 1 의 구성부는 액튜에이터 요소를 구비하는 반면에, 제 2 의 구성부는 채널 구성부를 구비한다. 다른 특징들은 분리된 구성부들로서 제조될 수 있거나, 또는 위의 구성부들중 일부로서 형성될 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 구현예들에서 채널화된 구성부를 도시한다. 실리콘, 세라믹 또는 금속 재료의 시이트(sheet)(1)는 복수개의 채널을 형성하도록 적절하게 에칭되거나, 기계 가공되거나 또는 전자형성되는데, 이것은 벽(2)들에 의해서 분리되고, 구성부의 길이로 연장된다. 구성부는 채널을 따라서 길이의 일부에 연장되는 탄성적으로 변형 가능한 벽(4)을 구비한다. 벽은 배출 챔버의 베이스를 형성하고 채널로부터 이격된 액튜에이터(미도시)에 의해서 변형되어 그것의 반대편에 작용한다. 탄성적으로 변형 가능한 벽의 어느 한쪽에는 관통하는 포트(6)들이 제공되는데, 이것은 배출 유체를 완성된 액튜에이터에 공급하도록 작용한다.
Nilo 42 와 같은, 니켈/철 합금의 덮개 구성부(8)가 채널이 형성된 구성부의 상부 표면에 부착되며 노즐 플레이트(10)에 위치된 노즐 오리피스(12)와의 정렬을 위한 관통 포트를 구비한다.
배출 챔버의 폭(Wc) 높이(Hc) 및, 길이(LC)는 Wc,Hc<< LC의 조건을 충족시키는 치수를 가진다. 챔버 안에서의 음향의 속도와 작동 주파수에 의해서 정해지는 음향의 길이(LC)는 통상적으로 2 mm 의 정도이다. 노즐은 챔버를 따라서 중간에 위치하며 챔버의 각각의 단부는 관통 포트(6)에 의해서 형성된 매니폴드(manifold) 안으로 개방된다.
작동에 있어서, 잉크가 연속적으로 챔버를 통하여 순환될 수 있도록 매니폴드들은 잉크를 챔버로 또는 공급 장치로 공급할 수 있는데, 매니폴드들중 하나는 과잉되고 인쇄되지 않은 유체를 저장조로 복귀시킨다.
챔버의 개방 단부들은 채널 안에 음향의 파동을 반대로 반향시키는 음향의 경계부를 제공한다. 이러한 반향된 파동들은 노즐에서 수렴하며 방울의 배출을 야기한다. 따라서, 매니폴드들은 적절한 경계부를 달성하기 위하여 채널의 크기에 대하여 넓은 단면적을 가져야 한다.
탄성적으로 변형 가능한 벽(4)은 직접적으로 또는 간접적으로 부착된 액튜에이터 요소를 구비한다. 액튜에이터 요소는 노즐에 면하는 측에 대하여 탄성적으로 변형 가능한 벽의 반대측에 위치되며 따라서 배출 챔버로부터 이격되어 위치된다. 액튜에이터는 챔버의 길이 방향에 대하여 직각으로 변형 가능한 벽을 편향시키도록 직선으로 움직여서 음향의 파동을 발생시킨다. 운동의 최초 방향은 노즐을 향하거나 또는 그로부터 이탈되는 것일 수 있다.
급속한 연속으로 변형 가능한 벽을 반복적으로 작동시킴으로써 다수의 방울을 단일의 배출 트레인(ejection train)으로 배출시킬 수 있게 된다. 이러한 방울들은 배출되는 방울의 수에 따라서 상이한 크기의 인쇄 도트(dots)를 형성하도록 비상(飛上)중이거나 또는 종이 위에서 결합될 수 있다.
도 2 에 있어서, 보다 복잡한 실리콘 플로어 플레이트(silicon floor plate, 20)가 사용되어 도 1 의 단순한 평탄 다이아프램(4)이 아닌 배출 챔버(24)로 액튜에이터 요소(22)의 힘을 전달한다. 플레이트(20)는 접착제나 또는 다른 표준의 실리콘 웨이퍼 접합 방법에 의해 함께 접합된 2 개의 에칭된 실리콘 웨이퍼들로부터 형성된다. 제 1 의 예에서, 액튜에이터를 지지할 필요가 있으며, 플레이트상의 굽힘의 힘과 모멘트들이 액튜에이터로 전달되는 것을 방지할 뿐만 아니라 액튜에이터를 그것의 정상 상태 정지 위치로 가져가도록 복원력을 제공한다.
제 2 의 예에서, 잉크 압력에서의 변화에 기인한 체적에서의 순응(compliance)이 낮아지도록 플로어 플레이트는 충분히 경직되어야 하며, 만약 그렇지 않다면 잉크 안에서의 음향의 속도가 역으로 영향을 받게될 것이다.
플로어 플레이트는 단단한 요소(21)에 대하여 굴곡 요소(26)를 구비한 평행 사변형 연계부를 효과적으로 형성하는 것으로서 보여질 수 있는데, 액튜에이터는 단단한 요소에 직접적으로 작용한다.
그러한 플로어 플레이트의 유용성과 장점은 도 21 을 참조하여 보다 상세하게 이후에 설명될 것이다.
도 2 의 예에서 플로어 플레이트가 분리된 플레이트로 간주된 반면에, 도 3을 참조하여 설명되는 바와 같이 그것을 채널이 형성된 구성부의 일부로서 형성하는 것도 똑같이 가능하다.
채널들은 도 3 에 도시된 바와 같은 구성부의 하부측에 있으며 도시되지 않았다.
푸쉬 로드(30)는 배출 챔버의 플로어(34)와 일체로 형성된다. 배이스 플레이트(38)는 직립의 벽(32) 위로 연장되고 푸쉬 로드와 푸쉬 로드 챔버(36)를 격리시키도록 구성부에 부착된다. 이러한 베이스 플레이트는 유연성이 있어서, 배출 챔버로부터 이격된 푸쉬 로드의 단부에 대하여 유연성 연계부를 제공한다.
도 3 의 채널이 형성된 구성부의 제조가 바람직스럽게는 습윤 에칭(wet etching)과 심도 반응성 이온 에칭(deep reactive ion etching; DRIE)의 혼합에 의해서 달성된다. 실리콘 플레이트가 제공되며, 도 4 에 도시된 바와 같이, DRIE를 사용하여 일 표면으로부터 에칭되어 배출 챔버(33)를 구분하는 벽과 배출 챔버(24)를 형성한다.
소정의 깊이에서 에칭이 정지되고 실리콘 2산화물 및/또는 실리콘 질화물의에칭 정지층(34)이 도 5 에 도시된 바와 같이 배출 챔버의 표면 위에 증착된다. 반대측으로부터, DRIE 에 의해서, 푸셔 로드(pusher rod, 30)와 분할 벽(31)이 이전에 형성된 SiO2및/또는 SiN 층(34)에 대한 에천트(etchant) 제거용 실리콘으로 형성된다. 이러한 층은 제거되지 않기 때문에, 도 6 에 도시된 바와 같이, 얇은 유연성의 멤브레인이 잔류하여 배출 챔버를 푸셔 로드 챔버(36)로부터 분리한다.
도 7 에 있어서, 제 2 의 실리콘 플레이트(33)는 푸셔 로드 챔버(pusher rod chamber, 36)를 구비하는 제 1 플레이트의 측부에 접합된다. 이러한 제 2 의 플레이트는 2 개 층의 코팅을 가지는데, 즉, SiN 이 바람직스럽게는 SiO2보다 큰 부위에 걸쳐서 연장되는 상태로, SiN (37)의 코팅이 위에 놓인 SiO2(35) 이다. 제 2 의 실리콘 플레이트(33)는 희생층(sacrificial layer)으로서 차후에 습윤 에칭에 의해 제거되어 도 8 에 도시된 바와 같이 SiN 및, SiO2의 유연성 멤브레인을 남긴다.
도 9 에 있어서, (전기자(39)를 통해서 개략적으로 도시된) 액튜에이터는 다음에 MEMS 제조 기술을 사용하여 SiN 및 SiO2멤브레인 상에 형성될 수 있다. (이러한 공정은 이후에 도 32 내지 도 40 과 관련하여 보다 상세하게 설명될 것이다. 최종의 단계들은 잉크 공급 포트(6) 안에 남아있는 SiN 또는 SiO2를 제거하고 그리고 덮개와 노즐 플레이트를 적용하는 것이다.
도 10 은 잉크 공급 포트(6) 안에 있는 멤브레인(34,35,37)이 제거되기 전에 도 3 의 선 B-B를 따르는 도면이다. 이들은 바람직스럽게는 습윤 에칭에 의해서 제거되어, 공급 포트를 개방하고 잉크가 배출 챔버를 따라서 유동할 수 있게 한다. 덮개 플레이트는 도 11에서 부가되어 있다.
도 12 는 도 3 의 선 A-A를 따른 단면도를 도시한다. 잉크 채널(24)은 일측상에서 탄성적으로 변형 가능한 채널 벽(34), 탄성적으로 변형 가능한 채널 벽에 마주하는 벽을 형성하는 노즐 플레이트(31) 및, 2 개의 단단한 비변형 벽(33)에 의해서 둘러싸인다.
푸셔 로드(30)는 탄성적으로 변형 가능한 벽과 탄성적으로 변형 가능한 베이스 플레이트(35,37) 사이에 위치된 챔버 안에 위치된다. 액튜에이터는 전기자(39)가 푸셔 로드에 대해서 탄성적으로 변형 가능한 베이스 플레이트의 반대편상에 작용하도록 위치된다.
액튜에이터는 푸셔 로드상에 작용하므로, 탄성적으로 변형 가능한 플로어 플레이트와 탄성적으로 변형 가능한 베이스 플레이트는 변형된다. 특정의 환경에서 2 개의 탄성적으로 변형 가능한 플레이트들의 경직성은 상이하도록 선택되는 것이 소망스럽다. 그러나, 2 개의 탄성적으로 변형 가능한 플레이트들이은 같은 경직성을 가지는 것이 마찬가지로 충분하다.
배출 챔버(24)를 둘러싸는 벽(33)과 푸셔 로드(36) 챔버를 둘러싸는 벽(35)이 같은 두께를 가지는 것으로 도시되었다. 그러나, 변형 가능한 벽의 특정한 탄성에 따라서, 때때로 하나가 다른 것보다 두껍도록 벽(33,35)의 두께를 변경하는 것이 소망스럽다.
탄성적으로 변형 가능한 베이스 플레이트를 구비할 수 있는 액튜에이터가 바람직스럽게는 플레이트 구조체로서 부착된다. 바람직스러운 구성의 방법은 도 32 내지 도 40 과 관련하여 이후에 설명된다.
이전에 언급된 바와 같이, 액튜에이터는 채널이 형성된 구성부로부터 별개로 형성되며 다수의 상이한 유형인 액튜에이터가 상기 설명된, 채널이 형성된 구성부와 함께 사용되는데 적절하다. 본 발명은 특정의 구현예에서 특히 전자기 액튜에이터와 관련되며, 바람직스럽게는 MEMS 기술에 의해 제조된, 새로운 유형의 전자기 액튜에이터와 특히 관련된다.
바람직스러운 자기 액튜에이터는 도 13 과 관련하여 설명된다. 이러한 액튜에이터는 슬롯이 형성된 고정자 액튜에이터(stator actuator)로서 한정될 수 있는데, 고정자 액튜에이터는 공기 간극 자기 바이어스 플럭스 피일드 분포(air gap magnetic bias flux field distribution)를 변조시킴으로써 편향된다. 액튜에이터 전기자(98)는 화살표(F)의 방향으로 움직이고 다이아프램(100)을 밀어서 압력의 교란을 유발함으로써 잉크 챔버(102) 안의 잉크에서 음향의 파동을 유발한다.
액튜에이터 구성부는 슬롯이 형성된 고정자 플레이트(94)와 플럭스 액튜에이터 플레이트(90) 사이에 놓인 영구 자석(92)으로 구성된다. 슬롯이 형성된 고정자 플레이트의 슬롯은 다중 회선의 여기 코일(96)을 포함한다. 이러한 코일은, DC 전류로 여기되었을 때, 형상화된 전기자(98)에 일정한 축방향의 힘(F)을 발생시킨다. 유리하게는, 힘(F)의 크기가 전류(i)의 크기에 직접적으로 비례한다.
도 14 내지 도 17 은 액튜에이터의 작동 원리를 도시한다. 도 14 는 영구 자석으로부터의 피일드의 선(field line)의 경로를 도시한다. 도 15 에 도시된 바와같이, 전류가 코일을 통해서 유동하지 않을 때, 피일드의 강도(120a, 120b)는 슬롯이 형성된 고정자(94)의 양쪽 자극의 면(pole faces)에서 유사하다. 이것은 고정자 자극의 면 'cd' 보다 전기자 자극의 면 'ab'를 짧게 만들어서 달성된다.
DC 전류가 통과할 때 코일 플럭스 라인과 피일드 강도는 도 16 에 도시된 바와 같이 왜곡된다. 다음의 방정식에서,
W=∫½B2/μ dV
여기에서 W 는 시스템의 전체적인 에너지이고, B 는 공기 간극에서의 플럭스 밀도이고, μ0는 자유 공간의 자기 투자율이고, V 는 공기 간극(air gap)의 체적이며, B 가 제곱이기 때문에, 시스템 내의 전체적인 에너지는 도 15 에서보다 도 16에서 더 크다.
최소 작용의 원리에 의하여, 시스템은 가장 낮은 에너지 상태로 되돌아가는 것을 시도한다. 따라서 도 17 에 도시된 바와 같이 전기자는 활성의 높이(Y1)를 최소화하기 위하여 고정자 자극에 대하여 아래로 움직인다.
전류를 역전시킴으로써, 전기자를 반대 방향으로 편향시키는 것이 가능하고 따라서 다이아프램을 밀어서 배출 챔버의 체적을 감소시킨다.
액튜에이터의 치수는 도 18 에 도시된 바와 같이 공기 간극(g)과 필요한 이동(t)과 관련하여 치수가 정해진다.
이러한 장치에 있어서, 전기자의 이동(t)은 고정자 자극의 면(x5, x6)의 높이를 한정한다. 바람직스럽게는, 거리(x1)가 x5의 절반인데 이는 양쪽의 작동 방향에서 동등한 선형의 운동을 제공하는 역할을 하기 때문이다. x1은 범위 g ≤ x1≤(x5-g) 안에 유지되는 것이 소망스러운데, 이는 피일드 에지(field edge) 효과들이 응력을 코일에 적용하기 시작하고 이러한 범위 밖에서 액튜에이터의 효과를 감소시키기 때문이다. 명확하게 한정된 어깨부(91)는 공기 간극의 간격(g)과 에어 백의 체적(v)을 한정하는 역할을 한다. 플럭스 액튜에이터와 플럭스 액튜에이터 플레이트(90) 사이의 공기 간극이 또한 중요하며, 따라서 돌출부(93)가 그러하다. 이러한 공기 간극도 g 의 정도이다.
통상적인 치수는 다음과 같다.
x5= x6
x5= t + 2kg
y > 2g
x3≥ t/2 + kg
여기에서 통상적으로 k 는 1 내지 3 의 범위에 있다.
전기자의 형상과 공기 간극의 기하(geometry)는, 전기자가 코일의 여기시에 최소의 에너지 위치를 가지고 이러한 최소의 에너지 위치가 휴지 위치로부터의 작동 방향에서 변위되도록 되는 것이다. 이것은 설명된 장치에 있어서 실질적으로 어깨부(91)를 통하여 이루어진다. 다른 배향들의 광범위한 다양성이 물론 가능하다.
슬롯이 형성된 고정자 또는 바이어스 피일드 자기 액튜에이터가 로렌츠(Lorentz) 형태의 자기 액튜에이터에 비해서 가지는 하나의 장점은 코일에 작용하는 힘이 약하다는 것이다. 코일 자체는 다중 층들에 있는 다중 코일로서 형성되며 액튜에이터의 제한된 크기는 코일이 손상을 받기 쉽게 한다. 따라서, 코일에 작용하는 힘을 감소시키는 것이 중요하다.
제 2 의 장점은 전지자의 질량이 로렌츠 힘의 유형에 비교하여 최소화된다는 점이다. 전기자 질량을 최소화시키는 것은 방울 침착 장치의 작동 주파수를 최대화시키는 결과를 초래한다.
유익하게는, 가변적인 자기 저항 액튜에이터와 비교할 때, 진전된 힘이 전류의 극성에 관계없이 실질적으로 선형으로 전류에 의존한다. 가변적인 자기 저항 유형의 액튜에이터로써, 힘은 공기 간극의 함수이고 따라서 제조 공차에 매우 민감하다. 이러한 높은 공차의 요건은 플럭스 변조 액튜에이터에서 감소된다.
보다 상세하게 전기자의 힘을 보게 되면, 전기자의 힘(Fx)는 전지가의 위치 함수로서 플롯팅(plotting)될 수 있다. 전류가 코일 안에 흐르지 않는 상황에 대한 그래프가 도 19 에 주어져 있다.
전기자의 힘(Fx)이 제로에 근접할 경우에 -kg < x < +kg 범위에 대략적으로 놓인 데드 밴드(dead band)가 있다는 점이 주목되었다. 그러나, 영구 자석으로부터 피일드는 연속적으로 존재하기는 하지만 힘은 단지 전류가 코일에 인가될때만 전기자에 적용된다. 제로가 아닌 코일 전류가 여기 코일에 인가될 때, 공기 간극 'ab'에서의 자기장은 슬롯 안에서의 피일드가 상대적으로 약하게 유지되면서 왜곡된다. 이러한 피일드의 왜곡은 전기자에 힘을 발생시킨다.
영구 자석에 기인한 공기 간극 안에서의 플럭스 밀도가 B 이고, 코일 길이는 L 이고 코일이 N 번의 회선을 가지는 경우에, 전기자가 시간 △t에서 거리 △x 로 상??향으로 움직일 때 코일을 가진 플럭스 연계는 2B△xLN 이다.
에너지의 보전과 원리적인 실제 작업에 의해서, 전기자에 작용하는 힘(F)은 다음에 의해 주어진다.
F△X=(2B△XLN/△t)i△t
따라서, F=2BLNi 이다.
코일 전류의 함수로서 플롯팅된 액튜에이터의 힘은 도 20 에 주어져있다. 힘의 선형적인 특징은 이러한 유형의 액튜에이터를 코일을 통한 전류를 간단하게 변화시킴으로써 이러한 유형의 액튜에이터를 용이하게 제어할 수 있게 한다.
도 21 은 이전에 설명된 푸쉬-로드 플레이트를 통하여 배출 챔버에 부착된 바이어스 플럭스 액튜에이터를 도시한다. 이전에 언급된 바와 같이, 푸쉬 로드 플레이트는 배출 챔버의 플로어로부터 액튜에이터로 회전과 굽힘의 힘을 전달하지 않는 것이 요건이다.
바이어스 피일드 액튜에이터에 있어서, 공기 간극의 간격은 전기자 요소의 치수를 한정하는데 중요하다. 이러한 구현예에 있어서, 전기자는 일 지점에만, 즉, 채널이 형성되거나 또는 푸쉬 로드 구성부들에 고정된다. 반대편 단부는 고정자 내에서 자유롭게 움직이기 때문에 그 어떤 회전과 굽힘의 힘들도 전기자로 전달될 것이다. 이것은 공기 간극과, 따라서 공기 간극 안의 플럭스 밀도에 관계를 가지게 될 것이다. 푸쉬 로드 구성부는 이러한 오류를 방지하는 역할을 한다.
액튜에이터 플레이트 구성부는 층들의 반복된 형성과 선택적인 제거를 통하여 형성될 수 있다. 적절한 기술은 MEMS 의 제조 기술로서 알려진 것을 포함한다.
도 22 는 유체 펌프 장치의 평탄한 구성의 구현예를 도시한다. 제 1 의 평탄한 층(302)은 제 2 의 평탄한 층(304)에 평행하게 배치된다. 액튜에이터 층은 2 개의 층들(302 & 304)을 분리시키고, 구조적인 일체성을 그 사이에 유지시킨다. 층(302 & 304) 사이의 액튜에이터 층 안에 위치된 것은 액튜에이터 조립체(306) 및, 푸쉬 로드(308) 이며, 이것은 이러한 경우에 액튜에이터 조립체(306)의 전기자로서의 역할을 한다. 푸쉬 로드는 층(302,304)에 부착되고 그에 의해서 작동 방향(314)에서 움직이도록 제한된다. 도 22 와 관련하여 지금까지 설명된 층 구조는 기판(310)상에서 지지되어 전체적으로 도면 번호 311 로 표시된 평탄한 구성부를 형성한다. 기판(310)은 중공부(312)를 구비하여 (화살표(314)로 표시되는) 작동 방향에서 푸쉬 로드(308)의 자유로운 운동을 가능하게 한다. 이러한 운동이 발생할 수 있도록 하기 위하여 층(302)의 부분들(303)은 탄성적으로 변형될 수 있다는 점을 알 수 있다. 층(304)의 대응하는 부분(305)들도 탄성적으로 변형될 수 있다. 도 22 에 도시된 것은 벽이 형성된 구성부(316)이며 이것은 도면 번호 318 에 의해서 전체적으로 표시된 개방된 채널을 한정한다. 구성부(316)는 채널 유출부(319)를 더 구비하며, 노즐 플레이트(320)가 부착된다. 도 22 로부터 벽이 형성된 구성부(316)는 유체 펌프 장치를 형성하도록 평탄 구성부(311)와 짝을 이룰 수 있다는 점을 알 수있다. 그러한 펌프 장치는 유체가 채널(318)로부터 상기 유출부(319)를 통하여 유동하도록 작동될 수 있다. 채널(318)에는 유체 공급부(미도시)로부터의 유체가 공급될 수 있다.
바람직한 장치에 있어서, 평행 사변형 연계부로서 기능하는 유연성 부분(303,305)에 의한 직선의 운동으로 제한되는 전기자(308)는 예를 들면 도 13 의 장치에 의해 제공된 전자기의 힘을 받게 된다.
도 23 은 유체 펌프 장치의 일부를 형성하는 채널이 형성된 구조의 도면이다. 제 1 의 평탄 구성부(352)는 제 1 의 탄성적으로 변형 가능한 층(354); 제 2 의 탄성적으로 변형 가능한 층(358) 및, 액튜에이터 장치(360)를 구비한다. 액튜에이터 장치(360)는 층(354,358) 사이에 접합되고 유지된 다수의 전기자(362)들을 구비한다. 전기자(352)의 위에 놓인 층(354)의 영역(356)은 경직되게 유지될 것이며, 작동시에는, 층(354)의 평면에 직각인 작동 방향으로 도면의 우측상에서 도시된 바와 같이 병진 운동하게 될 것이다.
채널(370)을 한정하는 채널 벽(366)을 가진 제 2 의 구성부(364)는 구성부(352)와 짝을 이루도록 배치된다. 이러한 방식으로, 제 1 층(354)은 채널(370)의 채널 벽들중 하나를 형성한다. 채널(370)은 다수의 영역(356)들을 구비할 수 있는데, 이러한 영역들은 전기자(362)를 통하여 액튜에이터 장치(360)에 의해 작용될 수 있다. 각각의 전기자는 층(354)의 하나 또는 그 이상의 영역(356)들에 작용할 수 있으며, 개별적으로 어드레스(address)될 수 있다. 이러한 방식으로 변동하는 압력의 분포가 채널(370) 안에서 발생될 수 있다. 일 구현예에 있어서, 전기자(362)들의 연속적인 작동을 통하여 채널(370) 안에 연동되는 파동을 설정하는 것이 소망스러울 수 있다. 도 23 에 있어서 전기자는 단일 배수의 어드레스 가능한 액튜에이터 조립체(360)에 의해서 작동되지만, 다수의 또는 분리된 액튜에이터들이 유사한 방식으로 채용될 수도 있다.
영역(356)은 채널(370)에 대하여 광범위의 다양한 패턴으로 배치될 수 있다. 도 23 에 있어서, 채널 부분들의 길이를 주행하는 신장된 전기자에 의해 작동될 수 있는 (채널의 길이에 평행하게 배치된) 2 개 열(row)의 신장된 영역들이 도시되어 있으며, 각각의 열은 2 개의 분리되어 작동 가능한 영역들을 가진다. 다른 장치에 있어서, 채널의 길이에 직각인 신장 방향을 가진 직렬의(series) 신장된 영역이 제공될 수 있으며, 그 직렬은 채널의 길이를 따라서 연장된다. 영역들의 다른 패턴들은 청구 범위에 포함된다.
비록 플럭스 변조 액튜에이터가 바람직스러운 자기 액튜에이터로서 설명되었을지라도, 다수의 상이한 유형의 자기 액튜에이터가 본 발명과 연관되어 채용될 수 있다는 점이 이해되어야 한다.
도 24 는 가변적인 자기 저항의 힘에 따라서 작동되는 자기 액튜에이터를 도시한다. 채널이 형성된 구성부(42) 및, 노즐(44)이 위에서 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명된 것으로서 형성된다.
전기자(46)는 니켈/철 또는 니켈/철/코발트 합금과 같은 전기형성된, 연자성 재료로부터 형성된다. 전기자는 스프링 요소를 제공하도록 설계되어 변형과 되감김(recoil)을 돕는다.
연자성 재료의 전기 형성된 고정자 구성부(48)에는 고정자 코어(52)를 에워싸는 구리 코일(50)이 제공된다. 작동에 있어서, DC 전류가 코일을 통과하여 전기자를 유인하는 자기장을 발생시킨다. 따라서 잉크 채널의 체적이 음향의 파동을 개시하기 위하여 증가된다. ½Lc/C 와 동등한, 적절한 시간에서 (여기에서 Lc는 유효한 채널 길이이고 c 는 잉크 안의 음향의 속도이다.) 전류가 제거되어 전기자는 되감길 수 있다. 되감김은 채널 안에서 반향된 음향의 파동을 강화시켜서 방울이 노즐(44)로부터 배출되게 한다.
가변적인 자기 저항 유형의 액튜에이터의 다른 형태는 도 25 에 도시되어 있다. 스프링 요소(56)는 에칭된 실리콘 또는 일부 다른 비자성 재료의 다이아프램으로서 형성된다. 고정자(58)는 중심 부위를 형성하는데, 중심 부위를 통하여 전기자(62)의 일부(64)가 다이아프램과 접촉하기 위하여 연장된다. 코일(60)은 넓은 표면적을 가진 전기자(62)의 일부에 근접한 고정자 안에 제공된다.
작동시에, 전기자는 고정자를 향하여 유인되며 따라서 다이아프램을 채널 안으로 편향시키고 그리고 노즐로부터의 방울의 배출을 야기한다.
도 26 은 로렌츠의 힘을 사용하여 편향될 수 있는 액튜에이터를 도시한다. 채널이 형성된 구성부는 이전에 설명된 바와 같이 형성되며 액튜에이터 구성부는 분리된 구성부로서 형성되고 그에 부착된다. 에칭된 실리콘 액튜에이터 플레이트(74)에는 다수의 구멍들이 형성되어 있으며 그것을 통하여 움직일 수 있는 전기자 구조가 배치된다. 정지 상태의 코일(78)이 플레이트와 다이아프램(100) 사이의 에칭된 실리콘 플레이트의 하부측(또는 다른 예에서는 상부측)에 부착된다.
움직일 수 있는 전기자 구조체는 영구 자석(76)에 의해서 접합된 2 개의 금속성 연장부(76,77)로 구성된다. 중간 연장부는 코일에 의해 한정된 고리를 통하여 배치되며 다이아프램(100)에 접합된다. 외측의 연장부는 코일의 둘레에 연장되며 중간 연장부보다 짧다.
코일에 대한 전류의 인가는 로렌츠 힘의 방정식에 따라서 영구 자석의 피일드와 작용하여 중간 연장부를 움직여서 다이아프램을 편향시키는 효과를 가진다. 이러한 편향은 노즐로부터 방울의 배출을 초래한다.
모든 이전의 바이어스 플럭스 액튜에이터들이 단일의 코일층만을 사용하여 도시되었지만, 도 27 에 도시된 바와 같이 2 개 층의 코일을 사용하는 것도 가능하다. 자석으로부터의 플럭스는 코일이 하나 있거나 또는 둘이 있어도 같다. 그러나, 전기자에 의해서 발생된 힘은 제 2 의 바이어스 피일드를 자석의 반대 측부상에 위치된 제 2 코일로부터 제 1 코일로 부가함으로써 증가될 수 있다.
다른 바람직한 액튜에이터의 구현예들은 도 28 내지 도 31 에 도시되어 있다. 도 28 은 다른 대안의 액튜에이터 장치를 도시한다. 전기자는 중앙의 자성 부분(1504)과 2 개의 비자성의 단단한 부분(1506)을 구비하여 제공된다. 전기자는 일단부에서 제 1 의 평탄한 층(1508)에 의해 작동 방향으로 (전체적으로 도 28에 도시된 바와 같이 수직으로) 움직이도록 강제되며 다른 단부에서는 제 2 의 층(1510)에 의해서 움직이도록 강제된다. 액튜에이터 장치는 지지용 기판(1512)을 구비한다. 영구 자석(1514)은 도면에 도시된 바와 같은 극성을 가진 기판의 아래에 위치된다. 자기 요크(yoke)가 제공되어 플럭스를 자석(1514)으로부터, 전기자의 자기 부분(1504)을 통하여, 그리고 자석(1514)의 반대 자극으로 다시 흐르게 한다. 전기자의 영역에서, 전기자로 플럭스를 제공하는 요크는 작동 방향에서 자기적으로 분리된, 2 개의 자기 부분(1516,1518)을 구비한다. 유사한 요크 장치가 제공되어 플럭스를 복귀시켜서 전기자로부터 다시 영구 자석(1514)으로 통과시킨다. 이러한 방식으로, 영구적인 자기 플럭스가 확립되는 것을 알 수 있는데, 이것은 전기자의 영역에서 작동 방향으로 이격된 2 개의 실질적으로 평행한 플럭스 경로로 분리된다. 이러한 플럭스 경로들은 전기자에 근접한 공기 간극(1520,1522)을 구비한다. 채널 구성부(1524)도 도시되어 있다.
도 29 는 도 28 에서와 같은 동일한 액튜에이터 장치를 실질적으로 도시하지만, 이제는 플럭스의 선들을 도시한다. 이러한 장치에서 영구 자석(실선으로 표시됨)으로부터의 플럭스는 (화살표(1552)로 표시된) 작동 방향에 직각인, 실질적으로 단일의 방향에서 전기자를 통과한다. 이러한 제 2 의 플럭스는 플럭스 유지용 공기 간극(1554,1556)에서 제 1 의 플럭스를 강화시키고, 그것이 공기 간극(1558,1560)에서 제 1 의 플럭스 밀도를 감소시키는 작용을 한다는 점을 알 수 있다. 비록 전기자를 통과하는 플럭스가 실질적으로 일정하게 유지된다 할지라도, 불균형성이 작동의 방향에서 전기자에 작용한다. 도 29 에 있어서 제 2 의 플럭스는 코일 권선부(1550)의 양쪽 세트 둘레에서 연속적인 경로를 형성하는 것으로 도시되어 있다. 그러나 제 2 의 플럭스는 도 31 에 도시된 바와 같이 권선부의 단일 세트 둘레에서 폐쇄된 회로를 형성하는 것으로 간주될 수 있다. 이것은 작동의 방향에서 힘을 제공하는 플럭스 변조의 원리를 변경시키지 않는다.
도 28 과 도 29 의 구현예는 다중의 플럭스 유지용 공기 간극과 함께 다중의 전기자를 가지는 액튜에이터에 대한 기초로서 유익하게 사용될 수 있다.
도 30 과 도 31 은 다른 대안의 액튜에이터 장치를 도시한다. 도 30 은 2 개의 전기자(1602,1604)를 가진 액튜에이터 장치를 도시하는데, 그 각각의 전기자는 2 개의 자성 부분(1606) 및, 복수개의 비자성, 지지용 부분들을 가진다. 단일의 제 1 자석(1608)은 2 개 전기자의 자기 전기자 부분(1606)들 각각에 대하여, 작동 방향에서 분리된 2 개의 플럭스 경로에 제 1 의 플럭스(실선으로 도시됨)를 제공한다. 여기 코일(1610)은 각각의 전기자를 위해서 제공되어, 코일 축이 작동 방향에 직각인 상태로 배치된다. 이러한 방식으로, 각각의 전기자를 위한 제 2 의 플럭스(파선으로 도시됨)는 공기 간극들의 대응하는 쌍들에서 제 1 의 플럭스를 각각 강화고 상쇄시켜서 작동 방향에서 주어진 전기자의 각각의 자기 부분에 작용하는 힘을 제공한다. 도면에서 양쪽의 전기자들은 제 1 의 플럭스를 제공하는 영구적인 자석을 공유하는 반면에, 각각의 전기자에 대한 여기 코일들은 각각의 전기자가 분리되어 작동 가능되는 것을 허용하도록 독립적으로 작동될 수 있다. 비록 도 30 이 분리된 채널들에 작용하는 2 개의 액튜에이터들을 도시할지라도, 이들은 물론 채널의 폭에서 이격되거나 또는 길이에서 이격된 같은 채널에서 작동될 수 있으며, 일치되거나 또는 연동되거나 또는 다른 협동 방식으로 작동된다.
도 31 은 도 30 의 구현예에 대한 변형을 도시한다. 여기에는 다시 2 개의 전기자(1602,1604)를 가진 액튜에이터 장치가 도시되어 있는데, 각각의 전기자는 2개의 자성 부분(1606) 및, 복수개의 비자성 부분을 가진다. 그러나 여기에서, 전기자의 자성 부분은 연장되어서 플럭스 유지용 공기 간극(1620)(단지 2 개의 그러한 공기 간극들만이 도면에 도시되어 있다)을 둘러싸는 영역에서 요크와 측방향으로 중첩된다. 이것은 작동 방향에 실질적으로 평행한 방향을 가진 공기 간국에서의 제 1 의 플럭스(실선으로 표시됨)를 초래한다. 이것은 또한 여기 코일(제 2 코일의 단지 일 부분만이 단순화를 위해서 도시되었다)에 의해 야기된 제 2 의 플럭스(파선으로 도시됨)에 대해서도 진실이다. 이러한 구현예는 플럭스 방향에 직각인 플럭스 유지용 공기 간극들의 부위가 작동 방향에 직각인 방향으로 통과하는 공기 간극 플럭스를 가지는 대응 구현예에서보다 클 수 있다는 점에서 유리하다. 이것은 보다 큰 작동의 힘이 발생될 수 있게 한다. 이러한 구현예는 직렬의 평행한 층으로 형성된 액튜에이터 장치에서 다른 장점을 가지는데, 각각의 층은 작동 장치의 작동 방향에 대하여 직각이다. 이러한 경우에, 공기 간극의 두께는 층 증착의 깊이에 의해 제어된다. 이러한 배향으로 형성된 공기 간극의 두께는 따라서 예를 들면 도 28 에 도시된 바와 같은 배향에서의 공기 간극의 두께보다 더욱 정확하게 한정될 수 있는데, 여기에서 공기 간극의 공차는 마스크의 정합(mask registration)에 의해서 제어된다.
전기자의 자성 부분이 플럭스 유지용 공기 간극을 둘러싸는 영역에서 요크와 측방향으로 중첩되는 본 발명의 구현예는 위에서 설명된 특정의 예에 제한되지 않는 점이 이해되어야 한다. 그러한 특징은 액튜에이터 장치의 다른 구현예들에 마찬가지로 유용하게 적용될 수 있다.
이제 MEMS 제조 방법의 예를 도 32 내지 도 40을 참조하여 설명하기로 한다. 이것은 도 21 에 도시된 구조체의 제조를 예로 든 것이다.
도 32 에 있어서, 패턴화된 포토 레지스트(120)는 도 21 의 탄성적으로 변형 가능한 푸셔 로드 플레이트(100)상에 증착된다. 이후에 전자 형성된 니켈 합금(122)의 층이 증착된다. 니켈 합금은 전기자의 제 1 부분과 고정자를 위한 지지부를 형성할 것이다. 포토레지스트는 일단 제거되면 공기 간극을 형성할 것이다.
일단 도 32 의 제 1 의 층이 완성되면, 포토레지스트와 금속 합금의 이후 층이 도 33 에 도시된 바와 같이 유사하게 증착된다. 이러한 단계들은 소망되는 구조체가 달성될때까지 여러번 반복될 수 있다.
도 34에서, 영구 자석(124)이 포토레지스트(120)와 전자형성된 합금(122)과 함께 증착된 층이 형성된다. 합금과 포토레지스트의 다른 층들이 도 35 와 도 36에서 증착된다. 도 35 및, 도 36에서 플럭스 유지용 공기 간극의 형상이 전개된 것을 볼 수 있다. 이러한 특정의 예에서 도 36 에 도시된 공기 간극(W)의 폭은 증착 공정에서 마스크 정합에 의해 제어된다. 특정의 깊이에서, 전기 코일(126)을 구비하는 층은 도 37 에 도시된 바와 같이 증착된다. 다중층의 코일들이 바람직스럽기 때문에, 이러한 층은 여러번 반복될 수 있다. 다수의 연결부와 바이어스가 코일들의 전기적인 연결을 허용하도록 층들의 일부 또는 전부의 내부로 포함될 수 있다. 포토레지스트와 금속 합금의 보다 많은 층들이 도 38 과 도 39 의 안에 증착된다.
마지막으로, 도 40 에 있어서, 포토레지스트는 전체 구성으로부터 제거되어 전기자를 구조체의 나머지로부터 분리시킨다.
설명된 일부의 특정 구현예들은 수요가 있는 잉크 제트 장치의 방울에 관한 것이지만, 본 발명은 유체 펌프 적용예의 광범위한 다양성에서 적용예를 찾을 수 있다. 특히 적절한 적용예는 소위 "랩-온-칩(lab-on-chip)"의 적용예와 약품 분배 시스템을 포함한다. 본 발명은 또한 에어로졸을 발생시키는 장치와 같은 다른 방울 침착 적용예에도 적용될 수 있다.
마이크로 전자 기계 시스템 기술은 본 발명에 따른 장치의 제조에 적절한 것으로서 설명되었다. MEMS 기술은 심도 반응성 이온 에칭(DRIE), 전자도금, 전기 영동 및, 화학적 금속 폴리싱(Chemical Metal Polishing)(CMP)를 포함한다. 일반적인 MEMS 기술의 예는 다음의 문헌에 설명되어 있다.
P. 레이-초우드휴리, 핸드북 오프 마이크로리소그래피, 마이크로머시닝 및, 마이크로패브리케이션, 제 1 권 및, 제 2 권, SPIE 출판 및, IEE출판 1997, ISBN 0-8529-6906-6 (제 1 권) 및, 0-8529-6911-2 (제 2 권)
모하메드 개드-엘-학, MEMS 핸드북, CRC 출판 2001, ISBN 0-8493-0077-0
자성과 비자성 재료 모두가 본 발명에서 사용된다. 구성에서 사용되는 적절한 재료들은 Si-베이스 화합물, Ni-Fe-Co-Bo 합금, 폴리이미드, 실리콘 러버, 구리 및, 구리 합금을 포함하는 니켈과 철 베이스의 금속을 포함한다. MEMS 기술과 사용되기에 적절한 자성 재료에 대한 유용한 개설은 다음에서 찾을 수 있다. (그리고 여기에 참조 문헌으로서 포함된다)
J. W. 쥬디, N. 미웅, "MEMS를 위한 자성 재료" MEMS 재료에 대한 MRS 워크샵, 샌프란시스코, 캘리포니아 (4 월 5-6 일, 2002 년) pp. 23-26
비록 구현예들이 특정 개수의 채널, 액튜에이터, 전기자들을 가지는 것으로 도시되었을지라도, 채널들과 액튜에이터들의 많은 열들이 단일의 기판상에서 제조될 수 있으며, 채널들의 열이 함께 접할 수 있다는 점이 이해되어야 한다.
구현예들은 선형의 채널들을 참조로 설명되었다. 동등하게, 다른 챔버 구조를 이용할 수도 있으며, 상기 다른 챔버 구조는 음향의 파동이 WO 99/01284 에 관련하여 설명된 노즐의 반경 방향으로 이동하는 구조를 포함하지만, 전적으로 그러한 것은 아니며, 상기 WO 99/01284 는 본원에 참조로서 포함된다.
본원 명세서(청구 범위를 포함하는 명세서)에 개시되고 그리고/또는 도면에 도시된 각각의 특징들은 다른 개시된 그리고/또는 예시된 특징들과 독립적으로 본원 발명에 포함될 수 있다.
본원 발명은 인쇄 장치등에 적용될 수 있다.

Claims (102)

  1. 액체 챔버를 한정하는 챔버 벽들로서, 상기 챔버 벽들중 하나는 작동 방향에서 탄성적으로 변형 가능한 챔버 벽들; 챔버를 통한 연속적인 유동을 제공하는 액체 공급부; 챔버의 액체 안에 음향의 파동을 반향시키는 역할을 하는 음향의 경계부; 및, 챔버와 액체 공급부로부터 이격된 액튜에이터로서, 상기 작동 방향에서 상기 탄성적으로 변형 가능한 챔버 벽상에 작용하여 챔버의 액체 안에 음향의 파동을 발생시켜서 상기 노즐을 통한 방울의 배출을 야기하는 액튜에이터;를 구비하는 방울 침착 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 음향의 경계부들은 채널의 액체 안에서 음향의 파동을 네가티브(negative)로 반향시키는 역할을 하는 방울 침착 장치.
  3. 유체 챔버를 한정하는 챔버 벽들로서, 상기 챔버 벽들중 하나는 작동 방향에서 탄성적으로 변형 가능한 챔버 벽들; 챔버 유출부 및, 챔버로부터 이격된 액튜에이터로서, 상기 작동 방향에서 상기 탄성적으로 변형 가능한 채널 벽상에 작용하여 챔버 안에 음향의인 파동을 발생시켜서 챔버 유출부 안에 유체 유동을 발생시키는 액튜에이터;를 구비하는 유체 펌프 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄성적으로 변형 가능한 챔버의 벽은 액튜에이터를 챔버 안의 유체로부터 격리시키는 시일을 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체 챔버는 신장된 액체 채널을 구비하고, 상기 탄성적으로 변형 가능한 챔버의 벽은 신장된 채널 벽을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄성적으로 변형 가능한 챔버의 벽은 액튜에이터로부터 채널 안의 유체로 힘을 전달할 수 있는 실질적으로 단단한 요소 및, 적어도 하나의 제 1 굴곡 요소를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 5 항에 종속될 때 제 6 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 굴곡 요소는 탄성적으로 변형 가능한 채널 벽의 전체 폭을 가로질러서 실질적으로 연장되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 5 항에 종속될 때 제 6 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 굴곡 요소는 탄성적으로 변형 가능한 채널 벽의 폭의 일부를 가로질러 연장되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 5 항에 종속될 때 제 6 항 내지 제 8 항들중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단단한 요소는 채널의 길이를 따라서 연장되는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 5 항 내지 제 9 항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄성적으로 변형 가능한 챔버 벽은 단단한 요소의 움직임을 상기 작동 방향으로 강제하도록 배치된 복수개의 굴곡 요소를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 굴곡 요소는 채널 안의 유체와 접촉하여 유체 압력에 대하여 경직되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 5 항 내지 제 11 항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 굴곡 요소들은 단단한 요소에 대하여 평행 사변형의 연계로 배치된 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 5 항 내지 제 12 항들중 어느 한 항에 있어서,
    액튜에이터는 상기 단단한 요소상에 작용하는 푸쉬 로드를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    푸쉬 로드는 상기 단단한 요소상에서 운반되는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    푸쉬 로드는 전자기 액튜에이터 장치내에서 전기자의 역할을 하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 13 항 내지 제 15 항의 어느 한 항에 있어서,
    작동 방향에서 상기 단단한 요소로부터 이격된 위치에서 푸쉬 로드에 연결된 지지 수단을 더 구비하고, 상기 지지 수단은 상기 푸쉬 로드의 운동을 작동 방향에 강제하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 지지 수단은 상기 단단한 요소로부터 이격된 위치에서 상기 푸쉬 로드에 연결된 하나 또는 그 이상의 제 2 굴곡 요소들을 구비하고, 상기 제 1 및, 제 2 의 굴곡 요소들은 푸쉬 로드에 대하여 평행 사변형 연계와 같이 작용하도록 배치된 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
    액튜에이터는 전자기적으로 작동하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 15 항 내지 제 18 항의 어느 한 항에 있어서,
    액튜에이터는 플럭스 분포에서의 변조를 통해서 변위된 전기자를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
    한 세트의 채널들에 대응하는 복수개의 단단한 채널 벽들; 및, 상기 채널들과 정렬된 복수개의 노즐들;을 구비하는 제 1 의 평탄한 구성부와; 제 1 의 평탄한 구성부와 평행하게 배치되며 상기 채널들과 정렬된 복수개의 액튜에이터를 구비하는 제 2 의 평탄한 구성부;를 구비하는 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 채널들의 세트는 신장되며 서로에 대하여 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
    제 1 의 평탄한 구성부는 각각의 채널에 대하여 탄성적으로 변형 가능한 채널을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
    제 2 의 평탄한 구성부는 각각의 채널에 대하여 탄성적으로 변형 가능한 채널을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제 20 항 내지 제 23 항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 의 구성부는 일체형인 것을 특징으로 하는 장치.
  25. 제 20 항 내지 제 24 항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 의 구성부는 채널 벽을 한정하도록 재료를 에칭시키는 단계를 구비하는 공정으로 제조되는 것을 특징으로 하는 장치.
  26. 제 20 항 내지 제 24 항의 어느 한 항에 있어서,
    채널 벽들은 기계 가공에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  27. 제 20 항 내지 제 24 항의 어느 한 항에 있어서,
    채널 벽들은 전자적 형성(electroforming)에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  28. 제 20 항 내지 제 27 항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 의 구성부는 실리콘으로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  29. 제 20 항 내지 제 28 항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 의 구성부는 층들의 반복적인 형성과 선택적인 제거를 통하여 제조된 라미네이트(laminate)인 것을 특징으로 하는 장치.
  30. 제 29 항에 있어서,
    각각의 층은 하나의 재료 이상을 구비할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  31. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 별도 영역이 탄성적으로 변형 가능한 채널 벽 안에 한정되며, 그 영역 또는 각각의 영역이 벽의 탄성적인 변형을 통하여 작동 방향에서 병진으로 움직일 수 있고, 그 영역 또는 각각의 상기 영역은 경직된 것을 특징으로 하는 장치.
  32. 제 31 항에 있어서,
    2 개 또는 그 이상의 상기 영역들이 존재하는 것을 특징으로 하는 장치.
  33. 제 32 항에 있어서,
    하나 또는 그 이상의 상기 영역들은 다른 영역과 독립적으로 작동될 수 있는것을 특징으로 하는 장치.
  34. 제 32 항 또는 제 33 항에 있어서,
    액튜에이터는 하나의 영역 이상에 작용하는 것을 특징으로 하는 장치.
  35. 제 32 항 또는 제 33 항에 있어서,
    상기 영역들과 개별적으로 연관된 복수개의 유사한 액튜에이터를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  36. 탄성적으로 변형 가능한 부분들을 가지는 제 1 의 평탄층;
    대응하는 탄성적으로 변형 가능한 부분들을 가지고 상기 제 1 층에 평행한 제 2 평탄층; 및,
    작동 방향을 가지고, 상기 2 개의 층들 사이에 위치되고 2 개의 층들에 직각인 작동 방향으로써 상기 2 개 층들의 내부 표면에 연결된 복수개의 액튜에이터;를 구비하고,
    상기 액튜에이터들은 상기 제 1 의 평탄한 층의 외부와 접촉된 액체의 압력에서의 변화를 야기하기 위하여 작동 방향에서 상기 제 1 및, 제 2 층들의 선택된 탄성적으로 변형 가능한 부분들을 변형시키도록 작동될 수 있는 것을 특징으로 하는, 유체 펌프 장치에서 사용되는 전체적으로 평탄한 구성부.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 제 1 의 평탄한 층은 불투과성인 것을 특징으로 하는 전체적으로 평탄한 구성부.
  38. 제 36 항 또는 제 37 항에 있어서,
    상기 제 2 의 평탄한 층은 투과성인 것을 특징으로 하는 전체적으로 평탄한 구성부.
  39. 제 36 항 내지 제 38 항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 액튜에이터는 상기 제 1 과 제 2 의 평탄한 층들의 대응하는 탄성적으로 변형 가능한 부분들 사이에 연결된 단단한 푸쉬 로드를 구비하는 것을 특징으로 하는 전체적으로 평탄한 구성부.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 푸쉬 로드들은 작동 방향에서만 움직이도록 상기 제 1 및, 제 2 의 평탄한 층들에 의해서 강제되는 것을 특징으로 하는 전체적으로 평탄한 구성부.
  41. 제 39 항 또는 제 40 항에 있어서,
    상기 푸쉬 로드들은 전자기 액튜에이터 장치에서 전기자로서의 역할을 하는 것을 특징으로 하는 전체적으로 평탄한 구성부.
  42. 제 36 항 내지 제 41 항의 어느 한 항에 있어서,
    하나의 층의 상기 탄성적으로 변형 가능한 부분들은 각각 신장 방향을 가지고, 신장 방향들은 평행한 것을 특징으로 하는 전체적으로 평탄한 구성부.
  43. 유체 펌프 장치를 구성하는 방법으로서,
    제 36 항 내지 제 42 항의 어느 한 항에 따른 제 1 의 평탄한 구성부를 형성하는 단계;
    상기 제 1 의 평탄한 구성부의 탄성적으로 변형 가능한 부분들에 대응하는 개방된 측의 채널을 한정하는 복수개의 단단한 채널 벽들을 구비하는 제 2 의 평탄한 구성부를 형성하는 단계; 및,
    2 개의 평탄한 구성부들이 평행하도록 그리고 제 2 의 평탄한 구성부의 채널들이 제 1 의 평탄한 구성부의 탄성적으로 변형 가능한 부분들과 정렬되도록 하여, 탄성적으로 변형 가능한 채널 벽의 일부를 형성하게끔 2 개의 평탄한 구성부들의 짝을 이루는 단계;를 구비하는, 유체 펌프 장치의 구성 방법.
  44. 제 43 항에 있어서,
    제 1 의 평탄한 구성부는 각각의 채널에 대하여 하나의 탄성적으로 변형 가능한 부분을 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  45. 제 43 항에 있어서,
    제 1 의 평탄한 구성부는 각각의 채널에 대하여 하나 이상의 탄성적으로 변형 가능한 부분을 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  46. 신장된 유체 채널을 한정하는 신장된 채널 벽들을 구비하는 유체 펌프 장치로서, 채널은 유체 유출부를 가지고, 상기 채널 벽들중 하나는 채널의 길이에 직각인 작동 방향에서 병진으로 움직일 수 있는 적어도 하나의 별도 영역 및, 채널 안에 음향의 파동을 발생시켜서 유체를 상기 유출부로부터 배출시키도록 상기 작동 방향에서 채널 벽의 상기 영역에 작용하는 적어도 하나의 직선 액튜에이터를 가지는 유체 펌프 장치.
  47. 제 46 항에 있어서,
    상기 직선 액튜에이터는 작동 방향에서 전자기적 힘으로 직선 방향에서 전체적으로 움직일 수 있는 전기자를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  48. 제 47 항에 있어서,
    상기 전기자는 상기 직선에서의 운동에 강제되는 것을 특징으로 하는 장치.
  49. 제 49 항에 있어서,
    상기 전기자는 평행 사변형의 연계로서 기능하는 요소들에 의해서 강제되는것을 특징으로 하는 장치.
  50. 제 46 항 내지 제 49 항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 영역은 채널의 음향의 길이의 실질적인 부분을 따라서 연장되고 신장된 것을 특징으로 하는 장치.
  51. 제 46 항 내지 제 50 항의 어느 한 항에 있어서,
    적어도 2 개의 상기 영역들이 제공된 것을 특징으로 하는 장치.
  52. 제 51 항에 있어서,
    액튜에이터는 하나 이상의 영역에 작용하는 것을 특징으로 하는 장치.
  53. 제 52 항에 있어서,
    상기 영역들과 각각 연관된 복수개의 유사한 액튜에이터들을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  54. 제 46 항 내지 제 53 항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체 유출부는 방울 침착 노즐(droplet deposition nozzle)을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  55. 제 46 항 내지 제 54 항의 어느 한 항에 있어서,
    개별의 액튜에이터를 각각 가지는 복수개의 유사한 채널들을 구비하고, 액튜에이터들은 평행한 작동 방향들을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
  56. 제 46 항 내지 제 54 항의 어느 한 항에 있어서,
    잉크 제트 프린터의 형태인 것을 특징으로 하는 장치.
  57. 액체내에서 이동하는 음향의 파동을 유지할 수 있는 액체 챔버, 상기 음향의 파동에 응답하여 방울의 배출을 위해 위치된 방울 배출 노즐 및, 전기 구동 신호의 수신시에 챔버 안에서의 음향의 파동을 발생시켜서 방울의 배출을 이루는 역할을 하는 전자기적 액튜에이터를 구비하는 방울 침착 장치.
  58. 제 57 항에 있어서,
    액튜에이터는 챔버로부터 이격된 것을 특징으로 하는 방울 침착 장치.
  59. 제 57 항 또는 제 58 항에 있어서,
    챔버는 챔버 벽에 의해서 한정되고, 상기 챔버 벽들중 하나는 상기 액튜에이터의 작용 하에서 작동 방향으로 탄성적으로 변형될 수 있는 것을 특징으로 하는 방출 침착 장치.
  60. 제 59 항에 있어서,
    상기 탄성적으로 변형 가능한 챔버 벽은 액튜에이터를 챔버 안의 액체로부터 격리시키는 액체 시일을 형성하는 것을 특징으로 하는 방울 침착 장치.
  61. 제 57 항 내지 제 60 항의 어느 한 항에 있어서,
    챔버의 액체내에 음향의 파동을 반향시키는 역할을 하는 음향의 경계부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 방울 침착 장치.
  62. 제 57 항 내지 제 61 항의 어느 한 항에 있어서,
    챔버를 통한 연속적인 액체의 유동을 제공하는 액체 공급부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 방울 침착 장치.
  63. 제 57 항 내지 제 62 항의 어느 한 항에 있어서,
    액튜에이터는 실질적으로 일정한 크기의 자기 플럭스의 분포로 변조를 통해서 변위된 전기자를 구비하는 것을 특징으로 하는 방울 침착 장치.
  64. 제 57 항 내지 제 63 항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체 챔버는 신장된 액체 채널을 구비하는 것을 특징으로 하는 방울 침착 장치.
  65. 제 64 항에 있어서,
    액튜에이터는 채널 길이에 직각인 작동 방향에서 작동하는 것을 특징으로 하는 방울 침착 장치.
  66. 제 64 항 또는 제 65 항에 있어서,
    액튜에이터는 실질적으로 채널의 길이를 따라서 연장되는 것을 특징으로 하는 방울 침착 장치.
  67. 제 64 항 내지 제 66 항의 어느 한 항에 있어서,
    채널의 개별적인 반대편 단부들에 음향의 경계부를 구비하는 것을 특징으로 하는 방울 침착 장치.
  68. 제 64 항 내지 제 67 항의 어느 한 항에 있어서,
    배출 노즐은 그것의 길이의 중간인 지점에서 채널과 연결되는 것을 특징으로 하는 방울 침착 장치.
  69. 제 64 항 내지 제 68 항의 어느 한 항에 있어서,
    한 세트의 챔버에 대응하는 복수개의 단단한 챔버 벽들; 및, 상기 챔버들과 정렬된 복수개의 노즐들;을 구비하는 제 1 의 평탄한 구성부; 및, 상기 챔버와 정렬되고, 상기 챔버들과 정렬된 복수개의 액튜에이터를 구비하는 제 2 의 평탄한 구성부;를 구비하는 방울 침착 장치.
  70. 제 69 항에 있어서,
    제 1 의 평탄한 구성부는 각각의 챔버에 대한 탄성적으로 변형 가능한 챔버를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 방울 침착 장치.
  71. 제 69 항에 있어서,
    제 2 의 평탄한 구성부는 각각의 채널에 대하여 탄성적으로 변형 가능한 챔버 벽을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 방울 침착 장치.
  72. 제 69 항 내지 제 71 항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 의 구성부는 일체형인 것을 특징으로 하는 방울 침착 장치.
  73. 제 69 항 내지 제 72 항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 의 구성부는 챔버의 벽을 한정하도록 재료를 에칭시키는 단계를 구비하는 공정에 의해서 제조되는 것을 특징으로 하는 방울 침착 장치.
  74. 제 69 항 내지 제 72 항의 어느 한 항에 있어서,
    챔버 벽들은 에칭에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 방울 침착 장치.
  75. 제 69 항 내지 제 72 항의 어느 한 항에 있어서,
    챔버 벽들은 전자적 형성(electroforming)에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 방울 침착 장치.
  76. 제 69 항 내지 제 75 항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 의 구성부는 실리콘으로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 방울 침착 장치.
  77. 제 69 항 내지 제 76 항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 의 구성부는 층들의 반복적인 형성과 선택적인 제거를 통하여 제조된 라미네이트인 것을 특징으로 하는 방울 침착 장치.
  78. 제 77 항에 있어서,
    각각의 층은 하나 이상의 재료를 구비할 수 있는 것을 특징으로 하는 방울 침착 장치.
  79. 탄성적으로 변형 가능한 다이아프램에 의해서 부분적으로 둘러싸인 신장된 액체 채널; 채널에 대한 액체 공급부; 채널과 소통되는 배출 노즐; 및, 다이아프램에 의해서 액체로부터 분리된 푸쉬 로드(push-rod)로서, 다이아프램을 변형시켜서 채널 안의 액체를 변위시킴으로써 상기 노즐을 통한 방울의 배출을 야기하도록 채널의 길이에 직각인 작동 방향으로 변위될 수 있는 푸쉬 로드;를 구비하고, 푸쉬 로드는 작동 방향에서 구분되어 이격된 2 개의 지점들에서 적어도 하나의 굴곡 요소에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 방울 침착 장치.
  80. 제 79 항에 있어서,
    푸쉬 로드는 채널의 길이에 평행한 축을 중심으로 하는 회전에 대하여 상기 적어도 하나의 굴곡 요소에 의해 강제되는 것을 특징으로 하는 방울 침착 장치.
  81. 제 79 항 또는 제 80 항에 있어서,
    푸쉬 로드는 각각의 상기 위치에서 적어도 하나의 굴곡 요소에 의해서 지지되고, 굴곡 요소들은 평행 사변형의 연계로서의 역할을 하는 것을 특징으로 하는 방울 침착 장치.
  82. 제 79 항 내지 제 81 항의 어느 한 항에 있어서,
    다이아프램은 하나의 상기 굴곡 요소로서의 역할을 하는 것을 특징으로 하는 방울 침착 장치.
  83. 제 79 항 내지 제 82 항의 어느 한 항에 있어서,
    푸쉬 로드는 다이아프램과 일체인 것을 특징으로 하는 방울 침착 장치.
  84. 제 79 항 내지 제 83 항의 어느 한 항에 있어서,
    노즐은 작동 방향에서 다이아프램과 반대되는 것을 특징으로 하는 방울 침착 장치.
  85. 제 79 항 내지 제 84 항의 어느 한 항에 있어서,
    다이아프램은 채널의 길이를 따라서 연장되는 것을 특징으로 하는 방울 침착 장치.
  86. 제 79 항 내지 제 85 항의 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 굴곡 요소들은 채널 안의 액체와 접촉하고 액체 압력에 대하여 경직된 것을 특징으로 하는 방울 침착 장치.
  87. 제 79 항 내지 제 86 항의 어느 한 항에 있어서,
    푸쉬 로드는 다이아프램으로부터 이격된 단부에서 액튜에이터와 소통되는 것을 특징으로 하는 방울 침착 장치.
  88. 제 87 항에 있어서,
    액튜에이터는 전자석 액튜에이터를 구비하는 것을 특징으로 하는 방울 침착 장치.
  89. 제 79 항 내지 제 88 항의 어느 한 항에 있어서,
    푸쉬-로드는 전자기 액튜에이터에서 전기자로서의 역할을 하는 것을 특징으로 하는 방울 침착 장치.
  90. 제 88 항 또는 제 89 항에 있어서,
    액튜에이터는 플럭스 분포에서의 변조를 통하여 변위된 전기자를 구비하는 것을 특징으로 하는 방울 침착 장치.
  91. 제 79 항 내지 제 90 항의 어느 한 항에 있어서,
    채널의 액체내에 음향의 파동을 반향시키는 역할을 하는 채널의 개별적인 반대편 단부들에 있는 음향의 경계부를 더 구비하고; 푸쉬 로드에 의한 다이아프램의 변형은 채널의 액체 안에 음향의 파동을 발생시켜서 상기 노즐을 통한 방울의 배출을 야기하는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 방울 침착 장치.
  92. 한 세트의 평행한 채널에 대응하는 복수개의 단단한 채널 벽들; 각각의 채널에 대한 탄성적으로 변형 가능한 채널 벽들로서, 공통의 평면상에 놓이는 탄성적으로 변형 가능한 채널 벽들;을 구비하는 제 1 의 평탄한 구성부; 각각의 채널에 대한 선형 액튜에이터로서, 평행한 개별의 작동 방향들을 가지는 선형 액튜에이터들;을 구비하는 제 2 의 평탄한 구성부;를 가지고, 상기 작동 방향이 상기 공통의 평면에 대하여 직각으로 배치되고 액튜에이터들은 관련된 탄성적으로 변형 가능한 채널 벽들의 변형을 통하여 개별 채널을 작동시키는 역할을 하는 상태에서, 탄성적으로 변형 가능한 채널 벽들이 제조된 장치에 있어서 제 1 구성부와 제 2 구성부 사이에서 그에 대하여 평행한 관계로 놓이게 되는, 방울 침작 장치를 제조하는 방법.
  93. 제 92 항에 있어서,
    제 1 의 평탄한 구성부를 형성하는 단계는 평탄한 웨이퍼를 형성하는 단계와, 채널 벽을 한정하도록 웨이퍼의 평탄한 일 면으로부터 재료를 에칭시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  94. 제 93 항에 있어서,
    제 1 의 평탄한 구성부들 형성하는 단계는 탄성적으로 변형 가능한 채널 벽들을 한정하도록 웨이퍼의 다른 평탄한 면으로부터 재료를 에칭시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  95. 제 94 항에 있어서,
    제 1 의 평탄한 구성부를 형성하는 단계는 상기 평탄한 일 면으로부터 재료를 에칭시킨 이후에 재료를 증착시키는 단계를 구비하고, 웨이퍼의 다른 평탄한 면으로부터 재료를 에칭시키는 단계는 상기 증착된 재료의 층을 탄성적으로 변형 가능한 채널 벽으로서 한정하는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  96. 제 94 항 또는 제 95 항에 있어서,
    탄성적으로 변형 가능한 채널 벽들을 한정하도록 웨이퍼의 다른 평탄한 면으로부터 재료를 에칭시키는 단계는 각각의 채널에 대하여 푸쉬 로드를 관련 탄성 변형 가능한 채널 벽과 연결시켜 두는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  97. 제 96 항에 있어서,
    각각의 푸쉬 로드는 실질적으로 관련 채널의 길이를 따라서 연장되는 것을 특징으로 하는 방법.
  98. 제 96 항 또는 제 97 항에 있어서,
    제 1 의 평탄한 구성부를 형성하는 단계는 푸쉬 로드의 개별적인 자유 단부들에 접합된 상호 작용의 층을 형성하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  99. 제 92 항 내지 제 98 항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 웨이퍼는 실리콘으로부터 형성된 것을 특징으로 하는 방법.
  100. 제 93 항 내지 제 99 항의 어느 한 항에 있어서,
    에칭 단계는 심도 반응성 이온 에칭(deep reactive ion etching)을 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  101. 제 95 항에 있어서,
    상기 웨이퍼는 실리콘으로부터 형성되고 상기 증착된 재료는 SiO2또는 SiN을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  102. 제 92 항 내지 제 101 항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 의 구성부는 층들의 반복적인 형성 및, 선택적인 제거를 통해서 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
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