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特許7431751噴射アセンブリで使用する封止マイクロバルブのシステムおよび方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-02-06
(45)【発行日】2024-02-15
(54)【発明の名称】噴射アセンブリで使用する封止マイクロバルブのシステムおよび方法
(51)【国際特許分類】
B41J 2/14 20060101AFI20240207BHJP
【ＦＩ】
B41J2/14
B41J2/14 607
B41J2/14 613
B41J2/14 501
B41J2/14 301
【請求項の数】
18
(21)【出願番号】P 2020563595
(86)(22)【出願日】2019-05-09
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2021-09-02
(86)【国際出願番号】 IB2019053844
(87)【国際公開番号】W WO2019215674
(87)【国際公開日】2019-11-14
【審査請求日】2022-05-03
(31)【優先権主張番号】62/670,280
(32)【優先日】2018-05-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】319008317
【氏名又は名称】マシューズ インターナショナル コーポレイション
(74)【代理人】
【識別番号】100104411
【弁理士】
【氏名又は名称】矢口 太郎
(72)【発明者】
【氏名】バスカーク、ウィリアム エー．
(72)【発明者】
【氏名】フレゴ、スティーブン イー．
(72)【発明者】
【氏名】ハルザック、チャールズ シー．
(72)【発明者】
【氏名】ホイットロック、ジョン
(72)【発明者】
【氏名】ミラー、エリック アール．
(72)【発明者】
【氏名】レイトン、グレン ジェイ．ティー．
【審査官】小野 郁磨
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１６－５２５６５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１３２１８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１２－５０７４１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１３２１８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－２４１８２４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５７－１９７１７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１６／０３０５６６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１１／００７３７８８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２００３／０２２２２３６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２００９－１７２０９９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ４１Ｊ ２／０１－２／２１５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
マイクロバルブであって、第一の表面および第二の表面を備えるオリフィスプレートであって、前記第一の表面から前記第二の表面へ延在するオリフィスを備えるものである、前記オリフィスプレートと、
前記オリフィスプレートに対して離間して配置された作動ビームであって、前記作動ビームはベース部と片持ち梁部とを備え、前記ベース部は前記オリフィスプレートから所定の距離だけ離れ、前記片持ち梁部は、前記ベース部から前記オリフィスに向かって延在し、その重なり合う部分が前記オリフィスと重なり合うようになっており、前記作動ビームは閉位置と開位置との間で移動可能である、前記作動ビームと、
封止構造であって、
前記片持ち梁部の前記重なり合う部分に配置された封止部材と、
前記封止部材の表面上に配置されたストッパーであって、前記ストッパーは、前記封止部材の表面に取り付けられた第一の部分と、前記第一の部分上に前記オリフィスプレートに近接して配置された第二の部分とを備え、前記第二の部分は前記第一の部分よりも大きな断面積を有するものである、前記ストッパーと
を備える、前記封止構造と
を備え、
前記作動ビームが閉位置にある場合、前記片持ち梁部は、前記封止構造が前記オリフィスを封止して前記マイクロバルブを閉じるように配置される、
マイクロバルブ。
【請求項2】
前記作動ビームは圧電材料の層を備え、前記作動ビームは、前記圧電材料の層に印加される電気信号に応答して、前記閉位置と前記開位置との間で移動可能である、請求項１に記載のマイクロバルブ。
【請求項3】
前記ストッパーは、ビスフェノールＡノボラックグリシジルエーテル系フォトレジストで構成されている、請求項１に記載のマイクロバルブ。
【請求項4】
前記封止部材、前記第一の部分、および前記第二の部分のそれぞれは実質的に円筒形である、請求項１に記載のマイクロバルブ。
【請求項5】
前記封止構造は、前記オリフィスを取り囲むバルブシートをさらに備え、前記バルブシートは、前記オリフィスと重なり合って流体出口を画成する開口部を画成する、請求項１に記載のマイクロバルブ。
【請求項6】
前記封止部材は、前記オリフィスに面する封止部材表面であって、前記封止部材表面は前記オリフィスプレートの上面に実質的に平行であり、前記封止部材表面は、前記作動ビームが前記閉位置にある場合に前記バルブシートから或る距離だけ離間している、前記封止部材表面と、
前記封止部材表面から前記オリフィスプレートに向かって前記距離を延びる第一の封止ブレードであって、前記第一の封止ブレードは前記オリフィスの周囲全体を取り囲む、前記第一の封止ブレードと、を備える、請求項５に記載のマイクロバルブ。
【請求項7】
前記封止部材および前記オリフィスは実質的に円筒形であり、前記オリフィスは第一の直径の円筒形であり、前記封止部材は前記第一の直径よりも大きい第二の直径の円筒形である、請求項６に記載のマイクロバルブ。
【請求項8】
前記第一の封止ブレードは環状であり、前記第一の直径より大きく前記第二の直径より小さい第一の外径を備える、請求項７に記載のマイクロバルブ。
【請求項9】
前記バルブシートの内面と前記オリフィスの内面は、互いに実質的に位置合わせされて流体出口を形成し、前記マイクロバルブは前記流体出口の内面上に配置されるコーティングをさらに備える、請求項５に記載のマイクロバルブ。
【請求項10】
前記封止部材に面する前記バルブシートの上面、または前記バルブシートに面する前記封止部材の封止部材表面のうちの少なくとも一つを覆う適合層をさらに備える、請求項７に記載のマイクロバルブ。
【請求項11】
前記適合層は金を含む、請求項１０に記載のマイクロバルブ。
【請求項12】
噴射アセンブリであって、オリフィスプレートを備えるバルブ本体であって、前記オリフィスプレートは貫通して延在する複数のオリフィスを備えるものである、前記バルブ本体と、
複数のマイクロバルブであって、前記複数のマイクロバルブのそれぞれは、
前記オリフィスプレート上に配置され且つ対応するオリフィスから離間しているスペーサー部材と、
作動ビームであって、
前記スペーサー部材上に配置されたベース部と、
片持ち梁部であって、前記ベース部から前記対応するオリフィスに向かって延在し、その重なり合う部分が前記対応するオリフィスと重なり合うようになっている、前記片持ち梁部と
を備え、
前記作動ビームは、前記片持ち梁部が前記オリフィスに向かって曲がる閉位置と、前記片持ち梁部が前記オリフィスから離れるように曲がる開位置との間で移動するように構成されている、前記作動ビームと、
封止構造であって、
前記重なり合う部分に取り付けられ、前記対応するオリフィスに向かって延在する封止部材と、
前記封止部材の表面上に配置されたストッパーであって、前記ストッパーは、前記封止部材の表面に取り付けられた第一の部分と、前記第一の部分上に前記オリフィスプレートに近接して配置された第二の部分とを備え、前記第二の部分は前記第一の部分よりも大きな断面積を有するものである、前記ストッパーと
を備える前記封止構造と
を備える、前記複数のマイクロバルブと、
前記複数のマイクロバルブの各々に連結され、各マイクロバルブのための流体貯留部を画成する流体マニホールドと、
を備える、噴射アセンブリ。
【請求項13】
前記作動ビームは圧電材料の層を備え、前記作動ビームは、前記圧電材料の層に印加される電気信号に応答して、前記閉位置と前記開位置との間で移動可能であり、前記圧電材料の層に電気信号が印加されていない場合、前記マイクロバルブは前記閉位置にある、請求項１２に記載の噴射アセンブリ。
【請求項14】
前記封止構造は、前記オリフィスプレート上に、そのオリフィスに近接して配置されたバルブシートをさらに備え、前記バルブシートは、前記オリフィスと重なり合って流体出口を画成する開口部を画成する、請求項１２に記載の噴射アセンブリ。
【請求項15】
前記封止部材は、前記オリフィスに面する封止部材表面であって、前記封止部材表面は前記オリフィスプレートの上面に実質的に平行であり、前記封止部材表面は、前記バルブシートから或る距離だけ離間している、前記封止部材表面と、
前記封止部材表面から前記オリフィスプレートに向かって前記距離を延びる第一の封止ブレードであって、前記第一の封止ブレードは、当該第一の封止ブレードの一部が前記オリフィスの周囲に或る距離だけ離間して配置されるように、前記オリフィスの少なくとも一部を囲む、前記第一の封止ブレードと、を備える、請求項１４に記載の噴射アセンブリ。
【請求項16】
前記封止部材は、前記第一の封止ブレードを取り囲む第二の封止ブレードをさらに備える、請求項１５に記載の噴射アセンブリ。
【請求項17】
マイクロバルブであって、第一の表面および第二の表面を備えるオリフィスプレートであって、前記第一の表面から前記第二の表面へ延在するオリフィスを備えるものである、前記オリフィスプレートと、
前記オリフィスプレートに対して離間して配置された作動ビームであって、前記作動ビームはベース部と片持ち梁部とを備え、前記ベース部は前記オリフィスプレートから所定の距離だけ離れ、前記片持ち梁部は、前記ベース部から前記オリフィスに向かって延在し、その重なり合う部分が前記オリフィスと重なり合うようになっており、前記作動ビームは閉位置と開位置との間で移動可能である、前記作動ビームと、
前記作動ビーム上に配置された封止構造であって、
前記オリフィスを取り囲むバルブシートであって、前記オリフィスを取り囲んで流体出口を画成する開口部を画成するものである、前記バルブシートと、
前記片持ち梁部の前記重なり合う部分に配置された封止部材と、
前記封止部材の表面上に配置されたストッパーであって、前記ストッパーは、前記封止部材の表面に取り付けられた第一の部分と、前記第一の部分上に前記オリフィスプレートに近接して配置された第二の部分とを備え、前記第二の部分は前記第一の部分よりも大きな断面積を有するものである、前記ストッパーと、
前記封止部材の封止部材表面から前記オリフィスプレートに向かって或る距離を延びる第一の封止ブレードであって、前記第一の封止ブレードは前記オリフィスの周囲全体を取り囲み、前記封止ブレードは、前記オリフィスを封止して前記マイクロバルブを閉じるよう、前記閉位置で前記バルブシートに接触するように構成されている、前記第一の封止ブレードと
を備える、前記封止構造と
を備える、マイクロバルブ。
【請求項18】
前記封止部材は、前記第一の封止ブレードを取り囲む第二の封止ブレードをさらに備え、前記第二の封止ブレードは前記第一の封止ブレードが有する第一の外径よりも大きいが前記封止部材の直径よりも小さい第二の外径を有し、前記第一の封止ブレードと前記第二の封止ブレードとの間に環状間隙が形成される、請求項１７に記載のマイクロバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年５月１１日に出願された米国仮出願第６２／６７０，２８０号の優先権および利益を主張し、その開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１８年５月１１日に出願された米国仮出願第６２／６７０，２８０号の優先権および利益を主張し、その開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【0002】
本開示は、概ね、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術を使用して製造されるマイクロバルブの分野に関する。さらに詳細には、本開示は、工業用マーキングおよびコーディングに使用されるマイクロバルブを備える噴射アセンブリに関する。
【背景技術】
【0003】
従来の印刷技術にはいくつかの欠点がある。例えば、連続インクジェットプリンタには、排除するのが難しい特定の欠陥がある。インク供給部から液滴を生成するプロセスは、例えば、望ましくない方向に（例えば、対象物から離れて）インクが滴下する原因となり、保守要件になる可能性がある。さらに、補給液は蒸発の結果として経時的に失われ、継続的な補充を必要とする。その他の保守費用、例えば劣化によるオリフィスプレートの修理も必要となる。
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、以下のものがある（国際出願日以降国際段階で引用された文献及び他国に国内移行した際に引用された文献を含む）。
（先行技術文献）
（特許文献）
（特許文献１） 米国特許出願公開第２０１４／３３３７０３号明細書
（特許文献２） 特開昭５７－１９７１７６号公報
（特許文献３） 欧州特許出願公開第３１８７３３７号明細書
（特許文献４） 米国特許出願公開第２０１１／０７３７８８号明細書
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、以下のものがある（国際出願日以降国際段階で引用された文献及び他国に国内移行した際に引用された文献を含む）。
（先行技術文献）
（特許文献）
（特許文献１） 米国特許出願公開第２０１４／３３３７０３号明細書
（特許文献２） 特開昭５７－１９７１７６号公報
（特許文献３） 欧州特許出願公開第３１８７３３７号明細書
（特許文献４） 米国特許出願公開第２０１１／０７３７８８号明細書
【発明の概要】
【0004】
いくつかの実施形態では、マイクロバルブは、第一の表面および第二の表面を有するオリフィスプレートを備える。オリフィスプレートは、第一の表面から第二の表面へ延在するオリフィスを備える。マイクロバルブはまた、オリフィスプレートに対して離間して配置される作動ビームを備える。作動ビームは、ベース部および片持ち梁部を備える。ベース部は、オリフィスプレートから所定の距離だけ離れる。片持ち梁部は、その重なり合う部分がオリフィスと重なり合うように、ベース部から延在する。作動ビームは、閉位置と開位置との間で移動可能である。マイクロバルブはまた、片持ち梁部の重なり合う部分に配置される封止部材を備える封止構造を備える。作動ビームが閉位置にある場合、片持ち梁部は、封止構造がオリフィスを封止してマイクロバルブを閉じるように配置される。
【0005】
別の実施形態は、マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）マイクロバルブを構成する方法に関する。方法は、オリフィスを備えるオリフィスプレートを設けることを含む。方法はまた、作動ビームを設けることを含み、作動ビームはスペーサー部材およびそれに取り付けられた封止部材を有する。方法はまた、オリフィスプレートまたは封止部材のいずれかの上に封止構造の一部を形成することを含む。方法はまた、封止構造の部分を形成した後、作動ビームをオリフィスプレートに取り付け、封止部材がオリフィスプレートと位置合わせされて、封止構造は、オリフィスと作動ビームに近接する体積との間の封止を、作動ビームの閉位置で形成することを含む。
【0006】
別の実施形態は、噴射アセンブリに関する。噴射アセンブリは、貫通して延在する複数のオリフィスを有するオリフィスプレートを備えるバルブ本体を備える。噴射アセンブリはまた、複数のマイクロバルブを備える。複数のマイクロバルブのそれぞれは、オリフィスプレート上に配置され、対応するオリフィスを変位させるスペーサー部材を備える。また、複数のマイクロバルブのそれぞれは、スペーサー部材上に配置されたベース部と、ベース部から対応するオリフィスに向かって延在する片持ち梁部とを備える作動ビームを備え、その重なり合う部分が対応するオリフィスと重なり合う。作動ビームは、片持ち梁部がオリフィスに向かって曲がる閉位置と、片持ち梁部がオリフィスから離れるように曲がる開位置との間で移動するように構成される。複数のマイクロバルブのそれぞれはまた、重なり合う部分に取り付けられ、対応するオリフィスに向かって延在する封止部材を備える封止構造を備える。噴射アセンブリはまた、複数のマイクロバルブのそれぞれに連結する流体マニホールドを備え、それぞれのマイクロバルブのための流体貯留部を画成する。
【0007】
いくつかの実施形態は、第一の表面および第二の表面を備えるオリフィスプレートを備えるマイクロバルブに関する。オリフィスプレートは、第一の表面から第二の表面へ延在するオリフィスを備える。作動ビームは、オリフィスプレートに対して離間して配置される。作動ビームはベース部および片持ち梁部を備え、ベース部はオリフィスプレートから所定の距離だけ離れ、片持ち梁部はベース部からオリフィスに向かって延在し、その重なり合う部分はオリフィスと重なり合う。作動ビームは、閉位置と開位置との間で移動可能である。封止構造は、作動ビーム上に配置される。封止構造は、片持ち梁部の重なり合う部分に配置される封止部材を備える。ストッパーは封止部材の表面上に配置される。ストッパーは、封止部材の表面に取り付けられた第一の部分と、オリフィスプレートに近接して第一の部分上に配置される第二の部分とを備える。第二の部分は、第一の部分よりも大きな断面積を有する。作動ビームが閉位置にある場合、片持ち梁部は、ストッパーがオリフィスを封止してマイクロバルブを閉じるように配置される。
【0008】
別の実施形態は、第一の表面および第二の表面を備えるオリフィスプレートを備えるマイクロバルブに関する。オリフィスプレートは、第一の表面から第二の表面へ延在するオリフィスを備える。作動ビームは、オリフィスプレートに対して離間して配置される。作動ビームは、ベース部および片持ち梁部を備える。ベース部は、オリフィスプレートから所定の距離だけ離れる。片持ち梁部は、その重なり合う部分がオリフィスと重なり合うように、ベース部からオリフィスに向かって延在する。作動ビームは、閉位置と開位置との間で移動可能である。封止構造は、作動ビーム上に配置される。封止構造は、オリフィスを取り囲むバルブシートを備える。バルブシートは、オリフィスを取り囲んで流体出口を画成する開口部を画成する。封止構造は、片持ち梁部の重なり合う部分に配置される。第一の封止ブレードは、封止部材の封止部材表面からオリフィスプレートへの向かう距離を伸ばす。第一の封止ブレードは、オリフィスの周囲全体を取り囲む。封止ブレードは、流体出口を封止してマイクロバルブを閉じるために、閉位置でバルブシートに接触するように構成される。
【0009】
さらに別の実施形態は、第一の表面および第二の表面を備えるオリフィスプレートを備えるマイクロバルブに関する。オリフィスプレートは、第一の表面から第二の表面へ延在するオリフィスを備える。作動ビームは、オリフィスプレートに対して離間して配置される。作動ビームはベース部および片持ち梁部を備え、ベース部はオリフィスプレートから所定の距離だけ離れ、片持ち梁部はベース部からオリフィスに向かって延在し、その重なり合う部分はオリフィスと重なり合う。作動ビームは、閉位置と開位置との間で移動可能である。封止構造は、作動ビーム上に配置される。封止構造は、片持ち梁部の重なり合う部分に配置される封止部材を備える。狭窄部は、封止部材の端部に配置される。狭窄部は、オリフィスに面する封止部材表面を画成する。封止フラップは、狭窄部から外側方向に延在し、作動ビームが閉位置にある場合、オリフィスを封止してマイクロバルブを閉じるように構成される。
【図面の簡単な説明】
【0010】
本開示は、添付の図と併せて以下の詳細な説明からより詳細に理解されるであろう。
【0011】
【発明を実施するための形態】
【0012】
例示的な実施形態を詳細に例示する図を見る前に、本出願は、発明を実施するための形態に記載される、または図に例示される、詳細にも方法にも限定されないことを理解されたい。また、用語は、説明のみを目的としており、限定するものとしてはみなされないことも理解されたい。
【0013】
概ね、図を参照して、複数のマイクロバルブを備える噴射アセンブリを本明細書で説明する。本明細書に記載のマイクロバルブは、上に配置される封止部材を有する作動ビームを使用する。このような作動ビームを利用することにより、マイクロバルブを調整して、連続インクジェットアセンブリを含む従来技術に関連する様々な欠陥を排除または低減することが可能になる。例えば、様々な実施形態では、マイクロバルブは、作動ビームとオリフィスプレートとの間に配置されるスペーサー部材を備える。スペーサー部材は、作動ビームの第一の端部とオリフィスプレート内のオリフィスとの間隔を維持し、作動ビームのスクイーズフィルムダンピングを防止する。作動ビームは、スペーサー部材からオリフィスの上に延在し、封止部材はオリフィスに向かって延在し、オリフィスで封止を形成する。したがって、作動ビームに電気エネルギーを印加することなく、封止部材はオリフィスを封止する。換言すると、（例えば、中に含まれる材料を慎重に選択することによって構成される）作動ビームの初期位置は、マイクロバルブが閉じられることである。したがって、マイクロバルブ内に配置される流体（例えば、インク、溶媒等）は、噴射アセンブリの外部環境から封止される。これにより、液体の蒸発がなくなり、目詰まりが軽減される。さらに、蒸発の制限により、より速く乾燥するインクの使用が可能となり、これにより従来のシステムより高速で印刷ができる。
【0014】
噴射アセンブリの優れた性能を確実にするために、本明細書に記載のマイクロバルブは、作動ビームがその初期位置にある場合、オリフィスを作動ビームに近接する体積から分離する封止を形成するように構成される封止構造を備える。封止構造は、封止の形成を確実にするように設計された複数の構成要素の任意の組み合わせを備えてもよい。例えば、様々な実施形態では、封止構造は、オリフィスプレート上に、オリフィスに近接して配置されるバルブシートを備える。バルブシートは、オリフィスを取り囲み、オリフィスと重なり合って流体出口を画成する開口部を画成してもよい。封止部材は、作動ビームが初期位置の場合、バルブシートと接触してもよい。いくつかの実施形態では、バルブシートは、作動ビームの湾曲によって加えられる圧力から生じる強化された封止を形成し易いように、適合材料で構成される。
【0015】
別の態様では、封止構造は、封止部材に取り付けられる、または封止部材から延在する構成要素を備えることができる。例えば、一実施形態では、封止構造は、封止部材のオリフィスに面する表面から延在するストッパーを備える。ストッパーは、狭窄部、およびオリフィスの断面積よりも大きい断面積を有するより広い部分を備えてもよい。結果として、作動ビームは、ストッパーをオリフィスプレートに向けて押し付けて、封止を形成し易くする。代替的にまたは追加的に、封止構造は、バルブシートまたはオリフィスプレートに接触するようにオリフィスに面する表面から延在する封止ブレードを備えてもよい。封止ブレードはさらに、その比較的小さな断面積から生じる圧力によって封止を形成し易くし、これにより作動ビームにより印加される下向き圧力を一点に集中させて、密封を形成する。したがって、本明細書に記載の様々な構造は、作動ビームがその初期位置にある場合、形成される封止を強化する。
【0016】
本明細書に記載のように、用語「初期位置」は、マイクロバルブの作動ビームを説明する際に使用される場合、作動ビームへの制御信号（例えば、電荷も、電流も電圧も）を印加することなく、マイクロバルブの様々な他の構成要素に対する作動ビームの位置を記述する。換言すると、作動ビームが受動的な状態にある場合、初期位置は作動ビーム（およびそれに取り付けられた任意の構成要素）の位置である。当然のことながら、初期位置が作動ビームの開位置である別の実施形態が想定される。
【0017】
ここで図１を参照すると、例示的な実施形態による、ホルダー１５０内に配置される噴射アセンブリ１００の斜視図が示されている。噴射アセンブリ１００は、キャリア１０８に取り付けられたバルブ本体１０２を備える。ホルダー１５０は、噴射アセンブリ１００を受け入れるように構成される、その中に格納された開口部を有する実質的に円形の本体を備える。ホルダー１５０の本体は、マーキングデバイスへのホルダー１５０の取り付けを容易にするために、その周縁部から延在する切欠き１１８を備えてもよい。バルブ本体１０２は、マーキングデバイスの構成要素であってもよい。例示的な一実施形態では、バルブ本体１０２は、加圧インク供給部を備える工業用マーキングデバイスで用いられる。別の実施形態では、バルブ本体１０２または本明細書に記載のマイクロバルブのいずれかは、流体がガス（例えば、空気、窒素、酸素等）を含む空気圧用途で使用されてもよい。
【0018】
本明細書に記載のように、バルブ本体１０２は、複数のマイクロバルブに取り付けられた入力流体マニホールドを備える。マイクロバルブおよび入力流体マニホールドは、外部流体供給部から受け入れる流体を保持するように構成される流体プレナムまたは流体貯留部を形成する。別の実施形態では、バルブ本体１０２は、複数の流体プレナムを画成してもよく、各流体プレナムは、複数のマイクロバルブのうちの少なくとも一部に対応する。このような実施形態では、各流体プレナムは、多色可能な噴射アセンブリまたは多流体堆積アセンブリを提供するために、異なる色のインク（例えば、黒色、緑色、黄色、シアン等）または異なる流体で充填されてもよい。様々な実施形態では、マイクロバルブは、そこに印加される電圧に応答して移動（例えば、屈曲、湾曲、ねじれ等）し、オリフィスプレートのオリフィスにおいて流体出口を一時的に開くように構成される作動ビームを備える。結果として、液滴は、流体出口から対象物上に放出され、対象物上に所望のマーキングパターンを生成する。
【0019】
示すように、回路基板１０４は、キャリア１０８の側面に取り付けられる。回路基板１０４は、複数の電気経路を備えてもよく、バルブ本体１０２と電気コントローラとの間の接続点を（例えば、ワイヤハーネスを介して）提供してもよい。電気コントローラは、電気経路を介して制御信号を供給し、バルブ本体１０２に備えられる複数のマイクロバルブの作動ビームの動作を制御してもよい。このようなマイクロバルブの構造および機能を、本明細書により詳細に説明する。いくつかの実施形態では、回路基板１０４自体は、マイクロバルブを作動させる制御信号を生成し、提供するマイクロコントローラを備える。
【0020】
識別タグ１０６は、噴射アセンブリ１００に取り付けられる。いくつかの実施形態では、識別タグ１０６は、噴射アセンブリ１００に関する様々な形態の情報（例えば、製造情報、シリアル番号、バルブ較正情報、設定等）を格納するように構成される内部メモリを備える。例えば、一実施形態では、識別タグ１０６は、外部装置から所定の識別子を受信することに応答して、格納された情報を受信可能な方法で送信するよう構成される無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグである。このように、噴射アセンブリ１００に関する情報は、迅速かつ効率的に取得されてもよい。
【0021】
ここで図２を参照すると、例示的実施形態による、噴射アセンブリ１００の立体分解図が示されている。キャリア１０８は、前面１１０、背面１１２、および側面１２４を備える。様々な実施形態では、バルブ本体１０２は、接着剤で前面１１０に取り付けられる。背面１１２は、その上に配置されるカバー１１６を有する。カバー１１６は、バルブ本体１０２を介して対象物上に堆積するための流体（例えば、インク）用の供給ポートを提供する開口部１２０を備える。例えば、いくつかの実施形態では、流体（例えば、インク）は、開口部１２０の第一の開口部を介して（例えば、入力供給ラインまたはホースを介して）バルブ本体１０２に供給され、バルブ本体１０２を通って循環され、開口部１２０の第二の開口部を介してバルブ本体１０２から吐出される。換言すると、流体は、流体プレナムを通って再循環される。隔壁は、開口部１２０のそれぞれに配置され、そこを通る流体送達または流体戻り針の挿入を可能にするように構成されてもよく、噴射アセンブリ１００の流体封止を維持しながら流体プレナム内へ流体の連通を可能にする。特定の実施形態では、隔壁は、開口部の第一の開口部および第二の開口部のそれぞれの下に延在する単一の隔壁シートを備えてもよい。図示されていないが、いくつかの実施形態では、発熱体（例えば、抵抗素子）は、バルブ本体１０２またはキャリア１０８に近接して（例えば、その側壁の周りに、またはその側壁に連結して）配置されてもよい。発熱体を用いて、流体を所望の温度に維持するために、流体プレナム内に収容される流体（例えば、インク）を選択的に加熱してもよい。さらに、例えば、温度センサー（図示せず）、例えば熱感知抵抗器は、例えば、噴射アセンブリ１００を通って流れる流体の温度を測定するために、キャリア１０８内に設けられてもよい。
【0022】
前面１１０は、バルブ本体１０２が前面１１０に（例えば、接着剤により）堅固に取り付けられるように、バルブ本体１０２を受け入れるように構成される空洞を備える。回路基板１０４は、側面１２４を介してキャリア１０８に取り付けられる。示すように、側面１２４は取付ペグ１２６を備える。様々な実施形態では、回路基板１０４は、取付ペグ１２６の配置に対応するように配置される開口部を備え、回路基板１０４をキャリア１０８に位置合わせするために取付ペグ１２６を受け入れるように構成される。
【0023】
示すように、回路基板１０４は、それに取り付けられたフレックス回路１１４を有する。フレックス回路１１４は、回路基板１０４からある角度で延在し、前面１１０に近接してキャリア１０８に取り付けられる。バルブ本体１０２および回路基板１０４は、フレックス回路１１４が前面１１０の角境界の近傍に延在する場合、互いに垂直に配置される。回路基板１０４はまた、マーキングシステムコントローラから制御信号を受信するように構成される電気接続部材（例えば、ピン）を備えるコントローラインターフェース１２２を備える。
【0024】
本明細書に記載のように、様々な実施形態では、フレックス回路１１４は流体マニホールドとキャリア１０８との間に配置されてもよく、またはインターポーザがキャリア１０８とバルブ本体１０２との間に配置されて、フレックス回路１１４と、バルブ本体１０２に備えられる複数のマイクロバルブの電極との間の電気接続の形成を容易にしてもよい。いくつかの実施形態では、フレックス回路１１４は、取付部材１４８によって前面１１０に取り付けられる。フレックス回路１１４の開口部は、キャリア１０８の隔壁と位置合わせされ、バルブ本体１０２を介して形成される流体プレナムへの流体入口を提供する。
【0025】
ここで図３を参照すると、例示的な実施形態による、噴射アセンブリ１００の様々な構成要素の概略図が示されている。例えば、図３は、図１に示す噴射アセンブリ１００の線Ｉ－Ｉにおける断面図を示すことができる。示すように、バルブ本体１０２は、インターポーザ１７０を介してキャリア１０８の前面１１０から延在する。インターポーザ１７０は、バルブ本体１０２内で様々な構成要素の最大の性能を確実にもたらす構造支持体を提供する。示していないが、いくつかの実施形態では、適合層（例えば、シリコーンまたはゴム層）はまた、応力を緩和させるために、インターポーザ１７０の上方もしく下方に、またはスタック内の他の任意の位置に配置されてもよい。
【0026】
バルブ本体１０２は、入力流体マニホールド１６２、および入力流体マニホールド１６２に取り付けられた複数のマイクロバルブ１６４を備える。マイクロバルブ１６４および入力流体マニホールド１６２は、加圧流体供給部から（例えば、背面１１２に取り付けられたカバー１１６内の開口部１２０を介して）受け入れた流体（例えば、インクとメイクアップ流体との組み合わせ）のための流体プレナムまたは流体貯留部１６６を形成する。様々な実施形態では、流体供給部は、流体貯留部、およびキャリア１０８に連結する供給ラインを介して噴射アセンブリ１００に加圧流体を供給するように構成されるポンプを備える。様々な実施形態では、流体供給部は、マイクロバルブ１６４のうちの一つまたは複数が開いている場合、７～１５ＰＳＩに加圧された流体を供給する。例えば、一実施形態では、流体は、約１０ＰＳＩの圧力を有する。キャリア１０８は、加圧流体を受け入れ、流体を流体プレナム１６６に供給するように構成される内部空洞を備えてもよい。様々な実施形態では、圧力差は、流体プレナムと流体供給部との間で、流体をバルブ本体１０２から追い出すように維持されてもよい。
【0027】
入力流体マニホールド１６２は、流体プレナムを形成するチャネルを備えるガラス構造体を備えてもよい。一般的に、マイクロバルブ１６４は、前面１１０のオリフィスプレート上のオリフィスに対して離間して保持される作動ビームを備える。作動ビームは、制御信号（例えば、回路基板１０４上のコントローラインターフェース１２２を介して提供される電圧波形）の受信に応答して撓むように構成される圧電材料の少なくとも一つの層を備えてもよい。本明細書に記載のように、このような電気信号の印加は、マイクロバルブ１６４を開放させ、それによりオリフィスプレートで液滴が放出される。液滴は基材１９０上に噴出距離１９２噴出され、基材１９０上に所望のパターンを生成する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載のマイクロバルブ１６４または任意の他のマイクロバルブによって分注される単一の流体液滴の重量は、２００ナノグラム～３００ナノグラムの範囲であってもよい。いくつかの実施形態では、分注される単一の液滴の体積は、２００ピコリットル～３００ピコリットルの範囲であってもよい。マイクロバルブ１６４の様々な構成要素の構造および機能を、本明細書でより詳細に説明する。別の実施形態では、作動ビームは、（例えば約１ｍｍの長さを有する）ステンレススチール作動ビームを備えてもよい。さらに別の実施形態では、作動ビームは、ベース層（例えば、ベースシリコンまたはステンレス鋼層）のいずれかの面上に配置される圧電材料の二つの層を有するバイモルフビームを備えてもよい。電気信号（例えば、電圧）は、作動ビームを対応する圧電層に向かって屈曲させるために、圧電層のいずれか一つに印加されてもよい。二つの圧電層は、同一の圧電材料または異なる圧電材料を備えてもよい。特定の実施形態では、オリフィスに向かってまたはオリフィスから離れる所定の距離に作動ビームを屈曲または湾曲させるように、異なる電気信号を圧電層のそれぞれに印加してもよい。
【0028】
本明細書に記載の実施形態は、圧電材料を含む作動ビームを一般的に説明するが、別の実施形態では、任意の別の作動機構が使用されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、作動ビームは、作動ビームを移動させるための容量性カップリングを備えてもよい。別の実施形態では、作動ビームは、静電カップリングを備えてもよい。さらに別の実施形態では、作動ビームは、ビームを移動させるための磁気カップリング（例えば、電磁石によって作動させる電磁構造）を備えてもよい。さらに別の実施形態では、作動ビームは、温度変化に応答して移動するように構成される温度感受性のバイメタル板を備えてもよい。
【0029】
インターポーザ１７０は、一般的にバルブ本体１０２の様々な部分に剛性を付加する。例えば、インターポーザ１７０を、バルブ本体１０２の構成要素（例えば、オリフィスプレート、作動ビーム等）よりも剛性が高いように構成し、このような構成要素を互いに取り付けることによって、誘発される応力を相殺してもよい。例えば、インターポーザ１７０は、キャリア１０８をバルブ本体１０２に取り付けるために使用される接着剤によって誘発される応力を相殺するために、バルブ本体１０２に取り付けられてもよい。さらに、インターポーザ１７０は、入力流体マニホールド１６２とマイクロバルブ１６４との間の界面で応力を相殺してもよい。
【0030】
ここで図４Ａを参照すると、例示的実施形態による、噴射アセンブリ１００の平面図が示されている。図４Ａは、図２に示すバルブ本体１０２の線ＩＩ－ＩＩにおける平面図を示している。つまり、図４Ａは、入力流体マニホールド１６２とオリフィスプレートとの間の界面における断面図を示す。入力流体マニホールド１６２は、第一の開口部１７２および第二の開口部１７４を備える。第一の開口部１７２は、複数のマイクロバルブ１６４を露出して流体供給部から受け入れる流体を保持するように構成される流体プレナム１６６を形成する。
【0031】
示す実施例では、複数のマイクロバルブ１６４は、位置合わせされた複数の作動ビーム１７６を備える。複数の作動ビーム１７６のそれぞれは、その端に配置される封止部材１７８を有する。いくつかの実施形態では、封止部材１７８は、オリフィスプレート内のオリフィスに配置されるバルブシートと位置合わせされ、かつ接触し、いかなる電気信号も存在せずに流体プレナム１６６内に収容された流体が流体プレナム１６６から漏れ出るのを防止する。噴射アセンブリ１００は、５２個のマイクロバルブ１６４を形成する５２個の作動ビーム１７６を備えることが示されている。
【0032】
様々な実施形態では、複数の作動ビーム１７６のそれぞれは、第二の開口部１７４を介して露出される電気接続部を備えてもよい。電気接触パッド１８０は、電気接続部のそれぞれに配置される。ワイヤボンドは、電気接触パッド１８０を介して、電気接続部のそれぞれをコントローラインターフェース１２２に電気的に接続する。つまり、電気信号は、電気接触パッド１８０を介して作動ビーム１７６の各々によって受信されてもよい。いくつかの実施形態では、テープ自動ボンディング（ＴＡＢ）を用いて、電気接続部のそれぞれをコントローラインターフェースに電気的に接続してもよい。
【0033】
第一の開口部１７２と第二の開口部１７４との間の境界は、電気接触パッド１８０を、第一の開口部１７２によって形成される貯留部内に収容される流体から分離する。また有利なことに、電気接触パッド１８０は、入力流体マニホールド１６２の下に配置される。これは、作動ビーム１７６間の電気接続がキャリア１０８の内部に配置され、劣化および外部汚染から保護されることを意味する。
【0034】
電気接触パッド１８０を流体プレナム１６６に収容される流体から分離するために、接着構造体１８２は、入力流体マニホールド１６２上に配置される。接着構造体１８２は、入力流体マニホールド１６２をオリフィスプレートに連結する。図４Ａに示すように、接着構造体１８２は、第一の開口部１７２および第二の開口部１７４のそれぞれの周りに「レーストラック」を形成する。レーストラックは、入力流体マニホールド１６２とオリフィスプレートとの間に漏れ出る流体のためのバリアを提供し、および粒子が入力流体マニホールドに入るのを防止する。レーストラック型接着構造体１８２は、入力流体マニホールド１６２側またはオリフィスプレート側のうちの一方または両方に存在してもよい。例えば、レーストラックは、第一の開口部１７２および第二の開口部１７４のそれぞれの周りに、接着剤材料（例えば、ネガ型フォトレジスト、例えば、商品名ＳＵ－８で市販のビスフェノールＡノバラクグリシジルエーテル系フォトレジスト、またはポリメチルメタクリレート、ポリジメチルシロキサン、シリコーンゴム等）のいくつかの同心矩形ループで構成されてもよい。接着材料のセグメントは、矩形ループの複数のセグメントを横切って切断し、漏れ出る流体を受け入れる区画を形成してもよい。このような接着構造体１８２は、マイクロバルブ１６４と電気接触パッド１８０との間の流体分離を容易にする。別の実施形態では、接着構造体１８２は、シリコンから形成され、融着、レーザーボンディング、接着剤、共晶接合、ガラスフリット、はんだ、スティクション等により、入力流体マニホールド１６２をオリフィスプレートに接合するために使用される。接着構造体１８２は、入力流体マニホールド１６２およびそれに連結するバルブ本体１０２上に配置されてもよく、バルブ本体１０２およびそれに連結する入力流体マニホールド１６２上に配置されてもよく、または入力流体マニホールド１６２およびバルブ本体１０２のそれぞれの上に二つを連結する前に配置されてもよい。
【0035】
いくつかの実施形態では、接着構造体１８２は、通気されてもよい。例えば、図４Ｂは、接着構造体１８２ｂの概略図を示す。接着構造体１８２ｂは、ＳＵ－８、シリコン、または任意の他の好適な材料から形成されてもよく、接着構造体がレーストラック形状を有するように、複数のループ１８９ｂを備える。入力流体マニホールド１６２を取り囲む接着構造体１８２ｂの複数のループ１８９ｂのうちの最も内側のループは、閉ループを形成する。これに対して、最も内側のループの半径方向外側に配置される複数のループ１８９ｂの残りの部分は、通気孔１８３ｂ、例えばその中に画成される溝または開口部を備える。通気孔１８３ｂは、接着構造体１８２ｂの複数のループ１８９ｂの間に閉じ込められる場合がある空気が通気孔１８３ｂを通って漏れ出ることを可能にすることによって、入力流体マニホールド１６２のオリフィスプレートへ接合し易くしてもよい。図４Ｂは、通気孔１８３ｂが互いに半径方向に位置合わせされ、各ループの角に位置することを示す。別の実施形態では、一つのループの一つまたは複数の通気孔１８３ｂは、隣接するループに画成される通気孔から放射状にオフセットされてもよい。
【0036】
図４Ｂに示すように、接着構造体１８２ｂの各ループの角は、丸みを帯びてもよい。さらに、噴射アセンブリ１００に備えられる入力流体マニホールド１６２の角部、インターポーザ１７０、フレックス回路１１４、または任意の別の層もしくは構成要素は、例えば、鋭利な角部で生じる可能性がある応力集中を低減するために、丸みを帯びてもよい。
【0037】
ここで図５Ａを参照すると、例示的な実施形態による、マイクロバルブ２３０を備える噴射アセンブリ２００の断面図が示されている。いくつかの実施形態では、噴射アセンブリ２００は、図１、２、３、および４Ａ～４Ｂに関して説明した噴射アセンブリ１００の例示的実施形態である。示すように、噴射アセンブリ２００は、構造層２２２を介してバルブ本体２９８に取り付けられるキャリア２０２を備える。いくつかの実施形態では、キャリア２０２は、構造層２２２を備えてもよい。
【0038】
キャリア２０２は、上部２０４、および上部２０４の縁から延在するハウジング部２０６を備える。上部２０４は、加圧インクが供給される隔壁２０８を備える。ハウジング部２０６は、バルブ本体２９８が中に配置される空洞を画成する。バルブ本体２９８は、入力流体マニホールド２１０およびマイクロバルブ２３０を備える。示すように、入力流体マニホールド２１０およびマイクロバルブ２３０は、隔壁２０８を介して外部流体供給部から受け入れる加圧流体の体積を保持するように構成される貯留部３００を画成する。様々な実施形態では、貯留部３００内に保持される加圧流体は、液体状態にあるインクおよび別の流体の組み合わせである。
【0039】
キャリア２０２は、プラスチック、セラミック、または任意の他の好適な材料で形成されてもよい。キャリア２０２は、バルブ本体２９８に構造支持体を設けることによって、噴射アセンブリ２００を動作し易くする。例えば、いくつかの実施形態では、バルブ本体２９８の周縁部は、ハウジング部２０６の内面に配置される接着剤の層３０２によりハウジング部２０６に取り付けられる。このような接着剤は、マイクロバルブ２３０と入力流体マニホールド２１０との間の所望の相対的位置決めを維持し易くする。
【0040】
様々な実施形態では、入力流体マニホールド２１０は、噴射アセンブリ２００の別の構成要素への取り付け前に予め形成される。入力流体マニホールド２１０は、（例えば、ガラス、シリコン、シリカ等から形成される）任意の好適な厚さ（例えば、５００ミクロン）を有する本体３１０によって形成される。示すように、入力流体マニホールド２１０は、第一のアーム３３０、第二のアーム３３２、および第三のアーム３３４を備えるように予め形成されている。本明細書で使用する用語「アーム」は、入力流体マニホールド２１０を記載するために使用される場合、入力流体マニホールド２１０に含まれる開口部を分離する構造を説明するために使用される。したがって、アーム３３０、３３２、および３３４は、任意の好適な形状を有してもよい。例えば、いくつかの実施形態では、アーム３３０、３３２、および３３４は、実質的に平面の側面を有する実質的に矩形形状である。別の実施形態では、側面は、アーム３３０、３３２、および３３４は、実質的に台形形状であるように角度付けられてもよい。アーム３３０、３３２、および３３４は、任意の好適な方法（例えば、ウェットエッチングまたはドライエッチング、例えばディープ反応性イオンエッチング）を用いて、構造体（例えば、シリコンまたはガラス構造体）内に開口部を作製することによって形成されてもよい。
【0041】
示すように、第一のチャネル２１２はアーム３３０と３３２とを互いに分離し、第二のチャネル２１４はアーム３３２と３３４とを互いに分離する。示す実施形態では、第一のチャネルと第二のチャネル２１４は、実質的に直線状で互いに平行であるが、入力流体マニホールド２１０は、その上に配置されるマイクロバルブの配置のために必要に応じて配置されてもよい。第一のチャネル２１２は、マイクロバルブ２３０の作動ビーム２４０の片持ち梁部３０８の長さ３１２と所定の関係を有する幅３０４、例えば約５００～１，０００ミクロンの範囲、を有するように形成される。例えば、第一のチャネル２１２は、片持ち梁部３０８の所望の長さ３１２よりも閾値量だけ大きい幅３０４を有するように形成されてもよい。第二のチャネル２１４は、作動ビーム２４０とフレックス回路２１６との間に、その間に延在するワイヤボンド２２０を介して形成される電気接続のための手段を提供する。有利なことに、このような配置を用いて、作動ビーム２４０とフレックス回路２１６との間の電気接続を内部に取り込む。換言すると、このような構成要素間の電気接続は、キャリア２０２の外部ではなく、したがって劣化に対して脆弱性が低い。様々な実施形態では、第一のチャネル２１２および／または第二のチャネル２１４は、傾斜した側壁を有してもよい。
【0042】
示すように、第二のチャネル２１４は、封入剤２１８で実質的に充填される。封入剤２１８は、エポキシタイプまたは任意の他の好適な材料を含んでもよい。封入剤２１８は、ワイヤボンド２２０とフレックス回路２１６と作動ビーム２４０との間に形成される電気接続を覆い、ワイヤボンド２２０を物理的損傷、湿気、および腐食から保護するように構成される。したがって、封入剤２１８は、フレックス回路２１６と作動ビーム２４０との間の適切な電気接続の維持を確実にして、作動ビーム２４０にそれを動かすために電気制御信号を提供し易くし、マイクロバルブ２３０を開閉させる。
【0043】
第二のアーム３３２は、貯留部３００に収容される流体が電気接続部に到達するのを防止するバリアとして機能する。第一のチャネル２１２と第二のチャネル２１４を分離する入力流体マニホールド２１０の部分３１４は、貯留部３００に収容される流体が電気接続部に到達するのを防止するバリアとして機能する。つまり、入力流体マニホールド２１０は、外部流体供給部から受け入れる加圧流体用の貯留部３００と、加圧流体と噴射アセンブリ２００内に収容される任意の電気接続部との間の絶縁バリアとの両方の機能をする。第一チャネル２１２および第二のチャネル２１４は、（例えば、サンドブラスト、物理的または化学的エッチング、ドリル加工による）任意の好適なプロセスを用いて形成されてもよい。いくつかの実施形態では、入力流体マニホールド２１０は、ガラスで構成されるよりもむしろ、シリコン、シリカ、セラミック、または任意の他の好適な材料で構成される。いくつかの実施形態では、入力流体マニホールド２１０は、ガラスフリット、はんだ、または任意の他の好適な接着剤によりマイクロバルブ２３０に接合してもよい。
【0044】
図５Ａを引き続き参照すると、マイクロバルブ２３０は、作動ビーム２４０に取り付けられたオリフィスプレート２５０を備える。オリフィスプレート２５０は、任意の好適な材料、例えば、ガラス、ステンレス鋼、ニッケル、電気めっきされた金属（例えば、ステンレス鋼）の別の層を有するニッケル、ポリイミド（例えば、カプトン）、またはネガ型フォトレジスト（例えば、ＳＵ－８、ポリメチルメタクリレート等）から形成されてもよい。いくつかの実施形態では、オリフィスプレート２５０は実質的に平坦であってもよく、例えば、オリフィスプレート２５０が実質的に反りも曲げも無いように、少なくとも１５ｍｍのオリフィスプレート２５０の長さおよび幅にわたって３ミクロン未満の変動係数の平坦性を有してもよい。さらに、オリフィスプレート２５０は、任意の好適な厚さを有してもよい。いくつかの実施形態では、オリフィスプレート２５０は、３０ミクロン～６０ミクロンの範囲（３０、４０、５０、または６０ミクロン）の厚さを有してもよい。別の実施形態では、オリフィスプレート２５０は、１００ミクロン～４００ミクロンの範囲（例えば、１００、１５０、２００、２５０、３００、３５０、または４００ミクロン）の厚さを有してもよい。より厚いオリフィスプレート２５０は、より平坦なオリフィスプレートを実現し易くしてもよい。
【0045】
オリフィスプレート２５０は、実質的に平面状であり、その表面の間に延在するオリフィス２６０を備える。様々な実施形態では、オリフィス２６０は、実質的に円筒形であり、オリフィスプレート２５０の表面に垂直または実質的に垂直である中心軸を有する。バルブシート２７０は、オリフィスプレート２５０の内面３１６上にオリフィス２６０に近接して配置される。様々な実施形態では、バルブシート２７０は、オリフィス２６０を囲むまたは実質的に囲む適合材料からなる。いくつかの実施形態では、バルブシート２７０は、エポキシ系接着剤、例えばＳＵ－８フォトレジストで構成される。別の実施形態では、バルブシート２７０は、成形可能なポリマー、例えばポリジメチルシロキサンまたはシリコーンゴムから形成されてもよい。さらに別の実施形態では、バルブシート２７０は、非適合材料、例えばシリコンから形成されてもよい。いくつかの実施形態では、適合層、例えば金層は、作動ビーム２４０が接触するバルブシート２７０の表面上に配置されてもよい。バルブシート２７０は、オリフィス２６０と実質的に位置合わせされた内部開口部３１８を画成し、貯留部３００内に収容される加圧流体のための出口を形成する。特定の実施形態では、バルブシート２７０は除外される場合がある。
【0046】
示すように、作動ビーム２４０は、ベース部３０６および片持ち梁部３０８を備える。ベース部３０６は、第一のチャネル２１２と第二のチャネル２１４を分離する入力流体マニホールド２１０の部分３１４の下に延在する。示すように、ベース部３０６は、第二のチャネル２１４と重なり合う領域に電気接続部２９４を備える。電気接続部２９４は、電極を備え、その電極を通って、ワイヤボンド２２０を介してフレックス回路２１６と電気的接続が形成される。片持ち梁部３０８は、入力流体マニホールド２１０の部分３１４から貯留部３００内に延在する。示すように、片持ち梁部３０８は、スペーサー部材２８０上に配置され、結果として、オリフィスプレート２５０から空間的に分離される。したがって、電気接続部２９４を介して電気信号が作動ビーム２４０に印加された結果として、作動ビーム２４０はオリフィスプレート２５０に向かって曲がって、および／またはオリフィスプレート２５０から離れことができるように、片持ち梁部３０８の両側に空間がある。スペーサー部材２８０は、作動ビームのスクイーズフィルムダンピングを防止するように構成される。
【0047】
片持ち梁部３０８は、片持ち梁部が貯留部３００の境界から所定の距離だけ延在するように、長さ３１２を有する。様々な実施形態では、所定の距離は、特に片持ち梁部３０８の一部２９２がバルブシート２７０およびオリフィス２６０と重なり合うように選択される。封止部材２９０は、オリフィス２６０と重なり合う作動ビーム２４０の一部２９２から延在する。いくつかの実施形態では、封止部材２９０は、オリフィス２６０の形状に実質的に対応する形状を有するように構成される。例えば、一実施形態では、オリフィス２６０および封止部材２９０の両方が実質的に円筒形であり、封止部材２９０がより大きい外径を有する。このような構成は、封止部材２９０とバルブシート２７０との間に封止を形成することを可能にするために、封止部材２９０が、オリフィス２６０の全体を覆い易くする。別の実施形態では、オリフィス２６０は、任意の他の形状、例えば、星形、正方形、矩形、多角形、楕円形、または非対称形状を有してもよい。特定の実施形態では、バルブシート２７０は、封止部材２９０を受けるように凹部のサイズおよび形状を画成してもよい。様々な実施形態では、オリフィスプレート２５０およびしたがってオリフィス２６０は、非湿潤（例えば、疎水性）材料、例えば、シリコンまたはテフロン（登録商標）から形成されてもよい。別の実施形態では、非湿潤（例えば、疎水性）コーティングは、オリフィス２６０の内壁もしくは表面上、またはバルブシート２７０およびオリフィス２６０によって形成される流体出口に配置されてもよい。このようなコーティングとしては、例えば、テフロン（登録商標）、ナノ粒子、親油性コーティング、または任意の他の好適なコーティングを挙げることができる。
【0048】
様々な実施形態では、スペーサー部材２８０および封止部材２９０は、同一の材料から構成され、同等または実質的に同等の厚さ３２０および３２２（例えば、シリコン、ＳＵ－８、シリコンゴム、ポリメチルメタクリレート等）を有する。このような実施形態では、作動ビーム２４０がオリフィスプレート２５０に平行に延在する場合、スペーサー部材２８０の下面と封止部材２９０の下面は互いに位置合わせされている。作動ビーム２４０が（本明細書に記載のように）閉位置に配置される場合、封止部材２９０の表面はバルブシート２７０に接触して、オリフィス２６０に形成される流体出口を閉じる（例えば、封止部材２９０の封止部材面は、バルブシート２７０が存在しない場合、スペーサー部材２８０の下面の下に約２ミクロン延在するように構成されてもよい）。バルブシート２７０および封止部材２９０は、作動ビーム２４０が閉位置に配置される場合（例えば、ワイヤボンド２２０を介して電気信号が作動ビーム２４０から除去されるか、または作動ビーム２４０に印加される場合）、封止部材２９０の十分な表面積がバルブシート２７０に接触し、流体が貯留部３００からオリフィス２６０に移動するのを防止するように寸法設定される。例えば、封止部材２９０は、バルブシート２７０よりも大きい直径あるいは断面を有してもよい。別の実施形態では、封止部材２９０は、バルブシート２７０よりも小さい直径あるいは断面を有してもよい。いくつかの実施形態では、適合材料（例えば、金層）は、バルブシート２７０に接触するように構成される封止部材２９０の表面上に配置されてもよい。
【0049】
噴射アセンブリ２００の様々な態様は、バルブシート２７０と封止部材２９０との間の適切な封止を確実に形成するように設計される。例えば、入力流体マニホールド２１０上に配置される構造層２２２は、マイクロバルブ２３０の構成要素を互いに連結し、およびマイクロバルブ２３０をハウジング部２０６に連結する接着剤によりその上に誘起される応力から生じるオリフィスプレート２５０の反りを防止する。様々な実施形態では、構造層２２２は、この機能を実行するためにオリフィスプレート２５０よりも高い剛性を有するように構成される。構造層２２２は、シリコンまたは任意の他の好適な材料で構成されてもよい。示すように、構造層２２２は、その主要部分から延在する突起部２２４を備える。突起部２２４は、入力流体マニホールド２１０の上面に（例えば、第一のチャネル２１２と第二のチャネル２１４の境界に）取り付けられる。特定の実施形態では、突起部２２４は省略される。封止は、例えば、構造層２２２とフレックス回路２１６との間に配置される接着剤によって突起部２２４で形成される。突起部２２４は、入力流体マニホールド２１０の上方にクリアランスを提供する。このようなクリアランスは、ワイヤボンド２２０とフレックス回路２１６との間の全ての接触点を完全に覆う封入剤２１８を配置し易くする。いくつかの実施形態では、剛性がキャリア２０２によってもたらされるように、キャリア２０２は構造層２２２を備えてもよい。
【0050】
別の態様では、作動ビーム２４０は、閉位置にある場合、バルブシート２７０と封止部材２９０との間の界面に密封が形成されるように構成される。作動ビーム２４０は、圧電材料の少なくとも一つの層を備えてもよい。圧電材料の層は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）または任意の好適な材料を含んでもよい。圧電材料の層は、それに電気的に接続する電極を有する。様々な実施形態では、ワイヤボンド２２０は、フレックス回路２１６からの電気信号が電極を介して圧電材料の層に提供されるように、前述の電極に取り付けられる。電気信号は、作動ビーム２４０をその初期位置に対して移動（例えば、屈曲、回転等）させる。他の実施形態では、作動ビーム２４０は、（例えば、約１ｍｍの長さを有する）ステンレス鋼作動ビームを備えてもよい。さらに別の実施形態では、作動ビーム２４０は、ベース層（例えば、ベースシリコン層）のいずれかの面上に配置される圧電材料の二つの層を有するバイモルフビームを備えてもよい。電気信号（例えば、電圧）は、作動ビームを対応する圧電層に向かって屈曲させるために、圧電層のいずれか一つに印加されてもよい。二つの圧電層は、同一の圧電材料または異なる圧電材料を備えてもよい。特定の実施形態では、所定の距離に作動ビームを屈曲または湾曲させるように、異なる電気信号を圧電層のそれぞれに印加してもよい。
【0051】
示すように、ワイヤボンド２２０は、その電気接続部２９４において作動ビーム２４０に取り付けられる。電気接続部２９４は、作動ビーム２４０内の少なくとも一つの電極に導電的に接続するワイヤボンディングパッド（例えば、金、白金、ルビジウム等から構成される）を備える。有利には、電気接続部２９４は、作動ビーム２４０の片持ち梁部から離される。換言すると、電気接続部２９４は、入力流体マニホールド２１０と作動ビーム２４０との間の接続点に形成される封止により、噴射アセンブリ２００に収容される流体から分離される。いくつかの実施形態では、ワイヤボンド２２０および／または封入剤２１８は、オリフィスプレート２５０内に設けられる開口部を通って経路から出されてもよい。
【0052】
様々な実施形態では、作動ビーム２４０は、閉位置がその初期位置であるように構成される。換言すると、作動ビーム２４０内の様々な層は、貯留部内に収容される加圧流体により印加される力の結果として、オリフィス２６０に向かって作動ビームが曲がるように構成される。作動ビーム２４０内のチューニング層は、オリフィスに向かって作動ビームに湾曲を生じさせるために圧縮応力状態になるように構成されてもよい。このような湾曲の結果として、封止部材２９０は、例えば、流体出口を閉じるために作動ビーム２４０に印加される電気信号が全く存在しないで、バルブシート２７０に接触する。湾曲度は、作動ビーム２４０が初期位置にある状態で、封止部材２９０とバルブシート２７０との間の界面において密封を形成するように、特に選択されてもよい。有利なことに、このような初期封止は、噴射アセンブリ２００に収容される流体の蒸発を防止し、それは詰まりおよび他の欠陥を防止する。
【0053】
図５Ａに示すように、作動ビーム２４０は、オリフィスプレート２５０から離れる方向に屈曲される。このような屈曲の達成は、フレックス回路２１６を介して電気信号を作動ビーム２４０へ印加することに起因する。例えば、フレックス回路２１６は、作動ビーム２４０に伝えられる電気信号を供給する外部コントローラに電気的に接続していてもよい。
【0054】
図５Ａに例示のように、電気信号の印加は、作動ビーム２４０をその初期位置から一時的に離す。例えば、様々な実施形態では、作動ビーム２４０は、封止部材２９０の封止部材表面の一部がバルブシート２７０の上面から少なくとも１０ミクロンであるように、オリフィス２６０から離れる方向に上方に移動する。一実施形態では、封止部材表面の中心部は、その振動パターンのピークでバルブシート２７０から約１５ミクロンである。結果として、バルブシート２７０と封止部材２９０との間に開口部が一時的に形成される。開口部は、流体体積がオリフィス２６０に入り、オリフィスプレート２５０の外表面において液滴を形成する経路を提供する。液滴は基材上に堆積され、噴射アセンブリ２００のマイクロバルブ２３０のそれぞれの作動ビーム２４０のそれぞれに送られる制御信号によって決定されるパターンを形成する。理解されるように、周波数であって、周波数により作動ビーム２４０がその初期位置からある位置、例えば図５に示す位置へ移動する、周波数は、実装に応じて変化してもよい。例えば、一実施形態では、作動ビーム２４０は、約１２ｋＨｚの周波数で振動する。しかし別の実装では、作動ビーム２４０は、より低い周波数（例えば、１０ｋＨｚ）またはより高い周波数（例えば、２０ｋＨｚ）で発振してもよい。
【0055】
ここで図５Ｂを参照すると、例示的な実施形態による、マイクロバルブ２３０ｂを備える噴射アセンブリ２００ｂの断面図が示されている。いくつかの実施形態では、噴射アセンブリ２００ｂは、図１、２、３、および４Ａ～４Ｂに関して説明した噴射アセンブリ１００の例示的実施形態である。示すように、噴射アセンブリ２００ｂは、インターポーザ２２２ｂを介してバルブ本体２９８ｂに取り付けられるキャリア２０２ｂを備える。
【0056】
キャリア２０２ｂは、上部２０４ｂ、および上部２０４ｂの縁から延在するハウジング部２０６ｂを備える。流体チャネル２１１ｂは、上部２０４ｂに設けられる。隔壁２０８ｂ（例えば、ゴムまたは発泡体隔壁）は流体チャネル２１１ｂの入口に配置され、フィルター２１３ｂは流体チャネル２１１ｂの出口に配置される。カバー２０３ｂ（例えば、プラスチックまたはガラスカバー）は、隔壁２０８ｂがキャリア２０２ｂとカバー２０３ｂとの間に配置され、その間に固定されるように、キャリア２０２ｂ上に配置される。開口部２０９ｂは、カバー２０３ｂ内に画成されてもよく、流体チャネル２１１ｂの入口に対応する。流体コネクター１０ｂは、カバー２０３ｂまたは流体チャネル２１１ｂの入口に連結する。流体コネクター１０ｂは、挿入針１２ｂを備え、挿入針１２ｂは、隔壁２０８ｂを貫通し、それを通って流体チャネル２１１ｂ内に配置されるように構成される。流体コネクター１０ｂは、加圧流体（例えば、インク）を、挿入針１２ｂを通して噴射アセンブリ２００ｂの入力流体マニホールド２１０ｂに注入するように構成される。さらに、フィルター２１３ｂは、流体が貯留部３００ｂ内に連通する前に、流体から粒子を濾過するように構成される。いくつかの実施形態では、挿入針１２ｂは、非湿潤（例えば、疎水性材料、例えばテフロン（登録商標））から形成されてもよく、または非湿潤でコーティングされてもよい。別の実施形態では、挿入針１２ｂは発熱体を備えてもよく、または挿入針１２ｂを加熱するように電流が挿入針１２ｂに提供されてもよく、それによってそれを通って流体が貯留部３００ｂ内に流れる。さらに別の実施形態では、金属針または任意の他の発熱体は、中に収容する流体を加熱するために、入力流体マニホールド２１０ｂ内に設けられてもよい。流体チャネル２１１ｂのみを備えると示されているが、いくつかの実施形態では、キャリア２０２ｂはまた、流体がキャリア２０２ｂから引き出されるように、すなわち、流体がキャリア２０２ｂを通って循環されるように第二の流体チャネルを画成してもよい。
【0057】
ハウジング部２０６ｂは、バルブ本体２９８ｂが中に配置される空洞または境界を画成する。バルブ本体２９８は、入力流体マニホールド２１０ｂおよびマイクロバルブ２３０ｂを備える。示すように、入力流体マニホールド２１０ｂおよびマイクロバルブ２３０ｂは、隔壁２０８ｂを介して外部流体供給部から受け入れる加圧流体の体積を保持するように構成される貯留部３００ｂを画成する。様々な実施形態では、貯留部３００ｂ内に保持される加圧流体は、液体状態にあるインクおよび別の流体の組み合わせである。
【0058】
様々な実施形態では、入力流体マニホールド２１０ｂは、噴射アセンブリ２００ｂの別の構成要素への取り付け前に予め形成される。流体マニホールド２１０ｂは、任意の好適な厚さ（例えば、５００ミクロン）を有するガラス本体３１０ｂによって形成されてもよい。示すように、入力流体マニホールド２１０ｂは、第一のチャネル２１２ｂおよび第二のチャネル２１４ｂを備えるように予め形成されている。第一のチャネル２１２ｂは、マイクロバルブ２３０ｂの作動ビーム２４０ｂの片持ち梁部３０８ｂの長さ３１２ｂと所定の関係を有する幅３０４ｂを有するように形成される。第二のチャネル２１４ｂは、作動ビーム２４０ｂとフレックス回路２１６ｂとの間に、間に延在するワイヤボンド２２０ｂを介して形成される電気接続のための経路を提供する。
【0059】
示すように、第二のチャネル２１４ｂは、封入剤２１８ｂで実質的に充填される。封入剤２１８ｂは、フレックス回路２１６ｂと作動ビーム２４０ｂとの間の適切な電気接続の維持を確実にして、作動ビーム２４０ｂにそれを動かすために電気制御信号を送り易くし、マイクロバルブ２３０ｂを開閉させ、本明細書に前述したように、ワイヤボンド２２０ｂを物理的損傷または湿気から保護する。
【0060】
第一のチャネル２１２ｂと第二のチャネル２１４ｂを分離する入力流体マニホールド２１０ｂの部分３１４ｂは、貯留部３００ｂに収容される流体が電気接続部に到達するのを防止するバリアとして機能する。つまり、入力流体マニホールド２１０ｂは、外部流体供給部から受け入れる加圧流体用の貯留部３００ｂと、加圧流体と噴射アセンブリ２００ｂ内に収容される任意の電気接続部との間の絶縁バリアとの両方の機能をする。
【0061】
マイクロバルブ２３０ｂは、作動ビーム２４０ｂに取り付けられたオリフィスプレート２５０ｂを備える。オリフィスプレート２５０ｂは、実質的に平面状であり、その表面の間に延在するオリフィス２６０ｂを備える。バルブシート２７０ｂは、オリフィスプレート２５０ｂの内面３１６ｂ上にオリフィス２６０ｂに近接して配置される。バルブシート２７０ｂは、オリフィス２６０ｂと実質的に位置合わせされた内部開口部３１８ｂを画成し、貯留部３００ｂ内に収容される加圧流体のための出口を形成する。特定の実施形態では、バルブシート２７０ｂは除外される場合がある。いくつかの実施形態では、オリフィスプレート２５０ｂまたは本明細書に記載の任意の他のオリフィスプレートも接地されてもよい。例えば、電気接地コネクター２９５ｂ（例えば、ボンディングパッド、例えば金ボンドパッド）は、オリフィスプレート２５０ｂ上に設けられ、オリフィスプレート２５０ｂが（例えば、システム接地への電気結合を介して）電気的に接地されることができるように構成されてもよい。
【0062】
作動ビーム２４０ｂは、ベース部３０６ｂおよび片持ち梁部３０８ｂを備える。ベース部３０６ｂは、第一のチャネル２１２ｂと第二のチャネル２１４ｂを分離する入力流体マニホールド２１０ｂの部分３１４ｂの下に延在する。示すように、ベース部３０６ｂは、第二のチャネル２１４ｂと重なり合う領域に電気接続部２９４ｂを備える。電気接続部２９４ｂは、電極を備え、その電極を通って、ワイヤボンド２２０ｂを介してフレックス回路２１６ｂと電気的接続が形成される。片持ち梁部３０８ｂは、入力流体マニホールド２１０ｂの部分３１４ｂから貯留部３００ｂ内に延在する。示すように、片持ち梁部３０８ｂは、スペーサー部材２８０ｂ上に配置され、結果として、オリフィスプレート２５０ｂから空間的に分離される。
【0063】
片持ち梁部３０８ｂは、片持ち梁部が貯留部３００ｂの境界から所定の距離だけ延在するように、長さ３１２ｂを有する。様々な実施形態では、所定の距離は、特に片持ち梁部３０８ｂの一部２９２ｂがバルブシート２７０ｂおよびオリフィス２６０ｂと重なり合うように選択される。封止部材２９０ｂは、オリフィス２６０ｂと重なり合う作動ビーム２４０ｂの一部２９２ｂから延在する。いくつかの実施形態では、封止部材２９０ｂは、オリフィス２６０ｂの形状に実質的に対応する形状を有するように構成される。
【0064】
フレックス回路２１６ｂは、ガラス本体３１０ｂおよび入力流体マニホールド２１０ｂの部分３１４ｂ上に配置され、第一の接着層２２１ｂ（例えば、ＳＵ－８、シリコーンゴム、接着剤、エポキシ等）を介してそれに連結する。インターポーザ２２２ｂは、第一の接着層２２１ｂを介して上部２０４ｂと入力流体マニホールド２１０ｂとの間に間隙を形成するように、キャリア２０２ｂの上部２０４ｂと入力流体マニホールド２１０ｂとの間に配置される。これにより、封入剤２１８を配置するための空間が十分となり、入力流体マニホールド２１０ｂの体積が増加する。図５Ｂに示すように、インターポーザ２２２ｂは、第二接着層２２３ｂ（例えば、ＳＵ－８、シリコーン、または任意の他の接着剤）を介して、フレックス回路２１６ｂの一部上に配置され、それに連結する。さらに、インターポーザ２２２ｂは、キャリア２０２ｂの上部２０４ｂの側壁にマイクロバルブ２３０ｂに近接して、第三の接着層２２５ｂ（例えば、ＳＵ－８、シリコーン、または任意の他の接着剤）を介して連結する。
【0065】
インターポーザ２２２ｂは、強力で剛性のある材料（例えば、プラスチック、シリコン、ガラス、セラミック等）から形成され、入力流体マニホールド２１０ｂ上に配置されてもよく、マイクロバルブ２３０ｂの構成要素を互いに連結し、マイクロバルブ２３０ｂをハウジング部２０６ｂに連結する接着剤を介してその上に誘起される応力から生じるオリフィスプレート２５０ｂの反りを防止する。様々な実施形態では、インターポーザ２２２ｂは、この機能を実施するためにオリフィスプレート２５０ｂよりも高い剛性を有するように構成される。
【0066】
別の態様では、作動ビーム２４０ｂは、閉位置にある場合、バルブシート２７０ｂと封止部材２９０ｂとの間の界面に密封が形成されるように構成される。作動ビーム２４０ｂは、圧電材料（例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）または任意の好適な材料）のうちの少なくとも一つの層を備えてもよい。圧電材料の層は、それに電気的に接続する電極を有し、ワイヤボンド２２０ｂは、フレックス回路２１６ｂからの電気信号が電極を介して圧電材料の層に提供されるように、前述の電極に取り付けられる。電気信号は、作動ビーム２４０ｂをその初期位置に対して移動（例えば、屈曲、回転等）させる。
【0067】
示すように、ワイヤボンド２２０ｂは、その電気接続部２９４ｂにおいて作動ビーム２４０ｂに取り付けられ、図５Ａの噴射アセンブリ２００に関して説明したワイヤボンド２２０と実質的に同様である。様々な実施形態では、作動ビーム２４０ｂは、図５Ａの作動ビーム２４０に関して詳細に記載のように、閉位置がその初期位置であるように構成される。
【0068】
図５Ｂに示すように、作動ビーム２４０ｂは、オリフィスプレート２５０ｂから離れる方向に屈曲される。このような屈曲の達成は、フレックス回路２１６ｂを介して電気信号を作動ビーム２４０ｂへ印加することに起因する。例えば、フレックス回路２１６ｂは、キャリア２０２ｂの側壁に沿って作動ビーム２４０ｂの長手方向軸に垂直に延在する回路基板２１５ｂ（例えば、プリント回路基板）に電気的に接続してもよい。識別タグ２１７ｂ（例えば、識別タグ１０６）は、回路基板２１５ｂとキャリア２０２ｂの側壁との間に配置されてもよい。電気コネクター２１９ｂは、回路基板２１５ｂに電気的に結合し、回路基板２１５ｂを介して作動ビーム２４０ｂに伝えられる電気信号を供給する外部コントローラに、フレックス回路２１６ｂを電気的に接続するように構成される。
【0069】
図５Ｂに例示のように、電気信号の印加は、作動ビーム２４０ｂをその初期位置から一時的に離す。図５Ａの作動ビーム２４０に関して詳細に記載のように、例えば、様々な実施形態では、作動ビーム２４０ｂは、封止部材２９０ｂの封止部材面の一部がバルブシート２７０ｂの上面から少なくとも１０ミクロンであるように、オリフィス２６０ｂから離れる方向に上方に移動する。
【0070】
ここで図６を参照すると、例示的な実施形態による、図５Ａに関して説明した噴射アセンブリ２００の様々な構成要素を示すより詳細な図が示されている。示すように、作動ビーム２４０は、作動部２４２、チューニング層２４４、および不活性層２４６を備える。不活性層２４６は、チューニング層２４４および作動部２４２のベースとして機能する。作動部２４２およびチューニング層２４４の構造は、図７に関してより詳細に記載されている。いくつかの実施形態では、不活性層２４６は、シリコンまたは他の好適な材料で構成される。いくつかの実施形態では、不活性層２４６、スペーサー部材２８０、および封止部材２９０は全て同一の材料（例えば、シリコンウェーハからモノリシックに形成される）で構成される。例示的実施形態では、不活性層２４６、スペーサー部材２８０、および封止部材２９０は、二重シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウェーハから形成される。
【0071】
スペーサー部材２８０は、二つの周辺層の間に挿入される中間層を備えることが示されている。例示的な実施形態では、中間層および不活性層２４６は、二重ＳＯＩウェーハの二つのシリコン層を備え、周辺層はシリコン酸化物層を含む中間層の両側に配置される。この実施例では、封止部材２９０およびスペーサー部材２８０は、作動部２４２の反対側の二重ＳＯＩウェーハの表面をエッチングすることによって形成される。酸化物層は、エッチングプロセスを一度制御または停止する役割をし、例えば、スペーサー部材２８０を形成する中間層の全体が、スペーサー部材２８０と封止部材２９０を分離する領域内で除去される。このようなプロセスは、スペーサー部材２８０および封止部材２９０の幅および厚さの両方に対する正確な制御を提供する。
【0072】
理解されるように、封止部材２９０のサイズは、作動ビーム２４０の共振周波数に寄与してもよい。作動ビーム２４０の端部に、またはその近くに配置される材料の量が多いと、一般的に作動ビームの共振周波数が低くなる。さらに、このようなより大きな量の材料は、作動ビーム２４０に接触する加圧流体から誘導される作動ビーム２４０の初期湾曲に影響を与えるであろう。したがって、封止部材２９０の所望のサイズは、作動ビーム２４０の様々な他の設計の選択に影響を与える。このような設計の選択は、図７Ａに関してより詳細に記載されている。いくつかの実施形態では、封止部材２９０は、オリフィス２６０の寸法に基づいてサイズ決めされる。いくつかの実施形態では、封止部材２９０は、実質的に円筒形であり、オリフィス２６０の直径の約１．５倍の直径を有する。例えば、一実施形態では、封止部材２９０は、オリフィス２６０が約６０ミクロンの直径を有する場合、約９０ミクロンの直径を有する。このような構成は、封止部材２９０がバルブシート２７０に接触するとオリフィス２６０を完全に覆うように、封止部材２９０とオリフィス２６０との間の位置合わせを容易にする。別の実施形態では、封止部材２９０は、オリフィス２６０の表面積の約二倍の表面積を有するようにサイズ決めされる（例えば、スペーサー部材２８０は約１５０ミクロンの直径を有してもよく、オリフィス２６０は直径約７５ミクロンである）。このような実施形態は、封止部材２９０とオリフィス２６０との位置合わせに、より大きな許容差を提供し、バルブシート２７０と封止部材２９０との間の封止を生成し易くする。別の実施形態では、封止部材２９０の直径は、オリフィス２６０の直径の２倍、２．５倍、３倍、３．５倍、または４倍であってもよい。様々な実施形態では、オリフィス２６０の長さの直径に対する比は、１：１～１５：１の範囲内であってもよい。比率は、オリフィスを通して吐出される流体液滴の形状、サイズ、および／または体積に影響を与えている可能性があり、特定の用途に基づいて変化してもよい。
【0073】
有利なことに、スペーサー部材２８０と封止部材２９０との間の間隙３２４は、作動ビーム２４０とオリフィスプレート２５０との間の分離体積３２６を生成する。分離体積３２６は、作動ビーム２４０の振動のスクイーズフィルムダンピングを防止する。換言すると、オリフィスプレート２５０と作動ビーム２４０との間の不十分な分離は、作動ビーム２４０がオリフィス２６０を開閉するにつれて、分離体積３２６に出入りしなければならない流体から生じる抗力につながる。スペーサー部材２８０を介して生成されるより大きな分離体積を有することにより、このような抗力は低減され、したがって作動ビーム２４０はより速い周波数で振動し易い。
【0074】
引き続き図６を参照すると、オリフィスプレート２５０は、ベース層２５２および中間層２５４を備える。例えば、一実施形態では、ベース層２５２はシリコン層を備え、中間層２５４はシリコン酸化物層を備える。示す実施形態では、オリフィス２６０に近接する中間層２５４の一部が取り除かれ、バルブシート２７０の第一の部分がベース層２５２上に直接配置され、バルブシート２７０の第二の部分が中間層２５４上に配置される。別の実施形態では、中間層２５４はオリフィス２６０の境界までずっと延在し、バルブシート２７０は中間層２５４上に配置されることを理解されたい。さらに別の実施形態では、中間層２５４の除去される部分は、バルブシート２７０がベース層２５２上に完全に配置されるように、バルブシート２７０の断面と等しいか、またはそれよりも大きい断面を有してもよい。
【0075】
スペーサー部材２８０とバルブシート２７０との間の空間的関係の重要度により、スペーサー部材２８０のオリフィスプレート２５０への取り付けは、作動ビーム２４０とオリフィスプレート２５０との間の結果として生じる距離を正確に制御できる方法で実施されてもよい。示すように、接着層２５６を使用して、スペーサー部材２８０をオリフィスプレート２５０に取り付ける。様々な実施形態では、エポキシ系接着剤（例えば、ＳＵ－８、ポリメチルメタクリレート、シリコーン等）の正確な量が中間層２５４に塗布され、その後、その上にスペーサー部材２８０と作動ビーム２４０との組み合わせが配置される。次に接着剤を硬化させて、正確に制御された厚さを有する接着層２５６を形成する。例えば、いくつかの実施形態では、スペーサー部材２８０の最下層表面は、バルブシート２７０の上面と実質的に位置合わせされる。作動ビーム２４０が初期位置にある場合、このような表面間の任意の所望の関係を取得して、封止部材２９０とバルブシート２７０との間の適切な封止を生成することができる。様々な実施形態では、接着層２５６およびバルブシート２７０は、単一のフォトリソグラフィープロセスにおいて同一の材料（例えば、ＳＵ－８）から形成されてもよい。
【0076】
様々な実施形態では、作動ビーム２４０とオリフィスプレート２５０が接着剤層２５６を介して（例えば、マイクロバルブ２３０を形成するために）互いに取り付けられると、別の接着剤層２４８が作動ビーム２４０の周辺部に適用される。別の接着層２４８を使用して、入力流体マニホールド２１０を作動ビーム２４０に取り付ける。構造層２２２（またはインターポーザ２２２ｂ）は、入力流体マニホールド２１０上に配置され、第二の接着層２２５を介してそれに連結してもよい。いくつかの実施形態では、別の接着層２４８および第二の接着層２２５は、接着層２５６と同じ材料を含んでもよい。
【0077】
図６に関して示す実施例では、マイクロバルブ２３０は、様々な構成要素を備える封止構造５００を備え、それにより封止が形成されてオリフィス２６０を作動ビーム２４０に近接する体積５０２から分離する。示す実施例では、封止構造５００は、封止部材２９０およびバルブシート２７０を備える。本明細書に記載のように、作動ビーム２４０は、封止部材２９０のオリフィスに面する表面５０４が、バルブシート２７０の上面と接触して、バルブシート２７０と封止部材２９０との間のインターフェースで封止を形成するように構成される。封止は、オリフィス２６０を体積５０２から分離し、作動ビーム２４０に電気信号が印加されない場合、最小限の流体が噴射アセンブリ２００から漏れ出るようにする。封止構造５００のいくつかの代替物を、本明細書に詳細に説明する。別の実施形態では、オリフィス２６０を流体的に封止するために、封止構造５００のオリフィスに面する表面がオリフィスプレート２５０に接触するように、バルブシート２７０は除外されてもよい。
【0078】
ここで図７Ａを参照すると、例示的な実施形態による作動ビーム２４０のより詳細な図が示され、図は縮尺通りではない。示すように、作動ビーム２４０は、不活性層２４６、チューニング層２４４、バリア層４００、第一の電極部４０２、作動部２４２、第二の電極部４０４、およびパッシベーション構造体４０６を備える。理解されるように、様々な別の実施形態では、作動ビーム２４０は、より多くの層またはより少ない層を備えてもよい。
【0079】
いくつかの実施形態では、チューニング層２４４は、不活性層２４６上に直接配置される。チューニング層２４４は、一般的に本明細書に記載の別の層を堆積し易くするために接着層として機能する。さらに、本明細書に記載のように、チューニング層２４４の厚さは、作動ビーム２４０が初期位置にある場合に作動ビーム２４０の全体の湾曲を決定する上で重要な役割を果たす場合がある。一般的に言えば、チューニング層２４４は、閉位置において、オリフィス２６０を流体的に封止するために、作動ビーム２４０の封止部材２９０がバルブシート２７０に接触し、力を加えるように、所定の調整応力を有するように構成される。いくつかの実施形態では、バルブシート２７０がない場合、封止部材２９０の封止部材表面が、スペーサー部材２８０の下面の下に所定の距離（例えば、２ミクロン）に配置されるように、電気信号がない場合には、所定の調整応力は、作動ビーム２４０をオリフィス２６０に向かって湾曲させるように構成される。例えば、チューニング層２４４は、本明細書に記載の別の層の堆積の結果として圧縮応力の状態に置かれてもよい。したがって、より厚いチューニング層２４４は、その初期位置にある場合、オリフィス２６０に向かって作動ビーム２４０をより大きく湾曲させる。例示的な一実施形態では、チューニング層２４４は二酸化ケイ素で構成される。
【0080】
バリア層４００は、圧電層４１４に含まれる材料のチューニング層２４４への拡散に対するバリアとして機能する。チェックをしないままにしておくと、このようなマイグレーションは、層内の構成材料間の有害な混合効果をもたらし、性能に悪影響を与える。様々な実施形態では、バリア層４００は、例えば、二酸化ジルコニウムから構成される。示すように、第一の電極部４０２は、接着層４０８および第一の電極４１０を備える。接着層４０８は、バリア層４００上に第一の電極４１０を堆積し易くし、第一の電極４１０内の物質の他の層への拡散を防止する。様々な実施形態では、接着層４０８は、二酸化チタンから構成される。第一の電極４１０は、作動部２４２に送られる電気信号のための導電性経路を提供するために、白金、金、ルビジウム、または任意の他の好適な材料から構成されてもよい。いくつかの実施形態では、第一の電極部４０２は、作動ビーム２４０の選択部分にのみ備えられる。例えば、第一の電極部４０２は、電気接続部２９４に近接して、および／または電気接続部２９４内にのみ備えられてもよい。
【0081】
作動部２４２は、任意の好適な圧電材料の単一または複数の層から形成されてもよい。示す実施例では、活性部分は、成長テンプレート層４１２および圧電層４１４を備える。成長テンプレート層４１２は、最大限の圧電応答を確実にするために、所望のテクスチャー（例えば、｛００１｝結晶構造および対応するテクスチャー）を有する圧電層４１４の成長を促進するシード層として機能する。いくつかの実施形態では、成長テンプレート層４１２は、チタン酸鉛で構成される。圧電層４１４は、任意の好適な材料、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で構成されてもよい。
【0082】
圧電層４１４を、任意の方法を使用して、例えば、真空堆積またはゾル－ゲル堆積技術を利用して堆積してもよい。いくつかの実施形態では、圧電層４１４は、約１以上６ミクロン以下（例えば、１、２、３、４、５、または６ミクロン）の範囲の厚さを有してもよく、電気信号がそれに印加される場合、作動ビーム２４０の端部で約１０ミクロンの撓みを生成するように構成される。１０ミクロンの撓みは（例えば、封止部材２９０の表面がバルブシート２７０からその量よりもわずかに少ない量だけ離れるように）、所望のサイズを有するオリフィス２６０に液滴を生成するのに十分であってもよい。いくつかの実施形態では、圧電層４１４は、約１４０～１６０ｐｍ／Ｖの圧電定数（ｄ３１値）の大きさを有する。この値は、作動ビーム２４０の適切な撓みが、第一の電極部４０２および第二の電極部４０４に送られる電気信号により生成されることを可能にしてもよい。
【0083】
示すように、第二の電極部４０４は、作動部２４２上に配置される。様々な実施形態では、第二の電極部４０４は、本明細書に記載の第一の電極部４０２と同様に構成される。したがって第一の電極部４０２および／または第二の電極部４０４への電圧の印加は、圧電層４１４内の歪みを誘導し、作動ビーム２４０の全体をオリフィスプレート２５０から離れる方向に屈曲させる。第一および第二の電極部に周期制御信号を印加することにより、作動ビーム２４０の周期サイクルは、所望の周波数でオリフィス２６０から吐出される液滴を生成する。図７Ａは、第一の電極部４０２と第二の電極部４０４とが互いに重なり合うことを示すが、他の場所では、第一の電極部４０２と第二の電極部４０４とが重なり合っていなくてもよい。これは、圧電層４１４を損傷する、または電気短絡を引き起こす可能性がある、第一の電極部４０２と第二の電極部４０４との間の電子漏れを制限または防止することができる。
【0084】
様々な実施形態では、第一の電極部４０２および第二の電極部４０４に含まれる電極は、非アニーリング状態で堆積される。結果として、電極は実質的に圧縮状態で堆積され、これは初期位置にある場合、作動ビーム２４０の全体的な湾曲に影響を与える。圧電層４１４の堆積モードは、電極の圧縮状態に影響を与える可能性がある。例えば、圧電層４１４が（例えば、気相堆積技術により）堆積され、その後、所定の温度（例えば、約７００℃）で硬化されるいくつかの状況では、硬化により電極４１０をアニールし、圧縮状態が除去されてもよい。このような除去は、作動ビーム２４０における応力の全体的バランスに影響を与え、これがその初期湾曲を変える。したがって、圧電層４１４のための低温堆積プロセス（例えば、低温ゾルゲル堆積プロセスまたはプラズマ増強化学気相堆積プロセス）を使用して、電極内の応力の反転を防止することが有益であってもよい。様々な実施形態では、第二の電極部４０４を、例えば、チューニング層２４４に所定の調整応力を生成するために、第一の電極部４０２よりも高い温度でアニールしてもよい。
【0085】
図７Ａに示す材料は、作動ビーム２４０の長さに実質的に全体にわたって延在してもよい。したがって、電極部４０２および４０４と、マイクロバルブ２３０により形成される貯留部との間に重なり合いがある。様々な実施形態では、貯留部内に収容される流体は、第一の電極部４０２および第二の電極部４０４を形成する材料に対して導電性および／または腐食性である。したがって、電極部４０２および４０４を貯留部から分離して、貯留部内に収容される流体が電極部４０２および４０４と接触するのを防止することが好ましい。
【0086】
これに関して、パッシベーション構造体４０６は、このような分離を行うように構成される。示す実施例では、パッシベーション構造体４０６は、誘電体層４１６、絶縁体層４１８、およびバリア層４２０を備える。バリア層４２０は窒化ケイ素で構成されてもよく、電極部４０２および４０４の腐食を防止するために、流体中に含まれる水分子およびイオンに対する拡散バリアとして機能する。いくつかの実施形態では、絶縁体層４１８は、バリア層４２０内の引張応力とほぼ釣り合う、圧縮応力を有する二酸化ケイ素層を備える。誘電体層４１６は、作動ビーム２４０内に含まれる別の層の酸化を防止するために酸化アルミニウムで構成されてもよい。いくつかの実施形態では、別の金属層はバリア層４２０上に配置される。例えば、金属層は、パッシベーション構造体４０６の保護特性をさらに強化するために、酸化タリナム（Ｔａｌｉｎｕｍ ｏｘｉｄｅ）または任意の他の好適な耐薬品性金属で構成されてもよい。特定の実施形態では、バリア層４２０は、テフロン（登録商標）またはパリレンで形成されてもよい。別の実施形態では、作動ビーム２４０の少なくとも一部、すなわち、図７Ａに示す層により形成される構造体は、テフロン（登録商標）層またはパリレン層によって覆われるか、またはオーバーコートされてもよい。このようなオーバーコートは、マイクロクラックが作動ビーム２４０の層内に形成されるのを防止することができる。さらに別の実施形態では、オーバーコートは、金属層、例えば、タンタル層またはパラジウム層を備えてもよい。
【0087】
パッシベーション構造体４０６の追加は、作動ビーム２４０の初期位置決めに著しく影響する場合がある。これは、パッシベーション構造体４０６が作動ビーム２４０の圧縮の中立軸４２２からずれるためである。示すように、中立軸４２２は、不活性層２４６内であり、これは、電極部４０４およびパッシベーション構造体４０６が、作動ビーム２４０内でそこから最も遠くにあることを意味する。こうであるとすれば、このような層で誘発される引張応力または圧縮応力は、作動ビーム２４０の初期湾曲に大きく影響するであろう。したがって、チューニング層２４４の厚さは、パッシベーション構造体４０６の様々な構成層の構造体に基づいて選択される。
【0088】
図７Ｂは、例示的な実施形態による、および縮尺通りではない、作動ビーム２４０に備わる層のそれぞれの配置を示す、作動ビーム２４０の正面断面図である。示すように、作動ビーム２４０は、図７Ａに関して説明したように、不活性層２４６、チューニング層２４４、およびバリア層４００を備える。第一の電極部４０２は、バリア層４００上に配置される接着層４０８（例えば、二酸化チタン）、およびその上に配置される導電層または電極４１０（例えば、白金、金、ルビジウム等）を備える。第一の電極部４０２は、作動ビーム２４０の長手方向軸に垂直方向の電極部４０２の端部が、同じ方向にバリア層４００の端部の内側に位置するように、バリア層４００の幅よりも小さい幅を有するように構成される。
【0089】
シード層４１２および圧電層４１４を備える作動部２４２は、第一の電極部４０２の横方向の端部を越えて延在してバリア層４００に接触するように、第一の電極部４０２上に共形に配置される。このようにして、圧電層は、第二の電極部４０４と重なり合う、または近接する第一の電極部４０２の少なくとも部分を完全に取り囲む、または囲む。第二の電極部４０４は、接着層４０３（例えば、チタン）および導電層４０５（例えば、白金、金、ルビジウム等）を備える。いくつかの実施形態では、第二電極部４０４は、圧電層４１４上に直接配置される導電層４０５のみを備えてもよい（すなわち、接着層４０３は省略される）。作動部２４２は、第一の電極部４０２の端部と重なり合い、またその端部を越えて延在するので、作動ビーム２４０の性能に有害な可能性のある電子漏れおよび電流マイグレーションを防止するように、作動部は、第一の電極部４０２を第二の電極部４０４から効果的に電気的に絶縁する。
【0090】
パッシベーション構造体４０６は、他の層２４６、２４４、４００、４０２、２４２、および４０４のそれぞれの露出部分を共形にコーティングする。しかし、不活性層２４６の底面は、パッシベーション構造体４０６でコーティングされなくてもよい。パッシベーション構造体４０６は、誘電体層４１６、絶縁体層４１８、バリア層４２０、およびトップパッシベーション層４２４を備えてもよい。バリア層４２０は窒化ケイ素で構成されてもよく、電極部４０２および４０４の腐食を防止するために、流体中に含まれる水分子およびイオンに対する拡散バリアとして機能する。しかし、窒化ケイ素は、一般的に、残りの層上に一旦堆積されると、引張応力状態にある。絶縁体層４１８は、このような引張応力に釣り合うように構成される。例えば、いくつかの実施形態では、絶縁体層４１８は、バリア層４２０内の引張応力とほぼ釣り合う圧縮応力を有する二酸化ケイ素層を備える。様々な実施形態では、バリア層４２０は、絶縁体層４１８の下に配置される。誘電体層４１６は、作動ビーム２４０内に含まれる別の層の酸化を防止するために、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、または酸化亜鉛で構成されてもよい。したがって、パッシベーション構造体４０６は、作動ビーム２４０において、腐食および酸化－流体の存在によって引き起こされる二つの主要な欠陥源－の両方を防止する働きをし、したがって、マイクロバルブ２３０の長期性能を確保する。さらに、トップパッシベーション層４２４は、バリア層４２０上に配置され、テフロン（登録商標）層またはパリレン層を備えてもよい。このようなオーバーコートは、マイクロクラックが作動ビーム２４０の層内に形成されるのを防止することができ、また下にある層がプラズマ放電するのを防止することができる（例えば、埋込層は、その後の製造作業において露出されてもよい）。特定の実施形態では、トップパッシベーション層４２４は、金属層、例えば、タンタル層またはパラジウム層を備えてもよい。いくつかの実施形態では、別の金属層はバリア層４２０上に配置される。例えば、金属層は、パッシベーション構造体４０６の保護特性をさらに強化するために、酸化タリナム（Ｔａｌｉｎｕｍ ｏｘｉｄｅ）または任意の他の好適な耐薬品性金属で構成されてもよい。
【0091】
図８～１２に関して説明する噴射アセンブリ、マイクロバルブ、および関連する構成要素は、前述の実施形態のいずれかに従って実装されてもよい。ここで図８を参照すると、例示的な実施形態による、マイクロバルブの封止構造８００の断面図が示されている。例えば、封止構造８００は、図６に関して説明した封止構造５００の一例であってもよい。示すように、作動ビーム８０２は、片持ち梁部８０４を備える。片持ち梁部８０４は、スペーサー部材上に配置されるベース部から延在してもよい。スペーサー部材は、オリフィス８１４を備えるオリフィスプレート８１２上に配置されてもよい。片持ち梁部８０４は、その重なり合う部分８０６がオリフィス８１４と重なり合うように、ベース部からオリフィス８１４に向かって延在する。
【0092】
封止構造８００は、重なり合う部分８０６に配置される封止部材８０８と、オリフィスプレート８１２に配置されるバルブシート８１０とを備える。封止部材８０８は、オリフィスに面する表面８１６がバルブシート８１０の上面８２２に接触するように、オリフィス８１４に向かって延在する。バルブシート８１０は、オリフィス８１４を取り囲み、開口部８１８を画成する。示す実施例では、開口部８１８は、オリフィス８１４と位置合わせされている。換言すると、開口部８１８およびオリフィス８１４は、実質的に滑らかで範囲を定める表面を有する流体出口を画成する。様々な実施形態では、バルブシート８１０は、適合材料、例えばＳＵ－８で形成される。別の実施形態では、バルブシート８１０は、シリコンから形成されてもよい。本明細書に記載のように、作動ビーム８０２は、初期位置でオリフィス８１４に向かってわずかな曲率またはバイアスを有するように構成されてもよく、オリフィスに面する表面８１６がバルブシート８１０内に押し込まれて、オリフィス８１４を作動ビーム８０２の近傍に配置される体積８２０から分離する封止を形成する。
【0093】
示す実施例では、オリフィス８１４は円筒形である。別の実施形態では、オリフィス８１４は、任意の他の好適な形状（例えば、星形、正方形、矩形、多角形、楕円形等）を有してもよい。バルブシート８１０は、実質的に環状であり、オリフィス８１４の直径と同等または実質的に同等の内径を有する。バルブシート８１０は、内径よりも大きい外径を有する。封止部材８０８は、バルブシート８１０の内径と外径との間の直径を有する実質的に円筒形の柱または支柱として形成される。示す実施例では、封止部材８０８の直径は、バルブシート８１０の外径よりも内径に近い。封止部材８０８のサイズは、作動ビーム８０２の共振周波数に寄与する（例えば、その全体の重量、したがって、作動ビーム８０２の全体の圧電応答に影響を与えることによって）。したがって、いくつかの実施形態では、封止部材８０８の直径は、バルブシート８１０のサイズを固定した場合、所望の共振周波数を生成するために、内径に近い。しかし、当然のことながらバルブシート８１０に対する封止部材８０８の外縁の全体的な位置決めが変化してもよいように、バルブシート８１０の厚さ（すなわち、バルブシート８１０の内径と外径との間の差）は、様々な別の実施形態において半径方向に変化してもよい。
【0094】
ここで図９を参照すると、例示的な実施形態による、封止構造９００の断面図が示されている。封止構造９００は、図８に関して説明した封止構造８００と特徴を共有する。つまり、図９は、このような同様の構成要素が含まれていることを示す共通の参照番号を組み入れている。
【0095】
示すように、封止構造９００では、コーティング９０２は、バルブシート８１０の上面８２２上に配置される。様々な実施形態では、コーティング９０２は、疎水性弾性材料、例えばＣＹＴＯＰ（登録商標）、テフロン（登録商標）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、または任意の他の好適な疎水性もしくは親油性材料である。コーティング９０２の疎水性は、バルブシート８１０上の水滴の分散を促進し、上面８２２上の微小粒子状物質の融合を防止する。つまり、コーティング９０２は、封止構造９００の長期耐久性を上げる。さらに、コーティング９０２は、バルブシート８１０の弾性または適合性を増して、オリフィスに面する表面８１６と上面８２２との間の界面における封止の形成を容易にすることができる。いくつかの実施形態では、コーティング９０２は、適合材料、例えば金から形成されてもよい。
【0096】
ここで図１０を参照すると、例示的な実施形態による、封止構造１０００の断面図が示されている。封止構造１０００は、図８に関して説明した封止構造８００と特徴を共有する。つまり、図１０は、このような同様の構成要素が含まれていることを示す共通の参照番号を組み入れている。図１０に示すように、封止構造１０００では、コーティング１００２は、オリフィス８１４および開口部８１８によって画成される流体出口の内面周囲に配置される。いくつかの実施形態では、コーティング１００２は、疎水性材料、例えば、ＣＹＴＯＰ（登録商標）、テフロン（登録商標）、ＰＤＭＳ、または任意の他の好適な疎水性もしくは親油性材料から構成されてもよい。コーティング１００２の疎水性は、作動ビーム８０２の作動（例えば、それに電気信号が印加された結果として）時に、オリフィス８１４内の液滴の形成および移動を促進する。
【0097】
いくつかの実施形態では、封止構造は、図９および１０に関して説明したコーティング９０２および１００２の組み合わせを備えてもよい。換言すると、封止構造は、流体出口の内面を覆っているコーティングと、上面８２２上のコーティングとの両方を備えてもよい。有利なことに、このような実装により、流体出口および上面８２２内に疎水性が提供される。
【0098】
ここで図１１および１２を参照すると、例示的な実施形態による、封止構造１１００および１２００の断面図が示されている。封止構造１１００および１２００は、構成要素を図８に関して説明した封止構造８００と共有し、このような同様の構成要素の組み込みを示すために同様の参照番号を含む。
【0099】
図１１に示すように、封止構造１１００は、図８に関して説明した封止部材８０８よりも大きな直径を有する封止部材１１０２を備えるという点で、封止構造８００とは異なる。したがって、封止部材１１０２の側面１１０４は、バルブシート８１０の内径よりも外径のより近くにある。こうした配置は、バルブシート８１０の上面８２２に接触するより大きな表面積を提供して、本明細書に記載の分離する封止を形成する。しかし、理解されるように、より大きなサイズの封止部材１１０２は、作動ビーム８０２の共振周波数、および任意の組み込む噴射アセンブリの他の動作状況（例えば、液滴サイズ、動作周波数等）に寄与する場合がある。
【0100】
図１２に示すように、封止構造１２００は、封止部材１１０２よりもさらに大きな直径を有する封止部材１２０２を備えるという点で、封止構造１１００とは異なる。封止構造１２００の外面１２０４は、バルブシート８１０の外径と実質的に位置合わせされている。換言すると、封止部材１２０２の直径は、バルブシート８１０の外径と（例えば、外径の＋１０％以内で）実質的に等しい。このような配置は、このような修正が他の方法（例えば、動作周波数）では任意の組み込んだ噴射アセンブリの性能面に影響を及ぼす場合があることを理解の下、分離する封止を形成するためのより大きな表面積を提供する。また別の実施形態では、封止部材１２０２の直径は、バルブシート８１０の外径よりも大きくてもよい。いくつかの実施形態では、シリコンブラックは、封止部材１１０２または１２０２のオリフィスに面する表面上に形成されてもよく、それによって、バルブシート８１０に対する封止部材の流体封止を強化することができる。
【0101】
ここで図１３を参照すると、例示的な実施形態による、マイクロバルブの封止構造１３００の断面図が示されている。示すように、作動ビーム１３０２の片持ち梁部１３０４は、オリフィスプレート１３１６内のオリフィス１３１８に向かって延在する。片持ち梁部１３０４の重なり合う部分１３０６は、オリフィス１３１８と重なり合う。封止構造１３００は、重なり合う部分１３０６に配置され、オリフィス１３１８に向かって延在する封止部材１３０８を備える。様々な実施形態では、封止部材１３０８は、オリフィス１３１８に対応するように成形される。例えば、様々な実施形態では、封止部材１３０８およびオリフィス１３１８の両方が実質的に円筒形であり、オリフィス１３１８は封止部材１３０８の直径よりも小さい直径を有する。
【0102】
封止構造１３００は、封止部材１３０８のオリフィスに面する表面１３２２上に配置されるストッパー１３１０をさらに備える。ストッパー１３１０は、適合材料、例えば、ＳＵ－８、ＰＤＭＳ、または任意の他の好適な材料から構成されることができる。示すように、ストッパー１３１０は、オリフィスに面する表面１３２２に取り付けられた狭い部分１３１２と、狭い部分１３１２から延在する広い部分１３１４とを備える。狭い部分１３１２および広い部分１３１４は、ストッパー１３１０が実質的にシルクハット形状構造を形成するように、実質的に円筒形であってもよい。様々な実施形態では、広い部分１３１４は、狭い部分１３１２の断面積よりも大きい断面積を有する。
【0103】
ストッパー１３１０のオリフィスに面する表面１３２４は、オリフィス１３１８に対応するように成形された突出部１３２６を備える。突出部１３２６は、オリフィス１３１８に嵌合し、オリフィスに面する表面１３２４がオリフィスプレート１３１６と接触する場合、封止が確実に形成されるように、突出部はオリフィス１３１８と位置合わせされる。図１３では、ストッパー１３１０は、オリフィスに面する表面１３２２上に配置される部分１３２０と、オリフィスプレート１３１６上に配置される残りの部分１３２８とを備えるように示されている。ストッパー１３１０は、その構成の中間段階において部分１３２０および残りの部分１３２８を備える。様々な実施形態では、ストッパー１３１０の構成が完成した後、ストッパー１３１０は、オリフィスに面する表面１３２２と１３２４との間に連続的に延在する単一構造体である。
【0104】
図５Ａ～Ｂに関して説明した作動ビーム２４０と同様に、作動ビーム１３０２は初期湾曲またはバイアスを有するように構成されてもよく、オリフィスに面する表面１３２４はオリフィスプレート１３１６と接触し、突出部１３２６はオリフィス１３１８に嵌合してストッパー１３１０とオリフィスプレート１３１６との間の界面に封止を形成する。換言すると、作動ビーム１３０２は下向きの力を印加し、ストッパー１３１０とオリフィスプレート１３１６との間の直接接触の結果として、密封を形成してもよい。突出部１３２６は、界面において最小の間隙を確保し、密封を形成する。
【0105】
ここで図１４を参照すると、例示的な実施形態による、マイクロバルブの封止構造１５００の断面図が示されている。示すように、作動ビーム１５０２の片持ち梁部１５０４は、オリフィスプレート１５１４のオリフィス１５１６に向かって延在する。片持ち梁部１５０４の重なり合う部分１５０６は、オリフィス１５１６と重なり合う。封止構造１５００は、重なり合う部分１５０６に配置され、オリフィス１５１６に向かって延在する封止部材１５０８を備える。様々な実施形態では、封止部材１５０８は、オリフィス１５１６に対応するように成形される。例えば、様々な実施形態では、封止部材１５０８およびオリフィス１５１６の両方が実質的に円筒形であり、オリフィス１５１６は封止部材１５０８の直径よりも小さい直径を有する。
【0106】
封止構造１５００はまた、バルブシート１５１２を備える。バルブシート１５１２は、オリフィス１５１６を取り囲み、オリフィス１５１６と位置合わせされて流体出口を画成する開口部を画成する。様々な実施形態では、バルブシート８１０は、適合材料、例えばＳＵ－８で形成される。別の実施形態では、バルブシート８１０は、非適合材料、例えば、ガラスまたはシリコンから形成されてもよい。示すように、封止ブレードまたは突出部１５１０は、封止部材１５０８のオリフィスに面する表面１５１８から延在する。封止ブレード１５１０は、封止部材１５０８の外周に対応するように成形されてもよい。いくつかの実施形態では、封止ブレード１５１０は、実質的に環状であり、バルブシート１５１２の内径と外径との間に収まる内径および外径を有する。封止ブレード１５１０は、バルブシート１５１２の上面１５２０に向かって延在し、作動ビーム１５０２が初期位置に配置される場合、バルブシート１５１２に接触する。封止ブレード１５１０は、封止ブレード１５１０の先端とバルブシート１５１２との間の界面に密封が形成されるように、作動ビーム１５０２によって供給される下向きの力の中心点を提供する。図１４に示すように、封止ブレード１５１０は、（例えば、０．１～１．０ミクロンの範囲の）好適な先端半径を有するナイフエッジの先端を有してもよい。別の実施形態では、封止ブレード１５１０または本明細書に定義される任意の他の封止ブレードは、平らまたは丸みを帯びた先端を有してもよい。
【0107】
ここで図１５を参照すると、例示的な実施形態による、封止構造１６００の断面図が示されている。封止構造１６００は、図１４に関して説明した封止構造１５００と類似の構成要素を備え、このような同様の構成要素の組み込みを示すために同様の参照番号を含む。封止構造１６００は、封止構造１６００が別の封止ブレード１６０２を備えるという点で、図１４に関して説明した封止構造１５００とは異なる。別の封止ブレード１６０２は、封止ブレード１５１０と１６０２が上面１５２０に接触する同心円を形成するように、封止ブレード１５１０と同心であり、封止ブレード１５１０を取り囲んでもよい。別の実施形態では、封止ブレード１５１０および１６０２は、オリフィスと非同心円状であってもよく、または非円形断面（例えば、卵形、楕円形、多角形、非対称等）を有してもよい。
【0108】
別の封止ブレード１６０２は、封止部材１５０８とバルブシート１５１２との間の接触面積を増加させる。増加した接触面積は、バルブシート１５１２とシールブレード１５１０および１６０２との間の界面に形成される封止の品質を改善するだけでなく、封止部材１５０８とバルブシート１５１２との間に入る可能性のある微小粒子状物質を処理する際に、封止構造１６００をより効果的にする。さらに、別の封止ブレード１６０２は、別の封止ブレード１６０２がバルブシート１５１２との接触のバックアップポイントとして機能するので、封止構造１６００の耐久性を改善する。換言すると、封止ブレード１５１０が特定の円周の点で破壊される場合、それにもかかわらず別の封止ブレード１６０２は、その点において封止を形成して、封止構造１６００を機能させる。
【0109】
図１６は、例示的な実施形態による、封止構造１６５０を備える作動ビーム（例えば、本明細書で定義される作動ビームのいずれか）の封止部材１６１４の底面図である。封止部材１６１４は、図１６に示すように、実質的に円筒形の断面を有する。別の実施形態では、封止部材１６１４は、任意の他の好適な断面、例えば、正方形、矩形、星形楕円形等を有してもよい。封止構造１６５０は、封止部材１６１４のオリフィスに面する表面１６１８から軸方向に延在し、オリフィスに面する表面に同心円状に配置される、封止ブレードの第一のセット１６１０ａを備える。第一の間隙１６１２ａは、封止ブレードの第一のセット１６１０ａのそれぞれが、第一の円のセグメント（例えば、円弧セグメント）に類似するように、封止ブレードの第一のセット１６１０ａの各隣接する第一の封止ブレード１６１１ａの間に設けられてもよい。封止ブレードの第一のセット１６１０ａに関して説明したように、封止ブレードの第二のセット１６１０ｂは、封止ブレードの第一のセット１６１０ａの内側に同心円状に配置されてもよく、封止ブレードの第二のセット１６１０ｂの各隣接する第二の封止ブレード１６１１ｂの間に第二の間隙１６１２ｂが設けられる。同様に、封止ブレードの第一および第二のセット１６１０ａ／ｂに関して説明したように、封止ブレードの第三のセット１６１０ｃは、封止ブレードの第二のセット１６１０ｂの内側に同心円状に配置されてもよく、封止ブレードの第三のセット１６１０ｂの各隣接する第三の封止ブレード１６１１ｃの間に第三の間隙１６１２ｃが設けられる。別の実施形態では、さらに多くの封止ブレードのセットが、オリフィス封止部材表面１６１８上に同心円状に配置されてもよい。封止ブレードのセット１６１０ａ／ｂ／ｃの間隙１６１２ａ／ｂ／ｃは、互いに対して互い違いに配置されてもよく、すなわち、同心円状に重なり合わない。このような配置は、より良い封止を提供するだけでなく、封止ブレードのセット１６１０ａ／ｂ／ｃの間に任意の粒子（例えば、汚染物質、フォトレジスト粒子）等を捕捉することができる。
【0110】
ここで図１７を参照すると、例示的な実施形態による、マイクロバルブのための封止構造を構成する方法１７００の流れ図が示されている。方法１７００を実行して、図１４、１５、および１６に関して説明した封止構造１５００および１６００を構成することができる。方法１７００は、実装に応じて、より少ないまたは別の工程を含んでもよい。
【0111】
工程１７０２において、オリフィスを備えるオリフィスプレートが提供される。例えば、いくつかの実施形態では、オリフィスプレートは、ＳＯＩウェーハから形成される（例えば、ウェーハの一部を除去してオリフィスを形成してもよい）。いくつかの実施形態では、オリフィスの形成後、バルブシートはオリフィスに配置される。バルブシートは、オリフィスを取り囲み、オリフィスと位置合わせされて流体出口を形成する開口部を画成してもよい。工程１７０４では、オリフィスに面する表面を有する封止部材を備える作動ビームが提供される。例えば、本明細書に記載のように、作動ビームは、スペーサー部材および封止部材が単一の製造工程で形成されるように、二重ＳＯＩウェーハの一部をエッチングすることによって形成されてもよい。封止部材の表面は、オリフィスに面する表面を形成してもよい。
【0112】
工程１７０６では、耐エッチング材料がオリフィスに面する表面上に堆積される。耐エッチング材料（例えば、二酸化ケイ素または窒化ケイ素）は、耐エッチング材料が封止部材の部分を除去する化学プロセス（例えば、エッチング）を遅くするように、化学組成において作動ビームの封止部材とは異なる。工程１７０８では、オリフィスに面する表面上の耐エッチング材料の残留部分が、封止ブレード（例えば、一つまたは複数の封止ブレード）の位置および形状に対応するように、耐エッチング材料の一部はエッチングされる。例えば、耐エッチング材料の残留部分は、封止部材表面の一部のみを覆う。いくつかの実施形態では、耐エッチング材料は、環状封止ブレードを生成するために実質的にリング形状であってもよい。様々な実施形態では、耐エッチング材料は二酸化ケイ素からなる。つまり、耐エッチング材料の層を、化学蒸着または他の任意の好適な方法により堆積させることができる。そして、耐エッチング材料の層は、任意の好適な方法（例えば、エッチングマスク、フォトリソグラフィ法等を用いて）を使用してパターン形成されてもよい。いくつかの実施形態では、耐エッチング材料の複数の部分が、複数の封止ブレードを形成し易くするために形成される。別の実施形態では、剥離層（例えば、フォトレジスト）は、オリフィスに面する表面上に堆積され、その中に封止ブレードのサイズおよび位置に対応する形状または複数の形状を生成するようにフォトリソグラフィによりパターン形成されてもよい。耐エッチング材料は、耐エッチング材料がオリフィス封止部材表面にパターン形成された部分において接触するが、全ての他の場所で剥離層上に配置されるように、剥離層上に配置されてもよい。次に、剥離層は、剥離層上に配置される耐エッチング材料の任意の部分がそれと共に除去されるように除去されてもよく、オリフィスに面する表面上に配置される封止ブレードの位置および形状に対応するパターン形成された耐エッチング材料を残してもよい。
【0113】
工程１７１０では、封止部材は、第一の所定の時間、等方的にエッチングされる。等方性エッチング（例えば、ウェットエッチング）は、例えば、封止ブレードの先端を形成するために、耐エッチング材料の下の封止部材の一部をエッチングするように構成されてもよい。工程１７１２では、作動ビームをオリフィスプレートに取り付ける前に、残ったエッチングされていない部分が封止ブレードを形成するように、封止部材は、封止部材の一部を除去するために、第二の所定の時間、異方性エッチング（例えば、深掘り反応性イオンエッチングプロセス、例えば、ボッシュプロセス）される。第二の所定の時間は、封止ブレードの高さを決めるように変更されてもよい。例えば、耐エッチング材料は、耐エッチング材料の部分によって覆われる封止部材の部分のエッチングを遅らせるか、または完全に防ぐことができる。したがって、封止部材の露出した部分は、耐エッチング材料の部分によって覆われる部分よりも速い速度で除去される。したがって、突出部は、耐エッチング材料の下に形成され、封止ブレードを構成する。エッチングは、封止ブレードの所望の長さに基づいて選択される時間の間行われてもよい。例えば、所望の長さは、結果として得られる封止ブレードの推定される耐久性に基づいて選択されてもよい。推定される耐久性は、封止ブレードの他の寸法（例えば、半径方向の厚さ）に少なくとも部分的に依存してもよい。別の実施形態では、耐エッチング材料を提供し、エッチング液を封止部材表面に適用するのではなく、封止ブレードは別の手段を使用して形成されてもよい。例えば、封止ブレードは、任意の好適な成形方法を用いて形成されてもよい。
【0114】
工程１７１４では、いくつかの実施形態では、耐エッチング材料は除去されてもよい。例えば、耐エッチング材料（例えば、二酸化ケイ素）は、ウェットエッチング（例えば、緩衝フッ化水素酸エッチング）またはドライエッチングプロセスにより除去されてもよい。いくつかの実施形態では、方法１７００はまた、作動ビームの一部を異方性エッチングして封止部材を形成し、作動ビームの片持ち梁部を形成するように、基材から作動ビームを解放することを含んでもよい。工程１７１６では、封止ブレードが封止部材表面に形成された後、作動ビームは、封止部材表面がオリフィスプレート上に配置されたバルブシートと位置合わせされるように、オリフィスプレートに取り付けられる。例えば、作動ビームに取り付けられるスペーサー部材は、封止部材の表面がオリフィスと位置合わせするように、オリフィスプレートに配置され、取り付けられてもよい。作動ビームが初期位置に配置される場合に、封止部材表面は、封止ブレードがバルブシートの上面に接触するように配置されるように、オリフィスと位置合わせされる。
【0115】
ここで図１８を参照すると、例示的な実施形態による、マイクロバルブの封止構造１８００の断面図が示されている。示すように、作動ビーム１８０２の片持ち梁部１８０４は、オリフィスプレート１８１４のオリフィス１８１６に向かって延在する。片持ち梁部１８０４の重なり合う部分１８０６は、オリフィス１８１６と重なり合う。封止構造１８００は、重なり合う部分１８０６に配置され、オリフィス１８１６に向かって延在する封止部材１８０８を備える。様々な実施形態では、封止部材１８０８は、オリフィス１８１６に対応するように成形される。例えば、様々な実施形態では、封止部材１８０８およびオリフィス１８１６の両方が実質的に円筒形であり、オリフィス１８１６は封止部材１８０８の直径よりも小さい直径を有する。
【0116】
示すように、封止部材１８０８は、オリフィスに面する表面１８１８および側面１８２２を備える。封止部材１８０８の一部は、オリフィスに面する表面１８１８と側面１８２２との間の角部で取り除かれる。様々な実施形態では、封止部材１８０８の取り除かれる部分は、封止部材１８０８の全体の周りを円周方向に延在する。したがって、封止部材は、その端部に狭い部分１８２４を備える。狭い部分は、オリフィス１８１６の直径とほぼ等しい直径を有してよい。封止フラップ１８１０は、オリフィスに面する表面１８１８で狭い部分１８２４から半径方向外側に延びる。示すように、封止フラップ１８１０は、作動ビーム１８０２がデフォルト位置にある場合にバルブシート１８１２の上面１８２０に接触して、封止部材１８０８とバルブシート１８１２との間の界面に封止を形成する。封止フラップ１８１０は、それを通して密封を形成することができる圧縮可能な媒体を提供する。別の実施形態では、封止フラップは、バルブシート１８１２の内側リム上に提供されてもよい。このような実施形態では、封止部材１８０８の狭い部分１８２４は、バルブシート１８１２で画成される開口部に少なくとも部分的に入るように構成されてもよく、流体密封を形成するように、バルブシート１８１２の内側リム上に配置される封止フラップと係合してもよい。
【0117】
ここで図１９を参照すると、例示的な実施形態による、マイクロバルブのための封止構造を構成する方法１９００の流れ図が示されている。方法１９００を実行して、図１８に関して説明した封止構造１８００を構成することができる。方法１９００は、実装に応じて、より少ないまたは別の工程を含んでもよい。
【0118】
工程１９０２において、オリフィスを備えるオリフィスプレートが提供される。例えば、いくつかの実施形態では、オリフィスプレートは、ＳＯＩウェーハから形成される（例えば、ウェーハの一部を除去してオリフィスを形成してもよい）。いくつかの実施形態では、オリフィスの形成後、バルブシートはオリフィスに配置される。バルブシートは、オリフィスを取り囲み、オリフィスと位置合わせされて流体出口を形成する開口部を画成してもよい。工程１９０４では、オリフィスに面する表面および側面を有する封止部材を備える作動ビームが提供される。例えば、本明細書に記載のように、作動ビームは、スペーサー部材および封止部材が単一の製造工程で形成されるように、二重ＳＯＩウェーハの一部をエッチングすることによって形成されてもよい。封止部材は、実質的に円筒形であってもよい。オリフィスに面する表面は、封止部材の端部表面を備えてもよく、側面は、封止部材の曲面を備えてもよい。
【0119】
工程１９０６では、耐エッチング材料がオリフィスに面する表面全体に堆積される。耐エッチング材料（例えば、二酸化ケイ素または窒化ケイ素）は、耐エッチング材料が封止部材を除去する化学プロセス（例えば、エッチング）を遅くするように、化学組成において作動ビームの封止部材とは異なる。様々な実施形態では、耐エッチング材料は二酸化ケイ素からなる。つまり、耐エッチング材料の層を、化学蒸着または他の任意の好適な方法により堆積させることができる。
【0120】
工程１９０８では、封止部材は、耐エッチング材料の下の封止部材の側面における封止部材の一部を除去して、耐エッチング材料が封止部材の除去された部分の上に延在して封止フラップを形成するように、選択的にエッチングされる（例えば、エッチング液、例えばＴＭＡＨまたはＫＯＨ）。例えば、（例えば、封止部材表面を側面から分離する角部において）耐エッチング材料によって覆われていない封止部材の一部が選択的にエッチングされ、除去されるように、封止部材表面近傍の封止部材の端部にエッチング液を適用してもよい。そして、耐エッチング材料の残留部分は、封止フラップを形成してもよい。したがって、封止フラップは、その両側上に材料をほとんどまたは全く配置させない可能性があり、様々な表面に対して封止を形成させることができる適合層を形成してもよい。別の実施形態では、耐エッチング材料は、工程１９０８の後に除去されてもよく、適合材料（例えば、ＰＤＭＳ）から形成される別々に製造される封止フラップは、オリフィスに面する表面上に配置されてもよい。
【0121】
工程１９１０では、作動ビームは、封止フラップの一部がオリフィスの上に延在するようにオリフィスプレートに取り付けられる。例えば、作動ビームに取り付けられるスペーサー部材は、封止部材の表面がオリフィスと位置合わせするように、オリフィスプレートに配置され、取り付けられてもよい。いくつかの実施形態では、封止部材は、オリフィスに対して実質的に中心に位置する。結果として、封止フラップは、作動ビームが初期位置に配置される場合、バルブシートと封止フラップとの間に封止が形成されることができるように、バルブシートの内径を超えて半径方向に延在してもよい。
【0122】
ここで図２０を参照すると、例示的な実施形態による、マイクロバルブを構成する方法２０００の流れ図が示されている。方法２０００を実行して、本明細書に記載のマイクロバルブのいずれかを構成することができる。方法２０００は、実装に応じて、より少ないまたは別の工程を含んでもよい。
【0123】
工程２００２において、オリフィスを備えるオリフィスプレートが提供される。例えば、いくつかの実施形態では、オリフィスプレートは、ＳＯＩウェーハから形成される（例えば、ウェーハの一部を除去してオリフィスを形成してもよい）。いくつかの実施形態では、オリフィスの形成後、バルブシートはオリフィスに配置される。バルブシートは、オリフィスを取り囲み、オリフィスと位置合わせされて流体出口を形成する開口部を画成してもよい。工程２００４では、オリフィスに面する表面および側面を有する封止部材を備える作動ビームが提供される。例えば、本明細書に記載のように、作動ビームは、スペーサー部材および封止部材が単一の製造工程で形成されるように、二重ＳＯＩウェーハの一部をエッチングすることによって形成されてもよい。封止部材は、実質的に円筒形であってもよい。オリフィスに面する表面は、封止部材の端部表面を備えてもよい。
【0124】
工程２００６において、封止構造の一部が、封止部材およびオリフィスプレートのうちの少なくとも一つの上に形成される。例えば、いくつかの実施形態では、封止構造部材の一部は、オリフィスプレートの表面上にバルブシートの構成体を備える。バルブシートは、オリフィスプレートを取り囲み、オリフィスと位置合わせされて流体出口を形成する開口部を画成してもよい。バルブシートは、適合材料、例えばＳＵ－８で構成されてもよく、任意の好適な方法（例えば、スピンコーティングまたはスプレーコーティング）を用いて堆積されてもよい。
【0125】
いくつかの実施形態では、封止構造の一部は、封止部材のオリフィスに面する表面に形成される。これは、図１４、１７、および１８に関して説明した工程を必要とする場合があり、ストッパー、少なくとも一つの封止ブレード、または封止フラップを構成する。理解されるように、これらの構造の任意の組み合わせは、封止部材の一部の構成に使用されてもよい。特定の実施形態では、封止構造の複数の部分が形成されてもよい。例えば、封止部材またはバルブシートの封止部材表面における構成要素（例えば、適合構造、封止ブレード、および／または封止フラップ）の構成体に加えて、バルブシートは、オリフィスプレート上に形成されてもよい。特定の実施形態では、封止構造の一部は、封止構造の側面（例えば、図１８に関して説明した例えば側面１８２２）上に形成されてもよい。例えば、一実施形態では、封止部材は、バルブシートおよびオリフィスプレートから構成される流体出口内に嵌合するように構成され、封止構造の構成要素は、側面から半径方向外側に延在する。構成要素は、バルブシートの上面と接触して、オリフィスを作動ビームに近接する体積から分離する封止を形成してもよい。
【0126】
工程２００８では、作動ビームは、オリフィスプレートに取り付けられ、封止部材がオリフィスと重なり合い、封止構造はオリフィスを作動ビームに近接する体積から分離する封止を形成する。例えば、作動ビームに取り付けられるスペーサー部材は、オリフィスに面する表面がオリフィスと位置合わせするように、オリフィスプレートに位置決めされて取り付けられてもよい。いくつかの実施形態では、封止部材は、オリフィスに対して実質的に中心に位置する。結果として、工程２００６で形成される封止部材の一部は、作動ビームが初期位置に配置された場合、オリフィスプレートまたはその上のバルブシートのいずれかに接触してもよい。
【0127】
ここで図２１を参照すると、例示的な実施形態による、マイクロバルブの封止部材２１００の断面図が示されている。封止部材２１００は、図８に関して説明した封止構造８００に備えられる封止部材８０８、または本明細書に記載の封止構造のいずれかの例示的実施形態であってもよい。示すように、封止部材２１００は実質的に円筒形であり、直径２１０２を有する。直径２１０２は、オリフィスプレート内のオリフィスのサイズに基づいて選択されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、直径２１０２は、オリフィスの直径の約１５０％である（例えば、オリフィスは６０ミクロンの直径を有してもよく、直径２１０２は９０ミクロンであってもよい）。
【0128】
ここで図２２を参照すると、例示的な実施形態による、マイクロバルブのバルブシート２２００の断面図が示されている。バルブシート２２００は、図８に関して説明した封止構造８００に備えられるバルブシート８１０、または本明細書に記載の封止構造のいずれかの例示的実施形態であってもよい。示すように、バルブシート２２００は環状であり、内径２２０２および外径２２０４を備える。内径２２０２と外径２２０４は、封止部材の直径が含まれる範囲を規定してもよい。例えば、図２１に関して説明した封止部材２１００がバルブシート２２００と併せて使用される実施形態では、直径２１０２は、内径２２０２よりも大きいように選択されてもよい。いくつかの実施形態では、直径２１０２は、内径２２０２と外径２２０４との間である。いくつかの実施形態では、直径２１０２は、外径２２０４と等しく、マイクロバルブは、封止部材の外面がバルブシート２２００と実質的に同一平面になるように、封止部材２１００がバルブシート２２００と実質的に位置合わせされるように、構成される。いくつかの実施形態では、直径２１０２は、封止部材２１００の外縁が、組み立てられたマイクロバルブ内のバルブシートから張り出すように、外径２２０４よりも大きい。
【0129】
ここで図２３を参照すると、例示的な実施形態による、マイクロバルブの封止構造２３００の断面図が示されている。示すように、作動ビーム２３０２の片持ち梁部２３０４は、オリフィスプレート２３１４のオリフィス２３１６に向かって延在する。片持ち梁部２３０４の重なり合う部分２３０６は、オリフィス２３１６と重なり合う。封止構造２３００は、重なり合う部分２３０６に配置され、オリフィス２３１６に向かって延在する封止部材２３０８を備える。様々な実施形態では、封止部材２３０８は、オリフィス２３１６に対応するように成形される。例えば、様々な実施形態では、封止部材２３０８およびオリフィス２３１６の両方が実質的に円筒形であり、オリフィス２３１６は封止部材２３０８の直径よりも小さい直径を有する。
【0130】
封止構造２３００はまた、バルブシート２３１２を備える。バルブシート２３１２は、オリフィス２３１６を取り囲み、オリフィス２３１６と位置合わせされて流体出口を画成する開口部を画成する。様々な実施形態では、バルブシート２３１２は、適合材料、例えばフォトレジスト（例えば、ＳＵ－８）で形成される。示すように、複数の封止ブレードまたは突出部２３１０は、封止部材２３０８のオリフィスに面する表面２３１８から延在する。封止ブレード２３１０は、封止部材２３０８の外周に対応するように成形されてもよい（例えば、オリフィスに面する表面２３１８上に同心円状に配置される）。いくつかの実施形態では、封止ブレード２３１０は、実質的に環状であり、バルブシート２３１２の内径と外径との間に収まる内径および外径を有する。
【0131】
図２３に示すように、封止層２３２０は、バルブシート２３１２上に配置されてもよい。封止層２３２０は、例えば、金属（例えば、金もしくは白金）層または任意の他の好適な層を備えてもよい。様々な実施形態では、複数の窪み２３２２は、封止層２３２０上に形成されてもよい。複数の窪み２３２２は、例えば、エッチングプロセスによって形成されてもよく、複数の封止ブレード２３１０の位置に対応する位置に配置されてもよい。特定の実施形態では、複数の窪み２３２２は、封止層２３２０上で複数の封止ブレード２３１０を繰り返し打ち付けること（例えば、作動ビーム２３０２への電気信号の周期的な印加）による冷間鍛造によって形成される。封止ブレード２３１０は、封止層２３２０に向かって延在し、作動ビーム２３０２が初期位置に配置される場合、対応する窪み２３２２の基部に接触する。隣接する封止ブレード２３１０間の間隔、およびオリフィスに面する表面２３１８とオリフィスプレート２３１４との間の距離は、小さな粒子Ｐ（例えば、粉塵、フォトレジストの破片等）を、封止ブレード２３１０とバルブシート２３１２との間に形成される封止から、例えば、オリフィス２３１６に向かって、およびオリフィス２３１６の外に向かって押し出すように構成されてもよい。さらに、複数の封止ブレード２３１０を対応する窪み２３２２と嵌合させることにより、封止部材２３０８とバルブシート２３１２との間のより良好な流体密封が形成し易くなる場合がある。特定の実施形態では、フィルター（例えば、５、１０、１５または２０ミクロン）フィルターは、流体から粉塵または他の微小粒子状物質を濾過するように、封止構造２３００を備えるマイクロバルブを備える噴射アセンブリ内に設けられる隔壁の流体マニホールド上流内に配置されてもよい。
【0132】
特定の実施形態では、オリフィスプレート上に配置されるバルブシートは、シリコンから形成されてもよく、封止層は、酸化ケイ素または窒化ケイ素から形成されてもよい。例えば、図２４は、バルブシート２４１２上に封止層２４２０を設けるために用いられるプロセス２４００を例示する。工程１では、シリコンバルブシート２４１２が、オリフィスプレート２４１４上に設けられ、オリフィス２４１６はそこに画成される。オリフィスプレート２４１４は、本明細書で定義されるオリフィスプレートのいずれかを備えてもよい。バルブシート２４１２は、シリコンから形成され、例えば、シリコンエピタキシャル成長プロセス、それに続くフォトリソグラフィーパターンおよびエッチングによりそこに堆積されてもよく、またはオリフィス２４１６の周りに配置されるシリコンの一部（例えば、シリコンリング）を備えてもよい。封止層２４２０（例えば、酸化ケイ素または窒化ケイ素封止層）は、バルブシート２４１２上に配置される。封止層２４２０は、物理蒸着プロセス（例えば、化学気相堆積プロセスまたはプラズマ増強気相堆積プロセス）を用いて堆積されてもよい。
【0133】
工程２では、複数の開口部２４２２は、封止層２４２０が複数の酸化ケイ素リングまたは窒化ケイ素リング２４２１を形成するように、酸化ケイ素封止層２４２０内の所定の位置に画成される。複数の開口部２４２２は、シリコンバルブシート２４１２の表面を所定の位置において曝露するように、フォトリソグラフィおよびエッチング（例えば、緩衝フッ化水素酸、またはドライプラズマエッチングプロセスを用いる）プロセスにより形成されてもよい。工程３で、シリコンバルブシート２４１２は、シリコンを選択的にエッチングするエッチング液を用いて（例えば、水酸化カリウムまたはテトラメチルアンモニウムオキシドエッチング液、ドライプラズマエッチングプロセスを用いて）、複数の開口部２４２２において選択的にエッチングされ、シリコンバルブシート２４１２内に複数の窪み２４２４を形成してもよい。いくつかの実施形態では、複数の窪み２４２４は、作動ビーム（例えば、作動ビーム２３０２）のオリフィスに面する表面上に配置される複数の封止ブレード（例えば、封止ブレード２３１０）に対応してもよい。別の実施形態では、複数のリング２４２１は、複数の封止ブレードが作動ビームから除外されてもよいように、封止ブレードとして機能してもよい。プロセス２４００は、上に配置される酸化ケイ素または窒化ケイ素封止層２４２０を有するシリコンバルブシート２４１２を説明するが、別の実施形態では、バルブシート２４１２および／または封止層２４２０は、任意の他の好適な材料、例えば、ネガフォトレジスト（例えば、ＳＵ－８、ポリメチルメタクリレート、等）、ＰＤＭＳ、シリコーンゴム等から形成されてもよく、ならびに、フォトリソグラフィおよびエッチングプロセス（例えば、本明細書に記載のプロセスのいずれかの組み合わせ）用いて形成される、またはその上に機械的に配置されてもよいことは、言うまでもない。さらに、別の実施形態では、プロセス２４００の工程を用いて、作動ビームの先端上に複数のリングを有する封止部材を形成してもよい。
【0134】
ここで図２５を参照すると、例示的な実施形態による、噴射アセンブリ（例えば、噴射アセンブリ１００、２００、２００ｂ）に備えられるマイクロバルブ２５３０の断面図が示されている。入力流体マニホールド２５１０は、マイクロバルブ２５３０に連結する。示すように、入力流体マニホールド２５１０およびマイクロバルブ２５３０は、（例えば、キャリア２０２．２０２ｂを介して）外部流体供給部から受け入れる加圧流体の体積を保持するように構成される貯留部３０００を画成する。様々な実施形態では、貯留部３０００内に保持される加圧流体は、液体状態にあるインクおよび別の流体の組み合わせである。
【0135】
様々な実施形態では、入力流体マニホールド２５１０は、マイクロバルブへの取り付け前に予め形成されてもよい。いくつかの実施形態では、入力流体マニホールド２５１０は、任意の好適な厚さ（例えば、約５００ミクロン）を有するガラス本体によって形成されてもよい。別の実施形態では、入力流体マニホールド２５１０は、シリコンから形成されてもよい。いくつかの実施形態では、入力流体マニホールド２５１０は、第一の接着構造２５４８を介して、スペーサー部材２５８０上に配置され固定された作動ビーム２５４０のベース部２５４２において、作動ビーム２５４０（例えば、本明細書に記載の作動ビーム２４０、２４０ｂのいずれか）のトップ面に連結してもよい。第一の接着構造２５４８は、図４Ａまたは４Ｂに関して説明したものと同様の複数の接着リングを備えてもよい。接着剤は、ＳＵ－８または任意の他の好適な接着剤を含んでもよく、入力流体マニホールド２５１０の底面および／または作動ビーム２５４０のトップ面に適用されてもよい。別の実施形態では、第一の接着構造２５４８は、シリコンまたはガラスから形成され、ガラスフリット、はんだ、接着剤、融合結合、共晶結合、またはスティクションにより作動ビーム２５４０に連結してもよい。電極２５０４は、作動ビーム２５４０のベース部に画成されるビア内に配置され、作動ビーム２５４０内に画成される圧電層に電気的に結合する。本明細書に記載のように、ビアは、入力流体マニホールド２５１０内に画成されるチャネルまたは開口部２５１２に対応してもよく、封入剤で充填されてもよい。
【0136】
マイクロバルブ２５３０はまた、スペーサー部材２５８０を介して作動ビーム２５４０に取り付けられたオリフィスプレート２５５０を備える。図２５に示すように、第二の接着構造２５５６は、第一の接着構造２５４８に類似していてもよく、接着材料（例えば、ＳＵ－８）の複数のリングまたはループを備えてもよい。いくつかの実施形態では、複数の溝または歯形２５８２は、オリフィスプレート２５５０に面するスペーサー部材２５８０の底面に画成されてもよい。接着構造２５５６に含まれる接着剤は、溝２５８２が画成されない実施形態と比べて、スペーサー部材２５８０と実質的により高い接合強度を提供するために、溝２５８２に侵入してもよい。
【0137】
いくつかの実施形態では、支持ビーム２５５８は、オリフィスプレート２５５０からスペーサー部材２５８０に向かって延在してもよく、またオリフィスプレート２５５０とスペーサー部材２５８０との間の分離距離を画成するように構成され、それによって作動ビーム２５４０は、マイクロバルブ２５３０の使用中に、（例えば、マイクロバルブ２５３０内で用いられる流体に含まれる）溶媒溶液がスペーサー部材２５８０の下方に浸透するのを防止するガードリングとしても機能してもよい。特定の実施形態では、支持ビーム適合層２５５９は、支持ビーム２５５８の先端部にスペーサー部材２５８０に近接して配置されてもよい。支持ビーム適合層２５５９は、金層または任意の他の好適な適合層を備えてもよい。いくつかの実施形態では、第二の接着構造２５５６はまた、シリコンまたはガラスから形成され、ガラスフリット、はんだ、接着剤、融合結合、共晶結合、またはスティクションにより作動ビームスペーサー部材に連結してもよい。
【0138】
オリフィスプレート２５５０は、実質的に平面状であり、その表面の間に延在するオリフィス２５６０を備える。バルブシート２５７０は、オリフィス２５６０のリムの周りで作動ビーム２５４０に面するオリフィスプレート２５５０の表面上に配置されてもよい。バルブシート２５７０は、オリフィス２５６０と実質的に位置合わせされた内部開口部２５７１を画成し、マイクロバルブ２５３０に供給される加圧流体のための出口を形成する。いくつかの実施形態では、バルブシート適合層２５７２（例えば金層）は、作動ビーム２５４０が面するバルブシート２５７０の表面上に配置されてもよい。
【0139】
いくつかの実施形態では、オリフィスプレート２５５０は実質的に平坦であってもよく、例えば、オリフィスプレート２５５０が実質的に反りも曲げも無いように、少なくとも１５ｍｍのオリフィスプレート２５５０の長さおよび幅にわたって３ミクロン未満の変動係数の平坦性を有してもよい。さらに、オリフィスプレート２５５０は、任意の好適な厚さを有してもよい。いくつかの実施形態では、オリフィスプレート２５５０は、３０ミクロン～９０ミクロンの範囲（３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、または１００ミクロン）の厚さを有してもよい。別の実施形態では、オリフィスプレート２５５０は、１００ミクロン～９００ミクロンの範囲（例えば、１００、１５０、２００、２５０、３００、３５０、４００、５００、６００、７００、８００、または９００ミクロン）の厚さを有してもよい。より厚いオリフィスプレート２５５０は、より平坦なオリフィスプレートを実現し易くしてもよい。
【0140】
作動ビーム２５４０は、スペーサー部材２５８０上に配置されるベース部２５４２と、ベース部からオリフィス２５６０に向かって延在する片持ち梁部２５４４とを備える。作動ビーム２５４０は、本明細書で以下に説明する差異を除いて、作動ビーム２４０、２４０ｂと実質的に類似している。封止部材２５９０は、オリフィス２５６０と重なり合う作動ビーム２５４０の一部から延在する。いくつかの実施形態では、封止部材２５９０は、オリフィス２５６０の形状（例えば、円筒形形状）に実質的に対応する形状を有するように構成される。
【0141】
封止ブレード２５９２は、封止部材２５９０のオリフィスに面する表面からバルブシート２５７０に向かって延在する。封止ブレード２５９２は、封止部材２５９０の外周に対応するように成形されてもよい。いくつかの実施形態では、封止ブレード２５９２は、実質的に環状であり、バルブシート２５７０の内径と外径との間に収まる内径および外径を有する。封止ブレード２５９２は、バルブシート２５７０の上面に向かって延在し、作動ビーム２５４０が閉位置に配置される場合、バルブシート２５７０に接触する。封止ブレード２５９２は、封止ブレード２５９２の先端とバルブシート２５７０との間の界面に密封が形成されるように、作動ビーム２５４０によって供給される下向きの力の中心点を提供する。
【0142】
さらに拡大すると、図２６は、図２５の矢印Ａのマイクロバルブ２５３０の一部の拡大図である。図２５に示すように、封止ブレード２５９２の先端部は実質的に平坦であり、いくつかの実施形態では、封止ブレード適合層（例えば、金層）でコーティングされてもよい。図２６は、レジスト２５９１でコーティングされた封止ブレードの先端部を示し、これはエッチングマスクとして機能して、封止部材２５９０の選択的エッチングを可能にし、封止ブレード２５９２を形成し、後に除去される。いくつかの実施形態では、レジスト２５９１のレジスト幅Ｘ２は、１以上１５ミクロン以下の範囲（例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、または１５ミクロン）であり、その結果、封止ブレード２５９２の封止ブレード幅Ｘ１は、８以上１２ミクロン以下の範囲（例えば、８、９、１０、１１、または１２ミクロン）である。レジスト内側断面寸法Ｙ１（例えば、内径）は、２０以上１００ミクロン以下の範囲（例えば、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、８５、９０、９５、または１００ミクロン）であってもよく、レジスト外側断面寸法Ｙ２（例えば、外径）は、３０以上１２０ミクロン以下の範囲（例えば、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１０５、１１０、１１５、または１２０ミクロン）であってもよい。封止部材２５９０の封止部材外断面寸法Ｙ３（例えば、外径）は、８０以上１４０ミクロン以下の範囲（例えば、８０、９０、１００、１１０、１２０、１２５、１３０、１３５、または１４０ミクロン）であってもよい。
【0143】
バルブシート２５７０の内側断面寸法Ｚ１（例えば、バルブシート２５７０に画成される開口部２５７１の直径）は、２０以上８０ミクロン以下の範囲（例えば、２０、３０、４０、５０、５５、６０、６５、７０、７５、または８０ミクロン）であってもよく、およびバルブシート２５７０の外側断面寸法Ｚ４（例えば、外径）は、１００以上１６０ミクロン以下の範囲（例えば、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１４５、１５０、１５５、または１６０ミクロン）であってもよい。バルブシート２５７０内に画成される開口部２５７１のリムからバルブシート適合層２５７２の縁までの第一の半径方向距離Ｚ２は、１以上４ミクロン以下の範囲（例えば、１、２、３、または４ミクロン）であってもよく、封止ブレード２５９２の内径縁からバルブシート２５７０に画成される開口部２５７１のリムまでの第二の半径方向距離Ｚ３は、７以上１５ミクロン以下の範囲（例えば、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、または１５ミクロン）であってもよい。
【0144】
封止ブレード２５９２の断面が内側断面寸法Ｚ１よりも大きいことにより、開口部２５７１と封止ブレード２５９２の内径縁との間の軸方向のずれが可能になり、さらにバルブシート２５７０内に画成される開口部２５７１の封止を可能にする。例えば、図２７は、図２６の線Ｂ－Ｂに沿って切り取られた封止ブレード２５９２の断面図を示す。図２７に示すように、封止ブレード２５９２は、開口部２５７１と軸方向にずれているが、依然として、開口部２５７１を取り囲むバルブシート２５７０上の領域を取り囲んで流体封止することができ、それにより、作動ビーム２５４０がその閉位置（例えば、初期位置）にある場合、開口部２５７１を通る流体の漏れを防止することができる。
【0145】
いくつかの実施形態では、作動ビームのスペーサー部材をオリフィスプレートに接合するために使用される接着構造の一部は、スペーサー部材の半径方向内側縁を越えて延在してもよい。例えば、図２８Ａは、一実施形態による、マイクロバルブ２６３０の一部の側面断面図である。マイクロバルブ２６３０は、オリフィスプレート２６５０を備える。作動ビーム２６４０は、オリフィスプレート２６５０上に配置される。作動ビーム２６４０のベース部２６４２は、支持ビーム２６５８（例えば、支持ビーム２５５８）および第二の接着構造２６５６（例えば、ＳＵ－８構造）を介してオリフィスプレート２６５０に連結するスペーサー部材２６８０上に配置される。第二の接着構造２６５６は、２以上２０ミクロン以下の範囲の厚さ（例えば、２、３、４、５、１０、１２、１４、１６、１８、または２０ミクロン）を有してもよい。複数の溝または歯形２６８２は、オリフィスプレート２６５０に面するスペーサー部材２６８０の面に画成されてもよい。第二の接着構造２６５６は、本明細書で前述のように、複数の溝２６８２に侵入して、スペーサー部材２６８０との強い接合を形成する。様々な実施形態では、複数の溝２６８２は、約５以上１０ミクロン以下の断面寸法（例えば、幅）を有してもよく、５以上１０ミクロン以下の間隔で離間してもよい。別の実施形態では、複数の溝２６８２を除外してもよい。
【0146】
本明細書前述のように、入力流体マニホールド２６１０は、第一の接着構造２６６１を介して、作動ビーム２６４０のベース部２６４２上で作動ビーム２６４０と接合する。第一の接着構造２６６１は、接着剤（例えば、ＳＵ－８）または構造材料、例えばガラスもしくはシリコンの複数のリングを備えてもよい。第一の接着構造２６６１のうちの少なくとも一つのリングは、例えば、オリフィスプレート２６５０から離れる作動ビーム２６４０の片持ち梁部２６４４の動きによって加えられるねじり応力と釣り合わせるために、第二の接着構造２６５６の反対側に配置される。いくつかの実施形態では、第一の接着構造２６６１と第二の接着構造２６５６は、同じ材料（例えば、ＳＵ－８、シリコン、ガラス等）から形成されてもよい。いくつかの実施形態では、複数の溝はまた、第一の接着構造２６６１が接着し易いようにスペーサー部材２６８０の表面上に画成されてもよく、または接着剤が配置される任意の他の表面上に画成されてもよい。
【0147】
第二の接着構造２６５６はまた、第二の接着構造２６５６の一部が、作動ビーム２６４０の片持ち梁部２６４４の下に位置する（例えば、５以上１０ミクロン以下の範囲の）所定の長さＸを有するように、スペーサー部材２６８０の半径方向内側縁を越えて半径方向に延在してもよい。第二の接着構造２６５６の延長部は、オリフィスプレート２６５０に面する片持ち梁部２６４４の底面から軸方向距離Ｙだけ軸方向に離間されてもよく、これはスペーサー部材２６８０の厚さと等しくてもよい。
【0148】
いくつかの実施形態では、本明細書に記載のマイクロバルブ２６３０または任意の他のマイクロバルブと共に使用される流体は、第一の接着構造２６６１および第二の接着構造２６５６を形成するために使用される接着剤を溶解または膨張させることができる溶媒を含むことができる。いくつかの実施形態では、第一の接着構造２６６１および／または第二の接着構造２６５６は、無機材料、例えば、溶媒と反応しないシリコンまたはガラスを使用して形成されてもよい。別の実施形態では、耐溶媒性の有機、無機またはハイブリッド／無機材料の薄いコーティングを、マイクロバルブ２６３０の露出した表面上に配置して、第一の接着構造２６６１および第二の接着構造２６５６を保護することができる。
【0149】
例えば、図２８Ｂは、図２８Ａの矢印Ｂによって示されるマイクロバルブ２６３０の一部の拡大図を示す。例えば、５以上１００ｎｍ以下（５、１０、２０、３０、４０、５０、または１００ｎｍ）の範囲の厚さを有するコーティング２６８６は、マイクロバルブ２６３０上にコーティングされてもよい。いくつかの実施形態では、コーティングは、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスを使用して堆積されてよい。コーティング２６８６は、任意の好適な材料、例えば、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、もしくは任意の他の好適な材料、またはそれらの組み合わせから形成されてもよい。
【0150】
一部の実施形態では、本明細書に記載のマイクロバルブのいずれかはまた、マイクロバルブに備えられる作動ビームのオーバーシュートを防止するバンパーを備えてもよい。例えば、図２９は、別の実施形態による、マイクロバルブ２７３０の側面断面図である。マイクロバルブ２７３０は、マイクロバルブ２５３０に関して説明したものと類似の構成要素を備える。マイクロバルブ２７３０は、作動ビーム２５４０と実質的に類似の作動ビーム２７４０を備えるが、オリフィスプレート２５５０に向かって作動ビーム２７４０の片持ち梁部２７４４から延在するバンパー２７９１も備える。別の実施形態では、バンパー２７９１は、オリフィスプレート２５５０上に配置され、そこから作動ビーム２７４０の片持ち梁部２７４４に向かって延在してもよい。バンパー２７９１は、任意の好適な位置に、例えばスペーサー部材２５８０と封止部材２５９０の間の中間に、配置されてもよい。バンパー２７９１は、オリフィスプレート２５５０または作動ビーム２７４０と同じ材料（例えば、シリコン）から形成されてもよい。バンパー２７９１は、作動ビーム２７４０の動きを制限することによって、作動ビーム２７４０の片持ち梁部のオーバーシュートを防止するように構成されてもよい。
【0151】
いくつかの実施形態では、マイクロバルブは、作動ビームを初期位置に戻すように誘導することによって作動ビームの動きを制限する機構を備えてもよい。例えば、図３０は、別の実施形態による、マイクロバルブ３５２０の側面断面図である。マイクロバルブ３５２０は、オリフィスプレート３５１０を備え、その中にオリフィス３５６０を画成する。作動ビーム３５４０は、オリフィスプレート３５１０上に配置され、スペーサー３５８０を介してそこから離間される。封止部材３５２４は、作動ビーム３５４０の重なり合う部分３５４９に配置され、オリフィス３５６０の周りまたはオリフィスに重なり合うオリフィスプレート３５１０上に配置されるバルブシート３５２２に接触するように構成され、作動ビーム３５４０の初期位置においてオリフィス３５６０を封止するように構成される。重なり合う部分３５４９は、作動ビーム３５４０の先端部に位置し、オリフィス３５６０と重なり合う。フィンガー３５１７は、オリフィスプレート３５１０上に配置される支柱３５１５上に配置され、作動ビーム３５４０の少なくとも重なり合う部分３５４９と重なり合うように、作動ビーム３５４０に向かって延在する。フィンガー３５１７は、作動ビーム３５４０の初期位置において、封止部材３５２４とバルブシート３５２２との間に流体密封が確実に形成されるように、作動ビーム３５４０の重なり合う部分３５４９をバルブシート３５２２に向かって押すように構成されてもよい。
【0152】
フィンガー３５１７は、作動ビーム３５４０に印加される電荷に応答して、作動ビーム３５４０の片持ち梁部がオリフィス３５６０から離れる方向に曲がるまたは湾曲することにより打ち勝つ剛性を有するように構成されることができる。電荷が除去されると、フィンガー３５１７は、片持ち梁部をオリフィス３５６０に向かって押し戻してもよい。別の実施形態では、付勢部材３５１９（例えば、つる巻きばね、皿ばね、ベリリウム－銅ばね、適合部材など）は、フィンガー３５１７に動作可能に連結され、電荷が作動ビーム３５４０に印加される場合、付勢されるように構成される。電荷が除去されると、付勢部材３５１９は、重なり合う部分３５４９をオリフィス３５６０に向かって押し戻すことができる。特定の実施形態では、付勢部材３５１９は、フィンガー３５１７が排除されるように、重なり合う部分３５４９に動作可能に連結されてもよい。
【0153】
前述の実施形態は片持ち作動ビームを指すが、別の実施形態では、マイクロバルブは単に支持された作動ビームを備えてもよい。例えば、図３１は、別の実施形態による、マイクロバルブ３６２０の側面断面図である。マイクロバルブ３６２０は、オリフィスプレート３６１０を備え、その中にオリフィス３６６０を画成する。作動ビーム３６４０は、オリフィスプレート３６１０上に配置され、作動ビーム３６４０の第一の軸端部３６４６ａは、第一のスペーサー部材３６８０ａを介してオリフィスプレート３６１０上に配置され、オリフィスプレート３６１０から離間されている。作動ビーム３６４０の第二の軸端部３６４６ｂは、第二のスペーサー部材３６８０を介してオリフィスプレート３６１０上に配置され、オリフィスプレート３６１０から離間されている。スペーサー部材３６８０ａ／ｂは、対応する接着層３６５６ａ／ｂを介してオリフィスプレート３６１０に連結される。作動ビーム３６４０は、オリフィスプレート３６１０に向かって、またはオリフィスプレート３６１０から離れるように曲がるように構成される曲げ部３６４８を備える。曲げ部３６４８は、（例えば、軸端部３６４６ａ／ｂの中間に位置する）オリフィス３６６０と重なり合う重なり合う部分３６４９を備える。封止部材３６２４は、作動ビーム３６４０の重なり合う部分３６４９に配置され、オリフィス３６６０の周りまたはオリフィスに重なり合うオリフィスプレート上に配置されるバルブシート３６７２に接触するように構成され、作動ビーム３６４０の初期位置においてオリフィス３６６０を封止する。様々な実施形態では、バルブシート３６７２は、接着層３６５６ａ／ｂと同じ材料から形成されてもよい（例えば、同じ製造工程で形成される）。重なり合う部分３６４９は作動ビーム３６４０の中心に配置されてもよいので、軸端部３６４６ａ／ｂの周りの曲げ部３６４８の曲げは、封止部材３６２４を、それに与えられる角度なしに、バルブシート３６７２に向かって、およびバルブシート３６７２から離れるように移動させることができる（すなわち、封止部材３６２４の封止面は、バルブシート３６７２に対して実質的に平行のままであってもよい）。さらに、オリフィスプレート３６１０が反ると、それに応じて作動ビーム３６４０も反り、その結果、封止部材３６２４はバルブシート３６７２に対して同じ位置および配向のままであることができる。これにより、オリフィスプレート３６１０の任意の反りまたは湾曲にかかわらず、封止部材３６２４の封止面とバルブシート３６７２との間により良い封止を形成することができる。
【0154】
いくつかの実施形態では、マイクロバルブは、第一の表面および第二の表面を備えるオリフィスプレートであって、オリフィスプレートは第一の表面から第二の表面へ延在するオリフィスを備える、オリフィスプレートと、オリフィスプレートに対して離間して配置される作動ビームであって、作動ビームはベース部および片持ち梁部を備え、ベース部はオリフィスプレートから所定の距離だけ離れ、片持ち梁部はベース部からオリフィスに向かって延在し、その重なり合う部分がオリフィスと重なり合い、作動ビームが閉位置と開位置との間で移動可能である、作動ビームと、片持ち梁部の重なり合う部分に配置される封止部材を備える封止構造と、を備え、作動ビームが閉位置にある場合、片持ち梁部は、封止構造がオリフィスを封止してマイクロバルブを閉じるように配置される。
【0155】
いくつかの実施形態では、作動ビームは圧電材料の層を備え、作動ビームは、圧電材料に印加される電気信号に応答して、閉位置と開位置との間で移動可能である。いくつかの実施形態では、圧電材料に電気信号が印加されない場合、マイクロバルブは閉位置にある。いくつかの実施形態では、逆極性電気信号が圧電材料に印加される場合、マイクロバルブが閉位置に近付くか、または閉位置でマイクロバルブを保持する力が増加する。
【0156】
いくつかの実施形態では、封止構造は、封止部材の表面上に配置されるストッパーを備え、ストッパーは、封止部材の表面に取り付けられる第一の部分と、第一の部分上にオリフィスプレートに近接して配置される第二の部分とを備え、第二の部分は第一の部分よりも大きな断面積を有する。いくつかの実施形態では、ストッパーは、電気信号がない場合、オリフィスプレートに直接接触する。いくつかの実施形態では、ストッパーは、ビスフェノールＡノボラックグリシジルエーテル系フォトレジストで構成される。［いくつかの実施形態では、封止部材、第一の部分、および第二の部分のそれぞれは実質的に円筒形である。
【0157】
いくつかの実施形態では、封止構造は、オリフィスを取り囲むバルブシートをさらに備え、バルブシートは、オリフィスと重なり合って流体出口を画成する開口部を画成する。いくつかの実施形態では、封止部材は、オリフィスに面する封止部材表面であって、封止部材表面はオリフィスプレートの上面に実質的に平行であり、封止部材表面は、作動ビームが閉位置にある場合にバルブシートからある距離だけ変位される、封止部材表面と、封止部材表面からオリフィスプレートに向かう距離を伸ばす第一の封止ブレードであって、第一の封止ブレードは、オリフィスの周囲全体を取り囲む、第一の封止ブレードと、を備える。
【0158】
いくつかの実施形態では、封止部材およびオリフィスプレートは実質的に円筒形であり、オリフィスは第一の直径の円筒形であり、封止部材は第一の直径よりも大きい第二の直径の円筒形である。いくつかの実施形態では、第一の封止ブレードは環状であり、第一の直径より大きく第二の直径より小さい第一の外径を備える。いくつかの実施形態では、第一の外径は、第二の直径よりも第一の直径に近い。
【0159】
いくつかの実施形態では、封止部材は、第一の封止ブレードを取り囲む第二の封止ブレードをさらに備え、第一の封止ブレードと第二の封止ブレードとの間に環状間隙が形成されるように、第二の封止ブレードは第一の外径よりも大きいが第二の直径よりも小さい第二の外径を有する。いくつかの実施形態では、第一の封止ブレードおよび第二の封止ブレードは、封止部材の残部と同じ材料で形成される。
【0160】
いくつかの実施形態では、オリフィスおよび封止部材は実質的に円筒形であり、バルブシートは環状でオリフィスを取り囲む。いくつかの実施形態では、オリフィスは第一の直径を有し、封止部材は第一の直径よりも大きい第二の直径を有する。いくつかの実施形態では、バルブシートは、第一の直径と第二の直径との間の外径を有する。いくつかの実施形態では、バルブシートは、第二の直径とほぼ等しい、またはそれより大きい外径を有する。
【0161】
いくつかの実施形態では、封止部材は、その端部に配置される狭窄部であって、狭窄部はオリフィスに面する封止部材表面を画成する、狭窄部と、作動ビームが閉位置にある場合、バルブシートの上面と重なり合うように狭窄部から外側方向に延在する封止フラップと、をさらに備える。
【0162】
いくつかの実施形態では、バルブシートの内面とオリフィスの内面は、互いに実質的に位置合わせされて流体出口を形成し、マイクロバルブは流体出口の内面上に配置されるコーティングをさらに備える。いくつかの実施形態では、コーティングは、封止部材に面するバルブシートの上面、またはバルブシートに面する封止部材の封止部材表面のうちの少なくとも一つを覆う。いくつかの実施形態では、コーティングはポリジメチルシロキサンを含む。
【0163】
いくつかの実施形態では、マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）マイクロバルブを構成する方法は、オリフィスを備えるオリフィスプレートを設けることと、スペーサー部材および取り付けられた封止部材を有する作動ビームを設けることと、オリフィスプレートまたは封止部材のいずれか上に封止構造の一部を形成することと、封止構造の部分を形成した後、作動ビームをオリフィスプレートに取り付けることと、を含み、封止部材はオリフィスと位置合わせされ、封止構造は、オリフィスを作動ビームに近接する体積から離す封止を、作動ビームの閉位置で形成する。
【0164】
いくつかの実施形態では、封止構造の部分を形成することは、オリフィスを取り囲むオリフィスプレート上にバルブシートを配置することを含み、方法は、封止部材のオリフィスに面する表面において封止構造の追加部分を形成することをさらに含む。
【0165】
いくつかの実施形態では、封止構造の追加部分は、一つまたは複数の封止ブレードを備え、封止構造の追加部分を形成することは、耐エッチング材料をオリフィスに面する表面に堆積させることと、耐エッチング材料の一部をエッチングすることであって、オリフィスに面する表面上の耐エッチング材料の残留部分が一つまたは複数の封止ブレードの位置および形状に対応する、エッチングすることと、封止部材を第一の所定の時間だけ等方性エッチングすることであって、等方性エッチングすることは、耐エッチング材料の下の封止部材の一部をエッチングするように構成され、一つまたは複数の封止ブレードを形成する、等方性エッチングすることと、耐エッチング材料の残留部分をオリフィスに面する表面から取り除くことと、を含む。
【0166】
いくつかの実施形態では、方法はまた、耐エッチング材料を除去する前に、封止部材の一部を除去するために、第二の所定の時間、封止部材を異方性エッチングすることであって、残留部分がより高い封止ブレードを形成する、異方性エッチングすることと、次に耐エッチング材料を除去することと、を含む。いくつかの実施形態では、耐エッチング材料は二酸化ケイ素からなる。
【0167】
いくつかの実施形態では、封止構造の追加部分は、オリフィスに面する表面から外側方向に延在するオリフィスプレートに実質的に平行な封止フラップを備え、封止構造の追加部分を形成することは、耐エッチング材料をオリフィスに面する表面上に堆積させることと、封止部材を選択的にエッチングすることであって、耐エッチング材料の下の封止部材の周面において封止部材の一部を除去し、耐エッチング材料が封止部材の除去された部分の上に延在して封止フラップを形成する、選択的にエッチングすることと、を含む。
【0168】
いくつかの実施形態では、請求項２７の方法は、封止部材を形成するために作動ビームの一部を異方性エッチングすることと、作動ビームの片持ち梁部を形成するように、基材から作動ビームを解放することと、をさらに含む。
【0169】
いくつかの実施形態では、噴射アセンブリは、貫通して延在する複数のオリフィスを備えるオリフィスプレートを備えるバルブ本体と、複数のマイクロバルブであって、複数のマイクロバルブのそれぞれは、オリフィスプレート上に配置され、対応するオリフィスから変位されたスペーサー部材と、作動ビームであって、作動ビームは、スペーサー部材上に配置されるベース部、およびベース部から対応するオリフィスに向かって延在する片持ち梁部を備え、その重なり合う部分は対応するオリフィスと重なり合い、作動ビームは、片持ち梁部がオリフィスに向かって曲がる閉位置と、片持ち梁部がオリフィスから離れるように曲がる開位置との間で移動するように構成される、作動ビームと、重なり合う部分に取り付けられ、対応するオリフィスに向かって延在する封止部材を備える封止構造と、を備える、複数のマイクロバルブと、複数のマイクロバルブのそれぞれに連結し、それぞれのマイクロバルブの流体貯留部を画成する流体マニホールドと、を備える。
【0170】
いくつかの実施形態では、作動ビームは圧電材料の層を備え、作動ビームは、圧電材料に印加される電気信号に応答して、閉位置と開位置との間で移動可能であり、圧電材料の層に電気信号が印加されない場合、マイクロバルブは閉位置にある。
【0171】
いくつかの実施形態では、封止構造は、封止部材表面上に配置されるストッパーを備え、ストッパーは、封止部材表面に取り付けられる第一の部分と、第一の部分上にオリフィスプレートにより近接して配置される第二の部分とを備え、第二の部分は第一の部分よりも大きな断面積を有する。
【0172】
いくつかの実施形態では、封止構造は、オリフィスプレート上に、そのオリフィスに近接して配置されるバルブシートをさらに備え、バルブシートは、オリフィスと重なり合って流体出口を画成する開口部を画成する。
【0173】
いくつかの実施形態では、封止部材は、オリフィスに面する封止部材表面であって、封止部材表面はオリフィスプレートの上面に実質的に平行であり、封止部材表面は、バルブシートからある距離だけ変位される、封止部材表面と、封止部材表面からオリフィスプレートに向かう距離を伸ばす第一の封止ブレードであって、第一の封止ブレードはオリフィスの少なくとも一部を取り囲み、第一の封止ブレードの一部は、オリフィスの外周の周りにそこから少し離れて配置される、第一の封止ブレードと、を備える。いくつかの実施形態では、封止部材は、第一の封止ブレードを取り囲む第二の封止ブレードをさらに備える。
【0174】
いくつかの実施形態では、第一の封止ブレード、第二の封止ブレード、およびバルブシートは、実質的に環状の形状であり、バルブシートは内径および外径を備え、片持ち梁部が閉位置にある場合、第一および第二の封止ブレードの全体は、バルブシートの上面上に内径と外径との間に配置される。
【0175】
いくつかの実施形態では、封止部材は、その端部に配置される狭窄部であって、狭窄部はオリフィスに面する封止部材表面を画成する、狭窄部と、封止部材表面において狭窄部の縁から外側に向かってに延在する封止フラップであって、封止フラップは、オリフィスプレートに実質的に平行に延在し、バルブシートの上面と重なり合う、封止フラップと、をさらに備える。
【0176】
いくつかの実施形態では、マイクロバルブは、第一の表面および第二の表面を備えるオリフィスプレートであって、オリフィスプレートは第一の表面から第二の表面へ延在するオリフィスを備える、オリフィスプレートと、オリフィスプレートに対して離間して配置される作動ビームであって、作動ビームはベース部および片持ち梁部を備え、ベース部はオリフィスプレートから所定の距離だけ離れ、片持ち梁部はベース部からオリフィスに向かって延在し、その重なり合う部分がオリフィスと重なり合い、作動ビームが閉位置と開位置との間で移動可能である、作動ビームと、作動ビーム上に配置される封止構造であって、封止構造は、片持ち梁部の重なり合う部分に配置される封止部材と、封止部材の表面上に配置されるストッパーであって、ストッパーは封止部材の表面に取り付けられる第一の部分と、オリフィスプレートに近接して第一の部分上に配置される第二の部分とを備え、第二の部分は第一の部分よりも大きな断面積を有する、ストッパーと、を備え、作動ビームが閉位置にある場合、ストッパーがオリフィスを封止してマイクロバルブを閉じるように、片持ち梁部は配置される、封止構造と、を備える。
【0177】
いくつかの実施形態では、マイクロバルブは、第一の表面および第二の表面を備えるオリフィスプレートであって、オリフィスプレートは第一の表面から第二の表面へ延在するオリフィスを備える、オリフィスプレートと、オリフィスプレートに対して離間して配置される作動ビームであって、作動ビームはベース部および片持ち梁部を備え、ベース部はオリフィスプレートから所定の距離だけ離れ、片持ち梁部はベース部からオリフィスに向かって延在し、その重なり合う部分がオリフィスと重なり合い、作動ビームが閉位置と開位置との間で移動可能である、作動ビームと、作動ビーム上に配置される封止構造であって、封止構造は、オリフィスを取り囲むバルブシートであって、バルブシートはオリフィスを取り囲んで流体出口を画成する開口部を画成する、バルブシートと、片持ち梁部の重なり合う部分に配置される封止構造と、封止部材の封止部材表面からオリフィスプレートに向かう距離を伸ばす第一の封止ブレードであって、第一の封止ブレードはオリフィスの周囲全体を取り囲み、オリフィスを封止してマイクロバルブを閉じるために、封止ブレードは、閉位置でバルブシートに接触するように構成される、第一の封止ブレードと、を備える、封止構造と、を備える。いくつかの実施形態では、封止部材は、第一の封止ブレードを取り囲む第二の封止ブレードをさらに備え、第二の封止ブレードは第一の外径よりも大きいが第二の直径よりも小さい第二の外径を有し、第一の封止ブレードと第二の封止ブレードとの間に環状間隙が形成される。
【0178】
いくつかの実施形態では、マイクロバルブは、第一の表面および第二の表面を備えるオリフィスプレートであって、オリフィスプレートは第一の表面から第二の表面へ延在するオリフィスを備える、オリフィスプレートと、オリフィスプレートに対して離間して配置される作動ビームであって、作動ビームはベース部および片持ち梁部を備え、ベース部はオリフィスプレートから所定の距離だけ離れ、片持ち梁部はベース部からオリフィスに向かって延在し、その重なり合う部分はオリフィスと重なり合い、作動ビームは閉位置と開位置との間で移動可能である、作動ビームと、作動ビーム上に配置される封止構造であって、封止構造は、片持ち梁部の重なり合う部分に配置される封止部材と、封止部材のＭｅｒｇｅ端部に配置される狭窄部であって、オリフィスに面する封止部材表面を画成する、狭窄部と、狭窄部から外側方向に延在し、作動ビームが閉位置にある場合、オリフィスを封止してマイクロバルブを閉じるように構成される封止フラップと、を備える。
【0179】
本明細書で使用する用語「約」および「およそ」は、概ね所定値の±１０％を意味する。例えば、約０．５は０．４５および０．５５を含み、約１０は９～１１を含み、約１０００は９００～１１００を含む。
【0180】
本明細書で使用する用語「連結する」、「接続する」等は、二つの部材が直接的または間接的に互いに結合することを意味する。こうした結合は、固定（例えば、永久的）または可動（例えば、取り外し可能または開放可能）としてもよい。このような結合は、二つの部材、または二つの部材と任意の別の介在部材が互いに単一の単一体として一体的に形成されるか、または二つの部材、もしくは二つの部材と任意の別の介在部材が互いに取り付けられることで達成されてもよい。
【0181】
本明細書の要素の位置（例えば、「上」、「下」、「上に」、「下に」など）への言及は、単に、図中の様々な要素の方向を説明するために使用される。様々な要素の方向は、別の例示的な実施形態に従って異なってもよく、このような変形は本開示によって包含されることが意図されていることに留意されたい。
【0182】
例示的な実施形態に示す要素の構成および配置は、例示にすぎない。本開示のいくつかの実施形態のみが詳細に説明されているが、本開示のレビューを行う当業者であれば、列挙された主題の新規の教示および利点から実質的に逸脱することなく、多くの修正（例えば、様々な要素のサイズ、寸法、構造、形状および比率の変形、パラメータの値、取付け配置、材料の用途、色、向き等）が可能であることを容易に理解するであろう。例えば、一体的に形成されたものとして示される要素は、複数の部品または要素から構成されてもよく、要素の位置は逆転されても、または別の方法で変化されてもよく、個別の要素の性質もしくは数または位置は、変更されても、または変化されてもよい。
【0183】
さらに、「例示的」という語は、実施例、例、または図として機能することを意味するために使用される。「例示的」または「実施例」として本明細書に記載の任意の実施形態または設計は、必ずしも他の実施形態または設計よりも好ましいまたは有利であると解釈されるべきではない（および、このような用語は、このような実施形態が必然的に並外れたまたは最上の例であると暗示することを意図するものではない）。むしろ、「例示的」という語の使用は、概念を具体的に示すことを目的としている。したがって、このような全ての修正は、本開示の範囲内に包含されることが意図される。添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、他の置換、修正、変更、および省略は、好ましい実施形態および他の例示的な実施形態の設計、動作条件、および配置においてなされてもよい。
【0184】
本発明の範囲から逸脱することなく、様々な例示的な実施形態の設計、動作条件、および配置において、他の置換、修正、変更、および省略を行うこともできる。例えば、一実施形態で開示される任意の要素は、本明細書で開示される任意の他の実施形態に組み込まれてもよく、または利用されてもよい。また、例えば、任意のプロセスまたは方法の工程の順序またはシークエンスは、別の実施形態に従って変更または再度順序付けされてもよい。任意の手段と機能の条項は、記載された機能を実行するものとして本明細書に記載された構造、ならびに構造的同等物だけでなく同等の構造も包含することを意図している。添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、他の置換、修正、変更、および省略は、好ましい実施形態および他の例示的な実施形態の設計、動作構成、および配置において行ってもよい。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28A】
【図28B】
【図29】
【図30】
【図31】