(57)【要約】【課題】プランジャの変位量を積層型圧電素子の変位量よりも増大させる。【解決手段】容器１１内で初期位置から吐出位置に移動する動作に伴って液剤２５を押しながら液剤をノズル孔１３ｃから外部に吐出させるプランジャ１８と、一端面１４ｂが固定部材１２に固定され且つ他端面１４ｃがプランジャ１８の鍔部上面１８ａ１に対して接離自在に設けられ、駆動電圧波形の印加に伴って変位した他端面１４ｃで押圧してプランジャ１８を吐出位置に向かって変位させる積層型圧電素子１４と、プランジャ１８を初期位置に戻すように付勢するバネ部材１９と、を備え、積層型圧電素子１４でプランジャ１８を初期位置から吐出位置に向かって所定量変位させたときに駆動電圧波形の印加を止めて、プランジャ自身の慣性力によりプランジャ１８を積層型圧電素子１４から離間させ、プランジャ１８をバネ部材１９に抗して吐出位置に向かって更に変位させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液剤を収容する液剤収容室と、この液剤収容室内に収容した前記液剤を吐出するノズル孔とを有する容器と、
前記容器内で前記液剤を吐出しない初期位置と前記液剤を吐出する吐出位置との間を移動可能に設けられ、且つ、前記初期位置から前記吐出位置に移動する動作に伴って前記液剤を押しながら該液剤を前記ノズル孔から外部に吐出させるプランジャと、
一端面が固定部材に固定され且つ前記一端面と反対の他端面が前記プランジャの上面に対して接離自在に設けられ、駆動電圧波形の印加に伴って変位した前記他端面で押圧して前記プランジャを前記吐出位置に向かって変位させる積層型圧電素子と、
前記プランジャを前記初期位置に戻すように付勢するバネ部材と、
を備え、
前記積層型圧電素子で前記プランジャを前記初期位置から前記吐出位置に向かって所定量変位させたときに前記駆動電圧波形の印加を止めて、プランジャ自身の慣性力により前記プランジャを前記積層型圧電素子から離間させ、前記プランジャを前記バネ部材に抗して前記吐出位置に向かって更に変位させることを特徴とする液剤吐出装置。
【請求項２】
前記積層型圧電素子の他端面側に円錐状又は半球状もしくは三角錐以上の多角錐状の凸部を一体又は別体に形成し、且つ、前記プランジャの上面に前記凸部が位置決めして接離する丸孔状の凹孔を形成したことを特徴とする請求項１記載の液剤吐出装置。
【請求項３】
前記積層型圧電素子の他端面側に円錐状又は半球状もしくは三角錐以上の多角錐状の凸部を一体又は別体に形成し、且つ、前記プランジャの上面に前記凸部が位置決めして接離する円錐状の凹孔を形成したことを特徴とする請求項１記載の液剤吐出装置。
【請求項４】
前記プランジャが前記積層型圧電素子から離間して前記吐出位置に移動する際に、前記積層型圧電素子の他端面側に形成した前記凸部が前記プランジャの上面に形成した前記凹孔から外れないように前記プランジャの移動を規制する規制部を前記容器内に設けたことを特徴とする請求項２又は請求項３記載の液剤吐出装置。
【請求項５】
前記固定部材と前記積層型圧電素子の一端面側とを凹凸嵌合により位置決めして固定したことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の液剤吐出装置。
【請求項６】
前記プランジャの変位量は、プランジャ自身の慣性力が加わることにより前記積層型圧電素子の変位量よりも大きいことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の液剤吐出装置。
【請求項７】
前記プランジャが変位する際の運動エネルギーが、前記バネ部材の反力と、前記液剤の粘性抵抗によって失われる運動エネルギーを加算した値よりも上回ることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項記載の液剤吐出装置。
【請求項８】
駆動電圧波形の印加に伴って変位する積層型圧電素子によりプランジャをバネ部材で付勢された初期位置から液剤を吐出する吐出位置に向かって変位させて、前記プランジャで前記液剤を押しながら該液剤をノズル孔から外部に吐出させる液剤吐出方法において、
前記積層型圧電素子の一端面を固定し、且つ、前記一端面と反対の他端面を前記プランジャの上面に対して接離自在に設けた際、前記積層型圧電素子で前記プランジャを前記初期位置から前記吐出位置に向かって所定量変位させたときに前記駆動電圧波形の印加を止めて、プランジャ自身の慣性力により前記プランジャを前記積層型圧電素子から離間させ、前記プランジャを前記バネ部材に抗して前記吐出位置に向かって更に変位させることを特徴とする液剤吐出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動電圧波形の印加に伴って変位する積層型圧電素子によりプランジャをバネ部材で付勢された初期位置から液剤を吐出する吐出位置に向かって変位させて、このプランジャで容器内の液剤を押しながらこの液剤をノズル孔から外部に向かって吐出させる際に、プランジャ自身の慣性力を利用してプランジャの変位量を積層型圧電素子の変位量よりも増大できる液剤吐出装置及び液剤吐出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、粘性を有する液剤をプランジャとかピストンで押しながらこの液剤をノズル孔から外部に向かって滴下又は飛滴する液剤吐出装置は、各種の構造形態がある。
【０００３】
例えば、粘性を有するインクを吐出する液剤吐出装置はインクジェット方式の印刷装置などに適用され、また、粘性を有するクリームハンダを吐出する液剤吐出装置はプリント配線基板などに適用され、更に、粘性を有する接着剤を吐出する液剤吐出装置は各種の分野で適用されている。
【０００４】
この種の液剤吐出装置において、チタン酸ジルコン酸鉛を用いた積層ＰＺＴ（積層型圧電素子）によりフット（プランジャ相当）を変位させて、このフットによりインク室内のインクをノズル孔から外部に向かって滴下又は飛滴するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図１０は従来の積層ＰＺＴアレイの固定方法を説明するための断面図である。
【０００６】
図１０に示した従来の積層ＰＺＴアレイの固定方法は、下記する特許文献１に開示されているものであり、ここでは特許文献１を参照して簡略に説明する。
【０００７】
図１０に示した如く、従来の積層ＰＺＴアレイの固定方法では、積層ＰＺＴ（積層型圧電素子）１０１が駆動電圧を印加することにより矢印で示した変位方向に変位可能に設けられている。
【０００８】
また、積層ＰＺＴ１０１の長手方向の一端面１０１ａにバックプレート１０２が導電性接着剤により接着され、且つ、積層ＰＺＴ１０１の長手方向の他端面１０１ｂにフット（プランジャ相当）１０３が導電性接着剤により接着されている。
【０００９】
また、フット１０３は、フレーム１０４の上面１０４ａと下面１０４ｂとの間を貫通して穿設した貫通孔１０４ｃ内に弾性体であるシリコンゴム１０５を介して変位可能に取り付けられている。
【００１０】
この際、シリコンゴム１０５は積層ＰＺＴ１０１の変位に応じて変位したフット１０３を変位前の初期位置（初期状態）に戻す機能を有している。
【００１１】
また、フレーム１０４の下面１０４ｂ側に振動板１０６を介してインク室フレーム１０７が取り付けられている。
【００１２】
この際、インク室フレーム１０７は、フレーム１０４の貫通孔１０４ｃと振動板１０６を介して対向する部位にインク１０８を収容するインク室１０７ａが形成されていると共に、インク室１０７ａに連接してインク１０８を吐出するノズル孔１０７ｂが形成されている。
【００１３】
上記の構成により、積層ＰＺＴ１０１に駆動電圧を印加して、この積層ＰＺＴ１０１の変位によりフット１０３を変位させてシリコンゴム１０５を介して振動板１０６に伝達して、振動板１０６が発生する振動エネルギーに応じてインク室１０７ａ内のインク１０８をノズル孔１０７ｂから外部に向かって吐出させている。
【００１４】
この際、不図示のインクジェットプリンタ内ではノズル孔１０７ｂごとに、積層ＰＺＴ１０１と、バックプレート１０２と、フット１０３とを組とし、各組が独立してフレーム１０４にシリコンゴム１０５で接着されている旨が開示されている。
【特許文献１】特開平７−８１０５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで、上記した特許文献１に開示された従来の積層ＰＺＴアレイの固定方法において、前述したように、積層ＰＺＴ１０１とフット１０３とが導電性接着剤により接着されて一体化されているので、積層ＰＺＴ１０１に駆動電圧を印加したときに、積層ＰＺＴ１０１の変位量とフット１０３の変位量とは同じである。
【００１６】
一方、積層ＰＺＴ１０１の変位量は駆動電圧に略比例するが、変位量を大きくしようとすると駆動時の発熱量が大きくなり、逆に発熱量を抑えようとすると大きな変位量が取れない。
【００１７】
この際、発熱量を抑えて積層ＰＺＴ１０１を駆動した場合に、積層ＰＺＴ１０１と一体化されたフット１０３の変位量も大きく取れないので、インク１０８を良好に吐出できないために問題である。
【００１８】
また、フット１０３を変位前の初期位置に戻すためのシリコンゴム１０５は、追従性が遅いので積層ＰＺＴ１０１と一体にフット１０３を高速に変位させることができない。
【００１９】
また、振動板１０６によりインク室１０７ａ内が振動したときに、積層ＰＺＴ１０１とフット１０３とが接着されているので、フット１０３を介して積層ＰＺＴ１０１に引張応力が発生し、これにより積層ＰＺＴ１０１が損傷することがある。
【００２０】
そこで、駆動電圧波形の印加に伴って変位する積層型圧電素子によりプランジャをバネ部材で付勢された初期位置から液剤を吐出する吐出位置に向かって変位させて、このプランジャで容器内の液剤を押しながらこの液剤をノズル孔から外部に向かって吐出させる際に、プランジャの変位量を積層型圧電素子の変位量よりも増大でき、且つ、積層型圧電素子を損傷させないように図った液剤吐出装置及び液剤吐出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、第１の発明は、液剤を収容する液剤収容室と、この液剤収容室内に収容した前記液剤を吐出するノズル孔とを有する容器と、
前記容器内で前記液剤を吐出しない初期位置と前記液剤を吐出する吐出位置との間を移動可能に設けられ、且つ、前記初期位置から前記吐出位置に移動する動作に伴って前記液剤を押しながら該液剤を前記ノズル孔から外部に吐出させるプランジャと、
一端面が固定部材に固定され且つ前記一端面と反対の他端面が前記プランジャの上面に対して接離自在に設けられ、駆動電圧波形の印加に伴って変位した前記他端面で押圧して前記プランジャを前記吐出位置に向かって変位させる積層型圧電素子と、
前記プランジャを前記初期位置に戻すように付勢するバネ部材と、
を備え、
前記積層型圧電素子で前記プランジャを前記初期位置から前記吐出位置に向かって所定量変位させたときに前記駆動電圧波形の印加を止めて、プランジャ自身の慣性力により前記プランジャを前記積層型圧電素子から離間させ、前記プランジャを前記バネ部材に抗して前記吐出位置に向かって更に変位させることを特徴とする液剤吐出装置である。
【００２２】
また、第２の発明は、上記した第１の発明の液剤吐出装置において、
前記積層型圧電素子の他端面側に円錐状又は半球状もしくは三角錐以上の多角錐状の凸部を一体又は別体に形成し、且つ、前記プランジャの上面に前記凸部が位置決めして接離する丸孔状の凹孔を形成したことを特徴とする液剤吐出装置である。
【００２３】
また、第３の発明は、上記した第１の発明の液剤吐出装置において、
前記積層型圧電素子の他端面側に円錐状又は半球状もしくは三角錐以上の多角錐状の凸部を一体又は別体に形成し、且つ、前記プランジャの上面に前記凸部が位置決めして接離する円錐状の凹孔を形成したことを特徴とする液剤吐出装置である。
【００２４】
また、第４の発明は、上記した第１又は第２の発明の液剤吐出装置において、
前記プランジャが前記積層型圧電素子から離間して前記吐出位置に移動する際に、前記積層型圧電素子の他端面側に形成した前記凸部が前記プランジャの上面に形成した前記凹孔から外れないように前記プランジャの移動を規制する規制部を前記容器内に設けたことを特徴とする液剤吐出装置である。
【００２５】
また、第５の発明は、上記した第１〜第４のいずれかの発明の液剤吐出装置において、
前記固定部材と前記積層型圧電素子の一端面側とを凹凸嵌合により位置決めして固定したことを特徴とする液剤吐出装置である。
【００２６】
また、第６の発明は、上記した第１〜第５のいずれかの発明の液剤吐出装置において、
前記プランジャの変位量は、プランジャ自身の慣性力が加わることにより前記積層型圧電素子の変位量よりも大きいことを特徴とする液剤吐出装置である。
【００２７】
また、第７の発明は、上記した第１〜第６のいずれかの発明の液剤吐出装置において、
前記プランジャが変位する際の運動エネルギーが、前記バネ部材の反力と、前記液剤の粘性抵抗によって失われる運動エネルギーを加算した値よりも上回ることを特徴とする液剤吐出装置である。
【００２８】
また、第８の発明は、駆動電圧波形の印加に伴って変位する積層型圧電素子によりプランジャをバネ部材で付勢された初期位置から液剤を吐出する吐出位置に向かって変位させて、前記プランジャで前記液剤を押しながら該液剤をノズル孔から外部に吐出させる液剤吐出方法において、
前記積層型圧電素子の一端面を固定し、且つ、前記一端面と反対の他端面を前記プランジャの上面に対して接離自在に設けた際、前記積層型圧電素子で前記プランジャを前記初期位置から前記吐出位置に向かって所定量変位させたときに前記駆動電圧波形の印加を止めて、プランジャ自身の慣性力により前記プランジャを前記積層型圧電素子から離間させ、前記プランジャを前記バネ部材に抗して前記吐出位置に向かって更に変位させることを特徴とする液剤吐出方法。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る液剤吐出装置及び液剤吐出方法によれば、駆動電圧波形の印加に伴って変位する積層型圧電素子によりプランジャをバネ部材で付勢された初期位置から液剤を吐出する吐出位置に向かって変位させて、このプランジャで容器内の液剤を押しながらこの液剤をノズル孔から外部に向かって吐出させる際に、積層型圧電素子の一端面を固定し、且つ、一端面と反対の他端面をプランジャの上面に接着することなく、この他端面をプランジャの上面に対して接離させることで、積層型圧電素子でプランジャを初期位置から吐出位置に向かって所定量変位させたときに駆動電圧波形の印加を止めて、プランジャ自身の慣性力によりプランジャを積層型圧電素子から離間させ、プランジャをバネ部材に抗して吐出位置に向かって更に変位させているために、これにより、プランジャ自身の慣性力を利用してプランジャの変位量を積層型圧電素子の変位量よりも増大でき、且つ、積層型圧電素子の最大駆動周波数を増大させることができるので、発熱量が小さく且つ変位量が小さい積層型圧電素子を用いて液剤の高速吐出が可能であると共に、液剤をノズル孔から外部に効率よく確実に吐出させることができ、液剤吐出装置の信頼性向上に寄与できる。
【００３０】
更に、積層型圧電素子とプランジャとが接離自在になっているので、積層型圧電素子に引張応力が加わらないために積層型圧電素子が破損することはない。
【００３１】
尚、本発明に係る液剤吐出装置において、必要に応じて、積層型圧電素子の他端面とプランジャの上面とを凹凸嵌合により位置決めして接離させるとか、固定部材と積層型圧電素子の一端面とを凹凸嵌合により位置決めして固定することで、積層型圧電素子とプランジャとを同一軸線上に沿わせることができるので、液剤吐出に必要な押圧力低下が発生しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下に本発明に係る液剤吐出装置及び液剤吐出方法の一実施例について図１〜図９を参照して詳細に説明する。
【実施例】
【００３３】
図１は本発明に係る実施例の液剤吐出装置を示した構成図、
図２は本発明に係る実施例の液剤吐出装置の動作及び本発明に係る実施例の液剤吐出方法を説明するための図であり、（ａ）は液剤吐出待機状態を示し、（ｂ）は積層型圧電素子の変位をプランジャに伝達した状態を示し、（ｃ）は（ｂ）の状態からプランジャ自身の慣性力による液剤吐出状態を示した図、
図３は本発明に係る実施例の液剤吐出装置及び液剤吐出方法において、プランジャの変位特性を示した図、
図４は本発明に係る実施例の液剤吐出装置及び液剤吐出方法において、積層型圧電素子の最大駆動周波数特性を示した図、
図５は本発明に係る実施例の液剤吐出装置及び液剤吐出方法において、積層型圧電素子とプランジャとを仮に接着剤により接着した場合の動きを説明するための図である。
【００３４】
図１に示した如く、本発明に係る実施例の液剤吐出装置１０では、液剤吐出用容器１１が上ケース１２と下ケース１３とに２分してそれぞれ円筒状に形成されており、両ケース１２，１３が不図示の接合手段により上下を蓋合わせして接合されている。
【００３５】
上記した上ケース１２は、後述する積層型圧電素子１４を収容する圧電素子収容室１２ａが積層型圧電素子１４の円筒状外周面１４ａよりも一回り大径で下ケース１３に向かって長尺に形成されており、且つ、圧電素子収容室１２ａの側方に積層型圧電素子１４に接続したワイヤ１６を通すワイヤ孔１２ｂが形成されている。
【００３６】
この際、上ケース１２は、積層型圧電素子１４の長手方向の一端面１４ｂを固定する固定部材として用いられており、上ケース１２に代えて液剤吐出装置１０のフレーム（図示せず）の一部を利用しても良いものであり、積層型圧電素子１４を長手方向となる積層方向に倒れることなく収容できる構造であれば良いものである。
【００３７】
一方、上記した下ケース１３は、後述するプランジャ１８及びバネ部材１９を収容するためのプランジャ収容室１３ａがプランジャ１８の鍔部１８ａよりも一回り大径で上ケース１２の圧電素子収容室１２ａと対向してこの圧電素子収容室１２ａに対して同心的に形成され、且つ、このプランジャ収容室１３ａの下方に液剤２５を収容するための液剤収容室１３ｂがプランジャ収容室１３ａよりも細径でこのプランジャ収容室１３ａに対して同心的に連接して形成され、且つ、液剤収容室１３ｂの下方中心部位に液剤２５を外部に吐出するためのノズル孔１３ｃが孔径５０μｍ〜３００μｍ程度の範囲内で液剤収容室１３ｂに対して同心的に連接して形成され、更に、液剤収容室１３ｂの側方に液剤配管口１３ｄが形成されている。
【００３８】
ここで、上ケース１２の圧電素子収容室１２ａ内に収容される積層型圧電素子１４は、この長手方向に沿って複数の圧電素子（ピエゾ素子）が積層されており、且つ、積層型圧電素子１４に接続したワイヤ１６を圧電素子駆動回路１７に接続して、圧電素子駆動回路１７から出力された駆動電圧波形を積層型圧電素子１４に印加することで、駆動電圧に応じて積層型圧電素子１４が変位可能になっていると共に、積層型圧電素子１４への駆動電圧の印加を止めると初期位置（初期状態）に戻るようになっている。
【００３９】
また、積層型圧電素子１４は、この長手方向の一端に平坦に形成した一端面１４ｂが上ケース１２の圧電素子収容室１２ａの内部上部に平坦に形成した内部上面１２ａ１に接着剤１５により固定されている。
【００４０】
また、積層型圧電素子１４は、一端面１４ｂと反対側で長手方向の他端に平坦に形成した他端面１４ｃがプランジャ１８の鍔部１８ａの平坦な鍔部上面１８ａ１に接着されることなく、このプランジャ１８の鍔部１８ａの鍔部上面１８ａ１に対して接離自在になっており、且つ、長手方向の他端面１４ｂ側が駆動電圧の印加に応じて矢印で示した下方に向かう変位方向に変位可能になっている。
【００４１】
また、下ケース１３のプランジャ収容室１３ａ内に収容されるプランジャ１８は、液剤２５を吐出しない初期位置と液剤２５を吐出する吐出位置との間を上下方向に移動可能に設けられており、積層型圧電素子１４の変位に伴って初期位置から吐出位置に向かって下動する一方、後述するバネ部材１９によって吐出位置から初期位置に向かって上動するように設けられている。
【００４２】
また、上記したプランジャ１８は、積層型圧電素子１４の変位に伴って変位するときに、プランジャ自身の慣性力が得られるような重量を有する金属材などを用いて、大径な鍔部１８ａと、この鍔部１８ａの下方に設けられて鍔部１８ａより小径で長尺な軸部１８ｂとが同心的に連接されて段付き円筒状に形成されている。
【００４３】
また、プランジャ１８の軸部１８ｂに圧縮バネを用いたバネ部材（以下、圧縮バネと記す）１９が嵌め込まれた状態でプランジャ１８の鍔部１８ａと圧縮バネ１９とが下ケース１３のプランジャ収容室１３ａ内に収容されていると共に、プランジャ１８の軸部１８ｂの下端面１８ｂ１側はリニアベアリング２０とＯリング２１とを順に介して下ケース１３の液剤収容室１３ｂ内に進入している。
【００４４】
この際、圧縮バネ１９は、下ケース１３のプランジャ収容室１３ａ内の固定面１３ａ１と、プランジャ１８の鍔部１８ａの鍔部下面１８ａ２とに当接しており、プランジャ１８が変位していないときに圧縮バネ１９の付勢力でプランジャ１８の鍔部上面１８ａ１が積層型圧電素子１４の他端面１４ｃに当接するように押圧しているので、この圧縮バネ１９はプランジャ１８を変位していない初期位置（初期状態）に戻すための復帰用として機能している。
【００４５】
また、下ケース１３の液剤収容室１３ｂ内の上方部位に設けたリニアベアリング２０は、プランジャ１８の軸部１８ｂを上下方向に移動可能に案内している。
【００４６】
また、下ケース１３の液剤収容室１３ｂ内でリニアベアリング２０の下方に設けたリング状のＯリング２１は、この外周部位を液剤収容室１３ｂの内面に嵌め込み、且つ、内周部位をプランジャ１８の軸部１８ｂに摺接させることで、液剤収容室１３ｂ内に収容した液剤２５がリニアベアリング２０内及び下ケース１３のプランジャ収容室１３ａ内に流れ込むのを封止している。
【００４７】
また、液剤吐出用容器１１の側方に、液剤２５を貯蔵した液剤貯蔵用タンク２６が設置され、且つ、液剤貯蔵用タンク２６の下方から下ケース１３の液剤配管口１３ｄに向かってパイプ２７が配管されており、この液剤貯蔵用タンク２６内の液剤２５がパイプ２７及び下ケース１３の液剤配管口１３ｄを通って下ケース１３の液剤収容室１３ｂ内に流入可能になっている。
【００４８】
この際、実施例では、液剤２５として０．１〜１０Ｐａｓ（パスカル秒）程度の粘度を有するインクを用いることで、液剤吐出装置１０が周知のインクジェットプリンタに適用可能になっている。
【００４９】
尚、上記した液剤２５は、粘性を有するインクに限定されるものでなく、粘性を有するクリームハンダとか、粘性を有する接着剤などを用いても良いものである。
【００５０】
ここで上記のように構成した本発明に係る実施例の液剤吐出装置１０の動作及び本発明に係る実施例の液剤吐出方法について図２（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。
【００５１】
まず、図２（ａ）に示した如く、本発明に係る実施例の液剤吐出装置１０が非動作状態（初期状態）であるときに、液剤吐出用容器１１の一部を構成する上ケース１２の圧電素子収容室１２ａ内に収容されている積層型圧電素子１４は変位していない初期状態を保っており、この長手方向の他端面１４ｃが初期位置に至っている。
【００５２】
この初期状態のときに、積層型圧電素子１４の長手方向の一端面１４ｂは、上ケース１２の圧電素子収容室１２ａの内部上面１２ａ１に接着剤１５により固定されているが、
積層型圧電素子１４の長手方向の他端面１４ｃとプランジャ１８の鍔部１８ａの鍔部上面１８ａ１とが接離自在になっているので、圧縮バネ１９の付勢力によってプランジャ１８の鍔部１８ａの鍔部上面１８ａ１が積層型圧電素子１４の長手方向の他端面１４ｃに当接している。
【００５３】
上記に伴って、プランジャ１８は、下ケース１３の液剤収容室１３ｂ内にリニアベアリング２０とＯリング２１とを介して進入した軸部１８ｂの下端面１８ａがノズル孔１３ｃから離れた上方の初期位置に至っているので、液剤収容室１３ｂ内に収容された液剤２５は粘性と毛細管現象とによって下ケース１３のノズル孔１３ｃから吐出することなく液剤吐出待機状態である。
【００５４】
次に、図２（ｂ）に示した如く、本発明に係る実施例の液剤吐出装置１０を動作させて、圧電素子駆動回路１７（図１）より出力された数１０Ｈｚ〜数１００Ｈｚの駆動電圧波形をワイヤ１６を介して積層型圧電素子１４に印加すると、駆動電圧波形によって積層型圧電素子１４が矢印方向に向かって高速に変位する際に積層型圧電素子１４の他端面１４ｃがプランジャ１８の鍔部１８ａの鍔部上面１８ａ１に当接しながら鍔部上面１８ａ１を押圧するので、積層型圧電素子１４と一体となってプランジャ１８が圧縮バネ１９の付勢力に抗して初期位置から吐出位置に向かって所定量変位したときに変位量がＨ１となるが、この変位量Ｈ１だけではプランジャ１８の軸部１８ｂの下端面１８ｂ１で下ケース１３の液剤収容室１３ｂ内に収容された液剤２５を下ケース１３のノズル孔１３ｃから確実に吐出させることはできない。
【００５５】
そして、積層型圧電素子１４の他端面１４ｃが変位量Ｈ１だけ変位した時点で積層型圧電素子１４に対して駆動電圧波形の印加を止めるので、積層型圧電素子１４の他端面１４ｃはこれ以上変位しない。
【００５６】
次に、図２（ｃ）に示した如く、積層型圧電素子１４とプランジャ１８とが一体に変位量Ｈ１だけ変位したときに、積層型圧電素子１４に対して駆動電圧波形の印加を止めると、プランジャ１８の鍔部１８ａの鍔部上面１８ａ１は積層型圧電素子１４の他端面１４ｃに接着されていないために、プランジャ自身の慣性力によりプランジャ１８の鍔部１８ａの鍔部上面１８ａ１が積層型圧電素子１４の他端面１４ｃから離間して、プランジャ１８のみが吐出位置に向かって更に変位量Ｈ２だけ変位する。
【００５７】
従って、プランジャ１８の全体変位量Ｈ３は、積層型圧電素子１４による変位量Ｈ１と、プランジャ１８自身の慣性力による変位量Ｈ２とを加算した変位量Ｈ３（＝Ｈ１＋Ｈ２）だけ変位するので、図２（ｂ）の場合に対してプランジャ自身の慣性力による変位量Ｈ２分だけ増加するために、プランジャ１８の軸部１８ｂの下端面１８ｂ１で下ケース１３の液剤収容室１３ｂ内に収容された液剤２５を下ケース１３のノズル孔１３ｃから確実に吐出させることができる。
【００５８】
上記した図２（ｂ）に示した場合と、上記した図２（ｃ）に示した場合とでプランジャ１８の変位特性について図３を用いて比較すると、図２（ｂ）に示した状態は、前述したように、積層型圧電素子１４とプランジャ１８とが一体となって変位量Ｈ１だけ変位するので、積層型圧電素子１４の他端面１４ｃとプランジャ１８の鍔部１８ａの鍔部上面１８ａ１とが仮に不図示の接着剤により接着された状態と等価であるので、図３（１）中に点線で示した図２（ｂ）の場合に対応し、この場合に図３（１）に示した特性からプランジャ１８の最大変位量は積層型圧電素子１４の変位量と同じで１２μｍ程度である。
【００５９】
一方、図２（ｃ）に示した状態は、前述したように、プランジャ１８が、積層型圧電素子１４による変位量Ｈ１と、積層型圧電素子１４から離間してプランジャ自身の慣性力による変位量Ｈ２とを加算した変位量Ｈ３（＝Ｈ１＋Ｈ２）だけ変位するので、図３（２）中に実線で示した図２（ｃ）の場合に対応し、この場合に図３（２）に示した特性からプランジャ１８の最大変位量（全変位量）は２５μｍ程度である。
【００６０】
従って、前述したように積層型圧電素子１４の変位量Ｈ１が１２μｍ程度であるのに対してプランジャ自身の慣性力によるプランジャ１８の変位量Ｈ２は１３μｍ程度となる。
【００６１】
上記から、プランジャ１８の全変位量Ｈ３は、プランジャ自身の慣性力が加わることにより積層型圧電素子１４の変位量Ｈ１よりも増大できるので、液剤２５を確実に吐出させることができる。
【００６２】
また、上記した図２（ｂ）に示した場合と、上記した図２（ｃ）に示した場合とで積層型圧電素子１４の最大駆動周波数特性について図４を用いて比較すると、図４（１）中に点線で示した図２（ｂ）の場合よりも、図４（２）中に実線で示した図２（ｃ）の場合の方が積層型圧電素子１４の最大駆動周波数を増大させることができる。
【００６３】
上記から、積層型圧電素子１４の最大駆動周波数を増大させることができるので、発熱量が小さく且つ変位量が小さい積層型圧電素子１４を用いて液剤２５の高速吐出が可能であると共に、液剤２５をノズル孔１３ｃから外部に効率よく確実に吐出させることができ、液剤吐出装置１０の信頼性向上に寄与できる。
【００６４】
更に、積層型圧電素子１４と、プランジャ１８とを仮に不図示の接着剤により接着した場合の動きについて図５を用いて説明すると、積層型圧電素子１４の駆動によりプランジャ１８が下方に移動した際に、このプランジャ１８に接着した積層型圧電素子１４も下方に引っ張られるので、積層型圧電素子１４に引張応力が加わるために、引張応力によって積層型圧電素子１４が破損してしまうが、この実施例では、積層型圧電素子１４とプランジャ１８とが接離自在になっているので、積層型圧電素子１４に引張応力が加わらないために積層型圧電素子１４が破損することはない。
【００６５】
そして、上記した本発明に係る実施例の液剤吐出装置１０の動作を得るための条件は、下記する第１〜第３の条件が必要である。
【００６６】
即ち、第１の条件は、積層型圧電素子１４と、プランジャ１８と、プランジャ１８を初期位置（初期状態）に戻す圧縮バネ１９とを備えていることである。
【００６７】
また、第２の条件は、積層型圧電素子１４の長手方向の一端面１４ｂが固定され、且つ、長手方向の他端面１４ｃがプランジャ１８の鍔部１８ａの鍔部上面１８ａ１に対して接離自在になっていることである。
【００６８】
更に、第３の条件は、プランジャ１８の質量をｍ、積層型圧電素子１４の変位速度をｖ、圧縮バネ１９のバネ定数をｋ、圧縮バネ１９の撓み量をｘ、液剤２５の粘度をμ、プランジャ１８の変位速度ｖに比例する項をｆ（ｖ）とすると、プランジャ１８が変位する際の運動エネルギ（ｍｖ２／２）が、圧縮バネ１９の反力（ｋｘ２／２）と、液剤２５の粘性抵抗｛μ×ｆ（ｖ）｝によって失われる運動エネルギーを加算した値を上回って、下記の式１を満たすことが必要である。
【００６９】
［数１］
ｍｖ２／２＞ｋｘ２／２＋μ×ｆ（ｖ）………式１
そして、上記した式１を満たしたときに、プランジャ１８の変位量を積層型圧電素子１４の変位量よりも確実に増大できる。
【００７０】
次に、本発明に係る実施例の液剤吐出装置１０を一部変形させた第１〜第４変形例について図６〜図９を用いて説明する。
【００７１】
図６（ａ），（ｂ）は本発明に係る実施例の液剤吐出装置を一部変形させた第１変形例の液剤吐出装置を示した構成図、
図７（ａ），（ｂ）は本発明に係る実施例の液剤吐出装置を一部変形させた第２変形例の液剤吐出装置を示した構成図、
図８（ａ），（ｂ）は本発明に係る実施例の液剤吐出装置を一部変形させた第３変形例の液剤吐出装置を示した構成図、
図９（ａ），（ｂ）は本発明に係る実施例の液剤吐出装置を一部変形させた第４変形例の液剤吐出装置を示した構成図である。
【００７２】
図６〜図９に示した第１〜第４変形例の液剤吐出装置１０Ａ〜１０Ｄは、先に説明した実施例の液剤吐出装置１０（図１）の構成と一部を除いて同様の構成であり、ここでは説明の便宜上、先に示した構成部材に対しては同一の符号を付して図示し、且つ、先に示した構成部材は必要に応じて適宜説明し、実施例に対して異なる構成部材に新たな符号を付して異なる点を中心にして説明する。
【００７３】
まず、図６（ａ），（ｂ）に示した第１変形例の液剤吐出装置１０Ａでは、積層型圧電素子１４の一端面側を固定した状態でこの積層型圧電素子１４の他端面側をプランジャ１８に対して位置決め可能に接離させる点が実施例の液剤吐出装置１０（図１）とは異なるものであり、その他は実施例の液剤吐出装置１０と同様の構成である。
【００７４】
即ち、図６（ａ）に示した如く、第１変形例の液剤吐出装置１０Ａにおいて、液剤吐出用容器１１の一部を構成する上ケース１２の圧電素子収容室１２ａ内に収容される積層型圧電素子１４は、この長手方向の一端に平坦に形成した一端面１４ｂが上ケース１２の圧電素子収容室１２ａの内部上部に平坦に形成した内部上面１２ａ１に接着剤１５により固定されている点は実施例と同じであるが、長手方向の他端面側に円錐状又は半球状もしくは三角錐以上の多角錐状の凸部１４ｄが一体形成されて、この凸部１４ｄがプランジャ１８の鍔部１８ａの平坦な鍔部上面１８ａ１の中心部に形成した丸孔状の有底凹孔１８ｃに対して位置決めされながら接離自在になっている点が実施例に対して異なっている。
【００７５】
従って、積層型圧電素子１４を動作させたときに、この積層型圧電素子１４の他端面側に形成した円錐状又は半球状もしくは三角錐以上の多角錐状の凸部１４ｄがプランジャ１８の鍔部上面１８ａ１の中心部に形成した丸孔状の有底凹孔１８ｃ内に位置決めされながら凹凸嵌合するので、積層型圧電素子１４とプランジャ１８とを同一軸線上に沿わせることができために、液剤吐出に必要な押圧力低下が発生しなくなる。
【００７６】
この際、プランジャ１８が積層型圧電素子１４から離間して吐出位置に移動する際に、積層型圧電素子１４の他端面側に形成した円錐状又は半球状もしくは三角錐以上の多角錐状の凸部１４ｄがプランジャ１８の鍔部上面１８ａ１に形成した丸孔状の有底凹孔１８ｃから外れないようにプランジャ１８の移動を規制するための規制部として、プランジャ１８の唾部１８ａの外周部位を下ケース１３のプランジャ収容室１３ａの内周径により上下左右方向を規制する共に、プランジャ１８の軸部１８ｂを下ケース１３の液剤収容室１３ｂ内に設けたリニアベアリング２０に嵌合させることにより上下左右方向を規制している。
【００７７】
即ち、積層型圧電素子１４の他端面側に形成した凸部１４ｄがプランジャ１８の鍔部上面１８ａ１の丸孔状の有底凹孔１８ｃ内に凹凸嵌合すると、積層型圧電素子１４の凸部１４ｄで圧縮バネ１９に抗してプランジャ１８を下方に押すので、積層型圧電素子１４の押圧力がプランジャ１８の軸心に向かうために、上記した凹凸嵌合中に積層型圧電素子１４の押圧力をプランジャ１８に良好に伝達でき、この後、プランジャ１８が積層型圧電素子１４から離間したときにプランジャ１８は慣性力で実施例よりも一層高速に変位することができるので、液剤２５を下ケース１３のノズル孔１３ｃからより一層確実に吐出させることができる。
【００７８】
尚、第１変形例において、図６（ｂ）に示したように、積層型圧電素子１４の長手方向の他端面１４ｃを実施例よりも短く形成して、この他端面１４ｃに積層型圧電素子１４とは別体で円錐状又は半球状もしくは三角錐以上の多角錐状に形成した凸状体２２を不図示の接着剤を用いて接着してもよく、この場合も図６（ａ）に示した場合と同様の動作により同様の効果が得られる他に、積層型圧電素子１４の長手方向の他端面側を特殊な形状に形成する必要がないので積層型圧電素子１４が安価となる。
【００７９】
次に、図７（ａ），（ｂ）に示した第２変形例の液剤吐出装置１０Ｂでも、積層型圧電素子１４の一端面側を固定した状態でこの積層型圧電素子１４の他端面側をプランジャ１８に対して位置決め可能に接離させる点が実施例の液剤吐出装置１０（図１）とは異なるものであり、その他は実施例の液剤吐出装置１０と同様の構成である。
【００８０】
即ち、図７（ａ）に示した如く、第２変形例の液剤吐出装置１０Ｂにおいて、液剤吐出用容器１１の一部を構成する上ケース１２の圧電素子収容室１２ａ内に収容される積層型圧電素子１４は、この長手方向の一端に平坦に形成した一端面１４ｂが上ケース１２の圧電素子収容室１２ａの内部上部に平坦に形成した内部上面１２ａ１に接着剤１５により固定されている点は実施例と同じであるが、長手方向の他端面側に円錐状又は半球状もしくは三角錐以上の多角錐状の凸部１４ｄが一体形成されて、この凸部１４ｄがプランジャ１８の鍔部１８ａの平坦な鍔部上面１８ａ１の中心部の上下に連接して形成した円錐状の凹孔１８ｄ及び丸孔状の有底凹孔１８ｅに対して位置決めされながら接離自在になっている点が実施例に対して異なっている。
【００８１】
そして、第２変形例でも、第１変形例と同様に、プランジャ１８が積層型圧電素子１４から離間して吐出位置に移動する際に、積層型圧電素子１４の他端面側に形成した円錐状又は半球状もしくは三角錐以上の多角錐状の凸部１４ｄがプランジャ１８の鍔部上面１８ａ１に形成した円錐状の凹孔１８ｄ及び丸孔状の有底凹孔１８ｅから外れないようにプランジャ１８の移動を規制するための規制部として、プランジャ１８の唾部１８ａの外周部位を下ケース１３のプランジャ収容室１３ａの内周径により上下左右方向を規制する共に、プランジャ１８の軸部１８ｂを下ケース１３の液剤収容室１３ｂ内に設けたリニアベアリング２０に嵌合させることにより上下左右方向を規制している。
【００８２】
この際、第２変形例では、プランジャ１８の鍔部１８ａの平坦な鍔部上面１８ａ１の中心部の上下に連接して円錐状の凹孔１８ｄ及び丸孔状の有底凹孔１８ｅを形成したが、これに限ることなく、円錐状の有底凹孔（図示せず）だけでも良い。
【００８３】
従って、積層型圧電素子１４を動作させたときに、この積層型圧電素子１４の他端面側に形成した円錐状又は半球状もしくは三角錐以上の多角錐状の凸部１４ｄがプランジャ１８の鍔部上面１８ａ１の中心部の上下に連接して形成した円錐状の凹孔１８ｄ及び丸孔状の有底凹孔１８ｅ内に位置決めされながら凹凸嵌合して、圧縮バネ１９に抗してプランジャ１８を下方に押すので、積層型圧電素子１４の押圧力がプランジャ１８の軸心に向かうために、上記した凹凸嵌合中に積層型圧電素子１４の押圧力をプランジャ１８に良好に伝達でき、この後、プランジャ１８が積層型圧電素子１４から離間したときにプランジャ１８は慣性力で実施例よりも一層高速に変位することができるので、液剤２５を下ケース１３のノズル孔１３ｃからより一層確実に吐出させることができる。
【００８４】
尚、第２変形例において、図７（ｂ）に示したように、積層型圧電素子１４の長手方向の他端面１４ｃを実施例よりも短く形成して、この他端面１４ｃに積層型圧電素子１４とは別体で円錐状又は半球状もしくは三角錐以上の多角錐状に形成した凸状体２２を不図示の接着剤を用いて接着してもよく、この場合も図７（ａ）に示した場合と同様の動作により同様の効果が得られる他に、積層型圧電素子１４の長手方向の他端面側を特殊な形状に形成する必要がないので積層型圧電素子１４が安価となる。
【００８５】
次に、図８（ａ），（ｂ）に示した第３変形例の液剤吐出装置１０Ｃでは、積層型圧電素子１４の一端面側を上ケース１２に位置決めして固定させる点が実施例の液剤吐出装置１０（図１）とは異なるものである。一方、積層型圧電素子１４の他端面側をプランジャ１８に対して位置決め可能に接離させる点は先に説明した第１変形例の液剤吐出装置１０Ａ（図６）と同様であるので詳述を省略する。
【００８６】
即ち、図８（ａ）に示した如く、第３変形例の液剤吐出装置１０Ｃにおいて、液剤吐出用容器１１の一部を構成する上ケース１２の圧電素子収容室１２ａ内に収容される積層型圧電素子１４は、この長手方向の一端面側に円錐状又は半球状もしくは三角錐以上の多角錐状の凸部１４ｅが一体形成されて、この凸部１４ｅが上ケース１２の圧電素子収容室１２ａの内部上面１２ａ１の中心部に形成した有底凹孔１８ｅに対して位置決めされながら凸部１４ｅが内部上面１２ａ１に接着剤１５により固定されている。
【００８７】
これにより、積層型圧電素子１４の一端面側が上ケース１２の圧電素子収容室１２ａの内部上面１２ａ１に位置決めされるので、積層型圧電素子１４の軸心の位置を正確に出せる。
【００８８】
尚、第３変形例において、図８（ｂ）に示したように、積層型圧電素子１４の長手方向の一端面１４ｂを実施例よりも短く形成して、この一端面１４ｂに積層型圧電素子１４とは別体で円錐状又は半球状もしくは三角錐以上の多角錐状に形成した凸状体２３を不図示の接着剤を用いて接着してもよく、積層型圧電素子１４の長手方向の一端面側を特殊な形状に形成する必要がないので積層型圧電素子１４が安価となる。
【００８９】
次に、図９（ａ），（ｂ）に示した第４変形例の液剤吐出装置１０Ｄでも、積層型圧電素子１４の一端面側を上ケース１２に位置決めして固定させる点が実施例の液剤吐出装置１０（図１）とは異なるものである。一方、積層型圧電素子１４の他端面側をプランジャ１８に対して位置決め可能に接離させる点は先に説明した第２変形例の液剤吐出装置１０Ｂ（図７）と同様であるので詳述を省略する。
【００９０】
即ち、図９（ａ）に示した如く、第４変形例の液剤吐出装置１０Ｄにおいて、液剤吐出用容器１１の一部を構成する上ケース１２の圧電素子収容室１２ａ内に収容される積層型圧電素子１４は、この長手方向の一端面側に円錐状又は半球状もしくは三角錐以上の多角錐状の凸部１４ｅが一体形成されて、この凸部１４ｅが上ケース１２の圧電素子収容室１２ａの内部上面１２ａ１の中心部に形成した有底凹孔１８ｅに対して位置決めされながら凸部１４ｅが内部上面１２ａ１に接着剤１５により固定されている。
【００９１】
これにより、積層型圧電素子１４の一端面側が上ケース１２の圧電素子収容室１２ａの内部上面１２ａ１に位置決めされるので、積層型圧電素子１４の軸心の位置を正確に出せる。
【００９２】
尚、第４変形例においても、図９（ｂ）に示したように、積層型圧電素子１４の長手方向の一端面１４ｂを実施例よりも短く形成して、この一端面１４ｂに積層型圧電素子１４とは別体で円錐状又は半球状もしくは三角錐以上の多角錐状に形成した凸状体２３を不図示の接着剤を用いて接着してもよく、積層型圧電素子１４の長手方向の一端面側を特殊な形状に形成する必要がないので積層型圧電素子１４が安価となる。
【００９３】
以上詳述したように、本発明に係る液剤吐出装置１０（１０Ａ〜１０Ｄ）及び本発明に係る液剤吐出方法によれば、駆動電圧波形の印加に伴って変位する積層型圧電素子１４によりプランジャ１８をバネ部材１９で付勢された初期位置から液剤２５を吐出する吐出位置に向かって変位させて、このプランジャ１８で液剤吐出用容器１１内の液剤２５を押しながらこの液剤２５を下ケース１３のノズル孔１３ｃから外部に向かって吐出させる際に、積層型圧電素子１４の一端面１４ｂを固定し、且つ、一端面１４ｂと反対の他端面１４ｃをプランジャ１８の鍔部上面１８ａ１に接着することなく、この他端面１４ｃをプランジャ１８の鍔部上面１８ａ１に対して接離させることで、積層型圧電素子１４でプランジャ１８を初期位置から吐出位置に向かって所定量変位させたときに駆動電圧波形の印加を止めて、プランジャ自身の慣性力によりプランジャ１８を積層型圧電素子１４から離間させ、プランジャ１８をバネ部材１９に抗して吐出位置に向かって更に変位させているために、これにより、プランジャ自身の慣性力を利用してプランジャ１８の変位量を積層型圧電素子１４の変位量よりも増大でき、且つ、積層型圧電素子１４の最大駆動周波数を増大させることができるので、発熱量が小さく且つ変位量が小さい積層型圧電素子１４を用いて液剤２５の高速吐出が可能であると共に、液剤２５をノズル孔１３ｃから外部に効率よく確実に吐出させることができ、液剤吐出装置１０（１０Ａ〜１０Ｄ）の信頼性向上に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明に係る実施例の液剤吐出装置を示した構成図である。
【図２】本発明に係る実施例の液剤吐出装置の動作及び本発明に係る実施例の液剤吐出方法を説明するための図であり、（ａ）は液剤吐出待機状態を示し、（ｂ）は積層型圧電素子の変位をプランジャに伝達した状態を示し、（ｃ）は（ｂ）の状態からプランジャ自身の慣性力による液剤吐出状態を示した図である。
【図３】本発明に係る実施例の液剤吐出装置及び液剤吐出方法において、プランジャの変位特性を示した図である。
【図４】本発明に係る実施例の液剤吐出装置及び液剤吐出方法において、積層型圧電素子の最大駆動周波数特性を示した図である。
【図５】本発明に係る実施例の液剤吐出装置及び液剤吐出方法において、積層型圧電素子とプランジャとを仮に接着剤により接着した場合の動きを説明するための図である。
【図６】（ａ），（ｂ）は本発明に係る実施例の液剤吐出装置を一部変形させた第１変形例の液剤吐出装置を示した構成図である。
【図７】（ａ），（ｂ）は本発明に係る実施例の液剤吐出装置を一部変形させた第２変形例の液剤吐出装置を示した構成図である。
【図８】（ａ），（ｂ）は本発明に係る実施例の液剤吐出装置を一部変形させた第３変形例の液剤吐出装置を示した構成図である。
【図９】（ａ），（ｂ）は本発明に係る実施例の液剤吐出装置を一部変形させた第４変形例の液剤吐出装置を示した構成図である。
【図１０】従来の積層ＰＺＴアレイの固定方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００９５】
１０…液剤吐出装置、
１１…液剤吐出用容器、
１２…上ケース、１２ａ…圧電素子収容室、１２ａ１…圧電素子収容室の内部上面、
１２ｂ…ワイヤ孔、
１３…下ケース、１３ａ…プランジャ収容室、１３ｂ…液剤収容室、
１３ｃ…ノズル孔、１３ｄ…液剤配管口、
１４…積層型圧電素子、１４ａ…円筒状外周面、１４ｂ…一端面、１４ｃ…他端面、
１４ｄ，１４ｅ…円錐状又は半球状もしくは三角錐以上の多角錐状の凸部、
１５…接着剤、１６…ワイヤ、１７…圧電素子駆動回路、
１８…プランジャ、１８ａ…鍔部、１８ａ１…鍔部上面、１８ａ２…鍔部下面、
１８ｂ…軸部、１８ｂ１…軸部の下端面、１８ｃ…丸孔状の有底凹孔、
１８ｄ…円錐状の凹孔、１８ｅ…丸孔状の有底凹孔、
１９…バネ部材（圧縮バネ）、２０…リニアベアリング、２１…Ｏリング、
２２，２３…凸状体、２５…液剤、２６…液剤貯蔵用タンク、２７…パイプ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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