(57)【要約】【課題】  単純な形状の圧電基板を用いて容易に製作できる液体噴射装置を提供する。【解決手段】  第１の圧電基板１の面上に第１および第２の電極２を互いに対向させて配置した第１の振動子５０ａと、第２の圧電基板１の面上に第３および第４の電極２を互いに対向させて配置した第２の振動子５０ｂと、を有する。第１の振動子５０ａと第２の振動子５０ｂとが互いに対向する。第１の振動子５０ａと第２の振動子５０ｂの間に液体充填部６が形成され、第１ないし第４の電極にパルス電圧を印加したときに、第１および第２の圧電基板１にほぼ同じ方向に進行する表面波が発生し、これらの表面波の進行方向に、液体充填部６内の液体が噴射される。液体充填部６は、圧電基板の面上に形成された堰３ａ、３ｂによって形成されている。各圧電基板面上に複数の振動子を並列させてもよく、また、３枚以上の圧電基板により、電極や噴射口などを層状に重ねてもよい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の圧電基板の面上に第１および第２の電極を互いに対向させて配置した第１の振動子と、
第２の圧電基板の面上に第３および第４の電極を互いに対向させて配置した第２の振動子と、
を有し、前記第１の振動子と前記第２の振動子とが互いに対向するように構成された液体噴射装置であって、
前記第１の振動子と第２の振動子の間に液体充填部が形成され、
前記第１ないし第４の電極にパルス電圧を印加したときに、前記第１および第２の圧電基板にほぼ同じ方向に進行する表面波が発生し、これらの表面波の進行方向に、前記液体充填部内の液体が噴射されるように構成されていること、
を特徴とする液体噴射装置。
【請求項２】
前記液体充填部は、前記第１の圧電基板の面と前記第２の圧電基板の面の少なくとも一方に形成された堰によって形成されていること、を特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
【請求項３】
前記第１の圧電基板および第２の圧電基板に形成された前記堰はそれぞれ、前記表面波の進行方向に延びる側堰と、これら側堰を互いに接続して液体充填部と前記第１ないし第４の電極とを隔てる電極端部堰とを含むこと、を特徴とする請求項１または２に記載の液体噴射装置。
【請求項４】
前記第１ないし第４の電極の外側に、前記液体充填部に液体を供給する液体供給路が形成されていること、を特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の液体噴射装置。
【請求項５】
前記第１ないし第４の電極は電気絶縁材で被覆され、これらの電極が前記液体に接触するように構成されていること、を特徴とする請求項１または２に記載の液体噴射装置。
【請求項６】
前記電極および堰は、前記圧電基板の上にパタン化された膜として形成されていること、を特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の液体噴射装置。
【請求項７】
前記第１および第２の電極に印加する電圧と、前記第３および第４の電極に印加する電圧とをそれぞれ制御する制御部を有し、これらの電圧制御によって、前記液体充填部内の液体が噴射される方向が制御されるように構成されていること、を特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の液体噴射装置。
【請求項８】
前記第１の圧電基板の一つの面上に前記第１の振動子が複数個並列して形成され、前記第２の圧電基板の一つの面上に前記第２の振動子が複数個並列して形成され、前記複数の第１の振動子と複数の第２の振動子とがそれぞれ対向して配置され、
複数の第１の振動子と第２の振動子の組それぞれに対応して別個の前記液体充填部を有し、
前記別個の液体充填部の液体がそれぞれ別個に噴射されるように構成されていること、
を特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の液体噴射装置。
【請求項９】
前記第１の圧電基板の両側の面上それぞれに前記複数の第１の振動子が形成され、
前記第２の圧電基板は少なくとも２枚あって、各第２の圧電基板の面上に形成された前記各第２の振動子が前記各第１の振動子と対向して配置され、
前記複数組の第１および第２の振動子ならびに、前記複数の液体充填部および噴射口が、複数の層に積層されていること、
を特徴とする請求項８に記載の液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、圧電基板に発生する表面波を利用してインクなどの液体を噴射させる液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電基板に電極を配置し、この電極に高周波電圧をかけて表面弾性波を発生させ、この表面弾性波を利用してインクなどの液体を噴射させる技術が特許文献１、２などにより知られている。ここで、特許文献１に開示された技術では、２枚の振動伝導板（振動子）を、液室をはさんでくさび状に鋭角に対向させて、その鋭角部に噴射口を形成してこの噴射口からインクを噴射させるようにしている。また、特許文献２に開示された技術では、一つの伝播体（振動子）の伝播面上に電極を配置し、伝播体の液体噴射位置に切り込みを形成するようにしている。
【特許文献１】特開昭５４−１０７３１号公報
【特許文献２】特開平１０−１９３５９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１および２に開示された構成では、振動子の圧電基板の形状が複雑である。圧電基板は一般的にニオブ酸リチウムなどの加工しにくい材料から作られるので、圧電基板自体をこのように複雑な形状にすることは困難であり製造コストが高くなる。
【０００４】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、単純な形状の圧電基板を用いて比較的容易に製作でき、量産も容易な液体噴射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明に係る液体噴射装置は、第１の圧電基板の面上に第１および第２の電極を互いに対向させて配置した第１の振動子と、第２の圧電基板の面上に第３および第４の電極を互いに対向させて配置した第２の振動子と、を有し、前記第１の振動子と前記第２の振動子とが互いに対向するように構成された液体噴射装置であって、前記第１の振動子と第２の振動子の間に液体充填部が形成され、前記第１ないし第４の電極にパルス電圧を印加したときに、前記第１および第２の圧電基板にほぼ同じ方向に進行する表面波が発生し、これらの表面波の進行方向に、前記液体充填部内の液体が噴射されるように構成されていること、を特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、単純な形状の圧電基板を用いて比較的容易に製作でき、量産も容易な液体噴射装置を提供でき、また、液体噴射の方向を制御することも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に、図面を参照しながら本発明に係る液体噴射装置の実施形態を説明する。図１は本発明に係る液体噴射装置の一実施形態の模式図であって、振動子部分を図２のＩ−Ｉ線矢視立断面として示す図である。また、図２は図１の振動子部分のII−II線矢視平断面図、図３は図１および図２の振動子部分のIII−III線矢視立面図である。
【０００８】
液体噴射装置の振動子部分は、２枚の振動子５０ａ、５０ｂの振動面を互いに対向させ互いに平行に配置したものである。各振動子５０ａ、５０ｂは、圧電基板１の振動面に膜としてパタン形成された電極２および堰３ａ、３ｂを有する。圧電基板１は、たとえばニオブ酸リチウム製である。電極２および堰３ａ、３ｂは、２枚の圧電基板１にはさまれた中央の面を対称面として鏡面対称に形成されている。２枚の圧電基板１間の間隙はたとえば５〜５０μｍ程度である。２枚の圧電基板１に設けられた堰３ａ、３ｂは、互いに対向して接触し、シールを形成する。堰３ａ、３ｂはたとえばＳｉＯ２の膜で形成される。
【０００９】
堰３ａ、３ｂは、圧電基板１の長手方向の各辺に沿って形成された側堰３ａと、これらの側堰３ａ同士を途中で連絡する電極端部堰３ｂとを含む。２本の側堰３ａにはさまれた間の位置で、電極端部堰３ｂの一方の側で、各圧電基板１の面上に二つの櫛状の電極２が形成されている。これらの櫛状の電極２は、図２に示すように、それぞれの凸部（櫛の歯）４と凹部５が互いに対向するように、長手方向にずらして配置されている。電極２の膜の厚さはたとえば０．５μｍ程度であり、各凸部４の長さはたとえば１０〜２０μｍ、幅はたとえば５〜１０μｍ、凹凸のピッチはたとえば２０μｍ程度である。
【００１０】
電極端部堰３ｂをはさんで電極２の反対側には液体充填部６が形成され、液体充填部６の電極２から遠い側の端部には噴射口７が形成されている。噴射口７は、好ましくは対称に先細に形成されている。電極２をはさむ側堰３ａの一方の内部に液体供給路８が形成されて液体充填部６に接続され、液体充填部６の後方から液体供給路７を通って液体（たとえばインク）を供給できるようになっている。
【００１１】
各圧電基板１上で対向する電極２間に高周波パルス電圧をかけられるように、これら電極２に高周波パルス電源９が接続されている。また、対向する圧電基板１ごとに高周波パルス電源９の電圧などを制御できるように、制御部１０が設けられている。
【００１２】
上記構成で、液体供給路８を通じて液体充填部６に液体（インク）を供給する。そして、各振動子５０ａ、５０ｂの電極２間に、たとえば５０ＭＨｚ程度の高周波パルス電圧をかけることにより、各圧電基板１上を電極２側から噴射口７側に伝播する表面波を発生させることができる。この表面波により、液体充填部６内の液体が噴射口７から噴射する。ここで、高周波パルスを連続的に発生させることによって連続的な液体噴射をさせることができ、また、高周波パルスを間欠的に発生させることによって液滴を噴射させることもできる。
【００１３】
また、上側振動子５０ａの電極にかける電圧と下側振動子５０ｂの電極２にかける電圧を異ならせることにより、液体の噴射の向きを変えることができる。すなわち、上側振動子５０ａの電極２にかける電圧が下側振動子５０ｂの電圧よりも高い場合は、液体の噴射が下方を向く。逆に、下側振動子５０ｂの電極２にかける電圧が上側振動子５０ａの電圧よりも高い場合は、液体の噴射が上方を向く。このようにして、液体の噴射の上下方向向きを制御することができる。
【００１４】
以上説明した実施形態によれば、圧電基板１は単純な直方体の板形状でよく、その表面に電極２や堰３ａ、３ｂを膜形成すればよいので、製作コストを低く抑えることができる。また、上振動子５０ａと下振動子５０ｂの電極２それぞれに印加する電圧が異なるように高周波パルス電源を制御することにより、液体の噴射方向を制御することもできる。
【００１５】
上記実施形態では、液体と接する部分と電極２をそれぞれ完全に囲むように堰３ａ、３ｂが形成されているが、液体と接する部分のみ残して、他は省略してもよい。また、上記実施形態では噴射口７が先細りになっていることにより、液漏れを抑え、液体噴射速度を高めるようにしているが、液体の表面張力などを考慮して、噴射口７を先細りにしないで単に平行に開口する形状とすることもできる。
【００１６】
次に、図４を参照して本発明に係る液体噴射装置の他の実施形態を説明する。ここで、図１〜図３と同一または類似の部分には共通の符号を付して重複説明は省略する。図４は、液体噴射装置の振動子５０ｂの平断面図であって、前記実施形態の図２に相当する図である。この実施形態では、電極端部堰３ｂと液体供給路８（図２）がなく、堰としては側堰３ａのみとなっている。この実施形態では、液体が電気絶縁性であるか、または電極２の表面に絶縁被膜（図示せず）が施されている。液体は、二つの側堰３ａにはさまれた電極２の周りの空間を通り抜けて液体充填部６へ供給され、噴射口７から噴射される。この実施形態では堰の形状が単純であり、その意味で製造が容易である。
【００１７】
以上説明した実施形態では２枚一組の圧電基板で一つの噴射口を持つものとしたが、２枚一組の圧電基板に複数の独立な噴射口を並べることもできる。すなわち図５に示すように、各圧電基板１上に複数の振動子５０ａ、５０ｂが構成されるように複数組の電極２を配置し、それぞれに堰３ａ、３ｂを形成して個々の噴射口７から個々の液体が独立に噴射するようにできる。この場合、電極２や堰３ａ、３ｂは圧電基板１上への膜形成により製作できるので、複数の振動子５０ａ、５０ｂを形成させるのは極めて簡単である。
【００１８】
さらに、上記説明では２枚の圧電基板１を一組として液体噴射装置を構成したが、このような圧電基板１の組を複数組層状に重ね合わせることによって、図６に示すように、さらに多数の独立な噴射口７を有する液体噴射装置とすることもできる。この場合、圧電基板１の両面に振動子や液体充填部などを形成することができ、たとえば図６に示すように、３枚の圧電基板１により２層の噴射口７を形成することができる。
【００１９】
以上、種々の実施形態を説明したが、ここに説明した実施形態は単なる例示であって、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば、図５に示す複数振動子の配列は、図１〜図３の構成の振動子をベースにしているが、図４の構成の振動子をベースにすることも可能である。
【００２０】
また、上記実施形態では、対向する２枚の圧電基板上それぞれに鏡面対称の堰を形成してこれらを貼り合わせることとしたが、一方の圧電基板上に比較的厚い堰を形成すればこれに対向する圧電基板上に堰を形成しなくとも、これらの圧電基板を貼り合わせたときに同様の堰を実現することができる。
【００２１】
また、上記説明では圧電基板を水平に配置することとしたが、原理的に重力には関係ないので、圧電基板を傾けたり直立させても問題ない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る液体噴射装置の一実施形態の模式図であって、振動子部分を図２のＩ−Ｉ線矢視立断面として示す図。
【図２】図１の振動子部分のII−II線矢視平断面図。
【図３】図１および図２の振動子部分のIII−III線矢視立面図。
【図４】本発明に係る液体噴射装置の他の実施形態の振動子部分の図２に相当する平断面図。
【図５】本発明に係る液体噴射装置のさらに他の実施形態の振動子部分の図２に相当する平断面図。
【図６】本発明に係る液体噴射装置のさらに他の実施形態を噴射口側から見た側面図。
【符号の説明】
【００２３】
１…圧電基板
２…電極
３ａ…側堰
３ｂ…電極端部堰
４…凸部
５…凹部
６…液体充填部
７…噴射口
８…液体供給路
９…高周波パルス電源
１０…制御部
５０ａ…上側振動子
５０ｂ…下側振動子
【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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