(57)【要約】 【課題】  圧電材料素子により振動板を駆動して液体を移送する液体移送装置において、圧電材料素子の変形を増幅でき、もって振動板の変形量を効果的に高め得る構成を提供する。【解決手段】  液体移送装置１は、液体が収容される圧力室２１ａを閉じるようにして圧電アクチュエータプレート１０が配され、圧電アクチュエータプレート１０を撓み変形させることによって液体を圧力室２１ａに連なるノズル２４ａから移送させるように構成される。圧電アクチュエータプレート１０は、電界の印加によって面方向に収縮する圧電材料層１３と、板状に形成されると共に圧電材料層１３に重なるように配置され、板面の一部が前記圧電材料層に接合される振動板１４とを有した積層構造をなし、振動板１４には、圧力室２１ａの中央部に対応する領域Ｃにおいて、圧電材料層１３と接合されない非接合部１４ｂが設けられている。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が収容される圧力室を閉じるようにして圧電アクチュエータプレートが配され、前記圧電アクチュエータプレートを撓み変形させることによって前記液体を前記圧力室に連なる開孔から移送させる液体移送装置において、
前記圧電アクチュエータプレートは、電界の印加によって面方向に収縮する圧電材料層と、板状に形成されると共に前記圧電材料層に重なるように配置され、板面の一部が前記圧電材料層に接合される撓み層とを有した積層構造をなし、
前記撓み層には、前記圧力室の中央部に対応する領域に、前記圧電材料層と接合されない非接合部が設けられていることを特徴とする液体移送装置。
【請求項２】
前記非接合部の少なくとも一部には、前記撓み層が前記圧電材料層と接合される接合部の厚さよりも小となる薄肉部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液体移送装置。
【請求項３】
前記薄肉部は、前記面方向において前記圧力室の中心側に向かうにつれ、厚さが次第に小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の液体移送装置。
【請求項４】
前記薄肉部は、前記撓み層の材料となる板状部材に対しエッチングを施すことにより形成されたものであることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の液体移送装置。
【請求項５】
前記撓み層は、複数の板状部材を積層して構成され、前記薄肉部は、前記板状部材のうち少なくとも１つに貫通孔を形成することにより構成されていることを特徴とする請求項２に記載の液体移送装置。
【請求項６】
前記撓み層の前記薄肉部と前記圧電材料層との間に、前記撓み層及び前記圧電材料層のいずれよりも弾性率の低い低弾性材料が充填されていることを特徴とする請求項２ないし請求項５のいずれかに記載の液体移送装置。
【請求項７】
前記低弾性材料は、前記接合部が前記圧電材料層と接合される接合面よりも突出しており、
前記圧電材料層は、前記低弾性材料が突出する突出領域において、前記圧力室とは反対側に凸となるように湾曲していることを特徴とする請求項６に記載の液体移送装置。
【請求項８】
前記圧電材料層は、前記圧力室よりも小さく形成され、かつ当該圧電材料層の全体が前記圧力室の領域内に収まるように配置されており、
前記撓み層は、前記圧力室の領域内において、前記圧電材料層と重ならない領域の厚さが前記圧電材料層と重なる領域の厚さよりも小となるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液体移送装置。
【請求項９】
前記非接合部の周縁は、前記圧力室の周縁よりも圧力室内側寄りに配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の液体移送装置。
【請求項１０】
前記圧電アクチュエータプレートは、
前記圧電材料層を挟むように複数の電極層が対向して設けられ、前記撓み層は、一方側の電極層を介して前記圧電材料層に接合されており、
前記複数の電極層が前記圧電材料層を挟んで形成する対向領域は、前記非接合部の全体を覆うようにこの非接合部よりも広い範囲に設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の液体移送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体移送装置に関し、特に、圧電材料素子により駆動する液体移送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、液体移送装置として、例えば液体を収容した複数の圧力室を閉じる振動板を、これに接合された圧電材料素子によって撓ませて、ノズルから液滴として噴射する噴射装置が提供されている。このような液体移送装置の一例として、振動板の変形量向上等を目的とし、振動板の上電極に対向する領域に凹部を形成したユニモルフ型のヘッドが特許文献１にて開示されている。
【特許文献１】特開平１１−３００９７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、従来の液体移送装置の構造によると、圧電材料素子の撓みが生じる圧力室に対応する領域において、圧電材料素子と振動板が積層して接着される構成をなしており、圧電材料素子と振動板が一体的に変形するようにして駆動することとなる。しかしながら、このように圧力室に対応する領域において圧電材料素子と振動板が一体的に変形する構成では、圧電材料素子の変形が振動板に拘束されることとなってしまい、その結果、圧電材料素子の十分な変形がなされずに振動板の変形量も抑えられてしまうという懸念がある。
本発明は上記のような事情に基づいて成されたものであって、圧電材料素子により振動板を駆動して液体を移送する液体移送装置において、圧電材料素子の変形を増幅でき、もって振動板の変形量を効果的に高め得る構成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】
【０００４】
上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、液体が収容される圧力室を閉じるようにして圧電アクチュエータプレートが配され、前記圧電アクチュエータプレートを撓み変形させることによって前記液体を前記圧力室に連なる開孔から移送させる液体移送装置において、前記圧電アクチュエータプレートは、電界の印加によって面方向に収縮する圧電材料層と、板状に形成されると共に前記圧電材料層に重なるように配置され、板面の一部が前記圧電材料層に接合される撓み層とを有した積層構造をなし、前記撓み層には、前記圧力室の中央部に対応する領域に、前記圧電材料層と接合されない非接合部が設けられていることを特徴とする。なお、本発明における、撓み層の板面と圧電材料層との接合は、これらが直に接して固定される場合と、これらの間に電極などの他部材を介して固定される場合の両方をともに含むものである。
【０００５】
請求項２の発明は、請求項１に記載の液体移送装置において、前記非接合部の少なくとも一部には、前記撓み層が前記圧電材料層と接合される接合部の厚さよりも小となる薄肉部が形成されていることを特徴とする。
【０００６】
請求項３の発明は、請求項２に記載の液体移送装置において、前記薄肉部は、前記面方向において前記圧力室の中心側に向かうにつれ、厚さが次第に小さくなるように形成されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項４の発明は、請求項２又は請求項３に記載の液体移送装置において、前記薄肉部は、前記撓み層の材料となる板状部材に対しエッチングを施すことにより形成されたものであることを特徴とする。
【０００８】
請求項５の発明は、請求項２に記載の液体移送装置において、前記撓み層は、複数の板状部材を積層して構成され、前記薄肉部は、前記板状部材のうち少なくとも１つに貫通孔を形成することにより構成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項６の発明は、請求項２ないし請求項５のいずれかに記載の液体移送装置において、前記撓み層の前記薄肉部と前記圧電材料層との間に、前記撓み層及び前記圧電材料層のいずれよりも弾性率の低い低弾性材料が充填されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項７の発明は、請求項６に記載の液体移送装置において、前記低弾性材料は、前記接合部が前記圧電材料層と接合される接合面よりも突出しており、前記圧電材料層は、前記低弾性材料が突出する突出領域において、前記圧力室とは反対側に凸となるように湾曲していることを特徴とする。
【００１１】
請求項８の発明は、請求項１に記載の液体移送装置において、前記圧電材料層は、前記圧力室よりも小さく形成され、かつ当該圧電材料層の全体が前記圧力室の領域内に収まるように配置されており、前記撓み層は、前記圧力室の領域内において、前記圧電材料層と重ならない領域の厚さが前記圧電材料層と重なる領域の厚さよりも小となるように形成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項９の発明は、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の液体移送装置において、前記非接合部の周縁は、前記圧力室の周縁よりも圧力室内側寄りに配置されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項１０の発明は、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の液体移送装置において、前記圧電アクチュエータプレートは、前記圧電材料層を挟むように複数の電極層が対向して設けられ、前記撓み層は、一方側の電極層を介して前記圧電材料層に接合されており、前記複数の電極層が前記圧電材料層を挟んで形成する対向領域は、前記非接合部の全体を覆うようにこの非接合部よりも広い範囲に設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
＜請求項１の発明＞
請求項１の構成によれば、電界の印加によって面方向に収縮する圧電材料層と、板状に形成されると共に圧電材料層に重なるように配置され、板面の一部が圧電材料層に接合される撓み層とを有した積層構造をなす圧電アクチュエータプレートにおいて、撓み層における圧力室の中央部に対応する領域に、圧電材料層と接合されない非接合部が設けられているため、この非接合部が設けられた領域において圧電材料層が撓み層に拘束されること無く変形可能となり、圧電材料層の変形を増幅することができる。
【００１５】
＜請求項２の発明＞
請求項２の構成によれば、非接合部の少なくとも一部において薄肉部が形成されているため、非接合部の剛性が抑えられ、変形効率の良い構成となる。
【００１６】
＜請求項３の発明＞
請求項３の構成によれば、薄肉部は、面方向において圧力室の中心側に向かうにつれ、厚さが次第に小さくなるように形成されているため、変形効率が一層良くなる。
＜請求項４の発明＞
請求項４の構成のように、エッチングにより撓み層の薄肉部を形成すれば、製造効率が良く、コスト的にも有利な構成となる。
【００１７】
＜請求項５の発明＞
請求項５の構成ように、複数の板状部材を積層して撓み層を構成し、板状部材のうち少なくとも１つに貫通孔を形成することにより薄肉部を構成すれば、簡易に薄肉部を設けることができる好適構成となる。
【００１８】
＜請求項６の発明＞
請求項６の構成ように、撓み層と圧電材料層との間に、撓み層と圧電材料層よりも弾性率の低い低弾性材料を充填すれば、圧電材料層は撓み層の薄肉部に対応する部分においても低弾性材料層に支持されるので、耐久性が向上する。
【００１９】
＜請求項７の発明＞
請求項７の構成のように、充填される低弾性材料を接合部の接合面よりも突出させ、圧電材料層を圧力室とは反対側に凸となるように湾曲させると、圧電材料層が面方向に収縮したときには、低弾性材料が圧力室の方向に押し出されることとなり、撓み層をより大きく変形させることができる構成となる。
【００２０】
＜請求項８の発明＞
請求項８の構成によれば、撓み層は、圧電材料層の外側領域のほうが、圧電材料層が設けられた領域よりも剛性が低い構成となり、圧電材料層が面方向に収縮したときの撓み層の変形をより大きくすることができる。
【００２１】
＜請求項９の発明＞
請求項９の構成によれば、非接合部の周縁が、圧力室の周縁よりも圧力室内側寄りに配置されているため、非接合部の全領域が圧力室内の容積変化に寄与することとなり、より一層変形効率のよい構成となる。
【００２２】
＜請求項１０の発明＞
請求項１０の発明において、複数の電極層が圧電材料層を挟んで形成する対向領域は、非接合部の全体を覆うようにこの非接合部よりも広い範囲に設けられているため、圧電材料層が非接合部全領域に渡って収縮することとなり、非接合部の全領域を効果的に変形できる構成となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態を図１乃至図４に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る液体移送装置について、圧力室の長手方向に沿って切断した場合の縦断面図であり、図２は、図１に示した液体移送装置に関し、複数の圧力室の配列方向に沿って切断した場合の縦断面図である。また、図３は図２の平面図を示している。さらに、図４（Ａ）（Ｂ）は液体移送装置の作動状態を説明する説明図である。図４（Ａ）は図２の一方の圧力室側を拡大したものであり、圧電アクチュエータプレート１０が駆動されていない状態を示している。図４（Ｂ）は圧電アクチュエータプレート１０が駆動された状態を示すものである。
【００２４】
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る液体移送装置１は、液体を噴射する液体噴射装置（ここでは液滴噴射装置として機能するインクジェットヘッドを例示する）として構成されるものであり、噴射される液体（具体的にはインク）が収容される複数の圧力室２１ａを有するキャビティプレート２０と、キャビティプレート２０上に圧力室２１ａを閉じるように接合された圧電アクチュエータプレート１０とによって構成されている。
【００２５】
キャビティプレート２０は、インク流路として構成されると共に多層構造をなしており、複数のインク噴射用のノズル２４ａ（ノズル２４ａは本発明の開孔に相当する）が並設されたノズルプレート２４、ノズルプレート２４上に形成されたマニホールドプレート２３、マニホールドプレート２３上に形成された流路プレート２２および流路プレート２２上に形成された圧力室プレート２１がそれぞれ概ね平板状に形成されて配置されている。圧力室プレート２１、流路プレート２２、マニホールドプレート２３およびノズルプレート２４は、互いにエポキシ系の熱硬化性の接着剤にて接合されている。
【００２６】
圧力室プレート２１はステンレス等の金属材料にて形成され、後述する圧電アクチュエータプレート１０の動作に基づいて選択的に噴射するためのインクを収容する複数の圧力室２１ａが内部に並置されている。流路プレート２２は、同じくステンレス等の金属材料にて形成されており、内部にそれぞれ圧力室２１ａの両端に連通したプレッシャ流路２２ａとマニホールド流路２２ｂとが形成されている。マニホールドプレート２３は、やはりステンレス等の金属材料にて形成され、その内部には液体タンク（図示せず）に連通するマニホールド２３ａおよびプレッシャ流路２２ａに接続したノズル流路２３ｂとが形成されている。
【００２７】
更に、ノズルプレート２４は、ポリイミド系の合成樹脂材料にて形成され、図１に示すようにノズル流路２３ｂへと接続された複数のノズル２４ａが形成されている。上述した構成から、液体タンクに貯蔵された液体（インク）は、マニホールド２３ａ、マニホールド流路２２ｂ、圧力室２１ａ、プレッシャ流路２２ａおよびノズル流路２３ｂを介してノズル２４ａへと供給される。
【００２８】
次に圧電アクチュエータプレート１０について説明する。
図１、図２、及び図４に示すように圧電アクチュエータプレート１０は積層構造をなし、ステンレス等の導電性の金属材料にて概ね平板状に形成され、本発明の撓み層に該当する振動板１４を有している。さらに、振動板１４の上方において、圧電材料層１３が配置され、この圧電材料層１３を挟むように２つの電極層（上部電極１１及び下部電極１２）が対向して設けられ、振動板１４は、下部電極１２を介して圧電材料層１３に接合されている。
【００２９】
振動板１４の上方に設けられた下部電極１２は、薄いフィルム状の導体で圧電材料層１３の下に貼付あるいはプリントされており、この下部電極１２は、図４（Ｂ）にて概念的に示すように駆動回路のグランドに接続されている。一方、圧電材料層１３の上方に設けられ、下部電極１２と対向する上部電極１１は、図４（Ｂ）にて概念的に示すように、スイッチ素子を介して、駆動回路のプラス（＋）電源と電気的に接続された構成をなしている。上部電極１１は、下部電極１２と同様に、薄いフィルム状の導体で圧電材料層１３上に貼付あるいはプリントされている。
【００３０】
上記のように下部電極１２を介して圧電材料層１３に接合される振動板１４には、圧力室の中央部に対応する領域Ｃにおいて、圧電材料層１３と接合されない非接合部１４ｂが設けられている。非接合部１４ｂの少なくとも一部には、振動板１４が圧電材料層１３と接合される接合部の厚さよりも小となる薄肉部１４ａが形成されている。本実施形態では、非接合部１４ｂの全体に渡って薄肉部１４ａが形成される構成（即ち、非接合部１４ｂと薄肉部１４ａが一致する構成）を示しているが、非接合部１４ｂの一部のみに形成されていてもよい。
【００３１】
この薄肉部１４ａは、面方向（図１、図２では図の横方向）において、周縁から圧力室２１ａの中心側に向かうにつれ、厚さが次第に小さくなるように形成されている。薄肉部１４ａは、振動板１４における圧力室２１ａの中央部に対向する領域Ｃにおいて、圧力室２１ａと反対側を窪ませた構成をなしており、振動板１４における下部電極１２に接合される領域（即ち、振動板１４ａにおける非接合部１４ｂ以外の領域）に比べてその上面が低く形成されている。このような薄肉部１４ａの窪み（凹部）によって、薄肉部１４ａの上面（即ち非接合部１４ｂの上面）と、下部電極１２の下面との間には空隙３０が形成され、この窪み（凹部）は、振動板１４の材料となる板状部材に対しエッチングを施すことにより形成することができる。なお、エッチングはあくまで好適例であり、機械加工等の別の形成方法であってもよい。
【００３２】
また、図３に示すように、圧力室２１ａは上方から見て略小判状をしており、非接合部１４ｂの周縁（ここでは空隙３０の周縁）は、圧力室２１ａの周縁と同じ位置かそれよりも圧力室内側寄りに配置されている。即ち、圧力室２１ａの外部領域にはみ出ないよう非接合部１４ｂの周縁（即ち空隙３０の周縁）が位置しており、より具体的には、薄肉部１４ａの平面形状（即ち空隙３０の平面形状）は、圧力室２１ａの形状を一回り小さくした略小判状をしている。
【００３３】
さらに、図１、図２、及び図４に示すように、２つの電極層（上部電極１１、下部電極１２）が圧電材料層１３を挟んで形成する対向領域Ｐは、面方向において非接合部１４ｂの全体（即ち、空隙３０の全体）を覆うようにこの非接合部１４ｂよりも広い範囲に設けられている。図３の平面図では、上部電極１１の配置領域が２つの電極層の対向領域であり、非接合部１４ｂの領域（即ち、空隙３０の領域）は、この対向領域よりも一回り小さい構成をなしている。
【００３４】
振動板１４の上方に接合される圧電材料層１３は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電セラミックス材料によって形成されているが、これに限られるものではなく、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ロッシェル塩等のあらゆる圧電材料が使用できる。圧電材料層１３は、振動板１４上に均等な厚みにて層状に形成されている。この圧電材料層１３と振動板１４を接合するには、例えば、あらかじめ層状に形成された圧電材料層１３に対し上部電極１１及び下部電極１２を配置し、これを、薄肉部１４ａを形成した後の振動板１４に対して導電性の接着剤などによって接合するようにして形成することができる。
【００３５】
次に液体移送装置１の駆動動作について図４を参照して説明する。
本実施形態による液体移送装置１は、常時は電極間に電圧が印加されておらず、図４（Ａ）に示すように圧電アクチュエータプレート１０に撓みは発生していない。液体移送装置１の１つのノズル２４ａからインクを噴射する必要がある場合、スイッチ素子を切換えて上部電極１１に電源電圧が印加される。これにより、上部電極１１と下部電極１２との間に電圧が発生し、圧電材料層１３に電界が印加され、圧電材料層１３の圧力室２１ａに対向する領域Ｃは、その厚み方向（図４（Ａ）において上下方向）に膨らむとともに、面方向（図４（Ａ）において左右方向）に収縮する。
【００３６】
振動板１４において薄肉部１４ａは、それ以外の部分よりも剛性が低くかつ圧電材料層１３に接合されていないため、圧電材料層１３の面方向の収縮開始直後に圧力室２１ａ側に屈曲するように容易に撓みが生じる。そして、この屈曲と連動するように圧電材料層１３は圧力室側に引き込まれ、その結果、圧電アクチュエータプレート１０は圧力室２１ａ側（図４（Ｂ）において下方）に撓む。図４（Ｂ）に示すように、圧電アクチュエータプレート１０の圧力室２１ａ側への撓みにより、圧力室２１ａの容積が減少して圧力室２１ａ内の圧力が上昇し、インクがプレッシャ流路２２ａおよびノズル流路２３ｂを介してノズル２４ａから噴射される。
【００３７】
圧力室２１ａからインクが噴射された後に、再びスイッチ素子が切換えられて、駆動回路から上部電極１１への電源電圧の印加が停止されると、圧電材料層１３の面方向への収縮がなくなり、図４（Ａ）に示すように、再び、圧電アクチュエータプレート１０が撓みの無い位置に復帰する。これにより、連通するマニホールド２３ａ（図１参照）およびマニホールド流路２２ｂ（図１）を介して液体タンク（図示しないインクタンク）からインクが圧力室２１ａ内に補われることとなる。
【００３８】
＜第２実施形態＞
次に図５を参照して第２実施形態について説明する。
第２実施形態では、撓み層に相当する振動板が、複数の板状部材を積層して構成され、この板状部材のうち少なくとも１つに貫通孔を形成することにより薄肉部が構成されている例を示している。なお、第２実施形態では、非接合部の構成が第１実施形態と異なるが、それ以外の構成については第１実施形態と同様であるため、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３９】
図５（Ａ）は、図４（Ａ）の構成（第１実施形態の要部構成）を変形した図を示しており、撓み層に相当する振動板１５が、２つの板状部材（第１板状部材１６、第２板状部材１７）を積層して構成されている。そして、第１板状部材１６において貫通孔１６ａが形成されており、第２板状部材１７における貫通孔１６に対応する部分が薄肉部１７ａとなっている。振動板１５は、貫通孔１６ａの部分が窪む形態にて一部が凹状に形成されており、この窪みの底部が薄肉部１７ａとなっている。この薄肉部１７ａは、振動板１５における非接合部１５ａに相当し、下部電極１２に対して非接合となっている。一方、振動板１５において、貫通孔１６ａが形成された領域以外の領域では、第１板状部材１６が下部電極１２を介して圧電材料層１３に接合されている。このような構成をなす圧電アクチュエータプレート１０は、図５（Ｂ）に示すように、駆動時において第１実施形態の構成と同様に作用し、圧力室２１ａ側に撓むこととなる。
【００４０】
＜第３実施形態＞
第１及び第２実施形態においては、振動板に設けられた非接合部の上方において、下部電極との間に隙間が存在する構成を例示しているが、本実施形態では、隙間が存在しないか、若しくは微少な隙間が存在する例について説明する。図６は本実施形態の要部構成を概念的に示すものであり、図４（Ａ）の構成を変形した図である。本実施形態に係る液体移送装置１は、上記実施形態と異なり、平坦な１枚板からなる振動板１８が設けられており、圧電材料層１３の圧力室２１ａの中央部に対向する領域Ｃにおいて振動板１８が下部電極１２に対して非接合となっている。振動板１８においてこの非接合とされる部分が非接合部１８ａとして構成されている。
【００４１】
一方、この領域Ｃの外部領域においては、振動板１８が下部電極１２に対して接合されている。即ち、上面が平坦に構成される振動板１８は、下部電極１２に対してその上面が当接若しくは極めて近接して構成されるが、その上面の一部（振動板１８の上面における領域Ｃに対応する範囲）が非接合に構成され、それ以外の部分が接着剤等により接合されるのである。このような構成をなす液体移送装置１の圧電アクチュエータプレート１０は、駆動時において上記実施形態と同様に圧力室２１ａ側に撓むこととなる。
【００４２】
＜第４実施形態＞
上記実施形態では液体移送装置の一例として液体を噴射する装置を例に挙げて説明したが、本実施形態では噴射以外の移送機能を有する装置について説明する。
図７は、本発明による液体移送装置１をマイクロポンプ１００に適用した実施形態を示している。マイクロポンプ１００は、本発明の第１実施形態による液体移送装置１の下面に、ポンプアダプタＡＰを接合して構成されており、ポンプアダプタＡＰはその下方部を液源に浸らせている。駆動時には液体移送装置１の圧電アクチュエータプレート１０が第１実施形態と同様に作用して圧力室２１ａ側に撓み、圧力室２１ａの容積が減少して液体がアウトレットＯＰから外部へと移送される。一方、駆動を解除すると、圧電アクチュエータプレート１０が初期状態に復帰し、それに伴って圧力室２１ａが負圧となって液源からインレットＩＰを介して液体が吸引されることとなる。
【００４３】
＜第５実施形態＞
図８は、第５実施形態に係る液体移送装置について、圧力室の長手方向に沿って切断した場合の縦断面図であり、また、図９は図８の液体移送装置の平面図を示している。さらに、図１０（Ａ）（Ｂ）は図８の液体移送装置の作動状態を説明する説明図である。図１０（Ａ）は圧力室の短手方向に切断した断面図であり、圧電アクチュエータプレート１０が駆動されていない状態を示している。図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）の圧電アクチュエータプレート１０が駆動された状態を示すものである。
【００４４】
第５実施形態では、振動板１４の薄肉部１４ａと圧電材料層１３との間に、それら振動板１４と圧電材料層１３よりも弾性率の低い低弾性材料４０が設けられている点が第１実施形態と異なっており、それ以外の構成については第１実施形態と同様であるため、同様の部分については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４５】
本実施形態に係る液体移送装置１は、図８に示すように、第１実施形態と同様のキャビティプレート２０を有し、かつ第１実施形態と同様の振動板１４、圧電材料層１３、上部電極１１、及び下部電極１２を有している。さらに、振動板１４には、第１実施形態と同様に、圧力室２１ａの中央部に対応する領域Ｃにおいて、圧電材料層１３と接合されない非接合部１４ｂが設けられている。この非接合部１４ｂには、振動板１４が圧電材料層１３と接合される接合部１４ｃの厚さよりも小となる薄肉部１４ａが形成されており、この薄肉部１４ａと圧電材料層１３との間に低弾性材料４０が充填されている。図８及び図１０（Ａ）に示すように、低弾性材料４０は、圧力室２１ａとは反対側の外面４０ａが、接合部１４ｃの接合面Ｆ（具体的には接合部１４ｃが下部電極１２と接合される接合面）とほぼ面一となるように構成されており、圧電材料層１３は少なくとも圧力室２１ａが設けられた領域全体にわたりほぼ平坦な構成をなしている。
【００４６】
本実施形態でも、第１実施形態と同様に、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電セラミックス材料によって圧電材料層１３が形成されており、振動板１４は、ステンレスにて形成されている。一方、低弾性材料４０は、これら振動板１４と圧電材料層１３よりも弾性率の低い材料（例えば、ポリイミド系の合成樹脂材料、又はエポキシ系の合成樹脂材料等）によって構成されており、これら、圧電材料層１３、振動板１４、低弾性材料４０が積層構造をなすことにより圧電アクチュエータプレート１０が構成されている。本実施形態では、圧電材料層１３の弾性率は、６０ＧＰａとされ、振動板１４の弾性率は２００ＧＰａとされている。これに対し、低弾性材料層４０の弾性率は４ＧＰａとされている。
【００４７】
なお、図９のように、圧力室２１ａは上方から見て略小判状をしており、非接合部１４ｂの周縁（ここでは低弾性材料４０の周縁）は、圧力室２１ａの周縁と同じ位置かそれよりも圧力室内側寄りに配置されている。即ち、圧力室２１ａの外部領域にはみ出ないよう非接合部１４ｂの周縁（即ち低弾性材料４０の周縁）が位置しており、より具体的には、薄肉部１４ａの平面形状（即ち低弾性材料４０の平面形状）は、圧力室２１ａの形状を一回り小さくした略小判状をしている。
【００４８】
さらに、図８、及び図１０（Ａ）に示すように、２つの電極層（上部電極１１、下部電極１２）が圧電材料層１３を挟んで形成する対向領域Ｐは、面方向において非接合部１４ｂの全体（即ち、低弾性材料４０の全体）を覆うようにこの非接合部１４ｂよりも広い範囲に設けられている。図９の平面図でも、上部電極１１の配置領域が２つの電極層の対向領域であり、非接合部１４ｂの領域（即ち、低弾性材料４０の領域）は、この対向領域よりも一回り小さい構成をなしている。
【００４９】
上記のような構成をなす液体移送装置１は、上部電極１１に電源電圧が印加されると、上部電極１１と下部電極１２との間に電圧が発生し、圧電材料層１３の面方向の収縮開始直後に圧力室２１ａ側に屈曲するように容易に撓みが生じ、この屈曲と連動するように圧電材料層１３は圧力室２１ａ側に引き込まれる。その結果、図１０（B）のように、圧電アクチュエータプレート１０は圧力室２１ａ側に撓むこととなる。そして、振動板１４の薄肉部１４ａと圧電材料層１３との間には、振動板１４と圧電材料層１３よりも弾性率の低い低弾性材料４０が充填されているため、圧電材料層１３は薄肉部１４ａに対応する部分においても低弾性材料４０に支持されることとなる。その為、低弾性材料４０が充填されていない場合に比べて、非接合部１４ｂの周縁部分への応力集中が緩和されて耐久性が向上することとなる。
【００５０】
＜第６実施形態＞
次に、図１１を参照して第６実施形態について説明する。
図１１は、第６実施形態に係る液体移送装置について圧力室の短手方向に切断した断面図であり、圧電アクチュエータプレート１０が駆動されていない状態を示している。図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）の圧電アクチュエータプレート１０が駆動された状態を示すものである。
【００５１】
本実施形態に係る液体移送装置１は、第５実施形態と同様に、振動板１４の薄肉部１４ａと圧電材料層１３との間に、振動板１４と圧電材料層１３よりも弾性率の低い低弾性材料４０が充填されており、さらに、振動板１４の接合部１４ｃにおける圧電材料３０と接合される接合面Ｆよりも、圧力室２１ａとは反対側に突出している。なお、低弾性材料４０が接合面Ｆ（具体的には接合部１４ｃが下部電極１２と接合される接合面）よりも突出している構成以外は第５実施形態と同様である。
【００５２】
図１１（Ａ）のように、圧電材料層１３は、低弾性材料４０が接合面Ｆよりも圧力室２１ａとは反対側に突出する突出領域（図１１では領域Ｃと同一の領域）において、圧力室２１ａとは反対側に凸となるように湾曲した構成をなしている。低弾性材料４０は、薄肉部１４ｂが形成された後の振動板１４に対し凹版印刷等により形成され、圧電材料層１３は、低弾性材料４０の形成後において、エアロゾルデポジション法、スパッタ法、ＣＶＤ法、水熱合成法、ゾルゲル法などにより形成される。
【００５３】
このように、充填された低弾性材料４０を接合面Ｆより突出させて、圧電材料層１３を振動板１４とは反対側に湾曲させるようにすると、上部電極１１と下部電極１２との間に電圧が発生して、圧電材料層１３が面方向に収縮した場合には、図１１（Ｂ）のように、低弾性材料４０が圧力室２１ａの方向に押圧されることになり、振動板１４をより大きく変形させることができ、低電圧による効率的な駆動が可能となる。
【００５４】
＜第７実施形態＞
次に、図１２及び図１３を参照して第７実施形態について説明する。
図１２（Ａ）は、第７実施形態に係る液体移送装置について圧力室の短手方向に切断した断面図であり、圧電アクチュエータプレート１０が駆動されていない状態を示している。図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）の圧電アクチュエータプレート１０が駆動された状態を示すものである。
【００５５】
図１２に示すように、本実施形態に係る液体移送装置１は、圧電材料層１３が、圧力室２１ａよりも小さく形成されており、図１３に示すように、圧電材料層１３が設けられた領域（図１３では、上部電極１１が設けられた領域と同一）の全体が圧力室２１ａの領域内に収まるように配置されている。
【００５６】
図１２に示すように、実施形態１等の振動板と同様の材質（ステンレス等の金属材料）からなる振動板１９は、圧力室２１ａが設けられた領域Ｑの内部において、圧電材料層１３と重ならない領域Ｓにおける厚さが圧電材料層１３と重なる領域Ｒにおける厚さよりも小となるように形成されている。より具体的には、振動板１９において、圧力室２１ａの周縁部に対応する領域が「圧電材料層１３と重ならない領域Ｓ」とされ、振動板１９にはこの領域Ｓにおいて厚さ抑制部１９ｄが形成されている。振動板１９において、厚さ抑制部１９ｄが設けられた領域には、上方に溝１９ｅが形成されており、下方には溝１９ｆが形成されている。上方の溝１９ｅは、圧電材料層１３が形成された領域の周囲において環状に形成されている。
【００５７】
一方、圧力室２１ａの中央部に対応する領域が「圧電材料層１３と重なる領域Ｒ」とされ、振動板１９にはこの領域Ｒにおいて、非接合部１９ａと接合部１９ｂとがそれぞれ設けられている。非接合部１９ａと接合部１９ｂは共に厚さ抑制部１９ｄよりも厚く構成されている。また、圧電材料層１３と振動板１９の間（より詳しくは、非接合部１９ａと圧電材料層１３との間）に、第５及び第６実施形態と同様の低弾性材料４０が充填されている。なお、この部分に低弾性材料４０を充填せずに空隙としてもよい。また、振動板１９は、圧力室２１ａの外側領域において、圧力室プレート２１と接合されるプレート接合部１９ｃが設けられており、このプレート接合部１９ｃは、厚さ抑制部１９ｄよりも厚く構成されている。
【００５８】
本実施形態の構成では、圧電材料層１３の外側領域のほうが、圧電材料層１３が設けられた領域よりも振動板１９の剛性が低い構成となり、圧電材料層１３が面方向に収縮したときの振動板１９の変形をより大きくすることができることとなる。
【００５９】
＜他の実施形態＞
本発明は上述した記載および図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、以下の記載以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上部電極を駆動回路のグランドに接続し、下部電極を駆動回路のプラス(＋）電源に接続してもよい。
（２）本発明による液体移送装置は、圧力室に連なる開孔から、滴状、霧状等を含むあらゆる状態の液体を外部に移送するものを含み、また、液体の移送形態は吐出、噴出、噴射等のあらゆる形態を含むものとする。
（３）上記実施形態ではプリンタのインク吐出用のインクジェットヘッドを例に挙げて説明したが、検査試薬の噴射装置など、あらゆる種類の液体移送装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】第１実施形態に係る液体移送装置について、圧力室の長手方向に沿って切断した場合の縦断面図である。
【図２】図１に示した液体移送装置に関し、複数の圧力室の配列方向に沿って切断した場合の縦断面図である。
【図３】図２に示した液体移送装置の平面図である。
【図４】図２に示した液体移送装置の作動状態を示した断面図であり、（Ａ）は圧電アクチュエータプレートの非駆動状態を示し、（Ｂ）は駆動状態を示すものである。
【図５】第２実施形態による液体移送装置の要部拡大図である。
【図６】第３実施形態による液体移送装置の要部拡大図である。
【図７】第４実施形態による液体移送装置の要部拡大図である。
【図８】第５実施形態に係る液体移送装置について、圧力室の長手方向に沿って切断した場合の縦断面図である。
【図９】第５実施形態に係る液体移送装置の平面図である。
【図１０】第５実施形態に係る液体移送装置について圧力室の短手方向に切断した断面図であり、（Ａ）は圧電アクチュエータプレートの非駆動状態を示し、（Ｂ）は駆動状態を示すものである。
【図１１】第６実施形態に係る液体移送装置について圧力室の短手方向に切断した断面図であり、（Ａ）は圧電アクチュエータプレートの非駆動状態を示し、（Ｂ）は駆動状態を示すものである。
【図１２】第７実施形態に係る液体移送装置について圧力室の短手方向に切断した断面図であり、（Ａ）は圧電アクチュエータプレートの非駆動状態を示し、（Ｂ）は駆動状態を示すものである。
【図１３】第７実施形態に係る液体移送装置の平面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１…液体移送装置
１０…圧電アクチュエータプレート
１１…上部電極
１２…下部電極
１３…圧電材料層
１４、１５、１８、１９…振動板（撓み層）
１４ａ、１７ａ…薄肉部
１４ｂ、１５ａ、１８ａ、１９ａ…非接合部
２１ａ…圧力室
２４ａ…ノズル（開孔）
４０…低弾性材料
Ｃ…圧力室の中央部に対応する領域
Ｐ…対向領域
【図１】
2005119271.tif 000003
【図２】
2005119271.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005119271.tif 000006
【図５】
2005119271.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005119271.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2005119271.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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