(57)【要約】  キャビティ３が内蔵されたキャビティ部材１１と、キャビティ３に連通する導入流路５を有する導入部材１３と、導入流路５とは反対側でキャビティ３に連通するノズル流路４を有するノズル部材１２とを具備する液滴吐出圧電デバイス１の提供による。この液滴吐出圧電デバイス１は、導入部材１３には導入口６が設けられ、導入流路５を介してキャビティ３へ液体の導入をし、ノズル部材１２には吐出口７が設けられ、ノズル流路４を介してキャビティ３に充填をされた液体を、滴として吐出させ得るものであり、液滴の量がｎｌ（ナノリットル）オーダーの場合において、液滴の量の安定性、再現性に優れ、且つ装置に取り付けられて安定的に稼動出来る液滴吐出手段である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
微少な液体の滴の吐出に用いられる液滴吐出デバイスであって、
液体の充填をするキャビティが内蔵されたキャビティ部材と、
前記キャビティに連通する導入流路を有するとともに、前記導入流路を介して前記キャビティへ液体が導入をされる導入口が設けられた導入部材と、
前記キャビティ部材を介して前記導入流路とは反対側で前記キャビティに連通するノズル流路を有するとともに、前記ノズル流路を介して前記キャビティに充填をした液体を滴として吐出をする吐出口が設けられたノズル部材と、を具備し、
前記キャビティ部材の少なくとも一部が、セラミック材料からなる複数の層状の圧電体と、複数の層状の電極と、が交互に積層をされてなる圧電駆動体で構成され、
前記導入部材及び／又はノズル部材の少なくとも一部が、セラミック材料からなる圧電体で構成され、
前記キャビティ部材と、導入部材及び／又はノズル部材とが、焼成によって一体的に形成され、
キャビティ部材の少なくとも一部を構成する前記圧電駆動体の電界誘起歪みに基づく変位によって、前記キャビティ部材のキャビティ内の圧力の増加に伴う押圧力を発生させ、その押圧力を利用して、前記キャビティに充填をした液体を、前記吐出口から滴として吐出をする液滴吐出圧電デバイス。
【請求項２】
前記導入部材の少なくとも一部が、セラミック材料からなる圧電体で構成される場合において、その圧電体が複数の層状の圧電体であり、その複数の層状の圧電体と複数の層状の電極とが交互に積層をされて圧電駆動体を構成する請求項１に記載の液滴吐出圧電デバイス。
【請求項３】
前記ノズル部材の少なくとも一部が、セラミック材料からなる圧電体で構成される場合において、その圧電体が複数の層状の圧電体であり、その複数の層状の圧電体と複数の層状の電極とが交互に積層をされて圧電駆動体を構成する請求項１又は２に記載の液滴吐出圧電デバイス。
【請求項４】
前記キャビティ部材の全体が、前記圧電駆動体で構成される請求項１〜３の何れか一項に記載の液滴吐出圧電デバイス。
【請求項５】
前記キャビティ部材に内蔵されたキャビティの、前記液体の流れ方向に垂直な断面の形状が長方形である請求項４に記載の液滴吐出圧電デバイス。
【請求項６】
前記キャビティ部材が、角筒体形状を呈し、２組の対向する壁部によって前記キャビティが形成され、一の組の対向する壁部が前記圧電駆動体で構成され、他の組の壁部は圧電体のみで構成される請求項１に記載の液滴吐出圧電デバイス。
【請求項７】
更に、前記導入部材が、角筒体形状を呈し、２組の対向する壁部によって前記導入流路が形成され、一の組の対向する壁部が圧電駆動体で構成され、他の組の壁部は圧電体のみで構成されるとともに、
前記ノズル部材が、角筒体形状を呈し、２組の対向する壁部によって前記ノズル流路が形成され、一の組の対向する壁部が圧電駆動体で構成され、他の組の壁部は圧電体のみで構成され、
前記キャビティ部材、前記導入部材、及び前記ノズル部材における、前記圧電駆動体で構成される一の組の対向する壁部が、前記キャビティ部材と前記導入部材において同じ位置に配設され、前記ノズル部材のみが異なる位置に配設される請求項６に記載の液滴吐出圧電デバイス。
【請求項８】
前記キャビティ部材が、角筒体形状を呈し、２組の対向する壁部によって前記キャビティが形成され、その２組の対向する壁部が、ともに前記圧電駆動体で構成される請求項１〜３の何れか一項に記載の液滴吐出圧電デバイス。
【請求項９】
ともに前記圧電駆動体で構成される前記２組の対向する壁部のうち、一の組の対向する壁部を構成する圧電駆動体の圧電体の分極方向が、他の組の対向する壁部を構成する圧電駆動体の圧電体の分極方向と異なる請求項８に記載の液滴吐出圧電デバイス。
【請求項１０】
ともに前記圧電駆動体で構成される前記２組の対向する壁部の何れかに、一の組の対向する壁部を構成する前記圧電駆動体と、他の組の対向する壁部を構成する前記圧電駆動体とを、部分的に分断するスリットが形成されている請求項８又は９に記載の液滴吐出圧電デバイス。
【請求項１１】
前記２組の対向する壁部のうち圧電駆動体で構成される壁部において、前記層状の電極が前記キャビティを形成する面から引き下がり前記キャビティを形成する面に露出しておらず、前記キャビティを形成する面が前記層状の圧電体のみによって構成され、且つ、
前記キャビティを形成する面から前記層状の電極までの距離と、前記層状の圧電体の１層の厚さと、の比が、５：１〜１：１０の範囲である請求項６〜１０の何れか一項に記載の液滴吐出圧電デバイス。
【請求項１２】
前記キャビティ部材、導入部材、及びノズル部材の全てが、セラミック材料からなる複数の層状の圧電体が積層をされることによって一体的に形成され、
前記キャビティ部材のキャビティ、導入部材の導入流路、及びノズル部材のノズル流路が、前記積層をされた圧電体の同一の層により形成されている請求項１〜１１の何れか一項に記載の液滴吐出圧電デバイス。
【請求項１３】
前記ノズル部材にかかるノズル流路の、前記液体の流れ方向に垂直な断面が、前記キャビティ部材のキャビティの、前記液体の流れ方向に垂直な断面より小さい請求項１〜１２の何れか一項に記載の液滴吐出圧電デバイス。
【請求項１４】
前記キャビティ部材のキャビティが、そのノズル流路側で、断面の大きさを連続的に小さく変化させて、前記ノズル部材のノズル流路と滑らかに接続されている請求項１３に記載の液滴吐出圧電デバイス。
【請求項１５】
前記ノズル部材にかかるノズル流路の、前記液体の流れ方向に垂直な断面の形状が、長方形又は台形である請求項１〜１４の何れか一項に記載の液滴吐出圧電デバイス。
【請求項１６】
前記ノズル部材のノズル流路の断面における最短距離ｄと、ノズル流路の長さＬと、の比ｄ／Ｌが、０．０８〜０．８である請求項１〜１５の何れか一項に記載の液滴吐出圧電デバイス。
【請求項１７】
前記ノズル部材の前記吐出口側の端面の表面粗さが、少なくとも前記ノズル部材のノズル流路の表面粗さより小さい請求項１〜１６の何れか一項に記載の液滴吐出圧電デバイス。
【請求項１８】
前記導入部材にかかる導入流路の、前記液体の流れ方向に垂直な断面が、前記キャビティ部材のキャビティの、前記液体の流れ方向に垂直な断面より小さく、前記キャビティ部材のキャビティが、その前記導入流路側で、液体の流れ方向に対し幅方向にあたる断面の大きさを連続的に小さく変化させて、前記導入部材の導入流路と滑らかに接続されている請求項１〜１７の何れか一項に記載の液滴吐出圧電デバイス。
【請求項１９】
前記導入部材にかかる導入流路の、前記液体の流れ方向に垂直な断面の形状が、長方形又は台形である請求項１〜１８の何れか一項に記載の液滴吐出圧電デバイス。
【請求項２０】
前記導入部材の導入流路が、気液分離機能を有する多孔質体で構成される請求項１〜１９の何れか一項に記載の液滴吐出圧電デバイス。
【請求項２１】
前記導入部材が、前記導入流路の前記導入口側に、前記導入流路と連通するとともに前記液体の流れ方向に垂直な断面が前記導入流路より大きい、導入キャビティを備える請求項１〜２０の何れか一項に記載の液滴吐出圧電デバイス。
【請求項２２】
前記導入部材が、液滴吐出圧電デバイスを適用装置に取付するための鍔部を備え、少なくとも前記導入部材の前記導入口側の端面が、前記キャビティ部材の前記液体の流れ方向に垂直な断面より大きい請求項１〜２１の何れか一項に記載の液滴吐出圧電デバイス。
【請求項２３】
前記キャビティ部材のキャビティ、前記ノズル部材のノズル流路、及び前記導入部材の導入流路が、前記液体の流れ方向に対し幅方向にあたる断面の形状及び幅が同一であり、連続的に接続されている請求項１〜１２の何れか一項に記載の液滴吐出圧電デバイス。
【請求項２４】
前記微少な液体の滴が、ｎｌ（ナノリットル）オーダーの液量である請求項１〜２３の何れか一項に記載の液滴吐出圧電デバイス。
【請求項２５】
前記導入部材の前記導入口側の端面、前記導入部材の前記導入流路形成面、前記キャビティ部材のキャビティ形成面、前記ノズル部材のノズル流路形成面、及び前記ノズル部材の前記吐出口側の端面に、前記電極が露出していない請求項１〜２４の何れか一項に記載の液滴吐出圧電デバイス。
【請求項２６】
前記液体の流れ方向と、前記圧電駆動体を形成する複数の層状の圧電体にかかる積層の方向と、が直交している請求項１〜２５の何れか一項に記載の液滴吐出圧電デバイス。
【請求項２７】
前記複数の層状の圧電体と複数の層状の電極とが交互に積層をされてなる圧電駆動体において、前記電極が両方の最外層に設けられ、且つ、一の最外層の電極が他の最外層の電極と極性が異なる請求項１〜２６の何れか一項に記載の液滴吐出圧電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を充填するキャビティ（部材）と、その液体を滴として吐出するノズル（部材）と、が一体化された構造を有し、ｎｌオーダーの微少な液滴を再現よく且つ容易に取り扱うことが出来る液滴吐出デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、あらゆる分野において微少な液滴の吐出手段が、製品の生産手段等として利用されている。例えば、印刷機器におけるインクを吐出する手段として、あるいは医療、生体、薬品、及び食品製造等の分野において所定の液体を吐出・分注する手段として、更には燃料電池や電子部品の製造過程において電極膜を形成する手段として、微少液滴吐出手段が使用される。特に、医療分野における血液分析装置や遺伝子検査装置や創薬検査等のための検査装置では、ランニングコスト削減やスループット向上のため、現状、マイクロリットル（μｌ）オーダーの最小吐出量（分注量）をナノリットル（ｎｌ）オーダーにする微量化が要望されており、そのｎｌオーダーの吐出量を再現よく安定的に吐出することが可能な液滴吐出手段が必要になってきている。又、電極膜を形成するための装置では、均一の厚さの膜を安定して形成するために、非接触でｎｌオーダーの液滴を吐出可能な手段が待望されている。【０００３】
このような要望に対し、例えば、特許文献１には、インクの液滴を画像記録媒体上へ付着させるインクジェットヘッドが開示されている。開示されたインクジェットヘッドは、圧力室となるくり抜き部を有する複数の板状圧電材料を導電材料を介して積層した圧電素子ブロックと、インク噴射口を形成した基板と、を接合し、圧電素子ブロックにインク供給口を形成した蓋を接合し、圧電素子ブロックを構成する圧電素子の変位によって圧力室の容積を変化させるインクジェットヘッドである。【０００４】
又、特許文献２には、液体充填部と、液体注入口と、液体を噴射する液体噴射口と、液体を駆動して噴射させるバイモルフ又はユニモルフ型の圧電素子と、を備え、流路が圧電素子上に一連となる、金属製の液体噴射装置が提案されている。【０００５】
更に、特許文献３には、液体に慣性力を与えることで液体を吐出させる手段が提案されている。開示された液体分注装置は、液体保持部材（吐出ノズルと溶液を保持する容器）と、その液体保持部材を移動させる駆動手段（圧電素子）と、を有し、駆動手段で液体保持部材を移動させる（吐出ノズルに加速度を与えることで慣性力を液体に与える）ことにより、液滴を吐出する装置である。更に、先行文献として特許文献４が知られている。【０００６】
【特許文献１】特開平７−８１０５５号公報
【特許文献２】特開２０００−６４００号公報
【特許文献３】特開２００１−２３５４００号公報
【特許文献４】特開平７−４０５３６号公報
【発明の開示】
【０００７】
しかしながら、特許文献１，２に示された手段は、ピコリットル（ｐｌ）オーダーの量の微少な液滴を吐出するデバイスであり、ｎｌオーダーの吐出量を得るためには、液滴吐出を多数回行う必要があり、吐出回数が多いことから時間を要する。更に、微少な液滴の表面積が大きいため、飛行中に液溶媒が揮発し易く、吐出時間が長い場合には吐出先の環境が変化したときに、その影響で揮発量のばらつきを生じ、液量の再現性が必ずしも良好ではない。
【０００８】
又、特許文献３に開示された液体分注装置は、駆動手段（圧電素子）と液体保持部材とが、連結部で接続される構成であるため、液体保持部材を移動させる際、連結部も振動してしまい、液保持部材が所定の動作をおこせない場合があり、吐出動作が不安定となることがあり得る。
【０００９】
その他に、マイクロシリンジのシリンダーを精密に制御することにより、ｎｌオーダーの液量を分注する方法も知られるが、非接触で液体を供給出来ないため、液体の供給先に針内の液が引っ張られ、液量がばらつき、再現性が乏しく、正確さに欠ける。
【００１０】
以上のように、現在のところ、ｎｌオーダーの吐出量で再現よく稼動させることが可能であり、しかも、装置に取り付けて安定よく稼動出来る液滴吐出手段は、実現されていない。本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、特に液滴の量がｎｌオーダーの場合において、液滴の量の安定性、再現性に優れ、且つ装置に取り付けられて安定的に稼動出来る液滴吐出手段を提供することにある。
【００１１】
上記目的を達成すべく鋭意検討がなされた結果、液滴吐出手段において、液体を溜めるキャビティ（部材）と、吐出にかかるノズル（部材）と、を一体化し、駆動手段として圧電素子（圧電駆動体）を用いることによって、上記課題を達成することが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
即ち、先ず、本発明によれば、微少な液体の滴の吐出に用いられる液滴吐出デバイスであって、液体の充填をするキャビティが内蔵されたキャビティ部材と、キャビティに連通する導入流路を有するとともに、その導入流路を介してキャビティへ液体が導入をされる導入口が設けられた導入部材と、キャビティ部材を介して導入流路とは反対側でキャビティに連通するノズル流路を有するとともに、そのノズル流路を介してキャビティに充填をした液体を滴として吐出をする吐出口が設けられたノズル部材と、を具備し、キャビティ部材の少なくとも一部が、セラミック材料からなる複数の層状の圧電体と、複数の層状の電極と、が交互に積層をされてなる圧電駆動体で構成され、導入部材及び／又はノズル部材の少なくとも一部が、セラミック材料からなる圧電体で構成され、キャビティ部材と、導入部材及び／又はノズル部材とが、焼成によって一体的に形成され、キャビティ部材の少なくとも一部を構成する圧電駆動体の電界誘起歪みに基づく変位によって、キャビティ部材のキャビティ内の圧力の増加に伴う押圧力を発生させ、その押圧力を利用して、キャビティに充填をした液体を、吐出口から滴として吐出をする液滴吐出圧電デバイスが提供される。
【００１３】
ここで、電界誘起歪みには横効果によるものと縦効果によるものがあり、そのうち横効果は、分極方向に電界を加えたときに垂直方向に伸縮するような圧電駆動体の変形をいう。本発明に係る液滴吐出圧電デバイスにおいては、例えば、導入口から吐出口に向けた方向にあたる液体の流れ方向と、圧電駆動体を形成する複数の層状の圧電体にかかる積層の方向と、が直交している場合には、積層の方向に圧電体を分極し、その分極と同じ方向に電界をかければ、圧電駆動体の変位は、キャビティ部材を、上記液体の流れ方向に伸縮させることになる。
【００１４】
又、電界誘起歪みの縦効果とは、分極方向に電界を加えたときに同じ方向に伸縮するような圧電駆動体の変形をいう。本発明に係る液滴吐出圧電デバイスにおいては、例えば、導入口から吐出口に向けた方向にあたる液体の流れ方向と、圧電駆動体を形成する複数の層状の圧電体にかかる積層の方向と、が直交している場合には、積層の方向に圧電体を分極し、その分極と同じ方向に電界をかければ、圧電駆動体の変位は、キャビティ部材を、上記液体の流れ方向とは垂直な方向に伸縮させることになる。液体の流れ方向とは垂直な方向の伸縮は、キャビティ部材のキャビティを狭くし又は広げるような動作になるから、その動作によって、キャビティ内の圧力を増加せしめ押圧力を生じさせる。圧電駆動体の電界誘起歪みの縦効果に基づく変位によってキャビティ内に押圧力を生じさせるしくみは、キャビティ部材によらず、後述する好ましい態様において、ノズル部材や導入部材の少なくとも一部が圧電駆動体で構成される場合にも適用される。
【００１５】
本発明に係る液滴吐出圧電デバイスは、上記導入部材の少なくとも一部が、セラミック材料からなる圧電体で構成される場合において、その圧電体が複数の層状の圧電体であり、その複数の層状の圧電体と複数の層状の電極とが交互に積層をされて圧電駆動体を構成することが好ましい。
【００１６】
本発明に係る液滴吐出圧電デバイスは、上記ノズル部材の少なくとも一部が、セラミック材料からなる圧電体で構成される場合において、その圧電体が複数の層状の圧電体であり、その複数の層状の圧電体と複数の層状の電極とが交互に積層をされて圧電駆動体を構成することが好ましい。
【００１７】
本発明に係る液滴吐出圧電デバイスは、キャビティ部材の全体が、圧電駆動体で構成されることが好ましい。
【００１８】
そして、キャビティ部材の全体が圧電駆動体で構成される場合には、キャビティ部材に内蔵されたキャビティの、上記液体の流れ方向に垂直な断面の形状が長方形であることが好ましい。
【００１９】
又、本発明に係る液滴吐出圧電デバイスは、キャビティ部材が、角筒体形状を呈し、２組の対向する壁部によってキャビティが形成され、一の組の対向する壁部が圧電駆動体で構成され、他の組の壁部は圧電体のみで構成されることが好ましい。
【００２０】
この場合において、即ち、キャビティ部材が、角筒体形状を呈し、２組の対向する壁部によってキャビティが形成され、一の組の対向する壁部が圧電駆動体で構成され、他の組の壁部は圧電体のみで構成される場合においては、本発明に係る液滴吐出圧電デバイスは、更に、導入部材が、角筒体形状を呈し、２組の対向する壁部によって導入流路が形成され、（そのうちの）一の組の対向する壁部が圧電駆動体で構成され、他の組の壁部は圧電体のみで構成されるとともに、ノズル部材が、角筒体形状を呈し、２組の対向する壁部によってノズル流路が形成され、（そのうちの）一の組の対向する壁部が圧電駆動体で構成され、他の組の壁部は圧電体のみで構成され、キャビティ部材、導入部材、及びノズル部材における、上記圧電駆動体で構成される一の組の対向する壁部が、キャビティ部材と導入部材において同じ位置に配設され、ノズル部材のみが異なる位置に配設されることが好ましい。これは、角筒体形状を呈する場合、対向する壁部は２組しかないので、そのうちの同じ１組がキャビティ部材と導入部材において圧電駆動体で構成され、他の１組がノズル部材において圧電駆動体で構成されることを意味する。
【００２１】
又、本発明に係る液滴吐出圧電デバイスは、キャビティ部材が、角筒体形状を呈し、２組の対向する壁部によってキャビティが形成され、その２組の対向する壁部が、ともに圧電駆動体で構成されることが好ましい。
【００２２】
そして、２組の対向する壁部がともに圧電駆動体で構成される場合には、そのともに圧電駆動体で構成される２組の対向する壁部のうち、一の組の対向する壁部を構成する圧電駆動体の圧電体の分極方向が、他の組の対向する壁部を構成する圧電駆動体の圧電体の分極方向と異なることが好ましい。
【００２３】
分極方向が異なることは、圧電体にかけられる電界方向との関係で判断される。例えば、一の組の対向する壁部を構成する圧電駆動体の圧電体の分極方向が電界方向と同じ方向である場合に、他の組の対向する壁部を構成する圧電駆動体の圧電体の分極方向が電界方向と例えば反対方向であれば、分極方向が異なると判断される。
【００２４】
又、ともに圧電駆動体で構成される２組の対向する壁部の何れかに、一の組の対向する壁部を構成する圧電駆動体と、他の組の対向する壁部を構成する圧電駆動体とを、部分的に分断するスリットが形成されていることが好ましい。
【００２５】
本発明に係る液滴吐出圧電デバイスは、キャビティ部材が、角筒体形状を呈し、２組の対向する壁部によってキャビティが形成される場合には、２組の対向する壁部のうち圧電駆動体で構成される壁部において、層状の電極がキャビティを形成する面から引き下がりキャビティを形成する面に露出しておらず、キャビティを形成する面（キャビティ形成面）が層状の圧電体のみによって構成され、且つ、キャビティを形成する面から層状の電極までの距離（引き下がり量とよぶ）と、層状の圧電体の１層の厚さと、の比が、５：１〜１：１０の範囲であることが好ましい。より好ましくは２：１〜１：５の範囲である。この好ましい態様では、層状の電極がキャビティ形成面から所定の寸法（距離）だけ引き下がってキャビティ形成面から離れ、壁部の内部に形成され（存在し）、キャビティ形成面に現れず、キャビティ形成面が層状の圧電体のみにより構成される。キャビティを形成する面から（層状の）電極までの間では、圧電体は電極で挟まれていない。圧電体と電極とが積層されてなる圧電駆動体で構成される壁部であっても、上記引き下がり量で示される部分は、圧電体のみで構成される。そして、上記比は、上記引き下がり量と圧電体の厚さとの比で示される。
【００２６】
本発明に係る液滴吐出圧電デバイスにおいては、キャビティ部材、導入部材、及びノズル部材の全てが、セラミック材料からなる複数の層状の圧電体が積層をされることによって一体的に形成され、キャビティ部材のキャビティ、導入部材の導入流路、及びノズル部材のノズル流路が、積層をされた圧電体の同一の層により形成されていることが好ましい。このことは、キャビティ、導入流路、及びノズル流路が、キャビティ部材、導入部材、ノズル部材にまたがる圧電体の一の層にあたる部分に位置して、形成されていることを意味する。
【００２７】
本発明に係る液滴吐出圧電デバイスは、ノズル部材にかかるノズル流路の、液体の流れ方向に垂直な断面が、キャビティ部材のキャビティの、液体の流れ方向に垂直な断面より小さいことが好ましい。
【００２８】
そして、この場合において、キャビティ部材のキャビティが、そのノズル流路側で、断面の大きさを連続的に小さく変化させて、ノズル部材のノズル流路と滑らかに接続されていることが好ましい。
【００２９】
又、ノズル部材にかかるノズル流路の、液体の流れ方向に垂直な断面の形状が、長方形又は台形であることが好ましい。
【００３０】
更に、ノズル流路の液体の流れ方向に垂直な断面の形状が長方形又は台形である場合には、そのノズル部材のノズル流路の断面における最短距離ｄとノズル流路の長さＬとの比ｄ／Ｌが、０．０８〜０．８であることが好ましい。
【００３１】
ノズル流路の断面における最短距離ｄとは、ノズル流路の液体の流れ方向に垂直な断面が長方形の場合には短い方の辺の長さに等しく、台形の場合には、高さ及び平行な辺のうちの短い方の辺の長さ、の何れかが該当する。
【００３２】
本発明に係る液滴吐出圧電デバイスは、ノズル部材の吐出口側の端面の表面粗さが、少なくともノズル部材のノズル流路の表面粗さより小さいことが好ましい。
【００３３】
ここで、表面粗さとは、日本工業規格Ｂ０６０１「表面粗さ−定義及び表示」による表面粗さを指す。表面粗さのうち表面粗さＲａとは、日本工業規格Ｂ０６０１−１９８２に定める中心線平均粗さをいい、粗さ曲線を中心線から折り返し、その粗さ曲線と中心線によって得られた面積を長さＬで割った値に相当し、一般には、表面粗さ測定器に表示される目盛りから直読する。又、表面粗さのうち表面粗さＲｔとは、測定表面における最高点と最低点との差にて定義される最大高さＲｍａｘと同義である。本発明にかかる表面粗さとして、表面粗さＲａ及び表面粗さＲｔの何れも採用出来、何れか一方を用いて判断すればよい。
【００３４】
本発明に係る液滴吐出圧電デバイスは、導入部材にかかる導入流路の、液体の流れ方向に垂直な断面が、キャビティ部材のキャビティの、液体の流れ方向に垂直な断面より小さく、キャビティ部材のキャビティが、その導入流路側で、液体の流れ方向に対し幅方向にあたる断面の大きさを連続的に小さく変化させて、導入部材の導入流路と滑らかに接続されていることが好ましい。尚、キャビティの幅方向とは、積層方向、及び液体の流れ方向の両方に垂直な方向であり、壁部又は圧電体の幅方向と同じ方向である。又、キャビティの幅とは、その方向（幅方向）におけるキャビティの寸法（長さ）でありキャビティ形成面間の距離に相当する。これらは、ノズル流路、及び導入流路についても同様である。
【００３５】
又、導入部材にかかる導入流路の、液体の流れ方向に垂直な断面の形状が、長方形又は台形であることが好ましい。
【００３６】
本発明に係る液滴吐出圧電デバイスは、導入部材の導入流路が、気液分離機能を有する多孔質体で構成されることが好ましい。
【００３７】
気液分離機能を有する多孔質体として、セラミック、金属、高分子材料の多孔質体を用いることが挙げられる。中でも、フィルム状のポリプロピレンが好ましく採用出来る。
【００３８】
本発明に係る液滴吐出圧電デバイスは、導入部材が、導入流路の導入口側に、導入流路と連通するとともに上記液体の流れ方向に垂直な断面が導入流路より大きい、導入キャビティを備えることが好ましい。
【００３９】
本発明に係る液滴吐出圧電デバイスは、導入部材が、液滴吐出圧電デバイスを適用装置に取付するための鍔部を備え、少なくとも導入部材の導入口側の端面が、キャビティ部材の上記液体の流れ方向に垂直な断面より大きいことが好ましい。
【００４０】
大きいとは、液体の流れ方向に垂直な面において導入口側の端面とキャビティ部材の上記断面とを重ねたときに、導入口側の端面がキャビティ部材の上記断面を全て含み、且つ、鍔部を備えることによって導入口側の端面の面積がキャビティ部材の上記断面より拡大されていることを意味する。
【００４１】
本発明に係る液滴吐出圧電デバイスは、キャビティ部材のキャビティ、ノズル部材のノズル流路、及び導入部材の導入流路が、液体の流れ方向に対し幅方向にあたる断面の形状及び幅が同一であり、それらが連続的に接続されていることが好ましい。
【００４２】
本発明に係る液滴吐出圧電デバイスは、微少な液体の滴が、ｎｌ（ナノリットル）オーダーの液量である場合に、好適に利用される。
【００４３】
本発明に係る液滴吐出圧電デバイスは、導入部材の導入口側の端面、導入部材の導入流路形成面、キャビティ部材のキャビティ形成面、ノズル部材のノズル流路形成面、及びノズル部材の吐出口側の端面に、電極が露出していないことが好ましい。
【００４４】
本発明に係る液滴吐出圧電デバイスは、液体の流れ方向と、圧電駆動体を形成する複数の層状の圧電体にかかる積層の方向と、が直交していることが好ましい。
【００４５】
本発明に係る液滴吐出圧電デバイスは、複数の層状の圧電体と複数の層状の電極とが交互に積層をされてなる圧電駆動体において、電極が両方の最外層に設けられ、且つ、一の最外層の電極が他の最外層の電極と極性が異なることが好ましい。
【００４６】
両方の最外層とは、圧電体と電極との積層の方向における両側の最外層を意味し、外部と対面している面を指す。
【００４７】
本発明に係る液滴吐出圧電デバイスは、キャビティ部材、ノズル部材、及び導入部材の各々の少なくとも一部が圧電駆動体で構成される場合において、圧電体がセラミック圧電体であり、その圧電体を含む圧電駆動体で構成されるキャビティ部材、ノズル部材、及び導入部材が、焼成によって一体的に形成されていることが好ましい。
【００４８】
本発明に係る液滴吐出圧電デバイスは、キャビティ部材の少なくとも一部が、セラミック材料からなる複数の層状の圧電体と、複数の層状の電極と、が交互に積層をされてなる圧電駆動体で構成され、その圧電駆動体の電界誘起歪みに基づく変位を利用するので、その変位量が大きい。又、導入部材及び／又はノズル部材の少なくとも一部が、セラミック材料からなる圧電体で構成され、キャビティ部材と、導入部材及び／又はノズル部材とが、焼成によって一体的に形成されるので、変位（又はエネルギー）が、吸収されることがなく、キャビティに充填された液体に、効率よく伝達される。従って、従来の圧電駆動デバイスより大きな液体の滴の吐出を行うことが出来、ｎｌオーダーの液滴の吐出デバイスとして好適である。
【００４９】
本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの好ましい態様は、圧電駆動体の電界誘起歪みの横効果に基づく変位と、それに併用して、圧電駆動体の電界誘起歪みの縦効果に基づく変位で、キャビティ部材のキャビティ内に押圧力を生じさせるので、小さな駆動電圧で、キャビティの容積変化を大きくすることが出来る。従って、従来の圧電駆動デバイスより大きな液体の滴の吐出を行うことが出来、ｎｌオーダーの液滴の吐出デバイスとして好適である。加えて、圧電駆動体の電界誘起歪みの横効果に基づく変位で、キャビティの少なくとも一部を屈曲させることにより、更に小さな駆動電圧でキャビティの容積変化を大きくすることが出来る。
【００５０】
本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの好ましい態様は、キャビティ部材の全体を圧電駆動体で構成し、キャビティ部材に内蔵されたキャビティの液体の流れ方向に垂直な断面の形状を長方形にするので、圧電体のみで構成される不活性部がなく、小さな駆動電圧で、キャビティの容積変化を大きくすることが出来る。従って、従来の圧電駆動デバイスより大きな液体の滴の吐出を行うことが出来、ｎｌオーダーの液滴の吐出デバイスとして好適である。
【００５１】
本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの好ましい態様は、キャビティ部材が角筒体形状を呈し２組の対向する壁部によってキャビティを形成し、一の組の対向する壁部のみを圧電駆動体で構成するので、キャビティの変形の方向を１方向にすることが出来、液体の滴の吐出方向が安定する。従って、吐出位置を高精度に制御することが出来る。
【００５２】
本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの好ましい態様は、キャビティ部材が角筒体形状を呈し２組の対向する壁部によってキャビティを形成し、その２組の対向する壁部をともに圧電駆動体で構成し、一の組の対向する壁部を構成する圧電駆動体の圧電体の分極方向と、他の組の対向する壁部を構成する圧電駆動体の圧電体の分極方向とを異なるものとするので、圧電体に同じ電界を加えたときに、キャビティを形成する２組の壁部の変形の方向が同じ方向になり、小さな駆動電圧で、キャビティの容積変化を大きくすることが出来る。従って、従来の圧電駆動デバイスより大きな液体の滴の吐出を行うことが出来、ｎｌオーダーの液滴の吐出デバイスとして好適である。
【００５３】
本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの好ましい態様は、キャビティ部材が角筒体形状を呈し２組の対向する壁部によってキャビティを形成し、その２組の対向する壁部をともに圧電駆動体で構成し、２組の対向する壁部の何れかに、一の組の対向する壁部を構成する圧電駆動体と、他の組の対向する壁部を構成する圧電駆動体とを、部分的に分断するスリットが形成されたものであるので、圧電駆動体への拘束力が低下し、屈曲変位量を増加させることが出来、小さな駆動電圧で、キャビティの容積変化を大きくすることが出来る。従って、従来の圧電駆動デバイスより大きな液体の滴の吐出を行うことが出来、ｎｌオーダーの液滴の吐出デバイスとして好適である。
【００５４】
本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの好ましい態様では、２組の対向する壁部のうち圧電駆動体で構成される壁部において、層状の電極がキャビティを形成する面から引き下がりキャビティを形成する面に露出しておらず、キャビティを形成する面が層状の圧電体のみによって構成され、且つ、キャビティを形成する面から層状の電極までの距離（引き下がり量）と、層状の圧電体の１層の厚さと、の比が、５：１〜１：１０の範囲であるため、キャビティ形成面に電極を露出させない態様において圧電駆動体の変位の低下を抑制し得る。圧電駆動体で構成される壁部における上記引き下がり量と圧電体の１層の厚さとの比が、引き下がり量が大きくなり（圧電体のみで構成される部分が幅方向に広くなり）上記範囲を逸脱すると、圧電駆動体の不活性部分（電極で挟まれない圧電体のみで構成される部分）の拡大に伴い、変位低下が著しくなり得るので、好ましくない。一方、引き下がり量が小さくなり（圧電体のみで構成される部分が幅方向に狭くなり）上記範囲を逸脱すると、スクリーン印刷法により作製する場合に、製造上のばらつきによってキャビティ形成面に電極が露出するおそれが生じ、好ましくない。
【００５５】
本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの好ましい態様は、キャビティ部材、導入部材、及びノズル部材の全てが、セラミック材料からなる複数の層状の圧電体が積層をされることによって一体的に形成され、キャビティ部材のキャビティ、導入部材の導入流路、及びノズル部材のノズル流路が、積層をされた圧電体の同一の層により形成されているため、液体が導入口から導入され吐出口から吐出されるまでの流路に、圧電体の積層方向には段差が存在せず、液体を導入する際の気泡巻き込み抑制効果が優れている。
【００５６】
本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの好ましい態様は、キャビティ部材に加えて、更に、ノズル部材の少なくとも一部を圧電駆動体で構成し、その圧電駆動体の電界誘起歪みに基づく変位によって、ノズル部材のノズル流路内の液体に押圧力を生じさせることが出来る。従って、ノズル流路の液体の流れ方向（ノズルとしての軸方向）への変位に加えて、ノズル流路の周りのキャビティ部材からの液体の流れ方向に概ね垂直な収縮が加わり、ノズルから吐出される液体にくびれを生じさせ、くびれの発生により、滴として切ることが出来、吐出量の再現性を向上させることが可能である。
【００５７】
本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの好ましい態様は、ノズル部材にかかるノズル流路の、液体の流れ方向に垂直な断面が、キャビティ部材のキャビティの、液体の流れ方向に垂直な断面より小さくなっており、更には、導入部材にかかる導入流路の、液体の流れ方向に垂直な断面が、キャビティ部材のキャビティの、液体の流れ方向に垂直な断面より小さくなっているので、キャビティ内の圧力を効率よく上昇させ得る。又、ノズル部材にかかるノズル流路の液体の流れ方向に垂直な断面の形状が長方形又は台形であり、層状の圧電体と層状の電極とを積層した積層構造体で構成し易いため、製造コストを低減出来、且つ短辺でメニスカスを保持し易いため、大きな開口面積（即ち、大吐出量可能）を維持し、低粘度の液体にも対応することが可能である。
【００５８】
本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの好ましい態様は、ノズル部材のノズル流路の断面における最短距離ｄとノズル流路の長さＬとの比ｄ／Ｌが、０．０８〜０．８であるため、吐出量が大量であってもキャビティ内に気泡を巻き込むことがなく、吐出の安定性を確保出来る。
【００５９】
本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの好ましい態様は、ノズル部材の吐出口側の端面の表面粗さが、ノズル部材のノズル流路の表面粗さより小さいので、撥水剤等を塗布することなく、ノズルにおいて撥水性を向上出来、液体を滴として吐出させ易く、且つ、低粘度の液体、及び低撥水の液体にも対応可能である。
【００６０】
本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの好ましい態様は、キャビティ部材のキャビティ、ノズル部材のノズル流路、及び導入部材の導入流路が、液体の流れ方向に対し幅方向にあたる断面の形状及び幅が同一であり、連続的に接続されているので、キャビティ内の圧力を効率よく上昇させ得る。又、層状の圧電体と層状の電極とを積層した積層構造体で構成し易いため、製造コストを低減出来る。
【００６１】
本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの好ましい態様は、導入部材の導入流路が気液分離機能を有する多孔質体で構成されるので、例えば導入流路を真空にする処理等を施せば、液体の中の気泡を除去出来る。従って、気泡による吐出不能、圧力減衰等のトラブルが防止出来、より安定した吐出量を確保することが出来る。
【００６２】
本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの好ましい態様は、導入部材に液体を蓄える導入キャビティを備えているので、１回の充填作業で、多数の分注動作を行うことが出来、生産効率の向上に寄与する。
【００６３】
本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの好ましい態様は、導入部材に鍔部が備わり、導入部材の導入口側の端面がキャビティ部材の液体の流れ方向に垂直な断面より大きいので、導入流路へ液体を導入する際のシール性が向上し、ポンプ等の手段により、液体を導入流路内に導入しキャビティへ充填する際に、充填する量のばらつきを小さくすることが可能であり、所定量の液体を確実に導入流路へ導入出来る。
【００６４】
本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの好ましい態様は、導入部材の導入口側の端面、導入部材の導入流路形成面、キャビティ部材のキャビティ形成面、ノズル部材のノズル流路形成面、及びノズル部材の吐出口側の端面に、電極が露出していないため、取り扱う液体が電解液等でも対応出来る。
【００６５】
本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの好ましい態様は、液体の流れ方向と、圧電駆動体を形成する複数の層状の圧電体にかかる積層の方向と、が直交しているため、積層にかかる圧電体の段差が、液体の流れ方向となり、導入流路やキャビティに気泡を残すことなく充填し易い。
【００６６】
本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの好ましい態様は、圧電駆動体において電極が両方の最外層に設けられ一の最外層の電極が他の最外層の電極と極性が異なるので、配線処理が容易である。加えて、ノズル流路を液滴吐出圧電デバイスの厚さ方向（層状の圧電体の積層方向）の中心位置に配置することが出来、液体の滴の吐出方向を、液滴吐出圧電デバイス全体の中心軸方向に合わせられるので、液体の滴の吐出方向がノズル部材のノズル流路の軸方向に合わせることが出来る。従って、吐出位置を制御し易く、吐出位置精度の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの一の実施形態を示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は短手方向の側面図（（ａ）における右側面図）であり、（ｃ）は長手方向の側面図（（ａ）における下側面図）であり、（ｄ）は（ｃ）におけるＡＡ断面を示す断面図である。
【図２】本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの他の実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの更に他の実施形態を示す断面図である。
【図４】本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの更に他の実施形態を示す図であり、（ａ）は長手方向の断面図であり、（ｂ）は短手方向の側面図である。
【図５】本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの更に他の実施形態を示す図であり、（ａ）は長手方向の断面図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＤＤ断面を示す短手方向の断面図である。
【図６】本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの更に他の実施形態を示す断面図である。
【図７】本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの更に他の実施形態を示す断面図である。
【図８】本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの更に他の実施形態を示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は短手方向の側面図（（ａ）における右側面図）であり、（ｃ）は長手方向の側面図（（ａ）における下側面図）である。
【図９】本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの更に他の実施形態を示す図であり、（ａ）は長手方向の断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＢＢ断面を示す断面図である。
【図１０】本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの更に他の実施形態を示す図であり、（ａ）は長手方向の断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＣＣ断面を示す断面図である。
【図１１】図１０の（ｂ）を拡大した図であり、分極方向と駆動電界方向との関係を説明するための図である。
【図１２】本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの更に他の実施形態を示す図であり、内部を透視した斜視図である。
【図１３】図１２における切断線Ｘ１で切断した面を示す断面図であり、（ａ）は正極、負極の電極間に電界を形成していない（圧電駆動体がＯＦＦの）状態を示し、（ｂ）は正極、負極の電極間に電界を形成した（圧電駆動体がＯＮの）状態を示す。
【図１４】本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの更に他の実施形態を示す図であり、内部を透視した斜視図である。
【図１５】図１４における切断線Ｘ２で切断した面を示す断面図であり、（ａ）は正極、負極の電極間に電界を形成していない（圧電駆動体がＯＦＦの）状態を示し、（ｂ）は正極、負極の電極間に電界を形成した（圧電駆動体がＯＮの）状態を示す。
【図１６】本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの更に他の実施形態を示す図であり、内部を透視した斜視図である。
【図１７】図１６における切断線Ｘ３で切断した面を示す断面図であり、（ａ）は正極、負極の電極間に電界を形成していない（圧電駆動体がＯＦＦの）状態を示し、（ｂ）は正極、負極の電極間に電界を形成した（圧電駆動体がＯＮの）状態を示す。
【図１８】本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの更に他の実施形態を示す図であり、（ａ）は正極、負極の電極間に電界を形成していない（圧電駆動体がＯＦＦの）状態を示し、（ｂ）は正極、負極の電極間に電界を形成した（圧電駆動体がＯＮの）状態を示す。
【図１９】本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの更に他の実施形態を示す図であり、内部を透視した斜視図である。
【図２０】図１９における切断線Ｘ４で切断した面を示す断面図であり、（ａ）は正極、負極の電極間に電界を形成していない（圧電駆動体がＯＦＦの）状態を示し、（ｂ）は正極、負極の電極間に電界を形成した（圧電駆動体がＯＮの）状態を示す。
【図２１】本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの更に他の実施形態を示す図であり、（ａ）は正極、負極の電極間に電界を形成していない（圧電駆動体がＯＦＦの）状態を示し、（ｂ）は正極、負極の電極間に電界を形成した（圧電駆動体がＯＮの）状態を示す。
【図２２】本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの更に他の実施形態を示す図であり、内部を透視した斜視図である。
【図２３】本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの応用例を示す図であり、インライン型ディスペンサを構成した例を示す斜視図である。
【図２４】従来の液滴吐出圧電デバイスを示す断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８，１１０，１１１，１２０，１４０，１６０，１８０，１９０，２１０，２２０  液滴吐出圧電デバイス
３，５３，１５３，２５３，３５３  キャビティ
４，５４  ノズル流路
５，５５，１５５  導入流路
６  導入口
７  吐出口
１１，２１，１２１，２２１，３２１，４２１，５２１，６２１  キャビティ部材
１２，２２，１２２，３２２，５２２  ノズル部材
１３，２３，１２３，２２３，３２３，５２３  導入部材
１５  鍔部
１６  多孔質体
１７  絶縁部
１８，１９  電極
２５  スリット
２８，２９  外部電極
３０，３１，３２，３３  壁部
３４，１４４，１５４，１６４，１７４，１８４，１９４，２０４，２８４，２９４，３０４，３１４  圧電駆動体
５２  導入キャビティ
１１８，１１９，２１８，２１９  ビアホール
２３０  インライン型ディスペンサ
２３１  櫛骨部
２４０  （従来の）液滴吐出圧電デバイス
４５３  キャビティ
４５４  ノズル流路
４５５  導入流路
【発明を実施するための最良の形態】
【００６９】
以下、本発明に係る液滴吐出圧電デバイスについて、適宜、図面を参酌しながら、実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されて解釈されるべきものではない。本発明の要旨を損なわない範囲で、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良、置換を加え得るものである。例えば、図面は、好適な本発明の実施の形態を表すものであるが、本発明は図面に表される態様や図面に示される情報により制限されない。本発明を実施し又は検証する上では、本明細書中に記述されたものと同様の手段若しくは均等な手段が適用され得るが、好適な手段は、以下に記述される手段である。【００７０】
先ず、図１は、本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの一の実施形態を示す図であり、図１の（ａ）は平面図であり、図１の（ｂ）は短手方向の側面図（図１の（ａ）における右側面図）であり、図１の（ｃ）は長手方向の側面図（図１の（ａ）における下側面図）であり、図１の（ｄ）は図１の（ｃ）におけるＡＡ断面（内部の電極を含まない断面）を示す断面図である。【００７１】
図１の（ａ）〜（ｄ）に示される液滴吐出圧電デバイス１は、キャビティ３が内蔵されたキャビティ部材１１と、キャビティ３に連通する導入流路５を有する導入部材１３と、導入流路５とは反対側でキャビティ３に連通するノズル流路４を有するノズル部材１２とを具備する。導入部材１３には導入口６が設けられ、導入流路５を介してキャビティ３へ液体の導入をする。又、ノズル部材１２には吐出口７が設けられ、ノズル流路４を介してキャビティ３に充填をされた液体を、滴として吐出させる。【００７２】
液滴吐出圧電デバイス１において、キャビティ部材１１のキャビティ３、ノズル部材１２のノズル流路４、及び導入部材１３の導入流路５は、矢印Ｓ２で示される液体の流れ方向に垂直な断面の形状が、長方形で同一であり、その大きさも同一であり、それらは連続的に接続され、１つの貫通孔のように形成されている。従って、キャビティ部材１１、ノズル部材１２、及び導入部材１３の境界は明示されない。【００７３】
又、キャビティ部材１１、導入部材１３、及びノズル部材１２は、それら全てが、セラミック材料からなる５層の圧電体１４と、導電材料からなる６層の電極１８，１９とが、矢印Ｑで示される積層方向に、交互に積層をされ、焼成によって一体的に形成された圧電駆動体３４として構成されている。即ち、液滴吐出圧電デバイス１全体が圧電駆動体３４にあたる。又、液滴吐出圧電デバイス１において、液体の流れ方向（矢印Ｓ２）と積層の方向（矢印Ｑ）とは直交している。【００７４】
電極１８，１９は、一対の電極として、圧電体１４に電界をかけ得る駆動電極であり、圧電体１４に挟まれて存在するとともに、両方の最外層にも設けられ、且つ、一の最外層（図１の（ｃ）中の上面）には電極１９が設けられ、他の最外層（図１の（ｃ）中の下面）には極性が異なる電極１８が設けられている。又、電極１８，１９は、３層の電極１８と３層の電極１９で構成され、それぞれが、導入部材１３の側面に形成された、極性の同じ外部電極２８又は外部電極２９と接続されている。【００７５】
図１の（ｂ）に明示されるように、電極１８，１９は、導入部材１３の導入流路５の形成面、キャビティ部材１１のキャビティ３の形成面、及びノズル部材１２のノズル流路４の形成面に露出しており、液滴吐出圧電デバイス１は、このままの態様では、滴を吐出する液体として電解性のものは取り扱うことは困難であるが、導入流路５の形成面、キャビティ３の形成面、及びノズル流路４の形成面に、絶縁膜を形成することにより対応が可能である。【００７６】
液滴吐出圧電デバイス１は、その全体を構成する圧電駆動体３４の圧電体１４が、図１の（ｂ）中の矢印Ｐで示される方向に分極されており、例えば、外部電極２８を正極、外部電極２９を負極として外部電源に接続し、層状の電極１８，１９間に、分極と同じ方向に電界を形成して（圧電駆動体３４をＯＮにして）、その後、電界の形成を止める（圧電駆動体３４をＯＦＦにする）という動作を繰り返すと、液滴吐出圧電デバイス１全体を構成している圧電駆動体３４（圧電体１４）は、電界誘起歪みの横効果に基づき、矢印Ｓ１方向の変位を生じる。そして、例えば導入部材１３の導入口６が設けられた端面を固定面にして、ＯＮにすれば、圧電駆動体３４（圧電体１４）は、矢印Ｓ１方向のうち図中の右方向に向けて収縮し、ＯＦＦにすれば、圧電駆動体３４（圧電体１４）は、矢印Ｓ１方向のうち図中の左方向に向けて伸長して、元へ戻る。【００７７】
そして、液滴吐出圧電デバイス１では、上記のようにＯＮ／ＯＦＦさせると、圧電駆動体３４（圧電体１４）が、上記電界誘起歪みの横効果と同時に、電界誘起歪みの縦効果に基づいた変位を生じる。圧電駆動体３４の電界誘起歪みの縦効果に基づく変位は、分極の方向（矢印Ｐ方向）と電界の方向とが同じであれば、それと同じ方向に発生する。液滴吐出圧電デバイス１では、極性の異なる電極１８，１９が交互に積層される態様から、ＯＮにしたときの電界の方向は、図１の（ｂ）中に示される電界方向圧電体１４一層毎に異なり、又、それに合わせて、圧電体１４が図１の（ｂ）中の矢印Ｐで示される方向に分極されている。従って、圧電駆動体３４をＯＮにすれば、層状の圧電体１４は、矢印Ｓ３方向（図中の上下方向）に伸長し、ＯＦＦにすれば、矢印Ｓ３方向（図中の上下方向）に収縮する。これらの動作によって、液滴吐出圧電デバイス１には、導入流路５、キャビティ３、及びノズル流路４内に押圧力を生じさせ、この一連の動作によって、液滴吐出圧電デバイス１において、キャビティ３に充填をされた液体が、吐出口７から滴として吐出をされる。【００７８】
尚、液滴吐出圧電デバイス１において、ノズル部材１２の吐出口７側の端面の表面粗さＲｍａｘは１μｍ以下になっている。一方、ノズル流路４、キャビティ３、導入流路５の表面粗さＲｍａｘは１０〜２０μｍであり、吐出口７側の端面より大きい。【００７９】
次に、図２は、本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの他の実施形態を示す断面図（図１の（ｄ）相当、内部の電極を含まない断面図）である。図２に示される液滴吐出圧電デバイス１０２は、キャビティ５３が内蔵されたキャビティ部材２１と、キャビティ５３に連通する導入流路１５５を有する導入部材１２３と、導入流路１５５とは反対側でキャビティ５３に連通するノズル流路５４を有するノズル部材１２２と、を具備する。導入部材１２３には導入口６が設けられ、導入流路１５５を介してキャビティ５３へ液体の導入をする。又、ノズル部材１２２には吐出口７が設けられ、ノズル流路５４を介してキャビティ５３に充填をされた液体を、滴として吐出させる。【００８０】
液滴吐出圧電デバイス１０２は、キャビティ部材２１のキャビティ５３及び導入部材１２３の導入流路１５５において、液体の流れ方向に垂直な断面の形状が、（図示しないが）液滴吐出圧電デバイス１より細長い長方形で同一であり、その大きさも同一であり、それらは連続的に接続され、１つの貫通孔のように形成されている。従って、キャビティ部材２１と導入部材１２３の境界は明示されない。【００８１】
一方、ノズル部材１２２は、上記液滴吐出圧電デバイス１とは異なり、ノズル流路５４の液体の流れ方向に垂直な断面は、キャビティ５３及び導入流路１５５の液体の流れ方向に垂直な断面より小さく、キャビティ部材２１のキャビティ５３が、そのノズル流路５４側で、断面の大きさを連続的に小さく変化させて（テーパー形状のように）、ノズル部材１２２のノズル流路５４と滑らかに接続されている。【００８２】
又、液滴吐出圧電デバイス１０２において、キャビティ部材２１及び導入部材１２３は、（側面図を示さないが）セラミック材料からなる層状の圧電体と、導電材料からなる層状の電極とが、交互に積層をされ、焼成によって一体的に形成された圧電駆動体１４４として構成されており、液体の流れ方向と積層の方向とは直交している。圧電駆動体１４４について、その電極の構成、圧電体の分極、電界誘起歪みの横効果及び縦効果に基づく変位、駆動体として押圧力を生じさせる動作等については圧電駆動体３４に準じる。一方、ノズル部材１２２は、金属材料（ＳＵＳ３０４等のステンレスやチタン等）又は樹脂材料（ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等）で成形され、非駆動部として構成される。尚、本発明に係る液滴吐出圧電デバイスは、この液滴吐出圧電デバイス１０２の態様のように、ノズル部材を圧電駆動体として構成しない場合にも、ノズル部材を、金属材料又は樹脂材料ではなく、電極を形成しない（挟まない）圧電体で構成することにより、ノズル部材を含み全てを焼成によって一体化することが可能である。【００８３】
更に、液滴吐出圧電デバイス１０２は、ノズル部材１２２の吐出口７側の端面の表面粗さＲｍａｘが１μｍ以下になっており、液滴吐出圧電デバイス１と同様に、表面粗さＲｍａｘが１０〜２０μｍであるノズル流路５４、キャビティ５３、及び導入流路１５５より、表面粗さが小さい。【００８４】
次に、図３は、本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの更に他の実施形態を示す断面図（図１の（ｄ）相当、内部の電極を含まない断面図）である。図３に示される液滴吐出圧電デバイス１０３は、上記した液滴吐出圧電デバイス１０２に準じた態様を呈するが、上記した液滴吐出圧電デバイス１（図１の（ｄ）を参照）と同様に、ノズル部材も圧電駆動体で構成され、ノズル部材、キャビティ部材、及び導入部材が焼成により一体化され、その全体が圧電駆動体として駆動し得るところが、液滴吐出圧電デバイス１０２とは異なる。【００８５】
液滴吐出圧電デバイス１０３は、キャビティ５３が内蔵されたキャビティ部材２１と、キャビティ５３に連通する導入流路１５５を有する導入部材１２３と、導入流路１５５とは反対側でキャビティ５３に連通するノズル流路５４を有するノズル部材２２とを具備する。導入部材１２３には導入口６が設けられ、導入流路１５５を介してキャビティ５３へ液体の導入をし、ノズル部材２２には吐出口７が設けられ、ノズル流路５４を介してキャビティ５３に充填をされた液体を、滴として吐出させる。【００８６】
液滴吐出圧電デバイス１０３は、キャビティ部材２１、ノズル部材２２、及び導入部材１２３が、（側面図を示さないが）セラミック材料からなる層状の圧電体と、導電材料からなる層状の電極とが、交互に積層をされ、焼成によって一体的に形成された圧電駆動体１５４として構成されており、液体の流れ方向と積層の方向とは直交している。圧電駆動体１５４について、その電極の構成、圧電体の分極、電界誘起歪みの横効果及び縦効果に基づく変位、駆動体として押圧力を生じさせる動作等については、液滴吐出圧電デバイス１の圧電駆動体３４に準じる。ノズル部材２２の吐出口７側の端面の表面粗さＲｍａｘは、液滴吐出圧電デバイス１、及び液滴吐出圧電デバイス１０２と同様に、ノズル流路５４、キャビティ５３、及び導入流路１５５の表面粗さＲｍａｘより小さい。【００８７】
次に、図４は、本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの更に他の実施形態を示す図であり、図４の（ａ）は長手方向の断面図（図１の（ｄ）相当、内部の電極を含まない断面図）であり、図４の（ｂ）は短手方向の側面図（図４の（ａ）における左側面図）である。図４の（ａ）、（ｂ）に示される液滴吐出圧電デバイス１０４は、キャビティ５３が内蔵されたキャビティ部材２１と、キャビティ５３に連通する導入流路５５を有する導入部材２３と、導入流路５５とは反対側でキャビティ５３に連通するノズル流路５４を有するノズル部材２２と、を具備する。導入部材２３には導入口６が設けられ、導入流路５５を介してキャビティ５３へ液体の導入をする。又、ノズル部材２２には吐出口７が設けられ、ノズル流路５４を介してキャビティ５３に充填をされた液体を、滴として吐出させる。【００８８】
液滴吐出圧電デバイス１０４において、キャビティ部材２１及びキャビティ５３、並びにノズル部材２２及びノズル流路５４は、液滴吐出圧電デバイス１０３と概ね同形態を有し、ノズル部材２２は、ノズル流路５４の液体の流れ方向に垂直な断面がキャビティ５３の液体の流れ方向に垂直な断面より小さく、キャビティ部材２１のキャビティ５３が、そのノズル流路５４側で、断面の大きさを連続的に小さく変化させて（テーパー形状のように）、ノズル部材２２のノズル流路５４と滑らかに接続されている。【００８９】
液滴吐出圧電デバイス１０４において、ノズル部材２２にかかるノズル流路５４の液体の流れ方向に垂直な断面の形状は、長方形である（図４の（ｂ）を参照）。尚、この断面形状は正方形であっても台形であってもよく、液体に合わせて、適宜、設定される。又、液滴吐出圧電デバイス１０４では、ノズル部材２２のノズル流路５４の断面における最短距離ｄとノズル流路の長さＬとの比ｄ／Ｌが、０．２になっている。この液滴吐出圧電デバイス１０４のような態様の液滴吐出圧電デバイスによらず、例えば、本発明に係る液滴吐出圧電デバイスを、遺伝子構造の解析に必要なＤＮＡチップの製造工程において用いられる微少液滴吐出装置の吐出デバイスとして使用する場合には、最短距離ｄを０．０５〜０．１ｍｍ、長さＬを０．１〜１ｍｍとし、且つ、ｄ／Ｌを、０．０８〜０．８にすることが、吐出量の安定性を確保する上で好ましい。【００９０】
一方、導入部材２３は、上記液滴吐出圧電デバイス１０３とは異なり、導入流路５５の液体の流れ方向に垂直な断面は、キャビティ５３の液体の流れ方向に垂直な断面より小さく、キャビティ部材２１のキャビティ５３が、その導入流路５５側で、断面の大きさを連続的に小さく変化させて（テーパー形状のように）、導入部材２３の導入流路５５と滑らかに接続されている。即ち、キャビティ部材２１を中心として、ノズル部材２２と導入部材２３が概ね対称形になるように形成されている。尚、導入流路５５の液体の流れ方向に垂直な断面の方が、ノズル流路５４の液体の流れ方向に垂直な断面より少し大きい。【００９１】
液滴吐出圧電デバイス１０４は、上記した液滴吐出圧電デバイス１、１０３と同様に、キャビティ部材２１、ノズル部材２２、及び導入部材２３は、（側面図を示さないが）セラミック材料からなる層状の圧電体と、導電材料からなる層状の電極とが、交互に積層をされ、焼成によって一体的に形成された圧電駆動体１６４として構成されており、液体の流れ方向と積層の方向とは直交している。圧電駆動体１６４について、その電極の構成、圧電体の分極、電界誘起歪みの横効果及び縦効果に基づく変位、駆動体として押圧力を生じさせる動作等については、液滴吐出圧電デバイス１の圧電駆動体３４に準じる。【００９２】
次に、図５は、本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの他の実施形態を示す図であり、図５の（ａ）は長手方向の断面図（図１の（ｄ）相当、内部の電極を含まない断面図）であり、図５の（ｂ）は、図５の（ａ）におけるＤＤ断面を示す短手方向の断面図である。図５の（ａ）、（ｂ）に示される液滴吐出圧電デバイス１０５は、上記した液滴吐出圧電デバイス１０４と概ね同形態の液滴吐出圧電デバイスであるが、図５の（ａ）中に絶縁部１７として示される、導入部材の導入口側の端面、導入部材の導入流路形成面、キャビティ部材のキャビティ形成面、ノズル部材のノズル流路形成面、及びノズル部材の吐出口側の端面において、電極（電極１８，１９、外部電極２８，２９）が、圧電体（圧電体１４）に埋設され、露出していないところのみが、液滴吐出圧電デバイス１０４と異なる。図４の（ａ）に対比させて図５の（ａ）に示される液滴吐出圧電デバイス１０５の絶縁部１７を参照することで理解される。【００９３】
液滴吐出圧電デバイス１０５は、このままの態様で、滴として吐出される液体として電解性のものを取り扱うことが出来る。尚、別途、例えば圧電体と同じ材料で膜を形成すること等により絶縁を図ることは可能であるが、図５の（ａ）中の絶縁部１７は、電極が露出していない部分を便宜的に表したものであり、新たな膜等が形成された部分ではない。液滴吐出圧電デバイス１０５は、電極が露出していないこと以外は、液滴吐出圧電デバイス１０４と同じ液滴吐出圧電デバイスであり、全体構成等の説明は省略する。【００９４】
次に、図６は、本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの更に他の実施形態を示す断面図（図１の（ｄ）相当、内部の電極を含まない断面図）である。図６に示される液滴吐出圧電デバイス１０６も、上記した液滴吐出圧電デバイス１０４と概ね同形態の液滴吐出圧電デバイスであるが、導入部材の導入流路（図４の（ａ）を参照）が、気液分離機能を有する多孔質体１６で構成されているところが異なる。尚、多孔質体１６はポリプロピレン製の多孔質体である。液滴吐出圧電デバイス１０６は、それ以外は液滴吐出圧電デバイス１０４と同じ液滴吐出圧電デバイスであり、全体構成等の説明は省略する。【００９５】
次に、図７は、本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの更に他の実施形態を示す断面図（図１の（ｄ）相当、内部の電極を含まない断面図）である。図７に示される液滴吐出圧電デバイス１０７は、導入部材が、導入流路の導入口側に、導入流路と連通するとともに液体の流れ方向に垂直な断面が導入流路より大きい、導入キャビティを備えるところが、今までに説明した液滴吐出圧電デバイスとは異なる。【００９６】
液滴吐出圧電デバイス１０７は、キャビティ５３が内蔵されたキャビティ部材２１と、キャビティ５３に連通するノズル流路５４を有するノズル部材２２と、導入部材２２３と、を具備する。導入部材２２３は、ノズル流路５４とは反対側でキャビティ５３に連通する導入流路５５を有し、更に、その導入口６側に、導入流路５５に連通して、液体の流れ方向に垂直な断面が導入流路５５より大きくキャビティ５３と同程度の大きさの導入キャビティ５２有する。導入部材２２３では、導入キャビティ５２及び導入流路５５を介してキャビティ５３へ液体の導入が行われ、より多量の液体を円滑にキャビティ５３へ導入することが出来る。尚、導入キャビティ５２の導入口６側に、更に、導入流路５５と同等の流路を設けることも好ましい。液滴吐出圧電デバイスを適用装置に取り付ける際に、その流路のシール面積を大きくすることが出来るからである。【００９７】
液滴吐出圧電デバイス１０７では、導入部材２２３の導入流路５５の液体の流れ方向に垂直な断面は、キャビティ部材２１のキャビティ５３の液体の流れ方向に垂直な断面より小さく、キャビティ５３が、その導入流路５５側で、断面の大きさを連続的に小さく変化させて（テーパー形状のように）、導入流路５５と滑らかに接続されている。そして、導入部材２２３においては、導入流路５５の液体の流れ方向に垂直な断面は、導入キャビティ５２の液体の流れ方向に垂直な断面より小さく、導入キャビティ５２が、その導入流路５５側で、断面の大きさを連続的に小さく変化させて（テーパー形状のように）、導入流路５５と滑らかに接続されている。一方、ノズル部材２２には吐出口７が設けられ、ノズル流路５４を介してキャビティ５３に充填をされた液体を、滴として吐出させる。【００９８】
液滴吐出圧電デバイス１０７は、キャビティ部材２１、ノズル部材２２、及び導入部材２２３は、（側面図を示さないが）セラミック材料からなる層状の圧電体と、導電材料からなる層状の電極とが、交互に積層をされ、焼成によって一体的に形成された圧電駆動体１７４として構成されており、液体の流れ方向と積層の方向とは直交している。圧電駆動体１７４について、その電極の構成、圧電体の分極、電界誘起歪みの横効果及び縦効果に基づく変位、駆動体として押圧力を生じさせる動作等については、液滴吐出圧電デバイス１の圧電駆動体３４に準じる。【００９９】
次に、図８は、本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの更に他の実施形態を示す図であり、図８の（ａ）は平面図であり、図８の（ｂ）は短手方向の側面図（図８の（ａ）における右側面図）であり、図８の（ｃ）は長手方向の側面図（図８の（ａ）における下側面図）である。図８の（ａ）〜（ｃ）に示される液滴吐出圧電デバイス１０８は、上記した液滴吐出圧電デバイス１と概ね同形態の液滴吐出圧電デバイスであるが、液滴吐出圧電デバイスを、例えば微少液滴吐出装置等の、液滴吐出圧電デバイスを適用する装置に取付するための、鍔部１５を導入部材１３に備え、少なくとも導入部材１３の導入口６側の端面の積層方向の長さＲ１が、キャビティ部材１１の液体の流れ方向に垂直な断面の積層方向の長さＲ２より長いことにより、少なくとも導入部材１３の導入口６側の端面が、キャビティ部材１１の液体の流れ方向に垂直な断面より大きくなっているところが、液滴吐出圧電デバイス１と異なる。液滴吐出圧電デバイス１０８は、それ以外は液滴吐出圧電デバイス１と同じ液滴吐出圧電デバイスであり、全体構成等の説明は省略する。【０１００】
次に、図９は、本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの更に他の実施形態を示す図であり、図９の（ａ）は長手方向の断面図（図１の（ｄ）相当、内部の電極を含まない断面図）であり、図９の（ｂ）は短手方向のキャビティ部材部分の断面（図９の（ａ）におけるＢＢ断面）を示す断面図であり、図９の（ｃ）は内部の電極を含む長手方向の断面図である。図９の（ａ）〜（ｃ）に示される液滴吐出圧電デバイス１１０は、上記した液滴吐出圧電デバイス１０４と概ね同形態の液滴吐出圧電デバイスであるが、その液滴吐出圧電デバイス１０４や液滴吐出圧電デバイス１等のように、全体が圧電駆動体として構成されるのではなく、キャビティ部材が、角筒体形状を呈し、２組の対向する壁部によってキャビティが形成され、一の組の対向する壁部が圧電駆動体で構成されるが、他の組の壁部は圧電体のみで構成されるところが、液滴吐出圧電デバイス１０４等と異なる。【０１０１】
液滴吐出圧電デバイス１１０は、キャビティ１５３が内蔵されたキャビティ部材１２１と、キャビティ１５３に連通する導入流路５５を有する導入部材２３と、導入流路５５とは反対側でキャビティ１５３に連通するノズル流路５４を有するノズル部材２２と、を具備する。キャビティ部材１２１は、角筒体形状を呈しており、対向する壁部３０，３１及び壁部３２，３３によって、断面形状が長方形のキャビティ１５３が形成されている。導入部材２３には導入口６が設けられ、導入流路５５を介してキャビティ１５３へ液体の導入をする。又、ノズル部材２２には吐出口７が設けられ、ノズル流路５４を介してキャビティ１５３に充填をされた液体を、滴として吐出させる。【０１０２】
液滴吐出圧電デバイス１１０は、キャビティ部材１２１、導入部材２３、及びノズル部材２２は、それら全てが、セラミック材料からなる９層の圧電体１４が積層され、焼成によって一体的に形成されたものであり、液体の流れ方向と積層の方向とは直交している。しかし、液滴吐出圧電デバイス１０４や液滴吐出圧電デバイス１等とは異なり、導電材料からなる、合わせて８層の電極１８，１９は、全ての圧電体１４の間に積層をされているわけではなく、壁部３０，３１には存在しない。【０１０３】
電極１８，１９は、一対の電極として、圧電体１４に電界をかけ得る駆動電極であり、壁部３２，３３であってキャビティ１５３に対応する位置において積層されて存在し、圧電体１４とともに圧電駆動体１８４を構成している。又、電極１８，１９は、４層の電極１８と４層の電極１９で構成され、４層の電極１８は、圧電体１４を貫通するビアホール１１８によって導通し、４層の電極１９は、圧電体１４を貫通するビアホール１１９によって導通している（（図９の（ｃ）を参照）。又、電極１８，１９は、キャビティ１５３を形成する面には露出していない（図９の（ｂ）を参照）。【０１０４】
液滴吐出圧電デバイス１１０において、壁部３２，３３に存在する圧電駆動体１８４を構成する圧電体１４は、例えば電極１８から電極１９へ向けた方向に分極される（挟まれる電極により層毎に分極方向が異なる）。そして、図示しない端子電極に電源を接続し、端子電極を介して、電極１８側を正極、電極１９側を負極にして、電極１８，１９間に駆動のための電界をかけることにより、先に記した分極方向と同じ方向の電界が形成される。即ち、分極が互いに反対方向の層状の圧電体１４が電極１８，１９を挟んで積層され、各々の圧電体１４においては、分極と駆動電界とが同一方向になっている。その結果、圧電体１４には電界誘起歪みが発現し、圧電駆動体１８４は、その横効果による変位に基づき、図９の（ａ）中における概ねＸ方向に伸縮し、その縦効果による変位に基づき、図９の（ｂ）中において概ねＺ方向に伸縮する。【０１０５】
液滴吐出圧電デバイス１１０における、これらの圧電体１４の変位は、電界誘起歪みを直接利用しているので、発生力が大きく応答速度も速い。個々の層が発現する変位量は大きなものではないが、電極１８，１９で挟まれた圧電体１４は７層存在するので、層数に比例した変位量が得られ、大変位を得ることが可能である。【０１０６】
液滴吐出圧電デバイス１１０は、このような態様により、キャビティ部材１２１において壁部３２，３３のみに変位を生じさせる。そして、特に縦効果に基づく変位によりキャビティ１５３内の圧力を増加させキャビティ１５３に押圧力を発生させ、その押圧力によって、キャビティ１５３に充填された液体が、吐出口７から滴として吐出される。【０１０７】
次に、図１０及び図１１は、本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの更に他の実施形態を示す図であり、図１０の（ａ）は長手方向の断面図（図１の（ｄ）相当、内部の電極を含まない断面図）であり、図１０の（ｂ）は短手方向のキャビティ部材部分の断面（図１０の（ａ）におけるＣＣ断面）を示す断面図である。図１０の（ｃ）は一の圧電駆動体（圧電駆動体１９４）の断面を表しており、内部の電極及びキャビティを含む長手方向の断面図である。図１０の（ｄ）は他の圧電駆動体（圧電駆動体２０４）の断面を表しており、内部の電極及びスリットを含む長手方向の断面図である。又、図１１は図１０の（ｂ）を拡大した図であり、分極方向と駆動電界方向との関係を説明するための図である。図１０の（ａ）〜（ｄ）、及び図１１に示される液滴吐出圧電デバイス１１１は、上記した液滴吐出圧電デバイス１１０と概ね同形態の液滴吐出圧電デバイスであるが、２組の対向する壁部によって形成された角筒体形状を呈するキャビティ部材において、２組の対向する壁部がともに圧電駆動体で構成されるところが、液滴吐出圧電デバイス１１０と異なる。又、ともに圧電駆動体で構成される２組の対向する壁部のうち、一の組の対向する壁部を構成する圧電駆動体の圧電体の分極方向が、他の組の対向する壁部を構成する圧電駆動体の圧電体の分極方向と、駆動電界との関係において異なっている。【０１０８】
液滴吐出圧電デバイス１１１は、キャビティ２５３が内蔵されたキャビティ部材２２１と、キャビティ２５３に連通する導入流路５５を有する導入部材２３と、導入流路５５とは反対側でキャビティ２５３に連通するノズル流路５４を有するノズル部材２２と、を具備する。キャビティ部材２２１は、角筒体形状を呈しており、対向する壁部３０，３１及び壁部３２，３３によって、断面形状が長方形のキャビティ２５３が形成されている。導入部材２３には導入口６が設けられ、導入流路５５を介してキャビティ２５３へ液体の導入をする。又、ノズル部材２２には吐出口７が設けられ、ノズル流路５４を介してキャビティ２５３に充填をされた液体を、滴として吐出させる。【０１０９】
液滴吐出圧電デバイス１１１は、キャビティ部材２２１、導入部材２３、及びノズル部材２２は、それら全てが、セラミック材料からなる９層の圧電体１４が積層され、焼成によって一体的に形成されたものであり、液体の流れ方向と積層の方向とは直交している。しかし、液滴吐出圧電デバイス１０４や液滴吐出圧電デバイス１等とは異なり、導電材料からなる１０層の電極１８，１９は、全ての圧電体１４の間に積層をされているわけではない。一方、液滴吐出圧電デバイス１１０とは異なり、電極１８，１９は、対向する壁部３０，３１及び壁部３２，３３の全てに存在する。【０１１０】
電極１８，１９は、一対の電極として、圧電体１４に電界をかけ得る駆動電極であり、キャビティ２５３を形成する全ての壁部３０，３１，３２，３３であって、且つキャビティ２５３に対応する位置のみにおいて積層されて存在する。そして、電極１８，１９は、壁部３２，３３において圧電体１４とともに圧電駆動体１９４を構成し、壁部３０，３１において圧電体１４とともに圧電駆動体２０４を構成するが、キャビティ２５３から離れた角筒体としての角部には存在しない（図１０の（ｂ）及び図１１を参照）。【０１１１】
圧電駆動体１９４，２０４を構成する電極１８，１９は、合わせて５層の電極１８と５層の電極１９で構成される。図１０の（ｃ），（ｄ）に示されるように、これらの電極１８，１９は、導入部材２３側又はノズル部材２２側まで配線が延長され、圧電体１４を貫通するビアホール１１８，１１９，２１８，２１９によって、それぞれ同じ極性毎に導通している。圧電駆動体１９４の電極１８は、圧電体１４を貫通するビアホール１１８によって導通し、圧電駆動体１９４の電極１９は、圧電体１４を貫通するビアホール１１９によって導通している（（図１０の（ｃ）を参照）。又、圧電駆動体２０４の電極１８は、圧電体１４を貫通するビアホール２１８によって導通し、圧電駆動体２０４の電極１９は、圧電体１４を貫通するビアホール２１９によって導通している（（図１０の（ｄ）を参照）。尚、電極１８，１９は、キャビティ２５３を形成する面には露出していない（図１０の（ｂ）及び図１１を参照）。【０１１２】
液滴吐出圧電デバイス１１１において、壁部３２，３３に存在する圧電駆動体１９４を構成する圧電体１４は、例えば電極１８から電極１９へ向けた方向に分極される（挟まれる電極により層毎に分極方向が異なる）。そして、図示しない端子電極に電源を接続し、端子電極を介して、電極１８側を正極、電極１９側を負極にして、電極１８，１９間に駆動のための電界をかけることにより、先に記した分極方向と同じ方向の電界が形成される。即ち、分極が互いに反対方向の層状の圧電体１４が電極１８，１９を挟んで積層され、各々の圧電体１４においては、分極と駆動電界とが同一方向になっている。その結果、圧電体１４には電界誘起歪みが発現し、圧電駆動体１９４は、その縦効果による変位に基づき、図１０の（ｂ）中において概ねＺ方向に伸縮する。【０１１３】
一方、壁部３０，３１に存在する圧電駆動体２０４を構成する圧電体１４は、圧電駆動体１９４を構成する圧電体１４とは反対に、例えば電極１９から電極１８へ向けた方向に分極される。そして、図示しない端子電極に電源を接続し、端子電極を介して、電極１８側を正極、電極１９側を負極にして、電極１８，１９間に駆動のための電界をかけることにより、先に記した分極方向と反対方向の電界が形成される。即ち、圧電駆動体２０４を構成する圧電体１４においては、分極と駆動電界とが反対方向になっており、圧電体１４には電界誘起歪みが発現し、圧電駆動体２０４は、その横効果による変位に基づき、図１０の（ｂ）中において概ねＹ方向に伸縮する。すると、圧電駆動体２０４の横効果で、キャビティ２５３に隣接する圧電体１４は屈曲変位を生じ、Ｚ方向への変位に変換される。ここで、圧電駆動体１９４と圧電駆動体２０４の分極方向を反対方向としていることで、同じ電界を印加した場合に、圧電駆動体１９４で構成される壁部と、圧電駆動体２０４で構成される壁部の、２組の壁部の変形方向が同じになるため、駆動方法が容易になり、且つ小さな駆動電圧で、キャビティの容積変化を大きくすることが出来る。【０１１４】
上記のような圧電体１４の変位は、電界誘起歪みを直接利用しているので、発生力が大きく応答速度も速い。又、壁部３０，３１のそれぞれの圧電駆動体２０４の両側にはスリット２５が形成されているので、圧電駆動体１９４及び圧電駆動体２０４が拘束されずに、バルク状態に近い大きな変位を発生させ得る。【０１１５】
液滴吐出圧電デバイス１１１は、このような態様により、キャビティ部材２２１において壁部３０，３１，３２，３３の全てに変位を生じさせる。そして、特に縦効果に基づく変位によりキャビティ２５３内の圧力を増加させキャビティ２５３に押圧力を発生させる。そして、その押圧力によって、キャビティ２５３に充填された液体が、吐出口７から滴として吐出される。【０１１６】
次に、図１２及び図１３は、本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの更に他の実施形態を示す図である。図１２は内部を透視した斜視図であり、図１３の（ａ），（ｂ）は図１２における切断線Ｘ１で切断した面を示す断面図である。図１３の（ａ）は正極、負極の電極間に電界を形成していない（圧電駆動体がＯＦＦの）状態を示し、図１３の（ｂ）は正極、負極の電極間に電界を形成した（圧電駆動体がＯＮの）状態を示す。尚、図１２においては、図面の理解を容易にするため、電極の数は省略して描かれている。【０１１７】
図１２及び図１３に示される液滴吐出圧電デバイス１２０は、２組の対向する壁部によって形成された角筒体形状を呈するキャビティ部材において、２組の対向する壁部がともに圧電駆動体で構成されており、上記した液滴吐出圧電デバイス１１１と概ね同形態の液滴吐出圧電デバイスであるが、スリットが形成されておらず、角筒体形状を呈するキャビティ部材の角部（四隅部分）においても、層状の圧電体の間に電極が積層されているところが異なっている。【０１１８】
液滴吐出圧電デバイス１２０は、キャビティ３５３が内蔵されたキャビティ部材３２１と、キャビティ３５３に連通する導入流路を有する導入部材３２３と、導入流路とは反対側でキャビティ３５３に連通するノズル流路を有するノズル部材３２２と、を具備する。キャビティ部材３２１は、角筒体形状を呈しており、対向する壁部３０，３１及び壁部３２，３３によって、断面形状が長方形のキャビティ３５３が形成されている。導入部材３２３には導入口６が設けられ、導入流路を介してキャビティ３５３へ液体の導入をする。又、ノズル部材３２２には吐出口７が設けられ、ノズル流路を介してキャビティ３５３に充填をされた液体を、滴として吐出させる。【０１１９】
液滴吐出圧電デバイス１２０では、キャビティ部材３２１、導入部材３２３、及びノズル部材３２２は、それら全てが、セラミック材料からなる１４層の圧電体１４が積層され、焼成によって一体的に形成されたものであり、液体の流れ方向と積層の方向とは直交している。そして、導電材料からなる合わせて１５層の電極１８，１９は、キャビティ部材３２１のみにおいて、圧電体１４の間に積層をされており、対向する壁部３０，３１及び壁部３２，３３の全てに存在する。【０１２０】
電極１８，１９は、一対の電極として、圧電体１４に電界をかけ得る駆動電極であり、キャビティ３５３を形成する全ての壁部３０，３１，３２，３３に積層されて存在し、且つキャビティ部材３２１の角部においても存在する。そして、電極１８，１９は、壁部３２，３３において圧電体１４とともに圧電駆動体２９４を構成し、壁部３０，３１において圧電体１４とともに圧電駆動体３０４を構成する。【０１２１】
液滴吐出圧電デバイス１２０は、２組の対向する壁部３０，３１及び壁部３２，３３が、ともに圧電駆動体で構成されるが、積層の界面がキャビティ３５３に現れない壁部３０，３１において、電極１８，１９が、キャビティ３５３を形成する面には露出しておらず、更には、積層の界面がキャビティ３５３に現れる壁部３２，３３においても、電極１８，１９が、キャビティ３５３を形成する面には露出していない（図１３の（ａ），（ｂ）を参照）。壁部３２，３３において、層状の電極１８，１９は、キャビティ３５３を形成する面から引き下がり、壁部３２，３３のキャビティ３５３を形成する面は圧電体１４のみによって構成されている。そして、キャビティ３５３を形成する面から電極１８，１９までの距離Ｗ（引き下がり量、図１３の（ａ）を参照）と、圧電体１４の１層の厚さＴ（図１３の（ａ）を参照）と、の比は、概ね１：１になっている。【０１２２】
圧電駆動体２９４，３０４を構成する電極１８，１９は、７層の電極１８と８層の電極１９で構成される。これらの電極１８，１９は、図示しないが、上記した液滴吐出圧電デバイス１１０，１１１に準じて、圧電体１４を貫通するビアホールで、圧電駆動体毎、且つ同じ極性毎に導通している。【０１２３】
液滴吐出圧電デバイス１２０において、壁部３２，３３に存在する圧電駆動体２９４を構成する圧電体１４は、例えば電極１８から電極１９へ向けた方向に分極される（挟まれる電極により層毎に分極方向が異なる）。そして、図示しない端子電極に電源を接続し、端子電極を介して、電極１８側を正極、電極１９側を負極にして、電極１８，１９間に駆動のための電界をかけることにより、先に記した分極方向と同じ方向の電界が形成される。即ち、分極が互いに反対方向の層状の圧電体１４が電極１８，１９を挟んで積層され、各々の圧電体１４においては、分極と駆動電界とが同一方向になっている。その結果、圧電体１４には電界誘起歪みが発現し、圧電駆動体２９４は、その縦効果による変位に基づき、図１２中における概ねＺ方向に伸縮し、その縦効果による変位に基づき、図１２中において壁部は概ねＺ方向に伸縮する（図１３の（ｂ）を参照）。【０１２４】
一方、壁部３０，３１に存在する圧電駆動体３０４を構成する圧電体１４は、圧電駆動体２９４を構成する圧電体１４とは反対に、例えば電極１９から電極１８へ向けた方向に分極される。そして、図示しない端子電極に電源を接続し、端子電極を介して、電極１８側を正極、電極１９側を負極にして、電極１８，１９間に駆動のための電界をかけることにより、先に記した分極方向と反対方向の電界が形成される。即ち、圧電駆動体３０４を構成する圧電体１４においては、分極と駆動電界とが反対方向になっており、圧電体１４には電界誘起歪みが発現し、圧電駆動体３０４は、その横効果による変位に基づき、図１２中における概ねＹ方向に伸縮し、その横効果による屈曲変位に基づき、図１２中において概ねＺ方向に伸縮する（図１３の（ｂ）を参照）。【０１２５】
上記のような圧電体１４の変位は、電界誘起歪みを直接利用しているので、発生力が大きく応答速度も速い。個々の層が発現する変位量は大きなものではないが、電極１８，１９で挟まれた圧電体１４は１４層存在するので、層数に比例した変位量が得られ、大変位を得ることが可能である。【０１２６】
液滴吐出圧電デバイス１２０は、このような態様により、キャビティ部材３２１において壁部３０，３１，３２，３３の全てに変位を生じさせる。そして、特に縦効果に基づく変位によりキャビティ３５３内の圧力を増加させキャビティ３５３に押圧力を発生させる。そして、その押圧力によって、キャビティ３５３に充填された液体が、吐出口７から滴として吐出される。【０１２７】
次に、図１４及び図１５は、本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの更に他の実施形態を示す図である。図１４は内部を透視した斜視図であり、図１５の（ａ），（ｂ）は図１４における切断線Ｘ２で切断した面を示す断面図である。図１５の（ａ）は正極、負極の電極間に電界を形成していない（圧電駆動体がＯＦＦの）状態を示し、図１５の（ｂ）は正極、負極の電極間に電界を形成した（圧電駆動体がＯＮの）状態を示す。【０１２８】
図１４及び図１５に示される液滴吐出圧電デバイス１４０は、２組の対向する壁部によって形成された角筒体形状を呈するキャビティ部材において、一の組の対向する壁部が圧電駆動体で構成されるが、他の組の壁部は圧電体のみで構成されるところが、上記した液滴吐出圧電デバイス１２０と異なる。それ以外は、液滴吐出圧電デバイス１２０と同じ態様であるので記載を省略し、以下、異なるところについて説明する。【０１２９】
液滴吐出圧電デバイス１４０のキャビティ部材４２１において、電極１８，１９は、一対の電極として、圧電体１４に電界をかけ得る駆動電極であり、壁部３０，３１であってキャビティ３５３に対応する位置において積層されて存在し、圧電体１４とともに圧電駆動体２８４を構成する。電極１８，１９は、キャビティ部材４２１の角部においては存在しない。又、電極１８，１９は、キャビティ３５３を形成する面には露出していない（図１５の（ａ），（ｂ）を参照）。対向する壁部に設けられる２つの圧電駆動体２８４を構成する電極１８，１９は、それぞれ圧電駆動体２８４において、１層の電極１８と２層の電極１９で構成される。これらの電極１８，１９は、図示しないが、上記した液滴吐出圧電デバイス１１０，１１１に準じて、圧電体１４を貫通するビアホールで、同じ極性毎に導通している。【０１３０】
液滴吐出圧電デバイス１４０のキャビティ部材４２１において、壁部３０，３１に存在する圧電駆動体２８４を構成する圧電体１４は、例えば電極１８から電極１９へ向けた方向に分極される（挟まれる電極により層毎に分極方向が異なる）。そして、図示しない端子電極に電源を接続し、端子電極を介して、電極１８側を正極、電極１９側を負極にして、電極１８，１９間に駆動のための電界をかけることにより、先に記した分極方向と同じ方向の電界が形成される。即ち、分極が互いに反対方向の層状の圧電体１４が電極１８，１９を挟んで積層され、各々の圧電体１４においては、分極と駆動電界とが同一方向になっている。その結果、圧電体１４には電界誘起歪みが発現し、圧電駆動体２８４は、その横効果による変位に基づき、図１４中における概ねＸ方向に伸縮し、その縦効果による変位に基づき、図１４中において概ねＺ方向に伸縮する（図１５の（ｂ）を参照）。このような圧電体１４の変位は、電界誘起歪みを直接利用しているので、発生力が大きく応答速度も速い。一方、圧電駆動体が存在しない壁部３２，３３は、変形（伸縮）しない。【０１３１】
液滴吐出圧電デバイス１４０は、このような態様により、キャビティ部材４２１において壁部３０，３１に変位を生じさせる。そして、特に縦効果に基づく変位によりキャビティ３５３内の圧力を増加させキャビティ３５３に押圧力を発生させる。そして、その押圧力によって、キャビティ３５３に充填された液体が、吐出口７から滴として吐出される。【０１３２】
次に、図１６及び図１７は、本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの更に他の実施形態を示す図である。図１６は内部を透視した斜視図であり、図１７の（ａ），（ｂ）は図１６における切断線Ｘ３で切断した面を示す断面図である。図１７の（ａ）は正極、負極の電極間に電界を形成していない（圧電駆動体がＯＦＦの）状態を示し、図１７の（ｂ）は正極、負極の電極間に電界を形成した（圧電駆動体がＯＮの）状態を示す。尚、図１６においては、図面の理解を容易にするため、電極の数は省略して描かれている。【０１３３】
図１６及び図１７に示される液滴吐出圧電デバイス１６０は、２組の対向する壁部によって形成された角筒体形状を呈するキャビティ部材において、一の組の対向する壁部が圧電駆動体で構成されるが、他の組の壁部は圧電体のみで構成されるところが、上記した液滴吐出圧電デバイス１２０と異なる。それ以外は、液滴吐出圧電デバイス１２０と同じ態様であるので記載を省略し、以下、異なるところについて説明する。【０１３４】
液滴吐出圧電デバイス１６０のキャビティ部材５２１において、電極１８，１９は、一対の電極として、圧電体１４に電界をかけ得る駆動電極であり、上記液滴吐出圧電デバイス１４０とは反対の組の壁部である壁部３２，３３であってキャビティ３５３に対応する位置において積層されて存在し、圧電体１４とともに圧電駆動体３１４を構成する。電極１８，１９は、キャビティ部材５２１の角部においては存在しない。又、電極１８，１９は、キャビティ３５３を形成する面には露出していない（図１７の（ａ），（ｂ）を参照）。圧電駆動体３１４を構成する電極１８，１９は、４層の電極１８と５層の電極１９で構成される。これらの電極１８，１９は、図示しないが、上記した液滴吐出圧電デバイス１１０，１１１に準じて、圧電体１４を貫通するビアホールで、同じ極性毎に導通している。【０１３５】
液滴吐出圧電デバイス１６０のキャビティ部材５２１では、壁部３２，３３が圧電駆動体３１４で構成される。そして、その圧電駆動体３１４を構成する圧電体１４は、例えば電極１８から電極１９へ向けた方向に分極される（挟まれる電極により層毎に分極方向が異なる）。図示しない端子電極に電源を接続し、端子電極を介して、電極１８側を正極、電極１９側を負極にして、電極１８，１９間に駆動のための電界をかけることにより、先に記した分極方向と同じ方向の電界が形成される。即ち、分極が互いに反対方向の層状の圧電体１４が電極１８，１９を挟んで積層され、各々の圧電体１４においては、分極と駆動電界とが同一方向になっている。その結果、圧電体１４には電界誘起歪みが発現し、圧電駆動体３１４は、その横効果による変位に基づき、図１６中における概ねＸ方向に伸縮し、その縦効果による変位に基づき、図１６中において概ねＺ方向に伸縮する（図１７の（ｂ）を参照）。このような圧電体１４の変位は、電界誘起歪みを直接利用しているので、発生力が大きく応答速度も速い。一方、圧電駆動体が存在しない壁部３０，３１は、変形（伸縮）しない。【０１３６】
液滴吐出圧電デバイス１６０は、このような態様により、キャビティ部材５２１において壁部３２，３３に変位を生じさせる。そして、特に縦効果に基づく変位によりキャビティ３５３内の圧力を増加させキャビティ３５３に押圧力を発生させる。そして、その押圧力によって、キャビティ３５３に充填された液体が、吐出口７から滴として吐出される。【０１３７】
次に、図１８は、本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの更に他の実施形態を示す図である。図１８の（ａ），（ｂ）は、図１７の（ａ），（ｂ）に対応する液滴吐出圧電デバイスの断面図であり、図１８の（ａ）は正極、負極の電極間に電界を形成していない（圧電駆動体がＯＦＦの）状態を示し、図１８の（ｂ）は正極、負極の電極間に電界を形成した（圧電駆動体がＯＮの）状態を示す。図１８に示される液滴吐出圧電デバイス１８０は、圧電駆動体を構成する電極１８，１９が、キャビティ３５３を形成する面（内面）に加えて、外面にも露出しておらず、液滴吐出圧電デバイスの外面の絶縁性を高めたところが、上記した液滴吐出圧電デバイス１６０とは異なる（液滴吐出圧電デバイス１６０の圧電駆動体３１４では、電極１８，１９は、外面に露出している（図１７の（ａ），（ｂ）を参照））。液滴吐出圧電デバイス１８０は、それ以外は液滴吐出圧電デバイス１６０と同じ態様であるので記載を省略する。【０１３８】
次に、図１９及び図２０は、本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの更に他の実施形態を示す図である。図１９は内部を透視した斜視図であり、図２０の（ａ），（ｂ）は図１９における切断線Ｘ４で切断した面を示す断面図である。図２０の（ａ）は正極、負極の電極間に電界を形成していない（圧電駆動体がＯＦＦの）状態を示し、図２０の（ｂ）は正極、負極の電極間に電界を形成した（圧電駆動体がＯＮの）状態を示す。尚、図１９においては、図面の理解を容易にするため、電極の数は省略して描かれている。【０１３９】
図１９及び図２０に示される液滴吐出圧電デバイス１９０は、２組の対向する壁部によって形成された角筒体形状を呈するキャビティ部材において、２組の対向する壁部がともに圧電駆動体で構成されるものであり、上記した液滴吐出圧電デバイス１４０の圧電駆動体２８４と液滴吐出圧電デバイス１６０の圧電駆動体３１４とで、キャビティ部材の壁部を構成した液滴吐出圧電デバイスである。又、液滴吐出圧電デバイス１９０は、上記した液滴吐出圧電デバイス１２０（図１２及び図１３の（ａ），（ｂ）を参照）においてキャビティ部材３２１の角部から電極１８，１９を除いた態様ということが出来、液滴吐出圧電デバイス１９０は、それ以外は、上記した液滴吐出圧電デバイス１２０と同じ態様であり、且つ、圧電駆動体における圧電体の分極や、正極と負極の電極間にかける電界や、それらに基づく圧電駆動体の伸縮（変形）の態様等についても、液滴吐出圧電デバイス１２０に準じるものであるので、以下、説明を省略する。【０１４０】
次に、図２１は、本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの更に他の実施形態を示す図である。図２１の（ａ），（ｂ）は、図２０の（ａ），（ｂ）に対応する液滴吐出圧電デバイスの断面図であり、図２１の（ａ）は正極、負極の電極間に電界を形成していない（圧電駆動体がＯＦＦの）状態を示し、図２１の（ｂ）は正極、負極の電極間に電界を形成した（圧電駆動体がＯＮの）状態を示す。図２１に示される液滴吐出圧電デバイス２１０は、圧電駆動体を構成する電極１８，１９が、キャビティ３５３を形成する面（内面）に加えて、外面にも露出しておらず、液滴吐出圧電デバイスの外面の絶縁性を高めたところが、液滴吐出圧電デバイス１９０とは異なる（液滴吐出圧電デバイス１９０の圧電駆動体３１４では、電極１８，１９は、外面に露出している（図２０の（ａ），（ｂ）を参照））。液滴吐出圧電デバイス２１０は、それ以外は液滴吐出圧電デバイス１９０と同じ（即ち、液滴吐出圧電デバイス１２０と概ね同じ）態様であるので記載を省略する。【０１４１】
次に、図２２は、本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの更に他の実施形態を示す図であり、内部を透視した斜視図である。図２２に示される液滴吐出圧電デバイス２２０は、上記した液滴吐出圧電デバイス１６０（図１６を参照）と同様に、２組の対向する壁部によって形成された角筒体形状を呈するキャビティ部材において、一の組の対向する壁部が圧電駆動体で構成されるが、他の組の壁部は圧電体のみで構成される（図２２においては、図面の理解を容易にするため、電極の数は省略して描かれている）。そして、液滴吐出圧電デバイス２２０では、導入部材及びノズル部材においても圧電駆動体が備わっている。【０１４２】
液滴吐出圧電デバイス２２０は、キャビティ３５３が内蔵されたキャビティ部材５２１と、キャビティ３５３に連通する導入流路を有する導入部材５２３と、導入流路とは反対側でキャビティ３５３に連通するノズル流路を有するノズル部材５２２と、を具備する。キャビティ部材５２１は、角筒体形状を呈しており、２組の対向する壁部によって、断面形状が長方形のキャビティ３５３が形成されている。導入部材５２３には導入口６が設けられ、導入流路を介してキャビティ３５３へ液体の導入をする。又、ノズル部材５２２には吐出口７が設けられ、ノズル流路を介してキャビティ３５３に充填をされた液体を、滴として吐出させる。【０１４３】
液滴吐出圧電デバイス２２０では、キャビティ部材５２１、導入部材５２３、及びノズル部材５２２は、それら全てが、セラミック材料からなる９層の圧電体１４が積層され、焼成によって一体的に形成されたものであり、液体の流れ方向と積層の方向とは直交している。そして、２組の対向する壁部によって形成された角筒体形状を呈するキャビティ部材５２１において、幅方向（図２２中において水平方向）の一の組の対向する壁部が圧電駆動体で構成されるが、他の組の壁部は圧電体のみで構成される。【０１４４】
導入部材５２３は、キャビティ部材５２１と同様に、角筒体形状を呈し、２組の対向する壁部によってキャビティ３５３より小さい（細い）導入流路を形成しており、２組の対向する壁部のうちの、キャビティ部材５２１と同じ幅方向の対向する壁部が圧電駆動体で構成されるが、他の組の壁部は圧電体のみで構成される。そして、ノズル部材５２２も、キャビティ部材５２１と同様に、角筒体形状を呈し、２組の対向する壁部によってキャビティ３５３より小さい（細い）ノズル流路を形成し、２組の対向する壁部のうちの、キャビティ部材５２１及び導入部材５２３と異なる圧電体の積層方向（幅方向とは垂直な方向）の対向する壁部が圧電駆動体で構成されるが、幅方向の対向する壁部は圧電体のみで構成される。即ち、キャビティ部材５２１、導入部材５２３、及びノズル部材５２２のそれぞれにおける、圧電駆動体で構成される壁部は、キャビティ部材５２１と導入部材５２３において同じ位置に配設され、ノズル部材５２２のみが異なる位置に配設される。【０１４５】
液滴吐出圧電デバイス２２０は、上記態様を有することにより、キャビティ部材５２１、導入部材５２３、及びノズル部材５２２のそれぞれにおける圧電駆動体を共通に駆動させ得る電極配線にすることにより、キャビティ部材５２１のキャビティ３５３内の圧力を、効率よくノズル部材５２２のノズル流路に加えることが可能である。共通の電極配線とすることにより、キャビティ部材５２１と導入部材５２３において圧電駆動体が同じように伸縮（変形）し、ノズル部材５２２の圧電駆動体は反対に伸縮（変形）し、キャビティ３５３及び導入流路と、ノズル流路と、の拡大、縮小のタイミングをずらすことが出来るからである。即ち、液体を導入するタイミングでは、ノズル部材５２２においてノズル流路を縮小するように圧電駆動体を変形させ、キャビティ部材５２１においてキャビティ３５３を拡大するように圧電駆動体を変形させ、同様に導入部材５２３において導入流路を拡大するように圧電駆動体を変形させる。そして、液体を吐出するタイミングでは、ノズル部材５２２においてノズル流路を拡大するように圧電駆動体を変形させ、キャビティ部材５２１においてキャビティ３５３を縮小するように圧電駆動体を変形させ、同様に導入部材５２３において導入流路を縮小するように圧電駆動体を変形させる。液滴吐出圧電デバイス２２０は、特に縦効果に基づく変位によりキャビティ３５３内の圧力を増加させてキャビティ３５３に押圧力を発生させ、上記のような動作により、その押圧力を、キャビティ３５３に充填された液体を吐出口７から滴として吐出する力として、効率よく利用する。又、それぞれの圧電駆動体における電極１８，１９を独立に駆動させると、上記効果に加えて、液を吐出した後に液体にくびれを生じさせ、滴として切る機能を併せ持つことも出来るようになる。【０１４６】
以上、本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの実施形態について説明したが、上記した図１〜図２２に示された液滴吐出圧電デバイスは、導入部材の導入流路、キャビティ部材のキャビティ、及びノズル部材のノズル流路が、直線状に配置される点で共通し、このような態様によって、液体の流れを良好にするとともに、液体を導入（充填）する際に気泡が抜け易くしている。図２４に示される液滴吐出圧電デバイス２４０では、キャビティ４５３を中心として、導入口６と対称となる位置に吐出口７が設けられていないため、導入流路４５５、キャビティ４５３、及びノズル流路４５４が直線状に配置されず、キャビティ４５３のコーナー部分（例えば、図２４においてＹで示される丸囲い部分）において液体の流れが滞り、気泡も溜まるおそれがあるが、既述の本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの実施形態によれば、そのような問題は回避出来る。【０１４７】
尚、既述の本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの実施形態の説明においては、液体は、導入部材の導入口から入り、導入流路を介してキャビティへ導入され、ノズル部材のノズル流路を介して、吐出口から、滴として、吐出させるものとしたが、本発明に係る液滴吐出圧電デバイスは、吐出口から液体の吸引をし、ノズル流路及びキャビティへ液体の充填をして次の吐出の準備をすることも出来る。このように液体を充填する場合には、吐出口から液体の吸引をして次の吐出の準備をするので、導入部材は使用されない。このような動作を実現するに際しては、キャビティ部材の少なくとも一部を構成する圧電駆動体の電界誘起歪みに基づく変位によって、キャビティ部材を振動させ、吐出口から液体の吸引をすることが好ましい。【０１４８】
次に、本発明に係る液滴吐出圧電デバイスの応用例について説明する。図２３は、本発明に係る液滴吐出圧電デバイスを用いてインライン型ディスペンサを構成した例を示す斜視図である。図２３に示されるインライン型ディスペンサ２３０は、櫛歯形を呈し、図１に示される液滴吐出圧電デバイス１を４つ平行に並べて櫛歯部を構成し、櫛骨部２３１をヘッダー管として用いるディスペンサである。インライン型ディスペンサ２３０では、櫛骨部２３１の中の（図示しない）流路と、液滴吐出圧電デバイス１の導入口６と、が接続されており、櫛骨部２３１側から液体を液滴吐出圧電デバイス１へ供給し、各液滴吐出圧電デバイス１を稼動させることによって、液滴を吐出させることが可能である。【０１４９】
次に、本発明に係る液滴吐出圧電デバイスを製造する方法、及び使用する材料について説明する。本発明に係る液滴吐出圧電デバイスを製造するにあたっては、以下に記すように、主にグリーンシート積層法を用い、付帯的手段として打抜加工法を利用することが好ましい。尚、作製対象を、図１の（ａ）〜（ｄ）に示される液滴吐出圧電デバイス１として説明することとし、製造工程を図に示さないが、適宜、製造後の態様が示される図１の（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。【０１５０】
以下、製造工程に従って説明する。先ず、圧電材料を主成分とする５枚のセラミックグリーンシートを用意する。セラミックグリーンシート（以下、単にシートともいう）は、従来知られた成形方法により作製出来る。例えば、圧電材料の粉末を用意し、これにバインダ、溶剤、分散剤、可塑剤等を望む組成に調合してスラリーを作製し、これを脱泡処理後、ドクターブレード法、リバースロールコーター法、リバースドクターロールコーター法等のシート成形法によって、セラミックグリーンシートを作製することが可能である。【０１５１】
圧電材料は、圧電効果等の電界誘起歪みを起こす材料であれば、問われるものではない。結晶質でも非晶質でもよく、又、半導体セラミック材料や強誘電体セラミック材料、あるいは反強誘電体セラミック材料を用いることも可能である。用途に応じて適宜選択し採用すればよい。又、分極処理が必要な材料であっても必要がない材料であってもよい。【０１５２】
具体的には、好ましい材料として、ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、ニッケルタンタル酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、マンガンタングステン酸鉛、コバルトニオブ酸鉛、マグネシウムタングステン酸鉛、マグネシウムタンタル酸鉛、チタン酸バリウム、チタン酸ナトリウムビスマス、チタン酸ビスマスネオジウム（ＢＮＴ）、ニオブ酸カリウムナトリウム、タンタル酸ストロンチウムビスマス、銅タングステンバリウム、鉄酸ビスマス、あるいはこれらのうちの２種以上からなる複合酸化物を挙げることが出来る。又、これらの材料には、ランタン、カルシウム、ストロンチウム、モリブデン、タングステン、バリウム、ニオブ、亜鉛、ニッケル、マンガン、セリウム、カドミウム、クロム、コバルト、アンチモン、鉄、イットリウム、タンタル、リチウム、ビスマス、スズ、銅等の酸化物が固溶されていてもよい。更に、上記材料等に、ビスマス酸リチウム、ゲルマン酸鉛等を添加した材料、例えば、ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、及びマグネシウムニオブ酸鉛の複合酸化物に、ビスマス酸リチウム及び／又はゲルマン酸鉛を添加した材料は、圧電体の低温焼成を実現しつつ高い材料特性を発現出来るので好ましい。【０１５３】
５枚のセラミックグリーンシートを作製したら、その５枚のセラミックグリーンシート全てを、液滴吐出圧電デバイス１の圧電体１４相当の形状（概ね短冊形状、（図１の（ａ）を参照））に加工し、５枚の加工済シートを得る（加工済シートＡ〜Ｅとする）。５枚の加工済シートＡ〜Ｅのうちの１枚の（例えば）加工済シートＣには、更に、のちにキャビティ３、ノズル流路４、導入流路５になる孔部を開け、孔部付シートＣとする。そして、２枚の加工済シートＡ，Ｅ及び１枚の孔部付シートＣの一の面に、のちに電極１８になる導体膜を所定のパターンで形成するとともに、（例えば）加工済シートＡの裏面に、のちに電極１９になる導体膜を形成する。更に、残り２枚の加工済シートＢ，Ｄの一の面に、のちに電極１９になる導体膜を所定のパターンで形成する。尚、導体膜の形成手段は、スクリーン印刷法が好適に用いられるが、フォトリソグラフィ等の手段で行ってもよい。導体膜の所定のパターンとは、加工済シートにおいて長手方向の端部に導体膜を形成しないパターンであり、且つ、のちに電極１８になる導体膜とのちに電極１９になる導体膜とでは、その長手方向の端部は相互に異なる（図１の（ｂ）を参照）。【０１５４】
導体膜（電極）の材料としては、室温で固体であって、導電性の金属が採用され、例えば、アルミニウム、チタン、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、パラジウム、ロジウム、銀、スズ、タンタル、タングステン、イリジウム、白金、金、又は鉛等の金属単体又はこれら２種類以上からなる合金、例えば、銀−白金、白金−パラジウム、銀−パラジウム等を１種単独で又は２種類以上を組み合わせたものを用いることが好ましい。又、これらの材料と、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化セリウム、ガラス、又は圧電材料等との混合物、サーメットであってもよい。これらの材料の選定にあたっては、圧電材料の種類に応じて選択することが好ましい。【０１５５】
次に、導体膜を形成した加工済シートＡ，Ｂ、孔部付シートＣ、加工済シートＤ，Ｅを、孔部付シートＣを真中にして積層し、圧着して所定の厚さを有するセラミックグリーン積層体を得る（積層の状態について、作製対象である液滴吐出圧電デバイス１が示される図１の（ｂ）を参照）。このとき、グリーンシートの積層状態（一体性）を向上させる目的で、接合補助層をグリーンシートに形成しておくことが好ましい。次いで、のちに外部電極２８，２９になる導体膜を形成した後、焼成一体化して焼成積層体を得る。その後、必要に応じて分極処理を行えば、液滴吐出圧電デバイス１が得られる。【０１５６】
尚、本明細書において、液滴吐出圧電デバイスにかかり単に圧電と称しているが、本明細書にいう圧電駆動体は、電界によって誘起される歪みを利用する駆動体全てを指し、狭義の意味での、印加電界に概ね比例した歪み量を発生する圧電効果を利用する駆動体に限定されるものではなく、印加電界の二乗に概ね比例した歪み量を発生する電歪効果、強誘電体材料全般に見られる分極反転、反強誘電体材料に見られる反強誘電相−強誘電相転移、等の現象を利用するものも含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１５７】
本発明に係る液滴吐出圧電デバイスは、バイオテクノロジー分野における微量液体の混合・反応操作や、遺伝子構造の解析に必要なＤＮＡチップの製造や、半導体製造用のコーティング工程において用いられる微少液滴吐出装置、あるいは医療分野における各種検査に用いられる試薬の微量投入装置等に、好適に利用することが出来る。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【国際調査報告】
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