JP2007076372A - 液体移送装置 - Google Patents
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Abstract
【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
Description
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。
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。
請求項2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。
<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。
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。
請求項6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。
請求項7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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
Claims (10)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。
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