JP4107343B2 - Liquid transfer device - Google Patents
Liquid transfer device Download PDFInfo
- Publication number
- JP4107343B2 JP4107343B2 JP2006347293A JP2006347293A JP4107343B2 JP 4107343 B2 JP4107343 B2 JP 4107343B2 JP 2006347293 A JP2006347293 A JP 2006347293A JP 2006347293 A JP2006347293 A JP 2006347293A JP 4107343 B2 JP4107343 B2 JP 4107343B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric material
- material layer
- pressure chamber
- plate
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
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。 The present invention relates to a liquid transfer device, and more particularly to a liquid transfer device driven by a piezoelectric material element.
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。
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。
By the way, according to the structure of the conventional liquid transfer device, the piezoelectric material element and the diaphragm are laminated and bonded in a region corresponding to the pressure chamber where the piezoelectric material element is bent. The diaphragm is driven so as to be integrally deformed. However, in such a configuration in which the piezoelectric material element and the diaphragm are deformed integrally in the region corresponding to the pressure chamber, the deformation of the piezoelectric material element is constrained by the diaphragm, and as a result, the piezoelectric material There is a concern that the deformation amount of the diaphragm may be suppressed without sufficient deformation of the element.
The present invention has been made based on the above circumstances, and in a liquid transfer device that transfers a liquid by driving a vibration plate by a piezoelectric material element, the deformation of the piezoelectric material element can be amplified, and thus the vibration plate An object of the present invention is to provide a configuration capable of effectively increasing the amount of deformation.
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、前記撓み層の前記圧電材料層に面する側の表面には、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おり、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おり、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。 As means for achieving the above object, the invention of claim 1 is characterized in that a piezoelectric actuator plate is disposed so as to close a pressure chamber in which the liquid is accommodated, and the piezoelectric actuator plate is bent and deformed to deform the liquid. In the liquid transfer device for transferring from the opening connected to the pressure chamber, the piezoelectric actuator plate is formed in a plate shape that contracts in a plane direction by application of an electric field, and overlaps the piezoelectric material layer. And a laminated structure in which a part of the plate surface has a flexible layer bonded to the piezoelectric material layer, and the surface of the flexible layer facing the piezoelectric material layer has a center of the pressure chamber. in a region corresponding to part, the are unbonded portion which is not bonded with the piezoelectric material layer is provided, wherein at least a portion of the non-joined portion, wherein the deflection layer is the piezoelectric material A thin wall portion that is smaller than the thickness of the bonded portion to be bonded to each other is formed, and between the thin wall portion of the flexible layer and the piezoelectric material layer, than any of the flexible layer and the piezoelectric material layer. low modulus low elasticity material you characterized in that it is filled.
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。 According to a second aspect of the present invention, in the liquid transfer device according to the first aspect, the low-elasticity material protrudes from a bonding surface where the bonding portion is bonded to the piezoelectric material layer, and the piezoelectric material layer is In the protruding region where the low elastic material protrudes, it is curved so as to protrude to the opposite side to the pressure chamber .
請求項３の発明は、請求項１又は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。 According to a third aspect of the present invention, in the liquid transfer device according to the first or second aspect, the thin-walled portion is formed such that the thickness gradually decreases toward the center side of the pressure chamber in the surface direction. It is characterized by being.
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項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。 According to a fourth aspect of the present invention, in the liquid transfer device according to any one of the first to third aspects, the thin portion is formed by etching a plate-like member that is a material of the flexible layer. It is characterized by being.
請求項５の発明は、請求項１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。 A fifth aspect of the present invention, the liquid transporting apparatus according to claim 1, wherein the deflection layer is formed by laminating a plurality of plate-like member, said thin portion, at least one of said plate-shaped member It is characterized by forming through-holes.
請求項６の発明は、請求項１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。 According to a sixth aspect of the present invention, in the liquid transfer device according to any one of the first to fifth aspects, the peripheral edge of the non-joining portion is arranged closer to the pressure chamber side than the peripheral edge of the pressure chamber. It is characterized by.
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６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。 The invention according to claim 7 is the liquid transfer device according to any one of claims 1 to 6 , wherein the piezoelectric actuator plate is provided with a plurality of electrode layers facing each other so as to sandwich the piezoelectric material layer, The flexible layer is bonded to the piezoelectric material layer via an electrode layer on one side, and a facing region formed by the plurality of electrode layers sandwiching the piezoelectric material layer covers the entire non-bonded portion. Thus, it is provided in a wider range than this non-joining part.
＜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。
<Invention of Claim 1>
According to the configuration of the first aspect, the piezoelectric material layer that contracts in the plane direction when an electric field is applied, and the piezoelectric material layer that is formed in a plate shape and overlaps the piezoelectric material layer, and a part of the plate surface is disposed on the piezoelectric material layer. In a piezoelectric actuator plate having a laminated structure having a flexible layer to be bonded, a non-bonded portion that is not bonded to the piezoelectric material layer is provided in a region corresponding to the central portion of the pressure chamber in the flexible layer. In the region where the joint portion is provided, the piezoelectric material layer can be deformed without being constrained by the flexible layer, and the deformation of the piezoelectric material layer can be amplified.
また、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。また、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したので、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。 Moreover, since the thin part is formed in at least a part of the non-joined part, the rigidity of the non-joined part is suppressed, and the deformation efficiency is improved. In addition, since the low elastic material having a lower elastic modulus than that of the flexible layer and the piezoelectric material layer is filled between the flexible layer and the piezoelectric material layer, the piezoelectric material layer has low elasticity even in the portion corresponding to the thin portion of the flexible layer. Since it is supported by the material layer, durability is improved.
＜請求項２の発明＞
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。
<Invention of Claim 2>
When the low elastic material to be filled is protruded from the bonding surface of the bonding portion and the piezoelectric material layer is bent so as to protrude to the side opposite to the pressure chamber as in the configuration of claim 2, the piezoelectric material layer is When contracted in the surface direction, the low elastic material is pushed out in the direction of the pressure chamber, and the flexure layer can be deformed more greatly.
<Invention of Claim 3>
According to the configuration of the third aspect, the thin-walled portion is formed so that the thickness gradually becomes smaller toward the center side of the pressure chamber in the surface direction, so that the deformation efficiency is further improved.
<Invention of Claim 4>
If the thin portion of the flexible layer is formed by etching as in the configuration of claim 4, the manufacturing efficiency is good and the configuration is advantageous in terms of cost.
＜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。
<Invention of Claim 5>
If a thin part is constituted by laminating a plurality of plate-like members to form a flexible layer and forming a through hole in at least one of the plate-like members as in the configuration of claim 5, the thin-walled part can be easily obtained. It becomes the suitable composition which can be provided.
＜請求項６の発明＞
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。
<Invention of Claim 6 >
According to the configuration of claim 6, since the peripheral edge of the non-joining portion is arranged closer to the pressure chamber side than the peripheral edge of the pressure chamber, the entire region of the non-joining portion contributes to the volume change in the pressure chamber, It becomes a structure with much better deformation efficiency.
＜請求項７の発明＞
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。
<Invention of Claim 7 >
In the invention of claim 7 , since the opposing region formed by the plurality of electrode layers sandwiching the piezoelectric material layer is provided in a wider range than the non-joining portion so as to cover the entire non-joining portion, the piezoelectric material The layer contracts over the entire region of the non-joined portion, and the entire region of the non-joined portion can be effectively deformed.
＜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。
<First Embodiment>
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of the liquid transfer device according to the present embodiment when cut along the longitudinal direction of the pressure chamber. FIG. 2 relates to the liquid transfer device shown in FIG. It is a longitudinal cross-sectional view at the time of cutting along the arrangement direction. FIG. 3 shows a plan view of FIG. Further, FIGS. 4A and 4B are explanatory diagrams for explaining the operating state of the liquid transfer device. FIG. 4A is an enlarged view of one pressure chamber side of FIG. 2 and shows a state where the piezoelectric actuator plate 10 is not driven. FIG. 4B shows a state where the piezoelectric actuator plate 10 is driven.
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。 As shown in FIGS. 1 and 2, the liquid transfer device 1 according to the present embodiment is configured as a liquid ejecting device that ejects liquid (here, an ink jet head that functions as a droplet ejecting device is illustrated). A cavity plate 20 having a plurality of pressure chambers 21a in which ejected liquid (specifically ink) is accommodated, and a piezoelectric actuator plate 10 joined on the cavity plate 20 so as to close the pressure chambers 21a. It is configured.
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。 The cavity plate 20 is configured as an ink flow path and has a multilayer structure, and a nozzle plate 24 in which a plurality of ink ejection nozzles 24a (the nozzles 24a correspond to the apertures of the present invention) are arranged in parallel. A manifold plate 23 formed on the nozzle plate 24, a flow path plate 22 formed on the manifold plate 23, and a pressure chamber plate 21 formed on the flow path plate 22 are each formed in a substantially flat plate shape and arranged. Yes. The pressure chamber plate 21, the flow path plate 22, the manifold plate 23, and the nozzle plate 24 are joined to each other by an epoxy thermosetting adhesive.
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。 The pressure chamber plate 21 is formed of a metal material such as stainless steel, and a plurality of pressure chambers 21a for accommodating ink for selectively ejecting based on the operation of the piezoelectric actuator plate 10 described later are juxtaposed inside. Similarly, the flow path plate 22 is made of a metal material such as stainless steel, and has a pressure flow path 22a and a manifold flow path 22b communicating with both ends of the pressure chamber 21a. The manifold plate 23 is also formed of a metal material such as stainless steel, and a manifold channel 23a communicating with a liquid tank (not shown) and a nozzle channel 23b connected to the pressure channel 22a are formed therein. .
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。 Further, the nozzle plate 24 is formed of a polyimide-based synthetic resin material, and a plurality of nozzles 24a connected to the nozzle flow path 23b are formed as shown in FIG. From the configuration described above, the liquid (ink) stored in the liquid tank is supplied to the nozzle 24a via the manifold 23a, the manifold channel 22b, the pressure chamber 21a, the pressure channel 22a, and the nozzle channel 23b.
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。
Next, the piezoelectric actuator plate 10 will be described.
As shown in FIGS. 1, 2, and 4, the piezoelectric actuator plate 10 has a laminated structure, is formed in a substantially flat plate shape using a conductive metal material such as stainless steel, and corresponds to the flexure layer of the present invention. 14. Further, a piezoelectric material layer 13 is disposed above the vibration plate 14, and two electrode layers (an upper electrode 11 and a lower electrode 12) are provided so as to sandwich the piezoelectric material layer 13. The piezoelectric material layer 13 is bonded via the lower electrode 12.
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。 The lower electrode 12 provided above the diaphragm 14 is pasted or printed under the piezoelectric material layer 13 with a thin film conductor. This lower electrode 12 is conceptually shown in FIG. As shown, it is connected to the ground of the drive circuit. On the other hand, the upper electrode 11 provided above the piezoelectric material layer 13 and opposed to the lower electrode 12 is connected to the plus (+) of the drive circuit via a switch element as conceptually shown in FIG. It is configured to be electrically connected to the power supply. Similar to the lower electrode 12, the upper electrode 11 is affixed or printed on the piezoelectric material layer 13 with a thin film conductor.
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。 As described above, the vibration plate 14 bonded to the piezoelectric material layer 13 via the lower electrode 12 is provided with the non-bonded portion 14b that is not bonded to the piezoelectric material layer 13 in the region C corresponding to the central portion of the pressure chamber. ing. At least a part of the non-joining portion 14b is formed with a thin portion 14a that is smaller than the thickness of the joining portion where the vibration plate 14 is joined to the piezoelectric material layer 13. In the present embodiment, a configuration in which the thin portion 14a is formed over the entire non-joined portion 14b (that is, a configuration in which the non-joined portion 14b and the thin portion 14a match) is shown. It may be formed only on the part.
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。 The thin portion 14a is formed so that its thickness gradually decreases from the peripheral edge toward the center side of the pressure chamber 21a in the surface direction (the horizontal direction in the drawings in FIGS. 1 and 2). The thin-walled portion 14 a has a configuration in which the opposite side of the pressure chamber 21 a is recessed in the region C facing the central portion of the pressure chamber 21 a in the diaphragm 14, and is a region joined to the lower electrode 12 in the diaphragm 14. That is, the upper surface of the diaphragm 14a is formed lower than that of the region 14a other than the non-joining portion 14b. Due to the depression (concave portion) of the thin-walled portion 14a, a gap 30 is formed between the upper surface of the thin-walled portion 14a (that is, the upper surface of the non-joined portion 14b) and the lower surface of the lower electrode 12, and this depression (concave portion). Can be formed by etching a plate-like member that is a material of the vibration plate 14. Etching is only a preferable example, and may be another forming method such as machining.
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。 Further, as shown in FIG. 3, the pressure chamber 21a is substantially oval when viewed from above, and the periphery of the non-joint portion 14b (here, the periphery of the gap 30) is the same position as the periphery of the pressure chamber 21a. It is arranged closer to the pressure chamber than that. That is, the peripheral edge of the non-joint portion 14b (that is, the peripheral edge of the gap 30) is positioned so as not to protrude into the external region of the pressure chamber 21a. More specifically, the planar shape of the thin portion 14a (that is, the planar shape of the gap 30). ) Has a substantially oval shape in which the shape of the pressure chamber 21a is made slightly smaller.
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。 Further, as shown in FIGS. 1, 2, and 4, the opposing region P formed by the two electrode layers (the upper electrode 11 and the lower electrode 12) sandwiching the piezoelectric material layer 13 has a non-joint portion in the plane direction. It is provided in a wider range than the non-joining portion 14b so as to cover the entire 14b (that is, the entire gap 30). In the plan view of FIG. 3, the arrangement region of the upper electrode 11 is an opposing region of the two electrode layers, and the region of the non-joint portion 14 b (that is, the region of the gap 30) has a configuration that is slightly smaller than this opposing region. There is no.
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。 The piezoelectric material layer 13 bonded to the upper side of the vibration plate 14 is formed of a piezoelectric ceramic material made of lead zirconate titanate (PZT), but is not limited to this. Barium titanate, lead titanate Any piezoelectric material such as Rochelle salt can be used. The piezoelectric material layer 13 is formed in layers on the diaphragm 14 with a uniform thickness. In order to join the piezoelectric material layer 13 and the diaphragm 14, for example, the upper electrode 11 and the lower electrode 12 are arranged on the piezoelectric material layer 13 formed in a layer shape in advance, and this is formed after forming the thin portion 14a. It can be formed so as to be bonded to the diaphragm 14 with a conductive adhesive or the like.
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。
Next, the driving operation of the liquid transfer apparatus 1 will be described with reference to FIG.
In the liquid transfer device 1 according to the present embodiment, no voltage is applied between the electrodes at all times, and the piezoelectric actuator plate 10 is not bent as shown in FIG. When it is necessary to eject ink from one nozzle 24 a of the liquid transfer apparatus 1, the power supply voltage is applied to the upper electrode 11 by switching the switch element. As a result, a voltage is generated between the upper electrode 11 and the lower electrode 12, an electric field is applied to the piezoelectric material layer 13, and the region C of the piezoelectric material layer 13 facing the pressure chamber 21a has a thickness direction (FIG. 4). In (A), it expands in the vertical direction) and contracts in the surface direction (left and right direction in FIG. 4 (A)).
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。 In the diaphragm 14, the thin-walled portion 14 a has lower rigidity than the other portions and is not joined to the piezoelectric material layer 13, so that it bends toward the pressure chamber 21 a immediately after the piezoelectric material layer 13 starts contracting in the surface direction. Are easily bent. Then, the piezoelectric material layer 13 is drawn to the pressure chamber side so as to be interlocked with this bending, and as a result, the piezoelectric actuator plate 10 bends to the pressure chamber 21a side (downward in FIG. 4B). As shown in FIG. 4B, due to the deflection of the piezoelectric actuator plate 10 toward the pressure chamber 21a, the volume of the pressure chamber 21a decreases and the pressure in the pressure chamber 21a increases, and the ink flows into the pressure channel 22a and the pressure channel 22a. It is ejected from the nozzle 24a through the nozzle channel 23b.
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。 After the ink is ejected from the pressure chamber 21a, when the switch element is switched again and the application of the power supply voltage from the drive circuit to the upper electrode 11 is stopped, the piezoelectric material layer 13 is not contracted in the surface direction, As shown in FIG. 4A, the piezoelectric actuator plate 10 returns again to a position where there is no deflection. Thus, ink is supplemented from the liquid tank (not shown) into the pressure chamber 21a via the communicating manifold 23a (see FIG. 1) and the manifold channel 22b (FIG. 1).
＜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。
Second Embodiment
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG.
In the second embodiment, the diaphragm corresponding to the bending layer is formed by laminating a plurality of plate-like members, and a thin-walled portion is formed by forming a through hole in at least one of the plate-like members. An example is shown. In the second embodiment, the configuration of the non-joining portion is different from that of the first embodiment, but the other configuration is the same as that of the first embodiment, and thus the same reference numerals are given and detailed description is omitted. To do.
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。 FIG. 5A shows a modification of the configuration of FIG. 4A (the main configuration of the first embodiment), and the diaphragm 15 corresponding to the flexure layer has two plate-like members (first members). The first plate member 16 and the second plate member 17) are laminated. And the through-hole 16a is formed in the 1st plate-shaped member 16, and the part corresponding to the through-hole 16 in the 2nd plate-shaped member 17 is the thin part 17a. The diaphragm 15 is partly formed in a concave shape so that the portion of the through hole 16a is recessed, and the bottom of this recess is a thin portion 17a. The thin portion 17 a corresponds to the non-joined portion 15 a in the diaphragm 15 and is not joined to the lower electrode 12. On the other hand, in the vibration plate 15, the first plate member 16 is bonded to the piezoelectric material layer 13 through the lower electrode 12 in a region other than the region where the through hole 16 a is formed. As shown in FIG. 5B, the piezoelectric actuator plate 10 having such a configuration acts in the same manner as the configuration of the first embodiment during driving and bends toward the pressure chamber 21a.
＜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。
<Third Embodiment>
In the first and second embodiments, the configuration in which a gap exists between the lower electrode and the non-joint portion provided in the diaphragm is illustrated, but in this embodiment, there is no gap. An example in which a minute gap exists will be described. FIG. 6 conceptually shows the configuration of the main part of the present embodiment, and is a diagram obtained by modifying the configuration of FIG. Unlike the above-described embodiment, the liquid transfer device 1 according to the present embodiment is provided with a vibration plate 18 made of a single flat plate, and in a region C facing the central portion of the pressure chamber 21a of the piezoelectric material layer 13. The diaphragm 18 is not joined to the lower electrode 12. The non-joined portion of the diaphragm 18 is configured as a non-joined portion 18a.
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。 On the other hand, in the outer region of the region C, the diaphragm 18 is bonded to the lower electrode 12. That is, the vibration plate 18 having a flat upper surface is configured so that the upper surface is in contact with or very close to the lower electrode 12, but a part of the upper surface (in the region C on the upper surface of the vibration plate 18). The corresponding range) is configured to be non-bonded, and the other parts are bonded by an adhesive or the like. The piezoelectric actuator plate 10 of the liquid transfer device 1 having such a configuration is bent toward the pressure chamber 21a side when driven as in the above embodiment.
＜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。
<Fourth embodiment>
In the above-described embodiment, an apparatus for ejecting liquid has been described as an example of the liquid transfer apparatus. However, in the present embodiment, an apparatus having a transfer function other than ejection will be described.
FIG. 7 shows an embodiment in which the liquid transfer device 1 according to the present invention is applied to a micropump 100. The micropump 100 is configured by joining a pump adapter AP to the lower surface of the liquid transfer apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention, and the pump adapter AP has its lower part immersed in a liquid source. At the time of driving, the piezoelectric actuator plate 10 of the liquid transfer device 1 acts in the same manner as in the first embodiment to bend toward the pressure chamber 21a, the volume of the pressure chamber 21a is reduced, and the liquid is transferred from the outlet OP to the outside. On the other hand, when the drive is released, the piezoelectric actuator plate 10 returns to the initial state, and accordingly, the pressure chamber 21a becomes negative pressure and the liquid is sucked from the liquid source via the inlet IP.
＜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。
<Fifth Embodiment>
8 is a longitudinal sectional view of the liquid transfer device according to the fifth embodiment when cut along the longitudinal direction of the pressure chamber, and FIG. 9 is a plan view of the liquid transfer device of FIG. Yes. Further, FIGS. 10A and 10B are explanatory views for explaining the operating state of the liquid transfer device of FIG. FIG. 10A is a cross-sectional view of the pressure chamber cut in the short direction, and shows a state where the piezoelectric actuator plate 10 is not driven. FIG. 10B shows a state where the piezoelectric actuator plate 10 of FIG. 10A is driven.
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。 In the fifth embodiment, a low elastic material 40 having a lower elastic modulus than those of the diaphragm 14 and the piezoelectric material layer 13 is provided between the thin wall portion 14 a of the diaphragm 14 and the piezoelectric material layer 13. Since this embodiment is different from the first embodiment and the other configuration is the same as that of the first embodiment, the same reference numerals are given to the same parts, and detailed description thereof is omitted.
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。 As shown in FIG. 8, the liquid transfer device 1 according to the present embodiment includes a cavity plate 20 similar to that of the first embodiment, and includes the vibration plate 14, the piezoelectric material layer 13, and the upper portion similar to those of the first embodiment. An electrode 11 and a lower electrode 12 are provided. Further, similarly to the first embodiment, the diaphragm 14 is provided with a non-joining portion 14b that is not joined to the piezoelectric material layer 13 in a region C corresponding to the central portion of the pressure chamber 21a. The non-bonded portion 14 b is formed with a thin portion 14 a that is smaller than the thickness of the bonded portion 14 c where the vibration plate 14 is bonded to the piezoelectric material layer 13, and the thin-walled portion 14 a and the piezoelectric material layer 13 A low elastic material 40 is filled therebetween. As shown in FIG. 8 and FIG. 10A, the low elastic material 40 has an outer surface 40a opposite to the pressure chamber 21a and a bonding surface F of the bonding portion 14c (specifically, the bonding portion 14c is the lower electrode 12). The piezoelectric material layer 13 has a substantially flat structure over at least the entire region in which the pressure chamber 21a is provided.
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。 Also in the present embodiment, as in the first embodiment, the piezoelectric material layer 13 is formed of a piezoelectric ceramic material made of lead zirconate titanate (PZT), and the diaphragm 14 is formed of stainless steel. On the other hand, the low elastic material 40 is made of a material having a lower elastic modulus than the diaphragm 14 and the piezoelectric material layer 13 (for example, a polyimide-based synthetic resin material or an epoxy-based synthetic resin material). The piezoelectric actuator plate 10 is constituted by the piezoelectric material layer 13, the vibration plate 14, and the low elastic material 40 having a laminated structure. In the present embodiment, the elastic modulus of the piezoelectric material layer 13 is 60 GPa, and the elastic modulus of the diaphragm 14 is 200 GPa. On the other hand, the elastic modulus of the low elastic material layer 40 is 4 GPa.
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。 As shown in FIG. 9, the pressure chamber 21a is substantially oval when viewed from above, and the periphery of the non-joint portion 14b (here, the periphery of the low elastic material 40) is the same position as the periphery of the pressure chamber 21a. Or it is arranged closer to the pressure chamber side than that. That is, the peripheral edge of the non-joining portion 14b (that is, the peripheral edge of the low elastic material 40) is positioned so as not to protrude into the outer region of the pressure chamber 21a. More specifically, the planar shape of the thin wall portion 14a (that is, the low elastic material 40) 40 has a substantially oval shape in which the shape of the pressure chamber 21a is slightly reduced.
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。 Further, as shown in FIGS. 8 and 10A, the opposing region P formed by the two electrode layers (the upper electrode 11 and the lower electrode 12) sandwiching the piezoelectric material layer 13 is a non-joint portion in the plane direction. It is provided in a wider range than the non-joining portion 14b so as to cover the entire 14b (that is, the entire low elastic material 40). Also in the plan view of FIG. 9, the region where the upper electrode 11 is disposed is the opposing region of the two electrode layers, and the region of the non-joint portion 14 b (that is, the region of the low elastic material 40) is slightly smaller than this opposing region. It has a configuration.
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。 In the liquid transfer device 1 configured as described above, when a power supply voltage is applied to the upper electrode 11, a voltage is generated between the upper electrode 11 and the lower electrode 12, and the piezoelectric material layer 13 contracts in the surface direction. Immediately after the start, bending easily occurs so as to bend toward the pressure chamber 21a, and the piezoelectric material layer 13 is drawn into the pressure chamber 21a so as to be interlocked with this bending. As a result, as shown in FIG. 10B, the piezoelectric actuator plate 10 is bent toward the pressure chamber 21a. Since the thin portion 14a of the vibration plate 14 and the piezoelectric material layer 13 are filled with a low elastic material 40 having a lower elastic modulus than the vibration plate 14 and the piezoelectric material layer 13, the piezoelectric material layer 13 is The portion corresponding to the thin portion 14 a is also supported by the low elastic material 40. Therefore, compared with the case where the low elastic material 40 is not filled, the stress concentration on the peripheral portion of the non-joining portion 14b is relaxed, and the durability is improved.
＜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。
<Sixth Embodiment>
Next, a sixth embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 11 is a cross-sectional view of the liquid transfer device according to the sixth embodiment cut in the short direction of the pressure chamber, and shows a state where the piezoelectric actuator plate 10 is not driven. FIG. 11B shows a state where the piezoelectric actuator plate 10 of FIG. 11A is driven.
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。 As in the fifth embodiment, the liquid transfer device 1 according to the present embodiment has a lower elastic modulus than the diaphragm 14 and the piezoelectric material layer 13 between the thin portion 14a of the diaphragm 14 and the piezoelectric material layer 13. The low elastic material 40 is filled and further protrudes on the opposite side of the pressure chamber 21a from the bonding surface F bonded to the piezoelectric material 30 in the bonding portion 14c of the vibration plate 14. The low elastic material 40 is the same as in the fifth embodiment except for the configuration in which the low elastic material 40 protrudes from the bonding surface F (specifically, the bonding surface where the bonding portion 14c is bonded to the lower electrode 12).
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。 As shown in FIG. 11A, the piezoelectric material layer 13 has a protruding region (the same region as the region C in FIG. 11) in which the low elastic material 40 protrudes from the bonding surface F to the opposite side of the pressure chamber 21a. The pressure chamber 21a is curved so as to be convex on the opposite side. The low elastic material 40 is formed by intaglio printing or the like on the vibration plate 14 after the thin wall portion 14b is formed, and the piezoelectric material layer 13 is formed by an aerosol deposition method, a sputtering method, or the like after the low elastic material 40 is formed. It is formed by a CVD method, a hydrothermal synthesis method, a sol-gel method, or the like.
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。 In this way, when the filled low elastic material 40 is protruded from the joint surface F and the piezoelectric material layer 13 is curved to the side opposite to the vibration plate 14, the gap between the upper electrode 11 and the lower electrode 12 is increased. When voltage is generated and the piezoelectric material layer 13 contracts in the surface direction, the low elastic material 40 is pressed in the direction of the pressure chamber 21a as shown in FIG. Can be greatly deformed, and efficient driving with a low voltage becomes possible.
＜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。
<Seventh embodiment>
Next, a seventh embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 12A is a cross-sectional view of the liquid transfer device according to the seventh embodiment, cut in the short direction of the pressure chamber, and shows a state where the piezoelectric actuator plate 10 is not driven. FIG. 12B shows a state where the piezoelectric actuator plate 10 of FIG. 12A is driven.
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。 As shown in FIG. 12, in the liquid transfer device 1 according to this embodiment, the piezoelectric material layer 13 is formed smaller than the pressure chamber 21a, and the piezoelectric material layer 13 is provided as shown in FIG. The entire region (same as the region in which the upper electrode 11 is provided in FIG. 13) is disposed so as to be within the region of the pressure chamber 21a.
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。 As shown in FIG. 12, the diaphragm 19 made of the same material (metal material such as stainless steel) as the diaphragm according to the first embodiment has a piezoelectric material layer 13 in the region Q where the pressure chamber 21a is provided. It is formed so that the thickness in the region S that does not overlap is smaller than the thickness in the region R that overlaps the piezoelectric material layer 13. More specifically, in the diaphragm 19, a region corresponding to the peripheral portion of the pressure chamber 21 a is a “region S that does not overlap the piezoelectric material layer 13”, and the diaphragm 19 includes a thickness suppressing portion 19 d in this region S. Is formed. In the diaphragm 19, a groove 19 e is formed in the region where the thickness suppressing portion 19 d is provided, and a groove 19 f is formed in the lower portion. The upper groove 19e is formed in an annular shape around the area where the piezoelectric material layer 13 is formed.
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。 On the other hand, a region corresponding to the central portion of the pressure chamber 21a is a “region R overlapping the piezoelectric material layer 13”, and the diaphragm 19 is provided with a non-joining portion 19a and a joining portion 19b in this region R. Yes. Both the non-joining part 19a and the joining part 19b are configured to be thicker than the thickness suppressing part 19d. Further, the low elastic material 40 similar to that in the fifth and sixth embodiments is filled between the piezoelectric material layer 13 and the diaphragm 19 (more specifically, between the non-joining portion 19a and the piezoelectric material layer 13). Yes. In addition, it is good also as a space | gap, without filling the low elastic material 40 in this part. Further, the diaphragm 19 is provided with a plate joint portion 19c to be joined to the pressure chamber plate 21 in the outer region of the pressure chamber 21a. The plate joint portion 19c is configured to be thicker than the thickness suppressing portion 19d. ing.
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。 In the configuration of the present embodiment, the outer region of the piezoelectric material layer 13 has a configuration in which the rigidity of the diaphragm 19 is lower than the region where the piezoelectric material layer 13 is provided, and the piezoelectric material layer 13 is contracted in the plane direction. The deformation of the diaphragm 19 can be further increased.
＜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。
<Other embodiments>
The present invention is not limited to the embodiments described with reference to the above description and the drawings. For example, the following embodiments are also included in the technical scope of the present invention, and further depart from the gist other than the following descriptions. Various modifications can be made without departing from the scope.
(1) The upper electrode may be connected to the ground of the drive circuit, and the lower electrode may be connected to the plus (+) power source of the drive circuit.
(2) The liquid transfer device according to the present invention includes a device for transferring liquid in any state including droplets and mists from the opening connected to the pressure chamber to the outside. All forms such as injection are included.
(3) In the above embodiment, an ink jet head for ejecting ink from a printer has been described as an example. However, the present invention can be used for all types of liquid transfer devices such as a test reagent ejecting device.
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Liquid transfer apparatus 10 ... Piezoelectric actuator plate 11 ... Upper electrode 12 ... Lower electrode 13 ... Piezoelectric material layer 14, 15, 18, 19 ... Vibration plate (flexing layer)
14a, 17a ... Thin-walled portion 14b, 15a, 18a, 19a ... Non-joined portion 21a ... Pressure chamber 24a ... Nozzle (open hole)
40: Low elastic material C: Area corresponding to the central portion of the pressure chamber P: Opposing area
Claims (7)
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、
前記撓み層の前記圧電材料層に面する側の表面には、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おり、
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おり、
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液体移送装置。 In a liquid transfer device in which a piezoelectric actuator plate is arranged so as to close a pressure chamber in which liquid is stored, and the piezoelectric actuator plate is bent and deformed to transfer the liquid from an opening connected to the pressure chamber.
The piezoelectric actuator plate has a piezoelectric material layer that contracts in a plane direction when an electric field is applied, and is arranged in a plate shape so as to overlap the piezoelectric material layer, and a part of the plate surface is bonded to the piezoelectric material layer. A laminated structure having a flexible layer,
The surface of the flexible layer facing the piezoelectric material layer is provided with a non-joining portion that is not joined to the piezoelectric material layer in a region corresponding to the central portion of the pressure chamber .
At least a part of the non-bonded portion is formed with a thin portion that is smaller than the thickness of the bonded portion where the flexible layer is bonded to the piezoelectric material layer,
A liquid transfer device, characterized in that a low elastic material having a lower elastic modulus than that of either the flexible layer or the piezoelectric material layer is filled between the thin portion of the flexible layer and the piezoelectric material layer .
The piezoelectric actuator plate is provided with a plurality of electrode layers facing each other so as to sandwich the piezoelectric material layer, and the flexible layer is bonded to the piezoelectric material layer via an electrode layer on one side. The opposed region formed by the electrode layer sandwiching the piezoelectric material layer is provided in a wider range than the non-joining portion so as to cover the entire non-joining portion. Item 7. The liquid transfer device according to any one of Items 6 .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006347293A JP4107343B2 (en) | 2003-09-25 | 2006-12-25 | Liquid transfer device |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003333967 | 2003-09-25 | ||
| JP2006347293A JP4107343B2 (en) | 2003-09-25 | 2006-12-25 | Liquid transfer device |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004237625A Division JP3956964B2 (en) | 2003-09-25 | 2004-08-17 | Liquid transfer device and piezoelectric actuator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2007076372A JP2007076372A (en) | 2007-03-29 |
| JP4107343B2 true JP4107343B2 (en) | 2008-06-25 |
Family
ID=37937104
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006347293A Active JP4107343B2 (en) | 2003-09-25 | 2006-12-25 | Liquid transfer device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4107343B2 (en) |
-
2006
- 2006-12-25 JP JP2006347293A patent/JP4107343B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2007076372A (en) | 2007-03-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3956964B2 (en) | Liquid transfer device and piezoelectric actuator | |
| JP3951998B2 (en) | Liquid transfer device | |
| JP5741101B2 (en) | Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, and method of manufacturing liquid ejecting apparatus | |
| JP3687662B2 (en) | Liquid jet head | |
| JP3951997B2 (en) | Liquid transfer device | |
| WO2003078166A1 (en) | Piezoelectric actuator and fluid injection head having the same | |
| JP3997485B2 (en) | Liquid transfer device | |
| JP2007090870A (en) | Liquid ejection head and its manufacturing process | |
| JP4107343B2 (en) | Liquid transfer device | |
| JP2009149026A (en) | Manufacturing method for liquid transfer device, and liquid transfer device | |
| JP4600403B2 (en) | Liquid transfer device | |
| JP2017045746A (en) | Manufacturing method for bonded structure, manufacturing method for piezoelectric device and manufacturing method for liquid injection head | |
| JP2004160915A (en) | Liquid drop jet device and method of manufacturing the same | |
| JP5453585B2 (en) | Liquid ejecting head, liquid ejecting head unit, and liquid ejecting apparatus | |
| JP2002067309A (en) | Liquid jet device | |
| JP5082219B2 (en) | Actuator and liquid transfer device including the actuator | |
| JP5754498B2 (en) | Liquid ejecting head, liquid ejecting head unit, and liquid ejecting apparatus | |
| JP2016179699A (en) | Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, and manufacturing method of liquid ejecting head | |
| JP5439657B2 (en) | Inkjet recording head | |
| JP5201344B2 (en) | Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus | |
| US7731340B2 (en) | Liquid jetting head and method for producing the same | |
| JP2012213957A (en) | Liquid injection head, and method of manufacturing the same | |
| JP4923814B2 (en) | Liquid transfer device | |
| JP6555368B2 (en) | Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus | |
| JP2023115537A (en) | Piezoelectric device, liquid injection head and liquid injection device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061226 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20061226 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080311 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080324 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110411 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4107343 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120411 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120411 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130411 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130411 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140411 Year of fee payment: 6 |